JP2022059444A - Heating device and thermoforming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱装置、及び、加熱装置を備える熱成形装置に関する。 The present invention relates to a heating device and a thermoforming device including a heating device.
特許文献1には、シートを加熱する加熱装置が開示されている。さらには、加熱装置と、加熱装置による加熱を行ったシートを成形する成形装置と、を備える熱成形装置が開示されている。加熱装置は、シートの表面を加熱するヒーターと、シートの表面温度を計測する温度計測部と、ヒーターの温度を制御するヒータ制御部とを備える。ヒータ制御部は、計測される表面温度に応じて、ヒーターの温度を初期温度から順次低くなるよう制御する第一の温度制御手段と、第一の温度制御手段による制御で表面温度が目標温度となったときに、表面温度と目標温度との比較結果に応じて表面温度が目標温度に近づくようにヒーターの温度を制御するフィードバック制御を開始する、第二の温度制御手段と、を有する。第一の温度制御手段は、表面温度が目標温度よりも低い所定の温度を示す温度情報に達した場合にヒーターの温度を低下させる制御を、温度情報をより高い温度に変更して繰り返す。
ところで、シートの上面を加熱する上側ヒータ(シートの上面よりも上側に配置された上側ヒータ)と、シートの下面を加熱する下側ヒータ(シートの下面よりも下側に配置された下側ヒータ)とによって、シートを加熱する場合、シートの上面側と下面側とを同等に加熱することが難しかった。より具体的には、上側ヒータ及び下側ヒータによってシートの加熱を開始してから、シートの上面の温度及び下面の温度が目標温度に到達するまでの期間における、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)と下面の温度変動(温度変化の推移)とが大きく異なることがあった。 By the way, the upper heater that heats the upper surface of the sheet (the upper heater arranged above the upper surface of the sheet) and the lower heater that heats the lower surface of the sheet (the lower heater arranged below the lower surface of the sheet). ), It was difficult to heat the upper surface side and the lower surface side of the sheet equally when heating the sheet. More specifically, the temperature fluctuation (temperature) of the upper surface of the sheet during the period from the start of heating of the sheet by the upper heater and the lower heater to the temperature of the upper surface and the lower surface of the sheet reaching the target temperature. The transition of change) and the temperature fluctuation of the lower surface (transition of temperature change) may be significantly different.
このように、シートの上面の温度変動と下面の温度変動との違いが大きくなることで、加熱終了時のシートの上側部分(上側半分)と下側部分(下側半分)との間において、厚み方向の温度分布の違いが大きくなることがあった。すなわち、シートの上面から厚み方向中央までの温度分布と、シートの下面から厚み方向中央までの温度分布とが、大きく異なってしまうことがあった。さらには、加熱装置によって複数のシートを順に加熱した場合に、複数のシート間において、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)及び下面の温度変動(温度変化の推移)が大きく異なる場合があり、加熱終了時のシート間において、シートの厚み方向の温度分布が大きく異なることがあった。 In this way, the difference between the temperature fluctuation on the upper surface and the temperature fluctuation on the lower surface of the sheet becomes large, so that between the upper portion (upper half) and the lower portion (lower half) of the sheet at the end of heating, In some cases, the difference in temperature distribution in the thickness direction became large. That is, the temperature distribution from the upper surface of the sheet to the center in the thickness direction and the temperature distribution from the lower surface of the sheet to the center in the thickness direction may be significantly different. Furthermore, when a plurality of sheets are heated in sequence by a heating device, the temperature fluctuation (change in temperature change) on the upper surface of the sheet and the temperature fluctuation (change in temperature change) on the lower surface may differ greatly among the plurality of sheets. In some cases, the temperature distribution in the thickness direction of the sheets was significantly different between the sheets at the end of heating.
このため、例えば、加熱装置によって熱可塑性のシートを加熱した場合には、加熱終了時のシートの上側部分(上側半分)と下側部分(下側半分)との間で軟化または溶融の程度の違いが大きくなることがあった。さらには、順次加熱した複数のシート間においても、シートの厚み方向の軟化または溶融の程度が大きく異なることがあった。このため、その後、成形装置によってシートを成形したときに、シート間におけるシートの変形具合(伸び具合)の違いが大きくなり、成形品の品質が安定しないことがあった。 Therefore, for example, when the thermoplastic sheet is heated by a heating device, the degree of softening or melting between the upper portion (upper half) and the lower portion (lower half) of the sheet at the end of heating is as follows. Sometimes the difference was big. Furthermore, the degree of softening or melting in the thickness direction of the sheets may be significantly different among the plurality of sheets that have been sequentially heated. For this reason, when the sheet is subsequently molded by the molding apparatus, the difference in the degree of deformation (elongation) of the sheet between the sheets becomes large, and the quality of the molded product may not be stable.
また、液状の熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維シートを加熱して、熱硬化性樹脂を硬化させて炭素繊維複合シートを形成した場合は、シートの上側部分(上側半分)と下側部分(下側半分)との間で、樹脂の硬化の程度の違いが大きくなることがあった。さらには、順次加熱した複数のシート間においても、シートの厚み方向における樹脂の硬化の程度が大きく異なることがあった。このため、炭素繊維複合シートの品質が安定しないことがあった。 When a carbon fiber sheet impregnated with a liquid thermosetting resin is heated to cure the thermosetting resin to form a carbon fiber composite sheet, the upper portion (upper half) and lower portion of the sheet are formed. There was a large difference in the degree of curing of the resin with (lower half). Furthermore, the degree of curing of the resin in the thickness direction of the sheets may be significantly different between the plurality of sheets that have been sequentially heated. Therefore, the quality of the carbon fiber composite sheet may not be stable.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、加熱期間中におけるシートの上面の温度変動と下面の温度変動との違いを小さくすることができる加熱装置、及び、この加熱装置を備える熱成形装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the present situation, and includes a heating device capable of reducing the difference between the temperature fluctuation of the upper surface and the temperature fluctuation of the lower surface of the sheet during the heating period, and the heating device. It is an object of the present invention to provide a thermoforming apparatus.
本発明の一態様は、シートを加熱する加熱装置において、前記シートの上面を加熱する上側ヒータと、前記シートの下面を加熱する下側ヒータと、前記シートの前記上面の温度を計測する上側温度センサと、前記シートの前記下面の温度を計測する下側温度センサと、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度に基づいて、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御するヒータ制御部と、を備え、前記ヒータ制御部は、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータによって前記シートの加熱を開始してから、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度が目標温度に到達するまでの間、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度のうち一方の計測温度を他方の計測温度に合わせるように、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御する加熱装置である。 In one aspect of the present invention, in a heating device for heating a sheet, an upper heater for heating the upper surface of the sheet, a lower heater for heating the lower surface of the sheet, and an upper temperature for measuring the temperature of the upper surface of the sheet. A heater that controls the temperatures of the upper heater and the lower heater based on the sensors, the lower temperature sensor that measures the temperature of the lower surface of the sheet, and the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor. The heater control unit includes a control unit, and the heater control unit starts heating the sheet by the upper heater and the lower heater, and then the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reach the target temperature. In a heating device that controls the temperatures of the upper heater and the lower heater so that the measured temperature of one of the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor is adjusted to the measured temperature of the other. be.
上述の加熱装置は、シートの上面を加熱する上側ヒータと、シートの下面を加熱する下側ヒータとを備えている。上側ヒータと下側ヒータとは、シートを加熱するときに、上側ヒータがシートの上面の上方に位置し、下側ヒータがシートの下面の下方に位置するように設けられている。さらに、この加熱装置は、シートの上面の温度を計測する上側温度センサと、シートの下面の温度を計測する下側温度センサとを備えている。 The above-mentioned heating device includes an upper heater that heats the upper surface of the sheet and a lower heater that heats the lower surface of the sheet. The upper heater and the lower heater are provided so that when the sheet is heated, the upper heater is located above the upper surface of the sheet and the lower heater is located below the lower surface of the sheet. Further, this heating device includes an upper temperature sensor that measures the temperature of the upper surface of the sheet and a lower temperature sensor that measures the temperature of the lower surface of the sheet.
さらに、上述の加熱装置は、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度に基づいて、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御するヒータ制御部を備えている。このヒータ制御部は、上側ヒータ及び下側ヒータによってシートの加熱を開始してから、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度が目標温度に到達するまでの間、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度のうち一方の計測温度を他方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。 Further, the above-mentioned heating device includes a heater control unit that controls the temperatures of the upper heater and the lower heater based on the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor. This heater control unit starts heating the seat by the upper heater and the lower heater until the measured temperature of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reaches the target temperature, the upper temperature sensor and the lower temperature. The temperatures of the upper heater and the lower heater are controlled so that the measured temperature of one of the measured temperatures of the sensor is matched with the measured temperature of the other.
このようにすることで、シートの加熱を開始してからシートの上面温度及び下面温度が目標温度に到達するまでの期間における、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)と下面の温度変動(温度変化の推移)との違いを小さくすることができる。換言すれば、シートの上面温度及び下面温度が目標温度に到達するまでの加熱期間中、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)と下面の温度変動(温度変化の推移)とを略同一にすることができる。 By doing so, the temperature fluctuation of the upper surface (transition of temperature change) and the temperature fluctuation of the lower surface of the sheet during the period from the start of heating of the sheet to the time when the upper surface temperature and the lower surface temperature of the sheet reach the target temperature. The difference from (transition of temperature change) can be reduced. In other words, during the heating period until the upper and lower surface temperatures of the sheet reach the target temperature, the temperature fluctuations on the upper surface (change in temperature) and the temperature fluctuations on the lower surface (change in temperature) of the sheet are substantially the same. Can be.
これにより、加熱終了時のシートの上側半分と下側半分との間において、厚み方向の温度分布の違いが小さくなる。すなわち、シートの上面から厚み方向中央までの温度分布と、シートの下面から厚み方向中央までの温度分布との違いを小さくすることができる。さらには、加熱装置によって複数のシートを順に加熱した場合に、複数のシート間において、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)及び下面の温度変動(温度変化の推移)の違いが小さくなり、複数のシート間において、シートの厚み方向の温度分布の違いも小さくなる。 As a result, the difference in temperature distribution in the thickness direction between the upper half and the lower half of the sheet at the end of heating becomes small. That is, the difference between the temperature distribution from the upper surface of the sheet to the center in the thickness direction and the temperature distribution from the lower surface of the sheet to the center in the thickness direction can be reduced. Furthermore, when a plurality of sheets are heated in sequence by a heating device, the difference between the temperature fluctuations on the upper surface (change in temperature) and the temperature fluctuation on the lower surface (change in temperature) of the upper surface of the sheets becomes smaller among the plurality of sheets. , The difference in temperature distribution in the thickness direction of the sheets is also small among the plurality of sheets.
このため、例えば、上述の加熱装置によって熱可塑性のシートを加熱した場合には、シートの上側部分(上側半分)と下側部分(下側半分)との間で軟化または溶融の程度の違いを小さくすることができる。さらには、順次加熱した複数のシート間においても、シートの厚み方向の軟化または溶融の程度の違いを小さくすることができる。このため、その後、成形装置によってシートを成形したときに、シート間におけるシートの変形具合(伸び具合)の違いが小さくなり、成形品の品質が安定する。 Therefore, for example, when the thermoplastic sheet is heated by the above-mentioned heating device, the degree of softening or melting differs between the upper portion (upper half) and the lower portion (lower half) of the sheet. It can be made smaller. Furthermore, the difference in the degree of softening or melting in the thickness direction of the sheets can be reduced even among the plurality of sheets that have been sequentially heated. Therefore, when the sheet is subsequently molded by the molding apparatus, the difference in the degree of deformation (elongation) of the sheet between the sheets becomes small, and the quality of the molded product becomes stable.
また、上述の加熱装置によって、液状の熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維シートを加熱することで、熱硬化性樹脂を硬化させて炭素繊維複合シートを形成した場合は、シートの上側部分(上側半分)と下側部分(下側半分)との間で、樹脂の硬化の程度の違いを小さくすることができる。さらには、順次加熱した複数のシート間においても、シートの厚み方向における樹脂の硬化の程度の違いを小さくすることができる。このため、形成される炭素繊維複合シートの品質が安定する。 Further, when the carbon fiber sheet impregnated with the liquid thermosetting resin is heated by the above-mentioned heating device to cure the thermosetting resin to form the carbon fiber composite sheet, the upper portion of the sheet ( The difference in the degree of curing of the resin can be reduced between the upper half) and the lower portion (lower half). Furthermore, it is possible to reduce the difference in the degree of curing of the resin in the thickness direction of the sheets even among the plurality of sheets that have been sequentially heated. Therefore, the quality of the formed carbon fiber composite sheet is stable.
さらに、前記の加熱装置であって、前記上側ヒータと前記下側ヒータとは、前記シートの加熱を開始するときの、前記上側ヒータと前記シートの前記上面との間の距離D1と、前記下側ヒータと前記シートの前記下面との間の距離D2とが、D1<D2の関係を満たすように設けられている加熱装置とすると良い。 Further, in the heating device, the upper heater and the lower heater have a distance D1 between the upper heater and the upper surface of the sheet when the heating of the sheet is started, and the lower heater. It is preferable to use a heating device provided so that the distance D2 between the side heater and the lower surface of the sheet satisfies the relationship D1 <D2.
シートの上面を加熱する上側ヒータ(シートの上面よりも上側に配置された上側ヒータ)と、シートの下面を加熱する下側ヒータ(シートの下面よりも下側に配置された下側ヒータ)とによって、シート(例えば、熱可塑性樹脂からなるシート、あるいは、熱可塑性樹脂を含むシート)を加熱する場合、加熱によってシートが軟化または溶融することでシートが下方に垂れように変形することがある。この場合、加熱時間の経過に伴ってシートの軟化または溶融が進行するにしたがって、シートの上面が上側ヒータから遠ざかってゆき、反対に、シートの下面が下側ヒータに近づいてゆく。 An upper heater that heats the upper surface of the sheet (upper heater arranged above the upper surface of the sheet) and a lower heater that heats the lower surface of the sheet (lower heater arranged below the lower surface of the sheet). When a sheet (for example, a sheet made of a thermoplastic resin or a sheet containing a thermoplastic resin) is heated, the sheet may be softened or melted by the heating, and the sheet may be deformed so as to hang down. In this case, as the softening or melting of the sheet progresses with the lapse of the heating time, the upper surface of the sheet moves away from the upper heater, and conversely, the lower surface of the sheet approaches the lower heater.
このことを考慮して、上述の加熱装置では、上側ヒータと下側ヒータとが、シートが加熱装置によって加熱される位置に配置されたとき(すなわち、シートの加熱を開始するとき)の、上側ヒータとシートの上面との間の距離D1と、下側ヒータとシートの下面との間の距離D2とが、D1<D2の関係を満たすように設けられている。このようにすることで、加熱によってシートが下方に垂れように変形する場合でも、当該シートが下側ヒータに接触することを防止することができると共に、上側ヒータと下側ヒータとによって当該シートを適切に加熱することができる。 With this in mind, in the heating device described above, the upper heater and the lower heater are located on the upper side when the sheet is placed in a position where it is heated by the heating device (that is, when the heating of the sheet is started). The distance D1 between the heater and the upper surface of the seat and the distance D2 between the lower heater and the lower surface of the seat are provided so as to satisfy the relationship D1 <D2. By doing so, even when the sheet is deformed so as to hang down due to heating, it is possible to prevent the sheet from coming into contact with the lower heater, and the upper heater and the lower heater make the sheet. Can be heated appropriately.
さらに、前記いずれかの加熱装置であって、前記ヒータ制御部は、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータによって前記シートの加熱を開始してから、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度が前記目標温度に到達するまでの間、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度のうち基準計測温度として設定された一方の計測温度を、他方の計測温度が追従するように、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御する加熱装置とすると良い。 Further, in any of the heating devices, the heater control unit starts heating the sheet by the upper heater and the lower heater, and then the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor. The measurement temperature of one of the measurement temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor, which is set as the reference measurement temperature, is followed by the measurement temperature of the other until the temperature reaches the target temperature. It is preferable to use a heating device that controls the temperature of the upper heater and the lower heater.
上述の加熱装置では、ヒータ制御部が、上側ヒータ及び下側ヒータによってシートの加熱を開始してから、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度が目標温度に到達するまでの期間中、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度のうち基準計測温度として設定された一方の計測温度を、他方の計測温度が追従するように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。換言すれば、ヒータ制御部は、上側温度センサ及び下側温度センサのうち基準温度センサとして設定された一方の温度センサの計測温度を、他方の温度センサの計測温度が追従するように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。 In the above-mentioned heating device, the upper side during the period from when the heater control unit starts heating the sheet by the upper heater and the lower heater until the measured temperature of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reaches the target temperature. The temperatures of the upper heater and the lower heater are controlled so that the measured temperature of one of the measured temperatures of the temperature sensor and the lower temperature sensor, which is set as the reference measured temperature, is followed by the measured temperature of the other. In other words, the heater control unit uses the upper heater so that the measured temperature of one of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor, which is set as the reference temperature sensor, is followed by the measured temperature of the other temperature sensor. And control the temperature of the lower heater.
具体的には、ヒータ制御部は、例えば、基準計測温度として設定された下側温度センサの計測温度を、上側温度センサの計測温度が追従するように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。あるいは、これとは反対に、基準計測温度として設定された上側温度センサの計測温度を、下側温度センサの計測温度が追従するように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。 Specifically, the heater control unit controls the temperatures of the upper heater and the lower heater so that the measurement temperature of the lower temperature sensor, which is set as the reference measurement temperature, follows the measurement temperature of the upper temperature sensor, for example. do. Alternatively, on the contrary, the temperatures of the upper heater and the lower heater are controlled so that the measurement temperature of the upper temperature sensor set as the reference measurement temperature is followed by the measurement temperature of the lower temperature sensor.
このようにすることで、シートの加熱を開始してからシートの上面温度及び下面温度が目標温度に到達するまでの期間における、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)と下面の温度変動(温度変化の推移)との違いを小さくすることができる。換言すれば、シートの上面温度及び下面温度が目標温度に到達するまでの加熱期間中、シートの上面と下面との温度変動(温度変化の推移)を略同一にすることができる。 By doing so, the temperature fluctuation of the upper surface (transition of temperature change) and the temperature fluctuation of the lower surface of the sheet during the period from the start of heating of the sheet to the time when the upper surface temperature and the lower surface temperature of the sheet reach the target temperature. The difference from (transition of temperature change) can be reduced. In other words, the temperature fluctuation (transition of temperature change) between the upper surface and the lower surface of the sheet can be substantially the same during the heating period until the upper surface temperature and the lower surface temperature of the sheet reach the target temperature.
これにより、加熱終了時のシートの上側部分(上側半分)と下側部分(下側半分)とにおいて、厚み方向の温度分布の違いが小さくなる。すなわち、シートの上面から厚み方向中央までの温度分布と、シートの下面から厚み方向中央までの温度分布との違いを小さくすることができる。さらには、加熱装置によって複数のシートを順に加熱した場合に、複数のシート間において、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)及び下面の温度変動(温度変化の推移)の違いが小さくなり、複数のシート間において、シートの厚み方向の温度分布の違いも小さくなる。 As a result, the difference in temperature distribution in the thickness direction between the upper portion (upper half) and the lower portion (lower half) of the sheet at the end of heating becomes small. That is, the difference between the temperature distribution from the upper surface of the sheet to the center in the thickness direction and the temperature distribution from the lower surface of the sheet to the center in the thickness direction can be reduced. Furthermore, when a plurality of sheets are heated in sequence by a heating device, the difference between the temperature fluctuations on the upper surface (change in temperature) and the temperature fluctuation on the lower surface (change in temperature) of the upper surface of the sheets becomes smaller among the plurality of sheets. , The difference in temperature distribution in the thickness direction of the sheets is also small among the plurality of sheets.
また、前記いずれかの加熱装置であって、前記ヒータ制御部は、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータによって前記シートの加熱を開始してから、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度が前記目標温度に到達するまでの間、前記上側温度センサの計測温度と前記下側温度センサの計測温度とを比較して、高温または低温である方の計測温度を、他方の計測温度に合わせるように、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御する加熱装置とすると良い。 Further, in any of the heating devices, the heater control unit starts heating the sheet by the upper heater and the lower heater, and then the measured temperature of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor. Compares the measured temperature of the upper temperature sensor with the measured temperature of the lower temperature sensor until the temperature reaches the target temperature, and adjusts the measured temperature of the higher temperature or the lower temperature to the measured temperature of the other. As described above, it is preferable to use a heating device that controls the temperatures of the upper heater and the lower heater.
上述の加熱装置では、ヒータ制御部が、上側ヒータ及び下側ヒータによってシートの加熱を開始してから、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度が目標温度に到達するまでの期間中、上側温度センサの計測温度と下側温度センサの計測温度とを比較して、高温または低温である方の計測温度を、他方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。具体的には、ヒータ制御部は、例えば、上側温度センサの計測温度と下側温度センサの計測温度とを一定時間毎に比較して、高温である方の計測温度を低温である方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。あるいは、これとは反対に、低温である方の計測温度を高温である方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。 In the above-mentioned heating device, the upper side during the period from when the heater control unit starts heating the sheet by the upper heater and the lower heater until the measured temperature of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reaches the target temperature. By comparing the measured temperature of the temperature sensor with the measured temperature of the lower temperature sensor, the temperatures of the upper heater and the lower heater are controlled so that the measured temperature of the higher temperature or the lower temperature matches the measured temperature of the other. .. Specifically, the heater control unit compares, for example, the measured temperature of the upper temperature sensor and the measured temperature of the lower temperature sensor at regular time intervals, and measures the measured temperature of the higher temperature sensor and the measured temperature of the lower temperature sensor. The temperature of the upper heater and the lower heater is controlled so as to match the temperature. Alternatively, on the contrary, the temperatures of the upper heater and the lower heater are controlled so as to match the measured temperature of the lower temperature side with the measured temperature of the higher temperature side.
このようにすることで、シートの加熱を開始してからシートの上面温度及び下面温度が目標温度に到達するまでの期間における、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)と下面の温度変動(温度変化の推移)との違いを小さくすることができる。換言すれば、シートの上面温度及び下面温度が目標温度に到達するまでの加熱期間中、シートの上面と下面との温度変動(温度変化の推移)を略同一にすることができる。 By doing so, the temperature fluctuation of the upper surface (transition of temperature change) and the temperature fluctuation of the lower surface of the sheet during the period from the start of heating of the sheet to the time when the upper surface temperature and the lower surface temperature of the sheet reach the target temperature. The difference from (transition of temperature change) can be reduced. In other words, the temperature fluctuation (transition of temperature change) between the upper surface and the lower surface of the sheet can be substantially the same during the heating period until the upper surface temperature and the lower surface temperature of the sheet reach the target temperature.
これにより、加熱終了時のシートの上側部分(上側半分)と下側部分(下側半分)とにおいて、厚み方向の温度分布の違いが小さくなる。すなわち、シートの上面から厚み方向中央までの温度分布と、シートの下面から厚み方向中央までの温度分布との違いを小さくすることができる。さらには、加熱装置によって複数のシートを順に加熱した場合に、複数のシート間において、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)及び下面の温度変動(温度変化の推移)の違いが小さくなり、複数のシート間において、シートの厚み方向の温度分布の違いも小さくなる。 As a result, the difference in temperature distribution in the thickness direction between the upper portion (upper half) and the lower portion (lower half) of the sheet at the end of heating becomes small. That is, the difference between the temperature distribution from the upper surface of the sheet to the center in the thickness direction and the temperature distribution from the lower surface of the sheet to the center in the thickness direction can be reduced. Furthermore, when a plurality of sheets are heated in sequence by a heating device, the difference between the temperature fluctuations on the upper surface (change in temperature) and the temperature fluctuation on the lower surface (change in temperature) of the upper surface of the sheets becomes smaller among the plurality of sheets. , The difference in temperature distribution in the thickness direction of the sheets is also small among the plurality of sheets.
なお、上側ヒータ及び下側ヒータによってシートの加熱を開始してから、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度が目標温度に到達するまでの期間中、高温(低温)である方の計測温度は、上側温度センサの計測温度になるときもあるし、下側温度センサの計測温度になるときもある。すなわち、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度が目標温度に到達するまでの加熱期間中、上側温度センサの計測温度と下側温度センサの計測温度との高低の関係は、一定(常に一方が高温で他方が低温)ではなく、交互に高低が入れ替わる。 The measured temperature of the higher temperature (low temperature) during the period from the start of heating the seat by the upper heater and the lower heater until the measured temperature of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reaches the target temperature. May be the measured temperature of the upper temperature sensor, or may be the measured temperature of the lower temperature sensor. That is, during the heating period until the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reach the target temperature, the relationship between the measured temperature of the upper temperature sensor and the measured temperature of the lower temperature sensor is constant (always one side). Is high temperature and the other is low temperature), but the high and low alternate.
さらに、前記いずれかの加熱装置であって、前記ヒータ制御部は、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度が前記目標温度に到達した後、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度を前記目標温度に保つように、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御する加熱装置とすると良い。 Further, in any of the heating devices, the heater control unit is the upper temperature sensor and the lower temperature sensor after the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reach the target temperature. It is preferable to use a heating device that controls the temperatures of the upper heater and the lower heater so that the measured temperature of the above is maintained at the target temperature.
上述の加熱装置では、ヒータ制御部が、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度が目標温度に到達した後、上側温度センサ及び下側温度センサの計測温度が目標温度に維持されるように、上側ヒータ及び下側ヒータの温度を制御する。このようにすることで、シートの上側半分と下側半分とにおいて、厚み方向の温度分布の違いをより一層小さくすることができる。すなわち、シートの上面から厚み方向中央までの温度分布と、シートの下面から厚み方向中央までの温度分布との違いを、より一層小さくすることができる。さらには、加熱装置によって複数のシートを順に加熱した場合に、複数のシート間において、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)及び下面の温度変動(温度変化の推移)の違いがより一層小さくなり、複数のシート間において、シートの厚み方向の温度分布の違いもより一層小さくなる。 In the above-mentioned heating device, the heater control unit maintains the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor at the target temperature after the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reach the target temperature. , Control the temperature of the upper heater and the lower heater. By doing so, the difference in temperature distribution in the thickness direction between the upper half and the lower half of the sheet can be further reduced. That is, the difference between the temperature distribution from the upper surface of the sheet to the center in the thickness direction and the temperature distribution from the lower surface of the sheet to the center in the thickness direction can be further reduced. Furthermore, when a plurality of sheets are heated in order by a heating device, the difference in the temperature fluctuation (change in temperature change) on the upper surface and the temperature fluctuation (change in temperature) on the lower surface of the sheets is further increased among the plurality of sheets. It becomes smaller, and the difference in temperature distribution in the thickness direction of the sheets becomes even smaller among the plurality of sheets.
本発明の他の態様は、前記いずれかの加熱装置と、前記加熱装置による加熱を行った前記シートを成形する成形装置と、を備える熱成形装置である。 Another aspect of the present invention is a thermoforming apparatus comprising one of the above heating devices and a molding apparatus for molding the sheet heated by the heating apparatus.
上述の熱成形装置は、前述の加熱装置を備えている。このため、加熱装置による加熱終了時のシートの上側半分と下側半分との間において、厚み方向の温度分布の違いが小さくなる。すなわち、シートの上面から厚み方向中央までの温度分布と、シートの下面から厚み方向中央までの温度分布との違いを小さくすることができる。さらには、加熱装置によって複数のシートを順に加熱した場合に、複数のシート間において、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)及び下面の温度変動(温度変化の推移)の違いが小さくなり、複数のシート間において、シートの厚み方向の温度分布の違いも小さくなる。 The thermoforming apparatus described above includes the heating apparatus described above. Therefore, the difference in temperature distribution in the thickness direction between the upper half and the lower half of the sheet at the end of heating by the heating device becomes small. That is, the difference between the temperature distribution from the upper surface of the sheet to the center in the thickness direction and the temperature distribution from the lower surface of the sheet to the center in the thickness direction can be reduced. Furthermore, when a plurality of sheets are heated in sequence by a heating device, the difference between the temperature fluctuations on the upper surface (change in temperature) and the temperature fluctuation on the lower surface (change in temperature) of the upper surface of the sheets becomes smaller among the plurality of sheets. , The difference in temperature distribution in the thickness direction of the sheets is also small among the plurality of sheets.
さらに、上述の熱成形装置は、前述の加熱装置による加熱を行ったシートを成形する成形装置を備えている。前述の加熱装置によって順次加熱を行った複数のシートを、成形装置によって順次成形することで、品質が安定した成形品(成形されたシート)を得ることができる。 Further, the above-mentioned thermoforming apparatus includes a forming apparatus for forming a sheet heated by the above-mentioned heating apparatus. By sequentially molding a plurality of sheets that have been sequentially heated by the above-mentioned heating device by a molding device, a molded product (molded sheet) having stable quality can be obtained.
<実施形態1>
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。図1は、実施形態1にかかる加熱装置30及び熱成形装置1の概略構成図である。熱成形装置1は、加熱装置30と、成形装置40とを備えている。さらに、熱成形装置1は、シート供給装置81と、シート保持装置83と、搬送制御部51と、成形装置制御部53とを備えている。なお、搬送制御部51及び成形装置制御部53は、図示しないCPU等を含む回路部を有している。
<
Next,
シート供給装置81及びシート保持装置83は、搬送制御部51の制御によって作動する。具体的には、シート供給装置81は、搬送制御部51の制御により、シート載置台85に載置されている複数のシート90(未成形シート91)から、1枚のシート90を取り出し、シート保持装置83に供給する。また、シート保持装置83は、シート供給装置81によって供給されたシート90を保持しつつ、搬送制御部51の制御によって加熱装置30へ搬送する。
The
シート90は、熱可塑性のシートであり、具体的には、熱可塑性樹脂からなるシートである。なお、本実施形態1では、シート90として、カット状(枚葉型)のシートを使用する場合を例示して説明するが、これに限定されず、例えば、ロール状に巻き取られた長尺のシートを引き出して使用するようにしても良い。
The
加熱装置30は、未成形シート91の上面91bを加熱する上側ヒータ10と、未成形シート91の下面91cを加熱する下側ヒータ20と、未成形シート91の上面91bの温度を計測する上側温度センサ13と、未成形シート91の下面91cの温度を計測する下側温度センサ23と、ヒータ制御部52とを備える(図1参照)。なお、ヒータ制御部52は、図示しないCPU等を含む回路部を有している。
The
この加熱装置30(上側ヒータ10と下側ヒータ20)は、ヒータ制御部52の制御によって作動し、未成形シート91(成形装置40によって成形される前のシート90)を加熱して軟化または溶融させる。上側ヒータ10と下側ヒータ20とは、未成形シート91が加熱装置30によって加熱される位置(図4に示す位置)に配置されたときに、上側ヒータ10が未成形シート91の上面91bの上方に位置し、下側ヒータ20が未成形シート91の下面91cの下方に位置するように設けられている。
The heating device 30 (
ここで、上側ヒータ10について説明する。図2は、上側ヒータ10の平面図であり、熱を放射する放熱部10b側から上側ヒータ10を平面視した図である。図3は、上側ヒータ10を構成するヒータ要素11の平面図である。上側ヒータ10は、X方向(図2において横方向)とY方向(図2において縦方向)に隣接して配列された複数のヒータ要素11を有する。図2に示す例では、上側ヒータ10は、X方向に6個のヒータ要素11が隣接して配置されたヒータ要素11の列が、Y方向に5列隣接して並ぶ態様で、合計30個のヒータ要素11を有する。これらのヒータ要素11によって、放熱部10bが構成されている。
Here, the
ヒータ要素11は、定格電圧での昇温速度が60[℃/秒]以上である急速応答可能な高速追従型ヒーターである。このヒータ要素11は、図3に示すように、略八角形状の絶縁板15と、絶縁板15の表面に配置された蛇行形状のヒーターエレメント16とを有する。ヒーターエレメント16は、一方向に間隔を空けて並ぶ複数の発熱板17と、隣り合う発熱板17の端部を互い違いに連結する複数の連結板18とを備えている。各ヒータ要素11が発する熱量は、各ヒータ要素11に供給される電力量によって制御される。従って、上側ヒータ10の温度は、ヒータ要素11に供給される電力量によって制御される。なお、下側ヒータ20も、上述した上側ヒータ10と同様の構成を有する(図2及び図3参照)。
The
上側温度センサ13は、放射温度計であり、上側ヒータ10の内部に配置されている。具体的には、上側温度センサ13は、平面視で、上側ヒータ10の中央領域に位置する4つのヒータ要素11に囲まれるようにして、上側ヒータ10の中央領域に設けられている(図2参照)。この上側温度センサ13は、未成形シート91の上面91bの温度を計測して、シート上面温度T3として出力する。
The
また、下側温度センサ23は、放射温度計であり、下側ヒータ20の内部に配置されている。具体的には、下側温度センサ23は、平面視で、下側ヒータ20の中央領域に位置する4つのヒータ要素11に囲まれるようにして、下側ヒータ20の中央領域に設けられている(図2参照)。この下側温度センサ23は、未成形シート91の下面91cの温度を計測して、シート下面温度T4として出力する。
Further, the
また、上側ヒータ10に含まれる複数のヒータ要素11のうち、平面視で上側ヒータ10の略中央に位置する1つのヒータ要素11Bには、熱電対温度計14が取り付けられている。この熱電対温度計14は、ヒータ要素11Bの温度を検出して、上側ヒータ10の温度(上側ヒータ温度T1)として出力する。また、下側ヒータ20に含まれる複数のヒータ要素11のうち、平面視で下側ヒータ20の略中央に位置する1つのヒータ要素11Bには、熱電対温度計24が取り付けられている。この熱電対温度計24は、ヒータ要素11Bの温度を検出して、下側ヒータ20の温度(下側ヒータ温度T2)として出力する。
Further, among the plurality of
ところで、熱可塑性のシート90を加熱すると、加熱によってシート90が軟化または溶融することでシート90が下方に垂れように変形する。より具体的には、加熱時間の経過に伴ってシート90の軟化または溶融が進行するにしたがって、シート90の上面90bが上側ヒータ10から遠ざかってゆき、反対に、シート90の下面90cが下側ヒータ20に近づいてゆく。
By the way, when the
このことを考慮して、本実施形態の加熱装置30では、図4に示すように、上側ヒータ10と下側ヒータ20とが、未成形シート91が加熱装置30によって加熱される位置(図4に示す位置、上側ヒータ10と下側ヒータ20との間の位置)に配置されたとき(すなわち、未成形シート91の加熱を開始するとき)に、上側ヒータ10(未成形シート91の上面91bと対向する放熱部10b)と未成形シート91の上面91bとの間の距離D1と、下側ヒータ20(未成形シート91の下面91cと対向する放熱部20b)と未成形シート91の下面91cとの間の距離D2が、D1<D2の関係を満たすように設けられている。詳細には、上側ヒータ10と下側ヒータ20とは、シート90の加熱を開始するときに、距離D1と距離D2とがD1<D2の関係を満たすように位置し、且つ、シート90の加熱期間中、互いの位置を変えることなくシート90を加熱する。このようにすることで、加熱によって下方に垂れように変形するシート90が下側ヒータ20に接触することを防止することができると共に、上側ヒータ10と下側ヒータ20とによってシート90をより適切に加熱することができる。なお、図4は、上側ヒータ10と下側ヒータ20とによって未成形シート91の加熱を開始するときの、上側ヒータ10と下側ヒータ20と未成形シート91との位置関係を示す図である。
In consideration of this, in the
成形装置40は、成形装置制御部53の制御によって作動し、加熱装置30によって加熱されて軟化した未成形シート91を成形する。この成形装置40は、成形品Mの形状に応じたキャビティ(不図示)が形成された上型41と、クランプ42と、上型41を保持する上テーブル(不図示)と、クランプ42を保持する下テーブル(不図示)と、上テーブルと下テーブルを昇降可能に保持する成形用テーブル駆動機構(不図示)と、上型41のキャビティ内に差圧を発生させる差圧供給機構(不図示)とを備えている。
The
この成形装置40では、成形装置制御部53の制御により、以下のようにして未成形シート91を成形して、成形済シート92(成形品Mを含むシート90)を作製する。具体的には、加熱装置30による加熱によって軟化した未成形シート91が、上型41とクランプ42との間に搬入されると、離間位置に配置されていた上型41とクランプ42とが、成形用テーブル駆動機構の駆動によって近接位置に移動する。なお、離間位置は、上型41とクランプ42との距離が最も離れた位置である。また、近接位置は、上型41とクランプ42とが最も近接する位置であり、上型41とクランプ42とによって未成形シート91の成形が行われる位置である。
In this
上型41とクランプ42とが近接位置に配置されると、差圧供給機構によって上型41のキャビティ内に差圧を発生させて、この差圧によってシート90を上型41に密接させる。これにより、未成形シート91が、上型41のキャビティに応じた形状に変化して、成形済シート92(成形品Mを含むシート90)になる。その後、成形用テーブル駆動機構の駆動によって、上型41とクランプ42とを離間位置に移動させて、成形済シート92が取り出される。
When the
次に、本実施形態1のヒータ温度制御について、詳細に説明する。本実施形態1の熱成形装置1を構成する加熱装置30では、ヒータ制御部52が、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度に基づいて、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御する。
Next, the heater temperature control of the first embodiment will be described in detail. In the
具体的には、ヒータ制御部52は、上側温度センサ13によって検出されたシート上面温度T3を入力し、入力したシート上面温度T3に基づいて、上側ヒータ10の温度を制御する。なお、ヒータ制御部52は、上側ヒータ10の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節することによって、上側ヒータ10の温度を制御する。また、ヒータ制御部52は、熱電対温度計14によって検出される上側ヒータ温度T1を入力することで、上側ヒータ10の温度を検出する。
Specifically, the
また、ヒータ制御部52は、下側温度センサ23によって検出されたシート下面温度T4を入力し、入力したシート下面温度T4に基づいて、下側ヒータ20の温度を制御する。なお、ヒータ制御部52は、下側ヒータ20の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節することによって、下側ヒータ20の温度を制御する。また、ヒータ制御部52は、熱電対温度計24によって検出される下側ヒータ温度T2を入力することで、下側ヒータ20の温度を検出する。
Further, the
このヒータ制御部52は、上側温度センサ13の計測温度(すなわち、シート上面温度T3)が目標温度Ttに到達するように、一定時間毎にシート上面温度T3を検出しつつ、上側ヒータ10の温度を制御する。さらに、ヒータ制御部52は、下側温度センサ23の計測温度(すなわち、シート下面温度T4)が目標温度Ttに到達するように、一定時間毎にシート上面温度T3を検出しつつ、上側ヒータ10の温度を制御する。なお、本実施形態1では、目標温度Ttは、130℃に設定されている。従って、本実施形態では、ヒータ制御部52によって制御される上側ヒータ10及び下側ヒータ20の加熱によって、未成形シート91の上面91bの温度が130℃にまで昇温すると共に、未成形シート91の下面91cの温度も130℃にまで昇温して、未成形シート91が軟化する。
The
より具体的には、ヒータ制御部52は、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91(シート90)の加熱を開始してから、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度(すなわち、シート上面温度T3及びシート下面温度T4)が目標温度Ttに到達するまでの間、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度のうち一方の計測温度を他方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御しつつ、シート上面温度T3及びシート下面温度T4を目標温度Ttにまで昇温させる。
More specifically, the
詳細には、ヒータ制御部52は、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91(シート90)の加熱を開始してから、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度(シート上面温度T3及びシート下面温度T4)が目標温度Ttに到達するまでの期間中、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度のうち基準計測温度として設定された一方の計測温度を、他方の計測温度が追従するように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御しつつ、シート上面温度T3及びシート下面温度T4を目標温度Ttにまで昇温させる。換言すれば、ヒータ制御部52は、上側温度センサ13及び下側温度センサ23のうち基準温度センサとして設定された一方の温度センサの計測温度を、他方の温度センサの計測温度が追従するように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御して、シート上面温度T3及びシート下面温度T4を目標温度Ttにまで昇温させる。
Specifically, the
具体的には、本実施形態1では、下側温度センサ23の計測温度を基準計測温度として設定し、ヒータ制御部52は、未成形シート91の加熱を開始してから一定時間毎(例えば1秒毎)にシート上面温度T3とシート下面温度T4を検出して、図5に示すように、基準計測温度として設定された下側温度センサ23の計測温度(すなわち、シート下面温度T4)を、上側温度センサ13の計測温度(すなわち、シート上面温度T3)が追従するように、一定時間毎に上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御しつつ、シート上面温度T3及びシート下面温度T4を目標温度Ttにまで昇温させる。
Specifically, in the first embodiment, the measured temperature of the
より具体的には、ヒータ制御部52は、一定時間毎(例えば1秒毎)にシート上面温度T3とシート下面温度T4を検出し、シート上面温度T3がシート下面温度T4に追いつくように、一定時間毎に上側ヒータ10の温度を制御する(上側ヒータ10の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)。換言すれば、ヒータ制御部52は、一定時間毎に検出したシート下面温度T4を、未成形シート91の上面91bの新たな温度設定値にして、シート上面温度T3がこの温度設定値となるように、一定時間毎に上側ヒータ10の温度を制御する(上側ヒータ10の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)。このとき、ヒータ制御部52は、シート下面温度T4が目標温度Ttに近づくように、下側ヒータ20の温度を制御する(下側ヒータ20の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)。
More specifically, the
図5は、本実施形態1にかかるヒータ温度制御を説明する図であり、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91(シート90)の加熱を開始してから加熱を終了するまでの、上側ヒータ温度T1と下側ヒータ温度T2とシート上面温度T3とシート下面温度T4の温度変動(温度変化の推移)を示している。なお、図5では、上側ヒータ温度T1を一点鎖線で示し、下側ヒータ温度T2を破線で示し、シート上面温度T3を太い実線で示し、シート下面温度T4を細い実線で示している。
FIG. 5 is a diagram illustrating the heater temperature control according to the first embodiment, from the start of heating of the unmolded sheet 91 (sheet 90) by the
このように上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御しつつ未成形シート91(シート90)を加熱することで、図5に示すように、未成形シート91の加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間における、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)と下面91cの温度変動(温度変化の推移)との違いを小さくすることができる。換言すれば、未成形シート91の加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間中、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)と下面91cの温度変動(温度変化の推移)とを略同一にすることができる。
By heating the unmolded sheet 91 (sheet 90) while controlling the temperatures of the
これにより、加熱終了時のシート90(未成形シート91)の上側半分と下側半分との間において、厚み方向(図4において上下方向)の温度分布の違いが小さくなる。すなわち、未成形シート91の上面91bから厚み方向中央部91dまでの温度分布と、未成形シート91の下面91cから厚み方向中央部91dまでの温度分布との違いを小さくすることができる。さらには、加熱装置30によって複数の未成形シート91を順に加熱した場合に、複数の未成形シート91間において、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)及び下面91cの温度変動(温度変化の推移)の違いが小さくなり、複数の未成形シート91間において、未成形シート91の厚み方向の温度分布の違いも小さくなる。
As a result, the difference in temperature distribution in the thickness direction (vertical direction in FIG. 4) becomes small between the upper half and the lower half of the sheet 90 (unmolded sheet 91) at the end of heating. That is, the difference between the temperature distribution from the
このため、本実施形態1では、加熱終了時のシート90(未成形シート91)の上側半分と下側半分とにおいて、軟化の程度(軟化具合)の違いが小さくなる(換言すれば、軟化具合が略同等になる)。さらには、加熱装置30によって順次加熱した複数のシート90間においても、シート90の厚み方向の軟化具合の違いも小さくなる。このため、その後、成形装置40によってシート90を成形したときに、シート90間におけるシート90の変形具合(伸び具合)の違いが小さくなり、成形品Mの品質が安定する(シート90の成形不良を低減することもできる)。
Therefore, in the first embodiment, the difference in the degree of softening (softening degree) between the upper half and the lower half of the sheet 90 (unmolded sheet 91) at the end of heating becomes small (in other words, the softening degree). Is almost equivalent). Further, even among the plurality of
さらに、本実施形態では、ヒータ制御部52は、図5に示すように、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度(すなわち、シート上面温度T3及びシート下面温度T4)が目標温度Ttに到達した後、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度(シート上面温度T3及びシート下面温度T4)が目標温度Ttに維持されるように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度(すなわち、上側ヒータ温度T1と下側ヒータ温度T2)を制御する。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, in the
このようにすることで、加熱終了時のシート90の上側半分と下側半分とにおいて、厚み方向の温度分布の違いをより一層小さくすることができる。すなわち、シート90の上面90bから厚み方向中央部90dまでの温度分布と、シート90の下面90cから厚み方向中央部90dまでの温度分布との違いを、より一層小さくすることができる。さらには、加熱装置30によって複数のシートを順に加熱した場合に、複数のシート90間において、シート90の上面90bの温度変動(温度変化の推移)及び下面90cの温度変動(温度変化の推移)の違いがより一層小さくなり、複数のシート90間において、シート90の厚み方向の温度分布の違いもより一層小さくなる。
By doing so, it is possible to further reduce the difference in temperature distribution in the thickness direction between the upper half and the lower half of the
これにより、加熱終了時(成形前)のシート90(未成形シート91)の上側半分と下側半分とにおいて、軟化の程度(軟化具合)の違いをより一層小さくすることができる(換言すれば、軟化具合を略同等にできる)。さらには、加熱装置30によって順次加熱した複数のシート90間において、シート90の厚み方向の軟化具合の違いもより一層小さくなる。このため、その後、成形装置40によってシート90を成形したときに、シート90間におけるシート90の変形具合(伸び具合)の違いがより一層小さくなり、成形品Mの品質がより一層安定する(シート90の成形不良もより一層低減することもできる)。
As a result, the difference in the degree of softening (softening degree) between the upper half and the lower half of the sheet 90 (unmolded sheet 91) at the end of heating (before molding) can be further reduced (in other words, the degree of softening). , The degree of softening can be made almost the same). Further, the difference in the degree of softening in the thickness direction of the
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態2は、実施形態1と比較して、ヒータ制御部による上側ヒータ及び下側ヒータの温度制御が異なり、その他は同様である。従って、ここでは、実施形態1と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。本実施形態2にかかる熱成形装置101は、図1に示すように、実施形態1と同様の成形装置40と、実施形態1とは異なる加熱装置130とを備えている。本実施形態2の加熱装置130は、実施形態1の加熱装置30と比較して、ヒータ制御部152のみが異なり、その他は同様である。
<
Next,
以下、本実施形態2のヒータ温度制御について、詳細に説明する。本実施形態2の熱成形装置101(加熱装置130)では、ヒータ制御部152が、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度に基づいて、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御する。具体的には、ヒータ制御部152は、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91(シート90)の加熱を開始してから、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度(すなわち、シート上面温度T3及びシート下面温度T4)が目標温度Ttに到達するまでの間、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度のうち一方の計測温度を他方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御しつつ、シート上面温度T3及びシート下面温度T4を目標温度Ttにまで昇温させる。
Hereinafter, the heater temperature control of the second embodiment will be described in detail. In the thermoforming device 101 (heating device 130) of the second embodiment, the
詳細には、ヒータ制御部152は、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91(シート90)の加熱を開始してから、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度(シート上面温度T3及びシート下面温度T4)が目標温度Ttに到達するまでの期間中、上側温度センサ13の計測温度(シート上面温度T3)と下側温度センサ23の計測温度(シート下面温度T4)とを比較して、高温または低温である方の計測温度を、他方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御しつつ、シート上面温度T3及びシート下面温度T4を目標温度Ttにまで昇温させる。
Specifically, the
具体的には、本実施形態2では、図6に示すように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91の加熱を開始してから、シート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間中、ヒータ制御部152は、上側温度センサ13の計測温度(シート上面温度T3)と下側温度センサ23の計測温度(シート下面温度T4)とを一定時間毎(例えば1秒毎)に比較して、高温である方の計測温度を低温である方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御しつつ、シート上面温度T3及びシート下面温度T4を目標温度Ttにまで昇温させる。
Specifically, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, after the
より具体的には、ヒータ制御部52は、検出したシート上面温度T3とシート下面温度T4とを比較して、T3>T4であると判定した場合には、高温であるシート上面温度T3が、低温であるシート下面温度T4になるように、上側ヒータ10の温度を制御する(上側ヒータ10の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)。このとき、ヒータ制御部52は、シート下面温度T4が目標温度Ttに近づくように、下側ヒータ20の温度を制御する(下側ヒータ20の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)。
More specifically, when the
これとは反対に、T3<T4であると判定した場合には、ヒータ制御部52は、高温であるシート下面温度T4が、低温であるシート上面温度T3になるように、下側ヒータ20の温度を制御する(下側ヒータ20の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)。このとき、ヒータ制御部52は、シート上面温度T3が目標温度Ttに近づくように、上側ヒータ10の温度を制御する(上側ヒータ10の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)。
On the contrary, when it is determined that T3 <T4, the
なお、本実施形態2では、図6に示すように、シート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの間、上側温度センサ13の計測温度(シート上面温度T3)が高温である方の計測温度になるときと、下側温度センサ23の計測温度(シート上面温度T3)が高温である方の計測温度になるときが、交互に繰り返されるように、ヒータ制御部152によって上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度が制御される。すなわち、シート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの間、上側温度センサ13の計測温度(シート上面温度T3)と下側温度センサ23の計測温度(シート上面温度T3)との高低の関係が、一定(常に一方が高温で他方が低温)ではなく、交互に入れ替わるように、ヒータ制御部152によって上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度が制御される(図6参照)。
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the measured temperature (seat upper surface temperature T3) of the
図6は、本実施形態2にかかるヒータ温度制御を説明する図であり、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91(シート90)の加熱を開始してから加熱を終了するまでの、上側ヒータ温度T1と下側ヒータ温度T2とシート上面温度T3とシート下面温度T4の温度変動(温度変化の推移)を示している。なお、図6では、上側ヒータ温度T1を一点鎖線で示し、下側ヒータ温度T2を破線で示し、シート上面温度T3を太い実線で示し、シート下面温度T4を細い実線で示している。
FIG. 6 is a diagram for explaining the heater temperature control according to the second embodiment, from the start of heating of the unmolded sheet 91 (sheet 90) by the
このように上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御しつつ未成形シート91(シート90)を加熱することで、図6に示すように、未成形シート91の加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間における、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)と下面91cの温度変動(温度変化の推移)との違いを小さくすることができる。換言すれば、未成形シート91の加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間中、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)と下面91cの温度変動(温度変化の推移)とを略同一にすることができる。
By heating the unmolded sheet 91 (sheet 90) while controlling the temperatures of the
これにより、加熱終了時のシート90(未成形シート91)の上側半分と下側半分との間において、厚み方向の温度分布の違いが小さくなる。すなわち、未成形シート91の上面91bから厚み方向中央部91dまでの温度分布と、未成形シート91の下面91cから厚み方向中央部91dまでの温度分布との違いを小さくすることができる。さらには、加熱装置130によって複数の未成形シート91を順に加熱した場合に、複数の未成形シート91間において、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)及び下面91cの温度変動(温度変化の推移)の違いが小さくなり、複数の未成形シート91間において、未成形シート91の厚み方向の温度分布の違いも小さくなる。
As a result, the difference in temperature distribution in the thickness direction between the upper half and the lower half of the sheet 90 (unmolded sheet 91) at the end of heating becomes small. That is, the difference between the temperature distribution from the
このため、本実施形態2でも、加熱終了時のシート90(未成形シート91)の上側半分と下側半分とにおいて、軟化の程度(軟化具合)の違いが小さくなる(換言すれば、軟化具合が略同等になる)。さらには、加熱装置130によって順次加熱した複数のシート90間においても、シート90の厚み方向の軟化具合の違いも小さくなる。このため、その後、成形装置40によってシート90を成形したときに、シート90間におけるシート90の変形具合(伸び具合)の違いが小さくなり、成形品Mの品質が安定する(シート90の成形不良を低減することもできる)。
Therefore, even in the second embodiment, the difference in the degree of softening (softening degree) between the upper half and the lower half of the sheet 90 (unmolded sheet 91) at the end of heating becomes small (in other words, the softening degree). Is almost equivalent). Further, even among the plurality of
さらに、ヒータ制御部152は、図6に示すように、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度(すなわち、シート上面温度T3及びシート下面温度T4)が目標温度Ttに到達した後、上側温度センサ13及び下側温度センサ23の計測温度(シート上面温度T3及びシート下面温度T4)が目標温度Ttに維持されるように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度(すなわち、上側ヒータ温度T1と下側ヒータ温度T2)を制御する。
Further, as shown in FIG. 6, the
このようにすることで、加熱終了時のシート90の上側半分と下側半分とにおいて、厚み方向の温度分布の違いをより一層小さくすることができる。さらには、加熱装置130によって複数のシート90を順に加熱した場合に、複数のシート90間において、シート90の上面90bの温度変動(温度変化の推移)及び下面90cの温度変動(温度変化の推移)の違いがより一層小さくなり、複数のシート90間において、シート90の厚み方向の温度分布の違いもより一層小さくなる。
By doing so, it is possible to further reduce the difference in temperature distribution in the thickness direction between the upper half and the lower half of the
これにより、加熱終了時(成形前)のシート90(未成形シート91)の上側半分と下側半分とにおいて、軟化の程度(軟化具合)の違いをより一層小さくすることができる(換言すれば、軟化具合を略同等にできる)。さらには、加熱装置30によって順次加熱した複数のシート90間において、シート90の厚み方向の軟化具合の違いもより一層小さくなる。このため、その後、成形装置40によってシート90を成形したときに、シート90間におけるシート90の変形具合(伸び具合)の違いがより一層小さくなり、成形品Mの品質がより一層安定する(シート90の成形不良もより一層低減することもできる)。
As a result, the difference in the degree of softening (softening degree) between the upper half and the lower half of the sheet 90 (unmolded sheet 91) at the end of heating (before molding) can be further reduced (in other words, the degree of softening). , The degree of softening can be made almost the same). Further, the difference in the degree of softening in the thickness direction of the
以上において、本発明を実施形態1,2に即して説明したが、本発明は前記実施形態1,2に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。 Although the present invention has been described above with reference to the first and second embodiments, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. Needless to say.
例えば、実施形態1では、下側温度センサ23の計測温度を基準計測温度として設定し、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91の加熱を開始してから、シート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間中、基準計測温度として設定された下側温度センサ23の計測温度(すなわち、シート下面温度T4)を、上側温度センサ13の計測温度(すなわち、シート上面温度T3)が追従するように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御するようにした(図5参照)。
For example, in the first embodiment, the measurement temperature of the
しかしながら、これとは反対に、上側温度センサ13の計測温度を基準計測温度として設定し、基準計測温度として設定された上側温度センサ13の計測温度(シート上面温度T3)を、下側温度センサ23の計測温度(シート下面温度T4)が追従するように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御するようにしても良い。例えば、一定時間毎(例えば1秒毎)にシート上面温度T3とシート下面温度T4を検出し、シート上面温度T3がシート下面温度T4に追いつくように、一定時間毎に上側ヒータ10の温度を制御する(上側ヒータ10の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)ようにしても良い。
However, on the contrary, the measurement temperature of the
このように制御した場合でも、未成形シート91の加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間における、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)と下面91cの温度変動(温度変化の推移)との違いを小さくすることができる。換言すれば、未成形シート91の加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間中、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)と下面91cの温度変動(温度変化の推移)とを略同一にすることができる。
Even when controlled in this way, the temperature fluctuation of the
また、実施形態2では、図6に示すように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20によって未成形シート91の加熱を開始してから、シート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間中、上側温度センサ13の計測温度(シート上面温度T3)と下側温度センサ23の計測温度(シート下面温度T4)とを一定時間毎に比較して、高温である方の計測温度を低温である方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御するようにした。
Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, after the heating of the
しかしながら、これとは反対に、低温である方の計測温度を高温である方の計測温度に合わせるように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20の温度を制御するようにしても良い。例えば、検出したシート上面温度T3とシート下面温度T4とを比較して、T3>T4である場合に、低温であるシート下面温度T4が、高温であるシート上面温度T3になるように、下側ヒータ20の温度を制御する(下側ヒータ20の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)ようにしても良い。これとは反対に、T3<T4である場合に、低温であるシート上面温度T3が高温であるシート下面温度T4になるように、上側ヒータ10の温度を制御する(上側ヒータ10の各ヒータ要素11に供給する電力量を調節する)ようにしても良い。
However, on the contrary, the temperatures of the
このように制御した場合でも、未成形シート91の加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間における、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)と下面91cの温度変動(温度変化の推移)との違いを小さくすることができる。換言すれば、未成形シート91の加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間中、未成形シート91の上面91bの温度変動(温度変化の推移)と下面91cの温度変動(温度変化の推移)とを略同一にすることができる。
Even when controlled in this way, the temperature fluctuation of the
また、実施形態1,2では、加熱装置30(上側ヒータ10及び下側ヒータ20)の位置を固定し、位置が固定された加熱装置30にシート90を供給するようにした。しかしながら、これとは反対に、シート90の位置を固定し、加熱装置30(上側ヒータ10及び下側ヒータ20)を、シート90を加熱する位置まで移動させるようにしても良い。成形装置40についても同様である。
Further, in the first and second embodiments, the positions of the heating device 30 (
また、実施形態1,2では、図4に示すように、上側ヒータ10及び下側ヒータ20を、D1<D2の関係を満たすように設けた。しかしながら、本発明は、D1=D2とする場合、D1>D2とする場合にも適用することができる。
Further, in the first and second embodiments, as shown in FIG. 4, the
また、実施形態1,2では、加熱装置30,130によって熱可塑性樹脂からなるシート90を加熱して軟化または溶融させる例を示したが、本発明の加熱装置は、このようなシートを加熱するものに限定されない。例えば、本発明の加熱装置は、液状の熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維シートを加熱して、熱硬化性樹脂を硬化させて炭素繊維複合シートを形成する場合にも適用することができる。
Further, in the first and second embodiments, examples of heating the
この場合でも、シートの加熱を開始してからシート上面温度T3及びシート下面温度T4が目標温度Ttに到達するまでの期間における、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)と下面の温度変動(温度変化の推移)との違いを小さくすることができる。さらには、複数のシートを順に加熱した場合に、複数のシート間において、シートの上面の温度変動(温度変化の推移)及び下面の温度変動(温度変化の推移)の違いが小さくなり、複数のシート間において、シートの厚み方向の温度分布の違いも小さくなる。これにより、シートの上側部分(上側半分)と下側部分(下側半分)との間で、熱硬化性樹脂の硬化の程度の違いを小さくすることができる。さらには、順次加熱した複数のシート間においても、シートの厚み方向における樹脂の硬化の程度の違いを小さくすることができる。これにより、形成される炭素繊維複合シートの品質を安定させることができる。 Even in this case, the temperature fluctuations on the upper surface (change in temperature) and the temperature fluctuations on the lower surface of the sheet during the period from the start of heating of the sheet until the temperature T3 on the upper surface of the sheet and the temperature T4 on the lower surface of the sheet reach the target temperature Tt. The difference from (transition of temperature change) can be reduced. Furthermore, when a plurality of sheets are heated in order, the difference between the temperature fluctuation (change in temperature change) on the upper surface of the sheet and the temperature fluctuation (change in temperature change) on the lower surface becomes smaller among the plurality of sheets, and a plurality of sheets are heated. The difference in temperature distribution in the thickness direction of the sheets between the sheets is also small. This makes it possible to reduce the difference in the degree of curing of the thermosetting resin between the upper portion (upper half) and the lower portion (lower half) of the sheet. Furthermore, it is possible to reduce the difference in the degree of curing of the resin in the thickness direction of the sheets even among the plurality of sheets that have been sequentially heated. Thereby, the quality of the formed carbon fiber composite sheet can be stabilized.
1,101 熱成形装置
10 上側ヒータ
11 ヒータ要素
13 上側温度センサ
20 下側ヒータ
23 下側温度センサ
30,130 加熱装置
40 成形装置
52,152 ヒータ制御部
90 シート
90b,91b 上面
90c,91c 下面
91 未成形シート
92 成形済シート
D1 上側ヒータとシートの上面との間の距離
D2 下側ヒータとシートの下面との間の距離
Tt 目標温度
1,101
Claims (6)
前記シートの上面を加熱する上側ヒータと、
前記シートの下面を加熱する下側ヒータと、
前記シートの前記上面の温度を計測する上側温度センサと、
前記シートの前記下面の温度を計測する下側温度センサと、
前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度に基づいて、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御するヒータ制御部と、を備え、
前記ヒータ制御部は、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータによって前記シートの加熱を開始してから、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度が目標温度に到達するまでの間、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度のうち一方の計測温度を他方の計測温度に合わせるように、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御する
加熱装置。 In a heating device that heats the sheet
An upper heater that heats the upper surface of the sheet and
A lower heater that heats the lower surface of the sheet and
An upper temperature sensor that measures the temperature of the upper surface of the sheet, and
A lower temperature sensor that measures the temperature of the lower surface of the sheet, and
A heater control unit that controls the temperature of the upper heater and the lower heater based on the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor is provided.
The heater control unit starts heating the sheet by the upper heater and the lower heater until the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reach the target temperature. A heating device that controls the temperatures of the upper heater and the lower heater so that the measured temperature of one of the measured temperatures of the temperature sensor and the lower temperature sensor matches the measured temperature of the other.
前記上側ヒータと前記下側ヒータとは、前記シートの加熱を開始するときの、前記上側ヒータと前記シートの前記上面との間の距離D1と、前記下側ヒータと前記シートの前記下面との間の距離D2とが、D1<D2の関係を満たすように設けられている
加熱装置。 The heating device according to claim 1.
The upper heater and the lower heater have a distance D1 between the upper heater and the upper surface of the sheet when the heating of the sheet is started, and the lower heater and the lower surface of the sheet. A heating device provided so that the distance D2 between them satisfies the relationship D1 <D2.
前記ヒータ制御部は、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータによって前記シートの加熱を開始してから、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度が前記目標温度に到達するまでの間、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度のうち基準計測温度として設定された一方の計測温度を、他方の計測温度が追従するように、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御する
加熱装置。 The heating device according to claim 1 or 2.
The heater control unit starts heating the sheet by the upper heater and the lower heater until the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reach the target temperature. The temperatures of the upper heater and the lower heater are controlled so that the measured temperature of one of the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor, which is set as the reference measured temperature, is followed by the measured temperature of the other. Heating device.
前記ヒータ制御部は、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータによって前記シートの加熱を開始してから、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度が前記目標温度に到達するまでの間、前記上側温度センサの計測温度と前記下側温度センサの計測温度とを比較して、高温または低温である方の計測温度を、他方の計測温度に合わせるように、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御する
加熱装置。 The heating device according to claim 1 or 2.
The heater control unit starts heating the sheet by the upper heater and the lower heater until the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reach the target temperature. By comparing the measured temperature of the upper temperature sensor with the measured temperature of the lower temperature sensor, the upper heater and the lower heater so as to match the measured temperature of the higher temperature or the lower temperature with the measured temperature of the other. A heating device that controls the temperature.
前記ヒータ制御部は、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度が前記目標温度に到達した後、前記上側温度センサ及び前記下側温度センサの計測温度を前記目標温度に保つように、前記上側ヒータ及び前記下側ヒータの温度を制御する
加熱装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 4.
The heater control unit keeps the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor at the target temperature after the measured temperatures of the upper temperature sensor and the lower temperature sensor reach the target temperature. A heating device that controls the temperature of the upper heater and the lower heater.
前記加熱装置による加熱を行った前記シートを成形する成形装置と、を備える
熱成形装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 5.
A thermoforming apparatus comprising a molding apparatus for molding the sheet heated by the heating apparatus.
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