JP2020157368A - プレス装置の冷却制御方法およびプレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレス装置の冷却時に熱板等の加圧部材の温度を過剰に冷却され過ぎないようコントロールして設定した温度または設定した温度に近似した温度で降温することができるプレス装置の冷却制御方法およびプレス装置を提供する。【解決手段】 加熱および冷却される加圧部材２２，２４，２５の間で被加工材Ｐの加圧を行うプレス装置１１の冷却制御方法において、前記加圧部材２２，２４，２５を冷却する冷却媒体流路３０と、前記加圧部材２２，２４，２５を加熱するヒータ２６と、前記加圧部材の温度を検出する温度センサ２９とが備えられ、前記加圧部材２２，２４，２５の冷却時に前記冷却媒体流路３０に冷媒を流通させるとともに、前記温度センサ２９の検出値が設定された温度となるか設定された温度を下回ったときに前記ヒータ２６による加熱制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は 加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置の冷却制御方法およびプレス装置に関するものである。

本発明は 加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置としては、特許文献１、特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献１には、熱板内に複数の温度制御可能な電熱ヒータと熱媒体通路を設ける。そして、熱媒体の一部を冷却用熱交換機に流入させ冷却された熱媒体が高温の熱媒体と混合させる。冷却された熱媒体の混合割合と温度センサにより検出した温度を３方調整弁指令装置にフィードバックさせ予め定めた冷却速度を達成させる、ことが記載されている。

また特許文献２には、ホットプレスにおける熱板を加熱するための複数のヒータを嵌入した加熱孔と熱板を冷却するための複数の冷却孔を設け、該冷却孔に冷却フィンを螺旋状に設けた可撓性冷却管を嵌入させ、熱板の側面に生じる複数の可撓性冷却管の撓折部を包囲する空所をそなえた側縁板を各熱板の長手方向の両側面に固定し、該冷却孔において、外周冷却水路と内周冷却水路とを構成したことを特長とするホットプレスにおける熱板加熱冷却装置が記載されている。

更に特許文献３には、冷却に関する記載は無いが、ホットプレスにおける熱板を複数の制御ゾーンに分割して、それぞれの制御ゾーンに電熱ヒータを配置し、それぞれの制御ゾーンが互いに独立して加熱され得るように為す一方、それら各制御ゾーン毎に温度検出手段を配し、且つそれら各温度検出手段にてそれぞれ検出される各制御ゾーンの温度に基づいて、各制御ゾーンに設定される目標加熱温度の近傍で、それよりも低い温度を下限とする所定の温度領域内において各制御ゾーンの電熱ヒータに供給される電力をそれぞれ別個に低下せしめる電力低下手段を設けると共に、各制御ゾーンの電熱ヒータへの給電をそれぞれ制御し、各制御ゾーンの温度が前記目標加熱温度となるように熱板の各制御ゾーンの加熱を行なわしめる加熱制御手段を設けたことを特徴とする電熱型ホットプレス装置、が記載されている。

特開平５−１３１４７３号公報（請求項１、第３頁右下欄、第１図、第４図） 特開平２−２２４８９９公報（請求項１、第２図） 特開昭６２−２３４６９５号公報（請求項１、第２図、第４図）

しかしながら特許文献１ないし特許文献３については、プレス装置の冷却時に熱板等の加圧部材の温度をどのようにすれば望ましい温度に制御可能かについては示唆がされていない。従ってプレス装置の冷却時については、設定した温度で降温できなかったり熱板等の加圧部材の各部において温度が不均一になるなどの問題があった。そしてとりわけ加熱保持工程に続いて行われる徐冷工程において熱板等の加圧部材が設定した温度で降温できなかったり熱板等の加圧部材の各部において温度が不均一になると被加工材の状態に悪影響を与えることもあった。

本発明では上記の問題を鑑みて、プレス装置の冷却時に熱板等の加圧部材の温度を過剰に冷却され過ぎないようコントロールして設定した温度または設定した温度に近似した温度で降温することができるプレス装置の冷却制御方法およびプレス装置を提供することを目的とする。またはプレス装置の冷却時に熱板等の加圧部材の各部において温度を略均一またはなるべくバラつきが少なくなるように温度制御することができるプレス装置の冷却制御方法およびプレス装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のプレス装置の冷却制御方法は、加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置の冷却制御方法において、前記加圧部材を冷却する冷却媒体流路と、前記加圧部材を加熱するヒータと、前記加圧部材の温度を検出する温度センサとが備えられ、前記加圧部材の冷却時に前記冷却媒体流路に冷媒を流通させるとともに、前記温度センサの検出値が設定された温度となるか設定された温度を下回ったときに前記ヒータによる加熱制御を行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のプレス装置の冷却制御方法は、加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置の冷却制御方法において、前記加圧部材を冷却する冷却媒体流路と、各制御ゾーンに配置され前記加圧部材を加熱するヒータと、前記各制御ゾーンに配置され前記加圧部材の温度を検出する温度センサとが備えられ、前記加圧部材の冷却時に前記冷却媒体流路に冷媒を流通させるとともに、いずれかの制御ゾーンの温度センサの検出値が他の制御ゾーンの温度センサの検出値を下回ったときに前記いずれかの制御ゾーンのヒータによる加熱制御を行うことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のプレス装置の冷却制御方法は、請求項１または請求項２において、前記ヒータはカートリッジヒータであり前記温度センサの検出値により通電制御されることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のプレス装置は、加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置において、前記加圧部材を冷却する冷却媒体流路と、前記加圧部材を加熱するヒータと、前記加圧部材の温度を検出する温度センサと、前記加圧部材の冷却時の温度を設定する設定部と、前記加圧部材の冷却時に冷却媒体流路に冷媒を流通させ、前記センサの検出値が設定された温度が温度となるか設定された温度を下回ったときに前記ヒータによる加熱制御を行う制御装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項５に記載のプレス装置は、請求項４において、前記加圧部材は熱板であり、前記ヒータと前記温度センサは、前記熱板の各制御ゾーンに設けられていることを特徴とする。

本発明のプレス装置の冷却制御方法は、加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置の冷却制御方法において、前記加圧部材を冷却する冷却媒体流路と、前記加圧部材を加熱するヒータと、前記加圧部材の温度を検出する温度センサとが備えられ、前記加圧部材の冷却時に前記冷却媒体流路に冷媒を流通させるとともに、前記温度センサの検出値が設定された温度となるか設定された温度を下回ったときに前記ヒータによる加熱制御を行うので、前記加圧部材の温度を過剰に下げ過ぎないようコントロールした冷却制御を行うことができる。

本実施形態のプレス装置の概略図である。 本実施形態のプレス装置の中間の熱板の構造を示す概略平面図である。 本実施形態のプレス装置の冷却工程を示すグラフである。

本発明の一実施形態であるプレス装置１１について、図１を参照して説明する。プレス装置１１は、加熱および冷却される加圧部材である熱板２２，２４，２５の間で被加工材Ｐの加圧を行うプレス装置である。プレス装置１１は、下部側に加圧機構の加圧シリンダ１２を備えている。加圧シリンダ１２は図示しないベースに固定されるか工場のピットの中に載置されている。本実施形態では加圧シリンダ１２は油室１３を備えた単動のシリンダであり、シリンダ筒１４に対して昇降する円柱状のラム１５を備えている。油室１３にはポンプ等の油圧機構１６が接続されている。

加圧シリンダ１２の基台部１７は矩形形状で所定の厚みを備えており、その四隅近傍にはそれぞれ縦方向に向けてタイバ１８が締結されている。タイバ１８の上部は、矩形形状の上盤１９の四隅近傍に締結されている。そしてラム１５の前端面は、可動盤２０の背面に固定されている。矩形形状の可動盤２０は、四隅近傍にタイバ挿通孔が設けられ、前記タイバ挿通孔に前記タイバ１８が挿通されている。従って可動盤２０は、ラム１５の昇降に伴いタイバ１８にガイドされて昇降移動可能となっている。なおプレス装置は、タイバ１８を用いない構造のものでもよい。

可動盤２０の上面には断熱板２１等を介して下側の加圧部材である矩形の熱板２２の裏面が固定されている。熱板２２は所定の厚みを備え、上面が平面の成形面からなる盤体である。上盤１９の下面には断熱板２３等を介して上側の加圧部材である矩形の熱板２４の裏面が固定されている。熱板２４は所定の厚みを備え、下面が平面の成形面からなる盤体である。前記熱板２２と熱板２４の間には中間の加圧部材である熱板２５が配置されている。中間の熱板２５は所定の厚みを備え、上面と下面が平面の成形面からなる盤体である。また熱板２５は、可動盤２０の下降時には図示しない載置部に両端が載置される。なお加圧部材である熱板の枚数は２枚以上であれば限定されず、中間の熱板２５が無く上下２枚の熱板だけのものや、或いは中間の熱板２５が２枚以上あるものでもよい。

次に加圧部材である熱板２２，２４，２５の加熱機構および冷却機構について図１、図２を参照して説明する。熱板２２，２４，２５においては加熱機構および冷却機構はほぼ共通するので、図２の中間の熱板２５の例で説明する。熱板２５は各制御ゾーンが個別に温度制御可能となっている。具体的には本実施形態では熱板２５は９つの制御ゾーンＺ１〜Ｚ９に制御ブロックが分割されている。なお制御ゾーンＺ（熱板２５等の温度を制御するブロック）の数については限定されず、１制御ゾーンであってもよく、２以上の複数の複数の制御ゾーン（例えば４、６、１２、１６ゾーン等）であってもよい。

そして熱板２５の各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９に該当する部分の内部には単独で制御可能なヒータ２６がそれぞれ埋め込まれている。本実施形態ではヒータ２６は、抵抗加熱式の電気ヒータである９本のカートリッジヒータが使用されている。本実施形態のカートヒータは、３つのゾーン２６ａ、２６ｂ、２６ｃごとに個別に温度制御可能なカートリッジヒータが使用されている。しかしヒータ２６の種類は限定されず、各制御ゾーンに個別に対応するヒータを設けてもよい。またヒータ２６はシーズヒータやバンドヒータ等の板状ヒータ、赤外線ヒータ等であってもよい。ヒータ２６はヒータ制御装置を含む制御装置２７の出力部２８に接続されている。熱板２５の各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９に該当する部分の内部には、温度センサである熱電対２９がそれぞれ取付けられている。前記熱電対２９は制御装置の入力部４６に接続されている。従って本実施形態では、各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９ごとに、ヒータ２６のゾーン２６ａ，２６ｂ、２６ｃのいずれかのゾーンと熱電対２９が対応して設けられている。なお温度センサは測温抵抗体等でもよく、温度センサによる測定場所も熱板２５等の表面や被加工材Ｐの温度を直接測定するものでもよい。

また熱板２５等の内部には熱板２５等の各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９全体を冷却可能な冷却媒体流路３０が形成されている。本実施形態では冷却媒体流路３０は、入口３０ａから出口３０ｂまでの間で往路部３０ｃ、屈曲部３０ｄ、復路部３０ｅが順に接続された１系統の流路が設けられている。しかしながら冷却媒体流路３０は前記各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の各ゾーンを冷却可能なものであれば直線状や渦巻き状等の他の形状の流路でもよい。また熱板２５等の冷却媒体流路３０の系統数も１系統に限定されず複数であってもよく、複数の系統が設けられている場合は、それぞれが少なくとも一つの制御ゾーンＺをカバーする。

熱板の冷却媒体流路３０には冷却媒体を供給する媒体供給装置３１，３２が接続されている。本実施形態では、冷却媒体はエアと水が使用されるので、プレス装置１１の熱板２５等には冷却用エア供給装置３１と冷却水供給装置３２が接続されている。そして冷却用エア供給装置３１（コンプレッサ）と冷却水供給装置３２は、プレス装置１１の制御装置２７の出力部２８に接続され、制御装置２７からの信号により作動が制御される。なお本発明の冷却媒体流路に供給される媒体は、限定されず、エア、水、油等の流体が単独または組み合わせて供給される。本実施形態では冷却媒体流路３０は、エアと水の双方が供給されるが、加圧部材には媒体ごとに専用の冷却媒体流路を設けてもよい。また媒体が油の場合は同じ流路に加熱用の油と冷却用の油が送られるようにしてもよい。

プレス装置１１の冷却用エア供給装置３１は、供給するエアの温度制御が可能なものでも温度制御が不可能なものでもよく、エアの供給量も可変のものでも変更不可能なものでもよい。冷却用エア供給装置３１に接続される供給側管路３３には開閉バルブ３４が設けられている。また前記供給側管路３３の開閉バルブ３４の先は、マニホールドブロック等からなる分岐部３５となっており、前記分岐部３５を介して各熱板２５等の冷却媒体流路３０の入口３０ａに向けて供給側管路３６が接続されている。また各熱板２５等の冷却媒体流路３０の出口３０ｂに接続される排出側管路３７はマニホールドブロック等からなる集束部３８を介して合流され、排出側管路３９を介してドレン装置４０等に接続されている。そして排出側管路３９には開閉バルブ４１が設けられている。

プレス装置１１の冷却水供給装置３２は、冷却水の温度制御可能なものでも温度制御不可能なものでもよく、冷却水の供給量も可変のものでも変更不可能なものでもよい。冷却水供給装置３２に接続される供給側管路４２には開閉バルブ４３が設けられている。また前記供給側管路４２の開閉バルブ４３の先は、前記エアの供給にも使用されるマニホールドブロック等からなる分岐部３５となっており、前記分岐部３５を介して各熱板２５等の冷却媒体流路３０の入口３０ａに向けて供給側管路３６が接続されている。また各熱板２５等の冷却媒体流路３０の出口３０ｂに接続される排出側管路３７は前記エアの排出にも使用されるマニホールドブロック等からなる集束部３８を介して合流され、循環管路４４を介して冷却水供給装置３２に接続されている。そして循環管路４４には開閉バルブ４５が設けられている。

冷却水供給装置３２は、冷却水の温度制御可能なものでも温度制御不可能なものでもよく、冷却水の供給量も可変のものでも変更不可能なものでもよい。冷却水供給装置３２に接続される供給側管路４２には開閉バルブ４３が設けられている。また前記供給側管路４２の開閉バルブ４３の先は、前記エアの供給にも使用されるマニホールドブロック等からなる分岐部３５となっており、前記分岐部３５を介して各熱板２５等の冷却媒体流路３０の入口３０ａに向けて供給側管路３６が接続されている。また各熱板２５等の冷却媒体流路３０の出口３０ｂに接続される排出側管路３７は前記エアの排出にも使用されるマニホールドブロック等からなる集束部３８を介して合流され、循環管路４４を介して冷却水供給装置３２に接続されている。そして循環管路４４には開閉バルブ４５が設けられている。

プレス装置１１の制御装置２７については、入力部４６と出力部２８を備える他、演算処理部４７と記憶部４８を備えている。演算処理部４７は、プレス装置１１の熱板２５等の温度制御を含めたシーケンス制御を行う。また特に演算処理部４７は、本発明の関連では、熱板２５等の冷却制御時に、温度センサである熱電対２９の検出値に基づき、冷却媒体であるエアや水の供給量や温度の制御、ヒータ２６のＯＮ・ＯＦＦ制御等の温度制御を行う。これら本実施形態では熱板２５等のこれら温度制御はＰＩＤ制御により行われる。

制御装置２７の記憶部４８は、各種の成形条件や成形データが記憶されている部分である。記憶部４８は、本発明の関連ではプレス装置１１の熱板２５等の冷却制御時の設定温度が記憶されている。また冷却制御に関するＰＩＤ制御のプログラム等が記憶されている。また制御装置２７の入力部４６には設定入力や表示を行う設定部４９が接続されている。設定部４９は本発明の関連ではプレス装置１１の熱板２５等の冷却制御時の温度などを設定する機能を備えている。

またプレス装置１１は、必要に応じて扉の付いたチャンバを備え、前記熱板２５等はチャンバ内に配置されている。そしてチャンバには、チャンバ内を真空状態にするための真空ポンプまたはチャンバ内を不活性ガスで満たすための不活性ガスの供給装置等が接続されている。またプレス装置１１には、必要に応じて被加工材Ｐの搬入装置や搬出装置が備えられる。

次にプレス装置の制御方法、とりわけ冷却制御方法について図３を参照して説明する。プレス装置１１のシーケンス制御の制御開始に際しては、予め設定部４９からプレス制御時の昇温工程、温度保持工程、冷却工程の各工程の設定温度（昇温温度、保持温度、降温温度）が設定されており、記憶部４８に保存されている。本実施形態では、そのうち昇温工程の昇温温度と、冷却工程の降温温度については、温度と経過時間の関係から図３にグラフ表示されるようなスロープや温度カーブで設定がなされている。

次に熱板２２および熱板２５の成形面の上に被加工材Ｐがそれぞれ載置されると、図示しないチャンバ内を真空状態とするタイプのプレス装置１１では扉が閉鎖され、真空ポンプによりチャンバ内が真空化される。また制御装置２７からの指令によりプレス装置１１の加圧シリンダ１２が作動されラム１５が上昇して、熱板２２と熱板２５の間、熱板２５と熱板２４の間でそれぞれプリント基板等の被加工材Ｐの加圧が行われる。この際の熱板２２および熱板２５への被加工材Ｐの載置から加圧開始直後までのいずれかのタイミングで昇温工程を開始する。昇温工程における熱板２５等の昇温制御は、各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の制御ブロックごとに行われる。

具体的には各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の熱電対２９の検出値を検出し、各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９ごとに予め設定した昇温工程の昇温スロープとなるように制御装置２７によりヒータ２６のクローズドループ制御（ＰＩＤ制御）が行われる。本実施形態ではヒータ２６の加熱制御は、ＯＮ・ＯＦＦ制御により行われるが、サイリスタ等を用いてヒータに供給される電圧を制御するものでもよい。またプレス装置１１の昇温工程はヒータ２６による昇温以外に図示しない加熱媒体供給装置から加熱媒体を流路に供給するものを除外するものではない。

そして予め設定した時間Ｔ１に熱板２５等の各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の温度が予め設定した保持工程の設定温度ａ１にまで上昇されると昇温工程は終了し、次に温度保持工程（加熱工程）に移行する。温度保持工程のヒータ２６の制御については、昇温工程と基本的には同じであり、各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９ごとに熱電対２９の温度を検出して、保持工程の設定温度ａ１が維持されるようにヒータ２６の加熱制御（ＰＩＤ制御）が行われる。この際に公知のサーモスタットに類する機能を用いてもよい。なお昇温工程と比較して温度保持工程（加熱工程）ではヒータ２６がＯＦＦとなっている時間が長くオーバーシュートが抑制されていることは言うまでもない。

そして予め設定した時間Ｔ２が経過すると温度保持工程（加熱工程）は終了し、次に冷却工程に移行する。本実施形態では冷却工程は２段階に分かれている。冷却工程は、最初に時間あたりの降温比率の小さい徐冷工程が行われ、その後に、時間あたりの降温比率の大きい急冷工程が行われる。徐冷工程では、エア供給装置から熱板の冷却媒体流路にエアを供給して熱板の冷却を行う。この際に上記したようにエアの温度や圧力を制御してもよく、またエアに水分を混ぜて霧状にするなどしてもよい。エアに水分を混ぜて霧状にして供給する場合は、冷却水供給装置３２を作動させるとともに開度の調整機能を備えた開閉バルブ４３の開度を調整して開くなどする。

本実施形態において冷却工程の前半に徐冷工程を設ける理由は、次のうちの少なくとも一つの理由による。
（１）高温加熱状態から熱板２５等を急冷すると被加工材Ｐに収縮等による反りやひび割れ等の変形異常等を引き起こす可能性があり最初は徐冷したほうが良好な成形品が得られる。
（２）温度保持工程の熱板２５等の温度が一定以上の高温状態で、熱板２５等内の冷却媒体流路３０に冷却水を供給すると急激な蒸気の発生により、冷却媒体流路３０内が高圧状態となり、その結果、冷却水の供給が不可能となったり、対策用の設備コストが増大したりする。
（３）温度保持工程（加熱工程）の熱板２５等の温度が一定以上の温度の状態で、熱板２５等内の冷却媒体流路３０に冷却水を供給すると、対策により例え急激な蒸気の発生の問題が解決できたとしても冷却媒体流路３０の入口３０ａ側の制御ゾーンＺ１と出口３０ｂ側の制御ゾーンＺ９では熱板２５等の温度ムラが激しくなる。その結果、熱板２５等や、熱板２５等と供給側管路３６等の接続部、または被加工材Ｐに悪影響が及ぼされる。

これらの理由から本実施形態では徐冷工程を設け、徐冷工程では冷却媒体流路３０に水よりも熱伝導率が低いエアを供給する。大気圧よりも高圧のエアの供給は、制御装置２７からの信号により開閉バルブ３４，４１を開とし、開閉バルブ４３，４５を閉として冷却用エア供給装置３１（コンプレッサ）から行われる。しかし熱板２５等内の冷却媒体流路３０をどのような形態や本数であっても熱板２５の各部に温度差が発生することが多い。特に冷却媒体流路３０内をエアが流通することより入口３０ａ側の制御ゾーンＺ１よりも出口３０ｂ側の制御ゾーンＺ９のほうがエアの温度が昇温される結果、熱板２５等の冷却媒体流路３０の入口３０ａの制御Ｚ１と出口３０ｂの制御ソーンＺ９では温度差が発生することがある。またエアによる熱板２５等の冷却制御は、冷却時の降温スロープの設定温度ａ２に対する応答性が高いとは言えない。そのためエアの供給により熱板２５等の温度を降温スロープの設定温度ａ２よりも一旦、低下させてしまうと、エアの供給を中止したとしても熱板２５等の温度を上昇させることはできず、時間の経過により熱板温度(実測温度)が降温スロープの設定温度ａ２に沿うのを待つより他は無い。

本発明では、前記の問題に対応するものとして、プレス装置１１の徐冷工程において熱板２５等の徐冷を行う際に、冷却媒体流路３０にエアを流通させるとともに、各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の温度センサ（熱電対２９）の検出値が降温スロープの設定温度ａ２または降温カーブによる設定温度を下回ったときにヒータ２６による加熱制御を行うようにする。この際のヒータ２６による加熱制御は降温スロープ等の設定温度ａ２以下または設定温度を下回ったときにヒータ２６が通電制御されるようにする。そして時間の経過とともに熱板２５等の該当制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の温度が降温スロープ等の設定温度ａ２に復帰（設定温度を超えた場合を含む）した場合にヒータ２６への通電を停止することにより行われる。これらのヒータ２６の通電制御は、制御装置２７の演算処理部４７において、熱電対２９からの検出値（実測値）と記憶部に保存された降温スロープ等の設定温度ａ２を比較して行われる。なおこの際のヒータ２６の加熱制御は一般的にはＯＮ・ＯＦＦ制御がなされるが、サイリスタを使用して位相制御により電圧を制御するなどしてもよいことは上記の通りである。

またこの際、熱電対２９の検出値が降温スロープの設定温度ａ２を下回るのを待たず、降温スロープの設定温度ａ２を検出した時点でヒータ２６の加熱制御するものでもよい。更にはヒータ２６による熱板２５等の加熱制御は設定温度よりも下に所定幅の不感帯と該不感帯の下限の閾値を設け、熱電対２９の検出温度が前記閾値以下となるか前記閾値を下回ったときにヒータ２６が通電制御されるものでもよい。そして前記の降温スロープの設定温度ａ２を検出した時点でヒータ２６の加熱制御する例、および検出値が前記閾値となったことによりヒータ２６が通電制御される例のいずれも、本発明の「検出値が設定された温度となるか設定された温度を下回ったときヒータにより加熱制御を行う」の範囲に含まれるものである。

上記により徐冷工程において仮に熱板２５の冷却媒体流路３０の入口３０ａ付近の制御ソーンＺ１の温度のみが設定値よりも低下したとしても制御ソーンＺ１のヒータ２６ａをＯＮにして熱板全体の温度を略均一またはなるべくバラつきを少なく保つことができる。なお上記においてヒータ２６をＯＮにして熱板２５等の制御ゾーンＺ１〜Ｚ９のいずれかの加熱を行うことにより、当該制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の絶対的な温度が昇温される場合も、絶対的な温度の降温の比率を低下させるだけの場合のいずれの場合も本発明に含まれる。いずれにしても予め設定した冷却工程の設定温度（降温スロープの設定温度ａ２）に熱板２５の各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の温度を追従させることが重要な目的となる。

なお本発明と引用文献の関係について特許文献３には、熱板を制御ゾーンに分割して加熱時に熱板を制御ゾーンごとに温度制御することが記載されている。しかし本発明のように冷却工程において設定温度を下回った場合にヒータ２６を使用して加熱制御すること自体が容易に想起されることではない。何故なら冷却工程でヒータ２６をＯＮにすることはヒータ本来の加熱工程において使用するという使用方法から外れており誰もが容易に想起できることではないからである。またとりわけ降温比率の小さい徐冷工程が行われた後に、時間あたりの降温比率の大きい急冷工程を設け、徐冷工程においてはエアを冷却媒体流路に流通させながら設定温度を下回った場合にヒータ２６により加熱制御することは、容易に想起されることではない。

そして図３に示されるように予め設定した時間Ｔ３が経過して熱板２５等の各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の温度が全て設定温度ａ３まで降温されると冷却工程のうちの徐冷工程は終了し、次に冷却工程のうちの急冷工程に移行する。急冷工程は、被加工材Ｐを取出可能な温度まで降温スロープの設定温度ａ４に沿って冷却するものであり、開閉バルブ３４，４１を閉鎖して冷却用エア供給装置３１からのエアの供給を停止し、開閉バルブ４３，４５を開放して冷却水供給装置３２から熱板２５等の冷却媒体流路３０に冷却水を供給して行われる。この際に上記したように冷却水の温度や圧力を制御してもよい。また冷却水は図１のように冷却水供給装置３２に循環するものでもよいが、廃棄するものでもよい。

本実施形態の急冷工程では次のような理由から、熱板２５等の温度センサ（熱電対２９）の検出値が設定された温度を下回ったときに熱電対２９に対応する制御ゾーンＺ１〜Ｚ９のヒータ２６による加熱制御を行うことは行っていない。
（１）急冷工程では熱板２５等に多少の温度ムラがあったとしても被加工材Ｐには悪影響は殆ど発生しない。
（２）急冷工程においては熱板２５等の冷却媒体流路３０の入口３０ａなど一部の部分に設定温度と実測温度に一定以上の温度差が発生してからヒータ２６を通電制御したとしても、冷却水が熱板２５等から熱を奪う速度のほうが早く、熱板２５等の温度を均等にできない。
しかしながら急冷工程においても徐冷工程と同様に温度センサ（熱電対２９）の検出値が設定された温度を下回ったときに熱電対２９に対応する制御ゾーンＺ１〜Ｚ９のヒータ２６による加熱制御（温度制御）を行い、過剰な冷却部分を発生させることなく、少しでも熱板２５等の温度分布を略均等またはなるべくバラつきを少なくするようにしてもよい。

そして図３に示されるように予め設定した時間Ｔ４が経過して熱板２５等の各制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の温度が全て設定温度ａ５まで降温されると冷却工程のうちの急冷工程が終了する。急冷工程の終了とともにプレス装置１１の加圧シリンダ１２のラム１５および可動盤２０を下降させ、それと前後して真空チャンバ内を常圧に戻し、扉を開放して被加工材Ｐの取出しを行う。

本発明のプレス装置１１の熱板２５等の制御温度については、これに限定されるものではないが、１つの目安として次の例を記載する。本実施形態では、温度保持工程（加熱工程）における保持工程の設定温度ａ１は、２２０℃ないし４００℃としてもよい。そこから徐冷工程により降温させる温度は４０℃ないし１２０℃としてもよく、徐冷工程終了時の設定温度ａ３は、１５０℃ないし２８０℃としてもよい。急冷工程により降温させる温度は５０℃ないし１８０℃としてもよく、急冷工程終了時の設定温度ａ５は、常温（大気温度または冷却水温度）ないし１００℃としてもよい。従って急冷工程では熱板２５等の冷却媒体流路に冷却水を供給しても上記したような蒸気の過剰発生により冷却水が供給不能となる問題や熱板２５等の温度ムラによる被加工材Ｐへの影響を非常に小さくするか無くすことができる。また加圧機構である加圧シリンダ１２の加圧力は、昇温工程、温度保持工程（加熱工程）、徐冷工程と急冷工程からなる冷却工程の間で変化させてもよく、一定でもよい。

次に本発明の別の実施形態のプレス装置の冷却制御方法について説明する。上記の実施形態では、熱板２５等の降温スロープａ２の設定値がヒータ２６により加熱制御を行うための設定温度である例について説明した。しかしながらヒータ２６により加熱制御を行うために設定される温度は、熱板２５等の設定温度ではなく、ヒータ２６の加熱制御を開始するための専用の設定温度であってもよい。

具体的には、熱板２５等における冷却媒体流路３０の入口３０ａ側の制御ゾーンＺ１については、検出される温度が一端、降温温度スロープの設定温度ａ２よりも下回るとヒータ２６による加熱を行っても回復できず、他の制御ゾーンＺ１〜Ｚ８の温度と一定にならない場合も想定される。その場合は、制御ソーンＺ１のヒータ２６を加熱するための設定温度を他のゾーンＺ２〜Ｚ９よりも高く設定しておいてもよい。そのためのヒータ２６を加熱するための設定温度は、降温温度スロープの設定温度ａ２とは別に設定される。そして前記ヒータ２６を加熱するための設定温度が検出されるとヒータ２６による加熱を開始する。

ヒータ２６の加熱制御を開始するための専用の設定温度を設定する別の実施例としては、ＡＩ（人工知能）を用いたものや制御装置２７による修正演算を用いたものでもよい。具体的には、プレス装置の冷却制御方法の上記の各例において、ヒータ２６を加熱するための設定温度は、設定部４９から作業者が降温スロープの設定温度ａ２等の設定に伴い（他のプレス成形条件の複写も含む）、制御装置２７においてＡＩ等の機能を用いて自動的にヒータ２６を加熱するための設定温度の最適値が設定されるようにする。その場合、成形開始前からヒータ２６を加熱するための設定温度が降温温度スロープの設定温度ａ２とは別に設定されるものの他、プレス装置１１の冷却工程において熱板２５等の温度分布を検出してＡＩ等がヒータ２６を加熱制御する設定温度を変更するものでもよい。そして冷却制御時には、熱電対２９の検出値がＡＩ等により設定された温度となるか設定された温度を下回ったときにヒータ２６の加熱制御を開始する。

本発明の加圧部材の制御ゾーンは１制御ゾーンしかないものを除外するものではない。即ち加圧部材に冷却媒体流路を設けるとともに１制御ゾーンにヒータと温度センサとを設ける。そして加圧部材の冷却時に冷却媒体流路に冷媒を流通させ、温度センサの検出値が設定された温度となるか設定された温度を下回ったときにヒータに通電するものでもよい。例えば冷却制御時に加圧部材のある部分の温度のみが他の部分よりも低下しやすく、被加工材が不良品となる場合などには、その部分にのみヒータを取付け、その部分をヒータによる加熱制御（温度制御）を行うことにより良好な加圧成形ができる。

またプレス装置の冷却制御方法については、冷却制御時に或る制御ゾーン（例えばＺ１）の温度センサの検出値が設定された温度となるか設定された温度を下回ったとき当該制御ゾーンＺ１のヒータによる加熱制御を行うのではなく、いずれかの制御ゾーン（例えばＺ１）の温度センサの検出値が他の制御ゾーン（例えばＺ２〜Ｚ９）の温度センサの検出値を下回ったときに前記いずれかの制御ゾーンＺ１のヒータ２６による加熱制御を行うものでもよい。

具体的には熱板の各制御ゾーン（Ｚ１〜Ｚ９）の温度を温度センサ（熱電対）により測定し、その実測値の平均値を求める。そしていずれかの制御ゾーン（例えばＺ１）の温度が前記平均値よりも所定の閾値以上下回った際に当該制御ゾーンＺ１の温度が相対的に低下したとして、当該制御ゾーンＺ１のヒータをＯＮにするなどのヒータ２６の加熱制御を行う。これらは全ての制御ゾーンＺ１〜Ｚ９の平均値を用いる以外に最高温度の制御ゾーンと最低温度の制御ソーンの温度差を比較するなど他の演算手法を用いてもよい。

また上記のプレス装置１１の加圧部材が熱板２５等の例では、熱板２５等における各部の温度分布は均等またはなるべくバラつきが少ないことが望ましいことを前提に説明を行った。しかしながら加圧部材がキャビティを備えた金型等の複雑な形状の場合、制御ゾーンの設定温度が相違していることのほうが望ましい場合もある。一例を示すと、被加工材の肉厚の部分に当接する被加圧部材の制御ゾーンは被加工材の冷却を進行させる目的でより低温に制御し、被加工材の肉薄の部分に当接する被加圧部材の制御ゾーンは前記の冷却を進行させたい制御ゾーンよりも相対的に高温に制御するなどしてもよい。それらの加圧部材の場合も、加圧部材の冷却時には、前記冷却媒体流路に冷媒を流通させるとともに、制御ソーンごとに異なる温度センサの検出値が設定された温度を下回ったときに当該制御ソーンのヒータ２６に通電して加熱制御を行うことにより、加圧部材の各部分の温度を最適温度として加圧成形を行うことができる。

本発明に用いられるプレス装置は、図１のものに限定されず、上部に加圧機構である加圧シリンダやサーボモータを備え、上側の可動の加圧部材と下側の固定の加圧部材の間で被加工材を加圧成形するものでもよい。または水平方向に加圧部材が開閉移動されるものでもよい。更にまた、プレス装置１１の上加圧部材および下加圧部材の間で成形される被加工材Ｐも冷却時間が所定時間以上必要なものであれば限定されない。

また本発明に用いられるプレス装置は、射出を伴う射出プレス装置であってもよい。その場合射出プレス装置の２個の加圧部材（金型）の加熱状態のキャビティ内に被加工材である溶融樹脂を射出し、その後に冷却媒体流路に冷却媒体を供給して冷却工程を行うものでもよい。その場合でも加圧部材の一部の制御ゾーンのヒータを冷却工程で作動させることにより、加圧部材の一部または全体の温度を所望の温度にコントロールすることができる。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものや、上記の実施形態の各部を組み合わせたものについても、適用されることは言うまでもないことである。

１１ プレス装置
１２ 加圧シリンダ
２２，２４，２５ 熱板（加圧部材）
２６ ヒータ
２７ 制御装置
２９ 熱電対（温度センサ）
３０ 冷却媒体流路
４９ 設定部
ａ１〜ａ４ 設定温度
Ｐ 被加工材
Ｚ１〜Ｚ９ 制御ゾーン

Claims (5)

1. 加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置の冷却制御方法において、
   前記加圧部材を冷却する冷却媒体流路と、前記加圧部材を加熱するヒータと、前記加圧部材の温度を検出する温度センサとが備えられ、
   前記加圧部材の冷却時に前記冷却媒体流路に冷媒を流通させるとともに、前記温度センサの検出値が設定された温度となるか設定された温度を下回ったときに前記ヒータによる加熱制御を行うことを特徴とするプレス装置の冷却制御方法。
2. 加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置の冷却制御方法において、
   前記加圧部材を冷却する冷却媒体流路と、各制御ゾーンに配置され前記加圧部材を加熱するヒータと、前記各制御ゾーンに配置され前記加圧部材の温度を検出する温度センサとが備えられ、
   前記加圧部材の冷却時に前記冷却媒体流路に冷媒を流通させるとともに、いずれかの制御ゾーンの温度センサの検出値が他の制御ゾーンの温度センサの検出値を下回ったときに前記いずれかの制御ゾーンのヒータによる加熱制御を行うことを特徴とするプレス装置の冷却制御方法。
3. 前記ヒータはカートリッジヒータであり前記温度センサの検出値により通電制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレス装置の冷却制御方法。
4. 加熱および冷却される加圧部材の間で被加工材の加圧を行うプレス装置において、
   前記加圧部材を冷却する冷却媒体流路と、
   前記加圧部材を加熱するヒータと、
   前記加圧部材の温度を検出する温度センサと、
   前記加圧部材の冷却時の温度を設定する設定部と、
   前記加圧部材の冷却時に冷却媒体流路に冷媒を流通させ、前記センサの検出値が設定された温度が設定された温度となるか設定された温度を下回ったときに前記ヒータによる加熱制御を行う制御装置と、
   を備えたことを特徴とするプレス装置。
5. 前記加圧部材は熱板であり、
   前記ヒータと前記温度センサは、前記熱板の各制御ゾーンに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のプレス装置。