KR20120103467A - Winding apparatus and winding control method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 권취장치 및 권취제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a winding apparatus and a winding control method.
금속제, 또는 수지제의 필름을 비롯한 웹(필름, 시트 등의 총칭)의 권취 프로세스는 액정 디스플레이, 휴대 전화, 인쇄 시트 등 많은 공업제품에 넓게 이용되고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION The winding process of a web (a generic term such as a film or a sheet) including a film made of metal or resin is widely used in many industrial products such as a liquid crystal display, a mobile phone, and a printing sheet.
웹 권취의 기초 이론은 1960년대에 코닥사를 중심으로 개발되기 시작하였고, 오늘날까지 그 흐름이 계속되고 있다. 관계된 기초 이론에 의하면, 소정의 비선형 2단상미분방정식을 포함한 해석 모델을 이용하여서, 웹을 권취한 권취 롤의 내부 응력 상태를 정량적으로 파악하는 것을 가능하게 하였다. 또한, 권취 롤의 내부 응 력 상태를 정량적으로 모델화하는 일이 가능하게 되면, 웹을 권취할 때 여러 조건을 최적화하는 일도 가능해진다. 본건 발명자는, 먼저 제안한 내부 응력 해석 모델에 근거하여서 권취 롤의 반경방향 응력 및 원주방향 응력을 연산하고, 그 연산 결과에 근거하여 최적의 권취 조건을 연산하는 기술을 개발하고 제안하였다(비특허 문헌 1).The basic theory of web winding began to be developed around Kodak in the 1960s and continues to this day. According to the related basic theory, it was possible to quantitatively grasp the internal stress state of the winding roll on which the web was wound using an analytical model including a predetermined nonlinear two-phase differential equation. Moreover, when it becomes possible to model the internal stress state of the winding roll quantitatively, it becomes possible to optimize various conditions when winding up a web. This inventor developed and proposed the technique which calculates the radial stress and the circumferential stress of a winding roll based on the internal stress analysis model proposed previously, and calculates the optimal winding conditions based on the calculation result (nonpatent literature). One).
[선행 기술 문헌][Prior Art Literature]
[비특허 문헌][Non-Patent Documents]
[비특허 문헌 1] 하시모토거 외 저, 「Optimum Winding Tension and Nip-load into Wound Webs for Protecting Wrinkles and Slippage」, 재단법인 일본 기계 학회 간행, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 4(2010) No. 1pp. 238-248[Non-Patent Document 1] Hashimotoger et al., Optimating Winding Tension and Nip-load into Wound Webs for Protecting Wrinkles and Slippage, Published by the Japan Society of Mechanical Engineers, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol. 4 (2010) No. 1pp. 238-248
상술한 선행 기술에서는, 종래, 생산자의 감이나 경험에만 기초를 두고, 정성적으로 설정되어 있던 권취 장력 등의 권취 조건을 정성적인 내부 응력 해석 모델에 근거하여 정밀하게 연산하는 것이 가능하게 되었다. 그러나, 현실의 권취 롤은, 보관이나 수송시의 환경 온도의 변화나 열처리 등, 열의 영향을 받는다. 권취 롤이 받은 열은, 해당 권취 롤의 내부 응력에 영향을 주어 권취 직후에는 볼 수 없었던 권취 불량이 생기는 원인이 되는 것을 알 수 있었다.In the above-described prior art, it has become possible to precisely calculate winding conditions such as winding tensions, which have been qualitatively set based on only the feelings and experiences of the producers, based on a qualitative internal stress analysis model. However, the actual winding rolls are affected by heat, such as a change in environmental temperature and heat treatment during storage and transportation. It turned out that the heat which the winding roll received affects the internal stress of the said winding roll, and causes the winding defect which was not seen immediately after winding.
본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 권취 롤이 받을 열영향을 고려하여 권취 조건의 최적화를 도모할 수 있는 권취장치 및 권취제어방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a winding apparatus and a winding control method capable of optimizing the winding conditions in consideration of the heat effects that the winding rolls will receive.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 웹을 권심의 주위에 권취한 권취 롤에서 가공할 때에, 권취된 웹의 권취 장력을 권취 지름에 따라 조정하는 권취 장력 조정장치를 갖춘 권취장치에 있어서, 상기 권취 장력 조정장치는, 상기 권취 롤에 영향을 주는 환경 온도의 변화와 소정의 지정 시간에 근거하여, 해당 권취 롤에 있어서의 상기 지정 시간 경과 후의 온도 분포를 연산하는 온도 분포 연산수단과, 연산된 온도 분포에 근거하여, 상기 권취 롤의 내부 응력을 연산하는 응력 연산수단과, 상기 응력 연산수단이 연산한 내부 응력에 근거하여, 해당 권취 장력의 최적치를 연산하는 최적치 연산수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 권취장치이다. 상기의 형태에서는, 권취 롤이 받을 환경 온도의 변화와 지정 시간에 의해서, 온도 분포 연산수단은 지정 시간 경과 후에 있어서의 권취 롤의 온도 분포를 연산한다. 그 다음에, 응력 연산수단은, 연산된 권취 롤의 온도 분포를 고려한 내부 응력을 연산한다. 최적치 연산수단은 권취 롤의 온도 분포를 고려한 연산된 내부 응력에 근거하여 권취 장력의 최적치를 연산한다. 따라서, 권취 롤이 가공 후에 해당 열영향을 받았을 경우에, 권취 롤의 내부 응력은, 온도 분포 연산수단의 예측한 특성에 근거하여 변화하게 된다. 그 결과, 열영향에 근거하여 변화한 내부 응력에 의해서, 필름끼리가 고착하는 블로킹이나, 좌굴(座屈)주름, 또는 인장 주름의 발생 등, 사후에 예상되는 권취 불량을 가급적으로 방지할 수 있게 된다.In order to solve the above problems, the present invention relates to a winding apparatus having a winding tension adjusting device that adjusts the winding tension of a wound web according to the winding diameter when the web is processed by a winding roll wound around the core. The winding tension adjusting device includes temperature distribution calculating means for calculating a temperature distribution after the designated time elapses in the winding roll, based on a change in the environmental temperature affecting the winding roll and a predetermined designated time; Stress calculation means for calculating the internal stress of the winding roll based on the temperature distribution, and optimum value calculating means for calculating the optimum value of the winding tension based on the internal stress calculated by the stress calculation means. It is a winding device. In the above aspect, the temperature distribution calculating means calculates the temperature distribution of the winding roll after the designated time elapses by the change in the environmental temperature and the designated time that the winding roll receives. Next, the stress calculating means calculates the internal stress in consideration of the calculated temperature distribution of the winding rolls. The optimum value calculating means calculates the optimum value of the winding tension based on the calculated internal stress in consideration of the temperature distribution of the winding rolls. Therefore, when the winding roll is subjected to the heat influence after processing, the internal stress of the winding roll changes based on the predicted characteristics of the temperature distribution calculating means. As a result, due to the internal stress changed based on the thermal effect, it is possible to prevent post-expected winding failures, such as blocking, buckling, or occurrence of tensile wrinkles, that the films adhere to each other. do.
바람직한 형태에 대해서, 상기 온도 분포 연산수단은, 비정상 열전도 미분 방정식을 포함한 열전도 해석 모델에 근거하여, 해당 권취 롤의 온도 분포를 연산하는 기능을 갖추고 있다. 이 형태에서는, 권취 롤 내에서의 열전도(Heat Conduction)특성, 및 환경으로부터의 열전달(Heat Convection) 특성을 고려하고, 권취 롤에 작용하는 온도 분포를 연산할 수 있으므로, 환경 온도의 변화에 수반하는 권취 롤의 온도 분포에 격차가 생기고 있는 경우에도, 필요한 층간 마찰력이나 원주방향 응력을 확보하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 해당 온도 분포에 의해서 권취 롤의 각부가 받는 반경방향 응력이나 원주방향 응력을 한층 정밀하게 파악하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 최적치 연산수단은, 연산치를 보다 매우 적합한 권취 장력으로 최적화하는 일이 가능하다.In a preferred embodiment, the temperature distribution calculating means has a function of calculating the temperature distribution of the winding roll based on a thermal conductivity analysis model including an abnormal thermal conductivity differential equation. In this embodiment, the temperature distribution acting on the winding roll can be calculated in consideration of the heat conduction characteristics in the take-up roll and the heat transfer characteristics from the environment. Even when a gap occurs in the temperature distribution of the winding rolls, it becomes possible to ensure necessary interlayer frictional force and circumferential stress. Therefore, it becomes possible to grasp | ascertain more accurately the radial stress and the circumferential stress which each part of a winding roll receives by this temperature distribution. As a result, the optimum value calculating means can optimize the calculated value to a more suitable winding tension.
바람직한 형태에 대해서, 상기 온도 분포 연산수단은, 상기 권취 롤을 구성하는 웹의 층과 상기 웹의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하여서, 해당 권취 롤의 온도 분포를 연산하는 기능을 갖추고 있다. 상기 형태에서는, 권취 롤에 형성되는 공기층을 고려한 정밀한 온도 분포를 연산하는 것을 가능하게 한다.공기의 열전도율은, 웹에 비하여 현격히 낮은 일, 권취 롤의 열저항은 접촉 압력의 증가와 함께 감소하는 것을 고려하면, 공기 근방의 온도 분포는 직선적으로 되지 않는다. 한편, 웹 표면에는 거칠기가 존재하기 때문에, 웹층 간의 접촉면은 일부가 접촉하고, 다른 부분은 비접촉의 분산 접촉이 된다. 비접촉 부분에는 공기가 개재한다. 또한, 공기층이 두꺼워지면, 웹은 분리되어 전면(全面)에서 비접촉이 된다.상기 형태로, 권취 롤 내에 공기층이 존재하고 있으면, 권취 롤 외관의 열전도율은 변화한다. 본 형태에서는, 이 공기층이 존재하는 일에 따른 열저항을 고려한 등가층의 열전도율을 이용하여 상기 비정상 열전도 미분방정식을 풀어서, 정밀한 온도 분포를 연산하는 일이 가능하게 된다.In a preferred embodiment, the temperature distribution calculating means evaluates the layer of the web constituting the winding roll and the layer of air interposed between the layers of the web as an equivalent layer, and calculates the function of calculating the temperature distribution of the winding roll. Equipped. In this aspect, it is possible to calculate a precise temperature distribution in consideration of the air layer formed on the winding roll. The thermal conductivity of the air is significantly lower than that of the web, and the thermal resistance of the winding roll decreases with the increase in the contact pressure. In consideration, the temperature distribution near air does not become linear. On the other hand, since the roughness exists on the web surface, a part of the contact surface between the web layers is in contact, and the other part is a non-contact distributed contact. Air is interposed in the non-contact part. In addition, when the air layer becomes thick, the web is separated and non-contacted on the entire surface. In the above-described form, if an air layer exists in the winding roll, the thermal conductivity of the appearance of the winding roll changes. In this embodiment, the abnormal thermal conductivity differential equation can be solved by using the thermal conductivity of the equivalent layer in consideration of the thermal resistance according to the presence of the air layer, so that a precise temperature distribution can be calculated.
바람직한 형태에 있어서, 상기 응력 연산수단은, 상기 권취 롤을 구성하는 웹의 층과 상기 웹의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하여서, 해당 권취 롤의 내부 응력을 연산하는 기능을 갖추고 있다. 상기 형태에서는, 공기층이 존재하는 일에 따라 열저항을 고려한 등가층의 열전도율을 이용하여 내부 응력이 연산되므로, 정밀한 내부 응력을 연산하는 것이 가능하게 된다.In a preferable aspect, the stress calculating means has a function of calculating the internal stress of the winding roll by evaluating the layer of the web constituting the winding roll and the layer of air interposed between the layers of the web as an equivalent layer. have. In the above aspect, since the internal stress is calculated using the thermal conductivity of the equivalent layer in consideration of the thermal resistance depending on the presence of the air layer, it is possible to calculate the precise internal stress.
바람직한 형태에 있어서, 상기 응력 연산수단은, 웹의 선팽창계수를 파라미터로서 포함한 미분방정식을 응력 해석모델로서 연산하는 기능을 포함하고 있다. 상기 형태에서는, 권취 롤의 권심측과 최외층과의 사이에서 온도 분포의 차이가 커져도 권취 롤의 온도 분포에 따라 층간 마찰력이나 원주방향 응력을 필요한 값으로 유지하는 것이 가능하게 된다.In a preferred embodiment, the stress calculation means includes a function of calculating a differential equation including a linear expansion coefficient of the web as a parameter as a stress analysis model. In the said aspect, even if the difference of the temperature distribution between the winding side and outermost layer of a winding roll becomes large, it becomes possible to maintain interlayer friction force and circumferential stress to a required value according to the temperature distribution of a winding roll.
바람직한 형태에 있어서, 상기 응력 해석모델은, 권심의 선팽창계수를 파라미터로 하는 미분방정식에 의해서 최내층의 경계 조건이 주어지는 것이다. 상기 형태에서는, 권심의 선팽창계수도 고려하여서 권취 롤의 내부 응력을 정밀하게 연산하는 것이 가능하게 된다.In a preferred embodiment, the stress analysis model is provided with the boundary condition of the innermost layer by a differential equation using the linear expansion coefficient of the core as a parameter. In the above aspect, it is possible to precisely calculate the internal stress of the winding roll in consideration of the linear expansion coefficient of the winding core.
바람직한 형태에 있어서, 상기 최적치 연산수단은, 장력을 연산하는 장력 함수와, 이 장력 함수를 풀기 위한 목적 함수와, 이 목적 함수에 포함되는 설계 변수를 기억하여서, 상기 목적 함수의 최소치를 권취지름과 관련이 있는 소정의 단계마다 연산하는 기능을 갖추고 있다. 상기 형태에서는, 권취지름의 소정 단계마다 권취 롤이 받을 환경 온도의 변화를 고려한 최소의 장력이 연산되어 단계가 증가할 때마다 그 장력이 최적인 값에 최적화하는 것이 가능하게 된다.In a preferred embodiment, the optimum value calculating means stores a tension function for calculating the tension, an objective function for solving the tension function, and a design variable included in the objective function, so that the minimum diameter of the objective function is wound and It is equipped with a function to calculate for each predetermined step involved. In the above aspect, the minimum tension in consideration of the change in the environmental temperature to be received by the winding roll is calculated for each predetermined step of the winding diameter, so that the tension can be optimized to the optimum value every time the step is increased.
바람직한 형태에 있어서, 상기 최적치 연산수단의 상기 목적 함수는, 상기 권취 롤에 작용하는 원주 방향 응력과, 상기 웹 간의 마찰력과, 상기 웹의 슬립이 시작되는 임계 마찰력으로부터 이루어진 파라미터의 어느 쪽을 포함하고 있다. 이 형태에서는, 권취 롤의 권취 불량의 요인을 확실히 제거하는 것이 가능해진다.In a preferred aspect, the objective function of the optimum calculating means includes any one of a parameter consisting of a circumferential stress acting on the winding roll, a friction force between the web, and a critical friction force at which slip of the web begins. have. In this aspect, it becomes possible to reliably remove the cause of the winding failure of a winding roll.
본 발명의 다른 형태는, 웹을 권심의 주위에 권취하여서 권취 롤로 가공할 때에, 권취된 웹의 권취장력을 권취지름에 대응하여 조정하는 권취장치를 제어하기 위한 권취 제어방법에 있어서, 상기 권취 롤에 영향을 주는 환경 온도의 변화와 소정의 지정 시간에 근거하고, 해당 권취 롤에 있어서 상기 지정 시간 경과 후의 온도 분포를 연산하는 온도 분포 연산단계와, 연산된 온도 분포에 근거하고, 상기 권취 롤의 내부 응력을 연산하는 응력 연산단계와, 연산된 내부 응력에 근거하고, 해당 권취 장력의 최적치를 연산하는 최적화 단계을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 권취 제어방법이다. 상기 형태에서는, 권취 롤이 받을 환경 온도의 변화와 지정 시간을 설정하는 일에 따라, 온도 분포 연산단계에서는, 지정 시간 경과 후에 있어서의 권취 롤의 온도 분포가 연산된다. 그 다음에, 응력 연산 단계에서는, 연산된 권취 롤의 온도 분포를 고려한 내부 응력이 연산된다. 그리고 최적치 연산 단계에서는, 권취 롤의 온도 분포를 고려하여 연산된 내부 응력에 근거하여서, 권취 장력의 최적치가 연산된다. 따라서, 권취 롤이 가공 후에 해당 열영향을 받았을 경우에, 권취 롤의 내부 응력은, 온도 분포 연산 단계의 예측된 특성에 근거하여 변화하게 된다. 그 결과, 열영향에 근거하여 변화된 내부 응력에 따라, 필름끼리가 고착하는 블로킹이나, 좌굴 주름, 혹은 인장 주름의 발생 등, 사후에 예상되는 권취 불량을 가급적으로 방지할 수 있다.According to another aspect of the present invention, in the winding control method for controlling a winding device for adjusting a winding tension of a wound web in response to a winding diameter when the web is wound around the core and processed into a winding roll, the winding roll The temperature distribution calculation step of calculating the temperature distribution after the predetermined time elapses in the winding roll based on the change of the environmental temperature affecting the temperature, and the calculated temperature distribution, A winding control method comprising a stress calculating step of calculating an internal stress and an optimization step of calculating an optimum value of the winding tension based on the calculated internal stress. In the above aspect, in the temperature distribution calculation step, the temperature distribution of the winding roll after the lapse of the predetermined time is calculated in accordance with setting the change in the environmental temperature and the designated time to be received by the winding roll. Next, in the stress calculation step, the internal stress in consideration of the temperature distribution of the calculated winding roll is calculated. In the optimum value calculating step, the optimum value of the winding tension is calculated based on the internal stress calculated in consideration of the temperature distribution of the winding roll. Therefore, when the winding roll is subjected to the heat influence after processing, the internal stress of the winding roll is changed based on the predicted characteristics of the temperature distribution calculating step. As a result, according to the internal stress changed based on heat influence, the winding failure anticipated after death, such as blocking, buckling wrinkles, or tensile wrinkles which film sticks, can be prevented as much as possible.
바람직한 형태에 있어서, 상기 온도 분포 연산 단계는, 비정상 열전도 미분 방정식을 포함한 열전도 해석 모델에 근거하고, 상기 해당 권취 롤의 온도 분포를 연산하는 단계를 갖추고 있다. 상기 형태에서는, 권취 롤 내에서의 열전도 특성, 및 환경으로부터의 열전달 특성을 고려하여서 권취 롤에 작용하는 온도 분포를 연산할 수 있으므로, 환경 온도의 변화에 수반하는 권취 롤의 온도 분포에 격차가 생기고 있는 경우에도, 필요한 층간 마찰력이나 원주 방향 응력을 확보하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 해당 온도 분포에 의해서 권취 롤의 각부가 받는 반경방향 응력이나 원주방향 응력을 한층 정밀하게 파악하는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 최적치 연산 수단은 연산치를 보다 매우 적합한 권취 장력에 최적화할 수 있다.In a preferable embodiment, the temperature distribution calculating step includes a step of calculating a temperature distribution of the winding roll based on a thermal conductivity analysis model including an abnormal thermal conductivity differential equation. In the above aspect, since the temperature distribution acting on the winding roll can be calculated in consideration of the heat conduction characteristics in the winding roll and the heat transfer characteristic from the environment, a gap occurs in the temperature distribution of the winding roll accompanying the change of the environmental temperature. Even if present, it is possible to ensure necessary interlayer frictional force and circumferential stress. Therefore, it becomes possible to grasp | ascertain more accurately the radial stress and the circumferential stress which each part of a winding roll receives by this temperature distribution. As a result, the optimum value calculating means can optimize the calculated value to a more suitable winding tension.
바람직한 형태에 있어서, 상기 온도 분포 연산 단계는, 상기 권취 롤을 구성하는 웹의 층과, 상기 웹의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하고, 해당 권취 롤의 온도 분포를 연산하는 단계를 갖추고 있다. 상기 형태에서는, 권취 롤에 형성되는 공기층을 고려한 정밀한 온도 분포를 연산하는 것이 가능하게 되어, 정밀한 온도 분포를 연산하는 것이 가능하게 된다.In a preferable embodiment, the temperature distribution calculating step includes evaluating a layer of the web constituting the winding roll and a layer of air interposed between the layers of the web as an equivalent layer, and calculating a temperature distribution of the winding roll. Equipped with. In the said form, it becomes possible to calculate the precise temperature distribution which considered the air layer formed in the winding roll, and it becomes possible to calculate the precise temperature distribution.
바람직한 형태에 있어서, 상기 응력 연산 단계는, 상기 권취 롤을 구성하는 웹의 층과, 상기 웹의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하고, 해당 권취 롤의 내부 응력을 연산하는 단계을 갖추고 있다. 상기 형태에서는, 공기층이 존재하는 것에 의한 열저항을 고려한 등가층의 열전도율을 이용하여 내부 응력이 연산되므로, 정밀한 내부 응력을 연산하는 것이 가능하게 된다.In a preferable embodiment, the stress calculation step includes evaluating the layer of the web constituting the winding roll and the layer of air interposed between the layers of the web as an equivalent layer, and calculating the internal stress of the winding roll. have. In the above aspect, since the internal stress is calculated using the thermal conductivity of the equivalent layer in consideration of the thermal resistance due to the presence of the air layer, it is possible to calculate the precise internal stress.
바람직한 형태에 있어서, 상기 응력 연산 단계는, 권심의 선팽창계수를 파라미터로 하는 미분방정식에 의해서 주어지는 최내층의 경계 조건에 근거하여, 상기 응력 해석 모델을 연산하는 것이다. 상기 형태에서는, 권심의 선팽창계수도 고려하여서, 권취 롤의 내부 응력을 정밀하게 연산하는 것이 가능하게 된다.In a preferable embodiment, the stress calculation step is to calculate the stress analysis model based on boundary conditions of the innermost layer given by a differential equation whose linear expansion coefficient of the core is used as a parameter. In the above aspect, it is possible to precisely calculate the internal stress of the winding roll in consideration of the linear expansion coefficient of the winding core.
바람직한 형태에 있어서, 상기 응력 연산 단계는, 웹의 선팽창계수를 파라미터로서 포함한 미분 방정식을 응력 해석 모델로서 연산하는 단계를 포함하고 있다. 상기 형태에서는, 권취 롤의 권심측과 최외층과의 사이에 온도 분포의 차이가 커져도, 권취 롤의 온도 분포에 따라 층간 마찰력이나 원주 방향 응력을 필요한 값으로 유지하는 것이 가능하게 된다.In a preferred embodiment, the stress calculation step includes calculating a differential equation including a linear expansion coefficient of the web as a parameter as a stress analysis model. In the said aspect, even if the difference of temperature distribution between the winding side and outermost layer of a winding roll becomes large, it becomes possible to maintain interlayer friction force and circumferential stress to a required value according to the temperature distribution of a winding roll.
바람직한 형태에 있어서, 상기 최적치 연산 단계는, 장력을 연산하는 장력 함수와, 이 장력 함수를 풀기 위한 목적 함수와, 이 목적 함수에 포함되는 설계 변수를 기억하여서, 상기 목적 함수의 최소치를 권취지름과 관련이 있는 소정의 단계마다 연산하는 단계를 갖추고 있다. 상기 형태에서는, 권취지름의 소정 단계마다 권취 롤이 받을 환경 온도의 변화를 고려한 최소의 장력이 연산되어 단계가 증가할 때마다 그 장력이 최적인 값으로 최적화하는 것이 가능하게 된다.In a preferred embodiment, the optimum value calculating step includes a tension function for calculating tension, an objective function for solving the tension function, and a design variable included in the objective function, so that the minimum diameter of the objective function is wound and Computation is provided for each predetermined step involved. In the above aspect, the minimum tension in consideration of the change in the environmental temperature to be received by the winding roll is calculated for each predetermined step of the winding diameter, and the tension can be optimized to the optimum value every time the step is increased.
바람직한 형태에 있어서, 상기 최적치 연산 단계의 상기 목적 함수는, 상기 권취 롤에 작용하는 원주 방향 응력과, 상기 웹간의 마찰력과, 상기 웹의 슬립이 시작되는 임계 마찰력으로부터 되는 파라미터의 어느 쪽을 포함하고 있다. 상기 형태에서는, 권취 롤의 권취 불량의 요인을 확실히 제거하는 것이 가능해진다.In a preferred form, the objective function of the optimum value calculating step includes one of a parameter consisting of a circumferential stress acting on the winding roll, a friction force between the webs, and a critical friction force at which the slip of the web starts. have. In the said aspect, it becomes possible to reliably remove the factor of the winding failure of a winding roll.
본 발명의 다른 바람직한 형태는, 웹을 권심의 주위에 권취하여 권취 롤로 가공할 때에, 권취된 웹의 권취 장력을 권취지름에 따라 조정하는 권취 장치를 제어하기 위한 권취 제어방법이며, 상기 권취 롤에 영향을 주는 환경 온도의 변화가 권취시의 환경 온도보다 높아지는 것이 예상되는 경우에, 해당 권취 롤의 원주 방향 응력이 부가되지 않는 정도로 내주(內周) 측으로부터 권취 중간층의 사이에서의 권취 장력을 미리 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 권취 제어방법이다. 상기 형태에서는, 권취 후에 환경 온도의 상승이 예상되는 경우에, 간이적으로 온도 변화에 수반하는 내부 응력의 변화를 고려하여 권취 장력을 부여할 수 있다.Another preferable aspect of the present invention is a winding control method for controlling a winding device for adjusting the winding tension of a wound web according to the winding diameter when winding the web around the core and processing the winding roll. In the case where the change in the environmental temperature affecting is expected to be higher than the environmental temperature at the time of winding, the winding tension between the winding intermediate layers is preliminarily from the inner circumference side to the extent that the circumferential stress of the winding roll is not added. It is a winding control method characterized by setting high. In the above aspect, when an increase in the environmental temperature is expected after the winding, the winding tension can be imparted in consideration of the change in the internal stress accompanying the temperature change.
본 발명의 또 다른 바람직한 형태는, 웹을 권심의 주위에 권취하여 권취 롤로 가공할 때에, 권취된 웹의 권취 장력을 권취지름에 따라 조정하는 권취 장치를 제어하기 위한 권취 제어방법이며, 상기 권취 롤에 영향을 주는 환경 온도의 변화가 권취 시의 환경 온도보다 낮아지는 것이 예상되는 경우에, 해당 권취 롤의 층간 마찰력이 소정의 한계 마찰력을 밑돌지 않는 정도로 권취경 전체에 걸쳐서 권취 장력을 미리 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 권취 제어방법이다. 상기 형태에서는, 권취 후에 환경 온도의 저하가 예상되는 경우에, 간이적으로 온도 변화에 수반하는 내부 응력의 변화를 고려하여 권취 장력을 부여할 수 있다.Another preferable aspect of the present invention is a winding control method for controlling a winding device that adjusts the winding tension of a wound web according to the winding diameter when winding the web around the core and processing the winding roll, wherein the winding roll is used. If the change in the environmental temperature affecting the temperature is expected to be lower than the environmental temperature at the time of winding, the winding tension is set high in advance over the entire winding diameter such that the interlaminar frictional force of the winding roll does not fall below a predetermined limit frictional force. It is a winding control method characterized by the above-mentioned. In the said aspect, when the fall of environmental temperature is anticipated after winding, winding tension can be given in consideration of the change of the internal stress accompanying a temperature change easily.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 권취 롤이 받을 환경 온도의 변화와 지정 시간에 따라 권취 롤의 온도 분포를 연산하여, 열응력을 고려한 내부 응력을 최적화할 수 있으므로, 열영향에 근거하여 변화된 내부 응력에 의해, 필름끼리가 고착하는 블로킹이나, 좌굴 주름, 혹은 인장 주름의 발생등, 사후에 예상되는 권취 불량을 가급적으로 방지할 수 있는 현저한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, since the temperature distribution of the take-up roll can be calculated according to the change in the environmental temperature to be received by the take-up roll and the designated time, the internal stress in consideration of the thermal stress can be optimized, and thus the By internal stress, the remarkable effect which can prevent the winding failure anticipated after death, such as blocking, buckling wrinkles, or tension wrinkles which film adheres to each other, can be acquired.
도 1a는 본 발명에 따른 이론 예측 모델의 개요이며, 닙 롤러(nip-roller)를 이용하지 않고 권취할 때의 권취 롤을 보인 개략도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 이론 예측 모델의 개요이며, 닙 롤러를 이용하여 권취할 때의 권취 롤을 보인 개략도이다.
도 2는 권취 롤의 내부 응력과 닙(nip)선하중을 나타내 보이는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 권취 롤의 층간에 형성되는 공기층의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 권취장치의 개략 구성도이다.
도 5는 권취 장력의 최적화(진화)를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 4의 실시 형태에 따른 데이타베이스 구조의 일부를 나타내는 엔티티릴레이션십(ER:Entity Relationship) 도면이다.
도 7은 도 4의 실시 형태에 따른 최적화 프로그램을 실행하기 위한 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 4의 실시 형태에 따른 웹 및 기계 조건의 설정 프로그램을 실행하기 위한 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4의 실시 형태에 따른 온도 조건의 설정 프로그램을 실행하기 위한 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4의 실시 형태에 따른 최적화 제어 처리의 일례를 나타내는 플로차트(flow chart)이다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 설명도이며, 온도 조건의 설정을 나타내는 그래프이다.
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 설명도이며, 도 11a의 조건에 의해서 연산된 권취 롤의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 11a 및 도 11a에 따른 조건하에서 연산된 최적의 권취 장력을 나타내는 그래프이다.
도 13a는 도 12의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 마찰력을 나타내는 그래프이다.
도 13b는 도 12의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 반경 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 13c는 도 12의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 원주 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 14a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설명도이며, 온도 조건의 설정을 나타내는 그래프이다.
도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설명도이며, 도 14a의 조건에 의해서 연산된 권취 롤의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 15는 도 14a 및 도 14b에 따른 조건하에서 연산된 최적의 권취 장력을 나타내는 그래프이다.
도 16a는 도 15의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 마찰력을 나타내는 그래프이다.
도 16b는 도 15의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 반경 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 16c는 도 15의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 원주 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서의 조건하에서 연산된 최적의 권취 장력을 나타내는 그래프이다.
도 18a는 도 17의 실시예에 따른 설정 조건의 설명도이며, 가열시의 온도 조건의 설정을 나타내는 그래프이다.
도 18b는 도 17의 실시예에 따른 설정 조건의 설명도이며, 도 18a의 조건에 의해서 연산된 권취 롤의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 19a는 도 17의 권취 장력과 도 18a 및 도 18b의 설정 조건에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 마찰력을 나타내는 그래프이다.
도 19b는 도 17의 권취 장력과 도 18a 및 도 18b의 설정 조건에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 반경 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 19c는 도 17의 권취 장력과 도 18a 및 도 18b의 설정 조건에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 원주 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 20a는 도 17의 실시예에 따른 설정 조건의 설명도이며, 냉각시의 온도 조건의 설정을 나타내는 그래프이다.
도 20b는 도 17의 실시예에 따른 설정 조건의 설명도이며, 도 20a의 조건에 의해서 연산된 권취 롤의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 21a는 도 17의 권취 장력과 도 20a 및 도 20b의 설정 조건에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 마찰력을 나타내는 그래프이다.
도 21b는 도 17의 권취 장력과 도 20a 및 도 20b의 설정 조건에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 반경 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 21c는 도 17의 권취 장력과 도 20a 및 도 20b의 설정 조건에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 원주 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 22a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설명도이며, 온도 조건의 설정을 나타내는 그래프이다.
도 22b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설명도이며, 도 22a의 조건에 의해서 연산된 권취 롤의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 23은 도 22a 및 도 22b에 따른 조건하에서 연산된 최적의 권취 장력을 나타내는 그래프이다.
도 24a는 도 23의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 마찰력을 나타내는 그래프이다.
도 24b는 도 23의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 반경 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 24c는 도 23의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 원주 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 25a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설명도이며, 온도 조건의 설정을 나타내는 그래프이다.
도 25b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 설명도이며, 도 25a의 조건에 의해서 연산된 권취 롤의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 26은 도 25a 및 도 25b에 따른 조건하에서 연산된 최적의 권취 장력의 그래프이다.
도 27a는 도 26의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 마찰력을 나타내는 그래프이다.
도 27b는 도 26의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 반경 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 27c는 도 26의 권취 장력에 근거하여 연산된 특성을 나타내는 도면이며, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 마다의 원주 방향 응력을 나타내는 그래프이다.
도 28은 선팽창계수의 영향을 설명하기 위한 설명도이며, (A)(B)는 αθ>αr 의 경우의 천이, (C)(D)는 αθ>αr 의 경우의 천이를 각각 나타내 보이고 있다.Fig. 1A is an outline of a theoretical predictive model according to the present invention, and is a schematic view showing a winding roll when winding up without using a nip-roller.
Fig. 1B is an outline of a theoretical predictive model according to the present invention, and is a schematic diagram showing a winding roll when winding up using a nip roller.
2 is a diagram showing the internal stress and the nip line load of the take-up roll.
3A to 3D are explanatory views of the air layer formed between the layers of the winding rolls.
4 is a schematic configuration diagram of a winding apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing optimization (evolution) of the winding tension.
FIG. 6 is an entity relationship (ER) diagram illustrating a portion of a database structure according to the embodiment of FIG. 4.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a screen for executing an optimization program according to the embodiment of FIG. 4.
8 is a diagram illustrating an example of a screen for executing a web and machine condition setting program according to the embodiment of FIG. 4.
9 is a diagram illustrating an example of a screen for executing a program for setting a temperature condition according to the embodiment of FIG. 4.
FIG. 10 is a flowchart showing an example of optimization control processing according to the embodiment of FIG. 4.
11A is an explanatory diagram according to an embodiment of the present invention, and is a graph showing setting of temperature conditions.
It is explanatory drawing which concerns on the Example of this invention, and is a graph which shows the temperature distribution of the winding roll calculated by the conditions of FIG. 11A.
12 is a graph showing the optimum winding tension calculated under the conditions according to FIGS. 11A and 11A.
Figure 13a is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 12, a graph illustrating the frictional force of the non-dimensional radius location for each roll r / r c.
Figure 13b is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 12, a graph showing a radial stress at each radial position dimensionless roll r / r c.
Figure 13c is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 12, a graph showing a circumferential stress of the non-dimensional radius of each roll location r / r c.
14A is an explanatory diagram according to another embodiment of the present invention, and is a graph showing setting of temperature conditions.
It is explanatory drawing which concerns on other Example of this invention, and is a graph which shows the temperature distribution of the winding roll calculated by the conditions of FIG. 14A.
15 is a graph showing the optimum winding tension calculated under the conditions according to FIGS. 14A and 14B.
Figure 16a is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 15, a graph illustrating the frictional force of the non-dimensional radius location for each roll r / r c.
Figure 16b is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 15, a graph showing a radial stress at each radial position dimensionless roll r / r c.
Figure 16c is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 15, a graph showing a circumferential stress of the non-dimensional radius of each roll location r / r c.
17 is a graph showing the optimum winding tension calculated under the conditions in still another embodiment of the present invention.
18A is an explanatory diagram of setting conditions according to the embodiment of FIG. 17, and is a graph showing setting of temperature conditions at the time of heating.
18B is an explanatory diagram of setting conditions according to the embodiment of FIG. 17, and is a graph showing a temperature distribution of the winding rolls calculated by the conditions of FIG. 18A.
Figure 19a is a diagram showing a characteristic operation based on the setting conditions of the take-up tension of Figure 17 Figure 18a and Figure 18b, it is a graph showing a dimensionless roll radial position r / r c of each friction.
FIG. 19B is a diagram showing characteristics calculated based on the winding tension in FIG. 17 and the setting conditions in FIGS. 18A and 18B, and is a graph showing radial stresses for each of the dimensionless roll radius positions r / r c .
Figure 19c is a graph showing a circumferential stress of the drawing, and the non-dimensional radius location for each roll r / r c represents the operational characteristics based on the setting conditions of the take-up tension of Figure 17 Figure 18a and 18b.
20A is an explanatory diagram of setting conditions according to the embodiment of FIG. 17, and is a graph illustrating setting of temperature conditions at the time of cooling.
20B is an explanatory diagram of setting conditions according to the embodiment of FIG. 17, and is a graph showing a temperature distribution of the winding rolls calculated by the conditions of FIG. 20A.
Figure 21a is a diagram showing a characteristic operation based on the setting conditions of the take-up tension of 17 Figure 20a and Figure 20b, it is a graph showing a dimensionless roll radial position r / r c of each friction.
Figure 21b is a view and a graph which shows the radial stress of the non-dimensional radius location for each roll r / r c represents the operational characteristics based on the setting condition of the take-up tension in FIG 20a and FIG 20b in Fig.
Figure 21c is a graph showing a circumferential stress of the drawing, and the non-dimensional radius location for each roll r / r c represents the operational characteristics based on the setting conditions of the take-up tension of 17 Figure 20a and Figure 20b.
22A is an explanatory diagram according to another embodiment of the present invention, and is a graph showing setting of temperature conditions.
It is explanatory drawing which concerns on other Example of this invention, and is a graph which shows the temperature distribution of the winding roll calculated by the condition of FIG. 22A.
FIG. 23 is a graph showing the optimum winding tension calculated under the conditions according to FIGS. 22A and 22B.
Figure 24a is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 23, a graph illustrating the frictional force of the non-dimensional radius location for each roll r / r c.
Figure 24b is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension in FIG. 23 is a graph showing a radial stress at each radial position dimensionless roll r / r c.
Figure 24c is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension in FIG. 23 is a graph showing a circumferential stress at each radial position dimensionless roll r / r c.
25A is an explanatory diagram according to another embodiment of the present invention, and is a graph showing setting of temperature conditions.
It is explanatory drawing which concerns on other Example of this invention, and is a graph which shows the temperature distribution of the winding roll calculated by the conditions of FIG. 25A.
FIG. 26 is a graph of the optimum winding tension calculated under the conditions according to FIGS. 25A and 25B.
Figure 27a is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 26, a graph illustrating the frictional force of the non-dimensional radius location for each roll r / r c.
Figure 27b is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 26, a graph showing a radial stress at each radial position dimensionless roll r / r c.
Figure 27c is a diagram showing the operation characteristic on the basis of the winding tension of Figure 26, a graph showing a circumferential stress of the non-dimensional radius of each roll location r / r c.
Fig. 28 is an explanatory diagram for explaining the influence of the linear expansion coefficient, where (A) (B) shows a transition in the case of αθ> αr and (C) (D) shows a transition in the case of αθ> αr, respectively.
이하, 첨부 도면을 참조하여서 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the best form for implementing this invention with reference to an accompanying drawing is demonstrated.
먼저, 본 실시 형태와 관련되는 이론 예측 모델에 대해 설명한다. 이하의 설명으로 사용되는 주요 명명 기호(Nomenclature)를 표 1 및 표 2에 나타낸다.First, the theoretical prediction model which concerns on this embodiment is demonstrated. The main nomenclature used in the following description is shown in Table 1 and Table 2.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시 형태에서는, 중심 구동형식에 의해서 웹(10)을 권취하는 권취장치를 대상으로 하고 있다. 중심 구동형식이란 웹(10)을 권취하는 권심(5a)을 미도시된 구동축으로 회전하는 방식이다. 상기 중심 구동 권취 방식은 도 1a에 나타낸 바와 같이, 권심(5a) 단일체의 형식과, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 권심(5a)에 권취된 웹(10)을 가압하는 닙 롤러(4)를 설치한 형식으로 분류된다.1A and 1B, in this embodiment, the winding apparatus which winds up the
어느 쪽의 경우에 대해서도, 권심(5a)에 권취된 웹(10)에는, 원주 방향으로 작용하는 원주방향 응력σθ와, 반경방향으로 작용하는 반경방향 응력σr가 작용한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 권취 롤(5)의 임의의 권취 반경 r의 위치에서의 웹(10)에는, 항상 층간 압력(반경방향 압축응력)σr가 작용하고, 이 내측에 있는 웹(10)의 각층을 가압하는 것과 동시에, 이 외경에 있는 웹(10)의 각층으로부터의 압박을 받는다. 한편, 원주방향에서는, 원주방향 응력σθ가 작용하지만, 권취 롤(5)의 반경방향 위치에 따라서는, 이것이 끌어당겨도 압축으로도 될 수 있다. 권취 롤(5)의 폭방향 응력은, 통상 하나의 모양으로 간주하여 계산된다.For the case in which, in the
또한, 닙 롤러(nip roller, 4)를 이용한 경우, 권취 롤(5)과의 사이에서 발생되는 닙(45)에서는, 닙 하중N[N]이 생긴다. 상세한 것은 후술하는 형태로, 닙 하중N도 권취 롤(5)의 내부 응력에 큰 영향을 미친다.In the case where the
다음에, 권취 공정에 대해서, 웹(10)은, 대기 중에서 권취된다. 그때, 주변의 공기가 권취 롤(5) 내로 권입되어서, 웹(10)의 층간에 공기층이 형성된다. 공기층이 존재하면, 외관의 롤 강성은 현저하게 저하하고, 롤 내부 응력이 저하되어서 감김이 어긋나거나 형태가 어긋나기 쉬워진다. 특히, 도 1a에 나타낸 바와 같은 닙 롤러(4)가 없는 형식에서는, 권취 속도가 빠른 경우 등, 공기를 권입하기 쉬운 조건에 있어서 강성이 저하하는 영향은 커지게 된다. 이러한 결점을 개선하기 위해서, 닙 롤러(4)를 이용하여 권취하는 일이 바람직하다. 닙 롤러(4)를 이용했을 경우, 그 닙 하중N에 의해 권입되는 공기량을 제한할 수 있다.Next, about the winding process, the
본 실시 형태에 따른 예측 이론 모델에 대해서는, 응력 분석의 기본적인 부분에 대해서는 Hakiel의 이론 모델을 적용하여서, (1) 권입된 공기와 열응력을 고려한 응력분석, (2) 권취 직후의 내부 응력과 롤 온도 변화에 의한 응력 변동을 예측하는 열응력분석, 및 (3) 공기층과 열저항을 고려한 비정상 열전도 해석을 제공한다.For the predictive theoretical model according to the present embodiment, the basic part of the stress analysis is applied to the theoretical model of Hakiel, (1) stress analysis considering the air and thermal stress entrained, (2) internal stress and roll immediately after winding Thermal stress analysis to predict stress fluctuations due to temperature changes, and (3) abnormal thermal conduction analysis considering air layer and thermal resistance.
(1) 권입된 공기를 고려한 응력 해석(1) Stress Analysis Considering Enclosed Air
웹(10)은, 권취응력, 닙 롤러가 있는 방식으로는, 그 가압 하중(닙 하중N)이 주어진 상태에서 권심(5a)에 권취된다. 권취의 진행에 수반하여 이미 권취 부분의 응력은 순서대로 변화한다. 모델화에 즈음해서는, 다음에 나타내는 가정을 둔다.The
(ⅰ) 권취 롤(5)은 완전한 원통이며, 웹(10)의 두께 hf나 폭 W는 균일하다.(Iii) The winding
(ⅱ) 웹(10)이 나선형상으로 감겨진 효과는 무시할 수 있고, 권취 롤(5)을 엷은 원통의 겹침으로 하여 취급하는 것도 가능하다.(Ii) The effect in which the
(ⅲ) 권취 롤(5)의 내부응력상태에 대해서는, 반경방향 응력σr와 원주방향 응력σθ이 지배적이며, 축방향 응력은 고려하지 않아도 된다.(Iii) In the internal stress state of the winding
이러한 가정 하에서는, 권취 롤(5)의 제j층에서의 반경 방향 응력σri는, 제j+1층으로부터 제k층(권취의 최종층)까지의 각층에 있어서의 응력 증분Δσri를 모두 가산하여 구할 수 있고, 식(1)에 의해 나타내어진다. 다만, 제j층은 권심(5a)에 있어서의 층을 제1번째로 하고, 외층으로 향해서 차례로 세었을 때의 제j번째의 층을 나타낸다.This assumption under the radial stress at the j-th layer of the winding roll (5) σr i is, the j + 1 layer from the k-th layer all of the stress increment Δσr i of the respective layers to the (last layer of the winding) is added to obtain It can be represented by Formula (1). In addition, the jth layer makes the layer in the
[수 1][1]
(1) (One)
단, Δσ rij 는 제i층까지 감겨질 때 제j층에 있어서의 응력증분을 나타낸다.However, Δσ rij represents the stress increment in the jth layer when wound up to the ith layer.
또한, 원통 좌표계에 있어서의 응력의 균형 방정식, 변형에 대한 적합 조건식, 및 구성 방정식은, 각각 다음과 같이 주어진다.In addition, the balance equation of stress in a cylindrical coordinate system, the suitable conditional expression for a deformation | transformation, and a structural equation are respectively given as follows.
[수 2][Number 2]
(2) (2)
(3) (3)
(4) (4)
(5) (5)
여기서, 다음에 나타내는 마크셀(maxell) 식이 성립하는 것으로 한다.Here, it is assumed that the mark cell (maxell) equation shown next holds.
[수 3][Number 3]
(6) (6)
식(2)~식(5)을 이용하여 반경방향 응력σr에 대해서 정리하고, 여기에 식(1), 식(6)을 적용하면, 반경방향 응력 증분Δσr에 관한 기초 방정식을 다음과 같이 얻을 수 있다.Summarizing the radial stress σ r using equations (2) to (5), and applying equations (1) and (6) here, the basic equation for the radial stress increment Δσ r is You can get it together.
[수 4][4]
(7) (7)
식(7)을 풀기 위해서는, 최내층 및 최외층의 경계조건이 필요하다. 최내층에서는 웹(10)의 제1층 번째와 권심에 있어서의 변위의 적합성으로부터, 다음 식을 얻는다.In order to solve equation (7), boundary conditions of the innermost layer and the outermost layer are required. In the innermost layer, the following equation is obtained from the suitability of the displacement in the first layer and the core of the
[수 5][Number 5]
(8) (8)
상기 식(8)에 식(5)을 적용하고, 식(1), 식(6)을 고려하면, 최내층 경계조건을 다음과 같이 얻을 수 있다.Applying Equation (5) to Equation (8) and considering Equations (1) and (6), the innermost boundary condition can be obtained as follows.
[수 6][Number 6]
(9) (9)
최외층에 있어서의 반경방향 응력 증분Δσr가, 권취 중 새로운 층의 내측에 권입된 공기층의 게이지 압력 Pg에 동일하다고 가정하면, 닙 롤러(4)가 있는 경우, 및 없는 경우에 대한 최외층 경계조건은, 각각 다음과 같이 주어진다.Assuming that the radial stress increment Δσr in the outermost layer is equal to the gauge pressure Pg of the air layer wound inside the new layer during winding, the outermost layer boundary condition with and without the
[수 7][Numeral 7]
(10) (10)
단, L:닙선 하중(닙 하중÷웹 폭)However, L: nip wire load (nip load ÷ web width)
다음에, 권입된 공기에 의한 권취 롤(5)의 강성 저하를 고려할 수 있도록, 기초 방정식(7), 최내층 경계조건식(9)을 수정한다.Next, the basic equation (7) and the innermost layer boundary condition equation (9) are corrected so that the reduction in the rigidity of the take-
권취 롤(5) 내에 공기층이 존재하는 경우, 수치 해석상에서는, 웹(10)은, 공기층을 복합한 등가층으로서 취급할 수 있어 등가층의 반경방향 및 원주방향의 신장 탄성률 Ereq, Eθ eq는, 각각 다음과 같이 주어진다.When the air layer exists in the winding
[수 8][Numeral 8]
(11) (11)
(12) (12)
여기서, 공기층의 두께 hal 및 반경방향 신장탄성률 Eral은, 각각 권취 중에 있어서의 값을 나타내고 있다. 또한, 웹(10)의 반경방향 신장탄성률은, 반경 방향 응력σr에 대해서, 비선형성을 나타내는 것이 널리 알려져 있다. 여기서 본 실시 형태에서는 반경방향 신장 탄성률 Ereq를 다음 식에서 근사(近似)하게 적용한다.Here, the thickness h al of the air layer and the radial elongation modulus E ral each represent values in winding. It is also widely known that the radial elongation modulus of the
[수 9][Number 9]
(13) (13)
단, 식(13)에 있어서의 계수 C 0 -C 2 는 실험적으로 얻어진 정수이다.However, the coefficient C 0 -C 2 in the formula (13) is an integer obtained experimentally.
웹(10)이 롤 형상으로 권취될 때, 최외층과 이미 권취된 부분의 사이에는, 권입된 공기에 의해서 공기층이 형성된다. 닙 롤러(4)가 없는 경우의 초기 공기층 두께 hal0는 권취된 웹과 이미 권취된 부분을 포일 베어링(foil bearing) 모델로 간주하는 일에 따라, 다음 식으로부터 구할 수 있다.When the
[수 10][Number 10]
(14) (14)
여기서,λ는, 웹폭W에 관한 무차원 파라미터이며, 다음과 같이 정의된다.Here, lambda is a dimensionless parameter relating to the web width W and is defined as follows.
[수 11][Jos 11]
(15) (15)
한편, 닙 롤러(4)가 있는 경우에서는, 권취 롤(5)과 닙 롤러(4)의 사이에 대해서, 탄성유체윤활이론을 적용하는 것으로 평가할 수 있다. 이하의 예에서는, Chang("Elastohydrodynamic Lubrication of Air Lubricated Rollers", ASME Journal of Tribology, Vol.118, (1996), pp.623-628)의 결과를 이용한다.On the other hand, in the case where the
[수 12][Joe 12]
(16) (16)
여기서, 권취 롤(5)과 닙 롤에 관한 등가 반경 Req 및 등가 신장 탄성률(Young's modulus) Eeq는, 각각 다음 식으로 주어진다.Here, the equivalent radius R eq and the equivalent elongation modulus E eq of the winding
[수 13][13]
(17) (17)
(18) (18)
다음에, 공기층의 반경방향 신장 탄성률에 대해 검토한다. 권취 롤(5) 내에 권입된 공기가 롤 단부로부터 유출하지 않는 것을 가정하면, 새로운 층이 권취되는 일에 의해서 공기층은 압축된다. 한 층이 최외층에 감겨질 때에 유입한 공기는, 권취 롤(5) 내의 반경방향 응력σr에 의해서 압축되어 공기 두께가 hal0으로부터 hal(=hal0-Δhal)로 감소한다. 최외층에 감겨졌을 때 상태를 기준으로 하여 보일의 법칙을 적용하면 다음의 관계를 얻을 수 있다.Next, the radial elongation modulus of the air layer is examined. Assuming that the air enclosed in the winding
[수 14][Jos 14]
(19) (19)
상기 식을 이용하면 공기층 두께 hal은, 다음과 같이 나타내진다.Using the above formula, the air layer thickness h al is expressed as follows.
[수 15][Joe 15]
(20) (20)
여기서, 변형의 정의에 식(19)을 적용하면, 공기층의 반경방향 변형εral을 다음과 같이 구할 수 있다.Here, applying equation (19) to the definition of deformation, the radial deformation ε ral of the air layer can be obtained as follows.
[수 16][Joe 16]
(21) (21)
식(21)으로부터 반경방향 응력σr와 변형εral의 관계를 구하면, 다음 식을 얻을 수 있다.If the relationship between the radial stress σ r and the strain ε ral is obtained from equation (21), the following equation can be obtained.
[수 17][17]
(22) (22)
이에 따라, 공기층의 반경방향 신장탄성률 Eral을 다음 식과 같이 구할 수 있다.Accordingly, the radially stretched elastic modulus Eral of the air layer can be obtained as follows.
[수 18][Wed 18]
(23) (23)
이상의 모든 식(14)-(23)를 이용하는 일로써, 권입된 공기를 고려한 등가층의 신장탄성률을 구할 수 있다. 이에 따라, 식(7) 및 식(9)에 나타난 Er와 Eθ를 각각 Ereq와 Eθ eq로 치환하는 일에 의해서, 내부 응력의 해석을 진행시킬 수 있다. 또한 원주방향 응력은, 응력의 균형 식(2)로부터, 다음과 같이 구할 수 있다.By using all the above formulas (14) to (23), the elongation modulus of the equivalent layer in consideration of the air taken up can be obtained. Accordingly, the analysis of the internal stress can be advanced by substituting E r and E θ shown in equations (7) and (9) with E req and E θ eq , respectively. In addition, circumferential stress can be calculated | required as follows from the balance formula (2) of a stress.
[수 19][Jos 19]
(24) (24)
(2) 열응력 해석(2) thermal stress analysis
환경 온도 변화에 의해서, 롤내 온도가 변화하면, 내부 응력은 웹(10)이나 권심(5a)의 선팽창계수에 기인(起因)이 생겨 변동한다. 그러한 경우에서는, 원통 좌표계에 있어서의 균형 방정식, 변형에 대한 적합 조건식은, 각각 식(2), 식(3)과 동일하지만, 한편 구조 방정식은, 다음과 같이 주어진다.When the temperature in a roll changes by environmental temperature change, an internal stress arises and fluctuates due to the linear expansion coefficient of the
[수 20][Jos 20]
(25) (25)
(26) (26)
여기서,ΔT는 권취 직후의 초기 롤 온도 Tr0에 대한 변화량이며, 다음 식으로 정의된다.Here, (DELTA) T is a change amount with respect to the initial roll temperature T r0 immediately after winding, and is defined by following Formula.
[수 21][Jos 21]
(27) (27)
식(7)의 경우와 같은 순서로 정리하면, 열응력에 의한 반경방향 증분Δσr에 관한 기초 방정식이 다음과 같이 주어진다.Summarizing in the same order as in the case of equation (7), the basic equation for the radial increment Δσr due to thermal stress is given as follows.
[수 22][Jos 22]
(28) (28)
다음에, 식(28)을 풀기 위한 경계 조건에 대해서 설명한다. 최내층에 있어서의 웹(10)의 제1층과 권심(5a)의 적합성으로부터 얻을 수 있는 식(8)에, 식(1), 식(6), 식(27)을 적용하면, 최내층 경계 조건이 다음과 같이 얻어진다.Next, boundary conditions for solving equation (28) will be described. When formula (1), formula (6), and formula (27) are applied to formula (8) obtained from the suitability of the first layer of the
[수 23][23]
(29) (29)
단, 권심(5a)의 온도 증분ΔTc는, 다음과 같이 주어진다.However, the temperature increment ΔT c of the
[수 24][Wed 24]
(30) (30)
한편, 권취 완료 후의 최외층에는 새로운 층이 추가되지 않는 일로부터, 최외층 경계조건은, 다음과 같이 주어진다.On the other hand, since a new layer is not added to the outermost layer after completion of winding, the outermost boundary condition is given as follows.
[수 25][25]
(31) (31)
여기서, 열응력 해석에 권입된 공기의 영향을 고려하기 때문에, 식(28) 및 식(29)에 나타낸 Er와 Eθ를 각각 Ereq와 Eθ eq로 치환한다. 또한, 웹(10)의 신장 탄성률 Er, Eθ, 및 선팽창계수σr,αθ, 권심(5a)의 신장탄성률 Ec, 공기층의 반경 방향 신장탄성률 Eral는 온도에 의존하지 않고 일정하게 취급된다.Here, since the influence of the air wound up in the thermal stress analysis is taken into consideration, E r and E θ shown in equations (28) and (29) are replaced with E req and E θ eq , respectively. The elongation elastic modulus E r , E θ , and the linear expansion coefficient σ r , α θ of the
자세한 것은 후술하는 형태로, 선팽창계수σr,αθ는 권취 롤(5)이 열을 받았을 경우에, 온도 변화에 의한 권취 롤(5)의 온도 분포 변화가 내부 응력의 비정상 상태에 미치는 영향은 크고, 게다가, 그 정도는 웹(10)과 권심(5a)의 선팽창계수에 기인한다. 따라서, 식(28)에 있어서, 웹(10)의 선팽창계수σr,αθ가 받아들여지고 있는 것은, 온도 분포의 변화와 내부 응력의 관계를 분명히 하는데 있어서, 큰 의의를 가진다.In detail, the linear expansion coefficients σ r and α θ are described below. When the winding
(3) 공기층과 열저항을 고려한 비정상 열전도 해석(3) Unsteady heat conduction analysis considering air layer and heat resistance
원통 좌표계에 있어서, (i) 열이동은 반경방향에서만 생겨 원주방향 및 축방향에 대해서는 무시할 수 있고, (ⅱ) 권취 롤(5) 내부에서 발열이 없는 것을 가정하면, 비정상 열전도의 기초 방정식은, 다음의 미분 방정식에 의해서 나타내진다.In the cylindrical coordinate system, (i) the heat movement occurs only in the radial direction and can be ignored for the circumferential direction and the axial direction, and (ii) assuming that there is no heat generation inside the winding
[수 26][Jos 26]
(32) (32)
공기와 권취 롤(5)의 경계면에서의 열에너지의 유입, 유출은, 대류전열이 지배적이며, 또한, 그 경계면에 있어서 권취 롤(5) 측, 혹은 권심(5a) 측과 공기 측의 열유속이 동일하다라고 가정하면, 권취 롤(5)의 최외주면 및 권심(5a)의 최내주면에 있어서의 경계 조건식은, 각각 다음과 같이 주어진다.Convection heat is predominant in the inflow and outflow of thermal energy at the interface between air and the winding
[수 27][Jos 27]
(33) (33)
(34) (34)
또한, 권심(5a)과 웹(10)의 경계면에 있어서도 똑같이 열유속이 동일하다라고 가정하면, 그 경계면에서의 경계 조건은, 다음과 같이 나타내진다.In addition, assuming that the heat flux is the same at the interface between the core 5a and the
[수 28][Jos 28]
(35) (35)
여기서, 초기 온도조건으로서 롤 온도 Tr 및 권심 온도 Tc는 권취 직후의 시각 Tj0에 있어서, 다음과 같이 주어진다.Here, as initial temperature conditions, roll temperature T r and core temperature T c are given as follows at the time T j0 immediately after winding.
[수 29][29]
(36) (36)
한편, 웹(10)의 표면에는 거칠기가 존재한다. 이 때문에, 접촉면은, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 일부가 접촉하고(접촉부 10a), 다른 부분이 비접촉의 분산 접촉이 된다. 비접촉 부분에는 공기가 개재한다. 또한, 공기의 층이 두꺼워지면, 웹(10)은 분리되고, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 전체 면에서 비접촉이 된다. 이러한 경우에, 공기의 열전달율 Ka가 웹(10)에 비하여 현격히 낮은 일, 및 열저항이 접촉 압력의 증가와 함께 감소하는 것을 고려하면, 공기층 근방의 온도 분포는 직선적으로 이루어지지 않는다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 도 3c, 도 3d에 나타낸 바와 같이, 웹(10)의 접촉부를 모델화하여 열저항을 평가하는 것으로 하고 있다.On the other hand, roughness exists on the surface of the
공기층의 존재는,권취 롤(5)의 외관의 열전도율을 변화시킨다. 웹(10) 및 공기층을 흐르는 열유속 qff, qfal가 등가층 내에 있어서 동일하고, 공기층 내에 있어서의 대류 효과는 무시할 수 있는 것으로 가정하면, 등가층의 열전도율 Keq는, 다음과 같이 구해질 수 있다.The presence of the air layer changes the thermal conductivity of the appearance of the winding
[수 30][30]
(37) (37)
여기서, 공기층에 있어서, 접촉부와 비접촉부를 흐르는 열류속 qa, qfc가 도 3c 및 도 3d에 나타낸 것처럼 병렬로 통과하는 것을 가정하고, 접촉 면적의 비를 겉보기 접촉면적에 대한 진실 접촉면적의 비(A/Aa)로 부여하면, 공기층의 열전도율 Kal는, 다음 식으로 주어진다.Here, in the air layer, it is assumed that the heat fluxes q a , fc fc flowing through the contact portion and the non-contact portion pass in parallel as shown in FIGS. 3C and 3D, and the ratio of the contact area is the ratio of the true contact area to the apparent contact area. When it is given as (A / Aa), the thermal conductivity K al of the air layer is given by the following equation.
[수 31][Jos 31]
(38) (38)
단, 겉보기 접촉 면적에 대한 진실 접촉 면적의 비A/Aa는, 반경방향 응력의 함수로서 다음 식으로 주어진. 또한, 공기층 두께가 ha>3σff의 범위에서, 웹(10)의 접촉면을 비접촉으로 간주한다.However, the ratio A / Aa of the true contact area to the apparent contact area is given by the following equation as a function of radial stress. In addition, the contact surface of the
[수 32][32]
(39) (39)
또한, 등가층의 밀도ρeq 및 비열 Ceq는, 각각 다음과 같이 정의된다.In addition, the density rho eq and specific heat C eq of an equivalent layer are defined as follows, respectively.
[수 33][Jos 33]
(40) 40
(41) (41)
이상으로부터, 비정상 열전도의 기초 방정식 (32) 및 경계 조건식 (33)~(35)에 나타낸 웹(10)에 관한 열전도율 K, kf, 밀도 C, Cf, 및 비열ρ,ρf를 각각, keq, Ceq, 및ρeq로 치환하고, 초기 온도조건 (36)을 고려하여 푸는 일에 따라, 공기층과 열저항을 고려한 롤 온도의 경시 변화를 구할 수 있다.From the above, the thermal conductivity K, k f , the density C, C f , and the specific heat ρ, ρ f for the
예를 들어, 상술한 기초 방정식과 경계 조건식에 포함되는 1층 및 2층의 미분을 차분근사(差分近似)에 의해서 이산화(離散化)하여, 수치 해석적으로 구하는 일이 가능하다. 단, 롤 반경 rout에 관해서 중앙 차분근사, 시간에 관해서는 전진 차분근사를 적용하는 것으로 하고, 각각을 다음에 나타내었다.For example, the differential of the first and second layers included in the above-described basic equations and boundary condition equations can be discretized by differential approximation and numerically obtained. However, the center difference approximation is applied with respect to the roll radius r out , and the forward difference approximation is applied with respect to time, and each is shown next.
[수 34][Jos 34]
(중앙 차분근사)(Central difference approximation)
(42) (42)
(43) (43)
(전진 차분근사)Forward difference approximation
(44) (44)
여기서,Δr는 등가층의 두께(hf+hal), 권심두께 tc의 분할폭을, 한편, f는, 차분근사의 대상이 되는 반경방향 응력 증분 Δσr, 롤 온도 Tr와 권심 온도 Tc를 각각 대표하여 나타내고 있다. 또한, 식(42)~식(44)에 한정하여, j는 롤 반경 위치, i는 시간에 관한 첨자(籤子)이다.Here, Δr is the division width of the equivalent layer thickness (h f + h al ) and the core thickness t c , while f is the radial stress increment Δσ r , the roll temperature T r and the core temperature T, which are objects of differential approximation. c is represented respectively. In addition, as for Formula (42)-(44), j is a roll radius position and i is the superscript regarding time.
다음에, 상술한 예측 이론모델을 응용한 실시 형태에 대해서 설명한다.Next, an embodiment to which the above-described prediction theory model is applied will be described.
도 4를 참조하여, 동 도면에 나타내 보이는 권취 장치(100)는, 웹(10)을 권회한 권출장치(101)의 롤(1)로부터, 복수의 가이드 롤러(2), 한 벌의 핀치 롤러(3), 및 닙 롤러(4)를 개입시켜 권취 롤(5)의 권심(5a)의 외주에 권회하는 것이다. 또한, 미도시되어 있지만, 롤(1)로부터 권취 롤(5)에 이르는 경로에는, 웹(10)의 위치 차이를 방지하는 엣지 위치제어장치와, 웹(10)의 권취 장력을 검출하는 로드 셀이 배치되어 있다.With reference to FIG. 4, the winding
닙 롤러(4)에는, 권취 롤(5)에 대한 가압력을 조정하는 닙프 하중 조정장치(6)가 설치되어 있다. 닙 하중 조정장치(6)는 에어 실린더나 에어 실린더의 동력을 전달하는 동력 전달기구로 구체화되어 닙 롤러(4)와 권취 롤(5)과의 사이에 형성되는 닙(45)의 닙 하중 N을 조정가능한 구성으로 되어 있다.The
권심(5a)은 웹(10) 일체적으로 권취 롤(5)을 구성하는 원통형 부재이다. 권심(5a)의 재질은 권취 롤(5)의 내주 측의 열전달율에 영향을 주므로, 권취 롤(5)이 온도 환경의 변화가 큰 지역으로 이동하는 일이 예상되는 경우에는, 그 재질 선정이 문제가 된다.The
또한, 권취 롤(5)의 권심(5a)에는 모터(7)가 접속되어 있고, 권심(5a) 자신이 회전하여 웹(10)을 권취하도록 구성되어 있다. 또한 권취 롤(5)의 최외주 근방에는, 권취 시의 온도를 검출하는 온도 센서(8)가 설치된다. 온도 센서(8)가 권취 롤(5)의 권취 완료시에 검출한 값은, 초기 시각 Tj0에서의 초기 롤 온도 Tr0(식(39)의 파라미터)로서 기억부(21)의 웹 제품 관리 테이블(217)에 기억된다.Moreover, the
웹(10)으로서는, 액정 패널, 디스플레이 모니터, 휴대 전화, 태양전지 시스템, 그 외 여러 가지의 제품에 사용되는 가요성 시트나, 혹은 인쇄물을 대상으로 할 수 있다.As the
닙 하중 조정장치(6)나 모터(7)의 제어를 위해서, 권취장치(100)는 제어 유닛(20)을 갖추고 있다. 제어 유닛(20)은 기억부(21), 연산부(22), 모터 제어부(23), 및 닙 하중 조정부(24)를 논리적인 모듈로서 갖추고 있다. 또한 제어 유닛(20)에는, 표시부(25)나 입출력부(26)가 접속되어 있어서 작업자가 표시부(25)의 표시를 보면서 입출력부(26)로 필요한 데이터 처리를 실시할 수 있게 되어 있다.In order to control the nip
기억부(21)는 ROM, RAM, 보조기억장치 등으로 구체화되어서, 권취 장치(100) 전체를 제어하는 제어 프로그램이나 파라미터를 기억하는 영역을 갖추고 있는 모듈이다. 기억부(21)에는 상술한 예측 이론 모델을 연산하기 위한 파라미터를 기억하는 데이타베이스가 실장되어 있다.The
연산부(22)는, 마이크로 프로세서, 기억장치, 및 입출력 인터페이스를 갖추고 있어 기억장치에 기억되고 있는 제어 프로그램이나 데이터를 읽어내어서, 해당 제어 프로그램을 실행하고, 제어 유닛(20)을 구성하는 요소(모터 제어부(23), 닙 하중 조정부(24), 표시부(25), 입출력부(26))의 제어를 맡는 모듈이다.The
모터 제어부(23)는 연산부(22)의 연산 결과에 근거하여서, 모터(7)의 회전 속도를 제어하는 모듈이다. 또한, 본 실시 형태에 대해서, 이 모터 제어부(23)는 모터(7)의 회전 속도 제어를 통해 웹(10)의 권취 장력 Tw를 조정하는 장력 조정 수단을 겸하고 있다.The
닙 하중 조정부(24)는, 연산부(22)의 연산 결과에 근거하여, 닙 하중 조정 장치(6)에 의한 가압력을 조정하는 모듈이다.The nip
표시부(25)는 액정 디스플레이 그 외의 표시장치로서 구체화되는 유닛이다.The
입출력부(26)는 키보드나 마우스 등의 포인팅 장치, 카드 리더 등의 입출력 장치로서 구체화되는 유닛이다.The input /
또한, 권취장치(100)가 실시되는 형태에 따라서는, 제어 유닛(20)에 통신 기능을 갖게 하여, 제어 프로그램이나 데이터를 호스트 컴퓨터와 통신하도록 하는 것도 바람직하다.In addition, depending on the embodiment in which the winding
다음, 도 4에 나타낸 기억부(21)에는 함수를 기억하는 영역이 있어, 상술한 식(1)~(44) 외에, 아래에서 설명하는 장력 함수 Tw(r), 목적 함수 f(X), 제약 함수 gi(X)가 기억되고 있다.Next, the
먼저, 최적화의 대상으로 하여, 본 실시 형태에서는, 장력 함수 Tw(r)가 아래와 같이 정의되고, 기억부(21)에 보존되어 있다. 본 실시 형태와 관련되는 장력 함수 Tw(r)는 함수의 유연함과 취급의 용이함을 고려하여, 아래에 나타낸 바와 같이, 권취 장력 Tw를 권취 롤(5)의 권취 반경 r에 관한 삼차 스플라인 함수로 표현하고, 이를 기억부(21)에 기억시키고 있다.First, as an object of optimization, in the present embodiment, the tension function Tw (r) is defined as follows and stored in the
[수 35][Jos 35]
(45) (45)
단,Δr는 반경방향 좌표의 등분비율 구간, Where Δr is an equal proportion interval in radial coordinates,
Mi는, 각 구간에 대해서 표시된 곡선의 각 절점 위치에 있어서의 일차 도함수가 연속으로 되는 조건으로부터 결정되는 형상 파라미터이다.M i is a shape parameter determined from the condition that the first derivative at each node position of the curve displayed for each section is continuous.
장력 함수 Tw(r)는 권취 반경 r에 관하여 권취 장력 Tw를 연산하는 것이다.이 장력 함수 Tw(r)를 진화(최적화)하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 원주 방향 응력σθ의 평균치를 목적 함수로 하고, 스타 디펙트, 소성변형, 및 망원경을 어느 쪽도 매우 적합하게 해소하기 위한 조건을 주고, 장력의 최적화를 도모하는 것으로 하고 있다.The tension function Tw (r) calculates the winding tension Tw with respect to the winding radius r. In order to evolve (optimize) this tension function Tw (r), in this embodiment, the average value of the circumferential stress σ θ is the objective function. The conditions for solving the star defects, plastic deformation, and the telescope are suitably solved, and the tension is optimized.
식 (45)의 장력 함수 Tw(r)로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 권취 롤의 권취 개시점으로부터 최외주까지를 n개의 등 구간으로 분할하고, 스플라인법으로 각 구간의 권취 장력 Tw 또는 L를 보간(補間)하고 있다. 식 (45)의 Mi를 조건으로서 설정하는 일에 따라, 각 구간을 매끄럽게 연결하는 함수로서 상기 권취 장력 Tw가 표현된다. 이 식 (45)의 장력 함수 Tw(r)는, 목적 함수와 제약 함수를 설정하는 일에 따라, 최적화(진화)된다. 즉, 권취 롤(5) 내의 원주방향 응력의 최소치를 비부(非負)로 하고, 원주방향 응력의 평균치가 한없이 제로가 되도록 식 (45)의 장력 함수 Tw(r)를 진화시켜, 아주 적합한 권취 장력 Tw를 얻는 것이 가능해진다.As can be clearly seen from the tension function Tw (r) of the formula (45), in the present embodiment, the winding start point of the winding roll is divided into n equal intervals and the spline method The winding tension Tw or L is interpolated. According to setting M i of the formula (45) as a condition, the above-mentioned winding tension Tw is expressed as a function of smoothly connecting each section. The tension function Tw (r) of this expression (45) is optimized (evolved) by setting the objective function and the constraint function. That is, the minimum value of the circumferential stress in the take-
도 5를 참조하여, 식 (45)의 장력 함수 Tw(r)를 진화시키는 방법으로서는, 도 5의 파선으로 나타내 보이는 진화 과정((k+1) 단계)으로의 전단층(실선으로 나타내 보이는 k 단계)의 장력 함수에 대해서, 각 접점 P(k)(ri, Twi)의 r좌표를 고정g하고, Tw좌표를 정(正)의 방향 또는 부(負)의 방향으로ΔTwi만 변화시켜 새로운 접점 P(k+1)(ri, Twi+ΔTwi)를 얻는다. 이와 같이 하여 얻어진 새로운 좌표치를 이용하는 식 (45)에 의해 함수형을 갱신하고, 목적 함수 f(X)의 값이 최적이 될 때까지 순서대로 진화시켜 간다.Referring to FIG. 5, as a method of evolving the tension function Tw (r) of Equation (45), a shear layer (step k shown by a solid line) in the evolutionary process (step (k + 1)) shown by the broken line in FIG. The r coordinate of each contact P (k) (r i , T wi ) is fixed g with respect to the tension function of, and the Tw coordinate is changed by changing only ΔT wi in the positive or negative direction. Contact P (k + 1 ) (r i , T wi + ΔT wi ) is obtained. The functional type is updated by equation (45) using the new coordinate values thus obtained, and evolved in order until the value of the objective function f (X) becomes optimal.
다음에 목적 함수 f(X)의 변수에 대해 설명한다.Next, the variable of the objective function f (X) is demonstrated.
본 실시 형태에서는, 목적 함수 f(X)의 설계 변수 벡터가 아래와 같이 정의되고, 기억부(21)에 기억되어 있다.In the present embodiment, the design variable vector of the objective function f (X) is defined as follows and stored in the
[수 36][Jos 36]
(46) (46)
단, 권심위치로부터 권취 롤의 최외경까지의 실행 가능 영역을 r방향으로 분 할한다.However, the executable area from the winding position to the outermost diameter of the winding roll is divided in the r direction.
ΔTi는 임의의 반경 위치 ri에 있어서의 초기 장력 Two와 진화 도중(k단계)의 장력과의 차이를 나타낸다.ΔT i represents the difference between the initial tension T wo at any radial position r i and the tension during evolution (step k).
본 실시 형태에서는, 식(46)의 설계 변수 벡터에 닙선 하중 L를 정수로서 더하는 일에 따라, 식(45)의 장력 함수 Tw(r)를 진화시키는 과정에서, 닙선 하중 L를 최적화하는 일이 가능하게 된다.In the present embodiment, the nip line load L is optimized in the process of evolving the tension function T w (r) of the formula (45) by adding the nip line L as an integer to the design variable vector of the formula (46). This becomes possible.
기억부(21)에 기억되고 있는 목적 함수 f(X)는, 아래와 같이 정의된다.The objective function f (X) stored in the
[수 37][Wed 37]
(47) (47)
단, 는 임의시간j에서의 층간마찰력、only, Interlayer friction at random time
Fcr는 슬립이 시작되는 임계 마찰력,F cr is the critical frictional force at which slip starts,
는、임의시간j에서의 원주방향응력、 Circumferential stress at any time
는、원주방향응력의 참조값이다. Is the reference value of the circumferential stress.
본 실시 형태에 있어서, 식(47)의 임계 마찰력 Fcr는, 실험에 의해서 정해진 것으로, 예를 들면, 5kN이다. 또한, 마찰력 Fi, 참조치σθ, ref는, 각각 아래와 같이 정의된다.In this embodiment, the critical frictional force Fcr of Formula (47) is determined by experiment, for example, 5 kN. In addition, the frictional force F i , the reference values σ θ and r ef are defined as follows, respectively.
[수 38][Jos 38]
(48) (48)
한편, 설계 변수ΔTwi 및 닙선 하중 L의 최대치 및 최소치, 원주방향 응력σθmin의 최소치, 및 웹층간의 평균 마찰력i를 부과하는 제약 조건은, 아래와 같이 정의되어 기억부(21)에 기억된다.On the other hand, the design maximum and minimum values of the variables wi and ΔT nipseon load L, the minimum value of the circumferential stress σ θmin, and the mean frictional force of the web layers The constraint imposing i is defined as follows and stored in the
[수 39][Wed 39]
(49) (49)
식(49)에 대해서, 제약 함수 gi(X)(i=1~2n+2j)는 아래와 같이 정의되어 기억부(21)에 기억된다.For equation (49), the constraint function g i (X) (i = 1 to 2n + 2j) is defined as follows and stored in the
[수 40][Jos 40]
이상을 요약하면, 권취 장력 Tw의 최적화는 아래와 같이 표현된다.In summary, the optimization of the winding tension Tw is expressed as follows.
[수 41][Jos 41]
Find X Find X toto minimizeminimize f(X) f (X)
subject to gi (X) 0 (51) subject to gi (X) 0 (51)
다음에, 상술한 최적화 처리를 실현하기 위해 기억부(21)에는, 상술한 예측 이론 모델을 연산하기 위한 정보에 관한 테이블 211~220이 기억되어 있다. 여기서, 테이블이란, 데이타베이스 시스템에 있어서, 2차원 매트릭스(행과 열)로 표현되는 데이터의 집합을 말한다.Next, in order to realize the above-described optimization process, tables 211 to 220 relating to information for calculating the above-described prediction theory model are stored in the
이하, 도 6을 참조하여서, 본 실시 형태에 따른 테이블에 대해 설명한다. 또한, 아래의 설명에서는, 테이블의 항목을 「열」, 테이블의 실현치(열에 할당할 수 있는 실제의 값)를 「행」이라고 한다. 또한, 도 6에 있어서, (PK)는 주 키(key)를, (FK)는 외부 키를 각각 나타내고 있다. 주 키는 테이블 내에 있어서 행을 일의(一意)에 식별하는 열이다. 외부 키는, 주 키와 같은 값을 가지는 일에 따라서, 해당 주 키를 가지는 테이블의 데이터를 참조하기 위한 것이다. 복수의 열을 집합으로서 나타내는 경우에는,{}으로 묶어서 표시한다. 또한, 도면 중의 화살표는, 테이블간의 관계(릴레이션쉽)를 나타내고 있고, 화살표의 종점측의 테이블에 있는 외부 키가 화살표의 기점측의 테이블에 있는 주키를 참조하고 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 2개의 테이블 사이에 있어서, 주 키와 외부 키의 대응 관계를 카디나리티(Cardinality)(행의 수)로 표시하고, 화살표는 기점이 0 또는 1, 종점이 많은 카디나리티를 가지는 것을 나타내고 있다. 또한, 도시된 테이블은, 논리적으로 존재하고, 물리적으로는 동일한 데이터군을 복수의 테이블로 표현해도 좋고, 또는, 복수의 데이터군을 동일한 테이블로 표현하는 것도 괜찮다. 또한, 각 테이블에 설정되어 있는 열은, 해당 테이블에 대해서, 본 실시 형태를 설명하기 위해서 중요한 것을 열거하고 있는 것에 지나지 않고, 도시된 항목 이외의 열을 가지고 있는 경우가 있다.Hereinafter, with reference to FIG. 6, the table which concerns on this embodiment is demonstrated. In addition, in the following description, the item of a table is called "column", and the actual value (actual value which can be assigned to a column) of a table is called "row". In Fig. 6, (PK) denotes a primary key and (FK) denotes a foreign key, respectively. A primary key is a column that uniquely identifies a row in a table. A foreign key is for referencing data of a table having a corresponding primary key, depending on the same value as a primary key. When a plurality of columns are represented as a set, they are displayed by grouping them in {}. In addition, the arrow in the figure has shown the relationship (relationship) between tables, and has shown that the foreign key in the table by the end side of an arrow refers to the primary key in the table at the origin of an arrow. In addition, between the two tables, the corresponding relationship between the primary key and the foreign key is indicated by Cardinality (number of rows), and the arrow indicates that the origin has 0 or 1 and the cardinality with many endpoints. It is shown. In addition, the table shown may exist logically, and may represent the same data group physically by a plurality of tables, or may represent a plurality of data groups by the same table. In addition, the column set to each table only lists what is important in order to demonstrate this embodiment with respect to this table, and may have a column other than the illustrated item.
도 6을 참조하면, 기억부(21)의 보조기억장치에는, 마스터 테이블로서 웹 테이블(211), 권심테이블(212), 공기 테이블(213), 닙 롤러 테이블(214)이 기억되어 있다.Referring to FIG. 6, the web table 211, the core table 212, the air table 213, and the nip roller table 214 are stored in the auxiliary storage device of the
웹 테이블(211)은 웹(10)의 제원을 등록하는 테이블이며, 웹 번호(주 키) 마다, 두께 hf, 폭 W, 임계 마찰력 Fcr, 반경방향 신장탄성률 Er, 원주방향 신장탄성률 Eθ, RMS 합성 거칠기σff, 정적 마찰 계수㎲, 반경방향 프아송비υθr, 원주방향 프아송비υθr, 열전도율 Kf, 비열 Cf, 밀도ρf, 반경방향 선팽창계수αr, 원주방향 선팽창계수αθ를 포함한 파라미터를 등록할 수 있게 되어 있다. 특히 본 실시 형태에서는, 선팽창계수αr, 선팽창계수αθ를 기초 방정식(28)의 파라미터로서 채용하고, 연산하는 것으로 하고 있으므로, 권취 롤(5)이 받은 열에 의한 반경방향 및 원주방향의 연장을 고려한 내부응력을 연산하는 것이 가능하게 된다.The web table 211 is a table for registering the specifications of the
권심테이블(212)은 권심의 제원을 등록하고, 권심 번호(주 키) 마다, 신장탄성률 Ec, 권심두께 tc, 프아송비υc, 권심υc, 반경 rc, 열전도율 Kc, 비열 Cc, 밀도ρf, 선팽창계수αc를 포함한 파라미터를 등록할 수 있게 되어 있다.The winding table 212 registers the specifications of the winding core, and for each winding number (main key), the elastic modulus of elasticity E c , the core thickness t c , the Poisson's ratio υ c , the core υ c , the radius r c , the thermal conductivity K c , and the specific heat C It is possible to register parameters including c , density ρ f , and coefficient of linear expansion α c .
공기 테이블(213)은 공기의 제원을 등록하고, 공기 코드를 주 키로서{대기압, 열전도율 Ka, 비열 Ca, 밀도ρa, 게이지 압력 Pg, 점도η}를 열로서 포함하고 있다. 이 공기 테이블(213)을 기억부(21)에 마련하고, 공기의 제원을 등록해 두는 곳으로, 공기층과 웹과의 등가층에 있어서의 내부 응력이나 열분포를 정밀하게 연산하는 것이 가능하게 된다.The air table 213 registers the specifications of the air, and contains the air code as the main key, {atmospheric pressure, thermal conductivity K a , specific heat C a , density ρ a , gauge pressure Pg, and viscosity η} as heat. The air table 213 is provided in the
닙 롤러 테이블(214)은, 닙 롤러(4)의 제원을 등록하고, 닙 롤러 번호(주 키) 마다, 해당 닙 롤러(4)의 반경 rn, 신장 탄성률 En, 초기 테이퍼 텐션, 프아송비υn를 포함한 파라미터를 등록할 수 있게 되어 있다.The nip roller table 214 registers the specifications of the
다음에, 권취장치(100)를 운용하기 위한 트랜잭션(transaction) 테이블로서 본 실시 형태에서는, 권취 계획 테이블(215), 권취 계획 명세 테이블(216), 웹 제품 관리 테이블(217), 온도 변화 맵(218), 권취 제어 테이블(220)이 설치되어 있다.Next, as a transaction table for operating the winding
권취 계획 테이블(215)은, 권취 공정의 계획을 관리하기 위한 제원을 기억하고, 권취 계획 코드(주 키) 마다, 제조 예정 연월일, 주문 코드를 포함한 항목을 등록할 수 있게 되어 있다.The winding plan table 215 memorizes the specifications for managing the plan of a winding process, and it is possible to register the item including an order of manufacture date and manufacture code for every winding plan code (primary key).
권취 계획 명세 테이블(216)은, 권취 계획 코드마다, 권취 계획으로 생산되는 권취 롤(5)의 사양이나 가공의 일반적인 사양을 등록하고, 권취 계획 마다의 명세 코드마다 사용되는 닙 롤러(4)의 품번, 권심(5a)의 품번, 웹(10)의 품번, 권취 길이, 권수 n, 최외층 롤 반경 rout, 권취 롤(5)의 수량을 등록할 수 있게 되어 있다. 또한 권취 후의 온도 변화를 고려한 권취 제어를 도모하기 위해서, 공기 코드를 외부 키로서 구비하고, 공기 테이블(213)로부터 공기에 관한 정보를 생산계획의 명세마다 특정할 수 있게 되어 있다. 또한, 권취 계획 명세 테이블(216)은, 권심테이블(212)과도 릴레이션쉽이 설정되어 있는 일로부터, 이 권심테이블(212)로부터 권심반경(코어지름)rc등 , 권심(5a)의 제원을 참조하는 일이 가능한 형태로 되어 있다.The winding plan specification table 216 registers the specification of the winding
웹 제품 관리 테이블(217)은, 권취 계획 명세 테이블(216)로 결정된 사양마다 생산되는 개개의 구체적인 제품(권취 롤(5))의 생산 조건을 관리하기 위한 것이고, 권취 계획 명세 테이블(216)과 연관짓기 위한 외부 키{생산계획 코드, 명세 코드}와 제조번호로 구성되는 복합 키를 주 키로 하고, 제조 연월일, 초기 온도 T0(식(36) 참조), 지정 시간 Tk를 등록할 수 있게 되어 있다. 또한, 개개의 제품에 대해서 온도 변화 예측을 등록하기 위해서, 웹 제품 관리 테이블(217)에는, 시간 단계와 열전달율αh를 등록할 수 있게 되어 있다. 시간 단계는 온도 변화의 시간 간격이며, 후술하는 최적화 제어로 사용자가 임의로 선택 가능한 수치를 등록하기 위한 열(항목)이다. 또한, 열전달율αh는 식(33)(34)를 풀기 위한 파라미터이며, 실험으로 정해진 값이나, 권취 롤(5)의 놓여진 환경에서 실측되는 값에 근거하여 연산되는 값을 등록할 수 있게 되어 있다. 또한 온도 변화를 등록하기 위해서, 웹 제품 관리 테이블(217)에는 온도 변화 맵 테이블(218)의 외부 키가 포함되어 있다.The web product management table 217 is for managing the production conditions of the individual concrete products (the winding rolls 5) produced for each specification determined by the winding plan specification table 216, and the winding plan specification table 216 and The main key is a composite key consisting of an external key {production plan code, a specification code} and a serial number for association, and allows the registration of the manufacturing date, initial temperature T 0 (see Eq. (36)), and the specified time T k . It is. Further, in order to register the temperature prediction for the individual products, the web product management table 217, and is able to register the time step and the heat transfer coefficient α h. The time step is a time interval of temperature change, and is a column (item) for registering a numerical value that can be arbitrarily selected by a user by the optimization control described later. In addition, heat transfer rate (alpha) h is a parameter for solving Formula (33) (34), It is possible to register the value computed based on the value determined by experiment and the value measured in the environment of the winding
온도 변화 맵(218)은, 권취 롤(5)이 놓여지는 환경의 제원을 등록하기 위한 것(맵 데이터)이며, 온도 변화 맵 코드마다, 시각 Tj 마다의 환경 온도 T∞를 권취 계획 명세 테이블(216)로 설정된 지정 시간 Tk의 범위에서 설정할 수 있게 되어 있다.The
권취 제어 테이블(220)은, 최적의 권취 제어에 필요한 제원을 설정하는 것이고, 권취 계획 명세 테이블(217)의 주 키{권취 계획 코드, 명세 코드}와 권취 제어 코드와의 복합 키를 주 키로서 권취 계획 명세마다 권취 장력 Tw, 권취 속도(모터 회전수) V, 닙선 하중 L, 무차원 롤 반경 위치 r/rc 등을 설정할 수 있게 되어 있다.The winding control table 220 sets specifications required for optimal winding control, and the composite key between the main key {winding plan code, the specification code} and the winding control code of the winding plan specification table 217 is used as the primary key. Winding tension Tw, winding speed (motor revolutions) V, nip wire load L, dimensionless roll radius position r / r c for each winding plan specification Etc. can be set.
상술한 바와 같은 테이블들(211~220)을 이용하는 일에 따라, 여러 가지의 화면이나 보기 표를 작성하여, 작동자가 최적화 연산을 실현할 수 있게 된다.In accordance with the use of the tables 211 to 220 as described above, various screens or view tables can be created to enable the operator to realize the optimization operation.
도 7을 참조하면, 본 실시 형태에서는, 최적화 프로그램을 실행하기 위한 화면(300)이 설치되어 있다. 이 화면은 미도시된 메인 메뉴로부터 전환된 것이다.Referring to Fig. 7, in this embodiment, a
화면(300)에는, 웹 및 기계 조건을 설정하기 위한 명령 버튼(301)과 온도 조건을 설정하기 위한 명령 버튼(302)으로 설정된 조건에 근거하여, 최적화 계산의 방법을 설정하기 위한 명령 버튼(303)이 준비되어 있다. 텍스트 박스(304)에는, 권취 제어 테이블(220)의 권취 제어 코드가 최적화 계산의 설정 결과로 표시되고, 아울러, 권취 장치(100)의 운전 속도(모터(7)의 회전수)와 닙선 하중 등이, 각각 텍스트 박스(305, 306)에 표시되게 되어 있다. 이들 텍스트 박스에 표시된 수치를 보고, 작동자는 수정이 필요할지를 판단하고, 수정의 필요가 없다고 판단했을 경우에는 전송용의 명령 버튼(307)을 조작하고, 설정 결과를 제어 유닛(20)에 지시한다. 제어 유닛(20)은 설정된 결과에 근거하여, 웹(10)을 권취하고, 권취 롤(5)에 가공하여, 그 트랜잭션(transaction) 결과를 도 6에 나타낸 각 테이블(215~217)에 등록한다. 또한, 필요에 따라서, 메인 메뉴로 전환할 수 있도록, 화면(300)에는 명령 버튼(308)이 준비되어 있다.On the
도 7의 명령 버튼(301)을 조작했을 경우, 화면은 웹 및 기계 조건을 설정하기 위한 화면(310)으로 전환한다.When the
도 8을 참조하면, 화면(310)에는, 웹(10)의 품번을 선택하기 위한 콤보 상자(combobox, 311)와, 콤보 상자(311)로 선택된 웹(10)의 사양을 표시하는 리스트 윈도우(312)가 설치되어 있다. 콤보 상자(311)에서는 도 6의 웹 테이블(211)에 등록되어 있는 웹 번호가 리스트업 되게 되어 있어 그 선정된 품번에 관한 각 사양이 리스트 윈도우(312)에 표시된다. 새로운 품번을 등록할 필요가 있는 경우에는 메인 메뉴로 돌아오고, 미도시된 등록 화면으로부터 등록하게 되어 있다.Referring to FIG. 8, the
또한, 화면(310)에는 권심(5a)의 품번을 선택하기 위한 콤보 박스(313)와, 콤보 박스(313)로 선택된 권심(5a)의 사양을 표시하는 리스트 윈도우(314)가 설치되어 있다. 콤보 박스(313)에서는 도 6의 권심 테이블(212)에 등록되어 있는 권심품번이 리스트업 되게 되어 있어 그 선정된 품번에 관한 각 사양이 리스트 윈도우(314)에 표시된다. 새로운 품번을 등록할 필요가 있는 경우에는, 메인 메뉴로 돌아가고, 미도시된 등록 화면으로부터 등록하게 되어 있다.The
또한, 화면(310)에는, 닙 롤러(4)의 품번을 선택하기 위한 콤보 박스(315)와, 콤보 박스(315)로 선택된 닙 롤러(4)의 사양을 표시하는 리스트 윈도우(316)가 설치되어 있다. 콤보 박스(315)에서는, 도 6의 닙 롤러 테이블(214)에 등록되어 있는 닙 롤러 품번이 리스트업 되게 되어 있어 그 선정된 품번에 관한 각 사양이 리스트 윈도우(316)에 표시된다. 새로운 품번을 등록할 필요가 있는 경우에는, 메인 메뉴로 돌아오고, 미도시된 등록 화면으로부터 등록하게 되어 있다.The
작동자는 리스트 윈도우(312, 314, 316)에 표시된 사양을 확인하고, 표시된 내용에 변경이 없으면 실행용의 명령 버튼(317)을 조작하여 다음의 화면으로 전환한다. 명령 버튼(317)이 조작되면, 화면은 도 9의 온도 조건 설정용의 화면(320)으로 전환된다.The operator checks the specifications displayed in the
도 9를 참조하면, 화면(320)에는, 시간 단계을 입력하는 텍스트 박스(321)와, 열전달율을 입력하기 위한 텍스트 박스(322)와, 온도 변화 코드를 선정하기 위한 콤보 박스(323)와, 지정 시간을 표시하기 위한 텍스트 박스(324)와, 초기 온도 T0를 표시하기 위한 텍스트 박스(325)와, 설정 결과를 표시하는 그래픽 창(326)과, 설정 결과를 실행하는 명령 버튼(327)을 갖추어져 있다.Referring to FIG. 9, the
시간 단계는, 식(47)~식(50)에서 채용되고 있는 시간 단계 j를 설정하기 위한 것이고, 작동자가 적절하다고 생각하는 임의의 값이다.The time step is for setting the time step j employed in the equations (47) to (50), and is an arbitrary value that the operator considers appropriate.
열전달율은, 기초 방정식(32)의 경계 조건으로서 설정되는 식(33), 식(34)에 이용되는 값이다. 열전달율은, 환경 온도를 실측하고, 연산하여 구할 수 있으므로, 온도 설정 조건에 의해서 패턴화하고, 작동자(사용자)가 선정하기 쉽게 별도로 등록하여, 콤보 박스 등에서 선정할 수 있도록 해 두는 것이 바람직하다.The heat transfer rate is a value used in equations (33) and (34) set as boundary conditions of the basic equation (32). Since the heat transfer rate can be measured by calculating the environmental temperature, and calculated, it is preferable to pattern the temperature according to the temperature setting conditions, register it separately for easy selection by the operator (user), and select it from a combo box or the like.
온도 변화 맵 코드는, 도 6의 온도 변화 맵 테이블(218)에 등록되어 있는 데이터를 호출하는 것이고, 콤보 박스(323)로부터 온도 변화 맵 테이블(218)에 등록되어 있는 온도 변화 맵 코드를 선정하는 일에 따라, 시각 Tj 마다의 환경 온도 T∞를 임의로 설정하는 것이 가능하게 되어 있다. 새로운 온도 변화 맵 코드를 등록할 필요가 있는 경우에는, 메인 메뉴로 돌아오고, 미도시된 등록 화면으로부터 등록하게 되어 있다.The temperature change map code calls data registered in the temperature change map table 218 of FIG. 6, and selects the temperature change map code registered in the temperature change map table 218 from the
지정 시간은, 온도 변화 맵 코드에 대응하는 값을 도 6의 온도 변화 맵 테이블(218)으로부터 읽어내어 표시하기 위한 것이다.The designated time is for reading and displaying a value corresponding to the temperature change map code from the temperature change map table 218 of FIG. 6.
초기 온도 T0는, 센서(8)(도 4)가 판독한 환경 온도의 값이며, 본 실시 형태에서는, 이 값을 식(36)의 값으로 해서 텍스트 박스에 표시한다. 또는, 다른 방법으로서 이 화면(320)으로 초기 환경 온도를 설정하여 도 6의 웹 제품 관리 테이블(217)에 등록해 두고, 웹(10)을 권취할 때의 환경 온도를 에어콘으로 제어하도록 하는 것도 바람직하다.The initial temperature T 0 is a value of the environmental temperature read by the sensor 8 (FIG. 4). In the present embodiment, this value is displayed in the text box as the value of equation (36). Alternatively, the initial environment temperature may be set in this
그래픽 창(326)은, 설정된 온도 변화 맵 테이블(218)의 값에 근거하여, 온도와 시각의 그래프를 표시하기 위한 것이다. 도시된 예에서는, 초기 환경 온도 T∞0이 25℃상태에서 권취 공정을 실시하고, 공정 종료 후의 권취 롤(5)을 20K 높은 온도로 2시간 가열하는 예가 표시되어 있다.The
작동자는 화면(320)으로 설정된 사양을 확인하고, 표시된 내용에서 변경이 없으면, 실행용의 명령 버튼(327)을 조작하여 다음의 화면으로 전환한다. 명령 버튼(327)이 조작되면, 화면은 도 7의 화면(320)으로 전환한다. 작동자는 수정이 필요할지를 판단하여, 수정의 필요가 없다고 판단했을 경우에는, 전송용의 명령 버튼(307)을 조작하고, 설정 결과를 제어 유닛(20)에 지시한다. 이 지시에 의해, 제어 유닛(20)은, 아래의 순서로 온도 변화를 고려한 최적의 권취 조건을 연산한다.The operator checks the specifications set on the
다음에, 도 10을 참조하여 설정이 전송된 후의 제어 유닛(20)의 동작에 대해 설명한다.Next, the operation of the
제어 유닛(20)은 전송된 설정 조건에 근거하여, 도 6의 각 테이블에서 필요한 데이터를 판독한다(단계 S101). 그 다음에, 제어 유닛(20)은, 판독된 데이터, 기초 방정식(26), 및 기초 방정식(26)에 관련하는 물가에 근거하여, 권취 롤(5)에 장래 생길 온도 분포를 연산한다(단계 S102). 그 다음에, 제어 유닛(20)은,카운터 변수 k를 0으로 초기화하고(단계 S103), 장력 함수 Tw(r)에 초기 테이퍼 텐션을 주어 연산하고, 구획 r0~rs에 있어서의 권취 장력 Tw를 연산한다(단계 S104). 이 최초의 단계(k=0)에서는, 도 5의 가상선으로 나타내 보인 직선적인 테이퍼율로 권취 장력 Tw가 설정된다.The
그 다음에, 제어 유닛(20)은, 제약 함수 gi(X)의 제약하에서, k번째의 목적 함수 f(X)(k)의 최소치를 탐색한다(단계 S105). 그 다음에, 제어 유닛(20)은 이 단계에서 얻을 수 있던 설계 변수 벡터 중 권취 장력 Tw(ΔTw1,ΔTw2,ΔTw3,???ΔTwn)에 근거하여서 장력 함수 Tw(r)를 진화시킨다. 구체적으로는, 각 접점 P(k)의 r좌표를 고정하고, Tw좌표를 정 또는 부의 방향으로ΔTwi만 변화시켜서 새로운 접점 P(k)를 얻는다. 예를 들면, 가상선으로 나타내 보이는 초기 권취 장력 Two가 진화했을 경우, 실선으로 나타내 보이는 권취 장력 Twk에 장력 함수 Tw(r)가 진화한다.Then, the
그 다음에, 제어 유닛(20)은 탐색된 목적 함수 f(X)가 최소치인지 아닌지를 검증하고(단계 S107), 최소치가 아니면, 단계 k를 인크리멘트(increment)하여(단계 S108) 단계 S6이하를 반복하고, 최소치에 이르고 있으면 제어 공정으로 이행한다.Then, the
구체적으로는, 목적 함수 f(X)가 최소치가 될 때까지 진화한 식(45)의 장력 함수 Tw(r)에 근거하는 권취 장력 Tw와 닙선 하중 함수 L에 의해서, 모터(7)를 제어한다(단계 S109). 그 결과, 권취 직후에 있어서도, 온도 변화가 생긴 후에 있어도, 스타 디펙트, 소성변형, 및 망원경이 어느 쪽에도 생기지 않는 권취 롤(5)을 얻는 것이 가능하게 된다.Specifically, the
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 웹(10)을 권심(5a)의 주위에 권취된 권취 롤(5)로 가공할 때에, 권취 웹(10)의 권취 장력을 권취지름에 따라 조정하는 제어 유닛(20)을 갖춘 권취장치이며, 제어 유닛(20)은, 권취 장력 조정 장치로서의 모터 제어부(23)와 권취 롤(5)에 영향을 주는 환경 온도 T∞의 변화와, 소정의 지정 시간 Tk에 근거하고, 해당 권취 롤(5)에 있어서의 지정 시간 Tk경과후의 온도 분포를 연산하는 온도 분포 연산 수단과, 연산된 온도 분포에 근거하여 권취 롤(5)의 내부 응력σr,σθ를 연산하는 응력 연산 수단과, 응력 연산 수단이 연산한 내부 응력σr,σθ에 근거하여서, 해당 권취 장력의 최적치를 연산하는 최적치 연산 수단을 논리적으로 갖추고 있다. 이 때문에 본 실시 형태에서는, 권취 롤(5)이 받을 환경 온도 T∞의 변화와 지정 시간 Tk를 기억부(21)의 웹 제품 관리 테이블(217)이나 온도 변화 맵 테이블(218)등으로 설정하는 일에 따라, 온도 분포 연산 수단은 지정 시간 Tk경과 후에 있어서의 권취 롤(5)의 온도 분포를 연산한다(온도 분포 연산 단계). 그 다음에, 응력 연산 수단은 연산된 권취 롤(5)의 온도 분포를 고려한 내부 응력σr,σθ를 연산한다(내부 응력 연산 단계). 그리고 최적치 연산 수단은 권취 롤(5)의 온도 분포를 고려하여 연산된 내부 응력σr, σθ에 근거하고, 권취 장력의 최적치를 연산한다(최적치 연산 단계). 따라서, 권취 롤(5)이 가공 후에 해당 열영향을 받았을 경우에, 권취 롤(5)의 내부 응력σr, σθ는 온도 분포 연산 수단의 예측한 특성에 근거하여 변화하게 된다. 그 결과, 열영향에 근거하여 변화한 내부 응력σr, σθ에 의해, 필름끼리 고착하는 블로킹이나, 좌굴 주름, 또는 인장 주름의 발생등, 사후에 예상되는 권취 불량을 가급적으로 방지할 수 있다.As explained above, according to this embodiment, when processing the
또한 본 실시 형태에서는, 온도 분포 연산 수단은 비정상 열전도 미분 방정식(32)을 포함한 열전도 해석 모델에 근거하여, 해당 권취 롤(5)의 온도 분포를 연산하는 기능 또는 단계를 갖추고 있다. 이 때문에 본 실시 형태에서는, 권취 롤(5) 내에서의 열전도 특성, 및 환경으로부터의 열전달 특성을 고려하고, 권취 롤(5)에 작용하는 온도 분포를 연산할 수 있으므로, 환경 온도 T∞의 변화에 수반하는 권취 롤(5)의 온도 분포에 격차가 생기고 있는 경우에도, 필요한 층간 마찰력 Fi나 원주 방향 응력σθ을 확보하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 해당 온도 분포에 의해서 권취 롤(5)의 각 부분이 받는 반경 방향 응력σr나 원주 방향 응력σθ을 한층 정밀하게 파악하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 최적치 연산 수단은 연산치를 보다 매우 적합한 권취 장력에 최적화할 수 있다.Moreover, in this embodiment, the temperature distribution calculation means is equipped with the function or step which calculates the temperature distribution of the said winding
또한, 본 실시 형태에서는, 온도 분포 연산 수단은 권취 롤(5)를 구성하는 웹(10)의 층과 웹(10)의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로 평가하고, 해당 권취 롤(5)의 온도 분포를 연산하는 기능을 갖추고 있다. 이 때문에 본 실시 형태에서는 권취 롤(5)에 형성되는 공기층을 고려한 정밀한 온도 분포를 연산하는 것이 가능하게 된다. 공기의 열전도율 Keq는 웹(10)에 비해 현저히 낮은 일, 권취 롤(5)의 열저항은 접촉 압력의 증가와 함께 감소하는 것을 고려하면, 공기 부근의 온도 분포는 직선적으로 되지 않는다. 한편, 웹(10) 표면에는 거칠기가 존재하기 때문에, 웹(10)층 간의 접촉면은 일부가 접촉하고, 다른 부분이 비접촉하는 분산 접촉이 이루어진다. 비접촉 부분에는 공기가 개재한다. 또한, 공기층이 두꺼워지면, 웹(10)은 분리되어서 전면에서 비접촉이 된다. 이와 같은 형태에서, 권취 롤(5) 내에 공기층이 존재하고 있으면, 권취 롤(5)의 외관의 열전도율 Keq는 변화한다. 본 실시 형태에서는, 이 공기층이 존재하는 일에 따른 열저항을 고려한 등가층의 열전도율 Keq를 이용하여 비정상 열전도 미분 방정식(32)을 풀므로, 정밀한 온도 분포를 연산하는 것이 가능하게 된다.In addition, in this embodiment, a temperature distribution calculation means evaluates the layer of the air which intervenes between the layer of the
또한 본 실시 형태에서는, 응력 연산 수단은 권취 롤(5)을 구성하는 웹(10)의 층과 웹(10)의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하고, 해당 권취 롤(5)의 내부 응력σr,σθ를 연산하는 기능을 갖추고 있다. 이 때문에 본 실시 형태에서는, 공기층이 존재하는 일에 따른 열저항을 고려한 등가층의 열전도율 Keq를 이용하여 내부 응력σr,σθ가 연산되므로, 정밀한 내부 응력σr,σθ를 연산하는 것이 가능하게 된다.In addition, in this embodiment, the stress calculation means evaluates the layer of the air which intervenes between the layer of the
또한 본 실시 형태에서는, 응력 연산 수단은 웹(10)의 선팽창 계수αr,σθ를 파라미터로서 포함한 미분 방정식을 응력 연산 수단으로서 연산하는 기능을 포함하고 있다. 이 때문에 본 실시 형태에서는, 권취 롤(5)의 권심(5a)측과 최외층과의 사이에 온도 분포의 차이가 커져도, 권취 롤(5)의 온도 분포에 따라 층간 마찰력이나 원주 방향 응력σθ을 필요한 값으로 유지하는 것이 가능하게 된다.In addition, in this embodiment, the stress calculation means includes the function which calculates the differential equation which contains the linear expansion coefficient (alpha) r, (sigma) theta of the
또한, 본 실시 형태에서는, 응력 해석 모델은 권심(5a)의 선팽창계수αc를 파라미터로 하는 미분 방정식(29)에 의해서 최내층의 경계 조건이 주어지는 것이다. 이 때문에 본 실시 형태에서는, 권심(5a)의 선팽창계수αc도 고려하여 권취 롤(5)의 내부 응력을 정밀하게 연산하는 것이 가능하게 된다.In the present embodiment, the stress analysis model is given the boundary condition of the innermost layer by the differential equation 29 having the linear expansion coefficient α c of the
또한 본 실시 형태에서는, 최적치 연산 수단은 장력을 연산하는 식(45)의 장력 함수와 이 식(45)의 장력 함수를 풀기 위한 식(47)의 목적 함수와 이 식(47)의 목적 함수에 포함되는 식(46)의 설계 변수를 기억하고, 식(47)의 최소치를, 권취지름과 관련이 있는 소정의 단계마다 연산하는 기능을 갖추고 있다. 이 때문에 본 실시 형태에서는, 권취지름의 소정 단계마다 권취 롤(5)이 받을 환경 온도 T∞의 변화를 고려한 최소의 장력이 연산되어 단계가 증가할 때마다 그 장력이 최적인 값에 최적화하는 것이 가능하게 된다.Further, in the present embodiment, the optimum value calculating means includes the objective function of equation (47) for solving the tension and the objective function of equation (47) for solving the tension function of this equation (45) and the objective function of the equation (47). It stores a design variable of the equation (46) included, and has the function of calculating the minimum value of the equation (47) at every predetermined step related to the winding diameter. For this reason, in this embodiment, the minimum tension which considers the change of the environmental temperature T∞ which the winding
또한 본 실시 형태에서는, 최적치 연산 수단의 식(47)의 목적 함수는, 권취 롤(5)에 작용하는 원주 방향 응력σθ과, 웹(10) 간의 마찰력과, 웹(10)의 슬립이 시작되는 임계 마찰력 Fcr로부터 되는 파라미터의 어느 쪽을 포함하고 있다. 이 때문에 본 실시 형태에서는, 권취 롤(5)의 권취 불량의 요인을 확실히 제거하는 것이 가능해진다.In the present embodiment, the objective function of the equation (47) of the optimum value calculating means is that the circumferential stress σ θ acting on the winding
이상으로 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 의하면, 권취 롤(5)이 받을 환경 온도 T∞의 변화와 지정 시간 Tk에 따라 권취 롤(5)의 온도 분포를 연산하고, 열응력을 고려한 내부 응력σr,σθ를 최적화할 수 있으므로, 열영향에 근거하여 변화한 내부 응력σr,σθ에 의해, 필름끼리 고착하는 블로킹이나, 좌굴 주름, 혹은 인장 주름의 발생등, 사후에 예상되는 권취 불량을 가급적으로 방지할 수 있는 현저한 효과를 낸다.As described above, according to the present embodiment, the temperature distribution of the winding
또한 상술한 본 실시 형태에서는, 닙선 하중 L를 정수로서 설계 변수에 포함해 제약 함수의 파라미터로 하고 있지만, 닙선 하중 L를 제어 파라미터로서 사용하지 않는 형태여도 괜찮다. 이하에 나타내는 실시예에서는, 닙선 하중 L를 생략한 형태를 나타내고 있다.In addition, in this embodiment mentioned above, although the nip wire load L is included as a parameter in a design variable as a parameter of a constraint function, the form which does not use nip wire load L as a control parameter may be sufficient. In the Example shown below, the form which omitted the nip line load L is shown.
[실시예][Example]
다음에, 본 발명의 실시예를 비교예와 대비하면서 설명한다. 본건 발명자는, 복수의 해석 조건을 설정하고, 해석 조건마다 상술한 예측 이론 모델 및 실시 형태에 의한 효과를 확인하였다. 어떤 해석 조건에 대해도, 지정 시간 Tk는 12시간이다.Next, the Example of this invention is described, comparing with a comparative example. This inventor set several analysis conditions, and confirmed the effect by the above-described prediction theory model and embodiment for every analysis condition. For any analysis condition, the designated time Tk is 12 hours.
[해석 조건 A][Interpretation condition A]
해석 조건 A에서는, 아래와 같은 표에 나타내는 웹(10)과 권심(5a)을 이용하였다.In analysis condition A, the
해석 조건 A에서의 권취 조건, 닙 롤러, 권취 롤 주변의 열전달 계수는 아래의 표와 같다.The coiling conditions, the nip rollers, and the heat transfer coefficients around the winding rolls in the analysis condition A are shown in the following table.
Winding condition
Nip roller
(권취 롤의 환경)
Heat transfer coefficient
(Environment of the winding roll)
해석 조건 A에 대해서, 설계 변수, 목적 함수, 제약 조건을 아래와 같이 나타내었다.For analysis condition A, design variables, objective functions, and constraints are shown below.
[수 42][Jos 42]
(52) (52)
(53) (53)
단, 는、미끄럼이 생기는 마찰력의 참조치only, Is a reference value of the sliding friction
(54) (54)
상기 예에 있어서의 목적 함수는, 권취 롤(5)이 온도 변화를 받는 지정 시간 Tk(=12시간) 경과 후의 마찰력 Fi, 원주방향 응력σθ에 관한 목적 함수의 식(53)을 최소화하는 것으로 하고 있다. 또한, 제약 조건의 식(54)은, 경과시간 Tk=0시간~12시간의 사이에 권취된 롤 주위의 온도가 권취시의 초기 롤 온도 Tr0로부터+20K 또는 -20K 변화하고, 권취 롤 상태가 변화하는 과정에 있어서, 주름과 슬립이 생기지 않는 조건을 제약하고 있다.The objective function in the above example minimizes the equation (53) of the objective function regarding the frictional force F i and the circumferential stress σ θ after a specified time T k (= 12 hours) when the winding
또한, 해석 조건 A에 있어서의 설계 조건은 아래와 같다.In addition, the design conditions in analysis condition A are as follows.
(실시예 1:해석 조건 A에 있어서의 가열 처리시의 검증 결과)(Example 1: Verification result at the time of heat processing in analysis condition A)
실시예 1에서는, 해석 조건 A 하에서 권취된 권취 롤을 가열했다. 가열시의 온도 변화 조건은, 도 11a에 나타난 바와 같이, 롤 온도를 25℃로 하고, 가열시의 온도차를 20K, 가열 시간을 12시간으로 하였다. 열응력의 기초 방정식(23)에 근거하는 연산 결과는, 도 11a에 나타난 바와 같이, 에이징 룸에서 가열된 권취 롤(5)은 가열 시간이 경과함에 따라서, 외주측으로부터 온도가 상승하고, 12시간 후에는, 전층에 걸쳐서 온도 분포가 실내와 거의 동일하게 되었다. 외층측으로부터 온도가 상승하는 것은, 내주 측과 비교하여 외주측이 열전달율이 높기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 도 11a와 같은 온도 변화를 준 것을 고려하여 연산된 권취 장력 Tw는 온도 변화를 고려하지 않는 예에 비하여, 내주측에서 약간 높고 완만하게 떨어지고 있다.In Example 1, the winding roll wound up under analysis condition A was heated. As for the temperature change conditions at the time of heating, as shown to FIG. 11A, the roll temperature was 25 degreeC, the temperature difference at the time of heating was 20K, and the heating time was 12 hours. As shown in FIG. 11A, the calculation result based on the thermal stress
상기 연산 결과에 근거하여 권취 장력 Tw의 최적화를 연산했을 경우, 도 12에 나타낸 권취 장력 특성을 얻을 수 있었다. 도 12에 대해서, 실선 X는 본 실시예와 관련되는 권취 장력 Tw의 특성이며, 파선 Y는, 식(28), 식(32) 등을 이용하지 않고 일반적인 권취 방정식을 이용하여 연산했을 경우의 비교예의 특성이다.When the optimization of the winding tension Tw was computed based on the said calculation result, the winding tension characteristic shown in FIG. 12 was obtained. 12, the solid line X is a characteristic of the winding tension Tw which concerns on a present Example, and the broken line Y is compared when it calculates using general winding equation, without using Formula (28), Formula (32), etc. Example characteristics.
마찰력 Fi, 반경 방향 응력σr에 관해서는, 도 13a 및 도 13b에 나타낸 것처럼, 본 실시예의 특성 X(X1~X3, 이하 같음)에서는,모든 온도 분포 변화에 걸쳐서, 양호한 마찰력 F, 반경방향 응력σr를 나타낸다.Regarding the frictional force F i and the radial stress sigma, as shown in Figs. 13A and 13B, in the characteristic X (X1 to X3, hereinafter equal) of the present embodiment, a good frictional force F and a radial stress are applied over all the temperature distribution changes. represents σr.
또한, 원주방향 응력σθ에 대해서도, 도 13c에 나타낸 바와 같이, 모든 온도 분포 변화에 걸쳐서, 모든 무차원 롤 반경 위치 r/rc에 대해서 늘어짐이 생기지 않는 특성을 얻을 수 있었다.Further, also with respect to the circumferential stress σ θ, as shown in Figure 13c, all over the temperature distribution changes, to obtain all of the non-dimensional radius location roll sagging does not occur characteristics for the r / c r.
이에 대해서, 온도 변화를 고려하지 않는 비교예의 특성 Y(Y1~Y3, 이하 같음)에서는, 내부의 온도가 상승함에 따라(가열 시간이 길어짐에 따라) 내주측에서 원주방향 응력σr가 저하하여 마이너스가 되는 경향을 보였다.On the other hand, in the characteristic Y (Y1-Y3, below) of the comparative example which does not consider temperature change, as the internal temperature rises (longer heating time), the circumferential stress? Tended to be.
(실시예 2: 해석 조건 A에 있어서의 냉각 처리시의 검증 결과)(Example 2: Verification result at the time of cooling process in analysis condition A)
해석 조건 A의 권취 롤을 냉각하였다. 냉각시의 온도 변화 조건으로서, 도 14a에 나타낸 바와 같이, 롤 온도를 25℃로 하고, 냉각시의 온도차를 20K, 냉각 시간을 12시간으로 하였다. 열응력의 기초 방정식(23)에 근거하는 연산 결과는, 도 14a에 나타난 바와 같이, 냉각된 권취 롤(5)은, 최외층 측에서 냉각되어져서 12시간 후에는 전층에 걸쳐서 온도 분포가 환경 온도와 거의 동일하게 되었다.The winding roll of analysis condition A was cooled. As a temperature change condition at the time of cooling, as shown to FIG. 14A, the roll temperature was 25 degreeC, the temperature difference at the time of cooling was 20K, and the cooling time was 12 hours. As shown in Fig. 14A, the calculation result based on the thermal stress
상기 연산 결과에 근거하여 권취 장력 Tw의 최적화를 연산했을 경우, 도 15와 같은 결과를 얻었다. 본 실시예의 특성 X는, 내주측으로부터 약간 급격하게 상승하여서, 최외주 근방까지는 같은 특성으로 추정하고, 최외주 근방 이후는 다시 크게 상승하는 특성으로 되었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y는, 내주측에서 권취 장력이 강하하고, 최외주 근방까지 낮은 레벨로 추정한 후, 최외주 근방으로부터 소정 레벨까지 상승하는 결과가 되었다.When the optimization of the winding tension Tw was computed based on the said calculation result, the result similar to FIG. 15 was obtained. The characteristic X of this Example rose slightly abruptly from the inner circumferential side, assumed the same characteristic to the vicinity of the outermost circumference, and became a characteristic that greatly increased again after the outermost circumference. On the other hand, the characteristic Y of the comparative example fell as the winding tension fell in the inner peripheral side, and after estimating to the low level near the outermost circumference, it rose to the predetermined level from the outermost circumference.
마찰력에 관해서는, 도 16a에 나타난 바와 같이, 실시 예의 특성 X에서는, 온도 변화에 관계없이, 필요한 마찰력 Fi를 유지할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는 온도 변화가 커지는 일에 따라(냉각 시간이 길어짐에 따라) 마찰 계수가 저하하고, 넓은 롤 반경 위치에 있어서, 미끄러짐이 생기기 쉬운 특성으로 되었다.Regarding the frictional force, as shown in FIG. 16A, in the characteristic X of the embodiment, the necessary frictional force F i could be maintained regardless of the temperature change. On the other hand, in the characteristic Y of the comparative example, a friction coefficient fell with the temperature change becoming large (as cooling time becomes long), and it became a characteristic which slips easily at a wide roll radius position.
또한, 반경방향 응력σr에 관해서는, 도 16b에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 특성 X에서는 온도 변화에 관계없이, 필요한 반경방향 응력σr를 유지할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는, 냉각시에는, 넓은 롤 반경 위치에 있어서 응력 저하를 보였다.Regarding the radial stress sigma, as shown in Fig. 16B, in the characteristic X of the present embodiment, the necessary radial stress sigma could be maintained regardless of the temperature change. On the other hand, in the characteristic Y of the comparative example, at the time of cooling, the stress fall in the wide roll radius position.
또한 원주방향 응력에 대해서는, 도 16c에 나타난 바와 같이, 실시 예의 특성 X에서는, 모든 롤 반경 위치, 모든 온도 분포에 대해서, 필요한 원주방향 응력σθ을 유지할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는 최외주 측에서 원주방향 응력이 마이너스가 되었다.In addition, about the circumferential stress, as shown in FIG. 16C, in the characteristic X of the Example, the required circumferential stress (sigma) ( theta) was maintained with respect to all the roll radius positions and all the temperature distributions. In contrast, in the characteristic Y of the comparative example, the circumferential stress became negative on the outermost circumferential side.
[해석 조건 B][Interpretation condition B]
다음에, 해석 조건 B에서는, 권취 후에 ±20K로 온도 변화가 생겨도(즉, 온도차가 +20K에서도,-20K에서도) 권취 불량이 생기지 않도록 온도 조건을 설정했을 경우를 검증하였다. 소요 검증을 위해서, 해석 조건 A 가운데, 목적 함수와 제약 조건을 각각 다음과 같이 변경하였다.Next, in the analysis condition B, the case where the temperature conditions were set so that winding failure might not generate | occur | produce even if a temperature change generate | occur | produced after winding up (that is, even if the temperature difference is + 20K or -20K) was verified. For the required verification, among the analysis conditions A, the objective function and the constraints were changed as follows.
[수 43][Jos 43]
(56) (56)
단, は、미끄러짐이 발생하는 마찰력의 참조값only, ・ Reference value of frictional force that causes slip
(57) (57)
해석 조건 B에 있어서의 목적 함수의 식(55)은, 권취 직후의 마찰력, 원주 방향 응력이 최소화되는 형태로 연산된다. 그 결과, 온도 조건이 가열에 있어서도 냉각에 있어서도 동일한 도 17의 결과를 얻었다. 실시 예의 특성 X에서는, 권취 초기부터 무차원 롤 반경 위치 r/rc가 1.0 정도의 범위에서 권취 장력 Tw가 상승하고, 그 후, 초기치로 돌아와 외층 측으로 약간 하강하게 되면서 완만한 것으로 추정되고, 무차원 롤 반경 위치 r/rc가 2.0을 지나더니 재차 급격하게 상승하는 행동을 보였다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는, 권취의 처음부터 무차원 롤 반경 위치 r/rc가 1.0 정도의 범위에서 권취 장력 Tw가 하강하고, 그대로 외층측으로 완만한 것으로 추정되고, 무차원 롤 반경 위치 r/rc가 2.0을 지나더니 재차 상승하는 행동을 보였다.The equation (55) of the objective function in the analysis condition B is calculated in such a manner that the frictional force and the circumferential stress immediately after the winding are minimized. As a result, the result of FIG. 17 which was the same also in cooling also in temperature conditions was obtained. In the embodiment of characteristic X, the take-up the initial dimensionless roll radial position r / r c is the coiling tension Tw rises from the range of 1.0 from, and thereafter, while it returned to the initial value slightly lowered toward the outer layer is assumed that a gradual, non- After the dimensional roll radius position r / r c passed 2.0, the behavior rapidly increased again. On the other hand, in the characteristic Y of a comparative example, it is estimated that the winding tension Tw falls in the range of about 1.0 from the beginning of a winding to the dimensionless roll radius position r / r c, and is gentle to the outer layer side as it is, and the dimensionless roll radius position r / r c passed 2.0 and then rose again.
다음에, 열처리 후의 결과는 아래와 같다.Next, the result after heat processing is as follows.
(실시예 3:해석 조건 B에 있어서의 가열 처리시의 검증 결과)(Example 3: Verification result at the time of heat processing in analysis condition B)
도 18a에 나타난 바와 같이, 가열 처리로서 권취 시의 초기 롤 온도 Tr0에 대해, 온도차를 10K로 설정하여 12시간 가열하였다. 열응력의 기초 방정식(23)에 근거하는 연산 결과는 도 18b에 나타낸 대로 된다.As shown in FIG. 18A, the temperature difference was set to 10K and heated for 12 hours with respect to the initial roll temperature T r0 at the time of winding as heat processing. The calculation result based on the thermal equation
도 18b를 참조하여, 가열 후의 권취 롤(5)의 온도 분포는 가열 시간이 경과함에 따라 외주측으로부터 온도가 상승하고, 12시간 후에는, 전층에 걸쳐서 온도 분포가 실내와 거의 동일하게 되었다.With reference to FIG. 18B, as for the temperature distribution of the winding
마찰력, 반경방향 응력σr에 관해서는, 도 19a 및 도 19b에 나타낸 바와 같이, 모든 온도 분포 변화에 걸쳐서 양호한 마찰력 Fi, 반경방향 응력σr를 나타내었다.Regarding the frictional force and the radial stress sigma, as shown in Figs. 19A and 19B, good frictional force F i and the radial stress sigma r were shown over all the temperature distribution changes.
또한, 원주방향 응력σθ에 대해서도, 도 19c에 나타낸 바와 같이, 모든 온도 분포 변화에 걸쳐서, 모든 무차원 롤 반경 위치 r/rc에 대하여 늘어짐이 생기지 않는 특성을 얻을 수 있었다.Further, also with respect to the circumferential stress σ θ, as shown in Figure 19c, all over the temperature distribution changes, to obtain all of the non-dimensional radius location roll sagging does not occur properties against r / r c.
(실시예 4: 해석 조건 B에 있어서의 냉각 처리시의 검증 결과)(Example 4: Verification result at the time of cooling process in analysis condition B)
도 20a에 나타낸 바와 같이, 냉각 처리로서, 권취시의 초기 롤 온도 Tr0에 대해, 온도차를 -10K로 설정하여 12시간 냉각하였다. 열응력의 기초 방정식(23)에 근거하는 연산 결과는 도 20b에 나타내는 대로 되었다.As shown in FIG. 20A, as the cooling treatment, the temperature difference was set to −10 K with respect to the initial roll temperature T r0 at the time of winding and cooled for 12 hours. The calculation result based on the thermal equation (23) was as shown in FIG. 20B.
도 20b를 참조하여, 냉각 후의 권취 롤(5)의 온도 분포는, 냉각 시간이 경과함에 따라, 외주측으로부터 온도가 저하하고, 12시간 후에는, 전층에 걸쳐서 온도 분포가 실내와 거의 동일하게 되었다.Referring to FIG. 20B, the temperature distribution of the winding
마찰력에 관해서는, 도 21a에 나타낸 바와 같이, 실시 예의 특성 X에서는, 모든 롤 반경 위치, 모든 온도 분포에 대하여, 필요한 마찰력 Fi를 유지할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는, 온도 변화가 커짐에 따라(냉각 시간이 길어짐에 따라) 마찰 계수가 저하하고, 넓은 롤 반경 위치에 있어서, 미끄러짐이 생기기 쉬운 행동으로 되었다.Regarding the frictional force, as shown in FIG. 21A, in the characteristic X of the embodiment, the necessary frictional force F i could be maintained for all the roll radius positions and all the temperature distributions. On the other hand, in the characteristic Y of the comparative example, as temperature change became large (as cooling time becomes long), a friction coefficient fell and it became the behavior which slips easily at a wide roll radius position.
또한, 반경방향 응력σr에 관해서는, 도 21b에 나타난 바와 같이, 실시 예의 특성 X에서는, 온도 변화에 관계없이, 필요한 반경 방향 응력σr를 유지할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는, 냉각시에는, 넓은 롤 반경 위치에 있고, 응력 저하를 보였다.Regarding the radial stress σ r, as shown in FIG. 21B, in the characteristic X of the embodiment, the required radial stress σ r could be maintained regardless of the temperature change. On the other hand, in the characteristic Y of the comparative example, at the time of cooling, it was in the wide roll radius position and showed the stress fall.
또한 원주방향 응력에 대해서는, 도 21c에 나타난 바와 같이, 실시 예의 특성 X에서는, 모든 롤 반경 위치, 모든 온도 분포에 대하여, 필요한 원주방향 응력σθ을 유지할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는, 경과시간이 12시간의 경우 최외주 측에서 원주방향 응력이 마이너스가 되었다.As for the circumferential stress, as shown in Fig. 21C, in the characteristic X of the embodiment, necessary circumferential stress σ θ could be maintained for all the roll radius positions and all the temperature distributions. In contrast, in the characteristic Y of the comparative example, when the elapsed time was 12 hours, the circumferential stress became negative on the outermost circumferential side.
[해석 조건 C][Interpretation condition C]
다음에, 열전달 계수의 상위(相違)에 따라서 내부 응력이 받는 영향을 조사하기 위해서, 해석 조건 A 가운데, 열전달 계수가 다음의 표 6과 같이 변화하는 예를 조사했다.Next, in order to investigate the influence of the internal stress depending on the difference of the heat transfer coefficients, an example in which the heat transfer coefficients are changed as shown in Table 6 in the analysis condition A was investigated.
(권취 롤의 환경)Heat transfer coefficient
(Environment of the winding roll)
잔여 조건은 해석 조건 A와 같게 하였다.The remaining conditions were the same as the analysis condition A.
(실시예 5: 해석 조건 C에 있어서의 가열 처리시의 검증 결과)(Example 5: Verification result at the time of heat processing in analysis condition C)
실시예 5에서는, 해석 조건 C 하에서 권취된 권취 롤을 가열하였다. 가열시의 온도 변화 조건은, 도 22a에 나타낸 바와 같이, 롤 온도를 25℃로 하고, 가열시의 온도차를 20K, 가열 시간을 2시간으로 하였다. 또한, 가열 시간 경과 후, 권취 롤(5)의 환경 온도를 롤 온도와 같은 온도로 되돌렸다. 열응력의 기초 방정식(23)에 근거하는 연산 결과는, 도 22b에 나타낸 바와 같이, 에이징 룸에서 가열된 권취 롤(5)은 가열 시간이 경과함에 따라, 외주측으로부터 온도가 상승하고, 2시간 경과후에는, 외층측으로부터 온도가 하강하는 경향을 나타내었다. 또한, 7시간 후에는, 권심측에서 비교적 온도가 가열 종료시의 온도를 유지하고 있는 반면, 외층측에서는, 권심측보다 온도가 저하되는 현상을 볼 수 있었다. 이러한 현상도 또한, 내주 측과 비교하여 외주측이 열전달율이 높기 때문인 것으로 생각할 수 있다. 이 연산 결과에 근거하여서 권취 장력 Tw의 최적화를 연산하여 도 23의 결과를 얻었다.In Example 5, the winding roll wound up under analysis condition C was heated. As for the temperature change condition at the time of heating, as shown to FIG. 22A, the roll temperature was 25 degreeC, the temperature difference at the time of heating was 20K, and the heating time was 2 hours. In addition, after the elapse of the heating time, the environmental temperature of the winding
도 23을 참조하여, 도 22a와 같은 온도 변화를 준 것을 고려하여 연산된 권취 장력 Tw의 특성 X는, 온도 변화를 고려하지 않는 비교예의 특성 Y와 비교하여, 내주측이 약간 높게 설정되어 있다.Referring to Fig. 23, the characteristic X of the winding tension Tw calculated in consideration of the same temperature change as in Fig. 22A is set slightly higher than the characteristic Y of the comparative example which does not consider the temperature change.
도 24a 및 도 24b에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 특성 X에서는, 모든 온도 분포 변화에 걸쳐서, 양호한 마찰력 Fi, 반경방향 응력σr를 나타낸 것 외에, 원주방향 응력σθ에 대해서도, 도 24c에 나타낸 바와 같이, 모든 온도 분포 변화에 걸쳐서, 모든 무차원 롤 반경 위치 r/rc에 대해서 늘어짐이 생기지 않는 특성을 얻을 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는, 권심측과 외층측과의 온도 분포의 차이가 큰 경우에, 원주방향 응력σθ이 저하하여, 마이너스가 되는 경향을 볼 수 있었다.As shown in Figs. 24A and 24B, in the characteristic X of the present embodiment, in addition to showing the good frictional force F i and the radial stress σ r over all the temperature distribution changes, the circumferential stress σ θ is also shown in Fig. 24C. As described above, it was possible to obtain the characteristic that no sagging occurred for all the dimensionless roll radius positions r / r c over all the temperature distribution changes. On the other hand, in the characteristic Y of the comparative example, when the difference of the temperature distribution between the core side and the outer layer side is large, the circumferential stress (sigma) ( theta) fell and the tendency to become negative was seen.
(실시예 6: 해석 조건 C에 있어서의 가열 처리시의 검증 결과)(Example 6: Verification result at the time of heat processing in analysis condition C)
해석 조건 C의 권취 롤을 냉각하였다. 냉각시의 권심측과 외층측에서의 온도 분포의 상위 조건으로서, 도 25a에 나타낸 바와 같이, 롤 온도를 25℃로 하고, 냉각시의 온도차를 20K, 냉각 시간을 2시간으로 하였다. 또한, 냉각 시간 경과 후, 권취 롤(5)의 환경 온도를 롤 온도와 같은 온도로 되돌렸다. 열응력의 기초 방정식(23)에 근거하는 연산 결과는, 도 25b에 나타낸 바와 같이, 냉각된 권취 롤(5)은 최외층측에서 냉각되어 외층측으로부터 온도가 하강하는 경향을 나타냈다. 또한, 7시간 후는, 권심측에서 비교적 온도가 가열 종료시의 온도를 유지하고 있는 반면, 외층측에서는 권심측보다 온도가 상승하는 현상을 보였다. 이 연산 결과에 근거하여서, 권취 장력 Tw의 최적화를 연산하여, 도 26의 결과를 얻었다.The winding roll of analysis condition C was cooled. As upper conditions of the temperature distribution in the core side and the outer layer side at the time of cooling, as shown to FIG. 25A, the roll temperature was 25 degreeC, the temperature difference at the time of cooling was 20K, and the cooling time was 2 hours. Moreover, after cooling time passed, the environmental temperature of the winding
도 26을 참조하면, 본 실시예와 관련되는 특성 X에 대해서는, 권취 장력 Tw가 최초 소정의 구배에서 무차원 롤 반경 위치 r/rc가 증가함에 따라 상승하고, 소정의 무차원 롤 반경 위치 r/rc(약 1.0)을 경과한 후에는 정지되고, 외주 근방(약 2.0) 이후는, 급격하게 상승하는 행동을 보여주었다. 이에 대해서, 비교예Y에서는, 소정의 무차원 롤 반경 위치 r/rc(약 1.0)을 경과할 때까지는, 권취 장력 Tw가 하강하고, 그 후 정지되어서 외주 근방(약 2.0) 이후로 상승하는 행동을 보였다.Referring to Fig. 26, for characteristic X related to the present embodiment, the winding tension Tw rises as the dimensionless roll radius position r / r c increases at the first predetermined gradient, and the predetermined dimensionless roll radius position r It stopped after / r c (about 1.0) and showed a sharp rise after the outer periphery (about 2.0). In contrast, in Comparative Example Y, the winding tension Tw decreases until the predetermined dimensionless roll radius position r / r c (about 1.0) passes, and then stops and rises after the outer circumference (about 2.0). Showed action.
마찰력에 관해서는, 도 27a에 나타낸 바와 같이, 실시 예의 특성 X에서는, 권심측과 외층측에서의 온도 분포의 차이 여하에 관계없이, 필요한 마찰력 Fi를 유지하는 일이 가능하였다. 이에 대해서, 비교 예의 특성 Y에서는, 권심측과 외층측에서의 온도 분포의 차이가 커지면, 마찰 계수가 저하하고, 넓은 롤 반경 위치에 있어서, 미끄러짐이 생기기 쉬운 특성으로 된다.Regarding the frictional force, as shown in Fig. 27A, in the characteristic X of the embodiment, it was possible to maintain the required frictional force F i regardless of the difference in the temperature distribution at the core side and the outer layer side. On the other hand, in the characteristic Y of a comparative example, when the difference of the temperature distribution in a core side and an outer layer side becomes large, a friction coefficient will fall and it becomes a characteristic which slips easily at a wide roll radius position.
또한, 반경방향 응력σr에 관해서는, 도 27a에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 특성 X에서는, 권심측과 외층측에서의 온도 분포의 차이에 관계없이, 필요한 반경방향 응력σr를 유지할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는, 냉각시에는 넓은 롤 반경 위치에 있어서 응력 저하를 보였다.Regarding the radial stress sigma, as shown in Fig. 27A, in the characteristic X of the present embodiment, the required radial stress sigma r could be maintained irrespective of the difference in the temperature distribution on the core side and the outer layer side. On the other hand, in the characteristic Y of the comparative example, the stress fall in the wide roll radius position at the time of cooling.
또한 원주방향 응력에 대해서는, 도 16c에 나타낸 바와 같이, 실시 예의 특성 X에서는, 모든 롤 반경 위치, 모든 온도 분포에 대해서, 필요한 원주방향 응력σθ을 유지할 수 있었다. 이에 대해서, 비교예의 특성 Y에서는, 권심측과 외층측에서의 온도 분포의 차이가 커지면, 최외주측에서 원주방향 응력은 마이너스가 되었다.In addition, about the circumferential stress, as shown in FIG. 16C, in the characteristic X of the Example, the required circumferential stress (sigma) ( theta) was maintained with respect to all the roll radius positions and all the temperature distributions. On the other hand, in the characteristic Y of the comparative example, when the difference of the temperature distribution in the core side and the outer layer side became large, the circumferential stress became negative in the outermost peripheral side.
상술한 실시예로부터도 분명한 형태에서, 열전달율은 비정상 상태의 롤 온도에 큰 영향을 미치므로, 기초 방정식(28)을 포함한 비정상 열전도 해석 모델을 이용해 권취 롤(5)의 온도 분포를 연산하는 일이 지극히 유효한 것으로 확인되었다.In a form also apparent from the above-described embodiment, since the heat transfer rate has a great influence on the roll temperature in an abnormal state, it is difficult to calculate the temperature distribution of the winding
도 28의a 및 b를 참조하면, 권취 롤(5)의 웹(10)이 원주방향으로 늘어나기 쉬운 이방성의 선팽창 계수를 가지는 경우, 가열에 의해서, 웹(10)은 지름 방향으로 확대하는 형태인 응력이 작용한다. 그 결과, 온도 상승이 생겼을 경우에는, 외층측에서는 각층에 틈새가 생기기 쉬워져서, 반경방향 응력은 저하한다. 그 결과, 온도 분포의 변화가 큰 곳에서 슬립이 발생하기 쉬워진다. 또한, 권심측에서는, 웹이 신장하지 않고, 압축이 생겨 주름 블로킹이 발생하기 쉬워진다. 한편, 온도 저하가 생겼을 경우에는, 지름 방향에서 수축하므로, 반경방향 응력은 증대하지만, 권심(5a) 측에서는 수축하지 않고 인장되기 때문에, 원주방향 응력은 부(負)의 방향으로 되지 않는다.Referring to FIGS. 28A and 28B, when the
또한, 도 28의 c 및 d에 나타난 바와 같이, 권취 롤(5)의 웹(10)이 지름 방향으로 늘어나기 쉬운 이방성의 선팽창 계수를 가지는 경우, 가열에 의해서, 웹(10)은 지름 방향으로 확대하는 응력이 작용하여 각층의 외측은 확개(擴開)한다. 그 결과, 온도 상승이 생겼을 경우에는, 각층의 두께가 증대하고 반경방향 응력이 증대하여, 주름, 블로킹이 발생하기 쉬워진다. 한편, 온도 저하가 생겼을 경우에는, 웹(10)은 지름 방향으로 축소하는 응력이 작용하여 각층의 외측은 축경(縮徑)한다. 그 결과, 온도 저하가 생겼을 경우에는, 내주측에서의 반경 응력이 강압적으로 줄어들어, 원주 방향 응력은 정(正)으로 전환된다.In addition, as shown in (c) and (d) of FIG. 28, when the
따라서, 식(28)의 기초 방정식 등에 있어서, 선팽창계수를 파라미터로서 포함하고 있는 것은, 웹의 온도 분포의 격차, 특히, 웹의 선팽창계수가 이방성을 가지는 경우에 대해서, 적절한 권취 장력을 얻기 위해서 극히 유효한 것으로 확인되었다.Therefore, in the basic equation or the like of Equation (28), including the coefficient of linear expansion as a parameter is extremely important in order to obtain an appropriate winding tension in the case of the difference in the temperature distribution of the web, particularly the case where the linear expansion coefficient of the web has anisotropy. It was confirmed to be valid.
또한, 상술한 바와 같은 지견(知見)에 근거하여, 감긴 웹의 원주방향과 반경방향으로 선팽창계수가 이방성을 가지고 있는 경우에도, 간헐적으로 제어하는 것도 가능하다. 즉, 권취 후에 환경 온도의 상승이 예상되는 경우는, 원주방향 선팽창계수, 반경방향 선팽창계수의 어느 것이 높은 경우에 있어서도, 코어 지름과 권취 지름의 중간 이하의 지름에 대해서, 원주방향 응력이 부가 되지 않는 정도로 장력을 미리 주는 것도 바람직하다. 한편, 권취 후에 환경 온도의 저하가 예상되는 경우는, 원주방향 선팽창 계수, 반경 방향 선팽창 계수의 어느 것이 높은 경우에도, 지름 전체에 대해서, 층간 마찰력이 한계 마찰력을 하회하지 않는 정도로, 장력을 미리 주는 것도 바람직하다. 그러한 형태를 채용했을 경우에는, 권취 후에 환경 온도의 상승이 예상되는 경우, 또는, 권취 후에 환경 온도의 저하가 예상되는 경우에, 간헐적으로 온도 변화에 수반하는 내부 응력의 변화를 고려한 권취 장력 Tw를 부여할 수 있다. 또한, 상기 형태에서는, 식(7)과 같이 일반적인 상태방정식에서 내부 응력을 연산하고, 그 연산 결과 등에 근거하여 권취 장력 함수를 최적화한 후, 온도 상승이 예상되는 경우, 또는 온도 저하가 예상되는 경우에, 각각 연산 결과를 보정하는 것만으로 온도 변화에 대응하는 매우 적합한 권취 장력을 얻을 수 있으므로, 연산을 큰 폭으로 간략화하고, 또한, 매우 적합한 권취 롤로 완성하는 일이 가능하게 된다.Moreover, based on the above knowledge, even if the linear expansion coefficient is anisotropic in the circumferential direction and the radial direction of the wound web, it can also be controlled intermittently. In other words, when an increase in the environmental temperature is expected after winding, even if either the circumferential linear expansion coefficient or the radial linear expansion coefficient is high, circumferential stress is not applied to the diameter between the core diameter and the winding diameter or less. It is also preferable to give tension beforehand. On the other hand, in the case where a decrease in the environmental temperature is expected after the winding, even when either the circumferential linear expansion coefficient or the radial linear expansion coefficient is high, the tension is given in advance so that the interlaminar frictional force does not exceed the limiting frictional force for the entire diameter. It is also preferable. In the case of adopting such a form, when an increase in the environmental temperature is expected after winding or when a decrease in the environmental temperature is expected after the winding, the winding tension Tw considering the change of the internal stress accompanying the temperature change intermittently is obtained. It can be given. In the above aspect, after calculating the internal stress in the general state equation as shown in Equation (7), optimizing the winding tension function based on the calculation result, etc., a temperature rise is expected or a temperature drop is expected. In addition, since a very suitable winding tension corresponding to the temperature change can be obtained only by correcting the respective calculation results, it is possible to greatly simplify the calculation and to complete a highly suitable winding roll.
본 발명은, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 더할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.This invention is not limited to embodiment mentioned above, Needless to say that various changes can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
예를 들어, 상술한 실시 형태 내지는 실시예에서는, 주로 공기층을 고려한 응력 해석 모델, 열전도 해석 모델을 이용했지만, 공기층이 아주 작아서 실제 현상에 대한 영향이 아주 작을 경우에는 웹층 간의 공기층을 고려하지 않아도 된다.For example, in the embodiments and examples described above, a stress analysis model and a thermal conductivity analysis model mainly used in consideration of the air layer are used, but when the air layer is so small that the influence on the actual phenomenon is very small, the air layer between the web layers does not need to be considered. .
또한, 상술한 실시 형태에서는, 공기층의 반경방향 신장 탄성률 Eral를, 온도에 의존하지 않고 일정한 것으로 취급하였지만, 온도에 의한 신장 탄성률 Eral의 변화를 고려하는 형태로 구성하는 것도 바람직하다.
In addition, in the above-described embodiment, the radial elongation modulus E ral of the air layer is treated as a constant without depending on the temperature. However, it is also preferable to configure the air elongation modulus E ral in such a manner that the change in elongation modulus E ral due to temperature is taken into consideration.
1: 롤 2: 가이드 롤러
3: 핀치 롤러 4: 닙 롤러
5: 권취 롤 5a: 권심
6: 닙 하중 조정장치 7: 모터
8: 온도 센서 10: 웹
21: 기억부 22: 연산부
23: 모터 제어부 24: 닙 하중 조정부
25: 표시부 26: 입출력부
45: 닙 100: 권취장치
101: 권출장치1: roll 2: guide roller
3: pinch roller 4: nip roller
5: winding
6: nip load adjuster 7: motor
8: temperature sensor 10: Web
21: memory 22: calculator
23: motor control unit 24: nip load adjustment unit
25: display unit 26: input / output unit
45: nip 100: winding device
101: unwinding device
Claims (18)
상기 권취장력 조정장치는,
상기 권취 롤에 영향을 주는 환경 온도의 변화와 소정의 지정 시간을 근거하여, 해당 권취 롤에 있어서의 상기 지정 시간 경과 후의 온도 분포를 연산하는 온도 분포 연산 수단과,
연산된 온도 분포에 근거하여, 상기 권취 롤의 내부 응력을 연산하는 응력 연산 수단과,
상기 응력 연산 수단이 연산한 내부 응력에 근거하여, 해당 권취 장력의 최적치를 연산하는 최적치 연산 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 권취장치.In the winding apparatus provided with the winding tension adjustment apparatus which adjusts the winding tension of the wound web according to a winding diameter, when winding a web around a core and processing with a winding roll,
The winding tension adjusting device,
Temperature distribution calculating means for calculating a temperature distribution after the designated time elapses in the winding roll based on a change in environmental temperature affecting the winding roll and a predetermined designated time;
Stress calculation means for calculating an internal stress of the winding roll based on the calculated temperature distribution,
And an optimum value calculating means for calculating an optimum value of the winding tension based on the internal stress calculated by the stress calculating means.
상기 온도 분포 연산 수단은, 비정상 열전도 미분방정식을 포함한 열전도 해석 모델에 근거하여 해당 권취 롤의 온도 분포를 연산하는 기능을 갖추는 것을 특징으로 하는 권취장치.The method according to claim 1,
And said temperature distribution calculating means has a function of calculating a temperature distribution of said winding roll based on a thermal conductivity analysis model including an abnormal thermal conductivity differential equation.
상기 온도 분포 연산 수단은, 상기 권취 롤을 구성하는 웹의 층과 상기 웹의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하여서, 해당 권취 롤의 온도 분포를 연산하는 기능을 갖추는 것을 특징으로 하는 권취장치.The method according to claim 2,
The temperature distribution calculating means has a function of calculating the temperature distribution of the winding roll by evaluating a layer of the web constituting the winding roll and a layer of air interposed between the layers of the web as an equivalent layer. Winding device.
상기 응력 연산 수단은, 상기 권취 롤을 구성하는 웹의 층과 상기 웹의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하여서, 해당 권취 롤의 내부 응력을 연산하는 기능을 갖추는 것을 특징으로 하는 권취장치.The method according to claim 3,
The said stress calculating means has the function of calculating the internal stress of the said winding roll by evaluating the layer of the web which comprises the said winding roll, and the layer of air interposed between the layers of the said web as an equivalent layer. Device.
상기 응력 연산 수단은, 웹의 선팽창계수를 파라미터로서 포함한 미분방정식을 응력 해석 모델로서 연산하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 권취장치.The method according to claim 1,
And said stress calculating means includes a function of calculating a differential equation including a linear expansion coefficient of a web as a parameter as a stress analysis model.
상기 응력 해석 모델은, 권심의 선팽창계수를 파라미터로 하는 미분방정식에 의해서 최내층의 경계 조건이 주어지는 것을 특징으로 하는 권취장치.The method according to claim 5,
The said stress analysis model is a winding apparatus characterized by the boundary condition of an innermost layer given by the differential equation which makes the linear expansion coefficient of a winding core a parameter.
상기 최적치 연산 수단은, 장력을 연산하는 장력 함수와, 상기 장력 함수를 풀기 위한 목적 함수와, 상기 목적 함수에 포함되는 설계 변수를 기억하여, 상기 목적 함수의 최소치를 권취지름과 관련이 있는 소정의 단계마다 연산하는 기능을 갖추는 것을 특징으로 하는 권취장치.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The optimum value calculating means stores a tension function for calculating the tension, an objective function for solving the tension function, and a design variable included in the objective function, so that a predetermined value associated with the winding diameter of the minimum value of the objective function is stored. A winding apparatus comprising a function for calculating each step.
상기 최적치 연산 수단의 상기 목적 함수는, 상기 권취 롤에 작용하는 원주방향 응력과, 상기 웹 간의 마찰력과, 상기 웹의 슬립이 시작되는 임계마찰력으로부터 되는 파라미터의 어느 쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 권취장치.The method of claim 7,
The objective function of the optimum value calculating means includes any one of parameters including a circumferential stress acting on the winding roll, a friction force between the webs, and a critical frictional force at which slipping of the webs starts. Device.
상기 권취 롤에 영향을 주는 환경 온도의 변화와 소정의 지정 시간에 근거하여, 해당 권취 롤에 있어서의 상기 지정 시간 경과 후의 온도 분포를 연산하는 온도 분포 연산 단계와,
연산된 온도 분포에 근거하여, 상기 권취 롤의 내부 응력을 연산하는 응력 연산 단계와,
연산된 내부 응력에 근거하여, 해당 권취 장력의 최적치를 연산하는 최적화 단계를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.In the winding control method for controlling the winding apparatus which adjusts the winding tension of the wound web according to a winding diameter, when winding a web around a core and processing with a winding roll,
A temperature distribution calculating step of calculating a temperature distribution after the designated time elapses in the winding roll, based on a change in environmental temperature affecting the winding roll and a predetermined designated time;
A stress calculation step of calculating an internal stress of the winding roll based on the calculated temperature distribution,
And an optimization step of calculating an optimum value of the winding tension based on the calculated internal stress.
상기 온도 분포 연산 단계는, 비정상 열전도 미분방정식을 포함한 열전도 해석 모델에 근거하여, 상기 해당 권취 롤의 온도 분포를 연산하는 단계를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.The method according to claim 9,
And said temperature distribution calculating step comprises calculating a temperature distribution of said winding roll based on a thermal conductivity analysis model including an abnormal thermal conductivity differential equation.
상기 온도 분포 연산 단계는, 상기 권취 롤을 구성하는 웹의 층과 상기 웹의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하여, 해당 권취 롤의 온도 분포를 연산하는 단계를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.The method of claim 10,
The temperature distribution calculating step includes evaluating a layer of the web constituting the winding roll and a layer of air interposed between the layers of the web as an equivalent layer, and calculating a temperature distribution of the winding roll. Winding control method.
상기 응력 연산 단계는, 상기 권취 롤을 구성하는 웹의 층과 상기 웹의 층간에 개재하는 공기의 층을 등가층으로서 평가하여, 해당 권취 롤의 내부 응력을 연산하는 단계를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.The method of claim 11,
The stress calculation step includes evaluating a layer of the web constituting the winding roll and a layer of air interposed between the layers of the web as an equivalent layer, and calculating an internal stress of the winding roll. Winding control method.
상기 응력 연산 단계는, 웹의 선팽창 계수를 파라미터로서 포함한 미분방정식을 응력 해석 모델로서 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.The method according to claim 9,
The stress calculation step includes winding the differential equation including the linear expansion coefficient of the web as a parameter as a stress analysis model.
상기 응력 연산 단계는, 권심의 선팽창 계수를 파라미터로 하는 미분방정식에 의해서 주어지는 최내층의 경계 조건에 근거하여, 상기 응력 해석 모델을 연산하는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.The method according to claim 13,
And said stress calculation step calculates said stress analysis model on the basis of boundary conditions of the innermost layer given by a differential equation with the linear expansion coefficient of the core as a parameter.
상기 최적치 연산 단계는, 장력을 연산하는 장력 함수와, 상기 장력 함수를 풀기 위한 목적 함수와, 상기 목적 함수에 포함되는 설계 변수를 기억하여, 상기 목적 함수의 최소치를 권취지름과 관련이 있는 소정의 단계마다 연산하는 단계를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.The method according to any one of claims 9 to 14,
The optimum value calculating step includes storing a tension function for calculating a tension, an objective function for solving the tension function, and a design variable included in the objective function, so that a predetermined value associated with the winding diameter is obtained. Winding control method characterized in that it comprises a step for calculating each step.
상기 최적치 연산 단계의 상기 목적 함수는, 상기 권취 롤에 작용하는 원주방향 응력과, 상기 웹간의 마찰력과, 상기 웹의 슬립이 시작되는 임계마찰력으로부터 되는 파라미터의 어느 쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.The method according to claim 15,
The objective function of the optimum value calculating step includes any one of a parameter consisting of a circumferential stress acting on the winding roll, a friction force between the webs, and a critical frictional force at which the slip of the web starts. Control method.
상기 권취 롤에 영향을 주는 환경 온도의 변화가 권취시의 환경 온도보다 높아지는 것이 예상되는 경우에, 해당 권취 롤의 원주방향 응력이 부(負)가 되지 않는 정도로 내주측으로부터 권취 중간층의 사이에서의 권취 장력을 미리 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.In the winding control method for controlling the winding apparatus which adjusts the winding tension of the wound web according to a winding diameter, when winding a web around a core and processing with a winding roll,
In the case where the change in the environmental temperature affecting the winding roll is expected to be higher than the environmental temperature at the time of winding, the circumferential stress of the winding roll does not become negative, from the inner peripheral side to the winding intermediate layer. A winding control method, wherein the winding tension is set high in advance.
상기 권취 롤에 영향을 주는 환경 온도의 변화가 권취시의 환경 온도보다 낮아지는 것이 예상되는 경우에, 해당 권취 롤의 층간 마찰력이 소정의 한계 마찰력을 하회(下回)하지 않는 정도로 전체 권취경에 걸쳐서 권취 장력을 미리 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 권취제어방법.
In the winding control method for controlling the winding apparatus which adjusts the winding tension of the wound web according to a winding diameter, when winding a web around a core and processing with a winding roll,
In the case where a change in the environmental temperature affecting the winding roll is expected to be lower than the environmental temperature at the time of winding, the interlayer frictional force of the winding roll does not fall below a predetermined limit frictional force to the entire winding diameter. A winding control method, wherein the winding tension is set high in advance.
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