JP4819003B2 - 射出成形機の監視装置 - Google Patents

Description

本発明は射出成形機の監視装置に係り、より詳細には、射出成形機の加熱シリンダにおける熱流束を検出して加熱シリンダの加熱状態を監視する監視装置に関する。

射出成形機において、微細な成形品や寸法精度の高い成形品を成形するためには、金型に注入する樹脂の温度あるいは溶融状態を精度よく制御する必要がある。このためには、樹脂を加熱しながら溶融する加熱シリンダの各部における温度を検出し、その検出結果に基づいて加熱シリンダにおいて樹脂に与える熱量を監視し、制御することが提案されている。

加熱シリンダ内の樹脂の加熱状態は、加熱シリンダの各部における熱流束を検出することにより監視することができる。例えば、加熱シリンダの各部に熱電対を埋め込み、各部の温度を検出することで、異なる位置で検出した温度差から熱流束を求めることができる。
例えば、複数の熱電対を組み込んだ温度計測用ブロックを加熱シリンダに埋め込んで温度を測定することで、加熱シリンダでの熱分布や熱流束を求める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、加熱シリンダに複数の熱電対を埋め込んで、熱電対により加熱シリンダの各部の温度を測定し、加熱シリンダでの熱分布や熱流束を求める方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平７−２７６３７７号公報 国際公開公報ＷＯ２００５／０２１２３７

熱電対で検出した異なる位置における温度を用いて演算により熱流束を求める方法では、検出した温度に誤差が含まれる場合が多い。そのような温度検出値に基づいて求めた熱流束にも誤差が含まれてしまい、加熱シリンダ内の樹脂の加熱状態を精度よく監視することができない場合がある。

熱電対により検出する温度の誤差として、例えば、冷接点（熱起電力の評価点）の温度の検出精度に起因した誤差がある。すなわち、熱電対で測定点の温度を検出するには、測定点以外の部分（通常は室温の部分であり上述の冷接点と称される）での温度も検出し、この温度を基準として測定点の温度が決定される。この冷接点における温度はサーミスタ等の温度センサにて測定するが、温度センサによる温度測定値に誤差が含まれることがある。

また、異なる複数の点での温度を測定してのその温度差を算出するために、複数の熱電対で別個に温度を検出するので、各熱電対の検出誤差が累積されるというおそれもある。

さらに、複数の熱電対の正極側及び負極側の２本の線を測定点から検出器まで配線する必要があり、また、大きな射出成形機において加熱シリンダから制御器までの距離が長いと、配線の途中でノイズが入る可能性が大きくなる。したがって、検出器までの配線の長さはなるべく短いほうがよく、配線の本数も少ないほうがよい。

射出成型機の加熱シリンダでの径方向の熱流束を求める場合、加熱シリンダの径方向における短い距離の２点間の温度差を求めることとなる。この場合の温度差は非常に小さい場合が多く、２点における温度測定値の各々に誤差が含まれると、これにより求めた熱流束の値が大きく異なってしまうことがある。例えば、熱流束の方向（熱が流れる方向）が実際とは反対の方向となってしまうおそれがある。例えば、温度差が微小な正の値であった場合、２つの測定温度の誤差が累積して負の値となってしまうことがある。この場合、加熱シリンダから樹脂に熱を与えているにもかかわらず、逆に樹脂の発熱が大きくて樹脂から加熱シリンダに熱が流れているといった誤認識となるおそれがある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、熱電対を用いて熱流束を求める際に温度差測定の誤差を低減し、より精度高く熱流束を求めることで、射出成形機の加熱シリンダ内の樹脂の加熱状態を精度よく監視することのできる監視装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、異なる位置にそれぞれが配置された少なくとも２つの熱電対と、該熱電対により検出した電圧に基づいて該異なる位置の間の熱流束を求める信号処理部を備えた制御装置とを有する射出成形機の監視装置であって、 該熱電対の各々の正極及び負極の一方は前記信号処理部に接続され、他方は互いに接続され、前記信号処理部は、前記正極及び負極の前記一方の間の電圧に基づいて前記異なる位置の間の熱流束を求め、さらに、２つの熱電対を含み、信号処理部に接続されない部分は同極であることを特徴とする射出成形機の監視装置が提供される。

本発明によれば、熱電対を用いて熱流束を求める際に温度差測定の誤差が低減され、より精度高く熱流束を求めることができる。これにより、射出成形機の加熱シリンダ内の樹脂の加熱状態を精度よく監視することができる。

まず、本発明が適用可能な射出成形機の射出装置及び加熱シリンダについて図１乃至図３を参照しながら説明する。図１は射出装置１０の断面図である。

射出装置１０は、加熱シリンダ（単にシリンダとも称する）１１と加熱シリンダ１１の中で回転及び前後移動可能なスクリュ１３を有する。シリンダ１１の先端には、ノズル口１０６が形成された射出ノズル１０５が設けられる。シリンダ１１の所定の位置に樹脂供給口１１２が形成される。樹脂供給口１１２には、接続筒１１３を介してホッパ１２が接続され、ホッパ１２内の樹脂ペレット１１５が接続筒１１３及び樹脂供給口１１２を通ってシリンダ１１内に供給される。また、シリンダ１１の外周には、面状のバンドヒータｈ１，ｈ２，ｈ３が取り付けられている。バンドヒータｈ１，ｈ２，ｈ３に通電することによりシリンダ１１内で樹脂ペレット１１５を加熱し、溶融させることができる。

スクリュ１３は、フライト部１０２、フライト部１０２の前端に設けられたスクリュヘッド１０７及びシール部１０８を有する。フライト部１０２は、スクリュ１３本体の外周面に螺旋状に形成されたフライト１０３を有し、フライト１０３によって螺旋状の溝１０４が形成される。また、フライト部１０２には後方から前方にかけて順に、ホッパ１２から落下した樹脂ペレット１１５が供給され前方に送られる送りゾーンＳ１、供給された樹脂ペレット１１５を圧縮しながら溶融させる圧縮ゾーンＳ２、及び溶融させられた樹脂を一定量計量する計量ゾーンＳ３が形成される。なお、加熱シリンダ１１のゾーン分割は、送りゾーンＳ１，圧縮ゾーンＳ２，計量ゾーンＳ３の３つのゾーンに限ることなく、３つ以上のゾーンに分割してバンドヒータを各ゾーンに独立に設けることとしてもよい。

計量工程時にスクリュ１３を正方向に回転させると、樹脂ペレット１１５は樹脂供給口１１２から送りゾーンＳ１に供給され、溝１０４内を前進（図における左方に移動）させられる。それに伴って、スクリュ１３が後退（図における右方に移動）させられ、樹脂がスクリュヘッド１０７の前方に蓄えられる。なお、溝１０４内の樹脂は、送りゾーンＳ１においてペレットの形状のままであり、圧縮ゾーンＳ２において半溶融状態になり、計量ゾーンＳ３において完全に溶融させられて液状になる。そして、射出工程時に、スクリュ１３を前進させると、スクリュヘッド１０７の前方に蓄えられた液状の樹脂は、射出ノズル１０５から射出され、金型装置の固定金型のキャビティ空間に充填される。

図２は、上述の加熱シリンダ１１の温度を制御するための温度制御装置の構成を示す図である。図２に示すように、加熱シリンダ１１及び射出ノズル１０５は、冷却シリンダ１４から射出ノズル１０５に至る長手方向沿って、４つのゾーンに区分されている。ここでは、備えられたヒータに対応して４つのゾーンを冷却シリンダ１４に隣接したゾーンから順に、第１のゾーン２１、第２のゾーン２２、第３のゾーン２３、第４のゾーン２４と称する。したがって、ノズル１０５は第４のゾーン２４を形成している。なお、冷却シリンダ１４はホッパ１２及びその近傍を冷却するために設けられるシリンダであり、ホッパ１２の周囲を一定の温度以下に維持するために設けられている。

第１乃至第３のゾーン２１〜２３には、図１に示すように、個別に通電されるバンドヒータｈ１，ｈ２，ｈ３が加熱シリンダ１１の外周に配置されている。また、図示はしていないが、ノズル１０５の周囲にもヒータが設けられており、ノズル１０５を加熱している。このヒータをヒータｈ４と称することとする。また、図２に示す例では、第１のゾーン２１に、径方向に１組の温度センサである熱電対Ａ−１，Ａ−２が配置されており、同様に、第２のゾーン２２には、１組の温度センサである熱電対Ｂ−１，Ｂ−２が配置され、第３のゾーン２３にも１組の温度センサである熱電対Ｃ−１，Ｃ−２が配置されている。更に、第４のゾーン２４には、２組の温度センサである熱電対Ｄ−１，Ｄ−２；Ｅ−１，Ｅ−２が設けられている。なお、各ゾーンに設けられた一対の熱電対のうち、シリンダ１１の外壁面に近いほうの熱電対Ａ−２〜Ｅ−２は少なくとも一個設けられていればよい。

各組の熱電対の加熱シリンダ１１及びノズル１０５に対する位置は、同様であるので、図３に示す熱電対Ａ−１，Ａ−２を例に取って説明する。熱電対Ａ−１は加熱シリンダ１１の内壁近傍の温度を検出するために、加熱シリンダ１１の内壁近傍までの深さを有する孔内に埋設されている。熱電対Ａ−２は、熱電対Ａ−１よりヒータｈ１に近い位置に埋設されている。熱電対Ａ−１とＡ−２とは、加熱シリンダ１１の同一断面上で、半径方向に互いに異なる位置に設けられており、図３（ａ）に示す例では、熱電対Ａ−１とＡ−２とは半径方向に反対側の位置、即ち、１８０°離れた位置に設けられている。

図３（ｂ）に示すように、周方向内における同一の位置であり、同一ヒータ領域内で軸方向にずらした位置に、熱電対Ａ−１とＡ−２とを設けてもよい。この場合、内壁近傍の熱電対センサＡ−１とそれより外側の温度を検出する熱電対Ａ−２とは、それぞれの配設孔に設けられる。その結果、一つの配設孔に一つの熱電対を配置することができるので、熱電対の組み付けやメンテナンスが容易となる。

また、図３（ｃ）に示すように、周方向内における同一の位置であり、軸方向にも同一の位置に熱電対センサＡ−１とＡ−２とを設けてもよい。この場合、内壁近傍の熱電対Ａ−１とそれより外側の温度を検出する熱電対Ａ−２とが、同一の配設孔に設けられる。熱電対センサＡ−１，Ａ−２の両方共に内壁近傍に設けることが好ましい。その結果、径方向の熱移動量を正確に検出することができ、内壁近傍の熱流束を正確に把握することができる。

以上のように、射出ノズル１０５及び加熱シリンダ１１の長手方向に沿って同一ヒータによるゾーン内に複数の熱電対が設けられ、また、同一断面の異なった深さに複数の熱電対が設けられている。

図２に示すように、各組の熱電対（例えば、Ａ−１，Ａ−２）は、制御装置であるコントローラ１３０に接続されている。コントローラ１３０は、各熱電対からの入力信号（電圧信号）が与えられ、検出値に基づいて演算を行い、演算結果を操作量としてＰＷＭ信号、アナログ信号などの形で出力する信号処理部３０１、当該操作量に基づいてオンオフを行うスイッチ３０２−１〜３０２−４、及び、スイッチ３０２−１〜３０２−４を介して、第１乃至第４のゾーン２１〜２４に設けられたヒータｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４に通電する電源３０３とを備えている。

信号処理部３０１は、温度センサからの検出値を表示すると共に、温度設定値を入力して信号処理部３０１に与える表示入力装置（単に表示装置とも称する）１３５に接続されている。表示入力装置１３５は、好ましくはディスプレイ装置であり、図示されたような表示設定画面を表示する。図示された表示設定画面には、各ゾーンにおける熱電対からの電圧信号に基づいて求められた温度検出値をゾーン毎に表示する温度検出値表示部３５１、各ゾーンの温度を設定値として設定する温度設定部３５２などが表示される。

表示設定画面には、各熱電対により求められた検出温度が全て表示され、検出温度に基づいて演算により求められた熱流束も表示される。表示装置１３５には、ノズル１０５及び加熱シリンダ１１の各ゾーンの温度制御を同一ゾーン内に設置された複数の熱電対のうち、どの熱電対を用いて制御するかを選択できるスイッチが具備されている。

一方、信号処理部３０１は、表示装置１３５で選択された熱電対による検出温度と設定された温度との差に基づいて制御演算を行い、演算結果を操作量として、各ゾーンのヒータに対応して設けられたスイッチ３０２−１〜３０２−４に出力する。即ち、信号処理部３０１からの操作量は、スイッチ３０２−１〜３０２−４のオン期間を決定する信号であり、スイッチ３０２−１〜３０２−４がオンしている時間の割合を表すオン・デューティを制御する。この結果、各ゾーンにおける通電時間が制御され、ノズル１０５及び加熱シリンダ１１の選択された熱電対が配置された位置の温度が設定された温度に保たれる。

図２に示す熱電対Ａ−１〜Ｅ−２と、コントローラ１３０と、表示入力装置１３５とにより、後述するように加熱シリンダ１１の各部の熱流束又は熱流量を表示してシリンダ１１内の樹脂の状態を監視する監視装置が構成される。

なお、上述の射出成形機はシリンダ内の射出部材であるスクリュにより、樹脂の溶融、計量、射出が行われるいわゆるスクリュ式射出成形機であるが、本発明はこれに限ることなく、樹脂の溶融とは別に、計量部材であるプランジャにより計量及び射出を行ういわゆるプリプラ式射出成形機にも適用することができる。また、加熱シリンダに樹脂を供給するためのフィードスクリュにも適用することができる。

次に、本発明の第１実施例による監視装置について、図４を参照しながら説明する。図４は本発明の第１実施例による監視装置の全体構成を示す図である。図４において、図２に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図４に示す加熱シリンダ１１には、熱電対Ａ−１，Ａ−２；Ｂ−１，Ｂ−２；Ｃ−１，Ｃ−２；Ｄ−１，Ｄ−２；Ｅ−１，Ｅ−２；Ｆが設けられている。熱電対Ｆは温度検出用の熱電対であり、単独で加熱シリンダ１１に設けられている。熱電対Ａ−１，Ａ−２は対をなし、その一方（Ａ−１）は加熱シリンダ１１の内壁近傍に配置され、他方（Ａ−２）は加熱シリンダ１１の径方向に異なる位置に配置されている。他の熱電対Ｂ−１，Ｂ−２；Ｃ−１，Ｃ−２；Ｄ−１，Ｄ−２；Ｅ−１，Ｅ−２についても同様である。また、対となる熱電対Ａ−１，Ａ−２；Ｂ−１，Ｂ−２；Ｃ−１，Ｃ−２；Ｄ−１，Ｄ−２；Ｅ−１，Ｅ−２；Ｆは加熱シリンダ１１の軸方向に異なる位置に配置されている。

図４に示す監視装置では、対で設けられる２本の熱電対のうち、正極となる線同士又は負極となる線同士が、加熱シリンダ１１から出た部分で互いに接続（結線）されている。したがって、対で設けられる２つの熱電対のうち、結線されない２本の正極線又は２本の負極線だけが、信号処理部３０１に接続される。

この結線方法を熱電対Ａ−１，Ａ−２の対を例にとって説明する。熱電対Ａ−１，Ａ−２は、図３（ｂ）に示す位置に配置されているものとする。図５は熱電対Ａ−１，Ａ−２の結線を示す図である。なお、熱電対Ａ−１，Ａ−２はアルメル・クロメル熱電対とし、一つの熱電対はアルメル線（負極線）とクロメル線（正極線）の２本の線からなるものとする。なお、熱電対の種類はアルメル・クロメル熱電対に限られることなく、他の種類の熱電対であってもよい。他の種類の熱電対として、鉄・コンスタンタン熱電対、銅・コンスタンタン熱電対、クロメル・コンスタンタン熱電対、ナイクロシル・ナイシル熱電対、白金・白金熱電対などがあり、それぞれが固有の比例定数ｋを有している。

図５において、熱電対Ａ−１のアルメル線Ａ（負極線）と、熱電対Ａ−２のアルメル線Ａ（負極線）とは、加熱シリンダ１１から延出した部分で互いに接続されている。一方、熱電対Ａ−１のクロメル線Ｃ（正極線）と、熱電対Ａ−２のクロメル線Ｃ（正極線）とは、結線されずにそのまま信号処理部３０１まで延在する。この結線方法によれば、後述のように、熱電対Ａ−１，Ａ−２により各位置での温度を求めることなく、熱電対Ａ−１とＡ−２の位置での温度の差分（温度差）に相当する電圧信号を２本のクロメル線Ｃにより信号処理部３０１に出力することができる。したがって、熱電対Ａ−１，Ａ−２が設けられた位置の温度差を表す電圧信号から、これらの位置の間における熱流束を演算により直接求めることができる。

このように、熱電対Ａ−１，Ａ−２からの出力に基づいて温度を求めてからその温度差を演算して熱流束を求める必要はなく、熱電対Ａ−１，Ａ−２のクロメル線Ｃからの出力値を用いて熱流束を演算することができる。温度検出値を用いて熱流束を求める場合、温度検出値には後述する冷接点用の温度センサ（サーミスタ３０５）に起因した誤差が含まれるが、上述のように熱電対Ａ−１，Ａ−２のクロメル線Ｃからの出力値を用いて熱流束を直接演算することで、熱電対Ａ−１，Ａ−２からの出力に基づいて求める温度に含まれる誤差の影響を排除することができる。

また、熱電対Ａ−１，Ａ−２のアルメル線Ａは、信号処理部３０１まで延在せずに加熱シリンダ１１から出た部分で結線されるため、アルメル線Ａの途中で入ってくるノイズを無くすことができる。すなわち、従来は一つの熱電対からアルメル線Ａとクロメル線Ｃの２本の線が信号処理部３０１まで延在していて、その途中で両方の線がノイズを拾う可能性があったのに対し、本実施例では、一つの熱電対からクロメル線Ｃの１本しか信号処理部３０１まで延在しないので、ノイズを拾う確率は従来の１／２となる。

なお、図５に示す例では、２つの熱電対のアルメル線Ａ（負極線）同士を互いに結線しているが、クロメル線Ｃ（正極線）同士を互いに結線し、アルメル線Ａ（負極線）を信号処理部３０１に接続することとしてもよい。

図４に戻って説明を続けると、上述の熱電対Ａ−１，Ａ−２以外の熱電対Ｂ−１，Ｂ−２、熱電対Ｃ−１，Ｃ−２、熱電対Ｄ−１，Ｄ−２，熱電対Ｅ−１，Ｅ−１についても、熱電対Ａ−１，Ａ−２と同様の結線とされ、熱流束を直接求めることができる。

このように、熱電対Ａ−１，Ａ−２、熱電対Ｂ−１，Ｂ−２、熱電対Ｃ−１，Ｃ−２、熱電対Ｄ−１，Ｄ−２，熱電対Ｅ−１，Ｅ−２のいずれも、温度差に対応した出力電圧が得られるように結線されている場合、熱流束を容易に求めることはできるが、各熱電対の位置における加熱シリンダ１１の温度を求めることはできない。そこで、本実施例では、温度測定用の熱電対Ｆを一つだけ加熱シリンダ１１に取り付けている。また、この熱電対Ｆで温度を検出するための冷接点用の温度センサとしてサーミスタ３０５が、信号処理部３０１内に設けられている。熱電対Ｆからの出力とサーミスタ３０５での温度測定値から、加熱シリンダ１１の熱電対Ｆが配置された位置での温度を求めることができ、この温度を基準として、他の熱電対の出力から求められた熱流束を用いて加熱シリンダ１１の温度分布を推測することができ、加熱シリンダ１１内の樹脂の加熱状態を監視することができる。

ここで、上述の熱電対Ａ−１，Ａ−２の結線で、温度差に相当する出力電圧を得ることができる理由について説明する。図６は熱電対により温度を求める原理を説明する図であり、図７は熱電対Ａ−１，Ａ−２の結線により温度差を求める原理を説明する図である。

図６に示す熱電対は、負極線としてアルメル線Ａが用いられ、正極線としてクロメル線Ｃが用いられる。正極線と負極線の先端は結線されて電気的に短絡されている。この短絡部分を温度測定対象に近接あるいは接触させ、温度測定対象と同じ温度とすることにより熱起電力が発生する。この熱起電力により、短絡部分から離れた位置における正極線と負極線との間に電圧Ｖｔｈが発生する。短絡部分を高温Ｔｈとし、熱起電力による電圧を測定する部分を低温Ｔｃとすると、Ｖｔｈ＝１／ｋ（Ｔｈ−Ｔｃ）という関係が成立する。ここで、ｋは比例定数であり（クロメル・アルメル熱電対の場合、ｋは約２４℃／ｍＶ）、（Ｔｈ−Ｔｃ）は高温Ｔｈと低温Ｔｃの温度差であるから、電圧Ｖｔｈは温度差（Ｔｈ−Ｔｃ）に比例するということがわかる。

ここで、低温Ｔｃの値がわかれば、電圧Ｖｔｈを測定することで、上式を用いた演算により高温Ｔｈ、すなわち温度測定対象の温度を求めることができる。通常、低温Ｔｃとして、電圧を測定する部分の近傍に設けられた温度センサにより測定した温度検出値が用いられる。この温度センサは図４におけるサーミスタ３０５に相当する。

図７は図５に示す熱電対Ａ−１，Ａ−２の結線を示す図である。図７に示すように、２つの熱電対の負極線同士は結線されて短絡されている。ここで、熱電対Ａ−１の短絡部分での温度を高温Ｔｈ１とし、熱電対Ａ−２の短絡部分での温度を高温Ｔｈ２とし、２つの熱電対の負極同士の結線部分での温度を低温Ｔｃとすると、負極線の短絡部分における熱電対Ａ−１での電圧Ｖｃ１はＶｃ１＝１／ｋ（Ｔｈ１−Ｔｃ）となり、負極線の短絡部分における熱電対Ａ−２での電圧Ｖｃ２はＶｃ２＝１／ｋ（Ｔｈ２−Ｔｃ）となる。

ここで、短絡されていない２本の正極線の間で得られる電圧をＶｃとすると、Ｖｃ＝Ｖｃ１−Ｖｃ２となることがわかる。この式に上記２つの式を代入すると、Ｖｃ＝Ｖｃ１−Ｖｃ２＝１／ｋ（Ｔｈ１−Ｔｈ２）となり、電圧Ｖｃは、熱電対Ａ−１により測定される高温Ｔｈ１と熱電対Ａ−２により測定される高温Ｔｈ２との温度差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）に比例することがわかる。温度差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）は熱流束に比例するから、電圧Ｖｃを用いることで熱流束を演算することにより直接求めることができる。すなわち、温度差に比例する電圧を測定することで、温度を直接求めなくても、温度差に比例する熱流束を求めることができる。誤差が含まれる可能性のある温度検出値を用いないため、温度測定誤差の影響が排除され、熱流束を精度よく求めることができる。

図８は、本実施例で用いられる熱電対の具体的な構成を示す簡略図である。本実施例で用いられる熱電対は、一対の負極線Ａと正極線Ｃ（例えばアルメル線とクロメル線）の先端が一つのシース４００内に入れられた構成とすることができる。シース４００は例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）により円筒状に形成される。シース４００内には熱伝導性の電気絶縁材４０２としてマグネシアが充填され、内部の負極線Ａと正極線Ｃとをシース４００から電気的に絶縁している。マグネシアを充填する代わりに、マイカやガラス布で負極線Ａと正極線Ｃの各々を覆うこととしてもよい。シース４００の先端は例えば半田４０４を盛ることで閉じられる。シース自体を先端が閉じられた円筒状の形状としてもよい。

図８に示す熱電対は非接地型の熱電対であり、負極線Ａと正極線Ｃとの短絡部を含めた全体が、絶縁材４０２によりシース４００から電気的に絶縁されている。したがって、熱電対Ａ−１と熱電対Ａ−２のシース４００が電気的に導通状態となっていても（例えば両方のシース４００が金属製の加熱シリンダに接触していても）、シース４００内の負極線Ａと正極線Ｃにより形成された回路が短絡されることがなく、所望の回路を維持することができる。

上述の実施例では、２つの熱電対が設けられた位置の間の熱流束を求める構成であり、一点に１つの熱電対を設けているが、一点に対して２つの熱電対を設けて図９に示すように結線することで、温度差により得られる電圧を２倍にすることができる。これにより、温度差の分解能を大きくすることができ、より精度よく温度差を検出して熱流束を精度よく求めることができる。

図９において、上側の２つの熱電対が高温Ｔｈ１になり、下側２つの熱電対が高温Ｔｈ１よりは低い高温Ｔｈ２となったとすると、点Ｐ１と点Ｐ２の間には電圧Ｖｃが現れる。また、点Ｐ１と点Ｐ３との間にも電圧Ｖｃが現れる。したがって、両端の正極線Ｃの間には、Ｖｃ＋Ｖｃ＝２Ｖｃの電圧が現れることとなり、温度差（Ｔｈ１−Ｔｈ２）を２倍の電圧２Ｖｃで検出することができる。

図１０は、図９に示す同じ位置に設けられる一対の熱電対の具体的な構成を示す図である。図１０に示す熱電対は、シース４００の中に２つの熱電対が挿入されている。シース４００、正極線Ｃ、負極線Ａは絶縁材４０２により互いに電気的に絶縁され、シース４００の先端は半田４０４により閉じられている。

次に、本発明の第２実施例による監視装置について、図１１を参照しながら説明する。図１１は本発明の第２実施例による監視装置の全体構成を示す図である。図１１において、図４に示す構成部品と同等の部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図１１に示す監視装置では、対で設けられる２本の熱電対のうち、正極となる線同士又は負極となる線同士が、加熱シリンダ１１から出た部分で互いに接続（結線）されている。結線された２本の負極又は正極となる線は、一本の線となって温度制御部に接続される。したがって、対で設けられる２つの熱電対のうち、結線されない２本の正極線又は２本の負極線及び結線された１本の負極線又は１本の正極線が、信号処理部３０１に接続される。

この結線方法を熱電対Ａ−１，Ａ−２の対を例にとって説明する。熱電対Ａ−１，Ａ−２は図３（ｂ）に示す位置に配置されているものとする。図１２は熱電対Ａ−１，Ａ−２の結線を示す図である。

図１２において、熱電対Ａ−１のアルメル線Ａ（負極線）と、熱電対Ａ−２のアルメル線Ａ（負極線）とは、加熱シリンダ１１から延出した部分で互いに接続され、一本のアルメル線（負極線）となって信号処理部３０１まで延在する。一方、熱電対Ａ−１のクロメル線Ｃ（正極線）と、熱電対Ａ−２のクロメル線Ｃ（正極線）とは、結線されずにそのまま信号処理部３０１まで延在する。この結線方法によれば、上述の第１実施例と同様に、熱電対Ａ−１，Ａ−２により各位置での温度を求めることなく、熱電対Ａ−１とＡ−２の位置での温度の差分に相当する電圧信号を２本のクロメル線Ｃにより温度御装部３０１に出力することができる。したがって、熱電対Ａ−１，Ａ−２が設けられた位置の温度差を表す電圧信号から、これらの位置の間における熱流束を演算により直接求めることができる。

このように、熱電対Ａ−１，Ａ−２からの出力に基づいて温度を求めてからその温度差を演算し、熱流束を求める必要はなく、熱電対Ａ−１，Ａ−２のクロメル線Ｃからの出力値を用いて熱流束を演算することができる。このため、熱電対Ａ−１，Ａ−２からの出力に基づいて求める温度に含まれる誤差に影響されることはない。

また、熱電対Ａ−１，Ａ−２の２本のアルメル線Ａは、加熱シリンダ１１から出た部分で結線されて一本のアルメル線Ａとなって信号処理部３０１まで延在するため、アルメル線Ａの途中で入ってくるノイズを低減することができる。

なお、図１２に示す例では、２つの熱電対のアルメル線Ａ（負極線）同士を互いに結線しているが、クロメル線Ｃ（正極線）同士を互いに結線して１本とし、２本のアルメル線Ａ（負極線）と１本のクロメル線Ｃ（正極線）を信号処理部３０１に接続することとしてもよい。

上述の熱電対Ａ−１，Ａ−２以外の熱電対Ｂ−１，Ｂ−２、熱電対Ｃ−１，Ｃ−２、熱電対Ｄ−１，Ｄ−２，熱電対Ｅ−１，Ｅ−１についても、熱電対Ａ−１，Ａ−２と同様の結線とされ、熱流束を直接求めることができる。

本実施例では、熱電対Ａ−１，Ａ−２、熱電対Ｂ−１，Ｂ−２、熱電対Ｃ−１，Ｃ−２、熱電対Ｄ−１，Ｄ−２，熱電対Ｅ−１，Ｅ−２のいずれも、温度差に対応した出力電圧が得られるように結線されているため、熱流束を求めることができる。また、各熱電対について見ると、正極線も負極線も温度検出部に接続されているため、各熱電対の位置における温度を検出することができる。したがって、熱電対で温度を検出するための冷接点用の温度センサとしてサーミスタ３０５が、信号処理部３０１内に設けられている。各熱電対からの出力とサーミスタ３０５での温度測定値から、加熱シリンダ１１の熱電対が配置された位置での温度を求めることができる。この温度を基準として、他の熱電対との出力差から求められた熱流束を用いて加熱シリンダ１１の温度分布を推測することができ、加熱シリンダ１１内の樹脂の加熱状態を監視することができる。

なお、熱流束の求め方は上述の第１実施例と同様であるため、その説明は省略する。また、熱電対の具体的な構成に関しても上述の第１実施例と同様であるため、その説明は省略する。

図１３は、図１２に示す結線の変形例を示す図である。熱電対Ａ−１のクロメル線Ｃ１は、加熱シリンダ１１から信号処理部３０１までの間で分岐して２本となり、一方の先が信号処理部３０１の温度検出部３０１ａに接続され、他方の先が熱流束演算部３０１ｃに接続されている。同様に、熱電対Ａ−２のクロメル線Ｃ２も、加熱シリンダ１１から信号処理部３０１までの間で分岐して２本となり、一方の先が信号処理部３０１の温度検出部３０１ｂに接続され、他方の先が熱流束演算部３０１ｃに接続されている。また、熱電対Ａ−１のアルメル線Ａ１は、信号処理部３０１の温度検出部３０１ａに接続されている。同様に、熱電対Ａ−２のアルメル線Ａ２は、信号処理部３０１の温度検出部３０１ｂに接続されている。そして、熱電対Ａ−１のアルメル線Ａ１と熱電対Ａ−２のアルメル線Ａ２は、信号処理部３０１までの間で結線されている。

以上の構成によれば、信号処理部３０１の温度検出部３０１ａにおいて熱電対Ａ−１により温度が検出され、信号処理部３０１の温度検出部３０１ｂにおいて熱電対Ａ−２により温度が検出される。また、信号処理部３０１の熱流束演算部３０１ｃにおいて熱流束を直接演算することができる。

なお、図１３に示す例では、２つの熱電対のアルメル線（負極線）Ａ１，Ａ２同士を互いに結線しているが、クロメル線（正極線）Ｃ１，Ｃ２同士を互いに結線し、クロメル線（正極線）Ｃ１，Ｃ２及びアルメル線Ａ１，Ａ２（負極線）を信号処理部３０１に接続することとしてもよい。

上述の熱電対Ａ−１，Ａ−２以外の熱電対Ｂ−１，Ｂ−２、熱電対Ｃ−１，Ｃ−２、熱電対Ｄ−１，Ｄ−２，熱電対Ｅ−１，Ｅ−１についても、熱電対Ａ−１，Ａ−２と同様の結線とされ、温度及び熱流束を直接求めることができる。

上述の結線方法及び温度差に対応した電圧を求める方法は、２つの熱電対を用いた場合の例であるが、３つ以上の熱電対を用いて３点の間での熱流束を求める場合にも適用できる。すなわち、図１３に示すように複数の熱電対を互いに直列に結線する方法と、図１４に示すように複数の熱電対を互いに並列に結線する方法とがある。

図１３に示す例では、３つの熱電対ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３が直列に接続されている。熱電対ＴＣ１の負極線と熱電対ＴＣ２の負極線が点ＰＮ１において結線され、一本の負極線となって温度制御部に接続される。さらに、熱電対ＴＣ２の正極線と熱電対ＴＣ３の正極線とが点ＰＮ２において結線され、一本の正極線となって温度制御部に接続される。

熱電対ＴＣ１での温度をＴ１、熱電対ＴＣ２での温度をＴ２、熱電対ＴＣ３での温度をＴ３とすると、熱電対ＴＣ１の位置と熱電対ＴＣ２の位置の間の温度差（Ｔ１−Ｔ２）は熱電対ＴＣ１の正極線と熱電対ＴＣ２の正極線（すなち、点ＰＮ２から延在する正極線）との間の電圧から求めることができる。また、熱電対ＴＣ２の位置と熱電対ＴＣ３の間の温度差は、熱電対ＴＣ２の負極線（すなわち、点ＰＮ１から延在する負極線）と熱電対ＴＣ３の負極線との間の電圧から求めることができる。

また、冷接点温度Ｔｃがわかっていれば、熱電対ＴＣ１での温度Ｔ１は、熱電対ＴＣ１の正極線と負極線（すなわち、点ＰＮ１から延在する負極線）との間の電圧と冷接点温度Ｔｃを用いて求めることができる。また、熱電対ＴＣ２での温度Ｔ２は、熱電対ＴＣ２の正極線（すなわち、点ＰＮ２から延在する正極線）と負極線（すなわち、点ＰＮ１から延在する負極線）との間の電圧と冷接点温度Ｔｃを用いて求めることができる。さらに、熱電対ＴＣ３での温度Ｔ３は、熱電対ＴＣ３の正極線（すなわち、点ＰＮ２から延在する正極線）と負極線との間の電圧と冷接点温度Ｔｃを用いて求めることができる。

図１５に示す例では、３つの熱電対ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３が並列に接続されている。熱電対ＴＣ１の正極線と熱電対ＴＣ２の正極線と熱電対ＴＣ３の正極線が接続されて１本の正極線となって温度制御部に接続される。各熱電対ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３の負極線は結線されずにそのまま温度制御部に接続される。

熱電対ＴＣ１での温度をＴ１、熱電対ＴＣ２での温度をＴ２、熱電対ＴＣ３での温度をＴ３とすると、熱電対ＴＣ１の位置と熱電対ＴＣ２の位置の間の温度差（Ｔ１−Ｔ２）は熱電対ＴＣ１の負極線と熱電対ＴＣ２の負極線との間の電圧から求めることができる。また、熱電対ＴＣ２の位置と熱電対ＴＣ３の間の温度差は、熱電対ＴＣ２の負極線と熱電対ＴＣ３の負極線との間の電圧から求めることができる。さらに、熱電対ＴＣ３の位置と熱電対ＴＣ１の間の温度差は、熱電対ＴＣ３の負極線と熱電対ＴＣ１の負極線との間の電圧から求めることができる。

また、冷接点温度Ｔｃがわかっていれば、熱電対ＴＣ１での温度Ｔ１は、熱電対ＴＣ１の正極線（すなわち、点ＰＮ３から延在する一本の正極線）と負極線との間の電圧と冷接点温度Ｔｃを用いて求めることができる。また、熱電対ＴＣ２での温度Ｔ２は、熱電対ＴＣ２の正極線（すなわち、点ＰＮ３から延在する一本の正極線）と負極線との間の電圧と冷接点温度Ｔｃを用いて求めることができる。さらに、熱電対ＴＣ３での温度Ｔ３は、熱電対ＴＣ３の正極線（すなわち、点ＰＮ２から延在する正極線）と負極線との間の電圧と冷接点温度Ｔｃを用いて求めることができる。

以上のように、図１５に示す結線を用いれば、複数の熱電対の正極線をまとめて一本の正極線とすることで、電圧を求める端子（温度制御部において正極線と負極線が接続された端子）を選定することで、任意の２つの熱電対の位置の間における熱流束と、任意の一つの熱電対の位置での温度を求めることができる。なお、図１５に示す例では各熱電対の正極線を１本にまとめているが、各熱電対の負極線を１本にまとめることとしてもよい。

図１４及び図１５に示すように３つの熱電対を設けた場合は、負極線２本と正極線２本で合計４本の線、あるいは負極線３本と正極線１本で合計４本の線を温度制御部に接続すればよい。例えば、４つの熱電対を設けた場合には、負極線２本と正極線３本で合計５本、あるいは負極線４本と正極線１本で合計５本の線を温度制御部に接続すればよい。すなわち、設けられた熱電対の数Ｎに１を足した（Ｎ＋１）本の線を温度制御部に接続すればよいため、（Ｎ−１）本の負極線又は正極線を減らすことができる。

射出装置の断面図である。 加熱シリンダの温度を制御するための温度制御装置の構成を示す図である。 図２に示す加熱シリンダの軸方向に垂直な面に沿った断面図である。 本発明の第１実施例による監視装置の全体構成を示す図である。 図４に示す熱電対の結線を示す図である。 熱電対により温度を求める原理を説明する図であり、 図５に示す熱電対の結線を示す図である。 熱電対の具体的な構成を示す簡略断面図である。 一点に対して２つの熱電対を設けて４つの熱電対を接続した構成を示す図である。 図９に示す同じ位置に設けられる一対の熱電対の具体的な構成を示す断面図である。 本発明の第２実施例による監視装置の全体構成を示す図である。 図１１に示す熱電対の結線を示す図である。 図１２に示す結線の変形例を示す図である。 ３つの熱電対を直列に接続した例を示す図である。 ３つの熱電対を並列に接続した例を示す図である。

符号の説明

１０ 射出装置
１１ 加熱シリンダ
１２ ホッパ
１３ スクリュ
１４ 冷却シリンダ
１０５ 射出ノズル
ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４ ヒータ
２１〜２４ ゾーン
１３０ コントローラ
１３５ 表示入力装置
Ａ−１〜Ｅ−１，Ａ−２〜Ｅ−２，Ｆ，ＴＣ１〜ＴＣ３ 熱電対
３０１ 信号処理部
３０２−１〜３０２−４ スイッチ
３０３ 電源
３０５ サーミスタ
３５１ 温度検出値表示部
３５２ 温度設定部
４００ シース
４０２ 絶縁材
４０４ 半田

Claims (1)

1. 異なる位置にそれぞれが配置された少なくとも２つの熱電対と、
   該熱電対により検出した電圧に基づいて該異なる位置の間の熱流束を求める信号処理部を備えた制御装置と
   を有する射出成形機の監視装置であって、
   該熱電対の各々の正極及び負極の一方は前記信号処理部に接続され、他方は互いに接続され、
   前記信号処理部は、前記正極及び負極の前記一方の間の電圧に基づいて前記異なる位置の間の熱流束を求め、
   さらに、２つの熱電対を含み、信号処理部に接続されない部分は同極であることを特徴とする射出成形機の監視装置。

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