JP2011207024A - 樹脂押出機の立上制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂押出機を自動的に短時間に立ち上げできるようにした立上制御方法とする。
【解決手段】樹脂押出機１の起動時には、樹脂材料の供給量を目標供給量よりも少ない低供給量とし、スクリュー２の回転数を目標回転数よりも少ない低回転数とし、その後に目標供給量、目標回転数まで設定した立上時間で漸増して押出状態とすることで、自動的に短時間に立ち上げできる立上制御方法とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂押出機の起動から設定した押出状態となるまでの立上時の制御方法、及びその立上制御方法を実施するための立上制御装置に関する。

樹脂押出機としては、供給された樹脂材料を加熱しながらスクリューの回転によって混練、圧縮することで溶融樹脂を金型に向けて押し出しするものが知られている。
例えば、特許文献１に開示されたように、バレル内にスクリュー軸を回転自在に設け、そのバレルに供給部を設けると共に、加熱板を設け、供給部から供給された樹脂材料を加熱しながらスクリュー軸の回転で混練、圧縮し、その溶融樹脂を口金から金型に向けて押し出しするようにした樹脂圧縮機が知られている。

前述した樹脂押出機は、その溶融樹脂の吐出量（時間当りの吐出量）は樹脂材料の供給量（時間当りの供給量）によって決定され、その溶融樹脂の樹脂圧力（金型内の圧力）はスクリューの回転数（ｒｐｍ）で決定されることは知られている。
また、前述した樹脂押出機は休止時に樹脂押出機内の樹脂が劣化等することがあるので、押出開始（起動）するときに樹脂押出機内の樹脂を除去し、樹脂押出機内を空としている。
また、樹脂押出機の溶融樹脂の目標吐出量は押出成形する樹脂成形品、つまり金型によって経験に基づき決定し、その目標吐出量に応じて樹脂材料供給量を設定すると共に、スクリューの目標回転数を設定して溶融樹脂の樹脂圧力が許容値を越えないようにしている。

前述のように、樹脂押出機内が空の状態で押出開始するときに、樹脂材料の供給量を目標の吐出量に見合う値とすると共に、スクリューを目標回転数として起動すると、樹脂圧力が不安定で許容値を越えて樹脂押出機、金型片負荷が増大するなどの問題が生じるので、従来は作業者が樹脂圧力を確認しながら樹脂材料の供給量、スクリューの回転数を手動操作で低い状態から段階的に増加し、目標吐出量に見合う目標供給量、目標回転数として、所定の押出状態まで立ち上げている。

特開平８−６６９５６号公報

前述したように、樹脂材料の供給量、スクリューの回転数を段階的に増加して目標吐出量に見合う目標供給量、目標回転数とする立上制御であると、目標供給量、目標回転数となるまでの時間、つまり所定の押出状態となるまでの立上時間が長くなってしまう。
したがって、押出作業効率が悪くなると共に、溶融樹脂の成形品とならない屑量（無駄になる溶融樹脂量）が多くなる。
しかも、作業者の手動による制御であるから、作業者の熟練度が要求されると共に、溶融樹脂の樹脂圧力が不安定で樹脂押出機、金型への負荷が大きく、安定した立ち上げを行うことができない。

本発明の目的は、自動的に短時間に立ち上げることができる樹脂押出機の立上制御方法及び樹脂押出機の立上制御装置とすることである。

本発明の樹脂押出機の立上制御方法は、スクリュー２を回転することで供給された樹脂材料を溶融樹脂として金型４に向かって押し出しする樹脂押出機１の立上制御方法であって、
前記樹脂押出機１の起動時は、樹脂材料を目標供給量よりも少ない低供給量で供給すると共に、スクリュー２を目標回転数よりも少ない低回転数で回転し、その後に樹脂材料の供給量を漸増すると共に、スクリュー２の回転数を漸増して設定した立上時間経過後に目標供給量、目標回転数とすることを特徴とする樹脂押出機の立上制御方法である。

本発明の樹脂押出機の立上制御方法においては、樹脂押出機１に取り付ける金型４の金型番号と、その金型４で押出成形するときの樹脂材料の目標供給量、スクリュー２の目標回転数、起動時の低供給量、低回転数、立上時間をコントローラ２０に入力し、
このコントローラ２０で樹脂材料の供給量、スクリュー２の回転数を制御するようにできる。

このようにすれば、金型番号、目標供給量、目標回転数、低供給量、低回転数、立上時間をコントローラ２０に入力することで、樹脂押出機を設定した状態で立上制御することができる。

本発明の樹脂押出機の立上制御方法は、前記樹脂材料、スクリュー回転数を目標供給量、目標回転数まで漸増するときに、樹脂圧力が許容値以上となるとスクリュー回転数を増速しないようにできる。

このようにすれば、樹脂圧力が許容値を越えて樹脂押出機１、金型４への負荷が増大することを防止できる。

本発明の樹脂押出機の立上制御装置は、モータ５で回転されるスクリュー２と樹脂材料の投入部３を備え、溶融樹脂を金型４に向かって押し出しする樹脂押出機１と、
前記投入部３に樹脂材料を供給する材料供給装置１０と、
前記モータ５、材料供給装置１０の材料供給部１２に制御指令を出力して樹脂材料の供給量、スクリュー２の回転数を制御するコントローラ２０を備え、
該コントローラ２０に、樹脂材料の目標供給量、スクリュー２の目標回転数、起動時の低供給量、低回転数、立上時間を入力する入力手段３０を設けたことを特徴とする樹脂押出機の立上制御装置である。

本発明の樹脂押出機の立上制御装置においては、前記溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、前記コントローラ２０に入力する圧力センサ７を設け、
前記コントローラ２０は、モータ５へ増速指令を出力しているときに樹脂圧力が許容値を越えるとモータ５への増速指令を中止する機能を有するものにできる。

このようにすれば、立上時に樹脂圧力が許容値を越えて樹脂押出機１、金型４への負荷が増大することを防止できる。

本発明によれば、樹脂押出機１を休止している状態から押出状態とする際に、樹脂材料の供給量、スクリュー２の回転数を、自動的に短時間で目標供給量、目標回転数とすることができる。
したがって、自動的に短時間に立ち上げることができ、押出作業効率を向上できると共に、溶融樹脂の成形品とならない屑量を少なくでき、しかも作業者の熟練度が要求されないと共に、安定した立上制御を行うことができる。

本発明の実施の形態を示す立上制御装置の説明図である。 樹脂材料の供給量、スクリューの回転数の変化を示す図表である。

図１は、本発明の立上制御装置を示し、樹脂押出機１はスクリュー２と樹脂材料の投入部３と図示しないヒータなどを備え、投入部３から供給された粉末の樹脂材料を、ヒータで加熱しながらスクリュー２の回転で混練、圧縮して溶融樹脂を金型４に向かって押し出す。
前記スクリュー２はモータ５で回転駆動される。
前記金型４には、溶融樹脂の温度を検出する温度センサ６と、溶融樹脂の圧力を検出する圧力センサ７が設けてある。

前記樹脂押出機１の投入部３には材料供給装置１０により粉末の樹脂材料が供給される。
この材料供給装置１０は、タンク１１と材料供給部１２を備え、その材料供給部１２を制御することで供給量が増減する。
前記材料供給部１２としては重量フィーダと呼ばれるものが用いられる。この重量フィーダは、単位時間当たりに供給する重量により供給量を調整できる。

前記モータ５、材料供給部１２はコントローラ（シーケンサ）２０からの制御信号で制御され、スクリュー２の回転数（ｒｐｍ）、樹脂材料の供給量（ｋｇ／ｈ）を増減する。
前記温度センサ６の検出温度、圧力センサ７の検出圧力は前記コントローラ２０に入力される。
前記コントローラ２０には入力手段３０で押出成形条件が入力される。
この押出成形条件は、樹脂成形品を押出成形するときの溶融樹脂の目標吐出量に見合う溶融樹脂の目標供給量、スクリューの目標回転数、立上制御データ等である。
前記吐出量はスクリュー２の回転により金型４に向かって押出され、金型４から外に押出される量であり、供給量は重量フィーダから樹脂押出機１に供給する量である。
例えば、樹脂押出機１に取り付ける金型の金型番号と、その金型を用いて押出成形するときの樹脂材料の目標供給量、スクリューの目標回転数、立上制御データである。

前記押出成形条件の入力の仕方は、金型交換したごとにコントローラ２０に金型の番号、目標供給量、目標回転数、立上制御データを入力する仕方、入力手段３０にあらかじめ複数の押出成形条件を入力しておき、金型の番号を入力手段３０に入力することで、その金型の番号に対応した目標供給量、目標回転数、立上制御データをコントローラ２０に入力する仕方、コントローラ２０にあらかじめ複数の押出成形条件を入力しておき、入力手段３０から金型の番号を入力することで、その金型の番号に対応した目標供給量、目標回転数、立上制御データを選択する仕方、等種々のやり方がある。

いずれの入力の仕方であっても、使用する金型に対応した目標供給量、目標回転数、立上制御データに基づいてコントローラ２０が制御することになる。

前記溶融樹脂の目標吐出量は、前述のように押出成形する樹脂成形品、つまり使用する金型によって経験に基づき設定され、それに基づいて樹脂材料の目標供給量を設定する。
前記スクリューの目標回転数は、目標吐出量（目標供給量）、樹脂圧力に基づき設定する。
前記立上制御データは、図２に示すように、低吐出量に見合う低供給量、他回転数で起動する起動データと、その低供給量、低回転数から目標吐出量に見合う目標供給量、目標回転数まで立ち上げる立上データを有する。

前記立上制御データにおける起動データの低吐出量に見合う低供給量、低回転数は、目標吐出量に見合う目標供給量、目標回転数よりも著しく低く、溶融樹脂の樹脂圧力が許容値を越えないように設定する。
前記樹脂材料を、低供給量から目標供給量に立ち上げる立上時間、スクリューの回転数を低回転数から目標回転数に立ち上げる立上時間は、樹脂材料特性、金型特性、樹脂押出機特性により異なるので、実験によって最適な立上時間を決定し、前述の金型の番号に応じて最適な立上時間を設定している。

図２において、樹脂材料の供給量は線Ａで示し、スクリューの回転数は線Ｂで示してある。
そして、Ａ１，Ｂ１の部分が起動時で、Ａ２，Ｂ２の部分が立上制御時で、Ａ３，Ｂ３が目標値となった時を示す。
また、線Ｃは樹脂圧力を示す。

次に、本発明の立上制御方法を説明する。
前記樹脂押出機１を休止し、金型４を交替する。
その交替した金型４の番号、樹脂材料の目標供給量、スクリューの目標回転数、立上制御データをコントローラ２０にそれぞれ入力する。
前記立上制御データは前述のように低供給量、低回転数、立上時間である。
起動手段３１でコントローラ２０に起動信号を入力することで、コントローラ２０はモータ５に低速駆動信号を入力してモータ５を低速駆動し、スクリュー２を前述の低回転数で回転する。
これと同時に、コントローラ２０は材料供給部１２に低供給量信号を入力し、樹脂材料を前述の低供給量だけ樹脂押出機１に供給する。
これと同時に樹脂押出機１のヒータに通電して加熱することで、樹脂押出機１内が溶融樹脂で満たされる。

つまり、本発明の立上制御方法は、起動時（Ａ１，Ｂ１）には樹脂押出機１に樹脂材料を目標供給量よりも少ない低供給量だけ供給すると共に、スクリュー２を目標回転数よりも少ない低回転数で回転する。

そして、樹脂押出機１内に溶融樹脂が充満したら、樹脂材料の供給量、スクリューの回転数を漸増して設定した立上時間で目標供給量、目標回転数として押出状態とする。
例えば、温度センサ６で検出した温度が設定した温度となったときに、溶融樹脂が充満したと判断し、コントローラ２０がモータ５に増速指令を出力してスクリュー２の回転数を漸増すると同時に、材料供給部１２に増量指令を出力して樹脂材料の供給量を漸増する。

または、スクリュー２の回転にかかるトルクの変化を監視し、その変化から樹脂押出機械１内に溶融樹脂が充満したかについて確認することもできる。例えば、トルクの変化はスクリュー２の回転のための電動のモータ５への電流値の変化でもあり、電流値をコントローラ２０などで監視することで充満したかがわかる。なお、前記スクリュー２の回転数と樹脂材料の供給量を漸増するとは、横軸の時間に対し右肩上がりに増加することをいい、図２に表す右肩上がりの直線に限らず、曲線を描くように増加しても良い。本発明では、いずれであっても経過する時間に対し急激な増加、例えばある時間の前後での供給量に大きな差を持つような段階的増加ではなく、連続的な増加であることを漸増であるとする。

前述のようにして立上制御しているときに、圧力センサ７から樹脂圧力がコントローラ２０に入力され、その樹脂圧力が予め設定した許容値以上となったときには、コントローラ２０はモータ５への増速指令を停止してスクリュー２の回転数が増速しないようにする。
これによって、樹脂圧力が長い時間に亘って許容値以上となることがないので、樹脂押出機１、金型４が破損することがない。
つまり、コントローラ２０は、モータ５に増速指令を出力してスクリュー２の回転数を漸増しているときに、入力された樹脂圧力が許容値を越えると増速指令を中止し、そのときのスクリュー２の回転数を維持する機能を有している。

前記立上制御において、目標供給量Ａ３と目標回転数Ｂ３とが設定され、その設定値まで立ち上げるには、起動時から樹脂押出機１内に溶融樹脂が充満するまでは低供給量Ａ１と低回転数Ｂ１とする。このとき、低供給量Ａ１に対して低回転数Ｂ１とするのは、樹脂を確実に溶融させ充満する時点で、金型４に急な圧力が加わるのを防止するためである。そして、溶融樹脂が充満した後、目標供給量Ａ３と目標回転数Ｂ３とになるように、コントローラ２０により、重量フィーダからの供給量とスクリューの回転数とが制御される。図２には、線Ｃによりセンサ７による樹脂圧力の変化を表している。図２に表すように、樹脂圧力はＡ１とＡ２、Ｂ１とＢ２の境界点よりも前で増加していることから、押出機１内に溶融樹脂が充満したことがわかる。本実施例では、確実に充満している状態とするため、樹脂圧力Ｃの増加から所定時間経過した後に立上制御を行うこととしている。
前記境界点から後では、供給量Ａ２に表すように漸次供給量を増加すると共に、回転数Ｂ２も増加させるようにコントローラ２０によりコントロールする。このときセンサ７により、樹脂圧力が設定した許容圧力より低いこと（許容値以上とならないこと）を監視している。本実施例では、供給量の増加に合わせて回転数が増加するようにしているので、図２に表すように樹脂圧力Ｃは突然大きくなるようなことがなく、的確に制御することができる。このとき、金型４からの吐出量も漸次増加することになる。
その後、前記所定のスクリュー２の回転数と、所定の樹脂材料の供給量となった立上制御の完了後には、金型４からその金型４の形状に応じた成形品が押出成形される。

前記モータ５への増速指定を停止する際には、金型４に圧力センサ７を備える以外に、スクリュー２の金型４とは反対側にロードセルを設け、スクリュー２に掛る背圧を監視し、その背圧に対して許容値を設定することもできる。
また、温度センサ６は溶融樹脂の温度に加え、金型４の温度も検出するようにできる。さらに、上記実施例に加えて温度センサ６が検出した温度により、スクリュー２の回転数や樹脂の供給量を変化するようにもできる。例えば、温度が低い場合には回転数を低くして樹脂を確実に溶融するようにしたり、温度が高い場合には回転数を高くする、または樹脂の供給量を多くするようにして温度を低くするように変化させる。

１…樹脂押出機、２…スクリュー、３…投入部、４…金型、５…モータ、６…温度センサ、７…圧力センサ、１０…材料供給装置、１２…材料供給部、２０…コントローラ、３０…入力手段。

Claims (5)

1. スクリュー２を回転することで供給された樹脂材料を溶融樹脂として金型４に向かって押し出しする樹脂押出機１の立上制御方法であって、
   前記樹脂押出機１の起動時は、樹脂材料を目標供給量よりも少ない低供給量で供給すると共に、スクリュー２を目標回転数よりも少ない低回転数で回転し、その後に樹脂材料の供給量を漸増すると共に、スクリュー２の回転数を漸増して設定した立上時間経過後に目標供給量、目標回転数とすることを特徴とする樹脂押出機の立上制御方法。
2. 樹脂押出機１に取り付ける金型４の金型番号と、その金型４で押出成形するときの樹脂材料の目標供給量、スクリュー２の目標回転数、起動時の低供給量、低回転数、立上時間をコントローラ２０に入力し、
   このコントローラ２０で樹脂材料の供給量、スクリュー２の回転数を制御するようにした請求項１記載の樹脂押出機の立上制御方法。
3. 前記樹脂材料、スクリュー回転数を目標供給量、目標回転数まで漸増するときに、樹脂圧力が許容値以上となるとスクリュー回転数を増速しないようにした請求項１又は２記載の樹脂押出機の立上制御方法。
4. モータ５で回転されるスクリュー２と樹脂材料の投入部３を備え、溶融樹脂を金型４に向かって押し出しする樹脂押出機１と、
   前記投入部３に樹脂材料を供給する材料供給装置１０と、
   前記モータ５、材料供給装置１０の材料供給部１２に制御指令を出力して樹脂材料の供給量、スクリュー２の回転数を制御するコントローラ２０を備え、
   該コントローラ２０に、樹脂材料の目標供給量、スクリュー２の目標回転数、起動時の低供給量、低回転数、立上時間を入力する入力手段３０を設けたことを特徴とする樹脂押出機の立上制御装置。
5. 前記溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、前記コントローラ２０に入力する圧力センサ７を設け、
   前記コントローラ２０は、モータ５へ増速指令を出力しているときに樹脂圧力が許容値を越えるとモータ５への増速指令を中止する機能を有する請求項４記載の樹脂押出機の立上制御装置。

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