JP5087654B2 - 成形機の自動昇温制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば押出成形機や射出成形機等の成形機の自動昇温制御方法に関する。
成形機の一例である射出成形機は、加熱シリンダ（バレル部）の内部にスクリューを回転自在に配置して加熱シリンダ内を軸方向に沿って進退できるようになっている。加熱シリンダの先端部にはノズル（射出口）が設けられており、加熱シリンダの外周部分には、複数のヒータが配置されている。スクリューは駆動モータにより加熱シリンダ内部で進退しながら回転することで、ホッパーからシリンダ内に投入された原料の樹脂チップを加熱溶融するとともに、スクリューがノズルから射出して成形するようになっている。
この種の成形機では、加熱シリンダの外周部分を軸方向に沿って複数の加熱区間（加熱ゾーンとも言う）に分けて、各加熱区間にはヒータが配置されている。各ヒータの近傍には、温度センサーが設けられている。温度計測部には、各温度センサーからの入力があり、温度計測部が計測した加熱区間の温度と目標温度設定部で記憶した目標温度によりヒータの温度制御を行う。各加熱区間を昇温する時には、目標設定温度への到達時間が最も遅い加熱区間をマスター区間とし、このマスター区間以外の加熱区間をスレーブ区間としている。
特開２００５−３５０９０号公報
ところが、上記特許文献１に開示された成形機の自動昇温制御方法では、マスター区間の目標設定温度到達率に合わせてスレーブ区間を同時に昇温している。予めセルフチューニング法によって得られた各加熱区間の目標温度到達時間によりマスター区間を決めておき、マスター区間の目標設定温度到達率に合わせてスレーブ区間を同時に昇温している。
このようにマスター区間の目標設定温度到達率に合わせてスレーブ区間を同時に昇温していると、昇温開始直後ではスレーブ区間がマスター区間よりも昇温能力が高いにもかかわらず、スレーブ区間のヒータの発熱が抑えられてしまうことになり、スレーブ区間からバレル部を通じてマスター区間に与える熱量が少なくなってしまう。このため、バレル部のマスター区間とスレーブ区間を同時にそれぞれの最終目標温度に到達する昇温完了までの時間が、とても長くなってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、バレル部のマスター区間（マスターゾーン）とスレーブ区間（スレーブゾーン）がそれぞれ最終目標温度に到達する昇温完了までの時間を短縮することができる成形機の自動昇温制御方法を提供することである。
本発明の成形機の自動昇温制御方法は、成形機のバレル部を複数に分割した加熱ゾーンで加熱する際に前記加熱ゾーンの昇温を制御する成形機の自動昇温制御方法であって、
前記加熱ゾーン毎に設けたヒータと、前記加熱ゾーン毎に設けた温度センサーと、前記温度センサーからの入力を行う温度計測部と、前記ヒータの制御を行うヒータ制御部と、前記ヒータの目標温度を設定して記憶する目標温度設定部と、前記温度計測部が計測した前記加熱ゾーンの温度と、前記目標温度設定部で記憶した前記目標温度により、前記ヒータの温度制御を行う温度制御部と、を備え、
複数の前記加熱ゾーンを同時に昇温する際に各前記加熱ゾーンに仮の目標温度を設定して昇温させ、前記仮の目標温度に到達した時点で複数の前記加熱ゾーンの中からマスターゾーンを選択して、前記マスターゾーン以外の前記加熱ゾーンをスレーブゾーンとして、前記仮の目標温度到達以降で最終の前記目標温度までの昇温では、前記マスターゾーンの昇温到達度合いに基づき前記マスターゾーンと前記スレーブゾーンを昇温制御することを特徴とする。
本発明によれば、バレル部のマスター区間（マスターゾーン）とスレーブ区間（スレーブゾーン）がそれぞれ最終目標温度に到達する昇温完了までの時間を短縮することができる成形機の自動昇温制御方法を提供することができる。
本発明の成形機の自動昇温制御方法の実施形態を実施するための成形機の好ましい例を示す図である。 縦軸を温度として横軸を経過時間とした場合の本発明の成形機の自動昇温制御方法の好ましい実施形態の工程例と、従来の同時昇温による場合の昇温の様子を示すグラフである。 本発明の成形機の自動昇温制御方法の第１の実施形態の工程を示すフロー図である。 本発明の成形機の自動昇温制御方法の第２の実施形態の工程を示すフロー図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の成形機の自動昇温制御方法の好ましい実施形態を実施するための成形機の構造例を示している。
図１に示す成形機１０は射出成形機であり、成形機１０は、加熱シリンダ１１と、複数のヒータＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５と、複数の温度センサー１２，１３，１４，１５，１６と、スクリュー２７と、温度計測部１７と、ヒータ制御部１８と、温度制御部１９と、目標温度設定部２０と、目標温度記憶域２１と、ホッパー２２を有している。
図１に示す成形機１０は、樹脂チップ２３を原料にして射出成形する装置であり、加熱シリンダ１１は、バレル部とも言いほぼ円筒状の部材である。加熱シリンダ１１の先端部にはノズル（射出口とも言う）２４が設けられている。加熱シリンダ１１の内部には、スクリュー２７が、駆動部２５の駆動により軸方向ＣＬに沿って進退可能にしかも回転可能に配置されている。ホッパー２２から供給される樹脂チップ２３は、加熱シリンダ１１の内部の材料貯蔵部２６に供給でき、スクリュー２７が回転してしかも軸方向ＣＬに沿って進むことにより、ノズル２４から溶融樹脂の射出を行うようになっている。
図１に示すように、加熱シリンダ１１の外周部分には、軸方向ＣＬに沿って複数のリング状の加熱体としてのヒータＨ１〜Ｈ５が配置されている。これらのヒータＨ１〜Ｈ５はそれぞれ間隔をおいて配置されており、ヒータＨ１〜Ｈ５は加熱シリンダ１１の外周部分を複数の加熱区間Ｚ１〜Ｚ５に分けている。すなわち、各ヒータＨ１〜Ｈ５は加熱区間Ｚ１〜Ｚ５毎に設けられており、各加熱区間Ｚ１〜Ｚ５は、ノズル２４側からスクリュー２７側にかけて順番に形成されている。成形機の自動昇温制御方法をわかりやすく説明するために、例えば加熱区間Ｚ１〜Ｚ５の中から２つの加熱区間を選択して、後で説明するように、これら選択された２つの加熱区間は、図２に示す２つの加熱区間ＣＨ１と加熱区間ＣＨ２として説明する。加熱区間は、加熱ゾーンともいう。
図１に示すように、温度センサー１２，１３，１４，１５，１６は、対応する加熱区間Ｚ１〜Ｚ５毎に配置されている。これにより、各温度センサー１２，１３，１４，１５，１６は、それぞれ対応する加熱区間Ｚ１〜Ｚ５の温度を測定することができる。
温度計測部１７は、各温度センサー１２，１３，１４，１５，１６に電気的に接続されている。各温度センサー１２，１３，１４，１５，１６から各加熱区間Ｚ１〜Ｚ５の温度を測定した温度測定信号が、温度計測部１７に入力される。
図１に示すように、ヒータ制御部１８は、各ヒータＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５に電気的に接続されている。ヒータ制御部１８は、各ヒータＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５に対して個別に通電制御をすることで、各ヒータＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５を個別に発熱させることができる。
図１に示すように、温度制御部１９は、温度計測部１７とヒータ制御部１８に対して電気的に接続されている。温度制御部１９と温度計測部１７とヒータ制御部１８は、ＰＩＤコントローラを構成している。また、温度制御部１９は、目標温度設定部２０に対して電気的に接続されており、目標温度設定部２０は目標温度記憶域２１を有している。
目標温度設定部２０は、目標温度記憶域２１に予め記憶されている仮の目標温度と最終の目標温度の値を、各ヒータＨ１〜Ｈ５の目標温度として設定することができ、目標温度設定部２０で設定される仮の目標温度と最終の目標温度は、複数の加熱区間についてそれぞれ個別に設定可能である。温度制御部１９は、温度計測部１７において計測された各加熱区間Ｚ１〜Ｚ５の温度と、目標温度設定部２０で記憶された仮の目標温度と最終の目標温度とにより、各ヒータＨ１〜Ｈ５の温度制御を行うようになっている。
次に、図２と図３を参照して、図１に示す成形機１０を用いて実施される本発明の成形機の自動昇温制御方法の第１の実施形態について、詳しく説明する。
図２は、縦軸を温度として横軸を経過時間とした場合の本発明の成形機の自動昇温制御方法の実施形態の工程例と、従来の同時昇温による場合の昇温の様子を示すグラフである。図３は、本発明の成形機の自動昇温制御方法の第１の実施形態の工程を示すフロー図である。
図２では、加熱区間ＣＨ１の最終目標温度をＳＶ１で示し、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度をＳＶ２で示す。また、加熱区間ＣＨ１の仮の目標温度をＨＶ１で示し、加熱区間ＣＨ２の仮の目標温度をＨＶ２で示す。最終目標温度ＳＶ１は最終目標温度ＳＶ２よりも高く、仮の目標温度ＨＶ１は仮の目標温度ＨＶ２よりも高い。最終目標温度ＳＶ２は、仮の目標温度ＨＶ１よりも高い。加熱区間ＣＨ１の昇温開始時温度をＰＶ０１で示し、加熱区間ＣＨ２の昇温開始時温度をＰＶ０２で示す。
図２では、本発明の成形機の自動昇温制御方法の実施形態における温度データ線Ｌ１、Ｌ２を実線で示しているが、比較例として従来の同時昇温による場合の温度データ線Ｒ１、Ｒ２を破線で示している。
図２の実線で示す温度データ線Ｌ１は、加熱区間ＣＨ１の昇温の様子を示し、図２の実線で示す温度データ線Ｌ２は、加熱区間ＣＨ２の昇温の様子を示している。また、図２の破線で示す温度データ線Ｒ１は、従来例のおける同時昇温による加熱区間ＣＨ１の昇温の様子を示し、図２の破線で示す温度データ線Ｒ２は、従来例のおける同時昇温による加熱区間ＣＨ２の昇温の様子を示している。従来例の場合には、加熱区間ＣＨ１と加熱区間ＣＨ２は同時昇温をしており個別昇温はしていない。
図２では、昇温開始時間からの同時昇温オフ期間、すなわち昇温開始時間からの個別昇温期間をＤ１で示し、次の個別昇温期間をＤ２で示し、さらに同時昇温期間（同時昇温オン期間）をＤｓで示している。この場合に、個別昇温期間をＤ１と次の個別昇温期間Ｄ２では、図１に示す温度制御部１９がヒータ制御部１８に指令を与えることで、ヒータ制御部１８が、加熱区間ＣＨ１のヒータと、加熱区間ＣＨ２のヒータを、個別に通電制御する。同時昇温期間（同時昇温オン期間）Ｄｓでは、図１に示す温度制御部１９がヒータ制御部１８に指令を与えることで、ヒータ制御部１８が、加熱区間ＣＨ１のヒータと、加熱区間ＣＨ２のヒータを通電制御して、仮の目標温度到達以降で最終の前記目標温度までの昇温において、加熱区間の昇温到達度合いに合わせて加熱区間ＣＨ１、ＣＨ２を同時に昇温するようになっている。
図２の例では、加熱区間ＣＨ１は、時点ゼロから時点Ｓ１において仮の目標温度ＨＶ１に達しているが、加熱区間ＣＨ２は、時点Ｓ１よりも遅い時点Ｓ２において仮の目標温度ＨＶ２に到達している。個別昇温期間Ｄ２では、加熱区間ＣＨ１は仮の目標温度ＨＶ１に保持されるが、加熱区間ＣＨ２はさらに上昇して時点Ｓ２において仮の目標温度ＨＶ２に到達する。同時昇温期間Ｄｓでは、加熱区間ＣＨ１は時点Ｇｔにおいて最終目標温度ＳＶ１まで昇温して到達し、加熱区間ＣＨ２は時点Ｇｔにおいて最終目標温度ＳＶ２まで昇温して到達し、その後、加熱区間ＣＨ１は最終目標温度ＳＶ１に保持され、加熱区間ＣＨ２は最終目標温度ＳＶ２に保持される。
一方、従来例の場合には、加熱区間ＣＨ１と加熱区間ＣＨ２は、破線で示す温度データ線Ｒ１、Ｒ２のように、時点Ｇｐにおいて最終目標温度ＳＶ１、ＳＶ２にそれぞれ到達する。時点Ｇｐは、時点Ｇｔよりも後である。
次に、図３を参照する。図３に示す本発明の成形機の自動昇温制御方法の第１の実施形態の工程を示すフローは、ステップＳ１〜ステップＳ１２を有している。
図３において、加熱区間ＣＨ１の最終目標温度をＳＶ１で示し、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度をＳＶ２で示す。加熱区間ＣＨ１の現在温度をＰＶ１で示し、加熱区間ＣＨ２の現在温度をＰＶ２で示す。また、加熱区間ＣＨ１の仮の目標温度をＨＶ１で示し、加熱区間ＣＨ２の仮の目標温度をＨＶ２で示す。
ここで、図１に示す成形機１０を用いて実施される本発明の成形機の自動昇温制御方法の第１の実施形態を、図１と図２を参照しながら、図３の同時昇温制御機能の動作フローチャートに示すステップに従って説明する。この例は、動作フローの途中において、加熱区間ＣＨ２がマスター区間（マスターゾーン）に設定され、加熱区間ＣＨ１がスレーブ区間（スレーブゾーン）に設定される場合を示している。
図３において、昇温制御を開始すると、ステップＳ１では、図１に示す温度制御部１９が同時昇温モードになっているかどうかを判断して、同時昇温モードになっていればステップＳ２に移る。
図３のステップＳ２では、図２に示すように、加熱区間ＣＨ１の目標温度を図２に示す仮の目標温度ＨＶ１に予め設定して、加熱区間ＣＨ２の目標温度を図２に示す仮の目標温度ＨＶ２に予め設定する。また、加熱区間ＣＨ１の個別昇温開始時温度はＰＶ０１で示し、加熱区間ＣＨ２の個別昇温開始時温度はＰＶ０２で示している。
図３のステップＳ３では、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が、加熱区間ＣＨ１の仮の目標温度ＨＶ１以上であるかどうかを判断するとともに、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の仮の目標温度ＨＶ２以上であるかどうかを判断する。すなわち、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が加熱区間ＣＨ１の仮の目標温度ＨＶ１に到達したかどうか、そして加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が加熱区間ＣＨ２の仮の目標温度ＨＶ２に到達したかどうかを判断する。ステップＳ３において、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１≧加熱区間ＣＨ１の仮の目標温度ＨＶ１に達し、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２≧加熱区間ＣＨ２の仮の目標温度ＨＶ２に達して、全加熱区間（全ゾーン）が仮の目標温度に到達した場合には、ステップＳ４に移る。なお、全区間（全ゾーン）が仮の目標温度にまだ到達していない場合には、ステップＳ９において、図１に示す温度制御部１９は加熱区間ＣＨ１、加熱区間ＣＨ２それぞれの目標温度でヒータ制御部１８をコントロールし、ステップＳ１０において図２に示すように、先に仮の目標温度へ到達した加熱区間ＣＨ１は、この仮の目標温度ＨＶ１を保持した状態で待機させる。
次に、図３のステップＳ４では、図２に示す個別昇温期間Ｄ１において温度上昇率が最も低い加熱区間ＣＨ２をマスター区間（マスターゾーン）と設定する。すなわち、個別昇温期間Ｄ１では、温度データ線Ｌ２の温度上昇率が温度データ線Ｌ１の温度上昇率よりも低いので、加熱区間ＣＨ２をマスター区間に設定して、加熱区間ＣＨ１をスレーブ区間（スレーブゾーン）に設定する。
ステップＳ５に移ると、加熱区間（スレーブ区間）ＣＨ１と加熱区間（マスター区間）ＣＨ２を同時に昇温することを開始して、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２以上であるかどうかを判断する。すなわち、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に達しているかどうかを判断する。加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に達していない場合には、ステップＳ６に移る。
ステップＳ６では、下式で計算した目標温度を、加熱区間ＣＨ１の目標温度とする。
ＨＶ１＋（（ＳＶ１−ＨＶ１）／（ＳＶ２−ＨＶ２））×（ＰＶ２−ＨＶ２）
また、加熱区間ＣＨ２の目標温度を最終目標温度ＳＶ２とする。
次に、図３のステップＳ７では、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１以上であるかどうかを判断する。すなわち、加熱区間ＣＨ１が最終目標温度ＳＶ１に到達したかを判断して、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１に到達していなければステップＳ９において、図１に示す温度制御部１９は加熱区間ＣＨ１、加熱区間ＣＨ２それぞれの目標温度でヒータ制御部１８をコントロールして、ステップＳ５に戻ってステップＳ５以降のステップを実行する。
また、ステップＳ７において、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１に到達していれば、ステップＳ８に移る。
ステップＳ８では、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２以上であるかどうかを判断する。すなわち、加熱区間ＣＨ２は最終目標温度ＳＶ２に到達したかどうかを判断して、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に到達していなければステップＳ９に移り、図１に示す温度制御部１９は加熱区間ＣＨ１、加熱区間ＣＨ２それぞれの目標温度でヒータ制御部１８をコントロールして、ステップＳ５に戻ってステップＳ５以降のステップを実行する。また、ステップＳ８では、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に到達していれば、昇温制御を終了する。
一方、ステップＳ５において、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２≧加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２である場合、すなわち、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に到達している場合には、ステップＳ１１において、加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１を加熱区間ＣＨ１の目標温度にして、ステップＳ７に移る。その後は、ステップＳ７以降のステップを実行する。
また、ステップＳ１において、同時昇温モードでない場合には、ステップＳ１２において、加熱区間ＣＨ１の目標温度を加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１とし、加熱区間ＣＨ２の目標温度を加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２として、ステップＳ７に移り、ステップＳ７以降のステップを実行する。
ここで、図２と図３を参照して、本発明の成形機の自動昇温制御方法の第１の実施形態の特徴をさらに詳しく説明する。
上述した本発明の成形機の自動昇温制御方法の第１の実施形態では、事前に加熱区間ＣＨ１、ＣＨ２に対してマスター区間とスレーブ区間を決めておく必要は無く、図３に示す自動昇温制御フローのステップＳ４において加熱区間ＣＨ２、ＣＨ１に対してマスター区間とスレーブ区間を設定するようにしている。
図２に示す個別昇温期間Ｄ１においては、実線で示す温度データ線Ｌ１で示すように、加熱区間ＣＨ１が昇温開始時温度ＰＶ０１から昇温を開始して仮の目標温度ＨＶ１に向かってフルに加熱される。加熱区間ＣＨ２は、実線で示す温度データ線Ｌ２で示すように、昇温開始時温度ＰＶ０２から昇温を開始して仮の目標温度ＨＶ２に向かってフルに加熱される。このように、図１の温度制御部１９がヒータ制御部１８に指令を与えることで、加熱区間ＣＨ１と加熱区間ＣＨ２は、それぞれ個別に昇温される。
そこで、図３に示す自動昇温制御フローのステップＳ４において、仮の目標温度に到達するまでの温度上昇率が一番低い加熱区間（ゾーン）をマスター区間（マスターゾーン）と設定し、その他の加熱区間（ゾーン）は、スレーブ区間（スレーブゾーン）と設定する。すなわち、加熱区間ＣＨ２をマスター区間に設定し、加熱区間ＣＨ１をスレーブ区間に設定する。
そして、加熱区間ＣＨ１が仮の目標温度ＨＶ１に到達し、加熱区間ＣＨ２が仮の目標温度ＨＶ２に到達し、マスター区間が決まったら、以後は、同時昇温オン期間Ｄｓでは、マスター区間である加熱区間ＣＨ２の昇温に合わせてスレーブ区間である加熱区間ＣＨ１を最終目標温度ＳＶ１へ向かって同時昇温を行う。すなわち、同時昇温オン期間Ｄｓにおいて、加熱区間ＣＨ１は仮の目標温度ＨＶ１から改めて真の最終目標温度ＳＶ１に向かって加熱され、加熱区間ＣＨ２は仮の目標温度ＨＶ２から改めて真の最終目標温度ＳＶ２に向かって加熱されるが、この際にはスレーブ区間である加熱区間ＣＨ１は、マスター区間である加熱区間ＣＨ２の目標設定温度到達率（昇温到達度合い）に合わせて昇温（同時昇温）するようにしている。
これに対して、図２に示す従来の同時昇温による場合には、破線で示す温度データ線Ｒ１、Ｒ２で示すように、スレーブ区間は昇温開始時温度ＰＶ０１からマスター区間の目標設定温度到達率に合わせて最終目標温度ＳＶ１まで昇温しているだけである。
本発明の成形機の自動昇温制御方法の第１の実施形態では、昇温開始直後では、加熱区間ＣＨ２よりも昇温能力が高い加熱区間ＣＨ１を、加熱区間ＣＨ２の昇温度合いには合わせずに、加熱区間ＣＨ２と加熱区間ＣＨ１の個別の能力をフルに使っている。このため、加熱区間ＣＨ１は、個別昇温期間Ｄ１の終了時に、設定した仮の目標温度ＨＶ１まで早い時間で到達する。また、加熱区間ＣＨ２と加熱区間ＣＨ１は、ともに図１に示す１本のバレル部（加熱シリンダ１１）上に存在しており、温度の高い場所から低い場所へ熱が移動するので、加熱区間ＣＨ１が早く昇温すればするほど、加熱区間ＣＨ１から加熱区間ＣＨ２への熱の流入量が増える。
このように加熱区間ＣＨ１が早く昇温すればするほど、加熱区間ＣＨ１から加熱区間ＣＨ２への熱の流入量が増えるので、図２に示す本発明の実施形態と従来の同時昇温方式と比較すると、加熱区間ＣＨ１が最終目標温度ＳＶ１に到達しかつ加熱区間ＣＨ２が最終目標温度ＳＶ２に到達して昇温完了する時点Ｇｔは、従来の同時昇温方式での加熱区間ＣＨ１が最終目標温度ＳＶ１に到達しかつ加熱区間ＣＨ２が最終目標温度ＳＶ２に到達して昇温完了する時点Ｇｐに比べて、時間ＴＳだけ時間短縮をすることができる。これにより、成形機１０の立ち上げ動作を早めることができる。
（第２の実施形態）
次に、図２と図４を参照して、図１に示す成形機１０を用いて実施される本発明の成形機の自動昇温制御方法の第２の実施形態について、詳しく説明する。
本発明の第２の実施形態では、図１に示す成形機１０を用い、図２に示す本発明の成形機の自動昇温制御方法の好ましい実施形態の工程例を用いる。図４は、本発明の成形機の自動昇温制御方法の第２の実施形態の工程を示すフロー図である。図４に示す本発明の成形機の自動昇温制御方法の第２の実施形態の工程を示すフローは、ステップＳ２１〜ステップＳ３２を有している。この例も、動作フローの途中において、加熱区間ＣＨ２がマスター区間（マスターゾーン）に設定され、加熱区間ＣＨ１がスレーブ区間（スレーブゾーン）に設定される場合を示している。
図４において、昇温制御を開始すると、ステップＳ２１では、図１に示す温度制御部１９が同時昇温モードになっているかどうかを判断して、同時昇温モードになっていればステップＳ２２に移る。
図４のステップＳ２２では、図２に示すように、加熱区間ＣＨ１の目標温度を図２に示す仮の目標温度ＨＶ１に予め設定して、加熱区間ＣＨ２の目標温度を図２に示す仮の目標温度ＨＶ２に予め設定する。また、加熱区間ＣＨ１の個別昇温開始時温度はＰＶ０１で示し、加熱区間ＣＨ２の個別昇温開始時温度はＰＶ０２で示している。
図４のステップＳ２３では、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が、加熱区間ＣＨ１の仮の目標温度ＨＶ１以上であるかどうかを判断するとともに、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の仮の目標温度ＨＶ２以上であるかどうかを判断する。すなわち、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が加熱区間ＣＨ１の仮の目標温度ＨＶ１に到達したかどうか、そして加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が加熱区間ＣＨ２の仮の目標温度ＨＶ２に到達したかどうかを判断する。ステップＳ２３において、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１≧加熱区間ＣＨ１の仮の目標温度ＨＶ１に達し、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２≧加熱区間ＣＨ２の仮の目標温度ＨＶ２に達して、全加熱区間（全ゾーン）が仮の目標温度に到達した場合には、ステップＳ２４に移る。なお、全区間（全ゾーン）が仮の目標温度にまだ到達していない場合には、ステップＳ３０において図２に示すように、先に仮の目標温度へ到達した加熱区間ＣＨ１は、この仮の目標温度ＨＶ１を保持した状態で待機させる。
次に、図４のステップＳ２４では、図２に示す個別昇温期間Ｄ１の様子から最終目標温度到達に最も時間が掛かる（最も遅い）と予想される加熱区間ＣＨ２をマスター区間（マスターゾーン）に設定する。すなわち、個別昇温期間Ｄ１の様子では、温度データ線Ｌ２が温度データ線Ｌ１に比べて最終目標温度到達に最も時間が掛かると予想されるので、加熱区間ＣＨ２をマスター区間に設定し、加熱区間ＣＨ１をスレーブ区間（スレーブゾーン）に設定する。
ここで、加熱区間ＣＨ１が仮の目標温度ＨＶ１への到達に要した時間をｔ１とし、加熱区間ＣＨ２が仮の目標温度ＨＶ２への到達に要した時間をｔ２とし、加熱区間ＣＨ１の目標到達予測時間をＴ１とし、加熱区間ＣＨ２の目標到達予測時間をＴ２とすると、
加熱区間ＣＨ１の目標到達予測時間Ｔ１＝（ＳＶ１−ＨＶ１）／｛（ＨＶ１−ＰＶ０１）／ｔ１｝であり、加熱区間ＣＨ２の目標到達予測時間Ｔ２＝（ＳＶ２−ＨＶ２）／｛（ＨＶ２−ＰＶ０２）／ｔ２｝である。ただし、Ｔ１＜Ｔ２と仮定する。
図４のステップＳ２５に移ると、加熱区間（スレーブ区間）ＣＨ１と加熱区間（マスター区間）ＣＨ２を同時に昇温することを開始して、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２以上であるかどうかを判断する。すなわち、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に到達しているかどうかを判断する。加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に到達していない場合には、ステップＳ２６に移る。
ステップＳ２６では、下式で計算した目標温度を、加熱区間ＣＨ１の目標温度とする。
ＨＶ１＋（（ＳＶ１−ＨＶ１）／（ＳＶ２−ＨＶ２））×（ＰＶ２−ＨＶ２）
また、加熱区間ＣＨ２の目標温度を最終目標温度ＳＶ２とする。
次に、図４のステップＳ２７では、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１以上であるかどうかを判断する。すなわち、加熱区間ＣＨ１が最終目標温度ＳＶ１に到達したかを判断して、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１に到達していなければステップＳ２９において、図１に示す温度制御部１９は加熱区間ＣＨ１、加熱区間ＣＨ２それぞれの目標温度でヒータ制御部１８をコントロールして、ステップＳ２５に戻ってステップＳ２５以降のステップを実行する。
また、ステップＳ２７において、加熱区間ＣＨ１の現在温度ＰＶ１が加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１に到達していれば、ステップＳ２８に移る。ステップＳ２８では、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２以上であるかどうかを判断する。すなわち、加熱区間ＣＨ２は最終目標温度ＳＶ２に到達したかどうかを判断して、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に到達していなければステップＳ２９に移り、図１に示す温度制御部１９は加熱区間ＣＨ１、加熱区間ＣＨ２それぞれの目標温度でヒータ制御部１８をコントロールして、ステップＳ２５に戻ってステップＳ２５以降のステップを実行する。また、ステップＳ８では、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が、加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に到達していれば、昇温制御を終了する。
一方、ステップＳ２５において、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２≧加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２である場合、すなわち、加熱区間ＣＨ２の現在温度ＰＶ２が加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２に到達している場合には、ステップＳ３１において、加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１を加熱区間ＣＨ１の目標温度にして、ステップＳ２７に移る。その後は、ステップＳ２７以降のステップを実行する。
また、ステップＳ２１において、同時昇温モードでない場合には、ステップＳ３２において、加熱区間ＣＨ１の目標温度を加熱区間ＣＨ１の最終目標温度ＳＶ１とし、加熱区間ＣＨ２の目標温度を加熱区間ＣＨ２の最終目標温度ＳＶ２として、ステップＳ２７に移り、ステップＳ２７以降のステップを実行する。
ここで、図２と図４を参照して、本発明の成形機の自動昇温制御方法の第２の実施形態の特徴をさらに詳しく説明する。
上述した本発明の成形機の自動昇温制御方法の第２の実施形態では、事前に加熱区間ＣＨ１、ＣＨ２に対してマスター区間とスレーブ区間を決めておく必要は無く、図３に示す自動昇温制御フローのステップＳ４において加熱区間ＣＨ２、ＣＨ１に対してマスター区間とスレーブ区間を設定するようにしている。
図２に示す個別昇温期間Ｄ１においては、実線で示す温度データ線Ｌ１で示すように、加熱区間ＣＨ１が昇温開始時温度ＰＶ０１から昇温を開始して仮の目標温度ＨＶ１に向かってフルに加熱される。加熱区間ＣＨ２は、実線で示す温度データ線Ｌ２で示すように、昇温開始時温度ＰＶ０２から昇温を開始して仮の目標温度ＨＶ２に向かってフルに加熱される。このように、図１の温度制御部１９がヒータ制御部１８に指令を与えることで、加熱区間ＣＨ１と加熱区間ＣＨ２は、それぞれ個別に昇温される。
そこで、図４に示す自動昇温制御フローのステップＳ２４において、仮の目標温度から最終目標温度への到達が一番遅いと予測される加熱区間（ゾーン）をマスター区間（マスターゾーン）と設定し、その他の加熱区間（ゾーン）は、スレーブ区間（スレーブゾーン）と設定する。すなわち、加熱区間ＣＨ２をマスター区間に設定し、加熱区間ＣＨ１をスレーブ区間に設定する。
そして、加熱区間ＣＨ１が仮の目標温度ＨＶ１に到達し、加熱区間ＣＨ２が仮の目標温度ＨＶ２に到達し、マスター区間が決まったら、以後は、同時昇温オン期間Ｄｓでは、マスター区間である加熱区間ＣＨ２の昇温に合わせて加熱区間ＣＨ１を最終目標温度ＳＶ２へ向かって同時昇温を行う。同時昇温オン期間Ｄｓにおいて、加熱区間ＣＨ１は仮の目標温度ＨＶ１から改めて真の最終目標温度ＳＶ１に向かって加熱され、加熱区間ＣＨ２は仮の目標温度ＨＶ２から改めて真の最終目標温度ＳＶ２に向かって加熱されるが、この際にはスレーブ区間である加熱区間ＣＨ１は、マスター区間である加熱区間ＣＨ２の目標設定温度到達率（昇温到達度合い）に合わせて昇温（同時昇温）するようにしている。
これに対して、図２に示す従来の同時昇温による場合には、破線で示す温度データ線Ｒ１、Ｒ２で示すように、スレーブ区間は昇温開始時温度ＰＶ０１からマスター区間の目標設定温度到達率に合わせて最終目標温度ＳＶ１まで昇温しているだけである。
本発明の成形機の自動昇温制御方法の第２の実施形態では、昇温開始直後では、加熱区間ＣＨ２よりも昇温能力が高い加熱区間ＣＨ１を、加熱区間ＣＨ２の昇温度合いには合わせずに、加熱区間ＣＨ２と加熱区間ＣＨ１の個別の能力をフルに使っている。このため、加熱区間ＣＨ１は、個別昇温期間Ｄ１の終了時に、設定した仮の目標温度ＨＶ１まで早い時間で到達する。また、加熱区間ＣＨ２と加熱区間ＣＨ１は、ともに図１に示す１本のバレル部（加熱シリンダ１１）上に存在しており、温度の高い場所から低い場所へ熱が移動するので、加熱区間ＣＨ１が早く昇温すればするほど、加熱区間ＣＨ１から加熱区間ＣＨ２への熱の流入量が増える。
このように加熱区間ＣＨ１が早く昇温すればするほど、加熱区間ＣＨ１から加熱区間ＣＨ２への熱の流入量が増えるので、図２に示す本発明の実施形態と従来の同時昇温方式と比較すると、加熱区間ＣＨ１が最終目標温度ＳＶ１に到達しかつ加熱区間ＣＨ２が最終目標温度ＳＶ２に到達して昇温完了する時点Ｇｔは、従来の同時昇温方式での加熱区間ＣＨ１が最終目標温度ＳＶ１に到達しかつ加熱区間ＣＨ２が最終目標温度ＳＶ２に到達して昇温完了する時点Ｇｐに比べて、時間ＴＳだけ時間短縮をすることができる。これにより、成形機１０の立ち上げ動作を早めることができる。
本発明の上記実施形態では、複数の加熱区間（加熱ゾーン）を同時に昇温する際にそれぞれの加熱区間に予め仮の目標温度を設定して昇温させ、仮の目標温度に到達した時点で複数の加熱区間の中からマスター区間を選択して、マスター区間以外の加熱区間をスレーブ区間と設定する。そして、仮の目標温度到達以降で最終の目標温度までの昇温では、マスター区間の目標設定温度到達率（昇温到達度合い）に基づき、マスター区間とスレーブ区間を昇温制御するようになっている。このように、本発明の上記実施形態では、各加熱区間に対して予め仮の目標温度を設定しておくことで、従来のようにセルフチューニングにより予め各加熱区間の昇温データを採取してマスター区間を予め決めておく事前作業の必要がない。そして、本発明の上記実施形態では、各加熱区間は、それぞれ仮の目標温度へ向かって個別に昇温するので、マスター区間の昇温度合いには合わせずに各加熱区間の個別の能力をフルに使えるために、仮の目標温度まで早く到達する。
また、マスター区間とスレーブ区間はともに１本のバレル部（シリンダ部）上に存在し、温度の高い加熱区間から温度の低い加熱区間へ熱が移動するので、スレーブ区間が早く昇温すればするほど、スレーブ区間からマスター区間への熱の流量が増えて、マスター区間の昇温時間が短縮される。よって、本発明の実施形態は、従来技術よりも昇温時間を短縮できる。
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形をおこなうことができる。
なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
図１に示す成形機１０は、一例として５つのヒータＨ１〜Ｈ５と５つの温度センサー１２〜１６の組み合わせ例を示しているが、これに限らず、２つのヒータと２つの温度センサーの組み合わせ、３つのヒータと３つの温度センサーの組み合わせ、４つのヒータと４つの温度センサーの組み合わせ、あるいは６つ以上のヒータと６つ以上の温度センサーの組み合わせを採用することもできる。成形機としては、射出成形機や押出成形機であっても良い。
１０ 成形機
１１ 加熱シリンダ（バレル部）
１２〜１６ 温度センサー
１７ 温度計測部
１８ ヒータ制御部
１９ 温度制御部
２１ 目標温度記憶域
２７ スクリュー
Ｈ１〜Ｈ５ ヒータ
Ｚ１〜Ｚ５ 加熱域
ＣＨ１ 加熱区間（スレーブ区間（スレーブゾーン）としての加熱ゾーン）
ＣＨ２ 加熱区間（マスター区間（マスターゾーン）としての加熱ゾーン）
ＳＶ１ 加熱区間ＣＨ１の最終目標温度
ＳＶ２ 加熱区間ＣＨ２の最終目標温度
ＰＶ１ 加熱区間ＣＨ１の現在温度
ＰＶ２ 加熱区間ＣＨ２の現在温度
ＰＶ０１ 加熱区間ＣＨ１の昇温開始時温度
ＰＶ０２ 加熱区間ＣＨ２の昇温開始時温度
Ｄ１ 同時昇温オフ期間（個別昇温期間）
Ｄ２ 個別昇温期間
Ｄｓ 同時昇温オン期間

Claims (3)

  1. 成形機のバレル部を複数に分割した加熱ゾーンで加熱する際に前記加熱ゾーンの昇温を制御する成形機の自動昇温制御方法であって、
    前記加熱ゾーン毎に設けたヒータと、前記加熱ゾーン毎に設けた温度センサーと、前記温度センサーからの入力を行う温度計測部と、前記ヒータの制御を行うヒータ制御部と、前記ヒータの目標温度を設定して記憶する目標温度設定部と、前記温度計測部が計測した前記加熱ゾーンの温度と、前記目標温度設定部で記憶した前記目標温度により、前記ヒータの温度制御を行う温度制御部と、を備え、
    複数の前記加熱ゾーンを同時に昇温する際に各前記加熱ゾーンに仮の目標温度を設定して昇温させ、前記仮の目標温度に到達した時点で複数の前記加熱ゾーンの中からマスターゾーンを選択して、前記マスターゾーン以外の前記加熱ゾーンをスレーブゾーンとして、前記仮の目標温度到達以降で最終の前記目標温度までの昇温では、前記マスターゾーンの昇温到達度合いに基づき前記マスターゾーンと前記スレーブゾーンを昇温制御することを特徴とする成形機の自動昇温制御方法。
  2. 前記マスターゾーンを選択する際に、複数の前記加熱ゾーンの中で温度上昇率が最も低い前記加熱ゾーンを前記マスターゾーンとし、前記マスターゾーン以外の前記加熱ゾーンを前記スレーブゾーンとすることを特徴とする請求項１に記載の成形機の自動昇温制御方法。
  3. 前記マスターゾーンを選択する際に、複数の前記加熱ゾーンの中で前記仮の目標温度から最終の前記目標温度への到達が一番遅いと予測される前記加熱ゾーンを前記マスターゾーンとし、前記マスターゾーン以外の前記加熱ゾーンを前記スレーブゾーンとすることを特徴とする請求項１に記載の成形機の自動昇温制御方法。
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