JPH04173648A - 巻取機の回転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧力可変油圧装置によって油圧モータを駆動し
、油圧モータに連結した巻取軸を回転せしめるようにし
、設定張力値を基準にし、圧力可変油圧装置によって油
圧モータの出力を制御する巻取機の回転制御方法に関す
るものである。

（従来技術） 一般に、シート状物を幅方向に切断して巻き取るスリッ
タにおいては、切断された各シート状物を良好な巻姿の
ロールに巻取るため、１台の圧力可変油圧装置によって
複数台の油圧モータを駆動し、各油圧モータに連結した
巻取軸を回転せしめ、設定巻取張力値になるよう圧力可
変油圧装置によって油圧モータの出力を制御するように
なっている。そして、巻取機の回転制御においては、制
御精度を高くするため、油圧モータの機械的損失に対す
る補償を機械（トルク）効率の形で実測、検証し、補償
項目として巻取制御に取り入れている。

上述の油圧モータのトルク（Ｔ）、圧力（Ｐ）、トルク
効率（ηｌ）の関係は下記式に示す通りである。

Ｘｑ Ｔ＝　−ｘ　　ηｔ　　　　　　　・・・・（１）２π ）　　　　　　　　　　　μ×ｎ ηｊ　＝　１−　Ｃｄ　Ｘ　−−ＣＩ　　　・・・・（
２）Ｔ：トルク　　（ｋｇ−ａｎ） Ｐ：圧力　　（ｋｇ／ｃ１１） ｑ：油圧モータの１回転当りの理論押しのけ量Ｃｃｃ／
ｒｅｖ） ηｔ　：トルク効率 μ：油の粘性係数 ｎ：油圧モータの毎秒回転数（ｒ　ｅ　ｖ　／　ｓ　ｅ
　ｃ　）ＣｄＳＣ１・油圧モータによって定まる摩擦係
数 上述の計算式（１）に計算式（２）を代入して変形する
と下記の通りである。

Ｔ＝　−（１−Ｃｆ　）　Ｘ　Ｐ−Ｃｄ　Ｘ　μＸ　ｎ
２π となり、必要トルクに対応する圧力指令値を算出するた
め、圧力（Ｐ）の計算式にすると下記の通りである。

Ｑ　　（１−（１）　　　　　　１−ＣＩここで、油温
変化に伴う油の粘性係数（μ）の変化が無視できるとす
ると、圧力指令値（Ｐ）はトルク（Ｔ）、回転数（Ｎ）
、および、理論押しのけ量（ｑ）を変数とする下記計算
式により求めることができる。

ｐ＝　　　　　ｘＴ＋に２　ＸＮ　　　　・・・・（３
）ここで、 ２π に１＝□ −ＣＩ ＣｄＸμ　　　Ｉ Ｋ２　＝　　　　　　　ｘ　− １−Ｃｆ　　　　　５Ｑ Ｎ＝６０ｘｎ　　　　　　（Ｒ，ＰｏＭ）である。

上述の理論計算式（３）における定数に１、および、Ｋ
２を実測値により算出するが、油圧モータが可変容量油
圧モータの場合には、その容量設定値（ｑ′）と理論押
しのけ量（ｑ）には誤差があり、該関係は（ｑ＝に３　
ｘｑ’　＋に４　）に近似する。また、油圧が生じても
トルクが発生しないオフセット油圧を（Ｐ　ｏ）で表わ
すと、実際の計算式は下記の通りである。

Ｉ Ｐ＝　　　　　　　　　　　　　　　ＸＴ＋に２　　Ｘ
Ｎ＋Ｐ。

Ｋ３　　ｘ　ｑｌ　　＋に４ ・・・・　（４） 実際の巻取回転制御における圧力指令値（Ｐ）の計算式
は、オフセット油圧を（Ｐｏ）を近似式に変換したもの
を使用している。

Ｉ Ｐ＝　　　　　　　　　　　ＸＴ十に２　ＸＮＫ３Ｘｑ
’＋に４ に５ ＋　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（５）ｑ’
　＋にに こで、 Ｐｏ＝□ ｑ’　十に６ である。

（発明が解決しようとする課題） 近年、製品収率の向上、作業の合理化等に伴い広幅化、
長尺巻化（大径化）、高速化される傾向にあり、巻取機
における油圧モータの多数化、大容量化が必要になって
いる。そのため、駆動源の圧力可変油圧装置の吐出量が
増大すると共に、油供給用配管長が長くなり、該配管に
おける圧力損失を無視することができなくなった。

すなわち、シート状物の巻取操作において巻取速度を加
速、あるいは、減速する時に、油圧モータの出力に急変
を生じ、巻取張力が低下、あるい）よ、増大する。特に
、巻き始めの加速時は、巻径が小く巻取回転速度が速い
ため、圧力可変油圧装置の吐出量が大きく変化して巻取
張力の低下が顕著に現われる。そのため、シート状物に
皺、傷等を発生して製品の品質を低下するという問題が
あった。

（課題を解決するための手段） 本発明はシート状物の巻取操作における巻取速度の加減
速時に、巻取張力の低下を発生しないようにすることを
目的とするものである。

上述の課題を解決するために本発明の巻取機の回転制御
方法は、圧力可変油圧装置によって油圧モータを駆動し
、油圧モータに連結した巻取軸を回転せしめるようにし
、制御装置に入力した設定張力値を基準にし、圧力可変
油圧装置を介して油圧モータの出力を制御せしめる巻取
機の回転制御方法において、前記制御装置に配管圧力損
失補償値を入力して圧力可変油圧装置の制御指令値を補
正するようにしである。

また、他の巻取機の回転制御方法は、圧力可変御装置に
入力した設定張力値を基準にして圧力可変油圧装置を制
御せしめると共に、制御指令値に巻取軸のトルク検出値
をフィードツク・ツクして前記制御指令値を補正し、圧
力可変油圧装置を介して油圧モータの出力を制御せしめ
る巻取機の回転制御方法において、前記制御装置に配管
圧力損失補償値を入力して圧力可変油圧装置の制御指令
値を補正するようにしである。

（実施例） 本発明の巻取機の回転制御方法を実施するための制御装
置の構成を図面に基づいて説明する。

１は送りローラであり、幅方向に複数に切断されたシー
ト状物としての帯状フィルム３０を所定の速度で搬送す
る。２は各帯状フィルム３０に対応して設置された巻取
軸であり、機台（図示せず）に回転自在に装着され、所
定の面圧で送りローラ１に当接される。該巻取軸２には
可変容量油圧モータ、または、定容量油圧モータ等の油
圧モータ３が連結しである。４は油圧ユニットであり、
油貯留槽５と、フィルター６と、圧力可変油圧装置７と
、油供給用管８、油戻り用管９により構成されている。

該圧力可変油圧装置７は、電磁式比例圧力制御機構付可
変容量型ポンプ、電磁式比例圧力制御弁と定圧力型油圧
ポンプを組合わせたもの、あるいは、定容量型油圧ポン
プとトルク制御型電動機を組合わせたもの等を使用する
ことができる。

１０は一端が油供給用管８に他端が可変容量油圧モータ
３に連結された油供給用枝管であり、１１は一端が油圧
モータ３に他端が油戻り用管９に連結された油戻り用枝
管である。該油供給用枝管１０と油戻り用枝管１１は可
撓性管を使用し、着脱自在継手によって連結する。１２
は制御装置であり、油圧ユニット４の圧力可変油圧装置
７を制御し、予め設定した圧力の油を油圧モータ３に供
給することにより巻取軸２を回転するようになっている
。１３は該巻取軸２の内の１つに設置されたトルクセン
サーであり、帯状フィルム３０の巻ドパツクして圧力可
変油圧装置７の制御指令値を補正する。

上述の制御装置１２のブロック図は第２図に示す通りで
ある。図中、１５は張力設定部であり、キーボード等に
より予め設定した巻取張力値を入力して記憶させる。１
６は張力−トルク変換部であり、張力設定部１５から入
力した張力指令値をトルク指令値に変換する。１７は比
例積分制御部であり、張力−トルク変換部１６からのト
ルク指令値と、トルクセンサー１３からのトルク検出値
に基づいてトルク指令値を補正する。該比例積分制御部
１７を跨ぐようにしてフィードフォワード回路が形成し
である。１８は慣性補正演算部であり、機械固有の慣性
要素分と、帯状フィルム３０の巻取量によって変化する
慣性要素分を合わせて演算してトルク補正値とし、比例
積分制御部１７から出力されたトルク指令補正値に加算
する。

１９はトルク効率演算部であり、油圧モータ３の摩擦係
数、油の粘性係数等からその時点の回転速が加算された
トルク指令補正値と、トルク効率演算部１９からのトル
ク効率係数等から油圧モータ３が必要とする油圧指令値
を算出する。２１は配管圧力損失演算部であり、管径、
管長、油の流量等から配管圧力の損失値を算出する。そ
して、必要油圧演算部２０からの油圧指令値に配管圧力
損失値を加算した補正値に基づいて、油圧ユニット４の
圧力可変油圧装置７に油圧制御指令値を入力する。２２
は巻取径演算部であり、巻取長さ、および、フィルム厚
さから経時的に変化する巻取径を算出し、張力−トルク
変換部１６、および、慣性補正演算部１８に入力する。

２３は巻取回転数演算部であり、巻取径演算部２２から
入力された巻取径とフィルム供給速度から回転数を算出
し、トルク効率演算部１鰍配管圧力損失演算部２１に入
力する。

上述の制御装置１２の必要油圧演算部２０には、上述の
計算式（５）である ／’　　　　ＫＩ Ｐ＝　　　　　　　　　　　ＸＴ＋に２　ＸＮＫ３　Ｘ
ｑ’　＋に４ に５ ｑ’　＋に６ を入力する。該計算式（５）におけるトルク効率係数の
演算項（Ｋ２　ＸＮ）についてはトルク効率演算部１９
に入力しである。

一方、圧力損失演算部２１には、圧力損失（ΔＰ）を算
出する下記計算式（１２）が入力しである。

すなわち、配管内を油が層流の状態で搬送される場合の
圧力損失を算出する計算式は下記の通りである。

ν×Ｌ×γ×Ｑ ΔＰ＝６．９３Ｘ１０　　Ｘ□ ・・・・（６） シ：動粘度　　（ＣＳ　Ｔ） Ｌ、配管長さ　（ａｎ’） γ：油の比重　（ｇ／ａｎ　　） Ｑ：油の流量　（／ｍ１ｎ） ｄ：配管内径　（ａｎ　） 上述の動粘度（ν）は油温度によって大きく変化するが
、定常運転においては油温度がほとんど変化しないため
、流量（Ｑ）以外は定数とすることができる。そうする
と、固定配管部（油供給用管８、油戻り用管９）の圧力
損失（ΔＰＡ）と、可動配管部（油供給用枝管１０、油
戻り用枝管１１の圧力損失（ΔＰＨ）を算出する計算式
は下記の通りである。

Δ　ＰＡ　　　＝ＫＡ　　　ＸＱＡ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・　−・　　（７）
ΔＰＢ　＝ＫＢ　ＸＱＢ　　　　　　　　　　−・・・
（８）ＫＡ、ＫＢ　・定数 ＱＡ　：固定配管部の流量　（／ｍ１ｎ）ＱＢ　：可動
配管部の流量　（／ｍ１ｎ）ここで、各油圧モータ３の
容量が同一であるとすると、総流量（Ｑ）は、 Ｑ　＝　ｍ　Ｘ　Ｑ　Ｂ　＝　Ｑ　Ａ　　　　　　　　
　　＝　＝　（９）１ｍ＝並列に設置された油圧モータ
台数となり、該流量（Ｑ）を油圧モータ３の総容量（Σ
ｑ）と、油圧モータ３の回転数（Ｎ）の計算式にすると
下記の通りである。

Σｑ Ｑ＝　　　　　　　ＸＮ　　　　　　　・・・・（１０
）上述の計算式（７）、乃至、計算式（９）から全圧力
損失（ΔＰ）は、 ΔＰ＝ＫＡ　ＸＱ＾＋ＫＢ　ＸＱＢ ＫＢ −（ＫＡ　　＋　　−）　　Ｘ　ＱＡ ＫＢ −（ＫＡ　　＋　−）　　ｘ　Ｑ　　　　・・・・　（
１１）となる。該計算式（１１）を計算式（１ｏ）に代
入すると、 ＫＢ　　　　　　　ΣｑＸＮ ΔＰ　＝　（ＫＡ　＋　−□　）　ｘ□ｍ　　　　　　
１０００ ・・・・（１２） となる。

上述の巻取機においてシート状物としての帯状フィルム
３０を巻取る場合は、先ず、制御装置１２に送りローラ
１の回転速度、フィルムの巻取張力、フィルム厚さ、各
計算式における係数Ｋｌ〜に６　、ＫＡ　、ＫＢ等を入
力する。

Ｋｌ　　＝２ｘ　　π に２＝０．００６ に３＝０．９７ に４　　＝−０，２９ に５＝４５ に６　　＝−１，５ ＫＡ　＝０．１８４　（油圧モータ４台の時）ＫＢ　＝
０．５７５　（油圧モータ４台の時）次いで、供給部（
図示せず）より広幅フィルム３０を引き出し、カッター
（図示せず）で所定幅に切断した帯状フィルム３０を送
りローラ１に掛は渡すと共に、各巻取軸２に巻き付は予
め設定した面圧で送りローラ１に当接させる。これ等の
準備ができ巻取機を始動すると、制御装置１２の張力設
定部１５から設定張力指令値を張力−トルク変換部１６
に入力し、該設定張力値に対応するトルク指令値を比例
積分制御部１７に入力する。すると、該トルク指令値を
そのまま必要油圧演算部２０に入力し、該必要油圧演算
部２０で油圧制御指令値に変換して油圧ユニット４の圧
力可変油圧装置７に入力すると、該圧力可変油圧装置７
が作動して所定圧力の油を送出し、油供給用管８、油供
給用枝管１０を通って各油圧モータ３に供給する。する
と、各油圧モータ３が作動して巻取軸２を回転する。こ
の時、送りローラ１が回転していないため、帯状フィル
ム３０は搬送されず所定の張力が生じる。そして、送り
ローラ１が作動してフィルムの搬送が行なわれ、各巻取
軸２に帯状フィルム３０が巻き取られる。すると、巻取
径演算部２２によって巻取径が算出されて張力−トルク
変換部１６、慣性補正演算部１８、巻取回転数演算部　
２３に入力する。すると、張力−トルク変換部　１６か
ら該巻取径に対応するトルク指令値を比例積分制御部１
７に入力する。トルクセンサー１３から検出トルク信号
がアンプ１４で増幅されて制御装置１２の比例積分制御
部１７にフィードバックされ、設定トルク指令値と比較
演算して補正したトルク指令値を必要油圧演算部２０に
入力する。また、慣性補正演算部１８から該巻取径に対
応する慣性要素分のトルク補正値を出力して比例積分制
御部１７から出力されたトルク指令値に加算する。さら
に、巻取回転数演算部２３からその時点の回転数をトル
ク効率演算部１９、および、配管圧力損失演算部２１に
入力する。すると、トルク効率演算部１９から該回転時
における油圧モータ３の摩擦係数、油の粘性係数等によ
るトルク効率係数を算出して必要油圧演算部２０に入力
する。すると、計算式（５）に慣性要素分のトルク補正
値を加算したトルク指令値、および、トルク効率係数を
算入して油圧指令値（Ｐ）を計算して出力する。また、
配管圧力損失演算部２１において計算式（１２）によっ
て圧力損失を算出して必要油圧演算部２０から出力した
油圧指令値に加算する。これ等の補正値を加算した油圧
制御指令値によって圧力可変油圧装置７を制御する。

上述の回転制御方法によって帯状フィルム３０を巻き取
った時の巻取張力、巻取トルク等の関係は第３図に示す
通りであり、巻取速度の加速時、および、減速時におけ
る張力の低下、あるいは、増大を防止することができる
。これに対して、従来の配管の圧力損失を考慮しない場
合は、第４図に示すように巻取速度の加速時、および、
減速時に大きく張力低下を生じていることがわかる。

上述の実施例においてはトルクセンサー１３によって巻
取軸２のトルクを検出して制御装置１２の比例積分制御
部１７にフィードバックして圧力可変油圧装置７の油圧
出力を制御せしめるようにしたが、トルクのフィードバ
ック装置を設置しない巻取機の回転制御にも適用するこ
とができる。

（発明の効果） 本発明の巻取機の回転制御方法は、圧力可変油圧装置に
よって油圧モータを駆動し、油圧モータに連結した巻取
軸を回転せしめるようにし、制御装置に入力した設定張
力値を基準にし、圧力可変油圧装置を介して油圧モータ
の出力を制御せしめる巻取機の回転制御方法において、
前言己制御装置に配管圧力損失補償値を入力して圧力可
変油圧装置の制御指令値を補正するようにしであるため
、シート状物の巻取操作において巻取速度を加速、ある
いは、減速しても、油圧モータのトルク出力が適正に制
御されて、巻取張力が低下、または、増大するのを防止
することができる。

また、油圧可変形ポンプによって油圧モータを駆動し、
油圧モータに連結した巻取軸を回転せしめるようにし、
制御装置に入力した設定張力値を基準にして圧力可変油
圧装置を制御せしめると共に、制御指令値に巻取軸のト
ルク検出値をフィードバックして前記制御指令値を補正
し、圧力可変油圧装置を介して油圧モータの出力を制御
せしめる巻取機の回転制御方法において、前記制御装置
に配管圧力損失補償値を入力して圧力可変油圧装置の制
御指令値を補正するようにしても、上述と同じように、
巻取張力か低下、または、増大するのを防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の巻取機の回転制御方法を実施するため
の巻取機の構成の１実施例を示す概略平面図である。 第２図は第１図における制御装置の詳細を示す概略ブロ
ック図である。 第３図は本発明の回転制御方法によって帯状フィルムを
巻き取った場合の巻取張力変化を示す環路線図である。 第４図は従来の回転制御方法によって帯状フィルムを巻
き取った場合の巻取張力変化を示す環路線図である。 １；送りローラ、　　　２：巻取軸、 ３：油圧モータ、　　　４：油圧ユニット、５：油貯留
槽、　　　　　６：フィルター、７：圧力可変油圧装置
、８：油供給用管、９：油戻り層管、　　１０：油供給
用枝管、１１：油戻り用枝管、　１２・制御装置、１３
；トルクセンサー、１４：アンプ、１５：張力設定部、 １６：張力・トルク変換部、 １７：比例積分制御部、１８：慣性補正演算部、１９：
トルク効率演算部、 ２０：必要油圧演算部、 ２１：配管圧力損失演算部、 ２２：巻取径演算部、　２３：巻取回転数演算部、出願
人　東レエンジニアリング株式会社第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧力可変油圧装置によって油圧モータを駆動し、油
   圧モータに連結した巻取軸を回転せしめるようにし、制
   御装置に入力した設定張力値を基準にし、圧力可変油圧
   装置を介して油圧モータの出力を制御せしめる巻取機の
   回転制御方法において、前記制御装置に配管圧力損失補
   償値を入力して圧力可変油圧装置の制御指令値を補正せ
   しめるようにしたことを特徴とする巻取機の回転制御方
   法。 ２）圧力可変油圧装置によって油圧モータを駆動し、油
   圧モータに連結した巻取軸を回転せしめるようにし、制
   御装置に入力した設定張力値を基準にして圧力可変油圧
   装置を制御せしめると共に、制御指令値に巻取軸のトル
   ク検出値をフィードバックして前記制御指令値を補正し
   、圧力可変油圧装置を介して油圧モータの出力を制御せ
   しめる巻取機の回転制御方法において、前記制御装置に
   配管圧力損失補償値を入力して圧力可変油圧装置の制御
   指令値を補正せしめるようにしたことを特徴とする巻取
   機の回転制御方法。