(57)【要約】【課題】製品ロールの形状がよいシートの製造方法を提供する。【解決手段】そのシートの幅方向の厚み分布の測定値に基づいて厚み調整手段の各々に対する操作量を演算し、操作量に基づいて所定の離散的な値をとる出力候補値のいずれかを出力値として厚み調整手段に出力して厚み分布を制御するに際し、出力の各回の前記操作量と前記出力値との差の積算値の絶対値が小さくなるように出力値を決定する。【選択図】  図４
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【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重合体をシート状に押し出し、成形して所望の厚みのシートとなすとともに、そのシートの幅方向の厚み分布を測定し、測定値に基づいて前記厚み調整手段の各々に対する操作量を演算し、該操作量に基づいて所定の離散的な値をとる出力候補値のいずれかを出力値として前記厚み調整手段に出力して前記シートの幅方向の厚み分布を制御するシートの製造方法であって、出力の各回の前記操作量と前記出力値との差の積算値の絶対値が小さくなるように前記出力値を決定することを特徴とするシートの製造方法。
【請求項２】
前記厚み調整手段の各々に対する操作量のうちｊ番目の厚み調整手段に対応するｎ（ｎ≧１）回目の操作量Ｘｊｎ、該操作量に基づく出力値Ｙｊｎに対して、前記所定の出力候補値の間隔を２ε（ε＞０）としたとき、
【数１】
2004358829.tif 000009
を満たすようにＹｊｎを決定することを特徴とする請求項１に記載のシートの製造方法。
【請求項３】
複数個の厚み調整手段を備えたダイを用いて重合体をシート状に押し出してなしたシートの幅方向の厚み分布の測定値に基づいて前記厚み調整手段の各々に対する操作量を演算する操作量演算手段と、該操作量演算手段の出力に基づいて所定の離散的な値をとる出力候補値のいずれかを出力値として前記厚み調整手段に出力する操作量量子化手段と、を備えたシートの厚み制御装置であって、前記操作量量子化手段は、出力の各回の前記操作量と前記出力値との差の積算値の絶対値が小さくなるように前記出力値を決定するものであることを特徴とするシートの厚み制御装置。
【請求項４】
前記操作量量子化手段は、前記厚み調整手段の各々に対する操作量のうちｊ番目の厚み調整手段に対応するｎ（ｎ≧１）回目の操作量Ｘｊｎ、該操作量に基づく出力値Ｙｊｎに対して、前記所定の出力候補値の間隔を２ε（ε＞０）としたとき、
【数２】
2004358829.tif 000010
を満たすようにＹｊｎを決定するものであることを特徴とする請求項３に記載のシートの厚み制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルムなどシートの製造方法およびシートの厚み制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１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２は、図１に示す口金の要部拡大斜視図である。（特許文献１、特許文献２参照）
押出機２より押し出された重合体は、口金３から口金幅方向に押し出されてシート１が成形される。シート１は、延伸機５により縦（シート走行方向）、横方向（シート幅方向すなわち紙面に垂直な方向）に延伸されて、巻取機６に巻き取られる。巻き取られたシートは所定の幅、長さにスリットされて複数の製品ロールとなる。
【０００３】
シート１が巻取機６で巻き取られる前に、厚み測定器７によって、シート１の幅方向の厚みを測定する。
【０００４】
制御手段（厚み制御装置）８は、上記シート１の厚み測定値に基づいて、図２の厚み調整手段１０を制御し、シートの厚みを調整する。制御手段８は、目標とする厚み値と測定値の差に基づいて厚み調整手段１０を制御すべき操作量を演算し、演算した操作量を操作手段９に出力する。操作手段９は制御手段８から出力された出力値に従って厚み調整手段１０を操作する。
【０００５】
厚み調整手段１０は、口金３に幅方向に等間隔に複数個配設されており、シートの厚みを調整する手段としては、厚み調整手段１０にヒートボルトを用い、これらのボルトに操作手段９より電力を与えて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３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、これらのヒーターに操作手段９より電力を与えて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３から押し出される重合体の押し出し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や、ボルトに結合したステッピングモータを操作手段９によって回転させて口金３の間隙１１を調整するモータ方式などがある。
【０００６】
これら厚み調整手段１０の実際に出力可能な出力値（出力候補値）は厚み調整手段１０または操作手段９の構造的制約によって決まる最小分解能（最小出力値間隔）ごとに離散的な値をとる。例えば、ヒートボルト方式やリップヒーター方式の場合の電力の与え方として一般的な時間比例方式では、一定時間周期内で通電ＯＮ／ＯＦＦの割合を変化させて電力量を変化させるが、周波数５０Ｈｚの商用電源を用いる場合、ゼロクロス間隔である１０ｍｓｅｃ単位で通電ＯＮ／ＯＦＦする。したがって、一定時間周期を１０秒とした場合、最小分解能は１０ｍｓｅｃ／１０秒＝０．１％となる。また、モータ方式ではステッピングモーターの１ステップの角度でボルト回転の最小分解能が定められ、これが厚み調整手段の最小分解能となる。
【０００７】
このため、図３に示すように、制御手段８では操作量演算手段１２でｊ番目の厚み調整手段に対するｎ回目の操作量Ｘｊｎを演算し、これを操作量出力手段１３で厚み調整手段の出力候補値のいずれか最も操作量Ｘｊｎに近い値である出力値Ｙｊｎに丸めて操作手段９に出力し、厚み調整手段１０を操作する。
【０００８】
しかし、本発明者らの知見によれば、このようなシートの製造方法においては、厚み調整手段の最小分解能より小さな調整量を丸めて事実上無視するため誤差が累積することによって、シート幅方向にわずかな厚みムラが時間を経るにしたがって累積的に残り、これが積層されたシートロールにて図５に示すような巻きこぶ２２が発生することがある。
【０００９】
すなわち、シートの製造開始後長時間を経過してプロセスが安定するにしたがって、制御手段で演算する操作量の変化は徐々に減少し、やがて制御手段の出力が出力候補値の少し上または下の値をとることが続き、丸め操作は切り捨てまたは切り上げが連続するようになる。丸め操作による操作量と出力値の違いによって発生する厚みの誤差はシート１枚についてはわずかであるが、ロールを製造する間、切り捨てまたは切り上げが連続すると、シートが数千回〜数万回積層されたロールには巻きこぶが発生してしまうのである。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２５２０４４６号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平８−２６７５３６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の技術の上記問題点を解決し、長時間の安定した製膜プロセスにあっても形状が良好な製品ロールを製造することができるシートの製造方法および厚み制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数個の厚み調整手段を備えたダイを用いて重合体をシート状に押し出し、成形して所望の厚みのシートとなすとともに、そのシートの幅方向の厚み分布を測定し、測定値に基づいて前記厚み調整手段の各々に対する操作量を演算し、該操作量に基づいて所定の離散的な値をとる出力候補値のいずれかを出力値として前記厚み調整手段に出力して前記シートの幅方向の厚み分布を制御するシートの製造方法であって、出力の各回の前記操作量と前記出力値との差の積算値の絶対値が小さくなるように前記出力値を決定することを特徴とするシートの製造方法が提供される。
【００１４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記厚み調整手段の各々に対する操作量のうちｊ番目の厚み調整手段に対応するｎ（ｎ≧１）回目の操作量Ｘｊｎ、該操作量に基づく出力値Ｙｊｎに対して、前記所定の出力候補値の間隔を２ε（ε＞０）としたとき、
【００１５】
【数３】
2004358829.tif 000003
【００１６】
を満たすようにＹｊｎを決定することを特徴とするシートの製造方法が提供される。
【００１７】
また、本発明の別の形態によれば、複数個の厚み調整手段を備えたダイを用いて重合体をシート状に押し出してなしたシートの幅方向の厚み分布の測定値に基づいて前記厚み調整手段の各々に対する操作量を演算する操作量演算手段と、該操作量演算手段の出力に基づいて所定の離散的な値をとる出力候補値のいずれかを出力値として前記厚み調整手段に出力する操作量量子化手段と、を備えたシートの厚み制御装置であって、前記操作量量子化手段は、出力の各回の前記操作量と前記出力値との差の積算値の絶対値が小さくなるように前記出力値を決定するものであることを特徴とするシートの厚み制御装置が提供される。
【００１８】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記操作量量子化手段は、前記厚み調整手段の各々に対する操作量のうちｊ番目の厚み調整手段に対応するｎ（ｎ≧１）回目の操作量Ｘｊｎ、該操作量に基づく出力値Ｙｊｎに対して、前記所定の出力候補値の間隔を２ε（ε＞０）としたとき、
【００１９】
【数４】
2004358829.tif 000004
【００２０】
を満たすようにＹｊｎを決定するものであることを特徴とするシートの厚み制御装置が提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図を引用しながら本発明をプラスチックフィルムの製造方法に適用した実施形態例に基づいて説明する。
【００２２】
繰り返し説明するが、図１は、一般的なシートの製造設備の全体概略構成を示す図であり、図２は、図３に示す口金３の要部拡大斜視図である。
【００２３】
このシートの製造設備は、重合体を押し出す押出機２と、押し出された重合体をシート状に成形する口金３、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４、シート１を縦横方向に延伸する延伸機５、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３は、シート１の幅方向（図の紙面に垂直な方向）に配列された多数の厚み調整手段１０と重合体を吐出する間隙１１を備えている。さらにこのシートの製造設備は、シートの幅方向に厚み分布を測定する厚み測定器７と、前記厚み分布に基づいて厚み調整手段を制御する制御手段８、制御手段からの出力値にしたがって厚み調整手段１０を操作する操作手段９を備えている。
【００２４】
厚み測定器７としては、β線、Ｘ線、紫外線、光干渉式を利用したもの等、任意の厚み測定器を用いることができ、所望の周期でシートの幅方向に対して走行しながら一定間隔で測定することが望ましい。
【００２５】
制御手段８は厚み計７での厚み測定値およびあらかじめ定められた目標厚み値に基づいて、それぞれの厚み調整手段を操作すべき量、すなわち操作量を演算する。操作量を演算する方法としては、ＰＩＤ制御またはＰＩ制御や数学的モデルを利用した現代制御に基づく演算方法を用いることができる。
【００２６】
また、操作量を演算する前に厚み測定値と目標厚み値との差である偏差データに対してフィルタ処理を行うことが好ましい。すなわち、厚み測定値には、厚み調整手段の配置間隔よりも細かい厚み分布や、厚み調整手段の応答よりも速く変化する厚み分布が含まれており、これらは厚み調整手段を操作しても調整できないため、あらかじめ取り除いておくことで余計な調整操作を防ぐことができる。フィルタ処理としては、シートの幅方向と同じ方向に移動平均処理することや、現時点以前の偏差データとの間で荷重平均処理する手法などを用いることができる。
【００２７】
さらに、シートの幅方向に配設された厚み調整手段１０の数は、前記偏差データの数と異なる場合が多い。このような場合は、前記フィルタ処理された偏差データから、各厚み調整手段に対応するデータを採取する。このとき、各々の厚み調整手段１０と偏差データの対応関係を予め求めておくことが望ましい。
【００２８】
制御手段（厚み制御装置）８で演算された操作量は、厚み調整手段１０の最小分解能に丸めた出力値として操作手段９に出力される。ここで、厚み調整手段１０の最小分解能とは前述のように厚み調整手段固有の分解能と、制御手段固有の分解能（区別して出力可能な静的な値（出力候補値）の最小間隔）と、操作手段固有の分解能との効果をあわせて現実に得られる出力の分解能に相当する厚み調整手段の出力候補値の間隔をいう。同様に、制御手段の最小分解能は、厚み調整手段の最小分解能に対応する制御手段の出力候補値の間隔をいう。したがって、厚み調整手段固有の最小分解能、制御手段固有の分解能および操作手段固有の分解能の組み合わせによって、制御手段等の最小分解能がその時の出力値によって変動することもあり得る（たとえば、操作手段がディジタル回路を用いたもののため出力が離散的であり、厚み調整手段がステッピングモーターを用いたものなので出力が離散的であり、それぞれの固有の最小分解能が１：Ｎ（Ｎは自然数）の関係にない場合などがある）。また、厚み調整手段等の非線形性などに起因する変動もあり得る。
【００２９】
操作手段９は出力値に基づいて厚み制御手段１０の各々を操作する。厚み制御手段は、例えば口金３の対応する位置の間隙１１を変化させたり、リップの温度を変化させ、これによってシートの厚みを調整する。
【００３０】
次に本実施形態における出力値の決定方法について、図４を用いて説明する。
【００３１】
制御手段８は、上記のように厚み測定値に基づいてｊ番目の厚み調整手段に対するｎ回目（ｎ≧１）の操作量Ｘｊｎを演算する操作量演算手段１２と、厚み調整手段の最小分解能に丸めた出力値Ｙｊｎを出力する操作量出力手段１３、制御開始からの操作量Ｘｊｋと出力値Ｙｊｋ（ｋ＝１、…、ｎ−１）との差の積算値を記録する積算手段１４から構成され、
【００３２】
【数５】
2004358829.tif 000005
【００３３】
で表される操作量と出力値との差の積算値の絶対値Ｓが最小になるように出力値Ｙｊｎを決定する。本実施形態において、操作量出力手段１３と積算手段１４と操作手段９とをあわせたものが本発明の操作量量子化手段に該当する。
【００３４】
操作量出力の丸め（量子化）操作としていわゆる四捨五入を行う場合は、厚み調整手段の最小分解能を２εとして
【００３５】
【数６】
2004358829.tif 000006
【００３６】
もしくは上式を書き換えて
【００３７】
【数７】
2004358829.tif 000007
【００３８】
を満たす出力値Ｙｊｎを決定することが好ましい。
【００３９】
従来の出力値Ｙｊｎの決定方法では、操作量演算毎に操作量Ｘｊｎに対して丸め操作を行うため、丸め操作による切り上げまたは切り捨てが連続すると、丸め操作による誤差、すなわち操作量と出力値の差（Ｘｊｎ−Ｙｊｎ）の符号が同じになるため、その積算値の絶対値は徐々に大きくなる。このため、１回の丸め操作による誤差はシート厚みの誤差として無視できるほど小さいとしても、例えばロール１本分の製膜の間に数十〜数百回の丸め操作による誤差が積算されることで無視できない値になり、結果として巻きこぶが発生してしまう場合があった。
【００４０】
一方、本実施形態による出力値Ｙｊｎの決定方法では、丸め操作による誤差、すなわち操作量と出力値の差（Ｘｊｎ−Ｙｊｎ）の積算値の絶対値が最小になるように出力値Ｙｊｎを決定するため、丸め操作による切り上げまたは切り捨てが連続しても、その積算値の絶対値は厚み調整手段の最小分解能２εに対してε以下に押さえられ、結果として巻きこぶの発生を防止できる。
【００４１】
また、本発明によれば、厚み調整手段の最小分解能よりも実質的に小さな分解能で厚み調整手段を細かく制御できる。厚み調整手段の最小分解能を小さくするために、インバータ等を用いてゼロクロス時間間隔を１ｍｓｅｃ以下のように短くして分解能を高めるとか、厚み調整手段の厚み調整レンジを小さくして分解能を高めるといった工夫でも同様の効果を得ることができる。もちろん、本発明に加えて上記のような工夫を加えてもよい。しかしながら、インバータを用いる方式は、常時高い分解能を得ることができる反面、一般に商用電源を用いるよりも設備が高価になりやすい。厚み調整レンジを小さくすると製膜開始時の大きな厚みムラを調整できない可能性がある。したがって、本発明をこれらの工夫と組み合わせることは排除しないが、単独でも上記工夫にない特徴があるといえる。
【００４２】
【実施例】
ここで、本実施形態を用いてシートを製造した実施例について説明する。
【００４３】
図１に示すシートの製造設備を用いて、厚さ６．０μｍのポリエステルフィルムを製造した。製膜幅は４．８ｍ、製膜速度は製品部で１６０ｍ／分である。厚み調整手段１０は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、厚み制御に使用するヒートボルトの数は６０本とした。
【００４４】
ヒートボルトの加熱は時間比例方式を用い、周波数５０Ｈｚの商用電源を１０秒周期毎にゼロクロス間隔である１０ｍｓｅｃ単位で通電ＯＮ／ＯＦＦする。操作量は１０秒周期の内の通電ＯＮの時間の割合として演算し、この場合の最小分解能１０ｍｓｅｃ／１０秒＝０．１％単位に丸めた値を出力値として厚み調整手段１０に出力した。
【００４５】
厚み計８としては光の干渉現象を利用した光干渉式厚み計を使用した。この厚み計は、フィルムの幅方向に６０秒の周期でスキャンしながら、フィルムの幅方向に対して１０ｍｍ間隔でフィルム厚みを測定する。また、制御を行うタイミングは、厚み計のスキャン周期と同じ６０秒とする。また、操作量を演算する制御方式はＰＩ制御を用いた。
【００４６】
製膜が充分安定した後に制御ゲインを小さく（比例定数を小さく、積分時間を長く）した後に、最初に従来方法で一つの製品ロールを製造し、その後に本発明の方法を用いて別のロールを製造した。
【００４７】
表１に各ロールの製造中の制御回数毎の２３番ボルトの操作量（％）と出力値（％）を示す。従来方法では、演算した操作量に対して丸め操作によって全て切り捨てられた出力値になっているのに対し、本発明による方法では丸め操作による操作量と出力値との誤差が最小になるように、数回に１回の割合で切り上げられた出力値になった。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
製造したロールの外径プロファイルを測定した結果、従来方法で製造したロールは２３番ボルトに対応する位置に約２０μｍの巻きこぶがあったが、本発明による方法では５μｍ以下であった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によるシートの製造方法では、演算により得られた厚み調整手段への操作量と現実の出力値との差の積算値の絶対値が小さくなるように出力値を決定するので、実施例からも明らかなように、操作量を厚み調整手段の最小分解能へ丸める操作による誤差の積算によって発生する巻きこぶがなく、所望の外径プロファイルをもった製品ロールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例におけるシートの製造設備の全体概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す口金の要部拡大斜視図である。
【図３】従来方法による、操作量と出力値の関係を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態例による、操作量と出力値の関係を示すブロック図である。
【図５】巻きこぶが発生している製品ロールの側面図である。
【符号の説明】
１：シート
２：押出機
３：口金
４：冷却ロール
５：延伸機
６：巻取機
７：厚み計
８：制御手段
９：操作手段
１０：厚み調整手段
１１：間隙
１２：操作量演算手段
１３：操作量出力手段
１４：積算手段
２０：製品ロール
２１：紙管
２２：巻きこぶ
【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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