JP2013180491A - Heating device, injection molding machine and method of controlling heater - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a temperature control technique for an injection material in an injection molding machine.
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)。 In injection molding, the quality of a molded product depends greatly on the molten state (fluidity) of the injection material. For this reason, temperature control of the injection material existing in the injection cylinder is important. The injection material is heated by a heater provided on the outer periphery of the injection cylinder. The temperature control of the injection material is performed by driving control of the heater (for example, Patent Document 1).
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。 Since the heater is provided on the outer periphery of the injection cylinder, the heat generated by the heater is conducted to the injection material through the wall of the injection cylinder. For this reason, there is a time lag until the temperature of the heater matches the temperature of the injection material. As a result, the temperature of the injection material may fluctuate with respect to the target temperature, or it may take too much time to reach the target temperature.
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。 An object of the present invention is to improve the followability of the temperature of an injection material with respect to a target temperature.
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。 According to the present invention, a heater provided on the outer periphery of the injection cylinder for heating the injection material in the injection cylinder through the wall of the injection cylinder, and a temperature sensor for detecting the temperature of the injection material in the injection cylinder And a control means for controlling the driving of the heater, the control means adds an adjustment value according to the difference between the target temperature and the temperature detected by the temperature sensor to the target temperature of the injection material A heating device that controls the driving of the heater is provided by using the measured temperature as the target temperature of the heater.
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。 According to the present invention, the followability of the temperature of the injection material with respect to the target temperature can be improved.
<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。
<Device configuration>
FIG. 1 is an explanatory diagram of a heating apparatus A according to an embodiment of the present invention. The heating device A is a heating device for an injection molding machine including the injection cylinder 1 and is a device for heating the
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。
The injection cylinder 1 is a cylindrical member having an
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。
The heater 4 is a heating element that generates heat when energized, and is provided on the outer periphery of the injection cylinder 1. The heat generated by the heater 4 heats the
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。
The
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。
FIG. 2A is a cross-sectional view of the injection cylinder 1 showing an arrangement example of the
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。
The
<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。
<Control of heater>
The
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。
4A and 4B show the arrangement of the temperature sensor TS in the comparative example. Each of the two comparative examples has one temperature sensor TS, and in the arrangement example shown in FIG. 4A (hereinafter referred to as comparative example 1), the temperature sensor TS is arranged at a position close to the heater 4. 4B shows an example in which the temperature sensor TS is arranged at a position close to the injection material 20 (
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。
In Comparative Example 1 shown in FIG. 4A, the detection result of the temperature sensor TS is closer to the temperature of the heater 4 than the temperature of the
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。
FIG. 5A shows the rise of the detected temperature of the temperature sensor TS and the estimated temperature of the
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。
Although the temperature of the heater 4 and the
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。
The temperature of the heater 4 can be notified to the operator by displaying the temperature detected by the temperature sensor TS on the
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。
FIG. 5B shows a change in the detected temperature of the temperature sensor TS during continuous molding and the estimated temperature of the
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。
Next, in Comparative Example 2 shown in FIG. 4B, the detection result of the temperature sensor TS is closer to the temperature of the
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。
FIG. 6A shows the rising temperature of the detected temperature of the temperature sensor TS and the estimated temperature of the heater 4 from when the power is turned on until the start of molding in this case. The temperature detected by the temperature sensor TS can be regarded as the temperature of the
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。
Although the temperature of the heater 4 and the
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。
FIG. 6B shows how the detected temperature of the temperature sensor TS and the estimated temperature of the heater 4 change during continuous molding in Comparative Example 2. As described in Comparative Example 1, since a
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。
Next, the control content of this embodiment is demonstrated. In Comparative Examples 1 and 2, the target temperature of the heater 4 is set as the target temperature of the
Th = f (Tm−TM) + Tm
The adjustment value has a positive and negative value. If the detected temperature TM exceeds the target temperature Tm, the adjustment value becomes a negative value, and if not, the adjustment value becomes a positive value.
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。
The function f with the difference (Tm−TM) as a variable for determining the adjustment value is determined in advance according to the thermal responsiveness of the
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。 In order to make the heater 4 follow the target temperature Th, there are a method not using the detection result of the temperature sensor 5 (referred to as method 1) and a method using it (referred to as method 2).
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。
In the case of the method 1, for example, the relationship between the ON / OFF duty ratio of the heater 4 and the heat generation temperature of the heater 4 is examined in advance, and this relationship is stored in the
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。
3A and 3B illustrate a case where the drive control of the heater 4 is performed with f (Tm−TM) = Tm−TM. FIG. 3 (A)))) shows the rise of the detected temperature of the
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。
When the absolute value of the difference between the temperature TM of the
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。
FIG. 3B shows the rise of the detected temperature of the
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。
As described above, in this embodiment, the temperature of the
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。
In addition, control of the heater 4 of this embodiment can be performed for every heater 4. FIG. For example, it is assumed that regions R1 to R3 are virtually divided in the longitudinal direction of the injection cylinder 1 as shown in FIG. In the example of the figure, the heater 4 is provided for each region, but the
Claims (7)
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。 A heater that is provided on the outer periphery of the injection cylinder and that heats the injection material in the injection cylinder through the wall of the injection cylinder;
A temperature sensor for detecting the temperature of the injection material in the injection cylinder;
Control means for controlling the drive of the heater,
The control means includes
A heating device that controls driving of the heater by setting a temperature obtained by adding an adjustment value according to a difference between the target temperature and the temperature detected by the temperature sensor to the target temperature of the injection material as a target temperature of the heater.
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。 The adjustment value is
The heating apparatus according to claim 1, wherein the heating apparatus is a function that is determined in advance according to a thermal responsiveness of the wall portion of the injection cylinder and that uses the difference as a variable.
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。 The heater and the temperature sensor are provided for each region divided in the longitudinal direction of the injection cylinder,
The target temperature of the injection material is set for each region,
The control means includes
The heating apparatus according to claim 1, wherein driving of the heater is controlled for each region.
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。 A method for controlling a heater provided on an outer periphery of an injection cylinder and heating an injection material in the injection cylinder via a wall portion of the injection cylinder,
A detection step of detecting the temperature of the injection material in the injection cylinder;
A control step for controlling the driving of the heater by setting a temperature obtained by adding an adjustment value corresponding to a difference between the target temperature and the temperature detected in the detection step to the target temperature of the injection material;
A heater control method including:
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