(57)【要約】  本発明は、材料の動摩擦係数および／または静摩擦係数を連続的に測定する装置であって、Ａ）２つの回転式ローラＲ１およびＲ２と、Ｂ）１つのローラＳ１と、Ｃ）任意に、１つの静止ローラＳ２と、Ｄ）２組の力検出器Ｆ１およびＦ２とを少なくとも備え、Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、全巻き角（θ）が９０°未満であり、Ｆ１がＲ１に取り付けられ、Ｆ２がＲ２に取り付けられた、装置を提供する。本発明はまた、材料の摩擦係数（動および／または静）ならびに引張力を連続的に測定する装置であって、Ａ）２つの回転式ローラＲ１およびＲ２と、Ｂ）３つのローラＲ３、Ｒ４、およびＲ５と、Ｃ）１つのローラＳ１と、Ｄ）任意に、１つの静止ローラＳ２と、Ｅ）３組の力検出器Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３とを少なくとも備え、Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、Ｒ１とＲ２との間の全巻き角（θ）が９０°未満であり、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５がそれぞれＲ２の上流側に位置し、Ｆ１がＲ１に取り付けられ、Ｆ２がＲ２に取り付けられ、Ｆ３がＲ３に取り付けられた、装置を提供する。
2013501939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の動摩擦係数および／または静摩擦係数を連続的に測定する装置であって、
Ａ）２つの自由回転式ローラＲ１およびＲ２と、
Ｂ）１つのローラＳ１と、
Ｃ）任意に、１つの静止ローラＳ２と、
Ｄ）２組の力検出器Ｆ１およびＦ２とを少なくとも備え、
Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、前記全巻き角（θ）が９０°未満であり、
Ｆ１がＲ１に取り付けられ、Ｆ２がＲ２に取り付けられた、装置。
【請求項２】
前記動摩擦係数が測定される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記材料が、フィルム、シート、または繊維である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置が製造ラインの一部である、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記２つのローラＲ１およびＲ２が同じ直径を有する、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記全巻き角が６０°以下である、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記全巻き角が４５°以下である、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記全巻き角が３０°以下である、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
Ｓ１を回転式または固定式とすることができる、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
ローラＲ１、Ｒ２、およびＳ１がそれぞれ同じ直径を有する、先行する請求項いずれかに記載の装置。
【請求項１１】
材料の摩擦係数（動および／または静）ならびに引張力を連続的に測定する装置であって、
Ａ）２つの自由回転式ローラＲ１およびＲ２と、
Ｂ）３つのローラＲ３、Ｒ４、およびＲ５と、
Ｃ）１つのローラＳ１と、
Ｄ）任意に、１つの静止ローラＳ２と、
Ｅ）３組の力検出器Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３とを少なくとも備え、
Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、Ｒ１とＲ２との間の前記全巻き角（θ）が９０°（１．５７ラジアン）未満であり、
Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５がそれぞれＲ２の上流側に位置し、
Ｆ１がＲ１に取り付けられ、Ｆ２がＲ２に取り付けられ、Ｆ３がＲ３に取り付けられた、装置。
【請求項１２】
前記動摩擦係数が測定される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記摩擦係数および前記引張力が同時に測定される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記材料が、フィルム、シート、または繊維である、請求項１１から１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
製造ラインの一部である、請求項１１から１４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、２００９年８月１２日に出願され、参照により本明細書に全体が組み込まれる、米国仮出願第６１／２３３，３０７号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、材料の摩擦係数（ＣＯＦ）を、特にフィルムまたはシートのＣＯＦを連続的に決定するための装置に関する。本発明はまた、材料の、特にフィルムまたはシートのＣＯＦおよび引張力の連続的な決定に関する。
【背景技術】
【０００３】
フィルム供給業者およびフィルム加工業者にとって、フィルムおよびシートの表面全体を通して一貫したＣＯＦを有するフィルムおよびシートが大いに必要とされている。現在、フィルム業界において、オンラインまたはアットライン（at-line）のＣＯＦ測定に適した解決策はない。現在世界的に用いられている手法は、個別のオフライン手法を使用して、フィルムの様々な区域でＣＯＦを測定するというものである。
【０００４】
摩擦係数を決定するのに現在使用されている１つの方法は、標準方法ＡＳＴＭ  Ｄ−１８９４である。この方法は、別のフィルムの表面または金属面において、フィルムもしくはシートの局所的な静および動（運動としても知られる）摩擦係数を決定する。この試験方法は、フィルムロール全体のＣＯＦまたは滑り挙動を規定するものではない。フィルムまたはシートのロールのＣＯＦおよび滑り挙動を完全に特性付けるためには、連続的な形でＣＯＦを測定することができる試験方法が必要である。このＣＯＦ方法は、フィルムまたはシートのロールが連続的なオンラインプロセスで巻き出される際の、その滑り性能の特性付けを考慮に入れるべきである。
【０００５】
さらに、二次加工プロセス中にフィルムの動ＣＯＦを非破壊的に決定することができ、このＣＯＦ情報を用いて、様々な滑り構成式（slip formulations）を使用して作られるフィルムを区別することができる、「アットライン試験機」が必要とされている。滑り挙動は、摩擦係数の測定によって特性付けられる表面現象である。対象となる２つの係数がある。第１のものは静摩擦係数と呼ばれる。静摩擦係数は、法線力と所与の表面上で物体が初期移動するのに必要な力との比として定義される。第２のものは、運動摩擦係数としても知られる動摩擦係数であり、法線力と所与の表面上で滑動している物体の定常状態運動を維持するのに必要な力との比として定義される。これらの摩擦係数の決定は、多くの幾何学的方法で行うことができるが、一般的なやり方は、表面上での物体の滑動を開始し、それを維持するのに必要な力を決定するというものである。
【０００６】
参照文献、Friction of Polymer Films, by D. K. Owens, J. Appl. Polym. Sci, Vol. 8, pp. 1465-1475 （1964）は、回転式ドラムを使用し、その上にフィルムまたは繊維の初荷重ストリップを吊り下げる装置を開示している。吊り下げられたフィルムまたは繊維は、一方の脚部が既知の重りまたは力を使用して初荷重を掛けられ、他方の脚部が歪みゲージまたはロードセルに取り付けられる。初荷重を掛けられたフィルムストリップまたは繊維が、回転式のピックアップドラムによって引っ張られるにつれて、歪みゲージまたはロードセルを介して摩擦力が測定される。これは実験室規模の方法であり、「オンライン」測定には適用できない。それに加えて、この設計は、フィルムウェブを使用する連続的な「オンライン」または「アットライン」プロセスに適さない１８０°以上の全巻き角（接触角（wrap angle））を示したが、これは高い全巻き角が高いウェブ張力を生み出すためであり、そのことによってフィルムまたはシートのロール内に静電荷および粘着効果などの欠陥を生じさせることがある。例えば、フィルムまたはシートは、しわが寄ることがあり、フィルムまたはシートがしっかりと巻かれたときにロールの崩壊をもたらすことがある。"Boundary Friction of Textile Yarns," by F. Tomlinson, Jr. and J. S. Olsen, Textile Research J., 31, 1007-1011, （1961）も参照のこと。
【０００７】
参照文献、"Adsorption and Boundary Friction of Polymer Surfaces," by F. Tomlinson, Jr., J. Phys. Chem., Vol. 66, 1136-1143 （1962）は、フィルムの摩擦を決定するためのスライダデバイスを開示している。このデバイスは、速度可変のターンテーブルと、歪みゲージに取り付けられた枢支レバーアームとから成る。ターンテーブルが回転するにつれて、歪みゲージを介してフィルムとレバーアームとの間の滑り摩擦力が記録される。この上述の方法は、ＣＯＦの連続的な「オンライン」決定には適用できない。
【０００８】
日本特許公開公報第Ｐ２００１−６６２０５Ａは、荷重測定デバイスによって支持された自由回転式のテクスチャ加工ローラ（textured roller）を使用する「オンライン」シート張力検出器を開示している。テクスチャ加工ローラは、フィルム面に対して０．８超過の摩擦係数を有するものと明示されている。ウェブをテクスチャ加工ローラに押し付けると、法線力が測定され、ウェブ張力に変換される。フィルムウェブと接触するテクスチャ加工ローラのＣＯＦを測定するため、装置をオフラインにすることを必要とする別の方法が記載されている。ＣＯＦの決定は予め吊り下げられた重りを使用する。かかるデバイスは、ＣＯＦの連続的な「オンライン」または「アットライン」測定には適さない。
【０００９】
米国特許第５，３１９，５７８号は、撮像区域を通してほぼ一定の張力下で紡糸を移動させる、光源および離隔した光検出アレイを含む紡糸断面分析器を開示している。この特許は、紡糸の張力を検出するのに使用される、中央のローラが機械ばねに接続された３つのローラを含む張力測定デバイスを開示している。これらのデバイスは、摩擦係数を測定するのには使用されず、ほとんどの場合、摩擦係数を測定するのに十分な精度ではない。米国特許第５，４２０，８０２号も参照のこと。
【００１０】
英国特許明細書ＧＢ１２８６１１２号は、傾斜面上での滑り運動を使用して、フィルムまたはシートの摩擦係数を測定する装置を開示している。傾斜面が傾けられるにつれて、シートまたはフィルムが滑動し、傾斜角は摩擦係数に関連する。この方法は、「オンライン」または「アットライン」プロセスに容易に適用できない。
【００１１】
フィンランド特許出願ＦＩ９８１１９８号（概要または要約）は、床または下敷層の摩擦係数を決定する装置を開示している。この装置は、ステムと、印加される法線方向の荷重と、トランスミッションと、摩擦検出器またはトランスデューサとから成る。この設計は、ｉｎ−ｓｉｔｕデバイスとして記載されているものの、連続的なフィルムウェブプロセスには有効ではない。
【００１２】
紡糸の摩擦係数を決定する装置は、参照文献、Apparatus for Determining the Coefficient of Friction of Running Yarn, by F. Breazeale, Textile Research J., No. 4, Vol. XVII, pp. 27-31 （1947）にも記載されている。この装置は、記載されるように、１８０°の全巻き角を形成する接触ホイールを必要とする。この大きな全巻き角は、フィルムウェブにしわが形成されるために「オンライン」または「アットライン」装置に使用することができず、大きな全巻き角は、フィルムを巻き取るときに過剰な張力を引き起こすこともある。
【００１３】
参照文献、Amonton's Law and Fibre Friction, by H.G. Howell and J. Mazur, J. Textile Inst., 44, T59-T69 （1953）は、アモントンの法則を使用して繊維の摩擦係数を決定するのに使用される装置を記載している。この装置は、記載されるように、連続的な生産環境に容易に適用できない。
【００１４】
参照文献、Some Measurements of the Friction of Wool and Mohair, by AJ.P Martin and R. Mittelmann, J. Textile Inst., T269 - T280, December （1946）は、羊毛およびモヘア繊維の摩擦係数を決定する独立型の装置を記載している。この装置は、記載されるように、独立型ユニットであり、その設計は、連続的な生産環境で使用するのには実用的ではない。
【００１５】
参照文献、The General Case of Friction of a String Round a Cylinder, by H.G. Howell, Journal of the Textile Institute, No. 8/9, pp. 359-362 （1953）は、摩擦点周辺の張力の比を使用して、繊維の摩擦係数を決定する理論的解釈を開示している。この参照文献は特定の装置設計を何ら提供していない。
【００１６】
さらなる摩擦に関連するデバイス、摩耗デバイス、および／または摩擦に関する理論的構築が、次の参照文献に記載されている。ａ）S. Bahadur, Dependence of Polymer Sliding Friction on Normal Load and Contact Pressure, Wear, 29, 323-336, （1974）、ｂ）K.G. Budinski, An Inclined Plane Test for the Breakway Coefficient of Rolling Friction of Rolling Elements Bearings, Wear, 259, 1443-1447 （2005）、ｃ）B. Olofasson, Measurement of Friction Between Single Fibers VI. Theoretical Study of Fiber Friction, Textile Research Journal, 476-480 （1950）、ｄ）V.E. Gonnsalves, Theoretical Considerations and Measurements with Regard to the Longitudinal Abrasion of Rayon Filaments, Textile Research Journal, 28-42 （1950）、ｅ）German Patent Application DE 102006028020A1、およびｆ）ASTM D 3108-07。また、繊維のＣＯＦを測定するのに利用可能な市販の「オフライン」デバイスがある（例えば、Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ  Ｙａｒｎ  Ｔｅｓｔｅｒ、Ｍｏｄｅｌ  ＣＩＴ−Ｅ  ＬＨ  ４５０、ＬＡＷＳＯＮ−ＨＥＭＰＨＩＬＬ製）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、連続的にかつ非破壊的なやり方で、フィルムまたはシートなどの平坦な基材のロールのＣＯＦ（動および／もしくは静）を測定することができるデバイスが求められている。また、吹込みライン、フィルムもしくはシートの成形ライン、フィルムもしくはシートの積層ライン、またはフィルムもしくはシートのコーティングラインなど、フィルムラインに組み込むことができるＣＯＦデバイスが求められている。フィルムもしくはシートがロール状に巻かれる際の、またはスリッターリワインダーおよび製袋充填（ＦＦＳ）機器など、他のデバイスを用いたオンラインもしくはアットラインプロセスで使用される際のＣＯＦの瞬間的な測定に使用することができるデバイスが求められている。これらおよび他の必要性は以下の本発明によって満たされている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、材料の動摩擦係数および／または静摩擦係数を連続的に測定する装置であって、
Ａ）２つの自由回転式ローラＲ１およびＲ２と、
Ｂ）１つのローラＳ１と、
Ｃ）任意に、１つの静止ローラＳ２と、
Ｄ）２組の力検出器Ｆ１およびＦ２とを少なくとも備え、
Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、全巻き角（θ）が９０°未満であり、
Ｆ１がＲ１に取り付けられ、Ｆ２がＲ２に取り付けられた、装置を提供する。
【００１９】
本発明はまた、材料の摩擦係数（動および／または静）ならびに引張力を連続的に測定する装置であって、
Ａ）２つの自由回転式ローラＲ１およびＲ２と、
Ｂ）３つのローラＲ３、Ｒ４、およびＲ５と、
Ｃ）１つのローラＳ１と、
Ｄ）任意に、１つの静止Ｓ２と、
Ｅ）３組の力検出器Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３とを少なくとも備え、
Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、全巻き角（θ）が９０°未満であり、
Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５がそれぞれＲ２の上流側に位置し、
Ｆ１がＲ１に取り付けられ、Ｆ２がＲ２に取り付けられ、Ｆ３がＲ３に取り付けられた、装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の装置の全巻き角（θ）を含むローラ要素を示す図である。
【図２】フィルムまたはシートのＣＯＦ（動および／もしくは静）ならびに／あるいは引張力を連続的に決定する「アットライン」装置の概略図である。「Ａ−Ａ」で示される平面断面図は、図２に示される装置の側面図において「○Ａ−○Ａ」として示される固定プレートの断面図である。この図において、「上流側」はウェブ入口に向かう方向を指し、「下流側」はウェブ出口に向かう方向を指す。
【図３】一対の荷重検出デバイス、ローラ、および軸受ハウジングの概略図である。
【図４】フィルムロールの動ＣＯＦプロファイル（ＣＯＦ対時間）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、材料の摩擦係数（動および／または静）を連続的に決定する方法を提供する。特に、フィルムまたはシートが二次加工プロセスに使用されている際に、フィルムまたはシートのロール全体の摩擦係数を決定することができる。装置はまた、フィルムまたはシートのロールの巻き戻し力（もしくは引張力）を決定するのに使用することができる。さらに、装置は、フィルム吹込みプロセス、フィルムもしくはシートの成形プロセス、押出しコーティング、積層プロセス、または製袋充填（ＦＦＳ）プロセス中に、フィルムのＣＯＦを「オンライン」または「アットライン」で測定するのに使用することができる。
【００２２】
装置は、特に、「オンライン」または「アットライン」のフィルム吹込みプロセスおよびスリッター巻き直しプロセスに適している。装置はまた、フィルムの欠陥を検出するのに十分な感度である。装置は、特に、外部駆動ユニットを有する、フィルムまたはシートの既存のラインでの動作に適している。任意に、独立型デバイスとして使用するため、フィルムの巻き取りおよび巻き出しのための駆動ユニットを装置に組み込むことができる。
【００２３】
装置はまた、「インライン」コーティングプロセスにおいて直接、かつ／または積層もしくは巻き直しプロセスなどのさらなる変換ステップ中に、コーティングの摩擦係数を決定するように設計される。フィルム、シート、またはコーティングプロセスに使用されるとき、結果として得られるデータは、最終製品の制御基準として役立てることができ、制御フィードバックループを使用して、フィルム、シート、コーティング組成物、または基材を自動的に調節することができる。本発明の装置は、フィルムまたはシートのロールがオンラインで巻き出される際の滑り性能の特性付けを可能にする。
【００２４】
摩擦係数（動および／または静）は、フレキシブル包装業界で、薄い吹込みまたは成形フィルムもしくはシートの性能を特性付けるのに一般的に使用される重要なパラメータである。ＣＯＦは、垂直製袋充填（ＶＦＦＳ）または水平製袋充填（ＨＦＦＳ）機械類を使用して最終的な包装へとさらに加工される、積層および非積層フィルムまたはシートの非常に重要な性質である。フィルムまたはシートのＣＯＦは、従来、大きなフィルムまたはシートのロールから取った非常に小さいサンプルを用いて、「オフライン」ＣＯＦ試験機を使用して測定される。このようにして得られた結果は、接着剤ラミネーターまたはＶＦＦＳ／ＨＦＦＳ機器などの加工機械類におけるフィルムまたはシートのロールの真の性能を表すものではないことがある。上述したように、連続的なフィルムおよび／またはシート装置（例えば、「アットラインＣＯＦ試験機」）は、フィルムロール全体の動ＣＯＦプロファイルを理解する目的で設計され開発されたものである。本発明のＣＯＦ試験機は、様々なライン速度での、かつ金属またはゴムを含む様々な表面に対するＣＯＦの測定を可能にする。それに加えて、フィルムの動ＣＯＦは、本発明の装置で測定したとき、ＶＦＦＳライン上での性能と相関させることができる。これにより、フィルム加工、接着剤積層、およびＶＦＦＳ／ＨＦＦＳ包装生産を含むフレキシブル包装の価値連鎖の様々な段階における、フィルムロールのＣＯＦに関連する性能を予測するための有益なツールが提供される。
【００２５】
上述したように、本発明は、材料の動摩擦係数および／または静摩擦係数を連続的に測定する装置であって、
Ａ）２つの自由回転式ローラＲ１およびＲ２と、
Ｂ）１つのローラＳ１と、
Ｃ）任意に、１つの静止ローラＳ２と、
Ｄ）２組の力検出器Ｆ１およびＦ２とを少なくとも備え、
Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、全巻き角（θ）が９０°（１．５７ラジアン）未満であり、Ｆ１がＲ１に取り付けられ、Ｆ２がＲ２に取り付けられた、装置を提供する。
【００２６】
ローラを力検出器に取り付ける手段としては、水平または垂直位置のピローブロックが挙げられるが、それに限定されない。他の取付け手段、例えば一般的にはラジアルロードセル（１つまたは複数）とともに使用される軸体装着（shaft mounting）も、当業者には知られている。
【００２７】
一実施形態では、動摩擦係数が測定される。
【００２８】
一実施形態では、静摩擦係数が測定される。
【００２９】
一実施形態では、動摩擦係数および静摩擦係数が測定される。
【００３０】
一実施形態では、材料は、フィルム、シート、または繊維である。
【００３１】
一実施形態では、材料はフィルムである。フィルムは、一般的に、１２ミル（１ミル＝１／１０００インチ＝０．０２５４ｍｍ）以下の厚さを有する。
【００３２】
一実施形態では、材料はシートである。シートは、一般的に、１２ミル超過の厚さを有する。
【００３３】
一実施形態では、材料は繊維である。
【００３４】
一実施形態では、装置は製造または生産ラインの一部である。
【００３５】
一実施形態では、装置は「オンライン」装置である。
【００３６】
一実施形態では、装置は「アットライン」装置である。
【００３７】
一実施形態では、２つの力検出器（Ｆ１およびＦ２）はそれぞれロードセルである。
【００３８】
一実施形態では、２つのローラＲ１およびＲ２は同じ直径を有する。
【００３９】
一実施形態では、全巻き角は６０°（１．０５ラジアン）以下である。
【００４０】
一実施形態では、全巻き角は４５°（０．７８５ラジアン）以下、好ましくは４０°以下である。
【００４１】
一実施形態では、全巻き角は３０°（０．５２ラジアン）以下、好ましくは２０°以下である。
【００４２】
一実施形態では、全巻き角は２０°（０．３５ラジアン）以下、好ましくは１０°以下である。
【００４３】
一実施形態では、ローラＳ１は回転式または固定式（静止）である。
【００４４】
一実施形態では、ローラＳ１は固定式である。
【００４５】
一実施形態では、ローラＳ１は回転式である。
【００４６】
一実施形態では、Ｓ１は、０．５インチ〜６インチ、好ましくは０．７５インチ〜４．５インチの直径を有する。
【００４７】
一実施形態では、ローラＲ１、Ｒ２、およびＳ１はそれぞれ同じ直径を有する。
【００４８】
一実施形態では、ローラＲ１、Ｒ２、およびＳ１はそれぞれ同じ長さを有する。
【００４９】
一実施形態では、各ロードセル（張力）のデータ収集率は、「１０マイクロ秒以上」当たり１データポイントである。
【００５０】
一実施形態では、装置を通過する際の材料（例えば、フィルム）の速度は、「１０フィート／分」〜「１０００フィート／分」である。
【００５１】
一実施形態では、装置を通過する際の材料（例えば、フィルム）の速度は、「２０フィート／分」〜「５００フィート／分」である。
【００５２】
本発明の装置は、本明細書に記載される２つ以上の実施形態の組み合わせを含んでもよい。
【００５３】
本発明はまた、材料の動摩擦係数および／または静摩擦係数を連続的に測定する装置であって、
Ａ）２つの自由回転式ローラＲ１およびＲ２と、
Ｂ）１つのローラＳ１と、
Ｃ）任意に、１つの静止ローラＳ２と、
Ｄ）２つの力検出器ＦａおよびＦｂとを少なくとも備え、
Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、全巻き角（θ）が９０°（１．５７ラジアン）未満であり、Ｒ１がＦａに取り付けられ、Ｒ２がＦｂに取り付けられた、装置を提供する。上述のならびに本明細書全体を通しての取付け手段および実施形態は、この装置にも適用される。好ましくは、動摩擦係数が測定される。本発明の装置は、本明細書に記載される２つ以上の実施形態の組み合わせを含んでもよい。
【００５４】
本発明はまた、材料の摩擦係数（動および／または静）ならびに引張力を連続的に測定する装置であって、
Ａ）２つの自由回転式ローラＲ１およびＲ２と、
Ｂ）３つのローラＲ３、Ｒ４、およびＲ５と、
Ｃ）１つのローラＳ１と、
Ｄ）任意に、１つの静止ローラＳ２と、
Ｅ）３組の力検出器Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３とを少なくとも備え、
Ｓ１がＲ１とＲ２との間に位置して全巻き角（θ）を形成し、Ｒ１とＲ２との間の全巻き角（θ）が９０°未満であり、Ｒ３、Ｒ４、およびＲ５がそれぞれＲ２の上流側に位置し、Ｆ１がＲ１に取り付けられ、Ｆ２がＲ２に取り付けられ、Ｆ３がＲ３に取り付けられた、装置を提供する。
【００５５】
ローラを力検出器に取り付ける手段としては、水平または垂直位置のピローブロックが挙げられるが、それに限定されない。他の取付け手段、例えば一般的にはラジアルロードセル（１つまたは複数）とともに使用される軸体装着も、当業者には知られている。
【００５６】
一実施形態では、摩擦係数および引張力は同時に測定される。
【００５７】
一実施形態では、摩擦係数および引張力は交互に測定される。
【００５８】
一実施形態では、動摩擦係数が測定される。
【００５９】
一実施形態では、静摩擦係数が測定される。
【００６０】
一実施形態では、動摩擦係数および静摩擦係数が測定される。
【００６１】
一実施形態では、材料は、フィルム、シート、または繊維である。
【００６２】
一実施形態では、材料はフィルムである。フィルムは、一般的に、１２ミル以下の厚さを有する。
【００６３】
一実施形態では、材料はシートである。シートは、一般的に、１２ミル超過の厚さを有する。
【００６４】
一実施形態では、材料は繊維である。
【００６５】
一実施形態では、装置は製造ラインの一部である。
【００６６】
一実施形態では、装置は「オンライン」装置である。
【００６７】
一実施形態では、装置は「アットライン」装置である。
【００６８】
一実施形態では、２つの力検出器（Ｆ１およびＦ２）はそれぞれロードセルである。
【００６９】
一実施形態では、２つのローラＲ１およびＲ２は同じ直径を有する。
【００７０】
一実施形態では、全巻き角は６０°（１．０５ラジアン）以下である。
【００７１】
一実施形態では、全巻き角は４５°（０．７８５ラジアン）以下、好ましくは４０°以下である。
【００７２】
一実施形態では、全巻き角は３０°（０．５２ラジアン）以下、好ましくは２０°以下である。
【００７３】
一実施形態では、全巻き角は２０°（０．３５ラジアン）以下、好ましくは１０°以下である。
【００７４】
一実施形態では、ローラＳ１は回転式または固定式（静止）である。
【００７５】
一実施形態では、ローラＳ１は固定式である。
【００７６】
一実施形態では、ローラＳ１は回転式である。
【００７７】
一実施形態では、Ｓ１は、０．５インチ〜６インチ、好ましくは０．７５インチ〜４．５インチの直径を有する。
【００７８】
一実施形態では、ローラＲ１、Ｒ２、およびＳ１はそれぞれ同じ直径を有する。
【００７９】
一実施形態では、ローラＲ１、Ｒ２、およびＳ１はそれぞれ同じ長さを有する。
【００８０】
一実施形態では、各ロードセル（張力）のデータ収集率は、「１０マイクロ秒以上」当たり１データポイントである。
【００８１】
一実施形態では、装置を通過する際の材料（例えば、フィルム）の速度は、「１０フィート／分」〜「１０００フィート／分」である。
【００８２】
一実施形態では、装置を通過する際の材料（例えば、フィルム）の速度は、「２０フィート／分」〜「５００フィート／分」である。
【００８３】
本発明の装置は、本明細書に記載される２つ以上の実施形態の組み合わせを含んでもよい。
【００８４】
（本発明の装置の理論的解析）
本発明の装置のローラ要素が図１に示される。アモントンの法則に従って、出ていく脚部の張力（leg tension）Ｔ１対入ってくる脚部の張力Ｔ２は、式１に示されるように、静止（非回転）ローラの周りの２つの接触面の摩擦係数に直接関連する。
【００８５】
【数１】
2013501939.tif 000003
【００８６】
式１は、動摩擦係数および静摩擦係数を決定するのに使用することができる。式中、μは摩擦係数（静または動）であり、θは静止ローラの周りの全巻き角である。一実施形態では、脚部の張力Ｔ１はロードセル１（Ｆ１）の対を使用して測定され、脚部の張力Ｔ２はロードセル２（Ｆ２）の対を使用して測定される。全巻き角θを、例えば０〜１８０°、より好ましくは０〜９０°、最も好ましくは０〜４５°で全巻き角を調節することができるように、静止ローラＳ１の位置を調節することができる。それに加えて、ＣＯＦ測定値に対して所望のタイプの材料を提供するように、かつ／または適切なテクスチャを提供するように、ローラ材料またはコーティングを変えることができる。一般的なローラ表面としては、金属ならびにポリマー（例えば、ゴム、ポリオレフィン、ポリアミド、およびポリエステル）が挙げられる。ローラ表面がテクスチャ加工されてもよい。かかる材料またはコーティングの例は、アルミニウム、硬質陽極処理アルミニウム、ステンレス鋼、エラストマー、またはゴム、および他のプラスチックであり得る。ローラのテクスチャは、「Ｒａスケール」などの標準粗さスケールによって特性付けることができる。
【００８７】
摩擦ポイント／ローラ（非回転式）からの２つの脚部の張力は、張力、圧縮、または捩りロードセルを使用して測定することができ、これら張力の比は、ポリマーフィルムなどの材料の摩擦係数を決定するのに使用される。任意に、静止ローラも回転することができ、制動システムを使用して、ＣＯＦ測定のためにローラを停止するか、またはその速度を低減することができる。それに加えて、加熱カートリッジ、冷却穴またはチャネルなど、様々なタイプの温度制御デバイスを使用して、静止ローラの表面温度を調整することができる。
【００８８】
（本発明のアットラインＣＯＦ試験機の例）
本発明の「アットラインＣＯＦ装置」の概念例が図２に示される。ここで、フィルム（ウェブ）の動摩擦係数（ＣＯＦ）は、静止ローラ（Ｓ１）と接触する前後のウェブ張力から決定することができる。
【００８９】
図２は、この設計と関連するフィルムウェブ経路および重要な要素を示す。ユニットの幅は任意のサイズであることができる。図２の中の静止（Ｓ１）はその位置で調節可能なローラであるので、全巻き角を調節することができる。
【００９０】
上述したように、制動システムをこのローラに搭載して、ＣＯＦ（動および／または静）の決定が望まれるときにローラが回転しないように停止することができる。基準状態では、ローラは自由に回転し、したがって、ローラの軸受は非常に低い回転抵抗を有さなければならない。ローラ温度は、摩擦ローラを完全に回転可能にすることによって、一定期間の間等温で保つことができる。したがって、この供給源による摩擦を低減または排除するため、抵抗が最も低い軸受を使用しなければならない。
【００９１】
図示されるように、回転ローラ（Ｒ１およびＲ２）はそれぞれ一対のロードセルに接続され、好ましくは、ロードセルが取り付けられたローラは、静止ローラ（Ｓ１）の周りで可能な限り対称であるべきである。この装置を用いて摩擦係数を決定することができる速度は、スリッター／リワインダーなどの外部機器を用いて制御することができる。
【００９２】
軸受ユニットに取り付けられたローラＲ１およびＲ２は低摩擦を有する。そのため、この軸受アセンブリ（ローラ軸体、軸受、および軸受ハウジングを含む）は、それぞれ荷重検出デバイスＦ１およびＦ２に取り付けられる。軸受アセンブリは、使用されるタイプに応じて、様々な方法を使用して荷重検出デバイスに取り付けることができる。一例は、垂直のピローブロック内など、荷重検出デバイスの頂部に軸受アセンブリを取り付けるというものである。軸受アセンブリはまた、水平のピローブロックとしても知られる水平方向の荷重検出デバイスに取り付けられてもよい。別の例では、ローラは低摩擦軸受上に装着され、それが、ＡＢＢ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能なＡＢＢ  ＰＲＴ引張ロードセルなどのラジアル引張ロードセルに直接装着される。これらの取付け手段などは当該分野で良く知られている。
【００９３】
図２では、３組のロードセル（Ｆ１、Ｆ２、およびＦ３）が示される。１組のロードセル（Ｆ３）は、スリッター／リワインダー上のマスターロールからウェブを引っ張るのに必要な力を測定するのに使用される。この測定された力は、ウェブロールの巻き戻し力を表し、マスターロールが巻き戻され、「アットラインＣＯＦ装置」を通過する際に生じることがある、粘着力をモニターするのに使用することができる。第２の組のロードセル（Ｆ２）は、静止（非回転）ローラ（Ｓ１）に先立つウェブ脚部の張力Ｔ２を測定する。第３の組のロードセル（Ｆ１）は、フレームの頂部に位置し、静止ローラ後のウェブ脚部のウェブ張力Ｔ１を測定するのに使用される。式１に従って、Ｔ１／Ｔ２の比によって摩擦係数μを決定することができる。
【００９４】
ポリエチレンおよびポリプロピレンのフィルムに加えられる一般的な張力は、約０．２５ポンド／インチ／ミル（ポンド／幅／厚さ：１ミルは１／１０００インチ）である。したがって、「４ミル厚さ」のフィルムの場合、張力はフィルム幅当たり約「１ポンド／インチ」となる。「アットライン」ＣＯＦ装置に対して指定される一般的なフィルム幅である、「３６インチ幅」のフィルムの場合、４ミルのフィルム厚さに対する一般的な張力は約３６ポンドである。ローラの重量を加算すると、「アットライン」ＣＯＦ装置に掛かる一般的な荷重は約３８ポンド〜５５ポンドである。荷重がウェブの幅全体に均等に分配されると仮定すると、良好な分解能のロードセルは５０ポンド以下の能力を有することになる。この分析に基づいて、０．２ｋＮの圧縮／引張ロードセルがシステムに適している。
【００９５】
上述したように、静止ローラは、ローラ表面と接触するウェブの摩擦を測定するのに不要なとき、回転できるように設計することができる。制動システムを使用して、このローラをＣＯＦの測定のために停止することができる。そのブレーキを、工場の空気を適用することによって、または機械的手段によって、ＣＯＦ測定サイクル中に適用して、ウェブがローラを通過する際にローラが回転するのを防ぐことができる。
【００９６】
一実施形態では、静止ローラに使用される制動システムは、Ｍｏｎｔａｌｖｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＭＯＮＴＡＬＶＯ  Ｃ−ｓｅｒｉｅｓ  Ｂｒａｋｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍであり、静止ローラの一端に搭載するように設計される。
【００９７】
それに加えて、ローラの位置合わせにより、自動調心軸受ハウジングを使用することができる。ＳＫＦ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．から入手可能な「ＳＹ  ３／４  ＴＦ」玉軸受ユニットを本発明の装置に使用することができる。無摩擦特性が改善されている場合、軸受グリースを吹き飛ばすことができ、軸受ユニットをアルコール（例えば、エタノール）で洗浄し、乾燥させることができる。乾燥後、「ＷＤ−４０」オイルなどの低粘度オイル（約１滴）を、潤滑剤として軸受ハウジングに導入することができる。無摩擦軸受システムは、ＣＯＦの荷重測定に影響を及ぼさないか、非常に最小限にしか影響を及ぼさない。好ましくは、軸受システムは低コストである。
【００９８】
（データ収集）
「摩擦係数（動または静）」および「引張力」の決定に関して、３組のロードセルからの力信号を独立型コンピュータを使用して記録することができる。マスターロール上のフィルムをスリッター／リワインダー上に解放することによる荷重を検出するのに使用される、ロードセル（Ｆ３）からの信号は、データ調整装置／コントローラに送られ、他の２組のロードセル出力（Ｆ１およびＦ２）は、データ収集調整装置／コントローラを使用して回収される。これらの調整装置／コントローラデバイスは、ロードセルからの信号出力を増幅し、アナログからデジタルに変換するのに使用される。次に、これらのコントローラからの信号は、データ収集デバイスおよびソフトウェアを備えた独立型コンピュータに送られる。コンピュータソフトウェアは、データをＣＯＦおよび／または「引張力」値に変換する。
【００９９】
（定義）
用語「摩擦係数」は、本明細書で使用するとき、摩擦力を物体上の法線力に関連付ける比例スカラー値を指し、別の表面と接触している物体の表面の滑り挙動を説明する。動摩擦係数（運動摩擦係数としても知られる）は、別の表面上で滑動する表面の定常状態条件における滑り挙動を説明する。静摩擦係数は、滑り運動の開始時における条件を説明する。
【０１００】
用語「全巻き角」は、本明細書で使用するとき、ローラ表面上の材料（例えば、ウェブ）の表面湿潤（接触）によって形成される角度を指す。この角度は角度θとして図１に示される。角度θは、ローラの中心点からウェブがローラに接触する接線面それぞれまで延在する２つの半径によって形成される角度である。
【０１０１】
用語「ウェブ」または「サンプルウェブ」は、本明細書で使用するとき、ローラなどの一連の回転軸体を通して供給される連続的なサンプル（例えば、シート、フィルム、または繊維）を指す。
【０１０２】
用語「フィルムウェブ」は、本明細書で使用するとき、ローラなどの一連の回転軸体を通して供給される連続的なフィルムを指す。フィルムウェブの一例は図２に示される。
【０１０３】
用語「スリッター」は、本明細書で使用するとき、フィルムもしくはシートを細長く裂くのに使用される装置または機器を指す。
【０１０４】
用語「リワインダー」は、本明細書で使用するとき、フィルムもしくはシートのロールを巻き直すのに使用される装置または機器を指す。
【０１０５】
用語「スリッター／リワインダー」は、本明細書で使用するとき、引き裂きおよび巻き直し両方の機能性を有する装置または機器を指す。
【０１０６】
用語「引張力」は、本明細書で使用するとき、フィルムもしくはシートをそのロールから解放するまたは引っ張るのに必要な力または荷重を指す。
【０１０７】
用語「アットライン」は、本明細書で使用するとき、製造ラインまたは完全機能ラインの一部分であるが、ラインの不可欠な部分ではない部分を指す。ラインは機能を生み出すために組み合わされる機器または装置のアセンブリである。
【０１０８】
用語「オンライン」は、本明細書で使用するとき、製造ラインまたは完全機能ラインの一部分であり、ただしラインの不可欠な部分である部分を指す。上述したように、ラインは少なくとも１つの機能を生み出すために組み合わされる機器または装置のアセンブリである。
【０１０９】
用語「オフライン」は、本明細書で使用するとき、製造ラインまたは完全機能ラインとは独立したラインの一部分を指す。
【０１１０】
用語「静止ローラ」、「固定式ローラ」、および「摩擦ローラ」は、本明細書で使用するとき、回転していない（そのシリンダ（長さ）軸線を中心にして回転しない）ローラまたは軸体（シリンダ）を指す。
【０１１１】
用語「静止」、「固定式」、および「摩擦」は、本明細書で使用するとき、非回転式を意味する。
【０１１２】
用語「力検出器」は、本明細書で使用するとき、物体に対する力、荷重、歪み、もしくはトルクを測定するのに使用される装置またはユニットまたは機器を指す。
【０１１３】
用語「１組の力検出器」は、本明細書で使用するとき、少なくとも２つの力検出器、またはそれを含む装置を指す。力検出器は、一般的にはローラの両端に位置する。一般的には、図３に示されるように、ローラはローラの各端部に位置する力検出器に取り付けられる、軸受ハウジング内に設置される。２組の力検出器は少なくとも４つの力検出器を指す。３組の力検出器は少なくとも６つの力検出器を指す。
【０１１４】
用語「ウェブドライバユニット」は、本明細書で使用するとき、サンプルウェブの駆動ユニット（モータ、トランスミッション、およびコントローラを含む）を指す。
【０１１５】
用語「自由回転式ローラ」は、本明細書で使用するとき、その軸線を中心にして自由に回転することができ、ローラの端部にある軸受（もしくは低摩擦軸受）によって非常に低い摩擦力が掛けられるローラ（回転軸体）を指す。用語「低摩擦軸受」は、本明細書で使用するとき、以下の方法を使用して決定されるような無視できる摩擦損失を有する軸受を指す。一例として、図２に示されるような本発明の装置の場合、静止ローラＳ２を例外としてすべてのローラにケーブルがねじ込まれる。ケーブルの一端はローラＲ５に結び付けられ、既知の重りがウェブ出口にある他端に吊り下げられる。この測定では、静止ローラＳ１は自由に回転するように設定される。測定は、少なくとも２つの既知の重りに対して行われ、ロードセルの各対に対して、付加荷重と測定荷重との間で線形相関を作ることができる。摩擦荷重損失は、ロードセルＦ１、Ｆ２、およびＦ３の各対に対する、付加荷重と測定荷重との線形相関の勾配を使用して特性付けることができる。低摩擦軸受の場合、好ましくは、勾配は、「勾配１（slope of one）（損失なし条件）」から±５％を超えて逸脱するべきではなく、より好ましくは、±３％を超えて逸脱すべきではなく、最も好ましくは±２％を超えて逸脱すべきではない。例えば、図２に示される装置、ならびに本願明細書[００９７]（本願の国際公開公報の第１４ページ第６〜１３行目）に記載されるような軸受ユニットを使用して、表１に示されるような以下のデータが得られた。当業者であれば、この試験方法を容易に変更して、他の装置設計に適合させることができる。
【０１１６】
【表１】
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【０１１７】
語句「摩擦係数の連続的な測定」は、本明細書で使用するとき、本発明の装置を通過するようなサンプル（例えば、フィルムまたはシート）の長さに対する、摩擦係数の連続的なデータ収集を指す。静摩擦係数の連続的な測定の場合、サンプルは装置内で「調歩」的に移動することになる。
【０１１８】
語句「摩擦係数および引張力の連続的な測定」は、本明細書で使用するとき、本発明の装置を通過するようなサンプル（例えば、フィルムまたはシート）の長さに対する、摩擦係数および引張力の連続的なデータ収集を指す。
【０１１９】
語句「摩擦係数および引張力が同時に測定される」は、本明細書で使用するとき、サンプル（例えば、フィルムウェブ）の異なる位置でそれぞれ摩擦係数および引張力の両方を同時に測定することを指す。
【０１２０】
（実験）
・材料
ＤＯＷＬＥＸ  ２０４５Ｇ  −  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手した、密度０．９２ｇ／ｃｃ、メルトインデックス１ｄｇ／ｍの低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）。
粘着防止剤１（ＳｉＯ２マスターバッチ）は、ＳｉＯ２を含有するポリエチレンマスターバッチである。
滑り剤２（エルカ酸アミド）は、エルカ酸アミドを含有するポリエチレンマスターバッチである。
【０１２１】
ポリマー調合物は次の表２に示される。
【０１２２】
【表２】
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【０１２３】
各調合物は、単分子層の吹込みフィルムの形に形成した。２インチの一軸スクリュー押出機と「７０ミル」のダイ間隔で設置した「２３．５インチ」のインフレートダイとを備えた、単分子層吹込みフィルムラインを使用して、単分子膜（約２ミル厚）を得た。フィルムを押出すための押出機条件は次のとおりであった。
バレル１温度設定  １９０．５６℃（３７５°Ｆ）
バレル２温度設定  ２１８．３３℃（４２５°Ｆ）
バレル３温度設定  １７６．６７℃（３５０°Ｆ）
バレル４温度設定  １７６．６７℃（３５０°Ｆ）
バレル５温度設定  １７６．６７℃（３５０°Ｆ）
スクリーン交換装置温度設定  ２３２．２２℃（４５０°Ｆ）
スクリーン速度（ＲＰＭ）  ７４
融解温度  ２２９．４４℃（４４５°Ｆ）
【０１２４】
ダイ設定は次のとおりであった。
アダプター温度設定  ２３２．２２℃（４５０°Ｆ）
回転子温度設定  ２３２．２２℃（４５０°Ｆ）
下側ダイ温度設定  ２３２．２２℃（４５０°Ｆ）
上側ダイ温度設定  ２３２．２２℃（４５０°Ｆ）
【０１２５】
（アットラインＣＯＦ試験）
「アットライン」装置は、図２に示される概略図に従って設計し構築した。ＣＯＦ試験は、ステンレス鋼の静止（非回転）ローラ表面を使用して行った。「アットライン」試験はスリッター／リワインダーと併用して行った。フィルムロールをスリッター／リワインダー上に装着し、ウェブを「アットライン」ＣＯＦ試験装置にねじ込み、スリッター／リワインダー駆動ローラに戻した。フィルムウェブ運動を、ウェブ入口に位置するスリッター／リワインダー制御システムを使用して制御した。全巻き角（θ）は０．５２ラジアンであった。各ローラ（図２を参照）は、ローラＳ２を除いて、硬質陽極処理アルミニウムで作成し、直径は「２．５インチ」であった。ローラＳ２は直径１インチのステンレス鋼管であった。また、静止（非回転）ローラＳ１は、ステンレス鋼表面を硬質陽極処理アルミニウムに取り付けた。ステンレス鋼表面は、軸体の両端にＵボルトを使用して静止（非回転）ローラに取り付けた半軸体（シリンダの長さに沿って切断したパイプから成る）であった。
【０１２６】
動摩擦係数は、２００フィート／分のウェブ線速度で試験した。ロードセルの組Ｆ１およびＦ２に記録された力は、データ収集ボード、ＮＩ−ＰＣＩ  ６２２０  ＭシリーズＤＡＱおよびＬＡＢＶＩＥＷソフトウェアを含む、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔデータ収集システムを備えたコンピュータシステムを使用して記録した。次に、ステンレス鋼表面に対するフィルムの動ＣＯＦを、ウェブ張力の測定を通してアモントンの法則（式１を参照）を使用して決定した。
【０１２７】
フィルムロール全体（約１０００フィート）の動ＣＯＦを決定した。データポイントを０．２秒ごとに取った。フィルム１に対して測定したフィルムロール全体の動ＣＯＦプロファイルを図４に示す。この解析について、データ収集時間（合計４５０データポイント）の１０秒から１００秒までに決定されたＣＯＦ値の平均を取ることによって、平均動ＣＯＦ値を計算した。この時間フレームは任意に選択し、ＣＯＦ決定の一貫性を示すのに使用した。平均ＣＯＦ値は以下の表３に示される。
【０１２８】
表３には、比較のため、同じフィルム、フィルムと金属の界面（Ｏ／Ｍ）、およびフィルムとフィルムの界面（Ｏ／Ｏ）に対して測定した「オフライン運動ＣＯＦ（動）」値も含まれる。比較のＣＯＦはそれぞれ、ＴＭＩから入手可能な標準的なＣＯＦ試験機を使用して、ＡＳＴＭ−Ｄ  １８９４に従って測定した。列挙したＣＯＦ（動）値は５つのサンプルの平均である。各サンプルは、フィルムロールの異なる区画から切り取ったフィルムのストリップであった。
【０１２９】
【表３】
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【０１３０】
表３に示されるように、本発明の装置は低い標準偏差で優れたＣＯＦ結果を提供し、生産した各フィルムの滑り挙動を区別することができた。ＣＯＦの連続的な「アットライン」決定を使用して良好な結果が得られた。それに加えて、装置を使用して、フィルムが装置を通過する際の「ポイントごとの」動ＣＯＦを測定することもでき、ウェブの速度に対応するＣＯＦを測定することもできた。
【０１３１】
本発明を上述の実施例においてかなり詳細に記載してきたが、この詳細は例示のためのものであり、以下の請求項に記載されるような本発明に対する限定として解釈されないものとする。
【符号の説明】
【０１３２】
Ｆ１  力検出器、ロードセル
Ｆ２  力検出器、ロードセル
Ｆ３  力検出器、ロードセル
Ｒ１  回転式ローラ
Ｒ２  回転式ローラ
Ｒ３  ローラ
Ｒ４  ローラ
Ｒ５  ローラ
Ｓ１  静止ローラ
Ｓ２  静止ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2013501939.tif 000013