JP4318829B2

JP4318829B2 - ローラヘッド押出機及びローラヘッド押出方法

Info

Publication number: JP4318829B2
Application number: JP2000057935A
Authority: JP
Inventors: 勝彦平尾; 豊光安藤; 俊明前原; 隆木元
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001239569A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュによって押し出された練りゴムをローラにより成形して練りゴムシートを得るローラヘッド押出機及びローラヘッド押出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ゴムシートの成形は、押出機から押し出された練りゴムを、押出ヘッドによって一対のカレンダーロールからなるローラに押し出し、該ローラによって圧延されて形成されている。また、押出ヘッドからローラに押し出されたゴムはバンクと呼ばれており、このバンク部分の圧力、即ちバンク圧力によって押出ヘッド及びローラを制御して、練りゴムを圧延することが、均一な幅と厚みのゴムシートを作製する上で重要であることが知られている。
【０００３】
このバンク圧力によって、押出ヘッド及びローラを制御する方法として、特開平９−８５８０１号公報が開示されている。この方法は、バンク部内の練りゴムがゼロの時におけるローラダイ装置に設けられた力センサの出力を初期圧力として、押出し時の力センサの出力からこの初期圧力を差し引いたものをバンク圧力とする際に、この初期圧力の値を連続的に行われる一連の各押出し運転ごとにその押出し開始に先立って求めて、更新して、初期圧力の値が時間変化しても誤差の少ないバンク圧力を得て、このバンク圧力によって、押出ヘッド及びローラの回転数を制御して、寸法精度の高いゴムシートを作製するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法は、バンク圧力をローラダイ装置に設けられたロードセル等の出力センサによって、ローラダイ装置がバンク圧力によって膨張した場合等の圧力を検知して、このバンク部に発生する圧力を間接的に検知するものである。従って、検出される出力センサの出力値には、バンク圧力による押出力によるローラダイ装置の変化に加えて、バンク部の持つ熱によって熱膨張する変化も合わせて検知してしまうため、初期圧力の値を連続的に行われる一連の各押出し運転ごとにその押出し開始に先立って求めるようにしても、正確なバンク圧力を測定していることにならず、そのため、微妙にゴムの厚みや幅が変化していた。
【０００５】
そこで、本発明は、バンク圧力を直接的に正確に測定し、その圧力によって押出ヘッド及びローラ等を制御して、寸法精度の高いゴムシートを作製できるローラヘッド押出機及びローラヘッド押出方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の請求項１に記載のローラヘッド押出機は、ゴムシートに成形するローラと、該ローラのバンクにゴムを供給するヘッドを有する押出機と、前記バンクの圧力を検出する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記ローラを支持する両側のスタンドとヘッドとの間に設けられる幅方向両側の接続箇所の両方に設けられているローラヘッド押出機であって、前記検出手段による検出値が第１設定値を越えると、前記ローラ及び前記押出機を停止させる電気的保護手段が設けられる共に、前記検出手段による検出値が第２設定値を越えると、前記ローラと前記ヘッドの間隔をバンクが形成される以上に離間させることにより、前記接続箇所の接続を解放する機械的保護手段が設けられ、前記第１設定値が前記第２設定値より小さくなるように設定され、前記電気的保護手段が前記機械的保護手段に優先するようになっているものである。
バンク圧力はローラとヘッドの間に作用するため、バンク圧力による力がローラとヘッドの接続箇所で支えられる。そのため、ローラとヘッドの幅方向の両側の接続箇所で、バンクの圧力に相当する力が接続力として直接的に検出される。両側の接続箇所で検出された力を平均化または和算すると、バンクの圧力に相当する力が正確に検出される。
また、電気的な制御によってもバンク圧力を抑えられなくなって、機械的保護のための設定値を越えることになっても、ローラとヘッドとの接続箇所が解放され、ローラとヘッドの間隔がバンクが形成される以上に離間し、ローラ及び押出機の機械的保護が達成される。
【０００７】
また、請求項２に記載のローラヘッド押出機は、請求項１における前記検出手段は、前記バンクの圧力が押圧力として作用する前記接続箇所の部位に設けられているものである。
押圧力として検出することにより、ロードセル等によりバンク圧力に相当する力を正確且つ優れた応答性でもって検出できる。
【０００９】
また、請求項３に記載のローラヘッド押出方法は、ゴムシートに成形するローラと、該ローラのバンクにゴムを供給するヘッドを有する押出機と、前記ローラを支持する両側のスタンドとヘッドとの間に設けられる幅方向両側の接続箇所の両方に設けられ、前記バンクの圧力を検出する検出手段と、前記検出手段による検出値が第１設定値を越えると、前記ローラ及び前記押出機を停止させる電気的保護手段と、前記検出手段による検出値が第２設定値を越えると、前記ローラと前記ヘッドの間隔をバンクが形成される以上に離間させることにより、前記接続箇所の接続を解放する機械的保護手段とを備えるローラヘッド押出機を用い、前記検出手段の検出値が、前記ローラ及び前記押出機の手動運転時のバンク圧力を基準とした上限及び下限である所定範囲に納まるように前記押出機のスクリュの回転数を自動的に制御し、前記検出手段により検出された前記バンク圧力が前記所定範囲の上限を超える第１段目に至ると、前記ローラの回転数を上昇させ、更に第１段目を越える前記第１設定値に達すると、前記ローラ及び前記押出機を停止させ、前記第１設定値を超える前記第２設定値に達すると、前記機械的保護手段により前記ローラと前記ヘッドの間隔をバンクが形成される以上に離間させるものである。
ヘッドと前記ローラとの幅方向両側の接続箇所の両方に設けられた検出手段により、バンク圧力を直接的且つ正確に検出し、押出機のスクリュの回転数を自動的に制御するため、ローラの回転速度が安定した状態を保ち、成形ゴムシートの幅、厚みの精度が向上する。
また、押出機のスクリュの回転数による緻密な制御を行うため、上限を越える第１段目でローラの回転数を上昇させ、それでも第１段目を越えると第２段目ある第１設定値でローラ及び押出機を停止させるという、緻密な電気的保護ができる。
【００１０】
また、請求項４に記載のローラヘッド押出方法は、請求項３における前記制御は、前記所定範囲に納まるようにゴム種に応じたパラメータによりＰＩＤ制御されるものである。ローラの回転数ではなく、押出機のスクリュの回転数を自動的に制御するため、成形ゴムの種類に応じたパラメータを使用したＰＩＤ制御が可能になり、成形ゴムシートの幅、厚みの精度が更に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態例を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係るローラヘッド押出機のローラとヘッドの接続関係の概略を示す上面図である。図２は、ローラとヘッドの間のバンクの状態を示す断面図である。図３は、本発明に係るローラヘッド押出機の全体図を示す概略図である。
【００１３】
図３において、本発明に係るローラヘッド押出機１は、スクリュ押出機２と、カレンダーロール３と、接続装置又は接続箇所４とを備えてなる。
【００１４】
スクリュ押出機２は、先端にヘッド又は押出ヘッド１１を有するシリンダ１２内にスクリュ１３を回転自在に保持し、減速機付のモータ１４によってスクリュ１３を回転駆動する構造である。シリンダ１２の根元側に位置するホッパー１５から投入された練りゴムは、スクリュ１３によってヘッド１１に向かって加圧されながら押し出される。ヘッド１１は、カレンダーロール３に向かって末広がりとなり先端がスリット状になった通路１１ａを有する構造である。スクリュ１３から押し出されてくる練りゴムは、ヘッド１１の先端のスリットからカレンダーロール３に向かって押し出され、バンク５を形成する。また、スクリュ押出機２の各機器は台車１６の上に設置され、押出機２の全体が右方向に移動可能になっている。
【００１５】
カレンダーロール３は、上下配置の一対のローラ２１，２２を、基礎に固定されたスタンド２３，２４に回転自在に支持する構造である。ローラ２１，２２は、図示されない減速機付のモータによって図示の矢印方向に回転駆動されるとともに、図示されない油圧機構によってローラ間のギャップの調整が可能になっている。バンク５を形成する練りゴムは、一対のローラ２１，２２のギャップに引き込まれ、シート６に成形される。シート６は、ガイドローラ２５を経て搬送される。
【００１６】
バンク５の状態は、図２に詳細に示される。ヘッド１１の通路１１ａから、ローラ２１，２２のギャップに向かって押し出された練りゴムは、加圧状態の溜まりを形成し、ローラ２１，２２のギャップ方向に延在する状態になる。このバンク５の圧力を適切にすることにより、適切な厚みと幅を有するシート６が成形される。
【００１７】
図１において、接続装置４は、ローラ２１，２２を支持する両側のスタンド２３，２４とヘッド１１との間に設けられる。ヘッド１１の幅方向両側に、油圧シリンダ３１、ロードセル３２、戻しバネ３３、ロッド３４を収納した延長部３５Ｒ，３５Ｌがスクリュ押出機２の側に突設されている。一方、カレンダーロール３の固定のスタンド２３，２４にも、スクリュ押出機２の側に向かう延長部３６Ｒ，３５Ｌが突設されている。この延長部３６Ｒ，３６Ｌの先端に、エアシリンダ３７により進退自在な係合部３８が設けられている。ローラ２１，２２とヘッド１１との接続装置４又は接続箇所は、前述したヘッド１１の幅方向両側の延長部３５Ｒ，３５Ｌと、ローラ２１，２２の幅方向両側の延長部３５Ｒ，３５Ｌと、これらの間の接続自在な手段から構成される。
【００１８】
延長部３５Ｒ，３５Ｌの先端の係合部３８を退出させると、カレンダーロール３からスクリュ押出機２を図面右方向に移動させ、各機器２，３のメンテナンスなどを行う。延長部３５Ｒ，３５Ｌの先端の係合部３８が図示の進出状態になると、カレンダーロール３とスクリュ押出機２とが接続可能な状態になり、接続装置４が構成される。
【００１９】
延長部３５Ｒ，３５Ｌの油圧シリンダ３１のロッド３１ａが図示のように伸長すると、戻しバネ３３を介してロッド３４が係合部３８に当たる状態になり、延長部３５Ｒ，３５Ｌと延長部３６Ｒ，３６Ｌは接続される。そして、これら接続箇所に作用する力が左右の押圧力として、一対のロードセル３２によって直接検出される。油圧シリンダ３１のロッド３１ａが退出すると、戻しバネ３３によってロッド３４も退出し、ロッド３１ａのストローク分だけ、スクリュ押出機２が図面右側に移動し、バンク５が大きくなって機能しなくなり、延長部３５Ｒ，３５Ｌと延長部３６Ｒ，３６Ｌとの接続は実質的に解放される。
【００２０】
前記構成のローラヘッド押出機１において、バンク５の圧力は、ローラ２１，２２とヘッド１１を引き離す力として作用する。この力は、延長部３５Ｒ，３５Ｌでは引っ張り力として作用し、延長部３６Ｒ，３６Ｌでは押圧力として作用する。延長部３６Ｒ，３６Ｌに作用する押圧力は、一対のロードセル３２で検出される。すなわち、バンク５の圧力による力は、幅方向両側の接続箇所のうち押圧力が作用する部分に設けられた一対のロードセル３２によって直接的に検出される。幅方向両側のロードセル３２によって検出される力に多少のアンバランスがあっても、両ロードセル３２の検出値を和算することより、バンク５の圧力による力を正確且つ応答性に優れた状態で検出することができる。
【００２１】
図４により、制御ブロックを説明する。デジタル制御される中央演算装置（ＣＰＵ）を備えた制御装置４１の入力側に、ローラ回転手動設定器４２、ローラ回転自動設定器４３、押出機スクリュ回転手動設定器４４、押出機スクリュ回転自動設定器４５、和算器４６の各々が、Ａ／Ｄ変換器４７〜５１を介して接続されている。和算器４６には、幅方向両側のロードセルに対応する右センサ３２Ｒと左センサ３２Ｌの出力を合算するように接続されている。さらに、制御装置４１の入力側に、ＰＩＤ選択設定器６２と自動、手動切替スイッチ６３が接続されている。制御装置４１の出力側に、スクリュ用モータ駆動回路５４とローラ用モータ駆動回路５５が、Ａ／Ｄ変換器５６，５７を介して接続されている。
【００２２】
つぎに、図４乃至図６により、運転の手順を説明する。ステップＳ１において、自動、手動切替スイッチ５３を手動に切替え、スクリュ押出機２とカレンダーロール３の各々の単独運転を行う。ステップＳ２において、ローラ回転手動設定器４２及び押出スクリュ回転手動設定器４４を手動で操作し、スクリュ押出機２から練りゴムを押し出し、カレンダーロール３でシート６に成形し、狙いのシート幅及び厚みが得られるように調整する。このときの、ローラ回転数、スクリュ回転数、幅方向両側のロードセルに対応する右センサ３２Ｒと左センサ３２Ｌからの出力の和算は、初期値として制御装置４１に記憶されるとともに、ローラ回転自動設定器４３及び押出機スクリュ回転自動設定器４５に設定値として設定される。ステップＳ３において、ＰＩＤ選択設定器６２により、予め処理ゴム種別毎に設定されたＰＩＤの比例、微分、積分の定数又はパラメータを設定する。
【００２３】
ステップＳ４において、自動、手動切替スイッチ５３を自動に切替えると、自動運転が開始される。この自動運転は、和算器４６の出力値が所定範囲に納まるように押出機スクリュの回転数を自動的に制御する方式により行われる。この所定範囲は、前記手動運転時の和算器４６の出力を基準とした上限及び下限であり、前記所定範囲に納まるようにゴム種に応じたパラメータによりＰＩＤ制御される。この状態が、図５に示される。Ａ点が、手動運転時の和算器４６の出力である。このＡ点の出力を基準とし、例えば±３５％増減した幅を所定範囲とする。和算器４６からのセンサ出力が基準値Ａを越えると、スクリュ回転数を下げ、和算器４６からのセンサ出力が基準値Ａを下回ると、スクリュ回転数を上げる制御が行われる。この制御は、ゴム種に応じたパラメータが設定されたＰＩＤ制御で行われる。
【００２４】
自動運転においては、押出機のスクリュ回転数を制御するため、シートの幅や厚みの制御性が向上する。というのは、ローラの回転数を制御すると、シートの処理量が回転数で変化するため、ローラ表面の温度のバラツキ等の影響を受け、シートの幅や厚みが変動する。しかし、ローラの回転数を手動運転で決めた適正値に維持し、正確に検出されたバンク圧力が一定になる様に、押出機のスクリュ回転数を制御するため、シートの幅や厚みの制御性が向上する。また、押出機のスクリュ回転数を所定範囲に納まるようにＰＩＤ制御する際に、ゴム種に応じた比例、微分、積分の定数又はパラメータを設定するため、ゴム種の変化に対応することができる。ＰＩＤ制御のパラメータを一定にする場合、ゴム種が変わると、作業者がシートの幅や厚みを確認し、ローラやスクリュの回転数を変えていた。本実施形態の制御によれば、そのような作業が不要になる。
【００２５】
前述した自動運転における電気的保護の制御を以下に説明する。図５において、ＰＩＤ制御によるスクリュ回転数制御によっても、和算器４６の出力値が、所定範囲の上限である例えば＋３５％内に納まらず、第１段目の上限を越えると、ローラの回転数を所定値例えば基準値に対して＋３０％まで強制的に上げる。この数値は、ローラ回転自動設定器４３により設定できる。和算器４６の出力値が、前記上限を上回り、所定の第２段目まで上がると、図６のステップＳ６で運転停止を判断し、ステップＳ７で押出機スクリュ及びローラの回転を停止する。なお、以上の電気的保護のための和算器４６の出力値は、機械的保護の為にローラとヘッドの接続箇所を解放する時の和算器４６の出力値より小さくなるように設定され、電気的保護が機械的保護に優先するようになっている。
【００２６】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化することもできる。
（１）接続装置４に設けられるバンク圧力の検出手段は、引っ張り力が作用する部分に設けることもできる。引っ張り力に対応する力センサを用いることに有利である。
（２）バンクの圧力を検出する検出手段には、幅方向両側の接続箇所の適所に張りつけられるひずみゲージであってもよい。種々の力センサを検出手段として使用できる。
（３）押出機の側のヘッド位置が固定され、ローラのスタンドが移動するような場合でも、ローラとヘッドの幅方向両側の検出手段でバンク圧力に相当する力が検出できる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明方法の具体例を以下に説明する。図１の接続装置を用い、スクリュ回転数を制御しながら、ゴム種及び厚みを変えて、厚みの制御性を検証した。従来技術で説明したように、ローラの側の歪みでバンクの圧力を検出し、ローラの回転数を制御するものを比較例として用いた。評価は、ＣＰ（Process Capability）で行った。このＣＰは、生産プロセスにおいて、製品仕様に適合する製品を生産する能力を持っているかどうかを検証する数字である。検証結果が表１に示される。
【００２８】
【表１】

【００２９】
実施例のＣＰ値は、いずれも比較例のＣＰ値より上がっている。また、一応の合格値とされる１．３３以上又はそれに近いところまでＣＰ値が高くなっている。すなわち、実施例の場合、製品の品質に重大な影響を与える特性が、規格内に入っていること、及びこれらの特性の修正変更が確実に行われることを示している。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１〜２のローラヘッド押出機によると、バンク圧力に相当する力を、ローラとヘッドとの幅方向両側の接続箇所に作用する力として直接的に検出することにより、正確且つ応答性に優れた出力として取り出すことができる。これにより、ローラヘッド押出機の制御性が向上する。
【００３１】
請求項３〜４のローラヘッド押出方法によると、バンク圧力に相当する力をローラとヘッドとの幅方向両側の接続箇所に作用する力として直接的に検出するとともに、この検出結果に基づき、スクリュの回転数を制御するため、幅や厚みの均一性に優れたシートを成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るローラヘッド押出機１のローラとヘッドの接続関係の概略を示す上面図である。
【図２】ローラとヘッドの間のバンクの状態を示す断面図である。
【図３】本発明に係るローラヘッド押出機の全体図を示す概略図である。
【図４】本発明に係るローラヘッド押出機の制御機器のブロック図である。
【図５】押出機スクリュとセンサ出力との関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明に係るローラヘッド押出機の制御方法を示すフロチャート図である。
【符号の説明】
１ローラヘッド押出機
２スクリュ押出器
３カレンダーロール
４接続装置（接続箇所）
５バンク
１１押出ヘッド（ヘッド）
１２スクリュ
２１ローラ
３２ロードセル（検出手段）

Claims

ゴムシートに成形するローラと、該ローラのバンクにゴムを供給するヘッドを有する押出機と、前記バンクの圧力を検出する検出手段とを備え、前記検出手段は、前記ローラを支持する両側のスタンドとヘッドとの間に設けられる幅方向両側の接続箇所の両方に設けられているローラヘッド押出機であって、
前記検出手段による検出値が第１設定値を越えると、前記ローラ及び前記押出機を停止させる電気的保護手段が設けられる共に、
前記検出手段による検出値が第２設定値を越えると、前記ローラと前記ヘッドの間隔をバンクが形成される以上に離間させることにより、前記接続箇所の接続を解放する機械的保護手段が設けられ、
前記第１設定値が前記第２設定値より小さくなるように設定され、前記電気的保護手段が前記機械的保護手段に優先するようになっているローラヘッド押出機。
前記検出手段及び前記機械的保護手段は、前記バンクの圧力が押圧力として作用する前記接続箇所の部位に直列に設けられている請求項１に記載のローラヘッド押出機。
ゴムシートに成形するローラと、該ローラのバンクにゴムを供給するヘッドを有する押出機と、前記ローラを支持する両側のスタンドとヘッドとの間に設けられる幅方向両側の接続箇所の両方に設けられ、前記バンクの圧力を検出する検出手段と、前記検出手段による検出値が第１設定値を越えると、前記ローラ及び前記押出機を停止させる電気的保護手段と、前記検出手段による検出値が第２設定値を越えると、前記ローラと前記ヘッドの間隔をバンクが形成される以上に離間させることにより、前記接続箇所の接続を解放する機械的保護手段とを備えるローラヘッド押出機を用い、
前記検出手段の検出値が、前記ローラ及び前記押出機の手動運転時のバンク圧力を基準とした上限及び下限である所定範囲に納まるように前記押出機のスクリュの回転数を自動的に制御し、
前記検出手段により検出された前記バンク圧力が前記所定範囲の上限を超える第１段目に至ると、前記ローラの回転数を上昇させ、更に第１段目を越える前記第１設定値に達すると、前記ローラ及び前記押出機を停止させ、
前記第１設定値を超える前記第２設定値に達すると、前記機械的保護手段により前記ローラと前記ヘッドの間隔をバンクが形成される以上に離間させるローラヘッド押出方法。
前記制御は、前記所定範囲に納まるようにゴム種に応じたパラメータによりＰＩＤ制御される請求項３に記載のローラヘッド押出方法。