JPH04503780A - 複合材料から製品を製作するための帯域調整式高温電気加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 複合材料から製品を製作するための 帯域調整式高温電気加熱装置 本発明は、プラスチック材料および複合材料から製品を製作するプレスの剛性機 械的支え、特に、テーブルまたはフレームに取り付ける高温電気ヒータ装置であ って、 前記機械的支えから成る距離のところに設けた熱分配プレートと、 前記機械的支えに対向して前記ヒータ装置の側縁に設けた断熱手段と、 前記熱分配プレートと前記断熱手段の間に配置した電気ヒータ手段および冷却手 段と、 製作プログラムの関数として、前記温度分配プレートの金ａ域にわたって均一な 温度を維持する温度調整手段と を包含するタイプのヒータ装置に関する。

水蒸気、熱移送流体および電気ヒータ抵抗要素のような種々の加熱技術を用いる ホット・プレートは既に知られている。

このようなホット・プレートは、複合材料製品を製作するように定めた条件、特 に、局部的な温度調整および製造工具や型の精度を満たすには不適である。

このようなホット・プレートは、一般に、熱移送流体（たとえば、曲がりくねっ た経路またはコイルに沿って流れるオイルや平行な経路の「櫛」を通って流れる 水蒸気）を流すための種々の方法で穿孔した鋼製の単一ブロックからなる。この 配列では、ホット・プレートの最大寸法が穿孔機械の最高能力に左右される。ホ ット・プレートは円筒形の電気ヒータ抵抗を備えていてもよく、これらの電気ヒ ータ抵抗は、最大長１メートルかあるいは対面した対として端を突き合わせて配 置して２メートルの最大プレート幅を有するカートリッジ要素の形をしている。

また、矩形あるいは円形の金属クラッド電気抵抗要素を使用することもできる。

これらは抜き取りが難しい。抜き取りが必要なときには、それを迅速に行うこと ができず、いずれにしても、これらの要素はプレートの縁のところに５０ｍｍ〜 ６０ｍｍ幅の冷帯域を生じさせ、プレートの有効寸法が少なくなる。これらの抵 抗要素が円筒形であり、それらを正方形断面の孔に挿入するため、空気の存在お よび小さい接触面積の故に、熱の伝導は少ない。

また、普通に製作した扁平な金属クラッド抵抗も使用されているが、これらの抵 抗は１．５メートルの最大長を有する均一に分布された電気負荷を与える単体ヒ ータ要素の形をしている。これらも、同様に、冷端帯域を有するという欠陥を持 つ。プレートの縁のところの熱損失を部分的に補正する目的で、電気負荷は端の ところに集中させてもよい。これらの抵抗要素は理論計算に基づいて構成され、 付勢される。対応するホット・プレートは必要とされるところで適切な加熱精度 を得られず、その結果、複合材料製品の製作の際に局部的な異常が生じ、これが 製品の強度を損なう可能性がある。加えて、このようなホット・プレートを製作 するのに要する時間および製品を製作するのに要する時間が共に長くなる。その ため、特に寸法上の観点から必要な熱的および機械的な融通性を得ることできな いし、また、望んだエネルギ効率も、製作速度も、複合構造の均一な重合に必要 な温度精度も得ることができず、不合格品の率が高くなる。さらに、必要な設備 費が得られる結果が不満足なのに比べて大き過ぎる。

特許ＵＳ−Ａ＝４６５９３０４が、上記タイプのヒータ装置を記載しており、こ こでは、ヒータ手段が金屑ホット・プレートの片面に設けた開放溝内に入れた抵 抗によって構成されている。特許ＷＯ−Ａ−８７０６８７６が、金属ホット・プ レートが同様に電気抵抗を収容する溝を包含し、これらの溝が冷却流体の流れる 溝と交互に設けて成るヒータ装置を記載している。これらのヒータ装置は、ホッ ト・プレートの特殊な機械加工を必要とし、製造コストが高いし、ヒータ装置の 構造に後になんらかの変更を施すことができない。

また、熱分配プレートを随意に複数の加熱帯域に細分し、成る特定の帯域の温度 関数として各加熱帯域の温度を調整する提案もなされている。ＤＥ−Ａ−３０３ ２４４２が特にこのような配列を記載している。しかしながら、このような配列 は、廠しい仕様で定められているように時間の関数として正確な温度変更を必要 とする複合材料製品等を製造するためのヒータ装置では不適である。この厳しい 仕様を満たすことができなければ不良品の発生率が高くなる。

本発明の目的は、上記の欠点を解消し、製造コストが低く、容易に改造でき、製 造サイクル全体を通じて熱分布プレートの全領域にわたって完全に均一な温度を 得ることができる上記タイプのヒータ装置を提供することにある。この均一性は 、一定温度期間でも温度上昇中でも得られるなければならない。

本発明によれば、この目的は次の事実によって達成される。すなわち、 −ａ）前記電気ヒータ手段および前記冷却手段が前記断熱手段と前記熱分配プレ ートの間に独立層として配置されること。

ｂ）電気ヒータ手段が前記熱分布プレートに隣接して設置したヒータ・サブモジ ュールと、前記熱分配プレートと反対側で前記ヒータ・サブモジュールに固定さ れた熱戻りプレートとからなること。

Ｃ〕上ヒータサブモジュールが複数の扁平な固体金属クラッド・ヒータ要素を包 含し、これらのヒータ要素が前記熱分布プレートの幅を横切ってかつスペーサ・ ブロックによって隔たって配置しであること。

ｄ）各ヒータ要素が少なくとも３つの電気抵抗を包含し、これらの電気抵抗が互 いに分離しており、ヒータ要素の長さ方向に分布されていること。

ｅ）ヒータ要素が少なくとも３つの帯域で前記熱分配プレートの長さに沿って分 布されており、それによって、熱分配プレートの幅を横切って電気抵抗を分布さ せることによって少なくとも９つの並置され結合されたヒータ帯域を構成するこ と。

ｆ）熱分配プレートが各ヒータ帯域に温度センサを包含すること。

ｇ）各ヒータ帯域の電気抵抗は各ヒータ帯域用の電力供給手段を経て他のヒータ 帯域の電気抵抗から独立して電力供給を受け、前記温度センサと協働する各ヒー タ帯域用の所定の基準の関数として、各ヒータ帯域用の前記電力供給手段がＰＩ Ｄレギュレータによって調整されること。

好ましくは、冷却手段は、 並列に接続してあり、スペーサ・ブロックによって隔てられた複数の独立した冷 却回路を有し、これらの冷却回路が電気制御回路によって制御される電気制御式 弁によってサーボ制御される冷却モジュールと、前記熱分配プレートとは反対の 側で冷却モジュールに固定した第２の熱戻りプレートとを包含する。

冷却が優先である場合、冷却手段が熱分配プレートと電気ヒータ手段の間に挿設 される。

逆に加熱が優先であるならば、電気ヒータ手段が熱分配ブ１／−トと冷却手段の 間に挿設される。

この配列によれば、ヒータ要素はスペーサ・ブロックによってのみ隔てられてい る。もはや、ホット・プレートに溝を機械加工する必要はない。ヒータ装置を使 用する用途に応じて、加熱モジュールと冷却手段の位置を交換することができる 。ヒータ要素が扁平であり、金属クラッドであるため、熱分配プレートとの大き な熱交換面積を得ることができる。加熱帯域の面積を変えるためには、古いヒー タ要素を、異なった幅の新しいヒータ要素あるいは異なった抵抗分配を有する新 しいヒータ要素と交換するか、熱分配プレートに対して長さ方向にヒータ要素の 帯域分布を変えるだけでよい。

周辺ヒータ帯域の面積が中央ヒータ帯域の面積と異なっていると好ましい。

ヒータ装置の角隅と縁のいくつかのヒータ帯域・を異なったパワーの電気抵抗と 組み合わせる゛と有利である。

また、各ヒータ帯域用の電力供給手段が、それぞれ、電力を設定するための手動 調節式ポテンシオメータを備えた変圧力ードを包含すると有利である。

さらに、各ヒータ帯域用の所定基準の関数として各ヒータ帯域用電力供給手段を 調整するに適したソフトウェアを備えたコンピュータを包含すると有利である。

温度調整を改良するために、各電気抵抗はそれ自体の温度センサを備え、これが コンピュータに接続しである。

上記の構造上の利点に加えて、加熱帯域ユニットで電力を調整することで、熱分 配プレートの全面積にわたって、あるいは、熱損失の関数として温度の均一性を 確保することができる・ことにも注目されたい。また、機械が成形型なしに空で 作動するとき、たとえば、プレートを製作するとき、あるいは異なったデザイン の成形型を装填して作動するときの利用関数としてこの温度均一性を調節するこ ともできる。電子カードあるいはソフトウェアによって行われる電力調整は、得 ようとしている部品の高さおよび形状によって発生させられる外部放射線に依存 して型の温度を均一にするのに役立つ。この温度調節は材料を加工するのに要す る温度基準点の関数として変化する。

本発明のヒータ装置によって得られる他の利点としては、次のものがある。すな わち、 寸法上の制約なしに任意の用途に合わせて調節できる面積。

生産性のかなりの改善。

複合材料から作った部品の不良品率をゼロまで低下させ得、部品を非常に均一に 硬化させ得ることで非常加熱領域によって分割された全ホット・プレート面積の 比率が大きい。

適正な接触面積を最大とすることによって良好な熱交換が得られる。

各技術的な構成要素、すなわち、金属クラッド・ヒータ要素あるいは冷却回路を 迅速に交換できる。

規格化したヒータ・モジュールの面積を総合することによって大きな作動面積お よび非常に大きな面積を構成することができる。

組み立てならびにアフタサービス保守作業が容易である。

機械のフレームまたはプレート上あるいは中間のボックスに迅速に固定すること によって、加熱面の平坦性を熱間あるいは冷間に調節することができる。

′　積層タイプの組立体により水を冷却回路に流入させることによって冷却段階 を開始したときに発生する機械的な膨張および熱衝撃に対する耐久性があるため 、側方への膨張、収縮が可能であり、モジュール内の′張力を防ぐことができる 。

加熱あるいは冷却のどちらかを優先させながら熱間、冷間あるいは両方での製造 プロセスに容易に適用できる。

多重帯域ＰＩＤＷ子温度調温度調整立ての技術的な要イ牛に適用できる。

温度を５００℃のピーク値まで急速に上昇させることができ、作動中の自然熱損 失および例外的熱損失の両方を補正できる。

セラミック製の支えに装着したヒータ要素を使用して、マイカ製支えに装着した ヒータ要素による最高５（ｊＯ℃の代わリニ、８ｏｏ℃〜９０ｏ℃の調整表面温 度を得ることができる。

特に成形型が熱分布プレート上方かなり高いところにあるとき、製造しようとし ている部品をかなり精密に加熱するためのヒータ要素を含む成形型を提供するこ とができる。

ヒータ・モジュールを中間プレートを有する多段プレスに装着することができる 。

一般的な複合材料等、すなわち、特殊な部品を製造するための正確な仕様に一致 する機械的組立体を得るために非常に信頼性のある温度曲線を必要とする任意の 材料を用いてプラスチックの技術製品を作るあらゆるタイプの用途に本ヒータ装 置を適用できる。

本ヒータ装置をあらゆるタイプの機械に適用でき、次のことを行える。

ａ）１つあるいはそれ以上の重ねたモジュールを装着する必要のある空気圧また は液圧プレスでの圧縮。

ｂ）連続したあるいはベイイングアウド・トンネルおよびオーブンでの接触。

Ｃ）特殊な中央接続部を備えたあらゆるサイズのホット・プレート。

ｄ）あらゆる特殊な機械。

以下、限定するつもりのない実施例を示す添付図面を参照しながら本発明の詳細 な説明する。この添付図面において、 第１図から第９図は、従来のプレスプレート・ヒータ手段の例を示している。

第１０図は、本発明の金属クラッド・ヒータ要素の、３つの個別の負荷を含む例 を示す。

第１１図は、第１Ｏ図と同様の金属クラッド・ヒータ要素の、集積した温度セン サを備えた例を示す。

第１２図は、本発明のヒータ要素の一例を通る断面図である。

第１３図は、本発明の金属クラッド・ヒータ要素の一例を上から見た図である。

第１４Ａ図および第１４Ｂ図は、１つのモジュールの単一帯域内にヒータ要素を どのように分布させるかの一例を示す。

第１５図から第１８図は、サイズに応じてモジュールをどのように複数の帯域に 細分するかを示す例であり、そして、１帯域あたりのヒータ要素の異なった数を 示す例である。

第１９図は、本発明のヒータ・モジュールの一例を示す。

第２０図は、本発明の冷却モジュールの一例を示す。

第２１図は、加熱を優先するときのヒータ・モジュールと冷却モジュールの組み 合わせの一例を示す。

第２２図は、冷却を優先する場合のヒータ・モジュールと冷却モジュールの組み 合わせの一例を示す。

第２３図は、本発明に従って加熱優先の組み合わせモジュールからなるタイプの 装置を含むプレス等の底部プレートの一例を示す。

第２４図は、液圧プレスの合わせプレートに装着した、本発明の組み合わせモジ ュールの一例を示す。

第２５図は、液圧プレスのフレームに装着したモジュールの一例を示す。

第２６図は、空気圧プレスに装着した本発明のモジュールの一例を示す。

第２７図は、大きな面積を加熱するために熱分配プレートをどのように拡張でき るかの一例を示す。

第２８図は、本発明のヒータ・モジュールをプレスのプレート上にどのようにし て固定できるかの一例を示す平面図である。

第２９図は、本発明に従ってどのようにして非常に大きなサイズのヒータ面積を 構築できるかの一例を示す。

第３０図および第３１図は、ｌ帯域あたり１つのスペーサ・ブロックによって互 いに対面して配置した本発明の２つのモジュール間で表面温度の均一性を監視し 、調節する一例を示す。

第３２図は、本発明のモジュールに装着した成形型の各部分にわたる均一性を監 視し、調節する一例を示す。

第３３図は、本発明のモジュールに装着した成形型内のヒータ要素および冷却要 素を含む成る特殊なモジュールの一例を示す。

第３４図は、各帯域において電力を制御、調整するための電子装置の一例を示す 。

第３５図および第３６図は、従来のホット・プレートと本発明のホット・プレー トの温度上昇を比較するための曲線の例を示す。

第１図は、本体を穿孔加工し、孔にプラグ１．２および金属ペレットをすえ付け て入口４、出口５を有する曲がりくねった経路または「コイルｊを構成すること によって熱移送流体を経路に沿って移動させる・従来のホット・プレートの一例 を示している。

第２図は、入口６および戻り７の間の「櫛形」の平行経路をたどって水蒸気のよ うな熱移送流体の流れのための従来のホット・プレートの一例を示す。先のプレ ートと同様に、長さしは穿孔機械の能力によって限界がある。

第３図、第４図は、全幅を占有する円筒形カートリッジ式の電気抵抗要素を用い る従来のホット・プレートの例を示しており、このホット・プレートは最大幅が １メートルまでか、あるいは、対９．１０として端突き合わせ状態で装着して全 幅２メートルとすることができる。

第５図、第６図は、直線金属クラッド電気抵抗要素１１またはヘアピン要素１２ を用いる従来のホット・プレートの例を示しており、これらの要素は支持プレー トのフライス削りした領域内にすえ付け、プレート１４で覆っである。プレート と各抵抗要素の間の熱交換面積は４本の母線（第７図）に限られ、空気の存在が 熱伝導を低くしている。このような要素では、ヒータ要素の端のところでプレー トの縁に沿って５０ｍｍ〜６０ｍｍの幅にわたって冷帯域が見出される。

第８図、第９図は、各々がプレート全幅を横切って延びる扁平な金属クラッド抵 抗要素を用いる従来のホット・プレートの例を示している。各要素は、機械的支 え１６のフライス削り溝内に収容されている。プレートは１．５メートル幅にも なり得る。熱交換面積がカートリッジ要素と比べてかなり改善されているため、 このタイプの抵抗要素では効率が向上する。さらに、扁平なヒータ要素は、両端 に集中した電気負荷を利用してプレートの縁からの余分な熱損失を補償すること ができる。これらの抵抗要素は、すべて、理論計算に基づいて設計することがで き、一定の電力で一緒に付勢できる。設計エラーのある場合には、温度調節がで きないので、要素を変えなければならない。

第１０図は、それぞれ、長さＹｌ、Ｙ２、Ｙ３で。

必要な電力に合わせて調節した一定ピッチまたは可変ピッチＰの最少３つの電気 抵抗ＸＩ、Ｘ２、ｘ３を包含する本発明の扁平な金属クラッド・ヒータ要素の図 である。これらの抵抗は、たとえば、必要電力に応じて厚さＥ１幅βを有するニ ッケル鋼テープで作っである。有効長さ２０は、長さ１０ｍｍの不活性端２１と 、導体が露出する約３０ｍｍ長さの端２２とを含む。鎖ｉ！２３．２４．２５． ２６は第１２図に断面で示す外部金属クラッドにおける折り線を示している。抵 抗を構成するテープはマイカ製麦え上に巻いである。

第１１図は、第１０図と同じであるが、ただし、各抵抗ｘ１、ｘ２、Ｘ３の中間 にたとえば熱電対（ＴＣ）式の集積温度測定センサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を加えてあ り、測定ひずみの影響を最小限に抑えている点で異なっている。各ヒータ要素の 幅２７は、最小で約６０ｍｍ、最大で約２００ｍｍであり得る。各金属クラッド ・ヒータ要素の長さは、少な（とも３つの部分に分割しである。すなわち、前端 部２８と、少なくとも１つの中央部２９と、後端部３０に分けである。

各部分の長さおよび電力は要件に応じて変わる。

第１２図は本発明の扁平な金属クラッド・ヒータ要素を通る断面図である。ここ には、 ５００℃までの利用ができるマイカ製麦え３１か、あるいは、成る種の複合材料 の特定する用途に対して５００℃以上８００”Ｃから９００”Ｃまでで使用する ためのセラミック製麦えと、 コイル状の抵抗３２と、 導体３４を保護するマイカ絶縁材３３と、アルミニウム被覆の鋼シート３５で作 った金属クラッドと が示してあり、この金Ｘクラッドは厚み補正用シート３７を溶接した閉鎖シート ３６上に折り込み、かしめてあり、厚み補正用シートは常に下側にあり、活性面 ３８が常にモジュールの加熱面と同じ側にある。

第１３図は、本発明のヒータ要素４０を外から見た縮小図であり、交換を容易に する端末ストリップ４１を構成する端子を経て電力供給用および測定用の導体が 引き出されている。

第１４Ａ図は、ヒータ要素が装置長さ方向にそれぞれ幅Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を有す る少なくとも３つの帯域に隔たっており、長さＬ６、Ｌｌ、Ｌ８の３つのヒータ 要素部分と一緒になって、ヒータ・プレートを少なくとも９つの並んで接触して いるヒータ帯域Ｚ１〜Ｚ９に任意に分割できるようになっている幅Ｌｌ、長さＬ ２のヒータ装置またはヒータ・モジュールを示している。

帯域はヒータ要素の数を変えることによって構成し得る。各帯域は、２つのヒー タ要素Ｅ１、Ｅ２（第１４Ａ図）か、あるいは、３つのヒータ要素Ｅ３、Ｅ４、 Ｅ５を含み得る。第１４Ｂ図は、鋼製のスペーサ・ブロック４５によって隔離さ れた３つのヒータ要素からなる帯域を示している。

第１５図〜第１７図は、幅Ｌ３の１帯域あたり長さＬｌのただ１つのヒータ要素 ＥＩＯを包含する（第１５図）か、あるいは、全長Ｌｌｌのモジュール（これが また第１６図に示すように１２個の帯域に分割されている）にわたって１帯域あ たり２つのヒータ要素Ｅｌｌ、Ｅ１２を包含するか、あるいは、各ヒータ要素の 長さが幅Ｌ１２に等しく、全部で２４の帯域２１〜Ｚ２４（第１７図）に分割さ れている長さ”Ｌ２２のモジュールの片側に端子ストリップ４１を有する、１帯 域あたり３つのヒータ要素Ｅ１３、Ｅ１４、Ｅ１５を包含する種々の寸法の多重 帯域ヒータ・モジュールの例を示している。

第１８図は、２４個の独立したヒータ帯域に分割された長さＬ２３、幅Ｌ１３の モジュールを示している。帯域４６の幅を横切って６個までのヒータ要素が存在 し得る。各帯域における抵抗は直列あるいは並列で電力供給を受ける。これは、 調整が難しく、高価となるために１帯域あたりの抵抗の数が多すぎないようにで きるという利点がある。１ヒータ要素あたりの抵抗の長さ４７は、両端で等しく 、中央４８で長くなっている。１単位面積あたりに同じ電力に対して、角隅は熱 損失で約３０％温度が低く、縁５３．５４．５５．５６は少な（とも１０％〜２ ０％温度が低（なる。左右の中央部分５７も中央部５８に対して少し温度が低く なる。各帯域を個別に電力供給し、また、それを絶えず調節することによって、 これらの熱損失を絶えず補正してモジュール全体の面積にわたって約０．５℃以 内の誤差で均一な温度を確保することができる。

第１９図は、本発明のヒータ・モジュールの一例を示しており、このヒータ・モ ジュールは次の構成となっている。すなわち、 モジュールの面積に等しい面積の熱分配プレート６０であり、厚さが変化し、熱 抵抗および機械的強度で適合する鋼あるいは同様の適合特性を有する他の任意の 材料で作って成る熱分布プレート６０と、各帯域において、少なくとも１つの金 属クラッド・ヒータ要素６２を包含し、長さがモジュールの幅あるいはその半分 に等しく、一定幅のスペーサ・ブロック６３によって隔離されており、ヒータ要 素６１の厚みよりもやや少ない正確な厚さを有し、組み立て時に圧縮し、接触熱 伝達性を改良しているヒータ・サブモジュール６１と、 ブロック６３を経て熱を戻し、熱ブリッジとして作用する熱戻しプレート６４で あり、モジュールと同じ面積を有し、消散する電力の関数である厚さを有する熱 戻しプレート６４と、 熱戻しプレート６４の下方に配置してあり、動作および最高温度によって決定す る必要のある厚さを持つ断熱プレート６５と、 単一あるいは多重プレス（中間プレートを有するプレス）におけるプレス・プレ ートのそれぞれによって構成することのできる機械的支え６６と、モジュールま わりにあって、特にあらゆる電気接続部およびバイブワークの間のバッキングを 提供するための電気的および流体接続隔室におけるバルクファイバからなり、機 械的支え６６に固定されたケーシング６８によって保護されており、熱ブリッジ を避けながら最高温度でのプレートの膨張を可能とする側方断熱材６７であり、 ケーシングが適用可能な安全規格に合わせて外部温度を得るように設計しである 側方断熱材と、 機械的支えと共に熱ブリッジを制限する断熱ワッシャ７０を備える高強度鋼性固 定ねじ６９とからなる。

このねじは、熱分配プレートの性質に依存して、たとえば、熱分配プレートがア ルミニウムで作られているか鋼で作られているかに依存して、機械あるいはその 支えの設計および機械の工業的な利用の関数とし７て、熱間あるいは冷間でモジ ュールの平坦性を調節することができる。成る種の場合には、ヒータ・モジュー ルは永続的な加熱モードで作動し得る。ヒータ要素または冷却回路あるいはこれ ら両方を除去あるいは交換する必要がある場合には、ねじ６９を緩めるだけでよ い。これは第２０図でわかる。

第２０図は本発明の冷却モジュールの一例を示しており、この冷却モジュールは 以下の構成である。すなわち、 モジュールと同じ面積の熱分配プレート７１と、並列に接続した複数の独立した 冷却回路からなる冷却サブモジュール７２と からなり、この冷却サブモジュールが方形断面のチューブ７３からなり、このチ ューブの寸法が用途に依存し、幅が加えられる力および市場で普通に入手できる 寸法の関数として決定され、これらのチューブがそれと同じ幅のスペーサ・ブロ ック７４によって隔離されており、 独立回路の各々が、 １）直接の供給口および直接の出口によって個別に、 ２）出口が供給口と同じ側に配置されていて一緒にマニホルドが接近できるよう に単一のステップ・ループを経て、 ３）２〜ｎのステップのループにおいて供給を受け、したがって、要素の数およ びモジュールの寸法に依存して、水の入口温度、出口温度の間の所望の温度分布 ならびに得ようとしている冷却の持続期間と一致するようになっている長さの曲 がりくねった流路を構成し、それによって、ステップの数を決定し、そして、 プレスの対応するプレートであり得る機械的支え６８が設けられている。

第２１図は、加熱を優先する本発明のヒータ・モジュールおよび冷却モジュール の組み合わせの一例を示し、ここでは、冷却サブモジュール７２がヒータ・サブ モジュール６１の熱戻りプレート６４の下に配置しである。同じ参照符号が同じ 部分に使用しである。

熱戻りプレート７５は断熱プレート６５と一緒に冷却サブモジュールの下に配置 してあり、こうして構成した組み合わせモジュールはプレスのプレートであり得 る機械的支え６６上にねじ６９によって固定される。

第１９図、第２０図のものと同じ参照符号が使用しである。

第２２図は、ヒータ・サブモジュール６１と冷却サブモジュール７２をまとめた 、冷却優先の本発明の組み合わせ加熱・冷却モジュールを示している。この組み 合わせモジュールでは、冷却サブモジュールの位置は第２１図のものと交換して あり、冷却サブモジュール７２はヒータ・サブモジュール６１の上方にある。

第１９図から第２２図においてわかるように、すべての要素が連続した層として ただ置かれるかあるいは積層され、プレートの単純な固定孔を通しただけのねじ によって一緒に保持され、種々の構成部品が自由に膨張できるので、本発明のモ ジュールを実現するには少ない作業で済む。スペーサ・ブロック６３．７４は市 販の標準の扁平棒から切り取って作る。

第２３図は、加熱優先の組み合わせモジュールの一例を示す斜視図であり、先の 図と同じ参照符号が再び用いである。ここには、モジュールの種々の層、ヒータ 要素６２の出口および冷却回路７３の配列が示してあり、各冷却回路には、電子 サイクル制御の下にあるコックＲ（たとえば、流量を調節するためのニードル弁 タップと電気制御弁７９）を備える。

第２４図は、プレス・プレート８０．８１の例を示しており、各プレス・プレー トは組み合わせ加熱・冷却モジュールを備え、高性能複合材料を製作するために 互いに対面して配置しである。

第２５図は、液圧プレスの底部プレート８５に装着したモジュール８４の図であ る。このプレートは補強のために脚部８６上に取り付けである。

第２６図は、空気圧プレスの梁８８上にねじ６９およびプレート８９によって装 着された本発明のモジュール８７の一例を示しており、ねじ６９およびプレート ８９はプレスのバー９０間に配置してあり、頂部支持部材９１を構成している。

第２７図は、熱分布プレート９２．９３を大きな作業面積を得るように相互に結 合した小さい要素からどのように構成するかを示している。プレート９２．９３ は、熱分布プレートの各々にねじ止めされる連結プレート９４を収容するように フライス削りされている。

第２８図は、スペーサ・ブロック６３によって境される帯域ＺＡ−ＺＨによって 構成されるモジュールの種々の構成層がどのように相互に固定されるかを示して いる。固定ねじ６９がスペーサ・ブロック６３を貫通すると共に、冷却サブモジ ュールのスペーサ・ブロック７４のいくつかを貫通している。加熱面は、熱間で も、冷間でも、全面積にわたってねじを締めたり緩めたりすることによって水準 合わせを行え、その水準は１つまたはそれ以上の長い測定ルーラによって監視さ れる。

第２９図は、たとえば、３ｍＸ２ｍの規格寸法、すなわち、全体で９ｍＸ４ｍを 与えることによって本発明のヒータ・モジュールを組み立てて構成した大きな加 熱面積の図である。

この処理方法では、水準合わせは問題ないので、サイズについての通常の限定か ら逃げることができる。

モジュールの列９５を加えたとき、３つの列９５．９６．９７を与えて、端９８ のところの内部連結部および冷却回路に通じる連結部はモジュールの下に置かれ る。

第３０図および第３１図は、帯域の中心の配列が第３１図に示しであるスペーサ ・ブロック１０４によって対面する頂部および底部のモジュール］、　０２．１ ｏ３（たとえば、プレスのプレートの１つに各々が固定しである）の熱分配プレ ート１００．１０１の面積にわたって温度均一性を監視し、調節する１方法を示 している。各スペーサ・ブロック１０４は、温度測定センサ］、　０５、たとえ ば、熱電対ＴＣを備えており、これはプレート１０１．１００に設置した同一の 測定センサ１０６．１０７と協働する。

角隅および辺縁からの熱損失が測定され、電力を配分することによって電子的に 適切に補正される。

スペーサ・ブロック１０４は、製造しつつある部品と同じ性質を有し、それぞれ 温度測定センサを同様に備える複合材料のテスト片を置き換えることができる。

第３２図は、本発明のモジュールの熱分配プレート１００．１０１に固定したモ ジュールの部分１１０．１１１のそれぞれについての均一温度調整の一例を示す 。同じ加熱面に複数のモールドをすえ付けることができる。ヒータ・モジュール の熱分配プレート１００．１０１は温度測定ＴＣセンサ１０６．１０７を備えて おり、モールドの頂、底部も同様に、特に熱損失に関する要件に応じてモジュー ル上の帯域による温度調整のためのセンサ１１２．１１３を備える。

モールドは比較的丈が高いので（第３３図に示すように）、ヒータ表面から最も 遠い部分は前記ひいた表面と協働する金属クラッド・ヒータ要素を包含し、モー ルドの高さによる熱損失および断熱材を設けることの難しさによる熱損失を補正 することができる。これらのヒータ要素６２は先の図に関連して説明したモジュ ールとまったく同じ方法で取り付けられる。

同じ理由のために、冷却回路の部分もモールド内に直接設けることができる。モ ールドの形状がこれを可能とする場合には、そして、製造しようとしている部品 の量が多い場合には、モールドそのものが全ヒータ、領域および冷却回路のすべ てを含んでいてもよい。

第３４図は、本発明のモジュールの各帯域において電力を制御し、調整するため の電子装置１２０の一例を示している。この電子装置は、１帯域あたり１つの変 圧力ード１２１を有する。

これらのカードは、トライアクスまたは電カリレイによってアクチュエータとし て作用する。これらはウェーブ・トレインまたは移相波または任意他の適合する 技術によって駆動される。カードはその数をヒータ帯域の数に一致させるのに適 したモジュール支持体上のラックに装着される。２つのホット・プレートを用い るか、あるいは、複数の中間プレートを使用する場合には、頂、底モジュールに ついてのマイクロプロセッサ調整を行うこともできる。入力、出力端子ストリッ プ１２２．１２３が配電キャビネットに接続し、また、種々のヒータ要素および 測定手段とも接続している。

カードの各々は、対称的に重なった帯域の各々に作用することのできる電力手動 設定ポテンシオメータを備え、これは底部モジュールと頂部モジュールの間の２ つの異なった基準点について各帯域のおいて調整を可能としながら、種々の帯域 間の調整の独立も保つ。

第３５図は、プレートの温度が上昇するときのあらゆる公知タイプのホット・プ レートで遭遇する温度分散曲線の一例を示しており、このとき、プレートは作動 温度レベルに保たれている。

第３６図は、本発明による動作における温度上昇曲線の一例を示している。この 温度上昇は、なんら分散なしに制御温度レベルで生じる。これは、電力が充分に 送られていないが、各ヒータ装置の特定の性質の関数として計算、調整されるサ イクルの持続時間にわたる重合温度レベルまで漸次送られるからである。同じこ とが、必要とする時間が熱衝撃に関係しない冷却にもあてはまる。これは８Ｍ械 的な吸収があるからである。

要件に応じて、電力はより複雑な種々の手段によって調節され得る。すなわち、 １）１カードあたり１つのポテンシオメータによって手動で調節され得る。

２）この関数にとって適切なコンピュータおよびソフトウェアによって自動的に 調整され得る。このとき、各帯域についておよびヒータ装置のテスト点について の温度をスクリーンに表示することができる。

３）接触帯域の中心あるいは各モジュール間に置かれた外部プローブによって各 帯域を監視し、熱分布プレートに置かれたセンサによって測定するなどで得た基 準点と各帯域の表面温度（モジュールの中央とその角隅や辺縁とでは異なる）の 間の比較値を定めることによってモジュールの表面にわたって温度の均一性を最 適化するように自動的に調整され得る。

４）同じプレート上に１からｎまで任意の量で存在し得る生産成形型上の温度均 一性を最適化することによって自動的に調整され得る。この場合、各モールドは ヒータ電力を分配するための電子手段またはコンピュータ手段と協働する温度セ ンサを備え、それによって、断熱していない成形型の熱交換表面、中心に対する 異なった位置およびヒータ表面からの距離によるすべての熱分散状態を考慮しな がら製造しつつある部品のところでヒータ電力を調節する。

５）各ヒータ・モジニールについての独立したテーブル・レギュレータを用いる か、調整ソフトウェアがプログラムされ、調整アルゴリズム、たとえば、普通の 比例、積分、微分（Ｐ　Ｉ　Ｄ）調整よりも性能の高い自己適合アルゴリズムを 備えるコンピュータ・システムを用いることによって調整フィードバック・ルー プを作動させることによって自動的に調整され得る。

多重帯域でのこの温度調整は、温度上昇分布をたどり、モジュール（第３６図） の種々の温度上昇中に加熱動的範囲の公差を改善することによって基準点につい て異なった値を調整し、サイクルにおける各温度レベルにわたって非常に精密に 温度を均一に保つことができる。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、’０ ＦＩＧ、ユ１ ＦＩＧ、ユ４Ａ ＦＩＧ、　１８ ＦＩＧ、　１９ ｐτｆｌ−７１ＦＩＧ・２２ ＦＩＧ、−２３ ＦＩＧ、　２４ ＦＩＧ、３１ ＦＩＧ、３２ ＦＩＧ、　３３ 冷却 ＦＩＧ、　３６ 国際調査報告 □□１にズｌ陀９０１００１８４ 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．剛性の機械的支え、特に、プラスチック材料および複合材料から製品を製作 するためのプレスのテーブルまたはフレームに取り付ける高温電気ヒータ装置で あって、 前記機械的支え（６６）から或る距離のところに設けた熱分配プレート（６０） と、前記機械的支え（６６）に対向して、前記ヒータ装置の側縁に設けた断熱手 段（６５）と、前記熱分配プレート（６０）と前記断熱手段（６５）の間に配置 した電気ヒータ手段、冷却手段と、 製作プログラムの関数として前記熱分配プレート（６０）の全面積にわたって均 一な温度を保つ温度調整手段と を包含するヒータ装置において、 ａ）前記電気ヒータ手段および前記冷却手段が前記断熱手段（６５）と前記熱分 配プレート（６０）の間に独立層として配置されており、ｂ）電気ヒータ手段が 前記熱分配プレート（６０）に隣接して設置したヒータ・サブモジュール（６１ ）と、前記熱分配プレート（６０）と反対側で前記ヒータ・サブモジュール（６ １）に固定された熱戻りプレート（６５）とからなり、 ｃ）ヒータ・サブモジュール（６１）が複数の扁平な固体金属クラッド・ヒータ 要素（６２）を包含し、これらのヒータ要素が前記熱分配プレート（６０）の幅 を横切ってかつスペーサ・ブロック（６３）によって隔たって配置してあり、ｄ ）各ヒータ要素（６２）が少なくとも３つの電気抵抗（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）を包 含し、これらの電気抵抗が互いに分離しており、ヒータ要素の長さ方向に分布さ れており、 ｅ）ヒータ要素（６２）が少なくとも３つの帯域で前記熱分布プレート（６０） の長さに沿って分布されており、それによって、熱分配プレート（６０）の幅を 横切って電気抵抗（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）を分布させることによって少なくとも９ つの並置され結合されたヒータ帯域（Ｚ１、・・・Ｚ９）を構成し、 ｆ）熱分配プレート（６０）が各ヒータ帯域（Ｚ１、・・・Ｚ９）に温度センサ （ＴＣ）を包含し、 ｇ）各ヒータ帯域の電気抵抗は各ヒータ帯域用の電力供給手段を経て他のヒータ 帯域の電気抵抗から独立して電力供給を受け、前記温度センサと協働する各ヒー タ帯域用の所定の基準の関数として、各ヒータ帯域用の前記電力供給手段がＰＩ Ｄレギュレータによって調整される ことを特徴とする高温電気ヒータ装置。
2. ２．請求の範囲第１項記載の高温電気ヒータ装置において、冷却手段は、 並列に接続してあり、スペーサ・ブロックによって隔てられた複数の独立した冷 却回路（７３）を有し、これらの冷却回路が電気制御回路によって制御される電 気制御式弁によってサーボ制御される冷却モジュール（７２）と、 前記熱分配プレート（６０）とは反対の側で冷却モジュールに固定した第２の熱 戻りプレート（７５）と を包含することを特徴とする高温電気ヒータ装置。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項記載の高温電気ヒータ装置において、冷却手 段（７２、７５）が熱分配プレート（６０）と電気ヒータ手段の間に挿設してあ ることを特徴とする高温電気ヒータ装置。
4. ４．請求の範囲第１項または第２項記載の高温電気ヒータ装置において、電気ヒ ータ手段が熱分配プレート（６０）と冷却手段の間に挿設してあることを特徴と する高温電気ヒータ装置。
5. ５．請求の範囲第１項から第４項のうちいずれか１つに記載の高温電気ヒータ装 置において、周辺ヒータ帯域が好ましくは中央ヒータ帯域とは面積が異なってい ることを特徴とする高温電気ヒータ装置。
6. ６．請求の範囲第１項から第５項までのうちいずれか１つに記載の高温電気ヒー タ装置において、ヒータ装置の角隅および辺縁のところのいくつかの帯域が異な った値の電気抵抗を備えていることを特徴とする高温電気ヒータ装置。
7. ７．請求の範囲第１項から第６項までのうちいずれか１つに記載の高温電気ヒー タ装置において、各帯域についての電子電力供給手段が、各ヒータ帯域毎に、電 力を設定するための手動調節式ポテンシオメータを備えた電子変圧カード（１２ １）を包含することを特徴とする高温電気ヒータ装置。
8. ８．請求の範囲第１項から第７項までのうちいずれか１つに記載の高温電気ヒー タ装置において、各ヒータ帯域についての所定の基準の関数として帯域について の電子電力供給手段を調整するに適したソフトウェアを備えたコンピュータを包 含することを特徴とする高温電気ヒータ装置。
9. ９．請求の範囲第８項記載の高温電気ヒータ装置において、各電気抵抗がコンピ ュータに接続したそれ自身の温度測定センサを備えていることを特徴とする高温 電気ヒータ装置。