JP2019052002A - ウェブ巻取装置及びウェブ巻取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻取張力が低張力であっても制御を可能とする。【解決手段】原反ウェブＷ１の芯管Ｃ１を装着可能で、エアフリクションシャフトよりなる繰出軸１０と、巻芯管Ｃ２を装着可能で、エアシャフトよりなる巻取軸２０と、繰出軸１０と巻取軸２０との中間に配置され、繰出軸１０側から巻取軸２０側へ送られたウェブＷの長さを計測するロータリーエンコーダ４０と、巻取軸２０の回転数を計測するエンコーダ付モータＭと、ロータリーエンコーダ４０によって計測されたウェブＷの長さとエンコーダ付モータによって計測された巻取軸２０の回転数から巻芯管Ｃ２に巻き取られた巻取ウェブＷ２の外径Ｒ２、ウェブＷの厚みｔ及び原反ウェブＷ１の外径Ｒ１を算出する演算部５０と、を備えた構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェブ（フィルム、紙、金属箔等の可撓性を有する長尺の帯状物）の巻取装置及び巻取方法に関する。

この種の装置として、特許文献１に記載のものが提案されている。これによれば、タッチロールを用いてウェブの巻取張力を制御している。

しかし、特許文献１に記載の技術では、巻取軸側に巻き取られた巻取ウェブに対するタッチロールの押圧力により巻取張力を制御するという構造上、巻取張力が低張力の場合の制御が困難であるという問題があった。

特開２０１２−１６６８９６号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、巻取張力が低張力であっても制御が可能なウェブの巻取装置及び巻取方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るウェブ巻取装置は、
原反ウェブの芯管を装着可能で エアフリクションシャフトよりなる繰出軸と、
巻芯管を装着可能で、エアシャフトよりなる巻取軸と、
前記繰出軸と前記巻取軸との中間に配置され、前記繰出軸側から前記巻取軸側へ送られたウェブの長さを計測する送り長計測手段と、
前記巻取軸の回転数を計測する回転数計測手段と、
前記送り長計測手段によって計測された前記ウェブの長さと前記回転数計測手段によって計測された前記巻取軸の回転数から前記巻芯管に巻き取られたウェブの外径、当該ウェブの厚み及び前記原反ウェブの外径を算出する算出手段と、
を備えたことを特徴としている。

また、上記課題を解決するために、本発明に係るウェブ巻取方法は、
原反ウェブの芯管を装着可能で、エアフリクションシャフトよりなる繰出軸と、
巻芯管を装着可能で、エアシャフトよりなる巻取軸と、
前記繰出軸と前記巻取軸との中間に配置され、前記繰出軸側から前記巻取軸側へ送られたウェブの長さを計測する送り長計測手段と、
前記巻取軸の回転数を計測する回転数計測手段と、を有するウェブ巻取装置の前記原反ウェブの外径を演算により算出する方法であって、
前記送り長計測手段によって計測された前記ウェブの長さと前記回転数計測手段によって計測された前記巻取軸の回転数から前記巻芯管に巻き取られた巻取ウェブの外径を算出する第１の工程と、
前記回転数計測手段によって２点間で計測された前記巻取軸の回転数の差と前記第１の工程によって算出された前記巻取ウェブの外径の差から当該ウェブの厚みを算出する第２の工程と、
前記送り長計測手段によって計測された前記ウェブの長さと、前記第２の工程によって算出された前記ウェブの厚みから前記原反ウェブの外径を算出する第３の工程と、
を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、張力の制御にエアフリクションシャフトを用いているため、巻取張力が低張力であっても制御が可能となる。

また、上記構成では、巻取モータによる巻取トルクは、通常、巻取軸に巻き取られるウェブ巻径の増大に応じて増加させる必要があり、エアフリクションシャフトのフリクショントルクは、繰出軸に装着されている原反ウェブの巻径の減少に応じて減少させる必要がある。

この点、本発明によれば、簡単な構成により巻取ウェブの外径及び原反ウェブの外径を算出することができ、もって、簡単な構成により低張力制御が可能なウェブの巻取装置及び巻取方法を提供することができる。

ウェブ巻取装置の概略を示した説明図である。

以下、本発明のウェブ巻取装置及び巻取方法を具現化した実施形態について、図面を用いて説明するが、本発明の技術的範囲は、もちろんこれだけに限定されるものではない。なお、周知の技術に関しては、詳細な説明を省略する。

まず、第１の実施形態であるウェブ巻取装置１について、図１を参照して説明する。図１は、ウェブ巻取装置１の概略を示す説明図である。
図１に示すように、ウェブ巻取装置１は、主に繰出軸１０と、巻取軸２０と、支持ローラ３０、３０と、ロータリーエンコーダ４０（送り長計測手段に相当する）と、エンコーダ付モータＭ（回転数計測手段に相当する）と、演算部５０（算出手段に相当する）で構成される。ウェブ巻取装置１は、原反ウェブＷ１から繰り出されたウェブＷをその長手方向に沿って搬送し、巻取ウェブＷ２として巻き取るリワインダである。ウェブＷは、例えば、食品包装用のフィルムなどであるが、これに限られないのはもちろんである。

繰出軸１０は、エアフリクションシャフトからなり、原反ウェブＷ１の芯管Ｃ１が装着可能となっている。原反ウェブＷ１は、円筒状の芯管Ｃ１にウェブＷが巻回された部材である。
図示しないエアフリクションシャフトは、外周面から出没自在の巻芯チャッキング用片を備え、空気圧に比例したフリクショントルクが得られる多数の独立したフリクションユニットを同軸上に並設したもので周知の技術である。芯管Ｃ１には、通常、中空状の紙巻芯が用いられている。

巻取軸２０は、周知の技術であるエアシャフトからなり、巻芯管Ｃ２が装着可能となっている。巻芯管Ｃ２も、通常、中空状の紙巻芯を用いる。巻取軸２０が後述のエンコーダ付モータＭによって所定の方向に回転駆動されることにより、原反ウェブＷ１からウェブＷが繰り出されると共に、ウェブＷが巻芯管Ｃ２に巻き取られる。こうして、巻取軸２０の外周面上に、その軸方向に沿って、巻取ウェブＷ２が形成されることとなる。巻取ウェブＷ２は、ウェブ巻取装置１の最終製品である。

支持ローラ３０、３０は、軸心周りに回転可能なローラである。原反ウェブＷ１から繰り出されたウェブＷを複数の位置で支持することで、ウェブＷの搬送経路を形成する。

ロータリーエンコーダ４０は、繰出軸１０と巻取軸２０との中間に配置され、繰出軸１０側から巻取軸２０側へ送られたウェブＷの長さＳを計測する。
ロータリーエンコーダ４０は、本実施形態では、図１に示すように、片側の支持ローラ３０に接するように設けているが、どちらの支持ローラ３０に接するように設けてもよいし、直接ウェブＷに接するように設けてもよいのはもちろんである。
ロータリーエンコーダ４０は、ロータリーエンコーダ４０の回転軸の回転角度に基づいて、送られたウェブＷの長さＳを算出可能となっている。例えば、ロータリーエンコーダ４０の半径をｒ（ｍ）とし、回転角度をθ（°）とすると、送られたウェブＷの長さＳは、以下の式１のように表すことができる。
Ｓ（ｍ）＝２×π×ｒ×θ／３６０…式１

エンコーダ付モータＭは、巻取軸２０に直結され、巻取軸２０を回転駆動するとともに、巻取軸２０の回転数を計測する。回転数は、ぴったり何回転という正確なタイミングで計測する。エンコーダ付モータＭは、演算部５０と双方向に電気的に接続されており、エンコーダ付モータＭが検出した巻取軸２０の回転数情報を演算部５０が取得可能となっているとともに、演算部５０は、巻取ウェブＷ２の外径（半径）Ｒ２に応じて、エンコーダ付モータＭが発生するトルクを制御する。

また、演算部５０は、ロータリーエンコーダ４０によって計測されたウェブの長さＳと、エンコーダ付モータＭによって計測された巻取軸２０の回転数から巻芯管Ｃ２に巻き取られた巻取ウェブＷ２の外径（半径）Ｒ２、ウェブＷの厚みｔ及び原反ウェブＷ１の外径（半径）Ｒ１を算出する。具体的な算出の方法を以下に示す。以下、原反ウェブＷ１の外径（半径）Ｒ１を算出するまでの部分は、第２の実施形態であるウェブ巻取方法の説明を兼ねるものである。
巻取軸２０がちょうど１回転したときに、ウェブＷが長さＳ_１（ｍ）送られたとすると、その時点での巻取ウェブＷ２の外径（半径）Ｒ２_１（ｍ）は、以下の式２のように表すことができる。
Ｒ２_１（ｍ）＝Ｓ_１／（２×π）…式２

巻取軸２０がちょうどもう１回転（２回転目）したときにウェブＷが長さＳ_２（ｍ）送られたとすると、その時点での巻取ウェブＷ２の外径（半径）Ｒ２_２（ｍ）は、以下の式３のように表すことができる。
Ｒ２_２（ｍ）＝Ｓ_２／（２×π）…式３
そうすると、ウェブＷの厚みｔ（ｍ）は、Ｒ２_２とＲ２_１の差であるから、以下の式４のように表すことができる。
ｔ（ｍ）＝Ｓ_２／（２×π）−Ｓ_１／（２×π）＝（Ｓ_２−Ｓ_１）／（２×π）…式４
巻取軸２０がさらに回転し、ちょうど１０回転したときの１０回転目（１回転）にウェブＷが長さＳ_１０（ｍ）送られたとすると、その時点での巻取ウェブＷ２の外径（半径）Ｒ２_１０（ｍ）は、以下の式５のように表すことができる。
Ｒ２_１０（ｍ）＝Ｓ_１０／（２×π）…式５
そうすると、ウェブＷの厚みｔ（ｍ）は、Ｒ２_１０とＲ２_１の差を１０で割ったものであるから、以下の式６のように表すことができる。
ｔ（ｍ）＝（Ｓ_１０−Ｓ_１）／（２×π×１０）…式６
回転数が増えれば、このように平均が取れるため、より正確にウェブＷの厚みｔ（ｍ）を算出することができる。平均を取る方法としては、Ｒ２_２とＲ２_１の差から厚みｔ_１を求め、Ｒ２_３とＲ２_２の差から厚みｔ_２を求め、Ｒ２_４とＲ２_３の差から厚みｔ_３を求め、と１周毎に厚みｔ_ｘを求め、それらの平均を求める等、様々な方法が考えられるが、そのいずれを用いてもよい。また、巻取ウェブＷ２の外径（半径）Ｒ２を複数算出し、その値からウェブＷの厚みｔ（ｍ）を算出する方法としては、周知の統計的手法を用いてもよい。

巻取軸２０をエアフリクションシャフトとし、繰出軸１０をエアシャフトとし、繰出軸１０にエンコーダを設ければ、同じようにしてウェブＷの厚みｔを計算によって求めることができなくはない。しかし、巻取ウェブＷ２の巻き始めの段階では、原反ウェブＷ１の外径（半径）Ｒ１は、巻取ウェブＷ２の外径（半径）Ｒ２の１０倍程度であることが多い。つまり、巻き始めにおいては、原反ウェブＷ１が１回転する間に巻取ウェブＷ２は約１０回転することになる。前述のとおり、回転数が増えるほど、より正確なウェブＷの厚みｔを算出することができるため、本発明のように繰出軸１０をエアフリクションシャフトとしたほうが、短時間で（上記の場合なら単純計算で約１０分の１の時間で）エアフリクションシャフト側のウェブ外径を算出するのに必要な精度のウェブＷの厚みｔを求めることができる。

つぎに、原反ウェブＷ１の外径（半径）を求める方法を示す。例えば、巻取軸２０が、ちょうど１０回転したときの巻取ウェブＷ２の断面積の変化量ΔＡ（ｍ^２）は、以下の式７のように表すことができる。
ΔＡ（ｍ^２）＝（Ｒ２_１０ ^２×π）−（（Ｒ２_１−ｔ）^２×π）…式７
これは、原反ウェブＷ１の減少した断面積に等しい。そうすると、予め測定しておいた原反ウェブＷ１の初期外径（半径）をＲ１_０とし、現在の原反ウェブＷ１の外径（半径）をＲ１_Ｘ（ｍ）とすると、Ｒ１_Ｘ（ｍ）は、以下の式８、式９、式１０のように表すことができる。
ΔＡ（ｍ^２）＝（Ｒ１_０ ^２×π）−（Ｒ１_Ｘ ^２×π）…式８
Ｒ１_０ ^２−Ｒ１_Ｘ ^２＝ΔＡ／π…式９
Ｒ１_Ｘ＝√（Ｒ１_０ ^２−（ΔＡ／π））…式１０

ところで、巻取張力をＴ、繰出軸１０のフリクショントルクをｆｔ、エンコーダ付モータＭの回転トルクをＭｔとすると、以下の式１１の関係式が成り立つ。
巻取張力Ｔ＝ｆｔ／Ｒ１＜Ｍｔ／Ｒ２…式１１
これに基づき、演算部５０は、電気信号によって空気圧を制御する装置（図示しない）を介し、原反ウェブＷ１の外径（半径）Ｒ１に応じて繰出軸１０のフリクショントルクをｆｔを制御し、巻取ウェブＷ２の外径（半径）Ｒ２に応じてエンコーダ付モータＭが発生するトルクを制御する。

つぎに、巻取装置１の使用方法について説明する。まず、繰出軸１０に原反ウェブＷ１の芯管Ｃ１を装着し、巻取軸２０に空の巻芯管Ｃ２を装着する。このとき、原反ウェブＷ１の初期外径を計測し、演算部５０に入力しておく。

演算部５０は、巻取張力が所望の値となるように、上記のとおり算出される原反ウェブＷ１の外径（半径）Ｒ１_Ｘに応じてフリクショントルクを制御する。その際、巻取張力を一定としてもよく、巻き始めと巻き終わりを少し大きくするなど変化を設けて設定してもよい。

また、巻取軸２０でなく繰出軸１０がフリクションシャフトになっていることから、設定する巻取張力をメカロス分トルクを加えた補正張力としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した内容は、あくまでも本発明の一実施形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。例えば、巻取軸がエアシャフトであることから当て板が付けやすく、巻取軸に当て板を付けたものにしてもよい。

１０ 繰出軸
２０ 巻取軸
３０ 支持ローラ
４０ ロータリーエンコーダ
５０ 演算部
Ｗ ウェブ
Ｗ１ 原反ウェブ
Ｗ２ 巻取ウェブ
Ｃ１ 芯管
Ｃ２ 巻芯管
Ｍ エンコーダ付モータ
Ｒ１ 原反ウェブの外径（半径）
Ｒ２ 巻取ウェブの外径（半径）
Ｓ 送り量

Claims (2)

1. ウェブの巻取装置であって、
   原反ウェブの芯管を装着可能で、エアフリクションシャフトよりなる繰出軸と、
   巻芯管を装着可能で、エアシャフトよりなる巻取軸と、
   前記繰出軸と前記巻取軸との中間に配置され、前記繰出軸側から前記巻取軸側へ送られたウェブの長さを計測する送り長計測手段と、
   前記巻取軸の回転数を計測する回転数計測手段と、
   前記送り長計測手段によって計測された前記ウェブの長さと前記回転数計測手段によって計測された前記巻取軸の回転数から前記巻芯管に巻き取られた巻取ウェブの外径、当該ウェブの厚み及び前記原反ウェブの外径を算出する算出手段と、
   を備えたことを特徴とするウェブ巻取装置。
2. 原反ウェブの芯管を装着可能で、エアフリクションシャフトよりなる繰出軸と、
   巻芯管を装着可能で、エアシャフトよりなる巻取軸と、
   前記繰出軸と前記巻取軸との中間に配置され、前記繰出軸側から前記巻取軸側へ送られたウェブの長さを計測する送り長計測手段と、
   前記巻取軸の回転数を計測する回転数計測手段と、を有するウェブ巻取装置の前記原反ウェブの外径を演算により算出する方法であって、
   前記送り長計測手段によって計測された前記ウェブの長さと前記回転数計測手段によって計測された前記巻取軸の回転数から前記巻芯管に巻き取られた巻取ウェブの外径を算出する第１の工程と、
   前記回転数計測手段によって２点間で計測された前記巻取軸の回転数の差と前記第１の工程によって算出された前記巻取ウェブの外径の差から当該ウェブの厚みを算出する第２の工程と、
   前記送り長計測手段によって計測された前記ウェブの長さと、前記第２の工程によって算出された前記ウェブの厚みから前記原反ウェブの外径を算出する第３の工程と、
   を備えたことを特徴とするウェブ巻取方法。