特許 7424763 温度センサ及び温度測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】温度センサ及び温度測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/02 20210101AFI20240123BHJP

   G01K 1/08 20210101ALI20240123BHJP

【ＦＩ】

G01K7/02 C

G01K1/08 P

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019118909

(22)【出願日】2019-06-26

(65)【公開番号】P2021004804

(43)【公開日】2021-01-14

【審査請求日】2022-05-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】岡本 拓磨

(72)【発明者】

【氏名】下山 亮太

【審査官】平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１８０８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０９４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２３４５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０３５６０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｋ １／００－１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂成形装置において金型に充填される樹脂の温度を測定する温度センサであって、
前記温度センサは、
有底円筒状の金属シースと、
前記金属シース内に収容された一対の熱電対素線と、
前記金属シース内において前記一対の熱電対素線の周囲に設けられた絶縁体と
を備え、先端を前記樹脂の測温接点とする接地型シース熱電対であり、
前記金属シースの先端部分の周囲を覆っている筐体を更に備え、
前記金属シースの先端が平面形状であり、
前記金属シースは、感温部として機能する円柱状の円柱部と、当該円柱部から立設された円筒状の円筒部と、を有し、前記円柱部および前記円筒部は同一材料により一体形成されている
ことを特徴とする温度センサ。

【請求項2】

前記筐体の先端の直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の温度センサ。

【請求項3】

前記金属シースの前記円柱部の一端側面と前記筐体の先端部の先端側面とが面一となっており、前記一端側面と前記先端側面との間は溶接されていることを特徴とする請求項１又は２記載の温度センサ。

【請求項4】

前記金属シースの少なくとも一部が前記筐体にかしめられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の温度センサ。

【請求項5】

樹脂成形装置において、
請求項１乃至４のいずれか１項記載の温度センサと、
前記温度センサにより金型に充填される樹脂の温度を測定する温度測定部と
を備えることを特徴とする温度測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温度センサ及び温度測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、樹脂成形装置の金型内に充填される樹脂の温度を測定する温度センサが広く知られている。このような温度センサとして、例えば、２つの熱電対素線が温度センサの先端に案内される２つの孔を有しており、２つの孔に熱電対素線が案内されて温度センサに溶接された後に、温度センサの先端が加工されることにより形成された温度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第７７８９５５９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、このような従来の温度センサにおいては、２つの熱電対素線を案内するための２つの孔を加工しなければならない。ここで、温度センサの小型化に伴い熱電対素線も細線化されるため、孔の加工が難しくなるおそれがあり、また、２つの熱電対素線を２つの孔に組み付けるのも難しくなるおそれがある。このように、従来の温度センサに対しては、加工性及び組み付け性を向上することができる構造が求められていた。

【0005】

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工性及び組み付け性を向上することができる温度センサ及び温度測定システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る温度センサは、樹脂成形装置において金型に充填される樹脂の温度を測定する温度センサであって、前記温度センサは、有底筒状の金属シースと、前記金属シース内に収容された一対の熱電対素線と、前記金属シース内において前記一対の熱電対素線の周囲に設けられた絶縁体とを備え、先端を前記樹脂の測温接点とする接地型シース熱電対であり、前記金属シースの先端部分の周囲を覆っている筐体を更に備え、前記金属シースの先端が平面形状であることを特徴とする。

【0007】

本発明の一態様に係る温度センサにおいて、前記筐体の先端の直径は１ｍｍ以下である。

【0008】

本発明の一態様に係る温度センサにおいて、前記金属シースの先端と前記筐体の先端とが面一となっている。

【0009】

本発明の一態様に係る温度センサにおいて、前記金属シースの少なくとも一部が前記筐体にかしめられている。

【0010】

上記目的を達成するために、本発明に係る温度測定システムは、樹脂成形装置において、上述の温度センサと、前記温度センサにより金型に充填される樹脂の温度を測定する温度測定部とを備えている。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る温度センサ及び温度測定システムによれば、加工性及び組み付け性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態に係る温度センサの構成を示す側面図である。

【図2】図１に示す温度センサの構成を示す断面図である。

【図3】図１に示す温度センサの先端部分の構成を示す断面図である。

【図4】図１に示す温度センサの先端部分の構成を示す端面図である。

【図5】図１に示す温度センサの先端部分の構成を示すＡ－Ａ断面図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る温度センサが樹脂成形装置の金型に取り付けられた状態を示す断面図である。

【図7】本発明の実施の形態に係る温度センサが樹脂成形装置の金型に取り付けられた状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0014】

図１は、本発明の実施の形態に係る温度センサ１の構成を示す側面図であり、図２は、温度センサ１の構成を示す断面図である。図３は、温度センサの先端部分の構成を示す断面図であり、図４は、温度センサ１の先端部分の構成を示す端面図である。図５は、温度センサ１の先端部分の構成を示すＡ－Ａ断面図である。

【0015】

本発明の実施の形態に係る温度センサ１は、樹脂成形装置１００（図６）において金型１１０（図６）に充填される樹脂１２０（図６）及び／又は固定側金型１１２（図６）の温度（すなわち、少なくとも樹脂１２０の表面温度と、温度センサ１の近傍における金型温度のいずれか一方又は両方）を測定する温度センサである。温度センサ１は、有底筒状の金属シース１０と、金属シース１０内に収容された一対の熱電対素線２０と、金属シース１０内において一対の熱電対素線２０の周囲に設けられた絶縁体３０とを備え、先端を樹脂１２０の測温接点とする接地型シース熱電対である。また、温度センサ１は、金属シース１０の先端部分の周囲を覆っている筐体４０を更に備え、金属シース１０の先端が平面形状である。また、本発明の実施の形態に係る温度測定システムは、樹脂成形装置１００において、温度センサ１と、温度センサ１により金型１１０に充填される樹脂１２０の温度を測定する温度測定部１４０とを備えている。以下、温度センサ１及び温度測定システムの構成について具体的に説明する。

【0016】

温度センサ１は、図１～５に示すように、外形が、軸線Ｙ１を中心として軸線Ｙ１方向と平行又は略平行に延びており、円柱棒状又は略円柱棒状に形成されている。温度センサ１では、図２に示すように、金属シース１０と、一対の熱電対素線２０と、絶縁体３０とを有する接地型シース熱電対が筐体４０の内部に収容されており、他端側の一部が筐体４０から露出している。

【0017】

金属シース１０は、図３～５に示すように、軸線Ｙ１を中心として軸線Ｙ１方向と平行又は略平行に延びており、有底円筒状又は略有底円筒状に形成されている。金属シース１０は、円柱状又は略円柱状の円柱部１１と、円柱部１１の他端側面１１ｂから立設された円筒状又は略円筒状の円筒部１２とを有している。円柱部１１は、温度センサ１の先端部分の周囲の金型１１０（図６）及び樹脂１２０（図６）の温度を検出する感温部として機能する。

【0018】

円柱部１１の一端側面１１ａは、温度センサ１の先端であり、樹脂１２０（図６）の測温接点となっている。円柱部１１の一端側面１１ａは、軸線Ｙ１を中心とし、軸線Ｙ１方向と直交又は略直交して延びる円形状又は略円形状の平面である。金属シース１０は、例えばステンレス鋼により構成されるが、この他種々の金属を用いることができる。

【0019】

一対の熱電対素線２０は、各々、金属シース１０の内部において、所定の間隔を有して軸線Ｙ１方向と平行又は略平行に延びており、細線状又は略細線状に形成されている。一対の熱電対素線２０の一方の熱電対素線は、例えば白金ロジウム合金により構成された熱電対素線２１であり、一対の熱電対素線２０の他方の熱電対素線は、例えば白金又は白金ロジウム合金により構成された熱電対素線２２である。

【0020】

熱電対素線２１，２２は、各々、一端側が金属シース１０の円柱部１１の他端側面１１ｂに溶接されており、他端側が補償導線（図示せず）でなるケーブル１３０（図６）と接続されるようになっている。なお、熱電対素線２１，２２は、例えばそれぞれアルメルとクロメルとによって構成することもでき、この他種々の熱電対として使用される金属を用いることができる。

【0021】

絶縁体３０は、金属シース１０の内部において、熱電対素線２１，２２の各々の周囲を覆って充填されており、熱電対素線２１，２２を絶縁して保持している。絶縁体３０は、例えばマグネシア粉末（ＭｇＯ）により構成されるが、この他種々の絶縁体を用いることができる。

【0022】

筐体４０は、軸線Ｙ１を中心として軸線Ｙ１方向と平行又は略平行に延びており、円筒状又は略円筒状に形成された筒状部４１を有している。筒状部４１は、一端側に先端部４２を有しており、他端側にかしめ部４３を有しており、軸線Ｙ１方向における中央部分にフランジ部４４を有している。筐体４０は、例えば金属シース１０よりも硬いステンレス鋼により構成されるが、この他種々の金属シース１０と異なる金属を用いることができる。

【0023】

先端部４２は、軸線Ｙ１を中心として軸線Ｙ１方向と平行又は略平行に延びており、円筒状又は略円筒状に形成されている。先端部４２は、筒状部４１と同軸であり、筒状部４１と連通している。筒状部４１の一端側は縮径されており、先端部４２の直径は、筒状部４１よりも小さくなっている。先端部４２の先端の直径は、例えば１ｍｍ以下である。なお、先端部４２の直径は１ｍｍよりも大きくてもよい。

【0024】

先端部４２の内径は、金属シース１０の直径よりも僅かに小さくなっており、金属シース１０の先端部分は、先端部４２に締まり嵌め（圧入）されている。すなわち、先端部４２は、金属シース１０の円柱部１１及び円筒部１２の一部を覆っている。先端部４２の先端側面４２ａは、軸線Ｙ１を中心として軸線Ｙ１方向と直交又は略直交して延びる円環形状又は略円環形状の平面である。

【0025】

先端部４２の先端側面４２ａは、金属シース１０の円柱部１１の一端側面１１ａと面一となっている。先端部４２の先端側面４２ａと金属シース１０の円柱部１１の一端側面１１ａとの間は溶接されており、これにより、先端部４２と金属シース１０とを隙間なく固定することができるようになっている。先端部４２と先端部４２に収容された接地型シース熱電対（金属シース１０、一対の熱電対素線２０、絶縁体３０）により温度センサ１の先端部分が形成されており、先端部４２の先端側面４２ａと金属シース１０の円柱部１１の一端側面１１ａとにより温度センサ１の先端が形成されている。

【0026】

かしめ部４３は、軸線Ｙ１を中心として軸線Ｙ１方向と平行又は略平行に延びており、円筒状又は略円筒状に形成されている。かしめ部４３は、筒状部４１と同軸であり、筒状部４１と連通している。かしめ部４３の直径は、筒状部４１よりも小さくなっており、かしめ部４３は、金属シース１０の一部をかしめて金属シース１０を筐体４０に固定している。フランジ部４４は、筒状部４１の軸線Ｙ１方向における中央部分において、筒状部４１の外周面から外周側に延びる円環状又は略円環状のフランジである。

【0027】

続いて、温度センサ１が樹脂成形装置１００の金型１１０に取り付けられた状態について説明する。図６，７は、本発明の実施の形態に係る温度センサ１が樹脂成形装置１００の金型１１０に取り付けられた状態を示す断面図である。樹脂成形装置１００の金型１１０は、固定側取付板１１１と、固定側金型１１２と、可動側取付板１１３と、可動側金型１１４とを有している。金型１１０においては、固定側取付板１１１に対して固定側金型１１２が取り付けられており、可動側取付板１１３に対して可動側金型１１４が取り付けられている。

【0028】

可動側金型１１４には例えば断面視矩形状又は断面視略矩形状の凹部１１４ａが形成されており、可動側金型１１４と固定側金型１１２によりキャビティ１１５が形成されている。また、可動側金型１１４の凹部１１４ａには、樹脂１２０をキャビティ１１５に充填するためのゲート１１６が形成されている。

【0029】

固定側取付板１１１には取付板貫通孔１１１ａ（若しくは配線用の溝）が形成されており、固定側金型１１２には金型貫通孔１１７が形成されており、取付板貫通孔１１１ａと金型貫通孔１１７とは連通している。固定側金型１１２の金型貫通孔１１７には、温度センサ１が挿入されて固定されている。金型貫通孔１１７は、先端部固定孔１１７ａと、筒状部固定孔１１７ｂと、他端側貫通孔１１７ｃとを有している。

【0030】

先端部固定孔１１７ａは、筐体４０の先端部４２に対応した形状に形成されており、筐体４０の先端部４２の直径よりも僅かに小さい孔であり、先端部４２は、先端部固定孔１１７ａに締まり嵌め（圧入）されている。筒状部固定孔１１７ｂは、先端部固定孔１１７ａよりも大きい孔である。筒状部固定孔１１７ｂは、フランジ部４４よりも先端部側の筒状部４１に対応した形状に形成されている。筒状部固定孔１１７ｂは、フランジ部４４よりも先端部側の筒状部４１の直径よりも僅かに小さい孔であり、フランジ部４４よりも先端部側の筒状部４１は、筒状部固定孔１１７ｂに締まり嵌め（圧入）されている。

【0031】

他端側貫通孔１１７ｃは、筒状部固定孔１１７ｂよりも大きい孔であり、他端側貫通孔１１７ｃと筒状部固定孔１１７ｂとの間に段差面１１７ｄが形成されている。他端側貫通孔１１７ｃは、フランジ部４４と同じ又は略同じ直径の孔であり、固定用スペーサ１１８を有している。固定用スペーサ１１８は、例えば円筒状又は略円筒状のパイプであり、外径が他端側貫通孔１１７ｃよりも僅かに大きく他端側貫通孔１１７ｃに圧入されている。また、固定用スペーサ１１８は、内径がフランジ部４４よりも他端側の筒状部４１の中央部分よりも僅かに小さく、フランジ部４４よりも他端側の筒状部４１を他端側貫通孔１１７ｃ内に固定している。

【0032】

温度センサ１の先端は、固定側金型１１２のキャビティ側面１１２ａと面一となっている。温度センサ１の筐体４０の先端部４２は、先端部固定孔１１７ａにより固定されており、温度センサ１の筐体４０のフランジ部４４よりも先端部側の筒状部４１は、筒状部固定孔１１７ｂにより固定されている。温度センサ１の筐体４０のフランジ部４４よりも他端側の筒状部４１は、他端側貫通孔１１７ｃ内の固定用スペーサ１１８により固定されている。

【0033】

温度センサ１の筐体４０のフランジ部４４は、他端側貫通孔１１７ｃと筒状部固定孔１１７ｂとの間の段差面１１７ｄに当接しており、温度センサ１は、段差面１１７ｄにより位置合わせされている。これにより、樹脂成形装置１００では、温度センサ１の先端と固定側金型１１２のキャビティ側面１１２ａとが同一平面上に位置されている。

【0034】

温度センサ１の熱電対素線２１，２２は、他端側において、補償導線（図示せず）でなるケーブル１３０と接続されており、温度センサ１は、ケーブル１３０を介して温度測定部１４０と接続されている。なお、金型１１０には、固定側金型１１２と可動側金型１１４との間にキャビティ１１５が複数形成されており、個々のキャビティ１１５に対応する温度センサ１が設けられており、複数の温度センサ１が温度測定部１４０と接続されていてもよい。また、１つのキャビティ１１５内に複数の温度センサ１が設けられていてもよい。

【0035】

樹脂成形時において、樹脂成形装置１００は、可動側金型１１４を移動して可動側金型１１４を固定側金型１１２に当接し、ゲート１１６を介して溶融された樹脂１２０をキャビティ内に充填する。そして、樹脂成形装置１００は、キャビティ内に充填された樹脂１２０が冷却されて固化されることにより樹脂成形品１５０を成形する。その後、樹脂成形装置１００は、可動側金型１１４を移動して可動側金型１１４を固定側金型１１２から離間し、突き出しピン（図示せず）により樹脂成形品１５０を突き出して、樹脂成形品１５０を可動側金型１１４から取り出す。

【0036】

ここで、溶融された樹脂１２０がキャビティ内に充填されると、溶融された樹脂１２０が温度センサ１の先端の測温接点に当接して温度センサ１の測温接点の温度が上昇し、温度センサ１の測温接点と基準接点との間に温度差が与えられる。これにより、温度センサ１の熱電対素線２１，２２に電圧が発生して熱電対素線２１，２２に微少な電流が流れる。温度測定部１４０は、温度センサ１の熱電対素線２１，２２に流れる電流をケーブル１３０を介して測定し、測定された電流に基づいて樹脂１２０の温度を測定する。また、温度測定部１４０は、キャビティ内に充填された樹脂１２０が冷却されて固化され、樹脂成形品１５０が温度センサ１の測定接点から離れるまでの間においても、測定された電流に基づいて樹脂１２０の温度を測定する。

【0037】

このように、本発明の実施の形態に係る温度センサ１は、樹脂成形装置１００において金型１１０に充填される樹脂１２０（及び／又は固定側金型１１２）の温度を測定する温度センサである。有底筒状の金属シース１０と、金属シース１０内に収容された一対の熱電対素線２０と、金属シース１０内において一対の熱電対素線２０の周囲に設けられた絶縁体３０とを備え、先端を樹脂１２０の測温接点とする接地型シース熱電対である。また、温度センサ１は、金属シース１０の先端部分の周囲を覆っている筐体４０を更に備え、金属シース１０の先端が平面形状である。また、温度センサ１は、金属シース１０の少なくとも一部が筐体４０にかしめられている。温度センサ１が接地型シース熱電対であるため、樹脂成形装置１００において従来用いられていた温度センサのように、熱電対素線を案内するための２つの孔を加工する必要がなく熱電対素線を２つの孔に組み付ける必要もない。従って、温度センサ１では、樹脂成形装置１００に用いられる場合における温度センサ１の加工性及び組み付け性を向上することができる。

【0038】

また、金属シース１０の先端部分の周囲が筐体４０により覆われているため、温度センサ１を可動側金型１１４に固定する際に温度センサ１の金属シース１０が破損するのを防止することができ、温度センサ１を可動側金型１１４に固定する際の組み付け性を向上することができる。また、金属シース１０の先端が平面形状であるため、樹脂成形装置１００において成形される樹脂成形品１５０と当接する部分を平面形状にすることができるため、樹脂成形品１５０の不良を低減することができる。また、金属シース１０の少なくとも一部が筐体４０にかしめられているため、金属シース１０を筐体４０に強固に固定することができる。

【0039】

また、温度センサ１は、熱電対素線を案内するための２つの孔を加工する必要がなく熱電対素線を２つの孔に組み付ける必要もなく、温度センサ１の加工性及び組み付け性を向上することができるため、先端部４２の先端の直径が例えば１ｍｍ以下とすることができ、温度センサ１を小型化することができる。また、温度センサ１は、先端部４２の先端側面４２ａが金属シース１０の円柱部１１の一端側面１１ａと面一となっているため、樹脂成形装置１００において成形される樹脂成形品１５０と当接する部分を平面形状にすることができ、樹脂成形品１５０の不良を更に低減することができる。また、温度センサ１は、先端部４２の先端側面４２ａと金属シース１０の円柱部１１の一端側面１１ａとの間が溶接されているため、先端部４２と金属シース１０とを隙間なく固定することができる。

【0040】

また、樹脂成形装置１００は、金型１１０に取り付けられた温度センサ１と、温度センサ１により金型１１０に充填される樹脂１２０の温度を測定する温度測定部１４０とによりの温度測定システムを構成している。温度測定システムの温度測定部１４０は、温度センサ１の熱電対素線２１，２２に流れる電流をケーブル１３０を介して測定し、測定された電流に基づいて樹脂１２０の温度を測定する。なお、温度測定部１４０は、種々の方法により樹脂１２０の温度を測定することができる。

【0041】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

【0042】

例えば、本発明の実施の形態に係る温度センサ１においては、金属シース１０の先端部分の周囲を覆っている筐体４０を更に備え、金属シース１０の先端が平面形状であり、金属シース１０の少なくとも一部が筐体４０にかしめられている場合を一例に本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、樹脂成形装置１００に用いられる場合において、温度センサ１が接地型シース熱電対により構成されていればよい。

【0043】

すなわち、本発明の実施の形態に係る温度センサ１は、金属シース１０の先端部分の周囲を筐体４０により覆っていなくてもよく、金属シース１０を可動側金型１１４の金型貫通孔１１７に固定すればよい。また、温度センサ１は、金属シース１０の先端が平面形状でなくてもよく、温度センサ１の先端と固定側金型１１２のキャビティ側面１１２ａとが同一平面上に位置するような形状であればよい。例えば、固定側金型１１２のキャビティ側面１１２ａが曲面形状である場合には、金属シース１０の先端を含む温度センサ１の先端が固定側金型１１２のキャビティ側面１１２ａに沿った曲面形状であればよい。また、温度センサ１では、金属シース１０の少なくとも一部が筐体４０にかしめられていなくてもよく、金属シース１０の少なくとも一部が筐体４０に固定されていればよい。

【符号の説明】

【0044】

１…温度センサ、１０…金属シース、２０…一対の熱電対素線、３０…絶縁体、４０…筐体、１００…樹脂成形装置、１１０…金型、１２０…樹脂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】