JP2019206106A - 温度制御装置及び温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スケールの発生を抑制するとともにヒータの過熱を防止できる温度制御装置及び温度制御方法を提供する。【解決手段】温度制御装置は、媒体が流れる流路管の外周に設けられたヒータパイプへの通電のオン／オフを繰り返して媒体の温度を制御する媒体温度制御部と、所定周期毎の通電オフ時間又は所定周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整してヒータパイプの温度を制御するヒータパイプ用温度制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、温度制御装置及び温度制御方法に関する。

プラスチック等の合成樹脂を用いて成型品を射出成形する射出成形機には金型が使用されている。射出成形の金型は、溶融したプラスチックが充填される空間部分であるキャビティ、溶融したプラスチックを冷却固化するための媒体を流す流路を有する。成型品の精度を高めるため、媒体（金型）の温度を正確に所要の温度に調節する金型温度調整装置が用いられている。

特許文献１には、媒体が通るタンクの中にヒータの発熱部を浸漬させた加熱器を備え、加熱時にはヒータによって媒体を加熱し、冷却時には給水口から冷水を入れて熱交換によって冷却して、媒体の温度を調節する金型温度調節装置が開示されている。

特開２００７−７９５０号公報

しかし、媒体（一般的には水）にはカルシウム、マグネシウム、シリカなどの無機塩類化合物が含まれるため、ヒータを媒体中に浸漬させた場合、ヒータの表面にスケールが付着する。付着したスケールは非常に硬く水に溶けにくいため、一旦ヒータの表面に付着すると熱伝達率が低下して、ヒータが過熱して故障するおそれがある。また、熱伝達率が低下するので、媒体の加熱が不十分となり媒体の温度調整に支障をきたす場合もある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、スケールの発生を抑制するとともにヒータの過熱を防止できる温度制御装置及び温度制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る温度制御装置は、管路を介して対象物に循環させる媒体の温度を制御する温度制御装置であって、前記媒体が流れる流路管の外周に設けられたヒータパイプへの通電のオン／オフを繰り返して前記媒体の温度を制御する媒体温度制御部と、所定周期毎の通電オフ時間又は前記所定周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整して前記ヒータパイプの温度を制御するヒータパイプ用温度制御部とを備える。

本発明に係る温度制御方法は、管路を介して対象物に循環させる媒体の温度を制御する温度制御方法であって、前記媒体が流れる流路管の外周に設けられたヒータパイプへの通電のオン／オフを繰り返して前記媒体の温度を制御し、所定周期毎の通電オフ時間又は前記所定周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整して前記ヒータパイプの温度を制御する。

本発明によれば、スケールの発生を抑制するとともにヒータの過熱を防止できる。

本実施の形態の温度制御装置としての金型温度調節機の構成の一例を示す説明図である。 本実施の形態のヒータ装置の構成の一例を示す外観斜視図である。 本実施の形態のヒータ装置の構成の一例を示す分解斜視図である。 本実施の形態のヒータ装置の構成の一例を示す正面図である。 流路管の外周に卷回されたヒータパイプの要部を示す模式図である。 本実施の形態のヒータ装置の構成の他の例を示す正面図である。 ヒータ装置の動作モードの一例を示す説明図である。 ヒータ温度と通電オフ時間の合計時間との関係の一例を示す模式図である。 通電オフ時間の合計時間を変化させた場合のヒータ温度の変動の一例を示す模式図である。 本実施の形態の金型温度調節機による温度制御方法の第１例を示す模式図である。 媒体設定温度と通電オフ時間の合計時間との関係を示す模式図である。 媒体の温度の推移の一例を示す模式図である。 本実施の形態の金型温度調節機による温度制御方法の第２例を示す模式図である。 流量とヒータ装置の入口・出口間の媒体温度差との関係を示す模式図である。 流量とヒータ温度との関係を示す模式図である。 ヒータ装置の入口・出口間の媒体温度差とヒータ温度との関係を示す模式図である。 ヒータ装置の入口・出口間の媒体温度差と通電オフ時間の合計時間との関係を示す模式図である。 本実施の形態の金型温度調節機の温度制御方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の温度制御装置としての金型温度調節機１００の構成の一例を示す説明図である。本実施の形態では、温度制御装置として金型温度調節機１００を例に挙げて説明するが、温度制御装置は金型温度調節機に限定されるものではない。金型温度調節機１００は、対象物としての金型２００の温度、より具体的には、金型２００へ供給する媒体の温度を調節（制御）する。

図１に示すように、金型温度調節機１００は、ポンプ３１の出口側（OUT）と金型２００の入口側との間に管路１１（送媒管路）を接続し、金型２００の出口側とポンプ３１の入口側（IN）との間に管路１２（返媒管路）を接続し、ポンプ３１により媒体（例えば、水）が管路１１、１２、バイパス管路１６内を循環するようになっている。すなわち、ポンプ３１は、例えば、ケーシング内でモータの回転により羽根車を高速回転し、媒体に作用する遠心力を利用するので、媒体は管路１１、１２、バイパス管路１６を循環する。

管路１１のポンプ３１の出口側付近には圧力センサ６２を設けてあり、ポンプ３１の出口側付近の媒体の圧力を計測することができる。管路１１の中途にはヒータ装置８０を介装してあり、媒体を加熱して媒体の温度を上げることができる。サーモスタット８０１は、ヒータ装置８０のヒータパイプ（不図示）が所定の温度を超えた場合にヒータ装置８０による加熱を停止する。ヒータ装置８０の詳細は後述する。

ヒータ装置８０の上流側の管路１１には温度センサ７１を設けてあり、ヒータ装置８０の下流側の管路１１には温度センサ７２を設けてある。温度センサ７１は、ヒータ装置８０より上流側の媒体温度を検出することができ、温度センサ７２は、ヒータ装置８０より下流側の媒体温度を検出することができる。温度センサ７３は、ヒータ装置８０のヒータパイプの表面温度を検出することができる。本明細書では、ヒータパイプの表面温度をヒータ温度とも称する。

管路１１は、途中で２系統に分岐してあり、分岐した管路１１それぞれが金型２００の入口側に接続されている。分岐した管路１１それぞれには、送媒バルブ２１を介装してあり、分岐した管路１１毎の媒体の流量を調整することができる。同様に、管路１２も、金型２００の出口側で２系統に分岐してあり、途中で分岐した管路１２が１つの管路１２に統合してある。分岐した管路１２それぞれには、返媒バルブ２２を介装してあり、分岐した管路１２毎の媒体の流量を調整することができる。

管路１２の中途には熱交換器４０を介装してあり、熱交換器４０の出口側の管路１２には冷却電磁弁２３を介装してある。また、熱交換器４０の入口側の管路１２の所要箇所（図１の符号Ａで示す箇所、分岐点Ａともいう）と、冷却電磁弁２３の出口側の管路１２の所要箇所（図１の符号Ｂで示す箇所、分岐点Ｂともいう）との間には、バイパス管路１６を設けている。

熱交換器４０は、一次側には、冷却水を流す冷却流路１３ａ、二次側には媒体を流す媒体流路１２ａを有する。冷却流路１３ａの両端は、冷却水を供給する冷却管路１３と連通してある。媒体流路１２ａの両端は、管路１２と連通してある。熱交換器４０は、冷却流路１３ａを流れる冷却水と、媒体流路１２ａを流れる媒体との間で熱交換を行い、媒体流路１２ａを流れる媒体を冷却して温度を調節する。なお、図１では、金型温度調節機１００は、熱交換器４０を具備する構成であるが、金型温度調節機１００は、図1の例に限定されるものではなく、熱交換器４０を具備せずに、給水口から直接水を管路１１、１２に供給して媒体を冷却する構成でもよい。

管路１２のポンプ３１の入口側付近には圧力センサ６３、開放リリーフ弁を設けてある。圧力センサ６３は、ポンプ３１の入口側付近の媒体の圧力を計測する。また、熱交換器４０の入口側の管路１２（分岐点Ａより上流側）には、ストレーナを設けている。ストレーナは、媒体に含まれる固形成分を取り除くものである。

給水口と管路１２の分岐点Ｂとの間には管路１４を設けてある。管路１４の給水口側にはストレーナ、圧力センサ６１を設けてある。圧力センサ６１は、給水圧を計測する。管路１４の途中には逆止弁２６を介装してあり、逆止弁２６の両側には、加圧ポンプ３２を介装した分岐管１４ａを接続してある。

加圧ポンプ３２は、管路１１、１２、バイパス管路１６内の媒体（例えば、水）の圧力が飽和蒸気圧より高くなるように加圧する。

また、管路１４の分岐管１４ａが接続された箇所の上流側には、冷却水を分岐して熱交換器４０に流すための冷却管路１３を接続してある。冷却管路１３は、熱交換器４０の入口側で冷却流路１３ａの一端に接続してある。熱交換器４０の出口側で冷却流路１３ａの他端に接続された冷却管路１３は排水口に接続してある。排水口に接続される冷却管路１３の中途には冷却水電磁弁２５を介装してある。

熱交換器４０と冷却電磁弁２３との間の管路１２には、排水口に接続された排水管路１５を接続してある。排水管路１５の中途には排水電磁弁２４を介装してある。

また、金型温度調節機１００は、制御部５０を備え、制御部５０は、弁開閉制御部５１、ヒータパイプ用温度制御部５２、媒体温度制御部５３を備える。なお、図１の例では、ヒータパイプ用温度制御部５２及び媒体温度制御部５３それぞれを別個に設ける構成であるが、これに限定されるものではなく、ヒータパイプ用温度制御部５２及び媒体温度制御部５３を纏めて一つの温度制御部として構成してもよい。ヒータパイプ用温度制御部５２及び媒体温度制御部５３は、温度センサ７１、７２、７３で検出した温度を取得することができる。

弁開閉制御部５１は、冷却電磁弁２３、排水電磁弁２４、冷却水電磁弁２５の開閉を制御する。また、媒体温度制御部５３は、加熱工程において媒体の温度を上げるように制御し、冷却工程において媒体の温度を下げるように制御する。

金型温度調節機１００の動作の概要は以下のとおりである。排水電磁弁２４、冷却電磁弁２３、送媒バルブ２１、返媒バルブ２２を開にして給水口から媒体としての水を供給すると、管路１１、１２、バイパス管路１６などの循環路内の空気が完全に排出され、その後、排水電磁弁２４を閉じることにより、管路１１、１２、バイパス管路１６などの循環路には媒体が充填される。また、管路１１、１２、バイパス管路１６などの循環路内の媒体の圧力は、加圧ポンプ３２により媒体の温度に対応する飽和蒸気圧以上に維持される。加熱制御時には、管路１１、１２、バイパス管路１６などの循環路内の媒体の温度は、ヒータ装置８０により加熱され所要の設定温度になるように昇温される。また、冷却制御時には、バイパス管路１６などの循環路内の媒体の温度は、熱交換器４０により、あるいは給水口から直接に水を循環路内に供給することにより、所要の設定温度になるように冷却される。ヒータ装置８０による加熱動作及び冷却動作により、管路１１、１２、バイパス管路１６などの循環路内の媒体の温度、すなわち金型２００内の媒体の温度は所要の設定温度に調節（制御）される（安定時）。

次に、ヒータ装置８０について詳細に説明する。ヒータ装置８０は、１又は複数の加熱ユニットで構成される

図２は本実施の形態のヒータ装置８０の構成の一例を示す外観斜視図であり、図３は本実施の形態のヒータ装置８０の構成の一例を示す分解斜視図であり、図４は本実施の形態のヒータ装置８０の構成の一例を示す正面図である。なお、図２、図３、図４の例は、ヒータ装置８０が一つの加熱ユニットで構成される場合を示す。また、図４では、便宜上、内部構造が分かるように図示している。

ヒータ装置８０（加熱ユニット）は、所要の隙間を介して平行に配置された流路管８１１（第１の流路管）、流路管８１２（第２の流路管）、流路管８１３（第３の流路管）と、各流路管８１１、８１２、８１３の両端に設けられたマニホールド８４、８５とによって媒体の流路を形成している。流路管８１１の外周には、流路管８１１の流路方向に沿って二つのヒータパイプ８１５、８１５が適長離隔して卷回されている。流路管８１２の外周には、流路管８１２の流路方向に沿って二つのヒータパイプ８１６、８１６が適長離隔して卷回されている。流路管８１３の外周には、流路管８１３の流路方向に沿って二つのヒータパイプ８１７、８１７が適長離隔して卷回されている。

ヒータパイプ８１５、８１６、８１７は、例えば、ニクロム線などの発熱体が絶縁体を介して金属パイプで包まれた構造をなし、シーズヒータとも称される。

マニホールド８４には、加熱ユニットへの媒体の流入口又は加熱ユニットからの媒体の流出口として機能する入出管８４１、及び二つの流路管の端部を連通する連通管８４２を形成してある。また、マニホールド８５には、加熱ユニットへの媒体の流入口又は加熱ユニットからの媒体の流出口として機能する入出管８５１、及び二つの流路管の端部を連通する連通管８５２を形成してある。

すなわち、流路管８１１の一端８１１ａには流入口（入出管８５１）が設けられ、流路管８１１の他端８１１ｂと流路管８１２の一端８１２ｂとは連通管８４２（第１の連通管）で連通し、流路管８１２の他端８１２ａと流路管８１３の一端８１３ａとは連通管８５２（第２の連通管）で連通し、流路管８１３の他端８１３ｂには流出口（入出管８４１）が設けられている。媒体は、流入口（入出管８５１）から流入し、流路管８１１、８１２、８１３内を流れて流出口（入出管８４１）から流出する。流路管８１１、８１２、８１３内を流れる媒体は、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７によって加熱される。

ヒータパイプ８１５の両端からは二つのリード線が引き出され、当該二つのリード線は、例えば、３相交流のＵ端子、Ｖ端子に接続される。ヒータパイプ８１６の両端からは二つのリード線が引き出され、当該二つのリード線は、例えば、３相交流のＶ端子、Ｗ端子に接続される。ヒータパイプ８１７の両端からは二つのリード線が引き出され、当該二つのリード線は、例えば、３相交流のＷ端子、Ｕ端子に接続される。これにより、３相交流の各相を３組のヒータパイプ８１５、８１６、８１７のいずれか一つに対応させて電源を印加することができ、３相交流電源に対応することができる。

ヒータパイプ８１５、８１６、８１７それぞれが卷回された流路管８１１、８１２、８１３を覆うように、背面側にはカバー８１が取り付けられ、正面側には、カバー８２、８３が取り付けられている。カバー８２とカバー８３との間、カバー８２とマニホールド８４との間、カバー８３とマニホールド８５との間には、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７のリード線が引き出せるように隙間を設けてある。ヒータパイプ８１５、８１６、８１７とカバー８１、８２、８３の内面との間には、断熱材（不図示）を設けてある。断熱材により、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の熱が外部に放熱されることを抑制し、流路管８１１、８１２、８１３側に伝わるようにすることができる。

また、３つの流路管８１１、流路管８１２、流路管８１３を、流路方向に沿って平行に配置し、各流路管８１１、８１２、８１３の両端に設けられたマニホールド８４、８５によって媒体の流路を形成することにより、加熱ユニットの外径寸法を大きくすることなく、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の流路方向の有効長を長くすることができ、加熱ユニットの小型化に寄与する。

図５は流路管８１３の外周に卷回されたヒータパイプ８１７の要部を示す模式図である。なお、他のヒータパイプ８１５、８１６も同様であるので、説明は省略する。図５に示すように、ヒータパイプ８１７の外径をφとし、流路管８１３の外周上で隣り合うヒータパイプ８１７のピッチをｐとすると、ヒータパイプ８１７の外径φは、ヒータパイプ８１７のピッチｐよりも小さい（φ＜ｐ）。すなわち、ヒータパイプ８１７は密着することなく、流路管８１３の外周で隣り合うヒータパイプ８１７同士は、お互いに隙間を設けて流路管８１３の外周に巻回されている。隙間を設けることにより、ヒータパイプ８１７の過熱を防止することができる。

ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の外径φは５ｍｍ以下とすることができる。これにより、所定長の流路管８１１、８１２、８１３の外周に巻回するヒータパイプ８１５、８１６、８１７の巻回数を比較的多くすることができ、流路管８１１、８１２、８１３の外周でのヒータパイプ８１５、８１６、８１７の接触面積を多くすることができ、流路管８１１、８１２、８１３を通じてヒータパイプ８１５、８１６、８１７の熱を媒体に効率良く伝えることができる。

ヒータパイプ８１５、８１６、８１７は、流路管８１１、８１２、８１３の外径よりも若干小さい寸法の内径でコイル状に巻いておき、コイル状に巻かれたヒータパイプ８１５の内側に流路管８１１を挿入する。流路管８１１が挿入されたヒータパイプ８１５は、弾性により、径の中心に向かって縮小しようとする力が働き、流路管８１１にヒータパイプ８１５を圧着させることができ、ヒータパイプ８１５の熱を流路管８１１、８１２、８１３側に伝わるようにすることができる。他のヒータパイプ８１６、８１７も同様である。

また、流路管８１１、８１２、８１３にヒータパイプ８１５、８１６、８１７をろう付けしてもよい。これにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の熱をさらに流路管８１１、８１２、８１３側に伝わるようにすることができる。

加熱ユニットの電力密度は、１平方ｃｍ当たり１０Ｗ以下とすることができる。電力密度は、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７における単位面積（１平方ｃｍ）当たりの電力負荷（Ｗ）である。例えば、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の外径をφとし、巻回されたヒータパイプ８１５、８１６、８１７の流路方向の有効長をＬとし、電力をＷとすると、電力密度は、Ｗ／（φ×π×Ｌ）で表すことができる。電力密度を１平方ｃｍ当たり１０Ｗ以下とすることにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の過熱を防止することができる。

図６は本実施の形態のヒータ装置８０の構成の他の例を示す正面図である。図６の例では、ヒータ装置８０は、二つの加熱ユニットで構成されている。図６に示すように、一方の加熱ユニットのマニホールド８４と他方の加熱ユニットのマニホールド８５とは、繋ぎ管８６によって連結されている。

加熱ユニットは、複数連結可能にしてある。これにより、ヒータ装置８０の加熱容量の大小に応じて、所要数の加熱ユニットを連結するだけで媒体の温度を設定温度に調節することができるとともに、加熱ユニットは共通にすることができるので、加熱容量に応じて部品の種類が増加することもなく、コストを低減することができる。

また、図６に示すように、二つの加熱ユニットを連結する場合、寸法が比較的長い流路方向ではなく、流路方向と直交する方向に向かって二つの加熱ユニットを配置することにより、ヒータ装置８０の外径寸法が大きくなることを抑制して小型化を図ることができる。なお、連結可能な加熱ユニットの数は２個に限定されない。例えば、３個以上であってもよい。３個又は４個の加熱ユニットを連結する場合には、例えば、二つの加熱ユニットの背面側に配置することができる。この場合、Ｕ字状の繋ぎ管を使用することができる。

次に、ヒータ装置８０の動作について説明する。具体的には、ヒータパイプ用温度制御部５２及び媒体温度制御部５３がヒータ装置８０の動作を制御する。

媒体温度制御部５３は、流路管８１１、８１２、８１３の外周に設けられたヒータパイプ８１５、８１６、８１７への通電のオン／オフを繰り返して（例えば、所定周期で）媒体の温度を制御する。ヒータパイプ８１５、８１６、８１７が流路管８１１、８１２、８１３の外周に設けられているので、媒体がヒータパイプ８１５、８１６、８１７に触れることがなく、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の表面にスケールが付着しない。これにより、ヒータ装置８０の熱伝達率の低下を防止することができる。

所定周期は、比例周期とも称される。以下の説明では、比例周期という文言を用いる。比例周期は、例えば、１秒、２秒などとすることができる。媒体温度制御部５３は、媒体の温度が設定温度より高くなると冷却工程の比例周期における冷却媒体オンの時間である冷却媒体通電オン時間が長くなるように（例えば、５秒から８秒など）調整して媒体の温度を下げるように制御する。また、媒体温度制御部５３は、媒体の温度が設定温度より低くなると加熱工程の比例周期における通電オフ時間が短くなるように（例えば、０．１秒から０．０５秒など）調整して媒体の温度を上げるように制御する。通電オフ時間の調整は比例周期毎に行われる。また、媒体の設定温度を含む所要温度範囲は、比例帯とも称され、比例帯は、例えば、設定温度±１０℃、あるいは設定温度±５℃などとすることができる。

また、媒体の温度が設定温度よりも高い場合、熱交換器４０による冷却動作が行われる。例えば、冷却電磁弁２３の開閉動作を行うことにより、冷却電磁弁２３が所要時間だけ開いている間に、熱交換器４０の媒体流路１２ａ内で比較的低温に維持された媒体が、管路１２、１１、バイパス管路１６を流れることにより、媒体の温度を下げることができる。また、所要のタイミングで冷却水電磁弁２５を所要時間だけ開くことにより、熱交換器４０の冷却流路１３ａに給水口からの冷却水が流れ、熱交換器４０の媒体流路１２ａの温度を所要の温度（例えば、８０℃）に維持することができる。

ヒータパイプ用温度制御部５２は、ヒータ装置８０のヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度（表面温度）も制御する。具体的には、ヒータパイプ用温度制御部５２は、比例周期毎の通電オフ時間又は比例周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整してヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を制御する。比例周期の複数回に亘る期間を制御周期とも称する。

より具体的には、ヒータパイプ用温度制御部５２は、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）の比例周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整してヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を制御することができる。ＰＩＤ制御は、媒体温度制御部５３による媒体の温度の制御であり、通電オフ時間を、媒体の実際の温度と、目標温度との偏差の一次関数として制御する。これにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度が上限温度を超えることを防止し、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の過熱を防止することができる。

図７はヒータ装置８０の動作モードの一例を示す説明図である。比例周期をＴとし、比例周期の回数（サイクル数とも称する）をｎとすると、制御周期はｎ×Ｔで表すことができる。サイクル数ｎは、例えば、１５とすることができるが、これに限定されるものではなく、１０サイクル、２０サイクル、あるいは３０サイクルであってもよい。以下の説明では、比例周期Ｔを１秒とし、サイクル数ｎを１５とする。制御周期は１５秒となる。

図７に示すように、サイクル１，２，…，ｎの通電オフ時間をそれぞれｄ１，ｄ２，…，ｄｎとすると、制御周期における通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、式（１）で表すことができる。

また、式（１）に代えて、制御周期における通電オフ時間の合計時間Ｄｎを、式（２）で表すことができる。ここで、ｄｉは式（３）を満たす通電オフ時間である。式（３）において、ｄｍｉｎは、最小通電オフ時間である。すなわち、制御周期における通電オフ時間の合計時間Ｄｎを、各比例周期の通電オフ時間のうち、最小通電オフ時間ｄｍｉｎ以上の通電オフ時間の合計時間とすることができる。別言すれば、最小通電オフ時間ｄｍｉｎ未満の通電オフ時間は除外して合計時間を求めることになる。

ヒータパイプ用温度制御部５２は、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度が高くなった場合には、合計時間Ｄｎが長くなるように調整することにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を目標温度に近づけることができる。これにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度が上限温度を超えることを防止し、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の過熱を防止することができる。

また、図７に示すように、媒体温度制御部５３は、ヒータ装置８０を連続通電モード（第１制御モード）及びオンオフ通電モード（第２制御モード）で動作させることができる。連続通電モードは、比例周期毎の通電オフ時間を０にしてヒータパイプ８１５、８１６、８１７への連続通電を行うモードである。オンオフ通電モードは、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７への通電のオン／オフを比例周期で繰り返すモードである。なお、本明細書では、制御周期の中の１又は複数の比例周期において、通電時間が０となる場合も、オンオフ通電モードに含まれるものとする。

媒体の温度を加熱開始温度（例えば、２０℃など）から設定温度（例えば、１８０℃）まで昇温させる場合、媒体温度制御部５３は連続通電モードを用いることができる。また、媒体の温度を設定温度に維持する場合、媒体温度制御部５３はオンオフ通電モードを用いることができる。なお、媒体の温度を加熱開始温度から設定温度まで昇温させる場合でも、媒体温度制御部５３はオンオフ通電モードを用いることができる。

次に、制御周期（ｎ×Ｔ）における通電オフ時間の合計時間Ｄｎの設定方法について説明する。便宜上、以下の説明では、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度をヒータ温度と称する。

図８はヒータ温度と通電オフ時間の合計時間Ｄｎとの関係の一例を示す模式図である。図８において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。金型温度調節機１００による媒体の最小流量を１０ｌ／ｍｉｎとし、最大流量を６５ｌ／ｍｉｎとする。媒体の流量が最小流量のときにヒータパイプ８１５、８１６、８１７から媒体への熱伝達量が少なくなるため、ヒータ温度は最も高くなり、制御周期又は通電オフ時間の合計時間Ｄｎへの影響が生じやすい。そこで、図８の例では流量を最小流量の１０ｌ／ｍｉｎとしている。また、媒体の設定温度は１８０℃としている。比例周期Ｔは１秒であり、サイクル数は１５とし、制御周期は１５秒である。図８のチャートは、ヒータ温度を初期温度（例えば、目標温度として、２９０℃とする）にした後、ヒータへの通電を連続通電（通電オフ時間＝０）、制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを、それぞれ０．２５秒、０．５秒、１．０秒とした場合のヒータ温度の推移を示す。なお、図８では、便宜上、通電オフ時間を設けたときのヒータ温度は最高温度をプロットしている。

連続通電の場合は、ヒータ温度は初期温度から上昇し始め、かなり高い温度まで温度上昇が続く。合計時間Ｄｎ＝０．２５秒の場合は、ヒータ温度は初期温度から徐々に上昇し始め、比較的高い温度まで上昇すると、その後は、ヒータ温度は安定する。合計時間Ｄｎ＝０．５秒の場合は、ヒータ温度は、ほぼ初期温度を維持して安定する。合計時間Ｄｎ＝１．０秒の場合は、ヒータ温度は初期温度から徐々に下降し始め、若干低い温度まで下降すると、その後は、ヒータ温度は安定する。

図９は通電オフ時間の合計時間Ｄｎを変化させた場合のヒータ温度の変動の一例を示す模式図である。図９において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図９Ａは、合計時間Ｄｎ＝０．５秒の場合のヒータ温度の変動の様子を示す。合計時間Ｄｎ＝０．５秒の場合、制御周期でのＯＮ時間の合計時間は１４．５秒となり、ＯＦＦ時間の合計時間は０．５秒となる。合計時間Ｄｎ＝０．５秒の場合、制御周期の最初（始点）のヒータ温度と最後（終点）のヒータ温度が同程度になり、ヒータ温度は、上昇傾向も下降傾向も示さずに安定して推移することが分かる。

図９Ｂは、合計時間Ｄｎ＝０．２５秒の場合のヒータ温度の変動の様子を示す。合計時間Ｄｎ＝０．２５秒の場合、制御周期でのＯＮ時間の合計時間は１４．７５秒となり、ＯＦＦ時間の合計時間は０．２５秒となる。合計時間Ｄｎ＝０．２５秒の場合、制御周期の最初（始点）のヒータ温度よりも最後（終点）のヒータ温度が高くなり、ヒータ温度は、徐々に上昇し、その後一定となることが分かる。

図９Ｃは、合計時間Ｄｎ＝１．０秒の場合のヒータ温度の変動の様子を示す。合計時間Ｄｎ＝１．０秒の場合、制御周期でのＯＮ時間の合計時間は１４．０秒となり、ＯＦＦ時間の合計時間は１．０秒となる。合計時間Ｄｎ＝１．０秒の場合、制御周期の最初（始点）のヒータ温度よりも最後（終点）のヒータ温度が低くなり、ヒータ温度は、徐々に下降し、その後一定となることが分かる。

ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の過熱を防止するためには、オンオフ通電モードにおいて、ヒータ温度が目標温度を維持する必要があり、ヒータ温度が安定して推移するか、下降傾向で推移することが望ましい。また、ヒータ温度が最も高くなる条件、例えば、媒体の流量が最小流量のときにヒータ温度を目標温度で維持することができれば、媒体の流量が変動しても、ヒータ温度が目標温度を超えて上昇することがない。そこで、制御周期での通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、一例として、０．５秒以上が好ましい。

なお、比例周期Ｔ、サイクル数ｎを変化させても、同様の結果を得ることができる。

ヒータパイプ用温度制御部５２は、比例周期の所定回数（サイクル数）に亘る制御周期の通電オフ時間の合計時間を比例周期の２分の１以上とすることができる。比例周期をＴとし、サイクル数をｎとすると、制御周期（ｎ×Ｔ）の通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、式（４）を満たすようにすることができる。

例えば、前述のように、比例周期Ｔを１秒とし、サイクル数を１５秒とした場合、通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、０．５秒以上とすることができる。なお、サイクル数が、例えば、１０、２０などの場合も、同様に通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、０．５秒以上とすることができる。また、比例周期Ｔが、例えば、２秒である場合、通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、０．５秒よりも長い時間、例えば、１秒以上とすることができる。

上述の構成により、媒体の温度を設定温度に維持した場合、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を媒体の設定温度よりも高い目標温度又は目標温度に近い温度で維持することができ、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を最適な温度にすることができる。

また、ヒータパイプ用温度制御部５２は、制御周期の通電オフ時間が比例周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間Ｄｎを比例周期の２分の１以上とすることができる。例えば、比例周期Ｔを１秒とすると、通電オフ時間が比例周期Ｔの１０％未満、すなわち、通電オフ時間が０．１秒未満では、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を制御するには短すぎてヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を下げる効果が得られない。比例周期Ｔの１０％に相当する通電オフ時間は、式（３）の最小通電オフ時間ｄｍｉｎである。

そこで、通電オフ時間が比例周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間Ｄｎを比例周期の２分の１以上とすることにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を確実に目標温度又は目標温度に近い温度で維持することができる。

ヒータパイプ用温度制御部５２は、出力部としての機能を有し、制御周期の通電オフ時間が比例周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間Ｄｎが比例周期の２分の１未満である場合、警告を出力することができる。警告の出力は、音声でもよく、文字又は図等を表示してもよく、表示灯を点灯又は点滅させてもよい。

通電オフ時間が比例周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間Ｄｎが比例周期の２分の１未満である場合、ヒータパイプ用温度制御部５２は、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を目標温度に近い温度にすべく、通電オフ時間を極めて短い時間に調整し、あるいは連続通電を行っている状態であると考えられる。このような状態は、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７による加熱が十分でない状態であり、安定した温度制御を行うことができないおそれがある。そこで、警告を出力することにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７による加熱制御に支障があることを通知することができる。

前述のように、制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを比例周期の２分の１以上とすることにより、媒体の温度が設定温度に向かって昇温中（加熱制御時）であっても、設定温度に維持するとき（安定時）であっても、ヒータ温度は、媒体の温度に追従する。

すなわち、ヒータパイプ用温度制御部５２は、媒体の設定温度に基づいてヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を制御することができる。ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度は媒体の温度よりも高い温度で推移することを利用して、例えば、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度が、媒体の設定温度よりも所要の温度だけ高い温度となるように制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを調整する。これにより、媒体の設定温度に応じて、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を最適な温度にすることができる。

図１０は本実施の形態の金型温度調節機１００による温度制御方法の第１例を示す模式図である。図１０において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。時刻０から時刻ｔｓまでが加熱制御時（昇温中）であり、時刻ｔｓ以降は安定時を示す。加熱制御時では、媒体温度制御部５３は、連続通電モードを用いて媒体の温度が加熱開始温度（例えば、２０℃）から設定温度（例えば、１８０℃）になるように媒体を加熱する。このとき、ヒータ温度は、媒体の温度に追従して上昇する。

時刻ｔｓで媒体の温度が設定温度に到達すると、媒体温度制御部５３は、オンオフ通電モードを用いて、媒体の温度が設定温度を維持するように、比例周期毎の通電オフ時間を調整する。なお、時刻ｔｓ以降では、所要のタイミングで冷却電磁弁２３、冷却水電磁弁２５を所要時間だけ開いて媒体の冷却動作も行われる。

ヒータパイプ用温度制御部５２は、制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを比例周期の２分の１以上とすることにより、媒体の設定温度に基づいてヒータ温度を制御することができる。図１０の例では、例えば、媒体の流量を３０ｌ／ｍｉｎとしたときのヒータ温度を示している。媒体の流量が最小流量になると、ヒータ温度はヒータ温度上限値に向かって高くなり、媒体の流量が最大流量になると、ヒータ温度はヒータ温度下限値に向かって低くなる。

ヒータパイプ用温度制御部５２は、ヒータ温度が、媒体の設定温度よりも第１温度Ｔ１だけ高いヒータ温度下限値（下限温度）以上であって、設定温度よりも第２温度Ｔ２だけ高いヒータ温度上限値（上限温度）以下になるように制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを調整することができる。

これにより、ヒータ温度をヒータ温度下限値とヒータ温度上限値との間の温度にすることができる。例えば、ヒータ温度上限値を、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の寿命に影響を与え得るような温度（例えば、４００℃など）未満の温度に設定することにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の期待寿命が短くなることを防止できる。また、ヒータ温度下限値を、媒体の設定温度までの昇温時間に影響を与え得るような温度よりも高い温度に設定することにより、媒体の昇温時間が期待時間よりも長くなることを防止できる。

例えば、第１温度Ｔ１は５０℃とし、第２温度Ｔ２は１２０℃とすることができる。第１温度Ｔ１を５０℃未満とすると、媒体の昇温時間が期待時間よりも長くなる。また、第２温度Ｔ２を１２０℃より高い温度とすると、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の期待寿命が短くなる。上述の構成により、媒体の設定温度に関わらず、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の期待寿命が短くなること、及び媒体の昇温時間が期待時間よりも長くなることを防止できる。

図１１は媒体設定温度と通電オフ時間の合計時間Ｄｎとの関係を示す模式図である。図１１において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図１１に示すように、媒体の設定温度が１８０℃のときに、制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを０．５秒に設定したとすると、媒体の設定温度が、２００℃、２５０℃の如く高くなった場合には、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度も上昇してヒータ温度上限値を超える可能性があるので、通電オフ時間の合計時間Ｄｎを０．５秒よりも長く（例えば、０．６秒、０．７秒、１．０秒など）なるように調整することにより、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度がヒータ温度上限値以下にすることができる。

上述のように、ヒータパイプ用温度制御部５２は、制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを、媒体の設定温度に応じて、比例周期Ｔの２分の１以上とすることができる。具体的には、媒体の設定温度が高くなるに応じて、通電オフ時間の合計時間Ｄｎをより長く調整することができる。

上述の構成により、媒体の設定温度に応じて、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を媒体の設定温度よりも高い目標温度又は目標温度に近い温度で維持することができ、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を最適な温度にすることができる。

次に、加熱時（昇温時）のヒータ装置８０の動作モードについて説明する。

図１２は媒体の温度の推移の一例を示す模式図である。図１２において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図１２において、符号Ａで示すチャート（破線）は、媒体を加熱開始前温度（例えば、２０℃）から設定温度（図１２の例では、１８０℃）まで昇温する間では連続通電モードを用い、媒体の温度が設定温度に到達した後はオンオフ通電モードを用いた場合を示す。一方、符号Ｂで示すチャート（実線）は、媒体を加熱開始前温度（例えば、２０℃）から所定温度（図１２の例では、１２０℃）まで昇温する間では連続通電モードを用い、その後はオンオフ通電モードを用いた場合を示す。

図１２に示すように、符号Ｂで示すチャートでは、媒体の温度が設定温度に到達するまでの時間がｔｓ１であり、符号Ａで示すチャートでは、媒体の温度が設定温度に到達するまでの時間がｔｓ２であり、ｔｓ１＝ｔｓ２＋Δｔｓとなる。時間差Δｔｓは、所定温度に応じて変化し、例えば、５秒から１０秒程度である。すなわち、所定温度が高くなると時間差Δｔｓは小さくなり、所定温度が低くなると時間差Δｔｓは大きくなる。

媒体の温度を設定温度まで昇温させる昇温時間をできるだけ短くしたいような用途では（例えば、時間差Δｔｓが許容できる場合）、符号Ａで示すように、媒体を加熱開始前温度から設定温度まで昇温する間では連続通電モードを用い、媒体の温度が設定温度に到達した後はオンオフ通電モードを用いることができる。また、媒体の温度を設定温度まで昇温させる昇温時間に余裕があるような用途では、符号Ａで示す動作モードだけでなく、符号Ｂで示すように、媒体を加熱開始前温度から所定温度まで昇温する間では連続通電モードを用い、その後はオンオフ通電モードを用いることができる。

図１３は本実施の形態の金型温度調節機１００による温度制御方法の第２例を示す模式図である。図１３において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。時刻０から時刻ｔｓまでが媒体の温度を設定温度まで昇温させる加熱制御時（昇温中）であり、時刻ｔｓ以降は安定時を示す。図１３の例では、図１０の例に比べて、媒体の設定温度が高い（例えば、２５０℃など）を示す。

媒体温度制御部５３は、連続通電モードにて、ヒータ温度が所定温度まで昇温したとき、オンオフ通電モードに移行することができる。図１３の例では、ヒータ温度が所定温度に到達した時点ｔ１（媒体の設定温度までの昇温時間ｔｓよりも短い時点）で、媒体温度制御部５３はは連続通電モードからオンオフ通電モードに移行している。

図１３に示すように、ヒータ温度は媒体の温度よりも高い温度で推移するので、媒体の設定温度が比較的高温（例えば、２５０℃など）である場合、ヒータ温度もさらに高温になり、時点ｔ１以降も連続通電モードを継続した場合、ヒータ温度がヒータ許容温度（ヒータ温度上限値）を超えるおそれがある。

そこで、所定温度（例えば、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の目標温度でもよく、下限温度でもよい）を設け、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度が所定温度まで昇温したとき、連続通電モードからオンオフ通電モードに移行することにより、媒体の設定温度までの昇温時間を短くしつつ、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の過熱を防止することができる。なお、所定温度は、媒体の設定温度、ヒータ許容温度などに応じて適宜設定することができる。

次に、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７より上流側の媒体温度及びヒータパイプ８１５、８１６、８１７より下流側の媒体温度に基づいて媒体の流量を推定し、推定した流量によりヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を制御する方法について説明する。

図１４は流量とヒータ装置８０の入口・出口間の媒体温度差との関係を示す模式図である。図１４において、縦軸は温度を示し、横軸は流量を示す。図１４に示すチャートは、媒体の設定温度を１８０℃とし、制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを０．５秒とした場合を示す。

金型２００内の流路を含む媒体の循環路において、温度勾配が顕著である箇所は、金型２００の入口と出口との間、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の上流側と下流側との間であるので、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７より上流側の媒体温度は、金型２００の出口温度（返媒側）に相当し、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７より下流側の媒体温度は、金型２００の入口温度（送媒側）に相当する。図１４に示すように、媒体の流量が少なくなると、金型２００で熱交換された媒体の温度が高くなるため、金型２００の入口と出口との間の温度勾配が大きくなり、温度センサ７１、７２で検出する温度差が大きくなる。また、媒体の流量が多くなると、金型２００で熱交換された媒体の温度が低くなるため、金型２００の入口と出口との間の温度勾配が小さくなり、温度センサ７１、７２で検出する温度差が小さくなる。

図１５は流量とヒータ温度との関係を示す模式図である。図１５において、縦軸は温度を示し、横軸は流量を示す。図１５に示すチャートは、媒体の設定温度を１８０℃とし、制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを０．５秒とした場合を示す。

図１５に示すように、媒体の流量が少なくなると、媒体を加熱するための熱量が少なくてよいので熱交換が悪くなりヒータ温度が高くなる。また、媒体の流量が多くなると、媒体を加熱するための熱量が多く必要となり、熱交換が良くなりヒータ温度上昇が抑制される。

図１６はヒータ装置８０の入口・出口間の媒体温度差とヒータ温度との関係を示す模式図である。図１６において、縦軸は温度を示し、横軸は流量を示す。図１６に示すチャートは、媒体の設定温度を１８０℃とし、制御周期の通電オフ時間の合計時間Ｄｎを０．５秒とした場合を示す。図１６に示すチャートは、図１４及び図１５に示すチャートを書き換えたものである。

図１６に示すように、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７より下流側の媒体温度と上流側の媒体温度との温度差が比較的大きい場合には、媒体の流量が少なくヒータ温度が上昇することが分かる。また、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７より下流側の媒体温度と上流側の媒体温度との温度差が比較的小さい場合には、媒体の流量が多くヒータ温度が比較的低くなることが分かる。

図１７はヒータ装置８０の入口・出口間の媒体温度差と通電オフ時間の合計時間Ｄｎとの関係を示す模式図である。図１７において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図１７に示すように、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７より下流側の媒体温度と上流側の媒体温度との温度差が比較的大きい場合には、媒体の流量が少なくヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度が上昇するので、通電オフ時間の合計時間を長くすることができる。また、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７より下流側の媒体温度と上流側の媒体温度との温度差が比較的小さい場合には、媒体の流量が多くヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度の比較的低くなるので、通電オフ時間の合計時間を短くすることができる。これにより、媒体の流量の多少を媒体温度差によって推定して、ヒータパイプ８１５、８１６、８１７の温度を確実に目標温度又は目標温度に近い温度で維持することができる。

図１８は本実施の形態の金型温度調節機１００の温度制御方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下では、便宜上、ヒータパイプ用温度制御部５２及び媒体温度制御部５３を纏めて、主体を温度制御部として説明する。温度制御部は、連続通電モードで媒体の加熱を開始し（Ｓ１１）、ヒータ温度が所定温度に到達したか否かを判定する（Ｓ１２）。ヒータ温度が所定温度に到達していない場合（Ｓ１２でＮＯ）、温度制御部は、媒体の温度が設定温度に到達したか否かを判定する（Ｓ１３）。

媒体の温度が設定温度に到達していない場合（Ｓ１３でＮＯ）、温度制御部は、ステップＳ１２以降の処理を続け、媒体の温度が設定温度に到達した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、後述のステップＳ１４の処理を行う。ヒータ温度が所定温度に到達した場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、温度制御部は、制御周期の通電オフ時間の合計時間を所定値に設定する（Ｓ１４）。例えば、比例周期Ｔを１秒、サイクル数を１５、媒体の設定温度が１８０℃、媒体の流量が最小流量のとき、通電オフ時間の合計時間Ｄｎを０．５秒とすることができる。

温度制御部は、連続通電モードからオンオフ通電モードに移行し（Ｓ１５）、ヒータ温度と媒体の温度との温度差が所定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１６）。所定範囲は、例えば、第１温度Ｔ１以上、第２温度Ｔ２以下とすることができる。温度差が所定範囲内でない場合（Ｓ１６でＮＯ）、温度制御部は、通電オフ時間の合計時間を調整し（Ｓ１７）、後述のステップＳ１８の処理を行う。例えば、温度差が第２温度Ｔ２を超えた場合、通電オフ時間の合計時間を長くする。

ヒータ温度と媒体の温度との温度差が所定範囲内である場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、温度制御部は、媒体の温度が設定温度に到達したか否かを判定する（Ｓ１８）。媒体の温度が設定温度に到達していない場合（Ｓ１８でＮＯ）、温度制御部は、ステップＳ１６以降の処理を続け、媒体の温度が設定温度に到達した場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、制御を終了するか否かを判定する（Ｓ１９）。制御を終了しない場合（Ｓ１９でＮＯ）、温度制御部は、ステップＳ１６以降の処理を続け、制御を終了する場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、処理を終了する。

本実施の形態によれば、ヒータ表面へのスケール付着による不具合を防止することができる。また、ヒータ保護のインターロックが作用しない場合（例えば、空焚き、媒体の対流がない締め切り状態など）でも、ヒータ表面温度が上限温度を超えないので、ヒータの破損を防止し、また寿命が短くなることを防止できる。

上述の実施の形態において、媒体としては水を用いることができるが、水に代えて油を使用することもできる。

上述の実施の形態では、温度制御装置の一例として金型温度調節機について説明したが、温度制御装置は金型温度調節機に限定されるものでなく、ヒータ装置を具備する装置であれば、本実施の形態を適用することができる。

本実施の形態の温度制御装置は、管路を介して対象物に循環させる媒体の温度を制御する温度制御装置であって、前記媒体が流れる流路管の外周に設けられたヒータパイプへの通電のオン／オフを繰り返して前記媒体の温度を制御する媒体温度制御部と、所定周期毎の通電オフ時間又は前記所定周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整して前記ヒータパイプの温度を制御するヒータパイプ用温度制御部とを備える。

本実施の形態の温度制御方法は、管路を介して対象物に循環させる媒体の温度を制御する温度制御方法であって、前記媒体が流れる流路管の外周に設けられたヒータパイプへの通電のオン／オフを繰り返して前記媒体の温度を制御し、所定周期毎の通電オフ時間又は前記所定周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整して前記ヒータパイプの温度を制御する。

媒体温度制御部は、媒体が流れる流路管の外周に設けられたヒータパイプへの通電のオン／オフを繰り返して（例えば、所定周期で）媒体の温度を制御する。ヒータパイプは、例えば、ニクロム線などの発熱体が絶縁体を介して金属パイプで包まれた構造をなし、シーズヒータとも称される。ヒータパイプが流路管の外周に設けられているので、媒体がヒータパイプに触れることがなく、ヒータパイプの表面にスケールが付着しない。これにより、ヒータの熱伝達率の低下を防止することができる。

所定周期は、比例周期とも称される。所定周期は、例えば、１秒、２秒などとすることができる。媒体温度制御部は、媒体の温度が設定温度より高くなると冷却工程の所定周期における冷却媒体オンの時間である冷却媒体通電オン時間が長くなるように（例えば、５秒から８秒など）調整して媒体の温度を下げるように制御する。また、媒体温度制御部は、媒体の温度が設定温度より低くなると加熱工程の所定周期における通電オフ時間が短くなるように（例えば、０．１秒から０．０５秒など）調整して媒体の温度を上げるように制御する。通電オフ時間の調整は所定周期毎に行うことができる。

ヒータパイプ用温度制御部は、所定周期毎の通電オフ時間又は所定周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整してヒータパイプの温度を制御する。所定周期の複数回に亘る期間を制御周期とも称する。すなわち、所定周期をＴとし、回数をｎとすると、制御周期はｎ×Ｔとなる。回数ｎはサイクル数とも称する。サイクル数は、例えば、１５とすることができるが、これに限定されるものではなく、１０サイクル、２０サイクル、あるいは３０サイクルであってもよい。

サイクル１，２，…，ｎの通電オフ時間をそれぞれｄ１，ｄ２，…，ｄｎとすると、通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、Ｄｎ＝ｄ１＋ｄ２＋…＋ｄｎで表すことができる。温度制御部は、ヒータパイプの温度が高くなった場合には、合計時間Ｄｎが長くなるように調整することにより、ヒータパイプの温度を目標温度に近づけることができる。これにより、ヒータパイプの温度が上限温度を超えることを防止し、ヒータパイプの過熱を防止することができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記ヒータパイプ用温度制御部は、ＰＩＤ制御の比例周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整して前記ヒータパイプの温度を制御する。

ヒータパイプ用温度制御部は、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）の比例周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整してヒータパイプの温度を制御することができる。ＰＩＤ制御は、媒体温度制御部による媒体の温度の制御であり、通電オフ時間を、媒体の実際の温度と、目標温度との偏差の一次関数として制御する。これにより、ヒータパイプの温度が上限温度を超えることを防止し、ヒータパイプの過熱を防止することができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記媒体温度制御部は、前記所定周期毎の通電オフ時間を０にして前記ヒータパイプへの連続通電を行う第１制御モードと、前記ヒータパイプへの通電のオン／オフを前記所定周期で繰り返す第２制御モードとを用いる。

第１制御モードは、所定周期毎の通電オフ時間を０にしてヒータパイプへの連続通電を行う連続通電モードである。第２制御モードは、ヒータパイプへの通電のオン／オフを所定周期で繰り返すオンオフ通電モードである。なお、本明細書では、制御周期の中の１又は複数の比例周期において、通電時間が０となる場合も、オンオフ通電モードであるとする。媒体の温度を加熱開始温度（例えば、２０℃など）から設定温度（例えば、１８０℃）まで昇温させる場合、媒体温度制御部は第１制御モードを用いることができる。また、媒体の温度を設定温度に維持する場合、媒体温度制御部は第２制御モードを用いることができる。なお、媒体の温度を加熱開始温度から設定温度まで昇温させる場合でも、媒体温度制御部は第２制御モードを用いることができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記媒体温度制御部は、前記第１制御モードにて、前記ヒータパイプの温度が所定温度まで昇温した場合、前記第２制御モードに移行する。

媒体温度制御部は、第１制御モードにて、ヒータパイプの温度が所定温度まで昇温した場合、第２制御モードに移行することができる。媒体の温度を加熱開始温度から昇温させる場合、媒体温度制御部が第１制御モードを用いることにより、第２制御モードを用いるときに比べて、媒体の昇温速度が速く、例えば、設定温度に到達するまでの時間を短くすることができる。一方で、ヒータパイプの温度は媒体の温度よりも高い温度で推移するので、媒体の設定温度が比較的高温（例えば、２５０℃など）である場合、ヒータパイプの温度もさらに高温になる。

そこで、所定温度（例えば、ヒータパイプの目標温度でもよく、下限温度でもよい）を設け、ヒータパイプの温度が所定温度まで昇温したとき、第１制御モードから第２制御モードに移行することにより、媒体の設定温度までの昇温時間を短くしつつ、ヒータパイプの過熱を防止することができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記ヒータパイプ用温度制御部は、前記媒体の設定温度に基づいて前記ヒータパイプの温度を制御する。

ヒータパイプ用温度制御部は、媒体の設定温度に基づいてヒータパイプの温度を制御することができる。ヒータパイプの温度は媒体の温度よりも高い温度で推移することを利用して、例えば、ヒータパイプの温度が、媒体の設定温度よりも所要の温度だけ高い温度となるように通電オフ時間の合計時間を調整する。これにより、媒体の設定温度に応じて、ヒータパイプの温度を最適な温度にすることができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記ヒータパイプ用温度制御部は、前記ヒータパイプの温度が、前記媒体の設定温度よりも第１温度だけ高い下限温度以上であって、前記設定温度よりも第２温度だけ高い上限温度以下になるように前記所定周期毎の通電オフ時間又は前記通電オフ時間の合計時間を調整する。

ヒータパイプ用温度制御部は、ヒータパイプの温度が、媒体の設定温度よりも第１温度だけ高い下限温度以上であって、設定温度よりも第２温度だけ高い上限温度以下になるように所定周期毎の通電オフ時間又は通電オフ時間の合計時間を調整する。これにより、ヒータパイプの温度を下限温度と上限温度との間の温度にすることができる。例えば、上限温度を、ヒータパイプの寿命に影響を与え得るような温度未満の温度に設定することにより、ヒータパイプの期待寿命が短くなることを防止できる。また、下限温度を、媒体の設定温度までの昇温時間に影響を与え得るような温度よりも高い温度に設定することにより、媒体の昇温時間が期待時間よりも長くなることを防止できる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記第１温度は５０℃であり、前記第２温度は１２０℃である。

第１温度は５０℃であり、第２温度は１２０℃である。第１温度を５０℃未満とすると、媒体の昇温時間が期待時間よりも長くなる。また、第２温度を１２０℃より高い温度とすると、ヒータパイプの期待寿命が短くなる。上述の構成により、媒体の設定温度に応じて、ヒータパイプの期待寿命が短くなること、及び媒体の昇温時間が期待時間よりも長くなることを防止できる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記ヒータパイプ用温度制御部は、前記所定周期の所定回数に亘る期間の前記通電オフ時間の合計時間を前記所定周期の２分の１以上とする。

ヒータパイプ用温度制御部は、所定周期の所定回数に亘る期間の通電オフ時間の合計時間を所定周期の２分の１以上とすることができる。所定周期（比例周期）をＴとし、所定回数（サイクル数）をｎとすると、制御周期（ｎ×Ｔ）の通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、Ｄｎ≧Ｔ／２とすることができる。例えば、比例周期Ｔを１秒とし、サイクル数を１５秒とした場合、通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、０．５秒以上とすることができる。なお、サイクル数が、例えば、１０、２０などの場合も、同様に通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、０．５秒以上とすることができる。また、比例周期Ｔが、例えば、２秒である場合、通電オフ時間の合計時間Ｄｎは、０．５秒よりも長い時間、例えば、１秒以上とすることができる。

上述の構成により、媒体の温度を設定温度に維持した場合、ヒータパイプの温度を媒体の設定温度よりも高い目標温度又は目標温度に近い温度で維持することができ、ヒータパイプの温度を最適な温度にすることができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記ヒータパイプ用温度制御部は、前記所定周期の所定回数に亘る期間の前記通電オフ時間が前記所定周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間を前記所定周期の２分の１以上とする。

ヒータパイプ用温度制御部は、所定周期の所定回数に亘る期間の通電オフ時間が所定周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間を所定周期の２分の１以上とすることができる。例えば、所定周期（比例周期）Ｔを１秒とすると、通電オフ時間が所定周期の１０％未満、すなわち、通電オフ時間が０．１秒未満では、ヒータパイプの温度を制御するには短すぎてヒータパイプの温度を下げる効果が得られない。

そこで、通電オフ時間が所定周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間を所定周期の２分の１以上とすることにより、ヒータパイプの温度を確実に目標温度又は目標温度に近い温度で維持することができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記ヒータパイプ用温度制御部は、前記所定周期の所定回数に亘る期間の前記通電オフ時間が前記所定周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間が前記所定周期の２分の１未満である場合、警告を出力する出力部を備える。

出力部は、所定周期の所定回数に亘る期間の通電オフ時間が所定周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間が所定周期の２分の１未満である場合、警告を出力する。通電オフ時間が所定周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間が所定周期の２分の１未満である場合、ヒータパイプ用温度制御部は、ヒータパイプの温度を目標温度に近い温度にすべく、通電オフ時間を極めて短い時間に調整し、あるいは連続通電を行っている状態であると考えられる。このような状態は、ヒータパイプによる加熱が十分でない状態であり、安定した温度制御を行うことができないおそれがある。そこで、警告を出力することにより、ヒータパイプによる加熱制御に支障があることを通知することができる。

本実施の形態の温度制御装置は、前記ヒータパイプより上流側の媒体温度及び前記ヒータパイプより下流側の媒体温度を検出する温度センサを備え、前記ヒータパイプ用温度制御部は、前記下流側の媒体温度と前記上流側の媒体温度との温度差に基づいて前記所定周期毎の通電オフ時間又は前記通電オフ時間の合計時間を調整する。

温度センサは、ヒータパイプより上流側の媒体温度及びヒータパイプより下流側の媒体温度を検出する。温度制御部は、下流側の媒体温度と上流側の媒体温度との温度差に基づいて所定周期毎の通電オフ時間又は通電オフ時間の合計時間を調整する。

金型内の流路を含む媒体の循環路において、温度勾配が顕著である箇所は、金型の入口と出口との間、ヒータパイプの上流側と下流側との間であるので、ヒータパイプより上流側の媒体温度は、金型の出口温度（返媒側）に相当し、ヒータパイプより下流側の媒体温度は、金型の入口温度（送媒側）に相当する。媒体の流量が少なくなると、金型で熱交換された媒体の温度が高くなるため、金型の入口と出口との間の温度勾配が大きくなり、温度センサで検出する温度差が大きくなる。また、媒体の流量が多くなると、金型で熱交換された媒体の温度が低くなるため、金型の入口と出口との間の温度勾配が小さくなり、温度センサで検出する温度差が小さくなる。一方、媒体の流量が少なくなると、媒体を加熱するための熱量が少なくてよいのでヒータパイプの温度が高くなる。また、媒体の流量が多くなると、媒体を加熱するための熱量が多く必要となり、ヒータパイプの温度上昇が抑制される。

そこで、ヒータパイプより下流側の媒体温度と上流側の媒体温度との温度差が比較的大きい場合には、媒体の流量が少なくヒータパイプの温度が上昇するので、所定周期毎の通電オフ時間又は通電オフ時間の合計時間を長くする。また、ヒータパイプより下流側の媒体温度と上流側の媒体温度との温度差が比較的小さい場合には、媒体の流量が多くヒータパイプの温度の比較的低くなるので、所定周期毎の通電オフ時間又は通電オフ時間の合計時間を短くする。これにより、媒体の流量の多少に応じて、ヒータパイプの温度を確実に目標温度又は目標温度に近い温度で維持することができる。

本実施の形態の温度制御装置は、前記媒体が流れる流路管と、前記流路管の外周に複数回巻回されたヒータパイプとを有する加熱ユニットを備え、前記ヒータパイプの外径は、前記流路管の外周上で隣り合うヒータパイプのピッチよりも小さい。

加熱ユニットは、媒体が流れる流路管と、流路管の外周に複数回巻回されたヒータパイプとを有する。ヒータパイプの外径は、流路管の外周上で隣り合うヒータパイプのピッチよりも小さい。すなわち、ヒータパイプは密着することなく、流路管の外周で隣り合うヒータパイプ同士は、お互いに隙間を設けて流路管の外周に巻回されている。隙間を設けることにより、ヒータパイプの過熱を防止することができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記ヒータパイプの外径は５ｍｍ以下である。

ヒータパイプの外径は５ｍｍ以下である。これにより、所定長の流路管の外周に巻回するヒータパイプの巻回数を比較的多くすることができ、流路管の外周でのヒータパイプの接触面積を多くすることができ、流路管を通じてヒータパイプの熱を媒体に効率良く伝えることができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記加熱ユニットの電力密度は、１平方ｃｍ当たり１０Ｗ以下である。

加熱ユニットの電力密度は、１平方ｃｍ当たり１０Ｗ以下である。電力密度は、ヒータパイプにおける単位面積（１平方ｃｍ）当たりの電力負荷（Ｗ）である。例えば、ヒータパイプの外径をφとし、巻回されたヒータパイプの有効長をＬとし、電力をＷとすると、電力密度は、Ｗ／（φ×π×Ｌ）で表すことができる。これにより、ヒータパイプの過熱を防止することができる。

本実施の形態の温度制御装置において、前記加熱ユニットは、前記媒体が流れる第１の流路管、第２の流路管及び第３の流路管と、前記第１の流路管の一端に設けられた流入口と、前記第１の流路管の他端と前記第２の流路管の一端とを連通する第１の連通管と、前記第２の流路管の他端と前記第３の流路管の一端とを連通する第２の連通管と、前記第３の流路管の他端に設けられた流出口と、前記第１の流路管の外周に巻回された１又は複数の第１のヒータパイプと、前記第２の流路管の外周に巻回された１又は複数の第２のヒータパイプと、前記第３の流路管の外周に巻回された１又は複数の第３のヒータパイプとを備え、前記第１のヒータパイプ、第２のヒータパイプ及び第３のヒータパイプそれぞれに３相交流のうちの異なる一の相を印加するようにしてある。

加熱ユニットは、媒体が流れる第１の流路管、第２の流路管及び第３の流路管を備える。第１の流路管の一端には流入口が設けられ、第１の流路管の他端と第２の流路管の一端とは第１の連通管で連通し、第２の流路管の他端と第３の流路管の一端とは第２の連通管で連通し、第３の流路管の他端には流出口が設けられている。第１の流路管の外周には１又は複数の第１のヒータパイプが巻回され、第２の流路管の外周には１又は複数の第２のヒータパイプが巻回され、第３の流路管の外周には１又は複数の第３のヒータパイプが巻回されている。第１のヒータパイプ、第２のヒータパイプ及び第３のヒータパイプそれぞれには３相交流のうちの異なる一の相が印加される。媒体は、第１の流路管、第２の流路管及び第３の流路管を流れるときに加熱される。

これにより、３相交流の各相を３組のヒータパイプのいずれか一つに対応させて電源を印加することができ、３相交流電源に対応することができる。

本実施の形態の温度制御装置は、前記加熱ユニットを複数連結可能にしてある。

加熱ユニットは、複数連結可能にしてある。これにより、加熱容量の大小に応じて、所要数の加熱ユニットを連結するだけで媒体の温度を設定温度に調節することができるとともに、加熱ユニットは共通なので、加熱容量に応じて部品の種類が増加することもなく、コストを低減することができる。

なお、前述の実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせることができる。

１１、１２、１４ 管路
１３ 冷却管路
１５ 排水管路
１６ バイパス管路
２１ 送媒バルブ
２２ 返媒バルブ
２３ 冷却電磁弁
２４ 排水電磁弁
２５ 冷却水電磁弁
３１ ポンプ
４０ 熱交換器
５０ 制御部
５１ 弁開閉制御部
５２ ヒータパイプ用温度制御部
５３ 媒体温度制御部
７１、７２、７３ 温度センサ
８０ ヒータ装置
８１１、８１２、８１３ 流路管
８１５、８１６、８１７ ヒータパイプ
８５１ 流入口
８４１ 流出口
８４２、８５２ 連通管
１００ 金型温度調節機（温度制御装置）
２００ 金型（対象物）

Claims (17)

1. 管路を介して対象物に循環させる媒体の温度を制御する温度制御装置であって、
   前記媒体が流れる流路管の外周に設けられたヒータパイプへの通電のオン／オフを繰り返して前記媒体の温度を制御する媒体温度制御部と、
   所定周期毎の通電オフ時間又は前記所定周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整して前記ヒータパイプの温度を制御するヒータパイプ用温度制御部と
   を備える温度制御装置。
2. 前記ヒータパイプ用温度制御部は、
   ＰＩＤ制御の比例周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整して前記ヒータパイプの温度を制御する請求項１に記載の温度制御装置。
3. 前記媒体温度制御部は、
   前記所定周期毎の通電オフ時間を０にして前記ヒータパイプへの連続通電を行う第１制御モードと、
   前記ヒータパイプへの通電のオン／オフを前記所定周期で繰り返す第２制御モードと
   を用いる請求項１又は請求項２に記載の温度制御装置。
4. 前記媒体温度制御部は、
   前記第１制御モードにて、前記ヒータパイプの温度が所定温度まで昇温した場合、前記第２制御モードに移行する請求項３に記載の温度制御装置。
5. 前記ヒータパイプ用温度制御部は、
   前記媒体の設定温度に基づいて前記ヒータパイプの温度を制御する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の温度制御装置。
6. 前記ヒータパイプ用温度制御部は、
   前記ヒータパイプの温度が、前記媒体の設定温度よりも第１温度だけ高い下限温度以上であって、前記設定温度よりも第２温度だけ高い上限温度以下になるように前記所定周期毎の通電オフ時間又は前記通電オフ時間の合計時間を調整する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の温度制御装置。
7. 前記第１温度は５０℃であり、前記第２温度は１２０℃である請求項６に記載の温度制御装置。
8. 前記ヒータパイプ用温度制御部は、
   前記所定周期の所定回数に亘る期間の前記通電オフ時間の合計時間を前記所定周期の２分の１以上とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の温度制御装置。
9. 前記ヒータパイプ用温度制御部は、
   前記所定周期の所定回数に亘る期間の前記通電オフ時間が前記所定周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間を前記所定周期の２分の１以上とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の温度制御装置。
10. 前記ヒータパイプ用温度制御部は、
    前記所定周期の所定回数に亘る期間の前記通電オフ時間が前記所定周期の１０％以上である通電オフ時間の合計時間が前記所定周期の２分の１未満である場合、警告を出力する出力部を備える請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の温度制御装置。
11. 前記ヒータパイプより上流側の媒体温度及び前記ヒータパイプより下流側の媒体温度を検出する温度センサを備え、
    前記ヒータパイプ用温度制御部は、
    前記下流側の媒体温度と前記上流側の媒体温度との温度差に基づいて前記所定周期毎の通電オフ時間又は前記通電オフ時間の合計時間を調整する請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の温度制御装置。
12. 前記媒体が流れる流路管と、
    前記流路管の外周に複数回巻回されたヒータパイプと
    を有する加熱ユニットを備え、
    前記ヒータパイプの外径は、前記流路管の外周上で隣り合うヒータパイプのピッチよりも小さい請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の温度制御装置。
13. 前記ヒータパイプの外径は５ｍｍ以下である請求項１２に記載の温度制御装置。
14. 前記加熱ユニットの電力密度は、１平方ｃｍ当たり１０Ｗ以下である請求項１２又は請求項１３に記載の温度制御装置。
15. 前記加熱ユニットは、
    前記媒体が流れる第１の流路管、第２の流路管及び第３の流路管と、
    前記第１の流路管の一端に設けられた流入口と、
    前記第１の流路管の他端と前記第２の流路管の一端とを連通する第１の連通管と、
    前記第２の流路管の他端と前記第３の流路管の一端とを連通する第２の連通管と、
    前記第３の流路管の他端に設けられた流出口と、
    前記第１の流路管の外周に巻回された１又は複数の第１のヒータパイプと、
    前記第２の流路管の外周に巻回された１又は複数の第２のヒータパイプと、
    前記第３の流路管の外周に巻回された１又は複数の第３のヒータパイプと
    を備え、
    前記第１のヒータパイプ、第２のヒータパイプ及び第３のヒータパイプそれぞれに３相交流のうちの異なる一の相を印加するようにしてある請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の温度制御装置。
16. 前記加熱ユニットを複数連結可能にしてある請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の温度制御装置。
17. 管路を介して対象物に循環させる媒体の温度を制御する温度制御方法であって、
    前記媒体が流れる流路管の外周に設けられたヒータパイプへの通電のオン／オフを繰り返して前記媒体の温度を制御し、
    所定周期毎の通電オフ時間又は前記所定周期の複数回に亘る期間での通電オフ時間の合計時間を調整して前記ヒータパイプの温度を制御する温度制御方法。

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