JPH06502357A - 温度調節システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 温度調節システム 本発明は温度調節システムに関し、特にサイクリック・プロセッサ用システムに 関する。そのようなプロセッサは一般的にあらかじめ設定された繰り返しのサイ クル時間を存し、そして型内で固まる高温溶融材料により標準的な製品を成形す る。

一般的なサイクリック・プロセッサとは、射出成形機、ブロー成形機及びアルミ ニウムダイカスト成形機である。簡便化の目的で、本発明は熱可塑性樹脂射出成 形に関して説明される。

熱可塑性樹脂射出成形機において、高温溶融材料は型キャビティに導入、一般的 には射出され、そしてその型により決められた形に製品を成形するために材料か 固まるように型は冷却される：型はその後開かれ、成形された製品か排出され、 壓キャビティを再び形成するために型は閉しられ、そしてそのサイクルが繰り返 される。効率的に動作することを目的として、型作動温度は決められた上限及び 下限の許容範囲内に維持されなければならない、というのは、もし型温度か高す ぎると材料の硬化が遅くなり、もし型温度が低すぎると成形材料のいくらかある いは全てがキャビティに通じる湯口で硬化してしまう、即ち射出ポンプ圧力を増 加させる結果となる速すぎる硬化となる。更に、設定あるいは硬化段階の最中に 製品の収縮と歪みか最小となるような温度に壓を維持することは、製品の品質及 び繰り返して成形される製品の一様性に対して良好な手段であると考えられる。

製品の品質に影響する４つの変数は、溶融温度と溶融流量と溶融圧力（各々はプ ロセッサ制御システムと条件設定の機能である）と冷却速度である。通常は機械 制御装置以外の外部変化に対応してプロセッサ機制御装置を繰り返して細かく調 節することにより、製品の品質を維持することは普通の手段である。運転温度、 すなわち冷却温度か所定の範囲内に維持てきるように、信頼性があり精度を有す る温度調節システムか必要である。

１つの型冷却システムにおいては、液体か型の壁内に設けられた溝内を連続的に 循環される。このシステムの１つの欠点は連続的に循環する液体を使用すること により、システムの熱容量が大きく、したかって温度変化に対する反応時間が遅 い事である。また、型をその作動温度範囲に保持するための適切な外部熱入力又 は冷却速度を設定するために操作者の一部には相当な技術か要求される。不良品 を回避するには手動調節は迅速にそして正確に行わなれる必要かある。

米国特許第４，３５４，８１２号は池の既知の構成を開示しており、その中では 表示温度かあらかしめ設定された値より上昇したときに流れか”開始′され、表 示温度かあらかじめ決められた値より下かった時に流れが”停止“されるという 瞬間的な型温度による断続的流体冷却か用いられている。

我々は断続的な冷却液の管理は、その時点の型温度の精密な測定には直接依存す る必要はなく、代わりにそして利点とともに、先行して完結したサイクルの最中 あるいは全体にわたって記録された盟のヒストリック平均温度を使用することに より：又は付加的にあるいは代替え的に、冷却液の流れを多くの機械サイクルの 傾向に応じて調整することにより、型の温度に間接的に依存できることに気づい た。

更に、例えば必要な時にはいつでも梨が閉じられてから５秒後に冷却液か流れる 、あるいはおそらく９０秒の長いサイクル時間に対して要求される冷却液の量は 型を許容温度範囲に維持するために短い流れの周期に区分けされるように、冷却 液の最適な流れは型の既知の温度曲線に基づいて選定することができる。

我々のシステムの他の利点は、”直接的な瞬時の動作”のためにプローブを開閉 弁に接続する複雑な装置を必要としないことであり、そして型内あるいは液体排 出ラインのプローブの位置は正確さを必要としないことである。

好ましくは、平均温度は、そのサイクル間で記録された温度指示値の連続から各 々の完結したサイクルにわたって計算されるか、代わりの実施例においては、池 の数学的導関数（例えば自乗平均値）を使用することかでき、そして更なるしか しより好ましいとは言えない実施例においては単に選択された機械の部分又は成 形サイクルだけににわたる一つまたはそれ以上の温度測定か記録され使用される 。

我々はまた、上述の既知のシステムように温度測定はそれ自身連続的に記録する ことかできるが、加算されるべき値は規定の間隔でそれから取り出すことかでき るということに気づいた：その代わりに、例えば次の読み取りまでの間隔にわた ってセンサ自身か以前の”検査”から温度を平均することかでき、過酷な環境に 対して、より対応できると同時に、より複雑なセンサの精度を達成することかで きる。

我々は更に、冷却液の流れの管理の変更は、システムか差異依存となるように、 サイクルからサイクル又は数サイクルにわたる傾向のどちらかからの型又は排出 温度の平均の変化に依存させることかできるということに気づいた。この構成の 利点は、もしプローブによって記録される型温度か予め設定された温度範囲の一 端あるいは他端付近でふらつく場合でもシステムは″不規則に作動“しないとい うことであり、また平均サイクル温度を表さない短時間のヒートスパイク又はヒ ートトラフへの反応を要求されないということである。

我々は更に、冷却液の流れは、温度センサの測定の高低に対して不規則に直接（ 瞬時）に反応するよりはむしろ、サイクルの所定の部分たけにわたって影響でき るということに気づいた。具体的には我々は、材料の射出の間は冷却液の流れか 無いように、即ち材料か射出される間又は材料の大部分か射出される間には材料 は冷却されないように、冷却液の管理を行うことかできる。よって型か高温の材 料の注入によって温められるのに伴い、冷却液流れを射出の後の時間に集中する ことができ、そして冷却液が一番必要な時に循環されるのでより効果的であると 同時に型温度のより細かい制御か可能となる。

変形例では、必要な冷却液の流れは、サイクル時間に関連した持続時間と休止時 間の″パルス′の数として発生するように構成される。よってこの冷却液の管理 は、長いサイクル時間においても問題となるかもしれないが、規定の冷却液量が 全て使用された後に（”１回のショット又はパルス′におけるように）引き続い て起こる型の過熱の問題を回避するように設計される。

本発明は添けの簡略図と共に更に説明される。

図１は本発明による温度調節システムにおけるサイクリック・プロセッサの基本 機能要素を示すブロック図であり。

図２は溶融熱可塑性樹脂材料の連続的射出の間の型の一般的な温度変化を示す簡 略グラフであり： 図３は３区域Ｍ御に用いられるサイクリック・プロセッサの簡略図であり。

図４は射出された材料から型へのサイクル中の熱流入のグラフ及び型の区域１の 冷却液のタイムフローであり：図５は型の区域２における図４と同様のグラフ及 びタイムフローてあり：そして 図６は梨の区域３における図４と同様のグラフ及びタイムフローである。

本システム及び装置は図１及び２により１区域に関して説明されるが、本システ ム及び装置は図３乃至６にあるような連結して型を形成する種々の分離可能な部 分でつあもよい幾つかの区域のＩｊｌＫに用いることもてきる。図中、同様な部 品には同じ番号か使用されている。

壓１０はサイクリック・プロセッサの一部であり、本実施例では内部型キャビテ ィ（図３）の中で熱可塑性システム製品を形成するために使用される。型は成形 品を排出又は取り出すことができるように［１１に沿って分離可能である。使用 中は、高温の製品液体が導管８及び湯口６を介して型キャビティに供給される。

。 型はワイヤ９を通して電流により作動温度にあらかじめ加熱される。

図１の単一区域の実施例において、ｆｆ１ｌｏは導管１２を通る冷却液流により 冷却され、したかって、液体供給手段を提供する。使用中、”開閉”弁１４は、 冷却液の供給手段Ｉ２から連結手段１５及び内部流路１７へそして排出部」３へ の供給を制御する。

型１０或いは導管１３内の排出冷却液いずれかの温度は、各サイクル中の設定さ れた間隔で各々センサ１６又は１６ｂによって測定される。これらの温度は加算 され、平均サイクル温度は加算された値を入力の数で除算する計算器２０によっ て得られる：代わりの実施例においては、ＲＭＳ　（自乗平均）温度或いは池の 派生的な指示温度か得られ、これを表示装置２２に表示することができる。セン サ１６ａ又は１６ｂは、即時的な型温度を表す信号を生成する既知の回路と共の 熱電対、抵抗温度計或いはサーミスタプローブである。

計算器２０からの出力は、データ温度ユニット３２からの入力も有する比較器又 はエラー・ディファレンス・メータ３０へ伝達される。メータ３０は計算Ｈ２０ からの入力とデータ温度ユニット３２からの入力との差に反応する。データユニ ット３２は、所定の温度設定に手動で調節可能であり、異なる運転条件及び異な る射出材料によって変更することかできる。

比較器３０からの差信号は比較器４０に供給され、そしてメモリ４２に供給され る。もしこのアナログ又はデジタルの差信号かあらかしめ設定された悶値より大 きい場合は（はとんどは起動時或いは中断の後であるか）、信号（又は相当する 派生信号）は比較器４゜からモード・ジェネレータ５０に直接供給される。

しかし、もし差信号か悶値より小さい場合は（はとんどは通常の運転時であるか ）、それは比較器４０に受け入れられない。よって比較器４０は、全ての差信号 に対応してシステムか”不安定”となることを防止するために、”デッドレンジ ”を挿入するために使用される。型の通常の熱損失と製品材料からの熱入力との 間の複雑な相互作用は、弁１４への２つの補正的な変更の必要無しに、自身で型 温度補正に導くであろう：よって弁Ｉ４の過度の磨耗か回避される。

本システムは必要な温度補正を適用するために３つ又はそれ以上の連続した差信 号の間の差の傾向（増加又は減少）に常時対応できる。そのような補正は通常は 、より短い時間変化のために弁Ｉ４か”開″又は′閉“へ切り換えられること及 び゛開″又は′閉′から切り換えられることによる”より緩やかな“補正である 。よって本実施例においては、比較器４０はディファレンス・ユニット３０によ り記録された最後の３つの差信号をめるようにメモリ４２に指示するか、代わり の実施例においてはメモリ４２内の異なる数のメモリ信号を指示することかでき る。もしメモリ信号か一定の傾向、即ち１つのサイクルから次のサイクルまでの 増加又は減少する差、を示す場合は、指示信号か比較器４０により生成されモー ド・ジェネレータ５０に送出される：しかじ、メモリ４２からの信号が一定した 傾向を示さない場合、例えば連続的に大きくなったり小さくなったりする場合は 、比較器４０によってメモリ生成信号は生成されない。

もしディファレンス・メータ３０が取り付けられていないかあるいは非作動状態 にあるときは、メモリユニットは計算器２０から直接信号を受け取り、そして本 システムは、′起動待″温度読み取りを除外又は無視するための遅延の後に傾向 信号のみに反応する：メモリユニットは、少なくとも２つの先行するサイクルか らの読み取り値を平均する傾向に基づいて、信号を比較器４０に送る。もし計算 器２０か省略されている場合は、メモリユニットは、例えばもし規定のサイクル 時間における信号読み取り値がメモリユニット４２により中断されたときはおそ らくその時点でのサイクルからの信号を含む個々の温度信号を受け取るかもしれ ない。よってメモリユニット４２は値の変更のために制御信号が出される前に遅 延を挿間する。

したかって、ディファレンス・ユニット３０からの土間差信号があるとき、又は メモリ４２から傾向信号かあるときは、モード・ジェネレータ５０か作動される 。モード・ジェネレータ５０が作動されない限り、ユニット５４を起動するため の信号は発せられず、型ｌＯの冷却液の管理は変更されない。しかし、もしモー ド・ジェネレータ５０か作動されると、弁１４の開放の時間を変更するために、 ユニット５４を起動して信号か線５２を通じてタイマＴ２に送出される。

本実施例においては、タイマＴ２からの弁開放信号は、線５２からの信号か′変 化の前の時間′又はユニット５４に設定された閉止時間を変化させると共に、モ ード・ジェネレータ５０によってサイクルの特別な段階に対してタイミングが合 わされ、したがってその開弁１４は開放のままとなる。

普通の構成においては、単一のサイクル中は規定の時間連続して開放される。し かし、代わりの実施例においては必要な開弁時間は、ザイルの持続時間をより良 好に取り囲むように複数の開放時間に分割される。この代替えは、１回の冷却液 の投入又は流入は型の初期の過冷却及び引き続きの過熱のために最良ではないこ ともある一般的に３００秒までの長いサイクルに特に適当であるかもしれない。

冷却液の分割のために、弁１４の開放時間を複数の開放閉止時間、例えば各々の サイクルの持続時間に３回の等時間開放期間に分割するために、モード選択ユニ ット５４は手動又は自動であらかじめ設定される。

上述のように、モード・ジェネレータ５０は特定のサイクルの間、弁１４の最初 の開放のタイミングを制御し、弁１４は例えば高温の材料か全て又は大部分か型 １０に射出された後にのみ開放される。一連のサイクルにわたる弁１４の開放時 間の遷移、即ちサイクルの開始から冷却液弁の開放までの間における変化、を防 止するため、ユニット５４の起動は各サイクル毎に再設定又は誘発される必要か ある。よってモード・ジェネレータ５０は、繰り返しサイクルタイマＴ１から線 ６０を通してサイクル時間繰り返し間隔パルスを受け取る。１つの実施例におい て、タイマＴ２の再設定又はトリガは、Ｔｌのサイクル時間に対応して、型ｌＯ の自動タイミングサイクルに対応して手動設定点指示器６２に設定された１４秒 毎に繰り返される。

代わりの構成では、繰り返しの間隔の変化を提供するため、例えばもし成形機か 手動操作である場合、あるいはその作動状態が供給電源の変動に左右される場合 、タイマＴＩは線７２を通じて受取る外部源からの信号、例えば外部生成同期ト リガ信号を点検することかできる：このトリガ信号は、型の閉鎖動作成いはポン プが高温製品（液体）材料を供給するときの圧力発生成いは成形機制御システム から直接取り出すことかできる。

タイマＴＩは、各々誤差差異及び平均サイクル温度の適切な計算を可能にするた めに、各々のサイクルに対してモード・ジェネレータ５０、メモリユニット４２ 及び計算器２０を限定し、そして弁１４のそのサイクルのための初期開放のため にタイマＴ２をトリガするようにモード・ジェネレータ５０を促す。

我々は”高温′警報指示器への第１の出力線８１と”低温”警報指示器８２と共 に比較器８０を設けた。比較器８０か動作可能であることを簡単に調へるために 、我々は型温度か許容範囲内にある場合の“正常”指示器を作動させる出力線８ ３をも設けた。

本実施例においては、比較器８０は平均温度発生器２０から取り出される入力を 各々の入カニニット８４．８５からの上限及び下限の設定値と比較する：正常温 度又は温度範囲はユニット８６内にあらかじめ設定される。実際のあらかじめ設 定される値は、設定点指示器３２への変更に伴い変更される。

可変加熱器制御器９０は、壓ＩＯに繋がる配線９に流れる電流を調節するために 出力！８Ｌ　８２．８３から又は関連した指示器からの入力に反応する。もし例 えば周囲の温度がおそらくタイマＴ２か必要とされない程度に即ち高温の熱可塑 性樹脂からの熱人力か環境損失に対抗するのに不十分な程度に大きく下がった場 合、より大きな電流か型１０に供給される。高電流は起動時に材料の射出の代わ りに壓の予熱用としても使用される。

線９を流れる電流は一定のアンペアで可変の期間とすることができ、或いはあら かじめ設定された期間に電流は可変のアンペアで流すこともてきる。

図２のグラフが表す型は予熱されておらず、冷えた状態からの最初の幾つかの起 動サイクルのための射出流れは、型を運転温度に加熱するためだけに使用され、 成形された製品は廃棄される。その後、冷却か実行され、型の各々の部分の瞬間 的な温度が各々のサイクル間で同じパターンで繰り返される：しかじ、もし線” Ａ″によって示される上昇か確保されるように平均温度があらかじめ設定された 数のサイクル例えば３回にわたって一定の上昇を示す場合は、弁１４はサイクル の所定の段階であらかじめ設定された時間あるいは″平均サイクル温度″の上昇 速度に依存する時間のいずれかの時間だけ開放され、それによって、それに伴う 冷却液流による次のサイクル１００はより低い瞬時的な温度を有し、よってより 低い平均温度となり、平均を理想的な線″Ｂ”に近づける。

したかって、本発明のシステムは、過度の処理熱を取り出すために（高温製品材 料から）各々のサイクル中に型を通る冷却液の流れの効果的て効率的なタイミン グを提供する：そして、弁１４の開放時間を変更する必要無くサイクルからサイ クルへの小さな環境変化（例えば扉か開いた時の周囲の僅かな冷却）を許容する 。したかって、我々は、繰り返しの熱応力にさらされるサイクリック・プロセッ サのＭ卯に適した簡素化され強靭なシステムの可能性とともに、小さな温度変動 はシステムの熱容量と慣性によって平均化され、正又は負の累積的変化だけを確 認しそれに反応すればよいことを認識した。

図３にも示されるように、説明したタイプの壓にとって、少なくとも各々の部分 か熱可塑性樹脂か射出されるキャビティの一部を形成する２つの分離可能な部分 を有することは一般的である。更に、各々の部分は一つ以上の区域を有してもよ く、これらの区域の夫々は、図４乃至６に特に示されるように、最適な型成形の ための異なる温度管理を必要とする。したかって、冷却液の流れは（必要であれ ば）高温流体の射出から規定の時間の後に開始され、そして区域２及び３（夫々 コアとホットランナである）でより長く持続する。

区域３へのパルス状の流れは分割される。

図３の点線は、復水マニホールド内に取付けられる区域２，３用の温度センサで ある。型１０の区域の部分の比較器２０から得られた計算された温度は、指示器 ７０とユニッ１−７１　（摂氏又は華氏）に表示される：夫々の区域は７２に表 示される。夫々の対応する弁の状態（開閉）は７３に表示される。区域温度条件 （高、標準、低）に対応する区域は７４に視覚的に表示される。パネル７５は所 望の温度を設定するキーボードである。

本発明により構成され運転される一つのシステムは幾つかの弁を制御器するため に用いられてもよく、各々の弁は夫々の型区域に流れる冷却液を調節する７代わ りのシステムにおいては、温度センサ１６ａ、＋６ｂからの信号は、それらの間 の時間の空きに適合する一つ又はそれ以上の他の型又は型区域からの信号と共に 、時間区分に”スライス′することができ、図１の構成部品２０乃至９０から構 成されるマイクロプロセッサは、異なる指示を各時間区分から与えることができ るように、マーク・スペースに基づいて信号を複数のタイマＴ２に対し別々に処 理する。

我々は、また部分的に過冷却するように設計された冷却システムと共にサイクリ ック・プロセッサを開示した、その中で冷却システムはパルス化されそして高温 材料射出か完全とされ（“設定と放置“を可能とし）、型はシステム内で（弁は 全Ｍ）冷却液の流れに対する最大の”抵抗”を存し、型の内部冷却液通路により 受ける液体を変化させるために型からの”フィードバック“ループを利用してい る。

ＦＩＧ　３ 国際調査報告 国際調査報告 フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，５識別記号　庁内整理番号ＧＯ５Ｄ　２３１００　 Ａ　９１３２−３Ｈ（８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（Ｂ Ｆ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、Ｔ Ｇ）、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、　ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ５，ＤＥ、　ＤＫ。

ＥＳ、ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、ＭＣ，Ｍ Ｇ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ，ＳＤ、ＳＥ、ＳＵ、　ＵＳ Ｉ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．温度反応手段と温度制御手段とを有するサイクリック・プロセッサ用温度調 節システムであって、 該制御手段の動作を開始させるタイミング手段と、該温度反応手段から先行する サイクルの間に得られる信号に対応して動作し、該タイミング手段の動作を開始 させるモード生成手段と を特徴とするサイクリック′プロセッサ用温度調節システム。
2. ２．温度反応手段とモード生成手段とを有するサイクリック・プロセッサ用温度 調節システムであって、該モード生成手段は該温度反応手段から３つの先行する サイクルの間に得られる信号からの温度傾向を指示する信号に対応して動作する ことを特徴とするサイクリック・プロセッサ用温度調節システム。