ロータリーアンワインダーの用途は何ですか?

A ロータリーアンワインダー 連続ウェブ素材（紙、フィルム、ホイル、布地、または不織布）をロールに巻き取り、制御された一定の張力で下流の加工、印刷、ラミネート、または包装ラインに供給する必要があるあらゆる工業プロセスに適用されます。 主な用途は、ラベル印刷、軟包装、段ボールの製造、ティッシュおよび衛生用品の製造、不織布の加工、技術的なテープのスリット、連続用紙の印刷などです。 -- 途切れのないウェブ送りと安定した張力が製品の品質とラインの生産性を直接決定する業界。この記事では、各アプリケーション カテゴリを技術的に詳しく検討し、それぞれの場合にロータリー アンワインダーを適切な機器の選択にするための特定の運用上の要求を示します。

ロータリーアンワインダーの役割: 核となる操作機能

アプリケーションを検討する前に、単純な受動的なロールオフ スタンドでは実現できないロータリー アンワインダーが生産ラインにどのような貢献をするかを正確に理解することが重要です。ロータリーアンワインダーは、 動力付き、張力制御ロールフィードシステム ロールマンドレルは、サーボモーター、トルクモーター、回生ブレーキシステムのいずれかによってアクティブに駆動され、ロール直径が最大から空に減少するにつれてロールの回転速度とトルクが継続的に管理されます。

このアクティブ コントロールは、パッシブ ロール スタンドでは解決できない 3 つの問題を解決します。

• 慣性補償の減少: ロール全体の重量は数トンになる可能性があり、回転慣性が高くなります。材料がほどけると、ロールの直径と慣性が減少し、ウェブ速度を一定に維持するために必要なトルクが変化します。ロータリーアンワインダーの制御システムは、この変化を継続的に補正し、ロールの直径に関係なく、ウェブ張力を定義された設定値内に維持します。
• ウェブ張力規制: フレキソ印刷などの下流プロセスでは、ウェブの張力を厳しい公差内に維持する必要があります。通常、 プラスまたはマイナス 2 ～ 5% 設定値の -- 印刷見当精度を維持するため。張力のスパイクや低下は、位置ずれ、しわ、またはウェブの破損を引き起こします (出典: TAPPI TIP 0404-20、Web Tension Control、2019)。
• 高速加減速： ラインが停止状態から動作速度まで加速するとき、ロータリーアンワインダーはロールの加速をラインの加速と同期させる必要があります。パッシブスタンドではこれができません。加速中にウェブがたるむか、急停止中にウェブが切れてしまいます。

これらの機能により、高速または高精度のウェブ変換アプリケーションにおいて、ロータリーアンワインダーはオプションではなく必須となります。

ラベルの印刷と変換

ラベル印刷は、世界中でロータリーアンワインダーの最も利用量の多いアプリケーションの 1 つです。感圧ラベルストック (面材、接着剤、および剥離ライナーの複合ウェブ) は、次の速度で稼働するナローウェブのフレキソ印刷機、オフセット印刷機、またはデジタル印刷機で印刷されます。 毎分100～300メートル 。これらの速度では、張力が短時間変動しただけでも、公差仕様 (医薬品ラベルの場合は通常 0.1 ～ 0.2 mm) を超える色間の位置ずれが発生し、プレス停止や材料の無駄が発生します。

ラベル印刷機用途のロータリーアンワインダーは、以下の範囲の表面素材、ライナー、ラミネート素材のロールを処理する必要があります。 幅25～600mm ロール径は1,000mm以上まで対応可能です。ラベルストックの接着剤がコーティングされた裏面は、張力の変動に特に敏感です。過剰な張力により、弾性面の素材が伸び、ダイカットの寸法が変化します。張力が不十分な場合、ウェブのフラッターが発生し、ダイステーションに対してラベルの位置がずれます。

最新のラベル印刷機の設備では一般的に使用されている 二軸またはタレットロータリーアンワインダー これにより、現在のロールの稼働中に新しいロールを 2 番目のマンドレルに事前にロードできるようになり、フライング スプライスが可能になります。フライング スプライスとは、ロール交換に必要な生産停止を排除する、全プレス速度での自動ウェブ結合です。 200 m/min のフライング スプライス機能には、ロータリー アンワインダーの制御システムが新しいロールを加速して、走行中のウェブ速度を正確に一致させる必要があります。 0.1～0.5秒 スプライス テープが係合する前 (出典: FINAT Technical Bulletin、Narrow Web Converting Technology、2021)。

速度と幅の範囲は、FINAT Technical Bulletin、Narrow Web Converting Technology、2021 から出典しています。レジスタ許容値は製薬業界標準 ISO 11607 に準拠しています。

軟包装材の製造

食品、パーソナルケア製品、家庭用品に使用されるフレキシブルパッケージング（パウチ、袋、小袋、包装紙、ラミネートなど）は、ワイドウェブのグラビア印刷またはフレキソ印刷ライン、ラミネート機、およびフォームフィルシールシステムで製造されます。 毎分150～600メートル 。フレキシブル包装のロール重量は定期的に達成されます 800～2,000kg 、および 1,200 mm のロール直径は、ワイドウェブ運用では一般的です (出典: Packaging Europe、Flexible Packaging Converting Technology Report、2022)。

軟包装における巻き戻しの課題は 3 つあります。まず、基材の種類が極端です。同じ生産施設で、12 ミクロンのアルミ箔、15 ミクロンの BOPET フィルム、200 ミクロンの PE フォーム、および 80 gsm の紙を同じ週に稼働させることがあり、それぞれに異なる張力設定値と異なる巻き出し速度とトルクのプロファイルが必要です。第 2 に、ロール重量が大きいため、堅牢な機械設計を備えた巻き出し機が必要です。1,500 kg 以上のカンチレバー マンドレル荷重には、精密設計のベアリング アセンブリと頑丈なフレームが必要です。第三に、多層ラミネート構造では、層間のしわや張力の不一致によって引き起こされる接着欠陥を避けるために、印刷パスとラミネートパスの両方で正確な張力制御が必要です。

この分野で最も高速なアプリケーションである軟包装用のグラビア印刷ラインには、 ダンサーロール張力制御システム 内部の張力の変化に対応できる 50～100ミリ秒 300 ～ 800 mm の印刷リピート長にわたって 8 ～ 12 のカラー ステーションにわたって見当精度を維持します (出典: Gravure Association of Europe、テクニカル ハンドブック、2020)。

段ボール・板紙加工

段ボール製造ライン (コルゲーター) は、紙加工業界で最も幅が広く、最速のウェブ処理機械の 1 つです。 1 台のコルゲーターで複数のウェブ ストリーム、つまりフルーティング メディア (波形の内層) と 1 つまたは 2 つのライナー ウェブ (平らな外層) を同時に処理します。これらはすべて、次の速度で動作します。 毎分200～400メートル ウェブ幅で 1,800～2,800mm .

各 Web ストリームには独自の回転式アンワインダーが必要です。標準的な両面コルゲータラインは、 3 ～ 5 台のロータリーアンワインダー 同時に動作し、ライナーとフルーティングウェブの間の張力関係によって、完成したボードの平坦度、厚さ、圧縮強度が決まります。ウェブの流れ間の張力の不一致により、完成した段ボールの反りである反りが発生し、下流の製函機械での詰まりや品質検査での不合格の原因となります。

コルゲーター用途のロータリーアンワインダーは、 スプライサーの統合 -- 各アンワインダーは、期限切れのロールの尾部を新しいロールの先端にフルライン速度で接合するスプライサーとペアになっています。コルゲーター スプライサーは通常、バット スプライス方式 (ゼロテール スプライス) を使用します。この方式では、入ってくるロールをライン速度まで加速し、ライン速度内に保持する必要があります。 プラスマイナス0.5% スプライス接続前にライン速度を調整して、スプライス ポイントで基板の欠陥を引き起こさない、きれいでギャップのない接合を確保します。

コルゲーター巻き出し機の主な性能要件

• ロール耐荷重: ワイドウェブライナーロールの場合、マンドレルあたり最大 3,000 ～ 5,000 kg
• ロール直径範囲: 800 mm (ほぼ空) ～ 1,800 mm (フルロール)
• 張力範囲: 50 ～ 500 N/m のウェブ幅、紙グレードごとに調整可能
• スプライス精度: スプライス嵌合時の速度一致はプラスまたはマイナス 0.5% 以内
• 事前調整: スチームシャワーの統合により、波形を付ける前にライナーウェブを事前に湿らせ、接着を改善します

出典: FEFCO 技術ハンドブック、段ボール製造、2021 年。

ティッシュおよび衛生製品の製造

ティッシュペーパーおよび衛生製品 (フェイシャルティッシュ、トイレットロール、キッチンタオル、ウェットティッシュ) の製造には、ティッシュまたは不織布ウェブの大きな親ロール (タンブールまたはジャンボロール) を巻き戻して、最終製品をエンボス加工、折り曲げ、切断し、包装する加工ラインを作る作業が含まれます。組織変換における親ロールは通常測定します 幅2,000～5,000mm そして最大まで 直径3,000mm 、ウェブの重みが次のように低い 12～40gsm -- 非常に大きなロール寸法と非常に低いウェブ引張強度の極端な組み合わせにより、ティッシュは最も困難なウェブ取り扱い用途の 1 つとなっています。

ティッシュウェブはウェブ張力が低いと壊れる可能性があるため、 2～5N/m 幅が狭いため、ロータリーアンワインダーは非常に高い精度で張力を維持する必要があります。包装用フィルムラインでは取るに足らない張力のスパイクは、ティッシュウェブを即座に破ってしまいます。したがって、組織変換ラインでは、回転式アンワインダーを使用します。 閉ループロードセル張力制御 ロードセルは、ダンサーベースの張力制御ではなく、非常に低い張力でより高速かつ正確な張力測定を提供するためです (出典: INDA、不織布および組織変換技術入門書、2020)。

ウェットワイプの製造では、不織布 (通常は 30 ～ 80 gsm のスパンレースまたはエアレイド素材) の取り扱いがさらに複雑になります。不織布はティッシュペーパーよりも剛性が低く、巻き戻し中に端の波打ちや横方向のドリフトが発生しやすくなります。ウェットワイプ加工ラインのロータリーアンワインダーに組み込まれています エッジガイドステアリングシステム -- サーボ駆動の横方向アクチュエータは、巻き出しフレーム全体の位置を継続的に変更してウェブの端を横方向の固定位置に保ち、下流の折り畳みステーションと切断ステーションで位置ずれを引き起こすエッジのドリフトを防ぎます。

不織布加工

不織布 (スパンボンド、メルトブローン、スパンレース、ニードルパンチ、熱接着材料) は、医療用使い捨て製品、濾材、ジオテキスタイル、自動車の内装部品、建築用膜などに使用されています。これらの材料を最終製品に変換するには、スリット、ラミネート、印刷、ダイカット、超音波接着などのプロセスが含まれますが、これらすべてのプロセスでロールからのウェブの送りを制御する必要があります。

不織布の加工には、紙やフィルムの用途とは大きく異なる巻き戻しの課題があります。不織布には、 著しく低い弾性率 つまり、紙やポリマーフィルムよりも張力がかかるとより容易に伸びます。この弾性は、張力制御がより動的である必要があることを意味します。張力の変動が幅の変動 (ネッキング) として生地に伝播し、最終製品に寸法欠陥を引き起こすのを防ぐために、巻き出し機の制御ループはより速く応答する必要があります。

医療用不織布の加工（手術用ドレープストック、隔離用ガウン素材、呼吸保護用の濾材）は、追加の機器要件を課すクリーンルームまたは管理された環境条件下で動作します。これらの用途におけるロータリー巻き戻し装置は、微粒子汚染を発生しない材料で構築され、イソプロパノールまたはその他の承認された消毒剤で洗浄可能であり、場合によっては ISO クラス 7 またはクラス 8 のクリーンルーム環境での動作が認定されている必要があります。

私たちの ロータリーアンワインダー は、あらゆる範囲の不織布加工用途向けに設計されており、スパンボンドおよびメルトブローン材料の低張力、高弾性特性に合わせて構成可能な張力制御システムと、クリーンルーム適合性要件を満たすために利用可能な構造設計を備えています。

基本重量と張力の範囲は、INDA Nonowned Converting Technology Primer、2020、および業界のプロセス仕様に基づいています。

テクニカルテープとフィルムのスリッティング

スリッティング (材料の幅広のマスター ロールを複数の幅の狭いロールに同時に切断するプロセス) は、テープ、フィルム、フォイル加工業界全体でロータリー アンワインダーの大量用途に使用されます。マスター ロール (ミル ロールまたはジャンボ ロールとも呼ばれます) は回転巻き出し機に取り付けられ、スリッターに送られます。スリッターでは、かみそりの刃、シャーカット ナイフ、スコアカット方法のいずれかを使用して、ウェブを個々のスリット幅に分割し、同時に別々のコアに巻き戻します。

スリッター巻き取りラインは次の速度で稼働します。 毎分300～1,200メートル フィルムやフォイルのスリットでは、均一なスリット幅ときれいな四角いエッジのカットを確保するために、ウェブの張力を厳しい公差内に保つ必要があります。スリッティング中の張力の変動により、ウェブがナイフステーション間で横方向に流れ、スリット幅の変動が生じます。この欠陥により、下流の顧客自身の加工装置で巻き取りの問題が発生します。

テクニカルテープスリッティング（感圧テープ、両面テープ、フォームテープのマスターロールを加工する）では、接着剤がコーティングされたウェブ表面の複雑さが加わります。接着剤によりガイドやローラーに対する摩擦が増大し、巻き戻し装置が迅速に補正できない場合には張力のスパイクが発生する可能性があります。したがって、テープスリッティングアンワインダーには通常、次のものが装備されています。 非接触張力測定システム 粘着剤に敏感なウェブ表面とのセンサー接触による摩擦や抗力を加えることなく、張力を検出します。

スリッティングアプリケーションアンワインダーの仕様

• アルミ箔のスリット： ウェブ張力は通常 5 ～ 30 N/m。マスターロール直径は最大1,200 mm。最大800m/分の速度。片端からのロール荷重にはカンチレバーマンドレルが必要
• BOPP および BOPET フィルムのスリッティング: 張力 10 ～ 60 N/m。最大速度1,200m/分。薄膜の取り扱いには静電気制御が必要です。アンワインダーセクションに統合された静電気除去バー
• 両面フォームテープ: 張力 20 ～ 80 N/m。フォームの圧縮性により低速 (30 ～ 100 m/min)。接着剤の転写を防ぐシリコンコーティングされたガイドローラー
• 特殊コーティングフィルム (光学、バリア): 超低張力 (2 ～ 15 N/m) で伸びを防ぎます。クリーンルーム対応構造。静電気消散ローラー表面

出典: Converting Magazine、スリッターリワインダー技術概要、2022 年。

連続用紙と商業印刷

連続フォーム印刷 (マルチパート ビジネス フォーム、ダイレクト メール、トランザクション文書、デジタル オンデマンド プリント出力の作成) では、印刷ゾーン全体で正確な紙の張力制御を必要とする、オフセット輪転機、デジタル インクジェット機、または電子写真印刷機を使用します。新聞、雑誌、商業印刷物を次の速度で印刷する商業用オフセット輪転機 600 ～ 900 フィート/分 (180 ～ 275 m/分) 最大重量の新聞用紙、コート紙、スーパーカレンダーロール紙を管理する必要があるロータリーアンワインダーを使用します。 1,200kg 直径は 1,500 mm です (出典: Printing Industries of America、Web Offset Technology Guide、2020)。

デジタル インクジェット輪転印刷機は、ますます重要性を増しているアプリケーション カテゴリであり、幅 300 ～ 800 mm の原紙上で 100 ～ 300 m/分の速度で動作し、600 ～ 1,200 dpi の解像度で可変デー​​タを印刷します。これらの決議では、 ウェブ張力の変動は 3 ～ 5% 以上 張力の変化によって印刷ゾーンのウェブ速度が瞬時に変化し、インクジェット液滴の配置が意図した位置に対して数分の 1 ミリメートルずれてしまうため、印刷のベタ領域に目に見えるバンディングが発生します。ロータリーアンワインダーは、高解像度のデジタル印刷に必要な液滴配置精度を維持するために、張力が安定したウェブを一定の速度で印刷ゾーンに搬送する必要があります。

新聞社のプレス設備で使用されている 二軸水平ロータリーアンワインダー 自動ロール装填システムを使用すると、新聞印刷機の高いロール処理能力 (フルスピードで 15 ～ 25 分ごとに 1 回のロール交換) により、手動によるロール交換プロセスが生産のボトルネックになります。ロータリーアンワインダーと統合された自動ロールカーとマンドレルローダーにより、ロール交換時間が 4 ～ 5 分 (手動) から 5 分に短縮されます。 90秒以内 フライング スプライス シーケンスの場合 (出典: WAN-IFRA、世界新聞技術レポート、2021)。

電池および太陽電池の製造

ロータリーアンワインダーの高度な製造用途には、リチウムイオン電池製造における電極のスリット加工やコーティング、ソーラーパネル製造における太陽光発電 (PV) バックシートフィルムや封止材の加工などが含まれます。これらは最も技術的に要求の高い巻き戻し用途の 1 つです。 非常に厳しい寸法公差 また、変換された製品は単価が高く、スクラップ損失が非常に高くなります。

リチウムイオン電池の電極製造では、アノード箔とカソード箔（両方とも活物質でコーティングされたアノード用の銅箔（厚さ8～12ミクロン）とカソード用のアルミニウム箔（10～20ミクロン））を幅広のマスターロールから細長い電極ストリップにスリットし、セルに巻き付けます。陽極の製造に使用される銅箔は非常に薄いため、 ウェブ張力はプラスまたはマイナス 1 N/m 以内に制御する必要があります 電極の寸法が変化し、セル容量に影響を与える可能性のある伸びを防ぐため。電極スリッティングのロータリーアンワインダーには超高感度ロードセルシステムが装備されており、吸湿性の電極材料による吸湿を防ぐため、クリーンなドライルーム環境（露点-40℃以下）で動作します（出典：Journal of Power Sources、Battery Manufacturing Process Summary、2021;506:230186）。

太陽電池モジュールの背面を保護する多層ポリマーフィルムをスリットしてラミネートする PV バックシートの加工では、次の幅の材料を取り扱う必要があります。 1,000～1,300mm ロール直径は 20 ～ 50 m/min のウェブ速度で最大 1,000 mm です。 PV バックシートの屋外耐久性要件 (耐用年数 25 年) は、加工中に発生する表面欠陥 (ガイド ローラーによる傷、巻き取り時に押し込まれた張力のしわ) が長期的な信頼性の懸念事項であることを意味します。この用途のロータリー巻き出し機は、非常に滑らかな陽極酸化アルミニウムまたはクロムメッキのローラーを使用し、ウェブ張力を低く維持して表面接触圧力を最小限に抑えます。

テキスタイルおよびテクニカルファブリックの加工

アパレル用テキスタイルから、アラミド補強布、ガラス繊維クロス、炭素繊維プリプレグなどの技術材料に至るまで、織編物には、布地の印刷、コーティング、ラミネート、切断などのプロセスでロータリーアンワインダーが必要です。繊維ウェブの処理は、巻き出し機の設計要件に影響を与えるいくつかの重要な点で紙やフィルムの用途とは異なります。

• ファブリックの拡張性: ほとんどの織布は張力がかかると機械横方向に伸び、幅の減少（絞り内）が発生します。繊維用途のロータリーアンワインダーは、より低い張力設定値で動作し、幅の変動をリアルタイムで監視するためのエッジセンシングを備えている必要があります。
• ロール硬度の変化: 繊維ロールは、繊維の圧縮性の性質により、不均一な硬さで巻かれることがよくあります。ロールの柔らかい部分または硬い部分は、異なる硬度の巻き層がマンドレル上を通過するときに瞬間的な張力スパイクを引き起こすため、巻出し機の張力制御には、次のような速い応答速度が必要です。 10～20Hz以上 .
• コアフィット: 繊維ロールは、多くの場合、紙やフィルムのロールよりも内径公差の精度が低いボール紙コアに巻き取られます。そのため、生産時に発生するコア内径の範囲全体で確実にチャックを固定するには、回転巻き出し機に直径を調整できる拡張マンドレルが必要です。

炭素繊維プリプレグは、航空宇宙および自動車の構造部品に使用される非常に価値の高い材料であり、最も要求の厳しい繊維巻き戻し用途を代表します。プリプレグ ロールは、繊維の損傷を防ぐために、15 ～ 20 ℃ (ロール スタンド周囲の温度制御された囲いによって維持) で、非常に低い張力で巻き戻す必要があります。プリプレグ層内のカーボンファイバーが破損すると、硬化した複合部品に応力集中が生じ、負荷がかかった状態で構造的な破損を引き起こす可能性があります。張力制御の精度は、単なる品質指標ではなく、製品の安全性に直接関わる問題となります。

アプリケーション別のロータリーアンワインダー構成の比較

すべてのロータリーアンワインダーが同じ構成で構築されているわけではありません。シングルシャフト、ダブルシャフト、タレット、または水平方向と垂直方向の巻出し機アーキテクチャの選択は、各アプリケーションの特定の要件によって決まります。

TAPPI TIP 0404-20 および Converting Magazine Technical Reference, 2022 に記載されている業界標準設計に基づいた構成の説明。

ロータリーアンワインダーを指定する際の主な選択基準

特定の用途に適したロータリーアンワインダーを選択するには、装置が目的の加工ラインのプロセス要件を満たしているかどうかを決定する 6 つの技術パラメータを評価する必要があります。

• 最大ロール重量と直径: アンワインダー フレーム、ベアリング アセンブリ、およびマンドレルは、用途で使用される最も重いロールに合わせて定格する必要があります。構造定格が過小であると、ベアリングの摩耗とシャフトのたわみが発生し、張力の変動やウェブのトラッキングの問題が発生します。
• ウェブ幅の範囲: マンドレルの長さ、ガイド ローラーの幅、およびダンサーまたはロード セルのスパンは、実行するウェブ幅の範囲に対応する必要があります。エッジセンサーとウェブガイドも幅の範囲に合わせて設定する必要があります。
• 張力範囲と制御精度： 必要な最小張力と最大張力を N/m または N total で指定します。制御システムは、必要な精度を達成する必要があります。通常、一般的な変換の場合はプラスまたはマイナス 2 ～ 5%、精密印刷およびバッテリー電極の用途ではプラスまたはマイナス 1% 以上です。
• 動作速度範囲: ロータリーアンワインダードライブは、ラインの最小クロール速度から最大動作速度まで、滑らかな加速と減速で安定した張力制御を提供する必要があります。
• スプライス方法: ロール交換頻度と許容される生産停​​止期間に基づいて、手動スプライス、半自動スプライス (減速)、または動作速度での完全なフライング スプライスが必要かどうかを決定します。
• 特別な環境要件: クリーンルームへの適合性、溶剤環境向けの防爆電気システム、食品と接触する用途向けのステンレス鋼構造、または温度に敏感な材料向けの温度制御された筐体。

私たちの ロータリーアンワインダー は、低速特殊変換用の 1 軸手動ロード モデルから、高速連続生産ライン用のフライング スプライス機能を備えた完全自動タレット設計まで、これらの要件の全範囲をカバーする構成で利用できます。エンジニアリング サポートは、特定のウェブ素材、張力要件、生産速度目標に合わせて正しい構成と制御仕様を適合させるために利用できます。