(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体である巻芯に巻かれる対象物の張力を制御する張力制御装置であって、
前記巻芯の回転軸を中心とする前記巻芯の周上の位置ごとにおける前記巻芯の径を表す巻芯径分布を取得する取得部と、
前記巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、前記巻芯に前記対象物が巻かれた巻回体の径である巻径の変動による前記張力の変動を補償するための第１の補償量を算出する第１の補償量演算部と、
前記巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、前記巻回体の回転に伴う慣性モーメントの変動による前記張力の変動を補償するための第２の補償量を、搬送される前記対象物の周速度を検出した結果に基づいて算出する第２の補償量演算部と、
前記巻芯を回転させるためのトルクを前記第１の補償量と前記第２の補償量とに基づいて制御するトルク制御部と、を備えることを特徴とする張力制御装置。
【請求項２】
前記第２の補償量演算部は、前記巻芯径分布を基に算出された慣性モーメントを基に、前記第２の補償量を算出することを特徴とする請求項１に記載の張力制御装置。
【請求項３】
前記取得部は、前記巻径の分布である巻径分布をさらに取得し、
前記第２の補償量演算部は、前記巻芯径分布を基に算出された慣性モーメントと、前記巻径分布を基に算出された慣性モーメントとを基に、前記第２の補償量を算出することを特徴とする請求項１に記載の張力制御装置。
【請求項４】
前記第２の補償量演算部は、搬送される前記対象物の前記張力を検出した結果を基に算出された慣性モーメントを基に、前記第２の補償量を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の張力制御装置。
【請求項５】
前記対象物の張力の検出結果を基に張力補正量を算出する張力補正量演算部を備え、
前記トルク制御部は、前記巻芯を回転させるためのトルクを、前記張力補正量に基づいて補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の張力制御装置。
【請求項６】
回転体である巻芯に巻かれる対象物の張力を制御する張力制御装置としてコンピュータを機能させる張力制御プログラムであって、
前記巻芯の回転軸を中心とする前記巻芯の周上の位置ごとにおける前記巻芯の径を表す巻芯径分布を取得するステップと、
前記巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、前記巻芯に前記対象物が巻かれた巻回体の径である巻径の変動による前記張力の変動を補償するための第１の補償量を算出するステップと、
前記巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、前記巻回体の回転に伴う慣性モーメントの変動による前記張力の変動を補償するための第２の補償量を、搬送される前記対象物の周速度の検出結果に基づいて算出するステップと、
前記巻芯を回転させるためのトルクを前記第１の補償量と前記第２の補償量とに基づいて制御するステップと、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする張力制御プログラム。
【請求項７】
請求項６に記載の張力制御プログラムが記憶され、コンピュータにより読み取りが可能とされたことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、巻芯に巻かれる対象物の張力を制御する張力制御装置、張力制御プログラムおよび記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
巻芯に巻かれる対象物である長尺の材料について、材料の巻き出しまたは材料の巻き取りを行う際に、材料の変形、材料の破断、または材料のたるみを防ぐための張力制御が行われる。張力制御の方法としては、トルク制御による方法と、速度制御による方法とが知られている。トルク制御では、巻芯を回転させるためのトルクを直接制御することにより張力を一定にさせる。速度制御では、材料を送り出す送りモータの速度と巻芯の速度とを同期させることによって、巻芯による張力が材料にかからないようにしたうえで、張力付与機構によって材料に一定の張力を付与する。トルク制御の場合、張力付与機構が不要であることから、速度制御の場合と比べて張力制御のための構成を簡易なものとすることができる。また、トルク制御の場合、張力付与のための材料のパスラインを確保しなくても良いことから、速度制御の場合と比べてパスラインを短くすることができる。パスラインを短くすることができることから、トルク制御は、制御応答性を良くすることができ、高精度な張力制御ができるという特徴がある。【０００３】
一般的な材料の巻き出しまたは巻き取りにおいて、円柱形状の巻芯が多く使用されている。二次電池またはコンデンサといった蓄電素子を製造する製造装置などでは、扁平形状の巻芯による材料の巻き取りによって扁平形状の巻回体を形成する場合がある。扁平形状の巻回体を形成する方法としては、円筒状の巻回体を押圧する方法も知られている。扁平形状の巻芯を使用して扁平形状の巻回体を形成する場合、巻回体を押圧する工程を省略できるという利点がある。【０００４】
特許文献１には、扁平形状の巻芯によって材料を巻き取る際に速度制御による張力制御を行う扁平巻回体の製造装置が開示されている。特許文献１の技術によると、材料の供給源から巻芯に至る材料の移動経路上に、材料の張力を一定にさせる張力安定機構と、巻取機と連動する回転カムとが設けられる。回転カムは、材料の移動方向と直交する方向に帯状体を振動させることによって、材料の速度変動を緩和させる。【０００５】
特許文献２には、慣性モーメントの変動による張力の変動を補償するための補償量を算出することによって、トルク制御による張力制御を行う張力制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２３５３０１号公報
【特許文献２】特開平７−１４８５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１に開示される従来技術では、材料の移動経路上に回転カムと張力安定機構とが配置される分、材料のパスラインが長くなり、かつ張力制御のためのシステムの構成が複雑となる。パスラインが長くなると、巻取機へトルク指令を出力してから張力安定機構が動作するまでの伝達時間が長くなることから、制御応答性が悪くなる。二次電池またはコンデンサといった蓄電素子の製造において、材料を低張力にさせ、かつ製品の品質向上のために高精度な張力制御が求められる場合があるが、特許文献１に開示される従来技術では当該要求に対応することは困難である。このように、特許文献１に開示される従来技術によると、高精度な張力制御が困難であるという課題があった。【０００８】
上記の特許文献２に開示される従来技術では、張力制御のための演算には、巻回体の断面が円形であることを前提とした演算が使用されている。このため、特許文献２に開示される従来技術によると、断面が円形以外の形状である巻芯に対象物が巻かれる場合において、張力変動を抑制することが困難であるという課題があった。【０００９】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、断面が円形以外の形状である巻芯に巻かれる対象物の張力変動を抑制でき、かつ高精度な張力制御を可能とする張力制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる張力制御装置は、回転体である巻芯に巻かれる対象物の張力を制御する。本開示にかかる張力制御装置は、巻芯の回転軸を中心とする巻芯の周上の位置ごとにおける巻芯の径を表す巻芯径分布を取得する取得部と、巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、巻芯に対象物が巻かれた巻回体の径である巻径の変動による張力の変動を補償するための第１の補償量を算出する第１の補償量演算部と、巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、巻回体の回転に伴う慣性モーメントの変動による張力の変動を補償するための第２の補償量を、搬送される対象物の周速度を検出した結果に基づいて算出する第２の補償量演算部と、巻芯を回転させるためのトルクを第１の補償量と第２の補償量とに基づいて制御するトルク制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本開示にかかる張力制御装置は、断面が円形以外の形状である巻芯に巻かれる対象物の張力変動を抑制でき、かつ高精度な張力制御が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１にかかる張力制御装置を含むシステムの構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかる張力制御装置において巻径の変動による張力の変化量を算出する方法について説明するための図
【図３】実施の形態１にかかる張力制御装置による慣性モーメントの算出方法について説明するための第１の図
【図４】実施の形態１にかかる張力制御装置による慣性モーメントの算出方法について説明するための第２の図
【図５】実施の形態１にかかる張力制御装置の機能構成を示す図
【図６】実施の形態２にかかる張力制御装置の機能構成を示す図
【図７】実施の形態３にかかる張力制御装置を含むシステムの構成を示す図
【図８】実施の形態３にかかる張力制御装置の機能構成を示す図
【図９】実施の形態１から３にかかる張力制御装置が有するハードウェア構成の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、実施の形態にかかる張力制御装置、張力制御プログラムおよび記憶媒体を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる張力制御装置を含むシステムの構成を示す図である。図１に示すシステム１００は、回転体である巻芯６ａへの材料１の巻き取りと、材料１の張力制御とを行う。システム１００は、実施の形態１にかかる張力制御装置１０を含む。張力制御装置１０は、巻芯６ａに巻かれる対象物である材料１の張力を制御する。材料１は、自在に変形可能な長尺の材料であって、紙またはフィルムといった帯状のシート材である。材料１は、線状の材料であっても良い。
【００１５】
システム１００は、材料１を搬送する送りロール３と、送りロール３を駆動する送りモータ２と、扁平形状の巻芯６ａと、巻芯６ａを駆動する軸駆動機４と、固定ロール５とを有する。巻芯６ａおよび軸駆動機４は、材料１を巻き取る巻取機を構成する。巻回体６は、巻回体６の中心である巻芯６ａと、巻芯６ａの周囲に巻かれた材料１とで構成される。      
【００１６】
巻芯６ａのうち回転軸６ｂに垂直な断面は、円形以外の形状である。巻芯６ａのかかる断面は、ある径方向において円を押し潰したような形状であって、例えば楕円形状である。軸駆動機４は、巻芯６ａの回転軸６ｂを中心に巻芯６ａを回転させる。送りロール３によって送り出された材料１は、固定ロール５に接触してから巻芯６ａに巻き取られる。巻芯６ａに材料１が巻き取られることによって、巻回体６が形成される。
【００１７】
また、システム１００は、巻芯６ａの回転角度を検出する角度検出器７と、巻芯６ａの径である巻芯径または巻回体６の径である巻径を検出する巻径検出器８と、材料１の周速度を検出する周速度検出器９と、張力制御装置１０とを有する。周速度検出器９は、送りロール３から送り出される材料１の周速度、すなわちシステム１００にて搬送される対象物の周速度を検出する。角度検出器７と巻径検出器８と周速度検出器９との各々は、張力制御装置１０に接続されている。張力制御装置１０は、角度検出器７による回転角度の検出結果と、巻径検出器８による径の検出結果と、周速度検出器９による周速度の検出結果とを取得する。
【００１８】
張力制御装置１０は、張力制御のための演算を行い、演算結果に基づいたトルク指令値を軸駆動機４へ出力する。張力制御装置１０は、トルク制御による張力制御を行う。張力制御装置１０は、速度制御による張力制御を行う場合と比べて、巻取機と連動する回転カム、および、張力変動を抑制させるための機構といった要素が不要である分、システム１００の構成が簡易となる。また、トルク制御の場合、張力付与のための材料１のパスラインを確保しなくても良いことから、張力制御装置１０は、速度制御による張力制御を行う場合と比べてパスラインを短くすることができる。パスラインを短くすることができることから、張力制御装置１０は、制御応答性を良くすることができ、高精度な張力制御が可能となる。
【００１９】
次に、張力制御装置１０における張力制御のための演算について説明する。なお、以下の説明において、巻回体６の巻径とは、巻回体６の半径であって、巻回体６の外周上の位置と巻芯６ａの回転中心との距離とする。巻芯６ａの巻芯径とは、巻芯６ａの半径であって、巻芯６ａの外周上の位置と巻芯６ａの回転中心との距離とする。ここでは、扁平形状の巻芯６ａについての実施の形態１による張力制御のための演算の説明に先立ち、円柱形状の巻芯６ａについての従来技術による張力制御のための演算について説明する。
【００２０】
材料１にかかる張力を「Ｆ」、巻回体６の半径を「Ｒ」、巻回体６の慣性モーメントを「Ｊ」、巻回体６の角速度を「ω」として、巻回体６を回転させるためのトルク「Ｔ」は、次の式（１）により表される。式（１）の右辺における第１項は、張力と巻径とによって求められるトルクである巻軸トルクを表す。式（１）の右辺における第２項は、慣性モーメントの変動を補償するための慣性トルクを表す。トルク「Ｔ」は、軸駆動機４の負荷トルクである。
【００２１】
【数１】
0006865914.tif 000002
【００２２】
張力のモーメントは、張力のテンソルと巻径のテンソルとを用いて、次の式（２）により表される。式（２）において、「Ｆ」の上に矢印が付された記号は、張力のテンソルを表す。「Ｒ」の上に矢印が付された記号は、巻径のテンソルを表す。
【００２３】
【数２】
0006865914.tif 000003
【００２４】
巻回体６が円柱形状である場合、張力のテンソルと巻径のテンソルとが直交するため、上記式（１）に示すように巻軸トルクを「Ｆ・Ｒ」と表すことができる。ただし、巻回体６が扁平形状である場合、張力のテンソルと巻径のテンソルとの間の角度は、巻回体６が１回転する間に変動する。このため、巻回体６が扁平形状である場合の巻軸トルクは、「Ｆ・Ｒ」と表すことができない。
【００２５】
上記式（１）の第２項は、角速度量である「Ｊω」の時間「ｔ」による微分量である。巻きの不良に起因して巻径が変化した場合に、演算結果が変動することを考慮して、当該微分量は、次の式（３）により表される。なお、「Ｊｉｎ」は、巻取開始前における巻芯６ａの慣性モーメントを表す。「Ｊｏｕｔ」は、巻取完了時の巻回体６の慣性モーメントを表す。「Ｊｍ」は、巻取機の機械的慣性モーメントを表す。「ｖ」は、材料１のライン基準速度を表す。「Ｄ」は、材料１の厚さを表す。「ｒ」は、巻径を表す。
【００２６】
【数３】
0006865914.tif 000004
【００２７】
「Ｊｏｕｔ」は、次の式（４）により表される。「Ｊｉｎ」は、次の式（５）により表される。なお、「ｒｍｉｎ」は、巻取開始時における巻径、すなわち巻芯径を表す。「ｒｔｈ」は、巻取完了時における巻径を表す。「Ｓ」は、巻回体６の断面積を表す。「ρ」は、巻回体６の密度を表す。
【００２８】
【数４】
0006865914.tif 000005
【００２９】
【数５】
0006865914.tif 000006
【００３０】
上記式（３）から（５）は、巻回体６が円柱形状であることを想定したものである。このため、巻回体６が扁平形状である場合には、上記式（３）から（５）の演算では、角速度量「Ｊω」の微分量を算出することができない。
【００３１】
実施の形態１では、張力制御装置１０は、扁平形状の巻芯６ａが使用される場合について、材料１の張力と巻径との間の角度の変動が考慮された巻軸トルク補償量を求める。また、張力制御装置１０は、巻回体６の形状を考慮した慣性トルク補償量を求める。張力制御装置１０は、巻径の変動を補償するための巻軸トルク補償量と、慣性モーメントの変動を補償するための慣性トルク補償量とに基づいて、巻芯６ａを回転させるためのトルクを制御する。張力制御装置１０は、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを同時に補正することによって、巻回体６が１回転する間における材料１の張力変動を抑制させる。
【００３２】
巻取開始前において、システム１００は、巻芯６ａを１回転させる。張力制御装置１０は、巻芯６ａを１回転させる間における巻芯径の検出結果を基に、巻芯６ａの巻芯径分布を取得する。巻芯６ａが扁平形状である場合、回転軸６ｂを中心とする巻芯６ａの周上の位置ごとに巻芯６ａの径が異なる。巻芯６ａの巻芯径分布は、回転軸６ｂを中心とする巻芯６ａの周上の位置ごとにおける巻芯６ａの径を表す。張力制御装置１０は、取得された巻芯径分布に基づいて、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを求める。
【００３３】
ここで、巻径の変動による張力の変化量を算出する方法について説明する。図２は、実施の形態１にかかる張力制御装置において巻径の変動による張力の変化量を算出する方法について説明するための図である。図２には、図１に示す構成のうち、固定ロール５、巻回体６、および角度検出器７と、固定ロール５と巻回体６との間の材料１とを示している。
【００３４】
図２において、回転中心Ｏは、巻回体６の回転中心であって、回転軸６ｂの位置を表す。点Ｐは、巻回体６と材料１との接点を表す。巻回体６と材料１との接点とは、点Ｐと点Ｑとを結ぶ線分である接線と巻回体６の外周との接点である。点Ｑは、固定ロール５と材料１との接点を表す。点Ｏ’は、角度検出器７の中心位置を表す。基準線ＯＯ’は、回転中心Ｏと点Ｏ’とを結ぶ線分である。「φ」は、∠ＰＯＯ’の角度である。「α」は、∠ＱＰＯの角度である。「δ」は、∠ＱＯＯ’の角度であって、回転中心Ｏと点Ｑとを結ぶ線分と基準線との間の角度である。「γ」は、∠ＰＱＯの角度である。「ｌ」は、点Ｐと点Ｑとの距離である。「Ｌ」は、回転中心Ｏと点Ｑとの距離である。線分ＯＰは、点Ｐを通る巻回体６の半径であって、巻回体６の巻径である。「Ｒφ」は、巻回体６の巻径を表す。巻回体６が扁平形状であることから、各角度「φ」、「α」および「γ」と、巻径である「Ｒφ」とは、巻回体６の回転に従って変化する。
【００３５】
巻軸トルク「ＴＲ」は、上記式（２）により表される。また、巻軸トルク「ＴＲ」は、次の式（６）により表される。
【００３６】
【数６】
0006865914.tif 000007
【００３７】
上記式（６）における「ｓｉｎα」は、次の式（７）および（８）の関係から、次の式（９）により表される。式（７）は、余弦定理に基づく関係を表す。式（８）は、正弦定理に基づく関係を表す。
【００３８】
【数７】
0006865914.tif 000008
【００３９】
【数８】
0006865914.tif 000009
【００４０】
【数９】
0006865914.tif 000010
【００４１】
上記式（６）への上記式（９）の代入により、巻軸トルク「ＴＲ」は、次の式（１０）のように表すことができる。
【００４２】
【数１０】
0006865914.tif 000011
【００４３】
ここで、角度「φ」を決定する方法について説明する。角度「γ」が最大であるときの点（φ，Ｒφ）が、接点である点Ｐである。角度「γ」は、次の式（１１）の関係から、次の式（１２）により表される。式（１１）は、正弦定理に基づく関係を表す。
【００４４】
【数１１】
0006865914.tif 000012
【００４５】
【数１２】
0006865914.tif 000013
【００４６】
張力「Ｆ」と距離「Ｌ」との各々が一定であることから、トルク「Ｔ」が最大となるときの角度「φ」についての点（φ，Ｒφ）が、接点となる。角度「φ」は、角度「δ」から角度「δ＋π」までの範囲に含まれる。角度「φ」を推定するためには、角度「δ」に対応する巻径と角度「δ＋π」に対応する巻径との情報が必要となる。張力制御装置１０は、角度検出器７と巻径検出器８とによって、基準線と巻径との間の角度と巻径の長さとの関係をあらかじめ取得する。張力制御装置１０は、かかる関係を基に、角度「δ」に対応する巻径と角度「δ＋π」に対応する巻径とを取得して、角度「φ」を推定する。これにより、張力制御装置１０は、扁平形状の巻芯６ａが使用される場合における巻軸トルク「ＴＲ」を求めることができる。
【００４７】
次に、慣性モーメントの算出方法について説明する。図３は、実施の形態１にかかる張力制御装置による慣性モーメントの算出方法について説明するための第１の図である。図３には、図１に示す構成のうち巻回体６を示している。
【００４８】
巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」は、次の式（１３）により表される。「Ｗ」は、材料１の幅、すなわち、回転軸６ｂの方向における材料１の長さである。なお、図３では、巻回体６の全体の密度が「ρ」であるものとする。
【００４９】
【数１３】
0006865914.tif 000014
【００５０】
角度範囲「Δφ」において、巻回体６の半径が一定であると仮定する。かかる半径は、次の式（１４）により表される「Ｒ・φ」とする。
【００５１】
【数１４】
0006865914.tif 000015
【００５２】
角度範囲「Δφ」における断面２次モーメント「Ｉφ」は、次の式（１５）により表される。
【００５３】
【数１５】
0006865914.tif 000016
【００５４】
Δφ＝２π／ｎとして、角度範囲「Δφ」おきの点であるｎ個の各点における巻回体６の半径が求められたとする。各点は、巻回体６の周上における点とする。巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」は、次の式（１６）により表される。なお、「ｎ」は任意の整数とする。
【００５５】
【数１６】
0006865914.tif 000017
【００５６】
慣性モーメント「Ｊ」を算出するために上記式（１６）による演算を常時行ったとすると、張力制御装置１０の演算手段における負荷が増大することとなる。
【００５７】
角度「φ」に対応する巻芯６ａの半径を「ＲＣφ」、当該半径を通る断面における断面２次モーメントを「ＩＣ」とすると、巻径である「Ｒφ」に対応する巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」は、次の式（１７）により表される。式（１７）により、慣性モーメント「Ｊ」の演算の簡略化が可能となる。
【００５８】
【数１７】
0006865914.tif 000018
【００５９】
上記式（１３）から（１７）では、巻芯６ａと材料１とに密度差が無いものとみなして、慣性モーメントを算出している。巻芯６ａと材料１との密度差があるケースでは、上記式（１３）から（１７）では、正確な慣性モーメントを算出することができない。なお、巻芯６ａと材料１との密度差があっても、慣性モーメントの算出結果に影響を及ぼさない程度である場合は、当該密度差は無いものとみなしても良い。
【００６０】
ここで、巻回体６の慣性モーメントの算出において巻芯６ａと材料１との密度差を加味するケースについて説明する。密度差を加味する場合、巻回体６を巻芯６ａと材料１の層とに分けて、慣性モーメントを算出する。
【００６１】
図４は、実施の形態１にかかる張力制御装置による慣性モーメントの算出方法について説明するための第２の図である。図４には、巻取完了時における巻回体６を示している。図４に示す巻回体６のうち、巻芯６ａの周囲の部分は、材料１の層である。
【００６２】
ここで、巻芯６ａについての慣性モーメントの算出について説明する。「ＲＣφ」は、角度「φ」に対応する巻芯６ａの半径である。「ＲＲφ」は、「φ」に対応する巻回体６の半径であって、巻取完了時における巻回体６の半径である。「ＲＣ（φ＋Δφ）」は、角度「φ＋Δφ」に対応する巻芯６ａの半径である。「ＲＲ（φ＋Δφ）」は、角度「φ＋Δφ」に対応する巻回体６の半径であって、巻取完了時における巻回体６の半径である。
【００６３】
Δφ＝２π／ｎとして、角度範囲「Δφ」おきの点であるｎ個の各点における巻芯６ａの半径が求められたとする。ある角度範囲「Δφ」において巻芯６ａの半径が一定であると仮定して、かかる半径を「Ｒ・Ｃｎ」とする。巻芯６ａの慣性モーメント「ＪＣ」は、上記式（１３）から（１６）と同様の演算により、次の式（１８）により表される。「ρＣ」は、巻芯６ａの密度である。
【００６４】
【数１８】
0006865914.tif 000019
【００６５】
次に、材料１の層についての慣性モーメントの算出について説明する。ある角度範囲「Δφ」において、巻取完了時における材料１の層の半径が一定であると仮定して、かかる半径を「Ｒ・Ｒｎ」とする。角度範囲「Δφ」における材料１の層の断面２次モーメント「ＩＭφ」は、次の式（１９）により表される。
【００６６】
【数１９】
0006865914.tif 000020
【００６７】
角度範囲「Δφ」おきの点であるｎ個の各点における材料１の層の半径が求められたとする。材料１の層の慣性モーメント「ＪＭ」は、次の式（２０）により表される。「ρＭ」は、材料１の層の密度である。
【００６８】
【数２０】
0006865914.tif 000021
【００６９】
巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」は、巻芯６ａの慣性モーメント「ＪＣ」と材料１の層の慣性モーメント「ＪＭ」との和である。上記式（１８）および（２０）から、巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」は、次の式（２１）により表される。
【００７０】
【数２１】
0006865914.tif 000022
【００７１】
次に、巻芯６ａと材料１との密度差を加味する場合において慣性モーメント「Ｊ」の演算を簡略化する方法について説明する。巻取完了時における巻回体６について、ある角度範囲「Δφ」において巻回体６の半径が一定であると仮定して、かかる半径を「Ｒ・ｍａｘ＿ｎ」とする。巻取完了時における巻回体６の慣性モーメント「Ｊｍａｘ」は、次の式（２２）により表される。
【００７２】
【数２２】
0006865914.tif 000023
【００７３】
また、巻取完了時における巻回体６の慣性モーメント「Ｊｍａｘ」は、巻取完了時における巻回体６の断面２次モーメント「Ｉｍａｘ」を用いて、次の式（２３）のように表すことができる。
【００７４】
【数２３】
0006865914.tif 000024
【００７５】
「ＲＲφ」に対応する巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」は、次の式（２４）および（２５）により表される。「ＲＣφ」は、角度「φ」に対応する巻芯６ａの半径である。「Ｒｍａｘ」は、巻芯６ａの半径である。張力制御装置１０は、上記式（２３）により算出された慣性モーメント「Ｊｍａｘ」と、上記式（１８）により算出された慣性モーメント「ＪＣ」とをあらかじめ記憶することにより、読み出された慣性モーメント「Ｊｍａｘ」および「ＪＣ」を演算に使用することができる。式（２４）および（２５）により、慣性モーメント「Ｊ」の演算の簡略化が可能となる。
【００７６】
【数２４】
0006865914.tif 000025
【００７７】
【数２５】
0006865914.tif 000026
【００７８】
上記式（１）は、巻軸トルク「ＴＲ」と慣性モーメント「Ｊ」とを用いて、次の式（２６）のように修正することができる。
【００７９】
【数２６】
0006865914.tif 000027
【００８０】
上記式（２６）の右辺における第２項である「ｄ（Ｊω）／ｄｔ」は、慣性モーメントの変動を補償するための慣性トルクを表す。ω＝Ｖ／Ｒの関係と、周速度「Ｖ」の偏微分と半径「Ｒ」の偏微分とを使って「Ｊω」の全微分を求めることによって、慣性トルク「ｄ（Ｊω）／ｄｔ」は、次の式（２７）により算出される。「Ｖ」は巻回体６の周速度を表す。
【００８１】
【数２７】
0006865914.tif 000028
【００８２】
上記式（２７）の「ｄＲφ／ｄｔ」は、次の式（２８）のように表すことができる。
【００８３】
【数２８】
0006865914.tif 000029
【００８４】
上記式（２７）の右辺における第１項は、巻径の変動による慣性トルクの増減量を表す。上記式（２７）の右辺における第２項は、周速度の変動による慣性トルクの増減量を表す。上記式（２７）への上記式（２８）の代入により、上記式（２７）は、次の式（２９）のように表すことができる。
【００８５】
【数２９】
0006865914.tif 000030
【００８６】
巻芯６ａと材料１との密度差を加味しないケース、すなわち上記式（１７）より慣性モーメント「Ｊ」が算出される場合は、上記式（２９）における「ｄ（Ｊ／Ｒφ）／ｄＲφ」は、次の式（３０）のように表される。
【００８７】
【数３０】
0006865914.tif 000031
【００８８】
巻芯６ａと材料１との密度差を加味するケース、すなわち上記式（２３）より慣性モーメント「Ｊ」が算出される場合は、上記式（２９）における「ｄ（Ｊ／Ｒφ）／ｄＲφ」は、次の式（３１）のように表される。
【００８９】
【数３１】
0006865914.tif 000032
【００９０】
上記式（２６）へ上記式（１０）および（２９）を代入して、巻回体６を回転させるためのトルク「Ｔ」は、次の式（３２）により表される。
【００９１】
【数３２】
0006865914.tif 000033
【００９２】
張力制御装置１０は、後述する目標張力設定器により張力「Ｆ」を取得できる。張力制御装置１０は、後述する位置設定器により、固定ロール５および材料１の接点と巻芯６ａの回転中心とを結ぶ線分の長さである距離「Ｌ」と、当該線分と基準線との間の角度である「δ」とを取得できる。張力制御装置１０は、巻径検出器８による検出結果と角度検出器７による検出結果とを基に、巻径である「Ｒφ」を取得できる。張力制御装置１０は、位置設定器により取得された値と、巻径検出器８による検出結果と角度検出器７による検出結果とを基に、慣性モーメント「Ｊ」を取得できる。張力制御装置１０は、周速度検出器９による検出結果である周速度「Ｖ」を周速度検出器９から取得できる。張力制御装置１０は、周速度「Ｖ」を時間「ｔ」で微分することにより「ｄＶ／ｄｔ」を算出できる。張力制御装置１０は、「Ｒφ」を角度「φ」で微分することにより「ｄＲφ／ｄφ」を算出できる。張力制御装置１０は、得られた各値を上記式（３２）に代入することにより、トルク「Ｔ」を算出できる。
【００９３】
次に、張力制御装置１０の機能構成について説明する。図５は、実施の形態１にかかる張力制御装置の機能構成を示す図である。図５には、張力制御装置１０が、巻芯６ａと材料１との密度差を加味しない張力制御を行う場合における機能構成の例を示している。以下、実施の形態１では、巻芯６ａと材料１との密度差を加味しないケースについて説明する。
【００９４】
張力制御装置１０は、巻芯６ａの巻芯径分布を取得する巻径分布取得部１１を有する。巻径分布取得部１１は、回転軸６ｂを中心とする巻芯６ａの周上の位置ごとにおける巻芯６ａの径を表す巻芯径分布を取得する取得部である。張力制御装置１０は、巻芯６ａの密度を設定する巻芯密度設定器１２と、材料１の幅を設定する材料幅設定器１３と、固定ロール５の位置を設定する位置設定器１７と、材料１にかかる張力の目標値を設定する目標張力設定器２６とを有する。
【００９５】
張力制御装置１０は、巻取開始前における巻芯６ａの慣性モーメントを算出する第１の慣性モーメント演算部１４と、巻取開始前における巻芯６ａの慣性モーメントを記憶する第１の慣性モーメント記憶部１５とを有する。
【００９６】
張力制御装置１０は、巻取開始時における巻芯６ａの巻芯径分布と巻取開始時における巻芯６ａの巻軸トルクの分布とを算出する巻径分布トルク演算部１６と、巻取開始時における巻芯６ａの巻芯径分布を記憶する巻芯径分布記憶部１８と、巻取開始時における巻芯６ａの巻軸トルクの分布を記憶する第１の巻軸トルク記憶部１９とを有する。
【００９７】
張力制御装置１０は、ある角度範囲ごとにおける巻芯６ａの巻芯径の変化量を求め、当該変化量の分布を算出する第１の変化量分布演算部２０と、当該変化量の分布を記憶する第１の変化量分布記憶部２１とを有する。
【００９８】
張力制御装置１０は、巻芯６ａの巻芯径の平均値である平均巻芯径と巻回体６の巻径の平均値である平均巻径とを算出する平均巻径演算部２２と、巻芯６ａの平均巻芯径を記憶する平均巻芯径記憶部２４と、巻回体６の平均巻径と巻芯６ａの平均巻芯径との比である巻比を算出する巻比演算部２５と、時間計測器２３と、微分演算部３２とを有する。
【００９９】
張力制御装置１０は、巻回体６の慣性モーメントを算出する慣性モーメント演算部２７と、巻回体６の巻径分布を算出する巻径分布演算部２８とを有する。張力制御装置１０は、ある角度範囲ごとにおける巻回体６の巻径の変化量を求め、当該変化量の分布を算出する変化量分布演算部２９を有する。
【０１００】
張力制御装置１０は、巻軸トルク補償量を算出する第１の補償量演算部３０と、慣性トルク補償量を算出する第２の補償量演算部３１とを有する。巻軸トルク補償量は、巻芯６ａに材料１が巻かれた巻回体６の径である巻径の変動による張力の変動を補償するための第１の補償量である。第１の補償量演算部３０は、巻径分布取得部１１によって取得された巻芯径分布に基づいて、巻軸トルク補償量を算出する。慣性トルク補償量は、巻回体６の回転に伴う慣性モーメントの変動による張力の変動を補償するための第２の補償量である。第２の補償量演算部３１は、周速度検出器９によって検出された周速度と、巻径分布取得部１１によって取得された巻芯径分布を基に算出された慣性モーメントとに基づいて、第２の補償量を算出する。
【０１０１】
張力制御装置１０は、トルク指令値を生成するトルク制御部３３を有する。トルク制御部３３は、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを基にトルク指令値を生成する。トルク制御部３３は、生成されたトルク指令値を軸駆動機４へ出力することによって、巻芯６ａを回転させるためのトルクを巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とに基づいて制御する。
【０１０２】
次に、実施の形態１にかかる張力制御装置１０の各機能部における演算の具体例について説明する。実施の形態１において、張力制御装置１０は、巻取開始前に、軸駆動機４の制御により巻芯６ａを１回転させる。角度検出器７は、一定の間隔における角度の検出によって、１回転中の一定の角度範囲ごとにおける巻芯６ａの回転角度「θ」を検出する。巻径検出器８は、１回転中の一定の角度範囲ごとにおける巻芯６ａの半径「Ｒθ」を検出する。周速度検出器９は、１回転中の一定の角度範囲ごとにおける周速度「Ｖθ」を検出する。
【０１０３】
張力制御装置１０は、回転角度「θ」、半径「Ｒθ」および周速度「Ｖθ」の各値を取得して、巻軸トルクと慣性トルクとの算出のために必要となる各演算値を求める。張力制御装置１０は、巻取開始時についての各演算値として、巻取開始前における巻芯６ａの巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」と、巻取開始時における巻芯６ａの慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」と、材料１と巻芯６ａとの接点を通る巻芯径についての巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」と、当該巻芯径の変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」と、巻芯６ａの巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」と、巻芯６ａの平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」とを算出する。
【０１０４】
巻取開始時についての各演算値を算出した後、張力制御装置１０は、軸駆動機４の制御により、巻芯６ａへの材料１の巻き取りを開始させる。張力制御装置１０は、巻回体６について算出された演算値と巻回体６の平均巻径とを基に、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを算出する。張力制御装置１０は、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを加算することによって、トルク指令値を算出する。
【０１０５】
次に、巻取開始時についての各演算値の算出方法について説明する。巻径分布取得部１１は、角度検出器７から巻芯６ａの回転角度「θ」を取得する。巻径分布取得部１１は、巻径検出器８から巻芯６ａの半径「Ｒθ」を取得する。巻径分布取得部１１は、一定の角度範囲ごとに取得された半径「Ｒθ」を回転角度「θ」に紐付けることによって、次の式（３３）に示す巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」を取得する。
【０１０６】
【数３３】
0006865914.tif 000034
【０１０７】
巻径分布トルク演算部１６は、巻径分布取得部１１により取得された巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」を基に、接点を通る巻芯径についての巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」と、巻芯６ａの巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」とを算出する。巻芯径分布記憶部１８は、算出された巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」を記憶する。第１の巻軸トルク記憶部１９は、算出された巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」を記憶する。第１の変化量分布演算部２０は、巻径分布取得部１１により取得された巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」を基に、材料１と巻芯６ａとの接点を通る巻芯径の変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」を算出する。第１の変化量分布記憶部２１は、算出された変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」を記憶する。
【０１０８】
第１の慣性モーメント演算部１４は、次の式（３４）により、巻取開始時における巻芯６ａの慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」を算出する。第１の慣性モーメント演算部１４は、Δθ＝２π／ｎとして、角度範囲「Δθ」おきの点であるｎ個の各点における巻芯６ａの半径を取得して、慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」を求める。第１の慣性モーメント演算部１４は、巻芯密度設定器１２から密度「ρ」を取得する。第１の慣性モーメント演算部１４は、材料幅設定器１３から材料１の幅「Ｗ」を取得する。第１の慣性モーメント記憶部１５は、第１の慣性モーメント演算部１４によって算出された慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」を記憶する。
【０１０９】
【数３４】
0006865914.tif 000035
【０１１０】
巻径分布トルク演算部１６は、回転角度「θ」に対応する上記の角度「φ」と、角度「φ」に対応する半径である「Ｒφ」とを算出する。巻径分布トルク演算部１６は、算出された角度「φ」に対応する巻軸トルク「Ｔ（θ，φ）」を、回転角度「θ」に紐付けて記憶することによって、巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」を求める。
【０１１１】
巻径分布取得部１１が巻芯径分布を取得したときにおける状態からの巻芯６ａの回転角度が「θ」、回転角度が「θ」であるときの、巻芯６ａの回転中心と巻回体６および材料１の接点とを結ぶ線分と基準線との間の角度が「φ」とする。材料１と巻芯６ａとの接点が点（θ＋φ，Ｒφ）であるとして、回転角度「θ」に対応する巻軸トルク「Ｔ（θ，φ）」は、距離「Ｌ」および角度「δ」を用いて、次の式（３５）により表される。
【０１１２】
【数３５】
0006865914.tif 000036
【０１１３】
なお、張力制御装置１０は、目標張力が変更される場合があることから、式（３５）による演算の際は張力「Ｆ」を仮に１（Ｎ）としておき、巻き取り時の演算の際に巻軸トルクからの目標張力の除算を行うこととしても良い。
【０１１４】
巻径分布トルク演算部１６は、次の式（３６）に示す巻軸トルク「Ｔθ」を算出する。上記式（１２）より、巻軸トルク「Ｔθ」は、巻軸トルク「Ｔ（θ，φ）」が最大となるときの角度を見つけることによって算出される。巻径分布トルク演算部１６は、角度「φ」の０から２πにおける範囲において、角度範囲「Δφ」ごとの巻軸トルク「Ｔ（θ，φ）」を算出して、算出された巻軸トルク「Ｔ（θ，φ）」のうちの最大値を巻軸トルク「Ｔθ」として取得する。巻軸トルク「Ｔ（θ，φ）」が最大となるときの半径である「Ｒφ」が、材料１と巻芯６ａとの接点を通る巻芯径となる。巻径分布トルク演算部１６は、巻芯径である「Ｒφ」も算出する。
【０１１５】
【数３６】
0006865914.tif 000037
【０１１６】
さらに、巻径分布トルク演算部１６は、Δθ＝２π／ｎであるΔθごとに、巻軸トルク「Ｔθ」と巻芯径である「Ｒφ」とを算出する。これにより、巻径分布トルク演算部１６は、巻芯６ａの巻軸トルク分布を表す「Ｔ（θ）」と、材料１と巻芯６ａとの接点を通る巻芯径についての巻芯径分布を表す「Ｒφ（θ）」とを取得する。巻軸トルク分布「Ｔ（θ）」は、次の式（３７）により表される。巻径分布「Ｒφ（θ）」は、次の式（３８）により表される。
【０１１７】
【数３７】
0006865914.tif 000038
【０１１８】
【数３８】
0006865914.tif 000039
【０１１９】
巻径分布トルク演算部１６は、位置設定器１７から距離「Ｌ」と角度「δ」とを取得して、上記式（３５）から（３８）の演算を行う。これにより、巻径分布トルク演算部１６は、巻芯６ａの巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」と、材料１と巻芯６ａとの接点を通る巻芯径についての巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」とを求める。巻芯径分布記憶部１８は、巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」を記憶する。第１の巻軸トルク記憶部１９は、巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」を記憶する。
【０１２０】
第１の変化量分布演算部２０は、巻径分布トルク演算部１６にて求められた巻芯径分布を表す「Ｒφ（θ）」を基に、次の式（３９）に示す変化量「ｄＲφ（θ）／ｄθ」を算出する。変化量「ｄＲφ（θ）／ｄθ」は、Δθごとの「Ｒφ」の変化量である。
【０１２１】
【数３９】
0006865914.tif 000040
【０１２２】
第１の変化量分布演算部２０は、上記式（３９）の演算により、材料１と巻芯６ａとの接点を通る巻芯径の変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」を求める。第１の変化量分布記憶部２１は、変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」を記憶する。
【０１２３】
平均巻径演算部２２は、巻芯６ａの平均巻芯径を算出する。平均巻径演算部２２は、角度検出器７から回転角度「θ」を取得する。平均巻径演算部２２は、周速度検出器９から周速度「Ｖ」を取得する。平均巻径演算部２２は、時間計測器２３による時間の計測結果を取得する。平均巻径演算部２２は、周速度「Ｖ」と、巻芯６ａの１回転に要した時間とを基に、巻芯６ａの周長「ＬＣ」を算出する。巻芯６ａの１回転における周速度の平均を「Ｖａｖｅ」、巻芯６ａの１回転に要した時間を「ｔ」として、周長「ＬＣ」は、次の式（４０）により表される。
【０１２４】
【数４０】
0006865914.tif 000041
【０１２５】
ここで、回転軸６ｂに垂直な巻芯６ａの断面を円形と仮定した場合に、平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」は、次の式（４１）により表される。
【０１２６】
【数４１】
0006865914.tif 000042
【０１２７】
平均巻径演算部２２は、上記の式（４０）および（４１）の演算により、巻芯６ａの平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」を算出する。平均巻芯径記憶部２４は、平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」を記憶する。
【０１２８】
以上により、張力制御装置１０は、巻取開始時についての各演算値、すなわち、巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」と、慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」と、巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」と、変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」と、巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」と、平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」とを算出する。また、張力制御装置１０は、算出された各演算値を記憶する。
【０１２９】
次に、巻き取りを開始した後における各演算値の算出方法について説明する。平均巻径演算部２２は、巻き取りが行われている現在における平均巻径「Ｒａｖｅ」を算出する。巻比演算部２５は、現在における平均巻径「Ｒａｖｅ」と、平均巻芯径記憶部２４に記憶されている平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」とを基に、次の式（４２）により、巻比「ＰＲａｖｅ」を算出する。
【０１３０】
【数４２】
0006865914.tif 000043
【０１３１】
慣性モーメント演算部２７は、第１の慣性モーメント記憶部１５から、巻取開始前における巻芯６ａの慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」を取得する。慣性モーメント演算部２７は、巻比演算部２５から巻比「ＰＲａｖｅ」を取得する。慣性モーメント演算部２７は、次の式（４３）により、巻き取りが行われている現在における巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」を算出する。
【０１３２】
【数４３】
0006865914.tif 000044
【０１３３】
巻径分布演算部２８は、巻芯径分布記憶部１８から、巻取開始前における巻芯６ａの巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」を取得する。巻径分布演算部２８は、巻比演算部２５から巻比「ＰＲａｖｅ」を取得する。巻径分布演算部２８は、次の式（４４）により、巻き取りが行われている現在における巻回体６の巻径分布を表す「Ｒφ（θ）」を算出する。
【０１３４】
【数４４】
0006865914.tif 000045
【０１３５】
変化量分布演算部２９は、第１の変化量分布記憶部２１から、巻取開始前における巻芯６ａについて、材料１と巻芯６ａとの接点を通る巻芯径の変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」を取得する。変化量分布演算部２９は、巻比演算部２５から巻比「ＰＲａｖｅ」を取得する。巻径分布演算部２８は、次の式（４５）に示す変化量「ｄＲφ（θ）／ｄθ」を算出する。
【０１３６】
【数４５】
0006865914.tif 000046
【０１３７】
第１の補償量演算部３０は、角度検出器７から回転角度「θ」を取得する。第１の補償量演算部３０は、第１の巻軸トルク記憶部１９から、巻取開始前における巻芯６ａの巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」を取得する。第１の補償量演算部３０は、巻比演算部２５から巻比「ＰＲａｖｅ」を取得する。第１の補償量演算部３０は、目標張力設定器２６から、目標張力「Ｆｔａｒｇｅｔ」を取得する。第１の補償量演算部３０は、次の式（４６）により、巻軸トルク補償量「ＴＲ」を算出する。
【０１３８】
【数４６】
0006865914.tif 000047
【０１３９】
第２の補償量演算部３１は、角度検出器７から回転角度「θ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、周速度検出器９から周速度「Ｖ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、慣性モーメント演算部２７から、巻き取りが行われている現在における巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、巻径分布演算部２８から、巻き取りが行われている現在における巻回体６の巻径分布を表す「Ｒφ（θ）」を取得する。第２の補償量演算部３１は、変化量分布演算部２９から、巻き取りが行われている現在における巻回体６についての変化量「ｄＲφ（θ）／ｄθ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、微分演算部３２から、周速度「Ｖ」の微分量である「ｄＶ／ｄｔ」を取得する。
【０１４０】
第２の補償量演算部３１は、上記式（３０）および（３２）を用いて、次の式（４７）により、慣性トルク補償量「ＴＩ」を算出する。なお、「ｄＶ／ｄｔ」は、微分演算部３２において一定の時間「Δｔ」ごとに次の式（４８）による演算を行った結果である。
【０１４１】
【数４７】
0006865914.tif 000048
【０１４２】
【数４８】
0006865914.tif 000049
【０１４３】
トルク制御部３３は、巻軸トルク補償量「ＴＲ」と慣性トルク補償量「ＴＩ」とを加算することにより、トルク指令値を算出する。トルク制御部３３は、算出されたトルク指令値を軸駆動機４へ出力することによって、軸駆動機４の駆動を制御する。
【０１４４】
実施の形態１によると、張力制御装置１０は、巻芯６ａの巻芯径分布に基づいて得られた巻軸トルク補償量と、巻芯６ａの巻芯径分布に基づいて得られた慣性トルク補償量とに基づいて、巻芯６ａを回転させるためのトルクを補正する。張力制御装置１０は、巻芯６ａが１回転する間に巻芯径が変動することによる張力変動を抑制することができる。また、張力制御装置１０は、巻芯６ａが１回転する間に慣性モーメントが変動することによる張力変動を抑制することができる。これにより、張力制御装置１０は、断面が円形以外の形状である巻芯６ａに巻かれる対象物の張力変動を抑制でき、かつ高精度な張力制御が可能となるという効果を奏する。
【０１４５】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２にかかる張力制御装置の機能構成を示す図である。実施の形態２では、張力制御装置１０Ａが、巻芯６ａと材料１との密度差を加味した張力制御を行う場合について説明する。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
【０１４６】
実施の形態２にかかる張力制御装置１０Ａは、巻径分布取得部１１により取得された巻芯６ａの巻芯径分布を記憶する巻芯径分布記憶部３４と、材料１の密度を設定する材料密度設定器３６とを有する。張力制御装置１０Ａは、巻取完了時における巻回体６の慣性モーメントを算出する第２の慣性モーメント演算部３５と、巻取完了時における巻回体６の慣性モーメントを記憶する第２の慣性モーメント記憶部３７とを有する。
【０１４７】
張力制御装置１０Ａは、巻取完了時における巻回体６の巻径分布を記憶する巻径分布記憶部３８と、巻取完了時における巻回体６の巻軸トルクの分布を記憶する第２の巻軸トルク記憶部３９と、巻取完了時における巻回体６について、ある角度範囲ごとにおける巻径の変化量の分布を記憶する第２の変化量分布記憶部４０とを有する。張力制御装置１０Ａは、巻取完了時における巻回体６の平均巻径を記憶する平均巻径記憶部４１を有する。
【０１４８】
実施の形態２において、巻径分布取得部１１は、材料１が巻き付けられていない状態における巻芯６ａについての第１の巻径分布と、巻芯６ａと巻芯６ａに巻き付けられている材料１とを有する巻回体６についての第２の巻径分布とを取得する。第２の補償量演算部３１は、第１の巻径分布を基に算出された慣性モーメントと、第２の巻径分布を基に算出された慣性モーメントとを基に、慣性トルク補償量を算出する。
【０１４９】
次に、実施の形態２にかかる張力制御装置１０Ａの各機能部における演算の具体例について説明する。実施の形態２において、張力制御装置１０Ａは、実施の形態１にかかる張力制御装置１０と同様に、巻取開始前に、軸駆動機４の制御により巻芯６ａを１回転させる。張力制御装置１０Ａは、実施の形態１にかかる張力制御装置１０と同様に、巻取開始前についての各演算値、すなわち、巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」と、慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」と、巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」と、変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」と、巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」と、平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」とを算出する。
【０１５０】
張力制御装置１０Ａは、巻取完了後に、軸駆動機４の制御により巻回体６を１回転させる。角度検出器７は、一定の間隔における角度の検出によって、１回転中の一定の角度範囲ごとにおける巻回体６の回転角度「θ」を検出する。巻径検出器８は、１回転中の一定の角度範囲ごとにおける巻回体６の半径「Ｒθ」を検出する。周速度検出器９は、１回転中の一定の角度範囲ごとにおける周速度「Ｖθ」を検出する。
【０１５１】
張力制御装置１０Ａは、回転角度「θ」、半径「Ｒθ」および周速度「Ｖθ」の各値を取得して、巻軸トルクと慣性トルクとの算出のために必要となる各演算値を求める。張力制御装置１０Ａは、巻取完了時についての各演算値として、巻取完了時における巻回体６についての第２の巻径分布である巻径分布「Ｒｍａｘ（θ）」と、巻取完了時における巻回体６の慣性モーメント「Ｊｍａｘ」と、材料１と巻回体６との接点を通る巻径についての巻径分布「Ｒφｍａｘ（θ）」と、当該巻径の変化量分布「ｄＲφｍａｘ（θ）／ｄφ」と、巻取完了時における巻回体６の巻軸トルク分布「Ｔｍａｘ（θ）」と、巻取完了時における巻回体６の平均巻径「Ｒｍａｘ＿ａｖｅ」とを算出する。
【０１５２】
張力制御装置１０Ａは、実施の形態１と同様の方法による巻き取りが実施された後に、巻回体６を１回転させて、巻取完了時についての各演算値を算出する。または、張力制御装置１０Ａは、巻き付けが完了した状態の巻回体６が巻取機に取り付けられて、巻回体６を１回転させることによって、巻取完了時についての各演算値を算出する。張力制御装置１０Ａは、巻き取りが完了した状態の巻回体６を１回転させることが可能な状態のときに、巻取完了時についての各演算値を算出する。張力制御装置１０Ａは、巻取完了時についての各演算値が算出された後における巻き取りの際に、巻取開始前についての各演算値と、巻取完了時についての各演算値とに基づいて、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを算出する。
【０１５３】
巻取開始前についての各演算値の算出については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。ただし、巻取完了時における巻回体６の慣性モーメント「Ｊｍａｘ」を算出するために、巻取開始前の巻芯６ａについての巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」を巻芯径分布記憶部３４に記憶する点が、実施の形態１とは異なる。
【０１５４】
次に、巻取完了時についての各演算値の算出方法について説明する。巻径分布取得部１１は、角度検出器７から巻回体６の回転角度「θ」を取得する。巻径分布取得部１１は、巻径検出器８から巻回体６の半径「Ｒθ」を取得する。巻径分布取得部１１は、一定の角度範囲ごとにおける、回転角度「θ」と半径「Ｒθ」とを互いに紐付けることによって、次の式（４９）に示す巻径分布「Ｒｍａｘ（θ）」を取得する。
【０１５５】
【数４９】
0006865914.tif 000050
【０１５６】
巻径分布トルク演算部１６は、巻径分布取得部１１により取得された巻径分布「Ｒｍａｘ（θ）」を基に、接点を通る巻径についての巻径分布「Ｒφｍａｘ（θ）」と、巻回体６の巻軸トルク分布「Ｔｍａｘ（θ）」とを算出する。巻径分布記憶部３８は、算出された巻径分布「Ｒφｍａｘ（θ）」を記憶する。第２の巻軸トルク記憶部３９は、算出された巻軸トルク分布「Ｔｍａｘ（θ）」を記憶する。第１の変化量分布演算部２０は、巻径分布取得部１１により取得された巻径分布「Ｒｍａｘ（θ）」を基に、材料１と巻回体６との接点を通る巻径の変化量分布「ｄＲφｍａｘ（θ）／ｄφ」を算出する。第２の変化量分布記憶部４０は、算出された変化量分布「ｄＲφｍａｘ（θ）／ｄφ」を記憶する。
【０１５７】
第２の慣性モーメント演算部３５は、巻芯径分布記憶部３４から、巻取開始前の巻芯６ａについての巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」を取得する。第２の慣性モーメント演算部３５は、巻径分布取得部１１から、第１の慣性モーメント演算部１４を介して、巻径分布「Ｒｍａｘ（θ）」を取得する。第２の慣性モーメント演算部３５は、第１の慣性モーメント記憶部１５から、巻取開始前における巻芯６ａの慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」を取得する。第２の慣性モーメント演算部３５は、材料幅設定器１３から、第１の慣性モーメント演算部１４を介して、材料１の幅「Ｗ」を取得する。第２の慣性モーメント演算部３５は、材料密度設定器３６から、第１の慣性モーメント演算部１４を介して、材料１の密度「ρＭ」を取得する。
【０１５８】
第２の慣性モーメント演算部３５は、次の式（５０）により、巻取完了時における巻回体６の慣性モーメント「Ｊｍａｘ」を算出する。第２の慣性モーメント記憶部３７は、第２の慣性モーメント演算部３５によって算出された慣性モーメント「Ｊｍａｘ」を記憶する。
【０１５９】
【数５０】
0006865914.tif 000051
【０１６０】
巻径分布トルク演算部１６は、巻芯６ａの巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」についての上記式（３８）と同様の演算により、巻取完了時における巻回体６についての巻径分布「Ｒφｍａｘ（θ）」を算出する。巻径分布記憶部３８は、巻径分布「Ｒφｍａｘ（θ）」を記憶する。
【０１６１】
巻径分布トルク演算部１６は、巻芯６ａの巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」についての上記式（３５）から（３７）と同様の演算により、巻取完了時における巻回体６の巻軸トルク分布「Ｔｍａｘ（θ）」を算出する。第２の巻軸トルク記憶部３９は、巻軸トルク分布「Ｔｍａｘ（θ）」を記憶する。
【０１６２】
第１の変化量分布演算部２０は、巻芯６ａの変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」についての上記式（３９）と同様の演算により、巻取完了時における巻回体６の変化量分布「ｄＲφｍａｘ（θ）／ｄφ」を算出する。第２の変化量分布記憶部４０は、変化量分布「ｄＲφｍａｘ（θ）／ｄφ」を記憶する。
【０１６３】
平均巻径演算部２２は、巻芯６ａの平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」についての上記式（４０）および（４１）と同様の演算により、巻取完了時における巻回体６の平均巻径「Ｒｍａｘ＿ａｖｅ」を算出する。平均巻径記憶部４１は、平均巻径「Ｒｍａｘ＿ａｖｅ」を記憶する。
【０１６４】
以上により、張力制御装置１０Ａは、巻取完了時についての各演算値、すなわち、巻径分布「Ｒｍａｘ（θ）」と、慣性モーメント「Ｊｍａｘ」と、巻径分布「Ｒφｍａｘ（θ）」と、変化量分布「ｄＲφｍａｘ（θ）／ｄφ」と、巻軸トルク分布「Ｔｍａｘ（θ）」と、平均巻径「Ｒｍａｘ＿ａｖｅ」とを算出する。また、張力制御装置１０Ａは、算出された各演算値を記憶する。
【０１６５】
次に、巻き取りを開始した後における各演算値の算出方法について説明する。平均巻径演算部２２は、巻き取りが行われている現在における平均巻径「Ｒａｖｅ」を算出する。巻比演算部２５は、現在における平均巻径「Ｒａｖｅ」と、平均巻芯径記憶部２４に記憶されている平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」と、平均巻径記憶部４１に記憶されている平均巻径「Ｒｍａｘ＿ａｖｅ」とを基に、次の式（５１）により、巻比「ＰＲａｖｅ」を算出する。
【０１６６】
【数５１】
0006865914.tif 000052
【０１６７】
慣性モーメント演算部２７は、第１の慣性モーメント記憶部１５から、巻取開始前における巻芯６ａの慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」を取得する。慣性モーメント演算部２７は、第２の慣性モーメント記憶部３７から、巻取完了時における巻回体６の慣性モーメント「Ｊｍａｘ」を取得する。慣性モーメント演算部２７は、巻比演算部２５から巻比「ＰＲａｖｅ」を取得する。慣性モーメント演算部２７は、次の式（５２）により、巻き取りが行われている現在における巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」を算出する。
【０１６８】
【数５２】
0006865914.tif 000053
【０１６９】
巻径分布演算部２８は、巻芯径分布記憶部１８から、巻取開始前における巻芯６ａの巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」を取得する。巻径分布演算部２８は、巻径分布記憶部３８から、巻取完了時における巻回体６の巻径分布「Ｒφｍａｘ（θ）」を取得する。巻径分布演算部２８は、巻比演算部２５から巻比「ＰＲａｖｅ」を取得する。巻径分布演算部２８は、次の式（５３）により、巻き取りが行われている現在における巻回体６の巻径分布「Ｒφ（θ）」を算出する。
【０１７０】
【数５３】
0006865914.tif 000054
【０１７１】
変化量分布演算部２９は、第１の変化量分布記憶部２１から、巻取開始前における巻芯６ａについての、巻芯径の変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」を取得する。変化量分布演算部２９は、第２の変化量分布記憶部４０から、巻取完了時における巻回体６についての、巻径の変化量分布「ｄＲφｍａｘ（θ）／ｄφ」を取得する。変化量分布演算部２９は、巻比演算部２５から巻比「ＰＲａｖｅ」を取得する。巻径分布演算部２８は、次の式（５４）により、巻き取りが行われている現在における巻回体６についての、巻径の変化量分布「ｄＲφ（θ）／ｄθ」を算出する。
【０１７２】
【数５４】
0006865914.tif 000055
【０１７３】
第１の補償量演算部３０は、角度検出器７から回転角度「θ」を取得する。第１の補償量演算部３０は、第１の巻軸トルク記憶部１９から、巻取開始前における巻芯６ａの巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」を取得する。第１の補償量演算部３０は、第２の巻軸トルク記憶部３９から、巻取完了時における巻回体６の巻軸トルク分布「Ｔｍａｘ（θ）」を取得する。第１の補償量演算部３０は、巻比演算部２５から巻比「ＰＲａｖｅ」を取得する。第１の補償量演算部３０は、目標張力設定器２６から、目標張力「Ｆｔａｒｇｅｔ」を取得する。第１の補償量演算部３０は、次の式（５５）により、巻軸トルク補償量「ＴＲ」を算出する。
【０１７４】
【数５５】
0006865914.tif 000056
【０１７５】
第２の補償量演算部３１は、角度検出器７から回転角度「θ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、周速度検出器９から周速度「Ｖ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、慣性モーメント演算部２７から、巻き取りが行われている現在における巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、巻径分布演算部２８から、巻き取りが行われている現在における巻回体６の巻径分布「Ｒφ（θ）」を取得する。第２の補償量演算部３１は、変化量分布演算部２９から、巻き取りが行われている現在における巻回体６についての変化量「ｄＲφ（θ）／ｄθ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、微分演算部３２から、周速度「Ｖ」の微分量である「ｄＶ／ｄｔ」を取得する。第２の補償量演算部３１は、上記式（３１）および（３２）を用いて、次の式（５６）により、慣性トルク補償量「ＴＩ」を算出する。
【０１７６】
【数５６】
0006865914.tif 000057
【０１７７】
トルク制御部３３は、巻軸トルク補償量「ＴＲ」と慣性トルク補償量「ＴＩ」とを加算することにより、トルク指令値を算出する。トルク制御部３３は、算出されたトルク指令値を軸駆動機４へ出力することによって、軸駆動機４の駆動を制御する。
【０１７８】
実施の形態２によると、張力制御装置１０Ａは、巻芯径分布を基に算出された慣性モーメントと、巻径分布を基に算出された慣性モーメントとを基に、慣性トルク補償量を算出することにより、巻回体６の慣性モーメントを正確に算出することができる。張力制御装置１０Ａは、巻回体６の慣性モーメントを正確に算出できることによって、慣性モーメントの変動による張力の変動を高い精度で抑制することができる。
【０１７９】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３にかかる張力制御装置を含むシステムの構成を示す図である。実施の形態３にかかる張力制御装置１０Ｂは、材料１の張力を検出した結果に基づいて張力補正量を算出し、算出された張力補正量を基にトルク指令値を補正する。また、張力制御装置１０Ｂは、材料１の張力を検出した結果を基に算出された慣性モーメントを基に、第２の補償量である慣性トルク補償量を算出する。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。
【０１８０】
実施の形態３のシステム１００は、実施の形態１のシステム１００と同様の構成要素と、材料１の張力を検出する張力検出器４２とを有する。張力検出器４２は、送りロール３から送り出される材料１の張力、すなわちシステム１００にて搬送される対象物の張力を検出する。張力制御装置１０Ｂは、張力検出器４２による張力の検出結果を取得する。
【０１８１】
次に、張力制御装置１０Ｂにおける張力制御のための演算について説明する。上記式（１３）から（２１）の演算により、巻芯６ａの形状と、巻芯６ａおよび材料１の各密度とを基に求められた慣性モーメントは、実際の慣性モーメントとの間に誤差が生じる可能性がある。かかる誤差は、材料１の層における空気の巻き込み、または巻径の検出誤差などによって生じ得る。
【０１８２】
張力制御装置１０Ｂは、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とに加えて、張力補正量を算出する。張力制御装置１０Ｂは、巻軸トルク補償量、慣性トルク補償量および張力補正量に基づいて、巻芯６ａを回転させるためのトルクを制御する。
【０１８３】
巻回体６の半径に対して材料１の厚みが十分に小さい場合には、慣性モーメントの増加による慣性トルク補償量の増加量は極小となる。この場合、慣性トルク補償量を表す「ｄ（Ｊω）／ｄｔ」の算出において、当該増加量は無視可能と考える。その場合における慣性トルク補償量「ｄ（Ｊω）／ｄｔ」は、次の式（５７）により表される。
【０１８４】
【数５７】
0006865914.tif 000058
【０１８５】
上記式（３２）および（５７）より、慣性モーメント「Ｊ」は、次の式（５８）により表される。
【０１８６】
【数５８】
0006865914.tif 000059
【０１８７】
張力制御装置１０Ｂは、一定の負荷トルクで巻回体６を１回転させ、かつ、複数回において取得された慣性モーメント「Ｊ」の値を平均することによって、巻径の変動による慣性モーメント「Ｊ」の誤差を減らすことができる。
【０１８８】
Δφ＝２π／ｎとして、角度範囲「Δφ」おきの点であるｎ個の各点における巻回体６の半径が求められたとする。巻回体６の慣性モーメント「Ｊ」は、次の式（５９）により表される。
【０１８９】
【数５９】
0006865914.tif 000060
【０１９０】
張力制御装置１０Ｂは、上記式（５９）の演算により、巻取開始前の巻芯６ａの慣性モーメント「ＪＣ」と、巻取完了時の巻回体６の慣性モーメント「Ｊｍａｘ」とを算出する。これにより、張力制御装置１０Ｂは、上記式（２９）を適用して慣性モーメント「Ｊ」を算出する。
【０１９１】
図８は、実施の形態３にかかる張力制御装置の機能構成を示す図である。実施の形態３にかかる張力制御装置１０Ｂでは、実施の形態２の張力制御装置１０Ａが備える機能部と同様の機能部に、張力補正量の算出のための機能部が追加されている。また、第２の補償量演算部３１は、巻径分布取得部１１によって取得された巻径分布と張力検出器４２によって検出された張力とを基に算出された慣性モーメントと、周速度検出器９によって検出された周速度とに基づいて、第２の補償量である慣性トルク補償量を算出する。
【０１９２】
実施の形態３にかかる張力制御装置１０Ｂは、軸駆動機４から出力されるトルクを設定する出力トルク設定器４３と、周速度分布を記憶する周速度分布記憶部４４と、加速度分布を記憶する加速度分布記憶部４５と、張力分布を求める張力分布取得部４６とを有する。張力制御装置１０Ｂは、巻取開始前における巻芯６ａの慣性モーメントと巻取完了時における巻回体６の慣性モーメントとを算出する慣性モーメント演算部４７と、張力補正量を算出する張力補正量演算部４８とを有する。
【０１９３】
次に、実施の形態３にかかる張力制御装置１０Ｂの各機能部における演算の具体例について説明する。実施の形態３において、張力制御装置１０Ｂは、出力トルク設定器４３に設定されているトルク「ＴＲｏｔ」により巻芯６ａを１回転させる。張力制御装置１０Ｂは、巻取開始前についての各演算値、すなわち、巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」と、慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」と、巻芯径分布「Ｒφｃｏｒｅ（θ）」と、変化量分布「ｄＲφｃｏｒｅ（θ）／ｄφ」と、巻軸トルク分布「Ｔｃｏｒｅ（θ）」と、平均巻芯径「Ｒｃｏｒｅ＿ａｖｅ」とを算出する。張力制御装置１０Ｂは、かかる各演算値のうち慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」以外の演算値を、実施の形態２の場合と同様に算出する。
【０１９４】
張力制御装置１０Ｂは、慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」以外の演算値が算出された後に巻芯６ａをさらに１回転させた際における周速度分布と加速度分布とを取得する。張力制御装置１０Ｂは、巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」を取得する場合と同様に、回転角度「θ」に周速度「Ｖ」を紐付けることによって、次の式（６０）に示す周速度分布「Ｖｃｏｒｅ（θ）」を取得する。周速度分布記憶部４４は、周速度分布「Ｖｃｏｒｅ（θ）」を記憶する。
【０１９５】
【数６０】
0006865914.tif 000061
【０１９６】
張力制御装置１０Ｂは、微分演算部３２における周速度「Ｖ」の微分演算により加速度「ｄＶφｃｏｒｅ／ｄｔ」を求める。張力制御装置１０Ｂは、巻芯径分布「Ｒｃｏｒｅ（θ）」を取得する場合と同様に、回転角度「θ」に加速度「ｄＶφｃｏｒｅ／ｄｔ」を紐付けることによって、次の式（６１）に示す加速度分布「ｄＶ／ｄｔφｃｏｒｅ（θ）」を取得する。加速度分布記憶部４５は、加速度分布「ｄＶ／ｄｔφｃｏｒｅ（θ）」を記憶する。
【０１９７】
【数６１】
0006865914.tif 000062
【０１９８】
張力分布取得部４６は、張力検出器４２から、検出された張力「Ｆｃｏｒｅ」を取得する。張力分布取得部４６は、一定の角度範囲ごとに取得された張力「Ｆｃｏｒｅ」を回転角度「θ」に紐付けることによって、張力分布を取得する。
【０１９９】
慣性モーメント演算部４７は、得られた各演算値と上記式（３５）とに基づく演算によって、巻取開始前についての慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」を算出する。慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」は、次の式（６２）により表される。
【０２００】
【数６２】
0006865914.tif 000063
【０２０１】
張力制御装置１０Ｂは、巻取完了時においても、出力トルク設定器４３に設定されているトルク「ＴＲｏｔ」により巻芯６ａを１回転させる。張力制御装置１０Ｂは、巻取完了時についての各演算値、すなわち、巻径分布「Ｒｍａｘ（θ）」と、慣性モーメント「Ｊｍａｘ」と、巻径分布「Ｒφｍａｘ（θ）」と、変化量分布「ｄＲφｍａｘ（θ）／ｄφ」と、巻軸トルク分布「Ｔｍａｘ（θ）」と、平均巻径「Ｒｍａｘ＿ａｖｅ」とを算出する。張力制御装置１０Ｂは、かかる各演算値のうち慣性モーメント「Ｊｍａｘ」以外の演算値を、実施の形態２の場合と同様に算出する。慣性モーメント演算部４７は、慣性モーメント「Ｊｃｏｒｅ」と同様に、慣性モーメント「Ｊｍａｘ」を算出する。
【０２０２】
張力制御装置１０Ｂは、実施の形態２と同様に、巻取完了時についての演算の後に、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量とを算出する。張力補正量演算部４８は、目標張力設定器２６から、目標張力「Ｆｔａｒｇｅｔ」を取得する。張力補正量演算部４８は、張力検出器４２から、検出された張力「Ｆｄｅｔｅｃｔ」を取得する。張力補正量演算部４８は、目標張力「Ｆｔａｒｇｅｔ」と検出された張力「Ｆｄｅｔｅｃｔ」との比較により、張力補正量を算出する。張力補正量演算部４８は、張力補正量の算出結果をトルク制御部３３へ出力する。
【０２０３】
トルク制御部３３は、巻軸トルク補償量と慣性トルク補償量と張力補正量とを加算することにより、トルク指令値を算出する。トルク制御部３３は、算出されたトルク指令値を軸駆動機４へ出力することによって、軸駆動機４の駆動を制御する。
【０２０４】
実施の形態３によると、張力制御装置１０Ｂは、材料１の張力を検出した結果に基づいて張力補正量を算出し、算出された張力補正量を基にトルク指令値を補正する。これにより、張力制御装置１０Ｂは、高精度な張力制御が可能となる。なお、実施の形態３における、張力補正量の算出と、算出された張力補正量に基づくトルク指令値の補正とは、実施の形態１にかかる張力制御装置１０に適用されても良い。
【０２０５】
上記の実施の形態１においても、第２の補償量演算部３１は、実施の形態３と同様に、巻径分布取得部１１によって取得された巻径分布と張力検出器４２によって検出された張力とを基に算出された慣性モーメントと、周速度検出器９によって検出された周速度とに基づいて、慣性トルク補償量を算出しても良い。
【０２０６】
次に、実施の形態１から３にかかる張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂが有するハードウェア構成について説明する。図９は、実施の形態１から３にかかる張力制御装置が有するハードウェア構成の例を示す図である。図９には、プログラムを実行するハードウェアを用いることによって張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂの機能が実現される場合におけるハードウェア構成を示している。張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、張力制御プログラムがインストールされたコンピュータシステムである。張力制御プログラムは、巻芯６ａに巻かれる対象物の張力を制御する張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂとしてコンピュータを機能させるためのプログラムである。コンピュータシステムは、パーソナルコンピュータまたは汎用コンピュータである。
【０２０７】
張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、各種処理を実行するプロセッサ５１と、内蔵メモリであるメモリ５２と、張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂへの情報の入力と張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂからの情報の出力のためのインタフェース回路５３と、情報を記憶する記憶装置５４と、各種設定のための入力を受け付ける入力装置５５とを有する。
【０２０８】
プロセッサ５１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）である。プロセッサ５１は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）であっても良い。メモリ５２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）である。
【０２０９】
記憶装置５４は、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）またはＳＳＤ（Solid  State  Drive）である。張力制御プログラムは、記憶装置５４に格納される。プロセッサ５１は、記憶装置５４に格納されている張力制御プログラムをメモリ５２に読み出して実行する。入力装置５５は、キーボードまたはマウスといった機器である。
【０２１０】
張力制御プログラムは、コンピュータシステムによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、記憶媒体に記録された張力制御プログラムをメモリ５２へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。張力制御プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介してコンピュータシステムへインストールされても良い。
【０２１１】
張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂにおける、演算部、取得部、設定器、計測器および制御部の各機能は、プロセッサ５１とソフトウェアの組み合わせによって実現される。当該各機能は、プロセッサ５１およびファームウェアの組み合わせによって実現されても良く、プロセッサ５１、ソフトウェアおよびファームウェアの組み合わせによって実現されても良い。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、記憶装置５４に格納される。張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂにおける記憶部の機能は、記憶装置５４の使用により実現される。
【０２１２】
上記実施の形態１から３において、張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、材料１を巻き取る巻取機に適用される。張力制御装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、材料１を巻き出す巻出機に適用されても良い。
【０２１３】
以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。
【符号の説明】
【０２１４】
１  材料、２  送りモータ、３  送りロール、４  軸駆動機、５  固定ロール、６  巻回体、６ａ  巻芯、６ｂ  回転軸、７  角度検出器、８  巻径検出器、９  周速度検出器、１０，１０Ａ，１０Ｂ  張力制御装置、１１  巻径分布取得部、１２  巻芯密度設定器、１３  材料幅設定器、１４  第１の慣性モーメント演算部、１５  第１の慣性モーメント記憶部、１６  巻径分布トルク演算部、１７  位置設定器、１８，３４  巻芯径分布記憶部、１９  第１の巻軸トルク記憶部、２０  第１の変化量分布演算部、２１  第１の変化量分布記憶部、２２  平均巻径演算部、２３  時間計測器、２４  平均巻芯径記憶部、２５  巻比演算部、２６  目標張力設定器、２７，４７  慣性モーメント演算部、２８  巻径分布演算部、２９  変化量分布演算部、３０  第１の補償量演算部、３１  第２の補償量演算部、３２  微分演算部、３３  トルク制御部、３５  第２の慣性モーメント演算部、３６  材料密度設定器、３７  第２の慣性モーメント記憶部、３８  巻径分布記憶部、３９  第２の巻軸トルク記憶部、４０  第２の変化量分布記憶部、４１  平均巻径記憶部、４２  張力検出器、４３  出力トルク設定器、４４  周速度分布記憶部、４５  加速度分布記憶部、４６  張力分布取得部、４８  張力補正量演算部、５１  プロセッサ、５２  メモリ、５３  インタフェース回路、５４  記憶装置、５５  入力装置、１００  システム。
【要約】
張力制御装置（１０）は、回転体である巻芯に巻かれる対象物の張力を制御する。張力制御装置（１０）は、巻芯の回転軸を中心とする巻芯の周上の位置ごとにおける巻芯の径を表す巻芯径分布を取得する取得部である巻径分布取得部（１１）と、巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、巻芯に対象物が巻かれた巻回体の径である巻径の変動による張力の変動を補償するための第１の補償量を算出する第１の補償量演算部（３０）と、巻芯径分布に基づいた演算によって得られる補償量であって、巻回体の回転に伴う慣性モーメントの変動による張力の変動を補償するための第２の補償量を、搬送される対象物の周速度を検出した結果に基づいて算出する第２の補償量演算部（３１）と、巻芯を回転させるためのトルクを第１の補償量と第２の補償量とに基づいて制御するトルク制御部（３３）とを備える。【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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