JP2012096547A - 合成材料のフィルムを横方向に延伸させるシステム用の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速延伸マシンに適用可能な駆動装置の提供。
【解決手段】フィルムの支持、反動、および延伸のための一連の掴み具を有し、これら掴み具が、レールによって支持および案内されて、これら掴み具を互いに接続するエンドレス・チェーン３によって駆動される、延伸システムに関する。各チェーンは、大きな直径を有する２つの歯ホイール６，７、即ち、アウトバウンド部４の前端部に位置するホイール６とチェーンの戻り部５の後端部に位置する他方のホイール７とによって駆動される。各ホイール６，７には、回転駆動させるモータ駆動手段が設けられており、これら手段は、互いに同期される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に合成材料のフィルムの延伸の技術分野に関し、更に詳細には、フィルムを保持し、搬送し、および延伸させるために連続したグリッパーを使用し、これらグリッパーがレールによって支持および案内されてこれらを互いに接続するエンドレス・チェーンによって前方に駆動されるような、合成材料のフィルムの横方向延伸システム用のモータ駆動式駆動装置に関し、また、これに関連して、グリッパーが取着されたチェーンを前方へ駆動させる装置に関する。

溶融状態にある材料が、フィルムの結晶化を遅くして後に行なうフィルムの延伸を可能にするように、冷えた注型ドラム上に堆積された後で、押出されたストリップから合成材料の２軸配向フィルムが得られる。

押出されたストリップが、長手方向延伸マシン中を通り、様々の連続したロールの間の速度差に基づいて延伸が行なわれる。続いて、ストリップは、横方向延伸マシンを通る。ここでは、ストリップは、チェーン上に設けられたグリッパーによって保持され、ストリップの分離が徐々に増していく。

逐次延伸（sequential drawing）として公知のこのタイプの延伸は、ポリプロピレンやポリエステルのような多くの合成材料フィルムに非常に適しており、かくして、当業界で広く使用されている。

２軸配向合成フィルムを製造する方法の他の重要な工程は、大きなオーブン内で行なわれるいわゆる横方向延伸位相である。このオーブン内では、複数のグリッパーと案内部材とが設けられた２つのチェーンが横方向レールに沿って動く。チェーンは、まずフィルムが所望の温度に達するまで平行に動き、その後で、案内レールを調節するために、フィルムを横方向に延伸させるように左右対称に分岐する。延伸の後、延伸されたフィルムが結晶化されるか、場合によっては熱緩和され得るように、案内レールが平行あるいは等しく細く集束する構造に戻る。

明らかに、市場のニーズに合致するまずまずの収益性という目的を果すために、マシンの個々の出力を上げる必要がある。これは、製造されたフィルム１ｋｇごとの投資コストと消費電力とを比例的に減じる効果がある。このような能力の向上は、明らかに、フィルムの幅を増すこと、あるいは製造率を上げることによってのみ得られる。

最近まで好まれていたのは、フィルムの幅を増すことだった。これは、一方では、既に発展されたグリッパーとレールシステムとの最大移動速度に特有の制限のためであり、他方では、高価な機械機器はマシンの幅に関係なく同じであり、より大きいマシンを設計する方が経済的に安価なためであった。

これが、１０年ほど前にはその幅が決して５ないし６ｍまで至らなかった２軸配向フィルムの製造マシンが、現在では、普通に８，９ｍ、および、１０ｍもの幅を有する理由である。

このような幅の問題以上に難しい供給や表面処理実装の問題、あるいは巻取りシステムの問題が発生するため、または、単純に合成材料のシートの操作に関連する問題があるため、上記の傾向が好ましいとされ続けると考えるのは難しい。

従って、現在の傾向は、再度、マシンの製造率を上昇させるためのものである。この傾向の持続は、例えば出願人の名前の特許文献１によって保護されているようなレールおよび把持装置の市場の状況によってはるかに容易にされている。

特に、チェーンを備えているか上記特許に説明されているように摺動する可動部システムと組み合わせて連続した案内手段を設置することで、現在では、３００ないし５００ｍ／分の製造率が得られる。

かくして、これらの装置により、大きなフィルム幅、即ち７，８，９あるいは１０ｍものフィルム幅と、５００あるいは６００ｍ／分を超えることも可能な高い機械的製造率とを組み合わせた高性能製造マシンが設計および製造可能である。

しかしながら、高速マシンで製造されるフィルムの品質が低速の旧世代マシンの品質に少なくとも匹敵する、あるいは同等となる必要がある場合は、横方向延伸オーブンの長さが増されなくてはならないことが明らかである。これは、この方法の重要な非圧縮性のパラメータが、例えば、フィルム全体が加熱されて均等に延伸されるために必要なオーブンの予熱区域内での滞留時間であるためで、これには、予熱区域を延長し、あるいは延伸を更に向上させることが必要である。延伸の更なる向上のためには、延伸区域を延長し、完全結晶化を可能にして製造されるフィルムの安定性を確実にするのに十分に長い熱安定化時間を高製造率を保ちながら最終的に維持することが必要になる。つまり、熱安定化区域は延長されなくてはならない。

複数の検討事項をこのように組み合わせた結果、高速横方向延伸マシンは、レールおよびグリッパーのような構成部品の品質の高さによって、特に高い機械速度で動作することができなくてはならないが、同時に、マシンおよび関連したオーブンの対応する長さが増されなくてはならない。

横方向延伸マシンの延長には多くの問題が伴うが、そのうちの主な２つの問題が以下である。

グリッパーと同期するチェーンは、通常、マシンの出口側に位置する電動シャフトによって適当な減速ギアボックスを通じて駆動されるスプロケットにより、案内部材の上方で駆動される。チェーンおよびグリッパーから成る可動装置は、もう１つの駆動されないスプロケットによりオーブンに入口で戻される。これによって、チェーン／グリッパーアセンブリは、戻るように、オーブン中に再び入り、フィルムを搬送する。

従って、オーブンの出口に位置する駆動されるスプロケットは、オーブン内のストランドだけでなく戻りストランドについても、即ち、このマシンの長さの２倍分にほぼ等しい長さにわたって、チェーンとグリッパーとから成る全体を駆動させなくてはならない。かくして、このスプロケットは、駆動力をチェーンに伝えなくてはならず、この結果、チェーンに張力が生じるが、この張力は、この動作に対抗する力、即ち、機械的な摩擦およびフィルムの延伸力よりも高くなくてはならない。

これらの力は、加速もしくは減速位相中の高速マシンでは特に高く、そして、チェーンに結果的に生じた張力は、容認されないか、チェーンの破断の限界に近づくことがある。そのときは、チェーン／グリッパーアセンブリの破損あるいは頻繁な脱線のような非常に深刻な製造上の事故を生じる。

チェーンの張力がこのように増すと、チェーンそれ自体だけでなく、特に、運転中にマシンを潤滑しなくていいように高性能マシンで使用されることが増してきた自己潤滑性リングもが損傷される。自己潤滑性リングは、数年間にわたって潤滑を行なう。こうしたリングにより、確実に、潤滑部品を粉砕してこれを取り返しのつかないほど損傷する傾向のある過度な局所的圧力に摩擦面が晒されないという条件でシステムが完璧に運転される。リングにかかるこの局所的圧力は、チェーンの動作張力とちょうど比例する。

スプロケットによって駆動されるチェーンが動作する速度を増すことにより、すぐに、ポリゴン効果として知られるものを受けて相当の振動が発生する。ポリゴン効果は、チェーンが駆動されるスプロケットと接触する領域内で複雑な力学から発生する良く知られた効果である。

このポリゴン効果に対抗する唯一の方法は、チェーンのピッチを減じる（マシンのコストに著しい影響を与えることが必至）か、スプロケットの直径を長くすることである。

スプロケットの直径は、ポリゴン効果を許容出来るレベルまで減じるために必要となるスプロケットの直径は、現在の製造率の場合、１ｍあるいは１．５ｍよりも大きいため、問題なしで長くすることはできない。

スプロケットの直径をこれらの値より大きく、かつスプロケットが高速で動作するマシンにとって望ましいままで維持されるように長くすると、スプロケットの製造および案内部の平坦さに関する問題が生じ、また、スプロケットと減速ギアボックスのモータ駆動部材との間の問題も発生する。スプロケットのホイールの直径が大きくなるほど、スプロケットの回転速度と駆動シャフトの回転速度との間の相対差もまた大きくなるため、この減速率が、次第に高くされる必要がある。

仏国特許２６８６０４１号 米国特許３２７６０７１号 仏国特許１３１８１３０号

特許文献２あるいは特許文献３の場合は、本マシンは、同時延伸マシン、即ち、様々な長さのリンクを有するチェーンによって長手方向と横方向の延伸を行ない、低速で駆動されなくてはならないマシンである。かくして、これらの文献は、本発明の課題を扱っていない。更に、これらの文献は、チェーンが上を走るスプロケットの大きさに関して何の情報も与えていない。

本発明の目的は、上述した欠点を軽減し、レール、グリッパー、およびチェーンシステムが高速で、特に横方向延伸マシンのために、問題なく動作するように製造されるようにすることである。

この目的を達するために、本発明の主題は、導入部で示したようなタイプの、合成材料のフィルムを横方向に延伸させるシステム用の駆動装置である。この駆動装置は、基本的に、グリッパーを接続する各エンドレス・チェーンを駆動させるために、少なくとも２つの大きい直径の駆動スプロケット、即ち、チェーンの“アウトバウンド”ストランドの前端部に位置する駆動スプロケットと、チェーンの“戻り”ストランドの後端部に位置するもう１つのスプロケットとを有し、また、このスプロケットを回転駆動させるために各スプロケットに接続されたモータ駆動手段が設けられていて、これら２つの夫々のスプロケットに接続されたモータ駆動手段は、互いに同期されることを特徴とする。

かくして、本発明を基礎付ける第１の処理は、現在通常では１ｍないし１．５ｍである直径を大きく超える大きな直径を有し、１．５ｍより大きい直径を有する本発明の主題である装置のチェーンを駆動させるスプロケットを使用することである。

本発明を基礎付ける第２の処理は、チェーン用に、２つの駆動スプロケット、即ち、横方向延伸システムの入口に位置するスプロケットと、同じ延伸システムの出口に位置するスプロケットとを使用することである。これら２つのスプロケットは、夫々が回転駆動手段を有していて駆動される。

これらのモータ駆動手段は、各駆動スプロケット用に、特にフィードバック制御電気モータを有している。２つのスプロケットの夫々に接続された２つのモータは、速度が同期され、エンドレス・チェーンを駆動させるのに必要なトルクが、横方向延伸システムの入口に位置するスプロケットとこの横方向延伸システムの出口に位置するスプロケットとの間で多かれ少なかれ分割されるように、フィードバック制御される。

このデザインにより、チェーンの各ストランド、即ち、“アウトバウンド”ストランドと“戻り”ストランドが確実に、２つのスプロケットのうち夫々に割り当てられた各スプロケットによって直接に駆動され得る。この点が、両ストランド、つまり、“アウトバウンド”ストランドと“戻り”ストランドとが通常は１つのスプロケットによって駆動され、他のスプロケットが単なる回転スプロケットである現在の装置と異なっている。

かくして、本発明の主題である駆動装置により、チェーンが晒されることになる張力が半分まで減じられる。従って、横方向延伸マシンが、高速で使用可能であり、従来のチェーン／グリッパーアセンブリデザインを保持できる。

本発明の解決法により更に、このような高速延伸マシンで、チェーンに張力が発生した結果として許容範囲を超える圧力がリングにかかることなく、自己潤滑チェーンを使用することができる。

本発明の他の態様に関われば、大きな直径を有する各スプロケットは、駆動されるチェーンに合致するようにされた歯部を供えた外側環と、所定の水平な支持部とから成る。これら環と支持部とは、複数のボール、あるいはローラーによって互いに接続され、支持部が支持構造体に水平に固定された状態で、外側環が回転するよう案内する。この構成により、支持部が固体の支持構造体に完全に水平に固定されているため、チェーンを案内および駆動させるスプロケットの外側環はまた、大きな直径を有しているのにも関わらず、確実に水平面内に保持され得る。

有利な１実施形態に関われば、大きな直径の各駆動スプロケットの外側環には、スプロケットの外径と等しい直径を有する内側歯部が設けられている。関連するスプロケットに接続されたモータ駆動手段によって回転駆動される比較的小さな直径を有する電動ピニオンが、この内側歯部に係合する。

歯部を有する内側の環と係合する電動ピニオンを使用するこのタイプの駆動には、減速器を製造する更なる利点がある。この減速率は、駆動スプロケットの直径が大きくなり、電動ピニオンの直径が比較的小さくなると増す。かくして、電動ピニオンは、比較的高速で回転し、つまり、これが、関係するスプロケットに接続されたモータの出力シャフトによって直接に回転駆動されても、直角ギアにより、あるいはギアによらずに、比較的小さなサイズの減速ギアボックスを通じて回転駆動されてもよい。

本発明の主題である装置が設けられた延伸マシンの上部の非常に概略的な平面図である。 スプロケットホイールとその回転駆動部との斜視図である。 本駆動装置の垂直断面図である。

本発明は、合成材料のフィルムを横方向に延伸させるシステム用の駆動装置の１つの実施形態を添付の図面を参照して例示する以下の説明によってより良く理解されるだろう。

図１は、フィルムの横方向延伸マシンの非常に概略的な概観を与えている。このようなマシンでは、延伸されるフィルム２が、温度制御チャンバ内の連続した区域を（ここでは詳述しない）連続して通るように、矢印Ｆの方向に搬送され、まずは長手方向に、続いて横方向に延伸される。

フィルム２を保持して搬送するために、フィルムはその２つの対向エッジに沿ってグリッパーによって把持される。グリッパーの構造は、公知であり、特に、上述された仏国特許２６８６０４１号に開示されたものに従っていてよい。これらのグリッパーは、延伸マシンに対して左右対称に位置し、矢印Ｆ１、Ｆ２の夫々の方向に駆動される２つのエンドレス・チェーン３に設けられている。各エンドレス・チェーン３は、この内側チェーン４である駆動部を有しており、この外側ストランド５によって戻される。２つのチェーン３に夫々属する２つの内側ストランド（内側チェーン）４は、フィルム２が横方向に延伸される区域に対応する分岐部を特に有している。

本発明は、最も詳細には、２つのエンドレス・チェーン３を駆動させる装置に関する。この駆動装置は、システムに対して完全に左右対称に設けられた２つのチェーン３のうち一方のみに関して従うと説明されている。

駆動装置は、垂直軸Ａ，Ｂを夫々有し、かくして、水平面内に位置する２つの駆動スプロケット６，７を有している。これらは、
延伸マシンの出口、即ち、内側ストランド、つまり、“アウトバウンド”ストランド４の前端部に位置する第１のスプロケット６と、
延伸マシンの入口、即ち、外側ストランド、つまり、“戻り”ストランド５の後端部に位置する第２のスプロケット７とである。

２つの駆動スプロケット６，７は、１．５ｍよりも大きな直径Ｄを有し、この大きさのオーダは、例えば１．５ｍないし２．５ｍである。

１つのスプロケット６の構造および回転駆動手段が、図２および図３を参照して説明される。もう１つのスプロケット７は、同様の構造と駆動手段とを有している。

実際のスプロケット６は、駆動されるエンドレス・チェーン３の特徴に合致する外側歯部９が設けられた外側環（outer annulus）８を有しており、チェーンは、外側歯部９の周りを走行する。外側環８は、中央ディスク１０に装着されている。

内側歯部１２を備えた環１１が、外側環８の下に同心状に設けられ、スプロケット６を回転駆動させるために使用される。

２つの同心状の環８，１１によって形成されたアセンブリが、１組のボール１３によって回転するように設けられ、所定の支持構造体１５に属する水平サポート１４によって支持されている。１組のボール１３はまた、スプロケット６を水平面内に保持している。

支持構造体１５は、電気サーボモータ１６を支持し、このモータの水平に位置された出力シャフト１７が、直角ギアによって、ギア付きの減速ギアボックス１８に作用する。減速ギアボックス１８から垂直に延びた出力シャフト１９は、比較的小さな直径を有する電動ピニオン２０を支持している。この電動ピニオンは、サーボモータ１６によるスプロケット６の回転駆動のために付加的な減速ステージを形成する内側歯部１２と係合している。

もう一度延伸マシン全体を考えると、このマシンの各側で、エンドレス・チェーン３が、示したようにモータ駆動される２つのスプロケット６，７によって駆動される。２つのスプロケット６，７の夫々のサーボモータ１６が同期される。かくして、第１のスプロケット６は、各エンドレス・チェーン３の“アウトバウンド”ストランド４を引き、それに対して、第２のスプロケット７は、このチェーン３の“戻り”ストランド５を引く。

２…延伸されるフィルム２、３…エンドレス・チェーン、６，７…駆動スプロケット、１６…電気サーボモータ。

Claims (6)

1. フィルム（２）を保持し、搬送し、延伸させるために連続したグリッパーを使用し、これらグリッパーが、レールによって支持および案内され、これらグリッパーを互いに接続する所定のピッチの複数のエンドレス・チェーン（３）によって前方に駆動される、合成材料のフィルムを横方向に延伸させる横方向延伸システム用の駆動装置であって、
   前記グリッパーを接続する各エンドレス・チェーン（３）を駆動させるために、大きな直径（Ｄ）を有する少なくとも２つの駆動スプロケット（６，７）、即ち、チェーン（３）の“アウトバウンド”ストランド（４）の前端部に位置する駆動スプロケット（６）と、チェーン（３）の“戻り”ストランド（５）の後端部に位置する駆動スプロケット（７）とを具備しており、また、夫々のスプロケット（６，７）を回転駆動させるために夫々の各スプロケット（６，７）に接続されたモータ駆動手段（１１ないし２０）が設けられており、
   前記モータ駆動手段は、２つの駆動スプロケット（６，７）のそれぞれの駆動ための、２つのフィードバック制御用の電気モータ（１６）を有することを特徴とする、駆動装置。
2. 前記チェーン（３）を駆動させるための駆動スプロケット（６，７）は、１．５ｍを超える直径（Ｄ）を有していることを特徴とする請求項１の駆動装置。
3. 大きな直径（Ｄ）を有する前記各駆動スプロケット（６，７）は、駆動されるチェーン（３）と合致する歯部（９）を備えた外側の環（８）と、所定の水平なサポート部（１４）とを有し、これら環（８）と水平なサポート部（１４）とは、この外側の環（８）が回転するよう案内する１組のボール（１３）あるいはローラーによって互いに接続されており、また、前記サポート部（１４）は、支持構造体（１５）に水平に取着されていることを特徴とする、請求項１もしくは２の駆動装置。
4. 大きな直径（Ｄ）を有する前記各駆動スプロケット（６，７）の外側の環（８）には、このスプロケットの外径（Ｄ）と同じ直径を有する内側の歯部（１２）が設けられ、この歯部（１２）は、比較的小さな直径（ｄ）を有していて関係するスプロケットに接続されたモータ駆動手段（１６）によって回転駆動される電動ピニオン（２０）と係合することを特徴とする、請求項３の駆動装置。
5. 前記電動ピニオン（２０）は、関連した前記電気モータ（１６）の出力シャフトによって直接に回転駆動されることを特徴とする請求項４の駆動装置。
6. 前記電動ピニオン（２０）は、直角ギアによって、あるいは直角ギアによらずに、減速ギアボックス（１８）を通じて回転駆動され、この減速ギアボックス（１８）は、比較的小さいことを特徴とする請求項４の駆動装置。

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