ウェブ張力制御：張力範囲・制御方式・構成
ウェブ張力制御システムは、ロール径・ライン速度・材料が変化する中で、移動するウェブにかかる縦方向の力を設定値に保ちます。このページでは、XW Machinery が製造する張力コントローラー、張力センサー、磁粉アクチュエーターの測定可能な仕様を一覧し、コンバーティングラインで使われる3つの制御方式を解説し、張力範囲を示す3つの標準構成を紹介します。
まず概念から理解されたい場合は ウェブ張力制御システムとは？をお読みください。横方向の位置決め側の仕様は ウェブガイドシステム：仕様とモデル選定をご覧ください。
張力制御仕様一覧
| パラメータ | 仕様 | モデル |
|---|---|---|
| 制御方式 | オーバーシュートのないPIアルゴリズムによる自動閉ループ、マイクロコントローラーは手動定電流開ループ | TC-860、TC-200 |
| トルク範囲（標準磁粉ユニット） | 6N.m〜400N.m | 標準クラッチ・ブレーキ範囲 |
| トルク範囲（マイクロユニット） | 1N.m〜5N.m | 12Vマイクロクラッチ、24Vマイクロブレーキ |
| コントローラー範囲指定 | 1000N.m | KDT-C-1000 |
| 主出力 | 2×24V／4A 定電流チャンネル | TC-860、KDT-C-1000 |
| 補助出力 | 2×0-10V、または1×0-5V（0-10Vへ設定可） | TC-860、KDT-C-1000 |
| サンプリング周期 | 50ms | TC-860 |
| 変換精度 | 1LSB、16ビットA/D変換 | TC-860 |
| センサー入力範囲 | 標準30mVまたは300mV、5V入力カスタム可 | TC-860 |
| コントローラー電源 | AC 165-264V、またはAC 180-245V、またはマイクロユニット用12V／24V DC励磁 | TC-860、KDT-C-1000、TC-200 |
| 通信 | RS485／Modbus-RTU、レジスタマップ0x00〜0x19 | TC-860、KDT-C-1000 |
| ロール交換制御 | シャフト交換出力比を調整可能な2ステーション切替、待機出力 | KDT-C-1000、TC-860 |
| 測定構造 | 片持ちフランジ取付、ピローブロックフート取付、貫通軸 | 張力センサー範囲 |
| センサー出力信号 | mV/Vひずみゲージ出力 | 貫通軸センサー |
| 保護等級 | IP54／IP65 | 貫通軸センサー |
張力範囲の導出
張力はコントローラーが直接設定するものではありません。巻取・巻出ステーションでは、コントローラーが磁粉クラッチまたはブレーキのトルクを設定し、結果としてのウェブ張力はロール半径から決まります。
ウェブ張力(N) = トルク(N.m) / ロール半径(m)
これが、ゾーンの使用可能な張力範囲が、アクチュエーターのトルク範囲と機械のロール径範囲の両方に依存する理由です。6N.m〜400N.mの磁粉ブレーキは固定の張力値を1つだけ出すわけではありません。0.05mのコア半径では、0.4mの全ロール半径より同じトルクで大きな張力が発生します。設定点だけでなく全ロールにわたってアクチュエーターをサイジングしてください。
実用上の帰結：必要な最大トルクは全ロール径と材料が許容する最大張力で決まり、最小制御トルクはコア径で決まります。発注前に両方の数値を指定してください。
3つの張力制御方式
1. 開ループ：手動定電流制御
オペレーターが出力レベルを設定し、コントローラーは励磁電流を一定に保ちます。張力フィードバックがないため、ロール径の変化に伴って張力がドリフトします。この方式は、再現性よりコストと簡便さを重視する短納期、簡易機械、低張力の軽量ウェブに適します。
- ハードウェア：TC-200マイクロ張力コントローラー＋12Vマイクロ磁粉クラッチまたは24Vマイクロ磁粉ブレーキ
- トルク範囲：1N.m〜5N.m
- 標準用途：ラベル、小型巻取機、軽量ウェブ、コンパクト機械
2. 閉ループ：センサーフィードバックによる自動制御
張力センサーまたはロードセルが実際の張力をコントローラーにフィードバックし、測定張力と目標値を継続的に比較して出力を調整します。これは、張力の安定性が見当、巻取硬さ、材料の伸びに影響する生産ラインの標準方式です。
- ハードウェア：TC-860自動張力コントローラーまたはKDT-C-1000自動張力コントローラー＋片持ち・ピローブロック・貫通軸張力センサー
- 特長：50msサンプリング、1LSB変換精度、オーバーシュートのないPIアルゴリズム、ゼロ・フルスケール校正
- 標準用途：スリッター、巻取、印刷、ラミネート、コーティング、リチウム電池ロール・ツー・ロール
3. ダンサー制御
ダンサーローラーが機械的な張力蓄積を提供し、速度変化や継ぎが多いラインでは閉ループコントローラーと組み合わせられることがよくあります。XW Machinery はこれらのシステムのコントローラー・センサー側を供給し、ダンサー機構は機械メーカーが構築します。完全な比較は 開ループと閉ループの張力制御をご覧ください。
3つの標準張力制御構成
構成A：軽量ウェブ・低張力
TC-200マイクロ張力コントローラーが12Vマイクロ磁粉クラッチ（1-5N.m）または24Vマイクロ磁粉ブレーキ（1-5N.m）を駆動します。手動定電流出力で、マイクロ・小型フレームでは中間パワーアンプが不要です。
- トルク範囲：1N.m〜5N.m
- 制御方式：手動、開ループ
- 張力センサーと自動コントローラーを追加して閉ループへアップグレード可能
構成B：標準の単軸・2軸巻取／巻出
KDT-C-1000自動張力コントローラーが2つの24V定電流出力で磁粉クラッチ・ブレーキを直接駆動し、フィードバック用に片持ち張力ロードセルを組み合わせます。シャフト交換出力比を調整可能な2ステーション切替により、ロール交換時の張力ショックを低減します。
- コントローラー範囲指定：1000N.m
- 出力：2×24V定電流、補助1×0-5V（0-10Vへ設定可）
- 電源：AC 180-245V、RS485対応、リミット出力リレー対応
構成C：PLC統合によるマルチゾーン高仕様制御
TC-860自動張力コントローラー＋貫通軸張力検出器またはピローブロック張力変換器。デュアル24V/4A主出力が磁粉ユニットを駆動し、デュアル0-10V補助出力がインバーター、サーボドライブ、外部制御システムに接続します。
- プロセッサ：32ビット高速CPU、50msサンプリング、1LSB変換精度
- 入力：標準30mV／300mV、5Vカスタム可
- 通信：RS485／Modbus-RTU、レジスタマップ0x00〜0x19
- 電源：AC 165-264V広範囲
張力センサーの選び方
- 片持ちロードセル：フランジ取付構造、設置容易、低温度ドリフト、高過負荷保護。片持ち張力ロードセルをご覧ください。
- ピローブロック変換器：軸受ハウジング下にフート取付、広幅・高速ライン向けの高い負荷容量と構造安定性。ピローブロック張力変換器をご覧ください。
- 貫通軸センサー：ローラーシャフトを介した直接力伝達、mV/V出力、IP54／IP65保護。貫通軸張力センサーをご覧ください。
完全な選定手順は ウェブ張力センサーの選び方、コントローラー選定は 張力コントローラーの選び方をご覧ください。
よくあるご質問
どの張力範囲を供給できますか？
張力はトルクとロール半径で決まります。磁粉クラッチ・ブレーキ範囲は標準ユニットで6N.m〜400N.m、マイクロユニットで1N.m〜5N.mです。最大ロール径、コア径、目標張力をお送りいただければ、各ゾーンの必要トルク範囲を計算します。
開ループと閉ループの張力制御の違いは？
開ループは手動設定の出力から張力を推定し、ロール径変化を補正しません。閉ループは張力センサーやロードセルからの実際のフィードバックで出力を自動調整し、より高い精度と安定性を実現します。開ループと閉ループの張力制御をご覧ください。
1台のコントローラーで2つのアクチュエーターを駆動できますか？
はい。TC-860とKDT-C-1000はどちらも2つの独立した24V主出力チャンネルを備え、2つの張力アクチュエーターを持つ機械や両シャフト巻取・巻出構造に適しています。
コントローラーをPLCと統合できますか？
はい。RS485／Modbus-RTU通信が利用可能で、Modbus対応のTC-860構成では0x00〜0x19の定義済みレジスタマップがあります。
巻取中に張力が変化するのはなぜですか？
ロール径、速度、ロール交換、材料挙動のすべてが張力に影響します。巻取中にウェブ張力が変化する理由と不安定なウェブ張力：原因と解決策をご覧ください。
お客様のラインに合った張力制御構成を
材料、ウェブ幅、ロール径範囲、ライン速度、目標張力、制御ゾーン数をお送りいただければ、当社設計チームがパラメータと配線図付きのコントローラー・センサー・アクチュエーターセットをご提案します。製品要件アンケートに回答するか、ウェブ張力制御システムコレクション全体をご覧ください。