JP2008081248A

JP2008081248A - ウエブとローラの摩擦力算出方法、および装置

Info

Publication number: JP2008081248A
Application number: JP2006262673A
Authority: JP
Inventors: Shinji Hikita; 伸治疋田; Masayuki Kawarada; 正幸川原田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】正確且つ簡単にウエブとローラの摩擦力を把握する。
【解決手段】ドライバ２１、２２により、ウエブ１１の搬送速度Ｖを一定として、ウエブに対して正負の二点で一定のスリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋を与えるような回転速度Ｖ_０でテストローラ１７を回転させる。そして、このときのテストローラ１７上下流におけるウエブ１１のテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋をテンションピックアップ１５ａ、１５ｂで測定する。（Ｘ、Ｙ）＝（Ｓ_＋、ΔＴ_＋）および（Ｓ₋、｜ΔＴ₋｜）の二点を通る直線ＬのＹ切片ｂを、搬送速度Ｖと回転速度Ｖ_０が同じときの摩擦力として、算出回路２７で算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエブとこれを搬送するローラとの摩擦力を算出する方法、および装置に関する。

磁気テープや写真フィルムの製造設備では、コイル状に巻き回した原反ロールからウエブを連続的に繰り出しながら、所定の厚さの磁性塗膜あるいは感光塗膜をウエブの一方の表面に塗着させて乾燥させた後、再度コイル状に巻き取っている。このような製造設備には、ウエブを搬送するためのローラが多数設けられている。

近年、磁気テープや写真フィルムを用いる装置の小型化に伴って、ウエブの薄手化、および平滑化が促進されている。このため、ローラによる搬送中に、ウエブに擦り傷や引きつれしわ、ローラ跡が残るいわゆる面写りなどが発生することがあり、製品歩留りが悪くなるという問題があった。この問題を解決するために、ローラ本体の周面に微細な平坦部と凹部とを設け、凹部の深さを平均で５μｍ以上５０μｍ以下とし、平坦部の占有面積率を５０％以上７０％以下としたウエブ案内ローラが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−１４６５０５号公報

ウエブの擦り傷や引きつれしわ、面写りなどの問題に正しく対処するためには、ウエブとローラの摩擦力を把握することが先決である。ウエブとローラの摩擦力を把握し、これにしたがって設備設計を行えば、擦り傷や引きつれしわ、面写りなどの発生を抑制することができる。

従来、ローラの摩擦力を把握する方法としては、外力を強制的に加えてウエブに対してローラをスリップさせ、このときのローラ上下流におけるウエブのテンション差ΔＴより摩擦力を算出する方法と、ウエブの搬送中に回転方向と逆のトルクをローラに徐々に与えていき、ローラがスリップしたときのトルク値、あるいはローラ上下流におけるウエブのテンション差ΔＴより摩擦力を算出する方法とがある。

しかしながら、前者の方法では、ウエブの搬送速度とローラの回転速度が異なるため、ウエブとローラの摩擦現象で支配的な境界潤滑の状態が変化し、ウエブの搬送速度とローラの回転速度が同じとき（ウエブに対するローラのスリップ率が０％のとき）の、本来求めるべき摩擦力（以下、真の摩擦力と表現する。）を得ることができない。

一方、後者の方法では、真の摩擦力を測定することはできるが、例えば、ウエブの幅が１８０ｍｍと狭く、搬送速度が３００ｍ／ｍｉｎと高速で、ローラのラップ角が小さい場合など、ローラの摩擦力が比較的小さい場合には、スリップした瞬間を同定することが極めて困難であるという問題があった。また、両者の方法とも、スリップによりウエブに傷が付き、これにより発生した微粉塵がローラに付着して、摩擦力の測定値に誤差が生じるという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、正確且つ簡単にウエブとローラの摩擦力を把握することができるウエブとローラの摩擦力算出方法、および装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ウエブとこれを搬送するローラとの摩擦力を算出する方法であって、前記ウエブの搬送速度を一定として、前記ウエブに対して正負の二点で一定のスリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋を与えるような回転速度で前記ローラを回転させ、このときの前記ローラ上下流における前記ウエブのテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋を測定し、（Ｘ、Ｙ）＝（Ｓ_＋、ΔＴ_＋）および（Ｓ₋、｜ΔＴ₋｜）の二点を通る直線のＹ切片を、前記摩擦力として算出することを特徴とする。

前記スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋は、−５％〜５％の範囲内であることが好ましい。前記スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋は、±１．５％であることが好ましい。

前記ウエブの幅は、１００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲内であることが好ましい。

前記搬送速度は、２０ｍ／ｍｉｎ〜３００ｍ／ｍｉｎの範囲内であることが好ましい。

前記ウエブに対する前記ローラのラップ角は、１°〜１８０°の範囲内であることが好ましい。

前記ウエブは、セルローストリアセテートから形成されるＴＡＣフィルムであることが好ましい。

また、本発明は、ウエブとこれを搬送するローラとの摩擦力を算出する装置であって、前記ウエブの搬送速度を一定として、前記ウエブに対して正負の二点で一定のスリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋を与えるような回転速度で前記ローラを回転させる駆動制御手段と、スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋のときの前記ローラ上下流における前記ウエブのテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋を測定するテンション測定手段と、（Ｘ、Ｙ）＝（Ｓ_＋、ΔＴ_＋）および（Ｓ₋、｜ΔＴ₋｜）の二点を通る直線のＹ切片を、前記摩擦力として算出する算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明のウエブとローラの摩擦力算出方法、および装置によれば、駆動制御手段により、ウエブの搬送速度を一定として、ウエブに対して正負の二点で一定のスリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋を与えるような回転速度でローラを回転させ、このときのローラ上下流におけるウエブのテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋をテンション測定手段で測定し、算出手段により、（Ｘ、Ｙ）＝（Ｓ_＋、ΔＴ_＋）および（Ｓ₋、｜ΔＴ₋｜）の二点を通る直線のＹ切片を、ウエブの搬送速度とローラの回転速度が同じときの真の摩擦力として算出するので、正確且つ簡単にウエブとローラの摩擦力を把握することができる。これにより、ウエブの擦り傷や引きつれしわ、面写りなどの抑制に寄与することができる。

図１において、本発明を実施するための摩擦力測定装置（ＲＴＳ（Roller Test Stand）装置。以下、測定装置と略記する。）２は、コイル状に巻き回した原反ロール１０からウエブ１１を連続的に繰り出す繰り出し部１２と、ウエブ１１をニップして、一定の搬送速度Ｖで搬送する駆動ローラ１３と、ウエブ１１の弛みを吸収するダンサーローラ１４と、ウエブ１１のテンションを測定するテンションピックアップ（以下、ＴＰと略記する。）１５ａ、１５ｂと、ウエブ１１を再度コイル状に巻き取る巻き取り部１６とを備えている。測定装置２の各部材は、摩擦力を算出するローラ（以下、テストローラという。）１７に関して、ウエブ１１の搬送路が略対称となるように配されている。なお、符号１８は、搬送路に沿ってウエブ１１を搬送するためのガイドローラである。

ウエブ１１は、例えば、幅１００〜３０００ｍｍ、長さ１００〜５０００ｍ、厚さ５〜２００μｍ、表面粗さＲａ＝１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２、６−ナフタレート、セルロースダイアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドなどのプラスチックフィルム；紙；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンブテン重合体などの炭素数が２〜１０もα−ポリオレフィン類を塗布またはラミネートした紙；アルミニウム、銅、錫などの金属箔；などからなる可撓性帯状支持体、あるいはその表面に感光塗膜などの活性層が形成されたものを含む。テストローラ１７は、例えば、磁性塗膜あるいは感光塗膜をウエブ１１の一方の表面に塗着させた後のラインに配され、ウエブ１１の表面または裏面に接触してこれを搬送するものである。

図２において、コントローラ２０は、測定装置２全体の動作を統括的に制御する。コントローラ２０には、ドライバ２１、２２が接続されている。ドライバ２１、２２は、コントローラ２０の制御の下に、駆動ローラ１３、およびテストローラ１７を回転駆動するためのモータ２３、２４の動作を制御する。

モータ２３、２４には、速度検出器２５、２６が接続されている。速度検出器２５、２６は、例えば、モータ２３、２４の回転数をカウントするロータリーエンコーダなどから構成される。速度検出器２５は、駆動ローラ１３によるウエブ１１の搬送速度Ｖを検出する。速度検出器２６は、テストローラ１７の回転速度Ｖ_０を検出する。速度検出器２５、２６は、各々の検出結果をコントローラ２０に出力する。コントローラ２０は、速度検出器２５、２６から入力された検出結果に基づいて、ドライバ２１、２２を制御する。

算出回路２７は、詳しくは後述するように、ウエブ１１に対するテストローラ１７のスリップ率Ｓや、テストローラ１７の上下流におけるウエブ１１のテンション差ΔＴ、テストローラ１７の真の摩擦力ｂを算出する。

測定装置２では、ウエブ１１の搬送速度Ｖを一定として、テストローラ１７の回転速度Ｖ_０を変更する。つまり、ウエブ１１に対するテストローラ１７のスリップ率Ｓ（Ｓ＝Ｖ−Ｖ_０／Ｖ）を変更する。そして、ＴＰ１５ａ、１５ｂでウエブ１１のテンションを測定する。この測定結果から、テストローラ１７の上下流におけるウエブ１１のテンション差ΔＴ（ＴＰ１５ｂの測定値ＴｂからＴＰ１５ａの測定値Ｔａを減算した値）を求めることができる。

図３に、ウエブ１１にトリアセチルセルロースを用い、搬送速度Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎ、ウエブ１１に対するテストローラ１７のラップ角３０°として、測定装置２でスリップ率Ｓを変更してテンション差ΔＴを測定した結果の一例を示す。ここで、（Ａ）は磁性塗膜あるいは感光塗膜が塗着されたウエブ１１の塗工面側、（Ｂ）は反塗工面側をテストローラ１７に接触させて測定した場合の測定結果をそれぞれ示す。また、凡例の○、□は、テストローラ１７の表面形状を変えたときの実測値をそれぞれ示し、点線は実測値を近似した曲線を示す。なお、スリップ率Ｓが負のときは、テンション差ΔＴは実際には負の値となるが、ここでは絶対値で示している。

図３において、テンション差ΔＴは、スリップ率Ｓが０〜１％の区間で急激に増加し、その後漸増している。また、スリップ率Ｓが０〜−２％の区間で急激に減少し、その後漸増している。スリップ率Ｓが０〜１％の区間でテンション差ΔＴが急激に増加するのは、ウエブ１１とテストローラ１７との間の空気層厚の減少が主因であると考えられる。また、スリップ率Ｓが０〜−２％の区間でテンション差ΔＴが急激に減少するのは、空気層厚の増大が主因であると考えられる。

上記の考察、および空気層厚に不連続点が存在しないことから、本来求めるべきテストローラ１７の真の摩擦力は、スリップ率Ｓの正負の領域で漸増している区間のテンション差ΔＴの実測値を結ぶ直線Ｌ（実線で示す。）が、テンション差ΔＴを表す縦軸と交わる点であると言うことができる。すなわち、適当なスリップ率Ｓの正負の二点Ｓ_＋、Ｓ₋でテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋を測定し、（Ｘ、Ｙ）＝（Ｓ_＋、ΔＴ_＋）および（Ｓ₋、｜ΔＴ₋｜）の二点を通る直線のＹ切片を算出すれば、真の摩擦力を得ることができる。

ここで、スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋としては、スリップ率Ｓの正負の領域で漸増している区間のテンション差ΔＴの実測値を、直線Ｌで近似することが可能な最小値であることが好ましい。また、テストローラ１７の振れ、速度検出器２５、２６、ＴＰ１５ａ、１５ｂの検出精度、測定装置２自体の機械精度（測定装置２におけるウエブ１１の搬送速度ムラなど）の諸因子を加味すると、あまり小さな値は好ましくない。加えて、低速から高速の幅広い範囲（例えば、２０ｍ／ｍｉｎ〜３００ｍ／ｍｉｎ）の搬送速度Ｖでの測定を可能にすることが必要である。これらの条件を総合すると、スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋は、−５％〜５％の範囲が好ましく、図３の測定結果も併せて考慮すると、±１．５％を採用することがより好ましい。また、ウエブ１１に対するテストローラ１７のラップ角は、１°〜１８０°の範囲が好ましい。

次に、図４を参照して、本発明の摩擦力算出方法の手順を説明する。まず、測定装置２にて、コントローラ２０の制御の下に、ドライバ２１を介してモータ２３を動作させ、一定の搬送速度Ｖで駆動ローラ１３によりウエブ１１を搬送路に沿って搬送する。また、ドライバ２２を介してモータ２４を動作させ、スリップ率Ｓが±１．５％となるようにテストローラ１７を回転させる。そして、このときのテストローラ１７上下流におけるウエブ１１のテンションをＴＰ１５ａ、１５ｂで測定する。これにより、図４（１）に示すように、この測定結果から、スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋＝±１．５％のときのテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋が算出回路２７で算出される。

次に、（２）に示すように、スリップ率Ｓ₋＝−１．５％におけるテンション差ΔＴ₋を絶対値化する。そして、（３）に示すように、（Ｘ、Ｙ）＝（Ｓ_＋、ΔＴ_＋）および（Ｓ₋、｜ΔＴ₋｜）の二点を通る直線ＬのＹ切片ｂが算出回路２７で算出され、真の摩擦力を得る。算出回路２７で算出された真の摩擦力は、コントローラ２０に接続されたモニタやプリンタなどの外部出力装置（図示せず）に出力される。

以上説明したように、本発明の摩擦力算出方法、および装置によれば、二点のスリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋でテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋をそれぞれ測定し、これらの値を用いて算出回路２７で簡単な計算を行うだけで、真の摩擦力を得ることができる。このため、測定に掛かる時間が短くて済み、スリップによりウエブ１１に傷が付くことも少なくなる。したがって、ウエブ１１が傷付いて発生した微粉塵がテストローラ１７に付着して、摩擦力の測定値に誤差が生じることがない。

ウエブの搬送中に回転方向と逆のトルクをローラに徐々に与えて摩擦力を算出する従来の方法では、ローラの摩擦力が比較的小さい場合に、スリップした瞬間を同定することが困難であるが、本発明の摩擦力算出方法によれば、ローラの摩擦力が比較的小さい場合でも、確実に真の摩擦力を得ることができる。

また、図３において、直線ＬのＹ切片は、スリップ率Ｓ＝０．５〜１．０％のときのテンション差ΔＴと略一致している。したがって、本発明は、搬送速度Ｖの全測定範囲に対して、スリップ率Ｓ＝０．５〜１．０％のときの摩擦力を算出することが可能な方法であると換言することもできる。

本発明の摩擦力算出方法を実施するための摩擦力測定装置の概略を示す図である。摩擦力測定装置の電気的構成を示すブロック図である。スリップ率に対するテンション差の測定結果の一例を示す図であり、（Ａ）は、塗工面側、（Ｂ）は、反塗工面側をテストローラに接触させて測定した場合をそれぞれ示す。本発明の摩擦力算出方法の手順を説明するための説明図である。

符号の説明

２摩擦力測定装置（測定装置）
１１ウエブ
１５ａ、１５ｂテンションピックアップ（ＴＰ）
１７テストローラ
２０コントローラ
２１、２２ドライバ
２７算出回路

Claims

ウエブとこれを搬送するローラとの摩擦力を算出する方法であって、
前記ウエブの搬送速度を一定として、前記ウエブに対して正負の二点で一定のスリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋を与えるような回転速度で前記ローラを回転させ、このときの前記ローラ上下流における前記ウエブのテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋を測定し、
（Ｘ、Ｙ）＝（Ｓ_＋、ΔＴ_＋）および（Ｓ₋、｜ΔＴ₋｜）の二点を通る直線のＹ切片を、前記摩擦力として算出することを特徴とするウエブとローラの摩擦力算出方法。
前記スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋は、−５％〜５％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のウエブとローラの摩擦力算出方法。
前記スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋は、±１．５％であることを特徴とする請求項１または２に記載のウエブとローラの摩擦力算出方法。
前記ウエブの幅は、１００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のウエブとローラの摩擦力算出方法。
前記搬送速度は、２０ｍ／ｍｉｎ〜３００ｍ／ｍｉｎの範囲内であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のウエブとローラの摩擦力算出方法。
前記ウエブに対する前記ローラのラップ角は、１°〜１８０°の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のウエブとローラの摩擦力算出方法。
前記ウエブは、セルローストリアセテートから形成されるＴＡＣフィルムであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のウエブとローラの摩擦力算出方法。
ウエブとこれを搬送するローラとの摩擦力を算出する装置であって、
前記ウエブの搬送速度を一定として、前記ウエブに対して正負の二点で一定のスリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋を与えるような回転速度で前記ローラを回転させる駆動制御手段と、
スリップ率Ｓ_＋、Ｓ₋のときの前記ローラ上下流における前記ウエブのテンション差ΔＴ_＋、ΔＴ₋を測定するテンション測定手段と、
（Ｘ、Ｙ）＝（Ｓ_＋、ΔＴ_＋）および（Ｓ₋、｜ΔＴ₋｜）の二点を通る直線のＹ切片を、前記摩擦力として算出する算出手段とを備えることを特徴とするウエブとローラの摩擦力算出装置。