JP3590718B2 - 誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂等の成形加工の際に成形物を加熱するための加熱機構を備えた成形型の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタンピング成形、射出成形、スラッシュ成形、ブロー成形等の合成樹脂の成形装置においては、所望の成形を行うために成形型に加熱機構を設けたものがある。このような加熱を速やかに行うものとしては、例えば特開昭６２−１２２０８６号公報に示すように、誘導コイルに交番電流を与え電磁誘導により鉄またはニッケルのような高抵抗体よりなる成形型に渦電流を誘起し、この渦電流のジュール熱により成形型を加熱する技術がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
誘導コイルにより交番電流を与えて電磁誘導により成形型などに渦電流を誘起する場合には、誘導コイルに電磁機械的反力が加わる。誘導コイルには通常サイリスタインバータにより交番電流が与えられるが、この交番電流は方形波であり高調波成分が多いので、誘導コイルの加わる電磁機械的反力が大きくなる。このために誘導コイルの各巻き線の間、あるいは誘導コイルと成形型などの被加熱部分との間に力が加わり、それらの間の絶縁材料が破損して絶縁不良の原因になったり、誘導コイルが被加熱部分から外れたりするという問題がある。
【０００４】
また、加熱範囲を広げるために複数の誘導コイルを用いた場合には、被加熱部分の多少の形状寸法の違いなどにより、加熱される各部分の温度に差が生じるという問題がある。これを解決するには各誘導コイル毎に交番電流の電源を設けて、それぞれの出力を各部分の検出温度により制御することも考えられるが、設備が複雑かつ高価になるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような各問題を解決して、この種の誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置における電磁機械的反力による破損を防止し、また設備を簡単かつ安価にすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置は、合成樹脂等を成形するための金属製の成形型と、この成形型の成形面と反対側となる裏面に設けられトランジスタインバータからの略正弦波形の交番電流が与えられて同成形型を加熱する誘導加熱コイルと、成形型の誘導加熱コイルにより加熱される部分の温度を検出する温度センサと、トランジスタインバータの出力を出力開始時には低電圧，低周波数でそれより所定時間以上経過後は温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となりかつ出力電圧と出力周波数の比がほゞ一定となるように制御するコントローラよりなる誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置において、誘導加熱コイルは成形型の成形面と反対側となる裏面の複数箇所に設けられる複数個として１個のトランジスタインバータからの交番電流がそれぞれ与えられ、温度センサは各誘導加熱コイルに対応する複数個としてそれぞれ成形型の各誘導加熱コイルにより加熱される各部分の温度を検出し、各誘導加熱コイルとトランジスタインバータとの間にはそれぞれマグネットスイッチを設け、コントローラは各マグネットスイッチに対応して設けられ対応する各温度センサにより検出される各温度が予め定められた所定温度よりも高くならないように対応する各マグネットスイッチを開閉制御する複数のサブコントローラを備え、この各サブコントローラのうちの１個はそれに対応する温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となるようにトランジスタインバータの出力を制御することを特徴とするものである。
【０００７】
コントローラはトランジスタインバータの出力をこのように制御するので、温度センサにより検出される温度は予め定められた所定温度となり、また誘導加熱コイルに与えられる交番電流は略正弦波形でありまた交番電流に過渡的な変化が生じやすい出力開始時には低電圧，低周波数としているので誘導加熱コイルに加わる電気磁気的反力は小さくなる。また複数の誘導加熱コイルに１個のトランジスタインバータからの交番電流を与えており、前述の各作用に加え、複数のサブコントローラは各温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度よりも高くならないように各誘導加熱コイルとトランジスタインバータとの間に設けた各マグネットスイッチを開閉制御する。
【０００８】
請求項１（前項）の発明における１個のサブコントローラは、トランジスタインバータからの出力が継続して与えられた場合、各温度センサにより検出される温度の何れもが予め定められた所定温度以下にはならないように、トランジスタインバータを制御するものとするのが好ましい。
【０００９】
請求項１の発明におけるトランジスタインバータは、１個のサブコントローラによる出力の制御を行う代わりに、その出力が継続して与えられた場合に各温度センサにより検出される最終到達温度が全て所定温度を越えるような余裕を持った固定出力としてもよい。
【００１０】
請求項１の発明における複数のマグネットスイッチは、トランジスタインバータからの出力が継続して与えられた場合に各温度センサにより検出される最終到達温度が最も低い部分に対応する誘導加熱コイルに設けたものを省略し、サブコントローラのうちこの部分に対応するものはこれと対応する温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となるようにトランジスタインバータの出力を制御するものとするのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
先ず図１により本発明の前提となる誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置の基本的構造の説明をする。この基本的構造の成形装置は互いに接近離隔可能な１対の成形型１０，１５を有している。上型となる成形型１０の下面には成形面１１が形成され、下型となる成形型１５の上面には成形面１１と対向する成形面１６が形成され、成形型１５はベッド上に固定され、成形型１０は昇降可能である。図１に示す最接近状態では、両成形面１１，１６の間に合成樹脂製品を成形するためのキャビティＣが形成されている。この基本的構造の成形型１０，１５の素材は、鉄またはニッケルなどの高抵抗体である。
【００１２】
成形面１１と反対側となる成形型１０の裏面（上面）１２には、多少の間をおいて誘導加熱コイル１４が取り付けられている。誘導加熱コイル１４は渦巻状に巻回した平板状のコイルを複数枚重ねて直列接続したものである。この誘導加熱コイル１４にはトランジスタインバータ２０から略正弦波形の交番電流が与えられ、成形型１０には電磁誘導により渦電流が誘起され、この渦電流のジュール熱により成形型１０は加熱される。成形型１０の加熱される部分の裏面１２には、細い孔状の凹部１３が形成され、この凹部１３内には温度センサ２５が挿入されている。コントローラ２１はこの温度センサ２５により検出される被加熱部分の温度が、合成樹脂の成形に必要な予め定められた所定温度となるように、トランジスタインバータ２０の出力を制御するものであり、この制御はトランジスタインバータ２０と誘導加熱コイル１４の間のインピーダンスマッチングをとるために、すなわち誘導加熱コイル１４がトランジスタインバータ２０に対し常に整合された負荷となるように、トランジスタインバータ２０の出力電圧と出力周波数の比がほゞ一定となるようにしている。なお、トランジスタインバータ２０から誘導加熱コイル１４への出力開始時には、誘導加熱コイル１４に与えられる交番電流の過渡的な変化により誘導加熱コイル１４に加わる電磁機械的反力が増大するのを防ぐために、トランジスタインバータ２０の出力を低電圧，低周波数とし、出力電圧と出力周波数の比をほゞ一定に保ちながら連続的または段階的に出力を増大させて、出力開始時から少時間経過後に前述のような制御を行うようにしている。
【００１３】
上述した基本的構造の成形装置により合成樹脂発泡体を成形する場合には、上型である成形型１０を上昇させた状態で、発泡剤（例えばアゾジカルボンアミド系のもの）が混練された所定量（キャビティＣの容積よりも少ない量）の未発泡の溶融状態の合成樹脂材料（例えばポリオレフィン系のもの）を下型である成形型１５の上に置き、成形型１０を下降させ最接近状態として型締めをする。この型締めと前後してトランジスタインバータ２０は誘導加熱コイル１４に略正弦波形の交番電流を与えて成形型１０を誘導加熱し、その出力は前述のように、出力開始時から少時間経過後に、温度センサ２５により検出される温度が合成樹脂の発泡のために必要な予め定められた所定温度（例えば１６０℃）となるように、コントローラ２１により制御される。合成樹脂が発泡してキャビティＣ内に充填されるのに必要な予め定められた所定時間が経過すれば、トランジスタインバータ２０は誘導加熱コイル１４への交番電流の供給を停止する。そして成形型１０，１５が冷却して発泡した合成樹脂が硬化してから成形型１０を上昇させて、成形された合成樹脂発泡体を取り出す。
【００１４】
上述した基本的構造では、発泡剤が混練された溶融状態の合成樹脂材料は所定温度に加熱されるので発泡は所望の通り行われ、また誘導加熱コイル１４に与えられる交番電流は略正弦波形であるので誘導加熱コイル１４に加わる電気磁気的反力は小さくなる。また、誘導加熱コイル１４への出力開始時には、トランジスタインバータ２０の出力を低電圧，低周波数としているので、トランジスタインバータ２０からの交番電流の過渡的変化により誘導加熱コイル１４に加わる電気磁気的反力が大きくなることはない。従って、誘導加熱コイル１４に加わる電気磁気的反力は小さくなるので、誘導コイルの各巻き線の間、あるいは誘導コイルと成形型との間に加わる力が小さくなり、それらの間の絶縁材料が破損して絶縁不良を生じたり、誘導コイルが成形型から外れたりするおそれはない。
【００１５】
図２は、図１に示す基本的構造における、成形型１０の誘導加熱コイル１４により誘導加熱される部分の変形例を示す。この変形例の成形型１０の素材はアルミニウム鋳物のような低抵抗体であり、その裏面１２には鉄等の高抵抗体を素材とする厚板状のブロック１８が熱伝達可能に密着固定されている。細い孔状の凹部１３はブロック１８を貫通して成形型１０内に達しており、この凹部１３内には温度センサ２５が差し込まれている。トランジスタインバータ２０及びコントローラ２１並びにこれらと誘導加熱コイル１４及び温度センサ２５との接続関係は、図１に示すのと同一である。
【００１６】
トランジスタインバータ２０は誘導加熱コイル１４に略正弦波形の交番電流を与えてブロック１８を誘導加熱し、このブロック１８からの熱伝達により成形型１０は加熱される。その他の作用は図１の基本的構造で説明したのと同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００１７】
以上に説明した基本的構造は、成形型１０を１個の誘導加熱コイル１４により誘導加熱するものであるが、図３に示す本発明の実施の形態は、１個のトランジスタインバータ２０ａから交番電流が与えられる３個の誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより成形型１０を誘導加熱するものである。このようにした場合は、各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより誘導加熱される各部分の温度は、そのままでは独立して制御することはできないが、この実施の形態では独立して制御することができるようになっている。以下にその詳細を説明する。
【００１８】
この実施の形態も、図１に示す基本的構造と同様、１対の成形型を有しているが、図３では上型となる成形型１０だけを示している。成形面１１と反対側となる成形型１０の裏面１２には、多少の間をおいて３個の誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃが並んで取り付けられている。各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃの構造は、図１に示す基本的構造の誘導加熱コイル１４と同じである。各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、全体としてコントローラ２１を構成する３個のサブコントローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃによりそれぞれ開閉されるマグネットスイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介して、１個の三相式のトランジスタインバータ２０ａに接続されている。従って、各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、対応するマグネットスイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃが閉じている場合にのみトランジスタインバータ２０ａからの交番電流が与えられて、成形型１０の対応する部分が誘導加熱される。成形型１０の裏面１２には、各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃによりそれぞれ誘導加熱される部分に、３個の細い孔状の凹部１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成され、この各凹部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ内にはそれぞれ温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃが設けられている。
【００１９】
各サブコントローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、各温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにより検出される各温度が予め定められた所定温度よりも高くならないように、各マグネットスイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを開閉制御するものである。またサブコントローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃのうちのひとつ２１ｂは、これに対応する誘導加熱コイル１４ｂにより誘導加熱される部分の成形型１０の温度を温度センサ２５ｂにより検出して、トランジスタインバータ２０ａの出力を制御するものであるが、この場合の出力の制御は、トランジスタインバータ２０ａからの出力が継続して与えられた場合に、各温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにより検出される温度の何れもが予め定められた所定温度以下にならないようになされる。この制御はテスト運転等により予め調べた、各温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにより検出される温度の間の相互関係に基づいて行えばよい。以上に述べた以外の構成は、先に述べた基本的構造と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００２０】
この実施の形態の成形装置により合成樹脂発泡体を成形する場合の作動は、トランジスタインバータ２０ａから誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに与えられる交番電流の制御を除き、図１に示す基本的構造と同様である。
【００２１】
この実施の形態でも、型締めと前後してトランジスタインバータ２０ａは、作動の初期には全て閉じている各マグネットスイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介して、各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに略正弦波形の交番電流を与えて成形型１０の対応する部分を誘導加熱する。この加熱により各部分の温度は上昇するが、例えば温度センサ２５ｃにより検出される温度が先ず合成樹脂の発泡のために必要な予め定められた所定温度（例えば１６０℃）に達したとすれば、サブコントローラ２１ｃは対応するマグネットスイッチ２２ｃを開き、誘導加熱コイル１４ｃによる成形型１０の誘導加熱を停止する。同様に、温度センサ２５ａまたは２５ｂにより検出される温度が所定温度に達すれば、サブコントローラ２１ａまたは２１ｂはそれぞれマグネットスイッチ２２ａまたは２２ｂを開いて誘導加熱コイル１４ａまたは１４ｂによる成形型１０の加熱を停止する。
【００２２】
また各部分の加熱の停止により各部分の温度は低下するが、各温度センサ２５ａ，２５ｂまたは２５ｃにより検出される温度が所定温度まで低下すれば、その都度サブコントローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃはマグネットスイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを閉じて、対応する誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃによる成形型１０の誘導加熱を開始する。これにより各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより誘導加熱される部分は、何れも所定温度に保たれる。
【００２３】
トランジスタインバータ２０ａの出力は前述のように制御されているので、温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの何れかの検出温度が所定温度以下となって対応するマグネットスイッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃが閉じたにも拘らず、対応する誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃによる成形型１０の誘導加熱が充分になされないことはない。なお、トランジスタインバータ２０ａの出力は必ずしもこのように制御する必要はなく、その出力が継続して与えられた場合に各温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにより検出される最終到達温度が全て所定温度を越えるような余裕を持った固定出力としてもよい。
【００２４】
この実施の形態は、３個の誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを備えているので成形型１０の広い範囲を所定温度に誘導加熱することができるものであるが、トランジスタインバータ２０ａは１個であるので設備が簡単かつ安価となり、その他の作用は図１に示す基本的構造と同様に行われる。
【００２５】
図４は図３に示す実施の形態の変形例を示している。トランジスタインバータ２０ａからの出力が各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに継続して与えられた場合に各温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにより検出される最終到達温度は、成形型１０の各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを取り付ける部分の形状寸法の違いなどにより同一とはならない。この変形例では温度センサ２５ｂにより検出される最終到達温度が最も低い値であり、この部分に対応する誘導加熱コイル１４ｂとトランジスタインバータ２０ａの間のマグネットスイッチ（図３の実施の形態のマグネットスイッチ２２ｂに相当）を省略している。また、この温度センサ２５ｂに対応するサブコントローラ２１ｂは、温度センサ２５ｂにより検出される温度が合成樹脂の発泡のために必要な予め定められた所定温度（例えば１６０℃）となるようにトランジスタインバータ２０ａの出力を制御するようになっている。
【００２６】
従ってこの変形例では、トランジスタインバータ２０ａからの出力が各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに継続して与えられた場合には、温度センサ２５ｂにより検出される温度は常に所定温度となり、温度センサ２５ａ及び２５ｃにより検出される温度はそれよりも高くなる。しかしながら、温度センサ２５ａまたは２５ｃにより検出される温度が上昇して所定温度に達すれば、サブコントローラ２１ａまたは２１ｃはそれぞれマグネットスイッチ２２ａまたは２２ｃを開いて誘導加熱コイル１４ａまたは１４ｃによる成形型１０の誘導加熱を停止し、この温度が低下して所定温度以下になれば、サブコントローラ２１ａまたは２１ｃはそれぞれマグネットスイッチ２２ａまたは２２ｃを開いて誘導加熱コイル１４ａまたは１４ｃによる成形型１０の誘導加熱を開始するので、各誘導加熱コイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃにより誘導加熱される部分は、何れも所定温度に保たれる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となるだけでなく、誘導加熱コイルに加わる電気磁気的反力は小さくなるので、誘導コイルの各巻き線の間、あるいは誘導コイルと成形型との間に加わる力が小さくなり、それらの間の絶縁材料が破損して絶縁不良を生じたり、誘導コイルが成形型から外れたりするおそれはなくなる。また、誘導加熱コイルは複数個として１個のトランジスタインバータからの交番電流が与えられ、温度センサも複数個としてそれぞれ成形型の各誘導加熱コイルにより加熱される部分の温度を検出し、各誘導加熱コイルとトランジスタインバータとの間にはそれぞれマグネットスイッチを設け、コントローラは各マグネットスイッチに対応して設けられ対応する各温度センサにより検出される各温度が予め定められた所定温度よりも高くならないように各マグネットスイッチを開閉制御する複数のサブコントローラを備え、この各サブコントローラのうちの１個はそれに対応する温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となるようにトランジスタインバータの出力を制御しているので、上述した各効果に加えて、複数の誘導加熱コイルに１つのトランジスタインバータからの交番電流を与えているので、成形型の広い範囲を所定温度に加熱することができるにも拘らず設備が簡単かつ安価となり、しかも各温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度よりも高くならないように各誘導加熱コイル毎にマグネットスイッチを開閉制御しているので、各誘導加熱コイルにより加熱される部分の温度が高くなり過ぎることはない。
【００２８】
請求項１（前項）の発明において、トランジスタインバータからの出力が継続して与えられた場合、各温度センサにより検出される温度の何れもが予め定められた所定温度以下にはならないように、トランジスタインバータを制御したものによれば、各誘導加熱コイルにより加熱される部分の温度が低くなり過ぎることもない。
【００２９】
請求項１の発明におけるトランジスタインバータを、その出力が継続して与えられた場合に各温度センサにより検出される最終到達温度が全て所定温度を越えるような余裕を持った固定出力としたものによっても、各誘導加熱コイルにより加熱される部分の温度が低くなり過ぎることもない。
【００３０】
請求項１の発明における複数のマグネットスイッチのうち、トランジスタインバータからの出力が継続して与えられた場合に各温度センサにより検出される最終到達温度が最も低い部分に対応する誘導加熱コイルに設けたものを省略し、サブコントローラのうちこの部分に対応するものはこれと対応する温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となるようにトランジスタインバータの出力を制御するものによれば、マグネットスイッチが１個省略されるので設備が一層簡単かつ安価となり、しかも検出される温度は丁度所定温度となるように制御される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置の前提となる基本的構造を示す図である。
【図２】図１に示す基本的構造の一部分の変形例を示す図である。
【図３】本発明による誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置の実施形態を示す図である。
【図４】図３に示す実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…成形型、１１…成形面、１２…裏面、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…誘導加熱コイル、２０ａ…トランジスタインバータ、２１…コントローラ、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…サブコントローラ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…マグネットスイッチ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…温度センサ。

Claims (4)

1. 合成樹脂等を成形するための金属製の成形型と、この成形型の成形面と反対側となる裏面に設けられトランジスタインバータからの略正弦波形の交番電流が与えられて同成形型を加熱する誘導加熱コイルと、前記成形型の前記誘導加熱コイルにより加熱される部分の温度を検出する温度センサと、前記トランジスタインバータの出力を出力開始時には低電圧，低周波数でそれより所定時間以上経過後は前記温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となりかつ出力電圧と出力周波数の比がほゞ一定となるように制御するコントローラよりなる誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置において、前記誘導加熱コイルは前記成形型の成形面と反対側となる裏面の複数箇所に設けられる複数個として１個の前記トランジスタインバータからの交番電流がそれぞれ与えられ、前記温度センサは前記各誘導加熱コイルに対応する複数個としてそれぞれ前記成形型の前記各誘導加熱コイルにより加熱される各部分の温度を検出し、前記各誘導加熱コイルと前記トランジスタインバータとの間にはそれぞれマグネットスイッチを設け、前記コントローラは前記各マグネットスイッチに対応して設けられ対応する各温度センサにより検出される各温度が予め定められた所定温度よりも高くならないように対応する前記各マグネットスイッチを開閉制御する複数のサブコントローラを備え、この各サブコントローラのうちの１個はそれに対応する前記温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となるように前記トランジスタインバータの出力を制御することを特徴とする誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置。
2. 前記１個のサブコントローラは、前記トランジスタインバータからの出力が継続して与えられた場合、前記各温度センサにより検出される温度の何れもが予め定められた所定温度以下にはならないように、前記トランジスタインバータを制御するものである請求項１に記載の誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置。
3. 前記トランジスタインバータは、前記１個のサブコントローラによる出力の制御を行う代わりに、その出力が継続して与えられた場合に前記各温度センサにより検出される最終到達温度が全て所定温度を越えるような余裕を持った固定出力としてなる請求項１に記載の誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置。
4. 前記複数のマグネットスイッチのうち、前記トランジスタインバータからの出力が継続して与えられた場合に前記各温度センサにより検出される最終到達温度が最も低い部分に対応する前記誘導加熱コイルに設けたものを省略し、前記サブコントローラのうちこの部分に対応するものはこれと対応する前記温度センサにより検出される温度が予め定められた所定温度となるように前記トランジスタインバータの出力を制御するものである請求項１に記載の誘導コイルによる加熱機構を備えた成形装置。

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