JP2014238288A - ウエブ搬送装置及びその張力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のローラによってウエブを搬送するウエブ搬送装置において、搬送中にウエブに作用する張力をリアルタイムに正確に測定する。【解決手段】張力側手装置５は、搬送中のウエブを支持する中空のローラ７と、ローラ７内に挿通されて一対の軸受８によってローラ７を回転可能に支持する可撓性のシャフト９とを備えている。シャフト９は、両端部に平面部１５、１６が形成され、中央部に曲げ歪調整部１７が形成されて、横荷重に対する曲げ歪が大きくなるようになっている。シャフト９の平面部１５、１６に歪ゲージ１８Ａ〜１８Ｄを貼り付けて、ローラ７に作用する横荷重によるシャフト９の曲げ歪を検出する。検出した曲げ歪に基づき、ローラ７に作用する横荷重を演算し、更に、ウエブに作用する張力を演算する。【選択図】図２

Description

本発明は、帯状体であるウエブを複数のローラによって搬送するウエブ搬送装置、及び、搬送中のウエブの張力を測定する張力測定装置に関するものである。

例えば、燃料電池セルに用いられる電解質膜やその保護フィルム等の薄膜を製造、加工する際、その材料又は完成品となる帯状体であるウエブを搬送するため、複数のローラを備えた搬送装置が用いられている。このようなウエブの搬送においては、ウエブに作用する張力が製造、加工品質に大きく影響するため、張力測定装置を設けて、搬送中のウエブの張力を常時監視して、適切な張力を維持するようにしている。

張力測定装置を備えたウエブ搬送装置に関する先行技術として、例えば特許文献１には、ローラの軸受の支持部に歪ゲージを装着し、軸受の支持部に作用する荷重を検出することにより、搬送中のウエブの張力を得るようにしたものが記載されている。

特開２００３−２１２４０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているように、ローラの軸受の支持部に作用する荷重を検出するものでは、次のような問題がある。ローラから荷重の検出部までの間に多くの部品が介在するため、機械的損失により、検出精度が低下する。ローラ及び軸受等の重量が荷重の検出値に影響するため、ローラの設置方向に制約がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で効率よく張力測定を行うことができる張力測定装置及びこれを備えたウエブ搬送装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るウエブ搬送装置は、帯状体であるウエブを複数のローラにより搬送し、搬送中の前記ウエブの張力を測定する張力測定装置を備えたウエブ搬送装置において、
前記張力測定装置は、前記ウエブを支持する中空のローラと、前記ローラ内に挿通されて、該ローラを回転可能に支持する可撓性のシャフトと、前記シャフトの曲げ歪を検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって検出した前記シャフトの曲げ歪に基づき、前記ウエブの張力を測定することを特徴とする。
また、本発明に係る張力測定装置は、帯状態であるウエブを支持する中空のローラと、前記ローラ内に挿通されて、該ローラを回転可能に支持する可撓性のシャフトと、前記シャフトの曲げ歪を検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって検出した前記シャフトの曲げ歪に基づき、前記ウエブの張力を測定することを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）乃至（５）の内容が請求項１乃至５に対応する。
（１）帯状体であるウエブを複数のローラにより搬送し、搬送中の前記ウエブの張力を測定する張力測定装置を備えたウエブ搬送装置において、
前記張力測定装置は、前記ウエブを支持する中空のローラと、前記ローラ内に挿通されて、該ローラを回転可能に支持する可撓性のシャフトと、前記シャフトの曲げ歪を検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって検出した前記シャフトの曲げ歪に基づき、前記ウエブの張力を測定することを特徴とするウエブ搬送装置。
これにより、搬送中のウエブに作用する張力により、中空のローラからシャフトに横荷重が作用してシャフトに曲げ歪が生じ、その曲げ歪を検出手段によって検出し、曲げ歪に基づいてウエブの張力を測定する。このようにして、ウエブの張力をリアルタイムに測定することができる。
中空のローラ内に検出手段が内蔵されるので、張力測定装置を小型化することができる。張力測定装置は、ウエブに張力が作用しない状態では、シャフトには、重力により主に中空のローラの自重のみが作用するため、張力の測定に重力が影響しにくく、設置方向の制約が少ない。
（２）（１）において、前記シャフトには、横荷重に対する曲げ歪を調整する曲げ歪調整部が設けられていることを特徴とするウエブ搬送装置。
曲げ歪調整部によってシャフトの横荷重に対する曲げ歪（曲げ剛性）を調整することにより、張力の測定感度及び測定範囲を調整することができ、小さい張力を正確に測定することが可能になる。
曲げ歪調整部は、例えば、平板状の平面部、小径部、スリット状の切込みを交互に形成した形状とすることができ、シャフトに適度な曲げ歪を生じる形状であればよい。
（３）（１）又は（２）において、前記検出手段は、歪ゲージであることを特徴とするウエブ搬送装置。
これにより、歪ゲージによってシャフトの曲げ歪を検出してウエブの張力を演算することができる。歪ゲージの貼り付け部位、方向、回路構成により、測定感度を調整することができる。
（４）（３）において、前記シャフトには、軸方向に沿って平面部が形成され、前記歪ゲージは、前記平面部に貼着されていることを特徴とするウエブ搬送装置。
これにより、平面部の曲げ歪を歪ゲージによって検出する。平面部の曲げ剛性により、測定感度を調整することができる。
（５）帯状態であるウエブを支持する中空のローラと、前記ローラ内に挿通されて、該ローラを回転可能に支持する可撓性のシャフトと、前記シャフトの曲げ歪を検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって検出した前記シャフトの曲げ歪に基づき、前記ウエブの張力を測定することを特徴とする張力測定装置。
（６）（５）において、（２）から（４）に記載の張力測定装置の構成を有する張力測定装置。

本発明によれば、簡単な構造で効率よく張力測定を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るウエブ搬送装置の要部を概略的に示す図である。 図１に示すウエブ搬送装置の張力測定装置の縦断面図である。 図２に示す張力測定装置のシャフトの側面図である。 図３に示すシャフトの平面図である。 図３に示す張力測定装置のシャフトの変形例の側面図である。 図３に示す張力測定装置のシャフトの他の変形例の側面図である。 図２に示す張力測定装置のシャフトの支持部を拡大して示す縦断面図である。 図２に示す張力測定装置のシャフトの支持部の変形例を拡大して示す縦断面図である。 図２に示す張力測定装置の歪ゲージの回路図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係るウエブ搬送装置は、例えば燃料電池セルに用いられる電解質膜やその保護フィルム等の薄膜を製造、加工する際に、その材料、又は、完成品となるウエブを搬送するのに適したものである。本実施形態に係るウエブ搬送装置は、帯状態である他のウエブの搬送にも適用することができるが、ここでは、一例として薄膜のウエブ搬送用のウエブ搬送装置として説明する。

本実施形態に係るウエブ搬送装置の要部を図１に概略的に示す。図１に示すように、ウエブ搬送装置１は、一対の駆動ローラ２、３、アイドラローラ４、張力測定装置５、及び、駆動ローラ６を備えており、これらのローラ間にウエブＷを巻回してローラの回転によりウエブＷを搬送する。一対の駆動ローラ２、３は、互いに係合し、これらの間にウエブＷを挟んで送る。駆動ローラ６は、一対の駆動ローラ２、３から一定距離をもって配置されている。アイドラローラ４及び張力測定装置５は、一対の駆動ローラ２、３と駆動ローラ６との間に、ウエブＷの送り方向に対して横方向に互いにオフセットして配置されており、ウエブＷがアイドラローラ４と張力測定装置５とに交互に巻回されて蛇行するようになっている。

一対の駆動ローラ２、３及び駆動ローラ６は、それぞれモータ等の駆動源によって所定の回転速度及びトルクで回転駆動されてウエブＷを搬送方向に送り、アイドラローラ４及び張力測定装置５は、ウエブＷの送りによって従動回転する。そして、一対の駆動ローラ１、２と駆動ローラ６との回転差、アイドラローラ４のオフセット方向への付勢等により、ウエブＷに作用する張力が変化し、その張力を張力測定装置５によってリアルタイムに測定する。

次に、張力測定装置５について、図２乃至図９を参照して説明する。
図２に示すように、張力測定装置５は、ウエブＷが巻回、支持される中空のローラ７と、ローラ７内に挿通されて、一対の軸受８によってローラ７を回転可能に支持するシャフト９と、ローラ５から突出するシャフト９の両端部を支持する一対のシャフトホルダ１０と、ローラ７及びシャフト９の軸方向に沿って延ばされて両端部に一対のシャフトホルダ１０が取付けられるベースアーム１１とを備えている。

中空のローラ７内のボア１２は、中央部に小径部が設けられて、この小径部の両側に段部１２Ａが形成さている。ローラ７のボア１２内には、一対の軸受８が挿入されて段部１２Ａに当接している。一対の軸受８は、ボア１２内に挿入された円筒状のスペーサ１３の一端部と段部１２Ａとで挟持されて固定され、スペーサ１３は、ローラ７の両端部に設けられたストッパ１４によってローラ７に固定されている。

シャフト９は、一対の軸受８によってローラ７を回転可能に支持する。シャフト９の両端部は、シャフトホルダ１０に固定されている。シャフト９は、図３及び４に示すように、両端部に平面部１５、１７が形成され、中央部に曲げ歪調整部１７が形成されている。平面部１５、１７及び曲げ歪調整部１７は、シャフト９の両側面部を切欠いた平板形状となっている。シャフト９は、こられの平面部１５、１６及び曲げ歪調整部１７により、横荷重に対して曲げ歪が生じ易く（曲げ剛性が低く）なっている。シャフト９の両端部の平面部１５、１６の両面には、それぞれ歪ゲージ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ（検出手段）がシャフト９の軸方向に平行に貼り付けられている。これにより、シャフト９に横荷重が作用して、シャフト９に曲げ歪が生じたとき、シャフト９の両端部の平面部１５、１６に生じる曲げ歪を歪ゲージ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄによって検出する。そして、この曲げ歪に基づき、シャフト９に作用する横荷重を演算し、更に、ウエブＷに作用する張力を演算する。

シャフト９の中央部の曲げ歪調整部１７は、上述の平板形状のほか、例えば図５に示すように複数のスリット状の切込み１７Ａを交互に形成した形状とし、あるいは、図６に示すように、小径部１７Ａを形成した形状とすることができ、シャフト９に適度な曲げ歪を生じる形状であれば、他の形状としてもよい。

図７に示すように、シャフトホルダ１０には、シャフト９の端部が挿入される支持穴１９及び支持穴１９に直交するネジ孔２０が設けられている。支持穴１９内にシャフト９の端部を嵌合し、ネジ孔２０に固定ネジ２１をねじ込んで、固定ネジ２１によりシャフト９の側面部を押圧することにより、シャフト９をシャフトホルダ１０に固定する。このとき、シャフト９を支持穴１９との嵌め合いによって支持することにより、固定ネジ２１のねじ込みにより、シャフト９に撓みが生じないようにする。シャフトホルダ１０は、ボルト２２によってベースアーム１１に取付けられている。

また、シャフトホルダ１０の変形例として、図８に示すように、ネジ孔２０にねじ込まれた固定ネジ２３とシャフト９の端部との間にバネ２４を設けて、バネ２４のバネ力により、シャフト９をシャフトホルダ１０に固定するようにしてもよい。これにより、シャフト９の固定時にシャフト９に撓みが生じないようにする。なお、図８において、図７に示すものに対して同様の部分には同じ参照符号を付してある。

ベースアーム１１は、両端部にシャフトホルダ１０が固定され、一端部にフランジ状の取付部２４が一体に形成されている。ベースアーム１１は、取付部２４が複数のボルト２５によってウエブ搬送装置１の本体部２６に取付けられて固定されている。

シャフト９の平面部に貼り付けられた４つの歪ゲージ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄは、図９に示すように接続されて、ホイートストンブリッジ回路を構成している。そして、電圧入力Ｅ１に対する電圧出力Ｅ２の変化に基づき、シャフト９の平面部１５、１６の曲げ歪を検出し、この曲げ歪に基づき、ローラ９に作用する荷重、更に、ウエブＷに作用する張力を演算する。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
ウエブ搬送装置１の複数のローラによってウエブＷを搬送する。張力測定装置５では、ウエブＷに作用する張力により、ローラ７に横方向の荷重がかかり、一対の軸受８を介してシャフト９に横荷重が作用して、シャフト９が僅かに撓む。このとき、シャフト９は、中央の曲げ歪調整部１７及び両端の平面部１５、１６に曲げ歪が生じ、この曲げ歪を平面部１５、１６に貼り付けられた４つの歪ゲージ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄによって検出する。そして、検出した曲げ歪に基づき、ローラ７にかかる荷重、更に、ウエブＷに作用する張力を演算する。これにより、搬送中のウエブＷに作用する張力をリアルタイムに測定することができる。

シャフト９の中央部に曲げ歪調整部１７を形成し、両端部に平面部１５、１６を形成し、シャフト９の中央部よりに配置した一対の軸受８を介してローラ７からの横荷重がシャフト９の中央部に作用するようにしたので、横荷重に対するシャフト９の曲げ歪が大きくなり、測定感度が高められる。そして、シャフト９の直径ｄ、各平面部１５、１６及び曲げ歪調整部１７の厚さＴ１、Ｔ２、Ｔ３、軸方向長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、及び、幅Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を変化させて、シャフト９の横荷重に対する曲げ歪（曲げ剛性）を変化させることにより、測定感度及び測定範囲を調整することができる。また、４つの歪ゲージ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄによって、図９に示すホイートストンブリッジ回路を構成することにより、測定感度を高めることができる。

このようにして、必要な測定感度及び測定範囲を得ることができ、高性能の歪ゲージを用いることなく、１Ｎ以下の小さな張力を高精度で測定することが可能になる。また、中空のローラ７内に、歪ゲージ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄを装着したシャフト９を内蔵することにより、張力測定装置５を小型化することができる。更に、張力測定装置５は、ウエブＷに張力が作用しない状態では、歪ゲージ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄが装着されたシャフト９に、重力により主にローラ７の自重のみが作用するため、張力の測定に重力が影響しにくいので、設置方向の制約が小さく、ウエブ搬送装置１の設計の自由度を高めることができる。

１…ウエブ搬送装置、５…張力測定装置、７…ローラ、９…シャフト、１５、１６…平面部、１７…曲げ調整部、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ…歪ゲージ（検出手段）、Ｗ…ウエブ

Claims (5)

1. 帯状体であるウエブを複数のローラにより搬送し、搬送中の前記ウエブの張力を測定する張力測定装置を備えたウエブ搬送装置において、
   前記張力測定装置は、前記ウエブを支持する中空のローラと、前記ローラ内に挿通されて、該ローラを回転可能に支持する可撓性のシャフトと、前記シャフトの曲げ歪を検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって検出した前記シャフトの曲げ歪に基づき、前記ウエブの張力を測定することを特徴とするウエブ搬送装置。
2. 前記シャフトには、横荷重に対する曲げ歪を調整する曲げ歪調整部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のウエブ搬送装置。
3. 前記検出手段は、歪ゲージであることを特徴とする請求項１又は２に記載のウエブ搬送装置。
4. 前記シャフトには、軸方向に沿って平面部が形成され、前記歪ゲージは、前記平面部に貼着されていることを特徴とする請求項３に記載のウエブ搬送装置。
5. 帯状態であるウエブを支持する中空のローラと、前記ローラ内に挿通されて、該ローラを回転可能に支持する可撓性のシャフトと、前記シャフトの曲げ歪を検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって検出した前記シャフトの曲げ歪に基づき、前記ウエブの張力を測定することを特徴とする張力測定装置。

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