JP2005088347A - フィルムの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 厚み計の厚み測定誤差がある場合に起こる製品ロールの外径形状不良と、厚み計の厚み測定誤差がない場合に起こる製品ロールの外径形状不良とを区別し、良好な外径形状の製品ロールが得られるようにするフィルムの製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】 溶融樹脂を口金４から吐出したフィルムを原反ロール１０に巻き上げる際、フィルムの幅方向の厚み分布を測定し、その厚み分布の測定値に基づき口金４の幅方向の吐出量分布を調整してフィルムの厚みを制御するフィルムの製造方法において、原反ロールの外径形状データ２１と、厚み分布の測定値から予想した原反ロール外径の予想形状データ２２とを比較し、その差分データ２３から得られる補正データ１９を厚み分布測定値１８に加算した補正後厚み分布データ２０に基づき口金４の吐出量分布を調整することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明はフィルムの製造方法及び装置に関し、さらに詳しくは、巻こぶや巻しわのない優れた平滑性を有する製品ロールの取得を可能にするフィルムの製造方法及び装置に関する。

一般にフィルムの製膜工程は、口金から溶融樹脂をシート状に吐出し、それを延伸して延伸フィルムにしてロール状の原反ロールに巻き取るように構成されている。そして、延伸フィルムはロール状に巻き取られる直前に厚み計で幅方向の厚み分布が測定され、その厚み分布の測定値に基づいて口金から吐出する溶融樹脂の幅方向の吐出量分布を調整して、フィルムの厚み分布を均一にするようにしている。

しかるに、近年、ユーザーからは、単にフィルム１枚１枚が平滑である（即ち、厚み斑がないこと）ばかりでなく、フィルムを巻き取った製品ロールも表面に巻こぶや巻しわがなく、外径形状が均一で滑らかであることが強く望まるようになっている。このような要望に応えるためには、フィルム１枚１枚の平滑性をさらに一層強化することが必要になってきている。

しかし、フィルムの厚み測定値には、例えば放射線透過型厚み計では厚み計の走行フレームの歪みに起因する誤差や、光干渉式厚み計ではフィルムの配向角に起因する誤差などの厚み計に固有の誤差が含まれているため、厚み測定値が平滑に見えても、実際のフィルムの厚みは平滑でなく厚み斑が残っているということがある。したがって、このフィルムの厚み斑がロール状に巻き取られて積層されることにより、製品ロールになったとき大きな形状不良になって現れるという問題がある。

このような製品ロールの形状不良を防止する対策として、特許文献１には、巻取り直前のフィルムの厚み分布の測定と共に、製品ロールの外径形状（幅方向の外径の分布）を測定し、その外径形状の実測値と目標とする外径形状との偏差分を上記厚み分布の測定値にフィードバックして修正することにより、口金の幅方向の吐出量分布を調整する方法が提案されている。

しかし、この提案の方法では、厚み計の厚み測定誤差によりフィルムに厚み斑が生じ、それが原因で製品ロールの外径形状が不良になっているのか、厚み計の厚み測定誤差はないが、製膜状態の変動等でフィルムに厚み斑が生じて製品ロールの外径形状が不良になっているのか、区別することが出来ない。厚み計に厚み測定誤差がある場合には、製品ロールの外径形状不良はフィードバックする必要があるが、厚み計に厚み測定誤差がない場合には、通常の厚み制御によってフィルム厚みを平滑にすることで製品ロールの外径形状不良は解消されるのでフィードバックする必要がない。かえって、フィードバックすることにより、余分に口金の吐出量分布の調整をすることになるので、製品ロールの外径形状を悪化させてしまうという懸念がある。
特開２００１−３０３３９号公報

本発明の目的は、上記のような問題を改善し、厚み計の厚み測定誤差がある場合に起こる製品ロールの外径形状不良と、厚み計の厚み測定誤差がない場合に起こる製品ロールの外径形状不良とを区別して、常に良好な外径形状の製品ロールが得られるようにするフィルムの製造方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のフィルムの製造方法は、溶融樹脂を口金から吐出したフィルムを原反ロールに巻き上げる際、前記フィルムの幅方向の厚み分布を測定し、その厚み分布の測定値に基づき前記口金の幅方向の吐出量分布を調整して前記フィルムの厚みを制御するフィルムの製造方法において、前回以前の巻取り周期における原反ロールの外径形状データと、当該巻取り周期での前記厚み分布の測定値から予想した原反ロール外径の予想形状データとを比較し、その差分データから得られる補正データを前記厚み分布測定値に加算した補正後厚み分布データに基づき前記口金の吐出量分布を調整することを特徴とするものである。

また、上記製造方法において、前記原反ロールの外径形状データは、好ましくは該原反ロールを任意の幅に複数個にスリットした製品ロールの各外径形状値を繋ぎ合わせて得るようにするとよい。

また、本発明のフィルムの製造装置は、溶融樹脂を口金から吐出したフィルムを原反ロールに巻き上げる巻取り工程に、前記フィルムの幅方向の厚み分布を測定する厚み計を設け、該厚み分布の測定値に基づき前記口金の幅方向の吐出量分布を調整して前記フィルムの厚みを制御する口金制御装置を設けたフィルムの製造装置において、前記原反ロールの外径を測定する外径形状測定器を設け、前記口金制御装置が該外径形状測定器で測定した前回以前の巻取り周期における原反ロールの外径形状データと、当該巻取り周期での前記厚み計で測定した厚み分布の測定値から予想した原反ロール外径の予想形状データとを比較し、その差分データから得られる補正データを前記厚み分布測定値に加算した補正後厚み分布データに基づき前記口金の吐出量分布を調整するように構成したことを特徴とするものである。

本発明のフィルムの製造方法及び装置によれば、フィルムの厚み分布の測定と共に、原反ロールの外径形状を測定し、これを予想値の外径形状と対比した偏差分を厚み分布測定値にフィードバックしてフィルムの厚み制御をするものではあるが、その予想形状データを求める基礎として、従来技術のように固定の目標形状ではなく、フィルムの厚み分布の測定値を使用するので、厚み計の厚み測定誤差がある場合に起こる製品ロールの外径形状不良と、厚み計の厚み測定誤差がない場合に起こる製品ロールの外径形状不良とを区別することが可能になり、そのため常に良好な外径形状の製品ロールを得ることができる。

本発明を図に示す実施形態を参照して具体的に説明する。

図１は本発明に使用されるフィルム製膜工程の一例を示す。

熱可塑性樹脂は押出機１で溶融され、先端のギアポンプ２で定量されながらフィルター３を経て口金４に供給され、その口金４からシート状に押し出される。押し出された溶融樹脂シートは、冷却ロール５で冷却固化されたのち延伸工程で縦延伸機６により長さ方向に縦延伸され、さらに横延伸機７で横方向に横延伸されて延伸フィルム８に形成され、次いで巻取り工程で巻き上げられて原反ロール１０が得られる。

次いで、原反ロール１０はスリット工程に送られ、そこでオシレーションと呼ばれる操作で幅方向に揺動しながら幅方向に複数にスリットされ、幅広の原反ロール１０が複数の幅狭の製品ロール１１に分離する。このオシレーションによるスリット操作は、必ずしも原反ロール１０の巻き取り後である必要はなく、製膜工程の巻取り工程で実施して直接複数の製品ロール１１を得るようにしたものでもよい。

上記原反ロール１０の巻取り工程には、延伸フィルムを巻き取る直前に厚み計９が設けられている。厚み計９は延伸フィルム８の幅方向に走査することによりフィルムの厚み分布を測定し、その厚み分布のデータを口金制御装置１３へ送信する。その口金制御装置１３は、口金４の幅方向の吐出量分布を制御するようになっている。厚み計としては特に限定されるものではないが、好ましくは放線線透過型厚み計や光干渉式厚み計を使用するとよい。

複数に分割されたスリット後の製品ロール１１は、その幅方向の外径分布が外径形状測定器１２で測定されるようになっている。外径形状測定器１２は、原反ロール１０から分離された複数個の製品ロール１１の幅方向の外径分布をそれぞれ測定し、これら複数の製品ロールから得られた外径形状データ（幅方向の外径分布データ）を繋ぎ合わせて、原反ロール幅方向の外径形状データ（以下、原反形状データという。）を作り、この原反形状データを口金制御装置１３へ送信するようになっている。

上記原反形状データとしては、複数個の製品ロールに分離する前の原反ロール１０の幅方向外径分布を直接測定するという方法もある。しかし、原反ロールには、製品ロールと比較して、積層フィルム間に多量に空気が含まれているので、製品ロールでは見られる外径形状不良が原反ロールでは現れないという特異性がある。したがって、最終的な製品である製品ロールの外径形状不良を修正する目的としては、製品ロールの外径形状データを繋ぎ合わせたものを原反形状データとして使用することが望ましい。

口金制御装置１３は、上記製膜工程における原反ロール１０の巻取り工程に設けた厚み計９から送信されるフィルムの厚み分布データと、上記外径形状測定器１２から得られる原反形状データとに基づいて、口金３の幅方向の吐出量分布調整量を計算し、その計算結果に基づいて口金３の調整機構を操作して、延伸フィルム８及び製品ロール１１の両方を平滑な状態にする。

次に、図２のブロック図を参照することにより、口金制御装置１３において行なう本発明のフィルム厚み制御方法のフローを説明する。

口金制御装置１３は、厚み計９から送られてきた厚みデータ１８（フィルム幅方向の厚み分布データ）に、後述する補正データ１９を加算して補正後厚みデータ２０を作成する。そして、補正後厚みデータ２０と目標プロファイルデータ２４とを厚み制御部１４に入力し、補正後厚みデータ２０を目標プロファイルデータ２４に近づけるように操作量を演算し、その操作量に基づいて口金４から吐出する溶融樹脂の幅方向の吐出量分布を制御する。

また、補正データ１９は以下のように求められる。補正後厚みデータ２０を原反予想形状作成部１５に入力し、この原反予想形状作成部１５において、この補正後厚みデータ２０で巻き上げられたと仮想して、補正後厚みデータの値を積算することにより原反予想形状データ２２を作成する。次に、この原反予想形状データ２２と外径形状測定器１２から送られてくる原反形状データ２１とを差分データ作成部１６に入力し、この差分データ作成部１６において原反形状データ２１の値から原反予想形状データ２２の値を引き、さらにその差分値をフィルム１枚当たりの差分値に換算した差分データ２３を作成する。作成した差分データ２３を補正データ作成部１７に入力し、その補正データ作成部１７において前回の補正データの値に差分データの値を加算して新しい補正データ１９を作成する。そして、前述したように厚みデータ１８の値に新しい補正データ１９の値を加算して、次の新しい補正後厚みデータ２０を作成する。

このようにして実施される口金制御装置１３の制御を，さらに図３の時系列で表わしたプロファイル図を使用して具体的に説明する。

図３は、時刻Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ７〜Ｔ８の各時間毎に１個づつ原反ロールを巻き上げるときの厚みデータ１８（１８ａ〜１８ｄ）、補正データ１９（１９ａ〜１９ｄ）、補正後厚みデータ２０（２０ａ〜２０ｄ）、原反形状データ２１（２１ａ〜２１ｄ）、原反予想形状データ２１（２１ａ〜２１ｄ）、差分データ２３（２３ａ〜２３ｄ）のプロファイルを示している。

厚みデータ１８（１８ａ〜１８ｄ）、補正後厚みデータ２０（２０ａ〜２０ｄ）については厚み計９がフィルムを横切る度に更新されるので、上から古い順にプロファイルを並べている。また、説明を簡単にするために目標プロファイルデータは平坦であるとする。また、Ｔ１〜Ｔ２，Ｔ３〜Ｔ４，Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ７〜Ｔ８の各時間は、それぞれ１個の原反ロールを巻き取っている時間であり、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８の順に時間が経過している。

先づ、時刻Ｔ１〜Ｔ２の時間における各データのプロファイルを説明する。

初期状態での補正データ１９ａの値は全て０で、時刻Ｔ１〜Ｔ２間での各厚みデータ１８ａは全て平坦であるとする。厚みデータ１８ａと補正データ１９ａを加算して補正後厚みデータ２０ａを作成すると、補正後厚みデータ２０ａも全て平坦なプロファイルとなるので、時刻Ｔ１〜Ｔ２間の補正後厚みデータ２０ａを積算・移動平均した原反予想形状データ２２ａは平坦なプロファイルとなる。また、時刻Ｔ１〜Ｔ２間の製膜によって巻き取られた原反の原反形状データ２１ａは中央部が凸のプロファイルになったとする。原反形状データ２１ａの値から原反予想形状データ２２ａの値を引き、フィルム１枚当たりに換算した差分データ２３ａは中央部が凸のプロファイルとなる。すなわち、これが厚み計の測定誤差分となっている。

次に、時刻Ｔ３〜Ｔ４に時間における各データのプロファイルを説明する。

前回の補正データ１９ａに差分データ２３ａが加算され、新しい補正データ１９ｂは中央部が凸のプロファイルとなる。巻き初めのうちは、厚みデータ１８ｂは平坦なプロファイルであるから、補正データ１９ｂを加算した補正後厚みデータ２０ｂは中央部が凸のプロファイルとなる。補正後厚みデータ２０ｂの中央部が凸であるから厚み制御部１４において中央部の凸を平坦にするような操作量が口金４へ出され、時間の経過とともにフィルム中央部の厚みは薄くなっていく。巻き終わり頃には、厚みデータ１８ｂは中央部が凹のプロファイルとなり、補正データ１９ｂを加算した補正後厚みデータ２０ｂは平坦なプロファイルとなる。補正後厚みデータ２０ｂが平坦になると厚み制御部１４からの操作量はそのまま維持されてフィルムの厚みを保つようになる。時刻Ｔ３〜Ｔ４間の製膜によって巻き取られた原反の原反形状データ２１ｂも、補正後厚みデータ２０ｂを積算・移動平均した原反予想形状データ２２ｂも中央部が凸のプロファイルとなる。原反形状データ２１ｂの値から原反予想形状データ２２ｂの値を引いた差分データ２３ｂは平坦なプロファイルとなっている。すなわち、厚み計の測定誤差分が補正されたことを示す。

さらに時刻Ｔ５〜Ｔ６における各データのプロファイルを説明する。

差分データ２３ｂが平坦であるから、新しい補正データ１９ｃは前回の補正データ１９ｂと同じで中央部が凸のプロファイルとなる。巻き初めのうちは、厚みデータ１８ｃは中央部が凹のプロファイルであるから、補正データ１９ｃを加算した補正後厚みデータ２０ｃは平坦なプロファイルとなり、厚み制御部１４からの操作量はそのまま維持されて、フィルムの厚みを保つ。したがって、この状態が巻き終わりまで続くので、時刻Ｔ５〜Ｔ６間での各厚みデータ１８ｃは全て中央部が凹のプロファイルであり、各補正後厚みデータ２０ｃは全て平坦なプロファイルとなる。時刻Ｔ５〜Ｔ６間の製膜によって巻き取られた原反の原反形状データ２１ｃも、補正後厚みデータ２０ｃを積算・移動平均した原反予想形状データ２２ｃも平坦なプロファイルとなり、差分データ２３ｃは平坦なプロファイルとなる。以後、製膜が安定していれば時刻Ｔ５〜Ｔ６の状態が維持され、外径形状の平滑な原反ロールを得ることができる。

時刻Ｔ６以降（時刻Ｔ７〜Ｔ８）に何らの原因で製膜状態に変化が生じて、フィリム右端部の厚みが厚くなった場合の各データのプロファイルについて説明する。

補正データ１９ｄは中央部が凸のプロファイルままである。巻き初めのうちは、厚みデータ１８ｄは中央部が凹で右肩上がりのプロファイルであるから、補正データ１９ｄを加算した補正後厚みデータ２０ｄは右肩上がりのプロファイルとなる。補正後厚みデータ２０ｄが右肩上がりであるから、厚み制御部１４において右端を平坦にするような操作量が口金４へ出され、時間の経過とともにフィルム右端部の厚みは薄くなっていく。巻き終わり頃には、厚みデータ１８ｄは中央部が凹で右端が平坦なプロファイルとなり、補正データ１９ｄを加算した補正後厚みデータ２０ｄは平坦なプロファイルとなる。

補正後厚みデータ２０ｄが平坦になると、厚み制御部１４からの操作量はそのまま維持されてフィルムの厚みを保つようになる。時刻Ｔ７〜Ｔ８間の製膜によって巻き取られた原反の原反形状データ２１ｄも、補正後厚みデータ２０ｄを積算・移動平均した原反予想形状データ２２ｄも右肩上がりのプロファイルとなる。その結果、差分データ２３ｄは平坦なプロファイルとなり、以後の補正データも補正データ１９ｄと同じままとなる。

つまり、時刻Ｔ１〜Ｔ２間のように原反形状データ２１ａと原反予想形状データ２２ａに差がある。すなわち、補正後厚みデータ２０ａが実際のフィルム厚みを反映していない場合には補正データ１９ａを変更する必要があるが、時刻Ｔ７〜Ｔ８間のように原反形状２１ｄと原反予想形状２２ｄに差がない場合、すなわち補正後厚みデータ２０ｄが実際のフィルム厚みを反映している場合には、いずれ厚み制御部１４の操作によって補正後厚みデータが平坦になれば製品ロールの外径形状は平滑になるので、補正データ１９ｄを変更する必要がない。

ここで原反形状２１ｄのみを使用して右肩上がりの差分データを作成し、補正データ１９ｄを更新してしまうと、補正が効き過ぎてしまい、時間の経過につれて原反形状データが右肩下がりのプロファイルとなり、製品ロールの外径形状を悪化させてしまうことになる。本発明では、原反形状データと厚みデータに基づいて予想した原反予想形状データとの差で差分データを作成するようにしているので、このように製品ロールの外径形状を悪化させることはない。

上述した本発明の実施形態では、延伸フィルムの製膜工程の場合について説明したが、本発明は未延伸フィルムの製膜工程にも適用することができ、未延伸フィルムを厚み計で測定することで同じ制御を行うことが出来る。また、外径形状測定器１２において各製品ロール１１の外径形状データを繋ぎ合わせて原反形状データを作成し、その原反形状データを口金制御装置１３へ送信しているが、外径形状測定器１２から口金制御装置１３へ各製品ロール１１の外径形状データを送信し、口金制御装置１３においてその外径形状データを繋ぎ合わせて原反形状データを作成するようにしてもよい。

図１に示す製膜装置を使用し、厚み計９にβ線を線源とする放射線透過型厚み計を使用し、外径形状測定器１２に接触式変位計を使用して、本発明のフィルムの厚み制御方法により厚み約１４μｍのポリエステル延伸フィルムを製膜した。図４は、この製膜工程で得られた補正データ更新前後（時刻Ｔ１〜Ｔ２の製膜と時刻Ｔ３〜Ｔ４の製膜）の原反ロール幅方向の外径分布である原反形状データと原反予想形状データとを示す。

時刻Ｔ１〜Ｔ２の製膜工程（補正データ更新前）における原反形状データ２４ａと原反予想形状データ２５ａとを比較すると、原反形状データ２４ａの方が中央部で約１００μｍ厚く、右端部で約１００μｍ薄くなっており、原反形状データ２４ａのＲ値（最大外径と最小外径との差）は２９０μｍであった。

この原反形状データ２４ａと原反予想形状データ２５ａとの差を差分データとして、補正データを更新した時刻Ｔ３〜Ｔ４の製膜工程（補正データ更新前）における原反形状データ２４ｂと原反予想形状データ２５ｂとを比較すると、両者の外径形状はほぼ一致しており、原反形状データ２４ｂのＲ値は１７０μｍに改善された。

本発明に用いたフィルム製造工程の一例を示す概略図である。 図１のフィルム製造工程に設けた口金制御装置の制御ループを示すブロック図である。 本発明におけるフィルム厚み制御状態を示すプロファイル図である。 本発明の実施例の結果を示すプロファイル図である。

符号の説明

１ 押出機
２ ギアポンプ
３ フィルター装置
４ 口金
５ 冷却ドラム
６ 縦延伸機
７ 横延伸機
８ 延伸フィルム
９ 厚み計
１０ 原反
１１ 製品ロール
１２ 外径形状測定器
１３ 口金制御装置
１４ 厚み制御部
１５ 原反予想形状作成部
１６ 差分データ作成部
１７ 補正データ作成部
１８，１８ａ〜１８ｄ 厚みデータ
１９，１９ａ〜１９ｄ 補正データ
２０，２０ａ〜２０ｄ 補正後厚みデータ
２１，２１ａ〜２１ｄ 原反形状データ
２２，２２ａ〜２２ｄ 原反予想形状データ
２３，２３ａ〜２３ｄ 差分データ
２４ａ 補正データ更新前の原反形状データ
２４ｂ 補正データ更新後の原反形状データ
２５ａ 補正データ更新前の原反予想形状データ
２５ｂ 補正データ更新後の原反予想形状データ

Claims (4)

1. 溶融樹脂を口金から吐出したフィルムを原反ロールに巻き上げる際、前記フィルムの幅方向の厚み分布を測定し、その厚み分布の測定値に基づき前記口金の幅方向の吐出量分布を調整して前記フィルムの厚みを制御するフィルムの製造方法において、
   前回以前の巻取り周期における原反ロールの外径形状データと、当該巻取り周期での前記厚み分布の測定値から予想した原反ロール外径の予想形状データとを比較し、その差分データから得られる補正データを前記厚み分布測定値に加算した補正後厚み分布データに基づき前記口金の吐出量分布を調整することを特徴とするフィルムの製造方法。
2. 前記原反ロールの外径形状データを、該原反ロールを任意の幅に複数個にスリットした製品ロールの各外径形状値を繋ぎ合わせて得るようにする請求項１に記載のフィルムの製造方法。
3. 溶融樹脂を口金から吐出したフィルムを原反ロールに巻き上げる巻取り工程に、前記フィルムの幅方向の厚み分布を測定する厚み計を設け、該厚み分布の測定値に基づき前記口金の幅方向の吐出量分布を調整して前記フィルムの厚みを制御する口金制御装置を設けたフィルムの製造装置において、
   前記原反ロールの外径を測定する外径形状測定器を設け、前記口金制御装置が該外径形状測定器で測定した前回以前の巻取り周期における原反ロールの外径形状データと、当該巻取り周期での前記厚み計で測定した厚み分布の測定値から予想した原反ロール外径の予想形状データとを比較し、その差分データから得られる補正データを前記厚み分布測定値に加算した補正後厚み分布データに基づき前記口金の吐出量分布を調整するように構成したフィルムの製造装置。
4. 前記原反ロールの外径形状データを、該原反ロールを任意の幅に複数個にスリットした製品ロールの各外径形状値を繋ぎ合わせて得るようにする請求項３に記載のフィルムの製造装置。
   

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