(57)【要約】【課題】目標温度に対する射出材料の温度の追従性を向上すること。【解決手段】本発明の加熱装置は、射出シリンダの外周に設けられ、前記射出シリンダの壁部を介して前記射出シリンダ内の射出材料を加熱するヒータと、前記射出シリンダ内の射出材料の温度を検出する温度センサと、前記ヒータの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記射出材料の目標温度に、前記目標温度と前記温度センサが検出した温度との差分に応じた調整値を加算した温度を前記ヒータの目標温度とし、前記ヒータの駆動を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出シリンダの外周に設けられ、前記射出シリンダの壁部を介して前記射出シリンダ内の射出材料を加熱するヒータと、
前記射出シリンダ内の射出材料の温度を検出する温度センサと、
前記ヒータの駆動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記射出材料の目標温度に、前記目標温度と前記温度センサが検出した温度との差分に応じた調整値を加算した温度を前記ヒータの目標温度とし、前記ヒータの駆動を制御する加熱装置。
【請求項２】
前記調整値の絶対値は、前記差分の絶対値が相対的に大きい場合は相対的に大きく、前記差分の絶対値が相対的に小さい場合は相対的に小さくなる請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記調整値が、前記差分である請求項１に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記調整値が、
前記射出シリンダの前記壁部の熱応答性に応じて事前に決定され、前記差分を変数とした関数である請求項１に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記ヒータ及び前記温度センサが、前記射出シリンダの長手方向に区分けされた領域毎に設けられ、
前記射出材料の前記目標温度は、前記領域毎に設定され、
前記制御手段は、
前記領域毎に前記ヒータの駆動を制御する請求項１に記載の加熱装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱装置を備えた射出成型機。
【請求項７】
射出シリンダの外周に設けられ、前記射出シリンダの壁部を介して前記射出シリンダ内の射出材料を加熱するヒータの制御方法であって、
前記射出シリンダ内の射出材料の温度を検出する検出工程と、
前記射出材料の目標温度に、前記目標温度と前記検出工程で検出した温度との差分に応じた調整値を加算した温度を前記ヒータの目標温度とし、前記ヒータの駆動を制御する制御工程と、
を含むヒータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成型機における射出材料の温度制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形では、成形品の品質が射出材料の溶融状態（流動性）に大きく依存する。このため、射出シリンダ内に存する射出材料の温度管理が重要となる。射出材料の加熱は射出シリンダの外周に設けられたヒータによって行う。射出材料の温度管理はこのヒータの駆動制御によって行っている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２６１８５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒータは射出シリンダの外周に設けられているため、ヒータが発熱した熱は射出シリンダの壁部を介して射出材料に伝導する。このため、ヒータの温度と射出材料の温度とが一致するまでにタイムラグがある。その結果、射出材料の温度が目標温度に対して変動したり、目標温度に到達するのに時間がかかり過ぎる場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、目標温度に対する射出材料の温度の追従性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、射出シリンダの外周に設けられ、前記射出シリンダの壁部を介して前記射出シリンダ内の射出材料を加熱するヒータと、前記射出シリンダ内の射出材料の温度を検出する温度センサと、前記ヒータの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記射出材料の目標温度に、前記目標温度と前記温度センサが検出した温度との差分に応じた調整値を加算した温度を前記ヒータの目標温度とし、前記ヒータの駆動を制御する加熱装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、目標温度に対する射出材料の温度の追従性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る加熱装置の説明図。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は温度センサの配置例を示す図。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はヒータの制御内容及び射出材料の温度変化の説明図。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は参考例における温度センサの配置例を示す図。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は参考例におけるヒータの制御内容及び射出材料の温度変化の説明図。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は参考例におけるヒータの制御内容及び射出材料の温度変化の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜装置の構成＞
図１は本発明の一実施形態に係る加熱装置Ａの説明図である。加熱装置Ａは、射出シリンダ１を備える射出成型機用の加熱装置であって、射出シリンダ内の射出材料２０を加熱する装置である。射出材料２０は、例えば、樹脂材料であり、ペレット状の固形物の状態で射出シリンダ１内に導入され、加熱装置Ａによって溶融される。
【００１０】
射出シリンダ１は、射出材料２０を収容する内部空間１ａと、内部空間１ａを画定する壁部１ｂとを有する円筒部材である。射出シリンダ１の先端部には射出材料２０を金型に注入するノズル２が設けられている。スクリュ３は不図示のホッパから内部空間１ａへ供給される射出材料２０を搬送する。
【００１１】
ヒータ４は、通電により熱を発生する発熱体であり、射出シリンダ１の外周に設けられている。ヒータ４が発熱した熱は射出シリンダ１の壁部１ｂを介して内部空間１ａに収容されている射出材料２０を加熱する。スクリュ３で搬送されてきた射出材料２０は、ヒータ４からの熱と搬送時のせん断熱で溶かされながらスクリュ３の先端部に貯留されることになる。
【００１２】
温度センサ５及び６は、熱電対等の温度センサである。温度センサ５はヒータ４の温度検出用の温度センサであり、温度センサ６は射出材料２０の温度検出用、特に、スクリュー３の先端部において溶融状態で貯留された射出材料２０の温度検出用の温度センサである。したがって、温度センサ５はヒータ４に近接して、温度センサ６は射出材料２０に近接して、それぞれ配設されることが好ましい。本実施形態の場合、温度センサ５及び６はいずれの射出シリンダ１の壁部１ｂ内に配置されているが、外部であってもよい。例えば、温度センサ５はヒータ４に取り付けてもよい。また、温度センサ６は内部空間１ａ内に配設されてもよい。
【００１３】
図２（Ａ）は温度センサ５及び６の配置例を示す射出シリンダ１の横断面図である。同図に示すように、温度センサ５は、壁部１ｂの肉厚ｄの半分の位置Ｌからヒータ４側に配設されることが好ましく、更に好ましくは、壁部１ｂの外周面から見て壁部１ｂの肉厚の１／４の位置からヒータ４側に配設されることが好ましい。逆に、温度センサ６は、壁部１ｂの肉厚ｄの半分の位置Ｌから内部空間１ａ側に配設されることが好ましく、更に好ましくは、壁部１ｂの内周面から見て壁部１ｂの肉厚の１／４の位置から内部空間１ａ側に配設されることが好ましく、射出材料２０に接触していてもよい。図２（Ｂ）に示すように温度センサ５及び６は内部空間１ａを挟んで互いに反対側に位置していてもよい。通常、射出材料２０は射出シリンダ１の軸方向に温度分布を有するので、温度センサ５及び６は、射出シリンダ１の、共通の横断面上に配置されることが好ましい。
【００１４】
信号処理処理回路７及び８は、それぞれ温度センサ５及び６の出力信号を処理する回路であり、例えば、Ａ／Ｄ変換回路及び増幅回路からなる。ヒータドライバ１１はヒータ４の通電をＯＮ／ＯＦＦする駆動回路である。コントローラ１０はヒータドライバ１１を介してヒータ４の駆動を制御する処理回路であり、例えばＣＰＵである。記憶部９は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭであり、コントローラ１０が実行する制御プログラムや各種の設定値を記憶する。表示部１２は例えば液晶表示装置であり、温度センサ５による射出材料２０の温度検出結果や、エラーの発生等を報知する。
【００１５】
＜ヒータの制御＞
コントローラ１０は、射出材料２０の温度がその目標温度に追従するようにヒータ４の駆動を制御する。本実施形態の場合、主として、温度センサ６による射出材料２０の温度検出結果に基づいた制御を行う。ヒータ４が発熱した熱は射出シリンダ１の壁部１ｂを介して射出材料２０に伝導する。このため、ヒータ４の温度と射出材料２０の温度とが一致するまでにタイムラグがある。これは目標温度に対する射出材料２０の温度の追従性を悪化させる要因となる。この点を２つの比較例を参照して説明する。
【００１６】
図４（Ａ）及び（Ｂ）は比較例における、温度センサＴＳの配置を示している。２つの比較例ではいずれも１つの温度センサＴＳを有しており、図４（Ａ)に示す配置例（以下、比較例１という。）ではヒータ４に近接した位置に温度センサＴＳが配置され、図４（Ｂ)に示す配置例（以下、比較例２という。）では射出材料２０（内部空間１ａ）に近接した位置に温度センサＴＳが配置された例を示している。
【００１７】
図４（Ａ）に示す比較例１では、温度センサＴＳの検出結果は、射出材料２０の温度よりもヒータ４の温度に近い。比較例１において、ヒータ４の駆動制御は、射出材料２０の目標温度をヒータ４の目標温度とした場合を想定する。
【００１８】
図５（Ａ）は、この場合における電源投入時から成形開始までの温度センサＴＳの検出温度及び射出材料２０の推定温度の立ち上がりの様子を示している。温度センサＴＳの検出温度はヒータ４の温度とみなすことができる。
【００１９】
電源投入時（室温）からヒータ４及び射出材料２０の温度は上昇し始めるが、射出シリンダ１の材質や壁部１ｂの厚みによって定まる熱応答性の影響により、ヒータ４の温度が射出材料２０の目標温度に達していても、射出材料２０の温度はすぐには目標温度に到達せず、遅れて到達する。
【００２０】
ヒータ４の温度は、温度センサＴＳの検出温度を例えば表示部１２で表示することによって、オペレータに報知できる。しかし、比較例１では射出材料２０自体の温度は検出していないので、オペレータに報知できない。オペレータは射出材料２０が目標温度に到達したことを経験的に判断する必要がある。射出材料２０が目標温度に到達していないのに成形を開始すると、射出不良を生じる場合がある。
【００２１】
図５（Ｂ）は比較例１において、連続成形中の温度センサＴＳの検出温度及び射出材料２０の推定温度の変化の様子を示している。ショット毎に新しい射出材料２０が投入されるので、射出シリンダ１内の温度が低下するが、温度センサＴＳはその配置に起因して射出シリンダ１内の温度低下の検出が遅れる。その間も射出材料２０の温度低下が進行するため、射出材料２０の温度変動が大きくなり、目標温度への復帰に時間がかかる。
【００２２】
次に、図４（Ｂ）に示す比較例２では、温度センサＴＳの検出結果は、ヒータ４の温度よりも射出材料２０の温度に近い。比較例２においても、比較例１と同様にヒータ４の駆動制御は、射出材料２０の目標温度をヒータ４の目標温度とした場合を想定する。
【００２３】
図６（Ａ）は、この場合における電源投入時から成形開始までの温度センサＴＳの検出温度及びヒータ４の推定温度の立ち上がりの様子を示している。温度センサＴＳの検出温度は射出材料２０の温度とみなすことができる。
【００２４】
電源投入時（室温）からヒータ４及び射出材料２０の温度は上昇し始めるが、射出シリンダ１の材質や壁部１ｂの厚みによって定まる熱応答性の影響により、射出材料２０が目標温度に到達した場合、ヒータ４は目標温度よりも高温になっている。この時点でヒータ４をＯＦＦに制御しても、熱応答性の遅れによって射出材料２０の温度は上昇を続けて目標温度をオーバーシュートする。過度にオーバーシュートすると、樹脂焼け等の製品不良を起してしまうことがある。
【００２５】
図６（Ｂ）は比較例２において、連続成形中の温度センサＴＳの検出温度及びヒータ４の推定温度の変化の様子を示している。比較例１で述べた通り、ショット毎に新しい射出材料２０が投入されるので、射出シリンダ１内の温度が低下する。比較例２の場合、温度センサＴＳは射出シリンダ１内の温度低下を遅れなく検出可能であり、比較例１ほどの温度変動は生じない。しかし、立ち上げ時の挙動のように熱応答性の遅れによるオーバーシュートが発生してしまう場合はある。
【００２６】
次に、本実施形態の制御内容について説明する。比較例１及び２では、ヒータ４の目標温度を射出材料２０の目標温度としたが、本実施形態ではヒータ４の目標温度を、射出材料２０の温度検出結果（温度センサ６の温度検出結果）に応じて変更する。より具体的には、下式に示すように、射出材料２０の目標温度Ｔｍに、目標温度Ｔｍと温度センサ６が検出した検出温度ＴＭとの差分（Ｔｍ−ＴＭ）に応じた調整値（ｆ（Ｔｍ−ＴＭ））を加算した温度をヒータ４の目標温度Ｔｈとする。
Ｔｈ＝ｆ（Ｔｍ−ＴＭ）＋Ｔｍ
調整値は正負を有し、検出温度ＴＭが目標温度Ｔｍを超えれば負の値となり、超えなければ正の値となる。
【００２７】
調整値を定める、差分（Ｔｍ−ＴＭ）を変数とした関数ｆは射出シリンダ１の壁部１ｂの熱応答性に応じて事前に決定され、例えば、壁部１ｂの内外の温度差（応答性）を予め実験で求め、導くことができる。ヒータ４の目標温度Ｔｈと射出材料２０の温度との関係は射出シリンダ１の熱応答性にのみ依存しているので、同じ射出シリンダ１であれば射出材料２０の種類の違いにより目標温度Ｔｍが変わっても関数ｆは同じである。最も簡易にはｆ（Ｔｍ−ＴＭ）＝Ｔｍ−ＴＭとすることができる。
【００２８】
ヒータ４を目標温度Ｔｈに追従させるためには、温度センサ５の検出結果を利用しない方法（方法１という。）と、利用する方法（方法２という。）が挙げられる。
【００２９】
方法１の場合、例えば、ヒータ４のＯＮ−ＯＦＦのデューティ比と、ヒータ４の発熱温度との関係を事前に調べておき、この関係を記憶部９に記憶しておく。そして、目標温度Ｔｈに応じたデューティ比を記憶部９から読みだしてヒータ４の駆動制御を行えばよい。この方法１を採用した場合、ヒータ４の駆動制御については、温度センサ５は不要となる。よって、温度センサ５を割愛することも可能であるが、ヒータ４の温度を監視する目的（異常検出等）で、温度センサ５を設けてもよい。方法２の場合、目標温度Ｔｈと温度センサ５の温度検出結果の差分からヒータ４の制御量（例えば、ＯＮ−ＯＦＦのデューティ比）を決定してヒータ４の駆動制御を行う制御が挙げられる。
【００３０】
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、ｆ（Ｔｍ−ＴＭ）＝Ｔｍ−ＴＭとしてヒータ４の駆動制御を行った場合を例示している。図３（Ａ））））は、電源投入時から成形開始までの温度センサ５及び６の検出温度の立ち上がりの様子及び目標温度Ｔｈの変化を示している。温度センサ５の検出温度はヒータ４の温度ＴＨとみなすことができ、温度センサ６の検出温度は樹脂材料２０の温度ＴＭとみなすことができる。
【００３１】
樹脂材料２０の温度ＴＭと目標温度Ｔｍとの差分の絶対値が相対的に大きい場合は、調整値の絶対値も大きくなり、差分の絶対値が相対的に小さい場合は調整値の絶対値も相対的に小さくなる。このため、例えば、図３（Ａ)に示すように、樹脂材料２０の温度ＴＭが目標温度Ｔｍよりも低い場合、その離れ具合に応じてヒータ４の目標温度Ｔｈが高くなる。樹脂材料２０の温度ＴＭと目標温度Ｔｍとの温度差が小さくなるに従い目標温度Ｔｈも目標温度Ｔｍに収束していく。このため、樹脂材料２０の温度ＴＭの立ち上がりを早くしながら、目標温度Ｔｍに到達したときにオーバーシュートしないようにすることができる。
【００３２】
図３（Ｂ）は、連続成形中の温度センサ５及び６の検出温度の立ち上がりの様子及び目標温度Ｔｈの変化を示している。その低下に応じて目標温度Ｔｈが演算され、同期してヒータ４の温度が変わる。よって、樹脂材料２０の温度変動をも抑えることができる。
【００３３】
このように本実施形態では、比較的簡易に樹脂材料２０の温度を目標温度Ｔｍに常時維持することができ、目標温度Ｔｍに対する射出材料２０の温度の追従性を向上することができる。
【００３４】
なお、本実施形態のヒータ４の制御はヒータ４毎に行うことができる。例えば、図１に示すように、射出シリンダ１の長手方向に仮想的に領域Ｒ１〜Ｒ３が区分けされているとする。同図の例では領域毎にヒータ４が設けられているが、温度センサ６も領域Ｒ１〜Ｒ３毎に設ける。そして、領域Ｒ１〜Ｒ３毎に目標温度Ｔｍを設定し、領域Ｒ１〜Ｒ３毎にヒータ４の駆動を制御する。こうすることで、射出材料２０の温度を、射出シリンダ１内の位置に応じて制御することができ、射出材料２０がノズル２側に移動するのにしたがって、溶融が進行するようにすることが可能となる。
【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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