(57)【要約】【課題】極薄プラスチックなどの非常に剛性の低いシート部材の高速および加減速中の巻取りにおいて、均一な巻取り硬さで巻取りを可能とする薄膜シート巻取装置を提供する。【解決手段】  シート巻付ドラムとシート巻付ドラムに圧接従動する巻取ロールを設け、巻取ロールの押圧力可変手段と、該シート巻付ドラムと巻取ロールの接触位置付近に流込む空気量を制御可能な巻込空気量制御手段を設け、シート巻付ドラムの駆動速度に応じて、巻取ロール押圧力と巻込空気量の少なくとも一方を制御する構成とした。さらに、巻取ロール押圧力可変手段として、巻取ロール内の内圧を大きくし剛性確保し、また巻取ロールを外側から加圧する加圧ロール状部材を配置することで、巻取ロールへの安定した押圧力付与を実現する。非常に剛性の低いシート部材の高速および加減速巻取り時においても、適切かつ均一な巻取り硬さが実現できる。【選択図】図１２
2014051370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜シート状部材の巻取装置において、
巻取前の薄膜シートをその一部に巻きつけるシート巻付ドラムと、該シート巻付ドラムに圧接従動する巻取ロールと、該シート巻付ドラムを制御する巻取り速度制御手段を具備し、該シート巻付ドラムが駆動されることで、該シート巻付ドラム上に巻付けられた薄膜シートを該巻取ロールに巻き取るとともに、該巻付ドラムに圧接する該巻取ロールの押圧力を可変する巻取ロール押圧力可変手段を有し、該シート巻付ドラムの駆動速度に応じて、該巻取ロール押圧力可変手段を制御する巻取硬さ制御手段を有することを特徴とする薄膜シート巻取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜シート巻取装置において、
該シート巻付ドラムと該巻取ロールの接触位置付近に流れ込む空気量を可変可能な巻込空気量可変手段を具備するとともに、該巻取硬さ制御手段で、該シート巻付ドラムの駆動速度に応じて、該巻取ロール押圧力可変手段または、該巻込空気量可変手段の少なくとも一方を制御することを特徴とする薄膜シート巻取装置。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜シート巻取装置において、
該巻込空気量可変手段は、該シート巻付ドラムと該巻取ロールの接触位置近傍に配したノズル部材と該ノズル部材の吸引圧力、吸引流量、ノズル位置の少なくとも一つ以上を制御する空気吸引量制御手段により構成されていることを特徴とする薄膜シート巻取装置。
【請求項４】
請求項２に記載の薄膜シート巻取装置において、
該巻込空気量可変手段は、該シート巻付ドラム近傍に配置された翼状部材と、該翼状部材と該シート巻付ドラム間のギャップ、または該翼状部材の姿勢を制御可能な翼姿勢制御手段により構成されていることを特徴とする薄膜シート巻取装置。
【請求項５】
請求項１に記載の薄膜シート巻取装置において、
該巻取ロールは中空パイプ状部材であるとともに、該巻取ロール押圧力可変手段は、中空パイプ状部材である該巻取ロール両端部を回転保持する一対の巻取ロール端保持部材と、該一対の巻取ロール端保持部材を該シート巻付ドラム側に押圧する押圧付与機構より構成されていることを特徴とした薄膜シート巻取装置。
【請求項６】
請求項５に記載の薄膜シート巻取装置において、該巻取ロール端保持部材は、その少なくとも一方から中空パイプ状部材である該巻取ロール内部を、気体もしくは液体によって、加圧および減圧可能なように構成されているとともに、該押圧付与機構よる押圧力に合わせて、該巻取ロール内部を加圧および減圧する加減圧制御手段を具備してなることを特徴とする薄膜シート巻取装置。
【請求項７】
請求項１に記載の薄膜シート巻取装置において、該巻取ロール押圧力可変手段は、該巻取ロールの該シート巻付ドラム側と反対側に配置された押圧ロールと、該押圧ロールを該シート巻付ドラム側に押圧する押圧付与機構より構成されていることを特徴とした薄膜シート巻取装置。
【請求項８】
請求項１に記載の薄膜シート巻取装置において、該巻取ロール押圧力可変手段は、該巻取ロール外周に配置された複数の押圧ロールと、該押圧ロールに押圧力を付与する複数の押圧付与機構より構成されているとともに、各押圧ロールの押圧方向が該巻取ロールの概回転中心軸方向であることを特徴とする薄膜シート巻取装置。
【請求項９】
請求項１に記載の薄膜シート巻取装置において、
該巻取ロールに巻取るための元のシートとなる原反と該原反からのシート送出量を制御する原反シート送出量制御手段と該シート巻付ドラムによるシートの巻取量を制御するシート巻取量制御手段を有するとともに、該原反シート送出量制御手段により制御される原反シート送出量と該シート巻取量制御手段により制御されるシート巻取量を、既定の搬送量差で制御するシート搬送量差制御手段を具備し、該シート搬送量差制御手段は、搬送指令信号により、既定の搬送量差有する複数の搬送量指令信号を発生し、該原反シート送出量制御手段と該シート巻取量制御手段を制御することを特徴とした薄膜シート巻取装置。
【請求項１０】
薄膜シート状部材の巻取方法において、
シート巻付ドラムに巻取前の薄膜シートをその一部に巻きつけるとともに、巻取ロールを該シート巻付ドラムに圧接させ、該シート巻付ドラムが回転することで、巻取ロールを従動回転するように構成し、該シート巻付ドラムの回転速度をパラメータとして、回転速度が速くなるほど、巻取ロールの圧接力を大きくすることで、該巻取ロールに巻取られるシート硬さを調整することを特徴とする薄膜シート巻取方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の薄膜シート巻取方法において、
該シート巻付ドラムと該巻取ロールの接触位置付近に流れ込む空気量を可変可能なように構成し、該シート巻付ドラムの回転速度をパラメータとして、回転速度が速くなるほど、巻取ロールの圧接力を大きくもしくは、該巻取ロールの接触位置付近に流れ込む空気量を少なくすることで、該巻取ロールに巻取られるシート硬さを調整することを特徴とする薄膜シート巻取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、食品包装用のラップに用いられるシート状部材をローラに巻き取るための巻取装置および薄膜シート巻取方法に関するものである。具体的には、長尺のシートが巻かれた原反ドラムから、規定長さの小巻ロール（巻取ロール）を作成するシート巻取装置に関するものである。特に、数１０μｍ以下の極薄シートを、適正な硬さを維持しつつ高速で巻き取る方法およびそれを用いた装置を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
シート状部材の巻取装置では、巻取り条件によって巻取ったシート巻硬さつまりシートの巻取密度が変化する。特に、薄膜シート部材の高速巻取りにおいては、巻取り時に巻き込まれる空気によって、シートの巻取り硬さが非常に不安定になりやすい。巻取りシート間に多くの空気が巻込まれると、巻き径が増加するとともに、巻取り中の耳ずれや空気泡などの発生が生じる。また、巻取りシート間の空気巻込みが少なく、高密度に硬く巻かれた場合は、巻取り方向へリング状のしわや巻取ったシート間が密着して剥がれなくなるなどの不具合が生じる。そこで、シートの巻取り部分に、圧接ロールを設けるとともに、その押圧を適正値にすることで、巻込み空気量はコントロールされる。
【０００３】
特許文献１では、シート巻取部に配置した空気の巻込みを抑制するための接触ローラの接触圧を、シートの巻取り量に応じて制御する方式が開示されている。これは、巻取りが進行して、巻取り部の重量が大きくなることによって、接触ローラの接触圧が大きくなってしまうことに対して対処したものである。
【０００４】
特許文献２では、接触ローラの接触姿勢が巻取り部の巻取り径で変化することから、巻取り径の変化に合わせて接触圧を制御する方式が開示されている。
【０００５】
特許文献３は、接触ローラの接触圧力をカムに強弱に振動させることによって、空気のかみ込み量を制御する方式を開示したものである。
【０００６】
特許文献４は、より積極的に空気の巻込み量を制御するために、接触ロールの接触位置近傍にノズルを設置し、空気を吸引もしくは吹き付けすることで、巻込み空気量を適正化する方式が開示されている。
【０００７】
特許文献５は、特許文献２と同様に、巻取り径に合わせて接触圧を制御するもので、巻取り径が大きくなるにしたがって漸次接触ロールの接触圧を小さくする方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公昭５２−４４９９９号公報
【特許文献２】特公平０４−６６７８０号公報
【特許文献３】実用新案３１４１９７６号公報
【特許文献４】特公平０５−３０７３６号公報
【特許文献５】特開２０１０−２４１５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１で開示されている公知例は、巻取り量によって巻取り部の重量が重くなることに起因して接触ローラの接触圧が大きくなるという問題点を改善するものである。巻取り部の重量が重くなることに起因して接触ローラの接触圧が大きくなることは、装置構成に依存した課題である。また、本方式は、シート搬送速度に伴う巻取り硬さの変化を考慮したものではない。
【００１０】
特許文献２は、接触ローラの接触姿勢が巻取り部の巻取り径で変化することから、巻取り径の変化に合わせて接触圧を制御する方式であるが、これも装置構成に依存した課題である。本方式も、シート搬送速度に伴う巻取り硬さの変化を考慮したものではない。
【００１１】
特許文献３は、接触ローラの接触圧力をカムに強弱に振動させることによって、空気のかみ込み量を制御する方式である。比較的低速の巻き取り工程では、効果があると予測されるが、シートの搬送速度が大きくなるとそれに合わせた高周波の振動が必要になり、対応することができない。また、高速巻き取り時には、接触圧振動によるムラが発生する可能性もある。
【００１２】
特許文献４は、より積極的に空気の巻込み量を制御するために、接触ロールの接触位置近傍にノズルを設置し、空気を吸引もしくは吹き付けすることで、巻込み空気量を適正化する方式である。巻き込み空気量を直接制御可能な方法であるが、巻き取り速度変化や加減速の対応は考慮されていない。
【００１３】
特許文献５も特許文献１や２と同様に、巻取り径の変化などに合わせて接触圧を制御する方式であり、シート搬送速度に伴う巻取り硬さの変化を考慮したものではない。
【００１４】
数１０μｍ以下の厚さの薄いプラスチックシートなど、非常に剛性の低いシート状部材を、高速（１０ｍ／ｓ以上）に巻取る場合、シートに強い張力を付与することが難しい。この様なシートを高速で巻取った場合、大量の空気巻込みが発生し、巻取り状態が急激に不安定となる。また、巻取り速度に対する空気巻き込み感度が高いために、高速から低速まで一定の条件で安定な巻取りが難しく、加減速を伴う条件下での巻取りは極めて難しい。
【００１５】
加えて、剛性の低い薄膜シート部材を高速で巻き取るためには、非常に高い接触ロールの押圧が必要となる。しかし、シートおよびその芯材へのダメージなどから、接触ロールの押圧にも限界があり、この点からも高速の巻取りが難しいという点も課題である。
【００１６】
本発明の目的は、数１０μｍ以下の厚さの薄いプラスチックシートなどの非常に剛性の低いシート部材を、高速（１０ｍ／ｓ以上）に巻取る場合においても、適切かつ均一な巻取り硬さでシートの巻取りを可能とする薄膜シート巻取装置および薄膜シート巻取方法を提供することである。さらに、巻取り中の巻取り速度の加減速時においても、適切かつ均一な巻取り硬さでシートの巻取りを可能とする薄膜シート巻取装置および薄膜シート巻取方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、巻取前の薄膜シートをその一部に巻きつけるシート巻付ドラムとともに、前記シート巻付ドラムに圧接従動する巻取ロールを設け、前記シート巻付ドラムが駆動されることで、前記シート巻付ドラム上に巻付けられた薄膜シートを該巻取ロールに巻き取るように構成するとともに、前記巻付ドラムに圧接する巻取ロールの押圧力を可変する巻取ロール押圧力可変手段を設け、シート巻付ドラムの駆動速度に応じて、巻取ロール押圧力可変手段を制御する巻取り硬さ制御手段を設けた。
【００１８】
さらに、前記シート巻付ドラムと前記巻取ロールの接触位置付近に流込む空気量を可変可能な巻込空気量可変手段を設け、シート巻付ドラムの駆動速度に応じて、前記巻取ロール押圧力可変手段と前記巻込空気量可変手段の少なくとも一方を制御するように構成した。
【００１９】
前記巻込空気量可変手段は、前記シート巻付ドラムと前記巻取ロールの接触位置近傍に配したノズル部材と前記ノズル部材の吸引圧力，吸引流量，ノズル位置の少なくとも一つ以上を制御する空気吸引量制御手段により構成した。
【００２０】
前記巻込空気量可変手段の他の構成として、前記シート巻付ドラム近傍に配置された翼状部材とともに、前記翼状部材とシート巻付ドラム間のギャップまたは姿勢を制御可能な翼姿勢制御手段により構成した。
【００２１】
さらに、前記巻取ロール押圧力可変手段は、中空パイプ状部材である前記巻取ロールの両端部を回転保持する一対の巻取ロール端保持部材と、その巻取ロール端保持部材をシート巻付ドラム側に押圧する押圧付与機構より構成する。そして、前記巻取ロール端保持部材の少なくとも一方は中空パイプ状とし、巻取ロール内部の気体もしくは液体を加圧および減圧可能なように構成し、巻取ロールの押圧力に合わせて、巻取ロール内部を加圧および減圧するように構成した。
【００２２】
前記巻取ロール押圧力可変手段の他の構成として、巻取ロールのシート巻付ドラム側と反対側に押圧ロールを配置し、その押圧ロールをシート巻付ドラム側に押圧する押圧付与機構より構成した。巻取ロール外周に複数の押圧ロールを配置し、各押圧ロールを巻取ロールの回転中心軸方向に押圧する構成でもよい。
【００２３】
また、シート巻付ドラムに巻きつけるための元のシートである原反を搬出する機構に、原反からのシート送出量を制御する原反シート送出量制御手段を設け、原反シート送出量とシート巻付ドラムでのシートの巻取量に既定の搬送量差を与えるシート搬送量差制御手段を設けた。
【発明の効果】
【００２４】
上記本発明によれば、巻取前の薄膜シートをその一部に巻きつけるシート巻付ドラムとともに、前記シート巻付ドラムに圧接従動する巻取ロールを設け、前記シート巻付ドラムが駆動されることで、前記シート巻付ドラム上に巻付けられた薄膜シートを該巻取ロールに巻き取るように構成するとともに、前記巻付ドラムに圧接する該巻取ロールの押圧力を可変する巻取ロール押圧力可変手段を設け、該シート巻付ドラムの駆動速度に応じて、該巻取ロール押圧力可変手段を制御するように構成することで、巻き取り速度変化中も空気巻込み量を制御でき、均一な巻硬さでの巻取りを実現できる。
【００２５】
さらに、上記本発明によれば、前記シート巻付ドラムと前記巻取ロールの接触位置付近に流込む空気量を可変可能な巻込空気量可変手段を設け、シート巻付ドラムの駆動速度に応じて、前記巻取ロール押圧力可変手段と前記巻込空気量可変手段の少なくとも一方を制御するように構成することで、巻取ロール押圧力のみで巻硬さを制御できない高速巻取り条件でも、適正な巻取り硬さを実現できる。更に、比較的短い時間間隔で条件を変更可能な巻取ロール押圧力可変手段と、高速での巻込み空気量の抑制を可能とする巻込空気量可変手段を併用することで、低速から高速までの加減速動作時の均一な巻硬さでの巻取りを実現できる。
【００２６】
さらに、上記本発明によれば、巻込空気量可変手段としてノズルによる吸引手段を用いており、これによって、直接的に巻込み空気量を制御できる。さらに、ノズル位置を変更する方式は、吸引圧力，吸引流量の制御方式に比較して、巻込空気量を比較的短い時間間隔で制御することをも可能とするものである。
【００２７】
また、上記本発明では、巻込空気量可変手段の別構成として、シート巻付ドラム近傍に配置された翼状部材を用いる方式が開示されており、この方式によれば、ポンプなどの空気機械を利用することがなく、比較的簡単な構成で、巻込み空気量の直接制御を実現できる。
【００２８】
また、上記本発明によれば、巻取ロール押圧力可変手段として、パイプ状巻取ロールの両端部を回転保持する一対の巻取ロール端保持部材と、その巻取ロール端保持部材をシート巻付ドラム側に押圧する押圧付与機構より構成するとともに、パイプ状巻取ロールの内部を気体もしくは液体で加圧および減圧可能なように構成することで、比較的強度の低い薄肉パイプ状巻取ロール材を用いた場合においても、パイプ状巻取ロール軸の剛性を確保することが可能となり、均一かつ高押圧による巻取ロール加圧を実現できる。
【００２９】
さらに、上記本発明によれば、前記巻取ロール押圧力可変手段として、巻取ロールのシート巻付ドラム側と反対側に押圧ロールを配置し、その押圧ロールをシート巻付ドラム側に押圧する押圧付与機構も開示されている。この方式では、巻取ロールの長さ方向全域に均一な力で押圧力を付与することが可能となる。
【００３０】
加えて、上記本発明では、巻取ロール外周に複数の押圧ロールを配置する構成も開示されており、これによって、巻取ロール付与する押圧力は分散することから、より高い押圧力を巻取ロールに付与することが可能となるものである。また、複数の押圧ロールを巻取ロールの回転中心軸方向に押圧する構成も開示されており、これによって、巻取り中の巻取ロールの位置が安定保持される効果も期待できる。
【００３１】
さらに、本発明の薄膜シート巻取装置では、シート巻付ドラムに巻きつけるための元のシートである原反を搬出する機構に、原反からのシート送出量を制御する原反シート送出量制御手段を設けるとともに、原反シート送出量とシート巻付ドラムでのシートの巻取量に既定の搬送量差を与えるシート搬送量差制御手段を設けることで、シート巻付ドラムに巻付けられるシートの張力を安定に制御することができる。さらに、この方式は、ダンシングロールなどによる張力制御機構と異なり、加減速中もシート張力を安定に保持できることから、巻取り速度に応じた押圧力および巻込空気量の制御手段と併用することで、加減速中も、より高精度かつ均一な巻硬さでの巻取りを実現できる。
【００３２】
上記説明した理由により、本発明の構成を適用すれば、数１０μｍ以下の厚さの薄いプラスチックシートなどの非常に剛性の低いシート部材を、高速（１０ｍ／ｓ以上）に巻取る場合においても、適切かつ均一な巻取り硬さでシートの巻取りが可能な薄膜シート巻取装置を提供することができる。さらに、巻取り中の巻取り速度の加減速時においても、適切かつ均一な巻取り硬さでシートの巻取りが可能な薄膜シート巻取装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を実現するための薄膜シート巻取装置の基本的構成の実施例１を説明するための図である。
【図２】一般的なプラスチックシートの引張試験時の応力歪線図の例を示す図である。
【図３】送入ロールと送出ロール間のシート張架部を模式的に示す図である。
【図４】送入出ロールのａ）シート搬送速度とｂ）張架部のシート長（無張力時）とｃ）張架部のシート伸びとｄ）張架部のシート張力の関係を説明する図である。
【図５】無張力のシートが搬送量差駆動によってシート張力安定化するまでの張力変化を模式的に示した図である。
【図６】送入出ロールの搬送量に偏心振動がある場合の搬送力差駆動によってシート張力安定化するまでの挙動を模式的に示した図である。
【図７】シート巻取速度と巻取後の径および硬さ測定結果の一例を示す図である。
【図８】巻取り時の空気の巻き込みを説明するための模式図である。
【図９】巻取（小巻）ロールに巻取る際の加減速条件の一例を示す図である。
【図１０】巻取ロール部における芯管材（紙管）の保持部構造の一実施例を示す図である。
【図１１】吸引ノズルを配置した本発明の実施例２を説明する図である。
【図１２】巻取ロールの押圧力と巻込み空気量を制御する手段を有する本発明の薄膜シート巻取装置の基本的構成の実施例２を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例２の変形例として、羽根状部材による巻込み空気量を制御する方法を説明する図である。
【図１４】本発明の実施例３として、巻取ロール部における芯管材内圧を制御する手法を説明する図である。
【図１５】本発明の実施例４として、巻取ロールにロール部材で押圧を付与する方式を説明する図である。
【図１６】巻取ロールにロール部材で押圧を付与するための実施例５を示す図である。（分割ロール式）
【図１７】巻取ロールにロール部材で押圧を付与するための実施例６を示す図である。（多段ロール式）
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の原理および実施形態を図１から図１７を用いて説明する。
【００３５】
図１は、本発明を適用した薄膜シート巻取装置の実施例１を説明するための図である。まず、図１の実施例１の薄膜シート巻取装置の基本構成について説明する。原反２と呼ばれる巻取るシートの元となるシートが巻かれたドラムからシートを巻出し、巻取ロール１１と呼ばれる小径の芯材に、規定の長さずつシートを巻取る装置である。原反２の取付けられている軸には、巻出用回転駆動装置１９が取付けられており、原反２を回転させてシートを巻き出す。巻き出されたシートは、シート巻付ドラム１０上に設置された押圧ロール８によって、シート巻付ドラム１０上に巻付けられる。シート巻付ドラム１０も、例えばサーボモータからなる巻取用回転駆動装置１３が取付けられており、回転することで、シートを巻取る。シート巻付けドラム１０上には、巻取ロール１１が圧接されており、シート巻付ドラム１０の回転に従動回転することにより、シート巻付ドラム１０上に巻付いたシートを巻き取るように構成されている。
【００３６】
装置の構成としては比較的単純な構成であるが、薄膜シートを高速できれいに巻取るためには、下記するような工夫や高度な制御が必要となる。まず、原反２からしわ無くシートを巻き出すことが、非常に難しい。シート材をしわ無く巻出すためには、均一な張力を与えることが必要である。しかし、張力が強くなるとシートは張力方向に伸びるとともに、幅方向が縮もうとするために、しわが発生してしまう。特に、厚さ数１０μｍ程度の薄い樹脂製のシート材では、小さい張力で伸びを生じることから非常にしわが発生しやすい。引き出したシートにしわが発生すると、当然のことながらきれいに巻取ロール１１に巻き取ることはできない。
【００３７】
図２は、一般的なプラスチックシートの引張試験時の応力−歪線図の例を示している。シートに付加する張力を増加するとシートは伸びる。ある程度以上の張力以上をかけるとシートは、クリープなどが発生して、シートが塑性変形してしまう。シートの塑性変形が、顕著な領域の張力をシートに付与するとシート面にしわが発生する。実際に、しわの無い均一面を形成可能な張力は、歪量が２〜３％以下の極めて変形の少ない領域３４であった。シート材質や厚さにもよるが、シート種によっては０．２％〜０．３％以下の歪量となる張力に制御しなければ、しわの発生を防止できないものもあった。
【００３８】
本実施例の装置で扱うシートとして、想定している数１０μｍ厚程度以下の極薄プラスチックフィルムの場合、シート材質で異なるものの一般的には、シートのしわを予防してシート平面を作るために必要な応力は約１ＭＰａ程度またはそれ以下となり、厚１０μｍ幅３０ｃｍを仮定すると、約３００ｇｆ以下（約３Ｎ以下）に張力値を安定制御することが必要となる。より薄いシートやより弾性率の小さいシートでは、数１０ｇｆ程度の張力に調整が必要な場合もありえる。
【００３９】
一般に、シートハンドリング装置では、一定の力でシートを押すダンシングロールなどの部材を押しつけることで、シート張力を調整するが、このようなシートに部材を押し当てる方法では、上記のような微小な張力を安定にシートに付加することは難しい。さらに、接触部材を用いる方法では、シート材の搬送速度が可変するような場合に、接触している部材自身の慣性重量によって、シートを引っ張ってしまうことから、張力変動の要因となってしまう。
【００４０】
そのような点から、図１の実施例１では、原反２からのシート巻出部と巻付ドラム１０間に、接触式の張力制御部材を配置していない。図１に示した本発明の実施例の装置では、原反２からのシートの巻出量と巻付ドラム側での巻取量を高精度に制御することで、原反２からシート巻付ドラム１０間のシート張架部分７のシート張力を高精度に制御可能に構成している。まず、原反２からのシート巻出量を、高精度に制御するために、原反２の巻出し位置に巻出量検出用ローラ４を接触させ、その回転からいわゆるエンコーダ３によって巻出量を計測するように構成した。
【００４１】
このとき、検出用のローラ４に偏心があると、正確に巻出量が計測できないことから、エンコーダ３の出力から偏心分を補正する偏心補正手段１（回路など）を経由して、巻出量を検出するように構成した。巻出量検出用ローラ４の偏心による巻出量の検出誤差は、巻出量検出用ローラ４外周長の周期で規則的に変化することから、事前にこれを測定するなどしておけば、比較的簡単に偏心の補正を行うことが可能となる。図１の実施例の装置では、シートの巻出量検出結果に従って、原反軸を巻出用回転駆動装置１９の回転量を制御するように構成している。これによって、原反が巻取られることによって原反直径が変化しても巻出量（または、巻出速度）が一定になるように制御することが可能である。
【００４２】
シート巻付ドラム１０は、剛体ドラム（本実施例では、アルミ製）で構成されており、その回転で巻取量を制御することから、比較的安定に巻取量（または、巻取速度）を制御可能である。ただし、シート巻付ドラム１０の偏心も、同様に巻取量に影響することから、これを測定補正することで、より高精度な巻取量の制御ができる。但し、図１の実施例では、シート巻取ドラム１０側の偏心補正手段については割愛した。原反２からの巻出量とシート巻付ドラム１０による巻取量を高精度に制御する必要性から、巻出用回転駆動装置１９および巻取用回転駆動装置１３として、本実施例の装置では、高精度サーボモータ（例えば１２ビット，分解能０．１ｄｅｇ以上）を利用した。
【００４３】
図１に示した本発明の実施例１の装置では、原反２からのシートの巻出量とシート巻付ドラム１０側での巻取量を高精度に制御することで、原反２から巻付ドラム１０間のシート張架部分７のシート張力を高精度に制御可能に構成しており、これを実現するために、高精度送り量差制御手段（シート搬出量差制御手段）１７を設けた。高精度送り量差制御手段１７は、巻取速度制御手段１６の制御信号に合わせて、巻出用回転駆動装置１９および巻取用回転駆動装置１３間の回転量（または回転速度）に、規定の微小差を与えた駆動信号を供給する手段である。これらの構成によって、本発明の実施例の装置では、原反２からのシート巻出量と巻付ドラム１０によるシート巻取量に微小な差を与えて、シートを搬送することを可能とした。
【００４４】
図１の薄膜シート巻取装置巻取は、ロールに巻取るための元のシートとなる原反２と、該原反からのシート送出量を制御する原反シート送出量制御手段１８と、該シート巻付ドラム１０によるシートの巻取量を制御するシート巻取量制御手段１４を有するとともに、該原反シート送出量制御手段１８により制御される原反シート送出量と該シート巻取量制御手段により制御されるシート巻取量を、既定の搬送量差で制御するシート搬送量差制御手段１７を具備し、該シート搬送量差制御手段１７は、前記巻取速度制御手段１６の搬送指令信号（制御信号）により、既定の搬送量差有する複数の搬送量指令信号を発生し、該原反シート送出量制御手段１８と該シート巻取量制御手段１４を制御することを特徴とする。
【００４５】
次に、原反２からのシート巻出量と巻付ドラム１０によるシート巻取量に微小な差を与えることによって、シート張架領域７のシート張力を高精度に制御可能となる原理について、もう少し詳しく説明する。
【００４６】
図３および図４、ａ）〜ｄ）は、実際にシート送出量とシート送入量に差を設けた場合の張架区間７の張力変化を説明する模式図である。図３は、図１の実施例の装置における原反２から巻付ドラム１０間のシート張架区間７をより単純化して示したものである。図３のようなシート巻出ドラム２２（原反２に相当）とシート巻取ドラム２６（巻付ドラム１０に相当）で張架されたシート区間７で、初期的に図中の一点鎖線２４のように弛んでいるシートがどのように変化するかを図４、ａ）〜ｄ）で説明する。
【００４７】
図４、ａ）は、巻出および巻取ドラム２２，２６によるシート搬送速度を示す。シート搬送速度を基準に、シート巻出速度が、＋０．５％，−０．５％，−１．０％の３種について示した。図４、ｂ）は、それぞれのシート巻出速度において、シート張架区間７に存在するシートの無張力時の長さを示している。シート巻出ドラム２２とシート巻取ドラム２６間の距離（シート張架区間７）は、変わらないので実際のシートは伸ばされることになる。図４、ｂ）で、シート張架区間７に存在するシートの無張力時の長さが時間経過とともに、一定長さに収束しているが、これは張架区間７のシート２５が伸びることによって、巻取ドラム２６によって、巻取られるシート量が減少することに起因し、巻出ドラムにより張架区間７に搬送されるシート長とつりあった時点で、シート張架区間７に存在するシートの無張力時の長さが安定する。図４、ｃ）は、張架区間７におけるシート伸びを示しており、こちらも一定伸びで安定する。図４、ｄ）は、シート伸びとシートの弾性率から予測されるシート張力を示しており、一定の張力に安定する。図４では、説明の上、模式的に示したが、いくつかの種類のシートで行った実験および解析的においても、この張力が一定に収束する現象を確認できている。
【００４８】
このように、張架区間７のシート巻出量とシート巻取量に差を設けた状態で、一定以上の長さシート搬送を行うことで、張架区間７のシート張力を既定の張力値に安定化することができる。本手法を用いることで、非常に高精度な微小張力制御が実現できるものである。
【００４９】
広く一般に用いられるダンサーロール等の接触部材を用いての張力制御や検知する手法は、張力の検知や制御をするためのシートへの接触部材の摩擦負荷などのために、対象区間のシート張力が影響を受けてしまう。特に、シートの加減速動作時においては、接触部材の慣性力も影響することから、さらなる張力変動要因となることは言うまでもない。また、シートの張力を制御するために、モータのトルクを制御する方式なども考えられるが、モータトルクは、直接シート張力に反映されるわけではなく、モータ軸受け部などを含む各所に発生する摩擦などが、モータトルクとシート張力間における相関関係を乱す外乱となる。このために、シート張力を高精度に制御することは難しい。
【００５０】
これらの一般的方式に比較して、本方式は張力制御区間における張力の外乱となりうる接触部材を配置する必要が無い。また、シートの搬送量差をもって該当区間の張力制御することから、各部の摩擦などの変動を受けることが無い。これらの理由により、本発明の方式は、高精度高安定な張力制御区間を提供できる。さらに、本発明の方式では、シート自身の質量以外は慣性力とならないために、急激な加減速時においても、きわめて安定した張力を維持することが可能となるものである。
【００５１】
さらに、図１の実施例の装置におけるシート張架区間７長とシート張力の安定性について、簡単に説明する。図５は、無張力のシートが、搬送量差駆動によってシート張力安定化するまでの挙動を模式的に示したものである。高精度張力制御区間のシート張架長さが長いほど、規定のシート張力に到達するまでの搬送時間または搬送長が長くなる。図中の７Ｓは、７Ｍに対してシート張架長さが半分の場合を示し、７Ｌは、７Ｍに対してシート張架長さが２倍の場合を示す。
【００５２】
図６は、巻出ドラム２２および巻取ドラム２６の搬送量に偏心振動がある場合の搬送力差駆動によってシート張力安定化するまでの挙動を模式的に示したものである。搬送ロールの偏心による張力変動は、シート張架長７が長いほど、その影響が少なくなる。図中では、巻取ドラム２６の速度変動を３１、巻出ドラム２２の速度変動を３２とした時、シート張架部７におけるシート張力にどのように影響するかを示す。最もシート張架長さが短い７Ｓの張力変動が最も大きく、最もシート張架長さが長い７Ｌの張力変動が最も小さくなる。
【００５３】
実際の装置では、必要とされる張力精度を考慮して、搬送ロールの駆動精度やシート張架長７を決める必要がある。その上で、高精度張力制御区間の規定張力付与までのシート搬送長および搬送時間などを決定する必要がある。
【００５４】
シート張架部の張力に対する巻出側や巻取側の偏心の影響も、シート張架長によるところが大きい。シート張架長を適切に選択した場合、目標張力変動値によっては、図１で説明した偏心補正回路は不要となる場合もある。
【００５５】
また、図１の実施例の原反の駆動方式では、原反外周に巻出量検出用ローラ４を設けている。これは、原反の直径変化に関係なく、既定の巻出量を精度よく制御するためである。より簡単な別の原反巻出部の構成として、原反外周に設けた巻出量検出用ローラ４で直接原反を駆動する方式がある。この方式では、原反外周に設けたローラで、直接原反を駆動する必要性から、駆動力を伝達するために、より高い押圧でローラを原反に押しつけることが必要になる。更に、ローラ表面に弾性ゴム層などの接触摩擦力を高くする部材などを形成する必要などが生じる。これらの構成は、シートの搬送精度つまり、巻出量の精度に誤差を生じやすくなるものである。しかし、シート物性に依存するしわ無く張架するために必要なシート張力およびその張力の変動許容範囲に対して、それを可能とするシート張架長を選定できれば、原反を外部ローラで駆動する簡単な構成の適用も可能である。
【００５６】
図１の本発明の実施例１の装置に関する補足であるが、シート張架区間７に近接して設けられたガイド部材６は、基本的に、シートに接触する部材ではない。しかし、シート張架区間７に近接してこのような部材を設けているのは、シートの装置へのセット時の取扱いの容易性（例えば、シート落下防止）の改善やシートの以上振動防止（異常振動時に、シートが接触することで、振幅が大きくなるのを防ぐ。）などを目的としている。本ガイド部材６は、シート張架区間７に近接していることが必要であるので、本発明の実施例の装置では、原反が巻出されて直径が変化した場合のシート張架パスの変化に追従して移動するように構成した。
【００５７】
次に、本発明におけるシート巻取方法およびその機構などについて、説明する。図７は、シート巻取速度と規定長さ巻取り後の巻取ロールの直径およびその硬さを実測した結果の一例を示す図である。図７の実測実験時の巻取長さは、５０ｍ±２０ｃｍである。巻取後のロール硬さは、スポンジ硬度計で測定したものである。図中の○□△は測定点を示し、○＞□＞△の順で巻取ロールの巻付ドラムへの押圧力が大きい条件を示す。
【００５８】
巻取速度が早くなると急激に、巻取後の巻取ロール直径は大きくなるとともに、巻取ロールの硬さが柔らかくなっている。特に、巻取速度（最高速度）が、１０ｍ／ｓ以上ときに急激に直径が大きく、硬さが低下している。さらに、巻取ロールの巻付ドラムへの押圧力が小さい場合は、激しく、巻取速度が２０ｍ／ｓ以上で、最も小さい押圧力条件（図中△）の巻取後ロールでは、シート激しい巻き崩れ状態となってしまった。
【００５９】
これは、巻取時にシート間に巻込まれる空気量が、増加することによるものである。図８に、巻取ロール付近の空気の流れ３９を模式的に示した。シート高速で回転するシート表面近傍では、空気がシートに引きずられて流れ３９が生じる。この空気が、シート巻取り時に巻き込まれることによって、巻取後の巻取ロール１１の直径が増加し、硬さが低下する。低速での巻取りでは、シート表面で移動する空気量も少ないために、巻取ロールに与えた押圧力４０で、巻取時にシート間から排出される。しかし、高速でのシート巻取り時は、大量の空気が巻取シート間に流れ込んでしまうために、巻取ロール１１に与えた押圧力４０のみでは、シート間への空気の進入を十分に抑込むことが難しくなる。
【００６０】
また、図７で示したように、巻取速度と巻取後のロール径やロール硬さは非線形である。図７に示した我々の行った実験の一例では、巻取速度１０ｍ／ｓ付近から、巻取後のロール径が増加し、ロール硬さが低下し始める。さらに、巻取速度２０ｍ／ｓ以上では、巻取後のロール径増加とロール硬さ低下の減少が加速する。この実験結果は典型的な一例であり、シート条件などで、ある程度変化することは言うまでもない。
【００６１】
本発明の装置では、これらの知見より、巻付ドラム１０の駆動速度に合わせて、巻取ロール１１に与える押圧力４０を制御する手法を考案した。本発明の薄膜シート巻取装置の実施例１である図１の装置には、巻取速度制御手段１６の制御信号に合わせて、巻取ロール押圧力を制御することで巻取硬さを制御する巻取硬さ制御手段１５ａを設けている。
【００６２】
巻取硬さ制御手段１５ａは、巻取速度と巻取後の巻取ロール１１径もしくはロール硬さのデータから適正巻取ロール押圧力を算出する式もしくはデータマップを予め記憶させておき、それに基づいて、巻取速度に対応して適切な押圧力４０を巻取ロール１１に付与するように、巻取ロール押圧手段１２に押圧力制御信号を与える。具体的には、シート巻付ドラム１０の回転速度をパラメータとして、回転速度が速くなるほど、巻取ロール１１の圧接力を大きくするように制御され、該巻取ロール１１に巻取るシート硬さが調整される。
【００６３】
巻取ロール押圧手段１２は、その押圧力制御信号に従って、巻取ロール１１に適正な押圧力４０を付与するように、例えばサーボモータにより押圧力が調整される。また、巻付ドラム１０の駆動速度とは、巻付ドラム１０の軸回転速度や表面速度を示しており、シート巻取速度と一意的関係にあることは言うまでもない。
【００６４】
図９は、本発明の実施例１である図１の装置で行うことが可能なシートの巻取動作の一例である。前記したように、図１の実施例１の装置は、原反２と呼ばれる全長数１０００ｍ以上のシートがロールから、巻取ロール１１と呼ばれる小径の芯材に、数１０〜１００ｍ程度の規定の長さずつシートを巻取る巻取装置である。
【００６５】
図９は、巻取ロール１１に一回巻取るごとに、巻取動作を一時停止するように巻取装置を駆動する巻取動作パターンを示す。この一時停止の間に、巻取後の巻取ロール１１への処理や、新しい芯材への交換などの処理を行う。図９で示した巻取動作パターンの例では、加速時間約０．８ｓ，最大速度約２０ｍ／ｓ，最大速度継続時間約０．９ｓ，減速時間約０．８ｓで、原反２から約２６ｍの長さを巻取ロール１１に巻取る動作である。各巻取動作間は、０．５ｓの巻取動作停止時間４２を設けており、この間に巻取後のロールへの処理や新しい芯材への交換などの処理を実施する。
【００６６】
この様な巻取動作と停止動作を必要とする場合、１本の巻取り動作（巻き取り動作時間４１）での、等速巻取り時間（最大速度継続時間）に対して加減速巻取り時間の比率が長くなってしまう。図９で示した動作例の場合、２．５ｓの巻取動作時間４１の間で、１．８ｓは加減速動作となり、シート巻取動作時間中、７０％以上の時間が加減速動作ということになる。
【００６７】
従来の薄膜シート巻取装置では、図９のような動作パターンの場合、安定な巻取りが困難であった。これは、約１０ｍ／ｓ以上の速い巻取速度では、図７の様に不安定になることが一因であるが、さらに、前記したように、巻取前のシート張架部分に、接触部材などを用いた一般的張力付与機構を使った装置では、加減速時にシートの張力が変動することも、加速時と減速時の巻取りが不安定となる大きな要因である。
【００６８】
これらの要因のために、従来の薄膜シート巻取装置では、シートの巻取速度を変更しないで、巻取芯材の交換などが行えるように装置を構成している場合が多かった。しかし、シートの巻取速度を変更しないで巻取芯材１１の交換を行うためには、機構が複雑になるとともに、不具合も発生しやすい。さらに、複雑な処理が必要になった場合の対応が難しい。加えて、元のシートである原反の最初と最後では、停止の必要があるため、この部分の巻取りが不安定となってしまうなどの課題が生じていた。
【００６９】
本発明は、このような課題を鑑み、急激なシート搬送速度変化中でも、安定なシート巻取動作を実現する薄膜シート巻取装置を提供するものである。本発明の薄膜シート巻取装置を用いることで、図９で示したような巻取りの一回ごとに、シートを停止させるような巻取動作が可能となり、巻取後の巻取ロールの交換以外にも、必要に応じて、種々の処理を安定かつ確実に実施できるものである。
【００７０】
図１に示した本発明の薄膜シート巻取装置は、前述したようにシート巻出速度と巻取速度間に微小な速度差を設けることで、加減速中もシート張力を安定にするとともに、巻取速度に応じて、巻取ロール１１の押圧力を制御することで、図９の様な加減速動作を伴う巻取動作も安定時実現可能なように構成している。
【００７１】
しかしながら、図１に示した本発明の実施例１である薄膜シート巻取装置でも、巻取速度が更に速くなった場合（最高巻取速度：２０ｍ／ｓ以上）には、不具合が生じた。次に、更なる高速巻取り時の不具合と本発明における対応を説明する。
【００７２】
図１０は、本発明の巻付ドラム１０と巻取ロール１１の接触位置付近の断面を模式的に示した図である。巻取ロール１１は、巻取り前の中空の巻取芯材１１ｃのみの状態とともに、巻取芯材にシートが巻かれたロールを指す。巻取ロール１１は、巻取芯材１１ｃを両側から支える巻取芯材保持部材４３（４３Ｌ、４３Ｒ）により保持されている。巻取芯材保持部材４３は、図中の左右矢印の方向に可動する機構を有しており、左右矢印４５の方向に可動することで、巻取芯材１１ｃから引抜かれ、シートを巻取り後の巻取ロール１１の取外しと新規芯材の取付けを行うように構成されている。巻取芯材は、紙や樹脂により構成されることが多い。また、巻取動作中の巻取ロールへの押圧は、押圧付与機構５９により巻取芯材保持部材４３を図中矢印４０の方向に押すことで与えられる。
【００７３】
前記したように、巻取速度が１０ｍ／ｓ以上では、移動するシート表面に引きずられた空気量の巻込みを抑制するために、巻取速度に合わせて巻取ロールへの押圧を大きくしていく。しかし、巻取速度が更に速くなった場合（例えば最高巻取速度：２０ｍ／ｓ以上）、巻込まれる空気の圧力が極めて高くなり、巻取芯材などの変形が発生する。図１０では、巻取芯材１１ｃの変形のイメージ４６を破線で示している。
【００７４】
不具合が発生する速度は、巻取シート条件や巻取芯材１１ｃの材質などに依存する。本実施例において使用した巻取芯材１１ｃ（紙製）や、使用したプラスチックシート（厚さ約１０μｍ）では、巻取速度１０ｍ／ｓ以上で巻取ロール１１の押圧制御が必要となり、速度２０ｍ／ｓ以上で巻取芯材１１ｃの変形によると思われるしわがシートに発生した。
【００７５】
対策として、巻取芯材１１ｃの厚さや材質を変更して、巻取芯材１１ｃの強度を高める方法も考えられるが、大量消費材となる巻取芯材１１ｃとして厚くしたり、特殊な材料を使用することは、コスト面から現実的ではない。
【００７６】
図１１は、更なる高速巻取りを可能とする本発明の実施例２を説明するための図である。図１１は、巻取ロール１１付近を模式的に表している。本実施例２では、巻取ロール１１にシートが巻取られる接触位置近傍に向けて、吸引ノズル２０ａを配置している。吸引ノズル２０ａには図示しない吸引ポンプが接続されており、吸引ノズル２０ａにより、シート表面を流れる空気５１を吸いとることで、巻取ロール側１１に巻込まれる空気量を制御し、比較的低い巻取ロール押圧力で高速巻取りを実現するものである。
【００７７】
図１２は、巻取ロール近傍に吸引ノズル２０ａを配置した本発明の実施例２の全体構成を説明するための図である。本実施例２では、図１に示した実施例１とは異なり、巻取ロール押圧力のみを制御する巻取硬さ制御手段１５ａの代わりに、押圧力と吸引ノズルによる吸引の両方を制御することで巻取硬さを制御する巻取硬さ制御手段１５ｂを設けている。巻取硬さ制御手段１５ｂは、巻取速度制御手段１６の制御信号に合わせて、巻取ロール１１の押圧力４０と吸引ノズル２０による吸引を制御する制御手段である。巻取硬さ制御手段１５ｂは、空気吸込量制御手段２１の動作を制御し、空気吸込量制御手段２１は、吸引ノズル２０の吸引量を可変制御する。具体的には、シート巻付ドラムの回転速度をパラメータとして、回転速度が速くなるほど、該巻取ロールの接触位置付近に流れ込む空気量を少なくすることで、該巻取ロールに巻取られるシート硬さが調整される。
【００７８】
ここで、巻込空気量可変手段は、前記シート巻付ドラム１０と前記巻取ロールの接触位置近傍に配したノズル部材２０と前記ノズル部材の吸引圧力，吸引流量，ノズル位置の少なくとも一つ以上を制御する空気吸引量制御手段２１により構成される。
【００７９】
吸引の可変制御は、吸引圧力や吸引量のいずれによる制御の場合も流体の吸引であるため、急激なシート搬送速度変化への追従が一般的に難しい。このため、巻取速度制御手段１６の指令速度に対して、遅れを考慮した吸引制御信号を空気吸込量制御手段２１に与えるとともに、高速応答が可能な巻取ロール押圧手段１２にも、押圧力を与えるように制御信号を並行に送ることで、急激なシート搬送速度変化への追従性を良くすることができる。これらのシート搬送速度およびその変化に対する吸引制御量や押圧力制御量の指令値は、算出式もしくは予め記憶したデータマップより決定するように構成することができる。
【００８０】
空気吸込量制御手段２１は、ノズル２０に接続される選定ポンプの形式により特性も異なるので、吸引制御対象を吸引圧力や吸引量など制御性がより安定なパラメータを選択する必要がある。巻込空気量可変手段は、ノズル２０とポンプに介在して、ノズルの吸引圧力、吸引量を制御する空気吸引量制御手段２１によって構成される。空気吸引量制御手段２１は、例えば電動の絞り弁で構成される。
【００８１】
前記したように、吸引制御は、搬送速度変化への追従は難しいが、少しでも応答性が良い吸引制御の方が、安定性が向上することは言うまでもない。吸引圧力や吸引量などによる吸引制御より、応答性を良くする方法として、ノズル位置を変更する方法が考えられる。つまり、吸引制御値に合わせて、巻付ドラムや巻取ロールとノズルの距離を可変する方法である。ノズル位置を変更する際は、空気吸引量制御手段２１は、例えばサーボモータで構成される。この場合、高速かつ正確にノズル位置を制御する必要から、機構部が高コストになりやすい。
【００８２】
図１３は、巻取ロール１１に巻き込まれる空気量を制御するための本発明の実施例２の変形例を説明するための図である。図１３は、翼状部材５１を用いて巻付ドラム１０の表面のシート２５表面を流れる空気流３９の方向を可変し、巻取ロール１１に巻き込まれる空気量を制御する方式である。翼状部材５１は、巻付ドラム１０表面に近接して配置されており、巻付ドラム表面との距離や姿勢を制御することで、巻付ドラム１０表面に密着したシート２５表面を流れる空気２５の量を制御する。この方式では、巻込空気量可変手段は、翼状部材５１とシート巻付ドラム１１間のギャップ、または姿勢を制御するサーボモータ等からなる翼姿勢制御手段６０で構成される。
【００８３】
この方式は、図１１で示した吸引ノズル方式に比較して、ポンプなどの吸引手段が必要ないとともに、翼状部材５１の敏速な姿勢変化５２によって、巻取ロール１１に巻き込まれる空気量を敏速に制御出来ることから、応答性の点でも優れている。しかし、安定に規定量だけ空気量を制御出来る翼状部材５１の設計が難しいとともに、高精度かつ高速なギャップを制御機構が必要である。
【００８４】
図１３の翼状部材５１による巻取ロールに巻込まれる空気量を制御する場合の巻取装置の全体構成は、図１２と概ね同構成となる。巻取速度制御手段１６の制御信号に合わせて、巻取硬さ制御手段１５ｂで、巻取ロール１１の押圧力と吸引ノズルによる吸引制御信号を発生するかわりに、巻取ロール１１の押圧力と翼姿勢の制御信号を発生する。シート搬送速度およびその変化に対する吸引制御量や押圧力制御量の指令値についても、算出式もしくは予め記憶したデータマップより決定するように構成すればよい。
【００８５】
図１１から図１３で説明した本発明の実施例２は、高速化に伴って巻取ロールに巻き込まれる空気量を吸引ノズル２０や翼状部材５１によって抑制する方式である。これによって、適正な巻取硬さを得るための、巻取ロール押圧力４０を小さくすることが可能となり、より高速な巻取実現することができる。次に、本発明の他の実施例をして、より安定に巻取ロール１１に押圧力を付与する方法について説明する。
【００８６】
図１４は、巻取ロール１１への押圧力を安定化する本発明の実施例３を説明するための図である。図１４は、図１０と同じく巻付ドラム１０と巻取ロール１１の接触位置付近の断面を模式的に示した図である。図１４の一方（左側）の巻取ロール端保持部材４３Ｌは、軸の中央に穴が形成されている。この穴から、巻取芯材１１ｃの内部に加圧空気を矢印４７で示すように供給することで、巻取ロールの両端の巻取芯材保持部材４３Ｌ，４３Ｒに押圧機構（押圧付与機構）５３Ｌ、５３Ｒによって押圧力４０Ｌ、４０Ｒを加えたとき、より均一な高い巻取ロール押圧力を巻取ロール１１に与えることができ、より高速な巻取りが可能になることが確認できる。これは、巻取芯材１１ｃの内部を加圧することで、巻取芯材１１ｃの変形を抑制する効果とともに、巻取り芯材１１ｃの中央部が、膨らむことによって、巻付ドラム１０との接触が安定になったことによると考えられる。実際に、加圧した巻取芯材１１ｃ（紙製）の直径は、数１００μｍ〜１ｍｍ以上大きくなっていた。
【００８７】
巻取ロール端保持部材４３Ｌの穴には、ポンプ等からなる加減圧制御手段５７から気体、又は液体によって加圧、および減圧可能なように流体が入力され、制御部５８によって、押圧付与機構５３Ｌ、５３Ｒによる押圧力に合わせて、巻取りロール１１内部を加圧および減圧するように制御される。
【００８８】
この方式は、巻取芯材保持部４３で気密性を確保して、巻取芯材１１ｃの内部を加圧することが重要であるが、直径誤差の大きい巻取芯材１１ｃとの頻繁な着脱を必要とする巻取芯材保持部４３の部分で完全に気密性を確保することは難しく、本実施例では、巻取芯材１１ｃの内部に常に加圧空気の通気を行うことで、巻取る構成とした。巻取芯材１１ｃの交換に際しては、巻取芯材保持部４３の巻取芯材１１ｃ側への固定を解除すれば、巻取芯材の内圧によって、巻取芯材保持部が容易に着脱できた。本実施例では、巻取りロール押圧可変手段は、巻取ロールの両端の巻取芯材保持部材４３Ｌ，４３Ｒと、押圧付与機構４０Ｌ、４０Ｒによって構成される。ここで、４０Ｌ、４０Ｒは、押圧力と押圧付与機構の両者を示している。
【００８９】
図１５は、巻取ロール１１への押圧力を安定化する本発明の実施例４を説明するための図である。図１５に示すように、巻取ロール１１のシート巻付ドラム１０と接触する側と反対側に、巻取ロール外部加圧ロール（押圧ロール）４９を設ける方式である。この方式では、巻取ロール１１の軸方向全域を外部加圧ロール４９で加圧することから、図１０の破線で示したような巻取芯材１１ｃの変形を抑制することが比較的容易に可能となる。しかし、巻取ロール外部加圧ロール４９は、シート巻付ドラム１０より直径が小さいために、押圧力が大きくなると、巻取ロール１１の表面を接触位置で局部的に変形させる恐れがある。
【００９０】
そこで、巻取ロール外部加圧ロール４９の表面を弾性層で構成し、接触面積が大きくなるように配慮した。本実施例４では、シート材との離型性も考慮し、フッ素系のテフロン（登録商標）ゴムで構成した巻取ロール外部加圧ロール４９を採用した。その結果、より高速までの安定な巻取特性を確認することができている。
【００９１】
また、巻取ロール外部加圧ロール４９は、巻取芯材保持部材４３とともに、シート巻取ロール１１の巻取り外径に応じて、図中矢印の方向５０に可働するように構成しており、可動範囲内で、制御押圧力を安定に付与できる構成とする必要がある。巻取りロール押圧可変手段は、巻取ロール外部加圧ロール（押圧ロール）４９と、巻取ロール外部加圧ロールをシート巻き付けドラム側に押し付ける押圧付与機構５４Ｌ、５４Ｒによって構成される。ここで、４８Ｌ、４８Ｒは、押圧力を示している。
【００９２】
巻取ロール端保持部材４３と巻取ロール外部加圧ロール４９は、巻取シート２５などの条件や吸引などの他の機構と合わせて、適正な条件を予め実験などにより明確にしておくことが必要なことは言うまでもない。その実験結果などにもとづいて、巻取速度に対する各押圧力や吸引条件などを、予め決めた算出式もしくは予め記憶したデータマップより決定するように構成ことは同様である。
【００９３】
図１６は、巻取ロール１１への押圧力を安定化する本発明の実施例５を説明するための図である。図１６の実施例５では、実施例４での巻取ロール外部加圧ロール４９を軸方向に複数に分割した構造とした。図１０に破線で示したように、巻取芯材は中央部が大きく変形しようとするが、図１６の実施例５では、これに対応して、中央部の押圧力４８Ｍを周辺部の押圧力４８Ｌ、Ｒに比較して大きく設定している。これによって、巻取ロール１１全体にかかる負荷を少なくすることができるために、巻取ロール１１にかかる回転負荷も小さくなり、より高い巻取速度への対応が可能となる。さらに、巻芯の周囲の押圧力４８Ｌ、Ｒに比べて、中央の押圧力４８Ｍを大きくすることは、シート内に巻き込まれた空気を両端に逃がす効果がある。このため、より低い押圧力で、安定な巻取りを実現しやすくなった。
【００９４】
本実施例では、巻取りロール押圧可変手段は、複数の巻取ロール外部加圧ロール（押圧ロール）４９と、巻取ロール外部加圧ロールをシート巻き付けドラム側に押し付ける押圧付与機構５５Ｌ、５５Ｍ、５５Ｒによって構成される。
【００９５】
但し、図１０の巻取ロール端保持部材４３のみの構成より、図１５の巻取ロール外部加圧ロール４９を付加した構成、さらに図１６の巻取ロール外部加圧ロールを軸方向に分割する構成４９Ｌ、Ｍ、Ｒほど構成が複雑になる。加えて、巻取速度に対する適正な押圧力を予め決めておく箇所が多くなることから、制御パラメータが増え、事前の実験などによる最適条件の決定に多くの労力を要してしまう。
【００９６】
図１７は、巻取ロールへの押圧力を安定化する本発明の実施例６を説明するための図である。図１７の実施例では、巻取ロール外部加圧ロール４９を回転方向に複数本設けた構造である。各外部加圧ロール４９ａ、４９ｂは、押圧付与機構５６ａ、５６ｂによって、巻取ロール１１の中心付近に向かって押圧力を付与するように構成するとともに、巻取りに伴う巻取ロール１１の直径変化に合わせて、矢印の方向５０ａ、ｂ（巻取ロールと外部加圧ロールの中心を結ぶ方向）に移動するように構成する。可動範囲内で、制御押圧力４８ａ、ｂを安定に付与できる構成とすることが必要であることは言うまでもない。
【００９７】
この方式では、外部加圧ロール４９ａ、４９ｂを複数とすることで、各外部加圧ロールの押圧力４８ａ、４８ｂを小さくでき、巻取ロール１１への負荷を少なくできる。また、巻付ドラム１０と少なくとも２本の外部加圧ロール４９ａ、４９ｂによって、巻取ロール１１の位置は一意的に決まることから、巻取ロール端保持部材４３が不要となる。これによって、巻取ロール１１交換時に、巻取ロール端保持部材４３を巻取芯材１１ｃから抜取る必要がなく、高速な巻取芯材交換を実現することができる。
【００９８】
図１７の複数の外部加圧ロール４９を設けた構成では、上流側（４８ａ）と下流側（４８ｂ）の押圧力に差を持たせることも、有効である。上流側（４８ａ）に対して下流側（４８ｂ）の外部加圧ロールの押圧力を大きくすることで、巻き込んだ空気を徐々に押出すように作用し、シート間に巻込まれた空気を排出しやすくなる効果が見込める。
【００９９】
また、複数の外部加圧ロール４９ａ、４９ｂの各ロール幅に変化を持たせる方法も有効である。上流側では中央付近のみに押圧を与え、下流側に行くほど押圧幅を広くすることで、巻取ロールの両端に向かって、巻込まれた空気を排出する効果が期待できる。
【０１００】
さらに、複数の外部加圧ロールの一部を図１６の実施例５のように、軸方向に分割する構成もある程度の効果は期待できる。
【０１０１】
上記したように、本発明の巻取ロールを外部に設置した外部押圧ロールで押圧力を与える方式は、図１５から図１７で示した各種外部押圧ロールの配置・分割およびその組合せが考えられ、適切に配置し押圧力を制御してやることで、それぞれにある程度の効果が期待できる。しかし、外部押圧ロール４９の数や分割数が増えると、前記したように、装置構成は複雑になるとともに、制御パラメータの最適条件決定が非常に複雑になる。
【０１０２】
この様な点を考慮し、本発明を適用する実際のシート巻取装置では、必要な性能などを考慮して、適正な構造を決定することが必要となることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・・・偏心補正手段
２・・・・原反（巻取るシートの元となるシートが巻かれたドラム）
３・・・・エンコーダ（回転量検出装置）
４・・・・巻出量検出用ローラ（巻出ドラム側押圧ロール）
５・・・・巻出量検出用ローラの押圧
６・・・・ガイド部材
７・・・・シート張架区間（区間長：７Ｓ＝７Ｍ÷２，７Ｌ＝７Ｍｘ２）
８・・・・巻付ドラム側押圧ロール
９・・・・巻付ドラム側押圧ロールの押圧
１０・・・シート巻付ドラム
１１・・・巻取ロール（芯材のみからシート巻付状態も含む）
１１ｃ・・巻取芯材
１２・・・巻取ロール押圧力可変手段
１３・・・巻取用回転駆動装置（サーボモータなど）
１４・・・巻取モータ制御装置（シート巻取量制御手段）
１５ａ・・巻取硬さ制御手段
１５ｂ・・巻取硬さ制御手段
１６・・・巻取速度制御手段
１７・・・高精度送り量差制御手段（シート巻取量差制御手段）
１８・・・巻出モータ制御装置（原反シート送出量制御手段）
１９・・・巻出用回転駆動装置（サーボモータなど）
２０・・・吸引ノズル
２１・・・空気吸引量制御手段
２２・・・シート巻出ドラム（原反２に相当）
２３・・・シートの搬送方向
２４・・・初期的に弛んでいるシートの状態（一点鎖線）
２５・・・シート
２６・・・シート巻取ドラム（巻付ドラム１０に相当）
２７・・・シート送入速度が送出速度より０．５％早い場合の結果
２８・・・シート送入速度が送出速度より０．５％遅い場合の結果
２９・・・シート送入速度が送出速度より１．０％遅い場合の結果
３０・・・張架区間のシートが弛んでいる領域（無張力状態）
３１・・・巻取ドラムの速度変動
３２・・・巻出ドラムの速度変動
３３・・・シートの破断点
３４・・・しわ無く巻き取りできた歪の範囲
３５・・・しわ無く巻き取りできた応力（張力）の範囲
３６・・・巻付ドラムへの押圧力小の実験結果
３７・・・巻付ドラムへの押圧力中の実験結果
３８・・・巻付ドラムへの押圧力大の実験結果
３９・・・回転するシート表面近傍の空気流（巻取ロール付近の空気流）
４０・・・巻取ロールに与えた押圧力
４１・・・巻取動作時間
４２・・・巻取動作停止時間
４３・・・巻取ロール端保持部材（Ｌ：左側，Ｒ：右側）
４４・・・巻取芯材に巻かれたシート
４５・・・巻取芯材保持部材の着脱時の稼働方向（Ｌ：左側，Ｒ：右側）
４６・・・巻取芯材の変形のイメージ
４７・・・巻取芯材の内部への加圧空気を供給
４８・・・巻取ロール外部加圧ロールへの押圧力
４９・・・巻取ロール外部加圧ロール（押圧ロール）
４９ＬＭＲ・・・軸方向分割巻取ロール外部加圧ロール（Ｌ：左側，Ｍ：中央，Ｒ：右側）
４９ａｂ・・・回転方向複数軸巻取ロール外部加圧ロール（ａ：下流側，ｂ：下流側）
５０・・・巻取ロール外部加圧ロールの可動方向
５０ａｂ・・・複数ロール時の巻取ロール外部加圧ロールの可動方向
５１・・・翼状部材
５２・・・翼状部材の姿勢変化
５３〜５６、５９・・・押圧付与機構
５７・・・加減圧制御手段
６０・・・翼姿勢制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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