JP2014100808A - ヒータの断線・劣化判定方法および射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】温度制御に悪影響を与えずに、ヒータ毎の断線や劣化状態を精度良く判定する方法を提供する。
【解決手段】
射出成形機の複数枚のヒータ（２）は、ヒータ電源（５）から給電し、個別に設けられているスイッチ（４）によって独立してＰＷＭ制御する。電流センサ（６）をヒータ電源（５）に設ける。ＰＷＭ制御の制御周期においてＯＮになっているヒータ（２）が１枚だけのタイミングにおいて、電流センサ（６）によってこのヒータ（２）のヒータ電流を得る。そしてヒータ電流が、このヒータ（２）に予め設定されている電流しきい値よりも小さいときにヒータ（２）が断線している、あるいは劣化していると判定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、射出成形機の加熱シリンダを加熱するヒータの、断線や劣化状態を判定するヒータの断線・劣化判定方法、およびそのような方法が実施される射出成形機に関するものである。

射出成形機の加熱シリンダには、複数枚のヒータが巻かれており、通電することによって加熱シリンダを加熱できるようになっている。また加熱シリンダには複数本の温度センサも設けられている。射出材料を効率よく溶融し、そして射出に適した粘度に調整するために、加熱シリンダは各位置において所望の温度になるように制御されている。具体的に説明すると、各ヒータには電流の供給をスイッチングするソリッドステートリレーあるいは電磁接触器が設けられ、コントローラからの指令によってＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。このＯＮ／ＯＦＦはＰＷＭ制御によって実施され、制御周期に対して電流を供給する通電時間の占める割合、すなわちデューティー比を調整することによってヒータへの電力供給を調整するようになっている。コントローラには温度センサからの信号が入力され、フィードバック制御によって加熱シリンダの各位置が所定の温度になるようにヒータへの電力供給が調整されている。このようなヒータは、長時間使用すると劣化して断線する。断線したら交換する必要がある。

ヒータの断線を検出する方法として、ヒータに電力を供給するヒータ回路のそれぞれに電流センサを設け、電流を常時監視する方法が周知である。電流が検出されなくなったらヒータが断線したと判断することができ、確実にヒータの断線を判断できるが、電流センサはヒータ回路毎、つまりヒータ毎に必要になる。

特開２０００−０７１３０６号公報

ヒータの断線を検出する他の方法が、本出願人によって特許文献１によって提案されている。特許文献１に記載の方法によると、電流センサは共通の電流センサを１箇所にのみ、つまりヒータへの電力の供給線にのみ設けるようにして、個々のヒータ回路には設けない。そして断線を検査するときには１枚のヒータのみに通電するようにして、共通の電流センサによって電流値を測定する。そして順次通電するヒータを切り替え、それぞれのヒータの電流値を測定する。コントローラには各ヒータの正常時に測定された電流値が記憶されており、測定した電流値を正常時の電流と比較することによって断線の有無を判断する。

従来の、ヒータ回路毎に電流センサを設ける方法も、特許文献１に記載の方法も、いずれもヒータの断線を確実に検出することができ優れてはいる。しかしながら解決すべき問題も見受けられる。具体的には従来の方法においては、全てのヒータ回路に電流センサが必要になるので射出成形機のコストが高くなってしまうという問題がある。特に大型の射出成形機においてはヒータの枚数が多いのでコスト高になる。電流センサの個数が多いと配線が複雑になる問題もあるし、それだけ電流センサが故障する頻度も高くなってしまう。特許文献１に記載の方法においては、ヒータの断線の検出は運転中、つまり温度制御中に実施することになるが、ソリッドステートリレーや電磁接触器のＯＮ／ＯＦＦを温度制御と無関係に実施することになり、制御の外乱になって温度制御に悪影響がでるという問題がある。仮にヒータの断線の検出を実施する頻度を小さくすれば、温度制御に対する影響は小さくすることができるが、このようにするとヒータの断線の発見が遅れてしまう。さらにはソリッドステートリレーや電磁接触器のＯＮ／ＯＦＦは、温度制御の目的以外でも実施することになり、その分だけ寿命に影響する。また従来の方法においても、特許文献１に記載の方法においても、検出できるのがヒータの断線のみという点にも問題が見受けられる。つまりヒータの劣化を事前に判定できないので、代替品のヒータを用意することができない。そうするとヒータが断線したときに、射出成形機の長期間の停止が避けられない。仮に全ての種類のヒータを予備で用意しておけば、断線したヒータを速やかに交換できるので長期間の運転停止は避けることができるかも知れない。しかしながら計画に無いタイミングで射出成形機を停止しなければならないことには変わりがないので、生産計画に支障が出る。また一定数のヒータの予備を必ずストックしておかなければならず不経済でもある。

本発明は、上記したような問題点を解決した、ヒータの断線・劣化判定方法および射出成形機を提供することを目的としており、具体的には、コストが小さいにも拘わらず、温度制御に悪影響を与えることなしに、ヒータ毎の断線や劣化状態を精度良く判定することができるヒータの断線・劣化判定方法および射出成形機を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、複数枚のヒータを備え、これらのヒータが共通の電源であるヒータ電源から給電されるようになっている射出成形機のヒータの断線・劣化判定方法として構成される。これらのヒータは、制御周期におけるＯＮ時間の比率であるデューティー比が個別に調整されて、個別に設けられているスイッチによって独立してＰＷＭ制御されるものとする。また電流センサはヒータ電源に設けるようにする。本発明の方法は、制御周期においてＯＮになっているヒータが１枚だけのタイミングにおいて、電流センサによってこのヒータのヒータ電流を得る。そしてヒータ電流が、このヒータに予め設定されている電流しきい値よりも小さいときにヒータが断線している、あるいは劣化していると判定する。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、制御周期におけるＯＮ時間の比率であるデューティー比が個別に調整されて、個別に設けられているスイッチによって独立してＰＷＭ制御される複数枚のヒータが、共通のヒータ電源から給電されるようになっている射出成形機において、前記制御周期においてＯＮになっているヒータが１枚だけのタイミングにおいて、前記ヒータ電源において電流を測定してヒータ電流を得、前記ヒータに設定されている電流しきい値と前記ヒータ電流とを比較して前記ヒータの断線・劣化を判定することを特徴とする射出成形機のヒータの断線・劣化判定方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記ＰＷＭ制御は前半ＯＮ型制御と後半ＯＮ型制御の２種類からなり、前記前半ＯＮ型制御は、前記制御周期の開始時にＯＮし、そして前記デューティー比に相当するＯＮ時間後にＯＦＦするように制御し、前記後半ＯＮ型制御は、前記制御周期の開始時にＯＦＦし、そして所定のタイミングでＯＮして前記制御周期の終了時に前記デューティー比に相当するＯＮ時間が得られるように制御し、前記複数枚のヒータのうち１枚のヒータは前記前半ＯＮ型制御と前記後半ＯＮ型制御のうちの一方の制御を実施し、そして他のヒータは他方の制御を実施し、それによって前記制御周期において前記１枚のヒータのみがＯＮになるタイミングを設け、ヒータの断線・劣化を判定することを特徴とする射出成形機のヒータの断線・劣化判定方法。
請求項３に記載の発明は、ヒータ電源から給電されてＰＷＭ制御によって所定のデューティー比で電流がＯＮ／ＯＦＦされる複数枚のヒータと、前記ヒータ電源に設けられている電流センサとを備え、請求項１または２に記載のヒータの断線・劣化判定方法が実施されることを特徴とする射出成形機として構成される。

以上のように、本願発明によると、制御周期におけるＯＮ時間の比率であるデューティー比が個別に調整されて、個別に設けられているスイッチによって独立してＰＷＭ制御される複数枚のヒータが、共通のヒータ電源から給電されるようになっている射出成形機の、ヒータの断線・劣化判定方法として構成されている。すなわち一般的なＰＷＭ制御が実施される射出成形機を対象とし、実質的に全ての射出成形機が対象になる。そして本願発明によると、制御周期においてＯＮになっているヒータが１枚だけのタイミングにおいて、ヒータ電源において電流を測定してヒータ電流を得、ヒータに設定されている電流しきい値とヒータ電流とを比較してヒータの断線・劣化を判定するので、少なくとも３つの効果が得られる。第１の効果は、電流をヒータ電源において測定すればいいので電流センサを共通化できる点である。従って、コストを小さくすることができる。第２の効果は、ヒータ電流を電流しきい値と比較するだけなので判定基準がシンプルである点である。つまり電流しきい値より小さい場合には断線している、あるいは劣化していると判定することができる。そして第３の効果はＰＷＭ制御を妨げることなく、判定できる点である。つまりＰＷＭ制御の制御周期の中でＯＮになっているヒータが１枚だけのタイミングを見つけ、このヒータについて判定するようにするのでＰＷＭ制御の外乱にはならない。これによって温度制御に影響を与えない。ところでこの方法においては制御周期において１枚だけＯＮになっているヒータが判定の対象になっているので、ヒータによっては判定の対象にならない場合もあり得る。しかしながら、劣化が進んだヒータは、徐々に抵抗値が大きくなってヒータ電流が低下してくるので所望の発熱量を得るには必然的にデューティー比が大きくなってくる。これによって制御周期のなかにおいて、劣化が進んだヒータだけがＯＮになっているタイミングが生じやすい。つまりヒータの劣化が進むと、判定対象のヒータになり易く、格別に問題はない。

他の発明によると、ＰＷＭ制御は前半ＯＮ型制御と後半ＯＮ型制御の２種類からなり、前半ＯＮ型制御は、制御周期の開始時にＯＮし、そしてデューティー比に相当するＯＮ時間後にＯＦＦするように制御し、後半ＯＮ型制御は、制御周期の開始時にＯＦＦし、そして所定のタイミングでＯＮして制御周期の終了時にデューティー比に相当するＯＮ時間が得られるように制御する。そして複数枚のヒータのうち１枚のヒータは前半ＯＮ型制御と後半ＯＮ型制御のうちの一方の制御を実施し、そして他のヒータは他方の制御を実施し、それによって制御周期において１枚のヒータのみがＯＮになるタイミングを設けている。つまり任意の１枚のヒータを他のヒータの制御と異なる方法で制御するようにすると、制御周期の開始直後あるいは終了直前のいずれかにおいて、必ずこの１枚のヒータだけがＯＮするタイミングを得ることができる。そうするとこの１枚のヒータについて確実に断線・劣化判定を実施することができることになる。各ヒータについて制御の方法を適宜切り替えることによって、全てのヒータについて断線・劣化判定を行うことができる。なお、前半ＯＮ型制御も、後半ＯＮ型制御も、デューティー比には影響しないので制御を切り替えても温度制御に影響を与える心配はない。

本発明の実施の形態に係る射出成形機を模式的に示す図である。 本実施の形態において、ＰＷＭ制御されるヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフである。 ＰＷＭ制御されるヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフである。 本実施の形態において、ＰＷＭ制御されるヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフであり、その（ア）（イ）はＰＷＭ制御の異なる方法で制御される１枚のヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフであり、その（ウ）は複数のヒータのＯＮ／ＯＦＦ状態を示すグラフである。

以下、本実施の形態について説明する。本実施の形態に係るヒータの断線・劣化判定方法は、実質的に全ての射出成形機において実施が可能であり、射出成形機に設けられているコントローラにこの機能を付加すれば、すなわちプログラムを追加すれば実施できるようになっている。本実施の形態に係る射出成形機も、従来の一般的な射出成形機と同様に、射出材料を溶融して射出する射出装置、金型を型締めする型締装置、等から構成されている。図１には、射出装置を構成している加熱シリンダ１が模式的に示されている。

加熱シリンダ１には、つまり加熱シリンダ本体と射出ノズルとには、複数枚のヒータ２、２、…が巻かれて加熱できるようになっている。これらのヒータ２、２、…には、個別にスイッチ４、４、…が設けられ、共通のヒータ電源５からの電流が独立してＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。スイッチ４、４、…はソリッドステートリレーすなわちＳＳＲ、電磁接触器等からなり、高速にＯＮ／ＯＦＦできるようになっている。

本実施の形態において、ヒータ２ａ、２ｂ、…に流れる電流つまりヒータ電流は適宜測定され、ヒータの断線や劣化状態が判定される。このヒータ電流を測定する電流センサ６は、ヒータ電源５近傍に設けられている。より詳しく説明すると、本実施の形態においてヒータ電源は３相交流電流からなるので、電流センサ６は各相に１個ずつ、つまり３個だけ設けられている。このような電流センサ６によって各ヒータ２ａ、２ｂ、…のヒータ電流を測定するようになっている。

本実施の形態に係る加熱シリンダ１にも、温度センサ７が埋め込まれている。図１には温度センサ７は１本しか示されていないが、必要に応じて複数本の温度センサ７が設けられている。温度センサ７の信号線は、射出成形機のコントローラ８に接続され、コントローラ８に温度が入力されるようになっている。具体的にはコントローラ８の温度制御器９に測定値の温度が入力される。温度制御器９は図１において１個しか示されていないが、ヒータ２ａ、２ｂ、…の個数と同数設けられ、それぞれのヒータ２ａ、２ｂ、…は独立して制御されるようになっている。

本実施の形態に係る射出成形機も、他の一般的な射出成形機と同様に加熱シリンダ１の温度をＰＷＭ制御によって温度制御している。すなわちコントローラ内において、温度制御器９が、予め設定されている目標温度と測定値の温度の偏差を得、偏差が少なくなるようにヒータ２への電流の供給の割合を決定する。つまりＰＷＭ制御の制御周期におけるＯＮ時間の割合、すなわちデューティー比を決定する。ＰＷＭ制御器１１は、決定されたデューティー比に従ってスイッチ４、４、…をＯＮ／ＯＦＦする。

本実施の形態に係る射出成形機においては、各ヒータ２ａ、２ｂ、…におけるヒータ電流を測定し、これを元に断線や劣化状態の判定をする。このような処理を行う機能ブロックがコントローラ８に設けられ、図１においてヒータ断線判断１３として示されている。またヒータ断線判断１３は、コントローラ８の内部メモリに設けられているヒータ情報１４から、各ヒータ２ａ、２ｂ、…の電流しきい値を取得できるようになっている。この電流しきい値はヒータ２ａ、２ｂ、…の断線や劣化状態を判定するための基準であり、ヒータ２ａ、２ｂ、…に流れるヒータ電流の許容最低値になっている。このような電流しきい値が予めヒータ情報１４に格納されている。なお、これらの電流しきい値は、各ヒータ２ａ、２ｂ、…の定格電流値を参考にして決定されている。あるいは各ヒータ２、２ｂ、…の使用開始初期に測定した、劣化していない状態におけるヒータ電流を参考にして決定されている。

以下、本実施の形態に係るヒータの断線・劣化判定方法について説明する。本実施の形態に係る射出成形機において加熱シリンダ１を温度制御する。すなわち温度制御器９において目標温度と温度センサ７の測定温度との偏差を得、各ヒータ２ａ、２ｂ、…におけるデューティー比を調整する。調整されたデューティー比に基づいてＰＷＭ制御器１１がスイッチ４、４、…をＯＮ／ＯＦＦしてヒータ２ａ、２ｂ、…に電流を供給する。図２には、ＰＷＭ制御の所定の制御周期における各ヒータ２ａ、２ｂ、…の電流のＯＮ／ＯＦＦ状態が示されている。いずれのヒータ２ａ、２ｂ、…も制御周期の開始時にＯＮされ、それぞれのデューティー比に基づいて制御周期の途中でＯＦＦされている。つまり制御周期の開始時には全てのヒータ２ａ、２ｂ、…がＯＮされているが、次第にＯＮされているヒータ２ａ、２ｂ、…の枚数が減って、最後は１枚のヒータのみＯＮされた状態になる。図２においては、時間ｔ１においてヒータ２ｄのみがＯＮされている。本実施の形態においては、このようにＯＮになっているヒータが１枚だけのタイミングにおいて、そのヒータを判定対象のヒータとする。時間ｔ１においてヒータ断線判断１３は、温度センサ６で測定される電流値を得る。時間ｔ１において給電されているのはヒータ２ｄだけであるので、電流値はヒータ２ｄのヒータ電流Ｉｄを表す。判定対象のヒータ２ｄに対応する電流しきい値をヒータ情報１４から読み込んで、ヒータ電流Ｉｄをこの電流しきい値と比較する。ヒータ電流Ｉｄが電流しきい値よりも小さい場合、ヒータ２ｄは断線している、あるいは劣化した状態であると判定する。必要に応じてコントローラ８は警報を発する。

本実施の形態に係るヒータの断線・劣化判定方法においては、他のヒータ２ａ、２ｂ、…に比して大きいデューティー比で制御されているヒータしか判定対象とすることができない。従って全てのヒータ２ａ、２ｂ、…の判定ができないので、不十分であるようにも見える。しかしながら、劣化したヒータについてはこの方法によってほぼ確実に劣化判定できる。一般的にヒータＨは、図３において符号２０のグラフ示されているように、使用開始初期の劣化していない状態においてはヒータ電流Ｉｆは大きい。ヒータ電流Ｉｆが大きいので発熱量が大きく、制御周期におけるＯＮ時間は短くて済む。つまりデューティー比は小さい。しかしながら長時間使用して劣化すると符号２１のグラフで示されているように、ヒータＨのヒータ電流Ｉ’は低下してくる。つまり電流しきい値Ｉｓに近づく。そうすると必要な発熱量を確保するために制御周期におけるＯＮ時間が長くなる。つまりデューティー比が大きくなる。これによって、判定対象のヒータになることになる。つまりヒータ２ａ、２ｂ、…が劣化すると、自然とデューティー比が大きくなって判定対象のヒータになるので、劣化したヒータはほぼ確実に断線・劣化判定できることになる。

次に第２の実施の形態に係るヒータの断線・劣化判定方法について説明する。この方法も前実施の形態に係る方法と同様に、制御周期においてＯＮになっているヒータが１枚だけのタイミングにおいて、そのヒータを判定対象として断線・劣化判定をするが、この方法においては任意のヒータに対して、１枚だけＯＮになるタイミングが生じるようにする。これによって全てのヒータ２ａ、２ｂ、…について断線・劣化判定方法を実施することができる。第２の実施の形態に係る方法を実施する上で、ＰＷＭ制御として２種類の制御方法、つまり前半ＯＮ型制御と、後半ＯＮ型制御を用意する。前半ＯＮ型制御は、図４の（ア）に示されているように制御周期の開始時にＯＮし、デューティー比に応じてＯＦＦする制御方法である。この前半ＯＮ型制御では、制御周期の終了直前にはＯＦＦされた状態になっている。これに対して後半ＯＮ型制御は、図４の（イ）に示されているように制御周期の開始時にＯＦＦし、所定のタイミングでＯＮして制御周期の終了時にちょうどＯＮ時間がデューティー比に対応するように制御する。つまり後半ＯＮ型制御では制御周期の終了直前はＯＮされた状態になる。

第２の実施の形態に係るヒータの断線・劣化判定方法においては、任意のヒータ２ａ、２ｂ、…について判定対象とすることができる。判定対象としてヒータ２ｃを選択した場合、ヒータ２ｃについては後半ＯＮ型制御で、他のヒータ２ａ、２ｂ、…については前半ＯＮ型制御で温度制御するようにする。そうすると、図４の（ウ）に示されているように、制御周期の終了直前の時間ｔ２において、判定対象のヒータ２ｃだけがＯＮした状態になる。この状態で電流センサ７において測定される電流はヒータ２ｃのヒータ電流Ｉｃになる。ヒータ断線判断１３は、ヒータ電流Ｉｃをヒータ情報１４から得られる電流しきい値と比較して、ヒータの断線・劣化判定を行う。他のヒータ２ａ、２ｂ、…について判定対象にする場合は、その判定対象のヒータのみ後半ＯＮ型制御で制御し、他のヒータは前半ＯＮ型制御で制御する。以下同様にヒータの断線・劣化判定を実施する。

第２の実施の形態に係るヒータの断線・劣化判定方法においては、判定対象のヒータを後半ＯＮ型制御で、他のヒータを前半ＯＮ型制御で制御するように説明したが、逆にしてもよい。つまり判定対象のヒータを前半ＯＮ型制御で、他のヒータを後半ＯＮ型制御で制御するようにする。このようにすると制御周期の開始直後に判定対象のヒータだけがＯＮした状態になる。これによってヒータ電流を測定でき、ヒータの断線・劣化判定を実施することができる。

１ 加熱シリンダ ２ ヒータ
４ スイッチ ５ ヒータ電源
６ 電流センサ ７ 温度センサ
８ コントローラ ９ 温度制御器
１３ ヒータ断線判断 １４ ヒータ情報

Claims (3)

1. 制御周期におけるＯＮ時間の比率であるデューティー比が個別に調整されて、個別に設けられているスイッチによって独立してＰＷＭ制御される複数枚のヒータが、共通のヒータ電源から給電されるようになっている射出成形機において、
   前記制御周期においてＯＮになっているヒータが１枚だけのタイミングにおいて、前記ヒータ電源において電流を測定してヒータ電流を得、前記ヒータに設定されている電流しきい値と前記ヒータ電流とを比較して前記ヒータの断線・劣化を判定することを特徴とする射出成形機のヒータの断線・劣化判定方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記ＰＷＭ制御は前半ＯＮ型制御と後半ＯＮ型制御の２種類からなり、
   前記前半ＯＮ型制御は、前記制御周期の開始時にＯＮし、そして前記デューティー比に相当するＯＮ時間後にＯＦＦするように制御し、
   前記後半ＯＮ型制御は、前記制御周期の開始時にＯＦＦし、そして所定のタイミングでＯＮして前記制御周期の終了時に前記デューティー比に相当するＯＮ時間が得られるように制御し、
   前記複数枚のヒータのうち１枚のヒータは前記前半ＯＮ型制御と前記後半ＯＮ型制御のうちの一方の制御を実施し、そして他のヒータは他方の制御を実施し、それによって前記制御周期において前記１枚のヒータのみがＯＮになるタイミングを設け、ヒータの断線・劣化を判定することを特徴とする射出成形機のヒータの断線・劣化判定方法。
3. ヒータ電源から給電されてＰＷＭ制御によって所定のデューティー比で電流がＯＮ／ＯＦＦされる複数枚のヒータと、前記ヒータ電源に設けられている電流センサとを備え、請求項１または２に記載のヒータの断線・劣化判定方法が実施されることを特徴とする射出成形機。

Images