JPH04153016A - 射出成形機の非干渉温度制御方法 - 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非干渉温度制御方法に関し、更に
詳細には複数個の加熱手段及び／又は冷却手段が所定の
間隔を介して設置されている射出成形機において、前記
加熱手段又は冷却手段によって温度制御がなされている
温度制御部分の各々の温度を射出成形機の状態に応じて
制御する射出成形機の非干渉温度制御方法に関する。

（従来の技術） 従来、射出成形機を構成する射出シリンダ等の温度制御
部の温度制御方法は、ＰＩＤ制御方法が汎用されている
。

この制御方法は、制御偏差に比例して出力する比例動作
（Ｐ）、制御偏差の積分値に基づいて出力する積分動作
（■）、及び対象の動きの微係数に基づいて出力する微
分動作（Ｄ）によって射出シリンダの温度を制御せんと
するものである。

（発明が解決しようとする課題） かかるＰＩＤ制御方法によれば、制御対象が一定条件下
で安定している状態においては、温度等を一定に制御す
ることができる。

しかし、射出成形機は、停止、昇温、成形、成形体止等
の種々の状態に置かれ、各状態における温度制御部での
加熱要素及び冷却要素を異にする。

このことを、射出成形機の温度制御部の一つである射出
シリンダについて説明する。

射出シリンダのおいて４ｉ、昇温中には、加熱手段とし
てのヒータからのヒータ熱が主たる加熱要素であり、自
然放熱が主たる冷却要素である。

これに対して、成形中には、ヒータ熱、樹脂等の摩擦熱
、及びスクリュに因る剪断熱等が加熱要素となり、自然
放熱、及び供給される樹脂に因る冷却等が冷却要素とな
る。

また、射出シリンダにおいては、樹脂の輸送等をスムー
スに行うため、射出シリンダ内の温度が所定の温度分布
となるように制御されている。

従って、一般的に、射出シリンダの軸方向に所定の間隔
を介して複数個のヒータが配設され、前記し−タの各々
によって所定温度に制御される複数の温度制御部分が設
けられている。

この様な射出シリンダの隣接する温度制御部分において
は、隣接する温度制御部分との間に在る間隔部分を介し
て互いに熱的影響を与えている。

このため、従来のＰＩＤ制御方法に因る射出シリンダの
温度制御では、前述した射出成形機の状態における加熱
要素及び冷却要素が異なることと相俟って、射出シリン
ダの各温度制御部分の温度は第７図に示すような温度曲
線となる。

第７図は、射出ノズル側からホッパ側方向に一定の間隔
を介して第１〜３の三基のヒータが順次配設されている
射出シリンダにおいて、昇温時の各温度制御部分の温度
の経時変化曲線を示す。

前記射出ンリンダにおいては、射出ノズル側の第１ヒー
タＨ３によって制御される第１温度制御部分の目標温度
Ｔ０１、ホッパ側の第３ヒータＨ３によって制御される
第３温度制御部分の目標温度Ｔ０１、及び第１ヒータ［
−（、と第３ヒータＨ１との間の第２ヒータＨ２によっ
て制御される第２温度制御部分の目標温度Ｔｏｗは、Ｔ
　ｏ　Ｉ＞　Ｔ　Ｏ２＞　Ｔ　ｏ　ｙとなるように制御
されている。

第７図から明らかな様に、各温度制御部分の昇温曲線に
は、目標温度よりも高温度となるオーバーシュート部Ｐ
ｏ或いは目標温度よりも低温度となるアンダーシュート
部Ｐｕが存在する。

特に、第２ヒータＨ３によって制御されている第２温度
制御部分は、第１及び第３温度制御部分の影響を受ける
ため、第２温度制御部分の昇温曲線Ｔ２のオーバーシュ
ート部ＰＯ及びアンダーシュド部Ｐｕは、他の昇温曲線
Ｔ、＋　Ｔ、のものよりも大きくなる。

この様な射出シリンダのオルバーシュート部ＰＯ或いは
アンターシュート部Ｐｕの存在は、射出シリンタ内の樹
脂の７８融粘度等への影響が大きく、得られる成形品の
不良原因となることがある。

就中、オーバーシュート部Ｐｏの存在は、熱安定性に乏
しい樹脂を劣化温度近傍で使用する場合には、射出シリ
ンダ内の樹脂が容易に劣化し、得られる成形品が不良品
となることが多い。

このため、微妙な温度調整を必要とする場合には、熟練
作業者が経験に基づいて手動で射出シリンダの温度制御
を行うことを要する。

そこで、本発明の目的は、射出成形機の射出シリンダ等
の温度制御部分を構成する。所定幅の間隔部を介して隣
接する温度制御部分の各々の温度を、射出成形機の状態
に応じた各々の目標温度にオーバーシュート現象或いは
アンダーシュート現象を可及的に解消しつつ自動制御で
きる射出成形機の温度制御方法を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者等は、前記目的を達成すべく、特公昭６３−４
８６９１号公報等において提案されている、隣接する温
度制御部分の相互の熱的影響を非干渉化する非干渉温度
制御を行ったところ、想定した所定のモデルと近似する
場合には、オーバーシュート現象及びアンダーシュート
現象を小さくすることができるものの、想定モデルと異
なる場合には、大きなオーバーシュート現象及びアンダ
ーシュート現象が発生ずることを知った。

そこで、本発明者等は、温度制御部分の各々を相互間の
熱的影響を考慮しつつ温度制御するためには、熟練作業
者の経験を取り入れることができるファジィ理論を採用
して行うことが有効と考え検討した結果、本発明に到達
した。

即ち、本発明は、複数個の加熱手段及び／又は冷却手段
が所定の間隔を介して隣接されている射出成形機を用い
、前記加熱手段又は冷却手段によって温度制御がなされ
ている温度制御部分の各々を射出成形機の停止、昇温、
成形、休止等の状態に応じて所定の温度に制御するに当
り、該射出成形機の状態及び温度制御部分の各々の温度
を検出し、検出された射出成形機の状態における各温度
制御部分の目標温度と検出温度との温度偏差、及び今回
検出された検出温度における今回温度偏差と前回検出さ
れた検出温度における前回温度偏差との偏差変化率を演
算によって求め、且つ隣接する温度制御部分との間に在
る間隔部分の温度を演算によって間接的に又は測定によ
って直接的に求めた後、求めた温度偏差、偏差変化率、
及び間隔部分温度の各々に関するメンバーシップ関数に
基づいてファジィ推論を行い、次いで、前記ファジィ推
論に基づいて各温度制御部分の加熱手段及び／又は冷却
手段の出力値を演算することを特徴とする射出成形機の
非干渉温度制御方法にある。

かかる構成の本発明は、射出シリンダ及び／又は金型の
温度制御に好適に適用することができる。

（作用） 本発明によれば、射出シリンダ等において、間隔部分を
介して隣接され且つ相互に熱的影響を及ぼす温度制御部
分の各々を、前記間隔部分の温度を考慮しつつ射出成形
機の状態に応じて制御することができる。

しかも、その制御の際に、ファジィ理論を利用するため
、熟練作業者と同程度に各温度制御部分に設けられてい
る加熱手段や冷却手段の出力を自動的に調整することが
できる。

このため、射出成形機の状態に応じて射出シリンダや金
型等の温度制御部の各々の温度を、オーバーシュート現
象或いはアンダーシュート現象を可及的に解消しつつ迅
速に目標温度に近付けることが可能となる。

（実施例） 本発明を実施例によって更に詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロックダイヤグラ
ムを示す。

第１図において、射出成形機Ｉを構成する射出シリンダ
１は、射出ノズル側からホッパ側の方向に所定の間隔を
介して第１〜３の三個の温度制御部分に分割され、各温
度制御部分には温度検出センサ５が設けられている。

かかる温度制御部分には、射出ノズル側の第］温度制御
部分を加熱する電熱ヒータ（以下、ヒタと称する）とし
ての第１ヒータト１１、ホッパ側の第３温度制御部分を
加熱するし−タとしての第３ヒータＨ，及び第１温度制
御部分と第３温度制御部分とに挟まれている第２温度ル
■御部分を加熱するヒータとしての第２ヒータＨ３が各
々設けられている。

また、第１〜３の温度制御部分の各々の目標温度Ｔ０．
〜Ｔｏｓは、Ｔ　ｏ　、＞　Ｔ　Ｏ２＞　Ｔ　ｏ　ｉの
関係がある。

これら温度制御部分の各々に設けられている温度検出セ
ンサ５及びヒータＨ！−１は射出成形機において従来か
ら汎用されているものを使用することができる。

尚、ここで「射出シリンダ」とは、金型と当接するノズ
ル部分を除く部分を言う。

この様な射出シリンダ１において、第２温度制御部分の
温度制御を例に挙げて説明する。

この第２温度制御部分は、第１温度制御部分と第３温度
制御部分とから熱的影響を受けるため、第７図に示す如
く、オーバーシュート現象及びアンターンニート現象が
第１又は第２温度制御部分に比較して大となる部分であ
る。

ところで、射出成形機Ｉはブロクラムコントロラ３に従
って制御されており、射出成形機■が停止、昇温、成形
、休止等のいずれの状態に在るかは、プログラムコント
ローラ３からの情報によって得ることができる。

射出成形機Ｉに設けられているプログラムコントローラ
３からの信号はマイクロプロセッサ−ユニット（ＭＰｔ
Ｊ）９に送られ、現在の射出成形機が昇温中、成形中（
計量工程）、成形中（その他）、休止中のいずれの状態
にあるか判断される。

このようにして判断された現状の射出成形機の状態にお
ける射出シリンダ１の第１及び第２温度制御部分の口振
温度Ｔ０．及びＴＯ２は、メモリ１３の（１）及び（２
）から読み出される口振温度に基づいて決定される。

また、第２各温度制御部の温度検出センサ５からの検出
温度Ｔ２とプロクラムコントローラ３からの信号に基づ
いて判断された口振温度Ｔ。２との温度偏差ΔＴ、　　
（検出温度Ｔ、−目凛口振Ｔ。２）は、演算論理回路（
ＡＬＵ）１１にて演算されてメモリ１３の（３）に書き
込みされる。

更に、ＡＬｔＪｌｌては、今回演算された今回温度偏差
Δ■２と先に演算されてメモリ１３の（３）に書き込ま
れている前回温度偏差Δ■、′との偏差変化率Δ（Δ■
）２（今回温度偏差Δ■２−前２−度偏差Δ■２′）が
演算される。

本実施例においては、ＡＬＵＩＩにて、第１温度制御部
分と第２温度制御部分との間に位置する間隔部分の現在
温度と目標温度温度との温度偏差、つまり干渉部温度偏
差Δｔ１２を演算する。

この干渉部温度偏差Δ【１□は、下記の式に基づいて演
算される。

Δｔ＋ｚ＝［（Ｔｔ　＋Ｔ２　）−（Ｔｏ＋＋Ｔｏｚ）
］／　２但し、ＴＩ　；第１温度制御部分の検出温度Ｔ
２　：第２温度制御部分の検出温度 Ｔｏｌ　＋第１温度制御部分の目橡温度Ｔ、、；第２温
度制御部分の目標温度 温度、第１温度制御部分と第２温度制御部分の間隔は狭
く、しかも両温度制御部分間の温度差も約１０°Ｃ程度
であるため、第１及び第２温度制御部分の検出温度等Ｔ
、及びＴ２を用いて演算された間隔部の温度と実際に測
定された温度との差異は極めて小さい。

勿論、間隔部分の温度として直接実測した値を用いても
よいことは言うまでもない。

この様に検出或いは演算された射出シリンダ１の状態、
第２温度制御部分の温度偏差Δ■２、偏差変化率Δ（Δ
■）２、及び干渉部温度偏差Δｔ１２は、後述する如く
、メモリ１３の（４）及び（５）に書き込まれているメ
ンバーシップ関数とルールとをＭＰＵ９に読み込みファ
ジィ推論を行う際の入力値となる。

そして、前記ファジィ推論に基づきＡＬＬＪｌｌにおい
て、第２ヒータＨ２への出力値が演算され、演算結果は
ＭＰｔＪ９から第２ヒータＨ２に出力信号として発せら
れる。

このような温度検出センサ等からのデータ読み込み〜第
２ヒータ（（２への出力信号の発信に至る一連の動作は
連続して繰り返し為されるため、射出成形機の状態に応
じて第２温度制御部分の温度を口振温度Ｔ。２に迅速に
近付けることかできるのである。

尚、メモリ１３の内容等については、ＣＲＴ等の表示装
置１５に表示することができ、キーボード等の入力装置
１４からメモリ１３の内容を訂正・変更することができ
る。

メモリ１３の（４）には、第２図に示す様に、メンバー
シップ間数として、射出成形機の状Ｂ（Ａ）、第２温度
制御部分の温度偏差ΔＴ３　（Ｂ）　、第２温度制御部
分の偏差変化率Δ（ΔＴ）　２　（Ｃ）　＋第１温度制
御部分と第２温度制御部分との干渉部温度偏差Δ【１２
、及び第２ヒータの操作量（Ｅ）が書き込まれている。

射出成形機の状Ｂ（Ａ）はプログラムコントロラ３から
の信号よって５種類の状態に分割され、温度偏差ΔＬ　
（Ｂ）は互いに重複部分を含みながら７区分に区分され
ている。

この７区分のうち三角形状の区分において、底辺の温度
変化率は１０°Ｃとした。

また、偏差変化率Δ（ΔＴ）　２　（Ｃ）及び干渉部温
度偏差Δ［Ｉ２の各々は、互いに重複部分を含みながら
５区分に区分されており、前記５区分のうち三角形状の
区分において、底辺の偏差変化率又は干渉部温度偏差を
５°Ｃとした。

更に、第２ヒータＨ３に供給できる電圧の最大値が２０
０ｖであるため、第２ヒータＨ２の制御を１００士操作
電圧［Ｖ］で行うこととし、操作量（Ｅ）を互いに重複
しながら操作電圧が５０ｖづつ異なる５区分に区分した
。

尚、本実施例において、メンバーシップ関数は、第２図
のグラフに示す様に、縦軸はＯ〜１の値をとる。

これらメンバーシップ関数の間においては、予めメモリ
１３の（５）に書き込まれているルールによって関係付
けられている。

射出成形機が昇温中の状態にある場合のルールを下記の
表に示す。

前記表において、「ｉ［」の項における入力Ａ、入力Ｂ
、入力Ｃ５及び入力りとは、射出成形機の状態（Ａ）、
温度偏差ΔＴ２（Ｂ）、偏差変化率Δ（ΔＴ）２（Ｃ）
、及び干渉部温度偏差へ［８，を各々示し、ｒｔｌｌｅ
ｎＪの項における出力Ｅとは、第２ヒタＨ２への出力値
を示す。

また、表の横方向、例えばＮｏ、　１における入力Ａ〜
Ｄの間にはｒＡＮＤ、の関係があり、且つ表の縦方向、
例えばＮｏ１とＮｏ、　２との間には「ＯＲ」の関係が
ある。

かかる表において、入力Ａ〜Ｃについてはメンバーシッ
プ関数の全区分について考えられる全組み合わせを記載
したが、入力りについては有り得ない組み合わせ或いは
有っても極めて希であることが判明している組み合わせ
は記載しなかった。

勿論、入力Ａ〜Ｃについても、有り得ない組み合わせ或
いは有っても極めて希な組み合わせについては、その組
み合わせを省略してもよい。

ここで、第２図において、射出成形機の状態（Ａ）がＸ
の状態（昇温中）にあり、且つ温度偏差ΔＴ２（Ｂ）、
偏差変化率Δ（八ｒＬ（Ｃ）、及び干渉部温度偏差Δ［
，２か各々Ｙ、ｚ、及びＲの位置にある場合を想定し、
ファジィ推論方法と出力値の演算方法とを説明する。

温度偏差Δｒ２（Ｂ）におけるＹの位置においては、区
分ＺＥＲＯと区分ＮＳとか重複し、偏差変化率Δ（ΔＴ
）２（Ｃ）における２の位置においては、区分ＮＳと区
分ＮＢとか重複する。

更に、干渉部温度偏差Δ［１２におけるＲの位置におい
ては、区分ＺＥＲＯと区分ＰＳとが重複する。

このため、入力Ａ〜Ｄにおいて８種類の組み合わせを考
えることができるが、第３図に示される様に、前記表の
ルールによってＮｏ、　１１．Ｎｏ、　１２．Ｎｏ、　
１９、Ｎｏ、２０．及びＮ０２１の５通りの組み合わせ
に絞られる。

これらＮｏ、　１１．Ｎｏ、　１２．Ｎｏ、　１９．Ｎ
ｏ、　２０においては、入力りの値に関係なく入力Ａ〜
Ｃの値によって出力Ｅの値が決定されるが、Ｎ０２１に
おいては入力Ａ〜Ｄの値によって出力Ｅの値が決定され
る。

かかる入力Ａ〜Ｄの間にはＡＮＤ関係があるため、各組
合せにおける出力Ｅの値は入力Ａ〜Ｄか共に含まれる範
囲、即ち入力Ａ、入力Ｂ、入力Ｃ１及び入力りのうちで
最小となる入力値で仕切られる出力Ｅの面積（第３図の
出力Ｅの欄に示す斜線の部分の面積）に相当することが
推論される。

この様に推論される各組合せの出力Ｅから第２ヒータＨ
３への出力値はＡＬＵｌｌによって、次に示す手順で演
算される。

先ず、各組合せの出力Ｅの相互間の関係はＯＲ関係にあ
るため、第３図の出力Ｅの欄に示されている斜線部を第
４図に示すように合成する。

次いで１合成された第４図に示す斜線部の重心の位置を
求め、第２ヒータＨ７の出力値を決定する。

この様にしてＡ　Ｌ　Ｌｌ　１１において決定された出
力値はＭＰＵＱから第２ヒータＨ３に送られ、第２ヒー
タＨ２に供給される電圧が制御される。

更に、第１ヒータＨ，及び第３ヒータＨ３についても、
第２ヒータＨ２の出力値を求めたと同様な方法によって
、各ヒータの出力値を求めて制御することができる。

この様なファジィ温度制御によれば、射出シリンダ１の
各温度制御部分を、第５図に示す如く、オーバーシュー
ト現象及びアンターシュート現象を解消しつつ温度制御
することができ、且つ各温度制御部分の温度を射出成形
機の各状態に応じた口振温度に自動的に調整することが
できる。

このため、オーバーシュート現象等によって発生してい
た成形品の不良をなくすことができる。

更に、耐熱性の乏しい樹脂を採用する場合においても、
熟練作業者による温度調整を不要にすることもできる。

かかる本実施例において、第２図に示すメンバシップ関
数に新たなメンパーンツブ関数、例えば今回偏差変化率
と前回偏差変化率との偏差変化率の偏差等のメンバーシ
ップ関数等を新たに加えてもよい。

また、第６図に示す如く、各温度制御部分の温度を所定
温度まで一斉に昇温した後、各温度制御部分を個々に温
度制御しつつ昇温させてもよい。

以上、述へてきた本実施例においては、射出シリンダの
温度制御について説明してきたが、射出シリンダの先端
に設けられている射出ノスルにも、通常、加熱し−タが
設けられて温度制御されているため、射出シリンダと同
様な温度制御を行うことができる。

また、金型の温度も射出成形機の状態に応じて制御する
ことを必要とするため、射出シリンダと同様な温度制御
を行うことができる。

ところで、金型には加熱ヒータ等の加熱手段と成形品を
冷却するために冷却水循環パイプ等の冷却手段とが併設
されていることがある。

この場合、本実施例と同様な温度制御を適用して加熱手
段及び冷却手段の各々の出力制御を行うことによって、
金型温度のオーバーシュート現象及びアンダーシュート
現象を可及的に解消し、熟練作業者と同程度に金型温度
を制御することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、射出成形機の相互に熱的影響を及はす
温度制御部分の温度制御に、相互の熱的影響を考慮しつ
つファジィ制御することかてき、射出シリンダ等の温度
制御部分の各々を射出成形機の状態に応じて口振温度に
自動的に調整することができる。

このため、従来のＰｒＤ制御等では解消が困難であった
オーパーンニート現象やアンダーシュド現象を可及的に
解消できる。

従って、本発明は射出成形の省力化及び成形品の不良率
の減少に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロックダイヤグラム
、第２図は本発明において採用するメンバーシップ関数
を説明するための説明図、第３図はファジィ推論を説明
するための説明図、第４図は出力値の演算の手順を説明
するための説明図、第５図及び第６図は温度制御部分の
各々の温度制御状態を説明するための説明図、第７図は
従来のＰＩＤ制御に因る温度制御が行われている温度制
御部分の各々の温度制御状態を説明するための説射出シ
リンダ、 プログラムコントローラ、 温度センサ、 マイクロプロセッサユニット、 演算理論回路、１３　・・メモリ、 第１〜３ヒータ。 四国を各々示す。 図において ｌ・ ３　　・ ９　　・ 】１・・・ Ｈ，、・・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数個の加熱手段及び／又は冷却手段が所定の間隔
   を介して隣接されている射出成形機を用い、前記加熱手
   段又は冷却手段によって温度制御がなされている温度制
   御部分の各々を射出成形機の停止、昇温、成形、休止等
   の状態に応じて所定の温度に制御するに当り、該射出成
   形機の状態及び温度制御部分の各々の温度を検出し、 検出された射出成形機の状態における各温度制御部分の
   目標温度と検出温度との温度偏差、及び今回検出された
   検出温度における今回温度偏差と前回検出された検出温
   度における前回温度偏差との偏差変化率を演算によって
   求め、且つ隣接する温度制御部分との間に在る間隔部分
   の温度を演算によって間接的に又は測定によって直接的
   に求めた後、 求めた温度偏差、偏差変化率、及び間隔部分温度の各々
   に関するメンバーシップ関数に基づいてファジィ推論を
   行い、 次いで、前記ファジィ推論に基づいて各温度制御部分の
   加熱手段及び／又は冷却手段の出力値を演算することを
   特徴とする射出成形機の非干渉温度制御方法。 ２、温度制御部分の各々が射出シリンダ及び／又は金型
   内に在る請求項第１項記載の射出成形機の非干渉温度制
   御方法。