JP2006199506A - 巻取装置及び被巻取材の巻き取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄肉のシート材や細径の線材等を円滑に連続して複数の巻取ドラムに巻き取って行くことができ、よって作業性に優れた巻取装置を得る。
【解決手段】 複数の案内部材１に沿って送られてくる被巻取材２を巻き取る巻取ドラム３ａ、３ｂと、この巻取ドラムを駆動するサーボモータ４と、被巻取材の張力に対応した重量を有し、案内部材間に配設されて下方に送られてくる被巻取材を上方に向けて案内するとともに、上下方向に移動自在に設けられたサーボロール６と、このサーボロールの後段側の案内部材に対して接離自在に配設され、当該案内部材との間で被巻取材を挟持可能な係止部材９と、サーボロール６の後段側に配設されて被巻取材の張力を検出するテンション検出手段１０と、このテンション検出手段からの検出信号に基づいて被巻取材の張力を一定にすべくサーボモータを制御する制御手段とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、箔やフィルム等の薄肉シートや線材などの長尺物を巻き取る際に用いて好適な巻取装置に関するものである。

周知のように、各種のフィルム材や金属製の箔材等の薄肉シートあるいは細径のワイヤ等の部材は、その製造過程や製造後において、一旦巻取ドラムに巻き取られたうえで、搬送されたりあるいは保管されている。
この種の被巻取材を巻き取る場合には、当該被巻取材が薄肉や細径であって、僅かでも過度の張力が加わると、擦り傷やしわがついたり、ついには切断されたりし易く、しかも均一の張力で巻き取って行かないと、巻取ドラムに整然と巻き取ることが難しいという問題点がある。そこで、従来は、巻取ドラムの駆動源としてトルクモータを用い、ロール等の案内部材間を送られてくる上記被巻取材の張力をテンション検出器で検出しつつ、上記トルクモータを駆動制御する巻取装置が用いられている。

ところで、上記被巻取材は、一般に長尺物であるために、全長を１本の巻取ドラムで巻き取ってしまうことができない。このため、通常１本の巻取ドラムに巻き取った後に、一旦被巻取材の送りを停止したうえでこれを切断し、切断された先端部を巻き終えた巻取ドラムを取り外して新たに装着された巻取ドラムや、別途隣接して設けられている新たな巻取ドラムに巻回して、再び当該巻取ドラムをトルクモータで駆動することにより、２本目の巻取ドラムに巻き取って行くようにしている。

しかしながら、このような巻取方法にあっては、巻取ドラムの段取り替えに時間を要するとともに、当該段取り替えの間は、被巻取材の送りを停止する必要があるために、作業能率に劣るとともに、工程上停止させることができない装置に対しては、適用することができないという問題点があった。
そこで、予め複数の巻取ドラムを設置するとともに、上記巻取装置の前段に、アキュムレータを設け、１本の巻取ドラムが巻き終えた後に被巻取材を切断して他の巻取ドラムに巻替える間に、連続して送られてくる被巻取材を、上記アキュムレータにおいて一旦蓄えておく方式も提案されている。

ところが、このような連続巻取を行うための巻取装置においては、巻取ドラム間の段取り替えを行う場合には、人手によって被巻取材を切断して新たな巻取ドラムに巻替える際に、一旦巻取ドラムの回転数を上記巻替えが可能な程度の低速回転に減速し、新たな巻取を開始した直後は、アキュムレータに蓄えられていた余剰の被巻取材も巻き取ってしまうために当該巻取ドラムを高速回転させる必要がある。このため、上記巻取ドラムの駆動源として、被巻取材を巻き取って行く際の速度と、段取り替え時の低速回転と、巻取開始時の高速回転といった、広範囲にわたって可変速が可能なモータ等を使用する必要がある。また、上記速度の変化に伴って、被巻取材の張力も大きな範囲で変動するおそれがあるために、上記駆動源を、応答性良く制御して被巻取材に作用する張力を常にほぼ一定に保持する必要がある。このため、従来のトルクモータでは、巻き取りと並行して円滑に広い範囲にわたって回転数を変化させることが難しく、かつ比較的トルクの変動に鈍感であるために、このような要請に応えることができないという問題点が生じる。

そこで、上記巻取装置における巻取ドラムの駆動源として、応答性に優れて細かな速度制御が容易なＡＣサーボモータを使用することが考えられるが、上記被巻取材の巻取に際しては、巻取速度を大きな範囲で可変にする結果、その張力も大きく変化してしまう。このため、テンション検出器からの検出信号に基づいて上記ＡＣサーボモータの回転制御を行おうとすると、巻取装置全体の機構に対して当該ＡＣサーボモータの応答性が良過ぎて、本来の速度変化に基づく張力の変化のみならず、被巻取材の厚さ寸法の誤差に基づく局部的な張力変化や、案内ロールにおける機械的な回転抵抗の変動等の、瞬間的に発生する細かな外乱による雑信号に対しても、その都度ＡＣサーボモータが敏感に応答して過度の回転変動を招いてしまい、この結果かえって被巻取材にたるみが生じたり、あるいは逆に大きな引張り力が作用したりして円滑な巻取を行うことができないという問題点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、薄肉のシート材や細径の線材等を円滑に連続して複数の巻取ドラムに巻き取って行くことができ、よって作業性に優れた巻取装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の本発明に係る巻取装置は、複数の案内部材に沿って送られてくる被巻取材を巻き取る巻取ドラムと、この巻取ドラムを駆動するサーボモータと、上記被巻取材の張力に対応した重量を有し、上記案内部材間に配設されて下方に送られてくる上記被巻取材を上方に向けて案内するとともに、上下方向に移動自在に設けられたサーボロールと、このサーボロールの後段側の上記案内部材に対して接離自在に配設され、当該案内部材との間で被巻取材を挟持可能な係止部材と、上記サーボロールの後段側に配設されて上記被巻取材の張力を検出するテンション検出手段と、このテンション検出手段からの検出信号に基づいて上記被巻取材の張力を一定にすべく上記サーボモータを制御する制御手段とを備えてなることを特徴とするものである。

ここで、請求項２に記載の発明は、上記巻取ドラムが、複数設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、上記サーボロールが、中央部を支点として回動自在に設けられたアームの一端部に回転自在に設けられ、かつ上記アームの他端側に、バランスウエイトが設けられていることを特徴とするものであり、さらに請求項４に記載の発明は、上記支点に、アームの回動角度を検出して、上記サーボロールの回転数を制御するための、ロータリーエンコーダが装着されていることを特徴とするものである。

請求項１〜４のいずれかに記載の巻取装置によれば、巻取ドラムの駆動源としてサーボモータを使用しているので、広い範囲にわたって巻取ドラムの回転を高い精度で自由に変化させることができる。しかも、上記被巻取材の案内部材間に、下方に送られてくる被巻取材を上方に向けて案内するとともに、上記被巻取材の張力と対応する重量を有するサーボロールを、送り方向となる上下方向に移動自在に設けているので、上記サーボロールの重量を、被巻取材の巻取における一定の張力と吊り合うように設定しておくことにより、サーボロールが静止した状態で、被巻取材をサーボロールを介して案内部材間に送って巻き取って行くことができる。

そして、上記被巻取材の張力が瞬間的に大きくなった場合には、このサーボロールに作用する張力がその自重より大きくなるために、サーボロールが上方に向けて変位することにより、被巻取材の送り長さが短くなって過剰となった張力が緩和される。また逆に、上記被巻取材の張力が瞬間的に小さくなった場合には、サーボロールの自重が、これに作用する張力よりも大きくなるため、上記サーボロールが下方に向けて変位し、この結果被巻取材が引張られてその変動が吸収される。
この結果、上記サーボロールにおいて、被巻取材の厚さ寸法の誤差に基づく局部的な張力変化や、案内部材における機械的な回転抵抗の変動等の、瞬間的に発生する細かな外乱が消されるために、巻取ドラムを駆動するサーボモータに、上記外乱に基づく雑信号が伝えられることがない。この際に、上記サーボロールは、被巻取材の送り方向に移動自在に設けられているので、大きな移動量を確保することができ、よって大きな張力の変動に対しても、確実に応答することができる。

以上により、サーボモータには、上記サーボロールの後段に配設されたテンション検出手段によって検出された、本来の速度変化に基づく張力の変化のみがフィードバックされるために、当該サーボモータにおける応答性の良さとあいまって、最適な張力および回転数の制御が行われ、よって広い範囲に速度を変化させた場合においても、被巻取材にたるみが生じたり、あるいは逆に大きな引張り力が作用したりすることなく、円滑かつ整然とした被巻取材の巻取を行うことができる。このため、被巻取材の送りを停止させることなく、連続的に被巻取材を複数の巻取ドラムに巻き取って行くことができるうえに、さらに上記被巻取材の送り速度を上昇させることも可能になって、作業能率を大幅に向上させることができる。
なお、一の巻取ドラムから他の巻取ドラムに巻替えを行う際に、一端被巻取材を切断すると、当該被巻取材に作用する張力が０になる。そこで、係止部材を案内部材側に移動させてこの案内部材との間で被巻取材を挟持することにより、サーボロールがその自重方向に移動して、被巻取材が案内部材間から外れてしまうことを防止することができる。

したがって、請求項１に記載の発明は、特に請求項２に記載の発明のように、複数の巻取ドラムが設けられている場合に顕著な効果を奏するものである。
また、請求項３に記載の発明においては、中央部を支点として回動自在に設けられたアームの一端部にサーボロールを回転自在に設け、他端側にバランスウエイトを設けているので、被巻取材の巻き取りに際しては、先ずサーボロールの自重によってアームの支点回りに作用する一の方向の回転モーメントと、被巻取材を巻き取る際の一定の張力およびバランスウエイトによってアームの支点回りに作用する他の方向の回転モーメントとが等しくなるように、上記バランスウエイトの重量および支点からの取付位置を調整すればよい。これにより、被巻取材の一定張力と吊り合う最適なウエイト量を容易に微調整することができ、よって一層円滑な巻き取りを行うことができる。また、サーボロールの自重が大きい場合においても、上記バランスウエイトの作用により、応答性良く両者のバランスを保持することができ、よって小さな張力の変化に対しても敏感にサーボロールを追従させることが可能になる。さらには、送られてくる被巻取材の種類や厚さ寸法が変化した場合においても、上記バランスウエイトの重量や位置を適宜選択することのみによって、サーボロールを取り替えることなくこれに対応することが可能になる。

さらに、請求項４に記載の発明によれば、被巻取材の張力が次第に減少または増加することにより、アームが連続的に時計回りまたは反時計回りに回動した場合には、その揺動による回動角度が上記ロータリーエンコータによって検出され、当該検出信号によってサーボモータの回転数が増速または減速されて、アームを常時水平に保持することができるために、安定的な巻き取りを行うことが可能になる。

図１は、本発明に係る巻取装置を非鉄金属製の箔の巻取装置に適用した一実施形態を示すものである。
図１に示すように、この巻取装置においては、複数の案内ロール（案内部材）１…に沿って送られてくる箔（被巻取材）２を交互に巻き取るために、２本の巻取ドラム３ａ、３ｂが配設されており、これら巻取ドラム３ａ、３ｂには、それぞれ駆動源としてＡＣサーボモータ４が設けられている。また、各巻取ドラム３ａ、３ｂの外方には、巻き取られる箔２の外径を非接触で計測して、図示されない制御手段を介して各外径寸法において箔２の周速が一定になるようにＡＣサーボモータの回転数を制御するための、超音波センサ５が設置されている。
そして、上記案内ロール１、１間に、箔２の送りによる張力の作用方向と逆方向にウエイトが負荷されて当該箔２における張力を一定の保持するためのサーボロール６が配設されている。

このサーボロール６は、基台上に中央部が支点７ａとして上下方向に回動自在に設けられたアーム７の一端部に回転自在に設けられており、このアーム７の他端部に、バランスウエイト８が吊設されている。ここで、サーボロール６およびバランスウエイト８の重量、取付位置、およびアーム７の長さ寸法は、サーボロール６の自重によるアーム７の支点７ａ回りの時計回り方向の回転モーメントと、箔２を巻き取る際の一定の張力およびバランスウエイト８によってアーム７の支点７ａ回りに生じる反時計回り方向の回転モーメントとが等しくなるように設定されている。
さらに、上記支点７ａには、アーム７の揺動による回転角度を検出するためのロータリーエンコーダが装着されており、このロータリーエンコーダからの検出信号に基づいてＡＣサーボモータ４の回転数が制御されるようになっている。

また、このサーボロール６の後段側の案内ロール１には、箔２の送り方向にのみ回転し、当該送り方向と逆の方向には回転しない逆回転防止器付きのニップローラ（係止部材）９が当該案内ロール１に対して接離自在に配設されている。さらに、この案内ロール１の後段側の案内ロール１には、箔２の張力を検出するテンション検出器（検出手段）１０が配設され、このテンション検出器１０からの検出信号に基づいて、上記制御手段から箔２の張力を一定にするようにＡＣサーボモータ４を制御するようになっている。
そして、以上の構成からなる巻取装置の前段には、１本の巻取ドラムが巻き終えた後に被巻取材を切断して他の巻取ドラムに巻替える間に、ロール１５が図中矢印方向に移動することにより連続して送られてくる箔２を、一定長さ蓄えておくアキュムレータ１６が配設されている。

次に、上記構成からなる巻取装置の作用について説明する。
先ず、上記箔２を一方の巻取ドラム３ｂに巻き取って行く。この際に、箔２が巻き取られるにつれて、巻取ドラム３ｂにおける外径が漸次増加するために、超音波センサ５によって当該外径を連続的に測定し、制御手段により各外径において箔２の周速が一定になるようにＡＣサーボモータ４の回転を制御する。また、これと並行して案内ロール１に設けたテンション検出器１０からの検出信号により、ＡＣサーボモータ４を制御して、箔２の張力を一定に保持する。

また、上記箔２を案内するサーボロール６においては、アーム７に作用するバランスウエイト８およびに箔２の送り時の張力によってサーボロール６に作用する図中反時計回りの回転モーメントと、サーボロール６の自重によってアーム７に作用する時計回りの回転モーメントとが吊り合った状態で、上記箔２が送られて行く。

そして、箔２の厚さ寸法の誤差に基づく局部的な張力変化や、案内ロール１における機械的な回転抵抗の変動などによって、箔２の張力が瞬間的に大きくなった場合には、このサーボロール６に作用する張力の増加によって反時計回り方向の回転モーメントが大きくなるために、アーム７が反時計回りに回動してサーボロール６が図中点線で示すように、上方に変位する。これにより、箔２の送り長さが短くなって、過剰となった張力が緩和される。また逆に、上記箔２の張力が瞬間的に小さくなった場合には、サーボロール６の自重による時計回り方向のモーメントがより大きくなるため、アーム７が時計回りに回動してサーボロール６が下方に変位し、この結果箔２が引張られてその変動が吸収される。
この際に、アーム７の揺動による回動角度が上記ロータリーエンコータによって検出される。そして、上記アーム７が連続して時計回りまたは反時計回りに回動する場合には、上記ロータリーエンコーダからの検出信号により、ＡＣサーボモータ４の回転数が増速または減速されることによりアーム７が水平を保持するように制御される。

そして、上記巻取ドラム３ｂにおける巻取が終了した場合には、先ずＡＣサーボモータ４の回転数を低下させて、箔２を切断し、この切断端部を他方の巻取ドラム３ａに巻回する。この際に、箔２の切断によって当該箔２における張力が０になるために、上記箔２の切断前に、予め逆回転防止器付きのニップローラ９を案内ロール１側に移動させて、案内ロール１との間で箔２を挟持する。これにより、サーボロール６がその自重によって下方に移動することを防止する。またこれと並行して、アキュムレータ１６のロール１５が図中点線で示すように上方に移動して、順次送られてくる箔２をロール１５間に一時蓄えて行く。

次いで、切断端部の新たな巻取ドラム３ａへの巻回が完了した時点で、ニップローラ９を案内ロール１から後退させて、箔２の挟持を解くとともに、巻取ドラム３ａへの巻取を開始する。この際に、ＡＣサーボモータ４を、本来送られてくる箔２の速度よりも高速で回転させることにより、アキュムレータ１６のロール１５間に蓄えられていた箔２も巻き取って行き、上記ロール１５が正規位置まで降下して余剰箔２が解消した後に、上記箔２を巻き取るための通常の速度まで減速させる。また、これと並行して、巻き取られた巻取ドラム３ｂを取り外して、当該位置に新たな巻取ドラムを準備する。
このようにして、上記工程を順次繰り返すことにより、連続して送られてくる箔２を停止させることなく、交互に巻取ドラム３ａ、３ｂに巻き取って行く。

以上のように、上記巻取装置によれば、巻取ドラム３ａ、３ｂの駆動源としてＡＣサーボモータ４を使用しているので、広い範囲にわたって巻取ドラム３ａ、３ｂの回転を高い精度で自由に変化させることができる。しかも、案内ロール１間に、箔２に一定の張力を負荷しつつ案内するとともに、上下方向に移動自在なサーボロール６を配設しているので、このサーボロール６によって、箔２の厚さ寸法の誤差に基づく局部的な張力変化や、案内ロール１における機械的な回転抵抗の変動等の、瞬間的に発生する細かな外乱を消すことができるために、ＡＣサーボモータ４に、上記外乱に基づく雑信号が伝えられることを確実に防止することができる。加えて、箔２の張力が漸次減少または増加することにより、アーム７が連続的に時計回りまたは反時計回りに回動した場合には、上記ロータリーエンコーダからの検出信号により、ＡＣサーボモータ４の回転数を増速または減速されることによりアーム７を水平を保持することができ、よって安定的な巻き取りを行うことができる。

この結果、ＡＣサーボモータ４には、サーボロール６の後段に配設されたテンション検出器１０によって検出された本来の速度変化に基づく張力の変化のみがフィードバックされるために、ＡＣサーボモータ４における応答性の良さとあいまって、最適な張力および回転数の制御が行われ、よって広い範囲に速度を変化させた場合においても、箔２にたるみが生じたり、あるいは逆に大きな引張り力が作用したりすることなく、円滑にかつ整然とした巻取を行うことができる。
このため、上記ＡＣサーボモータ４とサーボロール６との組合わせにより、箔２の送りを停止させることなく、連続的にこれを複数の巻取ドラム３ａ、３ｂに巻き取って行くことができるうえに、さらに上記箔２の送り速度を上昇させことも可能になり、よって巻取作業の能率を大幅に向上させることができる。

また、上記サーボロール６を中央部を支点７ａとして回動自在に設けられたアーム７の一端部に設け、他端側にバランスウエイト８を設けているので、サーボロール６の自重によるアームの支点７ａ回りの回転モーメントと、箔２を巻き取る際の一定の張力およびバランスウエイト８によるアーム７の支点７ａ回りの回転モーメントとが等しくなるように設定することにより、適宜箔２の一定張力と吊り合う最適なウエイト量を容易に微調整することができ、よって一層円滑な巻取を行うことができる。加えて、サーボロール６の自重が大きい場合においても、バランスウエイト８による平衡作用により、高い感度で応答性良く両者のバランスを保持することができ、よって小さな張力の変化に対しても敏感にサーボロール６を追従させることができる。ちなみに、上記巻取装置を用いて異なる厚さ寸法の箔２の巻取を行う場合においても、上記バランスウエイト８の重量や取付位置を適宜選択することのみによって、サーボロール６を取り替えることなくこれに対応することができる。

また、一方の巻取ドラム３ｂから他方の巻取ドラム３ａに巻替えを行う際に、ニップローラ９を案内ロール１側に移動させてこの案内ロール１との間で箔２を挟持することにより、サーボロール６がその自重によって下方に移動して、箔２が案内ロール１間から外れてしまうことを確実に防止することができる。

なお、上述して実施の形態においては、本発明に係る巻取装置を、箔２の巻取装置に適用した場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、その他の各種のフィルム材等の薄肉シートや電線等の細径ワイヤ等の巻取装置に適用しても、同様の作用効果を得ることができる。
また、上記実施の形態においては、巻取ドラム３ａ、３ｂの駆動源として、ＡＣサーボモータ４を用いた場合についてのみ説明したが、ＤＣサーボモータ等の応答性に優れる他のサーボモータを用いた場合にも同様に適用することが可能である。さらに、案内部材についても、上記案内ロール１に限るものではなく、適宜形態の案内部材を使用することが可能である。
さらに、上記アーム７に、実施の形態において示したバランスウエイト８に代えて、パウダークラッチなどの張力設定装置を設ければ、自動設定も可能になる。

以上説明したように、巻取ドラム３ａ、３ｂの駆動源としてサーボモータ４を使用し、かつ案内ロール１間に箔２を案内するとともに所定の自重を有するサーボロール６を移動自在に設けているので、両者の相乗効果によって、広い範囲にわたって巻取ドラム３ａ、３ｂの回転を高い精度で自由に変化させることができ、かつサーボロール６によって外乱に基づく雑信号を消して、サーボモータ４に本来の速度変化に基づく張力の変化のみをフィードバックすることができるため、当該サーボモータ４における応答性の良さとあいまって、最適な張力および回転数の制御が行われ、よって広い範囲に速度を変化させた場合においても、箔２にたるみが生じたり、あるいは逆に大きな引張り力が作用したりすることなく、円滑かつ整然とした箔２の巻取を行うことができる。特に、上記サーボロール６は、箔２の送り方向に移動自在に設けられているので、大きな移動量を確保することができ、よって大きな張力の変動に対しても、確実に応答することができる。

また、特に、サーボロール６を、基台上に中央部が支点７ａとして上下方向に回動自在に設けられたアーム７の一端部に回転自在に設け、かつこのアーム７の他端部に、バランスウエイト８を吊設したため、箔２の一定張力と吊り合う最適なウエイト量を容易に微調整することができ、よって一層円滑な巻取を行うことができるとともに、サーボロール６の自重が大きい場合においても、上記バランスウエイト８の作用により、応答性良く両者のバランスを保持することができ、よって小さな張力の変化に対しても敏感にサーボロール６を追従させることが可能になる。さらに、上記支点７ａには、アーム７の揺動による回転角度を検出するためのロータリーエンコーダを装着しており、かつこのロータリーエンコーダからの検出信号に基づいてＡＣサーボモータ４の回転数を制御しているため、常にアーム７を水平に保持することができるといった顕著な効果が得られる。

本発明の巻取装置の一実施形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 案内ロール（案内部材）
２ 箔（被巻取材）
３ａ、３ｂ 巻取ドラム
４ ＡＣサーボモータ
６ サーボロール
７ アーム
７ａ ロータリーエンコーダ付き支点
８ バランスウエイト
９ ニップローラ（係止部材）
１０ テンション検出器（テンション検出手段）

Claims (4)

1. 複数の案内部材に沿って送られてくる被巻取材を巻き取る巻取ドラムと、この巻取ドラムを駆動するサーボモータと、上記被巻取材の張力に対応した重量を有し、上記案内部材間に配設されて下方に送られてくる上記被巻取材を上方に向けて案内するとともに、上下方向に移動自在に設けられたサーボロールと、このサーボロールの後段側の上記案内部材に対して接離自在に配設され、当該案内部材との間で被巻取材を挟持可能な係止部材と、上記サーボロールの後段側に配設されて上記被巻取材の張力を検出するテンション検出手段と、このテンション検出手段からの検出信号に基づいて上記被巻取材の張力を一定にすべく上記サーボモータを制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする巻取装置。
2. 上記巻取ドラムは、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の巻取装置。
3. 上記サーボロールは、中央部を支点として回動自在に設けられたアームの一端部に回転自在に設けられ、かつ上記アームの他端側に、バランスウエイトが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の巻取装置。
4. 上記支点には、上記アームの回動角度を検出して、上記サーボロールの回転数を制御することにより上記アームを水平に保持するための、ロータリーエンコーダが装着されていることを特徴とする請求項３に記載の巻取装置。

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