JP2562489B2

JP2562489B2 - フィルム巻密度を自動制御する巻取り装置

Info

Publication number: JP2562489B2
Application number: JP63237400A
Authority: JP
Inventors: 隆一脇田; 諭新田; 昌年小川; 境時大庭; 浩人石沢
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JPH0286535A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、押出法プラスチックフィルム成形ラインの
最終巻取り工程に用いるフィルム巻取り密度（以下巻密
度とする）を自動制御する巻取り装置に関する。

（従来の技術）従来の押出法フィルム成形ラインにおいては、フィル
ムの厚さ変化（いわゆる精度）は、普通、±１％〜10％
程度の範囲内で変動する。この厚さ変化は、押出機の押
出性能、フィルター目詰り、押出ダイの吐出口金部性能
あるいは他の外乱によるが、この変動範囲は、フィルム
の流れ方向（MD,Machine Directionの略）、フィルムの
幅方法（TD,Transversal Direetionの略）、短周期変
化、長周期変化等状況により相違する。従来の巻取り方
法では、この厚さ変化を無視して巻径または巻長を関数
として予め決めたプラグラム設定値に基づいて、フィル
ム張力および接圧ロールの押付け圧をパターン設定制御
してフィルムを巻取っていた。

また、巻密度を自動的に制御する方法もすでに提案さ
れている（例えば、特公昭60−5500号公報参照）。この
方法によると、第４図に示すように、フィルムＳはタッ
チロール31を通り、巻取りコア32に巻取られ、巻取りロ
ール33に仕上げられる。この際、タッチロール31の接触
圧は適当に保たれている。検出装置34はフィルムＳに接
触して、その回転パルスを取り出し、実際の供給長さＬ
を検知する。巻取りコア32の回転軸の一方の端部には伝
動部材35が設けられ、トルクアクチュエータ36によって
巻取りコアは回転駆動される。トルクアクチュエータ36
は、制御装置37と制御回路38によって作動するようにな
っている。さらに、巻取りコア32の回転軸の他端部には
伝動部材39を介して巻取りロール33の実際の回転数ｎを
検知するための検知装置40が設けられている。検出装置
34と40によって検出された信号は、それぞれ制御回路38
に入力される。演算回路では、実際の供給長さと巻取り
軸の回転数とから演算される理論演算巻き長さとを比較
し、あるいは実際の巻取り軸の回転数と理論演算巻取り
回転数とを比較しながら巻取り力または巻取りトルクを
制御するようになっている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来のパターン設定制御に
よるフィルム巻取り装置には、次のような問題点があっ
た。すなわち、従来技術では、巻長または巻径を関数と
した、あるいはプログラム設定値に基づいてフィルム張
力および接圧ロールの押付け圧を推定してフィルムを巻
取っていたので、高品質な巻取りを行う上では自ら限界
があった。すなわち、フィルムの物性、表面状態、その
他の条件の差異により、同じ押付け圧、フィルム張力ま
たはそれのパターン設定制御を用いてもフィルム巻層間
への空気の混入量に差が生じ、フィルムの巻密度が変化
し、そのため、直接的な巻密度の閉ループ制御の必要性
が生じることになる。

また、第４図に示すような従来技術の巻密度を自動制
御するフィルムの巻取り方法では、演算制御上、フィル
ムの厚さを一定値として扱っているので、フィルムの厚
さ変化値は、制御上、誤差となり精度の良い巻取り密度
の制御は極めて困難となる。すなわち、巻密度制御に用
いる管理指数；巻密度Ｋ値を次のように設定する。

ここに、 V₀;フィルム巻層間に空気混入が無いとした場合のフィ
ルムロール容積または断面積 v;フィルム巻層間に空気混入が有るとした場合のフィル
ムロール容積または断面積 dv₀:フィルム巻層間に空気混入が無いとした場合のフィ
ルムロール容積または断面積の増加速度 dv;フィルム巻層間に空気混入が有るとした場合のフィ
ルムロール容積または断面積の増加速度上記式（１）において、ｖおよびdvの値は、巻取り中
のフィルムロールの外径、幅および巻取りボビン径を正
確に測定することが容易であるため、かなり正確な値と
して把握することが出来る。しかし、上記式（１）にお
いて、v₀およびdv₀の値は、実測が困難であるため推定
値として扱うので、その正確な値を得ることは極めて難
しい。

一般に、巻密度指数Ｋ値は、フィルムの性質、用途等
によって異なるが、0.95〜0.998程度である。制御許容
範囲は理想的な巻密度Ｋ値に対して±１％程度の範囲内
といわれている。

さらに、磁気テープ用ポリエステルフィルム等の高級
フィルムでは、Ｋ値をさらに狭い範囲内で制御すること
により高品質のフィルムロールが得られることになる。

したがって、例えば、フィルム流れ方向のフィルム平
均厚さ変化が１％〜２％以上になった場合、フィルム厚
さを一定値として演算処理し、巻密度を算定すると、実
際のフィルム厚さがフィルム流れ方向の厚さ変化分だけ
実際の巻密度が先に挙げた制御許容な理想範囲から外れ
てしまうことになる。特に、磁気テープ用ポリエステル
フィルムの巻取りのように高品質のフィルムロールを得
るために、理想範囲を狭くする場合には、その影響は、
極めて大きくなる。

さらに、巻取り時の張力により、フィルムは幾分、自
然状態（無張力）より薄くなる傾向がある。フィルムの
弾性を示すヤング率が大きいと伸び難く、ヤング率が小
さいと伸び易い。このヤング率に比べて、フィルムの巻
取り張力が高い程この傾向は、表１に示すように顕著に
なるので、これは巻密度制御においては無視できない要
素となる。

そのため、供給するフィルム厚さの変化と巻取り張力
によるフィルム厚さの変化を十分に把握して巻密度制御
を行い適度の巻き硬さをもつフィルムロールを得ること
が必要となる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、特に本発
明では、フィルムの厚さが厚いと巻取り部ではフィルム
が硬く巻かれ、反対に、フィルムの厚さが薄いと巻取り
部ではフィルムが軟く巻かれるとする特性を利用する。
そのため、巻径時点でのフィルム巻太り速度の理想値と
巻太り速度の実測値を算定して、両者を比較補正装置で
比較して、フィルム巻密度が別途設定した巻密度設定値
の許容範囲内になるシステム制御器により巻取りボビン
の巻取り張力と接圧ロールの押付け圧を自動的に制御す
る巻取り装置を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、フィルムの巻取り装置において、フィルム
巻取り機の上流側にフィルム厚さ測定器を設けてフィル
ム厚さを測定し、この測定値と別途測定されたフィルム
供給速度、巻取り径および予め設定されたフィルム巻径
に対応した巻密度設定値により当該巻径時点での巻太り
速度の理想値を巻太り速度演算処理器で算定する。他
方、巻取り径からの信号の変化により巻太り速度の実測
値を算定し、巻太り速度の理想値と実測値を比較補正装
置で比較して、フィルムの巻密度が巻密度設定値の許容
範囲になるように巻取り張力制御器により巻取りボビン
の巻取り張力を、また、接圧ロール押付け圧制御器によ
り接圧ロールの押付け圧を制御することを特徴とするフ
ィルム巻密度を自動制御する巻取り装置に関する。

（作用）上記のように構成されたフィルム巻密度を自動制御す
る巻取り装置では、巻太り速度の理想値と巻太り速度の
実測値とをフィルム巻取り密度自動制御システムの比較
補正装置で比較して、フィルム巻密度が巻密度設定値の
許容範囲になるように制御器を制御して巻取りボビンの
巻取り張力と接圧ロールの押付け圧を制御する。その結
果、フィルム巻取り欠陥のない適度の巻硬さをもつロー
ルにフィルムが巻取られる。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図から第３図について説
明する。

第１図は本発明のフィルム巻取り密度を自動制御する
巻取り装置が用いられる押出法フィルム成形ラインを示
す。この押出法フィルム成形ラインは、押出機Ａ、押出
ダイＢ、引取り機Ｃ、フィルム厚さ測定器Ｆおよびフィ
ルム巻取り機Ｅとからなる。押出機Ａの押出ダイＢより
押出されたプラスチックフィルムＳは、引取り機Ｃによ
り引取られつつ搬送され、フィルム厚さ計Ｆによりフィ
ルムＳの流れ方向と幅方向の厚さを測定される。フィル
ム厚さ計Ｆを通過したフィルムＳは、最終的にフィルム
巻取り機Ｅにより所定の張力および接圧ロールの押付圧
で巻取れるようになっている。

第２図に示す本発明のフィルム巻密度を自動制御する
巻取り装置のフィルム巻取り密度自動制御システムは、
フィルムＳをフィルムロール２に巻取る巻取りボビン１
と巻取り張力を制御する巻取りボビン駆動モータ３から
なる。接圧ロール４は、フィルムロール２に接圧してフ
ィルム巻層間の空気の混入量を加減する、接圧ロール４
のフィルムロール２への押付け圧は、液体シリンダ５に
よって制御され、フィルムＳに張力を検出するのにテン
ションロール６が用いられ、巻取りボビン駆動モータの
制御により張力が付加される。フィルムロール２の巻太
りに追随して、接圧ロール４、流体シリンダ５、テンシ
ョンメータ７およびガイドロール８は、フレーム９と一
体になって横方向に移動する。また、フレーム９は、駆
動モータ10によって移動され、フレーム９の追随移動量
は追随位置検出用パルススケール11によって検出され
る。また、駆動モータ10にはパルス発振器16Aが接続さ
れている。さらに、接圧ロール４のスイングアーム4Aの
角度位置を検出し、巻太りに対するフレーム９の追随移
動が正常であることを確認し、あるいは制御するパルス
発振器12が設置されている。また、ガイドロール18の下
流側にはフィルム厚さ測定器17が設けられるとともに、
さらにその下流側には、テンションカット用ニップロー
ル13,14が並設されている。ニップロール13の主軸に連
動してフィルム速度検出用パルス発振器15が、さらに
は、巻取りボビン駆動モータ３の主軸に連動してその回
転数を検出するためのパルス発振器16がそれぞれ設置さ
れている。

このように構成されたフィルム巻取り密度自動制御シ
ステムでは、押出機Ａの押出ダイＢから押出されたプラ
スチックフィルムＳは、途中延伸あるいは表面処理され
た後、ガイドロール18により引取られつつフィルム厚さ
測定器17により連続的あるいは断続的にその流れ方向と
幅方向の厚さを測定される。フィルム厚さ測定器17から
のフィルム厚さデータは、フィルム厚さモニタ部に送ら
れ加工処理されて、巻密度算定用信号として、巻太り速
度演算処理器へ送られる。ここで、この厚さ信号は、フ
ィルム流れ方向あるいは幅方向の平均値（連続走査測定
による）をとることが好ましいが、フィルムの流れ方向
あるいは幅方向に１〜数カ所の固定測定の平均値を用い
てもよい。フィルムＳの供給速度は、ニップロール13,1
4に接続されたパルス発振器15により計測される。ま
た、フィルムロール２の巻取り径Ｄは、巻取りボビン駆
動モータ３に設けられたパルス発振器16とフィルム走行
速度Ｖとから算出する。また、巻密度には、指定値と実
測値（演算）の２種類のものが用いられる。指定値は、
第２図に示すように、巻径または巻長との対比で巻密度
設定器により算定する。

以上のようにして得られたフィルム巻取り前厚さＴ
（流れ方向の実測厚さT₁、幅方向の平均厚さT₂）、フィ
ルム供給速度Ｖ、巻取り径Ｆ、と設定値（巻密度K₁）と
から、巻太り速度（巻取り半径増加速度）の制御指令値
dr₁/dtを、巻取り径の変化に応じて巻太り速度演算処理
器で算出し、実測した巻太り速度dr/dtと比較し、Ｋ値
が第３図の許容範囲に入るように制御する。ここで、巻
径Ｄは、から算出される。

次に、フィルム巻取り層間の空気の混入および伸びの
有無による制御条件について説明する。

空気の混入がなく巻取り張力によるフィルムの伸びがな
いとした場合この状態は、いわゆる理想状態である。この場合に
は、空気の混入がないので巻密度Ｋは1.0となる。した
がって、フィルムの巻太り速度（巻取り半径増加速度）
dr₀/dtは、次のように表示される。

ここで、 T;フィルム厚さ（巻取り前）（mm） V;フィルムの供給速度（m/min） D;フィルム巻取り径（mm）しかし、上記式（２）は、あくまでもフィルム巻取り
層間に空気の混入がないとした場合であるが、実際に
は、必ず、巻取り層間に空気が混入する。そのため、そ
の場合の巻太り速度をdr/dtとすると、が算出される。

したがって、フィルム巻取り張力と接圧ロールの押付
け圧を制御・調整することによりＫ値調整、すなわちフ
ィルム巻層間への空気の混入程度の調整ができる。つま
りdr₀/dr（＝Ｋ値）の傾向をみることにより張力、押付
け圧を変化させる方法による巻密度の自動制御が可能と
なる。

空気の混入があるが、巻取り張力によるフィルムの伸び
がないとした場合この場合にはまず、フィルムの巻太り速度の制御指令
値dr₁/dtを、巻取り径の変化に応じて巻太り速度演算処
理器で算出する。ここで、ただし、K₁＝ｆ（Ｄ）とする。

一方、巻取り径信号の変化（増加）から実測の巻太り
速度（実巻取り半径増加速度）dr/dtを把握する。ここ
で、本システムの比較補正装置によりdr/dtとdr₁/dtの
比較を行う。

の場合には、巻密度が指定値より低い（巻きが軟かい）
ので、接圧ロール押付け圧制御器により接圧ロール圧制
御シリンダ５を制御して接圧ロール４の押付け圧を上
げ、かつ巻取り張力制御器により巻取りボビン駆動モー
タ３を制御し、巻取りボビンの回転数Ｎを調整して巻取
り張力を強くする。

の場合には、巻密度が指定値よりも高い（巻きが硬い）
ので、同様に接圧ロール４の押付け圧を下げ、かつ巻取
り張力を弱くする。

なお、dr₁/dtとdr/dtとの比較に代えて、巻密度制御
指令値K₁と実巻密度Ｋとを比較して、巻取り張力の強弱
制御をすることも可能である。

巻取り張力によってフィルムが伸び、フィルム厚さが変
化する場合また、巻取り張力によってフィルムが伸び、そのため
フィルム厚さが変化する場合には、制御係数としてフィ
ルム厚さ変化率αを用いる。

このフィルム厚さ変化率αは、フィルム巻取り時にお
けるフィルム巻取り張力に起因する伸びによるフィルム
厚さの変化をフィルム供給速度と巻取りボビンの回転速
度により検出してフィルム厚さ変化率演算器へ送り算出
する。そして、この算出されたフィルム厚さ変化率を巻
密度の制御要素として加算してフィルム巻密度の自動制
御を行う。

この場合、巻太り速度制御指令値dr₁/dtは、次のよう
になる。

ここで、上記式（２）と同様に、 T;フィルム厚さ（巻取り前）（mm） V;フィルムの供給速度（m/min） D;フィルム巻取り径（mm） K₁;巻密度制御指令値 α；巻取り張力によるフィルム厚さ変化率一般にフィルム厚さ変化率αの値は、0.999〜0.995の
範囲にある。この値は、フィルム物性値、巻取り張力、
フィルム厚、幅より理論的に算定可能である。

フィルム幅方向のフィルム厚さムラおよび厚さの変化を
考慮する場合一般に押出成形されたフィルム厚さの均一化制御は、
次のようにして行う。すなわち、フィルム流れ方向の制
御は、押出機スクリュの回転数または引取りロール速度
を自動的または手動で調整し、また、フィルム幅方向の
制御は、押出ダイの溶融樹脂吐出口金のリップ隙間をフ
ィルム幅方向に自動的または手動で調整して行う。しか
し、フィルム幅方向に比べてフィルム流れ方向の方がフ
ィルム厚さ変化の外乱要因（例えば、原料供給・押出性
能、フィルム目詰り、引取り速度ムラ、延伸ムラ等）が
多いため、フィルム流れ方向の方が測定精度上その安定
性が予測し難いといえる。その反面、フィルム幅方向
は、仮にフィルム流れ方向と同様にフィルム厚さムラが
生じたとしても、そのパターンが大きく変化することは
少ない。

そのため、通常のフィルム巻取りにおいては、フィル
ム巻取りロールの幅方向の密度（硬度）分布をみる場
合、フィルムの巻き硬さ、あるいは軟かさ限界を巻密度
の制御基準とすることができる。そこで、本発明の実施
例では、フィルム幅方向のフィルム厚さの分布をフィル
ム厚さ測定器で計測し、この結果を巻密度の制御要素と
して用いる。すなわち、フィルム幅方向のフィルム厚さ
の分布をフィルム厚さ測定器で計測し、さらにフィルム
を幅方向に管理上任意に数カ所に分割する。そして、一
定時間内のフィルム厚さの累積値を演算制御器に演算・
記憶させ、その中で最も厚いフィルム部分に基づいてフ
ィルムの巻密度が巻密度設定値の許容範囲に入るように
巻取り張力制御器により巻取りボビンの巻取り張力を、
また、接圧ロールの押付け圧制御器により接圧ロールの
押付け圧を制御して、巻密度制御をする。この結果、フ
ィルム幅方向で最も硬く巻ける部分の硬さ限界制御が可
能となる。一方、演算制御器に記憶させたフィルム厚さ
の累積値のうち最も薄いフィルム部分に基づいて同様の
制御を行なえば、フィルム幅方向で最も軟かく巻ける部
分の軟かさ限界制御が可能となる。また、これら最も厚
い部分と、最も薄いフィルム部分に基づく制御を同時に
行うことも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フィルムの流れ方向と幅方向の厚さ
を実測し、かつ、フィルム速度、フィルム巻取り径なら
びにフィルムが張力により伸びた状態を示つフィルム厚
さ変化率を勘案して巻太り速度の制御指令値を算出し、
この値と実測した巻太り速度とを比較して巻密度が許容
範囲に入るように巻取り張力と接圧ロール押付け圧を制
御できる。そのためフィルムの巻きじわ、巻きずれある
いは巻き歪みがない適度の巻硬さをもつ高品質のプラス
チック巻取りロールが自動的に巻取られる。また、自動
的に巻取りが行われるので巻取り装置の運転者に運転条
件設定等において格別な経験を要しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の巻取り装置を適用する押出法フィルム
成形ダイスの構成図、第２図は本発明のフィルム巻取り
密度を自動制御する巻取り装置の実施例に用いるフィル
ム巻取り密度自動制御システムの構成図、第３図はフィ
ルムの巻密度Ｋと巻径（巻取り径Ｄ）との関係を示す線
図、第４図は従来の巻取り硬（巻密度）を自動的に制御
する方法のシステム構成図である。１……巻取りボビン、２……フィルムロール、３……巻
取りボビン駆動モータ、４……接圧ロール、５……接圧
ロール制御シリンダ、６……テンションロール、７……
テンションメータ、８……ガイドロール、９……フレー
ム、10……フレーム駆動モータ、11……フレーム追従位
置検出用パルススケール、12……パルス発振器、13,14
……テンションカット用ニップロール、15……フィルム
速度検出用パルス発振器、16……回転数検出用パルス発
振器、17……フィルム厚さ測定器、18……ガイドロー
ル、Ａ……押出機、Ｂ……押出ダイ、Ｃ……引取り機、
Ｆ……フィルム厚さ測定器、Ｅ……フィルム巻取り機、
Ｓ……フィルム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大庭境時静岡県沼津市大岡2068―３東芝機械株式会社沼津事業所内 (72)発明者石沢浩人静岡県沼津市大岡2068―３東芝機械株式会社沼津事業所内 (56)参考文献特開昭62−264154（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−287650（ＪＰ，Ａ) 特開平１−104558（ＪＰ，Ａ) 特公昭60−5500（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルムの巻取り装置において、フィルム
巻取り機の上流側に設けたフィルム厚さ測定器によって
測定したフィルム厚さ測定値と、別途フィルム供給速度
検出器で検出されるフィルム速度、ニップロール外径、
ニップロール回転数およびボビン回転数とで算出される
巻取り径、および予め設定されたフィルム巻径に対応し
た巻密度パターン設定値から当該巻取り径時点での巻太
り速度の理想値を算出する巻太り速度演算処理器と巻取
り径からの信号の変化により算出する巻太り速度の実測
値と前記巻太り速度の理想値と前記巻太り速度の実測値
を比較して補正を行う比較補正装置とフィルムの巻密度
が前記予め設定されたフィルム巻径に対応する巻密度の
許容範囲になるよう巻取りボビンの巻取り張力を制御す
る巻取り張力制御器と接圧ロールの押付け圧を制御する
押圧ロール押付け圧制御器を有するフィルム巻密度を自
動制御する巻取り装置。
【請求項２】フィルム巻取り張力伸びによるフィルム厚
さの変化をフィルム供給速度と巻取りボビンの回転速度
より検出手段によって検出し、その検出値をフィルム厚
さ変化率演算器へ送ってフィルム厚さ変化率を算定し、
この算定値を巻密度の制御要素として加算することを特
徴とする請求項１記載のフィルム巻密度を自動制御する
装置。
【請求項３】フィルム幅方向のフィルム厚さ分布をフィ
ルム厚さ測定器により測定し、フィルム幅方向の任意に
分割した点のフィルム厚さ測定値の累積値を一定時間演
算記憶し、該累積値のうちで最も測定値の大なる点およ
び該累積値のうちで最も測定値の小なる点を基準として
フィルムの巻密度が前記巻密度設定値の許容範囲内にな
るよう前記制御器を制御することを特徴とする請求項１
記載のフィルム巻密度を自動制御する装置。