JP4410146B2

JP4410146B2 - ホットプレス装置の温度制御方法

Info

Publication number: JP4410146B2
Application number: JP2005134709A
Authority: JP
Inventors: 幸吉磯部
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2025-05-06
Also published as: JP2006312171A

Description

本発明は、加熱・冷却される熱板の間で被加工物を加圧装置により加圧するホットプレス装置の温度制御方法に関する。

従来、積層成形品等の被加工物の成形は、加熱のみ、または加熱および所定温度まで冷却を行うホットプレス装置において被加工物の加圧を行った後、前記被加工物をコールドプレス装置に移載して再度、冷却および加圧を行っている。しかしながら前記方法は、ホットプレス装置、コールドプレス装置、および移載機をそれぞれ準備する必要があり、移載時に被加工物にズレ等が生じたり、移載時間が必要となるといった問題もあった。

一方熱板の間で被加工物を加圧するホットプレス装置において、加熱・加圧から冷却・加圧完了までを１台のホットプレス装置で行うものもある。特許文献１においては、加熱手段として電気ヒータまたはホースを通じて供給される熱媒体により加熱を行い、冷却手段として冷却媒体を冷却媒体通路に供給して冷却を行うことが記載されている。しかし特許文献１のホットプレス装置は、熱板の一方の加圧面側に冷却媒体通路が設けられ、内部側に加熱体が設けられている。よってその結果、熱板に反りが生じ、被加工物が均一な圧力で加圧できなくなるという問題があった。また特許文献１は、３枚以上の熱板を有する多段ホットプレスに関するものではないので、中間熱板に関する問題は記載がない。すなわち特許文献１のようなホットプレス装置では、熱板は一方の加圧面側の温度コントロールのみが配慮されており、前記熱板を中間熱板として用いると、上下の加圧面の温度が相違してしまい、他の中間熱板等との間で加圧される被加工物に反り等が発生するという問題があった。また特許文献１のホットプレス装置は、冷却媒体にどのような液体を使用してどのように熱板の冷却工程を行うかについては、具体的な記載はない。

特開平６−１４３２２０号公報（００３８、００４１、図１）

そこで本発明は、熱板を急速に冷却させることができるホットプレス装置の温度制御方法を提供することを目的とする。また加熱・冷却される熱板が配設された多段ホットプレス装置の温度制御方法において、熱板に反りを生じさせずに被加工物が均一に加圧することのできるホットプレス装置の温度制御方法を提供することを目的とする。また加熱・冷却される各熱板の間で前記被加工物に反りを生じさせずに加圧することのできるホットプレス装置の温度制御方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のホットプレス装置の温度制御方法は、加熱・冷却される熱板の間で被加工物を加圧装置により加圧するホットプレス装置の温度制御方法において、熱板には熱媒油用流路と冷却水用流路からなる流路が配設されており、加熱工程においては熱媒油用流路に熱媒油を供給して熱板の加熱を行い、第１冷却工程において冷却水用流路に冷却水を供給せずに熱媒油用流路のみに熱媒油を供給して熱板の冷却を行い熱板の温度を１３０℃以上１９０℃以下まで低下させた後、第２冷却工程において冷却水用流路に冷却水を供給して更に熱板の冷却を行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のホットプレス装置の温度制御方法は、請求項１において、熱板は、板厚方向における中央面に沿って熱媒油用流路が配設され上下加圧面近傍に冷却水用流路がそれぞれ配設されるか、また板厚方向における中央面に沿って冷却水用流路が配設され上下加圧面近傍に熱媒油用流路がそれぞれ配設されるか、のいずれかであることを特徴とする。

本発明のホットプレス装置の温度制御方法は、ホットプレス装置の熱板には熱媒油用流路と冷却水用流路からなる流路が配設されており、第１冷却工程において冷却水用流路に冷却水を供給せずに熱媒油用流路のみに熱媒油を供給して熱板の冷却を行い熱板の温度を１３０℃以上１９０℃以下まで低下させた後、第２冷却工程において冷却水用流路に冷却水を供給して更に熱板の冷却を行うようにしたので、熱板を急速に冷却させることができる。

本発明の実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本実施形態のホットプレス装置の概略断面図である。図２は、本実施形態の中間熱板の概略説明図である。図３は、本実施形態のホットプレス装置における各温度制御工程を示すグラフである。

図１においてホットプレス装置１１は、ベース盤１２に加圧装置として油圧シリンダ１３が配設されている。そしてベース盤１２に立設された各タイバ１４の上部には、前記ベース盤１２と平行に上盤１５が配設されている。そして油圧シリンダ１３のラム１６には、可動盤１７が固着され、可動盤１７の上面には断熱板１８を介して下熱板１９が取付けられている。また上盤１５の下面には断熱板２１が固着され、前記断熱板２１を介して上熱板２２が取付けられている。またベース盤１２の両側には段板２３が立設され、段板２３には中間熱板２４の載置爪部２５が載置されるようになっている。なお本実施形態では中間熱板２４は１枚で、合計３枚の熱板１９，２２，２４からなるホットプレス装置１１について説明するが、熱板は３枚以上３０枚以下であればよく、よって中間熱板は１枚に限定されない。

各熱板１９，２２，２４の中で、まず最初に中間熱板２４について図１、図２により説明する。中間熱板２４は、上面に上加圧面２４ａ、下面に下加圧面２４ｂがそれぞれ形成され、左右側面２４ｃおよび２４ｄ側に載置爪部２５が固着されている。中間熱板２４には、図１における一点鎖線（ア）−（ア）線で示される熱板の板厚方向における中央面（上加圧面２４ａと下加圧面２４ｂから均等な距離の面）に沿って熱媒油のみが流される熱媒油用流路２６が配設されている。そして前記熱媒油用流路２６を挟んで、上下の加圧面近傍には冷却水のみが流される冷却水用流路２８，２８がそれぞれ配設されている。図２において実線で示される熱媒油用流路２６は、中間熱板２４の前側面２４ｅ−後側面２４ｆの方向に形成される複数の長手方向流路２６ａと、中間熱板２４の左側面２４ｃ−右側面２４ｄの方向に形成され前記長手方向流路２６ａの端部間を接続する比較的短い接続流路２６ｂとが連結され形成されている。よって熱媒油用流路２６は、中間熱板２４の上加圧面２４ａ等に対しては略均等となるよう複数回屈曲して配設されている。中間熱板２４の後側面２４ｆには熱媒油用流路２６の供給口２６ｃと排出口２６ｄが設けられている。そして前記供給口２６ｃと排出口２６ｄには熱媒油用ホース２７，２７がそれぞれ接続されている。熱媒油用ホース２７，２７は、図示しない熱媒油用の熱交換装置に接続されている。

次に図において破線で示される下加圧面近傍の冷却水用流路２８について説明すると、冷却水用流路２８は、中間熱板２４の左側面２４ｃ−右側面２４ｄの方向に形成される複数の長手方向流路２８ａと、中間熱板２４の前側面２４ｅ−後側面２４ｆの方向に形成され前記長手方向流路２８ａの端部間を接続する比較的短い接続流路２８ｂとが連結され形成されている。よって冷却水用流路２８は、上加圧面２４ａ等に対しては略均等となるよう複数回屈曲して配設されている。また上加圧面近傍の冷却水用流路２８についても、前記下加圧面近傍の冷却水用流路２８と平面視においてほぼ同様に配設されている。よって冷却水用流路２８，２８と熱媒油用流路２６はねじれの位置にあり、図２に示されるように平面視において直交している。冷却水用流路２８，２８は、中間熱板２４の載置爪部２５が固定されている位置よりも熱板角部寄りの左側面２４ｃに、その供給口２８ｃと排出口２８ｄが設けられている。そして前記供給口２８ｃと排出口２８ｄには冷却水用ホース２９，２９がそれぞれ接続されている。冷却水用ホース２９，２９は、図示しない冷却水用の熱交換装置に接続されている。本実施形態の冷却水用の熱交換装置は、冷却水を常温以下に冷却できるチラーである。また前記熱媒油用の熱交換装置と冷却水用の熱交換装置は、図示しない制御装置に接続され、ＰＩＤ制御により熱媒油、冷却水の温度が制御可能となっている。

また熱媒油用流路と冷却水用流路からなる流路の配置および本数は、図２のものに限定されず、熱媒油用流路と冷却水用流路が熱板にそれぞれ２本以上設けられたものでもよい。そして冷却水用流路は、その本数が多いほど冷却効率がよくなる。また熱媒油用流路と冷却水用流路は一方から他方へ流される流路からなるものでもよく、その場合は流路が平面視において直交しないよう配設されるものでもよい。また熱媒油用流路と冷却水用流路の両方が中間熱板の略中央面に沿って１層に配設されるものであってもよく、また熱板の板厚方向に対して４層以上に配設されるものでもよい。更には冷却水用流路が中間熱板の板厚方向における中央面に沿って配設され、熱媒油用流路が熱板の上下の加圧面近傍にそれぞれ配設されているものであってもよい。いずれにしても熱媒油用流路と冷却水用流路とからなる流路は、熱板の板厚方向における中央面を基準にして略対称に配設され、熱板に反りを生じさせないようにするために、熱板の上加圧面と下加圧面の温度が略同温に制御されるものであればよい。そして特に中間熱板２４は、ベース盤１２や上盤１５に固定されていないために、熱板の反りを防止する効果が大きい。また中間熱板２４は、上加圧面２４ａと、他の中間熱板２４の下加圧面２４ｂによって加圧される被加工物Ｐが、略同温の中間熱板２４，２４により加圧されることにより、被加工物Ｐに反り等が発生しないという効果もある。

またホットプレス装置１１の下熱板１９は、上側にのみ上加圧面１９ａが設けられている。そして下熱板１９は、中間熱板２４と同様に、熱板の板厚方向の略中央面に沿って熱媒油のみが流される熱媒油用流路３０が配設されている。そして前記熱媒油用流路３０を挟んで、上加圧面近傍と裏面側の断熱板１８近傍には冷却水のみが流される冷却水用流路３１，３１が配設されている。また上熱板２２は、下側にのみ下加圧面２２ａが設けられている。そして上熱板２２も下熱板１９と同様に、熱板の板厚方向の略中央面に沿って熱媒油のみが流される熱媒油用流路３２が配設され、前記熱媒油用流路３２を挟んで、下加圧面近傍と裏面側の断熱板２１近傍には冷却水のみが流される冷却水用流路３３，３３が配設されている。これらの下熱板１９の熱媒油用流路３０と冷却水用流路３１からなる流路、上熱板２２の熱媒油用流路３２と冷却水用流路３３からなる流路についても、中間熱板２４と同様に流路が直交する方向に配設されている。しかし流路の配置等は他のパターンでもよい。また下熱板１９と上熱板２２の冷却水用流路３１，３３は、各加圧面近傍にのみ形成するようにしてもよい。よって下熱板１９と上熱板２２についても熱板の上下の温度が略同温であり反りが防止される。

次に図３により本実施形態のホットプレス装置１１の温度制御方法について説明する。本実施形態のホットプレス装置１１は、一例として加熱工程Ａ、高温保持工程Ｂ、第１冷却工程Ｃ、第２冷却工程Ｄ、および冷却保持工程Ｅの５つの温度制御工程を有している。そしてこれらの温度制御工程ＡないしＥにおける熱板温度は、図示しない温度センサーにより検出され、同じく図示しない制御装置および熱交換装置により熱媒油および冷却水の温度がＰＩＤ制御されるようになっている。

まず最初に回路基板等の積層成形品からなる被加工物Ｐを下熱板１９と中間熱板２４の上に載置する。そして加圧装置である油圧シリンダ１３を作動させて下熱板１９、中間熱板２４を順に上昇させ、各熱板１９，２２，２４の間で被加工物Ｐを所定の圧力で加圧する。加熱工程Ａにおいては、熱板内部の熱媒油用流路２６，３０，３２に熱媒油が供給され各熱板１９，２２，２４が急速に加熱される。また熱板内部の冷却水用流路２８，３１，３３は、前回の成形時に供給された冷却水がエアパージされ、新たに冷却水が供給されていない状態で大気に開放されており、蒸気の発生により流路内が高圧とならないようになっている。そして本実施形態では各熱板１９，２２，２４は熱媒油により２６０℃まで上昇される。

次に高温保持工程Ｂにおいては、熱媒油用流路２６，３０，３２には熱媒油が供給され続け、各熱板１９，２２，２４が２６０℃に維持されるように温度制御がなされる。そして所定時間が経過すると、次に第１冷却工程Ｃが開始される。第１冷却工程Ｃにおいては、一例として４０℃の熱媒油（冷却用熱媒油）が前記熱媒油用流路２６，３０，３２に供給され、熱板が冷却される。なおこの際も、加熱工程Ａおよび高温保持工程Ｂと同様に、冷却水用流路２８，３１，３３には冷却水は供給されておらず、蒸気が発生して流路内が高圧とならないよう大気に開放されている。

そして各熱板１９，２２，２４の温度が１８０℃まで下降されたら、次に第２冷却工程Ｄが開始される。第２冷却工程Ｄにおいては前記熱媒油用流路２６，３０，３２への４０℃の熱媒油が供給されるのに加えて、１０℃の冷却水が冷却水用流路２８，３１，３３に供給される。この際に供給される冷却水は低温かつ高流速であり、なおかつ各熱板１９，２２，２４の温度は既に１８０℃まで低下させられているので、冷却水用流路２８，３１，３３内において冷却水が沸騰し蒸気が急速に発生するということはない。よって第２冷却工程Ｄにおいて各熱板１９，２２，２４は、ＰＩＤ制御により高精度に冷却制御される。また熱媒油よりも熱伝導率が高い冷却水が第２冷却工程Ｄで各熱板１９，２２，２４の冷却に使用されることにより、より急速に各熱板１９，２２，２４を冷却させることができ、成形サイクル時間の短縮を図ることができる。そして本実施形態では各熱板１９，２２，２４の温度が４０℃まで冷却されると冷却水の温度を上昇させ、冷却保持工程Ｅに移行し、被加工物Ｐに対して冷却・加圧が行われる。そして所定時間が経過し、冷却保持工程Ｅの終了とともに、油圧シリンダ１３のラム１６が下降され被加工物Ｐへの加圧が終了される。そして冷却水用流路２８，３１，３３内部のエアパージが行われる。なお本発明で用いる熱媒油は、鉱物油、シリコン油等が主に使用される。また冷却水は、水道水が一般に用いられるが、水道水に沸点上昇や熱板等の腐食防止等の目的のために添加物が加えられたものであってもよい。

なお本発明の温度制御方法において、第２冷却工程Ｄへの移行は、熱媒油により熱板の温度を１３０℃以上、１９０℃以下まで低下させてから行うことが望ましい。そして第２冷却工程Ｄにおける冷却水は、熱板温度や被加工物に左右されるが、５℃以上、５０℃以下で冷却水用流路に供給することが望ましく、冷却水にエアに混合されたものや蒸気を用いてもよい。そして第２冷却工程Ｄにおいて熱板の冷却は、熱媒油を使用せずに冷却水のみで行ってもよい。また温度制御工程は、上記のものに限定されず種々のものが想定される。例えば熱板の最高加熱温度を１５０℃ないし１９０℃として、熱板の冷却開始当初から冷却水を使用するものであってもよい。またガスを使用した加圧装置により１ＭＰａ程度の圧力で３８０℃以下の熱媒油を各熱板に供給し、前記熱板を高温加熱するようにしてもよい。その場合についても前記１８０℃までは、熱媒油により熱板の冷却がなされ、その後、冷却水による熱板の冷却がなされる。

また本発明については、一々列挙はしないが、上記した本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。

本実施形態のホットプレス装置の概略断面図である。本実施形態の中間熱板の概略説明図である。本実施形態のホットプレス装置における各温度制御工程を示すグラフである。

１１ホットプレス装置
１２ベース盤
１３油圧シリンダ
１４タイバ
１５上盤
１６ラム
１７可動盤
１８，２１断熱板
１９下熱板
２２上熱板
２３段板
２４中間熱板
２５載置爪部
２６，３０，３２熱媒油用流路
２７熱媒油用ホース
２８，３１，３３冷却水用流路
２９冷却水用ホース
Ａ加熱工程
Ｂ高温保持工程
Ｃ第１冷却工程
Ｄ第２冷却工程
Ｅ冷却保持工程
Ｐ被加工物

Claims

加熱・冷却される熱板の間で被加工物を加圧装置により加圧するホットプレス装置の温度制御方法において、
前記熱板には熱媒油用流路と冷却水用流路からなる流路が配設されており、加熱工程においては熱媒油用流路に熱媒油を供給して熱板の加熱を行い、第１冷却工程において冷却水用流路に冷却水を供給せずに熱媒油用流路のみに熱媒油を供給して熱板の冷却を行い熱板の温度を１３０℃以上１９０℃以下まで低下させた後、第２冷却工程において冷却水用流路に冷却水を供給して更に熱板の冷却を行うことを特徴とするホットプレス装置の温度制御方法。
前記熱板は、板厚方向における中央面に沿って熱媒油用流路が配設され上下加圧面近傍に冷却水用流路がそれぞれ配設されるか、また板厚方向における中央面に沿って冷却水用流路が配設され上下加圧面近傍に熱媒油用流路がそれぞれ配設されたものであることを特徴とする請求項１に記載のホットプレス装置の温度制御方法。