A ロータリーアンワインダー ウェブ材料の巻き取られたロールを回転シャフトまたはチャック上で支持し、下流プロセスが材料をロールから引き抜く際にそのシャフトに加えられる速度と制動トルクをアクティブに制御することによって機能します。基本的な原理は連続張力制御です。巻き出し中にロールの直径が減少するにつれて、同じ線形ウェブ速度でも必要な回転トルクは徐々に小さくなり、巻き出し装置の制御システムが自動的に補正して、ロールの寿命全体にわたって安定した一貫したウェブ張力を維持します。 Yitong Environmental Technology はこの機能を明確に説明しています。ロータリーアンワインダーは、制御された速度と張力で下流の加工、印刷、コーティング、またはラミネートプロセスに材料のロールを連続的に供給し、材料が消費されるにつれて親ロールを回転させ、中断することなく安定したウェブの送りを維持します (出典: Yitong Environmental Technology、ロータリーアンワインダーとは)。 張力の精度が重要なのは、張力が一貫していない場合、しわ、破損、位置合わせエラー、印刷欠陥が発生し、修正に時間と材料がかかるためです。
ロータリーアンワインダーがどのように機能するかを理解するには、ロータリーアンワインダーが解決すべき問題を理解するのに役立ちます。印刷、スリット、コーティング、ラミネート、軟包装加工などのウェブベースの製造プロセスはすべて、一定の速度で機械に入る材料の連続的で安定した張力の流れを必要とします。原材料は巻かれたロールとして到着しますが、巻かれたロールには基本的な機械的課題があります。つまり、材料がロールの外側から内側に向かって消費されると、ロールの直径が連続的に減少します。一定のシャフト速度では、ロールの直径が小さいほど、1 回転あたりに供給されるウェブが少なくなります。単純なブレーキ システムで張力が一定の場合、同じブレーキ トルクがより小さいモーメント アームに作用するため、直径が小さくなるにつれて張力は増加します。
Jota Machinery はこれについて直接説明しています。巻き戻しスタンドは機械式ホルダーをはるかに超えています。これは、重いジャンボ ロールをサポートし、ロールの直径が減少するときに張力を制御し、下流セクションに入るときにウェブを整列させるように設計された慎重に設計されたシステムであり、適切な設計により、何時間ものダウンタイムと製品の一貫性を犠牲にするしわ、破損、不均一なエッジが防止されます (出典: Jota Machinery、アンワインド スタンドとは)。ロータリーアンワインダーは、直径感知制御ループ、ダンサーローラーフィードバックシステム、またはロードセル張力測定システムのいずれかを介してこの直径減少の問題に対処し、それぞれが変化するロール形状を補償するために巻き戻しトルクを継続的に調整します。
ロータリーアンワインダーにはいくつかの機械サブシステムと制御サブシステムが統合されており、それぞれがウェブ処理シーケンスで特定の機能を実行します。
メインフレームは、親ロールの重量を支え、ウェブの引っ張り、加速、減速中に発生する動的力に抵抗する構造的基盤を提供します。ロールサポートには、2 つの主な形式のいずれかがあります。マンドレル シャフトがロール コアに通され、側面に取り付けられたベアリングにロックされるシャフトレス設計、または全長シャフトを必要とせずに油圧式または機械式チャックが両端からロール コア内に拡張するシャフトレス設計です。 Jota Machinery は、シャフトレス タレット システムは伸縮性のある素材のスムーズな取り扱いを確保するために軟質包装フィルムに使用され、一方でシャフトベースの設計はコアの保持があまり問題にならない硬質フィルム、紙、フォイル用途ではより一般的であると述べています (出典: Jota Machinery、アンワインド スタンドとは)。紙の親ロールの重さは数トンに達し、直径は 2,500 mm を超える場合があるため、安全に取り扱うためには頑丈なフレーム構造と高トルクの張力制御が必要です (出典: Yitong Environmental Technology、What is a ロータリーアンワインダー)。
ブレーキまたは駆動システムは、下流の機械によって加えられるウェブの引っ張りに応じてロール シャフトの回転を物理的に制御します。 3 つの主要な作動テクノロジーが使用されています。
空気圧ブレーキ システムでは、巻き出しシャフト上のディスク ブレーキまたはドラム ブレーキに加えられる空気圧によって、下流プロセスの引力に抵抗するブレーキ トルクが生成されます。基本的な機械的アプローチは、空気圧またはスプリングを使用して、回転ダンサーまたは回転ウェブ花綱の力を巻き戻しシャフトのブレーキに対してバランスさせます。これは、Label and Narrow Web が装置構成の変換に関する技術概要で説明しているとおりです (出典: Label and Narrow Web、Rewinds、Unwinds、および Splicers)。空気圧は張力コントローラーによってリアルタイムに調整され、減少するロール直径を補償します。
磁性粉末ブレーキ システムでは、粉末が充填されたカップリングを流れる電流がブレーキ トルクを生成し、トルク出力は印加電流に比例します。これにより、機械的ブレーキに影響を与える可能性のあるヒステリシス効果なしに、非常にスムーズで電子的に正確なトルク調整が可能になります。
駆動式アンワインダー構成では、回生モーターが制動抵抗を加えるだけでなく、シャフト速度をアクティブに制御します。これにより、アンワインダーは加速および減速中に高慣性の大径ロールをより正確に処理でき、ダンサーの位置またはロードセルのフィードバック信号に応じてモーター速度を変更することで張力制御に参加することができます。
ダンサー ローラーは、巻き出し機と下流プロセスの間で連続的な張力制御を最も直接的に維持するコンポーネントです。ダンサー ロールは、巻き戻しシャフトと下流の最初の固定ニップまたはガイド ローラーの間のウェブ上に置かれる自由に浮遊するローラーです。 Montalvo Corporation は原理について次のように説明しています。すべてのダンサー テンション コントロールには、一方向にプリロードされたアイドラー ロールまたはアームがあり、ウェブがダンサー ロール上に描画されると、その位置の変化に応じて移動し、動きがウェブ張力の変化を反映し、センサーがその位置を監視してドライブの動きを制御します (出典: Montalvo Corporation、ダンサー ロール テンション コントロールの基礎)。
ダンサー ローラーは、機械的なバッファーとセンサーとして同時に機能します。下流のプロセスがアンワインダーが送り出す量よりも多くのウェブを引っ張ると、ダンサーは降下し、制御システムは供給を回復するためにブレーキトルクを下げるかモーター速度を上げることで応答します。供給が需要を上回ると、ダンサーが上昇し、システムはさらにブレーキをかけたり、速度を下げたりします。 Yitong Environmental Technology は、力変換器が固定ローラーで実際のウェブ張力を測定するロードセル システムが、次の張力制御精度を達成していると報告しています。 設定値のプラスまたはマイナス 1 ～ 3% 安定した動作条件下での使用 (出典: Yitong Environmental Technology、ロータリーアンワインダーとは)。
十分に巻かれたロールであっても、エッジの変化、コアの伸縮、またはロール幅全体にわたる材料の幅の不一致により、ロールがほどけるときに横方向のウェブのふらつきが発生します。ウェブガイドシステムは、ウェブの端または中心線の位置を感知し、巻き戻しスタンドまたはステアリングローラーのいずれかを再配置して、ウェブが下流プロセスに入るときにウェブを中心に保つことでこれを修正します。ウェブガイドがないと、ウェブの横方向のドリフトにより、印刷位置合わせのずれ、不均一なスリット切断、およびウェブ幅全体にわたるコーティング被覆の問題が発生します。
ロータリーアンワインダーの操作で最も技術的に要求されるのは、ロールの形状が連続的に変化し、適切な制動トルクもそれに伴って変化するため、完全なロールからほぼ空のコアまでウェブの張力を一定に維持することです。
ウェブ張力（ニュートンまたはポンド力）は、巻き戻しシャフトに適用される制動トルクと現在のロール半径との関係によって決まります。ロールの直径が小さくなるにつれて、張力はトルクを半径で割った値に等しいという関係に従い、同じウェブ張力でも必要な制動トルクは徐々に小さくなります。ロールの直径が減少するにつれて制動トルクを一定に保つ制御システムは、徐々にウェブに過度の張力を与え、最終的にはウェブの破損を引き起こします。直径の減少に比例してトルクを適切に減少させるシステムにより、ロールの寿命全体にわたって一定の張力が維持されます。
制御システムは、いつでも正しいトルク コマンドを計算できるように、現在のロール直径を知る必要があります。実際には 3 つのアプローチが使用されます。超音波またはレーザー直径センサーは、ロール直径をリアルタイムで直接測定し、この値を張力コントローラーに送ります。ロータリー エンコーダ ベースの計算では、下流のタコメータ ロールで測定されたシャフト回転数とウェブ速度の関係を使用して、直接測定せずにロール直径を数学的に計算します。ダンサー位置の統合では、時間の経過に伴うダンサー ローラーの位置履歴を使用して、消費された材料を追跡し、現在の直径を推測します。
三菱電機の張力制御エンジニアリングリファレンスでは、これらを張力制御方法の主要カテゴリとして特定し、手動、開ループリール径検出、および閉ループ張力フィードバックとして分類しており、閉ループフィードバックアプローチは高速変換アプリケーションに最高の精度を提供します (出典: 三菱電機、ファクトリーオートメーション張力制御完全ガイド)。
ロータリーアンワインダーは、生産ライン全体の張力を制御しません。これは、巻き戻しゾーンの張力を制御します。このゾーンは、Montalvo Corporation が巻き戻しドライブと下流の最初のマスター ドライブの間のゾーンとして定義しています (出典: Montalvo Corporation、Dancer Roll Tension Control Basics)。下流の処理ゾーンと巻き戻しゾーンにはそれぞれ独自の張力制御ループがあります。アンワインダーの仕事は、最初の下流ニップに入るウェブに一貫して張力を与えることです。この時点で張力制御は次のゾーンの制御システムに渡されます。
大量の加工作業において、材料のロールがなくなるたびに生産ラインを停止することは、無駄と生産性の損失の重大な原因となります。停止後に印刷機を登録位置に戻して速度を上げるには材料と時間が消費され、再起動中に発生するスクラップは生産コストに直接追加されます。ロータリーアンワインダーの自動スプライシング システムは、ラインが生産速度で稼働し続けている間に、期限切れのロールの尾部を新しいロールの先端に接合することにより、これらの停止を排除します。
Paper, Film and Foil Converter では、このプロセスのベスト プラクティスについて説明しています。変換段階を経て巻き出しからワインダーまでのスプライスの位置を追跡し、期限切れロール上の残留ウェブを最小限に抑えるためのコア検出機能の採用、一貫したスプライス位置を保証するためのスプライス準備の簡素化、電気機械式発射機構を備えたペースト ロール技術の使用により、ペーストの跳ね返りを最小限に抑え、製品ロールとの正確な接触を促進します (出典: Paper Film and Foil Converter、Efficiency巻き取りと巻き戻しで）。正しく実行されると、ダンサー ローラーがスプライス イベント中の一時的な張力を吸収するため、自動スプライスは基本的に下流プロセスには見えなくなります。
ロータリーアンワインダーは、巻き取られた材料ロールが連続生産プロセスへの入力となる場所であればどこでも使用できます。
ロータリーアンワインダーの仕様をアプリケーション要件に適合させることにより、ロータリーアンワインダーが一貫したトラブルのない動作を実現するか、継続的な張力の変動やダウンタイムの原因となるかが決まります。
| 仕様 | 何が決まるのか | 代表的な範囲 |
| 最大ロール径 | フレームが収容できる最大ロール | 300mm～2,500mm以上 |
| 最大ロール重量 | フレームとベアリングの構造上の荷重制限 | 50kg～数トン |
| 最大ウェブ幅 | シャフトとフレームが許容する最大幅のロール | 50mm～3,500mm以上 |
| 張力制御範囲 | システムが安定して維持できる最小張力と最大張力 | アプリケーションに依存する |
| 最大回線速度 | 張力制御が正確に追跡できる最速のウェブ速度 | 高速ラインでは最大600m/分 |
| 張力制御方法 | 張力フィードバックの測定および制御方法 | ダンサー、ロードセル、または直径ベース |
イティンテ ロータリーアンワインダー は、紙、フィルム、フォイル、および不織布の用途にわたるこれらの仕様要件の全範囲に対応するように設計されており、正確な張力制御と堅牢なフレーム構造およびウェブガイドを組み合わせて、下流の加工および印刷プロセスに一貫した安定したウェブフィードを提供します。
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