(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールより巻き出されるウェブに加わる張力を検出し、この張力を所定値に維持すべく、前記ロールに制動力を掛けて調整する張力制御方法において、予めドライブ装置により前記ロールを加速させた時の加速トルクを検出して記憶すると共に、加速した時の前記ロールのロール径を記憶し、その後、緊急停止又は急減速信号が与えられたときに前記加速トルク及び加速した時のロール径を読み出すと共に、現在の前記ロールのロール径を計測し、前記ロールの加速トルク及び加速した時のロール径並びに計測した現在のロール径に基づいて前記ロールに対する制動力を調整することを特徴とする張力制御方法。
【請求項２】
ロールより巻き出されるウェブに加わる張力を検出し、この張力を所定値に維持すべく、前記ロールに制動力を掛けて調整する張力制御装置において、前記ロールを制動させるブレーキ装置と、ドライブ装置により前記ロールを加速させた時の加速トルクを検出する手段及び該加速トルクを記憶する手段と、前記ロールの現在のロール径を計測する手段と、加速した時の前記ロールのロール径を記憶する手段と、緊急停止又は急減速信号を与える手段と、緊急停止又は急減速信号が与えられたときに前記加速トルク及び前記加速した時のロール径を読み出すと共に該加速トルク及び加速した時のロール径並びに現在のロール径に基づいて前記ロールに対する制動力を求めて前記ブレーキ装置へ出力する手段とを具えることを特徴とする張力制御装置。
【請求項３】
ロールより巻き出されるウェブに加わる張力を検出し、この張力を所定値に維持すべく、前記ロールに制動力を掛けて調整する張力制御方法において、紙継ぎ時にプリドライブ装置により前記ロールの表面速度を巻出し中の前記ウェブの走行速度と同速になるまで加速させた時の加速トルクを検出して記憶すると共に、紙継ぎ時において加速した時の前記ロールのロール径を記憶し、その後、緊急停止又は急減速信号が与えられたときに前記加速トルク及び加速した時のロール径を読み出すと共に、現在の前記ロールのロール径を計測し、前記ロールの加速トルク及び加速した時のロール径並びに計測した現在のロール径に基づいて前記ロールに対する制動力を調整することを特徴とする張力制御方法。
【請求項４】
ロールより巻き出されるウェブに加わる張力を検出し、この張力を所定値に維持すべく、前記ロールに制動力を掛けて調整する張力制御装置において、前記ロールを制動させるブレーキ装置と、紙継ぎ時にプリドライブ装置により前記ロールの表面速度を巻出し中の前記ウェブの走行速度と同速になるまで加速させた時の加速トルクを検出する手段及び該加速トルクを記憶する手段と、前記ロールの現在のロール径を計測する手段と、紙継ぎ時において加速した時の前記ロールのロール径を記憶する手段と、緊急停止又は急減速信号を与える手段と、緊急停止又は急減速信号が与えられたときに前記加速トルク及び前記加速した時のロール径を読み出すと共に該加速トルク及び加速した時のロール径並びに現在のロール径に基づいて前記ロールに対する制動力を求めて前記ブレーキ装置へ出力する手段とを具えることを特徴とする張力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロールから巻き出されるウェブに加わる張力を所定値に制御する張力制御方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、輪転印刷機などのようにロールに巻き取られたウェブを引き出して使用する機械においては、自動紙継ぎ装置を用いることにより、機械の運転を停止することなく、現在巻出し中のロール（以下、旧ロールという。）が終りに近づくと、新しいロール（以下、新ロールという。）に自動的に紙を継いで運転を続行することができる。
【０００３】
フライングタイプの自動紙継ぎ装置は、輪転印刷機等にウェブを供給するために、ターレットアームに２〜３本のロールを旋回自在に設け、巻出位置にある旧ロールが巻出されて終りに近くなると、ターレットアームを旋回させて新ロールを紙継ぎ位置まで移動させた後、プリドライブ装置により新ロールを予め回転させて、その表面速度が巻出し中のウェブの走行速度（ラインスピード）と同速になるように加速し、その後、新ロールのウェブ先端に付着してある接着材、例えば、両面テープに対し旧ロールのウェブを接着ロールにより押付けて接着すると共に接着部分より後ろ側における旧ロールから引き出されているウェブをカッタにより切断するものである。
【０００４】
更に、上記自動紙継ぎ装置においては、引き出されるウェブの弛みを防止し、過大な張力によるウェブの破断を防止できるように、ロールと同軸にブレーキ装置を取り付け、引き出されるウェブの張力を測定し、ウェブの張力が一定となるように、ブレーキ装置のトルク（制動力）を適当に調整している（特開平７−４１２２１号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
印刷機械において、断裁・折部で紙詰まりが発生したときには、上記紙継ぎ装置を緊急停止或いは急減速させる必要がある。
そのため、従来では、緊急停止又は急減速指令を出力し、ロールと同軸に設けられたブレーキ装置に通常の数倍の制動力を加えていた。
【０００６】
しかし、このような方法で、ロール径やライン速度に対応して適切な制動力が得られないため、ウェブのロール径を加味して制動力を調整する方法（特開平５−１２４１７８号）、更にはウェブのロール径とライン速度を加味して制動力を調整する方法（特開平６−４８６３０号）が開発されていた。
ところが、ロール径やライン速度が同じでも、ウェブの紙質が異なれば、その密度が変化するため、ロールの慣性モーメントが異なり、上述した方法により制動力を一律に設定したのでは、適切な制動力が得られなかった。
【０００７】
例えば、密度が４０ｇ／ｍ2の紙と、密度が７０ｇ／ｍ2の紙では、重量が約１．７５倍の重量差があるが、緊急停止又は急減速時において、同一のブレーキ力（制動力）を加えると、密度が４０ｇ／ｍ2の紙では、図２（ａ）に示すように、張力が過大となり、断紙のおそれがあり、また、密度が７０ｇ／ｍ2の紙では、図２（ｂ）に示すように、張力が過少となり、ウェブが弛むという問題が生じる。
【０００８】
そのため、従来では、紙質が異なる毎に、緊急停止或いは急減速時における制動力を再調整しなければならず、また、再調整するにしても、ロールの重量を測定する等の計測作業が必要となり、更に、調整忘れ、設定ミス等がある等煩雑となっていた。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、ウェブの密度に応じて、ウェブを緊急停止或いは急減速時における適正な制動力を加えることができる張力制御方法及びその装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の請求項１に係る張力制御方法は、ロールより巻き出されるウェブに加わる張力を検出し、この張力を所定値に維持すべく、前記ロールに制動力を掛けて調整する張力制御方法において、予めドライブ装置により前記ロールを加速させた時の加速トルクを検出して記憶すると共に、加速した時の前記ロールのロール径を記憶し、その後、緊急停止又は急減速信号が与えられたときに前記加速トルク及び加速した時のロール径を読み出すと共に、現在の前記ロールのロール径を計測し、前記ロールの加速トルク及び加速した時のロール径並びに計測した現在のロール径に基づいて前記ロールに対する制動力を調整することを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の請求項２に係る張力制御装置は、ロールより巻き出されるウェブに加わる張力を検出し、この張力を所定値に維持すべく、前記ロールに制動力を掛けて調整する張力制御装置において、前記ロールを制動させるブレーキ装置と、ドライブ装置により前記ロールを加速させた時の加速トルクを検出する手段及び該加速トルクを記憶する手段と、前記ロールの現在のロール径を計測する手段と、加速した時の前記ロールのロール径を記憶する手段と、緊急停止又は急減速信号を与える手段と、緊急停止又は急減速信号が与えられたときに前記加速トルク及び前記加速した時のロール径を読み出すと共に該加速トルク及び加速した時のロール径並びに現在のロール径に基づいて前記ロールに対する制動力を求めて前記ブレーキ装置へ出力する手段とを具えることを特徴とする。
上記目的を達成する本発明の請求項３に係る張力制御方法は、ロールより巻き出されるウェブに加わる張力を検出し、この張力を所定値に維持すべく、前記ロールに制動力を掛けて調整する張力制御方法において、紙継ぎ時にプリドライブ装置により前記ロールの表面速度を巻出し中の前記ウェブの走行速度と同速になるまで加速させた時の加速トルクを検出して記憶すると共に、紙継ぎ時において加速した時の前記ロールのロール径を記憶し、その後、緊急停止又は急減速信号が与えられたときに前記加速トルク及び加速した時のロール径を読み出すと共に、現在の前記ロールのロール径を計測し、前記ロールの加速トルク及び加速した時のロール径並びに計測した現在のロール径に基づいて前記ロールに対する制動力を調整することを特徴とする。
上記目的を達成する本発明の請求項４に係る張力制御装置は、ロールより巻き出されるウェブに加わる張力を検出し、この張力を所定値に維持すべく、前記ロールに制動力を掛けて調整する張力制御装置において、前記ロールを制動させるブレーキ装置と、紙継ぎ時にプリドライブ装置により前記ロールの表面速度を巻出し中の前記ウェブの走行速度と同速になるまで加速させた時の加速トルクを検出する手段及び該加速トルクを記憶する手段と、前記ロールの現在のロール径を計測する手段と、紙継ぎ時において加速した時の前記ロールのロール径を記憶する手段と、緊急停止又は急減速信号を与える手段と、緊急停止又は急減速信号が与えられたときに前記加速トルク及び前記加速した時のロール径を読み出すと共に該加速トルク及び加速した時のロール径並びに現在のロール径に基づいて前記ロールに対する制動力を求めて前記ブレーキ装置へ出力する手段とを具えることを特徴とする。
【００１１】
〔作用〕
本発明では、ドライブ装置によりロールを加速させる際の加速トルクが、ロールの慣性モーメントに対応して増減することを利用すれば上記問題を解決できることに着目してなされたものである。
即ち、ウェブの紙質が異なれば、ウェブを巻回してなるロールの重量が異なるため、ロールの重量を測定すれば、慣性モーメントを計算することも可能であるが、ロールの重量を一々計測することは、煩雑である。
【００１２】
そこで、紙継ぎ装置においては、旧ロールが終わりに近づくと、新ロールをドライブ装置で予め加速させているので、その加速トルクを利用しようとするものである。
ここで、ロールの慣性モーメントと加速トルクとの関係は次式で示される。
ＴAC＝２π（Ｎ1−Ｎ0）（ＪL＋ＪM）／60・ｔAC＋ＴL  …（１）
【００１３】
但し、ＴACは加速トルク（Ｎ／ｍ）、
ＴLは負荷トルク（Ｎ／ｍ）、
Ｎ1は加速後の回転数（ｒ／ｍｉｎ）、
Ｎ0は加速前の回転数（ｒ／ｍｉｎ）、
ｔACは加速時間（ｓ）
ＪLはロールの慣性モーメント（ｋｇ・ｍ2）、
ＪMはモータ回転子の慣性モーメント（ｋｇ・ｍ2）である。
【００１４】
ここで、モータ回転子の慣性モーメントＪMは、ロールの慣性モーメントＪLに比べて十分小さいとして、ＪL＋ＪM≒ＪLとする。また、負荷トルクＴLはモータ軸に換算した値であるが、ここでは、（１）の右辺第１項に比較して十分小さいものとして無視する。
従って、式（１）は次式のように近似される。
【００１５】
ＴAC＝２πＪL（Ｎ1−Ｎ0）／60・ｔAC  …（２）
一方、ロールの慣性モーメントＪLは、次式で求められる。
ＪL＝（πρ／32）×（Ｌ／103）｛（Ｄ2／103）4−（Ｄ1／103）4｝…（３）
但し、ρは密度（ｋｇ／ｍ3）、
Ｌはロールの長さ（ｍｍ）、
Ｄ2はロールの外径（ｍｍ）、
Ｄ1はロールの内径（ｍｍ）である。
【００１６】
ここで、ロールの初期重量Ｗは次式で表される。
Ｗ＝（ρπ／４）（Ｌ／103）｛（Ｄ2／103）2−（Ｄ1／103）2｝  …（４）
この（４）式を（３）式に代入すると、次式が導かれる。
ＪL＝（Ｗ／８）｛（Ｄ2／103）2＋（Ｄ1／103）2｝  …（５）
【００１７】
（２）式と（５）式を連立して、Ｗについて解けば、次式が導かれる。
Ｗ＝８・60・ＴAC・ｔAC／２π（Ｎ1−Ｎ0）｛（Ｄ2／103）2＋（Ｄ1／103）2｝…（６）
ここで、（６）式の右辺において、加速時間ｔAC、ロールの内外径Ｄ1，Ｄ2は既知である。また、ロール加速後に、ライン速度に到達するとすると、ロール加速後の回転数Ｎ1も容易に求められる。更に、加速前の回転数Ｎ0は０とすることができる。
【００１８】
従って、（６）式から明らかなように、ロールの初期重量Ｗと加速トルクＴACとは比例関係にあると認められるので、加速トルクＴACからロールの初期重量Ｗを算出できることとなるが、そのような計算を行うまでもなく、加速トルクＴACに応じて、緊急停止時及び急減速時における制動力を定めれば良い。
つまり、ロールの初期重量Ｗが大きければ大きいほど、加速トルクＴACが大きいから、これを停止させるためには、大きな制動力が必要であり、逆に、ロールの初期重量Ｗが小さければ小さいほど、加速トルクＴACが小さいから、これを停止させるためには、小さな制動力で十分である。
但し、緊急停止又は急減速信号がでるときには、既に、ロールからウェブが巻き出されて、ロール径が小さくなっているので、現在のロール径を計測して、そのロール径をも加味して、緊急停止時及び急減速時における制動力を定める。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
図１に本発明の一実施例を示す。同図に示す実施例は、フライングタイプの自動紙継ぎ装置に適用した実施例である。
図１に示すように、本体１にはターレットアーム２の中心が旋回自在に装着されると共にこのターレットアーム２の両端にはそれぞれウェブを巻き付けたロール３，４が装着されている。
【００２０】
図１に示す状態は、現在巻出し中のロール（旧ロール）３が終りに近づき、ターレットアーム２を旋回させて、次の新しいロール（新ロール）４を紙継ぎ位置まで移動させた状態である。
各ロール３，４には、ブレーキ装置（図示省略）が同軸に取り付けられており、引き出されるウェブの張力が一定となるように、そのトルク（制動力）が調整される。
旧ロール３の巻径Ｄは、残紙計５により監視されており、現在のウェブ走行速度で引き出し続けると残り何分で紙継が必要になるかを計算して、残り時間がある一定の準備時間となったときに、ターレットアーム２は旋回して新ロール４は紙継ぎ位置に移動するようになっている。
【００２１】
また、残紙計５で計測された旧ロール３の現在の巻径Ｄは、シーケンサ２２へ出力されている。
ターレットアーム２内には、ロール３，４を回転させるプリドライブ装置（図示省略）が組み込まれており、このプリドライブ装置により、紙継ぎ位置に移動した新ロール４の表面速度がウェブの走行速度と同速となるまで、予め加速されている。
プリドライブ装置は、シーケンサ２２からプリドライブモータドライバ４０へ回転速度指令を与えることにより、上述したように制御され、また、プリドライブモータドライバ４０は、ロール４を加速した際の加速トルクＴACを計測する計測装置を内蔵しており、計測した加速トルクＴACをシーケンサ２２へ出力する。
【００２２】
紙継ぎ位置に移動した新ロール４に対して、接近するように、紙継装置６が図中斜め方向に移動自在に本体１に設けられている。
紙継装置６には、固定ロール７が設けられると共にエアシリンダ１６により突出自在な接着ロール８が設けられており、更に、図示しないエアシリンダにより突出自在なカッタ９が取り付けられている。
また、接着ロール８の近傍には、新ロール４のウェブ先端の両面テープ１０を検出するテープ位置センサ１１が設けられている。
テープ位置センサ１１は、両面テープ１０を検出する毎に、テープ位置信号を一定間隔でオートペースターコントローラ１９に出力する。
【００２３】
一方、旧ウェブ３から引き出されたウェブは、新ロール４と紙継装置６の隙間を通り、複数のロール１２，１３，１４，１５及びメジャーロール１７を経て、図示しない輪転印刷機で印刷され、その後、断裁装置１８により、一定間隔で断裁され、更に、断裁されたウェブは折機（図示省略）により折り畳まれる。
本実施例では、ロール１３にウェブの張力を測定する手段が内蔵され、ロール１３により計測されたウェブの張力は、張力制御装置３０へ出力される。
メジャーロール１７には、メジャーロールエンコーダ２１が設けられており、このメジャーロールエンコーダ２１は、ウェブの走行速度に対応したパルスをオートペースターコントローラ１９に出力する。
【００２４】
断裁装置１８には、断裁信号用センサ２０が設けられており、このセンサ２０は、ウェブを断裁する一定間隔毎に断裁信号をオートペースターコントローラ１９に出力する。
なお、断裁信号用センサ２０は、その信号発生時の紙継装置６のテープ位置センサ１１の位置のウェブ部分が、断裁装置１８で断裁される様、断裁信号用センサ２０を機械的に動かしたり、メジャーロールエンコーダ２１のパルス数を加減して装置全体の回転基準に対する断裁信号発生位相を調整されている。
【００２５】
また、残紙計５により検出された旧ロール３の残紙量が一定以下となったときには、オートペースターコントローラ１９へ紙継信号を出力するシーケンサ２２が設けられている。
更に、シーケンサ２２は、プリドライブモータドライバ４０から出力された加速時における加速トルクＴACを記憶すると共にその加速トルクＴACに基づき上記（６）式に従って、旧ロール３の初期重量Ｗを求め、このロール初期重量Ｗを張力制御装置３０へ出力すると共に残紙計５で計測された旧ロール３の現在の巻径Ｄを張力制御装置３０へ出力する。
【００２６】
尚、旧ロール３の初期重量Ｗとは、ウェブが繰り出される前の状態での重量である。
また、前述したように、（６）式によればロール初期重量Ｗと加速トルクＴACは比例することから、ロール初期重量Ｗに代えて加速トルクＴACを出力しても良い。
【００２７】
更に、テープ位置センサ１１からのテープ位置信号、断裁装置１８からの断裁信号及びシーケンサ２２からの紙継信号等に基づいて、ウェブの接続部分の断裁を回避し得る一定の条件が満たされるまで、接着ロール１８及びカッタ１９の動作タイミングを繰り延べるオートペースターコントローラ１９が設けられており、このオートペースターコントローラ１９は、ＣＰＵ１９ａ、接着ロール用カウンタ１９ｂ、カッタ用カウンタ１９ｃから構成される。
【００２８】
また、シーケンサ２２で設定された張力基準値に対して、ロール１３により計測されたウェブの張力を維持するように、ブレーキ装置へブレーキ指令値を出力する張力制御装置３０が設けられている。
即ち、張力制御装置３０は、ロール１３により計測されたウェブの張力の減少・増大に応じて、それを打ち消して、ウェブの張力が常に一定の張力基準値に維持されるようなブレーキ指令値をブレーキ装置へ送り、クローズド・ループ制御を行う。
【００２９】
更に、張力制御装置３０は、緊急停止又は急減速指令が与えられると、シーケンサ２２から出力されたロールの初期重量Ｗ及び現在の巻径Ｄに基づいて、通常時よりも大きな制動力を求め、その制動力をブレーキ装置へ出力する。
即ち、シーケンサ２２により求められる旧ロール３の初期重量Ｗが大きいほど大きな制動力が必要であるので、このロール初期重量Ｗに比例して制動力を増大させる。
【００３０】
例えば、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ロール初期重量Ｗとウェブの密度は比例するので、密度が４０ｇ／ｍ2の紙ときの制動力をＢとし、密度が７０ｇ／ｍ2の紙のときの制動力をＣとすると、Ｂ＜Ｃとして、張力を一定に維持するのである。
また、旧ロール３は既にウェブが繰り出されてその巻径Ｄが減少しているため、巻径Ｄが小さい程小さな制動力で十分である。
また、（３）式に示すように慣性モーメントは巻径Ｄ４乗に比例することから、制動力を巻径Ｄの４乗に比例させるのである。
つまり、ロール初期重量Ｗ及び巻径Ｄの４乗を比例定数に掛け合わせて制動力を求めるという手法が一般的であり、更に、緊急停止時には、急減速時よりも、比例定数として大きな値を選ぶのである。
【００３１】
このように説明したように本実施例においては、ウェブの紙質が異なれば、ロール初期重量Ｗが異なり、プリドライブ装置により予め加速する際の加速トルクＴACが増減することを利用し、その加速トルクＴACを予め記憶してロール初期重量Ｗを求めて、緊急停止又は急減速指令が与えられると、ロール初期重量Ｗに応じて制動力を調整するのであるから、ウェブの紙質によらず、図３（ａ）（ｂ）に示すように常に一定の張力を維持することが可能となる。
【００３２】
また、ウェブの紙質が異なる毎に制動力の再調整が不要となり、また、ロール初期重量Ｗを計測するという手間も省けることになる。
尚、上記実施例では、プリドライブモータードライバ４０で、加速トルクを検出していたが、これに限らず、別にトルク検出器を設けても良い。
また、加速トルクは、プリドライブモータに供給される電力値により検出することができる。
また、重量計算は、シーケンサ２２で行っていたが、張力制御装置３０で行うようにしても良い。
更にブレーキ装置としては、特に限定するものではなく、パウダー、エアー、モータ式等が用いられ、残紙計としては、超音波式、光電式等が用いられる。
また、本実施例では、紙継時のプリドライブ時に加速トルクを測定する方法について説明したが、ターレットアームにロールを装着した直後、プリドライブ装置で駆動させ、加速トルクを測定するようにしても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明では、予めロールを加速する際の加速トルクを求めているので、別途、ロールの重量を計測しなくても、紙質に応じて、急減速時又は緊急停止時における適切な制動力を求めて、張力を一定に維持することができる。ウェブの紙質が異なる毎に制動力の再調整が不要となり、また、ロール初期重量を計測するという手間も省けることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る張力制御装置の構成図である。
【図２】一定のブレーキ力及びこれによる張力との関係を示すグラフである。
【図３】紙質に応じたブレーキ力及びこれによる張力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  本体
２  ターレットアーム
３  旧ロール
４  新ロール
５  残紙計
６  紙継装置
７  固定ロール
８  接着ロール
９  カッタ
１０  両面テープ
１１  テープ位置センサ
１２，１３，１４，１５  ロール
１６  エアシリンダ
１７  メジャーロール
１８  断裁装置
１９  オートペースターコントローラ
１９ａ  ＣＰＵ
１９ｂ  接着ロール用カウンタ
１９ｃ  カッタ用カウンタ
２０  断裁信号用センサ
２１  メジャーロールエンコーダ
２２  シーケンサ
３０  張力制御装置
４０  プリドライブモータドライバ
【図１】
0003780062.tif 000002
【図２】
0003780062.tif 000003
【図３】
0003780062.tif 000004