JP4312966B2 - 巻き取り方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は巻き取り方法に関するものであり、紙ウェブやそれに類するものを巻き取りコアに連続的に巻き取り、その際に紙リールが少なくとも以下の、すなわち、
− 巻き取りコアのアクチュエータ、好ましくはセンタードライブ式のものと、− 紙リールの主表面駆動装置のアクチュエータ、好ましくはセンタードライブ式のものと、
− 巻き取りコア上に形成される紙リールの外周と紙リールの主表面駆動装置の外周との間に働くニップ（挟み）負荷（nip load）であって、いわゆるニップ負荷装置と呼ばれるアクチュエータによってもたらされるニップ負荷と、
によって制御される。
【０００２】
技術の現状に関しては、センタードライブ補助方式の巻き取りを開示しているＥＰ−４８３０９２を参照されたい。更に技術の現状に関してフィンランド特許１０４１６１号はセンタードライブのトルクを調整することにより巻き取りを制御する巻き取り方法を開示していると言うことができる。しかしその方法の詳細については述べられていない。
【０００３】
特に抄紙機における巻き取り駆動の制御は、紙リールの主表面駆動装置の回転速度を調節して巻き取り部と紙ウェブに張力を与える先行する機器部位（たとえば乾燥部あるいは機器のカレンダ）との間で所望のウェブ張力を保つように行い、かつ、巻き取りコアの駆動トルクは、形成される紙ウェブの塊の低速度を補償する適度なトルクが保たれるように調節する。トルクの調節は経験的に得た情報に基づいて行い、巻き取りプロセスが巻き取りコアに進んだ際に所定のガイドラインに従ってトルクを変更する。紙ウェブの張力を利用して形成される紙ウェブの密度を変えることができる。しかし紙ウェブの張力を増加すること、言い換えるとリールの主表面駆動装置の張力差を増加することは紙ウェブが破断するリスクを増加させ、また紙ウェブの伸張を引き起こしこれによって紙の特性を別の面で損なう可能性もある。
【０００４】
このように従来技術の提供する解決方法は巻き取りプロセス全体の制御を考えると限られたものである。現在の技術、たとえばその増加したウェブ速度は、プロセスの調整方法に対してより高度なものを要求している。現状の中心トルク制御は製造プロセスの実際の要求を積極的に又はリアルタイムで行うことを考慮しておらず、また巻き取り中にプロセスで発生しうる変化を考慮に入れていない。このことは、紙ウェブのよりよい制御手段によれば対処可能であろうが、現状の技術による制御では紙ウェブの破断に至ってしまうような障害のある諸状況については特に当てはまる。
【０００５】
本発明の一つの目的は上記問題を大幅に解決し、当該技術分野の技術の現状を改善することである。本発明の方法により、巻き取りプロセスが進んだ際の巻き取りにおける紙リールの形成を変えることができ、そして他の従来通りの方法において生ずる紙ウェブの破断を起こさないように巻き取りを変えることができる。このように、本発明によれば、走行性をより安定したものとしかつ連続性を改善しながら、諸利点をもたらすことができる。
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の方法は、紙リールの主表面駆動装置のアクチュエータが作り出すトルクを、形成される紙リールを駆動する諸アクチュエータが作り出すトルク値の合計よりも小さくなるように選定することを主たる特徴とする。
【０００７】
全体として、本発明の巻き取り方法により、巻き取りプロセスを以下のようにして実施することができる、すなわち、
― 紙ウェブの主表面駆動装置の駆動トルクは、単に巻き取り前の紙ウェブの張力についての諸要請に従って実質的に設定することができ、その際に紙ウェブの張力に関する測定情報をリアルタイムで制御コンピュータに伝達し、かつ紙ウェブの主表面駆動装置の駆動トルクをこの測定情報に基づいて調節する、ここでこの部分的調節は、それが形成される紙ウェブの密度その他の諸特性にどのように影響するかを考慮することなく行うことができる、かつまた、
― 形成される紙ウェブ内での紙層間の紙ウェブの張力は、紙リールに影響する他の諸駆動装置を表面駆動装置の駆動トルクに関連して制御することにより調節され、ここで巻き取りステージ前の紙ウェブの張力および紙リール上に巻き取られた紙の張力との両方を、巻き取りプロセスにおいてリアルタイムに包括的に最適化することができる。
【０００８】
なお、添付の従属請求項は本発明による方法のいくつかの好適な実施形態を提示している。
【０００９】
以下において添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。添付図は本方法の巻き取りプロセスを適用した巻き取り機を図式的に示す側面図である。
【００１０】
図面を参照すると、本方法を適用した巻き取り機は、フレーム１を含み、その上に支持されて第１表面駆動装置として機能する巻き取りシリンダ２がベアリングによりマウントされ、前記巻き取りシリンダはアクチュエータ３を備えており、これは好適にはセンタードライブ式（中心駆動式）である。巻き取りシリンダ２は巻き取りコア４上に形成された紙リール５とニップ（挟み）接触（nip contact）Ｎ１を持っており、紙ウェブＰＲはたとえば抄紙機の乾燥部や抄紙機のカレンダから巻き取りシリンダ２へと導かれる。巻き取りコア４はセンタードライブ６を備えており、かつ巻き取りキャリッジ８と結合されてジョウ（顎部）７あるいはそれに類するものの支持の下、レールＫ上を移動する。巻き取りキャリッジ８は機器フレーム内にキャリッジガイド９を備えており紙リール５の中心ボスを動かす。該紙リール５はその形成が進むとき、巻き取りシリンダ２から遠ざかりながら形成されるが、ニップ接触Ｎ１は保たれる。フレーム１と巻き取りキャリッジ８との間に負荷シリンダ１０のごとき水平負荷装置が設けられており、巻き取りシリンダ２と形成されるリール５との間のニップ負荷（挟み負荷）Ｎ１を与える。第２の装置１１もフレーム１上に固定されており、形成される紙リール５と共に移動しニップ負荷Ｎ２を与える。この第２の装置はこの実施例ではたとえば表面駆動装置、すなわち紙リールと等しい幅の２つのロール１２および１３を有する支持ニップである。これら２つのローラーは水平方向に互いからある距離内に配置されており、両者の間にはロール１２と関連して設けられているアクチュエータ１４によって動作するベルトアセンブリ１５が配置されている。紙ウェブの進行方向に関して巻き取りシリンダ２の前方には張力計１６が設けられている。
【００１１】
上記巻き取りアセンブリは制御・調整装置１７、すなわち制御コンピュータとして機能するいわゆるＣＰＵに以下のように接続されている。
【００１２】
張力計１６は点線で示したライン１８を介して、制御・調整装置１７に紙ウェブＰＲの速度測定情報を供給する。得られた速度測定情報を用いて、制御・調整装置１７により巻き取りシリンダ２のアクチュエータ３（ライン１９）に発生されるトルクを調整する。このように本発明の第１の段階は、張力計１６により巻き取りシリンダの前側でウェブの張力を測定することと、この測定情報を巻き取りシリンダ２により発生されるトルクの制御変数として用いることとを含む。巻き取りシリンダのアクチュエータ３により発生されるトルクＭ_rsは紙リール５を駆動する他のアクチュエータにより発生されるトルクの合計ΣＭ_iよりも小さくなるように選定する。
【００１３】
実際には、本発明の基本的な発想に基ずくプロセスは、巻き取りコア上に形成される紙リールの内的特性に影響する各アクチュエータにより発生される各トルク値は巻き取りシリンダ２のアクチュエータ３が発生するトルクを用いて以下の式により選定されるというものである。
【００１４】
Ｍ_i（ｎ）＝ｆ（Ｍ_rs（ｎ）） （１）
ここで、
ｉ ＝ １．．．ｋ、
Ｍ_i ＝ 紙リールの内的特性に影響する所与のアクチュエータのトルク、
ｎ ＝ 変数、
Ｍ_rs ＝ 巻き取りシリンダ２のアクチュエータ３の発生するトルク、
図に示した実施形態においてはｉ＝２であり、すなわち次ぎのようになる、
Ｍ₁ ＝ 巻き取りコア４のアクチュエータ６の発生するトルク、
Ｍ₂ ＝ 表面駆動装置１１あるいはそれに類するものに設けられたアクチュエータ１４の発生するトルク。
【００１５】
トルクＭ₁を制御するラインは参照番号２０で示しており、トルクＭ₂を制御するラインは参照番号２２で示している。図ではライン２０，２２は制御・調整装置１７に連結された点線として示している。また図には負荷シリンダ１０と制御・調整装置１７との間の調整ライン２１も示されている。ニップ接触Ｎ１の強さは制御ライン２１を介して調整される。
【００１６】
実際には上に示したトルクの式は次のことを示している、即ち、本方法を適用する巻き取りに関する制御・調整装置１７は実験的におよび／または計算により得た制御アルゴリズムを備え、巻き取りはこの制御アルゴリズムにより最適化されるように包括的に調整される、ということである。ここで、制御アルゴリズムは以下のような一般的形式となる。
【００１７】
ＳＴ（ｎ）＝ｆ（ＲＫ_e（ｎ）、ＲＫ_r（ｎ）） （２）
ここで
ｎ ＝ 変数、
ＳＴ（ｎ） ＝ 最適化制御アルゴリズム、
ＲＫ_e（ｎ） ＝ 巻き取りシリンダ２の前側での紙ウェブＰＲの張力、
ＲＫ_r（ｎ） ＝ 巻き取りコア４上に巻かれた紙ウェブＰＲの張力。
【００１８】
上に示した制御アルゴリズムＳＴ（ｎ）において、巻き取りシリンダ２の前側での紙ウェブＰＲの張力ＲＫ_e（ｎ）は巻き取りシリンダ２のアクチュエータ３によりもたらされるトルクＭ_rsにより以下のように発生される。
【００１９】
ＲＫ_e（ｎ）＝ｆ（Ｍ_rs（ｎ）） （３）
ここで
ｎ ＝ 変数、
ＲＫ_e（ｎ） ＝ 巻き取りシリンダ２の前側での紙ウェブＰＲの張力、
Ｍ_rs ＝ 巻き取りシリンダ２のアクチュエータ３のもたらすトルク。
【００２０】
同様に、制御アルゴリズムＳＴ（ｎ）において巻き取りコア４上に巻き取られたあるいは形成された紙ウェブの張力ＲＫ_r（ｎ）は以下のように発生される。
【００２１】
ＲＫ_r（ｎ）_i＝ｆ（Ｍ_i（ｎ）） （４）
ここで
ｉ ＝ １．．．ｋ、
ｎ ＝ 変数、
ＲＫ_r（ｎ）_i ＝ 巻き取りコア上に巻き取られた紙ウェブの張力への所与のアクチュエータの作用、
Ｍ_i ＝ 紙ウェブの内部特性に影響する所与のアクチュエータのトルク、
ここで
ＲＫ_r（ｎ）＝ ΣＲＫ_r（ｎ）_i （５）
であって、ここで
ＲＫ_r（ｎ）＝ 巻き取りコア４上に巻き取られた紙ウェブＰＲの張力。
【００２２】
本方法による巻き上げにおける重要なオプションの一つは、巻き取りシリンダ２のアクチュエータが発生するトルクＭ_rsを、巻き取りコア４上に形成される紙リール５内の紙ウェブの層の間に空気が入らないようにするということをトルク選定の少なくとも一つの選定基準として用いて調整することである。
【００２３】
本方法においては、巻き取りシリンダ２のアクチュエータ３によるトルクＭ_rsとニップ負荷Ｎ１を与えるいわゆるニップ負荷装置であるアクチュエータとの相互作用は以下のとおりである、
ｆ（Ｍ_rs（ｎ），Ｍ_nk（ｎ））_max＜ＰＭ_k （６）
ここで
添え字 ｍａｘ ＝ 関数ｆの最大値、
ｎ ＝ 変数、
Ｍ_rs ＝ 巻き取りシリンダ２のアクチュエータ３が発生するトル ク、
Ｍ_nk ＝ ニップ負荷装置１０の発生するトルク、
ＰＭ_k ＝ 巻き取りコア上に形成された紙リール５の紙の層間に発 生する摩擦に基づく力
巻き取りコア４上に形成された紙リール５の回転力ＰＶは以下のように制御される。
【００２４】
ＰＶ_i＝ｆ（Ｍ_i（ｎ）） （７）
ここで、
ｎ ＝ 変数
ｉ ＝ １．．．ｋ，
ＰＶ_i ＝ 所与のアクチュエータにより発生される回転力
Ｍ_i ＝ 紙リールの内的特性に影響する所与のアクチュエータのトルク
ＰＶ＝ΣＰＶ_i （８）
ここで、
ＰＶ ＝ 全回転力
上記項Ｍ_iにおいて、添え字ｉ値はここに説明した実施例ではｉ＝２であるが、目的とする実施の形態に合わせて本例とは異なるようにすることができることは当業者には明らかである。
【００２５】
変数ｎは時間変数、紙ウェブの速度、紙ウェブの秤量、紙リールの直径、あるいはそれらに対応する変数を単独であるいは２つの変数の組み合わせとして設定することができる。このように式１〜７で用いる変数ｎは諸トルク値を決定するに当たり、該トルクが少なくとも近似的に実際の巻き取りプロセスに依存する諸変数の関数となるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の方法による巻き取りプロセスを適用した巻き取り装置の図式的側面図である。

Claims (9)

1. 紙ウェブを巻き取りコア上に連続的に巻き取る巻き取り方法であって、
   紙リールの形成を、少なくとも
   − センタードライブ式の巻き取りコア（４）のアクチュエータ（６）と、
   − 紙リールの主表面駆動装置（２）のアクチュエータ（３）と、
   − ニップ負荷装置の形態のアクチュエータ（１０）によって、巻き取りコア（４）上に形成される紙リール（５）の外周と紙リールの主表面駆動装置（２）の外周との間に働くニップ負荷（Ｎ１）と、
   によって制御するステップと、
   紙リールの主表面駆動装置（２）のアクチュエータ（３）によって発生されるトルク（Ｍ_rs）を、形成される紙リールを駆動する他のアクチュエータにより発生されるトルク値の和（ΣＭ_i）よりも小さくなるように設定するステップと、
   からなる巻き取り方法。
2. 紙リールの主表面駆動装置（２）のアクチュエータ（３）によって発生されるトルク（Ｍ_rs）を、巻き取りの前段階における紙ウェブ（ＰＲ）の張力要件に従って設定することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 紙リールの主表面駆動装置（２）の前側のウェブの張力を測定し、測定情報を紙リールの主表面駆動装置（２）により発生されるトルク（Ｍ_rs）の制御変数として用いることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 巻き取りコア（４）上に形成される紙リール（５）を駆動し、且つ該紙リールの内的特性に影響する前記他のアクチュエータによって発生されるトルク値は、紙リールの主表面駆動装置（２）のアクチュエータ（３）により発生されるトルク（Ｍ_rs）を用いて以下の式によって選定されることを特徴とする請求項１記載の方法、
   Ｍ_i（ｎ）＝ｆ（Ｍ_rs（ｎ）） （１）
   ここで、
   ｉ ＝ １．．．ｋ、
   Ｍ_i ＝ 形成される紙リールを駆動し、且つ該紙リールの内的特性に影響する所与のアクチュエータのトルク、
   ｎ ＝ 時間、紙ウェブの速度、紙ウェブの秤量および／または紙リールの直径のいずれか一つ又はいずれか二つの組み合わせである変数、
   Ｍ_rs ＝ 主表面駆動装置（２）として機能する巻き取りシリンダのアクチュエータ（３）の発生するトルクであって、前記変数の関数であるトルク。
5. 請求項１または４記載の方法であって、該方法を適用する装置に含まれる制御・調整装置（１７）は制御アルゴリズムを備え、巻き取りは該制御アルゴリズムにより最適化されるように包括的に調節され、制御アルゴリズムは以下のような一般的形式であることを特徴とする方法、
   ＳＴ（ｎ）＝ｆ（ＲＫ_e（ｎ）、ＲＫ_r（ｎ）） （２）
   ここで
   ｎ ＝時間、紙ウェブの速度、紙ウェブの秤量および／または紙リールの直径のいずれか一つ又はいずれか二つの組み合わせである変数、
   ＳＴ（ｎ） ＝ 最適化制御アルゴリズム、
   ＲＫ_e（ｎ） ＝ 主表面駆動装置（２）として機能する巻き取りシリンダの前側での紙ウェブ（ＰＲ）の張力、
   ＲＫ_r（ｎ） ＝ 巻き取りコア（４）上に巻かれた紙ウェブ（ＰＲ）の張力。
6. 請求項５に記載の方法であって、制御アルゴリズム（ＳＴ（ｎ））中の（ＲＫ_e（ｎ））は主表面駆動装置（２）として機能する巻き取りシリンダのアクチュエータ（３）によりもたらされるトルク（Ｍ_rs）により以下のようにして生み出されることを特徴とする方法、
   ＲＫ_e（ｎ）＝ｆ（Ｍ_rs（ｎ）） （３）
   ここで
   ｎ ＝時間、紙ウェブの速度、紙ウェブの秤量および／または紙リールの直径のいずれか一つ又はいずれか二つの組み合わせである変数、
   ＲＫ_e（ｎ） ＝主表面駆動装置（２）として機能する巻き取りシリンダの前側での紙ウェブ（ＰＲ）の張力、
   Ｍ_rs ＝主表面駆動装置（２）として機能する巻き取りシリンダのアクチュエータ（３）のもたらすトルクであって、前記変数の関数であるトルク。
7. 請求項５に記載の方法であって、制御アルゴリズム（ＳＴ（ｎ））中の（ＲＫ_r（ｎ））は以下のようにして生み出されることを特徴とする方法、
   ＲＫ_r（ｎ）_i＝ｆ（Ｍ_i（ｎ）） （４）
   ここで
   ｉ ＝ １．．．ｋ、
   ｎ ＝ 時間、紙ウェブの速度、紙ウェブの秤量および／または紙リールの直径のいずれか一つ又はいずれか二つの組み合わせである変数、
   ＲＫ_r（ｎ）_i ＝ 形成される紙リールを駆動する所与のアクチュエータの、巻き取りコア（４）上に巻き取られた紙ウェブの張力への作用、
   Ｍ_i ＝ 形成される紙リールを駆動し、且つ該紙リールの内的特性に影響する所与のアクチュエータのトルクであって、前記変数の関数であるトルク、
   ここで
   ＲＫ_r（ｎ）＝ ΣＲＫ_r（ｎ）_i （５）
   であって、ここで
   ＲＫ_r（ｎ）＝ 巻き取りコア（４）上に巻き取られた紙ウェブ（ＰＲ）の張力。
8. 紙リールの主表面駆動装置のアクチュエータにより発生されるトルク（Ｍ_rs）は、巻き取りコア上に形成される紙リール内の紙ウェブの層の間に空気が入らないようにするということをトルク（Ｍ_rs）を選定するための少なくとも一つの選定基準として用いて調整されることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、巻き取りコア（４）上に形成された紙リール（５）の回転力は以下のように制御されることを特徴とする方法、
   ＰＶ_i＝ｆ（Ｍ_i（ｎ）） （７）
   ここで、
   ｎ ＝ 時間、紙ウェブの速度、紙ウェブの秤量および／または紙リールの直径のいずれか一つ又はいずれか二つの組み合わせである変数
   ｉ ＝ １．．．ｋ，
   ＰＶ_i ＝ 形成される紙リールを駆動する所与のアクチュエータにより発生される回転力
   Ｍ_i ＝ 形成される紙リールを駆動し、且つ該紙リールの内的特性に影響する所与のアクチュエータのトルクであって、前記変数の関数であるトルク、
   ＰＶ＝ΣＰＶ_i （８）
   ここで、
   ＰＶ ＝ 全回転力。

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