JP4835299B2 - 押出成形方法と押出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂を加熱、混練して生成した溶融樹脂を待機状態から生産状態へ自動的に稼働させることができる押出成形方法と押出成形装置に関する。

プラスチックは飲料の容器や製品のケースなど日常生活に欠かせないものとなっている。このプラスチックの成形法の一例として押出成形機による成形がある。これは、ホッパから原料をシリンダ内で回転するスクリューによって前方側に移送し、合成樹脂などの原料を加熱して混練することによって溶融樹脂を形成する。そして、この溶融樹脂をシリンダに接続されたギアポンプに供給し、ギアポンプによって溶融樹脂が定量化された後に、ダイスを介して圧縮成形機の金型等に供給されて、圧縮成形された後に製品化にされる。

押出成形機には、単軸押出成形機と二軸以上の多軸押出成形機とが使用されている。単軸押出成形機は、混練・圧縮フィーダ機の機能を１本のスクリューで行なうため、複雑な工程を必要とする。これに対し、多軸押出成形機は高混練、高スクリューに優れており、合成樹脂を押出成形機に供給するフィーダとの組み合わせによって運転条件の範囲が広くなる利点がある。
このような押出成形機では、生産前の待機運転から実際に製品を作る生産運転に移行する際、押出成形機の成形機本体とギアポンプとの間に設けられた圧力計（図１の成形機本体２、ギアポンプ１２、圧力計１５を参照）、すなわちギアポンプの入口圧力を作業員が監視しながら、図４のラインＹ（点線）に示すように、段階的に溶融樹脂を供給するフィーダ（図１のフィーダ４を参照）の吐出量を上げて、作業員の監視のもと作業が行われた。
このように押出成形機の運転にあたっては、通常、作業員の監視のもとに作業がなされるが、省略化のため無人運転することが望まれ、下記の特許文献１のように、押出成形機を用いた生産ラインの無人運転システムや、特許文献２のように押出成形機の立ち上げや吐出量変更時の運転制御方法が開示されている。
特開平９−１３１７８０号公報 特公平６−５５４１５号公報

このように押出成形機の自動運転制御による省人化や、生産運転に至るまでの時間短縮が可能となっている。
しかしながら、押出成形機が生産運転に至るまでの溶融樹脂を製品の製造に使用できないシステム、例えば圧縮成形機のように毎時数百ｋｇを越える吐出量を有する大型押出成形機においては、如何に溶融樹脂の排出量を抑えるかが課題となっている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、非生産運転において、溶融樹脂の吐出量を少なくするとともに、成形機本体の自動運転により人手を省略することができる押出成形方法と押出成形装置を提供することを目的とする。

本発明の押出成形方法は上記目的を達成するために、合成樹脂をフィーダから多軸式の押出成形装置の成形機本体に供給するステップと、成形機本体のシリンダ内にて合成樹脂を加熱、混練して溶融樹脂を生成するステップと、溶融樹脂を前記シリンダの排出口からギアポンプに供給するステップと、前記ギアポンプの入口圧力を測定するステップとを含んだ押出成形方法において、前記押出成形装置を起動してパージ運転をした後に、スクリュー負荷（フィーダ吐出量／スクリュー回転速度）を設定値Ａ１にした状態で前記フィーダ吐出量を設定値Ｑ１になるように前記押出成形装置を稼働するようにしたパージ運転状態から待機運転状態へ移行する移行区間と、前記スクリュー負荷を設定値Ａ２とし、前記フィーダ吐出量を設定値Ｑ１に維持した状態で、前記ギアポンプの入口圧力を設定値Ｖ１となるように前記ギアポンプ回転速度を制御するように前記押出成形装置を稼働するようにした待機運転状態とを含み、該待機運転状態から生産運転に移行する際に、前記スクリュー負荷を設定値Ａ２にした状態で前記ギアポンプの入口圧力を設定値Ｖ２とし、前記フィーダ吐出量を設定値Ｑ１から設定値Ｑ２になるようにして前記押出成形装置を生産運転に切り替えるようにした。
上記押出成形方法による前記生産運転の条件は、前記フィーダ吐出量が設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達したときに、前記ギアポンプ回転速度を固定値とし、前記ギアポンプの入口圧力を前記設定値Ｖ３になるように、スクリュー回転速度とフィーダ吐出量を制御するようにした。
上記押出成形方法は、前記待機運転状態から前記生産運転状態へ移行する間に、前記フィーダ吐出量は、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達するまでは合成樹脂の容積を計量し吐出制御し、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達した後は合成樹脂の重量を計量し吐出制御するようにした。
上記押出成形方法は、前記生産運転状態から前記待機運転状態へ移行する間に、前記フィーダ吐出量は、合成樹脂の容積を計量し吐出制御するようにした。
上記押出成形方法は、前記押出成形装置の前記生産運転から前記待機運転に切り替えて、再度前記生産運転に切り替えるようにしたステップを含むようにした。
上記押出成形方法は、前記パージ運転から前記待機運転に移行する間に前記成形機本体に配設したベントを開放するようにした。
上記押出成形方法は、前記待機運転から前記生産運転に移行する間に、予め設定した吐出量を超えた後に、前記成形機本体に配設したベントを開放するようにした。
上記押出成形方法は、前記生産運転から前記待機運転に移行する間に、予め設定した吐出量を超えた後に、前記成形機本体に配設したベントを閉じるようにした。
また、本発明の押出成形装置は上記目的を達成するために、フィーダから供給された合成樹脂を加熱、混練して溶融樹脂を生成する成形機本体と、該成形機本体から供給された溶融樹脂の供給量を調節するギアポンプと、該ギアポンプの入口に配設した圧力計とを備えた多軸押出成形装置において、前記フィーダ吐出量、前記スクリュー回転速度、前記ギアポンプ回転速度及び前記圧力計の圧力の値に基づいてこれらを制御するようにした制御装置を設け、生産運転に入る前の待機運転にて、スクリュー負荷（フィーダ吐出量／スクリュー回転速度）を設定値Ａ２とし、前記フィーダ吐出量を設定値Ｑ１の範囲内に維持した状態で、前記ギアポンプの入口圧力を設定値Ｖ１となるように前記ギアポンプ回転速度を、前記制御装置が制御するようにし、前記待機運転状態から生産運転に移行する際に、前記スクリュー負荷を設定値Ａ３にした状態で前記ギアポンプの入口圧力を設定値Ｖ２とし、前記フィーダ吐出量を前記設定値Ｑ１から設定値Ｑ２になるように前記制御装置が制御するようにした。
上記押出成形装置は、前記制御装置は、前記フィーダ吐出量が設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達したときに、前記ギアポンプ回転速度を固定値とし、前記ギアポンプの入口圧力を前記設定値Ｖ３になるように、スクリュー回転速度とフィーダ吐出量を調整するようにした。
上記押出成形装置は、前記待機運転状態の前記フィーダ吐出量の設定値Ｑ１が前記成形機本体の最大吐出能力の５〜３０％の範囲とした。
上記押出成形装置は、前記フィーダ吐出量は、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達するまでは合成樹脂の容積を計量し吐出制御し、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達した後は合成樹脂の重量を計量し吐出制御するようにした。
上記押出成形装置は、前記生産運転状態から前記待機運転状態へ移行する間に、
前記フィーダ吐出量は、合成樹脂の容積を計量し吐出制御するようにした。
上記機押出成形装置は、前記待機運転から前記生産運転に移行する間に、予め設定した吐出量を超えた後に、前記成形機本体に配設したベントを開放するようにした。
上記押出成形装置は、前記生産運転から前記待機運転に移行する間に、予め設定した吐出量を超えた後に、前記成形機本体に配設したベントを閉じるようにした。

本発明は、押出成形装置を稼働するにあたって停止状態から生産運転状態の間に待機運転状態を設けることによって、押出成形装置は常時稼働状態にあるため、待機運転状態から生産運転状態、生産運転状態から待機運転状態への移行がスムーズとなり、押出成形装置を停止させたときと比較して、溶融樹脂の大幅な節約が可能となる。
上記発明は、待機運転状態から生産運転状態へ移行するにあたって、フィーダ吐出量の制御を途中まで合成樹脂の容積を計量し吐出制御し、設定値Ｑ２の許容範囲内に達した後は合成樹脂の重量を軽量し吐出制御し、生産運転状態から待機運転状態へ移行するにあたって、合成樹脂の容積を計量し吐出制御することにより、移行時間の短縮を図るとともに、溶融樹脂の無駄な排出を防止することができる。
上記発明は、待機運転状態のときに真空ベントを閉じることにより、同状態での吐出速度を大幅に抑えることができ、溶融樹脂の無駄な排出を防止することができる。

以下、本発明の実施形態の押出成形方法及び押出成形装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書では、図１に示す成形機本体２の右側を装置の後端側として説明する。
図１は、本発明に係る押出成形装置１を示し、この押出成形装置１の成形機本体２について、原料の流れに沿って説明すると、成形機本体２の後端側上部には、合成樹脂などの原料が供給されるホッパ３を備えている。ホッパ３は、シリンダ５内に供給すべき合成樹脂などの原料を投入するものであり、ホッパ３の下端には、原料を成形機本体２のシリンダ５の内に供給するフィーダ４が接続されている。フィーダ４は、シリンダ５へ投入する原料の供給量を増減する調整装置（図示せず）が配設されている。

筒状のシリンダ５はその軸を横方向へ延ばし、シリンダ５の内部には、一対のスクリュー７（図では１つのみ示す）がそのシリンダ５の軸方向へ配設されている。したがって、この成形機本体はいわゆる２軸式押出機と呼ばれるものである。シリンダ５は、一対のスクリュー７を回転可能に支持し、スクリュー７の周囲にはスパイラル状のフィンが、スクリュー７の先端側から後端側に亘って形成され、スクリュー７は駆動モータ８の回転力によって、スクリュー軸を中心にして回転する。スクリュー７の回転によって、原料は、スクリュー７の前端側に移送される。
シリンダ９の内壁には、原料を加熱するヒータ１０が配設されている。成形機本体２は、原料をヒータ１０によって加熱し、一対のスクリュー７によって混練しながら溶融樹脂を生成するように構成されている。シリンダ５のほぼ中間位置には、シリンダ５の内孔と連通するベント１１が形成され、ベント１１は真空装置１９に繋がっており、遮蔽バルブ１３の制御によって開閉される。

シリンダ５の溶融樹脂の排出口には、ギアポンプ１２が接続されている。ギアポンプ１２は、歯車の噛み合わせによって、溶融樹脂を移送するポンプであり、図示しない駆動源によって歯車を回転させて、溶融樹脂を定量化することができる。ギアポンプ１２の下流側には、ダイス１４が配設される。そして、シリンダ５とギアポンプ１２との間には、ギアポンプ１２の入口側圧力を検知する圧力計１５を配設している。
成形機本体２には、図示しない各々のセンサーによって、フィーダ吐出量Ｑ（ｋｇ／分）の値、スクリュー回転速度Ｎｓ（回転／分）の値、ギアポンプ回転速度ＧＰ（回転／分）の値が入力される制御装置１７が配設されている。制御装置１７は、フィーダ４の原料供給量を調整し、駆動モータ８を介してスクリュー７の回転量を調整し、さらにギアポンプ１２の回転量を調整することができる。

このような押出成形機１では、例えばペットボトルのプリフォームなどを成形する圧縮成形機に溶融樹脂を供給できる。押出成形装置１の生産運転では、成形機本体２のホッパ３に合成樹脂原料を入れると、フィーダ４が原料供給量を調整してシリンダ５の内部に供給する。原料は、シリンダ５の内部でヒータ１０によって加熱され、スクリュー７により移送されながら加熱、混練されて溶融樹脂となる。溶融樹脂は、成形機本体２から排出されるとギアポンプ１２に押し出され、ギアポンプ１２では、溶融樹脂が定量排出され、その下流側にあるダイス１４に供給される。ダイス１４は、溶融樹脂をプリフォームに圧縮成形する図示しない圧縮成形機の金型へ供給する。

次に、図２を用いて押出成形装置１の押出成形方法について説明する。
ここで、Ｑ（ｔ），Ｎｓ（ｔ），ＧＰ（ｔ），Ａ（ｔ）は、それぞれ時間ｔにおける、フィーダ吐出量Ｑの値、スクリュー回転速度Ｎｓの値、ギアポンプ回転速度ＧＰの値、スクリュー負荷Ａの値、である。
図２に示すように、押出成形装置１のシフトａに示す停止状態から装置を起動するときには、初めにフロー図の状況ｂに示すように、パージ運転ｃを行う。パージ運転ｃは、押出機本体２の溶融樹脂の焦げ出し（図中のａ〜ｃ）を行う。これは、押出成形装置１の生産状態から停止された際における装置内に残されている焦げ付いた溶融樹脂を排出させるためである。この焦げ出し作業は、押出成形装置１のギアポンプ１１、成形機本体２、フィーダ４の順に各装置を稼働させ、押出成形装置１の下流側から上流側の順に各装置を稼働させる。溶融樹脂の押出量について制約はない。なお、押出成形装置１の起動時では遮蔽バルブ１３は閉じたままである。押出成形装置１の焦げ等樹脂の状態を確認後、パージ運転ｃを完了する。

パージ運転完了後は、直ちに待機運転ｆ（c〜f）まで移行し、生産運転の指令が出るまで待機運転ｆを継続する。
パージ運転から待機運転までの移行区間では、シフトｃ，状況ｄに示すように、スクリュー負荷Ｑ（ｔ）／Ｎｓ（ｔ）（≡Ａ（ｔ））を設定値Ａ1にした状態で、フィーダ吐出量がＱ１になるようスクリュー回転速度Ｎｓを制御する。このフィーダ吐出量Ｑ１は、成形機本体２の最大吐出量ＱＭＡＸの５〜３０％であり、このＱ１の数値は、溶融樹脂が劣化しない範囲に設定する。そして、Ｑ１の値がこの数値に達する前に、シフトｋに示すように、遮断バルブ１３を開きベント１１を開放状態にする。ベント１１は、溶融樹脂を加熱・混練する際の蒸発水分などを排出することができる。
このパージ運転から待機運転までの設定をまとめると、以下のようになる。
［パージ運転から待機運転］
スクリュー負荷Ａ（ｔ）：Ｑ（ｔ）／Ｎｓ（ｔ）が設定値Ａ１になるように運転を行う。
フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）：Ｑ（ｔ）を待機運転の設定値Ｑ１になるように運転する。

そして、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）が設定値Ｑ１に到達した後は、押出成形装置１は待機運転ｆを継続する。
待機運転では、状況ｅ及びシフトｆに示すように、制御装置１７がフィーダ吐出量Ｑ１を吐出制御する。この際、スクリュー負荷Ａ（ｔ）（Ｑ１／Ｎｓ（ｔ））が定数Ａ２となるように、スクリュー回転速度Ｎｓ（ｔ）を同時に調整する（Ｎｓ（ｔ）＝Ｑ１／Ａ２；一定値）。なお、このスクリュー負荷Ａ２は、値が大きくなるほど、樹脂の発熱を抑制することができるが、機械的強度により制約される。また、状況ｄとｅでスクリュー負荷を変更する必要はないので、普通はＡ１＝Ａ２である。
制御装置１７は、ギアポンプ１２の入口圧力が設定値Ｖ１になるように、ギアポンプ回転速度ＧＰを制御する。また、スクリュー負荷の最大許容値ＡＭＡＸやフィーダの最大吐出量ＱＭＡＸは、押出成形装置の仕様によって制限される。

待機運転ｆの設定をまとめると以下のようになる。
［待機運転］
フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）：最大吐出量ＱＭＡＸの５％〜３０％の範囲で固定値Ｑ１に設定。
スクリュー負荷Ａ（ｔ）：Ｑ（ｔ）／Ｎｓ（ｔ）が一定値Ａ２になるように運転を行う。（スクリュー回転数はＮｓ（ｔ）＝Ｑ１／Ａ２；一定値）
ギアポンプ回転速度ＧＰ（ｔ）：ギアポンプ１２の入口圧力が設定値Ｖ１になるようにＧＰ（ｔ）を制御する；（ギアポンプ入口圧力）＞Ｖ１のときは、ＧＰ（ｔ）を増加させ、（ギアポンプ入口圧力）＜Ｖ１のときは、ＧＰ（ｔ）を減少させる。ＧＰ（ｔ）の増減については公知の制御方法を用いればよく、例えばＰＩＤ制御が好適である。

待機運転から生産運転への切り替えは、本押出成形装置を含む成形システムの制御回路からの制御信号により、若しくは、作業員の判断により行う。この切り替えが行われると、図２のシフトｇに示すように、ギアポンプ１２の入口圧力が一定になるようにした状態で、スクリュー負荷Ａ（ｔ）を設定値Ａ３とし、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）及びスクリュー回転数Ｎｓ（ｔ）を徐々に大きくする。すなわち、フィーダ吐出量Ｑが設定値Ｑ２に達するよう制御装置１７が、自動的にフィーダ吐出量Ｑ（ｔ）、スクリュー回転速度Ｎｓ（ｔ）を増加させる。そして、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）が生産運転における設定値Ｑ２の±ΔＱの許容誤差範囲内に達したときに、制御装置１７は、押出成形装置１を生産運転に切り替える（シフトｈ）。

なお、フィーダ吐出量は、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達するまでは合成樹脂の容積を計量（容積フィード）して吐出制御し、設定値Ｑ２の許容誤差範囲ΔＱ内に達した後は、合成樹脂の重量を計量（重量フィード）して吐出制御する。重量フィードは、吐出する合成樹脂の重量を計測しながらフィーダの吐出量（フィーダのスクリュー回転速度）を制御する方式であり、計量精度が高い反面、待機運転状態から生産運転状態までの移行区間では段階的に吐出量を上げ、その都度吐出量の安定化を図るため、生産運転状態での設定吐出量に到達するまでに時間を要する。一方、容積フィードは、フィーダのスクリュー回転数により合成樹脂の吐出量を制御する方式で、設定吐出量までのレスポンスが早い反面、合成樹脂の嵩密度等のばらつきに影響され、計量精度が劣る短所がある。
両者とも、スクリュー回転数、ギアポンプの回転数をギアポンプの前圧を一定にするように制御する都合上、急激な吐出速度の上昇、下降は無理であるが、停止、待機、待機から生産までの移行期間は、レスポンスの良い容積フィード、生産運転状態では計量精度が高い重量フィードにすることにより、吐出速度の上昇、下降に掛かる時間を短縮し、高い計量精度を得ることができる。

図３のＡ〜Ｃに本実施形態の待機運転から生産運転へ移行する際のフィーダ吐出速度Ｑ、成形機本体２のスクリュー回転速度Ｎｓ、ギアポンプ回転速度ＧＰと時間ｔの関係を示す。
図２に示すように、生産運転の状態では、制御装置１７は、シフトｉに示すように、ギアポンプ回転速度ＧＰを設定値に固定して図示しない圧縮成形機への溶融樹脂の供給量を固定し、ギアポンプ１２の入口側圧力が設定値Ｖ３になるようにスクリュー回転速度Ｎｓ（ｔ）とフィーダ吐出量Ｑ（ｔ）を調整するよう制御し、この生産運転の条件を維持させて運転する。従来では、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）の調整を、ギアポンプ１２の入口側圧力を作業員が確認しながら調整したが、本実施形態では制御装置がスクリュー負荷Ａ（ｔ）が一定値Ａ４に保たれるようＮｓ（ｔ）と併せ、調整を自動的に行う。
なお、シフトｇとｉでスクリュー負荷を変更する必要はないので、普通はＡ３＝Ａ４である。

生産運転時における設定をまとめると、以下のようになる。
［生産運転］
ギアポンプ回転速度ＧＰ（ｔ）：ＧＰ（ｔ）を設定値に固定する。
フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）：ギアポンプ１２の入口圧力が設定値Ｖ３になるよう、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）を調整する；（ギアポンプ１２の入口圧力）＞Ｖ３のときは、Ｑ（ｔ）を減少させ、（ギアポンプ１２の入口圧力）＞Ｖ３のときは、Ｑ（ｔ）を増加させる。Ｑ（ｔ）の増減については公知の制御方法を用いればよく、例えばＰＩＤ制御が好適である。
スクリュー負荷Ａ（ｔ）：Ｑ（ｔ）／Ｎｓ（ｔ）が一定値Ａ４になるよう運転を行う。（スクリュー回転数はＮｓ（ｔ）＝Ｑ（ｔ）／Ａ４を満たすよう調整）
このとき、ギアポンプから押し出される樹脂量はほぼＱ２になる。
なお、ギアポンプ１２の入口圧力Ｖの設定値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３については、Ｖ１からＶ２へと段階的に最終目標値のＶ３に近づくように段階的に適宜異なる数値を設定するが、例えば、当初の設定値Ｖ１から最終目標値のＶ３の値（例えば１．５ＭＰａ）になるように、設定値（Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３）を変更してもよい。また、スクリュー負荷Ａの設定値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４についても、同様に適宜設定するが、同様に設定値（Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４）を変更することができる。

図４に示すように、従来のマニュアル運転では、ラインＹに示すように生産運転に入るまでに時間ｔ１を費やしていたので、その間に生成した溶融樹脂（時間ｔ１間におけるラインＹの面積に等しい）が使用されていなかったが、本実施形態ではラインＸ（実線）に示すように、待機状態から生産運転までの時間を短縮することができ、使用されない溶融樹脂（時間ｔ２間におけるラインＸの面積に等しい）の量を節約できる。
このような押出成形装置１の生産運転中では、溶融樹脂が成形される下流側の図示しない圧縮成形機の不具合、例えば、溶融樹脂から成形された容器のプリフォームなどが成形ライン上で詰まりが生じたような場合に、生産ラインが直ぐに復帰できる状態であれば、押出成形装置１を直ちに停止させたくないことがある。このような場合に、生産運転から待機運転に切り替えることができ、詰まりを取り除くことにより直ちに待機運転から生産運転へ移行でき、押出成形装置１を停止させたときと比較して、溶融樹脂の大幅な節約が可能となる。
ラインの復帰に時間がかるような場合は、待機運転から押出成形装置１の運転を停止し、若しくは、生産状態から直接押出成形装置１を停止する。

次に、本発明の第２の実施形態の押出成形方法及び押出成形装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、上記第１の実施形態に対してベント１１の開閉操作時期を変更したものであり、図１に示す押出成形装置１をそのまま用い、押出成形装置１の構造の説明については省略する。

図５に示すように、押出成形装置１のシフトａに示す停止状態から装置を起動するときには、初めにフロー図の状況ｂに示すように、パージ運転ｃを行う。パージ運転ｃは、押出機本体２の溶融樹脂の焦げ出し（図中のａ〜ｃ）を行う。これは、押出成形装置１の生産状態から停止された際における装置内に残されている焦げ付いた溶融樹脂を排出させるためである。この焦げ出し作業は、押出成形装置１のギアポンプ１１、成形機本体２、フィーダ４の順に各装置を稼働させ、押出成形装置１の下流側から上流側の順に各装置を稼働させる。溶融樹脂の押出量について制約はない。なお、押出成形装置１の起動時では遮蔽バルブ１３は閉じたままである。押出成形装置１の焦げ等樹脂の状態を確認後、パージ運転ｃを完了する。

パージ運転完了後は、直ちに待機運転ｆ（c〜f）まで移行し、生産運転の指令が出るまで待機運転ｆを継続する。
パージ運転から待機運転までの移行区間では、シフトｃ，状況ｄに示すように、スクリュー負荷Ａ（ｔ）を設定値Ａ1にした状態で、フィーダ吐出量がＱ１になるようスクリュー回転速度Ｎｓを制御する。このフィーダ吐出量Ｑ１は、成形機本体２の最大吐出量ＱＭＡＸの５〜３０％であり、このＱ１の数値は、溶融樹脂が劣化しない範囲に設定する。
このパージ運転から待機運転までの設定をまとめると、以下のようになる。
［パージ運転から待機運転］
スクリュー負荷Ａ（ｔ）：Ｑ（ｔ）／Ｎｓ（ｔ）が設定値Ａ１になるように運転を行う。
フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）：Ｑ（ｔ）を待機運転の設定値Ｑ１になるように運転する。

そして、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）が設定値Ｑ１に到達した後は、押出成形装置１は待機運転ｆを継続する。
待機運転では、状況ｅ及びシフトｆに示すように、制御装置１７がフィーダ吐出量Ｑ１を吐出制御する。この際、スクリュー負荷Ａ（ｔ）（Ｑ１／Ｎｓ（ｔ））が定数Ａ２となるように、スクリュー回転速度Ｎｓ（ｔ）を同時に調整する（Ｎｓ（ｔ）＝Ｑ１／Ａ２；一定値）。なお、このスクリュー負荷Ａ２は、値が大きくなるほど、樹脂の発熱を抑制することができるが、機械的強度により制約される。また、状況ｄとｅでスクリュー負荷を変更する必要はないので、普通はＡ１＝Ａ２である。
制御装置１７は、ギアポンプ１２の入口圧力が設定値Ｖ１になるように、ギアポンプ回転速度ＧＰを制御する。また、スクリュー負荷の最大許容値ＡＭＡＸやフィーダの最大吐出量ＱＭＡＸは、押出成形装置の仕様によって制限される。

待機運転ｆの設定をまとめると以下のようになる。
［待機運転］
フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）：最大吐出量ＱＭＡＸの５％〜３０％の範囲で固定値Ｑ１に設定。
スクリュー負荷Ａ（ｔ）：Ｑ（ｔ）／Ｎｓ（ｔ）が一定値Ａ２になるように運転を行う。
ギアポンプ回転速度ＧＰ（ｔ）：ギアポンプ１２の入口圧力が設定値Ｖ１になるようにＧＰ（ｔ）を制御する；（ギアポンプ入口圧力）＞Ｖ１のときは、ＧＰ（ｔ）を増加させ、（ギアポンプ入口圧力）＜Ｖ１のときは、ＧＰ（ｔ）を減少させる。ＧＰ（ｔ）の増減については公知の制御方法を用いればよく、例えばＰＩＤ制御が好適である。

待機運転から生産運転への切り替えは、本押出成形装置を含む成形システムの制御回路からの制御信号により、若しくは、作業員の判断により行う。この切り替えが行われると、生産運転に切り替わるように制御装置１７はシフトｇに移行するよう制御し、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）を徐々に大きくするが、その前処理としてシフトｎ，ｐに示すように、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）が設定値Ｑ４の±ΔＱ’の許容誤差範囲に達したときに、遮断バルブ１３を開く。フィーダ吐出量Ｑ４の値は、ベントアップしない吐出量である。ベントアップとは、ベント口から溶融樹脂が流出する状態をいう。このように、遮断バルブ１３を開放するタイミングが上記第１の実施形態よりも遅いので、成形機本体１内の溶融樹脂に水分が含まれるが、生産運転に切り替わるまでにはこの分の溶融樹脂は排出される。

そして、図５のシフトｇに示すように、ギアポンプ１２の入口圧力が一定になるようにした状態で、スクリュー負荷Ａ（ｔ）を設定値Ａ３とし、フィーダ吐出量Ｑ及びスクリュー回転数Ｎｓ（ｔ）を徐々に大きくする。すなわち、フィーダ吐出量Ｑが設定値Ｑ２に達するよう制御装置１７が、自動的にフィーダ吐出量Ｑ（ｔ）、スクリュー回転速度Ｎｓ（ｔ）を増加させる。そして、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）が生産運転における設定値Ｑ２の±ΔＱの許容誤差範囲内に達したときに、制御装置１７は、押出成形装置１を生産運転に切り替える（シフトｈ）。
なお、フィーダ吐出量は、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達するまでは合成樹脂の容積を計量（容積フィード）して吐出制御し、設定値Ｑ２の許容誤差範囲ΔＱ内に達した後は、合成樹脂の重量を計量（重量フィード）して吐出制御する。重量フィードは、吐出する合成樹脂の重量を計測しながらフィーダの吐出量（フィーダのスクリュー回転速度）を制御する方式であり、計量精度が高い反面、待機運転状態から生産運転状態までの移行区間では段階的に吐出量を上げ、その都度吐出量の安定化を図るため、生産運転状態での設定吐出量に到達するまでに時間を要する。一方、容積フィードは、フィーダのスクリュー回転数により合成樹脂の吐出量を制御する方式で、設定吐出量までのレスポンスが早い反面、合成樹脂の嵩密度等のばらつきに影響され、計量精度が劣る短所がある。
両者とも、スクリュー回転数、ギアポンプの回転数をギアポンプの前圧を一定にするように制御する都合上、急激な吐出速度の上昇、下降は無理であるが、停止、待機、待機から生産までの移行期間は、レスポンスの良い容積フィード、生産運転状態では計量精度が高い重量フィードにすることにより、吐出速度の上昇、下降に掛かる時間を短縮し、高い計量精度を得ることができる。

図３のＡ〜Ｃに本実施形態の待機運転から生産運転へ移行する際のフィーダ吐出速度Ｑ、成形機本体２のスクリュー回転速度Ｎｓ、ギアポンプ回転速度ＧＰと時間ｔの関係を示す。
図５に示すように、生産運転の状態では、制御装置１７は、シフトｉに示すように、ギアポンプ回転速度ＧＰを設定値に固定して図示しない圧縮成形機への溶融樹脂の供給量を固定し、ギアポンプ１２の入口側圧力が設定値Ｖ３になるようにスクリュー回転速度Ｎｓ（ｔ）とフィーダ吐出量Ｑ（ｔ）を調整するよう制御し、この生産運転の条件を維持させて運転する。従来では、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）の調整を、ギアポンプ１２の入口側圧力を作業員が確認しながら調整したが、本実施形態では制御装置がスクリュー負荷Ａ（ｔ）が一定値Ａ４に保たれるようＮｓ（ｔ）と併せ、調整を自動的に行う。
なお、シフトｇとｉでスクリュー負荷を変更する必要はないので、普通はＡ３＝Ａ４である。

生産運転時における設定をまとめると、以下のようになる。
［生産運転］
ギアポンプ回転速度ＧＰ（ｔ）：ＧＰ（ｔ）を設定値に固定する。
フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）：ギアポンプ１２の入口圧力が設定値Ｖ３になるよう、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）を調整する；（ギアポンプ１２の入口圧力）＞Ｖ３のときは、Ｑ（ｔ）を減少させ、（ギアポンプ１２の入口圧力）＞Ｖ３のときは、Ｑ（ｔ）を増加させる。Ｑ（ｔ）の増減については公知の制御方法を用いればよく、例えばＰＩＤ制御が好適である。
スクリュー負荷Ａ（ｔ）：Ｑ（ｔ）／Ｎｓ（ｔ）が一定値Ａ４になるよう運転を行う。（スクリュー回転数はＮｓ（ｔ）＝Ｑ（ｔ）／Ａ４を満たすよう調整）
このとき、ギアポンプから押し出される樹脂量はほぼＱ２になる。
なお、ギアポンプ１２の入口圧力Ｖの設定値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３については、Ｖ１からＶ２へと段階的に最終目標値のＶ３に近づくように段階的に適宜異なる数値を設定するが、例えば、当初の設定値Ｖ１から最終目標値のＶ３の値（例えば１．５ＭＰａ）になるように、設定値（Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３）を変更してもよい。また、スクリュー負荷Ａの設定値Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４についても、同様に適宜設定するが、同様に設定値（Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４）を変更することができる。

図４に示すように、従来のマニュアル運転では、ラインＹに示すように生産運転に入るまでに時間ｔ１を費やしていたので、その間に生成した溶融樹脂（時間ｔ１間におけるラインＹの面積に等しい）が使用されていなかったが、本実施形態ではラインＸ（実線）に示すように、待機状態から生産運転までの時間を短縮することができ、使用されない溶融樹脂（時間ｔ２間におけるラインＸの面積に等しい）の量を節約できる。

このような押出成形装置１の生産運転中では、下流側の図示しない圧縮成形機や後工程においてプリフォームの詰まりなどのトラブルが生じたような場合に、押出成形装置１を直ぐに停止させたくないときがある。生産運転から待機運転に切り替えるには、生産運転状態（シフトｆ）から待機運転状態（シフトｊ）に押出成形装置１の運転を切り替える。この際、シフトｒ及びシフトｓに示すように、フィーダ吐出量Ｑ（ｔ）が上述の設定値Ｑ１の値に対して±ΔＱ’の範囲を超えたときに遮蔽バルブ１３を閉じて、押出成形装置１の運転状態を待機運転に移行する。そして、再度、押出成形装置１を生産運転状態にするには、待機運転状態から、シフトｎ，ｐ，ｇ，ｈ，ｉの工程を経て生産運転に切り替えることができる。
押出成形装置１を停止する必要がある場合は、シフトｔに示すように、ベント１１を閉じてから押出成形装置１を停止する。
本実施形態でも、上記第１の実施形態と同様に、待機運転から生産運転までの時間を短縮することができ、使用されない溶融樹脂の量を、マニュアル運転と比べて大幅に節約できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的思想に基づいて、勿論、本発明は種々の変形又は変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、押出成形装置１の成形機本体２について、２軸式スクリューを例にあげて説明したが、本発明３軸式スクリュー以上の多軸スクリューにも適用が可能である。

本発明の各実施形態における押出成形装置の概略側面図である。 本発明の第１の実施形態における押出成形装置を用いた押出成形方法のフロー図である。 本発明の各実施形態における待機運転から生産運転に移行するまでの成形機本体の作動状態を示し、Ａはフィーダ吐出量と時間との関係を示す線図、Ｂはスクリュー回転速度と時間との関係を示す線図、Ｃはギアポンプと時間との関係を示す線図である。 本実施形態と従来例によるフィーダ吐出速度と時間を示す線図である。 本発明の第１の実施形態における押出成形装置を用いた押出成形方法のフロー図である。

符号の説明

１ 押出成形装置
２ 成形機本体
３ ホッパー
４ フィーダ
５ シリンダ
７ スクリュー
１２ ギアポンプ
１３ 遮蔽バルブ
１４ ダイス
１５ 圧力計
１７ 制御装置
１９ 真空装置

Claims (15)

1. 合成樹脂をフィーダから多軸式の押出成形装置の成形機本体に供給するステップと、
   成形機本体のシリンダ内にて合成樹脂を加熱、混練して溶融樹脂を生成するステップと、
   溶融樹脂を前記シリンダの排出口からギアポンプに供給するステップと、
   前記ギアポンプの入口圧力を測定するステップとを含んだ押出成形方法において、
   前記押出成形装置を起動してパージ運転をした後に、スクリュー負荷（フィーダ吐出量／スクリュー回転速度）を設定値Ａ１にした状態で前記フィーダ吐出量を設定値Ｑ１になるように前記押出成形装置を稼働するようにしたパージ運転状態から待機運転状態へ移行する移行区間と、
   前記スクリュー負荷を設定値Ａ２とし、前記フィーダ吐出量を設定値Ｑ１に維持した状態で、前記ギアポンプの入口圧力を設定値Ｖ１となるように前記ギアポンプ回転速度を制御するように前記押出成形装置を稼働するようにした待機運転状態とを含み、
   該待機運転状態から生産運転に移行する際に、前記スクリュー負荷を設定値Ａ３にした状態で前記ギアポンプの入口圧力を設定値Ｖ２とし、前記フィーダ吐出量を設定値Ｑ１から設定値Ｑ２になるようにして前記押出成形装置を生産運転に切り替えるようにした押出成形方法。
2. 前記生産運転の条件は、
   前記フィーダ吐出量が設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達したときに、前記ギアポンプ回転速度を固定値（＝生産運転時の吐出量）とし、前記ギアポンプの入口圧力を前記設定値Ｖ３になるように、スクリュー回転速度とフィーダ吐出量を調整するようにした請求項１に記載の押出成形方法。
3. 前記待機運転状態から前記生産運転状態へ移行する間に、
   前記フィーダ吐出量は、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達するまでは合成樹脂の容積を計量し吐出制御し、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達した後は合成樹脂の重量を計量し吐出制御するようにした請求項１又は２に記載の押出成形方法。
4. 前記生産運転状態から前記待機運転状態へ移行する間に、
   前記フィーダ吐出量は、合成樹脂の容積を計量し吐出制御するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の押出成形方法。
5. 前記押出成形装置の前記生産運転から前記待機運転に切り替えて、再度前記生産運転に切り替えるようにしたステップを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の押出成形方法。
6. 前記パージ運転から前記待機運転に移行する間に前記成形機本体に配設したベントを開放するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の押出成形方法。
7. 前記待機運転から前記生産運転に移行する間に、予め設定した吐出量を超えた後に、前記成形機本体に配設したベントを開放するようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の押出成形方法。
8. 前記生産運転から前記待機運転に移行する間に、予め設定した吐出量を超えた後に、前記成形機本体に配設したベントを閉じるようにした請求項１〜７のいずれか１項に記載の押出成形方法。
9. フィーダから供給された合成樹脂を加熱、混練して溶融樹脂を生成する成形機本体と、
   該成形機本体から供給された溶融樹脂の供給量を調節するギアポンプと、
   該ギアポンプの入口に配設した圧力計とを備えた多軸押出成形装置において、
   前記フィーダ吐出量、前記スクリュー回転速度、前記ギアポンプ回転速度及び前記圧力計の圧力の値に基づいてこれらを制御するようにした制御装置を設け、
   生産運転に入る前の待機運転にて、スクリュー負荷（フィーダ吐出量／スクリュー回転速度）を設定値Ａ２とし、前記フィーダ吐出量を設定値Ｑ１の範囲内に維持した状態で、前記ギアポンプの入口圧力を設定値Ｖ１となるように前記ギアポンプ回転速度を、前記制御装置が制御するようにし、
   前記待機運転状態から生産運転に移行する際に、前記スクリュー負荷を設定値Ａ３にした状態で前記ギアポンプの入口圧力を設定値Ｖ２とし、前記フィーダ吐出量を前記設定値Ｑ１から設定値Ｑ２になるように前記制御装置が制御するようにした押出成形装置。
10. 前記制御装置は、前記フィーダ吐出量が設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達したときに、前記ギアポンプ回転速度を固定値（＝生産運転時の吐出量）とし、前記ギアポンプの入口圧力を前記設定値Ｖ３になるように、スクリュー回転速度とフィーダ吐出量を調整するようにした請求項９に記載の押出成形装置。
11. 前記待機運転状態の前記フィーダ吐出量の設定値Ｑ１が前記成形機本体の最大吐出能力の５〜３０％の範囲とした請求項９又は１０に記載の押出成形装置。
12. 前記フィーダ吐出量は、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達するまでは合成樹脂の容積を計量し吐出制御し、設定値Ｑ２の許容誤差範囲内に達した後は合成樹脂の重量を計量し吐出制御するようにした請求項９〜１１のいずれか１項に記載の押出成形装置。
13. 前記生産運転状態から前記待機運転状態へ移行する間に、
    前記フィーダ吐出量は、合成樹脂の容積を計量し吐出制御するようにした請求項９〜１２のいずれか１項に記載の押出成形装置。
14. 前記待機運転から前記生産運転に移行する間に、予め設定した吐出量を超えた後に、前記成形機本体に配設したベントを開放するようにした請求項９〜１３のいずれか１項に記載の押出成形装置。
15. 前記生産運転から前記待機運転に移行する間に、予め設定した吐出量を超えた後に、前記成形機本体に配設したベントを閉じるようにした請求項９〜１４のいずれか１項に記載の押出成形装置。

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