JP2016056022A - Web winding method and web winding device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the occurrence of a wrinkle, a slip and a gauge band during winding.SOLUTION: In a web winding method, a web W is wound around a winding core while a winding tension Tw is changed depending on a winding diameter. The distribution of thicknesses in a width direction of the web W is measured. The thickest part in the width direction of the web W is extracted. The winding tension is set on the basis of the thickest part.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、プラスチックフィルムなどの長尺のウエブを巻き取る巻取技術に関する。   The present invention relates to a winding technique for winding a long web such as a plastic film.

近年、薄く柔軟なプラスチック製ウエブの基材に電子回路を直接印刷する、いわゆるプリンテッドエレクトロニクスが注目されている。プリンテッドエレクトロニクスの進歩により、例えば、リチウムイオン2次電池や太陽電池、有機ELパネル、電子ペーパー等において、高機能なフレキシブル電子デバイスが実用化されており、これら工業製品の市場の拡大にともなってフレキシブル電子デバイスの需要も高まりつつある。   In recent years, so-called printed electronics, in which electronic circuits are directly printed on a thin and flexible plastic web substrate, has attracted attention. With advances in printed electronics, for example, high-performance flexible electronic devices have been put into practical use in lithium ion secondary batteries, solar cells, organic EL panels, electronic papers, etc. With the expansion of the market for these industrial products The demand for flexible electronic devices is also increasing.

大量生産に適した印刷方式に、原反からウエブを連続的に巻き出しながら印刷を行い、印刷したウエブをロール状に巻き取る、いわゆるロールツーロール方式がある。ロールツーロール方式を用いて印刷を繰り返せば、複雑な電子回路を有するフレキシブル電子デバイスであっても大量生産が可能になる。そこで、ロールツーロール方式による印刷プロセスに、プリンテッドエレクトロニクスの技術を適用して、フレキシブル電子デバイスを量産する試みが検討されている。   As a printing method suitable for mass production, there is a so-called roll-to-roll method in which printing is performed while continuously unwinding a web from an original fabric, and the printed web is wound into a roll. If printing is repeated using the roll-to-roll method, even a flexible electronic device having a complicated electronic circuit can be mass-produced. Therefore, attempts have been made to mass-produce flexible electronic devices by applying the technology of printed electronics to a roll-to-roll printing process.

しかし、ロールツーロール方式の印刷プロセスでは、ウエブの巻取時に、印刷や加工の精度に悪影響を及ぼし得る様々な不具合が発生する場合があり、これら不具合の抑制が、フレキシブル電子デバイスの大量生産を実現するうえで重要な課題となっている。その主な不具合を図1〜図3に示す。   However, in the roll-to-roll printing process, various problems that may adversely affect the accuracy of printing and processing may occur during web winding. Suppressing these problems will reduce the mass production of flexible electronic devices. It has become an important issue to realize. The main problems are shown in FIGS.

図1は、ロール内部で巻き付け方向に生じるウエブの変形であり、ロールの端面に周方方向に波打つようなシワが形成される不具合である(シワ:スターディフェクトとも呼ばれる)。図2は、ロールの巻き崩れであり、ロールの端面に軸方向にウエブのずれが形成される不具合である(スリップ:テレスコープとも呼ばれる)。   FIG. 1 shows a deformation of the web that occurs in the winding direction inside the roll, and is a defect in which wrinkles that wave in the circumferential direction are formed on the end face of the roll (also called wrinkle: star defect). FIG. 2 shows a roll collapse, which is a defect in which a web shift is formed on the end face of the roll in the axial direction (slip: also called a telescope).

そして、図3は、ウエブの表面に環状の線状突起が形成される不具合である(ゲージバンド)。ゲージバンドは、ウエブの幅方向の厚みムラ(不均等)に起因して発生する。すなわち、ウエブの厚みは一様ではなく、規格で定められた公差を満たしていても、その幅方向には、数μmやnmレベルの僅かな厚み分布が存在している。ゲージバンドは、そのような厚みの大きい部位どうし、厚みの小さい部位どうしが多層に重なることによって発生する。幅方向の厚みムラは、ゲージバンドだけでなく、ロール内部の応力分布のばらつきを大きくするという問題もある。   FIG. 3 shows a problem that an annular linear protrusion is formed on the surface of the web (gauge band). The gauge band is generated due to uneven thickness (unevenness) in the width direction of the web. That is, the thickness of the web is not uniform, and even if the tolerance defined by the standard is satisfied, a slight thickness distribution of several μm or nm level exists in the width direction. A gauge band is generated when such thick parts and thin parts overlap each other in multiple layers. Thickness unevenness in the width direction has a problem of increasing not only the gauge band but also the variation in stress distribution inside the roll.

これら不具合を抑制するためには、ウエブの状態に合わせて適切な巻取張力でウエブを巻き付けていく必要があるが、その巻取張力の設定は容易でない。巻き付けられるウエブは、その内層のウエブを圧迫するだけでなく、その外層のウエブから圧迫されるので、巻数や巻取張力が変化すると、それに伴って巻き付けたウエブに加わる応力が変化する。つまり、巻き終わらないとその内部応力の分布は確定しないので、巻取張力を適切に予測して設定することは非常に難しい。   In order to suppress these problems, it is necessary to wind the web with an appropriate winding tension in accordance with the state of the web, but setting the winding tension is not easy. The wound web not only compresses the inner layer web but also the outer layer web. Therefore, when the number of windings and the winding tension change, the stress applied to the wound web changes accordingly. That is, since the distribution of the internal stress is not fixed unless the winding is finished, it is very difficult to appropriately predict and set the winding tension.

従来より、巻取張力の設定方法の一つとして、巻取半径に応じて巻取張力を低減させる方法(いわゆるテーパテンション)が知られている。しかし、テーパテンションは、専ら経験に基づいているため、適切とは言えず、設定にばらつきがあるうえに時間と手間を要し、拡張性に欠ける難点がある。   Conventionally, as one of the winding tension setting methods, a method of reducing the winding tension according to the winding radius (so-called taper tension) is known. However, since the taper tension is based solely on experience, it cannot be said to be appropriate, has a variation in setting, requires time and labor, and has a difficulty in lack of expandability.

そこで、ウエブを巻き取る理論モデルを用いて巻取ロールの内部応力を解析し、その解析結果に基づいて最適な巻取張力を設定する方法が検討されている(例えば、特許文献1、特許文献2、非特許文献1)。特に、非特許文献1には、理論モデルに基づいて巻取ロールの内部応力を解析する手法の基本的な技術が開示されており、その技術は本発明においても用いている。   Therefore, a method for analyzing the internal stress of the winding roll using a theoretical model for winding the web and setting an optimum winding tension based on the analysis result has been studied (for example, Patent Document 1, Patent Document). 2, Non-Patent Document 1). In particular, Non-Patent Document 1 discloses a basic technique of a technique for analyzing the internal stress of a winding roll based on a theoretical model, and this technique is also used in the present invention.

理論モデルによる解析により、シワ及びスリップは、図4に示すように、ロール内部の各層のウエブに作用する半径方向応力σr及び接線方向応力σtと密接な関連があることが解明されている。例えば、シワは、巻取張力が高過ぎることによって、ロール内部のウエブで接線方向応力σtが負の値となり、円周方向に圧縮力が作用した場合などに発生する。また、スリップは、巻取張力が低く過ぎることによって、ウエブ間での適切な摩擦力を得るだけの半径方向応力σrが生じない場合などに発生する。   As shown in FIG. 4, it is clarified that the wrinkles and slips are closely related to the radial stress σr and the tangential stress σt acting on the web of each layer inside the roll, as shown in FIG. For example, wrinkles occur when the winding tension is too high and the tangential stress σt becomes a negative value on the web inside the roll and a compressive force acts in the circumferential direction. In addition, slip occurs when the winding tension is too low to generate a radial stress σr sufficient to obtain an appropriate frictional force between the webs.

特許文献1には、理論モデルとして、Hakielモデルや、Hakielモデルを拡張した拡張Hakielモデルを用いて巻取張力を設定する方法が開示されている。特許文献1では、ウエブの幅方向の厚みは一様であるとの仮定の下で、これら理論モデルを用いて内部応力を解析し、ニップローラの荷重とともに巻取張力を最適化することによってシワ及びスリップの発生を抑制している。   Patent Document 1 discloses a method for setting a winding tension using a Hakie model or an extended Hakie model obtained by extending the Hakie model as a theoretical model. In Patent Document 1, under the assumption that the thickness of the web in the width direction is uniform, the internal stress is analyzed using these theoretical models, and the winding tension is optimized along with the load of the nip roller, thereby causing wrinkles and wrinkles. Slip generation is suppressed.

一方、ゲージバンドは、ウエブの幅方向の厚みムラに起因して発生するため、ゲージバンドの発生を抑制するには、ウエブの幅方向の厚みムラを考慮する必要がある。従って、この厚みムラが考慮されていない特許文献1の方法では、ゲージバンドの発生は抑制できない。   On the other hand, since the gauge band is generated due to thickness unevenness in the web width direction, it is necessary to consider the thickness unevenness in the web width direction in order to suppress the occurrence of the gauge band. Therefore, in the method of Patent Document 1 in which the thickness unevenness is not taken into consideration, the generation of the gauge band cannot be suppressed.

それに対し、特許文献2では、幅方向の厚みが不均等なウエブを仮定した理論モデルを用いて内部応力の解析が行われている。具体的には、特許文献2では、ウエブロールを幅方向に輪切りして複数の分割モデルを作成し、分割モデルごとに解析が行われる。そして、製造するウエブロールと同じウエブを実際に巻き取って評価用のダミーロールを作製し、各分割モデルで算出される径ごとの応力と、ダミーロールで不良が発生した径とから、不良が発生しうる不良発生応力範囲を求め、各径での応力が不良発生応力範囲に含まれなくなるまで応力計算をやり直すことで、最適な巻取張力を設定している。   On the other hand, in Patent Document 2, the internal stress is analyzed using a theoretical model that assumes a web having uneven thickness in the width direction. Specifically, in Patent Document 2, a plurality of divided models are created by cutting a web roll in the width direction, and analysis is performed for each divided model. Then, a dummy roll for evaluation is produced by actually winding the same web as the web roll to be manufactured, and the defect is determined from the stress for each diameter calculated by each divided model and the diameter at which the defect is generated in the dummy roll. An optimum take-up tension is set by obtaining a failure occurrence stress range that can be generated and recalculating the stress until stress at each diameter is not included in the failure occurrence stress range.

しかし、引用文献2では、幅方向の両端部に厚みの大きいローレットを有する特定のウエブが対象となっており、そのウエブ形状を前提に各分割モデルの張力を算出しているため、ウエブの幅方向の全域に分布する厚みムラに起因して発生するゲージバンドの抑制には適していない。   However, in Cited Reference 2, a specific web having a thick knurl at both ends in the width direction is targeted, and the tension of each divided model is calculated on the basis of the web shape. It is not suitable for suppressing a gauge band generated due to thickness unevenness distributed in the entire direction.

ゲージバンドの抑制を目的としたウエブ巻き取り装置も提案されている(特許文献3)。特許文献3では、幅方向の複数の箇所で、押圧ロール(ニップロールに相当)の外径及び外周面の硬度を調整できるように、押圧ロールの内部が圧力調整可能な複数の室に区画されている。そして、事前に測定されるウエブの厚さ分布に基づいて、巻き取られるウエブの形状に沿うように押圧ロールの各箇所の外形及び外周面の硬度を変化させることでゲージバンドを抑制している。   A web winding device for the purpose of suppressing a gauge band has also been proposed (Patent Document 3). In Patent Document 3, the inside of the pressing roll is partitioned into a plurality of pressure-adjustable chambers so that the outer diameter and the hardness of the outer peripheral surface of the pressing roll (corresponding to a nip roll) can be adjusted at a plurality of positions in the width direction. Yes. And based on the thickness distribution of the web measured in advance, the gauge band is suppressed by changing the outer shape of each part of the pressing roll and the hardness of the outer peripheral surface so as to follow the shape of the web to be wound. .

特開2012−46261号公報JP 2012-46261 A 特開2013−180879号公報JP 2013-180879 A 特開2013−6655号公報JP 2013-6655 A

橋本巨著、「ウエブハンドリング基礎理論と応用」、株式会社加工技術研究会、2008年4月Hashimoto, “Basic Web Handling Theory and Applications”, Processing Technology Research Group, April 2008

ゲージバンドの発生箇所や発生数は一様でない。そのため、ゲージバンドを精度高く抑制するには、ウエブを幅方向に細分化して対処する必要があるが、特許文献3の方法では、押圧ロールの室の細分化に限度があり、ゲージバンドの抑制精度は低くならざるを得ない。押圧ロールの室を細分化すればそれだけ押圧ロールの構造が複雑になり、その制御も困難になるため、実用化も難しい。   The location and number of gauge bands are not uniform. Therefore, in order to suppress the gauge band with high accuracy, it is necessary to subdivide the web in the width direction. However, in the method of Patent Document 3, there is a limit to the subdivision of the chamber of the press roll, and the suppression of the gauge band is required. The accuracy must be low. If the chamber of the press roll is subdivided, the structure of the press roll becomes complicated and the control becomes difficult.

そこで本発明の目的は、実用化が比較的容易なうえに、特にゲージバンドの発生の抑制に有効なウエブ巻取方法及びウエブ巻取装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a web winding method and a web winding apparatus that are relatively easy to put into practical use and that are particularly effective in suppressing the occurrence of gauge bands.

<第1の発明>
第1の本発明は、巻径に応じて巻取張力を変化させならウエブを巻芯に巻き取るウエブ巻取方法である。前記ウエブの幅方向における厚みの分布を計測する第1ステップと、前記ウエブの幅方向のうち、最も厚みの大きい最厚部位を抽出する第2ステップと、前記最厚部位に基づいて前記巻取張力を設定する第3ステップと、を含むことを特徴とする。
<First invention>
The first aspect of the present invention is a web winding method for winding a web around a winding core if the winding tension is changed in accordance with the winding diameter. A first step of measuring a thickness distribution in the width direction of the web; a second step of extracting a thickest portion having the largest thickness in the width direction of the web; and the winding based on the thickest portion. And a third step of setting a tension.

すなわち、本発明のウエブ巻取方法によれば、ウエブの幅方向の厚みの分布を計測し、その中で最も厚みの大きい最厚部位に基づいて巻取張力が設定される。   That is, according to the web winding method of the present invention, the thickness distribution in the width direction of the web is measured, and the winding tension is set based on the thickest portion having the largest thickness.

ゲージバンドは、ウエブの幅方向の厚みの大きい部位で発生する傾向があることから、ウエブを巻き取る前に、厚みの大きい最厚部位を特定し、その最厚部位を基準に巻取張力を変化させることで、シワやスリップだけでなく、ゲージバンドも抑制できるようになる。   Gauge bands tend to occur in areas with a large thickness in the width direction of the web. Therefore, before winding up the web, specify the thickest part with the greatest thickness and set the winding tension on the basis of the thickest part. By changing, not only wrinkles and slips, but also gauge bands can be suppressed.

更に、前記第2ステップで、前記ウエブを幅方向に複数のウエブ要素に区分けし、当該ウエブ要素ごとに厚みの平均値を求め、当該厚みの平均値が最も大きい最厚ウエブ要素を抽出する処理が行われ、前記第3ステップで、前記最厚ウエブ要素の厚みの平均値から、巻き取り後に前記最厚ウエブ要素に作用する巻径ごとの接線方向応力を理論モデルに基づいて解析し、当該接線方向応力が、負の値にならないように前記巻取張力を設定する処理が行われるようにするのが好ましい。   Further, in the second step, the web is divided into a plurality of web elements in the width direction, an average thickness value is obtained for each web element, and the thickest web element having the largest average thickness value is extracted. In the third step, from the average value of the thickness of the thickest web element, the tangential stress for each winding diameter acting on the thickest web element after winding is analyzed based on a theoretical model, It is preferable to perform the process of setting the winding tension so that the tangential stress does not become a negative value.

そうすれば、最厚ウエブ要素を、従来の理論モデルのロールとして取り扱うことができるようになるので、処理負担を大幅に軽減できる。経験則ではなく、理論に基づいて巻取張力を設定することができるため、精度や拡張性の向上が図れる。   By doing so, the thickest web element can be handled as a roll of a conventional theoretical model, so that the processing load can be greatly reduced. Since the winding tension can be set based on the theory instead of the rule of thumb, the accuracy and expandability can be improved.

この場合、更に、前記第3ステップで、前記最厚ウエブ要素の巻き取り後の弾性収縮量を理論モデルに基づいて解析し、当該弾性収縮量に基づいて前記巻取張力を補正する処理が行われるようにするのがより好ましい。   In this case, further, in the third step, the elastic shrinkage amount after winding of the thickest web element is analyzed based on a theoretical model, and the winding tension is corrected based on the elastic shrinkage amount. More preferably.

そうすれば、巻取後のウエブの弾性収縮量が考慮された、より高精度な巻取張力の設定が可能になるので、設定される巻取張力の精度が向上し、より安定したシワ、スリップ、ゲージバンドの抑制が実現できる。   In this way, it becomes possible to set the winding tension with higher accuracy in consideration of the amount of elastic shrinkage of the web after winding, so that the accuracy of the winding tension to be set is improved and more stable wrinkles, Slip and gauge band suppression can be realized.

このようなウエブ巻取方法を用いてウエブを巻き取るウエブ巻取装置としては、例えば、前記巻芯を回転駆動するモータと、前記巻取張力を調整する張力調整装置と、前記張力調整装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記第2ステップ及び前記第3ステップの処理を実行する張力設定部を有しているようにすればよい。   Examples of the web winding device that winds the web using such a web winding method include a motor that rotationally drives the winding core, a tension adjusting device that adjusts the winding tension, and the tension adjusting device. And a control device that controls the control device, and the control device may include a tension setting unit that executes the processes of the second step and the third step.

このウエブ巻取装置によれば、既存のシステムにソフトウエアを増設するだけで実現できるため、汎用性に優れる。   According to this web winding device, since it can be realized simply by adding software to an existing system, it is excellent in versatility.

更に、前記制御装置が、前記最厚ウエブ要素の巻き取り後の弾性収縮量を理論モデルに基づいて解析し、当該弾性収縮量に基づいて前記巻取張力を補正する張力補正部を有しているようにするのが好ましい。   Further, the control device includes a tension correction unit that analyzes an elastic shrinkage amount of the thickest web element after winding based on a theoretical model and corrects the winding tension based on the elastic shrinkage amount. It is preferable to make it.

そうすれば、より高精度な巻取張力の設定が可能になるため、より安定してシワやスリップ、ゲージバンドを抑制できるようになる。   This makes it possible to set the winding tension with higher accuracy, so that wrinkles, slips, and gauge bands can be more stably suppressed.

<第2の発明>
第2の本発明は、巻芯にウエブを巻き取って形成されるロールの内部の半径方向応力の分布を理論モデルを用いて解析する応力解析を行い、その解析結果に基づいて巻取張力を変化させながらウエブを巻き取るウエブ巻取方法である。
<Second invention>
The second aspect of the present invention performs a stress analysis in which a radial stress distribution inside a roll formed by winding a web around a winding core is analyzed using a theoretical model, and a winding tension is calculated based on the analysis result. This is a web winding method for winding a web while changing.

前記ロールの半径方向位置に対する前記巻取張力を表す張力関数を設定する張力関数設定ステップと、前記ロールの内部における前記ウエブの層間摩擦力を、スリップが発生し得る臨界摩擦力に漸近させる関係式を含む目的関数を定義する目的関数定義ステップと、前記層間摩擦力は前記臨界摩擦力以上とする第1制約条件を定義する第1制約条件定義ステップと、前記半径方向応力の最大値はゲージバンドが発生し得る臨界半径方向応力以下とする第2制約条件を定義する第2制約条件定義ステップと、前記第1制約条件及び前記第2制約条件による制約の下で、所定の初期張力から、前記目的関数が最小となるまで、前記張力関数の演算を繰り返すことにより、当該張力関数を最適化する張力関数最適化ステップと、を備える。   A tension function setting step for setting a tension function representing the winding tension with respect to the radial position of the roll, and a relational expression for gradually bringing the inter-layer friction force of the web inside the roll to a critical friction force at which slip can occur. An objective function defining step for defining an objective function including: a first constraint defining step for defining a first constraint condition in which the interlayer friction force is greater than or equal to the critical friction force; and a maximum value of the radial stress is a gauge band A second constraint condition defining step for defining a second constraint condition that is less than or equal to a critical radial stress that can occur, and from the predetermined initial tension under the constraint by the first constraint condition and the second constraint condition, A tension function optimizing step for optimizing the tension function by repeating the calculation of the tension function until the objective function is minimized.

このウエブ巻取方法によれば、まず、層間摩擦力が臨界摩擦力以上とする第1制約条件の制約下で、ウエブの層間摩擦力を臨界摩擦力に漸近させる関係式を含む目的関数が最小となるまで、演算を繰り返して張力関数を最適化するので、スリップが発生し得ない半径方向応力の適切な下限が特定でき、スリップの発生を抑制できる張力関数の最適化が精度高く行える。   According to this web winding method, first, the objective function including the relational expression for making the interlayer friction force of the web asymptotically approach the critical friction force under the constraint of the first constraint that the interlayer friction force is equal to or greater than the critical friction force is minimized. Since the calculation is repeated until the tension function is optimized, an appropriate lower limit of the radial stress at which slip cannot occur can be specified, and the tension function that can suppress the occurrence of slip can be optimized with high accuracy.

更に、半径方向応力の最大値はゲージバンドが発生し得る臨界半径方向応力以下とする第2制約条件の下で、張力関数の最適化が行われるので、ゲージバンドが発生し得ない半径方向応力の上限が特定でき、ゲージバンドの発生を抑制できる張力関数の最適化が行える。従って、このような応力解析によって最適化された張力関数に基づいて巻取張力を変化させながらウエブを巻き取ることで、ゲージバンドやスリップの発生を効果的に抑制しながらウエブを巻き取ることが可能になる。   Furthermore, since the tension function is optimized under the second constraint that the maximum value of the radial stress is equal to or less than the critical radial stress at which the gauge band can be generated, the radial stress at which the gauge band cannot be generated. Can be specified, and the tension function that can suppress the occurrence of gauge bands can be optimized. Therefore, by winding the web while changing the winding tension based on the tension function optimized by such stress analysis, it is possible to wind the web while effectively suppressing the occurrence of gauge bands and slips. It becomes possible.

しかも、いったん応力解析によって最適化した張力関数を取得すれば、その後は、同一品種のウエブであれば、その張力関数を用いることで適切に巻き取ることができる。従って、拡張性、利便性に優れる。大掛かりな機械的変更を行わずに、対応するソフトウエアを実装等するだけで実現できるので、既存のウエブ巻取装置が利用でき、実用化も比較的容易にできる。   Moreover, once the tension function optimized by the stress analysis is acquired, if it is the same type of web, then it can be appropriately wound by using the tension function. Therefore, it is excellent in expandability and convenience. Since it can be realized only by mounting the corresponding software without making a major mechanical change, the existing web winding device can be used, and practical application can be made relatively easily.

特に、前記ロールの内部の接線方向応力が負の値とならないようにするのが好ましい。   In particular, it is preferable that the tangential stress inside the roll does not become a negative value.

そうすれば、シワの発生も防止でき、巻取時に発生する主立った不具合を抑制することができる。   If it does so, generation | occurrence | production of wrinkles can also be prevented and the main malfunction which generate | occur | produces at the time of winding can be suppressed.

具体的には、前記ロールを幅方向に複数のロール要素に区分けし、前記ウエブの幅方向における厚みムラによって巻取時に発生する張力分布を、前記複数のロール要素を用いて取得する張力分布取得ステップを、更に備え、第1の発明と同様に、前記ロール要素の各々に前記理論モデルを適用して前記応力解析が行われるようにするとよい。   Specifically, the roll is divided into a plurality of roll elements in the width direction, and a tension distribution that is generated during winding due to thickness unevenness in the width direction of the web is acquired using the plurality of roll elements. The step may be further provided, and the stress analysis may be performed by applying the theoretical model to each of the roll elements as in the first invention.

上述したように、ゲージバンドは、ウエブの幅方向の厚みムラに起因して発生するため、この幅方向の厚みムラを考慮して応力解析を行うことで、ゲージバンドの発生をより精度高く抑制することが可能になる。そして、ロールを複数のロール要素に区分けし、厚みムラによって巻取時に発生する張力分布を取得する際に、これらロール要素の各々に理論モデルを適用して応力解析が行われるので、従来の理論モデルを利用した1次元問題として扱うことができ、解析負担を軽減できる。   As described above, gauge bands are generated due to uneven thickness in the width direction of the web. Therefore, by performing stress analysis in consideration of uneven thickness in the width direction, the generation of gauge bands can be suppressed with higher accuracy. It becomes possible to do. When a roll is divided into a plurality of roll elements and a tension distribution generated during winding due to thickness unevenness is acquired, stress analysis is performed by applying a theoretical model to each of these roll elements. It can be handled as a one-dimensional problem using a model, reducing the analysis burden.

また、前記目的関数定義ステップで、前記ロール要素ごとに得られる前記半径方向応力の各々の最大値と最小値との差を最小化させる関係式を更に含んで前記目的関数が定義されているようにしてもよい。   Further, the objective function may be defined further including a relational expression for minimizing a difference between each maximum value and minimum value of the radial stress obtained for each roll element in the objective function defining step. It may be.

そうすれば、ゲージバンドが発生し得ない半径方向応力の上限の特定が、より適切に行えるので、張力関数の最適化がよりいっそう精度高く行える。   By doing so, the upper limit of the radial stress at which no gauge band can be generated can be specified more appropriately, and the tension function can be optimized with higher accuracy.

更に、第1の発明と同様に、前記巻芯に巻き取られる前記ウエブの弾性収縮量を考慮して前記応力解析が行われるようにしてもよい。   Further, as in the first invention, the stress analysis may be performed in consideration of the amount of elastic shrinkage of the web wound around the core.

ウエブが弾性を有する場合には、ロール内部のウエブは締め付けによって弾性変形し、収縮が生じる。従って、そのような場合に、弾性収縮量を考慮して応力解析を行えば、より高精度な応力解析が行えるので、張力関数の最適化が更にいっそう精度高く行える。   When the web has elasticity, the web inside the roll is elastically deformed by tightening and contraction occurs. Therefore, in such a case, if the stress analysis is performed in consideration of the amount of elastic contraction, the stress analysis can be performed with higher accuracy, so that the optimization of the tension function can be performed with higher accuracy.

特に、前記ウエブの厚みの平均値は140μm以下であるのが好ましい。   In particular, the average value of the thickness of the web is preferably 140 μm or less.

ゲージバンドは、ウエブの厚みが薄く、柔軟なほど発生し易い傾向があるが、後述する検証試験結果から、平均値が140μmの厚みの大きなウエブにおいても良好な結果が認められたことから、少なくともそれ以下の厚みの、ゲージバンドが発生し易いウエブであれば、ゲージバンド等の発生をより効果的に抑制できる。   The gauge band tends to be generated more easily as the web thickness is thinner and flexible. However, from the verification test results described later, a good result was observed even on a web with a large average thickness of 140 μm. If the web has a thickness less than that and easily generates a gauge band, the generation of a gauge band or the like can be more effectively suppressed.

第2の発明のウエブ巻取方法は、例えば、巻取張力を変化させながら巻芯にウエブを巻き取るウエブ巻取装置であって、前記巻芯を回転駆動するモータと、前記モータの回転速度を制御して前記巻取張力を変化させる張力調整装置とを備えたウエブ巻取装置に適用し、前記張力調整装置の制御が、上述したようなウエブ巻取方法を用いて最適化した前記張力関数に基づいて行われるようにすればよい。   A web winding method according to a second aspect of the invention is, for example, a web winding device that winds a web around a winding core while changing a winding tension, and a motor that rotationally drives the winding core, and a rotation speed of the motor. The tension is applied to a web winding device provided with a tension adjusting device that controls the winding tension by controlling the tension, and the tension adjusted by the tension adjusting device is optimized using the web winding method as described above. It may be performed based on a function.

第2の発明のウエブ巻取方法によれば、特殊な機械的構造は不要であるため、このような簡素な構造のウエブ巻取装置にも適用可能である。従って、高額なコストを要さず比較的容易に実現できる。   According to the web winding method of the second invention, since a special mechanical structure is not required, the web winding method can be applied to a web winding device having such a simple structure. Therefore, it can be realized relatively easily without requiring a high cost.

本発明のウエブ巻取方法及びウエブ巻取装置によれば、実現が比較的容易なうえに、巻取時に発生するゲージバンド等の不具合を効果的に抑制できるようになる。   According to the web winding method and web winding apparatus of the present invention, it is relatively easy to realize, and it is possible to effectively suppress problems such as a gauge band that occurs during winding.

ウエブの巻き取り時に発生する不具合(シワ)を例示する概略図である。It is the schematic which illustrates the malfunction (wrinkle) which generate | occur | produces at the time of winding of a web. ウエブの巻き取り時に発生する不具合(ストリップ)を例示する概略図である。It is the schematic which illustrates the malfunction (strip) which generate | occur | produces at the time of winding of a web. ウエブの巻き取り時に発生する不具合(ゲージバンド)を例示する概略図である。It is the schematic which illustrates the malfunction (gauge band) which generate | occur | produces at the time of winding of a web. ロール内部の応力関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the stress relationship inside a roll. 第1実施形態でのウエブ巻取装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the web winding apparatus in 1st Embodiment. 巻き取り後にゲージバンドが発生するウエブの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the web which a gauge band generate | occur | produces after winding. 第2実施形態でのウエブ巻取装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the web winding apparatus in 2nd Embodiment. 応力解析の前処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pre-process of stress analysis. 第3実施形態でのウエブ巻取装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the web winding apparatus in 3rd Embodiment. ウエブの巻き取り後の弾性収縮量を解析する手法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the method of analyzing the amount of elastic shrinkage after winding of a web. 緩和半径の特定処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific process of a relaxation radius. 緩和半径の特定処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific process of a relaxation radius. 従来の理論モデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional theoretical model. 弾性収縮後の半径の算出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation process of the radius after elastic contraction. 弾性収縮後の半径の算出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation process of the radius after elastic contraction. 第3実施形態での応力解析についての検証試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the verification test result about the stress analysis in 3rd Embodiment. 第3実施形態での応力解析についての検証試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the verification test result about the stress analysis in 3rd Embodiment. 第4実施形態のウエブ巻取装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the web winding apparatus of 4th Embodiment. 応力解析処理のフローチャートである。It is a flowchart of a stress analysis process. 巻取張力設定ステップのフローチャートである。It is a flowchart of a winding tension | tensile_strength setting step. 張力関数の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a tension function. 張力関数最適化ステップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a tension function optimization step. 第2制約条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a 2nd constraint condition. 第1関係式を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a 1st relational expression. 第2関係式を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a 2nd relational expression. 第4実施形態での検証試験結果を示す図であり、薄膜ウエブの最適化した張力の解析結果を表している。It is a figure which shows the verification test result in 4th Embodiment, and represents the analysis result of the optimized tension | tensile_strength of a thin film web. 第4実施形態での検証試験結果を示す図であり、厚膜ウエブの最適化した張力の解析結果を表している。It is a figure which shows the verification test result in 4th Embodiment, and represents the analysis result of the tension | tensile_strength optimized for the thick film web. 第4実施形態での検証試験結果を示す図であり、薄膜ウエブの厚み分布及び半径方向応力分布の解析結果を表している。It is a figure which shows the verification test result in 4th Embodiment, and represents the analysis result of the thickness distribution and radial direction stress distribution of a thin film web. 第4実施形態での検証試験結果を示す図であり、厚膜ウエブの厚み分布及び半径方向応力分布の解析結果を表している。It is a figure which shows the verification test result in 4th Embodiment, and represents the analysis result of thickness distribution and radial direction stress distribution of a thick film web. 第4実施形態での検証試験結果を示す図であり、厚膜ウエブの接線方向応力の解析結果を表している。It is a figure which shows the verification test result in 4th Embodiment, and represents the analysis result of the tangential direction stress of a thick film web.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the following description is merely illustrative in nature and does not limit the present invention, its application, or its use.

<第1実施形態>
(ウエブ巻取装置)
図5に、本実施形態のウエブ巻取装置1Aの概要を示す。
<First Embodiment>
(Web winding device)
In FIG. 5, the outline | summary of 1 A of web winding apparatuses of this embodiment is shown.

ウエブ巻取装置1Aは、図外の巻出装置に装着したロールから巻き出され、ガイドローラ等で案内されながら搬送されるウエブWを、ロール状に巻き取る装置である。   The web winding device 1A is a device that winds a web W which is unwound from a roll mounted on an unillustrated unwinding device and conveyed while being guided by a guide roller or the like into a roll shape.

ウエブ巻取装置1Aは、支持軸2、モータ3、ニップローラ4、荷重調整装置5、張力調整装置6、制御装置7などで構成されている。   The web winding device 1A includes a support shaft 2, a motor 3, a nip roller 4, a load adjusting device 5, a tension adjusting device 6, a control device 7, and the like.

支持軸2は、ウエブWを巻き取る巻芯8を脱着可能に支持する。モータ3は、支持軸2に連結されており、支持軸2を介して巻芯8を回転駆動する。モータ3には、張力調整装置6が付設されている。張力調整装置6により、モータ3の回転速度が制御され、巻芯8に巻き取られるウエブWの巻取張力Twが調整される。すなわち、張力調整装置6によってモータ3の回転速度が連続的に増減されることで、巻芯8に巻き取られるウエブWの巻取張力Twが変化する。   The support shaft 2 supports the core 8 around which the web W is wound so as to be detachable. The motor 3 is connected to the support shaft 2 and rotationally drives the winding core 8 via the support shaft 2. A tension adjusting device 6 is attached to the motor 3. The tension adjusting device 6 controls the rotational speed of the motor 3 and adjusts the winding tension Tw of the web W wound around the winding core 8. That is, the winding tension Tw of the web W wound around the core 8 is changed by continuously increasing or decreasing the rotation speed of the motor 3 by the tension adjusting device 6.

ニップローラ4は、巻芯8に向かって進退し、巻芯8に巻き取られたウエブWのロール(単にロールRともいう)の外周面に圧接するように構成されている。ニップローラ4には、ロールRに押し付ける荷重を調整する荷重調整装置5が付設されている。荷重調整装置5により、ニップローラ4とロールRとの間に作用する荷重が調整される。   The nip roller 4 is configured to advance and retreat toward the core 8 and press-contact with the outer peripheral surface of the roll of web W (also simply referred to as roll R) wound around the core 8. The nip roller 4 is provided with a load adjusting device 5 that adjusts the load pressed against the roll R. The load adjusting device 5 adjusts the load acting between the nip roller 4 and the roll R.

制御装置7は、張力調整装置6、荷重調整装置5、モータ3を総合的に制御する、いわゆるコンピュータシステムである。制御装置7には、CPUやメモリ、モニター、キーボード等のハードウエアが備えられ、制御プログラム、各種データ等のソフトウエアが実装されている。   The control device 7 is a so-called computer system that comprehensively controls the tension adjusting device 6, the load adjusting device 5, and the motor 3. The control device 7 is provided with hardware such as a CPU, a memory, a monitor, and a keyboard, and software such as a control program and various data is mounted.

制御装置7には、張力調整装置6を制御する張力制御部7a、荷重調整装置5を制御する荷重制御部7b、演算に用いられる数式等の各種データを記憶する記憶部7cなどが備えられている。   The control device 7 includes a tension control unit 7a for controlling the tension adjustment device 6, a load control unit 7b for controlling the load adjustment device 5, a storage unit 7c for storing various data such as mathematical formulas used for calculation, and the like. Yes.

(ウエブ)
ウエブWは、PEやPP、PET等の、弾性を有するプラスチックシートからなる。ウエブWは、単一のシートでもよいし、複数のシートを貼り合わせて形成されるラミネートシートであってもよい。このようなウエブWは、所定の規格基準(例えば、JISK7130等)を満たしている場合でも、成形時の金型の癖やシートの積層状態の偏りなどにより、巻取方向に連続した、幅方向の厚みムラが生じ易い傾向がある。
(Web)
The web W is made of an elastic plastic sheet such as PE, PP, and PET. The web W may be a single sheet or a laminate sheet formed by bonding a plurality of sheets. Even when such a web W satisfies a predetermined standard (for example, JISK7130), the width direction is continuous in the winding direction due to deviation of mold ridges or sheet stacking during molding. There is a tendency that unevenness of thickness is easily generated.

ウエブWは、例えば、数100回の巻数で巻芯8に巻き付けられるため、このような厚みムラがあると、厚みの大きい部位とそうでない部位とで、巻き終わり後の総厚の差が大きくなる。そのため、図6に強調して示すような厚みムラのあるウエブWでは、ウエブWの幅方向の厚みの大きい部位で、ゲージバンドが発生する。   Since the web W is wound around the core 8 with, for example, several hundred turns, if there is such a thickness unevenness, the difference in the total thickness after the end of winding is large between the thick part and the non-thick part. Become. For this reason, in the web W having a thickness unevenness as emphasized in FIG. 6, a gauge band is generated at a portion where the thickness of the web W in the width direction is large.

そこで、本実施形態のウエブ巻取装置1Aでは、ウエブWを巻き取る前に、ウエブWの幅方向の厚み分布を計測することにより、厚みの大きい部位を特定し、その特定部位を基準に巻取張力Twを変化させることで、シワやスリップだけでなく、ゲージバンドも抑制できるようにしている。   Therefore, in the web winding device 1A of the present embodiment, before winding the web W, the thickness distribution in the width direction of the web W is measured to identify a portion having a large thickness, and the winding is performed based on the specific portion. By changing the take tension Tw, not only wrinkles and slips but also a gauge band can be suppressed.

(ウエブ巻取方法)
本方法では、まず、ウエブWの幅方向における厚み分布を計測する(第1ステップ)。通常、ウエブWの厚みは数100μm程度であり、その厚みムラは1μm以下である。従って、ミクロン単位の厚みを精度高く計測できる測定器を用いて、ウエブWの幅方向の厚み分布を連続的又は断続的に計測する。
(Web winding method)
In this method, first, the thickness distribution in the width direction of the web W is measured (first step). Usually, the thickness of the web W is about several hundreds μm, and the thickness unevenness is 1 μm or less. Therefore, the thickness distribution in the width direction of the web W is continuously or intermittently measured using a measuring instrument capable of measuring the thickness in microns with high accuracy.

厚み分布の計測は、手動で行ってもよいが、自動計測器を用いて自動的に行うのが好ましい。例えば、ウエブWの幅方向に走査して、その厚みを計測する自動計測器を、制御装置7に電気的に接続する。そうして、その自動計測器で計測した計測値を、自動的に制御装置7に入力することなどが考えられる。   Although the thickness distribution may be measured manually, it is preferable that the thickness distribution is automatically measured using an automatic measuring instrument. For example, an automatic measuring instrument that scans in the width direction of the web W and measures the thickness thereof is electrically connected to the control device 7. Then, it is conceivable that the measured value measured by the automatic measuring instrument is automatically input to the control device 7.

そうして、ウエブWの幅方向のうち、最も厚みの大きい最厚部位を抽出する(第2ステップ)。手動で厚み分布を計測した場合には、制御装置7に抽出した最厚部位の厚みを入力する。自動計測器を用いて自動的に行った場合には、制御装置7で、計測値を比較することにより、最厚部位を自動的に抽出すればよい。   Then, the thickest part with the largest thickness is extracted from the width direction of the web W (second step). When the thickness distribution is manually measured, the thickness of the thickest part extracted is input to the control device 7. When the measurement is automatically performed using an automatic measuring instrument, the control device 7 may automatically extract the thickest part by comparing the measured values.

制御装置7は、入力された最厚部位の厚みに基づいて巻取張力Twを設定する(第3ステップ)。   The control device 7 sets the winding tension Tw based on the inputted thickness of the thickest part (third step).

記憶部7cには、経験則に基づいて設定された巻取張力Twの低減率などのデータが記憶されている。張力制御部7aや荷重制御部7bは、これらデータに基づいて張力調整装置6及び荷重調整装置5を制御する。   The storage unit 7c stores data such as a reduction rate of the winding tension Tw set based on an empirical rule. The tension controller 7a and the load controller 7b control the tension adjusting device 6 and the load adjusting device 5 based on these data.

張力制御部7a及び荷重制御部7bが張力調整装置6及び荷重調整装置5を制御することにより、ウエブWは、巻径に応じて最適な巻取張力Twに調整された状態で巻芯8に巻き取られるように設定されている。   When the tension control unit 7a and the load control unit 7b control the tension adjusting device 6 and the load adjusting device 5, the web W is applied to the core 8 in a state where the web W is adjusted to the optimum winding tension Tw according to the winding diameter. It is set to be wound up.

このウエブ巻取装置1Aでは、入力された最厚部位の厚みに基づいて巻取張力Twが設定される。従って、ゲージバンドが最も発生し易い最厚部位の巻取張力Twが最適化されるため、最厚部位でのシワ、スリップ、ゲージバンドを抑制できる。   In the web winding device 1A, the winding tension Tw is set based on the inputted thickness of the thickest part. Therefore, since the winding tension Tw at the thickest part where the gauge band is most likely to occur is optimized, wrinkles, slips, and gauge bands at the thickest part can be suppressed.

最厚部位だけでなく、それ以外の厚みの大きい部位についても、最厚部位以上に巻取張力Twが小さくなるため、シワ、スリップ、ゲージバンドを抑制できる。従って、極めて簡単に、ウエブWの全体についてシワ、スリップ、ゲージバンドの発生を抑制しながら、適切に巻き取ることができる。   Since not only the thickest portion but also the other thick portions, the winding tension Tw is smaller than that of the thickest portion, so that wrinkles, slips, and gauge bands can be suppressed. Therefore, the entire web W can be appropriately wound while suppressing the generation of wrinkles, slips, and gauge bands.

<第2実施形態>
第1実施形態では、経験則に基づいて巻取張力Twの調整が行われるため、精度や拡張性の面で不足する場合がある。そこで、本実施形態では、精度や拡張性を向上できるように、理論モデルに基づく応力解析により、巻取張力Twが調整されるように構成されている。
Second Embodiment
In the first embodiment, the winding tension Tw is adjusted based on an empirical rule, which may be insufficient in terms of accuracy and expandability. Therefore, in the present embodiment, the winding tension Tw is adjusted by stress analysis based on a theoretical model so that accuracy and expandability can be improved.

図7に、本実施形態のウエブ巻取装置1Bを示す。制御装置7には、第1実施形態の構成に加え、更に、理論モデルに基づいて巻取張力Twを設定する張力設定部7dが備えられている。その他の構成については、第1実施形態と同様であるため、同じ符号を用いてその説明は省略する(後述する第3実施形態も同様)。   FIG. 7 shows a web winding device 1B of the present embodiment. In addition to the configuration of the first embodiment, the control device 7 is further provided with a tension setting unit 7d that sets the winding tension Tw based on the theoretical model. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are used and the description thereof is omitted (the same applies to the third embodiment described later).

張力設定部7dには、従来の理論モデルに基づいて導出された制御プログラムが実装されており、記憶部7cには、その制御プログラムで用いられる数式やデータ等が記憶されている。   The tension setting unit 7d is mounted with a control program derived based on a conventional theoretical model, and the storage unit 7c stores mathematical formulas and data used in the control program.

ここで用いられる従来の理論モデルとしては、特許文献1に開示されているHakielモデルや拡張Hakielモデルが挙げられる。本実施形態の場合、ニップローラ4が備えられているため、ニップローラ4の加重や空気の巻き込みが考慮されている拡張Hakielモデルを用いるのが好ましい。なお、これら理論モデルについては公知であるため、その具体的な説明は省略する。   Examples of the conventional theoretical model used here include the Hakiel model and the extended Hakiel model disclosed in Patent Document 1. In the case of the present embodiment, since the nip roller 4 is provided, it is preferable to use an extended Hakiel model in which the weight of the nip roller 4 and air entrainment are taken into consideration. Since these theoretical models are publicly known, a detailed description thereof will be omitted.

本実施形態では、第2ステップにおいて、応力解析を容易にする前処理が行われる。   In this embodiment, pre-processing that facilitates stress analysis is performed in the second step.

具体的には、図8に示すように、ウエブWを幅方向に複数のウエブ要素Waに区分けする。そうして、ウエブ要素Waごとに厚みの平均値を求め、厚みの平均値が最も大きい最厚ウエブ要素Wa’を抽出する。   Specifically, as shown in FIG. 8, the web W is divided into a plurality of web elements Wa in the width direction. Then, the average value of the thickness is obtained for each web element Wa, and the thickest web element Wa 'having the largest average thickness value is extracted.

このように、ウエブWを幅方向に細分化し、幅方向の厚みが一様な最厚ウエブ要素Wa’を抽出することで、最厚ウエブ要素Wa’を、従来の理論モデルのロールRとして取り扱うことができるようになる。それにより、最厚ウエブ要素Wa’の内部応力の解析において、従来の理論モデルがそのまま適用できる。   In this way, by dividing the web W in the width direction and extracting the thickest web element Wa ′ having a uniform thickness in the width direction, the thickest web element Wa ′ is handled as the roll R of the conventional theoretical model. Will be able to. Thereby, the conventional theoretical model can be applied as it is in the analysis of the internal stress of the thickest web element Wa '.

そうして、第3ステップにおいて、最厚ウエブ要素Wa’の厚みの平均値から、巻き取り後に最厚ウエブ要素Wa’に作用する巻径ごとの接線方向応力を、従来の理論モデルに基づいて解析し、接線方向応力が、巻始めてから巻き終わるまで、負の値にならないように巻取張力Twを設定する。   Then, in the third step, from the average value of the thickness of the thickest web element Wa ′, the tangential stress for each winding diameter acting on the thickest web element Wa ′ after winding is calculated based on the conventional theoretical model. The winding tension Tw is set so that the tangential stress does not become a negative value from the start of winding until the end of winding.

本実施形態の場合、複雑な処理を要する内部応力の解析に際しては、従来の理論モデルがそのまま適用できるうえに、ウエブWの全体ではなく、最厚ウエブ要素Wa’だけについて解析を行えばよいため、処理負担を大幅に軽減できる。   In the case of this embodiment, when analyzing the internal stress requiring complicated processing, the conventional theoretical model can be applied as it is, and only the thickest web element Wa ′ needs to be analyzed, not the entire web W. The processing burden can be greatly reduced.

そして、経験則ではなく、理論に基づいて巻取張力Twを設定することができるため、精度や拡張性の向上が図れる。   Since the winding tension Tw can be set based on the theory instead of the rule of thumb, the accuracy and expandability can be improved.

<第3実施形態>
プラスチックシートなどからなるウエブWは弾性を有するため、ロールR状に巻き取られた内層のウエブWは、外層のウエブWの締め付け作用によって弾性変形し、収縮が生じる。それに対し、第2実施形態の理論モデルでは、ウエブWの弾性変形は考慮されていないため、高度な巻取品質が求められると精度が不足する場合が考えられる。
<Third Embodiment>
Since the web W made of a plastic sheet or the like has elasticity, the inner layer web W wound in a roll R shape is elastically deformed and contracted by the tightening action of the outer layer web W. On the other hand, since the elastic model of the web W is not considered in the theoretical model of the second embodiment, there may be a case where the accuracy is insufficient when a high winding quality is required.

そこで、そのような場合に、より高精度な調整ができるように、本実施形態では、巻取張力Twの補正ができるように構成されている。   Therefore, in this case, the present embodiment is configured so that the winding tension Tw can be corrected so that the adjustment can be performed with higher accuracy.

図9に、本実施形態のウエブ巻取装置1Cを示す。制御装置7には、第2実施形態の構成に加え、更に、張力補正部7eが備えられている。張力補正部7eは、記憶部7cと協働し、第3ステップにおいて、ウエブWの巻き取り後の弾性収縮量を理論モデルに基づいて解析し、この弾性収縮量に基づいて、最厚ウエブ要素Wa’の巻取張力Twを補正する処理を実行する。   FIG. 9 shows a web winding device 1C of the present embodiment. In addition to the configuration of the second embodiment, the control device 7 further includes a tension correction unit 7e. The tension correction unit 7e cooperates with the storage unit 7c to analyze the amount of elastic shrinkage after winding the web W based on a theoretical model in the third step, and based on the amount of elastic shrinkage, the thickest web element A process of correcting the winding tension Tw of Wa ′ is executed.

(弾性収縮量の解析)
次に、ウエブWの巻き取り後の弾性収縮量を解析する手法について詳しく説明する。
(Analysis of elastic shrinkage)
Next, a method for analyzing the amount of elastic shrinkage after winding the web W will be described in detail.

図10に示すように、巻芯8に巻き付けられる第1層目から最外層の第n層まで、緩和半径の特定処理(ステップS100)、半径方向応力の算出処理(ステップS200)、弾性収縮後の半径の算出処理(ステップS300)の各処理が、巻層ごとに行われる。   As shown in FIG. 10, from the first layer wound around the core 8 to the outermost layer n-th layer, a relaxation radius specifying process (step S100), a radial stress calculation process (step S200), and after elastic contraction Each processing of the radius calculation processing (step S300) is performed for each winding layer.

従来の理論モデルでは、ロールRは無限幅で薄肉円筒が積み重ったものとして取り扱われており、ロールRの幅方向における半径分布は考慮されていない。従って、解析では、ロールRの幅方向における半径分布を考慮するために、ロールRを幅方向に複数のロール要素Reに区分けして、ロール要素Reごとに半径方向応力σrの解析が行われる。その際、ウエブWの厚みムラは、巻取方向には変化せず、ロールRの幅方向に分布するものとする。また、各ロール要素Reの幅方向の半径は一定であると仮定する。   In the conventional theoretical model, the roll R is handled as a stack of thin cylinders having an infinite width, and the radial distribution in the width direction of the roll R is not considered. Therefore, in the analysis, in order to consider the radial distribution in the width direction of the roll R, the roll R is divided into a plurality of roll elements Re in the width direction, and the radial stress σr is analyzed for each roll element Re. At that time, the thickness unevenness of the web W does not change in the winding direction but is distributed in the width direction of the roll R. Further, it is assumed that the radius in the width direction of each roll element Re is constant.

ロールRの内部の幅方向における半径方向応力σrの分布を解析するためには、ウエブWの幅方向の厚みムラによって発生する巻取張力Twの分布を把握する必要がある。そこで、本ウエブ巻取方法では、ロールRの幅方向における巻取張力Twの分布を、区分けしたロール要素Reを用いて取得する処理が行われる。具体的には、張力分布のつり合い方程式に緩和半径の概念を導入することにより、ロールRの幅方向におけるロール要素Re別での巻取張力Twの分布を取得する。   In order to analyze the distribution of the radial stress σr in the width direction inside the roll R, it is necessary to grasp the distribution of the winding tension Tw generated by the thickness unevenness in the width direction of the web W. Therefore, in the present web winding method, a process of acquiring the distribution of the winding tension Tw in the width direction of the roll R using the divided roll elements Re is performed. Specifically, the distribution of the winding tension Tw for each roll element Re in the width direction of the roll R is acquired by introducing the concept of the relaxation radius into the balance distribution balance equation.

(緩和半径の特定)
図11に、厚みムラが存在するウエブWが巻芯8に巻き取られてロールRが形成された状態を例示する。ロールRは、幅方向に区分けされ、1列〜M列からなるM個のロール要素Reに分割されている。厚みムラがあるため、i層目のウエブW(Lapi)が巻き取られる際には、その直下のウエブW(Lapi-1)に接触する領域と、接触しない領域とが発生する。
(Identification of relaxation radius)
FIG. 11 illustrates a state in which the roll R is formed by winding the web W having uneven thickness around the core 8. The roll R is divided in the width direction and is divided into M roll elements Re having 1 to M columns. Due to the unevenness in thickness, when the i-th layer web W (Lapi) is wound, a region in contact with the web W (Lapi-1) immediately below and a region in non-contact with each other are generated.

そこで、ロール要素Reごとに、i−1層目のウエブWに接触するウエブWと接触しないウエブWとを設定する。図12に示すように、直下のウエブWに接触するウエブWの形状は、i−1層目のウエブWの形状に追従するものとし、直下のウエブWに接触しないウエブWは、巻径が一定の円筒として取り扱う。そして、新たに緩和半径という概念を導入し、その円筒の半径を緩和半径Roと定義する。   Therefore, for each roll element Re, a web W that is in contact with the i-th layer web W and a web W that is not in contact with the web W are set. As shown in FIG. 12, the shape of the web W in contact with the web W immediately below follows the shape of the web W of the (i-1) th layer, and the web W not in contact with the web W directly below has a winding diameter. Treat as a constant cylinder. Then, a new concept of relaxation radius is introduced, and the radius of the cylinder is defined as relaxation radius Ro.

そうした場合、ウエブWをi層目まで巻き取った時のj列目のロール要素Reの半径をr(i,j)とすると、j列目のロール要素Reにおけるi層目のウエブWに作用する張力Tw(i,j)は、次の式(1)で表される。   In such a case, assuming that the radius of the roll element Re in the j-th row when the web W is wound up to the i-th layer is r (i, j), it acts on the i-th layer web W in the j-th roll element Re. The tension Tw (i, j) to be expressed is expressed by the following equation (1).

Figure 2016056022
Figure 2016056022

式(1)におけるEθは、対象とするウエブWのヤング率を表している。同様に、WはロールRの幅を、tw.avgはウエブWの厚みの平均値を、Mはロール要素Reの数を、νはポアソン比を、それぞれ表している。 Eθ in Equation (1) represents the Young's modulus of the target web W. Similarly, W is the width of roll R, tw. avg represents the average value of the thickness of the web W, M represents the number of roll elements Re, and ν represents the Poisson's ratio.

張力Tw(i,j)の合計値Tw(i)は、i層目のウエブWを巻き取る巻取張力Taと等しいため、次の張力分布のつり合い方程定式(2)が成立する。   Since the total value Tw (i) of the tensions Tw (i, j) is equal to the winding tension Ta for winding the web W of the i-th layer, the following tension distribution balancing formula (2) is established.

Figure 2016056022
Figure 2016056022

式(2)におけるTaは、仮の巻取張力であり、ロールRの半径方向の位置ごとに予め計算条件として設定される。この式(2)を充足する緩和半径Roを求める。例えば、緩和半径Roの値を変えて演算を繰り返し行い、式(2)が所定の誤差範囲で成立する緩和半径Ro(i)を特定する。そうして特定した緩和半径Ro(i)を式(1)に適用することで、張力Tw(i,j)を算出することが可能になり、ロールRの幅方向におけるロール要素Re別での巻取張力Twの分布が取得できる。その結果、最厚ウエブ要素Wa’の巻取張力Twの補正が可能になる。   Ta in Equation (2) is a provisional winding tension, and is set in advance as a calculation condition for each position of the roll R in the radial direction. A relaxation radius Ro that satisfies this equation (2) is obtained. For example, the calculation is repeated while changing the value of the relaxation radius Ro, and the relaxation radius Ro (i) that satisfies Formula (2) within a predetermined error range is specified. By applying the specified relaxation radius Ro (i) to the equation (1), it becomes possible to calculate the tension Tw (i, j), and the roll element Re in the width direction of the roll R. The distribution of the winding tension Tw can be acquired. As a result, the winding tension Tw of the thickest web element Wa 'can be corrected.

(半径方向応力の算出)
次に、図13に示す従来の理論モデルに基づき、最厚ウエブ要素Wa’におけるi層目の半径方向応力σr(i,j)を算出する。半径方向応力σrの算出方法については、特許文献1や非特許文献1に開示されているため、ここではその要点だけを示し、その具体的な説明は省略する。
(Calculation of radial stress)
Next, the radial stress σr (i, j) of the i-th layer in the thickest web element Wa ′ is calculated based on the conventional theoretical model shown in FIG. Since the calculation method of the radial stress σr is disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, only the main points are shown here, and the specific description thereof is omitted.

例えば、次の、最内層境界条件を表す式(3)及び最外層境界条件を表す式(4)を式(5)に適用し、逐次近似解法により、i層目の径方向応力の増分dσ(i,j)を算出する。 For example, the following equation (3) representing the innermost layer boundary condition and equation (4) representing the outermost layer boundary condition are applied to equation (5), and the incremental dσ of the radial stress in the i-th layer is obtained by successive approximation. r (i, j) is calculated.

Figure 2016056022
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Figure 2016056022
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i層目の径方向応力σr(i,j)は、次の式(6)を用いて、i+1層目〜n層(最外層)までの増分dσ(i,j)を加算することによって求められる。 The radial stress σr (i, j) of the i-th layer is obtained by adding the increment dσ r (i, j) from the i + 1th layer to the n-th layer (outermost layer) using the following equation (6). Desired.

Figure 2016056022
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(弾性収縮後の半径の算出)
ヘルツの接触理論を用いることにより、最厚ウエブ要素Wa’の弾性収縮量を算出する。
(Calculation of radius after elastic contraction)
By using Hertz's contact theory, the elastic shrinkage of the thickest web element Wa ′ is calculated.

図14に示すように、1層目のウエブWと巻芯8との接触は、平面と円筒の接触と仮定し、図15に示すように、2層目以上のウエブWどうしの接触は、円筒どうしの接触と仮定する。なお、ウエブWは幅方向には変形しないと仮定する。   As shown in FIG. 14, the contact between the first layer web W and the core 8 is assumed to be a contact between a plane and a cylinder, and as shown in FIG. Assume contact between cylinders. It is assumed that the web W does not deform in the width direction.

そうした場合、接触半幅b(i,j)は次の式(7)、式(8)で表される。   In such a case, the contact half width b (i, j) is expressed by the following equations (7) and (8).

Figure 2016056022
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Figure 2016056022
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式(7)は、1層目の接触半幅b(i,j)を表す式であり、式(8)は、2層目以上の接触半幅b(i,j)を表す式である。これら式において、P(i,j)は径方向の荷重、つまり径方向応力σrを表し、EはウエブWの径方向のヤング率を表している。   Expression (7) is an expression representing the contact half width b (i, j) of the first layer, and Expression (8) is an expression representing the contact half width b (i, j) of the second layer or more. In these equations, P (i, j) represents the radial load, that is, the radial stress σr, and E represents the radial Young's modulus of the web W.

半径方向の弾性収縮量をΔr(i,j)とした場合、Δr(i,j)は次の式(9)で表される。   When the amount of elastic shrinkage in the radial direction is Δr (i, j), Δr (i, j) is expressed by the following equation (9).

Figure 2016056022
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これら式を用いて径方向の弾性収縮量Δr(i,j)を求める。   Using these equations, the elastic shrinkage Δr (i, j) in the radial direction is obtained.

得られた弾性収縮量Δr(i,j)を次の式(10)に適用することにより、弾性収縮後の仮半径r(i,j)を求める。   By applying the obtained elastic shrinkage amount Δr (i, j) to the following equation (10), the provisional radius r (i, j) after elastic shrinkage is obtained.

Figure 2016056022
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すなわち、最初に用いたロールRより、弾性収縮量Δr(i,j)の分だけ、ウエブ要素Waは収縮し、その分、解析に誤差が生じていることになる。   That is, the web element Wa contracts by the amount of elastic contraction Δr (i, j) from the roll R used first, and an error occurs in the analysis by that amount.

そこで、得られた仮半径r(i,j)を用いて、新たに緩和半径R(i)を特定し、その緩和半径R(i)に基づいて、径方向応力の算出、弾性収縮量の算出を行う。そして、緩和半径R(i)が、直前に特定された緩和半径R(i)と比較して、例えば1%等、一定の範囲内に収束するまで繰り返し演算を実行する。 Therefore, using the obtained temporary radius r (i, j), a new relaxation radius R 0 (i) is specified, and based on the relaxation radius R 0 (i), radial stress is calculated and elastic contraction is performed. The amount is calculated. The relaxed radius R 0 (i), compared with the relaxed identified just before the radius R 0 (i), for example, 1%, etc., to perform the repetitive operation to converge to within a certain range.

そうして、緩和半径R(i)が収束した場合、その仮半径r(i,j)を、収縮後の半径r(i,j)として特定する。 When the relaxation radius R 0 (i) converges, the temporary radius r (i, j) is specified as the radius r (i, j) after contraction.

続いて、特定した収縮後の半径r(i,j)を、式(1)、式(2)に適用することによって張力を算出し、式(3)、式(4)、式(5)に適用することによってi層目の半径方向応力の増分dσ(i,j)を算出し、式(6)に適用することによってi層目の半径方向応力σr(i,j)を算出する。 Subsequently, the tension is calculated by applying the specified radius r (i, j) after contraction to the equations (1) and (2), and the equations (3), (4), and (5) are calculated. Is applied to the i-th layer radial stress increment dσ r (i, j), and is applied to the equation (6) to calculate the i-th layer radial stress σr (i, j). .

このような一連の処理を1層目からn層まで繰り返し行うことにより、巻層ごとの半径方向応力σr(i,j)を算出する。なお、巻層ごとの接線方向応力σt(i,j)は、これら半径方向応力σr(i,j)から算出できる。   By repeating such a series of processes from the first layer to the n-th layer, the radial stress σr (i, j) for each wound layer is calculated. The tangential stress σt (i, j) for each winding layer can be calculated from these radial stresses σr (i, j).

このような応力解析を行うことにより、巻取後のウエブWの弾性収縮量が考慮された、より高精度な巻取張力Twの設定が可能になる。   By performing such stress analysis, it is possible to set the winding tension Tw with higher accuracy in consideration of the elastic shrinkage of the web W after winding.

本実施形態のウエブ巻取装置1Cでは、補正制御部7eにおいてこのような演算処理が実行され、張力設定部7dで設定される巻取張力Twの補正が行われる。その結果、設定される巻取張力Twの精度が向上し、より安定したシワ、スリップ、ゲージバンドの抑制が実現できる。   In the web winding device 1C of the present embodiment, such calculation processing is executed by the correction control unit 7e, and the winding tension Tw set by the tension setting unit 7d is corrected. As a result, the accuracy of the set winding tension Tw is improved, and more stable wrinkle, slip, and gauge band suppression can be realized.

(検証試験結果)
図16及び図17に、これら応力解析について検証した試験結果を示す。
(Verification test results)
16 and 17 show the test results verified for these stress analyses.

図16は、ロール半径(最外径)を比較したグラフであり、実線は補正処理を行った解析結果を、二点鎖線は実測値を、破線はウエブの厚みを巻層分加算して得られるロール半径をそれぞれ表している。   FIG. 16 is a graph comparing the roll radii (outermost diameter), where the solid line indicates the analysis result after correction processing, the two-dot chain line indicates the actual measurement value, and the broken line indicates the web thickness added for the winding layer. Each roll radius is shown.

図16から明らかなように、解析結果は実測値に近似しており、高度な予測が実現できていることがわかる。   As is apparent from FIG. 16, the analysis result approximates the actual measurement value, and it can be seen that advanced prediction can be realized.

図17は、半径方向応力の分布を比較したグラフであり、プロットは実測値(測定3回の平均値)を、破線は、弾性収縮を考慮していない場合の解析結果(第2実施形態に相当)を、実線は、弾性収縮を考慮した場合の解析結果(第3実施形態に相当)を、それぞれ表している。   FIG. 17 is a graph comparing the distributions of radial stresses. The plot is an actual measurement value (average value of three measurements), and the broken line is an analysis result when elastic contraction is not taken into consideration (in the second embodiment). The solid line represents the analysis result (corresponding to the third embodiment) when elastic contraction is considered.

弾性収縮を考慮していない場合に比べて、弾性収縮を考慮した場合に、それだけ半径方向応力の予測精度が向上していることがわかる。   It can be seen that when the elastic contraction is considered, the prediction accuracy of the radial stress is improved as much as the elastic contraction is not considered.

従って、弾性収縮を考慮して巻取張力Twを設定すれば、高精度な巻き取りが可能になり、シワ、スリップ、ゲージバンドをより効果的に抑制できることがわかる。   Therefore, it can be seen that if the winding tension Tw is set in consideration of elastic contraction, highly accurate winding can be performed, and wrinkles, slips, and gauge bands can be more effectively suppressed.

<第4実施形態>
本実施形態のウエブ巻取方法は、第3実施形態のウエブ巻取方法を更に進化させたものである。そのウエブ巻取方法には、最適な張力関数を理論モデルを用いて解析する応力解析処理と、それによって得られる最適化された張力関数に基づいて、巻取張力Twを変化させながらウエブWを巻き取るウエブ巻取処理とが備えられている。
<Fourth embodiment>
The web winding method of this embodiment is a further evolution of the web winding method of the third embodiment. The web winding method includes a stress analysis process for analyzing an optimal tension function using a theoretical model, and the web W while changing the winding tension Tw based on the optimized tension function obtained thereby. And a web winding process for winding.

(ウエブ巻取装置)
図4に、そのウエブ巻取方法の実現を可能にするウエブ巻取装置1Dを示す。第2実施形態及び第3実施形態のウエブ巻取装置と同様の構成については、同じ符号を用いてその説明は省略する。
(Web winding device)
FIG. 4 shows a web winding apparatus 1D that can realize the web winding method. About the structure similar to the web winding apparatus of 2nd Embodiment and 3rd Embodiment, the description is abbreviate | omitted using the same code | symbol.

制御装置7には、張力制御部7a、荷重制御部7b、記憶部7cのほか、張力設定部7d及び張力補正部7eに代えて最適張力設定部7fが備えられている。最適張力設定部7fは、張力設定部7d及び張力補正部7eを更に進化させたものであり、応力解析処理を行う重要な部位であることからその詳細は後述する。   In addition to the tension control unit 7a, the load control unit 7b, and the storage unit 7c, the control device 7 includes an optimum tension setting unit 7f instead of the tension setting unit 7d and the tension correction unit 7e. The optimum tension setting unit 7f is a further evolution of the tension setting unit 7d and the tension correction unit 7e, and is an important part for performing stress analysis processing, and will be described in detail later.

記憶部7cは、最適張力設定部7fでウエブWごとに設定される張力関数を記憶する。張力制御部7aは、記憶部7cに記憶されている張力関数の中から、巻き取るウエブWに対応した張力関数を用いて張力調整装置6を制御する。荷重制御部7bは、張力制御部7aの制御に連動して、ニップローラ4の押し付け荷重が最適になるように調整荷重調整装置5を制御する。それにより、張力調整装置6は、最適な状態で巻取張力Twを巻径に応じて変化させながらウエブWを巻芯8に巻き取っていく。   The storage unit 7c stores a tension function set for each web W by the optimum tension setting unit 7f. The tension control unit 7a controls the tension adjusting device 6 using a tension function corresponding to the web W to be wound out of the tension functions stored in the storage unit 7c. The load control unit 7b controls the adjustment load adjusting device 5 so that the pressing load of the nip roller 4 is optimized in conjunction with the control of the tension control unit 7a. Thereby, the tension adjusting device 6 winds the web W around the core 8 while changing the winding tension Tw according to the winding diameter in an optimal state.

なお、このウエブ巻取装置1では、制御装置7に最適張力設定部7fが設けられているが、最適張力設定部7fは、制御装置7とは別のコンピュータシステムに設けてもよい。そうすれば、高性能な別のコンピュータシステムを用いて高度な応力解析処理を迅速に行うことができ、そこで得られる各ウエブWの張力関数だけを制御装置7に導入できるので、制御装置7に高度な処理能力が不要になって制御装置7の簡素化が図れる。   In the web winding device 1, the optimum tension setting unit 7 f is provided in the control device 7, but the optimum tension setting unit 7 f may be provided in a computer system different from the control device 7. Then, advanced stress analysis processing can be quickly performed using another high-performance computer system, and only the tension function of each web W obtained there can be introduced into the control device 7. A high processing capacity is not required, and the control device 7 can be simplified.

ゲージバンドの発生部位では、厚みが相対的に大きくなるため、そこでの半径方向応力σrは、他の部位に比べて相対的に大きくなっている。そして、規格基準を満たし、厚みの平均値や素材構成も同じ同一品種のウエブW(同品種ウエブW)であれば、その厚みムラの程度は所定の公差以下であることから、ゲージバンドの発生箇所や発生数はウエブWごとに多様であっても、ゲージバンドの発生部位の半径方向応力σrは、同品種ウエブWであればその差はほとんどないと考えられる。   Since the thickness of the portion where the gauge band is generated is relatively large, the radial stress σr is relatively large compared to other portions. If the web W of the same type that satisfies the standard and has the same average thickness and material composition (the same type of web W), the thickness unevenness is less than a predetermined tolerance, and therefore a gauge band is generated. Even if the location and the number of occurrences vary for each web W, the radial stress σr of the occurrence site of the gauge band is considered to be almost the same for the same type of web W.

そこで、本ウエブ巻取方法では、巻取試験を行うことにより、ウエブWごとに、ゲージバンドが発生し得る半径方向応力σr(臨界半径方向応力σcr)を求め、それを応力解析処理のデータとして使用している。   Therefore, in this web winding method, a radial test σr (critical radial stress σcr) that can generate a gauge band is obtained for each web W by performing a winding test, and this is used as data for stress analysis processing. I use it.

その巻取試験の具体例としては、シート状の接触式の圧力センサを準備し、その圧力センサをウエブWの間に挟み込んだ状態でロールR状に巻き取る。そのような巻取試験を、巻取張力Tw等の条件を変更しながら繰り返す。そして、ゲージバンドが発生した時に、圧力センサにより、ゲージバンドが発生した部位の半径方向応力σrを計測する。そうして得られる半径方向応力σrに基づいて臨界半径方向応力σcrを設定する。   As a specific example of the winding test, a sheet-like contact type pressure sensor is prepared, and the pressure sensor is wound between the webs W and wound into a roll R shape. Such a winding test is repeated while changing the conditions such as the winding tension Tw. When the gauge band is generated, the pressure sensor measures the radial stress σr of the site where the gauge band is generated. A critical radial stress σcr is set based on the radial stress σr thus obtained.

なお、臨界半径方向応力σcrは、必ずしも巻取試験によって設定する必要はなく、任意に設定可能である。例えば、経験則に基づいて臨界半径方向応力σcrを設定してもよいし、圧縮降伏応力等、そのウエブ固有の物性値に基づいて臨界半径方向応力σcrを設定してもよい。   The critical radial direction stress σcr is not necessarily set by a winding test, and can be set arbitrarily. For example, the critical radial stress σcr may be set based on an empirical rule, or the critical radial stress σcr may be set based on a physical property value unique to the web, such as a compressive yield stress.

また、応力解析処理では、スリップの発生を抑制するために、臨界摩擦力Fcrもデータとして使用している。臨界摩擦力Fcrは、スリップが発生し得る最小の摩擦力であり、臨界半径方向応力σcrと同様に、同品種ウエブWごとに実験によって設定される。臨界摩擦力Fcrも任意に設定可能であり、経験則に基づいて設定してもよいし、そのウエブ固有の物性値に基づいて設定してもよい。   In the stress analysis process, the critical friction force Fcr is also used as data in order to suppress the occurrence of slip. The critical frictional force Fcr is the minimum frictional force at which slip can occur, and is set by experiment for each web W of the same type, as with the critical radial stress σcr. The critical frictional force Fcr can also be set arbitrarily, and may be set based on an empirical rule, or may be set based on a physical property value unique to the web.

(ウエブ巻取処理)
このウエブ巻取装置1Dを用いてウエブWを巻き取る際には、キーボード等を用いて巻き取るウエブWを特定するデータを制御装置7に入力する。それにより、張力制御部7aが、そのウエブWに対応した張力関数を読み出し、その張力関数を用いて張力調整装置6の制御が行われるように、ウエブ巻取装置1Dが構成される。
(Web winding process)
When winding the web W using the web winding device 1D, data specifying the web W to be wound is input to the control device 7 using a keyboard or the like. Accordingly, the web winding device 1D is configured such that the tension control unit 7a reads the tension function corresponding to the web W and the tension adjusting device 6 is controlled using the tension function.

そうして、そのウエブWをウエブ巻取装置1Dにセットし、巻き取りを開始する。そうすれば、制御装置7が、その張力関数に基づいて張力調整装置6や荷重調整装置5を制御して、最適な状態で巻取張力Twを変化させながらウエブWを巻芯8に巻き取っていくので、スリップやゲージバンドの発生を効果的に抑制しながらウエブWを巻き取ることができる。   Then, the web W is set in the web winding device 1D, and winding is started. Then, the control device 7 controls the tension adjusting device 6 and the load adjusting device 5 based on the tension function, and winds the web W around the core 8 while changing the winding tension Tw in an optimum state. Therefore, the web W can be wound up while effectively suppressing the occurrence of slips and gauge bands.

(応力解析処理)
応力解析処理は、開示するウエブ巻取方法において最も重要なプロセスであり、最適張力設定部7fにおいて実行される。具体的には、ウエブWの巻き取り時にスリップ及びゲージバンドの発生が効果的に抑制できるように、巻芯8にウエブWを巻き取って形成されるロールRの内部の半径方向応力σrの分布を、理論モデルを用いて解析し、そのロールRにとって最適な張力関数を設定する処理が、最適張力設定部7fで実行される。
(Stress analysis process)
The stress analysis process is the most important process in the disclosed web winding method, and is executed in the optimum tension setting unit 7f. Specifically, the distribution of the radial stress σr inside the roll R formed by winding the web W around the core 8 so that the occurrence of slip and gauge bands can be effectively suppressed when the web W is wound. Is processed using a theoretical model, and the optimum tension setting unit 7f executes a process of setting an optimum tension function for the roll R.

次に、この応力解析処理の詳細について説明する。応力解析処理は、図19に示すように、張力分布取得ステップS1、半径方向応力解析ステップS2、弾性収縮量算出ステップS3、巻取張力設定ステップS4などで構成されている。応力解析処理では、理論モデルを用いた解析が行われる。   Next, details of this stress analysis processing will be described. As shown in FIG. 19, the stress analysis process includes a tension distribution acquisition step S1, a radial stress analysis step S2, an elastic contraction amount calculation step S3, a winding tension setting step S4, and the like. In the stress analysis process, analysis using a theoretical model is performed.

具体的には、本実施形態のウエブ巻取方法では、第3実施形態と同じように、張力分布のつり合い方程式に緩和半径の概念を導入することにより、ロールRの幅方向におけるロール要素Re別での巻取張力Twの分布を取得する処理が行われる(張力分布取得ステップS1)。   Specifically, in the web winding method of the present embodiment, as in the third embodiment, the concept of the relaxation radius is introduced into the tension distribution balance equation, so that each roll element Re in the width direction of the roll R is separated. The process of acquiring the distribution of the winding tension Tw at is performed (tension distribution acquisition step S1).

(緩和半径の特定)
緩和半径の特定方法は、第3実施形態と同じである。すなわち、図11に示すように、ロール要素Reごとに、直下のウエブWに接触するウエブWと接触しないウエブWとを設定し、直下のウエブWに接触しないウエブWは、巻径が一定の円筒として取り扱い、その円筒の半径を緩和半径Roと定義する。
(Identification of relaxation radius)
The method for specifying the relaxation radius is the same as in the third embodiment. That is, as shown in FIG. 11, for each roll element Re, a web W that is in contact with the directly below web W and a web W that is not in contact are set, and the web W that does not contact the directly below web W has a constant winding diameter. Treated as a cylinder, the radius of the cylinder is defined as the relaxation radius Ro.

そうして、張力分布のつり合い方程式(2)を充足する緩和半径Ro(i)を特定し、特定した緩和半径Ro(i)を式(1)に適用する。その結果、張力Tw(i,j)を算出することが可能になり、ロールRの幅方向におけるロール要素Re別での巻取張力Twの分布が取得できる。   Then, the relaxation radius Ro (i) that satisfies the balance distribution equation (2) of the tension distribution is specified, and the specified relaxation radius Ro (i) is applied to the equation (1). As a result, the tension Tw (i, j) can be calculated, and the distribution of the winding tension Tw for each roll element Re in the width direction of the roll R can be acquired.

(半径方向応力解析ステップ)
半径方向応力解析ステップS2では、図13に示した従来の理論モデルをロール要素Reの各々に適用し、取得した巻取張力Twの分布を用いることにより、j列目のロール要素Reにおけるi層目の半径方向応力σr(i,j)を算出する。その算出方法は、第3実施形態での半径方向応力の算出と同様であるため、その具体的な説明は省略する。
(Radial stress analysis step)
In the radial stress analysis step S2, by applying the conventional theoretical model shown in FIG. 13 to each roll element Re and using the obtained distribution of the winding tension Tw, the i layer in the j-th roll element Re The eye radial stress σr (i, j) is calculated. Since the calculation method is the same as the calculation of the radial stress in the third embodiment, a specific description thereof will be omitted.

(弾性収縮量算出ステップ)
ウエブWが、プラスチックシートなどからなる場合には、弾性収縮量算出ステップS3を適用することにより、ウエブWの弾性収縮量を考慮した応力解析処理が行えるように構成されている。弾性収縮量算出ステップS3で行われる弾性収縮量の算出方法は、第3実施形態での弾性収縮後の半径の算出と同様であるため、その具体的な説明は省略する。
(Elastic shrinkage calculation step)
In the case where the web W is made of a plastic sheet or the like, by applying the elastic contraction amount calculating step S3, the stress analysis processing considering the elastic contraction amount of the web W can be performed. The elastic contraction amount calculation method performed in the elastic contraction amount calculation step S3 is the same as the calculation of the radius after elastic contraction in the third embodiment, and a specific description thereof will be omitted.

(巻取張力設定ステップ)
巻取張力設定ステップS4では、上述した一連の処理によって得られる張力分布や半径方向応力σrの分布を用いて、最適な巻取張力Twの設定が行われる。巻取張力設定ステップS4は、図20に示すように、張力関数設定ステップS11、目的関数定義ステップS12、第1制約条件定義ステップS13、第2制約条件定義ステップS14、張力関数最適化ステップS15などで構成されている。なお、張力関数設定ステップS11、目的関数定義ステップS12、第1制約条件定義ステップS13、及び第2制約条件定義ステップS14は、張力関数最適化ステップS15の前に行われていればよく、その順序は任意に設定できる。
(Take-up tension setting step)
In the winding tension setting step S4, the optimum winding tension Tw is set using the tension distribution obtained by the series of processes described above and the distribution of the radial stress σr. As shown in FIG. 20, the winding tension setting step S4 includes a tension function setting step S11, an objective function definition step S12, a first constraint condition definition step S13, a second constraint condition definition step S14, a tension function optimization step S15, and the like. It consists of The tension function setting step S11, the objective function definition step S12, the first constraint condition definition step S13, and the second constraint condition definition step S14 may be performed before the tension function optimization step S15, and the order thereof. Can be set arbitrarily.

張力関数設定ステップS11では、巻取張力Twの制御に用いられる張力関数が設定される。図21に、その張力関数の一例を示す。同図において、縦軸は巻取張力Twであり、横軸はロールRの半径方向位置を示す無次元半径位置(r/rc、rは任意の半径位置、rcは巻芯の半径)である。張力関数は、ロールRの半径方向位置に対する巻取張力Twを表す関数であり、3次スプライン関数を用いて設定される。張力関数は、張力関数最適化ステップS15で最適化が行われ、最適化された張力関数がそのウエブWを特定する情報と関連付けした状態で記憶部7cに記憶される。   In the tension function setting step S11, a tension function used for controlling the winding tension Tw is set. FIG. 21 shows an example of the tension function. In this figure, the vertical axis represents the winding tension Tw, and the horizontal axis represents the dimensionless radial position (r / rc, r is an arbitrary radial position, and rc is the radius of the core) indicating the radial position of the roll R. . The tension function is a function representing the winding tension Tw with respect to the radial position of the roll R, and is set using a cubic spline function. The tension function is optimized in the tension function optimizing step S15, and the optimized tension function is stored in the storage unit 7c in a state associated with the information specifying the web W.

図22に、張力関数最適化ステップS15の説明図を示す。張力関数の最適化の設計条件として、この説明では、ロールRを半径方向に等分し、9箇所の無次元半径位置r1〜r9)が特定されている。そして、初期張力(張力関数を最適化する演算の初期値として仮に設定される一定の張力)からの変化量として、特定した無次元半径位置ごとに設計変数ΔTw1〜ΔTw9が設定される。   FIG. 22 is an explanatory diagram of the tension function optimization step S15. As a design condition for optimizing the tension function, in this description, the roll R is equally divided in the radial direction, and nine dimensionless radial positions r1 to r9) are specified. Then, design variables ΔTw1 to ΔTw9 are set for each specified dimensionless radius position as the amount of change from the initial tension (a constant tension that is temporarily set as the initial value of the calculation for optimizing the tension function).

初期張力にこれら設計変数の変化量を加えた各無次元半径位置での張力に対し、3次スプライン補間処理を行うことにより、滑らかに連続した張力関数が設定される。張力関数の最適化は、第1制約条件及び第2制約条件による制約の下で、初期張力から目的関数が最小となる所定の範囲内に収束するまで張力関数の演算を繰り返し、目的関数をそのように収束させる各設計変数を特定することによって行われる。   A smooth continuous tension function is set by performing a cubic spline interpolation process on the tension at each dimensionless radial position obtained by adding the change amount of these design variables to the initial tension. The tension function is optimized by repeating the calculation of the tension function until the objective function converges within a predetermined range from the initial tension to the minimum, under the constraints of the first and second constraints. In this way, each design variable to be converged is specified.

第1制約条件は、スリップの発生を抑制するための制約条件であり、層間摩擦力(ウエブWの各層間での摩擦力)は臨界摩擦力Fcr以上と定義される(第1制約条件定義ステップS13)。ここで、i層目のウエブWの層間摩擦力F(i)は次のように定義されている。

Figure 2016056022
μ:ウエブ層間の有効摩擦係数 The first constraint condition is a constraint condition for suppressing the occurrence of slip, and the interlayer friction force (friction force between each layer of the web W) is defined as a critical friction force Fcr or more (first constraint condition defining step) S13). Here, the inter-layer friction force F (i) of the i-th layer web W is defined as follows.
Figure 2016056022
μ: Effective friction coefficient between web layers

臨界摩擦力Fcrは、上述したようにスリップが発生し得る摩擦力であり、それ以上であるとする第1制約条件を充足させることで、スリップの発生を抑制することができる。例えば、臨界摩擦力Fcrが3.5kNであれば、第1制約条件は、F(i)≧3.5(kN)と定義できる。   The critical frictional force Fcr is a frictional force that can cause slip as described above, and the occurrence of slip can be suppressed by satisfying the first constraint that it is greater than that. For example, if the critical frictional force Fcr is 3.5 kN, the first constraint condition can be defined as F (i) ≧ 3.5 (kN).

第2制約条件は、ゲージバンドの発生を抑制するための制約条件であり、半径方向応力σrの最大値は臨界半径方向応力σcr以下と定義される(第2制約条件定義ステップS14)。例えば、図23は、ある無次元半径位置におけるウエブWの幅方向での半径方向応力σrの分布と臨界半径方向応力σcrとを示している。図例のように、半径方向応力σrの最大値σrmaxが臨界半径方向応力σcrを超える場合には、矢印で示すようにその値が臨界半径方向応力σcr以下となるように、応力解析の再計算等によって半径方向応力σrの分布が下方修正される。 The second constraint condition is a constraint condition for suppressing the occurrence of a gauge band, and the maximum value of the radial stress σr is defined to be equal to or less than the critical radial stress σcr (second constraint condition definition step S14). For example, FIG. 23 shows the distribution of the radial stress σr and the critical radial stress σcr in the width direction of the web W at a certain dimensionless radial position. As shown in the figure, when the maximum value σr max of the radial stress σr exceeds the critical radial stress σcr, the stress analysis is repeated so that the value is equal to or less than the critical radial stress σcr as indicated by an arrow. The distribution of the radial stress σr is corrected downward by calculation or the like.

これら制約条件は、次の不等式(12)によって表現される。

Figure 2016056022
なお、制約関数g(X)は次の式(13)で与えられ、これら制約の下、巻取張力Twの最適化の問題は、次の定式(14)によって表現される。
Figure 2016056022
Figure 2016056022
These constraints are expressed by the following inequality (12).
Figure 2016056022
The constraint function g (X) is given by the following formula (13). Under these constraints, the problem of optimization of the winding tension Tw is expressed by the following formula (14).
Figure 2016056022
Figure 2016056022

本実施形態の目的関数f(X)は、次の式(15)に示すように、第1関係式(前側の項)と、第2関係式(後側の項)とを用いて定義されている(目的関数定義ステップS12)。

Figure 2016056022
The objective function f (X) of the present embodiment is defined using the first relational expression (front term) and the second relational expression (rear term) as shown in the following formula (15). (Objective function definition step S12).
Figure 2016056022

第1関係式は、図24に矢印で示すように、ロールRの内部における各無次元半径位置でのウエブWの層間摩擦力F(i)を、スリップが発生し得る臨界摩擦力Fcrに漸近させる関係式である。ただし、ロールRの最外層付近では、十分な摩擦力が維持できないため、第1関係式は、ロールR径の88%以下の範囲で演算が行われる。   As shown by arrows in FIG. 24, the first relational expression indicates that the interlayer friction force F (i) of the web W at each dimensionless radial position inside the roll R is asymptotic to the critical friction force Fcr at which slip can occur. This is a relational expression. However, since a sufficient frictional force cannot be maintained near the outermost layer of the roll R, the first relational expression is calculated within a range of 88% or less of the roll R diameter.

第1制約条件の制約下で、ウエブWの層間摩擦力を臨界摩擦力Fcrに漸近させることにより、スリップが発生し得ない半径方向応力σrの適切な下限が特定されるので、張力関数の最適化を精度高く行える。   By making the interlayer frictional force of the web W asymptotically approach the critical frictional force Fcr under the constraint of the first constraint condition, an appropriate lower limit of the radial stress σr at which slip cannot occur is specified, so that the optimal tension function Can be performed with high accuracy.

第2関係式は、図25に矢印で示すように、各ロール要素Reの各無次元半径位置で得られるウエブWの幅方向における半径方向応力σrの各々の最大値と最小値との差を最小化させる関係式である(σrave:半径方向応力σrの平均値)。 As shown by arrows in FIG. 25, the second relational expression indicates the difference between the maximum value and the minimum value of the radial stress σr in the width direction of the web W obtained at each dimensionless radial position of each roll element Re. This is a relational expression to be minimized (σ rave : average value of radial stress σr).

第2制約条件の制約下で、各ロール要素Reの各無次元半径位置で得られるウエブWの幅方向における半径方向応力σrの各々の最大値と最小値との差を最小化させることにより、ゲージバンドが発生し得ない半径方向応力σrの適切な上限が特定されるので、張力関数の最適化をより精度高く行える。   Under the constraint of the second constraint, by minimizing the difference between the maximum value and the minimum value of the radial stress σr in the width direction of the web W obtained at each dimensionless radial position of each roll element Re, Since an appropriate upper limit of the radial stress σr at which a gauge band cannot be generated is specified, the tension function can be optimized with higher accuracy.

このように、このウエブ巻取装置1Dでは、ウエブWの幅方向の厚みムラによって発生する巻取張力Twの分布や半径方向応力σrの分布を的確に把握したうえで、スリップやゲージバンドの発生メカニズムを考慮した目的関数及び制約条件を用いた演算によって張力関数を最適化し、その最適化した張力関数を用いて巻取張力Twを変化させながらウエブWを巻き取るように構成されているので、スリップやゲージバンドの発生を効果的に抑制しながらウエブWを巻き取ることができる。   As described above, in this web winding device 1D, after the distribution of the winding tension Tw and the distribution of the radial stress σr generated by the thickness unevenness in the width direction of the web W are accurately grasped, the occurrence of slips and gauge bands is generated. Since the tension function is optimized by calculation using an objective function and constraint conditions that consider the mechanism, and the web W is wound up while changing the winding tension Tw using the optimized tension function, The web W can be wound while effectively suppressing the occurrence of slip and gauge bands.

しかも、巻き取るウエブWの応力解析処理を行って、最適化した張力関数を取得すれば、その後は、同品種ウエブWであれば、設定されている張力関数を選択するだけでウエブ巻取処理を行うことができるので、拡張性、利便性に優れる。大掛かりな機械的変更を行わずに、対応するソフトウエアを実装等するだけで実現できるので、既存のウエブ巻取装置が利用でき、実用化も比較的容易である。   Moreover, if the stress analysis process of the web W to be wound is performed to obtain an optimized tension function, then, if the web W is of the same type, the web winding process can be performed simply by selecting a set tension function. Therefore, extensibility and convenience are excellent. Since it can be realized only by mounting the corresponding software without performing a large mechanical change, the existing web winding device can be used and practical application is relatively easy.

<検証試験>
最適化した張力関数の効果を検証する試験を行った。試験では、厚みの平均値が3μmのウエブ(薄膜ウエブ)と厚みの平均値が140μmのウエブ(厚膜ウエブ)とを試験に用い、一定の張力で巻き取った場合と、最適化した張力関数で巻き取った場合とで、半径方向応力σrの分布について解析した。
<Verification test>
A test was conducted to verify the effect of the optimized tension function. In the test, a web (thin film web) having an average thickness of 3 μm and a web (thick film web) having an average thickness of 140 μm were used for the test, and the tension function was optimized. The distribution of the radial stress σr was analyzed in the case where it was wound up by the above method.

薄膜ウエブでは、全幅70mmのウエブを半径が7mmの巻芯に巻き付けて外径が12.6mmのロールを形成した。厚膜ウエブでは、全幅が350mmのウエブを半径が45mmの巻芯に巻き付けて外径が80mmのロールを形成した。   In the thin film web, a web having an overall diameter of 70 mm was wound around a core having a radius of 7 mm to form a roll having an outer diameter of 12.6 mm. In the thick film web, a roll having an outer diameter of 80 mm was formed by winding a web having a total width of 350 mm around a core having a radius of 45 mm.

図26〜図30に、その試験結果を示す。図26は薄膜ウエブの最適化された張力であり、図27は厚膜ウエブの最適化された張力である。それぞれ、実線が最適化した張力を、破線が一定の張力を示している。そして、図28の上段は薄膜ウエブの厚み分布であり、同図の下段は薄膜ウエブにおける巻芯近傍での半径方向応力σrの分布の解析結果を表している。同様に、図29は厚膜ウエブの厚み分布及び半径方向応力σrの分布の解析結果を表している。それぞれの下段において、実線が最適化された張力での解析結果を、破線が一定の張力での解析結果を示している。   The test results are shown in FIGS. FIG. 26 shows the optimized tension of the thin film web, and FIG. 27 shows the optimized tension of the thick film web. In each case, the solid line indicates the optimized tension, and the broken line indicates the constant tension. The upper part of FIG. 28 shows the thickness distribution of the thin film web, and the lower part of FIG. Similarly, FIG. 29 shows the analysis result of the thickness distribution of the thick film web and the distribution of the radial stress σr. In each lower stage, the solid line shows the analysis result with the optimized tension, and the broken line shows the analysis result with the constant tension.

図28や図29に示すように、半径方向応力σrが大きく、ゲージバンドの発生し易い最大厚み部位は、薄膜ウエブではウエブ幅方向位置の7mm付近にあり、厚膜ウエブではウエブ幅方向位置の50mm付近に認められた。これら最大厚み部位において、一定の張力に対する最適化した張力の半径方向応力σrの低下割合は、他の部位に比べて大きくなる傾向が認められた。従って、これら検証試験結果からも、ゲージバンドの抑制に対する最適化した張力関数の有効性が示唆される。   As shown in FIGS. 28 and 29, the maximum thickness portion where the radial stress σr is large and the gauge band is likely to occur is about 7 mm in the web width direction position in the thin film web, and in the web width direction position in the thick film web. It was recognized around 50 mm. At these maximum thickness portions, the decreasing rate of the optimized radial radial stress σr with respect to a constant tension tended to be larger than other portions. Therefore, these verification test results also suggest the effectiveness of the optimized tension function for the suppression of the gauge band.

また、図30は、厚膜ウエブの接線方向応力σtの解析結果を示している。実線は最適化した張力での解析結果であり、破線は一定の張力での解析結果である。接線方向応力σtは正の値を保持していることから、最適化した張力関数を用いることでシワの発生も抑制可能なことが示唆される。   FIG. 30 shows the analysis result of the tangential stress σt of the thick film web. The solid line is the analysis result with the optimized tension, and the broken line is the analysis result with the constant tension. Since the tangential stress σt maintains a positive value, it is suggested that the generation of wrinkles can be suppressed by using an optimized tension function.

なお、本発明にかかるウエブ巻取方法及びウエブ巻取装置は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、上述した実施形態では、ニップローラが設置されている場合を例示したが、ニップローラは必須では無い。応力解析処理では、厚みムラを考慮せずに従来の基本モデルを用いて解析を行ってもよい。また、巻き取るウエブによっては弾性収縮量は考慮しなくてもよい。張力調整装置や荷重調整装置は制御装置と一体的に構成されていてもよい。   In addition, the web winding method and web winding apparatus according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and include various other configurations. For example, in the above-described embodiment, the case where the nip roller is installed is illustrated, but the nip roller is not essential. In the stress analysis process, the analysis may be performed using a conventional basic model without considering the thickness unevenness. Further, depending on the web to be wound, it is not necessary to consider the amount of elastic shrinkage. The tension adjusting device and the load adjusting device may be integrated with the control device.

1A,1B,1C,1D ウエブ巻取装置
2 支持軸
3 モータ
4 ニップローラ
5 荷重調整装置
6 張力調整装置
7 制御装置
8 巻芯
7a 張力制御部
7b 荷重制御部
7c 記憶部
7d 張力設定部
7f 最適張力設定部
R ロール
Re ロール要素
W ウエブ
Wa ウエブ要素
1A, 1B, 1C, 1D Web winding device 2 Support shaft 3 Motor 4 Nip roller 5 Load adjustment device 6 Tension adjustment device 7 Control device 8 Core 7a Tension control unit 7b Load control unit 7c Storage unit 7d Tension setting unit 7f Optimal tension Setting part R Roll Re Roll element W Web Wa Web element

Claims (12)

巻径に応じて巻取張力を変化させながらウエブを巻芯に巻き取るウエブ巻取方法であって、
前記ウエブの幅方向における厚みの分布を計測する第1ステップと、
前記ウエブの幅方向のうち、最も厚みの大きい最厚部位を抽出する第2ステップと、
前記最厚部位に基づいて前記巻取張力を設定する第3ステップと、
を含むウエブ巻取方法。
A web winding method for winding a web around a core while changing the winding tension according to the winding diameter,
A first step of measuring a thickness distribution in the width direction of the web;
A second step of extracting the thickest part of the web in the width direction;
A third step of setting the winding tension based on the thickest portion;
A web winding method including:
請求項1に記載のウエブ巻取方法において、
前記第2ステップで、前記ウエブを幅方向に複数のウエブ要素に区分けし、当該ウエブ要素ごとに厚みの平均値を求め、当該厚みの平均値が最も大きい最厚ウエブ要素を抽出する処理が行われ、
前記第3ステップで、前記最厚ウエブ要素の厚みの平均値から、巻き取り後に前記最厚ウエブ要素に作用する巻径ごとの接線方向応力を理論モデルに基づいて解析し、当該接線方向応力が、負の値にならないように前記巻取張力を設定する処理が行われるウエブ巻取方法。
The web winding method according to claim 1,
In the second step, a process of dividing the web into a plurality of web elements in the width direction, obtaining an average thickness value for each web element, and extracting a thickest web element having the largest average thickness value is performed. I,
In the third step, from the average value of the thickness of the thickest web element, tangential stress for each winding diameter acting on the thickest web element after winding is analyzed based on a theoretical model, and the tangential stress is A web winding method in which the winding tension is set so as not to become negative.
請求項2に記載のウエブ巻取方法において、
前記第3ステップで、前記最厚ウエブ要素の巻き取り後の弾性収縮量を理論モデルに基づいて解析し、当該弾性収縮量に基づいて前記巻取張力を補正する処理が行われるウエブ巻取方法。
The web winding method according to claim 2,
A web winding method in which, in the third step, the elastic shrinkage amount after winding of the thickest web element is analyzed based on a theoretical model, and the winding tension is corrected based on the elastic shrinkage amount. .
請求項2に記載のウエブ巻取方法を用いてウエブを巻き取るウエブ巻取装置であって、
前記巻芯を回転駆動するモータと、
前記巻取張力を調整する張力調整装置と、
前記張力調整装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、前記第2ステップ及び前記第3ステップの処理を実行する張力設定部を有しているウエブ巻取装置。
A web winding device for winding a web using the web winding method according to claim 2,
A motor for rotationally driving the winding core;
A tension adjusting device for adjusting the winding tension;
A control device for controlling the tension adjusting device;
With
The web winding device, wherein the control device includes a tension setting unit that executes the processes of the second step and the third step.
請求項4に記載のウエブ巻取装置において、
前記制御装置が、前記最厚ウエブ要素の巻き取り後の弾性収縮量を理論モデルに基づいて解析し、当該弾性収縮量に基づいて前記巻取張力を補正する張力補正部を有しているウエブ巻取装置。
In the web winding device according to claim 4,
The web includes a tension correction unit that analyzes the amount of elastic shrinkage of the thickest web element after winding based on a theoretical model and corrects the winding tension based on the amount of elastic shrinkage. Winding device.
巻芯にウエブを巻き取って形成されるロールの内部の半径方向応力の分布を理論モデルを用いて解析する応力解析を行い、その解析結果に基づいて巻取張力を変化させながらウエブを巻き取るウエブ巻取方法であって、
前記ロールの半径方向位置に対する前記巻取張力を表す張力関数を設定する張力関数設定ステップと、
前記ロールの内部における前記ウエブの層間摩擦力を、スリップが発生し得る臨界摩擦力に漸近させる関係式を含む目的関数を定義する目的関数定義ステップと、
前記層間摩擦力は前記臨界摩擦力以上とする第1制約条件を定義する第1制約条件定義ステップと、
前記半径方向応力の最大値はゲージバンドが発生し得る臨界半径方向応力以下とする第2制約条件を定義する第2制約条件定義ステップと、
前記第1制約条件及び前記第2制約条件による制約の下で、所定の初期張力から、前記目的関数が最小となるまで、前記張力関数の演算を繰り返すことにより、当該張力関数を最適化する張力関数最適化ステップと、
を備えるウエブ巻取方法。
Perform stress analysis to analyze the distribution of radial stress inside the roll formed by winding the web around the core using a theoretical model, and wind the web while changing the winding tension based on the analysis result A web winding method,
A tension function setting step for setting a tension function representing the winding tension with respect to a radial position of the roll;
An objective function defining step for defining an objective function including a relational expression that makes the inter-layer friction force of the web inside the roll asymptotic to a critical friction force that can cause slipping; and
A first constraint condition defining step for defining a first constraint condition in which the interlayer friction force is greater than or equal to the critical friction force;
A second constraint condition defining step for defining a second constraint condition in which the maximum value of the radial stress is equal to or less than a critical radial stress at which a gauge band can be generated;
A tension that optimizes the tension function by repeating the calculation of the tension function from a predetermined initial tension until the objective function is minimized under the constraints of the first constraint condition and the second constraint condition. A function optimization step;
A web winding method comprising:
請求項6に記載のウエブ巻取方法において、
前記ロールの内部の接線方向応力が、負の値とならないウエブ巻取方法。
The web winding method according to claim 6, wherein
A web winding method in which the tangential stress inside the roll does not become a negative value.
請求項6又は請求項7に記載のウエブ巻取方法において、
前記ロールを幅方向に複数のロール要素に区分けし、前記ウエブの幅方向における厚みムラによって巻取時に発生する張力分布を、前記複数のロール要素を用いて取得する張力分布取得ステップを、更に備え、
前記ロール要素の各々に前記理論モデルを適用して前記応力解析が行われるウエブ巻取方法。
In the web winding method according to claim 6 or 7,
A tension distribution acquisition step of dividing the roll into a plurality of roll elements in the width direction and acquiring a tension distribution generated during winding due to thickness unevenness in the width direction of the web using the plurality of roll elements; ,
A web winding method in which the stress analysis is performed by applying the theoretical model to each of the roll elements.
請求項8に記載のウエブ巻取方法において、
前記目的関数定義ステップで、前記ロール要素ごとに得られる前記半径方向応力の各々の最大値と最小値との差を最小化させる関係式を更に含んで前記目的関数が定義されているウエブ巻取方法。
The web winding method according to claim 8,
The web winding in which the objective function is defined further including a relational expression for minimizing a difference between the maximum value and the minimum value of the radial stress obtained for each roll element in the objective function defining step. Method.
請求項6〜請求項9のいずれか一つに記載のウエブ巻取方法において、
前記巻芯に巻き取られる前記ウエブの弾性収縮量を考慮して前記応力解析が行われるウエブ巻取方法。
In the web winding method according to any one of claims 6 to 9,
A web winding method in which the stress analysis is performed in consideration of an elastic shrinkage amount of the web wound around the winding core.
請求項6〜請求項10のいずれか一つに記載のウエブ巻取方法において、
前記ウエブの厚みの平均値が140μm以下であるウエブ巻取方法。
In the web winding method according to any one of claims 6 to 10,
A web winding method wherein the average thickness of the web is 140 μm or less.
巻取張力を変化させながら巻芯にウエブを巻き取るウエブ巻取装置であって、
前記巻芯を回転駆動するモータと、
前記モータの回転速度を制御して前記巻取張力を変化させる張力調整装置と、
を備え、
前記張力調整装置の制御が、請求項6〜請求項11のいずれかのウエブ巻取方法を用いて最適化した前記張力関数に基づいて行われるウエブ巻取装置。
A web winding device that winds a web around a winding core while changing the winding tension,
A motor for rotationally driving the winding core;
A tension adjusting device for controlling the rotational speed of the motor to change the winding tension;
With
A web winding device in which the tension adjusting device is controlled based on the tension function optimized by using the web winding method according to any one of claims 6 to 11.
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