WO2022210205A1 - インフレーション成形装置 - Google Patents

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一弥 日置
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住友重機械工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to inflation molding equipment.
  • the present invention has been made in such a situation, and one of the exemplary purposes of certain aspects thereof is to provide an inflation molding apparatus with enhanced commercial value.
  • an inflation molding apparatus includes a viscosity estimating unit that estimates the viscosity of a molding material that is cylindrically discharged from a die, and a temperature specifying unit that specifies the temperature of the molding material. and a parameter estimation unit for estimating a viscosity parameter of the molding material based on the viscosity estimated by the viscosity estimation and the temperature detected by the temperature detection unit.
  • Another aspect of the present invention is also an inflation molding device.
  • This device includes a stress estimating unit for estimating the stress distribution of the molding material cylindrically discharged from the die, and a viscosity estimating unit for estimating the viscosity distribution of the molding material based on the stress distribution estimated by the stress estimating unit. , provided.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the functions and configuration of the control device of FIG. 1;
  • FIG. It is a figure explaining various variables about a bubble.
  • FIG. It is a figure which shows a simulation screen.
  • This embodiment is an inflation molding device. Before specifically describing this embodiment, problems to be solved by this embodiment will be described.
  • the film may break, for example, due to the change in the molding conditions. If the film is broken, the inflation molding device must be restarted, resulting in reduced work efficiency. Moreover, the molding material is also wasted. Therefore, we want to simulate the case where the molding conditions are changed.
  • conventional inflation molding equipment can only estimate the average stress occurring in the bubble. Even if the average stress generated in the bubble is less than the rupture threshold, the bubble will naturally rupture if, for example, the highest stress (hereinafter also referred to as maximum stress) generated in the bubble exceeds the rupture threshold. In other words, if only the average stress can be estimated, it is not possible to predict fracture with high accuracy. Therefore, we want to estimate the distribution of stress occurring in the bubble.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an inflation molding apparatus 100 according to an embodiment.
  • the inflation molding apparatus 100 includes a die 102, a cooling section 104, a pair of guide sections 106, a take-up machine 108, a winder 110, a pressure detection section 112, a temperature detection section 114, and air supply means 116. , and a controller 120 .
  • the direction along the circumference of a circle centered on the central axis C on a plane perpendicular to the central axis C is defined as the circumferential direction.
  • a molten molding material is discharged in a cylindrical shape from a ring-shaped discharge port 102 a formed in the die 102 .
  • air is ejected at appropriate timing from an air outlet 102b formed in the center of the die 102, and a cylindrically inflated thin film (hereinafter referred to as a "bubble film”) is formed. ”) is molded.
  • the cooling part 104 is arranged above the die 102 .
  • the cooling unit 104 cools the bubbles by blowing cooling air onto the bubbles.
  • a pair of guide portions 106 are arranged above the cooling portion 104 .
  • a pair of guides 106 guide the bubble to take-up machine 108 .
  • the take-up device 108 is arranged above the guide section 106 .
  • Take-off machine 108 includes a pair of pinch rolls 118 .
  • a pair of pinch rolls 118 are driven by a motor (not shown) to rotate and pull up the guided bubble to flatly fold it.
  • Winder 110 winds the folded film to form film roll body 111 .
  • the temperature detection unit 114 detects the temperature distribution on the bubble surface.
  • the temperature detection unit 114 is an infrared camera such as a thermography that detects temperature distribution.
  • the temperature detection unit 114 is not limited to an infrared camera, and may be, for example, a non-contact temperature sensor that detects the temperature of a spot (point).
  • the temperature distribution on the surface of the bubble may be detected by mounting the temperature detection unit 114 on, for example, a robot arm and detecting the temperature of the surface of the bubble while moving around the bubble.
  • Temperature detection unit 114 transmits the detection result to control device 120 .
  • the air supply means 116 feeds ambient air into the air supply path 102c and blows it out from the air outlet 102b. That is, the air supply means 116 supplies air into the bubble.
  • the pressure detection unit 112 detects the pressure inside the air supply path 102c. Note that the pressure detection unit 112 may be provided inside the bubble. The pressure detection unit 112 transmits detection results to the control device 120 .
  • the control device 120 is a device that controls the inflation molding device 100 in an integrated manner.
  • the control device 120 estimates the viscosity distribution of the molding material, or estimates the viscosity parameter in the viscosity model formula of the molding material, based on data acquired during film molding.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the functions and configuration of the control device 120. As shown in FIG. Each block shown here can be implemented in terms of hardware by elements such as the CPU of a computer or a mechanical device, and in terms of software is implemented by a computer program or the like. It depicts functional blocks that Therefore, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various ways by combining hardware and software.
  • FIG. 3 is a diagram explaining various variables related to bubbles.
  • the lower drawing in FIG. 3 is a cross-sectional view of the bubble cut along a plane including the central axis C
  • the upper drawing is a cross-sectional view of the bubble cut along a horizontal plane.
  • x is the bubble height.
  • the bubble height is the height with the upper surface of the die 102 as a reference plane, and can also be said to be the distance in the vertical direction from the upper surface of the die 102 . Reference is made to FIG. 3 in addition to FIG.
  • the control device 120 includes a communication unit 130 that executes communication processing with the temperature detection unit 114 and the pressure detection unit 112 according to various communication protocols, and a U/ I section 132, data processing section 134 that executes various data processing based on data acquired from communication section 130 and U/I section 132, and data referenced and updated by data processing section 134 is stored. and a storage unit 136 to store data.
  • the data processing unit 134 includes a receiving unit 140, a strain rate calculating unit 141, a bubble shape acquiring unit 142, an internal/external pressure difference identifying unit 143, a viscosity estimating unit 144, a temperature identifying unit 145, and a parameter estimating unit 146. , a simulation unit 147 , an output processing unit 148 , and a stress estimation unit 149 .
  • the receiving unit 140 receives bubble surface temperature data from the temperature detecting unit 114 .
  • the receiver 140 also receives the pressure data inside the bubble from the pressure detector 112 .
  • the bubble shape acquisition unit 142 acquires bubble shape data.
  • the bubble shape acquisition unit 142 acquires bubble shape data by analyzing the image of the temperature distribution on the surface of the bubble detected by the temperature detection unit 114 .
  • the bubble shape acquisition unit 142 may acquire bubble shape data by analyzing a visible light image of a bubble captured by a visible light camera.
  • the bubble shape data acquired by the bubble shape acquiring unit 142 includes the bubble radius R at each bubble height x , the curvature radius r1 in the height direction of the bubble surface, and the curvature radius r2 orthogonal to the curvature radius r1. included.
  • the curvature radii r 1 and r 2 correspond to the curvature radii represented by the following equations (1) and (2), respectively.
  • the strain rate calculator 141 calculates the bubble strain rate at each bubble height x. Specifically, the strain rate calculator 141 calculates the flow direction strain rate ( ⁇ 1 dot), the radial strain rate ( ⁇ 2 dots), and the film thickness direction strain rate ( ⁇ 3 dots) at each bubble height x. .
  • the strain rates ⁇ 1 dot, ⁇ 2 dots, and ⁇ 3 dots are calculated by the following equations (3) to (5), respectively.
  • the film moving speed v is represented by a trigonometric function with the bubble height as the horizontal axis, takes the lowest value immediately after exiting the discharge port 102a, and takes the highest value when reaching the take-up device 108.
  • the film moving speed at the ejection port 102a can be calculated based on the extrusion rate (mass flow rate) of the molding material, the melt density of the molding material, the radius R 0 of the ejection port 102a, and the lip width (width of the ejection port 102a) H 0 .
  • the film moving speed in the take-up device 108 is equal to the take-up speed at which the take-up device 108 takes (pulls) the film, and can be determined by detecting the number of rotations of the motor driving the pair of pinch rolls 118 .
  • the method for estimating (identifying) the film moving speed v at each bubble height x is not limited to this, and may be estimated (identified) by other known methods.
  • the internal/external pressure difference specifying unit 143 specifies the internal/external pressure difference ⁇ P(x) at each bubble height x, that is, the distribution of the internal/external pressure difference, represented by the following equation (6).
  • ⁇ P(x) P in (x) ⁇ P out (x) (6) here, P in (x): bubble internal pressure at bubble height x P out (x): cooling air pressure at bubble height x.
  • the internal/external pressure difference identification unit 143 considers the pressure detected by the pressure detection unit 112 and the height difference between the detection position of the pressure detection unit 112 and the bubble height x, and calculates the internal pressure P in ( x) is identified.
  • the cooling wind pressure P out (x) may be determined based on a cooling wind simulation, or may be detected using a pressure gauge.
  • the internal pressure P in (x) and the cooling air pressure P out (x) essentially depend on the bubble height x, they may be constant regardless of the bubble height x.
  • the internal pressure P in may be the pressure detected by the pressure detection unit 112 or a pressure based thereon.
  • the stress estimator 149 estimates the stress at each bubble height, that is, the stress distribution, based on a known relational expression relating to the stress occurring in the bubble and the pressure difference ⁇ P between the inside and outside of the bubble. Note that the stress is assumed to be uniform in the circumferential direction.
  • the viscosity estimator 144 estimates the viscosity ⁇ (x) at each bubble height x, that is, the viscosity distribution in the height direction.
  • the viscosity estimator 144 is based on various known relational expressions, the curvature radius r 1 and the curvature radius r 2 at each bubble height x acquired by the bubble shape acquirer 142, and the stress estimated by the stress estimator 149. to estimate. It is assumed that the viscosity of the bubble is uniform in the circumferential direction.
  • the temperature specifying unit 145 specifies the temperature of each bubble height x.
  • the temperature identification unit 145 may identify the temperature of each bubble height x from the temperature distribution detected by the temperature detection unit. For example, assuming that the bubble temperature is uniform in the circumferential direction, the temperature of each bubble height x at a certain circumferential position may be the temperature of each bubble height.
  • the temperature identifying unit 145 may identify the temperature of each bubble height x from the temperature of the die 102 . The longer the molding material has been discharged, the higher the bubbles are cooled. Taking this into account, the temperature identifying unit 145 may identify the temperature of each bubble height x from the temperature of the die 102 .
  • a parameter estimator 146 estimates the viscosity parameter of the molding material.
  • the viscosity parameters are parameters k 0 , A, B, C, m (mass flow rate), C1, C2, T ref (reference temperature) in the viscosity model formula represented by the following formula (7). here, T: bubble temperature.
  • T bubble temperature.
  • the strain rate ⁇ dot and the strain ⁇ are calculated by the following equations (8) and (9).
  • the parameter estimator 146 estimates viscosity parameters by fitting the viscosity model equation represented by Equation (7) to the viscosity distribution estimated by the viscosity estimator 144 .
  • the simulation unit 147 executes a simulation using the estimated viscosity parameters.
  • the simulation unit 147 receives the molding conditions as input and calculates the bubble shape and stress.
  • the molding conditions include, for example, extrusion rate of molding material, take-up speed, blow ratio, die temperature, and cooling air volume.
  • the simulation unit 147 may execute a simulation using the current molding conditions during molding as input. If the current molding conditions during molding are input, it can be determined whether or not there is a possibility that the bubble during molding will break. If there is a possibility that the bubble will burst, the user may be notified of this by means of a screen display, sound, or other means. At this time, the simulation unit 147 may calculate and present molding conditions under which a high-quality film can be molded without the possibility of breakage. Alternatively, the molding conditions may be changed automatically.
  • the simulation unit 147 may input molding conditions to be changed and calculate the bubble shape and stress when the molding conditions are changed. In this case, for example, it is known whether or not there is a possibility of breakage by changing the molding conditions.
  • the output processing unit 148 displays various screens on a predetermined display.
  • the various screens may be, for example, screens showing the stress distribution of the bubbles during molding estimated by the stress estimation unit 149, or, for example, screens showing viscosity parameters of the bubbles during molding estimated by the parameter estimation unit 146. Alternatively, it may be, for example, a diagram showing a screen related to simulation.
  • the output processing unit 148 may print using a predetermined printer or send an e-mail to a predetermined e-mail address as output processing.
  • FIG. 4 is a diagram showing a simulation screen.
  • the simulation screen includes a molding condition column 150 , a calculation result column 160 and a viscosity parameter column 170 .
  • the molding condition column 150 includes an extrusion amount column 151 , a take-up speed column 152 , a blow ratio column 153 , a die temperature column 154 and a cooling air volume column 155 .
  • the extrusion rate (Kg/h) of the molding material is entered in the extrusion rate column 151 .
  • a take-up speed (m/min) by the take-up machine 108 is entered in the take-up speed column 152 .
  • a blow ratio is entered in the blow ratio column 153 .
  • the set temperature of the die is entered in the die temperature column 154 .
  • the cooling air volume (m 3 /min) from the cooling unit 104 is entered in the cooling air volume column 155 .
  • Viscosity parameters k 0 , A, B, C, m, C1, C2, and T ref estimated by the parameter estimation unit 146 are displayed in the viscosity parameter column 170 .
  • the simulation unit 147 of the control device 120 receives the molding conditions entered in the molding condition column 150 and uses the viscosity parameters displayed in the viscosity parameter column 170 to calculate the bubble shape and stress.
  • the calculation result column 160 includes a maximum stress column 161, a melt tension column 162, a moldability column 163, and a shape display column 164.
  • the maximum stress column 161 displays the calculated maximum stress.
  • the melt tension column 162 displays the calculated melt tension.
  • the melt tension column 162 is the force acting on the molten molding material in the direction of film travel.
  • the propriety of molding is displayed in the propriety of molding column 163 .
  • the shape display field 164 shows the bubble shape.
  • the color of the bubble displayed in the shape display field 164 may be changed according to information regarding the bubble, such as the radius of the bubble and the stress occurring in the bubble. For example, as in the illustrated example, the bubbles may be displayed in a light color where the radius is small and a dark color where the radius of the bubble is large. Further, for example, bubbles may be displayed in a light color where the generated stress is small and in a dark color where the generated stress is large.
  • the bubble breaks when the maximum stress exceeds a predetermined threshold. Therefore, by referring to the maximum stress column 161, it is possible to confirm whether or not the bubble will break, and if it is estimated that the bubble will break, how much the threshold is exceeded.
  • melt tension column 162 it is possible to confirm whether or not the bubble is taut, that is, whether it can be molded, and how much below the threshold when it is estimated that the bubble cannot be molded.
  • the bubble shape acquisition unit 142 acquires bubble shape data at each bubble height x based on the image of the temperature distribution on the surface of the bubble.
  • the strain rate calculator 141 calculates strain rates ⁇ 1 dot, ⁇ 2 dots, and ⁇ 3 dots at each bubble height x.
  • the internal/external pressure difference identification unit 143 identifies the internal/external pressure difference of the bubble at each bubble height x.
  • the stress estimator 149 estimates the stress generated in the bubble at each bubble height x based on the pressure difference between the inside and outside of the bubble.
  • the viscosity estimation unit 144 calculates the viscosity of the bubble at each bubble height x, that is, the viscosity distribution of the bubble. to estimate (6)
  • the temperature specifying unit 145 specifies the temperature of each bubble height x based on the image of the temperature distribution on the surface of the bubble.
  • the parameter estimator 146 estimates the bubble viscosity parameter based on the bubble viscosity distribution and the bubble temperature.
  • the simulation unit 147 performs simulation using the estimated viscosity parameter. Note that this processing order is merely an example, and as long as there is no contradiction, the processing order may be changed, or some processing may be executed in parallel with other processing.
  • the stress occurring in the bubble is estimated based on the pressure difference ⁇ P between the inside and outside of the bubble.
  • the estimation error is smaller than when the stress is estimated based on the torque of the motor that drives the pinch rolls 118 . That is, a more accurate stress distribution is estimated.
  • the bubble will naturally rupture. That is, more accurate prediction of fracture becomes possible by estimating the maximum stress more accurately.
  • the stress distribution of the bubbles is estimated, and based on this, the viscosity distribution of the bubbles is estimated.
  • the estimated viscosity distribution can be used to adjust molding conditions. For example, if the quality of the film being molded is poor, compare the current viscosity distribution with the viscosity distribution when the film was of good quality. It can be seen that the adjustment of
  • the viscosity parameter of the molding material can be estimated, and the shape and stress of the bubble can be calculated by inputting the molding conditions.
  • the stress occurring in the bubble is estimated based on the pressure difference ⁇ P between the inside and outside of the bubble.
  • the estimation error is smaller than when the stress is estimated based on the torque of the motor that drives the pinch rolls 118 .
  • Modification 1 In the embodiment, the stress generated in the bubble, the viscosity of the bubble, the bubble temperature, etc. are assumed to be uniform in the circumferential direction. can be estimated.
  • the stress estimator 149 may estimate the stress based on the torque of the motor that drives the pinch roll 118 instead of the internal/external pressure difference ⁇ P.
  • the viscosity estimator 144 may estimate the viscosity
  • the parameter estimator 146 may estimate the viscosity parameter, assuming that the stress is uniformly applied to the valve in the height direction. In this case, the viscosity distribution of the bubble cannot be estimated, but the viscosity parameter of the bubble is the value when the stress estimated based on the take-up speed is uniformly generated in the bubble in the height direction. can be estimated.
  • the parameter estimator 146 may estimate the viscosity parameter assuming that the temperature of the bubble is uniform in the height direction.
  • the temperature detection unit 114 may be a non-contact temperature sensor that detects the temperature of the spot (point).
  • the uniform bubble temperature may be estimated based on the die 102 temperature. In this case, the temperature detection section 114 becomes unnecessary.
  • the bubble shape acquisition unit 142 may acquire bubble shape data by, for example, analyzing a visible light image of a bubble captured by a visible light camera.
  • the bubble shape obtaining unit 142 obtains the shape data of the bubble from the visible light image, the viscosity distribution of the valve can be estimated. Since the temperature of the bubble is not necessary, the temperature detection unit 114 is not necessary for estimating the viscosity distribution of the bubble.
  • the present invention relates to inflation molding equipment.

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Abstract

インフレーション成形装置は、ダイから円筒状に吐出された成形材料の粘度を推定する粘度推定部１４４と、成形材料の温度を特定する温度特定部１４５と、粘度推定部１４４により推定された粘度と温度特定部１４５により特定された温度に基づいて、成形材料の粘度パラメータを推定するパラメータ推定部１４６と、を備える。

Description

インフレーション成形装置
　本発明は、インフレーション成形装置に関する。
　ダイの吐出口から溶融した成形材料を膜状に押し出し、それを冷却部からの冷却風により固化させてフィルムを成形するインフレーション成形装置が知られている。従来では、吐出口の幅や冷却部からの冷却風の風速や風温を調節することによってフィルム厚を目標範囲に収めるフィルム成形装置が提案されている。
特開２０１７－１７７３４８号公報
　本発明はこうした状況におい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、商品価値を高めたインフレーション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インフレーション成形装置は、ダイから円筒状に吐出された成形材料の粘度を推定する粘度推定部と、成形材料の温度を特定する温度特定部と、粘度推定により推定された粘度と温度検出部により検出された温度に基づいて、成形材料の粘度パラメータを推定するパラメータ推定部と、を備える。
　本発明の別の態様もまた、インフレーション成形装置である。この装置は、ダイから円筒状に吐出された成形材料の応力分布を推定する応力推定部と、応力推定部により推定された応力分布に基づいて、成形材料の粘度分布を推定する粘度推定部と、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、商品価値を高めたインフレーション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。 バブルに関する各種の変数を説明する図である。 シミュレーション画面を示す図である。
　本実施の形態は、インフレーション成形装置である。本実施の形態を具体的に説明する前に、本実施の形態が解決すべき課題を説明する。
　インフレーション成形装置において何らかの理由で成形条件を変更する場合、成形条件を変更することによって例えばフィルムが破断することがある。フィルムが破断した場合、インフレーション成形装置を再度立ち上げなければならず、作業効率が低下する。また、成形材料も無駄にしてしまう。したがって、成形条件を変更した場合をシミュレーションしたい。
　また、従来のインフレーション成形装置は、バブルに生じている平均の応力しか推定できない。バブルに生じている平均の応力が破断閾値以下であっても、例えばバブルに生じている最も大きい応力（以下、最大応力ともいう）が破断閾値を超えていれば、当然ながらバブルは破断する。つまり、平均の応力しか推定できないのでは、精度の高い破断予測はできない。したがって、バブルに生じている応力の分布を推定したい。
　以下、これらの課題を解決する本実施の形態に係るインフレーション成形装置を説明する。
　図１は、実施の形態に係るインフレーション成形装置１００の概略構成を示す図である。インフレーション成形装置１００は、ダイ１０２と、冷却部１０４と、一対のガイド部１０６と、引取機１０８と、巻取機１１０と、圧力検出部１１２と、温度検出部１１４と、空気供給手段１１６と、制御装置１２０と、を備える。
　なお、以降では、中心軸Ｃに垂直な平面上において中心軸Ｃ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。
　ダイ１０２に形成されたリング状の吐出口１０２ａから、溶融した成形材料が円筒状に吐出される。吐出された円筒状の成形材料の内側には、ダイ１０２の中心部に形成された空気吹出口１０２ｂから、適宜のタイミングで空気が噴出され、円筒状に膨らんだ薄肉のフィルム（以下、「バブル」とも呼ぶ）が成形される。
　冷却部１０４は、ダイ１０２の上方に配置される。冷却部１０４は、バブルに冷却風を吹き付けてバブルを冷却する。
　一対のガイド部１０６は、冷却部１０４の上方に配置される。一対のガイド部１０６は、バブルを引取機１０８に案内する。引取機１０８は、ガイド部１０６の上方に配置される。引取機１０８は、一対のピンチロール１１８を含む。一対のピンチロール１１８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。巻取機１１０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１１１を形成する。
　温度検出部１１４は、バブル表面の温度分布を検出する。温度検出部１１４は、サーモグラフィなどの、温度分布を検出する赤外線カメラである。なお、温度検出部１１４は、赤外線カメラに限定されず、例えばスポット（点）の温度を検出する非接触式の温度センサであってもよい。この場合、温度検出部１１４を例えばロボットアームに搭載して、バブルの周囲を移動させながらバブル表面の温度を検出することで、バブル表面の温度分布を検出してもよい。温度検出部１１４は、検出結果を制御装置１２０に送信する。
　空気供給手段１１６は、周囲の空気を送り込んで空気供給路１０２ｃに送り出し、空気吹出口１０２ｂから吹き出させる。つまり、空気供給手段１１６は、バブル内に空気を供給する。
　圧力検出部１１２は、空気供給路１０２ｃ内の圧力を検出する。なお、圧力検出部１１２は、バブル内に設けられてもよい。圧力検出部１１２は、検出結果を制御装置１２０に送信する。
　制御装置１２０は、インフレーション成形装置１００を統合的に制御する装置である。制御装置１２０は、例えば、フィルムの成形中に取得されるデータに基づいて、成形材料の粘度分布を推定したり、成形材料の粘度モデル式における粘度パラメータを推定したりする。
　図２は、制御装置１２０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。
　図３は、バブルに関する各種の変数を説明する図である。図３における下側の図は中心軸Ｃを含む平面で切断したバブルの断面図であり、上側の図は水平面で切断したバブルの断面図である。図３において、ｘはバブル高さである。バブル高さは、ダイ１０２の上面を基準面とする高さであり、ダイ１０２の上面からの鉛直方向における距離ともいえる。図２に加えて図３を参照する。
　制御装置１２０は、種々の通信プロトコルにしたがって温度検出部１１４や圧力検出部１１２との通信処理を実行する通信部１３０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１３２と、通信部１３０およびＵ／Ｉ部１３２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１３４と、データ処理部１３４により参照、更新されるデータを記憶する記憶部１３６と、を含む。
　データ処理部１３４は、受信部１４０と、ひずみ速度算出部１４１と、バブル形状取得部１４２と、内外圧力差特定部１４３と、粘度推定部１４４と、温度特定部１４５と、パラメータ推定部１４６と、シミュレーション部１４７と、出力処理部１４８と、応力推定部１４９と、を含む。
　受信部１４０は、温度検出部１１４からバブルの表面温度データを受信する。また、受信部１４０は、圧力検出部１１２からバブル内の圧力データを受信する。
　バブル形状取得部１４２は、バブルの形状データを取得する。バブル形状取得部１４２は、温度検出部１１４が検出したバブル表面の温度分布の画像を解析することにより、バブルの形状データを取得する。変形例として、バブル形状取得部１４２は、可視光カメラが撮影したバブルの可視光画像を解析することにより、バブルの形状データを取得してもよい。
　バブル形状取得部１４２が取得するバブルの形状データには、各バブル高さｘにおけるバブルの半径Ｒ、バブル表面の高さ方向の曲率半径ｒ１、曲率半径ｒ１に直交する曲率半径ｒ２が含まれる。なお、曲率半径ｒ１，ｒ２はそれぞれ、以下の式（１）、（２）により表される曲率半径に相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ひずみ速度算出部１４１は、各バブル高さｘにおけるバブルのひずみ速度を算出する。詳しくは、ひずみ速度算出部１４１は、各バブル高さｘにおける、流れ方向ひずみ速度（ε１ドット）、半径方向ひずみ速度（ε２ドット）、膜厚方向ひずみ速度（ε３ドット）を算出する。ひずみ速度ε１ドット，ε２ドット，ε３ドットはそれぞれ、以下の式（３）～（５）により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　フィルム移動速度ｖは、バブル高さを横軸とする三角関数で表され、吐出口１０２ａを出た直後に最低値をとり、引取機１０８に到達するときに最高値をとることが知られている。したがって、吐出口１０２ａおよび引取機１０８のそれぞれにおけるフィルム移動速度が分かれば、各バブル高さｘにおけるフィルム移動速度ｖを推定できる。吐出口１０２ａにおけるフィルム移動速度は、成形材料の押出量（質量流量）、成形材料の溶融密度、吐出口１０２ａの半径Ｒ０、リップ幅（吐出口１０２ａの幅）Ｈ０に基づいて算出できる。引取機１０８におけるフィルム移動速度は、引取機１０８がフィルムを引き取る（引っ張る）速度である引取速度に等しく、一対のピンチロール１１８を駆動するモータの回転数を検出することにより特定できる。
　なお、各バブル高さｘにおけるフィルム移動速度ｖを推定（特定）する方法はこれに限定されず、他の公知の方法で推定（特定）されてもよい。
　内外圧力差特定部１４３は、以下の式（６）で表される、各バブル高さｘにおける内外圧力差ΔＰ（ｘ）、すなわち内外圧力差の分布を特定する。
　ΔＰ（ｘ）＝Ｐｉｎ（ｘ）－Ｐｏｕｔ（ｘ）　・・・（６）
　ここで、
　Ｐｉｎ（ｘ）：バブル高さｘにおけるバブルの内圧
　Ｐｏｕｔ（ｘ）：バブル高さｘにおける冷却風圧
　である。
　なお、空気には重さがあるため、高さによって空気の密度が変わり、したがって高さによって圧力が変わる。一般的に、高さが１ｍ高くなると、圧力は１０Ｐａ下がる。したがって内外圧力差特定部１４３は、圧力検出部１１２が検出した圧力に、圧力検出部１１２の検出位置と、バブル高さｘとの高低差を考慮して、バブル高さｘにおける内圧Ｐｉｎ（ｘ）を特定する。
　冷却風圧Ｐｏｕｔ（ｘ）は、冷却風のシミュレーションに基づいて特定してもよいし、圧力計を使用して検出してもよい。
　内圧Ｐｉｎ（ｘ）および冷却風圧Ｐｏｕｔ（ｘ）は、本来的にはバブル高さｘに依存するが、バブル高さｘによらず一定としてもよい。例えば、内圧Ｐｉｎは、圧力検出部１１２が検出した圧力あるいはそれに基づく圧力としてもよい。
　また、冷却風圧Ｐｏｕｔ（ｘ）を無視しても、すなわち冷却風圧Ｐｏｕｔ（ｘ）＝０としてもよい。
　応力推定部１４９は、バブルに生じている応力とバブルの内外圧力差ΔＰに関する公知の関係式に基づいて、各バブル高さにおける応力、すなわち応力分布を推定する。なお、応力は、周方向には一様であるものとする。
　粘度推定部１４４は、各バブル高さｘにおける粘度η（ｘ）、すなわち高さ方向における粘度分布を推定する。粘度推定部１４４は、公知の各種の関係式と、バブル形状取得部１４２に取得された各バブル高さｘにおける曲率半径ｒ１、曲率半径ｒ２と、応力推定部１４９が推定した応力に基づいて推定する。なお、バブルの粘度は、周方向には一様であるものとする。
　温度特定部１４５は、バブルの各バブル高さｘの温度を特定する。例えば温度特定部１４５は、温度検出部により検出された温度分布からバブルの各バブル高さｘの温度を特定してもよい。例えば、バブルの温度は周方向には一様であるとして、ある周方向位置における各バブル高さｘの温度を、各バブル高さの温度としてもよい。
　また例えば温度特定部１４５は、ダイ１０２の温度からバブルの各バブル高さｘの温度を特定してもよい。吐出されてからより時間が経過した成形材料ほど、すなわちより高い位置のバブルの冷却されている。温度特定部１４５は、これを考慮して、ダイ１０２の温度から各バブル高さｘのバブルの温度を特定してもよい。
　パラメータ推定部１４６は、成形材料の粘度パラメータを推定する。粘度パラメータは、以下の式（７）で表される粘度モデルの式におけるパラメータｋ０，Ａ，Ｂ，Ｃ，ｍ（質量流量），Ｃ１，Ｃ２，Ｔｒｅｆ（基準温度）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　ここで、
　Ｔ：バブルの温度
　である。
　また、ひずみ速度εドット、ひずみεは、以下の式（８）、（９）で算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　パラメータ推定部１４６は、式（７）で表される粘度モデルの式を、粘度推定部１４４により推定された粘度分布にフィッティングすることにより、粘度パラメータを推定する。
　シミュレーション部１４７は、推定された粘度パラメータを使用したシミュレーションを実行する。シミュレーション部１４７は、成形条件を入力として、バブルの形状と応力を計算する。成形条件には、例えば、成形材料の押出量、引取速度、ブロー比、ダイ温度、冷却風量が含まれる。
　例えばシミュレーション部１４７は、成形中の現在の成形条件を入力として、シミュレーションを実行してもよい。成形中の現在の成形条件を入力とすれば、成形中のバブルが破断する可能性が否かがわかる。バブルが破断する可能性がある場合は、その旨を画面表示、音声、またはその他の方法によりユーザに通知してもよい。この際、シミュレーション部１４７は、破断する可能性がなく、かつ、品質が高いフィルムを成形できる成形条件を計算して提示してもよい。また、その成形条件に自動で変更してもよい。
　また例えばシミュレーション部１４７は、変更予定の成形条件を入力として、成形条件を変更した場合のバブルの形状と応力を計算してもよい。この場合、例えば、成形条件を変更することによって破断する可能性があるか否か分かる。
　出力処理部１４８は、各種画面を所定のディスプレイに表示する。各種画面は、例えば応力推定部１４９が推定した成形中のバブルの応力分布を示す画面であってもよいし、また例えばパラメータ推定部１４６が推定した成形中のバブルの粘度パラメータを示す画面であってもよいし、また例えばシミュレーションに関する画面を示す図であってもよい。変形例として、出力処理部１４８は、ディスプレイに表示する代わりに、出力処理として、所定の印刷機により印刷してもよいし、所定のメールアドレスにメール送信してもよい。
　図４は、シミュレーション画面を示す図である。シミュレーション画面は、成形条件欄１５０と、計算結果欄１６０と、粘度パラメータ欄１７０と、を含む。
　成形条件欄１５０は、押出量欄１５１と、引取速度欄１５２と、ブロー比欄１５３と、ダイ温度欄１５４と、冷却風量欄１５５と、を含む。押出量欄１５１には、成形材料の押出量（Ｋｇ／ｈ）が入力される。引取速度欄１５２には、引取機１０８による引取速度（ｍ／ｍｉｎ）が入力される。ブロー比欄１５３には、ブロー比が入力される。ダイ温度欄１５４には、ダイの設定温度が入力される。冷却風量欄１５５には、冷却部１０４による冷却風量（ｍ３／ｍｉｎ）が入力される。
　粘度パラメータ欄１７０には、パラメータ推定部１４６が推定した粘度パラメータｋ０，Ａ，Ｂ，Ｃ，ｍ，Ｃ１，Ｃ２，Ｔｒｅｆが表示される。制御装置１２０のシミュレーション部１４７は、成形条件欄１５０に入力された成形条件を入力として、粘度パラメータ欄１７０に表示された粘度パラメータを使用して、バブルの形状と応力を計算する。
　計算結果欄１６０は、最大応力欄１６１と、溶融張力欄１６２と、成形可否欄１６３と、形状表示欄１６４と、を含む。最大応力欄１６１には、計算された最大応力が表示される。溶融張力欄１６２には、計算された溶融張力が表示される。溶融張力欄１６２は、溶融している成形材料に作用しているフィルム移動方向の力である。成形可否欄１６３には、成形の可否が表示される。形状表示欄１６４にはバブル形状が示される。形状表示欄１６４に表示するバブルは、バブルの半径や、バブルに生じている応力など、バブルに関する情報に応じて色を変化させてもよい。例えば、図示の例のように、半径が小さいところは薄い色、バブルの半径が大きいところは濃い色でバブルを表示してもよい。また例えば、生じている応力が小さいところは薄い色、生じている応力が大きいところは濃い色でバブルを表示してもよい。
　最大応力が所定の閾値以上になるとバブルは破断する。したがって、最大応力欄１６１を参照することによって、バブルが破断するか否か、また、バブルが破断すると推定される場合にどの程度当該閾値を上回っているかを確認できる。
　溶融張力が所定の閾値以上でないとバブルがピンと張らないため成形できない。したがって、溶融張力欄１６２を参照することによって、バブルがピンと張るか否か、すなわち成形できるか否か、また、バブルが成形できないと推定される場合にどの程度当該閾値を下回っているかを確認できる。
　続いて、以上のように構成されたインフレーション成形装置１００の動作を説明する。
（１）バブル形状取得部１４２は、バブル表面の温度分布の画像に基づいて、各バブル高さｘにおけるバブルの形状データを取得する。
（２）ひずみ速度算出部１４１は、各バブル高さｘにおけるひずみ速度ε１ドット，ε２ドット，ε３ドットを算出する。
（３）内外圧力差特定部１４３は、各バブル高さｘにおけるバブルの内外圧力差を特定する。
（４）応力推定部１４９は、バブルの内外圧力差に基づいて、各バブル高さｘにおいてバブルに生じている応力を推定する。
（５）粘度推定部１４４は、バブル形状取得部１４２が取得したバブルの形状データと、応力推定部１４９が推定した応力に基づいて、各バブル高さｘにおけるバブルの粘度、すなわちバブルの粘度分布を推定する。
（６）温度特定部１４５は、バブル表面の温度分布の画像に基づいて、バブルの各バブル高さｘの温度を特定する。
（７）パラメータ推定部１４６は、バブルの粘度分布と、バブルの温度に基づいて、バブルの粘度パラメータを推定する。
（８）シミュレーション部１４７は、推定された粘度パラメータを用いて、シミュレーションを実行する。
　なお、この処理順序はあくまでも一例であり、矛盾しない限りにおいて、処理の順序を入れ替えたり、一部の処理を他の処理と並列に実行したりしてもよい。
　続いて、本実施の形態が奏する効果を説明する。本実施の形態によれば、バブルの内外圧力差ΔＰに基づいてバブルに生じている応力が推定される。この場合、ピンチロール１１８を駆動するモータのトルクに基づいて応力を推定する場合に比べて、推定誤差が小さくなる。つまり、より正確な応力分布が推定される。ここで、バブルに生じている平均の応力が破断閾値以下であっても、最大応力が破断閾値を超えていれば、当然ながらバブルは破断する。つまり、最大応力をより正確に推定できることにより、より正確な破断予測が可能となる。
　また、本実施の形態によれば、バブルの応力分布が推定され、それに基づいてバブルの粘度分布が推定される。推定された粘度分布は、成形条件の調整に役立てることができる。例えば、成形しているフィルムの品質が悪い場合において、現在の粘度分布と、フィルムの品質が良かったときの粘度分布とを比べ、両者が異なることが分かれば、例えば樹脂の温度を上げ下げするなどの調整をすればよいことが分かる。
　また、本実施の形態によれば、成形材料の粘度パラメータを推定でき、成形条件を入力として、バブルの形状と応力を計算できる。これにより、例えば適切な成形条件が分からない状況において適当に成形条件を設定して成形を開始した場合において、このままの成形条件でよいか、それとも破断等する可能性があるため成形条件を変更すべきか判断できる。また、破断する可能性がなく、かつ、品質が高いフィルムを成形できる成形条件を提示できる。その成形条件に自動で変更することも可能になる。
　また例えば、何らかの理由で成形条件を変更する場合において、変更予定の成形条件で問題ないか、それとも破断等する可能性があるため変更予定の成形条件に変更するべきでないか判断できる。
　また、本実施の形態によれば、バブルの内外圧力差ΔＰに基づいてバブルに生じている応力が推定される。この場合、ピンチロール１１８を駆動するモータのトルクに基づいて応力を推定する場合に比べて、推定誤差が小さくなる。
　以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセス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。以下、こうした変形例について説明する。
（変形例１）
　実施の形態では、バブルに生じる応力、バブルの粘度、バブル温度などが周方向には一様であるものとしたが、これらは周方向に一様ではないものとして、周方向の各位置におけるこれらの値を推定してもよい。
（変形例２）
　実施の形態とは異なり、応力推定部１４９が内外圧力差ΔＰの代わりに、ピンチロール１１８を駆動するモータのトルクに基づいて応力を推定してもよい。そして、その応力が高さ方向に一様にバルブに生じているものとして、粘度推定部１４４が粘度を推定し、パラメータ推定部１４６が粘度パラメータを推定してもよい。この場合、バブルの粘度分布は推定できないが、バブルの粘度パラメータについては、引取速度に基づいて推定された応力が高さ方向に一様にバブルに生じているとした場合の値ではあるが、推定できる。
（変形例３）
　実施の形態とは異なり、バブルの温度は高さ方向に一様であるものとして、パラメータ推定部１４６が粘度パラメータを推定してもよい。この場合、温度検出部１１４は、スポット（点）の温度を検出する非接触式の温度センサで足りる。あるいは、ダイ１０２の温度に基づいて一様なバブルの温度を推定してもよい。この場合、温度検出部１１４は不要となる。バブル形状取得部１４２は、例えば可視光カメラが撮影したバブルの可視光画像を解析することによりバブルの形状データを取得すればよい。また、例えばバブル形状取得部１４２が可視光画像からバブルの形状データを取得するなど、バブル表面の温度分布の画像を用いない方法でバブルの形状を取得すれば、バルブの粘度分布を推定するのにバブルの温度は不要であるため、バブルの粘度分布を推定するにあたって温度検出部１１４は不要である。
　実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
　本発明は、インフレーション成形装置に関する。
　１００　インフレーション成形装置、　１０２　ダイ、　１２０　制御装置、　１４４　粘度推定部、　１４５　温度特定部、　１４６　パラメータ推定部。

Claims (4)

  1. 　ダイから円筒状に吐出されたバブルの粘度を推定する粘度推定部と、
    　バブルの温度を特定する温度特定部と、
    　前記粘度推定部により推定されたバブルの粘度と前記温度特定部により検出されたバブルの温度に基づいて、バブルの粘度パラメータを推定するパラメータ推定部と、
    　を備えるインフレーション成形装置。
  2. 　バブルの温度分布画像を取得する赤外線カメラを備え、
    　前記粘度推定部は、前記赤外線カメラが取得したバブルの温度分布画像に基づいて特定したバブルの形状を用いてバブルの粘度を推定し、
    　前記温度特定部は、前記赤外線カメラが取得したバブルの温度分布画像に基づいてバブルの温度を特定する請求項１に記載のインフレーション成形装置。
  3. 　ダイから円筒状に吐出されたバブルの応力分布を推定する応力推定部と、
    　前記応力推定部により推定されたバブルの応力分布に基づいて、バブルの粘度分布を推定する粘度推定部と、
    　を備えるインフレーション成形装置。
  4. 　応力推定部は、圧力分布に基づいて、応力分布を推定する請求項３に記載のインフレーション成形装置。
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