JP4708435B2 - ローラ駆動装置、予熱ローラ装置、フィルム延伸製造装置及び予熱ローラ装置の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルムを製造する装置の予熱ローラ装置を駆動する装置及びその運転に関連する方法に関する。

プラスチックフィルムを製造する際に、押出機から搬出される箔フィルムは、一般に、まず水槽内で回転する冷却ローラ上で冷却される。続いて、フィルムは、所謂予熱ローラ装置によりフィルムを延伸できる温度に再び加熱される。

予熱ローラによるフィルムの工程技術的に望ましい加熱により、再び予熱ローラの速度段階を通じてフィルムが必要な長さに変化される。これは、従来の技術では、共通の単一モータによりベルトを介して各ローラを駆動することにより、達成される。この場合、各ローラは、共通の単一モータにより駆動するベルトを捲回するベルト車を備える。ベルト車の直径の適宜の段階的変化により、ローラの速度の段階的変化を達成できる。この場合、一度選択された段階は、単一の加熱特性のみに対応する点で不利となる。そうでなければ、フィルム内の強い張力（早過ぎる先行）又はフィルムの緩み（遅延）を招来するので、他の工程パラメータの場合には、ベルト車の他の段階が必要である。ベルト車の段階を変更するには、ベルト車を交換しなければならず、それは非常に高い費用を要する。

この問題を解決するために、各予熱ローラは、単一の個別駆動装置に駆動連結される。これにより、各ローラに関するそれぞれの運転の場合に、適切な回転速度を正確に調整できるが、このため、各予熱ローラに対して、伝達装置とコンバータを有する別体の単一モータを設けなければならない。更に、それぞれの運転の場合に、個別モータの調整は、非常に費用を要する。

下記特許文献１は、共通の単一主駆動モータにより多数のローラを駆動連結できる引張られかつ後方で保持される多数のローラを備えた金属バンド延伸装置を開示する。
ドイツ特許公開公報第ＤＥ３０２６１２９号

本発明の課題は、確実に作動して簡単に異なる工程パラメータに調整できる予熱ローラ装置の駆動装置及びその運転に関連する方法を提供することにある。

この課題は、独立請求項により解決される。本発明の更なる構成は、従属請求項に定義される。

本発明による駆動装置は、少なくとも１つの個別駆動装置、特に、入力ローラ及び出力ローラ用の２つの個別駆動装置を含み、入力ローラと出力ローラとの間に設けられる中間ローラの全て又は少なくとも半分が、それぞれ非同期モータを介して駆動できる点で公知の装置とは相違する。各非同期モータは、１つの中間ローラの表面速度及び回転モーメントを制御し、その際１つ又はそれ以上の非同期モータ、特に全ての非同期モータが、共通の単一周波数コンバータにより駆動される。

非同期モータの共通の周波数コンバータにより、コンバータ周波数を適宜選択して、種々の工程パラメータ、特にフィルムの種々の温度特性及び種々の搬送速度に中間ローラを簡単に調整できる。従って、工程パラメータを変更するとき、公知の予熱ローラ装置のように、予熱ローラの個別のベルト車を交換する必要はない。更に、各予熱ローラに対する適宜の伝達装置（送信器）及びコンバータを有する個別駆動装置の使用を回避できる。

本発明の好適な実施の形態では、予熱ローラ装置の予め決められた温度特性及びフィルムの所望の搬送速度に対して、共通の周波数コンバータの周波数を調整して予熱ローラの摩擦及び予熱ローラ装置内のフィルムの長さを調整することができる。従って、非同期モータは、個々の中間ローラの軸受及び供給ヘッド内での摩擦を補償し、フィルムの長さを調整する作用がある。

本発明の好適な実施の形態では、個別駆動装置は、２つの直接駆動装置であり、一方の直接駆動装置は、入力ローラを駆動し、他方の直接駆動装置は、出力ローラを駆動する。

本発明の更なる実施の形態では、非同期モータは、少なくとも部分的に、中空軸を有するトルクモータである。中間ローラのローラ軸にトルクモータを直接に取り付けることが好ましい。しかしながら、非同期モータは、少なくとも部分的に、ＩＥＣ（国際電気化学委員会）規格モータでもよい。この場合、フランジ及び／又はコンソールを介してローラ軸に非同期モータを取り付けることが好ましい。

本発明の好適な実施の形態では、運転中に入力ローラより高い表面速度で出力ローラを回転して、フィルムの長さを調整できる。

前記駆動装置に加えて、本発明は、更に前記駆動装置を含む予熱ローラ装置に関する。更に、本発明は、本発明による駆動装置を備えた予熱ローラ装置を含むフィルム製造の装置に関する。

添付図面について、本発明の実施の形態を以下詳細に説明する。

図１は、参照番号１から３０の通し番号を付す延伸装置の各ローラを有する三段式縦延伸装置の構成を示す概略側面図である。この縦延伸装置では、特に、例えば、ポリプロピレン又はポリエステル等のポリマー材料を含むプラスチックフィルムを製造できる。

流動性のプラスチックフィルム材料は、押出機からノズル、一般的に幅広スリットノズルを通じて所謂空気ブレードの補助により冷却ローラ上に搬送され、その後、水槽を通過して溶融フィルムが冷却される。次に、可塑性の冷却フィルムは、複数の転回ローラを介して例えば図１に示す縦延伸装置に供給される。縦延伸装置を通って案内されるフィルムシートは、縦延伸装置を離れた後に、一般に別の延伸装置、即ち続く横延伸を実施する所謂横延伸装置（ＴＤＯ）に供給される。横延伸装置又は縦延伸装置及び横延伸装置の代わりに、縦延伸と横延伸とを同時に行なう所謂同時延伸装置を使用することもできる。

図示の実施の形態では、プラスチックフィルムＦは、縦延伸装置内で予熱ローラ１から６を含む予熱段階又は加熱段階Ｈ１に供給される。加熱段階又は予熱段階Ｈ１では、プラスチックフィルムＦは、延伸に必要な温度に加熱される。その際、例えばフィルムを加熱する空気を内部に供給する適宜の予熱室の使用によりかつ／又は赤外線によりフィルムを加熱し又は所望の温度特性に関する更なる処置の使用により、公知の方法でプラスチックフィルムＦを加熱することができる。その際、ローラ表面からフィルムシートＦのローラ上の巻付き角度に対応するローラ表面積によりフィルムを加熱する一体化された加熱装置を、予熱段階Ｈ１に関連するローラ１から６のいくつか又は全てに設けてもよい。続いて、図示の実施の形態では、ローラ７から３０を通じて走行するフィルムシートＦは、各延伸スリットＲ１，Ｒ２，Ｒ３内で縦方向に延伸される。図示の実施の形態では、各延伸領域間に設けられるより大きい直径を有するローラ１１から１４及び１９から２２は、同様に再び予熱段階又は加熱段階Ｈ２及び／又はＨ３の一部でもよく、そこでフィルムは、予熱段階Ｈ１と同様に所定の温度特性に保持される。

工程技術的に望ましいローラ１から６によりフィルムを加熱するとき、フィルムシートの長さが変動するため、各直接駆動装置により入力ローラ１及び出力ローラ６を駆動し、出力ローラ６の直接駆動装置の速度は、入力ローラ１の直接駆動装置の速度より高く調整される。図示の実施の形態とは異なり、ノズルから入力ローラ１を通過する溶融フィルムが水槽を通じて案内する冷却ローラとして入力ローラ１を構成してもよい。入力ローラ１及び出力ローラ６とは異なり、各非同期モータを介して入力ローラ１と出力ローラ６との間に設けられるローラ２から５を駆動してもよい。非同期モータの機能は、軸受及びローラ２から５の供給ヘッド内での摩擦を補正し、予熱ローラから均一かつ確実にフィルムシートを分離する点にある。このため、全非同期モータは、単一の周波数コンバータにより共通に運転される。この場合、非同期モータにより予熱ローラを予め決められた温度特性とし、フィルムシートを所望の搬送速度に制御して、予熱ローラの摩擦とフィルムの長さを調整しかつ周波数コンバータの周波数が調整される。

図２では、共通の周波数コンバータにより、周波数１６Ｈｚでモータを運転する本明細書で説明する実施の形態に使用する非同期モータの特性曲線ＫＬ１６を示す。その際、左側の縦軸にモーメントＭを示し、下方の横軸に表面速度Ｖを示す。この場合及び以下にて、非同期モータにより駆動されるローラは、同一直径を有するので、同一の回転数で全予熱ローラを回転すると、同一の表面速度を生ずる。しかしながら、同一直径を有する予熱ローラの使用は、本発明の前提ではない。特に、種々の直径を有するローラを使用し、全ての非同期モータのモーメント特性曲線の零点を同一表面速度上に置くように、各非同期モータのモーメント特性曲線を調整することもできる。図２は、非同期モータにより制御される予熱ローラの表面速度（回転／分）に依存して非同期モータが発生するモーメント（Ｎｍ）が変化する特性を示す。モーメント特性曲線の零点は、約１２０回転／分付近に在ることが明らかである。予熱ローラがこの回転数にあるとき、非同期モータは、回転モーメントを発生しない。回転数が低下すると、非同期モータに特性曲線上正のモーメントが生じ、逆に回転数が増加すると、負のモーメントが生じる。

図２は、１６Ｈｚの特性曲線ＫＬ１６から右方に変位する１６.５Ｈｚの駆動周波数に対応する第２の特性曲線ＫＬ１６.５を示す。特に、駆動すべきフィルムの速度を変更できないにもかかわらず、フィルムに対して適宜の回転モーメントを伝達すべき場合に、例えば周波数を適宜に増加して、より高い回転モーメントを発生して、摩擦を調整することができる。１６Ｈｚから１６.５Ｈｚに周波数を増大するとき、例えば矢印に対応して、１５Ｎｍのモーメント増大が生じる。

フィルムの加熱により、予熱ゾーンの終端の予熱ローラの長さが変化し、これにより、予熱ゾーンの終端によりローラが速く回転する。図２に示す特性曲線では、最後のローラは、最初のローラより小さいモーメントが発生する。これにより、全システムでの損失を低減しかつ保持すると共に、予熱ローラからフィルムを均一かつ確実に分離することができる。また、フィルムの長さ方向延伸への影響は、極めて僅かである。図２の特性曲線では、例えば約７.５Ｎｍのモーメント増大の５％だけ、即ち非同期モータの定格モーメントの約２５％だけ、ローラの速度が増大する。

非同期モータのモーメントと摩擦力の差は、フィルム上に印加される「剰余モーメント」を決定する。正の「剰余モーメント」は、ローラの後方のフィルム引張応力より大きいローラの手前のフィルム引張応力（＝フィルム内部引張応力）を生じる。即ち、「剰余モーメント」は、ローラを介してのフィルム内での内部引張応力変動を決定する。モーメントの絶対値は、入力ローラと出力ローラによってのみ決定される。

図１に示す実施の形態とは対照的に、図３は、６個ではなく新たな全ローラを含む予熱ローラ装置Ｈ１に関して、ローラ装置内に作用する力を示す。各ローラに１から９の通し番号を付す。その際、図１と同様に１から９の通し番号を図３に付し、ローラ番号１は、予熱ローラ装置Ｈ１の入力ローラを示し、ローラ番号９が出力ローラを示す図１に個別に示すローラに関連する。入力ローラ１及び出力ローラ９の各々は、直接駆動装置により駆動される。その際、予熱段階Ｈ１のプラスチックフィルムの長さに対応して、出力ローラ９の回転速度が入力ローラ０の回転速度より高い回転速度に調整され又は制御される。入力ローラ１及び出力ローラ９の間に設けられるローラ１から８は、非同期モータにより駆動される。

図３は、以下の条件を有する各ローラでの３つの棒グラフを示す。
右側の棒グラフは、各ローラ１，２，．．．，９のモータ駆動力（Ｍot）を示す。
中央の棒グラフは、各ローラ１，２，．．．，９の摩擦力（Ｍr）を示す。
左側の棒グラフは、２つのローラ間のフィルムに作用する引張応力（Ｆ）を示す。

即ち、位置Ｆ＿２３は、右側の棒グラフによりローラ３のモータ駆動力を与え、中央の棒グラフによりローラ３に生じ非同期モータにより克服すべき摩擦力を与える。その際、左側の棒グラフは、第２のローラ２と第３のローラ３との間でフィルムに作用するフィルム引張応力を示す。換言すれば、図３の横座標は、それぞれ個々の予熱ローラ１から９に作用するモータ駆動力及び生じる摩擦力と、ローラ１及び２、ローラ２及び３，．．，並びにローラ８及び９の間に作用するフィルム引張応力Ｆ＿１２，Ｆ＿２３，Ｆ＿３４，．．．，Ｆ＿８９を示す。従って、図３では、第１の入力ローラ１と第１の入力ローラ１に先行する入力ローラ０との間で作用する予熱段階Ｈ１の第１のローラ１に生じるフィルム引張応力をＦ＿０１により示す。

その際、図３では、矢印Ｐｆ１は、ローラ２から７（又は８）に関する周波数の変化を示し、矢印Ｐｆ２は、ローラ８のローラ１（又は２）に対する摩擦力の変化をそれぞれ示す。

図３のグラフの特性曲線Ｋで明示するように、それぞれモータ力が摩擦力を上回り、即ち「剰余モーメント」が０より大きい、即ち前段の各ローラは、前段のローラの後方にある後段のローラより大きな力を要求するので、ローラ２及び最後の中間ローラ８との間のフィルム引張応力は、低下する。

図２では、非同期モータのモーメントは、コンバータ周波数により直接影響を受けるので、ローラ装置内での力分配は、コンバータ周波数により決定される。また、ローラ１とローラ９の間の力の平均値は、ローラ９のローラ１に対する速度比により決定される。

前記実施の形態では、予熱段階又は加熱段階Ｈ１に関して、入力ローラ１も出力ローラ９も別体の個別駆動装置又は直接駆動装置により駆動され、その間に設けられるローラが一種の同期モータにより前記のように駆動装置全体に対して寄与することが好ましい場合を説明した。これに対して、簡単な実施の形態では、個別駆動装置又は直接駆動装置に出力ローラ９のみを作動接続することもできる。しかしながら、出力ローラに加えて、個別駆動装置又は直接駆動装置に入力ローラ１も作動接続して、入力ローラ１及び出力ローラ９の回転速度を適宜に異なるように調整する実施の形態も好ましい。

前記実施の形態では、入力ローラ１から出力ローラ９を備えた加熱段階又は予熱段階Ｈ１の後方に冷却ローラを配置する場合を説明した。原理的には、個別ローラとして冷却ローラを使用し、スリットノズルからのプラスチックフィルムを冷却ローラ上に搬送して、冷却しながら搬送する実施の形態でもよい。この場合、同様に個別駆動装置又は直接駆動装置を介して冷却ローラが駆動される。

本発明による駆動装置を使用できる縦延伸装置のローラ装置の概略図 本発明に使用する非同期モータの特性曲線を例示するグラフ そのローラが本発明による駆動装置により駆動される予熱ローラ装置内の力分配を例示するグラフ

符号の説明

１〜３０・・予熱ローラ、 Ｆ・・プラスチックフィルム、 Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３・・予熱又は加熱段階、

Claims (14)

1. 入力ローラ、出力ローラ及び入力ローラと出力ローラとの間に配置される複数の中間ローラを含む複数のローラと、
   複数のローラを駆動する電動モータ装置とを備え、
   フィルム延伸製造装置の加熱段階又は予熱段階内でフィルム延伸製造装置の予熱ローラ装置として複数のローラを駆動し、
   電動モータ装置は、出力ローラを駆動する少なくとも１つの個別駆動装置を備え、又は入力ローラを駆動する個別駆動装置と出力ローラを駆動する他の個別駆動装置とを備え、
   電動モータ装置は、更に少なくとも１つ又は複数の中間ローラの表面速度及び回転モーメントを制御する１つ又は複数の非同期モータを含み、
   １つ又は複数の非同期モータは、共通の周波数コンバータにより駆動されることを特徴とするローラ駆動装置。
2. 予熱ローラ装置の予め決められた温度特性及びフィルムの所望の搬送速度に対して、周波数コンバータの周波数を制御して、複数のローラの摩擦及び予熱ローラ装置内のフィルムの長さを調整する請求項１に記載のローラ駆動装置。
3. 入力ローラと出力ローラとを直接駆動する個別駆動装置を電動モータ装置に設けた請求項１又は２に記載のローラ駆動装置。
4. 非同期モータは、少なくとも部分的に中空軸を備えるトルクモータである請求項１〜３の何れか１項に記載のローラ駆動装置。
5. 複数の中間ローラの各軸に直接トルクモータを取り付けた請求項４に記載のローラ駆動装置。
6. 非同期モータは、少なくとも部分的にＩＥＣ規格モータである請求項１〜５の何れか１項に記載のローラ駆動装置。
7. フランジ又はコンソールを介して複数の中間ローラの各軸にＩＥＣ規格モータを取り付けた請求項６に記載のローラ駆動装置。
8. 入力ローラより高い表面速度で出力ローラを運転中に回転できる請求項１〜７の何れか１項に記載のローラ駆動装置。
9. 冷却ローラにより入力ローラを構成した請求項１〜８の何れか１項に記載のローラ駆動装置。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載のローラ駆動装置を含むことを特徴とする予熱ローラ装置。
11. 請求項１０に記載の予熱ローラ装置を含むことを特徴とするフィルム延伸製造装置。
12. フィルム延伸製造装置の加熱段階又は予熱段階内で駆動する予熱ローラ装置として、入力ローラ、出力ローラ及び入力ローラと出力ローラとの間に配置される複数の中間ローラを含む複数のローラを駆動する駆動方法において、
    個別駆動装置の形式の電動モータ装置により出力ローラを駆動し、又は個別駆動装置の形式の電動モータ装置により出力ローラを駆動しかつ他の個別駆動装置の形式の電動モータ装置により入力ローラを駆動する過程と、
    中間ローラを駆動する電動モータ装置として非同期モータを使用し、少なくとも１つの非同期モータにより、中間ローラの少なくとも１つの表面速度及び回転モーメントを制御する過程と、
    共通の周波数コンバータにより１つ又は２つ以上の非同期モータを制御しかつ駆動する過程とを含むことを特徴とする予熱ローラ装置の駆動方法。
13. 予熱ローラ装置の予め決められた温度特性及びフィルムの所望の搬送速度に対して、周波数コンバータの周波数を調整して、複数のローラの摩擦及び予熱ローラ装置のフィルムの長さを調整する請求項１２に記載の予熱ローラ装置の駆動方法。
14. 入力ローラより高い表面速度に出力ローラの回転を運転中に調整する請求項１２又は１３に記載の予熱ローラ装置の駆動方法。

Images