JPH11351977A - 温度および圧力複合センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金型の同一ポイントにおいて、溶融樹脂等の
温度および圧力の両者を正確に測定できるようにする。 【解決手段】 筒型の圧力伝達部材１５の一端側に温度
計測部１３を配置する。金型を形成する第１の型板１の
キャビティ７のキャビティ面に温度計測部１３の受熱部
を揃えるようにしてそれらを第１の型板１に配置する。
金型を構成する基板３に配置した圧力計測部３１の受圧
部に圧力伝達部材１５の他端側を当接させる。温度計測
部１３で溶融樹脂２３の温度を測定するとともに樹脂圧
力を受け、この樹脂圧力を圧力伝達部材１５を介して圧
力計測部３１へ伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度および圧力複合
センサに係り、特に樹脂成形品や粘性流体等の被測温体
（被測定体）の温度および圧力の測定に好適する温度お
よび圧力複合センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】温度センサおよび圧力センサは、色々な
機器やシステムに用いられるが、例えば溶融樹脂を射出
成形する射出成形機にも多用されている。この射出成形
機では、金型への溶融樹脂の充填（ショット）、保圧冷
却および型開きの工程を経て成形加工品が作られるが、
成形品の良好な品質を維持するために、金型内の樹脂温
度や樹脂圧力を的確に把握してこれらを制御することが
大切である。

【０００３】ところが、保圧冷却工程を例にすれば、金
型内の樹脂温度や樹脂圧力は、時間の経過とともに変化
し、どの時点で樹脂圧力と樹脂温度とを関連させて制御
するか大きな問題である。すなわち、金型内の樹脂温度
は金型の温度や射出される樹脂の温度変化によって変わ
るし、樹脂圧力も成形機からの射出圧力変化や樹脂温度
変化による樹脂粘度の変化等によって変わるから、一律
に好ましい制御温度や制御圧力を決め難いのが現状であ
る。それでも、射出成形機の安定射出環境下では、所望
の範囲で一様な樹脂温度および樹脂圧力曲線を示すこと
は経験や実験でも分っているから、射出成形機のシリン
ダ部の温度、射出時間、保圧時間、金型開きまでの冷却
時間等をタイマー等で設定することが可能であるし、金
型温度についてもある程度好ましい温度制御が可能であ
る。

【０００４】しかし、溶融樹脂のショット開始から射出
成形状態が安定するまでや、成形品が金型面に付着する
等の成形異常があって、その成形品を取り除いた後に再
度安定状態になるまでの間には、各ショット毎の成形品
が良品か否かを目視では判別し難いため、金型内の成形
状態いわゆる樹脂温度と樹脂圧力の双方の変化を個々の
ショット毎に正確に監視することが好ましいと考えられ
ている。しかも、樹脂圧力と樹脂温度を比較した場合、
樹脂圧力は、金型のゲートシール後に急速に樹脂流動状
態から固化状態へと変化し、それに応じて樹脂圧力も零
に近づく一方、樹脂温度は、樹脂圧力が零になった後も
型開きまで冷却曲線を示す等の違いがある点を考慮する
と、樹脂圧力又は樹脂温度のみを単独に測定するより双
方とも同時に測定した方が金型内の成形状態をより正確
に把握し易い。

【０００５】このように射出成形状態の再現性を的確に
確認するためには、金型内の樹脂温度および型内圧力を
射出開始から型開きまで把握して監視することが最良と
いえるし、正確な樹脂温度および樹脂圧力を得る観点か
ら、樹脂温度および樹脂圧力を同一位置（ポイント）で
測定することが望まれる。従来、このように金型内の樹
脂温度と樹脂圧力を同時に測定する温度センサおよび圧
力センサとしては、例えば熱電対や測温抵抗体等を用い
た温度センサと圧電素子を用いた圧力センサを、位置を
接近させて金型に別々に配置する構成が一般的であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
温度センサおよび圧力センサでは、金型内の同一ポイン
トにそれら温度センサおよび圧力センサを配置すること
は物理的に極めて困難で、測定された樹脂温度および樹
脂圧力は配置位置との関係で近似的な値に止まり、正確
な樹脂温度および樹脂圧力を測定することが困難である
うえ、２つの測定値を関連させる場合の誤差要因にもな
っていた。さらに、金型についても、温度センサおよび
圧力センサを配置するための加工が２箇所必要であり、
煩雑かつコストアップの原因となっていた。

【０００７】そこで、本発明者は、射出成形機並びに温
度センサや圧力センサの機能や構成を注意深く検討した
結果、温度センサは熱接触する必要から金型内の樹脂面
に接する箇所に受熱面を配置する必要がある一方、圧力
センサは金型内の樹脂面から正確な圧力伝達がされてい
れば良く、温度センサ自体又はこの支持部材を圧力伝達
手段として機能させることが可能である点に着目し、本
発明を完成させた。本発明はこのような従来の課題を解
決するためになされたもので、例えば金型の同一ポイン
トにおける溶融樹脂の温度および圧力の両者を正確に測
定可能で、温度検出の応答性も良好な温度および圧力複
合センサの提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、型部材における被測温体に接触する
接触面に受熱部を揃えて配置されその被測温体の温度を
測定する温度計測部と、この温度計測部を支持するとと
もにその型部材に配置されそれで受けた被測温体の圧力
を伝達する圧力伝達部材と、受圧部を有しその圧力伝達
部材を伝達する圧力をその受圧部で受けるよう上記型部
材に配置された圧力計測部とを具備している。

【０００９】また、本発明では、それら温度計測部の受
熱部、圧力伝達部材および圧力計測部の受圧部を共軸的
に配置することが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明に係る温度および圧
力複合センサの実施の形態を示す要部断面図である。

【００１１】図１において、通常の成形金型等を形成す
る第１の型板１は基板３に重ねられており、第１の型板
１には第２の型板５が重ねられ、これら第１および第２
の型板１、５によって例えば射出成形用のキャビティ７
が形成される。それら第１、第２の型板および基板３は
ほぼ同一材料、例えばＳ５０Ｃ（機械構造用炭素鋼鋼
材）によって成形されており、上記金型（型部材）を形
成しており、キャビティ７を形成する内面が、射出溶融
樹脂との接触面１ａ、５ａとなっている。

【００１２】第１の型板１において、接触面１ａから基
板３に向けて円柱状の挿通孔９が貫通形成されている。
この挿通孔９は、基板３付近で内径が大きくなって大径
部９ａとなっており、この大径部９ａから挿通孔９の軸
方向と直交する方向（図中横方向）へケーブル１１の取
出部９ｂが形成されている。挿通孔９には、公知の温度
計測部１３を支持する筒型の圧力伝達部材１５がはめ込
まれており、大径部９ａを含む挿通孔９の内径は、圧力
伝達部材１５の外径とほぼ同径又は溶融樹脂が入り込ま
ない程度に僅かに大径となっている。温度計測部１３の
詳細については後述する。

【００１３】圧力伝達部材１５は、例えばステンレス材
料から細長い円筒（パイプ）状に形成されており、図１
および図２にも示すように、一方の先端側（図中上端
側）には凹部１５ａが形成されて上述した温度計測部１
３がはまるように支持される一方、他方の先端側（図中
下側）は大径部９ａにはまる径大部１５ｂとなって基板
３（下方）へ開口し、径大部１５ｂに合せてこの内径が
広がっている。圧力伝達部材１５には、凹部１５ａ側か
ら中空部１５ｃが径大部１５ｂまで延び、さらに径大部
１５ｂの側壁に形成された引出孔１５ｄを介して取出部
９ｂまで連通されている。

【００１４】圧力伝達部材１５の凹部１５ａにはめられ
た温度計測部１３は、例えば図３に示すように、貫通孔
１７ａを有するリング状のホルダ１７が凹部１５ａ内に
はめ込まれて耐熱性接着剤１９で固定し、ホルダ１７の
先端面側に形成され浅い収納凹部１７ｂに円板状の受熱
板２１をはめ込み、この受熱板２１の裏面周縁部がホル
ダ１７に上述した耐熱性接着剤１９で接着固定されてい
る。そして、圧力伝達部材１５の先端面とともにホルダ
１７の端面および受熱板２１の外表面（接触面）が揃っ
て平坦になっている。

【００１５】この受熱板２１は、受熱部および受圧部と
して機能するもので、キャビティ７内に充填された溶融
樹脂２３の温度や負荷圧力によって容易に変形しないよ
うになっており、その溶融樹脂２３が貫通孔１７ａ内へ
混入するのを防ぐ蓋となっている。なお、受熱板２１の
形状は円形キャップ状その他任意である。受熱板２１
は、熱伝導率が良好で温度変化を敏感に伝える硬い金属
材料、例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の厚さで、ロ
ックウェル硬さ（ＨＲＣ）６０程度の硬さのステンレス
板を成形加工して形成されている。

【００１６】また、受熱板２１を間接的又は直接的に支
持するホルダ１７は、受熱板２１の材料より熱伝導率が
少なくとも０．０１（ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）以下
の機械加工容易な材料、例えばマシーナブルセラミック
ス、ジルコニア、ガラス又は水晶等の無機絶縁材料を成
形加工して形成されている。すなわち、ホルダ１７の熱
伝導率が受熱板２１のそれより１／４〜１／５程度と言
ったように大幅に小さくなっており、受熱板２１の縁周
囲がホルダ１７によって囲まれている。

【００１７】上述した接着剤１９は、所定温度例えば１
５０℃以上でセラミック化する液体又は流体状の耐熱性
無機材料からなる装着手段であり、ホルダ１７の先端面
側および受熱板２１の周囲において、ホルダ１７と受熱
板２１の間に充填されて隙間を発生させず、隙間からは
み出さないようになっている。受熱板２１の内側中央部
には第１の熱電対線２５の温度検出接点が固定されてお
り、第２の熱電対線２７の温度検出接点が凹部１５ａと
中空部１５ｃの境目付近に固定され、第３の熱電対線２
９がホルダ１７外周の凹部１５ａに固定されており、第
１〜第３の熱電対線２５、２７、２９が圧力伝達部材１
５の中空部１５ｃおよび径大部１５ｂを介し、引出孔１
５ｄからケーブル１１を介して外部へ引出されている。
なお、図１では図示を省略した。

【００１８】圧力伝達部材１５は、挿通孔９の大径部９
ａ側から温度計測部１３側を差込むようにして第１の型
板１に挿通され、大径部９ａに径大部１５ｂがはまると
ともに、先端面が受熱板２１とともに第１の型板１の接
触面１ａに面が揃うように配置されている。圧力伝達部
材１５の径大部１５ｂ内には、基板３に載置するように
円板状の圧力計測部３１が、各々の軸を揃えて共軸的な
位置関係で取付けられている。

【００１９】圧力計測部３１は、図４に示すように、基
板３上に公知の手段で固定された公知の構成を有するロ
ードセルである。すなわち、リング部３１ａの内側に板
状の変形部３１ｂが形成され、この変形部３１ｂの中央
部からリング部３１ａよりも片側（上側）へ突出する突
出部３１ｃが軸方向へ突出形成される一方、変形部３１
ｂに電極３１ｄが形成されており、電極３１ｄがケーブ
ル１１を介して外部へ電気的に導出されている。圧力計
測部３１は、例えば温度補償歪みゲージの入った４辺接
着型歪ゲージ式ホイーストンブリッジ回路（図示せず）
を内蔵しており、突出部３１ｃを押圧することによる変
形部３１ｂの変形に応じた電気信号を電極３１ｄから出
力可能になっているが、これ以外に圧力センサとしてフ
ォースセル等公知の負荷センサの使用が可能である。

【００２０】圧力計測部３１の外周には圧力伝達部材１
５の径大部１５ｂがはめられており、圧力計測部３１の
突出部３１ｃには、圧力伝達部材１５の径大部１５ｂの
内底部が当接され、温度計測部１３、特に受熱板２１に
よって受けた溶融樹脂の樹脂圧力が圧力伝達部材１５を
介して受圧部としての突出部３１ｃに伝達され、樹脂圧
の変化に応じた電気信号が出力可能になっている。この
ような温度および圧力複合センサでは、温度計測部１３
を固定した圧力伝達部材１５の一端を、挿通孔９の大径
部９ａ側から第１の型板１へ挿通してキャビティ７内の
溶融樹脂との接触面１ａと揃えて位置させるとともに、
基板３に固定した圧力計測部３１の受圧部としての突出
部３１ｃに当接するようにはめて第１の型板１を基板３
に重ねて構成される。すなわち、第１および第２の型板
１、５および基板３によって例えば金型（型部材）が構
成される。

【００２１】このような本発明の温度および圧力複合セ
ンサでは、筒型（パイプ状）の圧力伝達部材１５の一端
側に温度計測部１３を配置し、第１の型板１における溶
融樹脂２３との接触面１ａに温度計測部１３の受熱板２
１を揃えるようにしてそれを第１の型板１に配置し、基
板３に配置した圧力計測部３１の突出部３１ｃに圧力伝
達部材１５の他端側を当接させる構成としたから、温度
計測部１３では溶融樹脂２３の温度を直接測定するとと
もに樹脂圧力を受け、この樹脂圧力を圧力伝達部材１５
を介して温度計測部１３の直下に共軸的に配置した圧力
計測部３１へ伝達するから、圧力の伝達ロスを極めて小
さく抑えることが可能となり、金型の同一位置における
樹脂温度および樹脂圧力の両者を正確に測定可能となる
うえ、溶融樹脂２３の温度を直接的に測定するから温度
検出の応答性も良好である。なお、温度計測部１３にお
ける溶融樹脂２３との接触面積は既知であることから、
これに基づいて圧力伝達部材１５から圧力計測部３１へ
伝達された圧力を正確に算出することは極めて簡単であ
る。

【００２２】また、温度計測部１３と圧力計測部３１が
圧力伝達部材１５を介して別個に独立して配置できるか
ら、温度計測部１３と圧力計測部３１双方ともに種々の
構成のものを使い分けて使用し易く、従来公知の温度お
よび圧力センサの利用範囲が拡大される。さらに、圧力
計測部３１が高温の樹脂と直接接触させずに離して金型
内に配置されるので、温度ドリフトが問題となる場合に
はその解消ができるから、この点からも正確な圧力測定
が可能となる。しかも、従来のように金型に温度センサ
と圧力センサを別々に配置する構成に比べ、各センサを
設置するための金型加工が半分となり、加工コストが低
減されるうえ狭い同一領域（ポイント）の測定も可能で
ある。

【００２３】このように、本発明の温度および圧力複合
センサでは、金型の同一ポイントにおける樹脂温度およ
び樹脂圧力の両者を正確に測定可能となるから、射出成
形機における射出成形過程、すなわち充填、保圧冷却過
程および型開き過程の全般にわたって正確な温度および
圧力測定が可能となり、適切な温度および圧力制御が容
易となる。

【００２４】ところで、上述した実施の形態では、第１
の熱電対線２５の温度検出接点を受熱板２１の内側中央
部に、第２の熱電対線２７の温度検出接点を凹部１５ａ
と中空部１５ｃの境目付近に、第３の熱電対線２９をホ
ルダ１７外周の凹部１５ａに固定したので、極めて正確
な温度測定が可能である。すなわち、受熱板２１に流入
してくる熱量Ｑを、第２の熱電対線２７の測定点側にそ
の受熱板２１から流出していく熱量Ｑ1 、第３の熱電対
線２９の測定点側にその受熱板２１から流出していく熱
量Ｑ2 で補償して正確な温度測定演算ができるし、温度
測定反応速度が速くなる。第２および第３の熱電対線２
７、２９は補償素子として機能する。

【００２５】また、上述した実施の形態では、圧力伝達
部材１５の径大部１５ｂに圧力計測部３１をはめるよう
にして当接させ、温度計測部１３を支持した圧力伝達部
材１５と圧力計測部３１を一体化させた構成となってい
るが、本発明の複合センサではこれに限定されず、圧力
伝達部材１５を圧力計測部３１に単に当接させて別体構
成とすることも可能である。

【００２６】すなわち、図５に示すように、圧力伝達部
材１５の下部に中空状の径大部１５ｂを設けず、圧力伝
達部材１５本体の外径より大径の基部フランジ１５ｅを
設け、凹部１５ａから延びる中空部１５ｃを基部フラン
ジ１５ｅで屈曲させてこの外周から取出部９ｂへ連通さ
せるとともに、基部フランジ１５ｅの下端面を圧力計測
部３１の突出部３１ｃへ単に当接させた構成とすること
も可能である。そして、圧力計測部３１の電極３１ｄか
らの外部接続リード（図示せず）を、温度計測部１３か
らのケーブル１１は別のケーブル３３を介して外部へ導
出させる構成となっている。

【００２７】ところで、上述した各実施の形態では、温
度計測部１３の受熱板２１、圧力伝達部材１５および圧
力計測部３１の突出部３１ｃが共軸的に位置された構成
となっていたが、本発明では、必ずしもそれらが共軸的
に配置される必要はない。要は、被測定体の温度を測定
する温度計測部１３で受けた圧力を圧力伝達部材１５で
伝達するとともに、この伝達圧力を圧力計測部３１の受
圧部で受けるように構成すれば、本発明の目的達成が可
能である。

【００２８】もっとも、温度計測部１３の受熱部、圧力
伝達部材１５および圧力計測部３１の受圧部を共軸的に
位置した方が被測温体の圧力の伝達ロスが極めて小さく
なって一層正確に圧力測定可能となる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の温度および
圧力複合センサは、型部材において被測温体と接触する
接触面に当該受熱部を揃えて温度計測部を配置し、その
型部材に配置した圧力伝達部材でその温度計測部を支持
するとともにこれで受けた被測温体の圧力を伝達させ、
その型部材に配置した圧力計測部の受圧部でその圧力伝
達部材の伝達圧力を受けるように構成したから、例えば
金型の同一ポイントにおける樹脂温度および樹脂圧力の
両者を正確に測定可能となるうえ、被測温体の温度は直
接的に測定するから温度検出の応答性も良好となる。ま
た、それら温度計測部の受熱部、圧力伝達部材および圧
力計測部の受圧部を共軸的に位置する構成では、温度計
測部で受けた被測温体の圧力を圧力伝達部材がロスなく
正確に伝達可能となり、樹脂圧力をより一層正確に測定
可能となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度および圧力複合センサの実施
の形態を型部材とともに示す要部断面図である。

【図２】図１の圧力伝達部材を示す斜視図である。

【図３】図１の温度計測部および圧力伝達部材を示す断
面図である。

【図４】図１の圧力計測部を示す斜視図である。

【図５】本発明に係る温度および圧力複合センサの他の
実施の形態を型部材とともに示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ 第１の型板（金型：型部材） １ａ、５ａ 接触面 ３ 基板（金型：型部材） ５ 第２の型板（金型：型部材） ７ キャビティ ９ 挿通孔 ９ａ 大径部 ９ｂ 取出部 １１、３３ ケーブル １３ 温度計測部 １５ 圧力伝達部材 １５ａ 凹部 １５ｂ 径大部 １５ｃ 中空部 １５ｄ 引出孔 １５ｅ 基部フランジ １７ ホルダ １７ａ 貫通孔 １７ｂ 凹部 １９ 接着剤 ２１ 受熱板（受熱部） ２３ 溶融樹脂 ２５ 第１の熱電対線 ２７ 第２の熱電対線 ２９ 第３の熱電対線 ３１ 圧力計測部 ３１ａ リング部 ３１ｂ 変形部 ３１ｃ 突出部（受圧部） ３１ｄ 電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 型部材における被測温体に接触する接触
   面に受熱部を揃えて配置され前記被測温体の温度を測定
   する温度計測部と、 この温度計測部を支持するとともに前記型部材に配置さ
   れ、前記温度計測部で受けた前記被測温体の圧力を伝達
   する圧力伝達部材と、 受圧部を有し前記圧力伝達部材を伝達する圧力を前記受
   圧部で受けるよう前記型部材に配置された圧力計測部
   と、 具備することを特徴とする温度および圧力複合センサ。
2. 【請求項２】 前記温度計測部の受熱部、前記圧力伝達
   部材および圧力計測部の受圧部が共軸的に配置されてな
   る請求項１記載の温度および圧力複合センサ。