JP7045242B2

JP7045242B2 - フィルム成形装置および制御装置

Info

Publication number: JP7045242B2
Application number: JP2018069240A
Authority: JP
Inventors: 一弥日置
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP2019177643A

Description

本発明は、フィルム成形装置および制御装置に関する。

ダイ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。フィルム成形装置では、フィルムの厚さ（以下、「膜厚」と呼ぶ）と、折りたたまれたフィルムのフィルム幅とが要求される膜厚とフィルム幅となるように、チューブ状に膨らんだフィルムの内側の圧力である内圧や、引取機がフィルムを引き取る（引っ張る）速度である引取速度などを調整する。

特開２０１７－１７７３４８号公報

本発明者は、従来のフィルム成形装置について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。フィルム成形装置では、成形されるフィルムのフィルム幅と厚さ（以下、「膜厚」と呼ぶ）との間に流量保存則による物理的関係があるため、フィルム幅および膜厚のうちの一方が変化すると他方も変化する。このような関係があるにも関わらず、従来のフィルム成形装置では、フィルム幅と膜厚とを独立に制御している。そのため、フィルム幅を目標値に近づけると膜厚が目標値から離れたり、膜厚を目標値に近づけるとフィルム幅が目標値から離れたりすることがあった。

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、フィルム成形装置の性御性能を向上させる技術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、溶融樹脂を押し出してフィルムを成形するフィルム成形装置であって、第１の制御量を検出する検出部と、第１の制御量が目標値に近づくように第１の制御対象への第１の制御指令値を生成する第１コントローラと、第１の制御指令値に基づいて、第１の制御量と所定の物理的関係を有する第２の制御量に影響を与える第２の制御対象への第２制御指令値を生成する第２コントローラと、を備える。

本発明の別の態様は、制御装置である。この装置は、溶融樹脂を押し出してフィルムを成形するフィルム成形装置の制御装置であって、第１の制御量が目標値に近づくように第１の制御対象への第１の制御指令値を生成する第１のコントローラと、第１の制御指令値に基づいて、第１の制御量と所定の物理的関係を有する第２の制御量に影響を与える第２の制御対象への第２制御指令値を生成する第２のコントローラと、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、フィルム成形装置の性御性能を向上させることができる。

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。フィルム成形装置の制御系を示すブロック図である。

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。

実施の形態では、フィルムの内圧を調節することでフィルム幅を調節し、引取速度を調節することで、膜厚を調節する場合について説明する。

図１は、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、引取機５と、膜厚計測センサ６と、制御装置７と、圧縮機８と、幅計測センサ２２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。圧縮機８は、フィルムの内側に圧縮空気を送り、フィルムを筒状に膨らませる。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引取機５に案内する。引取機５は、安定板４の上方に配置される。引取機５は、一対のピンチロール３８を含む。一対のピンチロール３８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。

膜厚計測センサ６は、冷却装置３と安定板４との間に配置される。膜厚計測センサ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膜厚を計測する。膜厚計測センサ６による計測値は制御装置７に送られる。

幅計測センサ２２は、引取機５と巻取機２０との間に配置され、折りたたまれたフィルムのフィルム幅を計測する。幅計測センサ２２による計測値は制御装置７に送られる。

制御装置７は、フィルムの内圧を制御してフィルム幅を目標値に近づけ、引取速度を制御してフィルムの膜厚を目標値に近づける。

図２は、フィルム成形装置１の制御系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７は、目標幅記憶部５０と、目標膜厚記憶部５２と、幅偏差算出部５４と、幅コントローラ５６と、膜厚偏差算出部６０と、膜厚コントローラ６２と、を含む。

目標幅記憶部５０は、フィルム幅の目標値を記憶する。目標膜厚記憶部５２は、膜厚の目標値を記憶する。

幅偏差算出部５４、幅コントローラ５６および膜厚偏差算出部６０は、例えば幅計測センサ２２から計測値が送られるたびに、以下の処理を実行する。

幅偏差算出部５４は、目標幅記憶部５０に記憶されるフィルム幅の目標値と、幅計測センサ２２により計測されたフィルム幅の計測値（第１の制御量）との偏差（「目標値－計測値」）を算出する。

幅コントローラ５６は、フィルム幅が目標値に近づくように、すなわち幅偏差算出部５４により算出されたフィルム幅の偏差がゼロに近づくように、フィルムの内圧を制御する。具体的には、幅コントローラ５６は、フィルム幅の偏差に基づいて、圧縮機８に出力する制御指令値である第１の制御指令値を生成する。第１の制御指令値は、変動させるべき内圧の変動量に関する情報を含む。幅コントローラ５６は、生成した第１の制御指令値を膜厚コントローラ６２に出力する。

膜厚コントローラ６２は、幅コントローラ５６から第１の制御指令値を受け付けると、受け付けた第１の制御指令値が示す内圧の変動量に基づいて、引取機５に出力する制御指令値である第２の制御指令値を生成する。第２の制御指令値は、変動させるべき引取速度の変動量に関する情報を含む。なお、この場合の引取速度の変動量は、後述の式（６）により算出できる。

そして、好ましくは実質的に同時に、幅コントローラ５６は第１の制御指令値を圧縮機８に出力し、膜厚コントローラ６２は第１の制御指令値に基づいて生成した第２の制御指令値を引取機５に出力する。圧縮機８は第１の制御指令値に基づいて内圧を変化させ、引取機５は第２の制御指令値に基づいて引取速度を変化させる。

また、膜厚偏差算出部６０、膜厚コントローラ６２および幅コントローラ５６は、例えば膜厚計測センサ６から計測値が送られるたびに、以下の処理を実行する。

膜厚偏差算出部６０は、目標膜厚記憶部５２に記憶される膜厚の目標値と、膜厚計測センサ６により計測された膜厚の計測値（第２の制御量）との偏差を算出する。

また、膜厚コントローラ６２は、膜厚が目標値に近づくように、すなわち膜厚偏差算出部６０により算出された膜厚の偏差がゼロに近づくように、引取速度を制御する。具体的には、膜厚コントローラ６２は、膜厚の偏差に基づいて、引取機５に出力する第２の制御指令値を生成する。

また幅コントローラ５６は、膜厚コントローラ６２から第２の制御指令値を受け付けると、受け付けた第２の制御指令値が示す引取速度の変動量に基づいて、第１の制御指令値を生成する。

つづいて、内圧を変化させてフィルム幅を変動させる場合にそれに伴って変動させるべき引取速度の変動量を算出するための式の導出について説明する。

溶融樹脂の流量（Ｑ）に関して、以下の式（１）に示す連続の式が成り立つ。
Ｑ＝πｗＨｖ
＝π（ｗ＋Δｗ）（Ｈ＋ΔＨ）（ｖ＋Δｖ）・・・（１）
ここで、ｗはフィルム幅［ｍ］であり、Ｈは膜圧［ｍ］であり、ｖはフィルムが引取機５に引き取られる（引っ張られる）速度である引取速度［ｍ／ｓ］である。

高次の変動量であるΔｗΔＨ、ΔｗΔｖ、ΔＨΔｖおよびΔｗΔＨΔｖは微少であるため、それらを０とみなすと、式（１）は式（２）のように書き換えられる。
Ｑ＝πｗＨｖ＋π｛ＨｖΔｗ＋ｗｖΔＨ＋ｗＨΔｖ｝・・・（２）

流量が保存されるので、式（２）の変動成分は０となるはずである。したがって、以下の式（３）が成立する。
ＨｖΔｗ＋ｗｖΔＨ＋ｗＨΔｖ＝０・・・（３）

ここで、フィルムの内圧の変動量とフィルム幅の変動量には、以下の式（４）の関係が成立する。
Δｗ＝ＣΔＰ・・・（４）
ここで、Ｃはバブル剛性の逆数（いわゆるコンプライアンス）である。Ｃは計測してもよいし、粘度のデータから計算してもよい。

式（３）に式（４）を代入すると以下の式（５）のように書き換えられる。
ＨｖＣΔＰ＋ｗｖΔＨ＋ｗＨΔｖ＝０・・・（５）

式（５）に膜厚の変動量（ΔＨ）として０を代入すると、フィルム幅を変動させるときに膜厚を変動させないための引取速度の変動量を算出するための式（以下の式（６））が導出される。
Δｖ＝－（Ｃｖ／ｗ）ΔＰ・・・（６）

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。
ダイ装置２のスリット１８から溶融樹脂が押し出され、冷却装置３は押し出された溶融樹脂に冷却風を吹き付ける。これにより、フィルムが成形される。この際、幅計測センサ２２は、所定の周期で、フィルム幅を計測する。制御装置７は、フィルム幅を目標値に近づけるべく内圧を変化させる。具体的には、制御装置７は、フィルム幅の計測値と目標値との偏差に基づいて、圧縮機８に出力するべき第１の制御指令を生成する。また、フィルム幅を変化させると膜厚も変化することになるため、それを補償するために、圧縮機８に出力するべき第１の制御指令に基づいて、引取機５に出力するべき第２の制御指令値を生成する。制御装置７は、第１の制御指令値の圧縮機８への出力と、第１の制御指令値に基づいて生成された第２の制御指令値の引取機５への出力とを、好ましくは実質的に同時に実行する。これにより、フィルム幅が調節されて目標値に近づく。また、フィルム幅を調節したことによる膜厚の変化が抑えられる。

また、フィルムが成形される際、膜厚計測センサ６は、所定の周期で、周方向の各位置における膜厚を計測する。制御装置７は、フィルムの膜厚を目標値に近づけるべく引取速度を変化させる。具体的には、制御装置７は、膜厚の計測値と目標値との偏差に基づいて、引取機５に出力する第２の制御指令値を生成する。また、膜厚を変化させるとフィルム幅も変化することになるため、それを補償するために、引取機５に出力するべき第２の制御指令に基づいて、圧縮機８に出力するべき第１の制御指令値を生成する。制御装置７は、第２の制御指令値の引取機５への出力と、第２の制御指令値に基づいて生成された第１の制御指令値の圧縮機８への出力とを、好ましくは実質的に同時に実行する。これにより、膜厚が調節されて目標値に近づく。また、膜厚を調節したことによるフィルム幅の変化が抑えられる。

本実施の形態によれば、フィルム幅を調節したことにより膜厚が変動するのが抑止され、また膜厚を調節したことによりフィルム幅が変動するのが抑止される。これにより、制御性能が向上する。

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。

実施の形態では、膜厚に影響を与える、言い換えると膜厚を変動させるための装置が引取機５である場合について説明したが、これにかぎられず、膜厚を変動させるための装置は例えば、押出量を変化させることで膜厚を変化させる押出機であっても、冷却風の風量および温度の少なくとも一方を変化させることで膜厚を変化させる冷却装置であっても、溶融樹脂が吐出されるダイ装置２の吐出口（スリット１８の上端開口）の径方向の幅を変化させる装置であってもよい。

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、５引取機、６膜厚計測センサ、７制御装置、８圧縮機、２２幅計測センサ、２ダイ装置、７制御装置、５６幅コントローラ、６２膜厚コントローラ。

Claims

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フィルム成形装置であって、
第１の制御量を検出する検出部と、
前記第１の制御量が目標値に近づくように第１の制御対象への第１の制御指令値を生成する第１コントローラと、
前記第１の制御指令値に基づいて、前記第１の制御量と所定の物理的関係を有する第２の制御量に影響を与える第２の制御対象への第２制御指令値を生成する第２コントローラと、を備え、
前記第１の制御量は、フィルムの幅であり、
前記第２の制御量は、フィルムの膜厚であることを特徴とするフィルム成形装置。
前記第１の制御対象は、フィルムの内圧を制御する装置であり、
前記第２の制御対象は、フィルムの引取速度を制御する装置であることを特徴とする請求項１に記載のフィルム成形装置。
前記第１の制御指令値の前記第１の制御対象への出力と、前記第１の制御指令値に基づいて生成された第２の制御指令値の前記第２の制御対象への出力とが、実質的に同時に行われることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルム成形装置。
溶融樹脂を押し出してフィルムを成形するフィルム成形装置の制御装置であって、
第１の制御量が目標値に近づくように第１の制御対象への第１の制御指令値を生成する第１のコントローラと、
前記第１の制御指令値に基づいて、前記第１の制御量と所定の物理的関係を有する第２の制御量に影響を与える第２の制御対象への第２制御指令値を生成する第２のコントローラと、を備え、
前記第１の制御量は、フィルムの幅であり、
前記第２の制御量は、フィルムの膜厚であることを特徴とする制御装置。
溶融樹脂を押し出してフィルムを成形するフィルム成形装置を制御する機能をコンピュータプログラムに実現させるコンピュータプログラムであって、
第１の制御量が目標値に近づくように第１の制御対象への第１の制御指令値を生成する機能と、
前記第１の制御指令値に基づいて、前記第１の制御量と所定の物理的関係を有する第２の制御量に影響を与える第２の制御対象への第２制御指令値を生成する機能と、
を含み、
前記第１の制御量は、フィルムの幅であり、
前記第２の制御量は、フィルムの膜厚であることを特徴とするコンピュータプログラム。