JP6334795B1

JP6334795B1 - ダブルベルトプレス装置および誘導加熱プレスモジュール

Info

Publication number: JP6334795B1
Application number: JP2017169945A
Authority: JP
Inventors: 純一北田; 擁坂本; 応輔石田; 勝彦布谷
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2037-09-05
Also published as: JP2019042779A

Abstract

【課題】急速な加熱を可能にし、小型化、高効率化されたダブルベルトプレス装置を提供する。【解決手段】複数の第１駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第１ベルトと、第１ベルトの下側で、複数の第２駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第２ベルトと、第１ベルトと第２ベルトとが対向する加圧領域に、複数の第１駆動ローラの間および複数の第２駆動ローラの間にそれぞれ配置された加圧装置とを含み、加圧装置により第１ベルトと第２ベルトとの間で成形品をプレスするダブルベルトプレス装置において、加圧装置は、筐体と、筐体に取り付けられ、第１ベルトまたは第２ベルトと接触する複数の加圧ローラと、加圧ローラの間に配置され、第１ベルトまたは第２ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱機とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ダブルベルトプレス装置およびダブルベルトプレス装置に用いる誘導加熱プレスモジュールに関し、特に、繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）等の成形品を加熱プレスするダブルベルトプレス装置およびダブルベルトプレス装置に用いる誘導加熱プレスモジュールに関する。

従来の固定ローラ式加熱プレス装置では、ローラに巻き掛けられたベルトが対向配置され、その間に、ＦＲＴＰやラミネートシートのような成形品を通すことにより、加熱およびプレスを行い、成形を行っていた。成形品の加熱は、ベルトに熱風を吹き付けることによりベルトを加熱する間接加熱方式で行われていた。また、熱風に代えて、熱流体を用いる場合もあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１４７２８０号公報

しかしながら、熱風や熱流体を用いてベルトを加熱する間接加熱方式では、加熱できる温度の上限や加熱装置の配置場所の制約により、加熱能力に限界があった。ダブルベルトプレス装置では、通常、ベルトの進行方向に沿って複数の加熱装置を配置してベルトを加熱するが、ベルトの温度が所定の設定温度に達するには、ベルトが移動して複数の加熱装置で加熱されることが必要であり、装置が大型化するという問題があった。

そこで、本発明は、固定ローラ式加熱プレス装置の加熱方式を、間接加熱から直接加熱に変更することにより、急速な加熱を可能にし、小型化、高効率化されたダブルベルトプレス装置を提供することを目的とする。

本発明は、
複数の第１駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第１ベルトと、
第１ベルトの下側で、複数の第２駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第２ベルトと、
該第１ベルトと該第２ベルトとが対向する加圧領域に、該複数の第１駆動ローラの間および該複数の第２駆動ローラの間にそれぞれ配置された加圧装置と、を含み、
該加圧装置により該第１ベルトと該第２ベルトとの間で成形品をプレスするダブルベルトプレス装置であって、
該加圧装置は、
筐体と、
該筐体に取り付けられ、該第１ベルトまたは該第２ベルトと接触する複数の加圧ローラと、
該加圧ローラの間に配置され、該第１ベルトまたは該第２ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱機と、を含むことを特徴とするダブルベルトプレス装置である。

また、本発明は、
複数の第１駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第１ベルトと、
第１ベルトの下側で、複数の第２駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第２ベルトと、を含み、
該第１ベルトと該第２ベルトとが対向する加圧領域で、該第１ベルトと該第２ベルトとの間で成形品をプレスするダブルベルトプレス装置用の誘導加熱プレスモジュールであって、
該誘導加熱プレスモジュールは、
筐体と、
該筐体に取り付けられ、該第１ベルトまたは該第２ベルトと接触する複数の加圧ローラと、
該加圧ローラの間に配置され、該第１ベルトまたは該第２ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱機と、を含む加圧装置を有し、
該加圧装置により該第１ベルトと該第２ベルトとの間で成形品を加熱プレスすることを特徴とする誘導加熱プレスモジュールでもある。

本発明にかかるダブルベルトプレス装置およびダブルベルトプレス装置用の誘導加熱プレスモジュールでは、電磁誘導加熱を用いてベルトを直接加熱することにより、高効率で成形品の加熱が可能となる。この結果、ダブルベルトプレス装置の小型化、生産コストの削減が可能となる。

本発明の実施の形態１にかかるダブルベルトプレス装置の概略図である。本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱プレスモジュールの概略図である。本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱プレスモジュールを用いた場合の加熱速度を示すグラフである。温風加熱プレモジュールと誘導加熱プレモジュールの加熱特性を比較したグラフである。成形品の先端部が導入された場合の誘導加熱プレスモジュールの概略図である。本発明の実施の形態２にかかる誘導加熱プレスモジュールの概略図である。

＜実施の形態１＞
図１は、全体が１０００で表される、本発明の実施の形態１にかかるダブルベルトプレス装置の概略図である。図１に示すダブルベルトプレス装置１０００では、複数のシート５０ａ〜５０ｅのラミネート構造からなる成形品５０を加熱プレスして、ラミネートシートを形成する。矢印は成形品５０の移動方向を示す。

ダブルベルトプレス装置１０００は、２つの第１駆動ローラ５００ａに巻き掛けられて周回走行する第１ベルト１０ａと、第１ベルト１０ａの下側で、２つの第２駆動ローラ５００ｂに巻き掛けられて周回走行する第２ベルト１０ｂとを有する。第１ベルト１０ａおよび第２ベルト１０ｂは、エンドレスベルトからなることが好ましい。また、第１ベルト１０ａおよび第２ベルト１０ｂは、電磁誘導加熱が可能な材料からなり、例えばステンレス鋼、特に、低炭素、マルテンサイト系、析出硬化系ステンレス鋼からなることが好ましい。

また、ダブルベルトプレス装置１０００は、成形品５０を、所定の温度まで急速に加熱する誘導加熱プレスモジュール１００と、所定の温度で成形品５０を加熱プレスする加熱プレスモジュール２００と、加熱プレスした成形品５０を冷却する冷却ユニット３００を有する。

図２は、誘導加熱プレスモジュール１００の概略図である。誘導加熱プレスモジュール１００は、第１ベルト１０ａの上側で、２つの第１駆動ローラ５００ａの間に配置された第１加圧装置２０ａと、第２ベルト１０ｂの下側で、２つの第２駆動ローラ５００ｂの間に配置された第２加圧装置２０ｂとを有する。

第１加圧装置２０ａは、第１筐体２３ａと、第１筐体２３ａに取り付けられて、第１ベルト１０ａと接触する複数の第１加圧ローラ２５ａを有する。第１加圧ローラ２５ａは、成形品５０の移動に伴い転がる。第１加圧ローラ２５ａは、例えば鉄からなる。

第１加圧ローラ２５ａの間には、第１誘導加熱機２１ａが設けられている。第１誘導加熱機２１ａは、コイル（図示せず）を含み、コイルに高周波電流を供給することにより、ステンレス鋼からなる第１ベルト１０ａを電磁誘導加熱する。

同様に、第２加圧装置２０ｂは、第２筐体２３ｂと、第２筐体２３ｂに取り付けられて、第２ベルト１０ｂと接触する複数の第２加圧ローラ２５ｂを有し、第２加圧ローラ２５ｂは、成形品５０の移動に伴い転がる。第２加圧ローラ２５ｂの間には、第２誘導加熱機２１ｂが設けられ、第２ベルト１０ｂを電磁誘導加熱する。

図２では、第１加圧装置２０ａの第１筐体２３ａ、および第２加圧装置２０ｂの第２筐体２３ｂは、それぞれ４つの第１加圧ローラ２５ａ、第２加圧ローラ２５ｂと、その間に設けられた３つの第１誘導加熱機２１ａ、第２誘導加熱機２１ｂを有するが、これらの数に限定されるものではない。

第１加圧装置２０ａの上には、第１筐体２３ａを第１ベルト１０ａ方向（矢印３１の方向）に押すためのシリンダ３０が設けられている。シリンダ３０は、例えばエアシリンダや油圧シリンダからなる。シリンダ３０以外の加圧手段を用いても構わない。

シリンダ３０で第１筐体２３ａを第１ベルト１０ａ方向（矢印３１の方向）に押すことにより、第１加圧ローラ２５ａと第２加圧ローラ２５ｂとの間で成形品５０がプレスされる。

誘導加熱プレスモジュール１００で、プレスしながら所定の成形温度まで加熱された成形品５０は、所定の成形温度に維持された加熱プレスモジュール２００に送られる。加熱プレスモジュール２００では、ローラと加熱手段（図示せず）を用いて加熱プレスを行い、シート５０ａ〜５０ｅをプレス接合して、ラミネート構造の成形品（ラミネートシート）５０とする。

加熱プレスモジュール２００で加熱プレスされた成形品５０は、最後に、冷却ユニット３００に送られ、例えば液圧式プレスにより、プレスしながら冷却される。以上により、ラミネート構造の成形品（ラミネートシート）５０が完成する。

なお、ここでは、複数のシート５０ａ〜５０ｅのラミネート構造からなる成形品５０を加熱プレスして、ラミネートシートを形成する場合について説明したが、成形品５０は、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、その他無機系繊維、または高分子ポリマー繊維などの連続繊維もしくは長繊維を強化繊維に用いた繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）シートやフィルム、プラスチックシート、プリント基板の他、粉体や粒体、ラバー複合材料等であっても良い。また、ラミネートシートのラミネートプロセス、繊維強化熱可塑性プラスチックの含浸プロセスの他、加硫プロセス等のプロセスにも適用できる。

図３は、図２に示す誘導加熱プレスモジュール１００を用いた場合の、第１ベルト１０ａと成形品５０の温度変化を示す。実線Ａは第１ベルト１０ａの温度、破線Ｂは成形品５０の温度、矢印は成形品５０の移動方向を示す。

図３では、成形品５０の温度を、予備加熱温度Ｔｍ１から、加熱プレスの設定温度Ｔｍ２まで昇温する。このため、第１ベルト１０ａの設定温度は、Ｔｍ２より高いＴｂ１としている。第１ベルト１０ａは成形品５０と共に、矢印の方向に一定の速度Ｖｂで移動する。成形品５０には、膜厚ｔｍの繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）シートを用いる。

図３に示すように、矢印方向に移動する第１ベルト１０ａが、３つの第１誘導加熱機２１ａにより電磁誘導加熱されることにより、設定温度のＴｂ１に達する。これに伴って、成形品５０の温度も、設定温度Ｔｍ２に達する。

図４は、従来の温風加熱プレスモジュールと、本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱プレスモジュール１００を用いた場合の、プレスモジュール内での成形品５０の移動距離と、その位置における第１ベルト１０ａと成形品５０の温度を示す。図４において、縦軸は温度、横軸はプレスモジュールの入口からの距離（プレスモジュール内での移動距離）を示す。図４中、実線Ａは第１ベルト１０ａの温度、破線Ｂは成形品５０の温度を示す。

プレスモジュール内では、成形品５０は、一定の速度Ｖｂで、矢印の移動方向に移動しながら、予備加熱温度Ｔｍ１から設定温度Ｔｍ２（上述のように第１ベルト１０ａの設定温度はＴｂ１）まで加熱される。

図４から分かるように、第１ベルト１０ａの温度が設定温度Ｔｂ１になるまでに成形品５０が移動する距離は、従来の温風加熱モジュールではＷ２であるが、本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱プレスモジュール１００では、Ｗ２の約１／１０のＷ１となる。即ち、誘導加熱プレスモジュール１００では、第１ベルト１０ａを所定の設定温度Ｔｂ１に加熱するための移動距離（ベルト昇温長）が、従来の温風加熱モジュールに比べて約１０分の１となる。言い換えれば、本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱プレスモジュール１００の加熱能力は、従来の温風加熱モジュールの約１０倍となる。

これに伴い、成形品５０が予備加熱温度Ｔｍ１から設定温度Ｔｍ２に到達するまでの移動距離も、従来の温風加熱モジュールの２ｌに比較して、本発明の実施の形態１にかかる誘導加熱プレスモジュール１００では約２分の１のｌに低減できる。

このように、所定の設定温度になるまでの移動距離が短くなると、成形品５０の移動方向におけるプレスモジュールの長さも短縮できる。

上述のように、本発明の実施の形態１では、成形品５０が予備加熱温度Ｔｍ１から設定温度Ｔｍ２に到達するまでの移動距離が、従来の温風加熱プレスモジュールの約２分の１となる。このため、誘導加熱プレスモジュール１００の長さも約２分の１にすることができ、この結果、ダブルベルトプレス装置１０００の小型化が可能となる。

なお、ここでは、成形品５０が予備加熱温度Ｔｍ１から設定温度Ｔｍ２まで加熱される場合に、誘導加熱プレスモジュール１００の長さが約２分の１に短縮できる場合について説明したが、設定温度等により、短縮できる長さは変わる。しかしながら、いずれの場合においても、誘導加熱プレスモジュール１００の長さは従来より短縮でき、ダブルベルトプレス装置１０００の小型化が可能となる。

また、熱風や熱流体を用いる間接加熱方式に比較して、本発明の実施の形態１のような、電磁誘導加熱装置を用いてベルト自体を直接加熱する直接加熱方式では、加熱効率が向上し、省エネ化、低コスト化が可能となる。

なお、予備加熱温度Ｔｍ１や設定温度Ｔｍ２、第１ベルト１０ａの移動速度Ｖｂ等の設定条件は、ダブルベルトプレスによって成形される繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）の強化繊維の種類、形状、膜厚、マトリックスとなる樹脂の加工条件、生産速度要求等に応じて決定される。

＜実施の形態２＞
図５は、実施の形態１にかかる誘導加熱プレスモジュール１００において、成形品５０の先端部を第１ベルト１０ａと第２ベルト１０ｂの間に挿入した状態を示す。図５中、図２と同一符合は同一または相当箇所を示す。

連続した成形品５０の生産開始時には、成形品５０は先端部ほど膜厚が薄くなり、この膜厚の薄い先端部が誘導加熱プレスモジュール１００に挿入される。このため、成形品５０の加熱プレス開始時においては、図５のように、第１ベルト１０ａが撓んで、成形品５０の上面に載る。この結果、第１加圧装置２０ａと第１ベルト１０ａの距離が大きくなり、第１誘導加熱機２１ａでは十分に第１ベルト１０ａを加熱できない場合が生じる。この場合、成形品５０の加熱が不十分となり、成形品５０の特性が劣化する場合もある。

そこで、本発明の実施の形態２にかかる誘導加熱プレスモジュール１５０では、図６に示すように、第１誘導加熱機１２１ａを台車構造とする。

図６は、本発明の実施の形態２にかかる誘導加熱プレスモジュール１５０の一部の概略図であり、図６中、図２と同一符合は、同一または相当箇所を示す。実施の形態２にかかる誘導加熱プレスモジュール１５０では、第１誘導加熱機１２１ａは、車輪１２２ａを備えた台車構造となっている。第１誘導加熱機１２１ａは、第１筐体２３ａには固定されず上下方向に自由に移動できるようになっている。

本発明の実施の形態２にかかる誘導加熱プレスモジュール１５０では、成形品５０の膜厚が薄く、第１ベルト１０ａが第１筐体２３ａから離れた場合でも、第１誘導加熱機１２１ａは、車輪１２２ａにより常に第１ベルト１０ａの上に載った状態になっている。このため、第１誘導加熱機１２１ａと第１ベルト１０ａとの距離をほぼ一定に保持でき、第１ベルト１０ａを制御性良く電磁誘導加熱できる。

１０ａ、１０ｂ第１、第２ベルト
２０ａ、２０ｂ第１、第２加圧装置
２１ａ、２１ｂ第１、第２誘導加熱機
２３ａ、２３ｂ第１、第２筐体
２５ａ、２５ｂ第１、第２加圧ローラ
３０シリンダ
５０成形品
１００、１５０誘導加熱プレスモジュール
５００ａ、５００ｂ第１、第２駆動ローラ
１０００ダブルベルトプレス装置

Claims

複数の第１駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第１ベルトと、
第１ベルトの下側で、複数の第２駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第２ベルトと、
該第１ベルトと該第２ベルトとが対向する加圧領域に、該複数の第１駆動ローラの間および該複数の第２駆動ローラの間にそれぞれ配置された加圧装置と、を含み、
該加圧装置により該第１ベルトと該第２ベルトとの間で成形品をプレスするダブルベルトプレス装置であって、
該加圧装置は、
筐体と、
該筐体に取り付けられ、該第１ベルトまたは該第２ベルトと接触する複数の加圧ローラと、を含み、
さらに、上記筐体から分離され、上記第１ベルトの上を転がる台車に載置され、該加圧ローラの間に配置されて、該第１ベルトまたは該第２ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱機と、を含むことを特徴とするダブルベルトプレス装置。
上記加圧装置の少なくとも一方が、上記第１ベルトまたは該第２ベルトに向かって押圧されることを特徴とする請求項１に記載のダブルベルトプレス装置。
上記第１ベルトおよび第２ベルトは、析出硬化系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１または２に記載のダブルベルトプレス装置。
複数の第１駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第１ベルトと、
第１ベルトの下側で、複数の第２駆動ローラに巻き掛けられて周回走行する第２ベルトと、を含み、
該第１ベルトと該第２ベルトとが対向する加圧領域で、該第１ベルトと該第２ベルトとの間で成形品をプレスするダブルベルトプレス装置用の誘導加熱プレスモジュールであって、
該誘導加熱プレスモジュールは、
筐体と、
該筐体に取り付けられ、該第１ベルトまたは該第２ベルトと接触する複数の加圧ローラと、を含む加圧装置を有し、
さらに、上記筐体から分離され、上記第１ベルトの上を転がる台車に載置され、該加圧ローラの間に配置されて、該第１ベルトまたは該第２ベルトを電磁誘導加熱する誘導加熱機、を有し、
該加圧装置により該第１ベルトと該第２ベルトとの間で成形品を加熱プレスすることを特徴とする誘導加熱プレスモジュール。