(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブを誘導するための装置であって、
少なくとも１つのステアリングローラーと出口ローラーとを備えるウェブ経路であって、前記少なくとも１つのステアリングローラーと出口ローラーのそれぞれが取付台を有しており、前記少なくとも１つのステアリングローラーは回転軸を有し、前記少なくとも１つのステアリングローラーのための前記取付台は、前記回転軸を、合計で２自由度の旋回及び／又は並進運動をさせることができるものである、ウェブ経路と、
前記ウェブの位置をモニターするための複数の位置センサーを備えるアレイと、
前記ウェブの横方向位置及び角度向きを求めるための、前記アレイに連結されたコントローラと、
前記ウェブ経路に沿った特定の点における前記ウェブの角度向き及び横方向位置を制御するために前記ステアリングローラーを位置決めするための、前記少なくとも１つのステアリングローラーに操作可能に連結された２つのアクチュエータと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記ウェブ経路が１つのステアリングローラーを有し、前記ステアリングローラーのための前記取付台が２自由度で旋回できる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１の自由度が、所定の点において前記ウェブの表面に垂直なヨー軸周りのヨー角である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第２の自由度が、所定の点における前記ウェブの前記表面に平行なロール軸周りのロール角である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ウェブを誘導する方法であって、
前記ウェブに隣接した複数の位置センサーを準備することと、
移動ウェブの横方向力学に関する一般解を用いて、２つ以上の位置方程式を解くことによって、前記ウェブの角度向き及び横方向位置を計算することと、
前記ウェブの表面に垂直なヨー軸の周りに、ステアリングローラーを移動させることと、
前記ウェブの表面に平行なロール軸の周りに、前記ステアリングローラーを移動させることと、
前記ウェブを、前記ステアリングローラーの下流側のウェブ経路に沿って選択位置まで導くことと、
を含む、方法。
【請求項６】
前記ウェブが、追跡基準点を備え、かつ前記位置センサーが前記追跡基準点の位置をモニターする、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
概して、移動ウェブの横断位置を制御するためのガイドシステムには２つの方式がある。移動ウェブの横断位置を制御するためのガイドシステムの第１の方式は、受動的システムである。受動的システムの一例は、クラウニングローラーであり、これは凸面ローラーとも呼ばれ、辺縁におけるよりも中心においてより大きな半径を有する。クラウニングローラーは、研磨ベルト及びコンベヤーベルトのようにウェブの幅に対して比較的に厚いウェブを制御するのに効果的である。ガイドシステムの別の受動的方式はフランジを有するテーパー付きローラーである。ローラー上のテーパーはウェブをフランジに向けて誘導する。ウェブエッジは、フランジに当接することによってウェブの横断位置を制御する。フランジを有するテーパー付きローラーは、ビデオテープなどの、狭いウェブの横方向位置を制御するのによく使われている。
【０００２】
しかしながら、受動的ガイドシステムの方式に応じて、ウェブのエッジが巻きくせの傾向があるか若しくはウェブはしわを発生させる傾向があるかのいずれかであるため、受動的ガイドシステムは、幅広で、薄いウェブを導くことができない。幅広で、薄いウェブを効果的に制御するには、能動的ガイドシステムが必要とされる。
【０００３】
典型的な能動的ガイドシステムは、ウェブの位置を突き止めるための検出装置と、機械的位置決め装置と、所望の横断位置からの誤差を求めるための制御システムと、制御システムから信号を受信しかつ機械的位置決め装置を操作するアクチュエータと、を含む。薄い、幅広のウェブを能動的に導くために使用される典型的な制御システムは、閉ループフィードバック制御システムである。
【０００４】
典型的には、処理対象のウェブは既にロールに巻き取られたものである。巻き込みプロセス中に、ウェブは完全に巻き取られていないで、典型的にはジグザグ又はウィーブの形で横断位置決め誤差を有する。ウェブが巻き出されるとき、ジグザグ又はウィーブの誤差は横断ウェブ位置決めに再び問題を生じさせる。
【０００５】
第１の位置決めガイドを第２の位置決めガイドに近接して位置決めして、次いで角位置及び横断位置の誤差を低減するために第１の位置決めガイドにウェブを通すことによって選択された横断位置に対して移動ウェブを制御することが既知である。次いで、第２の位置決めガイドにウェブを通し、第２の位置決めガイドはバックラッシュの無い機器を用いて第１の位置決めガイドとは独立して移動ウェブを位置決めする。移動ウェブの横断位置は、センサーを用いて第２の位置決めガイドにおいて検出され、かつ第２の位置決めガイドにおけるウェブの横断位置はコントローラに送られる。コントローラは次いで、ウェブの横断位置を制御するようにゼロバックラッシュアクチュエータを操作する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
既知の技術を用いてウェブの横断位置を精度の高い許容差に従って制御することができるとはいえ、ウェブ経路に沿って選択点におけるウェブの横断位置とその点におけるウェブの角度向きの両方を制御することは可能ではない。いくつかの用途に対しては、角度向きの制御は同様に極めて望ましいことであろう。本発明は、概して移動ウェブを制御するための方法及び装置に関する。より具体的には、本発明は制御位置（ウェブ経路に沿った選択位置）におけるウェブの横方向位置、とともに制御位置におけるウェブの角度向きの両方を制御する能力を有するウェブ案内装置に関する。
【０００７】
ウェブの角度向きもまた制御されるウェブ経路に沿って同時に、及び同じ場所において移動ウェブの横断位置を両方制御することが可能であることが現在判断されている。このことは、２自由度で移動する能力を有するステアリングローラーを提供することによって部分的に達成される。かかる制御は、例えば、ウェブの他の特徴部と重ね合わされて位置付けされた極めて微細な特徴部で、ウェブが模様付けされようとするときなどに、大きなメリットが得られる。
【０００８】
したがって、１つの実施形態では、本発明は、少なくとも１つのステアリングローラーと出口ローラーとを備えるウェブ経路であって、少なくとも１つのステアリングローラーと出口ローラーのそれぞれが取付台を有しており、少なくとも１つのステアリングローラーは回転軸を有し、少なくとも１つのステアリングローラーのための取付台は、回転軸を合計で２自由度の旋回及び／又は並進させることができるものである、ウェブ経路と、ウェブの位置をモニターするための複数の位置センサーを備えるアレイと、ウェブの横断位置及び角度向きを求めるためにアレイに接続されたコントローラと、ウェブ経路に沿った特定の点におけるウェブの角度向き及び横断位置を制御するために、ステアリングローラーを位置決めするための少なくとも１つのステアリングローラーに操作可能に接続された２つのアクチュエータと、を備える、ウェブを誘導するための装置にある。
【０００９】
いくつかの好都合な実施形態では、装置はウェブ経路は１つのステアリングローラーを有し、そのステアリングローラーのための取付台が、必須の２つの自由度において旋回することができるようになっている。他の好都合な実施形態では、装置はウェブ経路が第１の及び第２のステアリングローラーを有し、第１の及び第２のステアリングローラーのための取付台が各々第１の及び第２の自由度においてそれぞれ旋回することができる。
【００１０】
いくつかの好都合な実施形態では、第１の自由度は所定の点におけるウェブの表面に垂直な、ヨー軸の周りのヨー角である。また、いくつかの好都合な実施形態では、第２の自由度は、所定の点における又は恐らく異なる所定の点におけるウェブの表面に平行な、ロール軸の周りのロール角である。
【００１１】
複数の位置センサーを有するアレイが必要とされる一方では、いくつかの好都合な実施形態は４つのセンサーを含む。これは、ウェブの横断位置及び角度向きを制御するための関連方程式が、厳密な解のために４つの境界条件を必要とするからである。
【００１２】
別の実施形態では、本発明は、ウェブに隣接した複数の位置センサーを準備することと、移動ウェブの横断力学に関する一般解を用いて、複数の位置方程式を解くことによって、ウェブの角度向き及び横断位置を計算することと、ウェブの表面に垂直なヨー軸の周りに、ステアリングローラーを移動させることと、ウェブの表面に平行なロール軸の周りに、ステアリングローラーを移動させることと、ウェブを、ステアリングローラーの下流側のウェブ経路に沿って選択位置まで導くことと、を含むウェブを誘導する方法である。
【００１３】
当業者は、「発明を実施するための形態」、「実施例」、及び添付の「特許請求の範囲」を含む、本開示の残りの部分を熟考することによって、本発明の本質をより完全に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
当業者は、この説明があくまで例示的実施形態の説明であって、本開示のより広範な態様を制限することを意図するものでなく、それらのより広範な態様が代表的な構造に具現化されていることを理解するであろう。
【図１】先行技術によるウェブ誘導装置の透視概略図であり、それの性能に対する特定の制限を例示する。
【図２】本発明の１つの実施形態によるウェブ誘導装置の透視概略図である。
【図３】位置センサーのアレイの１つの位置決めを有する図２のウェブ誘導装置システムの透視概略図である。
【図４】位置センサーのアレイの代替位置決めを有する図２のウェブ誘導装置の透視概略図である。
【図５】ウェブ誘導装置の代替実施形態の透視概略図である。
【図６】ウェブ誘導装置の別の代替実施形態の透視概略図である。
【図７】ウェブ誘導装置の特定の実施形態の正面図である。
【図８】図７のウェブ誘導装置の側面図である。
【図９】図７の断面線９−９に沿って得られたウェブ誘導装置の横断面側面図である。
【図１０】図７のウェブ誘導装置の透視分解図である。
【図１１】図１０の詳細１１によるトルクチューブ取付台の詳細図である。
【００１５】
明細書及び図中で繰り返し使用される参照記号は、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照すると、先行技術によるウェブを導くためのウェブ誘導（steering）装置２０ｐの透視概略図が示される。ウェブ２２はステアリングローラー２４ｐ及び出口ローラー２６ｐの周りに搬送される。ウェブ２２の多くの可能な向きのうちの２つが、ひとつが実線及びもう一方が仮想線で示される。ステアリングローラー２４ｐは、ヨー軸「Ｙ」の周りに枢動可能であり、かつ多くの可能な向きのうち２つのうち、ひとつが実線及びもう一方が仮想線で示され、かつ各々はウェブ２２の対応する向きに関係する。２つのローラー間のウェブエッジセンサーを示す黒色の矢印は、ウェブ誘導装置２０ｐによって制御されつつあるウェブ経路に沿った位置を示し、かつ２つのウェブ経路の横断位置はその点において同一である。しかしながら、制御点における２つのウェブ経路の角度向きは異なっていて、かつ他の結果の中でも、横方向制御はウェブが制御点から離れて機械方向に移動するにつれて劣化する。そこで、黒色の矢印によって示された制御点の下流側では、灰色及び白色矢印によって示された２つのウェブ経路の横方向位置はもはや一致しない。
【００１７】
図２を参照すると、本発明によるウェブを導くためのウェブ誘導装置２０の透視概略図が誘導装置ガイド実施形態に示される。またここで、ウェブ２２はウェブ経路に沿ってステアリングローラー２４及び出口ローラー２６の周りに搬送される。更にここで、ウェブ２２の多くの可能な向きのうちの２つが、ひとつが実線で、及びもう一方が仮想線で示される。しかしこのとき、ステアリングローラー２４はヨー軸「Ｙ」及びロール軸「Ｒ」の両方の周りに枢動可能である。ステアリングローラー２４の多くの可能な向きのうちの２つが、ひとつが実線で、別の一方が仮想線で示され、かつそれぞれは入来ウェブ２２の対応する向きに関する。矢印は、ステアリングローラーがその特定の点においてウェブの角度向き及び横方向位置を制御できるウェブ経路に沿った多くの可能な位置のうちの２つを示す。換言すれば、ステアリングローラーに到達する前のウェブの入来角度向きとは関係なく出口ローラー２６に到達する前及び後の両方ともウェブ経路の横方向位置は制御点において同一である。制御点における両方の入来ウェブの角度向きが同じになるように補正されたので、ステアリングローラー２４に到達する前の入来ウェブの横方向又は角度向きに関係なくウェブ２２が出口ローラー２６及びそれを越えて通る際には同じ横方向制御が持続する。
【００１８】
本発明により最良の結果を達成するために、ロール軸の周りを枢動可能であるステアリングローラー２４は極めて小さい角度の制御を要求する。これは望ましくは、組み込み済みの軸受又はブッシュなどのバックラッシュのない回転及び作動メカニック、若しくは機械的フレキシャ（flexure）を含む。それはまた望ましくは、ウェブの角回転を０．０００１ラジアンのオーダーとすることができるので、ウェブがステアリングローラー２４に接近する際に極めて小さい角度の極めて正確な測定を利用する。
【００１９】
ウェブの形状の正確な位置及び角度モデルを２つ以上の位置センサーを使用することによって計算することができることが現在明らかになっている。Ｊ．Ｊの第２章。オクラホマ州立大学におけるＳｈｅｌｔｏｎの１９６９年論文「移動ウェブの横方向力学（Lateral Dynamics of a Moving Web）」では張力を加えられたウェブの一般形状を４次微分方程式として導いている。この軸方向に張力を加えられた梁の一般解は、４つの積分定数を有する。Ｓｈｅｌｔｏｎは、定常状態におけるウェブに対する特定解を見つけるために４つの定常状態境界条件を一般解に適用し続けた。Ｓｈｅｌｔｏｎは、ウェブの横方向運動が静的であるが、ウェブは機械方向に移動しつつあってもよいので、この定常状態条件を「静的ウェブ形状」として説明した。
【００２０】
発明者らは、Ｓｈｅｌｔｏｎの一般解を、ウェブステアリングガイドに適用できること及び４つの別個の位置方程式（センサー位置毎に１つ）を作成するために入力として４つの位置センサーを使用することによって解くことができ、これをその瞬間の時間におけるウェブの横方向位置の正確なモデルを得るために同時に解くことができることを明らかにした。そのモデル化された解は、次いでそのスパンにおけるウェブの正確な角度向き（回転）モデルを得るために微分することができる。この横方向位置及び角回転の計算データは、ステアリングローラー（単数または複数）を調節することによってプロセスでは後の時点においてウェブの横方向位置とともに、ウェブの角度向きの両方を極めて正確に制御するためにコントローラによって用いることができる。
【００２１】
Ｓｈｅｌｔｏｎはまた、張力がゼロに向けて低下するにつれて、若しくは梁剛性が無限に向かうにつれて一般解が三次多項式に向けて退化することを示す。一般解は、梁剛性がゼロに向けて低下するか、又は張力が無限に向かって梁をむしろ糸のように作用させるにつれて、２自由度傾斜線に向けて退化する。Ｓｈｅｌｔｏｎはまた、有意なせん断たわみを有する軸方向に張力を加えた梁の一般解を公式化していて、これは短いウェブスパンについては妥当であろう。そこで、スパンの長さ、ウェブの幅及びスパン内の張力は、そのウェブスパンにおけるウェブをモデル化するために一般解のどれが最も妥当であるかを決定するのに用いられてよい。そういうものとして、ウェブの位置及び向きをモデル化するためにどちらの一般解が選択されるべきかを決定するための選択ツールとして使用するに張力センサーをコントローラ内へ供給することができる。
【００２２】
更に、ウェブの形状を推定するのに必要とされた自由度を減らすために方程式において１つ又は２つ以上の境界条件（及び解くために要求される連立方程式）を想定してよい。したがって、３つ又は２つの位置センサーを用いた、時間導関数がある又はない測定をまた利用することができる。かかる技術の利用は、結果的にウェブの瞬間的な横方向位置及び角回転についての知識の低下をもたらすが、極限精度が不要である多くのウェブ加工用途にもっぱら好適になり得る。したがって、移動ウェブの横方向力学に対する一般解を用いて２つ以上の位置方程式を解くことによってウェブの角度向き及び横方向位置を計算することは、少なくとも２つ、少なくとも３つ、又は少なくとも４つの位置センサー測定値をコントローラに入力しかつ移動ウェブの横方向力学に対する一般解を用いて２つ、３つ、又は４つの位置方程式を解くことによって達成できる。これに反して、４次一般解の統計的に改善されたフィットを得るために、最小二乗などの既知のカーブフィッティングアルゴリズムと関連して５つ又はそれ以上のセンサーを使用することができる、これによってセンサー雑音の悪影響が低減される。そういうものとして、ウェブの形状（横方向及び角度向き）をモデル化するために、移動ウェブの横方向力学に対する一般解を用いて２つ、３つ、４つ又はそれ以上の位置方程式を同時に解くことができる。
【００２３】
センサーの精密さは、達成することができる横方向位置及び角度制御の精度に影響を及ぼす。様々な供給メーカーからの面スキャン又はラインスキャンカメラ、又はＬＥＤ／ＣＣＤ光学マイクロメータ位置センサーは使用に好適であると考えられる。
【００２４】
図３を参照すると、図２のウェブ誘導装置の透視概略図が、位置センサー３０ａのアレイ３０の１つの位置決めとともに例示されている。この実施形態では、アレイ３０は４つの位置センサー３０ａを有し、以上の説明よると、４つは都合のよい数である。アレイ３０は、ステアリングローラー２４の上流側に位置付けられている。対照的に、かつ図４を参照すると、図２のウェブ誘導装置の透視概略図が、位置センサー３０ａのアレイ３０’の代替位置決めとともに例示されている。アレイ３０’は、ステアリングローラー２４の下流側に位置付けられている。いずれの位置決めも、ウェブ２２の横方向位置及び角度向きを制御するのに効果的であり得る。センサー位置の他の変形例は、動作可能でありかつ本発明の範囲内でると考えられている、例えば、いくつかのセンサーはステアリングローラー２４の上流側でかつ他は下流側である。別の方法としては、いくつかの点から同時にデータを取得するためにカメラシステムを準備することができるであろう。
【００２５】
ウェブのエッジの位置を検出するための多数の技術が既知である。これらの技術としては、光学的、超音波的、流体的、及び機械的手段が挙げられる。これらの技術のいずれでも本発明に関連して効果を発揮するために利用することができる一方、ウェブに直接適用される追跡基準点（tracking fiducial）と関連して光学的検出が特に好適であると考えられている。図４を参照すると、ウェブ２２は追跡基準点３１を有し、かつ位置センサー３０ａは追跡基準点の横方向位置をモニターする。また、かかるエッジ検出システムに関する情報は、同時係属中でかつ同時譲渡された米国特許公開第２０１０／０１８７２７７号、「ウェブの位置を指示するためのシステム及び方法（Systems and Methods for Indicating the Position of a Web）」；同時係属中でかつ同時譲渡された米国特許公開第ＵＳ２００９／０６７２７３号、「基材上に基準点を作製するための装置及び方法（Apparatus and Method for Making Fiducials on a Substrate）」；同時係属中でかつ同時譲渡された米国特許公開第ＵＳ２００９／０６６９４５号、「ウェブ基準点を用いた位相ロックウェブ位置信号（Phase-locked Web Position Signal Using Web Fiducials）」；同時係属中でかつ同時譲渡された米国特許公開第ＵＳ２００７／０８８０９０号、「ウェブ長手方向位置センサー（Web Longitudinal Position Sensor）」；同時係属中でかつ同時譲渡された米国特許公開第ＵＳ２００８／０６７３７１号、「内部全反射変位スケール（Total Internal Reflection Displacement Scale）」；及び同時係属中でかつ同時譲渡された米国特許公開第ＵＳ２００８／０６７３１１号、「変位スケールを製作するためのシステム及び方法（「Systems and Methods for Fabricating Displacement Scales）」に見つけることができる。これらの技術を用いれば、数十ナノメートルの位置解像度を有する、連続した高い信号・雑音比ウェブ位置フィードバックが可能である。
【００２６】
高いウェブ案内精度レベルが必要とされる状況では、プロセス操作を基準にしてそのウェブ上のなんらかの特徴部が導かれる必要があることは、よくあることである。例えば、ウェブ上の半導体層回路の複数層上の構造体は精密に位置合わせされる必要がある。したがって、プロセスにおける第１の工程と一体となって追跡基準点を適用することは大いに望ましいことである。これによって、下流プロセスにおける後工程が、ウェブに先に適用された特徴部と位置合わせされる。加えて、たとえ（局部張力又は温度変化に起因して一時的、又はプロセス又は輸送によってウェブが降伏することに起因して恒久的にのいずれかで）歪みがあったとしても、ウェブに適用された基準点が同様に影響を受けることになる。これによって、特徴部のより正確な追跡が可能となる。
【００２７】
図５を参照すると、ウェブを導くための代替ウェブ誘導装置２０ａの透視概略図が、変位案内実施形態において例示されている。この実施形態では、２つの自由度が２つの異なるローラー間で分割されている。より具体的には、この実施形態は、第１のステアリングローラー４０及び第２のステアリングローラー４２を含む。図示された実施形態では、第１のステアリングローラー４０及び第２のステアリングローラー４２及びそれらの向きを操作する機器のいくつかが、ヨー軸ピボット点の周りで、両方のロールを移動させるヨー軸回転フレーム４４（明瞭に見えるように図５では模式的に表されている）の上にすべて好都合に取り付けられている。また、好都合に存在しているものが入口ローラー４６及び出口ローラー２６である。概念的に、これはウェブ２２を３つのスパン、すなわち、入口スパン４８、変位フレームスパン５０、及び出口スパン５２に分割する。位置センサー（図３又は図４で３０に相当）のアレイは、存在することになり、かつ個別のセンサーは１つのスパンにまとまっていてもよいし、或いは３つのスパン４８、５０及び５２の２つ以上の間で分割されてもよい。図示された実施形態では、第１の及び第２のステアリングローラー４０、４２はヨー軸「Ｙ」周りの移動の自由を制御し、かつ第２のステアリングローラー４２は、第２のステアリングローラー４２をヨー軸回転フレーム軸４４に連結するロール軸フレーム（図示せず）によって備えられたロール軸「Ｒ」周りの、追加で制御された移動の自由を有する。連携して、２つのステアリングロール４０及び４２は、第２のステアリングローラー４２のウェブ経路下流側に沿って選択位置までウェブ２２の横方向位置及び角度向きの両方を制御するのに効果的である。
【００２８】
図６を参照すると、ウェブを導くための代替ウェブ誘導装置２０ｂの透視概略図が、サイドレ（sidelay）実施形態で例示されている。図５の実施形態のように、２つの自由度が２つの異なるローラー間で分割されている。しかしながら、この場合では、１つの自由度はウェブ横断方向における並進運動である。更に、この実施形態では、並進自由度を有するローラーは巻き出しスタンドとして二重の役割を兼ねている。より具体的には、この実施形態は巻き出しロール６０及びステアリングローラー６２を含む。図示された実施形態では、巻き出しロール６０及びステアリングローラー６２及びそれらの向きを操作する機器のいくつかは、横方向移動フレーム６４上にすべて好都合に取り付けられていて、見た目にわかりやすくするために図６では模式的に表されている。また、好都合に存在しているのは、移動フレーム６４の上に取り付けられていない、出口ローラー２６である。概念的に、これによって、ウェブ２２は２つのスパン、すなわち入口スパン６６及び出口スパン６８に分割される。位置センサー（図３又は図４の３０に相当）のアレイは存在することになり、かつ個別のセンサーは１つにまとまっていてもいいし、或いは２つのスパン６６及び６８の間に分割されてもよい。図示された実施形態では、巻き戻しロール６０及びステアリングローラー６２は両方ともクロスウェブ方向「Ｌ」に制御された移動の自由を有しており、かつステアリングローラー６２はロール軸「Ｒ」周りに追加の制御された移動の自由を有する。ステアリングローラー６２は、巻き出しウェブスパン６６の表面に対して平行なロール軸周りの回転のために横方向移動フレーム６４に回転可能に取り付けられる。連携して、２つのステアリングローラー６０及び６２は、ステアリングローラー６２のウェブ経路下流側に沿って選択位置までウェブを導くためにウェブ２２の横方向位置及び角度向きの両方を制御するのに効果的であり得る。
【００２９】
図７を参照すると、ウェブ１２０を導くためのウェブ誘導装置１００の特定の実施形態の正面図が例示されている。見た目にわかりやすくするために、ウェブ誘導装置１００の例示された要素を支持するのに使用することができる従来方式の普通のスタンド、支持体、及びブラケットのいくつかが省略された。この図では、第１のステアリングローラー１１４は、見ることができるが、第２のステアリングローラー１１６はウェブ１２０の後ろにほとんど隠れている。より具体的には、１２０ａはウェブ誘導装置１００に接近しつつあるウェブ１２０の部分であり、かつ１２０ｂは誘導された後にウェブ誘導装置１００から離れつつあるウェブ１２０の部分である。
【００３０】
この特定の実施形態では、第２のステアリングローラー１１６は２つの自由度を有する。ヨー軸アクチュエータ１２２及びロール軸アクチュエータ１２４が存在する。好適なアクチュエータは、リニアボールスクリュアクチュエータである。第２のステアリングローラー１１６は、軸受支持体１３２及び１３４とともにロール軸フレーム１３０に取り付けられている。ロール軸フレーム１３０は、その結果としてヨー軸回転フレーム１３５（図１０）の上に取り付けられていて、ローラー１１６に２つの自由度を提供する。ヨー軸回転フレーム１３５は、固定された支持体からプレートを懸架する複数のフレキシャを備える。ロール軸フレーム１３０は、リニアフレキシャカップリングなどのバックラッシュの無いリニアカップラ１３６を介してロール軸アクチュエータ１２４によって操作される。好都合に、カップラー１３６は作動軸に沿って剛性であるが、ヨー軸周りの回転によって引き起こされたアクチュエータの角度ミスアラインメント及び横方向運動を許容するためにフレキシャ１３８を使用する。好都合に、カップリングの健全性を確保するためにロール軸アクチュエータ１２４の走行はハードストップによって両末端部において制限されている。この図では、好都合にはいくつかの、最も好都合には４つの位置センサー１４０のうちの１つを見ることができる。他の位置センサーは、後述する他の図面において視覚化されることになる。
【００３１】
図８を参照すると、図７のウェブ誘導装置１００側面図が例示されている。この図では、４つの位置センサー１４０が、第１のステアリングローラーと第２のステアリングローラーとの間に位置するウェブに沿って離間配置された状態で示され、それらのうちの１つがロール軸アクチュエータ１２４の背後に破線で示されている。いくつかの好都合な実施形態では、位置センサー１４０が第１のステアリングローラー１１４とび第２のステアリングローラー１１６との間のウェブ経路上で正確に目標を定めることができるようにこれらの位置センサー１４０を支持するブラケット（図示せず）が調節可能である。先に説明したような位置センサーは好適である。またこの図では、プラットホーム１５０は、ウェブハンドリングラインにおけるウェブ誘導装置を位置決め、及び保持するための固定支持体として機能する。チャネル１５２、１５４、及び１５６は、剛性を付与するためにプラットホーム１５０に好都合に装着されている。チャネル１５４及び１５６はまた、地面及び／又はウェブに作用することが意図された他の装置に対してウェブ誘導装置１００を固定するための好都合な点である。ヨー軸回転フレーム１３５は、２対のフレキシャ１８２ａ及び１８２ｂ並びに１８４ａ及び１８４ｂ（フレキシャ１８２ｂ及び１８４ｂは隠れているが、図１０では見える）によってプラットホーム１５０から懸架されたプレート１８０を含む。デッドシャフトローラーを備える第１のステアリングローラー１１４は、分割取り付けリングによってプレート１８０へ取り付けられる。
【００３２】
図９を参照すると、図７のウェブ誘導装置１００の断面線９−９に沿って得られた横断面側面図が例示されている。この図では、フレキシャ１８２ｂが見られる。プラットホーム１５０とプレート１８０との間に配設されているのは、トルクチューブ取付台１９０（図１０）及び１９２であり、トルクチューブ取付台１９０及び１９２はトルクチューブ１９４によって連結されている。
【００３３】
図１０を参照すると、図７のウェブ誘導装置１００の透視分解図が例示されている。分離部品をどのように組み立てるかを明瞭にするために、基準点Ａが基準Ａ’に装着さられ、また基準点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、及びＦ、並びにそれらと対になる基準点Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’、及びＦ’についても同様である。この図では、ヨー軸アクチュエータ１２２はプレート１８０（ヨー軸回転フレーム）の回転位置を操作し、フレキシャ２０２を好都合に使用するカップラー２００を介してプレート１８０に連結されていることを理解することができる。そこで、アクチュエータ１２２は、第１のステアリングローラー１１４（入口ロール）及び第２のステアリングローラー１１６（出口ローラー）の両方をヨー軸、「Ｙ」周りに回転させる。カップリング２００は作動軸に沿って剛性であるが、ヨー回転によるプレート１８０の移動によって引き起こされるアクチュエータの角度ミスアラインメント及び横方向移動を許容するためにフレキシャ２０２を使用する。いくつかの好都合な実施形態では、ヨー軸アクチュエータ１２２の走行は、カップリング健全性を確保するために両末端部においてハードストップによって制限されている。
【００３４】
プレート１８０、またしたがって両方のステアリングローラーは、フレキシャ１８２及び１８４の対によって設定されたバーチャルピボット点の周りを回転する。図に見るように、フレキシャ１８４ａ及び１８４ｂは、第１の側部に対して約４５度の角度にて方向付けられてプレート１８０の第１の側部の上に配設されている。フレキシャ１８２ａ及び１８２ｂは、プレート１８０の対向する第２の側部の上に配設され、かつおよそ０度の角度にて第２の側部に平行に方向付けられている。そこで、プレート１８０はプレートの各隅部に位置しているフレキシャを有し、このフレキシャは、第１の側部に配設され４５度に方向付けられた第１のフレキシャ対及び対向する第２の側部に配設され０度に方向付けられた第２のフレキシャ対を用いて、プレートをプラットホーム１５０に装着する。プレートの平面内の各フレキシャに接線となるように各１本の線が引かれた、４本の線がバーチャルピボット点において交差する。縦軸は、このバーチャルピボット点であるが、プレートがヨー軸アクチュエータ１２２によって移動されるとき、回転する中心に当たるヨー軸「Ｙ」を設定する。
【００３５】
フレキシャの各端部における好適なブロッキングクランプは、プレート１８０をフレキシャの１つの端部に装着し、かつフレキシャをプラットホーム１５０上の該当位置に装着する。ヨー軸アクチュエータ１２２は、その作動線がフレキシャ１８４ｂに接線となる線に対しておよそ９０度の角度になるように、好適なブラケットによってプレート１８０に装着された作業端部を有する。これによって、ヨー軸の周りでプレートが回転するための最大のてこ作用が提供される。
【００３６】
互いから離間されかつトルクチューブ及びロール軸フレーム１３０と組み合わせて図示されるように方向付けされた、フレキシャセット１８２ａ及び１８２ｂ及びフレキシャセット１８４ａ及び１８４ｂによって、「Ｙ」軸周りのヨー及び「Ｒ」周りのロール以外の任意の他の方向におけるローラー１１６の並進又は回転移動が排除される。しかしながら、普通の技能者は、すべての他の並進及び回転を同時に拘束しながら、ローラーにヨー及び回転運動を提供するために予め装填された軸受、又はブッシュなどの他の精密要素を使用することが可能であることを認識するであろう。
【００３７】
トルクチューブ取付台１９０は、フレキシャ１８４ａと１８４ｂとの間の第１の側部に沿ってプレート１８０に装着される。トルクチューブ取付台１９２は、フレキシャ１８２ａと１８２ｂとの間の対向する第２の側部に沿ってプレート１８０に装着される。トルクチューブ１９４は、トルクチューブ取付台に対するトルクチューブの回転を許容する、各トルクチューブ取付台内のフレキシャ組立体へ、各端部においてボルト止めされる。図１１に見られるように、トルクチューブ取付台１９２の詳細図は、バックラッシュなしでロール軸「Ｒ」の周りに回転移動をもたらすフレキシャ２００を準備する１つの好都合な方法を例示する。各フレキシャ組立体は、トルクチューブの装着のための平坦な取り付け表面において終端する中央円錐断面を連結する３つの等間隔に配置されたフレキシャを有する。トルクチューブ取付台１９０内のフレキシャ組立体は、ロール軸フレーム１３０をトルクチューブにボルト止めするための、第２の取り付けプレートを備える。そこで例示された回転システムは、ロール軸Ｒ周りに第２のステアリングローラー１１６のロールを制御するために、機械的バックラッシュのない極めて剛性である。
【００３８】
図１０にも示されているのは、かかるプログラマブル・ロジック・コントローラのコントローラ２１２であり、これは各ウェブ位置センサー１４０からの入力並びにロール軸アクチュエータ１２４への出力及びヨー軸アクチュエータ１２２への出力を有する。ＰＬＣは、アクチュエータを制御された方式で移動することによってウェブ１２０を更なる処理のための所望の位置まで案内するために、先に説明した梁の４次微分方程式を利用して位置、速度及び力についてのＰＩＤ制御ループを用いることができる。ＰＩＤループがうまく同調されてかつ可能な場合には予知及びフィードフォワード制御を用いることが望ましい。アクチュエータの最終位置指令を設定するために先進アルゴリズムを最終外側ループにおいて用いることができる。説明された制御技術は、制御技術者に容易に知られている。アクチュエータ及び機械的コンポーネンツと組み合わせたプログラミングされたコントローラは、第２のステアリングローラーのウェブ経路下流側に沿って特定の又は選択された位置においてウェブの角度向き及び横方向位置を制御するためにステアリングローラーを移動させる。
【００３９】
当業者は、より具体的に添付の請求項に記載した本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに、本開示への他の修正及び変更を行うことが可能である。異なる実施形態の態様を異なる実施形態の他の態様と部分的若しくは全体的に互換すること、又は組み合わせることが可能である点は理解されるであろう。特許証のための上記の出願において引用された、参照文献、特許、又は特許出願はいずれも一貫性を有するようにそれらの全容を本明細書に援用する。これらの援用文献の一部と本明細書との間に不一致又は矛盾がある場合、上記の説明文における情報が優先するものとする。特許請求される開示内容を当業者が実行することを可能ならしめるために示される上記の説明文は、「特許請求の範囲」及びそのすべての均等物によって規定される本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
以下に、本願発明に関連する発明の実施形態について列挙する。
［実施形態１］
ウェブを誘導するための装置であって、
少なくとも１つのステアリングローラーと出口ローラーとを備えるウェブ経路であって、前記少なくとも１つのステアリングローラーと出口ローラーのそれぞれが取付台を有しており、前記少なくとも１つのステアリングローラーは回転軸を有し、前記少なくとも１つのステアリングローラーのための前記取付台は、前記回転軸を、合計で２自由度の旋回及び／又は並進運動をさせることができるものである、ウェブ経路と、
前記ウェブの位置をモニターするための複数の位置センサーを備えるアレイと、
前記ウェブの横方向位置及び角度向きを求めるための、前記アレイに連結されたコントローラと、
前記ウェブ経路に沿った特定の点における前記ウェブの角度向き及び横方向位置を制御するために前記ステアリングローラーを位置決めするための、前記少なくとも１つのステアリングローラーに操作可能に連結された２つのアクチュエータと、
を備える、装置。
［実施形態２］
前記ウェブ経路が１つのステアリングローラーを有し、前記ステアリングローラーのための前記取付台が２自由度で旋回できる、実施形態１に記載の装置。
［実施形態３］
第１の自由度が、所定の点において前記ウェブの表面に垂直なヨー軸周りのヨー角である、実施形態２に記載の装置。
［実施形態４］
第２の自由度が、所定の点における前記ウェブの前記表面に平行なロール軸周りのロール角である、実施形態３に記載の装置。
［実施形態５］
前記ステアリングローラーが、前記ロール軸周りの回転のためのロール軸フレームに取り付けられ、前記ロール軸フレームは、前記コントローラによって制御されるロール軸アクチュエータに連結されている、実施形態４に記載の装置。
［実施形態６］
前記ロール軸フレームが、ヨー軸回転フレームに取り付けられ、前記ヨー軸回転フレームは、前記コントローラによって制御されるヨー軸アクチュエータに連結されている、実施形態５に記載の装置。
［実施形態７］
ヨー軸回転フレームに取り付けされた第１のステアリングローラー及び第２のステアリングローラーを備え、前記第２のステアリングローラーを前記ヨー軸回転フレームに装着するロール軸フレームを、更に備える、実施形態１に記載の装置。
［実施形態８］
前記ロール軸フレームが、前記ヨー軸回転フレーム上に位置付けられた１対のトルクチューブ取付台に装着され、トルクチューブが前記１対のトルクチューブ取付台の間に連結されている、実施形態７に記載の装置。
［実施形態９］
前記トルクチューブ取付台はそれぞれ、前記トルクチューブの回転を許容する複数のフレキシャを有する、実施形態８に記載の装置。
［実施形態１０］
前記ヨー軸回転フレームが、複数のフレキシャによって支持体に回転可能に連結されている、実施形態７に記載の装置。
［実施形態１１］
前記アレイが、前記第１のステアリングローラーと前記第２のステアリングローラーとの間に位置する４つの位置センサーを備える、実施形態７に記載の装置。
［実施形態１２］
前記複数の位置センサーのうち少なくとも１つが、前記ステアリングローラーの上流側にある、実施形態１に記載の装置。
［実施形態１３］
前記複数の位置センサーの少なくとも１つが、前記ステアリングローラーの下流側にある、実施形態１に記載の装置。
［実施形態１４］
前記アレイが、前記ウェブに沿って離間配置された４つの位置センサーを備える、実施形態１に記載の装置。
［実施形態１５］
巻き出しロールを備え、前記巻き出しロール及び前記少なくとも１つのステアリングローラーの両方とも横方向移動フレーム上に取り付けされており、前記少なくとも１つのステアリングローラーは、巻き出しウェブの表面に平行なロール軸周りの回転のために、前記横方向移動フレームに更に回転可能に取り付けされている、実施形態１に記載の装置。
［実施形態１６］
ウェブを誘導する方法であって、
前記ウェブに隣接した複数の位置センサーを準備することと、
移動ウェブの横方向力学に関する一般解を用いて、２つ以上の位置方程式を解くことによって、前記ウェブの角度向き及び横方向位置を計算することと、
前記ウェブの表面に垂直なヨー軸の周りに、ステアリングローラーを移動させることと、
前記ウェブの表面に平行なロール軸の周りに、前記ステアリングローラーを移動させることと、
前記ウェブを、前記ステアリングローラーの下流側のウェブ経路に沿って選択位置まで導くことと、
を含む、方法。
［実施形態１７］
前記複数の位置センサーが、前記ウェブに沿って離間配置された４つの位置センサーを備える、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態１８］
２つ以上の位置方程式を解くことが、移動ウェブの横方向力学に関する一般解を用いて、４つの位置方程式を解くことを含む、実施形態１７に記載の方法。
［実施形態１９］
２つ以上の位置方程式を解くことが、移動ウェブの横方向力学に関する一般解を用いて、２つの位置方程式を解くことを含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２０］
２つ以上の位置方程式を解くことが、移動ウェブの横方向力学に関する一般解を用いて、３つの位置方程式を解くことを含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２１］
前記ウェブが、追跡基準点を備え、かつ前記位置センサーが前記追跡基準点の位置をモニターする、実施形態１６に記載の方法。
【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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