JP7153549B2 - フィルム巻取装置 - Google Patents

Description

本発明は、巻取コアにフィルムを巻き取るフィルム巻取装置に関する。

フィルムをロール状に巻き取る際、重なり合うフィルム間に巻き込まれたエアの薄層（以下、「エアフィルム層」という）が形成される。フィルムの巻き取りが完了した際、エアフィルム層のエアが経時的に抜けていくと、フィルム上にシワが形成され製品不良となるという問題がある。このような不良の発生を解決する方法として、エアフィルム層を最小化するために、ロール状に巻き取られた直後の部分にタッチロールを接触させながら巻き取りを行うことが一般的に行われている。

特開２０１３－１４２０３４号公報

しかしながら、従来の巻取装置では、タッチロールの接触面内の圧力分布に応じてエアフィルム層の厚みに差が生じるため、巻き取り後のエアの抜けやすさに応じて特定の場所にシワ等の変形を生じるという問題がある。また、巻取コアに対するタッチロールの初期の接触圧力分布を均一に調整したとしても、基材フィルムの厚みのばらつきや、基材フィルム上に他の層を形成する際の塗工液の塗布膜厚のばらつき等があるため、巻き取りが進み巻径が大きくなるとロールの巻径が均一とならず、タッチロールの接触圧力分布に偏りができ、シワ等が発生する要因となる。

それ故に、本発明は、巻き取り後のフィルムにシワ等の不良が発生することを低減できるフィルム巻取装置を提供することを目的とする。

本発明に係るフィルム巻取装置は、回転自在に支持され、フィルムを巻き取る巻取コアと、巻取コアの回転軸と平行な回転軸を有し、フィルムの巻き取り時に巻取コアに巻き取られるフィルムに部分的に接触可能なタッチロールと、タッチロールの両端を回転自在に支持するアームと、アームに取り付けられ、タッチロールの両端の各々を巻取コアに近付く方向または巻取コアから遠ざかる方向に移動させるアクチュエータと、タッチロールの両端の各々に加わっている荷重値を検出する荷重検出器と、フィルムの巻き取り中に、荷重検出器の各々によって検出された荷重値に基づいてアクチュエータをフィードバック制御する制御部とを備え、制御部は、荷重検出器の各々によって検出される荷重値の制御目標値を記憶する記憶部を有し、記憶部は、過去に行われたフィルムの巻き取り作業の前に荷重検出器によって検出された荷重値であって、当該巻き取り作業後のフィルムに不具合を生じなかった場合の荷重値を、制御目標値として記憶し、制御部は、荷重検出器の各々によって検出される荷重値が制御目標値に近付くように、アクチュエータを制御して巻取コアに対するタッチロールの両端の各々の位置を調整する。

本発明によれば、巻き取り後のフィルムにシワ等の不良が発生することを低減できるフィルム巻取装置を提供できる。

実施形態に係るフィルム巻取装置の概略構成を示す斜視図 フィルムの巻取り前にシート状センサを用いて測定したタッチロールの接触圧力分布を示すグラフ

（実施形態）
図１は、実施形態に係るフィルム巻取装置の概略構成を示す斜視図である。

フィルム巻取装置１は、フィルム１０を巻き取るための装置であり、巻取コア２と、タッチロール３と、アーム４ａ及び４ｂと、アクチュエータ５ａ及び５ｂと、荷重検出器６ａ及び６ｂと、制御部７とを備える。フィルム１０は、例えば、樹脂の単層フィルム、樹脂の単層フィルムを基材として１層以上の機能層を積層した積層フィルムであるが、フィルム１０の種類は特に限定されない。尚、フィルム巻取装置１には、フィルム１０の搬送を案内するためのガイドローラ等が適宜設けられていても良い。

巻取コア２は、フィルム１０を巻き取るための円柱状の部材で有り、図示しない支持機構により回転自在に支持される。巻取コア２は、図示しないモータ等の回転力により回転軸ＡＸ１を中心として回転することにより、フィルム１０を巻き取る。

タッチロール３は、巻取コア２の回転軸ＡＸ１と平行な回転軸ＡＸ２を有し、巻取コア２の上方に配置されている。タッチロール３の両端のそれぞれは、後述するアーム４ａ及び４ｂにより回転自在かつ移動自在に支持されており、フィルム１０の巻き取り時には、巻取コア２に巻き取られた直後のフィルム１０に部分的に接触して押圧することにより、巻き込んだエアにより形成されるエアフィルム層を低減する。

アーム４ａ及び４ｂは、タッチロール３の幅方向の両側に配置され、タッチロール３の両端を回転自在に支持する。本実施形態では、アーム４ａ及び４ｂは、棒状の接続部材９により接続されており、接続部材９の中心軸を中心として回転自在となるように支持されている。ただし、アーム４ａ及び４ｂの支持方法は特に限定されず、接続部材９の中心軸を中心として回転自在に支持される以外に、上下に移動自在に支持されていても良い。

アクチュエータ５ａ及び５ｂは、例えば、直線移動が可能なロッドを有するエアシリンダであり、それぞれのロッドの両端部がアーム４ａ及び４ｂのそれぞれに回転自在に取り付けられている。アクチュエータ５ａ及び５ｂは、後述する制御部７からの制御信号に従って、アーム４ａ及び４ｂを接続部材９の中心軸を中心として回転させる。アクチュエータ５ａ及び５ｂは、アーム４ａ及び４ｂを移動させることにより、タッチロール３の両端のそれぞれの位置を、巻取コア２に近付く方向または巻取コア２から遠ざかる方向に移動させることができる。また、アクチュエータ５ａ及び５ｂは、独立して動作可能であり、巻取コア２に対するタッチロール３の両端位置を独立して制御することができる。尚、アクチュエータ５ａ及び５ｂは、タッチロール３の両端のそれぞれを移動させることができるものであれば特に限定されず、エアシリンダ以外に、ロボットシリンダ（電動シリンダ）を使用しても良い。

荷重検出器６ａ及び６ｂは、アーム４ａ及び４ｂの軸受部にそれぞれ設けられ、タッチロール３の両端に加わっている荷重を検出する。荷重検出器６ａ及び６ｂによって検出される荷重値は、巻き取り直後のフィルム１０（巻取コア２）に対するタッチロール３の接触圧力に応じて変化する。そこで、荷重検出器６ａ及び６ｂにより検出された荷重値を後述する制御部７に出力し、巻き取り直後のフィルム１０に対するタッチロール３の接触圧力をモニタリングし調節するために使用する。

制御部７は、プロセッサ及びメモリを備えたコンピュータによって構成され、荷重検出器６ａ及び６ｂにより検出された荷重値に基づいてアクチュエータ５ａ及び５ｂをフィードバック制御する。より詳細には、制御部７は、荷重検出器６ａ及び６ｂのそれぞれによって検出される荷重値の制御目標値を記憶部８に記憶する。尚、記憶部８は、メモリによって構成される。フィルム１０の巻き取り中には、基材フィルムや基材フィルム上の他の層の膜厚のばらつきにより、フィルム１０に対するタッチロール３の接触圧力分布が変化し、荷重検出器６ａ及び６ｂによって検出される荷重値が変化する。そこで、制御部７は、荷重検出器６ａ及び６ｂによって検出される荷重値が、記憶部８に記憶される制御目標値にそれぞれ近付くように、アクチュエータ５ａ及び５ｂを制御することにより、巻取コア２に対するタッチロール３の両端の位置を調整する。巻取コア２に対するタッチロール３の両端の位置を調節することにより、巻取コア２に巻き取られた直後のフィルム１０に対するタッチロール３の接触圧力分布を変化させることができる。

記憶部８に記憶される制御目標値は、過去に行われたフィルム１０の巻き取り作業の結果に基づいて設定することができる。具体的には、フィルム１０を巻き取る前のオフライン時に、巻取コア２にタッチロール３を接触させ、タッチロール３の両端の荷重検出器６ａ及び６ｂの荷重値を測定しておく。その後、フィルム１０の巻き取り作業を行い、巻き取り完了から所定時間経過後に、巻き取ったフィルムにシワや巻きズレ等の巻き取り不良があるかどうかを目視等で確認する。尚、巻き取り完了から巻き取り不良を確認するまでの所定時間は、エアフィルム層のエアが経時的に抜けるのに要する時間以上であれば良く、従来、巻き取り完了後に巻き取り不良が確認されたケースに基づいて適宜設定することができる。所定時間経過後に巻き取り不良が確認されなかった場合は、オフライン時に測定した荷重検出器６ａ及び６ｂの荷重値を制御目標値として記憶部８に記憶させる。

フィルムの巻き取りに伴ってロールの巻径が大きくなるため、一般的な巻取装置では、タッチロールを巻取コアから遠ざかる方向に移動させてタッチロールと巻取コアとのクリアランスが一定に維持される。ただし、タッチロールと巻取コアとのクリアランスを一定に維持する方法では、フィルムの幅方向において厚みにばらつきが生じた際、巻き取り直後のフィルムに対するタッチロールの接触圧力がタッチロールの長さ方向で不均一となり、フィルムの幅方向においてエアフィルム層の厚み差が生じ、巻き取り後のフィルムにシワ等の変形が発生する可能性がある。また、従来、シート状のセンサや感圧紙等を用いて、フィルムの巻き取り前に巻取コアに対するタッチロールの接触圧力を測定し、接触圧力分布が一定となるように調整することも行われていたが、調整を行ったとしても、フィルムの巻き取りに伴って同様の問題が生じるため、シワ等の変形が十分に抑制されていなかった。

これに対して、本実施形態に係るフィルム巻取装置１では、荷重検出器６ａ及び６ｂの出力に基づいてタッチロール３の両端の位置を調節する。具体的には、フィルム１０の巻き取り作業の開始前にタッチロール３の両端の荷重値を測定しておき、その後巻き取ったフィルム１０に不良を生じなかった場合の荷重値を制御目標値とする。そして、フィルム１０の巻き取り中には、荷重検出器６ａ及び６ｂのそれぞれで検出される荷重値を制御目標値に近づけるようにアクチュエータ５ａ及び５ｂをそれぞれフィードバック制御し、巻取コア２に対するタッチロール３の両端の位置を調整する。このようにタッチロール３の両端に加わっている荷重値をリアルタイムにモニタリングしながら、巻取コア２に対するタッチロール３の両端の位置を調整すると、フィルム１０の巻径増加に伴う巻取コア２とタッチロール３との軸間距離を調整できることに加え、フィルム１０の幅方向において厚みに差が生じても、タッチロール３の位置調整によりフィルムの厚み差に起因するタッチロール３の接触圧力の差を相殺することができる。

図２は、フィルムの巻取り前にシート状センサを用いて測定したタッチロールの接触圧力分布を示すグラフである。図２の横軸は、タッチロールの一方の端部からの距離を示し、縦軸は、フィルムの巻取り前にシート状センサを巻取コアとタッチロールとの間に挟んで測定したタッチローラの接触圧力を示す。図２のグラフは、タッチロールの長さ方向に一定ピッチで整列する複数の測定点で測定したタッチロールの接触圧力をプロットしたものである。

図２に示すグラフはいずれもフィルムの巻取り前にタッチロールの接触圧力分布を測定した結果であるが、実線で示す測定結果が得られた場合には、フィルムの巻き取り後にシワ等の変形が確認されず、破線で示す測定結果が得られた場合には、フィルムの巻き取り後にシワ等の変形が確認された。タッチロールの接触圧力の傾向を見るために、各グラフの近似曲線の傾きを求めると、実線で示す測定結果では、近似曲線の傾きの絶対値が約６×１０^－６（ｋｇ／ｃｍ／ｍｍ）であったのに対し、破線で示す測定結果では、近似曲線の傾きの絶対値が約１８×１０^－６～２４×１０^－６であった。これらの結果から、実線で示した測定結果の方がタッチロールの長さ方向において接触圧力のバラツキが少なくより均一であると捉えることができる。

本実施形態では、図２の実線で示す測定結果が得られた場合のタッチロール３の両端の荷重値を制御目標値として設定する。この場合、図２の破線で示す測定結果が得られた巻き取り時と比べると、フィルム１０の巻き取り開始時において、巻き取り直後のフィルム１０に対するタッチロール３の接触圧力がより均一化された状態となっている。フィルム１０の巻き取り中は、フィルム１０の厚みのバラツキによりタッチロール３の接触圧力が、図２に示した実線の状態からずれることとなる。しかしながら、タッチロール３の両端の位置を上述したようにフィードバック制御し、荷重検出器６ａ及び６ｂで検出される荷重値を実線の測定結果に対応する制御目標値（初期値）に近づける制御を行えば、フィルム１０の巻き取り中におけるタッチロール３の接触圧力を、巻き取り前における相対的に均一化された状態に近い状態を維持でき、この結果、タッチロール３の接触圧力の偏りを抑制して巻き取り後のフィルムにシワ等の不良が発生することを低減できるものと考えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、巻き取り後のフィルム１０にシワ等の不良が発生することを低減できるフィルム巻取装置１を実現することができる。

尚、上記の実施形態では、タッチロール３を一対のアーム４ａ及び４ｂで支持し、アーム４ａ及び４ｂをアクチュエータ５ａ及び５ｂで駆動する構成を例に説明したが、タッチロール３の支持機構及び駆動機構はこの構成に限定されるものではなく、タッチロール３を回転可能かつ移動可能に支持し、巻取コア２に対するタッチロール３の両端の位置を独立して制御できる構成であれば良い。

本発明は、樹脂フィルム等のフィルムを巻き取るために利用できる。

１ フィルム巻取装置
２ 巻取コア
３ タッチロール
４ａ、４ｂ アーム
５ａ、５ｂ アクチュエータ
６ａ、６ｂ 荷重検出器
７ 制御部
８ 記憶部
１０ フィルム

Claims (1)

1. フィルム巻取装置であって、
   回転自在に支持され、フィルムを巻き取る巻取コアと、
   前記巻取コアの回転軸と平行な回転軸を有し、前記フィルムの巻き取り時に前記巻取コアに巻き取られる前記フィルムに部分的に接触可能なタッチロールと、
   前記タッチロールの両端を回転自在に支持するアームと、
   前記アームに取り付けられ、前記タッチロールの両端の各々を前記巻取コアに近付く方向または前記巻取コアから遠ざかる方向に移動させるアクチュエータと、
   前記タッチロールの両端の各々に加わっている荷重値を検出する荷重検出器と、
   前記フィルムの巻き取り中に、前記荷重検出器の各々によって検出された荷重値に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記荷重検出器の各々によって検出される荷重値の制御目標値を記憶する記憶部を有し、
   前記記憶部は、過去に行われた前記フィルムの巻き取り作業の前に前記荷重検出器によって検出された荷重値であって、当該巻き取り作業後の前記フィルムに不具合を生じなかった場合の荷重値を、前記制御目標値として記憶し、
   前記制御部は、前記荷重検出器の各々によって検出される荷重値が前記制御目標値に近付くように、前記アクチュエータを制御して前記巻取コアに対する前記タッチロールの両端の各々の位置を調整する、フィルム巻取装置。

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