JP2000141447A - 複層フィルムの厚み制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 複層フィルムの各層の厚みが立ち上げ時、条
件変更時等の大きなプロセス変動に対して短時間で制御
でき、且つ各層の厚みが精度良く制御できる複層フィル
ムの厚み制御装置。 【解決手段】 溶融樹脂から複層フィルム５を成型する
ダイ１の厚み調整手段がダイの全幅に亘って各層別に配
設されたダイの所定幅毎の吐出量を操作する複数の調整
ユニットからなり、該各調整ユニットに対応する各測定
点で検出した各層厚みデータに基づいて所定の制御動作
により操作出力を演算し、該各調整ユニットに出力して
各層の厚みを制御する複数の制御ループからなる多点制
御手段により複層フィルムの各層の厚みを間欠制御する
複層フィルムの厚み制御装置において、各層毎に各調整
ユニットへの操作出力を同時に出力するようにしたこと
を特徴とする複層フィルムの厚み制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複層フィルム（シー
トとも呼ばれる）の厚み制御装置に関し、さらに詳しく
は、溶融樹脂からなるフィルムを成型するダイの厚み調
整手段が各層用毎にダイの全幅に亘って配設されたダイ
の所定幅毎の吐出量を操作する複数の操作端からなり、
該各操作端に対応する各測定点で検出した各層厚みに基
づいて所定の制御動作により制御出力を演算し、該各操
作端に出力して各層の厚みを制御する複数の制御ループ
からなる多点制御手段により複層フィルムの各層の厚み
を間欠制御する厚み制御装置において、条件変更時の大
きなプロセス変動時において厚みを短時間で安定化で
き、且つ各層の厚みが精度よく制御できる複層フィルム
の厚み制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フィルムに対し、異なる特性を持
つ樹脂層を積層して複層フィルムとして付加価値を高め
るニーズが高まっている。この場合、複層フィルムのト
ータル厚みのみならず、所定の機能を持つ層の幅方向厚
みを斑無く均一にコントロールすることが求められてい
る。また、複層フィルムで製造し、必要な処理後、各層
を剥離して製品の複数の単層フィルムを同時に生産する
方法が生産性向上面から行われるようになり、各層の精
度の良い厚み制御に対する要望が高まっている。

【０００３】ところで、フィルムの幅方向の厚みを所定
のプロフィールたとえば均一厚みに制御する厚み制御
は、単層フィルムに対しては、特公平６−７５９０６号
公報、特公平６−７５９０７号公報、特公平６−７５９
０８号公報等に記載の通り、これを形成する押出成形装
置、流延成形装置の広幅のダイの全幅に亘って配置され
た所定幅の吐出量が制御できる複数の操作端、具体的に
はヒーター、ギャップ調整具等からなる厚み調整手段の
それぞれをこれに対応する下流の各測定点で測定したフ
ィルムの厚みに基づいて制御する多数の制御ループから
なる多点制御手段による方法が一般的である。

【０００４】そして、その多点制御手段としては、各制
御ループは独立で、検出した厚みと目標値との偏差に周
知の制御動作のＰＩＤ（Ｐ、ＰＩを含む）の演算を施し
た結果を操作量として厚み調整手段に出力するＰＩＤ制
御が、構成の簡単な割には安定した効果が得られる点、
チューニングが容易である点等の理由により広く利用さ
れている。

【０００５】また、複層フィルムに対しては、特開昭６
３−１２０６２９号公報に、補助加熱装置とこれを冷却
する補助冷却装置を合流点より上流のポリマー流路の近
傍にダイの幅方向に配置し、各層厚みを均一にする複合
押出ダイが提案されている。そして、この公報には、厚
み検知器によって各層の幅方向の厚み斑分布情報すなわ
ちプロフィールを得てこれら装置の調整を自動制御する
ことが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来方法では、補助加熱装置のような操作端を操作し、
目的とする層の厚みが調整している間に他の層にも厚み
変化が起こるといった各層間で干渉が起こり、プロセス
の立ち上げ、条件変更等の大きなプロセス変動の場合に
目標のプロフィールに収束するのに非常に時間のかかる
問題があった。また、前述の通り、近年、複層フィルム
に対する各層の厚みへの要求の高度化の問題がある。本
発明はかかる問題の解決を目的としたもので、複層フィ
ルムの各層の厚みが立ち上げ時、条件変更時等の大きな
プロセス変動に対して短時間で制御でき、且つ各層の厚
みが精度良く制御できる複層フィルムの厚み制御装置の
提供を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために鋭意研究した結果、各層の各調整ユニッ
ト毎に順次演算される操作出力を各層毎に同時に各調整
ユニットに出力する事で、短時間で厚みが調整でき、ま
た制御精度も十分である事を見出し、なされたものであ
る。

【０００８】すなわち、本発明は、溶融樹脂から複層フ
ィルムを成型するダイの厚み調整手段がダイの全幅に亘
って各層別に配設されたダイの所定幅毎の吐出量を操作
する複数の調整ユニットからなり、該各調整ユニットに
対応する各測定点で検出した各層厚みデータに基づいて
所定の制御動作により操作出力を演算し、該各調整ユニ
ットに出力して各層の厚みを制御する複数の制御ループ
からなる多点制御手段により複層フィルムの各層の厚み
を間欠制御する複層フィルムの厚み制御装置において、
各層毎に各調整ユニットへの操作出力を同時に出力する
ようにしたことを特徴とする複層フィルムの厚み制御装
置である。

【０００９】ここで、間欠制御とは、周知の通り、サン
プル制御或いはディジタル制御とも言われるもので、所
定の制御周期で間欠的に制御する制御方式のことであ
る。以下、本発明の詳細を３層を積層した複層フィルム
の実施例により説明する。なお、本発明は、本実施例に
限定されないことはその趣旨から明らかである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に図を引用しながら本発明の
実施例を説明する。図１は、本発明の実施例を適用した
フィルム製造工程の概略説明図である。

【００１１】図に於いて、ダイ１は、前述の特開昭６３
−１２０６２９号公報等で公知の２層以上を積層した複
層フィルム５を押出成形する複合押出ダイを用いてお
り、具体的には表層１／芯層／表層２の３層の複層フィ
ルム５を押し出す構成のダイである。そして、図示省略
された押出機より溶融押し出された溶融樹脂がダイ１の
各層のマニホールドに供給されるようになっている。な
お、本例では、２台の押出機を用い、その１台から芯層
のマニホールドに、他の１台から分岐して表層１，２の
マニホールドに供給するようになっている。なお、図の
２，３は、合流前の表層、芯層の各流路に設けられた後
述する厚み制御装置の操作端であり、後述の通り公知の
ダイ幅方向に複数の調整ユニットを配置した厚み調整手
段を用いている。

【００１２】ところで、本発明の複層フィルムの層構成
としては、２層以上からなる複層フィルムである。そし
て、複層フィルム５の構成が２層であれば、各層の樹脂
はダイに供給される上流で合流され、ダイスリットより
押し出されても良いし、ダイ内で合流されても良いが、
ダイ内で合流させ、合流前に各層の操作端の厚み調整手
段により厚みを調整できるようになっている方が、制御
性が良い。３層以上であっても、同様の理由で各層の厚
みを制御するためにダイ１内で合流させる方が、制御性
がよい。従って、本例では前述のように、ダイ１内で合
流させる構成を採用している。

【００１３】本例の３層の複層フィルム５では、前述の
通り、表層用樹脂はダイ１内で芯層を挟み込むように合
流してダイ１のスリットから押し出される。そして、公
知のフィルム製造プロセスと同様に、押し出された複層
フィルム５は冷却ドラム４によって冷却固化され、延伸
工程６によって所定の延伸処理を施され、巻取装置９に
よって巻き取られる。

【００１４】上述のプロセスにおいて、本例の厚み制御
装置は以下のように構成されている。制御のための複層
フィルム５の各層の厚み測定は、図示のように延伸工程
６と巻取装置９の間で行なっている。しかし、延伸工程
前の未延伸の複層フィルム５で測定しても良い。

【００１５】各層の測定は以下のように行なっている。
すなわち、複層フィルム５の全層厚みすなわち総厚みと
表層１，２の厚みを測定し、芯層の厚みは総厚みから表
層１，２の厚みを差し引くことにより求める。

【００１６】この厚み測定器としては、複層フィルム５
の総厚の測定器は、測定可能なものであればいかなる方
式のものを用いてもよいが、本例では安定測定面から放
射線透過型厚み計７を用い、これでフィルム５の幅方向
に走査しながら測定することによってフィルム５の全幅
に亙って所定の測定点で測定するようにしている。

【００１７】複層フィルム５の表層１，２の厚み測定器
は、表層のみが測定できる隣接層との境界での反射光の
干渉を用いる光干渉型膜厚計８を用い、これによって放
射線透過型厚み計７と同様複層フィルム５の幅方向に走
査しながらその全幅に亙って所定の測定点で測定するよ
うにしている。このとき、放射線透過型厚み計７と表層
厚み計の光干渉型膜厚計８の位置は同期して走査するこ
とが芯層の厚みを求める上で好ましい。

【００１８】測定された各層の厚みデータは、その測定
点のフィルムの幅方向の位置データと共にコントローラ
１０に入力される。コントローラ１０は、図２に示すよ
うに、放射線透過型厚み計７と光干渉型膜厚計８からの
厚みデータを取り入れるプロセス入力インターフェース
部１０Ａと、入力された厚みデータと目標厚みから所定
の制御動作に基き目標厚みになるように出力すべき操作
量を演算する制御演算手段並び入力された全層の総厚み
データから表層の厚みデータを減ずることによって芯層
の厚みを求める芯層演算手段を実行する演算部１０Ｂ
と、演算に必要なメモリ部１０Ｃと、制御演算手段によ
って演算された操作量を出力するプロセス出力インター
フェース部１０Ｄと、モニタ、キーボード、マウス等か
らなる表示、設定等を行なう入出力部１０Ｅからなり、
コンピュータを用い、所定の制御周期で間欠制御する構
成としている。

【００１９】そして、コントローラ１０と操作端２，３
の間にコントローラ１０からの各層の操作量出力を一旦
記憶して各層毎に所定のトリガー信号によりその操作量
出力を同時に出力する操作出力記憶手段１１を設け、各
層の操作端２，３の各調整ユニットへその操作量出力を
設定された制御周期のタイミングで各層毎に同時に出力
するようにしてある。なお、本例では操作出力記憶手段
１１をコントローラ１０と別個に設けた構成を示した
が、コントローラ１０のプロセス出力インターフェース
部１０Ｄ等に統合しても良い。

【００２０】操作量記憶手段１１から各層同時に出力さ
れた操作量出力は図示されていない増幅装置を通してダ
イ１に取り付けられた厚み操作端２，３の各調整ユニッ
トに出力される。操作端２，３は、各層厚みをダイ幅に
沿って各部の流量を各層毎に調整できる調整ユニットを
幅方向に複数配置した厚み調整手段であればよく、公知
のものがそのまま適用できる。本発明では、各層操作端
の制御出力を同時に出力する点からも、表層の厚み操作
端２は、操作性、保全性、ダイの構造の簡易化の面か
ら、ヒーターを用いてダイリップ温度を変化させること
によって樹脂流量を調整する樹脂温度調整方式の厚み調
整手段が好ましい。また、芯層の厚み操作端３は、操作
性、保全性、ダイの構造の簡易化の面から、ヒートボル
トを用いてダイ内流路の開度を変化させることによって
流量を調整するヒートボルト方式の厚み調整手段が好ま
しい。従って、本例の操作端２，３には、夫々これらを
用いている。

【００２１】以上の構成により各層厚みは以下のように
制御される。図３に本例装置の基本制御動作のブロック
図を示す。すなわち、本例のコントローラ１０は、多点
制御手段として、各層の操作端２，３の各厚み調整ユニ
ット毎に各制御ループは独立であるとみなし、図３に示
すように、プロセスすなわち複層フィルム５の各層厚み
を操作端２，３の各調整ユニットに対応した各測定点で
検出した各厚みデータとその目標厚みとの偏差に制御演
算手段で周知の制御動作のＰ，ＰＩあるいはＰＩＤの制
御演算を施して得た結果を操作量として操作端２，３の
各厚み調整ユニットに出力してプロセスすなわち複層フ
ィルム５の各層厚みを制御する。なお、本例では、制御
動作としてＰＩＤ制御を、構成の簡単な割には安定した
効果が得られる点、チューニングが容易である点等の理
由から採用した。

【００２２】ところで、制御演算手段により各層毎の操
作端２，３の各調整ユニット毎に得られる操作量は操作
出力記憶手段１１に記憶され、各層毎に同時に操作端
２，３の各調整ユニットに出力する。ある層の厚み操作
による影響は他の層に必ず現れるが、同時に出力するこ
とによって、各層厚み変化が安定したときには各層のあ
る操作量出力パタンにおける各層の厚み変化の影響は終
わっており、各層厚みが安定するまでの時間が必要最小
限で押さえられるのである。このことによって、従来の
方式に比べて、非常に短時間で厚みを調整できる。

【００２３】以上の本発明において、複層フィルム５の
各層の樹脂の代表的な例としては、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などのポリエステ
ル、ポリオレフィンなどが挙げられる。また、これらの
共重合体混合体であって、他の添加剤などが含有された
ものであってもよい。以下に、本例の厚み制御装置を用
いたフィルムの製造例を説明する。

【００２４】

【製造例】図１の製造工程により、以下の通りフィルム
製造を行なった。表層１／芯層／表層２の３層の複層フ
ィルム５を製膜し、表層１，２はそれぞれ同じ樹脂を用
いた。表層１，２は、ポリエステル原料として酢酸カリ
ウムをジカルボン酸成分に対し１２ｍｍｏｌ％、平均粒
子径０．９μｍのカオリンを０．３ｗｔ％添加した固有
粘度が０．６０のポリエチレンテレフタレートのペレッ
トを用い、これを１７０℃で３時間乾燥した後、押出機
に供給し、２８０℃で溶融押出した。

【００２５】一方、芯層用は、ポリオレフィン原料とし
てアナターゼ型チタンを１．０ｗｔ％と３，５−ジカル
ボキシベンゼンスルホン酸テトラ−Ｎ−ブチルホスホニ
ウムを０．０５ｗｔ％含有させたポリプロピレン（溶融
温度Ｔｍ：１５２℃、メルトフローレイト：５ｇ／１０
分、エチレン共重合ポリプロピレン、エチレン含有比３
ｍｏｌ％）のペレットを用い、１００℃で１時間乾燥し
た後、別の押出機に供給し、ポリエチレンテレフタレー
トと同様の温度２８０℃で溶融押出した。

【００２６】各々の溶融ポリマーをダイ１内部で合流さ
せ、ポリエチレンテレフタレート／ポリプロピレン／ポ
リエチレンテレフタレートの３層積層構造とした後、口
金から吐出させ、次いで２０℃に保たれた冷却ドラム４
に静電荷を印加しながら巻き付けることにより冷却固化
させて３層の未延伸複層フィルム５とした。なお、ダイ
１の表層用の操作端２には３０個の調整ユニットを、芯
層用の操作端３には２９個の調整ユニットを幅方向に配
設したものを用いた。

【００２７】この未延伸複層フィルム５の幅方向の長さ
は４５０ｍｍであり、これを延伸工程６で、加熱ロール
に接触させて８０℃に加熱した後、長手方向に３．６倍
延伸し、ネックイン現象のために幅方向の長さが４２０
ｍｍとなったものを直ちに２０℃まで冷却し、続いて横
方向にテンター式横延伸装置を用いて９０℃で３．９倍
延伸した後、１２０℃で熱処理を施し、室温まで冷却し
た後、エッジ部をトリムし幅方向の長さ１４００ｍｍと
した複層フィルム５を巻取装置９で巻取り速度５０ｍ／
ｍｉｎで巻き取った。

【００２８】かくして得られた二軸延伸複層フィルム５
は、表層のポリエチレンテレフタレート層の平均厚みが
１．５μｍ、芯層のポリプロピレン層の平均厚みが５μ
ｍであった。

【００２９】該フィルムを製造する際、前述の通り、放
射線透過型厚み計７により全層の厚みを、また、光干渉
膜厚計８により両表層の厚みを、延伸工程６と巻取装置
９の間でオンライン測定した。

【００３０】なお、放射線透過型厚み計７としては、β
線厚み計を用いた。また、光干渉型膜厚計８としては、
以下の構成のものを用いた。すなわち、ハロゲンランプ
の光を光ファイバーを通してフィルムに照射し、反射し
た光を同軸の光ファイバーで分光光度計（大塚電子
（株）製ＭＣＰＤ−２０００を使用）に導きそのときに
発生する光干渉波形をフーリエ変換して厚みの成分に分
解し、最大のピークをとる厚みをフィルム表面の厚みと
する構成である。

【００３１】また、β線のヘッドのフィルムの幅方向位
置と光ファイバーのフィルムの幅方向位置は同期して走
査しており、幅方向においては同じ時刻に同じ場所で測
定できるようにした。

【００３２】目標厚みを各層とも幅方向に均一として、
表層１，２は１．５μｍ、芯層を５μｍを設定して、コ
ントローラ１０で前述の通りＰＩＤ制御により自動制御
を行なった。この際、前述の通り、操作端２，３の各調
整ユニットには各層毎に操作量を同時に一斉出力した。
なお、制御周期は１０分で行なった。

【００３３】操作端の形態やポリマーの種類によって各
層の厚み変化における時定数が異なるが、各層毎に操作
出力を同時に出力することによって、各層の幅方向の操
作出力遅れによる幅方向の相互干渉がなくなり、時定数
が最長となる層の制御周期で制御を行う事によって各層
厚みプロファイルを効率よく調整できた。

【００３４】具体的には、各層厚みにおける厚み斑のば
らつきが制御しない場合に２０％であり、この状態で制
御を開始し、品質管理幅のばらつきが５％以内に入るま
での時間が従来の方法では８時間費やしていたものが、
本制御装置で製膜した結果、２時間で厚み斑のばらつき
を５％以内に収束させることができ、かつこの範囲に安
定した制御ができた。このように、本制御装置によれ
ば、大きなプロセス変動に対して短時間で安定化でき、
かつ制御精度も十分であることが確認された。

【００３５】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、制御装
置に操作端の各調整ユニットに操作出力を各層毎に同時
に出力するようにする簡単な構成変更をするのみで、従
来の多点制御手段で複層フィルム各層の厚みを調整する
のに非常に多くの時間を費やしていたのに対し、短時間
で目標品質である厚みに制御でき、歩留まりを飛躍的に
向上できる効果が得られる。このように、本発明は複層
フィルムの生産性向上、品質向上に大きな寄与をなすも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例を適用したフィルム製
造工程の概略説明図である。

【図２】図２は、実施例のコントローラのブロック図で
ある。

【図３】図３は、実施例の基本制御動作のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ ダイ ２ 表層の操作端 ３ 芯層の操作端 ４ 冷却ドラム ５ フィルム ６ 延伸工程 ７ 放射線透過型厚み計 ８ 光干渉型膜厚計 ９ 巻取装置 １０ コントローラ １１ 操作出力記憶手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 司 神奈川県相模原市小山３丁目37番19号 帝 人株式会社相模原研究センター内 Ｆターム(参考） 4F207 AG01 AG03 AP11 AR14 KA01 KA17 KB22 KL76 KM06 KM15

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融樹脂から複層フィルムを成型するダ
   イの厚み調整手段がダイの全幅に亘って各層別に配設さ
   れたダイの所定幅毎の吐出量を操作する複数の調整ユニ
   ットからなり、該各調整ユニットに対応する各測定点で
   検出した各層厚みデータに基づいて所定の制御動作によ
   り操作出力を演算し、該各調整ユニットに出力して各層
   の厚みを制御する複数の制御ループからなる多点制御手
   段により複層フィルムの各層の厚みを間欠制御する複層
   フィルムの厚み制御装置において、各層毎に各調整ユニ
   ットへの操作出力を同時に出力するようにしたことを特
   徴とする複層フィルムの厚み制御装置。
2. 【請求項２】 各層毎に操作出力を一旦保持する操作出
   力保持手段を設け、該操作出力保持手段に操作出力を一
   旦保持して、所定の制御周期で操作端に同時に出力する
   ようにした請求項１に記載の複層フィルムの厚み制御装
   置。