JP4399308B2 - ブレードコータ - Google Patents

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Description

本発明は、製紙工場において製造された原紙等のウェブに塗工液を塗布する際に使用されるブレードコータに係り、より詳細にはブレードが設置される支持ビームの撓み補正装置に関する。
製紙工場で製造された原紙は、所要の目的に適合する製品としての加工紙とされる場合が多い。
この加工紙のうち、塗被加工紙(塗工紙)は、原紙の表面の性質を改善する目的で原紙であるウェブの表面に塗工液を塗布する作業を行い製造するもので、この塗工作業に用いる塗工機の一つとしてブレードコータがある。
ブレードコータの一例としては、その要部を示す概念的左側面図である図9(a)、(a)図のB−B矢視図の図9(b)に示すように、バッキングロール101にウェブ102を巻き掛けて搬送させ、バッキングロール101の下方から塗工液供給装置103にてウェブ102の表面に塗工液104を供給している。
塗工液104の塗布後、ウェブ102の幅方向(図9(a)の紙面に対して垂直方向)となるバッキングロール101の軸方向に対応させて水平に配置したブレード105を、ウェブ102の塗工面に押し付け、塗布された塗工液の余剰分を掻き取ってウェブ102の表面に所要厚さの塗工液膜を形成している。
このブレード105は、バッキングロール101と平行に配した支持ビーム107上に固定されたブレードホルダ106により保持され、該支持ビーム107の両端は、上下方向に配したアーム108の下端部に取り付けられている。
上記のブレードコータにおけるブレード105の幅方向の塗工プロファイルの調整に際しては、ブレードホルダ106上のブレード105の背面部に設けられた幅方向分割構造のプロファイル調整装置116のブレード105への押圧動作により、ブレード105を幅方向(ウェブ102幅方向)について各部を任意にウェブ102への接離方向へ変形させ、塗工プロファイルを自在に調整している。
上述のブレードコータにおいては、支持ビーム107の自重およびウェブ102への加圧力による撓みの発生に起因してブレードホルダ106が変形し、結果としてブレード105の変形が生ずる。
このようなブレード105の変形を補正するため、下記の特許文献1には、支持ビーム107上のブレードホルダ106の撓みを歪センサーで検出し、その値に基づき、支持ビーム107とブレードホルダ106との間に新たに配設した伸縮アクチュエータを作動させ、ブレードホルダ106を常に自動的に水平状態に保つ方策が提案されている。
実開平07−037372号公報
ところで、上述の第1例のブレードコータにおいては、上述した如く、ウェブ102の幅が広幅、例えば、5000mm以上の場合、支持ビーム107の長さも長くなり、支持ビーム107にその自重およびウェブ102への加圧力によって撓みが発生し、支持ビーム107上に設置されるブレードホルダ106にも撓みが生じ、該ブレードホルダ106に保持されるブレード105が変形し、塗工液膜の厚さ及びプロファイルを決めるブレード105に悪影響を及ぼすという不都合がある。
すなわち、支持ビーム107に撓みが発生すると、その影響がブレードホルダ106を介してブレード105に与えられるため、ウェブ102に対するブレード105の微妙な刃当り角度が端部と中央部で大きく狂ってしまうことが起こり、幅方向の塗工プロファイルが均一にならなくなってしまうという問題が生じる。
そのため、従来には、プロファイル調整装置116の操作でブレード105を変位させて塗工プロファイルの調整を行うようにしているが、プロファイル調整装置116の操作が複雑となって幅方向の品質精度が出しにくくなってしまう。
一方、上記の第1例のブレードコータに対して、ブレードホルダ106の撓みを歪センサーで検出し、伸縮アクチュエータを作動させてブレードホルダ106を常に自動的に水平状態に保つ第2例のブレードコータは、ブレード105に悪影響を及ぼす主因である支持ビーム107の撓みを補正する構成ではないため、ウェブ幅が更に広がりブレードコータが大型になった場合には、それに伴ない構成が複雑化している。
本発明は上記実状に鑑み、簡略な構成で、ウェブ幅の大小に拘らず所定の塗工性能を維持できる信頼性の高いブレードコータの提供を目的とする。
上記目的を達成するべく、本発明の請求項1に関わるブレードコータは、バッキングロールに対し接離可能に配設されるブレードと、該ブレードがブレードホルダを介して設置される支持ビームと、該支持ビームを前記ブレードの調整のために移動自在に支持する支持手段とを具備し、前記バッキングロールに巻き掛けられたウェブの表面に塗工液を塗布した後、前記ウェブ表面に前記ブレードを押し当てて塗布された塗工液の余剰分を掻き落すブレードコータであって、前記支持ビームの自重等による長手方向の撓みを所定の撓み量に少なくとも1ヵ所で補正する支持ビーム撓み補正手段を具備し、さらに、前記支持ビームの移動に従って、その重心廻りの回転角を算出し、前記支持ビームの撓みが前記所定の撓み量になるための前記支持ビームへ付与する補正量を演算し、該補正量の信号を前記支持ビーム撓み補正手段へ送信する制御手段を具備することを特徴としている。
本発明の請求項2に関わるブレードコータは、請求項1に記載のブレードコータにおいて、さらに、前記支持手段における前記支持ビームを移動させる動作量を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出した前記支持手段の動作量に関する検出信号に基づき前記支持ビームの重心廻りの回転角を算出し、前記支持ビームの撓みが前記所定の撓み量になるための前記支持ビームへ付与する補正量を演算し、該補正量の信号を前記支持ビーム撓み補正手段へ送信する制御手段とを具備することを特徴としている。
本発明の請求項3に関わるブレードコータは、バッキングロールに対し接離可能に配設されるブレードと、該ブレードがブレードホルダを介して設置される支持ビームと、該支持ビームの両側部に配置され前記支持ビームの両端部がそれぞれの一端部に固定される一対のアームと、該一対のアームの他端部をそれぞれの一端部で第1軸廻りに回動自在に支持するとともに設置面に対して固定して配置される第2軸廻りにそれぞれの他端部が回動自在に支持される一対の加圧アームとを具備し、前記バッキングロールに巻き掛けられたウェブの表面に塗工液を塗布した後、前記ウェブ表面に前記ブレードを押し当てて前記ウェブ表面に塗布された塗工液の余剰分を掻き落すブレードコータであって、前記第1軸の回動角により前記アームの回動角を検出する第1角度検出手段と、前記第2軸の回動角により前記加圧アームの回動角を検出する第2角度検出手段とを具備し、さらに、前記支持ビームの自重等による長手方向の撓みを所定の撓み量に少なくとも1ヵ所で補正する支持ビーム撓み補正手段と、前記第1角度検出手段によって検出した前記アームの回動量の検出信号と前記第2角度検出手段によって検出した前記加圧アームの回動量の検出信号とに基づいて前記支持ビームの重心廻りの回転角を算出し、前記支持ビームの撓みが前記所定の撓み量になるための前記支持ビームへ付与する補正量を演算し、該補正量の信号を前記支持ビーム撓み補正手段へ送信する制御手段とを具備することを特徴としている。
以上、詳述した如く、本発明のブレードコータによれば、支持ビームの長手方向の撓みを所定の撓み量に少なくとも1ヵ所で補正する支持ビーム撓み補正手段を具備するので、支持ビームの長手方向の撓みを所定の撓み量に抑えることができる。
また、支持ビームの移動に基づき、その重心廻りの回転角を算出し、支持ビームの撓みが所定の撓み量になるための支持ビームに付与する補正量を演算し、該補正量の信号を前記支持ビーム撓み補正手段へ送信する制御手段を有するので、支持ビームの長手方向の撓みのフィードフォワード制御が可能であり、支持ビームの撓みの補正が容易に行える。
また、アームの回動角を検出する第1角度検出手段と、加圧アームの回動角を検出する第2角度検出手段とを具備すれば、支持ビームの重心廻りの回転角を算出するための情報が得られ、支持ビームの撓み補正のフィードフォワード制御に有効である。
従って、簡略な構成で、ウェブ幅の大小に影響されることなくブレードを設置する支持ビームの撓みを補正でき、所定の塗工性能を有する信頼性の高いブレードコータを実現できる。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施例であるブレードコータBcは、その概念的左側面図である図1(a)、および(a)図のC−C矢視図の図1(b)に示すように、バッキングロール1に巻き掛けて搬送させるウェブ2の表面に対して、バッキングロール1の下方から塗工液供給装置3にて塗工液4を供給して塗布している。
そして、バッキングロール1の軸方向に対応させて水平に配置されるとともにバッキングロールに対し接離可能であるブレード5を、ウェブ2の塗工面に押し付け、塗布された塗工液の余剰分を掻き取ることで、所要厚さの塗工液膜をウェブ2表面に形成している。
該ブレード5は、バッキングロール1と平行に配した支持ビーム7上に固定されるブレードホルダ6により保持され、この支持ビーム7の両端は、図1(b)に示すように、上下方向に配したアーム(支持手段)8の下端部に固定されている。
アーム8は、加圧アーム(支持手段)9の一端部の軸(第1軸)10廻りに回動自在に支持され、該加圧アーム9の他端部は、ブレードコータBcの設置面G上に固定された固定フレーム12の軸(第2軸)11廻りに回動自在に支持されている。
このようにして配設されたブレード5のウェブ2に対する加圧力の調整は、図1(a)に示すように、固定フレーム12に枢設され、該固定フレーム12と加圧アーム9との間に介装した加圧シリンダ13の伸縮作動により、加圧アーム9を固定フレーム12の軸11廻りに回動して、ブレード5をバッキングロール1に対して傾動させて接近または離間することにより行われている。
なお、図1(b)においては、加圧シリンダ13は、省略して示している。
また、ウェブ2に対するブレード5の刃当り角度の調整に際しては、設置面Gに固定したフレーム14fの軸14f1に回動自在に支持され、支持ビーム7の中間部に取着した角度調整用ジャッキ14を伸縮作動することにより、アーム8を加圧アーム9の軸10廻りに回動させ、ブレード5のウェブ2に対する刃当り角度を調整している。
また、図1(b)に示すように、固定フレーム12の軸11には、加圧アーム9の回動角θ2を検出するための角度検出装置(検出手段、第2角度検出手段)17が取り付けられ、また、加圧アーム9の軸10には、アーム8の回動角θ1を検出するための角度検出装置(検出手段、第1角度検出手段)16が取り付けられている。
なお、本実施例では、角度検出装置16、角度検出装置17としてロータリーエンコーダを用いている。
上記支持ビーム7は、鋼板を溶接し接合して製造される矩形状断面を有する中空の部材であり、加圧アーム9およびアーム8により回動させるため、例えば、支持ビーム7が図1(a)に示す水平に配置された状態からどの位の角度、傾動させられたかは、加圧アーム9の回動角を検出する角度検出装置17の検出信号と、アーム8の回動角を検出する角度検出装置16の検出信号とにより求められる。
また、支持ビーム7は、その自重、ウェブ2への加圧力等による撓みを補正するため、設置面Gに対して回動自在に支持される2つの伸縮動作するアクチュエータ(支持ビーム撓み補正手段)18により下方から圧力を受けている。
アクチュエータ18は、圧力調整機構pcを有し、支持ビーム7のひずみを補正する圧力を加えるため、油圧シリンダ等が用いられている。
図2は、ブレードコータBcの実際の適用例を示す正面図である。
この適用例においては、支持ビーム7の内部中央に、鋼板の梁状板7bが、アクチュエータ18を設置するための切り欠き部7b1を有して鉛直方向に配設されており、また、支持ビーム7の底板7aには、アクチュエータ18が挿通するための開口7a1が設けられている。
アクチュエータ18は、アクチュエータ廻りの拡大正面図である図3に示すように、設置面Gに対して固定された固定フレーム18kの軸18k1廻りに回動自在に支持されている。
上記梁状板7bの切り欠き部7b1には、半球状の突起部7b2が取り付けられ、この半球状の突起部7b2を受ける態様で、アクチュエータ18の先端部に半球状凹部を有する支持ビーム受け部18uが設けられている。
そのため、支持ビーム7が、図2のA−A線断面図の図4に示す基準状態から、加圧アーム9、アーム8により回動され、図5に示すように、傾動した際にも、アクチュエータ18は、固定フレーム18kの軸18k1廻りに回動するとともに、先端部の凹部である支持ビーム受け部18uが、梁状板7bの突起部7b2に対して摺動し、支持ビーム7の傾動に従って無理なく追随し移動することができる。
上述の構成のブレードコータBcにおいて、支持ビーム7が、アクチュエータ18による圧力を受けない場合、支持ビーム7が固定端に支持されていると仮定すると、支持ビーム7の撓みyは、下記の如く求めることができる。
支持ビーム7は、図6に示すように、単位長さ当りwの自重を有する場合、次式から求められる撓みyを生じる。
Figure 0004399308
ここで、w:支持ビームの単位長さ当りの重さ
l:支持ビーム長
E:支持ビームのヤング率
I:支持ビームの断面二次モーメント
x:支持ビームの一端縁からの長さ
また、支持ビーム7が自由端に支持されていると仮定すると、その撓みyは、
Figure 0004399308
により、求められる。
これらの式より、固定端ないし自由端に支持された場合の変数をkとすると、
最大撓みymaxは
Figure 0004399308
となる。
実際には、支持ビーム7は、固定端または自由端の何れかに支持されているとも確定し難いので、理論的にkを設定する、或いは測定により設定する等によりkが決定される。
また、断面二次モーメントIに関しては、支持ビーム7が、加圧アーム9およびアーム8により重心廻りに何度傾いたか、すなわち、重心廻りの回転角を求めることにより、断面二次モーメントIを求めることができる。
上記の初期条件のもと、図7の上図に示すように、支持ビーム7に対して2つのアクチュエータ18により下方から垂直方向の圧力f1を与えた場合には、図7の下図に示すような撓みyおよび最大撓みymaxが生じる。
これらの撓みyおよび最大撓みymaxは、アクチュエータ18の本数、位置、付与する圧力等の圧力条件により算出することができる。
上述の演算を、圧力変化演算と称する。
なお、実際には、ブレード5、ブレードホルダ6、プロファイル調整装置15等の重量が、支持ビーム7に加わるので、理論的にまたは測定等により補正することになる。
また、アクチュエータ18の本数、および位置はブレードコータBcの使用条件により、適宜、任意に選択できるものである。
一方、アクチュエータ18の傾き角は、加圧アーム9の設置位置、アクチュエータ18の設置位置、加圧アーム9の長さ、アーム8の長さ、加圧アーム9の回動角、およびアーム8の回動角等から、正弦定理、余弦定理等を用いて幾何学的に求めることができる。
そして、このアクチュエータ18の傾き角より、支持ビーム7に垂直方向の力f1を付与するための、垂直方向の力成分f1を有するアクチュエータ18の力fを算出することができる。
上述の演算を、撓み補正量演算と称する。
また、ブレードコータBcは、ブレードコータの制御系の概念図の図8に示すように、制御装置(制御手段)20であるコントローラを有しており、上記の圧力変化演算、および撓み補正量演算を行い、アクチュエータ18、18を用いて支持ビーム7の撓みを補正制御を行うとともに、加圧シリンダ13を伸縮動作させて加圧アーム9の回動制御、および、角度調整用ジャッキ14を伸縮動作させてアーム8の回動制御等を行っている。
次に、上記構成のブレードコータBcの支持ビーム7の撓みを補正するための制御の過程について、図8を用いて説明する。
まず、ブレード5のウェブ2面に対する加圧力を調整するため、加圧シリンダ13を伸縮作動して加圧アーム9を固定フレーム12の軸11廻りに回動して、ブレード5をバッキングロール1に対して傾動させて接近または離間させる。
さらに、ウェブ2面に対するブレード5の刃当り角度を調整するため、角度調整用ジャッキ14を伸縮作動してアーム8を加圧アーム9の軸10廻りに回動させて、ウェブ2に対するブレード5の刃当り角度を調整する。
このような加圧アーム9とアーム8の回動により、支持ビーム7は、図1、図4に示す水平に配置された基準状態から傾くことになる。
次に、軸10に設置された角度検出装置16により、アーム8の回動角θ1を検出し、また、軸11に設置された角度検出装置17により、加圧アーム9の回動角θ2を検出して、これらの各回動角度θ1、θ2の信号が、制御装置20に出力される。
制御装置20においては、予め、支持ビーム7の任意の位置xの補正すべき撓みyまたは最大撓みymaxの所定値が設定されている。
入力された回動角度θ1、θ2信号に基づき、制御装置20において、圧力変化演算が行われる。
すなわち、回動角度θ1、θ2より、支持ビーム7の傾きである重心廻りの回転角が求められ、この傾きを基に断面二次モーメントIが算出される。
続いて、任意の位置xの所定の撓みyまたは所定の最大撓みymaxを有する撓み曲線(図7の下図参照)に支持ビーム7を補正するための上向きの力f1、f1が算出される。
また、撓み補正量演算が下記のように行われる。
すなわち、回動角度θ1、θ2信号に従って、加圧アーム9の設置位置、アクチュエータ18の設置位置、加圧アーム9の長さ、アーム8の長さ、加圧アーム9の回動角、およびアーム8の回動角等のパラメータから、アクチュエータ18の傾きが求められ、算出された力f1を垂直方向成分にもつアクチュエータ18の圧力fが算出される。
こうして算出された圧力f、fの情報に関する信号が、制御装置20からアクチュエータ18、18に出力される。
続いて、該信号に従って、それぞれアクチュエータ18、18により垂直方向の力成分f1、f1を有する圧力f、fが支持ビーム7に付与され、支持ビーム7の撓みyまたは最大撓みymaxを、予め設定した所定値に補正することができる。
このような制御を行うことにより、支持ビーム7の傾動に応じて支持ビーム7の撓み量を所定値に抑えることが可能となる。
上記構成によれば、支持ビーム7の撓み量のフィードフォワード制御を行い、支持ビーム7の撓みを所定量に設定できる。そのため、支持ビーム7の撓み量の制御が容易に行える。
また、支持ビーム7の撓みを補正するためのアクチュエータ18の本数、位置は、任意に設定することが可能であり設計上の自由度が高い。
また、構造がシンプルでメカニズムが簡単である。
そのため、ウェブ2が大きく、それに伴ない支持ビーム7長が長くなり、ブレードコータBcが大型化した場合にも、任意の位置に任意の数のアクチュエータ18を適宜、設けることで対応でき、使用条件の変化に対する対応性が良好である。
従って、支持ビーム7の撓みに基づくブレード5の変形等の悪影響が除去され、所定の塗工性能を有する信頼性の高いブレードコータBcを実現できる。
なお、上述の実施例においては、アクチュエータ18から支持ビーム7へ付与する圧力を制御して、支持ビーム7を所定の撓み量に補正する構成を例示したが、アクチュエータ18の伸縮動作量を変位センサ等を用いて把握し、伸縮動作量を管理制御することによって支持ビーム7の撓み量の補正を行うことも可能である。
また、上述の実施例においては、支持ビーム7として矩形状断面を有する場合を例示したが、円筒状断面、楕円状断面等の矩形状断面以外の断面を有する支持ビーム7においても、本発明が適用可能であることは言うまでもない。
また、上述の実施例においては、支持ビーム7の支持手段として、アーム8、8および加圧アーム9、9等を備える構成を例示したが、必ずしも本構成に限定されるものではない。
本発明の活用例として、カレンダー、カタログ、感熱用紙、感圧紙(ノーカーボン紙)等へ塗料を塗布するためのブレードコータ、それ以外に、自動改札用のキップの片面に磁性材料を塗布するためのブレードコータ等に適用することが可能である。

(a)および(b)は、本発明に関わる実施例のブレードコータを示す概念的左側面図、および(a)図のC−C矢視図。 本発明に関わる実施例のブレードコータの適用例を示す正面図。 図2に示すブレードコータのアクチュエータ廻りを示す拡大正面図。 図2に示すブレードコータのアクチュエータ廻りの要部を示すA−A線断面図。 図4に示す支持ビームが水平状態から傾動した場合を示す図2のA−A線断面図。 実施例のブレードコータにおける支持ビームが自重により撓んだ場合の応力分布と撓み曲線を示す図。 実施例のブレードコータにおける支持ビームがアクチュエータより下方から圧力を受けつつ撓んだ場合の応力分布と撓み曲線を示す図。 実施例のブレードコータの制御系を示す概念図。 (a)および(b)は、従来のブレードコータを示す概念的左側面図、および(a)図のB−B矢視図。
符号の説明
1…バッキングロール、
2…ウェブ、
5…ブレード、
6…ブレードホルダ、
7…支持ビーム、
8…アーム(支持手段)、
9…加圧アーム(支持手段)、
10…加圧アームの一端部の軸(第1軸)、
11…固定フレームの軸(第2軸)、
16…角度検出装置(検出手段、第1角度検出手段)、
17…角度検出装置(検出手段、第2角度検出手段)、
18…アクチュエータ(支持ビーム撓み補正手段)、
20…制御装置(制御手段)、
Bc…ブレードコータ。

Claims (3)

  1. バッキングロールに対し接離可能に配設されるブレードと、該ブレードがブレードホルダを介して設置される支持ビームと、該支持ビームを前記ブレードの調整のために移動自在に支持する支持手段とを具備し、前記バッキングロールに巻き掛けられたウェブの表面に塗工液を塗布した後、前記ウェブ表面に前記ブレードを押し当てて塗布された塗工液の余剰分を掻き落すブレードコータであって、
    前記支持ビームの自重等による長手方向の撓みを所定の撓み量に少なくとも1ヵ所で補正する支持ビーム撓み補正手段を具備し、さらに、
    前記支持ビームの移動に従って、その重心廻りの回転角を算出し、前記支持ビームの撓みが前記所定の撓み量になるための前記支持ビームへ付与する補正量を演算し、該補正量の信号を前記支持ビーム撓み補正手段へ送信する制御手段

    を具備することを特徴とするブレードコータ。
  2. 請求項1に記載のブレードコータにおいて、さらに、
    前記支持手段における前記支持ビームを移動させる動作量を検出する検出手段と、
    前記検出手段によって検出した前記支持手段の動作量に関する検出信号に基づき前記支持ビームの重心廻りの回転角を算出し、前記支持ビームの撓みが前記所定の撓み量になるための前記支持ビームへ付与する補正量を演算し、該補正量の信号を前記支持ビーム撓み補正手段へ送信する制御手段と
    を具備することを特徴とするブレードコータ。
  3. バッキングロールに対し接離可能に配設されるブレードと、該ブレードがブレードホルダを介して設置される支持ビームと、該支持ビームの両側部に配置され前記支持ビームの両端部がそれぞれの一端部に固定される一対のアームと、該一対のアームの他端部をそれぞれの一端部で第1軸廻りに回動自在に支持するとともに設置面に対して固定して配置される第2軸廻りにそれぞれの他端部が回動自在に支持される一対の加圧アームとを具備し、前記バッキングロールに巻き掛けられたウェブの表面に塗工液を塗布した後、前記ウェブ表面に前記ブレードを押し当てて前記ウェブ表面に塗布された塗工液の余剰分を掻き落すブレードコータであって、
    前記第1軸の回動角により前記アームの回動角を検出する第1角度検出手段と、
    前記第2軸の回動角により前記加圧アームの回動角を検出する第2角度検出手段とを具備し、さらに、
    前記支持ビームの自重等による長手方向の撓みを所定の撓み量に少なくとも1ヵ所で補正する支持ビーム撓み補正手段と、
    前記第1角度検出手段によって検出した前記アームの回動量の検出信号と前記第2角度検出手段によって検出した前記加圧アームの回動量の検出信号とに基づいて前記支持ビームの重心廻りの回転角を算出し、前記支持ビームの撓みが前記所定の撓み量になるための前記支持ビームへ付与する補正量を演算し、該補正量の信号を前記支持ビーム撓み補正手段へ送信する制御手段と
    を具備することを特徴とするブレードコータ。
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