(57)【要約】【課題】  フィルムロール最外周のフィルムしわや段差の影響を受けることなく、高精度の形状測定を可能にするフィルムロールの形状測定方法を提供する。【解決手段】  フィルムロール１のロール軸方向に直交する平面内に、該フィルムロール１の外側を囲む任意の４箇所以上に変位センサー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置し、これら変位センサーをフィルムロール１のロール軸方向に相対移動させて、それぞれ該フィルムロール表面の座標データをロール軸方向に沿って測定し、これら座標データのうちから異常データを排除した３箇所の座標データを選択してフィルムロール１の外径をロール軸方向に順次演算する。【選択図】      図１
2005031005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムロールのロール軸方向に直交する平面内に、該フィルムロールの外側を囲む任意の４箇所以上に変位センサーを配置し、これら変位センサーを前記フィルムロールのロール軸方向に相対移動させて、それぞれ該フィルムロール表面の座標データをロール軸方向に沿って測定し、これら座標データのうちから異常データを排除した３箇所の座標データを選択して前記フィルムロールの外径をロール軸方向に順次演算するフィルムロールの形状測定方法。
【請求項２】
前記３箇所の座標Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）、Ｒ（ｘ3 ，ｙ3 ）を、それぞれ円の方程式ｘ2 ＋ｙ2 ＋ａｘ＋ｂｘ＋ｃ＝０  に代入することにより係数ａ，ｂ，ｃを変数とする連立方程式をたて、この連立方程式から変数ａ，ｂ，ｃを算出して前記３箇所の座標Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）、Ｒ（ｘ3 ，ｙ3 ）を含む前記フィルムロールの外径を演算する請求項１に記載のフィルムロールの形状測定方法。
【請求項３】
前記フィルムロールを固定状態にし、前記変位センサーをロール軸方向に移動させて前記座標データを測定する請求項１または２に記載のフィルムロールの形状測定方法。
【請求項４】
前記変位センサーを測定位置とフィルムロールから離れた位置とに移動可能にした請求項１、２または３に記載のフィルムロールの形状測定方法。
【請求項５】
前記変位センサーが接触式である請求項１〜４のいずれかに記載のフィルムロールの形状測定方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法により前記フィルムロールの形状を測定し、該測定データをフィルム押出口金の吐出口厚み調整手段にフィードバックしてフィルム厚みを制御するフィルムロールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルムロールの形状測定方法に関し、さらに詳しくは、フィルムロール最外周のフィルムしわや段差の影響を受けることなく、フィルムロールの形状を高精度に測定可能にするフィルムロールの形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂フィルムの製造工程では、フィルム厚みが全幅均一になるように制御することが要求されている。このフィルム厚みの制御方法としては、溶融ポリマーをフィルム状に吐出する口金に吐出口の厚み調整手段を全幅にわたり配置し、この厚み調整手段を下流側のフィルム厚さ計で測定した厚さむらに基づいて、全幅にわたって均一にする制御を行うのが一般的である。
【０００３】
このようにして成膜されたフィルムは、コアに巻き上げる前にスリット工程で所定のフィルム幅に応じて複数のフィルムにスリットされ、複数個のフィルムロールとして巻き上げられる。それぞれ巻き上げられたフィルムロールには、その表面にフィルムの厚みむらが積層されることにより幅方向の特定位置に巻きこぶや巻きしわが発生することがあった。この巻きこぶや巻きしわは、例えばフィルムに磁性材料を塗布或いは蒸着して磁性層を形成した磁気テープに加工する際、その磁性層の厚みむらの原因になることが知られている。
【０００４】
このフィルムロール表面に形成される巻きこぶや巻きしわは、フィルムの厚みむらに原因がある。しかし、このフィルムの厚みむらは、フィルムが数千〜数万回積層されて巻きこぶや巻きしわが生成したときに初めてわかるものであり、フィルム１枚の厚みを測定しただけでは発見することは難しい。そのため従来のフィルム製造工程では、巻きこぶや巻きしわのないフィルムロールを成形することを目標にし、スリット工程で巻き取られたフィルムロールのロール軸方向（フィルム幅方向）の外径寸法の変化を測定し、その測定データを口金にフィードバックすることによりフィルムの厚みむらを制御する方法が採られている。
【０００５】
本出願人は、このようなフィルム厚みむら制御に使用するため、フィルムロールのロール軸方向の外径寸法の変化を正確に測定する方法として、先に特許文献１により、フィルムロールの外周に３個の光学式変位センサー（非接触式センサー）を配置し、これらの光学式変位センサーから放射した光がフィルムロールの表面て交わる点の座標を計測し、この３点の座標から外径を演算してロール軸方向の外径変化を測定する方法を提案した。
【０００６】
しかし、この測定方法は、フィルムロールの外径を非接触式変位センサーで測定しているため、フィルムロール最外周のフィルムしわによって誤測定を起こすことがあり、しかも、最外周のフィルムシワはフィルム厚みが薄いほど発生しやすく、この誤測定を排除しにくくなることがわかった。また、フィルムロール最外周のフィルムしわをとるため、最外周のフィルムを１ヶ所、または複数カ所にテープを貼り付けて固定することが多いが、非接触式センサーがこのテープ等の段差上を通過すると、誤ったデータでフィルムロール形状を計算してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−２３０８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述した従来方法の問題を解消し、フィルムロール最外周のフィルムしわや段差の影響を受けることなく、高精度の形状測定を可能にするフィルムロールの形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明のフィルムロールの形状測定方法は、フィルムロールのロール軸方向に直交する平面内に、該フィルムロールの外側を囲む任意の４箇所以上に変位センサーを配置し、これら変位センサーを前記フィルムロールのロール軸方向に相対移動させて、それぞれ該フィルムロール表面の座標データをロール軸方向に沿って測定し、これら座標データのうちから異常データを排除した３箇所の座標データを選択して前記フィルムロールの外径をロール軸方向に順次演算することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、異常データとは、フィルムロール外径をロール軸方向に測定したとき、変位センサーのデータにフィルムしわや段差によって急激な変動を発生したデータをいう。しかし、フィルムしわや段差が存在しないため、測定した４箇所以上のデータが全て正常である場合は、予め設定した３箇所のデータを使用して外形形状を計算するものとし、この予め設定した３箇所以外のデータを見掛け上、異常データとして排除するものとする。
【発明の効果】
【００１０】
上記のようにフィルムロール外側周囲の任意の４箇所以上に変位センサーを配置し、これら変位センサーをフィルムロールとロール軸方向に相対移動させて、フィルムロール表面の座標データをロール軸方向に沿って測定し、これら４箇所以上の座標データから異常データ、すなわち、フィルムしわや段差によって生じた異常なデータを排除した３箇所の座標データを選択してフィルムロール外径をロール軸方向に順次演算することで、ロール軸方向のフィルムロール外径の変化を計測することができ、高精度の形状測定を可能にする。また、複数の変位センサーをフィルムロール外周に配列してロール軸方向の外径変化を測定するので、ロール軸方向と測定器の移動方向との平行度が若干悪くても、変位センサーの測定許容範囲内であれば精度の高い形状測定を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を図に示す実施形態により具体的に説明する。
図１及び図２は、本発明のフィルムロールの形状測定方法を実施する装置を例示した概略図である。
【００１２】
図１及び図２において、１は外径測定の対象となるフィルムロールである。このフィルムロール１としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂製のフィルムがコア２に巻き上げられて形成されている。フィルムロール１は台車４の上のトレー５に載せられ、その台車４がロール軸と平行に敷設された軌道６に沿って走行するようになっている。この台車４の移動により、フィルムロール１をロール軸方向に移動させるようになっている。トレー５としては、特に材質は限定されないが、好ましくはフィルムロール１に傷をつけない発泡材等の柔らかい材質で構成されているのがよい。
【００１３】
上記のように台車４に設置されたフィルムロール１に対し、その外側の周囲にロール軸方向と直交する同一平面内に４個又はそれ以上（図示の例では４個）の変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが配置されている。これら変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは接触式及び非接触式のいずれであってもよいが、この実施形態では接触式の変位センサーが使用されている。
【００１４】
これら変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、それぞれ移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに取り付けられ、さらにこれらのうち移動アーム８ａと８ｄは図１において左側の移動アーム１２ａに取り付けられ、また移動アーム８ｂと８ｃは右側の移動アーム１２ｂに取り付けられている。さらに、左右の移動アーム１２ａと１２ｂは、上部の移動アーム１２ｃの両端部にそれぞれ連結されて門形に一体になり、この一体になった移動アーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、メインフレーム７の内側に固定され、かつロール軸方向に平行に延長する走行レール９に支持されて、ロール軸方向に平行に往復移動するようになっている。
【００１５】
上記のように移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに取り付けられた変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、各移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに設けられた不図示の駆動モータにより、図１において左右方向に移動可能になっている。さらに、移動アーム８ａ、８ｄが移動アーム１２ａに内設された不図示の駆動モータにより上下方向に移動可能になっており、同様に移動アーム８ｂ、８ｃが移動アーム１２ｂに内設された不図示の駆動モータにより上下方向に移動可能になっている。したがって、４個の変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、左右方向及び上下方向に移動可能になり、それぞれのセンサーの先端をフィルムロール１の表面の互いに異なる４箇所に接触するようになっている。このような変位センサーの取り付けによって、フィルムロール１の径が大幅に異なる場合であっても、誤差の少ない高精度の外径測定を可能にしている。
【００１６】
変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、前述したように接触式、非接触式のいずれでもよいが、好ましくはフィルムロール表面の光の乱反射に影響されない接触式のほうがよい。その接触圧としては、５Ｎ以下、好ましくは２Ｎ以下がよい。このような接触圧にすることで、フィルムロール表面へのダメージをなくすことができる。また、変位センサーの測定精度は、接触式、非接触式にかかわらず少なくとも５μｍ以下であることが好ましい。また、変位センサーの測定許容範囲は、±５０ｍｍ以下、好ましくは±２０ｍｍ以下がよい。このような測定許容範囲にすることにより、フィルムロールの傾きの影響を受けずに測定することが可能になる。
【００１７】
上述のように４個又はそれ以上の変位センサーを、フィルムロール１のロール軸に直交する同一の平面に配置すると共に、フィルムロール１の表面の周方向の４箇所以上に分散するように接触させることにより、それら４箇所以上の接触位置をフィルムロール外径の直交座標として検知することができる。また、その接触状態でロール軸方向にフィルムロールと相対移動させることにより、そのフィルムロール外径のロール軸方向の変化を検知することができる。
【００１８】
そして、このように検出された変位センサーの検知信号が、図１に示すようにセンサーアンプ１０を介して演算装置１１に入力すると、フィルムロール１の直径又は半径が算出される。ここで、万一、フィルムロール最外周のフィルムしわやそのシワを取るためにフィルムを固定したテープ等の段差によって、上記４箇所の変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄがそれぞれ検出したデータの中の１つのデータに急激な変化を発生した異常が存在した場合には、上記演算装置１１はその異常データを除いた残り３つのデータを用いてフィルムロール１の直径又は半径を演算するようになっている。
【００１９】
本発明によるフィルムロールの外径測定は、上述したフィルムロール形状測定装置を使用することにより、次の手順により実施する。
【００２０】
まず、前工程のスリット工程で所定幅にスリットされたフィルムロール１を、不図示の移載機により台車４の上にトレー５を介して載せ、軌道６に沿って、図２に示すようにメインフレーム７のほぼ中央まで移動させて停車する。この時の移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、図２にＡで示す位置に設定されている。台車４が停車すると、移動アーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃを不図示の駆動モーターにより走行レール９に沿って移動させ、不図示のセンサーでフィルムロール１の端部を検出することにより、移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを図２にＢで示す位置、すなわち、フィルムロール１の端部位置に停止させる。
【００２１】
次いで、このＢの停車位置において、移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを移動アーム１２ａ、１２ｂに沿って上下させると共に、変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをそれぞれ移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに沿って左右に移動させることにより、センサー先端をフィルムロール１の表面に接触させた状態にする。このときのセンサー先端の接触圧は、前述したように５Ｎ以下にすることが好ましい。また、変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの接触位置は、フィルムロール１の外周を９０°づつ均等に離れるように配列させることが好ましい。このような配置により、変位センサーのデータが抜けても誤差を最小限にすることができる。また、変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが均等配列に近づくように、予めフィルムロール１の外径を演算装置１１に入力（または測定）しておいて、移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、及び変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの移動量を制御するようにするとよい。
【００２２】
次に、フィルムロール１を停止状態に固定して、上記のように変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをフィルムロール１の表面に接触させながら、移動アーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃを走行レール９に沿ってロール軸方向に平行に移動させる。そして、不図示のセンサーがフィルムロール１の他方の端部を検出すると、図２にＣで示す位置、すなわち、フィルムロール１の他方の端部で移動アーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、すなわち、変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを停止させる。このようにロール軸方向に位置Ｂから位置Ｃへ移動する間に、変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、フィルムロール１の表面上の４点を、例えば、図３に示すように座標Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）、Ｒ（ｘ3 ，ｙ3 ）、Ｓ（ｘ4 ，ｙ4 ）として連続的に検知し、それらの信号をセンサーアンプ１０を介して演算装置１１へ送る。
【００２３】
信号を入力した演算装置１１は、まず、４つの変位センサーのデータをチェックし、ロール軸方向の移動の間に急激に座標の値が変化する異常データがあった場合は、その異常データを削除する。このように急激に変化した異常データは、フィルムロール最外周のフィルムしわ、またはこのフィルムを固定しているテープの厚みを測定しているために発生する。この異常データが仮に座標Ｓのものであるとすると、残りの座標Ｐ、Ｑ、Ｒを使用してこれら３点を通る円の直径を計算する。
【００２４】
すなわち、座標Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）、Ｒ（ｘ3 ，ｙ3 ）を、それぞれ円の方程式ｘ2 ＋ｙ2 ＋ａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０  に代入して係数ａ，ｂ，ｃを変数とする連立方程式にし、この連立方程式から変数ａ，ｂ，ｃを求めて、前記３点の座標Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）、Ｒ（ｘ3 ，ｙ3 ）を含むフィルムロールの直径を演算する。
【００２５】
図３は、ロール軸方向に直交する横断面に任意の直交座標を設定し、この直交座標に上記３点の座標Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）、Ｒ（ｘ3 ，ｙ3 ）を得るようにしたものであるが、このようにして得た３点から、これら３点の座標Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）、Ｒ（ｘ3 ，ｙ3 ）が含まれる円の直径または半径は、例えば次のようにして演算することができる。
【００２６】
上記３点の座標Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）、Ｒ（ｘ3 ，ｙ3 ）を、次の円の一般式
ｘ2 ＋ｙ2 ＋ａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０
に代入し、この一般式中の係数ａ、ｂ、ｃを変数とする次の連立方程式を得る。
【００２７】
ａｘ1 ＋ｂｙ1 ＋ｃ＝−（ｘ1 2 ＋ｙ1 2 ）
ａｘ2 ＋ｂｙ2 ＋ｃ＝−（ｘ2 2 ＋ｙ2 2 ）
ａｘ3 ＋ｂｙ3 ＋ｃ＝−（ｘ3 2 ＋ｙ3 2 ）
次に、上記連立方程式を解くことにより、ａ、ｂ、ｃが求まるので、このａ、ｂ、ｃを元の一般式に代入すると、
（ｘ＋ａ／２）2 ＋（ｙ＋ｂ／２）2 ＝ａ2 ／４＋ｂ2 ／４−ｃ
になるので、円の半径は
（ａ2 ／４＋ｂ2 ／４−ｃ）1/2 
で示されることになる。
【００２８】
すなわち、上記演算で求められた半径は、ロール軸方向に直交する任意の横断面でのフィルムロール１の半径に相当する。また、移動アーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃを一定速度で走行させることで、フィルムロール１の半径をロール軸方向に連続して測定することができるので、フィルムロール１のロール軸方向の外径変化、すなわち形状変化を測定することができる。
【００２９】
上述した１サイクルの測定工程を終了すると、変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに沿って動かすことでフィルムロール１の表面から離す。次いで、フィルムロール１を台車４とともに次の梱包工程へ移動させる。これと同時にロール軸方向移動アーム１２ａ、１２ｂ、１２ｃを、次のフィルムロール１の外径測定のため、図２の元のＡの位置に戻す。
【００３０】
本発明のフィルムロールの形状測定方法において、フィルムロール１と変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとはいずれか一方をロール軸方向に移動させればよいが、好ましくは、図示する実施形態のように、変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの方をロール軸方向に移動させるようにした方が精度の良い測定をすることができる。これは、フィルムロール１の重量が数百ｋｇであり、これを台車４によって一定速度で振動なく走行させることは難しいからである。スタート時とストップ時が特に問題であり、フィルムロール１の重量が大きいため測定限界を超えた振動が発生し、一定速度にしにくいからである。
【００３１】
また、図３に示した例では、直交座標系について説明したが、本発明の測定方法においては、円筒座標系やその他の座標系を用いてもよい。
【００３２】
上述した本発明の測定方法によると、フィルムロールの最外周のフィルムにしわや段差があっても、４点以上で測定しているため、不適当なデータは削除し、適切な３点のデータを抽出してフィルムロールの外径形状を正確に測定することができる。さらに、変位センサーを複数配列してロール軸方向の外径変化を測定するので、フィルムロールの軸方向と測定器の移動方向との平行度が若干悪くても、変位センサーの測定許容範囲内であれば移動機構の精度に左右されない正確な測定をすることが可能になる。
【００３３】
また、変位センサーを左右方向と上下方向とに移動する移動アームによって移動可能にしているため、ロール径が大幅に異なったフィルムロールをセットした場合であっても、変位センサーを測定可能な位置に制御できるので、フィルムロール外径形状を正確に測定することができる。
【００３４】
さらに、このようなフィルムロール形状測定方法によりフィルムロールの形状を測定すると、デジタルデータであるため、そのデータを短時間に容易にフィルム押出口金の吐出厚み調整手段にフィードバックすることができ、巻きこぶや巻きしわのない高精度のフィルムロール形状を有する製品を製造することができる。一般に１枚のフィルム厚みを厚さ計で測定することは精度上困難であるが、数千〜数万枚積層したフィルムロールの外径形状を測定することで１枚のフィルムの凹凸を検出することができるため、これをフィルム押出口金にフィードバックすると、高精度のフィルム形状が得られるのである。
【００３５】
フィルム製造におけるフィルム厚み調整手段としては、口金幅方向にほぼ均等に配列した枚数の部材を加熱冷却することで口金の吐出口の間隙を変化させてフィルム厚みを調整する熱膨張方式、口金幅方向に複数に分割された領域を部分的に加熱冷却してポリマーの粘度を変化させてフィルム厚みを調整する粘度方式が最も多く使用されているが、これ以外のフィルム厚み調整手段を用いてもよい。
【００３６】
延伸方式としては、無延伸、逐次二軸延伸、同時二軸延伸などのいずれの延伸方法においても、巻きこぶや巻きしわのない精度の高いフィルムロール形状が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の測定方法に使用される測定装置を例示する概略正面図である。
【図２】図１の測定装置の概略側面図である
【図３】本発明においてフィルムロールの横断面に設定したときの座標図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  フィルムロール
２  コア
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  変位センサー
４  台車
５  トレー
６  軌道
７  メインフレーム
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ  移動アーム
９  走行レール
１０  センサーアンプ
１１  演算装置
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  移動アーム
【図１】
2005031005.tif 000003
【図２】
2005031005.tif 000004
【図３】
2005031005.tif 000005