(57)【要約】【課題】可及的に短い時間で微妙な温度制御を行うことを可能にし、ハイサイクル成形や小型精密成形においても、信頼性の高い温度制御を行えるようにすること。【解決手段】加熱筒の各部に巻装したヒータをＰＩＤ制御動作に基づくフィードバック制御によって駆動制御し、前記ヒータに対する交流電源の通電のＯＮ／ＯＦＦをゼロクロス機能をもつ半導体スイッチング素子によって行う射出成形機の加熱筒温度制御方法において、ＰＩＤ演算結果に基づくヒータ通電率に応じて行う通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を交流電源の１周期時間と一致させると共に、通電の制御周期自体を変えてヒータの温度制御を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱筒の各部に巻装したヒータをＰＩＤ（比例・積分・微分）制御動作に基づくフィードバック制御によって駆動制御し、前記ヒータに対する交流電源の通電のＯＮ／ＯＦＦをゼロクロス機能をもつ半導体スイッチング素子によって行う射出成形機の加熱筒温度制御方法において、
ＰＩＤ演算結果に基づくヒータ通電率に応じて行う通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を交流電源の１周期時間と一致させると共に、通電の制御周期自体を変えてヒータの温度制御を行うことを特徴とする射出成形機の加熱筒温度制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の射出成形機の加熱筒温度制御方法において、予め用意した複数のパターンの周期パルスで前記半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行って、この際の通電電流を測定することで交流電源の周波数を判定し、判定した交流電源の１周期時間を通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間として自動的に設定することを特徴とする射出成形機の加熱筒温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機の加熱筒温度制御方法に係り、特に、ハイサイクル成形や小型精密成形に適用して好適な加熱筒の温度制御方法に関する。なお、本願の明細書においては、加熱筒の先端に取り付けられたノズルを含めて、加熱筒と称している。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機の加熱筒の温度制御は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御動作に基づくフィードバック制御によって行われており、ＰＩＤ演算結果に基づくヒータ通電率に応じて、マグネットスイッチ、あるいは、ＳＳＲ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｒｅｌａｙ）やＳＳＣ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）などの半導体スイッチング素子を、一定周期でＯＮ／ＯＦＦさせ、これによって、加熱筒の各部（加熱筒の各部およびノズル）に巻装したヒータへの通電をＯＮ／ＯＦＦ制御して、実測温度値が設定温度値に倣うように制御していた。
【０００３】
ところが、最近のハイサイクル成形や小型精密成形においては、短いサイクルで溶融樹脂が加熱筒内（加熱筒内およびノズル内）を移動するため、温度変化が激しく（短いサイクルで温度変化を引き起こし）、このため、温度制御の追従性・安定性を確保するのが困難になってきている。
【０００４】
つまり、従来の一定周期（制御周期固定）の温度制御では、スイッチング素子への出力の制御周期として、成形サイクルの数分の１程度の周期が必要であり、例えば、成形サイクルが２〜４秒で、温度制御のための制御周期が２秒であるとすると、２秒毎に大きな温度変化のうねりが発生してしまう。図１２は、一定周期を２秒とした場合のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング素子への出力信号のＯＮ／ＯＦＦ）のタイミングを示しており、図１２において、最も左側の制御周期は通電率＝５０％、その次の制御周期は通電率＝２５％、さらにその次の制御周期は通電率＝７５％の場合である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の制御周期固定の加熱筒の温度制御では、スイッチング素子への出力の制御周期として成形サイクルの数分の１程度の周期が必要であるため、制御周期毎に大きな温度変化のうねりが発生し、このため、ハイサイクル成形や小型精密成形においては、温度制御の追従性・安定性を確保することができず、成形品の品質にバラツキを生じ易いという問題があった。これに対処するために、制御周期を短くすると、ＯＮ時間の分解能が低下してしまって、出力精度が劣化するという問題を生じる。さらに、制御周期を短くするには、温度制御を行うＣＰＵの性能をアップしなければならないが、こうすると大幅なコストアップに繋がる。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、可及的に短い時間で微妙な温度制御を行うことを可能にし、ハイサイクル成形や小型精密成形においても信頼性の高い温度制御を行えるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するために、加熱筒の各部に巻装したヒータをＰＩＤ制御動作に基づくフィードバック制御によって駆動制御し、前記ヒータに対する交流電源の通電のＯＮ／ＯＦＦをゼロクロス機能をもつ半導体スイッチング素子によって行う射出成形機の加熱筒温度制御方法において、
ＰＩＤ演算結果に基づくヒータ通電率に応じて行う通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を交流電源の１周期時間と一致させると共に、通電の制御周期自体を変えてヒータの温度制御を行う。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）に係る射出成形機における、加熱筒の温度制御系の構成を示す図である。
【００１０】
図１において、１は加熱筒（加熱筒およびノズル）、２…は加熱筒の各部（加熱筒の各部およびノズル）に巻装されたヒータ（バンドヒータ）であり、この各ヒータ２…を適宜に通電制御することによって、加熱筒の各部（加熱筒の各部およびノズル）がそれぞれ設定された温度にコントロールされるようになっている。各ヒータ２…を取り付けた個所には、温度検知センサ（熱電対）３が設けられており、この温度検出センサ３で検出した実測温度値が設定温度値と一致するように、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御動作に基づくフィードバック制御によって、各ヒータ２…が、交流電源の通電をＯＮ／ＯＦＦ制御するゼロクロス機能をもつＳＳＣ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）４によって、駆動制御されるようになっている。なお、本実施形態においては説明の簡略化のために、加熱シリンダ１のノズルのヒータ３を代表させて、以下の説明を行なう。
【００１１】
図１では、上記した加熱シリンダ１のノズルのヒータ２に関連する温度フィードバック制御系が主として示されており、同図において、５はディスプレイや入力部（キーボートやタッチパネル）を備えた制御パネル、６は射出成形機全体の制御を行う制御装置であり、制御装置６内において、７は主制御部、８は温度制御部である。
【００１２】
主制御部７には、射出成形機全体の制御を司るＣＰＵ９や、各部の温度設定値を含む成形運転のための各種設定値を書き替え可能に格納する設定値格納部１０などが備えられており、制御パネル５の操作によって設定値格納部１０の内容が書き替え可能になっている。
【００１３】
温度制御部８には、温度制御を司るＣＰＵ１１や、温度フィードバック制御部１２や、ヒータ通電電流を計測する電流検出センサ１４の出力から電流を測定・演算する電流測定部１３などが備えられている。なお、図示していないが、温度フィードバック制御部１２、および、これによってＯＮ／ＯＦＦ制御されるＳＳＣ４は、各ヒータ２にそれぞれ対応して設けられ、これに対しＣＰＵ１１は全ての温度フィードバック制御部１２を統括制御するようになっている。
【００１４】
また、温度フィードバック制御部１２には、温度検知センサ３の出力から実測温度値を測定・演算する温度測定部１５と、偏差検出部１６と、ＰＩＤ演算部１７と、出力処理部１８と、ドライバ（ＳＳＣ４用の駆動回路）１９とが備えられている。
【００１５】
偏差検出部１６には、設定値格納部１０に格納された成形運転時の設定温度値Ｔｏのデータと、温度測定部１５で測定・演算された実測温度値Ｔｍのデータとが入力され、偏差検出部１６は入力データのＴｍ、Ｔｏの差分を算出し、これを偏差（温度の偏差）ｅとしてＰＩＤ演算部１７へ出力する。ＰＩＤ演算部１７では、入力された偏差ｅを用いて、ＰＩＤ（比例・積分・微分）動作に基づくフィードバック処理を行なうための演算処理、すなわち、次の（１）式による演算処理を実行し、実測温度値Ｔｍを設定温度値Ｔｏ  に一致させるための操作量ｕを算出する。なお（１）式において、Ｐ，Ｔｉ  ，Ｔｄ  はＰＩＤ定数である。
【００１６】
ｕ＝１／Ｐ（ｅ＋１／Ｔｉ  ∫ｅｄｔ＋（Ｔｄ）ｄｅ／ｄｔ）……（１）式
そして、出力処理部１８では、ＰＩＤ演算部１７からの出力である操作量ｕを用いて、操作量値→制御出力値ｙの出力変換式である次の（２）式によって、制御出力値ｙを演算する。
【００１７】
ｙ＝（ｕ＋１）／２……（２）式
上記制御出力値ｙは、単位制御時間内におけるヒータ２への通電率を示す出力データとなっており、この制御出力値ｙを後述するように適宜に演算処理したヒータ制御出力（出力処理部１８の出力信号）Ｏｙがドライバ１９へ供給され、ドライバ１９では、このヒータ制御出力Ｏｙに基づいてＳＳＣ４をＯＮ／ＯＦＦ制御する（すなわち、ヒータ２の通電をＯＮ／ＯＦＦ制御する）。
【００１８】
すなわち、本実施形態では、ＳＳＣ４のＯＮ／ＯＦＦ制御を、交流電源の周波数５０Ｈｚ、６０Ｈにそれぞれ応じて通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を交流電源の１周期時間と一致させ、かつ、通電の制御周期自体を変えて行うようになっている。
【００１９】
つまり、交流電源の周波数が５０Ｈｚである際には、通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を２０ｍｓｅｃ（１／５０秒）に設定して、この２０ｍｓｅｃを最小単位として２０ｍｓｅｃに同期した出力を行うことで、図２に示すように、ＳＳＣ４のゼロクロス機能により、２０ｍｓｅｃで１つの正弦波出力を得るようにしてある。また、算出された通電率に応じて、通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を２０ｍｓｅｃとして、図３に示すように、制御周期自体を変化させてＳＳＣ４をＯＮ／ＯＦＦ制御するようになっている（図３では、通電率＝５０％，２５％，７５％の場合の制御周期が代表して描かれている）。
【００２０】
他方、交流電源の周波数が６０Ｈｚである際には、通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を１６．６６６７ｍｓｅｃ（１／６０秒）に設定して、この１６．６６６７ｍｓｅｃを最小単位として１６．６６６７ｍｓｅｃに同期した出力を行うことで、図４に示すように、ＳＳＣ４のゼロクロス機能により、１６．６６６７ｍｓｅｃで１つの正弦波出力を得るようにしてある。また、算出された通電率に応じて、通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を１６．６６６７ｍｓｅｃ（１／６０秒）として、図５に示すように、制御周期自体を変化させてＳＳＣ４をＯＮ／ＯＦＦ制御するようになっている（図５では、通電率＝５０％，２５％，７５％の場合の制御周期が代表して描かれている）。
【００２１】
図６は、出力処理部１８が上記のように制御周期を変化させる処理フローを示している。出力処理部１８では、ＰＩＤ演算部１７によるＰＩＤ演算結果に基づいて通電率を算出し、通電率を１００％＝４０９６としたときの値に換算して、この値をｙに代入してｃｎｔに足し込み、０ｘ０ｆｆｆ（＝４０９６−１）により、オーバーフロー判定を行うことで、出力の制御周期自体を変えるようになっている（図３、図５参照）。なお、上記の０ｘ０ｆｆｆの値は、大きければ大きいほど精度はよくなるが、マイコンで処理する上で最も高速で演算できる値を選定すべきであり、例えば、次のような値であってもよい。
「１０００，１０００００，０ｘ００００１ｆｆｆ，０ｘ００００３ｆｆｆ，０ｘ００００７ｆｆｆ，０ｘ００００ｆｆｆｆ，０ｘ０００１ｆｆｆｆ，〜，０ｘ３ｆｆｆｆｆｆｆ」
因みに、出力の分解能は、０ｘ０ｆｆｆ→１／４０９６，０ｘ００００ｆｆｆｆ→１／６５５３６となる。
【００２２】
このように、本実施形態の温度制御方法では、通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を交流電源の１周期時間と一致させ、かつ、通電の制御周期自体を変えるようにしているので、応答性よく微妙な温度制御を行うことが可能となり、特に、外乱に敏感なノズルの温度制御に非常に有効に働く。
【００２３】
本実施形態の温度制御方法では、上述してきたように、通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を交流電源の１周期時間に設定するようにしている。このため、用いる交流電源の周波数が５０Ｈｚであるのか、６０Ｈｚであるのかを、事前に把握しておく必要がある。この５０Ｈｚと６０Ｈｚの違いは、ユーザが手入力によって制御装置６に認知させてもよいが、最近は地域による交流電源の周波数の違いを認識する機会がほとんどなく、射出成形機自体が交流電源の周波数の判定を自動的に行うようにした方が、ユーザにとってユーザフレンドリィである。そこで、本実施形態の射出成形機では、射出成形機自体が交流電源の周波数の判定を、適宜の時点で自動的に行うようになっている。
【００２４】
このため、主制御部７のＣＰＵ９は、温度制御部８のＣＰＵ１１に対して指示を出して、温度制御部８によって、次に示した条件でＳＳＣ４をＯＮ／ＯＦＦ制御させ（ヒータ２の通電をＯＮ／ＯＦＦ制御させ）、その際のヒータ２の通電電流を電流測定部１３で計測して、この計測結果に基づいて温度制御部８のＣＰＵ１１で、５０Ｈｚか６０Ｈｚかの判定を行わせる。
【００２５】
交流電源の周波数判定を行うための、ＳＳＣ４のＯＮ／ＯＦＦの制御条件は、
（ａ）１０ｍｓｅｃ周期（１００Ｈｚ）のパルス出力を行う、
（ｂ）（ａ）に対して５ｍｓｅｃずらし、１０ｍｓｅｃ周期（１００Ｈｚ）のパルス出力を行う、
（ｃ）８．３３３３ｍｓｅｃ周期（１２０Ｈｚ）のパルス出力を行う
（ｄ）（ｃ）に対して４．１６６６ｍｓずらし、８．３３３３ｍｓ周期（１２０Ｈｚ）パルス出力を行う、
上記の（ａ）〜（ｄ）４通りである。
【００２６】
上記（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の制御条件における、実際の交流電源周波数と有効通電状態との関係が、図７，図８，図９，図１０にそれぞれ示してあり、この図７〜図１０から明らかなように、周波数によって測定電流は特定のパターンを示すことが分かる。図１１は、ＳＳＣ４のＯＮ／ＯＦＦ制御条件ごとの交流電源周波数と通電率との関係を一覧にして示したもので、測定した通電率の０％、４０〜６０％、１００％を判定することで、５０Ｈｚか６０Ｈｚかを特定することができる。そして、温度制御部８のＣＰＵ１１は、このようにして判定して周波数の１周期時間を、通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間として用いるようになっている。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、通電のＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間を交流電源の１周期時間と一致させ、かつ、通電の制御周期自体を変えるようにしているので、電源周波数の周期の最小単位時間で出力ＯＮ／ＯＦＦが反応し、しかも、通電率に応じて制御周期自体が好適な制御周期に変わるので、応答性よく微妙な温度制御を行うことが可能となる。したがって、可及的に短い時間で微妙な温度制御を行うことが可能になるので、ハイサイクル成形や小型精密成形においても、信頼性の高い温度制御を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、加熱筒の温度制御系の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、電源周波数が５０Ｈｚの場合の通電ＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間などを示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、電源周波数が５０Ｈｚの場合の通電率に応じた制御周期を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、電源周波数が６０Ｈｚの場合の通電ＯＮ／ＯＦＦの最小単位時間などを示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、電源周波数が６０Ｈｚの場合の通電率に応じた制御周期を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、出力処理部が行う処理フローを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、交流電源の周波数判定を行うためのＯＮ／ＯＦＦの制御条件、および、実際の交流電源周波数と有効通電状態との関係を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、交流電源の周波数判定を行うためのＯＮ／ＯＦＦの制御条件、および、実際の交流電源周波数と有効通電状態との関係を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、交流電源の周波数判定を行うためのＯＮ／ＯＦＦの制御条件、および、実際の交流電源周波数と有効通電状態との関係を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、交流電源の周波数判定を行うためのＯＮ／ＯＦＦの制御条件、および、実際の交流電源周波数と有効通電状態との関係を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、交流電源の周波数判定を行うための４通りのＯＮ／ＯＦＦの制御条件下での、交流電源周波数と通電率との関係を一覧にして示す説明図である。
【図１２】従来技術による制御周期固定の場合の、ＯＮ／ＯＦＦタイミングと通電率との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  加熱筒（加熱筒およびノズル）
２  ヒータ
３  温度検知センサ
４  ＳＳＣ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）
５  制御パネル
６  制御装置
７  主制御部
８  温度制御部
９  ＣＰＵ
１０  設定値格納部
１１  ＣＰＵ
１２  温度フィードバック制御部
１３  電流測定部
１４  電流検出センサ
１５  温度測定部
１６  偏差検出部
１７  ＰＩＤ演算部
１８  出力処理部
１９  ドライバ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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