JPH0780913A - 熱可塑性合成樹脂シートの押出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱可塑性合成樹脂シートの押出成形装置にお
いて、そのシートの厚さの変化をすみやかにかつ正確に
修正する。 【構成】 押出成形装置に対して、オンラインもしくは
オフラインに粘度計を接続し、この粘度計の出力によっ
て、樹脂の特性を求め、この特性によって、シートの厚
さの変化に対して、その樹脂の温度を何度変化させれば
厚さを正確にしうるかを計算して、出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱可塑性合成樹脂の
成形の技術分野で利用され、さらに詳細には、シート押
出成形におけるシート厚さの制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性合成樹脂を、押出機によって加
熱溶融して、先端部に連結されたダイより押し出し、シ
ート（この明細書において板およびフィルムを含む）を
成形する技術は周知である。さらに、ダイの前方に押し
出されたシートの厚さを検出する厚さ計を設け、この厚
さ計の出力によって、ダイの出口のスリットの部分のす
き間寸法や、この部分の合成樹脂の温度を調整して、シ
ートの厚さを均一にしようという試みもなされている
（例えば、特開昭６０−２０６６１５号公報、特公平５
−３２２１０号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術においては、溶融された合成樹脂の特性まで考慮し
た調整は行なわれていない。周知のように、溶融された
合成樹脂の特性は、その種類や温度、および受ける剪断
速度によって広範囲に変化する。この特性によって、前
記の合成樹脂の温度に対応する、押し出されたシートの
厚さの変化は一定ではない。例えば、特開平５−１３０
８７１８に述べられているように、ダイの出口のスリッ
ト部ならびにその上流部を含めて、温度の変化量と流量
の比率の変化量の対数がある一定の比例関係にあると仮
定している。しかしながら、この比例定数については、
どのように決められるか記述もなく示唆もされていな
い。すなわち、押し出されたシートの厚さを自動的にか
つ精度良く調整するには、前記の合成樹脂毎の特性が考
慮されなければならない。温度の変化に対応するシート
の厚さの変化が不明であると、何回か手さぐりで温度を
変化させねばならず、調整に時間がかかり、不良品も多
く発生する。この発明においては、前記事情にかんが
み、押し出される合成樹脂の特性に応じた調整が可能
な、シート押出装置を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、この発明におけるシート押出装置は、熱可塑性合成
樹脂を加熱溶融せしめた状態で、押出機によってダイよ
り押し出し、シートを成形する装置であって、前記ダイ
の出口は、長手方向に延びるすき間を有して一対のリッ
プが対面して設けられ、このリップは長手方向に複数の
レーンに分割され、この各レーンには、このすき間に充
満している熱可塑性合成樹脂の温度を調整する樹脂温度
調整手段が設けられ、一方、この熱可塑性合成樹脂の粘
度を計測するキャピラリ方式の粘度計が前記押出機にオ
ンラインにまたはオフラインに設けられ、この粘度計の
出力はコンピュータを含む制御手段に入力され、さらに
この制御手段は、前記樹脂温度調整手段に対する入力を
制御して、前記すき間から押し出されるシートの厚さを
均一に制御するようにしたことを特徴とする、前記シー
ト成形押出装置である。

【０００５】より望ましい、この発明の実施態様におい
ては、ダイの前方には、押し出されたシートの厚さを検
出する厚さ計が設けられ、粘度計は熱可塑性合成樹脂の
圧力、温度および流量を出力し、制御手段は、前記圧
力、温度および流量を入力して、熱可塑性合成樹脂の受
ける剪断速度−樹脂温度−粘度の特性を算出すると共
に、前記リップの各レーン毎における熱可塑性合成樹脂
の温度を樹脂温度計により入力して、前記特性を考慮し
て、樹脂温度調整手段に対する制御を行なうべくした、
シート成形押出装置である。

【０００６】さらに望ましい、この発明の実施態様にお
いては、制御手段は、粘度計からの わす曲線を作成し、この結果を用いてダイのあるレーン
におけるダイ出口近辺の壁面の温度に対する樹脂温度分
布、さらにダイのすき間を流れる熱可塑性合成樹脂の流
速分布を求め、次にこれを積分して、前記レーンにおけ
る流量およびシート厚さを計算し、これを厚さ計の出力
情報と対比して、前記レーンにおける樹脂温度を制御す
るようにした、シート成形押出装置である。

【０００７】

【作用】この発明においては、粘度計によって、押し出
される熱可塑性合成樹脂の特性を、個々に解析し、その
結果によって、ダイ出口の樹脂温度を調整するようにし
たものであり、的確な調整によって、押し出されたシー
トの厚さの不同を短時間で修正しうるものである。

【０００８】

【実施例】この発明の実施例の構造を図１、図２および
図３を参照して説明する。１は押出機である。押出機１
は、押出スクリュ１ａと、この押出ヌクリュ１ａを内部
に支承するシリンダ１ｂと、このシリンダ１ｂを加熱す
るヒータ１ｃとを含む。さらに図示は省略したが、シリ
ンダ１ｂの後部（図１において左方部）には、合成樹脂
のペレットを投入するホッパが設けられ、またスクリュ
１ａの後部はこれを回転させる動力に連結されている。

【０００９】２はブレーカプレートであり、シリンダ１
ｂの前端（図１において右端）に、アダプタ３およびア
ダプタプレート４によって取り付けられる。４ａはアダ
プタプレート４を加熱するヒータである。

【００１０】５はクロスヘッドであり、アダプタ３の先
端にねじ込んで組み付けられる。クロスヘッド５には、
主樹脂通路５ａが穿設され、この主樹脂通路５ａの入口
（図１において左側）はアダプタ３を経由してシリンダ
１ｂの内部と連通されている。さらに主樹脂通路５ａは
途中から分岐して、分岐路５ｂが形成される。５ｃはク
ロスヘツドを加熱するヒータである。

【００１１】６はその先端（図１において下端）から、
合成樹脂シートＳＨが押し出されるべくしたダイであ
る。ダイ６は左側本体６ａと右側本体６ｂとからなり、
この両者は図示しないボルトによって一体に締結されて
いる。ダイ６の中央には樹脂通路６ｃが貫通され、その
入口（図１において上端）とクロスヘッド５の主樹脂通
路５ａとはアダプタ７によって連通される。７ａはアダ
プタ７を加熱するヒータである。

【００１２】樹脂通路６ｃはマニホールド６ｄを経由し
て拡幅され、その先端（図において下端）は、長手方向
（図１において紙面に直角方向）に延びるすき間を有す
る出口６ｅが形成される。またこの出口６ｅのすき間を
形成するために左右一対のリップ６ｆおよび６ｇが設け
られている。６ｈはダイ６を加熱するヒータである。

【００１３】リツプ６ｆおよび６ｇは共に、長手方向に
複数のかつ、同一数のレーンに分割されている（図２参
照）。リップ６ｆの各レーンはフレキシブルに構成さ
れ、プッシュボルト８のねじ込みによってリップ６ｆを
押してそのゾーンにおける出口６ｅの幅をせまくなしう
るものである。さらにプッシュボルト８の周囲には、加
熱手段９が設けられる。加熱手段９は、断熱材９ａを介
して左側本体６ａに取り付けられており、さらにこの加
熱手段９にはヒータ９ｂおよび温度検出手段（例えば熱
電対）９ｃが埋設される。

【００１４】リップ６ｇの各レーンには、出口６ｅ内の
合成樹脂を加熱し、その温度を調整するべくヒータ１０
が設けられると共に、この合成樹脂の温度を検出する樹
脂温度検出手段１１が設けられる。さらに、出口６ｅの
直前の合成樹脂の温度を検出するための樹脂温度検出手
段６ｉが設けられている。１２は合成樹脂シートＳＨの
厚さを非接触にかつ幅方向にスキャンしながら、その厚
さを検出する厚さ計である。

【００１５】１３はキャピラリ方式の粘度計である。１
３ａはその本体であり、クロスヘッド５に取り付けられ
る。本体１３ａには樹脂通路１３ｂが穿設され、その入
口（図において左側）は、クロスヘッド５の分岐路５ｂ
と連結されている。本体１３ａには容積型ポンプである
歯車ポンプ１３ｃが取り付けられ、この歯車ポンプ１３
ｃの吸入側に樹脂通路１３ｂの出口が接続され、吐出側
に接続される個所に樹脂圧送路１３ｄが穿設されてい
る。歯車ポンプ１３ｃの入力軸はカップリング１３ｅを
介してモータ１３ｆの出力軸に連結される。１３ｇはモ
ータ１３ｆの回転軸に連設されたシャフトエンコーダで
ある。モータ１３ｆは例えば交流サーボーモータなどが
使用される。１３ｈは本体１３ａを加熱するヒータであ
る。

【００１６】１４はキャピラリであり、その中央には溶
融合成樹脂の流れに対して抵抗を生ぜしめるための細穴
１４ａが穿設されている。そしてこの細穴１４ａは樹脂
圧送路１３ｄに連通しうるように、キャピラリ１４は本
体１３ａに締結される。１４ｂはキャピラリを加熱する
ためのヒータである。

【００１７】１５は細穴１４ａの直前（図においてすぐ
上側）における溶融合成樹脂の温度を計測する樹脂温度
計である。１６は樹脂圧送路１３ｄにおける溶融合成樹
脂の圧力を計測する樹脂圧力計である。

【００１８】１７は制御手段であり、コンピュータが内
蔵されている。制御手段１７は、樹脂温度検出手段６
ｉ、温度検出手段９ｃ、樹脂温度検出手段１１、厚さ計
１２、シャフトエンコーダ１３ｇ、樹脂温度計１５、樹
脂圧力計１６の出力を入力するべく接続される。さらに
制御手段１７は、ヒータ６ｈ、ヒータ９ｂ、ヒータ１
０、ヒータ１３ｈ、１４ｂおよびモータ１３ｆに対する
入力を制御可能に接続されている。

【００１９】ダイ６の下方にはチルロール１８および１
９が設けられ、ダイ６から押し出されたシートＳＨを冷
却する。そしてガイドロール２０、２１および２２によ
ってガイドされて引き出される。厚さ計１２は、ガイド
ロール２１と２２の間に設けられ、シートＳＨの幅方向
にスキャンするものである。なお図３に示す例では、粘
度計１３のキャピラリ１４に代えて、ダイ６の出口６ｅ
と同一寸法の流路長さとすき間を有する、すなわちダイ
６の出口６ｅと同一形状の樹脂通路１４ａが設けられ
る。この場合、樹脂通路１４ａの幅は、なるべく狭いほ
うが取り扱い上好ましいが、幅に対するすき間の比率は
少なくとも２０以上とすると、スリットの両端の端面効
果による誤差を５％以内とすることができる。この例で
は、樹脂通路１４ａにおける樹脂に特性をあらかじめ計
測して、ダイ６でのシートＳＨの厚さを制御しようとす
るものである。前記の実施例では、粘度計１３は押出機
１に対してオンラインに設けられているが、例えば別個
の押出機に粘度計を接続して、オフラインとして構成し
てもよい。

【００２０】以下、この発明実施例の制御手段１７のソ
フトウエアの詳細につき説明する。図４以下も参照され
たい。まず制御手段１７は、各レーン毎の樹脂温度検出
手段６ｉおよび１１の出力を入力し、それが所定の値で
なければ、ヒータ６ｈおよび１０を制御して樹脂温度検
出手段１１からの入力を一応常に一定とする。またヒー
タ１３ｈおよび１４ｂを制御して、樹脂温度計１５の出
力を、ある温 参照）。

【００２１】 曲線を作成する要領につき述べる。 ここで、ｑは細穴１４ａを通過する樹脂の流量で、歯車
ポンプ１３ｃの１回転の吐出容量と回転数（速度）の積
で求める。ｒは細穴１４ａの半径である。また流量ｑと
樹脂圧力計１６の読みとから、周知の方法により粘度η
を算出しうる。同様にして図５の１／Ｔ−η片対数曲線
を作成しうる。

【００２２】次に座標系を決める。ここに座標は、図９
に示すように流れ方向をｘ方向、厚み方向をｙ方向、幅
方向をｚ方向とする。また、ダイリップのすき間を２
ｈ，１レーンにおける幅をＷとする。さらに、ｘ方向、
ｙ方向、ｚ方向の流速をそれぞれｖ_ｘ，ｖ_ｙ，ｖ_ｚとす
る。仮定として、ｖ_ｙ＝ｖ_ｚ＝０ すなわち、流れはｘ
方向のみに存在するものとする。

【００２３】このような仮定により、次のような式が導
き出される。溶融樹脂は指数法則に従う非ニュートン流
体とする。また粘度の温度依存性はアレニュース型とす
れば、 ここで、 τ ： 剪断応力 η ： 見掛けの粘度 Ｔ ： 絶対温度 Ａ，Ｂ： 定数 ｎ ： 粘度指数 境界条件として ダイスリット壁面ｙ＝ｈにおいて、 ｖ_ｘ ＝ ０ ｙ＝０面上において、 ｄｖ_ｘ／ｄｙ＝０，ｄＴ／
ｄｙ＝０ 粘性摩擦による発熱は他の項目に比較して小さく無視し
得るものとする。このような仮定により、 ここにｄｐ／ｄｘはｘ方向の圧力勾配を示す。 ここに、 ρ ：樹脂溶融体の密度 Ｃ_ｐ：定圧比熱 Ｔ ：壁面と樹脂の温度（絶対温度） ｋ ：熱伝導度 （３）式より、流速分布を与える式として、次の関係が
得られる。 ここで、 Ｃ＝Ａｅｘｐ（Ｂ／Ｔ） ｎの値は図４に示す剪断速度−粘度両対数曲線の傾斜角
θから求めることができる。 すなわち、 ｎ−１＝ｔａｎθ …（６） また、Ａ，Ｂの値は図５に示す温度の逆数−粘度の片対
数曲綿の傾斜角より すなわち、 Ｂ＝ｔａｎα …（７） さらに、線をη軸まで延長した切片の長さをＣとする
と、 を使って、Ａの値を求めることができる。 ここでＱは樹脂の流量をあらわす。また、

【００２４】そのうえで、次のようなステップにより制
御が行なわれ（図６、図７および図８参照）、シートＳ
Ｈの厚さを制御する。 ＜ステップ１＞現在押出中の樹脂に対する、粘度計の１
３の出力情報から η＝Ａｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）（ｄｖ_ｘ／ｄｙ）^ｎ−１ の
Ａ，Ｂ，ｎを求める＜ステップ２＞樹脂温度検出手段６
ｉおよび１１の初期温度をＴ_ｏとする。このためには、
ヒータ６ｈおよび１０が、制御手段１７により制御され
る。初期温度Ｔ_ｏは、押出の諸条件に関連して定められ
る。 ＜ステップ３＞レーン番号Ｌを初期値の１とする。 ＜ステツプ４＞レーン番号Ｌにおけるシート厚さＳを、
厚さ計１２の出力として入力する。 ＜ステップ５＞Ｓ＝０か否かを判断する。ＹＥＳならば
シートＳＨが無いものとして、終りとする。ＮＯならば
ステップ６に進む。

【００２５】＜ステップ６＞シートＳＨの厚さの目標値
をＳ_ｏ、厚さの許される偏差、すなわち許容値をΔ ＹＥＳならばステツプ７へ、ＮＯならばステップ２０へ
進む。 ＜ステツプ７＞シミュレーション回数Ｎを初期値の１と
する。 ＜ステップ８＞Ｓの値から、そのレーンにおける樹脂流
量Ｑを計算する。 すなわち、 ここで、ｗは溶融した状態での１レーンに相当するシー
トの幅、速さはシートＳＨの速さである。 ＜ステツプ９＞ 但しＣの値はＴ＝Ｔ_ｏ における値としてｄｐ／ｄｘを
計算する。 ＜ステツプ１０＞ からｖ_ｘを計算する。

【００２６】＜ステップ１１＞ ｙ＝ｈで Ｔ＝Ｔ_ｏ±ＮΔＴ_ｗ ｙ＝０で ｄＴ／ｄｙ＝０ ｘ＝０で Ｔ＝Ｔ_ｏ ここで Ｓ_ｏ−Ｓ≧０ ならば＋、そうでないならば−
の符号をとる。この境界条件の下に解き、そのレーン内
における温度分布を計算する。またＡＴ_ｗは、樹脂温度
を少しずつ変化させてシミュレーションを行なうにあた
っての温度差で、このΔＴ_ｗの値を過大に設定すると、
厚さ制御の精度が悪くなり、過小に設定すると、演算時
間が長くなるから、適宜に定める。 ＜ステップ１２＞温度分布に対応するそのレーン内にお
ける新たなηの分布（Ｃの分布）を求める。ここで、 Ｃ＝Ａｅｘｐ（Ｂ／Ｔ） ＜ステップ１３＞Ｃの分布と、 とから、そのレーン内の流速の分布を求める。 ＜ステップ１４＞流速分布を、そのレーン内において数
値積分を行ない、そのレーン内の流量Ｑ_１を求める。 ＜ステップ１５＞流量Ｑ_１よりシート厚さＳ_１を求め
る。〔（１１）式に準じて計算。〕

【００２７】＜ステップ１６＞ ップ１７に進む。 ＜ステップ１７＞樹脂温度検出手段６ｉおよび１１の温
度がＴとなるように、ヒータ６ｈおよび１０を制御す
る。そしてステップ２０に進む ＜ステップ１８＞Ｎ＝Ｎ＋１とする。 ＜ステップ１９＞Ｓ_１＝Ｓとし、ステップ８に戻る。 ＜ステップ２０＞Ｌ＝Ｌ＋１とし、ステップ４に戻る

【００２８】

【発明の効果】この発明は前記のように、あらかじめ樹
脂の特性を算出して、温度とシートの厚さとの相関関係
を知ったうえで、シート厚さを制御するようにしたか
ら、シート押出中に、局部的に厚さに変化を生じても、
すみやかに対応しうる。そのため製品の歩留まりを向上
させうるという効果がある。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】 全体断面図

【図２】 要部断面図

【図３】 概略斜面図

【図４】 剪断速度−粘度曲線

【図５】 絶対温度の逆数−粘度曲線

【図６】 フローチャート−１

【図７】 フローチャート−２

【図８】 フローチヤート−３

【図９】 座標説明図

【符号の説明】

１ 押出機 ６ ダイ ６ｅ 出口 ６ｆ リップ ６ｇ リップ １０ ヒータ １２ 厚さ計 １３ 粘度計 １７ 制御手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性合成樹脂を加熱溶融せしめた状
   態で押出機によってダイより押し出し、シートを成形す
   る装置であって、前記ダイの出口は、長手方向に延びる
   すき間を有して一対のリップが対面して設けられ、この
   リップは長手方向に複数のレーンに分割され、この各レ
   ーンには、このすき間に充満している熱可塑性合成樹脂
   の温度を調整する樹脂温度調整手段が設けられ、一方、
   この熱可塑性合成樹脂の粘度を計測するキャピラリ方式
   の粘度計が前記押出機にオンラインにまたはオフライン
   に設けられ、この粘度計の出力はコンピュータを含む制
   御手段に入力され、さらにこの制御手段は、前記樹脂温
   度調整手段に対する入力を制御して、前記すき間から押
   し出されるシートの厚さを均一に制御するようにしたこ
   とを特徴とする、前記シート成形押出装置。
2. 【請求項２】 ダイの前方には、押し出されたシートの
   厚さを検出する厚さ計が設けられ、粘度計は、熱可塑性
   合成樹脂の圧力、温度および流量を出力し、制御手段
   は、前記圧力、温度および流量を入力して、熱可塑性合
   成樹脂の受ける剪断速度−樹脂温度−粘度の特性を算出
   すると共に、前記リップの各レーン毎の樹脂温度計から
   の出力を前記制御手段に入力して、前記特性を考慮し
   て、樹脂温度調整手段に対する制御を行なうべくした、
   請求項１のシート成形押出装置。
3. 【請求項３】 制御手段は、粘度計からの圧力、温度、
   および流量を入力し 結果を用いて、ダイのあるレーンにおけるダイ出口近辺
   の壁面の与えられた温度においての樹脂温度分布、さら
   にダイのすき間を流れる熱可塑性合成樹脂の流速分布を
   求め、次にこれを積分して、前記レーンにおける流量お
   よびシート厚さを計算し、これを厚さ計の出力情報と対
   比して、前記レーンにおける樹脂温度を制御するように
   した、請求項２のシート成形押出装置。