JP2008290310A - シート・フィルム成形用ロール装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチ抜けを防止でき、幅方向の厚みが均一で歪みのない薄物フィルムが形成できる薄物フィルム製造装置を提供する。
【解決手段】成形スタンド１には主ロール２と、副冷却ロール３と、副冷却ロール３の反対側にある弾性ロール４と、弾性ロール４を主ロール２に向けて押圧するバックアップロール５を配置している。Ｔダイ６を通して供給される樹脂材（液）８は、主ロール２と弾性ロール４のギャップに供給され、冷却、成形されてフィルム１０になる。弾性ロール４は弾性薄肉のシエル４１を有し荷重により撓む。バックアップロール５で弾性ロール４を加圧して撓ますことにより、樹脂材８に所望の力が加わり、材料幅方向の荷重を調整できる。荷重調整機構２０はコッター位置を調整し、弾性ロール４の押付力とバックアップロール５の押付力のバランスを調整し、タッチ抜けの防止や幅方向の厚みの調整を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチックの押出成形シートやフィルムを挟圧成形して冷却し、シート製品やフィルム製品を製造するシート・フィルム成形用ロール装置とその荷重調整機構及び調整方法に関する。

従来から熱可塑性樹脂の透明なシート・フィルムの押出成形法では、剛性の高い金属ロールによる挟圧成形法が用いられてきた。供給された溶融樹脂の余剰分はロール間に溜まり、バンクが形成される。連続的にバンクが形成されることによりシート・フィルムの表裏面に挟圧しているロール表面がきれいに転写される効果をもたらして、透明なシート・フィルムが成形される。しかし、薄物シート・フィルム（例えば、厚さ０．３ｍｍ以下）の場合には、バンクの量を少なくする必要があり、バンク量を多くすると、製品の表面にバンクマークと呼ばれる横縞状の凹凸模様が発生して製品外観を損なうこととなる。このバンク量を適正に許容範囲内に納める事は至難の域であった。又、バンク量が少なくなると、ロール表面の鏡面や梨地面の転写ができず、ロール面に接触できなかった部分のシート表面に凹凸、ちり緬皺、あばた等、タッチ抜けと通称される現象が発生する。これに対応するため、特許文献１には、弾性ロールを内筒と外筒で形成し、その空間部に冷却媒体を流すと共に、外筒の肉厚を内筒の肉厚の１／２〜１／１０程度にする開示がある。

特開２００２−３６３３３号公報

上記従来技術においては、弾性ロールのロール面はクラウンが付けられ、主冷却ロールへの押付け力によりシートが幅方向に直線状に可撓するようになっている。しかし、ロール表面は滑らかに連結されなければならず、この調整が簡単には行えない。

ロール幅方向に均一に荷重を与えるために、ロールにクラウンを加工することはよく知られている。しかし、クラウン加工は一定の条件でのみ有効であり、条件が変わると別のクラウンを用意し、ロール交換が必要になる。このため、幅方向の厚みむらの解決には依然、問題が残されている。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、タッチ抜けを防止し、幅方向の厚みが均一で歪みのない薄物フィルムが形成でき、かつ厚み調整が容易に行えるシート・フィルム成形用ロール装置及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、樹脂材をロール間で冷却しながらシート状に成形する薄物フィルム製造装置において、剛性を持つ主ロールと、弾性変形が可能なシエルを持つ弾性ロールと、前記弾性ロールに接して前記主ロール方向に荷重を加えるバックアップロールと、前記主ロールと前記弾性ロール間の位置、前記弾性ロールと前記バックアップロール間の位置を調整する荷重調整機構を備えることを特徴とする。

前記弾性ロールは十分な剛性を有する内筒と、前記樹脂材からの反力により撓む薄肉シエルとから構成され、前記バックアップロールの荷重を前記薄肉シエルを介して前記樹脂材に与える。

前記荷重調整機構は、各ロールを前記荷重の方向に移動可能な軸受箱で支承し、軸受箱間のコッターを押込みまたは引き抜き方向に移動するように構成している。

本発明は、樹脂材をロール間で冷却しながらシート状に成形する薄物フィルム製造装置の制御方法であって、成形のための材料幅がバックアップロール幅と同等の場合で、成形材の全面にタッチ抜けがあるときは、主ロールと弾性ロール間の軸間距離を狭めるように制御することを特徴とする。

また、成形のための材料幅がバックアップロール幅と同等の場合で、成形材に部分的にタッチ抜けがあるときは、タッチ抜け箇所に応じて主ロールと弾性ロール間の軸間距離と、弾性ロールとバックアップロール間の軸間距離を互いに相反するように制御することを特徴とする。

また、成形のための材料幅がバックアップロール幅と異なる場合は、主ロールと弾性ロール間の軸間距離と、弾性ロールとバックアップロール間の軸間距離を互いに相反するように制御することを特徴とする。

本発明の薄物フィルム製造装置によれば、樹脂の成形過程において発生する、バンクマークと呼ばれる横縞状の凹凸模様の発生や、タッチ抜けを防止でき、幅方向の厚みが均一で歪みの少ないフィルムを成形できる。また本発明の薄物フィルム製造装置の制御方法によれば、バックアップロールが与える荷重を調整することで、薄肉ロールに与える荷重を簡単に調整でき、かつ材料幅とバックアップロール幅との関係により、材料の中央部、あるいは材料の両端部への荷重を容易に調整できる効果がある。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態を示す薄物フィルム製造装置の構成を示す。図１のように、成形スタンド１には主ロール２、副冷却ロール３、弾性ロール４、バックアップロール５が配置されている。主ロール２と副冷却ロール３は高剛性の金属ロールで、クラウンは有していない。主ロール２に対し、副冷却ロール３の反対側にある弾性ロール４は弾性薄肉ロールで、その外周の肉厚は金属であれば５ｍｍ以下、望ましくは１−３ｍｍである。さらに、弾性ロール４を主ロール２に向けて押圧するバックアップロール５を設け、その表面をテフロン（登録商標）で構成している。

液状樹脂供給装置７からＴダイ６を通して供給される樹脂材（液）８は、主ロール２と弾性ロール４のギャップに供給され、冷却、成形されてフィルム１０になり、さらに主ロール２と副冷却ロール３のギャップを経て巻取機９に巻き取られる。

図２は弾性ロールの断面構造を示す構造図である。弾性ロール４は剛性の高い内筒４２とそれを取り巻く薄肉シエル４１から構成され、内筒や軸は撓むことがない。一方、薄肉シエル４１は弾性薄肉（１−３ｍｍ）で、荷重により撓むことができる。この撓んだ薄肉シエル４１をバックアップロール５で押さえることにより、薄肉シエル４１を介して樹脂材８に力が加わり、材料幅方向の荷重を調整することができる。薄肉シエル４１と内筒４２の間には冷媒（熱媒油）４４を流す通路４３が形成されている。

本実施例の成形スタンド１では、主ロール２と弾性ロール４のロール幅（荷重幅）が同じであり、バックアップロール５のロール幅（荷重幅）は材料幅と同じであることが多い。また、弾性ロール４以外の各ロールも中空に形成されていて、その中空部に冷媒を循環している。

各ロールへの荷重の調整は荷重調整機構２０によって行われる。図３は、荷重調整機構を備えた成形スタンドの構成を示す。荷重調整機構２０は各ロールに対応して軸受箱２１、コッター２２、コッター位置調整用モータ２３及びシリンダー２４を備えている。軸受箱２１は主ロール２を固定すると共に、弾性ロール４、バックアップロール５をそれぞれ荷重方向にスライドするように支承する。軸受箱２１の動作はシリンダー（油圧又はエアシリンダー）２４で加圧する機構となっている。

軸受箱間にはくさび状のコッター２２を設け、コッター位置調整用モータ２３によってコッター位置を調整して、ロールの位置決めや荷重の調整を行う。なお、バックアップロール用のシリンダー２４のみを設置し、その荷重を弾性ロール４を介して樹脂材８に与えるようにしてもよい。また、シリンダー２４に替えてウオームジャッキを設置し、このジャッキにて位置調整を行い、荷重を与えるようにしてもよい。

図３では荷重調整機構の左側のみを示しており、右側は省略している。このように、弾性ロール４の押付力とバックアップロール５の押付力のバランスを調整することで、タッチ抜けの防止や幅方向の厚みの調整を容易に行うことができる。また、図３の右側にはＢ−Ｂ断面を示し、樹脂材８が主ロール２と弾性ロール４のギャップを通り、更に副冷却ロールを経てフィルム１０に成形される様子が示されている。

ここで、主ロール２の必要荷重Ｆは、弾性ロール４の各端にかける荷重Ｆ１、バックアップロール５の各端にかける荷重Ｆ２とすると、（１）式の関係になる。
Ｆ＝２Ｆ１＋２Ｆ２ …（１）
ここで、Ｆ１＝Ｆ２またはＦ１＝０とすると、弾性ロール４は材料側とバックアップロール側に均等に撓む。このように、Ｆ１とＦ２のバランスを調整することで、厚みやタッチ抜けの微調整を容易に行うことができる。

図４は荷重調整機構の調整の手順を示すフローチャートである。運転開始に際して、ステップ１０１では基本状態の調整（初期調整）を行う。主ロール２とタッチロール４間及びタッチロール４とバックアップロール５間のコッター２２の位置をそれぞれモータ２３で調整し、主ロール２、弾性ロール４及びバックアップロール５の中心位置を、弾性ロール４の変形状態が左右対称になるように設定する。すなわち、材料８からの反力に等しい荷重をバックアップロール５に与え、弾性ロール４が均等に撓むようにする。このために、Ｆ２が材料８からの反力に等しい荷重となるように、シリンダー２４のストロークを調整し、調整されたＦ２をバックアップロール５に与えるようにしても良い。これにより、弾性ロール４の主ロール側とバックアップロール側のつぶれ量が均等になる。この基本状態で運転が開始される。

次に、ステップ１０２で、材料幅はバックアップロール幅と同じかをチェックする（通常の状態）。同じときに行う制御の開始状態を状態（Ａ）とする。ステップ１０３では、成形されたフィルム１０にタッチ抜けが有るか否かをチェックする。タッチ抜けがなければ定常運転（生産）に移行する（ステップ１１２）。

スッテップ１０３でタッチ抜けがある場合、ステップ１０４ではタッチ抜けが材料幅の全面か、部分的かを指示する。この指示は人の目による判断によっても良いが、材料面の光学的な検知に基づいて自動的に行っても良い。タッチ抜けが全面にある場合は、主ロール２と弾性ロール４間のコッターを抜き方向に移動し、ロール軸受箱間ギャップを狭め、押付け力を増す（ステップ１０５）。その後、状態（Ａ）へ戻る。スッテップ１０４で、タッチ抜けが部分的な場合は、ステップ１０６でタッチ抜け箇所を指示する。

ステップ１０７は、タッチ抜けが材料幅の中央部に多い場合で、主ロール２とタッチロール４間のコッターを押込み方向に移動し、そのロール軸受箱間ギャップを広げる。さらに、弾性ロール４とバックアップロール５間のコッターを抜き方向に移動し、そのロール軸受箱間ギャップを狭める。その後、状態（Ａ）へ戻る。

すなわち、主ロール中心軸とタッチロール中心軸の距離が基本状態より大となり、弾性ロール中心軸とバックアップロール中心軸の距離が基本状態より小になるので、弾性ロール４の材料側の中心部への荷重が大となる。

図５はステップ１０７の状態を示す模試図である。主ロール２と弾性ロール４間のコッターを押込み方向に移動し、弾性ロール４とバックアップロール５間のコッターを抜き方向に移動している。これにより、バックアップロール５の押付力はタッチロール４を介して材料の中央部に作用し、中央部のタッチ抜けを防止できる。

ステップ１０８は、タッチ抜けが材料幅の両端部に多い場合で、主ロール２と弾性ロール４間のコッターを抜き方向に移動し、そのロール軸受箱間ギャップを狭める。さらに、タッチロール４とバックアップロール５間のコッターを押込み方向に移動し、そのロール軸受箱間ギャップを広げる。その後、状態（Ａ）へ戻る。

図６はステップ１０８の状態を示す模試図である。主ロール２と弾性ロール４間のコッターを抜き方向に移動し、弾性ロール４とバックアップロール５間のコッターを押込み方向に移動している。これにより、バックアップロール５の押付力は弾性ロール４を介して材料の両端部に作用し、両端部のタッチ抜けを防止できる。

ステップ１０２で材料幅とバックアップロール幅が異なる場合に、ステップ１０９で材料幅がバックアップロールより狭いか否かを判定する。狭い場合はステップ１１０で、主ロール２と弾性ロール４間のコッターを押込み方向に移動し、そのロール軸受箱間のギャップを広げる。さらに、弾性ロール４とバックアップロール５間のコッターを抜き方向に移動し、そのロール軸受箱間のギャップを狭める。その後、状態（Ａ）へ戻る。

ここでは、材料からの反力より大きい荷重Ｆ２をバックアップロール５に与えている。すなわち、主ロール中心軸と弾性ロール中心軸の距離は基本状態より大にし、弾性ロール中心軸とバックアップロール中心軸の距離は基本状態より小にすることにより、幅方向中央部に強い荷重が与えられるので材料端部の撓みが防止され、均等な厚みが得られる。

図７はステップ１１０の状態を示す模試図である。材料幅がバックアップロール幅より狭い場合で、主ロール２と弾性ロール４間のコッターを押込み方向に移動し、弾性ロール４とバックアップロール５間のコッターを抜き方向に移動している。これにより、バックアップロール５の押付力は弾性ロール４を介して材料全体に作用し、材料のタッチ抜けを防止できる。

ステップ１１１は、材料幅がバックアップロール幅より広い場合で、主ロール２と弾性ロール４間のコッターを抜き方向に移動し、そのロール軸受箱間のギャップを狭める。さらに、弾性ロール４とバックアップロール５間のコッターを押込み方向に移動し、そのロール軸受箱間のギャップを広げる。その後、状態（Ａ）へ戻る。

ここでは、材料からの反力と等しい荷重Ｆ２をバックアップロール５に与えている。すなわち、主ロール中心軸とタッチロール中心軸の距離を基本状態より小とし、弾性ロール中心軸とバックアップロール中心軸の距離も基本状態より大にする。これにより、弾性ロール４は主ロール側とバックアップロール側で対称、かつ均等に撓んでいるので、均等な厚みを得ることができる。

図８はステップ１１１の状態を示す模試図である。材料幅がバックアップロール幅より広い場合で、主ロール２と弾性ロール４間のコッターを抜き方向に移動し、弾性ロール４とバックアップロール５間のコッターを押込み方向に移動している。これにより、バックアップロール５の押付力は弾性ロール４を介して材料両端部まで作用し、材料のタッチ抜けを防止できる。

本発明の一実施例による薄物フィルム製造装置の構成図。 弾性ロールの構造を示す断面図。 荷重調整機構を備えた成形スタンドの概略図。 荷重調整機構の調整の手順を示すフローチャート。 タッチ抜けが中央部にある場合の荷重調整機構の調整状態を示す模試図。 タッチ抜けが両端部にある場合の荷重調整機構の調整状態を示す模試図。 材料幅がバックアップロールより狭い場合の荷重調整機構の調整状態を示す模試図。 材料幅がバックアップロールより広い場合の荷重調整機構の調整状態を示す模試図。

符号の説明

１…フィルム成形スタンド、２…主ロール、３…副冷却ロール、４…弾性ロール（弾性薄肉ロール）、４１…薄肉シエル、４２…内筒、５…バックアップロール、６…Ｔダイ、７…溶液状樹脂供給装置、８…樹脂材（液）、９…巻取機、１０…フィルム、２０…荷重調整機構、２１…軸受箱、２２…コッター、２３…コッター位置調整用モータ、２４…シリンダー。

Claims (9)

1. 樹脂材をロール間で冷却しながらシート状に成形する薄物フィルム製造装置において、
   剛性を持つ主ロールと、弾性変形が可能なシエルを持つ弾性ロールと、前記弾性ロールに接して前記主ロール方向に荷重を加えるバックアップロールと、前記主ロールと前記弾性ロール間の位置、前記弾性ロールと前記バックアップロール間の位置を調整する荷重調整機構を備えることを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置。
2. 請求項１において、前記弾性ロールは十分な剛性を有する内筒と、前記樹脂材からの反力により撓む薄肉シエルとから構成され、前記バックアップロールの荷重を前記薄肉シエルを介して前記樹脂材に与えることを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置。
3. 請求項１又は２において、前記荷重調整機構は、各ロールを前記荷重の方向に移動可能な軸受箱で支承し、軸受箱間のコッターを押込みまたは引き抜き方向に移動するように構成していることを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置。
4. 請求項１または２において、前記荷重調整機構は前記樹脂材からの反力と等しいバックアップロール荷重を幅方向に均等に与えるように調整することを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置。
5. 樹脂材をロール間で冷却しながらシート状に成形する薄物フィルム製造装置の制御方法において、
   成形のための材料幅がバックアップロール幅と同等の場合で、成形材の全面にタッチ抜けがあるときは、主ロールと弾性ロール間の軸間距離を狭めるように制御することを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置の制御方法。
6. 樹脂材をロール間で冷却しながらシート状に成形するシート・フィルム成形用ロール装置の制御方法において、
   成形のための材料幅がバックアップロール幅と同等の場合で、成形材に部分的にタッチ抜けがあるときは、タッチ抜け箇所に応じて主ロールと弾性ロール間の軸間距離と、弾性ロールとバックアップロール間の軸間距離を互いに相反するように制御することを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置の制御方法。
7. 請求項６において、タッチ抜け箇所が中央部に多い場合は、主ロールと弾性ロール間の軸間距離を広げ、かつ弾性ロールとバックアップロール間の軸間距離を狭めるように制御し、
   タッチ抜け箇所が両端部に多い場合は、主ロールと弾性ロール間の軸間距離を狭め、かつ弾性ロールとバックアップロール間の軸間距離を広げるように制御することを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置の制御方法。
8. 樹脂材をロール間で冷却しながらシート状に成形する薄物フィルム製造装置の制御方法において、
   成形のための材料幅がバックアップロール幅と異なる場合は、主ロールと弾性ロール間の軸間距離と、弾性ロールとバックアップロール間の軸間距離を互いに相反するように制御することを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置の制御方法。
9. 請求項８において、材料幅がバックアップロール幅より狭い場合は、主ロールと弾性ロール間の軸間距離を広げ、弾性ロールとバックアップロール間の軸間距離を狭めるように制御し、材料幅がバックアップロール幅より広い場合は、主ロールと弾性ロール間の軸間距離を狭め、弾性ロールとバックアップロール間の軸間距離を広げるように制御することを特徴とするシート・フィルム成形用ロール装置の制御方法。

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