JP2020163578A - インフレーション成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より高品質なチューブかつフィルム状の樹脂を成形できるインフレーション成形装置を提供する。【解決手段】インフレーション成形装置は、チューブ状に樹脂を押し出すダイ１０と、押し出された樹脂に所定のパターンを投影する投影部２８と、パターンが投影された樹脂を撮像する撮像部２９と、撮像された画像に基づいて、押し出された樹脂の三次元形状を示す三次元データを生成する三次元データ生成部３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、インフレーション成形装置に関する。

溶かした樹脂をダイからチューブ状に押し出し、その内側に空気を吹き込んで膨らませて薄いフィルム状に成形するインフレーション成形が知られている。従来では、リップ幅や冷却風の風量、風温を調節することにより、樹脂の厚みを目標範囲内に収める技術が提案されている。

特開２０１７−１７７３４８号公報

インフレーション成形では、押し出された樹脂の形状、特にフロストラインまでの樹脂の形状は、厚みや強度などの品質に影響する。例えば、樹脂が非回転対称なチューブ状の場合、その品質が低下しうる。そのため、押し出された樹脂の形状を、高い品質を実現できる理想的な形状に近づけるべく、樹脂の内側に吹き付ける空気の風量、リップ幅、冷却風の風量および風温などの調節要素を調節する必要がある。現状では、樹脂の形状を目視で確認して調節要素を調節しており、その調節方法ひいては樹脂の品質の向上について改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、より高品質なチューブかつフィルム状の樹脂を成形できるインフレーション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インフレーション成形装置は、チューブ状に樹脂を押し出すダイと、押し出された樹脂に所定のパターンを投影する投影部と、パターンが投影された樹脂を撮像する撮像部と、撮像された画像に基づいて、押し出された樹脂の三次元形状を示す三次元データを生成する三次元データ生成部と、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、より高品質なチューブかつフィルム状の樹脂を成形できる。

実施の形態に係るインフレーション成形装置の概略構成を示す図である。 チューブ状の樹脂にパターンが投影された様子を示す図である。 図１のダイおよび厚み調節部の断面図である。 図１のダイおよび厚み調節部の上面図である。 図１のダイおよび厚み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。 図６の表示制御部によりディスプレイに表示される二次元画像の一例を示す図である。

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、実施の形態に係るインフレーション成形装置１の概略構成を示す。インフレーション成形装置１は、インフレーション成形によってチューブかつフィルム状の樹脂を成形する装置であり、ダイ１０と、厚み調節部２と、一対の安定板４と、ピンチロール５と、厚み検出部６と、三次元形状検出部２６と、厚み調節部２を制御する制御装置７と、を備える。

ダイ１０は、押出機（不図示）より供給された溶けた樹脂を、リング状のスリット１８（図３で後述）から押し出すことにより、チューブかつフィルム状に成形する。厚み調節部２は、ダイ１０から押し出される樹脂の厚みを調節する。

一対の安定板４は、厚み調節部２の上方に配置され、チューブかつフィルム状に成形された樹脂を一対のピンチロール５の間に案内する。ピンチロール５は、安定板４の上方に配置され、案内された樹脂を引っ張り上げながら扁平に折りたたむ。折りたたまれた樹脂は、巻取機（不図示）によって巻き取られる。

厚み検出部６は、厚み調節部２と安定板４との間に配置される。厚み検出部６は、チューブ状の樹脂の周りを回りながら、周方向の各位置における樹脂の厚みを検出する。厚み検出部６による検出結果は制御装置７に送信される。

三次元形状検出部２６は、厚み調節部２と安定板４との間に配置される。三次元形状検出部２６は、パターン投影法によってチューブ状の樹脂の表面形状を計測する。パターン投影法は公知であるため、詳細な説明は控え、簡単に説明する。

三次元形状検出部２６は、投影部２８と、撮像部２９と、三次元データ生成部３０と、を含む。投影部２８は、所定のパターンをチューブ状の樹脂に投影する。パターンは、図形を規則的に配列した模様であって、線状または帯状の図形を規則的に配列した縞模様、格子模様であってもよいし、市松模様であってもよいし、ドットをマトリクス状に配列した模様であってもよいし、その他の模様であってもよい。図２は、チューブ状の樹脂にパターンＰＴＮが投影された様子を示す。ここでは、パターンＰＴＮは縞模様である。

図３に戻り、撮像部２９は、投影部２８による投影方向とは異なる方向から、パターンが投影された樹脂を撮像する。撮像部２９は、構成は特に限定されないが、例えば、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどで構成される撮像素子と、撮像素子に結像するための光学系と、を含みうる。

三次元形状検出部２６は、チューブ状の樹脂の周りを回るように移動可能に構成され、例えば９０度間隔で、投影部２８および撮像部２９がパターンの投影および撮影を実施する。変形例として、三次元形状検出部２６は、投影部２８および撮像部２９のセットを複数含み、これらが周方向に所定の間隔で、例えば９０度間隔で配置されてもよい。なお、チューブ状の樹脂の全周にわたってパターンの投影および撮影を実施できればよく、パターンの投影および撮影を実施する間隔は９０度に限定されない。

三次元データ生成部３０は、撮像部２９が撮像した画像から、チューブ状の樹脂の三次元形状を示す三次元データを生成する。具体的には三次元データ生成部３０は、撮像部２９が撮像した画像から、パターンひいてはチューブ状の樹脂の表面の各点の三次元座標を、三角測量の原理を使用して生成する。三次元データ生成部３０は、生成した三次元データを制御装置７に送信する。

好ましくは、撮像部２９は、同一の視点位置および視線方向で複数の画像を例えば連続して撮像し、三次元データ生成部３０は、それら複数の画像を平均した画像を、当該視点位置および視線方向で撮像された画像として三次元データを生成する。チューブ状の樹脂の内側には、内周部材１２に形成されている不図示の吹出口から樹脂を膨らませるための空気が吹き付けられている。また、チューブ状の樹脂の外周側には、冷却装置３からの冷却風が吹き付けられている。これらにより、樹脂は少なからず揺れている。これに対し、上述のように平均した画像に基づいて三次元データを生成することで、揺れの影響を低減できる。

変形例として、三次元形状検出部２６の代わりに、制御装置７が三次元データ生成部３０を備えていてもよい。この場合、三次元形状検出部２６は、撮像部２９が撮像した画像を制御装置７に送信すればよい。

図３は、ダイ１０および厚み調節部２の断面図である。図４、５は、ダイ１０および厚み調節部２の上面図である。図４では、冷却装置３の内部を透視した状態を示している。図５では、冷却装置３の表示を省略している。

ダイ１０は、ダイ本体１１と、内周部材１２と、外周部材１４と、を含む。内周部材１２は、ダイ本体１１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を溶けた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から樹脂が押し出される。

ダイ本体１１の外周には、複数のヒータ１９が装着される。また、外周部材１４の外周にもヒータ１９が装着される。ダイ本体１１および外周部材１４は、ヒータ１９によって所要の温度に加熱される。これにより、ダイ１０の内部を流れる樹脂を適度な温度および状態に保つことができる。

厚み調節部２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１０の上方に配置される。冷却装置３は、エアーリング８と、複数（図４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、中心軸Ａを中心とする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内に送り込まれた冷却風は、吹出口８ａから吹き出て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、周方向に例えば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。樹脂の厚みに周方向でばらつきが生じている場合、例えば、厚み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、厚みが薄い部分の下方の樹脂に吹き付けられる風量を多くする。これにより、当該部分の厚みが厚くなり、厚みの周方向のばらつきが小さくなる。

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例えば等間隔に配置される。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、リップ幅を周方向で部分的に調節でき、樹脂の厚みを周方向で部分的に制御できる。厚みに周方向でばらつきが生じている場合、例えば、厚みが薄い部分に対応する（例えば厚み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、厚み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、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３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６は、制御装置７の機能および構成を模式的に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検出部６および三次元形状検出部２６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、三次元データ記憶部６４と、参考三次元データ記憶部６６と、を含む。三次元データ記憶部６４は、三次元形状検出部２６が生成した三次元データを記憶する。参考三次元データ記憶部６６は、過去の成形における三次元データであって、最も理想に近いチューブかつフィルム状の樹脂を成形できたときの三次元データを記憶する。参考三次元データ記憶部６６に記憶させる三次元データはユーザが決めればよい。なお、参考三次元データ記憶部６６に記憶させる三次元データは、実際の成形で得られた三次元データではなく、シミュレーションにより得られた理想的な三次元データであってもよい。

データ処理部４６は、取得部５０と、二次元画像生成部５２と、表示制御部５４と、動作制御部５６と、を含む。

取得部５０は、厚み検出部６により検出された周方向の各位置での樹脂の厚みと、三次元形状検出部２６により生成された三次元データとを取得する。取得部５０は、取得した三次元データを三次元データ記憶部６４に記憶させる。

二次元画像生成部５２は、三次元データ記憶部６４に記憶された三次元データから、チューブ状の樹脂の二次元画像を生成する。二次元画像生成部５２は特に、三次元データが示すチューブ状の樹脂を、Ｕ／Ｉ部４２を介してユーザが指定した視点位置からユーザが指定した視線方向に見た二次元画像を生成する。

表示制御部５４は、厚み検出部６により検出された周方向の各位置での樹脂の厚みを所定のディスプレイに表示させる。また、表示制御部５４は、二次元画像生成部５２によって生成された二次元画像を所定のディスプレイに表示させる。

図７は、表示制御部５４によりディスプレイに表示される二次元画像の一例を示す。図７に示すように、表示制御部５４は、二次元画像に、樹脂の形状に関する定量的なデータを、例えば、ダイ１０からの各高さ位置における径方向の寸法であって、中心軸Ａに対して左右両側の寸法を、表示してもよい。

また、表示制御部５４は、今回計測された三次元データに基づく二次元画像に重ねて、参考三次元データ記憶部６６に記憶された参考とすべき三次元データに基づく二次元画像を重ねて表示（例えば破線で表示）してもよい。この場合、二次元画像生成部５２は、今回の三次元データに対してユーザが指定した視点位置および視線方向により、参考三次元データ記憶部６６に記憶された三次元データから二次元画像を生成すればよい。

ユーザは、ディスプレイに表示される樹脂の厚みと二次元画像とを参考にして、周方向の各位置における厚みが許容される厚みの範囲に収まり、かつ、チューブ状の樹脂の三次元形状が中心軸Ａに対して回転対称となるように、好ましくは理想的な形状に近づけるように、各種調節要素の調節量を、例えば周方向の各位置のリップ幅すなわち各調節ユニット１６が外周部材１４に付与すべき荷重、および、各バルブ装置９の開度を決定する。

図６に戻り、動作制御部５６は、ユーザの決定にしたがって各種調節要素の動作を制御する。例えば動作制御部５６は、ユーザ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に制御指令を送信する。各調節ユニット１６は、この制御指令にしたがって動作する。また例えば、動作制御部５６は、ユーザ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。各バルブ装置９は、この制御指令にしたがって動作する。

以上のように構成されたインフレーション成形装置１の動作を説明する。以下の動作は、所定の周期で繰り返し実行される。
制御装置７は、厚み検出部６により検出された周方向の各位置での樹脂の厚みと、および、三次元形状検出部２６により生成された三次元データとを取得する。制御装置７は、周方向の各位置での樹脂の厚みをディスプレイに表示する。また、制御装置７は、三次元データから、チューブ状の樹脂をユーザが指定した視点位置からユーザが指定した視線方向に見た二次元画像を生成し、それをディスプレイに表示する。ユーザは、ディスプレイに表示された樹脂の厚みおよび二次元画像を参考にして、周方向の各位置のリップ幅すなわち各調節ユニット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。制御装置７は、ユーザの指示に応じて各調節ユニット１６および各バルブ装置９を制御する。

以上説明した本実施の形態によれば、チューブ状の樹脂の三次元形状を示す三次元データが生成される。例えば三次元データから二次元画像を生成して表示すれば、より的確に調節要素を調節して樹脂の形状を理想的な形状に近づけ、品質をより高めることができる。また、二次元画像に樹脂の形状に関する定量的なデータを表示してもよく、この場合、さらに的確に調節要素を調節することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、同一の視点位置および視線方向で撮像された複数の画像を平均した画像を、当該視点位置および視線方向で撮像された画像として、三次元データが生成される。樹脂には、その内周側に、内周部材１２に形成されている不図示の吹出口から樹脂を膨らませるための空気が吹き付けられている。また樹脂には、その外周側に、冷却装置３からの冷却風が吹き付けられている。これらにより、樹脂は少なからず揺れている。これに対し本実施の形態では、上述のように平均した画像に基づいて三次元データが生成されるため、揺れの影響を低減できる。

以上、実施の形態に係るインフレーション成形装置の構成と動作について説明した。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）
冷却装置３は、冷却風の風量に代えて、または冷却風の風量に加えて、風温を調節できるよう構成されてもよい。例えば冷却装置３は、吹出口８ａとホース口８ｂとの間の通風路内に、複数のバルブ装置９の代わりに、周方向に隙間なく配置される複数のヒータを備えてもよい。制御装置７は、複数のヒータの出力を制御してもよい。ヒータの出力が高くなると、当該ヒータを通過した冷却風の風温が高くなり、ヒータの出力が低くなると、当該ヒータを通過した冷却風の風温が低くなる。

（変形例２）
実施の形態では特に言及しなかったが、三次元データ生成部３０は、撮像部２９が連続して撮像する画像に基づいて、それぞれの撮像タイミングにおけるチューブ状の樹脂の三次元データを、すなわち時系列の三次元データを生成してもよい。そして二次元画像生成部５２は、各三次元データに基づく各二次元画像を生成し、表示制御部５４がこれを時系列にディスプレイに表示してもよい。ユーザは、時系列に表示される二次元画像を監視することにより、チューブ状の樹脂の形状変化を、例えばチューブ状の樹脂が全体として大きく揺れているのか小さく揺れているのかを把握でき、チューブ状の樹脂の形状の良否を判別できる。

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 インフレーション成形装置、 ２ 厚み調節部、 ７ 制御装置、 １０ ダイ、 ２６ 三次元形状検出部、 ２８ 投影部、 ２９ 撮像部、 ３０ 三次元データ生成部、 ５２ 二次元画像生成部。

Claims (5)

1. チューブ状に樹脂を押し出すダイと、
   押し出された樹脂に所定のパターンを投影する投影部と、
   パターンが投影された樹脂を撮像する撮像部と、
   撮像された画像に基づいて、押し出された樹脂の三次元形状を示す三次元データを生成する三次元データ生成部と、
   を備えることを特徴とするインフレーション成形装置。
2. 三次元データから、入力された視点位置および視線方向に対応する二次元画像を生成する二次元画像生成部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のインフレーション成形装置。
3. 前記投影部および前記撮像部は、チューブ状の樹脂の周りを移動可能に構成され、
   前記三次元データ生成部は、前記撮像部により撮像された複数の画像であって、それぞれが、チューブ状の樹脂の周りの別々の位置から撮像された複数の画像に基づいて三次元データを生成することを特徴とする請求項１または２に記載のインフレーション成形装置。
4. 前記投影部および前記撮像部のセットを複数備え、
   前記三次元データ生成部は、複数のセットの撮像部により撮影された複数の画像に基づいて三次元データを生成することを特徴とする請求項１または２に記載のインフレーション成形装置。
5. 同一の視点位置および視線方向で撮像された複数の画像を平均した画像を、当該視点位置および視線方向で撮像された画像として、三次元データを生成す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インフレーション成形装置。

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