JP2008238675A - シート状物の厚み制御方法および該方法を用いて得られたシート状物 - Google Patents

Abstract

【課題】 厚み計の幅方向の走査データからＭＤ厚み変動のノイズ成分を逐次取り除いたＴＤ厚みデータに加工し、その厚みデータに基づいて制御を行うことにより、所望のＴＤ厚みプロファイルを迅速に実現するシート状物の厚み制御方法を提供する。
【解決手段】 オンライン厚み計で測定したシート状物のＴＤ厚みデータをフーリエ変換してＭＤ厚み変動に起因したピーク周波数を検出し、予め設定したしきい値を越える強度のピーク周波数帯域のデータを除去し、一部の周波数帯域を除去したデータを逆フーリエ変換することによってＭＤ厚み変動成分が除去されたＴＤ厚みデータに加工し、そのデータを厚み制御の演算に使用することで上記課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シート状物の走行方向に厚み変動がある場合においても、高精度のＴＤ厚み（シート状物の幅方向の厚み）制御を行う方法に関する。

溶液製膜法工程や溶融押出法で製膜されるシート状物の厚み制御は、製造工程内に設置した厚み計がシート状物の走行方向と垂直方向に走査を繰り返し往復させながらＴＤ厚みを測定し、目標とする厚み分布（以下、「厚みプロファイル」と記す。）との偏差に基づいて厚み調整手段を制御することが多い。一般に、厚み調整手段は、ダイのリップ部の幅方向に備えられた複数のリップヒータの温度制御によって流延するドープの流量を制御する方法や、複数の熱収縮ボルトを用いたギャップ調整機構によるリップ部のスリット幅を調整する方法が用いられる。厚み制御は、目標の厚みプロファイルとの偏差に応じて厚み調整手段の操作量を演算し、ＴＤ厚み調整手段の操作量の分布をコントロールする。

しかしながら、フィルム等のシート状物の製膜において、例えば、溶液製膜法工程ではドープを移液するポンプの吐出流量の小さな脈動や、製膜近傍での僅かな風向変化に伴う溶液膜の支持体（例えば、回転ドラム、流延ベルトなど）への着地点の変動や、前記支持体の振動などに起因して、シート状物の走行方向に厚み変動が様々な周期、もしくは、不規則に生じることがあった。かかるＭＤ厚み（シート状物の走行方向の厚み）変動は比較的短周期であり、厚み計が走査する間にＴＤ厚みデータに重畳するため、幅方向の目標の厚みプロファイルに対して、ＴＤ厚みデータのみの偏差に基づいて演算した厚み調整手段の操作量の分布とが適合しない部位が発生し、一時的に厚みが乱れるといった問題があった。

この問題に対して、走査毎に蓄積された厚み計データの幅方向測定位置毎のデータを抽出し、平滑化演算してＭＤ厚み変動を抑制したＴＤ厚みデータを求める方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法は走行方法の厚み変動を平滑化するために厚み計の走査回数が多くなり、結果的には制御の収束に長時間を要するといった問題があった。

かかる問題に対して、ＭＤ厚み変動をオフライン厚み計、もしくは、オンライン厚み計で予め測定してＭＤ厚み変動周期を求め、その変動周期の影響を抑制するための条件で厚み計の走査速度を設定する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、ＭＤ厚み変動は様々な周期で発生し、運転条件の微妙な変化によって厚み変動周期が逐次変化することが多く、厚み計の走査速度では特に走行方向の短周期の厚み変動には追従できず、結局のところＴＤ厚みデータにＭＤ厚み変動が重畳することは避けられないといった問題があった。
特開平１−１９２８９２号公報 特開２００３−２９１２０４号公報

本発明の課題は、従来の技術の上記問題点を解決し、厚み計の幅方向の走査データからＭＤ厚み変動のノイズ成分を逐次取り除いたＴＤ厚みデータに加工し、該加工した厚みデータに基づいて制御を行うことにより、所望のＴＤ厚みプロファイルを実現するシート状物の厚み制御方法を提供することにある。

本発明に係わるシート状物の厚み制御方法の要旨とするところは、上記課題を解決するために、流延ダイを用いた溶液製膜のシート状物の厚み制御において、オンライン厚み計によって測定したシート状物のＴＤ厚みデータをフーリエ変換してＭＤ厚み変動に起因したピーク周波数を検出し、予め設定したしきい値を越える強度のピーク周波数帯域のデータを除去し、一部の周波数帯域を除去したデータを逆フーリエ変換することによってＭＤ厚み変動成分が除去されたＴＤ厚みデータに加工し、該加工されたデータを厚み制御の演算に使用することを特徴する。

上記方法によれば、厚み計が走査したときに重畳した短周期のＭＤ厚み変動の成分を除去するため、目標とするＴＤ厚みプロファイルに対する偏差が精度よく検出でき、的確な厚み調整手段の操作量の演算が可能となり、制御によって一時的にも厚みを乱すことがなく、結果的に制御の収束時間を短縮することができる。また、厚み計の走査毎にＭＤ厚み変動のノイズ成分を除去するため、シート状物の製造工程の僅かな工程変動に起因したＭＤ厚み変動の周期の変遷に追従することが可能となる。また、オフライン厚み計で測定したＴＤ厚みデータと、オンライン厚み計のＴＤ厚みデータからピーク周波数帯域を除去して逆フーリエ変換して平滑化されたＴＤ厚みデータとを比較し、ＴＤ厚みプロファイルに差異が生じた場合には、しきい値を変更してオフライン厚み計のＴＤ厚みプロファイルと一致させることも可能である。

ここで、ＭＤ厚み変動には、シート状物の製膜において、例えば、溶液製膜法工程においては、ドープを移液するポンプの吐出圧力の脈動に伴い、ダイから流延する溶液の流量変動に起因するものや、製膜近傍での僅かな方向変化に伴う溶液膜の支持体（例えば、回転ドラム、流延ベルトなど）への着地点の変動に起因するものや、溶液膜の支持体の振動に起因するものなどがある。上記ＭＤ厚み変動は、一般に、いずれも短周期の変動であり、厚み計が走査する間に、数回から数百回の周期変動としてＴＤ厚みデータに重畳する。また、上記ＭＤ厚み変動は、工程の条件などによって振幅が異なるため、ＴＤ厚みデータをフーリエ変換したときのピーク強度をしきい値で判別し、除去すべき周波数帯域を決定することが好ましい。

一方、実際のＴＤ厚みプロファイルの変動は、周期的に発生することがなく、フーリエ変換したときにピークとして表れることがなく、逆フーリエ変換によって時間領域のＴＤ厚みデータに加工した際に、実際のＴＤ厚みプロファイルの変動まで平滑化することがない。

また、本発明に係わるシート状物の厚み制御方法の要旨とするところは、しきい値によって除去する周波数を、厚み計が走査する１回分のデータのフーリエ変換データ、もしくは、複数回の走査したデータのフーリエ変換データの平均から判定することを特徴する。

上記方法によれば、周期が明確なＭＤ厚み変動に対しては、１回分の走査データでフーリエ変換し、ＭＤ厚み変動成分を除去することによって、厚み制御手段に迅速にフィードバックすることが好ましく、周期が明確でないＭＤ厚み変動に対しては、複数回分の走査データについてフーリエ変換して平均し、ＭＤ厚み変動成分を的確に除去することが好ましい。

また、本発明に係わるシート状物の厚み制御方法の要旨とするところは、逆フーリエ変換で加工されたＴＤ厚みデータを時系列で重み付けして平滑化処理することで厚み計の走査データに重畳した過渡的なノイズ要素の影響を防止することを特徴する。

上記方法によれば、厚み計の走査データに、シート状物の走行シワや振動などの影響で過渡的なノイズ要素が重畳した場合に、逆フーリエ変換で加工されたＴＤ厚みデータを時系列で重み付けすることにより、過渡的なノイズ要素を平滑化したＴＤ厚みデータを厚み制御手段にフィードバックすることができ、厚み制御手段によってＴＤ厚みを乱すことを防止できる。

また、本発明に係わるシート状物の厚み制御方法の要旨とするところは、オンライン厚み計のＴＤ厚みデータから抽出したピーク周波数がしきい値に満たない場合でも、オフライン厚み計で測定したＭＤ厚みデータから抽出したピーク周波数がしきい値を越えた場合には、該ピーク周波数帯域も削除することを特徴する。

上記方法によれば、オンライン厚み計が走査する間に、シート状物が振動や走行シワ等の過渡的な現象によって、厚みデータのフーリエ変換を行っても実際のＭＤ厚み変動ピークがしきい値に達しない場合においても、オフライン厚み計で抽出したピーク周波数に基づいて適切なデータ処理が可能となり、厚み制御精度が向上する。

更に本発明は、前記厚み制御方法を用いて得られたシート状物に関する。

本発明によれば、シート状物のＭＤ厚み変動のノイズ成分を逐次取り除いたＴＤ厚みデータに加工して、これを用いてＴＤ厚み制御を行うため、適切な厚み調整手段のパターンにより、迅速、かつ、所望のＴＤ厚みプロファイルを実現することができる。

以下に、本発明に係わるシート状物の厚み制御方法とその装置に関して図１〜図６に基づいて説明する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る厚み制御装置を含むシート状物の製造工程の一例を示す模式図である。

図１に従えば、流延ダイ１のリップ開口部から流出した溶液膜を回転ドラム３に流延し、乾燥工程４を経たシート状物９を、オンライン厚み計５がシート状物９の幅方向に往復して走査しながらＴＤ厚みデータを測定し、巻取装置６で巻き取る。オンライン厚み計５によって測定したＴＤ厚みデータは、厚み判定加工装置７によって、ＭＤ厚み変動のノイズ成分を除去したＴＤ厚みデータに加工し、厚み制御装置８に転送する。厚み制御装置８は、目標とする厚みプロファイルと加工したＴＤ厚みデータとの偏差に基づいて厚み調整手段２の数に相当した複数の制御出力を演算して厚み調整手段２に転送し、厚み調整手段２によって流延ダイ１のリップ開口部の幅方向流量分布をコントロールすることによってシート状物９の所望のＴＤ厚みプロファイルを実現する。上記の厚み調整手段２の配置間隔は、サンプリング定理を考慮して、調整が必要な最小のＴＤ厚み幅に対して好ましくは１／２より小さくし、より好ましくは１／４以下とする。

ここで、図１に示す回転ドラム３近傍において僅かな風向変化があっても回転ドラム３への着地点が変動し、ＭＤ厚み変動として表れる。また、製膜工程において、流延ダイ１の上流側には図示していないドープを移液するポンプがあり、このポンプの吐出流量に少しでも脈動があるとシート状物９のＭＤ厚み変動として表れる。上記のＭＤ厚み変動はいずれも比較的短周期であり、オンライン厚み計５がシート状物９を走査する間にＴＤ厚みデータに重畳する。

図２は、オンライン厚み計５が、ＭＤ厚み変動が生じたシート状物９を走査するときの模式図であり、シート状物９はＡ方向に走行しているのでオンライン厚み計５は波線矢印に示した走査の軌跡となる。このため、ＴＤ厚みデータには、オンライン厚み計５が走査した際に横切ったＭＤ厚み変動が重畳することになる。

図３は、オンライン厚み計５によって測定したＴＤ厚みデータを、厚み判定加工装置７によってＭＤ厚み変動のノイズ成分を除去したＴＤ厚みデータに加工し、厚み制御装置８に転送するまでの処理フローを示した図である。

図３において、厚み判定加工装置７では、オンライン厚み計５のＴＤ厚みデータをフーリエ変換してピーク周波数を検出する。厚み判定加工装置７は、オンライン厚み計５と厚み制御装置８にデータ送受信が可能なネットワークで接続されたコンピュータを用いることができる。

なお、ＴＤ厚みデータのデータ数は、フーリエ変換の演算速度の面で２の累乗であることが好ましく、かつ、流延ダイ１の幅方向に複数配置されたリップ調整手段２の数の２倍以上とすることが好ましい。また、ＴＤ厚みデータは窓関数で処理した後にフーリエ変換を行うことが好ましい。また、ピーク周波数の検出は、複数回の走査したＴＤ厚みデータについてフーリエ変換し、その平均から判定することも可能である。

検出したピーク周波数について、周期的なＭＤ厚み変動に起因したピーク周波数をしきい値で判定するとき、しきい値はシート状物が静止した状態をオンライン厚み計５で走査したＴＤ厚みデータのフーリエ変換の強度分布を基準とし、例えば、同じ周波数と比較して強度が基準の２倍をしきい値とすることができる。ＭＤ厚み変動として検出したピーク周波数は、そのピークが立ち下がる範囲の周波数帯を強度のデータを削除する対象とすることが好ましい。

また、オフライン厚み計でシート状物９のＭＤ厚み変動を測定し、その変動の周波数を予め求めておき、その周波数については、検出した周波数の強度がしきい値に満たない場合でも、ピーク周波数として強度のデータを削除する対象とすることも可能である。これによって、ＭＤ厚み変動の要因が複数あり、フーリエ変換したときにシャープなピークがでない場合でも有効である。尚、オフライン厚み計によるＭＤ厚み変動の測定は、例えば、巻交換のタイミングに実施することが可能である。また、巻交換のタイミングにオンライン厚み計の走査をＴＤの数ヶ所の位置で一次停止させ、ＭＤ厚みを測定することも可能である。

ＭＤ厚み変動に起因したピーク周波数帯の強度を削除したフーリエ変換データを、逆フーリエ変換してＴＤ厚みデータに再加工する。再加工したＴＤ厚みデータに対して、リップ調整手段２の配置間隔より小さな幅のノイズ成分等がある場合には、数回のデータで平滑化処理してもよい。また、厚み計の走査データに、シート状物９の走行シワや振動などの影響で過渡的なノイズ要素の重畳が想定される場合には、上記の平滑化による処理が好ましい。

上述の方法により、ＭＤ厚み変動のノイズ成分を除去して加工したＴＤ厚みデータを厚み制御装置８に転送することで、厚み制御装置８は適切な制御出力をリップ調整手段にフィードバックすることができ、厚み制御によってＴＤ厚みを乱すことがなく、所望厚みプロファイルに素早く収束させることが可能となる。

以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す製造工程を用いて、イミド系樹脂から構成されるシート状物の製造を行った。オンライン厚み計で走査した１回分のＴＤ厚みデータには、図４に示したように平均厚みに対して、Ｒ値（最大値と最小値の差）が数パーセントのノイズが重畳していた。この１回分のＴＤ厚みデータをスリットで切除するシート状物の両端部を除いた１０２４点のデータとし、図３の処理フローに基づいてフーリエ変換を行ってピーク周波数を検出すると、周期が約４００ｍｍであることが確認できた。この変動の周期は、別途巻交換時にシート状物をサンプリングしてオフライン厚み計で測定して求めたＭＤ厚み変動周期と一致した。この４００ｍｍ±２０ｍｍに相当する範囲の周波数帯のデータを除去し、更に、しきい値を越えた高周波帯のデータも除去した後、逆フーリエ変換を行ない、図５に示すＭＤ厚み変動等のノイズ成分を除去して加工したＴＤ厚みデータを得た。この加工したＴＤ厚みデータは、巻交換時にシート状物をサンプリングしてオフライン厚み計で測定したＴＤ厚みデータの５サンプルの平均したＴＤ厚みデータと強い相関を示した。

そして、図３の処理フローに基づいて、加工したＴＤ厚みデータを厚み制御装置に転送し、厚み制御装置が目標とする厚みプロファイルとの偏差に基づいて厚み調整手段であるリップヒータ群に制御出力を出し、図５の加工したＴＤ厚みデータが調整されて目標とする厚みプロファイルに収束することを確認した。

（比較例１）
実施例１と同条件で、オンライン厚み計を走査させたＴＤ厚みデータを、図３に示した処理を行わず、直接厚み制御装置に転送し、厚み制御装置において時系列に１０回分の走査データを平滑化処理したＴＤ厚みデータを図６に示した。

平滑化処理だけでは、ＭＤ厚み変動のノイズが充分に除去されず、そのノイズが重畳した状態で制御演算を行うため、目標とする厚みプロファイルに収束するまでに時間を要したばかりでなく、収束後もＭＤ厚み変動の影響によって一次的にＴＤ厚みが乱れる場合があった。

本発明の実施の形態に係る厚み制御装置を含むシート状物の製造工程の一例を示す図。 ＭＤ厚み変動があるシート状物をオンライン厚み計が走査の軌跡を示す模式図。 本発明の実施の形態に係る厚み判定加工装置でＭＤ厚み変動等のノイズ成分を除去したＴＤ厚みデータに加工する処理フローを示す図。 実施例１におけるオンライン厚み計が走査した１回分のＴＤ厚みデータの一例を示す図。 実施例１におけるＭＤ厚み変動等のノイズ成分を除去して加工したＴＤ厚みデータの一例を示す図。 比較例１における時系列に平滑化処理のみを行ったＴＤ厚みデータの一例を示す図。

符号の説明

１ 流延ダイ
２ 厚み調整手段
３ 回転ドラム
４ 乾燥工程
５ オンライン厚み計
６ 巻取装置
７ 厚み判定加工装置
８ 厚み制御装置
９ シート状物
Ａ シート状物の走行方向

Claims (5)

1. 流延ダイを用いた溶液製膜のシート状物の厚み制御において、オンライン厚み計によって測定したシート状物の幅方向の厚み（以下、「ＴＤ厚み」と記す。）データをフーリエ変換して走行方向の厚み（以下、「ＭＤ厚み」と記す。）変動に起因したピーク周波数を検出し、予め設定したしきい値を越える強度のピーク周波数帯域のデータを除去し、一部の周波数帯域を除去したデータを逆フーリエ変換することによってＭＤ厚み変動成分が除去されたＴＤ厚みデータに加工し、該加工されたデータを厚み制御の演算に使用することを特徴するシート状物の厚み制御方法。
2. 前記シート状物の厚み制御方法において、しきい値によって除去する周波数を、厚み計が走査する１回分のデータのフーリエ変換データ、もしくは、複数回の走査したデータのフーリエ変換データの平均から判定することを特徴する請求項１記載のシート状物の厚み制御方法。
3. 前記シート状物の厚み制御方法において、逆フーリエ変換で加工されたＴＤ厚みデータを時系列で重み付けして平滑化処理することで厚み計の走査データに重畳した過渡的なノイズ要素の影響を防止することを特徴する請求項１又は２のいずれか１項に記載のシート状物の厚み制御方法。
4. 前記シート状物の厚み制御方法において、オンライン厚み計のＴＤ厚みデータから抽出したピーク周波数がしきい値に満たない場合でも、オフライン厚み計で測定したＭＤ厚みデータから抽出したピーク周波数がしきい値を越えた場合には、該ピーク周波数帯域も削除することを特徴する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシート状物の厚み制御方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の厚み制御方法を用いて得られたシート状物。

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