JP2003200426A - 金型の温度制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金型内部の温度オーバーシュートおよび金型表
面の過剰加熱を回避し、金型内部の温度を短時間で設定
温度に安定させることができる金型の温度制御方法およ
び装置を提供する。 【解決手段】金型本体１０の表面近傍に設けられ、ヒー
タ１８ａ〜１８ｋによって加熱される金型本体１０の表
面温度を検出する表面温度検出センサ２０ａ〜２０ｋ
と、金型本体１０の内部に設けられ、ヒータ１８ａ〜１
８ｋによって加熱される金型本体１０の内部温度を検出
する内部温度検出センサ２２ａ〜２２ｋと、表面温度検
出センサ２０ａ〜２０ｋまたは内部温度検出センサ２２
ａ〜２２ｋの検出結果に基づいてヒータ１８ａ〜１８ｋ
の温度を制御する制御部３０とを備え、制御部３０は表
面温度検出センサ２０ａ〜２０ｋの値が所定温度になる
までは表面温度検出センサ２０ａ〜２０ｋの検出結果に
基づいてヒータ１８ａ〜１８ｋの温度制御を行い、表面
温度検出センサ２０ａ〜２０ｋの検出結果が所定温度に
達したら内部温度検出センサ２２ａ〜２２ｋの検出結果
に基づいてヒータ１８ａ〜１８ｋの温度制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異なる温度に測温
設定された複数の温度センサの検出結果によりヒータを
制御して、金型を目標温度に制御する金型の温度制御方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金型を用いてワークを成形する際に、金
型を所定の温度まで昇温させる必要があり、この種の温
度制御方法または装置について従来から種々の提案がな
されている。たとえば、金型の表面にヒータを配設し、
該ヒータによって加熱される金型の表面温度を温度セン
サによって測定し、該温度センサの測定結果に基づいて
前記ヒータを付勢あるいは滅勢することにより金型表面
を所望の温度に制御することは公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術では、金型表面の温度を温度センサで測定し
ているため、該表面のみ所望の温度にすることができる
が、金型内部の温度を所望の温度に制御することは困難
であった。

【０００４】すなわち、この従来技術によれば、金型の
熱伝導の遅れ等により金型内部が所望の温度になるまで
にかなりの時間を要したり、あるいは金型内部が所望の
温度まで上がらないなどの問題があった。特に大きな金
型の場合には前記傾向が顕著であり、ワークの成形効率
が低下する等の問題が指摘されている。

【０００５】一方、上記の不都合を回避すべく、金型内
部を短時間で所望の温度にするためにヒータを急激に加
熱すると、図５に示す金型の表面温度の変化を示す特性
曲線Ｇ１から諒解されるように、金型の表面温度は過剰
加熱上限温度Ｗｅを超えるほどに加熱され、金型自体を
損傷させる難点があるとともに、図５に示す金型の内部
温度の変化を示す特性曲線Ｇ２から諒解されるように、
金型内部に大きな温度オーバーシュートＯＳ１が発生
し、それに起因して前記金型内部のキャビティの形状が
変形し、その結果、成形品としてのワークの品質を著し
く低下させるなどの問題が露呈している。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、金型内部の温度のオーバーシュート
や金型表面の過剰加熱を回避し、金型内部を短時間で目
標の温度に安定させることができる金型の温度制御方法
および装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、金型を加熱するヒータと、このヒータ
によって加熱される前記金型の表面温度を検出する表面
温度検出センサと、前記ヒータによって加熱される前記
金型の内部温度を検出する内部温度検出センサとの組を
１つ以上備える金型の温度制御方法であって、前記ヒー
タの温度制御は、前記表面温度検出センサの検出結果が
所定温度に達するまでは前記表面温度検出センサの検出
結果に基づいて行われ、前記表面温度検出センサの検出
結果が前記所定温度に達した以後、前記内部温度検出セ
ンサの検出結果に基づいて行われることを特徴とする
（請求項１記載の発明）。

【０００８】また、本発明は、金型を加熱するヒータの
温度を制御することにより、前記金型を目標温度にする
温度制御装置において、前記金型の表面近傍に設けら
れ、前記ヒータによって加熱される前記金型の表面温度
を検出する表面温度検出センサと、前記金型の内部に設
けられ、前記ヒータによって加熱される前記金型の内部
温度を検出する内部温度検出センサと、前記表面温度検
出センサの検出結果と前記内部温度検出センサの検出結
果に基づいて、前記ヒータの温度を制御する温度制御手
段と、を備え、前記温度制御手段は、前記表面温度検出
センサの値が所定温度になるまでは前記表面温度検出セ
ンサの検出結果に基づいてヒータの温度制御を行い、前
記表面温度検出センサの検出結果が前記所定温度に達し
た以後、前記内部温度検出センサの検出結果に基づいて
ヒータの温度制御を行うことを特徴とする（請求項３記
載の発明）。

【０００９】このように温度制御することにより、金型
内部の温度オーバーシュートおよび金型表面の過剰加熱
を回避し、さらには、金型内部の温度を短時間で目標温
度に安定させることができる。このため、成形品として
のワークを所望の品質にすることができる。

【００１０】また、本発明は、ヒータと、表面温度検出
センサと、内部温度検出センサとの組を複数備え、それ
らは温度制御手段によって個別に温度制御されるため、
金型全域を均一な温度とすることができる（請求項４記
載の発明）。

【００１１】さらに、前記ヒータは、表面温度検出セン
サの検出結果が所定温度に到達するまでの間は前記表面
温度検出センサの検出結果に基づいてＰＤ温度制御さ
れ、前記表面温度検出センサの検出結果が前記所定温度
に到達した以後、前記内部温度検出センサの検出結果に
基づいてＰＩＤ温度制御されることを特徴とする（請求
項２記載の発明）。

【００１２】さらにまた、本発明は、温度制御手段が目
標温度と前記所定温度とを記憶する記憶手段と、前記表
面温度検出センサの検出結果が前記所定温度に達したか
否かを判定する判定手段と、前記表面温度検出センサの
検出結果に基づいてＰＤ温度制御を行うＰＤ温度制御手
段と、前記内部温度検出センサの検出結果に基づいてＰ
ＩＤ温度制御を行うＰＩＤ温度制御手段と、を備え、前
記判定手段によって前記表面温度検出センサの検出結果
が前記所定温度に達していないと判定された場合は前記
ＰＤ温度制御手段によって前記ヒータを温度制御し、前
記判定手段によって前記表面温度検出センサの検出結果
が前記所定温度に達したと判定された場合は前記ＰＩＤ
温度制御手段によって前記ヒータを温度制御することを
特徴とする（請求項５記載の発明）。

【００１３】このように、応答性が高いＰＤ温度制御
と、安定性が高いＰＩＤ温度制御とを効果的に組み合わ
せることにより、金型内部の温度オーバーシュートおよ
び金型表面の過剰加熱をより確実に抑えることができる
とともに、金型内部の温度をより短時間で目標温度に安
定させることができる。これにより、成形品質に優れる
ワークが得られ、且つ成形効率も向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る金型の温度制御方法
について、それを実施する装置との関係において好適な
実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細
に説明する。

【００１５】本実施の形態に係る金型の温度制御装置
は、基本的には、金型本体１０と制御部（温度制御手
段）３０とから構成される。

【００１６】金型本体１０は、図１に示すように、基本
的には上金型１２と下金型１４とから構成され、前記上
金型１２と下金型１４の間にはブロー成形によりワーク
を成形するためのキャビティ１６が画成される。また、
図１に示すように、前記上金型１２と下金型１４はブロ
ックＡ〜Ｋまでの１１ブロックに分割され、各ブロック
Ａ〜Ｋの金型表面から所定間隔離間してヒータ１８ａ〜
１８ｋが配設されている。

【００１７】ヒータ１８ａ〜１８ｋと金型本体１０との
間には、各ブロックＡ〜Ｋの表面温度を検出する表面温
度検出センサ２０ａ〜２０ｋがヒータ１８ａ〜１８ｋに
対応して配設され、一方、金型本体１０の内部には、各
ブロックＡ〜Ｋの内部温度を検出する内部温度検出セン
サ２２ａ〜２２ｋがヒータ１８ａ〜１８ｋに対応して配
されている。図１から諒解されるように、内部温度検出
センサ２２ａ〜２２ｋは前記キャビティ１６の周囲に配
置されている。

【００１８】制御部３０は、図２に示すように、基本的
には、ＣＰＵ３２と、プログラムメモリ３４と、データ
メモリ３６と、入力ポート３８と、出力ポート４０とを
備える。プログラムメモリ３４には、後述するように、
前記ヒータ１８ａ〜１８ｋを温度制御するプログラムが
格納される。データメモリ３６（記憶手段）には、前記
温度制御に必要な各種設定値、表面温度検出センサ２０
ａ〜２０ｋおよび内部温度検出センサ２２ａ〜２２ｋの
検出結果等が格納される。

【００１９】前記各種設定値としては、図４に示すよう
に、金型の目標温度Ｗｂと、ヒータ１８ａ〜１８ｋの加
熱制御を行うために参照する温度センサを表面温度検出
センサ２０ａ〜２０ｋから内部温度検出センサ２２ａ〜
２２ｋに切り替えるセンサ切替温度Ｗｃがある。目標温
度Ｗｂおよびセンサ切替温度Ｗｃは、全ブロックＡ〜Ｋ
毎に別々に設定してもよいし、共通の値としてもよい。
センサ切替温度Ｗｃは、基本的には、金型の形状、材
質、ヒータ１８ａ〜１８ｋの熱量等によって最適値とし
て決定されるが、たとえば目標温度Ｗｂ−２％付近に設
定すると好ましいとの実験結果を本出願人は知得してい
る。

【００２０】入力ポート３８には、表面温度検出センサ
２０ａ〜２０ｋと内部温度検出センサ２２ａ〜２２ｋの
出力が接続される。出力ポート４０にはヒータ１８ａ〜
１８ｋを所望温度に加熱するヒータドライバ２４ａ〜２
４ｋが接続される。

【００２１】ＣＰＵ３２は、プログラムメモリ３４に記
憶されている温度制御プログラムに基づいて、入力ポー
ト３８および出力ポート４０に対してそれぞれ任意にア
クセスすることができる。

【００２２】図２では、入力ポート３８に金型本体１０
のブロックＡの表面温度検出センサ２０ａと内部温度検
出センサ２２ａが接続された例を示し、一方、出力ポー
ト４０に同じく前記ブロックＡのヒータ１８ａを制御す
るヒータドライバ２４ａが接続された例を示している
が、他のブロックＢ〜Ｋの表面温度検出センサ２０ｂ〜
２０ｋ、内部温度検出センサ２２ｂ〜２２ｋ、ヒータ１
８ｂ〜１８ｋを制御するヒータドライバ２４ｂ〜２４ｋ
も前記ブロックＡと同様に各ポートに接続され、前記ブ
ロックＡと同様にＣＰＵ３２によってそれぞれ任意にア
クセスされるものとする。

【００２３】結果として、ＣＰＵ３２は、データメモリ
３６に格納された前述した各種設定値、表面温度検出セ
ンサ２０ａ〜２０ｋおよび内部温度検出センサ２２ａ〜
２２ｋの検出結果等を参照しながら、プログラムメモリ
３４に格納された温度制御プログラムを実行する。

【００２４】また、制御部３０は操作部４２と、プリン
タ４４と、通信網４６を介して外部端末４８とに接続さ
れる。前記操作部４２は、図示しない表示部、キーボー
ド、マウス、外部入出力装置等を備える。作業員等は、
操作部４２を介して、前述した目標温度Ｗｂ、センサ切
替温度Ｗｃ等の各種設定値を設定したり、制御部３０で
実行される温度制御プログラムが変更された場合などに
新しい温度制御プログラムをインストールすることがで
きる。また、外部入出力装置を介して、温度制御結果や
保守情報などをフロッピー（登録商標）ディスクなどの
記憶媒体に記憶した状態で外部に取り出すことができ
る。

【００２５】前記温度制御結果や保守情報は、プリンタ
４４から紙情報として出力される。また、制御部３０に
対して離れた場所にいる作業員等は、外部端末４８から
通信網４６（有線でも無線でもよい）を介して制御部３
０に目標温度Ｗｂ、センサ切替温度Ｗｃ等の各種設定値
を設定したり、制御部３０で実行される温度制御プログ
ラムをバージョンアップすることができる。また、温度
制御結果や保守情報などを直接参照するか、あるいは、
ファイルデータとして取得することができる。

【００２６】本実施の形態に係る金型の温度制御装置
は、基本的には以上のように構成されるものであるが、
たとえば、温度制御するブロックＡ〜Ｋの数が多い場
合、あるいは高速な温度制御が要求される場合等は、制
御部３０を各ブロックＡ〜Ｋ毎に設け、各ブロックを個
別に温度制御するような構成にしてもよい。

【００２７】また、表面温度検出センサ２０ａ〜２０ｋ
の出力と内部温度検出センサ２２ａ〜２２ｋの出力とを
同時に参照しない場合などは、この２つの出力をハード
的なスイッチで切り替え、入力ポート３８には１つの出
力のみが入力するように構成すれば、制御部３０の回路
パターンの本数が減り、基板面積を小さくすることがで
きる。

【００２８】次に、本実施の形態に係る金型の温度制御
装置の動作について、金型の温度制御方法との関係で図
３および図４を参照しながら以下に説明する。

【００２９】先ず、被成形部材（図示せず）を位置決め
した後、上金型１２と下金型１４とを互いに接近して型
締めする。次いで、プログラムメモリ３４に格納された
温度制御プログラムがＣＰＵ３２によって実行される
と、まず、ステップＳ１において、ブロックＡ〜Ｋ毎の
目標温度Ｗｂがデータメモリ３６から読み出される。ス
テップＳ２において、ブロックＡ〜Ｋ毎に現在の表面温
度検出センサ２０ａ〜２０ｋの値が読み込まれ、表面温
度Ｇ３を得る。

【００３０】ステップＳ３では、目標温度Ｗｂと表面温
度Ｇ３の温度偏差ｅ１＝Ｗｂ−Ｇ３が算出される。ステ
ップＳ４では、温度偏差ｅ１に基づいて、応答性を重視
したＰＤ（比例・微分）温度制御が行われる。

【００３１】ステップＳ５において、ブロックＡ〜Ｋ毎
に、表面温度Ｇ３がセンサ切替温度Ｗｃに到達したか否
かが判定される。表面温度Ｇ３がセンサ切替温度Ｗｃに
到達したと判定された場合はステップＳ６に処理を移行
し、到達していないと判定された場合はステップ２から
処理を繰り返す。

【００３２】ステップＳ６において、ＣＰＵ３２はブロ
ックＡ〜Ｋ毎に参照する温度センサを表面温度検出セン
サ２０ａ〜２０ｋから内部温度検出センサ２２ａ〜２２
ｋに切り替えるとともに、ブロックＡ〜Ｋ毎に現在の内
部温度検出センサ２２ａ〜２０ｋの値を読み込み、内部
温度Ｇ４を得る。

【００３３】ステップＳ７において、目標温度Ｗｂと内
部温度Ｇ４の温度偏差ｅ２＝Ｗｂ−Ｇ４が算出される。
ステップＳ８では、温度偏差ｅ２に基づいて、安定性を
重視したＰＩＤ（比例・積分・微分）温度制御が行われ
る。

【００３４】ステップＳ９において、ブロックＡ〜Ｋ毎
に、内部温度Ｇ４が目標温度Ｗｂに安定したか否かが判
定される。安定したと判定された場合は、ステップＳ１
０に処理を移行し、安定していないと判定された場合は
ステップ６からの処理を繰り返す。

【００３５】ステップＳ１０で成形指令を送出し、ステ
ップＳ１１で前記被成形部材にエアーを吹き込んでブロ
ー成形を行う。

【００３６】ステップＳ１２において、次の加工品があ
る場合はステップＳ１から処理を繰返し、次の加工品が
ない場合は本処理を終了する。

【００３７】このように、本発明の実施の形態に係る金
型の温度制御方法および装置によれば、目標温度Ｗｂの
近傍、例えば、目標温度Ｗｂ−２％付近に設定されたセ
ンサ切替温度Ｗｃまでのヒータ１８ａ〜１８ｋの温度制
御は、表面温度検出センサ２０ａ〜２０ｋの検出温度に
基づいて応答性が高いＰＤ温度制御であるため、図４に
おいて、表面温度検出センサ２０ａ〜２０ｋの値がセン
サ切替温度Ｗｃに達するまでの時間（時刻０〜時刻Ｔ１
の時間）は短くなる。一方、表面温度検出センサ２０ａ
〜２０ｋの検出温度がセンサ切替温度Ｗｃに達した後の
ヒータ１８ａ〜１８ｋの温度制御は内部温度検出センサ
２２ａ〜２２ｋの検出温度に基づいて安定性が高いＰＩ
Ｄ温度制御であるため、図４に示す金型内部の温度オー
バーシュートＯＳ２は、図５に示す従来技術における金
型内部の温度オーバーシュートＯＳ１に比して減少する
とともに、金型表面温度Ｇ３も金型表面の過剰加熱上限
温度Ｗｅを超えることがない。

【００３８】すなわち、金型内部の温度オーバーシュー
トＯＳ２が抑制されるため、金型内部のキャビティの形
状が変化することなく、結果として、ブロー成形品とし
てのワークの品質低下を回避することができる。また、
金型表面の過剰加熱が回避されるため、金型自体が損傷
することもない。

【００３９】一方、金型内部の温度オーバーシュートＯ
Ｓ２が抑えられていることにより、温度変化の過渡状態
が収束し目標温度Ｗｂに安定するまでの収束時間（図４
のＴ２〜Ｔ３時間）も短くなり、結果的に、金型の内部
温度Ｇ４が温度制御を開始してから目標温度Ｗｂに安定
するまでの時間（図４の時刻０〜時刻Ｔ３）も短縮され
る。

【００４０】すなわち、ブロー成形を連続して行う際に
被成形部材の出し入れに伴い金型本体１０の温度は目標
温度Ｗｂから低下するが、低下した金型本体１０の温度
を再び所望の温度に安定させるまでの時間が短縮でき、
それにより、成形作業全体の時間が短縮される。

【００４１】なお、前記の実施の形態はブロー成形に関
するものであるが、本発明はこのブロー成形に限らず、
他の成形方法にも適用可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、金型内
部の温度オーバーシュートおよび金型表面の過剰加熱を
回避し、さらには、金型を短時間で設定温度に安定させ
ることができる。しかも、これによって、金型によるワ
ークの成形効率も向上し、且つ優れた品質の成形品を得
ることが可能となる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る金型の温度制御装置の本体
とヒータと温度検出センサの配置状態を示す要部縦断説
明図である。

【図２】本実施の形態に係る金型の温度制御装置の制御
回路ブロック図である。

【図３】本実施の形態に係る金型の温度制御手順を説明
するフローチャートである。

【図４】本実施の形態に係る温度制御による金型の温度
変化を示すグラフである。

【図５】従来技術に係る温度制御による金型の温度変化
を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…金型本体 １２…上金型 １４…下金型 １６…キャビテ
ィ １８ａ〜１８ｋ…ヒータ ２０ａ〜２０ｋ
…表面温度検出センサ ２２ａ〜２２ｋ…内部温度検出センサ ２４ａ〜２４ｋ
…ヒータドライバ ３０…制御部 ３２…ＣＰＵ ３４…プログラムメモリ ３６…データメ
モリ ３８…入力ポート ４０…出力ポー
ト ４２…操作部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F202 AK05 AP05 AR06 CA15 CB01 CN01 CN18 5H323 AA05 BB05 CA06 CB01 EE01 FF01 FF10 KK05 LL01 LL02 LL18 NN03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金型を加熱するヒータと、このヒータによ
   って加熱される前記金型の表面温度を検出する表面温度
   検出センサと、前記ヒータによって加熱される前記金型
   の内部温度を検出する内部温度検出センサとの組を１つ
   以上備える金型の温度制御方法であって、 前記ヒータの温度制御は、前記表面温度検出センサの検
   出結果が所定温度に達するまでは前記表面温度検出セン
   サの検出結果に基づいて行われ、前記表面温度検出セン
   サの検出結果が前記所定温度に達した以後、前記内部温
   度検出センサの検出結果に基づいて行われることを特徴
   とする金型の温度制御方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、 前記ヒータは、前記表面温度検出センサの検出結果が前
   記所定温度に到達するまでの間は前記表面温度検出セン
   サの検出結果に基づいてＰＤ（比例・微分）温度制御さ
   れ、前記表面温度検出センサの検出結果が前記所定温度
   に到達した後、前記内部温度検出センサの検出結果に基
   づいてＰＩＤ（比例・積分・微分）温度制御されること
   を特徴とする金型の温度制御方法。
3. 【請求項３】金型を加熱するヒータの温度を制御するこ
   とにより、前記金型を目標温度にする温度制御装置にお
   いて、 前記金型の表面近傍に設けられ、前記ヒータによって加
   熱される前記金型の表面温度を検出する表面温度検出セ
   ンサと、 前記金型の内部に設けられ、前記ヒータによって加熱さ
   れる前記金型の内部温度を検出する内部温度検出センサ
   と、 前記表面温度検出センサの検出結果と前記内部温度検出
   センサの検出結果に基づいて、前記ヒータの温度を制御
   する温度制御手段と、 を備え、 前記温度制御手段は、前記表面温度検出センサの値が所
   定温度になるまでは前記表面温度検出センサの検出結果
   に基づいてヒータの温度制御を行い、前記表面温度検出
   センサの検出結果が前記所定温度に達した以後、前記内
   部温度検出センサの検出結果に基づいてヒータの温度制
   御を行うことを特徴とする金型の温度制御装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の装置において、 前記ヒータと、前記表面温度検出センサと、前記内部温
   度検出センサとの組を複数備え、それらは前記温度制御
   手段によって個別に温度制御されることを特徴とする金
   型の温度制御装置。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の装置において、前
   記温度制御手段は、 前記目標温度と前記所定温度とを記憶する記憶手段と、 前記表面温度検出センサの検出結果が前記所定温度に達
   したか否かを判定する判定手段と、 前記表面温度検出センサの検出結果に基づいてＰＤ温度
   制御を行うＰＤ温度制御手段と、 前記内部温度検出センサの検出結果に基づいてＰＩＤ温
   度制御を行うＰＩＤ温度制御手段と、 を備え、前記判定手段によって前記表面温度検出センサ
   の検出結果が前記所定温度に達していないと判定された
   場合は前記ＰＤ温度制御手段によって前記ヒータを温度
   制御し、前記判定手段によって前記表面温度検出センサ
   の検出結果が前記所定温度に達したと判定された場合は
   前記ＰＩＤ温度制御手段によって前記ヒータを温度制御
   することを特徴とする金型の温度制御装置。