JP2023088180A - フィルム成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】調整時間を短縮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、吐出口から溶融樹脂を押し出すダイと、吐出口の延在方向に沿って配置され、それぞれ、吐出口の対応する位置の幅を調節するための複数のダイリップアクチュエータと、吐出口の幅を特定するための幅特定部と、幅特定部によって成形前に特定された吐出口の幅に基づいて複数のダイリップアクチュエータを制御する制御部と、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取機で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、フィルム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

従来のフィルム成形装置では、成形開始時のフィルム厚の調整に比較的長い時間がかかる。長時間の調整作業は作業者の負担になる。また、調整時間が長引けば、その分、樹脂が無駄になる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、調整時間を短縮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、吐出口から溶融樹脂を押し出すダイと、吐出口の延在方向に沿って配置され、それぞれ、吐出口の対応する位置の幅を調節するための複数のダイリップアクチュエータと、吐出口の幅を特定するための幅特定部と、幅特定部によって成形前に特定された吐出口の幅に基づいて複数のダイリップアクチュエータを制御する制御部と、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、調整時間を短縮できるフィルム成形装置を提供できる。

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のダイ装置を示す断面図である。 図２の外周部材とそれに取り付けられたダイリップアクチュエータを示す斜視図である。 図１の制御装置の機能および構成を模式的に示すブロック図である。 成形開始時のフィルム成形装置の動作の一例を示すフローチャートである。 成形中のフィルム成形装置の動作の一例を示すフローチャートである。

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１００の概略構成を示す図である。本実施の形態のフィルム成形装置１００は、インフレーション成形装置である。フィルム成形装置１００は、ダイ装置１０２と、冷却部１０４と、一対のガイド部１０６と、一対のピンチロール１０８と、厚みセンサ１１０と、制御装置１２０と、を備える。

ダイ装置１０２は、リング状の吐出口１１２ｂ（図２で後述）から溶融した樹脂を吐出することにより、円筒状の薄肉のフィルムを成形する。冷却部１０４は、ダイ装置１０２の上方に配置される。冷却部１０４は、フィルムに冷却風を吹き付けてフィルムを冷却する。

一対のガイド部１０６は、冷却部１０４の上方に配置される。一対のガイド部１０６は、フィルムを一対のピンチロール１０８に案内する。一対のピンチロール１０８は、一対のガイド部１０６の上方に配置される。一対のピンチロール１０８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扁平に折りたたむ。折りたたまれたフィルムは、図示しない巻取機によって巻き取られる。

厚みセンサ１１０は、冷却部１０４と一対のガイド部１０６との間に配置される。厚みセンサ１１０は、円筒状のフィルムの周りを周方向に回りながら、周方向の各位置におけるフィルムの厚みを所定の周期で検出する。厚みセンサ１１０により検出された厚みデータは制御装置１２０に送信される。制御装置１２０は、フィルム成形装置１００を統括的に制御する。

図２は、ダイ装置１０２を示す断面図である。図３は、外周部材１１８とそれに取り付けられたダイリップアクチュエータ１１４を示す斜視図である。図３では、ダイリップアクチュエータ１１４を１つだけ示し、残りのダイリップアクチュエータ１１４の表示を省略している。

ダイ装置１０２は、ダイ１１２と、複数のダイリップアクチュエータ１１４と、幅特定部１６０と、複数の変位量特定部１６２と、を備える。

ダイ１１２は、吐出口１１２ｂの内周を定める内周部材１１６と、吐出口１１２ｂの外周を定める外周部材１１８と、を含む。内周部材１１６は、略円柱状の部材である。外周部材１１８は、円筒状の部材であり、内周部材１２を環囲する。内周部材１１６と外周部材１１８との間には、円筒状のスリット１１２ａが形成される。このスリット１１２ａを溶融樹脂が上側に向かって流れ、スリット１１２ａの出口（すなわち上端開口）である吐出口１１２ｂから溶融樹脂が押し出される。つまり、内周部材１１６はスリット１１２ａひいては吐出口１１２ｂの内周側を定め、外周部材１１８はスリット１１２ａひいては吐出口１１２ｂの外周側を定める。

外周部材１１８は、上端に形成されたリップ部（小径部）１５０と、リップ部１５０の下方にリップ部１５０よりも大径に形成された中径部１５２と、中径部１５２の下方に中径部１５２よりも大径に形成された大径部１５４と、を有する。リップ部１５０は、円筒状の本体部１５６と、本体部１５６から径方向外側に張り出した環状の張出環囲部１５８と、を含む。張出環囲部１５８は、内周部材１１６の中心軸Ｃを含む平面で切断した断面形状が略Ｌ字状である。

複数のダイリップアクチュエータ１１４は、外周部材１１８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。ダイリップアクチュエータ１１４は特に、片持ち状に外周部材１１８に取り付けられる。複数のダイリップアクチュエータ１１４はそれぞれ、リップ部１５０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。リップ部１５０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して径方向に変位する。したがって、複数のダイリップアクチュエータ１１４を調節することによって、周方向の各位置のリップ幅を調節でき、樹脂の厚みを周方向で部分的に制御できる。フィルム厚が周方向でばらついている場合、例えば、フィルム厚が薄い部分に対応する（例えばフィルム厚が薄い部分の下方に位置する）ダイリップアクチュエータ１１４によってリップ部１５０に引張荷重を付与し、フィルム厚が薄い部分の下方の吐出口１１２ｂの幅を大きくする。これにより、フィルム厚のばらつきが小さくなる。

ダイリップアクチュエータ１１４は、リニアアクチュエータであり、アクチュエータ本体１４０と、その軸方向に直動するロッド１４２と、を含む。ダイリップアクチュエータ１１４の構成は特に限定されないが、例えば、エアアクチュエータであってもよい。

幅特定部１６０は、成形前（すなわち非成形時）に、周方向の各位置における吐出口１１２ｂの径方向の幅（以下、「リップ幅」という）を特定する。幅特定部１６０は、特定した幅データを制御装置１２０に送信する。幅特定部１６０は、制御装置１２０からリップ幅の特定指示を受信した場合に、リップ幅を特定してもよい。制御装置１２０は、例えば成形前においてユーザからリップ幅の特定指示を受け付けた場合に幅特定部１６０にリップ幅の特定指示を送信してもよいし、また例えばユーザから成形開始の指示を受け付けた場合に成形の開始に先だって幅特定部１６０にリップ幅の特定指示を送信してもよい。

例えば幅特定部１６０は、吐出口１１２ｂに沿って周方向に移動しながら、周方向の各位置におけるリップ幅を特定してもよい。また例えば、フィルム成形装置１００は、位置が固定された複数の幅特定部１６０を備え、それら複数の幅特定部１６０が周方向に例えば等間隔で配置されてもよい。

幅特定部１６０は、好ましくは非接触で、リップ幅を特定する。例えば幅特定部１６０は、リップ幅を計測可能なレーザ変位計を含んで構成されてもよい。また例えば幅特定部１６０は、カメラを含んで構成されてもよい。この場合、吐出口１１２ｂを写した画像を公知の技術を用いて画像解析することにより、周方向の各位置におけるリップ幅を特定すればよい。

複数の変位量特定部１６２はそれぞれ、リップ部１５０、より具体的にはリップ部１５０の内周面１５０ａの径方向における変位量を特定する。変位量特定部１６２は、特定した変位量データを制御装置１２０に送信する。変位量特定部１６２は、図示のようにリップ部１５０に接触する接触式であってもよく、例えばアブソリュート型のリニアエンコーダを含んで構成されてもよい。また、変位量特定部１６２は、リップ部１５０に接触しない非接触式であってもよく、例えばレーザ変位計を含んで構成されてもよい。

変位量特定部１６２は、特に限定しないが、本実施の形態では、ダイリップアクチュエータ１１４と同数であり、ダイリップアクチュエータ１１４と同じ周方向位置に設けられる。

変位量特定部１６２は、図示の例では、リップ部１５０の外周面１５０ｂの変位量を、リップ部１５０ひいては内周面１５０ａの変位量として特定する。なお、変位量特定部１６２は、リップ部１５０の上面１５０ｃの変位量を、リップ部１５０ひいては内周面１５０ａの変位量として特定してもよい。

また、変位量特定部１６２は、破線で示されるように、ダイリップアクチュエータのロッド１４２の変位量を特定し、そのロッド１４２の変位量をリップ部１５０ひいては内周面１５０ａの変位量として特定してもよい。この場合、変位量特定部１６２は、好ましくはロッド１４２の先端部の変位量を特定する。

変位量特定部１６２は、所定の周期で変位量を特定してもよいし、変位があった場合に変位量を特定してもよいし、制御装置１２０から指示を受信した場合に変位量を特定してもよい。変位量特定部１６２は、変位量を特定するたびに、変位量データを制御装置１２０に送信する。

図４は、制御装置１２０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１２０は、種々の通信プロトコルにしたがって厚みセンサ１１０との通信処理を実行する通信部１２２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１２４と、通信部１２２およびＵ／Ｉ部１２４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１２６と、データ処理部１２６により参照、更新されるデータを記憶する記憶部１２８と、を含む。

記憶部１２８は、厚み記憶部１３６と、対応関係記憶部１３８と、を含む。厚み記憶部１３６は、後述の受信部１３０が受信した厚みデータを記憶する。対応関係記憶部１３８は、フィルム厚と、そのフィルム厚を許容されるフィルム厚の範囲に収めるためにダイリップアクチュエータ１１４がリップ部１５０に加えるべき荷重とを対応付けて記憶する。

データ処理部１２６は、受信部１３０と、決定部１３２と、アクチュエータ制御部１３４と、を含む。受信部１３０は、厚みセンサ１１０、幅特定部１６０、変位量特定部１６２から、厚みデータ、幅データ、変位量データをそれぞれ受信する。

決定部１３２は、リップ部１５０を変位させる量（以下、「変位量」という）を決定する。

まず、成形開始時の変位量の決定について説明する。決定部１３２は、幅特定部１６０によって特定された成形開始前のリップ幅を参照して、周方向の各位置におけるリップ部１５０の変位量（以下、「目標変位量」という）を決定する。決定部１３２は、例えば、リップ幅が周方向で均一になるように、周方向の各位置におけるリップ部１５０の目標変位量を決定する。均一のリップ幅は、例えば、成形開始前の周方向の各位置のリップ幅の平均値、中央値、最大値または最小値であってもよい。また例えば、均一のリップ幅は、成形するフィルムの目標フィルム厚に応じて予め決められたリップ幅であってもよい。

続いて、成形中の変位量の決定について説明する。決定部１３２は、厚み記憶部１３６に記憶される厚みデータを参照して、フィルム厚が許容範囲に収まるようにリップ部１５０の変位量を決定する。

アクチュエータ制御部１３４は、ダイリップアクチュエータ１１４を制御して、周方向の各位置のリップ部１５０を、決定部１３２によって決定された変位量変位させる。アクチュエータ制御部１３４は、対応関係記憶部１３８を参照してリップ部１５０に加えるべき荷重を特定し、特定した荷重がリップ部１５０に付与されるようにアクチュエータを制御する。

ところで、ダイリップアクチュエータ１１４には当然ながら個体差がある。また、リップ部１５０の変形によってその剛性が変化する。このため、対応関係記憶部１３８にしたがってリップ部１５０に荷重を加えても、決定部１３２が決定した目標変位量だけリップ部１５０を変位させられない場合がある。そこで、アクチュエータ制御部１３４は、変位量特定部１６２によって特定されるリップ部１５０の変位量を随時フィードバックして、変位量特定部１６２によって特定される変位量が目標変位量に一致するようにダイリップアクチュエータ１１４を制御する。つまり、アクチュエータ制御部１３４は、変位量特定部１６２によって特定されるリップ部１５０の変位量を制御量として、ダイリップアクチュエータ１１４をフィードバック制御する。

以上がフィルム成形装置１００の基本構成である。つづいて、フィルム成形装置１００の動作を説明する。

図５は、成形開始時のフィルム成形装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。受信部１３０は、幅特定部１６０から幅データを受信する（Ｓ１０）。決定部１３２は、幅データを参照して、周方向の各位置におけるリップ部１５０の目標変位量を決定する（Ｓ１２）。アクチュエータ制御部１３４は、ダイリップアクチュエータ１１４を制御して、決定された目標変位量にしたがってリップ部１５０を変位させる（Ｓ１４）。受信部１３０は、複数の変位量特定部１６２から、変位量データを受信する（Ｓ１６）。すべての周方向の位置においてリップ部１５０が目標変位量変位していたら（Ｓ１８のＹ）、処理を終了する。目標変位量変位していない周方向位置があれば（Ｓ１８のＮ）、Ｓ１４に戻る。つまり、すべての周方向の位置においてリップ部１５０が目標変位量変位するまでダイリップアクチュエータ１１４をフィードバック制御する。

図６は、成形中のフィルム成形装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。受信部１３０は、厚みセンサ１１０から厚みデータを受信する（Ｓ２０）。決定部１３２は、厚みデータを参照し、周方向の各位置のフィルム厚が許容範囲内の厚みであるか否かを判定する（Ｓ２２）。周方向のすべての位置においてフィルム厚が許容範囲内に収まっていれば、Ｓ３２に進む。周方向のいずれかの位置のフィルム厚が許容範囲に収まっていない場合、決定部１３２はその周方向位置におけるリップ部１５０の目標変位量を決定する（Ｓ２４）。アクチュエータ制御部１３４は、ダイリップアクチュエータ１１４を制御して、決定された目標変位量にしたがってリップ部１５０を変位させる（Ｓ２６）。受信部１３０は、複数の変位量特定部１６２から、変位量データを受信する（Ｓ２８）。リップ部１５０が目標変位量変位していたら（Ｓ３０のＹ）、Ｓ３２に進む。リップ部１５０が目標変位量変位していなければ（Ｓ３０のＮ）、Ｓ２６に戻る。つまり、リップ部１５０が目標変位量変位するまでダイリップアクチュエータ１１４をフィードバック制御する。

終了条件が満たされない場合（Ｓ３２のＮ）、処理をステップＳ２０に戻す。終了条件が満たされる場合（Ｓ３２のＹ）、フィルムの成形を終了する。終了条件は、外部から終了の指示を受け付けたことや、成形が所定の時間継続されたことである。

つづいて実施の形態が奏する効果を説明する。実施の形態によれば、幅特定部１６０によって成形前のダイ装置１０２の吐出口１１２ｂの幅が特定され、成形開始時にアクチュエータの制御に使用される。これにより、成形開始時の調整時間を短縮できる。

また、実施の形態では、変位量特定部１６２によって特定されるリップ部１５０の変位量を随時フィードバックして、リップ部１５０の変位量が目標変位量に一致するようにダイリップアクチュエータ１１４を制御する。これにより、ダイリップアクチュエータ１１４の個体差やリップ部１５０や変形によるリップ部１５０の剛性の変化などの外乱の影響がある中で、リップ部１５０を確実に目標変位量変位させることができ、より確実にフィルム厚を許容範囲内に収めることができる。

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）
実施の形態では特に言及しなかったが、幅特定部１６０によって特定される成形前のリップ幅と、変位量特定部１６２にって随時特定される成形中のリップ部１５０の変位量から、成形中のリップ幅を把握し続けることができる。この場合、決定部１３２は、フィルム厚に加えてリップ幅を考慮して、リップ部１５０の変位量を決定してもよい。

ここで、リップ幅が広いにもかかわらずフィルム厚が薄くなるいわゆる逆転現象がしられている。この場合、フィルム厚が厚いにもかかわらず、リップ幅を狭める必要がある。フィルム厚に加えてリップ幅を考慮して変位量を決定すれば、このような逆転現象が生じた場合にも対応できる。具体的には例えば、周方向の或る位置のフィルム厚が許容範囲よりも薄い場合において、その周方向の位置のリップ幅は広い場合、リップ幅を狭めるようにリップ部１５０の変位量を決定してもよい。「リップ幅が広い場合」とは、例えば周方向におけるリップ幅の平均値よいも広い場合であってもよいし、リップ幅に対するフィルム厚の比が所定の閾値以下の場合であってもよい。

（変形例２）
実施の形態および上述の変形例のダイ１１２は、吐出口１１２ｂがリング状であるいわゆる丸ダイであったが、これには限定されず、実施の形態の技術思想は、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。

１００ フィルム成形装置、 １１２ ダイ、 １１２ｂ 吐出口、１１４ ダイリップアクチュエータ、 １６０ 幅特定部、 １６２ 変位量特定部、 １３４ アクチュエータ制御部。

Claims (3)

1. 吐出口から溶融樹脂を押し出すダイと、
   前記吐出口の延在方向に沿って配置され、それぞれ、前記吐出口の対応する位置の幅を調節するための複数のダイリップアクチュエータと、
   前記吐出口の幅を特定するための幅特定部と、
   前記幅特定部によって成形前に特定された前記吐出口の幅に基づいて前記複数のダイリップアクチュエータを制御する制御部と、
   を備えるフィルム成形装置。
2. 前記ダイは、前記吐出口を定めるリップ部を含み、
   前記複数のダイリップアクチュエータはそれぞれ、前記リップ部を変位させることによって前記吐出口の幅を調節し、
   前記リップ部の変位量を特定するための変位量特定部をさらに備え、
   前記制御部は、前記リップ部を変位させる場合、前記変位量特定部によって特定される変位量が目標変位量に近づくように前記ダイリップアクチュエータをフィードバック制御する請求項１に記載のフィルム成形装置。
3. 前記ダイは、前記吐出口を定めるリップ部を含み、
   前記複数のダイリップアクチュエータはそれぞれ、前記リップ部を変位させることによって前記吐出口の幅を調節し、
   前記リップ部を変位させる前記ダイリップアクチュエータのロッドの変位量を特定するための変位量特定部をさらに備え、
   前記制御部は、前記リップ部を変位させる場合、前記変位量特定部によって特定される変位量が目標変位量に近づくように前記ダイリップアクチュエータをフィードバック制御する請求項１に記載のフィルム成形装置。

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