(57)【要約】【課題】マイカヒータによる加熱特性を均一にできるようにする。【解決手段】取付け用のネジ孔が形成されたプレート式のマイカヒータ２を、熱を拡散させる金属製の拡散板５を介在させて加熱対象である金型１にネジ１３によって取付け、マイカヒータ２からの熱を、熱伝導率の良好な拡散板５によって拡散させて金型１を均一に加熱するようにしている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付け用の孔が形成されたプレート式のマイカヒータを、加熱対象に取り付ける構造であって、
前記マイカヒータと前記加熱対象との間に、熱を拡散させる金属製の拡散板を介在させることを特徴とするヒータ取付け構造。
【請求項２】
前記拡散板が、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、銀、または、その合金類のいずれかの金属からなる請求項１に記載のヒータ取付け構造。
【請求項３】
前記マイカヒータが、前記孔を有するマイカ製の芯材に、前記孔を塞がないように発熱線が巻回されたヒータ本体を備える請求項１に記載のヒータ取付け構造。
【請求項４】
前記加熱対象が、金型であり、前記取付け用の孔が、ネジ孔であって、複数形成される請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒータ取付け構造。
【請求項５】
前記金型の側面に、複数の前記マイカヒータを取り付ける請求項４に記載のヒータ取付け構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータの取付け構造に関し、更に詳しくは、プレート式のマイカヒータの取付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金型などの制御対象を、多点で温度制御する場合の各制御点間の干渉を低減する温度制御方法として、複数の制御点に対応する複数の検出温度を、複数の検出温度の平均温度と、複数の検出温度に基づく温度差（傾斜温度）とに変換し、平均温度と傾斜温度とを制御量として温度制御する手法（以下「傾斜温度制御」ともいう）がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、上記傾斜温度制御手法を、２チャンネルの温度制御に適用した場合の構成図である。
【０００４】
制御対象３０の２つの制御点の検出温度を、モード変換器３１によって、両検出温度の平均値である平均温度および両検出温度の温度差である傾斜温度に変換し、平均温度と目標平均温度との偏差または傾斜温度と目標傾斜温度との偏差を、各ＰＩＤ制御部３２にそれぞれ入力する。
【０００５】
各ＰＩＤ制御部３２は、平均温度の偏差または傾斜温度の偏差をなくすように操作量を演算出力し、前置補償器３３では、傾斜温度の操作量の変化に対して傾斜温度だけが反応し、平均温度への反応は小さくなるように、また逆に、平均温度の操作量の変化に対して傾斜温度への反応が小さくなるように操作量を配分して制御出力とし、この制御出力によって制御対象３０の温度を制御する。
【０００６】
従来では、制御対象の２点の各点を個別に制御するために、一方の点の制御が他方の点の制御に影響を与えて高精度の制御が困難であったのに対して、この傾斜温度制御では、２点の平均温度と２点の温度差である傾斜温度とを制御量として制御することにより、高精度な制御を可能とするものである。
【０００７】
かかる傾斜温度制御は、干渉を低減して均一な温度制御を可能とするものであるが、例えば、光学レンズ部品等の精密部品の成形において、金型の温度を多点制御しようとすると、金型を加熱する複数のヒータの加熱特性が均一でなければ、金型の温度を、十分に均一化するのは困難であり、特に、小型の精密部品の成形においては、その傾向が顕著である。
【特許文献１】特許第３２７８８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、金型を加熱するプレート式のヒータとしては、比較的安価なマイカヒータが使用されている。
【０００９】
マイカヒータは、例えば、図７（ａ）に示すように、マイカで形成されたプレート状の芯材６に、ニクロム線等からなる電熱線７を巻回し、図７（ｂ）に示すように、上下両面をマイカ８，９で挟んで金属製のケース１０に組み込んで構成されている。
【００１０】
かかるマイカヒータでは、例えば、加熱対象である金型にネジによって取り付けるために、ネジ穴が形成されるのであるが、図８に示すように、例えば、二箇所にネジ穴１２が形成された芯材６に、ネジ穴１２を避けながら電熱線７を均一に巻回するのは容易でなく、特に、５ｃｍ程度のサイズの小型のヒータでは困難である。このように、電熱線７の巻回が、左右で不均一になると、それに起因してマイカヒータの加熱特性が不均一となる。
【００１１】
ネジ穴１２が形成されたマイカヒータを、図９に示すように、金型１の上側面の左右の中央位置に、ネジ１３で取り付けて金型１を加熱し、そのときのサーモグラフィーの画像を、図１０に示す。
【００１２】
図１０（ａ）は、金型１の正面の温度分布を示すサーモグラフィーの画像であり、図１０（ｂ）は、その画像の同じ温度帯(等温帯)を黒色で表示したものである。
【００１３】
この図１０に示されるように、マイカヒータの取付け位置である上部の中央が高温であって、この中央から下方へ半円状に等温帯が広がっていることが分かる。
【００１４】
マイカヒータは、図９に示すように、金型の上辺の中央位置に取り付けているのであるが、図１０（ｂ）の黒色で表示された等温帯の左右を比べると、右側の等温帯の上端部では、その右側に異なる温度帯が広く存在しているのに対して、左側の等温帯の上端部では、異なる温度帯は殆ど存在していない。
【００１５】
このように、マイカヒータでは、電熱線７の巻回の不均一に起因して、加熱特性が不均一になり、加熱対象である金型１の温度分布が不均一になるという課題がある。
【００１６】
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、マイカヒータによる加熱特性を均一にできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（１）本発明のヒータの取付け構造は、取付け用の孔が形成されたプレート式のマイカヒータを、加熱対象に取り付ける構造であって、前記マイカヒータと前記加熱対象との間に、熱を拡散させる金属製の拡散板を介在させるものである。
【００１８】
本発明のヒータの取付け構造によると、プレート式のマイカヒータと加熱対象との間に、金属製の拡散板を介在させるので、マイカヒータの発熱が不均一であっても、拡散板によって、熱を拡散させて均一に加熱することが可能となる。
【００１９】
(２)本発明のヒータの取付け構造の一つの実施形態では、前記拡散板が、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、銀、または、その合金類のいずれかの金属からなる。
【００２０】
拡散板は、熱伝導率が高い金属材料、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、銀、または、その合金類、例えば、ベリリウム銅や真鍮などから構成されるのが好ましい。
【００２１】
この実施形態によると、拡散板は、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、銀やその合金類といった熱伝導率が高い金属から構成されるので、マイカヒータからの発熱を効率よく拡散させて、加熱対象を均一に加熱することができる。
【００２２】
(３)本発明のヒータの取付け構造の他の実施形態では、前記マイカヒータが、前記孔を有するマイカ製の芯材に、前記孔を塞がないように発熱線が巻回されたヒータ本体を備えている。
【００２３】
この実施形態によると、芯材に対する発熱線の巻回が不均一なってマイカヒータの発熱が不均一になっても、拡散板によって熱を拡散させて均一に加熱することが可能となる。
【００２４】
(４)本発明のヒータの取付け構造の更に他の実施形態では、前記加熱対象が、金型であり、前記取付け用の孔が、ネジ孔であって、複数形成されている。
【００２５】
この実施形態によると、金型に対して、プレート式のマイカヒータを、ネジによって容易に取付け、取り外しすることができる。
【００２６】
(５)上記（４）の実施形態では、前記金型の側面に、複数の前記マイカヒータを取り付けている。
【００２７】
この実施形態によると、金型に複数のマイカヒータを取付けて、多点の温度制御に適用することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、プレート式のマイカヒータと加熱対象との間に、金属製の拡散板を介在させるので、マイカヒータの発熱が不均一であっても、拡散板によって熱を拡散させて、加熱対象を均一に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
（実施形態１）
図１は、本発明の一つの実施形態のヒータの取付け構造を備える温度制御システムの概略構成図である。
【００３１】
この温度制御システムは、制御対象としての金型１と、この金型１を加熱するヒータ２と、このヒータ２の通電を制御して金型１の温度を制御する温度調節器３とを備えている。
【００３２】
この実施形態の金型１は、例えば、射出成形機の固定側あるいは可動側の金型である。
図２は、図１の金型１およびヒータ２の配置を示す正面図である。なお、金型１の表面には、キャビティを構成するための図示しない凹部が形成されているが、この図２では、省略している。
【００３３】
金型１の表面近傍の内部には、８つの制御点Ａ〜Ｈの温度をそれぞれ検出する８つの温度センサ４ａ〜４ｈが、金型１の中心から同一円周上に沿ってそれぞれ配設されている。
金型１の各側面には、それぞれ３つずつ計９つのプレート式のヒータ２−１，２−２ａ，２−２ｂ，２−３，２−４ａ，２−４ｂ，２−５，２−６ａ，２−６ｂ，２−７，２−８ａ，２−８ｂが、後述の金属製の拡散板５を介してそれぞれ取り付けられている。
【００３４】
一辺が、例えば、２０ｃｍ程度の正方形の金型１の各側面に取り付けられている９つのヒータ２−１，２−２ａ，２−２ｂ，２−３，２−４ａ，２−４ｂ，２−５，２−６ａ，２−６ｂ，２−７，２−８ａ，２−８ｂの内、正方形の４つの隅部のヒータ２−２ａ，２−２ｂ；２−４ａ，２−４ｂ；２−６ａ，２−６ｂ；２−８ａ，２−８ｂは、それぞれ二つのヒータ２−２ａ，２−２ｂ；２−４ａ，２−４ｂ；２−６ａ，２−６ｂ；２−８ａ，２−８ｂを一組としており、個別に制御されるヒータ２−１，２−２，２−３，２−４，２−５，２−６，２−７，２−８は、温度センサ４ａ〜４ｈと同数の８つであり、この実施形態では、８チャンネルの温度制御を行なうものである。
【００３５】
図１の温度調節器３は、各制御点Ａ〜Ｈ点の各温度センサ４ａ〜４ｈの検出温度に基づいて、図示しないＳＳＲなどを介して、８つの各ヒータ２−１，２−２，２−３，２−４，２−５，２−６，２−７，２−８の通電を制御する。
【００３６】
この実施形態の温度調節器３は、チャンネル毎に個別に温度制御するのではなく、上述の特許文献１等に開示されている温度制御手法を用いている。
【００３７】
この温度制御手法は、上述のように、複数の制御点に対応する複数の検出温度を、例えば、複数の検出温度の平均温度と、複数の検出温度に基づく温度差（傾斜温度）とに変換し、平均温度と傾斜温度とを制御量として温度制御するものである。
【００３８】
図３は、この実施形態の温度調節器３における傾斜温度制御の構成を示すブロック図である。
【００３９】
この実施形態の温度調節器３は、上記８つの温度センサ４ａ〜４ｈからの入力温度ＰＶ１〜ＰＶ８を、１つの平均温度（平均ＰＶ）および７つの傾斜温度（傾斜ＰＶ１〜傾斜ＰＶ７）に変換するモード変換部１４と、このモード変換部１４からの各温度（平均ＰＶ，傾斜ＰＶ１〜傾斜ＰＶ７）と目標温度（平均ＳＰ，傾斜ＳＰ１〜傾斜ＳＰ７）との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算する８つのＰＩＤ制御部１５と、各ＰＩＤ制御部１５からの操作量を、各ＰＩＤ制御部１５による制御が、他のＰＩＤ制御部１５による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分して制御出力ＭＶ１〜ＭＶ８を各ヒータ４〜１１に与える前置補償部１６とを備えている。
【００４０】
モード変換部１４は、８つの入力温度ＰＶ１〜ＰＶ８を、その平均値である平均温度（平均ＰＶ）と、例えば、隣の入力温度との温度差（ＰＶ１−ＰＶ２，ＰＶ２−ＰＶ３，ＰＶ３−ＰＶ４，…ＰＶ７−ＰＶ８）である７つの傾斜温度（傾斜ＰＶ１〜傾斜ＰＶ７）に変換する。
【００４１】
なお、傾斜温度は、隣の入力温度との温度差に限らず、例えば、前記平均温度（平均ＰＶ）と、各入力温度との温度差（ＰＶ１−平均ＰＶ，ＰＶ２−平均ＰＶ，ＰＶ３−平均ＰＶ，…ＰＶ７−平均ＰＶ）としてもよい。このように傾斜温度として、各入力温度と平均温度との温度差を用いることにより、対称な金型を、より均等に温度制御することが可能となる。
【００４２】
目標温度ＳＰについては、８つの制御点Ａ〜Ｈの設定温度（目標温度）ＳＰ１〜ＳＰ８の平均値である目標平均温度（平均ＳＰ）と、例えば、隣の設定温度との温度差（ＳＰ１−ＳＰ２，ＳＰ２−ＳＰ３，ＳＰ３−ＳＰ４，…ＳＰ７−ＳＰ８）である７つの目標傾斜温度（傾斜ＳＰ１〜傾斜ＳＰ７）としている。
【００４３】
各ＰＩＤ制御部１５は、入力温度ＰＶと目標温度ＳＰとの偏差をなくすようにＰＩＤ演算を行なって操作量を出力するものである。
【００４４】
前置補償部１６は、ＰＩＤ制御部１５からの操作量を分解するものであり、上記特許文献１等に開示されている構成と同様の構成であり、前置補償部１６の配分比の行列である前置補償行列をＧｃ、上述のモード変換部１４による検出温度（ＰＶ１〜ＰＶ８）を、傾斜温度（傾斜ＰＶ１〜傾斜ＰＶ７）および平均温度（平均ＰＶ）に変換する行列をモード変換行列Ｇｍ、干渉の度合いを示す情報である干渉行列をＧｐとすると、前置補償行列Ｇｃは、以下のように逆行列として求めることもできる。
【００４５】
Ｇｃ＝（Ｇｍ・Ｇｐ）−１
８つの各制御点Ａ〜Ｈを個別に制御すると、或る制御点が他の制御点に影響を与える、すなわち、干渉のために高精度の温度制御が困難であるのに対して、この傾斜温度制御では、８つ制御点Ａ〜Ｈの検出温度に基づく平均温度および傾斜温度を制御量として制御するので、干渉の影響を低減した高精度な温度制御が可能となる。
【００４６】
この実施形態のヒータ２−１，２−２，２−３，２−４，２−５，２−６，２−７，２−８は、上述の図７と同様の構成のプレート式のマイカヒータであり、取付け用のネジ穴を避けながら電熱線を巻回するために、電熱線の巻回が、左右で不均一になり、これに起因して、発熱が左右で不均一になるという課題がある。
【００４７】
そこで、この実施形態では、図２に示すように、各ヒータ２−１，２−２，２−３，２−４，２−５，２−６，２−７，２−８と、金型１との間に、熱を拡散する金属製の拡散板５を介在させてネジ（図示せず）によって取り付けるようにしている。
【００４８】
この拡散板５は、例えば、ステンレス鋼から構成され、各ヒータ２−１，２−２，２−３，２−４，２−５，２−６，２−７，２−８の加熱面と略同じ面積を有している。この拡散板５の一辺の長さは、例えば、５ｃｍ程度であり、厚みは、例えば、２ｃｍ程度である。
【００４９】
このように拡散板５を介してマイカヒータ２を、図４に示すように、金型１の上側面にネジ１３で取り付けて金型１を加熱した状態のサーモグラフィーの画像を、図５に示す。
【００５０】
図５（ａ）は、金型正面の温度分布を示すサーモグラフィーの画像であり、図５（ｂ）は、同じ温度帯(等温帯)を黒色で表示したものであり、上述の図１０の従来例に対応する図である。
【００５１】
上述の図１０（ｂ）の従来例では、等温帯の左右を比べると明らかなように、左側に偏った温度分布となっていた。
【００５２】
これに対して、拡散板５を介在させた実施例では、図５（ｂ）の黒で表示された等温帯の左右を比べると、右側の等温帯の上端部の右側、あるいは、左側の等温帯の上端部の左側には、いずれも異なる温度帯は殆ど存在しておらず、左右が均一に加熱されていることがわかる。
【００５３】
以上のように、拡散板５によって熱が拡散されて金型１を均一に加熱することが可能となり、傾斜温度制御と相俟って金型１の温度の均一化を図ることができる。
【００５４】
上述の実施形態では、傾斜温度制御に適用したけれども、本発明は、傾斜温度制御に限らず、通常の温度制御に適用できるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、多点の温度制御などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る取付け構造を備えるシステムの概略構成図である。
【図２】図１の金型およびヒータを示す正面図である。
【図３】図１の温度調節器の要部のブロック図である。
【図４】金型に対するヒータおよび拡散板の取付け状態を示す正面図である。
【図５】図４の金型の温度分布を示すサーモグラフィーの画像である。
【図６】傾斜温度制御の構成図である。
【図７】マイカヒータの構成を示す図である。
【図８】ネジ孔が形成されたヒータ本体を示す図である。
【図９】金型に対するヒータの取付け状態を示す正面図である。
【図１０】図９の金型の温度分布を示すサーモグラフィーの画像である。
【符号の説明】
【００５７】
１                          金型
２                          ヒータ（マイカヒータ）
３                          温度調節器
４ａ〜４ｈ                  温度センサ
１４                        モード変換部
１５                        ＰＩＤ制御部
１６                        前置補償部  
【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６】
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【図７】
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【図８】
2009023192.tif 000009
【図９】
2009023192.tif 000010
【図５】
2009023192.tif 000011
【図１０】
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