温度制御装置

【課題】温度制御装置の処理面の温度ムラを低減することを目的とする。
【解決手段】冷却管３ａ，３ｂによって冷却されて生じる処理面１ａにおける高温部分１ａ２と低温部分１ａ１の内、前記低温部分１ａ１の近くの冷却板１内に、ヒータ４を配置し、ヒータ４による加熱を制御して高温部分１ａ２と低温部分１ａ１との温度差を抑制するようにしている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物を少なくとも冷却処理する温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形やプレス成形などでは、金型を加熱または冷却して成形体を製造している(例えば、特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記射出成形やプレス成形などでは、被処理物としての樹脂を金型によって冷却処理するようにしている。
【０００５】
すなわち、金型は、被処理物を冷却処理する冷却板として機能する。
【０００６】
かかる金型等の冷却板では、例えば、冷却板の厚み、冷却板に形成された冷却管やネジ等の取付孔の配置などの種々の要因によって、熱容量の大きい部分と小さい部分等が生じ、冷却板の表面である処理面に温度ムラが生じる。
【０００７】
例えば、図２２の断面図および図２３の斜視図に示す冷却板１’では、一端寄りには、該冷却板１’を支持台等に取付けるためのネジ孔２ａ，２ｂが形成されているために、冷却用の２本の冷却管３ａ，３ｂを、ネジ孔２ａ，２ｂを回避するように配置しており、冷却板１’は、その上面が、被処理物を冷却処理する処理面１ａ’となっている。
【０００８】
この冷却板１’では、各冷却管３ａ，３ｂに冷却水を給水して冷却すると、処理面１ａ’において、冷却管３ａ，３ｂの直上およびその近傍の部分は、冷却管３ａ，３ｂに近いので低温部分１ａ’₁となるのに対して、冷却管３ａ，３ｂが配置されていない部分は、高温部分１ａ’₂となって温度ムラを生じる。
【０００９】
すなわち、図２４に示すように、冷却が開始されると、２本の冷却管３ａ，３ｂが形成されている部分の上方の表面は、低温となり、冷却管３ａ，３ｂが形成されていない部分の上方の表面は、高温となり、温度ムラが生じる。
【００１０】
また、例えば、図２５の断面図及び図２６の斜視図に示すように、厚さが薄い部分と厚い部分とがあるような冷却板５’’の場合には、例えば、４本の冷却管６ａ〜６ｄを等間隔に配置しても、冷却板５’’の冷却管６ａ〜６ｄに冷却水を流して冷却板５’’を冷却すると、処理面５ａ’’において、冷却板５’’の厚みが薄い部分は、熱容量が小さいので低温部分５ａ₁’’となるのに対して、厚みの厚い部分は、高温部分５ａ₂’’となって温度ムラを生じる。
【００１１】
更に、例えば、図２７の断面図及び図２８の斜視図に示すように、冷却板８’が均一な厚みであって、例えば、２本の冷却管９ａ，９ｂを等間隔に配置しても、冷却板８’の冷却管９ａ，９ｂに冷却水を流して冷却板８’を冷却すると、処理面８ａ’において、冷却管９ａ，９ｂの直上の部分は、冷却管９ａ，９ｂの近傍であるので低温部分８ａ₁となるのに対して、それ以外の部分は、冷却管９ａ．９ｂから離れるので、高温部分８ａ₂となって温度ムラを生じる。
【００１２】
以上のような冷却板の温度ムラによって、処理後の製品に反りが生じたり、表面の品質の悪化などが生じることになる。
【００１３】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、被処理物を少なくとも冷却処理する温度制御装置の温度ムラを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明の温度制御装置は、被処理物を冷却処理する処理面を有する処理体と、該処理体内に設けられて前記処理面を冷却する冷却部とを備える温度制御装置であって、前記冷却部によって冷却されて生じる前記処理面における高温部分と低温部分の内、前記低温部分の近くの前記処理体内に、加熱部を配置し、該加熱部による加熱を制御して前記高温部分と前記低温部分との温度差を抑制する。
【００１５】
処理体の形状は、特に限定はなく、板状であってもよいし、筒状であってもよく、その厚みが変化するものであってもよい。
【００１６】
処理面の形状も特に限定はなく、平坦であってもよいし、段差や凹凸があってもよい。
【００１７】
低温部分及び高温部分は、処理面において、最も低温である部分及び最も高温である部分が好ましいが、これに限らず、相対的に温度が低い部分及び温度が高い部分であってもよい。
【００１８】
本発明の温度制御装置によると、冷却部の冷却によって生じる低温部分の近くには、加熱部を配置してその加熱を制御するので、処理面における高温部分と低温部分との温度差を抑制して温度ムラを低減することができる。
【００１９】
なお、高温部分および低温部分は、次式で定義される冷却密度を用いて冷却密度の高い部分および冷却密度の低い部分ということもできる。
【００２０】
冷却密度＝冷却面積／熱容量
ここで、冷却面積とは、処理体における冷却部の冷媒との接触表面積をいい、熱容量とは、冷却部表面の各部分で担う処理体の熱容量の合計をいう。
【００２１】
なお、この冷却密度、冷却面積及び熱容量については、更に後述する。
【００２２】
したがって、本発明の温度制御装置は、被処理物を冷却処理する処理面を有する処理体と、該処理体内に設けられて前記処理面を冷却する冷却部とを備える冷却処理装置であって、冷却密度の高い処理面の近くに加熱部を配置し、冷却時に加熱部による加熱を行って温度ムラを抑制する、ということもできる。
【００２３】
（２）本発明の温度制御装置の一つの実施態様では、前記冷却部が、冷却用流体が流通する冷却流路であり、前記加熱部が、電気的ヒータである。
【００２４】
この実施形態によると、電気的ヒータによって、冷却流路の近傍の処理面における低温部分を加熱することによって、高温部分と低温部分との温度差を抑制して温度ムラを低減することができる。
【００２５】
（３）本発明の温度制御装置の他の実施形態では、前記低温部分が、前記冷却部の近くの処理面であり、前記低温部分と前記冷却部との間に、前記加熱部を配置する。
【００２６】
この実施態様によると、低温部分と冷却部との間に配置された加熱部によって低温部分を加熱して該低温部分と高温部分との温度差を抑制して温度ムラを低減することができる。
【００２７】
なお、本発明の他の実施態様として、高温部分の近くにも加熱部を配置し、この高温部分の近くの加熱部と、低温部分の近くの加熱部との加熱の度合いを制御する、具体的には、低温部分の近くの加熱部による加熱を強めるようにして温度ムラを抑制してもよい。
【００２８】
（４）本発明の温度制御装置の更に他の実施態様では、前記高温部分の温度を検出する高温部分用温度センサと、前記低温部分の温度を検出する低温部分用温度センサと、前記両温度センサの検出出力に基づいて、前記加熱部による加熱を制御する制御部とを備えている。
【００２９】
この実施態様によると、両温度センサによって検出される高温部分の温度と低温部分の温度との温度差を抑制するように加熱部を制御することができ、これによって、処理面における温度ムラを低減することができる。
【００３０】
（５）上記（４）の実施態様では、前記制御部は、前記加熱部を制御して、前記冷却部によって冷却されて生じる前記処理面における高温部分と低温部分との温度差とは逆の温度差が生じるように、前記冷却部による冷却の前に、予め加熱してもよい。
【００３１】
この実施態様によると、冷却部による冷却によって生じる高温部分と低温部分との温度差とは逆の温度差を、加熱部による加熱によって予め生じさせているので、冷却時には、温度差が相殺されて温度ムラを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る温度制御装置の要部である冷却板の断面図である。
【図２】図１の冷却板の斜視図である。
【図３】図１の冷却板の処理面の温度変化を示す図である。
【図４】冷却板の断面構造を示す図である。
【図５】図４の冷却板の熱容量及び冷却面積を示す図である。
【図６】図４の冷却板の冷却密度を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る温度制御装置の要部である冷却板の断面図である。
【図８】図７の冷却板の斜視図である。
【図９】図７の冷却板の処理面の温度変化を示す図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る温度制御装置の要部である冷却板の断面図である。
【図１１】図１０の冷却板の斜視図である。
【図１２】図１０の冷却板の処理面の温度変化を示す図である。
【図１３】本発明の更に他の実施形態に係る温度制御装置の要部である冷却板の断面図である。
【図１４】図１３の冷却板の斜視図である。
【図１５】図１３の冷却板の処理面の温度変化を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施形態の温度制御装置の概略構成図である。
【図１７】本発明の更に他の実施形態の温度制御装置の概略構成図である。
【図１８】本発明の他の実施形態の温度制御装置の概略構成図である。
【図１９】図１８の目標温度差を説明するための処理面の温度変化を示す図である。
【図２０】図１８の冷却板の処理面の温度変化を示す図である。
【図２１】本発明の他の実施形態を説明するためのシリンダの断面図である。
【図２２】従来例の冷却板の断面図である。
【図２３】図２２の斜視図である。
【図２４】図２２の処理面の温度変化を示す図である。
【図２５】他の従来例の断面図である。
【図２６】図２５の斜視図である。
【図２７】更に他の従来例の断面図である。
【図２８】図２７の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３４】
（実施形態１）
図１は、本発明の一つの実施形態に係る温度制御装置の要部である冷却板の断面図であり、図２は、その斜視図である。
【００３５】
この実施形態の冷却板１は、矩形板状であって、その一辺寄りの下面側の二箇所には、ネジ孔２ａ，２ｂが形成されており、これらネジ孔２ａ，２ｂを回避するように、冷却水が流通する２本の冷却管３ａ，３ｂが水平方向に配置されている。冷却板１は、その上面が、被処理物を冷却処理する処理面１ａとなっている。
【００３６】
この冷却板１の冷却管３ａ，３ｂに冷却水を流して冷却板１を冷却すると、処理面１ａにおいて、冷却管３ａ，３ｂの直上およびその近傍の部分は、冷却管３ａ，３ｂに近いので低温部分１ａ₁となるのに対して、その他の部分は、高温部分１ａ₂となって温度ムラを生じる。
【００３７】
そこで、この実施形態では、この温度ムラを低減するために、２本の冷却管３ａ，３ｂが形成されている部分の上方には、フィルム状のヒータ４を設けており、冷却が開始されると、このヒータ４で加熱することによって、冷却管３ａ，３ｂが形成されている部分の上方の処理面、すなわち、低温部分１ａ₁が冷え過ぎないようにしている。
【００３８】
図３は、処理面の温度変化を示す図である。この図３に示すように、冷却開始後の高温部分と低温部分との温度ムラは、上述の図２４の従来例に比べて低減される。
【００３９】
この実施形態では、ヒータ４を冷却板１内に配置するために、冷却板１を、上板１₁と、冷却管３ａ，３ｂが形成された下板１₂とによって構成しており、その間に、フィルム状のヒータ４を配置するようにしている。
【００４０】
この実施形態の温度制御装置は、次式で定義される冷却密度を用いると、冷却密度の高い処理面１ａ₁の近くにヒータ４を配置し、冷却時にヒータ４による加熱を行って温度ムラを抑制するものである。
【００４１】
冷却密度＝冷却面積／熱容量
ここで、冷却面積とは、処理体における冷却部の冷媒との接触表面積をいい、熱容量とは、冷却部表面の各部分で担う処理体の熱容量の合計をいう。
【００４２】
これら用語の意義を明確にするために、図４に示すような厚みが階段状に変化する断面構造の冷却板を考える。この冷却板には、３本の冷却管が配置されている。
【００４３】
この場合、上述の熱容量は、図５の細線に示されるようになり、上述の冷却面積は、図５の太線で示されるようになる。
【００４４】
したがって、上述の冷却密度は、図６に示されるようになる。
【００４５】
この実施形態では、冷却密度の高い冷却管３ａ，３ｂの直上に両冷却管３ａ，３ｂに亘るようにヒータ４を配置してその加熱を制御していることになる。
【００４６】
（実施形態２）
図７は、本発明の他の実施形態に係る温度制御装置の要部である冷却板５の断面図であり、図８は、その斜視図である。
【００４７】
この実施形態の冷却板５は、厚さが薄い部分と厚さが厚い部分とからなり、階段状に形成されており、４本の冷却管６ａ〜６ｃが、左右方向に等間隔に配置されている。冷却板５は、その上面が、被処理物を冷却処理する処理面５ａとなっている。
【００４８】
この冷却板５の冷却管６ａ〜６ｄに冷却水を流して冷却板５を冷却すると、処理面５ａにおいて、冷却板５の厚みが薄い部分は、熱容量が小さいので低温部分５ａ₁となるのに対して、厚みの厚い部分は、高温部分５ａ₂となって温度ムラを生じる。
【００４９】
この実施形態では、厚さが薄い低温部分５ａ₁と、厚さが厚い高温部分５ａ₂との温度ムラを低減するために、厚さが薄い低温部分の２本の冷却管６ａ，６ｂの上方には、フィルム状のヒータ７を設けており、冷却時には、このヒータ７で加熱することによって、厚さが薄い低温部分５ａ₁が冷え過ぎないようしている。
【００５０】
図９は、処理面の温度変化を示す図である。冷却開始後の高温部分と低温部分との温度ムラは、上述の図２５の従来例に比べて低減される。
【００５１】
この実施形態も上述の実施形態と同様に、ヒータ７を冷却板５内に配置するために、冷却板５を、上板と下板とによって構成しており、その間に、フィルム状のヒータ７を配置するようにしている。
【００５２】
この実施形態では、冷却板５の処理面５ａ側に段差があったけれども、本発明の他の実施形態として、図１０及び図１１に示すように、冷却板５’の裏面側に段差がある場合にも同様に適用することができるものであり、厚さが薄い部分の冷却管６ａ，６ｂの上方に、フィルム状のヒータ７を設けて加熱することによって、図１２に示すように、冷却開始後の高温部分と低温部分との温度ムラは、低減される。
【００５３】
（実施形態３）
図１３は、本発明の他の実施形態に係る温度制御装置の要部である冷却板８の断面図であり、図１４は、その斜視図である。
【００５４】
この実施形態の冷却板８は、均一な厚みであって、２本の冷却管９ａ，９ｂを等間隔に配置している。
【００５５】
この冷却板８の冷却管９ａ，９ｂに冷却水を流して冷却板８を冷却すると、処理面８ａにおいて、冷却管９ａ，９ｂの直上の部分は、冷却管９ａ，９ｂの近傍であるので低温部分８ａ₁となるのに対して、それ以外の部分は、冷却管９ａ．９ｂから離れるので、高温部分８ａ₂となって温度ムラを生じる。
【００５６】
この実施形態では、冷却管９ａ，９ｂの直上の低温部分８ａ₁と、その他の高温部分８ａ₂との温度ムラを低減するために、２本の冷却管９ａ，９ｂの直上には、フィルム状のヒータ１０ａ，１０ｂをそれぞれ設けており、各ヒータ１０ａ，１０ｂで加熱することによって、冷却管９ａ，９ｂの直上の低温部分８ａ₁が冷え過ぎないようし、これによって、冷却板８の処理面８ａの温度を均一になるようにし、図１５に示すように、冷却管９ａ，９ｂの直上の低温部分８ａ₁と、高温部分８ａ₂との温度ムラを低減するようにしている。
【００５７】
なお、この実施形態の構成に加えて、図１６に示すように、各ヒータ１０ａ，１０ｂと、各ヒータ１０ａ，１０ｂに電源を供給するヒータ電源１１との間のスイッチ１２を、水冷開始信号によってＯＮして通電し、水冷停止信号によってＯＦＦして通電を停止するようにしてもよい。
【００５８】
（実施形態４）
図１７は、本発明の他の実施形態の温度制御装置の概略構成図であり、上述の図１６に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００５９】
この実施形態では、上述の図１６の実施形態と同様に、２本の冷却管９ａ，９ｂの直上には、フィルム状のヒータ１０ａ，１０ｂを設けている。
【００６０】
更に、この実施形態では、冷却管９ｂの直上の低温部分８ａ₁の近くと、冷却管９ａ，９ｂ孔の間の上方の高温部分８ａ₂の近くとに、それぞれ温度センサ１３ａ，１３ｂをそれぞれ配置し、両温度センサ１３ａ，１３ｂの検出温度の差を、ＰＩＤ制御部１４に与え、温度差がなくなるように、各ヒータ１０ａ，１０ｂの操作量を調整して加熱を制御して温度ムラを低減するようにしている。
【００６１】
（実施形態５）
図１８は、本発明の他の実施形態の温度制御装置の構成図であり、上述の図１４に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００６２】
この実施形態では、上述の図１７の実施形態と同様に、２本の冷却管９ａ，９ｂの直上には、フィルム状のヒータ１０ａ，１０ｂを設けると共に、冷却管９ｂの直上の低温部分８ａ１の近くと、冷却管９ａ，９ｂの間の上方の高温部分８ａ２の近くとに、それぞれ温度センサ１３ａ，１３ｂをそれぞれ配置している。
【００６３】
更に、この実施形態では、冷却管９ｂの直上の低温部分８ａ₁の近くの温度センサ１３ｂの検出温度と、冷却管９ａ，９ｂの間の上方の高温部分８ａ₂の近くの温度センサ１３ａの検出温度との温度差を、目標温度差となるように、ＰＩＤ制御部１４によって、各ヒータ１０ａ，１０ｂの操作量を調整して加熱を制御するようにしている。
【００６４】
ヒータ１０ａ，１０ｂで加熱することなく、冷却管９ａ，９ｂに冷却水を流して冷却を行った場合には、冷却管９ａ，９ｂの直上の低温部分８ａ₁と、冷却管９ａ，９ｂの間の上方の高温部分８ａ₂とでは、図１９に示す温度ムラ、すなわち、温度差が生じる。
【００６５】
この実施形態では、図１９の温度差とは、逆の温度差を、目標温度差とし、図２０に示すように、予め、冷却の前に、この目標温度差となるように、各ヒータ１０ａ，１０ｂの加熱を制御し、冷却管９ａ，９ｂに冷却水を流して冷却を開始した場合には、冷却によって生じる温度差を相殺して温度ムラを低減するようにしている。
【００６６】
この実施形態では、先ず、ヒータ１０ａ，１０ｂによる加熱をしない状態で、冷却時の温度ムラの大きさを、両温度センサ１３ａ，１３ｂによって検出する。
【００６７】
この検出された温度差とは、逆の温度差を目標温度差として、冷却前に、ヒータ１０ａ，１０ｂの加熱を制御し、正負逆の温度分布を生じさせ、その後、冷却を開始して温度ムラを相殺する。
【００６８】
上述の各実施形態では、各種成形用の金型等に好適な冷却板に適用した説明したけれども、本発明は、板状に限らず、例えば、図２１に示すように、射出成形等の筒状のシリンダ１５にも適用できるものである。すなわち、シリンダ１５の壁には、冷却用の冷却管１６が配置されているので、上述の実施形態と同様にヒータ１７を配置し、処理面であるシリンダ１５の内周面１５ａの冷却時の温度ムラを抑制してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１，５，５’，５’’．８，８’ 冷却板
３ａ，３ｂ，６ａ〜６ｄ，９ａ，９ｂ，１６冷却管
４，７，１０ａ，１０ｂ，１７ヒータ
１３ａ，１３ｂ温度センサ
１４ＰＩＤ制御部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を冷却処理する処理面を有する処理体と、該処理体内に設けられて前記処理面を冷却する冷却部とを備える温度制御装置であって、
前記冷却部によって冷却されて生じる前記処理面における高温部分と低温部分の内、前記低温部分の近くの前記処理体内に、加熱部を配置し、該加熱部による加熱を制御して前記高温部分と前記低温部分との温度差を抑制することを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記冷却部が、冷却用流体が流通する冷却流路であり、
前記加熱部が、電気的ヒータである、
請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記低温部分が、前記冷却部の近くの処理面であり、前記低温部分と前記冷却部との間に、前記加熱部を配置する、
請求項１または２に記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記高温部分の温度を検出する高温部分用温度センサと、
前記低温部分の温度を検出する低温部分用温度センサと、
前記両温度センサの検出出力に基づいて、前記加熱部による加熱を制御する制御部と、
を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記加熱部を制御して、前記冷却部によって冷却されて生じる前記処理面における高温部分と低温部分との温度差とは逆の温度差が生じるように、前記冷却部による冷却の前に、予め加熱する、
請求項４に記載の温度制御装置。

【図１】