JPH0448341B2 - - Google Patents

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JPH0448341B2
JPH0448341B2 JP9229286A JP9229286A JPH0448341B2 JP H0448341 B2 JPH0448341 B2 JP H0448341B2 JP 9229286 A JP9229286 A JP 9229286A JP 9229286 A JP9229286 A JP 9229286A JP H0448341 B2 JPH0448341 B2 JP H0448341B2
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JP
Japan
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temperature
heating
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heating cylinder
control
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JP9229286A
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Yosha Taniguchi
Keisuke Hara
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Toyo Innovex Co Ltd
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Toyo Machinery and Metal Co Ltd
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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラスチツク射出成形機に係り、特
にそれの加熱シリンダにおける温度制御装置に関
するものである。
〔発明の背景〕
通常のプラスチツク射出成形機は、加熱シリン
ダ内に射出用スクリユーを回転ならびに前後進可
能に配設していた。そしてこのスクリユーの回転
により溶融状態の合成樹脂を加熱シリンダ先端部
の蓄積室に送り込み、しかる後にスクリユーを前
進させてキヤビテイ内に合成樹脂を射出、充填す
るシステムになつている。
プラスチツクの成形を高精度、高品質に行うた
めに、前記加熱シリンダをその軸方向に沿つて4
〜6個程度の複数の加熱ゾーンに分けて、各加熱
ゾーン毎に温度制御を行つている。
この温度制御には、比例制御(P制御)を基本
として、温度制御プロセスの遅れを補償するため
の微分制御(D制御)、ならびにオフセツト値を
小さくするための積分制御(I制御)を加えた所
謂、PID制御法が使用されている。
このPID制御の各設定値を適当に組合せること
によつて、一定の設定温度に対しては、ヒータの
オン、オフ切替頻度および設定温度からの偏差を
最小に保つように加熱シリンダの温度制御を行う
ことができる。
このPID温度制御法におけるP,I,D設定の
最適値については、チグラー アンド ニコラス
(Ziegler & Nichols)の方法が知られており、
制御が安定している状態で、制御動作をP制御の
みにして、比例帯を徐々に狭めていき、サイクリ
ングが発生する比例帯を求める。このときの比例
帯Kp(%)と振動周期Tc(分)より、下式で与え
られる。なお各式の設定値1.6、0.5、0.125は、推
賞値である。
P=1.6Kp I=0.5Tc D=0.125Tc またP,I,D制御の設定値を変更するときの
各特性の傾向は次のようになる。
(イ) Pの設定値を大きくすると、 ・オーバシユートは小となる。
・応答は緩やかになる。
(ロ) Pの設定値を小さくすると、 ・オーバシユートは大となる。
・応答は速くなる。
(ハ) Dの設定値を大きくすると、 ・オーバシユートは小となる。
・応答は緩やかとなる。
(ニ) Dの設定値を小さくすると、 ・オーバシユートは大となる。
・応答は速くなる。
(ホ) Iの設定値を大きくすると、 ・オフセツト値は小となる。
・応答は緩やかとなる。
(ヘ) Iの設定値を小さくすると、 ・オフセツト値は大となる。
・応答は速くなる。
しかし、射出成形機においては、 加熱シリンダの熱容量(加熱シリンダの熱容
量は、機種によつて決まる。)、 加熱シリンダの設定温度(加熱シリンダの設
定温度は、原料樹脂の種類で決まる。)、 形成サンクル時間、特に溶融樹脂の充填時
間、保圧時間ならびに冷却時間(これらは、原
料樹脂の種類、成形品の肉厚、重量ならびに流
路長などによつて決まる。)、 などによつてP,I,D制御の最適設定値が相互
に複雑に関連するので、前述の経験式や前述の傾
向だけでは簡単に設定することはできない。
更に射出成形機に特有なこととして、同じ成形
機を用いても、金型や使用材料の交換の度毎に、
前記、の要因により、一度決めたPID制御の
設定値を頻繁に再設定しなければならない煩雑さ
があつた。
そのうえ、 気温、水温ならびに印加電圧などの外乱、 例えば射出ノズルの詰り、あるいは金型の調
子の狂いによつて成形品が自動落下できなくな
るなどの要因による成形サイクルの一時停止、 なども加わり、PID制御値の修正設定は、手動で
はとても対応することもできない。
このようなことから、通常は、大体の経験で
PID制御値の設定を行ない、ヒータのオン、オフ
切替頻度、ならびに設定温度との偏差値の実状を
常にチエツクして、従来の経験により少しずつ設
定値の修正を行ない、非常に長い時間をかけてよ
りよい温度制御を追求していた。
一方、成形品の不良率は、加熱シリンダ、特に
それのノズル部温度の安定に大きく依存してお
り、他の射出出力、射出速度、保圧・冷却時間な
どの設定条件の適正さよりもずつと大きく影響す
る。すなわち、加熱シリンダ温度のPID制御を最
適に行なえば成形品の不良率が激減することは経
験上の事実である。
以上述べたように、最適のPID制御で加熱シリ
ンダ温度管理を完全に行なうことが重要である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を
解決し、PID制御に関する特別の知識を持たない
一般のユーザーが、最適PID制御の設定状態を簡
単に得ることができるように、PID設定値を自動
的に修正することのできる射出成形機の加熱シリ
ンダ温度制御装置を提供して、形成不良の低減を
図ることにある。
〔発明の概略〕
前述の目的を達成するため、本発明は、加熱シ
リンダをそれの軸方向に沿つて複数の加熱ゾーン
に区分して、各加熱ゾーン毎に例えばバンドヒー
タなどの加熱手段と、例えば熱電対などの温度測
定手段とを備えて、各加熱ゾーン毎に温度制御す
る射出成形機の加熱シリンダ温度制御装置を対象
とするものである。
そして本発明では、使用する樹脂材料や成形サ
イクル時間などの成形条件に基づいて各加熱ゾー
ン毎に比例制御仮設定値、積分制御仮設定値なら
びに微分制御仮設定値をそれぞれ例えばキーボー
ドスイツチなどからの入力によつて設定する仮設
定手段と、 各加熱ゾーンの実際の温度を一定周期でサンプ
リングする実温サンプリング手段と、 前述のサンプリング周期よりも少なくとも複数
倍長い一定処理期間内に前記サンプリング手段に
よつて入力された信号を基にして演算されるデー
タと予め設定されている基準値とを比較して、そ
の比較結果に基づいて各加熱ゾーンの実際の温度
とそれの設定温度との偏差値が許容限界中におさ
まるように前記仮設定値をそれぞれ修正する修正
演算部とを有し、 その修正演算部からの指令信号により、前記比
例制御仮設定値、積分制御仮設定値ならびに微分
制御仮設定値をそれぞれ自動修正する構成になつ
ていることを特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
次に本発明の実施例について、図とともに説明
する。第1図はこの実施例に係る射出成形機にお
ける加熱シリンダ温度制御装置の機能ブロツク
図、第2図、第3図ならびに第4図はPID自動修
正制御のフローチヤートである。
まず、第1図を用いて加熱シリンダ温度制御装
置の概略構成とその動作について説明する。
射出機本体1の上部に原料投入用のホツパー2
が付設され、さらに射出機本体1の前方には加熱
シリンダ3が設けられている。図示していないが
この加熱シリンダ3の中空部には、射出スクリユ
ーが回転ならびに前後進可能に配置されている。
加熱シリンダ3の前方には、固定金型4aと移動
金型4bとから構成された金型4が配置されてい
る。
この実施例の場合、加熱シリンダ3が先端の方
からノズル部加熱ゾーン、前部加熱ゾーン、中央
部加熱ゾーンならびに後部加熱ゾーンの4つの加
熱ゾーンに分かれており、各加熱ゾーンに対応し
てノズルヒータHn5、前部ヒータHf6、中央部
ヒータHc7ならびに後部ヒータHr7がそれぞれ
巻装されており、なお各ヒータ5〜8はバンドヒ
ータから構成されている。また各ヒータ5〜8の
近傍には、熱電対からなるノズルヒータ用温度セ
ンサTCn9、前部ヒータ用温度センサTCf10、
中央部ヒータ用温度センサTCc11ならびに後部
ヒータ用温度センサTCr12がそれぞれ付設され
て、各加熱ゾーンの実温が計測できるようになつ
ている。
加熱シリンダ3の内部は前述の各ヒータ5〜8
によつて所定の温度に加熱されており、前記ホツ
パー2から投入されたペレツト状の樹脂材料13
が、加熱シリンダ3内に供給される。そして供給
された樹脂材料13はスクリユーの回転とヒータ
5〜8の加熱とによつて順次、混練、可塑化、溶
融されながらノズル部内の蓄積室に送り込まれ
る。しかる後に前記金型4内に溶融樹脂を射出、
充填し、冷却、固化させて所望の形状の成形品を
得るようになつている。
加熱シリンダ3の温度制御について説明する。
前述の各ヒータ5〜8によつて加熱された各加熱
ゾーンの実際の温度は、前記温度センサ9〜12
によつて検出され、その検出信号はヒータ温度調
節装置14のA/D変換器15を介して中央処理
演算ユニツト(CPU)16に入力される。この
CPU16には、ヒータ温度調節装置14のプロ
グラムなどを記憶したリードオンリーメモリー
(ROM)17、後述するPID制御用仮設定値やサ
ンプリングされた加熱シリンダ3の実温などが所
定のアドレスに記憶されるランダムアクセスメモ
リー(RAM)18、クロツク信号を発生するク
ロツク発生手段19ならびに出力インターフエー
ス20がそれぞれ接続されている。また出力イン
ターフエース20は、ノズルヒータ用無接点リレ
ーSSRn21、前部ヒータ用無接点リレーSSRf2
2、中央部ヒータ用無接点リレーSSRc23なら
びに後部ヒータ用無接点リレーSSRr24にそれ
ぞれ接続されている。
図に示すように、前記ノズルヒータ用無接点リ
レーSSRn21はノズルヒータ用回路25の有接
点SSRn26に、前記前部ヒータ用無接点リレー
SSRf22は前部ヒータ用回路27の有接点28
に、前記中央部ヒータ用無接点リレーSSRc23
は中央部ヒータ回路29の有接点30に、前記後
部ヒータ用無接点SSRr24は後部ヒータ用回路
31の有接点32に、それぞれ接続されている。
図中の33はノズルヒータ用中間リレーRnの
コイル、34はその中間リレーRnの接点、35
は前部ヒータ用中間リレーRfのコイル、36は
その中間リレーRfの接点、37は中央部ヒータ
用リレーRcのコイル、38はその中間リレーRc
の接点、39は後部ヒータ用中間リレーRrのコ
イル、40はその中間リレーRrの接点である。
41は射出成形機全体の制御装置、42は表示
装置、43は後述の仮設定値などを入力するキー
ボードである。
次にPID設定値の自動修正フローについて、各
項目別に第2図ないし第7図を用いて説明する。
これらの図は、ノズルヒータ部のPID自動修正制
御のフローチヤートならびに説明図である。
(A) P(比例制御)設定値の自動修正 第2図に示すようにステツプ(以下、Sと略記
する)1において、加熱シリンダの各加熱ゾーン
毎に希望する設定温度TsならびにPID制御の仮
設定値を、それぞれ第1図で示すキーボード43
を用いてヒータ温度調節装置14に入力する。こ
の仮設定値は、例えば前述のチグラー アンドニ
コラス法に基づいて仮設定される。例えばノズル
ヒータの場合を例にとれば、P=30℃、I=300
秒、D=30秒と仮設定する。
次にS2において、Pの仮設定値(P=30℃)
をRAM18からCPU16へ呼び出す。このとき
経過回数Nは0である。
前述のようにしてCPU16にPの仮設定値を
呼び出したのち、S3において加熱シリンダの実
際の温度Tを温度センサ9で、一定周期(例えば
10秒毎)毎にT1,T2、T3……と読み取り、それ
を順次制御部のメモリー(RAM18)に入力す
るサンプリング操作を行なう。
測定された実温T1,T2、T3……が、設定値Ts
に近ずくほどヒータへの通電電流のオン、オフの
割合をオンが順次少なくなるように比例制御する
と同時に、一定処理周期tc(例えば10分間)を決
めて、その処理周期tc内の実温の偏差値ΔTpを
演算する(S4)。この偏差値ΔTpを図示したの
が第5図である。
ΔTp=|Tmax−Tmin| このようにして演算さた偏差値ΔTpがS5に
おいて安定限界値(例えば3℃)より大であるか
否か判断される。偏差値ΔTpが安定限界値より
大であれば、S6に進みPの設定値を1℃ずつ大
きくして、前述S3からS6までのステツプを繰
返す。こうしている内に偏差値ΔTpが希望する
安定限界内に入り、そのことを2度確認する(経
過回数N=2 S7ならびにS8参照)と、S9
において最終のPの値をRAM18の所定のアド
レスに入力する。
(B) D(微分制御)設定値の自動修正 入力しているDの仮設定値(例えば30秒)をS
10においてCPU16へ呼び出し、S11で加
熱シリンダの実温Tを温度センサ9で測定し、一
定周期(例えば2秒)毎に、T1,T2,T3……と
読み取り、制御部のメモリ(RAM18)に入力
するサンプリング操作を行なう。
次にS12において、Dの仮設定値(この例で
は30秒)をそのまま処理周期tcとし、処理周期tc
の最初の実温t1と処理周期tcの最後の実温toとの
偏差差ΔTdを演算する。この偏差値ΔTdを示し
たのが第6図である。
ΔTd=|To−T1| そして演算された偏差値ΔTdがS13で安定
限界値(例えば2℃)より大きいか否か判断さ
れ、偏差値ΔTdが安定限界値よりも小であれば、
S14に進みDの値を例えば1秒ずつ大きくし、
前述のS11からS14までのステツプを何回か
繰返す。そうするうちに偏差値ΔTdが希望する
安定限界値内に入り、そのことを2回確認して
(S15ならびにS16参照)した後、S17に
おいて最終のDの値をRAM18の所定のアドレ
スに入力する。
(C) I(積分制御)設定値の自動修正 予め入力されているIの仮設定値(I=300秒)
を、S18においてCPU16へ呼び出す。次に
S19において加熱シリンダの実温を温度センサ
9で、一定周期(例えば10秒毎)毎にT1,T2
T3……と読み取り、それを順次制御部のメモリ
ー(RAM18)に入力するサンプリング操作を
行なう。
S20でIの仮設定値(この例では300秒)を
そのまま処理周期Tcとして、その間に測定され
た実温T1,T2,T3……Toの平均値を演算す
る。次にS21において、前記平均値と設定値
Tsとの偏差値ΔTiを演算する。
ΔTi=|−Ts| これら平均値ならびに設定値Tsを図示した
のが第7図である。
このようにして演算さた偏差値ΔTiがS22に
おいて安定限界値(例えば1℃)より大であるか
否か判断される。偏差値ΔTiが安定限界値より大
であれば、S23に進みIの設定値を10秒ずつ大
きくして、前述S19からS23までのステツプ
を繰返す。こうしている内に偏差値ΔTiが希望す
る安定限界内に入り、そのことを2度確認する
(経過回数N=2 S24ならびにS25参照)
と、S26において最終のIの値をRAM18の
所定のアドレスに入力されて、PIDの自動修正制
御を終了する。
他のヒータ部においても併行して同様の自動修
正が行なわれる。
この実施例では制御時間の短縮を図るために、
最初にP設定値の自動修正を行ない、次にD設定
値の自動修正を、最後にI設定値の自動修正を行
なうプログラムにしたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えばP,I,Dの順序に設
定値の自動修正を行なつても構わない。
また、第2図ないし第4図のフローステツプが
1回完了すればPID自動修正は一応完了である
が、その後の外乱などに対応するために、第2図
に示すようにS2とS3との間に戻つて前述と同
様の処理を行なうとよい。このようにすれば、そ
の成形作業が完了するまで、常に加熱シリンダの
実際の温度と所望の温度との差を1℃以内とする
ことができる。
〔発明の効果〕
本発明は前述のような構成になつており、最初
仮設定したP,I,D設定値の修正が自動的にで
きるから、煩しい修正の手作業が少省略でき、例
えば30分程度の短時間のうちに加熱シリンダの実
際の温度と所望の設定温度との差を1℃以内とす
ることができ、特に温度依存度の強い射出成形品
の品質が向上し、不良率の低減が図れるととも
に、取扱性の良好な射出成形機が提供できる。
【図面の簡単な説明】
図面はすべて本発明の実施例を説明するための
もので、第1図は射出成形機における加熱シリン
ダ温度制御装置の機能ブロツク図、第2図、第3
図ならびに第4図はPID自動修正制御のフローチ
ヤート、第5図、第6図ならびに第7図は演算さ
れる偏差値ΔTを示す説明図である。 3……加熱シリンダ、5……ノズルヒータ、6
……前部ヒータ、7……中央部ヒータ、8……後
部ヒータ、9……ノズルヒータ用温度センサ、1
0……前部ヒータ用温度センサ、11……中央部
ヒータ用温度センサ、12……後部ヒータ用温度
センサ、14……ヒータ温度調節装置、17……
ROM、18……RAM、19……クロツク発生
手段、25……ノズルヒータ用回路、27……前
部ヒータ用回路、29……中央部ヒータ用回路、
31……後部ヒータ用回路、43……キーボー
ド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 加熱シリンダを軸方向に沿つて複数の加熱ゾ
    ーンに区分し、各加熱ゾーン毎に加熱手段と温度
    測定手段とを備えて各加熱ゾーン毎に温度制御す
    る射出成形機の加熱シリンダ温度制御装置におい
    て、 使用する樹脂材料や成形サイクル時間などの成
    形条件に基づいて各加熱ゾーン毎に比例制御仮設
    定値、積分制御仮設定値ならびに微分制御仮設定
    値をそれぞれ設定する仮設定手段と、各加熱ゾー
    ンの実際の温度を一定周期でサンプリングする実
    温サンプリング手段と、一定処理期間内に前記サ
    ンプリング手段によつて入力された信号を基にし
    て演算されるデータと基準値とを比較して、その
    比較結果に基づいて各加熱ゾーンの実際の温度と
    それの設定温度との偏差値が許容限界内におさま
    るように前記各仮設定値をそれぞれ修正する修正
    演算部とを有していることを特徴とする射出成形
    機の加熱シリンダ温度制御装置。 2 特許請求の範囲第1項記載において、前記修
    正演算部によつて、比例制御仮設定値、微分制御
    仮設定値ならびに積分制御仮設定値の順に仮設定
    値の修正が行われるように構成されていることを
    特徴とする射出成形機の加熱シリンダ温度制御装
    置。
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