JP4054548B2

JP4054548B2 - 射出成形機の温度制御方法及び装置

Info

Publication number: JP4054548B2
Application number: JP2001173945A
Authority: JP
Inventors: 隆仁塩入; 雅資菅沼; 貴寺島
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: JP2002361701A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱筒が所定の温度分布特性となるように温度制御する射出成形機の温度制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、射出成形機に備える射出装置は、先端に射出ノズルを有する加熱筒を備えるとともに、この射出ノズル及び加熱筒には、複数組のヒータ及び温度検出器（熱電対）を付設することにより、射出ノズルから加熱筒の後部まで所定の温度分布特性となるように温度制御を行っている（例えば、特公平５−５６５１号公報等参照）。
【０００３】
この場合、通常、加熱筒は、メータリングゾーンに対応する前部，コンプレッションゾーンに対応する中間部，フィードゾーンに対応する後部の三つの制御領域を有するとともに、各制御領域をそれぞれ独立して温度制御する温度制御系を備えている。また、温度制御に際しては、予め所定の温度分布特性が得られるように、オペレータが、使用する樹脂の種類等に対応して各制御領域に対する目標温度（目標値）をそれぞれ設定し、目標温度と温度検出器から得られる検出温度（検出値）に基づいて加熱温度に対するフィードバック制御を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の温度制御方法は、次のような問題点があった。
【０００５】
第一に、各温度検出器は、付設する各制御領域におけるヒータの加熱温度を検出する性格を有するため、隣接する制御領域からの熱移動が外乱となり、これが制御精度を低下させる要因となる。
【０００６】
第二に、加熱筒の温度分布特性は、スクリュの位置に対応して設定する必要があるが、各温度検出器から得られる検出温度を直接用いているため、例えば、計量終了位置を変更した場合には、変更後の温度分布特性を最適化するのが容易でない。
【０００７】
第三に、温度検出器をヒータのほぼ中央に付設するため、ヒータに対する穴明加工が必要になるなど組付性に劣るとともに、加熱面の均一性を阻害する要因となる。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、制御精度、さらには組付性及び加熱面の均一性を高めることができるとともに、計量終了位置等を変更しても変更後の温度分布特性を容易に最適化できる射出成形機の温度制御方法及び装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る射出成形機Ｍの温度制御方法は、加熱筒２の外周部に、複数のヒータ３ａ…と複数の温度検出器４ａ…を付設し、加熱筒２が所定の温度分布特性Ｋｓとなるように温度制御するに際し、温度検出器４ａ…を、ヒータ３ａと３ｂ…間を含むヒータ３ａ…の存在しない位置に配設し、所定のスクリュ位置に対応する検出位置Ｘｂ…を設定するとともに、この検出位置Ｘｂ…における温度を、当該検出位置Ｘｂ…の前後に配した温度検出器４ｂと４ｃ…から得る二点の検出温度ＴｂとＴｃ…間の温度勾配から演算処理により仮想温度Ｔｄｂ…として求め、この仮想温度Ｔｄｂ…が温度分布特性Ｋｓ上の目標温度Ｔｓｂ…となるように温度制御するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る温度制御装置１は、加熱筒２の外周部に、複数のヒータ３ａ…と複数の温度検出器４ａ…を付設し、加熱筒２が所定の温度分布特性Ｋｓとなるように温度制御する温度制御装置を構成するに際して、ヒータ３ａと３ｂ…間を含むヒータ３ａ…の存在しない位置に配設した複数の温度検出器４ａ…と、所定のスクリュ位置に対応する検出位置Ｘｂ…における温度を、当該検出位置Ｘｂ…の前後に配した温度検出器４ｂと４ｃ…から得る二点の検出温度ＴｂとＴｃ…間の温度勾配から演算処理により仮想温度Ｔｄｂ…として求める演算処理部５と、この仮想温度Ｔｄｂ…が温度分布特性Ｋｓ上の目標温度Ｔｓｂ…となるように温度制御を行う制御部６を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
この場合、所定のスクリュ位置は、計量終了位置Ｐ…を適用する。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
まず、本実施例に係る温度制御装置１の構成について、図２を参照して説明する。
【００１４】
図２中、Ｍは射出成形機、特に、射出成形機Ｍに備える射出装置Ｍｉを示す。射出装置Ｍｉは、先端に射出ノズル７を有し、後部にホッパー８を有する加熱筒２を備え、この加熱筒２にはスクリュ９を内蔵する。また、加熱筒２の外周部には、バンドヒータ等を用いた三つのヒータ３ａ，３ｂ，３ｃを軸方向に沿って順次付設する。この場合、ヒータ３ａは、メータリングゾーンに対応する加熱筒２の前部に、ヒータ３ｂはコンプレッションゾーンに対応する加熱筒２の中間部に、ヒータ３ｃはフィードゾーンに対応する加熱筒２の後部にそれぞれ配設する。さらに、射出ノズル７の外周部には、バンドヒータ等を用いたヒータ３ｆを付設する。これにより、射出ノズル７，加熱筒２前部，加熱筒２中間部及び加熱筒２後部の四つの加熱領域が設けられる。
【００１５】
また、加熱筒２には複数の温度検出器（熱電対）４ａ…を付設する。この場合、各温度検出器４ａ…は、ヒータ３ａと３ｂ…間を含むヒータ３ａ…の存在しない位置に配設する。即ち、温度検出器４ａはヒータ３ａの前側に、温度検出器４ｂはヒータ３ａと３ｂ間に、温度検出器４ｃはヒータ３ｂと３ｃ間に、温度検出器４ｄはヒータ３ｃの後側にそれぞれ配設する。このように、各温度検出器４ａ…はヒータ３ａ…を避けて配設するため、各ヒータ３ａ…に対する穴明加工は不要になり、組付性が高められるとともに、加熱面の均一性が阻害される不具合も回避される。
【００１６】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、実施例は、三つの検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃを例示したが、この位置の選定及び数は任意である。また、仮想温度は、二点の検出温度Ｔｂ，Ｔｃ…間の温度勾配を一次関数として求めたが、必要により補正を行ったり或いは他の関数を用いてもよい。
【００１７】
次に、本実施例に係る温度制御方法を含む温度制御装置１の動作について、図２及び図３を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。
【００１８】
図３において、Ｐは計量ストロークがＶｍとなるスクリュ９の計量終了位置を、Ｐｏは計量ストロークがＶｓとなるスクリュ９の計量終了位置を示す。今、スクリュ９に対する計量終了位置はＰに設定されているものとする。
【００１９】
まず、成形機コントローラ１１には、この計量終了位置Ｐに対応する複数の検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃを設定する。実施例は、スクリュ９の前部，中間部，後部に対応して各検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃを設定した場合を示す。また、成形機コントローラ１１には、計量終了位置Ｐに対応する最適な温度分布特性Ｋｓを設定する。この温度分布特性Ｋｓの一例を図３に示す。なお、実施例は、理解を容易にするため連続した温度分布特性Ｋｓとして示したが、上述した各検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃに対応した個別の目標温度（目標値）としてそれぞれ設定してもよい。図３中、Ｔｓｂが検出位置Ｘｂにおける目標温度を示す。
【００２０】
そして、温度制御時には、各ヒータ３ａ，３ｂ，３ｃに通電が行われ、加熱筒２が加熱されるとともに、加熱筒２の温度は、各温度検出器４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにより検出される（ステップＳ１）。また、計量終了位置Ｐにあるスクリュ９の位置は、位置検出器１２により検出され、成形機コントローラ１１に付与される（ステップＳ２）。
【００２１】
これにより、成形機コントローラ１１は、加熱筒２上における検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃを求めるとともに、各検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃにおける温度を、演算処理部５による演算処理により求める（ステップＳ３）。この場合、スクリュ９の全長は既知であるため、位置検出器１２により検出されるスクリュ位置（計量終了位置Ｐ）により、計量終了位置Ｐのスクリュ９に対応する加熱筒２上における検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃを求めることができる。
【００２２】
一方、各検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃにおける温度は、演算処理により仮想温度として求める。一例として、検出位置（任意位置）Ｘｂにおける仮想温度Ｔｄｂを求める場合について説明する。まず、演算処理部５には、検出位置Ｘｂの前後に配した温度検出器４ｂと４ｃから得られる二点の検出温度ＴｂとＴｃが取込まれる。図３中、Ｋｄは加熱筒２における実際の温度分布の一部を示している。また、加熱筒２上における検出位置Ｘｂが求められているため、演算処理部５は、温度検出器４ｂと検出位置Ｘｂ間の距離Ｌｘ及び温度検出器４ｃと検出位置Ｘｂ間の距離Ｌｙを求める。そして、温度検出器４ｂと４ｃ間には、検出温度ＴｂとＴｃに基づく温度勾配（平坦を含む）が生じているため、その中間に位置する検出位置Ｘｂの温度を、関数を用いた演算処理により求める。具体的には、検出温度ＴｂとＴｃ間の温度勾配を一次関数とした場合、検出位置Ｘｂにおける仮想温度Ｔｄｂは、Ｔｄｂ＝（Ｔｂ−Ｔｃ）・｛Ｌｙ／（Ｌｘ＋Ｌｙ）｝＋Ｔｃにより求められる。これにより、得られた仮想温度Ｔｄｂは、検出位置（任意位置）Ｘｂにおける検出温度（検出値）Ｔｄｂとして用いる。
【００２３】
他方、成形機コントローラ１１は、得られた検出温度（仮想温度）Ｔｄｂと予め設定されている温度分布特性Ｋｓ上の目標温度Ｔｓｂを比較し、その偏差を是正するように各ヒータ３ａ，３ｂ，３ｃに対するフィードバック制御を行う（ステップＳ４〜Ｓ８）。なお、他の検出位置Ｘａ，Ｘｃにおける温度も同様の演算処理により求めることができるとともに、得られた仮想温度を検出温度として用いることにより、この検出温度と対応する目標温度に基づいて同様のフィードバック制御を行うことができる。
【００２４】
よって、このような本実施例に係る温度制御方法及び温度制御装置１によれば、温度検出器４ａ…を、ヒータ３ａと３ｂ…間を含むヒータ３ａ…の存在しない位置に配設し、任意位置Ｘｂ…の温度を、当該任意位置Ｘｂ…の前後に配した温度検出器４ｂと４ｃ…から得る二点の検出温度ＴｂとＴｃ…間の温度勾配から演算処理により仮想温度Ｔｄｂ…として求めるとともに、この仮想温度Ｔｄｂ…を任意位置Ｘｂ…の検出温度Ｔｄｂ…として用いるため、検出温度Ｔｄｂ…は、各ヒータ３ａ…が相互に干渉することにより発生する外乱（熱移動）の影響を受けにくくなり、従来のような各ヒータ単位で独立した制御系を構成する場合に比べて、制御精度を高めることができる。
【００２５】
また、演算処理により求めた任意位置の仮想温度を用いるため、各温度検出器４ａ…から得る検出温度Ｔａ…を直接用いる従来の方法とは異なり、計量終了位置を変更した場合であっても、変更後の温度分布特性を容易に最適化することができる。即ち、計量終了位置Ｐを、図３に示した他の計量終了位置Ｐｏに変更する場合、この計量終了位置Ｐｏは計量終了位置Ｐよりも前方に位置するため、計量終了位置Ｐｏに対応する最適な温度分布特性は、計量終了位置Ｐに対応する温度分布特性Ｋｓとは異なってくる。したがって、この場合、温度分布特性Ｋｓも変更する必要があるため、図３に示すように、検出位置ＸａはＸａｏに、検出位置ＸｂはＸｂｏに、検出位置ＸｃはＸｃｏにそれぞれ変更する必要があるが、変更後の任意位置に対応する温度、例えば、検出位置Ｘｂｏにおける仮想温度Ｔｄｂｏは、Ｔｄｂｏ＝（Ｔｂ−Ｔｃ）・｛Ｌｙｏ／（Ｌｘｏ＋Ｌｙｏ）｝＋Ｔｃにより容易に求めることができるため、この仮想温度Ｔｄｂｏを用いて変更後の温度分布特性の最適化を図ることができる。
【００２６】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、実施例は、三つの検出位置Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃを例示したが、この位置の選定及び数は任意である。また、仮想温度は、二点の検出温度Ｔｂ，Ｔｃ…間の温度勾配を一次関数として求めたが、必要により補正を行ったり或いは他の関数を用いてもよい。さらに、スクリュ位置として、計量終了位置Ｐ…に適用した場合を例示したが、他のスクリュ位置であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明に係る射出成形機の温度制御方法（温度制御装置）は、温度検出器を、ヒータ間を含むヒータの存在しない位置に配設し、計量終了位置に対応する複数の検出位置を設定するとともに、この検出位置における温度を、当該検出位置の前後に配した温度検出器から得る二点の検出温度間の温度勾配から演算処理により仮想温度として求め、この仮想温度が温度分布特性上の目標温度となるように温度制御するため、次のような顕著な効果を奏する。
【００２８】
（１）各温度検出器はヒータを避けて配設するため、ヒータに対する穴明加工が不要となり、組付性を高めることができるとともに、加熱面の均一性が阻害される不具合を回避できる。
【００２９】
（２）各検出温度は、各ヒータが相互に干渉することにより発生する外乱（熱移動）の影響を受けにくくなるため、従来のような各ヒータ単位で独立した制御系を構成する場合に比べて、制御精度を高めることができる。
【００３０】
（３）計量終了位置に対応する検出位置を設定するとともに、この検出位置における温度に、演算処理により求めた仮想温度を用いるため、各温度検出器から得られる検出温度を直接用いる従来の方法とは異なり、計量終了位置を変更した場合でも、変更後の温度分布特性を容易に最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る温度制御方法の処理手順を説明するためのフローチャート、
【図２】本発明の好適な実施例に係る温度制御装置のブロック系統図、
【図３】同温度制御方法及び温度制御装置の作用説明図、
【符号の説明】
Ｍ射出成形機
１温度制御装置
２加熱筒
３ａ… ヒータ
４ａ… 温度検出器
５演算処理部
６制御部
Ｋｓ温度分布特性
Ｘｂ… 検出位置（任意位置）
Ｔｂ… 検出温度
Ｔｄｂ検出温度（仮想温度）
Ｐ… 計量終了位置（スクリュ位置）
Ｔｓｂ目標温度

Claims

加熱筒の外周部に、複数のヒータと複数の温度検出器を付設し、前記加熱筒が所定の温度分布特性となるように温度制御する射出成形機の温度制御方法において、前記温度検出器を、前記ヒータ間を含むヒータの存在しない位置に配設し、計量終了位置に対応する検出位置を設定するとともに、この検出位置における温度を、当該検出位置の前後に配した温度検出器から得る二点の検出温度間の温度勾配から演算処理により仮想温度として求め、この仮想温度が前記温度分布特性上の目標温度となるように温度制御することを特徴とする射出成形機の温度制御方法。
加熱筒の外周部に、複数のヒータと複数の温度検出器を付設し、前記加熱筒が所定の温度分布特性となるように温度制御する射出成形機の温度制御装置において、前記ヒータ間を含むヒータの存在しない位置に配設した複数の温度検出器と、計量終了位置に対応する検出位置における温度を、当該検出位置の前後に配した温度検出器から得る二点の検出温度間の温度勾配から演算処理により仮想温度として求める演算処理部と、この仮想温度が前記温度分布特性上の目標温度となるように温度制御を行う制御部を備えることを特徴とする射出成形機の温度制御装置。