专利名称：卷绕装置及卷绕控制方法
技术领域：
本发明涉及卷绕装置及卷绕控制方法。
背景技术：
以金属制或树脂制的薄膜为首的板状物(薄膜、板等的总称)的卷绕工艺规程广泛地用于液晶显示器、便携式电 话、印刷板等较多的工业产品中。板状物卷绕的基础理论在1960年代以柯达公司为中心而开始开发，至今继续流传。根据这样的基础理论，能够利用包含规定的非线性二阶常微分方程式的分析模型，定量地掌握卷绕板状物的卷绕辊的内部应力状态。另外，若能够将卷绕辊的内部应力状态定量地模型化，则在卷绕板状物时，还能够使各条件最佳化。本件发明者开发并提出如下技术，即，根据以前提出的内部应力分析模型，来运算卷绕辊的半径方向应力及圆周方向应力，并根据该运算结果，来运算最佳的卷绕条件(非专利文献I)。在先技术文献非专利文献非专利文献I桥本巨他著、“Optimum Winding Tension and Nip-Ioad intoWound Webs for Protecting Wrinkles and Slippage”,财团法人日本机械学会刊行，Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol.4(2010)No.I pp.238-248在上述的在先技术中，以往，根据将仅基于生产者的直觉或经验而定性地设定的卷绕张力等卷绕条件定性的内部应力分析模型，能够进行精密地运算。然而，现实的卷绕辊受到保管或输送时的环境温度的变化或热处理等热的影响。可知卷绕辊所受到的热量对该卷绕辊的内部应力产生影响，成为产生刚卷绕后无法观察到的卷绕不良的原因。
发明内容
本发明鉴于上述的课题而提出，其课题在于提供一种能够实现考虑了卷绕辊要受到的热影响的卷绕条件的最佳化的卷绕装置及卷绕控制方法。为了解决上述课题，本发明提供一种卷绕装置，其具备卷绕张力调整装置，在将板状物卷绕在卷芯的周围而对卷绕辊进行加工时，该卷绕张力调整装置根据卷绕直径对卷绕的板状物的卷绕张力进行调整，所述卷绕装置的特征在于，具备根据对所述卷绕辊产生影响的环境温度的变化和规定的指定时间，来运算该卷绕辊经过所述指定时间后的温度分布的温度分布运算机构；根据运算出的温度分布，来运算所述卷绕辊的内部应力的应力运算机构；根据所述应力运算机构运算出的内部应力，来运算该卷绕张力的最佳值的最佳值运算机构。在该方式中，温度分布运算机构根据卷绕辊要受到的环境温度的变化和指定时间，运算经过指定时间后的卷绕辊的温度分布。接着，应力运算机构对考虑了运算出的卷绕辊的温度分布的内部应力进行运算。最佳值运算机构根据考虑卷绕辊的温度分布而运算的内部应力，来运算卷绕张力的最佳值。因此，卷绕辊在加工后受到该热影响的情况下，卷绕辊的内部应力根据温度分布运算机构的预测的特性而进行变化。其结果是，通过根据热影响而变化的内部应力，能够尽可能地防止薄膜彼此固接的块化、压曲褶皱或拉伸褶皱的产生等事后预想到的卷绕不良。在优选的方式中，所述温度分布运算机构具备根据包含非稳定热传导微分方程式的热传导分析模型，来运算该卷绕辊的温度分布的功能。在该方式中，能够考虑到卷绕辊内的热传导(Heat Conduction)特性以及来自环境的热传递(Heat Convection)特性,来运算作用在卷绕辊上的温度分布，因此即使在伴随环境温度的变化的卷绕辊的温度分布产生不均的情况下，也能够确保所需要的层间摩擦力和圆周方向应力。因此，通过该温度分布，能够更细致地掌握卷绕辊的各部分受到的半径方向应力和圆周方向应力。其结果是，最佳值运算机构能够使运算值向更适合的卷 绕张力最佳化。在优选的方式中，所述温度分布运算机构具备将构成所述卷绕辊的板状物的层和夹在所述板状物的层间的空气的层作为等价层来进行评价，从而运算该卷绕辊的温度分布的功能。在该方式中，能够运算考虑了形成在卷绕辊上的空气层的细致的温度分布。当考虑了空气的热传导率与板状物相比非常低的情况和卷绕辊的热阻随着接触压力的增加而减少的情况时，空气附近的温度分布不会成为线性。另一方面，由于在板状物表面存在粗糙度，因此板状物层间的接触面成为一部分接触、其它部分不接触的分散接触。在不接触部分夹有空气。另外，若空气层变厚，则板状物分开而整面不接触。这样，当卷绕辊内存在空气层时，卷绕辊的表观的热传导率发生变化。在本方式中，由于利用考虑了存在该空气层引起的热阻的等价层的热传导率来求解所述非稳定热传导微分方程式，因此能够运算细致的温度分布。在优选的方式中，所述应力运算机构具备将构成所述卷绕辊的板状物的层和夹在所述板状物的层间的空气的层作为等价层来进行评价，从而运算该卷绕辊的内部应力的功能。在该方式中，由于利用考虑了存在空气层引起的热阻的等价层的热传导率来运算内部应力，因此能够运算细致的内部应力。在优选的方式中，所述应力运算机构包含将微分方程式作为应力分析模型来进行运算的功能，其中，该微分方程式将板状物的线膨胀系数作为参数而包含。在该方式中，即使卷绕辊的卷芯侧与最外层之间温度分布的差变大，也能够根据卷绕辊的温度分布将层间摩擦力和圆周方向应力维持为所需要的值。在优选的方式中，所述应力分析模型通过以卷芯的线膨胀系数为参数的微分方程式来赋予最内层的边界条件。在该方式中，能够还考虑到卷芯的线膨胀系数来细致地运算卷绕辊的内部应力。在优选的方式中，所述最佳值运算机构具备如下功能，即存储运算张力的张力函数、用于求解该张力函数的目标函数、该目标函数中含有的设计变量，按与卷绕直径相关联的规定的步骤来运算所述目标函数的最小值。在该方式中，按卷绕直径的规定步骤来运算考虑了卷绕辊要受到的环境温度的变化的最小的张力，每增加步骤，都能够将该张力向最佳值最佳化。在优选的方式中，所述最佳值运算机构的所述目标函数包含由作用在所述卷绕辊上的圆周方向应力、所述板状物间的摩擦力、所述板状物开始滑动的临界摩擦力构成的参数中的任意个参数。在该方式中，能够可靠地除去卷绕辊的卷绕不良的主要原因。
本发明的另一方式为卷绕控制方法，其用于控制卷绕装置，该卷绕装置在将板状物卷绕在卷芯的周围而对卷绕辊进行加工时，根据卷绕直径对卷绕的板状物的卷绕张力进行调整，所述卷绕控制方法的特征在于，包括根据对所述卷绕辊产生影响的环境温度的变化和规定的指定时间，来运算该卷绕辊经过所述指定时间后的温度分布的温度分布运算步骤；根据运算出的温度分布，来运算所述卷绕辊的内部应力的应力运算步骤；根据运算出的内部应力，来运算该卷绕张力的最佳值的最佳化步骤。在该方式中，通过设定卷绕辊要受到的环境温度的变化和指定时间，在温度分布运算步骤中，运算经过指定时间后的卷绕辊的温度分布。接着，在应力运算步骤中，运算考虑了运算出的卷绕辊的温度分布的内部应力。之后，在最佳值运算步骤中，根据考虑卷绕辊的温度分布而运算的内部应力，来运算卷绕张力的最佳值。因此，卷绕辊在加工后受到该热影响的情况下，卷绕辊的内部应力根据温度分布运算步骤的预测的特 性而进行变化。其结果是，通过根据热影响而变化的内部应力，能够尽可能地防止薄膜彼此固接的块化、压曲褶皱或拉伸褶皱的产生等事后预想到的卷绕不良。在优选的方式中，所述温度分布运算步骤包括根据包含非稳定热传导微分方程式的热传导分析模型，来运算所述该卷绕辊的温度分布的步骤。在该方式中，能够考虑卷绕辊内的热传导特性以及来自环境的热传递特性，来运算作用在卷绕辊上的温度分布，因此即使在伴随环境温度的变化的卷绕辊的温度分布产生不均的情况下，也能够确保所需要的层间摩擦力和圆周方向应力。因此，通过该温度分布，能够更细致地掌握卷绕辊的各部分受到的半径方向应力和圆周方向应力。其结果是，最佳值运算机构能够使运算值向更适合的卷绕张力最佳化。在优选的方式中，所述温度分布运算步骤包括将构成所述卷绕辊的板状物的层和夹在所述板状物的层间的空气的层作为等价层来进行评价，从而运算该卷绕辊的温度分布的步骤。在该方式中，能够运算考虑了形成在卷绕辊上的空气层的细致的温度分布，能够运算细致的温度分布。在优选的方式中，所述应力运算步骤包括将构成所述卷绕辊的板状物的层和夹在所述板状物的层间的空气的层作为等价层来进行评价，从而运算该卷绕辊的内部应力的步骤。在该方式中，由于利用考虑了存在空气层引起的热阻的等价层的热传导率来运算内部应力，因此能够运算细致的内部应力。在优选的方式中，所述应力运算步骤根据通过以卷芯的线膨胀系数为参数的微分方程式赋予的最内层的边界条件，来运算所述应力分析模型。在该方式中，能够还考虑到卷芯的线膨胀系数来细致地运算卷绕辊的内部应力。在优选的方式中，所述应力运算步骤包括将微分方程式作为应力分析模型而进行运算的步骤，其中，该微分方程式将板状物的线膨胀系数作为参数而包含。在该方式中，即使卷绕辊的卷芯侧与最外层之间温度分布的差变大，也能够根据卷绕辊的温度分布将层间摩擦力和圆周方向应力维持为所需要的值。在优选的方式中，所述最佳值运算步骤包括存储运算张力的张力函数、用于求解该张力函数的目标函数、该目标函数中含有的设计变量，按与卷绕直径相关联的规定的步骤来运算所述目标函数的最小值的步骤。在该方式中，按卷绕直径的规定步骤来运算考虑了卷绕辊要受到的环境温度的变化的最小的张力，每增加步骤，都能够将该张力向最佳值最佳化。在优选的方式中，所述最佳值运算步骤的所述目标函数包含由作用在所述卷绕辊上的圆周方向应力、所述板状物间的摩擦力、所述板状物开始滑动的临界摩擦力构成的参数中的任意个参数。在该方式中，能够可靠地除去卷绕辊的卷绕不良的主要原因。本发明的另一优选的方式为卷绕控制方法，其用于控制卷绕装置，该卷绕装置在将板状物卷绕在卷芯的周围而对卷绕辊进行加工时，根据卷绕直径对卷绕的板状物的卷绕张力进行调整，所述卷绕控制方法的特征在于，预想对所述卷绕辊产生影响的环境温度的变化比卷绕时的环境温度高的情况下，将内周侧至卷绕中间层之间的卷绕张力预先较高地设定为使该卷绕辊的圆周方向应力不为负的程度。在该方式中，在卷绕后预想环境温度上升的情况下，能够简单地赋予考虑了伴随温度变化的内部应力的变化的卷绕张力。
本发明的再一优选的方式为卷绕控制方法，其用于控制卷绕装置，该卷绕装置在将板状物卷绕在卷芯的周围而对卷绕辊进行加工时，根据卷绕直径对卷绕的板状物的卷绕张力进行调整，所述卷绕控制方法的特征在于，预想对所述卷绕辊产生影响的环境温度的变化比卷绕时的环境温度低的情况下，在整个卷绕直径将卷绕张力预先较高地设定为使该卷绕辊的层间摩擦力不低于规定的界限摩擦力。在该方式中，在卷绕后预想环境温度降低的情况下，能够简单地赋予考虑了伴随温度变化的内部应力的变化的卷绕张力。如以上说明的那样，根据本发明，根据卷绕辊要受到的环境温度的变化和指定时间来运算卷绕辊的温度分布，能够将考虑了热应力的内部应力最佳化，因此通过根据热影响而变化的内部应力，起到如下显著的效果，即，能够尽可能地防止薄膜彼此固接的块化、压曲褶皱或拉伸褶皱的产生等事后预想到的卷绕不良。
图IA是本发明的理论预测模型的简要结构，是不使用夹持辊卷绕时的卷绕辊的简图。图IB是本发明的理论预测模型的简要结构，是使用夹持辊卷绕时的卷绕辊的简图。图2是表示卷绕辊的内部应力和夹持线载荷的图。图3是在卷绕辊的层间形成的空气层的说明图。图4是本发明的实施方式的卷绕装置的简要结构图。图5是表示卷绕张力的最佳化(进化)的图表。图6是表示图4的实施方式的数据库结构的一部分的组织联系(ER)图。图7是表不用于执行图4的实施方式的最佳化程序的画面的一例的图。图8是表示用于执行图4的实施方式的板状物及机械条件的设定程序的画面的一例的图。图9是表示用于执行图4的实施方式的温度条件的设定程序的画面的一例的图。图10是表示图4的实施方式的最佳化控制处理的一例的流程图。图IlA是本发明的实施例的说明图，是表示温度条件的设定的图表。图IlB是本发明的实施例的说明图，是表示根据图IlA的条件而运算的卷绕辊的温度分布的图表。
图12是表示在与图IlA及图IlB关联的条件下运算的最佳的卷绕张力的图表。图13A是表示根据图12的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的摩擦力的图表。图13B是表示根据图12的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的半径方向应力的图表。图13C是表示根据图12的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的圆周方向应力的图表 。图14A是本发明的另一实施例的说明图，是表示温度条件的设定的图表。图14B是本发明的另一实施例的说明图，是表示根据图14A的条件而运算的卷绕棍的温度分布的图表。图15是表示在与图14A及图14B关联的条件下运算的最佳的卷绕张力的图表。图16A是表示根据图15的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的摩擦力的图表。图16B是表示根据图15的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的半径方向应力的图表。图16C是表示根据图15的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的圆周方向应力的图表。图17是表示在本发明的另一实施例的条件下运算的最佳的卷绕张力的图表。图18A是图17的实施例的设定条件的说明图，使表示加热时的温度条件的设定的图表。图18B是图17的实施例的设定条件的说明图，是表示根据图18A的条件而运算的卷绕辊的温度分布的图表。图19A是表示根据图17的卷绕张力和图18A及图18B的设定条件而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的摩擦力的图表。图19B是表示根据图17的卷绕张力和图18A及图18B的设定条件而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的半径方向应力的图表。图19C是表示根据图17的卷绕张力和图18A及图18B的设定条件而运算的特性的图，是表不各量纲为I的棍半径位置r/r。的圆周方向应力的图表。图20A是图17的实施例的设定条件的说明图，使表示冷却时的温度条件的设定的图表石。图20B是图17的实施例的设定条件的说明图，试表示根据图20A的条件而运算的卷绕辊的温度分布的图表。图21A是表示根据图17的卷绕张力和图20A及图20B的设定条件而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的摩擦力的图表。图21B是表示根据图17的卷绕张力和图20A及图20B的设定条件i运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的半径方向应力的图表。图21C是表示根据图17的卷绕张力和图20A及图20B的设定条件而运算的特性的图，是表不各量纲为I的棍半径位置r/r。的圆周方向应力的图表。图22A是本发明的另一实施例的说明图，使表示温度条件的设定的图表。
图22B是本发明的另一实施例的说明图，是表示根据图22A的条件而运算的卷绕棍的温度分布的图表。图23是表示在与图22k及图22B关联的条件下运算的最佳的卷绕张力的图表。图24A是表示根据图23的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的摩擦力的图表。图24B是表示根据图23的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的半径方向应力的图表。
图24C是表示根据图23的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的圆周方向应力的图表。图25A是本发明的另一实施例的说明图，是表示温度条件的设定的图表。图25B是本发明的另一实施例的说明图，试表示根据图25A的条件而运算的卷绕棍的温度分布的图表。图26是在与图25A及图25B关联的条件下运算的最佳的卷绕张力的图表。图27A是表示根据图26的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的摩擦力的图表。图27B是表示根据图26的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的半径方向应力的图表。图27C是表示根据图26的卷绕张力而运算的特性的图，是表示各量纲为I的辊半径位置r/r。的圆周方向应力的图表。图28是用于说明线膨胀系数的影响的说明图，(A) (B)表示a e > 的情况的转变，(C)⑶表示a 0 > %的情况的转变。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。首先，对本实施方式涉及的理论预测模型进行说明。在表中示出以下说明中使用的主要的命名符号(Nomenclature)。[表I]
权利要求
1.一种卷绕装置，其具备卷绕张力调整装置，在将板状物卷绕在卷芯的周围而加工成卷绕辊时，该卷绕张力调整装置根据卷绕直径对卷绕的板状物的卷绕张力进行调整，所述卷绕装置的特征在于， 所述卷绕张力调整装置具备 温度分布运算机构，其根据对所述卷绕辊产生影响的环境温度的变化和规定的指定时间，来运算该卷绕辊经过所述指定时间后的温度分布； 应力运算机构，其根据运算出的温度分布，来运算所述卷绕辊的内部应力； 最佳值运算机构，其根据所述应力运算机构运算出的内部应力，来运算该卷绕张力的最佳值的。
2.根据权利要求I所述的卷绕装置，其特征在于， 所述温度分布运算机构具备根据包含非稳定热传导微分方程式的热传导分析模型，来运算该卷绕辊的温度分布的功能。
3.根据权利要求2所述的卷绕装置，其特征在于， 所述温度分布运算机构具备将构成所述卷绕辊的板状物的层和夹在所述板状物的层间的空气的层作为等价层来进行评价，并运算该卷绕辊的温度分布的功能。
4.根据权利要求3所述的卷绕装置，其特征在于， 所述应力运算机构具备将构成所述卷绕辊的板状物的层和夹在所述板状物的层间的空气的层作为等价层来进行评价，并运算该卷绕辊的内部应力的功能。
5.根据权利要求I所述的卷绕装置，其特征在于， 所述应力运算机构包含将微分方程式作为应力分析模型来进行运算的功能，其中，该微分方程式包含板状物的线膨胀系数作为参数。
6.根据权利要求5所述的卷绕装置，其特征在于， 所述应力分析模型通过以卷芯的线膨胀系数为参数的微分方程式来赋予最内层的边界条件。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的卷绕装置，其特征在于， 所述最佳值运算机构具备如下功能，即，存储运算张力的张力函数、用于求解该张力函数的目标函数和该目标函数中含有的设计变量，并按与卷绕直径相关联的规定的步骤来运算所述目标函数的最小值。
8.根据权利要求7所述的卷绕装置，其特征在于， 所述最佳值运算机构的所述目标函数包含由作用在所述卷绕辊上的圆周方向应力、所述板状物间的摩擦力、所述板状物开始滑动的临界摩擦力构成的参数中的任意个参数。
9.一种卷绕控制方法，其用于控制卷绕装置，该卷绕装置在将板状物卷绕在卷芯的周围而加工成卷绕辊时，根据卷绕直径对卷绕的板状物的卷绕张力进行调整，所述卷绕控制方法的特征在于，包括 根据对所述卷绕辊产生影响的环境温度的变化和规定的指定时间，来运算该卷绕辊经过所述指定时间后的温度分布的温度分布运算步骤； 根据运算出的温度分布，来运算所述卷绕辊的内部应力的应力运算步骤； 根据运算出的内部应力，来运算该卷绕张力的最佳值的最佳化步骤。
10.根据权利要求9所述的卷绕控制方法，其特征在于，所述温度分布运算步骤包括根据包含非稳定热传导微分方程式的热传导分析模型，来运算所述卷绕辊的温度分布的步骤。
11.根据权利要求10所述的卷绕控制方法，其特征在于， 所述温度分布运算步骤包括将构成所述卷绕辊的板状物的层和夹在所述板状物的层间的 >空气的层作为等价层来进行评价，并运算该卷绕辊的温度分布的步骤。
12.根据权利要求11所述的卷绕控制方法，其特征在于， 所述应力运算步骤包括将构成所述卷绕辊的板状物的层和夹在所述板状物的层间的空气的层作为等价层来进行评价，并运算该卷绕辊的内部应力的步骤。
13.根据权利要求9所述的卷绕控制方法，其特征在于， 所述应力运算步骤包括将微分方程式作为应力分析模型而进行运算的步骤，其中，该微分方程式包含板状物的线膨胀系数作为参数。
14.根据权利要求13所述的卷绕控制方法，其特征在于， 所述应力运算步骤根据通过以卷芯的线膨胀系数为参数的微分方程式赋予的最内层的边界条件，来运算所述应力分析模型。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的卷绕控制方法，其特征在于， 所述最佳值运算步骤包括存储运算张力的张力函数、用于求解该张力函数的目标函数、该目标函数中含有的设计变量，按与卷绕直径相关联的规定的步骤来运算所述目标函数的最小值的步骤。
16.根据权利要求15所述的卷绕控制方法，其特征在于， 所述最佳值运算步骤的所述目标函数包含由作用在所述卷绕辊上的圆周方向应力、所述板状物间的摩擦力、所述板状物开始滑动的临界摩擦力构成的参数中的任意个参数。
17.一种卷绕控制方法，其用于控制卷绕装置，该卷绕装置在将板状物卷绕在卷芯的周围而加工成卷绕辊时，根据卷绕直径对卷绕的板状物的卷绕张力进行调整，所述卷绕控制方法的特征在于， 预想对所述卷绕辊产生影响的环境温度的变化比卷绕时的环境温度高的情况下，将内周侧至卷绕中间层之间的卷绕张力预先设定为高至使该卷绕辊的圆周方向应力不为负的程度。
18.—种卷绕控制方法，其用于控制卷绕装置，该卷绕装置在将板状物卷绕在卷芯的周围而加工成卷绕辊时，根据卷绕直径对卷绕的板状物的卷绕张力进行调整，所述卷绕控制方法的特征在于， 预想对所述卷绕辊产生影响的环境温度的变化比卷绕时的环境温度低的情况下，在整个卷绕直径将卷绕张力预先设定为高至使该卷绕辊的层间摩擦力不低于规定的界限摩擦力。
全文摘要
本发明提供一种卷绕装置及卷绕控制方法，根据对卷绕辊产生影响的环境温度的变化和指定时间，基于下述的式子，运算该卷绕辊经过指定时间后的温度分布。数1根据运算出的温度分布，基于下述的式子，运算所述卷绕辊的内部应力，之后通过最佳化方法进行最佳化。数2
文档编号B65H18/26GK102674052SQ20121005807
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月7日 优先权日2011年3月10日
发明者冲广诚志, 富永保昌, 桥本巨, 森川亮, 西村高博 申请人:富士机械工业株式会社