(57)【要約】【課題】巻取体の偏心に起因するウェブ張力の変動を高速運転においても抑制することができるウェブ送給方法および装置を提供する。【解決手段】ウェブの巻取体における巻き出し位置をウェブの巻き出し方向に巻取体の回転に同期して往復運動させることにより巻取体の偏心による記ウェブの張力の変動を抑制するようにしたウェブ送給方法。ウェブの巻取体をウェブの巻き出し方向に往復運動させる駆動手段と、その駆動手段を制御する制御手段と、巻取体の回転角度を検出する回転角度検出手段と、巻取体の外周速度を検出する外周速度検出手段とを具備し、制御手段は回転角度と外周速度に基づいて回転角度と巻き出し位置の変位との関係を予測するとともに、予測した変位と実際の変位との差異が往復運動によって無くなるように駆動手段を制御するようにしたウェブ送給装置。【選択図】　図１
2004091101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブの巻取体における巻き出し位置を前記ウェブの巻き出し方向に往復運動させることにより前記巻取体の偏心による前記ウェブの張力の変動を抑制することを特徴とするウェブ送給方法。
【請求項２】
請求項１記載のウェブ送給方法において、前記往復運動は前記巻取体の回転に同期した往復運動であることを特徴とするウェブ送給方法。
【請求項３】
ウェブの巻取体における巻き出し位置を前記ウェブの巻き出し方向に往復運動させる駆動手段と、その駆動手段を制御する制御手段とを具備し、前記巻取体の偏心による前記ウェブの張力の変動を抑制することを特徴とするウェブ送給装置。
【請求項４】
請求項３記載のウェブ送給装置において、前記巻取体の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記巻取体の外周速度を検出する外周速度検出手段とを具備し、前記制御手段は前記回転角度と前記外周速度に基づいて前記回転角度と前記巻き出し位置の変位との関係を予測するとともに、前記予測した変位と実際の変位との差異が前記往復運動によって無くなるように前記駆動手段を制御することを特徴とするウェブ送給装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の原反巻き出し装置において、前記駆動手段は前記巻取体を支持する台座を往復運動させるサーボアクチュエータであり、前記制御手段はそのサーボアクチュエータをサーボ制御する制御手段であることを特徴とするウェブ送給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェブをその加工装置へ送給する技術分野に属する。特に、ウェブの巻取体が偏心して高速回転する場合においてもテンションの変動を抑制することができるウェブ送給方法および装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
ウェブに対する加工は、しばしば何段階かに分けて行なわれる。その度に、ウェブは巻取体から巻き出され、加工が行われた後に巻き取られて再び巻取体を形成する。ウェブの加工の種類によっては、加工が行われた後に巻取体の状態でエージングが行なわれる場合がある。エージングは所定の環境に巻取体を置いて所定の期間を経過させる処理である。たとえば、ウェブに形成した被膜における物理化学反応を進行させ被膜の特性を安定化させるために行なわれる。
【０００３】
このエージングの期間に巻取体は、その自重によって変形し偏心することがある（図５参照）。偏心した巻取体は、次に加工工程で巻き出すときにウェブ張力を変動させる原因となる（図６参照）。従来は、このウェブ張力の変動を抑制する方法として、フィードバック制御が行なわれている。たとえば、ウェブ送給装置の巻取体を巻き出す部位とフィードローラとの間にダンサーローラを設置し、ダンサローラの位置（角度）が所定の範囲となるように巻取体の軸の制動力を制御することによってウェブ張力の変動を抑制することが行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年の機械高速化にともなって、従来のダンサローラによるウェブ張力のフィードバック制御では、制御応答遅れ等によって所望の制御を行うことができなくなってきている。機械速度を上げて行くと、ついにはハンチングを起こし張力変動を増幅させてしまうこともある。ウェブ張力の変動が大きくなると、ウェブの塑性変形による品質劣化やウェブの破断による運転停止等の阻害を引き起こす。そのため、偏心した巻取体を巻き出すときには、ウェブ張力の変動が大きくならないように低速運転を余儀なくされ生産効率が低下する原因となっている。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。その目的は、巻取体の偏心に起因するウェブ張力の変動を高速運転においても抑制することができるウェブ送給方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は下記の本発明によって解決される。すなわち、
本発明の請求項１に係るウェブ送給方法は、ウェブの巻取体における巻き出し位置を前記ウェブの巻き出し方向に往復運動させることにより前記巻取体の偏心による前記ウェブの張力の変動を抑制するようにしたものである。本発明によれば、ウェブの巻取体における巻き出し位置をウェブの巻き出し方向に往復運動させる直接的な操作が行われる。したがって、巻取体の偏心に起因するウェブ張力の変動を高速運転においても抑制することができるウェブ送給方法が提供される。
【０００７】
また本発明の請求項２に係るウェブ送給方法は、請求項１記載のウェブ送給方法において、前記往復運動は前記巻取体の回転に同期した往復運動であるようにしたものである。本発明によれば、往復運動は回転に同期したものであるから制御応答遅れ等の問題を回避することができ高速運転に極めて良好に適合する。
【０００８】
また本発明の請求項３に係るウェブ送給装置は、ウェブの巻取体における巻き出し位置を前記ウェブの巻き出し方向に往復運動させる駆動手段と、その駆動手段を制御する制御手段とを具備し、前記巻取体の偏心による前記ウェブの張力の変動を抑制するようにしたものである。本発明によれば、制御手段と駆動手段によりウェブの巻取体における巻き出し位置をウェブの巻き出し方向に往復運動させる直接的な操作が行われる。したがって、巻取体の偏心に起因するウェブ張力の変動を高速運転においても抑制することができるウェブ送給装置が提供される。
【０００９】
また本発明の請求項４に係るウェブ送給装置は、請求項３に係るウェブ送給装置において、前記巻取体の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記巻取体の外周速度を検出する外周速度検出手段とを具備し、前記制御手段は前記回転角度と前記外周速度に基づいて前記回転角度と前記巻き出し位置の変位との関係を予測するとともに、前記予測した変位と実際の変位との差異が前記往復運動によって無くなるように前記駆動手段を制御するようにしたものである。本発明によれば、回転角度検出手段により巻取体の回転角度が検出され、外周速度検出手段により巻取体の外周速度が検出され、その回転角度と外周速度に基づいて制御手段により回転角度と巻き出し位置の変位との関係が予測されるとともに、予測した変位と実際の変位との差異が往復運動によって無くなるように駆動手段が制御される。すなわち、巻き出し位置の変位を予測し、その予測に基づいて制御が行われる。したがって、制御応答遅れ等の問題を回避することができ高速運転に極めて良好に適合する。
【００１０】
また本発明の請求項５に係るウェブ送給装置は、請求項３または４に係るウェブ送給装置において、前記駆動手段は前記巻取体を支持する台座を往復運動させるサーボアクチュエータであり、前記制御手段はそのサーボアクチュエータを制御するサーボ制御器であるようにしたものである。本発明によれば、サーボアクチュエータとサーボ制御器により予測（目標値）の任意の変化に追従するように往復運動の制御が行なわれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について実施の形態を説明する。本発明のウェブ送給装置における構成の一例を図１に示す。図１において、１は外周速度センサ、２はロータリーエンコーダ、３は入力部、４は制御部、５はサーボシリンダ、１０は巻取体支持部、２０はリニアガイド部、１００はウェブ、２００は巻取体である。
【００１２】
外周速度センサ１は、巻取体２００の外周速度を検出する外周速度検出手段である。外周速度センサ１としては、接触させたホイールの単位時間当たりの回転数から速度を計測する等の接触方式の速度計、レーザ・ドップラ方式等の非接触方式の速度計、等を使用することができる。本発明においては、外周速度センサ１の方式、種類等において特に限定はないが、言うまでもなく巻取体２００の回転運動に影響を与えない非接触方式が好ましい。
【００１３】
ロータリーエンコーダ２は、検出巻取体２００の回転角度を検出する回転角度検出手段である。ロータリーエンコーダ２の回転軸は、巻取体２００の回転軸またはその回転軸と同期回転する回転軸に連結している。ロータリーエンコーダ２は、ＺＥＲＯ信号、Ａ相信号、Ｂ相信号の３つの信号を出力する。ＺＥＲＯ信号は一回転に一回出力されるパルス信号であって、そのパルス信号の立ち上がりまたは立ち下がりによってロータリーエンコーダ２の回転軸が所定の（原点に相当する）回転角度であることが示される。
【００１４】
Ａ相信号とＢ相信号は一回転を所定数（たとえば１０００）に等分割した角度において出力されるパルス信号（矩形波信号）である。Ａ相信号とＢ相信号とは位相が９０度異なっており、Ａ相信号とＢ相信号の位相を比較することにより回転方向を特定することができる。ＺＥＲＯ信号の出力によって回転角度の原点を決定し、Ａ相信号とＢ相信号の位相の比較から回転方向を決定し、Ａ相信号またはＢ相信号のパルス数を回転方向にしたがって正負の符号を付与して計数するように構成する。たとえば、ロータリーエンコーダ２と制御部４とのインターフェースにおいてその計数が行なわれるように構成する。この計数値は、ロータリーエンコーダ２の回転軸の角度、すなわち巻取体２００の回転軸の角度に対応している。
【００１５】
入力部３は、本発明のウェブ送給装置において、オペレータが、操作入力、設定入力、等を行う部分である。たとえば、オペレータは、巻取体の巻出方向（上出し、下出し）、外周速度センサ１による外周速度の回転方向における検出位置θ、等を入力部３において設定入力する（図３参照）。入力部３はプログラマブルシーケンスコントローラ、パーソナルコンピュータ、等のデータ処理装置の操作パネル、ディスプレイ、キーボード、マウス、等によって構成することができる。
【００１６】
制御部４は、本発明のウェブ送給装置において、巻取体の偏心によるウェブ張力の変動を抑制するための制御演算を行う部分である。また、その他のデータ処理も行う部分である。たとえば、制御部４は、周辺機器（入力部３、等）、センサ（外周速度センサ１、ロータリーエンコーダ２、等）、ドライバー（サーボシリンダ５のドライバー、等）とのインタフェースに関する処理、等も行う。制御部４はプログラマブルシーケンスコントローラ、パーソナルコンピュータ、等のデータ処理装置（ハードウェアとソフトウェア）によって構成することができる。
【００１７】
サーボシリンダ５は、制御対象の出力が目標値に追従するように制御するサーボ機構のアクチュエータ（サーボアクチュエータ）である。サーボシリンダ５は、巻取体支持部１０を直線的に往復駆動する。サーボシリンダ５は、ピストンに連結するロッドの制御位置が、制御弁への入力信号の関数をなすような追従機構を一体として有しているシリンダであり、ロッドの駆動は、油圧、水圧、等によって行なわれる。サーボシリンダ５は、ここでは直線的に往復駆動するように構成したものを意味しており、構成はピストンとシリンダに限定されない。たとえば、電動式のサーボモータ、減速機構、直線案内機構、等によってロッドまたはそれに相当する部材を直線的に往復駆動するように構成したものでもよい。
【００１８】
巻取体支持部１０は、本発明のウェブ送給装置において、巻取体２００を回転可能に支持する部分である。巻取体支持部１０は、巻取体２００の巻き出し方向に往復動可能にリニアガイド部２０によって案内されている。巻取体支持部１０は、サーボシリンダ５の駆動によって巻取体２００を支持した状態で巻取体２００の巻き出し方向に往復動することができる。
【００１９】
リニアガイド部２０は、巻取体支持部１０を巻取体２００の巻き出し方向に往復動可能に案内する。図１に示す一例においては、リニアガイド部２０は、巻取体支持部１０を支持する台座であって、その台座にレールを設けた構成となっている。したがって、巻取体支持部１０はそのレールに乗る車輪を有する。台座にレールを設ける代りに、本発明のウェブ送給装置を設置するフロアに直にレールを設けてもよい。
【００２０】
以上の構成において、次に本発明のウェブ送給装置における動作について図２を参照して説明する。
まず、図２のステップＳ１（巻出方向入力、センサ位置入力）において、オペレータは、巻出方向（上出し、下出し）と検出位置θを入力部３から設定入力する。設定した巻出方向とセンサ位置は制御部４によって入力が行なわれそのメモリに保存される。図３に示すように、巻取体２００の上側からウェブ１００が巻き出されるときには「上出し」、巻取体２００の下側からウェブ１００が巻き出されるときには「下出し」である。
【００２１】
また、検出位置θはウェブ送給装置の巻取体支持部１０の特定方向、図３に示す一例では垂直上方から測定した外周速度センサ１が見込む方向の角度である。検出位置θは、巻出位置から離れた位置として設定する。すなわち、上出しにおける巻出位置と下出しにおける巻出位置のほぼ中間の位置（角度）となるように設定する。これは、巻取体２００が回転して検出位置が巻出位置（操作位置）に到達するまでの時間を稼ぐためである。
【００２２】
次に、ステップＳ２（外周速度計測）において、制御部４は、外周速度センサ１が計測して出力する巻取体２００の外周速度Ｖ１を入力する。
【００２３】
次に、ステップＳ３（巻出位置演算）において、制御部４は外周速度とウェブ１００の巻出速度Ｖ０から巻出位置Ｘを下記の数１を適用して演算する。
【数１】
（巻出位置Ｘ）＝Ｋ×Ｔ×（（巻出速度Ｖ０）−（外周速度Ｖ１））
ただし、　Ｋ　：　所定の係数（制御を適正化するための調整値）
Ｔ　：　所定の時間（計測時間に相当）
【００２４】
なお、ウェブ１００の巻出し速度Ｖ０は、外周速度センサ１と同様のセンサで巻取体２００から巻き出された直後のウェブ１００の速度を計測して得ることができる。また、巻出し速度Ｖ０は、ウェブ送給装置におけるフィードローラ（ニップローラ）等の回転速度から得ることができる。
【００２５】
次に、ステップＳ４（回転角度検出）において、制御部４は、ロータリーエンコーダ２の出力信号に基づいて演算された巻取体２００の回転角度φを入力する。この回転角度φは、すでに説明したようにロータリーエンコーダ２のインターフェース、等において演算が行われ得られる回転角度である。
【００２６】
次に、ステップＳ５（巻出位置指令出力）において、制御部４は、巻出位置Ｘと回転角度φと検出位置θから目標値Ｘｔを演算し、その目標値をサーボシリンダ５のサーボ制御における実際の目標値Ｘｔとするように指令出力を行う。目標値Ｘｔは、下記の数２を適用して演算する。
【数２】
条件（（回転角度φ）−（検出位置θ）＝α）の下において、
（目標値Ｘｔ）＝（巻出位置Ｘ）
ただし、　α　：　所定の角度
【００２７】
条件（（回転角度φ）−（検出位置θ）＝α）は、巻出位置（操作位置）に検出位置が到達する状況を示している。検出位置θにおいて制御部４がサーボ制御の目標値を演算するが、その目標値に追従させるのは、演算した直後ではなく、巻取体２００が回転して巻出位置（操作位置）に検出位置が到達したときである。その到達までの時間において、サーボシリンダー５が目標値に追従する動作を行うことができる。すなわち、実質的なフィードフォワード制御（予測制御）を行うことができる。
【００２８】
結果として、制御部４は巻取体１の回転角度φと目標値Ｘｔとの関係が記述されたテーブルを演算することとなる。しかもこのテーブルはいずれ到達する回転角度φに対する追従すべき目標値を予測したテーブルである。この制御部４のデータ処理機構が演算したテーブルに基づいて、制御部４におけるサーボ制御機構がサーボ制御を実行する。
【００２９】
次に、ステップＳ６において、制御部４から巻出位置指令出力を入力したサーボ制御機構は、サーボシリンダ５を操作してリニアガイド部２０によって直線移動可能に支持された巻取体支持部１０の直線移動を行う。これにより、巻取体支持部１０に回転可能に支持された巻取体２００の巻出位置が変更される。
【００３０】
なお、上述のステップＳ１〜Ｓ６の過程は、ウェブ送給装置によるウェブの送給が行われている間において繰返し行われる。制御部４の演算速度によって繰返しの速度が制約されるが、巻取体２００が１回転する間に、すくなくとも４〜６回以上の繰返しが行なわれれば、良好な制御を達成することができる。
【００３１】
なお、巻取体２００の直径に対してウェブ１００の厚さは極めて小さいから、前述したテーブルの内容は、巻取体２００が１回転する間に大幅に変化することはない。したがって、巻取体２００が１回転する間のテーブルを作製しておき、新たなデータに基づいて適当な時間間隔をおいて修正することができる。また、外周速度の実測値データの存在しない回転角度のところは周知の補間法を適用してデータを埋めることもできる。そのテーブルに基づいてサーボ制御をすることにより、速度の制約をほとんど無くすことができる。
【００３２】
図４は制御の状態を模式的なグラフで示す図である。図４（Ａ）に示すように、制御の動作をＯＦＦとしたときには回転に同調するウェブ張力の大幅な変動が見られたものが、制御の動作をＯＮとしたときには回転に影響されずウェブ張力安定する。
【００３３】
【発明の効果】
以上のとおりであるから、本発明の請求項１に係るウェブ送給方法によれば、巻取体の偏心に起因するウェブ張力の変動を高速運転においても抑制することができるウェブ送給方法が提供される。
また本発明の請求項２に係るウェブ送給方法によれば、往復運動は回転に同期したものであるから制御応答遅れ等の問題を回避することができ高速運転に極めて良好に適合する。
また本発明の請求項３に係るウェブ送給装置によれば、巻取体の偏心に起因するウェブ張力の変動を高速運転においても抑制することができるウェブ送給装置が提供される。
また本発明の請求項４に係るウェブ送給装置によれば、巻き出し位置の変位を予測し、その予測に基づいて制御が行われるから、制御応答遅れ等の問題を回避することができ高速運転に極めて良好に適合する。
また本発明の請求項５に係るウェブ送給装置によれば、サーボアクチュエータとサーボ制御器により予測（目標値）の任意の変化に追従するように往復運動の制御が行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェブ送給装置における構成の一例を示す図である。
【図２】本発明のウェブ送給装置における動作の一例を示すフロー図である。
【図３】本発明のウェブ送給装置における設定内容の説明図である。
【図４】制御の動作をＯＮ／ＯＦＦしたときのウェブ張力について模式的なグラフで示す説明図である。
【図５】巻取体の偏心を示す図である。
【図６】巻取体の偏心に起因する張力変動を説明する図である。
【符号の説明】
１　外周速度センサ
２　ロータリーエンコーダ
３　入力部
４　制御部
５　サーボシリンダ
１０　巻取体支持部
２０　リニアガイド部
１００　ウェブ
２００　巻取体
【図１】
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【図２】
2004091101.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004091101.tif 000007
【図６】
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