JP2006164244A - 工業用ロールおよびその信号データを収集する方法並びに工業用ロールにおける作動パラメータを測定するためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 最小数のワイヤを使用してデータ信号を送信するよう構成された工業用ロールに関し、工業用ロールにおける信号データを収集する方法並びに多数のセンサから測定値を出力しうる検知システムを提供する。
【解決手段】 工業用ロール２００は、外表面を有する実質的に円筒形のシェル２０５と、該シェルの外表面に円周方向に覆い被さる高分子カバー２１０と、検知システム２１５とを含んでいる。該検知システムは、データパラメータを検知するようにそれぞれ構成されて、カバーに埋め込まれた複数のセンサ２２０と、それぞれのセンサに接続されると共に、その近くでカバーに埋め込まれる複数の無線トランシーバ２８０とを備えている。各無線トランシーバは、該センサからのデータ信号を送信するよう構成されている。関連した方法及びシステムも開示されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、総括的には工業用ロールに関し、特に、製紙用ロールに関するものである。さらに本発明は、工業用ロールにおける信号データを収集する方法並びに工業用ロールにおける作動パラメータを測定するためのシステムに関する。

円筒形もしくは円柱形ロールは、多くの工業用用途、特に製紙に関する用途に用いられうる。かかるロールは、該ロールが高い動的荷重及び温度にさらされる可能性のある厳しい環境において使用されるのが一般的である。一例として、標準的な製紙工場において、ロールは、繊維ウェブシートをプロセス装置とプロセス装置との間に搬送するためだけでなく、プレスセクション及びカレンダーロールの場合、ウェブシート自体を処理して紙にするために使用することができる。

製紙工程のプレスセクションにおいて、協働する２つ以上のロールは、繊維ウェブがフェルトでロール間を走行するときに、該繊維ウェブを圧搾する。いわゆる“ニップ”は、紙ウェブが通過する２本の隣接ロール間の接触領域である。各ロールは、ポリマーもしくは高分子カバーで被覆された金属シェルから構成されるのが典型的である。ニップでの圧搾段階中にウェブに加えられる圧力の大きさは均一なシート特性を実現する上で決定的に重要な意味を有しうるので、ロールの特性は製紙の際に特に重要である。ニップ圧及びニップ幅の変化は、シートの水分含有量、厚み及びその他のシート特性に影響を与えることができる。過剰のニップ圧及びニップ幅は、結果として得られる紙製品に裂け目を生じさせるのはもちろんのこと、繊維のつぶれも生じさせうる。その上、シートに加えられる圧力の大きさ及び面積は、ロールの長さに沿って又は長さを横断する方向に一様ではないことがありうるので、不均一な表面特性を有する品質の悪い紙になることが往々にしてある。

ニップロールに関するその他の条件もまた重要である。例えば、ロールカバーが受けるマシン横断方向の応力及び歪みは、カバーの耐久性及び寸法安定性に関する情報を提供することができる。また、ロールの温度分布は、カバーの潜在的な問題領域を識別するのに役立ちうる。

工業用ロールの使用中に作動パラメータを測定するため、該ロールのカバー内に圧力センサ及び／又は温度センサを組み込むことは既知である。例えば、特許文献１は、ロールの長さに沿った数カ所で圧力又は温度を測定してそれら測定値をコンピュータに送るために複数のセンサを有するロールについて記載している。また、特許文献２は、ロールの高分子カバーに埋め込まれた複数の圧力センサを含む、螺旋状配置の繊維を有するロールについて記載している。

ニップロールにおける作動パラメータを測定する従来のシステムは、図５に例示されている。図５を参照すると、ニップロール１００は、円筒形シェルもしくはコア１０５と、該シェル１０５を包むカバー１１０（一種以上の高分子材料から形成されるのが一般的である）とを含んでいる。問題の圧力、温度又はその他の作動パラメータを検知するための検知システムは、それぞれカバー１１０に埋め込まれた複数のセンサ１２０を含んでいる。この検知システムはまた、該センサ１２０により発生された信号を処理するプロセッサ１３０を含んでいる。複数のワイヤ１４０は、複数のセンサ１２０をマルチプレクサ１５０と、プロセッサ１３０への送信のためロールヘッド１７０に設けられた送信器１６０とに接続している。

１つのセンサについて２本のワイヤを必要とするのが一般的である。このことは、１つのロールに多数のセンサが使用されれば、ロールの長さに沿って敷設する多数のワイヤを必要とし、該ワイヤはロールの表面から離れてロールのヘッドにある電子ユニットへと敷設される必要があるかも知れない。これらのワイヤは、ロールカバーの層内に敷設されうる。センサの数が増すにつれて、これらの電気接続を取り扱うことが飛躍的に難しくなるかも知れない。例えば、可変クラウンロールの場合、ワイヤの敷設は特に困難になるであろう。可変クラウンロールのヘッドはしばしば取り外される可能性があるので、ワイヤが損なわれないよう余分な注意が必要になる。加えて、ロールカバーの層に通して多数のワイヤを敷設することは、カバーの健全性を弱めることになるかも知れない。

そういうことなので、ワイヤの数を最小にする方法が幾つか知られている。例えば、共通のアース線を使用すれば、１つのセンサにつき（アース線に加えて）１本のワイヤで十分であろう。このようなシステムの例は、特許文献３及び特許文献４において論じられている。更に、１つのみの圧力センサが一度にニップの中にあるのなら、２本のワイヤを使用して多数のセンサを支持することができる。これが可能であるのは、１つのみのセンサが一度に圧力測定（従って、ワイヤを通して送信する）を行ないうるからである。このようなシステムの一例は特許文献１に論じられている。
ムーア(Moore)に対する米国特許第５,５６２,０２７号明細書 モシェレ(Moschle)等に対する米国特許第５,６９９,７２９号明細書 アロネン(Allonen)に対する米国特許第５,３７９,６５２号明細書 レイチネン(Laitinen)に対する米国特許第５,３８３,３７１号明細書

しかしながら、１つよりも多いセンサが一度にニップ内にあれば、どの信号がどのセンサからきているのかを知らせることが、不可能ではなくても、困難になるであろう。例えば、温度測定値については、無視しても構わない周期的な脈動があるので、２本のみのワイヤを使用して異なる温度センサを識別することは殆ど不可能である。更に、もっと小径のロールについては、センサ間隔がもっと狭くなるので、２，３個のセンサを使用しうるに過ぎない。いかなる場合でも、ワイヤの敷設は難しい作業である。従って、最小数のワイヤを使用してロールに関し多数のセンサから測定値を出力しうる検知システムを提供することが望ましい。

本発明は、上記課題を解決し、工業用ロールおよび工業用ロールにおける信号データを収集する方法並びに工業用ロールにおける作動パラメータを測定するためのシステムを提供することを目的とする。本発明は、工業用ロールのための検知システムに向けられている。

本発明は、第１の形態として、外表面を有する実質的に円筒形のシェルと、該シェルの外表面に円周方向に覆い被さる高分子カバーと、検知システムとを含む工業用ロールに向けられている。該検知システムは、複数のセンサと複数の無線トランシーバとを含んでいてよい。複数のセンサはカバーに埋め込まれていて、各センサがデータパラメータを検知するように構成されている。複数の無線トランシーバの各々は、センサからのデータ信号を送信するために、それぞれのセンサに接続されると共に、その近くでカバーに埋め込まれている。

実施形態によっては、検知システムは更に、複数の無線トランシーバからデータ信号を受けるために該複数の無線トランシーバに作動可能に関連した無線レシーバと、該無線レシーバに作動可能に関連して、それにより運ばれる前記データ信号を処理するリモートプロセッサとを備えうる。また、検知システムは、複数の電源を更に備えていてよく、各電源は、それぞれのセンサ及び無線トランシーバに接続されると共に、その近くでカバーに埋め込まれる。各センサとそれぞれの無線トランシーバ及び電源とは単一コンポーネントになって含まれうる。

本発明による別の実施形態において、各無線トランシーバは、その信号を他の無線トランシーバから送信された信号と識別するコードを出力するよう構成することができる。代案として、各無線トランシーバは、他の無線トランシーバとは異なる周波数で送信するよう構成されうる。更なる代替例として、各無線トランシーバは、それぞれのセンサからのデータ信号をレシーバに所定の順序で送信するように構成することができる。

実施形態によっては、複数のセンサは、ロールの長さに沿って共通の円周方向位置に配置されていてよい。複数のセンサはまた、共通の軸方向位置に配置されることができる。或いは、複数のセンサは、ロール上の分散した円周方向及び軸方向位置に、又はロール上の複数の円周方向及び軸方向位置に配置されうる。更に、各センサにより検知されたデータパラメータは、温度、圧力、ピーク圧力、歪み、ニップ幅及び水分のうちの１つに関係していてよい。

他の実施形態において、センサに接続された各電源は、バッテリー、充電式バッテリー及びコンデンサのうちの１つから構成されうる。これらの実施形態は、各電源を再充電するための充電システムを含みうる。この充電システムは、ロールが作動していないときに各電源を再充電するよう構成された無線充電器を含みうる。代案として、充電システムは、ロールの長さにわたる固定部材と、該固定部材の長さに沿って取り付けられた複数の無線充電器とを備えており、各充電器は、ロール作動中に誘導結合を用いて電源を再充電するよう構成されている。固定部材は、ドクターブレード組立体であってよく、或いはロールの周囲の一部を包むよう断面弓状になっていてよい。

実施形態によっては、充電システムは、それぞれ少なくとも１つの電源に接続されると共に、その近くでカバーに埋め込まれた複数の圧電装置を含んでいて、各圧電装置は、それぞれの電源を再充電するため圧縮されたときにエネルギを発生するよう構成されている。或いは、充電システムは、ロールに設けられると共に、各電源を再充電するためロールのスプリアス振動及び／又は回転からエネルギを発生するよう構成されている無線充電器を含んでいてよい。

別の実施形態において、充電システムは、振動、温度差、熱及び／又はＲＦ信号から取り入れたエネルギを使用して各電源を再充電するよう構成されたエネルギ取入れシステムとすることができる。

実施形態によっては、複数の無線トランシーバはトランスミッタであってよい。他の実施形態において、無線トランシーバは、赤外線（ＩＲ）トランスミッタ及びレシーバを含みうる。複数の無線トランシーバは網状又は星形網状の接続形態になって構成されていてよい。

他の実施形態において、検知システムは複数のピーク検出器を更に含んでいてよい。各ピーク検出器は、それぞれセンサ及び無線トランシーバの間に接続されうる。無線トランシーバからのデータ信号はピークニップ圧を含んでいてよい。該ピーク検出器は、リセット指令、特定回転数、及び／又はリモートプロセッサ読取り動作に応答してリセットされうる。

第２の形態として、本発明は、データパラメータを検知するよう構成された複数のセンサが埋め込まれたカバーを有する工業用ロールにおける信号データを収集する方法に向けられている。この方法は、それぞれのセンサに接続されると共にその近くでカバーに埋め込まれた複数の無線トランシーバを用意するステップ、及びそれぞれの無線トランシーバによりセンサからのデータ信号をプロセッサに送信するステップを含んでいてよい。

第３の形態として、本発明は、複数のセンサ及び複数の無線トランシーバを含む、工業用ロールにおける作動パラメータを測定するためのシステムに向けられている。複数のセンサは、ロールの外表面に円周方向に覆い被さる高分子カバーに埋め込まれており、各センサがデータパラメータを検知するようにそれぞれ構成されている。複数の無線トランシーバの各々は、それぞれのセンサに接続されると共に、該センサからのデータ信号を送信するためその近くでカバーに埋め込まれていてよい。このシステムはまた、無線レシーバとリモートプロセッサとを含むことができる。無線レシーバは、複数の無線トランシーバからデータ信号を受けるため該無線トランシーバと作動可能に関連付けられていてよく、また、リモートプロセッサは、それにより伝えられたデータ信号を処理するため該無線レシーバと作動可能に関連付けられていてよい。

本発明の好適な実施形態を示す添付図面を参照し、本発明について以下により詳しく説明する。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態で実施可能であり、ここに示された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、その開示内容が徹底しており且つ完全であり、そして本発明の範囲を当業者に十分に伝達するように提示されている。図面において、同様の数字は、終始、同様の要素を指している。構成要素の中には、明瞭にするため太さ及び寸法が誇張されているものがある。

図面を参照すると、図１は、本発明の実施形態に基づいてニップロールの作動パラメータを測定するためのシステムを例示している。図１に示すように、ニップロール２００は、円筒形シェルもしくはコア２０５と、該シェル２０５を包むカバー２１０（一種以上の高分子材料から形成されるのが典型的である）とを含んでいる。問題の圧力、温度、歪み、水分、ニップ幅及び／又はその他の作動パラメータを検知するための検知システム２１５は、それぞれカバー２１０に埋め込まれた複数のセンサ２２０を含んでいる。この検知システム２１５は更に、複数の無線トランシーバ２８０を含んでおり、各無線トランシーバは、複数のセンサ２２０のうちの少なくとも１つに接続されると共に、その少なくとも１つのセンサの近くでカバー２１０に埋め込まれている。図１は各センサについて１つの無線トランシーバを例示しているが、本発明による代替実施形態においては、単一の無線トランシーバが多数のセンサに共用されていてもよい。無線トランシーバ２８０は、それらの関連センサ２２０からの信号を検知システム２１５における無線レシーバ２４０に送信する。該検知システム２１５はまた、レシーバ２４０を経由してセンサ２２０から受信した信号を処理するプロセッサ２３０を含んでいる。

センサ２２０は、問題の作動パラメータ（例えば、圧力、温度、歪み、水分、ニップ幅等）に関するデータを検出するのに当業者により適当であるとして認められた任意の形態とすることができる。例えば、温度センサには、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤｓ）及びサーミスタがある。圧力センサには、圧電センサ、ピエゾ抵抗センサ、力覚性抵抗器（ＦＳＲｓ）、光ファイバセンサ、歪みゲージに基づくロードセル及び容量性センサがある。ニップ幅センサには、圧電センサ、ピエゾ抵抗センサ、力覚性抵抗器（ＦＳＲｓ）、光ファイバセンサ、メンブランスイッチ及び容量性センサがある。センサの形式に応じて、各センサロケーションに補助的な電子装置が必要になるかも知れない。上述したセンサの設計及び作動は技術的に知られており、ここで更に説明する必要はない。

プロセッサ２３０は、典型的には、パーソナルコンピュータ、又は、遠隔ロケーションからセンサ２２０の信号を処理して有用で容易に解釈される情報にすることができる製紙工場の機能分散制御システムのような類似のデータ交換装置である。適当な例示的処理ユニットは、上述した特許文献１及びムーア（Moore)に対する米国特許第６,５６８,２８５号明細書において論じられており、それらの開示内容全体は参照によりここに組み込まれる。

更に図１を参照すると、無線レシーバ２４０は、無線トランシーバ２８０を経由してセンサ２２０からデータを受け取る。図示しないが、無線中継器及び／又はルータをカバー内に配置して信号を送信できる距離を延ばすことができる。中継器又はルータは、他の中継器又はルータ及び近くのセンサから信号をピックアップし、該信号を前方の中継器に送信して、各トランシーバ当りの送信電力を減少させることを可能にする。

図２Ａは、図１に示すような本発明の実施形態に基づくセンサロケーションの概略図である。図２Ａを参照すると、各センサロケーションにおいて、少なくとも１つのセンサ２２０’が、該センサ２２０’の近くでロールカバー２１０に埋め込まれた無線トランシーバ２８０’に接続されている。センサ作動のために何ら外部配線の必要がないように、バッテリーのような電源２５０も各センサロケーションでセンサ２２０’に接続してもよい。この電源２５０は、コンデンサのようなエネルギ蓄積装置であってもよい。

例えば、センサ２２０’は、マイクロセンシス(Micro-Sensys)のＴＥＬＩＤ２（登録商標）Ｔ又はアイキューモバイル（IQ-Mobil）のＲＤＫＳ（登録商標）のように、電圧を加えられたときに温度測定値を送信することができる従来のパッシブセンサでよい。パッシブセンサにおいて、電源２５０は、センサ２２０’に動力を供給するため振動、熱、温度差及び／又はＲＦ信号からのエネルギにより再充電されるよう構成されているセンサパッケージにふくまれるコンデンサ又はその他のパッシブエネルギ蓄積装置でよい。代案として、電源２５０は、電力を追加供給することによりセンサ２２０’の送信範囲及び／又は速度限界を改善するようセンサ２２０’に接続されるバッテリーのような外部電源としうる。電源２５０は、プロセッサ２３０からの指令に応答してトランシーバ２８０’を使用し温度測定値を送信するためセンサ２２０’に電圧を印加する即時電力を供給するように構成しうる。

更に図２Ａを参照すると、特定のセンサ形式の場合に必要とされる任意の補助的な電子装置を収容するための電子ユニット２７０もまたセンサ２２０’に接続されていてよい。この電子ユニット２７０は、送信前に信号処理を行うためマイクロプロセッサを更に含んでいてよい。電子ユニット２７０は、その上、ピーク検出器を含みうる。センサ２２０’及び電子ユニット２７０は、２つの間のリードワイヤの長さを短くすると共にノイズの可能性を減じるため、接近して位置決めしうる。代案として、センサ２２０’、無線トランシーバ２８０’及び電子ユニット２７０は、更にノイズの可能性を減じるために、単一コンポーネント、即ち検知パッケージ内に全て含まれうる。

無線トランシーバ２８０’は、センサ２２０’により検出されたデータを、プロセッサ２３０と動作可能に連係するレシーバ２４０に送信するように構成されている。この無線トランシーバ２８０’はまた、プロセッサ２３０から指令を受信して実行するように構成されていてもよい。代案として、無線トランシーバ２８０’は、プロセッサ２３０へデータを送るトランスミッタとしてのみ構成されていてもよい。また、無線トランシーバ２８０’は、各トランシーバ２８０’が１つ以上のセンサ２２０’を支持できるように構成されていてもよい。無線トランシーバ２８０’及びレシーバ２４０は、高周波（ＲＦ）信号伝達のような任意の無線通信モードを介して通信しうる。

実施形態によっては、無線トランシーバ２８０’及びレシーバ２４０が、ＲＦ信号伝達の代わりに或いはＲＦ信号伝達と共に、赤外線（ＩＲ）通信を使用していてもよい。ＩＲトランスミッタは、カバーの長さに沿った任意の場所に配置しうる。透明に近いカバーについては、ＩＲトランスミッタはカバー内に埋め込んでよい。不透明なカバーについては、ＩＲトランスミッタは、ロールカバーの外表面の近くに又は外表面のところに配置してよい。場合によっては、ＩＲトランスミッタをダブ領域(dub region)においてロールの両端に配置するのが有利であるかも知れない。

加えて、無線トランシーバ２８０’は、同無線トランシーバ２８０’により送信された信号を一義的に同定できるように構成されうる。例えば、各無線トランシーバ２８０’は、異なる周波数で送信して、プロセッサ２３０が送信された信号を無線トランシーバ２８０’のうちの特定の１つに属するものとして認識することを可能にするように構成されうる。このようなことなので、多数の無線トランシーバが同時に送信しうる。代案として、各無線トランシーバ２８０’は、その信号を他の無線トランシーバ２８０により出力された信号とは異なるものと識別するコードを送信するように構成されうる。従って、プロセッサ２３０は、このコードに基づき特定の無線トランシーバ２８０に属するものとして各入力信号を一義的に識別することができる。更なる代替実施形態として、複数の無線トランシーバは、これら無線トランシーバの全てが同一周波数で送信するが、１つの無線トランシーバだけはどの時点においてもレシーバ２４０と通信するように、順次に送信するべく構成されうる。従って、ロールに関するセンサの数及び配置は、信号探知問題により決して制限されることはない。

更に図２Ａを参照すると、各センサロケーションにある電源２５０は、バッテリーのような任意の再充電可能なエネルギ蓄積装置を含むことができる。この電源２５０は、種々の方法を用いて再充電しうる。例えば、検知システム２１５は、ロール２００が使用中ではない場合に、携帯電話機で使用されるものに類似する無線充電器を用いうる。作動停止中、充電ユニットは、電源２５０を再充電するためにセンサロケーションでロール２００にテープで留められる。作動停止は時たま（例えば、３０日毎）起こるのが一般的であるから、検知システム２１５は、同様の間隔で再充電することを要するだけの電源を使用する。

代案として、検知システム２１５は、ロール作動中に各電源２５０に充電する誘導結合を使用しうる。充電ユニットは、ロール２００の長さにわたり延びるドクターブレード組立体或いは任意の部材２９０（図１参照）に接続しうる。このようになっているので、各電源２５０は、それが回転しドクターブレード組立体２９０を通過するたびに再充電されうる。例えば、センサロケーションにある電源２５０がドクターブレード組立体２９０に接近するときに、それは強いＲＦ信号に遭遇し、このＲＦ信号が各回転時に電源２５０を部分的に再充電しうる。電源２５０がセンサ２２０’及び／又は電子ユニット２７０に電力を供給するのに十分なレベルまで再充電されたときに、該電源２５０はドクターブレード組立体２９０に信号を逆送りする。ドクターブレード組立体２９０は更に、数度だけロール２００の周りを囲むような外形になっていて、効率の向上を可能にする。

更なる代替実施形態として、検知システム２１５は車載型充電器を採用してもよい。かかる装置は低レベルのスプリアス振動からエネルギを発生しうる。代替エネルギ取入れシステムは、カバー２１０内に埋め込まれた圧電装置を使用してもよく、該圧電装置がニップにおいて圧縮される度にエネルギを発生することができる。別の代替例として、検知システム２１５は、ＲＦ信号から又は熱／温度変動からエネルギを取り入れうる。ＲＦ信号が使用される場合、該ＲＦ信号は結果を通信するのにも使用されうる。

上の記載により例証したように、各センサロケーションにある電源２５０は電力をセンサ２２０’に供給し、無線トランシーバ２８０’はセンサ２２０’からの信号を無線レシーバ２４０を介してプロセッサ２３０に送信するので、ロール２００の表面にある表面はもはや必要ではない。このようになっているので、図５においてロールヘッド１７０に設けられたマルチプレクサ１５０及び送信器１６０もまた不必要である。従って、本発明の実施形態によると、ワイヤ敷設に関連した諸問題が軽減及び／又は排除されうる。

図２Ｂは、本発明の実施形態によるセンサトポロジー即ち接続形態の概略図である。図２Ｂを参照すると、各無線検知パッケージ、即ち“箇所”２２５’は、図２Ａに示すようなセンサ２２０’、無線トランシーバ２８０’、電源２５０及び電子ユニット２７０を含んでいてよい。これら箇所２２５は網状トポロジーで通信するよう構成されており、このトポロジーにおいては、各箇所自体が最も効率的な経路を使用してレシーバ２４０のゲートウェイに通信するよう構成されている。代案として、箇所２２５は星形網状トポロジーになって構成されていてよい。かかる網状トポロジーは慣行的な通信技術よりもより健全であるが、何故なら、情報は欠陥のある又は損傷した箇所の周りを流れてレシーバ２４０に引き続き達しうるからである。その上、箇所２５５の全てが成功裡に通信するためにレシーバ２４０の範囲にあることを必要とされるとは限らない。

図３は、本発明の実施形態に基づいてニップロールに設けられたセンサの横断面図である。図３を参照すると、ニップロール２００は、中空の円筒形シェル又は中実のコア２０５と、該コア２０５を囲むカバー２１０とを含んでいる。コア２０５は、鋼又は鋳鉄から形成されるのが典型的である。サクションロールの場合、コア２０５は、ステンレス鋼又は青銅のような耐食性金属材料から形成されるのが典型的である。カバー材料の例には、天然ゴム、ネオプレンのような合成ゴム、スチレンブタジェン（ＳＢＲ）、ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン（“ＣＳＰＥ”、商品名・ＨＹＰＡＬＯＮとしても知られている）、ＥＤＰＭ（この名前はエチレン−プロピレンジエンモノマから形成されたエチレン−プロピレン三量体に与えられている）、エポキシ、ポリウレタン、熱硬化性複合材料、及び熱可塑性複合材料がある。

多くの例において、カバー２１０は、少なくとも２つの異なる層、即ち、コア２０５の上に覆い被さってそこへの結合剤となる基層と、該基層に覆い被さってそこに結合すると共に、ロールの外表面として機能するトップ素材(topstock)層とを含むであろう。ロールの中には、基層とトップ素材層の間に挟持された中間“タイアップ”層を含むものがある。基層及びタイアップ層についての適当な材料及び構成は、ジョーンズ（Jones)に対する米国特許第６,３７５,６０２号明細書、スティーブンスへの米国特許第６,３２８,６８１号明細書及び米国特許願第１０/４４１,６３６号明細書において論じられており、各明細書の開示内容全体はここに組み込まれる。これらの層の材料は、カバーに予め規定した１組の作動特性を与えるべく選択されるのが典型的である。これらの特性は、必要強度、弾性係数、及び製紙環境に耐えるべく高温の水並びに刺激に強い薬品に対する耐性を含むことができる。加えて、カバーは、該カバーが行うプロセスに適する所定の表面硬さを有するように設計されるのが典型的であり、また、カバーは、紙シートに対する損傷なしにカバーから紙シートが離れることを必要とするのが典型的である。カバーは、補強・フィラー材料、添加物等も含むことができる。

図３を更に参照すると、センサ２２０’（図示よりも小さい）は、コア２０５及びカバー２１０の間に埋め込まれている。アンテナもまたカバー２１０内に埋め込まれうる。センサ２２０’は、コア２０５に又はカバー２１０の諸層の１つに直接に設けることができる。センサ２２０’をコア２０５に設けることは、カバーの強度増大を可能にしうる。しかしながら、センサの装着は特定の用途に基づいて変えうる。

例えば、ピーク温度はカバーの中間点近くでしばしば生じるので、ピーク温度を監視するためにセンサは基層又はタイアップ層の上に置かれる。このロケーションはまた、負荷変動により生じる加熱効果を測定するのに、より感じやすい。しかしながら、水冷ロールの温度測定については、センサをカバーの基層の上に設けるのが好ましいかも知れない。

更に、水分測定については、水が最も集まりそうな境界に水分センサを設けることが好ましいかも知れない。従って、多くの硬質且つ不透過性のベースについては、カバーの基層の上にセンサを設けることが有利であると言える。或いは、軟質且つ透過性のベースについては、センサはコアに設けることができる。また、センサに必要などんな電子機器でも、センサがどこに置かれていてもコアに配置することができる。

図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の実施形態に基づくニップロール上へのセンサ及び無線トランシーバの別の配置例を示している。無線トランシーバ２８０は信号をセンサ２２０からプロセッサ２３０に直接に送信するので、センサ位置は、もはやワイヤ敷設問題により制限されることはない。更に、無線トランシーバ２８０は各センサからの信号を一義的に識別することを可能にするので、プロセッサ２３０は、ニップにある複数のセンサを同時に探知することができる。例えば、図４Ａは、ロール３００の長さに沿って、ロール軸線と平行に、同一の円周方向位置に配置された１列のセンサ３２０及び無線トランシーバ３８０を例示している。このようにすると、ロール３００上の全センサ３２０がニップに同時に入って、ロール３００の長さに沿った状態についての測定を可能とする。例えば、ロールにより出される力は、ロールの中央が両端部よりも多くの場合大きいので、ロール全長に沿って多数のセンサを配置することは、ロール全長に沿った力の分布の測定を可能にする。

代案として、センサ４２０及び無線トランシーバ４８０は、図４Ｂに例示するようにロール４００上に螺旋状に配置するか、或いは図４Ｃに示すように（同図においてセンサ及び無線トランシーバはそれぞれ５２０及び５８０で表わされている）、ロール５００上の多数の軸方向及び円周方向ロケーションに配置しうる。更なる代替例として、センサ６２０及び無線トランシーバ６８０は、図４Ｄに示すように、ロール６００の表面上のランダム位置に配置することができる。これらの形態は、ニップの内側及び外側双方の諸状態の同時的な測定を可能にする。本発明はここで論じた形態に限定されるのではなく、ロール上のセンサ及び無線トランスデューサの配置は更に他の形態で表わしうることに留意されたい。このようなわけで、本発明の諸実施形態はロール上の任意の仮想箇所におけるセンサ配置を可能としており、ニップにおけるセンサ探知及び／又はワイヤ敷設に関する諸問題を無くしている。

以上に述べたことは、本発明の例示であり、本発明を制限するものと考えるべきではない。本発明の典型的な実施形態について説明してきたが、多くの変形例が本発明の新規な教示事項及び利点から著しく逸脱することなく典型的な実施形態において可能であることは、技術に習熟した者なら容易に分かるであろう。従って、このような全ての変形例は、本発明の範囲内に含まれることが企図されている。

本発明の実施形態に基づくニップロール及び検知システムの斜視図である。 本発明の実施形態に基づくセンサ及び無線トランシーバの概略図である。 本発明の実施形態に基づくセンサ接続形態の概略図である。 本発明の実施形態に基づきニップロールに設けられたセンサの横断面図である。 本発明の実施形態に基づくニップロール上のセンサ及び無線トランスデューサの配置の斜視図である。 本発明の実施形態に基づくニップロール上のセンサ及び無線トランスデューサの別の配置の斜視図である。 本発明の実施形態に基づくニップロール上のセンサ及び無線トランスデューサの更に別の配置の斜視図である。 本発明の実施形態に基づくニップロール上のセンサ及び無線トランスデューサの別の配置の斜視図である。 従来のニップロール及び検知システムの斜視図である。

符号の説明

２００ ロール
２０５ 円筒形シェル
２１０ カバー
２１５ 検知システム
２２０ センサ
２２０’ センサ
２３０ プロセッサ
２４０ 無線レシーバ
２５０ 電源
２７０ 電子ユニット
２８０ 無線トランシーバ
２８０’ 無線トランシーバ
２９０ ドクターブレード組立体（固定部材）
３００ ロール
３２０ センサ
３８０ 無線トランシーバ
４００ ロール
４２０ センサ
４８０ 無線トランシーバ
５００ ロール
５２０ センサ
５８０ 無線トランシーバ
６００ ロール
６２０ センサ
６８０ 無線トランシーバ

Claims (80)

1. 外表面を有する実質的に円筒形のシェルと、
   該シェルの外表面に円周方向に覆い被さる高分子カバーと、
   検知システムとを備える工業用ロールであって、前記検知システムは、
   データパラメータを検知するようにそれぞれ構成されて、前記カバーに埋め込まれた複数のセンサと、
   それぞれのセンサに接続されると共に、該センサからの信号を送信するためその近くで前記カバーに埋め込まれる複数の無線トランシーバとを備える、工業用ロール。
2. 前記検知システムは更に、
   前記複数の無線トランシーバからデータ信号を受けるために該複数の無線トランシーバに作動可能に関連した無線レシーバと、
   該無線レシーバに作動可能に関連して、それにより運ばれる前記データ信号を処理するリモートプロセッサとを備える、
   請求項１に記載の工業用ロール。
3. 複数の電源を更に備えており、各電源は、それぞれのセンサ及び無線トランシーバに接続されると共に、その近くで前記カバーに埋め込まれている、請求項２に記載の工業用ロール。
4. 各センサとそれぞれの無線トランシーバ及び電源とは単一コンポーネントを構成している、請求項３に記載の工業用ロール。
5. 各無線トランシーバは、その信号を他の無線トランシーバから送信された信号と識別するコードを出力するよう構成されている、請求項１に記載の工業用ロール。
6. 各無線トランシーバは、他の無線トランシーバとは異なる周波数で送信するよう構成されている、請求項１に記載の工業用ロール。
7. 各無線トランシーバは、それぞれのセンサからの前記データ信号を前記レシーバに所定の順序で送信するよう構成されている、請求項２に記載の工業用ロール。
8. 前記複数のセンサは、前記ロールの長さに沿って共通の円周方向位置に配置されている、請求項１に記載の工業用ロール。
9. 前記複数のセンサは、共通の軸方向位置に配置されている、請求項１に記載の工業用ロール。
10. 前記複数のセンサは、前記ロール上の分散した円周方向及び軸方向位置に配置されている、請求項１に記載の工業用ロール。
11. 前記複数のセンサは、前記ロール上の複数の円周方向及び軸方向位置に配置されている、請求項１に記載の工業用ロール。
12. 各センサにより検知された前記データパラメータは、温度、圧力、ピーク圧力、歪み、ニップ幅及び水分のうちの１つに関係している、請求項１に記載の工業用ロール。
13. 各電源は、バッテリー、充電式バッテリー及びコンデンサのうちの１つから構成される、請求項３に記載の工業用ロール。
14. 各電源を再充電するための充電システムを更に備える、請求項１３に記載の工業用ロール。
15. 前記充電システムは、前記ロールが作動していないときに各電源を再充電するよう構成された無線充電器を備える、請求項１４に記載の工業用ロール。
16. 前記充電システムは、
    ロールの長さにわたる固定部材と、
    該固定部材の長さに沿って取り付けられた複数の無線充電器とを備えており、各充電器は、ロール作動中に誘導結合を用いて電源を再充電するよう構成されている、請求項１４に記載の工業用ロール。
17. 前記固定部材はドクターブレード組立体である、請求項１６に記載の工業用ロール。
18. 前記固定部材は、弓状の断面を有すると共に、前記ロールの周囲の一部を包むように構成されている、請求項１６に記載の工業用ロール。
19. 前記充電システムは、
    それぞれ少なくとも１つの電源に接続されると共に、その近くで前記カバーに埋め込まれた複数の圧電装置を備えており、
    各圧電装置は、それぞれの電源を再充電するため圧縮されたときにエネルギを発生するよう構成されている、請求項１４に記載の工業用ロール。
20. 前記充電システムは、前記ロールに設けられると共に、各電源を再充電するため前記ロールのスプリアス振動及び／又は回転からエネルギを発生するよう構成されている、請求項１４に記載の工業用ロール。
21. 前記充電システムは、振動、温度差、熱及び／又はＲＦ信号から取り入れたエネルギを使用して各電源を再充電するよう構成されたエネルギ取入れシステムから構成されている、請求項１４に記載の工業用ロール。
22. 前記無線トランシーバは、赤外線（ＩＲ）トランスミッタ及びレシーバから構成される、請求項１に記載の工業用ロール。
23. 前記複数の無線トランシーバはトランスミッタである、請求項１に記載の工業用ロール。
24. 前記複数の無線トランシーバは網状又は星形網状の接続形態になって構成されている、請求項１に記載の工業用ロール。
25. 前記検知システムは更に複数のピーク検出器を備え、各ピーク検出器は、それぞれセンサ及び無線トランシーバの間に接続されている、請求項１に記載の工業用ロール。
26. 前記ピーク検出器は、リセット指令、特定回転数、及び／又はリモートプロセッサ読取り動作に応答してリセットされる、請求項２５に記載の工業用ロール。
27. 前記無線トランシーバからの前記データ信号はピークニップ圧力を含む、請求項２５に記載の工業用ロール。
28. データパラメータを検知するよう構成された複数のセンサが埋め込まれたカバーを有する工業用ロールにおける信号データを収集する方法であって、
    それぞれのセンサに接続されると共にその近くで前記カバーに埋め込まれた複数の無線トランシーバを用意すること、及び
    それぞれの無線トランシーバによりセンサからのデータ信号をプロセッサに送信することを含む方法。
29. 複数の電源により電力を前記複数のセンサ及び無線トランシーバに送ることを更に含み、各電源は、それぞれのセンサ及び無線トランシーバに接続されると共に、その近くに埋め込まれている、請求項２８に記載の方法。
30. 前記データ信号を送信することは、無線トランシーバからコードを送信してその信号を他の無線トランシーバの信号から識別することを更に含む、請求項２８に記載の方法。
31. 前記データ信号を送信することは、各無線トランシーバについて異なる周波数で前記データ信号を送信することから構成される、請求項２８に記載の方法。
32. 前記データ信号を送信することは、各無線トランシーバから前記プロセッサに順次前記データ信号を送信することから構成される、請求項２８に記載の方法。
33. 各センサとそれぞれの無線トランシーバ及び電源とは単一コンポーネントを構成している、請求項２９に記載の方法。
34. 前記複数のセンサは、前記ロールの長さに沿って共通の円周方向位置に全て配置されている、請求項２８に記載の方法。
35. 前記複数のセンサは、共通の軸方向位置に全て配置されている、請求項２８に記載の方法。
36. 前記複数のセンサは、前記ロール上の分散した円周方向及び軸方向位置に全て配置されている、請求項２８に記載の方法。
37. 前記複数のセンサは、前記ロール上の分散した円周方向及び軸方向位置に全て配置されている、請求項２８に記載の方法。
38. 各センサにより検知された前記データパラメータは、温度、圧力、ピーク圧力、歪み、ニップ幅及び水分のうちの１つに関係している、請求項２８に記載の方法。
39. 各電源は、バッテリー、充電式バッテリー及びコンデンサのうちの１つから構成される請求項２９に記載の方法。
40. 無線充電システムを使用して各電源を再充電することを更に含む、請求項３９に記載の方法。
41. 再充電することは、前記ロールが作動していないときに各電源を再充電することから構成される、請求項４０に記載の方法。
42. 再充電することは、
    ロールの長さにわたる複数の無線充電器を有する固定部材を用意すること、及び
    誘導結合を使用してロール作動中に前記無線充電器で前記電源を再充電すること、
    を含む、請求項４０に記載の方法。
43. 前記固定部材はドクターブレード組立体である、請求項４２に記載の方法。
44. 前記固定部材は、弓状の断面を有すると共に、前記ロールの周囲の一部を包むように構成されている、請求項４２に記載の方法。
45. 再充電することは、
    それぞれ少なくとも１つの電源に接続されると共に、その近くで前記カバーに埋め込まれる複数の圧電装置を用意すること、
    エネルギを発生するため前記複数の圧電装置を圧縮すること、及び
    各圧電装置が圧縮されたときに発生されるエネルギで各電源を再充電すること、
    から構成される、請求項４０に記載の方法。
46. 再充電することは、
    無線充電器で前記ロールのスプリアス振動及び／又は回転からエネルギを発生すること、及び
    前記無線充電器により発生されたエネルギで前記電源を再充電すること、
    から構成される、請求項４０に記載の方法。
47. 各電源を再充電することは、熱源、温度差、振動及び／又はＲＦ信号からエネルギを取り入れることから構成される、請求項４０に記載の方法。
48. 前記センサからの前記データ信号を前記プロセッサに送信することは、赤外線（ＩＲ）通信を使用して前記データ信号を送信することから構成される、請求項２８に記載の方法。
49. 前記複数の無線トランシーバはトランスミッタである、請求項２８に記載の方法。
50. 前記複数の無線トランシーバは網状又は星形網状の接続形態になって構成されている、請求項２８に記載の方法。
51. それぞれセンサ及び無線トランシーバの間に接続されたピーク検出器を使用して、前記センサの前記データ信号からピークデータパラメータを検出することを更に含み、前記送信することは、それぞれの無線トランシーバで前記ピークデータパラメータを前記プロセッサに送信することから構成される、請求項２８に記載の方法。
52. リセット指令、特定回転数、及び／又はリモートプロセッサ読取り動作に応答して前記ピーク検出器をリセットすることを更に含む、請求項５１に記載の方法。
53. 前記ピークデータパラメータはピークニップ圧である、請求項５１に記載の方法。
54. 工業用ロールにおける作動パラメータを測定するためのシステムであって、
    データパラメータを検知するようにそれぞれ構成されると共に、前記ロールの外表面に円周方向に覆い被さる高分子カバーに埋め込まれた複数のセンサと、
    それぞれのセンサに接続されると共に、該センサからのデータ信号を送信するためその近くで前記カバーに埋め込まれた複数の無線トランシーバとを備える、システム。
55. 前記複数の無線トランシーバからデータ信号を受けるために該複数の無線トランシーバに作動可能に関連した無線レシーバと、
    該無線レシーバに作動可能に関連して、それにより運ばれる前記データ信号を処理するリモートプロセッサとを更に備える、請求項５４に記載のシステム。
56. 複数の電源を更に備えており、各電源は、それぞれのセンサ及び無線トランシーバに接続されると共に、その近くで前記カバーに埋め込まれている、請求項５５に記載のシステム。
57. 各センサとそれぞれの無線トランシーバ及び電源とは単一コンポーネントを構成している、請求項５６に記載のシステム。
58. 各無線トランシーバは、その信号を他の無線トランシーバの信号と識別するコードを出力するよう構成されている、請求項５４に記載のシステム。
59. 各無線トランシーバは、他の無線トランシーバとは異なる周波数で送信するよう構成されている、請求項５４に記載のシステム。
60. 各無線トランシーバは、それぞれのセンサからの前記データ信号を前記レシーバに所定の順序で送信するよう構成されている、請求項５５に記載のシステム。
61. 前記複数のセンサは、前記ロールの長さに沿って共通の円周方向位置に配置されている、請求項５４に記載のシステム。
62. 前記複数のセンサは共通の軸方向位置に配置されている、請求項５４に記載のシステム。
63. 前記複数のセンサは、前記ロール上の分散した円周方向及び軸方向位置に配置されている、請求項５４に記載のシステム。
64. 前記複数のセンサは、前記ロール上の複数の円周方向及び軸方向位置に配置されている、請求項５４に記載のシステム。
65. 各センサにより検知された前記データパラメータは、温度、圧力、ピーク圧力、歪み、ニップ幅及び水分のうちの１つに関係している、請求項５４に記載のシステム。
66. 各電源は、バッテリー、充電式バッテリー及びコンデンサのうちの１つから構成される、請求項５６に記載のシステム。
67. 各電源を再充電するための充電システムを更に備える、請求項５６に記載のシステム。
68. 前記充電システムは、前記ロールが作動していないときに各電源を再充電するよう構成された無線充電器を備える、請求項６７に記載のシステム。
69. 前記充電システムは、
    ロールの長さにわたる固定部材と、
    該固定部材の長さに沿って取り付けられた複数の無線充電器とを備えており、各充電器は、ロール作動中に誘導結合を用いて電源を再充電するよう構成されている、請求項６７に記載のシステム。
70. 前記固定部材はドクターブレード組立体である、請求項６９に記載のシステム。
71. 前記固定部材は、弓状の断面を有すると共に、前記ロールの周囲の一部を包むように構成されている、請求項６９に記載のシステム。
72. 前記充電システムは、
    それぞれ少なくとも１つの電源に接続されると共に、その近くで前記カバーに埋め込まれた複数の圧電装置を備えており、
    各圧電装置は、それぞれの電源を再充電するため圧縮されたときにエネルギを発生するよう構成されている、請求項６７に記載のシステム。
73. 前記充電システムは、前記ロールに設けられると共に、各電源を再充電するため前記ロールのスプリアス振動及び／又は回転からエネルギを発生するよう構成されている、請求項６７に記載のシステム。
74. 前記充電システムは、振動、熱、温度差及び／又はＲＦ信号から取り入れたエネルギを使用して各電源を再充電するよう構成されたエネルギ取入れシステムから構成されている、請求項６７に記載のシステム。
75. 前記無線トランシーバは、赤外線（ＩＲ）トランスミッタ及びレシーバから構成されている、請求項５４に記載のシステム。
76. 前記複数の無線トランシーバはトランスミッタである、請求項５４に記載のシステム。
77. 前記複数の無線トランシーバは網状又は星形網状の接続形態になって構成されている、請求項５４に記載のシステム。
78. 検知システムは更に複数のピーク検出器を備え、各ピーク検出器は、それぞれセンサ及び無線トランシーバの間に接続されている、請求項５４に記載のシステム。
79. 前記ピーク検出器は、リセット指令、特定回転数、及び／又はリモートプロセッサ読取り動作に応答してリセットされる、請求項７８に記載のシステム。
80. 前記無線トランシーバからの前記データ信号はピークニップ圧力を含む、請求項７９に記載のシステム。

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