JP2018169372A - 算出システム、算出方法、巻取り方法、及び巻取りロール体 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、シート2について説明する。シート2は、外側層、中間層、および内側層の三層により構成される長尺状のシートである。
中間層としては、外側層と内側層と同じ材質のものやさらにゴムや粘着剤などであってもよい。ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を例示することができる。粘着剤としては、アクリル系、シリコーン系、ポリエステル系、エポキシ系、ウレタン系、ゴム系などを例示できる。
図4(a)、(b)に示すように、シート2は、例えば円筒形の巻き芯1の胴面(側面)に沿って湾曲するようにして巻き芯1に巻き取られることにより、曲げられる。このようにして、シート2が曲げられると、図4(b)に示すように、シート2を曲げた際にシート2の曲げの内側となる剥離層24にシワが生じる場合がある。
ここで、算出システム10について説明する。
図1は、実施形態の算出システム10の構成図である。図1に示すように、算出システム10は、シワ波長算出手段11(「第1算出手段」の一例)と、曲げ圧縮応力算出手段12(「第2算出手段」の一例)と、シワ発生応力算出手段14(「第3算出手段」の一例)と、シワ発生度算出手段16(「第4算出手段」の一例)を備える。
算出システム10には、シート2を形成する三層(剥離層20、24、および粘着層22)それぞれの厚み、それぞれのヤング率、巻き芯1の半径、臨界値kなどのパラメータが入力される。これらのパラメータは、例えば図示しない外部入力装置をユーザなどが操作することよって、当該外部入力装置から算出システム10に入力される。外部入力装置は、例えば、マウスやキーボード等である。
シワ波長算出手段11は、剥離層24のヤング率、剥離層20、24、および粘着層22の三層それぞれの厚みに基づいて、剥離層24に生じるシワの波長λを算出する。シワ波長算出手段11は、算出したシワ波長λを、曲げ圧縮応力算出手段12へ出力することができる。
このように、シワ波長算出手段11は、剥離層24のヤング率、剥離層20、24、および粘着層22の三層それぞれの厚みに基づいて、剥離層24に生じるシワの波長λを算出する。
上記(1)式に示すように、曲げ剛性EIは、剥離層24のヤング率Ein、および剥離層24の厚みtinの三乗に比例する。また、(2)式に示すように厚み比νは、粘着層22の厚みtmidに比例し、剥離層20の厚みtoutに反比例する。また、(3)式に示すように剛性パラメータGは、厚み比νと曲げ剛性EIとのそれぞれに比例する。また、(4)式に示すとおり、シワ波長λは、剛性パラメータGの関数である。
つまり、(1)〜(3)式に示すように、剛性パラメータGは、粘着層22の厚みtmid、剥離層24のヤング率Ein、および剥離層24の厚みtinの三乗にそれぞれ比例する。また、剛性パラメータGは、剥離層20の厚みtoutに反比例する。剛性パラメータGは、粘着層22、剥離層24のそれぞれの厚みが大きいほど、また剥離層24のヤング率Einが高い(変形しにくい)ほど、大きな値となる。また、剛性パラメータGは、剥離層20の厚みtoutが小さいほど、大きな値となる。
一方、y=xa(aは正の定数)で示される関数は、xが正の実数である場合、xが増加するにつれてyが増加する単調増加関数である。つまり、(4)式においては、剛性パラメータGが大きくなる(例えば、粘着層22の厚みが大きくなる)ほど、シワ波長λは大きくなる。また、剥離層24のヤング率Einが大きくなるほど、シワ波長λは大きくなる。また、剥離層24の厚みtinが厚くなるほど、シワ波長λは大きくなる。また、剥離層20の厚みが薄いほど、シワ波長λは大きくなる。
図5に示すように、シワ波長は、曲げの内側となる剥離層24に生じたシワの断面の形状を曲線とみなし、この曲線を正弦波形とした場合の、正弦波の波長を示す。シワ波長λは、例えば、マイクロスコープ等でシート2の断面を観察することにより測定される。
図2の点群が示すように、剛性パラメータGに対するシワ波長λには、剛性パラメータGが大きくなるにつれてシワ波長λが大きくなる一定の傾向がある。この一定の傾向を、近似曲線で示すことにより、シワ波長算出手段11は、任意の剛性パラメータGに対するシワ波長λを算出することができる。本実施形態において近似曲線は、(4)式に示すような、y=xaの形で示されるべき乗の関数で近似しているが、これに限定されない。近似曲線は、線形関数で近似したものであってもよいし、指数関数で近似したものであってもよいし、他の関数で近似したものであってもよい。また、シワ波長算出手段11は、例えばシワ波長λを実際に測定したデータが追加された場合などには、近似曲線を算出し直してもよい。また、シワ波長算出手段11は、近似曲線を用いずに、シワ波長λを算出する算出対象のシート2に生じたシワ波長λを実際に計測した値を用いて、算出したシワ波長λとしてもよい。
まず、中立軸位置mについて、図3を用いて説明する。図3は、中立軸位置mを説明するための図である。シート2を巻き芯1に沿って曲げた場合、シート2の外側の層(剥離層20)には引っ張られる方向に力が作用する一方で、シート2の内側の層(剥離層24)には圧縮される方向に力が作用する。すなわち、シート2を曲げた場合に、シート面の外側(剥離層20)と内側(剥離層24)とで、反対方向の力が作用している。また、剥離層20から剥離層24までの間の、シート面に垂直な線上において、引っ張られる方向の力と圧縮される方向の力とがともに作用しない力の均衡位置がある。このような力の均衡位置を中立軸位置mという。
中立軸位置mは、以下の(5)式で示される。ここで、h1は剥離層20の厚み、h2は剥離層20と粘着層22との厚みの和、h3は剥離層20と粘着層22と剥離層24との各々の厚みの和、をそれぞれ示す。
剥離層24の曲げ圧縮応力σrの大きさは、弾性範囲(引張りや圧縮により変形しても元に戻る範囲)において、剥離層24が圧縮された量(歪量ε)に比例する。具体的には、曲げ圧縮応力σrは、材質ごとに決まる定数E(ヤング率)と歪量εの積(E×ε)で表すことができる。これは、剥離層24における圧縮された量が多いほど、剥離層24に作用する曲げ圧縮応力σrが大きいことを示す。
本実施形態においては、剥離層24は、粘着層22に接している。このため、剥離層24が圧縮された場合、剥離層24が粘着層22と接していることにより、粘着層22からの影響を受け、剥離層24が単体である場合とは異なるシワ発生応力σcrになると考えられる。つまり、単体の剥離層24と、粘着層22や剥離層20に積層されている剥離層24とで、シワ発生応力σcrが異なる値となると考えられる。
つまり、上記(8)式は、単体の剥離層24に対し、粘着層22や剥離層20とともに積層されている剥離層24は、シワ発生応力σcrがk/(4π2)倍となることを示す。
まず、前提として算出システム10には、シワ発生度Aを算出する場合に用いるパラメータ(シート2を形成する三層それぞれの厚みやヤング率、巻き芯半径、臨界値)が入力される。
上述したフローチャートにおいては、算出システム10は、シワ波長算出手段11によるシワ波長λの算出、曲げ圧縮応力算出手段12による曲げ圧縮応力σrの順にそれぞれの算出処理を行っているが、いずれを先に算出してもよい。例えば、曲げ圧縮応力算出手段12による曲げ圧縮応力σrを算出する処理を行った後に、シワ波長算出手段11によるシワ波長λの算出を行ってもよい。また、シワ波長λを算出する場合、シワ波長算出手段11は、厚み比ν、曲げ剛性EI、の順に算出しているが、いずれを先に算出してもよい。例えば、シワ波長算出手段11は、曲げ剛性EIを算出した後に厚み比νを算出してもよい。
本実施形態の算出方法においては、ステップS1〜S4に示す工程により、剥離層24のヤング率、及び前記三層それぞれの厚みに基づいて、シート2を巻き芯1に巻き取る際に剥離層24に発生するシワ波長λ(「シワの波長であるシワ波長」の一例)を算出する第1算出工程を有する。
また、本実施形態の算出方法においては、ステップS5〜S7に示す工程により、シート2の中立軸位置m、シート2の厚み、剥離層24の厚み、剥離層24のヤング率、及びシート2を巻き芯1に巻き取る際の曲率r(つまり、巻き芯1の半径r)に基づいて、剥離層24に作用する曲げ圧縮応力σrを算出する第2算出工程を有する。
また、本実施形態の算出方法においては、ステップS8に示す工程により、シワ波長λ、剥離層24の曲げ剛性、及び剥離層24の厚みに基づいて、シート2を巻き芯1に巻き取る際に剥離層24にシワを発生させる圧縮応力であるシワ発生応力σcrを算出する第3算出工程を有する。
また、本実施形態の算出方法においては、ステップS9に示す工程により、曲げ圧縮応力とシワ発生応力σcrとに基づいて、シワ発生度Aを算出する第4算出工程を有する。
図7に示すように、シート番号「1」と「2」には、厚さが250μmの粘着剤層を、外側剥離層と内側剥離層に片面に剥離処理を施した75μm厚のポリエチレンテレフタレートフィルムで挟んだ同じシート2が使用されている。シート番号「1」において、巻き芯1の直径2rを50[mm]とした場合、シワ発生度Aは「9.09」となり、目視結果において「×」、つまりシート2の全体にシワが発生したことが確認された。一方、シート番号「2」において、巻き芯1の直径2rを100[mm]とした場合、シワ発生度Aは「4.59」となり、目視結果において「○」、つまり、シート2にシワが発生しないことが確認された。これは、「4.5」を下回った場合にシワが発生しないが、シワ発生度Aの値が「9.1」を超えた場合にシート2にシワが発生する可能性があることを示す。
ここでは、巻取りロール体3について説明する。
巻取りロール体3とは、巻き芯1と、巻き芯1に巻き取られてロール状となったシート2と、を含む。
ここで、巻き芯1の半径、シート2を形成する三層それぞれの厚み、およびシート2を形成する三層それぞれのヤング率は、算出システム10が算出したシワ発生度Aが、所定の判定基準を満たすような関係である。所定の判定基準とは、シート2が巻き芯1に巻き取られる際にシワが発生しないシワ発生度Aに相当する値である。例えば、図7の結果に基づけば、剥離層20、24のヤング率が4.00E+09[Pa]であり、剥離層20,24の厚みが50〜125[μm]の範囲内であり、さらに、粘着層22のヤング率が1.10E+05[Pa]であり、粘着層22の厚みが250〜500[μm]の範囲内であり、巻き芯1の半径が50〜350[mm]の範囲である場合、シワ発生度Aが基準値B(約6.50)を下回れば、シート2が巻き芯1に巻き取られる際にシワが発生しない。
基準値Bは、図7、8に基づけば、6.50、または6.50に所定のマージンを考慮した値となるが、これに限定されることはない。
Claims (5)
- 内側層、中間層、外側層の順に積層された三層により形成される長尺状のウェブを円柱状ローラの胴面に抱かせた際に、曲げの内側となる前記内側層にシワが発生する度合をシワ発生度として算出する算出システムであって、
前記内側層のヤング率、及び前記三層それぞれの厚みに基づいて、前記ウェブを前記円柱状ローラの胴面に抱かせた際に前記内側層に発生するシワの波長であるシワ波長を算出する第1算出手段と、
前記ウェブの中立軸位置、前記ウェブの厚み、前記内側層の厚み、前記内側層のヤング率、及び前記ウェブを前記円柱状ローラの胴面に抱かせた際の曲率に基づいて、前記内側層に作用する曲げ圧縮応力を算出する第2算出手段と、
前記シワ波長、前記内側層の曲げ剛性、及び前記内側層の厚みに基づいて、前記ウェブを前記円柱状ローラの胴面に抱かせた際に前記内側層にシワを発生させる圧縮応力であるシワ発生応力を算出する第3算出手段と、
前記曲げ圧縮応力と前記シワ発生応力とに基づいて、シワ発生度を算出する第4算出手段と、
を備える算出システム。 - 内側層、中間層、外側層の順に積層された三層により形成される長尺状のウェブを円柱状ローラの胴面に抱かせた際に、曲げの内側となる前記内側層にシワが発生する度合をシワ発生度として算出する算出方法であって、
前記内側層のヤング率、及び前記三層それぞれの厚みに基づいて、前記ウェブを前記円柱状ローラの胴面に抱かせた際に前記内側層に発生するシワの波長であるシワ波長を算出する第1算出工程と、
前記ウェブの中立軸位置、前記ウェブの厚み、前記内側層の厚み、前記内側層のヤング率、及び前記ウェブを前記円柱状ローラの胴面に抱かせた際の曲率に基づいて、前記内側層に作用する曲げ圧縮応力を算出する第2算出工程と、
前記シワ波長、前記内側層の曲げ剛性、及び前記内側層の厚みに基づいて、前記ウェブを前記円柱状ローラの胴面に抱かせた際に前記内側層にシワを発生させる圧縮応力であるシワ発生応力を算出する第3算出工程と、
前記曲げ圧縮応力と前記シワ発生応力とに基づいて、シワ発生度を算出する第4算出工程と、
を備える算出方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の算出システムが算出したシワ発生度が所定の判定基準を満たすように、巻き芯の半径、前記ウェブを形成する三層それぞれの厚み、および前記ウェブを形成する三層それぞれのヤング率の各々を設計する設計工程と、
前記設計工程により調整された半径の巻き芯に前記ウェブを巻き取り、巻取りロール体を生成する巻取り工程と
を備える、巻取り方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の算出システムが算出したシワ発生度が所定の判定基準を満たすように、巻き芯の半径、前記ウェブを形成する三層それぞれの厚み、および前記ウェブを形成する三層それぞれのヤング率の各々を設計する設計工程と、
前記設計工程により調整された半径の巻き芯に前記ウェブを巻き取り、巻取りロール体を生成する巻取り工程と
を備える巻取り方法により生成された、
巻取りロール体。
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