JP3180311B2 - 押出成形機の材料供給量測定装置およびこれを用いた押出成形機の吐出量制御装置 - Google Patents

押出成形機の材料供給量測定装置およびこれを用いた押出成形機の吐出量制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は押出成形機の材料供
給量測定装置およびこれを用いた押出成形機の吐出量制
御装置に係り、押出成形機からの押出し成形品の品質の
均一化に寄与する材料供給量測定装置および吐出量制御
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラスチックパイプ等の長尺物やプラス
チックシート等の積層物を押出成形する押出成形ライン
は、例えば図３に示すように、押出成形機１に引取機３
を連結させ、押出成形機１から溶解プラスチック材料を
押出した成形品５を引取機３で引取り成形するような構
成になっている。そして、押出成形機１は、主スクリュ
ー７を内蔵したシリンダー９を成形機台１１に乗せ、こ
の成形機台１１には主スクリュー７を回転駆動する押出
用モータ１３や、この押出用モータ１３の回転数を検出
する回転数検出センサ１５を配置している。
【０００３】シリンダー９上には、プラスチック材料を
シリンダー９内へ供給するホッパー１７が配置されてお
り、ホッパー１７の上部にはホッパー１７内へ補充する
プラスチック材料を詰めた材料貯蔵部１９が配置されて
いる。ホッパー１７には、図４に示すように、ホッパー
自体の重量を測定する計量部２１が接続されており、計
量データが制御装置Ａ（図４では図示省略）へケーブル
等を介して出力されるようになっている。そのため、ホ
ッパー１７は計量釜又は計量ホッパーと呼ばれる材料供
給部となっている。
【０００４】ホッパー１７内のプラスチック材料の残量
が少なくなると、制御装置Ａからの制御によって材料貯
蔵部１９（図３とは若干図示を変更した。）のシャッタ
ー１９ａ等が開いて、プラスチック材料がホッパー１７
内へ補充されるようになっている。もっとも、手動でシ
ャッター１９ａを開いてプラスチック材料を補充する場
合もある。図３中の符号２３および２５は、シリンダー
９に配置された温度センサや圧力センサである。
【０００５】そのような押出成形ラインでは、ホッパー
１７からシリンダー９へ供給されたプラスチック材料が
加熱溶解されるとともに、主スクリュー７の回転駆動に
よってシリンダー９の先端のダイス（図示せず）から成
形品５として押出される。押出された成形品５は、引取
用モータ２７によって回転駆動された引取ローラ２９に
よって引き取られて製品化される。
【０００６】引取用モータ２７の回転数はセンサ１５と
同様な回転数検出センサ３１によって検出され、制御装
置Ａに出力されるようになっている。制御装置Ａは、計
量部２１からの計量データ、回転数検出センサ１５、３
１からの押出用モータ１３や引取用モータ２７の回転数
信号を取込み、押出される成形品５の単位時間当たりの
吐出体積が均一になるようそれらモータ１３、２７の回
転数を制御する。
【０００７】従来、そのような押出成形ラインにおい
て、シリンダー９からの吐出量、すなわち押出される成
形品５の体積を均一化して製品の品質を一定に保つため
に、例えば図５に示すように、ホッパー１７内への材料
投入後の測定期間（押出期間）と、この測定期間の始期
と終期におけるホッパー１７内のプラスチック材料の最
大値および最小値（計量部２１で計量される。）から材
料供給量（消費量）を測定する一方、この測定結果とダ
イスの押出断面積等との関係から押出される成形品５の
体積を演算し、これを所望の吐出量に近づけるよう押出
用モータ１３や引取用モータ２７の押出速度や引取速度
を制御し、吐出量を制御していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、押出成
形ラインにおける上述した従来の材料供給量測定手法や
吐出量制御手法には、以下のような不都合な点があっ
た。すなわち、ホッパー１７内のプラスチック材料は、
主スクリュー７の回転に伴って押出成形機１から押出さ
れるプラスチック材料の減少分に応じて自重で落下して
シリンダー９内に供給されていくが、主スクリュー７の
回転中にシリンダー９の材料投入口９ａ付近を主スクリ
ュー７の山部７ａが定期的に通過することになる（第４
図参照）。
【０００９】そして、主スクリュー７の山部７ａがシリ
ンダー９の材料投入口９ａ付近を通過する際に、主スク
リュー７の山部７ａが、ホッパー１７を押し上げる状態
となって測定重量が一時的に減少したようになり、測定
重量の時間的変化が振動を伴うことになる。そのため、
計量部２１で測定されたシリンダー９内へのホッパ重量
は、材料貯蔵部１９から材料の補充がない場合、図５中
の斜の直線のように変化せず、同図中の波形の破線で示
すように、振動を伴って減少していくから、短い区間測
定で材料供給量を測定すると大きな誤差が生じ易く、比
較的長い期間、例えば短くとも数分間程度で測定しなけ
ればならず、正確なホッパ重量を早く測定することが困
難で、成形品５の品質の均一化や厚みの速やかな変更制
御も困難であった。
【００１０】もっとも、計量部２１から得られた材料の
単位時間当たりの供給量変化データに対してフィルター
にかけてソフトウェア的に処理したり、図示はしない
が、材料を一定供給する補助材料供給機構をホッパー１
７と主スクリュー７間に設け、正確な材料供給量を得る
試みもある。しかしながら、計量部２１からの測定デー
タをソフトウェア的に処理する手法は、測定データを例
えば１次遅れフィルターにかけて振動的な変化を均一に
するものであるが、十分時定数の長い１次遅れフィルタ
ーを用いる必要であり、結局、測定データの変動に対し
て早い対応が困難である。
【００１１】また、移動平均法で振動的な変化を均一化
する手法もあるが、移動平均法ではフィルター効果が周
波数に対して一様でないため、主スクリュー７の回転が
変動した場合には、フィルター効果が低下するという問
題があった。さらに、ホッパー１７と主スクリュー７間
に補助材料供給機構を設ける構成では、構造が複雑とな
るうえコストが大幅にアップし易い難点がある。そのた
め、押出成形機１への材料供給量の単位時間当たりの変
化を正確かつ早く測定できる材料供給量測定装置や、押
出成形機１の押出用モータ１３等の回転数を制御して吐
出量の安定化を図ることができる吐出量制御装置の提供
が望まれていた。
【００１２】本発明はそのような状況の下になされたも
ので、押出成形機の材料供給量の変化を正確かつ早く測
定可能な材料供給量測定装置を提供するものである。ま
た、本発明は、押出成形機からの吐出量の安定化を図る
ことが可能な吐出量制御装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明に係る材料供給量測定装置は、押出成形
機のスクリュー側へ材料を供給する材料供給部の重量を
測定する計量部と、そのスクリューの回転数を測定する
回転数測定部と、その計量部で測定した測定データであ
ってその測定回転数に基づくＮ（正の整数、以下同
じ。）回転周期毎に取込んだその測定データからそのス
クリュー側への単位時間当たりの材料供給量を演算する
制御部とを具備している。
【００１４】しかも、本発明の材料供給量測定装置は、
そのスクリューの複数回転周期毎に測定データを取込む
ようその制御部を形成することも可能である。また、本
発明に係る吐出量制御装置は、押出成形機のスクリュー
側へ材料を供給する材料供給部の重量を測定する計量部
と、そのスクリューの回転数を測定する回転数測定部
と、その計量部で測定した測定データであってその測定
回転数に基づくＮ回転周期毎に取込んだその測定データ
からそのスクリュー側への単位時間当たりの材料供給量
を演算し、この演算結果から得た制御信号を、少なくと
もスクリューの回転駆動モータ側へ出力してその押出成
形機から押出される吐出量を制御する制御部とを具備し
ている。
【００１５】そして、本発明の吐出量制御装置は、その
スクリューの複数回転周期毎に測定データを取込むよう
その制御部を形成することも可能である。さらに、本発
明の吐出量制御装置は、その制御部からの制御信号によ
って少なくともスクリューの回転駆動モータを速度制御
する速度指令部を設け、その制御部から次の制御信号が
出力されるまで当該制御信号を継続して出力するようそ
の速度指令部を形成すると良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
図面を参照して説明する。図１は本発明に係る材料供給
量測定装置およびこれを用いた吐出量制御装置の一形態
を示すブロック図である。なお、押出成形ラインの構成
は上述した図３と同様であるのでこれを参照する。図１
において、計量部３３は、図３の計量部２１に対応する
もので制御部３５に接続されており、材料供給部として
のホッパー１７を吊る等してその重量を測定して電気信
号に変換し、制御部３５へ出力するものである。
【００１７】ホッパー１７の重量は変化しないから、ホ
ッパー１７の重量を連続して又は所定のタイミングで測
定することにより、測定データの変化がホッパー１７か
ら主スクリュー７側への材料の供給量（消費量）に対応
することになる。回転数測定部３７は、主スクリュー７
の回転数を測定する回転数検出センサであって制御部３
５に接続されており、図３の回転数検出センサ１５、３
１と同様にタコジェネレータやロータリーエンコーダか
ら形成され、主スクリュー７の回転数を制御部３５へ出
力するものである。
【００１８】しかも、この回転数測定部３７は、主スク
リュー７の１回転周期毎に１個のパルスを制御部３５へ
出力する機能も有している。もっとも、この１回転周期
毎のパルスは、主スクリュー７の回転周期に同期した１
個のパルスであれば良い。制御部３５は、回転数測定部
３７からの主スクリュー７の回転数と主スクリュー７に
同期したパルスを取り込み、このパルスに同期させて計
量部３３からの測定データを取り込み、取り込んだ測定
データを所定期間、例えば１秒間とか数秒間、又は長く
ても数十秒間の重量変化を測定して単位時間当たりの材
料のシリンダ９への供給量を演算する機能を有してい
る。
【００１９】このように構成した材料供給量測定装置で
は、図４のように主スクリュー７の山部７ａがシリンダ
ー９の材料投入口９ａ付近を通過することにより、ホッ
パ重量の測定データが例えば図２の波形のように生じた
場合、主スクリュー７の１回転周期の任意の起点で１回
目のホッパ重量測定を行い、次に主スクリュー７の１回
転周期後の時点で２回目のホッパ重量測定を行う。１回
目と２回目のホッパ重量の測定点は、ホッパ重量測定波
形を示す図２の波形から、例えば、山から山までの２点
間、谷から谷までの２点間、谷から山への中点どうしの
２点間等となる。
【００２０】上記測定から、主スクリュー７の１回転に
かかる時間毎の材料供給量（消費量）は、１回目のホッ
パ重量と２回目のホッパ重量の差を計算することにより
求められる。そのため、材料供給量が振動を伴って減少
変動していても、主スクリュー７の毎回転毎にほぼ同じ
位置の測定データが取込まれて、材料供給量がほぼ正確
に測定可能となるし、主スクリュー７の１回転毎や数回
転毎といった短期間単位で測定可能で、例えば１〜数秒
毎といったように短かい単位時間当たりの正確な測定が
可能である。
【００２１】しかも、ホッパ重量の変動は、主スクリュ
ー７に同期させてこの回転に起因して生じるから、その
変動も通常は図２に示すように波形の振動変動を伴い、
主スクリュー７の１回転周期に１回の測定データを取り
込むことにより、主スクリュー７の山部７ａがホッパー
１７の下部を通る場合の測定誤差を解消し、材料のほぼ
正確な供給量測定が可能である。
【００２２】ところで、上述した本発明の材料供給量測
定装置では、回転数測定部３７が主スクリュー７の回転
に同期させた１回転周期毎に１個のパルスを制御部３５
へ出力する構成であったが、その主スクリュー７の複数
回転周期毎にパルスを制御部３５へ出力するよう構成
し、制御部３５では主スクリュー７の複数回転周期毎に
測定データを取り込み、単位時間当たりの材料の供給量
を演算する構成も可能である。要は、主スクリュー７の
回転周期に同期させてＮ回転周期毎に測定データを取り
込めば良い。
【００２３】このように、主スクリュー７の複数回転周
期毎に測定データを取り込んでも、図５に示す従来の測
定期間に比べて、極めて短い単位時間であるから、正確
な供給量を得ることが可能である。さらに、主スクリュ
ー７の毎回転周期で測定データを取込む構成に比べ、測
定タイミング（サンプリング周期）が長くなるから、高
速演算の必要がなくなって演算用の回路又はソフトウェ
アが軽くなるし、主スクリュー７が高速回転しても、演
算が追いつく利点がある。
【００２４】もっとも、複数回転周期としては、制御精
度の観点から数回転周期、長くても２０回転程度の周期
が好ましい。上記方式で、Ｎを複数にしてＮ回転周期の
Ｎ回を固定とした場合、主スクリュー７の回転数が大き
く変化したとき、サンプリング周期も大きく変化する。
このため、サンプリング周期を一定にしたい場合、この
複数回転周期（Ｎ）は、 Ｎ＝｛主スクリュー回転数（回／秒）｝／｛サンプリン
グ周期（回／秒）｝ とし、Ｎを可変にすることにより、主スクリュー回転数
が大きく変化した場合でも、サンプリング周期を一定に
することで、正確な供給量を得ることが可能である。
【００２５】次に、上述した材料供給量測定装置を用い
た吐出量制御装置を説明する。この吐出量制御装置は、
上述した計量部３３、制御部３５および回転数測定部３
７に、更に、速度指令部３９および押出用モータ４１や
引取用モータ４３を加えるとともに、制御部３５の機能
を拡大したものである。すなわち、速度指令部３９は、
制御部３５の演算に基づく回転数信号としての制御信号
により、図３の押出用モータ１３や引取用モータ２７と
同様な押出用モータ４１や引取用モータ４３を回転駆動
させる速度指令信号を出力するとともに、制御部３５か
ら次の回転数信号が出力されない限り、同じ速度指令信
号を押出用モータ４１や引取用モータ４３へ継続して出
力し続けるようなラッチ機能又はメモリー機能を有して
いる。
【００２６】制御部３５は、回転数測定部３７からの押
出用モータ４１や引取用モータ４３の回転数に基づき、
これらを所望の回転数に回転制御する回転数信号を速度
指令部３９へ出力するものである。しかも、制御部３５
は、上述したように主スクリュー７の１回転毎に、材料
のシリンダ９への供給量を演算し、この演算結果から、
押出される成形品５の体積を演算し、所望の又は設定し
たその体積との差が小さくなるようなデータで補正した
回転数信号を制御信号として速度指令部３９へ出力する
機能を有している。
【００２７】このような本発明の吐出量制御装置では、
材料の正確な供給量から押出用モータ４１や引取用モー
タ４３の回転数信号を制御信号として出力するから、主
スクリュー７や引取ローラ２９によって押出成形機１か
ら押出される成形物５の吐出量を正確に制御することが
可能で、体積の均一な成形品５を製造可能であるし、吐
出量を変更制御しても早く安定し易い。しかも、ラッチ
機能を有する速度指令部３９を有するから、制御部３５
から次の制御信号が出力されるまで当該制御信号が押出
用モータ４１や引取用モータ４３へ継続して出力され、
押出用モータ４１や引取用モータ４３の円滑な回転を確
保できる。
【００２８】もっとも、本発明の吐出量制御装置では、
必ずしも速度指令部３９を設けなくとも本発明の目的達
成が可能であり、速度指令部３９を設けない構成では、
制御部３５から押出用モータ４１や引取用モータ４３側
へ速度信号を出力するよう形成すれば良い。さらに、押
出用モータ４１や引取用モータ４３の双方を制御する場
合に限らず、少なくとも押出用モータ４１を制御する構
成も可能である。また、本発明の吐出量制御装置では、
主スクリュー７の複数回転周期毎に取込んだ測定データ
から材料供給量を演算する構成も可能であることは言う
までもない。
【００２９】ところで、本発明の吐出量制御装置では、
材料のシリンダ９への供給量の演算結果から押出される
成形品５の体積を演算し、その体積が均一となるよう又
は所望の体積となるよう制御部３５から回転数信号を出
力する構成であるが、材料のシリンダ９への供給量をほ
ぼ正確かつ早く測定しても、主スクリュー７の回転によ
ってシリンダ９から溶解プラスチック材料が押出される
までには多少の時間的遅れがあるものの、いわゆるむだ
時間を考慮して押出用モータ４１や引取用モータ４３を
制御すれば良いから、吐出量をほぼ正確に制御可能であ
る。なお、上述した各実施の形態では、１個の主スクリ
ュー７を有する押出成形機１を用いて説明したが、本発
明は複数のスクリューを用いた押出成形機において応用
可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の材料供給量
測定装置は、計量部で押出成形機の材料供給部の重量を
測定し、回転数測定部で測定したスクリューの測定回転
数に基づく１回転以上の１周期毎に、制御部でその測定
部からの測定データを取込んで押出成形機のスクリュー
側への材料供給量を演算する構成としたから、押出成形
機への材料供給量の変化を正確かつ早く測定可能とな
る。しかも、そのスクリューの複数回転周期毎に測定デ
ータを取込んで材料供給量を演算するようその制御部を
形成する構成では、材料供給量の測定精度を維持したま
ま、演算に余裕が生じ、スクリューの高速回転制御にも
対応可能である。また、本発明の押出成形機の吐出量制
御装置は、計量部で押出成形機の材料供給部の重量を測
定し、回転数測定部で測定したスクリューの測定回転数
に基づく１回転以上の１周期毎に、制御部で、その測定
部からの測定データを取込んで押出成形機のスクリュー
側への材料供給量を演算するとともに、その制御部で演
算結果から得た制御信号を少なくともスクリューの回転
駆動モータ側へ出力して押出成形機の吐出量を制御する
から、押出成形機からの吐出量が均一化され、押出し成
形品の品質の安定化を図ることが可能となるし、構成も
複雑とならない。そして、その吐出量制御装置におい
て、そのスクリューの複数回転周期毎に測定データを取
込んで材料供給量を演算するようその制御部を形成する
構成では、演算に余裕をもたせた状態で吐出量制御が可
能である。さらに、吐出量制御装置において、ラッチ機
能を有する速度指令部で少なくともスクリューの回転駆
動モータを速度制御する構成では、スクリューの円滑な
回転を確保できるから、この点からも成形品の品質の一
層の安定化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る材料供給量測定装置および吐出量
制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【図２】図１の実施態様の動作を説明する図である。
【図３】押出成形ラインを説明する図である。
【図４】従来の材料供給構成を説明する図である。
【図５】従来の材料供給量測定動作を説明する図であ
る。
【符号の説明】
１ 押出成形機 ３ 引取機 ５ 成形品 ７ 主スクリュー（スクリュー） ９ シリンダー １１ 成形機台 １３、４１ 押出用モータ １５、３１ 回転数検出センサ １７ ホッパー（材料供給部） １９ 材料貯蔵部 １９ａ シャッター ２１、３３ 計量部 ２３ 温度センサ ２５ 圧力センサ ２７、４３ 引取用モータ ２９ 引取ローラ ３５ 制御部 ３７ 回転数測定部 ３９ 速度指令部 Ａ 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−150654（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−258119（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−150655（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−241900（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−96608（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−290556（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 47/00 - 47/96

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 押出成形機のスクリュー側へ材料を供給
    する材料供給部の重量を測定する計量部と、 前記スクリューの回転数を測定する回転数測定部と、前記計量部で測定した測定データであって 前記測定回転
    数に基づくＮ（正の整数）回転周期毎に取込んだ前記測
    定データから前記スクリュー側への材料供給量を演算す
    る制御部と、 を具備してなることを特徴とする押出成形機の材料供給
    量測定装置。
  2. 【請求項２】 前記制御部は、前記スクリューの複数回
    転周期毎に前記測定データを取込むものである請求項１
    記載の押出成形機の材料供給量測定装置。
  3. 【請求項３】 押出成形機のスクリュー側へ材料を供給
    する材料供給部の重量を測定する計量部と、 前記スクリューの回転数を測定する回転数検出部と、前記計量部で測定した測定データであって 前記測定回転
    数に基づくＮ（正の整数）回転周期毎に取込んだ前記測
    定データから前記スクリュー側への材料供給量を演算
    し、この演算結果から得た制御信号を、少なくとも前記
    スクリューの回転駆動モータ側へ出力して前記押出成形
    機から押出される吐出量を制御する制御部と、 を具備する押出成形機の吐出量制御装置。
  4. 【請求項４】 前記制御部は、前記スクリューの複数回
    転周期毎に前記測定データを取込むものである請求項３
    記載の押出成形機の吐出量制御装置。
  5. 【請求項５】 前記制御部からの前記制御信号によって
    少なくとも前記スクリューの回転駆動モータを速度制御
    する速度指令部であって、前記制御部から次の前記制御
    信号が出力されるまで当該制御信号を継続して出力する
    速度指令部を有する請求項３又は４記載の押出成形機の
    吐出量制御装置。
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