(57)【要約】【課題】シート厚みを所望の厚み分布に維持しながら連続して安定生産を実現することができるシートの製造装置を提供する。【解決手段】複数個の厚み調整手段を備えたダイを用いて原料を押し出し、成形してシートとなすとともに、そのシートの幅方向における厚み分布を測定し、この測定値に基づいて前記厚み調整手段に加える操作量を求め、この操作量を前記厚み調整手段に出力してシートの厚み分布が所望の厚み分布となるように制御しつつシートを製造するに際し、前記複数個の厚み調整手段に加えられる操作量のばらつきおよび所望の厚み分布と測定値との偏差を含む所定の評価関数の極値を与える操作量変化分を求め、これに基づいて求めた操作量を前記厚み調整手段に出力する。【選択図】  図１
2004262114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の厚み調整手段を備えたダイを用いて原料を押し出し、成形してシートとなすとともに、そのシートの幅方向における厚み分布を測定し、この測定値に基づいて前記厚み調整手段に加える操作量を求め、この操作量を前記厚み調整手段に出力してシートの厚み分布が所望の厚み分布となるように制御するシートの製造方法であって、前記複数個の厚み調整手段に加えられる操作量のばらつきおよび所望の厚み分布と測定値との偏差を含む所定の評価関数の極値を与える操作量変化分を求め、これに基づいて求めた操作量を前記厚み調整手段に出力することを特徴とするシートの製造方法。
【請求項２】
前記操作量のばらつきを、厚み調整手段の操作量とこれに隣接する厚み調整手段の操作量との差の絶対値に基づいて算出することを特徴とする請求項１記載のシートの製造方法。
【請求項３】
シートの幅方向の厚み分布を測定する厚み測定手段によって測定される幅方向各部の測定値に基づいて、前記厚み調整手段への操作量を与えるようにした制御装置であって、前記複数個の厚み調整手段に加えられる操作量のばらつきおよび所望の厚み分布と測定値との偏差を含む所定の評価関数の極値を与える操作量変化分を求める操作量変化算出手段と、その出力に基づいて前記厚み調整手段に出力する操作量を算出する操作量出力値算出手段とを備えていることを特徴とするシートの厚み制御装置。
【請求項４】
シートの幅方向の各部の厚み分布の測定値を入力するステップと、前記各部の厚みの目標値と前記測定値との差値を算出するステップと、前記各部の差値に基づいて厚み調整手段に出力する操作量を算出するステップとをコンピュータに実行させるプログラムであって、前記操作量を算出するステップは、前記厚み調整手段に出力される操作量のばらつきおよび前記各部の差値を含む所定の評価関数の極値を与える操作量変化分を算出するステップを含んでいることを特徴とするプログラム。
【請求項５】
請求項４に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルムなどのシートの製造方法およびシートの厚み制御装置ならびにプログラムおよび記憶媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラスチックフィルムなどのシートの製造は、次のようなプロセスにより行われている。  図２は、一般的なシートの製造設備全体概略構成を示す図であり、図３は、図２に示す口金４の要部拡大斜視図である。
【０００３】
このシートの製造設備は、重合体を押し出す押出機３と、押し出された重合体をシート状に成形する口金４、前記シート状に成形された重合体（以下シート１という）を冷却する冷却ロール５、シート１を縦横方向に延伸する延伸機２、延伸されたシート１を巻き取る巻取機６を備えている。口金４は、シート１の幅方向（図２の紙面に垂直な方向）に配列されたＮ個（Ｎ：２以上の整数）の厚み調整手段１０と重合体を吐出する間隙１１を備えている。厚み調整方式としては、厚み調整手段１０にはヒートボルトを用い、これらのボルトの温度を変化させてボルトを熱膨張、収縮させることにより口金４の間隙１１を調整するヒートボルト方式や、厚み調整手段１０にリップヒーターを用い、重合体の温度を変化させて重合体の粘性率の変化により口金４から吐出される重合体の吐出量を変えることによりシート１の厚みを調整するリップヒーター方式を用いることができる。さらにこのシートの製造設備は、シートの幅方向における厚み分布を測定する厚み測定器８と、この厚み分布に基づいて厚み調整手段１０を制御する制御手段９を備えている。厚み制御手段は、通常、ＰＩ制御やＰＩＤ制御といった汎用の制御が用いられたり、本出願人による特願２００１−２８８４０１号に開示された制御手法のようないわゆる現代制御などの制御手法を用いたものが使われる。厚み測定器８としては、β線、Ｘ線、紫外線、赤外線の吸収式や光干渉を利用したもの等、任意の厚み測定器を用いることができる。これらは、多くの場合、シートの幅方向に往復スキャンすることで幅方向の厚み分布を測定することができる。
【０００４】
制御手段９は、上記シート１の幅方向の厚み分布と目標とする厚み分布との差値に基づいて、操作量を演算し、厚み調整手段１０に出力する。ここで操作量とは、各厚み調整手段を駆動するために供給されるエネルギーであり、用いる厚み調整手段によって熱量や電力量などである。一例として各厚み調整手段の操作量の幅方向分布をグラフで表すと、図７のように表される。ここで、隣接する厚み調整手段との操作量差の大小を「操作量のばらつき」と定義する。例えば、各厚み調整手段の操作量をグラフで表している図７および図９において、凸凹が小さい図７のような場合は操作量のばらつきが小さい、逆に凸凹が顕著である図９のような場合は操作量のばらつきが大きいという。
【０００５】
ところで、前記口金４は、シートの幅方向に一体型のリップを備えた構成となっており、各厚み調整手段の操作量の変化に応じて対応する間隙１１が調整されるようになっているが、隣接する厚み調整手段間で操作量の差が過度に大きい場合、さらに操作量差を大きくしてもリップの剛性に抗して厚み調整手段が動作できなくなるため、対応する間隙がもはやこの操作量変化に応じて変化しなくなる現象が発生する。すなわち、操作量変化と間隙の変化の比を「間隙の追従性」と定義すると、この現象は図５に示すように、隣接する厚み調整手段間の操作量差が比較的小さいと間隙の追従性は一定値に保持されるが、操作量差が大きくなると間隙の追従性は低下していく現象が生ずる。
【０００６】
上記の現象によって間隙の追従性が低下すると、口金において、操作量が間隙の形状変化に及ぼす影響が相対的に小さくなり、間隙の調整能力が低下し、シートの厚み制御精度が低下する。
【０００７】
このように操作量がばらついて、間隙の追従性が低下したときの影響について、図９と図１０を用いて説明する。図９は厚み調整手段の操作量分布の一例を示した図で、図１０は図９の操作量分布に対応した厚み分布を示した図である。図９に示すように隣接する厚み調整手段間の操作量の差が全幅に渡って大きくなり、操作量のばらつきが大きくなってしまうと、図１０に示すように、シート厚み分布に固定的な厚みムラが発生してしまい、厚み品質が低下する。従って、厚み調整時間の経過とともに隣接する厚み調整手段における操作量の差が過度に大きくなることを避けるため、制御の応答性を犠牲にして操作量変化が鈍くなるように設定せざるを得なく、制御性に支障をきたしていた。また、一旦操作量の差が大きくなってしまうと、オペレータが手動で操作量を補正したり、生産を一時中断して操作量の出力値をリセットしなければならず、歩留まりが悪くなる原因となっていた。
【０００８】
上記の操作量のばらつきが大きくなる問題に対しては、シート厚みの制御中に、隣接する厚み調整手段の操作量の差が一定以上大きくなった場合に、当該厚み調整手段に出力する操作量を修正して平準化、つまり隣接する厚み調整手段に出力される操作量の差を小さくする方法がある。
【０００９】
特許文献１に記載の発明は、当該厚み調整手段とその両隣の厚み調整手段の操作量の加重平均値を、当該厚み調整手段に出力する操作量とし、前記操作量の差が所定上限値以下になるまで上記操作を繰り返すことを特徴としている。また、特許文献２に記載の発明は、操作量の差が一定値以内になるように修正し、しかもその修正によるシート厚み分布の変化が極小化するように修正することを特徴としている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−３２９１４７号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開２００２−２２５１１６公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、シートを所望の厚みにするための操作量演算後、操作量を平準化するための演算が実施されており、平準化するための演算は所定の判定基準に合致し、ばらつきが許容範囲を超えたときのみ実行され、判定基準に合致しない場合は何ら平準化する演算は行われず、予め操作量のばらつきを抑制する機能を有していない。また、平準化演算は操作量演算の後に実施させる二次的な演算であるため、平準化する場合としない場合とでシートの厚みへ及ぼす影響が異なり、結果として厚み品質の経時変化が現れ、厚み品質のばらつきが生じる原因となる。
【００１３】
そこで本発明は、上記従来の技術で発生するこれらの問題点を解決し、操作量がばらつくことを防止し、連続して安定生産を実現することができるようにしたシートの製造方法、シートの厚み制御装置、その主要な演算をコンピュータに実行させるプログラムおよびその記憶媒体を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明のシートの製造方法は、複数個の厚み調整手段を備えたダイを用いて原料を押し出し、成形してシートとなすとともに、そのシートの幅方向における厚み分布を測定し、この測定値に基づいて前記厚み調整手段に加える操作量を求め、この操作量を前記厚み調整手段に出力してシートの厚み分布が所望の厚み分布となるように制御するシートの製造方法であって、前記複数個の厚み調整手段に加えられる操作量のばらつきおよび所望の厚み分布と測定値との偏差を含む所定の評価関数の極値を与える操作量変化分を求め、これに基づいて求めた操作量を前記厚み調整手段に出力することを特徴とするものである。
【００１５】
前記操作量のばらつきを、厚み調整手段の操作量とこれに隣接する厚み調整手段の操作量との差の絶対値に基づくことが好ましい形態である。
【００１６】
また、上記課題を解決するための、本発明のシートの製造装置は、シートの幅方向の厚み分布を測定する厚み測定手段によって測定される幅方向各部の測定値に基づいて、前記厚み調整手段への操作量を与えるようにした制御装置であって、前記複数個の厚み調整手段に加えられる操作量のばらつきおよび所望の厚み分布と測定値との偏差を含む所定の評価関数の極値を与える操作量変化分を求める操作量変化算出手段と、その出力に基づいて前記厚み調整手段に出力する操作量を算出する操作量出力値算出手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、上記課題を解決するためのプログラムは、シートの幅方向の各部の厚み分布の測定値を入力するステップと、前記各部の厚みの目標値と前記測定値との差値を算出するステップと、前記各部の差値に基づいて厚み調整手段に出力する操作量を算出するステップとをコンピュータに実行させるプログラムであって、前記操作量を算出するステップは、前記厚み調整手段に出力される操作量のばらつきおよび前記各部の差値を含む所定の評価関数の極値を与える操作量変化分を算出するステップを含んでいることを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も本発明の特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をプラスチックフィルムの製造に適用した実施形態例について図を引用しながら説明する。
【００２０】
本実施形態のシートの製造設備の基本構成は図２および図３に示した一般的なシートの製造設備と同様であり、ここでは詳しい説明を省略する。また、対応する部材には同一の参照符号を付す。
【００２１】
制御手段９は、まず、厚み計８で測定した厚みのシート幅方向分布測定データを入力して、これから厚み調整手段１０ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎは厚み調整手段の数）に対応する位置のシート厚み測定値ｙｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を求める。次に各操作点に対応するシート厚み測定値から後述する演算方法によって各操作点毎の操作量ｕｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を決定し、これらを一定周期で厚み調整手段１０ｉに出力する。厚み調整手段がヒートボルト方式の場合、操作量は図示しないパワーユニットからボルトに付設したヒータに供給される電力量である。他の方式でも通常はなんらかの電力が供給されて厚み調整手段１０が動作することが多い。この各操作点毎に出力される操作量ｕｉによってギャップ１１の幅が調整され、シートは所望の厚み分布に制御管理される。
【００２２】
さて、ｉ番目の厚み調整手段１０ｉに出力する操作量ｕｉと厚み測定値ｙｉは、ベクトルと行列を用いて次のような数式関係で記述することができる。
2004262114.tif 000003
ここで、
2004262114.tif 000004
【００２３】
【数１】
2004262114.tif 000005
【００２４】
とする。式２のベクトルＹは、Ｎ個の厚み測定値ｙｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を表し、式３のベクトルＵはＮ個の操作量ｕｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）を表したものであり、以下の説明では厚み測定値、操作量ともにベクトルを用いて説明する。式４の行列Ａは、厚み調整手段に操作量を加えたとき、その影響がシート厚みへどのように及ぶかを示すＮ×Ｎ正方行列である。
【００２５】
以下に本形態における、シートの各厚み調整手段へ出力する操作量の演算方法について、図１と図４を用いて詳しく説明する。図１は、制御手段９によって厚み分布測定値から操作量出力値が算出され、厚み調整手段に出力される一連の演算フローを示した図であり、図１は厚み調整手段９の構成を示した図である。
【００２６】
制御手段９は、図１の演算フローに従って上記で求めた厚み測定値からそれぞれの厚み調整手段１０ｉに対応する操作量を算出する手段であり、図４に示すように操作量変化算出手段９ａと、操作量出力値算出手段９ｂとを備えている。操作量変化算出手段９ａは操作量出力値算出手段９ｂに操作量をどれだけ変更すべきかを指令する役割を果たす。操作量出力値算出手段９ｂは、操作量変化算出手段９ａで算出された操作量変化分を指令値として受け取り、所定の制御アルゴリズムによって厚み調整手段１０に出力すべき操作量を演算する。この演算は最適制御や適応制御といった種々の制御アルゴリズムが適用できるが、ＰＩＤ制御などの汎用のものが経済的観点から好ましい。
【００２７】
以下、操作量変化算出手段９ａで実行される演算について詳細に説明する。現時点での厚み偏差ｇｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）として、操作量をΔｕｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）だけ変化させたとすると、予想される厚み偏差ｅｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）は
2004262114.tif 000006
から得られる。ここで、
2004262114.tif 000007
である。従って式５より、
2004262114.tif 000008
を最小にするΔＵが厚み偏差を小さくするのに必要な操作量変化を与えることがわかる。
【００２８】
しかし、式９を最小化するΔＵをそのまま操作量出力値算出手段９ｂに指令しても、操作量のばらつきの程度を何ら手当する効果がない。隣接する厚み調整手段との操作量差の大小を「操作量のばらつき」と定義していたが、ここで、操作量のばらつき程度を表す指標を、隣り合う厚み調整手段の操作量差の２乗和Ｒ２とする。Ｒ２を数式で表すと、
2004262114.tif 000009
となる。さらに上式は、
【００２９】
【数２】
2004262114.tif 000010
【００３０】
を用いて表現し直すと、
2004262114.tif 000011
と表すことができる。ここで、
2004262114.tif 000012
とする。式１３のＵは操作量変化ΔＵを加える前の操作量を表している。
【００３１】
本発明者らは、式９および式１２の値を小さくする操作量変化ΔＵによって、シートの厚み分布を所望の厚み分布に近づけ、なおかつ操作量のばらつきを小さくすることができることを発見し、次式で示される評価関数Ｊを極小とする操作量変化分ΔＵを求める方法を見出した。
2004262114.tif 000013
ただし、ｗは操作量のばらつきを評価関数Ｊにどの程度加味するかを調整するパラメータである。ｗ＝０とすると、操作量のばらつきを全く考慮しない操作量変化ΔＵを算出することを意味し、ｗを大きくしていくにつれ、厚み分布を所望の厚み分布に近づけるよりも操作量のばらつきを小さくすることを重視した操作量変化ΔＵを算出することになる。評価関数Ｊを最小とする操作量変化ΔＵは、
【００３２】
【数３】
2004262114.tif 000014
【００３３】
を満たすので、
【００３４】
【数４】
2004262114.tif 000015
【００３５】
として操作量変化分ΔＵを求めることができる。なお、式１４におけるｗは、厚み調整中一定である必要はなく、シート製造開始時などシートの厚みが安定せず、シートの厚みをいち早く所定の厚みに近づける必要があるときは、ｗを小さくしておき、シートの厚みが安定してきた後、操作量のばらつきを抑えることを重視し、ｗを大きくするのは好ましい実施形態の一つである。
【００３６】
以上、操作量のばらつき程度を表す式として式１０を採用して説明したが、もちろん操作量のばらつきの定義は式１０に限定されるものではなく、隣接する厚み調整手段の操作量差を表すもので、例えば操作量差の絶対値の総和や操作量差の４乗和などでも良い。このような評価関数の極値を与える操作量変化に基づいて厚み調整手段を制御すると、厚み偏差を小さくするとともに操作量のばらつきを小さくするようになる。これは、制御実施中に行われるので、操作量のばらつきが大きく累積する前にこれを防止することができる。
【００３７】
なお、上記形態では、操作量変化算出手段と操作量出力算出値手段とを別に構成したが、これらの演算を一気に実行できる場合は、これに上記両手段が含まれていることになる。
【００３８】
また、制御手段９の各手段はコンピュータとそのメモリ上に展開されたプログラム等によって表現されており、かかるプログラムはＣＤ−ＲＯＭ等の有形記憶媒体や、有線または無線のネットワークを経由して流通される。
【００３９】
【実施例】
ここで、本発明を用いてポリエステルフィルムを製造した実施例について説明する。製造するポリエステルフィルムは厚さ７．０μｍ、製膜幅は４．０ｍ、製膜の最高速度は２００ｍ／分である。図２に示した製造設備を用い、厚み調整手段１０としてカートリッジヒーターを内蔵したボルトを熱的に膨張収縮させてギャップ１１を調整するヒートボルト方式を用い、４０個の厚み調整手段を有する口金４を用いた。この実施例においては操作量は、一定時間あたりにヒートボルトに熱量を加える時間の割合となる。厚み計８としては光の干渉現象を利用した光干渉式の厚さ計を使用した。この厚さ計は、フィルムの幅方向に９０秒の周期で往復スキャンしながら、フィルムの幅方向に対して２０ｍｍ間隔でフィルム厚みを測定する。また、厚さ計のスキャン周期毎に制御演算を行うこととした。また、操作量変化算出手段９ａのパラメータｗは０．１とし、操作量出力値算出手段９ｂはＰＩ制御を用いた。
【００４０】
製造開始前の操作量は、図５にグラフで示すとおりすべての調整手段で一律３０％であった。連続１０時間製造を続けた後の操作量は図７のようになり、操作量のばらつきが抑制されていることが確認できた。また、フィルム厚み分布は図８に示したように、厚みむらを抑制して安定したフィルム製造を継続することができた。
【００４１】
一方、比較のため制御手段９が操作量変化算出手段９ａを用いず、操作量出力値手段９ｂとしてＰＩＤ制御手段を用いたことのほかは上記実施例と同様にフィルムの製造を行った。１０時間経過後の操作量を図９に示した。著しく操作量の大きいあるいは、小さい箇所が現れ、操作量がばらつく結果となった。このときのフィルム厚み分布を図１０に示したが、厚み制御を実行しているにもかかわらず厚みむらが固定的に残っている部分が現れているのがわかる。また、操作量のばらつきにより、フィルムの厚みむらが厚み制御で改善しないのをオペレータが発見し、一旦製造を中止して顕著なばらつきを補正したため、製造を再開するまでに約１時間のロスを発生した。
【００４２】
以上から、本発明の技術を用いることで、シート厚みを所望の厚み分布にすると同時に、操作量のばらつきを抑制して連続制御が実現できることが確認できた。
【００４３】
なお、上記実施例においては、厚み調整手段としてヒートボルト方式のものを使用したが、本発明における目的に合致したものであれば特に限定はなく、例えば、サーボモータ等のアクチュエータやダイボルトを使用することも可能である。また、厚み調整手段の操作量を変化させる要素としては、熱量や電力量以外の条件、例えば、ダイボルトの回転角やヒータ温度としてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシート製造方法は、厚み偏差と操作量のばらつきとを含む評価関数の極値を与える操作量変化を算出することにより、隣接する厚み制御手段間の操作量の差が大きく累積する前にこれを予防するように制御するので、所望の厚みのシートを維持しながら連続して安定生産することを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例における、操作量算出のフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態例におけるシートの製造設備の全体概略構成を示す図である。
【図３】図２に示す口金の要部拡大斜視図である。
【図４】制御手段の詳細を示す図である。
【図５】制御手段の演算フローを示す図である。
【図６】製造開始前の各厚み調整手段の操作量出力値を示す図である。
【図７】連続１０時間製造後の各厚み調整手段の操作量出力値を示す図である。
【図８】連続１０時間製造後のフィルムの厚み分布を示す図である。
【図９】従来の技術により連続１０時間製造した後の各厚み調整手段の操作量出力値を示す図である。
【図１０】従来の技術により連続１０時間製造した後のフィルムの厚み分布を示す図である。
【符号の説明】
１：シート
２：延伸機
３：押出機
４：口金
５：冷却ロール
６：巻取機
７：搬送ロール
８：厚み計
９：制御手段
９ａ：操作量変化算出手段
９ｂ：操作量出力値算出手段
１０：厚み調整手段
１１：間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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