JPH0286535A - フィルム巻密度を自動制御する巻取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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　Ｄｉｒｅｃｔｌ
ｏｎの略）、フィルムの幅方法（ＴＤ、　Ｔｒａｎｓｖ
ｅｒｓａｌ　Ｄｉｒｅｅｔｌｏｎ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は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
際の供給長さしを検知する。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３
８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
うになっていた。

（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は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、同じ押付は圧、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−巻密度に値を次のように設定する。

ｖ　　　　　　　　　　　　ｄｖ ここに、 Ｖ　；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 ；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 ｄｖ　：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、■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、Ｖ　およびｄｖ　　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、巻密度指数に値は、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に値に対して±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で
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。

表１ 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
ではフィルムが吹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は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ΔＰＪ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、接圧ロール押付は圧制御器により
接圧ロールの押付は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は圧を制御する。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Ａ１押出ダ
イＢ１引取り機Ｃ１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への押付は圧は、流体シリンダ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１１１１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１３．１４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の巻取り径りは、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７１巻取り径Ｆ１と設定値（巻密度に、）
とから、巻太り速度（巻取ｔ 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ｄ　ｒ／ｄ　ｔと比較し、に値が第
３図の許容範囲に入るように制御する。

ここで、巻径りは、 巻径Ｄ−ニップロール外径（ｄ） ×ニブロール回転数 ボビン回転数 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。

ここで、 Ｔ；フィルム厚さ（巻取り前）（龍） Ｖ；フィルムの供給速度（ｍ／ｍｌｎ　）Ｄ；フィルム
巻取り径（＋ａｍ） 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
、 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には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）ｄ
ｒ／ｄｔは、次のように表示される。

ｄｔ　　　　　　　　６０π　　　　Ｄ・・・・・・・
・・・・・・・・（２）ｄｔ　　　　　　　ｄｔ　　　
　　　　　　　ｄｒが算出される。

したがって、フィルムの巻取り張力と接圧ロールの押付
は圧を制御・調整することによりに値調整、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ｄｒ／ｄｒ（−に値）の傾向をみることにより張力、
押付は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この場
合にはまず、フィルムの巻太り速度の制御指令値ｄ　ｒ
　１／　ｄ　ｔ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、ｄｔ　　　　　　６０
π　　　ＫＩＤ 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ｄｔ 把握する。ここで、本システムの比較補正装置に一夕３
を制御し、巻取りボビンの回転数Ｎを調整しで巻取り張
力を強くする。

ｄｔ　　　　　　　　ｄｔ 指定値よりも高い（巻きが硬い）ので、同様に接圧ロー
ル４の押付は圧を下げ、かつ巻取り張力を弱くする。

なお、ｄ　ｒ　ｌ／　ｄ　ｔとｄ　ｒ／ｄ　ｔとの比較
に代えて、巻密度制御指令値に１と実巻密度にとを比較
して、巻取り張力の強弱制御をすることも可能である。

ｄｔ　　　　　　ｄｔ ｄｔ　　　　　　　　ｄｔ 指定値より低い（巻きが軟かい）ので、接圧ロール押付
は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の押付は圧を上げ、かつ巻取り張力制御
器により巻取りボビン駆動子また、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ｄ　ｒ　１／　ｄ　ｔ
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（ｍｌ） 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
ールの押付は圧制御器により接圧ロールの押付は圧を制
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ｉＰＪ　Ｌ　、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すフィ
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は
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
ルムの巻密度にと巻径（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、
］７・・・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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。 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。 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。