(57)【要約】 【課題】      サーフェイスワインディング式の巻き取り装置において、紙や布などの材料ウェブを太巻きした際に生じる巻き締まりを抑え、最大巻径を大きくすることのできるワインダー装置を提供する。また、巻き取り対象の材料特性に応じ、希望する最大巻径を自動的に実現する制御装置、および巻き取り方法をあわせて提供する。【解決方法】  材料ウェブを巻き取る円筒状のロールコアと、前記ロールコアに両側から挿嵌した押しコップと、前記押しコップに連接し、前記ロールコアを略水平に保持する巻成ロール軸と、前記巻成ロール軸を少なくとも２式の軸受によって掴持するスライダと、前記スライダをそれぞれ摺動自在に保持するスライドレールと、前記スライダを前記スライドレールに沿って昇降させる昇降装置と、を有するサーフェイスワインダー装置によって、最大巻径を大幅に向上することが可能となる。【選択図】    図１
2005320107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本が駆動側である、１本もしくは２本以上の支持ローラと、
前記支持ローラ上に載置され、材料ウェブを巻き取る円筒状のロールコアと、
前記ロールコアの軸方向に、両側から脱着自在に挿嵌される１対の押しコップと、
前記１対の押しコップのそれぞれに連接し、前記ロールコアを略水平に保持する１対の巻成ロール軸と、
前記１対の巻成ロール軸のそれぞれを、少なくとも２式の軸受によって掴持する１対のスライダと、
前記１対のスライダをそれぞれ摺動自在に保持する１対のスライドレールと、
前記１対のスライダを、前記１対のスライドレールに沿ってそれぞれ昇降させる１対の昇降装置と、
を有するワインダー装置。
【請求項２】
前記１対の押しコップのそれぞれと前記１対の巻成ロール軸との連接が、少なくとも２式の軸受による掴持方式である請求項１に記載のワインダー装置。
【請求項３】
前記１対のスライダのそれぞれに具設したシリンダが、前記巻成ロール軸に対し、少なくとも２００Ｎ以上のスラスト荷重を負荷することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のワインダー装置。
【請求項４】
前記スライダの、前記スライドレールに対する移動量を検出する位置センサと、
予め入力した前記材料ウェブの物理量および前記位置センサによって検出した前記スライダの前記スライドレールに対する移動量とから前記昇降装置の最適な荷重出力を時刻歴的に計算し、前記昇降装置の出力を前記荷重出力に制御する昇降装置制御部と、
を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワインダー装置。
【請求項５】
少なくとも１本が駆動側である、１本もしくは２本以上の支持ローラと、
前記支持ローラ上に載置され、材料ウェブを巻き取る円筒状のロールコアと、
前記ロールコアの軸方向に、両側から脱着自在に挿嵌される１対の押しコップと、
前記１対の押しコップのそれぞれに連接し、前記ロールコアを略水平に保持する１対の巻成ロール軸と、
前記１対の巻成ロール軸のそれぞれを、少なくとも２式の軸受によって掴持する１対のスライダと、
前記１対のスライダをそれぞれ摺動自在に保持する１対のスライドレールと、
前記１対のスライダを、前記１対のスライドレールに沿ってそれぞれ昇降させる１対の昇降装置と、
前記スライダの、前記スライドレールに対する移動量を検出する位置センサと、
予め入力した前記材料ウェブの物理量と、前記位置センサによって検出した前記スライダの前記スライドレールに対する移動量とから前記昇降装置の最適な荷重出力を時刻歴的に計算し、前記昇降装置の出力を前記荷重出力に制御する昇降装置制御部と、
を有するワインダー装置を用いた前記材料ウェブの巻き取り方法であって、
前記材料ウェブの巻き取り作業の開始直後は、前記昇降装置によって前記スライダおよび前記巻成ロール軸に対し、鉛直下向きの荷重を与え、
前記作業の後半には、前記昇降装置の出力を前記荷重出力に制御することを特徴とする、前記材料ウェブの巻き取り方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙、布、フィルムなどに代表される長尺の材料ウェブを巻き取る２ロール式サーフェイスワインダー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料ウェブの巻取装置には、大別してセンターワインディング方式（中心巻取方式）とサーフェイスワインディング方式（表面巻取方式）の２種類が存在する。
【０００３】
センターワインディング方式は、巻芯の中心軸を回転駆動することで巻成ロールの表面に材料ウェブを巻きつけていく方式であり、比較的硬質な材料の巻き取りに好適に用いられる。この方式では、巻成ロールと支持ローラとの接触が無いため、材料の表面を傷めることが少なく、また大きな巻径を実現することができるという利点がある。しかし他方で、巻径の増大に伴い回転の角速度を減じ、材料の巻き取り速度を一定とする必要があるほか、テンションコントロールによって張力を自動調整する必要があるなど、装置の複雑化、大型化を伴うという難点がある。
【０００４】
これに対し、サーフェイスワインディング方式は、１本もしくは２本以上の支持ローラの上にロールコアを載置し、支持ローラの少なくとも１本を回転駆動することでロールコアに材料ウェブを巻きつけていく方式である。この方式では、材料ウェブの厚さや厚み精度、柔らかさなどの条件がセンターワインディング方式よりも緩やかであり、広範な材料について巻き取り作業を行うことができる。また、巻き取り形状が比較的綺麗であって所謂タケノコ状になりにくいこと、巻径が大きくなっても支持ローラの径と回転速度が不変であるため、特別な制御が無くとも巻き取り速度を一定に保つことができること、テンションコントロールが不要であること、装置が単純で、小規模、低コストを実現できること、などの利点がある。
【０００５】
しかし、サーフェイスワインディング方式ではその構成上、製品ロールと支持ローラが接触することは避けられず、特に巻径が大きくなった場合、製品ロールの重量が増大し、支持ローラとの間に働く垂直抗力が過大となる。そのため、所定以上の巻径になると製品に皺が発生し、サーフェイスワインディング方式では巻径を大きくとることができなかった。
【０００６】
この課題を解決し、サーフェイスワインディング方式においても大きな最大巻径を実現するためには、材料ウェブの巻きつけによって巻き太り、重量の増大した製品ロールの自重をキャンセルし、支持ローラに対する垂直抗力を減じることが必要である。
【０００７】
かかる課題に対し、従来から各種発明が提案されている。先行文献１（特許文献１：特表平５−５０１６９９号公報）には、製品ロールを往復台および案内ヘッドによって上下にスライドさせる装置の発明が、また先行文献２（特許文献２：特開平９−２２６９９０号公報）、先行文献３（特許文献３：特開平９−２２７００１号公報）、先行文献４（特許文献４：ＤＥ−３５４１９０６−Ｃ１号明細書）には、鉛直方向に走行移動するスリープガイド機構により、生成する製品ロールの自重作用に対向する装置の発明が、それぞれ記載されている。また、これらの先行文献にはいずれも、製品ロールと２本の支持ローラとで囲まれる略三角柱状の空間をシールし、圧力空気クッションによって製品ロールを更に浮上させる発明も併せて記載されている。
【０００８】
また、従来のサーフェイスワインダー装置では、巻成ロール軸を単純支持するのみであったため、材料ウェブの巻き取り作業中に製品ロールに発生する蛇行を抑えることは困難であった。そのため、材料ウェブの幅方向の両端にガイド装置を設け、製品ロールの形状を整えつつ巻き取り作業を行う必要があった。
【特許文献１】特表平５−５０１６９９号公報
【特許文献２】特開平９−２２６９９０号公報
【特許文献３】特開平９−２２７００１号公報
【特許文献４】ドイツ連邦共和国特許第３５４１９０６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
サーフェイスワインディング方式では、ロールコアおよび巻成ロール軸には回転駆動力を伝達する必要が無いため、いずれも剛性に対する要求が無く、肉薄の金属管や紙管などが用いられていた。そのため、先行文献２でも述べられているように、比較的幅の広い材料ウェブを巻き取る場合、図６に示すように、巻成ロール軸７をスリング１４などで単純に鉛直上方に持ち上げ、巻き太った製品ロール３の自重キャンセルを試みたとしても、製品ロール３および巻成ロール軸７には十分な剛性が無いために大きな撓みを生じることとなる。このため、製品ロール３の両端部と中央の接触部１５では製品ロール３と支持ローラ４の接触圧がアンバランスとなり、特に製品ロールの中央部では製品に生じる皺が完全には解消されないこととなる。
【００１０】
そこで、装置の小規模化、簡素化が可能というサーフェイスワインディング方式の利点を維持しつつ、広範な材料に対して大きな最大巻径を効率的に実現する発明が切望されていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題に対し、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、
少なくとも１本が駆動側である、１本もしくは２本以上の支持ローラと、
前記支持ローラ上に載置され、材料ウェブを巻き取る円筒状のロールコアと、
前記ロールコアの軸方向に、両側から脱着自在に挿嵌される１対の押しコップと、
前記１対の押しコップのそれぞれに連接し、前記ロールコアを略水平に保持する１対の巻成ロール軸と、
前記１対の巻成ロール軸のそれぞれを、少なくとも２式の軸受によって掴持する１対のスライダと、
前記１対のスライダをそれぞれ摺動自在に保持する１対のスライドレールと、
前記１対のスライダを、前記１対のスライドレールに沿ってそれぞれ昇降させる１対の昇降装置と、
を有するワインダー装置
によって、製品ロールの自重を好適にキャンセルし、サーフェイスワインディング方式の欠点であった巻き皺の発生を抑え、従来のサーフェイスワインダー装置よりも最大巻径を大きくすることのできる本願第一の発明の完成に至った。
【００１２】
また本願発明は、以下の各実施の形態も提供するものである。
（１）前記１対の押しコップのそれぞれと前記１対の巻成ロール軸との連接が、少なくとも２式の軸受による掴持方式である請求項１に記載のワインダー装置。
（２）前記１対のスライダのそれぞれに具設したシリンダが、前記巻成ロール軸に対し、少なくとも２００Ｎ以上のスラスト荷重を負荷することを特徴とするワインダー装置。
（３）前記スライダの、前記スライドレールに対する移動量を検出する位置センサと、予め入力した前記材料ウェブの物理量および前記位置センサによって検出した前記スライダの前記スライドレールに対する移動量とから前記昇降装置の最適な荷重出力を時刻歴的に計算し、前記昇降装置の出力を前記荷重出力に制御する昇降装置制御部と、を具備することを特徴とするワインダー装置。
【００１３】
更に本願発明は、本願第一の発明と要旨を共通する以下の各関連発明も併せて提供するものである。
（４）少なくとも１本が駆動側である、１本もしくは２本以上の支持ローラと、
前記支持ローラ上に載置され、材料ウェブを巻き取る円筒状のロールコアと、
前記ロールコアの軸方向に、両側から脱着自在に挿嵌される１対の押しコップと、
前記１対の押しコップのそれぞれに連接し、前記ロールコアを略水平に保持する１対の巻成ロール軸と、
前記１対の巻成ロール軸のそれぞれを、少なくとも２式の軸受によって掴持する１対のスライダと、
前記１対のスライダをそれぞれ摺動自在に保持する１対のスライドレールと、
前記１対のスライダを、前記１対のスライドレールに沿ってそれぞれ昇降させる１対の昇降装置と、
前記スライダの、前記スライドレールに対する移動量を検出する位置センサと、
予め入力した前記材料ウェブの物理量と、前記位置センサによって検出した前記スライダの前記スライドレールに対する移動量とから前記昇降装置の最適な荷重出力を時刻歴的に計算し、前記昇降装置の出力を前記荷重出力に制御する昇降装置制御部と、
を有するワインダー装置を用いた前記材料ウェブの巻き取り方法であって、
前記材料ウェブの巻き取り作業の開始直後は、前記昇降装置によって前記スライダおよび前記巻成ロール軸に対し、鉛直下向きの荷重を与え、
前記作業の後半には、前記昇降装置の出力を前記荷重出力に制御することを特徴とする、前記材料ウェブの巻き取り方法。
【発明の効果】
【００１４】
上記の各発明によれば、太巻きが困難であるというサーフェイスワインダー装置の欠点を克服し、従来装置を用いた場合よりも大きな最大巻径を実現し、経済的な巻き取り作業を可能とするものである。これにより、厚さや柔らかさによらず広範な材料に対して均質な巻取製品を得ることができ、またテンションコントロールが不要であってシステムが簡易であるというサーフェイスワインディング方式特有の利点をも享受することができる。
【００１５】
また本発明によれば、巻成ロール軸およびロールコアに対し、昇降装置によって昇降自在に荷重を加えることができるため、巻き取り作業開始時には昇降装置よりロールコアに対して鉛直下向きの荷重を加えることもできる。よって、材料ウェブをロールコアまたは製品ロールに押し付けるために一般的に用いられる加圧ローラを不要とすることができる。
【００１６】
更に、従来のサーフェイスワインダー装置では、巻き取り作業中、ロールコアの軸方向の移動が拘束されていないため、ロールコア上に別途ガイド装置を設け、巻き取られた材料の両端を抑える必要があった。しかし、本発明では押しコップによって巻成ロール軸とロールコアを両側から強く加圧し、ロールコアの蛇行を抑えているため、必然的に材料ウェブの巻き取り位置は安定し、前記ガイド装置を不要とすることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明について図面を用いて詳しく説明する。図１は、本発明にかかるワインダー装置の正面図である。また、同図中、矢印Ｘで切った断面図を図２に示す。これらの図において、１はワインダー装置、２は本体、４は支持ローラ、５はロールコア、６は押しコップ、７は巻成ロール軸、１０は昇降装置、１０−２は昇降装置の荷重出力端、１１はスライダ、１３はスライドレール、１５は昇降装置制御部である。
【００１８】
図２では、同一直径の支持ローラ４を水平に２本配し、その上に両支持ローラと接触するようにロールコア５を１本載置する構成としているが、本発明を実施するための形態としてはこれに限られるものではない。先行文献２に記載の発明の如く、支持ローラの一方を共用する２組の巻取系を持つ装置、すなわち、支持ローラを３本、ロールコアを２本とする等の装置であってもよい。また、ロールコアが支持ローラの周方向に沿って滑落せぬよう、ロールコアの並進自由度を適切に拘束してやれば、支持ローラおよびロールコアをともに１本とすることもできる。この場合、ロールコアは必ずしも支持ローラの真上にて載置される必要は無く、支持ローラの斜め上方に載置される形態でもよい。つまり、本発明にかかるワインダー装置１においては、各ロールの本数は問題ではなく、ロールコアを支持ローラの上方に接触して載置する形態であればよい。また、複数本の支持ローラを有する場合、好適に巻き取り作業を行うことができる限りにおいて、各支持ローラは互いに異なる直径を有していてもよい。
【００１９】
本発明にかかるワインダー装置は、製品ロール３の自重をキャンセルし、太巻きを実現するに際し、昇降装置１０からスライダ１１を介して巻成ロール軸７に鉛直上向きに加えた荷重に対し、製品ロール３および巻成ロール軸７の自重撓みを極力排除し、製品ロール３と支持ローラ４のそれぞれ中央部においても、両ロールの接触部に過大な垂直抗力が生じぬようにしたものである。
【００２０】
ロールコア５は、従来のワインダー装置では紙、プラスチック樹脂、または薄肉の金属などの円管が用いられてきたが、本発明では巻き太った製品ロール３の曲げ撓みを抑制する必要があることから、高い曲げ剛性が要求される。そのため、ロールコア５は、鋼鉄やＳＵＳなどの高弾性金属、または炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）材料などからなり、所定の肉厚を有する円管とすることが望ましい。
【００２１】
巻成ロール軸７は、高い曲げ剛性を有することが望ましい。そのため、鋼鉄やＳＵＳなどの高弾性の金属材からなる円柱とし、極力、その径を大きくすることが、曲げ剛性向上の観点から望ましい。但し、十分な曲げ剛性が得られる限り、必ずしも中実円柱である必要は無く、円管とすることで装置の軽量化を図ることも可能である。また、材料についても上記金属材に限られるものではなく、ワインダー装置の規模や材料ウェブのサイズなどに応じて、例えばＣＦＲＰ材料を含め幅広い選択が可能である。
【００２２】
昇降装置１０は、後述するスライダ１１と連接し、スライダ１１および巻成ロール軸７を昇降自在に移動させる。昇降装置１０は製品ロール３の自重を適切にキャンセルできるだけの出力が得られる限り、駆動原理は油圧式、空気圧式、電気モータ式、ネジ式など、特に限定されるものではない。
【００２３】
但し、材料ウェブの巻き取り作業時において、昇降装置１０は、製品ロール３の自重の全てをキャンセルする必要はない。むしろ、製品ロール３と支持ローラ４の間には適度な自重負荷が働いた方が、材料ウェブの好適な巻き付けの観点から好ましい。よって、昇降装置１０を用いずとも好適に巻き取りを行うことのできる製品ロール３の最大巻径をＲ1[ｍ]、本発明にかかるワインダー装置によって巻き取りを希望する最大巻径をＲ2[ｍ]、ロール軸に垂直に切った単位断面積あたりの製品ロールの質量をρ[ｋｇ／ｍ2]とすると、昇降装置１０では、少なくともそれぞれ以下の数式（Ｉ）；
【００２４】
【数１】
2005320107.tif 000003
【００２５】
で表わされる最大荷重出力Ｆmax[Ｎ]が得られればよい。上式は、巻成ロール軸７の両端に配された２台の昇降装置１０のそれぞれによって、巻径がＲ1を超過した材料ウェブの質量相当分のみをキャンセルすればよいことに起因する。
【００２６】
昇降装置１０は、スライダ１１を介し、巻成ロール軸７を昇降自在に保持しているため、巻成ロール軸７に対して鉛直下向きの荷重を加えることもできる。これにより、巻成ロール軸７を支持ローラ４に対して下向きに押し付けることが可能となるため、材料ウェブの巻き取り作業開始時および作業初期においては、かかる押し付けを行うことで材料ウェブをロールコア５に密着させて好適に巻き取り作業を行うことができる。
【００２７】
従来のワインダー装置では、加圧ローラにて材料ウェブをロールコアに押し付けるか、または鉄芯などをロールコア内部に挿入することでロールコアの自重を増し、ロールコアと支持ローラとの接触圧を上げることで材料ウェブとロールコアとの密着性を向上させていた。本発明では、巻き太った製品ロールの自重をキャンセルすることを主目的とする昇降装置１０を、巻き取り作業開始時には逆向き（鉛直下向き）に荷重動作させることにより、加圧ローラおよびその制御、駆動装置を不要とすることができ、ワインダー装置の部品点数の削減を実現している。また、鉄芯などをロールコアに挿入する方式では該鉄芯の重量が材料ウェブの重量に加算され、巻き取り作業終盤に製品ロールの太巻きを更に阻害する要因となるが、本発明によればこれを避けることができる。
【００２８】
昇降装置１０には、後述する昇降装置制御部１５が電気的に連接している。昇降装置制御部１５は、材料ウェブの巻き取り作業の進行に伴って時刻歴的に昇降装置１０の出力荷重を変化させるための制御信号を発信するものである。
【００２９】
巻き取り作業の初期を表す図２の状態から、材料ウェブの巻き取り作業が進行し、製品ロール３が巻き太った状態を図３に示す。但し図３は、説明の都合上、背後のスライダ１１、スライドレール１３の上部、および昇降装置１０の荷重出力端１０−２が視認できるよう製品ロール３を半透明で表してある。製品ロール３が巻き太り、ロールコア５の中心軸がこれに伴って上昇していくと、昇降装置１０の荷重出力端１０−２、およびその上方に連接するスライダ１１は、巻成ロール軸７を掴持しつつ、スライドレール１３に沿って上昇する。一方、昇降装置１０の荷重出力端１０−２は、昇降装置１０のピストン部が伸長することで、スライダ１１に連動してその位置を上昇させつつ、巻き太った製品ロール３の自重をキャンセルすべく上向きの荷重をスライダ１１に加えている。
【００３０】
以上のように、昇降装置１０の荷重出力は、一連の巻き取り作業において、下向き（巻き取り開始時）→ゼロ（巻き取り前半）→上向きに漸増（巻き取り後半）→上向きに最大Ｆmax[Ｎ]（巻き取り終盤）へと連続的かつ滑らかに変化させることが、高品質の巻き取り製品の実現にとって望ましい。ここで、最大荷重出力Ｆmax[Ｎ]は上記の数式（Ｉ）より求められる。
【００３１】
かかる時刻歴的に変動する昇降装置１０の荷重出力は、漸増する製品ロール３の重量に応じて決定される。ここで、昇降装置制御部１５への入力パラメータとしては以下の２通りを例示するが、昇降装置１０の荷重出力を適切に制御し、製品ロール３の自重の全部または一部をキャンセルし、本発明の目的を達成するものであればこれらに限られるものではない。入力パラメータ例の一つとしては、製品ロール３の重量、または製品ロール３と支持ローラ４の合計重量のひずみゲージ式センサ等による測定値が挙げられる。すなわち、例えば昇降装置１０の荷重出力端１０−２にロードセルを設け、同部位の歪みから製品ロール３の重量を時刻歴的に測定し、その測定値に応じて昇降装置１０の出力荷重を決定する方法である。なお、支持ローラ４の重量は材料ウェブの巻き取り作業を通じて不変であることから、図２または図３には図示しない支持ローラ４の回転軸掴持部にロードセル等を設け、その測定値から既知の支持ローラ重量を減じることでも製品ロール３の重量を算出することができる。
【００３２】
昇降装置制御部１５への入力パラメータ例の二つ目としては、スライダ１１のレール１３に対する移動長さの位置センサ等による測定値が挙げられる。すなわち、材料ウェブの巻き太りに伴い、ロールコア５、巻成ロール軸７およびスライダ１１は水平を保持しつつその高さを上昇していくため、例えばスライダ１１にロータリーエンコーダを設け、その初期位置からの移動長さを測定することにより製品ロール３の巻厚が求められる。よって、これと予め入力した材料ウェブの密度、厚さ、製品ロール幅、およびロールコア５の重量などの定数値とを用いて製品ロール３の重量を算出し、各瞬間における昇降装置１０の好適な荷重出力値とすることができる。
【００３３】
図４は、巻成ロール軸７およびスライダ１１の近傍についての正面断面図の一例である。ここで、巻成ロール軸７はロールコア５を貫通してはおらず、ロールコア５の両側に２本に分割されて、それぞれの端部に設けられた押しコップ６をロールコア５の軸方向について両側から挟みこむように嵌挿することでロールコア５と連接している。
【００３４】
巻成ロール軸７のうち、押しコップ６と反対側の端部（図４では左側）は、少なくとも２箇所の巻成ロール軸掴持部１２によって、スライダ１１に対し軸方向以外の相対的な並進自由度（ラジアル方向）を拘束される。これにより、軸を単純支持する構造の従来型サーフェイスワインダー装置に比して巻成ロール軸７の曲げが大幅に抑えられる構造となっている。また、巻成ロール軸７はねじれ方向の自由度を、スライダ１１の留具１２−２で拘束されているため、巻成ロール軸７はスライダ１１に対して軸方向（スラスト方向）の並進移動のみが許されている。
【００３５】
スライダ１１には、水平シリンダ１１−２が設けられている。かかる水平シリンダ１１−２の伸縮に伴って巻成ロール軸７は軸方向に移動することで、押しコップ６はロールコア５に対して挿入・脱抜される。よって、巻き取り作業後の製品ロール３の取替時やロールコア５の交換時には、水平シリンダ１１−２を伸長し、巻成ロール軸７を外側（図４では左側）にスライドさせることで、押しコップ６をロールコア５から取り外すことができるため、製品ロール３の簡単な取り外し・交換が可能である。水平シリンダ１１−２の駆動原理は油圧式、空気圧式、電気モータ式、ネジ式など、特に限定されるものではないが、荷重出力の高さ、操作性、安全性、経済性、等の観点から、特に空気圧式シリンダが好適に用いられる。
【００３６】
押しコップ６は、上記のように、材料ウェブの巻き取り作業時にはロールコア５に嵌挿されてロールコア５と共に回転し、同作業終了後は逆にロールコア５から抜脱される機能を有している限り、その形状および材料は特に限定されるものではない。また、押しコップ６には、つば６−２が設けられており、材料ウェブの巻き取り作業中は、水平シリンダ１１−２を圧縮することによって、巻成ロール軸７を介し、押しコップ６のつば６−２はロールコア５に対し軸方向に圧縮荷重をかけることができる。水平シリンダ１１−２および押しコップ６はロールコア５の両側に設けられているため、水平シリンダ１１−２の出力を両側とも均等とすることで、ロールコア５に安定した圧力を与え、巻き取り作業中のロールコア５の蛇行を抑えることができる。また、巻成ロール軸７にラックピニオン構造のドライブシャフトを設け、ロールコア５の左右のバランスを微調整することもできる。これにより、従来のサーフェイスワインダー装置に用いられていた、製品ロールの蛇行防止のガイドを不要とすることが可能となる。
【００３７】
更に、かかる圧縮荷重を負荷することで、巻成ロール軸７およびロールコア５の曲げ剛性が向上するという効果も得ることができる。従って、押しコップ６からロールコア５に加える圧縮荷重は、ロールコア５の蛇行防止の観点からは１００Ｎ以上とするのが望ましく、前記曲げ剛性向上の効果をも十分に得るためには、２００Ｎ以上とすることが更に望ましい。
【００３８】
図５は、押しコップ６をロールコア５に押し込んだ状態の一例を示す正面断面図であり、特に押しコップ６の断面について図４をより詳細に示したものである。図５では図示しない水平シリンダ１１−２が収縮すると、押しコップ６は、つば６−２がロールコア５の端部と当接するまでロールコア５に押し込まれる。この状態で、押しコップ６は上述の通り、材料ウェブの巻き取り作業中は更にロールコア５に対して所定の圧縮荷重（スラスト荷重）を加え続けることとなる。押しコップ６は、ベアリング８によって巻成ロール軸７を掴持している。ここで、ベアリング８には転がり軸受、滑り軸受のいずれも好適に使用することができるが、前記スラスト荷重に耐えうるスラストベアリングを用いることが好ましい。かかるベアリング８の存在により、材料ウェブの巻き取り時には、ロールコア５および押しコップ６は滑らかに巻成ロール軸７の周りを回転することができる。ここで、ベアリング８を図５に示す如く、少なくとも２列に周設することで、１列による支持の場合に比べロールコア５の曲げ変形を小さく抑えることができる。
【実施例】
【００３９】
本発明にかかるワインダー装置について、実施例を用いて更に詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）図１にかかるワインダー装置において、昇降装置１０および水平シリンダ１１−２には、いずれも空気圧シリンダを用いた。水平に２本配置された支持ローラ４の半径は２００[ｍｍ]、ロールコア５は厚さ５[ｍｍ]、半径７０[ｍｍ]の鋼鉄パイプ、押しコップ６および巻成ロール軸７には丸鋼材を用い、巻成ロール軸７は半径３５[ｍｍ]の中実棒とした。材料ウェブには幅２０００[ｍｍ]、密度１．４[ｇ／ｃｍ3]、厚さ０．５[ｍｍ]の塩化ビニル樹脂シートを用い、巻き取り速度は３０[ｍ／ｍｉｎ]とした。また、巻き取り作業中、水平シリンダ１１−２から押しコップ６に加えるスラスト荷重は２００[Ｎ]で一定とした。
【００４１】
以上の条件において、各昇降装置１０から巻成ロール軸７に加えられる荷重出力を昇降装置制御部１５によって図７の如く制御した場合の、製品ロール３の巻径の時刻歴変化を図７にあわせて示す。但し、本実施例および後述する比較例においては、製品ロール３の巻厚はスライダ１１のスライドレール１３に対する移動距離をロータリーエンコーダにて測定して求める方式を用いた。本実施例では、昇降装置１０から巻成ロール軸７に対し、巻き取り作業開始時には鉛直下向きに１台あたり１００[Ｎ]の荷重を与え、材料ウェブをロールコア５に押し付ける加圧ローラとしての役割をもたせた。また、巻き取り作業が進行するに従って、昇降装置１０の荷重出力を鉛直上向きに反転し、以降、製品ロール３の自重キャンセルを行うこととした。
【００４２】
（比較例１）ワインダー装置および材料ウェブの条件を実施例１と同一とし、各昇降装置１０の荷重出力を図８の如く制御した場合の、製品ロール３の巻径の時刻歴変化を図８にあわせて示す。本比較例においては、昇降装置１０から巻成ロール軸７に対し、巻き取り作業開始時には鉛直下向きにそれぞれ１００[Ｎ]の荷重を与え、材料ウェブをロールコア５に押し付ける加圧ローラとしての役割をもたせるものの、巻き取り作業が進行するに従って、昇降装置１０の荷重出力をゼロとした。
【００４３】
（結果）以上の実施例１および比較例１にかかるワインダー装置によって、巻き皺が発生するまで材料ウェブの巻き取り作業を行ったところ、実施例１では約１０００〜８００ｍｍ、比較例１では約５００〜４００ｍｍの巻径を有する製品ロールが得られた。以上により、本発明にかかるワインダー装置では、巻径にして約２倍、巻き取り長さでは約４倍もの太巻きが可能となった。すなわち、昇降装置制御部１５にて、昇降装置１０の出力荷重を図７の実線で示される如く制御することにより、従来の製品ロールに対し、約２倍もの巻径を実現することができることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、太巻きが困難であるというサーフェイスワインダー装置の欠点を克服し、従来のワインダー装置よりも大きな最大巻径を実現し、経済的な巻き取り作業を可能とするものである。これにより、材料の厚さや柔らかさによらず広範な対象に対して均質な巻取製品を得ることができ、またテンションコントロールが不要であってシステムが簡易であるというサーフェイスワインディング方式特有の利点をも享受することができる。
【００４５】
また本発明によれば、加圧ローラや材料ウェブのガイド装置も不要とすることができ、部品点数の削減にも寄与するものである。更に、材料特性、巻き取り速度、希望する巻径などに応じて、昇降装置の荷重出力を制御部にて時刻歴的にコントロールすることが可能であるため、様々な材料に対して好適な巻き取りを実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明にかかるワインダー装置の正面図である。
【図２】巻き取り開始時のワインダー装置の断面図である。
【図３】巻き取り終了時のワインダー装置の断面図である。
【図４】巻成ロール軸およびスライダ部分の正面断面図である。
【図５】押しコップ部分の正面断面図である。
【図６】従来技術とその課題を示すモデル図である。
【図７】実施例１にかかる荷重出力と巻径の時刻歴変化を表わすグラフである。
【図８】比較例１にかかる荷重出力と巻径の時刻歴変化を表わすグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  ワインダー装置
２  本体
３  製品ロール
４  支持ローラ
５  ロールコア
６  押しコップ
６−２  つば
７  巻成ロール軸
８  ベアリング
１０  昇降装置
１０−２  荷重出力端
１１  スライダ
１１−２  水平シリンダ
１２  巻成ロール軸掴持部
１２−２  留具
１３  スライドレール
１４  スリング
１５  昇降装置制御部
【図７】
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【図８】
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【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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