JP2009298594A - 印刷ウエブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ウエブシステムのパワー消費を低減する。
【解決手段】繰出しシャフト１７０、巻取りシャフト１８０及び処理システム１４０と、前記繰出しシャフトから前記処理システムを通って前記巻取りシャフトに向かう駆動経路１３０と、駆動経路に沿って位置する駆動モータ１９５と、第１のシャフト及び第２のシャフトを備えて、第１のシャフト及び第２のシャフトがパワー転送結合を介して相互に接続されている連続可変比変速装置１９０を備える。第１のシャフトが繰出しシャフトに接続され、第２のシャフトが巻取りシャフトに接続されている。一つのモータで、繰出しシャフトと巻取りシャフト１８０を駆動できる。または、繰出しシャフトと巻取りシャフトをそれぞれ小型のモータで駆動できる。
【選択図】図２

Description

本開示は、印刷プレスのような印刷又はコーティングシステムで使用されるウエブシステムに関する。特に、本開示のウエブシステムは、連続可変比変速装置の使用により、パワー消費が低減されている。

印刷ウエブシステムは、システムを高速で通過するペーパーウエブの上に、白黒で及びカラーで高品質の再生物、複写物を作り出すために使用される。速度は、毎分2000フィートにも達することがある。このペーパーウエブには、システムを通過するときに張力がかかっている。この張力は、例えば、各色がペーパーウエブ上に印刷されるときに、カラーイメージの見当合わせを維持する際に必須である。

従来のウエブシステムでは、ウエブ（紙又は何らかの他の適切な基材）は、繰出しロールから巻取りロールに移動する。プロセスの始めに、繰出しロールは全ウエブを収容し、巻取りウエブは空である。ウエブは第１の張力システムを通って供給され、それから処理システムに入る。処理システムの内部でウエブは、例えば、(i) 様々な部分、例えば印刷シリンダ、フィードローラ、アングルバー、フォルダなどを通過するとき、(ii)その表面の性質が、例えば表面の一部へのインクの配置によって変わるとき、及び (iii)湿った後に乾燥されるときに紙の性質が変化するときに、張力の変化を経験する。処理システムを出た後、ウエブは第２の張力システムを通って、それから巻取りロールに供給される。このプロセスの終わりに、繰出しロールは空で、ウエブは巻取りロールに収集される。

張力システムは、それぞれ繰出し及び巻取りロール上での適切な繰出し及び取り込みを確実にすると共に、ウエブの引っ張り張力が過剰になって破損することを防ぐために使用される。過剰な引っ張り張力はまた、破損し易い印刷ブランケットの損傷や、ウエブ張替え時の長い中断時間のような問題を引き起こすことがある。繰出しロールと巻取りロールとの間の張力の差は、処理システムを通してウエブを引っ張るために使用されることができる。あるいは、ウエブシステムの張力を維持するために、処理システムに他のモータが含まれることができる。

巻取りロールに存在する張力の量は、張力＝0.5×Ｆ／（ｗ×ｈ）という公式によって決定されることができる。ここで、Ｆはウエブに印加される下向きの力であり、ｗはウエブの幅であり、ｈはウエブの厚さである。

ウエブをウエブシステムを通って動かすために、繰出しロール及び巻取りロールの両方にトルクが与えられなければならない。一般的に言って、各ロールに対して、張力システムにおけるダンシングロールが力を提供し、ウエブは速度を得る。繰出しロール及び巻取りロールの表面速度は、ウエブの破損を防ぐために、一般的にほぼ等しい。しかし、ウエブは繰出しロールから連続して繰り出されて巻取りロールに巻かれるので、張力を与えるために各ロールに与えられなければならないトルク量は、連続して変化する。

米国特許第２７８１１７８号明細書 米国特許第３０８７６６３号明細書 米国特許第４８４６０６０号明細書 米国特許第４８９６８０８号明細書 米国特許第５１２９５６８号明細書 米国特許第５２６９２２２号明細書 米国特許出願公開第２００７／００２３９９４号明細書

トルクを与えるために必要とされるパワー量は、Ｐ＝Ｆ・ｖという公式を使って計算されることができる。ここで、Ｐはパワー、Ｆは力、及びｖは表面速度である。ロールの半径が変わるので、ロールの角速度もまたｖ＝ｒ・ｄθ／ｄｔという関係に従って変化することに留意されたい。ここで、ｒはロールの半径、ｄθ／ｄｔは角速度（ラジアン／秒で測定される）である。ウエブシステムでは、張力は、紙の厚さミリインチあたり、幅１インチあたり０．５〜１．０ポンド重（lbf ）に設定される。厚さ１２ミリインチで幅１０インチの紙について、必要とされる力は１２０ポンド重（lbf ）、あるいは約５３４ニュートン（Ｎ）である。２メートル／秒のウエブ速度では、必要とされるパワーは１０６８Ｎｍ／秒、又は１．０６８ｋＷである。

モータが各ロール（繰出し及び巻取り）に取り付けられて、このパワーを提供する。そのようなモータは高価であることがある。加えて、そのようなモータはエネルギーを浪費する。なぜなら、それらが提供する高いパワーレベルは、ロールの重量が高いときにのみ必要とされるからである。

パワー消費を低減し且つ／又は固定初期設置コストを低減するウエブシステムを提供することが望ましい。

本開示は、様々な実施形態において、パワー消費を低減するウエブシステムに向けられている。ウエブシステムは、連続可変比変速装置を備える。

実施形態において、低減されたパワー消費で張力を提供するウエブシステムが開示される。このウエブシステムは、繰出しシャフトと巻取りシャフトと処理システムと、前記繰出しシャフトから前記処理システムを通って前記巻取りシャフトに向かう駆動経路と、前記駆動経路に沿って配置された駆動モータと、第１のシャフト及び第２のシャフトを備える連続可変比変速装置と、を備えており、前記第１のシャフトが前記繰出しシャフトに接続され、第２のシャフトは前記巻取りシャフトに接続されている。

連続可変比変速装置は、可変直径プーリシステム、トロイダル変速システム、液圧変速システム、又は任意の他のＣＶＴシステムであることができる。

駆動モータは、繰出しシャフトに、巻取りシャフトに、又は関連したウエブの駆動経路に沿って、配置されることができる。駆動モータは、駆動ニップであることができる。

ウエブシステムはさらに、ウエブ速度差測定システムを備え得る。ウエブ速度差測定システムは、ダンシングロール及び位置センサを備え得る。あるいは、ウエブ速度差測定システムは、静止ロール及び張力センサを備え得る。ウエブシステムの処理システムは、印刷プレスを含み得る。

他の実施形態では、ウエブシステムのパワー消費を低減する方法もまた、開示されている。この方法は、繰出しシャフトと巻取りシャフトと処理システムとを備えるウエブシステムを準備するステップと、前記繰出しシャフト及び前記巻取りシャフトを連続可変比変速装置の第１のシャフト及び第２のシャフトに接続するステップと、を包含する。

従来のウエブシステムの図である。 本開示のウエブシステムの例示的な実施形態の図である。 本開示のウエブシステムの例示的な実施形態の他の図である。 連続可変比変速装置として機能する可変直径プーリシステムでの使用に適したベルトの図である。 可変直径プーリシステムの一つの構成の第１の図である。 可変直径プーリシステムの他の構成の第２の図である。 連続可変比変速装置として機能するトロイダル変速システムの一つの構成の第１の図である。 トロイダル変速システムの他の構成の第２の図である。 連続可変比変速装置として機能する静水圧変速システムの図である。 本開示のウエブシステムの例示的な実施形態の他の図である。

ここに開示される構成要素、プロセス、及び装置のより完全な理解は、添付の図面を参照することによって得ることができる。これらの図面は、本開発の例示の利便性及び容易さに基づいた模式的な描写に過ぎず、それゆえに、それらの装置又は構成要素の相対的なサイズ及び寸法を示すこと、及び／又は例示的な実施形態の範囲を規定又は制限することは、意図されていない。

明瞭さのために、以下の記述では特定の用語が使用されているが、これらの用語は、図面における描写のために選択された実施形態の特定の構造のみを参照することが意図されており、開示の範囲を規定又は制限することは意図されていない。図面及び以下の記述においては、同様の参照番号が同様の機能の構成要素を指すことが理解される。

図１は、従来のウエブシステム１０を示す図である。繰出しロール２０は、ウエブ３０（紙又は何らかのその他の適切な基材）を巻取りロール４０に提供する。ウエブは、第１の張力システム５０を通して供給され、それから処理システム６０に入る。処理システムの内部で、ウエブにかかる張力は変化する。処理システム６０を出た後、ウエブは第２の張力システム７０を通って、それから巻取りロール４０に供給される。このプロセスの終わりに、繰出しロール２０は空で、ウエブ３０は巻取りロール４０に収集される。

ウエブをウエブシステムを通して動かすために、繰出しロール２０及び巻取りロール４０の両方にトルクが与えられなければならない。繰出しロール２０で、ダンシングロール５５が力Ｆ１を提供し、ウエブは速度Ｖ１を得る。同様に巻取りロール４０で、ダンシングロール７５が力Ｆ２を提供し、ウエブは速度Ｖ２を得る。再び、Ｖ１及びＶ２は、ウエブの破損を防ぐために一般的にほぼ等しい。

トルクを与えるために必要とされるパワー量は、Ｐ＝Ｆ・ｖという公式を使って計算されることができる。ここで、Ｐはパワー、Ｆは力（Ｆ１又はＦ２）、及びｖは表面速度（Ｖ１又はＶ２）である。ウエブの表面速度とロールの角速度との間の関係は、ｖ＝ｒ・ｄθ／ｄｔという関係によって与えられる。ここで、ｒはロールの半径、ｄθ／ｄｔは角速度（ラジアン／秒で測定される）である。ロールの半径が変わるのでロールの角速度もまた変化することに留意されたい。

本開示のウエブシステムは、図１のウエブシステムに比べて、パワー消費が低減されている。それらは、ウエブシステムの繰出しロール及び巻取りロールの両方に接続された連続可変比変速装置（ＣＶＴ）の使用によって、このパワー消費の低減を達成している。この接続は、複数のモータを使用せずに張力がウエブに印加されることを可能にする。

図２は、本開示のウエブシステム１００のセットアップを示す図である。図１と同様に、繰出しロール１１０はウエブ１２０を提供し、このウエブは、駆動経路１３０に沿って処理システム１４０を通り、それから巻取りロール１５０の上に移動する。ウエブ速度差測定システム１６０は、繰出しロール及び巻取りロールの表面速度の差を測定する。繰出しロール１１０は繰出しシャフト１７０に搭載され、巻取りロール１５０は巻取りシャフト１８０に搭載されている。繰出しシャフト１７０及び巻取りシャフト１８０は、連続可変比変速装置１９０を介して相互に接続されている。繰出しロール１１０及び巻取りロール１５０の直径が変わると、ウエブ速度差測定システムは、速度差を示す信号を生成する。この信号は、連続可変比変速装置１９０の変速比を調節するサーボ制御で使用され、２つのロールのトルクを割り当てて角速度をバランスさせる。このトルク割り当ては、ウエブ１２０を張力が係った状態に維持し、これによりパワーが摩擦損失をほぼ補償するためだけに必要とされる。他の方法としては、繰出しシャフト１７０と巻取りシャフト１８０はまた、トルクをお互いに提供して、トルクがシャフトごとに一つの駆動モータによって提供される必要がないか、又は駆動モータをより小さなサイズにすることができる。

図３は、繰出しロール及び巻取りロールを除いてウエブシステム１００を示した図である。駆動経路１３０は、繰出しシャフト１７０、巻取りシャフト１８０、及び処理システム１４０によって規定される。繰出しロール及び巻取りロールの直径が変わると駆動経路１３０が動くことに、留意し続けるべきである。

処理システム１４０は、ウエブを操作する任意のシステムであり得る。例えば、処理システムは、印刷プレス又は単純な巻取り操作であり得る。

例示的なＣＶＴシステムは、可変直径プーリシステム、トロイダル変速システム、及び液圧変速システム（hydrostatic transmission sysytem）を含む。

可変直径プーリ（ＶＤＰ）システムは、図４〜６に描かれている。可変直径プーリシステムは第１シャフト２１０及び第２のシャフト２２０を備えている。各シャフトには２つのコーン２３０、２３５が搭載されており、その頂点がお互いの方を向いてプーリを形成している。ベルト２４０、典型的には図４に示されるＶ字形のベルトは、２つの円錐によって形成される溝に架かっている。ベルトが溝に接触する位置とプーリ中心の間の距離は、ピッチ半径として知られている。２つのコーンの間の距離は、変わることができる。コーンが離れているとき、ベルトはより低く架かり、ピッチ半径は減少する。コーンが互いに近付くと、ベルトはより高く架かり、ピッチ半径は増加する。ベルト２４０は２つのシャフト２１０，２２０を、それらの間でパワーを転送することによって結び付ける。液圧、遠心力、又はばね張力を使用して、コーンの間の距離を変えるために必要な力を生成することができる。一緒に対になると、第２のシャフトの上のピッチ半径に対する第１のシャフトの上のピッチ半径の比は、ギア比を決定する。２つのプーリが、相手方に関連して半径を変えると、それらは無限の数のギア比、低いものから高いものまで、それらの間のあらゆるものを生成する。図５には「高い」ギアの状態が描かれ、図６には「低い」ギアの状態が描かれている。

トロイダル変速システムが、図７及び図８に描かれている。再び、第１のシャフト３１０及び第２のシャフト３２０が存在する。各々のシャフトに取り付けられているのは、双曲面形状を有するコーン３３０、３４０であり、頂点がお互いの方を向くように配置されている。ローラ３５０が、２つのコーンの表面に並列的に且つ接触するように配置されている。ローラはＶＤＰシステムのベルトのように作用し、２つのシャフトを結び付けて、それらの間でパワーを転送する。ローラが図示された方向３６０に回転すると、第１のシャフト３１０はある方向３７０に回転し、第２シャフト３２０は別の方向３８０に回転する。ローラ３５０を傾けると、それらが２つの円錐３３０、３４０と交差する位置が変わり、無限の数のギア比を生成する。図７には「高い」ギアの状態が描かれ、図８には「低い」ギアの状態が描かれている。

液圧変速システムが図９に描かれている。再び、第１のシャフト４１０及び第２のシャフト４２０が存在する。第１のシャフト４１０は液圧可変変位ポンプ４３０に接続され、第２のシャフト４２０は液圧モータ４４０に接続されている。第１のシャフト４１０の回転運動は、液圧ポンプ４３０によって流体の流れ（矢印４５０によって示されている）に変換される。この流体は第２のシャフト４２０の液圧モータ４４０へ移動し、液圧モータが、流体の流れを回転運動に変換して戻す。このようにして、移動する流体はパワー転送リンクとして作用する。流体はそれから、液圧ポンプに戻る（矢印４６０によって示されている）。

上述のように、連続可変比変速装置は第１のシャフトと第２のシャフトとを備えている。第１及び第２のシャフトは、繰出しシャフト及び巻取りシャフトにそれぞれ接続されているか、又はその逆も同じである。

駆動モータは、ウエブの速度を伝えるために依然として必要とされる。駆動モータは、繰出しシャフト、巻取りシャフトに、あるいは駆動経路に沿って、搭載されることができる。例えば、駆動モータ１９５は、図２に示されているもののように、２つの駆動ロールを用いて形成される駆動ニップである。特に、駆動モータは、そうでなければ必要とされるものより小さなサイズであってもよい。なぜなら、連続可変比変速装置が、駆動モータそれ自身だけではなく、ウエブに張力を提供するからである。

図３において、ウエブ速度差測定システム１６０は、位置測定システムである。位置測定システムは、繰出し及び巻取り速度における差の積分を測定する。位置測定システムは、ダンシングロール１６２と位置センサ１６４とを備えている。ダンシングロール１６２は、移動して力Ｆ３を印加し、張力を提供することができる。位置センサ１６４はダンシングロールの位置を検出し、位置信号を提供する。位置信号は、例えばサーボコントローラ１６６への入力として作用し、これがアクチュエータ１６８への出力を提供し、連続可変比変速装置１９０を調節してダンシングロール１６２を所定の範囲内に維持する。駆動速度が低いので、アクチュエータは大きなパワーを必要としない。例えば、アクチュエータ１６８は、ステッパモータ又はＤＣモータによって駆動されるリードねじであることができる。図３では、張力測定システム１６０は、巻取りシャフト１８０と処理システム１４０との間に配置されているように示されている。しかし、張力測定システムは、代わりに繰出しシャフト１７０と処理システム１４０との間に配置されてもよい。図１に示されるシステムとは対照的に、繰出しシャフト１７０と巻取りシャフト１８０とが連続可変比変速装置１９０を通して接続されているので、一つの張力測定システムのみが必要とされる。

図１０には、ウエブ速度差測定システム１６０の他の実施形態が示されている。移動することができるダンシングロールの代わりに、静止ロール１６３が存在する。張力センサ１６５は静止ロール１６３に取り付けられ、静止ロールの上に与えられた張力の量を測定し、張力信号を生成する。張力信号は、繰出し及び巻取り速度における差の積分に比例する。張力信号はアクチュエータ１６８に提供されて、これが連続可変比変速装置１９０を調節し、静止ロール１６３の上の張力を所定の範囲内に維持する。

結果として、本開示のウエブシステムは、従来のシステムに存在するものよりも少ないモータを有し得る。加えて、存在するモータは、より小さなサイズであり得る。このことは、固定初期設置コストの低減及び／又は動作中のパワー消費の低減を可能にする。

１１０ 繰出しロール、１２０ ウエブ、１４０ 処理システム、１５０ 巻取りロール、１６０ ウエブ速度差測定システム、１７０ 繰出しシャフト、１８０ 巻取りシャフト、１９０ 連続可変比変速装置。

Claims (3)

1. 低減されたパワー消費で張力を提供するウエブシステムであって、
   繰出しシャフト、巻取りシャフト、及び処理システムと、
   前記繰出しシャフトから前記処理システムを通って前記巻取りシャフトに向かう駆動経路と、
   前記駆動経路に沿って位置する駆動モータと、
   第１のシャフト及び第２のシャフトを備えて、前記第１のシャフト及び第２のシャフトがパワー転送結合を介して相互に接続されている、連続可変比変速装置と、
   を備えており、
   前記第１のシャフトが前記繰出しシャフトに接続され、前記第２のシャフトが前記巻取りシャフトに接続されている、ウエブシステム。
2. 低減されたパワー消費で張力を提供するウエブシステムであって、
   繰出しシャフト、巻取りシャフト、及び処理システムと、
   前記繰出しシャフトから前記処理システムを通って前記巻取りシャフトに向かう駆動経路と、
   前記駆動経路に沿って位置する駆動モータと、
   前記駆動経路に沿って位置する張力測定システムと、
   第１のシャフト及び第２のシャフトを備えて、前記第１のシャフト及び第２のシャフトがパワー転送結合を介して相互に接続されている、連続可変比変速装置と、
   を備えており、
   前記第１のシャフトが前記繰出しシャフトに接続され、前記第２のシャフトが前記巻取りシャフトに接続されている、ウエブシステム。
3. ウエブシステムのパワー消費を低減する方法であって、
   繰出しシャフト、巻取りシャフト、及び処理システムを備えるウエブシステムを提供するステップと、
   前記繰出しシャフト及び前記巻取りシャフトを連続可変比変速装置の第１のシャフト及び第２のシャフトに接続するステップと、
   を包含する、方法。

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