(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２軸押出機と、前記２軸押出機の下流側に直列に接続された吐出装置と、前記２軸押出機に原料を供給する複数の原料供給機と、前記２軸押出機の吐出圧力，稼働時の吐出能力値及び押出成形用樹脂の物性に基づいて前記２軸押出機先端部分における溶融樹脂充満量を経時的に計算し、計算された溶融樹脂充満量が目標値となるように前記各原料供給機の送出量を制御する吐出安定制御手段と、原料切替え指示が入力された際に、原料切替え時における前記原料供給機内の原料予想残量を計算し、原料予想残量が不足する場合にはその不足分を供給し、充足する場合は空送原料データを変更し前記原料供給機への原料輸送量を制御する原料輸送制御手段と、を備えたことを特徴とする樹脂溶融押出システム。
【請求項２】
前記原料供給機は、複数種類の原料を配合するための重量制御式の複数組のホッパーおよび計量器を有し、前記吐出安定制御手段は、樹脂配合比率に応じて前記各計量器の送出量を制御することを特徴とする請求項１記載の樹脂溶融押出システム。
【請求項３】
前記２軸押出機は複数のベントを備え、前記先端部分とは、最終ベント孔より下流側のメタリングゾーンであることを特徴とする請求項１記載の樹脂溶融押出システム。
【請求項４】
前記吐出装置は、ギアポンプ，単軸押出機，多軸押出機を含むことを特徴とする請求項１記載の樹脂溶融押出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、２軸押出機と複数の重量制御式定量原料供給機とを備え、数種類の原料の混合供給を行う樹脂溶融押出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、樹脂の溶融押出しを行う際は、図５に示すように、単軸押出機ｔが使用され、この単軸押出機ｔのホッパーに原料を供給するに至るには、原料を貯蔵するための複数のサイロｈ１  〜ｈ６  、それらのサイロから送出された原料の脱湿を行う前段の乾燥装置ｄ１  および後段の乾燥装置ｄ２  、真空装置ｖと接続されており、前工程により脱湿された原料の脱気を行う真空−常圧置換ホッパーｈ７  ，ｈ８  、原料供給量を制御する定量フィーダーｆ、混合機ｍ、上部ホッパーｈ９  を順次経由する。そして、図中、真空−常圧置換ホッパーｈ７  以降、単軸押出機ｔまでのラインは真空仕様となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した樹脂溶融押出設備においては、一般に、乾燥能力を持たないフリーチャージ方式の単軸押出機ｔを使用するため、その前工程に大規模な原料乾燥系を備える必要があり、さらに、水分の混入を防止するために系の大部分を真空仕様にする必要がある。加えて、複数の原料を混合する場合には、混合機ｍも必要となってくる。従って、単軸押出機を用いた従来のフリーチャージ方式の樹脂溶融押出設備では、設備のイニシャルコストが極めて高くつくという問題があった。さらにまた、原料ストックから単軸押出機に至るまでの系が長いだけでなくその経路中で、運転時間の極めて長い乾燥装置等を経由しなければならないため、原料の種類や混合比率を変更する際に原料の仕込み、切り替えを短時間で終了させることができず、したがって、銘柄切替え作業に多大な労力と時間を要するという問題があった。
本発明は以上のような従来の樹脂溶融押出設備における課題を考慮し、簡単な構成で樹脂溶融押出システムを構築でき、銘柄切替え作業を短時間で簡便に行うことのできる溶融樹脂押出システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２軸押出機と、２軸押出機の下流側に直列に接続された吐出装置と、２軸押出機に原料を供給する複数の原料供給機と、２軸押出機の吐出圧力，稼働時の吐出能力値及び押出成形用樹脂の物性に基づいて２軸押出機先端部分における溶融樹脂充満量を経時的に計算し、計算された溶融樹脂充満量が目標値となるように各原料供給機の送出量を制御する吐出安定制御手段と、原料切替え指示が入力された際に、原料切替え時における原料供給機内の原料予想残量を計算し、原料予想残量が不足する場合にはその不足分を供給し、充足する場合は空送原料データを変更し原料供給機への原料輸送量を制御する原料輸送制御手段と、を備えた樹脂溶融押出システムである。
【０００５】
本発明の原料供給機は、複数種類の原料を配合するための重量制御式の複数組のホッパーおよび計量器から構成することができ、その場合、吐出安定制御手段は、樹脂配合比率に応じて原料送出量を制御できるように各計量器と個別に接続されていることが好ましい。
本発明の２軸押出機は複数のベントを備えた構成が好ましく、その場合、先端部分とは、最終ベント孔より下流側のメタリングゾーンである。
本発明の吐出装置は、ギアポンプ，単軸押出機，多軸押出機等を含むことができる。
【０００６】
【作用】
本発明では、吐出安定制御手段に対し、実測もしくは目標値としての２軸押出機の吐出圧力が与えられ、２軸押出機の押出能力値及び樹脂物性が与えられると、吐出安定制御手段は、それらのデータに基づいて２軸押出機先端部分における樹脂充満量を計算し、その計算した樹脂充満量が目標値となるように原料供給機の送出量を制御する。原料輸送制御手段は、原料切替え指示が入力された際に、原料切替え時における原料供給機内の原料予想残量を計算し、その結果に応じて原料供給機への原料輸送量を制御する。これにより、樹脂溶融押出システムにおける２軸押出機の吐出量が安定し、原料切り替えが容易に実施できるようになる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の樹脂溶融押出システムの構成図である。同図において、ＦＤは重量制御式の原料供給装置（原料供給機）であり、原料貯蔵用のホッパーＨ１，Ｈ２  ，Ｈ３  と、それらのホッパー毎に設けられた計量器としてのベルトウェイングフィーダＦ１  ，Ｆ２  ，カセットウェイングフィーダＦ３  とから主として構成されている。本実施例においては、ベルトウェイングフィーダＦ１  は１５〜１５０ｋｇ／ｈ  用，Ｆ２  は５０〜２５０ｋｇ／ｈ  用，カセットウェイングフィーダＦ３  は５０ｋｇ／ｈ小量専用として構成している。これらのフィーダーは原料の上限および下限を検出するレベル計、原料レベルの上昇，下降を連続的に計測できるロードセルＲ１  〜Ｒ３  が備えられている。
【０００８】
この原料供給装置ＦＤから供給される原料（以下樹脂と呼ぶ）は、２軸押出機Ｅのホッパー内に投入され、減速装置Ｅ１  を介しモータＭ４  と接続されているスクリューの回転により得られる推力を受けて押し出し方向Ｍに押し出されるようになっている。その２軸押出機Ｅのシリンダーには、真空装置Ｖと接続されており樹脂中の揮発分を除去するための第１ベントＶ１  および第２ベントＶ２  が備えられている。さらに、２軸押出機Ｅの後段（下流側）には、メルトラインを介し、昇圧，吐出精度を向上させるための吐出装置としてのギアポンプＧＰが２軸押出機Ｅと直列に接続されている。
【０００９】
また、２軸押出機Ｅの吐出圧力を制御するための従来構成のＰ１  制御ブロックＰＣ、本実施例の特徴部分である吐出安定制御手段としてのＬ制御ブロックＬＣ、および原料輸送制御手段としての原料輸送制御ブロックＴＣはマイクロプロセッサにより構成されている。
上記Ｐ１  制御ブロックＰＣは、圧力計Ｐ１  により検出された２軸押出機Ｅの吐出圧力値を受け、従来の所定の制御則を用いてモータＭ４  をインバータ制御するためのものである。
【００１０】
本実施例の特徴部であるＬ制御ブロックＬＣは、温度センサＴ１  により検出された樹脂温度ＴＰ  に対応する樹脂物性としての粘度μを計算するμ計算ブロックＬ１  と、パルスジェネレータとしてのスクリュー回転計ＰＧより検出された符号化信号を受けてスクリュー回転数Ｎを計算するＮ計算ブロックＬ２  と、これらμ計算ブロックＬ１  の出力とＮ計算ブロックＬ２  の出力とに接続され、かつ圧力計Ｐ１  より検出された吐出圧力値Ｐ１  を受けるとともに、スクリュー形状から決まる定数Ｋを選択し、Ｌ演算を実行するＬ演算ブロックＬ３  と、Ｌ演算の演算結果に基づき、Ｌ制御則Ｌ４  を用いて原料供給量の演算を実行する供給量演算ブロックＬ５  とから構成され、その演算結果に従って制御器Ｃ１  ，Ｃ２  ，Ｃ３  は、各フィーダーＦ１  〜Ｆ３  のモータを制御するようになっている。
【００１１】
なお、樹脂の粘度μを選択するための樹脂温度−粘度対応テーブルは、予めメモリ（図示しない）に記憶され、また、定数Ｋもまた予めメモリ（図示しない）に記憶されているものとする。また、Ｌ制御則Ｌ４  の前段には不感帯Ｌ６  が挿入され、供給量演算ブロックＬ５  と各制御器Ｃ１  〜Ｃ３  との間にはリミッタＬ７  が挿入されている。
原料輸送制御ブロックＴＣは各ロードセルＲ１  〜Ｒ３  の出力に接続されており、ホッパーＨ１  〜Ｈ３  内の原料残量を把握して、図示しない原料貯蔵サイロからの原料空送を制御するようになっている。
【００１２】
吐出安定制御
このような構成の樹脂溶融押出システムの動作を説明する前に、２軸押出機Ｅの吐出安定制御の説明にて使用する記号を以下に示す。その吐出安定制御は、２軸押出機Ｅの先端部分の樹脂充満量を目標値に保つ目的で実行される。
Ｐ１  ：吐出圧力
Ｑ１  ：原料供給量
Ｑ２  ：２軸押出機の吐出量
Ｑ３  ：ギアポンプＧＰの吐出量
Ｎ  ：スクリューの回転数
Ｋ１  ：スクリュー形状から決まる定数
Ｋ２  ：スクリュー形状から決まる定数
μ  ：樹脂物性
ＴＰ  ：樹脂温度
Ｌ計算における樹脂充満量とその他の物理量は以下の２式で関係付けられる。
ΔＬ＝Ｋ１  ∫ΔＱｄｔ        ……（１）
Ｐ１  ＝Ｋ２  μＬＮ              ……（２）
【００１３】
（１）式において、ΔＬは樹脂充満量変化量（現在の樹脂充満量−前回の樹脂充満量）を示し、ΔＱは物質収支アンバランス量（原料供給量−ギアポンプ吐出量）を示し、ｔは時間を示す。上記（２）式に２軸押出機の吐出圧力Ｐ１  を代入することにより、現在の樹脂充満量Ｌを求め、その充満量Ｌを前回求めた樹脂量Ｌ０  と比較することにより、樹脂充満長さＬの変化量ΔＬを求め、（１）式の微分方程式より、原料供給量と吐出量における物質収支アンバランス量を求めることができる。
【００１４】
なお、本実施例において上記式（２）に代入されるＰ１の値は、圧力計Ｐ１から検出した実測値である。しかしながら、Ｐ１の値は、これに限らず、従来型ＰＩ制御を併用した場合におけるＰＩ制御の目標値であってもよい。その理由は、ＰＩ制御については制御周期（２０ｍｓｅｃ）が極めて短く、かつインバータ制御により出力が極めて安定であるためである。
【００１５】
また、図２は、２軸押出機Ｅの先端側シリンダーを断面で示したものである。シリンダー内部では、スクリューＳに沿って樹脂が入ることのできるスペースを拘束することができるよう、押し出し方向Ｍに向けてフライトＦのピッチが異なって配置されており、吐出口近傍では、狭いピッチに配置されたメタリングゾーンＺが設けられている。このメタリックゾーンＺは、請求項１の「２軸押出機先端部分」とみなすことができる。同図において、樹脂充満量Ｌとは、メタリングゾーンＺにおいて樹脂が占める割合であり、実際には吐出口Ｏから押し出し方向Ｍと逆方向に樹脂が充満している割合を長さに置き換えている。
【００１６】
次に樹脂溶融設備の制御動作について説明する。
図１において、まず、圧力計Ｐ１  により検出された２軸押出機Ｅの吐出圧力Ｐ１  、温度センサＴ１  により検出された樹脂温度ＴＰ  に対応する樹脂粘度μ、スクリュー回転計ＰＧより検出されて計算された回転数Ｎが、それぞれＬ演算ブロックＬ３  に与えられる。
【００１７】
Ｌ計算ブロックＬ３では、粘度μ、スクリュー形状によって決まる定数Ｋ１，Ｋ２を図示しないメモリから読み出し、上記関係式（１），（２）に従って２軸押出機Ｅの先端部分における樹脂充満量Ｌを計算し、同様の処理によって前回計算した樹脂充満量Ｌ０との差である樹脂充満量の変化量ΔＬを計算し、収支アンバランス量ΔＱ（原料供給量−ギアポンプ吐出量）を求め、その求めた収支アンバランス量ΔＱを制御設定値に置き換えて２軸押出機Ｅの吐出安定制御を行う。すなわち、２００ｍｓｅｃ周期で処理される制御において、現時点で計算された樹脂充満量Ｌと前回計算された樹脂充満量Ｌ０との差ΔＬを求め、次いで収支アンバランス量ΔＱを求め、その結果が例えば＋の値であれば２軸押出機Ｅに供給する原料供給量を減らし、またその逆に、結果が−の値であれば原料供給量を増加させる。このとき、２軸押出機Ｅには複数のホッパーＨ１〜Ｈ３から原料が供給されているため、ホッパーにおける原料配合比率に応じて個別に原料供給量を制御することになる。以下定常運転時における処理動作と、銘柄切り替え時における原料輸送制御の処理動作とをフローチャートに従って説明する。
【００１８】
定常運転処理
図３において、まず、各ウェイングフィーダＦ１  〜Ｆ３  を立上げ（ステップＳ１）、２軸押出機Ｅの異常チェックを行い（ステップＳ２）、異常がなければベントアップセンサがｏｎかどうかを判断する（ステップＳ３）。判断結果がｏｎでなければ、すなわちベントアップを起こしていなければ、さらに原料供給量制御が自動に設定されているかどうかを判断する（ステップＳ４）。自動に設定されていれば、各ウェイングフィーダＦ１  〜Ｆ３  の吐出量目標値を算出する（ステップＳ５）。吐出量における目標値は、原料供給量×配合比に従って各フィーダＦ１  〜Ｆ３  毎に算出されるが、ここで上記したＬ制御ブロックによって得られた原料供給量の増減指示が与えられる。
【００１９】
こうしてＬ制御ブロックＬＣの監視の下にシステムが連続的に稼働し、次銘柄データが与えられない限りは上記ステップＳ２〜Ｓ６の処理を繰り返す。また、ステップＳ２において２軸押出機Ｅに異常があれば異常停止処理に移る。また、ステップＳ３においてベントアップセンサが“ｏｎ”であれば各ウェイングフィーダＦ１  〜Ｆ３  の吐出量を即時１５％低下させる（ステップＳ７）。次いで再度ベントアップセンサが“ｏｎ”であるかどうかを判断し、“ｏｎ”の状態であればベントアップタイマカウンタがカウントアップされたかどうかを判断し（ステップＳ９）、ｙｅｓであれば異常停止処理に移り、ｎｏであればステップＳ８からステップＳ２に戻る。
そして、ステップＳ６において次銘柄データが入力されると、銘柄切替え時間であるかどうかを判断し（ステップＳ７）、“ｙｅｓ”であれば銘柄処理に移る（ステップＳ１１）。すなわち、データを変更してメモリ内の現設定をクリアする。
【００２０】
銘柄切替え処理
次に、銘柄が変更された場合のホールドホッパーＨＨＯの動作について説明する。
図４において、銘柄変更データがない場合では（ステップＳ２０）、連続的に計測されているホッパーのＬレベルをチェックし（ステップＳ２１）、ホッパー内の原料がＬレベルまで低下していれば、原料空送を開始する（ステップＳ２２）。空送開始後、空送渋滞を起こしていないかどうかをチェックし（ステップＳ２３）、“ｎｏ”であればさらに空送不可でないかどうかをチェックし（ステップＳ２４）、“ｎｏ”であればホッパーのＨレベルをチェックし（ステップＳ２５）、Ｈレベルに上昇していれば空送を停止させる（ステップＳ２６）。次いで空送停止不可であるかどうかをチェックし（ステップＳ２７）、“ｎｏ”であれば処理はステップＳ２０に戻る。
【００２１】
上記ステップＳ２０において銘柄変更データが入力されると、必要空送量を演算する（ステップＳ２８）。例えば、１時間後に銘柄を切り替えると仮定すると、その時点でのホッパー内の原料の予想残量を算出する。予想残量が≧０でなければ（ステップＳ２９）、ホッパーレベルＬを確認して補足分を空送する。また、ステップＳ２９において“ｙｅｓ”であれば、ホッパーレベルＬＬをチェックし（ステップＳ３０）、すなわち、ホッパー内の原料を使い切ったことを確認した上、銘柄データとしての配合比とホッパーからの吐出量に基づいてホッパーレベルを変更し（ステップＳ３１）、原料貯蔵サイロからの原料空送を制御する（ステップＳ３２）。なお、ホッパーレベルＬＬのチェックは、先に説明したようにロードセルＲ１〜Ｒ３の測定値を換算することによって求められる。
次に、本実施例の樹脂溶融押出システムと、従来の樹脂溶融押出設備との比較を以下に示す。
【００２２】
【表１】
0003575029.tif 000002
【００２３】
表１において、比較１は１軸押出機を利用した樹脂溶融設備であり、原料供給はフリーチャージ方式による。比較２は本実施例の充満量制御を行わない２軸押出機を利用した樹脂溶融押出設備を示す。
上記比較表から明らかなように、本実施例では、ベント付き２軸押出機を吐出安定制御可能にすることにより、残量管理，供給量管理を行う樹脂溶融押出システム内に組み込むことが可能となり、それにより、押出機内部で原料の乾燥が行えるようになり、従来の押出機前段の大規模な乾燥設備を不要にすることができる。
【００２４】
原料の混合比率については、供給量を制御することのできる複数の供給器を備えているため、調合前の原料を貯蔵するためのサイロを、原料の種類分備えるだけで銘柄切替えが行える。従って従来構成のように、調合の種類毎にすべて必要であったサイロの数を削減することができる。また、限られた数のホッパーを共用することができるため、原料抜き出し、洗浄等の作業が不要となり、銘柄切替え時間を著しく短縮させることができる。
なお、本発明の吐出安定制御、原料輸送制御は、マイクロコンピュータを用いてソフトウエア的に実現されたが、それらの機能を果たす専用のハード回路を用いて実現してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように、本発明の樹脂溶融押出システムによれば、大規模な乾燥設備を必要としない簡単な構成で樹脂溶融押出システムを構築することができ、また、原料の仕込みおよび銘柄切替え作業を短時間で簡便に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る樹脂溶融押出システムの構成図である。
【図２】図１に示す２軸押出機の先端部分の構成を示す断面図である。
【図３】実施例に係る定常運転処理の動作を説明するフローチャートである。
【図４】実施例に係る原料空送処理の動作を説明するフローチャートである。
【図５】従来例の溶融樹脂押出設備を示す構成図である。
【符号の説明】
Ｃ１  〜Ｃ３    制御器
Ｅ    ２軸押出機
ＦＤ  原料供給装置
ＧＰ  ギアポンプ
Ｈ１  〜Ｈ３    ホッパー
ＬＣ  Ｌ制御ブロック
Ｐ１    圧力計
ＰＣ  Ｐ１  制御ブロック
ＴＣ  原料輸送制御ブロック
ＴＰ    樹脂温度計
【図１】
0003575029.tif 000003
【図２】
0003575029.tif 000004
【図３】
0003575029.tif 000005
【図４】
0003575029.tif 000006
【図５】
0003575029.tif 000007