JPH03164224A - 加熱温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加熱温度制御装置に係り、射出成形機や押出機
等の樹脂加熱部分などに利用できる。

〔背景技術〕

従来より、射出或形機や押出機等では成形樹脂を溶融す
るために加熱手段が利用されている。加熱手段としては
、樹脂の種類や成形条件等に応じて細かな制御が行える
ように電気式のヒータ等が利用されている。

例えば、第６図に示す射出或形機ｌは、筒状のバレル２
の内部にスクリュー３が同軸配置され、バレル２の周囲
には電気式バンドヒータ４が巻かれている。そして、ホ
ッパ５から供給された原料樹脂ペレットをヒータ４で加
熱溶融しながらスクリュー３で加圧混練しつつバレル２
内を送り、先端のノズル６から金型７内に溶融樹脂を射
出して戊形を行うものである。

このような射出成形機１は制御手段ｌＯにより制御され
る。制御手段ｌＯは、スクリュー３の回転状態等の動作
制御およびヒータ４の加熱状態等の温度制御を統括的に
行うものであり、各々の制御状態を設定しておく動作設
定部１１および温度設定部ｌ２と、これらにオペレータ
が設定操作するための操作部ｌ３とを備えている。また
、温度設定部１２にはヒータ４への加熱電力を調整する
ＰＩＤコントローラ１４およびバレル２の実温度を検出
するセンサｌ５が接続されている。

制御手段ｌＯによる温度制御は第７図のようなブロック
線図で表される。図において、目標値ｒ（ｔ）は温度設
定部ｌ２の設定温度であり、操作量ｕ（ｔ）はＰＩＤコ
ントローラｌ４からヒータ４への加熱調整である。制御
量ｙ（ｔ）は加熱調整に基づくバレル２の実温度であり
、加熱対象のバレル２や内部の樹脂等に応じて変化する
。バレル２の実温度はセンサ１５により　ＰＩＤコント
ローラ１４の入力に負帰還され、これにより設定温度と
実温度との偏差ｅ（ｔ）を減らすようにフィードバック
制御が行われ、ヒータ４によりバレル２は設定温度とな
るように加熱される。

なお、第６図の例ではヒータ４、センサ１５およびコン
トローラ１４がバレル２の基端部、中間部、先端部の３
系統とされ、温度設定部１２で各系統別に設定温度を調
整することでバレル２の各部を最適状態とするゾーン制
御が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、成形品の原料となる樹脂は温度により特性が
変化し、低温では或形性が低下するほか、高温では変質
分解する等の不都合がある。このため、品質が良く安定
した戊形品を得るためには、成形時の基本的な温度設定
を適切に行う必要があり、温度制御にあたっては温度変
動を低減することが重要である。

しかし、前述した射出成形機ｌにおいては、温度制御を
行う制御手段１０にＰＩＤ制御等のフィードバック制御
が採用されており、バレル２の温度変動等の状態変化の
検出に続いてヒータ４の加熱調整等が実行されるなど、
変動に対する対応の遅れが避けられない。このため、遅
れの間に温度変動等が拡大することになり、バレル２内
の樹脂が冶融不足になったり、あるいは過熱変質すると
いう問題がある。

さらに、温度制御を受ける射出成形機ｌでは、設定温度
の変更に伴って過渡的な温度変動が生じるうえ、運転状
態の変化等によってもバレル２の実温度が変動する。

すなわち、ヒートアップ時等の空運転中はバレル２内に
樹脂はなく、比較的小さな熱量で温度が変化するが、充
填樹脂を溶融するが射出しない保圧運転では温度変化に
必要な熱量が大きくなる。

そして、樹脂の溶融〜射出を繰り返す成形サイクル運転
時ではバレル２内に順次供給される樹脂を溶融するので
更に大きな熱量が必要となり、この必要熱量は運転サイ
クルの速度によっても変動することになる。

従って、準備段階から成形サイクル運転に移行した際な
ど必要熱量が増大して温度低下が生じるうえ、必要熱量
が大きい成形サイクル時には加熱調整に対する温度回復
が遅れて温度変動が大きくなる傾向にあり、或形品の不
良が増大するという問題があった。

本発明の目的は、運転状態に応じた温度変動等にも迅速
に対応でき、正確かつ安定した温度制御が行える加熱温
度制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、加熱手段およびその加熱対象の状態を制御す
る制御手段と、前記制御手段の設定変更時に当該変更に
応じた補償入力を前記加熱手段に加える状態変化補償手
段とを設けて加熱温度制御装置を構成したものである。

ここで、加熱手段としては各種ヒータ等が該当し、加熱
対象としては当該ヒータ等で加熱される射出戊形機等が
該当し、制御手段としては当該射出成形機の動作制御装
置等が該当する。

また、制御する状態としては、加熱対象の動作状態や加
熱手段による加熱状態、その他加熱対象の温度に影響す
るもの等が採用される。

さらに、設定変更としては動作や温度等の状態の設定変
更が該当し、補償人力としては当該変更に応じて加熱手
段に要求される加熱調整等が該当する。

また、状態変化補償手段としては、予め各種設定変更に
応じた補償入力を関数やデータテーブルとして記憶して
おき、設定変更を検知して適宜な補償入力を出力する等
、各種の形態か採用できる。

〔作用〕 このような本発明においては、制御手段が設定に応じて
加熱手段の加熱状態および加熱対象の動作状態を制御し
、加熱対象は設定された動作を行うとともに加熱手段で
設定温度に維持される。

ここで、制御手段の設定が変更されると、変更に応じた
動作状態の変化等により加熱対象に必要な加熱状態が変
化する。この際、状態変化補償手段は設定変更に基づい
て補償入力を加熱手段に加え、必要な加熱状態に変化さ
せる。

このため、加熱手段は設定変更に応じて直ぐに必要な加
熱状態に調整され、制御手段が調整を行う場合のような
過渡的な温度変動が低減され、温度制御が迅速かつ正確
となり、これらにより前記目的が達或される。

〔実施例〕

以下、本発明の・一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、本実施例は本発明に基づく加熱温度制
御を射出成形機に適用したものであり、加熱対象である
射出成形機ｌ、加熱手段であるヒータ４、これらの制御
を行う制御手段ＩＯを備えている。なお、射出成形機エ
ないし制御手段１０は前述した第６図の従来のものと同
じであり、簡略化のため各部には同一符号を用いてその
説明は省略する。

ここで、制御手段ｌＯには本発明に基づく状態変化補償
手段２０が配置されている。

状態変化補償手段２０は、制御手段ＩＯに設定変更があ
った際に、補償入力として変更内容に対応したヒータ４
の加熱調整を行うものであり、設定変更検出部２ｌ、補
償人力生成部２２、補償データ記憶部２３、補償演算部
２４を備えている。

設定変更検出部２１は、操作盤ｌ３から温度設定部Ｉ２
に与えられる設定温度変更指令や動作設定部Ｕに与えら
れる動作状態変更指令などの設定変更指令が入力されて
いる。また、設定変更検出部２１には、入力される設定
変更指令のうちバレル２の温度変動を引き起こすものが
予め指定されており、設定変更検出部２ｌは入力に指定
された設定変更指令を検出すると補償人力生或部２２を
起動する。

補償入力生或部２２は、設定変更検出部Ｕに人力された
設定変更指令を調べ、補償データ記憶部２３および補償
演算部２４により決定したヒータ４の加熱調整量を出力
する。

補償データ記憶部２３には、射出成形機ｌの空運転、保
圧運転、成形サイクル運転等の状態毎のバレル２の必要
熱量の比率、成形サイクル速度の変化に応じた必要熱量
の比率、設定温度およびその変化に応じた必要熱量の比
率等がデータテーブルや関数形式で記憶されており、射
出成形機ｌの設定状態に応したバレル２の必要熱量デー
タが読み出せる。

補償演算部２４は、補償データ記憶部２３から射出戒形
機ｌの現在の設定状態での必要熱量データを読み出すと
ともに、入力された設定変更により新たに設定される状
態での必要熱量データを読み出し、各々の比較に基づい
てヒータ４への加熱調整量を演算する。

このような状態変化補償手段２０からの加熱調整量は、
補償人力として制御手段ＩＯからヒータ４への出力に加
えられ、設定変更後に予測される温度変動に応じた加熱
調整分を予め補償するものとなる。

ところで、補償データ記憶部２３に記憶しておく内容や
補償演算部２４の濱算内容は、予め実験測定あるいはシ
ミュレーション等により設定変更に伴う射出成形機１の
変動に適した補償入力が得られるように設定されている
。

ここで、変動に対応した補償入力の設定にあたっては、
例えば次のような手順が用いられる。

まず、制御手段１０および状態変化補償手段２０による
温度制御は第２図のようなブロック線図で表される。図
において、目標値ｒ（ｔ）は温度設定部ｌ２の設定温度
であり、操作量ｕ（ｔ）はＰＩＤコントローラｌ４から
制御対象であるヒータ４への加熱調整である。制御量ｙ
（ｔ）は加熱調整に基づくバレル２の実温度であり、加
熱対象のバレル２や内部の樹脂等に応じて変化する。バ
レル２の実屋度はセンサ１５により　ＰＩＤコントロー
ラｌ４の人力に負帰還され、これにより設定温度と実温
度との偏差ｅ（０を減らすようにフィードバック制御が
行われ、ヒータ４によりバレル２は設定温度となるよう
に加熱される。これらが制御手段１０による制御である
。

一方、設定変更に伴うバレル２の温度変動は、外乱ｄ（
ｔ）としてバレル２の実温度に影響する。これに対し、
設定変更に基づく補償人力が状態変化補償手段２０から
ヒータ４に加えられる。

ここで、ＰＡＤコントローラｌ４の伝達関数をＧｃ、制
御対象の伝達関数をｃｐ、外乱の伝達関数をＧｄ、補償
入力の伝達関数をＧｆとし、補償入力の伝達関数Ｇｆ　
一−　Ｇｄ／　Ｇｐであるとすると、補償入力によるヒ
ータ４の変化はＧ［・Ｇｐ＝−Ｇｄとなり、外乱伝達関
数Ｇｄが相殺されることになる。従って、補償人力Ｇｆ
　＝　−　Ｇｄ／　Ｇｐは、外乱の伝達関数Ｇｄおよび
制御対象の伝達関数Ｇｐに基づいて決定できる。

このうち、制御対象の伝達関数ｃｐは以下のように決定
できる。まず、操作量ｕ（ｔ）、制御量ｙ（ｔ）、外乱
ｄ（ｔ）をラプラス変換したものをＬｌ（ｓ），　Ｙ（
ｓ），Ｄ（ｓ）とする（Ｓはラプラス変換子）。第４図
のように、操作ｉ　ｕ　（　ｔ　）をフィードバックな
しでステップ状に変化させると、制御ｉｙ（ｔ）は遅れ
るものの一定値となる。このとき、Ｙ（ｓ）＝　Ｇｐ（
ｓ）　・Ｕ（ｓ）であり、Ｇｐ（ｓ）＝　Ｙ（ｓ）／　
Ｕ（ｓ）となり、制御対象であるヒータ４の入出力比ｙ
（ｔ）／ｕ（ｔ）からＧｐが求まる。

一方、外乱伝達関数Ｇｄは以下のように決定できる。ま
ず、第５図のような外乱ｄ（ｔ）が発生する場合、Ｙ（
ｓ＞＝　Ｇｐ（ｓ）　・Ｌｌ（ｓ）＋　Ｇｄ（ｓ）　・
Ｄ（ｓ）が或立する。外乱ｄ（ｔ）は設定変更によって
発生し、その設定が変更されない限り一定なステップ状
となる。

また、この間の操作量ｕ（ｔ）が一定とすると、Ｙ（ｓ
）一Ｇｄ（ｓ）　・Ｄ（ｓ）とすることができ、Ｇｄ（
ｓ）＝　Ｙ（ｓ）／Ｄ（ｓ）となり、バレル２の実温度
と変更による温度変動との比ｙ（ｔ）／ｄ（ｔ）からＧ
ｄが求まる。

このような本実施例においては次のような制御が行われ
る。

すなわち、オペレータが操作盤ｌ３から動作設定部１１
および温度設定部ｌ２に設定を行うと、制御手段ＩＯは
設定に基づいて射出成形機ｌの動作およびヒータ４の加
熱状態を制御し、射出戊形機ｌは動作設定部ｌ１に指定
された運転状態のもとて温度設定部１２に指定された設
定温度に維持される。

ここで、オペレータが操作盤ｌ３から動作設定部１１に
設定された運転状態または温度設定部ｌ２の設定温度を
変更すると、設定変更検出部２１で設定変更が検出され
、補償入力生成部２２は補償データ記憶部２３から現在
および変更後の必要熱量データを読み出し、補償演算部
２４で各データから加熱量の差を求め、この熱量差分を
ヒータ４に出力して加熱調整を行う。これにより、設定
変更によって生しるバレル２の熱量変動分が補われ、バ
レル２は所期の温度に維持される。

このような本実施例によれば次のような効果がある。

すなわち、一定の設定変更のもとでのバレル２の小さな
温度変動に対する加熱調整は制御手段１０で行うととも
に、設定変更によって生じるバレル２の大きな温度変動
に対する加熱調整は状態変化補償手段１０で行うことが
できる。

このため、フィードバック制御を行う制御手段ＩＯが設
定変更に伴う大幅な加熱調整を行う場合のような遅れや
変動等が防止でき、射出或形機ｌの温度制御を迅速かつ
正確なものにできる。

また、状態変化補償手段２０による補償入力は温度設定
および運転状態の変更に対応して行われるため、例えば
一定温度のもとで射出成形機ｌが準備運転から戊形サイ
クル運転に移行した際などにも有効であり、過渡的な温
度変動も最小限に抑えられるため、射出或形機ｌにおけ
る或形不良や樹脂の劣化等を防止することができる。

さらに、射出成形機１やヒータ４および制御手段ＩＯと
しては既存のものを利用でき、かつ新たに付加する状態
変化補償手段２０も簡単な構成であるため、容易に実施
することができる。

ここで、本発明の実験例として、前記実施例の射出戊形
機１において、ヒータ４の設定温度が一定のまま成形サ
イクル運転を開始した際のバレル２の実温度の変化を計
測した。

第４図において、操作量ｕ（ｔ）は、ヒータ４を最大加
熱させる状態を１００％としたヒータ４への加熱調整で
あり、具体的には制御手段１０からの出力と状態変化補
償手段２０からの出力の合計である。

この操作量ｕ（ｔ）は、或形サイクル運転の開始に伴っ
てステップ状に変化し、以後は一定している。

このステップ増加分は、成形サイクル運転への変更に基
づいて状態変化補償手段２０から出力された補償人力の
加熱調整であり、この補償のために制御手段１０からの
制御に見られる変動は発生しない。

この操作量ｕ（ｔ）の安定に伴って、バレル２の実温度
ｕ（ｔ）も設定温度ｒ（ｔ）に一致されており、温度変
動のない正確な制御が行われることが解る。

一方、比較例として、状態変化補償手段２０を使用しな
い場合について同様な条件での変化を計測した。

第８図において、操作量ｕ（ｔ）は制御手段ＩＯからヒ
ータ４への加熱調整であり、成形サイクル運転が開始さ
れても暫くは変化しない。そして、バレル２の実温度ｕ
（ｔ）がかなり低下した時点で急激な増加を示し、一方
、操作ｍｌ　ｕ　（　ｔ　）の増加に応じて実温度ｕ（
ｔ）は設定温度ｒ（ｔ）を超えることが解る。このよう
に、状態変化補償手段２０を使用しない場合には、ヒー
タ４への加熱調整に遅れが生じ、ノくレル２の実温度ｕ
（ｔ）の変動が大きくなるとともに、加熱調整にも大き
な変動が生じて実温度ｕ（ｔ）の安定に時間がかかるこ
とが解る。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
以下に示すような変形をも含むものである。

すなわち、状態変化補償手段２０の構成は前記実施例に
限られるものではない。例えば、予め各種の設定変更に
応じた補償入力を演算して記憶しておき、変更に応じて
直接読み出せばよいようにしてもよく、あるいは射出或
形機ｌの基本的な温度特性のみを記憶しておき変更毎に
演算するもの等を用いてもよく、これらの形式等は実施
にあたって適宜選択すればよい。なお、記憶しておくデ
ータ等は関数形式やデータテーブルなど各種の形態が採
用できる。

また、制御手段ｌＯが制御する状態としては、射出威形
機ｌの運転状態やヒータ４の加熱状態に限らず、他の制
御等を含むものでもよい。あるいは独立した制御系等で
もよいが、この場合には問題となるヒータ４およびバレ
ル２に関連する制御系から各々の設定変更を一個の状態
変更補償手段にまとめる等の対応を行うことが望ましい
。

さらに、設定変更としては射出成形機１の運転状態の変
更やヒータ４の設定温度に限らず、バレル２の温度に影
響すると判断されるものを状態変更補償手段２０に登録
して補償の対象とすればよい。

また、本発明が適用される加熱対象や加熱手段および制
御手段としては前記実施例のような射出戊形機ｌやヒー
タ４および制御手段１０に限らず、他の形式の射出成形
機や押出機および当該装置に配置される各種の加熱装置
や制御装置等が適宜採用できる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明の加熱温度制御装置によれ
ば、加熱対象の運転状態の変化等に応じた温度変動等に
も迅速に対応でき、正確かつ安定した温度制御を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構或を示すブロック図
、第２図は同実施例の制御を示すブロック線図、第３図
は同実施例に基づく実験例を示すグラフ、第４図および
第５図はそれぞれ同実施例で行う補償入力の設定手順を
説明するタイムチャート、第６図は従来例を示すブロッ
ク図、第７図は前記従来例の制御を示すブロック線図、
第８図は前記従来例に基づく比較例を示すグラフである
。 ｌ・・・加熱対象である射出成形機、２・・・バレル、
４・・・加熱手段であるヒータ、ｌＯ・・・制御手段、
２０・・・状態変化補償手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱手段およびその加熱対象の状態を制御する制
   御手段と、前記制御手段の設定変更時に当該変更に応じ
   た補償入力を前記加熱手段に加える状態変化補償手段と
   を備えたことを特徴とする加熱温度制御装置。