JPH0538745A - 押出機における樹脂温度コントロールシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】樹脂温度を速やかに自動で目的値に一致させる
樹脂温度コントロールシステムを提供する。 【構成】メモリ１９に記憶されたシリンダ内の樹脂温度
の変化に対する成形樹脂温度の変化の割合を示す変更デ
ータと、温度センサ１１により検出された樹脂温度と目
標樹脂温度との差異を示す値とに基づき、設定温度演算
部１５において変更値を算出させる。そして算出された
値に従ってシリンダの設定温度を段階的に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パイプ等の成形を行う
押出機に係り、より詳細には、押し出される樹脂の温度
を制御する樹脂温度コントロールシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】押出機を用いてパイプ等の成形品を製造
する場合、スクリュを用いて溶融した樹脂を金型に押し
出すのであるが、製品の品質を一定に維持するために
は、溶融した樹脂の温度を目標温度に維持することが重
要である。しかし樹脂の溶融温度は、押出機の環境温度
の変化や原料の製造ロット毎のばらつき等によって変化
するので、それらの変化に対応するための調整が必要と
なる。

【０００３】その調整方法として、従来においては、押
出機のスクリュの回転数の調整を行うことによって樹脂
温度を目的とする温度に調整する方法、押出機のシリン
ダの温度設定値を変更して樹脂温度を目的値とする方
法、またはスクリュの回転数の調整とシリンダの温度設
定値の変更との双方を併用することにより、樹脂温度を
目的とする温度に調整する方法の３つの方法が用いられ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した３つの温度調
整の方法のうち、スクリュの回転数を調整することによ
り樹脂温度を調整する方法は、スクリュの回転数の変化
に伴って樹脂の押し出し速度が変化するため、製品の肉
厚が変化し、製造された製品の肉厚が規格外れとなる可
能性がある。そのため肉厚を一定に維持するために、ス
クリュの回転数の変化に対応してパイプの引き取り速度
を厳密に再調整しなければならないという問題があっ
た。

【０００５】またシリンダの設定温度を変化させる方法
は、シリンダ内の樹脂温度の変化に対し、金型の直前位
置における樹脂温度が変化するまでには時間遅れがある
ため、シリンダの温度設定の変化のさせ方によっては、
金型の直前位置における樹脂温度が高くなり過ぎたり、
あるいは目的値に達するまでに長い時間を必要としたり
する。そのため金型の直前位置における樹脂温度を速や
かに目的値に調整するには、シリンダの温度設定に経験
豊富な操作員が必要になるという問題が生じていた。

【０００６】またスクリュの回転速度とシリンダの設定
温度との双方を変化させる方法は、パイプの引き取り速
度の厳密な再調整と経験に基づくシリンダの温度設定と
が必要になるという問題があった。

【０００７】本発明は上記課題を解決するため創案され
たものであり、その目的は、樹脂温度を速やかに自動で
目的値に設定させることのできる押出機における樹脂温
度コントロールシステムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の押出機における樹脂温度コントロールシス
テムは、シリンダの温度設定値を段階的に変化させるこ
とにより、金型の直前位置近傍における樹脂の温度を目
標とする温度に一致させる制御を行う押出機におけるシ
ステムにおいて、金型の直前位置近傍における樹脂の温
度を成形樹脂温度とし、目標とする成形樹脂温度を目標
樹脂温度とするとき、前記シリンダの加熱冷却部に位置
する樹脂の温度変化に対する前記成形樹脂温度の変化の
割合を示す変更データを記憶する記憶部と、前記成形樹
脂温度を検出する温度センサと、前記目標樹脂温度と前
記温度センサにより検出された樹脂温度との差異値およ
び前記記憶部から読み出した変更データに基づいて前記
シリンダの温度設定値を算出する設定温度演算部とを備
えた構成を用いる。

【０００９】

【作用】シリンダの設定温度は、段階的に変化するよう
に設定されるのであるが、変化させる温度幅について
は、シリンダの加熱冷却部に位置する樹脂の温度変化に
対する成形樹脂温度の変化の割合を示す変更データと、
温度センサにより検出された樹脂温度と目標樹脂温度と
の差異を示す値とに基づき、設定温度演算部により算出
された値を用いる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１１】図２は、本発明の一実施例の押出機の断面
を示す概略図である。

【００１２】図において、樹脂の混練と押し出しとを行
うスクリュ２２がその内部に設けられた円筒状のシリン
ダ２１の外周部には、その長手方向に沿って３組のリン
グ状の加熱冷却部１２２ａ〜１２２ｃが取り付けられて
おり、各加熱冷却部１２２ａ〜１２２ｃの取り付け位置
に対抗するシリンダ２１の周壁部２１１内には、各々の
加熱冷却部１２２ａ〜１２２ｃにより溶融された樹脂温
度を検出するための温度センサ１２１ａ〜１２１ｃがそ
れぞれ取り付けられている。そしてこのシリンダ２１の
押し出し口側に金型２４を接続するための部材である接
続部２３が取り付けられ、この接続部２３には、金型２
４直前位置における樹脂温度（成形樹脂温度）の検出を
行う温度センサ１１が設けられている。

【００１３】接続部２３を介してシリンダ２１に接合さ
れた金型２４の外周部２４１には、２組のリング状の加
熱部１３２ａ、１３２ｂが設けられると共に、２つの温
度センサ１３１ａ、１３１ｂが、各加熱部１３２ａ、１
３２ｂのそれぞれに対応して取り付けられている。そし
てこの金型２４の中心軸の延長線上であって、シリンダ
２１と対向する側の延長位置には、成形されたパイプの
引き取りを行う上下２対の引取ローラ１７１を有する引
取機１７が設けられている。

【００１４】図１は、本発明の一実施例の電気的構成を
示すブロック図である。

【００１５】シリンダ２１に取り付けられた３つの温度
センサ１２１ａ〜１２１ｃの各出力はシリンダ温度調節
部１２に導かれており、３つの加熱冷却部１２２ａ〜１
２２ｃのそれぞれにはシリンダ温度調節部１２からの出
力が与えられている。また金型２４に取り付けられた２
つの温度センサ１３１ａ、１３１ｂの出力は金型温度調
節部１３に接続されていて、加熱部１３２ａ、１３２ｂ
には金型温度調節部１３の出力が導かれている。

【００１６】接続部２３内部の樹脂温度であり、金型２
４の直前位置近傍の樹脂温度である成形樹脂温度を検出
する温度センサ１１の出力は、設定温度演算部１５およ
び主制御部１６に与えられている。またシリンダ温度調
節部１２と金型温度調節部１３とは、主制御部１６に双
方向性に接続されており、設定温度演算部１５には主制
御部１６からの出力が導入されている。シリンダ温度調
節部１２には、設定温度演算部１５の出力が与えられて
おり、メモリ１９は、主制御部１６に双方向性に接続さ
れている。そしてメモリ１９の出力は設定温度演算部１
５に送出されている。

【００１７】数値の設定等の入力を行うスイッチ群から
なり、数値等の各種のデータの表示を行う表示装置本体
のパネルに設けられた操作部１８は、主制御部１６に対
して双方向性の接続となっており、パイプの引き取りを
行う引取機１７には主制御部１６からの出力が与えられ
ている。

【００１８】図３および図４は、本発明の一実施例の主
要部の動作を示すフローチャートであり、図５は、樹脂
温度の変化を示す説明図である。必要に応じて同図を参
照しつつ、以下に本発明の一実施例の動作について説明
する。

【００１９】図示されていない投入部からシリンダ２１
の内部に投入された原料樹脂は、加熱冷却部１２２ａ〜
１２２ｃによって加熱されると共にスクリュ２２によっ
て混練され、シリンダ２１の内部を接続部２３側に向か
って移動する。このときシリンダ温度調節部１２は、温
度センサ１２１ａ〜１２１ｃの出力に従って加熱冷却部
１２２ａ〜１２２ｃの調節を行うことにより、各温度セ
ンサ１２１ａ〜１２１ｃの出力が、設定温度演算部１５
の出力により指示された温度となるように制御を行う。

【００２０】またシリンダ２１より押し出された樹脂
は、溶融状態において接続部２３から金型２４に向かっ
て押し出されていく。そして金型２４においてパイプに
成形された後、引取機１７によって引き取られる。この
とき金型温度調節部１３は、加熱部１３２ａ、１３２ｂ
の調節を行うことにより、温度センサ１３１ａ、１３１
ｂの出力が、主制御部１６の出力によって指示された温
度となるように制御を行う。

【００２１】上記動作を行う本実施例において、接続部
２３に設けられた温度センサ１１により検出される温度
の目標値（すなわち、金型２４の直前位置における樹脂
温度である成形樹脂温度の目標値）である目標樹脂温度
が、操作部１８から数値として入力される。その温度
は、図５に示す温度Ｄ１であるとする。

【００２２】このとき、目標樹脂温度Ｄ１に対応するシ
リンダ２１の設定温度については、過去の実例に基づ
き、設定温度演算部１５により図５に示す温度Ｄ２が初
期値として設定され、その値を示す出力がシリンダ温度
調節部１２に与えられる。このとき、整形樹脂温度と目
標樹脂温度とから制御される加熱冷却部は、複数の加熱
冷却部１２２ａ〜１２２ｃのうちからいずれか一つ（例
えば、１２２ａ）を予め設定しておく。また金型２４に
おける樹脂温度の設定のため、主制御部１６からは、各
加熱部１３２ａ、１３２ｂに対応する樹脂温度の設定値
が金型温度調節部１３に送出される。

【００２３】以上の設定に従って動作が開始され、シリ
ンダ２１内の樹脂温度の上昇に伴って成形樹脂温度（温
度センサ１１により検出される温度）が上昇する。この
立ち上げ時における動作モードは、操作部１８から入力
された指示に従い、シリンダ２１内の樹脂温度の制御モ
ードとなることから、設定温度演算部１５は、ステップ
Ｓ１１からステップＳ１２へと動作を進め、フラグの状
態を調べる（このフラグについては後に詳述する）。

【００２４】フラグは初期状態では未完了を示すリセッ
ト状態にあるため、動作はステップＳ１２からステップ
Ｓ１３へと進められ、温度センサ１１により検出された
成形樹脂温度が、目標樹脂温度Ｄ１に対して設定された
偏差温度幅（温度Ｄ１１〜Ｄ１２）内に入っているかど
うかが判定される。

【００２５】このステップＳ１３の動作が時刻Ｔ１以前
に実行されるときには、成形樹脂温度（５１により示
す）は偏差温度幅の下限温度Ｄ１１より低い温度である
ため、動作はステップＳ１４において終了することとな
る。そのため時刻Ｔ１以前では、ステップＳ１１〜Ｓ１
４のループが実行される。

【００２６】時刻Ｔ１となったときには、成形樹脂温度
が温度Ｄ１１を越え、偏差温度幅内の温度となることか
ら、ステップＳ１３の動作において期間ｔ１をカウント
する内部タイマが起動され、この内部タイマが動作終了
となるまでの期間ｔ１において、成形樹脂温度が常に偏
差温度幅内にあるかどうかの判定が複数回に渡って行わ
れる。そして期間ｔ１内において成形樹脂温度が偏差温
度幅を一度も外れることが無かった場合には、期間ｔ１
が終了した時刻Ｔ２において動作がステップＳ１４から
ステップＳ１５に移り、上記したフラグがセット状態に
設定される。つまりステップＳ１２において調べられて
いたフラグは、成形樹脂温度が偏差温度幅内にあるかど
うかを示すフラグとなっている。

【００２７】以上で成形樹脂温度に関する動作を終了
し、設定温度演算部１５は、次にシリンダ２１の樹脂温
度に関する動作を開始する。

【００２８】この動作はステップＳ１６におけるフラグ
の判定によって開始されるが、このフラグは上記の成形
樹脂温度におけるフラグと同様の指示を行うものであっ
て、シリンダ２１の加熱冷却部１２２ａにおける樹脂温
度が設定温度範囲にあるかどうかを示すフラグとなって
いて、初期状態ではリセット状態に設定されている。そ
のため設定温度演算部１５は、その動作をステップＳ１
６からステップＳ１７に移す。

【００２９】一方、シリンダ２１の樹脂温度に関する設
定は、設定温度がＤ２、偏差温度範囲の下限が温度Ｄ２
１、上限が温度Ｄ２２となっていて、時刻Ｔ２における
シリンダ２１の温度は偏差温度範囲内の温度となってい
るため、内部タイマが起動され、期間ｔ２においてシリ
ンダ２１内の樹脂温度が常に範囲内にあるかどうかが判
定される。そして期間ｔ２が経過した時刻Ｔ３となった
ときには、設定温度演算部１５はその動作をステップＳ
１８からステップＳ２３へと移行する。そしてシリンダ
２１内の樹脂温度が期間ｔ２において偏差範囲内にある
ことを示すため、フラグをセット状態に設定する。

【００３０】次に続くステップＳ３０の動作において、
設定温度演算部１５は、目標樹脂温度Ｄ１と温度センサ
１１により検出される成形樹脂温度との差異ｄ１１を算
出する。また設定温度演算部１５は、予めメモリ１９に
記憶されている変更係数（後に詳述する）を読み出し、
差異ｄ１１にこの変更係数を乗ずることによって変更値
を求め、この変更値を設定温度Ｄ２に加算し、加算結果
を新たなる設定温度とする指示をシリンダ温度調節部１
２に送出する（図５においては、演算の結果得られた変
更値はｄ１２によって示され、加算結果は温度Ｄ３とし
て示されている）。そして後ステップＳ３１において、
期間ｔ３をカウントするための制御周期タイマを起動さ
せる。

【００３１】設定温度をＤ２からＤ３に変更する旨の指
示が与えられたシリンダ温度調節部１２は、予め設定さ
れた一つの加熱冷却部１２２ａの加熱の程度を増加させ
ることから、時刻Ｔ３以後においてはシリンダ２１内の
樹脂温度は再び上昇を開始する。

【００３２】一方、設定温度演算部１５は、再度ステッ
プＳ１１からの動作を開始するが、このときの動作は、
ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１６と動
作が移り、次にその動作はステップＳ２５となる。

【００３３】そして時刻がＴ４以前の期間ｔ３において
は、制御周期タイマはその動作を継続しており、かつタ
イマの未完了状態であることから、動作はステップＳ２
５、Ｓ２６、Ｓ２７と移って終了となり、再びステップ
Ｓ１１の動作が開始されるループ動作となる。そして期
間ｔ３が経過した時刻Ｔ４となったときには、制御周期
タイマは、ループの１回り毎のステップＳ２７における
カウントアップ動作の結果として、タイマ動作の完了と
なる。そのため、動作はステップＳ２６からステップＳ
２８に移ることになる。

【００３４】時刻Ｔ４に始まる期間ｔ４において、設定
温度Ｄ３に対応して設けられた偏差温度範囲内に常にシ
リンダ２１の樹脂温度が入っているかどうかが判定さ
れ、ステップＳ２９に続くステップＳ３０の動作におい
て、時刻Ｔ５における目標樹脂温度と成形樹脂温度との
差異（ｄ１４により示す）の算出と、メモリ１９に記憶
されている変更係数の読み出しと、差異ｄ１４に変更係
数を乗ずることによって得られる変更値を示す温度差ｄ
１３の算出とが行われた後、温度Ｄ３に温度差ｄ１３を
加算した温度Ｄ４を新たな設定温度として、シリンダ温
度調節部１２に指示が与えられる。そして後ステップＳ
３１において再び制御周期タイマの起動を行う。

【００３５】以下同様の動作が繰り返され、制御周期タ
イマがタイマ動作を完了した時刻Ｔ６から時刻Ｔ７に到
る期間ｔ５におけるシリンダ２１の樹脂温度の判定と、
新たな設定温度の指示が繰り返される（設定温度の差異
ｄ１６は、温度差ｄ１５に基づいて算出される）。

【００３６】以上の動作の結果として、温度センサ１１
により検出される成形樹脂温度は、目標樹脂温度に一致
する。

【００３７】また目標樹脂温度が成形の動作中に変更さ
れ、そのときの成形樹脂温度より低く設定された場合に
も同様の動作が行われることとなり、成形樹脂温度は目
標樹脂温度に一致することとなる。

【００３８】以上でシリンダ２１の樹脂温度の段階的な
温度設定の動作の説明を終了し、以下に変更係数につい
ての説明を行う。

【００３９】図６に示すグラフは、横軸が温度センサ１
１により検出される成形樹脂温度の実測値と目標樹脂温
度との差異である温度差異値を示し、縦軸がシリンダ２
１の樹脂温度の設定温度の変更すべき値を求めるための
変更係数を示すグラフとなっている。そしてこのグラフ
における折線６１は、予め使用者によって設定された温
度差異値と変更係数との関係の一例を示している。

【００４０】図６に示す温度差異値と変更係数との関係
は、折線６１によって示すように、目標樹脂温度と成形
樹脂温度との温度差異値が、範囲ｄ２１にあるとき、範
囲ｄ２２にあるとき、および範囲ｄ２３にあるときで、
シリンダ２１の設定温度の変更係数の増減率を異ならせ
ている。すなわち温度範囲がｄ２２の場合は、ｄ２１の
場合より変更係数の増減率を少なくし、温度範囲がｄ２
３の場合はさらに少なくする。この方が、成形樹脂温度
を目標樹脂温度に速やかに一致させることができるもの
と考えられる。つまり成形樹脂温度が目標樹脂温度に近
い場合には、変更係数の増減率を大きく設定する一方、
成形樹脂温度が目標樹脂温度に離れるに従い、変更係数
の増減率を減じていくのである。

【００４１】ただし、このような温度差異値と変更係数
との関係は、この図６に示す折線６１に限定されるもの
ではなく、使用者によって任意に設定可能なものであ
る。また演算結果である変更値には上限が設けられてい
て、計算された変更値が上限を越える場合には、この上
限値が変更値として採用されるようになっている。

【００４２】また図７は、本発明の他の実施例を示して
おり、上記構成に加えて変更値を自動で測定する手段を
備えたものである。

【００４３】すなわち、変更値を自動で測定するチュー
ニング部１４には、温度センサ１１の出力が導かれてお
り、チューニング部１４の出力は、シリンダ温度調整部
１２とメモリ１９とに導かれた構成となっている。その
他の構成は上記実施例と同様であるので、ここでは同符
号を付することとし、詳細な説明は省略する。

【００４４】図８および図９は、本発明の他の実施例の
主要部の動作を示すフローチャートであり、チューニン
グ部１４の動作は、図９のステップＳ１９〜ステップＳ
２２の動作により示されている。この動作は操作部１８
からの指示があった場合に行われる動作となっていて、
製品の製造を行う工程とは異なる工程として設定されて
いる。なお、ステップＳ３０を除く他のステップの動作
は、図３および図４に示す上記した一実施例のものと同
様である。

【００４５】この指示があったときチューニング部１４
は、ステップＳ１９に続く動作としてステップＳ２０を
選択する。このステップＳ２０においては、図１０の樹
脂温度の時間的変化を示す説明図の時刻Ｔ１１において
成形樹脂温度の検出を行う。このときの温度が目標樹脂
温度になっているとすると、変更値と温度差異値とはそ
れぞれの値が０となる（図１１の７１により示す）。

【００４６】またチューニング部１４は、シリンダ温度
調節部１２に対して設定温度をΔ１だけ上昇させる旨の
指示を与える。そして時刻Ｔ１２となったとき、温度セ
ンサ１１により検出される温度を読み取る。この温度と
目標樹脂温度との差異値が図１１のｄ７１により示され
る温度であるとすると、変更値がΔ１、温度差異値がｄ
７１に対応する位置７２と位置７１とを直線７３で結ぶ
演算を行う。以下、チューニング部１４は、時刻Ｔ２に
おいて設定温度をΔ２だけ上昇させる旨の指示をシリン
ダ温度調節部１２に与え、時刻Ｔ１３において温度セン
サ１１により検出される温度の読み取りを行う。そのと
きの温度と目標樹脂温度との差異値がｄ７２であるとす
ると、位置７４と位置７２とを直線７５で結ぶ演算を行
う。

【００４７】以下同様の方法を繰り返すことにより（シ
リンダ２１の温度を目標樹脂温度から下げる方向に変更
する場合も同様となっている）、図１１に示す折線７６
を得る。そしてこの折線７６を示すデータを温度差異値
に対応した温度変更値を示すデータとしてメモリ１９に
送出し、記憶させる。そしてステップＳ２１、Ｓ２２へ
と動作を進める。

【００４８】以上の動作によってメモリ１９には、チュ
ーニング動作により実測された変更値が格納されるの
で、以後においては、実測された変更値が既に得られて
いる成形の場合には、この実測値に基づく演算が設定温
度演算部１５により行われる。

【００４９】なお本発明は上記実施例に限定されず、本
実施例ではパイプの成形に適用した場合について説明し
たが、その他の製品の成形の場合にも同様に適用するこ
とが可能である。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係る押出機における樹脂温度コ
ントロールシステムは、シリンダ内の樹脂温度の変化に
対する成形樹脂温度の変化の割合を示す変更データと、
温度センサにより検出された樹脂温度と目標樹脂温度と
の差異を示す値とに基づき、設定温度演算部において算
出された値に従ってシリンダの設定温度を段階的に変化
させる構成としているため、時間遅れが原因となって生
じる金型直前位置における樹脂温度の暴れがなくなるた
め、速やかに自動で樹脂温度を目的値に設定することが
可能になるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図である。

【図２】本発明の一実施例の押出機の断面を示す概略図
である。

【図３】本発明の一実施例の主要部の動作を示すフロー
チャートである。

【図４】本発明の一実施例の主要部の動作を示すフロー
チャートである。

【図５】樹脂温度の変化を示す説明図である。

【図６】手動で入力された変更係数と温度差異値との関
係を示す説明図である。

【図７】本発明の他の実施例の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】本発明の他の実施例の主要部の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図９】本発明の他の実施例の主要部の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図１０】チューニング動作における樹脂温度の変化を
示す説明図である。

【図１１】チューニング動作時の温度差異値と変更値と
の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ 温度センサ １５ 設定温度演算部 ２１ シリンダ １２２ａ〜１２２ｃ 加熱冷却部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダの温度設定値を段階的に変化さ
   せることにより、金型の直前位置近傍における樹脂の温
   度を目標とする温度に一致させる制御を行う押出機にお
   ける樹脂温度コントロールシステムにおいて、 金型の直前位置近傍における樹脂の温度を成形樹脂温度
   とし、目標とする成形樹脂温度を目標樹脂温度とすると
   き、 前記シリンダの加熱冷却部に位置する樹脂の温度変化に
   対する前記成形樹脂温度の変化の割合を示す変更データ
   を記憶する記憶部と、 前記成形樹脂温度を検出する温度センサと、 前記目標樹脂温度と前記温度センサにより検出された樹
   脂温度との差異値および前記記憶部から読み出した変更
   データに基づいて前記シリンダの温度設定値を算出する
   設定温度演算部とを備えたことを特徴とする押出機にお
   ける樹脂温度コントロールシステム。