JP2018144951A - フィルム巻き取り機及びフィルム巻き取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムの搬送を継続しかつフィルムへの影響を抑えながら、フィルムを空のコアに巻き替える。
【解決手段】フィルム巻き取り機１は、搬送されるフィルムＦが選択的に巻き取られる２つのコア５ａ，５ｂがそれぞれ装着される、回転可能な２つの巻き取り軸４ａ，４ｂと、フィルムＦが、フィルムＦが巻き取られている第１のコア５ａの上流側で、フィルムＦが巻き取られていない第２のコア５ｂに掛けまわされるように、２つのコア５ａ，５ｂを切り替えるコア切り替え機構３ａ，３ｂと、２つのコア５ａ，５ｂの間に位置し、搬送中のフィルムＦを切断するカッター６と、カッター６と第２のコア５ｂとの間に位置し、カッター６で切断されて第２のコア５ｂに巻きつけられるフィルムＦの始端Ｆ１に気体を吹き付ける気体噴射機構７と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明はフィルム巻き取り機とフィルム巻き取り方法に関し、特にターレット方式のフィルム巻き取り機において、フィルムを巻き取るコアを切り替えるための機構に関する。

製造ラインで成形されたフィルムは、下流側に設置されたフィルム巻き取り機で巻き取られる。フィルムの生産効率を高めるためには、フィルムが巻き取られたコアを空のコアに自動で切り替えることが望ましい。特許文献１，２には一対のアームが旋回軸の周りを旋回することでコアを切り替える機構が開示されている。このような機構はターレット方式と呼ばれている。コアを切り替える際はフィルムを切断し、下流側のフィルムの始端を空のコアに貼着する。フィルムの搬送を続けながらコアを切り替えることができるため、フィルムの生産効率を高めることができる。特許文献２，３には、フィルムに、コアに巻き取られた直後の位置で空気を吹き付ける気体噴射機構が開示されている。これによって、フィルムに同伴する空気が巻き取られた直後のフィルムに巻き込まれることが防止される。

特開２００８−２３０７２３号公報 特開２０１３−１２９５４０号公報 特開２００９−２８０３８４号公報

特許文献１，２に記載されたターレット方式のフィルム巻き取り機は、フィルムの搬送を続けながらコアを切り替えることができる。しかし、フィルムをコアに貼着するために両面粘着テープなどを使用するため、コア上に段差が生じ、フィルムの位置ずれや皺が発生する可能性がある。特許文献２，３に記載されたフィルム巻き取り機は、巻き取られたフィルムに空気を吹き付けているが、コアの切り替え時には空気は利用されていない。

本発明は、フィルムの搬送を継続しかつフィルムへの影響を抑えながら、フィルムを空のコアに巻き替えることができるフィルム巻き取り機を提供することを目的とする。

本発明のフィルム巻き取り機は、搬送されるフィルムが選択的に巻き取られる２つのコアがそれぞれ装着される、回転可能な２つの巻き取り軸と、フィルムが、フィルムが巻き取られている第１のコアの上流側で、フィルムが巻き取られていない第２のコアに掛けまわされるように、２つのコアを切り替えるコア切り替え機構と、２つのコアの間に位置し、搬送中のフィルムを切断するカッターと、カッターと第２のコアとの間に位置し、カッターで切断されて第２のコアに巻きつけられるフィルムの始端に気体を吹き付ける気体噴射機構と、を有する。

気体噴射機構から吹き付けられる気体は、カッターで切断されて第２のコアに巻きつけられるフィルムの始端をコア上に押し付ける。このため、コア上にフィルムの貼着のためのテープなどを配置する必要がなく、フィルムへの影響が抑えられる。従って、本発明によれば、フィルムの搬送を継続しかつフィルムへの影響を抑えながら、フィルムを空のコアに巻き替えることができるフィルム巻き取り機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るフィルム巻き取り機の概略構成図である。 図１に示すフィルム巻き取り機の部分拡大図である。 気体噴射機構の斜視図である。 フィルムの空のコアへの巻き替え方法を示す概念図である。 フィルムの空のコアへの巻き替え方法を示す概念図である。 フィルムの空のコアへの巻き替え方法を示す概念図である。 比較例のフィルム巻き取り機の概略構成図である。 気体噴射機構とコアの近傍の気流の解析結果を示す図である。 フィルム押え圧の解析結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係るフィルム巻き取り機１の概略構成図、図２は図１に示すフィルム巻き取り機の部分拡大図である。フィルム巻き取り機１はフィルム製造ライン（図示せず）の下流に設けられ、ポリエステル、ポリプロピレンなどで形成されたフィルムを巻き取る。

フィルム巻き取り機１は、ベース２と、ベース２に回転可能に支持された一対のアーム（コア切り替え機構）３ａ，３ｂと、各アーム３ａ，３ｂの先端に回転可能に取り付けられた２つの巻き取り軸４ａ，４ｂと、を有している。アーム３ａ，３ｂは回転軸１５の周りを回転（旋回）可能である。巻き取り軸４ａ，４ｂには、フィルムＦが巻き取られるコア５ａ，５ｂが着脱可能に装着される。コア５ａ，５ｂは円筒形の外形を有し、厚紙、金属、木材、樹脂などで形成される。巻き取り軸４ａ，４ｂは中心軸４ｃ，４ｄの周りをモータ（図示せず）によって回転することができる。これによって、コア５ａ，５ｂも中心軸４ｃ，４ｄの周りを回転し、搬送されるフィルムＦを巻き取ることができる。巻き取り軸４ａ，４ｂの数は２つに限定されず、３つ以上の巻き取り軸を設けることもできる。

搬送されるフィルムＦは常に一方のコア５ａまたは５ｂ（巻き取り軸４ａまたは４ｂ）だけに巻き取られ、そのコア５ａまたは５ｂに所定の長さのフィルムＦが巻き取られると、他方の空のコア５ｂまたは５ａ（巻き取り軸４ｂまたは４ａ）に切り替えられる。以下の説明ではフィルムＦが巻き取られているコアを第１のコア５ａと呼び、フィルムＦが巻き取られていない、すなわち空のコアを第２のコア５ｂと呼ぶ。第２のコア５ｂは、第１のコア５ａでフィルムＦを巻き取っているときは、フィルムＦの搬送方向Ｔに関し第１のコア５ａの下流側に位置し、コア５ａ，５ｂの切り換えが開始されるまでその位置で待機する。第１のコア５ａで所定の長さのフィルムＦが巻き取られコア５ａ，５ｂの切り換えが開始されると、コア切り替え機構であるアーム３ａ，３ｂの回動によって、第２のコア５ｂがフィルムＦの搬送方向Ｔに関し第１のコア５ａの上流側に移動し、フィルムＦが第２のコア５ｂに巻き取られる。

２つのコア５ａ，５ｂの間には搬送中のフィルムＦを切断するカッター６が設けられている。カッター６は図示しない駆動装置によってフィルムＦの幅方向（図１において紙面と垂直な方向）に移動しながら、フィルムＦを幅方向に切断する。

カッター６と、フィルムＦの搬送方向Ｔに関し第１のコア５ａの下流側に位置する第２のコア５ｂと、の間には、気体噴射機構７が設けられている。気体噴射機構７はカッター６で切断されて第２のコア５ｂに巻きつけられるフィルムＦの始端Ｆ１（図６（ａ）参照）に気体を吹き付ける。気体の種類は特に限定されないが、本実施形態では空気が噴射される。図３（ａ）は気体噴射機構７の斜視図を示している。気体噴射機構７は、空気が吐出される円形の吐出開口８を備えた複数のノズル９と、ノズル９に空気を供給する空気供給機構１６と、を有している。ノズル９はフィルムＦの幅方向Ｗに均等な間隔で配列されている。図３（ｂ）に示すように、他の実施形態に係る気体噴射機構１０７は幅方向Ｗに延びるスリット１０を備えていてもよい。スリット１０はフィルムＦの全幅に渡って延びていることが望ましい。ノズル９は空気を比較的大きな速度で噴射することができる。スリット１０は、噴射される空気の速度は小さいが、空気の噴流をフィルム幅に渡って均一にフィルムＦに与えることができる。

カッター６と気体噴射機構７は支柱１１に取り付けられた回動アーム１２に支持されている。回動アーム１２は回転軸１３の周りを回転することができる。回動アーム１２にはさらにタッチロール１４が取り付けられている。カッター６と気体噴射機構７とタッチロール１４はコア５ａ，５ｂの切り替え時だけに使用される。従って、フィルムＦが第１のコア５ａに巻き取られているときは（図４（ａ），（ｂ），図５（ａ）参照）回動アーム１２が上方に回動し、カッター６と気体噴射機構７とタッチロール１４はフィルムＦと干渉しない位置に退避している。

次に、図４〜６を参照してコア５ａ，５ｂの切り替え方法を説明する。図４（ａ）を参照すると、回動アーム１２が上方に回動し、第１のコア５ａにフィルムＦが連続的かつ自動的に巻きつけられている。第１のコア５ａはフィルムＦの搬送方向Ｔに関して第２のコア５ｂの下流側にある。第２のコア５ｂは空のコアである。図４（ｂ）に示すように、第１のコア５ａに所定の長さのフィルムＦが巻き取られる。所定の長さは限定されないが、フィルムＦの用途や製造設備の能力に応じて、例えば数百ｍから数千ｍの範囲から選択することができる。次に、アーム３ａ，３ｂが図４（ｂ）における時計回り方向に回転し、図５（ａ）に示すように、２つのコア５ａ，５ｂが切り替えられる。具体的には、アーム３ａ，３ｂが、第２のコア５ｂが搬送中のフィルムＦに接触しフィルムＦを上方に持ち上げる位置まで、ほぼ１８０°回転する。これによって、フィルムＦは、第１のコア５ａの上流側で、フィルムＦが巻き取られていない第２のコア５ｂに掛けまわされる。この間、フィルムＦの搬送は継続したままである。次に、回動アーム１２が図５（ａ）における時計回り方向に回転し、図５（ｂ）に示すように、タッチロール１４を、カッター６の下流側で、搬送されるフィルムＦに押し付ける。これによって、カッター６と気体噴射機構７がフィルムＦに対して所定の位置にセットされる。次に、図６（ａ）に示すように、カッター６が作動し、フィルムＦを幅方向Ｗに切断する。これと同時に気体噴射機構７から空気が噴射され、図６（ｂ）に示すように、下流側のフィルムＦがその先端Ｆ１から第２のコア５ｂに巻きつけられる。これ以降、搬送されるフィルムＦは第２のコア５ｂに巻き取られる。フィルムＦの先端Ｆ１が確実に第２のコア５ｂに保持されるように、フィルムＦとコア５ａ，５ｂに予め静電付与を行ってもよい。フィルムＦが巻き取られた第１のコア５ａを巻き取り軸４ａから外し、新しいコア５ａを巻き取り軸４ａに装着する。回動アーム１２は反時計回りに退避位置まで回動する。フィルム巻き取り機１は図４（ａ）の状態に戻り、その後上述の動作を繰り返す。

このように、本実施形態では第２のコア５ｂで巻き取られるフィルムＦの始端Ｆ１を空気の噴流で第２のコア５ｂに押し付けるため、段差の原因となる接着テープなどをフィルムＦと第２のコア５ｂの間に介在させる必要がない。このため、フィルムＦの皺や折れが生じにくい。図７は、空気の噴流ではなくタッチロール２４を用いてコア５ａ，５ｂの切り替えを行う比較例を示している。同図に示す構成では、タッチロール２４をフィルムＦの搬送方向Ｔに関しコア５ｂの下流側からコア５ｂに押し付け、コア５ｂとタッチロール１４でフィルムＦをニップする。フィルムＦとコア５ｂに予め静電付与を行うことで、カッター６で切断されたフィルムＦの始端Ｆ１がコア５ｂに引き寄せられ、フィルムＦがコア５ｂに巻きつけられる。しかし、この構成では、フィルムＦが、コア５ｂとタッチロール２４のニップ部を通過する際の摩擦力によって、傷などの損傷を受ける可能性がある。特に、フィルムＦの搬送速度が３００ｍ／ｍｉｎ以上の場合、その可能性が高まる。これに対して本実施形態では空気の噴流でフィルムＦを第２のコア５ｂに押し付けるため、フィルムＦにダメージを与える可能性が小さい。

フィルムＦの始端Ｆ１を空気の噴流で第２のコア５ｂに押し付ける場合、噴流のフィルム押え圧をできるだけ大きくし、かつ幅方向Ｗでできるだけ均一化することが望ましい。そのためには、２つのコア５ａ，５ｂの間におけるフィルムＦの搬送方向Ｔと、気体噴射機構７から吐出される空気の吐出方向と、がなす角度θ（図２参照）が重要となる。図８（ａ）は、第２のコア５ｂの回転方向に対してほぼ直角な方向から空気を噴きつけた場合の気体噴射機構７と第２のコア５ｂの周辺の気流の速度分布を示している（以下、実施例１という）。図８（ｂ）は第２のコア５ｂの回転方向に沿った方向から空気を噴きつけた場合の気体噴射機構７と第２のコア５ｂの周辺の気流の速度分布を示している（以下、実施例２という）。第２のコア５ｂの回転方向に沿った方向を順方向という場合があり、順方向は０°≦θ＜９０°と同義である。速度分布の計算には気流解析ソフト『Solidworks simulation2015』を用いた（以下、すべての解析において、『Solidworks simulation2015』を使用した）。

図８（ａ）に示す実施例１では、空気の噴流の一部が第２のコア５ｂの回転方向と逆方向に流れ込み、フィルム随伴流と衝突している。フィルム随伴流とは、フィルム表面の摩擦力によってフィルム表面に随伴され、フィルムＦの搬送方向Ｔと同じ方向に進む空気流である。ただし、本実施例では噴流の一部が順方向に流れているため、空気の噴流でフィルムＦを第２のコア５ｂに押し付ける効果は得られる。一方、図８（ｂ）に示す実施例２では、空気流の噴流のほとんどが第２のコア５ｂの回転方向に沿って順方向に流れるため、フィルム随伴流との衝突が発生せず、第２のコア５ｂの回転方向と逆方向に流れる気流が存在しない。

図９（ａ）には実施例１での、図９（ｂ）には実施例２でのフィルム押え圧を示す。縦軸はゲージ圧（絶対圧−大気圧）でのフィルム押え圧を示し、横軸は無次元のフィルム幅を示している。いずれの例でも、ノズル９の直下にフィルム押え圧のピークが生じている。実施例１では、ノズル９の直下以外でのフィルム押え圧が小さく、また、ノズル９の直下のピーク値に１５Ｐａ程度のばらつきが生じている。これはフィルム随伴流により空気の噴流が若干乱されたためであると考えられる。これに対して実施例２では、ノズル９の直下以外でのフィルム押え圧が比較例１より全体的に大きく、かつノズル９の直下のフィルム押え圧のピークがほぼ均一である。これより、順方向の速度成分が多いほうが、大きなフィルム押え圧を得られることがわかる。図示は省略するが、第２のコア５ｂの回転方向と逆方向に空気の噴流が流れる場合、空気の噴流のほとんどが第２のコア５ｂの回転方向と逆方向に流れ込み、フィルム随伴流と衝突し、噴流のエネルギーが大きく低減することになる。以上のことから、角度θは少なくとも０°≦θ＜９０°の条件を満たすことが好ましい。

表１は、角度θを種々に変更した際のフィルム押え圧のフィルム幅方向Ｗの平均値を示す。Ｌ／Ｄ（後述）は１２とした。θ＝１２０°のケースでは、空気の噴流が第２のコア５ｂの回転と逆方向に流れ、その他のケースでは空気の噴流が第２のコア５ｂの回転と順方向に流れる。空気の噴流が第２のコア５ｂの回転と順方向に流れる場合、逆方向に流れる場合に対して、平均押し付け圧が最大で２．２倍向上することがわかる。また、解析で求めたフィルム押え圧が４０Ｐａ以上である場合、実験においてフィルムＦの折れや皺の発生がなく、フィルムＦを良好に巻き取ることができた。以上より、角度θは１５°≦θ≦４５°であることがさらに好ましい。

次に、フィルム押え圧を適正化するため、ノズル９の吐出開口８の直径Ｄに対する、ノズル９とフィルムＦとの間の、空気の吐出方向における距離Ｌの比であるＬ／Ｄの好適な範囲を検討した。空気の吐出方向はノズル９の長軸方向と同義である。Ｌ／Ｄを種々に変化させて、フィルム押え圧を計算した。角度θは３０°とした。表２に、Ｌ／Ｄを変化させた場合の平均フィルム押え圧の解析結果を示す。Ｌ／Ｄが４以下の場合、平均フィルム押え圧が低下する。これは、ノズル９から噴射される空気の噴流と、フィルムＦに衝突してノズル９の方向に戻る空気の噴流とが干渉するためである。一方、Ｌ／Ｄが大きい場合、ノズル９とフィルムＦとの間の距離Ｌが大きくなるため、平均フィルム押え圧が低下する。平均フィルム押え圧を４０Ｐａ以上とするためには、Ｌ／Ｄを６以上、１０以下とすることが望ましい。また、フィルムＦの搬送速度が５００ｍ／ｍｉｎ以上の場合には、平均押え圧を４５Ｐａ以上とするのが望ましいことが実験から判明しており、この場合、Ｌ／Ｄを６以上、８以下とすることが望ましい。

１ フィルム巻き取り機
３ａ，３ｂ アーム
４ａ，４ｂ 巻き取り軸
５ａ 第１のコア
５ｂ 第２のコア
６ カッター
７ 気体噴射機構
８ 吐出開口
９ ノズル
１０ スリット
１２ 回動アーム
１４タッチロール
Ｆ フィルム

Claims (7)

1. 搬送されるフィルムが選択的に巻き取られる２つのコアがそれぞれ装着される、回転可能な２つの巻き取り軸と、
   前記フィルムが、前記フィルムが巻き取られている第１のコアの上流側で、前記フィルムが巻き取られていない第２のコアに掛けまわされるように、前記２つのコアを切り替えるコア切り替え機構と、
   前記２つのコアの間に位置し、搬送中の前記フィルムを切断するカッターと、
   前記カッターと前記第２のコアとの間に位置し、前記カッターで切断されて前記第２のコアに巻きつけられる前記フィルムの始端に気体を吹き付ける気体噴射機構と、を有するフィルム巻き取り機。
2. 前記２つのコアの間における前記フィルムの搬送方向と、前記気体噴射機構から吐出される気体の吐出方向と、がなす角度θが０°≦θ＜９０°である、請求項１に記載のフィルム巻き取り機。
3. 前記角度θは１５°≦θ≦４５°である、請求項２に記載のフィルム巻き取り機。
4. 前記気体噴射機構は、前記フィルムの幅方向に配列され前記気体が吐出される複数のノズルを有し、前記ノズルは円形の吐出開口を有し、前記吐出開口の直径Ｄと、前記吐出開口から前記２つのコアの間を搬送される前記フィルムまでの、前記気体の吐出方向における距離Ｌとの間に、６≦Ｌ／Ｄ≦１０の関係が成り立つ、請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルム巻き取り機。
5. 前記直径Ｄと前記距離Ｌとの間に、６≦Ｌ／Ｄ≦８の関係が成り立つ、請求項４に記載のフィルム巻き取り機。
6. 前記気体噴射機構は、前記フィルムの幅方向に延び前記気体が吐出されるスリットを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルム巻き取り機。
7. フィルムを搬送し第１のコアの上流側で第２のコアに掛けまわしながら、前記フィルムを前記第１のコアで巻き取ることと、
   前記第１のコアと前記第２のコアとの間で、搬送中の前記フィルムをカッターで切断することと、
   前記カッターと前記第２のコアとの間で、前記カッターで切断されて前記第２のコアに巻きつけられる前記フィルムの始端に気体を吹き付けることと、を有するフィルム巻き取り方法。

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