JP2000225641A - 押出機 - Google Patents

押出機

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JP2000225641A
JP2000225641A JP11342472A JP34247299A JP2000225641A JP 2000225641 A JP2000225641 A JP 2000225641A JP 11342472 A JP11342472 A JP 11342472A JP 34247299 A JP34247299 A JP 34247299A JP 2000225641 A JP2000225641 A JP 2000225641A
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extruder
rotation speed
cylinder
driving
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Masanori Miyazawa
正憲 宮澤
Eiji Wakabayashi
栄次 若林
Toshiyuki Takahashi
敏幸 高橋
Kazuyuki Sasaki
和之 佐々木
Toshiyuki Chisaka
俊之 千坂
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Ikegai Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転中の過負荷を速やかに検出し、制御して
装置の保護が確実な押出機を提供する。 【解決手段】 運転中のスクリュー軸３２のねじれ変位
を検出し、コントローラ２００で制御する。駆動部回転
数センサ１１１とスクリュー軸回転数センサ１１２を組
み合わせ、又は駆動部回転数センサ１１１とスクリュー
回転数センサ１１３を組み合わせ、これらの回転数の差
を検出してスクリュー軸３２のねじれ変位を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、押出機に関し、特
に、十分な押出速度を維持しつつ材料を十分に混練する
ことができるようにするための機械特性を有するととも
に、混練中にスクリューに生じた過負荷を速やかに検出
する過負荷保護手段が設けられた押出機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、熱可塑性樹脂をシリンダ内で
加熱，溶融させてこれをスクリューで混練して押し出
し、連続的に成形品を得る押出機が知られている。
【０００３】図７は、従来の押出機を示す構成図であ
る。この押出機１０は、ヒーター又は熱媒が循環して加
熱される円筒状のシリンダ２０の中にスクリュー３０が
回転可能に配設されている。シリンダ２０の先端側の開
口部にはダイが装着可能になっている。スクリュー３０
は、スクリュー駆動軸３１に直結していて、駆動モータ
４１のモータ軸４２とカップリング７０を介して連結す
る伝動軸５１とギヤボックス５２を経て連結している。
したがって、スクリュー３０は、駆動モータ４１からギ
ヤボックス５２の歯車５３，５４を介して駆動力が伝達
され、駆動回転される。
【０００４】ギヤボックス５２内では、伝動軸５１に固
定されている駆動歯車５３とスクリュー駆動軸３１に固
定されている伝動歯車５４が噛み合っている。また、ス
クリュー３０の材料供給側において、固形の樹脂原料
が、フィーダー用モータ６１の駆動力により回転するフ
ィーダ６２によってシリンダ２０内に供給される。フィ
ーダ６２によってシリンダ２０内に供給された固形の熱
可塑性樹脂は、スクリュー３０の回転に伴ってスクリュ
ー３０の材料供給側から先端側にシリンダ２０の中を搬
送される間に、シリンダ２０とスクリュー３０の協働に
より溶融，混練され、シリンダ２０の先端の開口部から
連続的に押し出される。押し出された樹脂は、図示しな
いダイを連続的に通過して、種々の断面形状の成形品に
成形される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような押出機で
は、回転するスクリューがいかに効率よく材料を溶融，
混練しながらダイまで搬送することができるかによっ
て、押出機の性能の良否が決定される。特に、高い押出
量を得ることができる押出機においては、スクリューを
高速で回転させるとともに、スクリューの駆動トルクも
大きいことが求められる。
【０００６】しかし、従来の押出機では、押出速度を大
きくして成形コストを低減しようとしても、機械特性が
不足して高速運転ができず、材料を十分に溶融，混練し
て高品質の成形品を得るには、スクリューの回転速度を
小さくして押出速度を小さくせざるを得ず、成形コスト
が増大するという問題があった。
【０００７】また、このような押出機では、運転中に異
物混入、材料の過供給、運転条件などに起因して、スク
リュー３０とシリンダ２０間の摩擦が急激に大きくな
り、過大トルクが生じ、装置の破壊を引き起こす場合が
ある。そのため、押出機ではこのような過負荷に対する
保護手段が設けられている。
【０００８】従来の過負荷保護としては、例えば、駆動
モータ４１のモータ軸４２と伝動軸５１との間に機械的
な滑りクラッチを設け、トルクオーバーになるとスリッ
プさせて設定トルク以下にする方法がある。また、過負
荷電流検出により駆動モータ４１を停止させる方法、ギ
ヤボックス５２と駆動モータ４１の間のカップリング７
０に歪みゲージを設置して、歪み発生により駆動モータ
４１を停止させる方法、ギヤボックス５２と駆動モータ
４１の間のカップリング７０にシャーピンを設ける方法
などが知られている。
【０００９】しかし、従来の過負荷保護では、駆動モー
タの過負荷電流の検出、あるいは駆動モータの直前にセ
ンサや機械的トルク遮断手段を設け、駆動モータに近い
部分で負荷の検出を行っているため、過負荷が生じてか
ら検出までの検出遅れがあり、特に高速で運転している
スクリューやギヤボックス等の、駆動モータから遠い場
所にある装置の保護には不十分であるという問題があっ
た。
【００１０】本発明は上記問題点にかんがみてなされた
ものであり、材料を十分な密度に混練又は混合しつつ押
出速度を一定以上に維持して、高品質の成形品を低コス
トで成形することのできる押出機の提供を目的とするこ
と、及び溶融，混練中にスクリューに生じた過負荷を速
やかに検出して装置を有効に保護できる押出機の提供を
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の押出機は、シリンダと、前記シリ
ンダ内に回転自在に配設されたスクリューと、前記スク
リューを駆動回転させる駆動手段とを備える押出機にお
いて、前記スクリューの回転に過負荷が生じたときに前
記スクリューのスクリュー軸のねじれ変位を検出するね
じれ検出手段と、前記ねじれ検出手段の出力に基づいて
前記スクリューへの負荷を制御し及び／又は警報を発す
る制御手段とを備える構成としてある。
【００１２】このような構成の発明によれば、過負荷に
よって生じるスクリュー軸のねじれ変位を直接検出する
ので、過負荷が発生してから検出するまでの検出遅れは
なく、速やかな対応が可能であり、スクリューやギヤボ
ックス等の駆動モータから遠い場所にある装置を有効に
保護できる。
【００１３】ところで、材料の押出速度すなわち単位時
間当たりの押出量は、スクリューの回転速度、駆動手段
から伝達されるトルクＴ及びスクリューの軸間距離Ｌ
（これがシリンダ内の容積を決定する）とに密接に関連
する。そこで、本願の発明者らが創意研究した結果、駆
動手段からスクリューに伝達可能な理論上のトルクＴと
スクリューの軸間距離Ｌとで評価される設計上の機械特
性ＭＬをＭＬ＝Ｔ／Ｌ３で表し、この設計上の機械特性
ＭＬが２７．５≦ＭＬ≦４０の範囲内になるように押出
機を設計することで、粘度の異なる樹脂においても最良
の押出、混合結果を得られることを見出した。この結果
は、スクリューの回転速度が１００min-1以上と比較的
高速のときに、特に良好であった。
【００１４】そこで、この知見に基づいて、請求項２に
記載の押出機は、シリンダと、前記シリンダ内に回転自
在かつ平行に配設された２本のスクリューと、２本の前
記スクリューを駆動回転させる駆動手段とを備える押出
機において、前記駆動手段が駆動することによって前記
スクリューに伝達される理論上のトルクＴと、２本の前
記スクリューの軸間距離Ｌとによって前記押出機の設計
上の機械特性ＭＬをＴ／Ｌ３で表わし、この設計上の機
械特性ＭＬが、２７．５≦ＭＬ≦４０の範囲内のいずれ
かとなるように前記理論上のトルクＴ及び前記軸間距離
Ｌを設定した構成としてある。このような構成の発明に
よれば、２本のスクリューによって良好に材料の混練や
混合を行うことのできる装置を提供することができる。
【００１５】請求項３に記載の押出機は、請求項２に記
載の押出機において、前記押出機の運転中の実際のトル
クＴｄの押出特性をＥＬ＝Ｔｄ／Ｌ３とした場合に、前
記押出特性ＥＬが、前記設計上の機械特性ＭＬの範囲内
となるように前記駆動手段の駆動を制御する制御手段を
設けた構成としてある。このような構成によれば、駆動
手段の実際のトルクＴｄは、樹脂の種類、運転条件等に
よって変化するが、制御手段によって常に実際のトルク
Ｔｄが２７．５Ｌ３≦Ｔｄ≦４０Ｌ３を満足するように
制御することで、設計上の機械特性ＭＬを２７．５≦Ｍ
Ｌ≦４０範囲内に維持することができ、常に安定した条
件の下、最良の状態で成形品の押出成形を行うことでき
る。
【００１６】請求項４に記載の押出機は、請求項３に記
載の押出機において、前記スクリューの回転に負荷が作
用したときに前記スクリューのスクリュー軸のねじれ変
位を検出するねじれ検出手段と、前記スクリューの回転
に過負荷が生じたときに前記ねじれ検出手段の出力に基
づいて前記スクリューへの負荷を制御し及び／又は警報
を発する制御手段とを設けた構成としてある。このよう
な構成の発明によれば、常に最良の状態で成形品の押出
成形を行いつつ、スクリューに生じる過負荷を検出して
速やかな対応が可能になり、スクリューやギヤボックス
等の駆動モータから遠い場所にある装置を有効に保護す
ることができる。
【００１７】請求項５に記載の押出機は、請求項１又は
４に記載の押出機において、前記ねじれ検出手段が、前
記スクリュー軸の回転速度を検出するスクリュー軸回転
速度センサと、前記スクリュー軸に固定されている伝動
歯車の回転速度を検出する駆動部回転速度センサで構成
され、前記制御手段が、前記スクリュー軸回転速度セン
サ及び前記駆動部回転速度センサで検出されたそれぞれ
の回転速度の差に基づいて制御及び／又は警報を行う構
成としてある。
【００１８】このような構成の発明によれば、スクリュ
ー軸のねじれ変位の検出方法として、スクリュー軸の回
転速度とこのスクリュー軸を駆動させる伝動歯車の回転
速度の差を検出することにより、過負荷が生じている部
位に近い位置で過負荷を検出するため、検出遅れは少な
く、速やかな対応が可能であり、装置を有効に保護でき
る。
【００１９】請求項６に記載の押出機は、請求項１又は
４に記載の押出機において、前記ねじれ検出手段が、前
記シリンダに配設され、前記スクリューの回転速度を検
出するスクリュー回転速度センサと、前記スクリュー軸
に固定されている伝動歯車の回転速度を検出する駆動部
回転速度センサで構成され、前記制御手段が、前記スク
リュー回転速度センサ及び駆動部回転速度センサで検出
されたそれぞれの回転速度の差に基づいて制御及び／又
は警報を行う構成としてある。
【００２０】このような構成の発明によれば、スクリュ
ー軸のねじれ変位の検出方法として、スクリュー自体の
回転速度とこのスクリューを駆動する伝動歯車の回転速
度の差を検出することにより、過負荷が生じている部位
で過負荷を検出するため、検出遅れはなく、速やかな対
応が可能であり、装置を有効に保護できる。
【００２１】請求項７に記載の押出機は、請求項１〜６
のいずれかに記載の押出機において、前記制御手段が、
前記シリンダ内への樹脂原料供給量を制御する構成とし
てある。このような構成の発明によれば、速やかな過負
荷の検出により、原料供給を制御して、過負荷を解消す
ることができる。
【００２２】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
〜６いずれかに記載の押出機において、前記制御手段
が、前記シリンダ内への樹脂原料の供給量を一定にしつ
つ前記スクリューの回転速度を制御する構成としてあ
る。この構成によれば、速やかな過負荷の検出により、
スクリューの回転速度を制御して、過負荷を解消するこ
とができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の押出機の実施の形
態について図面を参照しつつ説明する。
【００２４】図１は、本発明の押出機の第１実施形態を
示す構成図である。この押出機１００の基本構成は、図
７に示した従来の押出機と同じである。すなわち、ヒー
ター又は熱媒が循環して加熱される円筒状のシリンダ２
０の中にスクリュー３０が回転可能に配設されている。
シリンダ２０の先端側の開口部はフランジ状になってい
て図示しないダイを装着できるようになっている。スク
リュー３０は、駆動手段としての駆動モータ４１の駆動
力によってギヤボックス５２を介して回転速度が変換さ
れて駆動回転する。駆動モータ４１の駆動力は、駆動モ
ータ４１のモータ軸４２からカップリング７０を介して
伝動軸５１に伝達され、伝動軸５１から、伝動軸５１に
固定されているギヤボックス５２内の駆動歯車５３とこ
の駆動歯車５３と噛み合う伝動歯車５４を介して伝動歯
車５４に固定されているスクリュー駆動軸３１に伝達さ
れる。
【００２５】スクリュー駆動軸３１は、スクリュー３０
に直結し、スクリュー３０のフィンを除く軸部分３０ａ
とこの軸部分３０ａに直結しているスクリュー駆動軸３
１とがスクリュー軸３２を構成している。スクリュー３
０の材料供給側において、固形の樹脂原料が、フィーダ
ー用モータ６１の駆動力により回転するフィーダ６２に
よってシリンダ２０内に供給される。
【００２６】フィーダ６２によってシリンダ２０内に供
給された固形の熱可塑性樹脂は、スクリュー３０の回転
に伴ってスクリュー３０の材料供給側から先端側にシリ
ンダ２０の中を搬送される間にシリンダ２０とスクリュ
ー３０の協働により溶融し、混練され、シリンダ２０の
先端の開口部から溶融状態で連続的に押し出される。押
し出された樹脂は、図示しないダイが装着されている場
合は、ダイを連続的に通過して、種々の断面形状の押出
成形品となる。
【００２７】このような押出機では、異物混入、材料の
過供給、運転条件などに起因して、スクリュー３０とシ
リンダ２０間の摩擦が急激に大きくなり、過大トルクが
生じ、装置の破壊を引き起こす場合がある。そのため、
この実施形態の押出機１００では、このような過負荷を
速やかに検出して対応できる過負荷保護手段が設けられ
ている。
【００２８】この過負荷保護手段は、スクリュー軸３２
のねじれ変位を検出するねじれ検出手段として、スクリ
ュー駆動軸３１に固定されている伝動歯車５４の回転速
度を検出する駆動部回転速度センサ１１１、及びスクリ
ュー駆動軸３１の回転速度を検出するスクリュー軸回転
速度センサ１１２、これらのねじれ検出手段の出力に基
づいてスクリュー３０への負荷を制御し及び／又は警報
を発する制御手段としてのコントローラ２００、更にコ
ントローラ２００の制御により警報を発する警報機１２
０等から構成されている。
【００２９】駆動部回転速度センサ１１１は、ギヤボッ
クス５２内に配設され、ギヤボックス５２内の中に配設
されている伝動歯車５４の回転速度を検出するため、例
えば油の影響を受けない磁気エンコーダ等のディジタル
型とすることができ、スクリュー軸回転速度センサ１１
２も同じくギヤボックス５２内に配設されているため、
例えば磁気エンコーダ等を用いたディジタル型とするこ
とができる。なお、光学式のエンコーダを用いることも
できる。また、アナログ式として、コイル間の電磁誘導
現象を利用したシンクロ、あるいはレゾルバを用いるこ
とができる。
【００３０】コントローラ２００は、図２に示すよう
に、駆動部回転速度センサ１１１とスクリュー軸回転速
度センサ１１２のパルス出力又は交流電圧をそれぞれ直
流電圧に変換するコンバーター２１０、コンバーター２
１０から出力される直流電圧を比較するコンパレータ２
２０、コンパレータ２２０の出力を受け、警報を発する
警報機１２０、フィーダ用モータ６１、及び駆動用モー
タ４１を制御する制御部２３０から構成される。
【００３１】シリンダ２０の内部で、異物の混入，材料
の過供給等でスクリュー３０とシリンダ２０の間の摩擦
が異常に高くなった場合、シリンダ２０との摩擦で回転
が抑制されるスクリュー３０を無理に回転させようとす
る伝動歯車５４により、スクリュー軸３２には大きなね
じれの力が加わり、ねじれ変位が生じることになる。そ
のため、伝動歯車５４と、この伝動歯車５４が固定さ
れ、スクリュー３０と直結しているスクリュー駆動軸３
１との間に変位が生じる。この変位は、伝動歯車５４の
回転速度とスクリュー駆動軸３１の回転速度の差となっ
て表れる。
【００３２】従って、駆動部回転速度センサ１１１で検
出された伝動歯車５４の回転速度とスクリュー軸回転速
度センサ１１２で検出されたスクリュー駆動軸３１の回
転速度との差を検出すれば、スクリュー軸３２のねじれ
変位を検出できることになる。この回転速度の差は、コ
ンパレータ２２０で直流電圧の差として検出され、制御
部２３０はこの回転速度の差に基づいて各種の制御を行
う。
【００３３】制御部２３０での制御は、例えば、予め制
御を開始する回転速度の差を設定値として、また、許容
できる最大のねじれ変位を示す回転速度の差を上限値と
して設定しておく。スクリュー駆動軸３１と伝動歯車５
４の回転速度の差が設定値以上となったときに、制御部
２３０は、例えば、警報機１２０から警報を発し、作業
者に過負荷が生じていることを知らせる。作業者はこの
警報に基づいて、必要な措置をとる。
【００３４】また、制御部２３０では、フィーダ用モー
タ６１の回転速度を落として材料のシリンダ２０への供
給量を減らしたり、前記供給量を一定に維持したまま
で、自動的に駆動用モータ４１の回転速度を予め設定さ
れた方法で上下させて、スクリュー３０の回転速度を調
整することによって、スクリュー３０の負荷を軽減させ
る制御を行う。さらに、回転速度の差が上限値を超えた
場合は、駆動モータ４１を停止する制御を行う。
【００３５】このような制御部２３０による制御の一例
を図３のフローチャートにもとづいて説明する。まず、
ステップ３０１で、コンパレータ２２０から出力された
回転速度の差を検出する。次に、ステップ３０２で、こ
の回転速度の差が設定値を超えているかどうかを判断す
る。超えていなければ、回転速度の差を検出する動作を
続ける。設定値を超えている場合は、ステップ３０３
で、上限値を超えているかどうかを判断する。上限値を
超えていれば、ステップ３０４で、駆動モータ４１を停
止させて制御を終了する。
【００３６】一方、上限値を超えていなければ、ステッ
プ３０５で、まず、ブザーを鳴らして作業者に過負荷が
生じていることを知らせる。また、ステップ３０６で、
フィーダ用モータ６１の回転を落とし、原料の供給量を
減らして負荷を減少させるようにする。さらに、ステッ
プ３０７で、原料供給量の減少をさせた後の回転速度の
差を検出し、ステップ３０８で、回転速度の差が設定値
を超えているかどうかを判断する。超えている場合は、
ステップ３０３に戻って上限値を超えているかどうか判
断し、超えていない場合はブザーによる警告、フィーダ
量の調整を続ける。フィーダ量の調整により過負荷が解
消され、回転速度の差が設定値未満となった場合は、制
御を終了する。また、フィーダー量の調整によっても過
負荷が上昇して上限値を超えた場合は、ステップ３０４
で駆動モータ４２を停止させる。
【００３７】上記第１実施形態の押出機１００によれ
ば、スクリュー駆動軸３１の回転速度とこのスクリュ駆
動軸３１に固定されている駆動力を伝達する伝動歯車５
４の回転速度を検出し、これらの回転速度の差をスクリ
ュー軸３２のねじれ変位として検出する。そのため、従
来の押出機では、負荷の検出を負荷の発生箇所から最も
遠い駆動モータ側で行っていたのに対し、スクリュー３
０で生じる過負荷を、過負荷が生じている部位に最も近
い位置での変位によって検出するため、過負荷が生じて
から検出するまでの検出の時間遅れが生じず、速やかな
制御が可能であり、スクリュー３０やギヤボックス５２
などの駆動モータ４１から遠い場所にある装置を過負荷
から確実に保護できる。
【００３８】次に、本発明の押出機の第２実施形態につ
いて、図４を参照しながら説明する。この第２実施形態
の押出機は、ねじれ変位の検出位置が第１実施形態と異
なるだけであるので、同じ構成部材には同じ符号を付
し、異なる箇所のみ説明する。
【００３９】この押出機１０１は、２つの回転速度セン
サを備える。一つは、第１実施形態と同じ伝動歯車５４
の回転速度を検出する駆動部回転速度センサ１１１であ
り、もう一つは、シリンダ２０に備えられているスクリ
ュー回転速度センサ１１３である。スクリュー回転速度
センサ１１３としては、例えば、シリンダ２０壁に酸化
シリコン、酸化アルミニウム等の透明セラミックで形成
された覗き窓を設け、シリンダ２０内へ光を照射して、
回転するスクリュー３０のフィンからの反射を検出する
構成、あるいは回転するスクリュー３０のネジ頂部を電
磁式の近接センサを用いて検出する構成を採用すること
ができる。
【００４０】コントローラ２００は図２に示したものと
同様であり、第２実施形態では、スクリュー３０の回転
速度とスクリュー駆動軸３１に固定されている伝動歯車
５４の回転速度の差を検出してスクリュー軸３２のねじ
れ変位としている。
【００４１】このような検出方法によれば、スクリュー
軸３２のねじれ変位をスクリュー３０とギヤボックス５
２内の伝動歯車５４の回転速度の差から検出し、過負荷
が直接生じる部位でねじれ変位を検出できるため、第１
実施形態よりもさらに速やかに過負荷を検出することが
可能である。そのため、確実に過負荷に対して装置を保
護できる。
【００４２】上記説明では、２つの回転速度センサで回
転速度の差を検出してスクリュー軸のねじれ変位を検出
しているが、例えば、スクリューの中に軸方向に金属線
歪みゲージ、ピエゾ素子等の歪みセンサを埋め込み、ス
クリュー軸のねじれの検出を直接行うようにしてもよ
い。
【００４３】また、センサの配設位置も上記実施形態に
限定されず、例えば、上述したスクリュー軸回転速度セ
ンサ１１２とスクリュー回転速度センサ１１３の組み合
わせでスクリュー軸３２のねじれ変位を検出しても良
い。
【００４４】さらに、本発明の押出機は、上述した過負
荷保護手段以外は通常の押出機と同じであり、シリンダ
内に２本のスクリューが平行に配設された２軸押出機等
にも適用が可能である。
【００４５】図５は本発明を２軸押出機に適用した第３
の実施形態にかかる押出機の構成図である。図５におい
て図４の押出機と同一の部位、同一の部材には同一の符
号を付して詳しい説明は省略する。
【００４６】図５に示すように、押出機１０１′のシリ
ンダ２０′内には、２本のスクリュー３０，３０′が平
行に配設されている。駆動モータ４１が駆動することに
よる回転軸４２の回転は、歯車５３からスクリュー３
０′の伝動歯車５４′に伝達され、さらに図示しない中
間歯車を介してスクリュー３０の伝動歯車５４に伝達さ
れる。したがって、この実施形態では、スクリュー３
０，３０′は同じ方向に回転するようになっている。な
お、図示はしないが、スクリュー３０，３０′が互いに
逆向きに回転するように構成してもよい。
【００４７】第１及び第２の実施形態と同様に、スクリ
ュー駆動軸３１，３１′の各々に固定されている伝動歯
車５４，５４′の回転速度を検出する駆動部回転速度セ
ンサ１１１，１１１′及びスクリュー駆動軸３１，３
１′の回転速度を検出するスクリュー軸回転速度センサ
１１３，１１３′が設けられている。
【００４８】伝動歯車５４，５４′からスクリュー３
０，３０′に伝達される理論上のトルクＴ（以下、理論
トルクＴと記載する）は、伝動歯車５４，５４′の回転
速度を検出することで求めることができる。すなわち、
制御装置２００は、公知の式、Ｔ＝９．５５Ｈ／ｎ
（Ｈ：モータの出力（Ｗ）、ｎ：伝動歯車５４，５４′
の回転速度（ｍｉｎ-1））の分母ｎに、駆動部回転速度
センサ１１１，１１１′で検出した回転速度を代入する
ことによって、理論トルクＴ［Ｎ−ｍ］を算出すること
ができる。
【００４９】また、材料の押出速度すなわち単位時間当
たりの押出量は、スクリュー３０，３０′の回転速度、
伝動歯車５４，５４′から伝達される理論トルクＴとス
クリュー３０，３０′の軸間距離Ｌ（これがシリンダ２
０′内の容積を決定する）とに密接に関連する。そこ
で、設計上の機械特性ＭＬ＝Ｔ／Ｌ３［Ｎ-ｍｍ／ｍｍ
３］の値が、２７．５≦ＭＬ≦４０となるように押出機
を設計するとともに、実際の押出機１０１の押出特性Ｅ
Ｌを、トルクＴｄ（実際の押出機１０１において検出さ
れるトルクＴｄ、以下、実トルクＴｄと記載する）とス
クリュー３０，３０′の軸間距離ＬとでＥＬ＝Ｔｄ／Ｌ
３として表し、この押出特性ＥＬを種々に変化させて成
形品の品質と押出量（押出速度）とが最良となる実トル
クＴｄを検証した。
【００５０】図６は、本発明を、スクリュー３０，３
０′の直径が９２mmの押出機を使って押出成形を行った
ときの、スクリュー３０，３０′の回転速度と材料の押
出量との関係を示すグラフである。図６のグラフから、
スクリュー３０，３０′の回転速度（例えば回転速度１
３０min-1）が同じでも、押出特性ＥＬの値を変化させ
ると押出量も変化することがわかる。押出特性ＥＬの値
を種々に変化させてスクリュー３０，３０′の回転速度
と押出量との関係を調べた結果、２７．５≦ＥＬ≦４０
の範囲内で最良の結果が得られた。すなわち、実際の押
出機における押出特性ＥＬを、設計上の機械特性ＭＬの
範囲内となるように駆動手段の駆動を制御することで最
良の結果を得られることが、検証によって確認できた。
また、図6にも示すように、本発明では、スクリュー３
０，３０′の回転速度が１００min-1を超える高速にお
いても良好な結果が得られ、特に、１００min-1〜８０
０min-1という高速領域においてその効果が大きいこと
がわかる。なお、本発明者らは、スクリュー３０，３
０′の直径を３０mm〜１２７mmの範囲内で種々に変更し
て、スクリュー３０，３０′の回転速度と材料の押出量
との関係を調べたところ、１００min-1〜３０００min-1
というきわめて広範な回転速度領域において、図６のグ
ラフと同様の良好な結果が得られた。また、材料の種類
や溶融温度等によっては、１００min-1〜５０００min-1
というさらに広範な回転速度領域において、良好な結果
が得られる。
【００５１】押出特性ＥＬが２７．５よりも小さいと、
単位時間あたりの押出量が少なくなって成形品の成形コ
ストを高くする。そこで、伝動歯車５４，５４′の回転
速度ｎからスクリュー３０，３０′に伝達される実トル
クＴｄを算出し、この算出結果に基づいて理論トルクＴ
が、２７．５Ｌ３≦Ｔ≦４０Ｌ３の範囲内に位置するよ
うに、コントローラ２００でモータ４１の駆動を制御す
るようにした。
【００５２】なお、駆動部回転速度センサ１１１，１１
１′及びスクリュー軸回転速度センサ１１３，１１３′
の出力結果の差が一定値を超えたときに、コントローラ
２００がスクリュー３０，３０′に過負荷が作用したと
判断して、駆動モータ４１の駆動を制御したり、警報を
発するようにしたりすることは先の実施形態と同様であ
る。上記のような押出機１０１′は、常に最良の状態で
成形品の押出成形を行いつつ、スクリュー３０，３０′
に生じる過負荷を検出して速やかな対応が可能である。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、スクリュー軸のね
じれ変位を検出するねじれ検出手段を設けることによ
り、運転中の過負荷を速やかに検出して制御できるた
め、装置の保護を確実にすることができる。
【００５４】また、２軸押出機において押出特性ＥＬ
が、設計上の機械特性ＭＬを２７．５≦ＭＬ≦４０の範
囲内とするように理論トルクＴと軸間距離Ｌを設定する
ことにより、材料の押出速度を最適に保ちつつ十分に溶
融，混練された材料を押し出すことができる。この場合
には、前記保護装置を備えることによって、スクリュー
に過負荷をかけることなく、運転中の実トルクＴｄを、
理論トルクＴが２７．５Ｌ３≦Ｔ≦４０Ｌ３の条件を満
たすように制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の押出機を示す構成図で
ある。
【図２】本発明の押出機の制御の構成を示すブロック図
である。
【図３】制御部での制御の一例を示すフローチャートで
ある。
【図４】本発明の押出機の第２実施形態を示す構成図で
ある。
【図５】本発明の押出機の第２実施形態を示す構成図で
ある。
【図６】スクリューの直径が９２mmの押出機を使って押
出成形したときの、スクリューの回転速度（回転速度）
と材料の押出量との関係を示すグラフである。
【図７】従来の押出機の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 押出機 ２０，２０′ シリンダ ３０，３０′ スクリュー ３０ａ，３０ａ 軸部分 ３１，３１′ スクリュー駆動軸 ３２，３２′ スクリュー軸 ４１ 駆動モータ ４２ モータ軸 ５１ 伝動軸 ５２ ギヤボックス ５３ 駆動歯車 ５４，５４′ 伝動歯車 ６１ フィーダ用モータ ６２ フィーダ ７０ カップリング １０１，１０１′ 押出機 １１１ 駆動部回転速度センサ １１２ スクリュー軸回転速度センサ １１３ スクリュー回転速度センサ １２０ 警報機 ２００ コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 敏幸 神奈川県川崎市幸区神明町１丁目80番地 株式会社池貝内 (72)発明者 佐々木 和之 神奈川県川崎市幸区神明町１丁目80番地 株式会社池貝内 (72)発明者 千坂 俊之 神奈川県川崎市幸区神明町１丁目80番地 株式会社池貝内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダと、前記シリンダ内に回転自在
    に配設されたスクリューと、前記スクリューを駆動回転
    させる駆動手段とを備える押出機において、 前記スクリューの回転に負荷が作用したときに前記スク
    リューのスクリュー軸のねじれ変位を検出するねじれ検
    出手段と、前記スクリューの回転に過負荷が生じたとき
    に前記ねじれ検出手段の出力に基づいて前記スクリュー
    への負荷を制御し及び／又は警報を発する制御手段とを
    備えることを特徴とする押出機。
  2. 【請求項２】 シリンダと、前記シリンダ内に回転自在
    かつ平行に配設された２本のスクリューと、２本の前記
    スクリューを駆動回転させる駆動手段とを備える押出機
    において、 前記駆動手段が駆動することによって前記スクリューに
    伝達される理論上のトルクＴと、２本の前記スクリュー
    の軸間距離Ｌとによって前記押出機の設計上の機械特性
    ＭＬをＴ／Ｌ３で表わし、この設計上の機械特性ＭＬ
    が、２７．５≦ＭＬ≦４０の範囲内のいずれかとなるよ
    うに前記理論上のトルクＴ及び前記軸間距離Ｌを設定し
    たことを特徴とする押出機。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の押出機において、 前記押出機の運転中における実際のトルクＴｄによる押
    出特性をＥＬ＝Ｔｄ／Ｌ３とした場合に、前記押出特性
    ＥＬが、前記設計上の機械特性ＭＬの範囲内となるよう
    に前記駆動手段の駆動を制御する制御手段を設けたこと
    を特徴とする押出機。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の押出機において、前記
    スクリューの回転に負荷が作用したときに前記スクリュ
    ーのスクリュー軸のねじれ変位を検出するねじれ検出手
    段と、前記スクリューの回転に過負荷が生じたときに前
    記ねじれ検出手段の出力に基づいて前記スクリューへの
    負荷を制御し及び／又は警報を発する制御手段とを設け
    たことを特徴とする押出機。
  5. 【請求項５】 請求項１又は４に記載の押出機におい
    て、 前記ねじれ検出手段が、前記スクリュー軸の回転速度を
    検出するスクリュー軸回転速度センサと、前記スクリュ
    ー軸に固定されている伝動歯車の回転速度を検出する駆
    動部回転速度センサで構成され、 前記制御手段が、前記スクリュー軸回転速度センサ及び
    前記駆動部回転速度センサで検出されたそれぞれの回転
    速度の差に基づいて制御及び／又は警報を行うことを特
    徴とする押出機。
  6. 【請求項６】 請求項１又は４に記載の押出機におい
    て、 前記ねじれ検出手段が、前記シリンダに配設され、前記
    スクリューの回転速度を検出するスクリュー回転速度セ
    ンサと、前記スクリュー軸に固定されている伝動歯車の
    回転速度を検出する駆動部回転速度センサで構成され、 前記制御手段が、前記スクリュー回転速度センサ及び駆
    動部回転速度センサで検出されたそれぞれの回転速度の
    差に基づいて制御及び／又は警報を行うことを特徴とす
    る押出機。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６いずれかに記載の押出機に
    おいて、 前記制御手段が、前記シリンダ内への樹脂原料供給量を
    制御することを特徴とする押出機。
  8. 【請求項８】 請求項１〜６いずれかに記載の押出機に
    おいて、 前記制御手段が、前記シリンダ内への樹脂原料の供給量
    を一定にしつつ前記スクリューの回転速度を制御するこ
    とを特徴とする押出機。
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