JPH01141022A - 補正動作予測金型温度制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は射出成形機の連続射出成形作業中の金型温度の
制御に用いられる金型温度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、射出成形機を用いる場合において、その連続射
出成形作業中に安定した品質の良い製品を連続的に生産
するためには、成形用金型の温度を精度良く制御するこ
とが必要である。

ところで、射出成形機は成形用金型のキャビティ内に成
型材料である溶融樹脂を充填することにより成形品を生
成している。

このとき、射出装置より射出さ耗る溶融樹脂の温度’ｒ
ｔ　　（’Ｃ）は、一般的に成形用金型の温度θ（’Ｃ
）よりも高い。このため、溶融樹脂の射出毎に、成形用
金型の温度は上昇し、変動する。

しかしながら、従来は係る金型温度の変動を抑制するた
めに、金型の温度を調節する冷却水等の熱媒体の供給装
置を、金型が所定の目標温度に安定するまで、オペレー
タが試行錯誤的に操作していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来の技術では、金型温度の変動を推定す
ることなく、オペレータの試行錯誤に頼っていることか
ら、製品歩留りが低いのが現状である。

しかも、係る金型温度の変動を単に外乱として扱う一般
的な自動制御では、精度良く金型の温度を制御すること
が困難である。

また、現実には、応答速度が非常に遅い冷却水等を熱媒
体に用いて、金型の温度の調整操作を行うているため、
金型等の実際の温度に−々対応させた実時間毎の制御で
は、却って、安定性の悪い制御を行ってしまうという問
題もあった。

そこで、本発明の技術的課題は、上記欠点に鑑み、金型
温度の変動を予測して逐次これを補償し、応答速度の遅
い熱媒体の迅速かつ精密な制御に適した射出成形機の金
型温度制御装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、射出成形機の金型の温度を調整するた
めに該金型に熱的に接触する熱媒体の温度を、射出成形
サイクル毎に制御する熱媒体温度制御手段を有する金型
温度制御装置において、前記射出成形機の金型に注入さ
れる溶融樹脂の温度を第一の検出値として検出する第一
の温度検出手段と前記第一の検出値から予め定められた
演算式に基づいて射出成形サイクル毎の金型の時間平均
温度を演算し、該演算された時間平均温度と所定の金型
温度目標値とから、次回の射出成形サイクルにおける金
型の温度が金型温度の目標値となるように、前記熱媒体
温度制御手段への指令値を演算する金型温度推定手段と
、各射出成形サイクル終了後に当該射出成形サイクルに
おける前記金型の温度を第二の検出値として検出する第
二の温度検出手段と、前記第二の検出値に基づく時間平
均温度の実測値と前記演算された時間平均温度とから前
記時間平均温度の実測値に対応するように前記演算式の
パラメータを補正パラメータとして補正する補正手段と
、該補正手段により逐次補正された補正パラメータに基
づいて前記補正される演算式のパラメータの将来値を予
測すると共に、該将来値を前記補正手段における補正パ
ラメータとする補正動作予測手段とを有することを特徴
とする補正動作予測金型温度制御装置が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例に係る補正動作予測金型温度制御
装置を図面を参照して説明する。

第１図に示すとおり、１は金型であり、固定金型及び可
動金型からなっている。金型１に射出シリンダ２からの
溶融樹脂を射出し、所定の射出成形サイクルに従い、成
形品が形成される。

このとき、金型温度は高温度の溶融樹脂からの熱により
変動する。このため、熱媒体温度制御手段である冷却水
温調整装置８は、後述する金型温度制御装置からの冷却
水温指令値θ“に従い、冷却水循環ポンプ７を駆動させ
、次回の成形サイクルにおいて金型１が所定の金型温度
目標値θ、になるように制御する。

金型温度制御装置は、金型１の時間平均温度を演算する
第１の演算部（図示せず）と、伝送線１６からの金型温
度目標値を受け、冷却水温調整装置８への指令値を演算
する第二の演算部（図示せず）とからなる金型温度推定
装置１４と、咳金型温度推定装置１４の演算内容を補正
する補正装置１５と、さらに、補正装置１５において補
正された過去から現在までの補正の傾向に基づいて将来
の補正値を予測してこれを該補正装置１５に導く補正動
作予測装置１７とを有している。

尚、後述するように、金型温度推定装置１４と補正装置
１５とは、適応観測器より実現されるものである。

具体的に説明すると、まず金型温度推定装置１４は、溶
融樹脂の温度を検出する第一の検出手段たる溶融樹脂温
度センサ１０より検出された溶融樹脂温度Ｔ、Ｉと冷却
水の設定温度θとから、未来の金型温度である各射出成
形サイクル毎の金型の時間平均温度θｉ　ｌａｗ）を演
算して推定し、係る時間平均温度θｉ　（ｍｙ）に基づ
いて、所定の金型温度を実現しうる冷却水温度θ１を求
め、この冷却水温度θ０を指令値θ０として、冷却水温
調整装置８に出力する。冷却水温調整装置８は冷却水温
度が指令値θ１に従った温度になるように調整を行う。

ここで、金型の時間平均温度θｉ　（ｍｖｌ　を導く演
算式（谷村、明石；第３０回自動制御連合講演会、前側
原稿）と、係る演算式をモデルとして一義的に展開され
、射出成形サイクル時間をサンプル周期とする離散時間
系における状態空間表現に基づく演算式とを下記に説明
する。

まず、金型の熱特性のモデルと金型温度の計算球内の非
定常熱伝導への近似とを行うに際し、第２図を用いて、
以下の仮定を行う。

■　固定金型及び可動金型１１０及び１１２と固定プラ
テン及び可動プラテン１１４及び１１６との接合面近傍
に加熱装置（図示せず）を設置し、接合面における固定
金型及び可動金型１１０及び１１２からの放熱を補償す
ることとして、この接合面を断熱面として取扱う。

■　溶融樹脂（図示しない）から固定金型及び可動金型
１１０及び１１２への伝熱は、樹脂射出開始時にだけな
され、成形用空隙の近傍に溶融樹脂の温度の平面が−様
な厚みをもって、金型の分割面上に瞬間的に形成される
と仮定する。

■　固定金型及び可動金型１１０及び１１２は、分割面
に関し、対象な温度分布を仮定し、分割面を断熱面とし
て扱う。

■　固定金型及び可動金型１１０及び１１２から周囲外
気への放熱は無視する。

■　分割面と平行な冷却水温度の平面を仮定する。

以上の主な仮定に基づき、第２図に示すように、断熱面
１５０における溶融樹脂温度の等温面と、金型的冷却水
管路１３２近傍における冷却水温度の等温面との夫々の
面積を、ＡＯ，Ａ、（ｎｆ）とし、その二面間の距離を
ｒ、（ｍ）とする。

次に、第３図のように、固定金型・１１０を球に近似す
ると、固定金型１１０の金型成形面１３０と金型的冷却
水管路１３２との間の熱伝導を非定常熱伝導として扱い
、その温度分布をＡＯ，ＡＩ。

ｒｌを用いて、第１式のように定義する。尚、ｒｏ（ｍ
）は仮想的な量、温度分布は半径方向のみとして扱う。

ｒ　ｏ　−ｒ　＋　（Ａ　ｏ　＋　Ｊ）／（ＡＩ−Ａｏ
）、Ａｔ　　＞Ａｏ　　　・・・（１）次に、第（１）
式の非定常熱伝導方程式を、第（２）弐〜第（５）式の
偏微分方程式で表す。

ａ（ｒθ）／　ａ　ｔ　ｌ＝　ｋ　ａ　”（ｒθ）／　
ａ　ｒ　”　　・”（２）θ０．。＝ｆｌ（ｒ）　　　
　　　　　　・・・（３）θ１．．；θ、　ａ＝ｒ０＋
ｒ、　　　　・・・（４）Ｏ≦ｔ１≦Ｔ　　　　　　　
　　　・・・（５）但し、θ（”Ｃ）は金型の温度、ｋ
（ｍ／ｓ）は温度伝導率、ｅ　（’Ｃ）は冷却水温度、
ｒ、　　（１−）（℃）は第ｉサイクルにおける初期条
件、Ｔ　（ｓ）は射出周期、ΔＶ　（ｍ）は溶融樹脂温
度の平面の厚みである。

第（２）式〜第（５）式の偏微分方程式を各サイクル毎
に解析的に解くと、時刻ｔ、における温度θは第６式（
川下研介：熱伝導論、ｐ　３３４．河出凹房１９４１）
のようになる。

θ＝ｅ なお、ここで、ｆ、（ｒ）を、第１０サイクルにおける
最終状態θｔ−１＠？と第（７）弐〜第００式を用いて
定義する。

［１（ｒ）＝θ１１−１−７＋　　０　＜　ｒ　＜　ｒ
　＠−Δｒ　　・・・（７）ｆ＋　（ｒ）＝Ｔ＊　、ｒ
ｏ−Δｒ≦ｒ≦ｒ　０・・・（８）ｆ＋（ｒ）＝θｔｌ
−１ｓＴ、ｒ　ｏ＜　ｒ≦ａ　　　　　−（９１θ、。

、、＝θ　　　　　　　　　　　　　　　　１０．αω
但し、ＴＲ（’ｃ）は溶融樹脂温度である。

更ニ、ｆ、（ｒ）について、第００式〜第０３式のよう
に補間を行う。

０””Ｓｏ　＜Ｓ＋　＜Ｓｔ・・・５Ｎ−１＜ＳＮ　　
　　・・・αυｆ＋（ｒ）＝ｆ＋　（Ｓ＋）、０＜ｒ＜
Ｓ、　　　　−Ｑ２）以下余白 ｆ　１（ｒ）　　＝（ｆ　＋（Ｓａ）　　−ｆ　、　　
（ＳＪ、ｌ））／（ＳＪ−３Ｊ＋１）　・　ｒ　＋　　
（ＳＪ　　・　ｆ　Ｉ　（ＳＪ＋１）ＳＪ＊１　　・　
ｆ　＋　　（ＳＪ）　　）　　／　　（ＳＪ　　　ＳＪ
＋１）。

Ｓ　Ｊ　　〈ｒ　＜Ｓ　Ｊ＋１　　　　　　　　　　　
　　　・・−ａｌｌこれを用いて、第（７）式の第２項
の積分を解析的に解く。ここで、その計算例として、第
１０サイクルの解を第４図に示す。

次に、第（６）式の解θに関して、下記の第００式によ
り、各サイクル毎の時間平均温度θＩ＋ＩＩＶ）　（”
Ｃ）が求められる。

θゑ（ｍＶ＋＝ ・・・αω この計算例を第５図に示す。

なお、上記第（６）式と第Ｃ１４１式における無限級数
は、実用上、有限項数で打切ることができる。又、実測
の時間平均温度と、第Ｑ４）式の計算値との適合度は、
ｋとΔｒの調整によって向上させることができる。

次に、状態空間表現を用いた演算式（ダイナミックシス
テムのディジタル制御；Ｇ、Ｆ、フランクリン、Ｊ、Ｄ
、パラエル著、羽根田博正訳、森北出版、（１９８５）
、　ｐｐ１２８〜１３３）を説明する。

先ず、本実施例における状態空間表現を用いた演算式は
、先の第（６）式を展開した第００式を、さらに、無限
次元から有限次元に変換するものである。

これを、下記の第αω式に示す。

Ｘ　（ｉ＋＋１　　＝　Ａ　Ｘ　（ｉ）　＋ｂθ（ｉ）
　”　ｅＴ　ＲＹ　（ｉ）　ｍｙ　＝ＣＸ　（１）　＋
　ｄθ（ｉ）　＋　ｆ　ＴＲ・・・α蓼ここで、Ｘ　（
１）　ｌ　Ｘ　＜ｉ＊＋＞　は共に推定値であり、夫々
、第１回目及び第ｉ＋１回目の射出成形サイクルにおけ
る射出直前の金型内の温度分布を表現する状態ベクトル
、θ（ｉ）　は第１回目の射出成形サイクルにおける冷
却水温度、Ｔ、Ｉは溶融樹脂の温度、Ｙｌｉ）ｍｙ、は
第１回目の射出成形サイクルにおける金型の時間平均温
度の推定値である。即ち、第αり式とは、Ｙ　（ｉ）ｍ
ｖ＋＋　　Ｘ　（ｉ＋ｔ）　＋　Ｘ　（ｉ）　＋θ、ｉ
、。

ＴＩＩに関する状態空間表現であり、換言すれば、溶融
樹脂温度の検出値と金型温度の検出値と金型内の熱伝導
とに関する簡単な演算式に基づいて、各射出成形サイク
ル毎の金型の時間平均温度を与えるものである。

次に、補正装置１５は、各射出成形サイクル終了後、第
二の温度検出手段たる金型温度センサ１１により検出さ
れた金型温度に基づく時間平均温度の実測値ｙ（ｉ）ｍ
ｖ、と演算された時間平均温度Ｙ　（ｆｌａｗとを入力
して、金型温度推定装置１４の演算内容におけるパラメ
ータを、実測値’／　（ｉｌｉｖ。

に対応するように補正する。さらに、金型温度推定装置
１４は、パラメータを補正される度に、所定の金型温度
を実現しうる冷却水温度θ１を再計算する。

なお、樹脂温度ＴＲの変動が小さい場合には、樹脂温度
ＴＲも一定値として扱い、溶融樹脂温度センサｌＯを省
略することができる。

次に、補正装置１５によるパラメータの補正演算内容を
具体的に説明する。

まず、金型温度推定装置１４（第一の演算部）における
金型の時間平均温度Ｙ　（ｉ）ａｖ、は、第０９式と同
様に下記の状態空間表現を用いた第００式で表される。

Ｘ　（ｉｌｔ）　　＝Ａ　（ｋ）　Ｘ　＜＝）＋ｂ　　
（ｋ）θ、え。

＋ｅ　　（ｋ）　ＴＲ Ｙ　（ｉ）ａｖ、＝　Ｃ（ｋ）　Ｘ　（ｉｌ　　”　ｄ
　　（ｋ）θ、、。

十ｆ　（ｋ）　ＴＲ−（１６１ 但し、ｋは温度伝導率〔ｒＩ？／ｓ〕であり、Ａ（ｋ）
　、ｂ　（ｋ）　、Ｃ（ｋ）　、ｄ　（ｋ）　、ｅ　（
ｋ）、ｆ　　（ｋ）は、ｋをパラメータとする行列であ
る。

一方、補正装置１５では、まず、第１回目の射出成形サ
イクル終了後、金型温度センサ１１がらの金型温度の実
測値から、第１回目の射出成形サイクルにおける金型の
時間平均温度の実測値Ｙ　（ｉ）ａｖ、を求める。次に
、実際に検出された時間平均温度ｙ（ｉ）ｍｖ、と金型
温度推定装置１４より演算された時間平均温度Ｙ　（ｉ
）ｍｖ、との差から、パラメータにの補正量Δｋを下記
の第ａで式に基づいて計算する。

Δｋ　＝　　ｋ　（Ｙ　（ｉ）ａｖ、　　’／　＋ｚ）
ａｖ、）　／（Ｘｍ（１＋＋）　　Ｙ（ム）ｍＶ＋）　
　　・・・αη但し、Ｘｍ　（＋４１１　　は、Ｘ、、
＋、、　なるベクトルの第ｍ行目の要素で、金型温度セ
ンサ１１が金型１の温度を検出する任意の位置の温度の
推定値である。

ここで、第α刀式は、金型の時間平均温度θ、。１を求
める第１１）式より解析的に求められる。即ち、第１回
目の射出成形サイクルにおいて、パラメータにの補正量
Δには、 Δｋ　”　　（Ｙ　ｕ＞　ａｖ、　−ｙＬ＝＞　ｍｖ、
　）　／（ａ　Ｙ　＋ｉ＋−ｖ、／　ａ　ｋ）　　　　
　＝Ｑ８１として求められる。このとき、第００式によ
れば、ａ　Ｙ　（、、、ｖ、／　ａ　ｋが、解析的に求
められることから、それを第ａψ式に代入して、第０１
式が得られる。

また、第面式の修正則では、補正装置１５の補正動作の
感度が高すぎる場合に、０〈α〈１なる適当な数αを用
いて、 以下余白 Δに＝−αｋ　・　（Ｙ　（ｉｌ　ＩＩＶ（１’／　（
ｉ）　ｍＶ＋　）　　／（Ｘｍｔ＋＋＋＞　　　Ｙ　＋
ｉ）ｍｙ、）　　　　・・・Ｑｌとしても良い。

これにより、第ａで式により得られたΔｋを用いて、補
正装置１５は、まず、金型温度推定装置１４の演算内容
（第０９式）におけるパラメータｋを、ｋ＋Δｋに補正
する。同時に、金型温度推定装置１４では、パラメータ
ｋが更新される度に、所定の金型温度の目標値θｒを実
現しうる冷却水温度θ１　（指令値）が再計算され、冷
却水温調整装置８に出力される。

係る指令値θ“は、下記の第（２［０式に基づいて計算
されている。

ｘ”　＝Ａ（ｋ）Ｘ”＋ｂ（ｋ）　θ”　＋ｅ（ｋ）　
ＴＲθｒ　＝Ｃ（ｋ）　　Ｘ”＋ｄ（ｋ）　　θ”＋　
ｆ　（ｋ）　Ｔ”・・・（２０） 但し、Ｘ９はｘ（ｊ＋Ｉ）　　と同じサイズのベクトル
である。

このように、補正装置１５で金型温度推定装置１４のパ
ラメータｋを補正する際に、未知パラメータ（ｋ＋Δｋ
）を同定しながら状態変数（Ｘｕ−ｔ））を推定する機
構を適応観測器（適応制御：市川邦彦ほか、昭晃堂、（
１９８４）　ｐｐ、５４）と定義する。

ここで、何回かの演算パラメータにの補正の後、適応観
測器の未知パラメータの補正の傾向が第６図に示す勾配
のようであれば、既知の値１８に基づいて未知パラメー
タの将来値に１１９が得られる。その結果、第６図の斜
線部分２０のサンプル周期における推定処理は不要とな
り、前掲の状態空間表現を用いたα０式において、パラ
メータｋを将来推定されるであろうに９に直接置きかえ
ることができる。これを第（２１）式に表わす。

Ｘ　ｌｊ＋１）　＝　Ａ　（ｋ”）　’　Ｘ　＜ｊ＋　
＋　ｂ　（ｋ’″）θ＜＝＞　”　ｅ　（ｋ”）　Ｔ　
ＲＹ　＋ａ＋　＝　Ｃ（ｋ”）・Ｘ　、ｊ＞　＋　ｄ　
（ピ）θ＜ｊ＋　＋　ｆ　（ｋ”）ＴＲ・・・（２１） 但し、Ｘ　（ｊ）　＋　Ｘ　（ｊ。１．は、夫々、第ｊ
回目。

第ｊ＋１回目の射出成形サイクルにおける射出直前の金
型内の温度分布を表現する状態ベクトル、θ（ｊ＋　は
第ｊ回目の射出成形サイクルにおける冷加水温度、Ｙ　
（Ｊ）　は第１回目の射出成形サイクルにおける金型の
時間平均温度の推定値である。

補正動作予測装置１７は、補正装置１５が補正演算パラ
メータとしてｋ“を金型温度推定装置１４に送出するよ
う指令する。金型温度推定装置１４は、金型温度目標値
θｒを実現し得る冷却水温度θ０を再計算する。θ０は
、前掲の（２Φ式において、パラメータｋをに４と置き
かえることにより計算される。

このように、本実施例では、金型温度推定装置により、
刻々と変化する実時間の金型温度に対してその時間平均
を採ることから、溶融樹脂の射出毎に上昇し変動する成
形用金型の温度変化を−々外乱として考慮することな（
、安定した温度値（時間平均温度）を以て未来値とする
ことができる。また、補正装置を用いて射出成形サイク
ル毎に、上記未来値を定める際の演算パラメータを金型
温度の実測値に基づいて補正するようにしたから、実状
に即した適切な値を以って未来値とすることができる。

更に、補正動作予測装置により、補正装置の過去の補正
傾向に基づいて将来の補正値を予測するようにしたから
、所定の金型温度の目標値への到達をより速める値を以
って未来値とすることができる。この未来値に基づいて
、次回の射出成形サイクルにおける金型が所定の目標値
温度になるように、金型に熱的に接触する熱媒体の温度
を制御する制御手段に精密な指令値を与えることができ
る。即ち、応答速度の遅い実際の制御対象である冷却水
等の熱媒体の特質に合致した精密な制御を行うことがで
きる。

〔発明の効果〕

以上の説明のとおり、本発明によれば、金型温度の変動
を予測して逐次これを補償し、応答速度の遅い熱媒体の
迅速かつ精密な制御に適した射出成形機の金型温度制御
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例である金型温度制御装置を備
えた射出成形機のブロック図、第２図は金型を簡略化し
た透視斜視図、・第３図は固定金型を球に近似させた場
合を示すモデル図、第４図は第１０サイクルにおける金
型内の温度分布の変化を示す図、第５図は第α船式によ
る第１〜第６射出成形サイクルの金型の時間平均温度θ
、。、）の計算例を表す図、第６図は金型温度の実測値
に基づく演算パラメータの補正傾向を表す図である。 図中 １：金型、２・・・射出シリンダ、７・・・冷却水循環
ポンプ、８・・・冷却水温調整装置、９・・・冷却水の
流れ、１０・・・溶融樹脂温度センサ、１１・・・金型
温度センサ、１４・・・金型温度推定装置、１５・・・
補′Ｔ：、装置、１６・・・金型温度目標値、１７・・
・補正動作予測装置、１８・・・既知の演算パラメータ
、１９・・・演算パラメータの推定値、２０・・・推定
処理の不要な時間。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）射出成形機の金型の温度を調整するために該金型に
   熱的に接触する熱媒体の温度を、射出成形サイクル毎に
   制御する熱媒体温度制御手段を有する金型温度制御装置
   において、前記射出成形機の金型に注入される溶融樹脂
   の温度を第一の検出値として検出する第一の温度検出手
   段と、前記第一の検出値から予め定められた演算式に基
   づいて射出成形サイクル毎の金型の時間平均温度を演算
   し、該演算された時間平均温度と所定の金型温度目標値
   とから、次回の射出成形サイクルにおける金型の温度が
   前記金型温度目標値となるように、前記熱媒体温度制御
   手段への指令値を演算する金型温度推定手段と、各射出
   成形サイクル終了後に当該射出成形サイクルにおける前
   記金型の温度を第二の検出値として検出する第二の温度
   検出手段と、前記第二の検出値に基づく時間平均温度の
   実測値と前記演算された時間平均温度とから前記時間平
   均温度の実測値に対応するように前記演算式のパラメー
   タを補正パラメータとして補正する補正手段と、該補正
   手段により逐次補正された補正パラメータに基づいて、
   前記補正される演算式のパラメータの将来値を予測する
   と共に、該将来値を前記補正手段における補正パラメー
   タとする補正動作予測手段とを有することを特徴とする
   補正動作予測金型温度制御装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の補正動作予測金型温度
   制御装置において、前記演算式は、射出成形サイクル時
   間をサンプル周期とする離散時間系における状態空間表
   現を用いることを特徴とする補正動作予測金型温度制御
   装置。 ３）特許請求の範囲第１項記載の補正動作予測金型温度
   制御装置において、前記金型温度推定手段は、適応観測
   器を以て実現されることを特徴とする補正動作予測金型
   温度制御装置。