JP3526147B2 - 金型温度制御方法及び金型温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形金型の温度を
検出しながら、成形機の金型内に流す媒体温度をフィー
ドバック制御して、金型温度を一定温度に保持するよう
にした金型温度制御方法及び金型温度制御装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、樹脂成形機の金型は、キャビテ
ィ内に溶融樹脂を注入したときと、成形品の冷却固化時
及び型開き時とで、大きく温度が変動するため、キャビ
ティ面の温度を一定に保つことは難しく、成形した成形
品はバラツキを生じやすいという問題があった。

【０００３】図６，図７は、この問題を解決するため提
案された射出成形機用金型温度調節装置１１０を示して
いる。これらの図において、１１１は射出成形機、１１
２は金型、１１３は温度センサ、１１４は制御目標値を
設定するための設定器（デジスイッチ）、１１５はコン
トローラ、１１６はアンプ、１１７は冷媒槽、１１８は
媒体の流路を構成するパイプ、１１９はポンプ、１２０
はヒータ、１２１はヒータをオン、オフするための交流
電源、１２２は電磁開閉器、１２３は熱交換器、１２４
は水道栓、１２５は冷却水開閉バルブ、１２６はＡ／Ｄ
変換器、１２７，１２８はデータ入力部、１２９は減算
器、１３０はサンプラ、１３１はＰＩＤ調節計、１３
２，１３３はパルス幅変調器、１３４，１３５はデータ
出力部を、それぞれ示している。

【０００４】この金型温度調節装置１１０では、金型１
１２に取り付けた温度センサ１１３で金型１１２の温度
を検出して、金型１１２内に流す冷媒の温度を制御して
おり、設定器（デジスイッチ）１１４で設定された制御
目標値と、温度センサ１１３で検出された検出温度との
偏差に基づいて温調制御信号を生成して、媒体温度の昇
温・冷却を行っている。

【０００５】すなわち、この温調制御では、樹脂を射出
成形機１１１から金型１１２に射出する直前のタイミン
グ信号に同期させて、上記した偏差をサンプリングし、
このサンプリングした偏差がゼロになるように、次回の
射出成形サイクルにおける温調制御信号を生成し媒体温
度が制御されており、応答性の良好なパルス幅変調信号
が温調制御信号として使用されている。

【０００６】図８は、この制御手法を説明するもので、
型開きによって成形品を金型１１２から取り出し、型閉
めを行ってから、樹脂を金型１１２に射出する迄の間
に、タイミング信号が出力されており、このタイミング
信号が出力された時点で、金型１１２の温度センサー１
１３の測温信号がサンプリングされ、制御目標値と比較
され、その偏差がゼロになるように、温調制御信号が生
成されており、この温調制御信号は、金型温度が制御目
標値より低い場合、つまり偏差が正の場合には、冷媒槽
１１７のヒータ１２０への通電時間比率をアップさせて
昇温させる一方、金型温度が制御目標値より高い場合、
つまり偏差が負の場合には、冷却水開閉バルブ１２５の
開時間比率をアップさせ金型を冷却させている。図９の
ステップ１００〜１０５は、その基本動作をフローチャ
ートをもって示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した金
型温度調節装置１１０では、金型温度のサンプリング
は、射出直前のタイミング信号に同期させているため、
媒体温度は成形サイクルに同期した応答性のよい温調制
御がなされている。しかしながら、この方法では、タイ
ミング信号によってサンプリングされる時点が、外乱の
受けにくい温度条件下に正しく設定されておれば比較的
安定した制御が期待できるが、一般にその設定は難し
く、成形金型への溶融樹脂の注入スピードやヒータのオ
ン、オフによる入熱に変動があったりすると、金型温度
はすぐに不安定になってしまうため、理論通りに精度の
高い温調制御は期待し難い面があった。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みて、本発
明者らの鋭意検討の結果なされたものであり、金型温度
を１成形サイクル毎の最低値に設定することによって、
金型を最も安定した温度条件下で制御できることを知得
して到達したもので、これによって溶融樹脂の注入スピ
ードや熱負荷の変化があった場合にも、１成形サイクル
の動作に正しく同期させながら、最も安定した温度条件
下で温度の検出を行うことができ、それにより、成形品
のバラツキを著しく低減することができたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
樹脂成形品のバラツキを改善できる金型の温度制御方法
とその方法を実施するための制御装置を提供することを
目的としている。上記目的を達成するために提案された
本発明方法（請求項１）は、金型が１成形サイクルの動
作を実行する毎に、所定の周期で測温値をサンプリング
し、ついでサンプリングした測温値の内から最低値を算
出し、この最低値の測温データが金型の制御目標値温度
になるように、金型の媒体温度を制御することを特徴と
している。

【００１０】このような本発明では、温度検出は金型か
ら直接に行い、媒体温度を制御する形態を採用している
ので、媒体の温度を検出する制御系に比べて、応答性は
よく、特に、金型温度の検出は、金型のシーケンス制御
の実行時に出力させるタイミングに同期させるのではな
く、１成形サイクル期間内で最も温度の低い最低値を選
んでいるので、温度勾配がなく最も安定した温度条件下
で温調制御が出来ることになる。

【００１１】また、金型の温度検出にあっては、一般に
測温センサーの取り付け場所や埋込み深さによって、測
温値の最大値が大きく変化するので、測温センサーの取
り付けにあっては、ゲートから近接し、キャビティ面に
近い箇所に設置すれば、金型温度と媒体温度との温度差
をより小さくして、応答性を高めることが出来る。請求
項２、３では、本発明の温度調節方法を具体的に実施す
るための金型温度制御装置が提案されている。

【００１２】すなわち、請求項２では、成形金型に取り
付けた金型測温センサーと、媒体温度コントローラを有
し、成形金型の媒体温度が予め設定した制御目標値温度
になるようにフィードバック制御する媒体温調制御部
と、金型が１成形サイクルの動作を実行する毎に、上記
金型測温センサーから測温信号を取り込み、媒体温度コ
ントローラの制御目標値を算出する金型温調演算制御部
とを備えており、金型温調演算制御部は、成形金型の制
御目標値温度を設定する温度設定部と、金型が１成形サ
イクルの動作を実行する毎に、上記測温センサーから測
温信号を所定周期でサンプリングし、ＡＤ変換して測温
データとして記憶保持する温度測定部と、この温度測定
部に記憶保持された１成形サイクル期間内の測温データ
のうちから、最も低い値をボトム値として算出するボト
ム値算出部と、このボトム値算出部によって算出された
ボトム値と、上記温度設定部によって予め制御目標値と
して設定された金型温度の設定値とを比較演算して、上
記媒体温度コントローラの制御目標値を算出する演算処
理部とを備えた構成となっている。

【００１３】この請求項２において提案する構成では、
温度設定部では、金型温度を直接設定でき、媒体温度を
意識することがない。また、媒体温調制御部は既存の金
型温度調節機によって構成してもよく、この場合、媒体
温度コントローラでは媒体温調制御部の温度設定部に設
定された媒体温度の制御目標値は無視し、金型の１サイ
クル動作に同期して金型温調演算制御部で算出した制御
目標値を取り込んで、媒体温度を制御するようにすれば
よい。

【００１４】また、金型温調演算制御部を構成する温度
測定部、ボトム値算出部、演算処理部は、ＣＰＵ、マイ
クロコンピュータを用いて構成できるため、金型温度調
節機に組み込んで構成してもよい。請求項３において提
案するものは、成形金型に取り付けた金型測温センサー
と、成形金型の制御目標値温度を設定する温度設定部
と、金型が１成形サイクルの動作を実行する毎に、上記
測温センサーから測温信号を所定周期でサンプリング
し、ＡＤ変換して測温データとして記憶保持し、この記
憶保持された１成形サイクル期間内の測温データのうち
から最も低い値を、ボトム値として算出するボトム値温
度検出演算部と、媒体温度を制御する媒体温度コントロ
ーラを有し、上記温度設定部によって設定された制御目
標値温度と、上記ボトム値温度検出部より取り込んだボ
トム値とを比較し、その偏差に基づいて上記媒体温度コ
ントローラを制御する媒体温調制御部とを備えている。

【００１５】この請求項３において提案する構成では、
媒体温度コントローラは、媒体測温センサーから金型の
媒体温度を取り込み、ボトム値温度検出演算部からは金
型の制御目標値として算出されたボトム値が取り込まれ
ている。この構成では、温度設定部では、金型温度、媒
体温度のいずれを設定してもよいが、金型温度を設定し
た場合には、媒体温度コントローラは金型温度を媒体温
度に変換させるテーブルを予め備えておればよい。ま
た、ボトム値温度検出演算部は、ＣＰＵ、マイクロコン
ピュータを用いて構成でき、ＰＩＤ演算処理部はプログ
ラムを変更するだけで実現できるので、既存の金型温度
調節機に、このようなボトム値温度検出演算部を組み込
んで構成してもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る金型温度制御
方法及び金型温度制御装置の実施の形態について、図を
参照しつつ説明する。図１は、請求項２において提案さ
れた金型温度制御装置の内部構成を示している。

【００１７】この金型温度制御装置は、成形金型（不図
示）に取り付けた熱電対等からなる金型測温センサーＡ
と、成形金型の媒体温度を、予め設定した制御目標値に
なるようにフィードバック制御する媒体温度コントロー
ラＤを備えた媒体温調制御部と、金型測温センサーＡか
ら測温データを取り込み、温度設定部Ｂによって予め設
定された金型温度の制御目標値とを比較演算して、媒体
温度コントローラＤの制御目標値を算出する金型温調演
算制御部Ｃを備えている。

【００１８】ここに、金型温調演算制御部Ｃは、金型測
温センサーＡからの測温信号を、金型が１成形サイクル
を実行する毎に所定周期でサンプリングして、ＡＤ変換
された測温データを記憶保持するサンプルホールド回路
（不図示）などを有した温度測定部１と、この温度測定
部１に記憶保持された１成形サイクル期間内の測温デー
タのうちから、最も低い値をボトム値として算出するボ
トム値算出部２と、温度設定部Ｂによって設定された金
型の制御目標値温度と、ボトム値算出部２によって算出
されたボトム値とを比較し、その偏差に基づいて、媒体
温度コントローラＤの制御目標値を算出するための演算
処理部３とを備えている。

【００１９】また、媒体温調制御部は、媒体測温センサ
ー４と、媒体温度コントローラＤとを備えており、媒体
温度コントローラＤは、媒体測温センサー４からの測温
データを、ＡＤ変換し、記憶保持するサンプルホールド
回路（不図示）を備えた温度測定部５と、電磁弁、ヒー
タを駆動して媒体を加熱、冷却制御するための出力部７
と、媒体測度センサー４の測温値が制御目標値になるよ
うにフィードバック制御するための制御信号を生成する
ＰＩＤ演算処理部６とを含んで構成されている。

【００２０】ついで、本発明方法を金型温度制御装置の
基本動作とともに説明する。図２は、本発明方法におけ
る金型温度のサンプリング動作とボトム値算出の手順
を、射出成形機の１成形サイクルの動作に対応させて説
明する図である。この図では、１成形サイクル期間中に
サンプリングされたデータは、成形金型の型締信号に同
期して更新されるようにしている。

【００２１】本発明では、樹脂成形の１サイクルのシー
ケンス制御が実行されている期間内に、次のような手順
で、成形金型の媒体温度の制御信号が順次生成され、制
御される。すなわち、金型の温度は、前の成形サイクル
において、金型測温センサーＡから取り込んだ測温信号
が温度測定部１によってサンプリングパルスに同期して
サンプリングされる。この場合のサンプリング周期は、
任意であるが、１成形サイクル期間内におけるサンプリ
ングパルス数を増大させて、サンプリング点を増大させ
れば、それだけ精度の高い温度検出が行える。

【００２２】かくして、サンプリングされた１成形サイ
クル内の測温データは、ボトム値算出部２において最低
値が算出され、この最低値がボトム値として有効な検出
温度となる。演算処理部３では、ボトム値算出部２で算
出されたボトム値と、温度設定部Ｂで予め設定された制
御目標値温度とを演算処理部３で比較演算して、次の成
形サイクル制御に必要な制御目標値が算出される。

【００２３】本発明では、このようにして１成形サイク
ルの期間内にサンプリングされた測温データは、その内
から最も低い測温データが、ボトム値として算出され、
演算処理部３では、このボトム値と温度設定部Ｂによっ
て予め設定された制御目標値とが比較演算されて、媒体
温度コントローラＤのＰＩＤ演算処理部６には算出した
制御目標値が送出されるので、媒体温度コントローラＤ
のＰＩＤ演算処理部６には新に算出された制御目標値が
送出され、その制御目標値に基づいて、例えばＰＷＭ信
号などの制御信号を生成してフィードバック制御を行
う。このため、成形金型は、１成形サイクルの最低温度
が温度設定部Ｂによって設定された制御目標値に合致す
るように、１成形サイクル中で最も安定した温度勾配の
ないボトム値に設定できるので、成形直前の金型温度
を、外乱の影響を受けにくい一定の温度に制御すること
ができ、成形品のバラツキを低減することができる。

【００２４】図３のステップ２００〜２０８は、本発明
における基本の制御手順をフローチャートをもって説明
するものである。シーケンサから型開き信号が出力され
ると、金型測温センサーＡは金型温度を検出し、金型測
温センサーＡからの測温データが温度測定部１でサンプ
リングされ、更にボトム値算出部２ではこのサンプリン
グされた測温データのうちから、最低値がボトム値とし
て算出され、この算出されたボトム値は前成形サイクル
のサンプリングされたボトム値と書換えられる。図示の
フローチャートでは、前サイクルでサンプリングされた
測温データをクリアしてから、新たにサンプリングされ
た測温データを書き込むようにしているが、通常のメモ
リでは、新たにサンプリングされた測温データが、前サ
イクルにサンプリングされた測温データに上書される。

【００２５】このようにして更新された測温データのボ
トム値は、演算処理部３に取り込まれ、ここで温度設定
部Ｂによって予め設定された制御目標値温度との偏差が
算出され、媒体温度コントローラＤの制御目標値が更に
算出されて、ＰＩＤ演算処理部６に送出され、媒体温度
コントローラＤによるフィードバック制御がなされる。
このため、本発明によれば、通常の１成形サイクルの動
作において金型温度が最も低くなると想定される溶融樹
脂を注入する直前の型締時に、図２のａで示したような
突発的な温度上昇が外乱要因によって発生したとして
も、その時点よりも前にサンプリングされた測温データ
のうちの最低値ｂが有効な測定データとして演算処理部
３に取り込まれるので、外乱の影響の受けにくい安定し
た温度制御が可能となる。本発明方法は、このような方
法で１成形サイクル期間内において、外乱の影響を受け
にくい金型温度のボトム値を、制御目標値に合致させる
ように媒体温度を制御するので、図４に示すように、熱
負荷の変化により媒体温度を制御し、金型温度のボトム
値が一定となる応答性の高い温度制御が可能となる。

【００２６】図５は、請求項３において提案された本発
明の金型温度制御装置の基本構成を示すものである。図
１と同様の部分には、同じ符号を付して説明する。この
金型温度制御装置は、成形金型に取り付けた金型測温セ
ンサーＡと、この金型測温センサーＡから１成形サイク
ル毎に測温データを取り込み、取り込んだ測温データの
うちから最も低い値を、ボトム値として算出するボトム
値温度検出演算部Ｅと、成形金型の制御目標値温度を設
定する温度設定部Ｂと、この温度設定部Ｂによって設定
された制御目標値温度と、ボトム値温度検出演算部Ｅよ
り取り込んだボトム値とを比較し、その偏差に基づいて
媒体温度をフィードバック制御する媒体温度コントロー
ラＤ’を有した媒体温調制御部とを備えている。

【００２７】ここに媒体温調制御部は、媒体測温センサ
ー４からの測温信号をサンプリングし、ＡＤ変換した
後、保持する温度測定部５と、ボトム値温度検出演算部
Ｅによって算出されたボトム値と、温度測定部５によっ
て測定保持された測温データとを取り込んで必要な演算
処理を行うためのＰＩＤ演算処理部６１と、電磁バル
ブ、ヒータなどを有し、媒体を加熱、冷却制御する出力
部７とを含む媒体コントローラＤ’を備えている。

【００２８】ここに、媒体温度コントローラＤ’のＰＩ
Ｄ演算処理部６１では、ボトム値温度検出演算部Ｅから
取り込まれたボトム値（金型温度）と、温度測定部５の
測定データ（媒体温度）とを取り込むと、ＰＩＤ演算処
理部６１では、ボトム値を媒体の温度に変換した後、両
者の偏差が算出され、成形金型のボトム値が温度設定部
Ｂによって設定された制御目標値温度になるように、媒
体温度をフィードバック制御するための制御信号を生成
する。

【００２９】このような構成の金型温度制御装置によっ
ても、金型温度のサンプリングを１成形サイクル中で最
も安定した温度勾配のないボトム値に設定できるので、
成形直前の金型温度を、外乱の影響を受けにくい一定の
温度に制御することができ、成形品のバラツキを低減す
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金型温度
制御方法によれば、１成形サイクルが実行される毎に、
金型温度がサンプリングされ、そのサンプリングされた
金型の温度からボトム値（最低値）が更に算出されて、
そのボトム値が予め設定した制御目標値に合致するよう
に制御される。このため成形金型は、金型の温度条件に
おいては最も安定した１成形サイクル実行時の最低温度
に制御されるので、金型温度を外乱の影響のない一定の
温度下で温度制御でき、温度制御の乱れによる成形品の
バラツキ発生を効果的に低減させることができる請求項
２，３に金型温度制御装置によれば、いずれも本発明方
法を有効に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金型温度制御装置（請求項２）の
内部構成を示すブロック図である。

【図２】本発明方法を説明するためのタイムチャートで
ある。

【図３】本発明方法における金型温度制御装置の基本の
制御手順を示すフローチャートである。

【図４】本発明方法における金型温度と媒体温度の関係
を示す図である。

【図５】請求項３において提案した金型温度制御装置の
内部構成を示すブロック図である。

【図６】従来の金型温度調節装置を示すブロック図であ
る。

【図７】従来の金型温度調節装置における媒体温度コン
トローラの詳細を示すブロック図である。

【図８】従来の金型温度調節装置の基本動作を説明する
ためのタイムチャートである。

【図９】従来の金型温度調節装置の基本制御手順を説明
するためのフローチャートである。

【符号の説明】

Ａ 金型測温センサー Ｂ 温度設定部 Ｃ 金型温調演算制御部 Ｄ、Ｄ’媒体温度コントローラ Ｅ ボトム値温度検出演算部 １，５ 温度測定部 ２ ボトム値算出部 ３ 演算処理部 ４ 媒体測温センサー ６，６１ＰＩＤ演算処理部 ７ 出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝口 優 静岡県清水市北脇500番地 株式会社小 糸製作所 静岡工場内 (72)発明者 喜多 和彦 大阪府枚方市招提田近２−19 株式会社 松井製作所 大阪工場内 (72)発明者 三ツ谷 章 静岡県静岡市宮竹２−３−45 株式会社 松井製作所 静岡営業所内 (72)発明者 山縣 義信 大阪府枚方市招提田近２−19 株式会社 松井製作所 大阪工場内 (72)発明者 泉 光善 大阪市東淀川区東中島１−18−５ 新大 阪丸ビル５階 理化工業株式会社 大阪 営業所内 (72)発明者 栗幅 基安 大阪市東淀川区東中島１−18−５ 新大 阪丸ビル５階 理化工業株式会社 大阪 営業所内 (56)参考文献 特開 平５−250047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−63459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−227615（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−99826（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/78 B29C 33/04 B29C 45/73

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１成形サイクルを実行する毎に、所定の周
   期で金型の測温値をサンプリングし、ついでサンプリン
   グした測温値の内からボトム値を算出し、このボトム値
   が金型の制御目標値温度になるように、金型の媒体温度
   を制御することを特徴とする金型温度制御方法。
2. 【請求項２】成形金型に取り付けた金型測温センサー
   と、 成形金型の制御目標値温度を設定する温度設定部と、 媒体温度コントローラを有し、成形金型の媒体温度が予
   め設定した制御目標値温度になるようにフィードバック
   制御する媒体温調制御部と、 金型が１成形サイクルの動作を実行する毎に、上記金型
   測温センサーから測温信号を取り込み、媒体温度コント
   ローラの制御目標値を算出する金型温調演算制御部とを
   備えてなり、 上記金型温調演算制御部は、 金型が１成形サイクルの動作を実行する毎に、上記測温
   センサーから測温信号を所定周期でサンプリングし、Ａ
   Ｄ変換して測温データとして記憶保持する温度測定部
   と、 この温度測定部に記憶保持された１成形サイクル期間内
   の測温データのうちから、最も低い値をボトム値として
   算出するボトム値算出部と、 このボトム値算出部によって算出されたボトム値と、上
   記温度設定部によって設定された制御目標値温度とを比
   較演算して、上記媒体温度コントローラの制御目標値を
   算出する演算処理部とを備えた構成としている金型温度
   制御装置。
3. 【請求項３】成形金型に取り付けた金型測温センサー
   と、 成形金型の制御目標値温度を設定する温度設定部と、 金型が１成形サイクルの動作を実行する毎に、上記測温
   センサーから測温信号を所定周期でサンプリングし、Ａ
   Ｄ変換して測温データとして記憶保持し、この記憶保持
   された１成形サイクル期間内の測温データのうちから最
   も低い値を、ボトム値として算出するボトム値温度検出
   演算部と、 媒体温度を制御する媒体温度コントローラを有し、上記
   温度設定部によって設定された制御目標値温度と、上記
   ボトム値温度検出部より取り込んだボトム値とを比較
   し、その偏差に基づいて上記媒体温度コントローラを制
   御する媒体温調制御部とを備えていることを特徴とする
   金型温度制御装置。