JP2019177508A - フィルム成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】こぶや凹みが比較的少ないあるいは小さいフィルムロール体を形成できるフィルム成形装置を提供する。【解決手段】フィルム成形装置は、ダイから溶融樹脂を押し出し、それを固化させてフィルムを成形し、成形されたフィルムを巻き取ってフィルムロール体を形成する。フィルム成形装置は、フィルムロール体の半径の軸方向変化に基づいて巻き姿に異常があるか否かを判定する判定部５２を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、フィルム成形装置に関する。

ダイから溶融樹脂を押し出し、それを固化させてフィルムを成形するフィルム成形装置が知られている。従来では、吐出口の幅を変化させることによりフィルムの厚み（以下、「フィルム厚」とよぶ）のばらつきを小さくするフィルム成形装置が提案されている（特許文献１）。

特開平６−９９４７２号公報

特許文献１に記載される従来のフィルム成形装置によれば、フィルム厚のばらつきをある程度小さくでき、フィルムとしての精度を満たすことができる。しかしながら、通常、フィルム厚のばらつきは多少なりとも残る。このばらつきがフィルムとしての精度を満たすものであっても、フィルムを巻き取ってフィルムロール体を形成するときにそのばらつきが積み重なると、より詳しくは、フィルム厚の厚い部分同士がまたは薄い部分同士が積み重なると、フィルムロール体にこぶや凹みができる。フィルムロール体のこぶや凹みは、フィルムのひずみの原因となる。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、こぶや凹みが比較的少ないあるいは小さいフィルムロール体を形成できるフィルム成形装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のフィルム成形装置は、ダイから溶融樹脂を押し出し、それを固化させてフィルムを成形し、成形されたフィルムを巻き取ってフィルムロール体を形成するフィルム成形装置であって、フィルムロール体の半径の軸方向変化に基づいて巻き姿に異常があるか否かを判定する判定部を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、こぶや凹みが比較的少ないあるいは小さいフィルムロール体を形成できる。

実施の形態に係るフィルム成形装置の概略構成を示す図である。 図１のダイおよびフィルム厚調節部を示す断面図である。 ダイおよびフィルム厚調節部の上面図である。 ダイおよびフィルム厚調節部の上面図である。 図１の制御装置の機能および構成を示すブロック図である。 判定部が巻き姿に異常があるか否かを判定する処理を説明するための図である。 変形例に係るフィルム成形装置の引取機とその周辺を示す図である。 変形例に係るフィルム成形装置の制御装置の機能および構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、実施の形態に係るフィルム成形装置１の概略構成を示す。フィルム成形装置１は、チューブ状のフィルムを成形する。フィルム成形装置１は、ダイ２と、フィルム厚調節部１５と、一対の安定板４と、引取機５と、厚み計測センサ６と、巻取機２０と、巻き姿計測センサ２２と、制御装置７と、を備える。

ダイ２は、押出機（不図示）より供給された溶融樹脂をチューブ状に成形する。ダイ２は特に、リング状のスリット１８（図２で後述）から溶融樹脂を押し出すことにより、溶融樹脂をチューブ状に成形する。

フィルム厚調節部１５は、ダイ２から押し出された溶融樹脂を、フィルム厚を調節するとともに冷却する。溶融樹脂が冷却されると、フィルムが成形される。

一対の安定板４は、冷却装置３の上方に配置され、成形されたフィルムを引取機５に案内する。引取機５は、安定板４の上方に配置される。引取機５は、一対のピンチロール３８を含む。一対のピンチロール３８は、不図示のモータに駆動されて回転し、案内されたフィルムを引っ張り上げながら扁平に折りたたむ。巻取機２０は、折りたたまれて所定幅を有するフィルムを巻き取り、フィルムロール体１１を形成する。

厚み計測センサ６は、フィルム厚調節部１５と安定板４との間に配置される。厚み計測センサ６は、チューブ状のフィルムの周りを周りながら、周方向の各位置におけるフィルム厚を計測する。厚み計測センサ６は、所定の周期で、周方向の各位置におけるフィルム厚を計測する。厚み計測センサ６による計測値は制御装置７に送られる。

巻き姿計測センサ２２は、フィルムロール体１１に隣接して配置される。巻き姿計測センサ２２は、フィルムロール体１１の軸方向の各位置における半径に関する情報、すなわちフィルムロール体１１の半径の軸方向変化に関する情報を、所定の周期で計測する。巻き姿計測センサ２２は、本実施の形態では半径に関する情報として半径そのものを特定するが、半径に関する情報として、例えば軸方向の各位置における直径を計測してもよく、また例えばフィルムロール体１１の中心軸に平行な或る軸とフィルムロール体１１との軸方向の各位置における距離を特定してもよい。

巻き姿計測センサ２２は、例えばレーザ変位計であり、フィルムロール体１１の中心軸に沿って移動しながら軸方向の各位置、具体的には軸方向に一定間隔で並ぶ第１の位置〜第ｎ（ｎは自然数）の位置までのｎ個の各位置におけるフィルムロール体１１の半径を計測する。なお、第１の位置、第ｎの位置はそれぞれ、軸方向におけるフィルムロール体１１の一方側端部、他方側端部に対応する位置である。巻き姿計測センサ２２による計測値は制御装置７に送られる。

制御装置７は、厚み計測センサ６や巻き姿計測センサ２２から受け付けた計測値に応じた制御指令を、フィルム厚調節部１５に送る。フィルム厚調節部１５は、この制御指令を受けて、厚みのばらつきが小さくなるようスリット１８（特にその吐出口）の幅を調節したり、冷却風の風量を調節したりする。

図２は、ダイ２およびフィルム厚調節部１５を示す断面図である。図３、４は、ダイ２およびフィルム厚調節部１５の上面図である。図３では、冷却装置３の内部を透視した状態を示している。図４では、冷却装置３の表示を省略している。

ダイ２は、ダイ本体１０と、内周部材１２と、外周部材１４と、を備える。内周部材１２は、ダイ本体１０の上面に載置される略円柱状の部材である。外周部材１４は、環状の部材であり、内周部材１２を環囲する。内周部材１２と外周部材１４との間には、リング状に上下方向に延びるスリット１８が形成される。このスリット１８を溶融樹脂が上側に向かって流れ、スリット１８の吐出口（すなわち上端開口）１８ａから溶融樹脂が押し出され、吐出口１８ａの幅に応じた厚さのフィルムが形成される。

フィルム厚調節部１５は、冷却装置３と、複数（ここでは３２個）の調節ユニット１６と、を含む。

冷却装置３は、ダイ２の上方に配置される。冷却装置３は、エアーリング８と、エアーリング８内に設けられ、エアーリング８から吹き出る冷却風の風量を調節する複数（図３では２０個）のバルブ装置９と、を備える。エアーリング８は、内周部が下方に凹んだリング状の筐体である。エアーリング８の内周部には、上側に開口したリング状の吹出口８ａが形成されている。吹出口８ａは特に、リング状のスリット１８と同心となるよう形成される。

エアーリング８の外周部には、複数のホース口８ｂが周方向に等間隔で形成されている。複数のホース口８ｂのそれぞれにはホース（不図示）が接続され、このホースを介してブロワー（不図示）からエアーリング８内に冷却風が送り込まれる。エアーリング８内送り込まれた冷却風は、吹出口８ａから吹き出て溶融樹脂に吹き付けられる。

複数のバルブ装置９は、吹出口８ａとホース口８ｂとの間の通風路内に、周方向に隙間なく配置される。複数のバルブ装置９のそれぞれの開度を調節することによって、吹出口８ａから吹き出る冷却風の風量を調節できる。例えば、すべてのバルブ装置９の開度を同じにすることによって、吹出口８ａから吹き出る冷却風の風量を周方向に均一にできる。また例えば、少なくとも１つのバルブ装置９の開度を他のバルブ装置９と異なる開度にすることによって、吹出口８ａから吹き出る冷却風の風量を周方向に変化させることができる。フィルムに厚みのばらつきが生じている場合、例えば、肉厚が薄い部分に対応する（例えば肉厚が薄い部分の下方に位置する）バルブ装置９の開度を大きくし、肉厚が薄い部分の下方の溶融樹脂に吹き付けられる風量を多くする。これにより、以降に成形されるフィルムの偏肉が小さくなる。

複数の調節ユニット１６は、外周部材１４の上端側を囲むように周方向にほぼ隙間なく配置される。調節ユニット１６は特に、片持ち状に外周部材１４に取り付けられる。複数の調節ユニット１６の上方には冷却装置３が固定される。複数の調節ユニット１６はそれぞれ、外周部材１４に径方向内向きの押圧荷重または径方向外向きの引張荷重を付与できるよう構成される。外周部材１４は、押圧荷重または引張荷重が付与されることによって弾性変形する。したがって、複数の調節ユニット１６を調節することによって、吐出口１８ａの幅を周方向で部分的に調整でき、フィルム厚を周方向で部分的に制御できる。フィルム厚に周方向でばらつきが生じている場合、例えば、肉厚が薄い部分に対応する（例えば肉厚が薄い部分の下方に位置する）調節ユニット１６から外周部材１４に引張荷重を付与させ、肉厚が薄い部分の下方の吐出口１８ａの間隙を大きくする。これにより、フィルムの厚みのばらつきが小さくなる。

調節ユニット１６は、一例としては図２に示すように、制御装置７からの制御指令に基づいて駆動するアクチュエータ２４と、回動軸３２を支点として支持され、アクチュエータ２４の回転力を受けるレバー３４と、外周部材１４により軸線方向に変位可能に支持され、レバー３４の作用点に支持された作動ロッド３６と、含む。そして、レバー３４の回転力が作動ロッド３６の軸線方向の力に変換され、その軸線方向の力が内周部材１２または外周部材１４に対する荷重となり、レバー３４がレバー３４の作用点において作動ロッド３６に直接力を付与する。

図５は、制御装置７の機能および構成を示すブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

制御装置７は、種々の通信プロトコルにしたがって厚み計測センサとの通信処理を実行する通信部４０と、ユーザによる操作入力を受け付け、また各種画面を表示部に表示させるＵ／Ｉ部４２と、通信部４０およびＵ／Ｉ部４２から取得されたデータをもとにして各種のデータ処理を実行するデータ処理部４６と、データ処理部４６により参照、更新されるデータを記憶する記憶部４８と、を含む。

記憶部４８は、許容フィルム厚記憶部６０と、実測フィルム厚記憶部６２と、巻き姿情報記憶部６４と、を含む。許容フィルム厚記憶部６０は、許容されるフィルム厚の範囲を記憶する。実測フィルム厚記憶部６２は、チューブ状のときのフィルムの周方向の各位置と、厚み計測センサ６により計測された各位置でのフィルム厚と、その計測時刻とを対応付けて記憶する。巻き姿情報記憶部６４は、フィルムロール体１１の軸方向の各位置と、巻き姿計測センサ２２により計測された各位置でのフィルムロール体１１の半径と、その計測時刻とを対応付けて記憶する。なお、後述の取得部５０がフィルム厚、半径を取得した時刻を、それぞれの計測時刻とみなしてもよい。

データ処理部４６は、取得部５０と、判定部５２と、決定部５４と、動作制御部５６と、通知部５８と、を含む。取得部５０は、厚み計測センサ６により計測されたフィルム厚を取得する。

判定部５２は、所定の周期で、フィルムロール体１１の半径の軸方向変化に基づいて、フィルムロール体１１の巻き姿に異常があるか否か、言い換えると、フィルムロール体１１にこぶや凹みができているか否かを判定する。

図６は、判定部５２が巻き姿に異常があるか否かを判定する処理を説明するための図である。図６において、横軸はフィルムロール体１１の軸方向位置を示し、縦軸は半径を示す。つまり図６は、フィルムロール体１１の軸方向の各位置における半径、すなわちフィルムロール体１１の半径の軸方向変化を示している。

本実施の形態では、判定部５２は、軸方向の第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ−ｍ（ｍは自然数である定数））位置から第ｉ＋ｍ位置までの範囲Ｒ_ｉにおけるフィルムロール体の半径の最大値Ｒ_ｉｍａｘと最小値Ｒ_ｉｍａｘとの差が所定の差分閾値Ｄ以上である場合に、その範囲Ｒ_ｉにこぶや凹みがある、すなわち巻き姿に異常があると判定する。

ｍに設定するべき値は実験等に基づき決定すればよい。なお、点線で囲んだ２つの軸方向位置のように、半径に差分閾値Ｄ以上の差がある場合であっても、その２つの軸方向位置が比較的離れている場合は、半径の軸方向変化がなだらかであるためフィルムのひずみの原因とはならない。ｍの値が大きすぎると、そのような場合もこぶや凹みと判定してしまう。またｍの値が小さすぎると、半径の軸方向変化が極めて急であるこぶや凹みがある場合しか、巻き姿に異常があると判定できなくなる。したがって、ｍに設定するべき値はこれらを考慮して決定する必要がある。

通知部５８は、範囲Ｒ_１、範囲Ｒ_２、・・・、範囲Ｒ_ｎ−ｍのうちのこぶや凹みがあると判定された範囲とともに、巻き姿に異常がある旨を表示部への表示や音声により通知する。

決定部５４は、各調節ユニット１６が外周部材１４に付与すべき荷重、および／または、各バルブ装置９の開度を決定する。決定部５４は特に、厚み計測センサ６により計測されるフィルム厚であって、チューブ状のフィルムの周方向の各位置におけるフィルム厚が、許容されるフィルム厚の範囲に収まるように、各調節ユニット１６が外周部材１４に付与すべき荷重、および／または、各バルブ装置９の開度を決定する。

動作制御部５６は、フィルム厚調節部１５の動作、すなわち調節ユニット１６およびバルブ装置９の動作、を制御する。具体的には、動作制御部５６は、決定部５４により決定された荷重を外周部材１４に付与するように調節ユニット１６に制御指令を送信し、決定部５４により決定された開度を示す制御指令をバルブ装置９に送信する。

以上のように構成されたフィルム成形装置１の動作を説明する。
ダイ２の吐出口１８ａから溶融樹脂が押し出され、フィルム厚調節部１５の冷却装置３から冷却風が吹き付けられて溶融樹脂が固化し、フィルムが成形される。フィルムの成形中、厚み計測センサ６は所定の周期でチューブ状のフィルムの周方向の各位置のフィルム厚を計測する。また、フィルムの成形中、巻き姿計測センサ２２は所定の周期でフィルムロール体１１の軸方向の各位置の半径を計測する。制御装置７は、厚み計測センサ６により計測されるフィルム厚が許容されるフィルム厚の範囲に収まるようにフィルム厚調節部１５を制御する。また、制御装置７はさらに、フィルムロール体１１の巻き姿に異常があるか否かを判定し、異常があると判定した場合にその旨をユーザに通知する。この通知を受けてユーザは、巻き姿の異常を解消するように、すなわちこぶや凹みをなくすように、手動でフィルム厚調節部１５を調節する。

続いて、本実施の形態による効果を説明する。本実施の形態に係るフィルム成形装置１によると、フィルムロール体１１の巻き姿に異常があるか、すなわちこぶや凹みができているか判定されため、その存在を把握できる。これにより、巻き姿の異常を解消するように対処でき、こぶや凹みが比較的少ないあるいは小さいフィルムロール体を形成できる。

また、本実施の形態に係るフィルム成形装置１によると、巻き姿計測センサ２２によりフィルムロール体１１の半径に関する情報が直接計測される。そのため、フィルムロール体１１の半径に関する情報を比較的精度よく計測でき、巻き姿に異常があるか否かを比較的精度よく判定できる。

以上、実施の形態に係るフィルム成形装置の構成と動作ついて説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（変形例１）
図７は、変形例に係るフィルム成形装置１の引取機５とその周辺を示す図である。引取機５は、一対の第１ピンチロール１３８と、一対の第２ピンチロール１４０と、第１ターンロール１４２〜第５ターンロール１５０と、を含む。第１ピンチロール１３８および第１ターンロール１４２〜第５ターンロール１５０は、鉛直軸周りに往復旋回可能に構成される。このような引取機５の構成は公知であるため詳細な説明は省略するが、第１ピンチロール１３８および第１ターンロール１４２〜第５ターンロール１５０が旋回することによりフィルムが捩れ、これにより、第１ピンチロール１３８に折りたたまれる前のチューブ状のフィルムの周方向の位置と、巻取機２０がフィルムを巻き取るときに積み重なるフィルムの位置とが相対的に徐々にずれて平均化され、フィルムの巻き姿に異常が生じるのを低減する。

本変形例においても、実施の形態と同様にしてフィルムロール体１１の巻き姿に異常があるか否かを判定し、判定結果を通知してもよい。そして判定結果の通知を受けてユーザは、巻き姿の異常を解消するように手動でフィルム厚調節部１５を調節してもよい。またユーザは、第１ピンチロール１３８および第１ターンロール１４２〜第５ターンロール１５０のうちの少なくともひとつの旋回速度を変化させることにより、あるいは旋回タイミングをずらすことにより、巻き姿の異常を解消してもよい。

（変形例２）
実施の形態および上述の変形例では、巻き姿計測センサ２２によりフィルムロール体１１の軸方向の各位置における半径に関する情報を計測する場合について説明した。変形例として、厚み計測センサ６により計測されたフィルム厚に基づいてフィルムロール体１１の軸方向の各位置における半径に関する情報を特定（推定）してもよい。図８は、変形例に係るフィルム成形装置１の制御装置７の機能および構成を示すブロック図である。図８は図５に対応する。本変形例では、データ処理部４６は特定部５９をさらに含む。特定部５９は、フィルムロール体１１の軸方向の各位置における半径を、折りたたまれる前のチューブ状のフィルムにおける対応する周方向位置のフィルム厚に基づいて特定する。より具体的には、フィルムロール体１１はチューブ状のフィルムを折りたたんで巻き取ったものであるため、軸方向の各位置におけるフィルムロール体１１の半径は、折りたたまれる前のチューブ状のフィルムの対応する２つの周方向位置のフィルム厚を積算することにより特定できる。

本変形例に係るフィルム成形装置１によると、厚み計測センサ６の計測値に基づいてフィルムロール体１１の半径に関する情報が特定されるため、巻き姿計測センサ２２が不要となる。したがって、フィルム成形装置１のコストを低減できる。

（変形例３）
実施の形態および上述の変形例では、制御装置７は、フィルムロール体１１にこぶや凹みができていると判定した場合にその旨を表示部への表示や音声により通知する場合について説明した。変形例としては、そのこぶや凹みをなくすように制御装置７が自動でフィルム厚調節部１５を調節してもよい。この場合、決定部５４はさらに、判定部５２によってフィルムロール体１１の巻き姿に異常があると判定された場合にその異常状態を解消するように、すなわちフィルムロール体１１にこぶや凹みができていると判定された場合にそのこぶや凹みをなくすように、各調節ユニット１６が外周部材１４に付与すべき荷重、および／または、各バルブ装置９の開度を決定する。

具体的には、決定部５４は、或る範囲Ｒ_ｉの巻き姿に異常があると判定された場合、その範囲Ｒ_ｉの各位置（第ｉ位置〜第ｉ＋ｍ位置）の半径が或る基準値に近づくように、各調節ユニット１６が外周部材１４に付与すべき荷重、および／または、各バルブ装置９の開度を決定する。例えば決定部５４は、範囲Ｒ_ｉの各位置のうちの基準値よりも厚いところに対応するフィルム厚を許容されるフィルム厚の範囲内で薄くし、基準値よりも薄いところに対応するフィルム厚を許容されるフィルム厚の範囲内で厚くするように、各調節ユニット１６が外周部材１４に付与すべき荷重、および／または、各バルブ装置９の開度を決定する。

基準値は、巻き姿計測センサ２２により計測された、範囲Ｒ_ｉの各位置の半径の計測値の最大値であっても、最小値であっても、平均値であっても、中間値であっても、分散値であってもよい。平均値、中間値または分散値を基準値とすると、比較的早く巻き姿の異常を解消できる。なお、最大値、最小値、平均値、中間値または分散値のうちのいずれを基準値とするかは、そのときどきで異なっていてもよい。また例えば、範囲Ｒ_ｉ＋１、範囲Ｒ_ｉ−１などの近傍する範囲の巻き姿に異常がない場合には、例えばそのうちのいずれかの範囲の平均値、中間値または分散値を基準値としてもよい。

（変形例４）
実施の形態および上述の変形例では、ダイ２の吐出口１８ａが環状であるいわゆる丸ダイである場合について説明したが、これに限られない。実施の形態の技術思想の少なくとも一部は、吐出口が直線状であるいわゆるＴダイにも適用できる。

上述した実施の形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１ フィルム成形装置、 ２ ダイ、 ６ 厚み計測センサ、 ７ 制御装置、 ２２ 巻き姿計測センサ、 ５２ 判定部。

Claims (6)

1. ダイから溶融樹脂を押し出し、それを固化させてフィルムを成形し、成形されたフィルムを巻き取ってフィルムロール体を形成するフィルム成形装置であって、
   フィルムロール体の半径の軸方向変化に基づいて巻き姿に異常があるか否かを判定する判定部を備えることを特徴とするフィルム成形装置。
2. 前記判定部は、軸方向の所定の範囲におけるフィルムロール体の半径の最大値と最小値との差が所定の差分閾値以上である場合に巻き姿に異常があると判定することを特徴とする請求項１に記載のフィルム成形装置。
3. 前記判定部により巻き姿に異常があると判定された場合に、その旨をユーザに通知する通知部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルム成形装置。
4. 成形されるフィルムの厚みを調節するフィルム厚調節部と、
   前記フィルム厚調節部の動作を制御する動作制御部と、を備え、
   前記動作制御部は、前記判定部により巻き姿に異常があると判定された場合に、解消するよう前記フィルム厚調節部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルム成形装置。
5. 軸方向の各位置におけるフィルムロール体の半径に関する情報を計測するセンサを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフィルム成形装置。
6. 前記ダイは、環状の吐出口からチューブ状に溶融樹脂を押し出し、
   周方向の各位置におけるフィルムの厚みを測定するセンサと、
   前記センサにより測定された周方向の各位置におけるフィルム厚に基づいて、フィルムロール体の軸方向の各位置における半径に関する情報を特定する特定部と、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフィルム成形装置。

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