グリーン製造の文脈では、フィルムスリッターの省エネ技術が開発されました

グリーン製造の核心は、製品の機能、品質、コストを確保しながら、資源消費と環境への影響を総合的に考慮した現代的な製造モデルです。フィルムスリッターは、BOPP、BOPET、CPP、リチウム電池セパレーターなどの薄膜材料の加工における重要な設備であるため、そのエネルギー消費は生産企業の操業コストと環境パフォーマンスに直接関係しています。そのため、その省エネ技術の開発は大きな注目を集めています。

フィルムスリッターの省エネ技術開発における主な方向性は次のとおりです。

まず、直接エネルギー消費のための省エネ技術

このタイプの技術は、主に駆動システムなど、スリッター機の動作中に大量のエネルギーを消費する部分を直接対象としています。

1. 高効率モーターおよび永久磁石同期モーター（PMSM）の適用。

◦ 従来の問題: 初期のスリッターでは、一般的に通常の非同期モーターが使用されていましたが、特に低速および軽負荷の場合には効率が低く、エネルギー消費量が多くなっていました。

◦ 省エネ技術：IE4およびIE5のエネルギー効率を有する超高効率非同期モーターまたは永久磁石同期モーター。永久磁石同期モーターは、高効率、高出力密度、大きな低速トルクといった利点を有しており、特に頻繁な起動停止や可変速運転を伴うスリット加工工程において省エネ効果が顕著で、10%～20%の節約が可能です。

2. インテリジェントサーボドライブシステムの普及

◦ 従来の問題: 従来のベクトル可変周波数ドライブは直接始動よりも優れていますが、制御精度と動的応答にはまだ改善の余地があります。

◦ 省エネ技術：現代のハイエンドスリッター機のメインユニット（巻き出し、牽引、巻き取りなど）には、一般的にサーボ駆動システムが採用されています。

▪ エネルギーフィードバック機能：モーターは巻出しブレーキと巻取り張力制御時に発電状態にあります。従来の駆動装置では、このエネルギーはブレーキ抵抗によって熱として消費され、無駄が生じていました。エネルギーフィードバックユニットを備えたサーボシステムは、この回生エネルギーの一部を電力網にフィードバックし、他の機器で使用することができます。特に高速・高張力のスリット加工においては、大きなエネルギー回収が可能で、省エネ効果は顕著です。

▪ オンデマンドのエネルギー供給: サーボ システムはトルクと速度を正確に制御し、「大きな馬車」現象を回避し、実際のプロセスのニーズに応じて正確なエネルギーを供給し、無効電力損失を削減します。

3.省エネ部品の選択

◦ 低電力 PLC、ヒューマンマシンインターフェース (HMI)、センサー、LED 照明を使用して、機械全体の待機電力と動作電力の消費を詳細に削減します。

第二に、プロセスと効率の改善による間接的なエネルギー節約

生産効率の向上、廃棄率の削減、プロセスの最適化は、それ自体がエネルギーを節約する最も効果的な方法です。

1. 間引きとスピード化への対応

◦ 課題: より薄いフィルム材料 (リチウム電池セパレーターなど) とより高速なスリット速度 (最大 1000 m/分以上) により、機器の動的制御精度と安定性に対する要件が極めて厳しくなります。

◦ エネルギー効率の高い技術：

▪ 高精度張力制御システム：全自動張力制御システム（フローティングローラー式＋張力センサー閉ループ制御など）を採用し、高応答サーボモーターを搭載することで、始動、加速、定常、減速、停止までの全工程において極めて安定した張力を確保します。これにより、張力変動によるフィルムの伸び、破断、シワの発生を最小限に抑え、スクラップ率とダウンタイムの再起動時のエネルギー消費を削減します。

▪ 高度な巻き戻し・巻き戻し技術：デュアルステーション自動巻き取りやプリドライブ受信技術などにより、機械を停止させることなく連続生産を実現し、メインモーターの頻繁な起動・停止による膨大なエネルギー損失を回避します。また、中央巻き取りと表面巻き取りのインテリジェントな切り替えと組み合わせにより、異なる材料特性にも適応し、効率を向上させます。

2. 予知保全とデジタルツイン

◦ 従来の問題: 突然の機器の故障や精度の低下により、計画外のダウンタイムや製造上の欠陥が発生します。

◦ エネルギー効率の高い技術：

▪ 状態監視: 振動センサー、温度センサーなどを使用して、重要なコンポーネント (ベアリングやギアボックスなど) の状態をリアルタイムで監視し、予測メンテナンスを実現して、壊滅的な故障を回避し、その結果として生じる膨大な生産損失とエネルギー消費を回避します。

▪ デジタルツイン: 仮想空間でスリッター機のデジタルモデルを構築し、実際の生産前にプロセスパラメータ (張力曲線、速度曲線など) をシミュレーションして最適化し、最適で最も省エネな生産スキームを見つけて、物理マシンのサンプル損失とエネルギー消費を削減します。

第三に、構造設計と材料適用の最適化

1. 軽量設計

◦ フレームやローラーなどの部品、あるいは高強度アルミニウム合金などの軽量材料のトポロジー最適化により、可動部品の慣性モーメントを低減しながらも剛性と強度を維持します。これにより、駆動に必要な加速エネルギーが低減し、サーボモーターの負荷が軽減され、消費電力が削減されます。

2. 低摩擦抵抗の応用

◦ 高性能、低抵抗のシールベアリングを使用します。

◦ すべてのガイドローラーとトラクションローラーの極めて高い動的バランス精度を保証し、高速動作時の振動と追加の抵抗を低減します。

◦ フィルム表面との摩擦係数を低減するために、鏡面研磨、クロムコーティング、またはセラミックコーティングを施した高精度ローラー。

第4に、熱エネルギーの管理と回収

1. スリットナイフの熱管理

◦ 高速スリット加工中は、工具とフィルム間の摩擦によって熱が発生し、スリット加工の品質と工具寿命に影響を与えます。従来の空冷方式は、より多くのエネルギーを消費する可能性があります。新しい工具材料と高効率熱交換器などの冷却設計により、熱をより効率的に管理できるため、追加の冷却にかかるエネルギー消費を削減できます。

2. 作業場環境における熱エネルギーの統合

◦ スリッター自体は熱エネルギーを大量に消費する装置ではありませんが、スリッターから返される電力と圧縮空気システム（空気圧部品用）の廃熱を、工場全体のエネルギー管理システムに組み込んで、全体的な計画とリサイクルを行うことができます。

概要と開発動向

今後の発展の潮流は統合とインテリジェント化です。フィルムスリッターはもはや孤立した装置ではなく、スマートファクトリーのノードとして機能するようになります。モノのインターネット（IoT）技術を通じて、すべてのスリッターのエネルギー消費データと生産データが製造実行システム（MES）とエネルギー管理システム（EMS）にリアルタイムでアップロードされ、ビッグデータ分析を通じて工場全体の生産スケジュールとエネルギー配分が継続的に最適化され、システムレベルで最大限の省エネを実現します。

全体として、グリーン製造の観点から見たフィルムスリッターの省エネ技術は、当初の単一コンポーネントの省エネから、メカトロニクス、センシング、駆動、制御、データ分析からなる今日の包括的な省エネソリューションへと発展しており、最終目標は製品の品​​質と生産効率を向上させながら、出力値単位あたりのエネルギー消費を最小限に抑えることです。