JP2012086410A - 成形機のバレルの温度制御方法と温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シフト動作終了時点でバレルを設定温度に保つことができる成形機の温度制御装置を提供する。
【解決手段】温度制御部５０は、バレル２０が設定温度に保たれるようヒータ２４を制御する手段と、バレル２０が前記設定温度よりも低いシフトマイナス温度となるようヒータ２４を制御する手段とを有している。またこの温度制御部５０は、シフト動作中のバレル温度と前記設定温度との差およびバレルの昇温勾配に基いて、前記バレル温度から前記設定温度まで加熱するのに必要な昇温時間を求める手段を有している。シフト終了予定時刻から前記昇温時間を差し引いた昇温開始時刻に達したとき、ヒータ２４によるバレル２０の昇温が開始される。
【選択図】図３

Description

本発明は、射出成形機等の成形機に適用されるバレルの温度制御方法と温度制御装置に関する。

射出成形機のように金型を使用する成形機は、制御部に組込まれたシーケンスプログラムに基いて、型閉、射出、保圧、型開などの一連のサイクルを所定の順序で繰返すことにより、成形品を能率良く製造するように構成されている。このような成形機では、成形品に使用される材料がバレル内で所定の温度に加熱され、流動化した材料がバレルの先端に設けられたノズルから金型のキャビティに供給されるようになっている。前記バレルは、その軸線方向に複数に区画された加熱ゾーンを有し、各加熱ゾーンをそれぞれヒータによって加熱することにより、各加熱ゾーンが所定の温度分布となるように制御されている。

また成形機の操業を一時的に停止させる場合に、バレル内の材料の温度が過剰になることによる不具合を防ぐために、前記ヒータによる加熱温度を低下させることが行なわれている。当業界ではこのようにバレル温度を一時的に低下させることをシフト動作と称し、シフト動作を行なっている時間をシフト時間と称し、そこで低下させる温度をシフトマイナス温度と称することがある。

所定のシフト時間が経過して成形機の操業が開始されると、バレル温度が元の設定温度に戻るように、前記ヒータが前記制御部によって制御される。例えば下記の特許文献１には、成形機の操業開始時間を表示することが記載されている。また特許文献２には、バレルの各加熱ゾーンを一律のシフトマイナス温度等に低下させることが記載されている。

特開平７−２４１８９５号公報 特開２００６−３０５７７７号公報

従来は、前記シフト時間が終了した時点でヒータによってバレルを設定温度まで上昇させているため、シフト時間が終了したのちしばらくの間はバレルが設定温度に達せず、その間は成形作業に移れないという問題がある。そこで、操業開始時刻に合わせて予めシフト終了時刻前からヒータによる加熱を開始することも行なわれるが、バレル周囲の環境温度にばらつきがあることに加えて、成形機ごとにバレルが設定温度に達するまでの時間に相違があるなど、熟練した作業者でもバレルが設定温度に達するまでの時間を正確に予測することが難しい。予測を誤ると余計な待ち時間が生じたり、あるいは設定温度に達するまでの時間が早すぎて熱エネルギーが無駄に消費されるだけでなく、バレル内の材料に悪影響が生じるおそれがあった。

従って本発明の目的は、シフト終了時間に合わせてバレルを設定温度に昇温させることができるような温度制御方法と温度制御装置を提供することにある。

本発明の温度制御方法は、バレルをヒータによって加熱したときの該バレルの昇温勾配を求めること（例えば図３中のステップＳ１）、前記バレルが設定温度に保たれるよう前記ヒータを制御すること、前記バレルが前記設定温度よりも低いシフトマイナス温度となるよう前記ヒータを制御してシフト動作をなすこと、前記シフト動作中のバレル温度と前記設定温度との差および前記昇温勾配に基いて前記バレル温度から前記設定温度まで加熱するのに必要な昇温時間を求めること（例えば図３中のステップＳ７）、シフト終了予定時刻から前記昇温時間を差し引いた昇温開始時刻に達したとき前記ヒータによる前記バレルの昇温を開始すること（例えば図３中のステップＳ９）を含んでいる。

本発明の温度制御装置は、バレルの昇温勾配を求める手段（例えば図３中のステップＳ１）と、前記バレルが設定温度に保たれるよう前記ヒータを制御する手段と、前記バレルが前記設定温度よりも低いシフトマイナス温度となるよう前記ヒータを制御してシフト動作をなす手段と、前記シフト動作中のバレル温度と前記設定温度との差および前記昇温勾配に基いて、前記バレル温度から前記設定温度まで加熱するのに必要な昇温時間を求める手段（例えば図３中のステップＳ７）と、シフト終了予定時刻から前記昇温時間を差し引いた昇温開始時刻に達したとき前記ヒータによる前記バレルの昇温を開始する手段（例えば図３中のステップＳ９）とを具備している。

本発明によれば、シフト終了予定時刻に合わせてバレルを設定温度に加熱しておくことができるため、シフト終了後にバレルが設定温度まで昇温するのを待つ時間を減らす、あるいは無くすことができる。また、シフト終了時点でバレルが設定温度に達していないことによる不具合も回避できるなど、バレルの昇温を適切に行なうことができる。

本発明の第１の実施形態に係る成形機を一部断面で示す正面図。 図１に示された成形機の制御部等のブロック図。 図２に示された温度制御部による処理の流れの一例を示すフローチャート。 図２に示された温度制御部によるバレルの温度履歴の一例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る温度制御部によるバレルの温度履歴を示す図。

以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、成形機の一例である電動式の射出成形機１０を示している。これ以降、射出成形機１０を単に成形機１０と称する。この成形機１０は、基体（ボディ）としてのフレーム１１と、フレーム１１上に配置された射出装置１２および型締装置１３と、成形動作および型締動作等を制御するためのコンピュータプログラムとメモリ等が組込まれた制御部１４と、ヒューマンマシン・インタフェース部として機能する入力部１５などを備えている。

射出装置１２の一例は、バレル２０と、バレル２０の内部に回転および前進後退可能に設けられたスクリュー２１と、スクリュー２１を回転させる回転機構２２と、スクリュー２１を軸線方向に移動させるための移動機構２３と、バレル２０を加熱するためのヒータ２４と、バレル２０の温度を検出する温度センサ２５などを備えている。

ヒータ２４の一例は、バレル２０の軸線方向に区画された複数の加熱ゾーン（加熱区間）ごとに配置された複数のヒータ要素２４ａ，２４ｂ，２４ｃによって構成され、これらヒータ要素２４ａ，２４ｂ，２４ｃの発熱量を制御部１４によって制御することにより、前記各加熱ゾーンを所望の温度分布となるように加熱する。温度センサ２５の一例は、バレル２０の前記各加熱ゾーンごとの温度を検出する複数のセンサ要素２５ａ，２５ｂ，２５ｃによって構成され、バレル２０の前記各加熱ゾーンの温度を検出し、制御部１４に入力するようになっている。

射出装置１２はフレーム１１上に設けられたレール２６に沿って前進および後退可能である。バレル２０の先端にノズル２７が設けられている。ノズル２７の前方に型締装置１３が設けられている。

型締装置１３は、フレーム１１側に固定された固定ダイプレート３０と、固定ダイプレート３０に対して相対移動可能な可動ダイプレート３１と、支持盤として機能するリンクハウジング３２と、可動ダイプレート３１を前進後退させる駆動機構３３などを含んでいる。固定ダイプレート３０に固定型３５ａが取付けられ、可動ダイプレート３１に可動型３５ｂが取付けられている。固定型３５ａと可動型３５ｂとが合わさることにより、金型３５の内部に成形品のためのキャビティ３５ｃが形成される。

射出装置１２は制御部１４によってシーケンス制御され、固定ダイプレート３０の成形材料注入口３０ａにノズル２７を圧接させたのち、バレル２０内で溶融された材料を金型３５のキャビティ３５ｃに向けてノズル２７から射出する。また型締装置１３によって可動ダイプレート３１を前進あるいは後退させることにより、固定型３５ａに対する可動型３５ｂの開閉動作がなされる。すなわち制御部１４に記憶されたシーケンスプログラムに基いて、型閉、射出、保圧、型開などの一連の動作からなる成形サイクルが所定の順序で繰返されるようになっている。

図２は、制御部１４と入力部１５等のブロック図を示している。制御部１４は、主制御部４０と、シーケンス処理部４１と、サーボ制御部４２などを含んでいる。主制御部４０のＲＯＭには、成形機１０を所定のシーケンスで作動させるためのシーケンスプログラムが組込まれており、このシーケンスプログラムに基いて、射出装置１２や型締装置１３、成形品取出し機構（図示せず）等のための信号が所定の順序で出力され、成形サイクルが繰返されるようになっている。サーボ制御部４２は、射出装置１２のサーボモータ４３等を制御する機能を有している。入力部１５には、タッチパネル付き表示部１５ａと、入力操作キー１５ｂなどが配置されている。

制御部１４は温度制御部５０を含んでいる。温度制御部５０は、ヒータ制御部５１を介してヒータ２４の制御をなすとともに、温度センサ２５によって検出されたバレル２０の実際の温度（実温）が温度制御部５０に入力されるようになっている。またこの温度制御部５０には、シフト開始判定部５５と、昇温開始判定部５６と、記憶部６０などが設けられている。記憶部６０は、目標温度設定メモリ６１と、シフトマイナス温度設定メモリ６２と、シフト時間設定メモリ６３と、昇温勾配メモリ６４などを含んでいる。

温度制御部５０は、バレル２０が設定温度Ｔ１に保たれるようヒータ２４を制御する機能と、バレル２０が設定温度Ｔ１よりも低いシフトマイナス温度Ｔ２となるようにヒータ２４に供給する電力を制御する機能を有している。これらヒータ２４と、温度センサ２５と、温度制御部５０と、記憶部６０などによって、本実施形態に係る温度制御装置が構成されている。

設定温度Ｔ１とシフトマイナス温度Ｔ２は、それぞれ入力部１５等を介して、目標温度設定メモリ６１とシフトマイナス温度設定メモリ６２とに記憶される。シフト時間設定メモリ６３には、シフト時間ｔ_Ｘが入力される。

図３は、シフト動作（バレル２０をシフトマイナス温度Ｔ２にする制御、およびシフトマイナス温度Ｔ２から設定温度Ｔ１に戻す制御）を行なう際の処理の概略を示すフローチャートである。図４は、シフト動作が行なわれたときのバレル２０の温度履歴の一例を示している。以下に、図３と図４を参照してシフト動作の制御について説明する。

図３に示すステップＳ１において、成形機１０のバレル２０の昇温勾配を実測あるいはシュミレーションあるいは既知のデータ等によって得る。例えばヒータ２４に所定の電力を供給することによってバレル２０を加熱するとともに、温度センサ２５によってバレル２０の温度を検出することにより、加熱時間とバレル温度との関係に基いて昇温勾配を求める。得られた昇温勾配は、加熱時間とバレル温度との関係を示す数式、あるいはマップ等の形で、昇温勾配メモリ６４（図２に示す）に記憶される。

ステップＳ２においてシフト動作中か否かが判定され、シフト動作中でなければステップＳ３に進み、シフト動作中であればステップＳ５に進む。ステップＳ３ではシフト開始を指示する信号がオンになったか否かがシフト開始判定部５５によって判定され、シフト開始がオンであればステップＳ４に進み、シフト開始がオフであれば、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ４では、シフトマイナス温度Ｔ２よりも低い検出温度Ｔ３（図４に示す）と設定温度Ｔ１との差および前記昇温勾配に基いて、昇温検知時間（Ａ）が算出され、そののちステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、シフト開始からのシフト動作の残り時間、すなわちシフト残時間（Ｂ）が、昇温検知時間（Ａ）以下となったか否かが判定される。シフト残時間（Ｂ）が昇温検知時間（Ａ）以下でなければ、ステップＳ２に戻る。シフト残時間（Ｂ）が昇温検知時間（Ａ）以下であればステップＳ６に移る。

ステップＳ６では、シフト動作中のバレル温度（この実施形態ではバレルの実温）と設定温度Ｔ１との差（Ｃ）を求める。バレルの実温はシフトマイナス温度Ｔ２に近いため、シフトマイナス温度Ｔ２をバレル温度とみなすことができる場合もある。

次に、ステップＳ７において、昇温勾配と前記温度差（Ｃ）に基いて、シフトマイナス温度Ｔ２から設定温度Ｔ１まで加熱するのに必要な昇温時間（Ｄ）が算出される。
ステップＳ８において、シフト残時間（Ｂ）と昇温時間（Ｄ）とが昇温開始判定部５６において比較され、シフト残時間（Ｂ）が昇温時間（Ｄ）以下となったとき、すなわちシフト終了予定時刻ｔ_２から昇温時間（Ｄ）を差し引いた昇温開始時刻ｔ_１に達したとき、ヒータ２４によるバレル２０の昇温を開始する（ステップＳ９）。

以上説明したように本実施形態の温度制御部５０は、昇温勾配を求める手段（ステップＳ１）と、バレル２０が設定温度Ｔ１に保たれるようヒータ２４を制御する手段（ヒータ制御部５１）と、シフト動作の開始を判定するシフト開始判定部５５と、バレル２０がシフトマイナス温度Ｔ２となるようヒータ２４を制御してシフト動作をなす手段（ヒータ制御部５１）などを有している。

さらにこの温度制御部５０は、シフト動作中のバレル温度と設定温度Ｔ１との差（Ｃ）を求める手段（ステップＳ６）と、昇温勾配に基いて昇温時間（Ｄ）を求める手段（ステップＳ７）と、昇温開始時刻ｔ_１に達したときヒータ２４によるバレル２０の昇温を開始する手段（ステップＳ８，Ｓ９および昇温開始判定部５６）などを具備している。

また本実施形態の温度制御部５０は、図４に示すように、設定温度Ｔ１と検出温度Ｔ３との差および昇温勾配に基いて昇温検知時間（Ａ）を算出する手段（ステップＳ４）と、昇温検知時間（Ａ）中に検出されたバレル２０の実温と設定温度Ｔ１との差に基いて昇温開始時刻ｔ_１を算出する手段（ステップＳ８）を具備している。

このように構成された本実施形態によれば、シフト終了予定時刻ｔ_２に合わせてバレル温度を設定温度Ｔ１にしておくことができるため、シフト終了後にバレル温度が設定温度Ｔ１に達するのを待つ時間をなくすことができる。なお、図４に線分ｍ_１で示す従来例のように、シフト終了時から昇温を開始すると、シフト終了時点から設定温度Ｔ１に達するまでに待ち時間ｔ_３が必要となる。しかるに本実施形態によれば、このような待ち時間ｔ_３が生じることを抑制できるものである。

また本実施形態によれば、シフト終了予定時刻ｔ_２に合わせてバレル温度を設定温度Ｔ１にしておくことができるため、バレルを無駄に加熱することを防止でき、熱エネルギーのための電力が余分に使われることを回避できるとともに、バレルが高温になり過ぎることによる樹脂焼け等の問題も防止できる。

なお、シフトマイナス温度Ｔ２と設定温度Ｔ１との差および昇温勾配に基いて昇温時間（Ｄ）を算出すると、何らかの原因（例えば空調による環境温度の変化等）によりバレルの実温がシフトマイナス温度Ｔ２よりも低くなっているとき、算出された昇温時間（Ｄ）が実際に必要な昇温時間よりも短かくなってしまい、その結果、図４に線分ｍ_２で示すように昇温開始時期が遅れてしまうことにより、シフト終了時点でバレルの温度が設定温度Ｔ１に達しない可能性がある。

これに対し本実施形態では、シフトマイナス温度Ｔ２よりも低い検出温度Ｔ３と設定温度Ｔ１の差および昇温勾配に基いて昇温検知時間（Ａ）が算出され、昇温検知時間（Ａ）中に検出されたバレルの実温と設定温度Ｔ１との差に基いて昇温開始時刻ｔ_１が算出される。この構成によれば、何らかの理由によりバレルの実温がシフトマイナス温度Ｔ２よりも下がっていても、昇温開始時刻ｔ_１が遅れることを回避できるため、シフト終了時点でバレルを設定温度Ｔ１まで確実に昇温させておくことができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るカレンダ制御の温度履歴を示している。この第２の実施形態では、カレンダタイマによるヒータ制御が行なわれる。この場合、成形機の操業開始時刻に合わせてカレンダタイマのオン時刻（カレンダオン時刻ｔ_４）がセットされ、カレンダオン時刻ｔ_４から昇温時間（Ｄ）を差し引いた昇温開始時刻ｔ_１に達したときに、昇温が開始される。それ以外の構成と作用は前記第１の実施形態と同様である。この第２の実施形態の場合も、前記第１の実施形態と同様に、カレンダオン時刻ｔ_４でバレルを設定温度Ｔ１にしておくことができるため、バレルを加熱し過ぎたり、待ち時間ｔ_３が生じたりすることを抑制できる。

なお本発明を実施するに当たって、成形機の具体的な構成をはじめとして、温度制御方法と温度制御装置を構成する種々の要素の具体的な態様を必要に応じて変更して実施できることは言うまでもない。また本発明は、射出成形機以外に、ヒータによって加熱されるバレルを有する成形機であれば同様に適用することができる。

１０…成形機
１４…制御部
１５…入力部
２０…バレル
２４…ヒータ
２５…温度センサ
５０…温度制御部
６０…記憶部

Claims (4)

1. 成形機のバレルの温度制御方法であって、
   前記バレルをヒータによって加熱したときの該バレルの昇温勾配を求めること、
   前記バレルが設定温度に保たれるよう前記ヒータを制御すること、
   前記バレルが前記設定温度よりも低いシフトマイナス温度となるよう前記ヒータを制御してシフト動作をなすこと、
   前記シフト動作中のバレル温度と前記設定温度との差および前記昇温勾配に基いて、前記バレル温度から前記設定温度まで加熱するのに必要な昇温時間を求めること、
   シフト終了予定時刻から前記昇温時間を差し引いた昇温開始時刻に達したとき前記ヒータによる前記バレルの昇温を開始すること、
   を具備したことを特徴とする成形機のバレルの温度制御方法。
2. 前記シフトマイナス温度よりも低い検出温度と前記設定温度との差および前記昇温勾配に基いて昇温検知時間を算出し、この昇温検知時間中に検出された前記バレルの実温と前記設定温度との差に基いて前記昇温開始時刻を算出することを特徴とする請求項１に記載の成形機のバレルの温度制御方法。
3. 成形機のバレルの温度制御装置であって、
   前記バレルをヒータによって加熱したときの該バレルの昇温勾配を求める手段と、
   前記バレルが設定温度に保たれるよう前記ヒータを制御する手段と、
   前記バレルが前記設定温度よりも低いシフトマイナス温度となるよう前記ヒータを制御してシフト動作をなす手段と、
   前記シフト動作中のバレル温度と前記設定温度との差および前記昇温勾配に基いて、前記バレル温度から前記設定温度まで加熱するのに必要な昇温時間を求める手段と、
   シフト終了予定時刻から前記昇温時間を差し引いた昇温開始時刻に達したとき前記ヒータによる前記バレルの昇温を開始する手段と、
   を具備したことを特徴とする成形機のバレルの温度制御装置。
4. 前記シフトマイナス温度よりも低い検出温度と前記設定温度との差および前記昇温勾配に基いて昇温検知時間を算出し、この昇温検知時間中に検出された前記バレルの実温と前記設定温度との差に基いて前記昇温開始時刻を算出する手段を具備したことを特徴とする請求項３に記載の成形機のバレルの温度制御装置。

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