JP3521053B2 - シ−ト状材料の加熱制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂などのシ
−ト状材料を適温に加熱した後、真空成形、プレス成
形、圧空成形などにより成形する方法に関し、より詳し
くは、シ−ト状材料の加熱制御方法に関する。

【０００２】

【従来技術と問題点】従来、シ−ト材料を加熱するに
は、遠赤外線ヒ−タ等にて輻射熱で加熱したり、恒温炉
で加熱したりしていた。たとえば、発熱制御の応答性が
高いヒ−タと放射温度計を用いて樹脂シ−トを加熱する
方法は公知である（特開昭６３−１３０３３２号公
報）。この加熱方法では、放射温度計が目標温度信号を
発生すると同時に次の樹脂シ−トをヒ−タに供給する一
方、樹脂シ−トの供給が遅れた場合には、ヒ−タの発熱
量の制御により、残留加熱完了樹脂シ−トを目標付近温
度に保熱することを特徴としている。しかしながら、こ
の方法では、樹脂シ−トは、冷えた温度から加熱される
ため、加熱時間がかかり生産性があまり高くならないと
いう問題があった。この問題は特に成形材料が樹脂シ−
トではなく、断熱性のある空気を含む厚いシ−ト材料で
ある場合には、シ−ト材料の表面温度が高温になってい
てもシ−ト材料の芯部は加熱が十分ではなくシ−ト状材
料全体が均一に加熱されないことになる。一方、芯部を
十分に加熱するために長時間加熱すると、シ−ト状材料
表面が過加熱により溶融して、製品としての使用できな
くなる。このため、シ−ト状材料の芯部まで加熱しかつ
表面が溶けないようにするには、表面が溶けない程度の
低温で長時間加熱していたため、生産性は大きく低下す
る問題があった。本発明は、上記の問題に鑑みて成され
たもので、シ−ト状材料を迅速に加熱して生産性を高く
すると共に均一な加熱が困難なシ−ト状材料に好適なシ
−ト状材料の加熱制御方法を提供することを目的とす
る。

【０００３】

【問題解決のための手段】上記の目的を達成するために
本発明におけるシ−ト状材料の加熱制御方法は、材料を
芯部まで速く加熱する手段として、予備加熱位置では速
く表面温度を目標温度まで加熱し、本加熱では表面が溶
けない温度を保持し芯まで加熱する。

【０００４】本発明によれば、予備加熱位置においてシ
−ト状材料を加熱した後、本加熱位置においてさらに加
熱するため、加熱時間は短くてよく、さらに、本加熱位
置において目標温度の許容範囲内に保持された場合にシ
−ト状材料の加熱が完了し成形工程に移行するため、シ
−ト状材料を迅速に加熱して生産性を高くすると共に均
一な加熱が困難なシ−ト状材料でも加熱制御を的確にで
きる。

【０００５】本発明において、シ−ト状材料とは、ポリ
ウレタン、ポリ塩化ビニルなどの樹脂製シ−ト、合成樹
脂含浸発泡体シ−ト、シ−トモ−ルディングなどの複合
材をいい、自動車用天井基材、自動車用内装材が含まれ
る。本発明において、予備加熱位置とは、シ−ト状材料
を室温から所定時間の間、加熱する位置であり、ここで
加熱がされただけではシ−ト材料は軟化していない状態
であり、このまま成形工程に移行することはできない。
また、待避可能な予備加熱手段とは、たとえばブロック
状ヒ−タが、移動可能な把持装置に配置されたものであ
る。本発明において、本加熱位置とは、予備加熱位置か
ら成形位置方向に移動した加熱位置である。退避不可能
な本加熱手段とは、ブロック状ヒ−タなどを本加熱位置
のシ−ト移動位置の上方に設けたものである。目標温度
とは、成形に適したシ−ト状材料の温度をいい、その温
度は、シ−トの材料や厚み、室温などにより変わるもの
である。また、温度の許容範囲についても、シ−トの材
料などにより変わるものである。ファジ−制御とは、あ
いまい論理制御とも呼ばれる制御であって、今日では、
制御分野で利用されている制御方法である。

【０００６】

【実施例１】以下、本発明の成形ラインを示す概略図で
ある図１にもとづいて詳しく説明する。図１において、
シ−ト状材料１の基材セット位置２から送られたシ−ト
状材料１を加熱する予備加熱位置３、それに続く本加熱
位置４、さらにシ−ト状材料１の成形プレス位置５及び
図示していない材料搬送装置が設けられている。そし
て、予備加熱位置３には予備加熱用ヒ−タ退避位置６が
設けられている。また、本加熱位置４にも本加熱用ヒ−
タ−退避位置７が設けられている。

【０００７】図２は、予備加熱用ヒ−タ退避位置６の詳
細を示す正面概略図である。図２において、シ−ト状材
料１は把持装置８により両端を把持されている。そし
て、シ−ト状材料１の上下にはヒ−タ９、９が台車１０
に固定されている。そして、この台車１０は、上下を車
輪１１及びレ−ル１２を介して、シ−ト状材料の把持装
置８とヒ−タ退避位置との間を、移動可能に構成されて
いる。

【０００８】図３は予備加熱位置の加熱制御装置の概略
を示す図である。ヒ−タ９には、熱電対（図示せず）が
内蔵され、制御器にヒ−タ９内蔵熱電対信号を送り、こ
れに基づき、ヒ−タ９の加熱を制御している。

【０００９】図４は本加熱位置の加熱制御装置を示す図
である。ヒ−タ９には、放射温度計が設けられ、制御器
に放射温度計の信号を制御器に送り、これに基づき、ヒ
−タ９の加熱を制御している。

【００１０】以上のように構成された、シ−ト状材料成
形ラインにおけるシ−ト状材料１の加熱及び成形につい
て以下に説明をする。図５は、予備加熱位置及び本加熱
位置を含めた、シ−ト状材料１の加熱制御手順を示す概
略図である。図１及び図５において、シ−ト状材料１は
室温の状態で基材セット位置２で把持装置８にセットさ
れる。次に、予備加熱位置３にシ−ト状材料１が移動す
ると、予備加熱位置３において最大の加熱出力によりブ
ロック型ヒ−タからなる退避可能な予備加熱手段を用い
て所定時間加熱する。尚、基材セット位置２あるいは本
加熱位置４の状況により予備加熱されたシ−ト状材料１
を移動出来ない場合は、ヒ−タ９、９が退避場に移動さ
れる。そして、予備加熱位置３でシ−ト状材料１の表面
が溶融しない温度まで加熱される。ついで、本加熱位置
４にシ−ト状材料１が移動され、本加熱位置４において
は待避可能な本加熱手段を用いて加熱が始まる。なお、
本加熱位置では退避は必ずしも必須ではなく、材料によ
り退避が可能な場合がでてくる。ここでは、図５に示す
ように材料の表面温度を定期的に監視しながら目標温度
の許容範囲内に一定時間保持された場合に適温とする制
御をする。この保持時間は、材料によりことなるが３秒
から５秒がよい。これ以上長くなると、予備加熱をする
意義がなくなってしまうからである。また、これより短
くなると、材料の中心まで加熱されないことが多いから
である。その後、シ−ト状材料１を成形位置３に移動さ
せ、成形される。さらに、成形後図示していない搬送装
置により搬出される。

【００１１】ここで、本加熱位置において使用するファ
ジ−制御について説明する。本実施例にかかる加熱制御
においては、本加熱制御において、２段階のファジ−制
御を用いている。そして、本加熱工程は、オ−バ−シュ
−ト抑制開始温度からオ−バ−シュ−トをおさえる高ゲ
インの第１段階のファジ−制御で加熱する工程と、安定
制御開始温度から第１段階のファジ−制御よりゲインの
低い第２段階のファジ−制御より加熱している。

【００１２】第１段階のファジ−制御と第２段階のファ
ジ−制御は、各々独立しているが、同じファジ−制御で
ある。より詳しくは、図６に示す様に前件部に温度偏差
メンバ−シップ関数と、昇温率メンバ−シップ関数を設
けている。後件部は、通常メンバ−シップ関数が用いら
れるが、簡略化のため、定数を用いている。さらに、表
１に示す制御ル−ルを有している。

【００１３】

【表１】

【００１４】ここで、第１段階のファジ−制御と第２段
階のファジ−制御は、前件部において異なる条件を持っ
ている。具体的には、第１段階のファジ−制御では、よ
り広い範囲の温度偏差、昇温率を条件に持ち、第２段階
のファジ−制御では、温度の安定化を目的としているた
め、狭い範囲の温度偏差、昇温率を条件に持つ。

【００１５】また、第１段階のファジ−制御と第２段階
のファジ−制御は、後件部において異なる条件を持って
いる。具体的には、第１段階のファジ−制御では、オ−
バ−シュ−トを押さえるため、よりゲインの高い値を持
ち、第２段階のファジ−制御では、ハンチングしないよ
うに低い値を持つ。

【００１６】そして、仮に、図７に示すような温度偏差
及び昇温率を有する場合、関連する制御ルールは式１の
様になる。

【００１７】

【数１】

【００１８】また、出力加算分は式２のように計算され
る。具体的には、前件部の温度偏差及び昇温率の適合度
の小さい方を採用し、その値と前件部常数の積を求め関
連するル−ルの加重平均を求め出力加算分とする。

【００１９】

【数２】

【００２０】ここで、出力加算分とは、前回の出力に加
える。追加加算分であり、今回の出力は式３のように計
算される。

【００２１】

【数３】

【００２２】このように温度偏差と昇温率を条件に持つ
２種類のファジ−制御により、オ−バ−シュ−トが少な
く、かつ安定した温度制御が可能である。

【発明の効果】本発明は上記の説明から明らかなよう
に、本発明は、シ−ト状材料を迅速に加熱して生産性を
高くすると共に均一な加熱が困難なシ−ト状材料に好適
なシ−ト状材料の加熱制御方法を提供でき産業界に与え
る効果は著大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の成形ラインを示す平面概略図
である。

【図２】本発明のヒ−タ待避位置の詳細を示す正面概略
図である。

【図３】本発明の予備加熱位置の加熱制御装置を示す概
略図である。

【図４】本発明の本加熱位置の加熱制御装置を示す概略
図である。

【図５】本発明のシ−ト状材料の加熱制御を示す概略図
である。

【図６】本発明のファジ−制御条件を示す図である。

【図７】本発明の温度偏差及び昇温率に関するファジ−
制御条件を示す図である。

【符号の説明】

１ シ−ト状材料 ２ 基材セット位置 ３ 予備加熱位置 ４ 本加熱位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−68637（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−104734（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−42655（ＪＰ，Ｂ２) Ｒｉｃｈａｒｄ Ｅ． Ｓｔｅｗａｒ ｔ，田賀太郎，熟成形技術の現況，”プ ラスチックスエージ”，株式会社 プラ スチックス・エージ，1992年 ６月 １ 日，第38巻，第６号，ｐ．193−200 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 51/00 - 51/46

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予備加熱位置においてシ−ト状材料を加
   熱する工程と、それに続く本加熱位置においてさらにシ
   −ト状材料を加熱する工程からなるシ−ト状材料の加熱
   制御方法であって、前記予備加熱位置においては加熱位
   置から退避可能な予備加熱手段を用いて加熱する工程
   と、前記本加熱位置においてはさらに本加熱手段を用い
   て加熱する工程とし、該本加熱工程が、目標温度の許容
   範囲内に一定時間保持された場合にシ−ト状材料の加熱
   が完了し成形工程に移行し、且つ、２段階のファジ−制
   御からなり、オ−バ−シュ−ト抑制開始温度からオ−バ
   −シュ−トをおさえる高ゲインの第１段階のファジ−制
   御で加熱する工程と、安定制御開始温度から第１段階の
   ファジ−制御よりゲインの低いファジ−制御より加熱す
   ることを特徴とするシ−ト状材料の加熱制御方法。
2. 【請求項２】 シ−ト材料の予備加熱の目標加熱時間を
   越えた場合には、前記予備加熱手段が加熱位置から退避
   することを特徴とする請求項１に記載のシ−ト状材料の
   加熱制御方法。
3. 【請求項３】 前記本加熱工程が、シ−ト状材料を温度
   計測する放射温度計から出力した信号により加熱制御さ
   れることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか
   ひとつの請求項に記載のシ−ト状材料の加熱制御方法。
4. 【請求項４】 前記シ−ト状材料が、表皮の間に空気を
   含有した材料であることを特徴とする請求項１から請求
   項３のいずれかひとつの請求項に記載のシ−ト状材料の
   加熱制御方法。
5. 【請求項５】 予備加熱位置においてシ−ト状材料を加
   熱する予備加熱工程と、それに続く本加熱位置において
   さらにシ−ト状材料を加熱する本加熱工程からなるシ−
   ト状材料の加熱制御方法であって、前記予備加熱位置に
   おいてはシ−ト材料の目標加熱時間を越えた場合に、予
   備加熱位置から退避する予備加熱手段を用いて加熱し、
   前記本加熱位置においても退避可能な本加熱手段を用い
   て加熱し、該本加熱工程が、さらに、オ−バ−シュ−ト
   抑制開始温度からオ−バ−シュ−トをおさえる高ゲイン
   の第１段階のファジ−制御で加熱する工程と、安定制御
   開始温度から第１段階のファジ−制御よりゲインの低い
   ファジ−制御より加熱する工程からなり、本加熱工程が
   シ−ト状材料を温度計測する放射温度計から出力した信
   号により制御されることを特徴とするシ−ト状材料の加
   熱制御方法。