JP3784659B2 - 押出成形機の温度制御装置及び温度制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばゴム材や樹脂材などを押出成形する押出成形機のシリンダ内の材料温度を、該シリンダを介して制御する温度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、ゴム材や合成樹脂材を押出成形機によって押出成形する際には、この押出成形機のシリンダを複数ゾーンに分け、媒体(例えば温水)との熱交換によってシリンダ内からスクリューによって押出される前記ゴム材や樹脂材などの材料を、シリンダ内で所定温度に温度制御して可塑化して成形品の良好な成形性を確保するようになっている。
【0003】
この温度制御の方式としては、シリンダを介して内部の材料の温度を直接検出し、この実温度に基づいて制御するいわゆる直接方式と、シリンダの外周に循環回路を介して供給される媒体の温度を検出し、この媒体温度に基づいて制御するいわゆる間接方式がある(特開平1−229611号公報、特開平6−155555号公報など参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の直接方式では、温度の安定性を重視する場合には、一般にヒーターの容量を小さくし、冷却媒体の供給量(加熱された媒体の排出量)を少なくする方法を採るが、そのようにすると、媒体の温度変化が遅くなって、周囲温度の変化や材料温度の変化などの外的要因に対する追従性が悪化して、シリンダの目標設定温度に達するまでに時間が長くなってしまうおそれがある。これによって、成形作業能率の低下を招来している。
【0005】
また、温度の追従性、つまり温度の応答性を重視する場合は、ヒーターの容量を大きくし、冷却媒体の供給量(加熱された媒体の排出量)を多くする方法を採用するが、このようにすると、今度は、媒体の温度変化が激しくなって、図5に示すように、シリンダの目標設定温度付近で大きないわゆるハンチング現象を起こし易くなり、シリンダ(材料)温度が不安定になるおそれがある。
【0006】
一方、間接方式にあっては、シリンダ温度の安定性は良好になるものの、目標シリンダ温度をそのまま媒体の目標設定温度に設定すると、媒体は目標設定温度になるものの、熱交換に要する時間が長くなり、目標設定温度に達するまでに多くの時間が掛ってしまい、この場合も成形作業能率の低下を招くおそれがある。
【0007】
また、押出成形作業を開始すると、材料が可塑化する際に、スクリューの旋回運動によって発熱が起り、媒体の温度よりもシリンダ温度が上昇してしまい、目標シリンダ温度から外れてしまうおそれがある。
【0008】
そこで、これらに対応するために、媒体の目標設定温度をその都度変更することも考えられるが、このようにすると、周囲の温度変化や材料の変化などの外的要因によって押出条件が変化することにより、押し出しによる発熱量が常に変化してしまうため、作業員がかかる変化量を予測して温度調節をしなければならず、その作業が煩雑になり、作業性が悪化すると共に、精度の面からみても誤差が発生し易くなる。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来における押出成形機の温度制御装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明は、内部に装填されたゴムあるいは樹脂材料を押出すシリンダの外周に媒体を循環させる循環回路と、該循環回路内の前記媒体を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温させる温度調節機構と、前記シリンダ内の現在の材料温度を検出する材料温度検出部と、前記循環回路内の現在の媒体温度を検出する媒体温度検出部と、前記温度調節機構を制御するコントローラとを備え、前記材料温度検出部と媒体温度検出部の二つの検出部から検出された温度測定値から前記媒体の温度を制御する押出成形機の温度制御装置であって、前記コントローラは、前記材料温度検出部から検出された材料温度測定値と予め記憶された前記材料温度の目標設定温度値との差値から、前記媒体の目標設定温度値を補正演算して変更目標設定温度値を設定する一方、前記温度調節機構は、前記コントローラから出力された媒体の変更目標設定温度値と前記媒体温度検出部から検出された媒体温度測定値とによってPID演算を行ない、この演算結果によって前記循環回路内の媒体を加熱あるいは冷却制御を行なうようにしたことを特徴としている。
【0010】
したがって、この発明によれば、押出成形機のシリンダ温度を外的要因に影響されずに精度良く制御することが可能である。特に、温度調節機構は、シリンダの実際の温度と目標設定温度との差値から求められた、変更媒体目標設定温度と実際の媒体温度とよってPID演算を行なって媒体の温度を調節するようになっているため、媒体の温度が急激に変化することがなく、したがって、大きなハンチング現象が抑制される。
【0011】
請求項2に記載の発明は、内部に装填されたゴムあるいは樹脂材料を押し出すシリンダの外周に媒体を循環させる循環回路と、該循環回路内の前記媒体を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温させる温度調節機構と、前記シリンダ内の現在の材料温度を検出する材料温度検出部と、前記循環回路内の現在の媒体温度を検出するの媒体温度検出部と、前記温度調節機構を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記材料温度検出部から検出された材料温度測定値と予め記憶された前記材料温度の目標設定温度値との差値から、前記媒体の目標設定温度値を補正演算して変更目標設定温度値を設定する一方、前記温度調節機構は、前記コントローラから出力された媒体の変更目標設定温度値と前記媒体温度検出部から検出された媒体温度測定値とによってPID演算を行ない、この演算結果によって前記循環回路内の媒体を加熱あるいは冷却制御を行なうようにしたことを特徴としている。
【0012】
請求項3に記載の発明にあっては、前記循環回路は、前記シリンダの外周面と該外周面の外周側に設けられた外筒との間に形成されたジャケットと、該ジャケットの一端側と他端側にそれぞれ接続された供給通路及び排出通路と、該供給通路及び排出通路との間に設けられたタンクと、該タンク内の媒体を前記供給通路を介してジャケット内に圧送するポンプとを備え、前記タンクの近傍に、該タンク内の媒体を排出する開閉バルブを設けると共に、前記循環回路内に前記媒体を加熱するヒーターを設け、かつ前記コントローラからの情報信号に基づいて前記ヒーターと開閉バルブの作動を制御する制御回路を設けたことを特徴としている。
【0013】
請求項4に記載の発明は、前記ヒーターを前記タンクに設けたことを特徴としている。
【0014】
請求項5に記載の発明は、前記材料温度検出部の先端感温部を、前記シリンダの外周部に当接配置したことを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる押出成形機の温度制御装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。
【0016】
すなわち、この押出成形機の温度制御装置は、図1に示すように、内部に装填されたゴム材料をスクリュー2の旋回運動によって前方に押し出すシリンダ1と、該シリンダ1の外周に媒体である温水(冷却水)を循環させる循環回路3と、該循環回路3内の前記温水を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温する温度調節機構4と、前記シリンダ1の現在の温度(材料温度)を検出する材料温度検出部である第1温度検出センサ5と、前記循環回路3内の現在の温水の温度を検出する媒体温度検出部である第2温度検出センサ6と、前記第1温度検出センサ5と第2温度検出センサ6とからの検出信号に基づいて前記温度調節機構4に制御信号を出力するコントローラ7とから構成されている。
【0017】
前記循環回路3は、シリンダ1の外周面と該外周面の外周側に設けられた外筒8との間に形成された円筒状のジャケット9と、該ジャケット9の円周方向の一端側及び他端側に接続された供給通路10及び排出通路11と、該両通路10、11の途中に設けられたタンク12と、前記供給通路10のタンク12の近傍に設けられて、タンク12内の温水をジャケット9内に供給するウォータポンプ13とから構成されている。
【0018】
また、前記タンク12には、外部で冷却された温水を該タンク12内に導入する導入通路20と、該タンク12内の加熱温水を外部に排出するドレン通路21がそれぞれ接続されている。このドレン通路21には、該ドレン通路21を開閉して、ジャケット9を通過してゴム材料との熱交換により温水目標温度以上に加熱された温水をタンク12から外部に排出する開閉バルブ14が設けられており、この開閉バルブ14は、開作動してタンク12内の温水が外部に排出されると、その排出量と同等量の冷却温水が前記導入通路20を介してタンク12内に導入されるようになっている。また、前記タンク12には、該タンク12内の温水を加熱するヒーター15が設けられている。
【0019】
そして、前記ウォータポンプ13と開閉バルブ14及びヒーター15は、制御回路16によって作動が制御されるようになっている。
【0020】
前記ジャケット9は、前記外筒8の円周方向の所定位置に開口された一端開口8aと、該一端開口8aと円周方向のほぼ180°の位置に開口された他端開口8bに供給通路10の下流端と排出通路11の上流端がそれぞれ接続されて内部に温水を循環させてシリンダ1の熱交換を行なうようになっている。
【0021】
また、前記タンク12は、その大きさが約20リットル容量を有し、導入通路20から供給された温水をこの中に一旦貯留して、ここでヒーター15によって加熱してジャケット9内に供給すると共に、ジャケット9から排出通路11を介して排出された温水を一旦貯留し、温水温度が温水の目標設定温度より高い場合は、開閉バルブ14を開いてドレン通路21を介して外部へ排出させて、シリンダ1を効率良く加熱あるいは冷却する容量に設定されている。
【0022】
前記制御回路16は、マイクロコンピュータが内蔵され、ここに温水の基本的な目標設定温度が予め記憶されていると共に、前記第2温度検出センサ6やコントローラ7からの後述するシリンダ1の温度情報信号に基づいて温水の目標設定温度を演算によって変更するPID回路を有している。
【0023】
前記第1温度検出センサ5は、外筒8を径方向から貫通した円筒状の保持部材17内に保持されて、ジャケット9内の温水温度の伝熱が遮断されていると共に、先端の感温部5aが前記シリンダ1の外周面に当接されて、該シリンダ1の温度を直接検出するようになっている。また、第1温度検出センサ5によって検出された現在のシリンダ1の温度信号は前記コントローラ7に入力されるようになっている。
【0024】
前記第2温度検出センサ6は、タンク12の外壁、つまり、前記排出通路11のジャケット9の他端開口8b側の下流側近傍のタンク外壁に保持されて、先端の感温部6aがジャケット9から排出された温水の温度を即座に検出できるようなタンク12内部の特定位置に配置されている。また、この第2温度検出センサ6によって検出された現在のタンク12内の温水の温度信号は前記制御回路16に入力されるようになっている。
【0025】
前記コントローラ7は、内蔵されたマイクロコンピュータに予めシリンダ1の基本的な目標設定温度が記憶されていると共に、第1温度検出センサ5からの現在のシリンダ1の温度情報を入力して、この実温度と前記目標設定温度を比較演算してその差値を求め、前記温水の基本目標設定温度を変更する制御を行ない、この温水目標設定温度情報を前記制御回路16に出力するようになっている。
【0026】
以下、前記コントローラ7と制御回路16による具体的な制御を図2及び図3のフローチャートに基づいて詳述する。
【0027】
まず、コントローラ7は、図2に示すように、ステップ1で第1温度検出センサ5からの現在のシリンダ1の温度(G1)を読み込み、ステップ2では、このシリンダ実温度(G1)が、記憶されているシリンダ1の基本目標設定温度(M1)よりも±10℃以内か否かを判断する。ここで、±10℃以上であると判断した場合はステップ1に戻るが、以内であると判断した場合はステップ3に移行する。
【0028】
このステップ3では、実温度(G1)が目標設定温度(M1)よりも大きいか否かを判断する。ここで、大きいと判断した場合は、ステップ4に進み、ここで、(G1−M1)×K(係数)の式から変更温度(C)を求める。ここで、K(係数)は、実温度(G1)と目標設定温度(M1)の差値を約1/5程度にするもので、現在の温水目標設定温度に1分間のサイクルで加減算し、シリンダ1の実温度と目標設定温度のずれを補正する。
【0029】
次に、ステップ5において、前記制御回路16から出力された温水目標設定温度(M2)を読み込み、ステップ6では、M2−C=M2’の式から温水目標設定温度を変更する数値を算出し、この算出された変更温水目標設定温度(M2’)の情報信号を制御回路16に出力する。次に、ステップ7においてタイマーによって所定の時間(フィードバック制御サイクル)待ってステップ3に戻る。
【0030】
また、前記ステップ3で実温度(G1)が目標設定温度(M1)よりも小さいと判断した場合は、ステップ8に進み、ここでは(M1−G1)×Kの式から変更温度を求める。次に、ステップ9では、前述のように温水目標設定温度(M2)を読み込み、ステップ10においてM2+Cの式から温水目標設定温度を変更して、この変更温水目標設定温度(M2”)を制御回路16に出力する。次に、前述と同じくステップ7においてタイマーによって所定の時間待ってステップ3に戻る。
【0031】
前記制御回路16は、図3に示すように、ステップ11において第2温度検出センサ6から現在の温水の温度(G2)を読み込み、ステップ12において実温度(G2)と温水目標設定温度(M2)をいわゆるPID演算処理を行なう。なお、このPID演算は、周知のように、比例動作、積分動作、微分動作を組み合わせたもので、比例動作は入力に比例する大きさの出力を出す制御動作であり、積分動作は、入力の時間積分値に比例する大きさの出力を出す制御動作であり、また微分動作は、入力の時間微分値に比例する大きさの出力を出す制御動作である。
【0032】
そして、ステップ13において、この演算結果(A)が+%の方か−%の方かを判断し、+%であればステップ14に移行し、ここでは制御回路16の制御サイクル(S2)×A秒の間、ヒーター15をオンさせて、タンク12内の温水を加熱する。この時点では、開閉バルブ14がオフされていることから、タンク12内の温度の高くなった温水はポンプ13によってジャケット9内に供給され、さらにここからタンク12内に戻されて循環する。このため、シリンダ1は、その温度が速やかに立上って内部の材料温度を上昇させる。
【0033】
その後、ステップ15では、S2×(1−A)秒の所定時間ヒーター15をオフする信号を出力し、そのままステップ11にリターンする。
【0034】
一方、前記ステップ13において−%であると判断した場合は、ステップ16に進み、ここではS2×A秒の間、開閉バルブ14のオン信号を出力して開作動させる。このため、タンク12内の温水がドレン通路21から排出されると共に、タンク12内には、導入通路20を介して、冷却されて比較的温度の低い温水が導入されて、この温度の低い温水がジャケット9内に供給流動する。このため、シリンダ1は、その温度が速やかに低下して内部の材料温度を下降させる。
【0035】
その後、ステップ17では、S2×(1−A)秒の所定時間開閉バルブ14にオフ信号を出力して閉作動させて、そのままステップ1にリターンする。
【0036】
このように、本実施形態では、コントローラ7によって、変更された温水目標設定温度M2’、M2”を制御回路16に出力し、この変更温水目標設定温度M2’,M2”と実温水温度G2とよってPID演算を行なって、ヒーター15や開閉バルブ14の作動を制御して温水の温度を調節するようにしたため、温水の温度が図4に示すように急激に変化することがなく、したがって、大きなハンチング現象が抑制される。この結果、シリンダ1の常時安定した温度制御が可能になり、材質が良好かつ安定した押出成形品が得られる。
【0037】
しかも、シリンダ1の加熱と冷却を行なうための作業員による操作作業が少なくなることから、押出成形作業の能率が向上する。
【0038】
また、第2温度検出センサ6をジャケット9のほぼ直下流のタンク12内に配置したことから、ジャケット9内の温水温度を精度良く検出することができる。
【0039】
さらに、ヒーター15も、供給通路10に直に設けるのではなく、タンク12内に設けたため、安定した温度の温水をジャケット9内に供給することができる。
【0040】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば第1温度検出センサ5の先端感温部5aをシリンダ1内に埋没させてより精度の高い温度検出を行なうことも可能である。
【0041】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1及び2に記載の発明によれば、押出成形機のシリンダ温度を外的要因に影響されずに精度良く制御することが可能になる。特に、温度調節機構は、シリンダの実際の温度と目標設定温度との差値から求められた、媒体の変更された目標設定温度と実際の媒体温度とよってPID演算を行なって媒体の温度を調節するようになっているため、媒体の温度が急激に変化することがなく、したがって、大きなハンチング現象が抑制される。この結果、シリンダの常時安定した温度制御が可能になり、材質が良好かつ安定した押出成形品が得られる。
【0042】
請求項3に記載の発明によれば、循環回路の構造の簡素化が図れ、製造作業も簡単でコストの高騰も抑制できる。
【0043】
請求項4に記載の発明によれば、ヒーターを供給通路に直に設けるのではなく、タンク内に設けたため、安定した温度の温水をジャケット内に供給することができる。
【0044】
請求項5に記載の発明によれば、材料温度検出部の特異な配置により、材料温度を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の押出成形機の温度制御装置の一実施形態を示す概略図。
【図2】本実施形態に供されるコントローラの制御フローチャート図。
【図3】本実施形態に供される制御回路の制御フローチャート図。
【図4】本実施形態によるシリンダの温度変化を示す特性図。
【図5】従来の温度制御装置によるシリンダの温度変化を示す特性図。
【符号の説明】
1…シリンダ
3…循環回路
4…温度調節機構
5…第1温度検出センサ(材料温度検出部)
6…第2温度検出センサ(温水温度検出部)
7…コントローラ
8…外筒
9…ジャケット
10…供給通路
11…排出通路
12…タンク
13…ウォータポンプ
14…開閉バルブ
15ヒーター
Claims (5)
- 内部に装填されたゴムあるいは樹脂材料を押し出すシリンダの外周に媒体を循環させる循環回路と、
該循環回路内の前記媒体を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温させる温度調節機構と、
前記シリンダ内の現在の材料温度を検出する材料温度検出部と、
前記循環回路内の現在の媒体温度を検出する媒体温度検出部と、
前記温度調節機構に制御信号を出力するコントローラと、
を備え、
前記材料温度検出部と媒体温度検出部の二つの検出部から検出された温度測定値から前記媒体の温度を制御する押出成形機の温度制御装置であって、
前記コントローラは、前記材料温度検出部から検出された材料温度測定値と予め記憶された前記材料温度の目標設定温度値との差値から、前記媒体の目標設定温度値を補正演算して変更目標設定温度値を設定する一方、
前記温度調節機構は、前記コントローラから出力された媒体の変更目標設定温度値と前記媒体温度検出部から検出された媒体温度測定値とによってPID演算を行ない、この演算結果によって前記循環回路内の媒体を加熱あるいは冷却制御を行なうようにしたことを特徴とする押出成形機の温度制御装置。 - 内部に装填されたゴムあるいは樹脂材料を押し出すシリンダの外周に媒体を循環させる循環回路と、
該循環回路内の前記媒体を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温させる温度調節機構と、
前記シリンダ内の現在の材料温度を検出する材料温度検出部と、前記循環回路内の現在の媒体温度を検出する媒体温度検出部と、
前記温度調節機構に制御信号を出力するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記材料温度検出部から検出された材料温度測定値と予め記憶された前記材料温度の目標設定温度値との差値から、前記媒体の目標設定温度値を補正演算して変更目標設定温度値を設定する一方、
前記温度調節機構は、前記コントローラから出力された媒体の変更目標設定温度値と前記媒体温度検出部から検出された媒体温度測定値とによってPID演算を行ない、この演算結果によって前記循環回路内の媒体を加熱あるいは冷却制御を行なうようにしたことを特徴とする押出成形機の温度制御方法。 - 前記循環回路は、前記シリンダの外周面と該外周面の外周側に設けられた外筒との間に形成されたジャケットと、該ジャケットの一端側と他端側にそれぞれ接続された供給通路及び排出通路と、該供給通路と排出通路との間に設けられたタンクと、該タンク内の媒体を前記供給通路を介してジャケット内に圧送するポンプとを備え、
前記タンクの近傍に、該タンク内の媒体を排出する開閉バルブを設けると共に、前記循環回路内に前記媒体を加熱するヒーターを設け、かつ前記コントローラからの情報信号に基づいて前記ヒーターと開閉バルブの作動を制御する制御回路を設けたことを特徴とする請求項1に記載の押出成形機の温度制御装置。 - 前記ヒーターを、前記タンクに設けたことを特徴とする請求項3に記載の押出成形機の温度制御装置。
- 前記材料温度検出部の先端感温部を、前記シリンダの外周部に当接配置したことを特徴とする請求項3または4のいずれかに記載の押出成形機の温度制御装置。
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CN107262547A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-10-20 | 广东工业大学 | 一种挤压机等温挤压的温度智能控制装置 |
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