JP3878111B2

JP3878111B2 - フィルムの巻出し方法及び装置

Info

Publication number: JP3878111B2
Application number: JP2002332430A
Authority: JP
Inventors: 幸道松本; 利夫賀島
Original assignee: Fuji Tekko Co Ltd
Current assignee: Fuji Univance Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP2004161485A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック基材粘着テープ，マスキング用フィルム，ストレッチ包装用フィルム，食品ラップフィルム等の比較的伸縮性を有し、表面粘着性あるいは自着性（以下まとめて粘着性という）を有する薄膜フィルムを巻取ロール（ミルロール）から最低張力で安定的に巻出すフィルム巻出し方法ならびにその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック等の薄膜フィルム（以下、単にフィルムという）を巻装してなる巻取ロール（以下、ミルロールという）から、フィルムを巻出し、次工程に送って種々の処理・加工を行うことは、例えばスリッターワインダーにおいてミルロールからフィルムを巻出し、次にフィルムを複数の小幅帯に裁断し、それぞれを小幅のロールに巻き上げる場合などに従来、広く実施されている。
【０００３】
図１は上記従来の巻出しに適用される代表的な巻出機の構成であり、ミルロールＲは回転自在に機枠に軸支されていて、フィルムＦはガイドローラ１で案内されて引取ローラ２によって引っ張られ、ミルロールＲから巻出されるようになっている。
このとき張力はその大きさが張力設定器４によって設定され、制御回路６を介して、ミルロールＲの巻芯軸Ｓに連結された巻出ブレーキ５（連続スリップ）が励磁されることにより発生し、実張力値は張力検出器３により検出され、設定張力にフィードバックされる閉ループ自動制御系を構成している。
そして、ミルロールＲの回転抵抗が所要巻出張力より大きい場合は、巻出ブレーキ３の代わりに巻出し方向にミルロールＲの回転抵抗を減らすようにモーターＭが使用されることもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上のような従来の巻出しは、ミルロールＲからのフィルムを巻出すための巻出し張力が適正値を超えて高かったり変動があると、裁断幅に斑を生じたり、フィルムに皺が発生したり、甚だしい場合は裁断帯を巻取るための巻芯に大きな巻締力がかかり、巻芯を部分的に陥没させることすらあり、また、あるいは多色グラビア印刷では、印刷工程で絵柄ずれを発生したりすることがあった。
【０００５】
しかも、巻出されるフィルムＦが全く粘着性を有しない場合は、ミルロールＲからフィルムＦが離れる方向は、図１の実線で示すミルロールＲの接線方向となり、張力の発生方向もこれに合致して張力は１００％ミルロールＲの回転抵抗と釣り合うが、フィルムＦが粘着性を有する場合は、ミルロールＲからフィルムＦを剥離するための力の発生が必要となるため、図２に示すように張力ＰはミルロールＲの回転抵抗Ｐｔとフィルムをミルロールから引離するための力Ｐｒのベクトル的な合力となり、この合力の方向は図１の破線で示すように剥離点のミルロールの接線方向から角θだけ傾いた方向となる。
【０００６】
このようなことから、従来の巻出張力を取り扱う方法や制御は、張力を上述の合力として扱うことにとどまっており、これをミルロールの回転抵抗と、フィルムの剥離抵抗の二つの要素から対応しようとする観点が欠けていたため、自ら限界があり、伸縮性と粘着性を有するフィルムを低張力で安定的に巻出すことは困難であった。
【０００７】
特にフィルムが上記の如く粘着性を有する場合、巻出張力の大きさと、その変動が次工程でのフィルムの処理・加工の仕上げに大きく影響し、不良製品の発生と、生産性の向上を阻害する大きな要因となっており、適正な低張力で安定してミルロールからフィルムを巻出す方法及び装置の開発は重要な課題となっていた。
【０００８】
本発明は上述の如き実状に対処し、特にフィルムをミルロールから巻出すときのミルロールに与えるべき回転方向力と、ミルロールからフィルムを引き剥がすための剥離力と張力の関係を見いだすことにより、比較的伸縮性を有し、表面粘着性を有する薄膜フィルムをミルロールから最低張力でかつ安定的に巻出し、巻出張力の変動が次工程に及ぼす影響を阻止し、不良製品の発生を防止して生産性の向上を図ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、上記目的に適合する本発明の方法は、粘着性を有するプラスチック等の薄膜フィルムを巻装してなる巻取ロールから該プラスチックを剥離して引取ローラより巻出すフィルムの巻出しにおいて、前記巻取ロールの外周速と、引取ローラの周速との速度差によって発生するフィルムの張力が、フィルムを巻取ロールから引き剥がす力と等しいか、稍大きくなるように速度差を調整し、巻出張力を
理論的に最も低い値又はこれより稍大きな値として巻出すことであり、具体的方法として、巻出しの進行に従って変化する巻取ロールの最大径から最小径に至るすべて範囲で巻取ロールの外周速度を所定の速度に保持しながら、機械摩擦力等に起因する回転抵抗に抗して巻取ロールを巻出し方向に積極的に回転させ、巻出しの進行に伴う巻取ロールの外径変化に対応して任意の外径の巻取ロールの位置と引取ローラの位置の相関関係が、巻取ロールの中心を通り、引取ローラの接点ｃで接する直線が巻取ロールの外周と交わる点ａにおいて、巻取ロールの接線と常に略直交し、さらに上記ｃ−ａ間の距離を常に一定に保つように巻取ロールの回転中心位置を移動させ、引取り速度に対して巻取ロールの外周速度を調整することによって速度差に応じて引取り方向の内部応力の大きさを巻取ロールからフィルムを剥がすときに理論的に最小限必要とされる法線方向に引き出すための力と等しいか、あるいは稍大きくしてフィルムを巻き出すことを特徴とする。
【００１０】
請求項２は上記の巻出しにあたり、フィルムが巻出張力の方向をミルロールの剥離点におけるロールの接線に対し略直角方向に巻出されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３は上記方法を実施するための装置に係り、回動可能なミルロール支持アームに回転自在に軸支されたミルロールと、該ミルロールから粘着力に抗してフィルムを剥離し引取る引取ローラと、前記ミルロールの最大径から最小径に至るすべての範囲でミルロールに加圧接触するスピーダベルトを有してなり、前記ミルロールは、ミルロールの外周速と、引取ローラの周速との速度差によって調整される前記スピーダベルトの速度調整によってミルロールから剥離直後のフィルムの上面位置を一定にしてフィルム剥離角度θを略９０°に保持するようにすると共に、、巻出しの進行に伴って変化するミルロールの外径に対応してミルロールの中心位置と、引取ローラの相対的位置関係を任意の径のミルロールの中心を通り、引取ローラの接触点を結ぶ直線がそのときのミルロールの外周と交わる点におけるミルロールの接線に略直交するように制御した構成にある。
【００１２】
なお、上記剥離直後のフィルム上面までの距離については検出器により検出して、これにより該位置を一定にするようにスピーダベルトの速度を制御せしめることが好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、更に添付図面を参照し、本発明の具体的実施の形態について説明する。
【００１４】
本発明は前述したように粘着性を有するフィルムを巻装してなるミルロールからフィルムを剥離して引取ローラにより巻出すにあたり、ミルロールの外周速と引取ローラの外周速の速度差により発生するフィルムの内部応力がフィルムをミルロールから引き剥がす力と等しいか、稍大きくなるように速度差を調整することにより巻出張力を理論的に最も低い値あるいはこれに近似した稍大きい値とし、かつ張力の方向を剥離点におけるミルロールの接線に対し直角、即ちミルロールの法線方向で巻出すことを基本的な考えとするものである。
【００１５】
以下、この本発明の基本的な巻出しについて図２，図３に基づいて理論的に考究し、説明すると、図２は粘着性のあるフィルムＦをミルロールＲから巻出すときのミルロールＲに与えるべき回転方向力と、ミルロールＲからフィルムＦを引き剥がすための剥離力と張力の関係を示す。
【００１６】
同図２において回転方向力の有効成分は、張力のミルロールへの作用点でミルロールの接線方向にＰｔの大きさで働き、剥離力の有効成分は張力のミルロールへの作用点（剥離点）でミルロールの接線に直交する方向、即ち、ミルロールの法線方向にＰｒの大きさで働く。
これら２つの有効成分のベクトル合成される合力が張力Ｐとなり、その方向はミルロールの接線に対して角θの傾きが生ずる。
そして、ＰｔとＰｒの方向は９０°となるから、
θ＝ｔａｎ^−１Ｐｒ／Ｐｔ・・・・（１）
Ｐ＝Ｐｒ／ｓｉｎθ・・・・（２）
となる。
【００１７】
いま、ミルロール回転力を張力によらずに別の手段で強制的に与えると、張力によるミルロールからフィルムを巻出す有効成分は剥離力のみとなる。
この状態で張力の方向角θを大きくすると、剥離に要する力ｆは一定であり、これと張力による剥離方向分力Ｐｒが釣り合うから、上記（２）式より張力Ｐの絶対値は小さくすることができ、その極限はθ＝９０°でＰ＝Ｐｒとなる。
従って
（１）ミルロールを回転させるための力を張力によらずに別の手段で与える。
（２）張力Ｐの方向をフィルムの剥離点でミルロールの法線方向に与える。
の２つの要件を安定的に同時に満足できれば、粘着性を有するフィルムを、ミルロールからフィルム法線方向に剥離するだけの張力（理論上の最低張力）で巻出すことが理論上可能となる。
【００１８】
図３は上記の理論を実際化するための概念をスケルトン図で現したものである。
ミルロールＲは回転自在に機枠に軸支されており、ミルロールＲの下部外周にはスピーダベルト７が加圧接触していて、スピーダベルト７の走行によってミルロールＲに回転力が与えられている。そして、スピーダベルト７の走行速度、即ちミルロールＲの外周速度Ｖｓは引取ローラ２の周速Ｖｒに対し変速できるようになっている。
引取ローラ２は、図において上下１対のニップローラで構成され、フィルムＦをミルロールＲから剥離し、次工程へ移送するためのもので周速Ｖｒで積極駆動されている。
【００１９】
以上の状態において伸縮性のあるフィルムを引っ張ったとき、弾性限度内においては、フックの法則が適用できる。
即ち、歪みεと応力σならびにヤング率Ｅとの関係は
σ／ε＝Ｅ・・・・・（３）
となる。
【００２０】
そこでこの関係を図３のフィルムの態様にあてはめると以下のようになる。
（１）ミルロールＲからの剥離点ｂから引取ローラ２のニップ点ｃに至るフィルムには、引取ローラの周速Ｖｒと、ミルロールの周速、即ち、スピーダベルト７の周速Ｖｓの差ΔＶによる歪みが発生している。
即ち、ΔＶ＝Ｖｒ−Ｖｓ，Ｖｒ＞Ｖｓである。
（２）そして、フィルムにはこの歪εに適応する内部応力σが発生し、これが張力Ｐとなっている。
（３）このときの張力の剥離方向の分力はＰｒ（図２参照）となり、これがミルロールＲからフィルムＦを引き剥がすのに必要な力ｆと釣り合っている。
つまりｆ＝Ｐｒの関係を保っている。
一方、回転方向の分力Ｐｔ（図２参照）は、ミルロールを回転する方向に働くが、ミルロールＲはスピーダベルト７によって強制的に回されているので、実質的には無効力となっている。
【００２１】
（４）そこで上記（１）の状態からＶｓを早め周速の速度差ΔＶを小さくすると、歪εが小さくなり、内部応力σ、即ち、張力Ｐが小さくなる。
この状態でもｆ＝Ｐｒの関係を保っているので、角θは大きくなり、ミルロール外周上の剥離点ｂは図３で反時計方向に移動する。
そして、更にΔＶを小さくすると、その極限は歪εに適応する内部応力σがフィルムを引き剥がすのに必要な力に一致するまで、即ち、σ＝ｆとなるまでとなる。内部応力σと張力Ｐとは等価であるから、結局Ｐ＝Ｐｒとなる。
【００２２】
この状態は前記（２）式において、θ＝９０°の状態であり、張力Ｐの方向がフィルムの引き剥がし方向と一致し、剥離点はａ（図３参照）に移動する。
この状態で張力Ｐは１００％フィルムの引き剥がしに有効作用するので、これ以下の張力ではフィルムを巻き戻すことが出来ない。
従って、粘着性を有するフィルムに対して、その剥離点におけるフィルムの引き剥がし方向がミルロールの接線方向に対して直角となるように内部応力即ち張力を発生させるように速度差ΔＶを設定することが理論的に最小張力で巻出すことになる。
【００２３】
なお、以上はミルロールに巻装されるフィルムに収縮応力が残留していない場合である。収縮応力が残留している場合はΔＶ＝０としても、この残留内部応力σ_０のために張力Ｐｏが発生する。
従って、収縮応力が残留している場合は、このために発生する歪ε_０分だけＶｓを速めなければならない。しかし、この場合でも前記速度差の設定により最小張力で巻出すことになる理論が適用できることに変わりはない。
【００２４】
因みに残留応力σ_０がフィルムを引き剥がすために必要な力よりも大きい場合は、剥離点からニップ点に至るフィルムを相当分、縮ませて、即ち、見掛けの歪をマイナスにするためにＶｓ＞Ｖ_Ｒ、即ち、引取ローラ周速よりもスピーダベルト周速を速くするケースも出現する。
このことは、実際に後述する図４，図５に示す装置において、厚み１５μｍ，幅５００ｍｍの自着性を有する多層オレフィン系ストレッチフィルムを６００ｍ／ｍｉｎで巻き出したとき、Ｖ_Ｒに対しＶ_Ｓを０．８％速めて運転して、前記理論にかなった運転ができたことによって立証された。
また、完全に理論にかなった最低張力で巻出すためには厳密にθ＝９０°ということになるが、現実的にはこれがθ＝７０°とした場合、張力は６．４％の増加にとどまるため、相応の精度で問題がない場合が殆どである。
【００２５】
また、上記図３において、歪みεと、ミルロールからフィルムが引き剥がされる剥離点ａから引取ローラのニップ点ｃまでの距離ｌとの間には
ε＝Δｌ／ｌ
の関係がある。
ここにΔｌは、ａ点からｃ点に至るフィルムに対し速度差ΔＶによって発生する弾性変位量（伸び量）である。
ミルロールの巻き返し始めから終了までΔＶを一定に保ち、σを最低張力と等価の張力Ｐに保つためには歪みεを一定に保たなければならないから、実際の方法・装置では上記の距離ｌを一定に保たなければならない。
これを可能にするため、実施装置においては、ニップローラの位置を固定する一方、ミルロールの巻出しによる径の減少に対応してミルロールの中心位置をニップローラ側に連続的に移動するようにしている。
【００２６】
次に本発明を実施する装置について述べる。
図４は本発明を実施する巻出機の枠を透して見た要部側面図であり、図５は図４を右側より引取りローラを透して見た正面展開図である。
【００２７】
これら図においてミルロールＲはミルロール支持アーム１１の上端部のチャック１２によって回転自在に軸支されており、ミルロール支持アーム１１の下端部は機枠２０に軸支されたミルロール支持アームトルクシャフト１１ａに固着・連結されている。
そして、ミルロール支持アームトルクシャフト１１ａの左端部は、ミルロール支持アーム回動用サーボモータ１６の出力軸に伝動装置を介して連結されており、右端部にはミルロール支持アーム回動角度検出器１５が連結されている。
従って、ミルロール支持アーム回動用サーボモータ１６を駆動すると、ミルロール支持アーム１１が該トルクシャフト１１ａの軸心を中心に回動するので、ミルロールＲの中心位置は該トルクシャフト１１ａの軸心とチャック１２中心間の距離を半径とする円弧状を移動でき、その位置はアームの回動角度に対応してミルロール支持アーム回動検出器１５により絶えず検出されるようになっている。
【００２８】
一方、ミルロールＲに近接して設けられているミルロール径検出器１４は、例えば超音波型の距離測定器で、超音波発信方向がミルロールＲの中心に向かうようにミルロール支持アームトルクシャフト１１ａの中央部に固着されており、ミルロールＲの外周までの距離を絶えず測長することにより、巻出の進行につれて変化するミルロールＲの外径を常に検出している。
なお、詳細な説明は省略するが、この検出器１４によって検出されるミルロールＲの任意の径に対応して、ミルロールＲの外周と、引取ローラ２の外周の間に適宜なギャップδを一定に保つことにより、理論的最低張力付与時のミルロールＲとフィルムの剥離点から引取ローラのニップ点まで距離ｌを保つように、巻径Ｄを入力としこれに対応するミルロールＲの位置をミルロール支持アーム回動角度検出器１５に突き合わせて、ミルロール支持アーム回動用サーボモータ１６によるサポートコントロールが行われるようになっている。
【００２９】
また、上記のサーボ機構によって移動するミルロールＲの中心位置と、引取ローラ２の相対的な位置関係は、任意の径のミルロールＲの中心を通り引取ローラ２のニップ点を結ぶ直線が、このときのミルロールの外周に交わる点におけるミルロールの接線に対しほぼ直交するように設計されている。
【００３０】
ミルロールＲの外周には、ミルロールの最大径が最小径に至る全ての範囲でスピーダベルト７が該加圧エアーシリン９の作動により加圧接触できるようになっている。
スピーダベルト７は、左右１対のスピーダベルトアーム８の両端に取り付けられたプーリー７ａ，７ｂに適宜のプリロードを与え張られたエンドレスの平ベルトで、引取ローラ２駆動モータＭの出力を分力し、その１つを更に無段変速機１０を介してミルロールＲからフィルムを強制的に巻出す方向に駆動されるようになっている。
【００３１】
一方、更にフィルム剥離部には、フィルム剥離面位置検出器１３が設けられており、機枠２０に固定された、例えば超音波型の距離測定器で、剥離点直後のフィルム上面までの距離を測定する。
これは本発明の根幹をなすミルロールＲからのフィルムの剥離角度θ＝９０°を厳密に保つために、剥離直後のフィルムの上面位置を一定にするように、無段変速機１０のパイロットモータＰＬＭを制御して、スピーダベルト７の速度をコントロールするためのものである。
巻出し張力のバラツキを極度に抑えたり、ミルロールの部位によって剥離に必要な力が変わる場合に有効である。
【００３２】
以上、本発明について装置例を説明して来たが、本発明は上記の実施形態に示す装置構成に限られるものではなく、その目的を逸脱しない限りにおいて業界の技術レベルに照らし、容易に置換又は設計変更可能であり、これらも当然に本発明に含まれる。
【００３３】
例えば、
（イ）スピーダベルトを積極駆動タッチローラに置換する。
（ロ）引取ローラとスピーダベルトの駆動を夫々独立したモータを用い、これらの速度制御にドロー制御方式をとって速度差を生む。
（ハ）粘着度が弱くない場合、引取ローラのニップローラを排除し、１本の離型処理ローラに粘着面を直接当ててフィルムを引き取るようにする。
（ニ）フィルムの剥離点からニップ点までの距離ｌを一定に保つのをミルロールの巻径検出に基づく制御方式から、ミルロール外周の位置を検出し、これと引取ローラの外周とのギャップδを直接一定に保つ制御方式とすること。
などである。
【００３４】
以下、更に上記構成による巻出し態様を図４，図５にもとづいて説明すると、先ず、ミルロールＲをチャック１２に装着して、ミルロールＲの位置をミルロール支持アーム１１を適宜回動して、所定位置に移動する。
このとき、ギャップδを所定の隙間にすることにより、距離ｌが所定の大きさとなる。
そして、次にフィルムＦを引き出し、引取ローラ２でニップすると共に、スピーダベルト７をミルロールＲに加圧・接触させて、引取ローラ２を駆動し、フィルムＦを引き取る。このとき、スピーダベルト７との速度差ΔＶは大きめに節制する。
かくてスピーダベルト７の速度を徐々にあげながらフィルムＦの剥離点（図３のｂ点）の状態を監視し、θ＝９０°又は厳密に９０°でなくても、略９０°に近似したところで変速を止める。
なお、必要に応じフィルム剥離面位置検出器１３による補正回路を活かすことも好適であり、効果的である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は以上のように粘着性を有するフィルムをミルロールから巻出すにあたり、理論的最低張力もしくは稍高い張力で、ミルロール剥離点におけるミルロールの接線に対し直角、即ち、ミルロールの法線方向に巻出すものであり、巻出張力を理論的最低張力に保つため、従来、懸念されていた巻出し張力の変動による次工程でのフィルムの処理加工の仕上げへの影響を解消し、フィルムに皺が発生するのを防ぎ、印刷工程でのずれを阻止して不良製品の発生をなくし、生産性の向上を達成する顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の巻出機の構成の概要ならびに巻出張力制御の概要を示す図である。
【図２】フィルム巻出し時におけるミルロールに与える回転力とミルロールから引き剥がす剥離力ならびに張力の関係を示す説明図である。
【図３】本発明巻出し方法の基本概念を示すスケルトン図である。
【図４】本発明の実施に用いる巻出機の概要を示す側面図である。
【図５】図４を右側から引取ローラを透してみた正面展開図である。
【符号の説明】
Ｒ巻取ロール（ミルロール）
Ｆフィルム
２引取ローラ
７スピーダベルト
８スピーダベルトケース
９スピーダベルト加圧シリンダー
１０無段変速機
１１ミルロール支持アーム
１２チャック
１３フィルム剥離面位置検出器
１４ミルロール径検出器
１５ミルロール支持アーム回動角度検出器

Claims

粘着性を有するプラスチック等の薄膜フィルムを巻装してなる巻取ロールから粘着力に抗して該プラスチックを剥離して引取ローラより巻出すフィルムの巻出し方法において、巻出しの進行に伴って変化する巻取ロールの最大径から最小径に至る全ての範囲で巻取ロールの外周速度を所定の速度に保持しながら機械摩擦力等に起因する回転抵抗に抗して巻取ロールを巻出し方向に積極的に回転させ、巻出しの進行に伴う巻取ロールの外径変化に対応して任意の外径の巻取ロールの位置と引取ローラの位置の相関関係が、巻取ロールの中心を通り引取ローラの接点ｃで接する直線が巻取ロールの外周と交わる点ａにおいて、巻取ロールの接線と常に略直交し、さらに上記ｃ−ａ間の距離を常に一定に保つように巻取ロールの回転中心位置を移動させ、引取速度に対して巻取ロールの外周速度を調整することによって速度差に応じて引取り方向の内部応力の大きさを巻取ロールからフィルムを剥がすときに理論的に最小限必要とされる法線方向に引き出すための力と等しいか、あるいは稍大きくしてフィルムを巻き出すことを特徴とするフィルムの巻出し方法。
フィルムが巻出張力の方向を巻取ロールの剥離点におけるロールの接線に対し略直角方向に巻出される請求項１記載のフィルムの巻出し方法。
回動可能な巻取ロール支持アームに回転自在に軸支された巻取ロールと、該巻取ロールから粘着力に抗してフィルムを剥離し引取る引取ローラと、前記巻取ロールの最大径から最小径に至るすべての範囲で巻取ロールに加圧接触するスピーダベルトを有してなり、前記巻取ロールは、巻取ロールの外周速と、引取ローラの周速との速度差によって調整される前記スピーダベルトの速度調整によって巻取ロールから剥離直後のフィルムの上面位置を一定にしてフィルム剥離角度θを略９０°に保持するようにすると共に、巻出しの進行に伴って変化する巻取ロールの外径に対応して巻取ロールの中心位置と、引取ローラの相対的位置関係を任意の径の巻取ロールの中心を通り、引取ローラの接触点を結ぶ直線がそのときの巻取ロールの外周と交わる点における巻取ロールの接線に略直交するように制御したことを特徴とするフィルムの巻出し装置。
剥離直後のフィルム上面までの距離を検出器により検出し、該位置を一定にするようにスピーダベルトの速度を制御せしめる請求項３記載のフィルムの巻出し装置。