JP3526148B2 - 金型温度制御方法及び金型温度制御システム - 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
定温度に保持するとともに、何等かの原因により成形を
停止した後、成形を再開する場合に、金型温度をスピー
ディに定常値に立ち上がらせるようにした金型温度制御
方法及び金型温度制御システムに関する。

【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
品にバラツキを生じやすい。また、シーケンス制御の実
行時に異常が発生して成形を停止し、金型から樹脂を排
出させた後は、温度制御も停止されるため、放熱によっ
て冷却される。そのため、成形サイクルが開始されて
も、金型温度がすぐに立ち上がらないので成形をすぐに
開始することは出来ず、これらのため、温度調節が特に
厳しく要求される精密成形品などにあっては、成形品に
バラツキを生じさせ、生産性を低下させているのが実状
である。

【０００３】図６，図７は、成形品のバラツキを解決す
るため、提案された射出成形機用金型温度調節装置１１
０を示している。これらの図において、１１１は射出成
形機、１１２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）、１
１５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、１
２６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、１３２，１３３はパルス幅変調器、１３４，１３
５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１１３
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１
１７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。

【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、オフによる熱負荷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】また、上記した金型温度調節装置では、何
らかの原因で成形金型の稼働が停止した後に再稼働させ
る場合には、金型の温度制御を最初から開始させてい
る。このため、定常時の温度になるまでに相当の時間を
要し、そのため再稼働時の生産性を低下させる原因とな
っている。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、第１の目的
は、金型の制御目標値温度を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
下で制御できるという事実を知得した結果、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
を行うことが出来るため、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】また、第２の目的は、成形金型のシーケン
ス制御に異常が発生し、運転を停止させた後、成形を再
開するまでの時間を短くして生産性の改善された金型温
度制御方法及び金型温度制御システムを提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであって、請求項１の金型温
度制御方法は、成形金型の一連のシーケンス制御が正常
に実行されている期間は、その成形サイクルを実行しな
がら、所定の周期でサンプリングした金型の測温値から
最低の測温値を算出し、この最低の測温値が、予め設定
された金型の制御目標値温度となるように、金型の媒体
温度を制御する一方、成形金型の一連のシーケンス制御
に異常を生じた場合には、成形金型の作動を停止し、成
形金型の制御目標値が、待機時の値になるように切り換
えて、金型の媒体温度を制御することを特徴としてい
る。

【００１１】この金型温度制御方法では、シーケンス制
御に異常がない場合には、金型温度はボトム値に制御さ
れ、異常が発生したときには、予め設定され、あるいは
算出された待機値に保温制御されるので、成形開始時に
この待機値から定常時の温度に制御すればよいので、い
わゆるホットスタートを行うことができる。ここに、請
求項２の金型温度制御システムは、成形金型の一連のシ
ーケンス制御を監視するシーケンス監視手段と、成形金
型に取り付けた金型測温センサーと、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を有した媒体温調制
御部と、上記シーケンス監視手段によって成形サイクル
が実行される期間に、金型測温センサーから測温値をサ
ンプリングし、サンプリングした測温データのなかから
最低値を算出し、その最低値と、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して、媒体温度コ
ントローラの制御目標値を算出する媒体温度制御目標値
演算処理部とを備えて構成されており、シーケンス監視
手段は、成形金型が一連の成形サイクルを正常に繰り返
し実行していると判断したときには、媒体温度制御目標
値演算処理部によって算出された制御目標値を、媒体温
調制御部に順次取り込ませて媒体温度を制御させる一
方、シーケンス監視手段は、成形金型が一連の成形サイ
クルの動作に異常を生じたと判断したときには、成形金
型より樹脂成形品を排出させた後、媒体温度が上記制御
目標値よりも高い待機温度になるように、媒体温調制御
部を制御させる構成としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る金型温度制
御方法及び金型温度制御システムについて、図とともに
説明する。図１は、金型温度制御システムの内部構成を
示すもので、成形金型の一連のシーケンス制御を監視す
るシーケンサ１と、成形金型３に取り付けた金型測温セ
ンサー２と、成形金型３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５を備えた媒体温調制御部７と、シーケン
サ１によって成形サイクルが実行される期間に、金型測
温センサー２の検出した測温信号を所定周期ｎでサンプ
リングし、サンプリングした測温信号のなかから最低値
を算出し、その最低値と、温度設定部８によって予め制
御目標値として設定された金型温度とを比較して、媒体
温度コントローラ５の制御目標値を算出する媒体温度制
御目標値演算処理部６とを備えている。

【００１３】ここに、シーケンサ１は、シーケンス監視
手段を構成しており、プログラムコントローラなどで構
成され、成形金型が一連の成形サイクルの動作を正常に
繰り返し実行していると判断したときには、媒体温度コ
ントローラ５に、媒体温度制御目標値演算処理部６によ
って算出した制御目標値を順次取り込ませて、媒体温度
をフィードバック制御するが、シーケンサ１が成形金型
の一連の成形サイクル動作に異常を生じたと判断したと
きには、媒体温度コントローラ５の制御目標値として、
媒体温度が定常時よりも高い待機温度になるように制御
している。

【００１４】図２のタイムチャートは、本発明の制御方
法を実施した場合における金型温度と媒体温度の関係を
示している。本発明では、１成形サイクルが稼働中であ
る定常時には、媒体温度Ｔａは、金型には溶融樹脂の注
入による温度上昇が加わるために、金型温度Ｔｏよりも
幾分低目に設定されるが、１成形サイクルが中断したと
きには、金型は溶融樹脂の注入による温度上昇がないた
め放熱冷却される。したがって、この１成形サイクルの
中断時には、媒体温度Ｔａは、定常時の値Ｔａｍよりも
幾分高い値Ｔａｎに設定されるが、このとき金型は溶融
樹脂の注入による温度上昇を受けないために、定常時の
温度Ｔｏｍよりも高い待機値Ｔｏｎに制御される。そし
て、再開指令信号によって１成形サイクルの動作が再開
されたときには、金型には再び溶融樹脂が注入されるた
め温度上昇を受けるが、このとき、媒体温度を降下させ
ることによって、金型温度にオーバシュートを生じない
ようにしており、その後の定常時においては、金型温度
のボトム値を制御対象とした温度制御を行って媒体温度
Ｔａを元の値Ｔａｍに保持している。

【００１５】このような本発明では、成形サイクルが実
行されている期間は、１成形サイクル期間内におけるボ
トム値Ｔｂが制御目標値に設定され、媒体温度はフィー
ドバック制御されるので、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３のａで示したような突
発的な温度上昇が発生したとしても、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ボトム値Ｔｂ
が有効な測定データとして演算処理部６に取り込まれる
ので、外乱の影響を受けにくい安定した温度制御が可能
となる。また、このような制御方法では、金型温度のボ
トム値が一定となる応答性の高い理想的な温度制御も可
能となる。

【００１６】図４は、金型温度制御システムを更に詳細
に示すものであり、システムは、媒体温調制御部３１と
温調シーケンサ１１と金型温調制御部６１とからなって
いる。ここに、媒体温調制御部３１は、測温センサー４
からの測温信号を取り込んで温度を測定するための測定
部３２と、ＰＩＤ演算部３３と、ヒータ，水を調節して
出力する出力部３４とからなる媒体温度コントローラ５
とを備えている。

【００１７】温調シーケンサ１１は、成形中断検出部１
２と、この成形中断検出部１２によって接点をａ側とｂ
側に切り換える切換器１３とを備えている。金型温調制
御部６１は、金型測温センサー２からの信号を１成形サ
イクル毎にサンプリングすることによって取り込んで温
度を測定保持する測定部６２と、サンプリングした１成
形サイクル期間内の測温データのなかから最低値となる
ボトム値を算出するボトム値算出部６３と、制御目標値
となる温度を設定するための温度設定部６４と、温度設
定部６４によって設定された制御目標値と、ボトム値算
出部６３によって算出されたボトム値とを比較し、その
偏差に応じて、媒体温調制御部３１の媒体温度コントロ
ーラ５の制御目標値を演算するためのＰＩＤ演算部６５
と、温度設定部６４によって設定された制御目標値とボ
トム値算出部６３によって算出されたボトム値との平均
値を算出する平均値算出部６６とを備えている。

【００１８】この例では、金型の１成形サイクルの動作
が停止したときに、媒体温調制御部３１の媒体温度コン
トローラに制御目標値として送出する待機値は、平均値
算出部６６によって算出された金型温度の平均値を採用
しているが、最適な媒体温度を待機値として採用しても
よい。１成形サイクルの動作が中断した後、再開始する
場合にホットスタートの可能な温度であれば、金型温
度、媒体温度のいずれから設定してもよい。

【００１９】ついで、この図４を参照して、本発明の金
型温度制御方法を説明する。温調シーケンサ１１は、成
形中断検出部１２を有しており、射出成形金型より成形
サイクルに同期したパルス信号を受け、このパルス信号
が継続して出力されている限り、成形サイクルは正常に
動作していると判断するが、パルス信号の出力が所定時
間中断すると、成形サイクルの動作に異常を生じたと判
断するようになっている。

【００２０】このような温調シーケンサ１１が、シーケ
ンス制御が正常に行われていると判断している間は、切
換器１３はｂ側接点を閉じる。この結果、媒体温調制御
部３１のＰＩＤ演算部３３は、金型温調制御部６１のＰ
ＩＤ演算部６５に接続されるので、成形金型が１成形サ
イクルを実行する毎に、サンプリングされ取り込まれた
金型の測温信号は、ボトム値算出部６３で最低値（ボト
ム値）が算出され、このボトム値がＰＩＤ演算部６５に
送出される。ＰＩＤ演算部６５では、このボトム値と温
度設定部６４によって設定された制御目標値とが比較さ
れ、その偏差に基づいて媒体温度制御部３１の制御目標
値を算出する。かくして、媒体温調制御部３１のＰＩＤ
演算部３３は、算出された制御目標値に基づいて、媒体
温度を制御する。すなわち、１成形サイクル毎に媒体温
調制御部３１の制御目標値が更新され、これによって成
形金型の１成形サイクル中のボトム値が、温度設定部６
４によって設定された制御目標値を充すように媒体温度
は制御されることになる。

【００２１】平均値算出部６６は、このようにして成形
サイクルを実行している期間は、温度設定部６４によっ
て設定された制御目標値と、ＰＩＤ演算部６５によって
算出されたボトム値の平均値を算出する。ところが一
方、温調シーケンサ１１が成形サイクルに異常を生じて
動作が中断したと判断した場合には、金型温調制御部６
１のＰＩＤ演算部６５の演算動作を停止させ、切換器１
３の接点をａ側に切り換え、平均値算出部６６をＰＩＤ
演算部３３に接続する。ここに、平均値算出部６６で
は、ＰＩＤ演算部６５の媒体温度目標値と金型温度設定
値との平均値を算出しているので、媒体温調制御部３１
のＰＩＤ演算部３３には、算出された平均値が制御目標
値となって、媒体温度が制御される。

【００２２】この例では、ＰＩＤ演算部６５で算出され
たボトム値と、温度設定部６４で設定された制御目標値
との中間値である平均値を待機値として採用しているの
で、成形を再開したときに、金型温度をより速く定常時
の温度まで立ち上がらせることができ、成形ロスもより
少なくして安定した温度制御をすることができる。図５
のステップ２０１〜２０８は、本発明制御方法の基本動
作手順をフローチャートをもって示すものである。

【００２３】シーケンサが異常を判断していないときに
は、前述したボトム値Ｔｂを１成形サイクル毎に検出し
て媒体温度を制御しており、シーケンサより金型温調停
止信号が出力されれば、その制御は終了する。一方、シ
ーケンサ１が異常を判断すると、成形サイクルを実行さ
せるシーケンス制御は停止され、シーケンサは金型温調
停止信号を出力して、金型温調待機制御が実行される。
すなわち、金型温度は、前述した定常時の値から待機時
の値に変更される。この金型待機制御は、トラブルが復
旧して、シーケンサがシーケンス開始指令を出力するま
で継続して行われるため金型は一定温度でスタンバイの
状態に保持され、金型温調制御停止信号が出力されると
制御は終了する。

【００２４】

【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、金型のシーケンス制御が正常に行わ
れている定常時には、金型温度を１成形サイクル毎のボ
トム値（最低値）に設定して、最も安定した温度条件下
で温度制御できるので、成形品のバラツキを著しく低減
することができる。

【００２５】また、金型のシーケンス制御に異常を生じ
たときには、金型温度を自動的に待機値に切り換え保持
できるので、復旧後にシーケンス制御を再開した場合に
は、定常時の温度まで迅速に制御できるので、成形開始
時における不良品発生のムダを少なくして、生産性を著
しく向上できる。本発明の金型温度制御システムによれ
ば、本発明の金型温度制御方法が有効に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金型温度制御システムの基本構成を示
すブロック図である。

【図２】本発明の金型温度制御方法における金型温度と
媒体温度の関係を示すタイムチャートである。

【図３】定常時における金型温度制御方法を説明するタ
イムチャートである。

【図４】本発明の金型温度制御システムの内部構成を示
すブロック図である。

【図５】本発明の金型温度制御方法の基本動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】従来の金型温度調節装置の基本構成を示すブロ
ック図である。

【図７】従来の金型温度調節装置におけるコントローラ
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動作を説明するため
のタイムチャートである。

【符号の説明】

１ シーケンス監視手段 ２ 金型測温センサー ３ 成形金型 ４ 媒体測温センサー ５ 媒体温度コントローラ ６ 媒体温度制御目標値演算処理部 ７ 媒体温調制御部 ８ 温度設定部 Ｔａ 媒体温度 Ｔａｍ 定常時の温度 Ｔａｎ 待機時の温度 Ｔｏ 金型温度 Ｔｏｍ 定常時の温度 Ｔｏｎ 待機時の温度 Ｔｂ 金型の測温値のボトム値（最低値） ｎ サンプリング周期

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 純史 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４−247923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85916（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−177685（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−179512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−37108（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−51964（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/78 B29C 33/04 B29C 45/73

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成形金型の一連のシーケンス制御が正常に
   実行されている期間は、１成形サイクル毎に、所定の周
   期で金型温度をサンプリングし、更にサンプリングした
   金型温度から最低の測温値を検出し、この最低の測温値
   が、予め設定された金型の制御目標値温度となるよう
   に、金型の媒体温度を制御する一方、 成形金型の一連のシーケンス制御に異常を生じた場合に
   は、成形金型の作動を停止し、成形金型が待機時の温度
   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】成形金型の一連のシーケンス制御を監視す
   るシーケンス監視手段と、 成形金型に取り付けた金型測温センサーと、 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を
   有した媒体温調制御部と、 上記シーケンス監視手段によって成形サイクルが実行さ
   れる期間に、金型測温センサーから測温値をサンプリン
   グし、サンプリングした測温値のなかからボトム値を算
   出し、その最低値と、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して、媒体温度コントローラ
   の制御目標値を算出する媒体温度制御目標値演算処理部
   とを備え、 上記シーケンス監視手段は、成形金型が一連の成形サイ
   クルを正常に繰り返し実行していると判断したときに
   は、 上記媒体温度制御目標値演算処理部によって算出された
   制御目標値を、上記媒体温調制御部に順次取り込ませて
   媒体温度を制御させる一方、 上記シーケンス監視手段は、成形金型が一連の成形サイ
   クルの動作に異常を生じたと判断したときには、 上記成形金型より樹脂成形品を排出させた後、媒体温度
   が上記制御目標値よりも高い待機温度になるように、上
   記媒体温調制御部を制御させることを特徴とする金型温
   度制御システム。