JP5181062B2 - 形状適合性導電シートを有するセンサの付いた工業用ロール - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、工業用ロールに関し、さらに詳細には、製紙用ロールに関する。

従来の製紙法では、（紙の「原料（ｓｔｏｃｋ）」として知られている）セルロース繊維の水スラリーまたは懸濁液が、２つ以上のロール間を走行する金網および／または合成材料からなるエンドレスベルトの上側走行部上に送給されるようになっている。「フォーミング織物（ｆｏｒｍｉｎｇ ｆｗａｂｒｉｃ）」と呼ばれることも多いこのベルトは、その上側走行部の上面に、紙原料のセルロース繊維を水性媒体から分離し、これによって、湿った紙ウエブを形成するフィルタとして作用する製紙面をもたらしている。水性媒体は、重量によってまたは織物の上側走行部の下面（すなわち、「マシン側」）に用意された真空によって、排出孔として知られているフォーミング織物のメッシュ開口を通って排出されるようになっている。

フォーミング部を出た後、紙ウエブは、抄紙機のプレス部に移送され、該プレス部において、一般的に「プレスフェルト（ｐｒｅｓｓ ｆｅｌｔ）」と呼ばれている他の織物によって被覆された一つ以上の（ローラプレスと呼ばれることが多い）プレスのニップを通される。プレスによる圧力によって、ウエブからさらに水分が除去されることになるが、この水分除去は、多くの場合、プレスフェルトの「詰め綿（ｂａｔｔ）」層の存在によって、高められるようになっている。次いで、紙は、さらなる水分除去のために、乾燥部に移送される。乾燥の後、紙は、二次加工および包装に供される準備が整ったことになる。

円筒状のロールが、典型的には、製紙機の種々の部分、例えば、プレス部に利用されている。このようなロールは、高動的負荷、高温度、および高侵襲性または腐食性化学薬品に晒されることがある厳しい環境に置かれて、運転されている。一例として、典型的な製紙工場では、ロールは、繊維状ウエブシートを処理ステーション間で搬送するためのみならず、プレス部のロールおよびカレンダーロールの場合、ウエブシートを紙に処理するためにも用いられている。

典型的には、製紙に用いられるロールは、製紙機内の配置の場所を念頭において構成されている。何故なら、製紙機内の種々の位置に配置されるロールは、種々の機能を果たすことが必要とされるからである。製紙用ロールが多くの異なる性能要求を有していることから、また全体が金属からなるロールの取換えが著しく高価になることから、多くの製紙用ロールは、典型的には金属からなるコアの周面を囲むポリマーカバーを備えている。カバーに用いられる材料を変更することによって、カバー設計者は、製紙用途の要求に合った種々の性能特性をロールにもたらすことができる。また、金属ロール上のカバーの補修、再研磨、または取換えは、全体が金属からなるロールの取換えよりも著しく安価とすることができる。カバー用の例示的なポリマー材料として、天然ゴム；ネオプレン、スチレン−ブタジエン（ＳＢＲ）、ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン（DuPont社のHYPALON（登録商標）でも知られている「ＣＳＰＥ」）、ＥＤＰＭ（エチレン−プロピレンジエンモノマーから生成されたエチレン−プロピレンターポリマーに与えられた名称）のような合成ゴム；ポリウレタン；熱硬化性複合材料；および熱可塑性複合材料が挙げられる。

多くの場合、ロールカバーは、少なくとも２つの異なる層、すなわち、コアを覆っており、コアに対して接合部をもたらす基層と、基層を覆って、該基層に接合し、ロールの外面として作用する最上紙料層と、を備えている（ロールによっては、基層と最上紙料層との間に挟まれた中間的な「繋ぎ（ｔｉｅ−ｉｎ）」層を備えているものもある）。これらの材料の層は、典型的には、運転のための一組の所定の物理的特性をカバーにもたらすように、選択されている。これらの物理的特性の例として、必要な強度および弾性係数、ならびに製紙環境に耐えるための高温、水、および酷な化学薬品に対する耐性が挙げられる。加えて、カバーは、典型的には、行われるプロセスに適する所定の表面硬度を有するように、設計されている。カバーは、典型的には、紙シートが該紙シートに損傷をもたらすことなくカバーから「離脱（ｒｅｌｅａｓｅ）」されることも必要としている。また、節約するために、カバーは、耐擦過性および耐摩耗性を有しているべきである。

紙ウエブは、製紙機を通って搬送されるので、紙ウエブが受ける圧力プロフィルを知ることが、極めて重要である。圧力変動は、ウエブから排出される水分量に影響を与え、最終的なシートの水分量、厚み、および他の特性に悪影響を及ぼすことがある。従って、ロールに加えられる圧力の大きさは、抄紙機によって製造される紙の品質に影響を与えることがある。

工業用ロールのカバー内に圧力センサおよび／または温度センサを設けることが知られている。例えば、Ｍｏｓｃｈｅｌらに付与された特許文献１は、ロールのポリマーカバー内に埋設された複数の圧力センサを備えている螺旋状に配置されたリード線を有するロールを記載している。これらのセンサは、ロールの長さに沿った種々の軸方向位置における圧力値をもたらすために、螺旋状に配置されている。典型的には、これらのセンサは、センサ信号をプロセッサに伝達する２つのリード線に接続されている。プロセッサは、信号を処理し、圧力信号および位置情報をもたらすようになっている。

センサは、典型的には、圧電材料のような基板を備えており、電極が、この基板の上面および底面のそれぞれに付着されている。導電材料シートが、これらの電極に付着されており、基板から互いに逆方向に離れて延在している。（「翼（”ｗｉｎｇ”）とも呼ばれる」導電材料の延長部は、リード線の接続点として機能している。２つの翼は、センサが平坦に位置するように、実質的に同一の面内にある。１つの翼は、底側電極に付着されたシートを基板から直接離れる方に延在させることによって、形成されている。しかし、他の翼を形成するために、上側電極に付着されたシートは、電極の上面から片持ち梁のように突出し、底側翼のレベルまで「下方（ｄｏｗｎ）」に曲げられている。その結果、このシートは、ある距離を支持されずに跨いでおり、この支持されていない区域またはその近傍において、突発的な破損を生じる傾向にある。この現象は、ロールが高動的負荷、高温度、および高侵襲性または腐食性化学薬品に晒される運転中に、特に生じやすい。

米国特許第５，６９９，７２９号明細書

本発明は、先行技術による工業用ロールによって引き起こされている課題のいくつかに対処することが可能である。第１の態様として、本発明の実施形態は、外面および内腔を有する実質的に円筒状のコアと、コアの外面を周方向に覆っているポリマーカバーと、検出システムと、を備えている工業用ロールに向けられている。検出システムは、カバー内に少なくとも部分的に埋設されており、ロールの運転パラメータを検出し、運転パラメータに関する信号を供給するように構成されている、複数のセンサと、センサに操作可能に関連付けられており、センサによってもたらされる信号を処理するようになっている、プロセッサと、を備えている。複数のセンサの各々は、基板の上面に重なっている第１の電極および基板の底面に重なっている第２の電極であって、第１の電極は、基板の上面を覆っており、第２の電極は、基板の底面の一部のみを覆っており、これによって、基板の底面および側面に隣接して、間隙を形成している、第１の電極および第２の電極と、第１の電極と基板の側面とに付着されており、基板の底面から第１の方向に離れて延在している第１の導電材料シートと、第２の電極に付着されており、基板の底面から第２の方向に離れて延在している第２の導電材料シートであって、第２の方向は、第１の方向と逆になっている、第２の導電材料シートと、を備えている。

第２の態様として、本発明の実施形態は、外面および内腔を有する実質的に円筒状のコアと、コアの外面を周方向に覆っているポリマーカバーと、検出システムと、を備えている工業用ロールに向けられている。検出システムは、カバー内に少なくとも部分的に埋設されており、ロールの運転パラメータを検出し、運転パラメータに関する信号を供給するように構成されている、複数のセンサと、センサに操作可能に関連付けられており、センサによってもたらされる信号を処理するようになっている、プロセッサと、を備えている。複数のセンサの各々は、基板の上面に重なっている第１の電極および基板の底面に重なっている第２の電極であって、第１の電極は、基板の上面を覆っており、第２の電極は、基板の底面の一部のみを覆っており、これによって、基板の底面および側面に隣接して、間隙を形成しており、基板の上面と側面とは、鈍角をなしている、第１の電極および第２の電極と、第１の電極と基板の側面とに付着されており、基板の底面から第１の方向に離れて延在している第１の導電材料シートと、第２の電極に付着されており、基板の底面から第２の方向に離れて延在している第２の導電材料シートであって、第２の方向は、第１の方向と逆になっている、第２の導電材料シートと、を備えている。

第３の態様として、本発明の実施形態は、外面および内腔を有する実質的に円筒状のコアと、コアの外面を周方向に覆っているポリマーカバーと、検出システムと、を備えている工業用ロールに向けられている。検出システムは、カバー内に少なくとも部分的に埋設されており、ロールが受ける圧力を検出し、圧力に関する信号を供給するように構成されている、複数の圧電センサと、センサに操作可能に関連付けられており、センサによってもたらされる信号を処理するようになっている、プロセッサと、を備えている。複数の圧電センサの各々は、基板の上面に重なっている第１の電極および基板の底面に重なっている第２の電極であって、第１の電極は、基板の上面を覆っており、第２の電極は、基板の底面の一部のみを覆っており、これによって、基板の底面および側面に隣接して、間隙を形成している、第１の電極および第２の電極と、第１の電極と基板の側面とに付着されており、基板の底面から第１の方向に離れて延在している第１の導電材料シートと、第２の電極に付着されており、基板の底面から第２の方向に離れて延在している第２の導電材料シートであって、第２の方向は、第１の方向と逆になっている、第２の導電材料シートと、を備えている。

本発明のロールおよび検出システムの模式図である。 図１のロールの内側基層、ケーブル、およびセンサの上に塗布されている外側基層の模式的斜視図である。 図２の外側基層の上に塗布されている最上紙料層の模式的斜視図である。 本発明のいくつかの実施形態によるセンサの側面図である。 図４Ａのセンサの上方斜視図である。 本発明の他の実施形態によるセンサの側面図である。 図５Ａのセンサの上方斜視図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１のロールに対するセンサおよび付着されたリード線の大きく拡大した模式図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、例示されている実施形態に制限されることを意図するものではなく、むしろ、これらの実施形態は、本発明を当業者に詳細かつ完全に開示することを意図している。図面では、同様の番号は、全体を通して、同様の要素を指すものとする。構成部品によっては、明瞭にするために、それらの厚みおよび寸法が誇張されていることがある。

よく知られている機能または構造は、簡潔および／または明瞭にするために、詳細には説明しないことがある。

特に他の規定がない限り、本明細書に用いられる技術用語および科学用語は、いずれも、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有している。本発明の詳細な説明に用いられる専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、本発明を制限することを意図するものではない。本発明の詳細な説明および添付の特許請求の範囲に用いられる単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のことを指定しない限り、複数形も含むことを意図している。本明細書に用いられる「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、１つまたは複数の互いに関連して記載されている事項のいずれかおよび全ての組合せを含んでいる。本明細書に用いられる「付着される（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「相互接続される（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「接触している（ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ）」、「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、「覆っている（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）」、などの用語は、特に他の規定がない限り、要素間の直接的なまたは間接的な付着または接触のいずれかを意味している。

以下、図面について説明する。２０で総称的に表されているロールが、図１に示されている。ロール２０は、円筒状コア（図２参照）と、コア２２を取り囲んでいる（典型的には、１種または複数種のポリマー材料から形成された）カバー２４と、を備えている。圧力または温度のような運転パラメータを検出するための検出システム２６は、１対の電気リード線２８ａ，２８ｂおよび複数のセンサ３０を備えている。センサ３０の各々は、少なくとも部分的にカバー２４内に埋設されている。本明細書に用いられる「カバー内に「埋設された（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）」センサ」は、このセンサがカバー内に全体的に含まれていることを意味しており、「カバーの特定の１つまたは１組の層内に「埋設された（ｅｍｂｅｄｄｅｄ）」センサ」は、このセンサが、該１つまたは１組の層内に全体的に含まれていることを意味している。検出システム２６は、センサ３０によって生じた信号を処理するプロセッサ３２も備えている。

コア２２は、典型的には、鋼または鋳鉄のような金属材料から形成されている。コア２２は、中実であってもよいし、または中空であってもよく、中空の場合、圧力プロフィルまたはロールプロフィルを変更することができる装置を含んでいてもよい。

カバー２４は、どのような形状を有していてもよく、ロールでの使用に適していると当業者によって認められているどのようなポリマー材料および／またはエラストマー材料から形成されていてもよい。例示的な材料として、天然ゴム；ネオプレン、スチレン−ブタジエン（ＳＢＲ）、ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン（HYPALONの商品名でも知られている「ＣＳＰＥ」）、ＥＤＰＭ（エチレン−プロピレンジエンモノマーから形成されたエチレン−プロピレンターポリマーに与えられた名称）のような合成ゴム；エポキシ；およびポリウレタンが挙げられる。また、カバー２４は、補強・充填材料、添加物、などを含んでいてもよい。例示的な添加材料は、Stephensに付与された米国特許第６，３２８，６８１号明細書、Jonesに付与された米国特許第６，３７５，６０２号明細書、Gustafsonに付与された米国特許第６，９８１，９３５号明細書において検討されている。これらの特許の各々の開示内容は、その全体がここに含まれるものとする。

多くの場合、カバー２４は、複数の層を備えている。図２および図３は、内側基層４２ａ、外側基層４２ｂ、および最上紙料層７０の塗布を示している。追加層、例えば、外側基層４２ｂと最上紙料層７０との間の繋ぎ（ｔｉｅ−ｉｎ）」層およびコア２２と内側基層４２ａとの間の接着層が含まれていてもよい。

図１、図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、検出システム２６のセンサ３０は、ロール２０の運転パラメータ、例えば、圧力を検出するのに適している。以下にさらに詳細に説明するように、センサ３０は、典型的には、基板８０、基板の上面および底面に付着された電極８２，８４、および各電極に付着された導電材料シート８８，９０を備えている。導電材料シート８８，９０は、基板から互いに逆方向に離れて延在している。基板８０は、圧電材料から構成されているとよく、このようなセンサは、一般的に、圧電センサと呼ばれている。例示的な圧電センサが、Mooreに付与された係属中の米国特許出願公開第２００５／０２６１１１５号明細書において検討されている。この特許の開示内容は、その全体がここに含まれるものとする。圧電センサは、圧力、温度、または他の物理的パラメータの変化を受けたときに圧電効果を示すどのような素子であってもよい。「圧電効果（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）」は、機械的応力または他の応力を受けた誘電体結晶内の電気または電気分極の生成として定義されている。このような電気または電気分極は、電気ノイズから十分に識別される大きさを有している。例示的な圧電センサとして、ＰＺＴ系チタン酸ジルコン酸鉛のような圧電セラミック、水晶、合成水晶、トルマリン、オルトリン酸ガリウム、ＣＧＧ（Ｃａ_３Ｇａ_２Ｇｅ_４Ｏ_１４）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ロッシェル塩、および硫酸リチウム−水和物から形成された圧電センサが挙げられる。特に、センサ材料は、３５０°Ｆ、場合によっては、６００°Ｆを超えるキューリ温度を有しているとよく、このようなセンサ材料によれば、製紙環境においてロールが受けることが多い温度において正確な検出を行うことが可能である。

図１をさらに参照すると、検出システム２６のリード線２８ａ，２８ｂは、ロール内の電気信号路に適していると当業者によって認められているどのような信号搬送部材であってもよい。前述したように、導電材料シート８８，９０は、基板から互いに逆方向に離れて延在している。リード線２８ａ，２８ｂは、「翼（ｗｉｎｇｓ）」と呼ばれることもある延長部に接触している。

検出システム２６は、ロール２０の端に取り付けられたマルチプレクサ３１または他のデータ収集装置を備えている。マルチプレクサ３１は、センサ３０から信号を受信し、かつ収集し、収集した信号をプロセッサ３２に送信するものである。プロセッサ３２は、典型的には、パーソナルコンピュータまたは同様のデータ変換装置、例えば、製紙工場の分散制御システムであり、センサ３０と操作可能に関連付けられており、センサ３０からの信号を有用で容易に理解できる情報に処理することができる。いくつかの実施形態では、センサ３０から収集したデータをマルチプレクサ３１からプロセッサ３２に伝達するために、ＲＦ信号伝達のような無線通信モードが用いられている。他の代替的な構成の例として、信号をセンサ３０からプロセッサ３２に伝達することを可能とするスリップリングコネクタが挙げられる。適切な例示的処理ユニットが、Mooreに付与された米国特許第５，５６２，０２７号明細書および第７，３９２，７１５号明細書およびGustafsonらに付与された米国特許第６，７５２，９０８号明細書において検討されている。これらの特許の各々の開示内容は、その全体がここに含まれるものとする。

ロール２０は、例えば、係属中の米国特許出願公開第２００５／０２６１１１５号に記載されている方法によって製造することができる。この特許の開示内容は、その全体がここに含まれるものとする。この方法では、最初、コア２２がカバー２４の一部（例えば、内側基層４２ａ）によって被覆される。内側基層４２ａは、押出ノズル（図示せず）によって塗布されるとよいが、当業者によって知られている他の技術によって塗布されてもよい。典型的には、内側基層４２ａは、ゴムまたはエポキシ基複合材料から形成されており、約０．０３０インチ（約０．０７６２センチ）から約０．３５０インチ（約０．０８８９センチ）の間の厚みを有している。

内側基層４２ａの形成の後、センサシステム２６のリード線２８ａ，２８ｂおよびセンサ３０が設置される（図２）。センサ３０は、いったん所望の位置に配置されたなら、その箇所に付着されることになる。これは、当業者に知られているどのような技術によって行われてもよく、例示的な技術として、接着剤を用いる方法が挙げられる。

図２を再び参照すると、いったんセンサ３０およびリード線２８ａ，２８ｂが内側基層４２ａに位置決めされ、かつ付着されたなら、基層４２の残り（すなわち、外側基層４２ｂ）が塗布される。図２は、押出ノズル５２による外側基層４２ｂの塗布を示しているが、当業者であれば、外側基層４２ｂの塗布が、このような塗布に適していると認められるどのような技術によって行われてもよいことを理解するだろう。典型的なロールでは、外側基層４２ｂは、ゴムまたはエポキシ基複合材料から形成されており、約０．０３０インチから０．３５０インチの間の厚みを有しており、これによって、センサ３０は、基層４２内に埋設されることになる。また、典型的には、外側基層４２ｂは、内側基層４２ａと同じ材料から形成されている。

前述したように、本発明は、基層および最上紙料層のみを含むカバーを有するロールのみならず、追加的な中間層を備えるカバーを有するロールを含むことも意図している。最上紙料層７０の塗布の前に、どのような追加的な層が外側基層４２ｂの上に塗布されてもよい。

図３を参照すると、最上紙料層７０が外側基層４２ｂの上に塗布されている。最上紙料層７０は、典型的には、ゴムまたはポリウレタンから形成されており、ポリマー層の塗布に適していると当業者に知られているどのような技術によって、塗布されてもよいが、図３は、押出しノズル７２による塗布を示している。最上紙料層７０は、典型的には、基層４２の硬度よりも低い硬度を有するポリマー材料である。最上紙料層７０は、通常、約０．２００インチから４．００インチの間の厚みを有している。最上紙料層７０の塗布に続いて、硬化が行われるが、この技術は、当業者によく知られているので、ここでは詳細に説明しないことにする。

完成したロール２０およびカバー２４は、例えば、製紙機に用いられる。いくつかの実施形態では、ロール２０は、ニッププレスの一部をなし、具体的には、フォーミング紙ウエブが通過するニップを形成するために、他のロールまたは加圧装置が、ロール２０に隣接して配置されていることになる。このような状況では、特に、ニップ領域において、カバー２４が受ける圧力を監視することが重要である。ロール２０の種々の軸方向位置に関する圧力情報をもたらすセンサ３０の各々によって、検出システム２６は、カバー２４に沿った種々の軸方向位置の圧力情報をもたらすことができる。

運転時に、ロール２０およびカバー２４は、ロール２０の軸を中心として極めて高速で回転するようになっている。センサ３０の１つがロール２０と相手ロールまたはプレスとによって形成されたニップを通過するたびに、センサ３０は、相手ロールがセンサ３０の上のカバー２４の領域に加える圧力によって生じたパルスを伝達することになる。センサ３０がニップに存在していないとき、通常のノイズレベルを超える有効なパルスは、生じることがない。このようにして、ロール２０が回転すると、各センサ３０は、ニップを通過し、その対応する位置における圧力を表すパルスをもたらすことになる。その結果、パルスの形態にあるデータが、センサ３０によって生じ、リード線２８ａ，２８ｂに沿って伝達され、マルチプレクサ３１に受信されることになる。典型的なデータ検索期間において、センサ３０ごとに１２−２０個のパルスが受信される。これらの個々のパルスは、センサ３０ごとに記憶され、代表的な圧力信号に処理されるようになっている。未処理のセンサデータは、いったん収集されたなら、マルチプレクサ３１からプロセッサ３２に送信され、容易に理解される形態、例えば、ロール２０の長さに沿った圧力プロフィルとして処理されることになる。

図４Ａおよび図４Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるセンサ３０を詳細に示している。センサ３０は、基板８０を備えている。基板８０は、圧電材料であるとよい。基板８０は、典型的には、約２ｍｍから約２０ｍｍの間の幅Ｗ１、約２ｍｍから約２０ｍｍの間の深さＤ１、および約０．５ｍｍから約５ｍｍの間の厚みｔ１を有している。

第１の電極８２が基板８０の上面を覆っており、第２の電極８４が基板８０の底面を覆っている。電極８２，８４は、典型的には、約０．０５ｍｍ（０．００２インチ）未満の厚みを有している。第１の電極８２は、基板８０の全幅Ｗ１を覆っている。第２の電極８４は、基板８０の幅Ｗ１の一部のみを覆っており、これによって、基板８０の底面および側面８７に隣接して、間隙８６を形成している。間隙８６は、典型的には、約０．５ｍｍから約５ｍｍの間の幅を有しており、基板８０の全深さＤ１に及んでいる。図示の実施形態では、基板８０の上面と側面８７とは、直角をなしている。

第１の導電材料シート８８の上部８８ａは、第１の電極８２に付着されている。第１の導電材料シート８８は、曲げられて基板８０の側面８７に付着され、これによって、第１の導電材料シート８８の側部８８ｂを形成している。第１の導電材料シート８８は、再び曲げられ、基板８０の底から第１の方向に離れて延在し、これによって、第１の導電材料シート８８の延長部８８ｃを形成している。側部８８ｂは、当業者に知られているどのような技術によって、基板８０の側面８７に付着されてもよい。例示的な技術として、３Ｍ^ＴＭ（商号）によって製造されている接着剤転写テープを用いる接着が挙げられる。第１の導電材料シート８８は、基板８０の側面８７に付着されているので、基板８０から離れる方に延長するときに、ある距離を支持されずに跨ぐことがない。第１の導電材料シート８８がその長さに沿って十分に支持されているので、第１の導電材料シート８８が突発的に破損する可能性が、著しく減少することになる。

第２の導電材料シート９０の底部９０ａは、第２の電極８４に付着されている。第２の導電材料シート９０は、基板８０の底から第２の方向に離れて延在し、これによって、第２の導電材料シート９０の延長部９０ｃを形成している。第２の導電材料シート９０に関連付けられた第２の方向は、第１の導電材料シート８８に関連付けられた第１の方向と逆になっている。これに関して、延長部８８ｃ，９０ｃは、以下にさらに詳しく説明するように、リード線２８ａ，２８ｂに接触する「翼」として機能することになる。

第２の導電材料シート９０の底部９０ａは、間隙８６が維持されるように、第２の電極８４に付着されている。間隙８６は、電極８２，８４を電気的に絶縁すると共に、導電材料シート８８，９０を電気的に絶縁するのに役立つものである。

導電材料シート８８，９０は、典型的には、約０．００１インチから約０．１インチの間の厚みを有している。延長部８８ｃ，９０ｃは、典型的には、約２ｍｍから約２０ｍｍの距離にわたって、基板８０の底から離れて延在している。導電材料シート８８，９０は、銅またはどのような他の材料であってもよい。

いくつかの実施形態では、センサ３０は、リード線２８ａ，２８ｂの接続点として機能するリード線取付け箇所９２ａ，９２ｂを備えている。第１のリード線取付け箇所９２ａは、第１の導電材料シート８８の延長部８８ｃ上に位置しており、第２のリード線取付け箇所９２ｂは、第２の導電材料シート９０の延長部９０ｃ上に位置している。図４Ｂに示されているように、リード線取付け箇所９２ａ，９２ｂは、第１のリード線取付け箇所９２ａが第２のリード線取付け箇所９２ｂと対角線上において向かい合って配置されるように、位置ずれしているとよい。いくつかの実施形態では、リード線取付け箇所９２ａ，９２ｂは、半田ドットである。

図４Ｂに示されているように、センサ３０は、電極８２，８４および導電材料シート８８，９０の分極性を明瞭に示す指標９４を備えていてもよい。指標９４は、第１の導電材料シート８８の上部８８ａの上（すなわち、センサ３０の上）に付着されていてもよいしまたは刷込みされていてもよい。いくつかの実施形態では、指標９４は、矢印である。

図５Ａおよび図５Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるセンサ１３０を示している。センサ１３０は、基板１８０を備えている。基板１８０は、圧電材料であるとよい。基板１８０は、典型的には、その上面において、約２ｍｍから約２０ｍｍの間の幅Ｗ２、その底面において、約３ｍｍから約２１ｍｍの間の幅Ｗ３、約２ｍｍから約２０ｍｍの間の深さＤ２、および約０．５ｍｍから約５ｍｍの間の厚みｔ２を有している。

第１の電極１８２が基板１８０の上面を覆っており、第２の電極１８４が基板１８０の底面を覆っている。電極１８２，１８４は、典型的には、約０．０５ｍｍ（０．００２インチ）未満の厚みを有している。第１の電極１８２は、基板１８０の全幅Ｗ２を覆っている。第２の電極１８４は、基板１８０の幅Ｗ３の一部のみを覆っており、これによって、基板１８０の底面および側面１８７に隣接して、間隙１８６を形成している。間隙１８６は、典型的には、約０．５ｍｍから約５ｍｍの間の幅を有しており、基板１８０の全深さＤ２に及んでいる。

図５Ａおよび図５Ｂに示されているように、基板１８０の側面１８７は、傾斜している。これに関して、基板１８０の上面と側面１８７とは、鈍角Ａ１をなしている。鈍角Ａ１は、典型的には、約１２０°から約１５０°の間である。いくつかの実施形態では、鈍角Ａ１は、約１３５°である。

第１の導電材料シート１８８の上部１８８ａは、第１の電極１８２に付着されている。第１の導電材料シート１８８は、曲げられ、基板１８０の側面１８７に付着され、これによって、第１の導電材料シート１８８の側部１８８ｂを形成している。第１の導電材料シート１８８は、再び曲げられ、基板１８０の底から第２の方向に離れて延在し、これによって、第１の導電材料シート１８８の延長部１８８ｃを形成している。側部１８８ｂは、当業者に知られている任意の技術によって基板１８０の側面１８７に付着されている。例示的な技術として、３Ｍ^ＴＭ（商号）によって製造されている接着剤転写テープを用いる接着が挙げられる。第１の導電材料シート１８８は、基板１８０の側面１８７に付着されているので、基板１８０から離れる方に延長するときに、ある距離を支持されずに跨ぐことがない。第１の導電材料シート１８８がその長さに沿って十分に支持されているので、第１の導電材料シート１８８が突発的に破損する可能性が、著しく減少することになる。基板１８０の傾斜している側面１８７は、付加的な利点も有している。第１の導電材料シート１８８をより緩慢に曲げることができる（すなわち、２箇所において直角に曲げる必要がない）。また、第１の導電材料シート１８８が基板１８０の傾斜した側面１８７から引き剥がされる可能性が低い。

第２の導電材料シート１９０の底部１９０ａは、第２の電極１８４に付着されている。第２の導電材料シート１９０は、基板１８０の底から第２の方向に離れて延在し、これによって、第２の導電材料シート１９０の延長部１９０ｃを形成している。第２の導電材料シート１９０に関連付けられた第２の方向は、第１の導電材料シート１８８に関連付けられた第１の方向と逆になっている。これに関連して、以下にさらに詳細に説明するように、延長部１８８ｃ、１９０ｃは、リード線２８ａ，２８ｂと接触する「翼」として機能することになる。

第２の導電材料シート１９０の底部１９０ａは、間隙１８６を維持するように、第２の電極１８４に付着されている。間隙１８６は、電極１８２，１８４を電気的に絶縁すると共に、導電材料シート１８８，１９０を電気的に絶縁するのに役立つものである。

導電材料シート１８８，１９０は、典型的には、約０．００１インチから約０．１インチの間の厚みを有している。延長部１８８ｃ，１９０ｃは、典型的には、約２ｍｍから約２０ｍｍの間の距離にわたって、基板１８０の底面から離れて延在している。導電材料シート１８８，１９０は、銅またはどのような他の導電材料であってもよい。

いくつかの実施形態では、センサ１３０は、リード線２８ａ，２８ｂの接続点として機能するリード線取付け箇所１９２ａ，１９２ｂを備えている。第１のリード線取付け箇所１９２ａは、第１の導電材料シート１８８の延長部１８８ｃ上に位置しており、第２の取付け箇所１９２ｂは、第２の導電材料シート１９０の延長部１９０ｃ上に位置している。図５Ｂに示されているように、リード線取付け箇所１９２ａ，１９２ｂは、第１のリード線取付け箇所１９２ａが第２のリード線取付け箇所１９２ｂと対角線上において向かい合って配置されるように、位置ずれしているとよい。いくつかの実施形態では、リード線取付け箇所１９２ａ，１９２ｂは、半田ドットである。

図５Ｂに示されているように、センサ１３０は、電極１８２，１８４および導電材料シート１８８，１９０の分極性を明瞭に示す指標１９４を備えていてもよい。指標１９４は、第１の導電材料シート１８８の上部１８８ａの上（すなわち、センサ１３０の上）に付着されていてもよいしまたは刷込まれていてもよい。いくつかの実施形態では、指標１９４は、矢印である。

図６を参照すると、前述したように、リード線２８ａ，２８ｂは、導電材料シート８８，９０の延長部８８ｃ，９０ｃにおいて、センサ３０に接触することが可能である。図６に例示されているように、リード線２８ａ，２８ｂは、延長部８８ｃ，９０ｃに関連付けられた第１の方向ｄ１および第２の方向ｄ２に対して斜角Ａ２をなしているとよい。他の実施形態では、リード線２８ａ，２８ｂは、延長部８８ｃ，９０ｃに関連付けられた第１の方向ｄ１および第２の方向ｄ２に対して直角をなしていてもよい。

図６に示されているように、リード線２８ａ，２８ｂが、導電材料シート８８，９０の延長部８８ｃ，９０ｃに関連付けられた第１の方向ｄ１および第２の方向ｄ２に対して斜角Ａ２をなしている場合、リード線２８ａ，２８ｂは、延長部８８ｃ，９０ｃの対角線上において互いに向かい合った隅部にのみ接触することができる。これに関して、角度Ａ２は、リード２８ａ，２８ｂと導電材料シート８８，９０との間の接触が最小限に抑えられるように、選択されているとよい。斜角Ａ２は、典型的には、約１°から約８０°の間にある。いくつかの実施形態では、斜角Ａ２は、約２０°から約６０°の間にある。

いくつかの実施形態では、図６にさらに示されているように、センサ３０は、導電材料シート８８，９０の延長部８８ｃ，９０ｃ上にリード線取付け箇所９２ａ，９２ｂを備えているとよい。リード線取付け箇所９２ａ，９２ｂは、対角線上において互いに向かい合って配置されるように、位置ずれしているとよい。この構成では、リード線取付け箇所９２ａ，９２ｂは、延長部８８ｃ，９０ｃに関連付けられた第１の方向ｄ１および第２の方向ｄ２に対して斜角Ａ２をなしているリード線２８ａ，２８ｂと接触するように、位置決めされている。いくつかの実施形態では、リード線取付け箇所９２ａ，９２ｂは、半田ドットである。

図６に例示されているように、リード線２８ａ，２８ｂは、導電材料シート８８，９０の延長部８８ｃ，９０ｃの上に配置されているとよい。いくつかの実施形態では、リード線２８ａ，２８ｂは、延長部８８ｃ，９０ｃの下に配置されていてもよい。さらに他の実施形態では、リード線２８ａ，２８ｂの一方が、延長部８８ｃ，９０ｃの１つの上に配置され、リード２８ａ，２８ｂの他方が、延長部８８ｃ，９０ｃの他の１つの下に配置されていてもよい。

図６にはセンサ３０が示されているが、（対応する部分、すなわち、導電材料シート１８８，１９０の延長部１８８ｃ，１９０ｃ、および可能であれば、リード線取付け箇所１９２ａ，１９２ｂを有する）センサ１３０が、センサ３０に取って代わっていてもよい。

以上の説明は、本発明の単なる例示にすぎず、本発明を制限すると解釈されるべきではない。本発明の例示的な実施形態を説明してきたが、当業者であれば、本発明の新規の示唆および利点から実質的に逸脱することなく、例示的な実施形態において多くの修正がなされてもよいことを容易に理解するだろう。従って、このような修正の全てが請求項に定義されている本発明の範囲内に含まれることが意図されている。本発明は、以下の請求項によって定義され、当該請求項の等価物は、請求項に含まれるべきである。

Claims (25)

1. 外面および内腔を有する実質的に円筒状のコアと、
   前記コアの前記外面を周方向に覆っているポリマーカバーと、
   検出システムと、
   を備えており、前記検出システムが、
   前記カバー内に少なくとも部分的に埋設されており、前記ロールの運転パラメータを検出し、前記運転パラメータに関する信号を供給するように構成されている、複数のセンサであって、前記複数のセンサの各々が、
   基板の上面に重なっている第１の電極および前記基板の底面に重なっている第２の電極であって、前記第１の電極は、前記基板の上面を覆っており、前記第２の電極は、前記基板の前記底面の一部のみを覆っており、これによって、前記基板の前記底面および側面に隣接して、間隙を形成している、第１の電極および第２の電極と、
   前記第１の電極と前記基板の前記側面とに付着されており、前記基板の前記底面から第１の方向に離れて延在している第１の導電材料シートと、
   前記第２の電極に付着されており、前記基板の前記底面から第２の方向に離れて延在している第２の導電材料シートであって、前記第２の方向は、前記第１の方向と逆になっている、第２の導電材料シートと、
   を備えている、複数のセンサと、
   前記センサに操作可能に関連付けられており、前記センサによってもたらされる信号を処理するようになっている、プロセッサと、
   を備えていることを特徴とする工業用ロール。
2. 前記検出システムは、前記複数のセンサの各々と相互接続している電気リード線をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の工業用ロール。
3. 前記複数のセンサの各々は、前記第１の導電材料シートの延長部上の第１のリード線取付け箇所と、前記第２の導電材料シートの延長部上の第２のリード線取付け箇所と、をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の工業用ロール。
4. 前記センサシステムは、前記リード線取付け箇所において前記複数のセンサの各々と相互接続している電気リード線をさらに備えていることを特徴とする、請求項３に記載の工業用ロール。
5. 前記リード線取付け箇所は、半田ドットを含んでいることを特徴とする、請求項３に記載の工業用ロール。
6. 前記第１のリード線取付け箇所は、前記第２のリード線取付け箇所と対角線上において向かい合って配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の工業用ロール。
7. 前記電気リード線は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して約１°から約８０°の間の傾斜角をなしていることを特徴とする、請求項２に記載の工業用ロール。
8. 前記センサは、圧力を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の工業用ロール。
9. 前記センサは、前記電極および前記導電材料シートの分極性を示す指標を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の工業用ロール。
10. 前記カバーは、前記コアを周方向に覆っている基層と、前記基層を周方向に覆っている最上紙料層と、を備えており、前記センサは、前記基層内に埋設されていることを特徴とする、請求項１に記載の工業用ロール。
11. 前記最上紙料層は、ゴムおよびポリウレタンからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の工業用ロール。
12. 前記基板の前記上面と前記側面とは、直角をなしていることを特徴とする、請求項１に記載の工業用ロール。
13. 外面および内腔を有する実質的に円筒状のコアと、
    前記コアの前記外面を周方向に覆っているポリマーカバーと、
    検出システムと、
    を備えており、前記検出システムが、
    前記カバー内に少なくとも部分的に埋設されており、前記ロールの運転パラメータを検出し、前記運転パラメータに関する信号を供給するように構成されている、複数のセンサであって、前記複数のセンサの各々が、
    基板の上面に重なっている第１の電極および前記基板の底面に重なっている第２の電極であって、前記第１の電極は、前記基板の上面を覆っており、前記第２の電極は、前記基板の前記底面の一部のみを覆っており、これによって、前記基板の前記底面および側面に隣接して、間隙を形成しており、前記基板の前記上面と前記側面とは、鈍角をなしている、第１の電極および第２の電極と、
    前記第１の電極と前記基板の前記側面とに付着されており、前記基板の前記底面から第１の方向に離れて延在している第１の導電材料シートと、
    前記第２の電極に付着されており、前記基板の前記底面から第２の方向に離れて延在している第２の導電材料シートであって、前記第２の方向は、前記第１の方向と逆になっている、第２の導電材料シートと、
    を備えている、複数のセンサと、
    前記センサに操作可能に関連付けられており、前記センサによってもたらされる信号を処理するようになっている、プロセッサと、
    を備えていることを特徴とする工業用ロール。
14. 前記検出システムは、前記複数のセンサの各々と相互接続している電気リード線をさらに備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の工業用ロール。
15. 前記複数のセンサの各々は、前記第１の導電材料シートの延長部上の第１のリード線取付け箇所と、前記第２の導電材料シートの延長部上の第２のリード線取付け箇所と、をさらに備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の工業用ロール。
16. 前記センサシステムは、前記リード線取付け箇所において前記複数のセンサの各々と相互接続している電気リード線をさらに備えていることを特徴とする、請求項１５に記載の工業用ロール。
17. 前記リード線取付け箇所は、半田ドットを含んでいることを特徴とする、請求項１５に記載の工業用ロール。
18. 前記第１のリード線取付け箇所は、前記第２のリード線取付け箇所と対角線上において向かい合って配置されていることを特徴とする、請求項１５に記載の工業用ロール。
19. 前記電気リード線は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して約１°から約８０°の間の傾斜角をなしていることを特徴とする請求項１４に記載の工業用ロール。
20. 前記センサは、圧力を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載の工業用ロール。
21. 前記センサは、前記電極および前記導電材料シートの分極性を示す指標を備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の工業用ロール。
22. 前記カバーは、前記コアを周方向に覆っている基層と、前記基層を周方向に覆っている最上紙料層と、を備えており、前記センサは、前記基層内に埋設されていることを特徴とする、請求項１３に記載の工業用ロール。
23. 前記最上紙料層は、ゴムおよびポリウレタンからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする、請求項２２に記載の工業用ロール。
24. 前記鈍角は、約１２０から約１３５°の間であることを特徴とする、請求項１３に記載の工業用ロール。
25. 外面および内腔を有する実質的に円筒状のコアと、
    前記コアの前記外面を周方向に覆っているポリマーカバーと、
    検出システムと、
    を備えており、前記検出システムが、
    前記カバー内に少なくとも部分的に埋設されており、前記ロールが受ける圧力を検出し、前記圧力に関する信号を供給するように構成されている、複数の圧電センサであって、前記複数のセンサの各々が、
    基板の上面に重なっている第１の電極および前記基板の底面に重なっている第２の電極であって、前記第１の電極は、前記基板の上面を覆っており、前記第２の電極は、前記基板の前記底面の一部のみを覆っており、これによって、前記基板の前記底面および側面に隣接して、間隙を形成している、第１の電極および第２の電極と、
    前記第１の電極と前記基板の前記側面とに付着されており、前記基板の前記底面から第１の方向に離れて延在している第１の導電材料シートと、
    前記第２の電極に付着されており、前記基板の前記底面から第２の方向に離れて延在している第２の導電材料シートであって、前記第２の方向は、前記第１の方向と逆になっている、第２の導電材料シートと、
    を備えている、複数のセンサと、
    前記センサに操作可能に関連付けられており、前記センサによってもたらされる信号を処理するようになっている、プロセッサと、
    を備えていることを特徴とする工業用ロール。

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