JP6160407B2 - 張力測定装置、張力測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェブの張力を測定する張力測定装置等に関する。

紙やフィルム等のウェブ（帯状基材）にロールトゥロールでコーティングや印刷を行うプロセスにおいては、安定的にウェブを走行させるため、走行するウェブの張力を測定し、これに基づいて搬送ローラー等の制御を行うことが多い。

例えば特許文献１には、印刷媒体表面に圧縮空気を吹きかけて非接触の圧力を加え、印刷媒体表面を変形させて、この変形量を光や超音波を用いて測定し、張力を測定する方法が示されている。この場合、張力が非接触で計測できるので、ウェブへの影響が少ない。

特開平５−１２６６５２号公報

しかしながら、特許文献１の方法はウェブに圧縮空気を吹きかけるので、非接触ではあるがウェブに力学的な外乱要素を与えることになり、ウェブの搬送が不安定になり、蛇行やしわが発生するという問題があった。

また、圧縮空気を吹きかけるので、ウェブが搬送ローラーから浮上して搬送に必要な張力を与えられなくなる恐れがあり、搬送ローラー上のウェブの張力は測定できなかった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウェブの張力を非接触で容易に測定可能な張力測定装置等を提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、ウェブの搬送経路において前記ウェブを支持する支持材上を走行する前記ウェブの張力を測定する張力測定装置であって、前記支持材上の前記ウェブの浮上量を測定するための測定部と、前記ウェブの浮上量に基づいて前記ウェブの張力を算出する情報処理部と、を具備することを特徴とする張力測定装置である。

本発明では、ウェブが搬送ローラー等の支持材上を走行する際に空気を巻き込んで浮上し、この浮上量とウェブの張力との間に関係があることを利用して張力の測定を行う。張力測定装置では、距離センサーなどの測定部を支持材の近傍に配置すればよく、非接触かつ低コストで容易にウェブの張力が測定できる。

前記支持材は、前記ウェブを支持しつつ回転し前記ウェブを搬送する搬送ローラーであることが望ましい。また、前記情報処理部は、前記ウェブの浮上量をｈ、前記搬送ローラーの半径をＲ、前記搬送ローラーの回転速度をＵ_ｒ、空気の粘性係数をη、前記張力をＴとするとき、ｈ＝０．５８９Ｒ（１２ηＵ_ｒ／Ｔ）^２／３で表わされる関係式に基づいて前記ウェブの張力を算出することが望ましい。
本発明では、搬送ローラー上を走行するウェブについて、浮上量と張力との間の上記した関係を利用して、張力の測定を精度良く行うことが可能である。

また、前記情報処理部は、前記ウェブの張力が適正範囲にあるか否かを判定することが望ましい。
これにより、張力が適正範囲にない場合に、警報を行ってオペレータに注意を促したり、張力を自動調整したりでき、安定的にウェブを走行させることが可能になる。

前記測定部は、前記支持材上の前記ウェブまでの距離を計測する距離センサを含むことが望ましい。
上記のようにして計測した距離を、距離センサーと支持材との間の距離から減算することで、ウェブの浮上量を好適に算出することが可能である。

第２の発明は、ウェブの搬送経路において前記ウェブを支持する支持材上を走行する前記ウェブの張力を測定する張力測定方法であって、情報処理部が、測定部を用いて測定した前記支持材上の前記ウェブの浮上量に基づいて、前記ウェブの張力を算出することを特徴とする張力測定方法である。

本発明により、ウェブの張力を非接触で容易に測定可能な張力測定装置等を提供することが可能になる。

張力測定装置１を示す図 ウェブ３の浮上量と張力との関係を示す図 ライン速度とウェブ３の浮上量との関係を示す図 張力測定方法の手順を示すフローチャート 張力測定装置１ａを示す図

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（１．張力測定装置１）
図１は本発明の第１の実施形態に係る張力測定装置１を示す図である。この張力測定装置１は、印刷機や塗工機など、ウェブを搬送する各種の機器に設けられ、搬送ローラー２（支持材）によって搬送されるウェブ３の張力を測定する。

搬送ローラー２は、ウェブ３と接触して支持しつつ回転することにより、ウェブ３の搬送を行うものである。

ウェブ３は、空気を透過しない非透気性の帯状基材であり、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムやＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム等の樹脂フィルム、樹脂層をコーティングした紙材などであるが、これに限ることはない。

搬送ローラー２によるウェブ３の搬送時には、搬送ローラー２の回転やウェブ３の走行に伴って空気が巻き込まれ、ウェブ３の幅方向の中央部に、搬送ローラー２からの浮き上がりが生じる。図の６はこの浮上量を示したものである。なお、図１はウェブ３の浮上が生じた幅方向の中央部付近を示したものであり、幅方向の両端部は搬送ローラー２に接している。

図１に示すように、張力測定装置１は、距離センサー５（測定部）、情報処理部７、制御部９等で構成される。

距離センサー５は、搬送ローラー２の上方に配置され、距離センサー５から搬送ローラー２上を走行するウェブ３の上面までの距離を測定する。測定した距離は、情報処理部７に送信される。距離センサー５としては、例えばレーザー距離計を用いることができるが、これに限らない。

情報処理部７は、上記の距離を用いてウェブ３の張力を算出し、良否の判定を行うとともに、判定結果に応じて制御部９に信号を出力する。情報処理部７は、例えば制御部や記憶部等を有する一般的なコンピュータで実現でき、ウェブ３の張力を算出するため、距離センサー５から搬送ローラー２の表面までの距離Ｄ、ウェブ３の浮上量６と張力の関係を示す後述の関係式、および張力の適正範囲などを記憶部に記憶する。

制御部９は、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）であり、前記した張力の判定結果に応じてブザーやランプ等の警報装置（不図示）に警報信号を出力して警報を発したり、機器の搬送制御部（不図示）に張力制御信号を出力してウェブ３の張力を調整する。

（２．浮上量６とウェブ３の張力）
ここで、図２を参照してウェブ３の浮上量６と張力との関係について説明する。

図の矢印Ａに示すように、ウェブ３を搬送ローラー２によって搬送する際には、搬送ローラー２の回転やウェブ３の移動によって空気８が巻き込まれる。これにより、ウェブ３の搬送方向（矢印Ａ）と直交する幅方向の中央部で、ウェブ３と搬送ローラー２の間に空気溜り４が生じてウェブ３が浮上する。空気溜り４の空気８は、搬送ローラー２の回転やウェブ３の移動に伴って排出される。

ウェブ３の搬送中は、ウェブ３に加わる張力Ｔ（＝Ｔ_１＝Ｔ_２）と空気溜り４の空気８による圧力１２が釣り合う。このような状態において、ウェブ３の張力Ｔと浮上量ｈ、搬送ローラー２の回転速度Ｕ_ｒと半径Ｒ、空気の粘性係数ηについては、下記の関係式（１）に示す関係があることが知られている（「ウェブハンドリングの基礎理論と応用」橋本巨著 加工技術研究会 P47、P72）。
ｈ＝０．５８９Ｒ（１２ηＵ_ｒ／Ｔ）^２／３…（１）

本実施形態では、機器の周辺環境や運転状況、搬送ローラー２のサイズなどを考慮して、搬送ローラー２の回転速度Ｕ_ｒと半径Ｒ、空気の粘性係数ηについて適切な値を予め情報処理部７に入力、設定しておくことで、上記の関係式（１）を用いて浮上量ｈからウェブ３の張力Ｔを求めることが可能である。

図３は、ライン速度（搬送ローラー２の回転速度Ｕ_ｒに対応する）を変更し、各速度において実際に浮上量ｈを測定した結果と、測定時の条件に合わせて空気の粘性係数η、搬送ローラー２の半径Ｒ、張力Ｔに適切な値を代入した上記の関係式（１）により浮上量ｈを算出したシミュレーション結果とを、横軸をライン速度、縦軸を浮上量ｈとしてプロットしたグラフである。

図に示すように、両者の結果は良く一致しており、関係式（１）が上記の各変数（ウェブ３の張力Ｔと浮上量ｈ、搬送ローラー２の回転速度Ｕ_ｒと半径Ｒ、空気の粘性係数η）の関係を良く表したものであることがわかる。

（３．張力測定方法）
次に、図４を参照しながら張力測定装置１によるウェブ３の張力測定方法について説明する。図４は張力測定方法の手順を示すフローチャートであり、図の各ステップは情報処理部７が実行する処理である。

本実施形態では、搬送ローラー２によるウェブ３の搬送中、前記したように、距離センサー５によって搬送ローラー２上のウェブ３の上面までの距離を計測する。計測した距離は情報処理部７に送信され、情報処理部７で受信される（Ｓ１）。

情報処理部７は、上記距離を受信すると、当該距離を、距離センサー５から搬送ローラー２の表面までの距離Ｄより減算し、浮上量６を算出する（Ｓ２）。

情報処理部７は、算出した浮上量６を前記の関係式（１）に代入し、ウェブ３の張力を算出する（Ｓ３）。なお、前記したように、関係式（１）の変数Ｕ_ｒ、Ｒ、ηについては、適切な値が予め設定されている。

そして、情報処理部７は、算出した張力が、予め設定された適正範囲内か否かを判定し（Ｓ４）、張力が適正範囲内の場合（Ｓ５；Ｙｅｓ）、そのままウェブ３の搬送を続けるが、適正範囲を超えている場合（Ｓ５；Ｎｏ）、制御部９に信号を出力する（Ｓ６）。

制御部９は、この信号に応じて、前記したように警報装置や搬送制御部に信号を出力して警報や張力の調整を行う。なお、ウェブ３の張力は、ウェブ３の搬送経路にある駆動ローラー（不図示）の回転速度を調整して搬送速度を変更したり、搬送ローラー（不図示）等の位置を調整して搬送長を変更することで調整可能である。

これにより、オペレータが警報を受けて適切な処置を施したり、あるいは張力を自動調整することができ、迅速にウェブ３の張力を適正な値に戻して搬送を安定させることが可能になる。従って、ウェブ３の蛇行やしわ等の発生が防止できる。

以上に説明したように、本実施形態に係る張力測定装置１では、ウェブ３が搬送ローラー２上を走行する際に空気８を巻き込んで浮上し、この浮上量６とウェブ３の張力との間に関係があることを利用して張力の測定を行う。張力測定装置１では、距離センサー５を搬送ローラー２の近傍に配置すればよく、非接触かつ低コストで容易にウェブ３の張力が測定できる。

また、本実施形態では距離センサー５によって搬送ローラー２上のウェブ３までの距離を測定し、この距離を距離センサー５と搬送ローラー２との間の距離Ｄから減算して浮上量６を算出し、この浮上量６から、前記の関係式（１）を利用して張力を測定するので、張力の測定が精度良く好適に行える。

さらに、本実施形態では張力が適正範囲内か否かを判定するので、張力が適正範囲にない場合に、警報を行ってオペレータに注意を促したり、張力を自動調整したりでき、安定的にウェブを走行させることが可能になる。

しかしながら、本発明が上記の実施形態に限ることはない。例えば、浮上量６の測定部としては、レーザー距離計などの距離センサー５の他、分光干渉計でウェブ３の浮上による色の変化を測定したり、静電容量計でウェブ３の浮上による静電容量の変化を測定したりすることも可能である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について主に説明し、同様の点については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

図５は、第２の実施形態に係る張力測定装置１ａを示す図である。この張力測定装置１ａでは、前記の搬送ローラー２のかわりに、テンションバーなど、搬送中にウェブ３と接触して支持を行う円柱状部材２ａ（支持材）の上方に距離センサー５を設け、円柱状部材２ａ上を走行するウェブ３の張力を測定する。

このケースでも、ウェブ３が円柱状部材２ａ上を走行する際に空気を巻き込んで浮上するので、前記と同様の方法によりウェブ３の張力を測定し、張力の判定ができる。この際用いる関係式としては、予めウェブ３の張力と浮上量との関係を実験等で計測して定式化しておき、これを用いることができる。

この第２の実施形態でも第１の実施形態と同様の効果が得られ、搬送ローラー２のように回転する部材でなくても前記と同様に張力の測定や判定が可能である。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ………張力測定装置
２………搬送ローラー
２ａ………円柱状部材
３………ウェブ
５………距離センサー
７………情報処理部
９………制御部

Claims (6)

1. ウェブの搬送経路において前記ウェブを支持する支持材上を走行する前記ウェブの張力を測定する張力測定装置であって、
   前記支持材上の前記ウェブの浮上量を測定するための測定部と、
   前記ウェブの浮上量に基づいて前記ウェブの張力を算出する情報処理部と、
   を具備することを特徴とする張力測定装置。
2. 前記支持材は、前記ウェブを支持しつつ回転し前記ウェブを搬送する搬送ローラーであることを特徴とする請求項１記載の張力測定装置。
3. 前記情報処理部は、前記ウェブの浮上量をｈ、前記搬送ローラーの半径をＲ、前記搬送ローラーの回転速度をＵ_ｒ、空気の粘性係数をη、前記張力をＴとするとき、
   ｈ＝０．５８９Ｒ（１２ηＵ_ｒ／Ｔ）^２／３
   で表わされる関係式に基づいて前記ウェブの張力を算出することを特徴とする請求項２に記載の張力測定装置。
4. 前記情報処理部は、前記ウェブの張力が適正範囲にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の張力測定装置。
5. 前記測定部は、前記支持材上の前記ウェブまでの距離を計測する距離センサを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の張力測定装置。
6. ウェブの搬送経路において前記ウェブを支持する支持材上を走行する前記ウェブの張力を測定する張力測定方法であって、
   情報処理部が、測定部を用いて測定した前記支持材上の前記ウェブの浮上量に基づいて、前記ウェブの張力を算出することを特徴とする張力測定方法。

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