JP3143122B2 - 温度調節システム - Google Patents

温度調節システム

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JP3143122B2 JP03518390A JP51839091A JP3143122B2 JP 3143122 B2 JP3143122 B2 JP 3143122B2 JP 03518390 A JP03518390 A JP 03518390A JP 51839091 A JP51839091 A JP 51839091A JP 3143122 B2 JP3143122 B2 JP 3143122B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度調節システムに関し、特にサイクリック
・プロセッサ用システムに関する。そのようなプロセッ
サは一般的にあらかじめ設定された繰り返しのサイクル
時間を有し、そして型内で固まる高温溶融材料により標
準的な製品を成形する。
一般的なサイクリック・プロセッサとは、射出成形
機、ブロー成形機及びアルミニウムダイカスト成形機で
ある。簡便化の目的で、本発明は熱可塑性樹脂射出成形
に関して説明される。
熱可塑性樹脂射出成形機において、高温溶融材料は型
キャビティに導入、一般的には射出され、そしてその型
により決められた形に製品を成形するために材料が固ま
るように型は冷却される；型はその後開かれ、成形され
た製品が排出され、型キャビティを再び形成するために
型は閉じられ、そしてそのサイクルが繰り返される。効
率的に動作することを目的として、型作動温度は決めら
れた上限及び下限の許容範囲内に維持されなければなら
ない、というのは、もし型温度が高すぎると材料の硬化
が遅くなり、もし型温度が低すぎると成形材料のいくら
かあるいは全てがキャビティに通じる湯口で硬化してし
まう、即ち射出ポンプ圧力を増加させる結果となる速す
ぎる硬化となる。更に、設定あるいは硬化段階の最中に
製品の収縮と歪みが最小となるような温度に型を維持す
ることは、製品の品質及び繰り返して成形される製品の
一様性に対して良好な手段であると考えられる。
製品の品質に影響する４つの変数は、溶融温度と溶融
流量と溶融圧力（各々はプロセッサ制御システムと条件
設定の機能である）と冷却速度である。通常は機械制御
装置以外の外部変化に対応してプロセッサ機制御装置を
繰り返して細かく調節することにより、製品の品質を維
持することは普通の手段である。運転温度、すなわち冷
却温度が所定の範囲内に維持できるように、信頼性があ
り精度を有する温度調節システムが必要である。
１つの型冷却システムにおいては、液体が型の壁内に
設けられた溝内を連続的に循環される。このシステムの
１つの欠点は連続的に循環する液体を使用することによ
り、システムの熱容量が大きく、したがって温度変化に
対する反応時間が遅い事である；また、型をその作動温
度範囲に保持するための適切な外部熱入力又は冷却速度
を設定するために操作者の一部には相当な技術が要求さ
れる。不良品を回避するには手動調節は迅速にそして正
確に行わなれる必要がある。
米国特許第4,354,812号は他の既知の構成を開示して
おり、その中では表示温度があらかじめ設定された値よ
り上昇したときに流れが“開始”され、表示温度があら
かじめ決められた値より下がった時に流れが“停止”さ
れるという瞬間的な型温度による断続的流体冷却が用い
られている。
我々は断続的な冷却液の管理は、その時点の型温度の
精密な測定には直接依存する必要はなく、代わりにそし
て利点とともに、先行して完結したサイクルの最中ある
いは全体にわたって記録された型のヒストリック平均温
度を使用することにより；又は付加的にあるいは代替え
的に、冷却液の流れを多くの機械サイクルの傾向に応じ
て調整することにより、型の温度に間接的に依存できる
ことに気づいた。
更に、例えば必要な時にはいつでも型が閉じられてか
ら５秒後に冷却液が流れる、あるいはおそらく90秒の長
いサイクル時間に対して要求される冷却液の量は型を許
容温度範囲に維持するために短い流れの周期に区分けさ
れるように、冷却液の最適な流れは型の既知の温度曲線
に基づいて選定することができる。
我々のシステムの他の利点は、“直接的な瞬時の動
作”のためにプローブを開閉弁に接続する複雑な装置を
必要としないことであり、そして型内あるいは液体排出
ラインのプローブの位置は正確さを必要としないことで
ある。
好ましくは、平均温度は、そのサイクル間で記録され
た温度指示値の連続から各々の完結したサイクルにわた
って計算されるが、代わりの実施例においては、他の数
学的導関数（例えば自乗平均値）を使用することがで
き、そして更なるしかしより好ましいとは言えない実施
例においては単に選択された機械の部分又は成形サイク
ルだけににわたる一つまたはそれ以上の温度測定が記録
され使用される。
我々はまた、上述の既知のシステムように温度測定は
それ自身連続的に記録することができるが、加算される
べき値は規定の間隔でそれから取り出すことができると
いうことに気づいた；その代わりに、例えば次の読み取
りまでの間隔にわたってセンサ自身が以前の“検査”か
ら温度を平均することができ、過酷な環境に対して、よ
り対応できると同時に、より複雑なセンサの精度を達成
することができる。
我々は更に、冷却液の流れの管理の変更は、システム
が差異依存となるように、サイクルからサイクル又は数
サイクルにわたる傾向のどちらかからの型又は排出温度
の平均の変化に依存させることができるということに気
づいた。この構成の利点は、もしプローブによって記録
される型温度が予め設定された温度範囲の一端あるいは
他端付近でふらつく場合でもシステムは“不規則に作
動”しないということであり、また平均サイクル温度を
表さない短時間のヒートスパイク又はヒートトラフへの
反応を要求されないということである。
我々は更に、冷却液の流れは、温度センサの測定の高
低に対して不規則に直接（瞬時）に反応するよりはむし
ろ、サイクルの所定の部分だけにわたって影響できると
いうことに気づいた。具体的には我々は、材料の射出の
間は冷却液の流れが無いように、即ち材料が射出される
間又は材料の大部分が射出される間には材料は冷却され
ないように、冷却液の管理を行うことができる。よって
型が高温の材料の注入によって温められるのに伴い、冷
却液流れを射出の後の時間に集中することができ、そし
て冷却液が一番必要な時に循環されるのでより効果的で
あると同時に型温度のより細かい制御が可能となる。
変形例では、必要な冷却液の流れは、サイクル時間に
関連した持続時間と休止時間の“パルス”の数として発
生するように構成される。よってこの冷却液の管理は、
長いサイクル時間においても問題となるかもしれない
が、規定の冷却液量が全て使用された後に（“１回のシ
ョット又はパルス”におけるように）引き続いて起こる
型の過熱の問題を回避するように設計される。
本発明は添付の簡略図と共に更に説明される。
図１は本発明による温度調節システムにおけるサイク
リック・プロセッサの基本機能要素を示すブロック図で
あり； 図２は溶融熱可塑性樹脂材料の連続的射出の間の型の
一般的な温度変化を示す簡略グラフであり； 図３は３区域制御に用いられるサイクリック・プロセ
ッサの簡略図であり； 図４は射出された材料から型へのサイクル中の熱流入
のグラフ及び型の区域１の冷却液のタイムフローであ
り； 図５は型の区域２における図４と同様のグラフ及びタ
イムフローであり；そして 図６は型の区域３における図４と同様のグラフ及びタ
イムフローである。
本システム及び装置は図１及び２により１区域に関し
て説明されるが、本システム及び装置は図３乃至６にあ
るような連結して型を形成する種々の分離可能な部分で
あってもよい幾つかの区域の制御に用いることもでき
る。図中、同様な部品には同じ番号が使用されている。
型10はサイクリック・プロセッサの一部であり、本実
施例では内部型キャビティ（図３）の中で熱可塑性シス
テム製品を形成するために使用される。型は成形品を排
出又は取り出すことができるように線11に沿って分離可
能である。使用中は、高温の製品液体が導管８及び湯口
６を介して型キャビティに供給される。。
型はワイヤ９を通して電流により作動温度にあらかじ
め加熱される。
図１の単一区域の実施例において、型10は導管12を通
る冷却液流により冷却され、したがって、液体供給手段
を提供する。使用中、“開閉”弁14は、冷却液の供給手
段12から連結手段15及び内部流路17へそして排出部13へ
の供給を制御する。
型10或いは導管13内の排出冷却液いずれかの温度は、
各サイクル中の設定された間隔で各々センサ16又は16b
によって測定される。これらの温度は加算され、平均サ
イクル温度は加算された値を入力の数で除算する計算器
20によって得られる；代わりの実施例においては、RMS
（自乗平均）温度或いは他の派生的な指示温度が得ら
れ、これを表示装置22に表示することができる。センサ
16a又は16bは、即時的な型温度を表す信号を生成する既
知の回路と共の熱電対、抵抗温度計或いはサーミスタプ
ローブである。
計算器20からの出力は、データ温度ユニット32からの
入力も有する比較器又はエラー・ディファレンス・メー
タ30へ伝達される。メータ30は計算器20からの入力とデ
ータ温度ユニット32からの入力との差に反応する。デー
タユニット32は、所定の温度設定に手動で調節可能であ
り、異なる運転条件及び異なる射出材料によって変更す
ることができる。
比較器30からの差信号は比較器40に供給され、そして
メモリ42に供給される。もしこのアナログ又はデジタル
の差信号があらかじめ設定された閾値より大きい場合は
（ほとんどは起動時或いは中断の後であるが）、信号
（又は相当する派生信号）は比較器40からモード・ジェ
ネレータ50に直接供給される。
しかし、もし差信号が閾値より小さい場合は（ほとん
どは通常の運転時であるが）、それは比較器40に受け入
れられない。よって比較器40は、全ての差信号に対応し
てシステムが“不安定”となることを防止するために、
“デッドレンジ”を挿入するために使用される。型の通
常の熱損失と製品材料からの熱入力との間の複雑な相互
作用は、弁14への２つの補正的な変更の必要無しに、自
身で型温度補正に導くであろう；よって弁14の過度の磨
耗が回避される。
本システムは必要な温度補正を適用するために３つ又
はそれ以上の連続した差信号の間の差の傾向（増加又は
減少）に常時対応できる；そのような補正は通常は、よ
り短い時間変化のために弁14が“開”又は“閉”へ切り
換えられること及び“開”又は“閉”から切り換えられ
ることによる“より緩やかな”補正である。よって本実
施例においては、比較器40はディファレンス・ユニット
30により記録された最後の３つの差信号を求めるように
メモリ42に指示するが、代わりの実施例においてはメモ
リ42内の異なる数のメモリ信号を指示することができ
る。もしメモリ信号が一定の傾向、即ち１つのサイクル
から次のサイクルまでの増加又は減少する差、を示す場
合は、指示信号が比較器40により生成されモード・ジェ
ネレータ50に送出される；しかし、メモリ42からの信号
が一定した傾向を示さない場合、例えば連続的に大きく
なったり小さくなったりする場合は、比較器40によって
メモリ生成信号は生成されない。
もしディファレンス・メータ30が取り付けられていな
いかあるいは非作動状態にあるときは、メモリユニット
は計算器20から直接信号を受け取り、そして本システム
は、“起動時”温度読み取りを除外又は無視するための
遅延の後に傾向信号のみに反応する；メモリユニット
は、少なくとも２つの先行するサイクルからの読み取り
値を平均する傾向に基づいて、信号を比較器40に送る。
もし計算器20が省略されている場合は、メモリユニット
は、例えばもし規定のサイクル時間における信号読み取
り値がメモリユニット42により中断されたときはおそら
くその時点でのサイクルからの信号を含む個々の温度信
号を受け取るかもしれない。よってメモリユニット42は
値の変更のために制御信号が出される前に遅延を挿間す
る。
したがって、ディファレンス・ユニット30からの上閾
差信号があるとき、又はメモリ42から傾向信号があると
きは、モード・ジェネレータ50が作動される。モード・
ジェネレータ50が作動されない限り、ユニット54を起動
するための信号は発せられず、型10の冷却液の管理は変
更されない。しかし、もしモード・ジェネレータ50が作
動されると、弁14の開放の時間を変更するために、ユニ
ット54を起動して信号が線52を通じてタイマT2に送出さ
れる。
本実施例においては、タイマT2からの弁開放信号は、
線52からの信号が“変化の前の時間”又はユニット54に
設定された閉止時間を変化させると共に、モード・ジェ
ネレータ50によってサイクルの特別な段階に対してタイ
ミングが合わされ、したがってその間弁14は開放のまま
となる。
普通の構成においては、単一のサイクル中は規定の時
間連続して開放される。しかし、代わりの実施例におい
ては必要な開弁時間は、サイクルの持続時間をより良好
に取り囲むように複数の開放時間に分割される。この代
替えは、１回の冷却液の投入又は流入は型の初期の過冷
却及び引き続きの過熱のために最良ではないこともある
一般的に300秒までの長いサイクルに特に適当であるか
もしれない。冷却液の分割のために、弁14の開放時間を
複数の開放閉止時間、例えば各々のサイクルの持続時間
に３回の等時間開放期間に分割するために、モード選択
ユニット54は手動又は自動であらかじめ設定される。
上述のように、モード・ジェネレータ50は特定のサイ
クルの間、弁14の最初の開放のタイミングを制御し、弁
14は例えば高温の材料が全て又は大部分が型10に射出さ
れた後にのみ開放される。一連のサイクルにわたる弁14
の開放時間の遷移、即ちサイクルの開始から冷却液弁の
開放までの間における変化、を防止するため、ユニット
54の起動は各サイクル毎に再設定又は誘発される必要が
ある。よってモード・ジェネレータ50は、繰り返しサイ
クルタイマT1から線60を通してサイクル時間繰り返し間
隔パルスを受け取る。１つの実施例において、タイマT2
の再設定又はトリガは、T1のサイクル時間に対応して、
型10の自動タイミングサイクルに対応して手動設定点指
示器62に設定された14秒毎に繰り返される。
代わりの構成では、繰り返しの間隔の変化を提供する
ため、例えばもし成形機が手動操作である場合、あるい
はその作動状態が供給電源の変動に左右される場合、タ
イマT1は線72を通じて受取る外部源からの信号、例えば
外部生成同期トリガ信号を点検することができる；この
トリガ信号は、型の閉鎖動作或いはポンプが高温製品
（液体）材料を供給するときの圧力発生或いは成形機制
御システムから直接取り出すことができる。
タイマT1は、各々誤差差異及び平均サイクル温度の適
切な計算を可能にするために、各々のサイクルに対して
モード・ジェネレータ50、メモリユニット42及び計算器
20を限定し、そして弁14のそのサイクルのための初期開
放のためにタイマT2をトリガするようにモード・ジェネ
レータ50を促す。
我々は“高温”警報指示器への第１の出力線81と“低
温”警報指示器82と共に比較器80を設けた。比較器80が
動作可能であることを簡単に調べるために、我々は型温
度が許容範囲内にある場合の“正常”指示器を作動させ
る出力線83をも設けた。
本実施例においては、比較器80は平均温度発生器20か
ら取り出される入力を各々の入力ユニット84,85からの
上限及び下限の設定値と比較する；正常温度又は温度範
囲はユニット86内にあらかじめ設定される。実際のあら
かじめ設定される値は、設定点指示器32への変更に伴い
変更される。
可変加熱器制御器90は、型10に繋がる配線９に流れる
電流を調節するために出力線81,82,83から又は関連した
指示器からの入力に反応する。もし例えば周囲の温度が
おそらくタイマT2が必要とされない程度に即ち高温の熱
可塑性樹脂からの熱入力が環境損失に対抗するのに不十
分な程度に大きく下がった場合、より大きな電流が型10
に供給される。高電流は起動時に材料の射出の代わりに
型の予熱用としても使用される。
線９を流れる電流は一定のアンペアで可変の期間とす
ることができ、或いはあらかじめ設定された期間に電流
は可変のアンペアで流すこともできる。
図２のグラフが表す型は予熱されておらず、冷えた状
態からの最初の幾つかの起動サイクルのための射出流れ
は、型を運転温度に加熱するためだけに使用され、成形
された製品は廃棄される。その後、冷却が実行され、型
の各々の部分の瞬間的な温度が各々のサイクル間で同じ
パターンで繰り返される；しかし、もし線“A"によって
示される上昇が確保されるように平均温度があらかじめ
設定された数のサイクル例えば３回にわたって一定の上
昇を示す場合は、弁14はサイクルの所定の段階であらか
じめ設定された時間あるいは“平均サイクル温度”の上
昇速度に依存する時間のいずれかの時間だけ開放され、
それによって、それに伴う冷却液流による次のサイクル
100はより低い瞬時的な温度を有し、よってより低い平
均温度となり、平均を理想的な線“B"に近づける。
したがって、本発明のシステムは、過度の処理熱を取
り出すために（高温製品材料から）各々のサイクル中に
型を通る冷却液の流れの効果的で効率的なタイミングを
提供する；そして、弁14の開放時間を変更する必要無く
サイクルからサイクルへの小さな環境変化（例えば扉が
開いた時の周囲の僅かな冷却）を許容する。したがっ
て、我々は、繰り返しの熱応力にさらされるサイクリッ
ク・プロセッサの制御に適した簡素化され強靱なシステ
ムの可能性とともに、小さな温度変動はシステムの熱容
量と慣性によって平均化され、正又は負の累積的変化だ
けを確認しそれに反応すればよいことを認識した。
図３にも示されるように、説明したタイプの型にとっ
て、少なくとも各々の部分が熱可塑性樹脂が射出される
キャビティの一部を形成する２つの分離可能な部分を有
することは一般的である。更に、各々の部分は一つ以上
の区域を有してもよく、これらの区域の夫々は、図４乃
至６に特に示されるように、最適な型成形のための異な
る温度管理を必要とする。したがって、冷却液の流れは
（必要であれば）高温流体の射出から規定の時間の後に
開始され、そして区域２及び３（夫々コアとホットラン
ナである）でより長く持続する；区域３へのパルス状の
流れは分割される。
図３の点線は、復水マニホールド内に取付けられる区
域2,3用の温度センサである。型10の区域の部分の比較
器20から得られた計算された温度は、指示器70とユニッ
ト71（摂氏又は華氏）に表示される；夫々の区域は72に
表示される。夫々の対応する弁の状態（開閉）は73に表
示される。区域温度条件（高、標準、低）に対応する区
域は74は視覚的に表示される。パネル75は所望の温度を
設定するキーボードである。
本発明により構成され運転される一つのシステムは幾
つかの弁を制御するために用いられてもよく、各々の弁
は夫々の型区域に流れる冷却液を調節する；代わりのシ
ステムにおいては、温度センサ16a,16bからの信号は、
それらの間の時間の空きに適合する一つ又はそれ以上の
他の型又は型区域からの信号と共に、時間区分に“スラ
イス”することができ、図１の構成部品20乃至90から構
成されるマイクロプロセッサは、異なる指示を各時間区
分から与えることができるように、マーク・スペースに
基づいて信号を複数のタイマT2に対し別々に処理する。
我々は、また部分的に過冷却するように設計された冷
却システムと共にサイクリック・プロセッサを開示し
た、その中で冷却システムはパルス化されそして高温材
料射出が完全とされ（“設定と放置”を可能とし）、型
はシステム内で（弁は全開）冷却液の流れに対する最大
の“抵抗”を有し、型の内部冷却液通路により受ける液
体を変化させるために型からの“フィードバック”ルー
プを利用している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−242512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−123007（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−141024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−173610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−109309（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 45/72 - 45/78 B29C 49/78 B29C 33/02 - 33/04 B22D 17/22,17/32 G05D 23/00 G05B 19/02 - 19/048

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】温度検出手段と温度制御手段とを有するサ
    イクリック・プロセッサ用温度調節システムであって、 該温度制御手段の動作を開始させるタイマーと、 該温度検出手段から先行するサイクルの間に得られる信
    号に対応して、該タイマーの動作を開始させる制御手段
    とを備えること を特徴とするサイクリック・プロセッサ用温度調節シス
    テム。
  2. 【請求項２】温度検出手段と温度制御手段と制御手段と
    タイマーとを有するサイクリック・プロセッサ用温度調
    節システムであって、 該タイマーは、該温度制御手段の動作を制御し、 該制御手段は、該温度検出手段から３つの先行するサイ
    クルの間に得られる信号からの温度傾向を指示する信号
    に対応して、該タイマーの動作を調整することができる
    ことを特徴とするサイクリック・プロセッサ用温度調節
    システム。
  3. 【請求項３】温度検出手段と温度制御手段とを有するサ
    イクリック・プロセッサ用温度調節システムであって、 該温度制御手段の動作を開始させるタイマーと、 該温度検出手段から現行のサイクル及び先行するサイク
    ルの間に得られる信号に対応して、該タイマーの動作を
    開始させる制御手段とを備えること を特徴とするサイクリック・プロセッサ用温度調節シス
    テム。
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