(57)【要約】【課題】オーバーシュートを抑制しつつ被加熱物を速やかに所定温度域まで熱することが可能で、さらに被加熱物が複数であっても温度のばらつきなく加熱することができる加熱装置及び加熱方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の加熱装置は、熱源１により加熱される熱盤２と、被加熱物３が載置される加熱プレート４と、被加熱物３の温度を検出する温度センサ５と、被加熱物３の加熱温度が所定温度域の上限値よりも高くならないように、温度センサ５の検出温度に基づいて加熱プレート４を熱盤２に対して接離させる駆動機構６とを備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2011003407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源により加熱される熱盤と、被加熱物が載置される加熱プレートと、前記被加熱物の温度を検出する温度センサと、前記被加熱物の加熱温度が所定温度域の上限値よりも高くならないように、前記温度センサの検出温度に基づいて前記加熱プレートを前記熱盤に対して接離させる駆動機構とを備えたことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記温度センサの検出温度に基づいて前記駆動機構の駆動を制御する制御部が設けられ、前記制御部は、前記加熱プレートを前記熱盤に接触させることにより、加熱プレートを介して被加熱物を加熱し、前記温度センサの検出温度が、前記所定温度域の上限値よりも一定温度低く設定された設定温度に達したときに、前記加熱プレートを前記熱盤から離間させるように前記駆動機構の駆動を制御することを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記加熱プレートは、前記熱盤よりも熱容量が小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の加熱装置。
【請求項４】
前記熱源が誘導加熱式ヒータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項５】
前記温度センサが非接触式センサである請求項１〜４のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項６】
前記温度センサに対向する被加熱物の表面部分が黒色であることを特徴とする請求項５記載の加熱装置。
【請求項７】
被加熱物を加熱プレート上に載置し、前記加熱プレートを熱盤表面に対して接触離間させることにより、前記被加熱物を所定温度域に加熱維持することを特徴とする加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱物を予め設定された温度まで加熱するための加熱装置及び加熱方法に関し、特に防振ゴムなど、ゴムと金具とを一体的に成形するような場合に、金具を予熱するのに好適な加熱装置及び加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、防振ゴムなどのように、ゴムと、ゴム以外の部材（金具等）とを一体的に成形する場合、特許文献１に示すように、予め金型に金具をセットした状態で金型内に未加硫ゴムを供給して加硫する方法が用いられている。
【０００３】
ところで、一般的な防振ゴム２０は、図４に示すように、軸部材２１と、その半径方向外方で軸部材２１に対して同心円状に配された外筒２２との間に、加硫ゴム２３が充填固化された構造となっている。このような構造の防振ゴムを成形する場合、金型内に配置された軸部材と外筒との間に未加硫ゴムを充填して加硫することになる。
【０００４】
このとき、軸部材や外筒といった金具が常温のままだと、金型内に供給された未加硫ゴムの温度が低下して加硫時間が長くなり、生産効率が低下するという問題があった。特に、軸部材は長さ方向両端部が金型に接しているだけであることから、金型にセットした状態では加熱されにくく、未加硫ゴムの加硫時間の遅延に大きく影響することになる。
【０００５】
上記問題を解決するため、軸部材を金型にセットする前に熱盤上で予熱しておき、加熱した状態で金型にセットすることにより、未加硫ゴムの温度低下を抑制する方法が採られている。
【０００６】
被加熱物である軸部材を予熱する場合には、できるだけ軸部材の予熱温度を一定にすることが必要となる。すなわち、軸部材の予熱温度が低いと、加硫時間が遅延することになる一方、軸部材の予熱温度が高くなりすぎると、金型内での未加硫ゴムの加硫が不均一となり、成形不良が生じたり、加硫ゴム特性に影響を及ぼすおそれが生じる。
【０００７】
そこで、上記軸部材の予熱方法においては、熱盤及び熱盤上に載置した軸部材の温度を検出し、これらの温度に基づいて、ＰＩＤ制御等により熱盤の電気ヒータをＯＮ・ＯＦＦすることで軸部材が所定温度域に加熱維持されるように制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２４０８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記制御方法において軸部材を加熱する場合、加熱の目標となる所定温度域に到達した時点で熱盤の電気ヒータをＯＦＦにすると、熱盤の余熱によって軸部材の温度が設定温度の上限値を超えて上昇し続ける、いわゆるオーバーシュートが発生する場合があった。いったんオーバーシュートが発生すると、軸部材が所定温度に下がるまで待たなければならず、逆に生産効率が低下するといった問題があった。
【００１０】
一方、オーバーシュートを回避するために所定温度域よりも低い温度で熱盤の電気ヒータをＯＦＦにする、または出力を絞ると軸部材が所定温度域に到達するまでに時間がかかるといった問題があった。
【００１１】
そこで、本発明では、上記問題に鑑み、オーバーシュートを抑制しつつ被加熱物を速やかに所定温度域まで熱することが可能で、さらに被加熱物が複数であっても温度のばらつきなく加熱することができる加熱装置及び加熱方法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】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る加熱装置は、熱源により加熱される熱盤と、被加熱物が載置される加熱プレートと、前記被加熱物の温度を検出する温度センサと、前記被加熱物の温度が所定温度域の上限値よりも高くならないように、前記温度センサの検出温度に基づいて前記加熱プレートを前記熱盤に対して接離させる駆動機構とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、被加熱物を加熱するときは、加熱プレートを熱盤に接触させることによって、熱盤の熱が加熱プレートを介して被加熱物に速やかに伝えられる。そして、被加熱物の温度が、目標とする所定温度域に近づいた時点で、加熱プレートを熱盤から離間させることで熱盤からの熱伝導を遮断する。これにより、熱盤の余熱によるオーバーシュートを抑制することができる。また、熱盤の温度は所定温度域に拘束されることなく、より高温に設定することが可能となる。
【００１４】
したがって、加熱プレートを熱盤に接触させることで速やかに加熱プレート及び被加熱物を加熱することができる。さらに、熱盤を介して熱源の熱が加熱プレートに伝えられるため、加熱プレートが均一に加熱され、これにより複数の被加熱物を加熱する場合でも、被加熱物間の温度のばらつきを抑制することができる。
【００１５】
なお、加熱プレートを熱盤から離間させた時点では、加熱プレートに余熱が残っているため、その分だけ被加熱物の温度が上昇することになる。従って、所定温度域の上限値から加熱プレートの余熱による温度上昇分を差し引いた温度（設定温度）に達したときに加熱プレートを熱盤から離間させればよい。
【００１６】
上記加熱装置は、温度センサによって検出された温度を表示する表示部を設け、作業者がその温度を確認しながら手動で駆動機構の駆動を制御するようにすることができる。また、加熱装置に温度センサの検出温度に基づいて駆動機構の駆動を制御する制御部を設けるようにすることもできる。
【００１７】
この場合、制御部は、入力回路、ＣＰＵ、メモリ、出力回路等を備えたマイコンによって構成される。そして、制御部は、加熱プレートを前記熱盤に接触させることにより、加熱プレートを介して被加熱物を加熱し、温度センサの検出温度が、所定温度域の上限値よりも一定温度低く設定された設定温度に達したときに、加熱プレートを熱盤から離間させるように駆動機構の駆動を制御するようにすればよい。
【００１８】
加熱プレートは、熱盤よりも熱容量が小さいことが望ましい。これにより、加熱プレートを熱盤から離間させた後、加熱プレートの余熱量を少なくしてその後の被加熱物の温度上昇を小さくすることが可能となる。よって、被加熱物の加熱温度のばらつきを抑制することができる。
【００１９】
熱盤の熱源については特に限定されず、電気ヒータや誘導加熱式ヒータを用いることができる。ただ、熱盤をすばやく加熱することができるという点で、誘導加熱式ヒータを用いるのが好ましい。
【００２０】
温度センサは、熱電対等の接触式センサを被加熱物に接触させて測定することも可能であるが、赤外線センサのように非接触式センサを用いることにより、温度センサを被加熱物に着脱する手間を省くことができる点で好ましい。この場合、被加熱物の温度を正確に測定するためには、温度センサに対向する被加熱物の表面部分が黒色であることが好ましい。
【００２１】
すなわち、黒色は、他の色に比べ、赤外線の放射量が多く、温度センサによる温度検出精度を高めることができる。特に被加熱物が防振ゴムの軸部材である場合、軸部材の表面にはゴムとの接着性を高めるための接着剤が塗布されるため、この接着剤を黒色にすることで安定した温度の測定が可能となる。
【００２２】
以上説明した本発明の加熱方法は、被加熱物を加熱プレート上に載置し、前記加熱プレートを熱盤表面に対して接触離間させることにより、被加熱物を所定温度域に加熱維持する、すなわち、被加熱物を所定温度域まで加熱し、その後も被加熱物の温度を所定温度域内に維持することを特徴とする。これにより、オーバーシュートを抑制しつつ被加熱物を速やかに所定温度まで加熱することができる。さらに複数の被加熱物を一度に加熱する場合でも、すべての被加熱物を熱盤から取り除き終わるまで、被加熱物の温度を所定温度域内に維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の加熱装置は、熱源により加熱される熱盤と、被加熱物が載置される加熱プレートと、被加熱物の温度を検出する温度センサと、加熱プレートを熱盤に対して接離させる駆動機構とを備え、加熱プレートを熱盤に接触させて被加熱物を加熱し、温度センサの温度が、所定温度域の上限値よりも一定温度低く設定された設定温度に達したときに、加熱プレートを前記熱盤から離間させるように駆動機構の駆動を制御するようにしたため、オーバーシュートを抑制しつつ被加熱物を速やかに所定温度域まで加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る加熱装置の概略図であって、熱盤と加熱プレートが接触した状態を示す。
【図２】本発明に係る加熱装置の概略図であって、熱盤と加熱プレートが離間した状態を示す。
【図３】熱盤温度及び被加熱物の温度の経時変化を示すグラフ
【図４】防振ゴムの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図１及び図２は、本発明に係る加熱装置の概略図（一部断面図）であって、本実施形態では被加熱物として防振ゴムの軸部材が用いられている。図１は熱盤と加熱プレートが接触した状態を示しており、図２は熱盤と加熱プレートが離間した状態を示している。
【００２６】
図１に示すように、加熱装置は、熱源１により加熱される熱盤２と、被加熱物３としての軸部材が載置される加熱プレート４と、被加熱物３の温度を検出する温度センサ５と、温度センサ５の検出温度に基づいて加熱プレート４を熱盤２に対して接離させる駆動機構６とを備えている。
【００２７】
本実施形態においては、加熱プレート４上に被加熱物３が２列×４個の計８個が載置されるようになっており、加熱プレート４及び熱盤２は平面視したときの形状が長方形になるように形成されている。熱盤２の下部には、熱源１が付設されており、熱盤２の下部から上部の表面に向かって熱が伝えられるようになっている。
【００２８】
加熱プレート４は、熱盤２よりも縦横方向ともに大きく形成されており、加熱プレート４が熱盤２に載置された状態で、加熱プレート４の周縁部が熱盤２の側方に突出した形となる。その加熱プレート４の周縁部の下方には駆動機構６が設置されている。駆動機構６は、油圧や空気圧などの流体圧によって作動するシリンダ７から構成されており、４つのシリンダ７の頂部には可動部７ａが設けられている。
【００２９】
シリンダ７は、加熱プレート４の周縁部のコーナー部の下方に設置されている。４つのシリンダ７は、可動部７ａが同期して上下動するようになっており、これにより、可動部７ａが加熱プレート４を持ち上げて加熱プレート４が昇降動するようになっている。
【００３０】
すなわち、シリンダ７の可動部７ａが下端位置にあるときは、シリンダ７は加熱プレート４から離れ、加熱プレート４は、図１に示すように、熱盤２の表面に載置される。可動部７ａが上端位置にあるときは、加熱プレート４は、図２に示すように、熱盤２から離間した位置に保持される。
【００３１】
熱源１としては、誘導加熱式（ＩＨ）ヒータが用いられており、これにより、短時間で熱盤２を加熱することが可能となる。なお、この場合、熱盤２としては誘導加熱に適した鉄鋼材が用いられる。ただ、誘導加熱式ヒータを用いると、熱盤２に温度のばらつきが発生しやすくなる。そこで、本実施形態では、熱盤２の厚みを十分に厚くすることにより、熱盤表面における温度のばらつきを抑制し、均一な加熱ができるようにしている。なお、熱盤２の下面にはサーミスタからなる温度センサ８が設置されており、この温度センサ８の検出温度に基づいて、熱盤２が一定温度を維持するように熱源１への通電を制御するようになっている。
【００３２】
一方、加熱プレート４としては、熱盤２に比べて熱容量が小さくなるように設計されている。すなわち、加熱プレート４と熱盤２とが同じ材質からなる場合は、加熱プレート４の厚みを薄くすることにより、熱容量を小さくすることができる。さらに、単位体積当りの熱容量が鉄鋼材よりも小さい材質のもの、例えば、アルミニウム材を用いれば、より熱容量を小さくすることが可能である。本実施形態では、加熱プレート４としてアルミニウム材を用い、熱盤２に比べて薄くなるようにして熱容量を小さくしている。
【００３３】
本実施形態の被加熱物３は、防振ゴムの構成部材である軸部材であって、防振ゴムの構造は図４に示す通りである。すなわち、被加熱物３である軸部材２１は、外筒２２の内側に配される棒状ないし筒状の部材であり、その外周面にはゴムとの接着性を高めるための黒色の接着剤が塗布される。
【００３４】
軸部材２１は軸方向が垂直方向になるように立てた状態で加熱プレート４の上に２列に配置される。一方、温度センサ５としては、非接触式の赤外線センサが用いられる。そして、軸部材２１の外周面が黒色に着色されていることで、温度センサ５による温度検出精度を高めることができる。
【００３５】
赤外線センサとしては、測定エリアがφ１０ｍｍ〜２０ｍｍのものを使用し、これを配列した軸部材の中央付近に向けて配置している。なお、測定エリアを上記範囲にした理由としては、測定エリアが大きくなると、金具以外の部分の温度も測定範囲に入って正確な温度測定が困難になるためであり、特に、背景に高温のものが存在する場合に誤動作の原因になるためである。
【００３６】
さらに、本発明においては、高温に維持した熱盤に、被加熱物が載置された加熱プレートを接触離間させ、被加熱物の加熱を短時間で行うことから、被加熱物間で加熱温度のばらつきが発生しにくい。したがって、上述のように一部の軸部材の温度を軸部材全体の温度として取り扱うことが可能となる。
【００３７】
上記構成の加熱装置を用いて被加熱物３を所定の温度域に加熱維持する場合、先ず、加熱プレート４を熱盤２から離間させた状態で、熱盤２を所定温度域よりも高温に加熱しておき、熱盤２の温度が安定した後、駆動機構６を駆動させて加熱プレート４を下降させて熱盤２に接触させる。この状態で加熱プレート４を介して被加熱物３を加熱する。
【００３８】
温度センサ５の検出温度が、所定温度域の上限値よりも一定温度低く設定された設定温度に達したときに、駆動機構６を駆動させて加熱プレート４を熱盤２から離間させる。これにより、熱盤２から加熱プレートへの熱伝導を遮断してオーバーシュートを防止することができる。
【００３９】
加熱プレート４を熱盤２から離間させる距離は１ｍｍ〜１０ｍｍ程度にするのが好ましい。両者を上記範囲の距離に保つことにより、熱盤２からの熱伝導は遮断されるものの熱盤２からの熱放射及び加熱空気を介する熱伝達により、熱伝導に比べると少ないながらも加熱プレート４にある程度の熱が伝わる。したがって、長時間にわたって被加熱物３の温度を所定温度域内に維持することが可能となる。
【００４０】
なお、駆動機構６を駆動はオペレーターが手動で行うことができる。この場合、温度センサ５の検出温度を表示する表示部を設け、そこに表示された温度を見ながら設定温度に達したときに駆動機構６を駆動させて加熱プレート４を上昇させればよい。
【００４１】
そのほか、加熱装置にマイコンからなる制御部を設け、制御部が、加熱プレート４を熱盤２に接触させて被加熱物３を加熱し、温度センサ５の検出温度が、所定温度域の上限値よりも一定温度低く設定された設定温度に達したときに、加熱プレート４を熱盤２から離間させるように駆動機構６の駆動を制御するようにしてもよい。
【００４２】
また、加熱装置の全体を覆うカバーを設ければ、周りの環境に影響されることなく、安定した加熱を行うことが可能となる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を挙げて本発明について更に詳細に説明するが、本発明をその要旨を越えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
本実施例においては、上記実施形態で記載した加熱装置を用いて実際に防振ゴムの軸部材を加熱した。熱源１としては富士電機社製ＩＨヒータを用いた。熱盤２は、ｔ２０×２００×２２０（ｍｍ）の鉄板を用い、サーミスタ制御により２２０℃を維持するようにした。なお、熱盤２の加熱を速やかに行うために、熱源であるＩＨヒータの出力は１００％とした。加熱プレート４としては、ｔ１０×２００×２７０（ｍｍ）のアルミニウム板を用いた。また、加熱プレート４を熱盤２から離間させる際の両者の間隔は１ｍｍとした。
【００４５】
軸部材の加熱温度域（所定温度域）は、１００℃〜１２０℃とした。そして、軸部材が所定温度域の上限値である１２０℃よりも高くならないようにするには軸部材の温度が何度になったときに加熱プレート４を熱盤２から離間させればよいかを予め実験により求めた。
【００４６】
その結果、１回目の加熱の際は、軸部材の温度が８０℃に達したときに加熱プレート４を離間させればよく、連続して繰り返し加熱する際には、２回目以降は軸部材の温度が８５℃に達した時に加熱プレート４を離間させればよいことが判明した。このようにして設定温度が決定された。設定温度が１回目の加熱時と２回目以降の加熱時とで変化したのは加熱プレートの熱まわりが異なるためと考えられた。
【００４７】
なお、本実施例においては、加熱プレートに載置した８個の軸部材について、それぞれの温度を正確に測定するために赤外線センサは使用せず、各軸部材に熱電対を装着して温度を測定した。
【００４８】
以上の条件により軸部材の加熱（予熱）を行った。その結果を図３に示す。図３より、軸部材は１回目の加熱において、所定温度域の上限値である１２０℃よりも高くなることなく、８個全ての軸部材の温度を所定温度域内に長時間維持することができた。しかも、加熱プレート４として熱伝導率の高いアルミニウム材を使用しているため、加熱プレート４を熱盤２から離間させた後も軸部材の昇温速度は鈍化することなく所定温度域である１００℃〜１２０℃まで速やかに到達している。
【００４９】
さらに、１回目で加熱した軸部材のうち、１個の軸部材３ａのみを残してあとの７個を新しい軸部材に取り換えて２回目の加熱を行った。その結果、連続して加熱した軸部材３ａを除く７個すべて所定温度域の上限値である１２０℃よりも高くなることなく、軸部材の温度を所定温度域内に長時間維持することができた。すなわち、複数の被加熱物を加熱する場合には、１回ごとにすべての被加熱物を入れ替えることにより、繰り返し安定した加熱を行うことができることが確認された。
【００５０】
一方、比較例として、熱盤に８個の軸部材を直接載置し、軸部材の温度に基づいて熱盤の熱源であるＩＨヒータの出力のＯＮ・ＯＦＦを制御して軸部材の加熱を行った。なお、ＩＨヒータの出力は実施例と同じ１００％とした。その結果、軸部材の温度が１００℃に達するまでの時間は実施例と同等であった。
【００５１】
しかしながら、軸部材の温度が所定温度域の下限値である１００℃に達した時点でＩＨヒータの出力がＯＦＦになっても、熱盤の余熱によって軸部材の温度は上昇を続け、オーバーシュートを起こして最終的に１６０℃まで過熱された。
【００５２】
以上より、本発明によれば、オーバーシュートを防止しつつ、被加熱物を速やかに所定温度域まで加熱維持することが可能であることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００５３】
１    熱源
２    熱盤
３    被加熱物
４    加熱プレート
５    温度センサ
６    駆動機構
７    シリンダ
８    温度センサ
【図１】
2011003407.tif 000003
【図２】
2011003407.tif 000004
【図３】
2011003407.tif 000005
【図４】
2011003407.tif 000006