JPH09174663A - ローラヘッド押出機とその制御方法 - Google Patents

ローラヘッド押出機とその制御方法

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JPH09174663A
JPH09174663A JP7339602A JP33960295A JPH09174663A JP H09174663 A JPH09174663 A JP H09174663A JP 7339602 A JP7339602 A JP 7339602A JP 33960295 A JP33960295 A JP 33960295A JP H09174663 A JPH09174663 A JP H09174663A
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roller
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 材料の切り替え時にシート切れを生じさせず
かつ先行材料を残存させないで後続材料に接続させて、
後続材料に焼けや物性のバラツキが生じることなく異種
材料を連続処理できるようにする。 【解決手段】 材料押出用のスクリュー3を回転自在に
有する押出機本体1の出口の前方に、互いに平行な上下
二本のローラ9よりなるローラダイ2が配置されている
とともに、上下のローラ9と出口7の左右両側を閉塞す
るサイドガイド20とで囲まれた溜まり部12が形成さ
れているローラヘッド押出機において、溜まり部12内
において先行する被押出材料がこれと異なる後続の被押
出材料に接続しうる最小のバンク量に達したときにロー
ラダイ2を一旦停止させ、その後、溜まり部12内にお
いて後続の被押出材料が所定のバンク量に復帰したとこ
ろでローラダイ2を再起動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム等の高分子材
料をシート状に押し出すローラヘッド押出機とその制御
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種のローラヘッド押出機は、押出機
本体の出口側に上下一対のローラからなるローラダイを
備え、バッチ式ミキサから該押出機本体に供給された材
料を、該押出機本体のスクリューで押し出して、ローラ
ダイの上下一対のローラ間を通過させることにより、押
出材料をシート状に形成すものである。
【0003】このローラヘッド押出機において、排出さ
れるシートの形状(幅、厚み等)を均一化するために
は、押出機本体の出口とローラダイとの間の材料溜まり
部のバンク量を適正に制御する必要がある。そして、か
かるバンク量の制御方法として、一定速度で2本のロー
ルが回転しているときに、シリンダ、ロードセル、圧力
センサ等のセンサ機器によって溜まり部内のバンク量、
ローラにかかる荷重、バンク圧を検出し、これらの検出
値が設定値となるようにスクリューの回転数を増減速さ
せながら、被押出材料をシート化するようにするバンク
コントロールシステムが知られている(例えば、特公昭
55−4575号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のバンクコントロールシステムでは、溜まり部内の材
料のボリュームや圧力をシート形状を均一化するために
予め設定したバンク量目標値になるようにフィードバッ
ク制御する機能しか備えていないので、異なる種類の被
押出材料を連続的に押出処理するために先行する被押出
材料にこれと異なる後続の被押出材料を接続する場合で
も、シート形状を均一化するための当該目標値にしか溜
まり部内のバンク量を設定できない。
【0005】このため、異なる種類の被押出材料を連続
的に押出処理する場合に、先行の材料が溜まり部内に残
存し続けて後続の材料に混合され、その結果、後続の材
料に材料の焼けや物性のバラツキが発生することがあ
る。一方、これを解決するには、溜まり部内のバンク量
をできるだけ少量まで検出するようにして、先後の被押
出材料を接続しうるぎりぎりのバンク量まで先行の材料
を減少させてから両材料を混合させることが考えられ
る。
【0006】しかし、シリンダや光電管等によって溜ま
り部内のバンク量を直接計測する手段(例えば図4参
照)では、出口の上方からしか溜まり部内の材料のレベ
ルを計測できないので、上記のような少ないバンク量を
計測することはできない。他方、ローラにかかる荷重を
ロードセルで検出しその値からバンク量を推定する手段
(例えば図12参照)では、材料の種類や硬度の違い等
により荷重からボリュームを正確に検知するのが困難で
あるため、ロードセルでの検出値に基づいて溜まり部内
のバンク量を余り少量化しようとすると、測定誤差のた
めに先行の被押出材料が溜まり部に全く残らなくなって
シート切れが生じる原因となる。
【0007】本発明は、このような実情に鑑み、材料の
切り替え時にシート切れを生じさせずかつ先行材料を残
存させないで後続材料に接続するようにして、後続材料
に焼けや物性のバラツキが生じることなく異種材料を連
続処理できるローラヘッド押出機とその制御方法を提供
すること目的とする。また、本発明は、そのようなロー
ラヘッド押出機をできるだけ安価に得ることを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、次の技術的手段を講じた。すなわち、本
発明方法は、材料押出用のスクリューを回転自在に有す
る押出機本体の出口の前方に、互いに平行な上下二本の
ロールよりなるローラダイが配置されているとともに、
前記上下のロールと前記出口の左右両側を閉塞するサイ
ドガイドとで囲まれた溜まり部が形成されているローラ
ヘッド押出機において、前記溜まり部内において先行す
る被押出材料がこれと異なる後続の被押出材料に接続し
うる最小のバンク量に達したときに前記ローラダイを一
旦停止させ、その後、前記溜まり部内において後続の被
押出材料が所定のバンク量に復帰したところで前記ロー
ラダイを再起動させることを特徴とする(請求項1)。
【0009】また、本発明装置は、材料押出用のスクリ
ューを回転自在に有する押出機本体の出口の前方に、互
いに平行な上下二本のロールよりなるローラダイが配置
されているとともに、前記上下のロールと前記出口の左
右両側を閉塞するサイドガイドとで囲まれた溜まり部が
形成されているローラヘッド押出機において、前記サイ
ドガイドに、前記溜まり部内において先行する被押出材
料がこれと異なる後続の被押出材料に接続しうる最小の
バンク量を検出する最小バンク量検出手段が設けられ、
この最小バンク量検出手段からの検出信号に基づいて前
記ローラダイを一旦停止させ、かつ、前記溜まり部内に
おいて後続の被押出材料が所定のバンク量に復帰したと
ころで前記ローラダイを再起動させる制御装置が設けら
れたものである(請求項2)。
【0010】上記手段によれば、溜まり部内において、
先行材料が後続材料に接続しうる最小のバンク量になっ
たときにローラダイを一旦停止させるので、先行材料が
溜まり部のデルタ部分(図3における破線22とローラ
9とで囲まれた部分23)にだけ残存しその他の部分に
は残存しない。その後、溜まり部内に後続の被押出材料
が送り込まれ、同材料が所定のバンク量に復帰したとこ
ろでローラダイが再起動されるので、先行材料が溜まり
部内に残存することなく上記デルタ部分において後続材
料に接続され、連続的な押出が可能になる。
【0011】しかして、「先行材料が後続材料に接続し
うる最小のバンク量」とは、先行材料が上記「デルタ部
分」のみに詰まっている状態のことを意味する。そし
て、この量が具体的にどの程度に設定するかは、樹脂の
種類や装置の構造によって異なるが、溜まり部の全容積
の5〜15%程度であることが判明している。一方、本
発明装置において、最小バンク量検出手段として溜まり
部内の被押出材料の圧力を検出する圧力センサを採用す
ると、当該検出手段を、シートの形状を均一化するバン
ク量目標値を求めるための圧力検出手段として兼用する
ことができる(請求項3)。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1において、ローラヘッド押出
機は押出機本体1とローラダイ2とを有し、押出機本体
1は、一対の押出スクリュー3と、このスクリュー3を
可回動に保持するチャンバー4と、スクリュー3を回転
駆動するモータ5とを備えている。
【0013】前記チャンバー4は、その上面側に材料投
入用ホッパー6を有し、その先端側に出口7を有する。
前記一対のスクリュー3は、その基部側において減速機
8を介して連動連結され、その先端側は前記チャンバー
7の出口7に臨んでいる。前記ローラダイ2は、前記チ
ャンバー4の出口7の前方に配置された上下一対のロー
ラ9を有する。この上下一対のローラ9は、減速機10
を介して互いに逆方向に回転するよう連動連結され、且
つ、カレンダーロール駆動モータ11により回転駆動さ
れる。
【0014】前記チャンバー4の出口7の前方には、上
下のローラ9と当該出口7の左右両側を閉塞するサイド
ガイド20とで囲まれた押出材料の溜まり部12が形成
されている。この溜まり部12に、バンク圧(溜まり部
12に溜まった押出材料の圧力)を検出する圧力センサ
13と、バンク量(溜まり部12に溜まった押出材料の
量)を検出するバンク量検出手段14と、が設けられて
いる。
【0015】また、前記サイドガイド20に、前記溜ま
り部12内において先行する被押出材料がこれと異なる
後続の被押出材料に接続しうる最小のバンク量を検出す
る最小バンク量検出手段21が設けられており、本実施
の形態では、前記圧力センサ13が最小バンク量検出手
段21を兼ねている。すなわち、この圧力センサ13は
例えば樹脂圧力計等からなり、図2に示すように、その
検出部13Aが溜まり部12内におけるローラ9間に挟
まれたデルタ部分に位置するよう、サイドガイド20に
左右一対取り付けられていて、この圧力センサ13の検
出部13Aの取付位置Pは、溜まり部12内において先
行する被押出材料が後続の被押出材料に連続して接続し
うるぎりぎりの位置まで、押出方向前方(図3の左側)
よりに設定されている。
【0016】このため、圧力センサ13の検出値がゼロ
になると、溜まり部12内の樹脂が図3に示す検出部1
3Aの取付位置Pを通過し、溜まり部12内の樹脂が取
付位置Pを通る破線22と上下のローラ9とで囲まれた
デルタ部分23よりなる「最小バンク量」になったこと
が判明する。ここで、上記「最小バンク量」は、実機で
は溜まり部12の全容積の5〜15%程度の範囲内にな
ることが判っているが、樹脂の種類や装置構成によって
変動するため、実験によって機種毎に求めておく必要が
ある。
【0017】一方、バンク量検出手段14は、図4及び
図5に示すように、光電管等からなるレベルセンサとし
て構成され、溜まり部12に溜まった押出材料の高さが
所定の高さに達したとき、このレベルを感知するように
設けられている。そして、この実施形態では、バンク量
検出手段14は一つの樹脂レベルを検出するようになっ
ている。
【0018】図1に示すように、前記スクリュー駆動モ
ータ5、カレンダロール駆動モータ11、圧力センサ1
3(最小バンク量検出手段21)、及び、バンク量検出
手段14は、すべて制御装置15に接続されている。こ
の制御装置15は、圧力センサ13及びバンク量検出手
段14に接続された処理手段16と、この処理手段16
の指令により作動するスクリュー駆動モータ用の制御盤
17とカレンダ駆動モータ用の制御盤18とを有する。
【0019】処理手段16は、圧力センサ13の検出圧
と設定目標圧との差をスクリュー駆動モータ用の制御盤
17またはカレンダ駆動モータ用の制御盤18にフィー
ドバックして、スクリュー3やローラ9の回転速度を制
御し、これによって溜まり部12の押出材料のバンク量
を目標値に維持するものである。そして、この処理手段
16は、バンク量検出手段14により所定のバンク量を
検出したとき前記圧力センサ13によりバンク圧を検出
し、このとき検出したバンク量とバンク圧から両者の相
関関係を求める。
【0020】本実施の形態の場合には、図6に示すよう
に、バンク量検出手段14は一つのレベルを検出するも
のであるから、上述の相関関係はただ一つの点となって
バンク量とバンク圧は一対一対応となる。このように、
両者の関係は直線的なものとして求められ、両者の相関
関係はバンク量とバンク圧の比例定数として特定でき
る。そして、図6に示すように、処理手段16は、ある
バンク量とバンク圧との関係から求めた比例定数を用い
てバンク量の目標量を圧力値に換算し、この換算圧力値
を設定目標圧とする機能を有している。
【0021】なお、制御装置15には、ある特定の被押
出材料(樹脂)について上記バンク量とバンク圧との関
係から求めた比例定数を記憶しておくための記憶部19
が設けられている。また、前記処理手段16は、当該ロ
ーラヘッド押出機に異なる種類の被押出材料を連続押出
するに当たり、上記圧力センサ13(最小バンク量検出
手段21)検出値がゼロとなったときに、溜まり部12
内の先行の被押出材料が「最小」になったと判断し、こ
の検出値(ゼロ)に基づいてカレンダ駆動モータ用の制
御盤18を操作してローラダイ2を一旦停止させ、その
後、溜まり部12内において後続の被押出材料が所定の
バンク量に復帰したところでローラダイ2を再起動する
機能を有する。
【0022】図7は、処理手段16における制御のフロ
ーチャートを示し、図8は、その時間軸上でのバンク量
の変化を示している。図7において、スクリュー駆動モ
ータ5の起動に伴ってスクリュー3が一定回転数で運転
され、材料投入用ホッパー6から投入された材料はスク
リュー3により出口7から溜まり部12に押し出される
(S1)。
【0023】押し出された材料はやがて増加し、図4に
示す如く、その高さがバンク量検出手段14の検出レベ
ルに達し、このレベルが当該センサ14により検出され
る(S2) すると、自動的にローラダイ2のカレンダ駆動モータ1
1が起動し、上下一対のローラ9がライン速度(一定速
度)で回転を開始する(S3工程)。
【0024】このとき、最初に設定されたスクリュー速
度に応じた吐出量をローラダイ2のライン速度に応じた
吐出量を上回るよう設定してあるために、溜まり部12
の材料は増加し続ける。そして、溜まり部12内の材料
がバンク量検出手段14の検出レベルをある設定時間
(4〜10秒程度)だけ上回り続けたときに(S4,S
5)、スクリュー3を一旦停止させる(S6)。
【0025】このようにしてスクリュー3を停止させる
とバンク量は減少し、図3に示すように、やがてバンク
量検出手段14の検出レベルに到達し、バンク量検出手
段14が切れる(S7)。そこで、前記バンク量検出手
段14が切れたその瞬間のバンク圧を圧力センサ13で
検出し、バンク圧とバンク量の比例定数を、処理手段1
6において図6に示す如く決定する(S8)。
【0026】そして、その決定した比例定数を用いて、
溜まり部13のバンク量の目標量(この目標量は予め設
定されている)を比例計算により圧力値に換算する。そ
の換算した圧力値を前記設定目標圧とし、該目標圧とバ
ンク圧の実測値との差をフィードバックすることによ
り、スクリュー速度を制御する(S9,S10)。な
お、上記のように溜まり部12の材料がバンク量検出手
段14の検出レベルを越えてから減少させ、減少途中で
検出レベルに達した時に圧力−量換算を行うのではな
く、最初の検出レベルを越えるとき(S2のとき)に圧
力−量換算を行うことも可能である。
【0027】しかし、図4に示すように、最初に検出レ
ベルを越えるときは溜まり部12に存在する材料の上面
の凹凸が激しく滑らかでないため、一旦ローラ9を回転
させて突出している部分に下向きの力を加え、その上面
を平滑化して図5に示すように減少させたときに圧力−
量換算を行う方が制御精度が良くなる。次に、被押出材
料の材料替えを行わないときは、上記のフィードバック
制御が繰り返されるが、材料替えを行うときは、先行の
材料が溜まり部12内で減少するまで後続の材料が溜ま
り部12に供給されないので、先行材料のバンク量は目
標値を大きく下回るまで低下する(S11,S12)。
【0028】そこで、サイドガイド20に設けてある圧
力センサ(最小バンク量検出手段21)の検出値がゼロ
になると(S13)、ローラダイ2が停止されて次バッ
チとして後続の被押出材料がホッパー6に投入される
(S14,S15)。この場合、スクリュー3は未だ回
転したままであるため、後続の被押出材料が溜まり部1
2に供給されてその内部の樹脂量が増大し、やがてバン
ク量が目標値に復帰するが(S17)、後続材料が先行
材料と性質が大きく異なるときは、図6によって求めら
れるバンク圧とバンク量との比例定数を後続材料のもの
に改めねばならない。
【0029】そこで、記憶手段19に後続材料の比例定
数が記憶されているときは(S16)、その比例定数を
用いてバンク量目標値が設定され(S17)、ローラダ
イ2が再起動されることになる(S18)。他方、記憶
手段19に後続材料の比例定数が記憶されていないとき
は(S16)、上記のステップS2にまで戻って、処理
手段16によってその比例定数を求める必要がある。
【0030】図9〜図11は示すものは、他の実施の形
態であり、バンク量検出手段14を低位置と高位置の二
箇所のレベルを検出するように設けた場合を示してい
る。この場合、各バンク量検出手段14でバンク量を検
出したときのバンク圧を求めることにより、バンク量と
バンク圧の相関関係を、図10に示す折れ線として求め
ることができる。
【0031】または、バンク量検出手段14を前記二箇
所以上の多数のレベルを検出するものとした場合、バン
ク量とバンク圧との相関関係を図11に示す曲線f
(x)として求めることができる。そして、前記のよう
にして求めた両者の相関関係は、図10や図11に示す
如くバンク量とバンク圧の換算式として処理手段16に
よって求められる。そして、この求めた換算式を用い
て、溜まり部12のバンク量の目標量を圧力値に換算
し、その換算した圧力値を前記設定目標圧とする。そし
て、該目標圧とバンク圧の実測値との差をフィードバッ
クすることによりスクリュー速度を制御する。
【0032】なお、この実施の形態においても、処理手
段16で決定されるバンク量とバンク圧の相関関係が図
10や図11に示すものに変わるだけで、圧力センサ1
3(最小バンク量検出手段21)によって先行材料が最
小バンク量になったことを検出し、このあと後続材料を
溜まり部12内に供給する点は、先の実施の形態と同様
である。
【0033】なお、本発明は以上の実施の形態に限定さ
れるものではない。例えば、最小バンク量検出手段21
は、圧力センサ13とは別個に設けた温度センサを採用
することができる。この場合、最小バンク量検出手段2
1である温度センサは、サイドガイド20における図3
と同じような取付位置Pに設ける必要があるが、バンク
圧を検出する圧力センサ13は、溜まり部12内に設け
られたものに限らず、図12に示す如く、ローラダイ2
のローラ9の負荷を検出して間接的にバンク圧を検出す
るロードセルからなるものであってもよい。
【0034】また、圧力センサ13は、最小バンク量検
出手段21と個別に設ける限り、押出スクリュー3を有
するチャンバー4内の圧力を検出して、間接的にバンク
圧を検出するものであってもよい。また、バンク量検出
手段14としては、あるレベルを検出する投光器と受光
器とからなるレベルセンサとして説明したが、レベルを
連続的に検出するものであってもよく、また、特公昭57
-26936号公報に記載のような接触式のポテンショメータ
を用いたものであってもよい。
【0035】そして、このバンク量検出手段14は、バ
ンク量をその高さで検出するもののみならず、体積、重
量等でその量を検出するものであってもよい。しかし
て、本明細書での「バンク量」とは、高さの単位のみな
らず、体積、重量、又は、無次元化された指標を含むも
のである。更に、前記各実施例は、スクリュー回転数を
制御するものとして説明したが、本発明においては、ロ
ーラダイ2のローラ9の回転数を制御し、または、スク
リュー3とローラ9の双方の速度を制御することができ
る。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
材料の切り替え時にシート切れを生じさせず、かつ、先
行材料を溜まり部内に残存させないで後続材料に接続で
きるので、後続材料に焼けや物性のバラツキを生じさせ
るることなく、異種材料を連続処理することができる
(請求項1、2)。
【0037】また、請求項3記載の発明によれば、最小
バンク量検出手段を、シートの形状を均一化するバンク
量目標値を求めるための圧力検出手段(圧力センサ)と
して兼用することにより、上記効果を有するローラヘッ
ド押出機をできるだけ安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すローラヘッド押出機の
ブロック図である。
【図2】同押出機の前部の平面断面図である。
【図3】最小バンク量検出手段の取付位置を示すため
の、押出機の前部の側面図である。
【図4】バンク量が増加してバンク量検出手段を作動さ
せるときの説明図である。
【図5】バンク量が減少してバンク量検出手段を切ると
きの説明図である。
【図6】バンク量とバンク圧との相関関係を示すグラフ
である。
【図7】処理手段の機能を示すフローチャートである。
【図8】スクリュー回転数とバンク量とローラ回転の関
係を示すグラフである。
【図9】バンク量検出手段を二箇所に設けた実施形態を
示す要部断面図である。
【図10】バンク量とバンク圧との相関関係が折れ線関
係にあることを示すグラフである。
【図11】バンク量とバンク圧との相関関係が曲線関係
にあることを示すグラフである。
【図12】圧力センサの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 押出機本体 2 ローラダイ 3 スクリュー 7 出口 9 ローラ 12 溜まり部 13 圧力センサ 14 バンク量検出手段 15 制御装置 20 サイドガイド 21 最小バンク量検出手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 材料押出用のスクリュー(3)を回転自
    在に有する押出機本体(1)の出口の前方に、互いに平
    行な上下二本のローラ(9)よりなるローラダイ(2)
    が配置されているとともに、前記上下のローラ(9)と
    前記出口(7)の左右両側を閉塞するサイドガイド(2
    0)とで囲まれた溜まり部(12)が形成されているロ
    ーラヘッド押出機において、 前記溜まり部(12)内において先行する被押出材料が
    これと異なる後続の被押出材料に接続しうる最小のバン
    ク量に達したときに前記ローラダイ(2)を一旦停止さ
    せ、その後、前記溜まり部(12)内において後続の被
    押出材料が所定のバンク量に復帰したところで前記ロー
    ラダイ(2)を再起動させることを特徴とするローラヘ
    ッド押出機の制御方法。
  2. 【請求項2】 材料押出用のスクリュー(3)を回転自
    在に有する押出機本体(1)の出口の前方に、互いに平
    行な上下二本のローラ(9)よりなるローラダイ(2)
    が配置されているとともに、前記上下のローラ(9)と
    前記出口(7)の左右両側を閉塞するサイドガイド(2
    0)とで囲まれた溜まり部(12)が形成されているロ
    ーラヘッド押出機において、 前記サイドガイド(20)に、前記溜まり部(12)内
    において先行する被押出材料がこれと異なる後続の被押
    出材料に接続しうる最小のバンク量を検出する最小バン
    ク量検出手段(21)が設けられ、 この最小バンク量検出手段(21)からの検出信号に基
    づいて前記ローラダイ(2)を一旦停止させ、かつ、前
    記溜まり部(12)内において後続の被押出材料が所定
    のバンク量に復帰したところで前記ローラダイ(2)を
    再起動させる制御装置(15)が設けられていることを
    特徴とするローラヘッド押出機。
  3. 【請求項3】 最小バンク量検出手段(21)は、溜ま
    り部(12)内の被押出材料の圧力を検出する圧力セン
    サ(13)よりなる請求項2記載のローラヘッド押出
    機。
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