JP4863445B2 - 熱硬化性プラスチック材料の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は熱硬化性プラスチック材料をマイクロ波によって誘電加熱して所定の形状に硬化させる熱硬化性プラスチック材料の成形方法に関するものである。

従来から成型用のモールドを加熱し、この伝導熱で熱硬化性プラスチック材料を硬化させる成形方法がある。このような熱硬化性プラスチック材料の加熱手段の一例として特許文献１を示す。特許文献１では金型をヒータによって加熱し、熱硬化性プラスチック材料（特許文献１では半導体の樹脂モールド）を硬化させるというものである。
ところが、このように熱硬化性プラスチック材料を外部からの伝導熱で加熱する場合には、材料中で対流現象が生じやすくどうしても加熱ムラが生じてしまう。単に硬化させるだけであれば大きな問題はないが、特にレンズ、フィルター、計器カバー等の透明なプラスチックで光が透過することを前提とした光学的な要素のあるプラスチック製品では透過率や屈折率等について極力均一になることを求められる。そのため、従来からそのようなプラスチック製品では伝導熱で加熱する成形方法では対流を生じさせないように数十時間をかけて非常にゆっくりと加熱処理を行っている。
しかし、このように長時間をかけて製品を得る場合では容易に量産化に対応できず、製品当たりのプラント稼働時間が長くなることから高コスト化も招来していた。

そのため、近年外部からの伝導熱で加熱するのではなく、熱硬化性プラスチック材料にマイクロ波を照射し、マイクロ波のエネルギーによって分子内部に極性のある熱硬化性プラスチック材料の振動を励起して発熱させ硬化を促すような成形方法が考えられている。そのような技術の一例として特許文献２を示す。このようなマイクロ波による誘電加熱では伝導熱で加熱する場合に比べて全体を均一に加熱できることから対流が生じにくく加熱時間の短縮化を図ることが可能となっている。

ところで、熱硬化性プラスチック材料を加熱硬化させる場合にはその加熱条件、つまりどのくらいの熱でどのくらいの時間をかけて加熱するかは製品の品質に直結するため重要である。ところが、マイクロ波による誘電加熱では実際に熱硬化性プラスチック材料がどのような温度状況になっているかはわかりにくいものである。例えばレンズを製造する場合では母型内に調合した熱硬化性プラスチック材料を注入して、これにマイクロ波を照射することになる。この場合に温度センサを母型外周に取り付けても正確に温度を測ることはできない。母型の厚みによって熱硬化性プラスチック材料の温度が母型の外に速やかに伝達されないからである。もちろん、熱硬化性プラスチック材料内にセンサを挿入するわけにはいかない。
更に、同じ条件でマイクロ波を照射したとしても物体の組成によって温度履歴が異なるため、熱硬化性プラスチック材料の調合条件によってマイクロ波の照射条件も区々とならざるを得ない。このようなことから、マイクロ波による誘電加熱において、正確に温度を計測し、その温度に基づいてマイクロ波の照射量を調節する技術が求められていた。
）。
特開平３−１４７８１２号公報 特開平４−６２１１０号公報

上記の課題を解決するために出願人は２００５年６月１０日付けで熱硬化性プラスチック材料の成形方法の発明に関して特許出願をした（特願２００５−１７０４３４号）。この技術によって熱硬化性プラスチック材料の温度を正確に計測し、その温度に基づいてマイクロ波の照射量を調整することが可能となった。
しかし、上記のように光学的な要素のあるプラスチック製品では透過率や屈折率等について極力均一になることを求められるため、誘電加熱効果によって成形されるプラスチック製品の光学的な要素に関して更なる高品質化が求められていた。
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、マイクロ波による誘電加熱効果によって熱硬化性プラスチック材料を硬化させる際に、正確に温度を計測しマイクロ波の照射量を調節するとともに加熱雰囲気を制御して高品質の熱硬化性プラスチック材料を成形する成形方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明では、熱硬化性プラスチック材料をマイクロ波によって誘電加熱することで硬化させて所定の形状に成形する成形方法であって、複数用意された母型内に調合した熱硬化性プラスチック材料を注入し、複数の同母型に対してマイクロ波を照射し誘電加熱するとともに、少なくとも１つの母型内には熱硬化性プラスチック材料の温度を検出するための温度センサを配設し、同温度センサの検出した温度情報に基づいてマイクロ波の照射量を経時的に制御する一方、加熱手段によって加熱される加熱雰囲気中に複数の前記母型を配置するとともに、同加熱雰囲気中の温度を前記温度センサが検出した温度情報に基づいて同温度センサの検出した温度に同期させ、かつ前記温度センサの検出した温度以上に上がらないように制御することをその要旨とする。
また、請求項２の発明では請求項１に記載の発明の構成に加え、前記温度センサが検出した温度を目標温度として前記加熱雰囲気中の温度を制御することをその要旨とする。
また、請求項３の発明では請求項１に記載の発明の構成に加え、前記加熱雰囲気中の温度はマイクロ波による誘電加熱の安定期において前記温度センサの検出した温度と一定の温度差で同期させて制御することをその要旨とする。

このような構成においては、複数用意された母型内に調合した熱硬化性プラスチック材料を注入し、これらのうち、少なくとも１つの母型内には熱硬化性プラスチック材料の温度を検出するための温度センサを配設する。つまり、複数用意された母型は実際に製品を製造するための製品用母型と製品用母型と同様の条件でマイクロ波を照射する温度センサが配設されたダミー母型の２種類が用意されることとなる。そして、これらの母型に対してマイクロ波を照射する。するとマイクロ波の出力に応じて熱硬化性プラスチック材料が振動して発熱するため（誘電加熱）その熱によって硬化が促される。温度センサはダミー母型内に配設されているため、正確に熱硬化性プラスチック材料の温度上昇履歴を検出することができる。製品用母型とダミー母型とは基本的に同様の条件であるため温度履歴もほぼ同様のものが得られることとなる。そして、温度センサの検出した温度情報に基づいてマイクロ波の照射量を経時的に制御（調節）するようにする。
一方、このようにマイクロ波加熱する複数の母型を同時に加熱雰囲気中に配置して加熱手段によって加熱する。この際に加熱雰囲気の加熱履歴はダミー母型によって検出した温度情報に同期させて制御する。
具体的な制御手段としては例えばダミー母型内に配設された温度センサを第１の温度センサとし、加熱雰囲気中に第２の温度センサを配設する。そして、第１の温度センサと第２の温度センサで検出される値の差を所定の目標設定値として制御することが挙げられる。

ここに「同期させる」とは温度センサの検出した温度が経時的に上がっていくようであれば加熱雰囲気中の温度も上げていき、温度センサの検出した温度が経時的に一定を保つのであれば加熱雰囲気中の温度も一定を保ち、温度センサの検出した温度が経時的に下がっていくのであれば加熱雰囲気中の温度も下げるような制御をいう。
特に誘電加熱の安定期において前記温度センサの検出した温度と一定の温度差で同期させて制御することが製品の品質向上の点から好ましい。但し、温度の昇降時においては必ずしも一定の温度差でなくともよく、例えば安定期における加熱初期においては温度差を小さく設定し、加熱終期に至るほど温度差を大きく設定する等の制御も可能である。
また、前記加熱雰囲気中の温度は前記温度センサの検出した温度以上に上がらないように制御することが好ましい。加熱雰囲気中の温度を温度センサの検出した温度以上に上げてしまうと温度センサが加熱雰囲気中の温度を検出してこれに影響を受けることとなってマイクロ波の照射量の正確な制御ができなくなってしまうからである。

ここに「マイクロ波の照射量の経時的な制御」とは具体的には現段階の温度データに基づいて例えば所定の時間をかけて徐々に温度が上がっていくように、マイクロ波発生装置の出力を昇降させたり入り切りしたりして調節することが挙げられる。また、低温時に急激に大出力でマイクロ波を照射することは硬化後の製品の品質に影響があるので、加熱当初は比較的低出力でマイクロ波を照射し、温度上昇に伴って出力を上げることがより好ましい。 また、「加熱手段によって加熱される加熱雰囲気」は一般に母型は例えば加熱炉のような閉鎖された環境におかれて加熱されることが温度管理上好ましいが、開放された空間での加熱を排除するものではない。

製品用母型とダミー母型は全く同型であることが計測結果の誤差を極力解消する点から好ましいが、完全に同型である必要は必ずしもない。また、ダミー母型は理論上では１つあれば足るが、複数設置することを排除するものではない。
ここに、温度センサは直接熱硬化性プラスチック材料中に浸漬するようにしてもよいが、温度センサを保護部材によって包囲して温度センサ自身は熱硬化性プラスチック材料と直接接することがないように保護部材によって包囲するようにしてもよい。例えば、温度センサを比較的融点の高い熱可塑性プラスチック製薄膜（例えばナイロン製薄膜）で包囲したり、硬質の鞘部材に挿入し、この鞘部材を熱硬化性プラスチック材料中に浸漬させるようにしてもよい。このようにすれば温度センサは熱硬化性プラスチック材料が硬化しても容易に取り出すことができ、何度も使い回すことが可能となる。

保護部材は当該熱硬化性プラスチック材料又は当該熱硬化性プラスチック材料に類似する材料で構成することも可能である。このような材料で構成すればより正確な検出が可能となる。
母型は複数の型枠と同型枠を連結する連結部材とによって内部に熱硬化性プラスチック材料が充填されるキャビティが形成されことが多い。例えば、レンズの製造においては第１及び第２の型枠を連結部材としてのガスケットで連結し、内部に熱硬化性プラスチック材料が充填されるキャビティが形成される。このような連結部材には熱硬化性プラスチック材料を充填するための充填口が開口されるが、その際に充填口からキャビティ内に熱硬化性プラスチック材料が充填された後に前記保護部材を充填口からキャビティ内に挿入して保護部材の基部寄りで充填口を塞ぐようにすることが好ましい。これによって保護部材は温度センサを保護するのみならず熱硬化性プラスチック材料をキャビティ内に封入する蓋の役割も果たすこととなり、作業効率の向上と部品の削減を図ることが可能となる。

また、「マイクロ波の照射量の経時的な調節」においては温度センサの検出する温度情報に基づいて、第１の時間帯においては第１の基準温度以上に温度が上昇しないようにマイクロ波の照射量を制御するとともに、第１の基準温度より高い第２の基準温度を設定し、同第１の時間帯経過後第２の時間帯においては同第２の基準温度以上に温度が上昇しないようにマイクロ波の照射量を制御するようにすることが好ましい。
つまり、所定の第１の時間帯において第１の基準温度を設定し、第１の基準温度をオーバーしないように加熱制御する。加熱制御はマイクロ波発生装置の出力を下げたり入り切りすることで実行可能である。第１の時間帯を経過し、第２の時間帯においては第１の基準温度より高い第２の基準温度を設定し、その第２の基準温度をオーバーしないように加熱制御する。このように段階的にある時間帯において一定の温度を維持させながら全体として徐々に昇温するような制御が製品の品質上好ましい。この時間帯は比較的細かく設定することが製品の品質向上の点から好ましい。加熱手段によって加熱される加熱雰囲気もこのような履歴で同期することとなる。

上記各請求項の発明では、温度センサによって極めて正確に熱硬化性プラスチック材料の温度を検出することができ、その検出された温度データに基づいてマイクロ波の照射量を経時的に調節することができるため、安定した品質の熱硬化性プラスチック製品を製造することが可能となる。更に熱硬化性プラスチック材料は加熱雰囲気中において熱硬化性プラスチック材料を材料の内部温度に同期した温度でかつ前記温度センサの検出した温度以上に上がらないように加熱するようにしているため高品質の製品を製造することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態として熱硬化性プラスチック材料から成形されるプラスチックレンズの成形方法について図面に基づいて説明する。
まず、プラスチックレンズの成形に使用されるマイクロ波反応装置について説明する。 図１に示すように、架台１の天板部１ａ上にマイクロ波反応装置の一部をなすキャビティ２が設置され、同キャビティ２に対してマイクロ波供給ユニット３と熱風循環ユニット４が接続されている。キャビティ２に隣接する位置にはコントロールボックス５が設置されている。
キャビティ２は上下左右及び背面の各壁面から構成された本体７と同本体７の前面に配置される前面扉８から構成されている。前面扉８は図示しないヒンジによって開閉可能に支持されている。キャビティ２の上部には前面扉８の閉鎖状態で唯一キャビティ２内部とキャビティ２外部とを連通する３本の第１及び第２のシールドパイプ１１ａ，１１ｂが配設されている。キャビティ２の左右側面にはキャビティ２内部の照明装置１２が配設されている。キャビティ２の側面であって前面扉８側のドグ９と干渉する位置には前面扉８の閉鎖状態を検出するリミットスイッチ１０が配設されている。
図２に示すようにキャビティ２の底部１３は二重構造となっており、設置床面１３ａの下部には床下空間Ｓが形成されている。図７に示すように、設置床面１３ａの四隅位置にはキャビティ２内部と空間Ｓとを連通するパンチングメタルで覆われた空気流通孔１４が形成されている。

次に、マイクロ波供給ユニット３について説明する。マイクロ波供給ユニット３は架台１の底板部１ｂ上に設置された所定出力のマイクロ波発振器１５と同マイクロ波発振器１５から発振されたマイクロ波を導く導波管１６を備えている。マイクロ波発振器１５から延出された導波管１６は天板部１ａ上方に導かれ、９０度屈曲させられてキャビティ２の側面に接続されている。導波管１６にはマイクロ波発振器１５側から順にアイソレータ１７、パワーメーター１８、スリースタブチューナー１９が配設されている。スリースタブチューナー１９の背後にはパワーメーター１８からの入力を受けてマイクロ波電力の計測値を表示するモニター装置２０が設置されている。

次に、熱風循環ユニット４について説明する。図１に示すように、熱風循環ユニット４は補助架台２１上に設置された熱風発生器２２と第１及び第２のダクト２４，２５から構成されている。熱風発生器２２内部にはモータ２３で回転させられるファン２７と電熱ヒータ２８が配設されている。第１のダクト２４は熱風発生器２２とキャビティ２の上面との間に接続され、第２のダクト２５は底部１３の側面と熱風発生器２２との間に接続されている。第２のダクト２５のうち、上方に配置された水平に延びる部分を第１の水平ダクト２５ａとし、下方に配置された水平に延びる部分を第２の水平ダクト２５ｂとし、両ダクト２５ａ，２５ｂの間で垂直に延びる部分を垂直ダクト２５ｃとする。
図１における第１の水平ダクト２５ａの右端には吸気口２６が形成されている。同図における第２の水平ダクト２５ａの右端には排気口２９が形成されている。図３に示すように、吸気口２６、排気口２９に面した位置及び垂直ダクト２５ｃの上部寄り位置にはそれぞれ絞り弁３０ａ〜３０ｃが併設されている。各絞り弁３０ａ〜３０ｃはハンドルＨを操作して絞り弁３０ａ〜３０ｃを回動させ熱風循環ユニット４を循環する空気の流通状態の制御を行う。

次に、キャビティ２内部に収容される母型３１の構成について説明する。
図４に示すように、プラスチックレンズ用の母型３１は第１の型枠３２、第２の型枠３３及び連結部材としてのガスケット３４から構成されている。第１の型枠３２及び第２の型枠３３は表裏とも同じ曲率の球面から構成されたメニスカス形状のガラス製の円形板状体とされている。
第１の型枠３２の裏面は成形されるプラスチックレンズの表面（物体側）を成形するための曲面とされ、第２の型枠３３の表面は成形されるプラスチックレンズの裏面（眼球側）を成形するための曲面とされている。ガスケット３４はエラストマー製の可撓性リング体であって、図５及び図６に示すように、ガスケット３４内周には径方向の断面において内方に突起した形状の支持突条３５が形成されている。ガスケット３４には内外を連通させる充填口３６が開口されている。

第１及び第２の型枠３２，３３はガスケット３４の支持突条３５をスペーサとしてその前後に配置されている。第１の型枠３２の裏面周縁及び第２の型枠３３の表面周縁はそれぞれ突起した支持突条３５の側面に密着されている。ガスケット３４と第１及び第２の型枠３２，３３によって包囲される内部空間は熱硬化性プラスチック材料が充填されるキャビティ３７とされている。第１及び第２の型枠３２，３３はクリップ３８にて締結されている。

このような構成の母型３１に対して調合された熱硬化性プラスチック材料Ｍを減圧下で脱気処理した後充填口３６から充填する（図５及び図６の状態）。
熱硬化性プラスチック材料Ｍが充填された母型３１は基本的に製品としてプラスチックレンズを成形するための製品用母型３１Ａと、温度履歴を計測するためのダミー母型３１Ｂとに分かれる。本実施の形態では複数の製品用母型３１Ａに対し１つのダミー母型３１Ｂが用意される。図５に示すように製品用母型３１Ａの充填口３６には栓３９が取り付けられ、図６に示すようにダミー母型３１Ｂには試験管形状のセンサ保護管４０が取り付けられる。センサ保護管４０は熱硬化性プラスチック材料中に進出し、装着状態でその下端がほぼ上下方向の中央位置に配置される。

このような母型３１（製品用母型３１Ａ及びダミー母型３１Ｂ）は図７及び図８に示す母型ホルダー４１にセットされる。母型ホルダー４１はキャビティ２の設置床面１３ａ上に設置される。以下、母型ホルダー４１について説明する。
母型ホルダー４１は脚部４２と脚部４２の中央に立設された支柱４３を備えている。支柱４３の下端寄りは脚部４２に固着された軸受けスリーブ４４によって支持されており、支柱４３は軸心回りに自転可能とされている。支柱４３の上半身には雄ネジ部４３ａが形成されている。
支柱４３には上下２枚のターンテーブル４５，４６が装着されている。両ターンテーブル４５，４６は中央に支柱４３に挿通させるための軸受け孔４７が中央位置に形成された円盤形状のプラスチック製の板体であって、同軸受け孔４７を中心に台形形状の透孔４８が放射状に形成されている。
両ターンテーブル４５，４６の対向面４５ａ，４６ａ側であって透孔４８に面した内側角部及び外側角部には母型３１の外周曲率と同じ曲率に形成された当接面５０が形成されている。上側の第１のターンテーブル４５は下側の第２のターンテーブル４６に対して支柱４３の軸方向に沿って接離可能とされている。第１のターンテーブル４５の下部位置にはネジ部材４９が配設されている。ネジ部材４９は雄ネジ部４３ａに螺合されており、雄ネジ部４３ａが形成された支柱４３の所定位置に停止配置させることが可能である。第１のターンテーブル４５は所定位置に配置されたネジ部材４９によって下方から支持される。
母型３１は両ターンテーブル４５，４６の透孔４８が上下方向において正対する位置において透孔４８位置にセットされる。図３に示すようにセット状態において母型３１は上下４箇所の当接面５０によって支持されることとなる。母型３１は当接面５０以外の部分はキャビティ２内の空間に露出することとなる。

上記のような構成において、図２、図６及び図７に示すように熱電対からなる第１のセンサ５１がセンサ保護管４０内に挿入されている。第１のセンサ５１にはケーブルとしての光ファイバー３７が接続されており、光ファイバー３７は透孔４８から第１のシールドパイプ１１ａを通って外部に延出されコントロールボックス５に接続されている。同様に熱電対からなる第２のセンサ５１が第２のシールドパイプ１１ｂに挿通されキャビティ２内に吊り下げ支持されている。第２のセンサ５２にはケーブルとしての光ファイバー３７が接続されており、コントロールボックス５に接続されている
コントロールボックス５には各センサ５１，５２によって検出された温度を表示するモニター５３と操作部５４が配設されている。操作部５４はマイクロ波反応装置全体のメインスイッチ、熱風発生器２２のメインスイッチを含み、マイクロ波発振器１５の出力設定、制御すべき温度の目標値の設定等の操作を行う。架台１の図１における右側方にはシグナル５５が配設されている。

次に、マイクロ波反応装置の特に本発明に関する電気的構成について説明する。
マイクロ波反応装置はコントロールボックス５に内蔵されたコントローラ６１によって制御されている。コントローラ６１は図示しないメモリやマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、タイマ等から構成されている。図９に示すように、コントローラ６１にはリミットスイッチ１０、マイクロ波発振器１５、モータ２３、電熱ヒータ２８、センサ５１，５２、モニター５３、操作部５４、シグナル５５が接続されている。また、コントローラ６１には経時的な温度履歴をグラフ化して表示するとともにデータ化して保存することが可能なコンピュータ端末装置５７が接続されている。
コントローラ６１は操作部５４の操作によって以下のように設定された加熱履歴に従ってマイクロ波発振器１５の入り切りの制御をする。尚２）〜６）が加熱安定期に相当する。
１）予備段階：５０℃に達するまで予熱。５０℃に達した時間が以下のステージでの計測時間の始期（加熱スタートタイム）とされる。
２）第１のステージ： ８０℃を目標上限温度として６０分加熱
３）第２のステージ：１００℃を目標上限温度として６０分加熱
４）第３のステージ：１１０℃を目標上限温度として１０分加熱
５）第４のステージ：１２０℃を目標上限温度として１０分加熱
６）第５のステージ：１３０℃を目標上限温度として４０分加熱

また、コントローラ６１は第１のセンサ５１に加え第２のセンサ５２からの温度情報に基づいてモータ２３及び電熱ヒータ２８を駆動制御する。本実施の形態ではコントローラ６１は第２のセンサ５２によって計測される温度Δ２が第１のセンサ５１によって計測される温度Δ１よりも１５℃低い温度となるように制御するものとする。尚、この設定温度は変更可能である。

次に、上記のような構成のマイクロ波反応装置によるプラスチックレンズの成形方法についてマイクロ波発振器１５の制御を図１０のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ１においてコントローラ６１はマイクロ波発振器１５をオン状態とする。この時、コントローラ６１は装置２９に比較的低い出力でマイクロ波を発振させる。これは熱硬化性プラスチック材料Ｍの温度が低い段階での急激な誘電加熱による製品への悪影響を防止するためである。
次いで、ステップＳ２においてコントローラ６１は第１のセンサ５１によって検出された温度Δ１が５０℃に達したかどうかを判断する。ここで、温度Δ１が５０℃に達するまでは前記出力条件でマイクロ波が発振される。一方、温度Δ１が５０℃に達したと判断するとステップＳ３においてコントローラ６１は内蔵するタイマ回路による時間計測を開始するとともに、マイクロ波発振器１５の前記出力をわずかにアップさせる。この温度Δ１が５０℃に達したときの時間計測開始時を「加熱スタートタイム」とする。

次いで、ステップＳ４〜Ｓ８の第１のステージについて説明する。コントローラ６１はステップＳ４において温度Δ１が８０℃の基準温度に達したかどうかを判断し、達していないと判断すればステップＳ５においてアップされた出力でマイクロ波の発振を維持させる。一方、温度Δ１が８０℃に達したと判断するとステップＳ５において加熱スタートタイムから６０分が経過したかどうかを判断する。この時、６０分経過していないと判断するとステップＳ６において一旦マイクロ波発振器１５をオフ状態とする。これによって第１のステージにおいて８０℃以上に材料Ｍの温度が上昇することが防止される。そして、ステップＳ７において温度Δ１が８０℃以下に下がったかどうかを判断し、温度が下がらなければそのままステップＳ７に戻るルーチンを繰り返し、温度が下がった場合には再びステップＳ８でマイクロ波発振器１５をオン状態とし、処理はステップＳ４に戻る。
このように、ステップＳ４〜Ｓ８では温度Δ１が５０℃に達してから少なくとも加熱スタートタイムから６０分以内においては８０℃を限界温度として加熱されることとなる。

これに対し、ステップＳ５においてコントローラ６１は加熱スタートタイムから６０分が経過したと判断した場合には、ステップＳ９においてオン状態にあるマイクロ波発振器１５の出力をアップさせる。次にステップＳ１０〜Ｓ１４の第２のステージについて説明する。
コントローラ６１はステップＳ１０において温度Δ１が１００℃の基準温度に達したかどうかを判断し、達していなければステップＳ１１においてアップされた出力でマイクロ波の発振を維持させる。一方、温度Δ１が１００℃に達したと判断するとステップＳ１１において温度Δ１が８０℃に達してから６０分（つまり加熱スタートタイムから１２０分）が経過したかどうかを判断する。この時、６０分経過していないと判断するとステップＳ１２において一旦マイクロ波発振器１５をオフ状態とする。これによって第２のステージにおいて１００℃以上に材料Ｍの温度が上昇することが防止される。そして、コントローラ６１はステップＳ１５において温度Δ１が１００℃以下に下がったかどうかを判断し、温度が下がらなければそのままステップＳ１３のルーチンを繰り返し、温度が下がった場合には再びステップＳ１４でマイクロ波発振器１５をオン状態とし、処理はステップＳ１０に戻る。
このように、ステップＳ１０〜Ｓ１４では温度Δ１が一旦８０℃に達してから少なくとも６０分以内においては１００℃を上限温度として加熱されることとなる。
これに対し、ステップＳ１１において１２０分が経過したと判断した場合には、ステップＳ１５においてオン状態にあるマイクロ波発振器１５の出力をアップさせる。

以下、本実施の形態では、上記第１及び第２のステージに準じた処理で以下のステージの処理が行われる。尚、これらは一例であって設定変更は可能である。
・続く第３のステージでは更にアップされた出力で１２０分経過後１３０分以内においては１１０℃以下に保つように制御される。
・続く第４のステージでは更にアップされた出力で１３０分経過後１４０分以内においては１２０℃以下に保つように制御される。
・続く第５のステージでは更にアップされた出力で１４０分経過後１８０分以内においては１３０℃以下に保つように制御される。これらの詳しい処理は省略する。
そして、トータルとして１８０分が経過したと判断した場合には、コントローラ６１はステップＳ１６においてマイクロ波発振器１５をオフ状態として、加熱処理を終了させる。

次に、モータ２３及び電熱ヒータ２８の制御を図１１のフローチャートに基づいて説明する。
ステップＳ５１においてコントローラ６１はモータ２３及び電熱ヒータ２８をオン状態とする。この際に手動にて吸気口２６の絞り弁３０ａを適宜調整して外気を導入状態とするとともに垂直ダクト２５ｃの絞り弁３０ｃを調整して流速を制御する。次いで、ステップＳ５２において「加熱スタートタイム」から１８０分経過したかどうかを判断し、経過していなければステップＳ５３において第２のセンサ５２で検出した温度Δ２と第１のセンサ５１で検出した温度Δ１とを比較し、Δ１−Δ２が１５以上かどうか（つまりキャビティ２内の温度がダミー母型３１Ｂよりも１５℃よりも低いかどうか）を判断する。ここで１５以上と判断した場合には未だキャビティ２内の温度が低すぎるとしてヒータ２３をオフとさせずステップＳ５２のルーチンを所定タイミングで繰り返す。

一方、ステップＳ５２でΔ１−Δ２が１５以上ではないと判断した場合にはこれ以上温度を上げてはならないため、ステップＳ５３で電熱ヒータ２８を一旦オフ状態とする。この時、モータ２３はオン状態のままであるためファン２７による送風は継続される。
次いで、ステップＳ５４で「加熱スタートタイム」から１８０分経過したかどうか、つまり所定の加熱処理が終了したかどうかを判断する。ここで１８０分が経過していないと判断した場合には依然として加熱制御が必要であるためステップＳ５５で再度Δ１−Δ２が１５以上かどうかを判断する。そして、ここで１５以上と判断した場合にはキャビティ２内の温度が低すぎるとしてステップＳ５６でヒータ２３を再度オン状態とし、ステップＳ５２に戻る。
一方、Δ１−Δ２が１５以上ではないと判断した場合にはステップＳ５５のルーチンを所定タイミングで繰り返す。
これに対してステップＳ５４で「加熱スタートタイム」から１８０分経過したと判断した場合には母型３１の加熱処理が完了したとしてステップＳ５７で一定時間後モータ２３をオフ状態とする。併せて排気口２９の絞り弁３０ｂを手動にて操作して熱風と外気を入れ替えて徐々に温度の降下を図る。
加熱安定期におけるこのようなルーチンによってキャビティ２内の温度は常に第１のセンサ５１で検出したダミー母型３１Ｂ内の温度Δ１よりも１５℃程度低く同期して推移することとなる。

このように構成することにより本実施の形態のマイクロ波反応装置は次のような効果を奏する。
（１）製品用母型３１Ａとダミー母型３１Ｂとはまったく同じ母型で充填されるプラスチック材料も同じであるため、加熱条件として両者はまったく同じといえる。更に、センサ本体３８はダミー母型３１Ｂ内部に挿入されて内部の温度を検出するようになっている。これらの点から非常に正確に温度データを得ることができ最適な条件での加熱制御に極めて貢献する。
（２）センサ本体３８はセンサ保護管２０によって直接熱硬化性プラスチック材料Ｍに接触することがないので、材料Ｍが熱硬化した後にセンサ本体３８だけを取り出すことができるため、センサ本体３８を使い回すことができ経済的である。また、センサ保護管２０はダミー母型３１Ｂの充填口３６を塞ぐ栓の役割もするのでこの点でも栓を別部材で用意しなくてよく経済的である。
（３）マイクロ波によってモノマー内部から最適な温度履歴で加熱できるとともに、これと同期して外部からも加熱するようにしているため、対流現象が生じにくく非常に高品質の製品を作ることができる。
（４）単にキャビティ２内を加熱するだけではなく、モノマー内部よりも若干低い温度で外部から加熱させるようにしているため、第１のセンサ５１がキャビティ２の雰囲気の影響を受けにくくなっている。

尚、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
・上記実施の形態では加熱安定期でも第１及び第２のセンサ５１，５２の温度差は一定であったが、これを各ステージで一定ではないように設定することも可能である。モノマーの成分によっては上記と異なる設定が好ましい場合もあるからである。
・上記実施の形態では第１及び第２のセンサ５１，５２の温度差を１５℃に設定したがこれを変更することは可能である。モノマーの成分によっては上記と異なる温度が好ましい場合もあるからである。また、第１及び第２のセンサ５１，５２の温度差をない（つまりモノマー内部温度に対してキャビティ２の雰囲気中の目標温度を同一とする）ようにしてもよい。
・上記実施の形態ではコントローラ６１によって一元的に制御したが、一部の機器について他の制御手段で制御するようにしても構わない。
・上記制御ルーチンは一例であって他の制御方法であっても構わない。例えば上記では温度上昇とともに出力も大きくしていったが、出力は常に大きくする必要はない。つまり、出力を変えずに加熱時間と加熱温度だけで制御するようにしてもよい。また、すべてのステージで出力をアップさせていかなくともよい。
・上記ではトータルの加熱時間を１８０分に設定したがこれは適宜変更可能である。
・上記ではマイクロ波発振器１５の入り切りによって基準温度を維持するように制御していたが、入り切りではなく出力の大小でも構わない。
・上記では導波管型のマイクロ波発振器１５を使用したが、その他のマイクロ波発生装置でもよい。例えば、超音波併用型のマイクロ波発生装置であればマイクロ波との相乗効果が期待される。
・その他、本発明の趣旨を逸脱しない態様で実施することは自由である。

本発明の実施の形態に使用するマイクロ波反応装置の正面図。 キャビティの付近の概略縦断面図。 第２のダクトの要部縦断面図。 本発明の実施の形態に使用する母型の分解斜視図。 同じ母型（製品用）の縦断面図。 同じ母型（ダミー用）の縦断面図並びにセンサ本体、光ファイバー及びセンサ保護管の側面図。 キャビティ内に母型ホルダーを配置した状態の斜視図。 母型ホルダーの縦断面図。 成形装置の電気的構成を説明するブロック図。 マイクロ波発振器の制御の一例を説明するフローチャート。 モータ及び電熱ヒータの制御の一例を説明するフローチャート。

符号の説明

１１（１１Ａ，１１Ｂ）…母型、１６…充填口、２０…保護部材としてのセンサ保護管、１５…マイクロ波発振器、２８…加熱手段としてのヒータ、５１…温度センサとしての第１のセンサ、５２…第２のセンサ、Ｍ…熱硬化性プラスチック材。

Claims (3)

1. 熱硬化性プラスチック材料をマイクロ波によって誘電加熱することで硬化させて所定の形状に成形する成形方法であって、
   複数用意された母型内に調合した熱硬化性プラスチック材料を注入し、複数の同母型に対してマイクロ波を照射し誘電加熱するとともに、少なくとも１つの母型内には熱硬化性プラスチック材料の温度を検出するための温度センサを配設し、同温度センサの検出した温度情報に基づいてマイクロ波の照射量を経時的に制御する一方、
   加熱手段によって加熱される加熱雰囲気中に複数の前記母型を配置するとともに、同加熱雰囲気中の温度を前記温度センサが検出した温度情報に基づいて同温度センサの検出した温度に同期させ、かつ前記温度センサの検出した温度以上に上がらないように制御することを特徴とする熱硬化性プラスチック材料の成形方法。
2. 前記温度センサが検出した温度を目標温度として前記加熱雰囲気中の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性プラスチック材料の成形方法。
3. 前記加熱雰囲気中の温度はマイクロ波による誘電加熱の安定期において前記温度センサの検出した温度と一定の温度差で同期させて制御することを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性プラスチック材料の成形方法。

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