JPH04214320A - スクリュ押出機 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バレル内の溶融樹脂の
圧力分布を押出操業中に計測することができ、以て樹脂
の溶融長を算出できるスクリュ押出機に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクリュ押出機では、ホッパから導入さ
れた固体状原料は、バレルからの加熱とスクリュとバレ
ルの間のせん断作用により昇温し、ついには溶融する。 この樹脂の溶融長さ（以下、樹脂溶融長という）は、加
熱温度、スクリュ構造、スクリュ回転数等の種々の要因
により定まり、また、スクリュ回転数やフィーダの回転
数が一定でも、原料の温度、混練度、吸水の度合い等に
よってかさ比重が変わるため、樹脂溶融長は変化する。

【０００３】そして、この樹脂溶融長は、長くなり過ぎ
ると押出機に過大な負荷がかかったり、ベント孔に溢流
してその孔を閉塞することにつながり、発泡不良などの
製品不良の問題ともなり、一方、樹脂溶融長が短くなり
過ぎると、押出製品の衝撃強度などの物性低下を惹起す
る。このように、樹脂溶融長の長短は、押出操業を円滑
に進め、押出製品の物性向上を図るため重要な意味を有
し、従って、樹脂溶融長を適切な範囲に制御することは
、押出成形においては非常に重要なことである。しかし
、従来は樹脂溶融長を押出操業中に測定する方法は存在
しなかった。

【０００４】従来、樹脂溶融長を観測するには、押出機
を停止し、その後速やかにスクリュまたはバレルを抜き
去って、スクリュに付着した溶融樹脂を観測すると言う
方法が取られていた。また、バレルを縦割りに開くこと
が出来るようになっていて押出機停止後速やかに樹脂の
溶融状態を観測することが可能な押出機も知られている
（商品名：コ・ニーダー、Ｂｕｓｓ社（スイス））。　
　しかし、これらの方法乃至装置では、いずれにしても
操業中のバレル内の樹脂の挙動を観測することは出来な
い。

【０００５】特開平１−２９５８１４号公報には、スク
リュ押出機またはスクリュ式射出成形機のバレルに観測
用のガラス窓を設け、内部の樹脂の溶融状態を観測可能
としている。しかし、このような方法を用い得るのは実
験用の成形機に対してだけであり、生産機に適用するこ
とは困難である。その理由の一つは、ガラスのような割
れやすい材料を、高温高圧下の苛酷な条件下で使用しな
ければならないことであり、第二の理由は、観測用窓を
設けることによって、その部分の外部からの加熱が出来
なくなり、不均一加熱を招く可能性があることである。 さらに観測用開口部におけるガラスと金属の境界には段
差が出来ることが多く、特に塩化ビニル系樹脂のような
熱安定性の悪い材料を使用する場合には、このような段
差部分に材料が滞留し、熱分解を起こす可能性が非常に
大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、生産機を用
いて押出操業中に、生産上のトラブルを生ずることなく
、簡単かつ正確にバレル内の樹脂溶融長を計測出来るス
クリュ押出機を提供することを目的とし、更に、これを
適切な範囲に制御出来るスクリュ押出機を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、以上の点を
考慮して種々検討した結果、バレル内の溶融樹脂の圧力
分布を求め、その圧力が零になる点を押出機上流側への
外挿によって求めると、この点からバレル先端までの長
さは、実際の樹脂溶融長と良く一致することを見出し、
本発明を完成した。

【０００８】すなわち、発明１は、バレルの軸方向にバ
レル内の溶融樹脂の圧力値を出力する複数個の圧力セン
サを設けたスクリュ押出機であり、これにより軸方向の
溶融樹脂の圧力値分布が測定される。そして、発明２は
、上記押出機に、圧力センサから出力した圧力分布値を
外挿処理して樹脂溶融長を求める計算機能装置を付加す
ると共に、この計算機能装置から算出した樹脂溶融長が
設定範囲を外れた時発する警報装置を具備したことを特
徴としている。

【０００９】また、発明３は、さらに計算機能装置から
算出した樹脂溶融長が設定範囲を外れた時、スクリュ回
転数を変化させることにより、樹脂溶融長を設定範囲に
戻すための制御装置を具備したことを特徴としている。 なお、スクリュ押出機で測定されるバレル内の樹脂圧力
は、スクリュ溝の部分とスクリュフライトの部分では異
なるし、また、スクリュ溝の測定値でも、スクリュの１
回転を周期として周期的に変化する。従って、ある特定
の圧力センサによる樹脂の圧力は、常にスクリュ溝上の
同じ点の値を測定するようにすることが好ましい。この
ため、スクリュの回転状態をエンコーダを用いて探知し
、常にスクリュ溝の同じ位置での圧力を測定し得るよう
配慮することが好ましい。

【００１０】また、本発明が適用できる押出機は、後述
の実施例で例示した２軸スクリュ押出機に止まるもので
はなく、シングルスクリュ押出機にも適用できるもので
ある。そして、ベント設備の有無は関係なしに本発明は
適用可能である。さらに、本発明の押出機において用い
られる原料も、押出可能でさえあれば、全ての合成樹脂
にわたるものである。

【００１１】

【作用】以上の構成により、発明１、２及び３は、下記
の作用を奏する。すなわち、発明１においては、軸方向
の溶融樹脂の圧力値分布が操業中に測定され、この測定
された軸方向の樹脂圧力値分布、すなわち測定圧力値対
バレル先端から押出機上流方向への長さの関係は、後述
する実施例に示されるように、多くの場合上流方向の右
下がりの直線となる。このような場合には、この直線を
押出機上流方向すなわち右方へ外挿することにより、圧
力零の点を求めることが出来、上記関係が曲線になる場
合でも、押出機上流側の数点の圧力センサによる圧力分
布が直線的となるので、この部分の外挿により、圧力零
の点を求めることが出来る。このようにして得られた圧
力零の点からバレル先端までの長さをもって樹脂溶融長
とすることができる。

【００１２】そして、発明２においては、操業時に上記
樹脂溶融長が設定範囲を外れた時の警報により、押出の
異常を知ることが出来、押出操業上の不具合点や押出製
品の品質上の欠陥発生を早期に発見し、それらに対し、
樹脂溶融長を設定範囲内に戻すように操作条件を変更す
る等の対策を講ずることが可能となる。また、発明３に
おいては、制御装置により直接的にスクリュ回転数を変
化させて樹脂溶融長を上記設定範囲に戻すことを可能と
し、よって、樹脂溶融長の変化による押出操業上の不具
合や押出製品の品質不良を未然もしくは可及的速やかに
防止でき、無人運転の場合でも、常に安定した操業、安
定した品質が得られるようになる。

【００１３】

【実施例】スクリュ押出機の構成 図１は、本発明に係わるスクリュ押出機の一実施例であ
る。この押出機は、２個のスクリュ１が互いに噛み合っ
てバレル２内に装着され、バレル２の中途にベント孔３
が設けられた、いわゆるベントタイプの２軸押出機Ａで
ある。

【００１４】ベント孔３より先端方向のバレル２に複数
個の圧力センサ４、４─が設けられ、各点において溶融
樹脂圧力を測定できるようになっている。この圧力セン
サ４、４─によって測定された圧力値は制御装置５に入
力され、制御装置５に内蔵されたコンピュータ（図示せ
ず）によって、測定された樹脂圧力対バレル先端から押
出機上流方向への長さの関係の回帰分析が行われて樹脂
溶融長が求められるようになっている。

【００１５】また、この樹脂溶融長が設定範囲を外れた
時発する警報装置が備えられるか、樹脂溶融長が設定範
囲を外れた時、スクリュ回転数を変化させる制御装置が
具備されている。なお、６は制御装置５の表示部、７は
原料供給部、８は押出金型である。 成形例１ 上記スクリュ押出機を用い、溶融樹脂原料としては硬質
塩化ビニル樹脂配合物を用い、その供給はスクリュフィ
ーダ７によって行った。溶融樹脂の圧力分布は圧力セン
サ４、４─によって測定され、制御装置５に入力され、
圧力値分布が表示部６に図２に示したような形に表示さ
れた。なお、図２の上部のスクリュ１と、バレル２に設
置された圧力センサとは、圧力値の測定位置関係を示し
ている。

【００１６】この圧力値は制御装置５において内蔵コン
ピータにより回帰分析され、その相関関係数０．９８〜
１．００で直線関係となり、その圧力零への外挿値が得
られ、樹脂溶融長が求められた。この計測された樹脂溶
融長から樹脂のかさ比重の変化など、原料の状態の変化
が推定され、より好適な押出条件を知ることができる。

【００１７】成形例２ スクリュ１’の計量部分形状が二つのゾーンに分けられ
、ベント孔を有していないスクリュ押出機であって、図
１の押出機と同様に圧力センサ、制御装置が具備された
押出機を用い、原料は成形例１と同じく硬質塩化ビニル
樹脂を使用して成形を行った。図３に示すとおり、それ
ぞれのゾーンにおいて圧力Ｐ１　〜Ｐ６　を測定し、こ
れらの値を用いて回帰分析を行い、上流側の圧力分布を
外挿することにより、実施例１と同じようににして樹脂
溶融長を求めることが出来た。

【００１８】成形例３ スクリュ、バレル、圧力センサは実施例１と同じであっ
て、制御装置には警報装置が備えられ、樹脂溶融長が設
定した特定の範囲から外れた時、警報を発するようにな
っている押出機を用い、成形例１と同じ原料を使用して
成形を行った。この押出成形された硬質塩化ビニルパイ
プの落錘衝撃値は、樹脂溶融長が短くなると低下し、４
００ｍｍを切ると規格値４００ｍｍを切ってしまう。ま
た、ベント孔の位置は、バレル先端から５２５ｍｍの位
置にあり、ベント孔の閉塞を起こさないようにする為に
は、樹脂溶融長を５００ｍｍ以下とする必要があった。 従って樹脂溶融長の適切な範囲は４００〜５００ｍｍと
なる。これらの関係は図４に示したとおりであった。

【００１９】このような操業領域で押出成形を行うため
、制御ボックスの警報装置の下限値を４００ｍｍに、ま
た上限値を５００ｍｍに設定して運転を行った。このよ
うなシステムの採用により、押出操業中のベント孔の閉
塞は全くなくなり、また、落錘衝撃値の規格割れの問題
も解消した。 成形例４ 成形例３で用いた押出機に、樹脂溶融長が操業範囲から
一定時間外れた場合、この制御装置からスクリュ駆動用
モータに信号が送られてスクリュ回転数を変化させる制
御機構を付与した押出機を用い、成形例１と同じ原料を
使用して成形を行った。

【００２０】樹脂溶融長は操業範囲に維持することがで
きた。スクリュ回転数と樹脂溶融長の相関は、図５に示
すように相関係数０．　９５〜１．００の逆相関であり
、この場合、１ｒｐｍ　のスクリュ回転数の変化で樹脂
溶融長を３０ｍｍ変化させることが出来る。スクリュ回
転数変更のきざみは、０．５ｒｐｍ　、その変化の速度
は１ｒｐｍ　／分と設定した。

【００２１】上記した制御装置の採用により、操業上の
トラブルもなく、また品質的に優れた硬質塩化ビニルパ
イプを安定して生産することが出来た。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、生産用押出機の操業中に
、生産を妨げることなく、バレル各位置における溶融樹
脂圧を測定出来、その測定結果から樹脂溶融長を計測で
きるようになった。その結果として、先ず第一に原料供
給量の変動を知り得るようになり、その対策を早めに打
つことが可能となった。

【００２３】また、発明２においては、樹脂溶融長が長
くなって、ベント孔が閉塞されそうになった場合も、そ
れを未然に知って対応することが出来るようになる。さ
らに樹脂溶融長とある特定の品質との相関が知れている
場合には、その特定の品質が規格値を割る値に対応する
樹脂溶融長を限界値とし、警報を発するなどして品質不
良を未然に防止し得るようになる。

【００２４】その上、発明３においては、品質上、操業
上の限界値に対応する樹脂溶融長を設定値として制御装
置に入力し、この制御装置をスクリュ駆動装置につなげ
ることによりスクリュ回転数を変化させ、以て樹脂溶融
長を設定範囲内にコントロール出来、無人運転の場合で
も、常に安定した操業、安定した品質の押出製品が得ら
れる。

【００２５】以上述べたように、本発明により従来知る
ことのできなかった押出機バレル内の樹脂の溶融挙動が
解明され、その結果得られた知見は押出機の操業の安定
化や押出製品の品質向上に資する所が非常に大きい。こ
のように本発明の工業的価値は極めて大きいものがある
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスクリュ押出機の概略断面図である。

【図２】上記押出機のバレル内の溶融樹脂の樹脂圧力分
布値である。

【図３】押出機の計量部のスクリュ形状が前半と後半で
違っている場合の樹脂圧力分布図である。

【図４】押出製品の落錘衝撃値と樹脂溶融長の関係を示
すグラフである。

【図５】スクリュ回転数の変化と樹脂溶融長の関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１　　、１’　　スクリュ ２　　　　　　　　バレル ３　　　　　　　　ベンド孔 ４　　　　　　　　圧力センサ ５　　　　　　　　制御装置 ６　　　　　　　　表示部 Ａ　　　　　　　　押出機。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　バレル内の溶融樹脂の圧力値を出力す
   る複数個の圧力センサをバレルの軸方向に設けたことを
   特徴とするスクリュ押出機。
2. 【請求項２】　　バレル内の溶融樹脂の圧力値分布を外
   挿処理して、該バレル内の樹脂溶融長を求める計算機能
   装置と、該樹脂溶融長が設定範囲を外れた時、警報を発
   する警報装置とを具備したことを特徴とする請求項第１
   項記載のスクリュ押出機。
3. 【請求項３】　　バレル内の溶融樹脂の圧力値分布を外
   挿処理して該バレル内の樹脂溶融長を求める計算機能装
   置と、該樹脂溶融長が設定範囲を外れた時、スクリュ回
   転数を変化させることにより、該樹脂溶融長を設定範囲
   に戻すための制御装置とを具備したことを特徴とする請
   求項第１項記載のスクリュ押出機。