(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に装填されたゴムあるいは樹脂材料を押し出すシリンダの外周に媒体を循環させる循環回路と、
該循環回路内の前記媒体を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温させる温度調節機構と、
前記シリンダ内の現在の材料温度を検出する材料温度検出部と、
前記循環回路内の現在の媒体温度を検出する媒体温度検出部と、
前記温度調節機構に制御信号を出力するコントローラと、
を備え、
前記材料温度検出部と媒体温度検出部の二つの検出部から検出された温度測定値から前記媒体の温度を制御する押出成形機の温度制御装置であって、
前記コントローラは、前記材料温度検出部から検出された材料温度測定値と予め記憶された前記材料温度の目標設定温度値との差値から、前記媒体の目標設定温度値を補正演算して変更目標設定温度値を設定する一方、
前記温度調節機構は、前記コントローラから出力された媒体の変更目標設定温度値と前記媒体温度検出部から検出された媒体温度測定値とによってＰＩＤ演算を行ない、この演算結果によって前記循環回路内の媒体を加熱あるいは冷却制御を行なうようにしたことを特徴とする押出成形機の温度制御装置。
【請求項２】
内部に装填されたゴムあるいは樹脂材料を押し出すシリンダの外周に媒体を循環させる循環回路と、
該循環回路内の前記媒体を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温させる温度調節機構と、
前記シリンダ内の現在の材料温度を検出する材料温度検出部と、前記循環回路内の現在の媒体温度を検出する媒体温度検出部と、
前記温度調節機構に制御信号を出力するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記材料温度検出部から検出された材料温度測定値と予め記憶された前記材料温度の目標設定温度値との差値から、前記媒体の目標設定温度値を補正演算して変更目標設定温度値を設定する一方、
前記温度調節機構は、前記コントローラから出力された媒体の変更目標設定温度値と前記媒体温度検出部から検出された媒体温度測定値とによってＰＩＤ演算を行ない、この演算結果によって前記循環回路内の媒体を加熱あるいは冷却制御を行なうようにしたことを特徴とする押出成形機の温度制御方法。
【請求項３】
前記循環回路は、前記シリンダの外周面と該外周面の外周側に設けられた外筒との間に形成されたジャケットと、該ジャケットの一端側と他端側にそれぞれ接続された供給通路及び排出通路と、該供給通路と排出通路との間に設けられたタンクと、該タンク内の媒体を前記供給通路を介してジャケット内に圧送するポンプとを備え、
前記タンクの近傍に、該タンク内の媒体を排出する開閉バルブを設けると共に、前記循環回路内に前記媒体を加熱するヒーターを設け、かつ前記コントローラからの情報信号に基づいて前記ヒーターと開閉バルブの作動を制御する制御回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の押出成形機の温度制御装置。
【請求項４】
前記ヒーターを、前記タンクに設けたことを特徴とする請求項３に記載の押出成形機の温度制御装置。
【請求項５】
前記材料温度検出部の先端感温部を、前記シリンダの外周部に当接配置したことを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の押出成形機の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばゴム材や樹脂材などを押出成形する押出成形機のシリンダ内の材料温度を、該シリンダを介して制御する温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ゴム材や合成樹脂材を押出成形機によって押出成形する際には、この押出成形機のシリンダを複数ゾーンに分け、媒体（例えば温水）との熱交換によってシリンダ内からスクリューによって押出される前記ゴム材や樹脂材などの材料を、シリンダ内で所定温度に温度制御して可塑化して成形品の良好な成形性を確保するようになっている。
【０００３】
この温度制御の方式としては、シリンダを介して内部の材料の温度を直接検出し、この実温度に基づいて制御するいわゆる直接方式と、シリンダの外周に循環回路を介して供給される媒体の温度を検出し、この媒体温度に基づいて制御するいわゆる間接方式がある（特開平１−２２９６１１号公報、特開平６−１５５５５５号公報など参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の直接方式では、温度の安定性を重視する場合には、一般にヒーターの容量を小さくし、冷却媒体の供給量（加熱された媒体の排出量）を少なくする方法を採るが、そのようにすると、媒体の温度変化が遅くなって、周囲温度の変化や材料温度の変化などの外的要因に対する追従性が悪化して、シリンダの目標設定温度に達するまでに時間が長くなってしまうおそれがある。これによって、成形作業能率の低下を招来している。
【０００５】
また、温度の追従性、つまり温度の応答性を重視する場合は、ヒーターの容量を大きくし、冷却媒体の供給量（加熱された媒体の排出量）を多くする方法を採用するが、このようにすると、今度は、媒体の温度変化が激しくなって、図５に示すように、シリンダの目標設定温度付近で大きないわゆるハンチング現象を起こし易くなり、シリンダ（材料）温度が不安定になるおそれがある。
【０００６】
一方、間接方式にあっては、シリンダ温度の安定性は良好になるものの、目標シリンダ温度をそのまま媒体の目標設定温度に設定すると、媒体は目標設定温度になるものの、熱交換に要する時間が長くなり、目標設定温度に達するまでに多くの時間が掛ってしまい、この場合も成形作業能率の低下を招くおそれがある。
【０００７】
また、押出成形作業を開始すると、材料が可塑化する際に、スクリューの旋回運動によって発熱が起り、媒体の温度よりもシリンダ温度が上昇してしまい、目標シリンダ温度から外れてしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、これらに対応するために、媒体の目標設定温度をその都度変更することも考えられるが、このようにすると、周囲の温度変化や材料の変化などの外的要因によって押出条件が変化することにより、押し出しによる発熱量が常に変化してしまうため、作業員がかかる変化量を予測して温度調節をしなければならず、その作業が煩雑になり、作業性が悪化すると共に、精度の面からみても誤差が発生し易くなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来における押出成形機の温度制御装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、内部に装填されたゴムあるいは樹脂材料を押出すシリンダの外周に媒体を循環させる循環回路と、該循環回路内の前記媒体を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温させる温度調節機構と、前記シリンダ内の現在の材料温度を検出する材料温度検出部と、前記循環回路内の現在の媒体温度を検出する媒体温度検出部と、前記温度調節機構を制御するコントローラとを備え、前記材料温度検出部と媒体温度検出部の二つの検出部から検出された温度測定値から前記媒体の温度を制御する押出成形機の温度制御装置であって、前記コントローラは、前記材料温度検出部から検出された材料温度測定値と予め記憶された前記材料温度の目標設定温度値との差値から、前記媒体の目標設定温度値を補正演算して変更目標設定温度値を設定する一方、前記温度調節機構は、前記コントローラから出力された媒体の変更目標設定温度値と前記媒体温度検出部から検出された媒体温度測定値とによってＰＩＤ演算を行ない、この演算結果によって前記循環回路内の媒体を加熱あるいは冷却制御を行なうようにしたことを特徴としている。
【００１０】
したがって、この発明によれば、押出成形機のシリンダ温度を外的要因に影響されずに精度良く制御することが可能である。特に、温度調節機構は、シリンダの実際の温度と目標設定温度との差値から求められた、変更媒体目標設定温度と実際の媒体温度とよってＰＩＤ演算を行なって媒体の温度を調節するようになっているため、媒体の温度が急激に変化することがなく、したがって、大きなハンチング現象が抑制される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、内部に装填されたゴムあるいは樹脂材料を押し出すシリンダの外周に媒体を循環させる循環回路と、該循環回路内の前記媒体を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温させる温度調節機構と、前記シリンダ内の現在の材料温度を検出する材料温度検出部と、前記循環回路内の現在の媒体温度を検出するの媒体温度検出部と、前記温度調節機構を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記材料温度検出部から検出された材料温度測定値と予め記憶された前記材料温度の目標設定温度値との差値から、前記媒体の目標設定温度値を補正演算して変更目標設定温度値を設定する一方、前記温度調節機構は、前記コントローラから出力された媒体の変更目標設定温度値と前記媒体温度検出部から検出された媒体温度測定値とによってＰＩＤ演算を行ない、この演算結果によって前記循環回路内の媒体を加熱あるいは冷却制御を行なうようにしたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明にあっては、前記循環回路は、前記シリンダの外周面と該外周面の外周側に設けられた外筒との間に形成されたジャケットと、該ジャケットの一端側と他端側にそれぞれ接続された供給通路及び排出通路と、該供給通路及び排出通路との間に設けられたタンクと、該タンク内の媒体を前記供給通路を介してジャケット内に圧送するポンプとを備え、前記タンクの近傍に、該タンク内の媒体を排出する開閉バルブを設けると共に、前記循環回路内に前記媒体を加熱するヒーターを設け、かつ前記コントローラからの情報信号に基づいて前記ヒーターと開閉バルブの作動を制御する制御回路を設けたことを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記ヒーターを前記タンクに設けたことを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記材料温度検出部の先端感温部を、前記シリンダの外周部に当接配置したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる押出成形機の温度制御装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１６】
すなわち、この押出成形機の温度制御装置は、図１に示すように、内部に装填されたゴム材料をスクリュー２の旋回運動によって前方に押し出すシリンダ１と、該シリンダ１の外周に媒体である温水（冷却水）を循環させる循環回路３と、該循環回路３内の前記温水を加熱あるいは冷却して所定の温度に保温する温度調節機構４と、前記シリンダ１の現在の温度（材料温度）を検出する材料温度検出部である第１温度検出センサ５と、前記循環回路３内の現在の温水の温度を検出する媒体温度検出部である第２温度検出センサ６と、前記第１温度検出センサ５と第２温度検出センサ６とからの検出信号に基づいて前記温度調節機構４に制御信号を出力するコントローラ７とから構成されている。
【００１７】
前記循環回路３は、シリンダ１の外周面と該外周面の外周側に設けられた外筒８との間に形成された円筒状のジャケット９と、該ジャケット９の円周方向の一端側及び他端側に接続された供給通路１０及び排出通路１１と、該両通路１０、１１の途中に設けられたタンク１２と、前記供給通路１０のタンク１２の近傍に設けられて、タンク１２内の温水をジャケット９内に供給するウォータポンプ１３とから構成されている。
【００１８】
また、前記タンク１２には、外部で冷却された温水を該タンク１２内に導入する導入通路２０と、該タンク１２内の加熱温水を外部に排出するドレン通路２１がそれぞれ接続されている。このドレン通路２１には、該ドレン通路２１を開閉して、ジャケット９を通過してゴム材料との熱交換により温水目標温度以上に加熱された温水をタンク１２から外部に排出する開閉バルブ１４が設けられており、この開閉バルブ１４は、開作動してタンク１２内の温水が外部に排出されると、その排出量と同等量の冷却温水が前記導入通路２０を介してタンク１２内に導入されるようになっている。また、前記タンク１２には、該タンク１２内の温水を加熱するヒーター１５が設けられている。
【００１９】
そして、前記ウォータポンプ１３と開閉バルブ１４及びヒーター１５は、制御回路１６によって作動が制御されるようになっている。
【００２０】
前記ジャケット９は、前記外筒８の円周方向の所定位置に開口された一端開口８ａと、該一端開口８ａと円周方向のほぼ１８０°の位置に開口された他端開口８ｂに供給通路１０の下流端と排出通路１１の上流端がそれぞれ接続されて内部に温水を循環させてシリンダ１の熱交換を行なうようになっている。
【００２１】
また、前記タンク１２は、その大きさが約２０リットル容量を有し、導入通路２０から供給された温水をこの中に一旦貯留して、ここでヒーター１５によって加熱してジャケット９内に供給すると共に、ジャケット９から排出通路１１を介して排出された温水を一旦貯留し、温水温度が温水の目標設定温度より高い場合は、開閉バルブ１４を開いてドレン通路２１を介して外部へ排出させて、シリンダ１を効率良く加熱あるいは冷却する容量に設定されている。
【００２２】
前記制御回路１６は、マイクロコンピュータが内蔵され、ここに温水の基本的な目標設定温度が予め記憶されていると共に、前記第２温度検出センサ６やコントローラ７からの後述するシリンダ１の温度情報信号に基づいて温水の目標設定温度を演算によって変更するＰＩＤ回路を有している。
【００２３】
前記第１温度検出センサ５は、外筒８を径方向から貫通した円筒状の保持部材１７内に保持されて、ジャケット９内の温水温度の伝熱が遮断されていると共に、先端の感温部５ａが前記シリンダ１の外周面に当接されて、該シリンダ１の温度を直接検出するようになっている。また、第１温度検出センサ５によって検出された現在のシリンダ１の温度信号は前記コントローラ７に入力されるようになっている。
【００２４】
前記第２温度検出センサ６は、タンク１２の外壁、つまり、前記排出通路１１のジャケット９の他端開口８ｂ側の下流側近傍のタンク外壁に保持されて、先端の感温部６ａがジャケット９から排出された温水の温度を即座に検出できるようなタンク１２内部の特定位置に配置されている。また、この第２温度検出センサ６によって検出された現在のタンク１２内の温水の温度信号は前記制御回路１６に入力されるようになっている。
【００２５】
前記コントローラ７は、内蔵されたマイクロコンピュータに予めシリンダ１の基本的な目標設定温度が記憶されていると共に、第１温度検出センサ５からの現在のシリンダ１の温度情報を入力して、この実温度と前記目標設定温度を比較演算してその差値を求め、前記温水の基本目標設定温度を変更する制御を行ない、この温水目標設定温度情報を前記制御回路１６に出力するようになっている。
【００２６】
以下、前記コントローラ７と制御回路１６による具体的な制御を図２及び図３のフローチャートに基づいて詳述する。
【００２７】
まず、コントローラ７は、図２に示すように、ステップ１で第１温度検出センサ５からの現在のシリンダ１の温度（Ｇ１）を読み込み、ステップ２では、このシリンダ実温度（Ｇ１）が、記憶されているシリンダ１の基本目標設定温度（Ｍ１）よりも±１０℃以内か否かを判断する。ここで、±１０℃以上であると判断した場合はステップ１に戻るが、以内であると判断した場合はステップ３に移行する。
【００２８】
このステップ３では、実温度（Ｇ１）が目標設定温度（Ｍ１）よりも大きいか否かを判断する。ここで、大きいと判断した場合は、ステップ４に進み、ここで、（Ｇ１−Ｍ１）×Ｋ（係数）の式から変更温度（Ｃ）を求める。ここで、Ｋ（係数）は、実温度（Ｇ１）と目標設定温度（Ｍ１）の差値を約１／５程度にするもので、現在の温水目標設定温度に１分間のサイクルで加減算し、シリンダ１の実温度と目標設定温度のずれを補正する。
【００２９】
次に、ステップ５において、前記制御回路１６から出力された温水目標設定温度（Ｍ２）を読み込み、ステップ６では、Ｍ２−Ｃ＝Ｍ２’の式から温水目標設定温度を変更する数値を算出し、この算出された変更温水目標設定温度（Ｍ２’）の情報信号を制御回路１６に出力する。次に、ステップ７においてタイマーによって所定の時間（フィードバック制御サイクル）待ってステップ３に戻る。
【００３０】
また、前記ステップ３で実温度（Ｇ１）が目標設定温度（Ｍ１）よりも小さいと判断した場合は、ステップ８に進み、ここでは（Ｍ１−Ｇ１）×Ｋの式から変更温度を求める。次に、ステップ９では、前述のように温水目標設定温度（Ｍ２）を読み込み、ステップ１０においてＭ２＋Ｃの式から温水目標設定温度を変更して、この変更温水目標設定温度（Ｍ２”）を制御回路１６に出力する。次に、前述と同じくステップ７においてタイマーによって所定の時間待ってステップ３に戻る。
【００３１】
前記制御回路１６は、図３に示すように、ステップ１１において第２温度検出センサ６から現在の温水の温度（Ｇ２）を読み込み、ステップ１２において実温度（Ｇ２）と温水目標設定温度（Ｍ２）をいわゆるＰＩＤ演算処理を行なう。なお、このＰＩＤ演算は、周知のように、比例動作、積分動作、微分動作を組み合わせたもので、比例動作は入力に比例する大きさの出力を出す制御動作であり、積分動作は、入力の時間積分値に比例する大きさの出力を出す制御動作であり、また微分動作は、入力の時間微分値に比例する大きさの出力を出す制御動作である。
【００３２】
そして、ステップ１３において、この演算結果（Ａ）が＋％の方か−％の方かを判断し、＋％であればステップ１４に移行し、ここでは制御回路１６の制御サイクル（Ｓ２）×Ａ秒の間、ヒーター１５をオンさせて、タンク１２内の温水を加熱する。この時点では、開閉バルブ１４がオフされていることから、タンク１２内の温度の高くなった温水はポンプ１３によってジャケット９内に供給され、さらにここからタンク１２内に戻されて循環する。このため、シリンダ１は、その温度が速やかに立上って内部の材料温度を上昇させる。
【００３３】
その後、ステップ１５では、Ｓ２×（１−Ａ）秒の所定時間ヒーター１５をオフする信号を出力し、そのままステップ１１にリターンする。
【００３４】
一方、前記ステップ１３において−％であると判断した場合は、ステップ１６に進み、ここではＳ２×Ａ秒の間、開閉バルブ１４のオン信号を出力して開作動させる。このため、タンク１２内の温水がドレン通路２１から排出されると共に、タンク１２内には、導入通路２０を介して、冷却されて比較的温度の低い温水が導入されて、この温度の低い温水がジャケット９内に供給流動する。このため、シリンダ１は、その温度が速やかに低下して内部の材料温度を下降させる。
【００３５】
その後、ステップ１７では、Ｓ２×（１−Ａ）秒の所定時間開閉バルブ１４にオフ信号を出力して閉作動させて、そのままステップ１にリターンする。
【００３６】
このように、本実施形態では、コントローラ７によって、変更された温水目標設定温度Ｍ２’、Ｍ２”を制御回路１６に出力し、この変更温水目標設定温度Ｍ２’，Ｍ２”と実温水温度Ｇ２とよってＰＩＤ演算を行なって、ヒーター１５や開閉バルブ１４の作動を制御して温水の温度を調節するようにしたため、温水の温度が図４に示すように急激に変化することがなく、したがって、大きなハンチング現象が抑制される。この結果、シリンダ１の常時安定した温度制御が可能になり、材質が良好かつ安定した押出成形品が得られる。
【００３７】
しかも、シリンダ１の加熱と冷却を行なうための作業員による操作作業が少なくなることから、押出成形作業の能率が向上する。
【００３８】
また、第２温度検出センサ６をジャケット９のほぼ直下流のタンク１２内に配置したことから、ジャケット９内の温水温度を精度良く検出することができる。
【００３９】
さらに、ヒーター１５も、供給通路１０に直に設けるのではなく、タンク１２内に設けたため、安定した温度の温水をジャケット９内に供給することができる。
【００４０】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば第１温度検出センサ５の先端感温部５ａをシリンダ１内に埋没させてより精度の高い温度検出を行なうことも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１及び２に記載の発明によれば、押出成形機のシリンダ温度を外的要因に影響されずに精度良く制御することが可能になる。特に、温度調節機構は、シリンダの実際の温度と目標設定温度との差値から求められた、媒体の変更された目標設定温度と実際の媒体温度とよってＰＩＤ演算を行なって媒体の温度を調節するようになっているため、媒体の温度が急激に変化することがなく、したがって、大きなハンチング現象が抑制される。この結果、シリンダの常時安定した温度制御が可能になり、材質が良好かつ安定した押出成形品が得られる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、循環回路の構造の簡素化が図れ、製造作業も簡単でコストの高騰も抑制できる。
【００４３】
請求項４に記載の発明によれば、ヒーターを供給通路に直に設けるのではなく、タンク内に設けたため、安定した温度の温水をジャケット内に供給することができる。
【００４４】
請求項５に記載の発明によれば、材料温度検出部の特異な配置により、材料温度を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の押出成形機の温度制御装置の一実施形態を示す概略図。
【図２】本実施形態に供されるコントローラの制御フローチャート図。
【図３】本実施形態に供される制御回路の制御フローチャート図。
【図４】本実施形態によるシリンダの温度変化を示す特性図。
【図５】従来の温度制御装置によるシリンダの温度変化を示す特性図。
【符号の説明】
１…シリンダ
３…循環回路
４…温度調節機構
５…第１温度検出センサ（材料温度検出部）
６…第２温度検出センサ（温水温度検出部）
７…コントローラ
８…外筒
９…ジャケット
１０…供給通路
１１…排出通路
１２…タンク
１３…ウォータポンプ
１４…開閉バルブ
１５ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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