(57)【要約】【課題】繊維含有樹脂体内部の補強用繊維の配向に影響を与えることなく、該繊維含有樹脂体の加熱効率の向上を図った繊維含有樹脂体の加熱方法、及び、繊維含有樹脂体の加熱装置を提供することを提供すること。【解決手段】シート体１を溶融させるために加熱する赤外線ヒータを備えたシート体１の加熱装置１０であって、加熱時のシート体１の厚み方向への膨張を規制し、シート体１の形状を保持する赤外線透過板２５を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維含有樹脂体を加熱する繊維含有樹脂体の加熱方法において、
加熱時の膨張を規制し、前記繊維含有樹脂体の形状を保持しながら加熱することを特徴とする繊維含有樹脂体の加熱方法。
【請求項２】
所定の波長を透過する形状保持手段により、前記繊維含有樹脂体を保持した状態で、前記繊維含有樹脂体を前記所定の波長を照射する非接触式の加熱手段により加熱することを特徴とする請求項１に記載の繊維含有樹脂体の加熱方法。
【請求項３】
前記所定の波長が赤外領域の波長であることを特徴とする請求項２に記載の繊維含有樹脂体の加熱方法。
【請求項４】
前記形状保持手段を前記繊維含有樹脂体の表面と接触した状態で振動させることにより、前記繊維含有樹脂体の前記表面を加熱することを特徴とする請求項２または３に記載の繊維含有樹脂体の加熱方法。
【請求項５】
繊維含有樹脂体を加熱する加熱手段を備えた繊維含有樹脂体の加熱装置において、
加熱時の膨張を規制し、前記繊維含有樹脂体の形状を保持する形状保持手段を備えたことを特徴とする繊維含有樹脂体の加熱装置。
【請求項６】
前記加熱手段は所定の波長を照射する非接触式の加熱手段であり、前記形状保持手段は前記所定の波長を透過する機能を有し、前記形状保持手段が前記繊維含有樹脂体を保持した状態で、前記加熱手段により前記繊維含有樹脂体を加熱することを特徴とする請求項５に記載の繊維含有樹脂体の加熱装置。
【請求項７】
前記形状保持手段と前記繊維含有樹脂体の表面とが接触した状態で、前記形状保持手段を振動させる振動手段を備え、該振動による摩擦熱で前記繊維含有樹脂体の前記表面を加熱することを特徴とする請求項５または６に記載の繊維含有樹脂体の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維含有樹脂体を加熱する加熱方法、及び、加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両のフロントバルクヘッド等の自動車関連部品には、マトリックスである熱可塑性樹脂中に補強用繊維が分散された繊維含有樹脂体が多数使用されている。この種の繊維含有樹脂体は、最終的な商品形状に成形される前の予備成形体として、例えばシート状の形態（シート体という）に成形される。次に、このシート体を加熱することで該シート体を溶融させる予備加熱工程を経て、この溶融したシート体に対して所定の成形加工を施すことで最終的な商品形状に成形される。
繊維含有樹脂体は、熱可塑性樹脂中に補強用繊維を分散（含浸）させる際に内部応力が生じている。このため、予備加熱工程において、繊維含有樹脂体が溶融した際に上記内部応力が開放されることにより、繊維含有樹脂体が、例えば厚み方向に大きくなり、繊維含有樹脂体内に空気層（断熱層）が発生する。従って、この空気層が加熱を阻害することにより、繊維含有樹脂体の加熱効率が低下するという問題が発生していた。
この問題を解決するために、従来、予備加熱工程において、加熱途中で膨張した繊維含有樹脂体を圧下するロール式加圧装置を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−０４５９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、加熱途中で膨張した繊維含有樹脂体をロール式加圧装置で圧下することで、繊維含有樹脂体を厚み方向に小さくしているため、繊維含有樹脂体が加熱中に膨張することが避けられず、膨張に伴う加熱効率の低下を招いている。さらに、一度膨張した繊維含有樹脂体を圧下する際に、該繊維含有樹脂体内部の補強用繊維の配向が変化してしまうため、最終成形品の強度に影響が生じる懸念がある。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、繊維含有樹脂体内部の補強用繊維の配向に影響を与えることなく、該繊維含有樹脂体の加熱効率の向上を図った繊維含有樹脂体の加熱方法、及び、繊維含有樹脂体の加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、繊維含有樹脂体を加熱する繊維含有樹脂体の加熱方法において、加熱時の膨張を規制し、前記繊維含有樹脂体の形状を保持しながら加熱することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、加熱時の膨張を規制し、繊維含有樹脂体の形状を保持しながら加熱するため、繊維含有樹脂体内に空気層が形成されることが防止されることにより、この繊維含有樹脂体の加熱効率を向上させ、該繊維含有樹脂体を短時間で加熱することができる。また、加熱時の膨張を規制することで、繊維含有樹脂体内部の補強用繊維の配向の変化を防止できる。
【０００８】
この構成において、所定の波長を透過する形状保持手段により、前記繊維含有樹脂体を保持した状態で、前記繊維含有樹脂体を前記所定の波長を照射する非接触式の加熱手段により加熱しても良い。また、前記所定の波長が赤外領域の波長であっても良い。また、前記形状保持手段を前記繊維含有樹脂体の表面と接触した状態で振動させることにより、前記繊維含有樹脂体の前記表面を加熱しても良い。
【０００９】
また、本発明は、繊維含有樹脂体を加熱する加熱手段を備えた繊維含有樹脂体の加熱装置において、加熱時の膨張を規制し、前記繊維含有樹脂体の形状を保持する形状保持手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、加熱時の膨張を規制し、前記繊維含有樹脂体の形状を保持する形状保持手段を備えたため、繊維含有樹脂体内に空気層が形成されることが防止されることにより、この繊維含有樹脂体の加熱効率を向上させ、該繊維含有樹脂体を短時間で加熱することができる。また、形状保持手段が加熱時の膨張を規制することで、繊維含有樹脂体内部の補強用繊維の配向の変化を防止できる。
【００１１】
この構成において、前記加熱手段は所定の波長を照射する非接触式の加熱手段であり、前記形状保持手段は前記所定の波長を透過する機能を有し、前記形状保持手段が前記繊維含有樹脂体を保持した状態で、前記加熱手段により前記繊維含有樹脂体を加熱しても良い。また、前記形状保持手段と前記繊維含有樹脂体の表面とが接触した状態で、前記形状保持手段を振動させる振動手段を備え、該振動による摩擦熱で前記繊維含有樹脂体の前記表面を加熱しても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加熱時の膨張を規制し、繊維含有樹脂体の形状を保持しながら加熱するため、繊維含有樹脂体内に空気層が形成されることが防止されることにより、この繊維含有樹脂体の加熱効率を向上させ、該繊維含有樹脂体を短時間で加熱することができる。また、加熱時の膨張を規制することで、繊維含有樹脂体内部の補強用繊維の配向の変化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態にかかる加熱装置の概略構成図である。
【図２】加熱装置の加熱手順を示す図であり、（Ａ）は加熱装置にシート体が搬送された状態を示す図であり、（Ｂ）はシート体を加熱している状態を示す図である。
【図３】（Ａ）はシート体の加熱が終了した際の状態を示し、（Ｂ）は加熱したシート体を最終的な商品形状に成形する際の状態を示す図である。
【図４】シート体を加熱した際の表面温度と中心温度の変化を示すグラフである。
【図５】別の実施形態にかかる加熱装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかる加熱装置の概略構成図である。
加熱装置１０は、シート状に形成された繊維含有樹脂体（以下、シート体１という）を加熱して溶融（軟質化）させるための装置である。シート体１は、マトリックスである熱可塑性樹脂（例えば、ナイロン６，６等）中に強化繊維（補強用繊維（例えば、炭素繊維））が分散されたＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化樹脂ともいう）である。
加熱装置１０は、図１に示すように、床面１００にベース板１１を介して配置される第１加熱部１３と、シート体１を挟んで、この第１加熱部１３と対向配置される第２加熱部１５とを備える。第２加熱部１５は、ベース板１１と略平行に配置される支持枠１０１（もしくは天井面）に昇降装置１７を介して取り付けられ、昇降装置１７を動作させることにより、第２加熱部１５が第１加熱部１３に対して接離自在に移動する。
【００１５】
第１加熱部１３は、上面が開口する中空の筐体２１を備え、この筐体２１の内部にシート体１に対して赤外線を照射するための赤外線ヒータ（加熱手段）２３が配置されている。赤外線ヒータ２３は、比較的低温（５００℃〜１０００℃）なセラミック等の発熱体を備え、この発熱体から発せられる遠赤外光（波長；１〜１５μｍ）を利用する。
赤外線ヒータ２３は、シート体１全体に赤外線を均一に照射するために、シート体１よりも大きく形成されることが望ましいが、均一に照射できるのであれば、複数の赤外線ヒータを横並びに配置する構成としても良い。
また、赤外線ヒータとして、例えば、赤外線照射ランプやハロゲンランプを使用することもできる。ハロゲンランプは、高温（２０００℃〜２８００℃）の発熱体から発せられる近赤外光（波長；０．５〜３μｍ）を利用する。このハロゲンランプから発せられる光には、一般に可視光を含むため、ランプのガラス面に着色したり、発熱体温度を２０００℃程度またはそれ以下にする等して可視光を減じることが望ましい。
【００１６】
筐体２１の上面開口には、赤外線ヒータ２３から照射された赤外線を透過する赤外線透過板（形状保持手段）２５が設けられている。この赤外線透過板２５は、ある程度の強度を有するガラス板の表面に赤外線透過処理（例えば、ゲルマニウム化合物、シリコン化合物による表面処理）が施されたものである。これにより、赤外線透過板２５での赤外線の吸収を抑えることができるため、その分、シート体１の加熱に寄与する赤外線量を増やすことができ、加熱効率の向上を図ることができる。
赤外線透過板２５は、赤外線ヒータ２３から照射された赤外線を透過する機能とともに、シート体１を支持する機能を備える。このため、赤外線透過板２５は、少なくともシート体１よりも大きく形成され、このシート体１全体を赤外線透過板２５で支持できるようになっている。また、赤外線透過板２５の表面は平面に形成され、この赤外線透過板２５上で溶融したシート体１に視認可能な凹凸が生じることを防止している。
また、赤外線透過板２５と赤外線ヒータ２３との間の距離は、赤外線ヒータ２３から照射された赤外線がシート体１を加熱する際の最適値に設定されている。
【００１７】
第２加熱部１５は、第１加熱部１３と略同一の構成を備え、第１加熱部１３との対向面（筐体の下面）に設けた開口に赤外線透過板２５が配置されている。このため、第１加熱部１３の構成と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第２加熱部１５の筐体２１の上面には昇降装置１７が設けられ、この昇降装置１７は、上記した支持枠１０１に固定されている。昇降装置１７は、第２加熱部１５を昇降させる装置であり、例えば、油圧シリンダのような油圧機器が用いられる。
昇降装置１７は、第２加熱部１５と第１加熱部１３との隙間が所定間隔となる位置まで、第２加熱部１５を下降可能に構成されており、本実施形態では、第１加熱部１３及び第２加熱部１５の各赤外線透過板２５間の隙間が、加熱前のシート体１の厚みと略同一の距離に設定されている。このため、第２加熱部１５を下降させることにより、シート体１は、第１加熱部１３及び第２加熱部１５の各赤外線透過板２５にて挟持されることとなる。この状態で、シート体１に赤外線ヒータ２３から赤外線を照射することにより、シート体１は厚み方向への膨張を規制されたまま加熱される。
【００１８】
加熱装置１０には、図１に示すように、この加熱装置１０にシート体１を搬送する第１搬送コンベア３１と、該加熱装置１０で加熱されたシート体１を次工程に搬送する第２搬送コンベア３２とが設けられている。これら第１搬送コンベア３１及び第２搬送コンベア３２は、搬送面が第１加熱部１３の赤外線透過板２５の上面と略同一の高さに設定されている。また、本実施形態では、図示を省略したが、第１搬送コンベア３１から搬送されたシート体１を第１加熱部１３の赤外線透過板２５上の所定位置に配置する補助搬送手段が設けられている。この補助搬送手段は、例えば、ロボットアームを備えて構成されており、加熱後のシート体１の端部をつかんで、第２搬送コンベア３２上へ搬送する補助動作を行う。
【００１９】
次に、加熱装置１０での加熱手順について説明する。
この加熱手順は、シート体１を最終的な商品形状に成形する前工程として行われ、このシート体１を溶融させるための予備加熱工程である。
図２（Ａ）は、予備加熱工程において、加熱装置１０にシート体１が搬送された状態を示し、図２（Ｂ）は、シート体１を加熱している状態を示す図である。また、図３（Ａ）は、シート体１の加熱が終了した際の状態を示し、図３（Ｂ）は、加熱したシート体１を最終的な商品形状に成形する際の状態を示す図である。
【００２０】
予備加熱工程では、シート体１は、第１搬送コンベア３１（図１）によって加熱装置１０に搬送される。具体的には、図２（Ａ）に示すように、シート体１は、第１加熱部１３の赤外線透過板２５上の略中央部に配置される。この際に第１加熱部１３及び第２加熱部１５の各赤外線ヒータ２３に通電して加熱が開始される。
続いて、図２（Ｂ）に示すように、第２加熱部１５を第１加熱部１３に向けて下降させる。これにより、シート体１は、第１加熱部１３及び第２加熱部１５の各赤外線透過板２５によって狭持される。第２加熱部１５を下降させた場合における各赤外線透過板２５間の隙間Ｈは、加熱前のシート体１の厚みＨと略同一に設定されている。このため、各赤外線透過板２５にて挟持されたシート体１は、赤外線ヒータ２３により加熱されたとしても、厚み方向への膨張が規制された状態で形状が保持される。
【００２１】
本実施形態では、加熱手段として赤外線ヒータ２３を用いているため、シート体１内部から昇温させることができる。シート体１内部が所定の目標温度に達すると、図３（Ａ）に示すように、第２加熱部１５を上昇させる。本実施形態では、シート体１の厚み方向への膨張を規制しながら加熱するため、加熱後のシート体１の厚みＨも加熱前と略同一に保つことができる。次に、不図示の補助搬送手段を用いて、加熱により溶融されたシート体１の端部をつかんで、又はひっかけて次工程へ搬送するための第２搬送コンベア３２（図１）に移動させる。
そして、図３（Ｂ）に示すように、溶融されたシート体１は、プレス成形機４０に搬送され、このプレス成形機４０の上型４１と下型４２とで挟んだ状態で加圧することにより、最終的な商品形状に形成される。
【００２２】
次に、上記した加熱手順の作用について説明する。
図４は、シート体１を加熱した際の表面温度と中心温度の変化を示すグラフである。この図４には、シート体の従来の加熱方法として、シート体の厚み方向への膨張を規制しない場合の表面温度と中心温度の変化を示すグラフも記載している。
【００２３】
予備加熱する場合には、シート体１の中心温度が所定の目標温度に達するまで加熱がなされる。シート体１には、マトリックスである熱可塑性樹脂中に炭素繊維を分散させる際に内部応力が生じている。従来の加熱方法では、シート体の厚み方向への膨張を規制しないため、シート体が溶融した際に内部応力が開放されることにより、シート体が厚み方向に大きくなり、シート体内に空気層（断熱層）が発生する。
シート体内に空気層が発生すると、この空気層によりシート体内の加熱が阻害されることにより、図４に示すように、シート体の表面温度に比べて、中心温度が目標温度まで昇温するまでに時間がかかり、加熱効率が低減していた。
また、従来の加熱方法では、シート体の表面温度が過剰に上昇することによりシート体材料の劣化が懸念される。さらに、従来の加熱方法では、一度膨張したシート体を元の厚みまで圧下するため、圧下の際にシート体内部の炭素繊維の配向が変化し、最終成形品の強度に影響が生じる懸念がある。さらに、従来の加熱方法では、加熱時間が過剰となるため、表面温度が過剰に上昇することによりシート体の樹脂材料が劣化する懸念がある。
【００２４】
これに対して、本実施形態では、シート体１を赤外線透過板２５で狭持することで、厚み方向への膨張を規制した状態で加熱したため、シート体１内に空気層が発生することが防止される。このため、図４に示すように、シート体１の表面温度及び中心温度がそれぞれ短時間で目標温度まで昇温されることにより、予備加熱工程における加熱時間の短縮を実現できる。これにより、シート体１の樹脂材料が劣化するおそれなく、加熱効率の向上を図ることができる。
さらに、加熱時の厚み方向への膨張を規制することで、シート体１内部の炭素繊維の配向の変化を防止できる。
【００２５】
ここで、シート体１を保持する構成として、例えば、ワイヤーコンベアが想定される。しかし、ワイヤーコンベアでは、加熱時の膨張により、シート体１の表面に網目状の凹凸が生じ、商品の意匠性という観点から十分ではない。さらに、ワイヤーコンベアの下方から赤外線ヒータにより赤外線を照射した場合には、ワイヤー間の空隙部は赤外線による非接触加熱が行われる一方で、ワイヤーとの当接部分は、このワイヤーが赤外線によって加熱するため、加熱されたワイヤーによる接触加熱となる。このため、シート体１の表面を均一に加熱することが困難となり、シート体１の加熱効率の低下を招く。
【００２６】
これに対して、本実施形態では。シート体１は、このシート体１よりも大きく、表面が平滑に形成されたガラス板である赤外線透過板２５によって挟持されるため、シート体１が溶融された場合であっても、シート体１の表面に赤外線透過板２５に起因する凹凸が生じることを防止でき、最終成形後の商品の意匠性を向上させることが可能となる。さらに、赤外線ヒータ２３から照射された赤外線は、赤外線透過板２５を透過し、シート体１表面に略均等に照射されるため、更なるシート体１の加熱効率の向上を図ることができる。
【００２７】
次に、別の実施形態について説明する。
図５は、別の実施形態にかかる加熱装置１２０の概略構成図である。
この加熱装置１２０は、床面１００にベース板１１を介して配置される第１加熱部１１３と、シート体１を挟んで、この第１加熱部１１３と対向配置される第２加熱部１１５とを備える。第２加熱部１１５は、ベース板１１と略平行に配置される支持枠１０１（もしくは天井面）に昇降装置１７を介して取り付けられ、昇降装置１７を動作させることにより、第２加熱部１１５が第１加熱部１１３に対して接離自在に移動する。
【００２８】
第１加熱部１１３は、上記した筐体２１の外側に配置される上面開放の保持枠１２１を備え、この保持枠１２１の底面１２１Ａに配置されたスプリング（弾性部材）１２３上に筐体２１が配置される構成となっている。また、筐体２１の外側面２１Ａには筐体側電磁コイル（振動手段）１２５が設けられ、保持枠１２１の内側面１２１Ｂには保持枠側電磁コイル（振動手段）１２７が対向して配置されている。筐体２１及びその他の構成は、上記した加熱装置１０と同一であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
第２加熱部１１５は、天地を反対とした以外、第１加熱部１１３と略同一の構成を備え、保持枠１２１の天面１２１Ｃにスプリング（弾性部材）１２３を介して筐体２１が配置されている。
この実施形態では、各電磁コイルの磁界を所定の周波数で変化させることにより、筐体２１を保持枠１２１に対して、横方向に振動させるようになっている。この構成によれば、シート体１を赤外線透過板２５で狭持した状態で、この赤外線透過板２５を横方向に振動されることにより、赤外線ヒータ２３による加熱に加えて、シート体１の表面に振動による摩擦熱を与えることができる。
このため、シート体１の昇温時間をより短縮することができ、加熱効率の向上を図ることができる。さらに、シート体１の表面を摩擦熱で加熱することにより、表面近傍に存在する炭素繊維の応力を低減することができ、昇温させた際にシート体内に生じる内部応力を低減でき、シート体１の膨張を一層抑制できる。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態によれば、シート体１を溶融させるために加熱する赤外線ヒータを備えたシート体１の加熱装置１０であって、加熱時のシート体１の厚み方向への膨張を規制し、シート体１の形状を保持する赤外線透過板２５を備えたため、加熱時にシート体１内に空気層が発生することが防止される。このため、シート体１が溶融するまでの加熱時間の短縮を実現でき、シート体１の樹脂材料が劣化することなく、加熱効率の向上を図ることができる。
【００３０】
以上、本発明を一実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本実施形態では、繊維含有樹脂体をシート状に形成されたシート体として説明したが、予備加熱対象の形状が一定の形状であれば、ブロック体のように他の形状としても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１  シート体（繊維含有樹脂体）
１０、１２０  加熱装置
１３、１１３  第１加熱部
１５、１１５  第２加熱部
１７  昇降装置
２１  筐体
２１Ａ  外側面
２３  赤外線ヒータ（加熱手段）
２５  赤外線透過板（形状保持手段）
１２５  筐体側電磁コイル（振動手段）
１２７  保持枠側電磁コイル（振動手段）
【図１】
2014172305.tif 000003
【図２】
2014172305.tif 000004
【図３】
2014172305.tif 000005
【図４】
2014172305.tif 000006
【図５】
2014172305.tif 000007