(57)【要約】【目的】ヒータ機能が損なわれるのを防止しつつ、加熱対象物の温度を設定温度まで迅速に上昇させる。【構成】複数の加熱領域１２ａ〜１２ｄに対して目標温度を段階的に上昇するように設定し、温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が目標温度の各段階に達するごとにヒータ２４に印加する電圧を段階的に上昇させる。このとき、前段階の電圧上昇から所定時間を経過したときにだけ次段階の電圧上昇を実行する。したがって、加熱対象物１２の全体を迅速かつ確実に昇温させることができ、また、ヒータ２４の急加熱による損傷等を防止できる。【選択図】              図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象物に設定された複数の加熱領域のそれぞれにヒータを装着し、前記加熱領域を個別に加熱する加熱方法において、
目標温度を段階的に上昇するように設定し、温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が前記目標温度の各段階に達するごとに前記ヒータに印加する電圧を上昇させるようにしたことを特徴とする、加熱方法。
【請求項２】
温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が前記目標温度に達し、かつ、前段階の電圧上昇から所定時間を経過した後に次段階の電圧上昇を実行するようにした、請求項１に記載の加熱方法。
【請求項３】
加熱対象物に設定された複数の加熱領域を個別に加熱するヒータ、
前記複数の加熱領域の温度を個別に検出する温度検出手段、
前記ヒータに電圧を印加する電源、
目標温度を段階的に上昇するように設定する目標温度設定手段、
温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が前記目標温度の各段階に達するごとに前記ヒータに印加する電圧を上昇させる電圧制御手段を備える、加熱装置。
【請求項４】
前記電圧制御手段は、温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が前記目標温度に達し、かつ、前段階の電圧上昇から所定時間を経過した後に次段階の電圧上昇を実行する、請求項３に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイカストマシンと溶解炉とをつなぐ湯道管等のような加熱対象物の温度を上昇させるための加熱方法および加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型・薄肉のダイカスト製品の製造においては、溶解炉とダイカストマシンとを湯道管を介して連通し、溶解炉内の溶湯（アルミニウム，マグネシウム等）を湯道管に通してダイカストマシンへ供給する給湯方法が用いられている。
【０００３】
この給湯方法では、溶湯の固化を防止するために湯道管を所定温度に加熱する必要があり、また、ダイカスト製品の加工精度を高めるために湯道管の温度管理を精密に行う必要がある。
【０００４】
そこで従来では、湯道管に複数の加熱領域を設定し、各加熱領域をヒータによって個別に加熱するようにした加熱方法および加熱装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１４４０１２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術（特許文献１参照）によれば、各加熱領域の温度を精密に制御できるものの、湯道管を加熱する初期段階において、各加熱領域の温度を設定温度まで如何にして上昇させるかについては全く考慮されていなかった。
【０００７】
そのため、湯道管の外面に巻かれたヒータに大電圧を印加して湯道管の温度を急激に上昇させた場合には、ヒータが断線したり、湯道管とヒータとの間に隙間が生じたりして、ヒータ機能が損なわれるおそれがあった。一方、湯道管の温度を緩やかに上昇させた場合には、ヒータ機能が損なわれるのを防止できるものの、各加熱領域の温度が設定温度に達するまでに長時間を要するおそれがあった。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、ヒータ機能が損なわれるのを防止しつつ、加熱対象物の温度を設定温度まで迅速に上昇させることができる、加熱方法および加熱装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明は、「加熱対象物１２に設定された複数の加熱領域１２ａ〜１２ｄのそれぞれにヒータ２４を装着し、加熱領域１２ａ〜１２ｄを個別に加熱する加熱方法において、目標温度を段階的に上昇するように設定し、温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が目標温度の各段階に達するごとにヒータ２４に印加する電圧を上昇させるようにしたことを特徴とする、加熱方法」である。
【００１０】
この発明では、ヒータ２４に印加する電圧を段階的に上昇させることになるので、ヒータ２４が急激に加熱される心配はなく、ヒータ２４の断線等は生じない。また、温度上昇の最も遅い加熱領域に着目し、その温度が目標温度の各段階に達するごとにヒータ２４に印加する電圧を上昇させているので、加熱対象物１２の全体を迅速かつ確実に昇温させることができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、「温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が目標温度に達し、かつ、前段階の電圧上昇から所定時間を経過した後に次段階の電圧上昇を実行するようにした」ことを特徴とする。
【００１２】
この発明では、目標温度に達したときでも、前段階の電圧上昇から所定時間を経過していないときは電圧が上昇されないので、ヒータ２４が急激に加熱されるのを確実に防止できる。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、「加熱対象物１２に設定された複数の加熱領域１２ａ〜１２ｄを個別に加熱するヒータ２４、複数の加熱領域１２ａ〜１２ｄの温度を個別に検出する温度検出手段２６、ヒータ２４に電圧を印加する電源４８、目標温度を段階的に上昇するように設定する目標温度設定手段３４，３２、温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が目標温度の各段階に達するごとにヒータ２４に印加する電圧を上昇させる電圧制御手段３２，４６を備える、加熱装置１０」である。
【００１４】
この発明は、請求項１に記載した方法を実施するための装置である。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した発明において、「電圧制御手段３２，４６は、温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が目標温度に達し、かつ、前段階の電圧上昇から所定時間を経過した後に次段階の電圧上昇を実行する」ことを特徴とする。
【００１６】
この発明は、請求項２に記載した方法を実施するための装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、この発明が適用された加熱装置１０は、図２に示すような加熱対象物としての湯道管１２を所定温度に加熱するためのものである。ただし、加熱対象物としては、湯道管１２に限定されるものではなく、広い範囲を同時かつ迅速に加熱する必要のあるものであれば何でもよい。
【００１８】
ここで、湯道管１２（図２）は、図示しないダイカスト装置において、ダイカストマシン（図示省略）と溶解炉１４とをつなぐものであり、垂直部１２ａ，水平部１２ｂ，傾斜部１２ｃおよびノズル接続部１２ｄによって構成される。そして、垂直部１２ａの下端には、溶解炉１４の坩堝１４ａ内に配置された給湯ポンプ１６が接続され、ノズル接続部１２ｄにはダイカストマシンの受湯口に溶湯を注ぎ込むためのノズル１８が接続される。
【００１９】
給湯ポンプ１６は、図２に示すように、ポンプ部２０とバルブ部２２とによって構成される。
【００２０】
ポンプ部２０は、坩堝１４ａ内で加熱溶融されたダイカスト金属（アルミニウム，マグネシウム等）の溶湯を湯道管１２に通してダイカストマシンへ与えるものであり、ポンプシリンダ２０ａと、ポンプシリンダ２０ａ内に摺動自在に配置されたピストン２０ｂと、ピストン２０ｂを往復運動させるための駆動装置（油圧シリンダ，空気シリンダ等）２０ｃとによって構成される。
【００２１】
一方、バルブ部２２は、ポンプ部２０の出口ａを坩堝１４ａの内部に連通させるか、あるいは湯道管１２に連通させるかを切り替えるものであり、バルブハウジング２２ａと、切替バルブ２２ｂと、切替バルブ２２ｂを回動させるためのロータリアクチュエータ２２ｃとによって構成される。
【００２２】
給湯ポンプ１６を用いて溶湯をダイカストマシンへ供給する際には、まず、バルブ部２２を操作してポンプ部２０の出口ａを坩堝１４ａの内部空間に連通させ、続いて、ポンプ部２０を操作してポンプシリンダ２０ａ内に坩堝１４ａ内の溶湯を取り込む。そして、バルブ部２２を操作してポンプ部２０の出口ａを湯道管１２に連通させる。その後、ポンプ部２０を操作してポンプシリンダ２０ａ内の溶湯を出口ａから吐出させ、これを湯道管１２に通してダイカストマシンの金型へ注ぎ込む。
【００２３】
なお、湯道管１２，給湯ポンプ１６およびダイカストマシンを含むダイカスト装置の全体構造は、本件出願人の出願に係る特開２００２−１４４０１２号公報に詳しい。
【００２４】
加熱装置１０は、図１および図２に示すように、複数（この実施例では４本）のヒータ２４と、複数（この実施例では４個）の温度検出器２６と、制御部２８とによって構成される。
【００２５】
各ヒータ２４は、湯道管１２の各加熱領域、すなわち垂直部１２ａ，水平部１２ｂ，傾斜部１２ｃおよびノズル接続部１２ｄの外面に装着されて、これらを個別に加熱するものである。ヒータ２４の種類は特に限定されるものではないが、バンドヒータやシーズヒータ等のような装着が容易で、かつ、各加熱領域の全体をむら無く加熱できるものを用いることが望ましい。
【００２６】
各温度検出器２６は、湯道管１２の各加熱領域、すなわち垂直部１２ａ，水平部１２ｂ，傾斜部１２ｃおよびノズル接続部１２ｄの温度を個別に検出するための「温度検出手段」として機能するものであり、各加熱領域の外面に装着されて用いられる。温度検出器２６の種類は特に限定されるものではないが、熱電対や測温抵抗体等のような取扱いが容易で、かつ、応答性のよいものを用いることが望ましい。
【００２７】
制御部２８は、図１に示すように、タイマ３０を内蔵したＣＰＵ３２を含み、ＣＰＵ３２には、入力装置３４，表示装置３６，警報装置３８，記憶装置４０，温度検出器用インターフェイス４２，ＳＳＣ用インターフェイス４４および三相電力調整器４６が接続される。そして、三相電力調整器４６の入力端子には電源４８が接続され、出力端子には複数のＳＳＣ（ソリッドステートリレー）５０を介してヒータ２４が接続される。さらに、ＳＳＣ用インターフェイス４４の出力端子には、各ＳＳＣ５０が接続され、温度検出器用インターフェイス４２の入力端子には、各温度検出器２６が接続される。
【００２８】
ＣＰＵ３２は、各加熱領域を温度制御するための各種演算を実行するものである。ＣＰＵ３２は、入力装置３４と協働して後述の「目標温度」を設定する「目標温度設定手段」として機能し、また、三相電力調整器４６と協働して後述の「ヒータ電圧」を制御する「電圧制御手段」として機能する。
【００２９】
入力装置３４は、温度制御のための各種データを入力するものであり、具体的には、キーボードやテンキー等が入力装置３４として用いられる。表示装置３６は、温度管理に必要な各種情報を表示するものであり、具体的には、オシロスコープやプリンタ等が表示装置３６として用いられる。警報装置３８は、温度制御時に異常を検知したときに警報を発するものであり、具体的には、ブザーやランプ等が警報装置３８として用いられる。
【００３０】
記憶装置４０は、各種入力データや演算結果を記憶するものであり、温度検出器用インターフェイス４２は、温度検出器２６で得られたアナログ信号をデジタル信号に変換するものであり、ＳＳＣ用インターフェイス４４はＣＰＵから与えられたデジタル信号をアナログ信号に変換するものである。
【００３１】
電源４８は、各ヒータ２４に対して電力を供給するものであり、この実施例では、「２２０Ｖの三相交流電源」が電源４８として用いられる。ただし、電源４８の電圧や種類はこの実施例に限定されるものではない。
【００３２】
三相電力調整器４６は、電源４８から与えられた電源電圧（２２０Ｖ）をＣＰＵ３２から与えられた電圧（以下、「指令電圧」という。）に応じた割合で減圧することにより、ヒータ２４に与える電圧（以下、「ヒータ電圧」という。）を生成するものである。この実施例において、指令電圧と減圧割合（％）との関係は表１のように設定され、たとえば指令電圧が２．０Ｖのときに電源電圧（２２０Ｖ）の２５％（５５Ｖ）がヒータ電圧として出力され、指令電圧が４．５Ｖのときに電源電圧（２２０Ｖ）の８８％（１９４Ｖ）がヒータ電圧として出力される。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
各ＳＳＣ５０は、ＳＳＣ用インターフェイス４４からの信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦされるものであり、ＳＳＣ５０がＯＮのときにはヒータ２４に対する通電が継続され、ＳＳＣ５０がＯＦＦのときにはヒータ２４に対する通電が停止される。したがって、ＳＳＣ５０のＯＮ／ＯＦＦ動作を適切に制御すれば、各加熱領域の温度を一定に保持することができる。
【００３５】
加熱装置１０（図１）を用いて湯道管１２を加熱する際には、まず、入力装置３４から各加熱領域に対応する「設定温度」を入力するとともに、表１に従って、「切替温度」，「待機時間」および「指令電圧」を入力し、これらの入力データを記憶装置４０に記憶させる。
【００３６】
ここで、「設定温度」とは、定常状態における各加熱領域の温度を意味し、加熱領域の温度が設定温度に達すると、ＳＳＣ５０のＯＮ／ＯＦＦ動作が実行されて設定温度が保持される。つまり、加熱領域の温度が設定温度に達したときは、その加熱領域の昇温動作が終了され、保温動作が実行される。
【００３７】
「切替温度」とは、制御動作の段階（以下、「制御段階」という。）をＡ→Ｂ→Ｃ→…Ｋ→Ｌ（表１）と切り替えていくための契機となる温度であり、この実施例では、５０℃から６００℃まで５０℃間隔で切替温度が設定される。そして、温度上昇の最も遅い加熱領域（以下、「基準領域」という。）の温度が切替温度に達し、かつ、以下の待機時間が経過したことを条件として、制御段階が切り替えられる。たとえば、基準領域の温度が切替温度５０℃に達すると、待機時間が経過たことを条件として、制御段階がＡからＢへ切り替えられる。
【００３８】
「指令電圧」は、制御段階ごとに設定され、この実施例では、表１に示すように、連続する２つの制御段階ＡＢ，ＣＤ，ＥＦ，ＧＨ，ＩＪ，ＫＬに対して同じ大きさの指令電圧が設定される。したがって、「切替温度」の中の１００℃，２００℃，３００℃，４００℃，５００℃が、「指令電圧を上昇させるための契機となる温度」となる。これらの温度は、各加熱領域を昇温させる際の目標となるため、以下には、これらの温度を「目標温度」と称することにする。
【００３９】
なお、各制御段階に対して如何なる大きさの指令電圧を設定するかは適宜変更可能であり、全ての制御段階に対して異なる大きさの指令電圧を設定するようにしてもよい。ただし、「各加熱領域を設定温度まで迅速に昇温させる」という目的を達成するためには、指令電圧を段階的に上昇させていく必要がある。したがって、全ての制御段階に対して異なる大きさの指令電圧を設定した場合には、「切替温度」と「目標温度」とが一致することになる。
【００４０】
「待機時間」とは、制御動作の段階をＡ→Ｂ→Ｃ→…Ｋ→Ｌと切り替える契機となる時間であり、また、指令電圧を上昇させるための契機となる時間でもある。待機時間は、図５に示すように、基準領域の温度が各切替温度に達した時点から計測され、待機時間が経過しない間は、基準領域の温度が次段階の切替温度に達したとしても制御段階は切り替えられない。
【００４１】
この実施例における待機時間は１５分に設定されるので、制御段階Ｃ，Ｅ，Ｇ，Ｉにおいて指令電圧が上昇された後は、基準領域の温度が次段階の切替温度（目標温度ではない）である１５０℃，２５０℃，３５０℃，４５０℃に達し、かつ、待機時間１５分が経過したときに次段階の制御段階Ｄ，Ｆ，Ｈ，Ｊへ移行される（図５）。そして、基準領域の温度がさらに次段階の切替温度（目標温度）である２００℃，３００℃，４００℃，５００℃に達し、かつ、待機温度１５分が経過したときにさらに次段階の制御段階Ｅ，Ｇ，Ｉ，Ｋへ移行され、指令電圧が上昇されるとともにヒータ電圧が上昇される。
【００４２】
このように、ヒータ電圧については、前段階の電圧上昇から所定時間（少なくとも１５分）を経過した後に次段階の電圧上昇が実行されることになる。なお、待機時間の長さは、ヒータ２４の急加熱による弊害を防止する観点から決定されるものであり、この実施例の１５分に限定されるものではない。
【００４３】
データ入力が完了すると、加熱装置１０の図示しない駆動スイッチをＯＮして、各加熱領域を加熱する。以下には、図３のフロー図に従って、加熱装置１０を用いた加熱方法について説明する。
【００４４】
加熱動作を開始した直後では、各加熱領域の温度は室温程度であるため、表１における制御段階Ａが実行され、指令電圧２．０Ｖに基づいて各ヒータ２４に対してヒータ電圧５５Ｖが印加される。そして、ステップＳ１において、各加熱領域の温度が温度検出器２６によって検出され、ステップＳ３において、制御段階Ａの開始時点からの経過時間がタイマ３０によってカウントされる。
【００４５】
次のステップＳ５では、基準領域の温度が切替温度に達したか否かが判断され、「ＹＥＳ」と判断されるとステップＳ７へ進み、「ＮＯ」と判断されると待機される。最初の制御段階Ａでは、図４および図５に示すように、ノズル接続部１２ｄの温度上昇が最も遅いため、ノズル接続部１２ｄが「基準領域」とされ、その温度が５０℃に達したときに、ステップＳ５において「ＹＥＳ」と判断される。
【００４６】
続くステップＳ７では、待機時間が経過したか否かが判断され、「ＹＥＳ」と判断されるとステップＳ９において制御段階が切り替えられ、「ＮＯ」と判断されると待機される。つまり、基準領域の温度が切替温度に達し、かつ、待機時間が経過したときにだけ制御段階が切り替えられる。
【００４７】
ステップＳ９において制御段階が切り替えられると、制御段階ごとに設定された指令電圧が読み出され、ステップＳ１１において、指令電圧が上昇したか否かが判断される。そして、「ＹＥＳ」と判断されると、ステップＳ１３において「異常検知動作」を実行した後、ステップＳ１５へ進み、「ＮＯ」と判断されると、そのままステップＳ１５へ進む。
【００４８】
ステップＳ１３における「異常検知動作」では、「新たな制御段階の開始時点からの経過時間」と「基準領域の上昇温度」とが検出され、新たな制御段階の開始時点から所定時間が経過したにも拘わらず基準領域の温度上昇がない場合には、「異常が発生した」と判断されて警報装置３８から警報（音，光等）が発せられる。
【００４９】
ステップＳ１５では、各加熱領域の中で設定温度まで昇温したものが存在するか否かが判断される。そして、「ＹＥＳ」と判断されると、ステップＳ１７において、設定温度まで昇温した加熱領域に対して保温動作が実行された後、ステップＳ１９へ進み、「ＮＯ」と判断されると、そのままステップＳ１９へ進む。
【００５０】
ステップＳ１７における「保温動作」では、設定温度まで昇温した加熱領域のヒータ２４がＳＳＣ５０によりＯＮ／ＯＦＦされ、その加熱領域の温度が一定に保持される。そして、保温動作に移行された加熱領域は、基準領域の対象から除外される。
【００５１】
ステップＳ１９では、制御段階が最終段階Ｌであるか否かが判断され、「ＮＯ」と判断されると、ステップＳ１へ戻る。制御段階Ｂの状態でステップＳ１へ戻ると、基準領域の温度が切替温度１００℃に達し、かつ、待機時間１５分が経過したときに、ステップＳ９において制御段階がＣに切り替えられる。制御段階がＣに切り替えられると、指令電圧が２．０Ｖから２．５Ｖへ上昇するため、ステップＳ１１では「ＹＥＳ」と判断され、ステップＳ１３の「異常検知動作」が実行される。
【００５２】
一方、ステップＳ１９において「ＹＥＳ」と判断されると、昇温動作が終了され、各加熱領域の温度がＳＳＣ５０のＯＮ／ＯＦＦ動作によって設定温度に保持される。つまり、昇温動作から保温動作へ移行される。
【００５３】
この実施例によれば、目標温度を段階的に上昇するように設定し、最も昇温の遅い加熱領域（基準領域）の温度が目標温度の各段階に達するごとにヒータ電圧を上昇させているので、湯道管１２の全体を確実に昇温させることができる。
【００５４】
また、前段階の電圧上昇から所定時間を経過した後に次段階の電圧上昇を実行するようにしているので、急加熱によるヒータ２４の機能低下を確実に防止できる。
【００５５】
なお、上述の実施例では、基準領域の温度が目標温度に達し、かつ、前段階の電圧上昇から所定時間を経過した後に次段階の電圧上昇を実行しているが、前段階の電圧上昇からの時間は考慮せず、基準領域の温度が目標温度に達したことのみを条件としてヒータ電圧を上昇させるようにしてもよい。ただし、この場合には、急加熱によるヒータ２４の機能低下を防止するために、ヒータ電圧の上昇幅を小さく抑えることが望ましい。
【００５６】
また、加熱動作を中断した後に再開する場合や、加熱動作の途中または加熱動作の終了後にいずれかの加熱領域の設定温度を変更した場合には、再開または変更の時点における各加熱領域の温度を検出して基準領域を求め、その時点における基準領域の温度（たとえば３２０℃）に対応する制御段階（たとえばＧ）またはその一つ前の制御段階（たとえばＦ）からステップＳ１〜Ｓ１９の加熱動作を実行してもよい。この場合には、再開または変更の時点から待機時間（たとえば１５分）をカウントしてもよいし、再開または変更の直後は待機時間を無視してもよい。
【００５７】
また、上述の実施例では、湯道管１２に対して４つの加熱領域を設定しているが、加熱領域の数は複数であればよく、２つまたは３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。図６は、垂直部１２ａと水平部１２ｂとの間に位置する屈曲部１２ｅに加熱領域を設定することにより、加熱領域を５つとした例を示したものである。
【００５８】
さらに、上述の実施例では、全ての制御段階においてノズル接続部１２ｄが基準領域となっているが、湯道管１２の形状，周辺環境，設定温度等が変更されれば、いずれかの制御段階においてノズル接続部１２ｄ以外の加熱領域が基準領域となることも当然にあり得る。たとえば図６に示すように、ノズル接続部１２ｄの設定温度（４３５℃）が他の加熱領域の設定温度（６６５℃）よりも大幅に低い場合、ノズル接続部１２ｄの温度が設定温度（４３５℃）に達した後は、他の加熱領域の中で最も昇温の遅い加熱領域（垂直部１２ａ）が基準領域となる。
【００５９】
【発明の効果】
この発明によれば、ヒータに印加する電圧を段階的に上昇させているので、ヒータの急加熱による断線等を防止でき、ヒータ機能が損なわれるのを防止できる。また、温度上昇の最も遅い加熱領域に着目し、その温度が目標温度の各段階に達するごとにヒータに印加する電圧を上昇させているので、加熱対象物の全体を迅速かつ確実に昇温させることができる。
【００６０】
また、温度上昇の最も遅い加熱領域の温度が目標温度に達し、かつ、前段階の電圧上昇から所定時間を経過した後に次段階の電圧上昇を実行すると、ヒータが急激に加熱されるのをより確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱装置を示すブロック図である。
【図２】湯道管，溶解炉および加熱装置を示す図である。
【図３】加熱方法を示すフロー図である。
【図４】各加熱領域の温度と指令電圧との関係を示すグラフである。
【図５】各加熱領域の温度と指令電圧との関係を示す拡大グラフである。
【図６】湯道管に対して５つの加熱領域を設定した状態を示す図である。
【図７】各加熱領域の温度と指令電圧との関係を示すグラフである
【符号の説明】
１０…  加熱装置
１２…  湯道管
１８…  ノズル
２４…  ヒータ
２６…  温度検出器
２８…  制御部
３０…  タイマ
３２…  ＣＰＵ
４６…  三相電力調整器
４８…  電源
５０…  ＳＳＣ（ソリッドステートリレー）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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