(57)【要約】【課題】本発明は、人手による張力調節が不要で生産効率が向上でき、高価な部品不使用でコストが掛からず、制御回路も簡素で工数が掛からない長手物体供給装置を提供することにある。【解決手段】長手物体２１を処理部３へ供給する長手物体供給装置１において、供給される途中の前記長手物体の張力を張力検出手段８，９で検出し、駆動手段ＩＮＶ２により前記長手物体にその供給方向とは逆方向のトルクを与え、このトルクを前記検出される張力の増加、減少に対応して減少、増加させる。【選択図】　　　図５
2004010185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手物体を処理部へ供給する長手物体供給装置において、
供給される途中の前記長手物体の張力を検出する張力検出手段と、
前記長手物体にその供給方向とは逆方向のトルクを与える駆動手段とを有し、
該駆動手段は前記検出される張力の増加、減少に対応して前記トルクを減少、増加させることを特徴とする長手物体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長手物体供給装置に関し、例えば包装紙原紙（未印刷状態。以下、原紙という。）等の長手物体を輪転機に供給するのに用いて好適な長手物体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長手物体供給装置から供給される長手物体の張力、例えば輪転機の給紙装置から供給される原紙の張力は、次のようにして調節されていた。
【０００３】
（１）原紙は引き取り側の力で給紙ボビンから引き出されるが、このとき、給紙ボビンに装備された摩擦抵抗の強さを手動で調節し、原紙の張力を調節する。
【０００４】
（２）ベクトルインバータとＰＧセンサ（速度センサ）とを使用し、給紙ボビンを給紙方向へ回転させながら原紙に掛かる張力を調節する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記（１）の摩擦抵抗を使用した張力の調節は、巻き取り時間経過に伴ってボビン径が変化し給紙ボビンの回転速度が変化するために、随時、人手による摩擦抵抗の調節が必要であった。
【０００６】
また、（２）のベクトルインバータとＰＧセンサとによる張力の調節は、これらが高価であり、また制御回路も複雑であるために、コストと工数とが掛かっていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、人手による張力調節が不要で生産効率を向上させることができ、また、高価な部品不使用でコストが掛からず、しかも制御手法が簡素で設計、設置、調節等に工数が掛からない長手物体供給装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、長手物体を処理部へ供給する長手物体供給装置において、供給される途中の前記長手物体の張力を検出する張力検出手段と、前記長手物体にその供給方向とは逆方向のトルクを与える駆動手段とを有し、該駆動手段は前記検出される張力の増加、減少に対応して前記トルクを減少、増加させることを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１に本実施の形態の輪転機１の全体構成を示す。輪転機１は、給紙部２と、印刷部３と、引き取り部４と、巻き取り部５からなる。
【００１１】
給紙部２は、給紙ボビン７と、これを回転させるモータＭ２と、このモータＭ２を駆動する給紙部インバータＩＮＶ２と、ダンサー８と、これに配置された距離センサ９と、ダンサー８の前後のローラ１０，１１からなる。なお、図では「インバータ」を「ＩＮＶ」と略記する（以下同様）。
【００１２】
印刷部３は、先頭のローラ１３と、６本の印刷部ローラ１４と、６本の印刷ボビン１５と、これら印刷ボビン１５を回転させるモータＭ１と、このモータＭ１を駆動する印刷部インバータＩＮＶ１とからなる。
【００１３】
引き取り部４は、引き取りローラ１７と、これを回転させるモータＭ３と、このモータＭ３を駆動する引き取り部インバータＩＮＶ３と、この引き取り部インバータＩＮＶ３に接続された連動比微調整ボリウム１８からなる。
【００１４】
巻き取り部５は、巻き取りボビン１９と、これを回転させるトルクモータＴＭと、このトルクモータＴＭを駆動するトルクモータ電源とからなる。
【００１５】
給紙ボビン７には、原紙２１が巻きつけられており、この原紙２１は、ダンサー８を経て印刷部３に供給される。従来の輪転機では、この原紙２１等の張力は、給紙ボビンに設けられている摩擦抵抗の強さを手動で調整したり、ＰＧセンサ出力に対応してベクトルインバータ出力を変化させるなどで制御していた。
【００１６】
本実施の形態では、給紙部インバータＩＮＶ２で駆動されるモータＭ２で、給紙方向とは反対の方向に給紙ボビン７にトルクを掛け、原紙２１に張力を与える。原紙２１は、従来同様、ダンサー８を経て印刷部３に供給されるが、本実施の形態では、このダンサー８に距離センサ９が取付けられ、その検出信号が給紙部インバータＩＮＶ２にネガティブフィードバックされている。これにより給紙部インバータＩＮＶ２は原紙２１の張力が一定になるよう給紙部モータＭ２を駆動する。
【００１７】
なお、距離センサ９は電源を必要とするが、この電源は給紙部インバータＩＮＶ２に内蔵されたインバータ内部電源２２（＋２４Ｖｄｃ）から供給される。また、給紙部インバータＩＮＶ２は、運転信号を必要とするが、作業停止時やボビン変更時といった巻き取り動作が行われていない状態でも、原紙２１には張力が掛かっている方が好ましいので、本実施の形態では、給紙部インバータＩＮＶ２の運転指令入力端子ＤＩ１にコモン端子ＤＣＭ１出力を供給し、運転指令が常時オン（印加）の状態としている。
【００１８】
印刷部ローラ１４が回転し、張力が発生すると、上述のとおりその張力は距離センサ９で検出され、この張力が一定になるように給紙部インバータＩＮＶ２が給紙部モータＭ２を駆動する。このとき、印刷部ローラ１４を駆動する印刷部モータＭ１及びこれを駆動する印刷部インバータＩＮＶ１は、全印刷部ローラ１４を同時に駆動するため、給紙部インバータＩＮＶ２、モータＭ２に比べ、大きな容量のものが用いられる。なお、給紙部インバータＩＮＶ２には、この印刷部インバータＩＮＶ１の回転数（周波数）指令は供給されない。給紙部インバータＩＮＶ２が距離センサ９のフィードバツク信号のみで張力一定制御を行うことがこの本実施の形態の特徴である。
【００１９】
印刷部３には、前述のとおり６本の印刷ボビン１５が配置されている。それぞれの印刷ボビン１５を原紙２１が通過していくとき、赤、青、黄色・・・等の模様色付けが行なわれる。ここでの仕上がり具合は、給紙部２における原紙２１の張力一定制御の精度に依存する。張力が不安定な場合、模様ずれが発生し、不良製品となってしまう。
【００２０】
６本の印刷ボビン１５を経由した原紙２１は、引き取り部インバータＩＮＶ３で駆動されるモータＭ３に連結されている引き取りローラ１７で引き出される。この引取りローラ１７は、原紙２１を引き出すだけであるため、巻き太りや巻き細りがなく、印刷部ローラ１４と常に連動した回転運動を行えば良い。そのため、印刷部インバータＩＮＶ１の回転数（周波数）指令のアナログ出力（ＤＡ１−Ｃ０Ｍ）を、引き取り部インバータＩＮＶ３の回転数（周波数）指令入力（ＶＲＦ２−ＡＣＭ）に供給し、引き取り部インバータＩＮＶ３の回転数（周波数）が印刷部インバータＩＮＶ１の回転数（周波数）に比例する形の連動運転を行う。
【００２１】
この連動運転の比率は、図５に示す手法により作業者が容易に調整可能である。ここで図５の内容について簡単に説明する。
【００２２】
図５において、マスタ側ＩＮＶは図１に示す印刷部インバータＩＮＶ１であり、スレーブ側ＩＮＶは図１に示す引き取り部インバータＩＮＶ３である。ＩＮＶ３は、外部に連動比微調整ボリウム１８（図１に図示）を装備しており、この連動比微調整ボリウム１８は０−１０Ｖを電源とする場合、連動比微調整ボリウム１８の中心で５ＶをＩＮＶ３に供給する。（電源は０−５Ｖでも良い。また、ボリウムではなく、直接電圧を入力したり、４〜２０ｍＡの電流にて入力してもかまわない。）
入力信号が中心（５Ｖ）の場合は、引き取り部インバータＩＮＶ３は、印刷部インバータＩＮＶ１の回転数（周波数）指令にしたがい、ゲイン１倍で出力周波数を出力する。例えば、印刷部インバータＩＮＶ１からの回転数（周波数）指令が６００ｒｐｍ（４極の場合、周波数２０Ｈｚ。以下同じ。）であれば、引き取り部インバータＩＮＶ３は同じ回転数（周波数）の６００ｒｐｍ（２０Ｈｚ）を出力する。
【００２３】
ところが、連動比微調整ボリウム１８を変化させ、端子ＶＦＲ２への入力信号を変化させた場合、信号増加時には、ゲインを大きく、信号減少時は、ゲインを小さくすることができる。連動比微調整ボリウム１８の最大可変値（０　ｏｒ　１０Ｖ）でのゲインをＩＮＶ３の機能パラメータＣｄ０６５で％で設定できる構成としているため、用途に応じて、連動比微調整ボリウム１８の可変範囲と連動ゲインを容易に調整可能である。
【００２４】
例えば、機能パラメータＣｄ０６５に１００％と設定すると、連動比微調整ボリウム１８を最大として端子ＶＦＲへの入力を１０Ｖとした場合、印刷部インバータＩＮＶ１からの回転数（周波数）指令が例えば６００ｒｐｍ（２０Ｈｚ）であれば、引き取り部インバータＩＮＶ３はその１００％増しの１２００ｒｐｍ（４０Ｈｚ）を出力する。
【００２５】
このように、機能パラメータＣｄ０６５を一度設定すれば、後は作業者が連動比微調整ボリウム１８を調整するのみで容易に連動ゲインを調整できる。このため、煩わしい機能パラメータ変更での調整が不要となる。
【００２６】
印刷部３から引き出された印刷済みの原紙２１は、最終の巻き取りボビン１９で巻き取られる。本実施の形態では、巻き取り用モータはトルクモータ（滑りモータ）ＴＭで構成した。トルクモータＴＭは、商用電源で駆動するが、その電圧をスライダックトランス等で変化させることにより、発生トルクを変化させることができる。ただし、巻き取り時間が経過すると、巻き太りが発生するため、巻き取り張力が変化しないように、スライダックトランスを調整し、手動でトルクを変化させなければならない。巻き取り部５も同じように張力を検出しインバータによる速度制御を行えば自動化は可能である。
【００２７】
次に、供給される原紙２１の張力を一定に制御するためのダンサー８および距離センサ９について、図２、図３を引用して説明する。まず、ダンサー８はその軸２４の上下にスプリング２３を配置したものであり、印刷部３からの引き取り張力が増加すると上方向に移動し、逆に低下すると下方向に移動する。このダンサー８は上下に変化して急峻な張力変化を吸収する役割もある。
【００２８】
ダンサー軸２４の上方には、このダンサー軸２４の距離を検出する距離センサ９が装備されており、ダンサー８の移動状態を電圧信号で検出することができる。検出距離と距離センサ９の出力電圧特性は図４に示すとおりで、３ｍｍで０Ｖ、１６ｍｍで１０Ｖをリニアに出力する。なお、３６は上側ストッパ、３７は下側ストッパ、３８はダンサーボビンである。
【００２９】
以上、給紙部２から印刷部３、引き取り部４、巻き取り部５に至る輪転機１の全体構成を説明した。以下、本願発明のポイントである、給紙部２での張力一定制御について図６を参照して説明する。
【００３０】
図６では、給紙部２と印刷部３のみを示している。図１に示した給紙部インバータＩＮＶ２は、この図６に示すように、モータＭ２に３相スイッチング電圧を供給するＰＷＭ（パルス幅変調）出力部２６、これに電圧指令を与える電圧指令制御部２７、同じくＰＷＭ出力部２６に運転指令と回転方向指令を与える運転指令・方向決定部２８、及びインバータ内部電源２２（＋２４Ｖｄｃ）を備えている。
【００３１】
給紙部インバータＩＮＶ２は、ＰＷＭ出力部２６の３相スイッチング電圧出力でモータＭ２を駆動し、給紙ボビン７を回転させるが、この運転を行うための指令は運転指令操作部２９の接点スイッチ３０から与えられる。この接点スイッチ３０がオン（導通）である間、運転指令・方向決定部２８は、ＰＷＭ出力部２６に３相スイッチング電圧出力を指令する。
【００３２】
また、モータＭ２の回転方向は、給紙部インバータＩＮＶ２の３相スイッチング電圧の位相差（相回転）により決定することができるが、その指令は、回転方向指令操作部３２の機能パラメータに従って決定される。
【００３３】
回転方向指令操作部３２での設定手法は、２種類用意してあり、回転方向指令操作部３２の設定自体で回転方向を逆転と指定する場合は、機能パラメータＣｄ１３０＝２と設定し、回転方向指定を回転方向指令操作部３２で行わず、外部からの接点信号で行なう場合は、機能パラメータＣｄ６３０＝２と設定する。機能パラメータＣｄ６３０＝２と設定した場合は、前記した運転指令操作部２９の接点入力端子ＤＩ１‐ＤＣＭ１が逆転方向の運転指令の入力部分となる。
【００３４】
ＰＷＭ出力部２６への周波数（回転数）指令（図ではｆ指令と表記）は、周波数指令操作部３３の機能パラメータＣｄ０２９に周波数の単位で設定することで与えられる。ＰＷＭ出力部２６は、この指令に対応した周波数（回転数）の３相スイッチング電圧を出力する。
【００３５】
ＰＷＭ出力部２６が出力する３相スイッチング電圧の最大値を定める電圧リミッタ指令は、基底電圧設定操作部３４の機能パラメータＣｄ００５に電圧の単位で設定することで与えられる。電圧指令制御部２７は、この電圧リミッタ指令と距離センサ９出力に従い、ＰＷＭ出力部２６に電圧指令（図ではＶ指令と表記）を供給し、ＰＷＭ出力部２６はこの指令に従った３相スイッチング電圧を出力する（詳細後述）。
【００３６】
なお、図６中の回転方向指令操作部３２、周波数指令操作部３３、基底電圧設定操作部３４は同一の装置に存在し、作業者によるキー入力操作で各機能パラメータを設定可能にしている。
【００３７】
インバータの通常の基本構成は、３相交流電圧を受電し、コンバータにて直流変換後、ＰＷＭ制御の電圧・周波数比一定制御にて負荷側モータを駆動するものであるが、本実施の形態では、
（１）周波数は低周波数固定
（２）回転方向指令は給紙方向と逆
（３）出力電圧は距離センサ９からのネガティブフィードバツクにて制御
（４）Ｖ／ｆ一定制御ではなく、電圧Ｖと周波数ｆは完全に独立して制御
することを特長としている。
【００３８】
なお、回転方向指令を逆回転としているが、原紙２１の張力、即ち印刷部３からの引き取り張力に応じてＰＷＭ出力部２６の出力電圧（トルクに寄与する）を可変制御するため、給紙方向と逆に回転することはなく、一定の張力（トルク）をもって給紙が行われる。
【００３９】
また、このようにモータＭ２が回転方向指令に反して給紙方向に回転するため、周波数指令はあまり意味を持たない。つまり、周波数は制御せず、紙切れ等の異常時に急峻に逆方向に高速回転しないような値に設定することが望ましい。本実施の形態では、０．５Ｈｚや１Ｈｚの低周波数に設定した。
【００４０】
回転方向と周波数指令が確定後、運転指令をオンすることでモータＭ２が給紙方向とは逆の方向に回転しようとする。しかし、印刷部３が停止または、給紙方向に引き取り動作を行っているため、給紙ボビン７は逆方向には回らず、給紙方向とは逆方向に引っ張り張力が発生する。
【００４１】
するとダンサー８は上昇し、距離センサ９の出力は滅少方向に変化する（図４）。この距離センサ９からの信号は給紙部インバータＩＮＶ２にフィードバックされ、ＶＲＦ１端子から入力される。フィードバックされた距離センサ９からの信号は、電圧指令制御部２７でＰＷＭ出力部２６の出力電圧指令（Ｖ指令）に換算される。
【００４２】
この換算比は、基底電圧パラメータＣｄ００５に設定した値を最大値として換算される。つまり、距離センサ９の最大値を１０Ｖとした場合、１０Ｖ入力で、基底電圧Ｃｄ００５で設定したインバータ出力電圧を出すように換算される。本実施の形態では、基底電圧パラメータＣｄ００５を期待張力と発生トルクの関係から、約５０Ｖ程度に設定している。従って、距離センサ９から最大値１０Ｖが供給された場合、電圧指令制御部２７は、５０Ｖの電圧出力をＰＷＭ出力部２６に指令する。
【００４３】
このように距離センサ９からのフィードバック信号が給紙部インバータＩＮＶ２の出力電圧に変換されると、ＰＷＭ出力部２６の出力電圧は、ダンサー８の位置により変化することになる。つまり、ダンサー８の位置に応じてフィードバック制御が行われることになる。
【００４４】
この動作は、印刷部３が過引き取りでダンサー８が上昇した場合、
⇒ダンサー８の上昇で距離センサ９出力が低下し、ＰＷＭ出力部２６の出力電圧が減少する。
【００４５】
⇒すると、モータＭ２のトルクが減少し、逆方向に引っ張る張力が低下し、ダンサー８が下降する。
【００４６】
⇒ダンサー８が下降しすぎると、張力は低下し、距離センサ９出力が増加する。
【００４７】
⇒すると、モータＭ２のトルクが増加し、逆方向に引っ張る張力が増加し、ダンサー８が上昇する。
【００４８】
上記動作を繰り返し、やがて原紙２１張力とダンサー８位置が安定した所で一定になる。この制御は、緩やかな制御ゲイン（処理周期）で実施するため、急峻な過渡変化による、ダンサー８の上下動ハンチングや原紙破れ等の異常が発生しない。
【００４９】
このように、本実施の形態では、常にダンサー８の位置を安定にするように電圧指令についてフィードバツク制御が働く。
【００５０】
また、周波数指令は、電圧指令とは完全に独立で常に一定の低周波数指令をＰＷＭ出力部２６に与える。
【００５１】
なお、本発明は、前記本実施の形態に限定されるものではなく、例えぱ次のような変形が可能なものである。
【００５２】
（１）本実施の形態では、距離センサ９でダンサー８の上下動を検出したが、例えばポテンショメータ、差動トランス等でダンサー８の上下動を検出するようにしても良い。更には、本実施の形態ではこのダンサー８の上下動で原紙２１に掛かっている張力を検出したが、例えば、ダンサー８の後のローラ１１にロードセルを配置し、これでローラ１１に掛かる圧力を検出することで、原紙２１に掛かっている張力を検出するようにしても良い。
【００５３】
（２）本実施の形態では原紙２１を対象にしたが、電線、ワイヤーといった線状の長手物体、布地、ビニールシートといった幅のある長手物体も対象に出来る。
【００５４】
（３）電圧リミッタ指令は、操作部による基底電圧パラメータ設定だけでなく、外部ボリウムから調整可能としても良い。
【００５５】
最後に、本実施の形態の構成と請求項にいう構成の対応関係を述べておく。本実施の形態の原紙２１が請求項にいう長手物体に当たる。以下同様に、印刷部が処理部に当たる。給紙部２が長手物体供給装置に当たる。ダンサー８及び距離センサ９が張力検出手段に当たる。給紙部インバータＩＮＶ２が駆動手段に当たる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、長手物体を処理部へ供給する長手物体供給装置において、供給される途中の前記長手物体の張力を張力検出手段で検出し、駆動手段により前記長手物体にその供給方向とは逆方向のトルクを与え、このトルクを前記検出される張力の増加、減少に対応して減少、増加させる。
【００５７】
この結果、人手による張力調整、或いは断紙または巻き取りボビン変更時の引き取り作業等が自動化でき、生産性の向上が実現する。
【００５８】
また、張力調節が、処理側との回転数の連動信号のやり取り無しに実行され、制御要素も例えばインバータの出力電圧だけであるので、設計、設置、調整等が簡素で、工数が掛からない。
【００５９】
また、制御検出要素が例えば距離センサだけであり、高価なベクトルインバータや速度センサ（ＰＧセンサ）を使用しないので、コストも掛からない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の輪転機１の全体構成を示すブロック図である。
【図２】ダンサー８の右側面図である。
【図３】ダンサー８の正面図である。
【図４】距離センサ９の特性を示す図である。
【図５】連動比微調整ボリウム１８によるマスタ側インバータ（印刷部インバータＩＮＶ１）とスレーブ側インバータ（引き取り部インバータＩＮＶ３）の連動比の調整を示す図である。
【図６】給紙部インバータＩＮＶ２の構成等を示すブロツク図である。
【符号の説明】
１　輪転機（本実施の形態）
２　給紙部
３　印刷部
４　引き取り部
５　巻き取り部
７　給紙ボビン
８　ダンサー
９　距離センサ
１０，１１，１３　ローラ
１４　印刷部ローラ
１５　印刷ボビン
１７　引き取りローラ
１８　連動比微調整ボリウム
１９　巻き取りボビン
２１　原紙
２２　インバータ内部電源
２３　ダンサースプリング
２４　ダンサー軸
２６　ＰＷＭ出力部
２７　電圧指令制御部
２８　運転指令・方向決定部
２９　運転指令操作部
３０　接点スイッチ
３２　回転方向指令操作部
３３　周波数指令操作部
３４　基底電圧設定操作部
３６　上側ストッパ
３７　下側ストッパ
３８　ダンサーボビン
Ｍ１〜Ｍ３　モータ
ＩＮＶ１　印刷部インバータ
ＩＮＶ２　給紙部インバータ
ＩＮＶ３　引き取り部インバータ
ＴＭ　トルクモータ
【図１】
2004010185.tif 000003
【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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