(57)【要約】【課題】工程管理者の経験的調整に依らずとも、成形状態の変化に応じて冷却条件を自動的に制御しうる異形押出成形品の成形方法と成形装置を提供する。【解決手段】本発明の異形押出成形品の成形方法は、押出金型から押し出された樹脂を冷却金型７０によって冷却しつつ賦形する異形押出成形品（雨樋Ａ）の成形工程において、冷却金型７０には予め、成形品の断面形状を構成する各部分ごとに区画された複数箇所の冷却水ジャケット７２を設けるとともに、冷却金型７０の出口側に外形センサ８２を設置し、外形センサ８２で成形品の外形寸法を連続的に計測して、規格寸法に対する変動量の偏差をローカルコンピュータ５０で演算し、前記偏差に基づいて各冷却水ジャケット７２における冷却水の流入出量を自動的に制御することにより、前記各部分ごとの冷却速度を調整するものである。【選択図】図３
2004181879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出金型から押し出された樹脂を冷却金型によって冷却しつつ賦形する異形押出成形品の成形方法において、
前記冷却金型には予め、成形品の断面形状を構成する各部分ごとに区画された複数箇所の冷却水ジャケットを設けるとともに、この冷却金型の出口側に外形センサを設置し、
この外形センサで冷却金型の出口側における成形品の外形寸法を連続的に計測して、規格寸法に対する変動量の偏差をローカルコンピュータで演算し、
前記偏差に基づいて各冷却水ジャケットにおける冷却水の流入出量を自動的に制御することにより、前記各部分ごとの冷却速度を調整することを特徴とする異形押出成形品の成形方法。
【請求項２】
冷却金型には予め、成形品の断面形状を構成する各部分ごとに、樹脂の送り方向に適宜間隔を設けて複数個の温度計を配置し、
各温度計によって樹脂流路内の樹脂の表面温度を連続的に計測して、冷却金型内での各部分における冷却状態をローカルコンピュータで演算し、
前記冷却状態に基づいて冷却水の流入出量の制御に補正を加えることを特徴とする請求項１に記載の異形押出成形品の成形方法。
【請求項３】
押出金型から押し出された樹脂を冷却金型によって冷却しつつ賦形する異形押出成形品の成形装置であって、
前記冷却金型には、樹脂流路に吸引口を臨ませて配された真空ラインと、成形品の断面形状を構成する各部分ごとに区画された複数箇所の冷却水ジャケットと、前記各部分ごとに樹脂の送り方向に適宜間隔で配された複数個の温度計とが設けられ、前記各冷却水ジャケットには、冷却水の注水路と排水路が個別に接続されて、これらのうち少なくとも注水路側には流量計が取り付けられるとともに、
前記冷却金型の出口側には、成形品の外形寸法を連続的に計測する外形センサが設けられ、
前記外形センサ、温度計及び流量計がローカルコンピュータに接続されて、外形センサにより計測された成形品の外形寸法と、温度計により得られた樹脂の表面温度に基づき、ローカルコンピュータが流量計に対して冷却水の流量制御を行うことを特徴とする異形押出成形品の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雨樋のような開口断面を有する異形押出成形品を精度良く成形するための成形方法と成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
雨樋やパイプなど一様断面を有する長尺状成形品を、熱可塑性樹脂の押出成形によって成形する場合の一般的な生産ラインを図１に示す。この種の生産ラインは、押出機１、冷却装置２、引取機３、搬出機４等の装置類と、これら装置類の運転を制御するローカルコンピュータ５等によって構成される。押出機には押出金型６が設けられ、冷却装置には冷却金型（サイジングダイ）７や冷却水層（図示せず）等が設けられる。
【０００３】
このような生産ラインによる押出成形では、押出金型６から押し出された樹脂が冷却される間に発生する成形歪みや、部位による樹脂肉厚の不均一、冷却時間のばらつきなどが原因となって成形品Ｐに曲がりや反りが生じる。かかる成形不良を解決するための技術としては、冷却された成形品Ｐの寸法を連続的に計測して基準値に対する偏差を算出し、これに基づいて樹脂の押出速度や押出金型６の温度、成形品の引取速度等を変化させる制御技術が知られている（例えば特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、前記のような制御は成形寸法の精度を向上させる点で効果が小さいことに加え、押出機１や引取機３をそれぞれ別々に制御する必要があるので、実際の制御方法が極めて複雑になる。そこで、制御方法を少しでも単純化するための技術として、例えば特許文献２には、円筒状パイプの押出成形において、押出金型に対する冷却金型の位置や傾きを微調整してパイプの曲がりを矯正する技術が提案されている。また、例えば特許文献３には、同じく円筒状パイプの押出成形において、冷却水層内の圧力とパイプ内の圧力を調整して、成形寸法精度を向上させる技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−１５５９１８号公報
【特許文献２】
特公平１−５０５８５号公報
【特許文献３】
特開平６−３２０６０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記各特許文献に記載されたような技術は、パイプのような閉断面の押出成形品には有効に利用できるが、図２（ａ）に示す雨樋Ａのような開口断面を有する異形成形品には利用できない。このような異形成形品は、断面形状における各辺の剛性が互いに異なることから、特に剛性の低い部分の形状変化が成形品全体の外形寸法精度に大きな影響を与える。雨樋Ａの例では、底面部ａ１の形状変化によって、両縁部ａ２，ａ３間の開口幅Ｗが同図（ｂ）または（ｃ）のように拡縮したり、押出方向まわりの捻り変形が生じたりして、規格外の製品が発生しやすい。また、この種の異形成形品においては、同一の断面形状であっても、樹脂に混入する着色剤や粘度調整剤等の違いによって樹脂そのものの熱伝導率や熱伝達率等が変化し、冷却状態が変わることもある。
【０００７】
このような問題に対しては、現場の工程管理者が長年の経験により生産ラインの調整を行っているのが現状である。具体的には、冷却後の成形状態を見ながら、その都度、冷却金型に通す冷却水の流量や、冷却金型に設けた真空サイジング装置の圧力を調整するなどしている。しかし、このような人的対応は工程管理者の熟練度に依存しており、成形寸法精度や長期間の成形安定性を向上させる上では甚だ非効率である。
【０００８】
そこで、本発明は、前記のような異形押出成形品の成形寸法精度や成形安定性を向上させるために、成形状態の変化に応じて冷却条件を自動的に制御する成形方法と、かかる成形方法を実施するための成形装置を提案することを解決課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の異形押出成形品の成形方法は、押出金型から押し出された樹脂を冷却金型によって冷却しつつ賦形する異形押出成形品の成形方法において、前記冷却金型には予め、成形品の断面形状を構成する各部分ごとに区画された複数箇所の冷却水ジャケットを設けるとともに、この冷却金型の出口側に外形センサを設置し、この外形センサで冷却金型の出口側における成形品の外形寸法を連続的に計測して、規格寸法に対する変動量の偏差をローカルコンピュータで演算し、前記偏差に基づいて各冷却水ジャケットにおける冷却水の流入出量を自動的に制御することにより、前記各部分ごとの冷却速度を調整することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の異形押出成形品の成形方法は、前記冷却金型には予め、成形品の断面形状を構成する各部分ごとに、樹脂の送り方向に適宜間隔を設けて複数個の温度計を配置し、各温度計によって樹脂流路内の樹脂の表面温度を連続的に計測して、冷却金型内での各部分における冷却状態をローカルコンピュータで演算し、前記冷却状態に基づいて冷却水の流入出量の制御に補正を加えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の異形押出成形品の成形装置は、押出金型から押し出された樹脂を冷却金型によって冷却しつつ賦形する異形押出成形品の成形装置であって、前記冷却金型には、樹脂流路に吸引口を臨ませて配された真空ラインと、成形品の断面形状を構成する各部分ごとに区画された複数箇所の冷却水ジャケットと、前記各部分ごとに樹脂の送り方向に適宜間隔で配された複数個の温度計とが設けられ、前記各冷却水ジャケットには、冷却水の注水路と排水路が個別に接続されて、これらのうち少なくとも注水路側には流量計が取り付けられるとともに、前記冷却金型の出口側には、成形品の外形寸法を連続的に計測する外形センサが設けられ、前記外形センサ、温度計及び流量計がローカルコンピュータに接続されて、外形センサにより計測された成形品の外形寸法と、温度計により得られた樹脂の表面温度に基づき、ローカルコンピュータが流量計に対して冷却水の流量制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３〜図５は、本発明の実施の形態にかかる成形装置の要部の構成を示す概念図である。本発明の成形装置の全体的な構成は、前記図１に示した従来の成形装置と概ね同様であって、本発明の要部は、冷却金型７０及びその周辺の装置構造と、これらに接続されて成形条件を制御するローカルコンピュータ５０の制御方法にある。また、本実施の形態にて例示する成形品の断面形状も、前記図２に示した雨樋Ａと同様である。ただし、例示の成形工程では、図４〜図５に示すように、雨樋Ａが底面部ａ１を上側にして成形されるものとする。
【００１３】
＜装置構造＞
冷却金型７０は、雨樋Ａの断面形状に合致する樹脂流路７１と、樹脂流路７１の周囲に配された冷却水ジャケット７２（７２ａ〜７２ｄ）を有しており、図３における左側の入口から右側の出口までの間に冷却水の冷熱によって樹脂を冷却する。冷却水ジャケット７２は、図４に示すように、雨樋Ａの断面形状に併せて複数箇所のブロックに区画されている。この例では、雨樋Ａの内側に面して１箇所（７２ａ）、雨樋Ａの外側各辺に面して３箇所（７２ｂ〜７２ｄ）の冷却水ジャケット７２が配置されている。これらの各冷却水ジャケット７２には個々に冷却水の注水路７３（７３ａ〜７３ｄ）と排水路７４（７４ａ〜７４ｄ）とが接続され、さらに各注水路７３及び排水路７４には、個々に流量計７５（７５ａ，７５ｃ），７６（７６ａ，７６ｃ）が取り付けられている。また、各排水路７４には、冷却水の水温を測定する水温計７７（７７ａ，７７ｃ）も取り付けられている。
【００１４】
冷却金型７０には、図３の右上拡大図に示すように、真空サイジングを行うための真空ライン７８が設けられている。真空ライン７８は、樹脂流路７１に吸引口を臨ませて配置された複数本の枝管７８ｅと、各枝管７８ｅを連通する主管７８ｆとからなり、主管７８ｆは、冷却水ジャケット７２内の冷却水流路（網点部分）よりも樹脂流路７１側に配置されている。真空ライン７８の吸引口は、例示の形態にあっては３本ずつグループ化され、このグループが入口から出口にかけて適宜間隔で、樹脂流路７１の内外両面に交互に面するように配置されている。
【００１５】
また、樹脂流路７１における各吸引口の対面側には空隙部７９が設けられている。この空隙部７９には、樹脂の表面温度を測定するための放射温度計８１が設置されている。放射温度計８１も、入口から出口にかけて適宜間隔で、樹脂流路７１の内外両面に交互に面するように配置されている。
【００１６】
冷却金型７０の出口から適当な距離だけ離れた位置には、図５に示すように、冷却金型７０によって成形された雨樋Ａの外形寸法を計測する外形センサ８２が設置されている。例示の外形センサ８２は、いわゆる位置変位計を対面に配置したもので、雨樋Ａの両縁部ａ２，ａ３の外側に接して、両縁部ａ２，ａ３間の開口幅Ｗを計測するように配置されている。
【００１７】
図３に示すように、前記した冷却水の流量計７５，７６及び水温計７７、樹脂流路７１に面して配された放射温度計８１、並びに冷却金型７０の出口に配された外形センサ８２は、全てローカルコンピュータ５０に接続されている。このローカルコンピュータ５０による制御方法を以下に説明する。
【００１８】
＜制御方法＞
まず、外形センサ８２によって、冷却された雨樋Ａの外形寸法（開口幅Ｗ）が連続的に計測される。ローカルコンピュータ５０は、外形センサ８２の計測値をもとに、予め設定された規格寸法に対する変動量の偏差Ｇを演算する。
【００１９】
同時に、放射温度計８１によって、冷却金型７０内における樹脂の表面温度Ｓが連続的に測定される。ローカルコンピュータ５０は、各放射温度計８１の樹脂流路内における位置ごとに測定された樹脂表面温度（Ｔａ−１〜Ｔａ−４，Ｔｃ−１〜Ｔｃ−４）と樹脂の押出速度をもとに、図６に示すような冷却金型７０内での樹脂表面温度の変化状態を演算する。この演算結果は、必要に応じてローカルコンピュータ５０のディスプレイに表示される。
【００２０】
外形寸法の変動量が所定の不感帯内（例えば±１％以内）にあるときは、原則として制御は行わない。この不感帯の範囲は、予めローカルコンピュータ５０にて設定される。外形寸法の変動量が所定時間以上、連続して不感帯を超えたときに制御が開始される。制御開始のための前記所定時間も、予めローカルコンピュータ５０にて設定される。
【００２１】
制御に際しては、ローカルコンピュータ５０が、各冷却水ジャケット７２に接続された注水路７３側の流量計７５に指示を与えて、冷却水の注入量（Ｑａ−ｉｎ，Ｑｃ−ｉｎ）を変化させる。この注入量制御は、雨樋Ａの内側に面した冷却水ジャケット７２ａと、雨樋Ａの外側（この例では底面部ａ１の外側）に面した冷却水ジャケット７２ｃのうち、いずれか一方の流量を増減させることにより行われる。
【００２２】
いずれの側の流量を増減させるかについては、外形寸法の変動状態により決定される。
【００２３】
例えば開口幅Ｗが基準値よりも小さくなる場合は、雨樋Ａの底面部ａ１において外側の表面温度が内側の表面温度よりも先に樹脂の冷却固化温度（ここでは、図６中にＴｇで示したガラス転移点）に達してしまうため、外側の樹脂は流動状態から固化状態へと遷移し、流動停止状態となる。一方、内側の樹脂は冷却固化温度に達していないため、冷却固化温度に達するまで流動状態（変形可能な状態）にあり、最終的に表裏両面が達する表面樹脂温度までの温度差が内側の樹脂のほうが大きいため、内側の樹脂が外側の樹脂よりも大きく収縮し、結果的に底面部ａ１が図２（ｃ）のようになる。この場合は、内側に面した冷却水ジャケット７２ａの冷却水注入量を上げるか、底面部ａ１の外側に面した冷却水ジャケット７２ｃの冷却水注入量を下げる。
【００２４】
反対に、開口幅Ｗが基準値よりも大きくなる場合は、雨樋Ａの底面部ａ１において内側の表面温度が外側の表面温度よりも先に樹脂の冷却固化温度（同上）に達してしまうため、内側の樹脂は流動状態から固化状態へと遷移し、流動停止状態となる。一方、外側の樹脂は冷却固化温度に達していないため、冷却固化温度に達するまで流動状態（変形可能な状態）にあり、最終的に表裏両面が達する表面樹脂温度までの温度差が外側の樹脂のほうが大きいため、外側の樹脂が内側の樹脂よりも大きく収縮し、結果的に底面部ａ１が図２（ｂ）のようになる。この場合は、内側に面した冷却水ジャケット７２ａの冷却水注入量を下げるか、底面部ａ１の外側に面した冷却水ジャケット７２ｃの冷却水注入量を上げる。
【００２５】
なお、流量の最小制御量については、予めローカルコンピュータ５０にて設定される。
【００２６】
制御の応答性については、樹脂流路７１の外側と内側における樹脂表面温度Ｓの変化状態に適当な応答変化が生じたと判断される時点での、外形寸法の計測値をもって判断する。この時点で、外形寸法の変動量が依然として不感帯を超えていれば、再度、冷却水の注入量に変化を与える。そして、樹脂表面温度Ｓの応答変化によって外形寸法の変動量が不感帯内に収束したら、その時点での注入量を維持する。こうして、冷却水注入量の制御に対し、冷却金型７０内での冷却状態に基づいた補正が行われる。
【００２７】
なお、排水路７４側の流量計７６は、注水路７３側の流量計７５との流量一致をもって、冷却水ジャケット７２内の流入出に支障が生じていないことを確認する目的で監視される。
【００２８】
このような成形装置及び成形方法によれば、工程管理者の長年の経験に依存していた従来のような成形方法に比べて、成形品の寸法精度を容易かつ確実に向上させることができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、略溝形の断面を有する雨樋Ａを例示して、底面部ａ１の成形寸法精度を向上させる装置及び方法について説明したが、本発明はこれに限らず、各種異形断面を有する成形品に対して適用可能である。また、成形寸法精度を制御すべき部分も、一対の冷却水ジャケットに挟まれた１箇所の成形部分に限定されるものではなく、複数組の冷却水ジャケットの各別制御によって、さらに多数箇所の成形部分を同時に制御することができる。
【００３０】
また、本発明において用いられる外形センサや各温度計は、非接触式あるいは接触式のいずれでもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、従来、長年の経験を要していた、異形押出成形品の冷却工程における成形品の変形に対する調整方法について、合理的な判断によって、かつオンライン計測・制御技術によって自動的に補正することができる。また、その制御内容も従来ほど複雑ではなく、冷却水の流量を変化させるだけで良いので、装置設計や工程管理が容易であり、成形工程における応答性にも優れる。これによって、成形品の寸法精度が飛躍的に向上し、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】押出成形品の生産ラインの一般的な構成を示す図である。
【図２】異形押出成形品の一例として雨樋の断面形状とその変形例を示す図である。
【図３】本発明の成形装置要部の構成を示す概念図である。
【図４】図３に示した冷却金型の断面図である。
【図５】図３に示した外形センサの配置状態を示す図である。
【図６】冷却金型内での樹脂表面温度の変化状態を示す概念図である。
【符号の説明】
５０  ローカルコンピュータ
６    押出金型
７０  冷却金型
７１  樹脂流路
７２  冷却水ジャケット
７３  注水路
７４  排水路
７５  注水路側の流量計
７６  排水路側の流量計
７８  真空ライン
８１  放射温度計
８２  外形センサ
Ａ    雨樋（異形押出成形品）
Ｗ    開口幅（外形寸法）
【図１】
2004181879.tif 000003
【図２】
2004181879.tif 000004
【図３】
2004181879.tif 000005
【図４】
2004181879.tif 000006
【図５】
2004181879.tif 000007
【図６】
2004181879.tif 000008