JP7249188B2

JP7249188B2 - フィルム成形装置

Info

Publication number: JP7249188B2
Application number: JP2019065822A
Authority: JP
Inventors: 佐知八若
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020163668A

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し出し、それを固化させてフィルムを成形し、フィルムを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、ダイのリップ幅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。

国際公開第２０１７／０９０６９４号

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、フィルムの比較的厚い部分同士がまたは比較的薄い部分同士が積み重なると、フィルムロール体の外周に凹凸が形成される。凹凸は、フィルムのひずみの原因となる。凹凸の位置と大きさが精度良く分かれば、すなわちフィルムロール体の外形が精度良く分かれば、凹凸を無くすあるいは小さくするための的確な対応を取ることができる。

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、フィルムロール体の外形をより精度良く推定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、ダイから溶融樹脂を押し出し、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であって、フィルムの厚みを計測する計測部と、計測部により計測されたフィルムの厚みに基づいてフィルムロール体の半径を推定する推定部と、を備える。推定部は、フィルムどうしの間の空隙を考慮してフィルムロール体の半径を推定する。

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、フィルムロール体の外形をより精度良く推定できるフィルム成形装置を提供できる。

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のフィルムロール体の断面図である。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。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、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、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

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、ダイ２と、冷却装置３と、一対の安定板４と、引取機５と、厚み計測部６と、制御装置７と、を備える。

押出機（不図示）から供給される溶融した樹脂が、ダイ２に形成されたリング状の吐出口２ａから押し出される。その際、ダイ２の中心部に形成されたエア噴出口２ｂから、押し出された樹脂の内側にエアが噴出され、チューブ状に膨らんだフィルム（以下、「バブル」とも呼ぶ）が成形される。

ダイ２は、不図示の調節機構により、周方向の各位置の吐出口２ａの幅（以下、リップ幅という）を調節可能に構成されている。リップ幅を調節することで、対応する位置のフィルムの厚みを調節できる。

冷却装置３は、ダイ２の上方に配置される。冷却装置３は、バブルに冷却風を吹き付けて冷却する。

一対の安定板４は、冷却装置３の上方に配置され、バブルを引取機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、案内されたバブルを引っ張り上げながら扁平に折りたたむ。以下、扁平に折りたたまれた２枚重ねのフィルムを「扁平フィルム」とも呼ぶ。巻取機２０は、扁平フィルムを巻き取り、フィルムロール体１１を形成する。

厚み計測部６は、冷却装置３と安定板４との間に配置される。厚み計測部６は、バブルの周りを回りながら、バブルの周方向の各位置の厚みを計測する。厚み計測部６により計測された厚みデータは制御装置７に送信される。

制御装置７は、フィルム成形装置１を統合的に制御する装置である。

図２は、軸を含むフィルムロール体１１の断面図である。図２には、扁平フィルムが（ｎ＋１）周巻かれた（ｎ＋１）巻きフィルムロール体の断面、言い換えると、扁平フィルムがｎ周巻かれたｎ巻きフィルムロール体に（ｎ＋１）周目の扁平フィルムが巻かれた状態を示す断面が示されている。なお、ｎは自然数である。図２では、理解を容易にするため、フィルムロール体の外周に形成された凹凸を誇張して描いている。

ｎ巻きフィルムロール体の外周に凸部が形成された部分では、そこに巻かれる扁平フィルムに巻き取りによるテンションがかかるので、ｎ巻きフィルムロール体と（ｎ＋１）周目の扁平フィルムとの間には、空隙がないか、微少な空隙しか含まれない。一方、外周に凹部が形成された部分では、そこに巻かれる扁平フィルムに巻き取りによるテンションがあまりかからないため、扁平フィルムがｎ巻きフィルムロール体の外形に倣わず、ｎ巻きフィルムロール体と（ｎ＋１）周目の扁平フィルムとの間には凸部が形成された部分に比べて大きい空隙が含まれる。図２では表示を省略したが、ｎ周目の扁平フィルムと（ｎ－１）巻きフィルムロール体との間、（ｎ－１）周目の扁平フィルムと（ｎ－２）巻きフィルムロール体との間、・・・・、２周目の扁平フィルムと１巻きフィルムロール体との間にも、それぞれ空隙が含まれている。つまり、フィルムロール体１１では、扁平フィルムどうしの間に空隙が含まれている。

図３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、種々の通信プロトコルにしたがって厚み計測部６との通信処理を実行する通信部４０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４２と、通信部４０およびＵ／Ｉ部４２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４６と、データ処理部４６により参照、更新されるデータを記憶する記憶部４８と、を含む。

記憶部４８は、厚み記憶部６４と、巻き姿記憶部６６と、を含む。厚み記憶部６４は、バブルの周方向の各位置と、厚み計測部６により計測された周方向の各位置でのバブルの厚みと、を対応づけて記憶する。

巻き姿記憶部６６は、フィルムロール体１１の軸方向（幅方向）の各位置と、推定部（後述）により推定された、軸方向の各位置でのフィルムロール体１１の半径であって、扁平フィルムがｎ（ｎは自然数）周巻かれた、現在のフィルムロール体１１の半径と、を対応づけて記憶する。

データ処理部４６は、受信部５０と、推定部５２と、動作制御部５４と、を含む。

受信部５０は、厚み計測部６から厚みデータを受信する。受信部５０は、受信した厚みデータを厚み記憶部６４に記憶させる。

推定部５２は、フィルムロール体１１の巻き数が増えるたびに、巻き姿記憶部６６に記憶されるフィルムロール体１１の半径を更新する。

推定部５２は、まず、ｎ巻きフィルムロール体に巻かれる、（ｎ＋１）周目の扁平フィルムの幅方向の各位置での厚みを、厚み記憶部６４に記憶されるバブルの厚みに基づいて算出（推定）する。

続いて、推定部５２は、算出した（ｎ＋１）周目の扁平フィルムの厚みと、巻き姿記憶部６６に記憶されるｎ巻きフィルムロール体の半径とに基づいて、（ｎ＋１）巻きフィルムロール体の半径を推定する。

ここで、上述したように、ｎ巻きフィルムロール体と（ｎ＋１）周目の扁平フィルムと
との間には空隙が含まれる。したがって、巻き姿記憶部６６に記憶されるｎ巻きフィルムロール体の半径に、算出した扁平フィルムの厚みを単純に足し合わせ、それを（ｎ＋１）巻きフィルムロール体の半径とすると、空隙が考慮されていない分、実際よりも小さい半径が推定されてしまう。

そこで推定部５２は、扁平フィルムどうしの間の空隙を考慮してフィルムロール体１１の半径を推定する。つまり、推定部５２は、ｎ巻きフィルムロール体と（ｎ＋１）周目の扁平フィルムとの間の空隙を考慮して、（ｎ＋１）巻きフィルムロール体の半径を推定する。

本実施の形態では、推定部５２は、（ｎ＋１）巻きフィルムロール体の軸方向位置ｉにおける半径（Ｒ_ｎ＋１（ｉ））を、軸方向位置ｉにおけるｎ巻きフィルムロール体の半径（Ｒ_ｎ（ｉ））と、（ｎ＋１）周目の扁平フィルムの軸方向位置ｉにおける厚み（Ｘ（ｉ））に基づいて、以下の式（１）により推定する。
Ｒ_ｎ＋１（ｉ）＝Ｒ_ｎ（ｉ）＋Ｋ_ｉ・Ｘ（ｉ）・・・（１）
ここで、
Ｋ_ｉ：係数
である。

つまり、空隙も扁平フィルムの一部とみなして、詳しくは、（ｎ＋１）巻き目の扁平フィルムを、ｎ巻きフィルムロール体と（ｎ＋１）周目の扁平フィルムとの間の空隙部分の厚みも含む分厚い扁平フィルムとみなして、（ｎ＋１）巻き目の扁平フィルムの厚み（Ｘ（ｉ））を補正する。

この場合、推定部５２は、まず、巻き姿記憶部６６に記憶される軸方向の各位置でのフィルムロール体１１の半径に基づいて、フィルムロール体１１の外周に形成された凹凸を特定する。凹凸の特定方法は特に限定されず、公知の技術を用いて実行すればよいが、例えば、半径の軸方向における変化の極大値、極小値を特定することにより凹凸を特定してもよい。

続いて、推定部５２は、軸方向の各位置での係数Ｋ_ｉを決定する。ここで、凸部が形成された軸方向位置では、上述のようにｎ巻きフィルムロール体と（ｎ＋１）巻き目の扁平フィルムとの間の空隙は比較的小さいか空隙がなく、凸のピーク値に近いほど係数Ｋ_ｉは１か１に近い値に近づく。凹部が形成された軸方向位置では、上述のようにｎ巻きフィルムロール体と（ｎ＋１）巻き目の扁平フィルムとの間の空隙は比較的大きいため、凸部よりも、係数Ｋ_ｉは大きい値になる。また、ｎ巻きフィルムロール体に形成された凸部のピーク高さが高いほど、その凸部の周囲にできる空隙は大きくなる。また、使用される樹脂の粘度や、フィルムの厚みによって、フィルムが凹部に倣って大きく凹むか否かが異なり、凹部にできる空隙の大きさが異なる。係数Ｋ_ｉは、このように様々な条件の影響を受ける。例えば、あらかじめ実験を行い、最も近い凸部までの距離、最も近い凹部までの距離、最も近い凸部と最も近い凹部との高低差、使用する樹脂、およびバブルの厚みと、係数Ｋとの関係性を特定しておき、その関係性に基づいて推定部５２が係数Ｋ_ｉを決定してもよい。

推定部５２は、係数Ｋ_ｉが決定したら、上記の式（１）により、（ｎ＋１）巻きフィルムロール体の各軸方向位置における半径を推定する。推定部５２は、推定した（ｎ＋１）巻きフィルムロール体の厚みを巻き姿記憶部６６に記憶させる。

動作制御部６０は、フィルム成形装置１の動作を制御する。例えば、動作制御部６０は、巻き姿記憶部６６に記憶される軸方向の各位置でのフィルムロール体１１の半径を参照して、半径の軸方向における変化が比較的小さくなるように、言い換えるとフィルムロール体１１の外形が凹凸の比較的少ない外形となるように、周方向の各位置のリップ幅、冷却装置３の風量、風温などを調節する。

以上が、フィルム成形装置１の構成である。続いてその動作について説明する。

厚み計測部６は、成形中に、バブルの周方向の各位置の厚みを計測し、計測した厚みを制御装置７に送信する。

制御装置７は、周方向の各位置のバブルの厚みより、軸方向（幅方向）の各位置の扁平フィルムの厚みを推定する。そして制御装置７は、巻き姿記憶部６６に記憶されるｎ巻きフィルムロール体の軸方向の各位置の半径と、軸方向の各位置の扁平フィルムの厚みに基づいて、それらの間に含まれる空隙も考慮して、（ｎ＋１）巻きフィルムロール体の軸方向の各位置の半径を推定する。制御装置７は、推定した、フィルムロール体１１の軸方向の各位置の半径を巻き姿記憶部６６に記憶させる。

制御装置７は、巻き姿記憶部６６に記憶される、フィルムロール体１１の軸方向の各位置の半径を参照して、適宜、リップ幅、冷却装置３の風量、風温を調節する。

以上説明した本実施の形態によれば、扁平フィルムどうしの間の空隙を考慮してフィルムロール体１１の半径が推定されるため、空隙を考慮しない場合に比べて、より正確にフィルムロール体１１の半径を推定できる。より正確にフィルムロール体１１の半径を推定できれば、フィルムロール体１１の外形が凹凸の比較的少ない外形となるように、より的確にフィルム成形装置１の動作を制御できる。

以上、実施の形態に係るフィルム成形装置の構成と動作について説明した。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、ダイ２の吐出口２ａ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の少なくとも一部は、吐出口が直線状であるいわゆるＴダイにも適用できる。

（変形例２）
制御装置７はさらに、厚み記憶部６４に記憶されるバブルの厚みに基づいて算出した扁平フィルムの厚みを単純積算して、フィルムロール体１１の軸方向の各位置での半径（以下、「単純積算半径」とも呼ぶ）を算出してもよい。そして制御装置７は、実施の形態のようにして推定するフィルムロール体１１の半径（以下、「推定半径」とも呼ぶ）と、単純積算半径とを比較して、フィルムロール体１１にどの程度の空隙が含まれているかを推定してもよい。空隙率は、例えば以下の式（１）により算出（推定）される。
空隙率（％）＝｛（推定半径－単純積算半径）／推定半径｝×１００・・・（１）

制御装置７は、フィルムロール体１１の軸方向（幅方向）の各位置での空隙率を算出してもよく、フィルムロール体１１の平均の空隙率を算出してもよい。後者の場合、推定半径の軸方向の平均値と、単純積算半径の軸方向平均値とを用いて空隙率を算出すればよい。つまり、推定半径の軸方向の平均値を式（１）の推定半径に代入し、単純積算半径の軸方向平均値を式（１）の単純積算半径に代入すればよい。

空隙率は、成形されたフィルムの品質指標とすることができる。空隙率が高いことは凹凸が多いすなわち品質が比較的悪いことを示し、空隙率が低いことは凹凸が少ないすなわち品質が比較的良いことを示す。

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、６厚み計測部、７制御装置、５２推定部。

Claims

ダイから溶融樹脂を押し出し、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であって、
フィルムの厚みを計測する計測部と、
前記計測部により計測されたフィルムの厚みに基づいてフィルムロール体の半径を推定する推定部と、
を備え、
前記推定部は、フィルムどうしの間の空隙を考慮してフィルムロール体の半径を推定し、フィルムがｎ周巻かれたフィルムロール体の凹部と当該フィルムロール体に巻かれる（ｎ＋１）周目のフィルムとの間の空隙は、当該フィルムロール体の凸部と当該（ｎ＋１）周目のフィルムとの間の空隙よりも大きいものとして半径を推定することを特徴とするフィルム成形装置。