JP3675940B2 - 複合式自動フラットダイの制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックシートやフィルムの厚さまたはバンクのプロファイルを制御する複合式自動フラットダイの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プラスチックシートやフィルムの製造に際しては、押出機内で溶融混練された溶融樹脂が、自動フラットダイで所定厚さのシート状に成形されキャスティングロールで冷却固化される。この自動フラットダイにはそのリップから流出する溶融樹脂の流量分布を調整する装置が設けられており、この流量分布調整装置としては、リップ隙間調整式、チョークバー式及び樹脂温調整式に大別される。
【０００３】
リップ隙間調整式は、調整ボルトを電動機あるいは空気圧により回動させてリップ隙間を調整する方式、あるいは、ヒートボルトによりボルトを熱膨張させてリップ隙間を調整し流出流量分布を制御する方式が知られている。また、チョークバー式は、自動フラットダイのリップへ通じる流路にこの流路面積を可変可能とするチョークバーを設け、このチョークバーを電動機あるいは空気圧により移動させて流路面積を調整することにより溶融樹脂の流出流量分布を制御する方式であり、そして、樹脂温調整式は、ダイ本体ヒータにより樹脂温分布を調整し、あるいはダイ本体ヒータの他に専用のリップヒータを設けてリップ部の樹脂温分布を調整し、流出流量分布を制御するようになっている。さらに、リップ隙間調整式とチョークバー式とを組合せて複合式にしたものもある。
【０００４】
ところが、リップ隙間調整式は、リップ隙間の調整できる範囲が小さいので微調整には効果があるが厚肉シートの大きなプロファイル誤差は修正できず、チョークバー式は、流路に段差ができるために流れの停滞部が生じ、樹脂温調整式でダイ本体ヒータによるものはダイ本体を加熱し、かつ、ダイ本体のリップ巾方向の温度分布を調整するものなので、粗調整には効果があるがきめ細かな流量分布制御がむづかしく、専用のリップヒータを設けたものはリップ隙間調整式と同様の欠点を有する等の問題があった。
【０００５】
そこで、シート厚さまたはバンクのプロファイル（以下プロファイルという）のうち長波長成分をダイ本体温度制御装置により制御し、短波長成分をリップ部制御装置により制御することが提案されている（特開平６−７１７２９号）。
【０００６】
図４は上記両制御装置を有するシート成形装置の一実施例を示す制御システム構成図であって、複合式自動フラットダイ（以下、フラットダイと称する）１とプロファイル計測制御装置２、ダイ本体温度制御装置３及びリップ部制御装置４で構成されている。フラットダイ１は、リップ５を下向きとして押出機６の先端部に装着されており、リップ５に至る樹脂流路５ａを挾んで両側にはダイ本体温度制御装置３の一部を構成するｍ個のヒータ７が樹脂流路５ａの巾方向（図４において紙面と垂直方向）に平行でフラットダイ１の巾方向にほぼ等間隔に設けられている。なお、このヒータ７はフラットダイ１本体の加熱用熱源を兼ねている。また、フラットダイ１はヒータ７と対をなしてダイ本体温度制御装置３の一部を構成する図示しない冷却装置により冷却されるようになっており、樹脂流路５ａとヒータ７との間にはフラットダイ１の巾方向に沿って複数の温度センサ８が設けられている。そして、これらのヒータ７及び冷却装置によりフラットダイ１の巾方向の温度分布を制御してリップ５へ流入する溶融樹脂の流量分布を調整するようになっている。
【０００７】
また、リップ５の一側方にはリップ部制御装置４の一部を構成するｎ個のサーモアクチュエータ９とダイボルト１０がリップ５に対しほぼ直交するように設けられており、このサーモアクチュエータ９にはそれぞれ温度センサ１１が設けられている。なお、サーモアクチュエータ９は図示しない冷却装置により冷却されるようになっている。そして、これらのサーモアクチュエータ９及び冷却装置によりリップ５の隙間を調整しリップ５における溶融樹脂の流出流量分布を調整するようになっている。
【０００８】
なお、ダイ本体温度制御装置３のｍ個のヒータ７とリップ部制御装置４のｎ個のサーモアクチュエータ９とはｍ＜ｎの関係を有している。また、フラットダイ１の吐出方向の下方には成形ロール１２、１３、１４が設けられており、リップ５から吐出した溶融樹脂が冷却成形されてシート１５が得られるようになっている。
【０００９】
プロファイル計測制御装置２は、図５に示すように目標プロファイル設定部１６、比較器１７、プロファイル制御部１８、プロファイルデータ処理部１９及びバンクセンサ２０と厚さ計２１とを有している。
【００１０】
目標プロファイル設定部１６は、成形ロール１２，１３から送り出されるシート１５の温度からバンク量（成形ロール１２，１３の間の上部に溜った溶融樹脂の量）を測定するバンクセンサ２０又は厚さ計２１の出力から得られるバンク量又はシート１５の厚さのプロファイルデータに対応する目標プロファイルを設定する。そして、この目標プロファイルの信号は比較器１７へ入力される。
【００１１】
プロファイルデータ処理部１９は、成形ロール１２、１３の下方に設けられたバンクセンサ２０又は成形ロール１２、１３、１４の下流側に設けられた厚さ計２１の出力からバンク量又はシート厚さのプロファイルの信号が得られるようになっている。そして、目標プロファイルの信号とバンク量又はシート厚さのプロファイルの信号とが比較器１７で比較されプロファイル偏差が算出される。そして、このプロファイル偏差がプロファイル制御部１８に入力される。
【００１２】
プロファイル制御部１８は、入力されたプロファイル偏差を長波長成分（λｌ）と短波長成分（λｓ）に分離し、それぞれに対応した新目標温度を算定しダイ本体温度制御装置３の温度設定部２２と、リップ部制御装置４の温度設定部２３に出力する。
【００１３】
ダイ本体温度制御装置３は、前記温度設定部２２、比較器２４、温度制御部２５、ｍ個のヒータ７を備えたダイ本体加熱冷却装置２６及び温度センサ８からなっている。温度設定部２２は、フラットダイ１を巾方向にヒータ７の数のｍ個で区分した各区分毎の設定温度パターンを記憶し、比較器２４へ入力する。温度制御部２５は、温度設定部２２に記憶されている設定温度パターンと温度センサ８の出力との差を取り込み、ＰＩＤ制御等によりダイ本体加熱冷却装置２６に対する操作量を演算してこれをダイ本体加熱冷却装置２６へ出力する。
【００１４】
ダイ本体加熱冷却装置２６は、温度制御部２５から与えられた出力によりフラットダイ１のｍ個のヒータ７への給電制御又は図示しない冷却装置の制御を行ってプロファイル偏差の長波長成分（λｌ）に対応した調整を行う。なお、温度センサ８はフラットダイ１の各区分毎に設けられており、フラットダイ１の温度をそれぞれ検出しこれらの検出出力を比較器２４へフィードバックするようになっている。
【００１５】
リップ部制御装置４は、前記温度設定部２３、比較器２８、温度制御部２９、ｎ個のサーモアクチュエータ９を備えたサーモアクチュエータ加熱冷却装置３０及び温度センサ１１からなっている。
【００１６】
温度設定部２３は、プロファイル偏差の短波長成分（λｓ）に対応すべくサーモアクチュエータ９の数のｎ個で区分した各区分毎の設定温度パターンを記憶し、比較器２８へ入力する。温度制御部２９は、温度設定部２３に記憶されている設定温度パターンと温度センサ１１の出力との差を取り込み、ＰＩＤ制御等によりサーモアクチュエータ加熱冷却装置３０に対する操作量を演算してこれをサーモアクチュエータ加熱冷却装置３０へ出力する。サーモアクチュエータ加熱冷却装置３０は、温度制御部２９から与えられた出力によりｎ個のサーモアクチュエータ９への給電制御又は図示しない冷却装置の制御を行ってリップ５によりプロファイル偏差の短波長成分（λｓ）に対応した調整を行う。なお、温度センサ１１は、各サーモアクチュエータ９に取付けられており、リップ５の隙間に対応する温度を検出し比較器２８へフィードバックするようになっている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の如き装置における２つの制御方法の応答時間は、リップ部制御装置の場合３〜１０分であるのに対し、ダイ本体温度制御の場合２０〜６０分必要である。そのため、プロファイルの長波成分が修正されるまでには長時間かかり、偏差が修正されるまでの間に、シートの蛇行や巻きずれなどのトラブルが起きることがある。
【００１８】
また、サーモアクチュエータの応答時間が約３〜１０分であることから、リップ部制御装置だけで修正することも可能であるが、リップ部制御装置は制御できる範囲が狭いため、少ない制御回数で制御可能な範囲を使いきってしまい、外乱などによりプロファイルが変動したときに修正することができなくなる等の不都合がある。
【００１９】
本発明はこのような点に鑑み、複合式自動フラットダイの幅方向の吐出量分布変更時の制御応答時間が短い制御方法を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フラットダイ本体の温度とリップ隙間を調整することによりフラットダイの幅方向の吐出量分布を調整するようにした複合式自動フラットダイの制御方法において、上記吐出量分布の調整時に、ダイ本体の温度及びリップ隙間の各目標調整量値を、それぞれダイ本体の温度或はリップ隙間のみの調整だけで所定の吐出量分布が得られるような値に設定して、ダイ本体の温度とリップ隙間を同時に調整するとともに、上記所定の吐出量分布が得られるようになった後には、上記ダイ本体の温度変化による吐出量の変化に対応して、リップ隙間の目標調整量を初期状態に戻すようにしたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図中図４と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００２２】
図１は本発明の制御方法を実施するシート厚さ制御システムの一例を示す図であり、フラットダイから吐出された溶融樹脂はその下方に配設されている成形ロール１２，１３，１４により冷却成形されシート１５が得られる。
【００２３】
ところで、上記シート１５の移動経路の途中には赤外線投光器２１ａ及び赤外線センサ２１ｂからなる赤外線厚さ計２１が配設されており、その赤外線センサ２１ｂにより検出されたシートの厚さ信号がコンピュータ４０に入力される。一方、成形ロール１２，１３の近傍部にはバンク量を測定するバンクセンサ２０が設けられており、そのバンクセンサ２０からの検出信号も上記コンピュータ４０に入力される。そして、上記コンピュータ４０からの制御信号によって、上記フラットダイ１のダイ本体の温度制御及びリップ隙間制御が行われる。すなわち、上記厚さ計２１やバンクセンサ２０による測定値によりダイ本体からの幅方向吐出量分布を調整し、厚さやバンクプロファイルが調整される。なお、バンクセンサなしで厚さ計の信号のみで上記吐出量分布を制御しシート厚を所定値に制御することもできる。
【００２４】
そこで、シート或はフィルム厚さや、バンクプロファイルを調整するため、フラットダイ１からの幅方向吐出量分布を変更する場合には、幅方向の各区分におけるダイ本体の温度とリップの隙間を同時に調整する。
【００２５】
すなわち、例えば幅方向の或る点における溶融樹脂の吐出量が所定値となるようにするための、ダイ本体温度制御装置及びリップ部制御装置の調整目標値が、それぞれ単独の調整のみによって目的の目標値が得られるだけの大きさに設定される。
【００２６】
したがって、上記調整目標値の変更によって、リップ隙間及びダイ本体温度の調整が同時に開始される。
【００２７】
しかし、実際には、リップ隙間の調整はサーモアクチュエータなどにより約３〜１０分で調整が完了することができるのに対し、ダイ本体の温度は設定温度が変わってもその設定温度になるまでには約３０〜６０分かかる。
【００２８】
したがって、制御を開始してから約５分後には、まだダイ本体の温度調整の影響は殆ど出ないけれども、上記リップ部制御装置によるリップ隙間の調整効果によって目的の吐出量分布が得られる。
【００２９】
そこで、上述のように目的とする吐出量分布が得られるようになると、リップ隙間の調整及びダイ本体の温度調整の両者によって所定の吐出量分布が維持された状態で、時間の経過に応じるダイ本体の温度の変化による吐出量分布の変化に対応して、リップ隙間の調整目標値が次第に調整目標値が与えられる以前の初期状態に戻される。
【００３０】
そのため、次第にリップ隙間が初期状態に戻され、ダイ本体の温度が所定の目標値になると、ダイ本体の温度変化のみによって所定の吐出量分布が得られるようになる。
【００３１】
図２はシート等の幅方向の一点における両制御による厚さ調整量の変化を示す図であって、実線がリップ部制御装置による調整量の変化を、そして一点鎖線がダイ本体温度制御による調整量の変化を、さらに点線が両者の制御による調整量の変化を示す。
【００３２】
すなわち、調整開始（Ａ点）から５分経過すると（Ｂ点）、リップ部制御装置によって所定位置における吐出量が実線で示すようにほぼ目標調整量に達し、このリップ隙間の調整による吐出量の調整量と、一点鎖線で示すようにわずかに増加しているダイ温度の調整による吐出量の調整量との合計によって目標調整量に達する。しかし、時間が経つと、ダイ温度の調整によって吐出量が図２の一点鎖線で示すように変化するので、それに対応してリップ隙間の調整目標値が少しづつ初期値に戻され、ダイ温度とリップ隙間の両方の調整によって目的の吐出量分布が維持され続ける（Ｃ点）。 そして最終的にダイ本体の温度が設定の目標調整量である調整目標値に達すると、リップ隙間は初期値に戻り、ダイ本体の温度のみによって吐出量が所定の目標値に維持される（Ｄ点）。
【００３３】
このように調整することにより、約５分で目標の調整量を得ることができ、しかも最終的にはリップ部制御装置の調整量がほぼ初期状態に戻るので、次に製品替えしたときや外乱が入ったときにもそれに対応することができる。
【００３４】
ところで、上記リップ隙間を戻す際の戻し量は、次のようにして決めることができる。すなわち、ダイ本体の温度を温度センサ８によって測定し、その温度変化から樹脂の吐出量分布の変化を計算し、その変化に相当する分だけリップ隙間を戻す。しかし、実際には樹脂温を直接測定しないで、ダイの温度を測定しているので、計算値と実際の変化量には誤差がある。そこで、さらに厚さ計やバンクセンサの測定値によりリップ隙間を補正することが好ましい。
【００３５】
図３は、リップ隙間の調整をサーモアクチュエータの温度調整によって行うようにしたものにおける制御方法のフローチャートであって、シートの目標厚さプロファイル或は目標バンク量プロファイルが決定され、ダイ本体の温度調整及びリップ隙間の調整のそれぞれ単独で上記目標とする調整量を達成できるような新たなダイ本体の目標温度及びサーモアクチュエータの目標温度が設定されると、その各目標温度になるようにダイ本体の温度制御及びサーモアクチュエータの温度制御が同時に開始される。
【００３６】
そこでＳＴ１でサーモアクチュエータの温度変化が検出され、ＳＴ５で検出されたダイ本体の温度変化があれば、ＳＴ２においてサーモアクチュエータの調整目標値からダイ本体の温度変化分を差引く（第２図Ａ点からＤ点まで）。ＳＴ３ではその結果をもとにサーモアクチュエータの設定温度を変更する。ＳＴ２においてサーモアクチュエータの温度変化分がなければ初期状態となり、通常のプロファイル制御を継続する（第２図Ｄ点以降）。
一方、それと同時にＳＴ５でダイ本体の温度変化が検出され、温度変化があればＳＴ２に出力し、ＳＴ６でさらにダイ本体の温度制御が行われる。
【００３７】
このようにして、ダイ本体の温度制御のみによって目標調整量が達成されると、サーモアクチュエータの温度は初期値に戻され、それ以後における外乱等に対処できるように維持され、しかも初期にサーモアクチュエータの温度制御を利用することにより目標調整量に早急に到達させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はダイ本体温度制御による実際のシート等の厚さ変化が現れるまでは、リップ部制御装置により幅方向の吐出量分布を調整し、ダイ本体温度制御による幅方向の吐出量分布の変化が現れてきたら、リップ部制御装置による調整を少しづつ元に戻すようにしたので、３〜１０分程度で幅方向の吐出量分布を均一にすることができ、制御応答時間を短くできる。しかもリップ部制御装置による調整量は次第に初期状態に戻るため、その後外乱などにより幅方向の吐出量分布が変動した場合にも十分対応することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を実施する制御システムの一例を示す図。
【図２】ダイ本体の温度調整及びリップ隙間の調整量の変化を示す図。
【図３】本発明の制御方法のフローチャート。
【図４】従来のシート成形装置の制御システム構成図。
【図５】図４の制御ブロック図。
【符号の説明】
１ フラットダイ
７ ヒータ
８ 温度センサ
９ サーモアクチュエータ
１１ 温度センサ
１５ シート
２０ バンクセンサ
２１ 厚さ計

Claims (4)

1. フラットダイ本体の温度とリップ隙間を調整することによりフラットダイの幅方向の吐出量分布を調整するようにした複合式自動フラットダイの制御方法において、上記吐出量分布の調整時に、ダイ本体の温度及びリップ隙間の各調整目標値を、それぞれダイ本体の温度或いはリップ隙間の一方のみを調整した場合に所定の吐出量分布が得られるような値に設定して、ダイ本体の温度調整とリップ隙間調整を同時に開始するとともに、上記所定の吐出量分布が得られるようになった後には、上記ダイ本体の温度変化による吐出量の変化に対応して、リップ隙間の調整目標値を調整開始前の初期状態に戻すようにしたことを特徴とする、複合式自動フラットダイの制御方法。
2. ダイ本体の温度変化を測定し、その温度変化による吐出量変化に対応してリップ隙間を初期状態に戻すようにすることを特徴とする、請求項１記載の複合式自動フラットダイの制御方法。
3. フラットダイによって成形されたシートの厚さを測定する厚さ計やバンクセンサの測定値によってリップ隙間の戻し量を補正することを特徴とする、請求項２記載の複合式自動フラットダイの制御方法。
4. リップ隙間の戻し制御時に、上記厚さ計やバンクセンサの測定値をフィードバックすることを特徴とする、請求項１記載の複合式自動フラットダイの制御方法。

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