JP7057940B2

JP7057940B2 - 樹脂又は樹脂複合材料加熱装置及び方法

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Publication number: JP7057940B2
Application number: JP2018087235A
Authority: JP
Inventors: 章浩竹内; 克明永松; 正樹大石; 真一半田; 征治倉田; 寛美吉原
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Metro Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Metro Denki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: JP2019188770A

Description

本発明は、樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方を加熱する加熱装置、及び当該加熱装置において実行可能な加熱方法に関する。

特開２０１１－２０８０３９号公報（特許文献１）に記載されるように、強化繊維束に樹脂材料が付着された成形原反材を裁断し積層した積層成形材を、成形型に収納する前に予備加熱型で予備加熱する賦形成形方法が知られている。
この賦形成形方法の予備加熱では、近赤外線放射装置が放射する近赤外線で、予備加熱型内の熱盤上に配置された積層成形材を加熱し、遠赤外線温度センサで積層成形材の温度を検知し、近赤外線の強度を調整して、所定の温度に積層成形材を昇温させる。

特開２０１１－２０８０３９号公報

上記の予備加熱では、近赤外線放射装置による近赤外線で積層成形材を加熱している。近赤外線放射装置としては、一般に、比較的に大出力であるハロゲンヒータが用いられる。ハロゲンヒータの発熱温度（フィラメント温度）は１６６０℃以上３３５０℃以下程度であり、放出する近赤外線の波長は０．８μｍ（マイクロメートル）以上１．５μｍ以下程度である。かような近赤外線を用いた樹脂材料の加熱において、樹脂に対する赤外線の吸収に向上の余地があり加熱効率が低い。又、樹脂にとって温度が高すぎて、樹脂の表面が焦げたり、樹脂の内部に空隙が発生したりする可能性がある。
又、遠赤外線温度センサで検知した積層成形材の温度に基づいてヒータ出力の強度を調整し、所定の温度に積層成形材を昇温させるため、高出力ハロゲンヒータのように加熱速度が速い場合に、温度が行き過ぎて所定の温度に制御できない可能性があるし、近赤外線放射装置からの迷光で遠赤外線温度センサの誤差が生じ、制御に影響が出る可能性がある。

そこで、本発明の主な目的は、樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方に対する吸収が良好な電磁波が用いられ、樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方の加熱が面方向及び厚さ方向において均一に行われる樹脂又は樹脂複合材料の加熱装置，加熱方法を提供することである。
又、本発明の別の主な目的は、比較的に短時間の加熱であっても正確に加熱が制御される樹脂又は樹脂複合材料の加熱装置，加熱方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、樹脂又は樹脂複合材料加熱装置において、発熱温度が１４５０℃以上１６５０℃以下である赤外線ヒータと、加熱対象である樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方を、前記赤外線ヒータからの赤外線が照射される位置において支持する加熱対象支持手段と、を備えており、前記赤外線ヒータは、前記加熱対象の上下において、それぞれ面状の炭素繊維製のフィラメントを有するカーボンヒータを含む状態で設けられており、前記加熱対象支持手段は、前記加熱対象を載置可能な枠状であり、前記加熱対象を上下の前記赤外線ヒータからの赤外線が照射されるように支持し、前記カーボンヒータは、面状の前記フィラメントにおいて赤外線が上下を中心に放射される姿勢で設けられることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記赤外線ヒータの発熱温度は、１６００℃を超えて１６５０℃以下であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、上記発明において、前記加熱対象支持手段は、カーボン製であることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、上記発明において、前記加熱対象支持手段は、前記加熱対象について、搬入する搬入位置から、前記赤外線が照射される加熱位置を経て、搬出する搬出位置まで搬送する搬出位置まで移動可能であることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、上記発明において、更に、前記赤外線を前記加熱対象の側に反射する反射手段を備えていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、上記発明において、更に、前記赤外線ヒータの出力を調節する制御手段を備えており、前記制御手段は、前記赤外線ヒータにおける出力の最大出力に対する割合と、その割合に係る出力を継続する時間とが対応付けられたヒータ段階出力設定パターンテーブルに基づいて、前記赤外線ヒータの出力を調節することを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、発熱温度が１４５０℃以上１６５０℃以下である赤外線ヒータから放射された赤外線を、加熱対象である樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方に照射する樹脂又は樹脂複合材料加熱方法において、前記赤外線ヒータの出力を、前記加熱対象の加熱開始時のものに対して、加熱開始後所定時間の経過により低下させることを特徴とするものである。

本発明の主な効果は、樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方に対する吸収が良好な電磁波が用いられ、樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方の加熱が面方向及び厚さ方向において均一に行われる樹脂又は樹脂複合材料の加熱装置，加熱方法が提供されることである。
又、本発明の別の主な効果は、比較的に短時間の加熱であっても正確に加熱が制御される樹脂又は樹脂複合材料の加熱装置，加熱方法が提供されることである。

本発明に係る加熱装置の中央縦断面図である。本発明に係る加熱装置の下部の上面図である。本発明に係る加熱装置の上部の下面図である。カーボンヒータあるいはハロゲンヒータにおける所定の発熱温度毎の放射線波長と相対分光放射発散度との関係が示されたグラフである。ポリカーボネートに係る、吸収される放射線の波長（μｍ，横軸）と吸収率（％，縦軸）との関係が示されたグラフである。赤外線ヒータのフィラメント温度（発熱温度，℃，横軸）とポリカーボネート含有成形材（サンプル）の室温から３００℃に達するまでの加熱時間（秒，縦軸）との関係が示されたグラフである。本発明に係る加熱装置の動作例及び加熱方法の例に関するフローチャートである。（ａ）は本発明の動作例に係る成形材の別のサンプルの表面温度（℃，縦軸左目盛り）及び内部温度（肉厚方向の中央，℃，縦軸左目盛り）、並びにヒータ出力（％，縦軸右目盛り）の加熱開始時からその１０秒後までの経時変化（横軸，秒）が示されるグラフであり、（ｂ）は、ヒータ出力が１００％に維持された場合の、図７（ａ）と同様のグラフである。ヒータ出力１００％で８秒間加熱した後ヒータ出力３０％で４秒間加熱したサンプルの断面顕微鏡写真である。ヒータ出力１００％で８秒間加熱したサンプルの断面顕微鏡写真である。各種のヒータ出力における更に別のサンプルの温度の経時変化が示されるグラフである。

以下、本発明に係る実施の形態の例が、その変更例と共に、適宜図面に基づいて説明される。
尚、当該形態は、下記の例及び変更例に限定されない。

図１は本発明に係る加熱装置１の中央縦断面図である。図２は、加熱装置１の下部の上面図である。図３は加熱装置１の上部の下面図である。尚、図１における上が加熱装置１の上であり、左が加熱装置１の前である。又、図２における左が加熱装置１の前であり、下が加熱装置１の左である。かような加熱装置１の方向は、説明の便宜上定められたものであり、各種の部材又は部分の移動及び設置の状況等により、変化することがある。
加熱装置１は、炭素繊維束に樹脂（ポリカーボネート，ＰＣ）が付着された板状の成形原反材又はこれが複数積層された板状の積層成形材（以下まとめて成形材Ｗとする）を、成形して炭素繊維強化樹脂即ちＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ（ＣＦＲＰ）成形品とする前に、予熱するものである。成形材Ｗは、樹脂に炭素繊維束が複合された樹脂複合材料である。尚、強化に係る繊維は、炭素繊維に限られず、ガラス繊維（Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ）を始めとする他の強化繊維が用いられても良い（ＦＲＰ）。又、樹脂複合材料における樹脂は、ポリアミド、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂であっても良く（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＴｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ，ＦＲＴＰ）、強化繊維が入ってなくても良い。更に、加熱対象としての成形材Ｗは、予備成形される等、板状でなくても良く、加熱装置１による加熱は、予備加熱後の成形材Ｗの成形時、あるいは成形される成形材Ｗがプリプレグ（繊維に樹脂を含浸させシート状若しくは板状としたもの）等の中間素材である場合の成形時等、他の段階においてなされても良い。加熱対象は、繊維束を複合させた樹脂複合材料以外の樹脂複合材料であっても良いし、樹脂単独（複数種類の樹脂の組合せを含む）であっても良いし、樹脂及び樹脂複合材料の組合せであっても良い。加熱対象が樹脂単独である場合においても、樹脂の種類はどのようなものでも良い。加熱対象である樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方は、成形されないものであっても良い。

加熱装置１は、下ハウジング２と、上ハウジング４と、ステージ６と、ステージ移動部８と、下ヒータ部１０と、上ヒータ部１２と、各種の部材を制御する制御手段（図示略）と、を備えている。

下ハウジング２は、上方に開口した箱状であり、下ヒータ部１０を保持している。下ハウジング２は、図示されない脚を介して、床面等の設置面に設置される。
上ハウジング４は、下方に開口した箱状であり、上ヒータ部１２を保持している。上ハウジング４は、設置面又は下ハウジング２に至る図示されない脚を介して、下ハウジング２と所定の間隔を有する状態で、下ハウジング２の上方に設置される。尚、下ハウジング２と上ハウジング４とが分かれておらず、一体のハウジングとされていても良い。
下ハウジング２内の下面の上方と上ハウジング４内の上面の下方とには、それぞれ板状の断熱材１８が設けられている。尚、断熱材１８は、少なくとも一方が省略されても良いし、下ハウジング２の外面を始めとする他の部分に配置されても良い。

ステージ６は、下ハウジング２と上ハウジング４との間（加熱位置）に配置可能である。ステージ６は、カーボン（グラファイト）製であり、上方から見て矩形枠状の枠部２０と、その左右中央部から外方に延びる左右の板状の支持部２２と、を有する。枠部２０には、他の部分に対して内側へ突出する突起２４が、複数（前後各２個及び左右各１個の合計６個）設けられる。ステージ６は、加熱対象である成形材Ｗを載せ、より詳しくは、板状の成形材Ｗの辺縁部を各突起２４の先端部で支持し、成形材Ｗの大部分が枠部２０内で露出するように支持する。加熱位置におけるステージ６は、成形材Ｗを、下ヒータ部１０及び上ヒータ部１２からの赤外線が照射されるように支持する（加熱対象支持手段）。尚、ステージ６は、枠部２０が多角形状若しくは円形状とされたり、支持部２２が枠状とされたり、突起２４の数が全６個から０個（省略）を含めて５個若しくはそれ以下に減少されあるいは７個若しくはそれ以上に増加されたり、突起２４の配置が枠部２０の各辺の中央のみとされ若しくは一部の辺で省略されるものとされたり、各支持部２２に対して枠部２０が加熱対象の大きさ若しくは形状に合わせられるように交換可能とされたりする等、様々に変更されても良い。突起２４は、成形材Ｗを支持しながら下ヒータ部１０による成形材Ｗの加熱をなるべく遮らないようにするため、成形材Ｗがたわまない程度の最小数とされることが好ましい。加熱対象支持手段は、ステージ６に代えて、成形材Ｗを掴んで加熱位置において保持するチャック等の他の形式のものとされても良い。
ステージ移動部８は、それぞれ前後方向に延びるように下ハウジング２の外側に設けられた左右一対のレール３０と、ステージ６の支持部２２に連結された図示されないアームと、を有する。各支持部２２は、対応するレール３０上を走行可能に、レール３０に載せられている。アームは、ステージ６を、支持部２２を介して前後に移動させる。ステージ６は、加熱位置より後方に出た位置（加熱前成形材搬入位置）から、加熱位置を経て、加熱位置より前方に出た位置（加熱後成形材搬出位置）まで移動可能である。尚、レール３０は、１本あるいは３本以上とされたり、省略されたり、他の位置に配置されたりしても良い。又、アームに代えて、あるいはアームと共に、ボールネジ及びチェーンの少なくとも一方が設けられても良い。

下ヒータ部１０は、下赤外線ヒータユニット４０と、下反射ユニット４２と、を有する。
下赤外線ヒータユニット４０は、左右に延びる下赤外線ヒータ４４が複数本並べられて形成される。尚、下赤外線ヒータ４４は、前後に延びていても良く、下赤外線ヒータ４４の本数は、図示のものより増減することができる。

各下赤外線ヒータ４４は、発熱体（フィラメント）の材料として導電性素材である炭素繊維（カーボン）が用いられた面状のカーボンヒータである。各下赤外線ヒータ４４には、図示されない電源が接続される。各下赤外線ヒータ４４の電力による発熱は、制御手段により制御される。
カーボンヒータは、ハロゲンランプが用いられるハロゲンヒータに比べ、多くのエネルギーが中赤外線領域に放射されるという特性を有する。
又、ハロゲンヒータは、ハロゲンガスを封入した石英管内に線状のタングステンが渡されたもので、赤外線が石英管の全周にわたり均等に放射される。これに対し、面状のカーボンヒータは、不活性ガスを封入した石英管内に面状の炭素繊維が渡されたもので、赤外線は炭素繊維における一対の平面からその平面に垂直な方向を中心に放射され、その垂直な方向から３０°程度以上倒れた方向には殆ど直接的に放射されない。各下赤外線ヒータ４４は、面状の炭素繊維が水平になる姿勢で設けられ、赤外線が上下を中心に放射される。

各下赤外線ヒータ４４は、発熱温度（発熱時のフィラメント温度）が１４５０℃以上１６５０℃以下であり、より好ましくは１６５０℃である。
図４には、カーボンヒータあるいはハロゲンヒータにおける所定の発熱温度毎の放射線波長（μｍ，横軸）と分光エネルギー密度に相当する相対分光放射発散度（×１０^３／ｍ^２・μｍ，縦軸）との関係が示される。
ハロゲンヒータ（タングステン）に係る２３００℃では、エネルギー密度のピークが波長１．１μｍ程度に位置しており、ハロゲンヒータ（タングステン）に係る２０００℃では、エネルギー密度のピークが波長１．３μｍ程度に位置している。
これに対し、カーボンヒータ（カーボン）に係る１６５０℃では、エネルギー密度のピークが波長１．５μｍ程度（より詳しくは１．５１μｍ）に位置している。又、図示されない１４５０℃の分光エネルギー密度（相対分光放射発散度）の分布は、１６５０℃と１２５０℃とのちょうど中央を辿るようなものとなり、エネルギー密度のピークが波長１．７μｍ程度に位置している。
更に、カーボンヒータ（カーボン）に係る１２５０℃では、エネルギー密度のピークが波長１．９μｍ程度に位置しており、カーボンヒータ（カーボン）に係る１０５０℃では、エネルギー密度のピークが波長２．２μｍ程度に位置している。
よって、各下赤外線ヒータ４４は、近赤外線（波長０．８μｍ以上１．５μｍ未満）より波長の長い中赤外線（波長１．５μｍ以上）を最も多く放射し、１．５μｍ以上１．７μｍ以下の波長領域内でエネルギー密度のピークを有している。
尚、各下赤外線ヒータ４４は、発熱温度が１４５０℃以上１６５０℃以下であれば、ハロゲンヒータを始めとする他の発熱体に係るヒータであっても良い。

図５には、ＰＣに係る、吸収される放射線の波長（μｍ，横軸）と吸収率（％，縦軸）との関係が示される。
ＰＣは、２μｍ以下の波長領域では、１．５１μｍ以上１．７９μｍ以下の領域において吸収率の比較的に大きな吸収帯が存在している（図５中の点線の矩形で囲まれた部分）。波長１．５１μｍ付近には、上述の通り、１４５０℃以上１６５０℃以下（特に１６５０℃）の発熱温度に係る発熱体のエネルギー密度のピークを持つ領域が位置しており、ＰＣの当該吸収帯に係る波長と、各下赤外線ヒータ４４のエネルギー密度分布の当該領域とが、合っている。より詳細には、当該吸収帯における吸収率のピークは１．６７μｍにおいて存在し、１．６７μｍにエネルギー密度のピークを有する発熱体の発熱温度は、１４５０℃である。又、波長が短いほどエネルギーが大きくなり、エネルギー密度のピークが１．６７μｍより短ければエネルギーが大きくなるところ、ＰＣの吸収率との兼ね合いをみながら当該吸収帯内で波長を可及的に短くすれば効率的に加熱可能であり、かような波長（１．５１μｍ）に係る発熱体の発熱温度は、１６５０℃である。
かようなＰＣの吸収帯に合わせたエネルギー密度分布のピークを持つ領域を有する下赤外線ヒータ４４（カーボンヒータ）により、図６に示されるように、ＰＣを含む成形材Ｗが効率良く加熱される。即ち、ＰＣ含有成形材Ｗ（所定の大きさのサンプル）の所定温度（３００℃）に達するまでの加熱時間は、フィラメント温度（発熱温度）が１６５０℃である場合が最も短く（２８秒）、他のフィラメント温度（１０５０℃，１２５０℃，２０００℃，２３００℃）の場合の半分程度あるいはそれより短くなっている。
尚、ポリアミド及びポリプロピレン等の他の樹脂においても、ＰＣと同様に、２μｍ以下の波長領域では、１．５μｍ付近に吸収率の比較的に大きな吸収帯が位置している。又、２μｍを超える領域にエネルギー密度のピークを持つ領域が位置し、且つ樹脂を十分に加熱可能なエネルギー密度の絶対値を有する現実的な発熱体は、現時点で存在しない。更に、図５の０．５μｍ未満の波長領域における吸収率分布（９０％程度から０％に急降下する部分）は、測定誤差が現れたものである。

下反射ユニット４２は、管状のケース内に赤外線の反射体が収められている反射手段の一つとしての下反射管４６が、左右に延びる状態で複数本並べられて形成される。下反射ユニット４２は、下赤外線ヒータユニット４０の下側に配置され、下赤外線ヒータユニット４０から下方に放射された電磁波を上方に反射する。尚、下反射管４６は、前後に延びていても良く、下反射管４６の本数は、図示のものより増減することができる。又、下反射管４６は、下赤外線ヒータ４４と異なる向きで配置されても良い。更に、下反射ユニット４２は、一連の反射体を始めとする他の反射体を含んでいても良いし、反射体のケースが管以外の形状とされたり省略されたりしても良い。

上ヒータ部１２は、上赤外線ヒータユニット６０と、上反射ユニット６２と、を有する。上ヒータ部１２は、下ヒータ部１０と同様に形成され、より詳しくは、下ヒータ部１０と加熱位置を基準に面対称に形成される。尚、上ヒータ部１２は、下ヒータ部１０と同様な変更例を適宜有する。
上赤外線ヒータユニット６０は、下赤外線ヒータ４４と同様に形成され配置される上赤外線ヒータ６４を含む。尚、各上赤外線ヒータ６４は、各下赤外線ヒータ４４と異なる向きで配置されても良く、例えば上赤外線ヒータ６４が前後方向を向くように配置され、下赤外線ヒータ４４が左右方向を向くように配置されても良い。
上反射ユニット６２は、下反射管４６と同様に形成され配置される、反射手段の別の一つとしての上反射管６６を含む。尚、各上反射管６６は、各下反射管４６と異なる向きで配置されても良い。
又、上ヒータ部１２（上赤外線ヒータユニット６０）及び下ヒータ部１０（下赤外線ヒータユニット４０）は、これらのうちの一方が省略されても良いし、互いに構成が異なるものとされても良い。更に、成形材Ｗの左右に赤外線ヒータが配置されても良く、この場合であっても、赤外線ヒータが互いに対向するように配置され、成形材Ｗを挟んで両側に配置されるため、成形材Ｗがより均一に加熱される。

制御手段は、情報処理手段（ＣＰＵ）、記憶手段（例えばメモリカード）及び入力手段（例えばキーボード）付きのコンピュータを含んでいる。
記憶手段は、各種の情報を記憶可能であり、次に示されるヒータ段階出力設定パターンテーブルが記憶されている。ヒータ段階出力設定パターンテーブルは、ナンバー（段階数）と、上赤外線ヒータユニット６０における出力の最大出力に対する割合（上ヒータ出力，％）と、下赤外線ヒータユニット４０における同様の割合（下ヒータ出力，％）と、これらの出力割合の組合せを継続する時間（秒）とが対応付けられたものである。ナンバーは、自然数で、次のものでは２段階存在する。又、次のヒータ段階出力設定パターンテーブルは、上ヒータ出力と下ヒータ出力とが各段階数において揃っている。
入力手段は、ユーザの入力を受け付ける。
尚、制御手段は、コンピュータに代えて、あるいはコンピュータと共に設置される制御盤等であっても良い。又、制御手段は、複数の部材ないし部分に分散して設けられていても良い。更に、入力手段が省略されても良いし、各種の情報を表示可能な表示手段が追加されても良い。加えて、ヒータ段階出力設定パターンテーブルは、３段階以上のものであっても良いし、少なくとも一部の段階数において上ヒータ出力と下ヒータ出力とが相違するものであっても良い。

以下、このような加熱装置１の動作例、及び加熱装置１によって実行される加熱方法の例が、主に図７により説明される。
ユーザによる制御手段への入力手段を介した予熱処理開始の入力に基づき、加熱装置１の動作が開始される。
ユーザあるいはロボットハンドにより、加熱前成形材搬入位置にあるステージ６に成形材Ｗが搬入されると、制御手段は、ステージ移動部８に移動指令を出し、ステージ６を移動させて、成形材Ｗを加熱位置に搬送させる（ステップＳ１）。

制御手段は、成形材Ｗの加熱位置への到着を把握すると、ヒータ段階出力設定パターンテーブルを参照し、これに従って下赤外線ヒータユニット４０及び上赤外線ヒータユニット６０を駆動させる。ここでは、まず、下赤外線ヒータユニット４０及び上赤外線ヒータユニット６０が、何れも１００％の出力で８．０秒間駆動され（ヒータ段階出力設定パターンテーブルの段階数“１”に係るステップＳ２）、次いで、下赤外線ヒータユニット４０及び上赤外線ヒータユニット６０が、何れも３０％の出力で４．０秒間駆動される（ヒータ段階出力設定パターンテーブルの段階数“２”に係る出力低下ステップＳ３）。
下赤外線ヒータユニット４０及び上赤外線ヒータユニット６０の駆動により、成形材Ｗの加熱（成形前の予熱）がなされる。

図８（ａ）には、図６のサンプルとは別である成形材Ｗのサンプル（肉厚１．５ｍｍ）に対して、上述のヒータ段階出力設定パターンテーブルに従った下赤外線ヒータユニット４０及び上赤外線ヒータユニット６０による加熱が行われた場合の、成形材Ｗのサンプルの表面温度（℃，縦軸左目盛り）及び内部温度（肉厚方向の中央，℃，縦軸左目盛り）、並びに下赤外線ヒータユニット４０及び上赤外線ヒータユニット６０の出力（ヒータ出力，％，縦軸右目盛り）の加熱開始時からその１０秒後までの経時変化（横軸，秒）が示される。これに対し、図８（ｂ）には、ヒータ出力が１００％に維持された場合の、図８（ａ）と同様の経時変化が示される。
成形材Ｗ（ＰＣ）の軟化には、成形材Ｗの温度で２８０℃以上が必要である。成形材Ｗの加熱は、成形材Ｗ外部からの赤外線照射により行われるため、内部温度が表面温度に遅れて上昇する。成形材Ｗの速い加熱と内部温度の必要温度以上への到達の観点からは、ヒータ出力が大きいほど好ましい。他方、ヒータ出力が大き過ぎたり、表面温度が上がり過ぎたりすると、成形材Ｗの表面に焦げが発生し、表面温度のみが高く内部温度が低いと成形材Ｗの内部にボイド（空隙）が発生してしまう。
そこで、図８（ａ）のように、成形材Ｗの表面温度が必要な温度に達する経過時間又はその経過時間に隣接する時間後、ヒータ出力を低下させれば、成形材Ｗの表面温度を必要な温度に維持しつつ（表面温度の必要な温度からの上昇を適切な度合以下に抑制しつつ）、成形材Ｗの内部温度を必要な温度に到達させることができる。即ち、かようなヒータ出力の低下により、成形材Ｗの内部への熱の浸透が、成形材Ｗ表面の過熱を防止した状態で図られる。よって、成形材Ｗ表面の焦げ及び内部のボイドの発生が防止される（ヒータ出力１００％で８秒間加熱した後ヒータ出力３０％で４秒間加熱したサンプルの断面顕微鏡写真に係る図９参照）。
これに対し、図８（ｂ）のように、ヒータ出力の低下の段階がないと、成形材Ｗの表面温度は上昇し続け、成形材Ｗの内部温度が必要な温度に達する頃には、内部温度よりかなり高くなっている。よって、成形材Ｗ表面の焦げ及び内部のボイドの発生の可能性が、比較的に増す（ヒータ出力１００％で８秒間加熱したサンプルの断面顕微鏡写真に係る図１０参照）。尚、図１０において、成形材Ｗの断面上辺（表面の繊維クリンプ部）の矢印部分（４箇所）には温度の不均一による凹みが発生しており、成形材Ｗの断面内部の黒色部分にボイドが発生している。

又、ヒータ出力の低下の段階におけるヒータ出力は、例えば次のようにして適宜決定される。
図１１に示されるように、成形材Ｗの更に別の各サンプルに対して、１５％，２０％，２５％，３０％のヒータ出力を最初から維持してそれぞれ加熱が行われるようにして、それぞれのサンプルの温度変化が測定される。
１５％，２０％のヒータ出力では、１０００秒を超えてもサンプル温度が必要な温度である２８０℃に到達せず、１５％，２０％のヒータ出力は、表面温度の維持及び内部温度の上昇の観点において不足している。
２５％のヒータ出力では、４００秒程度でサンプル温度が必要な温度に達し、２５％のヒータ出力は、表面温度の維持及び内部温度の上昇の観点に照らし不足はない。
３０％のヒータ出力では、２００秒程度でサンプル温度が必要な温度に達し、３０％のヒータ出力は、表面温度の維持及び内部温度の上昇の観点に照らし不足はなく、又２５％のヒータ出力に比べてより短時間で内部温度の上昇が図られる。
同様にして、図１１にはないものの、４０％のヒータ出力の場合が測定され、２３秒程度でサンプル温度が必要な温度に達した。かような４０％のヒータ出力は、内部温度の上昇の観点からは十分であるが、成形材Ｗにおける焦げ及びボイドの発生の可能性が比較的に高くなる。
加熱装置１におけるヒータ出力の低下の段階でのヒータ出力は、表面温度の維持及び内部温度の上昇の観点並びに焦げ及びボイドの防止の観点に照らし、好ましくは２５％以上３５％以下であり、より好ましくは３０％である。
尚、他の樹脂の場合及び他の種類の赤外線ヒータの場合であっても、必要温度及びその温度への到達温度の値が変化するだけであり、上述の動作ないし制御は妥当する。又、ヒータ出力の低下の段階は、複数に分けられても良く、例えば３５％（２秒）及び２５％（２秒）とされても良いし、２５％（１秒）及び３５％（３秒）とされても良いし、３５％（２秒）、３０％（１秒）及び２５％（２秒）とされても良い。

制御手段は、加熱開始から１２．０秒が経過して、成形材Ｗの加熱が完了すると、下赤外線ヒータユニット４０及び上赤外線ヒータユニット６０の駆動を停止すると共に、ステージ移動部８に移動指令を出し、ステージ６を移動させて、成形材Ｗを加熱後成形材搬出位置に搬送させる（ステップＳ４）。尚、下赤外線ヒータユニット４０及び上赤外線ヒータユニット６０の駆動停止が行われず、ステージ６の加熱位置への出し入れにより加熱時間が調整されても良い。この場合、低下したヒータ出力は、次の成形材Ｗの加熱開始までに１００％に戻される。
加熱後成形材搬出位置に搬送された成形材Ｗは、ユーザあるいはロボットハンドにより搬出され、予熱後の成形に供される。
制御手段は、次の成形材Ｗの加熱があることを、ユーザの入力あるいはセンサにより把握すると、ステージ移動部８に移動指令を出し、ステージ６を加熱前成形材搬入位置に戻す。

かような加熱装置１は、次のような作用効果を奏する。
即ち、加熱装置１は、発熱温度が１４５０℃以上１６５０℃以下である下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４と、加熱対象である成形材Ｗを、下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４からの赤外線が照射される位置において支持するステージ６と、を備えている。よって、成形材Ｗ（吸収率のピーク１．５１μｍ程度）に対する吸収が良好な赤外線（エネルギー密度のピーク１．５１μｍ程度）が用いられ、成形材Ｗの加熱が均一に行われる加熱装置１が提供される。
又、下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４は、カーボン製のフィラメントを有するカーボンヒータを含んでいる。よって、成形材Ｗに対する吸収が良好な赤外線が、より簡単に発生可能である。又、赤外線が、成形材Ｗ側により効率良く放射される。
更に、下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４は、成形材Ｗの上下に設けられている。よって、成形材Ｗが、より均一に加熱される。

加えて、ステージ６は、カーボン製である。よって、耐熱性が高く軽量である加熱対象支持手段が形成される。
又、ステージ６は、成形材Ｗについて、加熱前成形材搬入位置から、赤外線が照射される加熱位置を経て、加熱後成形材搬出位置まで移動可能である。よって、成形材Ｗの加熱が、繰り返しの容易な状態で、短時間で行われる。
更に、加熱装置１は、赤外線を成形材Ｗの側に反射する下反射管４６及び上反射管６６を備えている。よって、成形材Ｗの加熱が、下赤外線ヒータ４４あるいは上赤外線ヒータ６４の増設によらず、より効率良く行われる。

又更に、加熱装置１は、下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４の出力を調節する制御手段を備えており、制御手段は、下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４における出力の最大出力に対する割合と、その割合に係る出力を継続する時間とが対応付けられたヒータ段階出力設定パターンテーブルに基づいて、下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４の出力を調節する。
よって、加熱時間が短くても、成形材Ｗ表面の焦げ及び内部のボイドの防止等が図れるような適切な制御が行える。
即ち、従来のように、遠赤外線温度センサで検知した積層成形材の温度に基づいて近赤外線の強度を調整すると、１２秒間程度の加熱時間及び成形材Ｗの必要な温度（２８０℃程度）への昇温に対応する程度の加熱速度では、積層成形材の温度を処理して近赤外線の強度を切り替えるための十分な時間がない。又、近赤外線放射装置からの迷光で遠赤外線温度センサの誤差が生じ、制御に影響が出る可能性がある。
これに対し、加熱装置１では、ヒータ段階出力設定パターンテーブルに基づいて、予め定められた各段階の順で下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４の出力が切り替えられるため、かような加熱速度であっても、下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４の出力が素早く適切に切り替えられ、又センサが用いられないのでセンサに起因する誤差が生じない。よって、成形材Ｗ表面の焦げ及び内部のボイドの防止等が図れるような適切な制御が行える。

又、加熱装置１により実行可能な加熱方法は、次のような作用効果を奏する。
即ち、加熱方法では、発熱温度が１４５０℃以上１６５０℃以下である下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４から放射された赤外線を、加熱対象である成形材Ｗに照射する。よって、成形材Ｗ（吸収率のピーク１．５１μｍ程度）に対する吸収が良好な赤外線（エネルギー密度のピーク１．５１μｍ程度）が用いられ、成形材Ｗの加熱が均一に行われる加熱方法が提供される。
更に、加熱方法では、下赤外線ヒータ４４及び上赤外線ヒータ６４の出力を、成形材Ｗの加熱開始時のもの（１００％）に対して（ステップＳ２）、加熱開始後所定時間（８秒）の経過により低下させる（３０％，出力低下ステップＳ３）。よって、成形材Ｗの表面温度の過上昇を抑制しながら、成形材Ｗ内部への伝熱による内部温度の上昇を図ることができ、成形材Ｗを均一に加熱して、表面の焦げ及び内部のボイドの防止等が図れるような適切な制御を行うことができる。

尚、赤外線ヒータの出力の所定時間の経過後における低下、及びヒータ段階出力設定パターンテーブルに基づく制御は、発熱温度が１４５０℃以上１６５０℃以下に限定されない赤外線ヒータによる加熱においてもそれぞれ実行可能であり、それぞれ上述の作用効果を奏するものである。

１・・加熱装置、６・・ステージ（加熱対象支持手段）、４４・・下赤外線ヒータ、４６・・下反射管（反射手段）、６４・・上赤外線ヒータ、６６・・上反射管（反射手段）、Ｓ３・・出力低下ステップ、Ｗ・・成形材（樹脂複合材料）。

Claims

発熱温度が１４５０℃以上１６５０℃以下である赤外線ヒータと、
加熱対象である樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方を、前記赤外線ヒータからの赤外線が照射される位置において支持する加熱対象支持手段と、
を備えており、
前記赤外線ヒータは、前記加熱対象の上下において、それぞれ面状の炭素繊維製のフィラメントを有するカーボンヒータを含む状態で設けられており、
前記加熱対象支持手段は、前記加熱対象を載置可能な枠状であり、前記加熱対象を上下の前記赤外線ヒータからの赤外線が照射されるように支持し、
前記カーボンヒータは、面状の前記フィラメントにおいて赤外線が上下を中心に放射される姿勢で設けられる
ことを特徴とする樹脂又は樹脂複合材料加熱装置。
前記赤外線ヒータの発熱温度は、１６００℃を超えて１６５０℃以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂又は樹脂複合材料加熱装置。
前記加熱対象支持手段は、カーボン製である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹脂又は樹脂複合材料加熱装置。
前記加熱対象支持手段は、前記加熱対象について、搬入する搬入位置から、前記赤外線が照射される加熱位置を経て、搬出する搬出位置まで搬送する搬出位置まで移動可能である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の樹脂又は樹脂複合材料加熱装置。
更に、前記赤外線を前記加熱対象の側に反射する反射手段を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の樹脂又は樹脂複合材料加熱装置。
更に、前記赤外線ヒータの出力を調節する制御手段を備えており、
前記制御手段は、前記赤外線ヒータにおける出力の最大出力に対する割合と、その割合に係る出力を継続する時間とが対応付けられたヒータ段階出力設定パターンテーブルに基づいて、前記赤外線ヒータの出力を調節する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の樹脂又は樹脂複合材料加熱装置。
発熱温度が１４５０℃以上１６５０℃以下である赤外線ヒータから放射された赤外線を、加熱対象である樹脂及び樹脂複合材料の少なくとも一方に照射する樹脂又は樹脂複合材料加熱方法において、
前記赤外線ヒータの出力を、前記加熱対象の加熱開始時のものに対して、加熱開始後所定時間の経過により低下させる
ことを特徴とする樹脂又は樹脂複合材料加熱方法。