JP2018069639A - 縦延伸装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】縦延伸時の熱可塑性フィルムにおいて転写傷や擦り傷等の発生を抑制することができる縦延伸装置を提供する。【解決手段】加熱ロール１３によって加熱された熱可塑性フィルムＦを、複数の低速駆動ロール８と複数の高速駆動ロール９との周速差によって延伸する縦延伸装置５において複数の低速駆動ロール８と複数の高速駆動ロール９とが、熱可塑性フィルムＦの搬送面に複数の吸引孔である低速側吸引孔８ｂと高速側吸引孔９ｂとを有するサクションロールから構成され、隣り合う低速駆動ロール８と高速駆動ロール９との間に複数の加熱ロール１３が設けられ、複数の加熱ロール１３にアクチュエータである追従用電動モータ１５がそれぞれ設けられ、複数の加熱ロール１３をそれぞれ独立して回転駆動可能に構成され、追従用電動モータ１５毎の出力トルクが追従用電動モータ１５毎に設定される目標値に一致するように制御される。【選択図】図３
Description
本発明は、縦延伸装置に関する。詳しくは、熱可塑性フィルムを加熱して搬送方向に延伸する縦延伸装置に関する。
従来、ポリエステル、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリオレフィン、ポリアミド等の熱可塑性ポリマーからなる熱可塑性フィルムは、包装用フィルム、製版基板、印刷用フィルム、ラミネートフィルム、磁気記録媒体あるいは光ディスク等の支持体として広く使用されている。このようなポリエステル樹脂等の熱可塑性フィルムは、延伸することにより優れた物性が得られることが知られており、通常一軸延伸フィルムあるいは二軸延伸フィルムとして使用されている。上記二軸延伸フィルムは、縦一軸延伸した後、横延伸することにより製造される。熱可塑性フィルムを縦延伸する場合、上流側の低速ロールと下流側の高速ロールとの速度差を利用して流れ方向に延伸させる。この際、熱可塑性フィルムを破断することなく安定して延伸が行えるように上流側の低速ロールと下流側の高速ロールとの間隔を広げることで（長スパン化）単位時間当たりのフィルムの伸び量を小さくする方法が知られている。例えば特許文献１に記載のごとくである。
特許文献１に記載の縦延伸装置は、上流側の低速ローラ（低速ロール）と下流側の高速ローラ（高速ロール）との間に加熱炉が設けられ、加熱炉の中に複数のパスローラが設けられている。縦延伸装置は、加熱炉によって加熱された熱可塑性フィルムがスパンを広げて配置された低速ローラと高速ローラとによって延伸されつつ、複数のパスローラによってフィルムの縦方向の皺が延ばされることで、フィルムの波打ちを防止して安定した延伸が行える。しかし、特許文献１に記載の技術は、熱可塑性フィルムを複数のパスローラに接触させることよって皺を延ばすため、搬送時の抵抗が大きい。従って、縦延伸装置は、高速ローラと低速ローラとにおいて熱可塑性フィルムが滑らないようにニップローラによってよって熱可塑性フィルムを押圧しながら搬送している。このため、熱可塑性フィルムは、ニップローラの押圧力によって表面に転写傷が生じたり、パスローラとの間での滑りによって擦り傷が生じたりする場合があった。
本発明の目的は、縦延伸時の熱可塑性フィルムにおいて転写傷や擦り傷等の発生を抑制することができる縦延伸装置の提供を目的とする。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、加熱ロールによって加熱された熱可塑性フィルムを、複数の低速駆動ロールと前記低速駆動ロールよりも周速が大きい複数の高速駆動ロールとの周速差によって延伸する縦延伸装置において前記複数の低速駆動ロールと前記複数の高速駆動ロールとが、前記熱可塑性フィルムの搬送面に複数の吸引孔を有するサクションロールから構成され、隣り合う前記低速駆動ロールと前記高速駆動ロールとの間に複数の加熱ロールが設けられ、前記複数の低速駆動ロールと前記複数の高速駆動ロールと前記複数の加熱ロールとにアクチュエータがそれぞれ設けられ、前記複数の低速駆動ロールと前記複数の高速駆動ロールと前記複数の加熱ロールとをそれぞれ独立して回転駆動可能に構成され、前記アクチュエータ毎の出力トルクが前記アクチュエータ毎に設定される目標値に一致するように制御されるものである。
縦延伸装置は、前記複数の低速駆動ロールと前記複数の高速駆動ロールと前記複数の加熱ロールとに前記アクチュエータがそれぞれトルク制御装置を介して接続され、前記出力トルクと前記目標値との差が規定値よりも大きい場合、そのアクチュエータに接続されているトルク制御装置の出力軸の回転速度を維持するように、そのトルク制御装置の入力軸と出力軸との間に回転速度差が生じ、前記出力トルクと前記目標値との差が規定値よりも小さい場合、そのアクチュエータに接続されているトルク制御装置の入力軸と出力軸との間に回転速度差が生じないように構成されるものである。
縦延伸装置は、前記トルク制御装置がパウダークラッチから構成され、前記目標値に基づいてそのトルク伝達量が制御されるものである。
縦延伸装置は、前記複数の加熱ロールがそれぞれ独立して温度制御可能に構成されるものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
縦延伸装置においては、加熱ロールによる熱可塑性フィルムの搬送時の抵抗が小さいので、低速駆動ロールと高速駆動ロールとにおいて熱可塑性フィルムをニップローラによって押圧して摩擦力を付与する必要がない。また、独立して駆動制御される複数の加熱ロールと熱可塑性フィルムとの間で滑りが発生しない。これにより、縦延伸時の熱可塑性フィルムにおいて転写傷や擦り傷等の発生を抑制することができる。
縦延伸装置においては、熱可塑性フィルムの搬送速度が変動した場合、加熱ロールがアクチュエータの制御と関係なく熱可塑性フィルムに追従して回転する。これにより、縦延伸時の熱可塑性フィルムにおいて転写傷や擦り傷等の発生を抑制することができる。
縦延伸装置においては、熱可塑性フィルムの搬送速度、延伸量に基づいて加熱ロールの回転速度が制御される。これにより、縦延伸時の熱可塑性フィルムにおいて転写傷や擦り傷等の発生を抑制することができる。
縦延伸装置においては、熱可塑性フィルムが所定の延伸割合で延伸されるので速度変動が生じにくい。これにより、縦延伸時の熱可塑性フィルムにおいて転写傷や擦り傷等の発生を抑制することができる。
まず、図１を用いて、本発明に係る縦延伸装置の一実施形態である縦延伸装置５を備える製造装置１について説明する。なお、製造装置１は、ポリエステル、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリオレフィン、ポリアミド等の熱可塑性ポリマーからなる熱可塑性フィルムＦを製造するものであるが、本実施形態においてはトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）からなる熱可塑性フィルムＦを製造するものとして説明する。
図１に示すように、製造装置１は、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）からなる熱可塑性ポリマーを加工して所望のフィルム厚からなる熱可塑性フィルムＦを製造するものである。製造装置１は、溶融押出装置２、スリット状ダイ３、キャスティングロール４、縦延伸装置５、横延伸装置６および巻取装置７を具備している。
製造装置１は、チップ状の熱可塑性ポリマーを溶融押出装置２によって加熱溶融し、スリット状ダイ３から押し出す。製造装置１は、スリット状ダイ３から連続して押し出される熱可塑性ポリマーをキャスティングロール４に密着させてシート状に硬化させる。つまり、製造装置１は、チップ状の熱可塑性ポリマーから未延伸の熱可塑性フィルムＦを形成する。更に、製造装置１は、連続して形成される未延伸の熱可塑性フィルムＦを縦延伸装置５によって搬送方向（縦方向）に連続して延伸させて縦延伸された熱可塑性フィルムＦを形成する。次に、製造装置１は、熱可塑性フィルムＦを横延伸装置６によって幅方向（横方向）に連続して延伸させて二軸延伸された熱可塑性フィルムＦを形成する。製造装置１は、形成した熱可塑性フィルムＦを巻取装置７によって芯材に巻き取らせる。
このように構成することで、製造装置１は、チップ状の熱可塑性ポリマーから縦方向と横方向とに二軸延伸させた熱可塑性フィルムＦを連続して形成することができる。
このように構成することで、製造装置１は、チップ状の熱可塑性ポリマーから縦方向と横方向とに二軸延伸させた熱可塑性フィルムＦを連続して形成することができる。
以下に、図２から図５を用いて、本発明に係る縦延伸装置の一実施形態である縦延伸装置５について説明する。縦延伸装置５は、未延伸の熱可塑性フィルムＦを搬送方向（以下、「縦方向」と記す）に延伸させるものである。縦延伸装置５は、複数の低速駆動ロール８、複数の高速駆動ロール９、吸引ポンプ１０、低速用電動モータ１１、高速用電動モータ１２、複数の加熱ロール１３、複数の冷却ロール１４、複数の追従用電動モータ１５、複数のパウダークラッチ１６、制御装置１７を備える。
図２に示すように、低速駆動ロール８は、高速駆動ロール９とともに未延伸の熱可塑性フィルムＦを縦方向に延伸するものである。低速駆動ロール８は、縦延伸装置５の最上流側に配置されている。本実施形態において、縦延伸装置５には、複数の低速駆動ロール８が配置されている。低速駆動ロール８は、金属製のロールであり、ハードクロムめっき処理やタングステンカーバイト溶射、フッ素樹脂被覆、セラミック被覆等の表面処理が施されている。低速駆動ロール８は、熱可塑性フィルムＦが低速駆動ロール８に所定のラップ角で巻きかけられるように配置されている。
図３に示すように、低速駆動ロール８の熱可塑性フィルムＦが接触する面（以下、単に「搬送面」と記す）である低速側搬送面８ａには、ロール内部に貫通する複数の孔が形成されている。さらに、低速駆動ロール８は、吸引ポンプ１０によってロール内部が吸引されるように構成されている（図２における薄墨部分参照）。これにより、低速駆動ロール８は、低速側搬送面８ａの孔が低速側吸引孔８ｂとして作用し、熱可塑性フィルムＦを吸着保持できるように構成されている。
図３に示すように、低速駆動ロール８の熱可塑性フィルムＦが接触する面（以下、単に「搬送面」と記す）である低速側搬送面８ａには、ロール内部に貫通する複数の孔が形成されている。さらに、低速駆動ロール８は、吸引ポンプ１０によってロール内部が吸引されるように構成されている（図２における薄墨部分参照）。これにより、低速駆動ロール８は、低速側搬送面８ａの孔が低速側吸引孔８ｂとして作用し、熱可塑性フィルムＦを吸着保持できるように構成されている。
図２に示すように、高速駆動ロール９は、低速駆動ロール８とともに未延伸の熱可塑性フィルムＦを縦方向に延伸するものである。高速駆動ロール９は、縦延伸装置５の最下流側に配置されている。本実施形態において、縦延伸装置５には、複数の高速駆動ロール９が配置されている。高速駆動ロール９は、金属製のロールであり、ハードクロムめっき処理やタングステンカーバイト溶射、フッ素樹脂被覆、セラミック被覆等の表面処理が施されている。高速駆動ロール９は、熱可塑性フィルムＦが高速駆動ロール９に所定のラップ角で巻きかけられるように配置されている。
図３に示すように、高速駆動ロール９は、熱可塑性フィルムＦが接触する高速側搬送面９ａにロール内部に貫通する複数の孔が形成されている。さらに、複数の高速駆動ロール９は、吸引ポンプ１０によってロール内部が吸引されるように構成されている（図２における薄墨部分参照）。これにより、複数の高速駆動ロール９は、高速側搬送面９ａの孔が高速側吸引孔９ｂとして作用し、熱可塑性フィルムＦを吸着保持できるように構成されている。
図３に示すように、高速駆動ロール９は、熱可塑性フィルムＦが接触する高速側搬送面９ａにロール内部に貫通する複数の孔が形成されている。さらに、複数の高速駆動ロール９は、吸引ポンプ１０によってロール内部が吸引されるように構成されている（図２における薄墨部分参照）。これにより、複数の高速駆動ロール９は、高速側搬送面９ａの孔が高速側吸引孔９ｂとして作用し、熱可塑性フィルムＦを吸着保持できるように構成されている。
アクチュエータである低速用電動モータ１１と高速用電動モータ１２とは、複数の低速駆動ロール８と複数の高速駆動ロール９とをそれぞれ回転駆動させるものである。低速用電動モータ１１と高速用電動モータ１２とは、それぞれが制御装置１７（図５参照）に含まれるベクトルインバーターに接続され、独立してトルク制御されるように構成されている。低速用電動モータ１１は、トルク制御装置であるパウダークラッチ１６を介して低速駆動ロール８毎にそれぞれ設けられ、高速用電動モータ１２は、パウダークラッチ１６を介して高速駆動ロール９毎にそれぞれ設けられている。つまり、複数の低速用電動モータ１１は、それぞれに接続されている低速駆動ロール８を独立して駆動制御することができる。同様に、複数の高速用電動モータ１２は、それぞれに接続されている複数の低速駆動ロール８を独立して駆動制御することができる。
各高速駆動ロール９は、各低速駆動ロール８に対してドロー制御されている。すなわち、各高速駆動ロール９は、各低速駆動ロール８よりも周速が大きくなるように駆動されている。熱可塑性フィルムＦは、複数の低速駆動ロール８によって所定の単位繰り出し速度で上流側から繰り出されるとともに、複数の高速駆動ロール９によって低速駆動ロール８の繰り出し速度よりも大きい所定の単位繰り入れ速度で下流側に向かって繰り入れられる。これにより、複数の低速駆動ロール８と複数の高速駆動ロール９とは、互いのピッチ間において熱可塑性フィルムＦを所定の繰り出し速度における単位繰り出し量と所定の繰り入れ速度における単位繰り入れ量との差分だけ引き伸ばすように構成されている。
図２に示すように、加熱ロール１３は、熱可塑性フィルムＦを加熱するものである。加熱ロール１３は、最も下流側の低速駆動ロール８と最も上流側の高速駆動ロール９との間に配置されている。本実施形態において、縦延伸装置５には、複数の加熱ロール１３が配置されている。加熱ロール１３は、金属製のロールであり、ハードクロムめっき処理やタングステンカーバイト溶射、フッ素樹脂被覆、セラミック被覆等の表面処理が施されている。加熱ロール１３は、熱可塑性フィルムＦが加熱ロール１３に所定のラップ角で巻きかけられるように配置されている。
図４に示すように、各加熱ロール１３には、加熱手段であるカートリッジヒータ１３ｂと加熱ロール１３の熱可塑性フィルムＦが接触する加熱搬送面１３ａの温度を測定する温度測定手段である加熱温度センサ１３ｃがそれぞれ設けられている。各加熱ロール１３に設けられているカートリッジヒータ１３ｂと加熱温度センサ１３ｃとは、制御装置１７（図５参照）からの制御信号によって、加熱ロール１３の加熱搬送面１３ａをそれぞれ独立して所定の温度に加熱して維持するように構成されている。なお、本実施形態において、加熱ロール１３の加熱手段をカートリッジヒータ１３ｂとしたがこれに限定されるものではなく、温水、加圧温水、加熱オイル等の熱媒の循環による加熱装置、誘導加熱装置などでもよい。
図４に示すように、各加熱ロール１３には、加熱手段であるカートリッジヒータ１３ｂと加熱ロール１３の熱可塑性フィルムＦが接触する加熱搬送面１３ａの温度を測定する温度測定手段である加熱温度センサ１３ｃがそれぞれ設けられている。各加熱ロール１３に設けられているカートリッジヒータ１３ｂと加熱温度センサ１３ｃとは、制御装置１７（図５参照）からの制御信号によって、加熱ロール１３の加熱搬送面１３ａをそれぞれ独立して所定の温度に加熱して維持するように構成されている。なお、本実施形態において、加熱ロール１３の加熱手段をカートリッジヒータ１３ｂとしたがこれに限定されるものではなく、温水、加圧温水、加熱オイル等の熱媒の循環による加熱装置、誘導加熱装置などでもよい。
図２に示すように、冷却ロール１４は、熱可塑性フィルムＦを冷却するものである。冷却ロール１４は、最も下流側の加熱ロール１３と最も上流側の高速駆動ロール９との間に配置されている。本実施形態において、縦延伸装置５には、複数の冷却ロール１４が配置されている。冷却ロール１４は、金属製のロールであり、ハードクロムめっき処理やタングステンカーバイト溶射、フッ素樹脂被覆、セラミック被覆等の表面処理が施されている。冷却ロール１４は、熱可塑性フィルムＦが各冷却ロール１４に所定のラップ角で巻きかけられるように配置されている。
図４に示すように、複数の冷却ロール１４は、冷却手段であるヒートパイプ１４ｂと冷却ロール１４の熱可塑性フィルムＦが接触する冷却搬送面１４ａを測定する温度測定手段である冷却温度センサ１４ｃがそれぞれ設けられている。複数の冷却ロール１４に設けられているヒートパイプ１４ｂと冷却温度センサ１４ｃとは、制御装置１７（図５参照）からの制御信号によって、各冷却ロール１４の冷却搬送面１４ａをそれぞれ独立して冷却するように構成されている。なお、本実施形態において、冷却ロール１４の冷却手段をヒートパイプ１４ｂとしたがこれに限定されるものではなく、ピエゾ素子や熱媒の循環による冷却装置などでもよい。
図４に示すように、複数の冷却ロール１４は、冷却手段であるヒートパイプ１４ｂと冷却ロール１４の熱可塑性フィルムＦが接触する冷却搬送面１４ａを測定する温度測定手段である冷却温度センサ１４ｃがそれぞれ設けられている。複数の冷却ロール１４に設けられているヒートパイプ１４ｂと冷却温度センサ１４ｃとは、制御装置１７（図５参照）からの制御信号によって、各冷却ロール１４の冷却搬送面１４ａをそれぞれ独立して冷却するように構成されている。なお、本実施形態において、冷却ロール１４の冷却手段をヒートパイプ１４ｂとしたがこれに限定されるものではなく、ピエゾ素子や熱媒の循環による冷却装置などでもよい。
アクチュエータである追従用電動モータ１５は、加熱ロール１３と冷却ロール１４とを回転駆動させるものである。追従用電動モータ１５は、各加熱ロール１３と各冷却ロール１４とにトルク制御装置であるパウダークラッチ１６を介してそれぞれ設けられている。追従用電動モータ１５は、それぞれが制御装置１７（図５参照）に含まれるベクトルインバーターに接続され、互いに独立してトルク制御されるように構成されている。つまり、複数の追従用電動モータ１５は、それぞれに接続されている加熱ロール１３または冷却ロール１４を独立して駆動制御できるように構成されている。
図３と図４とに示すように、トルク制御装置である複数のパウダークラッチ１６は、低速駆動ロール８と低速用電動モータ１１との間の伝達トルク、高速駆動ロール９と高速用電動モータ１２との間の伝達トルク、加熱ロール１３と追従用電動モータ１５との間の伝達トルク、または冷却ロール１４と追従用電動モータ１５との間の伝達トルクを制限するものである。パウダークラッチ１６は、入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの間に介在する磁性鉄粉（パウダー）に磁束を加えることで摩擦を発生させて、入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの間でトルク伝達される状態に切り替える。本実施形態において、各パウダークラッチ１６には、その入力軸１６ａに複数の低速用電動モータ１１、複数の高速用電動モータ１２または複数の追従用電動モータ１５のうちいずれか一つがそれぞれ接続され、その出力軸１６ｂに複数の低速駆動ロール８、複数の高速駆動ロール９、複数の加熱ロール１３または複数の冷却ロール１４のうちいずれか一つがそれぞれ接続されている。つまり、各パウダークラッチ１６は、低速駆動ロール８と低速用電動モータ１１との間の伝達トルク、高速駆動ロール９と高速用電動モータ１２との間の伝達トルク、加熱ロール１３と追従用電動モータ１５との間の伝達トルク、または冷却ロール１４と追従用電動モータ１５との間の伝達トルクを任意に設定できるように構成されている。各パウダークラッチ１６は、それぞれが制御装置１７（図５参照）に接続され、互いに独立して伝達トルクの大きさを制御できるように構成されている。
図５に示すように、制御装置１７は、縦延伸装置５を制御するものである。制御装置１７は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御装置１７は、図示しない製造装置１の制御装置に接続され、縦延伸装置５等を制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。
制御装置１７は、各低速駆動ロール８の低速用電動モータ１１と各高速駆動ロール９の高速用電動モータ１２とに接続され、各低速用電動モータ１１と各高速用電動モータ１２とにそれぞれ駆動トルクに関する指令値を送信して任意の駆動トルクＴｄを出力するように制御することができる。また、制御装置１７は、各 低速用電動モータ１１と各高速用電動モータ１２とから実駆動トルクをそれぞれ取得することができる。
制御装置１７は、吸引ポンプ１０に接続され、吸引ポンプ１０を制御することができる。
制御装置１７は、各加熱ロール１３に設けられている各カートリッジヒータ１３ｂと各加熱温度センサ１３ｃとに接続され、各加熱温度センサ１３ｃから対応する加熱ロール１３の実温度を取得することが必要である。また、制御装置１７は、各カートリッジヒータ１３ｂに温度の指令値を送信して所定の温度を維持するように制御することができる。
制御装置１７は、各冷却ロール１４に設けられている各冷却温度センサ１４ｃに接続され、各冷却温度センサ１４ｃから対応する冷却ロール１４の実温度を取得することが必要である。
制御装置１７は、各加熱ロール１３の追従用電動モータ１５と各冷却駆動ロールの追従用電動モータ１５とに接続され、各追従用電動モータ１５にそれぞれ駆動トルクに関する指令値を送信して任意の駆動トルクＴｄを出力するように制御することができる。また、制御装置１７は、各追従用電動モータ１５から実駆動トルクをそれぞれ取得することができる。
制御装置１７は、各パウダークラッチ１６に接続され、任意の伝達トルクに関する指令値を送信して任意の伝達トルク以下で入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの間でトルク伝達される状態に制御することができる。
このように構成される縦延伸装置５は、複数の低速駆動ロール８によって熱可塑性フィルムＦを吸着保持しながら所定の単位送り出し量で繰り出す。縦延伸装置５は、低速駆動ロール８から繰り出された熱可塑性フィルムＦを複数の加熱ロール１３によって所定の温度まで加熱する。一方、縦延伸装置５は、加熱ロール１３で加熱された熱可塑性フィルムＦを複数の高速駆動ロール９によって吸着保持しながら所定の単位繰り入れ量で繰り入れる。これにより、縦延伸装置５は、加熱された熱可塑性フィルムＦを所定の繰り出し速度における単位繰り出し量と所定の繰り入れ速度による単位繰り入れ量との差分だけ縦延伸させる。そして、縦延伸装置５は、熱可塑性フィルムＦを複数の冷却ロール１４によって所定の温度まで冷却する。縦延伸装置５は、複数の低速駆動ロール８と複数の高速駆動ロール９との間隔を広げて熱可塑性フィルムＦを延伸させることで、熱可塑性フィルムＦの単位時間当たりの伸び量が少なくなり、延伸時のフィルムに対する負荷を小さくすることができる。なお、本実施形態において、アクチュエータは、低速用電動モータ１１、高速用電動モータ１２および追従用電動モータ１５からなる電動モータから構成されているがこれに限定するものではなく、駆動装置であればよい。
以下では、図３、図６と図７とを用いて、複数の低速駆動ロール８と複数の高速駆動ロール９とにおける熱可塑性フィルムＦの保持の態様、ならびに低速駆動ロール８、複数の高速駆動ロール９、複数の加熱ロール１３および複数の冷却ロール１４による熱可塑性フィルムＦの延伸時の態様について説明する。なお、本実施形態において、縦延伸装置５は、四本の低速駆動ロール８、三本の高速駆動ロール９、四本の加熱ロール１３および四本の冷却ロール１４から構成されているがこれに限定されるものではない。
図３に示すように、本実施形態における縦延伸装置５の複数の低速駆動ロール８は、所定のラップ角でそれぞれの低速側搬送面８ａに巻きつけられている熱可塑性フィルムＦを搬送面の全面に形成されている孔によって吸着保持している。つまり、各低速駆動ロール８は、熱可塑性フィルムＦのうち低速側搬送面８ａに接触している面の全域を吸着保持している。このため、各低速駆動ロール８は、ニップローラによって押圧保持している場合よりも小さい圧力で熱可塑性フィルムＦを保持することができる。また、各低速駆動ロール８は、気体である空気によって熱可塑性フィルムＦが低速側搬送面８ａに押し付けられている。このため、各低速駆動ロール８は、固体であるニップローラによって押圧保持している場合よりも均一な圧力で熱可塑性フィルムＦを保持することができる。つまり、各低速駆動ロール８は、熱可塑性フィルムＦに局所的な圧力集中が生じにくい。これにより、本実施形態における低速駆動ロール８は、熱可塑性フィルムＦを吸着保持することで熱可塑性フィルムＦの表面における転写キズの発生を抑制することができる。複数の高速駆動ロール９についても同様である。
次に、図４、図６および図７を用いて、複数の低速駆動ロール８、複数の高速駆動ロール９、複数の加熱ロール１３および複数の冷却ロール１４における滑り抑制制御について説明する。なお、本実施形態において、加熱ロール１３における滑り抑制制御について説明し、同様の制御が行われる複数の低速駆動ロール８、複数の高速駆動ロール９および複数の冷却ロール１４ついての説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態における縦延伸装置５の各加熱ロール１３は、所定のラップ角でそれぞれの加熱搬送面１３ａに熱可塑性フィルムＦが巻きつけられている。複数の加熱ロール１３は、それぞれに接続されている追従用電動モータ１５（図４参照）によって、熱可塑性フィルムＦに追従するように回転駆動されている。つまり、加熱ロール１３は、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔに同期するように制御される。熱可塑性フィルムＦは、縦方向に延伸されることで、搬送速度Ｖｔが低速駆動ロール８の所定の繰り出し速度から高速駆動ロール９の所定の繰り入れ速度まで大きくなりながら搬送されている。このため、熱可塑性フィルムＦは、その搬送経路位置によって搬送速度Ｖｔが異なる。従って、複数の加熱ロール１３は、配置毎に異なる熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔに追従できるように独立して回転速度Ｖｒ（周速度）が制御されるように構成されている。
図４に示すように、複数の加熱ロール１３は、それぞれのパウダークラッチ１６（図４参照）を介して接続されている追従用電動モータ１５との間での伝達トルクが制限されている。各パウダークラッチ１６には、入力軸１６ａに追従用電動モータ１５の駆動トルクＴｄが伝達され、出力軸１６ｂに加熱ロール１３を所定の速度で回転させるために必要な回転トルクＴｒとして伝達されている。パウダークラッチ１６は、入力軸１６ａに伝達されている駆動トルクＴｄと出力軸１６ｂに伝達されている回転トルクＴｒとの間に規定値Ｔｇ以上の差が生じると入力軸１６ａと出力軸１６ｂとがずれて入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの間に回転速度差が生じる。
複数の加熱ロール１３のうち任意の位置に配置されている一の加熱ロール１３は、その回転速度Ｖｒから定まる周速度が熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔに一致するように追従用電動モータ１５に回転駆動されている。熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔが基準搬送速度Ｖｔ０の場合、追従用電動モータ１５は、一の加熱ロール１３の回転速度Ｖｒから定まる周速度が熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔに一致するために必要な駆動トルクＴｄを基準駆動トルクＴｄ０として制御されている。
図６（ａ）に示すように、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔが基準搬送速度Ｖｔ０であり、搬送速度Ｖｔと一の加熱ロール１３の回転速度Ｖｒにより定まる周速度とが一致している場合、搬送されている熱可塑性フィルムＦによって加熱ロール１３の回転速度Ｖｒが影響を受けない。
図７に示すように、熱可塑性フィルムＦが搬送速度Ｖｔ０で搬送されている時間ｔ１までの間、パウダークラッチ１６の入力軸１６ａと出力軸１６ｂに伝達されている駆動トルクＴｄと出力軸１６ｂに伝達されている回転トルクＴｒとがそれぞれ基準駆動トルクＴｄ０になる。つまり、パウダークラッチ１６の入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの間に規定値Ｔｇ以上の差が生じていないので、入力軸１６ａと出力軸１６ｂとがずれることなく、各軸が同じ回転速度Ｖｒで回転している（図６（ａ）参照）。この結果、加熱ロール１３は、搬送されている熱可塑性フィルムＦに追従して回転しているので熱可塑性フィルムＦと加熱ロール１３の搬送面との間で滑りの発生が抑制される。
図７に示すように、熱可塑性フィルムＦが搬送速度Ｖｔ０で搬送されている時間ｔ１までの間、パウダークラッチ１６の入力軸１６ａと出力軸１６ｂに伝達されている駆動トルクＴｄと出力軸１６ｂに伝達されている回転トルクＴｒとがそれぞれ基準駆動トルクＴｄ０になる。つまり、パウダークラッチ１６の入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの間に規定値Ｔｇ以上の差が生じていないので、入力軸１６ａと出力軸１６ｂとがずれることなく、各軸が同じ回転速度Ｖｒで回転している（図６（ａ）参照）。この結果、加熱ロール１３は、搬送されている熱可塑性フィルムＦに追従して回転しているので熱可塑性フィルムＦと加熱ロール１３の搬送面との間で滑りの発生が抑制される。
図６（ｂ）に示すように、一の加熱ロール１３において、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔが基準搬送速度Ｖｔ０よりも大きくなり、一の加熱ロール１３の回転速度Ｖｒにより定まる周速度よりも大きい搬送速度Ｖｔ１になった場合、熱可塑性フィルムＦによって加熱ロール１３の回転速度Ｖｒを大きくする方向に外力Ｆｒ１が加わる。これにより、パウダークラッチ１６の出力軸１６ｂは、出力軸１６ｂに伝達されている回転トルクＴｒが変動する。パウダークラッチ１６は、入力軸１６ａに伝達されている駆動トルクＴｄとパウダークラッチ１６の出力軸１６ｂに伝達されている回転トルクＴｒとの間に規定値Ｔｇ以上の差が生じると、入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの位相がずれて入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの間に回転速度差が生じる。つまり、一の加熱ロール１３の回転速度Ｖｒ（周速度）は、熱可塑性フィルムＦからの外力Ｆｒ１によって、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔ１と一致する周速度である回転速度Ｖｒ１まで大きくなる。この結果、一の加熱ロール１３は、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔが大きくなっても、外力Ｆｒ１によって熱可塑性フィルムＦに追従して回転速度Ｖｒが大きくなるので熱可塑性フィルムＦと一の加熱ロール１３の搬送面との間で滑りの発生が抑制される。
図７に示すように、一の加熱ロール１３を回転駆動している一の追従用電動モータ１５の駆動トルクＴｄは、熱可塑性フィルムＦからの外力Ｆｒ１が一の加熱ロール１３の回転を助ける方向に作用することで、時間ｔ１から時間ｔ２までの間に駆動トルクＴｄ１まで減少する。制御装置１７は、一の追従用電動モータ１５の駆動トルクＴｄの減少を検出すると、減少した一の追従用電動モータ１５の駆動トルクＴｄ１を増加させるように制御する。つまり、制御装置１７は、一の加熱ロール１３の回転速度Ｖｒが回転速度Ｖｒ１になるように駆動トルクＴｄを制御する（図６（ｂ）参照）。これにより、加熱ロール１３は、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔに追従するように回転される。
図６（ｃ）に示すように、一の加熱ロール１３において、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔが一の加熱ロール１３の回転速度Ｖｒにより定まる周速度よりも小さい搬送速度Ｖｔ２になった場合、熱可塑性フィルムＦによって加熱ロール１３の回転速度Ｖｒを小さくする方向に外力Ｆｒ２が加わり、パウダークラッチ１６の出力軸１６ｂに伝達されている回転トルクＴｒが変動する。パウダークラッチ１６の入力軸１６ａに伝達されている駆動トルクＴｄとパウダークラッチ１６の出力軸１６ｂに伝達されている回転トルクＴｒとの間に規定値Ｔｇ以上の差が生じると、パウダークラッチ１６は、入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの位相がずれて入力軸１６ａと出力軸１６ｂとの間に回転速度差が生じる。つまり、一の加熱ロール１３は、回転速度Ｖｒ（周速度）が熱可塑性フィルムＦからの外力Ｆｒ２によって、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔ２と一致する周速度である回転速度Ｖｒ２まで小さくなる。この結果、一の加熱ロール１３は、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔが小さくなっても、外力Ｆｒ２によって熱可塑性フィルムＦに追従して回転速度Ｖｒが小さくなるので熱可塑性フィルムＦと一の加熱ロール１３の搬送面との間で滑りの発生が抑制される。
図７に示すように、一の加熱ロール１３を回転駆動している一の追従用電動モータ１５の駆動トルクＴｄは、熱可塑性フィルムＦからの外力Ｆｒ２が一の加熱ロール１３の回転を妨げる方向に作用することで、時間ｔ３から時間ｔ４の間に駆動トルクＴｄ２まで増加する。制御装置１７は、一の追従用電動モータ１５の駆動トルクＴｄの増加を検出すると、増加した一の追従用電動モータ１５の駆動トルクＴｄ２を減少させるように制御する。つまり、制御装置１７は、一の加熱ロール１３の回転速度Ｖｒが回転速度Ｖｒ２になるように制御する。これにより、加熱ロール１３は、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔに追従するように回転される。
このように構成することで、縦延伸装置５は、熱可塑性フィルムＦが所定の延伸割合で延伸されるので速度変動が生じにくい。さらに、縦延伸装置５は、複数の加熱ロール１３と複数の冷却ロール１４とが熱可塑性フィルムＦに能動的に追従するように制御されているので、加熱ロール１３と冷却ロール１４とによる熱可塑性フィルムＦの搬送時の抵抗が小さい。従って、縦延伸装置５は、低速駆動ロール８と高速駆動ロール９とにおいて、熱可塑性フィルムＦをニップローラによって押圧して滑りを抑制するための摩擦力を付与する必要がない。また、縦延伸装置５は、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔに基づいて複数の加熱ロール１３と複数の冷却ロール１４との回転速度Ｖｒが独立してトルク制御される。さらに、熱可塑性フィルムＦの搬送速度Ｖｔが変動した場合、パウダークラッチ１６の作用により加熱ロール１３または冷却ロール１４が追従用電動モータ１５の制御と関係なく熱可塑性フィルムＦに追従して回転される。従って、縦延伸装置５は、加熱ロール１３と熱可塑性フィルムＦとの間で滑りが発生しない。これにより、縦延伸時の熱可塑性フィルムＦにおいて転写傷や擦り傷等の発生を抑制することができる。
以上、本実施形態における縦延伸装置５は、クラッチとしてパウダークラッチ１６が用いられているがこれに限定するものではなく、伝達トルクを任意の値に制御することができるものであればよい。また、縦延伸装置５は、熱可塑性フィルムＦを加熱ロール１３の加熱搬送面１３ａに接触させることで熱可塑性フィルムＦを一面ずつ交互に加熱しているがこれに限定されるものではなく、密閉タイプのエア加熱ノズルによる加熱によって、熱可塑性フィルムＦを同時に両面から加熱してもよい。上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
５ 縦延伸装置
８ 低速駆動ロール
９ 高速駆動ロール
１３ 加熱ロール
８ａ 低速側搬送面
８ｂ 低速側吸引孔
９ａ 低速側搬送面
９ｂ 高速側搬送面
１５ 追従用電動モータ
８ 低速駆動ロール
９ 高速駆動ロール
１３ 加熱ロール
８ａ 低速側搬送面
８ｂ 低速側吸引孔
９ａ 低速側搬送面
９ｂ 高速側搬送面
１５ 追従用電動モータ
Claims (4)
- 加熱ロールによって加熱された熱可塑性フィルムを、複数の低速駆動ロールと前記低速駆動ロールよりも周速が大きい複数の高速駆動ロールとの周速差によって延伸する縦延伸装置において
前記複数の低速駆動ロールと前記複数の高速駆動ロールとが、前記熱可塑性フィルムの搬送面に複数の吸引孔を有するサクションロールから構成され、
隣り合う前記低速駆動ロールと前記高速駆動ロールとの間に複数の加熱ロールが設けられ、
前記複数の低速駆動ロールと前記複数の高速駆動ロールと前記複数の加熱ロールとにアクチュエータがそれぞれ設けられ、前記複数の低速駆動ロールと前記複数の高速駆動ロールと前記複数の加熱ロールとをそれぞれ独立して回転駆動可能に構成され、
前記アクチュエータ毎の出力トルクが前記アクチュエータ毎に設定される目標値に一致するように制御される縦延伸装置。 - 前記複数の低速駆動ロールと前記複数の高速駆動ロールと前記複数の加熱ロールとに前記アクチュエータがそれぞれトルク制御装置を介して接続され、
前記出力トルクと前記目標値との差が規定値よりも大きい場合、そのアクチュエータに接続されているトルク制御装置の出力軸の回転速度を維持するように、そのトルク制御装置の入力軸と出力軸との間に回転速度差が生じ、前記出力トルクと前記目標値との差が規定値よりも小さい場合、そのアクチュエータに接続されているトルク制御装置の入力軸と出力軸との間に回転速度差が生じないように構成される請求項１に記載の縦延伸装置。 - 前記トルク制御装置がパウダークラッチから構成され、前記目標値に基づいてそのトルク伝達量が制御される請求項２に記載の縦延伸装置。
- 前記複数の加熱ロールがそれぞれ独立して温度制御可能に構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の縦延伸装置。
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