特許 7563817 熱成形装置及び熱成形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】熱成形装置及び熱成形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 51/46 20060101AFI20241001BHJP

   B29C 51/42 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

B29C51/46

B29C51/42

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024102007

(22)【出願日】2024-06-25

【審査請求日】2024-07-09

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】304050369

【氏名又は名称】株式会社浅野研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】寺本 一典

【審査官】家城 雅美

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－８７９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－５９４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－６９７７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ５１／４６

Ｂ２９Ｃ５１／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加熱物である樹脂製シートを加熱するヒーターを有する熱成形装置において、
前記樹脂製シートの表面温度を計測する温度計測部と、
前記ヒーターの出力を制御する出力制御部と、
前記ヒーターの出力を計測する出力計測手段と、を備え、
前記出力制御部は、
前記温度計測部で計測される前記表面温度に基づき前記ヒーターの出力を制御する第１温度制御手段と、
該第１温度制御手段による制御で前記表面温度が目標温度になった後に、前記表面温度と前記目標温度との比較結果に応じた制御をするフィードバック制御を開始する、第２温度制御手段と、
前記出力計測手段の出力値に基づいて前記ヒーターが前記樹脂製シートに与える前記出力値の変化を直線近似して傾きとして評価する熱量評価手段と、を有すること、
を特徴とする熱成形装置。

【請求項2】

請求項１に記載の熱成形装置において、
前記出力計測手段は、前記ヒーターに流れる電流を測定する電流計であり、
前記出力値が前記電流計より得られた電流値であること、
を特徴とする熱成形装置。

【請求項3】

請求項１に記載の熱成形装置において、
前記出力計測手段は、前記ヒーターの表面温度を測定する温度計であり、
前記出力値が前記温度計より得られた温度であること、
を特徴とする熱成形装置。

【請求項4】

被加工物である樹脂製シートをヒーターにより加熱する熱成形方法において、
前記樹脂製シートの表面温度を計測する温度計測部と、
前記ヒーターの出力を制御する出力制御部と、
前記ヒーターの出力を計測する出力計測手段と、を備え、
前記出力制御部に備える第１温度制御手段は、前記表面温度が目標温度となるように前記ヒーターによる加熱制御を行い、
前記第１温度制御手段による制御で前記表面温度が目標温度になった際に、前記出力制御部に備える第２温度制御手段により前記表面温度と前記目標温度との比較結果に応じた制御をするフィードバック制御を開始し、前記樹脂製シートの内部温度が前記目標温度に近い温度となるまで前記フィードバック制御を継続し、
前記出力計測手段の出力値に基づいて前記ヒーターが前記樹脂製シートに与える前記出力値の変化を直線近似して傾きとして評価する熱量評価手段により、前記傾きがゼロになった時に、前記第２温度制御手段による前記フィードバック制御を終えること、
を特徴とする熱成形方法。

【請求項5】

請求項４に記載の熱成形方法において、
前記出力計測手段は、前記ヒーターに流れる電流を測定する電流計であり、
前記出力値が前記電流計より得られた電流値であること、
を特徴とする熱成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱成形装置の生産性向上に資する技術に関するもので、詳しくはヒーターの温度制御に関する。

【背景技術】

【0002】

熱成形装置は、樹脂製シート等の被加熱物に対してヒーターを用いて加熱した後、成形を行う。この熱成形装置のヒーターは、コンピュータを用いた制御装置によって制御され、被加熱物を所定の温度まで加熱する。

【0003】

特許文献１には、熱成形装置、熱成形方法、ヒーターの温度制御方法、加熱装置に係る発明が開示されている。ヒーターの温度制御方法は、ヒーターの温度を所定の温度まで上昇させた後に、計測した被加熱物の表面温度を目安にヒーターの温度を徐々に下げる制御を行う。そして、表面温度が目標温度になったとき、表面温度を目標温度付近に近づけるようにヒーターの温度をフィードバック制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６４７２２１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の技術は、第一の温度制御手段（加熱制御）で徐々にヒーターの設定温度を順次下げる制御を行い、第二の温度制御手段（温度保持制御）で被加熱物の表面温度を計測しながらのフィードバック制御を行って、このフィードバック制御を所定時間維持することで、被加熱物の内部温度上昇を実現するものだが、この第二の温度制御手段の終了条件はシートの特性によって決定することとなっている。

【0006】

しかしながら、こうした終了条件は経験的、或いは実験的に求められるものであり、現場では余裕を持って長めに設定されることが多い。ところが、温度保持制御時間を長めに設定すると、サイクルタイムの悪化を招き、短く設定すると熱成形品の不良率に影響する。そして、この保持時間は環境温度などによっても左右することが分かっているため、最適な条件設定を行うことは困難である。また、温度保持制御時間に余裕を持たせて長くした場合にはドローダウンなどを招くリスクがあり、熱成形品の不良に繋がることもある。このため、出願人は一定条件を満たすことで終了条件を判別する手法を見いだした。

【0007】

本発明は樹脂製シートの熱成形するにあたって、最適な樹脂製シートの加熱条件を満たすことが可能な熱成形装置の提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的を達成するために、本発明の一態様による熱成形装置は、以下のような特徴を有する。

【0009】

（１）被加熱物である樹脂製シートを加熱するヒーターを有する熱成形装置において、
前記樹脂製シートの表面温度を計測する温度計測部と、
前記ヒーターの出力を制御する出力制御部と、
前記ヒーターの出力を計測する出力計測手段と、を備え、
前記出力制御部は、
前記温度計測部で計測される前記表面温度に基づき前記ヒーターの出力を制御する第１温度制御手段と、
該第１温度制御手段による制御で前記表面温度が目標温度になった後に、前記表面温度と前記目標温度との比較結果に応じた制御をするフィードバック制御を開始する、第２温度制御手段と、
前記出力計測手段の出力値に基づいて前記ヒーターが前記樹脂製シートに与える前記出力値の変化を直線近似して傾きとして評価する熱量評価手段と、を有すること、
を特徴とする。

【0010】

上記（１）に記載の態様により、最適な樹脂製シートの加熱を行うことができるので、熱成形装置の生産性を向上させることが可能となる。樹脂製シートの加熱時間を適切に管理するために、シートの加熱時間を熱量評価手段によってヒーターの熱量の変化から加熱処理を終える判断をする。

【0011】

具体的には、ヒーターの出力制御は第１温度制御手段によって出力制御され、第２温度制御手段でフィードバック制御されることで、ヒーター自身の温度変化率が小さくなっていく。この温度変化率を熱量評価手段によって監視し、ヒーターの出力値の変化率の傾きがゼロになったことを条件に第２温度制御手段による保温制御を終了することとしている。ここでヒーターの出力値の傾きとは、例えばヒーターに供給する電流値の変化曲線を積分して求められた数値であり、最小二乗法などの回帰直線を求める計算手法を用いて求めることが好ましい。

【0012】

この傾きがゼロになった段階で、樹脂製シートの内部温度と外部温度が等しくなっていることが実験的に確かめられているため、これを終了条件とすると外気温などの変化にも対応することが可能となる。つまり、最適な樹脂製シートの加熱条件を満たした加熱を行い、熱成形を行うことができるので、結果的にサイクルタイムを短縮して生産性の向上を実現可能である。

【0013】

なお、温度制御に関しては、前記第１温度制御手段は、前記表面温度が前記目標温度よりも低い所定の温度を示す温度情報に達した場合に、前記ヒーターの温度を低下させる制御を前記温度情報より高い温度に変更して繰り返し、前記第２温度制御手段は、前記樹脂製シートの内部温度が前記目標温度に近い温度となるまで前記フィードバック制御を継続し、前記熱量評価手段は、前記傾きがゼロになった時に、前記フィードバック制御を終えて前記ヒーターによる加熱を終えるといった制御を行っている。こうすることで、適切な温度制御が可能となる。

【0014】

（２）（１）に記載の熱成形装置において、
前記出力計測手段は、前記ヒーターに流れる電流を測定する電流計であり、
前記出力値が前記電流計より得られた電流値であること、
が好ましい。

【0015】

（３）（１）に記載の熱成形装置において、
前記出力計測手段は、前記ヒーターの前記表面温度を測定する温度計であり、
前記出力値が前記温度計より得られた温度であること、
が好ましい。

【0016】

上記（２）または（３）に記載の態様により、出力計測手段として電流値やヒーター温度を利用することで、正確な変化の調査を行うことが可能となる。

【0017】

また、前記目的を達成するために、本発明の他の態様による熱成形方法は、以下のような特徴を有する。

【0018】

（４）被加工物である樹脂製シートをヒーターにより加熱する熱成形方法において、
前記樹脂製シートの表面温度を計測する温度計測部と、
前記ヒーターの出力を制御する出力制御部と、
前記ヒーターの出力を計測する出力計測手段と、を備え、
前記出力制御部に備える第１温度制御手段は、前記表面温度が目標温度となるように前記ヒーターによる加熱制御を行い、
前記第１温度制御手段による制御で前記表面温度が目標温度になった際に、前記出力制御部に備える第２温度制御手段により前記表面温度と前記目標温度との比較結果に応じた制御をするフィードバック制御を開始し、前記樹脂製シートの内部温度が前記目標温度に近い温度となるまで前記フィードバック制御を継続し、
前記出力計測手段の出力値に基づいて前記ヒーターが前記樹脂製シートに与える前記出力値の変化を直線近似して傾きとして評価する熱量評価手段により、前記傾きがゼロになった時に、前記第２温度制御手段による前記フィードバック制御を終えること、
を特徴とする。

【0019】

（５）（４）に記載の熱成形方法において、
前記出力計測手段は、前記ヒーターに流れる電流を測定する電流計であり、
前記出力値が前記電流計より得られた電流値であること、
が好ましい。

【0020】

（６）（４）に記載の熱成形方法において、
前記出力計測手段は、前記ヒーターの表面温度を測定する温度計であり、
前記出力値が前記温度計より得られた温度であること、
が好ましい。

【0021】

上記（４）乃至（６）に記載の態様により、（１）に記載の熱成形装置同様に、最適な樹脂製シートの加熱を行うことができるので、熱成形装置による生産性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本実施形態の、熱成形装置の概略図である。

【図2】本実施形態の、ヒーターユニットの平面図である。

【図3】本実施形態の、ヒーター要素の平面図である。

【図4】本実施形態の、ヒーターの温度制御の原理を説明する図である。

【図5】本実施形態の、加熱部の制御に関するブロック図である。

【図6】本実施形態の、温度制御に関するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

まず、本発明に係る実施形態の熱成形装置１００の構成の概略について説明をする。

【0024】

図１に、本実施形態の熱成形装置１００の概略図を示す。熱成形装置１００は、シート供給部２０、加熱部３０、成形部４０、成形品取出部６０よりなり、それぞれが制御盤５０に接続されて制御されている。熱成形装置１００は、被加熱物であるシートＳ１を熱成形し、成形品Ｓ２を製造することが可能である。シートＳ１は、矩形にカットされた厚手のものが用意される。

【0025】

樹脂製シートにあたるシートＳ１の材質は、プラスチックに炭素繊維を含ませた炭素繊維加熱複合材や、プラスチックにガラスやアラミド繊維を含ませた厚みが１～１０ｍｍ程度のいわゆる複合材料、又は厚手の単一素材を矩形のシート状にカットしたものを用いることを想定している。ただし、フィルム状のものであっても良いし、ロール状に巻き取られたものを引き出して使用するような方法を採用しても良い。つまり、被加熱物に関して本実施形態で説明する以外のものを採用することを妨げない。また、厚みに関しても増減することを妨げない。

【0026】

シート供給部２０には、シートＳ１を吸着搬送するシート供給手段９８と、シート供給手段９８によって搬送されたシートＳ１を受け取り保持するシート保持手段９９がシート投入側に備えられている。なお、シートＳ１の表面状態によっては吸着搬送ではなく、シートＳ１の端部をチャックして搬送するなど、他の搬送手段を用いることを妨げない。

【0027】

加熱部３０は、供給されたシートＳ１を、ヒーターユニット１０を用いて加熱して軟化させる機能を有している。ヒーターユニット１０は、シートＳ１の上側から加熱を行う上側加熱手段１１と、シートＳ１の下側から加熱を行う下側加熱手段１２よりなる。

【0028】

図２に、ヒーターユニットの平面図を示す。図３に、ヒーター要素の平面図を示す。ヒーター要素Ｈ３は、図２に示す様にヒーターユニット１０にタイル状に敷き詰められている。また、ヒーター要素Ｈ３は、主ヒーターＨ１と従ヒーターＨ２を含む。主ヒーターＨ１は、加熱側の面の略中央に配置され、従ヒーターＨ２はそれを取り囲むように配置されている。

【0029】

主ヒーターＨ１には、熱電対温度計３４が取り付けられており、主ヒーターＨ１の温度をヒーター計測温度Ｄｈｍとして計測する。主ヒーターＨ１の近くには温度計測部として放射温度計３３が配置されており、加熱部３０に供給されたシートＳ１の表面温度をシート表面温度Ｄｓｓとして検出する。従ヒーターＨ２は、主ヒーターＨ１の周りを囲むようにｘ方向、ｙ方向に複数配列する。

【0030】

ヒーター要素Ｈ３は、急速応答可能な高速追従型ヒーターであり、つづら折りに形成されたヒーターエレメントＨ３２が略八角形状の絶縁盤Ｈ３１の一面に配置されて成る。ヒーターエレメントＨ３２には、ニッケルクロム又は鉄クロムといった伝熱用合金を用いることができる。各ヒーター要素Ｈ３が発する熱量は、供給される電力量により制御される。ヒーター要素Ｈ３に供給される電力量の制御を行うことで、ヒーター要素Ｈ３の発熱量の調整ができる。この各ヒーター要素Ｈ３に供給される電力量の組み合わせを変化させることで、ヒーターユニット１０全体での発熱量を規定することができる。

【0031】

例えば、ヒーター要素Ｈ３の発熱量を調整するにあたって、従ヒーターＨ２の点火比率ＲＬは主ヒーターＨ１の値を基準として設定する。そして、主ヒーターＨ１よりも従ヒーターＨ２の方が点火比率ＲＬを高くすることで均一な加熱を狙うことができる。なお、図２に示すヒーター要素Ｈ３の配列はあくまで一例であるため、任意に変更することを妨げない。例えば、主ヒーターＨ１をシートＳ１の搬送方向先頭に配置し、搬送方向後方の従ヒーターＨ２の点火比率ＲＬを下げることで、搬送中の過加熱を解消するような方法も考えられる。

【0032】

成形部４０は、加熱されて軟化したシートＳ１を成形する機能を有している。成形部４０は、真空成形または圧空成形を行うことのできる構成であり、供給されたシートＳ１の上側に配置される上型４１と、シートＳ１の下側に配置されるクランプ４２を有する。シートＳ１はクランプ４２に保持されて図示しない昇降テーブルによって上型４１に対して近接離間し、上型４１に形成されたキャビティを用いて熱成形を行う。この際に、上型４１のキャビティ内に差圧を発生させることで真空成形または圧空成形を行う。

【0033】

制御盤５０は、加熱部３０および成形部４０などの制御を行っており、制御盤５０にはＰＬＣ（Programmable Logic Controller）３１などを備えている。制御盤５０によって、加熱部３０に備えるヒーターユニット１０（上側加熱手段１１及び下側加熱手段１２）の温度制御や近接離間を行うための駆動装置を制御し、成形部４０の上型４１やクランプ４２の昇降及び図示しない差圧発生回路を作動させる。

【0034】

シートＳ１を成形部４０にて成形した後、上型４１とクランプ４２は待避位置に移動させ、成形品Ｓ２を成形品取出部６０に送る。成形品取出部６０では、成形を終えた成形品Ｓ２の取り出しを行う取出手段６１が設けられている。シート供給部２０と同様で成形品Ｓ２を取出手段６１により吸着搬送して取り出す構成となっている。もちろん、取出手段６１に吸着搬送以外の搬送手段を用いることを妨げないし、この工程に成形品Ｓ２のトリミングを行う手段を用いることを妨げない。

【0035】

次に、熱成形装置１００を用いた成形手順及び制御について説明を行う。

【0036】

まず、熱成形装置１００のシート供給部２０にシートＳ１を投入する。シートＳ１はパレットＳＬに積まれた状態で投入され、シート供給手段９８によってシートＳ１が移動される。そして、シート保持手段９９によってシートＳ１を搬送し、加熱部３０に移動する。加熱部３０ではシートＳ１の上面を上側加熱手段１１で、シートＳ１の下面を下側加熱手段１２で加熱する。この時の加熱制御については後に言及する。

【0037】

次に、加熱の終わったシートＳ１を搬送して成形部４０に移動する。成形部４０では上型４１及びクランプ４２によってシートＳ１を成形する。そして、成形後の成形品Ｓ２は成形品取出部６０に移動し成形品Ｓ２の取り出しを取出手段６１を用いて行う。

【0038】

次に、加熱部３０における加熱の制御についての説明を行う。図４は、ヒーターの温度制御の原理を説明する図である。縦軸は温度（℃）、横軸は経過時間（ｔ）を示している。ヒーター温度情報Ｔ１は、熱電対温度計３４から得られるデータに基づく情報であり、表面温度情報Ｔ２は、放射温度計３３から得られるデータに基づく情報であり、内部温度情報Ｔ３は、図示しないシートＳ１内部に埋め込んだ熱電対より得られた温度情報である。ただし、製品を作る際にはシートＳ１内部に熱電対を埋め込むわけにはいかないので、この熱電対はあくまでテスト的に温度変化を確認するためのものである。

【0039】

また、表面温度情報Ｔ２は、複数の放射温度計３３を設置してシートＳ１上の複数の箇所から得られた情報を平均化したものを用いており、内部温度情報Ｔ３は同様に複数の内部温度情報を平均化したものを用いている。また、後述する加熱制御の範囲を加熱制御期間Ｐ１とし、温度保持制御の範囲を温度保持制御期間Ｐ２として示している。また、目標温度Ｔｄと第１温度設定情報Ｉｈｄ１（ヒーター温度設定情報Ｉｈｄのうち、ヒーターユニット１０による加熱初期に設定された温度情報）に関しては一点鎖線で示している。

【0040】

図５に、ヒーターユニットの制御に関するブロック図を示す。加熱部３０の制御盤５０には、ユーザーインターフェイスとして用いるタッチパネル３２が備えられる。タッチパネル３２からは、例えばシートＳ１に関する識別情報を選択するなどの操作が可能である。放射温度計３３及び熱電対温度計３４からの温度情報はＰＬＣ３１に伝えられる構成となっている。

【0041】

操作器３５は、ＰＬＣ３１から出力される点火比率ＲＬを元に、ヒーターユニット１０に供給する電力量を制御する機能を有する。操作器３５は交流電源とヒーター要素Ｈ３との間に配置され、図示していないが、ヒーターユニット１０を構成するヒーター要素Ｈ３のそれぞれに接続されている。また、ヒーター要素Ｈ３への配線には電力量を測るための電流計３７が設けられる。それぞれの回路の途中にはＡ／Ｄコンバーター３６が配置されている。

【0042】

加熱制御は、ヒーターユニット１０へ供給する電力量を操作器３５により制御して、シートＳ１を一定の温度（目標温度Ｔｄ）まで加熱する。第１温度制御手段３１２は、ヒーターユニット１０に対して加熱制御を行う。目標シート温度情報Ｉｔｓは、加熱制御において、ＰＬＣ３１がヒーター温度設定情報Ｉｈｄを変更する条件として使われ、目標とするシートＳ１の表面温度を示す情報である。ヒーター温度設定情報Ｉｈｄは、加熱制御においてＰＬＣ３１がヒーター温度を設定するために用いられる情報である。

【0043】

加熱制御では、第１温度制御手段３１２がシート表面温度Ｄｓｓと目標シート温度情報Ｉｔｓとの比較結果に応じて、記憶装置３１１に記憶されているヒーター温度設定情報Ｉｈｄを呼び出し、シート表面温度Ｄｓｓを参照しながら供給する電力量を決定して操作器３５へ伝達することで電力量を制御する。そして、シート表面温度Ｄｓｓが目標温度Ｔｄに到達するまで、ヒーターユニット１０による加熱指示を継続する。なお、この際の加熱制御は、例えば第１温度設定情報Ｉｈｄ１よりヒーター温度設定情報Ｉｈｄを随時更新しながら設定温度を下げ、これに伴って目標シート温度情報Ｉｔｓを徐々に下げていくように点火比率ＲＬを決定しても良い。

【0044】

切り替え手段３１４は、シート表面温度Ｄｓｓと目標温度Ｔｄとを比較し、シート表面温度Ｄｓｓが目標温度Ｔｄに達すると、ＰＬＣ３１が行うヒーターユニット１０に対する温度制御を加熱制御から温度保持制御に切り替える。すなわち、加熱制御を行う第１温度制御手段３１２から温度保持制御を行う第２温度制御手段３１３に切り替える。

【0045】

第２温度制御手段３１３は、ヒーターユニット１０に対して温度保持制御を行う。温度保持制御では、シート表面温度Ｄｓｓを元に、シートＳ１の温度を目標温度Ｔｄに近づけるようヒーターユニット１０の温度制御がなされる。第２温度制御手段３１３は、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御などのフィードバック制御により、シートＳ１の温度を制御する。

【0046】

熱量評価手段３１５は、電流計３７より得られる電流値Ｄａｃ、または熱電対温度計３４より得られるヒーター計測温度Ｄｈｍを取得して、その経時変化を評価する機能を備えており、温度保持制御の終了時を判断する。ヒーターユニット１０に供給する電力量は操作器３５によって制御されるが、そのアウトプットとして電流値Ｄａｃまたはヒーター計測温度Ｄｈｍを取得する。その上で、熱量評価手段３１５はその経時変化より描かれる曲線を最小二乗法などの手法により直線近似してその傾きＩに基づいた判断を行う。そして成形部４０にシートＳ１を移動させるタイミングを決定する。

【0047】

図６に温度制御に関するフローチャートを示す。図６のステップＳ１１では、ヒーター温度設定情報Ｉｈｄ及び目標シート温度情報Ｉｔｓの設定を行う。第１温度制御手段３１２は、ヒーター温度設定情報Ｉｈｄ及び目標シート温度情報Ｉｔｓを設定し、加熱制御を開始する。この処理により、ＰＬＣ３１から操作器３５に対して、ヒーター温度設定情報Ｉｈｄに応じた点火比率ＲＬが出力される。

【0048】

ステップＳ１２では、ヒーターユニット１０の保温設定を行う。第１温度制御手段３１２は、ヒーター温度設定情報Ｉｈｄで設定された温度となるようにヒーターユニット（主ヒーターＨ１）１０の温度設定を行う。温度制御は、例えば第１温度制御手段３１２が、ヒーター計測温度Ｄｈｍと現在のヒーター温度設定情報Ｉｈｄとを比較し、比較結果に応じて点火比率ＲＬを変化させて操作器３５へ情報を渡す。

【0049】

この際に、ヒーターユニット１０の出力値を記憶装置３１１に記録する。具体的には、電流計３７より得られる電流値Ｄａｃを記憶装置３１１に記録する。例えば１回目であれば、第１電流値情報Ｄａｃ１として記録する。または、ヒーター計測温度Ｄｈｍを記憶装置３１１に記録する。例えば１回目であれば、第１温度情報Ｄｈｍ１として記録する。

【0050】

ステップＳ１３では、シート表面温度Ｄｓｓの取得を行う。第１温度制御手段３１２は、シート表面温度Ｄｓｓを取得する。シート表面温度Ｄｓｓは、主ヒーターＨ１の近くに配置された放射温度計３３によって取得されるシートＳ１の表面温度である。

【0051】

ステップＳ１４で、シート表面温度Ｄｓｓが目標温度に達したかの判定を行う。第１温度制御手段３１２により、ステップＳ１３で取得したシート表面温度Ｄｓｓを目標温度Ｔｄと比較する。シート表面温度Ｄｓｓが目標温度Ｔｄより低い場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻る。シート表面温度Ｄｓｓが目標温度Ｔｄに到達している場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５からは、第１温度制御手段３１２による加熱制御から、第２温度制御手段３１３による温度保持制御に制御が切り替え手段３１４により切り替えられる。

【0052】

ステップＳ１５で、シート表面温度Ｄｓｓと電流値Ｄａｃの取得を行う。また、ヒーター計測温度Ｄｈｍの取得を行う。第２温度制御手段３１３は、ステップＳ１３と同じくヒーターユニット１０の出力値を記憶装置３１１に記録する。具体的には、電流計３７より得られる電流値Ｄａｃまたは、ヒーター計測温度Ｄｈｍを記憶装置３１１に記録する。１回目であれば、第２電流値情報Ｄａｃ２、または第２温度情報Ｄｈｍ２として記録する。

【0053】

ステップＳ１６で、比較量算出を行う。第２温度制御手段３１３は、ステップＳ１５で取得したシート表面温度Ｄｓｓと、目標温度Ｔｄとの比較量を算出する。比較量は、例えば、シート表面温度Ｄｓｓと目標温度Ｔｄの差分を元に算出される。

【0054】

ステップＳ１７で、比較量に応じて点火比率ＲＬを修正する。第２温度制御手段３１３は、ステップＳ１６で算出された比較量に応じて操作器３５に出力する点火比率ＲＬを修正する。修正後の点火比率ＲＬに応じて操作器３５がヒーターユニット１０に供給する電力量を制御することで、シート表面温度Ｄｓｓを目標温度Ｔｄに近づけるためのフィードバック制御が行われる。

【0055】

ステップＳ１８で、シート表面温度が目標温度に達したかを判断する。第２温度制御手段３１３は、シート表面温度Ｄｓｓが目標温度Ｔｄに達したかどうかを判断する。シート表面温度Ｄｓｓが目標温度Ｔｄに達していれば（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１９に進み、達していなければ（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１５に戻る。

【0056】

ステップＳ１９で、傾きＩがゼロかを判断する。熱量評価手段３１５は、電流値Ｄａｃまたはヒーター計測温度Ｄｈｍに基づくヒーター温度の変化を、直線近似して傾きＩを求める。そして、この傾きＩがゼロになっていなければ（ステップＳ１９：Ｎｏ）、ステップＳ１５に戻る。例えば、第１温度情報Ｄｈｍ１と第２温度情報Ｄｈｍ２など、ヒーター計測温度Ｄｈｍを用いて温度変化曲線を求め、その直線近似をして傾きＩを調べる。ゼロになったと判断すれば（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）処理を終了する。そして、シートＳ１を搬送して成形部４０に移動する。例えば、図４に示す第１近似直線Ｌ１は傾きＩがゼロになっていないため、ステップＳ１５に戻り、第２近似直線Ｌ２は傾きＩがゼロになっているため処理を終了する。

【0057】

第１実施形態の熱成形装置１００は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。

【0058】

まず、シートＳ１を熱成形するにあたって、ヒーターユニット１０による最適なシートＳ１の加熱条件を満たすことが可能となる点が効果として挙げられる。これは、熱成形装置１００が次のような構成を有するからである。まず、被加熱物である樹脂製シート（シートＳ１）を加熱するヒーター（ヒーターユニット１０）を有する熱成形装置１００において、シートＳ１の表面温度（シート表面温度Ｄｓｓ）を計測する温度計測部（放射温度計３３）と、ヒーターユニット１０の出力を制御する出力制御部（ＰＬＣ３１）と、ヒーターユニット１０の出力を計測する出力計測手段（電流計３７または熱電対温度計３４）と、を備える。

【0059】

そして、ＰＬＣ３１は、放射温度計３３で計測されるシート表面温度Ｄｓｓが、初期温度から順次低くなるようにヒーターユニット１０の出力を制御する第１温度制御手段３１２と、第１温度制御手段３１２による制御でシート表面温度Ｄｓｓが目標温度Ｔｄになった後に、シート表面温度Ｄｓｓと目標温度Ｔｄとの比較結果に応じた制御をするフィードバック制御を開始する、第２温度制御手段３１３と、出力計測手段（電流計３７または熱電対温度計３４）の出力値に基づいてヒーターユニット１０がシートＳ１に与える出力値の変化を直線近似して傾きＩとして評価する熱量評価手段３１５と、を有すること、を特徴としているためである。

【0060】

このうち、出力計測手段はヒーターユニット１０に流れる電流を測定する電流計３７であり、出力値は電流計３７より得られた電流値Ｄａｃであること、または、出力計測手段はヒーターユニット１０の表面温度を測定する熱電対温度計３４であり、出力値が熱電対温度計３４より得られたヒーター計測温度Ｄｈｍであること、が好ましい。

【0061】

出願人は、ヒーターユニット１０の出力値を、電流値Ｄａｃまたはヒーター計測温度Ｄｈｍの数値で熱量評価手段３１５により評価して、直線近似した傾きＩがゼロになった段階で、シートＳ１のシート表面温度Ｄｓｓと内部温度が同じになることを確認している。この動きについて図４を用いて説明する。実際に成形品Ｓ２を作るのに用いるシートＳ１には、内部温度を測るための熱電対を埋め込むことは困難なので、あくまで埋め込まれた場合に起こる動きである。

【0062】

まず、図４に模式的に示しているが、傾きＩがゼロになる近似直線Ｌ２を確認して、温度保持制御期間Ｐ２の終了点としている。そして、この時点で表面温度情報Ｔ２と内部温度情報Ｔ３はほぼ同じとなっておりかつ目標温度Ｔｄに到達していることが分かる。出願人の実験によって、こうした傾向は外部温度環境などに左右されないことが確認できている。

【0063】

第１温度制御手段３１２によって加熱制御が開始された段階で、ヒーター温度情報Ｔ１で示されるヒーターユニット１０の温度は第１温度設定情報Ｉｈｄ１（ヒーター温度設定情報Ｉｈｄ）まで一気に上昇し、シートＳ１の加熱を始める。これに伴い、表面温度情報Ｔ２で示されるシートＳ１の表面温度が上昇し、これに遅れて内部温度情報Ｔ３が上昇する。そして、第２温度制御手段３１３によって保温制御が行われることで、表面温度情報Ｔ２に内部温度情報Ｔ３が近づいていく。この時、ヒーターユニット１０の出力を下げていくため、ヒーター温度情報Ｔ１の変化は緩慢になる。直線近似して傾きＩを評価している理由は、ヒーター温度情報Ｔ１は細かく変動しているため、安定的になっても温度の上下動を繰り返すこととなる。これために近似直線を用いて評価することで対応している。

【0064】

傾きＩがゼロになると、シートＳ１の表面温度も内部温度も目標温度Ｔｄに達しているものとして第２温度制御手段３１３による温度保持制御を終了して次の成形部４０に加熱の終わったシートＳ１を移動させ、成形を行う。こうしたプロセスによって、熱成形装置１００による適切なシートＳ１の加熱が可能となり、成形品Ｓ２の歩留まり向上に貢献することができる。課題で言及した通り、温度保持制御を終了するトリガーを時間設定にすると、長めに設定する必要があり、結果的にシートＳ１のドローダウンを招いたり、サイクルタイムの悪化を招いたりすることがある。しかし、本実施形態のような制御を採用することで、温度保持制御の終了時間を適切に判断できるので、製品不良の低減やサイクルタイムの向上に繋がる。

【0065】

また、加熱部３０においてこのようなプロセスを採用することで、例えば外部温度環境の影響によりシートＳ１の表面温度Ｄｓｓに比べて内部温度の上昇が緩やかになった場合、ヒーターユニット１０側に要求される電力量が増えるので、結果的に温度保持制御期間Ｐ２が長くなっても図４でいう表面温度情報Ｔ２と内部温度情報Ｔ３が重なるタイミングで傾きＩがゼロとなる。これはシートＳ１の材質が変わっても同様の結果が得られることを確認している。すなわち、シートＳ１の材質の変化や外部温度環境の変化にも対応できるようになる。

【0066】

そして、このような温度保持制御期間Ｐ２の決定プロセスは、制御盤５０に備えられたＰＬＣ３１によって決定されるため、課題で言及したような現場の作業者の作業量を減らすことにも貢献することができる。このことは、パラメーターの決定などに要する作業時間の短縮や、結果的に成形品Ｓ２の生産コストの削減に貢献する。

【0067】

以上、本発明に係る熱成形装置１００に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、シートＳ１の搬送手段を変更したり成形品Ｓ２の取り出し手段を変更したりすることを妨げない。また、シートＳ１を複合材料と説明しているが、単一素材よりなるシート材やフィルム材に適用することを妨げない。尤も、本発明は比較的厚手の樹脂素材や温度条件の異なる複合材料に適用する方が好ましい。これは、厚手の素材などの方が、ヒーターユニット１０による加熱によって、表面温度Ｄｓｓと内部温度の乖離が起きやすい為である。

【符号の説明】

【0068】

Ｉ 傾き
Ｓ１ シート
Ｔｄ 目標温度
Ｄｓｓ シート表面温度
１０ ヒーターユニット
３１ ＰＬＣ
３３ 放射温度計
３４ 熱電対温度計
３７ 電流計
１００ 熱成形装置
３１２ 第１温度制御手段
３１３ 第２温度制御手段
３１５ 熱量評価手段

【要約】

【課題】最適な樹脂製シートの加熱条件を満たすことが可能な熱成形装置の提供することを目的とする。
【解決手段】被加熱物であるシートＳ１を加熱するヒーターユニット１０を有する熱成形装置１００において、シートＳ１のシート表面温度Ｄｓｓを計測する放射温度計３３と、ヒーターユニット１０の出力を制御するＰＬＣ３１と、ヒーターユニット１０の出力を計測する出力計測手段と、を備え、ＰＬＣ３１は、放射温度計３３で計測されるシート表面温度Ｄｓｓが、初期温度から順次低くなるようにヒーターユニット１０の出力を制御する第１温度制御手段３１２と、第１温度制御手段３１２による制御でシート表面温度Ｄｓｓが目標温度Ｔｄになった後に、シート表面温度Ｄｓｓと目標温度Ｔｄとの比較結果に応じた制御をするフィードバック制御を開始する、第２温度制御手段３１３と、出力計測手段の出力値に基づいてヒーターユニット１０がシートＳ１に与える出力値の変化を直線近似して傾きＩとして評価する熱量評価手段３１５と、を有する。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】