JP2007018979A - 高周波誘電加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒状に形成された被加熱材を効率良く、かつ温度むらなく均一に加熱する。
【解決手段】 加硫成型装置１０は、内型２０と外型４０を備える。外型４０は、周方向に分割された外型片４１、４２、４３を有する。内型２０を外型片４１、４２、４３の径方向内側に配置させる。内型２０の外周面に円筒形を呈する被加熱材３０を装着する。外型片４１、４２、４３の外側に、シリンダ５１、５２、５３を設ける。シリンダ５１、５２、５３は、外型片４１、４２、４３を径方向に変位させる。外型片４１、４２、４３が径方向内側に変位すると、それら内周面４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂが被加熱材３０の外周面３２に密着する。この密着状態で、内周面４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂと外周面３２の間に、高周波電圧を印加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば加硫成型装置等に適用される高周波誘電加熱装置に関する。

従来、被加熱材を加熱する方法として、被加熱物を２つの電極間に配置して、高周波電圧により加熱する高周波誘電加熱が知られており、例えば特許文献１に記載されるように、被加熱材が平板を呈する上部電極と下部電極に挟持されて加熱される。このように加熱されると、被加熱材が平板形状を呈する場合、上下方向の厚さが均一であるため、被加熱材のいずれの部分においても温度むらなく均一に加熱される。

一方、被加熱材がチューブ形状を呈する場合、被加熱材を、上部電極と下部電極の間に配置して、高周波誘電加熱により加熱すると、被加熱材の上下方向の厚さが不均一であるため、被加熱材を均一に加熱することができない。

そこで、被加熱材がチューブ形状を呈する場合被加熱材を均一に加熱するために、上部電極と下部電極の間に、被加熱材を保持したホルダーを配置させ、このホルダーとともに被加熱材を回転させながら、被加熱材を加熱する方法が知られている（例えば特許文献２）。

また、ベルト等、スリーブ状の高分子成型品を加熱成型するための装置として、例えばワンポット式の加熱成型装置が知られている（例えば特許文献３）。この加熱成型装置においては、スリーブ状の被加熱材が外周面に取り付けられた内型が、外型内部に収納され、外型および内型の内部に供給される熱媒体により、被加熱材が加熱される。また、被加熱材は、外型から内型に向けて押圧され、外型と内型とに挟圧され加圧される。被加熱材は、このように加熱・加圧されることにより、加硫成型される。
特開平９−２８９０７８号公報 特開平１１−１２３７５８号公報 特開２０００−８２４号公報

しかし、特許文献２に記載の高周波誘電加熱によれば、ホルダーを回転させるために余計な動力が必要な上に、ホルダーも高周波電圧により加熱されるので、加熱効率が低下させられる。

また、特許文献３に記載のワンポット式の加熱成型装置においては、外型または内型に供給される熱媒体の熱エネルギーが、被加熱材の外周面および内周面から被加熱材の内部に熱伝導され、これにより被加熱材全体が加熱される。しかし、ゴムや樹脂は熱伝導率が低く、被加熱材がゴムや樹脂で構成される場合、被加熱材内部には充分に熱エネルギーが伝導されない。

すなわち、従来のワンポット式の加熱成型装置では、内部が充分に加熱されるまでに長時間要し、加熱効率が良くない。また内部を加熱するために、長時間被加熱材を加熱すると、被加熱材の表面が過加熱され、この過加熱により被加熱材の表面が熱劣化されてしまうことがある。このような現象は、被加熱材の厚みが大きい場合特に顕著に現れ、円筒状の被加熱材について、厚みが大きい場合に、効率良くかつ温度むらなく均一に加熱することは従来困難である。

そこで、本願発明においては、チューブ材やスリーブ材のように、筒状形状を呈する被加熱材を効率よく加熱することができる高周波誘電加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る高周波誘電加熱装置は、外周面に、筒状に形成された被加熱材が取り巻くように装着される柱状の内型と、被加熱材の外周側に、被加熱材を取り囲むように設けられるとともに、内型の軸方向における一端から他端まで延びる間隙により周方向に分割され、内側に向けて変位することにより、間隙が狭められ被加熱材の外周面に覆う電極材と、被加熱材を加熱するために、電極材と内型の間に高周波電圧を印加する電圧印加手段とを備えることを特徴とする。

本発明においては、周方向に分離された電極材を内側に向けて変位させれば、電極材の縮径により、電極材を被加熱材の外周面に沿わすように配設することができる。したがって、内型と電極材により、筒状に形成された被加熱材に対して、その径方向に高周波電圧を印加することができる。

間隙が、例えば、内型の軸方向に対して平行に延びても良いし、軸方向に対して斜めに延びても良い。

内型の外周面が円周面であって、被加熱材が円筒形を呈することが好ましい。被加熱材が円筒形を呈すると、全ての部分において、高周波電圧が均一に印加され、被加熱材を温度むらなく均一に加熱することができる。

電極材は２以上の電極片に分割されることが好ましい。この場合、各電極片は内周面が円弧を呈する円弧片であるとともに、内周面の曲率中心が内型の軸に一致し、内周面の曲率が互いに同一であることが好ましい。このような構成によれば、電極材を径方向内側に変位させた場合、円弧片の内周面は同一円周を描くことができるので、被加熱材の外周面に沿わせやすくすることができる。

電極材は、被加熱材を押圧することにより、被加熱材が電極材と内型により挟圧されることが好ましい。このような構成によれば、電極材は被加熱材に高周波電圧を印加するための電極材の機能を果たすとともに、被加熱材に圧力を付勢するための圧力付勢手段の役割を果たすことができる。

本発明に係る高周波誘電加熱装置は、流体圧によって、電極材を径方向に変位させる駆動手段をさらに備えることが好ましい。

本発明に係る電極材は、内型に取り巻くように装着され筒状に形成された被加熱材を、高周波誘電加熱をするための電極材であって、被加熱材の外周側に、被加熱材を取り囲むように設けられるとともに、内型の軸方向における一端から他端まで延びる間隙により周方向に分割され、内側に向けて変位することにより、間隙が狭められ被加熱材の外周面に覆うことを特徴とする。

本発明に係る高周波誘電加熱方法は、柱状の内型の外周面に、被加熱材を筒状に形成して取り巻くように装着する第１工程と、被加熱材の外周側に、被加熱材を取り囲むように設けられ、内型の軸方向における一端から他端まで延びる間隙により周方向に分割される電極材を、間隙が狭められるように、内側に向けて変位させ、被加熱材の外周面を電極材で覆う第２工程と、被加熱材を加熱するために、電極材と内型の間に高周波電圧を印加する第３工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る高周波誘電加熱装置によれば、筒状に形成された被加熱材を、その径方向に高周波電圧を印加し加熱することができる。したがって、被加熱材のほぼ全ての部分において、均一に誘電加熱が起こり、被加熱材を温度むらなく均一に加熱することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１、２は、第１の実施形態に係る加硫成型装置を示す。図３は加硫成型装置に装着される被加熱材を示す。図１、２に示すように本実施形態に係る加硫成型装置１０は、内型２０と、その内型２０に対して、所定の距離を空けつつ径方向外側に取り囲むように配置される外型（電極材）４０を備える。

内型２０は、軸Ｘを中心とする略円柱状に金属で形成され、その内型２０内部には熱媒体が通過するための通路が設けられ、熱媒体が通過することにより、内型２０の外周面２７が加熱させられる。内型２０の上面および下面には、内型２０内部に熱媒体・冷却媒体を送入出するための送入管２４、送出管２５が設けられる。送入管２４、送出管２５は、シリコン等の絶縁体で形成され、外型２０に電流が流されても、その電流は送入管２４、送出管２５には導通されない。なお、熱媒体としては、例えば、温水、水蒸気、オイル等が使用される。冷却媒体としては、冷却水等が使用される。

内型２０の外周面２７には、図３に示すように、被加熱材３０として帆布８０およびゴムシート８１が順に巻き付けられ、巻き付けられた被加熱材３０は、内型２０と同心的な略円筒形状を呈する。被加熱材３０は、このように巻き付けられることにより、その内周面３１が内型２０の外周面２７に沿うように、内型２０に取り巻いて装着される。なお、被加熱材３０は、この構成に限定されず、高周波誘電により加熱され得るものならば良く、各種樹脂、エラストマー、天然高分子材料等を含むものであれば良い。また、ゴムシート８１の上にはさらに、ポリテトラフルオロエチレンシート等が被覆されても良い。

外型４０は、互いにその周方向に所定の間隙を空けて配置される外型片（電極片）４１、４２、４３を有する。外型片４１、４２、４３は、それぞれ湾曲する円弧片であって、これらの内周面４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂが同一の曲率を有する円弧であるとともにその曲率中心が、軸Ｘに一致する。すなわち、外型４０は、同一円筒が、その上端から下端まで軸Ｘ方向に平行に延びる３つの間隙４４、４５、４６により、外型片４１、４２、４３に均等に周方向に分割されて、構成される。内周面４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂの円弧の円周角の合計は、３６０°であっても良いし、３６０°未満であっても良い。すなわち、外型片４１、４２、４３が組み合わされて、円筒形に形成されても良いし、軸Ｘ方向において上端から下端まで延びる間隙を有する円筒形に形成されても良い。また、内周面４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂの曲率は、被加熱材３０の外周面の曲率にほぼ一致している。

各外型片４１、４２、４３の径方向の外側には、それぞれシリンダ５１、５２、５３が取り付けられる。各シリンダ５１、５２、５３は、油圧、水圧、空気圧、蒸気圧、またはこれらの２以上の組み合わせである流体圧によって、外型片４１、４２、４３全体を径方向に変位させることができる。外型４０は、各外型片４１、４２、４３が径方向に変位されることにより、縮径しまたは拡径する。なお、各外型片４１、４２、４３は剛体であるので、実質的に形状が変形されずに、各シリンダによって径方向に変位される。

各外型片４１、４２、４３および内型２０には、電力供給を行う電源（不図示）が接続される。ここで、各外型片４１、４２、４３および内型２０は、例えば鉄、アルミニウム、銅、その他金属、またはこれらの金属の合金で形成され、導電性を有する。したがって、外型４０と内型２０の間には、電力供給により、各外型片４１、４２、４３の内周面４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂを一方の電極とし、内型２０の外周面２７を他方の電極とし、高周波電圧が印加される。電源は、例えば０．５ｋＷ〜１００ｋＷの範囲でその出力を変更することができる。

次に図４、５を用いて本実施形態に係る加硫成型方法を説明する。本実施形態に係る加硫成型装置においては、内型２０に被加熱材３０が装着された後、内型２０内に熱媒体が供給され、内型２０の外周面２７が加熱される。次に各シリンダ５１、５２、５３が駆動させられ、各外型片４１、４２、４３が径方向内側に変位させられる。各外型片４１、４２、４３が内側に変位させられると、これらの各内周面４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂが、各被加熱材３０の外周面３２に沿うように密着させられる。各外型片４１、４２、４３は、外周面３２に密着後、さらに径方向内側変位させられ、被加熱材３０は、各外型片４１、４２、４３と、内型２０の外周面２７によって挟圧される。

なお、各外型片４１、４２、４３が径方向内側に変位されると、外型４０全体が縮径し、各外型片４１、４２、４３の間に設けられた間隙４４、４５、４６は狭められる。これにより、各外型片４１、４２、４３は漸次近づくが、各外型片４１、４２、４３が被加熱材３０に密着し押圧しているとき、各外型片４１、４２、４３同士が接していても良いし、離間していても良い。

被加熱材３０が挟圧状態にさせられると、次に各外型片４１、４２、４３と内型２０の間に、高周波電圧が印加され、被加熱材３０が、高周波誘電により加熱される。この高周波誘電の加熱により、被加熱材３０は、加硫温度（例えば、１５０℃）まで加熱され、その加硫温度が維持されるとともに、上述した外型４０と内型２０の挟圧より所定圧力が維持され、所定圧力と加硫温度が維持された状態で、所定時間にわたって被加熱材３０が加硫させられる。

所定時間経過すると、高周波電圧の印加が停止されるとともに、各外型片４１、４２、４３が、それぞれシリンダ５１、５２、５３により径方向外側に変位され、被加熱材３０から離れ、加硫が終了させられる。加硫が終了すると、内型２０内部に対する熱媒体の供給が停止され、冷却媒体の供給が開始される。被加熱材３０は、冷却媒体により冷却され、その後内型２０から取り外され、これにより加硫成型された円筒状の被加熱材が得られる。なお、本実施形態においては、加硫成型された被加熱材３０は、ゴムシート８１の一方の面に帆布８０が加硫接着されたベルトスラブである。ベルトスラブは、研磨加工された後切断され、平ベルト、Ｖベルト等の各種ベルトと成る。

以上のように、本実施形態においては、外型（電極材）４０を被加熱材３０の外周面３２に沿うように覆わせることができるので、高周波電圧を効率良く被加熱材３０に対して印加することができる。したがって、被加熱材３０に対しては熱損失が少なく、高周波誘電加熱が行われる。

また、本実施形態においては、円筒形状の被加熱材３０が、その径方向において、高周波電圧が印加される。ここで、被加熱材３０は、円筒形であって径方向の厚さが同一であるので、全ての部分において電磁誘電が均等に発生し、これにより被加熱材３０の全ての部分が均一に加熱される。したがって、被加熱材３０が、例えばその厚さが厚く、ワンポット式加硫成型装置においては、温度むらなく加熱することが難しい場合でも、本実施形態によれば温度むらなく均一に加熱することができる。

さらに、本実施形形態においては、外型片４１、４２、４３は、高周波電圧を印加するための電極材として機能するとともに、被加熱材３０に圧力を付勢する圧力付勢手段としての機能を果たす。したがって簡易な構成で被加熱材３０に熱エネルギーと、圧力を付与することができる。

なお、本実施形態においては、加硫工程において、内型２０内部に熱媒体が供給されるが、これは高周波誘電による生じた熱エネルギーが内型２０に伝導され、熱損失することを防止するためである。したがって、同様の理由により外型片４１、４２、４３内部にも熱媒体が供給されても良い。勿論、内型２０および（または）外型４０内部に供給される熱媒体により、被加熱材３０に、積極的に熱エネルギーが与えられても良い。さらには、内型２０には、熱媒体が供給されなくても良い。また、本実施形形態においては、被加熱材３０は、外型片４１、４２、４３により押圧され、圧力が付勢されたが、被加熱材３０には、圧力が付勢されなくても良い。すなわち、外型片４１、４２、４３が被加熱材３０に密着した状態で、シリンダ５１、５２、５３の駆動が停止させられ、その状態で、高周波誘電による加熱が行われても良い。

さらに、本実施形態においては、外型片４１、４２、４３は、同一円筒が周方向に３分割されて構成されるが、外型片は円筒が２分割されて形成され、略半円筒形状を呈しても良い。また、円筒が４以上に分割されて構成されても良い。

次に、図６、７を用いて、本発明における第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の構成を有する部分については、その説明を省略する。図６は、第２の実施形態における外型１４０を示す。第１の実施形態においては、外型１４０は周方向に複数分割（例えば３分割）され、複数の円弧片から構成されたが、第２の実施形態においては、外型１４０は、円筒が、１つの間隙により分割されて構成され、一体の金属板から形成される。

具体的には、外型１４０は、軸Ｘ方向における一端から他端まで延びる間隙１４１により、断面形状がＣ型形状を呈する略円筒状の金属板により形成され、周方向における一端部１４２が、他端部１４４に対して間隙１４１を有しつつ、対向するように設けられる。一端部１４２には、軸Ｘ方向における中央部を避けるように、僅かに外周側に反りつつ周方向に延出する第１および第２突片１４５、１４６が形成され、これら突片により、一端部１４２の中央部に凹陥部１４３が設けられる。他端部１４４の軸Ｘ方向における中央部には、僅かに外周側に反りつつ周方向に延出する第３突片１４７が連接される。そして、第３突片１４７は凹陥部１４３内に配置されている。

第１および第２突片１４５、１４６と第３突片１４７それぞれが、図６に示すように周方向において反対方向に牽引されると、第３突片１４７が凹陥部１４３の底部１４３Ｂに係合される。また、第１および第２突片１４５、１４６が、第３突片１４７が連接されていない他端部１４４に係合される。これにより、間隙１４１が狭められるとともに、外型１４０は全体的に径方向内側に変位して縮径する。外型１４０が縮径されると、被加熱材（不図示）は第１の実施形態と同様に、その外周面が外型の内周面に沿うように密着するとともに、外型と内型によって挟圧され、被加熱材に圧力が付勢される。

被加熱材への圧力の付勢とともに、被加熱材には、第１の実施形態と同様に、外型１４０と内型（不図示）の間に高周波電圧が印加され、これにより被加熱材は高周波加熱される。以上のように、第２の実施形態においても、外型（電極材）１４０を被加熱材の外周面に密着させることができるので、効率良く高周波電圧を印加することができる。

次に、図８は用いて第３の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の構成を有する部分については、その説明を省略する。図８は第３の実施形態の外型を示す。上述したように、第１の実施形態においては、外型はその軸方向に平行に延びる間隙により、周方向に分割されていたが、第３の実施形態においては、外型２４０は軸方向に対して斜めに、かつ螺旋状に延びる１本のスリット（間隙）２４２により分割されている。スリット２４２は、円筒形状の外型２４０の上端部２４３から斜め方向に、かつ螺旋状に、外型２４０の下端部２４４まで延びる。これにより、外型２４０の螺旋開始端２４６は、上端部２４３に位置するとともに、外型２４０の螺旋終端２４８は、下端部２４４に位置する。

螺旋開始端２４６および螺旋終端２４８が、図８に示すように、周方向において互いに逆向きに牽引されると、スリット２４２の間隔が狭められ、外型１４０は全体的に径方向内側に変位して縮径する。本実施形態においても第１の実施形態と同様に、内型および被加熱材（不図示）が外型２４０の径方向内側に配設されている。したがって、外型１４０が縮径されると、第１の実施形態と同様に被加熱材（不図示）は、その外周面が外型（電極材）２４０の内周面に沿うように密着するとともに、外型と内型（不図示）によって挟圧され、被加熱材に所定圧力が付勢される。

被加熱材への圧力の付勢とともに、被加熱材には、第１の実施形態と同様に、外型１４０と内型（不図示）の間に高周波電圧が印加され、これにより被加熱材は高周波加熱される。以上のように、第３の実施形態においても、外型（電極材）２４０を被加熱材の外周面に密着させることができるので、効率良く高周波電圧を印加することができる。

第１の実施形態に係る加硫成型装置の上面平面図である。 第１の実施形態に係る加硫成型装置の側面図である。 被加熱材の模式的な断面図である。 高周波誘電加熱が行われているときの加硫成型装置の上面平面図である。 高周波誘電加熱が行われているときの加硫成型装置の側面図である。 第２の実施形態に係る外型の斜視図である。 高周波誘電加熱が行われているときの第２の実施形態に係る外型の斜視図である。 第３の実施形態に係る外型の斜視図である。

符号の説明

１０ 加硫成型装置
２０ 内型
２７ 外周面
３０ 被加熱材
４０、１４０、２４０ 外型（電極材）
４１、４２、４３ 外型片（電極片）
５１、５２、５３ シリンダ

Claims (9)

1. 外周面に、筒状に形成された被加熱材が取り巻くように装着される柱状の内型と、
   前記被加熱材の外周側に、前記被加熱材を取り囲むように設けられるとともに、前記内型の軸方向における一端から他端まで延びる間隙により周方向に分割され、内側に向けて変位することにより、前記間隙が狭められ前記被加熱材の外周面に覆う電極材と、
   前記被加熱材を加熱するために、前記電極材と前記内型の間に高周波電圧を印加する電圧印加手段と
   を備えることを特徴とする高周波誘電加熱装置。
2. 前記間隙が、前記軸方向に対して平行に、又は前記軸方向に対して斜めに延びることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
3. 前記内型の外周面が円周面であって、前記被加熱材が円筒形を呈することを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
4. 前記電極材が、前記間隙により２以上の電極片に分割されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
5. 前記各電極片は、内周面が円弧を呈する円弧片であるとともに、前記内周面の曲率中心が前記内型の軸に一致し、前記内周面の曲率が互いに同一であることを特徴とする請求項４に記載の高周波誘電加熱装置。
6. 前記電極材が、前記被加熱材を押圧することにより、前記被加熱材が前記電極材と内型により挟圧されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
7. 流体圧によって、前記電極材を径方向に変位させる駆動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
8. 内型に取り巻くように装着され筒状に形成された被加熱材を、高周波誘電加熱をするための電極材であって、
   前記被加熱材の外周側に、前記被加熱材を取り囲むように設けられるとともに、前記内型の軸方向における一端から他端まで延びる間隙により周方向に分割され、内側に向けて変位することにより、前記間隙が狭められ前記被加熱材の外周面に覆うことを特徴とする電極材。
9. 柱状の内型の外周面に、被加熱材を筒状に形成して取り巻くように装着する第１工程と、
   前記被加熱材の外周側に、前記被加熱材を取り囲むように設けられ、前記内型の軸方向における一端から他端まで延びる間隙により周方向に分割される電極材を、前記間隙が狭められるように、内側に向けて変位させ、前記被加熱材の外周面を電極材で覆う第２工程と、
   前記被加熱材を加熱するために、前記電極材と前記内型の間に高周波電圧を印加する第３工程と
   を備えることを特徴とする高周波誘電加熱方法。
   

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