JPS58148740A - プラスチツク成形機の樹脂温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、押出機などのプラスチック成形機を用いて
プラスチックを成形する際、成形機内の樹脂温度を成形
に最適な温度に制御するだめのプラスチック成形機にお
ける樹脂温度制御方法に関する。

プラスチッ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、押出址の増加、スコーチの緘少、エネル
ギーコストの低減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の谷測温ゾーン、Ｃ
Ｉ　＋”２　＋ＣＲ＋”４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（または１里込みヒータ）６・
・・および冷却プロア７・・・をこれら温度調節、ｆ１
′５・・・で制御さぜる方法によって行われている。

しかし、この制御方法では測温素子４・・・による測定
温度とシリンダ２内の樹脂温度との間に大きな差がめる
ことが最近判明した。すなわち、シリンダ２内部の浴融
樹脂は、バンドヒータ６・・・からの加熱以外に、スク
リュ８０回転による球擾熱や圧縮ゾーンでの圧縮による
発熱などによってその温度か上昇する。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
°Ｃとし、測温素子４による測定温度が１２０℃であっ
ても、ｆ６融樹樹脂度は１３０〜１４０°Ｃとなってい
る。

また、押出機ｌの周囲の室温やバンドヒータ６・・・の
容置、シリンダ２の熱容量などによっても溶融樹脂の温
度は影響をうけ、測温穴３・・・による測温では、火際
のＩ＠融樹脂温度を正確に把握することは不可能であっ
た。このため、シリンダ２の内表面やスクリュ８の外六
面に測温素子４の感ｌ晶部をは接樹脂に接触するように
設け、シリンダ２内の浴融樹脂の温度を直接測定する方
法を本発明者等は！１案してきたか、これらの方法では
測温素子４の感温部が直接溶融状態の樹脂に常時接触し
ているので、測温素子４の感温部の摩耗の問題がめりＧ
１１ｊτ席累子４をたびたび取り侠えねばならず、押出
機ｌの長期連続体動上に問題がある。甘たさらにシリン
ダーに貫通孔を設けたものは長期の使用によって孔の周
辺にクラック等が生じる等の問題も判明した。

そこで、本発明者らはさらに検討を重ねたところ、シリ
ンダ壁２の厚み方向に例えば、第２図に示すような温度
分布があることが判った。第２図の横軸はシリンダ２の
壁の厚み（朋）を示し、この場合、ＯＷ（Ｍはシリンダ
２の外表面、５０１１はシリンダ２の内表面を表わし、
また縦軸はシリンダ２の温度を表わす。そして、曲線Ｃ
２＋　Ｇ３　＋　Ｃ４はそれぞれ第１図の押出機ｌの各
測温ゾーンＣ１゜Ｇ３　＋　Ｃ４に対応する位１にのシ
リンダ２の温度分布を表わしたものである。そして、こ
のグラフから谷曲線を厚み５０」、すなわちシリンダ２
０内堀面の位置まで外挿すれば、シリンダ２内表面の溶
融樹脂の１７！度を予測できる可能性がらることを知見
した。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、シリンダ
内の溶融樹脂の温度を正確に予測でき、樹脂温度を′ｇ
に希望温度に保狩することができ、樹脂吐出僅の増大、
スコーチの減少、エネルギー節約が計られ、しかも測温
素子の摩耗がなく、押出機などを長期連続梶動さぎるこ
とのできるプラスチック成形機の樹脂温度制御方法を提
供することを目的とし、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、これらの測温素子によって州られた測定温度からシ
リンダ内の溶融樹脂温度を予測し、この子側温度と８ｉ
望樹脂温度との偏差に基づいて溶融樹脂温度を制御する
ことを特徴とするものである。

以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

まず、この発明の温度制御方法における測温素子の配置
を第３図によって説明する。第３図は、この発明を適用
した押出機ｌのシリンダ２をこのシリンダ２の帽に直交
する平面で切断したシリンダ断面を示すもので、第１図
に示したものと同一構成部分には同一符号を付しである
。また、スクリュ８は／ｆ１ｍｈしである。シリンダ２
の測温ゾーンＣ１に対応する位置には、３つの測温穴３
ａ　、　３ｂ　。

３ｃか同一平面内に、互いに１２０゛の角度でシリンダ
２の中心軸に向って穿設されている。これら３つの測温
穴３ａ、３ｂ、３ｃの内、１番目の測温穴３ａはシリン
ダ２内表面から約５１１１１の厚みを残して穿設され、
２番目の測温穴３ｂはシリンダ２内表面２から約ｓ　ｍ
ｘの厚みを残して穿設され、３番目の測温穴３Ｃは同じ
く約１５１１ＩＫの厚みを残して穿設されている。これ
らの測温穴３ａ、３ｂ。

３Ｃの深さは、押出機ｌのシリンダ２の厚みによって変
化し、上記の深さはシリンダ２の厚みが２５〜５０ｍ１
１の場合に好ましい値である。なお条件にもよるが、測
温穴の一番浅い位置でもシリンダー壁厚の１／２程度ま
での位置とするのが実際的である。そして、これらの測
温穴３ａ　、　３ｂ　、　３ｃの底部には熱電対などの
測温素子４ａ、４ｂ、４ｃがそれぞれ挿入、固定されて
おり、これら測温素子４ａ、４ｂ、４ｃが配役されたシ
リンダ２の温度か測定されるようになっている。このよ
うに、シリンダ２に、シリンダ２内表面からの距離を変
化させて測温素子４ａ、４ｂ、４ｃを配設することによ
り、第２図に示した１つの測温ゾーンＣＩに対する温度
分布的Ｍか得られることになる。ここで１番目の測温穴
３ａによる測温位置をＬ、２番目の測温穴３ｂによる測
温位置をλイ、３番目の測温穴３Ｃによる測温位Ｉｊｄ
ｔをＮとし、それぞれの測温索子４ａ、４ｔｉ、４ｃに
よる測定温度をＴ　Ｌ　。

ＴＭ、ＴＮとし、さらに、測温素子４ａ、４ｂ、４ｃか
らの出力信号をＴＬ倍信号ＴＭ倍信号ＴＮ信号とする。

寸だ、押出機１の他の測温ゾーンＣ３＋　０４に対応す
るシリンダ２の位置にも、同様に３つの測温素子４ａ、
４ｂ、４ｃよりなる測温索子群が配置され、測温ゾーン
０３＋Ｃ４に対応した温度分布曲線が得られるようにな
っている。

そして、これらの測温索子４ａ、４ｂ、４ｃによって測
定されたシリンダ２のり、Ｍ、Ｎ位置の温度Ｔｌｌ、Ｔ
Ｍ、ＴＶ　　を表わすＴＬ倍信号ＴＭイｇ号、ＴＭ個号
は第４図に示す処理システムで演算処理される。第４図
はこの温度制御方法の処理システムの一例を示すもので
、１つの坦］瓢ゾーンＣ，に対応するもののみを示しで
ある。まず、測温素子４８．４’ｏ、４ｃより出力され
たＴＬ倍信号ＴＭ倍信号１１１４６号は、それぞれリニ
アライザ９，９゜９に入力されリニアライズされたのち
Ａ／Ｄ変侠器１０，１０．１０でディジタル化され、マ
イクロプロセッサ１１に入力される。また、同時にマイ
クロプロセッサ１１には、スクリュ８０回転数や押出機
１の周囲の室温などの溶融樹脂温度に変化を与えるパラ
メータが同様にリニアライザ９゜Ａ／Ｄ変挾器ｌＯを経
て入力される。

マイクロプロセッサ１１は、Ｔｌｌ信号、ＴＭ倍信号Ｔ
Ｎ信号から温度分布曲線を演算する。例えば温度分布曲
線が二次曲線で表わされるような場合には次式を仮定し
、 ｙ　＝　ａｘ”＋　ｌ）　ｘ　＋　Ｃ（１）ｙニジリン
ダ２の温度 Ｘニジリンダ２の内表面から測温位置までの距離 この（１）式に上記り、Ｍ、Ｈの各位置に対応する、ｚ
Ｌ、、ｚＭ、ｘＩＩおよび’／ＴＬ＋　ＶＴＭ＋’／Ｔ
Ｍを代入し、三元二次方程式を解くことにより（１）式
のａ。

ｂ、ｃが求まり、温度分布曲線を表わす式が確定される
。そして、この式にｘ−０（シリンダ２内表面）を代入
すれば、シリンダ２内表面の温度が求められる。この温
度には、別に人力されたスクリュ回転数や室温などのパ
ラメータから、予めメモリされている関係式によって求
められたこれらパラメータによって定まる補正温度が加
算され、予測温度とされる。さらに、この予測温度は、
別にメモリされた希望樹脂温度と比較され、その偏差が
求められ、この偏差に基づいて温度調節計５の設定温度
が演算される。この設定温度信号はＤ／Ａ変換器１２に
入力されてアナログ化され、温度ν４節計５に入力され
る。温間調節計５には、別に測温索子４ＣからのＴＮ信
号が入力されており、とのＴＮと設定温度とを比較して
、パントヒータ（または埋込ヒーター）６あるいはプロ
ア７を動作させて、ＴＮを設定温度に一致さぎる。また
、同時に測温索子４ｃからはＮ位置の温度変化がマイク
ロプロセッサ１１に入力され、これによって温度ｖＡＡ
ｌ６への上記設定温度の人力のタイミングが決められる
。かくして、Ｔ）Ｉを設定温間に一致さきることにより
、予測温度が希望樹脂温度と一致するようになる。なお
、温度調節＋１−１−５に測温索子４ｂからのＴＭ倍信
号入力し、これと設定温度とを比較してもよい。

このような温度制御方法によれば、３つの測温索子４ａ
　、４ｂ　、４ｃをシリンダ２内部に、シリンダ２内表
向からの距離を変化さ？て配設し、これによってシリン
ダ２内部の温度分布を求め、これよりシリンダ２内の溶
＃！Ｉｌ樹脂温度を求めているので、測温素子４を直接
溶融樹脂に接触さ？なくてよいので測温索子４が摩耗す
ることがない。また、このようにして求めた溶融樹脂温
度に、スクリュ回転数、室温などの溶融樹脂温度に変化
を与えるパラメータから求めた補正温度を加算し、予測
温度を求めているので、この予測温度はスクリュ（ロ）
転数、室温などが変動しても常に正確なものとなる。そ
して、この予測温度と希望樹ｕｉｉｉｇ度との偏差を求
め、この偏差に基づいて温度調節計５の設定温度を演算
し、この設定温度でシリンダ２の内表面に近い１ｑ点の
妃＃を制御しているので、浴融樹脂温度は速みやかに希
望温度に一致するとともに、シリンダ２を通過する熱の
時間的遅延によって生ずる溶融樹脂温度のサイクリング
現象か少なくなる。また、上記演算処理をマイクロプロ
セッサ１１によって行っているので、制御速度が早くな
り、短時間で溶融樹脂温度を目的の希望温度とすること
かできる。

なお、以上の例では測温素子４全１つの１ｌｌｌｌ温ゾ
ーンに３つ配設したが、押出機１０種類、押出条件によ
っては、シリンダ２の温度分布がｙ　＝　ａ　ｘ＋ｂあ
るいはｙ　＝”　ａ　ｌ　ｎ　ｘ　−１−ｈのような関
数で表わされることもありこの場合には２つの測温索子
４ａ、４ｂでよい。また、３つ以上の測温索子４を配設
し、より梢密に４対脂温度を予測してもよい。

さらに、３つの測温索子４ａ、４ｂ、４ｃを放射状に自
己設しているが、これに限られるものでなく、嶽するに
シリンダ２内表面からの距離を変化さ亡て配［Ｈすれば
よい。また、以上の例ではスクリュ回転数、室温などの
パラメータもマイクロプロセッサ１１に入力し、これに
起因する温度変化を抽圧するようにしているが、との桶
正金省略しても十分に溶融樹脂温度を制御することがで
き、この場合にはマイクロプロセッサ１１を／」・型の
ものとすることができる。

以上説明したように、この発明のプラスチック成形機の
樹脂温度制御方法は、プラスチッ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つ以
上測温素子を配設し、これらの測温索子による測定温度
からシリンダ内のｍ融ｍ脂温度を予測し、この予測温間
と希望樹脂温度との偏差に基づいて溶融樹脂温度を制御
するものである。したがって、この温度制御方法によれ
ば、スクリュ回転数や室温などが震動しても、材に溶融
樹脂温度を希望樹脂温度に維持することができる。また
、シリンダを通過する熱の遅延に起因する溶融樹脂＠舵
のサイクリング現象が少なくなり、温度変動かｌ」・さ
くなる。よって、浴融樹脂吐出ｔの増大、スコーチの減
少、熱エネルギーの節約が達成でき、高品質の成形品を
はコストで製造できる。また、測温素子を匝接浴Ｍｉｌ
ｌ何脂に接触さビる方法に比べて測温索子をほとんど取
替える必袂かなくなり、さらにまたシリンダー、スクリ
ューの破損というトラブルもなくなり成形機の長期連続
稼動が可能となる。

【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図は押出機のシリンダ内部の温度分
布を示すグラフ、第３図は、この発明の方法を適用した
押出機のシリンダ内部の測温素子の配役状態の一例を示
す断面図、第４図はこの発明の方法に用いられる処理シ
ステムの一例を示すブロック図である。 １・・・押出機、２・・・シリンダ、５・・・温度調節
ば［，６・・・バンドヒータ（又は埋め込みヒータ）、
７・・・プロア、３ａ・・・第１番の測温穴、３１）・
・・第２番の測温穴、３Ｃ・・・第３番の測温穴、・Ｉ
　ａ　、　４　ｂ　、　４　ｃ・・・沖」温素子、１１
・・・マイクロプロセッサ。 第１図 ［ ヒ 第４図 第１頁の続き ７２゛・発　明　者　渋谷朋衛 東京都江東区木場−丁目５番１ 号藤倉電線株式会社内 手続補正書ｃ目釦 特許庁長官殿 昭和５７　年　特許垢第３１４１　’１５号２、　発明
の名称 プラスチック成形機７）樹脂諷度読副方法３、　補正を
する者 特許出曙人 （５７ｇ）藤酋１線休式会社 ４、代理人 （２）図　面 ６、　　Ｗｊ正の内容 （１）明細書第４百第３〜第６行月の１第２図の横軸は
・・・・・・シリンダ２の外表面な表わし、」を「第２
図の横軸はシリンダ２の内表面からの距離Ｌｍｍｌを示
し、この場合０朋はシリンダ２の内表面、５０ｍ、はシ
リンダ２の外装面を表わし、」に訂正する。 （２）明細書第４頁第１１行目の［厚み５０朋、すなわ
ち」ン削除する。 （３）明細書第９頁第２０行目の「・・・・・・が決め
られる」の後に次の文章を加入する。 「なお、測温素子４ａまたは４ｂからのＬ位置またはＭ
位置の温度変化に基づいて上記入力のタイミングを決め
てもよい。」 （４）明細書箱１２頁＠２行目の「・・・・・・を制御
することができ、」を「・・・・・・を制御することが
可能な場合もあり、」に訂正する。 （５）明細ＩＩ＠１２Ｔｆ第４行目の「・・・・・・す
ることができる。」の後に次の文章を加入する。 ［さらに、上記の例では、押出機１の測温ゾーンＣ１、
Ｃ，、Ｃ４について本発明に係る濡彦制御方法を適用し
ているが、測温ゾーンＣ３についても同様に温度制御方
法を適用してもよい。しかし、通常の押出作業ではＣ２
、Ｃ３、Ｃ４の三ゾーンの濡麿制御で充分である。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流体熱媒を用いた加熱
、冷却手段・を・用いても（よ、い。 以下、実施例を示して、具体的に説明する。 〔実施例１〕 スクリュ径５０闘、Ｌ／Ｄ＝２０、シリンダ肉厚２５朋
、ヒーター容量Ｃ，・・・・・・２．２ＫＷ、Ｃ２、Ｃ
ｓ　、Ｃ４・・・・・・α７ＫＷ、ＰＩＤ流度調節計付
きた。 測温素子は第５図における測温位置り、Ｍに対応する４
ａ、４ｂの２点とし、シリンダ２の温間Ｌｔ　ｙ　＝　
ａ　ｘ　十ｂ・・・・・・（１）で表わされるものとす
る。 但し、ｙはシリンダ２の温度（”Ｃ）、ｘはシリンダ２
の内表面から測温位置までの距離（ｍｉ＋　）とする。 そして、（１）式において補正温度の加算を行った後の
温度、すなわち予個温崖をＹとする。 測定位置り、Ｍに対応する値をｘＬ’　７Ｌ、ＸＭ・７
Ｍとすると、 よって 補正温度の加算環は（ＦＴ、ｌ−７Ｍ）ｘｎとし、そし
て前記ユ値はスクリュ回転数、室温、などをパラメータ
として、予じめ測温用スクリュー等によって実際の樹脂
温度を制定して求められるものである。 シリンダ内表面ではｘ＝０１であるから（１つはとなる
。 よって、予測温度ＹじＣ）は、 となる。 今、ｘ＝１０ＢＨ１ＸＬ＝５順とすわば、（２）式はｙ
＝２１−ｙ　＋（ｙ　−ｙ　）Ｘｎ　　　　　　　・・
・・・・Ｃ２りＬＭ　　ＬＭ で表わされる。 測温位ＷｔＭの設定温冷は、 Ｃ８・たン・・・１２０℃固定 Ｃ２％Ｃ３，Ｃ，ゾーン・・・・・・マイクロプロセッ
サ−１からの指令による。 各ゾーンの希望樹脂温度Ｅ（”Ｃ）は、Ｃ８・・・・・
・特に定めず とする。 温度制御方法は、次の式によって新しい設定温度を演算
して湿度調節計５へ指令する方式とする。 新しい設定温度＝現在の設定温度− （Ｙ−ＩＥＩ）Ｘｏ、９　　　　　　・・・・・・（３
）（３）式におけるファクタ０９は希望樹脂温度に低目
から漸近させるようにしたもので、１でもよいが１では
希望樹脂温度をオーバすることがある。 以上の条件下において、スクリュ回転数′ｆ３０甲、６
０ｒｐ１１．７０ｒｌ１ｍと変化させて実際樹脂温度Ａ
ｆ−測定し、希望樹脂温度Ｅとの差を比較した６第１表
は、押出開始後、２〜４回の設定濡崖変更指令の後の各
ゾーンの７　Ｌ　ｓ　７　Ｍ　％　ｎ　ｓ　Ｙ　ｓ実際
樹脂温！’１１’（Ａｌ、希望樹脂ｉ′ｆｉＫ唯および
（Ａ）−〇の値を示す。なお、実際樹脂温度（至）は、
シリンダ２の各ゾーンに貰通孔を穿設して、測温素子を
溶融樹脂に接触するまで挿入して測定した。 第　　１　　表 上表から実際樹脂温（３）と希望樹脂温りとの偏差１（
３）−■１が最高でも約２．５℃であって従来例１．２
に比べるとかなり精密な樹脂温制御ができている。 このような方法で長時間運転すると品質、生産性等が改
善される。 次に、従来の温度制御法を適用した従来例を示す。 〔従来例１〕 実施例１の押出機と同様の押出機を用い、Ｃ，、ＣＩ　
、Ｃａ　、Ｃａの各ゾーンの測温位置Ｍで、測温しかつ
この温度を通常のＰＩｎ式温度調節計で１２０°Ｃに制
御した。使用樹脂、実際樹脂温度の測定、希望樹脂湿度
、スクリュ回転数は実施例１と同様である。第２表に、
各ゾーンのＭ点の濡廖、実際樹脂温度Ａ、希望樹脂温度
Ｅ、Ａ−Ｅを示す。 第　　　２　　　表 ｙｏはシリンダのＭ点での温度である。第４表から実際
樹脂温度Ａと希望樹脂温度Ｅとの偏差ＩＡ−Ｅｌは最高
的８℃にまでなっている。そして、この値は、スクリュ
ー回転数を更に上げた場合には偏差ＩＡ−Ｅｌは１０°
Ｃ以上になることもある。 〔比較例２〕 実施例１と同様の押出機を用い、測温位置を各ゾーンの
Ｍ点のみとし、樹脂温度予測式として、Ｙ−ｙＭ＋△Ｔ
１　半△Ｔ２　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
・【用但ｌ７、Ｙ・・・・・・予測樹脂温度 ３’Ｍ・・・・・・Δ（点のシリンダ温度△ＴＩ・・・
・・・室温による補正温度分△Ｔ、・・・・・・スクリ
ュ回転数による補正温度分を用いて、架橋剤入り低密度
ポリエチレン？押出した。 各ゾーンの設定温度は、 Ｃ，・・・・・・１２０℃固定 Ｃ，、Ｃ，、Ｃ４・・・・・・マイクロプロセッサから
の指令による。 また、各ゾーンの希望樹脂温度Ｅは ＣＩ　・・・・・・特に定めず Ｃ４・・・・・・１３０°Ｃ〕 とする。 温度制御方法は、次式によって新しい設定温度な演算し
てＭ点の濡廖を制御する温度調節計へ指令する方式とす
る。 新設定温度＝現在の設定温度−（Ｙ−Ｅ）Ｘα９・・・
（１２）その他の条件は実施例１と同様として、押出を
行った。第３表に押出開始後、２〜４回の設定濡麿変更
指令の後の各ゾーンのｙＭ、ｙ、実際樹脂温度Ａ１希望
樹脂温度Ｅおよび、Ａ、　−Ｅを示す。 ＊　ｙ　；シリンダーＭ点の温度 Ｍ ◆秦　Ｙ　；予測樹脂温 第３表より、実際樹脂温度Ａと希頃樹脂濡１ｆＥとの偏
差ＩＡ−Ｅｌは最高で約４．５℃となって、従来例１に
比べると小さくなっているが、まだ精密な樹脂湿度制御
とは言えない状態である。」（６）図面第２図分別紙の
通り訂正する。 （１２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラスチッ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って測定されたシリンダの温度か
   ら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蝋度を制御することを特徴とするプ
   ラスチック成形機の樹脂温度制御方法。