(57)【要約】【課題】巻取ロール表面に損傷を与えることなく、巻取ロールの表面硬度を高精度で測定することができる硬度評価装置及び硬度評価方法を提供する。【解決手段】シート状物をロール状に巻いた巻取ロール１０の表面硬度を評価する硬度評価装置１であって、巻取ロール表面上に向けて圧縮ガスを噴射して巻取ロール表面１０ａに凹状の変形を形成する噴射装置２と、圧縮ガス噴射前の巻取ロール表面位置を基準とした巻取ロール表面１０ａの変位量を非接触で経時的に計測する非接触変位計測装置３と、非接触変位計測装置３により計測した変位量の経時的変化に基づく硬度評価パラメータを算出する演算装置４とを備える硬度評価装置１。【選択図】図１
2011209091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状物をロール状に巻いた巻取ロールの表面硬度を評価する硬度評価装置であって、
前記巻取ロール表面上に向けて圧縮ガスを噴射して前記巻取ロール表面に凹状の変形を形成する噴射装置と、
圧縮ガス噴射前の巻取ロール表面位置を基準とした前記巻取ロール表面の変位量を非接触で経時的に計測する非接触変位計測装置と、
前記非接触変位計測装置により計測した変位量の経時的変化に基づく硬度評価パラメータを算出する演算装置とを備える硬度評価装置。
【請求項２】
前記噴射装置は、噴射される圧縮ガスの流量、噴射時間及び噴射範囲のうちの少なくとも１つを調節する調節機構を備えている請求項１に記載の硬度評価装置。
【請求項３】
前記噴射装置及び前記非接触変位計測装置の少なくともいずれか一方と前記巻取ロール表面との距離を一定に保つ保持装置を更に備えている請求項１又は２に記載の硬度評価装置。
【請求項４】
前記噴射装置及び前記非接触変位計測装置を前記巻取ロールのロール軸と平行な方向に移動可能な走査装置を備えている請求項１から３のいずれかに記載の硬度評価装置。
【請求項５】
前記非接触変位計測装置は、光源からの光束を線状光として前記巻取ロール表面に照射し、その反射光或いは拡散光を受光手段に入射させ、光束の受光手段での入射位置により前記変位量を読み取る光学変位計を備えている請求項１から４のいずれかに記載の硬度測定装置。
【請求項６】
シート状物をロール状に巻いた巻取ロールの表面硬度を測定する硬度評価方法であって、
前記巻取ロール表面上に向けて圧縮ガスを噴射して前記巻取ロール表面に凹状の変形を形成する噴射ステップと、
圧縮ガス噴射前の巻取ロール表面位置を基準とした前記巻取ロール表面の変位量を非接触で経時的に計測する非接触変位計測ステップと、
前記非接触変位計測ステップにおいて計測した変位量の経時的変化に基づく硬度評価パラメータを算出する演算ステップとを備える硬度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬度評価装置及び硬度測定方法に関し、特にシート状物をロール状に巻いた巻取ロールの表面硬度を評価する硬度評価装置及び硬度評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に紙、プラスチックフィルム、プラスチックシート等のシート状物はロール状に多層に巻き取られた巻取ロール製品として出荷したり、巻取ロールの形状で印刷機・カッター等で印刷、断裁加工されている。この巻取ロールは、微小な厚さを有するシート製品が幾重にも巻取られて積層されるため、巻取ロールの幅方向、即ち巻取ロールの中心軸に沿って巻き取り硬さ（表面硬度）のムラが生じるという問題があった。
【０００３】
表面硬度の高い部分（硬い部分）は、巻取ロールにおいて部分的にシートが張られた状態で巻き取られており、その結果シートが部分的に延ばされている。この巻取ロールのシートを解きほどくと、巻取ロールの硬く巻かれた部分は、張力が除かれて弛んだ状態、即ちぼこついた状態となる。このぼこつきによって、例えば紙、プラスチックシート又はフィルムの場合、印刷工程、断裁工程において供給不良や印刷不良の原因となり、作業性の低下や操業上のトラブルを引き起こすため、巻取ロールの品質は著しく低下し、甚だしい場合には不合格品となってロット全体の出荷停止を引き起こす。したがって、巻取製品の幅方向の表面硬さの変動状況を正確に把握し、巻取ロールの巻き方の均一性をチェックすることは、巻取製品の品質を維持上で重要、かつ不可欠であるといえる。
【０００４】
従来、巻取ロールの幅方向の表面硬さの測定方法としては、木製のハンマーで巻取ロールを叩いたときに発生する音に基づいて、巻取ロールの表面硬度を判定する打音法や、巻き取りの反撥力を利用して巻取の硬さを測定するシュミットハンマー法が知られている。また、特許文献１に開示されているように、棒状体を巻取ロール表面に落下衝突させた際の加速度を検出し、この加速度を表面硬度に変換する表面硬度評価装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１３３３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の打音法は、検査員の感覚に頼るものであり、経験を積んだ熟練者であっても、測定結果に個人差が出てしまうという欠点がある。一方、シュミットハンマー法は、検査員が測定位置にハンマーの先端を押し付けてばねを圧縮してそのばねの力を利用してハンマーが測定対象に当ったときの反発力を測定するので、押し付け方の個人差に起因して、測定結果の精度が低いという問題があった。また、また、シュミットハンマー法や特許文献１に開示されている測定装置を用いた場合、ハンマーや棒状体の先端が巻取ロール表面を直接的に打撃するため、巻取ロール表面に打痕や傷等の損傷が発生するおそれが高いという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、巻取ロール表面に損傷を与えることなく、巻取ロールの表面硬度を高精度で評価することができる硬度評価装置及び硬度評価方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、シート状物をロール状に巻いた巻取ロールの表面硬度を評価する硬度評価装置であって、前記巻取ロール表面上に向けて圧縮ガスを噴射して前記巻取ロール表面に凹状の変形を形成する噴射装置と、圧縮ガス噴射前の巻取ロール表面位置を基準とした前記巻取ロール表面の変位量を非接触で経時的に計測する非接触変位計測装置と、前記非接触変位計測装置により計測した変位量の経時的変化に基づく硬度評価パラメータを算出する演算装置とを備える硬度評価装置により達成される。
【０００９】
また、上記硬度評価装置において、前記噴射装置は、噴射される圧縮ガスの流量、噴射時間及び噴射範囲のうちの少なくとも１つを調節する調節機構を備えていることが好ましい。
【００１０】
また、前記噴射装置及び前記非接触変位計測装置の少なくともいずれか一方と前記巻取ロール表面との距離を一定に保つ保持装置を更に備えていることが好ましい。
【００１１】
また、前記噴射装置及び前記非接触変位計測装置を前記巻取ロールのロール軸と平行な方向に移動可能な走査装置を備えていることが好ましい。
【００１２】
また、前記非接触変位計測装置は、光源からの光束を線状光として前記巻取ロール表面に照射し、その反射光或いは拡散光を受光手段に入射させ、光束の受光手段での入射位置により前記変位量を読み取る光学変位計を備えていることが好ましい。
【００１３】
また、上記目的は、シート状物をロール状に巻いた巻取ロールの表面硬度を測定する硬度評価方法であって、前記巻取ロール表面上に向けて圧縮ガスを噴射して前記巻取ロール表面に凹状の変形を形成する噴射ステップと、圧縮ガス噴射前の巻取ロール表面位置を基準とした前記巻取ロール表面の変位量を非接触で経時的に計測する非接触変位計測ステップと、前記非接触変位計測ステップにおいて計測した変位量の経時的変化に基づく硬度評価パラメータを算出する演算ステップとを備える硬度評価方法により達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、巻取ロール表面に損傷を与えることなく、巻取ロールの表面硬度を高精度で測定することができる硬度評価装置及び硬度評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る硬度評価装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す硬度評価装置の要部拡大図である。
【図３】圧縮ガス噴射の噴射により巻取ロール表面に形成される凹み変形の変形過程を示す説明図である。
【図４】図１に示す硬度評価装置が備える非接触変位計測装置の一例を示す説明図である。
【図５】図１に示す硬度評価装置の変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る硬度評価装置について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る硬度評価装置１の概略構成図であり、図２は、図１の要部拡大図である。尚、各図面は、構成の理解を容易にするため、実寸比ではなく部分的に拡大又は縮小されている。
【００１７】
本実施形態に係る硬度評価装置１は、図１及び図２に示すようなシート状物をロール状に巻いた巻取ロール１０の表面硬度を評価する装置であって、噴射装置２と、非接触変位計測装置３と、演算装置４とを備えている。
【００１８】
噴射装置２は、図示しない圧縮ガスボンベや圧縮ガス供給ポンプ等に接続されており、巻取ロール表面上の所定領域に向けて圧縮ガス噴射口２１から圧縮ガスを噴射して巻取ロール表面１０ａに凹状の変形部Ｚを形成する装置である。また、この噴射装置２は、図１に示すように巻取ロール１０のロール軸と平行な方向に移動可能な走査装置５に設置されている。噴射装置２の圧縮ガス噴射口２１は、噴射される圧縮ガスの流量や噴射範囲、噴射時間を調節する調節機構を備えている。なお、調節機構は、圧縮ガスの流量を調節する機能のみ、噴射範囲を調節する機能のみ、或いは噴射時間を調節する機能のみを備えるように構成してもよい。また、圧縮ガスの流量、噴射範囲及び噴射時間から選択される２つを調節するように調節機構を構成してもよい。ここで、圧縮ガスが巻取ロール表面１０ａに噴射された場合、図３に示すように、巻取ロール表面１０ａは、圧縮ガスに押圧されて所定深さの凹みとなるまで経時的に変形していく。なお、圧縮ガスにより形成された巻取ロール表面１０ａの変形部Ｚ（凹み部）は、巻取ロール１０の積層されたシート材の弾性復元力により、時間の経過と共に圧縮ガスが噴射される前の状態に戻る。
【００１９】
非接触変位計測装置３は、噴射装置２による圧縮ガス噴射前の巻取ロール表面１０ａ位置を基準とした巻取ロール表面１０ａの変位量を非接触で経時的に計測する装置である。この非接触変位計測装置３は、噴射装置２と同様に走査装置５に設置されており、巻取ロール１０のロール軸と平行な方向に移動可能となるように構成されている。非接触変位計測装置３としては、レーザを照射して変位量を計測する光学式変位計や、超音波を照射して変位量を計測する超音波式変位計等を例示することができる。
【００２０】
ここで、光学式変位計は、光源（発光素子）と受光素子との組み合わせで構成されている。発光素子には、半導体レーザが好的に用いられる。半導体レーザの光は投光レンズを通し集光されて巻取ロール表面１０ａに照射され、当該巻取ロール表面１０ａから拡散反射された光線の一部を受光レンズを介して受光素子上にスポットを結ぶ。圧縮ガスの噴射により、巻取ロール表面１０ａに凹み（変形）が生じると、スポットも移動するので、そのスポットの位置を検出することで圧縮ガスの噴射による巻取ロール表面１０ａの表面変位量を検出できる。また、超音波式変位計は、センサヘッドから超音波を発信し、巻取ロール表面１０ａで反射してくる超音波を再度センサヘッドで受信し、この音波の発信から受信までの時間を計測することで距離を測定するものであり、圧縮ガス噴射前における超音波式変位計から巻取ロール表面１０ａまでの距離を計測すると共に、圧縮ガス噴射時における超音波式変位計から巻取ロール表面１０ａまでの距離を計測し、両者の差分量を表面変位量として算出する。
【００２１】
また、本実施形態に係る硬度評価装置１は、図１に示すように、走査装置５が設置される保持装置６を備えている。この保持装置６は、巻取ロール１０の中心軸に対して垂直な方向に走査装置５を移動可能となるように構成されている。このような構成により、シート製品の巻取りを進行させて巻取ロール１０の半怪が増大したとしても、走査装置５に設置される噴射装置２や非接触変位計測装置３と巻取ロール表面１０ａとの距離を一定に保つことが可能になる。
【００２２】
演算装置４は、非接触変位計測装置３により計測した巻取ロール表面１０ａの変位量の経時的変化に基づいて、変位領域における硬度評価パラメータを算出する装置である。ここで、硬度評価パラメータとしては、変形領域の変位量、変形速度、或いは、変形加速度等を例示することができる。硬度評価パラメータとして変形領域の変位量を採用する場合には、凹み変形が形作られていく過程（凹み過程）での変位量（Ｘ０）、或いは、凹み変形がシート材の弾性復元力により復元していく過程（復元過程）での変位量（Ｘ１）のいずれか一方、又は双方を硬度評価パラメータとして採用することができる。同様に、硬度評価パラメータとして変形領域の変形速度を採用する場合には、凹み過程での変形速度（Ｖ０）、或いは、復元過程での変形速度（Ｖ１）のいずれか一方、又は双方を硬度評価パラメータとして採用することができる。さらに、硬度評価パラメータとして変形領域の変形加速度を採用する場合には、凹み過程での変形加速度（Ａ０）、或いは、復元過程での変形加速度（Ａ１）のいずれか一方、又は双方を硬度評価パラメータとして採用することができる。また、凹み過程での変位量（Ｘ０）、変形速度（Ｖ０）及び変形加速度（Ａ０）と、復元過程での変位量（Ｘ１）、変形速度（Ｖ１）及び変形加速度（Ａ１）とのそれぞれの比率である変位量比率（Ｘ１／Ｘ０）、変形速度比率（Ｖ１／Ｖ０）、変形加速度比率（Ａ１／Ａ０）を硬度評価パラメータとして採用することができる。また、凹み過程及び復元過程における各変位量（Ｘ０，Ｘ１）、各変形速度（Ｖ０，Ｖ１）
、各変形加速度（Ａ０，Ａ１）や、変位量比率（Ｘ１／Ｘ０）、変形速度比率（Ｖ１／Ｖ０）、変形加速度比率（Ａ１／Ａ０）から選択した任意の組み合わせを硬度評価パラメータとして採用することもできる。
【００２３】
上述の変形領域の変位量、変形速度、変形加速度、或いは、変位量比率等の硬度評価パラメータと、巻取ロール１０の表面硬度とは、相関関係が認められることから、算出される硬度評価パラメータの値に基づいて、巻取ロール１０の表面硬度の合否判定を行うことができる。なお、種々の巻き取り硬さを有する巻取ロール１０に対して、ゴム硬度計等の硬度計により計測した表面硬度値群と、ゴム硬度計で計測した位置に圧縮ガスを噴射することにより発生する巻取ロール表面１０ａの変位量の経時的変化から算出される硬度評価パラメータ値群とに基づいて予め算出した表面硬度値と硬度評価パラメータ値との近似式により巻取ロール１０の表面硬度を直接的に算出することもできる。
【００２４】
このように構成された硬度評価装置の作動について以下説明する。まず、保持装置６及び走査装置５を駆動して、巻取ロール表面１０ａ上において表面硬度を計測しようとする所定箇所（例えば、巻取ロール１０の一方の端部近傍表面）に圧縮ガスを噴射できるように噴射装置２を移動させる。ここで、非接触変位計測装置３は、噴射装置２と同様に走査装置５に設置されており、圧縮ガスが噴射される巻取ロール表面１０ａでの表面変位量を計測できるようにその姿勢が調整されている。
【００２５】
次に、噴射装置２を駆動して圧縮ガスを巻取ロール表面１０ａに噴射させ、非接触変位計測装置３により、巻取ロール表面１０ａの変形が開始してから終了するまでの表面変位量を、例えば１００ｍｓｅｃ以下の時間間隔で計測する。計測した各表面変位量は、演算装置４に送信され計測データとして保存される。
【００２６】
その後、演算装置４は、非接触変位計測装置３が経時的に取得した表面変位量に基づいて、変形領域の変位量、変形速度、変形加速度、変位量比率、変形速度比率或いは変形加速度比率等の硬度評価パラメータを算出する。
【００２７】
その後、走査装置５を駆動させることにより、噴射装置２及び非接触変位計測装置３を巻取ロール１０のロール軸に平行な方向に所定間隔分だけ移動させ、再度、上述した圧縮ガスの噴射、巻取ロール表面１０ａの経時的な変位量の計測、硬度評価パラメータ値の算出工程を行う。このような工程を繰り返すことにより、巻取ロール１０のロール軸に平行な方向の硬度評価パラメータ値分布の算出を進めていく。
【００２８】
算出された硬度評価パラメータ値は、グラフ化処理等されてディスプレイ等の表示装置に表示され、検査官が確認する。算出された硬度評価パラメータの値が、略一定の値を示しているのであれば、巻取ロール１０の中心軸に沿った巻き取り硬さ（表面硬度）にムラが発生しておらず、表面硬度は略均一であると判断できる。
【００２９】
本実施形態に係る硬度評価装置１は、圧縮ガスを巻取ロール表面上に噴射することにより巻取ロール表面１０ａを変形させると共に、巻取ロール表面１０ａの変位量の経時的な変化を非接触変位計測装置３により計測し、この計測結果に基づいて、巻取ロール１０の表面硬度と相関関係がある巻取ロール表面１０ａの硬度評価パラメータ値を算出するように構成されている。このように、上記硬度評価装置１は、巻取ロール表面１０ａに直接的に当接する装置を備えていないため、巻取ロール表面１０ａに打痕や傷等の損傷が発生することを確実に防止しつつ、巻取ロール１０の表面硬度を高精度で評価することができる。
【００３０】
また、噴射装置２及び非接触変位計測装置３と、巻取ロール表面１０ａとの距離を一定に保つ保持装置６を備えているため、巻取ロール１０を回転させてシート製品の巻取りを行い巻取ロール１０の半怪が増大している途中であっても、巻取ロール１０の表面硬度評価を行うことが可能となる。
【００３１】
また、巻取ロール１０のロール軸と平行な方向に噴射装置２及び非接触変位計測装置３を移動可能な走査装置５を備えているため、巻取ロール１０のロール軸と平行な方向に沿った複数個所で硬度評価パラメータ値測定を行うことができる。これにより、巻取ロール１０のロール軸に沿って巻き取り硬さのムラが発生しているか否かを容易に確認することが可能となる。
【００３２】
以上、本発明に係る硬度測定装置の実施形態について説明したが、硬度評価装置１の具体的構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態においては、噴射装置２及び非接触変位計測装置３が、単一の走査装置５に設置されるように構成しているが、噴射装置２及び非接触変位計測装置３が、それぞれ異なる走査装置５に設置されるように構成してもよい。また、噴射装置２及び非接触変位計測装置３がそれぞれ異なる走査装置５に設置されるように構成する場合、これら噴射装置２及び非接触変位計測装置３と巻取ロール表面１０ａとの距離を一定に保つように各走査装置５をそれぞれ異なる保持装置６に設置するように構成してもよい。
【００３３】
また、上記実施形態においては、保持装置６が、巻取ロール１０の中心軸に対して垂直な方向に走査装置５を移動可能となるように構成されているが、走査装置５に設置される噴射装置２や非接触変位計測装置３と巻取ロール表面１０ａとの距離を一定に保つことができる構成であれば、このような構成に特に限定されない。例えば、巻取ロール１０の中心軸に対して所定の傾きを有する方向に走査装置５を移動可能となるように構成してもよい。
【００３４】
また、本実施形態における非接触変位計測装置３として、光源からの光束を線状光として巻取ロール表面１０ａに照射し、その反射光或いは拡散光を受光手段に入射させ、光束の受光手段での入射位置により変位量を読み取る光学変位計を用いることが好ましい。このような光学変位計の構造を図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）において、５１は光源としての半導体レーザダイオード、５２は光源から出射したレーザ光を平行光とするコリメータレンズ、５３は集光作用に方向性を有する素子、すなわち、コリメータレンズで平行光とされた光を一方向に集光し、巻取ロール表面１０ａ上に線状光として照射するシリンドリカルレンズである。なお、巻取ロール表面１０ａへ照射された線状光の長手方向は、紙面垂直方向に一致する。
【００３５】
巻取ロール表面１０ａでの線状の反射光または拡散光は、集光レンズ５４で集光され、受光手段５５に至る。そして、図４（ｂ）に示すように、巻取ロール表面１０ａへ照射された線状の光のうち、巻取ロール表面１０ａの平面部で反射した光は受光手段の受光面５５ａのＡに至り、巻取ロール表面１０ａの凹状変形部Ｚで反射した光は受光手段５５の受光面５５ａのＢに至り、受光位置が異なる。このように、平面部で反射した光と、凹状変形部Ｚで反射した光とでは、受光手段５５からの出力が異なり、平面部であるか、凹状変形部Ｚであるかが判断できる。
【００３６】
さらに、受光手段５５の受光面５５ａは、巻取ロール表面１０ａ上の線状光の長手方向に複数個分割されており、線状光に照射された巻取ロール表面１０ａ面上の変位の分布が集光レンズ５４を介して複数個に分割された受光手段５５の受光面５５ａにおいて受光位置の分布という形に置き換えられる。受光手段５５の分割された各受光素子からは各々独立的に受光位置に応じた電気出力信号が発生するように構成されており、各受光素子からの電気出力信号を検出することで、巻取ロール表面１０ａの線状光の照射された部分の分布を検出することができる。
【００３７】
このように線状光を照射する光学変位計を用いることにより、巻取ロール表面１０ａの変位分布を２次元的に検出することができ、表面変形に係る硬度評価パラメータ値をより一層精度よく算出することが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態に係る硬度評価装置１においては、図１に示すように単一の非接触変位計測装置３を用いて、巻取ロール１０の表面変化を検出するように構成されているが、例えば、図５に示すように複数の非接触変位計測装置３ａ，３ｂを備えるように構成してもよい。このような構成の場合、一方の非接触変位計測装置３ａが、圧縮ガス噴射前の巻取ロール表面１０ａまでの距離を計測するように構成し、他方の非接触変位計測装置３ｂが、圧縮ガス噴射時に巻取ロール表面１０ａに形成される凹状変形Ｚの底部までの距離を計測するように構成し、両者の計測値の差分量を巻取ロール１０の表面変位量として算出する。なお、一方の非接触変位計測装置３ａにより計測される圧縮ガス噴射前の巻取ロール表面１０ａまでの距離の値が、圧縮ガスの噴射により既に形成された巻取ロール表面１０ａの凹状変形Ｚの影響を受けることを回避するという観点から、一方の非接触変位計測装置３ａが、他方の非接触変位計測装置３ｂに対して、表面変位量計測時の走査装置５の走査方向下流側に配置されることが好ましい。
【符号の説明】
【００３９】
１  硬度評価装置
２  噴射装置
３  非接触変位計測装置
４  演算装置
５  走査装置
６  保持装置
１０  巻取ロール
【図１】
2011209091.tif 000003
【図２】
2011209091.tif 000004
【図３】
2011209091.tif 000005
【図４】
2011209091.tif 000006
【図５】
2011209091.tif 000007