JPS5954538A - 押出量の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は押出機の押出量を時間に対して一定に保、にう
吉する押出量の制御方法に関するものである。 第１図は従来の押出量のコントロール方式を示したもの
である。すなわち、第１図中のＡ方式は、押出機先ψｊ
１１１の圧力を測定し、この圧力を一定に保つべく、ス
クリュ駆動モータ（１）の回転を制御するものであり（
押出機先端の圧力をモータの回転数にフィードバックす
る方式）、一般に広く採用されている。 −ｌこ第１図中のＢ方式は、ダイ（２）から出た後の半
製品、あるいは製品の厚み、重量を一定に保つべく、こ
の厚み、重量を測定し、スクリュ駆動モータ（１）の回
転を制御するものてあり（製品の厚み、重量をモータの
回転数（こフィートバンクする方式）、これも押出成形
においては広く使用さ１％ている方法である。 なお、第１−図中の（３）は原料樹脂供給用ボソパ、（
４）は原体１樹脂、（５）は減速機、（６）はシリンダ
を加熱するヒータ、（力はシリンダ、（８）は樹脂をｉ
＞ｒ　塑化するスクリュ、（９）は樹脂圧力検出器、（
ＩＱ）は押出樹脂、（１１）（ＩＩ）は制御（演η）装
置である。 さてＡの方式ては、押出機先端の圧力は一定にて決まる
定数、η：粘度、Ｐｌ）：押出機先☆Ｈｉ、Ｈ）、、Ｈ
（・三ダイ圧）、Ｑ：押出量〕の関係ζこある押出量は
Ｃたとえ押出機先端圧を一定に制御しても）、−・定に
はなりイＳない。、このようなこみは、原料が数神の樹
脂をフレンドしたもの、あるいは原料中ζこ↑Ｉ］生原
ｔ１を包む場合等で原料の混合比率を一定に保つ（−吉
が困難な場合におこる。−１−Ｉｌ、−Ｂの方式（、土
、長周期の押出量変動を取０除くとい・う点ては効果あ
る制御方式であるか、トル記の人きな二つの欠点かある
。即ち、 ■　製品の厚み、重量を連続的に、かつ製品を傷つりず
に精度良＜　１ｉｌ１１定するには、多大な費用をかけ
た設備を必要りする。 ■　ノリみ、重量の測定位置は、通常製品か玲却された
後、即ち、ダイから出である時間経過した後であるため
、これら淳み、車量上制御要素であるスクリュ回転数の
１１旧こは時間遅れがあり、短時間の変動を消しさるこ
とはできない。 押出成形機でζは、押出量を一定に保つ）こＬが、製品
品質十重要なポイントである１）また、押出イ幾には同
時に、低樹脂温度、高押出量ｊ、呈とか要求される。そ
してこイＬらの要求のほとんとは、スクリュの機能によ
゛りで達成さイ１．るのか主流であるか、このスクリュ
で全ては達成するのは困難となりつつある。すなわち、
低樹脂温ｔａｈ、高押出量の要求に応えるためには、ス
クリコ訓量化部の隣深さは深くしなりイシはならないが
、・ぞ・う−づれは押出−ｈｌの５」液性は不良となる
。なお、現在押出機のスクリ、：１は、高押出量をねら
うためこの傾向にあるか、原料組成に不均一性かある場
合には、押出−ｍが変動するという不具合の発生が多い
。 −またこの高品質（低樹脂温、押出量変動率）て、かつ
高生産量という要求に応えるべく、押出量をスクリュの
泪量性以外の手段によって一定に保吉・）という方法か
とられているが、こイＬら各方法ともコストあるいζＪ
技術上に問題点が多か−Ｑだ。 本発明は設備費が小さく、制御性の良い、押出量の制御
方法を提供しようとするものである。 押出量Ｑは、ニーニートン流体としで扱った場合、前述
の０式で表わされる。即ち、 溶融樹脂を非ニュー１−ン流体として取扱った場合でも
、ＰとηとＱの関係式は導くことができる。 従って、ＰＤ、ηの両方を削測し、こイ’ＬからＱを演
η式で求め、このＱを一定にするよう制御しようとする
点か本発明の特徴である。ｌたこの粘度ηの計測手段を
、スクリュ先端部シリンダに取付けた圧力検出器により
、スクリュに伴９て発生ずる圧力波形から求めようとす
る点も特徴とするものである。 以上の点を整理してみると第２２図（従来のＡ方式）、
第２：３図（従来のＢ方式）、第２４図（本発明方法）
となる。 本発明によると、原料の組成が変化しても、またシリン
ダ設定温度の変更、スクリュ先端圧力の変化（スクリー
ンの「Ｊ詰り等による）、スクリュ〜の回転数の変化に
より、押出機出口樹脂温度が変化しても、子の時々のダ
イ入口の樹脂圧ツバ粘度を検出し押出量を演算して、押
出量を目標の値にコンｌ−ｃ＋−ルするこ乏かてきる。 なお、第２４・図において粘度に関して補足する乏、樹
脂は同一の樹脂がスクリュ内、ダイ内を流れるのであり
、両者の樹脂温度はほぼ等しいため、樹脂温度の検出と
、演算での樹脂ｒａａ度の取扱いは−やめるこ譜もでき
る（こイー１．は精度には大きな影響を与えない）。 以下本発明の実施例４図面について説明する吉、システ
ｊ、の概要は第２４図に示したとおりである。 また本発明のコンＩ−ロールシステムを図示したのか第
２図であり、図中第」−図とｌｒｌ」−・部分は同一の
ね号て／バず。 さて第２図において、本発明は押出機を出た後のダイ（
２）の人１」前の樹脂圧力の検出器（９）と、スクリュ
（８）先端部のシリンダ（力に数句けた樹脂圧力削（１
２）により、スクリュ（８）内の圧力を検出して、粘度
を演算する。このダイ（２）の人口＾１１の樹脂圧力と
、その粘度から押出量を演算し、この演ｙｉ　した押出
量か、設定した目標押出量に合致するよう、スクリュ（
８）全駆動しでい乙モ・−タ（］、）の回転数を制御し
ようさする方式に関するものである１、−また（１３）
は演算制御装置である。 なお、スクリュ（８）内の圧力からの粘度の演カ、また
ダイ（２）の人［１圧力とその演碧した粘度から押出量
を演算唄る演算式は、通過する浴融樹脂を一ニー　トン
流体古して仮定するか、非ニュー　トン流体の凝塑性流
体吉仮宇するか、あるいは樹脂の流動に伴う発熱、熱伝
導を考慮するか否かによって多少異るが、ここでは簡便
的にニュートン流体とし、発熱熱伝導は無視した演９式
で説明する０、またダイ人「１ての樹脂１Ｆ、力の検出
は一般に広く行なわイ’しており、ここでは説明は省略
する。、ダイ入ｌ」樹脂圧力Ｐと粘度η（原料組成、θ
り断速度、樹脂ｆｉＡＩｉｆによって変化する）から押
出量を演算する式は前記の式の吉おりである。１だ本発
明の］例古して、予じめ予想される原料組成より、９り
断速度、樹脂温度の関数として、後述の如く粘、度特性
式を記憶させておく方式７Ｊ）ある。 次にスクリュ先端部のシリンダに増刊けた樹脂圧力の検
出の付方、およびその検出圧力から、粘１Ｌを演算りる
方法について述べる（以−ト全て；−コ、−トン流体と
仮定し、発熱伝熱は無視する）。そして本発明では、そ
の方法さく、て以ト′の３個の実施例を示Ａ。 先ず第１実施例として、スクリュの一般的形状であるフ
ルフライトスクリュ（８）（ソラｆ　ｌ−条、６　：’
を条）を使用した場合（第３３図）、シリンダ（７）に
取イ」けた圧力検出器（１渇で記録した圧力波形は、よ
く知られているように、第５図に示ずご吉＜、のこ刃状
のスクリュー回転ごとに増減する形となる。 なお、第３図はスクリュ先端部のシリンダに樹脂圧力泪
を取り伺りた状態を示−４断「ｎ」図、第４図は第；３
図の展開断面図、第５図ｉ、ｉスクリュ先ψ＋ｒｒｉ部
でｉ＋測した樹脂圧力波形図である。 さてニュートン流体として取扱った場合、第５図のよう
４

【波形を示した場合の圧力差は、上式で示すことがで
きる。 ｖｈ）’ｗｉ−ｉ Ｑ　Ｄ　＝　−Ｘ　Ｆ　Ｄ Ｌ） ０式てＮはスクリュ回転数を示す。他の形状を示す文字
は第３図、第４図に示しである。またｖｂはスクリュの
周速であり、Ｖ　ｂ　）　　はその周速のＺ方向成分を
示す。但し、本式は一般的フルノライトスクリュ（フラ
イ１−条数１条）の場合についてのものである。この古
きスクリュの軸芯に直角な断面でのシリンダ内周方向、
スクリュー溝の接触長さｄは、 つて０式より、液相樹脂の搬送されるスクリュ先端のフ
ルフライト部分の樹脂圧力波形をｔ１測すれば、この部
分を通過する樹脂の粘度は１算てきる。 次に他の粘度を求める方法さして（第２実施例）、液相
樹脂の通過するスクリュ先端部形状を、第８図のような
リードを持たない浅溝形状古し、この部分でのスクリュ
１回転ごとに発生する樹脂ＩＩ−力波形を４測して求め
る方法かある。この場合第７と簡便化される。 また通常のノルフ′ノイドスクリュ形状部の樹脂圧力波
、ｉ１より粘度を求める方法では、ある一定の押出量を
９１）るためには、溝深さは余り浅くてきないか、本力
法の場合には、粘度を求めるために工ここで第１）図は
第８図のＸ〜Ｘ断面図、第１０図は第８図（ｃ′ｌおり
るＸ−Ｘ部分のスクリュゴーの外面展開図、第１１図、
第１２図、第４−３図は夫々第１０図のＢ−１３，Ｃ−
Ｃ，Ｄ〜１〕断面図である。 次に圧力から粘度ηが求めらイー）、る理由を詳細に説
明すると、圧力測定部は第８図に示す如くスクリュ先端
部に、回転力向に開Ｌ−」したコの字溝（図では半周の
長さ）が設けらＶｌでいる。Ｍｕも、両ツイＦ　？：す
土手（ＩＪ）　、脊面りζこ土丁゛（例を有する浅い溝
（〕）（人Ｄ　Ａ〜Ａには土手は無い）を有すイム、今
溶融樹脂がスクリュ部に満されていて、スクリュが回転
すると、溶融樹脂は高粘度なため、シリンダ古溝底（メ
）−（生ずる力断訊抗によって溶融樹脂はコの字溝１（
二押込ｔ；ｎ、：ｊの字溝の奥程圧力か高くなる。（−
イーとを樹脂圧カル＋　（１２ａ）て検出−づると、第
７図の如くなり、圧力Ｐ、は用力調位ＩＩイアＪＳコの
字溝の一番奥、二１−千（ブ）部に傳する寸前の時のも
の、圧力Ｐ２は圧力６１位１１″′、ｊ］が−１の字溝
を通温した後、コの字詩人＋１．Ｉ　Ａ、　＝　Ａに達
する間のものである。 この関係を数式で人わｌ、たものか前記０式てあり、運
転条件Ｊ−△Ｉ〕が分イ１ば、粘度η力ゝ求めらイ９・
るもので′ある。なお、第１、第２実７Ｔｉｉ：ｉ例と
も構造（、↓異るん）、粘度測定原理は前記と同一・で
あるＣ〕さらｊこ第１、第２実施例のスクリュ、”ｙリ
ンダの構造栓（１り変えた構造（第Ｊ−４・図）、すな
わち、スクリュ（８）を溝のない円筒形状とし２、シリ
ンダ側に溝（１、ｆｌを切った構造部材（１５）を敗イ
」りると、この部分のシリンダにｒ（ダイ・１りだ圧力
泪（１２／））　（１２Ｃ′）の示す樹脂圧力（−１、
も（，１やスフ９３１回転どＩ−のの（−７Ｉり状波形
はｔｌ’ｌ’ｌかず、第（５図に示Ｊ−ような１ｍ−力
波１１３とム；る（第（５図は押出１幾先嬬部に第１４
図（（二手リースクリュ、シリンダの横５青を持−）ｍ
台の４（、口１「１川力の時間的変化図）。なお第１５
１ンｊにノＪりずスフＩＪ　、Ｉ輔泊角断１用２点（１
，２ｈ）　（Ｌ２Ｃ）の圧力Ａか、（ＤＸのｌ＼ｉ−１
に当る１、−まｆ（ｄに対し、〕か対応−ｄ／、、。 従って４案の場合 古なり、粘ｔ−ｎ−を求めるための演多７がか）酪化て
きイＪ）（演詩装置の簡略化可能）　ｏ　ｊ、Ｗ　Ｊ３
．１ノリ断速７９　；についでは簡便的には７・リンダ
、−４クリニ１間の間隙でりえることかてきる。っ またスクリュ先ｙ’ｉＭ部のＬ（−力波形から求め八−
粘度η０　と、ダイからの位ｊｊ指の押出量を演ｎリー
るときに使用する粘１直こついで説明すると、溶融樹脂
の粘度は、測定条ｆ１である剪断速度ｉ（１，６瞥１１
度′■゛によって変るので、スクリュのうシ、端部装肖
°てｄ１１］犀した粘度は、ダイへの流量泪算のために
設りられている圧力検出器（９）の位置での樹脂粘度に
換算しなければならない。 溶融樹脂の粘度特性は、ギヤヒラリーレオメータ等の粘
度６１］１定器であらかじめ剪断速度ｉと、温度Ｔでぞ
の関係４調べでおく（こｔｌ、を粘度特性のベースデー
タとする）０ 第２０図１．。１１例えはギー）・ピラリ−ｖオフメー
タで旧測した粘度特性み、スクリコ〕〜先端部装置で測
定した粘度か測定法の差（原料組成の変化）により同一
温度、同一剪断速度でも差異か生するので、スクリュ９
一端部装置の実測値でキャビｔ７リーレオメ・−タの粘
度特性４補＋Ｅする手段を述・＼ている〇−また第２１
図はスクリュ先端部の粘度測定装置部の温度吉、ダフイ
流入部の圧力検出器（９）位置での温度は同じと見做し
、た場合であり、あらかじめキャピラＩＪ−１．ｚオメ
ータ等て％　ｆｆ１ｉ’１度、剪断速度を変えて特性を
測っておき、スクリュ先端部での成る剪断速度における
実測粘度を、キＡ・ピラリ−レオメータの相当する温Ｉ
Ｊ１カーフに近似し、任意の剪断速度における粘度（求
める方法である。 さてスクリュ先端部の圧力波形からｉｊｆ　’Ｉ１．　
Ｌで（ηた粘度は、粘度４４゛性みしては一般（（，良
ぐ知らイーコでいるように、剪断速度１１温度Ｔの関数
、、Ｉ：ｌ、てノＪりされる粘度ηの１−ポイン１−（
ｉｆらる１ｔｑ断速世、ある温度での粘度）である。こ
の］ボ・１ントの粘Ｉ蜆η、。 と、ダ・イからの押出量演ｑの枯１．！ｌηの大小の関
係は、同一樹脂が流れ出るのであり、傾向ｉｆ同　占す
イ“ｔば、ダ５イ内侘流イーＬる粘度も１代下する。（
−の場合両者の低ｌ；の割合を等しいとして、スクリュ
１−　［（−！１転数の変化、ずなわち粘度検Ｌ［旨（
ｌ≦の剪断速度変化Ｌ１ に、Ｊ−る粘度変化を補正した粘１班をη吉し、／ｌを
η 吉い゛）関係式等により補正可能−〈−あるｐ（Ｋ：温
度の関数（この場合一定）、ｎｊ沫定叔）、−１しかじ
さら（こ木ＩＩ度を上げるため（（−は、あらかし二め
予想される原料組成の粘ＪＷを、別な物慴測定器て測定
しておき、この葡を記憶し、この粘度、ＬＬ演算した】
ボ１ントの粘度を対」１．するく二とにより、刻々押出
さイ１、ている樹脂の粘度を剪断速ＩＷ１温度の関数古
し゛Ｃ推定して行なう方法がある。なお、粘度の温度の
関数とｔ−＋での取扱いについでは、同一・ｏｖ　ｓｊ
脂かスクリコ内、ダイ内を通過するのであり、両名ＪＬ
ｕ過時の樹脂温度は等し、いとして、無視することもて
きる。 次に粘度を特性式として、下式を用いた場合の２つの例
について述−＼る。 ｔｏｇη＝　ａ。十ａ、ｔｏｇ　ｉ＋ａ、、（ｔｏｙ　
７’）２−］−ａ、、　Ｔ　＋ａ２２Ｔ”　＋　ａ、、
　Ｔ　ｌｏｇ　１−−−・＠（”０％　ａｌ、ａｌｌ、
ａ２、α２２、ａｌ２　　は定式）（Ｄ上人７護あらか
じめ他の物性ｆｌｌｌｌ定器で測定した粘度から判明し
ていた吉ずれｄ：、スクリュ内樹脂圧力から求めた粘度
η。、７″ｏ、Ｔ、、（測定した樹脂温度）を代入して １’！／７／。＝　ａ：）　＋ａ＋ｌ’９７”ｏ　十ａ
１１　（ｌ’、ｑ　７’ｇ）２　ト”２Ｔ２−＋ａ７．
Ｔ、’＋ａ１．Ｔ２ｔｏｙｒｏ＝、・・−＝−・　　■
よりａ。を求め（ａ７、ａＩＩ、ａ２、α２７、ａｌ２
は記憶していた粘性特性式の定数）、・１ｏの代りｌこ
ａｏ　　を代入した粘度特性式とし、Ｃ、イーＬをダイ
からの押出量の演ｊ′やをする場合の粘度志して使用す
る。 ０図度を無視した場合には、前、１シ■式にηい７″。 を代入し、Ｔの値を求める３、この求めた′■゛の値Ｔ
を代入（２、 ｔｏｙη＝　ａ、、、　十ａ、　ｔｏｇ；−＋−ｔｌ、
、　（ｔｔｒｌわ２　、、、、、、　Ｑの式づ一１粘性
特性式とし、こイ’ｔ　８＝ダイからの押出量の６ｊｌ
慢をする場合の粘度とし゛Ｃ使用する０ 以上の仔）■りの例をＬＩ２明補助古し、で、第２（−
）図、第２１図に粘度１１Ｌ’＋性曲線を示した。−０
なお、第２（）図は樹脂１．１度を検出し、力断、速度
、温度に対し粘度が変化する割合を、あらかじめ他の測
定器でト；１測した粘度と同等となるよ・う、押出さイ
′している樹脂の粘度を推定する方法を示す１゜丑だ第
２１図はあらかじめ他のｉｎ＋１定器で胴側した粘度力
）、リリ断速度に対し変化する割合と同等となるよう押
出さイア。 ている樹脂の粘度を推定する方法を承引。

【図面の簡単な説明】

第１−図ζ沫従来の押出機にお（）る押出量の制御方法
を、Ｂ２．明するンステノ・図、第２図は本発明の実施
例を示ず押出機における押出量の制御方法を説明するジ
スデム図、第３図（、：ｉ本発明の第１実施例にお（・
〕るスクリュ先端部を示す断面図、第４・図は第：（図
の展開図、第５図（ま同スクリュ先端部で測定（〜ｊ、
−樹脂圧力波形図、第（５図は第１手図のスクリュにお
りる樹脂圧力の時間的）こ化図、第７図は第８図におけ
るスクリュによる樹脂Ｌノ二カの時間的変化１″２ｊ１
第８図は本発明の第２実施例におりるシリンダ、スクリ
ュ先☆１ｈ部の断面図、第９図は第８図のＸ−Ｘ断面図
、第１０図は第８図におけるＸ〜Ｘ部分のスクリュの外
面展開図、第１１図、第１２図及び第１：３図は夫々第
１０図のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ及び゛■〕〜Ｄ断面図、第Ｊ小
図は本発明の第：３実施例におけるシリンダ、スクリュ
先端部の断面図、第１５図は第Ｊ・１・図のｙ　−Ｘ断
面図、第１６図は第１４図のＹ−Ｙ断面でのシリンダ側
溝展開図、第１７図、第１８図及び第１９１”２ｊは人
々第１　（ｉ図のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ人びＤ〜Ｄ断面図、第
２０図及び第２１図（ゴ人々粘度特性曲線を示？ｌｊ−
線図、第肥図は従来のＡ方式の〕ｌ−１ツタ図、第２８
図は従来のＢ方式の７１Ｊツク図、第２・１・図は木元
明力法の１実施例を示すフロック図である０ 図の主要部分の説明 １−・・スクリュ駆動用モータ ２・・・ダ−（３・・・ホッパ ４・・・原料樹脂　　　　６・・・ヒータ７・・、シリ
ンダ　　　　８・・・スクリュ９・・・樹脂圧力検出器 １０・・・押出量ＪＩｉＸｉ’　　　　　１２・・・樹
脂圧力計１３　、、、演算ｊｌｉｌＪ御装置 特　許　出　願人　三菱重工業株式会ｉ−＋第４図 Ｉ　　　　　スワリＪ１し〕転 ８行　問 第７図 開開− 第９図 第１４図 Ｂ　第１５園 □ 第２０園 ｉ１ｏｇδ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ダイ入口樹脂圧力と、スクリュ先端部シリンダに取付け
   た樹脂圧力検出器で測定した圧力から演算して求めた粘
   度からダイを通過する押出量を演算し、この演算押出量
   が設定した押出量に等しくなるようスクリュの回転数を
   制側ｊすると共に、前記粘度を演カする際、あらかじめ
   他の物性測定器で求めでおいた粘度を記憶させておき、
   これとスクリュ先端部の樹脂圧力から求めた粘度を対比
   させ、前記ダイでの押出量を演嘗する時使用する粘度を
   推定するこ吉を特徴杏する押出量の制御方法〇