JP2004137024A

JP2004137024A - フィルムロール体の製造方法

Info

Publication number: JP2004137024A
Application number: JP2002302532A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ichinomiya; 一ノ宮　崇; Toshihiro Hayashi; 林　敏洋; Shintaro Kuge; 久下　慎太郎
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【解決課題】巻皺や巻ずれが少なく、しかも、内部張力の均一性の高いフィルムロール体を製造する方法を提供する。
【解決手段】搬送ローラにより搬送されるフィルムを、積極駆動されるタッチローラを備え、かつ、積極駆動される巻取軸を備えた巻取機を用いて巻き取るに際し、搬送ローラに搬入されるフィルムが有する張力Ｔ１と、タッチローラの回転駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ２と、巻取軸の回転駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ３との合力をフィルムの巻取張力としてそれら張力Ｔ１、Ｔ２およびＴ３を制御する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に弾性率の高いプラスチックフィルムのロール体を製造するのに好適な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルムロール体を製造する方法の一つに、積極駆動されるタッチローラを備え、かつ、積極駆動される巻取軸を備えた巻取機とを用いる、いわゆる表面中心併用駆動方式と呼ばれる方法がある（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
向井英夫著、“スリッター・ワインダーの技術読本”、１９９８年４月１１日、株式会社加工技術研究会刊
図１は、かかる表面中心併用駆動方式を示すもので、フィルムＦは、モータ１によって積極駆動されるタッチローラ２と、モータ３によって積極駆動される巻取軸４とを備えた巻取機により、巻取軸４上に保持された巻芯５上に巻き取られ、フィルムロール体６となる。タッチローラ２は、巻取中、フィルムロール体６に所望の力で押圧される。
【０００４】
さて、上述した方式においては、フィルムＦの巻取張力Ｔｒは、タッチローラ２の回転駆動によりフィルムＦに加わる張力をＴ２、巻取軸４の回転駆動によりフィルムＦに加わる張力をＴ３、フィルムＦとタッチローラ２との摩擦係数をμ、フィルムロール体６に対するタッチローラ２の押圧力をＰとしたとき、次の（１）式で表される。μ・ＰはフィルムＦとタッチローラ２との摩擦力ということになる。
【０００５】
Ｔｒ＝Ｔ２＋Ｔ３＋μ・Ｐ　　　（１）
すなわち、（１）式では、巻取軸の駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ３と摩擦力μ・Ｐとが独立しているが、実際には張力Ｔ３と摩擦力μ・Ｐとは釣り合っているはずである。したがって、実際の巻取張力Ｔｒは、（１）式によって見込まれる張力よりも摩擦力μ・Ｐだけ小さくなっている。フィルムが上流から持ち込む皺を防止するためには、巻取張力Ｔｒをある程度高い値に維持することが必要になるが、（１）式に基づいて摩擦力μ・Ｐを高くすることでは巻取張力Ｔｒを十分に大きくできない。
【０００６】
また、積極駆動されるタッチローラの速度を制御するときには、それよりも上流側でフィルムＦに付与される張力を考慮する必要があるが、上記（１）式ではこれが全く考慮されていない。そのため、上流側でフィルムの張力が大きい場合、巻取張力が大きくなって硬く巻かれることがある。
【０００７】
さらに、張力Ｔ２と張力Ｔ３は巻径に応じて分配するのが好ましいが、従来の技術ではこれが全く考慮されていない。張力Ｔ２が大きすぎると、タッチローラで把持できる摩擦力を超えてしまい、随伴空気を排除しにくくなって巻皺や巻ずれを生じやすくなるからである。また、そのような場合、フィルムとタッチローラ間に滑りが生じているが、滑りは、記録用フィルムや電気回路用フィルムのように表面の傷を極端に嫌うフィルムの巻き取りには好ましいことではない。一方、張力Ｔ３が大きすぎると、巻き締めによって巻芯の付近が高張力に巻き上げられ、フィルムロール体の内部張力が不均一になってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、巻皺や巻ずれが少なく、しかも、内部張力の均一性の高いフィルムロール体を製造する方法を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、搬送ローラにより搬送されるフィルムを、積極駆動されるタッチローラを備え、かつ、積極駆動される巻取軸を備えた巻取機を用いて巻き取るに際し、搬送ローラに搬入されるフィルムが有する張力Ｔ１と、タッチローラの回転駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ２と、巻取軸の回転駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ３との合力をフィルムの巻取張力としてそれら張力Ｔ１、Ｔ２およびＴ３を制御することを特徴とするフィルムロール体の製造方法を提供する。張力Ｔ１、Ｔ２およびＴ３は、それぞれ独立に制御するのが好ましい。また、張力Ｔ２は、搬送ローラの周速度とタッチローラの周速度との差に基づいて制御することができる。さらに、タッチローラの駆動トルクに基づいて張力Ｔ１と張力Ｔ２との合力を制御するのもよい。また、フィルムロール体の巻径の増大に伴って、張力Ｔ２の割合を大きくするとともに張力Ｔ３の割合を小さくしたり、搬送ローラとタッチローラとの間でフィルムに加わる張力の割合を大きくするとともに張力Ｔ３の割合を小さくするのも好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２において、モータ７によって積極駆動される搬送ローラ８によって搬送されてくるフィルムＦは、モータ１によって積極駆動されるタッチローラ２と、モータ３によって積極駆動される巻取軸４とを有する巻取機により、巻取軸４に保持された巻芯５上に巻き取られ、フィルムロール体６となる。タッチローラ２は、１個の巻取軸に対して１個設けられており、巻取中、フィルムロール体６に所定の力Ｐで押圧される。フィルムＦは、搬送ローラ８の上流側で張力Ｔ１を有しており、搬送ローラ８とタッチローラ２との間でこの張力Ｔ１を保持し続ける。
【００１１】
さて、タッチローラの回転駆動によってフィルムに張力を加えるためには、タッチローラと搬送ローラとの間に速度差がなければならない。タッチローラの回転駆動によってフィルムに加わる張力Ｔ２は、タッチローラの周速度をＶ１、搬送ローラの周速度をＶ２、フィルムの長手方向（巻取方向）の弾性率をＥ、フィルムの厚みをｔ、フィルムの幅（＝フィルムロール体の幅）をＷ、滑り率をαとすると、
Ｔ２＝｛（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１｝・Ｅ・ｔ・Ｗ・α　　　（２）
となる。ここで、Ｖ１とＶ２の差が小さい場合には、分母のＶ１はＶ２と置き換えても差し支えない。滑り率αはフィルムとタッチローラとの速度比であり、滑りがない場合にはα＝１となる。
【００１２】
また、タッチローラの駆動トルクからフィルムの張力を制御することができる。タッチローラの駆動トルクをＭとすると、タッチローラと搬送ローラとの間のフィルムの張力Ｔは、
Ｔ＝（Ｍ−Ｍｍ）／ｒ　　　（３）
となる。ここで、Ｍｍはタッチローラのメカニカルロスであり、加減速時の慣性トルクや軸受の摩擦トルクからなる。ｒはタッチローラ２の半径である。滑りがある場合にはタッチローラの駆動トルクＭは張力Ｔに消費されず、メカニカルロスＭｍに含まれるタッチローラの加速度として消費される。ここで、タッチローラの駆動トルクで張力Ｔを付与する場合には、張力Ｔは上述の張力Ｔ１も負担することに留意する必要がある。すなわち、タッチローラと搬送ローラとの間のフィルム張力Ｔは、
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２　　　（４）
で表されることになる。
【００１３】
上記（４）式において、張力Ｔ１が十分に小さい場合にはＴ＝Ｔ２として差し支えない。この張力Ｔは、タッチローラの把持力によって巻き取りまで保持される。張力Ｔ１、Ｔ２を所望の値にするために、フィルムと搬送ローラとの間で滑りがないように、搬送ローラは、たとえばサクションローラやニップローラといった把持力の高いものとするのが好ましい。
【００１４】
フィルムには、巻取軸の駆動によってさらに張力Ｔ３が加えられる。この張力Ｔ３は、巻取軸の駆動トルクをＭｓとすると、
Ｔ３＝（Ｍｓ−Ｍｍ’）／Ｒ　　　（５）
で表される。
【００１５】
ここで、Ｍｍ’は巻取軸を回転駆動するのに必要なメカニカルロスであり、上記（３）式におけるメカニカルロスＭｍと同様、慣性トルクや軸受の摩擦トルクからなる。Ｒはフィルムロール体の半径であり、巻き始めは巻芯の半径と同じである。したがって、半径Ｒは上述のタッチローラの半径ｒとは異なり、フィルムの巻き取りが進むにつれて大きくなる。
【００１６】
本発明においては、このように各過程でフィルムに加えられる張力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の合力をフィルムロール体の巻取張力Ｔｒとする。すなわち、巻取張力Ｔｒを、
Ｔｒ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３　　　（６）
とする。この（６）式において、張力Ｔ１は、上述したように十分に小さい場合には無視して差し支えない。また、タッチローラの駆動トルクで制御する場合には、式、
Ｔｒ＝Ｔ＋Ｔ３　　　（７）
を用いればよい。
【００１７】
巻取張力Ｔｒは、巻芯上に巻き取られるフィルムの層間に随伴される空気を抑え、巻皺や巻ずれを防止しながらフィルムロール体を製造するのに必要な張力である。また、巻取張力Ｔｒは、上流から持ち込まれる皺を防止するためにも必要である。ここで、張力Ｔ２は、フィルムとタッチローラとの摩擦力によるタッチローラの把持限界内でタッチローラを駆動すれば得られるものであるから、滑りやすいフィルムにおいても巻取張力Ｔｒが容易に得られる。そして、張力Ｔ３は、張力Ｔ２が負担した分だけ小さくできるから、巻取軸に加わる力を低減することができる。
【００１８】
また、巻取張力Ｔｒは、張力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３をそれぞれ独立に制御することによって制御するのが好ましい。なぜなら、巻取張力Ｔｒを知り、それを制御するためには、フィルムロール体が保有する張力を知る必要があるが、それは困難なことであり、張力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を上述の（２）〜（５）式にしたがって個別に制御するほうが容易であるからである。
【００１９】
さらに好ましくは、図３に示すように、フィルムロール体の巻径が大きくなるにしたがって張力Ｔ２の割合を大きくし、張力Ｔ３の割合を小さくすれば、巻取張力Ｔｒを巻皺等を防止するのに必要な値に維持しつつフィルムロール体の内部張力をより均一にすることができるようになる。上記（４）式に基づく張力Ｔの割合を大きくし、張力Ｔ３の割合を小さくしてもよい。
【００２０】
図４は、上述したフィルムロール体の製造方法をフィルムスリッタに適用した場合を示すもので、原反９から送り出された広幅のフィルムＦは、カッタ１０によって２分割され、それぞれ、図２に示したように、搬送ローラ３によって搬送され、さらにタッチローラ２を経て巻芯５上に巻き取られ、フィルムロール体６とされる。巻取中、タッチローラ２はシリンダ１１によってフィルムロール体６に所望の力で押圧される。また、搬送ローラ８の上流側でフィルムＦが保有する張力Ｔ１は、原反５と搬送ローラ８の間に配置された張力計１２によって知ることができる。さらに、タッチローラ２と搬送ローラ８との間の張力Ｔは、タッチローラ２と搬送ローラ８との間に設けた張力計１２によって直接知ることができる。これらの張力計としては、たとえば軸受がロードセルからなるローラを用いることができるが、張力計の前後で張力が変化しないよう、ローラは、軸受のメカニカルロスが小さいものや、フィルムと同一速度で駆動されるものであるのが好ましい。
【００２１】
張力Ｔを上述した（３）式に基づいて求める場合、タッチローラの駆動トルクＭは直接測定すればよい。また、メカニカルロスＭｍは、上述したように慣性トルクと摩擦トルクとからなる。慣性トルクは、慣性モーメントと角加速度との積から求めることができるので、タッチローラの角加速度の設定値か実測値から知ることができる。摩擦トルクは、タッチローラをフィルムを接触させないで駆動した場合の、一定速度時の駆動源のトルクから知ることができる。
【００２２】
また、タッチローラの回転駆動によってフィルムに加わる張力Ｔ２は（２）式により求めるが、搬送ローラの周速度Ｖ２やタッチローラの周速度Ｖ１は、接触式エンコーダや非接触式レーザ速度計、ローラ軸に直結したエンコーダのパルスから求めることができる。
【００２３】
さらに、巻取軸の回転駆動によってフィルムに加わる張力Ｔ３は、（５）式から求めるが、これにはフィルムロール体の半径Ｒが関連する。この半径Ｒは、巻き取りが進むにつれて増大するため、巻取中に半径Ｒを知る必要がある。この半径Ｒは、フィルムの巻長とフィルムロール体の横断面積とから計算によって求めてもよいし、巻取中にフィルムロール体に変位計をあてて測定することによって求めてもよい。
【００２４】
さて、巻取張力Ｔｒは、上述のようにして求めた張力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を、張力コントローラ１３によって（６）式または（７）式の演算を行い、制御する。この場合、合力Ｔｒに基づいて張力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３にそれぞれフィードバック制御をかけることも可能である。このとき、巻取軸４は、たとえばモータ３としてＤＣモータを用い、トルクを制御することで張力Ｔ３をフィルムロール体１に付与する。
【００２５】
本発明の方法は、どのようなフィルムにも適用できるが、特に、弾性率が高く、滑りがあって高精度な張力制御が難しいフィルムに好適である。弾性率が高いフィルムは、伸びよりも滑りのトルクのほうが大きくなりやすく、滑りやすいためである。そのようなフィルムには、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート等に代表されるポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等に代表されるポリオレフイン、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン等に代表されるポリビニル、その他アラミド、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等からなる記録用や電気回路用フィルム、包装用やコンデンサ用フィルム、各種ラミネートフィルム等がある。これらのフィルムは、通常、多軸延伸されている。
【００２６】
【実施例および比較例】
以下に示す実施例および比較例においては、フィルムとして、電子回路用として製造された、長手方向の引張弾性率が４ＧＰａ、厚み１０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた。実施例および比較例に共通する条件は以下のとおりである。
【００２７】
巻取速度：２００ｍ／分
タッチローラの押圧力Ｐ：２００Ｎ／ｍ
巻長　　：８，０００ｍ
巻取幅　：１ｍ
また、実施例および比較例における個々の条件を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
実施例においては、図２に示した方法によった。巻取軸を回転駆動することで加わる張力Ｔ３は、フィルムロール体の内部張力を一定にするため、表１に示すように巻長（巻径）に応じて５０Ｎ／ｍから２０Ｎ／ｍまで直線的に減少させた。また、タッチローラを回転駆動することで加わる張力Ｔ２は、Ｔ３が減少した分だけ増大させた。これに対して、比較例においては、図１に示した方法を用い、（１）式に基づいて巻取張力Ｔｒを制御した。フィルムとタッチローラの摩擦係数μは０．４であり、μ・Ｐは１００Ｎ／ｍであった。ここでは、搬送ローラよりも上流側でフィルムが保有する張力Ｔ１は考慮されず、代わってタッチローラの押圧力Ｐに応じた摩擦力μ・Ｐ分が巻取張力Ｔｒの一部とされる。比較例１においては、このμ・Ｐのため、実施例に対してＴｒが既に高い数値となるため、張力Ｔ２およびＴ３は１０Ｎ／ｍと小さい値で一定とした。比較例２においては、μ・Ｐに対して、実施例と同程度の張力Ｔ２、Ｔ３をさらに加えた。ただし、張力Ｔ２、Ｔ３は一定とした。
【００３０】
実施例および比較例１、２の結果を表２に示す。評価はそれぞれ２回ずつ行った。また、巻皺、巻ずれ、フィルムロール体の内部張力は、それぞれ次のようにして測定、評価した。
巻皺：
○：目視による観察で巻皺が認められない
△：目視による観察で巻取中に軽度な巻皺が認められる
×：目視による観察で巻取中に著しい巻皺が認められる
巻ずれ：
フィルムロール体の端面の巻ずれを目視観察し、またはスケールで測定し、次のようにランク付した。
【００３１】
○：目視による観察で巻ずれが認められない。
【００３２】
△：１ｍｍ未満の巻ずれが認められる
×：１ｍｍ以上の巻ずれが認められる
フィルムロール体の内部張力：
フィルムロール体の巻き硬度から求めた。すなわち、フィルムロール体を巻長７，５００ｍ（表層）、３、０００ｍ（中層）および１，０００ｍ（内層）の部分で切開し、表面硬度をゴム硬度計で測定し、硬度が高いほど内部張力が高いものと評価した。なお、内部張力の大小は、フィルムロール体を切開したときの裂け具合である程度判断することができた。
【００３３】
【表２】

【００３４】
【発明の効果】
本発明は、搬送ローラにより搬送されるフィルムを、積極駆動されるタッチローラを備え、かつ、積極駆動される巻取軸を備えた巻取機を用いて巻き取るに際し、搬送ローラに搬入されるフィルムが有する張力Ｔ１と、タッチローラの回転駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ２と、巻取軸の回転駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ３との合力をフィルムの巻取張力としてそれら張力Ｔ１、Ｔ２およびＴ３を制御するので、実施例と比較例との対比からも明らかなように、記録用や電気回路用フィルムのように搬送中に滑りが発生しがちな高弾性率フィルムにおいても高精度な張力制御ができるようになり、皺や巻ずれが少なく、しかも、内部張力の均一性の高いフィルムロール体を製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフィルムロール体の製造方法を示す、巻取機の概略正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るフィルムロール体の製造方法を示す、巻取機の概略正面図である。
【図３】本発明における張力制御パターンの例を示すグラフである。
【図４】本発明の方法を適用したフィルムスリッタの概略正面図である。
【符号の説明】
１：モータ
２：タッチローラ
３：モータ
４：巻取軸
５：巻芯
６：フィルムロール体
７：モータ
８：搬送ローラ
９：原反
１０：カッタ
１１：シリンダ
１２：張力計
１３：張力コントローラ
Ｆ：フィルム
Ｐ：タッチローラのフィルムロール体への押圧力

Claims

搬送ローラにより搬送されるフィルムを、積極駆動されるタッチローラを備え、かつ、積極駆動される巻取軸を備えた巻取機を用いて巻き取るに際し、搬送ローラに搬入されるフィルムが有する張力Ｔ１と、タッチローラの回転駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ２と、巻取軸の回転駆動によりフィルムに加わる張力Ｔ３との合力をフィルムの巻取張力としてそれら張力Ｔ１、Ｔ２およびＴ３を制御することを特徴とするフィルムロール体の製造方法。
張力Ｔ１、Ｔ２およびＴ３をそれぞれ独立に制御する、請求項１に記載のフィルムロール体の製造方法。
搬送ローラの周速度とタッチローラの周速度との差に基づいて張力Ｔ２を制御する、請求項１に記載のフィルムロール体の製造方法。
タッチローラの駆動トルクに基づいて張力Ｔ１と張力Ｔ２との合力を制御する、請求項１に記載のフィルムロール体の製造方法。
フィルムロール体の巻径の増大に伴って、張力Ｔ２の割合を大きくするとともに張力Ｔ３の割合を小さくする、請求項１に記載のフィルムロール体の製造方法。
フィルムロール体の巻径の増大に伴って、搬送ローラとタッチローラとの間でフィルムに加わる張力の割合を大きくするとともに張力Ｔ３の割合を小さくする、請求項１に記載のフィルムロール体の製造方法。
請求項１〜６のいずれかの方法によって製造されたフィルムロール体。