JP4993064B2

JP4993064B2 - ニップ荷重測定装置

Info

Publication number: JP4993064B2
Application number: JP2006124424A
Authority: JP
Inventors: 圭介嶋田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: JP2007298308A

Description

本発明は、２つのワーク間のニップ荷重を測定するニップ荷重測定装置に関する。

従来、グラビア印刷機やロールコータなど、一方のロールが他方のロールを加圧するロール対を有する機械においては、ロール間のニップ荷重が製品の品質に大きく影響を及ぼすため、ロール間のニップ荷重を測定する様々な手法が開示されている。

例えば、感圧発色フィルムでロール間のニップ幅を測定し、円筒状弾性体が接触したときのヘルツの公式（数式１）から線圧ｑを算出し、算出した線圧ｑにロール幅を乗ずるこで、ニップ荷重を算出することが古くから知られている。

なお、数式１において、qは線荷重、bはニップ幅の１／２、r₁,E₁,ν₁はそれぞれ加圧ロールの半径、縦弾性係数、ポアソン比、r₂,E₂,ν₂はそれぞれ固定ロールの半径、縦弾性係数、ポアソン比である。

また、特許文献１、２、３では、圧電素子材料からなるフィルム状の圧力センサを検出手段とした方法が開示されているが、市販のフィルム状の圧力センサそのものには１０％程度の測定誤差がある。

また、特許文献４で開示されているような、ロードセル等の圧力センサが埋設された荷重測定用ロールを利用すればロール間のニップ荷重を測定することもできるが、ニップ荷重を測定するごとに、加圧される側のロールを荷重測定用ロールに取り替える必要があるため、実用的でない。

そこで、本出願人は特許文献５において、簡単かつ正確にニップ荷重を測定することができるニップ荷重測定装置を開示している。図６は、特許文献５で開示されているニップ荷重測定装置の正面図である。

図６に示したように、ニップ荷重測定装置１００は、ローラ間のニップ荷重を測定するニップ荷重測定装置であって、加圧側のローラの荷重を受け止める荷重受け部１０２と、荷重受け部１０２が受けた荷重を測定する２つのロードセル１０１と、荷重受け部１０２を支える２つのガイド１０３とを、少なくとも備え、固定側のローラに設置可能なベース部１０５とを備えるニップ荷重測定装置で、ニップ荷重測定装置の１００ベース部１０５を固定側のロールに設置することで、容易にロール間のニップ荷重を測定することができる。
特開２００２−３４０７０９号公報特開昭６０−１５５３４号公報特開昭６０−１５５３５号公報特開２００１−６６２０４号公報特願２００５−２７９３００号公報

しかしながら、図６のニップ荷重測定装置１００においては、ニップ時の安定性を鑑みて、ニップ荷重測定装置１００の正面側から見て左右対称に偶数個（ここでは、２個）のロードセル１０１を設置している。このとき、左右に設置された２つのロードセル１０１の高さが異なると、高さが高いロードセルだけで荷重を受けることになりニップ時の安定性が悪くなる恐れがある。よって、高さの低いロードセルと荷重受け部１０２裏側との間にシムを挟み、高さの高いロードセルと同じ高さになるように調整して、荷重が均一に２つのロードセル１０１に当たるようにする。

しかしながら、ロードセル１０１と荷重受け部１０２の裏側の間にシムを挟み、それぞれのロードセル１０１が荷重受けに均一にあたるように高さを調整する作業は、大変手間のかかる作業であった。また、繰り返しニップ荷重を測定すると、ロードセル１０１の先端と接触する荷重受け部１０２の部分が変形（へこみ）し、２つのロードセル１０１の高さが同じでなくなるため、この調整をやり直す作業も必要となってしまっていた。

加えて、図６で示したニップ荷重測定装置１００においては、ニップ荷重測定装置１００の正面側から見て左右対称に２本のガイド１０３で１つの荷重受け部１０２を支持しているが、ニップ荷重を測定するときに、ロードセル１０１を支点とし荷重受け部１０２がたわみ、結果としてガイド１０３もたわんでしまう。ガイド１０３がたわむと、リニアブッシュ１０４の内部とガイド１０３が接触し擦れることで、リニアブッシュ１０４の内部に溝が発生し、リニアブッシュ１０４にガタ生じて測定精度が低下してしまう問題もある。

そこで、本発明は、簡単かつ正確にニップ荷重を測定することができるニップ荷重測定装置において、ロードセルの高さ調整を必要とせず、更に、荷重受けの案内機構にガタが生じにくいニップ荷重測定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明は、２つのワーク間のニップ荷重を測定するニプ荷重測定装置であって、一方の前記ワークに設置可能なベース部と、他方の前記ワークの荷重を受け止める荷重受け部と、前記ベース部と前記荷重受け部との間に、前記ニップ荷重測定装置の正面から見て左右対称に偶数個設置され、前記荷重受け部が受けた荷重を測定する荷重測定部と、左右対称に偶数個設置された前記荷重測定部の間に設置され、他方の前記ワークによって一方の前記ワークが荷重されたときに、前記荷重受け部の動きを案内する案内機構部を備え、前記案内機構部は、前記ベース部に設けられた第１の回動支持部と、前記第１の回動支持部と連結し回動するアーム部と、第１の回動支持部とは異なる箇所で前記アーム部と連結する第２の回動支持部から、少なくとも構成され、前記第２の回動支持部に前記荷重受け部が設置されており、前記第１の回動支持部によって前記荷重受け部は円弧の軌道を描きながら案内され、前記第２の回動支持部の軸を支点として前記荷重受け部が斜めになることで前記荷重測定部の高さの差を吸収することを特徴とする。

更に、第２の発明は、第１の発明に記載のニップ荷重測定装置において、前記荷重受け部は、複数の部分に分割されており、前記荷重測定部及び前記案内機構部は、前記複数の部分ごとに設けられていることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１の発明または第２の発明に記載のニップ荷重測定装置において、前記ベース部は、前記ワークとの接触面が前記ワークに沿った形状であることを特徴とする。

更に、第４の発明は、第１の発明から第３の発明のいずれかに記載のニップ荷重測定装置において、前記ベース部及び／又は前記荷重受け部は、前記ワークと接触する部分に保護部材を備えることを特徴とする。

更に、第５の発明は、第１の発明から第４の発明のいずれかに記載のニップ荷重測定装置において、前記ベース部は、このニップ荷重測定装置を保持するための取手部を備えることを特徴とする。

上述した本発明によれば、２つのワーク間にニップ荷重測定装置を挟み込むだけで、簡単にニップ荷重を測定することができると共に、前記案内機構部は、前記ベース部に設けられた第１の回動支持部と、前記第１の回動支持部と連結し回動するアーム部と、第１の回動支持部とは異なる箇所で前記アーム部と連結する第２の回動支持部から、少なくとも構成される前記案内機構部を備えることで、前記荷重受け部が荷重を受けたときに、前記荷重受け部が下降する直線運動は、前記アーム部が第１の前記回動支持部を支点とした回動運動に変換され、前記荷重受け部は円弧の軌道を描きながら、所定の位置に案内される。

よって、前記第１の回動支持部及び前記第２の回動支持部が有するベアリングを剛性の高いものすれば、前記荷重受け部が荷重を受けたときでもベアリングにガタが生じないので測定精度の経時劣化が生じることはなくなる。ここで、前記ワークとは、加圧機構における作動部分を意味し、詳しくは、ローラや平板などを意味している。

さらに、前記荷重受け部が前記第２の回動支持部に設置されることで、前記荷重受け部は回動可能な状態にあり、前記ニップ荷重測定装置の正面側から見て左右対称に偶数個（ここでは、２個）の前記荷重測定部を設置し、前記荷重測定部の高さが異なる場合でも、前記荷重受け部が斜めになることで前記荷重測定部の高さの差を吸収するため、前記荷重測定部の高さ調整を必要としない。

さらに、前記荷重受け部を複数の部分に分割し、その複数の部分ごとに前記荷重測定部を設けることによって、ニップ荷重の荷重分布を１回の測定で同時に把握することができる。

本発明は、簡単かつ正確にニップ荷重を測定することができるニップ荷重測定装置において、ロードセルの高さ調整を必要とせず、更に、荷重受けの案内機構にガタが生じにくいニップ荷重測定装置を提供するために、２つの回動支持部と一つのアームを有する案内機構を備えている。

〔第１の実施の形態〕
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明に係るニップ荷重測定装置の第１の実施の形態を示す正面図であり、図２は、ニップ荷重測定装置の第１の実施の形態を示す側面図である。

図１に示したように、本発明によるニップ荷重測定装置１は、グラビア印刷機の版胴と圧胴などのように、加圧するローラ２ａ（以下、加圧ローラ）と固定されているローラ２ｂ（以下、固定ローラ）の２つのローラ間のニップ荷重を測定する装置である。このニップ荷重測定装置１には、ベース１２（ベース部）と、荷重受け１１（荷重受け部）と、ロードセル１０（荷重測定部）などが備えられている。

ニップ荷重測定装置１のベース１２は、このニップ荷重測定装置１の土台となり、固定ローラ２ｂに設置可能なものである。図２に図示しているように、ベース１２の底部には、ニップ荷重測定装置１が設置される固定ロール２ｂを傷つけないように、固定ロール２ｂを保護するための樹脂製の保護用板１４ａ（保護部材）が取り付けられている。

この樹脂製の保護用板１４ａは、円柱形状の固定ロール２ｂ上に安定してニップ荷重測定装置１を設置させるため、側面からみて所定の角度をもった二等辺三角形状としている。さらに、ベース１２には、ニップ荷重測定装置１を持ち運びしやすくするために、保持する取手１３（取手部）を備える。

荷重受け１１は、加圧ロール２ａの荷重を受け止めるものであり、第１の実施の形態において、荷重受け１１は加圧ロール２ａの全幅に渡って一体物となっている。また、ベース１２と同様に、荷重受け１１には、加圧ロール２ａと接触する部分に樹脂製の保護用板１４ｂが取り付けられている。

ベース１２と荷重受け１１との間に固定されて設けられるロードセル１０は、内部にひずみゲージを有し、ひずみゲージによって荷重受け１１が受けた荷重を電気信号に変換し、変換した電気信号を専用の変換器（ひずみゲージ出力を荷重値に変換するもの：不図示）に出力する。なお、専用の変換器にはインジケータ（不図示）が接続され、ロードセル１０によって測定された荷重値がインジケータで表示される。

図１に示しているように、ロードセル１０は、ニップ時の安定性を鑑みて、正面から見て左右対称に偶数個（ここでは、２個）のロードセルが設置している。ロードセル１０を偶数個使用し、左右対称に配置することで、左右のニップ荷重のバランスが均等か否かを判別できる。ここから、２個のロードセル１０をそれぞれ区別したいときに、正面から見て左に配置されているロードセル１０をロードセル１０（Ｌ）と記し、側面から見て右に配置されているロードセル１０をロードセル１０（Ｒ）と記す。

しかし、側面から見て左右対称にロードセル１０（Ｌ）とロードセル１０（Ｒ）とを設置したときに、ロードセル１０（Ｌ）とロードセル１０（Ｒ）の高さが全く同じであれば問題は発生しないが、実際は同じ型番のロードセル１０を使用したとしても、図１に示したように、ロードセル１０（Ｌ）とロードセル１０（Ｒ）の高さには若干の高さの差があり、上述した問題が発生する。

そこで、本発明に係るニップ荷重測定装置１においては、ロードセル１０（Ｌ）とロードセル１０（Ｒ）の高さの差によって生じる様々な問題点を解決するために、加圧ローラ２ａに伴い上下運動する荷重受け１１を案内する案内機構として、ニップ荷重測定装置１には、第１の回動支持部１５、第２の回動支持部１６およびアーム１７が備えられている。

アーム１７には軸１５ａと軸１６ａの２つの軸が設けられ、軸１５ａは、第１の回動支持部１５が有する２つのベアリングによって支持され、軸１６ａは、第２の回動支持部１６が有する２つのベアリングによって支持されている。すなわち、アーム１７は、第１の回動支持部１５が有するベアリングの中心を支点とし回動可能な状態にあり、第２の回動支持部１６に設けられた荷重受け１１は、第２の回動支持部１６が有するベアリングの中心を支点として回動可能な状態にある。

ここから、第１の回動支持部１５、第２の回動支持部１６およびアーム１７の作用について詳細に説明する。図３は、第１の回動支持部１５およびアーム１７の動作を説明するための図で、図４は、加圧ローラ２ａの荷重が分散される説明する図である。図３においては、地点Ａは、荷重がかかる前の荷重受け１１の位置を示し、地点Ｂは、荷重がかかった後の荷重受け１１の位置を示す。

図３に示したように、アーム１７が第１の回動支持部１５の軸１５ａを支点とし回動することで、加圧ローラ２ａが下降する直線運動は回動運動に変換され、第１の回動支持部１５によって、荷重受け１１は円弧の軌道を描きながら、所定の位置に案内される。

また、第２の回動支持部１６をアーム１７に設けることで、加圧ローラ２ａによって荷重が加わったとき、第２の回動支持部１６の軸１６ａを支点として荷重受け１１が斜めになることで、ロードセル１０（Ｌ）とロードセル１０（Ｒ）の高さを吸収し、ロードセルロードセル１０（Ｌ）とロードセル１０（Ｒ）に均一に荷重が加わり、正確に荷重を測定することができる。

なお、荷重受け１１が斜めになることで、本来は垂直に加わる加圧ローラ２ａの荷重が、斜めに加わる荷重になってしまうが、同じ型番のロードセル１０ならば高さ寸法誤差は数十μm以内であり、２つのロードセル１０間の距離を十分にとれば、この誤差を実用上的には無視できるようになる。

図４に示したように、斜め応力（Ｆ₀）は垂直応力（Ｆ₁）と平行応力（Ｆ₂）に分散される。本発明において、垂直応力（Ｆ₁）はロードセル１０にかかる応力となり、水平荷重（Ｆ₂）はアーム１７にかかる応力となり、垂直荷重（Ｆ₁）はＦ₁＝Ｆ₀×ｃｏｓθで、Ｆ₂＝Ｆ₀×ｓｉｎθから算出される。

例えば、ロードセル１０（Ｌ）とロードセル１０（Ｒ）間の距離を３００mmとし、ロードセル１０（Ｌ）とロードセル１０（Ｒ）の高さの差を５０μｍとしたとき、ｃｏｓθの値は約0.99999999となるため、垂直応力（Ｆ₁）を斜め応力（Ｆ₀）の値とみなしても実用的に問題にならない。

また、ｓｉｎθの値は0.000167になり、水平荷重（Ｆ₂）は極小さな値になるため、第１の回動支持部１５および第２の回動支持部１６が有するベアリングの剛性を高いものすれば、ベアリングにはガタが生じないので、リニアブッシュ１０４の内部とガイド１０３を用いたときに発生した測定性能の劣化は生じなくなる。

〔第２の実施の形態〕
図５は、本発明によるニップ荷重測定装置の第２の実施の形態を示す正面図である。なお、前述した第１の実施の形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に統一した符号を付して、重複する説明や図面を適宜省略する。

第２の実施の形態のニップ荷重測定装置２は、複数（ここでは２つ）の荷重受け１１−２が設けられ、上述しているように、ニップ荷重測定装置２の正面から見て左右対称に偶数個（ここでは、４個）のロードセル１０が設置され、第１の実施の形態で説明した案内機構は、左右対称に設置されたロードセル１０間ごとに設けられている。

各荷重受け１１−２は、完全に分断されており、荷重受け１１−２同士が接触しないように適度な間隙を設けてある。なお、間隙が大きすぎると、測定値に影響するため、互いに干渉しない範囲においてできるだけこの間隔は狭くすることが望ましい。

このように、第２の実施の形態によれば、各荷重受け１１−２は、それぞれニップ荷重を測定することができるので、固定ロール２ａの幅方向の部分的なニップ荷重を正確に測定することができるし、ロール幅方向のニップ荷重分布を１回の測定で同時に把握することができる。

〔変形例〕
なお、本発明は、上述した説明した実施の形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。例えば、上述した各実施の形態では、２つのロール間のニップ荷重を測定する例で説明したが、ロールと平版間や、平版と平版間のニップ荷重を測定してもよい。また、第２の実施の形態では、荷重受けを２つに分割する例で説明したが、２つ超えて分割してもよい。

第１の実施の形態におけるニップ荷重測定装置の正面図。第１の実施の形態におけるニップ荷重測定装置の側面図。第１の回動支持部およびアームの作用を説明するための図。第２の回動支持部の作用を説明するための図。第２の実施の形態におけるニップ荷重測定装置の正面図。特許文献５のニップ荷重測定装置の正面図

符号の説明

１ニップ荷重測定装置
１０ロードセル
１１荷重受け
１２ベース
１３取手
１４ａ、１４ｂ保護板
１５第１の回動支持部
１６第２の回動支持部
１７アーム
２ａ加圧ロール、２ｂ固定ロール

Claims

２つのワーク間のニップ荷重を測定するニップ荷重測定装置であって、
一方の前記ワークに設置可能なベース部と、
他方の前記ワークの荷重を受け止める荷重受け部と、
前記ベース部と前記荷重受け部との間に、前記ニップ荷重測定装置の正面から見て左右対称に偶数個設置され、前記荷重受け部が受けた荷重を測定する荷重測定部と、
左右対称に偶数個設置された前記荷重測定部の間に設置され、他方の前記ワークによって一方の前記ワークが荷重されたときに、前記荷重受け部の動きを案内する案内機構部と、
を備え、
前記案内機構部は、前記ベース部に設けられた第１の回動支持部と、前記第１の回動支持部と連結し回動するアーム部と、第１の回動支持部とは異なる箇所で前記アーム部と連結する第２の回動支持部から、少なくとも構成され、
前記第２の回動支持部に前記荷重受け部が設置されており、前記第１の回動支持部によって前記荷重受け部は円弧の軌道を描きながら案内され、前記第２の回動支持部の軸を支点として前記荷重受け部が斜めになることで前記荷重測定部の高さの差を吸収することを特徴とするニップ荷重測定装置。
請求項１に記載のニップ荷重測定装置において、前記荷重受け部は、複数の部分に分割されており、前記荷重測定部及び前記案内機構部は、前記複数の部分ごとに設けられていることを特徴とするニップ荷重測定装置。
請求項１または請求項２に記載のニップ荷重測定装置において、前記ベース部は、前記ワークとの接触面が前記ワークに沿った形状であることを特徴とするニップ荷重測定装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のニップ荷重測定装置において、前記ベース部及び／又は前記荷重受け部は、前記ワークと接触する部分に保護部材を備えることを特徴とするニップ荷重測定装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のニップ荷重測定装置において、前記ベース部は、このニップ荷重測定装置を保持するための取手部を備えることを特徴とするニップ荷重測定装置。