(57)【要約】【課題】  簡便な方法でＰＥＴなどの被加熱体を発熱させて耐熱性や剛性を付与することができる被加熱体の加熱方法及びその加熱装置を提供する。【解決手段】  誘導加熱治具１０は、電源１４から交流が印加される誘導加熱用のコイル１２が内蔵されており、その上面には、鉄などの金属製のプレート１６が設けられており、その中央に穴２０を形成する。そして、穴２０の中央に、アルミ箔２２と、それに接するように被加熱体としてＰＥＴフィルム２４を配置する。電磁誘導によってアルミ箔２２にうず電流が生ずると、それがＰＥＴフィルム２４の表面に影響して、ＰＥＴフィルム２４が直接発熱するようになる。これによりＰＥＴフィルム２４が結晶化し、耐熱性や剛性が付与される。【選択図】図１
2017041424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱体をうず電流発生手段に接するように配置するとともに、
電磁誘導により前記うず電流発生手段にうず電流を発生させ、
このうず電流によって前記被加熱体を直接発熱させることを特徴とする被加熱体の加熱方法。
【請求項２】
前記被加熱体が、熱で結晶化するポリマーであることを特徴とする請求項１記載の被加熱体の加熱方法。
【請求項３】
前記うず電流発生手段が、アルミ製もしくはアルミを含有する箔，板，あるいは金型のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の被加熱体の加熱方法。
【請求項４】
前記被加熱体を、前記うず電流発生手段で囲うか、もしくは覆うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の被加熱体の加熱方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の被加熱体の加熱方法を行うための加熱装置であって、
交番磁界を発生させるためのコイル手段を備えており、
このコイル手段によって生じた交番磁界によって、前記うず電流発生手段に電磁誘導によるうず電流を生じさせることを特徴とする被加熱体の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用した被加熱体の加熱方法及び加熱装置に関し、例えばＰＥＴフィルムなどのポリマーの結晶化に好適な被加熱体の加熱方法及び加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、飲料を充填するＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）ボトルについては、殺菌処理を施す必要があるが、その一つとして、高温の内容液を充填して密封するといった方式がある。この方法は、無菌室内で高温殺菌処理を施す方法と比較して設備が簡略化できるといった利点があるが、高温の内容液充填に伴ってＰＥＴボトルの熱収縮が生じてしまう。これを防ぐため、ＰＥＴボトルの成形過程において熱処理を施すことで耐熱性を付与する方法がある。具体的には、ブロー成形時に金型内で高温の状態にＰＥＴボトルを保持して、ＰＥＴの結晶化を促進することで、耐熱性を付与している。
【０００３】
しかしながら、この方法では、金型内における熱処理に時間を要するため、製造効率が低下してしまうといった不都合がある。これを解決する方法として、本願発明者は、下記特許文献１ないし非特許文献１にあるように、ＰＥＴボトルにアルデヒド化合物を含浸させた後に延伸処理を施すことで、複雑な装置や煩雑な操作を必要とすることなく、耐熱性を付与できる方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-161705号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本機械学会論文集（A編）77巻775号（2011-3）P144〜152，「ＰＥＴフィルム耐熱性向上のための溶媒浸透法の応用研究」石鍋雅夫他著
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した方法ではアルデヒド化合物を必要とするが、そのような添加材を用いることなく、簡便にＰＥＴボトルを加熱して耐熱性を付与する方法があれば、より好ましい。
【０００７】
本発明は、以上のような点に着目したもので、簡便な方法でＰＥＴなどの被加熱体を発熱させて耐熱性や剛性を付与することができる被加熱体の加熱方法及びその加熱装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の被加熱体の加熱方法は、被加熱体をうず電流発生手段に接するように配置するとともに、電磁誘導により前記うず電流発生手段にうず電流を発生させ、このうず電流によって前記被加熱体を直接発熱させることを特徴とする。
【０００９】
主要な形態の一つは、前記被加熱体が、熱で結晶化するポリマーであることを特徴とする。他の形態の一つは、前記うず電流発生手段が、アルミ箔，アルミ板，アルミ製金型，アルミを含有する箔，アルミを含有する板，アルミを含有する金型のいずれかであることを特徴とする。更に他の形態の一つは、前記被加熱体を、前記うず電流発生手段で囲うか、もしくは覆うことを特徴とする。
【００１０】
本発明の加熱装置は、前記のいずれかの加熱方法を行うための加熱装置であって、交番磁界を発生させるためのコイル手段を備えており、このコイル手段によって生じた交番磁界によって、前記うず電流発生手段に電磁誘導によるうず電流を生じさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、うず電流が発生したうず電流発生手段に被加熱体を接するように配置することで、前記被加熱体を直接発熱させることとしたので、簡便に被加熱体を発熱させて、極めて効果的に耐熱性や剛性を付与することができるといった非常に優れた技術的効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の装置構成と被加熱体の配置を示す図である。
【図２】前記図１における加熱前後の温度分布を示す図である。
【図３】ＰＥＴボトルに対して、前記図１の方法による加熱を行った場合の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施例２における被加熱体を示す図である。
【図５】前記図５の被加熱体を加熱する様子を示す図である。
【図６】実施例２における加熱時間と収縮率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、うず電流を利用してＰＥＴフィルムなどの樹脂を加熱する手法であり、以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下、図１〜図３を参照しながら、本発明の実施例１について説明する。図１は、加熱装置の構造と被加熱体の設置の様子を示すものであり、同図中、左側は断面を、右側は平面をそれぞれ示している。同図に示すように、本実施例で使用する誘導加熱治具１０は、誘導加熱用のコイル１２が内蔵されており、電源１４から交流電流が流されるようになっている。また、上面には、鉄などの金属製のプレート１６が設けられている。コイル１２に電源１４から交流電流を流すと交番磁界が発生し、これによってプレート１６にうず電流が生じ、プレート１６が発熱する。以上の点は、一般的なＩＨコンロなどの誘導加熱装置と基本的に同じである。
【００１５】
ところで、本実施例では、前記プレート１６の中央に適宜の大きさの穴２０を形成する。そして、この穴２０の中央に、被加熱体を置く。被加熱体は、次の通りである。
ａ，図１(A)：アルミ箔２２のみを配置
ｂ，図１(B)：ＰＥＴフィルム２４のみを配置
ｃ，図１(C)：前記アルミ箔２２を配置するとともに、その中央に前記ＰＥＴフィルム２４を配置
【００１６】
以上の各部の一例を示すと、誘導加熱治具１０としては、アイリスオーヤマ株式会社製のＩＨコンロ「IHK-T32」（電流値10A，消費電力1000W，周波数25kHz）を使用している。コイル１２の外径は155mm，内径は50mmである。プレート１６の厚みは0.2mmで、穴２０の直径は60mmである。アルミ箔２２としては、三菱アルミニウム株式会社製の40mm角，厚さ0.017mm（17μm）のものを使用した。その組成をＸＲＦ（Ｘ線回折解析）で調べたところ、表１に示すように多少Feが含まれている。
【表１】
2017041424.tif 000003
【００１７】
ＰＥＴフィルム２４としては、帝人株式会社製の15mm角，厚さ0.5mmのものを使用している。コイル１２から前記アルミ箔２２までの距離は11mmとなっている。更に、電源１４としては、例えば周波数が２０kHz程度の周波数の交流電流を出力できるものを使用する。
【００１８】
次に、図１のように被加熱体を配置した状態で、電源１４からコイル１２に通電し、1000W，60sの加熱処理を施した。そして、加熱（通電）前と加熱後の温度分布をサーモグラフィで測定した。サーモグラフィとしては、例えば、フリアーシステムズ社製「FLIRi3」を使用した。
【００１９】
図２には、温度分布の測定結果が示されている。図２(A)〜(C)は、図１(A)〜(C)にそれぞれ対応しており、図２の左側は加熱前の温度分布を示し、右側は加熱後の温度分布を示す。図２中、色が白い部分が高温であることを示す。また、表２に、温度上昇の程度（通電前後の温度差）を示している。
【表２】
2017041424.tif 000004
【００２０】
これらの結果から、以下の点が明らかとなった。
ａ，図２(A)のアルミ箔２２のみを配置したときは、周囲のプレート１６の温度が上昇しているものの、アルミ箔２２の温度分布は、加熱前後でほとんど変わっておらず、温度上昇は2.1℃とわずかである。これは、アルミ箔２２にFeが少量含まれていることから、それが発熱したものと思われる。
ｂ，図２(B)のＰＥＴフィルム２４のみを配置したときは、周囲のプレート１６の温度が上昇しているものの、ＰＥＴフィルム２４の温度分布は、加熱前後でほとんど変わっておらず、温度上昇は1.5℃とわずかである。
ｃ，図２(C)のアルミ箔２２とＰＥＴフィルム２４の両方を配置したときは、周囲のプレート１６の温度が上昇しているのみならず、ＰＥＴフィルム２４も20.6℃温度上昇している。なお、アルミ箔２２のみの部分の温度は、ほとんど上昇していない。一般的な誘導加熱の原理に従えば、アルミ箔２２が全体として発熱し、これによってＰＥＴフィルム２４が加熱されると考えられるが、アルミ箔２２とＰＥＴフィルム２４の接触部分のみが温度上昇していることから、誘導加熱の基本的な原理とは異なる現象が生じているものと考えられる。例えば、アルミ箔２２に生じたうず電流が、接触するＰＥＴフィルム２４の表面に影響して発熱が起きていると考えられる。
【００２１】
図３には、ＰＥＴボトルにアルミ箔を貼り付けて加熱した場合の例が示されている。同図(A)右側に示すＰＥＴボトル３０の外側の全体にアルミ箔を貼り付け、同図(A)左側のような被加熱体３２を得る。ＰＥＴボトルとしては、例えばヨーキ産業株式会社製の小型ＰＥＴボトルを使用し、接着剤としては、セメダイン株式会社製の「ペグα」を使用している。アルミ箔は、前記図１で示したものと同様である。
【００２２】
このような被加熱体３２に対して、前記図２の場合と同様に60sの加熱処理を行ったところ、図３(B)に示すように、温度上昇による著しい熱収縮が見られた。この場合も、前記図２の場合と同様に、アルミ箔の外表面の温度上昇はほどんどなく、ＰＥＴボトルとアルミ箔との接触部分には、熱収縮が生ずるような温度上昇が生じ、80℃以上の温度に達したものと考えられる。
【００２３】
以上のように、本実施例によれば、アルミ箔にうず電流を発生させてもほとんど発熱しないが、ＰＥＴフィルムをアルミ箔に接触ないし接着させてアルミ箔にうず電流を発生させると、短時間でＰＥＴフィルムが発熱して温度が上昇する。この方法を適用して、ＰＥＴフィルムやＰＥＴボトルに熱処理を施すことで、ＰＥＴの結晶化を促進することができ、短時間で効率的に耐熱性や剛性を付与することが可能となる。
【実施例２】
【００２４】
次に、図４〜図６を参照しながら、本発明の実施例２について説明する。本実施例は、ＰＥＴフィルムの耐熱性を評価したものである。ＰＥＴフィルムとしては、耐熱性ＰＥＴボトル用樹脂ペレットから作成したフィルム（帝人株式会社製の耐熱ＰＥＴボトルグレード，フィルム厚0.5mm）を使用する。
【００２５】
図４(A)に示すように、厚み0.5mmで上下中心の幅5.0mmのＰＥＴフィルム５０の中央に、10mm幅のマークＭ１，Ｍ２を施す。そして、マークＭ１，Ｍ２の間隔が30mmになるまで８０℃のオイルバスで治具を利用して伸張し、JIS K6251-3の型のダンベル試験片５２を得る。
【００２６】
次に、以上のようにして得たダンベル試験片５２に対して、上述した実施例１の方法で、アルミ箔によるうず電流加熱を行った。図５にはその様子が示されており、治具６０で伸長したダンベル試験片５２の中央部分が、アルミ箔２２に接している。
【００２７】
加熱時間を、0.5秒，1秒，2秒，３秒とし、加熱後ダンベル試験片５２を治具６０から開放し、９５℃の熱湯に入れて、収縮率を求めた。その結果を示すと、次の表３のようになった。
【表３】
2017041424.tif 000005
【００２８】
まず、まったく加熱処理を行わない場合と、0.5秒の加熱を行った場合は、同じ結果となった。すなわち、冶具開放後の長さ（マークＭ１，Ｍ２の間隔）は30mmで、熱湯浸漬後の長さは22mmであった。従って、収縮率は、(30-22)/(30-10)*100％＝40％となる。このように、0.5秒加熱時は、加熱しない場合と同様となったことからすると、実験した装置では、0.5秒程度ではダンベル試験片５２は昇温されていないと認められる。
【００２９】
次に、１秒加熱処理を行った場合は、冶具開放後の長さ28.5mmが、熱湯浸漬後26mmとなった。従って、収縮率は、(28.5-26)/(28.5-10)*100％＝13.5％となる。２秒及び３秒の加熱時は、いずれも、加熱時の収縮でダンベル試験片５２が中央で破断し、冶具６０による完全固定の影響が生じた。冶具開放後も熱湯浸漬後も長さは27mmであり、収縮率は０％であった。
【００３０】
以上の結果をグラフで示すと、図６に示すようになる。これらから、実際の成形での内圧効果などがプラスに働くことも考慮すると、１秒から２秒程度の渦電流印加でダンベル試験片５２が発熱して結晶化ないし硬化し、十分な耐熱性や剛性を与えることが可能であると判断できる。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、アルミ箔を使用したが、アルミ板を使用したときは、アルミ板の発熱が抑制されつつ、ＰＥＴの発熱効果が更に高いことが確かめられている。アルミを含有する箔や板についても同様である。このように、発熱性は低いものの、交番磁界によってうず電流が生ずるようであれば、他の金属による箔や板等、あるいは金属粉末治金物、更にはセラミック等、各種の材料を用いてよい。
(2)アルミ製の金型ないしアルミを含有する金型内に渦電流発生用のコイルを設けることでも、前記実施例と同様の効果を得ることができ、ＰＥＴボトルなどの成形と、耐熱性や剛性の付与を同時に行うことができる。
(3)前記実施例では、被加熱体がＰＥＴの場合を示したが、各種の樹脂材料（ポリマー）、特に熱で結晶化するポリマーに対して本発明は効果的である。
(4)前記実施例で示した誘導加熱治具１０も一例であり、各種の誘導加熱コイル装置を適用してよい。
(5)前記実施例では、被加熱体をうず電流発生手段の上に配置するか、覆うこととしたが、うず電流発生手段によって被加熱体を囲うようにしてもよい。被加熱体をうず電流発生手段で覆ったり、囲ったりすることで、より効率的に加熱（集中加熱）を行うことができるのみならず、コイル斑等に起因する加熱斑等を防ぎ、均一な加熱を行うことができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、うず電流により短時間で樹脂素材を発熱させることができるので、各種の樹脂素材を利用した工業製品に対する耐熱性や剛性の付与に極めて効果的である。具体的には、ＰＥＴボトルなどの樹脂製容器、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥ（ポリエチレン）による食品用トレイ、更には自動車用ボディ，外板，内外装品などに対する耐熱性や剛性の付与に好適である。
【符号の説明】
【００３３】
１０：誘導加熱治具
１２：コイル
１４：電源
１６：プレート
２０：穴
２２：アルミ箔
２４：ＰＥＴフィルム
３０：ボトル
３２：被加熱体
５０：ＰＥＴフィルム
５２：ダンベル試験片
６０：治具
Ｍ１，Ｍ２：マーク
【図１】
2017041424.tif 000006
【図４】
2017041424.tif 000007
【図５】
2017041424.tif 000008
【図６】
2017041424.tif 000009
【図２】
2017041424.tif 000010
【図３】
2017041424.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月22日(2015.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本発明によれば、うず電流により短時間で樹脂素材を発熱させることができるので、各種の樹脂素材を利用した工業製品に対する耐熱性や剛性の付与に極めて効果的である。具体的には、ＰＥＴボトルなどの樹脂製容器、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥ（ポリエチレン）による食品用トレイ、更には自動車用ボデー外板，内外装品などに対する耐熱性や剛性の付与に好適である。