JP2011079222A - 射出成形機の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変動を来す特定の処理が行われた場合でも、アンダーシュート等の無用な温度変動を低減して温度制御に対する高い安定性及び精度を実現する。
【解決手段】 被加熱部位２ａ，２ｂをヒータ３ａ，３ｂにより加熱するとともに、被加熱部位２ａ…の温度を温度センサ４ａ…により検出し、検出温度（ＰＶn）が予め設定した目標温度（ＳＰ）となるように、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓを含むフィードバック制御系Ｃｆにより温度制御を行うに際し、被加熱部位２ａ，２ｂに温度変動を来す特定の処理が行われたことを検出したなら、少なくとも、ヒータ３ａ，３ｂの通電率を所定の大きさにするためのＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける積分項を演算処理により求め、求めた積分項を直ちにＰＩＤ補償系Ｃｆｓにプリセットする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒータにより加熱する射出ノズル等の被加熱部位の温度を制御する際に用いて好適な射出成形機の温度制御方法に関する。

一般に、射出成形機に備える加熱筒及び射出ノズルは、各加熱ゾーンに対応して付設したヒータにより加熱するとともに、各加熱ゾーンの温度をセンサにより検出し、検出温度が予め設定した目標温度となるように、ＰＩＤ補償を含むフィードバック制御系により温度制御を行っている。この場合、加熱筒及び射出ノズルの温度は樹脂の溶融状態に直接影響するため、温度制御を高精度で行うとともに、無用な温度変動等を回避して安定に行うことは、成形品質を高める上でも重要な課題となる。

従来、このような課題に対処した温度制御方法も知られており、特許文献１には、射出成形機の連続自動成形により不足する熱量に相当する操作量を、連続自動成形開始と同時に操作量に加算し、連続自動成形中信号の立上がりを検出した時に、タイマ設定の時間の間だけ、ＰＩＤ制御を停止するようにして、連続自動成形開始時の射出加熱筒の温度のアンダーシュートを極力防止するようにした射出成形機のヒータ温度制御方法が開示され、また、特許文献２には、被加熱対象を、ＰＩＤ（比例，積分，微分）制御で駆動されるヒータによって加熱制御するとともに、成形機のおかれている状態に応じた複数の温度制御期間を設けて、この温度制御期間毎に応じた温度制御を行うに際し、少なくともある特定の温度制御期間から次の特定の温度制御期間に移る際に、この次の温度制御期間用に予め設定・保持された積分値とオフセット値とを、温度フィードバック制御を行う演算処理部に対して、その温度制御期間での演算用の初期値として与えられるようにして、ある温度制御期間から次の温度制御期間へ移行した際にも、その移行した温度制御期間の当初から、過渡応答性よく、安定した温度制御を行い得る温度制御方法を用いた成形機が開示されている。

特開平１０−１００２１８号公報 特開２００３−２５４０４号公報

しかし、上述した射出成形機における従来の温度制御方法は、次のような問題点があった。

まず、特許文献１は、連続自動成形開始により加熱筒内の樹脂の可塑化と流動が始まることに伴うアンダーシュートの解消を目的とする。したがって、技術の有効性としては同目的に限られ、同目的を有しない他の動作工程には適用できない。また、連続自動成形開始により一定時間にわたってＰＩＤ制御を停止させるため、温度制御に対する連続性が遮断され、この後、停止を解除して再開する際には制御の不安定化を招いてしまう。結局、アンダーシュートをある程度低減できるとしても、高い安定性と制御精度を確保する観点からは不十分となる。

一方、特許文献２は、ＰＩＤ制御を停止することなく、予め設定・保持された積分値とオフセット値とを初期値として与えるものであって、特許文献１の問題点を解消することを目的としている。しかし、この場合、予め、ケーススタディにより求めた積分値とオフセット値を記憶し、制御時に、固定値となる積分値とオフセット値を用いるため、必ずしも同目的を十分に達成できるとはいえない。例えば、ノズルタッチ時は、ノズルから金型への熱伝導によりヒータへの通電率が高められる温度制御期間の移行時と捕らえているが、通常、室内や金型の温度及びノズルタッチを行う直前の状態（パージ処理の有無及び経過時間）等により温度変動の度合が大きく異なってくる。結局、温度制御に対する最適化がなされず、特許文献１と同様、オーバシュートやアンダシュートをある程度低減できるとしても、高い安定性と制御精度を確保する観点からは不十分となる。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の温度制御方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る射出成形機Ｍの温度制御方法は、上述した課題を解決するため、被加熱部位２ａ，２ｂをヒータ３ａ，３ｂにより加熱するとともに、被加熱部位２ａ…の温度を温度センサ４ａ…により検出し、検出温度（ＰＶ_n）が予め設定した目標温度（ＳＰ）となるように、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓを含むフィードバック制御系Ｃｆにより温度制御を行うに際し、被加熱部位２ａ，２ｂに温度変動を来す特定の処理が行われたことを検出したなら、少なくとも、ヒータ３ａ，３ｂの通電率Ｏ_nを所定の大きさにするためのＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける積分項Σｅｐを演算処理により求め、求めた積分項Σｅｐを直ちにＰＩＤ補償系Ｃｆｓにプリセットするようにしたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、被加熱部位２ａには、加熱筒１１の先端に設けて金型１２に樹脂を充填する射出ノズル１３を適用できる。また、特定の処理には、成形開始時に行う射出ノズル１３が金型１２に当接するノズルタッチ処理を適用できるとともに、成形終了時に行う射出ノズル１３が金型１２から離間するノズルバック処理を適用できる。なお、ノズルバック処理時には、少なくとも射出ノズル１３を加熱する目標温度を成形時の目標温度よりも高く設定することができる。一方、被加熱部位２ｂは、成形材料を供給するホッパー１４を取付けた加熱筒１１の後部１５を適用できる。なお、特定の処理が行われたことの検出により積分項を求めるための通電率に対する所定の大きさは、定格通電率の８０〜１５０〔％〕の範囲に選定することが望ましい。また、積分項をプリセットする直前には、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける積分ゲインを、特定の処理が行われたことを検出した際における積分ゲインよりも大きい一時設定値に変更し、所定の設定時間が経過したなら、一時設定値の変更を解除することができる。なお、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓには、微分先行形により構成したＰＩＤ補償系を用いることができるとともに、通電率Ｏ_nに基づく制御は、時間比例制御又はサイリスタ位相制御により行うことができる。

このような手法による本発明に係る射出成形機Ｍの温度制御方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 被加熱部位２ａ，２ｂに温度変動を来す特定の処理が行われたことを検出したなら、少なくとも、ヒータ３ａ，３ｂの通電率Ｏ_nを所定の大きさにするためのＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける積分項Σｅｐを演算処理により求め、求めた積分項Σｅｐを直ちにＰＩＤ補償系Ｃｆｓにプリセットするようにしたため、温度変動を来す特定の処理が行われた場合であっても、温度制御に対する連続性を確保しつつ、直ちに目的の通電率を確保でき、アンダーシュート等の無用な温度変動を低減して、温度制御に対する高い安定性及び精度を実現できるとともに、樹脂温度に対する悪影響を回避して不良品の低減及び成形品質の向上に寄与できる。

（２） 好適な態様により、被加熱部位２ａを、加熱筒１１の先端に設けて金型１２に樹脂を充填する射出ノズル１３に適用すれば、射出ノズル１３に係わる温度制御を最適化できるため、射出ノズル１３内における樹脂温度の安定化を図ることができる。

（３） 好適な態様により、特定の処理を、成形開始時に行う射出ノズル１３が金型１２に当接するノズルタッチ処理に適用すれば、ノズルタッチ処理時に発生する無用な温度変動、特に、射出ノズル１３の温度低下を防止できるため、金型１２内における樹脂の早期固化や未充填に係わるトラブルを回避できる。

（４） 好適な態様により、特定の処理を、成形終了時に行う射出ノズル１３が金型１２から離間するノズルバック処理に適用すれば、ノズルバック処理時に発生する無用な温度変動を防止できるため、ノズルバック処理時における射出ノズル１３内の樹脂温度の安定化を図ることができる。

（５） 好適な態様により、ノズルバック処理時に、少なくとも射出ノズル１３を加熱する目標温度を成形時の目標温度よりも高く設定すれば、後続の処理（再度のノズルタッチ処理等）をより円滑に行うことができる。特に、これに加え、加熱筒１１の後部１５を加熱する目標温度を成形時の目標温度よりも低く設定すれば、材料供給停止による加熱筒１１の後部１５における成形材料の滞留に伴う可塑化に対する悪影響を回避できるため、不良品の低減及び成形品質の向上に寄与できる。

（６） 好適な態様により、被加熱部位２ｂを、成形材料を供給するホッパー１４を取付けた加熱筒１１の後部１５に適用すれば、成形材料が加熱筒１１の内部に供給される際に発生する無用な温度変動、特に、加熱筒１１の後部の熱不足を防止できるため、加熱筒１１内における固体材料の可塑化に対する悪影響を回避できる。

（７） 好適な態様により、特定の処理が行われたことの検出により積分項を求めるための通電率に対する所定の大きさを、定格通電率の８０〜１５０〔％〕の範囲に選定すれば、温度変動を来す特定の処理が行われた場合であっても、初期段階における通電率Ｏ_nを定格通電率の８０〔％〕〜最大通電率に確保できるため、温度制御に対する高い安定性及び精度を確保できることに加え、その最適化を図ることができる。

（８） 好適な態様により、積分項をプリセットする直前に、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける積分ゲインを、特定の処理が行われたことを検出した際における積分ゲインよりも大きい一時設定値に変更し、所定の設定時間が経過したなら、一時設定値の変更を解除するようにすれば、温度変動を来す特定の処理が行われた際における温度制御の最適化により、アンダーシュート等の無用な温度変動をより低減又は回避することができる。

（９） 好適な態様により、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓに、微分先行形により構成したＰＩＤ補償系を用いれば、フィードバック制御系の演算処理を容易に行うことができるとともに、コストダウンにも寄与できる。

（１０） 好適な態様により、通電率に基づく制御を、時間比例制御又はサイリスタ位相制御により行えば、制御の容易化及び確実化を図れるため、制御の安定化及びコスト面において有利な実施を実現できる。

本発明の好適実施形態に係る射出成形機の温度制御方法による動作を示すフローチャート、 同射出成形機における温度制御系を含む一部断面構成図、 同温度制御系のブロック系統図、 同温度制御方法により温度制御した際におけるショットに対するノズル温度特性図、 同温度制御方法により温度制御した際におけるショットに対する通電率特性図、 同温度制御方法により温度制御した際における時間に対するヒータの通電波形図、 本発明の変更実施形態に係る射出成形機の温度制御方法による動作の一部を抽出して示すフローチャート、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る温度制御方法を実施できる射出成形機Ｍの構成について、図２及び図３を参照して説明する。

図２は、射出成形機Ｍの全体構成を示す。例示の射出成形機Ｍは油圧式であり、機台Ｍｂの上面に射出装置Ｍｉと型締装置Ｍｃを備える。射出装置Ｍｉは油圧シリンダを用いた射出装置進退移動機構２１を介して機台Ｍｂ上に支持され、この射出装置進退移動機構２１により前進移動（ノズルタッチ処理）又は後退移動（ノズルバック処理）することができる。

射出装置Ｍｉは加熱筒１１を備え、この加熱筒１１の先端には射出ノズル１３を有するとともに、加熱筒１１の後部における取付部位１５に取付けたホッパー１４を有する。また、射出ノズル１３の外周部には電熱式バンドヒータ等のヒータ３ａを装着するとともに、射出ノズル１３の肉部には熱伝対等の温度センサ４ａを埋設する。これらのヒータ３ａ及び温度センサ４ａは温調部３１に接続する。一方、加熱筒１１の外周部にもバンドヒータ等のヒータ３ｂを装着するとともに、加熱筒１１の肉部には射出ノズル１３側と同様の熱伝対等の温度センサ（図示を省略）を埋設する。これらのヒータ３ｂ及び温度センサも温調部３１に接続する。なお、加熱筒１１は前側から後側に三つのゾーン、即ち、計量ゾーン，混練ゾーン，供給ゾーンに分かれ、それぞれ独立した温度制御が行われる。これにより、射出ノズル１３は被加熱部位２ａを構成するとともに、取付部位１５（供給ゾーン）は被加熱部位２ｂを構成する。さらに、加熱筒１１の内部にはスクリュ２２を装填するとともに、加熱筒１１の後端にはスクリュ２２を駆動するスクリュ駆動部２３を備える。スクリュ駆動部２３は、スクリュ２２を進退駆動する射出シリンダ２３ｃ及び当該スクリュ２２を回転駆動する計量モータ（オイルモータ）２３ｍを備える。

型締装置Ｍｃは、金型１２を支持する固定盤２４及び可動盤２５を備えるとともに、可動盤２５を進退駆動することにより、金型１２に対する型開閉及び型締を行う型締シリンダ２６ｃを含む可動盤駆動部２６を備え、固定盤２４と可動盤駆動部２６は、機台Ｍｂの上面に固定設置される。また、固定盤２４には射出ノズル１３がノズルタッチしたことを検出する近接センサ等のノズル検出センサ１６を備え、このノズル検出センサ１６は、成形機コントローラ５１に接続する。なお、その他のアクチュエータとしては、図示を省略したが、型開した金型１２から成形品の突き出し（エジェクタ）を行う突出しシリンダ等を備えている。

一方、温調部３１及び成形機コントローラ５１は温度制御部ＣＴを構成し、温調部３１と成形機コントローラ５１は相互通信可能に接続する。図３は、温度制御系、特に、射出ノズル１３に対する温度制御系のブロック系統を示す。この場合、成形機コントローラ５１は、射出成形機Ｍの全体の制御を司るコンピュータ機能を有する。したがって、ＣＰＵ，メモリ等のハードウェア要素を備えるとともに、制御プログラム及びデータベース等のソフトウェア要素を備える。

温調部３１は実質的な温度制御を行う制御機能を有する。また、成形機コントローラ５１と同様にコンピュータ機能を有し、各種演算処理及びシーケンス制御処理を実行できる。したがって、温調部３１には本実施形態に係る温度制御方法を実行するためのシーケンスプログラムが格納されている。温調部３１において、Ｃｆは射出ノズル１３の温度に対するフィードバック制御系であり、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓ、特に、微分先行形により構成したＰＩＤ補償系が含まれる。これにより、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓでは微分先行形のＰＩ−Ｄ補償処理が行われる。このような、微分先行形によるＰＩＤ補償系Ｃｆｓを用いれば、フィードバック制御系Ｃｆの演算処理を容易に行うことができるとともに、コストダウンにも寄与できる利点がある。

ＰＩＤ補償系Ｃｆｓは、偏差演算部３３，微分補償演算部３４，積分補償演算部３５，偏差演算部３６及び比例補償演算部３７を備えるとともに、プリセット演算部３８を備える。この場合、温度センサ４ａは、偏差演算部３３の反転入力部及び微分補償演算部３４の入力部に接続する。偏差演算部３３の非反転入力部には、成形機コントローラ５１における射出ノズル１３の目標温度（温度目標値ＳＰ）が出力する出力ポートを接続する。また、偏差演算部３３の出力部は、積分補償演算部３５の入力部に接続するとともに、積分補償演算部３５の出力部は、偏差演算部３６の非反転入力部に接続する。さらに、偏差演算部３６の反転入力部には、微分補償演算部３４の出力部を接続するとともに、偏差演算部３６の出力部は比例補償演算部３７の入力部に接続する。

一方、プリセット演算部３８の入力部及び成形機コントローラ５１には、ノズル検出センサ１６をそれぞれ接続するとともに、プリセット演算部３８の出力部は積分補償演算部３５に接続する。そして、比例補償演算部３７の出力部は、操作処理部４１の入力部に接続するとともに、操作処理部４１の出力部はサイリスタ（ＳＳＲ）４２の制御入力部に接続する。ＳＳＲ４２の入力部には、交流電力Ｐａｃの供給源である交流電源を接続するとともに、ＳＳＲ４２の出力部はヒータ３ａに接続する。

次に、このように構成する射出成形機Ｍを用いた本実施形態に係る温度制御方法について、図２〜図６を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。

今、図２に示すように、射出装置Ｍｉは、射出装置進退移動機構２１により後退移動し、射出ノズル１３の先端が金型１２から離れたノズルバック位置Ｘｒにあり、この状態でパージ処理が行われている場合を想定する。なお、金型１２の温度は３０〔℃〕、射出ノズル１３の温度は３１０〔℃〕、加熱筒１１内の樹脂温度は３５０〔℃〕であり、温度制御は正常に行われているものとする。

温度制御において、射出ノズル１３の温度は温度センサ４ａにより検出され、検出された温度（温度検出値ＰＶ_n〔℃〕）は温調部３１に取込まれる（ステップＳ１）。そして、取込まれた温度検出値ＰＶ_nは、偏差演算部３３の反転入力部に付与される。一方、偏差演算部３３の非反転入力部には成形機コントローラ５１から射出ノズル１３に対する目標温度（温度目標値ＳＰ〔℃〕）が付与されるため、偏差演算部３３では、［数１］に基づく演算により温度目標値ＳＰと温度検出値ＰＶ_nの偏差ｅ_n〔℃〕が得られる（ステップＳ２）。

パージ処理は、ノズルバック位置Ｘｒにおいてノズルタッチ処理（動作）の前に行われるため、図１中、ステップ群Ｓｘは行われず、ステップＳ６からＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける通常のＰＩ−Ｄ補償処理が行われる。即ち、［数２］に基づく演算により操作量ｙ_nが求められるとともに、［数３］に基づく演算により、操作量ｙ_nが通電率Ｏ_nに変換される（ステップＳ６）。この通電率Ｏ_nは、図３における比例補償演算部３７の出力として得られる。なお、［数２］において、Ｋｐは比例帯〔℃〕、Ｔｉは積分時間〔秒〕、Ｔｄは微分時間〔℃〕である。また、［数３］において、ＭＲはマニュアルリセット（ＰＶ＝ＳＰでの通電率）である。

したがって、具体的には、図３に示すように、上述した偏差ｅ_nは積分補償演算部３５に付与されるとともに、さらに、温度検出値ＰＶ_nは微分補償演算部３４にも付与される。一方、微分補償演算部３４は、［数２］における微分項を演算処理する機能を備えるとともに、積分補償演算部３５は、［数２］における偏差ｅ_nを含む積分項を演算処理する機能を備え、また、比例補償演算部３７は、［数２］における比例項（１／Ｋｐ）を演算処理する機能及び［数３］を演算する機能を備え、以上のＰＩＤ処理系Ｃｆｓを経て比例補償演算部３７の出力には通電率Ｏ_nが得られる。

この際、通電率Ｏ_nが０よりも小さい場合には通電率Ｏ_nが０となり（ステップＳ７，Ｓ８）。他方、通電率Ｏ_nが１００よりも大きい場合には通電率Ｏ_nは１００となる（ステップＳ９，Ｓ１０）。これらのリミッタ処理は操作処理部４１で行われる。さらに、操作処理部４１では基本パルスに対して通電率Ｏ_nに基づくパルス幅変調（ＰＷＭ）が行われ、パルス幅変調された制御パルスＤｐはＳＳＲ４２の制御入力部に付与される。これにより、時間比例制御が行われ、制御パルスＤｐのパルス幅に比例した電力がヒータ３ａに供給される（ステップＳ１１，Ｓ１２）。なお、基本パルスの周期はΔｔ（例えば、０．５〔秒〕）である。このように、通電率Ｏ_nに基づく制御を、時間比例制御により行えば、制御の容易化及び確実化を図れるため、制御の安定化及びコスト面において有利な実施を実現できる利点がある。

図６は、ヒータ３ａの通電波形を示す。ＳＳＲ４２には交流電力Ｐａｃが付与されているため、図６において、例えば、通電率Ｏ_nが１００〔％〕となる制御パルスＤｐが付与されれば、（ａ）に示すように、交流電力Ｐａｃがそのまま出力して通電停止時間（Δｔ−ｔｓ（ｔｓは通電時間））は０となる。また、通電率Ｏ_nが５０〔％〕となる制御パルスＤｐが付与されれば、（ｂ）に示すように、交流電力Ｐａｃの半波の前半（又は後半）が通電停止時間（Δｔ−ｔｓ）となり、後半（又は前半）のみの交流電力Ｐａｃが出力する。さらに、通電率Ｏ_nが０〔％〕となる制御パルスＤｐが付与されれば、（ｃ）に示すように、通電停止時間（Δｔ−ｔｓ）は０となり、交流電力Ｐａｃは供給されない。このような時間比例制御は、制御パルスＤｐに対応して０〜１００〔％〕の間で連続的に行われ、例示の場合、Δｔ（０．５〔秒〕程度）間隔で繰り返されることにより、温度検出値ＰＶ_nが温度目標値ＳＰになるようにフィードバック制御される（ステップＳ１３，Ｓ１…）。

次に、パージ処理が終了した場合について説明する。パージ処理の終了によりノズルタッチ処理（動作）に移行する。ノズルタッチ処理では、成形機コントローラ５１により射出装置進退移動機構２１が制御され、射出装置Ｍｉが前進移動する。そして、図３に示すように、射出ノズル１３の先端が金型１２に当接するノズルタッチ位置Ｘｔに達すれば、ノズル検出センサ１６により検出され、ノズルタッチ信号Ｓｔが成形機コントローラ５１及びプリセット演算部３８に付与される。ノズルタッチは、射出ノズル１３（被加熱部位２ａ）に温度変動を来す特定の処理として設定されるため、ノズルタッチ信号Ｓｔが成形機コントローラ５１及びプリセット演算部３８に付与されることにより、ステップ群Ｓｘ（ステップＳ３〜Ｓ５）の処理が行われる。

なお、ステップ群Ｓｘを行う理由は次のとおりである。パージ処理では、加熱筒１１内の溶融樹脂が射出ノズル１３から外部に排出されるが、この際、樹脂温度は３５０〔℃〕のため、パージ処理を行った直後における射出ノズル１３の温度は、本来の３１０〔℃〕から３２０〜３３０〔℃〕程度まで一時的に上昇する。さらに、パージ処理が終了した場合、無用な中断時間を回避するため、通常、速やかにノズルタッチ処理（動作）に移行する。したがって、ノズルタッチが行われた場合、射出ノズル１３は、温度の低い（３０〔℃〕程度）金型１２に熱を奪われ、射出ノズル１３の温度が低下する。図４のＱｒがこのときの温度変化を示している。一方、射出ノズル１３の目標温度（温度目標値ＳＰ）は３１０〔℃〕のため、射出ノズル１３の温度が低下したとしても、パージ処理により上昇した３２０〜３３０〔℃〕からの低下のため、偏差ｅ_nは発生せず、フィードバック制御系Ｃｆにおける加熱動作は行われない。即ち、ヒータ３ａに対する通電率Ｏ_nは０を維持し、射出ノズル１３の温度が３１０〔℃〕よりも下がった時点から加熱動作が開始することになる。図５のＷｒがこの状態を示している。

このように、通常のフィードバック制御では、初期段階における加熱動作が行われない事態が生じるため、図４のＱｒで示すように、射出ノズル１３の温度（温度検出値ＰＶ_n）は、正常温度の３１０〔℃〕よりも低下した温度が暫く継続することになる。例示の場合、３１０〔℃〕よりも４〔℃〕程度低下した３０６〔℃〕の温度が暫く継続することになり、この結果、樹脂温度を低下させる要因として直接影響し、特に、複雑な成形品やメディアディスク（ＣＤ等）のように薄い成形品等の場合には、早期固化及び充填不足等の成形不良や成形品質の低下を招いてしまう。

そこで、本実施形態に係る温度制御方法では、ヒータ３ａの通電率Ｏ_nを所定の大きさにするためのＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける積分項Σｅｐを演算処理により求め、求めた積分項Σｅｐを直ちにＰＩＤ補償系Ｃｆｓにプリセットするようにした。プリセットのタイミングは、ステップＳ２とステップＳ６の間、即ち、上述した偏差ｅ_nを求めた後、通電率Ｏ_nを演算する前に行う。

以下、具体的な演算処理について説明する。今、任意の制御周期ｎ番において、確保したい大きさの通電率Ｏｐを得る操作量ｙｐは、〔数３〕から〔数４〕として得られるため、〔数２〕を、積分項を演算する数式に並び替えることにより当該〔数４〕を適用すれば、〔数５〕が得られる。

したがって、初期段階において、例えば、９０〔％〕の通電率を確保したい場合には、通電率Ｏｐに９０〔％〕を選択すればよい。この場合、選択する通電率Ｏｐの大きさは、定格通電率の８０〜１５０〔％〕の範囲から設定することが望ましい。なお、１５０〔％〕は現実にはありえない大きさとなるが、１５０〔％〕を用いることにより、最大通電率を確実に確保できるメリットがある。このように、通電率Ｏｐを定格通電率の８０〜１５０〔％〕の範囲に選定すれば、ノズルタッチ等の温度変動を来す特定の処理が行われた場合であっても、直ちに定格通電率の８０〔％〕〜最大通電率を確保できるため、温度制御に対する高い安定性及び精度を確保できることに加え、その最適化を図ることができる。この場合、通電率Ｏｐの設定は、予め工場出荷時に行ってもよいし、ユーザーが金型１２と射出ノズル１３の温度差等を考慮して任意の大きさが設定できるように生産を行う際に設定してもよい。

一方、実際の演算処理は次のように行われる。まず、上述したノズルタッチが行われれば、プリセット演算部３８は、〔数５〕に基づいて直ちにプリセットするための積分項Σｅｐを演算処理する（ステップＳ３，Ｓ４）。そして、演算処理が終了したなら、得られた積分項ΣｅｐによりＰＩＤ処理系Ｃｆｓにおける積分補償演算部３５を直ちにプリセットする（ステップＳ５）。これにより、通電率Ｏｐの大きさとして９０〔％〕を選択した場合、制御周期ｎ番の初期段階における通電率Ｏ_nは、０ではなく選択した９０〔％〕を確保できる。図４のＱｉは、このようなプリセット処理を行った場合における射出ノズル１３の温度変化を示すとともに、図５のＷｉは、そのときの通電率Ｏ_nの変化を示す。

このようなプリセット処理を行うことにより、図５のＷｉから明らかなように、初期段階において通電率Ｏ_nが０になる期間の発生は回避される。また、射出ノズル１３の温度低下は、プリセット処理を行わない場合には、図４のＱｒのように、正常温度である３１０〔℃〕から３０６〔℃〕までの４〔℃〕程度の低下を招いてしまうが、プリセット処理を行うことにより、図４のＱｉのように、３０８〜３０９〔℃〕までの１〜２〔℃〕程度の低下に抑えられる。

よって、このような本実施形態に係る温度制御方法によれば、射出ノズル１３（被加熱部位２ａ）に温度変動を来す特定の処理、即ち、ノズルタッチが行われたことを検出することにより、ヒータ３ａの通電率Ｏ_nを所定の大きさにするためのＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける積分項Σｅｐを演算処理により求め、求めた積分項Σｅｐを直ちにＰＩＤ補償系Ｃｆｓにプリセットするようにしたため、温度変動を来す特定の処理（ノズルタッチ処理）が行われた場合であっても、温度制御に対する連続性を確保しつつ、直ちに目的の通電率を確保でき、アンダーシュート等の無用な温度変動を低減して、温度制御に対する高い安定性及び精度を実現できるとともに、樹脂温度に対する悪影響を回避して不良品の低減及び成形品質の向上に寄与できる。

特に、例示の場合、被加熱部位２ａを、加熱筒１１の先端に設けて金型１２に樹脂を充填する射出ノズル１３に適用したため、射出ノズル１３に係わる温度制御を最適化でき、これにより、射出ノズル１３内における樹脂温度の安定化を図ることができる。また、特定の処理を、成形開始時に行う射出ノズル１３が金型１２に当接するノズルタッチ処理に適用したため、ノズルタッチ処理時に発生する無用な温度変動、特に、射出ノズル１３の温度低下を防止でき、これにより、金型１２内における樹脂の早期固化や未充填に係わるトラブルを回避できる。

次に、本発明の変更実施形態に係る温度制御方法について、図７及び図２を参照して説明する。

図７は、変更実施形態に係る温度制御方法による動作の一部を抽出したフローチャートを示す。即ち、図１におけるステップＳ３〜ステップＳ５に対応するステップを抽出して示す。変更実施形態に係る温度制御方法は、射出ノズル１３（被加熱部位２ａ）のノズルタッチを検出したなら、上述した積分項のプリセット処理を行う直前に、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓにおける積分ゲインを、ノズルタッチの検出時（通常時）における積分ゲインよりも大きい一時設定値に変更するとともに、この一時設定値への変更と同時に計時を開始する（ステップＳ１４）。そして、所定の設定時間が経過したなら、一時設定値の変更を解除するようにしたものである（ステップＳ１５，Ｓ１６）。

この場合、図７のステップ群Ｓｙ（ステップＳ１４〜Ｓ１６）は、図１のステップ群Ｓｘと同時に行うが、積分ゲインを一時設定値に変更するタイミングは、積分項のプリセット処理を行う直前となるように設定する。なお、ステップ群Ｓｘ（ステップＳ３〜Ｓ５）の処理は変更しない。また、一時設定値には、ノズルタッチの検出時（通常時）における積分ゲインより大きくすることを条件とするが、設定し得る最大の積分ゲインを選択することが望ましい。さらに、一時設定値を設定して使用する設定時間としては、３０〔秒〕程度が望ましい。

よって、このようなステップ群Ｓｙに係わる処理を積分項Σｅｐのプリセット処理と同時に行うことにより、ノズルタッチが行われた際における温度制御の最適化により、アンダーシュート等の無用な温度変動をより低減又は回避することができる。図４のＱｅが積分ゲインの一時設定値を用いた場合の射出ノズル１３の温度変化を示す。図４のＱｅから明らかなように、上述したＱｉよりも、さらに温度低下を抑制することができ、初期段階においても正常温度となる３１０〔℃〕を下回ることがない。また、図５のＷｅが積分ゲインの一時設定値を用いた場合の通電率の変化を示す。図５のＷｅから明らかなように、初期段階において通電率が０になる期間の発生が回避されることに加え、上述したＷｉよりも、さらに無用な変動が抑制される。

一方、他の変更実施形態としては、図２に示すように、被加熱部位２ｂを、成形材料を供給するホッパー１４を取付けた加熱筒１１の後部１５に適用してもよい。この場合、基本的な処理（動作）は、上述した射出ノズル１３に対する処理（動作）に準じて実施できる。このように、被加熱部位２ｂとして加熱筒１１の後部１５を適用すれば、成形材料が加熱筒１１の内部に供給される際に発生する無用な温度変動、特に、加熱筒１１の後部の熱不足を防止できるため、加熱筒１１内における固体材料の可塑化に対する悪影響を回避できる利点がある。

他方、他の変更実施形態としては、特定の処理を、成形終了時に行う射出ノズル１３が金型１２から離間するノズルバック処理に適用してもよい。このように、ノズルバック処理に適用すれば、ノズルバック処理時に発生する無用な温度変動を防止できるため、ノズルバック処理時における射出ノズル１３内の樹脂温度の安定化を図れることができる。また、ノズルバック処理時には、射出ノズル１３を加熱する目標温度を成形時の目標温度よりも高く設定するとともに、加熱筒１１の後部１５を加熱する目標温度を成形時の目標温度よりも低く設定することが望ましい。このように、目標温度を変更して設定すれば、後続の処理（再度のノズルタッチ処理等）をより円滑に行うことができ、材料供給停止による加熱筒１１後部１５の成形材料の滞留に伴う可塑化に対する悪影響を回避して不良品の低減及び成形品質の向上に寄与できる利点がある。

以上、好適実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、射出成形機Ｍとして油圧式の射出成形機を例示したが電動式の射出成形機であってもよい。また、積分項を求めるための通電率に対する所定の大きさは、定格通電率の８０〜１５０〔％〕の範囲に選定することが望ましいが、この範囲に限定されるものではない。さらに、ＰＩＤ補償系Ｃｆｓに、微分先行形により構成したＰＩＤ補償系を用いる場合を示したが、必要により他の形式のＰＩＤ補償系を用いてもよい。一方、通電率に基づく制御として、時間比例制御を行う場合を示したが、サイリスタ位相制御であっても同様に実施できる。なお、特定の処理が行われたことを検出するとは、例示のようにセンサにより直接検出することはもちろんのこと、特定の処理が行われたことにより生じる他の信号を流用するなど、特定の処理が行われたことを知る各種手法が含まれる。

本発明に係る温度制御方法は、ヒータにより加熱する被加熱部位を有する各種射出成形機に利用できる。

２ａ：被加熱部位，２ｂ：被加熱部位，３ａ：ヒータ，３ｂ：ヒータ，４ａ…：温度センサ，１１：加熱筒，１２：金型，１３：射出ノズル，１４：ホッパー，１５：加熱筒の後部，Ｍ：射出成形機，Ｃｆ：フィードバック制御系，Ｃｆｓ：ＰＩＤ補償系

Claims (10)

1. 被加熱部位をヒータにより加熱するとともに、前記被加熱部位の温度を温度センサにより検出し、検出温度が予め設定した目標温度となるように、ＰＩＤ補償系を含むフィードバック制御系により温度制御を行う射出成形機の温度制御方法において、前記被加熱部位に温度変動を来す特定の処理が行われたことを検出したなら、少なくとも、前記ヒータの通電率を所定の大きさにするための前記ＰＩＤ補償系における積分項を演算処理により求め、求めた積分項を直ちに前記ＰＩＤ補償系にプリセットすることを特徴とする射出成形機の温度制御方法。
2. 前記被加熱部位は、加熱筒の先端に設けて金型に樹脂を充填する射出ノズルであることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の温度制御方法。
3. 前記特定の処理は、成形開始時に行う前記射出ノズルを前記金型に当接させるノズルタッチ処理であることを特徴とする請求項２記載の射出成形機の温度制御方法。
4. 前記特定の処理は、成形終了時に行う前記射出ノズルを前記金型から離間させるノズルバック処理であることを特徴とする請求項２記載の射出成形機の温度制御方法。
5. 前記前記ノズルバック処理時には、少なくとも前記射出ノズルを加熱する目標温度を成形時の目標温度よりも高く設定することを特徴とする請求項４記載の射出成形機の温度制御方法。
6. 前記被加熱部位は、成形材料を供給するホッパーを取付けた加熱筒の後部であることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の温度制御方法。
7. 前記特定の処理が行われたことの検出により積分項を求めるための通電率に対する所定の大きさは、定格通電率の８０〜１５０〔％〕の範囲に選定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の射出成形機の温度制御方法。
8. 前記積分項をプリセットする直前に、前記ＰＩＤ補償系における積分ゲインを、前記特定の処理が行われたことを検出した際における積分ゲインよりも大きい一時設定値に変更し、所定の設定時間が経過したなら、前記一時設定値の変更を解除することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の射出成形機の温度制御方法。
9. 前記ＰＩＤ補償系は、微分先行形により構成したＰＩＤ補償系を用いることを特徴とする請求項１又は８記載の射出成形機の温度制御方法。
10. 前記通電率に基づく制御は、時間比例制御又はサイリスタ位相制御により行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の射出成形機の温度制御方法。

Images