JPS62249723A - 射出成形機の加熱シリンダ温度制御装置 - 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、プラスチック射出成形機に係り、特にそれの
加熱シリンダにおける温度制御装置に関するものである
。

〔光明の背景〕

通常のプラスチック射出成形機は、加熱シリンダ内に射
出用スクリューを回転ならびに前後進可能に配設してい
た。そしてこのスクリューの回転により溶融状態の合成
樹脂を加熱シリンダ先端部の蓄積室に送り込み、しかる
後にスクリューを前進させてキャビティ内に合成樹脂を
射出、充填するシステムになっている。

プラスチックの成形を高精度、高品質に行うために、前
記加熱シリンダをその軸方向に沿って４〜６個程度の複
数の加熱ゾーンに分けて、各加熱ゾーン毎に温度制御を
行っている。

この温度制御には、比例制御（Ｐ制御）を基本として、
＠度制御プロセスの遅れを補償するための微分制御（Ｄ
制御）、ならびにオフセット値を小さくするための積分
制御（ｌ制御）を加えた所ｉ１１．　ＰＩＤ制御法が使
用されている。

二Ｐ　ｒ　Ｄ制御の各設定値を適当に組合せる二とによ
って、一定の設定温度に対しては、ヒータのオン、オフ
切ｉ！頻度および設定温度からの偏差を最小に保つよう
に加熱シリンダの温度制御を行うことができる。

このＰ　Ｔ　ｏ＠度制御法におけるＰ、１．Ｄ設定の最
適値については、チグラー　アンド　ニフラス（Ｚｉｅ
ｇｌｅｒ　＆　Ｎｉｃｈｏｌｇ）の方法が知られており
、制御が安定している状態で、制御動作をＰ制御のみに
して、比例帯を除々に狭めていき、サイクリングが発生
する比例帯を求める。このときの比例帯Ｋｐ（％）と振
動周期Ｔｅ（分）より、下式で与えられろ。なお各式の
設定値１．６．０．５．０．１２５　　は。

推賞値である。

Ｐ＝１．６Ｋｐ １＝０．５Ｔｃ Ｄ＝０．１２５Ｔｃ またＰ、Ｉ、Ｄ制御の設定値を変更するときの各特性の
傾向は次のようになる。

（イ）Ｐの設定値を大きくすると。

・オーバシュートは小となる。

・応答は緩やかになる。

（ロ）Ｐの設定値を小さくすると。

・オーバシュートは大となる。

・応答は速くなる。

（ハ）Ｄの設定値を大きくすると。

・オーバシュートは小となる。

・応答は緩やかとなる。

（ニ）Ｄの設定値を小さくすると。

・オーバシュートは大となる。

・応答は速くなる。

（ホ）工の設定値を大きくすると。

・オフセット値は小となる。

・応答は緩かとなる。

（八）ｒの設定値を小さくすると。

・オフセット値は大となる。

・応答は速くなる。

しかし、射出成形機においては。

ｔｌｌ、加熱シリンダの熱容量（加熱シリンダの熱容量
は１機種によって決まる。）。

１２）、加熱シリンダの設定温度（加熱シリンダの設定
温度は、ｆＭ料樹脂の種類で決まる。）。

ｊ３）、形成サイクル時間、特に溶融樹脂の充填時間、
保圧時間ならびに冷却時間（これらは。

原料樹脂の種類、成形品の肉厚１重量ならびに流路長な
どによって決まる。）。

などによってＰ、Ｉ、Ｄ制御の最適設定値が相互に複雑
に関連するので、前述の経験式や前述の傾向だけでは簡
単に設定することはできない。

更に射出成形機に特有なこととして、同じ成形機を用い
ても、金型や使用材料の交換の度毎に。

前記ｌル、■の要因により、一度決めたＰＩＤ制御の設
定値を頻繁に再設定しなければならない煩雑さがあった
。

そのうえ。

・巾、気温、水温ならびに印加電圧などの外乱、ｒｆ、
＋　、例えば射出ノズルの詰り、あるいは金型の調子の
狂いによって成形品が自動落下できなくなるなどの要因
による成形サイクルの一時停止。

なども加わり、ＰＡＤ制御値の修正設定は、手動ではと
ても対応することができない。

このようなことから、通常は、大体の経験でＰＩＤ制御
値の設定を行ない２ヒータのオン、オフ切替頻度、なら
びに設定ｍ度との偏差値の実状を常にチェックして、従
来の経験により少しずつ設定値の修正を行ない、非常に
長い時間をかけてよりよい温度制御を追求していた。

一方、成形品の不良率は、加熱シリンダ、特にそれの、
ノズル部温度の安定に大きく依存しており。

他の射出圧力、射出速度、保だ・冷却時間などの設定条
件の適正さよりもずっと大きく影響する。

すなわち、加熱シリンダ温度のＰｒｎ制御を最適に行な
えば成形品の不良率が激減することは経験上の事実であ
る。

以上述べたように５最適のＰＩＤ制御で加熱シリンダ温
度管理を完全に行なうことが重要である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、
ＰＩＤ制御に関する特別の知識を持たない一般のユーザ
ーが、！ＭＰＩＯ制御の設定状態を簡単に祷ることがで
きろように、ｐＩｏＨ定値を自動的に修正することので
きろ射出成形機の加熱シリンダ温度制御装置を提供して
、形成不良の低減を図ることにある。

〔発明の概略〕

前述の目的を達成するため１本発明は、加熱シリンダを
それの軸方向に沿って複数の加熱ゾーンに区分して、各
加熱ゾーン毎に例えばバンドヒータなどの加熱手段と、
例えば熱雷対などの温度測定手段とを備えて、各加熱ゾ
ーン毎に温度制御する射出成形機の加熱シリンダ温度制
御装置を対象とするものである。

そして本発明では、使用する樹脂材料や成形サイクル時
間などの成形条件に基づいて各加熱ゾーン毎に比例制御
仮設定値、積分制御仮設定値ならびに微分制御仮設定値
をそれぞれ例えばキーボードスイッチなどからの入力に
よって設定する仮設定手段と。

各加熱ゾーンの実際の温度を一定周期でサンプリングす
る実温サンプリング手段と、 前述のサンプリング周期よりも少なくとも複数倍長い一
定処理期間内に前記サンプリング手段によって入力され
た信号・を鳩にして演算されるデータと予め設定されて
いる基準値とを比較して、その比較結果に基づいて各加
熱ゾーンの実際の温度とそれの設定温度との偏差値が許
容限界内におさまるよ）に前記仮設定値をそれぞわ修正
する修正演算部とを有し。

その修正演算部からの摺令信号により、前記比例制御仮
設定値、積分制御仮設定値ならびに微分制御仮設定値を
それぞれ自動修正する構成になっていることを特徴とす
るものである。

〔発明の実施例〕 次に本発明の実施例について１図とともに説明する。第
１図はこの実施例に係る射出成形機における加熱シリン
ダ温度制御装置の機能ブロック図。

第２図、第３図ならびに第４図はＰＩＤ自動修正制御の
フローチャートである。

まず、第１図を用いて加熱シリンダ温度制御装置の概略
構成とその動作について説明する。

射出機本体１の上部に原料投入用のホッパー２が付設さ
れ、さらに射出機本体１の前方には加熱シリンダ３が設
けられている６図示していないがこの加熱シリンダ３の
中空部には、射出スクリューが回転ならびに前後進可能
に配置されている。

加熱シリンダ３の前方には、固定金型４ａと移動金型４
ｂとから構成された金型４が配置されている。

この実施例の場合、加熱シリンダ３が先端の方からノズ
ル部加熱ゾーン、前部加熱ゾーン、中央部加熱ゾーンな
らびに後部加熱ゾーンの４つの加熱ゾーンに分かれてお
り、各加熱ゾーンに対応してノズルヒータＨｎ　５　、
前部ヒータＨｆ６、中央部ヒータＨｃ７ならびに後部ヒ
ータＨｒ７がそれぞ九巻装されており、なお各ヒータ５
〜８はバンドヒータから構成されている。また各ヒータ
５・〜８の近傍には、熱電対からなるノズルヒータ用温
度センサ’１’　ＩＴ、　ｎ　９　、前部ヒータ用温度
センサＴＣｆｌｏ、中央部ヒータ用温度センサ１°Ｃｃ
　１１ならびに後部ヒータ用温度センサ’Ｉ”Ｃｒ１２
がそれぞれ付設されて、各加熱ゾーンの実温か計測でき
るようになっている。

加熱シリンダ３の内部は前述の各ヒータ５〜８によって
所定の温度に加熱されており、前記ホンパー２から投入
されたペレット状の樹脂材料１３が、加熱シリンダ３内
に供給される。そし、゛Ｃ供給された樹脂材料１３はス
クリューの回転とヒータ５〜８の加熱とによって順次、
混練、可塑化、溶融されながらノズル部内のＰＪ８室に
送り込まれる。

しかる後に前記金型４内に溶融樹脂を射出、充填し、冷
却、固化させて所望の形状の成形品を得るようになって
いる。

加熱シリンダ３の温度制御について説明する。

前述の各ヒータ５〜８によって加熱された各加熱ゾーン
の実際の温度は、前記温度センサ９〜１２によって検出
され、その検出信号はヒータ温度調節袋ｆｉ１４のＡ／
Ｄ変換器１５を介して中央処理演算ユニット（ＣＰＩＪ
）１６に入力される。このＣＰ　Ｕ　Ｉ　６には、ヒー
タ温度、１１ＩＩｇ１′Ｆｔ＝１４のプログラムなどを
記憶したリードオンリーメモリー（ＲＯＭ）１７．後述
するＰＩＤ制御用仮設定値やサンプリングされた加熱シ
リンダ３の実温などが所定のアドレスに記憶さｊしろラ
ンダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）１８．クロックｇ号
を発生するクロック発生手段１９ならびに出力・インタ
ーフェース２０がそれぞれ接続されている４まだ出力イ
ン・ターフエース２０は、ノズルヒータ用無接点リレー
５ＳＲｎ２１．前部ヒータ用無接点リレー５ＳＲｆ　２
２．中央部ヒータ用無接点リレーＳＳＲｅ　２３ならび
に後部ヒータ用無接点リレーＳＳＲｒ　２４にそれぞれ
接続されている。

図に示すように、前記ノズルヒータ用無接点りＬノー５
ＳＲｎ２１は、ノズルヒータ用回路２５の有接点Ｓ　Ｓ
　Ｒｎ　２６に、前記前部ヒータ用無接点リレー５ＳＲ
ｆ２２は前部ヒータ用回路２７の有接点２８に、前記中
央部ヒータ用無接点リレーＳＳＲｃ　２３は中央部ヒー
タ回路２９の有接点３０に、前記後部ヒータ用無接点５
ＳＲｒ　２４は後部ヒータ用回路３１の有接点３２に、
それぞれ接続されている。

図中の３３はノズルヒータ用中間リレーＲｎのフィル、
３４はその中間リレーＲｎの接点、３５は前部ヒータ用
中間リレーＲｆのコイル、３６はその中間リレーＲｆの
接点、３７は中央部ヒータ用リレーＰ−ｅのコイル、３
８はその中間リレーｌくＣの接点、３９は後部ヒータ用
中間リレーＲｒのコーｒル、４０はその中間リレーＲｒ
の接点である。

４１は射出成形機全体の制御装置、４２は表示装置、４
３は後述の仮設定値などを入力するキーボードである。

次にＰｉＤ設定値の自動修正フローについて、各項目別
に第２図ないし第７１！１を用いて説明する。

これらの図は、ノズルヒータ部のＰＩＤ自動修正制御の
フローチャートならびに説明図である。

（Ａ）Ｐ（比例制御）ｔＱ定値の自動修正第２図に示す
ようにステップ（以下、Ｓと略記する）■において、加
熱シリンダの各加熱ゾーン毎に希望する設定温度Ｔｓな
らびにＰＩＤ制御の仮設定値を、それぞれ第１＠で示す
キーボード４３を用いてヒータ温度調節袋Ｍ１４に入力
する。

この仮設定値は、例えば前述のチグラー　アンドニコラ
ス法に基づいて仮設定される６例えばノズルヒータの場
合を例にとれば、Ｐ＝３０℃、Ｉ＝３００秒、０２３０
秒と仮設定する。

次に８２において、Ｐの仮設定値（Ｐ＝３０℃）をＲＡ
Ｍ１８からＣＰＵ１６へ呼び出す、このとき経過回数Ｎ
は０である。

前述のようにしてＣＰＵ１６にＰの仮設定値を呼び出し
たのち、Ｓ３において加熱シリンダの実際の温ＩＴを温
度センサ９で、一定周期（例えば１０秒毎）毎にＴｘ　
、Ｔｚ　、Ｔｓ・・・・・・と読み取り。

それを順次制御部のメモリー（ＲＡＭ１８）に入力する
サンプリング操作を行なう。

測定された実温Ｔｘ　、Ｔｚ　、Ｔ３・・・・・・が、
設定［Ｔｓに近ずくほどヒータへの通電電流のオン。

オフの割合をオンが順次少なくなるように比例制御する
と同時に、−比処理周期ｔｃ（例えば１０分間）を決め
て、その処理周期ｔｃ内の実温の偏差値ΔＴＰを演算す
る（Ｓ４）、この偏差値ΔＴｐを図示したのが第５図で
ある。

ΔＴ　ｐ　＝　ｌ　Ｔｍａｘ　−Ｔｗｉｎ　１このよう
にして演算さた偏差値ΔＴｐがＳ５において安定限界値
（例えば３℃）より大であるか否か判断される。偏差値
ΔＴｐが安定限界値より人であれば、Ｓ６に進みＰの設
定値を１℃ずつ大きくして、前述Ｓ３から８６までのス
テップを桶返す、こうしている内に偏差値ΔＴＰが希望
する安定限界内に入り、そのことを２度確認する（経過
回数Ｎ＝２　５７ならびにＳ８参照）と、Ｓ９において
最終のＰの値をＲＡＭ１８の所定のアドレスに入力する
。

（Ｂ）　　Ｄ（ｖＩｔ分制御）設定値の自動修正入力し
ているＤの仮設定値（例えば３０秒）をＳｌＯにおいて
ＣＰＵ１６へ呼び出し、ＳＩＬで加熱シリンダの実温Ｔ
を温度センサ９で測定し、一定周期（例えば２秒）毎に
、ＴＩＴ２．Ｔｓ・・・・・・と読み取り、制御部のメ
モリ　（ＲＡＭ１８）に入力するサンプリング操作を行
なう。

次に８１２において、Ｄの仮設定値（この例では３０秒
）をそのまま処理周期ｔｃとし、処理周期ｔｃの最初の
実温ｔｘと処理周期ｔｃの最後の実温ｔｎとの偏差差Δ
Ｔｄを演算する。この偏差値ΔＴｄを示したのが第６図
である。

Δ’［’ｄ＝ＩＴｎ　　Ｔｔ　Ｉ そして演算された偏差値ΔＴｄがＳ１３で安定限界値（
例えば２℃）より大きいか否か判断され。

偏差値ΔＴｄが安定限界値よりも小であれば、Ｓ１４に
進みＤの値を例えば１秒ずつ大きくシ、前述のＳｌｌか
ら５１４までのステップを何回か繰返す６そうするうち
に偏差値ΔＴ　ｄが希望する安定限界値内に入り、その
ことを２回確認して（Ｓ１５ならびにＳ１６参照）した
後、Ｓ１７において最終のＤの値をＲＡＭ１８の所定の
アドレスに入力する６ （Ｃ）　　Ｉ（積分制御）設定値の自動修正予め入力さ
れている■の仮設定値（１＝３００秒）を、３１８にお
いてＣＰＵ１６へ呼び出す。

次に５１９において加熱シリンダの実温を温度センサ９
で、一定周期（例えば１０秒毎）毎にＴｌ。

Ｔｚ、Ｔ、ｓ・・・・・・と読み取り、それを順次制御
部のメモリー（ＲＡＭ　１８）に入力するサンプリング
操作を行なう。

Ｓ２０で１の仮設定値（この例では３００秒）をそのま
ま処理周期ＴＣとして、その間に測定さ九た実＆Ｌ１”
１．Ｔｚ、Ｔｓ・・・・・・Ｔｎの平均値〒を演算する
０次に３２１において、前記平均値〒と設定値Ｔｓとの
偏差値ΔＴｉを演算する。

ΔＴｉ＝ｌＴ−Ｔｓｌ これら平均値〒ならびに設定値Ｔｓを図示したのが第７
図である。

このようにして演算さた偏差値ΔＴｉがＳ２２において
安定限界値（例えば１℃）より大であるか否か判断され
る。偏差値ΔＴｉが安定限界値より大であれば、Ｓ２３
に進みＩの設定値を１０秒ずつ大きくして、前述Ｓ１９
から３２３までのステップを繰返す、こうしている内に
偏差値ΔＴｉが希望する安定限界内に入り、そのことを
２度確認する（経過回数Ｎ＝２　５２４ならびにＳ２５
参照）と、８２６において最終の■の値をＲＡ−Ｍ１８
の所定のアドレスに入力されて、ＰＩＤの自動修正制御
を終了する。

他のヒータ部においても併行して同様の自動修正が行な
われる。

この実施例では制御時間の短縮を図るために。

最初にＰｉｌｌｉ定値の自動修正を行ない１次にＤ設定
値の自動修正を、最後にＩ設定値の自動修正を行なうプ
ログラムにしたが１本発明はこれに限定されるものでは
なく１例えばｌ）、Ｉ、Ｄの順序に設定値の自動修正を
行なっても構わない。

また、第２図ないし第４図のフローステップが１回完了
すればＰＩＤ自動修正は一応完了であるが、その後の外
乱などに対応するために、第２図に示すように５２と８
３との間に戻って前述と同様の処理を行なうとよい。こ
のようにすれば、その成形作業が完了するまで、常に加
熱シリンダの実際の温度と所望の温度との差を１℃以内
とすることができる。

〔発明の効果〕

本発明は前述のような構成になっておりｉ初仮設定した
Ｐ、１．Ｄ設定値の修正が自動的にできるから、煩しい
修正の手作業が少省略でき１例えば３０分程度の短時間
のうちに加熱シリンダの実際の温度と所望の設定温度と
の差を１℃以内とすることができ、特に温度依存度の強
い射出成形品の品質が向上し、不良率の低減が図れると
ともに、取扱性の良好な射出成形機が提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面はすべて本発明の詳細な説明するためのもので、第
１図は射出成形機における加熱シリンダ温度制御装置の
機能ブロック図、第２図、第３図ならびに第４図はＰＩ
Ｄ自動修正制御のフローチャート、第５図、第６図なら
びに第７図は演算される偏差値Δ１゛を示す説明図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱シリンダを軸方向に沿つて複数の加熱ゾーン
   に区分し、各加熱ゾーン毎に加熱手段と温度測定手段と
   を備えて各加熱ゾーン毎に温度制御する射出成形機の加
   熱シリンダ温度制御装置において、 使用する樹脂材料や成形サイクル時間などの成形条件に
   基づいて各加熱ゾーン毎に比例制御仮設定値、積分制御
   仮設定値ならびに微分制御仮設定値をそれぞれ設定する
   仮設定手段と、各加熱ゾーンの実際の温度を一定周期で
   サンプリングする実温サンプリング手段と、一定処理期
   間内に前記サンプリング手段によつて入力された信号を
   基にして演算されるデータと基準値とを比較して、その
   比較結果に基づいて各加熱ゾーンの実際の温度とそれの
   設定温度との偏差値が許容限界内におさまるように前記
   各仮設定値をそれぞれ修正する修正演算部とを有してい
   ることを特徴とする射出成形機の加熱シリンダ温度制御
   装置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記修
   正演算部によつて、比例制御仮設定値、微分制御仮設定
   値ならびに積分制御仮設定値の順に仮設定値の修正が行
   われるように構成されていることを特徴とする射出成形
   機の加熱シリンダ温度制御装置。