JP3167796U - 圧力プロファイルのオンライン測定 - Google Patents

Abstract

【課題】センサは、ロールを滑らかにかつその特性に関して十分均一に保ちながら、ニップ形成ロール上に取り付けられ、測定データを生成するために、センサ生成信号の読取り及び処理が可能な圧力プロファイルのオンライン測定用ロールを提供する。【解決手段】ニップ圧力及び／又はニップ圧力プロファイルを測定するためのロールであって、少なくとも１つのニップ形成ロールが、少なくとも１つの塗膜層の下の圧力センサと適合され、塗膜層は保護的であり、且つ、センサの頂部上でバネとして機能し、ニップ圧力は、塗膜の底部表面ニップ圧力と比例する変形を加え、変形は前記センサを圧縮し、それは電気信号を発生することによる変形に応答する。【選択図】図１

Description

本考案は、ニップ荷重プロファイルの測定に関し、且つ、プロファイルを測定することが意図されるロールに関する。ロールは、抄紙機、板紙機(board machine)、又は、薄葉紙機(tissue machine)において、プレス、カレンダ、塗工ステーション、かせ機(reeler)、巻取機(winder)、印刷機、及び、類似物において使用され得る。プラスチック膜製造及び積層のプロセスにおいて必要とされるロールに加えて、ニップ圧力プロファイルの測定は、コンクリートボード、プラスタボード、及び、セラミックボードを含む様々な建築板の製造におけるチップボードライン、パルプシートラインにおいて利益をもたらす。ニップは、例えば、２つ又はそれよりも多くのロールの間、張力ベルトとロールとの間、或いは、剛性板とロールとの間にあり得る。

シートの形態の紙匹又はバルク材料がロール、ベルト、シュー、又は、類似素子を用いて加圧されるときに、ニップが形成される。よって、ニップは、ロール加圧ベルト又は２つの対向するロールを含み得るし、製造されるべき或いは加圧されるべき実際の製品と加圧ロール又は他の素子との間で、フェルト又はワイヤ又は刻印供給ボード又はベルトが走行し得る。故に、ニップは２つのロールの間の加圧ゾーンであるだけではない。

主題を取り扱う文献は、少なくとも、特許文献１及び特許文献２を含む。図１に示されるように、特許文献２は、ニップ圧力を測定するためにロール面１２の上に圧力センサ１６を取り付けることを提案しているが、その出願に従った実際の装置は余り良好に働かない。
ＥＰ６４２４６０ ＥＰ５１７８３０

本考案によれば、ニップ荷重測定ロールはＥＭＦｉ膜圧力センサを備え、それは低温硬化ポリマー塗装によって遮断され、それはロール表面として機能し、且つ、ニップ圧力測定に関して、剛性ばねとしても機能し、ニップゾーン内の過剰なロール表面歪みを禁止し、センサを極めて局所的な応力から保護する。好ましくは、センサは、多素子センサの場合には、例えば、ロール内の傾斜溝切り口内に適合され、センサは、ニップと同方向的に或いはセンサの周りのリングとしても取り付けられ得る。

センサは、１つ又はそれよりも多くの塗工層によって覆われる。切り口溝の代わりに、かなりの厚さの低温硬化塗膜が使用されることができ、センサはその中に埋め込まれ、場合によっては、研磨によって平坦化されるセンサによってバルジが引き起こされ得る。他の可能性は、２つの塗工層の使用であり、底側の層はセンサのための溝を備える。この場合には、第一層がＥＭＦｉセンサ又は何かの他のそのような圧力センサの前に設置されるならば、第一層は高温硬化もされ得る。１つの好適なアプローチは、ＥＭＦｉ膜の弾性特性と一致する弾性特性を有する塗膜を使用することであり、それによって、ＥＭＦｉ膜センサを覆う層がその表面地域全体に亘って一定の弾性を有する。底部層は、例えば、引き続き取り付けられるセンサの将来の場所と一致するスポットに、センサの幅と同一の幅の金属片でテープ留めされた表面を有することによって、溝が形成され得る。前記底層の仕上げの後には、片に沿って塗工縁部を切断すること、並びに、センサと同一幅の溝をもたらすために片を持ち上げて外すことが続く。

ＥＭＦｉ膜は、圧力又は動作を検出するのに有益であり、僅かな動作に対してさえ高感度を有する。よって、僅かな圧縮でさえ、それは合理的に強力な信号を生成する。加えて、膜は急速な応答を有する。センサ及び塗膜はバネとして協働し、それらは、センサが測定を行うのに十分な変形にされるにも拘わらず、ニップがその周囲に対して撓み過ぎないような剛性のために設計されなければならない。周囲構造は、摩擦又は慣性を引き起こしてはならない。摩擦は温暖化を招き、もし圧縮語の構造的復元が摩擦によって遅延されるならば、測定分解能又は精度は妥協される。ＥＭＦｉ膜によってもたらされる反応は膜の各部分から同一であるので、センサの幅の一部はニップ圧力に関しては不感域になり得ることが留意されるべきである。これは感度を減退するが、測定の精度を必ずしも損なわない。よって、溝適合センサは、たとえセンサ幅の一部が使用されないままでなければならないとしても、再現可能で精密な応答を生成する。

ニップ荷重プロファイルのための良好なオンライン測定分解能は未だ見出されていない。成功的な測定を遂行することは、幾つかの問題が解決されることを必要とする。十分に長い耐用年数のための所要の力及び温度条件を持続する圧力センサが見出されなければならない。センサは、ロールを滑らかに且つその特性に関して十分に均一に保ちながら、ニップ形成ロール上に取り付けられなければならない。測定データを生成するために、センサ生成信号の読取り及び処理能力が提供されなければならない。

センサとして、ＥＭＦｉ膜は有益である。それは本質的に動的シフト測定素子であり、測定はセンサの全領域に亘って等しい速度で行われる。結果的に、ＥＭＦｉ膜は、点状の力がセンサ領域内で遊走するときに、点状の力の大きさを測定し得る。センサは動的な力を測定し、電気的な意味において、センサはコンデンサであるので、センサ電圧が這うのを防止するために、センサ電圧はその通常モードにおいてゼロに設定されるのが好ましい。好ましくは、センサ電圧は高インピーダンス電圧計を用いて測定され、或いは、代替的に、力のシフトに比例する電流速度をもたらすために、低インピーダンス電流計を使用し得る。ニップ圧力を測定する実際的なプロセスにおいて、電流の測定は、ニップ圧力ではなく、圧力の時間微分を測定し、従って、出力測定の実際的な実施において、絶対値が時間の各瞬間に望ましいならば、測定値は積分されなければならない。これは電荷増幅器型増幅器を用いて類推的に或いは積分値を数値的に計算することによって行われ得る。

センサ生成信号は、さらなる処理のためにサンプル化され、且つ、好ましくは無線モードでローラから前方に送信されなければならない。さらなる処理は、ロールの公転毎に同一数のサンプルを常に有することによって促進され、それぞれのサンプルは常にニップの同一スポットにある。これはロール角度を測定することによって或いはロールの回転とのサンプリングを同期することによって達成される。同期は、例えば、ゼロ地点のための別個のセンサをさらに備える標準的なパルス間隔角検出器を用いて行われ得る。他のアプローチは、測定解像度よりも高いサンプリング速度で常に測定を行うこと、並びに、所与のセクタのサンプルのための平均を算出することによって、可能であれば、サンプルの中央部に重み付けすることによって、或いは、単に適切なサンプルを選択することによって、計算を数値的に実施することであり、その位置はロールの公転内で常にほぼ一定である。後者のアプローチは単純であるが、幾つかのサンプルの平均によって得られる騒音削減をもたらすことができない。

適切なセンサ構造は角螺旋である。よって、現在ニップの下にある各部分の上で、センサは圧力と比例する応答を生成する。ここでの仮説は、センサの残部が圧縮下にないこと、或いは、それに適用される一定の力を有することである。受信信号は、ロールに沿って回転し得る増幅器に供給され、最終的に、信号は処理のために送り出される。信号は、無線通信によって、例えば、ＩＲＤＡ若しくはブルートゥース送信機又は特注の送信機によって回転するロールから送信され得る。送信機は、比較的低い無線周波数で誘導ループによっても動作し得ることによって、信号は遠くまで進行しない。

圧力負荷を持続することを可能にするために、ロール取付けセンサは、適切な塗膜で保護されなければならず、好ましくは、溝内に埋設されることによって、センサはより長い耐用年数を有し、その取付けはより容易であり、センサのために創成されるバルジのために塗膜を平坦に研磨する必要もない。センサは平坦な取付けベースを有さなければならず、これは、好ましくは、例えば、ロール表面に片をテープ留めし、ロールを適切な複合材で塗装し、且つ、複合材が硬化する前に片を剥ぎ取ることによって、或いは、片縁部を保持する塗膜を取り外すよう片の側部に沿って切断し或いは研削することによって、ロール表面内に溝を作成することによって達成される。結果的に、元のロール表面は露出され、例えば、薄い両面テープ、サイズによって、或いは、実際のセンサの底部に面テープをもたらすことによって、片はそこに固定され得る。

場合によっては、このように形成される底部塗膜は、比較的硬い或いはセンサ自体と等しい弾性を有する材料から成り得る。溝の側面を作り上げる塗膜がセンサよりも実質的により硬いならば、上に位置付けられるべき塗膜は、ニップ力をセンサに伝達するバネを構成する。この場合には、センサは前の場合のようには応力を受けず、実施態様は高いニップ圧力にとって有用である。ニップにおいて、センサの場所はその周囲よりも幾分柔軟である。余り多くの横方向の力はセンサに伝達されず、センサの感度は上に位置付けられるべき塗膜の硬度、剛性、及び、厚さに依存し、形状、深さ、及び、幅も感度に対する影響を有する。

本考案が抄紙機のかせ機又は巻取機に関して適用されるとき、有用な塗膜硬度の範囲は、例えば１０〜１３０Ｐ＆Ｊであり、塗膜厚さの有用な範囲は１３〜２５ｍｍである。膜塗工機の場合には、塗工硬度は、例えば１５〜３５Ｐ＆Ｊの範囲内であり、厚さの範囲は１８〜２５ｍｍである。抄紙機のプレスに適用可能な塗工硬度は、例えば１０〜５０Ｐ＆Ｊであり、堅さは１３〜３０ｍｍである。

膜塗工機において、ロールは塗工色塗布素子によって並びにニップによって過重され、その場合には、ロールに対して加えられる塗膜は紙匹のサイズとされる。角センサの測定は、センサに加えられる全ての力を加算し、故に、もしセンサが幾つかのニップの力に晒されるならば、個々のニップの圧力プロファイルに関する情報は得られない。膜塗工機のセンサが、好ましくは、ロール円周に沿ってブレードバーとニップとの間のより短い間隔よりも少ない重なり角を有するのは、このためである。よって、センサは同時に１つの力発生素子の作用に晒されるだけである。センサは、単一のニップを測定するプロセス中のような明確な空間にある間、ゼロに設定される。ゼロに設定することは、センサが次のニップの下に行き着く前にあらゆるニップ毎に行われ得る。それはセンサがあらゆるニップの前にゼロにあることを意味し、測定結果に対してより少ない影響を有する先行ニップをもたらす。ゼロへのセンサの調節は、２つ又はそれよりも多くさえあるニップを測定した後にも行われることができ、それによって、より多くの時間がゼロ化のために与えられ、センサの重なり角はより小さくされ得る。何故ならば、２つの直ぐ近くのニップの間でゼロ調節のために時間を逆転する必要がないからである。どの方向により正確な結果をもたらすかは、ニップの相対的な荷重及びセンサの量に依存する。後者の方法において、第一ゼロ調節に続くニップの力は、後続の測定に対してより影響を有し得るにも拘わらず、断面プロファイルの解像度はそれぞれ改良される。何故ならば、センサの重なり角が増大され得るからである。

膜塗工機を参照すると、動作中に２つのニップを実時間で測定する上述の能力は、実質的な利点を構成する。何故ならば、これはプロセス中の断面方向の力プロファイルについての実時間情報を得ることを初めて可能にするからである。さらに、それは正にＥＭＦｉ膜の広範な動力学が小さな力及び大きな力の測定を高精度で可能にする膜塗工機と関連し、以前のセンサ技術はそのような広範な測定動力学をもたらさない。サンプリングは様々なニップのために同程度で行われ得る、即ち、圧縮ニップの測定中にＡＤ変換機の事前増幅を減少することができ、両方の力の測定を高解像度で可能にする。

本考案のセンサを膜移転塗工機のロール上に加えることは、ロール塗工の置換と関連して測定電子工学が加えられるだけで、以前の塗工機の手動調節ロールを小さな投資で自動化する可能性を提供し、スピンドルの調節も、ディスプレイ制御手動調節として或いはスピンドルの調節のために自動化されたアクチュエータを加えることによって、より容易に且つ正確に実現可能である。

両面塗工機の場合には、センサ系が両方のロールの上に取り付けられる。理論的には、２つのロールに共通するニップの圧力プロファイルを測定すること、並びに、両方のロールに共通しないニップの圧力プロファイルを得るために両方のロールの測定値から結果を減算することも実現可能である。しかしながら、本方法は、共通ニップの圧力が非共通ニップの圧力を超える場合には不正確である。

溝付き軟塗工を行うことも可能であり、それはセンサの弾性と等しい弾性を有し、下に位置する塗装は、引き続き上に置かれる塗装の下で撓む。これは増大されたニップ長をもたらす。同時に、ロール表面は品質がより一定であり、センサはロールの残部よりも柔軟な場所を生成しない。解像度は、センサ上に少しのより横方向の力を生成し、センサは、硬い溝の場合におけるよりも高い感度を有する。この場合には、柔軟な塗膜の上の頂部塗膜層がより大きな地域の上に力を伝達するので、センサの空間解像度は損われ、センサはニップの両側に引っ張り力も受け得る。他方、この方法は幾つかのセンサの取付けを可能にし、ロール地域全体さえもがセンサで被覆され得ることによって、センサ自体が塗膜の１つの層を構成する。マトリックスセンサとして薄いＥＭＦｉ膜から成り且つ可撓な回路板の表面又はロール及びセンサに設けられるワイヤが、塗膜層の下からロール全体の全ての力を測定することを可能にする。

塗工プロセス中にセンサを無傷に維持するために、好適な最頂部塗膜材料は、良好な弾性特性並びにセンサに力を伝達するバネとしてのその機能における低損失を有する低温硬化ポリウレタンであることが発見された。ポリウレタン塗膜の製造プロセスは、センサが持続し得ない高温を必要としない。低温で硬化する他の熱可塑性物質、複合剤、又は、ゴムも、塗膜として使用され得る。典型的には、塗膜として実現可能なプラスチック及び複合剤は、高温への加熱なしに硬化する二成分又は多成分熱硬化性プラスチックであり得る。熱は、普通、プラスチック硬化の化学反応自体中に生成されるが、塗工プロセス中の温度は１００℃未満、好ましくは、７０℃未満である。非硬化化合物は、増大された流動性のために、化合物を射出又は鋳造する前に、室温よりも高い温度に加熱され得るが、化合物は比較的速い速度で冷える。塗工プロセス中の熱の生成が過剰である場合には、鋳造は硬化中に活性冷却に晒され得るし、或いは、塗膜は薄層として射出され得る。紫外線放射に応答して硬化するプラスチック硬化を採用することも可能であり、その場合には、単成分プラスチックを使用することも可能である。通常、熱可塑性物質は、例外としてのみ有用である。何故ならば、普通、その鋳造プロセス中、上述よりも高い温度が必要とされ、もし鋳造温度が十分に低いならば、プラスチックの弾性特性は、通常の動作温度で劇的な変化を受ける、即ち、プラスチックは比較的低い温度でさえ柔軟になり過ぎるようになり、粘性のある軟化は、摩擦損失の結果として、塗膜の加熱をさらに一層促進する。

センサと関連するのは変形であり、それはニップが塗膜に圧力を加え且つ塗膜が撓むときに発達する。その表面硬度及び特性に関して、塗膜は各ニップに適していなければならないが、他方、塗膜は、ニップ圧力によって生成される力をセンサに伝達するために、十分な可撓性を有さなければならない。加えて、塗膜が摩擦の結果としてセンサの周りで局所的に加熱されるようになることのないよう、塗膜の内部摩擦は十分に低くなければならない。

センサを保護し且つ／或いは溝を提供する塗膜は、１つの又は異なる材料から成り得るし、層の数は２つ又はそれよりも多くであり得る。塗膜層はセンサの下にも位置し得る。

塗膜硬度は、１〜２５０Ｐ＆Ｊのオーダであり、好ましくは、１０〜１３０Ｐ＆Ｊの範囲内である。適切な硬度は意図される用途に従って異なり、より強力な力がより厚く且つ余り可撓でない硬質塗膜の使用を正当化する。塗膜は、０．１〜６０ｍｍ、好ましくは、５〜４０ｍｍの範囲内の厚さを有する。

圧力センサによって何が測定されるかの較正は、その近傍に取り付けられる熱センサによってもたらされる信号を使用して行われる。

従来技術の抄紙機を示す斜視図であり、ニップ圧力を測定するためにロール面の上に取り付けられる圧力センサを示している。

１２ ロール面
１６ 圧力センサ

Claims (11)

1. かせ機、プレス、膜塗工機、巻取機、又は、プレスにおける使用が意図される、ニップ圧力及び／又はニップ圧力プロファイルを測定するためのロールであって、
   当該ロールは、塗膜層の下の圧力センサと適合され、前記塗膜層は、保護的であり、且つ、前記センサの頂部上でバネとして機能し、前記ニップ圧力は、前記塗膜の底部表面に前記ニップ圧力と比例する変形を加え、該変形は前記センサを圧縮し、前記変形は電気信号を発生することによって変形に応答し、
   前記少なくとも１つの塗膜層は、１０〜１３０Ｐ＆Ｊの範囲内にある硬化後硬度を有する柔軟なポリウレタン又はその複合剤を含む低温硬化ポリマーから成ることを特徴とする、
   ロール。
2. 前記圧力センサは、最頂部の塗膜の前に形成される溝に適合することを特徴とする、請求項１に記載のロール。
3. 前記溝は、前記溝領域を除いて当該ロールを塗工することによって形成されることを特徴とする、請求項２に記載のロール。
4. 前記溝は、所望の領域から前記塗膜を取り除くことによって形成されることを特徴とする、請求項２又は３に記載のロール。
5. 前記溝は、前記塗膜が完全に硬化する前に、前記塗膜の下に残される片を取り除くことによって形成されることを特徴とする、請求項２乃至４のうちのいずれか１項に記載のロール。
6. 前記溝は、当該ロール上で機械加工することによって形成されることを特徴とする、請求項２記載のロール。
7. 前記圧力センサは、前記圧力センサの１つの部分が毎度ニップ力に晒されるよう、片の形態であり且つ角螺旋として当該ロール上に取り付けられ、前記圧力センサは、前記螺旋が回転するときに、前記ニップのための断面圧力プロファイルを測定することを特徴とする、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のロール。
8. 前記塗膜層は、５〜４０ｍｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のロール。
9. 前記溝形成塗膜は、前記最頂部塗膜よりも弾性的でないことを特徴とする、請求項２乃至６のうちのいずれか１項に記載のロール。
10. 前記溝形成塗膜は、前記最頂部塗膜よりも弾性的であることを特徴とする、請求項２乃至６のうちのいずれか１項に記載のロール。
11. 複数の圧力センサがあることを特徴とする、請求項１乃至１０のうちのいずれか１項に記載のロール。

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