シート押出の引き取りユニット: 張力制御と速度同期

すべてのユニットシート押出ラインの引き取りは、カレンダースタックと下流の装置の間の機械的なブリッジに依存しており、ウェブ幅全体にわたって一貫した張力を維持しながら、冷却されたシートを制御された速度でカレンダーロールから引き離します。 ユニットシートの押出成形には、 一般的な押出成形プロセスとは異なる特別な考慮事項が含まれます。見かけの単純さ (シートを掴む一対の動力ロール) にもかかわらず、引き取りユニットの張力と速度の動作は、シートが平らで寸法的に安定した状態で巻き取りステーションに到着するか、それとも熱成形で問題を引き起こすエッジの波、中央のバギング、および残留応力に満ちた状態で到着するかを直接決定します。

引き取りの機能は、より広範な範囲に適合します。 シート押出技術の プロセスチェーンでは、ダイから最終ロールまで製品の品質を維持するために、各セクションの速度と張力を正確に調整する必要があります。

ゴムロールニップの設計とグリップ機構

牽引ニップは、駆動されるスチール ロールと空気圧で負荷されるゴムで覆われたロールで構成され、制御された力でシートを圧搾します。ゴム製ロール カバー (通常はニトリル (NBR)、ネオプレン (CR)、またはシリコーン) は、シート幅全体にわたって均一な接触圧力を維持するために必要なコンプライアンスを提供し、ロールのわずかなたわみやシート厚さの変動を補償します。

ニップ圧の選択にはトレードオフが関係します。圧力が小さすぎると、シートがロールに対して滑り、速度の同期が破壊され、張力が不安定になります。圧力が大きすぎるとゴム カバーが過度に変形し、ニップで熱が発生し、PET などの温度に敏感なポリマーに跡がつき、時間の経過とともにロール カバーが劣化する可能性があります。

一般的なニップ荷重範囲:

ロール直径も運搬性能に影響します。より大きな直径のロール (150 ～ 300 mm) は、シートとの接触弧を長くし、グリップを向上させ、滑りを防ぐために必要な線圧を軽減します。直径が小さいロールは占有床面積が小さくなりますが、同等のトラクションを実現するにはより高いニップ荷重が必要です。

張力制御方法

引き取りセクションのシート張力は、狭い範囲内 (通常は目標値の +/- 5 ～ 10%) に維持する必要があります。この範囲を下回ると、シートがたわみ、エッジウェーブが発生します。それを超えると、シートが永久に伸びたり、首が下がったりして、厚さの減少や幅の損失が発生します。

一般的に次の 3 つの張力制御戦略が使用されます。

描画制御 は最も単純なアプローチです。引き取りは、カレンダーの出力速度よりわずかに速い固定速度で実行され、速度差によって張力を生成する一定の延伸比を作り出します。これは、張力の小さな変化が寸法品質に最小限の影響を与える、厚くて硬いシートに適切に機能します。制限は、張力がシートの温度、厚さ、ポリマーの粘度によって変化することですが、延伸制御方法ではこれらのどれも積極的に測定したり補償したりすることはありません。

ロードセルのフィードバック制御により、 カレンダーと引き取りニップの間のシート パスに張力感知ロールが配置されます。ロードセルはロールにかかる下向きの力の合計を測定し、コントローラーはこれをシート接触長さで割ることにより張力（単位幅あたりの力）に変換します。次に、コントローラーは張力設定値を維持するために引き取り速度を調整します。この閉ループのアプローチは、段階的な温度ドリフトやわずかな厚さの変化など、開ループの描画制御では処理できないプロセスの変動に対処します。

ダンサー ロール制御は、 張力の変動を吸収するために垂直に移動する加重または空気圧負荷のアイドラー ロールを使用します。張力が高まると、ダンサーロールが上がります。テンションが下がるとテンションが下がります。ダンサーの位置センサーは、PID ループを通じて引き取り速度を制御します。ダンサーシステムは加減速時の張力安定性に優れ、発停の多いラインで人気です。

カレンダーとワインダーとの速度同期

引き取りユニットは、カレンダー、引き取り、ワインダーの 3 つのセクションのスピード チェーン内で動作します。下流経路全体で均一な張力を維持するには、各セクションを正確に調整された速度で実行する必要があります。

定常状態の操作中、引き取りは通常、カレンダーよりも 0.5 ～ 2.0% 速く実行され、シートの張力が確立されます。次に、巻き取り機は、引き取り速度から引き取り速度と巻き取り速度との間に必要な小さな張力差を差し引いた速度で計算された速度で動作します。これらの速度関係は、糸通し速度 (2 ～ 5 m/min) から最大生産速度 (ライン構成に応じて 50 ～ 150 m/min) までの生産速度範囲全体にわたって維持される必要があります。

回線速度の変更時には速度の同期が重要になります。引き取りがカレンダーよりも速く加速すると、シートの張力が急上昇し、ウェブが破損する可能性があります。加速が遅いとシートがたるんでシワが発生します。最新のシステムでは、電子ギアまたは電子ライン シャフト (ELS) 制御が使用されており、すべての下流ドライブは、個別に調整可能な比率設定値を持つ単一のマスター速度基準に従います。これにより、速度の移行がすべてのセクションで同時に発生し、加速および減速ランプ全体にわたって張力の安定性が維持されます。

一般的な引き取り構成

シート押出用途が異なれば、異なる運搬方法が必要になります。最も一般的な構成には次のものがあります。

シングル ニップ ホールオフ - 1 組の電動ロール。最もシンプルでコスト効率の高い配置で、張力精度の要件が中程度である商品シートラインで使用されます。シート自体の剛性がウェブの安定性を維持するのに役立つ厚いシート (1 mm 以上) に適しています。

デュアル ニップ ホールオフ - 短いフリー スパンで区切られた 2 つの連続したニップ ペア。最初のニップは主な牽引力を提供し、2 番目のニップは張力分離点として機能し、より高いライン速度でも安定したグリップを確保します。デュアル ニップ構成は、2 番目のニップが最初のニップで発生する可能性のある滑りが下流に伝播するのを防ぐため、シングル ニップ ユニットよりも薄いゲージ シート (0.5 mm 未満) をより確実に処理します。

水平方向と垂直方向 — 垂直方向の引き取り (シートがカレンダーから上向きに移動する) により床スペースが節約され、シートの経路が短く保たれるため、温度に敏感な材料の熱損失が軽減されます。水平引き抜き (シートが水平に移動する) は、始動時に糸通しが容易で、メンテナンスの際のアクセスが容易になります。

運搬物が下流の機器にどのように供給されるかを理解することが不可欠です。 センターワインダーとサーフェイス ワインダー、およびサーフェスワインダーはどちらも、一定の張力と速度でシートを受け取ることに依存します。引き取り段階で発生した欠陥は、伸縮、しわ、または圧潰損傷として巻き取られたロールに直接伝播します。

引き取りの問題のトラブルシューティング

引き取りの問題のほとんどは、機械的摩耗または制御システムのドリフトに遡ります。ゴム製のロール カバーは経年劣化や紫外線にさらされると硬化し、グリップ特性が失われます。以前は安定していたラインでニップの滑りが発生し始めた場合、ロール カバーの状態が最初に疑われます。ほとんどのゴム製カバーは、動作温度とポリマーの種類に応じて 12 ～ 24 か月ごとに交換する必要があります。

ワインダーの張力の問題シートは、 症状がワインダーに現れている場合でも、多くの場合、引き上げセクションの上流で発生します。引き取り時に生じる張力のスパイク、振動、または緩やかなドリフトは、巻き取りの欠陥に直接つながり、顧客の熱成形施設でロールが巻き戻されるまで明らかになる可能性があります。

引き取りユニットは、カレンダー スタックと巻き取りステーションの間の重要な速度と張力のブリッジとして機能します。この役割は、シートの平坦度、寸法安定性、最終ロールの品質に直接影響します。 JWELL の引き取りユニットは、閉ループ張力フィードバックを備えたサーボ駆動のゴム ロール ニップを備えており、5 ～ 100 m/分のライン速度にわたってシート張力を ±0.5 N 以内に維持します。これは、同期が不十分なシステムによく見られるエッジの波打ちや中央のバギングの欠陥を防ぐ一貫性レベルです。

よくある質問

引き取り時に押出シートにエッジウェーブが発生する原因は何ですか?

エッジ波は通常、シート幅全体にわたる不十分な張力または不均一な張力によって発生します。引き取りニップ圧力が低すぎると、シートが中央を掴んでいる間に端が滑る可能性があり、張力の差が生じ、中央が端よりも強く引っ張られます。ロール カバーの摩耗、ニップ圧力の不均衡、またはシート幅と一致しなくなったクラウン付きロールがすべて原因となる可能性があります。通常、ニップ圧力を均一に上げてロール カバーの状態を確認すると、問題が解決します。

引き取り速度はカレンダーとどのように同期されますか?

最新のシステムは、すべてのドライブが単一のマスター速度基準に従う電子ライン シャフト (ELS) 制御を使用しています。引き取りドライブは、比率設定値 (通常は 1.005 ～ 1.020 倍のカレンダー速度) を乗じたマスター速度信号を受信します。加速および減速中、すべてのドライブは調整された速度で同時に上昇し、一定の張力を維持します。古いラインでは、手動比率調整によるアナログ速度基準を使用する場合があります。

ロールオフロールカバーに最適なゴム素材は何ですか?

ニトリル (NBR) カバーは、ほとんどの汎用シート押出に対応し、優れた耐摩耗性を備えています。高温用途の場合は、ネオプレン (CR) または EPDM カバーの方が耐熱性が優れています。シリコンカバーは、光学グレードのシートなど、跡を残さない接触が重要な場合に使用されます。デュロメータの選択 (60 ～ 90 ショア A) はシートの剛性に一致する必要があります。薄くて柔軟なシートには柔らかいカバーが、厚くて硬いシートには硬いカバーが適しています。

1 回の引き取りで複数のシート幅に対応できますか?

はい、ゴムロール幅が最大シート幅を超えている場合に限ります。一部の引き取りユニットは、さまざまなシート幅に合わせてニップのかみ合いを最適化するために、横方向の位置を調整できる機能を備えています。幅広い幅のラインでは、ゴムロールが独立して加圧されるセクションに分割されたセグメントニップローディングにより、適切な総グリップ力を維持しながら、狭いシートに対する過度のエッジローディングを防ぎます。