JP6746339B2 - フィルム成形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フィルム成形装置に関する。
ダイ装置の環状の吐出口からチューブ状に押し出された溶融樹脂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、環状の吐出口の径方向の幅を変化させることによりフィルム厚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、フィルム厚のばらつきは多少なりとも残るため、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上がると、大きなこぶや凹みとなりうる。
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、チューブ状に溶
融樹脂を押し出してフィルムを成形するダイ装置と、所定方向におけるフィルムの厚みプ
ロファイルを測定する測定部と、フィルムの厚みプロファイルを変化させるための調節手
段と、厚みプロファイルが目標厚みプロファイルに近づくよう調節手段を制御する制御装
置と、を備える。制御装置は、フィルム厚が許容厚さ範囲に収まるまではフィルム厚が目
標厚みプロファイルに近づくように制御し、フィルム厚が許容厚さ範囲に収まると、測定
されたフィルム厚が前記基準フィルム厚よりも厚い位置については前記基準フィルム厚よ
りもフィルム厚を薄くし、測定されたフィルム厚が前記基準フィルム厚よりも薄い位置に
ついては前記基準フィルム厚よりもフィルム厚を厚くしたプロファイルを目標厚みプロフ
ァイルとして目標厚みプロファイルを変更し、変更した目標厚みプロファイルに近づくよ
うに制御する。

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、厚みのばらつきが小さく、かつ、物性が均一なフィルムを成形できる。
第1の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のダイ装置および冷却装置とその周辺を示す断面図である。 図1のダイ装置を示す上面図である。 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。 図5(a)は、プロファイル保持部に保持されるプロファイルの一例を模式的に示す図であり、図5(b)は、目標プロファイル保持部に保持される目標厚みプロファイルを模式的に示す図である。 フィルム成形装置の処理を示すフローチャートである。 図7(a)は、第2の実施の形態に係るフィルム成形装置のプロファイル保持部に保持されるプロファイルの一例を模式的に示す図であり、図7(b)は、目標プロファイル保持部に保持される目標厚みプロファイルを模式的に示す図である。
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
実施の形態に係るフィルム成形装置を得るに至った経緯を説明する。
フィルム成形装置により成形されるフィルムには、通常、多少なりともフィルム厚のばらつきが生じる。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、巻取機で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。
従来では、ダイ装置から押し出される溶融樹脂の周方向の位置と、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を相対的に徐々にずらすことで、言い換えると、フィルムを捩ることで、フィルムロール体にこぶや凹みができるのを抑止していた。具体には、以下の1〜4の方法によりフィルムを捩り、フィルムロール体にこぶや凹みができるのを抑止していた。
1.巻取機のピンチ部を回転させてフィルムを捩る
2.巻取機のピンチ部と巻取機自体とを回転テーブルに載せて回転させることでフィルムを捩る
3.ダイ装置を回転させてフィルムを捩る
4.ダイ装置と押出機とを回転テーブルに載せて回転させることでフィルムを捩る
しかしながら、上記1、2の方法では、フィルムに傷がついたり、フィルムの折幅が変動したり、フィルムにしわやたるみが生じたりするトラブルが発生しうる。上記3の方法では、押出機からダイ装置へ供給される溶融樹脂の連結部を摺動させる必要があるため、溶融樹脂が漏れたり、耐久性が低下する問題がある。また、上記3の方法では、ダイ装置を中心軸に対して回転させるため、連結部も中心軸に沿って設置しなければならず、単層押出にしか適用できない。上記1〜4の方法では、回転設備が必要となり、コストが高くなる。また、装置の設置スペースが大きくなる。特に上記4の方法では、押出機およびダイ装置を回転させるため、回転設備が大がかりとなる。
以上の知見から、本発明者は本実施の形態に係るフィルム成形装置を得るに至った。以下、具体的に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の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、ダイ装置2と、冷却装置3と、一対の安定板4と、一対のピンチロール5と、厚みセンサ6と、制御装置7と、巻取機20と、を備える。
ダイ装置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。ダイ装置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。冷却装置3は、ダイ装置2の上方に配置される。冷却装置3は、ダイ装置2から押し出された溶融樹脂に対して外側から冷却風を吹き付ける。溶融樹脂は冷却され、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、折りたたまれたフィルムを巻き取り、フィルムロール体11を形成する。
厚みセンサ6は、冷却装置3と安定板4との間に配置される。厚みセンサ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継続的に測定する。すなわち、厚みセンサ6は、周方向におけるフィルムの厚みプロファイルを継続的に測定する。厚みセンサ6は、測定した厚みプロファイルを制御装置7に送る。なお、厚みセンサ6は、2周以上の測定結果を平均した厚みプロファイルを制御装置7に送ってもよい。制御装置7は、厚みセンサ6から受け付けた厚みプロファイルに応じた制御指令をダイ装置2に送る。ダイ装置2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)の幅を調節する。
図2は、ダイ装置2および冷却装置3とその周辺を示す断面図である。図3は、ダイ装置2の上面図である。図3では、冷却装置3の表示を省略している
冷却装置3は、エアーリング8と、環状の整流部材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。
なお、以降では、中心軸Aと平行な方向を軸方向とし、中心軸Aに垂直な平面上で中心軸Aを通る任意の方向を径方向とし、径方向において中心軸Aに近い側を内周側、中心軸Aから遠い方を外周側とし、中心軸Aに垂直な平面上において中心軸Aを中心とする円の円周に沿った方向を周方向として説明する。
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。
整流部材9は、吹出口8aを取り囲むようエアーリング8内に配置される。整流部材9は、エアーリング8内に送り込まれた冷却風を整流する。これにより、冷却風は、周方向において均一な流量、風速で、吹出口8aから吹き出る。
ダイ装置2は、ダイ本体10と、内周部材12と、外周部材14と、複数(ここでは32個)の調節部16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、冷却装置3に冷却され、吐出口18aの幅に応じた厚さのフィルムが形成される。
複数の調節部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。調節部16は特に、片持ち状に外周部材14に取り付けられる。複数の調節部16の上方には冷却装置3が固定される。複数の調節部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、複数の調節部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、フィルムの厚さを周方向で部分的に制御できる。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)調節部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、フィルム厚みのばらつきが小さくなる。
調節部16は、一例としては図2に示すように、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、ダイ装置2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4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、取得部80と、プロファイル保持部81と、目標プロファイル生成部82と、目標プロファイル保持部83と、調節部制御部84と、を含む。取得部80は、厚みセンサ6による測定結果、すなわち周方向におけるフィルムの厚みプロファイルを取得する。
プロファイル保持部81は、取得部80により取得された厚みプロファイルを保持する。目標プロファイル保持部83は、後述するように目標プロファイル生成部82により生成される目標厚みプロファイルを保持する。
図5(a)は、プロファイル保持部81に保持されるプロファイルの一例を模式的に示す図であり、図5(b)は、目標プロファイル保持部83に保持される目標厚みプロファイルを模式的に示す図である。図5(a)、(b)において、横軸は周方向の角度位置を示し、縦軸はフィルム厚を示す。一点鎖線のライン90は、ユーザによって設定された理想的なフィルム厚である基準フィルム厚を示す。二点鎖線のライン92は、基準フィルム厚に基づいて定まる許容厚さ範囲を示す。
目標プロファイル生成部82は、目標厚みプロファイルを生成する。後述するように、厚みプロファイルが許容厚さ範囲内に収まるまでは、基準フィルム厚がフィルム厚の目標である目標厚みプロファイルとされ、目標厚みプロファイルとして基準フィルム厚に近づくようダイ装置2が制御される。厚みプロファイルが許容厚さ範囲内に収まってからは、目標プロファイル生成部82によって生成された目標厚みプロファイルに近づくようダイ装置2が制御される。ここで、厚みプロファイルが許容厚さ範囲内に収まってからも基準フィルム厚に近づくようダイ装置2を制御すれば、フィルム厚を許容厚さ範囲内に維持できる。しかしながら、フィルムには、多少なりともフィルム厚のばらつきが含まれる。そのため、フィルム厚が許容厚さ範囲内に維持されても、フィルムロール体11にこぶや凹みができうる。そこで本実施の形態では、目標プロファイル生成部82は、厚みプロファイルが許容厚さ範囲内に収まってからは、フィルムロール体11にこぶや凹みができないように、すなわちフィルムロール体11の厚みが幅方向で均一になるように、目標厚みプロファイルを変化させる。
詳しくは、目標プロファイル生成部82は、フィルム厚が基準フィルム厚よりも厚い位置については基準フィルム厚よりもフィルム厚を薄くし、フィルム厚が基準フィルム厚よりも薄い位置については基準フィルム厚よりもフィルム厚を厚くしたプロファイルを目標厚みプロファイルとして設定する(図5(a)、(b)参照)。目標プロファイル生成部82は、本実施の形態では、測定された厚みプロファイル(プロファイル保持部81に保持される厚みプロファイル)を基準フィルム厚に対して反転させたプロファイルを目標厚みプロファイルとして生成する。
図4に戻り、調節部制御部84は、基準フィルム厚と、目標プロファイル保持部83に保持される目標厚みプロファイルとに基づいて複数の調節部16を制御する。調節部制御部84は、まず、目標厚みプロファイルとしての基準フィルム厚に基づいて複数の調節部16を制御し、フィルム厚が許容厚さ範囲内に収まると、測定された厚みプロファイルに基づいて生成された目標厚みプロファイル、すなわち目標プロファイル保持部83に保持される目標厚みプロファイルに基づいて複数の調節部16を制御する。
詳しくは、調節部制御部84は、目標厚みプロファイル(すなわち基準フィルム厚または目標プロファイル保持部83に保持される目標厚みプロファイル)を参照して、測定されたフィルム厚が目標厚みプロファイルを上回っている(すなわち肉厚が厚い)周方向の部分に対応する調節部16には、目標厚みプロファイルとの差異に応じた押圧荷重を外周部材14に付与するよう制御指令を送信する。これにより、対応する吐出口18aの部分の径方向の隙間が狭くなり、対応する部分のフィルム厚が薄くなり、目標厚みプロファイルに近づく。また、調節部制御部84は、フィルム厚が目標厚みプロファイルを下回っている(すなわち肉厚が薄い)周方向の部分に対応する調節部16には、目標厚みプロファイルとの差異に応じた引張荷重を外周部材14に付与するよう制御指令を送信する。これにより、対応する吐出口18aの部分の径方向の隙間が広くなり、対応する部分のフィルム厚が厚くなり、目標厚みプロファイルに近づく。
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。
図6は、フィルム成形装置1の処理を示すフローチャートである。図6に示す処理は、一定間隔ごとに繰り返し実行されるループ処理である。例えば、厚みセンサ6が5周分の測定結果を平均した厚みプロファイルを測定する場合、厚みセンサ6がフィルムの周りを5周するのに要する時間ごとに繰り返し実行すればよい。
厚みセンサ6は、周方向におけるフィルムの厚みプロファイルを測定する(S10)。フィルム厚が基準フィルム厚に基づく許容厚さ範囲に収まっていない場合(S12のN)、制御装置7は、フィルム厚が目標厚みプロファイルとしての基準フィルム厚に近づくよう基準フィルム厚に基づいてダイ装置2を制御する(S14)。フィルム厚が許容厚さ範囲に収まると(S12のY)、制御装置7は、測定された厚みプロファイルに基づいて生成された目標厚みプロファイル、すなわち測定された厚みプロファイルを基準フィルム厚に対して反転させた目標厚みプロファイルを生成し(S16)、フィルム厚が生成された目標厚みプロファイルに近づくよう生成された目標厚みプロファイルに基づいてダイ装置2を制御する(S18)。
以上、説明した本実施の形態に係るフィルム成形装置1によると、所定のタイミングごとに、フィルムの厚みプロファイルが基準フィルム厚に対して反転する。これにより、フィルムロール体11を形成するときに、基準フィルム厚よりも厚い部分と基準フィルム厚よりも薄い部分とが積み重なって平均化されるため、フィルムロール体11の厚みは幅方向で均一となる。したがって、従来のようにフィルムを捩らずとも、フィルムロール体11のこぶや凹みが少なくあるいは小さくできる。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係るフィルム成形装置と第1の実施の形態に係るフィルム成形装置1との主な違いは、目標厚みプロファイルの生成方法である。
本実施の形態では、目標プロファイル生成部82は、測定された厚みプロファイル(プロファイル保持部81に保持される厚みプロファイル)を複数の区間プロファイルに分割し、分割された複数の区間プロファイルのそれぞれを他の区間の目標厚みプロファイルとして設定する。
図7(a)は、プロファイル保持部81に保持されるプロファイルの一例を模式的に示す図であり、図7(b)は、目標プロファイル保持部83に保持される目標厚みプロファイルを模式的に示す図である。
この例では、厚みプロファイルを0°〜90°、90°〜180°、180°〜270°、270°〜360°の4つの区間プロファイルに分割し、0°〜90°の区間プロファイルを90°〜180°の目標厚みプロファイルとし、90°〜180°の区間プロファイルを180°〜270°の目標厚みプロファイルとし、180°〜270°の区間プロファイルを270°〜360°の目標厚みプロファイルとし、270°〜360°の区間プロファイルを0°〜90°の目標厚みプロファイルとする。つまり、測定された厚みプロファイルの位相を90°ずらしたものが目標厚みプロファイルとなる。この場合、目標プロファイル生成部82は、図6に示す処理が繰り返し実行されるたびに、厚みプロファイルの位相を90°ずつずらして目標厚みプロファイルを生成する。
本実施の形態に係るフィルム成形装置によると、第1の実施の形態に係るフィルム成形装置1によって奏される作用効果と同様の作用効果が奏される。
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係るフィルム成形装置と第1の実施の形態に係るフィルム成形装置との主な違いは、調節部制御部は、フィルム厚が許容厚さ範囲内に収まっているときも、基本的には基準フィルムに基づいて複数の調節部16を制御することである。
本実施の形態では、目標プロファイル生成部82は、第1の実施の形態と同様に、測定されたフィルム厚が基準フィルム厚よりも厚い位置については基準フィルム厚よりもフィルム厚を薄くし、測定されたフィルム厚が基準フィルム厚よりも薄い位置については基準フィルム厚よりもフィルム厚を厚くしたプロファイルを目標プロファイルとして設定する(図5(a)、(b)参照)。
調節部制御部84は、第1の実施の形態とは異なり、基本的には基準フィルム厚に基づいて複数の調節部16を制御する。すなわち、調節部制御部84は、まず、目標厚みプロファイルとしての基準フィルム厚に基づいて複数の調節部16を制御し、フィルム厚が許容厚さ範囲内に収まってからも、基準フィルム厚に基づいて複数の調節部16を制御する。ただし、調節部制御部84は、フィルム厚が許容厚さ範囲内に収まると、任意のタイミングで、一時的に、目標プロファイル生成部82により生成された目標厚みプロファイルに基づいて調節部16を制御する。
つまり、本実施の形態では、基本的にはフィルム厚が基準フィルム厚に近づくよう複数の調節部16を制御する。ただし、基準フィルム厚よりも厚いフィルムの部分に対して、任意のタイミングで一時的にフィルム厚が基準フィルム厚よりも薄くなるよう複数の調節部16を制御する。また、基準フィルム厚よりも薄いフィルムの部分に対して、任意のタイミングで一時的にフィルム厚が基準フィルム厚よりも厚くなるよう複数の調節部16を制御する。
本実施の形態に係るフィルム成形装置によると、第1の実施の形態に係るフィルム成形装置1によって奏される作用効果と同様の作用効果が奏される。
なお、フィルム厚が許容厚さ範囲内に収まってからも基準フィルム厚に基づいて複数の調節部16をしつつも、任意のタイミングで、一時的に、周方向の各位置における目標のフィルム厚をそれぞれ所定の範囲内の任意の厚みに変更してもよい。この場合、目標プロファイル生成部82による目標プロファイルの生成は不要となる。
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)
第2の実施の形態では、目標プロファイル生成部82が厚みプロファイルを90°位相をずらして目標厚みプロファイルを生成する場合について説明したが、これに限られない。目標プロファイル生成部82は、たとえば、30°ずつ、45°ずつ、60°ずつ、120°ずつ、またはその他の所定の角度ずつ位相をずらして目標厚みプロファイルを生成してもよい。
また、第2の実施の形態では、目標プロファイル生成部82が厚みプロファイルを90°位相をずらす、すなわち4つに分割した区間プロファイルのそれぞれをスライドさせて隣接する区間の目標厚みプロファイルとする場合について説明したが、これに限られない。分割した区間プロファイルは、任意の区間の目標厚みプロファイルに設定できる。また、厚みプロファイルを、2つ、3つ、または5つ以上の区間プロファイルに分割してもよい。
(変形例2)
第1〜3の実施の形態では、調節部16によりスリット18の吐出口18aの径方向の隙間を広くしたり狭くしたりすることにより、フィルム厚を周方向で部分的に変更させてフィルムの厚みプロファイルを変化させる場合について説明したが、これに限られない。冷却装置3から吹き出る冷却風の風量および風温の少なくとも一方を周方向で部分的に変化させることにより、フィルム厚を周方向で部分的に変化させてフィルムの厚みプロファイルを変化させてもよい。この場合、冷却装置3は、エアーリング8内に、風量を調節するための複数のバルブや、複数のヒータを備えてもよい。
(変形例3)
第1〜3の実施の形態では、ダイ装置2が吐出口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 ダイ装置、 3 冷却装置、 6 厚みセンサ、 7 制御装置、 16 調節部、 82 目標プロファイル生成部、 84 調節部制御部。

Claims (2)

  1. チューブ状に溶融樹脂を押し出してフィルムを成形するダイ装置と、
    周方向におけるフィルムの厚みプロファイルを測定する測定部と、
    フィルムの厚みプロファイルを変化させるための調節手段と、
    厚みプロファイルが目標厚みプロファイルに近づくよう前記調節手段を制御する制御装
    置と、を備え、
    前記制御装置は、フィルム厚が許容厚さ範囲に収まるまではフィルム厚が目標厚みプロ
    ファイルに近づくように制御し、フィルム厚が許容厚さ範囲に収まると、測定されたフィ
    ルム厚が前記基準フィルム厚よりも厚い位置については前記基準フィルム厚よりもフィル
    ム厚を薄くし、測定されたフィルム厚が前記基準フィルム厚よりも薄い位置については前
    記基準フィルム厚よりもフィルム厚を厚くしたプロファイルを目標厚みプロファイルとし
    目標厚みプロファイルを変更し、変更した目標厚みプロファイルに近づくように制御す
    ることを特徴とするフィルム成形装置。
  2. 前記制御装置は、測定された厚みプロファイルを前記基準フィルム厚に対して反転させ
    たプロファイルを目標厚みプロファイルとして設定することを特徴とする請求項に記載
    のフィルム成形装置。
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