JPS6149095B2 - - Google Patents

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JPS6149095B2
JPS6149095B2 JP57031575A JP3157582A JPS6149095B2 JP S6149095 B2 JPS6149095 B2 JP S6149095B2 JP 57031575 A JP57031575 A JP 57031575A JP 3157582 A JP3157582 A JP 3157582A JP S6149095 B2 JPS6149095 B2 JP S6149095B2
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cylinder
resin
extruder
molten resin
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Akira Togawa
Mitsusachi Nakamoto
Mitsuo Iwata
Katsuhiko Ito
Hideo Sano
Nobutaka Sekine
Tomoe Shibuya
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Fujikura Cable Works Ltd
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Fujikura Cable Works Ltd
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Priority to US06/470,147 priority patent/US4480981A/en
Priority to BR8300968A priority patent/BR8300968A/pt
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Description

【発明の詳細な説明】
この発明は、押出機などのプラスチツク成形機
を用いてプラスチツクを成形する際に、成形機内
の樹脂温度を成形に最適な温度に制御するための
プラスチツク成形機における樹脂温度制御方法に
関する。 プラスチツクの押出成形などにおいて、押出機
のシリンダ内の各ゾーンの樹脂温度を使用樹脂に
適した温度に制御することは、押出量の増加、ス
コーチの減少、エネルギーコストの低減などの点
から非常に重要な意味を有している。 従来の押出機の樹脂温度制御は、第１図に示す
ように、押出機１のシリンダ２にシリンダ２を貫
通しない複数の測温穴３…を穿設し、この測温穴
３…に測温素子４…を差し込み、シリンダ２の各
測温ゾーン、C1，C2，C3，C4の温度を測定し、
これらの温度を温度調節計５…に入力し、シリン
ダ２の外側に設けられたバンドヒータ（または埋
込みヒータ）６…および冷却ブロア７…をこれら
温度調節計５…で制御させる方法によつて行われ
ている。 しかし、この制御方法では測温素子４…による
測定温度とシリンダ２内の樹脂温度との間に大き
な差があることが最近判明した。すなわち、シリ
ンダ２内部の溶融樹脂は、バンドヒータ６…から
の加熱以外に、スクリユ８の回転による摩擦熱や
圧縮ゾーンでの圧縮による発熱などによつてその
温度が上昇する。例えば、ポリエチレン樹脂の押
出時、温度調節計５の設定温度を120℃とし、測
温素子４による測定温度が120℃であつても、溶
融樹脂温度は130〜140℃となつている。また押出
機１の周囲の室温やバンドヒータ６…の容量、シ
リンダ２の熱容量などによつても溶融樹脂の温度
は影響をうけ、測温穴３…による測温では、実際
の溶融樹脂温度を正確に把握することは不可能で
あつた。このため、シリンダ２の内表面やスクリ
ユ８の外表面に測温素子４の感温部を直接樹脂に
接触するように設け、シリンダ２内の溶融樹脂の
温度を直接測定する方法を本発明者等は提案して
きたが、これらの方法では測温素子４の感温部が
直接溶融状態の樹脂に常時接触しているので、測
温素子４の感温部の摩耗の問題があり測温素子４
をたびたび取り換えねばならず、押出機１の長期
連続稼動上に問題がある。またさらにシリンダー
に貫通孔を設けたものは長期の使用によつて孔の
周辺にクラツク等が生じる等の問題も判明した。 そこで、本発明者らはさらに検討を重ねたとこ
ろ、シリンダ壁２の厚み方向に例えば、第２図に
示すような温度分布があることが判つた。第２図
の横軸はシリンダ２の内表面からの距離（mm）を
示し、この場合０mmはシリンダ２の内表面、50mm
はシリンダ２の外表面を表わし、また縦軸はシリ
ンダ２の温度を表わす。そして、曲線C2，C3，
C4はそれぞれ第１図の押出機１の各測温ゾーン
C2，C3，C4に対応する位置のシリンダ２の温度
分布を表わしたものである。そして、このグラフ
から各曲線をシリンダ２の内表面の位置まで外挿
すれば、シリンダ２内表面の溶融樹脂の温度を予
測できる可能性があることを知見した。 この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
シリンダ内の溶融樹脂の温度を正確に予測でき、
樹脂温度を常に希望温度に保持することができ、
樹脂吐出量の増大、スコーチの減少、エネルギー
節約が計られ、しかも測温素子の摩耗がなく、押
出機などを長期連続稼動させることのできるプラ
スチツク成形機の樹脂温度制御方法を提供するこ
とを目的とし、シリンダ壁の厚さ方向にシリンダ
内表面からの距離を変えて２個以上の測温素子を
配設し、これらの測温素子によつて得られた測定
温度からシリンダ内の溶融樹脂温度を予測し、こ
の予測温度と希望樹脂温度との偏差に基づいて樹
脂温度温度を制御することを特徴とするものであ
る。 以下、図面を参照してこの発明を詳しく説明す
る。 まず、この発明の温度制御方法における測温素
子の配置を第３図によつて説明する。第３図は、
この発明を適用した押出機１のシリンダ２をこの
シリンダ２の軸に直交する平面で切断したシリン
ダ断面を示すもので、第１図に示したものと同一
構成部分には同一符号を付してある。また、スク
リユ８は省略してある。シリンダ２の測温ゾーン
C2に対応する位置には、３つの測温穴３ａ，３
ｂ，３ｃが同一平面内に、互いに120゜の角度で
シリンダ２の中心軸に向つて穿設されている。こ
れら３つの測温穴３ａ，３ｂ，３ｃの内、１番目
の測温穴３ａはシリンダ２内表面から約５mmの厚
みを残して穿設され、２番目の測温穴３ｂはシリ
ンダ２内表面２から約８mmの厚みを残して穿設さ
れ、３番目の測温穴３ｃは同じく約15mmの厚みを
残して穿設されている。これらの測温穴３ａ，３
ｂ，３ｃの深さは、押出機１のシリンダ２の厚み
によつて変化し、上記の深さはシリンダ２の厚み
が25〜50mmの場合に好ましい値である。なお条件
にもよるが、測温穴の一番浅い位置でもシリンダ
ー壁厚の1/2程度までの位置とするのが実際的で
ある。そして、これらの測温穴３ａ，３ｂ，３ｃ
の底部には熱電対などの測温素子４ａ，４ｂ，４
ｃがそれぞれ挿入、固定されており、これら測温
素子４ａ，４ｂ，４ｃが配設されたシリンダ２の
温度が測定されるようになつている。このよう
に、シリンダ２に、シリンダ２内表面からの距離
を変化させて測温素子４ａ，４ｂ，４ｃを配設す
ることにより、第２図に示した１つの測温ゾーン
C2に対する温度分布曲線が得られることにな
る。ここで１番目の測温穴３ａによる測温位置を
Ｌ、２番目の測温穴３ｂによる測温位置をＭ、３
番目の測温穴３ｃによる測温位置をＮとし、それ
ぞれの測温素子４ａ，４ｂ，４ｃによる測定温度
をＴL，ＴNとし、さらに、測温素子４ａ，４ｂ，
４ｃからの出力信号をＴL信号、ＴM信号、ＴN信
号とする。 また、押出機１の他の測温ゾーンC3，C4に対
応するシリンダ２の位置にも、同様に３つの測温
素子４ａ，４ｂ，４ｃよりなる測温素子群が配置
され、測温ゾーンC3，C4に対応した温度分布曲
線が得られるようになつている。 そして、これらの測温素子４ａ，４ｂ，４ｃに
よつて測定されたシリンダ２のＬ，Ｍ，Ｎ位置の
温度ＴL，ＴM，ＴNを表わすＴL信号、ＴM信号、
ＴN信号は第４図に示す処理システムで演算処理
される。第４図はこの温度制御方法の処理システ
ムの一例を示すもので、１つの測温ゾーンC2に
対応するもののみを示してある。まず、測温素子
４ａ，４ｂ，４ｃより出力されたＴL信号、ＴM信
号、ＴN信号は、それぞれリニアライザ９，９，
９に入力されリニアライズされたのちＡ／Ｄ変換
器１０，１０，１０でデイジタル化され、マイク
ロプロセツサ１１に入力される。また、同時にマ
イクロプロセツサ１１には、スクリユ８の回転数
や押出機１の周囲の室温などの溶融樹脂温度に変
化を与えるパラメータが同様にリニアライザ９，
Ａ／Ｄ変換器１０を経て入力される。 マイクロプロセツサ１１は、ＴL信号、ＴM信
号、ＴN信号から温度分布曲線を演算する。例え
ば温度分布曲線が二次曲線で表わされるような場
合には次式を仮定し、 ｙ＝ax2＋bx＋ｃ (1) ｙ：シリンダ２の温度 ｘ：シリンダ２の内表面から測温位置までの距
離 この(1)式に上記Ｌ，Ｍ，Ｎの各位置に対応する
ｘL，ｘM，ｘNおよびyTL，yTM，yTNを代入し、
三元二次方程式を解くことにより(1)式のａ，ｂ，
ｃが求まり、温度分布曲線を表わす式が確定され
る。そして、この式にｘ＝０（シリンダ２内表
面）を代入すれば、シリンダ２内表面の温度が求
められる。この温度には、別に入力されたスクリ
ユ回転数や室温などのパラメータから、予めメモ
リされている関係式によつて求められたこれらパ
ラメータによつて定まる補正温度が加算され、予
測温度とされる。さらに、この予測温度は、別に
メモリされた希望樹脂温度と比較され、その偏差
が求められ、この偏差に基づいて温度調節計５の
設定温度が演算される。この設定温度信号はＤ／
Ａ変換器１２に入力されてアナログ化され、温度
調節計５に入力される。温度調節計５には、別に
測温素子４ｃからのＴN信号が入力されており、
このＴNと設定温度とを比較して、バンドヒータ
（または埋込ヒーター）６あるいはブロア７を動
作させて、ＴNを設定温度に一致させる。また、
同時に測温素子４ｃからはＮ位置の温度変化がマ
イクロプロセツサ１１に入力され、これによつて
温度調節計５への上記設定温度の入力のタイミン
グが決められる。なお、測温素子４ａまたは４ｂ
からのＬ位置またはＭ位置の温度変化に基づいて
上記入力のタイミングを決めてもよい。かくし
て、ＴNを設定温度に一致させることにより、予
測温度が希望樹脂温度と一致するようになる。な
お、温度調節計５に測温素子４ｂからのＴM信号
を入力し、これと設定温度とを比較してもよい。 このような温度制御方法によれば、３つの測温
素子４ａ，４ｂ，４ｃをシリンダ２内部に、シリ
ンダ２内表面からの距離を変化させて配設し、こ
れによつてシリンダ２内部の温度分布を求め、こ
れよりシリンダ２内の溶融樹脂温度を求めている
ので、測温素子４を直接溶融樹脂に接触させなく
てよいので測温素子４が摩耗することがない。ま
た、このようにして求めた溶融樹脂温度に、スク
リユ回転数、室温などの溶融樹脂温度に変化を与
えるパラメータから求めた補正温度を加算し、予
測温度を求めているので、この予測温度はスクリ
ユ回転数、室温などが変動しても常に正確なもの
となる。そして、この予測温度と希望樹脂温度と
の偏差を求め、この偏差に基づいて温度調節計５
の設定温度を演算し、この設定温度でシリンダ２
の内表面に近いＮ点の温度を制御しているので、
溶融樹脂温度は速みやかに希望温度に一致すると
ともに、シリンダ２を通過する熱の時間的遅延に
よつて生ずる溶融樹脂温度のサイクリング現象が
少なくなる。また、上記演算処理をマイクロプロ
セツサ１１によつて行つているので、制御速度が
早くなり、短時間で溶融樹脂温度を目的の希望温
度とすることができる。 なお、以上の例では測温素子４を１つの測温ゾ
ーンに３つ配設したが、押出機１の種類、押出条
件によつては、シリンダ２の温度分布がｙ＝ax
＋ｂあるいはｙ＝alnx＋ｂのような関数で表わさ
れることもありこの場合には２つの測温素子４
ａ，４ｂでよい。また、３つ以上の測温素子４を
配設し、より精密に樹脂温度を予測してもよい。
さらに、３つの測温素子４ａ，４ｂ，４ｃを放射
状に配設しているが、これに限られるものでな
く、要するにシリンダ２内表面からの距離を変化
させて配置すればよい。また、以上の例ではスク
リユ回転数、室温などのパラメータもマイクロプ
ロセツサ１１に入力し、これに起因する温度変化
を補正するようにしているが、この補正を省略し
ても十分に溶融樹脂温度を制御することが可能な
場合もあり、この場合にはマイクロプロセツサ１
１を小型のものとすることができる。さらに、上
記の例では、押出機１の測温ゾーンC2，C3，C4
について本発明に係る温度制御方法を適用してい
るが、測温ゾーンC1についても同様に温度制御
方法を適用してもよい。しかし、通常の押出作業
ではC2，C3，C4の三ゾーンの温度制御で充分で
ある。また、シリンダ２の加熱、冷却手段も上記
例に限られることなく、例えばシリコーン油など
の流体熱媒を用いた加熱、冷却手段を用いてもよ
い。 以下、実施例を示して、具体的に説明する。 〔実施例 １〕 スクリユ径50mm、Ｌ／Ｄ＝20、シリンダ肉厚25
mm、ヒーター容量C1……2.2KW、C2，C3，C4…
…0.7KW、PID温度調節計付きの押出機１を用い
て、本発明の温度制御方法を適用して架橋剤入り
低密度ポリエチレンを押出成形した。 測温素子は第３図における測温位置Ｌ，Ｍに対
応する４ａ，４ｂの２点とし、シリンダ２の温度
はｙ＝ax＋ｂ……(1)で表わされるものとする。
但し、ｙはシリンダ２の温度（℃）、ｘはシリン
ダ２の内表面から測温位置までの距離（mm）とす
る。そして、(1)式において補正温度の加算を行つ
た後の温度、すなわち予測温度をＹとする。 測定位置Ｌ，Ｍに対応する値をｘL，ｙL，ｘ
M，ｙMとすると、 ａ＝ｙＬ−ｙＭ／ｘＬ−ｘＭ ｂ＝ｙＬｘＭ−ｙＭｘＬ／ｘＭ−ｘＬ よつて ｙ＝ｙＬ−ｙＭ／ｘＬ−ｘＭｘ＋ｙＬｘＭ−ｙＭｘＬ
／ｘＭ−ｘＬ……（1′） 補正温度の加算項は（ｙL−ｙM）×ｎとし、そし
て前記ｎ値はスクリユ回転数、室温、などをパラ
メータとして、予じめ測温用スクリユー等によつ
て実際の樹脂温度を測定して求められるものであ
る。 シリンダ内表面ではｘ＝０mmであるから（1′）
は ｙ＝ｙＬｘＭ−ｙＭｘＬ／ｘＭ−ｘＬ ……（1″） となる。 よつて、予測温度Ｙ（℃）は、 Ｙ＝ｙＬｘＭ−ｙＭｘＬ／ｘＭ−ｘＬ＋（ｙL−ｙM）
×ｎ……(2) となる。 今、ｘM＝10mm、ｘL＝５mmとすれば、(2)式は ｙ＝2yL−ｙM＋（ｙL−ｙM）×ｎ ……（2′） で表わされる。 測温位置Ｍの設定温度は、 C1ゾーン…120℃固定 C2，C3，C4ゾーン……マイクロプロセツサ１
１からの指令による。 各ゾーンの希望樹脂温度Ｅ（℃）は、
【表】 とする。 温度制御方法は、次の式によつて新しい設定温
度を演算して温度調節計５へ指令する方式とす
る。 新しい設定温度＝現在の設定温度− ｛Ｙ−（Ｅ）｝×0.9 ……(3) (3)式におけるフアクタ0.9は希望樹脂温度に低
目から漸近させるようにしたもので、１でもよい
が１では希望樹脂温度をオーバすることがある。 以上の条件下において、スクリユ回転数を
30rpm、60rpm、70rpmと変化させて実際樹脂温
度Ａを測定し、希望樹脂温度Ｅとの差を比較し
た。第１表は、押出開始後、２〜４回の設定温度
変更指令の後の各ゾーンのｙL，ｙM，ｎ，Ｙ、実
際樹脂温度Ａ、希望樹脂温度およびＡ−Ｅの値を
示す。なお、実際樹脂温度Ａは、シリンダ２の各
ゾーンに貫通孔を穿設して、測温素子を溶融樹脂
に接触するまで挿入して測定した。
【表】 上表から実際樹脂温Ａと希望樹脂温Ｅとの偏差
｜Ａ−Ｅ｜が最高でも約2.5℃であつて従来例
１、２に比べるとかなり精密な樹脂温制御ができ
ている。 このような方法で長時間運転すると品質、生産
性等が改善される。 次に、従来の温度制御法を適用した従来例を示
す。 〔従来例 １〕 実施例１の押出機と同様の押出機を用い、
C1，C2，C3，C4の各ゾーンの測温位置Ｍで、測
温しかつこの温度を通常のPID式温度調節計で
120℃に制御した。使用樹脂、実際樹脂温度の測
定、希望樹脂温度、スクリユ回転数は実施例１と
同様である。第２表に、各ゾーンのＭ点の温度、
実際樹脂温度Ａ、希望樹脂温度Ｅ、Ａ−Ｅを示
す。
〔比較例 ２〕
実施例１と同様の押出機を用い、測温位置を各
ゾーンのＭ点のみとし、樹脂温度予測式として、 Ｙ＝ｙM＋△T1＋△T2 ……(11) 但し、Ｙ……予測樹脂温度 ｙM……Ｍ点のシリンダ温度 △T1……室温による補正温度分 △T2……スクリユ回転数による補正温度
分 を用いて、架橋剤入り低密度ポリエチレンを押出
した。 各ゾーンの設定温度は、 C1……120℃固定 C2，C3，C4……マイクロプロセツサからの指
令による。 また、各ゾーンの希望樹脂温度Ｅは
【表】 とする。 温度制御方法は、次式によつて新しい設定温度
を演算してＭ点の温度を制御する温度調節計へ指
令する方式とする。 新設定温度＝現在の設定温度−｛Ｙ−Ｅ｝×0.9
…(12) その他の条件は実施例１と同様として、押出を行
つた。第３表に押出開始後、２〜４回の設定温度
変更指令の後の各ゾーンのｙM，Ｙ、実際樹脂温
度Ａ、希望樹脂温度Ｅおよび、Ａ−Ｅを示す。
【表】 第３表より、実際樹脂温度Ａと希望樹脂温度Ｅ
との偏差｜Ａ−Ｅ｜は最高で約4.5℃となつて、
従来例１に比べると小さくなつているが、まだ精
密な樹脂温度制御とは言えない状態である。 以上説明したように、この発明のプラスチツク
成形機の樹脂温度制御方法は、プラスチツク成形
機のシリンダ壁の厚さ方向にシリンダ内表面から
の距離を変えて２つ以上測温素子を配設し、これ
らの測温素子による測定温度からシリンダ内の溶
融樹脂温度を予測し、この予測温度と希望樹脂温
度との偏差に基づいて溶融樹脂温度を制御するも
のである。したがつて、この温度制御方法によれ
ば、スクリユ回転数や室温などが変動しても、常
に溶融樹脂温度を希望樹脂温度に維持することが
できる。また、シリンダを通過する熱の遅延に起
因する溶融樹脂温度のサイクリング現象が少なく
なり、温度変動が小さくなる。よつて、溶融樹脂
吐出量の増大、スコーチの減少、熱エネルギーの
節約が達成でき、高品質の成形品を低コストで製
造できる。また、測温素子を直接溶融樹脂に接触
させる方法に比べて測温素子をほとんど取替える
必要がなくなり、さらにまたシリンダー、スクリ
ユーの破損というトラブルもなくなり成形機の長
期連続稼動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の樹脂温度制御方法を適用した押
出機を示す概略構成図、第２図は押出機のシリン
ダ内部の温度分布を示すグラフ、第３図は、この
発明の方法を適用した押出機のシリンダ内部の測
温素子の配設状態の一例を示す断面図、第４図は
この発明の方法に用いられる処理システムの一例
を示すブロツク図である。 １……押出機、２……シリンダ、５……温度調
節計、６……バンドヒータ（又は埋め込みヒー
タ）、７……ブロア、３ａ……第１番の測温穴、
３ｂ……第２番の測温穴、３ｃ……第３番の測温
穴、４ａ，４ｂ，４ｃ……測温素子、１１……マ
イクロプロセツサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ プラスチツク成形機のシリンダ壁の厚さ方向
    にシリンダ内表面からの距離を変えて２個以上の
    測温素子を配設し、これら測温素子によつて測定
    されたシリンダの温度からシリンダ内の溶融樹脂
    温度を予測し、この予測温度と希望樹脂温度との
    偏差を求め、この偏差に基づいてシリンダ内の溶
    融樹脂の温度を制御することを特徴とするプラス
    チツク成形機の樹脂温度制御方法。
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