JP2010082932A - フィルム厚みの調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】どのようなネックイン現象や延伸条件であっても、そのときの条件に応じて厚み調節器とそれに対応する厚みの幅方向の測定位置を正確に決定できるフィルム厚み調整方法。
【解決手段】溶融された樹脂をフィルム状にして押し出す成形ダイの幅方向に複数個の所定区間の樹脂吐出量を調節する厚み調節器を配置し、その下流に配置した厚み測定器によりフィルムの幅方向の各測定位置での厚みを測定し、その測定値に基づいて該測定位置に対応する厚み調節器により厚みを調節するフィルムの厚み調整方法において、該厚み調節器の出力を所定出力量だけ変化させ、該厚み測定器により該出力量の変化によるフィルム幅方向の厚み分布変動を測定し、該測定値に基づいて各厚み調節器に対応する厚み測定器のフィルム幅方向の測定位置を決定することを特徴とするフィルムの厚み調整方法。
【選択図】図１

Description

本発明は幅の広いフィルム（膜厚が厚いものはシートとも言われるが、ここではこれも含めてフィルムと総称する）の製造プロセスでのフィルムの厚み調整方法に関する。更に詳しくは幅方向に複数個の厚み調節器を配置した成形ダイで溶融樹脂をフィルム状にして押し出し、下流に配置した厚み測定器で幅方向の各測定位置でその厚みを測定し、各測定位置の測定値に基づいて各測定位置に対応する各厚み調節器により成形ダイの該当部分の吐出量を調整してフィルム幅方向の厚み分布を制御するフィルムの厚み調整方法に関する。

フィルムを形成するためのダイ（以下、単に「ダイ」という）を用いて樹脂製のフィルムを溶融状態でダイから押し出して製造する場合、全体の厚さを均一にする必要がある。この目的を達成するために、ダイの幅方向に多数個の厚み調節器を配置することが行なわれている。

その際、下流に配置された厚み測定器により、各厚み調節器に対応した各測定位置でのフィルムの厚みをそれぞれ測定する。そして、この各測定値に基づいて、幅方向の厚み調節区域において、各ダイスリットから吐出される樹脂の吐出流量を調整することによって、フィルムの幅方向での厚み調整が行われている。

しかし、公知のように、ダイから吐出された樹脂をフィルムとして引取り処理する整形ロールとダイとの間でネックイン現象（フィルムの幅がダイのスリット幅よりも狭くなる現象）が生じる。そうすると、このネックイン現象のため、各厚み調節器によって厚みが調整される部位と、これに対応するフィルム幅方向の各厚み測定位置を理論的に対応付けて正確に知ることは不可能となり、この対応位置関係は経験的に決定されることになる。

ところが、最近の厚み制御の高度化を背景に、厚み調整器の幅方向での厚み調整区域数が増大するような状況となると、隣接する厚み調整器間の距離が更に減少する。そうすると、ますま幅方向のフィルム厚みを調整するためのダイボルト位置と、厚み測定位置との対応付けが難しくなってきており、そこで、これらの対応付けを正確に行う方法が求められている。

この問題に対して、特許文献１において、フィルムにマークをつけることによって前記の対応関係を検出する方法が提案されている。また、特許文献２において、フィルムの厚みを治具を用いて意図的に変化させて対応関係を検出する方法が提案されている。また、特許文献３において、静電気をフィルムに帯電させその帯電量を検出することによって対応関係を決定する方法が提案されている。また、特許文献４において、ネックイン量を一般式にあてはめることによって対応関係を求める方法が提案されている。更には、特許文献５において、厚み調整器の出力を直接測定して、これに対応して変化するフィルムの厚みから調整器との対応化関係を求める方法が提案されている。

しかし、これらの従来の方法には、それぞれ以下に説明するような問題がある。すなわち、マークをつける特許文献１の方法では、フィルムおよび引き取りロールが汚れるといった問題がある。また、厚みを治具を用いて意図的に変化させる特許文献２の方法は、ネックイン現象を起こしている最中もしくはネックイン現象を起こした後のフィルムの厚みを変化させることとなる。したがって、必ずしもダイに設けられた厚み調節器の位置に対応しておらず、正確な対応付けが行なわれているとはいえない。

次に、静電気をフィルムに帯電させる特許文献３の方法では、フィルムを延伸した場合正確な帯電量を測定するのが困難であるという問題がある。また、ネックイン量を一般式にあてはめる特許文献４の方法は、用いる一般式は近似式でしかなく、樹脂の種類やダイの種類によってその近似式には必ず誤差が生じるので、正確な対応付けをしているとは言い難い。

最後に、厚み調整器の出力を変化させて厚み測定値の変化を見る特許文献５の方法によって上記の問題を解決しようとする試みも、種々の外乱により測定するフィルムの厚み分布が幅方向においてその波形が必ずしもきれいな山形とならない。このため、対応関係を確定させるために出力変化させた後の厚みの頂点、つまり厚み変動幅の最大点を正確に見つけることが難しいという問題がある。

特開昭５９−０８９１１９号公報 特開昭６１−０３５２２５号公報 特開昭６３−３０６０２２号公報 特公平０３−０７４８９６号公報 特開平０９−３２３３５１号公報

本発明は、前述の諸問題を解決するためになされたものである。すなわち、その目的は、どのようなネックイン現象や延伸条件であっても、そのときの条件に応じて操作すべき厚み調節器と、これによって調整された厚み測定位置とを正確に対応させて決定できる厚み調整方法を提供することにある。更には、このような厚み調整方法を提供することによって、フィルムの幅方向での厚み調整に必要な制御パラメータを決定して、フィルムの厚み調整を容易、正確、かつ迅速に行うことを可能とする厚み調整方法を提供することにある。

この目的は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、「溶融された樹脂をフィルム状にして押し出す成形ダイの幅方向に対して複数個の所定区間を設けて該所定区間に樹脂吐出量を調節する厚み調節器を配置し、その下流に配置した厚み測定器によりフィルムの幅方向の各測定位置での厚みを測定し、その測定データに基づいて各測定位置に対応する厚み調節器を特定し、各測定位置とこれに対応する厚み調節器により各測定位置で得られた厚み値に基づいて厚み調節器を制御することによってフィルム厚みを調節するフィルムの厚み調整方法において、
厚み変動の干渉が無視できる距離だけ互いに隔たった複数の厚み調節器の出力を変化させてフィルムの厚みを変化させ、前記厚み測定器によってフィルム幅方向の各厚み変動を測定して厚み変動分布を求め、該厚み変動分布の移動平均処理を行い、移動平均処理後の厚み変動分布から厚み変動がそれぞれピークとなる各測定位置を求め、求めた各測定位置を前記各厚み調節器にそれぞれ対応させてフィルム幅方向の厚み分布を調整することを特徴とするフィルムの厚み調整方法」である。

上記の通り、本発明では、実際に厚み調節器を操作し、その結果、発生するフィルムの厚み分布を実測し、これに対応するフィルム厚みの測定位置を決定する。このため、例えネックイン現象が起こっても、これにとらわれずに厚み調節器とこれによって調整されたフィルムの厚み位置との間に、そのときの条件にあった正確な対応付けを行うことができる。

その結果、フィルムの厚み調整を正確に行うことができ、また、前述した従来方法の問題、例えば整形ロール等に汚れが発生する等の問題も無い厚み調整方法が実現される。また、本発明は、従来使用している資産をそのまま使用することができるため、大きな追加投資が不要で、コントローラの一部を改良する事によってきわめて安価に実現することができる。

また、本発明のように、これらを自動で行うことにより、生産立上げを効率良く早く正確にできるため、立上げ時間短縮により生産性を向上できる。更に、フィルム厚み制御が向上することで、歩留り向上等の生産性面においても実用上の重要な効果が得られる。

本発明では、ダイに取り付けられた複数個の厚み調節器の内、所定の間隔（好ましくは厚み調節器の操作による厚み変動の影響が幅方向において実質的に互いに無視できる間隔）を置いた代表的な２個以上の厚み調節器を一定の操作量をもって操作する。そして、その操作により生ずるフィルム厚みの変動の幅方向の分布において、その変動幅がピークとなる幅方向位置をもって操作した厚み調節器に対応する厚み測定位置とする。

しかしながら、この場合、種々の外乱により測定するフィルムの厚み分布が幅方向においてその波形が必ずしもきれいな山形とならない。したがって、前述のようにして幅方向におけるフィルムの厚み分布が得られたとしても、このままでは、ピーク値を一意に同定することが困難である。すなわち、厚み調節器と、これに対応する厚み測定位置とを一対一に応させることが困難である。

そこで、本発明においては、厚み変動幅のピークを同定するために、厚み調整器を調整する前の幅方向の厚みを数回測定し、測定した各厚み測定値に対して各々の平均を取る。そして、同様にして厚み調整器を操作して厚みを変化させた後の各々の平均を取り、両者の平均値からフィルムの幅方向における各測定点での厚み値の差（厚み調整器の変化前後の平均値同士の厚み値の差）を持って厚み変化値とする。

更に、このフィルムの幅方向における各測定点で求めた厚み値の差に対して移動平均を取る。なお、この時に行なう移動平均としては、例えば該当する各厚み測定点を中心とし、この中心点と更に左右各２点を含んだ合計５点取ることで通常は十分スムージングできる。このようにして移動平均を取るようにすれば、フィルムの幅方向の厚み差変化をなだらかにする処理を加える一連の操作により外乱要素を排除でき、正確に厚み変動幅のピーク地点を特定できる。

その後、操作した厚み調節器２の間で厚み調節器２によるそれぞれの厚み測定の各対応位置は操作した厚み調節器２の対応位置の間を等分割することによって対応付けを行うことができる。この構成により対応位置の決定に要する時間を大幅に短縮することができる。

この一連の操作はコントローラを一部改造することで、全て自動化することが可能で、正確に早く厚み調整器２に対応する測定位置の確定をすることができ、製造ラインの立上げ時間の短縮が可能となる。また、自動化によりこの処理のオペレータ作業を省力化して、立上げ時の別作業に当てることが可能となる。

以下、本発明の実施例について、必要に応じて図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は実施例の厚み調節装置とプロセスの概略説明図、図２は、厚み調節器と厚み測定の関係を示す説明図、図３は移動平均処理前の厚み変化の応答波形の説明図、図４は移動平均処理後の変化の応答波形の説明図である。

一般に、ポリエステル等の合成樹脂からなるフィルムの溶融押し出し法による製造工程は、図１に示すように構成される。すなわち、溶融された樹脂がダイ１の所定幅のスリット（図示省略）よりフィルム状に押し出され、冷却ドラム３で冷却され後、図示省略した処理工程で必要に応じて所定の延伸処理等の処理を経て製品フィルムとされ、巻取機の巻取ロール５に巻取られる。

このとき、前記製品フィルムの厚みを調節する厚み調整器２が図１に例示したように設けられており、この厚み調整器２の構成は、巻取機の前に設置した製品フィルムの厚みを測定する厚み計４でオンライン測定される。なお、前記厚み計４としては、γ線厚み計等が好適に使用される。

そして、この厚み計４によって測定された幅方向の厚みデータを基に、設定された均一な一定の厚みにフィルムがなるように、コントローラ６を介してダイ１の幅方向に複数個取り付けられた厚み調節器２を調整する。すなわち、フィルムの幅方向の所定の測定位置での厚み計４による測定信号が、この測定位置に対応する厚み調節器２のコントローラ６に入力され、所定の制御演算が施された制御出力が当該厚み調節器２に出力され、フィルムの厚みが制御される構成となっている。

本実施例において、ダイ１のスリットからの樹脂の吐出流量を調節する厚み調節器２として、樹脂温度を変化させてその粘度を変えることによって吐出流量を変化させるカートリッジヒータ（以下、“ＣＨ”と略称する）を用いている。このとき、図２に示したように、ダイ１の幅方向に８９個のＣＨを等間隔で配置し、各ＣＨ１〜８９によりその各担当区間の樹脂の吐出量を調整するようにした。なお、厚み調節器２としては、ダイ１のスリットの間隔を直接調整する方式、例えばダイボルト方式等の公知の方式を用いてもよい。

この構成において、本発明は以下のように実施される。すなわち、先ず厚み調節２の操作によって厚み変動分布が影響を受けないように実質的に無視できるように、互いに干渉を起こさない間隔だけ離れた２個以上のＣＨ（ＣＨ１〜８９の何れか）に、フィルム厚みを所定量だけ変化させるための所定の操作量をステップ状に加える。このときに生じる、ダイ１から厚み測定位置までのフィルムの形状変化をモデル的に示すと図２に示すようになっている。すなわち、ダイ１と冷却ドラム３との間で生ずるネックイン現象で一旦フィルム幅が減少し、その下流では延伸等の処理により再びフィルム幅が広がるという複雑な変化を示す。

したがって、ＣＨ１〜８９のそれぞれの操作部分は、図２に点線でモデル的に示すようにフィルム幅方向において大きく変動し、その結果として前述した問題が生じる。この実施例においては、図から分かるように実験的に干渉の無いことを確認した間隔、すなわち、１０個以上のＣＨを隔てた間隔を有し、更に、中央に対して左右対称となるCH12、CH28、CH44、CH60、CH76を厚み調節操作をするためのＣＨとして選定し、その操作量を変化させた。なお、このとき、各々操作するＣＨの出力を直前の値に対して+30W加えた。

このステップ状の操作量変化に伴うフィルムの幅方向の厚み分布変化は厚み計で測定される。そして、変化が定常状態になった時に厚み計４で測定された厚み分布によって、測定位置が決定される。この時の厚み分布は、操作した厚み調節器２の数だけピークがあるので、本例では図２に示すように５個のピークを持つた厚み分布となる。

本例では、干渉しないように十分隔たったCH12、CH28、CH44、CH60、CH76の計５個を操作しているので、図示のように完全に分離したピークが得られる。ここで、更に精度を上げるため、このピークを持つ厚み分布を数回測定し、この平均を取る。また、同様に予め測定していた操作量の変更前の厚み分布に対しても数回測定してこの平均を取ることによって、操作量変化のみからなる厚み変化を精度高く検出できる。

このようにして、フィルムの幅方向の厚み分布の山形ピークを検出できるが、図３に示す様に、まだ種々の外乱により、山形がなだらかでない場合が多い。このため、操作位置との対応関係を決定するためのピーク位置を決定する上で誤差が発生するので、幅方向に移動平均を取ることにより、図４の様な各々の厚み分布の山形をなだらかな形にする。このように移動平均を取ることで正確にピーク位置を決定でき、厚み調整器２との対応関係、つまり操作したCH12、CH28、CH44、CH60、CH76に対応する測定位置を決定する事ができる。なお、このときに取る移動平均は、該当厚み測定点に対して、この測定店を含み、その左右各2点の合計5点を取ることで通常は十分スムージングできる。

ただし、1回の幅方向における移動平均処理では厚み分布の山形が十分になだらかにならない場合があり、特に、この一連の動作をコンピュータプログラムで自動化する場合問題となる。この場合、1回目の移動平均処理後に山形ピークのすぐ近くに別のピーク（凹凸）が有るかどうかを判別し、ある場合は再度幅方向の移動平均処理をし、同様の判別を別のピーク（凹凸）がなくなるまで繰り返す。これにより、自動化においても対応割付ミスのない正確な位置対応の測定処理が可能となる。

ところで、全てのＣＨについて同様な作業を行うことによって全てのＣＨに対してより正確な厚み測定の対応位置関係をつかむことができるが、測定時間が非常に長くなる問題がある。そこで、本例では、操作量を変えたCH12、CH28、CH44、CH60、CH76以外のＣＨの対応する厚み測定位置は、このCH12、CH28、CH44、CH60、CH76の測定位置の各間をその間のＣＨに等分割し、更に両端は分割を外挿することによって決定した。これにより実用上支障の無い結果が得られた。

なお、この場合に操作する厚み調節器２の両端は、図示の本例の如くネックインの影響を無視できる範囲のダイの幅方向の中央部に位置する厚み調節器を選定することが、対応関係の正確性を確保する点から好ましい。ただし、操作する厚み調整器２の数は、最低2点以上あれば可能であるが、お互いが干渉しない程度に十分離れた範囲で、より多数操作することが精度を上げる上で好ましい。

実施例の厚み調節装置とプロセスの概略説明図である。 厚み調節器と厚み測定の関係を示す説明図である。 移動平均処理前の厚み変化の応答波形の説明図である。 移動平均処理後の厚み変化の応答波形の説明図である。

符号の説明

ＣＨ１〜８９：カートリッジヒータ

Claims (4)

1. 溶融された樹脂をフィルム状にして押し出す成形ダイの幅方向に対して複数個の所定区間を設けて該所定区間に樹脂吐出量を調節する厚み調節器を配置し、その下流に配置した厚み測定器によりフィルムの幅方向の各測定位置での厚みを測定し、その測定データに基づいて各測定位置に対応する厚み調節器を特定し、各測定位置とこれに対応する厚み調節器により各測定位置で得られた厚み値に基づいて厚み調節器を制御することによってフィルム厚みを調節するフィルムの厚み調整方法において、
   厚み変動の干渉が無視できる距離だけ互いに隔たった複数の厚み調節器の出力を変化させてフィルムの厚みを変化させ、前記厚み測定器によってフィルム幅方向の各厚み変動を測定して厚み変動分布を求め、該厚み変動分布の移動平均処理を行い、移動平均処理後の厚み変動分布から厚み変動がそれぞれピークとなる各測定位置を求め、求めた各測定位置を前記各厚み調節器にそれぞれ対応させてフィルム幅方向の厚み分布を調整することを特徴とするフィルムの厚み調整方法。
2. 請求項１に記載の「移動平均処理後の厚み変動分布の各ピークから求めた隣接する測定位置」と、これに対応する「厚み変動の干渉が無視できる距離だけ互いに隔たった隣接する厚み調節器」との間の厚み測定器の測定位置を「隣接する厚み調節器」の間に設けられた厚み調節器の数で等分割して決定することを特徴とする、請求項１に記載のフィルムの厚み調整方法。
3. 前記厚み測定器による厚み分布の測定に際して、出力変化前と変化後の厚み変動を各々数回の厚み測定値の平均値を用いることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフィルム厚み調整方法。
4. 前記移動平均処理による厚み変動分布のスムージングに際して、求めた各ピーク付近に厚み変動の凹凸が存在するかどうかを判別し、凹凸の存在がなくなるまで移動平均処理を繰り返した後に、前記ピークを自動検出することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のフィルム厚み調整方法。