JP2004199526A - 加熱制御方法並びに加熱制御プログラム及び加熱制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】産業用機械の特定部分を全ての部分に亘って、昇温速度を統一させるとともに、加熱のオーバーシュートを発生させることなく均一にむらなく加熱させる加熱制御方法並びに加熱制御プログラム及び加熱制御装置を提供する。
【解決手段】産業用機械に設けられる特定の部分を加熱する複数の加熱手段と、前記特定部分に設けられた前記加熱手段の近傍に加熱手段毎に配置されて特定部分の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段と接続されて検出温度を検出するとともに前記加熱手段とも接続されて加熱手段の温度を制御する温度制御手段を有して産業用機械の特定部分の温度を制御する加熱制御方法において、温度制御手段は昇温過程の際に昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度が等しくなるように前記加熱手段を制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、産業用機械の特定部分を複数のヒータで加熱する加熱制御方法及び加熱制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成型機や工作機械等の産業用機械において、加工対象である素材が高温時に熱可塑性を有する場合に、加工時に素材を高温に維持する必要がある場合がある。特に加工装置が大型である場合は、広範囲にわたって高温に維持するために、複数のヒータを使用する場合がある。
【０００３】
複数のヒータで加熱する場合に、ヒーターを例え同一のものを使用しても、ヒータ固有の性能差並びに加熱する対象である容器の形状および素材によって熱容量が当然に異なるため、複数のヒータが加熱対象の全体に亘り一様な温度で上昇させるのは困難であった。例えば、射出成型機の場合、樹脂を溶融するためのバレルを５つに区分し、第１のヒータゾーンＨＮ（１２ａ）と、第２のヒータゾーンＨ１（１２ｂ）と、第３のヒータゾーンＨ２（１２ｃ）と、第４のヒータゾーンＨ３（１２ｄ）および第５のヒータゾーンＨ４（１２ｅ）と５個のヒータゾーンが直列に配置されている。さらに、各ヒータゾーンの近傍に熱センサが配置される。このバレルについて、全ヒータゾーンを同時に作動させて、各熱センサの値を測定して時間に対する温度の測定結果を図１３に示す。図１３より第１のヒータゾーンＨＮ（１２ａ）と第２のヒータゾーンＨ１（１２ｂ）では最高で８０℃程度の差が開いており、第１のヒータゾーンＨＮ（１２ａ）の昇温速度が高く、第２のヒータゾーンＨ１（１２ｂ）の昇温速度が低く、熱容量による昇温速度に差が生じていることが顕著に示されている。
【０００４】
一方、熱加工の必要な対象を過熱する際に、加熱時の温度上昇の際に完成品の品質を向上させるために、加熱時の温度を全範囲に亘り一様とすることは必須である。すなわち、加熱工程の加熱時間のむら、及び加熱温度のむらは、そのまま完成品の素材の密度や性質のむらの要因に直結する。
【０００５】
そこで、完成品の品質を図るために、例えば出願人は特許文献１において、射出成型機のバレル温度制御方法を提案している。この射出成型機のバレル温度制御方法は、加熱制御と射出成形のサイクルシーケンスとを時間ごとに設定することで、最適なシーケンスで加熱することとなり、射出成形品の品質を安定化させる方法である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１８６２２７号公報（第１−５頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のように構成することで、従来の温度検出手段による温度制御方法において発生していた溶融樹脂温度の低下（温度差）を、新たに設けたシーケンス制御手段による加熱作用で追加補償することができ、これにより射出溶融樹脂温度の温度分布が極めて良好に均一化され、射出成形品の品質を確実に安定化することができる。
【０００８】
しかしながら、バレルがまだ使用されず加熱されていない初期状態から、射出のために樹脂を溶融させるために加熱する場合に、バレルの各部分ごとの熱容量の差に由来して昇温速度に差が生じる点についての課題は解決していない。
【０００９】
射出成型機のバレルにおいて、ヒータの制御位置によって、昇温速度に差が生じ、昇温速度が速い部分で、予め設定された温度に到達しても、他の部分が設定値に達するまで温度を保持していた。このため、使用する樹脂及び成形品によっては、この保持時間の間の不要な加熱により、樹脂分解、成形品の焼損等が発生していた。従来は、バレルの昇温時には、ヒータの制御位置にかかわらず、全てのヒータを全て一斉にヒータを作動させるか、あるいは、予め昇温速度が速いことが判明しているヒータのみを他のヒータ作動時より、遅らせて作動させる必要が生じていた。
【００１０】
そこで、上記の課題を解決すべく本発明の目的は、産業用機械の特定部分を全ての部分に渡って、昇温速度を統一させるとともに、加熱のオーバーシュートを発生させることなく均一にむらなく加熱させる加熱制御方法並びに加熱制御プログラム及び加熱制御装置の提供にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係る加熱制御方法は、産業用機械に設けられる特定の部分を加熱する複数の加熱手段と、前記特定部分に設けられた前記加熱手段の近傍に加熱手段毎に配置されて特定部分の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段と接続されて検出温度を検出するとともに前記加熱手段とも接続されて加熱手段の温度を制御する温度制御手段を有して産業用機械の特定部分を昇温させる加熱制御方法において、温度制御手段は昇温の際に特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度が等しくなるように前記加熱手段を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、温度制御手段は、加熱手段への通電率を変化させることで昇温速度を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、温度制御手段は、昇温速度の最も遅い部分の温度を設定温度として定めこの設定温度を加熱する際の基準の温度として制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、温度制御手段はさらに目標温度と中間目標温度算定のための値を入力する入力手段と、温度検出手段の検出した温度の計測値と前記入力値を記憶する記憶手段と、記憶された温度の計測値を表示する表示手段と、これら入力手段と記憶手段と表示手段とＰＩＤ制御部を制御する中央演算手段とを備え、予め前記入力手段により設定された目標温度と温度検出手段によって検出された温度との偏差に基づいてゲインを設定してこのゲインからＰＩＤ定数を定めて通電率を算出するＰＩＤ制御部を介して加熱手段と接続させることでＰＩＤ制御を行なうことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、温度制御手段は、昇温の目標となる目標温度と昇温前の初期温度の間に複数の中間目標温度を定めて、特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分を加熱する最遅加熱手段と、特定部分のうちその他の部分を加熱する高速加熱手段とを用いて特定部分全体を同時に加熱させた後に、高速加熱手段に対応する部分が中間目標温度に到達したら前記高速加熱手段による加熱を停止し、最遅加熱手段に対応する部分の温度が中間目標温度に到達したら高速加熱手段による加熱を再開することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、温度制御手段は、さらに目標温度より定まるＰＩＤ制御における比例帯において加熱手段をＰＩＤ制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、温度制御手段は、昇温の目標となる目標温度と昇温前の初期温度の間に複数の中間目標温度を定めて、特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分を加熱する最遅加熱手段と特定部分のうちその他の部分を加熱する高速加熱手段とを用いて特定部分全体を同時に加熱させた後に、高速加熱手段に対応する部分の温度が中間目標温度より定まるＰＩＤ制御における仮想比例帯に到達したらその高速加熱手段の制御をＰＩＤ制御に切替えて、最遅加熱手段に対応する部分が前記中間目標温度に到達したら高速加熱手段の制御をＰ制御に切替えることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、温度制御手段は、さらに目標温度より定まるＰＩＤ制御における比例帯では高速加熱手段および最遅加熱手段をＰＩＤ制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、温度制御手段は、全ての加熱手段を作動させた後に計時するとともに対応する部分の温度を検出することで各加熱手段毎に昇温速度を算出して高速加熱手段および最遅加熱手段を決定することを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、産業用機械の特定部分は、供給された樹脂を混練溶融させて射出成形する射出成型機のバレルであることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る加熱制御プログラムは、産業用機械に設けられる特定の部分を加熱する複数の加熱手段と、前記特定部分に設けられた前記加熱手段の近傍に加熱手段毎に配置されて特定部分の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段と接続されて検出温度を検出するとともに前記加熱手段とも接続されて加熱手段の温度を制御する温度制御手段を有して産業用機械の特定部分を昇温させる加熱制御プログラムにおいて、温度制御手段は昇温の際に特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度が等しくなるように前記加熱手段を制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、温度制御手段は、加熱手段への通電率を変化させることで昇温速度を制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項１３に記載の発明は、温度制御手段は、昇温速度の最も遅い部分の温度を設定温度として定めこの設定温度を加熱する際の基準の温度として制御することを特徴とする。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、温度制御手段は、さらに目標温度と中間目標温度算定のための値を入力する入力手段と、温度検出手段の検出した温度の計測値と前記入力値を記憶する記憶手段と、記憶された温度の計測値を表示する表示手段と、これら入力手段と記憶手段と表示手段とＰＩＤ制御部を制御する中央演算手段とを備え、予め前記入力手段により設定された目標温度と温度検出手段によって検出された温度との偏差に基づいてゲインを設定してこのゲインからＰＩＤ定数を定めて通電率を算出するＰＩＤ制御部を介して加熱手段と接続させることでＰＩＤ制御を行なうことを特徴とする。
【００２５】
請求項１５に記載の発明は、温度制御手段は、昇温の目標となる目標温度と昇温前の初期温度の間に複数の中間目標温度を定めて、特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分を加熱する最遅加熱手段と、特定部分のうちその他の部分を加熱する高速加熱手段とを用いて特定部分全体を同時に加熱させた後に、高速加熱手段に対応する部分が中間目標温度に到達したら前記高速加熱手段による加熱を停止し、最遅加熱手段に対応する部分の温度が中間目標温度に到達したら高速加熱手段による加熱を再開することを特徴とする。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、温度制御手段は、さらに目標温度より定まるＰＩＤ制御における比例帯において加熱手段をＰＩＤ制御することを特徴とする。
【００２７】
請求項１７に記載の発明は、温度制御手段は、昇温の目標となる目標温度と昇温前の初期温度の間に複数の中間目標温度を定めて、特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分を加熱する最遅加熱手段と特定部分のうちその他の部分を加熱する高速加熱手段とを用いて特定部分全体を同時に加熱させた後に、高速加熱手段に対応する部分の温度が中間目標温度より定まるＰＩＤ制御における仮想比例帯に到達したらその高速加熱手段の制御をＰＩＤ制御に切替えて、最遅加熱手段に対応する部分が前記中間目標温度に到達したら高速加熱手段の制御をＰ制御に切替えることを特徴とする。
【００２８】
請求項１８に記載の発明は、温度制御手段は、さらに目標温度より定まるＰＩＤ制御における比例帯では高速加熱手段および最遅加熱手段をＰＩＤ制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項１９に記載の発明は、温度制御手段は、全ての加熱手段を作動させた後に計時するとともに対応する部分の温度を検出することで各加熱手段毎に昇温速度を算出して高速加熱手段および最遅加熱手段を決定することを特徴とする。
【００３０】
請求項２０に記載の発明は、産業用機械の特定部分は、供給された樹脂を混練溶融させて射出成形する射出成型機のバレルであることを特徴とする。
【００３１】
本発明に係る加熱制御装置は、産業用機械に設けられる特定の部分を加熱する複数の加熱手段と、前記特定部分に設けられた前記加熱手段の近傍に加熱手段毎に配置されて特定部分の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段と接続されて検出温度を検出するとともに前記加熱手段とも接続されて加熱手段の温度を制御する温度制御手段を有して産業用機械の特定部分を昇温させる加熱制御装置において、温度制御手段は昇温の際に特定部分の昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度が等しくなるように前記加熱手段を制御する昇温速度制御手段を有することを特徴とする。
【００３２】
請求項２２に記載の発明は、昇温速度制御手段は、加熱手段への通電率を変化させることで昇温速度を制御することを特徴とする。
【００３３】
請求項２３に記載の発明は、昇温速度制御手段は、昇温速度の最も遅い部分の温度を設定温度として定めこの設定温度を加熱する際の基準の温度として制御することを特徴とする。
【００３４】
請求項２４に記載の発明は、温度制御手段は、さらに目標温度と中間目標温度算定のための値を入力する入力手段と、温度検出手段の検出した温度の計測値と前記入力値を記憶する記憶手段と、記憶された温度の計測値を表示する表示手段と、これら入力手段と記憶手段と表示手段とＰＩＤ制御部を制御する中央演算手段とを備えることを特徴とする。
【００３５】
請求項２５に記載の発明は、昇温速度制御手段は、さらに予め入力手段により設定された目標温度と温度検出手段によって検出された温度との偏差に基づいてゲインを設定してこのゲインからＰＩＤ定数を定めて通電率を算出するＰＩＤ制御部を介して加熱手段と接続させることでＰＩＤ制御を行なうことを特徴とする。
【００３６】
【作用】
本発明によれば、産業用機械に設けられる特定の部分を加熱する際に、温度制御手段は昇温過程の際に昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度が等しくなるように制御することにより、特定部分における昇温速度の差が低減される。従って、射出成型機であれば射出溶融樹脂温度の温度分布がバレル内で均一化され、成形品の品質が安定化される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面により本発明の実施の形態に基づく一実施例として前記産業用機械が射出成形機である場合について詳細に説明する。図１は、本発明に係る加熱制御装置を射出成型機に適用した構成図を示す。本発明に係る加熱制御装置が適用される射出成形機１は、バレル２と、バレル２内に進退且つ回転自在に配設されるスクリュ４と、バレル２の端部に設けられ溶融樹脂を押出すためのノズル６と、スクリュ４と連動して進退及び回転駆動するスクリュ駆動部８と、スクリュ駆動部８の上方に配置され樹脂挿入口であるホッパー１０とから構成される。ホッパー１０からスクリュ駆動部８を経由してバレル２内に供給された樹脂が加熱手段であるバレル外周面上に射出方向に設けられた第１〜５のヒータゾーン１２ａ〜１２ｅにより加熱されながらスクリュ４で混練されることにより可塑化され、ノズル６より射出されて成形品となるようにされる。
【００３８】
この射出成形機１に対して加熱制御装置は、第１〜５のヒータゾーン１２ａ〜１２ｅに対応してバレル外周面上の射出方向に１４ａ〜１４ｅの５点を熱電対による測温点とし、この５点でバレル温度を測定する温度検出部１６を設けている。この温度検出部１６で検出されたバレル温度は、プロセスコントローラ１８へフィードバックされる。
【００３９】
プロセスコントローラ１８は、目標温度と中間目標温度算定のための値と加熱手段毎のＰＩＤ定数を入力する入力手段と、温度検出手段の検出した温度の計測値と前記入力値を記憶する記憶手段と、記憶された温度の計測値を表示する表示手段と、これら入力手段と記憶手段と表示手段とＰＩＤ制御部を制御する中央演算手段とを備え、温度検出部１６と接続されるとともに、第１〜５のＰＩＤ制御装置と接続される。
【００４０】
入力手段は、中央演算手段と接続され、キーボードから入力する分離型とすることもできるが、表示手段と一体化されたタッチパネルとテンキーとから構成されることが好適である。
【００４１】
記憶手段は、中央演算手段と接続され、中央演算手段を起動させるプログラムと、予め本装置のＰＩＤ制御用にゲインごとに比例定数ＫＰと積分定数ＫＩと微分定数ＫＤを含む初期設定を記憶させたＲＯＭ部と、入力手段によって入力された値や、計測値を順次記憶させるＲＡＭ部から構成される。
【００４２】
表示手段は、中央演算手段と接続され、入力された設定値等の表示と現在の温度の検出値を表示させる装置であって、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等から構成される。入力手段と表示手段と一体となった温度制御画面を図２に示す。
【００４３】
図２では、バレルとそのヒータを模したブロックの下に、第１のヒータゾーンＨＮ（１２ａ）と、第２のヒータゾーンＨ１（１２ｂ）と、第３のヒータゾーンＨ２（１２ｃ）と、第４のヒータゾーンＨ３（１２ｄ）および第５のヒータゾーンＨ４（１２ｅ）に対応して５列に渉って、目標温度の入出力部である目標値２８と、バレルの各測温点の現在値３０と、目標値２８と現在値３０の差である偏差３２と、中間目標温度の名称を示すＴＮ、ここでＮは低いほうからの中間目標の順序番号を示す整数Ｎである。つまり、分割数が３であればＴ１とＴ２を切り替えが可能であり、Ｔ１にした場合は、Ｔ１の中間目標温度３６、ＰＩＤ定数のうち、Ｔ１のＰ定数３８と、Ｔ１のＩ定数４０と、Ｔ１のＤ定数４２が表示される。このＴＮをＴ２と切り替えれば、同様にＴ２の値が表示される。なお、偏差３２と、中間目標３６と、Ｐ定数３８と、Ｉ定数４０と、Ｄ定数４２は、いずれも中央演算手段により算出または選択される値であるが、微調整のために修正入力も可能である。
【００４４】
以上の項目が、第１のヒータゾーンＨＮ（１２ａ）と、第２のヒータゾーンＨ１（１２ｂ）と、第３のヒータゾーンＨ２（１２ｃ）と、第４のヒータゾーンＨ３（１２ｄ）および第５のヒータゾーンＨ４（１２ｅ）に対応して設けられる。
【００４５】
さらに、目標値を分割する分割数の入力項目４４と、ＰＩＤ定数を自動で設定するＡＵＴＯモードの選択ボタン４６と、項目ごとに任意の値を本表示手段に入力できるＭＡＮＵＡＬモードの選択ボタン４８が設けられる。
【００４６】
中央演算手段は、上記手段を制御できるマイクロコンピュータＬＳＩであればいかなる形態であってもよく、入力手段から入力された情報の記憶手段への記憶させるための制御と、表示手段の制御機能を有する。
【００４７】
さらに、中央演算手段は、目標温度と分割数から中間目標温度を算出し、入力された設定温度と温度検出部１６により検出された温度との偏差Ｅを、測温点毎に算出して、算出された偏差Ｅから必要なゲインを算出して予め前記ＲＯＭ部に記憶された比例定数ＫＰと積分定数ＫＩと微分定数ＫＤから、算出されたゲインに対応する最適な値を選択して、測温点に対応するＰＩＤ制御装置に伝達する機能を有する。中央演算手段は、さらに第１〜５のヒータゾーン１２ａ〜１２ｅに対応する第１〜５のＰＩＤ制御部２２ａ〜２２ｅと接続される。
【００４８】
第１〜５のＰＩＤ制御部２２ａ〜２２ｅは、中央演算手段の選択した最適な比例定数ＫＰ１〜５と積分定数ＫＩ１〜５と微分定数ＫＤ１〜５からＰＩＤ出力Ｍ１〜５を算出する。第１〜５のＰＩＤ制御部２２ａ〜２２ｅは、それぞれ第１〜５のヒータ駆動部２４ａ〜２４ｅと接続され、このＰＩＤ出力Ｍ１〜５を対応する第１〜５のヒータ駆動部２４ａ〜２４ｅへ伝達する。
【００４９】
第１〜５のヒータ駆動部２４ａ〜２４ｅは、それぞれ第１〜５のヒータゾーン１２ａ〜１２ｅとヒータ電源２６と接続され、第１〜５のＰＩＤ制御部２２ａ〜２２ｅから伝達されたＰＩＤ出力Ｍ１〜５に基づき、ヒータ電源２６を第１〜５のヒータゾーン１２ａ〜１２ｅとヒータ電源に供給する。ここで、ＰＩＤ出力Ｍ１〜５は、電源のＯＮ時間とＯＦＦ時間の比率を制御する信号であって、このＰＩＤ出力Ｍ１〜５でヒータ電源を制御する。
【００５０】
以上の構成からなる本発明に係る加熱制御装置を利用した加熱制御方法に基づく動作を、射出成型機のバレルに適用して、実施例１については図３〜７を実施例２については図８〜１２を用いて説明する。
【００５１】
【実施例１】
本発明に係る加熱制御方法の第１の実施例の概念について図３、４を用いて説明する。まず、第１に目標となる温度Ｔｏを定め、更に到達までの中間目標とする温度Ｔｍの個数となる分割数Ｎを決定する。すなわち、初期温度をＴｉとすれば、昇温の中間目標温度を
【数１】
Ｔｓ＝（Ｔｏ−Ｔｉ）／Ｎ （１）
で定まるステップで設定される。
【００５２】
本発明に係る加熱制御方法の第１の実施例では、最も昇温速度の遅いヒータと他のヒータとの昇温速度を一定とさせるための方法であって、初期温度ＴｉからＴｓ毎に定められる中間目標温度Ｔｍでヒータの加熱制御する方法である。すなわち、最も昇温速度の遅いヒータ１２ｂの加熱は一定とするが、その他のヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅについては、ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅについての測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅがＴｍ（図４、Ａ点）となった場合は、対応するヒータの加熱を停止して、その後、昇温速度が最も低い１４ｂがＴｍ（図４、Ｂ点）となるとともに加熱を再開し、最終目標温度の比例帯では全ヒータをＰＩＤ制御するものである。
【００５３】
以下、本発明に係る加熱制御方法の第１の実施例の詳細を図２、５、６に基づいて説明する。
【００５４】
バレルの加熱をするに当たって、図２の温度制御画面の分割数項目４４に中間目標数を決定する分割数が入力され、ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅについての測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅの目標値２８に使用樹脂及び成形品によって定まる温度を入力する。さらに、分割数項目４４には分割数を入力する（Ａ２）。これらの入力された数値は、中央演算手段によりＲＡＭ型の記憶手段に記憶される。
【００５５】
目標温度と、分割数Ｎと、初期温度が定まることで前記数式（１）よりステップ温度Ｔｓが定まり、中間目標温度がＲＡＭ等の記憶手段に記憶された前記中央演算手段によって算出される。これら中間目標温度は、項目３６に表示される（Ａ４）。
【００５６】
算出後、直ちに全てのヒータをＩ定数とＤ定数を定めずにＰ定数のみを定めて加熱される（Ａ６）。迅速に加熱するためである。
【００５７】
ここで、高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅが温度Ｔ１に到達しないか常に温度が温度検出手部１６によってモニタされる。高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅが温度Ｔ１に到達した場合（Ａ８）は、高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅのうちＴ１に到達したヒータの電源が停止される（Ａ１０）。
【００５８】
その後、最低速ヒータゾーンの測温点１４ｂが温度Ｔ１に到達しないか常に温度がモニタされる。最低速ヒータゾーンの測温点１４ｂが温度Ｔ１に到達した場合（Ａ１２）は、再び高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅのうち停止していた高速昇温ヒータをＩ定数とＤ定数を定めずにＰ定数のみを定めて加熱する（Ａ１４）。
【００５９】
更に、分割によるさらなる中間目標温度Ｔｍにおいても同様である。高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅが温度Ｔｍに到達しないか常に温度がモニタされる。高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅが温度Ｔｍに到達した場合（Ａ１６）は、高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅのうち到達したヒータの電源が停止される（Ａ１８）。
【００６０】
その後、最低速ヒータゾーンの測温点１４ｂが温度Ｔｍに到達しないか常に温度がモニタされる。最低速ヒータゾーンの測温点１４ｂが温度Ｔｍに到達した場合（Ａ２０）は、再び高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅのうち停止していた高速昇温ヒータをＩ定数とＤ定数なしでＰ定数のみで加熱する（Ａ２２）。
【００６１】
以上は、分割による全ての各中間目標温度に到達するまで繰り返される。続いて、いずれかのヒータの測温点が目標温度Ｔｏの比例帯の温度Ｔｐに到達しないか常に温度がモニタされる。この比例帯の幅は、例えば温度２４０度程度では±１５℃程度が望ましい。いずれかのヒータの測温点が目標温度Ｔｏの比例帯の温度Ｔｐに到達した場合（Ａ２４）は、到達したヒータをＩ定数とＤ定数を含めた定数でＰＩＤ制御しながら加熱する（Ａ２６）。
【００６２】
図７に、本発明に係る加熱制御方法の第１の実施例に基づいて加熱した際の測温点１４ａ〜１４ｅの経過時間に対する温度変化のグラフを示す。本例は目標温度を２４０℃として、分割温度を３とし、中間目標温度を８０℃および１６０℃としている。図１３に示される従来の標準加熱時に比較して、昇温時のバラツキが半分以下に減少していることが明らかである。すなわち、本発明の実施により加熱のオーバーシュートを発生させることなく均一にむらなく加熱させることができることは明らかである。
【００６３】
さて、この実施例１では、図４のＡ点で示されるように高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅのうちＴ１に到達したヒータの電源が停止されたあとも、実は停止されたヒータに対応する測温点の温度は上昇している。これは、熱電対を配置した測温点の位置がバレル表面から１０〜１５ｍｍ離間した点に存在するため、ヒータをＯＦＦしても表面からの熱量が熱電対の位置まで到達するのに遅れを生じるために電源停止後も温度上昇が生ずることとなるからである。
【００６４】
そこで、この電源停止後の温度上昇による過熱は好ましいものではないため、この防止が可能な本発明に係る加熱制御方法の第２の実施例を以下に示す。
【００６５】
【実施例２】
本発明に係る加熱制御方法の第２の実施例の概念について図８、９を用いて説明する。本発明に係る加熱制御方法の第１の実施例と比較して、異なる点について述べれば、中間目標温度についても目標温度に対する比例帯に相当する仮想比例帯を設け、中間目標温度で高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅの電源を停止するのではなく、その手前である仮想比例帯からＰＩＤ制御を開始する点で、実施例１とは異なる。さらに、この仮想比例帯の幅は、通常の制御用に設定するする比例帯の幅を狭く小さくすることで、分割ゾーン毎の制御性を上げている。具体的には、例えば中間目標温度が８０℃や１６０℃である場合は、±５℃または±１０℃と設定することで分割ゾーン毎の目標値に向けて滑らかな昇温特性とすることで、電源停止後の温度上昇を防止することができる。
【００６６】
図８に示すように、中間目標温度Ｔ１、Ｔｍに対してそれぞれ仮想比例帯が設けられ、その下限温度をＴ１ｐ，Ｔｍｐと設定する。そこで、高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅがＴ１ｐ，Ｔｍｐに到達したら、高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅをＰ制御からＰＩＤ制御に切替えて高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅの温度を中間目標温度に収束させることで、中間目標温度Ｔ１、Ｔｍ到達後の再上昇を防ぎ、滑らかな昇温が可能となる。
【００６７】
以下、本発明に係る加熱制御方法の第２の実施例の詳細を図２、１０、１１に基づいて説明する。
【００６８】
バレルの加熱をするに当たって、図２の温度制御画面の分割数項目４４に中間目標数を決定する分割数が入力され、ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅについての測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅの目標値２８に使用樹脂及び成形品によって定まる温度を入力する。さらに、分割数項目４４には分割数を入力する（Ｂ２）。
【００６９】
目標温度と、分割数Ｎと、初期温度が定まることで前記数式（１）よりステップ温度Ｔｓが定まり、中間目標温度が前記中央演算手段によって算出される。これら中間目標温度は、項目３６に表示される（Ｂ４）。
【００７０】
さらに、算出された中間目標温度に対して、それぞれ±５〜±１０の定められた値を加算することで仮想比例帯を算出する。このうち、下限値をＴ１ｐ、Ｔｍｐ、ＴＮｐとして算出する（Ｂ６）。
【００７１】
算出後、直ちに全てのヒータをＩ定数とＤ定数を定めず、Ｐ定数のみを定めて加熱される（Ｂ８）。迅速に加熱するためである。
【００７２】
ここで、高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅが温度Ｔ１ｐに到達しないか常に温度がモニタされる。高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅが温度Ｔ１ｐに到達した場合（Ｂ１０）は、高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅのうちＴ１ｐに到達したヒータゾーンの駆動方式がＰ制御からＰＩＤ制御に変更される（Ｂ１２）。
【００７３】
その後、最低速ヒータゾーンの測温点１４ｂが温度Ｔ１ｐに到達しないか常に温度がモニタされる。最低速ヒータゾーンの測温点１４ｂが温度Ｔ１ｐに到達した場合（Ｂ１４）は、再び高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅのうち駆動方式がＰ制御からＰＩＤ制御に変更されていた高速昇温ヒータをＩ定数とＤ定数なしで再びＰ制御の駆動に変更する（Ｂ１６）。
【００７４】
更に、分割によるさらなる仮想比例帯の下限であるＴｍｐにおいても同様である。高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅが温度Ｔｍｐに到達しないか常に温度がモニタされる。高速昇温ヒータゾーンの測温点１４ａ、１４ｃ〜１４ｅが温度Ｔｍｐに到達した場合（Ｂ１８）は、高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅはヒータゾーンの駆動方式がＰ制御からＰＩＤ制御に変更される（Ｂ２０）。
【００７５】
その後、最低速ヒータゾーンの測温点１４ｂが温度Ｔｍｐに到達しないか常に温度がモニタされる。最低速ヒータゾーンの測温点１４ｂが温度Ｔｍｐに到達した場合（Ｂ２２）は、再び高速昇温ヒータ１２ａ、１２ｃ〜１２ｅのうち駆動方式がＰ制御からＰＩＤ制御に変更されていた高速昇温ヒータをＩ定数とＤ定数を定めずに、再びＰ定数のみを定めてＰ制御の駆動に変更する（Ｂ２４）。
【００７６】
以上は、分割による中間目標温度まで到達するまで繰り返される。続いて、いずれかのヒータの測温点が目標温度Ｔｏの比例帯の温度Ｔｐに到達しないかが常にモニタされる。いずれかのヒータの測温点が目標温度Ｔｏの比例帯の温度Ｔｐに到達した場合（Ｂ２６）は、到達したヒータをＩ定数とＤ定数を含めたＰＩＤ制御しながら加熱する（Ｂ２８）。
【００７７】
図１２に、本発明に係る加熱制御方法の第２の実施例に基づいて加熱した際の測温点１４ａ〜１４ｅの経過時間に対する温度変化のグラフを示す。本発明の実施例１に比較して、電源オフ後の昇温によるバラツキが減少して平均的に昇温特性が一致していることが明らかである。すなわち、本発明の実施例２によりさらに加熱のオーバーシュートを発生させることなく均一にむらなく加熱させることができることは明らかである。
【００７８】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、その精神を逸脱しない範囲内において多くの改良変更が可能である。例えば、本実施例では、昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度については、予め分かっているものとして、設定したが、一度昇温させてその結果をフィードバックして定めてもよい。すなわち、最初の昇温時に温度上昇をモニタして、その結果から昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度として認めても良い。
【００７９】
また、本発明では、中間目標温度を初期値と目標値と分割数から算出したが、任意に定めても良い。この場合より自由な最適な温度設定が可能となる
【００８０】
【発明の効果】
本発明による産業用機械においては、産業用機械の特定部分を全ての部分に亘って、昇温速度を統一させるとともに、加熱のオーバーシュートを発生させることなく均一にむらなく加熱させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出成形機の加熱制御装置のシステムブロック図である。
【図２】本発明に係る射出成形機の加熱制御装置の温度制御画面である。
【図３】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例１の中間目標温度の概念図である。
【図４】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例１の中間目標温度の概念図である。
【図５】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例１のフローチャートである。
【図６】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例１のフローチャートである。
【図７】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例１の昇温特性図である。
【図８】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例２の中間目標温度の概念図である。
【図９】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例２の中間目標温度の概念図である。
【図１０】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例２のフローチャートである。
【図１１】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例２のフローチャートである。
【図１２】本発明に係る射出成形機の加熱制御方法に係る実施例２の昇温特性図である。
【図１３】従来の射出成形機の加熱制御方法の昇温特性図である。
【符号の説明】
２ バレル
４ スクリュ
６ ノズル
８ スクリュ駆動部
１０ ホッパー
１２ａ 第１のヒータゾーンＨＮ
１２ｂ 第２のヒータゾーンＨ１
１２ｃ 第３のヒータゾーンＨ２
１２ｄ 第４のヒータゾーンＨ３
１２ｅ 第５のヒータゾーンＨ４
１４ａ〜１４ｅ 熱電対による測温点
１６ 温度検出部
１８ プロセスコントローラ
２２ａ〜２２ｅ ＰＩＤ制御部
２４ａ〜２４ｅ 第１〜５のヒータ駆動部
２６ ヒータ電源
２８ 目標値
３０ 現在値
３２ 偏差
３６ 中間目標温度
３８ Ｐ定数
４０ Ｉ定数
４２ Ｄ定数
４４ 入力項目
４６ ＡＵＴＯモードの選択ボタン
４８ ＭＡＮＵＡＬモードの選択ボタン

Claims (25)

1. 産業用機械に設けられる特定の部分を加熱する複数の加熱手段と、前記特定部分に設けられた前記加熱手段の近傍に加熱手段毎に配置されて特定部分の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段と接続されて検出温度を検出するとともに前記加熱手段とも接続されて加熱手段の温度を制御する温度制御手段を有して産業用機械の特定部分を昇温させる加熱制御方法において、温度制御手段は昇温の際に特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度が等しくなるように前記加熱手段を制御することを特徴とする加熱制御方法。
2. 温度制御手段は、加熱手段への通電率を変化させることで昇温速度を制御することを特徴とする請求項１記載の加熱制御方法。
3. 温度制御手段は、昇温速度の最も遅い部分の温度を設定温度として定めこの設定温度を加熱する際の基準の温度として制御することを特徴とする請求項１乃至２いずれかに記載の加熱制御方法。
4. 温度制御手段は、さらに目標温度と中間目標温度算定のための値を入力する入力手段と、温度検出手段の検出した温度の計測値と前記入力値を記憶する記憶手段と、記憶された温度の計測値を表示する表示手段と、これら入力手段と記憶手段と表示手段とＰＩＤ制御部を制御する中央演算手段とを備え、予め前記入力手段により設定された目標温度と温度検出手段によって検出された温度との偏差に基づいてゲインを設定してこのゲインからＰＩＤ定数を定めて通電率を算出するＰＩＤ制御部を介して加熱手段と接続させることでＰＩＤ制御を行なうことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の加熱制御方法。
5. 温度制御手段は、昇温の目標となる目標温度と昇温前の初期温度の間に複数の中間目標温度を定めて、特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分を加熱する最遅加熱手段と、特定部分のうちその他の部分を加熱する高速加熱手段とを用いて特定部分全体を同時に加熱させた後に、高速加熱手段に対応する部分が中間目標温度に到達したら前記高速加熱手段による加熱を停止し、最遅加熱手段に対応する部分の温度が中間目標温度に到達したら高速加熱手段による加熱を再開することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の加熱制御方法。
6. 温度制御手段は、さらに目標温度より定まるＰＩＤ制御における比例帯において加熱手段をＰＩＤ制御することを特徴とする請求項５に記載の加熱制御方法。
7. 温度制御手段は、昇温の目標となる目標温度と昇温前の初期温度の間に複数の中間目標温度を定めて、特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分を加熱する最遅加熱手段と特定部分のうちその他の部分を加熱する高速加熱手段とを用いて特定部分全体を同時に加熱させた後に、高速加熱手段に対応する部分の温度が中間目標温度より定まるＰＩＤ制御における仮想比例帯に到達したらその高速加熱手段の制御をＰＩＤ制御に切替えて、最遅加熱手段に対応する部分が前記中間目標温度に到達したら高速加熱手段の制御をＰ制御に切替えることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の加熱制御方法。
8. 温度制御手段は、さらに目標温度より定まるＰＩＤ制御における比例帯では高速加熱手段および最遅加熱手段をＰＩＤ制御することを特徴とする請求項７に記載の加熱制御方法。
9. 温度制御手段は、全ての加熱手段を作動させた後に計時するとともに対応する部分の温度を検出することで各加熱手段毎に昇温速度を算出して高速加熱手段および最遅加熱手段を決定することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の加熱制御方法。
10. 産業用機械の特定部分は、供給された樹脂を混練溶融させて射出成形する射出成型機のバレルであることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の加熱制御方法。
11. 産業用機械に設けられる特定の部分を加熱する複数の加熱手段と、前記特定部分に設けられた前記加熱手段の近傍に加熱手段毎に配置されて特定部分の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段と接続されて検出温度を検出するとともに前記加熱手段とも接続されて加熱手段の温度を制御する温度制御手段を有して産業用機械の特定部分を昇温させる加熱制御プログラムにおいて、温度制御手段は昇温の際に特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度が等しくなるように前記加熱手段を制御することを特徴とする加熱制御プログラム。
12. 温度制御手段は、加熱手段への通電率を変化させることで昇温速度を制御することを特徴とする請求項１１記載の加熱制御プログラム。
13. 温度制御手段は、昇温速度の最も遅い部分の温度を設定温度として定めこの設定温度を加熱する際の基準の温度として制御することを特徴とする請求項１１乃至１２いずれかに記載の加熱制御プログラム。
14. 温度制御手段は、さらに目標温度と中間目標温度算定のための値を入力する入力手段と、温度検出手段の検出した温度の計測値と前記入力値を記憶する記憶手段と、記憶された温度の計測値を表示する表示手段と、これら入力手段と記憶手段と表示手段とＰＩＤ制御部を制御する中央演算手段とを備え、予め前記入力手段により設定された目標温度と温度検出手段によって検出された温度との偏差に基づいてゲインを設定してこのゲインからＰＩＤ定数を定めて通電率を算出するＰＩＤ制御部を介して加熱手段と接続させることでＰＩＤ制御を行なうことを特徴とする請求項１１乃至１３いずれかに記載の加熱制御プログラム。
15. 温度制御手段は、昇温の目標となる目標温度と昇温前の初期温度の間に複数の中間目標温度を定めて、特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分を加熱する最遅加熱手段と、特定部分のうちその他の部分を加熱する高速加熱手段とを用いて特定部分全体を同時に加熱させた後に、高速加熱手段に対応する部分が中間目標温度に到達したら前記高速加熱手段による加熱を停止し、最遅加熱手段に対応する部分の温度が中間目標温度に到達したら高速加熱手段による加熱を再開することを特徴とする請求項１１乃至１４いずれかに記載の加熱制御プログラム。
16. 温度制御手段は、さらに目標温度より定まるＰＩＤ制御における比例帯において加熱手段をＰＩＤ制御することを特徴とする請求項１５に記載の加熱制御プログラム。
17. 温度制御手段は、昇温の目標となる目標温度と昇温前の初期温度の間に複数の中間目標温度を定めて、特定部分のうち昇温速度の最も遅い部分を加熱する最遅加熱手段と特定部分のうちその他の部分を加熱する高速加熱手段とを用いて特定部分全体を同時に加熱させた後に、高速加熱手段に対応する部分の温度が中間目標温度より定まるＰＩＤ制御における仮想比例帯に到達したらその高速加熱手段の制御をＰＩＤ制御に切替えて、最遅加熱手段に対応する部分が前記中間目標温度に到達したら高速加熱手段の制御をＰ制御に切替えることを特徴とする請求項１１乃至１４いずれかに記載の加熱制御プログラム。
18. 温度制御手段は、さらに目標温度より定まるＰＩＤ制御における比例帯では高速加熱手段および最遅加熱手段をＰＩＤ制御することを特徴とする請求項１７に記載の加熱制御プログラム。
19. 温度制御手段は、全ての加熱手段を作動させた後に計時するとともに対応する部分の温度を検出することで各加熱手段毎に昇温速度を算出して高速加熱手段および最遅加熱手段を決定することを特徴とする請求項１１乃至１８いずれかに記載の加熱制御プログラム。
20. 産業用機械の特定部分は、供給された樹脂を混練溶融させて射出成形する射出成型機のバレルであることを特徴とする請求項１１乃至１９いずれかに記載の加熱制御プログラム。
21. 産業用機械に設けられる特定の部分を加熱する複数の加熱手段と、前記特定部分に設けられた前記加熱手段の近傍に加熱手段毎に配置されて特定部分の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段と接続されて検出温度を検出するとともに前記加熱手段とも接続されて加熱手段の温度を制御する温度制御手段を有して産業用機械の特定部分を昇温させる加熱制御装置において、温度制御手段は昇温の際に特定部分の昇温速度の最も遅い部分の昇温速度とその他の部分の昇温速度が等しくなるように前記加熱手段を制御する昇温速度制御手段を有することを特徴とする加熱制御装置。
22. 昇温速度制御手段は、加熱手段への通電率を変化させることで昇温速度を制御することを特徴とする請求項２１記載の加熱制御装置。
23. 昇温速度制御手段は、昇温速度の最も遅い部分の温度を設定温度として定めこの設定温度を加熱する際の基準の温度として制御することを特徴とする請求項２１乃至２２いずれかに記載の加熱制御装置。
24. 温度制御手段は、さらに目標温度と中間目標温度算定のための値を入力する入力手段と、温度検出手段の検出した温度の計測値と前記入力値を記憶する記憶手段と、記憶された温度の計測値を表示する表示手段と、これら入力手段と記憶手段と表示手段とＰＩＤ制御部を制御する中央演算手段とを備えることを特徴とする請求項２１乃至２３いずれかに記載の加熱制御装置。
25. 昇温速度制御手段は、さらに予め入力手段により設定された目標温度と温度検出手段によって検出された温度との偏差に基づいてゲインを設定してこのゲインからＰＩＤ定数を定めて通電率を算出するＰＩＤ制御部を介して加熱手段と接続させることでＰＩＤ制御を行なうことを特徴とする請求項２４に記載の加熱制御装置。

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