JPH05228982A - 押出機における樹脂温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 シリンダー部の温度変化の影響を除くように
制御して吐出樹脂の温度を設定温度に保つことを可能と
した押出機の樹脂温度制御装置を提供する。 【構成】 複数のシリンダ温度制御ゾーンＣ_１〜Ｃ_５の
うちで、その温度変化が吐出樹脂温度に最も影響を与え
るシリンダ出口１１に最も近いゾーンの制御ループにお
ける設定温度を、吐出樹脂温度の設定値を検出し実際の
温度との差により修正するカスケード制御することによ
り、吐出樹脂温度制御ループが構成される様に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、押出機における温度制
御装置に係わり、特に吐出樹脂温度を一定に保つ樹脂温
度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に、従来の押出機における樹脂温度
制御装置１０の構成を示す。同図においてホッパー３か
ら、ペレット状のプラスチック材料９がシリンダ５内に
供給され、スクリュー７によって前方に移送されながら
加熱ヒータ（例えばＨ１、Ｈ２、…、Ｈ５）による外部
加熱と材料自身の摩擦あるいは剪断作用による内部発熱
によって溶融され、シリンダ出口１１から溶融樹脂１３
として押し出される。シリンダ５は長手方向に複数の温
度制御ゾーン（例えばＣ１、Ｃ２、…、Ｃ５）に分割さ
れて、各温度制御ゾーン用に、加熱ヒータ（Ｈ１、Ｈ
２、…、Ｈ５）並びに冷却装置（図示せず）、温度設定
部１５１〜１５５、熱電対等の温度センサー（Ｔ１、Ｔ
２、…、Ｔ５）、温調計１７１〜１７５を備え、各温度
制御ゾーンごとに温度設定部１５１〜１５５で設定さ
れ、た温度になるように、熱電対等の温度センサー（Ｔ
１、Ｔ２、…、Ｔ５）により各温度制御ゾーンの温度が
検出され、加算器１９１〜１９５で設定温度と検出した
温度との差を求め、その温度差に基づいて、加熱あるい
は冷却が行われるフィードバック制御が行われている。
吐出樹脂の温度は通常各温度制御ゾーンの設定温度を調
整することにより制御されるが、各温度制御ゾーンの温
度の最適な設定は使用する樹脂やスクリュー、あるいは
運転条件により変わるので、適切な設定にするには熟練
が必要であり、又試行錯誤が伴うので時間がかかってい
た。この問題を解決するために、シリンダ出口での溶融
樹脂温度を直接検出して、その値を基に温度制御ゾーン
の温度を制御する方法がいくつか提案されている。例え
ば、特開昭４９−１１９５２号公報に記載されているよ
うに、押出機のシリンダ部先端に設けた加熱器の制御を
押出機の運転中と休止中とで異なる温度制御ループを形
成する温度制御方法が提案されている。すなわち、この
温度制御方法によれば、押出機の運転時には押し出され
た樹脂の温度値によって温度制御ループを形成し、押出
機の休止中にはシリンダ部先端の検出温度によって温度
制御ループを形成している。また、特開昭６３−１０４
８１４号公報には、任意に選択されたシリンダ制御ブロ
ックの温度検出体で検出された温度が樹脂温度を制御す
る樹脂温度制御ループの制御量となされる制御装置が開
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭４９−
１１９５２号公報に記載された温度制御方法では、シリ
ンダ部は複数の加熱器が設けられているにも係わらず、
シリンダ出口の先端部の加熱器に対してのみ温度制御ル
ープを形成するので、押出機個々の構造や特性によって
シリンダ出口の先端部の加熱器に対するよりも他の加熱
器に対する温度制御ループを形成したほうが好ましい場
合もあって、汎用性に欠けるという問題があった。ま
た、特開昭６３−１０４８１４号公報の制御装置では、
並列に挿入する各加熱ゾーンでその値が異なるので、高
精度のかつ安定に制御するための制御パラメータの決定
が難しいこと。また、押出樹脂温度偏差を各ループにど
の様に振り分ければ最適に制御できるかを決めること
は、押出機の種類、使用する樹脂並びに運転条件により
変わってくるので難しいこと。さらには、この並列ルー
プに含まれる加熱ゾーンは、その温度が樹脂温度制御ル
ープの制御特性により受動的に定められてしまうので、
温度プロファイルを好ましく設定できない場合が生じる
等の問題があった。また、前記いずれの引例の場合にお
いても、吐出樹脂温度に影響が表れてはじめて各関係す
るゾーンにフィードバックされるので、例えば樹脂温度
制御ループに含まれる温度ゾーン以外のゾーンに外乱な
どが加わっても、その影響が吐出樹脂温度センサにより
検出されて各加熱ゾーンにフィードバックされるのに時
間がかかるため吐出樹脂温度が変化することとなる問題
があった。

【０００４】本発明は、上記の問題を解決するために成
されたものであり、押出機のシリンダ出口における溶融
樹脂温度を安定してかつ即応性高く正確に制御するこ
と、またこの制御に必要なパラメータの調整をより容易
に行えることを可能とした押出機の樹脂温度制御装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達するため
に、本発明の押出機の樹脂温度制御装置は押出機のシリ
ンダ部を長さ方向に沿って複数の温度制御ゾーンに区分
して、各温度制御ゾーンのそれぞれに目標温度を設定す
る温度設定部と、加熱器と、シリンダ温度検出部とを備
え、各温度制御ゾーンごとにそれぞれ温度制御を行う押
出機の温度制御装置において、押し出される樹脂の目標
温度を設定する樹脂温度設定部と、押し出された樹脂の
温度を検出する樹脂温度検出部と、前記複数の温度制御
ゾーンのうちの樹脂の出口に最も近い温度制御ゾーンの
設定温度を、前記樹脂温度設定部で設定した目標温度と
樹脂温度検出部で検出した樹脂温度との差に基づいて、
樹脂温度差に影響する分だけ補正するための演算を行う
樹脂温度補償部と、前記複数の温度制御ゾーンのうちの
樹脂の出口に最も近い温度制御ゾーンの設定温度を、前
記複数の温度制御ゾーンのうちの樹脂の出口に最も近い
温度制御ゾーンを除いた温度制御ゾーンの各設定温度と
それぞれのゾーンのシリンダ検出温度との差に基づい
て、それらの温度差が、影響する分だけ補正するための
演算を行うそれぞれの温度制御ゾーン用の影響分補償部
と、を有し、前記複数の温度制御ゾーンのうちの樹脂の
出口に最も近い温度制御ゾーンの設定温度を前記樹脂温
度補償部からの出力とそれぞれの温度制御ゾーン用の影
響分補償部からの出力により補正することを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】本発明に係わる押出機の樹脂温度制御装置で
は、複数のシリンダ温度制御ゾーンのうちで、その温度
変化が吐出樹脂温度に最も影響を与えるシリンダ出口に
最も近いゾーンの制御ループにおける設定温度を、吐出
樹脂温度の設定値と検出し実際の温度との差により修正
するカスケード制御することにより、吐出樹脂温度制御
ループが構成される様に制御する。シリンダ出口に最も
近い温度制御ゾーン以外のゾーンで、その温度変化が吐
出樹脂温度に影響を及ぼすゾーンについてはその温度制
御ループの操作量を吐出樹脂温度制御ループにカスケー
ド接続する。この様にすることにより、吐出樹脂温度制
御ループに含まれるゾーン以外のゾーンの温度変化やス
クリューの回転数の変動により引き起こされる温度変化
を速やかに打ち消すことができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の押出機における樹脂
温度制御装置の構成を示す。同図において図７と同じ参
照符号を付した部分は同様の働きをなす部分を表す。参
照符号２１はシリンダー出口１１から押し出される樹脂
１３の温度を指定して出力する樹脂温度指令部であり、
２３は押し出された樹脂１３の温度を検出する樹脂温度
検出部、２５は樹脂温度指令部で指令された温度と樹脂
温度検出部２３で検出した温度との差を求めて出力する
加算器、２７は加算器２５から入力される設定樹脂温度
と検出した樹脂温度との差に基づいて、シリンダ出口１
１に最も近い温度制御ゾーンの設定温度を、設定樹脂温
度と検出した樹脂温度との差が零になるように補償する
ための補償量を求める樹脂温度補償部である。２９１〜
２９４は、シリンダ出口１１に最も近い温度制御ゾーン
Ｃ５以外の温度制御ゾーンにおけるシリンダの温度変動
が、樹脂温度検出部２３で検出される樹脂温度に与える
影響を除くために、各温度制御ゾーンの設定温度と検出
温度との差に基づいて補償量を求める影響分補償部であ
る。３１は樹脂温度補償部２７で求めた補償量と影響分
補償部２９１〜２９４で求めた各補償量を加算し、シリ
ンダ出口１１に最も近い温度制御ゾーンＣ５に対する設
定温度を、加算して得た値だけ補償する加算器である。
なお、影響分補償部２９１〜２９４による補償は、温度
制御ゾーンの温度設定値の変更が在るときは、行わない
ようになっている。

【０００８】図２は、図１で示した装置をブロック線図
に表したものである。Ｇ１（Ｚ）〜Ｇ５（Ｚ）はシリン
ダーの各温度制御ゾーンの加熱、冷却系の伝達関数を表
し、Ｇｒ１（Ｚ）〜Ｇｒ５（Ｚ）がそれぞれのバレル温
度が樹脂温度に与える影響を表す伝達関数である。Ｂｃ
１（Ｚ）〜Ｂｃ５（Ｚ）はシリンダーの温度制御を行う
温調計１７１〜１７５の伝達関数でありＰＩＤ制御を行
っている。シリンダーの最終段の温度制御ゾーンＣ５は
樹脂温度を設定値に保つために用いられる。温調計１７
５（Ｂｃ５（Ｚ））のシリンダー温度の設定値を樹脂温
度補償部２７（伝達関数Ｋｒ（Ｚ））で変更させること
により樹脂温度を制御する。ここでは樹脂温度の設定値
から検出した樹脂温度の値を差し引いたものが樹脂温度
補償部２７（伝達関数Ｋｒ（Ｚ））を通って温調計１７
５（Ｂｃ５（Ｚ））へ送られる経路と、樹脂温度の設定
値を温調計に１７５（Ｂｃ５（Ｚ））に与える二つの経
路を持たせている。こうすることにより樹脂温度補償部
２７（伝達関数Ｋｒ（Ｚ））のフィードバックゲインを
著しく小さくでき、樹脂温度補償部２７（伝達関数Ｋｒ
（Ｚ））の存在は全体のループの安定性にほとんどほと
んど影響を与えないため、チューニングの手間を少なく
することができる。温調計１７５のＢｃ５（Ｚ）の構造
はＰＩＤ制御を行っているが積分要素のみでも良い。ま
た温調計１７５のＢｃ５（Ｚ）は通常のシリンダ温度の
制御用にチューニングされたものでよい。樹脂温度検出
部２３で使用される樹脂温度センサは熱電対などが用い
られるが、溶融した樹脂に接触して温度を検出する為、
破壊したりすることも多い。また成形前の状態では樹脂
がシリンダ内に充填されていなく、その場合は樹脂温度
センサは樹脂温度を検出しているわけではない。この装
置ではこのように正しく樹脂温度が検出されていないと
きにシリンダーが加熱、冷却され過ぎるのを防止するた
めにシリンダー設定温度の変更範囲の上限と下限を樹脂
温度設定値に対して±２０℃に設定している。伝達関数
Ｋ１（Ｚ）〜Ｋ４（Ｚ）は影響分補償部２９１〜２９４
が、それぞれのシリンダの温度制御ゾーンの温度変動が
樹脂温度に与える影響を取り除くための補償要素であ
る。例えばＫ４（Ｚ）は温度制御ゾーンＣ４の温度の変
動が樹脂温度に与える影響を取り除くための補償要素
で、温度制御ゾーンＣ４に変動があると温度制御ゾーン
Ｃ５の設定温度を変更させ温度制御ゾーンＣ４の温度変
動が樹脂温度に与える影響を取り除き樹脂温度を一定に
たもつ。これらの補償要素は設定温度の変更時には動作
させない。その理由は設定変更時に動作させるとそれぞ
れの補償要素Ｋ１（Ｚ）〜Ｋ４（Ｚ）からの出力が加え
合わされて温度制御ゾーンＣ５の設定温度の変動が大き
くなり過ぎて過度に応答してしまうためである。設定変
更時にこれらの補償要素を動作させないために設定変更
が与えられると動作をストップし、シリンダ温度の移動
平均が設定温度の数度℃以内に入ると再び動作させるよ
うにしている。補償要素Ｋ１（Ｚ）〜Ｋ４（Ｚ）は比
例、微分あるいは比例要素のみから構成されている。積
分要素があるとシリンダーの温度偏差が常に積算されて
しまい好ましくない場合があるからである。

【０００９】図３は本発明の押出機の樹脂温度制御装置
により制御した場合で、温度制御ゾーンＣ４と樹脂温度
の設定値を途中から１０℃変更した場合の、温度制御ゾ
ーンＣ４の温度と、温度制御ゾーンＣ５の温度並びに樹
脂温度の時間的変化の状態をグラフで示すものである。
樹脂温度を設定値に追従させるために一致させるために
温度制御ゾーンＣ５の設定温度が変更され、樹脂温度を
設定値に一致していく状態がわかる。図４は、図７で示
した押出機の温度制御装置において温度制御ゾーンＣ４
と温度制御ゾーンＣ５の設定温度をそれぞれ１０℃だけ
変更した場合の、樹脂温度とそれぞれのゾーンの温度の
時間的な変化の状態を示すものである。樹脂温度は温度
制御ゾーンＣ５の温度変化が鈍ったような状態で変化し
ている。図５は本発明の押出機の樹脂温度制御装置にお
いて、図の矢印で示した時刻から温度制御ゾーンＣ４の
加熱をストップした場合のゾーンＣ４とＣ５並びに樹脂
温度の変化の状態を示す。ゾーンＣ４の加熱をストップ
するとゾーンＣ５の設定温度が変化し、樹脂温度の変動
を少なくし設定温度にたもつ状態が分かる。図６は、図
７で示した押出機の温度制御装置において、図５の場合
と同様に、図の矢印で示した時刻から温度制御ゾーンＣ
４の加熱をストップした場合のゾーンＣ４とＣ５並びに
樹脂温度の変化の状態を示す。この場合には、温度制御
ゾーンＣ４の温度が下がるにつれて樹脂温度が徐々に下
がってしまうことが分かる。

【００１０】

【発明の効果】以上にのべたように、本発明の押出機の
樹脂温度制御装置によると、押出樹脂温度を一定に保つ
ことができ、シリンダーの温度変動が樹脂温度に与える
影響を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す押出機の樹脂温度制御
装置の全体構成図。

【図２】本発明の押出機の樹脂温度制御装置の制御ブロ
ック図。

【図３】本発明の押出機の樹脂温度制御装置による場合
の樹脂温度とシリンダー部の温度変化の状態を表す図。

【図４】図３の場合と同じ条件のもとで、従来の押出機
の温度制御装置による場合の樹脂温度とシリンダー部の
温度変化の状態を表す図。

【図５】本発明の押出機の樹脂温度制御装置による場合
の樹脂温度とシリンダー部の温度変化の状態を表す図。

【図６】図４の場合と同じ条件のもとで、従来の押出機
の温度制御装置による場合の樹脂温度とシリンダー部の
温度変化の状態を表す図。

【図７】従来の押出機の温度制御装置の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

Ｃ１〜Ｃ５ 温度制御ゾーン Ｈ１〜Ｈ５ ヒータ ５ シリンダー １３ 吐出樹脂 １５１〜１５４ シリンダー温度設定部 １７１〜１７５ 温調計 ２１ 樹脂温度指令部 ２３ 樹脂温度検出部 ２５ 加算器 ２７ 被加工物 ２９１〜２９４ 影響分補償部 ３１ 加算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 正幸 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 富川 和人 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 押出機のシリンダ部を長さ方向に沿って
   複数の温度制御ゾーンに区分して、各温度制御ゾーンの
   それぞれに、目標温度を設定する温度設定部と、加熱器
   と、シリンダ温度検出部とを備え、各温度制御ゾーンご
   とにそれぞれ温度制御を行う押出機の温度制御装置にお
   いて、 押し出される樹脂の目標温度を設定する樹脂温度設定部
   と、押し出された樹脂の温度を検出する樹脂温度検出部
   と、前記複数の温度制御ゾーンのうちの樹脂の出口に最
   も近い温度制御ゾーンの設定温度を、前記樹脂温度設定
   部で設定した目標温度と樹脂温度検出部で検出した樹脂
   温度との差に基づいて、樹脂温度差に影響する分だけ補
   正するための演算を行う樹脂温度補償部と、前記複数の
   温度制御ゾーンのうちの樹脂の出口に最も近い温度制御
   ゾーンの設定温度を、前記複数の温度制御ゾーンのうち
   の樹脂の出口に最も近い温度制御ゾーンを除いた温度制
   御ゾーンの各設定温度とそれぞれのゾーンのシリンダ検
   出温度との差に基づいて、それらの温度差が、影響する
   分だけ補正するための演算を行うそれぞれの温度制御ゾ
   ーン用の影響分補償部と、を有し前記複数の温度制御ゾ
   ーンのうちの樹脂の出口に最も近い温度制御ゾーンの設
   定温度を前記樹脂温度補償部からの出力とそれぞれの温
   度制御ゾーン用の影響分補償部からの出力により補正す
   ることを特徴としたと押出機の樹脂温度制御装置。
2. 【請求項２】 樹脂温度補償部並びにそれぞれの温度制
   御ゾーン用の影響分補償部で行われる演算が比例、積分
   および微分動作を組み合わせた演算であることを特徴と
   する請求項１記載の押出機の樹脂温度制御装置。
3. 【請求項３】 樹脂温度補償部並びにそれぞれの温度制
   御ゾーン用の影響分補償部で行われる演算結果により、
   複数の温度制御ゾーンのうちの樹脂の出口に最も近い温
   度制御ゾーンの設定温度を補償するのは、樹脂温度が定
   常状態に達した後であることを特徴とする、請求項１記
   載の押出機の樹脂温度制御装置。