JP2020180863A - 金型用温度センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比してコストを削減することが可能であって、また形成される温度センサの小型化を図ることができる金型用温度センサの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の金型用温度センサの製造方法は、金属シース６の内部に熱電対素線７、８及び絶縁材９を備えるシース型熱電対２を準備する工程と、シース型熱電対２が挿入される貫通孔１３を有するとともに金型１００の保持孔１０５の内周面に適合する外周面を備える固定体３を準備する工程と、シース型熱電対２を貫通孔１３に挿通した後、シース型熱電対２を固定体３に固着させる工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、金型に取り付けて使用される金型用温度センサの製造方法に関するものである。

従来、様々な製造分野において温度センサが使用されている。温度センサで測定された温度は、製造時に不具合が生じていないか監視したり、製造時における各種制御を行ったりする際に利用されている。

例えば、溶融した樹脂が射出されるキャビティ（空洞）が内部に形成され、キャビティ内で溶融樹脂を冷却硬化させて所定の形状とする射出成形用金型においては、一対の素線からなる熱電対によって構成され、金型に取り付けて温度を測定する金型用温度センサが使用されている。このような金型用温度センサによれば、金型の温度や金型内の樹脂の温度を測定することが可能である。

金型用温度センサとして特許文献１には、支持筒の先端部に二つの長孔を形成し、それぞれの孔に熱電対を構成する各素線を挿入して、支持筒の先端部で各素線を溶接したものが示されている。

また特許文献２には、固定筒体に一つの挿入孔を形成するとともに挿入孔の先端部に傾斜面を形成し、一対の素線を挿入孔に挿入するとともに傾斜面で各素線を溶接した金型用温度センサが示されている。

特許第４１７７３３３号公報 特許第５５０３７１７号公報

ところで特許文献１の金型用温度センサは、支持筒の先端部に二つの孔を設けなければならず、またそれぞれの孔に各素線を挿入しなければならないため、加工工数や組み立て工数の増大を招いている。また、工数の増大に伴ってコストも嵩むこととなる。更に、各素線の絶縁材としてチューブを使用しているため、温度センサの小型化を図るにはチューブの細径化を進めなければならない。加えてこの温度センサは、各素線と接続される補償導線も支持筒に挿入されるところ、補償導線は大径であるため、温度センサの小型化を進めるうえで障害となっている。

また特許文献２の金型用温度センサでは、固定筒体に形成する挿入孔は一つで済むものの、この挿入孔は、固定筒体の基端側と先端側で内径を変えているため、下降に手間を要することになる。また挿入孔の先端部には傾斜面を形成しなければならないため、コスト増大につながっている。更に、熱電対を構成する素線は２本に分かれているため、これらを揃えた状態で挿入孔に挿通させなければならず、組み立て性に難があるうえ、組み立てに要する時間も増えることになる。

このような従来の問題に鑑み、本発明の金型用温度センサの製造方法では、従来に比してコストを削減することが可能であって、また形成される温度センサの小型化を図ることを課題とする。

本発明は、金型に設けた保持孔に取り付けられる金型用温度センサの製造方法であって、金属シースの内部に熱電対素線及び絶縁材を備えるシース型熱電対を準備する工程と、前記シース型熱電対が挿入される貫通孔を有するとともに前記保持孔の内周面に適合する外周面を備える固定体を準備する工程と、前記シース型熱電対を前記貫通孔に挿通した後、該シース型熱電対を前記固定体に固着させる工程と、を有する。

また本発明は、金型に設けた保持孔に取り付けられる金型用温度センサの製造方法であって、金属シースの内部に熱電対素線及び絶縁材を備え、一端部で該熱電対素線が露出したシース材を準備する工程と、前記シース材が挿入される貫通孔を有するとともに前記保持孔の内周面に適合する外周面を備える固定体を準備する工程と、前記シース材を前記貫通孔に挿通した後、溶接材を用いて前記一端部を前記固定体に溶接する工程と、を有するものでもある。

ここで、溶接後の前記溶接材の先端面と前記固定体の先端面とが同一平面となるように研磨される工程、を更に有することが好ましい。

また、前記金属シースの外側に補強部材を配置する工程と、前記固定体に前記補強部材を固着させる工程と、を更に有することが好ましい。

本発明における金型用温度センサの製造方法によれば、金属シースの内部に熱電対素線及び絶縁材を備えるシース材で形成されるシース型熱電対を使用する、又はシース材そのものを準備して、固定体との組み立てを行う際にこれを熱電対として機能させているため、従来のように各素線の絶縁材となるチューブや各素線と接続される補償導線が不要になり、温度センサの小型化を図ることができる。また固定体に設ける貫通孔は一つで済むうえ、従来の温度センサのように貫通孔の先端部に傾斜面を設ける必要もない。加えて、従来の温度センサでは２本の素線を揃えた状態で挿入孔に通す必要があったが、本発明の熱電対素線は金属シースに取り囲まれていて一体的に取り扱えるため、組み立てに要する時間も減らすことができる。よって加工工数や組み立て工数が抑えられ、コスト削減を図ることができる。

本発明に従う金型用温度センサの一実施形態を示した図である。 図１に示す金型用温度センサを構成する部材を示す、（ａ）はシース型熱電対の平面図と断面図であり、（ｂ）は固定体の平面図と断面図である。 図１の金型用温度センサを金型に取り付けた状態で模式的に示した断面図である。

以下、添付した図面を参照しながら本発明に従う金型用温度センサの製造方法に関し、その一実施形態を説明する。

まず、本実施形態の製造方法で形成される金型用温度センサ１について説明する。図１に示すように金型用温度センサ１は、シース型熱電対２と固定体３と補強部材４と、コネクタ５とを備えるものである。

シース型熱電対２は、図２（ａ）に示すように、円筒状に形成された金属シース６の内部に、熱電対を構成する二本の熱電対素線７、８と絶縁材９を備えるシース材１０を使用して熱電対としたものである。

シース材１０は、金属シース６の母材である金属パイプの内部に熱電対素線７、８となる二種類の金属線母材を収納し、更に金属パイプと金属線母材との間に絶縁材９を充填した後、金属パイプとともに金属線母材を延伸させることによって形成される。なお、金属シース６と二本の熱電対素線７、８は互いに離隔した位置にあり、これらの間に絶縁材９が介在して相互に絶縁した状態となっている。金属シース６としては、例えばステンレスの使用が一般的であるが、銅やチタン等、他の金属を使用してもよい。また熱電対素線７、８は、使用温度範囲や特性に応じて様々な素材が使用できるが、例えば一方はアルメル、他方はクロメルの組み合わせで使用される。また絶縁材９としては、酸化マグネシウムの他、酸化アルミニウムや酸化ケイ素が使用される。

そして、シース材１０の一端部で熱電対素線７、８を電気的に接続することによって、シース型熱電対２として機能させる。図２（ａ）に示すように本実施形態においては、一端部において熱電対素線７、８の端面が露出したシース材１０を準備し、シース材１０の一端部が溶接材で覆われるようにして溶接を行い、これにより熱電対素線７、８を電気的に接続してシース型熱電対２として機能させている。なお本実施形態においては、仮想線で示すように余盛りが形成されるように溶接を行ったのち、溶接した部位が平坦になるように研磨を行ってシース型熱電対２を形成している。シース材１０をシース型熱電対２として機能させるにあたっては、例えば金属シース６の一端部における絶縁材９を除去して熱電対素線７、８の先端部をやや長めに露出させ、次いでこれらの先端部同士を溶接等で接合した後、再び絶縁材９を金属シース６に充填して接合部を絶縁状態とし、更に必要に応じて金属シース６の一端部を溶接等によって封止する等、他の方法を採用してもよい。なおシース型熱電対２は、後述するように金型内に射出された溶融した樹脂の温度を計測するのに最適な仕様で形成されている。

固定体３は、図２（ｂ）に示すように全体として段付き円筒状に形成されるものであって、金型用温度センサ１として仕上げた際にその先端側に位置する固定体先端部１１と、固定体先端部１１に直列状に連結するとともに固定体先端部１１よりも外周面が大径になる固定体基端部１２とを備えている。また固定体先端部１１と固定体基端部１２の内部には、固定体先端部１１から固定体基端部１２の中間部まで延在する貫通孔１３と、貫通孔１３に直列状につながるとともに貫通孔１３よりも内周面が大径になる補強部材保持孔１４とが設けられている。固定体先端部１１は、後述するように金型に設けた保持孔に挿入される部位であって、固定体先端部１１の外周面は、保持孔の内周面に対して隙間なく収まるように、高い寸法精度で仕上げられている。

補強部材４は、本実施形態では円筒状をなしていて、ステンレス等の金属で形成されるものである。補強部材４は、補強部材保持孔１４に挿入することが可能な外径で、且つシース型熱電対２を挿入させることが可能な内径で形成されている。

コネクタ５は、シース型熱電対２の他端部に取り付けられ、不図示の熱電対用温度計にシース型熱電対２を接続するために使用される。コネクタ５を熱電対用温度計に接続することによって、シース型熱電対２で生じる起電力に基づいて温度を計測することができる。

次に、本実施形態における金型用温度センサ１の製造方法について説明する。まず、上述したシース型熱電対２と固定体３とを準備する。

次いで、固定体３の貫通孔１３にシース型熱電対２を挿入する。なお本実施形態においては、予めシース型熱電対２の先端側から補強部材４を挿入させておき、その後、シース型熱電対２を貫通孔１３に挿入する。シース型熱電対２は金属シース６を使用していて比較的コシがあるため、貫通孔１３にスムーズに挿入することができる。また、シース型熱電対２に使用されている熱電対素線７、８は金属シース６に取り囲まれているため、これらを一体的に取り扱うことができ、各素線を揃えた状態にして孔に通さなければならなかった従来の温度センサに比して、容易に組み立てることができる。なお、貫通孔１３に挿入したシース型熱電対２の先端部は、固定体先端部１１の先端部よりも内側に位置するようにしておく。

その後は、図１に示すように溶接材１５を使用して、シース型熱電対２の先端部と固定体先端部１１とを溶接し、シース型熱電対２を固定体３に固着させる。本実施形態においては、図中に仮想線で示したように、固定体先端部１１から溶接材１５が盛り上がるように溶接を行い、シース型熱電対２が貫通孔１３の内側で確実に溶接されるようにしておく。

しかる後は、主に余盛りとなった溶接材１５が取り除かれるように研磨して、研磨後の溶接材１５の先端面と固定体先端部１１の先端面が同一平面となるように仕上げる。なお、研磨後に同一平面となった溶接材１５の先端面と固定体先端部１１の先端面が、金型用温度センサ１の測定面として機能する。また研磨後の溶接材１５と固定体先端部１１の先端面は、固定体基端部１２の端面１２ａからの長さが所定の寸法に収まるように高い寸法精度で仕上げられている。

そして、補強部材４を補強部材保持孔１４に挿入した後、補強部材保持孔１４の開口部において溶接を行い、補強部材４を固定体３に固着させる。なお、シース型熱電対２は金属シース６を使用していて高温にも耐えうるため、上述したように金型用温度センサ１の測定面を形成した後に補強部材４と固定体３とを溶接しても、測定面に影響が及ぶことはない。

このようにして製造された金型用温度センサ１は、例えば図３に示すような金型１００に取り付けて使用することができる。図示した金型１００は、キャビティ型１０１とコア型１０２を備えていて、キャビティ型１０１とコア型１０２の合わせ目にはキャビティ（空洞）１０３が設けられている。またキャビティ型１０１には、溶融した樹脂をキャビティ１０３に射出するためのゲート１０４が設けられていて、コア型１０２には、金型用温度センサ１の固定体先端部１１が挿入される保持孔１０５が設けられている。上述したように固定体先端部１１の外周面は、保持孔１０５の内周面に対して隙間なく収まるように高い寸法精度で仕上げられている。また、上述したように研磨後の溶接材１５と固定体先端部１１の先端面は、固定体基端部１２の端面１２ａからの長さが所定の寸法に収まるように高い寸法精度で仕上げられている。ここで、固定体先端部１１を保持孔１０５に挿入した際、固定体基端部１２は保持孔１０５の端面１０６に当接するようにしていて、上述した固定体先端部１１の先端面から固定体基端部１２の端面１２ａまでの所定の寸法は、端面１０６を起点とする保持孔１０５の深さ（端面１０６からキャビティ１０３までの深さ）と同一である。従って、固定体先端部１１を保持孔１０５に最後まで挿入することによって、固定体先端部１１の先端面を、キャビティ１０３の内面に揃える（同一面にする）ことができる。

金型１００で樹脂製品を形成するに当たっては、溶融した樹脂をゲート１０４から射出してキャビティ１０３に溶融樹脂を充填する。ここで、溶融樹脂の射出量が適正量よりも多いと、キャビティ１０３の内圧が過剰に高くなり、キャビティ型１０１とコア型１０２の合わせ目から溶融樹脂が漏れて樹脂製品にバリが形成されることがある。また射出量が適正量よりも少ないと、キャビティ１０３が溶融樹脂で満たされず、ショートの不具合を引き起こすことになる。ところで上述した金型用温度センサ１は、キャビティ１０３に射出された樹脂の温度を計測することが可能である。このため、キャビティ１０３に溶融樹脂が充填されていって、金型用温度センサ１の測定面で溶融樹脂の温度が計測されると、その時点において、金型用温度センサ１で温度が計測できる程度の量が充填されていると検知できるため、溶融樹脂の射出量を適正化することができる。

また、上述したように金型用温度センサ１の固定体先端部１１は、保持孔１０５に対して隙間なく収まっていて、また固定体先端部１１の先端面は、キャビティ１０３の内面と揃って同一面となっているため、保持孔１０５から樹脂が流出してバリが形成されることはなく、また形成される樹脂製品に保持孔１０５や金型用温度センサ１の痕が目立って残ることはない。

また、固定体先端部１１は小径であって、その先端面の面積も狭いため、キャビティ１０３に充填された溶融樹脂から受ける力が小さくなり、金型用温度センサ１に加わる負荷を減らすことができる。また金型１００に設ける保持孔１０５も小さくなるため、金型１００の強度が大きく損なわれることもない。更に、このような温度センサにおいては一般に、小型化を図ることで応答性や計測精度が高まるため、金型用温度センサ１においてもこの点で利点がある。

なお、従来の温度センサを金型から取り外す場合、一般には特別な工具を要していたが、金型用温度センサ１は、固定体３に固着させた補強部材４を備えているため、補強部材４掴んで金型１００から引き抜くことができる。

上述した実施形態では、シース材１０からシース型熱電対２を形成しておき、それを固定体３に取り付けるようにしたが、シース材１０のままで固定体３に取り付けるようにしても金型用温度センサ１を製造することができる。

シース材１０のまま固定体３に取り付ける製造方法においては、一端部において熱電対素線７、８の端面が露出したシース材１０を準備しておく。また固定体３は、上述したものを準備しておく。更に、上述した実施形態と同様に、シース材１０の一端部から補強部材４を挿入しておく。

そして、固定体３の貫通孔１３に、熱電対素線７、８の端面が露出したシース材１０を挿入する。なお、貫通孔１３に挿入したシース材１０の先端部は、固定体先端部１１の先端部よりも内部に位置するようにしておく。

その後は、上述した実施形態と同様に溶接材１５を使用して、シース材１０の先端部と固定体先端部１１とを溶接し、シース材１０を固定体３に固着させる。このとき、溶接材１５によって熱電対素線７、８が電気的に接続されるため、シース材１０を熱電対として機能させることができる。なお溶接材１５で溶接を行う場合は、上述した実施形態と同様に固定体先端部１１から溶接材１５が盛り上がるように溶接を行い、その後、溶接材１５の先端面と固定体先端部１１の先端面が同一平面となるように研磨することが好ましい。

このように、シース材１０を固定体３に取り付ける製造方法では、予めシース材１０からシース型熱電対２を形成する工程が不要になるため、組み立て工数が減るうえ、組み立てに要する時間も減らすことができ、コストをより削減することが可能となる。

以上、本発明に従う金型用温度センサの製造方法について具体的な実施形態を示しながら説明したが、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に従う範疇で種々の変更を加えたものも含まれる。例えば補強部材４を挿入する補強部材保持孔１４を廃止して、固定体３の基端側に直接溶接してもよい。また補強部材４の形状は円筒状に限られず、例えば横断面形状がＣ字状になるものでもよい。また補強部材４を固定体に固着する手段は溶接に限られず、例えばカシメなど他の手段を採用してもよい。なお、補強部材４は必ずしも設けなくてもよい。

１：金型用温度センサ
２：シース型熱電対
３：固定体
４：補強部材
５：コネクタ
６：金属シース
７：熱電対素線
８：熱電対素線
９：絶縁材
１０：シース材
１１：固定体先端部
１２：固定体基端部
１２ａ：固定体基端部の端面
１３：貫通孔
１４：補強部材保持孔
１５：溶接材
１００：金型
１０１：キャビティ型
１０２：コア型
１０３：キャビティ
１０４：ゲート
１０５：保持孔
１０６：端面

本発明は、金型に設けた保持孔に取り付けられる金型用温度センサの製造方法であって、金属シースの内部に熱電対素線及び絶縁材を備えるシース型熱電対を準備する工程と、前記シース型熱電対が挿入される貫通孔及び該貫通孔に直列状につながるとともに該貫通孔よりも内周面が大径になる補強部材保持孔を有するとともに前記保持孔の内周面に適合する外周面を備える固定体を準備する工程と、前記補強部材保持孔に挿入することが可能な外径で、且つ前記シース型熱電対を挿入させることが可能な内径となる筒状の補強部材を準備する工程と、前記補強部材を挿通させた前記シース型熱電対を前記貫通孔に挿通した後、該シース型熱電対を前記固定体に固着させ、且つ該補強部材を該補強部材保持孔に挿入するとともに該補強部材を該固定体に固着させる工程と、を有する。

また本発明は、金型に設けた保持孔に取り付けられる金型用温度センサの製造方法であって、金属シースの内部に熱電対素線及び絶縁材を備え、一端部で該熱電対素線が露出したシース材を準備する工程と、前記シース材が挿入される貫通孔及び該貫通孔に直列状につながるとともに該貫通孔よりも内周面が大径になる補強部材保持孔を有するとともに前記保持孔の内周面に適合する外周面を備える固定体を準備する工程と、前記補強部材保持孔に挿入することが可能な外径で、且つ前記シース材を挿入させることが可能な内径となる筒状の補強部材を準備する工程と、前記補強部材を挿通させた前記シース材を前記貫通孔に挿通した後、溶接材を用いて前記一端部を前記固定体に溶接し、且つ該補強部材を該補強部材保持孔に挿入するとともに該補強部材を該固定体に固着させる工程と、を有するものでもある。

Claims (4)

1. 金型に設けた保持孔に取り付けられる金型用温度センサの製造方法であって、
   金属シースの内部に熱電対素線及び絶縁材を備えるシース型熱電対を準備する工程と、
   前記シース型熱電対が挿入される貫通孔を有するとともに前記保持孔の内周面に適合する外周面を備える固定体を準備する工程と、
   前記シース型熱電対を前記貫通孔に挿通した後、該シース型熱電対を前記固定体に固着させる工程と、を有する金型用温度センサの製造方法。
2. 金型に設けた保持孔に取り付けられる金型用温度センサの製造方法であって、
   金属シースの内部に熱電対素線及び絶縁材を備え、一端部で該熱電対素線が露出したシース材を準備する工程と、
   前記シース材が挿入される貫通孔を有するとともに前記保持孔の内周面に適合する外周面を備える固定体を準備する工程と、
   前記シース材を前記貫通孔に挿通した後、溶接材を用いて前記一端部を前記固定体に溶接する工程と、を有する金型用温度センサの製造方法。
3. 溶接後の前記溶接材の先端面と前記固定体の先端面とが同一平面となるように研磨される工程、を更に有する請求項２に記載の金型用温度センサの製造方法。
4. 前記金属シースの外側に補強部材を配置する工程と、
   前記固定体に前記補強部材を固着させる工程と、を更に有する請求項１〜３の何れか一項に記載の金型用温度センサの製造方法。

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