JPH0380609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 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、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。 従来技術とその欠点 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、さらに
は電源・ケーブルの絶縁材料等としての電気的特
性等の向上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、埋込みヒ
ータ等の加熱装置６…および冷却ブロア等の冷却
装置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、この方法には次のような問題があるこ
とが明らかとなつた。すなわち、上記制御方法で
は測温素子４による測定温度とシリンダ２内の溶
融樹脂の温度との間には、押出機１の周囲の室
温の変化により、シリンダ２内面の温度とシリン
ダ２の温度との間には第２図に示すような温度差
（△T₁）が各測温ゾーン毎（C₂，C₃，C₄）に発生
し、または押出機１に樹脂を流したときの押出
機１のスクリユ８の回転数の変化によつて第３図
に示したような実際の樹脂温度とシリンダ２の温
度との温度差が更に△T₂分だけ増加する。した
がつて、これらの影響によつてシリンダ２内の溶
融樹脂の温度は希望温度以上に加熱された状態と
なつており、無駄なエネルギーを消費していたこ
とが判明した。（なお、第２図および第３図中の
C₂，C₃，C₄はシリンダ２の測温位置を表わすも
ので第１図中の各温度調節計５…に示されている
C₂，C₃，C₄の各測温ゾーンに対応している。） さらに最近の検討によれば、シリンダ２内の溶
融樹脂温度は、前述のように室温やスクリユ回転
数だけではなく、押出機１の設定温度、スクリユ
の形状や構造、溶融樹脂の種類（同一樹脂のグレ
ードの差異にも）等によつて影響されることが判
明してきている。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、実
際の溶融樹脂温度は130〜150℃にもなつている。 したがつて、単なる測温穴３…による測温で
は、実際の溶融樹脂温度を性格に把握することは
不可能であつた。 そこで、本発明者等は先に高精度で樹脂温度を
制御できる樹脂温度制御方法を特願昭58−41038
号（特開昭59−167241号公報参照）および特願昭
58−41039号（特開昭59−167242号公報参照）と
して提案している。 これらの方法は、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
ダ内表面の温度を求め、この温度に、スクリユ回
転数、室温、設定温度、スクリユ形状、樹脂の種
類等の溶融樹脂の温度を変動させるパラメータの
内、スクリユ回転数、室温を含む少なくとも３以
上のパラメータを用いて補正温度を加算し、シリ
ンダ内の溶融樹脂の温度を予測し、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もの
およびプラスチツク成形機のシリンダの温度を測
定し、この温度に室温、スクリユ回転数、スクリ
ユ形状、設定温度、樹脂の種類等の溶融樹脂温度
を変動させるパラメータの内、室温、スクリユ回
転数を含む少なくとも３以上のパラメーターから
補正温度を加算して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
の温度を制御するものである。 これらの方法は、シリンダ内の溶融樹脂の希望
樹脂温度の分布（シリンダ内の各測温ゾーンにお
ける温度）がどのような分布であつても操業前に
希望樹脂温度を設定してやれば、あとは上記パラ
メータがいかに変動しようとも自動的に制御可能
であり、かつその精度も±0.5℃〜±１℃程度と
極めて高精度であるなどの利点がある。 しかしながら、これらの方法を実施するにあた
つては、上記各パラメータを種々に変えてこれら
パラメータが溶融樹脂温度に与える影響（温度変
動分）を予め求めて基礎データを作つておくこと
が必要であり、その基礎データの作成に大量の樹
脂と長時間を必要とする問題があつた。 発明の目的 この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、
基礎データの作成の手間、費用を大きく軽減で
き、しかも樹脂温度を高精度に制御でき、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するものである。 発明の構成 この発明のプラスチツク成形機の樹脂温度制御
方法は、ある樹脂について、それの成形に最適な
シリンダ内の溶融樹脂の最適樹脂温度分布を別途
設定しておき、つぎに、溶融樹脂の温度を直接測
温することのできる測温用スクリユーを装備し、
かつシリンダの各測温ゾーンに対応した複数の測
温素子を設けてシリンダ自体の温度をも測温でき
る構造の測温用のプラスチツク成形機を用い、あ
るスクリユ回転数において、上記測温用スクリユ
ーで求められるその樹脂の溶融樹脂温度分布と上
記最適樹脂温度分布とを比較し、これら両温度分
布が一致するようにシリンダの各測温ゾーンに設
けられた上記測温素子で得られるシリンダ自体の
温度分布を上記測温素子と温度調節計を用いて温
度調節することで、その樹脂の上記最適樹脂温度
分布が得られるシリンダ自体の最適シリンダ温度
分布を定め、ついで、スクリユ回転数を変化させ
てスクリユ回転数の変化に対応したシリンダ自体
の最適シリンダ温度分布の変化を関係式として求
める第１の工程と、シリンダの各測温ゾーンに対
応した複数の測温素子を設け、シリンダ自体の温
度を測温できる構造の操業用のプラスチツク成形
機を用い、第１の工程で求めた関係式と、その樹
脂を実際に成形するときのシリンダ自体の温度分
布とをスクリユ回転数を参照して比較し、その偏
差分布を求め、この偏差分布に基づいてシリンダ
の設定温度分布を求め、この設定温度分布にシリ
ンダ自体の温度分布を一致させる第２の工程とか
らなるものである。 発明の原理 一般に、プラスチツクの成形はこれを例えば電
線、ケールブ等の架橋ポリエチレン樹脂からなる
絶縁体の押出被覆作業等の特定の作業に限定すれ
ば、その押出作業に最適な押出機のシリンダ内の
樹脂温度分布（この温度分布をパターンと呼ぶこ
とがある。）はほぼ数種に限られる。 したがつて、このような限られたパターンを再
現するには、あえて先の特願昭58−41038号など
のように多くのパラメータを選んでこれの影響を
見る必要はなく、さらにシリンダ内の溶融樹脂温
度の分布を予測する必要もなく、このパターンを
再現するに必要なシリンダの温度分布をこのパタ
ーンに対応して求めておけばよいことになり、基
礎データの作成の手間を大きく軽減することが可
能となる。 発明の具体的構成と作用 以下、本発明を押出機に適用し、加橋剤添加ポ
リエチレン樹脂を押出成形する例について具体的
に説明する。 まず、架橋剤添加ポリエチレン樹脂のある銘柄
について、これを押出成形する際、押出機のシリ
ンダ内の溶融状の架橋剤添加ポリエチレン樹脂の
温度分布（シリンダの長手方向の各測温ゾーン
C₁，C₂，C₃…などの測温位置での温度の分布）
がどのようであればスコーチ等の不都合の発生が
なく、良好に押出成形作業が行えるかを別途求め
ておく。これは、通常同一銘柄の架橋剤添加ポリ
エチレン樹脂がそれ以前に押出成形されているこ
とが多く、これらの作業の際に採取された温度デ
ータの集積により、ほぼ判明している場合が多
い。したがつて、改めてこの温度分布を求める必
要がない場合が多い。この温度分布を最適樹脂温
度分布とする。 次に、第１の工程について説明する。この第１
の工程は、上記銘柄の架橋剤添加ポリエチレン樹
脂の押出成形に好適な最適樹脂温度分布（これは
上述のようにして得られている。）を得るための
押出機のシリンダ自体の温度分布（最適シリンダ
温度分布と略称する。）を求め、さらにスクリユ
回転数を変化させてスクリユ回転数の変化に対応
した最適シリンダ温度分布の変化を関係式として
求める工程である。 この工程では、測温素子を表面に露出して設
け、溶融樹脂の温度を直接測温できる測温用スク
リユーを装備し、かつシリンダの各測温ゾーン
C₁，C₂，C₃…に従来と同様に複数の測温素子を
設け、シリンダ自体の温度も同時に測温できる構
造の測温用の押出機を用いて行われる。 この押出機を使用し、上記銘柄の架橋剤添加ポ
リエチレン樹脂を実際に押出成形し、溶融樹脂の
温度分布が予め上述のように知られている最適樹
脂温度分布に一致するようにあるスクリユ回転
数、例えば5rpmにおいてシリンダ自体の温度分
布を制御する。 この制御は、具体的には次のようにして行われ
る。すなわち、測温用スクリユーで求められる溶
融状態の架橋剤添加ポリエチレン樹脂の温度分布
と上記最適樹脂温度分布とを比較する。この比較
は、予め知られている上記最適樹脂温度分布をマ
イクロコンピユータなどのメモリーに記録させて
おき、測温用スクリユーから得られる溶融状態の
ポリエチレン樹脂の温度分布をマイクロコンピユ
ータに入力し、減算処理して、その差分を演算す
る。この演算処理は、一定時間例えば２〜10分毎
に行われ、そのつどその差分が得られるようにな
つている。 そして、この差分がゼロとなるように、換言す
れば、これら両温度分布が一致するようにシリン
ダの各測温ゾーンに設けられた測温素子から得ら
れるシリンダ自体の温度分布を調節する。 この温度分布の調節は、シリンダの各測温ゾー
ン毎に上記測温素子と通常の温度調節計などを使
用して行われる。すなわち、上記差分が温度調節
計に入力され、温度調節計はこの差分と上記測温
素子からの得られるシリンダ自体の温度とに基づ
いてシリンダ自体の設定温度を新しく設定し、シ
リンダ自体の温度を各測温ゾーン毎に変化させ
る。これによつて、溶融ポリエチレン樹脂の温度
分布は変化する。この変化した樹脂温度分布は、
測温用スクリユーで測温され、マイクロコンピユ
ータに入力され、先と同様にして上記最適樹脂温
度分布と比較され、減算処理が行われ、新しい差
分が求められる。この新しい差分は、先と同様に
して再び温度調節計に入力され、新しい設定温度
分布を求めるためのデータとなる。 このような温度制御操作を数回繰り返すことに
より、やがて測温用スクリユーで求められる溶融
ポリエチレン樹脂の温度分布が上記最適樹脂温度
分布に接近してゆき、ついには一致する。 この両者の温度分布が一致したときのシリンダ
自体の温度分布が、最適シリンダ温度分布とな
る。このようにしてスクリユ回転数5rpmでの最
適シリンダ温度分布が求められると、これを
5rpmのときの最適シリンダ温度分布として記録
しておく。 つぎに、スクリユ回転数を例えば10rpmに変更
して先と同様の所望の温度分布が得られるように
シリンダの各測温ゾーンの温度を変えて制御す
る。先に述べたように、スクリユ回転数が変れ
ば、樹脂温度はこれに伴つて変るので、シリンダ
の最適温度分布は5rpmの時と当然異つてくる。
このようにして10rpmの時の最適シリンダ温度分
布を求める。そして次々にスクリユ回転数
15rpm、20rmp…として各スクリユ回転数におけ
る最適シリンダ温度分布を求める。 かくして、シリンダの各測温ゾーンにおける最
適シリンダ温度はスクリユ回転数を変数とする函
数として表されることになる。そしてスクリユ回
転数を例えば５〜10rpm、11〜15rpm…というよ
うにある狭い範囲に区分すれば、上記函数はＹ＝
ax＋ｂの一次式で表わすことができる。 よつて、シリンダの各測温ゾーンについて常用
のスクリユ回転数を例えば４つの範囲に区分すれ
ば次のような関係式が得られる。

【表】 上記において、スクリユ回転数の区分は、スク
リユ回転数をスクリユ軸に取り付けた回転発電機
によつて電圧として出力し、この電圧によつて区
分したものである。そして、これらの関係式を、
架橋剤添加ポリエチレン樹脂の銘柄毎に求めて例
えばコンピユータにメモリーするなどして記録し
ておく。 上記関係をグラフ化したものが第４図および第
５図である。第４図のグラフはメルトインデツク
ス（MI）３、２の、第５図のグラフはメルトイ
ンデツクス１、２の架橋剤添加ポリエチレン樹脂
について、スクリユ回転数を５〜30rpmに変えた
ときの最適シリンダ温度をシリンダの測温ゾーン
C₂，C₃，C₄およびアダプタ部（C₅毎にプロツト
したものである。そして、このグラフから上記関
係式におけるa₁、₂…、b₁、₂、₃、…が各カーブの直
線部分から求めうることが理解される。 そして、これらのグラフからメルトインデツク
ス３、２の架橋剤添加ポリエチレン樹脂を用い、
スクリユ回転数を例えば20rpmで押出作業する際
の最適シリンダ温度は、C₂で123.3℃、C₃で119.6
℃、C₄で116.2℃、C₅で115.6℃であることがわか
り、スクリユ回転数が20rpmから30rpmに変える
際には、各ゾーンの温度をグラフの直線に沿つ
て、換言すれば上記一次式で表わされる関係式に
よつて変えてゆけばよいことになる。 以上によつて第１の工程による基礎データ作成
が完了する。 次に、実際の押出作業操業時の樹脂温度制御を
行う第２の工程について説明する。 第６図ａ，ｂは上記制御を行う操業用押出機の
構成例を示すもので、この例の押出機１は、シリ
ンダ２の加熱装置６としてアルミニウム鋳込みヒ
ータ６ａをシリンダ２外周面に取り付け、また冷
却装置７として冷却油が循環する冷却油ジヤケツ
ト７ａをシリンダ２外周面に設けたものである。
冷却油ジヤケツト７ａは、各測温ゾーン毎に設け
られた螺線状の溝部７ｂが形成されてなるもので
あつて、図示しない冷却油循環装置から送られる
冷却油をこの溝部７ｂに流通せしめることにより
シリンダ２の冷却を行うものである。そして、こ
の例にあつては、第４〜５図に対応してシリンダ
２の測温ゾーンC₂，C₃，C₄，C₅において制御を
行うものであり、上記各ゾーンには測温素子
TC₂，TC₃，TC₄，TC₅がシリンダ２内表面から
約10mm程度の厚みを残して穿設された測温穴３…
に挿入されている。この測温穴３…の深さは、押
出機１や押出条件等を考慮して決められるが、先
の第１の工程での基礎データ作成の際の測温穴の
深さと同一とすることが必要である。また、スク
リユ８の基部にはこのスクリユ８の回転数を検出
してこれに比例する電圧を出力する回転発電機９
が取り付けられている。 そして、上記測温素子TC₂，TC₃，TC₄，TC₅
および回転発電機９からの出力信号は、例えば第
７図に示されるような処理システムに送られて、
処理される。 回転発電機９からの出力はＡ／Ｄ変換器１０に
入力され、デイジタル化されたうえ、マイクロコ
ンピユータ１１に入力される。マイクロコンピユ
ータ１１には、第１の工程で求められた上記関係
式（スクリユ回転数および樹脂の銘柄の変化に対
応する最適シリンダ温度）が予め入力されてい
る。換言すればスクリユ回転数および樹脂の種類
をパラメータとする最適シリンダ温度分布（パタ
ーン）が入力されている。 また、上記各測温素子TC₂，TC₃，TC₄，TC₅
から送られる出力信号は、これら測温素子に対応
して設けられた温度調節計１２…に送られる。こ
れらの温度調節計１２…はＡ／Ｄ変換機能、Ｄ／
Ａ変換機能およびリニアライズ機能を備えてお
り、上記出力信号は、ここでリニアライズおよび
Ａ／Ｄ変換されたうえマイクロコンピユータ１１
に入力される。そして、マイクロコンピユータ１
１は、予め入力されている最適シリンダ温度分布
と測温素子TC₂〜TC₅からの各測温ゾーンの温度
とを、上述のように別に入力されているスクリユ
回転数を参照して比較し、その偏差を求める。す
なわち、例えばスクリユ回転数が10rpmであれ
ば、マイクロコンピータ１１に予めメモリーされ
ている最適シリンダ温度分布（前記関係式）のう
ちからスクリユ回転数が10rpmの時の最適シリン
ダ温度分布を呼び出し、この最適シリンダ温度分
布と上記各測温ゾーンの温度、換言すればシリン
ダ自体の温度分布とを比較して、その偏差分布、
換言すればシリンダの各測温ゾーンごとの温度偏
差を求める。そして、この偏差に基づいて温度調
節計１２…の設定温度を演算する。 この設定温度は、マイクロコンピユータ１１か
ら測温ゾーンに対応して各温度調節計１２…に送
られる。温度調節計１２…は、この設定温度と測
温素子TC₂〜TC₅からの各測温ゾーンのシリンダ
２の温度とを比較して、バンドヒータや埋め込み
ヒータなどの加熱装置６あるいは冷却油循環装置
などの冷却装置７を動作させて、設定温度とシリ
ンダ温度とを一致させる。かくして、上記演算比
較処理を２〜３回繰り返すと、シリンダ２の各測
温ゾーンの温度分布は、最適シリンダ温度分布に
一致し、シリンダ２内の溶融樹脂の温度は、押出
に最適の温度分布（希望樹脂温度分布）に一致す
る。 また、押出作業中、スクリユ回転数を変更する
と、マイクロコンピユータ１１に入力されるスク
リユ回転数信号が変化し、上記関係式によつて新
しいスクリユ回転数における最適シリンダ温度分
布が演算されて求められる。そして、この新しい
最適シリンダ温度分布に対して、先と同様の処理
が行われ、シリンダ２内の溶融樹脂の温度分布は
希望樹脂温度分布に一致せしめられる。 また、樹脂の種類、銘柄が変る場合には、新し
い種類、銘柄の樹脂について予め求められている
上記関係式がマイクロコンピユータ１１に呼び込
まれ、上記演算、制御処理が行われる。 以上がこの発明における第２の工程である。 このような温度制御方法によれば、予め決めた
数種の希望の樹脂温度分布に対応する最適シリン
ダ温度を求めておいて、この最適シリンダ温度を
指標として制御するものであるので、最適シリン
ダ温度を求めるための費用（樹脂使用量、試験時
間）がわずかで済む。しかし、限られた温度分布
だけしか制御できないが、一般の押出作業であれ
ば、上述のように押出作業条件は自ずと限られる
ので、実用上さして不都合を来すことはない。ま
た、樹脂温度を大きく変動させるパラメータであ
るスクリユ回転数、樹脂種類による温度変動に対
応して最適シリンダ温度を求めているので、常に
高精度の制御が可能である。さらにまた、本発明
においては、希望樹脂温度分布が限られた範囲で
あり、かつ制御中に樹脂温度予測という過程がな
いので特に室温について考慮を払う必要がなく、
シリンダ自体の温度分布さえ決められた温度に保
持しておけば、常に希望樹脂温度分布を得ること
ができる。 なお、上記の例では、押出機１の測温ゾーンに
対応する測温素子TC₂，TC₃，TC₄，TC₅につい
てのみこの温度制御方法を適用しているが、ポツ
パー側の測温ゾーンに対応する測温素子TC₁につ
いても同様にこの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上記４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液体熱媒を用いた加熱、冷
却手段あるいはブロワーを用いる冷却手段などを
用いてもよい。 発明の効果 以上の説明のようにこの発明の樹脂温度制御方
法によれば、溶融樹脂温度をある限定された樹脂
温度分布にしか制御できないものの基礎データ作
成の費用が微かで済み、しかも常用の樹脂温度分
布を選んでおけば実用上さして不便を招くことも
ない。また、常時高精度で樹脂温度を制御できる
ので、吐出量増大、スコーチの減少、熱エネルギ
ーの節約が計られる。

【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図は室温と△T₁と
の関係を示すグラフ、第３図はスクリユ回転数と
△T₂との関係を示すグラフ、第４図および第５
図はいずれも架橋剤添加ポリエチレン樹脂の最適
シリンダ温度分布をスクリユ回転数を変えて求め
たグラフ、第６図ａはこの温度制御方法を適用し
た押出機の例を示す概略構成図、第６図ｂはこの
押出機のシリンダの概略断面図、第７図はこの温
度制御方法に用いられる制御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、６……加熱装
置、７……冷却装置、８……スクリユ、９……回
転発電機、１１……マイクロコンピユータ、１２
……温度調節計、TC₂，TC₃，TC₄，TC₅……測
温素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ある樹脂について、それの成形に最適なシリ
   ンダ内の溶融樹脂の最適樹脂温度分布を別途設定
   しておき、つぎに、溶融樹脂の温度を直接測温で
   きる測温用スクリユーを装備し、かつシリンダの
   各測温ゾーンに対応した複数の測温素子を設けて
   シリンダ自体の温度をも測温できる構造の測温用
   のプラスチツク成形機を用い、あるスクリユ回転
   数において、上記測温用スクリユーで求められる
   その樹脂の溶融樹脂温度分布と上記最適樹脂温度
   分布とを比較し、これら両温度分布が一致するよ
   うに、シリンダの各測温ゾーンに設けられた上記
   測温素子で得られるシリンダ自体の温度分布を上
   記測温素子と温度調節計を用いて温度調節するこ
   とで、その樹脂の上記最適樹脂温度分布が得られ
   るシリンダ自体の最適シリンダ温度分布を定め、
   ついで、スクリユ回転数を変化させてスクリユ回
   転数の変化に対応したシリンダ自体の最適シリン
   ダ温度分布の変化を関係式として求める第１の工
   程と、 シリンダの各測温ゾーンに対応した複数の測温
   素子を設け、シリンダ自体の温度を測温できる構
   造の操業用のプラスチツク成形機を用い、第１の
   工程で求めた関係式と、その樹脂を実際に成形す
   るときの上記複数の測温素子で測定されるシリン
   ダ自体の温度分布とをスクリユ回転数を参照して
   比較し、その偏差分布を求め、この偏差分布に基
   づいてシリンダの設定温度分布を求め、この設定
   温度分布にシリンダ自体の温度分布を一致させる
   第２の工程とからな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。