JPS6348691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は射出成形機の樹脂を加熱して溶融、混
練する加熱シリンダの温度制御装置に関する。 射出成形機は、加熱シリンダ内に樹脂を供給し
て、加熱し、溶解し乍ら混練した後、射出を行な
うものであるが、この際、樹脂は加熱量に応じて
性状が変化するため、樹脂の温度を一定に保つ必
要がある。 従来、射出成形機の加熱シリンダ温度制御は、
加熱シリンダの温度を測定し、バンドヒータ等の
加熱源に供給する電力をON、OFFして、加熱シ
リンダを一定温度に保つように制御していた。し
かしながら、この温度制御では、加熱シリンダの
外表面の温度を測定しており、加熱シリンダの半
径方向の熱遅れを考慮に入れておらず、加熱シリ
ンダ内で溶融、混練された樹脂の正確な温度制御
が行なえなかつた。また、例えば、本発明者が昭
和57年４月26日提出した特願和57−68704号に
「射出成形機等の温度パターン検出方法」の名称
で記載された方法等を用いることにより、樹脂の
温度を正確に検出し得るものの、加熱シリンダの
拡散する熱流等を考慮されていないためバンドヒ
ータに供給する電力を制御しているにすぎず、樹
脂の正確な温度制御を行うには十分ではなかつ
た。 本発明の目的は、上記従来の欠点を解決し、樹
脂の温度を正確に制御できる射出成形機の加熱シ
リンダ温度制御装置を提供することにある。 本発明によれば、射出成形機の加熱シリンダの
温度を制御する装置において、前記加熱シリンダ
の軸方向にｍ（ｍ２）個設けられ、該加熱シリ
ンダ内の樹脂の温度を検出する手段と、該温度検
出手段のｍ個の出力を受け、非干渉制御アルゴリ
ズムによる演算を実行する手段と、該演算手段の
ｍ個の出力によつて制御され、前記射出成形機の
加熱源に電力を供給する手段とを有する射出成形
機加熱シリンダ非干渉制御装置が得られる。 本発明では、加熱シリンダ層内熱交流、加熱さ
れながら送り込まれる溶融した樹脂の動きに応じ
ての熱の流れ及び混練スクリユーの回転にともな
い樹脂内に発生する剪断発熱等の影響等を相互干
渉系としてとらえ、相互干渉系を非干渉化するこ
とによつて加熱源の電力の制御を行つている。 以下、射出成形機の系の特性について、第１図
を参照して説明する。図において、１はシリン
ダ、２はヒータ、３は樹脂、４はスクリユーを示
している。射出成形機を第１図に示されるように
軸方向にゾーンに分割したときのｉゾーンにおけ
るシリンダ温度θ_ci〔℃〕と樹脂温度θ_ri〔℃〕は、次
の微分方程式で表わされる。 θ〓_ci＝B₁／ΔxA₁w_cc_cqhi−B1α_i／ΔxA₁w_cc_c（
θ_c1−θ_a）−λ／（Δx）²w_cc_c（θ_c1−θ_ci-1）− λ／（Δx）²w_cc_c（θ_ci−θ_ci+1）−B₀β_i／
ΔxA₁w_cc_c（θ_ci−θ_ri）＝K_hq_hi−K〓_i（θ_c1−θ_a）
− K〓_i（θ_ci−θ_ci-1）−K〓_i（θ_ci−θ_ci+1）
−K〓_i（θ_c1−θ_ri）(1) θ〓_ri＝−B₀β_i／ΔxA₀w_rc_r（θ_ri−θ_ci）−A_v
ｖ／ΔxA₀（θ_ri−θ_ri-1）＋Q_di／w_rc_r ＝−K〓_ri（θ_ri−θ_ci）−K_vi（θ_ri−θ_ri-1
）＋q_di(2) K_h＝B₁／ΔxA₁w_cc_c、K〓_i＝B₁α_i／ΔxA₁w_cc_c、K
〓_i＝λ／（Δx）²w_cc_c、 Kβ_i＝B₀β_i／ΔxA₁w_pc_p、K〓_ri＝B₀B_i／ΔxA₀
w_rc_r、K_vi＝A_vｖ／ΔxA₀、q_di＝Q_di／w_rc_r(3) ここで、各記号は、A₀：スクリユ溝断面積
〔m²〕、A₁：シリンダ断面積〔m²〕、B₀：シリンダ
内表面積〔m²〕、B₁：シリンダ外表面積〔m²〕、
Δx：１ゾーンの軸方向長さ〔ｍ〕、w_c：シリン
ダの密度〔Kg／m³〕、c_c：シリンダの比熱〔Ｊ／
Kg・℃〕、λ：シリンダの熱伝導率〔Ｗ／ｍ・
℃〕、α_i：放熱係数〔Ｗ／m²・℃〕、β_i：シリンダ
と樹脂の間の熱伝達率〔Ｗ／m²・℃〕、q_hi：面積
当りのヒータからの供給熱量〔Ｊ／m²〕、θ_a：周
囲温度〔℃〕、A_v：樹脂の流れに直角方向のスク
リユ溝断面積〔m²〕²w_r：樹脂の密度〔Kg／m²〕、
c_r：樹脂の比熱〔Ｊ／Kg・℃〕、ｖ：樹脂の流速
〔ｍ／ｓ〕（ｖ＝2πrⁿ ₆₀）、ｎ：スクリユ回転数
〔rpm〕、ｒ：スクリユ半径〔ｍ〕、Q_di：体積当り
の剪断発熱量〔Ｗ／m³〕を表わしている。 従つて、３ゾーンの場合、式(1)、(2)の微分方程
式をｉ＝１、２、３について求め、第２図に示さ
れるシステム図に対応した状態方程式であらわす
と、 x〓＝Ax＋Bu＋ｗ ｙ＝Cx ｘ＝（θ′_c1θ′_c2θ′_c3θ′_r1θ′_r2θ′_r3）′ (4) ｕ＝（q_h1q_h2q_h3）′ ｙ＝（θ′_r1θ′_r2θ′_r3）′

【式】

【式】

【式】 Ｗ＝（000q〓₁q〓₂q〓₃）′ となり、行列Ａの各要素は、 a₁₁＝−（K〓₁＋K〓₁＋K〓₁）、a₁₂＝K〓₁、a₁₄＝K〓₁
、a₂₁＝K〓₂、 a₂₂＝−（K〓₂＋2K〓₂＋K〓₂）、a₂₃＝K〓₂、a₂₅＝K〓₂
(6) a₃₂＝K〓₃、a₃₃＝−（K〓₃＋K〓₃＋K〓₃）、a₃₆＝K〓₃a
₄₁＝K〓_r1、a₄₄＝−K〓_r1 a₅₂＝K〓_r2、a₅₄＝K_v2、a₅₅＝−（K〓_r2＋K_v2）a₆₃＝K
〓_r3、a₆₅＝K_v3、a₆₆＝−（K〓_r3＋K_v3） となる。ここで、（ ）′は転置行列を示し、 θ′_c1＝θ_c1−θ_a、θ′_c2＝θ_c2−θ_a、θ′_c3＝θ_c3
−θ_a(7) θ′_r1＝θ_r1−θ_a、θ′_r2＝θ_r2−θ_a、θ′_r3＝θ_r3
−θ_a である。 このようなシステムに対し、非干渉化が可能で
あるための条件は で表わされれ、Ｄの各要素は(6)式を参照してK〓_ri
で構成されている。K〓_riはシリンダ１と樹脂３の
熱伝達に関する係数であり、(8)式の条件を満足す
るので非干渉化が常に可能である。 以上の系に対して第３図に示すように、 ｕ＝Kx＋Lv ｖ＝（v₁v₂v₃）′ (9) で示される状態フイードバツクを施して非干渉化
を行う。ここで、フイードバツク行列Ｋの各要素
は、Ａの要素を用いて、 k₁₂＝−a₁₂、k₂₁＝−（a₅₄a₄₁／a₅₂）−a₂₁、 k₂₃＝−a₂₃k₂₄＝a₅₄（a₂₂＋K₂₂−a₄₄）／a₅₂、 k₃₂＝−（a₅₂a₆₅／a₆₃）−a₃₂k₃₄＝−a₅₄a₆₅／a₆₃、 k₃₅＝a₆₅（a₃₃＋k₃₃−a₅₅）／a₆₃ (11) のように表わされる。なお、k₁₁，k₂₂，k₃₃，
k₁₄，k₂₅，k₃₆は所定の特性を得るように設定す
る。 上記のようにして非干渉化を施すことにより、
新しい入力ベクトルｖのうちの一つの入力v_i（１
ｉ３）が出力ベクトルｙのうちの一つの出力
θ′_ri（１ｉ３）にだけ影響を与えることにな
り、また一つの出力θ′_riは一つの入力v_iの影響し
かうけないことになる。その結果、射出成形機で
は、ゾーンごとに樹脂の状態に合せて制御系を構
成することができ、温度制御の精度を上げること
が可能となる。 本発明では、新しいベクトルｖを第４図に示す
ように、 Ｖ＝ｒ−ｙ ｒ＝（r₁r₂r₃）′ (12) とする。ここで、ｒは系の目標値、すなわち設定
温度を示す。 第５図は上述した非干渉化を適用した本発明の
一実施例を示したブロツク図である。図におい
て、１は射出成形機の加熱シリンダであり、厚み
のある鉄製の円筒形をしている。この加熱シリン
ダ１の外側には加熱源なる３個のバンドヒータ２
１〜２３が巻かれている。sr₁〜sr₃は樹脂３の温
度θ′_r1〜θ′_r3を検出する温度検出端、S_c1〜S_c3はシ
リンダ１の温度θ′_c1〜θ′_c3を検出する温度検出端で
ある。このうち温度検出端S_r1〜S_r3は、例えば本
発明者が既に出願している上記特願昭57−68704
号の記載に基づいた、加熱シリンダ１に向かつて
深く挿入された熱電対からなり、ほぼ樹脂温に近
い温度θ′_ri（１ｉ３）に見合つた起電力を出力
する。 このX_A＝（θ′_c1θ′_c2θ′_c3θ′_r1θ′_r2θ′_r3）
の起電力は、
アナログデジタル変換器５によりデジタル量X_D
に変換され、演算回路６に入力する。この演算回
路６では、上述の非干渉制御アルゴリズムによる
演算を実行する。すなわち、X_Dはマトリクス演
算器６１と６２に入力する。マトリクス演算器３
２はCx_Dの演算を実行して検出温度y_D＝（θ′_r1θ′_r2
θ′_r3）′を出力する。この検出温度y_Dは表示器７に
より表示されるとともに減算器６３に入力する。
一方、入力装置８から入力した設定温度r_Dに対応
したデジタル量は、減算器６３に入力し、減算器
６３ではr_D−y_Dを実行し、V_D＝v₁v₂v₃）′を出力
する。V_Dはマトリクス演算器６４に入力する。
マトリクス演算器６１及び６４からそれぞれ出力
されるKx_D及びLv_Dは加算器６５で加算されて、
u_Dとして演算回路６から出力される。演算回路６
から出力されたデジタル量のu_Dはデジタルアナロ
グ変換器９に入力して、アナログ量のU_Aを出力
する。このu_Aは電力制御装置１０１〜１０３の制
御信号として入力し、電力制御装置１０１〜１０
３ではこの制御信号u_Aに従つた電力をそれぞれバ
ンドヒータ２１〜２３に供給する。ここで、電力
制御装置１０１〜１０３、バンドヒータ２１〜２
３、及び加熱シリンダ１等からなる制御対象は、
第３図の点線に囲まれた部分に対応しており、u_A
を入力して温度検出端S_r1〜S_r3、S_c1〜S_c3よりX_A
を出力する。 なお、演算回路６としてマイクロコンピユータ
を使用する場合、マトリクス演算器６１のＫの値
をこのマイクロコンピユータによつて計算し、決
定された定数値をその内部に記憶してもよいし、
Ｋの値の計算を予め他の計算機によつて計算し、
その定数値だけをマイクロコンピユータの記憶装
置に入れて置いてもよい。いずれにせよ、操作中
は、これらの定数値を用いてマイクロコンピユー
タによりオンライン制御される。また、射出成形
機の加熱シリンダ１が交換された場合も、マイク
ロコンピユータの記憶装置に充分の余裕があるの
で、予め予定された加熱シリンダについて、上記
の定数値を記憶装置に記憶させておくこともでき
る。 以上の説明で明らかなように、本発明によれ
ば、少なくとも２以上の温度検出点の樹脂温の情
報を集め、非干渉化の巧妙な適用により、樹脂の
温度を正確に制御できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用される射出成形機の系の
特性を説明するための図、第２図は状態空間法に
よる射出成形機のシステム図、第３図は状態空間
法による射出成形機の非干渉制御システム図、第
４図は状態空間法による射出成形機の本発明の適
用される非干渉制御システム図、第５図は第４図
の非干渉化を適用した本発明の一実施例を示した
ブロツク図である。 １……加熱シリンダ、２，２１〜２３……バン
ドヒータ、３……樹脂、４……スクリユー、５…
…アナログデジタル変換器、６……演算回路、６
１，６２，６４……マトリクス演算器、６３……
減算器、６５……加算器、７……表示器、８……
入力装置、９……デジタルアナログ変換器、１０
１〜１０３……電力制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 射出成形機の加熱シリンダの温度を制御する
   装置において、前記加熱シリンダの軸方向にｍ
   （ｍ２）個設けられ、該加熱シリンダ内の樹脂
   の温度を検出する手段と、該温度検出手段のｍ個
   の出力を受け、非干渉制御アルゴリズムによる演
   算を実行する手段と、該演算手段のｍ個の出力に
   よつて制御され、前記射出成形機の加熱源に電力
   を供給する手段とを有する射出成形機加熱シリン
   ダ非干渉制御装置。