JP2000271950A - カレンダーロールの制御システム及びその制御手段並びにそのトータル制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 品質精度の良いシートを作るための、複数の
バンクサイズ並びにシート厚み、幅方向厚み分布、製品
総重量、巻き取った際の偏肉に対し、きめ細かく同時制
御できるカレンダーロール制御装置を提供する。 【解決手段】 制御に必要な各バンク太さ、シート厚
み、カレンダーロールの位置を、リアルタイムに制御用
コンピューターに入力し、各データを監視すると共に、
管理範囲を超えたものがある場合、あるいは超えると予
測されるものがある場合、ただちにその制御対象ごと目
標値に制御するための各ロール操作量が算出され、自動
でロール開閉操作を行うカレンダーによりシートを製造
する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数ロールで構成さ
れるカレンダー装置により、熱可塑性樹脂製のシート及
びフィルム（以下シートと略す）を製造するための制御
システム及びその制御手段並びにそのトータル制御シス
テム製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にカレンダーによる生産では、対と
なっている金属ロールの間隙の手前側に樹脂を適当量た
めて、金属ロールの間隙に樹脂を送り込む方法が採られ
ており、この樹脂の溜まりはバンクと呼ばれている。こ
のバンクの大きさ（上下幅と横方向の幅で、以後バンク
サイズという）は最終製品の品質に大きく影響を及ぼす
こととなり、例えばバンクサイズが大きすぎるとシート
に樹脂ヤケやシート内部への空気の巻き込みを生じ、シ
ートの厚みも厚くなる。他方バンクサイズが小さすぎる
とシート表面上にエアー巻き込みによるキズが発生し、
シートの厚みも薄くなる。従って品質の良いシートを生
産するためには、バンクサイズを適当な大きさにコント
ロールし、保持することが非常に重要なこととなる。

【０００３】従来このバンクサイズとシート厚みをコン
トロールするため、ロール操作オペレーターが常時バン
クサイズ表示ディスプレイとシート厚み表示ディスプレ
イをチェックしており、値が変動した際その制御対象を
目標値に戻すよう各ロールの開閉操作を実施していた。
手動制御であるため制御判断のタイミングが遅れること
が多々あり、また同時に多数を制御する場合などは複雑
なロール操作が要求されるため、誤操作があったり制御
対象を目標値に戻すための制御時間が大きくバラツク結
果となっていた。このようにオペレーターの熟練度によ
りシート品質が大きく影響を受け、時には不良の発生に
つながり歩留まり低下の大きな一要因となっていた。

【０００４】このような状態を改善するための制御技術
として、カレンダーバンク量をロールギャップ・クロス
・駆動モーターのコントロールにより予測制御する技術
（特開平３−２８８６０８号公報）や、上流側ロール回
転速度をコントロールしバンク量を制御する技術（特開
平４−１１３８１７号公報）、シート厚データから最終
段ロールギャップをコントロールし、次いで一定比率で
前段ロールギャップをコントロールしていく厚み制御技
術（特開平１−６４８１５号公報）等が開示されている
が、いずれもバンクサイズあるいはシート厚み等を単独
制御するための要素技術の発明であり、シート生産にお
ける一要因を改善するための発明であった。

【０００５】高品質のシートを安定して製造するために
は、複数バンクサイズの適正コントロールやシート平均
厚み、シート幅方向厚み分布、製品総重量、巻き取る際
発生する偏肉のコントロールといったシート生産上の重
要な要素を、トータルでバランス良く同時制御する必要
がある。従来の各技術を組み合わせ上記各要素を同時制
御しようとした場合、それぞれの技術における制御部位
が異なるため、多くの部分を制御する必要がでてくる。
また個々で影響し合うため制御を交互に繰り返すハンチ
ング状態を招きやすく、それを防止するためには結局各
制御の他への影響度を予測し、制御量を調整する技術を
確立する必要が出てくる。更に既存技術では、製品の歩
留まりに大きく影響する製品総重量制御や偏肉制御の技
術が確立されておらず、高品質のシートを安定して生産
するためには、全制御対象を同時制御できる技術を独自
開発する必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】良品質シートの条件は
外観不良がなく、厚みバラツキの少ないシートである必
要がある。また最終製品の形態が巻き取るシートの場
合、偏肉が続くと巻き取った際平坦な形状ではなく巻き
太さの不均一なものとなってしまう。これらのことに対
し通常ロール操作オペレーターは、各瞬間でのバンクサ
イズ、シート厚さ、幅方向の厚さバラツキを考慮し制御
を実行するとともに、ロングスパンでのトータルの製品
重量コントロールのため平均厚み操作を行い、更に偏肉
をさけるため一定時間ごとに厚み偏りの調整操作を実施
している。以上のように良品質のシートを効率よく作る
ためには種々の複雑なロール操作が要求され、その熟練
度によりシート品質に大きく影響がでることとなる。こ
のように熟練度で品質が左右され、また一瞬も気を抜く
ことのできない本作業を自動化させることで、誰でも安
定した品質の良いシートを製造できる制御システム及び
その制御手段並びにそのトータル制御システムを提供す
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の第１の
発明は、複数のロールを組み合わせたカレンダー装置に
おいて、ロール間樹脂量の検知手段、シート厚みの検知
手段及びロール開閉位置の検知手段を設置し、これらの
検知手段のデータをリアルタイムに取り込み、１箇所あ
るいは複数箇所のロール間樹脂量、シート平均厚み及び
幅方向厚み分布を制御演算し、カレンダーロールの開閉
操作を行う制御用コンピューターで、他の制御対象へ影
響を出さずに各制御対象ごとに目標値へ制御する各ロー
ル操作量を算出すると共に、それぞれの操作量を合算し
た値で各ロールを自動開閉することで、全対象を同時制
御することを特徴とするカレンダーロールの制御システ
ムである。第２の発明は、請求項１記載のカレンダーロ
ールの制御システムを用い、入力されたシート厚データ
を保存する機能と、定期的に厚み傾向と製品総重量を予
測する機能及び目標値からの差分量を演算すると共に厚
み制御部へフィードバックさせる機能から構成され、製
品総重量を精度よく制御できることを特徴とするカレン
ダーロールの制御手段である。

【０００８】第３の発明は、請求項１記載のカレンダー
ロールの制御システムを用い、毎回入力されたシート幅
方向厚み分布データを蓄積する機能と、定期的に偏肉予
測を行う機能から構成され、許容値を超えると判断され
た場合に逆プロファイルになるよう幅方向厚み分布をコ
ントロールすることで偏肉防止を行うことを特徴とする
カレンダーロールの制御手段である。第４の発明は、請
求項１記載のカレンダーロールの制御システムを用い、
ロール開閉駆動機構内に遊びがある場合において、ロー
ル開閉方向が反転し遊びの影響が出る際、その遊び量を
同時に補正し適正な量で制御を行うことを特徴とするカ
レンダーロールの制御手段である。第５の発明は、請求
項１記載のカレンダーロールの制御システム、請求項２
〜４記載のカレンダーロールの制御手段で構成されるこ
とを特徴とするカレンダーロールのトータル制御システ
ムである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のカレンダー装置を利用し
て生産される樹脂は熱可塑性樹脂であり、塩化ビニル等
のようにカレンダー加工できるものであれば特に限定さ
れない。本発明のカレンダー装置の種類としては特に限
定されるものではないが、例えばＬ式、逆Ｌ式、Ｆ式、
Ｚ式、Ｍ式などがある。カレンダー装置が保有している
ロールの本数についても特に制限はなく、最小の場合に
は２本のロールしか保有しないカレンダー装置から利用
できる。ロールのバンクの管理箇所は、品質に大きな影
響を与える指定場所のみ管理してもよいが、全バンクを
同時に制御することが品質上望ましい。ロール１及びロ
ール２間の未溶融樹脂をストックと呼んでいるが、この
ストック量を一定量に制御する方法は特に限定されな
い。この量が大きく変動すると樹脂のロールへの食い込
み量が変化し、カレンダーへの樹脂流入量や樹脂の熱履
歴が変化するため、問題とならない範囲で一定の量にコ
ントロールされるものであれば良い。

【００１０】バンクサイズを検出する方法は接触方式と
非接触方式があり、制御対象への影響や制御対象からの
影響の観点から、非接触式の方が望ましい。また非接触
方式ではＣＣＤカメラ方式、超音波方式、サーモグラフ
ィ方式等があるが、超音波方式の場合周辺環境の影響
（特に温度）を受けやすく、サーモグラフィ方式は熱画
像の画像処理方法であるが、実画像を熱画像に変換する
ための条件設定を行ってやる必要がある。以上の点より
周辺環境に影響を受けにくく、画像処理時に特別な条件
設定をする必要のないＣＣＤカメラ方式で、濃淡画像処
理によりバンクサイズを検出する方法がより好ましい。
バンクサイズの測定箇所は、２本のロール間に広がった
樹脂のバンク両端部や中央部の上下幅測定と、２本のロ
ール間上のロール長さ方向の樹脂広がり長さを測定する
が、品質面への影響度からバンク制御用データとして
は、左右幅より上下幅を使用し、この値を精度良く測定
する必要がある。ロール長さ方向でのバンクサイズ計測
箇所は、バンクサイズを左右別々に制御する必要がある
ため２箇所以上とすべきであるが、測定箇所数には限定
されない。制御上の必要性とコストの面から両端２箇所
は最低計測することとし、計測位置としてはバンク端部
より一定距離中央側に入った位置で、バンク端部の太さ
変化を正確に把握できる部分を計測することが望まし
い。（図３：正面図の通り）但しロール長さの短いカレ
ンダーにおいては１箇所で良い場合もある。

【００１１】シート厚みを検出する方法は接触式と非接
触式があり、製品への影響を考えると非接触式が望まし
い。シート厚みの測定箇所については、シートの幅方向
厚み分布を制御するため、幅方向シート厚み分布を最小
限把握できる数以上とすべきである。ロール位置を検出
する方法は、各ロールの両側の位置をリアルタイムで精
度良く検出し、定量的データとして出力できるものあれ
ばよい。ロールの開閉制御を行う方法としては、ロール
操作の判断とロールの開閉制御を、１台の制御コンピュ
ーターで行う集中制御式と、ロール操作の判断とロール
の開閉制御を別々のコンピューターで分担する分散制御
方式がある。監視機能の中断が発生しない分散制御方式
とし、判断側コンピューターより開閉制御側コンピュー
ターに開閉移動量を指令する方式が、判断側コンピュー
ターに多くの負荷をかけずより望ましい。

【００１２】ロール駆動機構の駆動動力としてはモータ
ーが一般的であるが、サーボモーターのような回転量を
精度良くコントロールできるものが望ましく、また動力
伝達部としては各部品間に遊びの出ないものが望まし
い。駆動機構全体としてはロール移動指令により適切な
速度で移動すると共に、ロール移動量がフィードバック
され精度良く指令量を移動するような機構が望ましい。
ロール制御は位置フィードバック制御方式で、ロール移
動方向反転時にロールの駆動機構内の遊びによる影響が
出ないような制御方式が好ましいが、どうしても避けら
れない場合はあらかじめその遊び量を測定しておき、ロ
ールの開閉方向反転時にその量を開閉量に加減して補正
するソフト補正を実施するか、ロール駆動時のモーター
負荷をセンサーによりチェックし、遊び部の低負荷時に
は移動量をカウントせず高負荷となった際遊び部を過ぎ
たと判断し移動量をカウントする、負荷センサーによる
遊び量補正方式等で制御量補正すべきである。駆動機構
の磨耗による遊び量増大への自動対応の面から、負荷セ
ンサーによる補正方式がより好ましいが、コスト的に高
くなることとセンサー等への定期調整が必要となるた
め、ソフト補正方式で対応し定期的に補正量を見直すや
りかたでも機能的には十分である。

【００１３】データ処理・判断およびロール開閉制御を
行う制御部としては、制御用データを正しく入力でき、
更にデータをチェックする機能、ロール操作必要性の判
断と操作量の演算、操作必要時にロール開閉指令などの
処理をプログラミングできるもので、シート品質制御上
問題のない高速且つ正確に行うことの出来る制御装置で
あればよい。制御部内で各制御対象の制御必要性判定と
制御量算出のためのプログラミング方法は、そのアルゴ
リズムについては図４に示すとおりで、制御情報を入力
後その値と目標値を比較し制御の必要性を判断し、必要
性がなければ次の制御サイクルに移行する。制御の必要
性がある場合は、次に各制御対象毎に制御の必要性を判
定し、各ロール毎・ロールの左右毎に他の制御対象に影
響を出さず対象のみ影響を及ぼす操作量を算出する。そ
して各対象ごとの操作量を、ロール毎・ロールの左右毎
に全て合算し、更にロール駆動機構の遊びをソフト補正
する場合は、各ロール（左右別々に）の遊び量を加えた
値で、それぞれのロールの開閉操作を行うという流れと
している。各判定・演算の処理順は、各対象ごとに他の
対象へは影響を出さず対象のみへ影響するロール操作量
・比率を算出し、ロール毎・ロールの左右毎に合算した
値で制御する部分が重要である。

【００１４】他の制御対象へ影響を出さず対象のみへ影
響するロール操作の基本は、図５、６及び７に示す通り
である。図５はバンク１上下幅Ａを大きくする例で、ロ
ール１を開き樹脂の流入を増やすことでＡの増大を図る
と共に、ロール２を閉じることでロール１開による樹脂
流入量増の影響を下流に及ぼすことを相殺し、且つＡの
増大を図る。図６はバンク２上下幅Ｂを大きくする例
で、ロール１を開くことで樹脂流入量を増やすと共に、
ロール２を同量開くことでバンク１からの流出量をバラ
ンスさせ、バンク１への影響を押さえる。またバンク２
は流入量が増えているためＢが増大し、更にロール４を
閉じることで流出量を押さえ、流入量増による下流への
影響を押さえつつＢの増大を図る。図７はシート厚みＣ
を厚くする例で、ロール１、２及び４をシート厚みＣの
増大に見合った割合の量で同量開き、途中のバンクに影
響を出さず、対象のシート厚Ｃのみの増大を図る。各制
御対象を小さくする際はその逆の動作となり、各操作量
をロール毎・左右毎に合算した値でロール開閉操作を実
施することで、全対象を左右毎それぞれの適切な状態へ
同時制御可能となる。

【００１５】

【実施例】《実施例１》図１は本発明の一実施例を示す
ものである。バンクデータ関係についてはＮＯ２及びＮ
Ｏ３ロール間に生じるバンク１の右端、左端付近にＣＣ
Ｄカメラを各１台（ＣＣＤ１、２）、ＮＯ３及びＮＯ４
ロール間に生じるバンク２の右端、左端付近にＣＣＤカ
メラを各１台（ＣＣＤ３、４の計４台を設置する。ＣＣ
Ｄ１からＣＣＤ４の画像データを濃淡処理式画像処理に
より各バンクサイズを求めモニター表示及びグラフ表示
を行う。また厚みデータについては厚み測定機より毎回
スキャンデータを取込み、平均厚みとシート幅方向厚み
分布を同様に表示する。更にロールの現在位置をロール
位置センサより取り込む。各バンクの左右のサイズ、シ
ート平均厚み、左右厚み差が設定値を超えた場合あるい
は、明らかに超えると予測される場合、各制御対象毎に
適正値に戻すためのロール１から４までの操作量を演算
し、各ロールごとそれぞれの対象ごとの操作量を全て合
算した数値により、ロール１から４を開閉操作すること
で全対象を同時に制御し、各バンク・シート厚みのコン
トロールを行う。

【００１６】またコンピューター記憶部に一定回数シー
ト平均厚みデータを記憶しておき、その傾向がそのまま
続くと予想される場合記憶されている全データの平均値
と目標値の差を算出し、逆方向へ算出量分厚み操作を行
い製品重量のコントロールを行う。更にシートの幅方向
厚み分布データについても同様に記憶しておき、その分
布傾向がそのまま続くと予想される場合記憶されている
全データでトータルの厚み分布を算出し、その分布と逆
になるよう左右厚み並びに端部と中央厚みの制御操作を
行い偏肉を防止する。以上の機能を装備した逆Ｌ式４本
ロールカレンダーを用い、幅１２００ｍｍ、厚み０．２
ｍｍの塩化ビニル樹脂製のシートを試作した。４時間の
連続生産を行い２００ｍの製品を得たが、試作中バンク
サイズが設定値の±１５％未満の変動で収まり、その際
の厚み精度は目標厚みに対し±２．５％以内であり、空
気の巻き込みによるシート内のボイド及びシート表面の
キズ、変色・ヤケ等もなく、全て良品であった。また製
品総重量も目標値の±０．４％以内におさまり、偏肉に
よる盛り上がり等の無い仕上がり品を得ることが出来
た。

【００１７】《比較例１》実施例１と同じ設備におい
て、バンク・シート厚み自動制御機能をオフとし、ロー
ル操作オペレーターによる手動開閉にて、同製品・同条
件でシートの試作を実施した。その結果各目標値に対す
る変動値は、バンクサイズでは設定値の±２５％、シー
ト厚みにおいては目標値の±４％、製品総重量において
は目標値の±０．６％であり、シートの外観品質におい
ては製品として許容範囲内であるが、シート内に若干の
ヤケとボイドが点在する仕上がり結果であった。図８に
その品質比較結果を示す。

【００１８】

【発明の効果】本発明のカレンダーロールの制御装置に
より、操作者によるバラツキのない品質の安定したシー
トを自動で製造できるようになった。また品質の向上に
より不良率が減少し、更に製品重量についても精度よく
コントロールできるようになったため、材料歩留まりも
大幅に向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】カレンダーロール及び全体のシステム構成を示
す図である。

【図２】ＣＣＤカメラのロール長さ方向の配置（バンク
２の例）を示す図である。

【図３】ロール４の移動方向を示す図である。

【図４】制御判断・処理部フローチャートの図である。

【図５】バンク１上下幅Ａを大きくするロール操作例を
示す図である。

【図６】バンク２上下幅Ｂを大きくするロール操作例を
示す図である。

【図７】シート厚Ｃを厚くするロール操作例を示す図で
ある。

【図８】品質比較一覧表である。

【符号の説明】

５ … ＣＣＤカメラ１、２ ６ … ＣＣＤカメラ３、４ １７ … 厚み測定機 １８ … 制御用コンピューター １９ … ロール開閉指令 ２０ … ロール位置データ ２１ … バンクデータ ２２ … シート厚みデータ ２３ … 材料供給方向 ２４ … ストック（未溶融樹脂） ２５ … ロール４の移動方向（上下） ２６ … ロール４の移動方向（クロス） Ａ … バンク１上下幅 Ｂ … バンク２上下幅 Ｃ … シート厚さ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のロールを組み合わせたカレンダー
   装置において、ロール間樹脂量の検知手段、シート厚み
   の検知手段及びロール開閉位置の検知手段を設置し、こ
   れらの検知手段のデータをリアルタイムに取り込み、１
   箇所あるいは複数箇所のロール間樹脂量、シート平均厚
   み及び幅方向厚み分布を制御演算し、カレンダーロール
   の開閉操作を行う制御用コンピューターで、他の制御対
   象へ影響を出さずに各制御対象ごとに目標値へ制御する
   各ロール操作量を算出すると共に、それぞれの操作量を
   合算した値で各ロールを自動開閉することで、全対象を
   同時制御することを特徴とするカレンダーロールの制御
   システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカレンダーロールの制御
   システムを用い、入力されたシート厚データを保存する
   機能と、定期的に厚み傾向と製品総重量を予測する機能
   及び目標値からの差分量を演算すると共に厚み制御部へ
   フィードバックさせる機能から構成され、製品総重量を
   精度よく制御できることを特徴とするカレンダーロール
   の制御手段。
3. 【請求項３】 請求項１記載のカレンダーロールの制御
   システムを用い、毎回入力されたシート幅方向厚み分布
   データを蓄積する機能と、定期的に偏肉予測を行う機能
   から構成され、許容値を超えると判断された場合に逆プ
   ロファイルになるよう幅方向厚み分布をコントロールす
   ることで偏肉防止を行うことを特徴とするカレンダーロ
   ールの制御手段。
4. 【請求項４】 請求項１記載のカレンダーロールの制御
   システムを用い、ロール開閉駆動機構内に遊び（一般に
   バックラッシュと呼ぶ）がある場合において、ロール開
   閉方向が反転し遊びの影響が出る際、その遊び量を同時
   に補正し適正な量で制御を行うことを特徴とするカレン
   ダーロールの制御手段。
5. 【請求項５】 請求項１記載のカレンダーロールの制御
   システム、請求項２〜４記載のカレンダーロールの制御
   手段で構成されることを特徴とするカレンダーロールの
   トータル制御システム。