JPH0733198B2

JPH0733198B2 - ウエブの巻取方法

Info

Publication number: JPH0733198B2
Application number: JP12354187A
Authority: JP
Inventors: 隆名和野; 大介藤倉; 弘藤田; 俊行石黒; 康之原
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1987-05-20
Filing date: 1987-05-20
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPS63288856A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はウエブの巻取方法に係り、特に最適なウエブの
巻取テンションパターンを決定し、その巻取テンション
パターンに従ってウエブを巻芯に巻き取るウエブの巻取
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、プラスチックフイルムや金属箔などのウエブを巻
芯に巻取る場合、巻取テンションは経験的に決定してお
り、その巻取テンションの主なテンションパターンとし
ては巻取径の増大に伴って減少するテーパーテンショ
ン、巻取径にかかわらず一定の定テンション、巻取径の
増大に伴って増加する逆テーパーテンション等がある。

又、これらのテンションパターンだけでは十分な巻き固
さを得られない場合は、タッチロール又はレイオンロー
ルと称されるゴムローラを巻取ロールに接触させて巻く
ことが広く行われてきた。

一方、特開昭60−242160号公報では、巻取られたコイル
の各層の円周方向残留応力が略一定になるように巻取中
にウエブに加わるテンションを制御する方法が開示され
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、テーパーテンションや定テンションでウエブを
巻取る場合には、巻芯近傍にシワが発生しやすく、又巻
芯近くでの半径方向応力が大きくなりやすく、ウエブ間
に塵埃等の異物が入るとウエブを変形させウエブへのう
つりとなって不良品になりやすいという問題がある。ま
た、タッチロールを使用する場合には、シワや巻取ロー
ルの軸方向ずれを防ぐ効果があるが、表面の弱いウエブ
などの巻取時には、特に異物などのよる表面傷や異物の
うつりの問題がある。これらの問題は特に高速で巻取る
場合に顕著となる。又、特開昭60−242160号公報に記載
されているウエブの巻取方法は、ウエブの円周方向残留
応力の算出に際し、ウエブ間に介在する空気膜の影響に
ついては考慮されていず、より正確に且つきめの細かい
制御としては不十分であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ロー
ル内にシワが発生せず、又半径方向の圧力によりウエブ
表面に傷をつけず、しかも軸方向のロールずれもないウ
エブの巻取方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するために、ウエブ巻取半径を
パラメータとする或る巻取テンションパターンでウエブ
を巻取った場合に生じる任意のウエブ巻取半径における
半径方向応力を、ウエブ巻取半径、半径方向ヤング率、
前記巻取テンションパターン等に基づいて求め、このよ
うにして求めた各ウエブ巻取半径における半径方向応力
若しくはこの半径方向応力に基づいて求められる横ずれ
抵抗力が、予めウエブ巻取半径に基づいて設定した適正
範囲に入るとき、前記の或る巻取テンションパターンを
所望の巻取テンショパターンとして決定し、ウエブ巻取
時における実際のウエブ巻取テンションを、前記決定し
た巻取テンションパターンにおける現在のウエブ巻取半
径に対応した巻取テンションになるように制御してウエ
ブを巻芯に巻取るようにしたウエブの巻取方法であっ
て、前記任意のウエブ巻取半径における半径方向応力を
求める際に、ウエブ間に介在する空気膜とウエブとの２
層構造の平均のヤング率を求め、このヤング率を前記半
径方向ヤング率の等価ヤング率として用いるようにした
ことを特徴としている。

〔作用〕

本発明によれば、ウエブ間に介在する空気膜の影響を考
慮して半径方向ヤング率を求め、これを各ウエブ巻取半
径における半径方向応力を求める際に用いるようにした
ため、実際の半径方向応力に近い半径方向応力を求める
ことができる。従って、このようにして求めた各半径方
向応力或いはこの半径方向応力に基づいて求められる横
ずれ抵抗力が、予めウエブ巻取半径に基づいて設定した
適正範囲に入るような巻取テンションパターン（最適な
巻取テンショパターン）を決定することができる。そし
て、ウエブ巻取時における実際のウエブの巻取テンショ
ンが前記最適な巻取テンションパターンになるように制
御することにより、ウエブ巻取半径方向にわたって良好
な巻取りができる。

〔実施例〕

以下添付図面に従って本発明に係るウエブの巻取方法の
好ましい実施例を詳説する。

まず、本発明を原理的に説明する。

巻取ロールは横方向の外力により、搬送中に横ずれを発
生することがある。このような横ずれに対する半径ｒ位
置での横ずれ抵抗力Frは、次式で表される。

Fr＝μｒ×Ar×σｒ …（１）但し、μr:摩擦係数、Ar:半径ｒの位置でのウエブ表面
積、σr:ロール内の半径方向応力上記ロール内の半径方向応力σｒは、アルトマン（Altm
ann）によって次式のように導出されている。

Et:円周方向ヤング率、Ec:巻芯のヤング率 Er:半径方向ヤング率、T:巻取テンション r:任意のウエブ巻取半径、R:ロール外周半径 νt:円周方向ポアソン比 νr:半径方向ポアソン比上記第（２）式は、巻取応力解折に対し従来から広く用
いられているが、この第（２）式によって得られる半径
方向応力σｒの論理値と実測値とは大幅に異なり、実用
上不十分であり、従って前述したように従来の巻取テン
ションパターンは経験的に決定していた。

本発明では、実際の巻取ロールにおける半径方向応力が
ウエブ間に介在する空気膜によって影響を受けているこ
とに着目し、この空気膜に伴う補正を行い、上記第
（２）式によって得られる半径方向応力σｒが実測値に
よく一致するようにした。

そして、第（２）式によって得られる半径方向応力σｒ
が、第２図に示すように巻取ロール内の半径方向にわた
って適正範囲に入るように巻取テンションパターンを決
定し、この巻取テンションパターンに従って実際の巻取
テンションを制御するようにした。ここで、前記適正範
囲としては、ウエブにうつりの発生しない上限値σrmax
と、ベースずれ、シワの発生しない下限値σrminとの間
の範囲とした。尚、上限値σrmax、下限値σrminは予め
オフラインテストで決定することができる。

さて、第（２）式においてウエブ間に介在する空気膜
（空気膜の厚さ）が最も大きく影響するのは、半径方向
のヤング率である。そこで、空気膜厚さの影響を考慮し
た等価ヤング率を次下のように導入した。

巻取ウエブは、第３図に示すようにウエブと空気膜の２
層構造をしていると考えられ、これらを平均したヤング
率Er（次下等価ヤング率という）は、次式で表わされ
る。

但し、E1:ウエブのヤング率、E2:空気膜のヤング率、h:
ウエブ間に閉じ込められた空気の平均厚さ、t:ウエブの
厚さ上記第（３）式において、空気膜のヤング率E2及び空気
膜厚さｈは未知であるが、現象の軸対称性により空気膜
厚さは半径方向のみに変化し、且つ等温度変化に従うも
のとすれば、空気膜のヤング率E2は半径方向応力σｒに
等価として扱うことができる。即ち、 E2≒σｒ …（４）一方、空気膜厚さｈは、理論的に求めることが困難であ
り、本発明では以下に示す実験式から求めるようにし
た。

第４図は空気膜厚さｈを求める実験式を誘導するための
手順を示すフローチャートである。同図に示すように、
まず、巻取条件（巻取速度Ｖ、巻取テンションＴ）を設
定し（ステップ10）、各巻取半径における半径方向応力
σｒ′を最小二乗法によって近似し、（ステップ12）、
その近似値を前記第（４）式に示したように空気膜のヤ
ング率E2とする（ステップ13）。

次に、空気膜厚さｈを仮定し（ステップ14）、前記第
（３）式に基づいて等価ヤング率Erを計算し（ステップ
15）、この計算した等価ヤング率Erを用いて前記第
（２）式により半径方向応力σｒを計算する（ステップ
16）。続いてステップ17では、実測値σｒ′と計算値σ
ｒとを比較し、両者が一致するまで空気膜厚さｈを修正
してステップ14から17を繰り出し実行し、一致したとき
の空気膜厚さｈを採用する。

第５図は第４図の手順に従って、巻芯半径Rc＝48.5mm、
ウエブ幅ｂ＝180mm、Ｖ＝100m/min、Ｔ＝22kg/mの条件
下で求めた応力σｒと空気膜厚さｈを示したものであ
る。この図より、ウエブ間に介在する空気膜厚さｈは半
径方向に略一定と見なせることが分かる。

そして、巻取テンションＴと巻取速度Ｖを変えて上述の
方法で空気膜厚さｈを求め、これらの関係から次式に示
す実験式ｈ（Ｖ、Ｔ）を得る（ステップ18）。

但し、 K:比例定数、 α、β：ウエブの幅、剛性によって決まる定数尚、前記条件下では、Ｋ＝0.777、α＝0.857、β＝1.11
となった。

又、第６図は同条件下で巻取速度Ｖ（＝100m/min）を一
定にして巻取テンションＴが変化する場合の空気膜厚さ
ｈを示し、同様に第７図は巻取テンションＴ（＝22kg/
m）を一定にして巻取速度Ｖが変化する場合の空気膜厚
さｈを示す。

次に、上述の各式に基づいて最適な巻取テンションパタ
ーンを決定する方法について第８図及び第９図に示すフ
ローチャートを参照して詳説する。

第８図に示すように、まずウエブの巻取速度Ｖとウエブ
巻取半径をパラメータとする巻取テンションパターンを
仮定し、各巻取半径における巻取速度Ｖ、巻取テンショ
ンＴを第（５）式に代入することにより空気膜厚さｈを
計算する（ステップ20）。尚、ウエブの巻取は、通常巻
取速度を一定にして行われており、したがって前記巻取
速度Ｖとしては実際にウエブを巻き取るときの巻取速度
を用いる。又、空気膜厚さｈは各巻取半径ごとに求めら
れるが、以下簡単のために、有る巻取半径について説明
する。

次に、上記巻取テンションパターンでウエブを最後まで
巻き取った場合に生じるウエブ間に介在する空気膜のヤ
ング率E2を求める（ステップ21）。この空気膜のヤング
率E2は、第９図に示す手順によって求められる。

即ち、第９図に示すように、まず空気膜のヤング率E2を
仮定し（ステップ30）、このヤング率E2と第８図のステ
ップ20で計算した空気膜厚さｈとに基づいて第（３）式
により等価ヤング率Erを計算し（ステップ31）、この計
算した等価ヤング率Erを用いて第（２）式により半径方
向応力σｒを計算する（ステップ32）。続いて、ステッ
プ33では仮定したヤング率E2と計算した半径方向応力σ
ｒとを比較し、両者が一致するまでヤング率E2を修正し
てステップ30から33を繰り返し実行し、一致したときの
ヤング率E2を第（４）式で説明したように空気膜のヤン
グ率とする（ステップ34）。

このようにして、ステップ21、21（第８図）で空気膜の
厚さｈとヤング率E2が求められると、これらに基づいて
第（３）式によりウエブの半径方向等価ヤング率Erを計
算する（ステップ22）。そして、この計算した等価ヤン
グ率Erを第（２）式に代入して半径方向応力σｒを計算
する（ステップ23）。

以上の計算により求めた半径方向応力σｒは、前述した
ように有る巻取半径におけるものであるが、空気膜厚さ
ｈ、空気膜のヤング率E2、ウエブの半径方向等価ヤング
率Er及び半径方向応力σｒは上記を同様にして各巻取半
径ごとに計算される。

ステップ24では、上記のようにして計算した各巻取半径
ごとの半径方向応力σｒがそれぞれ対応する巻取半径に
おいて予め設定した適正範囲に全て入るか否かを判別し
（第２図参照）、適正範囲に入らない場合には、前記仮
定した巻取テンションパターンを適宜修正し、適正範囲
に入るまでステップ20から24を繰り返し実行する。

そして、半径方向応力σｒが全巻取半径にわたって適正
範囲に入ると、そのとき仮定した巻取テンションパター
ンを最適な巻取テンションパターンとして決定する（ス
テップ25）。

次に、上記決定した巻取テンションパターンによってウ
エブを膜芯に取るウエブの巻取装置について説明する。

第１図において、このウエブの巻取装置は、巻取軸の回
転速度を制御することによりローラ40、テンションロー
ラ42、ローラ44、46を介してウエブＷを所定の巻取速度
で巻芯48に巻き取るようにしている。一方、この巻取中
におけるウエブＷの巻取テンションは、以下に示す巻取
テンション制御部によって調節されている。

この巻取テンション制御部は、目標とする巻取テンショ
ンを示す信号を発生する信号発生部50と、この信号発生
部50からの信号に基づいてその信号の示す巻取テンショ
ンをウエブＷに付与するアクチュエータ部60とから構成
されている。

信号発生部50は、巻取速度検出器52、角速度検出器54、
巻取半径演算器56及び巻取テンションパターン発生器58
から成り、巻取速度検出器52はローラ46の回転に基づい
てウエブＷの巻取速度Ｖを検出し、この検出した巻取速
度Ｖを示す信号を巻取半径演算器56に出力し、又角速度
検出器54は巻取軸の角速度ωを検出し、この検出した角
速度ωを示す信号を巻取半径演算器56に出力する。巻取
半径演算器56は上記２入力信号に基づいてウエブＷの巻
取半径ｒを次式、ｒ＝V/ω …（６）により算出し、この巻取半径ｒを示す信号を巻取テンシ
ョンパターン発生器58に出力する。

巻取テンションパターン発生器58は、第８図に示す手順
で求めた最適な巻取テンションパターンを記憶してお
り、巻取半径演算器56から加えられる巻取半径ｒを示す
信号に基づいて、前記巻取テンションパターンからその
信号の示す巻取半径における巻取テンションを読み出
し、この巻取テンションを示す信号をアクチュエータ部
60の圧力調節弁66に出力する。

アクチュエータ部60は、一端にテンションローラ42を備
えた可動アーム62、エアシリンダ64、圧力調節弁66、及
び空圧源68から成り、圧力調節弁66は、空圧源68から加
えられる高圧エアを前記巻取テンションを示す信号に対
応する圧力エアに調節し、この調整した圧力エアをエア
シリンダ64に加える。エアシリンダ64は、圧力調節弁66
から加えられる圧力エアに対応する力を可動アーム62に
加え、この可動アーム62を介してテンションローラ42に
所要の力（巻取テンションパターン発生器58から出力さ
れる信号の示す巻取テンションをウエブＷに付与するに
必要な力）を加え、ウエブＷの巻取テンションを調節す
る。

このようにして、ウエブＷは巻取テンションパターン発
生器58を予め記憶されている最適な巻取テンションパタ
ーンに従って巻芯48に巻き取られる。

尚、本実施令では、第（２）式に基づいて算出した半径
方向応力σｒが適正範囲に入るように最適な巻取テンシ
ョンパターンを決定するようにしたが、これに限らず、
前記半径方向応力σｒから更に第（１）式に基づいて各
巻取半径での横ずれ抵抗力Frを求め、この横ずれ抵抗力
Frが予め設定した横ずれ現象やシワ等が生じない適正範
囲に入るように最適な巻取テンションパターンを決定す
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係るウエブの巻取方法によ
れば、ウエブ間に介在する空気巻厚さを考慮した半径方
向等価ヤング率を導入することにより、実施値によく一
致する半径方向応力を理論式によって算出することがで
き、その結果、半径方向応力或いは横ずれ抵抗力が巻取
半径にわたって所望の値になるように最適な巻取テンシ
ョンパターンを決定することができ、この巻取テンショ
ンパターンによって好適なウエブの巻取が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が適用されるウエブの巻取装置の一
例を示す図、第２図は本発明に係る巻取テンションパタ
ーンを決定する際に用いられる半径方向応力の適正範囲
の一例を示す図、第３図は空気膜とウエブの２層構造を
概念的に示した図、第４図はウエブ間の空気膜厚さを求
める実験式を導出するための手順を示すフローチャー
ト、第５図は第４図の手順に従って求めた巻取半径に対
する半径方向応力及び空気膜厚さの変化を示すグラフ、
第６図は巻取テンションと空気膜厚さの関係を示すグラ
フ、第７図は巻取速度と空気膜厚さの関係を示すグラ
フ、第８図は本発明に係る巻取テンションパターンを決
定するための手順を示すフローチャート、第９図は空気
膜のヤング率を決定するための手順を示すフローチャー
トである。 42……テンションローラ、48……巻芯、50……信号発生
部、52……巻取速度検出器、54……角速度検出器、56…
…巻取半径演算器、58……巻取テンションパターン発生
器、60……アクチュエータ部、62……可動アーム、64…
…エアシリンダ、66……圧力調節弁、68……空圧源。

フロントページの続き (72)発明者石黒俊行神奈川県南足柄市中沼210番地富士写真フイルム株式会社内 (72)発明者原康之静岡県富士宮市大中里200番地富士写真フイルム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエブ巻取半径をパラメータとする或る巻
取テンショパターンでウエブを巻取った場合に生じる任
意のウエブ巻取半径における半径方向応力を、ウエブ巻
取半径、半径方向ヤング率、前記巻取テンションパター
ン等に基づいて求め、このようにして求めた各ウエブ巻
取半径における半径方向応力若しくはこの半径方向応力
に基づいて求められる横ずれ抵抗力が、予めウエブ巻取
半径に基づいて設定した適正範囲に入るとき、前記の或
る巻取テンションパターンを所望の巻取テンションパタ
ーンとして決定し、ウエブ巻取時における実際のウエブ
巻取テンションを、前記決定した巻取テンションパター
ンにおける現在のウエブ巻取半径に対応した巻取テンシ
ョンになるように制御してウエブを巻芯に巻取るように
したウエブの巻取方法であって、前記任意のウエブ巻取半径における半径方向応力を求め
る際に、ウエブ間に介在する空気膜とウエブとの２層構
造の平均のヤング率を求め、このヤング率を前記半径方
向ヤング率の等価ヤング率として用いるようにしたこと
を特徴とするウエブの巻取方法。
【請求項２】前記任意のウエブ巻取半径における半径方
向応力な、アルトマン（Altmann）によって導出された
次式、 Et:円周方向ヤング率、Ec:巻芯のヤング率 Er:半径方向ヤング率、T:巻取テンション r:任意のウエブ巻取半径、R:ロール外周半径 νt:円周方向ポアソン比 νr:半径方向ポアソン比によって求める特許請求の範囲第（１）項記載のウエブ
の巻取方法。
【請求項３】前記等価ヤング率は、次式、但し、E1:ウエブのヤング率、E2:空気のヤング率、t:ウ
エブの厚さ、h:ウエブ間に閉じ込められた空気の平均厚
さによって求める特許請求の範囲第（１）項記載のウエブ
の巻取方法。
【請求項４】前記空気の平均厚さｈは、次式、但し、K:比例定数、α、β：ウエブの幅、剛性によって
決まる定数、V:巻取速度、T:巻取テンションによって求める特許請求の範囲第（３）項記載のウエブ
の巻取方法。
【請求項５】前記空気のヤング率E2は、任意の値を仮定
し、この値に基づいて前記等価ヤング率を算出するとと
もに、この算出した等価ヤング率を用いて求めた前記半
径方向応力と前記仮定した値とが一致したとき、該仮定
した値を空気のヤング率とする特許請求の範囲第（３）
項記載のウエブの巻取方法。