JP2000288625A - 押出制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備費が高価なフィードバック制御（押出中
のオンライン実測値に基づいて冷媒供給量を制御）を行
わずに、フィードバック制御と同様に表面品質の良好な
製品を生産性良く、かつ安価に生産する押出制御方法を
提供する。 【解決手段】 押出後の製品を冷媒供給手段により冷却
する押出制御方法において、押出装置の処理能力等より
求めた目標押出速度により押出後の製品温度を予測し、
この予測製品温度と予め求めた製品の表面欠陥発生限界
温度と比較し、製品温度が表面欠陥発生限界温度と同じ
又は低いときは冷媒供給量を零、製品温度が表面欠陥発
生限界温度より高いときは冷媒供給量を製品温度と表面
欠陥発生限界温度との温度差に基づく演算値に基づいて
前記冷媒供給手段の冷媒供給量を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム等の
金属製ビレットの押出加工する際に液体窒素等の冷媒を
用いて冷却する押出制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アルミニウム又はアルミニウム
合金等を始めとする金属の押出工程では、図７に示すよ
うに、コンテナ１０内のビレット３は、ステム９により
後方から押され、ダイス４を通じて製品２に押し出され
る。

【０００３】この押出製品の生産に際し、生産効率の点
から押出速度を速くすることが望まれる。一方、押出速
度を速くすると、押出製品によっては、表面性状が悪化
（割れ、むしれ等の表面欠陥の発生）するため、低速で
の押出加工が余儀なくされ、生産性（単位時間の生産
量）の向上が図れない問題がある。

【０００４】この押出製品の表面性状の悪化は、押出速
度の高速化に伴うダイス出口近傍での押出製品の温度上
昇に伴い生じやすいことが知られている。特に、この押
出製品温度がある限界温度（表面欠陥発生限界温度）を
越えると表面欠陥の発生が著しいことが知られている。
このため、表面性状の悪化の防止策の一つは、押出製品
温度が前記表面欠陥発生限界温度に達しないようにする
ことである。

【０００５】この観点から、表面性状の良好な製品を得
るために、押出速度、ビレット加熱温度を調整し、押出
製品温度を管理する方法が提案（例えば、特開昭６１−
１１９３２４号公報）されている。この方法は、図７に
示すように、ダイス４の出側での製品２の温度をプラテ
ン１３の出側に設けた赤外線温度計１４により連続測定
し、この測定製品温度が、事前に設定した表面欠陥限界
温度以下となるよう、押出速度を常時制御するととも
に、次回押出時のビレット温度を制御する方法である。

【０００６】しかし、この方法は、測定製品温度が前記
表面欠陥限界温度以下になるように押出速度を制御する
ものであり、押出速度を前記制御速度より速くして、生
産性の向上が図れない問題がある。このため、速い押出
速度でも表面性状の良好な製品を得るために、ダイス出
口近傍を冷媒（空気、ガス、液体窒素等）により強制冷
却して、製品の温度上昇を抑制する方法が提案（特公昭
５４−３０６６７号公報、特開平４−２６２８２１号公
報等）されている。

【０００７】特公昭５４−３０６６７号公報の方法は、
図６に示すように、押出後の中空製品の内周と外周の両
方に冷媒２３ａ、２３ｂ（空気、ＣＯ₂ ガス、Ｎ₂ ガス
等）を供給し、この冷媒供給量はダイスの温度測定器２
４からの情報により冷媒供給量を調整する方法である。
この冷媒によりダイス孔２１ｃを所望の温度に維持する
ことにより、製品劣化防止とダイス寿命延長を図るもの
である。特開平４−２６２８２１号公報の方法は、押出
中の製品温度を放射温度計で連続的に測定し、この測温
値に基づき、冷媒供給量を制御する方法である。すなわ
ち、製品温度が設定値より高くなると冷媒供給量を増加
させ、製品温度が設定値より低くなると冷媒供給量を減
少させるものである。この繰り返しにより、押出中の製
品温度が最適温度に保たれ、その結果、製品長さ方向全
長にわたって良好な品質の製品が成形されることが記載
されている。

【０００８】これら二つの方法は、押出中のオンライン
実測値（ダイス温度、コンテナ圧力、製品温度等）に基
づいて冷媒供給量を制御する冷媒供給のフィードバック
制御方法である。すなわち、最初に設定流量の冷媒を流
し、押出時に、ダイスや製品の温度測定を行い、この測
温値と設定値との差により冷媒供給量を制御するもので
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなフ
ィードバック制御方法は精度の良い測温装置や、高速の
処理能力を持つ演算装置等が必要になり、設備費が高価
なものとなる。さらに、これら装置の性能を維持するた
めのメンテナンスにも手間が掛かり、押出コストの上昇
となる問題がある。これに加えて、製品温度の放射温度
計等による測定は非接触であり、押出の際に使用される
冷媒の影響を受ける共に、製品の表面粗さ、合金の種類
等による製品表面の放射率の変化等により、かならずし
も精度良く製品温度を測定できない場合があり、冷媒供
給量の制御を適正に行うことができない問題がある。

【００１０】そこで、本発明では、設備費が高価なフィ
ードバック制御を行わずに、適正な予測により冷媒供給
量の初期設定を行い、フィードバック制御と同様に表面
品質の良好な製品を生産性良く、かつ安価に生産する押
出制御方法を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、押出後
の製品を冷媒供給手段により冷却する押出制御方法にお
いて、ビレットの寸法、押出比および押出装置の処理能
力より目標押出速度を求め、この目標押出速度に基づい
て押出後の製品温度を予測し、この予測製品温度と予め
求めた製品の表面欠陥発生限界温度とを冷媒供給量演算
手段に入力し、この冷媒供給量演算手段は、予測製品温
度が表面欠陥発生限界温度と同じ、又は低いときに、冷
媒供給量を零とする信号を前記冷媒供給手段に設けた流
量調整手段へ出力する一方、予測製品温度が表面欠陥発
生限界温度より高いときに、予測製品温度と表面欠陥発
生限界温度との温度差に基づいて冷媒供給量を演算して
この演算値の信号を前記流量調整手段へ出力し、前記流
量調整手段は、これら出力された信号に基づいて、前記
冷媒供給手段の冷媒供給量を調整することを特徴とする
ものである。

【００１２】ビレットの寸法、押出比および押出装置の
処理能力より目標押出速度を求めることによって、押出
装置の処理能力が最大となる目標押出速度を設定するこ
とができ、押出の生産性を高い状態に維持できる。

【００１３】次に、この目標押出速度に基づいて押出後
の製品温度を予測し、この予測製品温度と予め求めた製
品の表面欠陥発生限界温度に基づいて、冷媒供給量演算
手段によりを演算して、冷媒供給量の初期設定を行い、
この設定に基づいて冷媒供給手段の冷媒供給量を調整す
ることによって、予測製品温度は表面欠陥発生限界温度
を越えることなく、表面品質の良好な製品を押し出すこ
とができる。このとき、押出後の製品温度の予測は過去
の実績値からの類推値や予測式を用いることができる。
そして、製品の表面欠陥発生限界温度は予め測定してお
く。また、この製品の表面欠陥発生限界温度を製品の局
部溶融開始温度を採用することもできる。

【００１４】そして、前記冷媒供給量の初期設定は、冷
媒供給量演算手段により、製品温度が表面欠陥発生限界
温度と同じ、又は低いときに冷媒供給量を零と、製品温
度が表面欠陥発生限界温度より高いときに、製品温度と
表面欠陥発生限界温度との温度差に基づいて冷媒供給量
を演算して冷媒供給手段の冷媒供給量を調整することに
よって、製品に表面欠陥発生させることなく、冷媒使用
量を最小限にすることができ、押出の生産コストを低減
できる。このとき、冷媒供給量演算手段における冷媒供
給量の演算は下記予測式を用いることができる。 Ｓ_l ＝（ΔＴ×Ｓ_b ×Ｃ_b ×ρ_b ×ｖ^* ）／（６０×ｋ×ｑ_l ×ρ_l ×Ｒ） ......式 ここで、 Ｓ_l ：冷媒供給量（ｍ³ ／ｓ） ΔＴ ：製品の必要冷却温度（Ｋ） ΔＴ＝０ ....（Ｔ_v ＜Ｔ_max の場合） ΔＴ＝Ｔ_v −Ｔ_max ....（Ｔ_v ≧Ｔ_max の場合） Ｓ_b ：ビレットの断面積（ｍ² ） すなわち、Ｓ_b ＝（π／４）×φ_b ² φ_b ：ビレットの径（ｍｍ） Ｃ_b ：ビレットの比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｋ） ρ_b ：ビレットの密度（ｋｇ／ｍ³ ） Ｔ_v ：押出後の予測製品温度（Ｋ） Ｔ_max ：製品の表面欠陥発生限界温度（Ｋ） ｖ^* ：目標押出速度（ｍ／ｍｉｎ） ｋ ：供給した冷媒のうち製品冷却に使われる割合
（０＜ｋ＜１） ｑ_l ：単位重量あたりの冷媒が抜熱し得る熱量（ｋｃ
ａｌ／ｋｇ） ρ_l ：冷媒の密度（ｋｇ／ｍ³ ） Ｒ ：押出比（ビレットの断面積と押出製品の断面積
との比）

【００１５】冷媒供給量Ｓ_l の予測式（式）は以下の
ようにして求めた。まず、製品の必要冷却温度ΔＴに制
御するための抜熱すべき熱量Ｑ_A （ｋｃａｌ）は、 Ｑ_A ＝Ｃ_b ×ρ_b ×（（π／４）×φ_b ² ×Ｌ_b ）×ΔＴ ......式 となる。ここで、Ｌ_b はビレットの長さ（ｍｍ） そして、ビレット押出中の冷媒の供給量Ｓ_l の場合の製
品を抜熱し得る熱量Ｑ_B （ｋｃａｌ）は、 Ｑ_B ＝ｋ×ｑ_l ×ρ_l ×Ｓ_l ×（（Ｒ×Ｌ_b ）／ｖ^* ）×６０......式 となる。ここで、ｋは供給した冷媒のうち製品冷却に使
われる割合で、押出条件により、ｋは０から１の間の変
数となる。式と式より、製品の温度上昇ΔＴを抑制
するのに必要な冷媒流量はＱ_A ＝Ｑ_B となり、この結
果、 Ｓ_l ＝（ΔＴ×Ｓ_b ×Ｃ_b ×ρ_b ×ｖ^* ）／（６０×ｋ
×ｑ_l ×ρ_l ×Ｒ） となる。

【００１６】また、本発明のうちで請求項２記載の発明
は、押出後の製品を冷媒供給手段により冷却する押出制
御方法において、ビレットの寸法、押出比および押出装
置の処理能力より目標押出速度を求め、この目標押出速
度に基づいて押出後の製品温度を予測し、この予測製品
温度と予め求めた製品の表面欠陥発生限界温度とを冷媒
供給量演算手段に入力し、この冷媒供給量演算手段は、
予測製品温度が表面欠陥発生限界温度より低いときに、
冷媒供給量を零とする演算値を押出順序判定手段へ出力
する一方、予測製品温度が表面欠陥発生限界温度より高
いときに、予測製品温度と表面欠陥発生限界温度との温
度差に基づいて冷媒供給量を演算してこの演算値を前記
押出順序判定手段へ出力し、前記押出順序判定手段は、
演算した冷媒供給量が少ない順に、押出前のビレットの
押出順序を並び替えるとともに、並び替えたビレットの
前記演算した冷媒供給量を記憶し、次に、この並び替え
た順序で前記ビレットを押し出す一方、押出の際に、押
出するビレットに対応する前記押出順序判定手段に記憶
した冷媒供給量の信号を前記冷媒供給手段に設けた流量
調整手段へ出力し、この流量調整手段は、これら出力さ
れた信号に基づいて、前記冷媒供給手段の冷媒供給量を
調整することを特徴とするものである。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の構成に加えて、押出を行う前に、予め、押出前のビ
レットの冷媒供給量を冷媒供給量演算手段により演算し
ておく。次に、この冷媒供給量演算値の少ない順に、押
出順序判定手段により、押出前のビレットの押出順序を
並び替えるとともに、この押出順序判定手段に並び替え
たビレットの前記冷媒供給量演算値を記憶する。そし
て、この並び替えた順序で前記ビレットの押出を行う一
方、この押出の際に、押出するビレットに対応する冷媒
供給量の演算値（前記押出順序判定手段に記憶）の信号
を流量調整手段へ出力し、この出力信号に基づいて、冷
媒供給手段の冷媒供給量を調整するものである。

【００１８】冷媒供給量演算値の少ない順にビレットを
押出すことにより、（イ）冷媒の供給量の最少化を図る
ことができる。すなわち、いつでも冷媒が供給できるよ
うに、冷媒タンクから流量調整手段までの間の配管内を
常に冷媒で満たしておく必要があり、この際、配管外壁
を通して外部からの入熱により、冷媒が配管内部で気化
する冷媒のロスを減少できる。さらに、（ロ）押出製品
温度が表面欠陥発生限界温度を越えないように、冷媒を
押出機内へ供給することが可能となり、表面品質の良好
な製品を安定して押出すことができる。すなわち、予
め、冷媒タンクから流量調整手段までの間の配管内を十
分に冷却され、常に、所定量の冷媒を押出機内へ供給す
ることができ、押出製品の表面欠陥の発生を防止でき
る。従来、冷却必要有および無の製品が混在した生産順
序で行われていたので、冷却必要無の製品の後に、冷却
必要有の製品用ビレットの押出が行われた場合、押出開
始直後は配管が十分に冷えていない場合があり、冷媒が
配管内で気化して所定量の冷媒を押出機内へ供給するこ
とができない場合があった。請求項２記載の発明は、適
正な予測により冷媒供給量の初期設定に基づき、冷媒供
給量演算値の少ない順にビレットを押出すことにより、
表面品質の良好な製品を生産性良く、かつ安価に生産す
ることができるものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図示例と
ともに説明する。図１は、本発明の押出制御方法に用い
る押出機の説明図であり、図２は、本発明の第１実施の
形態の制御の方法を示す、フローチャートであり、図３
および図４は、本発明の第２実施の形態の制御の方法を
示す、フローチャートである。

【００２０】本発明の押出制御方法に用いる押出機１に
は、図１に示すように、液体窒素貯蔵タンク６と、この
液体窒素貯蔵タンク６からの液体窒素配管７ａに接続さ
れらた液体窒素調整弁７ｂと、この液体窒素調整弁７ｂ
から押出機１内のダイス４とバッカー１０との間に開口
孔７ｄを有する液体窒素流通路７ｃとからなる冷却媒体
供給手段７を有している。この冷却媒体供給手段７は、
前記開口孔７ｄから液体窒素を放出し、押出後の製品２
を冷却するとともに、ダイス4 も冷却できる構造になっ
ている。

【００２１】そして、この押出機１において、入力手段
５と演算手段８が設けらると共に、押出後の製品を冷却
する冷媒供給手段の液体窒素調整弁７ｂには、冷媒供給
量を制御する流量調整手段が設けられている。前記入力
手段５は、ビレットの寸法、押出比、押出装置の処理能
力および、予め求めた製品の表面欠陥発生限界温度を入
力する装置である。そして、前記演算手段８には、押出
速度演算手段８ａ、温度予測手段８ｂおよび冷媒供給量
演算手段８ｃが設けられている。

【００２２】押出速度演算手段８ａでは、入力手段５に
入力したビレットの寸法、押出比、押出装置の処理能力
の情報より目標押出速度を求める。次に、温度予測手段
８ｂでは、押出速度演算手段８ａで求めた目標押出速度
に基づいて押出後の製品温度を予測する。そして、冷媒
供給量演算手段８ｃでは、前記温度予測手段８ｂにより
予測した製品温度と前記入力手段５に入力した表面欠陥
発生限界温度より冷媒供給量を演算する。その後、前記
液体窒素調整弁（流量調整手段）７ｂに冷媒供給量演算
手段８ｃで演算した冷媒供給量の信号が送られ、前記流
量調整手段７ｂはこの演算した冷媒供給量になるように
冷却媒体供給手段７を制御することとなる。

【００２３】次に、この押出機を用いて、押出時の冷媒
供給量を制御した本発明の第１実施の形態（請求項１の
発明）を図２により説明する。まず、〔ステップ１〕に
おいて、押出本数をＭをセットする。そして、押出本数
の係数Ｋを０にセットする。

【００２４】〔ステップ２〕において、入力手段によ
り、以下の押出製品情報を取り込む。 ビレットの寸法（ｍｍ） ：Ｌ_b （長さ）、φ_b （直径） 押出比 ：Ｒ 押出装置の処理能力（ｋｇ／ｍｉｎ）：ｄ 製品の表面欠陥発生限界温度（℃） ：Ｔ_max ここで、のビレットは、通常、円柱形状を用いるが角
柱形状を用いてもよい。の押出比Ｒはビレットの断面
積と押出製品の断面積と比を用いる。の押出装置の処
理能力ｄについては、押出装置の前後の設備処理能力を
も考慮する。例えば、前面設備処理能力（ビレットの加
熱処理能力等）ａ、後面設備処理能力（引張強制、製品
切断等の処理能力）ｂを考慮し、律速となる処理能力を
押出装置の処理能力ｄとすることが好ましい。の製品
の表面欠陥発生限界温度Ｔ_max は実操業の結果や実験か
ら予め、求めておく。また、この製品の表面欠陥発生限
界温度を製品の局部溶融開始温度を採用することもでき
る。

【００２５】〔ステップ３〕において、押出速度演算手
段により目標押出速度ｖ^* を決定する。この目標押出速
度（ｍ／ｍｉｎ）：ｖ^* の決定は下記演算式を用いるこ
とができる。 ｖ^* ＝（Ｌ_b ×Ｒ×ｄ）／（Ｓ_b ×Ｌ_b ×ρ_b −ｄ×ｃ） ここで、 Ｓ_b ：ビレットの断面積（ｍ² ） すなわち、Ｓ_b ＝（π／４）×φ_b ² φ_b ：ビレットの径（ｍｍ） Ｌ_b ：ビレットの長さ（ｍｍ） ρ_b ：ビレットの密度（ｋｇ／ｍ³ ） Ｒ ：押出比 ｄ ：押出装置の処理能力（ｋｇ／ｍｉｎ） ｃ ：ビレット１本当たりのセッティング時間（ｋｇ
／ｍｉｎ）

【００２６】次に、〔ステップ４〕において、温度予測
手段により、押出後の製品温度Ｔ_vを予測を行う。この
押出後の予測製品温度は過去の実績値からの類推値や、
予測式を用いることができる。例えば、予測製品温度Ｔ
_v は押出速度ｖ^* 、ビレット温度θ_b 等の関数として下
式の予測式により求めることができる。 Ｔ_v ＝θ_b ＋Δθ₁ −（（Ｈ×Ｒ）／Ｃ_b ×ρ_b ×Ｓ_b
×ｖ^* ）×（θ_b ＋（Δθ₁ ／２）−θ_d ） ただし、Δθ₁ ＝（Ｆ_s ×Ｊ^-1／（Ｃ_b ×ρ_b ×Ｓ_b ） ここで、 Ｔ_v ：予測製品温度（℃） θ_b ：ビレットの温度（℃） θ_d ：ダイス加熱温度（℃） ｖ^* ：押出速度（ｍ／ｍｉｎ） Ｈ ：押出材料から工具への熱の移動率（ｋｃａｌ／
ｍｉｎ・℃） Ｓ_b ：ビレットの断面積（ｍｍ² ） すなわち、Ｓ_b ＝（π／４）×φ_b ² Ｃ_b ：素材の比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｋ） ρ_b ：素材の密度（ｋｇ ／ｍ³ ） Ｆ_s ：押出荷重（予測値あるいは実績値）（ｋｇｆ） Ｊ ：熱の仕事当量 （ｋｇｆ／ｍ／ｋｃａｌ） このとき、ビレットの温度θ_b はビレット加熱炉からの
取出温度、ダイス加熱温度θ_d は、通常の押出時の設定
ダイス加熱温度を採用することができる。

【００２７】そして、予測製品温度Ｔ_v の演算に用いる
押出荷重Ｆ_s を、アルミニウム（アルミニウム合金を含
む。）の押出の場合、押出終荷重を用いることができ
る。アルミニウムの荷重−変位曲線は、一般に、図８で
示される。ここで、図中Ｂ部は材料の加工（変形）に要
した仕事量を表し、図中Ａ部はコンテナとビレットの摩
擦に要した仕事量を表す。通常、押出加工時の製品温度
の上昇は、主に金型出口近傍の加工熱（Ｂ部）に起因す
る。このため、Ｂ部のみで決定できる押出終荷重を予測
製品温度Ｔ_v の演算に用いることができる。

【００２８】そして、〔ステップ５〕において、冷媒供
給量演算手段により、表面欠陥発生温度Ｔ_max と押出後
の予測製品温度Ｔ_v との比較を行う。ΔＴ＝Ｔ_max−Ｔ
_v ≦０のとき、すなわち、冷却が不必要と判断された場
合には〔ステップ６〕で、冷媒供給量を零とする。 一
方、ΔＴ＝Ｔ_max−Ｔ_v ＞０のとき、すなわち、冷却が
必要と判断された場合には、〔ステップ７〕において、
冷媒供給量演算手段により、必要冷媒供給量を演算す
る。そして、これらの結果を〔ステップ８〕において、
冷媒供給量演算手段より流量調整手段へ必要冷媒供給量
を出力する。この時、冷媒供給量を零、すなわち、冷却
が不必要と判断された場合には、冷媒の供給は一切行わ
ない。そして、冷却が必要と判断された場合には、前記
出力された冷媒供給量になるように冷媒供給手段の液体
窒素調整弁（流量調整手段）７ｂを調整して押出機内へ
冷媒供給量を供給する。

【００２９】〔ステップ９〕において、Ｋ≠Ｍならば
〔ステップ１〕にもどり、Ｋ＝Ｋ＋１とセットして、
〔ステップ２〕以降の工程をを再び実行する。そして、
〔ステップ９〕において、Ｋ＝Ｍとなった時点で、終了
する。このようにして、適正な予測により冷媒供給量の
初期設定を行い、押出後の表面品質の良好な製品を生産
することができる。

【００３０】次に、この押出機を用いて、押出時の冷媒
供給量を制御した本発明の第２実施の形態（請求項２の
発明）を説明する。本発明の第２実施の形態は、本発明
の第１実施の形態に、図１の本発明の押出制御方法を摘
要した押出機に、さらに押出順序判定手段を設けたもの
である。

【００３１】本発明の第２実施の形態（請求項２の発
明）を図３および図４により説明する。〔ステップ１〕
において、押出本数をＭをセットする。そして、押出本
数の係数Ｋを０にセットする。そして、本発明の第１実
施の形態の工程（〔ステップ２〕から〔ステップ８〕）
を繰り返し実行する。そして、このとき〔ステップ８〕
では、冷媒供給量演算手段により求めた必要冷媒供給量
を出力を押出順序判定手段へ行う。

【００３２】そして、〔ステップ９〕において、Ｋ≠Ｍ
ならば〔ステップ１〕にもどり、Ｋ＝Ｋ＋１とセットし
て、〔ステップ２〕以降の工程を再び実行する。そし
て、〔ステップ９〕において、Ｋ＝Ｍとなった時点で、
〔ステップ１０〕を実行する。

【００３３】〔ステップ１０〕において、押出順序判定
手段において、目標押出速度を達成するために冷却が必
要か不必要かの判定するとともに、Ｍ種類の製品の内
の、冷却が不必要な製品グループと冷却を必要とする製
品グループとに分けて、それぞれの製品種類数を集計す
る。 例えば、冷却が不必要な製品グループの種類 ：Ｎ 冷却を必要とする製品グループの種類 ：Ｍ−Ｎ

【００３４】次に、〔ステップ１１〕において、冷却が
不必要な製品グループ（Ｎ種類）について生産順序を決
定する。この場合、順序に特に制約を設ける必要はな
く、従来の押出スケジュールで行ってよい。そして、冷
却を必要とする製品グループの製品（Ｍ−Ｎ種類）につ
いて生産順序を決定する。この場合、押出順序判定手段
において、前記冷媒供給量演算手段により演算した冷媒
供給量が少ない順に、押出前のビレットの押出順序を並
び替えるとともに、並び替えたビレットの前記演算した
冷媒供給量を押出順序判定手段に記憶しておく。

【００３５】〔ステップ１２〕において、冷却が不必要
な製品グループの種類、すなわち、押出本数をＮをセッ
トする。そして、この押出本数の係数Ｉを０にセットす
る。その後、〔ステップ１３〕、〔ステップ１４〕にお
いて、ビレットの押出を行う。

【００３６】ビレットの押出終了後、〔ステップ１５〕
へ進み Ｉ≠Ｎならば、〔ステップ１２〕にもどり、Ｉ
＝Ｉ＋１とセットして、〔ステップ１３〕以降の工程を
再び実行する。そして、〔ステップ１５〕において、Ｉ
＝Ｎとなった時点で、〔ステップ１６〕へ進み、冷却が
不必要な製品グループのビレットの押出を終了する。

【００３７】次に冷却を必要とするグループのビレット
の押出を開始する。〔ステップ１６〕において、押出本
数をＮをセットする。そして、押出本数の係数Ｊを０に
セットする。そして、〔ステップ１７〕において、ビレ
ットの押出を開始するとともに、前記押出順序判定手段
に記憶した冷媒供給量の設定値に基づき、冷媒供給手段
の液体窒素調整弁（流量調整手段）７ｂを調整して押出
機内へ冷媒供給量を供給する（〔ステップ１８〕）。そ
して、〔ステップ１９〕においてビレットの押出が終了
した時点で押出機内へ冷媒供給量を供給を停止する
（〔ステップ２０〕）。

【００３８】そして、〔ステップ２１〕へ進み Ｊ≠Ｍ
−Ｎならば〔ステップ１６〕にもどり、Ｊ＝Ｊ＋１にセ
ットとして、〔ステップ１７〕以降の工程を再び実行す
る。そして、〔ステップ２１〕において、Ｊ＝Ｍ−Ｎと
なった時点で、〔ステップ２２〕へ進み、冷却必要のグ
ループのビレットの押出を終了と同時に冷蔵タンク→配
管への冷媒供給も停止する。

【００３９】本実施の形態において、〔ステップ１４〕
と〔ステップ１５〕の間に、新たに設ける〔ステップ
Ａ〕の判定手段と〔ステップＢ〕の貯蔵タンクから配管
への冷媒供給工程を新たに設けることができる。すなわ
ち、冷却が不必要な製品グループのビレットの数が残り
少なくなると、冷却が必要グループのビレットの押出準
備のために、配管等に冷媒を供給するためである。例え
ば、〔ステップＡ〕の判定手段において、残りビレット
数が５本、すなわち、Ｉ＞Ｎ−５となったときに、〔ス
テップＢ〕の工程に進み、配管等への冷媒供給を開始す
ることができる。この場合も、次に、〔ステップ１５〕
へ進むこととなる。この〔ステップ１４〕と〔ステップ
１５〕により、冷却開始直後より冷媒の安定供給が可能
となる。

【００４０】次に、前述の実施の形態による押出実験
を、図１に示す押出機により行った。この押出実験は、
アルミニウム合金（ＪＩＳ ７Ｎ０１系）製ビレット
（寸法：φ２５０ｍｍ）を用い、Ａの複雑形状中空製品
（押出比：７５）、Ｂの角棒（押出比：５０）、Ｃの角
パイプ（押出比：７０）へ、各１トン押出実験を行っ
た。これら押出した製品の断面形状を図９に示す。図９
の図ａはＡの複雑形状中空製品の断面を示す図であり、
図ｂはＢの角棒の断面を示す図であり、図ｃはＣの角パ
イプの断面を示す図である。

【００４１】（第１押出実験：従来例）上述のビレット
の寸法、押出比および押出装置の処理能力より目標押出
速度（Ａの複雑形状中空製品：１７ｍ／ｍｉｎ、Ｂの角
棒：２５ｍ／ｍｉｎ、Ｃの角パイプ：２０ｍ／ｍｉｎ）
を求めた。この押出実験では、冷媒（液体窒素）の一般
的使用量である製品１トン当たり１００ｋｇに設定し
た。そして、前述の目標押出速度、冷媒を１００ｋｇ／
製品１トン使用して、Ａの複雑形状中空製品、Ｂの角
棒、Ｃの角パイプの順に押出を行った。押出後の製品の
表面状況を検査したところ、Ａの複雑形状中空製品につ
いては押出した全数に表面欠陥が発生が認められた。一
方、Ｂの角棒やＣの角パイプには表面欠陥が発生が認め
られなった。

【００４２】（第２押出実験：請求項１の発明）上述の
目標押出速度に基づいて押出後の製品温度を予測し、こ
の予測製品温度と予め求めた製品の表面欠陥発生限界温
度（例えば、局部溶融開始温度）との温度差に基づいて
冷媒供給量を演算した。演算した冷媒供給量は、以下の
通りである。 Ａの複雑形状中空製品：１５０ｋｇ／製品１トン Ｂの角棒 ：供給の必要なし。 Ｃの角パイプ ：８０ｋｇ／製品１トン そして、前述の目標押出速度で、前記演算した冷媒供給
量の冷媒を供給して、、Ａの複雑形状中空製品、Ｂの角
棒、Ｃの角パイプの順に押出を行った。押出後の製品の
表面状況を検査したところ、Ａの複雑形状中空製品につ
いては、最初の数本の製品に表面欠陥の発生が認められ
たが、冷媒供給が安定した後の製品には表面欠陥の発生
が認められなかった。一方、Ｂの角棒やＣの角パイプに
は表面欠陥が発生が認められなった。このように、Ｂの
角棒やＣの角パイプの押出時の冷媒供給量を、一般的な
押出時の冷媒供給量（１００ｋｇ／製品１トン）より減
らしても、Ｂの角棒やＣの角パイプには表面欠陥が発生
がしないことを確認できた。

【００４３】（第３押出実験：請求項２の発明）本押出
実験は、第２押出実験の条件で製品の押出順序を変えた
ものである。押出順序を冷媒供給量の少ない順に、すな
わち、Ｂの角棒、Ｃの角パイプ、Ａの複雑形状中空製品
の順に押出を行った。押出後の製品の表面状況を検査し
たところ、全ての製品で表面欠陥が観察されなかった。
このように、演算冷媒供給量が少ない順に、押出前のビ
レットの押出順序を並び替えることにより、製品の表面
欠陥が発生を防止できると共に、冷媒の使用量を低減で
きることを確認した。

【００４４】このように、フィードバック制御を行うこ
となく、適正な予測により冷媒供給量の初期設定を行う
とともに、演算した冷媒供給量が少ない順に、押出前の
製品の押出順序を並び替えて、この演算値の冷媒を押出
時に押出機内（ダイスの製品出口近傍）に供給すること
により、表面品質の良好な押出製品を生産性良く、かつ
安価に生産することができた。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、設備
費が高価なフィードバック制御を行わずに、適正な予測
により冷媒供給量の初期設定を行い、フィードバック制
御と同様に表面品質の良好な製品を生産性良く、かつ安
価に生産する押出制御することを可能とするものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の押出制御方法を摘要した押出機の説明
図である。

【図２】本発明の第１実施の形態の制御の方法を示す、
フローチャートを示す図である。

【図３】本発明の第２実施の形態の制御の方法を示す、
フローチャートの前半を示す図である。

【図４】本発明の第２実施の形態の制御の方法を示す、
フローチャートの後半を示す図である。

【図５】液体窒素冷却の押出装置の配管モデル図であ
る。

【図６】従来技術の押出製品およびダイスへの冷媒供給
を示す模式図である。

【図７】従来技術の押出機と放射温度計の概略を示す説
明図である。

【図８】アルミニウムの荷重−変位曲線を示す図であ
る。

【図９】本発明の実施の形態における押出製品の断面を
示す図であり、図ａはＡの複雑形状中空製品の断面図で
あり、図ｂはＢの角棒の断面図であり、図ｃはＣの角パ
イプの断面図である。

【符号の説明】

１ 押出機 ２ 押出製品 ３ ビレット ４ ダイス ５ 入力装置 ６ 流量調整弁（流量調整手段） ７ 冷媒供給手段 ８ 演算手段 ８ａ 押出速度演算装置 ８ｂ 製品温度予測装置 ８ｃ 冷媒供給量演算装置 ８ｄ 押出順序判定手段 ９ ステム １０ コンテナ １１ バッカー １２ ボルスター １３ プラテン １４ 放射温度計（赤外線放射温度計） １５ 液体窒素貯蔵タンク １６ サブクーラー １７ 流量調整弁 １８ 制御盤 １９ 液体窒素配管 ２０ ガス作動配管 ２１ａ 雄ダイス ２１ｂ 雌ダイス ２１ｃ ダイス孔 ２２ 冷媒流路 ２３ 流量調整弁 ２３ａ 冷媒 ２３ｂ 冷媒 ２４ 温度測定器 ２５ 押出製品

フロントページの続き (72)発明者 井上 勝彦 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 Ｆターム(参考） 4E029 SA02 SA03 TA02 TA05 TA06 TA07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 押出後の製品を冷媒供給手段により冷却
   する押出制御方法において、 ビレットの寸法、押出比および押出装置の処理能力より
   目標押出速度を求め、 この目標押出速度に基づいて押出後の製品温度を予測
   し、 この予測製品温度と予め求めた製品の表面欠陥発生限界
   温度とを冷媒供給量演算手段に入力し、 この冷媒供給量演算手段は、予測製品温度が表面欠陥発
   生限界温度と同じ、又は低いときに、冷媒供給量を零と
   する信号を前記冷媒供給手段に設けた流量調整手段へ出
   力する一方、予測製品温度が表面欠陥発生限界温度より
   高いときに、予測製品温度と表面欠陥発生限界温度との
   温度差に基づいて冷媒供給量を演算してこの演算値の信
   号を前記流量調整手段へ出力し、 前記流量調整手段は、これら出力された信号に基づい
   て、前記冷媒供給手段の冷媒供給量を調整することを特
   徴とする押出制御方法。
2. 【請求項２】 押出後の製品を冷媒供給手段により冷却
   する押出制御方法において、 ビレットの寸法、押出比および押出装置の処理能力より
   目標押出速度を求め、 この目標押出速度に基づいて押出後の製品温度を予測
   し、 この予測製品温度と予め求めた製品の表面欠陥発生限界
   温度とを冷媒供給量演算手段に入力し、 この冷媒供給量演算手段は、予測製品温度が表面欠陥発
   生限界温度と同じ、又は低いときに、冷媒供給量を零と
   する演算値を押出順序判定手段へ出力する一方、予測製
   品温度が表面欠陥発生限界温度より高いときに、予測製
   品温度と表面欠陥発生限界温度との温度差に基づいて冷
   媒供給量を演算してこの演算値を前記押出順序判定手段
   へ出力し、 前記押出順序判定手段は、演算した冷媒供給量が少ない
   順に、押出前のビレットの押出順序を並び替えるととも
   に、並び替えたビレットの前記演算した冷媒供給量を記
   憶し、 次に、この並び替えた順序で前記ビレットを押し出す一
   方、 押出の際に、押出するビレットに対応する前記押出順序
   判定手段に記憶した冷媒供給量の信号を前記冷媒供給手
   段に設けた流量調整手段へ出力し、 この流量調整手段は、これら出力された信号に基づい
   て、前記冷媒供給手段の冷媒供給量を調整することを特
   徴とする押出制御方法。