JP3513110B2 - 紙を巻取るための装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は紙の製造に関し、特
に製紙処理中に紙を親ロールに巻取るための装置及び方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】紙の製造中には、抄紙機の乾燥端部分か
らやってきた乾燥した紙のウェブが初めにリールスプー
ルに巻取られて親ロールを形成し、このロールは代表的
には一時的に保管されてから更なる処理がなされる。そ
れに続いて、親ロールは巻解かれて、紙のウェブは最終
的な製品の形態に加工される。

【０００３】紙ウェブを大きい親ロールに巻取るに際し
ては、ロールを巻取るやり方が、ロールに大きな欠陥が
生じるのを防止すると共に、ロールを最終的な製品に効
率的に加工できるようなものであることがきわめて重大
であって、かかる最終製品は箱入りの化粧ティッシュシ
ートや、風呂用ティッシュのロールや、エンボス加工さ
れた紙タオルなどである。理想的には、親ロールは本質
的に円筒形の形状を有していて、滑らかな円筒形の主た
る表面と２つの滑らかで平坦で平行な端面とを備える。
円筒形の主たる表面と端面とには、波紋や、隆起、波打
ち、偏心、しわなどが存在しないべきであり、言換えれ
ば、ロールは“寸法的に正しい”べきである。同様に、
ロールの形状は安定していて保管中や日常の取扱い中に
円筒形から逸脱することが無いようでなければならず、
言換えれば、ロールは“寸法的に安定”であるべきであ
る。欠陥は、それが高速での加工を不適当にさせるもの
であるならば、ロール全体を強制的に廃棄させることに
なる。

【０００４】特に多くの量の、圧縮性の容易な、柔らか
いティッシュのウェブを巻取るときには、紙ウェブの親
ロールへの不適当な巻取りによって多くの欠陥が導入さ
れる。そのような欠陥の数多くについては、W.J. Gilmo
reの"Report on Roll DefectTerminology - TAPPI CA12
28," Proc. 1973 Finishing Conference, Tappi, Atlan
ta, GA, 1973, pp. 5-19.にて論議され、写真が示され
ている。ロールのコアの付近での不適当なウェブ応力に
よって、ロールの外側の領域がロールを内側へ圧縮され
るようになって、一般的に“星印”と称されるような星
印のパターンに縮れることにつながり、これに関して
は、James K. Goodが"The Science of Winding Rolls",
Products of Papermaking, Trans. of the Tenth Fund
amental Research Symposium at Oxford, Sept. 1993,
Ed. C.F. Baker, Vol. 2, Pira International, Leathe
rhead, England, 1993, pp. 855- 881.にて説明してい
る。さらに星印は、通常はコアと隣接するウェブ層との
間の十分な摩擦を提供するはずの、コアのまわりのウェ
ブの張力を解放させる。この摩擦損失は、コアの“スリ
ップ”や“はまり込み”をもたらして、ロールのほとん
どが（コアのまわりの二三の層と最も外側の領域の二三
の層とを除いて）、ひとまとまりになってロールの軸線
の片側に移動して、ロールを使用不可能にする。

【０００５】現在商業的に入手可能である、T. Svanqvi
stが"Designing a Reel for Soft Tissue", 1991 Tissu
e Making Seminar, Karlstad, Swedenで開示したよう
な、中心補助駆動タイプの硬質のニップドラムリール
は、グラムあたり約８から１０立方センチメートルの容
積を有するような圧縮性のティッシュウェブのロールの
巻取りにおいて、上述の巻取問題を避けながら、成功し
て使用されていて、そのために、ニップの力を減少させ
て、コアシャフトの中心補助駆動の調節を介して、主と
して給送されるウェブの張力制御に頼っている。しかし
ながら、そのような方法は、例えば３インチのサンプル
幅に対して約１０キログラム以下のＭＤ ＭＡＸ Ｓｌｏ
ｐｅによって特徴づけられるような、グラムあたり９立
方センチメートル以上の容積を有するような高いレベル
の柔軟性を有するティッシュシートの巻取りに使用する
と、それらの問題点が再発する。これらの巻取りの問題
点は、特に高い速度において、約７０インチから約１５
０インチ以上の直径の大きなロールを巻取ろうと試みる
ときにいっそう悪化する。

【０００６】理論によって縛られることを望まずに、親
ロールと圧力ロールとの間に形成されたニップにウェブ
がもたらされるときには、給送されるウェブの張力に加
えて、２つの主要な要因が巻取られたロール内部の最終
的な応力に影響すると信じられている。第１に、親ロー
ルのニップでの部分は変形して、その半径は親ロールの
変形していない半径よりも小さくなる。親ロールがその
変形した半径から変形していない半径へと膨張すると、
ウェブを引き伸して、ニップに進入するウェブに設定し
た張力よりも、実質的に内部の張力を増加させる。

【０００７】他の要因はときに“二次巻取”効果と称さ
れる。ウェブの一部分が、それが最初に親ロールと圧力
ロールとの間のニップを通り抜けた後で、ロールに加え
られる。次に、それは親ロールが回転する毎にニップの
下を繰返して通り、同時に外側の直径にはより多くの層
が加えられる。ロールの表面付近の各点がニップに再入
すると、ニップの圧力でウェブは圧縮されて、ウェブの
空洞の体積の空気を層間から排出させる。これは層間の
摩擦を十分に減少させて、内側層のまわりにきつく層を
すべらせるが、これについては、ErickksonらのDeforma
tions in PaperRolls, pp. 55-61や、LemkeらのFactors
involved in Winding Large DiameterNewsprint Rolls
on a Two-Drum Winder, pp 79-87 Proc. of the First
International Conference on Winding Technology, 1
987.に記載されている。

【０００８】各層の張力は親ロールに加えられて、外側
の層から下層に働く圧縮力をもたらして、これにより外
側の層からの圧縮が蓄積する効果が生じて、これが通
常、コアのまわりの領域のウェブに最も高い層間圧力を
持たせる。二次巻取はさらにこの圧力を大きくする。柔
らかいティッシュは圧縮にさらされると降伏するのが知
られていて、従って変形能力を失なう程度までは、いく
らかの圧力の増加を吸収する。その結果、蓄積した圧力
は過剰なレベルにまで急速に上昇して、これが親ロール
から巻解かれたシートの特性の大きな変化を引き起こ
す。

【０００９】残念ながら、在来式に巻取られた親ロール
の半径に沿って存在する内部圧力とウェブ張力の勾配
は、寸法の安定性の問題を防止することには成功するも
のの、ウェブの特性の意図しない変化につながる。いく
つかの領域での高い張力は流れ方向のいくらかが巻取り
中に伸びて引出されることをもたらし、高い内部圧力は
容積の損失につながる。巻解く際に、ニップで及びニッ
プの後で高い張力によってより伸ばされていた領域は、
ウェブの長手方向の伸びのためにより低い秤量を有する
だろう。ウェブの重大な特性のこれらの変化は、製品の
品質の変化と加工操作の困難さとにつながる。

【００１０】上述したT. Svanqvistによって記述された
方法による内部圧力の蓄積の補償は、一定の程度だけ行
なわれる。ウェブ材料の密度と強度とは引用したレベル
よりもはるかに低く減少するので、巻取装置内での摩擦
力の強さの不確実性とロールの巻取り中に変化する他の
要因が、正確なニップ荷重の制御をきわめて困難にす
る。代わりに、巻取処理の制御の損失は逆の張力勾配を
引き起こすことがあって、それは上述した星印とコアの
スリップとの問題につながる。

【００１１】在来のニップ巻取りにおいては、一対の液
圧アクチュエータによってリールスプールがリールドラ
ムに押圧係合されていた。ストレインゲージタイプのセ
ンサを液圧アクチュエータに取付けてアクチュエータの
歪の量を検出し、これを用いてリールドラムと成長する
紙ロールとの間のニップ荷重を決定する。そのような装
置は、ニップ巻取りの利点を伴う（すなわち、巻取られ
る紙の十分に高い張力が得られる）ので好ましいけれど
も、ニップ荷重を正確に維持制御するのは（上述の理由
から非常に重要であるが）困難であった。在来のストレ
インゲージのセンサの限界と装置の摩擦力の不確実性
（例えばリールスプールを動かすための液圧アクチュエ
ータや関連するキャリッジの摺動摩擦の変化など）が、
ニップ荷重の精度に限界を負わせていて、これが親ロー
ルの品質及びサイズと巻取ることができる紙のタイプと
を制限していた。これらの問題点を解決しようとする努
力は、OlssonのＰＣＴ出願ＷＯ ９７／２２５４３号に
開示されているように、交換手順中のニップ荷重制御の
精度を改善するためには行なわれてきた。Olssonは交換
中のニップ荷重の制御を改善しようと試みており、新し
いリールスプールが所定位置に動かされて新しいスプー
ルへの紙の巻取りが開始するときに、力検出装置を一次
及び二次のアームに配置して、交換中のニップ荷重を直
接測定しようと試みた。しかしながら、Olssonは巻取り
操作中のニップ荷重の正確な制御の問題に関しては言及
することがなく、特に、ティッシュのような柔らかいグ
レードの紙では、所定のニップ荷重について、ロールに
巻取られた紙の厚さと共にドラムのロールに対する窪み
が絶えず変化する。交換手順中に有用であるようなニッ
プ荷重制御機構は巻取操作中には最適ではない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、産業界におい
てティッシュのような柔らかくてデリケートなグレード
の紙を含む、様々なグレードの紙に対して使用できるよ
うな巻取装置への要求が存在する。そのような装置はニ
ップ巻取りの利点を提供すべきであると共に、親ロール
の品質及びサイズを改善できるように正確で有効なニッ
プ荷重を提供すべきである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の及び他の要求は本
発明の１の好ましい実施形態による装置及び方法によっ
て満たされて、かかる実施形態は回転可能に取付けられ
たリールスプールを含み、それに紙材料のウェブが巻取
られて直径が大きくなるロールを形成すると共に、リー
ルスプールに隣接して回転可能に取付けられたリールド
ラムを含む。キャリッジは、リールドラム及びリールス
プールの一方を支持して他方に対して可動とし、リール
ドラム及びリールスプールの一方を他方に隣接するよう
に位置決めして両者の間にニップを形成する。キャリッ
ジは、紙のウェブが巻取られるとき、成長する紙ロール
にリールドラムが接触するように維持する。キャリッジ
にはアクチュエータが結合されて、キャリッジを動かし
てリールドラムとリールスプールとが互いに向かうよう
に促して、リールドラムが紙のロールに直線ニップ荷重
を作用させるようにして、それにより局所的にニップに
て紙ロールを半径の内側へ窪ませる。

【００１４】与えられた紙のタイプに対して、紙のロー
ルの半径厚さとリールドラムによるロールの半径窪みと
直線ニップ荷重との間には、相関関係が存在するだろ
う。本発明によれば、最適な紙ロールの品質のために
は、半径窪みはゼロから所定の値にまで変化できて、そ
れは経験的に導かれて、紙ロールの半径厚さの関数であ
る。例えば、紙ロールが形成され始めるそのときには、
リールスプールには二三の層の紙だけが存在し、従って
望ましい窪みはほとんどゼロであって、望ましいニップ
荷重がほとんどゼロであるのと対応する。紙のロールが
厚さを増していくと、紙ロールの寸法の安定性と品質と
を制御するために、より大きい窪みが望まれる。

【００１５】従って例えば、本発明の１の好ましい実施
形態によれば、制御装置は所望の窪みをロールの半径厚
さの関数としてプログラミングすることによって、リー
ルスプールとリールドラムとの相対位置を制御するよう
にプログラムされる。センサユニットを使用してパラメ
ータを測定して、そこからロールの半径厚さと半径窪み
とを推論する。従って、紙の巻取りパラメータは大いに
改善されて、巻解かれた紙ロールの特性の変化が最小に
なる。

【００１６】本発明の１の好ましい実施形態では、セン
サユニットは好ましくは、リールドラムとリールスプー
ルとの相対位置を指示する信号を提供する第１のセンサ
と、ニップから間隔を隔てた紙ロールの窪んでいない半
径厚さを指示する信号を提供する第２のセンサとから構
成される。窪みは２つのセンサからの信号を比較するこ
とによって決定される。様々なタイプの、光学的、音響
的、及び／又は、電磁的なセンサを使用できて、それら
には、レーザー距離又は直線変位測定装置や、超音波距
離又は直線変位測定装置、及び／又は、磁気歪直線変位
測定装置が含まれる。窪みはリールスプールをリールド
ラムに対して位置決め制御するための制御パラメータと
して使用されるので、実際の窪みは所望の窪みの設定公
差の範囲内にある。

【００１７】本発明の他の実施形態によるこの概念の変
形は、リールスプールとリールドラムとの間に働く力を
測定することにあって、この力は直線ニップ荷重に比例
して、この力とロールの半径厚さないし直径とを使用し
て、リールスプールのリールドラムに対する位置決めを
制御する。与えられた紙のグレードに対して、直線ニッ
プ荷重と、窪みと、ロールの半径厚さないし直径とはす
べて相互に関係をもつ。従って、これらの３つのパラメ
ータのうちのいずれか２つを決定すれば３つ目も決定さ
れる。従って、上述の第１の実施形態では、窪みはロー
ルの半径厚さの関数として制御されて、それにより半径
厚さの関数として直線ニップ荷重を制御する。代わり
に、本発明の第２の実施形態によれば、直線ニップ荷重
に比例する力が、紙ロールの半径厚さないし直径の関数
として制御されて、それによりロールの半径厚さないし
直径の関数として窪みを制御する。

【００１８】様々なタイプの力検出要素を用いて、直線
ニップ荷重に比例する又はそれを指示する力を測定でき
る。例えば、本発明の他の好ましい実施形態は弾性要素
を含み、かかる要素は、直線ニップ荷重を生み出すため
にキャリッジに作用する力が弾性要素を測定可能に変形
させるように配置される。弾性要素はスプリング又はロ
ードセルから構成するのが有利である。キャリッジがリ
ールスプールを可動に支持して、リールドラムが静止し
ている場合には、スプリング又はロードセルはキャリッ
ジとリールスプールとの間に結合され、代わりに、キャ
リッジがリールドラムを可動に支持して、リールスプー
ルが静止している場合には、スプリング又はロードセル
はキャリッジとリールドラムとの間に結合される。ニッ
プ荷重が変化すると、スプリング又はロードセルの変形
が変化して、この変形を検出して、紙ロールの半径厚さ
ないし直径と共に使用して、キャリッジの動きを制御し
て、ニップ荷重を制御する。

【００１９】本発明による巻取機で巻取られた親ロール
が有する内部圧力分布は、コア領域でのピーク圧力の到
達値が在来のリールでの圧力よりも低くて、それにもか
かわらず、通常の取扱いのために必要とされる機械的な
安定性を維持するのには十分である。本発明の方法での
親ロールが有する内部圧力は、コア付近では一定のレベ
ルに減少して、ロールの外面における避けられない圧力
低下を除いては、かなりの領域で本質的に平坦な圧力輪
郭を示す。従って、親ロール全体にわたってのシート特
性の均一性が実質的に改善される。

【００２０】本発明の上記の及び他の目的、特徴、及び
利点は、添付図面と関連させた以下の好ましい実施形態
の説明から明らかになるだろう。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施形態
を示した添付図面を参照しつつ、以下に本発明について
より詳細に説明する。しかしながら、本発明は多くの異
なる態様にて実施できて、ここで明らかにする実施形態
に制限されるように解釈されるべきではなく、むしろ、
これらの実施形態は本開示を徹底した完全なものにする
ために提供されるもので、本発明の範囲を当業者に知ら
せるものである。図面を通して、同一の参照符号は同一
の要素を示している。

【００２２】図１には、本発明の第１の好ましい実施形
態による抄紙機のための巻取装置１０を示している。乾
燥した紙シート１５は、在来式の抄紙機で形成されて巻
取装置１０へ進む。本発明は、クレープ抄紙機又は非ク
レープ抄紙機のいずれにも使用できることを理解すべき
である。また、本発明はティッシュペーパーのグレード
を巻取るのに最も好ましいけれども、本発明は他のグレ
ードにも使用することができる。シート１５は一対のガ
イドロール１４を通って進められ、リールドラム１９を
乗越えて、リールスプール２６へと至り、このリールス
プールはその軸に作用するセンター駆動モータ（図示せ
ず）によって駆動される。リールスプールへの紙の巻取
りは、リールドラム１９上の上側位置に図示したリール
スプール２６’によって示されるように、リールスプー
ルが一対の一次アーム２７内にあるときに開始する。参
照符号２６、２６’、２６”は動作中のリールスプール
の３つの位置を示している。図示の如く、親ロール２５
が作られているとき、新しいリールスプール２６’が巻
取位置へと進む準備ができている。親ロール２５がその
最終的な所定の直径に達したときに、新しいリールスプ
ール２６’は回転可能なリールドラム１９に当接する位
置へと一次アーム２７によって降下させられる。紙ウェ
ブ１５は必要的ではないものの好ましくは、新しいリー
ルスプールが図１に示す上側位置になると同時に、完全
に巻取られたリールスプール２６から新しいリールスプ
ール２６’へと移されて、紙ウェブは親ロール２５から
切断されて新しいリールスプール２６’へのウェブの巻
取りが開始する。完成した親ロール２５とリールスプー
ル２６とは下流側へはねられて、一対のレール２８に沿
ってリールスプール２６はストッパ３０に到達する。新
しいリールスプール２６’は、リールドラム１９と概略
同一の水平高さである巻取位置へと降ろされて、すなわ
ち、新しいリールスプール２６’は、完成したリールス
プール２６が先ほどまで占有していた位置を占有するよ
うになる。

【００２３】巻取位置において、リールスプール２６へ
の紙の巻取りは、リールスプール２６が一対の二次アー
ム４２及び４４に保持されて行なわれて、これらのアー
ムは、リールスプール２６の反対側の端部にある２つの
二次キャリッジ３７（図１では片方だけが見えている）
のそれぞれに可動に取付けられている。キャリッジ３７
はレール装置４０に沿って水平に摺動可能であって、キ
ャリッジはリールドラム１９に対して接離するように動
く。各キャリッジ３７には液圧アクチュエータ３８が結
合されて、キャリッジ３７に水平の動きを与え、リール
スプール２６をリールドラム１９に対して接離させるよ
うに動かす。より詳細には、親ロール２５が大きくなる
と、アクチュエータ３８はリールスプール２６をリール
ドラム１９から離間させるように動作して、リールドラ
ム１９から親ロール２５に作用するニップ荷重が所望の
態様に制御される。

【００２４】図２は、本発明の第１の実施形態によるキ
ャリッジ３７の動きを制御するための装置の構成要素を
より詳細に示している。片方のキャリッジ３７と制御装
置について説明するけれども、他方のキャリッジも該キ
ャリッジの動きを制御するために同様な装置を含むこと
を理解されたい。上述したように、キャリッジ３７は模
式的に示されている水平レール４０の上にて可動になっ
ている。キャリッジは、一対のアーム４２及び４４をピ
ボット自在に支持する。上流側アーム４２は、該アーム
とキャリッジ３７との間に結合されているアクチュエー
タ４６によってピボット式に動く。同様に、下流側アー
ム４４は、該アームとキャリッジとの間に結合されてい
るアクチュエータ４８によってピボット式に動く。上流
側アーム４２は、巻取処理中には本質的には動作するこ
とがなくて、親ロール２５が巻取りを完了したときに動
作して、完成した親ロール２５とリールスプール２６と
を下流方向へとはねつけて、レール２８に沿ってストッ
パ３０へと送る（図１参照）。下流側アーム４４は、巻
取処理中に機能して、親ロール２５とリールスプール２
６とがリールドラム１９から離間して動くのを阻止す
る。

【００２５】巻取処理中に紙ロール２５の窪みとニップ
荷重とを制御するために、装置はニップにおける紙ロー
ルの半径の窪みを検出するためのセンサを含み、センサ
からの信号を用いてキャリッジの動きを制御して、窪み
とニップ荷重とを制御する。従って、第１のセンサ７０
は適当に例えば装置を収容する建物の天井Ｃに取付けら
れていて、ニップ７２からは間隔を隔てているロールの
窪んでいない領域において、親ロール２５の窪んでいな
い半径厚さＲｕを検出する。窪んでいない半径厚さＲｕ
は様々な方法で定めることができ、例えばセンサ７０か
らロール２５の表面までの距離を検出して、その距離
を、センサ７０とリールスプール２６との間の既知であ
る距離から減算する。第２のセンサ７４は適当に取付け
られて、親ロール２５のニップ７２における窪んだ半径
厚さＲｃを検出する。窪んだ厚さＲｃはリールドラム１
９とリールスプール２６との相対的な位置に直接的に関
係するので、相対位置を様々なやり方で検出して定める
こともでき、例えば、センサ７４はリールドラム１９と
リールスプール２６との中心間距離を検出したり、一方
の中心と他方の表面との間の距離を測定するなど、そう
したいずれを用いても、窪んだ半径厚さＲｃを得ること
ができる。代わりに、キャリッジ３７を動かす液圧アク
チュエータ３８に位置センサを組込んで又は結合させ
て、そのようなセンサから指示されたキャリッジの位置
を用いて窪んだ半径厚さＲｃを推論してもよい。

【００２６】センサ７０及び７４は制御装置６６に結合
される。制御装置は、センサ７０、７４から受けた信号
に基づいて、親ロール２５の半径窪みΔＲを決定するよ
うにプログラムされている。制御装置は、バルブ６８を
動作させてアクチュエータ３８を制御して、半径窪みΔ
Ｒを所定の限界内に維持する。所定の限界は、紙ウェブ
１５の既知の圧縮性や、親ロール２５の窪んだ半径厚さ
Ｒｃ、その他の関数である。

【００２７】リールドラム１９は実質的に圧縮不可能で
あるとしてモデル化される。他の例においては、既知の
有限の圧縮性（代表的には紙ロールの圧縮性よりもはる
かに小さい）を備えたリールドラム１９を用いることが
望ましいこともあり、リールドラムの圧縮性をもパラメ
ータとして所望のニップ荷重を提供するためのアクチュ
エータ３８の適切な位置を決定する。

【００２８】望ましいのならば、実際のニップ荷重は、
リールドラム１９とリールスプール２６との位置の瞬間
値と、ロールの紙の窪んでいない半径厚さＲｕと、紙及
び／又はリールドラムの圧縮性とに基づいて、連続的に
計算できる。しかしながら、実際のニップ荷重を連続的
に計算することは必要ではなくて、検出された半径窪み
ΔＲと所望の液圧アクチュエータの位置との関係を直接
示しているテーブルをただ単に検索するように制御装置
をプログラムすることによって、より安価に妥当な精度
が得られる。

【００２９】様々なタイプのセンサ７０、７４を用いる
ことができ、それには、レーザー式三角測量のようなレ
ーザーに基づいた距離ないし深さ測定装置や、例えばKe
vinHardingの"Moire Interferometry for Industrial I
nspection," Lasers and Applications, Nov. 1993, p
p. 73- 78やAlbert J. Boehnleinの１９９１年１２月３
日の米国特許第５，０６９，５４８号"Field Shift Moi
re System"のようなレーザー白色光又は多波長のモアレ
干渉法と、超音波検出例えば、L.C. Lynnworthが"Ultra
sonic Measurements for Process Control", Academic
Press, Boston,1989に記載した方法を含むような超音波
検出、特に固体表面から反射した超音波信号の遅延時間
を測定する方法と、マイクロ波とレーダー波の反射率に
よる方法と、距離を決定する静電容量による方法と、渦
電流トランスデューサによる方法と、単一カメラの立体
視イメージングによる深さ検出であって、T. Lippert
の"Radial parallax binocular 3D imaging" Display S
ystem Optics II, Proc. SPIE Vol. 1117, pp. 52-55
(1989)に例示されているようなものと、複数カメラの立
体視イメージングによる深さ検出であってN. Alvertos
の"Integration of Stereo Camera Geometries" Optic
s, Illumination and Image Sensing for Machine Visi
on IV., Proc. SPIE, Vol. 1194, pp. 276-286 (1989)
に例示されているようなものと、ローラーや車輪や金属
帯のような接触プローブその他の装置であってその位置
又は偏位を直接測定できるようなもの、などを含む。

【００３０】先に述べたように、アクチュエータ３８内
に又はこれに隣接させて位置ないし直線的な偏位のセン
サを組込むことも可能であって、キャリッジ３７の位置
又はキャリッジ３７の直線的な動きの長さを検出して、
紙ロールの窪んだ半径厚さに変換できる。例えば、磁気
歪位置センサ、ノースカロライナの、Research Triangl
e ParkのMTS Systems CorporationのTEMPOSONICSを用い
てキャリッジの位置を検出できる。しかしながら、本発
明はどんな特定のタイプのセンサにも制限されない。

【００３１】図３を参照すると、本発明の第２の好まし
い実施形態が示されていて、この装置では、力検出要素
５０を用いてアーム４４からリールスプール２６に作用
する力を検出している。本発明のかかる実施形態では、
窪みを直接検出して検出された窪みと共にロールの半径
厚さを用いてキャリッジの動きを制御するのに代えて、
力センサ５０で測定した力を検出された紙ロールの半径
厚さないし直径と共に用いてキャリッジの動きを制御す
る。

【００３２】従って、下流側アーム４４は、リールスプ
ール２６に接触する弾性要素５０を支持する。図示の実
施形態における弾性要素は、ハウジングないしシリンダ
５２と、その中に取付けられている圧縮コイルスプリン
グ５４とを備えているが、他のタイプのスプリングも使
用可能である。ピストン５６は、シリンダ５２の開端に
隣接した側のスプリング５４の端部に取付けられる。ピ
ストン５６はシリンダ内に摺動可能に取付けられる。シ
リンダ５２は、該シリンダの軸線５８をリールスプール
２６の半径に沿って概略向けるようにしてアーム４４に
取付けられる。ローラーないし車輪６０は、ピストン５
６に回転可能に取付けられて、リールスプール２６と回
転接触する。

【００３３】従って、アーム４４とリールスプール２６
との間に作用する力がその軸線に沿って弾性要素５０を
介して伝達されることが認識できるだろう。これによ
り、力はシリンダ５２内のスプリング５４を圧縮する傾
向を有していて、より大きい力はスプリング５２をより
大きく変形させ、より小さい力はスプリングをより小さ
く変形させる。スプリングは既知のバネ定数を有するの
で、スプリング５２の長さがアーム４４とリールスプー
ル２６との間に作用する力の測定値となって、それゆ
え、親ロール２５とリールドラム１９との間に働く直線
ニップ荷重に比例するか、指示値となる。

【００３４】弾性要素５０に隣接させて距離測定装置６
２が取付けられてスプリング５４の長さを検出する。測
定装置６２はハウジング５２に固定されたものとして示
しているけれども、これに代えて、巻取装置１０の包囲
ハウジングの壁や天井のような他の構造に固定してもよ
い。必須ではないものの好ましくは、距離測定装置６２
はレーザー変位センサを備え、鏡６４がピストン５６に
取付けられてレーザー光を反射してセンサ６２へ戻す。
他のタイプの距離測定装置を代わりに使用してもよく
て、それには上に列挙したあらゆるタイプの装置が含ま
れる。

【００３５】センサ６２は制御装置６６に結合され、制
御装置は一対のバルブ６８（図２）に結合されて、これ
らは液圧アクチュエータ３８に結合される。制御装置６
６は、センサ６２から受けた信号に基づいてバルブ６８
を動作させるようにプログラムされていて、センサ６２
によって指示された力を所定の限界内に維持する。

【００３６】本発明によれば、直線ニップ荷重を一定で
はなくて、むしろ、ニップ荷重が大きくなる紙ロールの
半径厚さの関数として変化するように巻取りを制御する
ことによって、特にティッシュのような柔らかいグレー
ドの紙について、改善された紙の品質が得られる。従っ
て、センサ６２によって指示される力の設定点は、紙ロ
ール２５の半径厚さないし直径の関数とするのが有利で
ある。このために、第２の実施形態による巻取装置は好
ましくは、ロールの半径厚さないし直径を検出するため
に、位置センサ又は距離測定装置を含む。前述したいず
れのタイプのセンサも、ロールの半径厚さないし直径を
検出するために使用できる。さらに、力検出要素５０は
本質的にはロードセルから構成され、従って他のタイプ
のロードセルを必要ならば所定の位置に使用できること
を認識すべきである。例えば、スウェーデンのKarlskog
aのNobel Electronik ABから入手可能なＫＯＳＤ−４０
又はＫＩＳＤ−８のロードセルを、リールスプールに当
接するローラー６０のシャフトに組込むことができる。

【００３７】図４は、本発明の第２の実施形態による液
圧アクチュエータ３８を制御するための制御装置を示し
ている。制御装置の構成要素は従動側と駆動側のキャリ
ッジの双方について示している。制御装置６６は、力検
出要素ないしロードセル５０に作用する力の設定点の値
を計算するためのプログラマブルロジックコントローラ
及び／又はコンピュータ８０と、バルブ６８を操作する
ための制御装置８２とを備えて、液圧アクチュエータ３
８が従動側キャリッジを動かして、従動側のロードセル
５０によって指示された実際の力と設定点の値との間の
誤差をゼロにするように駆動する。従って、実際の力な
いし“直線荷重”は、符号８４にて示すように、従動側
のロードセル５０から設定点制御装置８０へと伝えられ
る。代わりに、“実際の”直線荷重は従動側と駆動側と
のロードセルで指示された力の平均でもよい。ロードセ
ル５０によって指示された力は概略は直線ニップ荷重に
比例するだろうが、多くの場合において、様々な理由の
ためにニップ荷重と一致はしないであろうことを認識す
べきである。例えば、ローラー６０がリールスプールと
接触する点は、紙ロール２５の中心から、紙ロールとリ
ールドラム１９との接触点へと通るような半径の線には
整列されていないことがある。

【００３８】上述の如く、直線荷重の設定点は紙ロール
の半径厚さないし直径の関数にするのが有利であって、
直線荷重とロールの直径との間の所定の相関関係に基づ
いて制御装置で計算するのが好ましい。例えば、制御装
置はロールの検出された直径に基づいて直線荷重の設定
点を決定するように、テーブルを検索するなどのように
プログラムできる。所定の相関関係は一般に異なるグレ
ードの紙では異なると共に他の要因にも影響されること
を認識すべきである。従って、位置センサ８６がそれぞ
れの液圧アクチュエータ３８に組込まれるか、又は結合
される。紙ロールの直径はキャリッジの位置の関数であ
り、従って位置センサ８６からの信号はロールの直径の
指示値となる。この位置信号は、符号８８にて示すよう
に、設定点制御装置８０に送られる。設定点制御装置８
０は、直線荷重のための設定点を計算し、符号９０にて
示すように、設定点を制御装置８２へ伝える。設定点と
実際の直線荷重との間の誤差は符号９２にて制御装置８
２によって決定されて、誤差信号は比例積分制御９４に
送られて、これが直線荷重の誤差をゼロに向けて駆動す
るための修正信号を発生させる。修正信号はデジタル−
アナログ変換器９６を介して送られて、変換されたアナ
ログ信号は従動側のアクチュエータ３８のバルブ６８へ
送られて、バルブは増分量によって開閉してアクチュエ
ータ３８を操作して、従動側キャリッジを増加的に動か
して、直線荷重を設定点の値に増加又は減少させる。

【００３９】装置の駆動側では位置制御を用いて、駆動
側のキャリッジの位置を本質的には従動側のキャリッジ
と同様にして維持する。従って、従動側の位置センサ８
６からの実際の位置と駆動側の位置センサ８６からの実
際の位置との間の誤差は符号９８に示すように制御装置
８２内で決定されて、誤差信号は比例積分制御装置１０
０に送られて、この制御装置が駆動側のアクチュエータ
３８のための修正信号を発生する。修正信号はデジタル
−アナログ変換器１０２に送られて、これがアナログの
修正信号を駆動側アクチュエータ３８のバルブ６８に供
給して、位置誤差をゼロに向けて駆動する。

【００４０】巻取動作中にわたって、駆動側キャリッジ
に位置制御を使用してリールスプール２６をリールドラ
ム１９に平行に維持するけれども、新しいリールスプー
ルが上側位置にあって（図１のリールスプール２６’に
示される）、紙ウェブの後尾が新しいリールスプールに
巻掛けられてリールスプールへの紙の巻取りを開始する
ような、巻取りのごく開始時には、制御装置はリールス
プールの片方の端部を他方の端部よりもリールドラムに
より接近させて位置決めするようにプログラムされてい
るのが好ましい。このようにリールスプールを位置決め
すると後尾がスプールに巻取られるのが容易になる。例
えば、リールスプールの片方の端部はリールスプールの
他方の端部よりも約２０ｍｍほどリールドラムに接近さ
せて配置される。

【００４１】図１の符号２６’に示すような上側位置の
リールスプールにおいて、リールスプール２６への紙の
巻取りが開始するとき、その位置でのニップ荷重の制御
は、本発明の方法を用いたのでは困難であるが、それは
紙の層が依然として極めて薄くてそれゆえに実質的に窪
みを生じないからである。従って、上側位置での巻取処
理の制御は、例えばストレインゲージや他の力センサを
用いた在来のニップ荷重制御などの他の方法で実行され
て、本発明の方法を採用できるのに十分にリールスプー
ルの紙の層が厚くなったならば、この時点で本発明の方
法によるニップ荷重の制御を開始する。

【００４２】本発明のある種の好ましい実施形態につい
ての上述の説明から、本発明は、紙の巻取装置における
直線ニップ荷重を制御するための装置及び方法であっ
て、たとえ低いレベルのニップ荷重にあってもニップ荷
重の正確な制御を容易にするものを提供することが認識
されるだろう。

【００４３】当業者にあっては、上記説明及び関連図面
で提示された教示の利益を有するような、本発明に関連
している本発明の多くの改変と他の実施形態を思いつく
だろう。従って、本発明は開示した特定の実施形態に限
定されるべきではなく、その改変や他の実施形態は特許
請求の範囲の範囲内に含まれることを意図していること
を理解すべきである。さらに、本明細書では特定の用語
を使用したけれども、それらは一般的で説明的な感覚で
だけ用いられていて、限定する目的ではない。 ［図面の簡単な説明］

【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態による巻取
装置を示す側立面図であって、この装置は、ロールの半
径窪みを推論するための、紙ロールの窪んでいない及び
窪んだ半径方向の厚さないし直径を測定するためのセン
サを含んでいる。

【図２】図２は、図１の装置のリールドラムとリールス
プールとキャリッジとを示す模式的な側立面図であっ
て、紙ロールの窪んでいない及び窪んだ厚さの測定を示
すと共に、リールドラムに対してキャリッジを動かすア
クチュエータの動作を制御するための制御装置とバルブ
とを示している。

【図３】図３は、本発明の第２の好ましい実施形態によ
る直線ニップ荷重に比例した力ないし指示値を検出する
ための弾性要素を示す拡大横断面図であって、ここでは
紙ロールの半径厚さないし直径の関数として力を用いて
窪み及びニップ荷重を制御している。

【図４】図４は、本発明の第２の好ましい実施形態によ
る巻取装置の二次側巻取装置の従動側と駆動側とのキャ
リッジの位置制御のための制御装置を示す制御線図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−92216（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−82756（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−110467（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−72852（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B65H 18/26

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紙材料のウェブをロールに巻取るための
   装置であって、この装置が、 回転可能に取付けられたリールスプールであって、紙材
   料のウェブが巻取られて直径が大きくなっていくロール
   を形成するような上記リールスプールと、 リールスプールに隣接して回転可能に取付けられたリー
   ルドラムと、 リールドラムとリールスプールとの一方を支持して他方
   に対して可動にすると共に、リールドラムとリールスプ
   ールとのうちの前記一方を他方に対して位置決めして、
   両者の間にニップを形成するようなキャリッジと、 キャリッジに結合されていて、リールドラムとリールス
   プールとが互いに向かうように促すべくキャリッジを動
   かすように動作して、リールドラムが紙のロールををニ
   ップにて局所的に半径方向に窪ませるようにするアクチ
   ュエータと、 リールドラムの紙のロールに対する半径方向の窪みを指
   示する信号を提供するセンサユニットと、 センサユニットとアクチュエータとに結合された制御装
   置であって、ニップでの紙ロールに対してのリールドラ
   ムの半径方向の内向きの窪みの量を所定の制限内に維持
   すべく、キャリッジを動かすようにアクチュエータを制
   御するように動作する上記制御装置と、を備えているこ
   とを特徴とする巻取装置。
2. 【請求項２】 センサユニットが紙ロールの直径を検出
   するように動作するセンサを含むと共に、制御装置が紙
   ロールの検出された直径に基づいて窪みの制限値を決定
   及び調節するようにプログラムされていることを特徴と
   する請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 センサユニットが、ニップでの紙ロール
   の窪んだ半径厚さの関数としての信号を提供する第１の
   センサと、ニップから間隔を隔てた紙ロールの窪んでい
   ない領域での半径厚さの関数としての信号を提供する第
   ２のセンサとを含むことを特徴とする請求項１記載の装
   置。
4. 【請求項４】 制御装置が、第１及び第２のセンサから
   の信号を受けて、リールドラムの紙ロールに対する窪み
   の量を計算することを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 第２のセンサは、レーザー測定装置及び
   超音波測定装置の少なくともひとつから構成されている
   距離測定装置であることを特徴とする請求項３記載の装
   置。
6. 【請求項６】 センサユニットが、 紙のロールの窪んでいない厚さを指示する信号を提供す
   る第１の位置センサと、 紙ウェブが巻取られてロールを形成しているときのキャ
   リッジの位置を指示する信号を提供する第２の位置セン
   サと、を含み、 制御装置が、第１及び第２のセンサからの信号を受け
   て、前記信号に基づいてリールドラムの紙のロールに対
   する窪みの量を計算することを特徴とする請求項１記載
   の装置。
7. 【請求項７】 第２の位置センサは磁気歪直線変位セン
   サであることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 第２の位置センサは変形可能な要素であ
   ることを特徴とする請求項６記載の装置。
9. 【請求項９】 紙材料のウェブをロールに巻取るための
   方法であって、この方法が、 リールドラムとリールスプールとの一方を他方に隣接さ
   せて配置して、両者の間にニップを形成するような段階
   と、 リールドラムとリールスプールとを回転させて、紙材料
   のウェブをリールスプールに巻取って直径が大きくなっ
   ていくような紙のロールを形成する段階と、 リールドラムとリールスプールとの一方に力を作用させ
   て、リールドラムをニップに隣接してロールに対して窪
   ませるような段階と、 紙ロールの直径と、リールドラムの紙ロールに対する窪
   みとリールドラム及びリールスプールのうちのひとつに
   作用する力との少なくともひとつとを検出する段階と、 前記窪みと作用する力とのうちのひとつを所定の制限内
   に維持すべく、リールドラムとリールスプールとの一方
   の位置を調節して、それによりリールドラムと紙ロール
   との間の直線ニップ荷重を制御する段階と、を備えてい
   ることを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 検出段階が、紙ロールの直径とリール
    ドラムの紙ロールに対する窪みとを検出することを備
    え、調節段階が、リールドラムとリールスプールとの一
    方の位置と、リールドラムとスプールとの一方に作用す
    る力とを調節することを備え、紙ロールの直径が増加す
    るとき、リールドラムの紙ロールに対する窪みを所定の
    制限内に維持することを特徴とする請求項９記載の方
    法。
11. 【請求項１１】 検出段階が、紙ロールの直径と、リー
    ルドラムとリールスプールとの一方に作用する力とを検
    出することを備え、検出された直径と、力と紙ロールの
    直径との間の所定の相関関係とに基づいて、検出された
    力についての制限を決定する段階をさらに備え、調節段
    階が、検出された力を前記制限内に維持すべく、リール
    ドラムとリールスプールとの一方の位置を調節する段階
    を備え、それにより紙ロールの直径の関数として直線ニ
    ップ荷重と紙ロールの窪みとを制御することを特徴とす
    る請求項９記載の方法。