JP2008174355A - 張力制御装置及び張力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材をロールｔｏロール方式で搬送する際に、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速且つ正確に到達させるように制御する張力制御装置及び張力制御方法を提供する。
【解決手段】搬送される基材１０の張力の実測値（ＰＶ）と、実験などによって予め求めた基材１０の張力の目標値（ＳＶ）との張力偏差（ｅ）に基づいてＰＩＤ制御の制御周期及び各制御定数を切り替え（Ｓ３、Ｓ４）、張力を目標値へと到達させる為のＰＩＤ制御による制御量の演算処理を行い（Ｓ７）、算出された制御量に基づいてアウトフィードロール４の回転速度を変速することにより基材１０の張力の制御を行う（Ｓ８）ように構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、粘着テープ、粘着シート及び光学フィルム等の製造プロセスで長尺のフィルムまたはシート状部材等からなる基材を所謂ロールｔｏロール方式で搬送し、塗工、乾燥、延伸、ＵＶ処理、薬剤処理、巻替、ラミネート、スリット、カッティングなどを連続的に行う際に、搬送される基材に生じる張力を制御する張力制御装置及び張力制御方法に関する。

粘着テープ、粘着シート及び光学フィルム等の製造プロセスにおいては、複数のガイドロールを介してフィルムやシートを連続的に搬送し、処理装置内で各種フィルム処理を施した後、再びロール状にフィルムを巻き取る所謂ロールｔｏロール方式のフィルム搬送方法が用いられている。
ここで、上記処理を基材に対して行う場合には、搬送する基材の張力を処理に適した所定値（目標値）で一定に保つことが重要である。そこで、従来より搬送する基材の張力を制御する方法として、ダンサーロールによる制御、張力フィードバック制御或いはドロー制御等が用いられている（例えば、特開平１０−２３６７０７号公報参照）。
ここで、特に張力フィードバック制御は、基材を搬送する２つのロールの間に設置された張力検出器により基材に生じる張力を検出し、検出された張力を目標値へと導くようにロールの回転速度等を調整する張力制御である。

そして、上記張力フィードバック制御においては所謂ＰＩＤ制御が頻繁に使用される。ＰＩＤ制御とは、下記の式（１）に示すように、制御対象の目標値（ＳＶ）とプロセスでの実測値（ＰＶ）の偏差（ｅ）の現在値、過去からの積算値、変化率を用いて制御量（ＭＶ）を決定する制御方式である。
ＭＶ＝ＭＶＰ＋ＭＶＩ＋ＭＶＤ
＝（１００／ＰＢ）ｅ＋（１／ＴＩ）∫ｅｄｔ＋ＴＤ（ｄｅ／ｄｔ）・・・（１）

尚、上記の式（１）中のＰＢ、ＴＩ、ＴＤはそれぞれ比例帯、積分時間、微分時間と呼ばれる制御定数であり、左辺第１項の比例出力（ＭＶＰ）、第２項の積分出力（ＭＶＩ）及び第３項の微分出力（ＭＶＤ）を決定するパラメータとなる。
特開平１０−２３６７０７号公報（第３頁〜第４頁、図２〜図４）

ここで、搬送される基材の張力を制御する張力フィードバック制御時には、張力の現在値と目標値の偏差が短時間で無くなるように操作する必要がある。その為には、偏差が大きいときには比例出力を強くし、小さくなるに従って比例出力を弱め且つ積分出力を強くすることが望ましい。しかしながら、従来におけるＰＩＤ制御では、一般的に比例帯、積分時間、微分時間の各制御定数に関しては、張力の現在値と目標値の偏差に関わらず、固定の値が用いられていた。また、上記演算を実行する周期(制御周期)に関しても、張力の現在値と目標値の偏差に関わらず、固定の制御周期毎で実行されていた。

そして、従来のように固定の制御定数を用いた場合では、上記の式（１）において偏差が小さくなると比例出力は小さくなるものの、積分出力主体で制御する為には積分出力に対して比例出力を更に小さくする必要があった。即ち、偏差の減少に比例する以上に比例出力を弱くする為には、偏差にかかわらず一定の制御定数を用いて制御することには限界があった。
一方、制御周期に関しても、張力の現在値と目標値の偏差を短時間で無くす為には、偏差が大きいときは短周期で制御することが望ましいが、常に短周期で制御することとすると、偏差が小さい場合にはハンチングが発生することも見受けられた。

本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、長尺の基材をロールｔｏロール方式で搬送する際に、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速且つ正確に移行することが可能となり、且つハンチング等の不具合の発生を防止した張力制御装置及び張力制御方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本願の請求項１に係る張力制御装置は、ガイドロールの転動に伴って所定方向に搬送される長尺状の基材に生じる張力を検出する張力検出手段と、前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値と制御定数とに基づいて、前記ガイドロールによって搬送される前記基材に生じる張力を現在値から目標値に制御する為の制御量を所定の制御周期で出力する出力手段と、前記出力手段によって出力された制御量により前記ガイドロールによって搬送される前記基材に生じる張力を前記制御周期で制御する張力制御手段と、前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差に基づいて前記制御定数又は前記制御周期を切り替える切替手段と、を有することを特徴とする。

また、請求項２に係る張力制御装置は、請求項１に記載の張力制御装置において、前記張力制御手段は前記ガイドロールの回転速度を変速させることによって搬送される前記基材に生じる張力を制御することを特徴とする。

また、請求項３に係る張力制御装置は、請求項１又は請求項２に記載の張力制御装置において、前記出力手段は、前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差に比例した出力値を出力する比例出力手段と、前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差の積分値に比例した出力値を出力する積分出力手段と、を備え、前記切替手段は、前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より大きくなった場合には、前記比例出力手段の出力値が現在の出力値より大きくなるとともに前記積分出力手段の出力値が現在の出力値より小さくなるように前記制御定数を切り替え、前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より小さくなった場合には、前記比例出力手段の出力値が現在の出力値より小さくなるとともに前記積分出力手段の出力値が現在の出力値より大きくなるように前記制御定数を切り替えることを特徴とする。

また、請求項４に係る張力制御装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の張力制御装置において、前記切替手段は、前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より大きくなった場合には前記制御周期を現在の制御周期より短くなるように切り替え、前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より小さくなった場合には前記制御周期を現在の制御周期より長くなるように切り替えることを特徴とする。

また、請求項５に係る張力制御装置は、請求項３又は請求項４に記載の張力制御装置において、前記第１閾値及び第２閾値を時間の経過に伴って変更する閾値変更手段を有することを特徴とする。

また、請求項６に係る張力制御方法は、ガイドロールの転動に伴って所定方向に搬送される長尺状の基材に生じる張力を検出する検出ステップと、前記検出された張力の現在値と目標値と制御定数とに基づいて、前記ガイドロールによって搬送される前記基材に生じる張力を現在値から目標値に制御する為の制御量を所定の制御周期で出力する出力ステップと、前記出力された制御量により前記ガイドロールによって搬送される前記基材に生じる張力を前記制御周期で制御する制御ステップと、前記検出された張力の現在値と目標値との偏差に基づいて前記制御定数又は前記制御周期を切り替える切替ステップと、有することを特徴とする。

また、請求項７に係る張力制御方法は、請求項６に記載の張力制御方法において、前記制御ステップでは前記ガイドロールの回転速度を変速させることによって搬送される前記基材に生じる張力を制御することを特徴とする。

また、請求項８に係る張力制御方法は、請求項６又は請求項７に記載の張力制御方法において、前記出力ステップは、前記検出された張力の現在値と目標値との偏差に比例した出力値を出力する比例出力ステップと、前記検出された張力の現在値と目標値との偏差の積分値に比例した出力値を出力する積分出力ステップと、を備え、前記切替ステップでは、前記検出された張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より大きくなった場合には、前記比例出力ステップの出力値が現在の出力値より大きくなるとともに前記積分出力ステップの出力値が現在の出力値より小さくなるように前記制御定数を切り替え、前記検出された張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より小さくなった場合には、前記比例出力ステップの出力値が現在の出力値より小さくなるとともに前記積分出力ステップの出力値が現在の出力値より大きくなるように前記制御定数を切り替えることを特徴とする。

また、請求項９に係る張力制御方法は、請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の張力制御方法において、前記切替ステップでは、前記検出された張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より大きくなった場合には前記制御周期を現在の制御周期より短くなるように切り替え、前記検出された張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より小さくなった場合には前記制御周期を現在の制御周期より長くなるように切り替えることを特徴とする。

更に、請求項１０に係る張力制御方法は、請求項８又は請求項９に記載の張力制御方法において、前記第１閾値及び第２閾値を時間の経過に伴って変更する変更ステップを有することを特徴とする。

前記構成を有する請求項１に係る張力制御装置では、搬送される長尺状の基材に生じる張力の現在値を目標値となるように制御する際に、張力の現在値と目標値との偏差に基づいて制御定数又は制御周期を切り替えるので、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速且つ正確に移行することが可能となり、且つハンチング等の不具合の発生を防止することができる。

また、請求項２に係る張力制御装置では、ガイドロールの回転速度を変速させることによって搬送される基材に生じる張力を制御するので、基材の搬送経路を変更することなく搬送される基材に生じる張力を目標値へと移行することが可能となる。

また、請求項３に係る張力制御装置では、張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より大きくなった場合には、比例出力手段の出力値が大きくなるとともに積分出力手段の出力値が小さくなるように制御定数を切り替え、張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より小さくなった場合には、比例出力手段の出力値が小さくなるとともに積分出力手段の出力値が大きくなるように制御定数を切り替えるので、ＰＩＤ制御において偏差が大きいときには比例出力を強くし、小さくなるに従って比例出力を弱め且つ積分出力を強くすることが可能となる。従って、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速且つ正確に移行することが可能となる。

また、請求項４に係る張力制御装置では、張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より大きくなった場合には制御周期を現在の周期より短い周期へと切り替え、張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より小さくなった場合には制御周期を現在の周期より長い周期へと切り替えるので、ＰＩＤ制御において偏差が大きいときにはより短い間隔で制御を行い、小さくなるに従って制御間隔をより長くすることが可能となる。従って、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速に移行することが可能となるとともに、偏差が小さい場合にはハンチングの発生を防止することができる。

また、請求項５に係る張力制御装置では、第１閾値及び第２閾値を時間の経過に伴って変更するので、外乱等の制御を乱す要因があったとしても第１閾値及び第２閾値を変更することによって適切に制御内容を修正することが可能となる。

また、請求項６に係る張力制御方法では、搬送される長尺状の基材に生じる張力の現在値を目標値となるように制御する際に、張力の現在値と目標値との偏差に基づいて制御定数又は制御周期を切り替えるので、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速且つ正確に移行することが可能となり、且つハンチング等の不具合の発生を防止することができる。

また、請求項７に係る張力制御方法では、ガイドロールの回転速度を変速させることによって搬送される基材に生じる張力を制御するので、基材の搬送経路を変更することなく搬送される基材に生じる張力を目標値へと移行することが可能となる。

また、請求項８に係る張力制御方法では、張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より大きくなった場合には、比例出力ステップの出力値が大きくなるとともに積分出力ステップの出力値が小さくなるように制御定数を切り替え、張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より小さくなった場合には、比例出力ステップの出力値が小さくなるとともに積分出力ステップの出力値が大きくなるように制御定数を切り替えるので、ＰＩＤ制御において偏差が大きいときには比例出力を強くし、小さくなるに従って比例出力を弱め且つ積分出力を強くすることが可能となる。従って、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速且つ正確に移行することが可能となる。

また、請求項９に係る張力制御方法では、張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より大きくなった場合には制御周期を現在の周期より短い周期へと切り替え、張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より小さくなった場合には制御周期を現在の周期より長い周期へと切り替えるので、ＰＩＤ制御において偏差が大きいときにはより短い間隔で制御を行い、小さくなるに従って制御間隔をより長くすることが可能となる。従って、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速に移行することが可能となるとともに、偏差が小さい場合にはハンチングの発生を防止することができる。

更に、請求項１０に係る張力制御方法では、第１閾値及び第２閾値を時間の経過に伴って変更するので、外乱等の制御を乱す要因があったとしても第１閾値及び第２閾値を変更することによって適切に制御内容を修正することが可能となる。

以下、本発明に係る張力制御装置及び張力制御方法についてフィルム搬送装置に具体化した実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施形態に係るフィルム搬送装置１について図１に基づき説明する。図１は本実施形態に係るフィルム搬送装置１の要部を示す概略側面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るフィルム搬送装置１はインフィードロール２と、コーティングロール３と、アウトフィードロール４と、ロール駆動モータ５と、張力検出器６と、ダイ７と、張力制御部８とから基本的に構成される。
そして、フィルム搬送装置１は不図示の繰出装置から繰出されたフィルムやシート状部材等からなる基材１０を、インフィードロール２、コーティングロール３及びアウトフィードロール４に沿って連続的に搬送するとともに、ダイ７により基材１０に対して塗布液を塗布し、所定厚さの塗布膜が形成された基材１０をロール状に巻き取る不図示の巻取装置へと順次送出する。

ここで、インフィードロール２はサクションロール（吸引ロール）が用いられ、基材１０の一面に当接されてロール駆動モータ（図示せず）の駆動に伴って所定方向（図１では時計回り方向）に一定速度で回転駆動される。それによって、搬送する基材１０の主速度を生成する。

一方、コーティングロール３はダイ７に対向して配置されたローラであり、ダイ７のリップ面との間で所定間隔の間隙を形成する。また、コーティングロール３は回転軸を中心に回転自在に架台等に対して支持されており、基材１０はコーティングロール３に当接された状態で、コーティングロール３の転動に伴って形成された搬送経路に従って連続的に搬送される。

また、アウトフィードロール４は同じく基材１０の一面に当接されてロール駆動モータ５の駆動に伴って所定方向（図１では時計回り方向）に回転駆動される。尚、アウトフィードロール４の回転速度は、後述する張力検出器６で検出された基材１０に生じる張力の現在値と予め設定された目標値とに基づいて、搬送される基材１０に生じる張力の現在値が目標値へと近づくように張力制御部８により制御される。その結果、基材１０に生じる張力を適正な値に補正しつつ、当接された基材１０を巻取装置側へと搬送することが可能となる。

ロール駆動モータ５は、張力制御部８からの速度指示に従って所定の回転速度でアウトフィードロール４を回転駆動させる駆動手段である。

また、張力検出器６は搬送される基材１０に生じる現在の張力を検出する検出器である。そして、後述するように張力制御部８は張力検出器６の測定値に基づいて、アウトフィードロール４の回転速度を調整する。

また、ダイ７は、連続走行する基材１０の表面に対して塗布液を塗布することにより所定厚さの塗布膜を形成するスロットダイである。ここで、スロットダイを用いて基材１０に塗布液を塗布するスロットダイコーティングは、ダイ７内部にキャビティと呼ばれる液溜まりを有し、その液溜まりから通じる塗布幅方向に延びた狭い間隙（スリット）より塗布液が吐出されることで基材１０に塗布を行う塗布方法である。

また、張力制御部８はフィルム搬送装置１によって搬送される基材１０に生じる張力の制御を行う制御手段であり、回路基板上に配置され予め設定されたプログラムに従って制御動作を行うＣＰＵ、並びに記憶手段であるＲＯＭやＲＡＭ等を備える。
ＲＯＭには、各装置及びユニットの制御行うための各種プログラム、その他制御上必要な各種のデータが格納されている。そして、ＣＰＵは、かかるＲＯＭに記憶されている各種プログラムやデータに基づいて後述するＰＩＤ制御の制御量の算出（図５参照）等の各種演算を行うものである。また、ＲＡＭは、ＣＰＵで演算された各種データを一時的に記憶しておくメモリである。

次に、本実施形態に係るフィルム搬送装置１の特徴であるプロセス制御方法を図２に基づいて説明する。図２は本実施形態に係るフィルム搬送装置１の張力制御ブロック図である。

図２に示すように、本実施形態では実験などによって予め求めたフィルム搬送装置１で搬送される基材１０の張力の目標値（ＳＶ）と、フィルム製造開始に伴って張力検出器６により逐次に実測される基材１０の張力の実測値（ＰＶ）との張力偏差（ｅ）をコントローラ切り替え器１５に設定入力する。

コントローラ切り替え器１５は、入力された目標値と実測値との張力偏差を確認して、張力偏差が所定の閾値より大きいと判定すると、大偏差用ＰＩＤコントローラ１６へと切り替える。一方、張力偏差が閾値より小さいと判定すると、小偏差用ＰＩＤコントローラ１７へと切り替える。

ここで、張力偏差の閾値とは、ＰＩＤ制御に用いられる制御定数や制御周期を切り替える為の第１閾値及び第２閾値に相当し、図３に示すように予め決められた時間−閾値パターンに従い、時間経過と共に変化するパラメータである。具体的には、制御開始時では約１０Ｎであり、張力制御を開始してからの経過時間に伴って徐々に閾値を大きくする。特に、制御開始から３０分前後で閾値を大きく変化させ、最終的には約２０Ｎとする。

また、大偏差用ＰＩＤコントローラ１６と小偏差用ＰＩＤコントローラ１７では、それぞれに設定された個別の演算周期で、同じくそれぞれに設定された個別のＰＩＤパラメータ（制御定数）を用いて、制御出力（ＭＶ）が演算され、ロール回転コントローラ１８に対して出力される。

また、ロール回転コントローラ１８、ロール回転プロセス１９及び張力プロセス２０では、入力された制御出力に基づいてアウトフィードロール４の回転速度の設定値が求められる。更に、アウトフィードロール４の回転速度がその設定値となるようにロール駆動モータ５へ与えるトルク（電流値）を調整する。そして、ロール駆動モータ５の回転速度が変化することによりアウトフィードロール４のロール面の速度が変速し、基材１０に生じる張力が変化する。
以上の制御を所定の制御周期で繰り返し行うことによって、搬送される基材１０に生じる張力を目標値へと徐々に導くことができる。

続いて、大偏差用ＰＩＤコントローラ１６と小偏差用ＰＩＤコントローラ１７によるＰＩＤ制御の制御出力の演算処理の詳細について図４を用いて説明する。図４は本実施形態に係る大偏差用ＰＩＤコントローラ１６及び小偏差用ＰＩＤコントローラ１７のＰＩＤ制御ブロック図である。

ここで、大偏差用ＰＩＤコントローラ１６及び小偏差用ＰＩＤコントローラ１７では、目標値と実測値とから求まる張力偏差（ｅ）を利用し、図４に示す比例出力演算器２１、積分出力演算器２２、及び微分出力演算器２３でそれぞれの比例制御出力（ＭＶｐ）、積分制御出力（ＭＶｉ）、及び微分制御出力（ＭＶｄ）を求める。そして、これら求まる各制御出力の総和を制御出力（ＭＶ）として算出する。

具体的に、先ず大偏差用ＰＩＤコントローラ１６の演算処理について説明する。大偏差用ＰＩＤコントローラ１６の比例出力演算器２１では下記の式（２）を用いて比例出力（ＭＶｐ）を、積分出力演算器２２では式（３）を用いて積分出力（ＭＶｉ）を、微分出力演算器２３では式（４）を用いて微分出力（ＭＶｄ）を求め、式（５）により、これらの総和を制御出力（ＭＶ）として求める。また、演算を行う時間間隔の制御周期はＣＴ_Ｌである。
ＭＶｐ＝１００／ＰＢ_Ｌ×ｅ・・・（２）
ＭＶｉ＝１／ＴＩ_Ｌ×∫ｅｄｔ・・・（３）
ＭＶｄ＝ＴＤ_Ｌ×ｄｅ／ｄｔ・・・（４）
ＭＶ＝ＭＶｐ＋ＭＶｉ＋ＭＶｄ・・・（５）

次に、小偏差用ＰＩＤコントローラ１７の演算処理について説明する。小偏差用ＰＩＤコントローラ１７の比例出力演算器２１では下記の式（６）を用いて比例出力（ＭＶｐ）を、積分出力演算器２２では式（７）を用いて積分出力（ＭＶｉ）を、微分出力演算器２３では式（８）を用いて微分出力（ＭＶｄ）を求め、式（９）により、これらの総和を制御出力（ＭＶ）として求める。また、演算を行う時間間隔の制御周期はＣＴ_Ｓである。
ＭＶｐ＝１００／ＰＢ_Ｓ×ｅ・・・（６）
ＭＶｉ＝１／ＴＩ_Ｓ×∫ｅｄｔ・・・（７）
ＭＶｄ＝ＴＤ_Ｓ×ｄｅ／ｄｔ・・・（８）
ＭＶ＝ＭＶｐ＋ＭＶｉ＋ＭＶｄ・・・（９）

ここで、ＰＢ_Ｌ、ＰＢ_Ｓは比例帯、ＴＩ_Ｌ、ＴＩ_Ｓは積分時間、ＴＤ_Ｌ、ＴＤ_Ｓは微分時間の各制御定数を示している。また、各制御定数の大小関係はＰＢ_Ｌ＜ＰＢ_Ｓ、ＴＩ_Ｌ＞ＴＩ_Ｓである。更に、制御周期の大小関係はＣＴ_Ｌ＜ＣＴ_Ｓである。尚、ＴＤ_ＬとＴＤ_Ｓについては同じ値でも良い。

続いて、前記構成を有する本実施形態に係るフィルム搬送装置の基材１０の張力制御に係る各処理について図５に基づき説明する。図５は本実施形態に係るフィルム搬送装置１の特にアウトフィードロール４の回転速度を調整することにより、搬送される基材１０に生じる張力を目標値へと調整する張力制御プログラムのフローチャートである。尚、以下の図５にフローチャートで示されるプログラムは、張力制御部８が備えているＲＡＭやＲＯＭに記憶されており、ＣＰＵにより実行される。

図５に示すように先ず張力制御プログラムでは、ステップ（以下、Ｓと略記する）１において張力制御部８は、張力制御を開始してからの経過時間ｔに基づいて閾値Ａを設定する。ここで、閾値Ａは図３に示すように張力制御を開始してからの経過時間ｔに基づいて変化する。

次に、Ｓ２で張力制御部８は、実験などによって予め求めた搬送される基材１０の張力の目標値（ＳＶ）と、フィルム製造開始に伴って張力検出器６により逐次に実測される基材１０の張力の実測値（ＰＶ）との張力偏差（ｅ）が、前記Ｓ１で設定した閾値Ａ以上であるか否か判定される。

その結果、張力偏差（ｅ）が閾値Ａ以上であると判定された場合（Ｓ２：ＹＥＳ）には、Ｓ３へと移行する。一方、張力偏差（ｅ）が閾値Ａ未満であると判定された場合（Ｓ２：ＮＯ）には、Ｓ４へと移行する。

Ｓ３で張力制御部８は、図２に示すコントローラ切り替え器１５を大偏差用ＰＩＤコントローラ１６へと切り替え、制御周期としてＣＴ＝ＣＴ_Ｌを適用し、制御定数として比例帯ＰＢ＝ＰＢ_Ｌ、積分時間ＴＩ＝ＴＩ_Ｌ、微分時間ＴＤ＝ＴＤ_Ｌをそれぞれ適用する。

一方、Ｓ４で張力制御部８は、図２に示すコントローラ切り替え器１５を小偏差用ＰＩＤコントローラ１７へと切り替え、制御周期としてＣＴ＝ＣＴ_Ｓを適用し、制御定数として比例帯ＰＢ＝ＰＢ_Ｓ、積分時間ＴＩ＝ＴＩ_Ｓ、微分時間ＴＤ＝ＴＤ_Ｓをそれぞれ適用する。
その結果、張力偏差が前記Ｓ１で設定された閾値Ａより大きくなった場合には現在より比例出力が大きくなり且つ積分出力が小さくなるように制御定数が切り換わり、張力偏差が閾値Ａより小さくなった場合には現在より比例出力が小さくなり且つ積分出力が大きくなるように制御定数が切り換わる。
更に、張力偏差が前記Ｓ１で設定された閾値Ａより大きくなった場合には制御周期を現在の周期より短い周期（ＣＴ_Ｌ）へと切り替わり、張力偏差が閾値Ａより小さくなった場合には制御周期を現在の周期より長い周期（ＣＴ_Ｌ）へと切り替わる。

次に、Ｓ５では制御周期に従って前回に張力制御を行ってからの経過時間を示す経過時間タイマＮが制御周期ＣＴを経過したか否か判定される。尚、制御周期ＣＴは張力偏差（ｅ）が閾値Ａより大きい場合にはより短い周期であるＣＴ_Ｌとなり、制御周期ＣＴの張力偏差（ｅ）が閾値Ａより小さい場合にはより長い周期であるＣＴ_Ｓとなる。

そして、経過時間タイマＮが制御周期ＣＴを経過していないと判定された場合（Ｓ５：ＮＯ）には、制御周期ＣＴを経過するまで待機する。一方、経過時間タイマＮが制御周期ＣＴを経過したと判定された場合（Ｓ５：ＹＥＳ）には、搬送される基材１０に生じる張力の現在値を張力検出器６により測定する。

続いて、Ｓ７で張力制御部８は、前記Ｓ６で測定された基材１０の張力の実測値（ＰＶ）と、実験などによって予め求めた搬送される基材１０の張力の目標値（ＳＶ）と、前記Ｓ３又はＳ４で適用された各制御定数とに基づいて、張力を目標値へと到達させる為のＰＩＤ制御による制御量の演算処理が行われる。
前記Ｓ７の演算処理においては、前記したように張力偏差が前記Ｓ１で設定された閾値Ａより大きい場合には上記式（２）を用いて比例出力（ＭＶｐ）を、式（３）を用いて積分出力（ＭＶｉ）を、式（４）を用いて微分出力（ＭＶｄ）を求め、式（５）により、これらの総和を制御出力（ＭＶ）として算出する。
一方、張力偏差が前記Ｓ１で設定された閾値Ａより小さい場合には上記式（６）を用いて比例出力（ＭＶｐ）を、式（７）を用いて積分出力（ＭＶｉ）を、式（８）を用いて微分出力（ＭＶｄ）を求め、式（９）により、これらの総和を制御出力（ＭＶ）として算出する。

次に、Ｓ８で張力制御部８は、前記Ｓ７で算出された制御出力（ＭＶ）に基づいてアウトフィードロール４の回転速度の設定値を求め、更に、アウトフィードロール４の回転速度がその設定値となるようにロール駆動モータ５へ与えるトルク（電流値）を調整する。その結果、ロール駆動モータ５の回転速度が変化することによりアウトフィードロール４のロール面の速度が変速させ、基材１０に生じる張力を制御する。

そして、Ｓ９で張力制御部８は、制御周期に従って前回に張力制御を行ってからの経過時間を示す経過時間タイマＮをクリアする。その後、Ｓ１へと戻り、上記Ｓ１〜Ｓ９を繰り返し行うことによって制御周期毎にアウトフィードロール４の回転速度を変化させ、基材１０に生じる張力の実測値（ＰＶ）を目標値（ＳＶ）へと徐々に接近させる。
ここで、図６はフィルム搬送装置１で搬送される基材１０の時間経過に伴う張力実測値を示した図である。図６に示すように基材１０に生じる張力の実測値（ＰＶ）は、時間ｔ１が経過した時点で目標値（ＳＶ）へと到達し、その後、目標値（ＳＶ）の前後を変動しつつ、徐々に目標値へと接近する。ここで、本願実施形態に係る張力制御方法では張力偏差に基づいて制御周期や各制御定数を切り替えるので、従来と比べて目標値（ＳＶ）へと到達する時間（ｔ１）が短くなる。また、その後にハンチングが発生することについても防止することができる。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るフィルム搬送装置１では、搬送される基材１０の張力の実測値（ＰＶ）と、実験などによって予め求めた基材１０の張力の目標値（ＳＶ）との張力偏差（ｅ）に基づいてＰＩＤ制御の制御周期及び各制御定数を切り替え（Ｓ３、Ｓ４）、張力を目標値へと到達させる為のＰＩＤ制御による制御量の演算処理を行い（Ｓ７）、算出された制御量に基づいてアウトフィードロール４の回転速度を変速することにより基材１０の張力の制御を行う（Ｓ８）ので、搬送される基材１０に生じる張力を目標値へと迅速且つ正確に移行することが可能となり、且つハンチング等の不具合の発生を防止することもできる。
更に、張力偏差が閾値Ａより大きくなった場合には、比例出力演算器２１による比例出力が大きくなるとともに積分出力演算器２２による積分出力が小さくなるように制御定数を切り替え、張力偏差が閾値Ａより小さくなった場合には、比例出力演算器２１による比例出力が小さくなるとともに積分出力演算器２２による積分出力が大きくなるように制御定数を切り替えるので、ＰＩＤ制御において偏差が大きいときには比例出力を強くし、小さくなるに従って比例出力を弱め且つ積分出力を強くすることが可能となる。従って、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速且つ正確に移行することが可能となる。
また、張力偏差が閾値Ａより大きくなった場合には制御周期を現在の周期より短い周期へと切り替え、張力偏差が閾値Ａより小さくなった場合には制御周期を現在の周期より長い周期へと切り替えるので、ＰＩＤ制御において偏差が大きいときにはより短い間隔で制御を行い、小さくなるに従って制御間隔をより長くすることが可能となる。従って、搬送される基材に生じる張力を目標値へと迅速に移行することが可能となるとともに、偏差が小さい場合にはハンチングの発生を防止することができる。
また、アウトフィードロール４の回転速度を変速させることによって搬送される基材に生じる張力を制御するので、基材１０の搬送経路を変更することなく搬送される基材１０に生じる張力を目標値へと移行することが可能となる。
更に、閾値Ａを制御開始初期時において小さくする（図３参照）ように変化させるので、特に制御開始初期時において外乱等の制御を乱す要因があったとしても適切に制御内容を修正することが可能となる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態ではフィルム搬送装置１で搬送される基材１０に生じる張力を制御する手段として、アウトフィードロール４の回転速度を変速させることとしているが、他の手段を用いても良い。例えば、搬送される基材１０に対して新たにロールを当接させることにより張力を制御しても良い。また、コーティングロール３の位置を変位させることにより張力を制御しても良い。

また、本実施形態では各制御定数（比例帯、積分時間、微分時間）を切り替える張力偏差の第１閾値と、制御周期を切り替える張力偏差の第２閾値を共通の閾値Ａとしていたが、第１閾値と第２閾値は異なる閾値であっても良い。

本発明は、粘着テープ、粘着シート及び光学フィルム等の製造プロセスで長尺のフィルムまたはシート状部材を所謂ロールｔｏロール方式で搬送し、塗工、乾燥、延伸、ＵＶ処理、薬剤処理、巻替、ラミネート、スリット、カッティングなどを連続的に行う処理において、高い品質を有するフィルムやシート状製造物を製造することが可能な基材の張力制御装置及び方法を提供することができる。

本実施形態に係るフィルム搬送装置の要部を示す概略側面図である。 本実施形態に係るフィルム搬送装置の張力制御ブロック図である。 張力偏差の閾値の時間経過に伴う変化を示したグラフである。 本実施形態に係る大偏差用ＰＩＤコントローラ及び小偏差用ＰＩＤコントローラのＰＩＤ制御ブロック図である。 本実施形態に係るフィルム搬送装置の張力制御プログラムのフローチャートである。 フィルム搬送装置で搬送される基材の時間経過に伴う張力実測値を示したグラフである。

符号の説明

１ フィルム搬送装置
４ アウトフィードロール
５ ロール駆動モータ
６ 張力検出器
８ 張力制御部
１０ 基材
１５ コントローラ切り替え器
２１ 比例出力演算器
２２ 積分出力演算器
２３ 微分出力演算器

Claims (10)

1. ガイドロールの転動に伴って所定方向に搬送される長尺状の基材に生じる張力を検出する張力検出手段と、
   前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値と制御定数とに基づいて、前記ガイドロールによって搬送される前記基材に生じる張力を現在値から目標値に制御する為の制御量を所定の制御周期で出力する出力手段と、
   前記出力手段によって出力された制御量により前記ガイドロールによって搬送される前記基材に生じる張力を前記制御周期で制御する張力制御手段と、
   前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差に基づいて前記制御定数又は前記制御周期を切り替える切替手段と、を有することを特徴とする張力制御装置。
2. 前記張力制御手段は前記ガイドロールの回転速度を変速させることによって搬送される前記基材に生じる張力を制御することを特徴とする請求項１に記載の張力制御装置。
3. 前記出力手段は、
   前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差に比例した出力値を出力する比例出力手段と、
   前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差の積分値に比例した出力値を出力する積分出力手段と、
   を備え、
   前記切替手段は、
   前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より大きくなった場合には、前記比例出力手段の出力値が現在の出力値より大きくなるとともに前記積分出力手段の出力値が現在の出力値より小さくなるように前記制御定数を切り替え、
   前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より小さくなった場合には、前記比例出力手段の出力値が現在の出力値より小さくなるとともに前記積分出力手段の出力値が現在の出力値より大きくなるように前記制御定数を切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の張力制御装置。
4. 前記切替手段は、
   前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より大きくなった場合には前記制御周期を現在の制御周期より短くなるように切り替え、
   前記張力検出手段により検出された張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より小さくなった場合には前記制御周期を現在の制御周期より長くなるように切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の張力制御装置。
5. 前記第１閾値及び第２閾値を時間の経過に伴って変更する閾値変更手段を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の張力制御装置。
6. ガイドロールの転動に伴って所定方向に搬送される長尺状の基材に生じる張力を検出する検出ステップと、
   前記検出された張力の現在値と目標値と制御定数とに基づいて、前記ガイドロールによって搬送される前記基材に生じる張力を現在値から目標値に制御する為の制御量を所定の制御周期で出力する出力ステップと、
   前記出力された制御量により前記ガイドロールによって搬送される前記基材に生じる張力を前記制御周期で制御する制御ステップと、
   前記検出された張力の現在値と目標値との偏差に基づいて前記制御定数又は前記制御周期を切り替える切替ステップと、有することを特徴とする張力制御方法。
7. 前記制御ステップでは前記ガイドロールの回転速度を変速させることによって搬送される前記基材に生じる張力を制御することを特徴とする請求項６に記載の張力制御方法。
8. 前記出力ステップは、
   前記検出された張力の現在値と目標値との偏差に比例した出力値を出力する比例出力ステップと、
   前記検出された張力の現在値と目標値との偏差の積分値に比例した出力値を出力する積分出力ステップと、
   を備え、
   前記切替ステップでは、
   前記検出された張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より大きくなった場合には、前記比例出力ステップの出力値が現在の出力値より大きくなるとともに前記積分出力ステップの出力値が現在の出力値より小さくなるように前記制御定数を切り替え、
   前記検出された張力の現在値と目標値との偏差が第１閾値より小さくなった場合には、前記比例出力ステップの出力値が現在の出力値より小さくなるとともに前記積分出力ステップの出力値が現在の出力値より大きくなるように前記制御定数を切り替えることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の張力制御方法。
9. 前記切替ステップでは、
   前記検出された張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より大きくなった場合には前記制御周期を現在の制御周期より短くなるように切り替え、
   前記検出された張力の現在値と目標値との偏差が第２閾値より小さくなった場合には前記制御周期を現在の制御周期より長くなるように切り替えることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の張力制御方法。
10. 前記第１閾値及び第２閾値を時間の経過に伴って変更する変更ステップを有することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の張力制御方法。
    

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