JP2011147896A - 高分子材料の熱硬化方法、及び熱硬化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高分子材料を熱硬化させるにあたり、界面への熱伝導を促進させることで、高分子材料をワークに確実に固着させる。
【解決手段】ドアパネル１０に塗布したシーリング剤Ｓを熱硬化させる熱硬化方法であって、前記ドアパネル１０のうちシーリング剤Ｓが塗布された塗布位置の側部を、同側部に対応させて配置したシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌにより加熱させ、前記側部からの熱伝導を利用して前記シーリング剤Ｓを熱硬化させる。このようにすれば、シーリング剤Ｓの界面が確実に熱硬化する。そのため、ドアパネル１０に対してシーリング剤Ｓをしっかりと固着させることができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、高分子材料の熱硬化方法、及び熱硬化装置に関する。

従来から、金属製のワークに塗布した高分子材料を熱硬化させることで、ワークの繋ぎ部分（継目）を目止めしたり、ワークを防音コーティングすることが、自動車などの輸送機器において広く行われている。そして現在までのところ、高分子材料を熱硬化させる方式は、熱風の吹き付けが主流であった。しかし、熱風を吹き付ける方式は、エネルギーの利用効率が低くラインニングコストが高い、という問題があり代替案が求められていた。熱風の吹き付けに変わる代替案としては、ヒータ管などの発熱体を使用して、高分子材料をヒータ管の輻射熱、すなわち赤外線により熱硬化させる方式が考えられる。尚、下記特許文献１には、ドアに塗布されるシーリング剤（高分子材料）を赤外線を利用して熱硬化させる点が記載されている。

特開２００３−２００１１０号公報

しかしながら、高分子材料は、赤外線に対するエネルギーの吸収がよく、表面は加熱硬化が促進する傾向にある。一方、高分子材料のうち金属製のワークに対する界面には、赤外線が到達しないため、硬化が不十分になる傾向にあり、改善の余地があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、高分子材料を熱硬化させるにあたり、ワークに対する界面への熱伝導を促進させることで、高分子材料をワークに確実に固着させることを目的とする。

本発明は、金属製のワークに塗布した高分子材料を熱硬化させる高分子材料の熱硬化方法であって、前記ワークのうち高分子材料が塗布された塗布位置の側部を、同側部に対応させて配置した発熱線を有する発熱体により加熱させ、前記側部からの熱伝導を利用して前記高分子材料を熱硬化させるところに特徴を有する。尚、ここで言う「塗布位置の側部」とは、ワークのうち高分子材料の塗布位置の近傍箇所（周辺部）を意味する。

このようにすれば、高分子材料の界面（ワークに対する界面）が確実に熱硬化するので、金属製のワークに対して高分子材料をしっかりと固着できる。

この発明の実施態様として、以下の構成とすることが好ましい。
・前記ワークのうち高分子材料が塗布された塗布位置の左右両側部を、２つの発熱体を用いて、同時に加熱するようにする。このようにすれば、高分子材料のうち塗布位置の左右両側とも、ワークとの界面を均等に熱硬化させることが可能となる。

・前記２つの発熱体の間に設置した遮蔽部材により、前記２つの発熱体の熱が前記高分子材料に直接照射されることを防ぐようする。このようにすれば、誤って長時間加熱した場合であっても、高分子材料を焦がしたり、変色させることがない。

・前記発熱体の周囲を金属壁によって取り囲むことにより、前記発熱体の熱が外部に逃げるのを防止する。このようにすれば、熱効率を高くすることが可能となり、界面への熱伝導を促進させることが可能となる。

本発明は、金属製のワークに対して塗布された高分子材料を熱硬化させる熱硬化装置であって、前記ワークに塗布された高分子材料に沿って延びる発熱線を有し、前記ワークのうち前記高分子材料が塗布された塗布位置の左右両側部に対応させて配置される２つの発熱体と、前記２つの発熱体の間に配置され、前記２つの発熱体の熱が前記高分子材料に直接照射されるのを遮蔽する遮蔽板と、前記２つの発熱体の周囲を取り囲む金属壁体と、を備えるところに特徴を有する。このようにすれば、高分子材料の界面を確実に硬化させることが可能となり、金属製のワークに対して、高分子材料をしっかりと固着できる。また、遮蔽板が発熱体の熱を遮蔽するから、誤って長時間加熱した場合であっても、高分子材料の表面を焦がしたり、変色させることがない。

本発明によれば、高分子材料のワークに対する界面を確実に熱硬化させることが可能となる。そのため、金属製のワークに対して高分子材料をしっかりと固着できる。

本発明の実施形態１に係るドアパネルの斜視図 ドアパネルの板組みを示す断面図 ドアパネルに対する熱硬化装置の配置を示す図 熱硬化装置の分解斜視図 シーズヒータの正面図 熱硬化装置の正面図 熱硬化装置の側面図（図６をＡ方向から見た図） 熱硬化装置の下面図 熱硬化装置の待機位置を示す図 熱硬化装置の加熱位置を示す図 シーリング剤界面の加熱原理を説明する図 ドアパネルの温度分布を示す図 実施形態２における熱硬化装置の待機位置を示す図 熱硬化装置の加熱位置を示す図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図１２によって説明する。
１．全体説明
本実施形態は、金属製のワークＷとして自動車用ドアを構成するドアパネル１０を例示するものである。ドアパネル１０は、金属板製のアウタパネル１１上に、金属板製のインナパネル１２を重ね合わせた後、図２にて示すように、アウタパネル１１の外周部を内側へ折り返してインナパネル１２の外周端部を挟み込むことで両パネル１１、１２を一体化させたものである。

そして、両パネル１１、１２の継目Ｃには、図１にて示すようにその全周に沿ってシーリング剤Ｓが塗布されるようになっている。シーリング剤Ｓは、例えばポリ塩化ビニルを主成分とした高粘度の高分子材料であり、これをドアパネル１０の周囲に配置した３０Ａ〜３０Ｆの６つの熱硬化装置を使用して熱硬化させると、ドアパネル１０の継目Ｃが全周に亘ってシールされる構成となっている（図３参照）。

２．熱硬化装置の構造説明
熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆは、ドアパネル１０に塗布されたシーリング剤Ｓの加熱作業を各区間ごとに分担して行うものである。各熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆは、区間の長さに対応して全長に長短の相違があるものの装置構成は同じである。従って、以下では、熱硬化装置３０Ａを代表させて構造説明を行う。

熱硬化装置３０Ａは一対のシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌと、遮蔽板６０と、支持金具８０と、下面が開口する金属壁体７０と、金属壁体７０の外周側をその全長に亘って囲む断熱材９０（例えば、無機質ファイバーで補強したセラミック粉末など）とを備えたものである（図４参照）。

一対のシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌは、図５に示すように、金属パイプ５１と、金属パイプ５１に対しその軸に沿って配設されたニクロム抵抗線（本発明の「発熱線」の一例）５３と、パイプ内に充填された特殊充填材とを主体に構成されるものである。特殊充填材は、電気絶縁性に優れるとともに、熱伝導率の高いものであり、例えば、高純度のマグネシア粉末などを用いることが出来る。

一対のシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌは、軸端に端子５５を引き出しており、両端子５５を介してパイプ内のニクロム抵抗線５３を通電して、ニクロム抵抗線５３及び金属パイプ５１を発熱させる構成となっている。尚、金属パイプ５１の外周面には、高効率遠赤輻射塗料を表面に塗布するしておくとよい。このようにしておけば、発熱に伴って遠赤外線が放出され、シーリング剤Ｓを効率よく加熱することが可能となる。

両シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌは、軸線Ｌｚを平行に揃えつつ左右に並んだ状態で支持金具８０に支持されている。尚、両シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌはいずれも軸線Ｌｚが直線的に延びているが、これは、各熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆに割り当てられている区間において、ドアパネル１０の継目Ｃが直線的に延びているからである（図３参照）。

また、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌは、外側を金属壁体７０により囲まれる構成となっている。金属壁体７０は鉄製又はステンレス製の板材よりなるものであり、断面形状が山型をなす上部壁体７１と、その左右両側に取りつけられた左右一対の下部壁体７５Ｒ、７５Ｌとの３部品により構成されている。

上部壁体７１は、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの軸線Ｌｚに沿って延びており、全長はシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの全長より幾らか長くなっている。上部壁体７１の両端部には、支持金具８０が取り付けられている。支持金具８０は、上部壁体７１の天井に軸端を固定しつつ下向きに延びる支持棒８１と、支持棒の下端に取り付けられた取付板８５とを備えている。

取付板８５は左右方向に水平に延びており、左右両部にはシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの端部を固定するためのブラケット８７Ｒ、８７Ｌがそれぞれ固定されている。以上のことから、前後の取付板８５に設けられた各ブラケット８７Ｒ、８７Ｌに、前端と後端をそれぞれ固定することで、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌは、上部壁体７１の下方にて水平な姿勢を保って支えられる構成となっている。

下部壁体７５Ｒ、７５Ｌは、図７にて示すように、上部壁体７１の下部から、中心線Ｌｃに向かって斜め内向きに延びている。この下部壁体７５Ｒ、７５Ｌは、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの全長に亘って延びており、また、壁の下端７７は、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの下端の位置に等しくなっている。下部壁体７５Ｒ、７５Ｌは、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの左右両側にあって、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの左右両側方を囲む構成となっている。

遮蔽板６０は、鉄製又はステンレス製の板材よりなるものであり、断面形状が上に凸をもつ三角形状をしている。遮蔽板６０は、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの全長に亘って延びている。係る遮蔽板６０は、装置の中心線Ｌｃ上であって、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌのやや下側の位置に取り付けられている（図７参照）。具体的に説明すると、遮蔽板６０の両端には平らな座面部６５が形成してある。そして、座面部６５には軸孔６５Ａが形成してあり、遮蔽板６０は、座面部６５の軸孔６５Ａを支持棒８１の下端に通して螺子止めすることで、支持金具８０に対してその両端を固定させている（図４参照）。

上記のように構成された熱硬化装置３０Ａは不図示の移動ロボットにより、図９に示す待機位置と、図１０に示す加熱位置との間にて移動操作される構成となっている。

図９に示す待機位置では、熱硬化装置３０Ａは、ドアパネル１０の上方にあって、ドアパネル１０から離れた位置関係になる。また、図１０に示す加熱位置では、熱硬化装置３０Ａは、ドアパネル１０の高さ（具体的には、ドアパネル１０までの距離が数ミリとなる高さ）に下降して、ドアパネル１０の内面に装置下部のヒーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌが接近した状態となる。そして、この加熱位置において、熱硬化装置３０Ａは装置の中心線Ｌｃをシーリング剤Ｓの中心（継目Ｃ）に一致させた状態となり、シーリング剤Ｓの正面に遮蔽板６０が位置する位置関係となる。

また、各シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌは、ドアパネル１０の継目Ｃに塗布されたシーリング剤Ｓの左右両側に位置して、各ドアパネル１０の継目側部に向かい合った位置関係となる。図１１を参照して具体的に説明すれば、シーズヒータ４０Ｌは、シーリング剤Ｓの塗布位置から図中左側に位置がずれており、アウタパネル１１の継目側部１１ａに向かい合った位置関係となる。また、シーズヒータ４０Ｒは、シーリング剤Ｓの塗布位置から図中右側に位置がずれており、インナパネル１２の継目側部１２ａに向かい合った位置関係となる。尚、上記により、本発明の「同側部（この例では、継目側部）に対応させて発熱線（この例では、シーズヒータ）を配置」が具現化されている。

３．熱硬化方法の説明
次に、シーリング剤Ｓを熱硬化させる方法について説明を行う。尚、ここでは、ドアパネル１０に対するシーリング剤Ｓの塗布作業は既に完了しており、ドアパネル１０は、図３にて示すように、シーリング剤Ｓを塗布した内面を上に向けた状態で、所定の治具上にセットされているものとする。

さて、ドアパネル１０に塗布したシーリング剤Ｓを熱硬化させるには、まず、移動ロボットを一斉操作して、各熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆを待機位置から加熱位置に移動させてやる。これにより、熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆは、ドアパネル１０の高さに下降して、ドアパネル１０の内面に接近した状態となる。

あとは、各熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆのシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌを通電してやればよく、これにより、各熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆの各シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌが一斉に発熱して、ドアパネル１０の継目一帯を両シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌが同時に加熱する。すると、継目Ｃに塗布されたシーリング剤Ｓが熱硬化して、両パネル１１、１２の継目Ｃが全周に亘ってシールされる。

そして、特に、本実施形態では、図１１に示すように、加熱位置において、シーズヒータ４０Ｌは、シーリング剤Ｓの塗布位置から図中左側に位置がずれており、アウタパネル１１の継目側部１１ａに向かい合った位置関係となる。また、シーズヒータ４０Ｒは、シーリング剤Ｓの塗布位置から図中右側に位置がずれており、インナパネル１２の継目側部１２ａに向かい合った位置関係となる。

そのため、シーズヒータ４０Ｌの発熱に伴いアウタパネル１１の継目側部１１ａが重点的に加熱され、また、シーズヒータ４０Ｒの発熱に伴いインナパネル１２の継目側部１２ａが重点的に加熱される。そして、加熱された継目側部１１ａ、１２ａからの熱伝導によりシーリング剤Ｓに熱が回る。具体的に説明すると、アウタパネル１１の継目側部１１ａからの熱伝導によりアウタパネル側の界面Ｓ１に熱が回り、また、インナパネル１２の継目側部１２ａからの熱伝導により、インナパネル側の界面Ｓ２に熱が回る。

以上のことから、シーリング剤Ｓのうちドアパネル１０に対する界面（通常は熱が回り難い箇所）Ｓ１、Ｓ２をしっかり加熱出来る。そのため、両界面Ｓ１、Ｓ２を確実に熱硬化させることが可能となり、ドアパネル１０の継目Ｃに対してシーリング剤Ｓをしっかりと固着できる。尚、参考までに記載しておくと、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの加熱時間は、約３０秒〜５０秒程度であり、そのとき、ヒータ温度は約５２０度〜５８０度程度になる。また、ドアパネル１０の目標温度は、約１５０度である。

また、加熱位置において、シーリング剤Ｓの正面には、遮蔽板６０が位置している。そのため、２つのシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの熱は、この遮蔽板６０により遮られ、シーリング剤Ｓに対して直接照射されることがない。そのため、図１２のグラフ（実線）で示すように、シーリング剤Ｓの塗布範囲に対応する領域Ｅでは、エネルギー量（熱エネルギー量）が、周辺領域Ｄのエネルギー量の約１０％程度になる。このようにすれば、誤って長時間加熱した場合であっても、シーリング剤Ｓを焦がしたり、表面を変色させることがない。

尚、図１２のグラフ（一点鎖線）は、遮蔽板６０を設置していない場合を示しており、この場合、領域Ｅのエネルギー量は周辺領域Ｄのエネルギー量の約５０％程度になる。

そして、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌによる加熱処理が完了したら、再度、移動ロボットを一斉操作し、今度は、各熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆを加熱位置から待機位置に戻してやる。これにより、各熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆがドアパネル１０から離間するので、加熱処理を終えたドアパネル１０を次の工程に搬送できる状態になる。

４．効果説明
以上説明したように、本熱硬化方法では、両パネル１１、１２からの熱伝導を利用してシーリング剤Ｓの界面（ドアパネル１０に対する界面）Ｓ１、Ｓ２を加熱している。そのため、界面Ｓ１、Ｓ２に熱を確実に伝えることが出来、シーリング剤Ｓの界面Ｓ１、Ｓをしっかり熱硬化させられる。以上のことから、ドアパネル１０の継目Ｃに対してシーリング剤Ｓをしっかりと固着させることができる。

また、本熱硬化方法では、２本のシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌを用いて、アウタ、インナの両パネル１１、１２を同時に加熱している。このようにすれば、シーリング剤Ｓのうちアウタパネル１１側の界面Ｓ１、インナパネル１２側の界面Ｓ２の双方の界面Ｓ１、Ｓ２に熱が均等に回る。したがって、シーリング剤Ｓをアウタパネル１１、インナパネル１２の双方のパネルに対してしっかりと固着させることができる。

また、本実施形態では、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの周囲を金属壁体７０によって取り囲んでおり、金属壁体７０及びその外周に被覆された断熱材９０が簡易的な炉体を構成する。そのため、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの放つ熱が外部に逃げ難い。このようにすれば、熱効率を高くすることが可能となり、シールリング剤Ｓの界面Ｓ１、Ｓ２に対する熱伝導を一層促進させることが可能となる。

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２を図１３ないし図１４によって説明する。実施形態１では、中心線Ｌｃを真下に向けながら熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆをドアパネル１０に接近させてゆき、ドアパネル１０の継目一帯を加熱する例を説明した（図９、図１０参照）。

実施形態２では、中心線Ｌｃを斜めに向けながら熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆをドアパネル１０に接近させるようにしている。そして、図１４にて示すように、加熱位置では、シーズヒータ４０Ｌをアウタパネル１１のエッジ１１ｂの左脇に向かい合わせるように配置させる共に、シーズヒータ４０Ｒをインナパネル１２の継目側部１２ａの真上に配置させている。そして、図１４の配置のもと、ドアパネル１０の継目一帯を加熱するようにしている。

このようにドアパネル１０に対して、中心線Ｌｃを斜めに向けながら熱硬化装置３０Ａ〜３０Ｆを接近させるようにしてやれば、継目Ｃからエッジ１１ｂまでの距離Ｇが短い場合であっても、ドアパネル１０にシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌを接近させることが可能となる。そのため、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌによって、ドアパネル１０の継目一帯（言い換えれば、塗布位置の側部）を加熱できるから、その熱伝導を利用して、継目Ｃに塗布されたシーリング剤Ｓを確実に熱硬化させられる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態１、２では、いずれも金属製のワークの一例としてドアパネル１０を例示し、その継目Ｃに塗布したシーリング剤Ｓを熱硬化させる例を挙げた。本発明は、例示したシーリング剤Ｓを熱硬化させる使用用途以外にも、例えば、金属製の車体に塗布した防音コーティング剤を熱硬化させる使用用途、又はホイルハウスに塗布したアンダーコート剤を熱硬化させる使用用途など、種々の用途に対して適用することが可能である。

（２）上記実施形態１、２では、ドアパネル１０に対するシーリング剤Ｓの塗布軌道がほぼ直線であることに対応して、シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌをストレート形状（軸線Ｌｚが直線的に延びている形状）とした。シーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌの形状は、熱硬化させる対象物に沿って延びていればよく、例えば、シーリング剤Ｓの塗布軌道が曲がっていれば、それに沿うように軸線Ｌｚを曲げた形状にすることが好ましい。

（３）上記実施形態１、２では、シーリング剤Ｓを熱硬化させる発熱体の一例に、ヒーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌを例示したが、発熱体はシーズヒータ４０Ｒ、４０Ｌに限定されるものではなく、例えば、ニクロム抵抗線単体にて、代用することが可能である。

１０…ドアパネル（本発明の「ワーク」の一例）
１１…アウタパネル
１１ａ…継目側部（本発明の「塗布位置の側部」に相当）
１１ｂ…エッジ（本発明の「塗布位置の側部」に相当）
１２…インナパネル
１２ａ…継目側部（本発明の「塗布位置の側部」に相当）
３０Ａ〜３０Ｆ…熱硬化装置
４０Ｒ、４０Ｌ…シーズヒータ（本発明の「発熱体」の一例）
５１…金属パイプ
５３…ニクロム抵抗線（本発明の「発熱線」の一例）
６０…遮蔽板
７０…金属壁体
８０…支持金具
９０…断熱材
Ｓ…シーリング剤（本発明の「高分子材料」の一例）

Claims (5)

1. 金属製のワークに塗布した高分子材料を熱硬化させる高分子材料の熱硬化方法であって、
   前記ワークのうち高分子材料が塗布された塗布位置の側部を、同側部に対応させて配置した発熱線を有する発熱体により加熱させ、前記側部からの熱伝導を利用して前記高分子材料を熱硬化させることを特徴とする高分子材料の熱硬化方法。
2. 前記ワークのうち高分子材料が塗布された塗布位置の左右両側部を、２つの発熱体を用いて、同時に加熱するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の高分子材料の熱硬化方法。
3. 前記２つの発熱体の間に設置した遮蔽部材により、前記２つの発熱体の熱が前記高分子材料に直接照射されることを防ぐようにしたことを特徴とする請求項２に記載の高分子材料の熱硬化方法。
4. 前記発熱体の周囲を金属壁によって取り囲むことにより、前記発熱体の熱が外部に逃げるのを防止するようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の高分子材料の熱硬化方法。
5. 金属製のワークに対して塗布された高分子材料を熱硬化させる熱硬化装置であって、
   前記ワークに塗布された高分子材料に沿って延びる発熱線を有し、前記ワークのうち前記高分子材料が塗布された塗布位置の左右両側部に対応させて配置される２つの発熱体と、
   前記２つの発熱体の間に配置され、前記２つの発熱体の熱が前記高分子材料に直接照射されるのを遮蔽する遮蔽板と、
   前記２つの発熱体の周囲を取り囲む金属壁体と、を備えることを特徴とする熱硬化装置。

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