(57)【要約】【課題】従来の射出成形機の加熱筒における多点温度制御装置は複数のゾーンに対して温度制御する構成であるが、各ゾーンの設定目標値が同一温度である場合には好適するが、各ゾーンの設定目標温度が異なる任意の温度の場合には、最終の到達時刻が一致できない。【解決手段】本発明は、射出成形機の加熱筒の各ゾーンにおける昇温速度に対して、複数回のサンプリング時刻を設けて、各ゾーンの温度測定を行い、その都度検出された温度結果に基づき、修正目標温度を設定することにより、昇温速度をそれぞれに制御することにより、任意に設定した各ゾーンの設定目標温度に対して、同時に到達する射出成形機における多点温度制御方法である。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形機の複数の加熱部位にそれぞれ配置されたヒータへの通電率をそれぞれ独立に演算制御する温度調節計と、前記温度調節計に対し前記各加熱部位の温度を検出する温度検出手段と、前記各加熱部位の目標温度を指令する温度コントローラと、前記目標温度を設定し前記温度コントローラへ与える温度設定手段と、を備えた温度制御装置を用いて、前記複数の加熱部位の目標温度到達までの昇温時間が同一となるように前記温度調節計を制御する方法であって、
各ヒータによる昇温開始後の所定時刻における前記各加熱部位の目標温度と当該各部位の検出温度との偏差を演算し、その中の最大偏差に対応する部位を特定する第１の段階と、
少なくとも前記特定された加熱部位における目標温度と検出温度との偏差を前記第１の段階以後の各所定時刻にて演算する第２の段階と、
前記特定された加熱部位を除く他の加熱部位ごとにその目標温度から前記第２の段階で得た偏差を差し引いた温度値を当該時刻における前記各部位の修正目標値として演算し、同修正目標値を前記温度調節計に指令する第３の段階と、
からなり、前記偏差がゼロとなるまで任意に定めたサンプリング時刻による前記第２、第３の段階の処理を繰り返し行うことを特徴とする射出成形機における多点温度制御方法。
【請求項２】
前記多点温度制御方法において、
前記昇温開始は、昇温過程の任意のタイミングで開始することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機における多点温度制御方法。
【請求項３】
前記多点温度制御方法において、
前記第２の段階における偏差の演算をリアルタイムで遂行することを特徴とする請求項２に記載の射出成形機における多点温度制御方法。
【請求項４】
前記多点温度制御方法において、
前記サンプリング時刻は、前記特定された加熱部位の目標温度到達までにかかる昇温時間に基づき、複数設定されることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機における多点温度制御方法。
【請求項５】
前記多点温度制御方法において、
前記サンプリング時刻は、前記特定された加熱部位の計測温度結果に基づき、次回のサンプリング時刻を設定することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機における多点温度制御方法。
【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多点温度制御装置の昇温制御方法に係り、特にそれぞれ温度調整領域（ゾーン）における設定目標温度到達時間の同期性に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、射出成形機には先端部分に射出ノズルが設けられた加熱筒が備えられている。この加熱筒は装填された樹脂材料を融解して射出させるために、射出ノズルまで好適する温度となるように温度調整が行われている。例えば、加熱筒を複数の温度調整領域（ゾーン）に分けて、それぞれのゾーン毎にヒータと温度センサからなる加熱制御部を設けて、多点温度制御を行っている。これらのゾーンは、３分割する例としては、メータリングゾーンに対応する前部、コンプレッションゾーンに対応する中間部及びフィードゾーンに対応する後部がある。
【特許文献１】特開２００２−３６１７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述した射出成形機の加熱筒は、前述した３分割されたゾーンにおける各加熱制御部により同時に昇温を開始した場合には、例えば、図６に示す昇温特性のように到達時刻ｔａ、ｔｂ、ｔｃのように異なっている。この到達時間の違いは、加熱される部位の熱容量の違いから温速度が異なっているためである。この到達時間の違いによる問題は、作業を途中で中断して、再度稼働を開始する際に、加熱筒の再加熱を行うと、加熱筒内部に残留する成形部材である樹脂等が高温に晒され続けられることとなり、樹脂の熱特性によっては熱分解による劣化を防止すると共に、樹脂の炭化や有毒ガスが発生する。
【０００４】
そこで、各ゾーンにおける到達温度に到達時間が一致するように、それぞれのゾーンにおける昇温開始のタイミングをずらして昇温を行なうことも考えられている。  
一方、射出成形機の多点温度制御装置においては、各ゾーンの昇温時間に関して時間的な同期を得る制御方法が提案されている。例えば、特開２００２−３６１７０５号公報においては、最初に最も昇温の遅いヒータの目標温度Ｔ１に他のヒータ目標温度を合わせて一旦Ｔ１に到達させたのち、適宜温度を切り換える技術が開示されている。
【０００５】
この公報による方法は、各ヒータの設定目標値が同一温度である場合には好適するが、それぞれのゾーンの設定目標温度が相違した場合には、最終の到達時刻は一致させることはできない。
【０００６】
そこで本発明は、射出成形機の加熱筒における各ゾーンの目標設定温度が異なる場合でも、それらゾーンの昇温速度を制御することにより、同一時間に到達することで被制御体への熱履歴の相違による影響を抑制する射出成形機における多点温度制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、射出成形機の複数の加熱部位にそれぞれ配置されたヒータへの通電率をそれぞれ独立に演算制御する温度調節計と、前記温度調節計に対し前記各加熱部位の温度を検出する温度検出手段と、前記各加熱部位の目標温度を指令する温度コントローラと、前記目標温度を設定し前記温度コントローラへ与える温度設定手段と、を備えた温度制御装置を用いて、前記複数の加熱部位の目標温度到達までの昇温時間が同一となるように前記温度調節計を制御する方法であって、 各ヒータによる昇温開始後の所定時刻における前記各加熱部位の目標温度と当該各部位の検出温度との偏差を演算し、その中の最大偏差に対応する部位を特定する第１の段階と、少なくとも前記特定された加熱部位における目標温度と検出温度との偏差を前記第１の段階以後の各所定時刻にて演算する第２の段階と、前記特定された加熱部位を除く他の加熱部位ごとにその目標温度から前記第２の段階で得た偏差を差し引いた温度値を当該時刻における前記各部位の修正目標値として演算し、同修正目標値を前記温度調節計に指令する第３の段階と、からなり、前記偏差がゼロとなるまで任意に定めたサンプリング時刻による前記第２、第３の段階の処理を繰り返し行うことを特徴とする射出成形機における多点温度制御方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、射出成形機の加熱筒における各ゾーンの目標設定温度が異なる場合でも、それらゾーンの昇温速度を制御することにより、同一時間に到達することで被制御体への熱履歴の相違による影響を抑制する射出成形機における多点温度制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図１は、本発明の射出成形機における多点温度制御方法について説明するための射出成形機（加熱筒）に対する多点温度制御システムの概略的な構成を示す図である。
【００１０】
この射出成形機１においては、金型２及び加熱筒３を複数に分割した温度調整領域をゾーン１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ）とし、これらのゾーン１３のそれぞれにヒータ４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ）及び温度センサ５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ）を配設する。さらに射出成形機１は、個々のヒータ４を通電率制御による温度調整を行なう温度調節計６と、温度調節計６を制御して全体の温度制御を行う温度コントローラ７と、温度コントローラ７へ各ヒータ４の目標温度又は修正目標温度を設定する温度設定部８とを備えて構成される。
【００１１】
ここで、ヒータ４としては、セラミックヒータ等の熱効率のよいヒータ部材を用いている。温度センサ５は、接触型センサであれば例えば、熱電対温度センサ等、または非接触型温度センサであれば、例えば赤外線温度センサ等を用いることができる。温度調節計６は、公知な構成であり、ＰＩＤ（比例、積分、微分）制御をするものに限定されるものではない。またＰのみ、ＰＩのみ、または、ＰＤのみの組み合わせであってもよい。
【００１２】
また、金型２は、製作する物品に応じて交換されて使用される。従って、金型２に取り付けるヒータ４ｅは、加熱筒３の各ゾーンのヒータ４とは異なり、金型の大きさや熱の伝達特性に応じて、最適な発熱量となるヒータを取り付けてもよいし、可能であれば、大きな発熱量を持つ１つヒータを用いて適宜発熱レベルを変えて使用してもよい。これらのヒータは、後述する制御に従うように予め加熱特性等の諸特性が温度コントローラ７に登録されて適正に制御が行われる。
【００１３】
次に図２には、本実施形態における温度コントローラ７の機能制御ブロックを示し詳細に説明する。  
この温度コントローラ７は、データメモリ９と、プログラムメモリ１０と、中央処理装置（ＣＰＵ）１１と、温度調節計６及び温度設定部８と制御信号やデータをやりとりするためのインタフェース部（ｉＦ）１２とで構成される。これらの各部位は、バスライン１４により接続され、信号やデータの伝搬が行われている。
【００１４】
これらのうち、プログラムメモリ９には、後述する多点温度制御方法を遂行するための処理プログラム（多点同時到達制御プログラム）が格納されている。データメモリ９内には、各ヒータ４に対応する設定テーブルが設けられている。この設定テーブルには、例えば、ヒータの種類、ヒータの加熱に対する設定目標温度ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４，ＴＧ５、温度センサ５により検出された各ゾーン３の現在の検出温度ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３，ＤＴ４，ＤＴ５、到達温度に達するまで昇温速度（温度変化）に対して、逐次演算を行っている演算途中データ（偏差値）、及びその演算データに従いその都度、設定される修正目標温度ＴＧ１´，ＴＧ２´，ＴＧ３´，ＴＧ４´，ＴＧ５´の各設定項目が設けられている。
【００１５】
次に、このように構成された多点温度制御システムにおける多点温度制御方法について説明する。ここで、図３は、プログラムメモリ９に格納される多点同時到達制御プログラムにおけるシーケンスを示すフローチャートであり、図４は、３つのヒータ４ａ，４ｂ，４ｃの昇温の経過を例示する設定テーブル例を示し、図５は、温度センサ５により検出されたゾーン１３の温度変化の一例を示す図である。ここでは、説明を分かりやすくするため、３つのゾーン１３ａ，１３ｂ，１３ｃが３つの設定目標温度ＴＧ１＝２３０℃，ＴＧ２＝２００℃，ＴＧ３＝１８０℃とした例について説明する。
【００１６】
まず、サンプリング回数ｉに１を設定する（ステップＳ１）。次に、サンプリング開始時刻ｔを設定する［ｔ←ｔi］（ステップＳ２）。  
その設定の後、サンプリング回数ｉ＝１か否かを判定する（ステップＳ３）。この判定において、”１”即ち、最初のサンプリングの場合には（ＹＥＳ）、各ヒータ４の設定目標値ＴＧ１〜ＴＧ５と、各検出温度ＤＴ１〜ＤＴ５とのそれぞれの偏差値を演算する（ステップＳ４）。求められた偏差値のうち最大偏差値に対応するヒータ（ここでは、ＨＴ１と仮定する）を特定する（ステップＳ５）。一方、ステップＳ３の判定において、前回のシーケンスにおけるステップＳ５で特定されたＨＴ１に対する偏差値（ＴＧ１−ＤＴ１）を算出する（ステップＳ６）。  
前記ステップＳ５，６において、ヒータ４の特定又は偏差値を算出した後に、各ヒータ４の修正目標温度ＴＧｉ´を最新の偏差値（ＴＧ１−ＤＴ１）を用いて、式（１）に基づいて算出する（ステップＳ７）。この算出結果に基づいて各ヒータ４の温度制御（昇温又は降温）を行う（ステップＳ８）。但し、ＴＧ１´は、ＴＧ１のままとする。  
ＨＴ１→ＴＧ１´＝ＴＧ１  
ＨＴ２→ＴＧ２´＝ＴＧ２−（ＴＧ１−ＤＴ１）  
ＨＴ３→ＴＧ３´＝ＴＧ３−（ＴＧ１−ＤＴ１）  
次に、偏差値が０、即ち、ＴＧ１＝ＤＴ１であるか否かを判定する（ステップＳ９）。尚、この判定を行うときには、各ヒータ４の温度は、それぞれ設定目標温度（図５において、時刻ｔarriveにおけるＴＧ１＝２３０℃，ＴＧ２＝２００℃，ＴＧ３＝１８０℃）に到達しているものとする。このＴＧ１＝ＤＴ１であった場合には（ＹＥＳ）、各ヒータにおける修正目標温度ＴＧ１´，ＴＧ２´，ＴＧ３´を設定目標温度ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３に再設定して（ステップＳ１０）、このシーケンスを終了する。
【００１７】
一方、前記ステップＳ９の判定において、ＴＧ１＝ＤＴ１ではない場合には（ＮＯ）、各温度センサ５で各ゾーン１３の温度を検出しつつ、次のサンプリング時刻まで待機する（ステップＳ１２）。その待機しつつ、サンプリング回数をインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）して、前記ステップ２に戻り、再度サンプリング時刻ｔを設定する。尚、サンプリング回数やサンプリング時刻の設定は、演算基準とするヒータ例えば、ＨＴ１の昇温特性が既知であれば、予めサンプリングの回数や時間間隔を設定してもよいし、ＨＴ１の昇温する速度に従って、随時、途中温度までの到達時間を予測し、温度制御しつつ回数や時間間隔
到着を順次設定してもよい。
【００１８】
次に図４及び図５を参照して、前述した様なシーケンスに従う射出成形機の加熱筒に対する多点温度制御について説明する。  
まず、図４及び図５に示すように、予め測定基準となるゾーン１３ａ（ＨＴ１）における測定温度又は所定の測定時間間隔のいずれか一方によりサンプリング時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４を決定する。このサンプリング時刻は限定されるものではなく、適宜変更が可能であることは勿論である。但し、ヒータ４の応答性以下の短時間に設定することは無意味である。昇温開始後の最初のサンプリング時刻ｔ１をどの時間に設定するか、即ち多点温度制御の開始タイミングに対する制限はない。この時、各ゾーン１３ａ，１３ｂ，１３ｃの設定目標温度をそれぞれＴＧ１＝２３０℃、ＴＧ２＝２００℃、ＴＧ３＝１８０℃と設定する。
【００１９】
常温のヒータ４に対する昇熱を開始した後、任意に定めたサンプリング時刻ｔ１（この例では、ゾーン１３ａの温度センサ４ａの検出温度１００℃に達する時刻とした）に達すると、ゾーン１３ｂ（ＨＴ２）、１３ｃ（ＨＴ３）の各温度センサ４ｂ，４ｃによる検出温度は、１０５℃及び８０℃であった。このような昇温速度を維持すると、ゾーン１３ａにおける２３０℃に到達する到達予測時間の前にゾーン１３ｂ，ゾーン１３ｃが設定目標温度に到達してしまう。このため、各ゾーン１３ｂ，ゾーン１３ｃの昇温速度を低下させる。この例では、一旦温度に降下さするように、修正目標温度をゾーン１３ｂ＝７０℃、ゾーン１３ｃ＝８０℃に設定する。
【００２０】
この昇温設定を維持し、次のサンプリング時刻ｔ２（この例では、ゾーン１３ａの温度センサ４ａの検出温度１５０℃に達する時刻とした）に達した際に、ゾーン１３ｂ，ゾーン１３ｃの温度を測定する。ここで、ゾーン１３ｂ，ゾーン１３ｃの検出された温度は、前段で降下させるように設定した修正目標温度を目指すように降下して、それぞれ７０℃、８０℃となっている。このサンプリング時刻ｔ２において、次の修正目標温度をＴＧ２＝１２０℃、ＴＧ３＝１００℃と設定する。このように、ゾーン１３ｂ，ゾーン１３ｃの昇温速度が基準となるゾーン１３ａの設定目標温度ＴＧ１と同時に設定目標温度ＴＧ２，ＴＧ３に到達するように、修正目標温度を設けることにより、昇温速度を制御する。
【００２１】
次に、サンプリング時刻ｔ３（この例では、ゾーン１３ａの温度センサ４ａの検出温度１８０℃に達する時刻とした）に達した際に、ゾーン１３ｂ，ゾーン１３ｃの温度を測定する。ここで、ゾーン１３ｂ，ゾーン１３ｃの検出された温度が１１０℃、１００℃であった場合には、次の修正目標温度をＴＧ２＝１５０℃、ＴＧ３＝１３０℃と設定する。同様に、サンプリング時刻ｔ４（この例では、ゾーン１３ａの温度センサ４ａの検出温度２１０℃に達する時刻とした）に達した際に、ゾーン１３ｂ，ゾーン１３ｃは、修正目標温度をＴＧ２＝１８０℃、ＴＧ３＝１６０℃と設定し、この昇温速度を維持させて、到達時間ｔarriveに最終到達温度となる設定目標温度ＴＧ１＝２３０℃、ＴＧ２＝２００℃、ＴＧ３＝１８０℃に到達する。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、射出成形機の加熱筒に対する多点温度制御において、加熱筒の各ゾーンにおける昇温速度をそれぞれに制御することにより、任意に設定した各ゾーンの設定目標温度に対して、同時に到達することができる。これにより加熱筒内部に残留する樹脂等からなる成形部材が高温に晒され続けて、樹脂の熱特性によっては熱分解による劣化を防止すると共に、樹脂の炭化や有毒ガスの発生などを防止することができる。
【００２３】
また、サンプリング時刻（温度制御タイミング）は、例えば、図５に示したｔ４以降では、温度変化（昇温速度）の状態に応じて、もっと細かい時間刻みのサンプリング時刻による修正目標温度の設定を実施してもよく、さらに、１回の昇温プロセス中で、サンプリングの周期を適宜変化させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の射出成形機における多点温度制御方法について説明するため多点温度制御システムの概略的な構成を示す図である。
【図２】本実施形態における温度コントローラの機能制御ブロックを示す図である。
【図３】本実施形態における多点温度制御システムのプログラムメモリに格納される多点同時到達制御プログラムを説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施形態における多点温度制御システムのヒータの昇温の経過を例示する設定テーブル例である。
【図５】本実施形態における多点温度制御システムの温度センサにより検出されたゾーンの温度変化の一例を示す図である。
【図６】従来の多点温度制御システムのヒータの昇温の経過を例示する設定テーブル例である。
【符号の説明】
【００２５】
１…射出成形機、２…金型、３…加熱筒、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ…ヒータ、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ…温度センサ、６…温度調節計、７…温度コントローラ、８…温度設定部、９…データメモリ、１０…プログラムメモリ、１１…中央処理装置（ＣＰＵ）、１２…インタフェース部（ｉＦ）、１３…ゾーン、１４…バスライン、ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＧ４，ＴＧ５…設定目標温度、ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３，ＤＴ４，ＤＴ５…検出温度、ＴＧ１´，ＴＧ２´，ＴＧ３´，ＴＧ４´，ＴＧ５´…修正目標温度。
【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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【図６】
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