JP3611667B2 - 射出成形機の温度制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機の温度制御方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機のノズルおよびシリンダの各部位は樹脂の特性に合わせて加熱する必要があり、しかも、加熱開始後、各部位が同じタイミングで最終昇温目標温度に到達することが望ましい。
【０００３】
しかし、実際には、各部位が最終昇温目標温度に到達するまでの所要時間は、ヒータの発熱能力や各部位の熱容量および各部位の最終昇温目標温度の設定条件等によって異なり、昇温所要時間に差が生じると、残留樹脂の物性変化や、温度勾配の異常によるノズルおよびシリンダへの悪影響が生じる場合がある。
【０００４】
特に、他の部位よりも先に最終昇温目標温度に達した部分の樹脂は高温の設定温度のまま長い時間に亘って加熱され続けることになるので、炭化や熱分解が発生し易くなる問題があり、また、ノズルおよびシリンダの各部に極端な温度差が生じると、熱膨張の差などによりスクリューやその先端部品に折損等の危険が生じる。
【０００５】
図１１ではノズル部Ｔ０ ，シリンダ先端部Ｔ１ ，シリンダ中央部Ｔ２ ，シリンダ基部Ｔ３ に対して同じ最終昇温目標温度を設定した場合の温度上昇曲線の一例を示しており、この例では昇温開始後の経過時間がＡの時点でノズル部Ｔ０ の昇温が完了し、次いで、シリンダ先端部Ｔ１ の昇温完了、更に、シリンダ中央部Ｔ２ の昇温完了と続き、最後に、昇温開始後の経過時間がＢの時点で最も昇温所要時間の長いシリンダ基部Ｔ３ の昇温が完了している。つまり、ノズル部Ｔ０ に関しては、昇温が完了してから更にＢ−Ａの時間だけ最終昇温目標温度で放置されることになり、この間にノズル部Ｔ０ で樹脂の熱分解や炭化が発生する可能性がある。ノズル部Ｔ０ の熱容量はシリンダ側のそれに比べて小さいのが普通であるため、図１１に示されるような傾向は、一般に、よく見受けられるものである。ノズル部Ｔ０ で樹脂の熱分解や炭化が発生したような場合、これをパージ作業によって完全に排出するのは困難であり、これらの炭化物等が連続成形作業中に成形品に混入して不良品が生成されるといった危険もある。ノズル部Ｔ０ で樹脂の熱分解や炭化が発生する前にパージ作業を行ってしまいたいのは山々であるが、シリンダ基部Ｔ３ が最終昇温目標温度に到達する前にパージ作業を行うことはできず、ここで無理をすれば、スクリューの折損事故等を引き起こすといった危険もある。
【０００６】
ＰＩＤ制御を利用した温度のフィードバック制御は既に公知であるが、現在温度と最終昇温目標温度との差が大きな昇温開始の初期段階においては、各ヒータが常ＯＮの状態（ヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間のデューティ比が１の状態）に制御されるため、その時点におけるノズルおよびシリンダの各部位の温度は最終昇温目標温度とは関係なくヒータの発熱能力と各部位の熱容量との関係のみによって決まり、各部位の温度の相互関係が各々の最終昇温目標温度の相互関係を維持して上昇するといった保証はない。
【０００７】
そこで、このような問題を解決するための手段として、昇温所要時間の短い部位のヒータの電源投入タイミングを他の部位のヒータの電源投入タイミングよりも遅らせる方法が利用されているが、このような方法では単に各部位の最終的な昇温完了タイミングを一致させることができるに過ぎず、昇温過程における各部位の温度の相互関係は全く無視されることになる。また、昇温所要時間の短い部位のヒータの電源を投入するまでに、この部位と他の部位との間に著しい温度差が生じるので、温度差によるスクリューやその先端部品の折損等の問題が一層深刻化するといった危険もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記従来技術の欠点を解消し、ノズルおよびシリンダの各部位の温度が設定目標温度に達するまでの所要時間を制御し、しかも、昇温過程における各部位の温度の相互関係を各々の設定目標温度の相互関係に相関させたままの状態で各部位の温度を上昇させることのできる射出成形機の温度制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、射出成形機のノズルおよびシリンダの各部位に独立したヒータを設けてノズルおよびシリンダの温度を制御する射出成形機の温度制御方法において、設定目標温度に到達するに必要とされる昇温所要時間を各部位毎に測定し、昇温所要時間の最大値に対する各部位毎の昇温所要時間の割合を求め、各部位のヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間の通電時間または電力量を各々の割合に比例させて制御するようにしたことを特徴とする構成により、前記と同様の目的を達成し、更に、昇温所要時間が不用意に冗長されるといった問題も解消した。
【００１２】
さらに、昇温所要時間の最大値以上の昇温所要時間を設定し、該設定昇温所要時間に対する各部位毎の昇温所要時間の割合を求め、各部位のヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間の通電時間または電力量を各々の割合に比例させて制御するようにすることにより、昇温完了時刻を制御できるようにした。また、各部位に対して夫々測定した昇温所要時間よりも長い昇温所要時間を夫々設定し、各部位毎の設定昇温所要時間に対する対応する部位の前記測定した昇温所要時間の割合を求め、各部位のヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間の通電時間または電力量を各々の割合に比例させて制御するようにすることによって、各部位の昇温完了時刻を制御し、使用する樹脂等の特性に合致するようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の方法を適用した射出成形機の制御装置１００の要部と該射出成形機のシリンダ周辺部１０１の要部とを示すブロック図である。
【００１４】
射出成形機を駆動制御する制御装置１００は、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣ用ＣＰＵ２５，プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるＰＭＣ用ＣＰＵ１８，サーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ２０および射出保圧圧力やスクリュー背圧のサンプリング処理等を行うための圧力モニタ用ＣＰＵ１７を有し、バス２２を介して相互の入出力を選択することにより各マイクロプロセッサ間での情報伝達が行えるようになっている。
【００１５】
ＰＭＣ用ＣＰＵ１８には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ１３および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ１４が接続され、ＣＮＣ用ＣＰＵ２５には、射出成形機を全体的に制御するプログラム等を記憶したＲＯＭ２７および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２８が接続されている。
【００１６】
サーボＣＰＵ２０および圧力モニタ用ＣＰＵ１７の各々には、サーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ２１やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１９、および、成形データのサンプリング処理等に関する制御プログラムを格納したＲＯＭ１１やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１２が接続されている。
【００１７】
そして、サーボＣＰＵ２０には、該ＣＰＵ２０からの指令に基いてエジェクタ用，ノズルタッチ用，型締用，射出用，スクリュー回転用等の各軸のサーボモータを駆動するサーボアンプ１５が接続され、各軸のサーボモータに配備したパルスコーダ等からの出力の各々がサーボＣＰＵ２０に帰還され、パルスコーダからのフィードバックパルスに基いてサーボＣＰＵ２０により算出された各軸の現在位置やその現在速度等がＲＡＭ１９の現在位置記憶レジスタおよび現在速度記憶レジスタの各々に記憶されるようになっている。なお、図１では、１軸のサーボアンプ及びサーボモータのみを図示している。
【００１８】
圧力モニタ用ＣＰＵ１７は、射出シリンダ３に内嵌された射出用スクリューの基部に設けられた圧力検出器（図示せず）およびＡ／Ｄ変換器１６を介して射出保圧圧力やスクリュー背圧のサンプリング処理を行う。
【００１９】
射出シリンダ３およびその先端に固設されたノズル４の各部位には、各々独立して制御装置１００の側から制御されるヒータと、その部位の現在温度を検出するための熱電対等の温度センサが設けられている。
【００２０】
ヒータおよび温度センサの配設位置は、図２に示す通り、ノズル４上のゾーンＮｏ． Ｔ０ の位置に１つ、以下、シリンダ３の先端から基部側にかけてゾーンＮｏ． Ｔ１ からゾーンＮｏ． ＴＮ−１ の各部位に各々１つずつ設けられており、総数はＮ個（任意）である。
【００２１】
ゾーンＮｏ． Ｔ０ からゾーンＮｏ． ＴＮ−１ の各部位に配備されたヒータの各々は、制御装置１００に設定された各ゾーン毎の目標温度と各ゾーン毎に配備された温度センサで検出される現在温度とに基いて制御装置１００によりＰＩＤ（比例，積分，微分）制御される。この実施形態では、ヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ周期を１０００ミリ秒とし（なお、このＯＮ／ＯＦＦ周期は任意に設定できるもので、この実施例では１０００ミリ秒としている）、目標温度と現在温度との偏差に基いて、そのうち何ミリ秒だけ各ヒータに通電するか（デューティ比）を求めて各ヒータの単位時間当たりの発熱量を調整し、温度偏差を補償するようにしている。従って、温度偏差が著しく大きな場合はデューティ比の演算結果が１を越える場合があり、そのような場合にはヒータの通電状態は常ＯＮとなる。
【００２２】
ＳＷ０ からＳＷＮ−１ の各々は２００Ｖの交流電源から各ヒータへの通電を開閉するためのスイッチであり、制御装置１００の出力回路２３ｂを介して制御装置１００側からの指令でＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００２３】
また、各ゾーンに配備された温度センサからの温度検出信号はＡ／Ｄ変換器３０でＡ／Ｄ変換され、制御装置１００の入力回路２３ａを介して制御装置１００に読み込まれる。
【００２４】
不揮発性メモリ２４は射出成形作業に関する成形条件（射出保圧条件，計量条件等）と各種設定値，パラメータ，マクロ変数等を従来と同様にして記憶する成形データ保存用のメモリである。
【００２５】
ディスプレイ付手動データ入力装置２９はＣＲＴ表示回路２６を介してバス２２に接続され、各種設定画面の表示やデータの入力操作等が各種ファンクションキーやテンキーおよびカーソル移動キー等によって行われるようになっている。
【００２６】
そして、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８が射出成形機各軸のシーケンス制御を行う一方、ＣＮＣ用ＣＰＵ２５がＲＯＭ２７の制御プログラムに基いて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配（パルス分配）を行い、サーボＣＰＵ２０は各軸に対して分配された移動指令とパルスコーダ等の検出器で検出された位置のフィードバック信号および速度のフィードバック信号に基いて、従来と同様に位置ループ制御，速度ループ制御さらには電流ループ制御等のサーボ制御を行い、いわゆるディジタルサーボ処理を実行する。
【００２７】
図３および図４はＰＭＣ用ＣＰＵ１８によるシリンダ３およびノズル４の温度制御の概略を示すフローチャートである。この処理は、温度設定画面における温度制御の選択項目をオペレータが選択することによって起動され、その後、射出成形機本体側のシーケンス制御とは独立してＰＭＣ用ＣＰＵ１８の背景処理として継続的に実行される。この項目の選択操作は実質的にはヒータへの電源投入処理であり、この後、シリンダ３およびノズル４の各部の温度が各々の最終昇温目標温度（設定目標温度）もしくはその近傍に達するまでの間、射出成形機本体は冷間起動禁止の状態に置かれ、射出スクリューの前後退動作や回転動作が禁止される。
【００２８】
温度制御処理を開始したＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、まず、ゾーン数記憶レジスタに加熱ゾーンの総数Ｎを、また、分割数記憶レジスタに、最終昇温目標温度達成までの昇温の刻み回数であるステップ数Ｓの値を読み込んだ後、ゾーン指標ｉの値を零に初期化し、以下、指標ｉの値がＮに達するまでの間、該指標ｉの値を順次歩進して、その都度、各ゾーンの最終昇温目標温度記憶レジスタＴｘｉに最終昇温目標温度の値を記憶して行く（ステップａ１〜ステップａ５）。
【００２９】
以上の処理は、温度設定画面に表示されるガイダンスメッセージに従ってオペレータが数値入力キー等を操作してゾーン数Ｎやステップ数Ｓおよび各ゾーンの最終昇温目標温度Ｔｘｉの入力操作を行い、これを受けてＰＭＣ用ＣＰＵ１８が実施する処理である。ゾーン数がＮであれば、設定される最終昇温目標温度Ｔｘｉ（ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１）の個数はＮ個である（図２参照）。
【００３０】
次いで、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は指標ｉの値を再び零に初期化し（ステップａ６）、ゾーンＮｏ． Ｔｉ の部位に設けられた温度センサからこのゾーンの現在温度を読み込み、その値をゾーンＮｏ． Ｔｉ に対応させて現在温度記憶レジスタＴｎｉに記憶し（ステップａ７）、このゾーンの最終昇温目標温度Ｔｘｉから現在温度Ｔｎｉを減じ、その値をステップ数Ｓで除して、該ゾーンにおける１ステップ分の温度の刻み幅Ｂｉ を求める（ステップａ８）。従って、この実施形態においては前後する各ステップ間の温度差は（Ｔｘｉ−Ｔｎｉ）／Ｓで均等になるが、無論、不均等に設定するようにしてもよい。
【００３１】
次に、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、指標ｊの値を零に初期化し（ステップａ９）、指標ｊの値に１を加えた値に前述の刻み幅Ｂｉ を乗じ、その値をゾーンＮｏ． Ｔｉ の部位の現在温度Ｔｎｉに加算して第ｊステップのステップ昇温目標温度を求め、この値をステップ昇温目標温度記憶レジスタＴｘｉｊ 、要するに、ゾーンＮｏ． Ｔｉ の第ｊステップの昇温目標温度を記憶するレジスタに記憶し（ステップａ１０）、指標ｊの値を歩進する（ステップａ１１）。最初のステップ、つまり、第０ステップのステップ昇温目標温度Ｔｘｉ０ の値は現在温度Ｔｎｉではなく、Ｔｎｉ＋Ｂｉ である。
【００３２】
以下、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、指標ｊの値がステップ数Ｓに達するまでの間（ステップａ１２）、ステップａ１０〜ステップａ１２の処理を繰り返し実行し、ステップ昇温目標温度記憶レジスタＴｘｉｊ （ｊ＝０ ｔｏ Ｓ−１）の各々に各ステップのステップ昇温目標温度Ｔｎｉ＋〔Ｂｉ ×（ｊ＋１）〕を記憶して行く。いうまでもなく、ゾーンＮｏ． Ｔｉに対して設定されるステップ昇温目標温度の個数はＳ個であり、ｊ＝Ｓ−１ の最後のステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ の値はＴｘｉＳ−１ ＝Ｔｎｉ＋〔Ｂｉ ×Ｓ〕＝Ｔｎｉ＋［〔（Ｔｘｉ−Ｔｎｉ）／Ｓ〕×Ｓ］＝Ｔｘｉであって、ゾーンＮｏ． Ｔｉ の最終昇温目標温度Ｔｘｉに一致する。
【００３３】
次いで、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、指標ｉの値を歩進し（ステップａ１３）、該指標ｉの値がゾーン数Ｎに達しているか否かを判別し（ステップａ１４）、達していなければ、指標ｉの値がゾーン数Ｎに達するまでの間、ステップａ７〜ステップａ１４の処理を前記と同様にして繰り返し実行し、ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１の全てのゾーンに対してｊ＝０ ｔｏ Ｓ−１の各ステップのステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ を設定する。昇温目標温度Ｔｘｉｊ は各ゾーン毎にＳ個ずつ存在するわけであるから、その総数は全体でＳ・Ｎ個である。
【００３４】
このようにしてステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ の設定が全て完了すると、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は再び指標ｊの値を零に初期化し（ステップａ１５）、各ゾーンＴｉ （ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１）のステップ昇温目標温度としてＴｘｉｊ の値を設定し、各ゾーンＴｉ の温度のＰＩＤ制御を開始する（ステップａ１６）。
【００３５】
そして、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は指標ｉの値を零に初期化し（ステップａ１７）、ゾーンＮｏ． Ｔｉの部位の現在温度を温度センサを介して現在温度記憶レジスタＴｎｉに読み込み（ステップａ１８）、その値がゾーンＮｏ． Ｔｉ におけるステップｊのステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ に達しているか否かを判別し（ステップａ１９）、達していなければ、現在温度Ｔｎｉの読み込みとステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ との比較処理とを繰り返し実行して、ゾーンＮｏ． Ｔｉ の部位の現在温度Ｔｎｉがステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ に達するまで待機する。
【００３６】
次いで、ゾーンＮｏ． Ｔｉ の部位の現在温度Ｔｎｉがステップｊのステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ に達したことが確認されると、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は指標ｉの値を歩進し（ステップａ２０）、指標ｉの現在値がゾーンの総数Ｎに達しているか否かを判別する（ステップａ２１）。指標ｉの値が総数Ｎに達していなければ現在温度がステップｊのステップ昇温目標温度に達しているか否かを判別すべき他のゾーンが残っていることを意味するので、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は再びステップａ１８の処理へと戻り、更新された指標ｉの値に基いて再び前記と同様の処理を繰り返し実行する。
【００３７】
最終的に、ゾーンＮｏ． Ｔｉ （ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１）の全てのゾーンの現在温度Ｔｎｉが各々のゾーンのステップｊのステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ に達したことが確認された段階でステップａ２１の判別結果が真となる。
【００３８】
従って、各ゾーンのヒータの発熱能力やゾーンの熱容量に差異があるような場合では、ステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ に達するのが比較的早いゾーンＴｉ１とステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ に達するのが比較的遅いゾーンＴｉ２が存在する場合が有り得るが、ステップ昇温目標温度の刻み幅Ｂｉ は昇温開始時の温度と最終昇温目標温度Ｔｘｉとの温度差に比べて十分に小さな値であるため、この昇温所要時間のバラツキは実質的な問題とはならない。
【００３９】
一例として、ゾーンＮｏ． Ｔ０ のノズル部の温度Ｔｎ０とゾーンＮｏ． ＴＮ−１ のシリンダ基部の温度ＴｎＮ−１との間に温度上昇特性の差がある場合について図８に概念的に示す。確かに、両者が各々のステップ昇温目標温度に達するまでにはＴ′の時間差があるが、この時間差は、最終昇温目標温度まで両者を一気に加熱する図１１のような場合の時間差Ｂ−Ａに比べて十分に小さい。図８ではゾーンＮｏ． Ｔ０ のノズル部の最終昇温目標温度Ｔｘ０とゾーンＮｏ． ＴＮ−１ のシリンダ基部の最終昇温目標温度ＴｘＮ−１とを同じ値で設定した場合について示しているが、両者の最終昇温目標温度の設定値が異なるような場合、例えば、図１０に示されるようにノズル部の最終昇温目標温度Ｔｘ０をシリンダ基部の最終昇温目標温度ＴｘＮ−１よりも高く設定したような場合であっても、その効果は同じである。
【００４０】
ゾーンＮｏ． Ｔｉ （ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１）の全てのゾーンの現在温度Ｔｎｉが各々のゾーンのステップｊのステップ昇温目標温度Ｔｘｉｊ に達してステップａ２１の判別結果が真となると、ＰＭＣ用ＣＰＵ１１は指標ｊの値を歩進し（ステップａ２２）、、該指標ｊの値がステップの総数Ｓに達しているか否か、即ち、最終昇温目標温度であるｊ＝Ｓ−１ のステップ昇温目標温度ＴｘｉＳ−１ が全てのゾーンで達成されているか否かを判別する（ステップａ２３）。
【００４１】
ここで、指標ｊの値がステップの総数Ｓに達していなければ、更新された指標ｊの値に対応する次の段階のステップ昇温目標温度が存在することを意味し、次のステップのための昇温作業を開始する必要が生じる。
【００４２】
このままステップａ１６の処理に移行して直ちに次の昇温ステップの温度制御を開始してもよいが、この実施形態においては、各ゾーン間の温度、つまり、ヒータが巻回されていない部分の温度をその両側のゾーンの温度に馴染ませるために、この段階でタイマＴに設定値をセットしてスタートさせ、この設定時間の分だけ待機してからステップａ１６の処理に移行して次の昇温ステップの温度制御を開始するようにしている（ステップａ２４，ステップａ２５）。各ゾーンの温度はＰＩＤ制御されているので、この待機時間Ｔの間、先にこのステップの昇温目標温度に到達したゾーンの温度は、該ステップの昇温目標温度にフラットに維持され（図８および図１０参照）、この間にヒータ非巻回部分の温度が両側のゾーンに対して熱平衡の状態に達する。
【００４３】
そして、ステップａ１６の処理に移行したＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、指標ｊの値がステップの総数Ｓに達するまでの間、指標ｊの値に基いて前記と同様の処理を繰り返し実行し、各昇温ステップの処理を実施する。
【００４４】
ステップの総数Ｓの値はどのゾーンに対しても共通であるから、ステップａ２１の判別結果が真となって各ゾーンの現在温度の全てがステップｊのステップ昇温目標温度に達したことが確認された段階では、各ゾーンの現在温度の比Ｔｘ０ｊ ：Ｔｘ１ｊ ：Ｔｘ２ｊ ：・・・：ＴｘＮ−１ｊ が、常に、各ゾーンの最終昇温目標温度の比Ｔｘ０：Ｔｘ１：Ｔｘ２：・・・：ＴｘＮ−１と等しくなる。つまり、昇温過程における各ゾーンの現在温度の相互関係が各々のゾーンの最終昇温目標温度の相互関係に相関しているということである。なお、図１０においてはノズル部の温度Ｔｎ０とシリンダ基部の温度ＴｎＮ−１との比がＴｘ０：ＴｘＮ−１であり、当然、図８においてはノズル部の温度Ｔｎ０とシリンダ基部の温度ＴｎＮ−１との比が１：１である（Ｔｘ０＝ＴｘＮ−１）。
【００４５】
更に、待機時間Ｔの値を非常に短く、または、零に設定し、かつ、ステップ数Ｓの値を相当に大きく設定すれば、最も立上りの鈍い昇温特性を有するゾーンの昇温所要時間に各ゾーンの昇温所要時間が合わせられることになるので、図８の各昇温ステップの始点と終点の黒丸印を結んだような昇温特性、つまり、図９に示すような昇温特性が得られることになる。図９に示す通り、ステップ数Ｓの値を大きく設定すれば概ね滑らかな昇温特性を得ることができるが、依然として最も立上りの鈍い昇温特性と比べれば各ステップ区間での立上りが早い（傾きが大きい）ので、実際には、図９に示す通りの折れ線状の昇温特性となる。横軸に水平な部分の折れ線部を短くして全体を更に滑らかにするためには、ステップ数Ｓの値を更に大きくする必要がある。無論、最終昇温目標温度が各ゾーン毎に異なるような場合でもこれと同じ処理操作が可能である。
【００４６】
そして、最終的に指標ｊの値がステップの総数Ｓに達し、各ゾーンの温度が最終昇温目標温度であるｊ＝Ｓ−１ のステップ昇温目標温度ＴｘｉＳ−１ に達したことがステップａ２３の判別処理で検出されると、パラメータ設定されている冷間起動禁止用タイマーをスタートさせ設定時間に達すると、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は冷間起動禁止の設定を解除し、射出スクリューの移動および回転に関する指令の実行を許容する状態となる（ステップａ２６〜ａ２８）。
【００４７】
この実施形態においては、各ステップ毎の昇温目標温度を決めるための処理が、常に、現在温度と最終昇温目標温度との関係に基いて行われるので、室温から最終昇温目標温度への昇温作業の場合に限らず、例えば、成形停止時の低温保持温度から最終昇温目標温度への再度の立上げや樹脂を交換する際の温度の切り替え等に際しても適用することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、各ステップの目標温度への温度制御においても、ＰＩＤ制御を採用しているが（図４のステップａ１６参照）、この各ステップの目標温度への温度制御をＰＩＤ制御で行うことなく、目標温度に達するまで各ゾーンのヒータをオンにし、目標温度に達すると、オフにするようにしてもよい。この場合、図４において、ステップａ１６では、ＰＩＤ制御の開始ではなくヒータをオンにし、ステップａ１９で真となった場合には、ヒータをオフにするようにすればよい。そして全てのゾーンが最終昇温目標温度に達した後、ＰＩＤ制御を開始するようにしてもよい。
【００４９】
また、このような制御を行うと、最終ステップの目標温度は最終昇温目標温度であり、この最終昇温目標温度を越える場合が生じるので、最終ステップのみＰＩＤ制御を行うようにしてもよい。即ち、図４において、ステップａ２３の代わりにｊ＝Ｓ−１か判断し、真であれば、ステップａ１６の処理、即ちＰＩＤ制御を開始し、ステップａ１７〜ａ２１の処理を行い、ステップａ２１が真になるとステップａ２６に移行するようにすればよい。
【００５０】
図５および図６ならびに図７は、各ゾーンのヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間のデューティ比を調整することにより単位時間当たりにヒータに入力される電力量を適正化して、昇温特性の異なる各ゾーンの最終的な昇温所要時間を一致させるようにした別の実施形態の測定演算処理の概略を示すフローチャートである。この測定演算処理は、最終昇温目標温度に到達するに必要とされる昇温所要時間を各ゾーン毎に測定するための処理と昇温所要時間の最大値に対する各ゾーン毎の昇温所要時間の割合を求めてゾーン毎の通電時間の補正デューティ比を算出するための係数を求める処理である。ＰＩＤ制御処理によって出力される通電ＯＮ時間（若しくはデューテイ比）にこの処理で求められた各ゾーンＴｉ 毎の昇温所要時間の割合Ｐｒｉを乗じて、１０００ミリ秒を１周期とするヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ周期における補正ＯＮ時間を求めるようにしたものである。
【００５１】
測定演算処理を開始したＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、まず、ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１の各ゾーンＴｉ に対応する昇温所要時間取得フラグＧｉ の値を全て零に初期化すると共に、ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１の各ゾーンＴｉ に対応する最終昇温目標温度記憶レジスタＴｘｉの各々に各ゾーンの最終昇温目標温度の設定値を記憶し（ステップｂ１〜ステップｂ４）、各ゾーンの最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに基いて各ゾーンＴｉ の温度のＰＩＤ制御を開始し（ステップｂ５）、昇温所要時間計測タイマＴをリスタートさせる（ステップｂ６）。昇温開始時点における各ゾーンＴｉ の現在温度Ｔｎｉと最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉとの差は大きいので各ヒータの制御は実質的な常ＯＮ制御となる。
【００５２】
次いで、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、指標ｉを零に初期化して（ステップｂ７）、指標ｉの値がゾーン総数Ｎに達しているか否かを判別し（ステップｂ８）、達していなければ、ゾーンＴｉ に対応する昇温所要時間取得フラグＧｉ がセットされているか否か、つまり、このゾーンＴｉ の温度が最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達したことが既に確認されているか否かを判別する（ステップｂ１０）。
【００５３】
そして、確認されていなければ、改めてこのゾーンＴｉ の現在温度を読み込んで現在温度記憶レジスタＴｎｉに記憶し（ステップｂ１１）、現在温度ＴｎｉがこのゾーンＴｉ の最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達しているか否かを判別する（ステップｂ１２）。
【００５４】
該ゾーンＴｉ の現在温度Ｔｎｉが最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達していなければ、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は指標ｉの値を歩進し（ステップｂ２１）、再びステップｂ８の処理に移行して、更新された指標ｉの値に基いて前記と同様の処理を繰り返し実行し、次のゾーンＴｉ について昇温所要時間取得フラグＧｉ がセットされているか否かを判別する。また、このような処理が繰り返し実行される間に指標ｉの値がゾーン総数Ｎに達してしまった場合には、指標ｉの値を改めて零に初期化し（ステップｂ９）、前記と同様の処理を繰り返す。
【００５５】
もし、ステップｂ１０の処理を実行する時点でｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１の各ゾーンＴｉ に対応する昇温所要時間取得フラグＧｉ の全てがセットされているという事態が発生するとするなら、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８がステップｂ８〜ステップｂ１０およびステップｂ２１の処理から抜けられなくなるといった問題が生じることになるが、実際にはそのようなことは起こらない。現在温度Ｔｎｉが最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉを越えるまでは該ゾーンＴｉ に対応する昇温所要時間取得フラグＧｉ はセットされず、また、最も昇温所要時間の長いゾーンの現在温度Ｔｎｉが最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉを越えた時点では、昇温所要時間取得フラグＧｉ の取得数ｋを数えるための確認処理（後述のステップｂ１５〜ステップｂ２０の処理）が必ず実施されるからである。ステップｂ２０の処理で昇温所要時間取得フラグＧｉ の取得数ｋがゾーン総数Ｎに達したことが一旦確認されてしまえば、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８はそれ以前のステップの処理に復帰することはない。
【００５６】
そして、ステップｂ８〜ステップｂ１２およびステップｂ２１の処理を繰り返し実行する間に、ステップｂ１２の判別処理において現在温度Ｔｎｉが最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達しているゾーンＴｉ が検出されると、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、ゾーンＴｉ に対応する昇温所要時間記憶レジスタＵｉ に該時点におけるタイマＴの計測値を記憶し（ステップｂ１３）、このゾーンＴｉ に対応する昇温所要時間取得フラグＧｉ に１をセットする（ステップｂ１４）。ステップｂ１０の判別処理から明らかなように、昇温所要時間取得フラグＧｉ が一旦セットされたゾーンＴｉ に対しては現在温度Ｔｎｉの検出に関する処理が非実行とされるので、最終昇温目標温度達成後に昇温所要時間記憶レジスタＵｉ の値が誤って置き換えられるといったことは発生しない。
【００５７】
次いで、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は指標ｊおよびカウンタｋの値を共に零に初期化し（ステップｂ１５）、ｊ＝０ ｔｏ Ｎ−１の各ゾーンＴｊ の昇温所要時間取得フラグＧｊ のうち幾つがセットされているかを検出する。要するに、ｊ＝０ ｔｏ Ｎ−１の全ての昇温所要時間取得フラグＧｊ を端から検索し、１がセットされているフラグが検出される度にｋの値をカウントアップするのである（ステップｂ１６〜ステップｂ１９）。
【００５８】
そして、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、カウンタｋの値がゾーン総数Ｎに達しているか否か、つまり、ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１の全てのゾーンＴｉ が最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達し、その昇温所要時間Ｕｉ が既に記録されているか否かを判別する（ステップｂ２０）。当然、ｋ＝Ｎであれば全てのゾーンＴｉ が最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達しており、ｋの値がＮよりも小さければ最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達していないゾーンＴｉ が１以上は存在することを意味する。
【００５９】
最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達していないゾーンＴｉ が存在する場合、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は、再び指標ｉの値を歩進し（ステップｂ２１）、ステップｂ８の処理へと移行して、歩進された指標ｉの値に基いて前記と同様の処理を繰り返し実行する。なお、ステップｂ８の処理へ移行する前にステップｂ２１の処理を実行するというのは必ずしも必須の要件ではない（ステップｂ２０の判別結果が偽となった時点で直ちにステップｂ８の処理へ移行してもよい）。
【００６０】
そして、最終的に、最も昇温所要時間の長いゾーンＴｉ の現在温度Ｔｎｉが最終昇温目標温度の設定値Ｔｘｉに達し、前述したステップｂ１３〜ステップｂ１４の処理によりｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１の各ゾーンＴｉ の全ての昇温所要時間記憶レジスタＵｉ に各ゾーンＴｉ の昇温所要時間が記憶され、セットアップされた昇温所要時間取得フラグＧｉ の数ｋがゾーン総数Ｎに達したことがステップｂ２０の判別処理で検出されると、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は昇温所要時間の最大値を記憶する最大値レジスタＭｔ の値と指標ｉの値を一旦零に初期化する（ステップｂ２２，ステップｂ２３）。
【００６１】
以下、ＰＭＣ用ＣＰＵ１８は指標ｉの値を０からＮ−１ まで順次更新してその都度該指標ｉに対応する昇温所要時間記憶レジスタＵｉ の値を読み込み、レジスタＵｉの値がレジスタＭｔ の値よりも大きければレジスタＵｉ の値をその時点における最大値としてレジスタＭｔ に更新記憶する一方、レジスタＵｉ の値が最大値記憶レジスタＭｔ の値と同等以下であればレジスタＵｉの値をそのまま保持し行く（ステップｂ２４〜ステップｂ２７）。最終的に、ステップｂ２４の判別結果が真となった時点でレジスタＭｔ に残っている値が最も昇温の遅いゾーンの昇温所要時間の値である。
【００６２】
なお、ステップｂ２２〜ステップｂ２７の処理に代え、ステップｂ２０の判別結果が真となった時点のレジスタＵｉ の値を最大値記憶レジスタＭｔ にそのまま置き換えるようにしてもよい。ステップｂ２０の判別結果が真となるのは最も昇温の遅いゾーンの温度が最終昇温目標温度に達した時点であり、第Ｎ回目のステップｂ１３の処理、つまり、最も昇温の遅いゾーンに対して実行される処理で読み込まれた昇温所要時間の値がステップ２０の判別処理完了時点でそのままレジスタＵｉ に保持されているからである。当然、ステップｂ２０の判別結果が真となった時点でこのような置き換え処理を行う場合には、ステップｂ２２〜ステップｂ２７の処理は不要であり、置き換え実行後、直ちにステップｂ２８の処理に進むことになる。
【００６３】
上述したいずれかの処理により最も昇温の遅いゾーンの昇温所要時間Ｍｔ を求めたＰＭＣ用ＣＰＵ１８は再び指標ｉの値を零に初期化し（ステップｂ２８）、ｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１の各ゾーンＴｉ 毎に昇温所要時間の最大値Ｍｔ に対する各ゾーンＴｉ 毎の昇温所要時間の割合Ｐｒｉを算出し（ステップｂ２９〜ステップｂ３１）、その値をｉ＝０ ｔｏ Ｎ−１の各ゾーンＴｉ 毎のＰＩＤ制御処理によって出力される通電ＯＮ時間に乗じる係数（ＰＩＤ制御処理によって出力されるＯＮ／ＯＦＦデューティ比に乗じて補正されたデューティ比を求める係数）として不揮発性メモリ２４に設定する（ステップｂ３２）。
【００６４】
使用樹脂や金型の変更がない限り、以降の昇温作業ではこの係数ＰｒｉをＰＩＤ制御処理によって出力される通電ＯＮ時間に乗じ、補正された通電ＯＮ時間として各ゾーンＴｉ のヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ制御が行われることになる。若しくは、ＰＩＤ制御処理によって出力されるデューティ比に係数Ｐｒｉを乗じて補正されたデューティ比を求め、このデューティ比によって各ゾーンＴｉ のヒータが通電ＯＮ／ＯＦＦ制御されることになる。
【００６５】
従って、ＰＩＤ制御処理し各ゾーン常ＯＮ制御を行うような場合（デューティ比が１の場合）、最終昇温目標温度に到達するのが最も遅いゾーンのヒータは常にＰｒｉ＝Ｕｉ ／Ｍｔ ＝Ｍｔ ／Ｍｔ ＝１で１０００ミリ秒×１＝１０００ミリ秒（デューティ比＝１）となり常ＯＮ制御となる。また、他のゾーンのヒータは、１０００ミリ秒×Ｐｒｉ（Ｐｒｉ＜１）がＯＮ時間となり、ＯＮ／ＯＦＦ制御がなされることになり最終的な昇温所要時間が、昇温カーブの傾きが最も小さいゾーンのヒータの昇温所要時間Ｕｉ ＝Ｍｔ に一致するように通電ＯＮ／ＯＦＦ制御されることになる。結果的に、図１１に示されるように最終昇温目標温度が各ゾーンとも同じ値に設定された場合では、昇温カーブの傾きが最も小さいゾーンのヒータ、例えば、図１１の例でいえばシリンダ基部Ｔ３ の昇温特性に他のゾーンＴ０ ，Ｔ１ ，Ｔ２ の昇温特性が合わせられることになる。ただし、これはあらゆる場合において必ず全ての昇温カーブの傾きが、傾きの最も小さいゾーンの昇温カーブの傾きに一致するということを意味しない。例えば、図１１においてシリンダ中央部Ｔ２ のゾーンの最終昇温目標温度の設定値がシリンダ基部Ｔ３ のゾーンの最終昇温目標温度の設定値よりも高ければ、シリンダ中央部Ｔ２ のゾーンの昇温カーブの傾きがシリンダ基部Ｔ３ のゾーンの昇温カーブの傾きよりも急になる場合が有り得る。上述の通電ＯＮ／ＯＦＦ制御で一致するように制御されるのは飽くまで最終昇温目標温度までの昇温所要時間である。
【００６６】
この構成によっても最初に述べた実施形態と同様、昇温過程における各ゾーンの現在温度の相互関係を各々のゾーンの最終昇温目標温度の相互関係に相関させることができ、また、各ゾーン毎の昇温所要時間の差をなくすことができる。
【００６７】
なお、各ゾーンの現在温度が各々の最終昇温目標温度に到達した後は係数Ｐｒｉを乗じることのない通常のＰＩＤ制御による温度制御が行われる。
【００６８】
前記別の実施形態においては、各ゾーンの昇温時間を最も時間の要するゾーンの昇温時間に合わせるようにしたが、この最も時間の要するゾーンの昇温時間よりも長い時間で全てのゾーンを昇温させてもよい。この場合には、図７におけるステップｂ２４の次に最大値記憶レジスタＭｔ に記憶する昇温の最も遅いゾーンの昇温所要時間をディスプレイ２９に表示させると共に、この表示した昇温所要時間よりも長い昇温所要時間よりも長い昇温所要時間を設定可能であることを趣旨とするメッセージ等を表示させ、作業者に昇温所要時間を最大値記憶レジスタＭｔ に設定させる。また、予め昇温の最も遅いゾーンの昇温所要時間が分かっていれば、この昇温の最も遅いゾーンの昇温所要時間以上の長い昇温所要時間を設定可能とする（この場合には、ステップｂ２２〜ｂ２７の処理は必要がなくなる）。こうして昇温所要時間が最大値記憶レジスタＭｔ に設定された後は、（ステップｂ２８〜ｂ３２の処理を行って係数を求め、設定された昇温所要時間で全てのゾーンが目標温度まで昇温させるようにする。
このように昇温時間を制御することによって、全ゾーンの昇温完了時刻を成形開始時刻直前にすることができ、無駄なヒータ通電時間を抑えることができ、省エネルギーになると共に樹脂の変化も最低限に抑えることができる。また、作業者によって昇温開始時刻が異なっても昇温完了時刻を同一時刻にすることができるから、成形開始時の熱の状態を各成形機毎あるいは各日時毎に安定化することができる。
【００６９】
さらに、前記実施形態では全ゾーンの昇温完了時刻を一致させるようにしたが特別のゾーンのみこの特別のゾーンの測定昇温所要時間よりも長くかつ、他のゾーンの昇温所要時間と異なる昇温所要時間を設定し、その昇温完了時間を変えるようにしてもよい。例えば、物性的な変化が早い樹脂を使用するような場合、ノズルの昇温完了時刻を成形開始直前に設定したいとのような場合には、この特別のゾーンに対して昇温所要時間を別に設定するようにしてもよい。この場合には、この特別のゾーンに対してのみ他のゾーンとは異なる（前記例のノズルの昇温所要時間の場合は、他のゾーンの昇温所要時間よりも長い時間となる）昇温所要時間を設定し、図７の（ステップｂ２８以下の処理で、特別なゾーンに対しては、このゾーンに設定された昇温完了時間をステップｂ２９のＭｔ とし係数を求め、他のゾーンに対しては共通の昇温完了時間（Ｍｔ）で、ステップｂ２９以下の処理を行い係数を求めればよい。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、射出成形機のノズルおよびシリンダの各部位の温度が最終昇温目標温度に達するまでの所要時間を制御することができ、また、昇温過程における各部位の温度の相互関係を各々の最終昇温目標温度の相互関係に相関させて維持することができる。この結果、ノズル部分の残留樹脂の熱分解や炭化等による成形異常や昇温過程における各部位の温度差によるスクリューやその先端部品の折損等といった事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を適用した射出成形機の制御装置の要部と該射出成形機のシリンダ周辺部の要部を示すブロック図である。
【図２】ノズルおよびシリンダ上の温度制御ゾーンを示す概念図である。
【図３】ＰＭＣ用ＣＰＵによるシリンダおよびノズルの温度制御の概略を示すフローチャートである。
【図４】シリンダおよびノズルの温度制御の概略を示すフローチャートの続きである。
【図５】ヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間のデューティ比を調整することにより昇温特性の異なる各ゾーンの最終的な昇温所要時間を一致させるようにした別の実施形態の測定演算処理の概略を示すフローチャートである。
【図６】測定演算処理の概略を示すフローチャートの続きである。
【図７】測定演算処理の概略を示すフローチャートの続きである。
【図８】本発明の一実施形態の作用原理を説明する線図である。
【図９】本発明の一実施形態の作用原理を説明する線図である（ステップの分割数を大きく設定した場合）。
【図１０】本発明の一実施形態の作用原理を説明する線図である（ゾーン毎の最終昇温目標温度が異なる場合）。
【図１１】従来の昇温制御の作用原理を説明する線図である。
【符号の説明】
３ 射出シリンダ
４ ノズル
１８ ＰＭＣ用ＣＰＵ
２２ バス
２３ａ 入力回路
２３ｂ 出力回路
２４ 不揮発性メモリ
３０ ＡＤ変換器
１００ 制御装置

Claims (3)

1. 射出成形機のノズルおよびシリンダの各部位に独立したヒータを設けてノズルおよびシリンダの温度を制御する射出成形機の温度制御方法において、設定目標温度に到達するに必要とされる昇温所要時間を各部位毎に測定し、昇温所要時間の最大値以上の昇温所要時間を設定し、該設定昇温所要時間に対する各部位毎の昇温所要時間の割合を求め、各部位のヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間の通電時間または電力量を各々の割合に比例させて制御するようにしたことを特徴とする射出成形機の温度制御方法。
2. 射出成形機のノズルおよびシリンダの各部位に独立したヒータを設けてノズルおよびシリンダの温度を制御する射出成形機の温度制御方法において、設定目標温度に到達するに必要とされる昇温所要時間を各部位毎に測定し、昇温所要時間の最大値に対する各部位毎の昇温所要時間の割合を求め、各部位のヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間の通電時間または電力量を各々の割合に比例させて制御するようにしたことを特徴とする射出成形機の温度制御方法。
3. 射出成形機のノズルおよびシリンダの各部位に独立したヒータを設けてノズルおよびシリンダの温度を制御する射出成形機の温度制御方法において、設定目標温度に到達するに必要とされる昇温所要時間を各部位毎に測定し、各部位に対して夫々測定した昇温所要時間よりも長い昇温所要時間を夫々設定し、各部位毎の設定昇温所要時間に対する対応する部位の前記測定した昇温所要時間の割合を求め、各部位のヒータの通電ＯＮ／ＯＦＦ時間の通電時間または電力量を各々の割合に比例させて制御するようにしたことを特徴とする射出成形機の温度制御方法。

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