JP3398823B2 - ホットノズル用温度コントローラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機のホットラ
ンナシステムにおけるホットノズルの温度コントロー
ラ、詳しくは、ホットノズル自体に直接電流を流す方式
のホットノズル用温度コントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のホットノズル自体に直接電流を流
す方式のホットノズル用温度コントローラ４ａは、図１
に示すようにＡＣ１００Ｖまたは２００Ｖ、５０／６０
Ｈｚの商用電源を降圧し、負荷であるホットノズル５に
大電流を流すための電源トランス２ａを備え、前記ホッ
トノズル５と前記電源トランス２ａの二次側とを電線６
を介して接続するような構成となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のホットノズル用
温度コントローラ４ａは、容積及び重量が大きく、小型
化が非常に困難であるという欠点があった。ホットノズ
ル用温度コントローラ４ａには、電源トランス２ａが必
要であり、この電源トランス２ａは、大きなコアを用い
ているため、ホットノズル用温度コントローラ４ａの容
積のかなりの部分、及び重量の大部分を占める上に、小
型のものを使用することができなかったからである。

【０００４】今、その理由を説明すると、抵抗に電流が
流れると、抵抗は発熱する。抵抗Ｒ［Ω］に電圧Ｖ
［Ｖ］を加え、電流Ｉ［Ａ］がｔ秒間流れると、発生す
る熱エネルギーＨ［Ｊ］は、 で表される（ジュールの法則）。

【０００５】（１）式から、ホットノズル自体に直接電
流を流して、ホットノズル５を加熱するには、ホットノ
ズル５が金属で成形されているため、その抵抗（上式の
Ｒ）は非常に小さい（通常、０．０５Ω以下）ので、ホ
ットノズル５に流す電流（上式のＩ）を大きくしなけれ
ばならないことが判る。

【０００６】一方、トランスの一次側の電流、巻数をそ
れぞれＩａ、Ｎａ、二次側の電流、巻数をそれぞれＩ
ｂ、Ｎｂとすると、漏洩インダクタンスを成す磁路がな
く、相互インダクタンスが大きければ、一般に次式の関
係が成り立つ。

【０００７】電源トランス２ａの一次側の電流Ｉａは、
所定の電流値であるから、（２）式から、ホットノズル
５に流す電流すなわち２次側のＩｂを大きくするには、
電源トランス２ａの一次側の巻数（Ｎａ）が多いほど有
利であることが判る。

【０００８】一般に、トランスの一次側の巻数が多いほ
ど、コア内に大きな磁束が発生し、コア内の磁束密度は
大きくなる。発生する磁束密度の大きさは、コアの材料
及び形状によって制限される。すなわち、コアが磁気飽
和を起こす。コアが磁気飽和を起こすと、トランスの損
失を増加させる。

【０００９】従って、従来のホットノズル自体に直接電
流を流す方式のホットノズル用温度コントローラ４ａに
設ける電源トランス２ａは、一次側の巻数を多くしなけ
ればならず、そのためにコアが磁気飽和を起こすことを
防ぐために大きなコアを使わざるを得なかったので、大
型のものがどうしても必要であったのである。

【００１０】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、ホットノズル自体に直接電流を流す方式のホッ
トノズル用温度コントローラに搭載する電源トランス
に、従来のものよりも小型の電源トランスを使用するこ
とを可能にすることによって、ホットノズル自体に直接
電流を流す方式において、従来のホットノズル用温度コ
ントローラ４ａよりも、小型のホットノズル用温度コン
トローラを提供することにある。

【００１１】また、ホットノズル用温度コントローラに
接続する電線６の長さが一定でないことなどによるイン
ダクタンス成分の大きさの違いによって、電源トランス
２ａの後段の回路の誘導リアクタンスの大きさが、使用
するホットノズル５毎に異なる値になったとしても、効
率よくホットノズル５を加熱することができるホットノ
ズル用温度コントローラを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、ホットノズル自体に直接電流を流す方式の請求項１
及び請求項２のホットノズル用温度コントローラ４にお
いては、商用電源の周波数である５０Ｈｚまたは６０Ｈ
ｚの周波数を高周波化するための周波数変換手段３を設
け、前記周波数変換手段３の後段に電源トランス２を設
け、前記電源トランス２の二次側に負荷であるホットノ
ズル５と直列にコンデンサ１を設けた構成としている。

【００１３】また、ホットノズル用温度コントローラ４
の前記コンデンサ１は、前記電源トランス２の後段の回
路において、Ｒ−Ｌ−Ｃ直列共振を起こすような静電容
量のコンデンサを使用している。

【００１４】また、請求項２のホットノズル用温度コン
トローラ４は、請求項１のホットノズル用温度コントロ
ーラ４に、前記電源トランス２に流れる電流を検出する
電流検出手段８を設け、前記電流検出手段８からの信号
が前記周波数変換手段３へフィードバックする構成とし
たものであり、この周波数変換手段３は、出力する交流
電圧の周波数を変化させることができるものを使用して
いる。なお、電流検出手段８は、電源トランス２の一次
側に設けても良いし、二次側に設けても良い。

【００１５】

【作用】ホットノズル用温度コントローラ４は、商用電
源であるＡＣ１００Ｖまたは２００Ｖ、５０Ｈｚまたは
６０Ｈｚの交流電圧を入力する。周波数変換手段３は、
人力した交流電圧の周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）
を高周波化して後段へ出力する。

【００１６】電源トランス２は、高周波化された交流電
圧を降圧し、低電圧の高周波の交流の大電流を前記電源
トランス２の後段へ、すなわち電線６を介してホットノ
ズル５へ供給する。

【００１７】このように本発明に係わるホットノズル用
温度コントローラ４は、商用電源の周波数である５０Ｈ
ｚまたは６０Ｈｚの交流電圧を周波数変換手段３によっ
て、高周波化して電源トランス２に入力させるので、従
来、ホットノズル用温度コントローラ４ａに使われてい
た電源トランス２ａよりも大幅に小型軽量の電源トラン
ス２を使用することができる。

【００１８】一般に、トランスの一次側に入力する交番
電流の周波数が高ければ高いほど、トランスの二次側に
おいて、所定の電流を取り出すとした場合、トランスの
コイルの巻数は少なくて済むからである。

【００１９】なぜなら、トランスは、相互誘導現象を利
用したものだからである。二つのコイルＡ（１次側）、
Ｂ（２次側）を近づけて置き、コイルＡの電流Ｉ［Ａ］
を変化させると、コイルを貫く磁束が変化し、相互誘導
によって、コイルＢに誘導電圧が発生する。相互インダ
クタンスをＭ、コイルＡのΔｔ秒間の電流変化をΔＩ
［Ａ］とすれば、誘導電圧ｅは、 と表せる。

【００２０】（３）式から、高周波の交流電圧（交番電
流）ほど、単位時間（Δｔ）当たりの電流値の変化量
（ΔＩ）が大きいので、コイルＢに発生する誘導電圧ｅ
は大きくなる。

【００２１】従って、所定の誘導電圧ｅを発生させると
すれば、トランスの１次側に入力する交番電流の周波数
が高いほど、相互インダクタンスＭが小さくてもよく、
すなわちトランスのコイルの巻数が少なくてもよく、コ
アが小さいものでよい訳である。

【００２２】次にコンデンサ１の作用を説明する。ホッ
トノズル５のような負荷抵抗（Ｒ） ）を加えると、回路に流れる電流の実効値Ｉｒは、 と表される。

【００２３】一般に、回路の電線は、インダクタンス成
分を含み、インダクタの誘導リアクタンスの大きさは、
周波数に比例するので、ホットノズル５に加える交流電
圧の周波数ｆが高くなればなるほど、回路の電線のイン
ダクタンス成分が無視できなくなってくる。

【００２４】今、電線のインダクタンス成分（Ｌ）を考
慮に入れると、回路（Ｒ−Ｌ直列回路）に流れる電流Ｉ
ｒ１は、 と表すことができる。

【００２５】（４）式、（５）式から の関係が得られる。従って、（１）式によるホットノズ
ル５に発生する熱エネルギーは、Ｉｒ１の自乗に比例す
るということと、（６）式から得られる関係から、回路
のインダクタンス成分を考慮し、ホットノズル５に流れ
る電流をＩｒ１としたときのホットノズル５の発熱量
は、ホットノズル５に印加する交流電圧の周波数ｆが高
くなればなるほど、回路のインダクタンス成分を無視
し、ホットノズル５に流れる電流をＩｒとしたときの発
熱量よりも少なくなることが判る。

【００２６】そこで、本発明に係わるホットノズル用温
度コントローラ４には、コンデンサ１を電源トランス２
の二次側に負荷抵抗であるホットノズル５と直列接続に
なるように設けている。このコンデンサ１は、電源トラ
ンス２の後段の回路、すなわちホットノズル５、電線
６、コンデンサ１からなる回路において、Ｒ−Ｌ−Ｃ直
列共振を起こすような静電容量のものを使用する。

【００２７】そうすると、電源トランス２の後段の回路
のインダクタンス成分の誘導リアクタンスの影響を打ち
消すことができ、最も効率よくホットノズル５に高周波
の交番電流を供給することができる。

【００２８】今、その理由を説明すると、電源トランス
２の後段の回路、すなわち負荷であるホットノズル５、
電線６及びコンデンサ１からなる回路において、ホット
ノズル５、電線６及びコンデンサ１の合成抵抗をＲｓ、
ホットノズル５、電線６及びコンデンサ１の合成誘導リ
アクタンスをＬｓ、ホットノズル５、電線６及びコンデ
ンサ１の合成容量リアクタンスをＣｓとおくと、電源ト
ランス２の後段の回路は、図３のようなＲ−Ｌ−Ｃ直列
等価回路として表すことができる。

【００２９】図３のＲ−Ｌ−Ｃ直列等価回路に正弦波交
流電圧を加えたときの、回路のインピーダンスＺは、 で表される。

【００３０】ここで、２πｆＬｓ＝１／２πｆＣｓの条
件が成立すると、インピーダンスＺ＝Ｒｓと最小にな
り、電流Ｉは最大となる。これを直列共振といい、その
ときの

【００３１】従って、ホットノズル５に印加する交流電
圧の周波数をｆｒとすると、ｆｒ＝ トノズル５と直列に接続すれば、最も効率よくホットノ
ズル５に高周波の交番電流を供給することができる。

【００３２】ところで、ホットノズル５とホットノズル
用温度コントローラ４とを接続する電線６の長さは、使
用するホットノズル５毎に異なる可能性がある。電線６
の長さが異なると、電源トランス２の後段の回路のイン
ダクタンス成分は、使用するホットノズル５毎に異なる
値になる。

【００３３】その対策として、請求項２のホットノズル
用温度コントローラ４に設けている電流検出手段８は、
ホットノズル５に流れる電流を検出し、検出した信号を
周波数変換手段３に出力する。周波数変換手段３は、電
流検出手段８からの信号に基づき、電源トランス２の後
段の回路において、Ｒ−Ｌ−Ｃ直列共振を起こすような
周波数の交流電圧を出力する。

【００３４】

【実施例】実施例について図面を参照して説明する。図
２において、本発明に係わるホットノズル用温度コント
ローラ４は、電源としては、ＡＣ１００Ｖまたは２００
Ｖ、５０／６０Ｈｚの商用電源を使用している。周波数
変換手段３は、入力した交流電圧（５０／６０Ｈｚ）を
整流し、所定の周期でスイッチングし、高周波の交流電
圧（例えば、１０ｋＨｚ以上）を造り、後段に出力す
る。

【００３５】なお、この場合、周波数変換手段３から出
力される交流電圧の波形は、方形波となるが、高周波の
交流電圧においては、正弦波として近似して扱うことが
できる。従って、これまでの正弦波交流電圧の説明は、
そのまま方形波の交流電圧にも適用することができる。

【００３６】電源トランス２は、入力した高周波の交流
電圧を降圧し、大電流（例えば、１００Ａ以上）を負荷
であるホットノズル５に流そうとする。前記してきた理
由により、電源トランス２は、入力する交流電圧の周波
数が高いほど、小型のものを使用することができる。

【００３７】ホットノズル５は、電線６により電源トラ
ンス２の二次側に接続する。電源トランス２がホットノ
ズル５に供給しようとする交番電流の周波数が高いほ
ど、電線６が持つインダクタンス成分の誘導リアクタン
スが大きくなり、ホットノズル５に流れる電流が小さく
なり、ホットノズル５は、発熱しにくくなる。

【００３８】電源トランス２の二次側にホットノズル５
と直列に設けているコンデンサ１は、電源トランス２の
後段のホットノズル５、電線６及びコンデンサ１からな
る回路の誘導リアクタンスの影響を除去するためのもの
である。

【００３９】従って、コンデンサ１には、電源トランス
２の後段の回路において、Ｒ−Ｌ−Ｃ直列共振を起こす
静電容量のものを使用している。

【００４０】なお、周波数変換手段３は、入力した正弦
波交流電圧を方形波の交流電圧にせずに、周波数のみを
高くして、正弦波のまま出力する作用を持つものを使用
してもよい。

【００４１】図４は、請求項２のホットノズル用温度コ
ントローラ４の構成ブロック図を示したものである。電
流検出手段８は、ホットノズル５に流れる電流を検出
し、検出信号を周波数変換手段３に出力する。周波数変
換手段３は、電流検出手段８からの信号に基づき、出力
する交流電圧の周波数を、最も効率よくホットノズル５
が発熱するようにフィードバック制御する。

【００４２】具体的には、ホットノズル５に流れる電流
値は、所定の周波数（Ｒ−Ｌ−Ｃ共振周波数）で最大値
を示すので、周波数変換手段８は、ホットノズル５に最
大の電流が流れる周波数の交流電圧を電源トランス２へ
出力するようにしている。

【００４３】なお、図４においては、電流検出手段８
は、電源トランス２の一次側に設けているが、（３）式
から明らかなように、トランスの一次側及び二次側に流
れる電流は、巻数比により相互に規定されるので、電流
検出手段８は、電源トランス２の一次側または二次側の
どちら側に設けても良い。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。ホ
ットノズル自体に直接電流を流す方式のホットノズル用
温度コントローラにおいて、周波数変換手段３は、商用
電源の周波数を高周波化して、ホットノズル５に電流を
供給するので、電源トランス２に、従来使われていたも
のよりも大幅に小型軽量のものを使用することができ
る。

【００４５】また、電源トランス２の後段の回路におい
て、Ｒ−Ｌ−Ｃ直列共振を起こすような静電容量のコン
デンサ１をホットノズル５と直列接続に設けているの
で、負荷であるホットノズル５の抵抗が非常に小さいた
めに、ホットノズル５に供給する電流を高周波化するこ
とによって、無視できなくなってくる電源トランス２の
後段の回路の誘導リアクタンスの影響を除去することが
できる。

【００４６】従って、本発明の構成によれば、ホットノ
ズル自体に直接電流を流す方式のホットノズル用温度コ
ントローラに小型の電源トランス２を使用することが可
能であるから、従来のホットノズル用温度コントローラ
４ａよりも小型のホットノズル用温度コントローラ４を
提供することができる。

【００４７】また、請求項２の構成によれば、電流検出
手段８がホットノズル５に流れる電流を検出し、周波数
変換手段３は、電流検出手段８からの信号に基づき、ホ
ットノズル５に最大の電流が流れる周波数の交流電圧を
出力するので、使用するホットノズル５毎に電線６の長
さが異なることなどによる電源トランス２の後段の回路
の誘導リアクタンスの変動に対しても、効率よくホット
ノズル５を加熱することができるホットノズル用温度コ
ントローラ４を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のホットノズル用温度コントラーラの構成
を示すブロック図

【図２】本発明に係わるホットノズル用温度コントラー
ラの構成を示すブロック図

【図３】電源トランス２の後段の等価回路

【図４】請求項２のホットノズル用温度コントラーラの
構成を示すブロック図

【符号の説明】

１ コンデンサ ２ａ、２ 電源トランス ３ 周波数変換手段 ４ａ、４ ホットノズル用温度コントローラ ５ ホットノズル ６ 電線 ７ ホットノズル用温度コントローラの出力端子 ８ 電流検出手段 Ｒｓ 電源トランス２の後段の回路の合成抵抗 Ｌｓ 電源トランス２の後段の回路の合成誘導リアクタ
ンス Ｃｓ 電源トランス２の後段の回路の合成容量リアクタ
ンス

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−199419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−3720（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−170184（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−154210（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−64419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−239595（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/20 B22D 17/02 B22D 17/32 B29C 45/72

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホットノズル自体に直接電流を流す方式
   のホットノズル用温度コントローラにおいて、電源から
   得た交流電圧の周波数を高周波化する周波数変換手段を
   設け、前記周波数変換手段の後段に電源トランスを設
   け、前記電源トランスの二次側に負荷であるホットノズ
   ルと直列にコンデンサを接続するとともに、前記コンデ
   ンサには、前記電源トランスの後段の回路において、Ｒ
   −Ｌ−Ｃ直列共振を起こすような静電容量のものを設け
   たことを特徴とするホットノズル用温度コントローラ。
2. 【請求項２】 前記電源トランスの一次側または二次側
   に流れる電流を検出する電流検出手段を設け、前記周波
   数変換手段は、前記電流検出手段からの信号に基づき、
   出力する交流電圧の周波数が可変であるものを設けたこ
   とを特徴とする請求項１のホットノズル用温度コントロ
   ーラ。