(57)【要約】  【課題】  設定温度付近でのオーバーシュートを最小にし、なおかつ加熱シリンダの全ての温度制御ゾーンの温度を同じにしながら昇温させることで、樹脂の変質を防ぐと共に、加熱シリンダの温度が設定温度に安定するまでの時間を短縮する射出成形機の温度制御方法を提供する。  【解決手段】  ＰＩＤ制御器を有する温度制御装置を備え、複数のゾーンからなる樹脂の加熱シリンダと射出ノズルの温度を、前記ＰＩＤ制御器が設定温度に基づいて制御する射出成形機の温度制御方法において、  前記設定温度を変化させる際に、該設定温度の単位時間当りの変化量を目標値フィルタにより制御する。  【選択図】  図１
2006240203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩＤ制御器を有する温度制御装置を備え、複数のゾーンからなる樹脂の加熱シリンダと射出ノズルの温度を、前記ＰＩＤ制御器が設定温度に基づいて制御する射出成形機の温度制御方法において、
前記設定温度を変化させる際に、該設定温度の単位時間当りの変化量を目標値フィルタにより制御することを特徴とする射出成形機の温度制御方法。
【請求項２】
前記目標値フィルタは、入力値が変化した時にあらかじめ設定された変化速度、変化加速度の制限値を超えないようにその出力値を前記入力値まで滑らかに変化させることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の温度制御方法。
【請求項３】
前記目標値フィルタに入力する設定温度は、ヒータＯＦＦ時には温度制御対象の測定温度が入力され、ヒータＯＮ時には温度制御の目標値である設定温度が入力されることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の温度制御方法。
【請求項４】
射出成形機の樹脂の加熱シリンダと射出ノズルの温度制御を行う射出成形機の温度制御装置において、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の温度制御方法を実行するため、目標値フィルタによるＰＩＤ制御器への目標値入力の単位時間あたりの変化速度と加速度の制限値を温度制御ゾーンごとに保持する手段を有することを特徴とする射出成形機の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機における、複数ゾーンからなる樹脂の加熱シリンダと射出ノズルの温度を、設定温度に昇温させる際、設定温度付近での過大なオーバーシュートを防ぎつつ、全てのゾーンの昇温速度をそろえて昇温させることで、昇温に伴う樹脂の劣化を抑え、成形機の起動時間を短縮することを可能とする射出成形機の温度制御方法およびその温度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より例えば、射出成形機の加熱シリンダや射出ノズルの温度制御方法として、ＰＩＤ制御がよく知られている。
図４に示すように、温度制御装置は温度設定器８とＰＩＤ制御器４を備え、ＰＩＤ制御器４は、比例制御器１、積分制御器２、微分制御器３を備え、温度設定器８の設定温度と温度センサなどにより得られた現在の測定温度ＰＶの偏差ｅを基に、フィードバック制御を行うことで温度を制御する。
【０００３】
このとき、比例制御器１、積分制御器２、微分制御器３にはそれぞれ比例ゲイン、積分時間、微分時間が設定され、各制御器１〜３の出力は、設定温度との偏差とそれらの定数を基に計算される。
【０００４】
しかし、このようなＰＩＤ制御器４では、設定温度と現在の測定温度との偏差を基に制御出力を決定しているため、成形機の樹脂加熱シリンダのようなむだ時間の大きい制御対象を制御する場合、制御温度を変更した時に、温度が設定温度に達する付近で大きなオーバーシュートが発生するという問題がある。
【０００５】
これは、図５に示すように、成形機を起動し、樹脂加熱シリンダを室温から成形可能な温度まで昇温させるときに特に顕著に表れ、場合によっては加熱シリンダ内で樹脂焼けや樹脂の分解が発生し、これを加熱シリンダ外へ排出するために大量の樹脂を使用して長時間のパージを行わなければならなくなるなどの著しい作業効率の低下を招くという問題があった。
【０００６】
また、加熱シリンダの冷却を自然冷却で行っているような場合、自然空冷による空冷はヒータによる昇温に比べ非常に長くなる。従って、昇温時に大きなオーバーシュートが発生すると、設定温度まで加熱シリンダ温度が下がるまで長時間待たねばならず、成形を開始するまでの段取り時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決するため、加熱シリンダの温度の昇温速度を一定に制限する方法として、温度制御対象の実測温度値を計測し、該計測した実測温度値と設定温度値とを比較して、実測温度値が設定温度値に近づくように温度制御対象の温度をＰＩＤ制御動作に基づくフィードバック制御によってコントロールする成形機の温度フィードバック制御方法において、温度制御対象を加熱するためのヒータに対しＰ制御が機能する予め設定されたＰ設定範囲に入った時点から、温度制御対象の温度が成形運転時のコンスタントな設定温度値に上昇するまでの間の過度的期間は、Ｐ設定範囲に入った時点の温度制御対象の実測温度値を起点とし、コンスタントな設定温度値を終点とする、所定傾斜角度をもつ温度勾配直線を、フィードバック制御のための過度的目標設定温度条件とするようにした成形機の温度制御方法が知られている（例えば、記特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５０９８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献に示された温度制御方法では、昇温速度の指令が設定値に達した時点で急激に変わるため、この部分でオーバーシュートが発生するという問題があった。
【０００９】
一方、成形機の樹脂加熱シリンダは、大きく分けて、樹脂の可塑化を行うシリンダ部分と、樹脂を金型に導くためのノズル部分から構成されている。
一般に、ノズル部分はシリンダ部分に比べ熱容量が極端に小さいため、同時に加熱を開始しても、ノズル部分のほうが速く昇温し、シリンダ部分が昇温するまでノズル部分の樹脂が成形時の温度のまま待機するという状態になる。
このとき、使用している樹脂によっては、変色や焼けが発生しやすいという問題があった。
【００１０】
本発明は上記のような従来の温度制御における問題点を解決するためになされたもので、設定温度付近でのオーバーシュートを最小にし、なおかつ加熱シリンダの全ての温度制御ゾーンの温度を同じにしながら昇温させることで、樹脂の変質を防ぐと共に、加熱シリンダの温度が設定温度に安定するまでの時間を短縮することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における射出成形機の温度制御方法を実行するため、図１に示すように、従来の加熱シリンダの各温度制御ゾーンのＰＩＤ制御器４への目標値入力の前段に目標値フィルタ５を設けている。本発明における目標値フィルタ５は、フィルタの入力値が変化した時、その出力が入力値に追従して変化する際の速度と加速度の上限値を変化速度上限値記憶手段９と変化加速度上限値記憶手段１０とによって設定することができ、結果としてＰＩＤ制御器への目標値入力の単位時間あたりの変化速度と変化加速度をコントロールすることを特徴とする。
また、本発明による射出成形機の温度制御装置は、目標値フィルタによるＰＩＤ制御器への目標値入力の単位時間あたりの変化速度と変化加速度の制限値を、加熱シリンダの温度制御ゾーンごとに保持する手段を有することを特徴とする。
【００１２】
このような構成における作用について説明する。
図１において、目標値フィルタ５は入力目標値ＳＶ１が変化した時、その出力の単位時間あたりの変化速度と変化加速度が変化速度上限値記憶手段９と変化加速度上限値記憶手段１０に設定された制限値を超えないように徐々に出力を変化させる。例えば、この変化速度の上限として、制御対象である加熱シリンダの昇温速度を設定することができる。また変化加速度の上限として、ヒータをＯＮにしたときの温度上昇の加速度あるいはヒータ昇温時にヒータをＯＦＦにしたときの温度の減速度を設定することができる。
【００１３】
これにより、ＰＩＤ制御器への目標値の変化率は、加熱シリンダの加熱性能以下に抑制されるので、目標値フィルタの出力と測定値との偏差ｅを小さく保ちながら温度を変化させることができる。これにより、ＰＩＤ制御器内の積分制御器２の出力が必要以上に大きくなることを防ぎ、過大なオーバーシュートを防ぐことができる。
【００１４】
さらに、目標値フィルタの設定を加熱シリンダの全ての温度制御ゾーンで同一とすることで、各温度制御ゾーンの初期温度が同じ場合は、全てのゾーンの温度を揃えながら昇温させることができる。
【００１５】
そして、以上の働きにより、オーバーシュートによる樹脂の劣化を防ぐと共に、温度制御ゾーンの温度が設定温度に安定するまでの時間を短縮し、ノズル部などの昇温の速いゾーンでの樹脂の変質を防ぐことができる。
【００１６】
即ち、本発明は、ＰＩＤ制御器を有する温度制御装置を備え、複数のゾーンからなる樹脂の加熱シリンダと射出ノズルの温度を、前記ＰＩＤ制御器に対する設定温度に基づいて制御する射出成形機の温度制御方法において、前記設定温度を変化させる際に、該設定温度の単位時間当りの変化量を目標値フィルタにより制御することを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記目標値フィルタは、入力値が変化した時にあらかじめ設定された変化速度、変化加速度の制限値を超えないように出力値を入力値まで滑らかに変化させることを特徴とする。さらに、前記目標値フィルタに入力する設定温度は、ヒータＯＦＦ時には温度制御対象の測定温度が入力され、ヒータＯＮ時には温度制御の目標値である設定温度が入力されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、樹脂の加熱シリンダと射出ノズルの温度制御を行う射出成形機の温度制御装置において、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の温度制御方法を実行するため、目標値フィルタによるＰＩＤ制御器への目標値入力の単位時間あたりの変化速度と加速度の制限値を温度制御ゾーンごとに保持する手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上に詳述したように、本発明によれば、設定温度付近でのオーバーシュートを最小にし、なおかつ加熱シリンダの全ての温度制御ゾーンの温度を同じにしながら昇温させることで、樹脂の変質を防ぐと共に、加熱シリンダの温度が設定温度に安定するまでの時間を短縮することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。図２は本発明の実施の形態による射出成形機における温度制御装置を示す。同図では温度制御装置は１ゾーン分のみ示すが、その他のヒータゾーンについても同様である。
【００２１】
同図において、温度制御装置は、温度制御対象である加熱シリンダ１６内に埋め込まれた温度センサ１４により加熱シリンダの温度を測定する温度測定装置１１と、設定温度を設定する温度設定器８と、温度制御器１７と、温度制御器１７の出力をパルス幅変調するパルス幅変調器１２と、パルス幅変調器１２の出力に基づいてヒータを駆動するヒータ駆動装置１３とを備える。ヒータ１５は、加熱シリンダ１６の外周部に取り付けられている。
【００２２】
温度制御器１７は、目標値フィルタ５、変化速度上限値記憶手段９、変化加速度上限値記憶手段１０、ＰＩＤ制御器４を備え、ＰＩＤ制御器４は、比例制御器１、積分制御器２、微分制御器３から構成される。
【００２３】
温度測定装置１１は、加熱シリンダ１６に埋め込まれた温度センサ１４により温度を測定し、温度制御器１７に測定温度ＰＶとして入力する。温度制御器１７は温度測定装置１１からの測定温度（ＰＶ）と目標値フィルタ５により変化速度上限値記憶手段９と変化加速度上限値記憶手段１０との設定に基づいて単位時間当りの変化速度と変化加速度を制限された設定温度ＳＶとの偏差ｅを比例制御器１、積分制御器２、微分制御器３にそれぞれ入力し、ＰＩＤ演算を行う。
【００２４】
このＰＩＤ演算により得られた操作量はパルス幅変調器１２およびヒータ駆動装置１３を介してヒータ温度制御を行う。温度制御器１７に入力される設定温度ＳＶ１はスイッチ６によりヒータＯＦＦ時には温度測定装置１１により測定された測定温度ＰＶが入力され、ヒータＯＮ時には温度設定器８の設定温度が入力される。これらの温度制御の処理は、温度制御装置内のマイクロプロセッサにより処理される。
【００２５】
ここで、ヒータをＯＦＦ状態からＯＮ状態にした時の動作について説明する。
まず、ヒータがＯＦＦ、つまり温度制御を行っていない場合、温度制御器１７内の目標値フィルタ５の入力にはスイッチ６により現在のシリンダゾーン測定温度が入力される。このとき、目標値フィルタ５の出力もシリンダゾーン測定温度と同じとなる。
【００２６】
次にヒータをＯＮにして温度制御を開始すると、温度制御器１７の設定温度入力はスイッチ６により現在の測定温度から、温度制御装置１７の温度設定器８における設定温度へと変更される。これによって、設定値フィルタ５の出力は、現在のシリンダ温度から新しい設定温度へ滑らかに変化していく。
【００２７】
しかし、図３に示すように目標値フィルタ５の出力ＳＶは変化速度上限値記憶手段９と変化加速度上限値記憶手段１０とによって、予め設定された単位時間当りの変化速度制限を超えないように徐々に変化する。
【００２８】
なお、設定値付近での温度のオーバーシュート防止を目的とする場合は、昇温開始時の温度変化の加速度制限を行わないことで、温度の立ち上がりを速くすることができる。
【００２９】
このとき、目標値フィルタ５の出力の単位時間当りの変化速度上限をヒータの昇温性能よりも低くなるように設定すれば、測定温度ＰＶと、目標値フィルタ５の出力すなわちＰＩＤ制御器４の入力との偏差を小さく保ったままで昇温させることができる。
【００３０】
さらに、目標値フィルタ５の出力の単位時間当りの変化加速度上限（この状況では負の加速度）を、ヒータ昇温時にヒータＯＦＦしたときの温度の加速度に基づいて制限すれば、目標値フィルタの出力は、設定値付近で徐々に漸近する形となる。従って、設定値付近でも測定温度（ＰＶ）とＰＩＤ制御器の入力との偏差を小さく保ったまま制御を行うことができる。
【００３１】
以上のように、昇温の全ての段階において測定温度（ＰＶ）とＰＩＤ制御器の入力との偏差を小さく保ったまま制御を行うことができるため、積分制御器２の出力は必要以上に大きくならず、シリンダ温度が設定温度に達した時に大きなオーバーシュートを起こすことがない。またオーバーシュートした温度が設定温度に下がるまで待つ必要がなくなるため、温度制御ゾーンの温度が設定温度に安定するまでの時間を短縮することができ、結果として、成形機の起動時間を短縮することができる。
【００３２】
また、ヒータＯＮ状態において温度設定器８の設定温度が変更された場合も、同様の動作により大きなオーバーシュートを防ぐことができる。
【００３３】
さらに、目標値フィルタ５の出力の単位時間当りの変化速度、変化加速度の上限を全ゾーンで統一することで、全ゾーンの初期温度が同じであれば、全ゾーンの温度を揃えながら昇温させることが可能となる。
【００３４】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ヒータ昇温時や温度制御器の設定温度を大きく変化させたときのオーバーシュートを小さく抑えることができるので、特に昇温時などにオーバーシュートによってシリンダ内で樹脂焼けや樹脂の分解が起こりにくくなる。
また、全ゾーンの温度を揃えながら昇温させることが可能となるため、熱容量の小さいゾーンが先に昇温し、その部分の樹脂のみが変質することもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の基本構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における射出成形機の温度制御装置を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における動作を示すタイムチャートである。
【図４】従来の射出成形機の温度制御方法を示すブロック図である。
【図５】従来の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１  比例制御器、２  積分制御器、３  微分制御器、４  ＰＩＤ制御器、５  目標値フィルタ、６  スイッチ、７  制御対象、８  温度設定器、９  変化速度上限値記憶手段、１０  変化加速度上限値記憶手段、１１  温度測定装置、１２  パルス幅変調器、１３  ヒータ駆動装置、１４  温度センサ、１５  ヒータ、１６  加熱シリンダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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