シート体の加熱方法及びその装置
【課題】繊維強化樹脂のシート体１２を融点以上の温度に加熱する際の効率を向上させるとともに、この際にシート体１２に欠損が生じることを回避する。
【解決手段】シート体用加熱装置１０は、接触式加熱手段である無限軌道１４、１６と、該無限軌道１４、１６から露呈したシート体１２を加熱する非接触式加熱手段としての赤外線照射ランプ３４とを有する。さらに、無限軌道１４、１６と赤外線照射ランプ３４との間には、保温手段としての熱風供給手段である吐出ノズル３２が配設される。以上の構成において、無限軌道１４、１６中のシート体１２に接触する部位の長さ方向寸法（接触幅）Ｌａは、シート体１２の搬送速度をＶ、前記部位に接触したシート体１２の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとするとき、好ましくは、Ｌａ≧Ｖ×ｔを満足するように予め設定される。
【解決手段】シート体用加熱装置１０は、接触式加熱手段である無限軌道１４、１６と、該無限軌道１４、１６から露呈したシート体１２を加熱する非接触式加熱手段としての赤外線照射ランプ３４とを有する。さらに、無限軌道１４、１６と赤外線照射ランプ３４との間には、保温手段としての熱風供給手段である吐出ノズル３２が配設される。以上の構成において、無限軌道１４、１６中のシート体１２に接触する部位の長さ方向寸法（接触幅）Ｌａは、シート体１２の搬送速度をＶ、前記部位に接触したシート体１２の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとするとき、好ましくは、Ｌａ≧Ｖ×ｔを満足するように予め設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂からなるシート体を加熱する際に実施されるシート体の加熱方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂は、周知の通り、マトリックスである樹脂中に繊維を含むものであり、シート体として供給されることが多い。所望の形状をなす繊維強化樹脂の成形体を得るには、先ず、このシート体に対して加熱処理を施すことで該シート体を軟質化し、次に、軟質化したシート体や、該シート体同士を積層した積層体に対して、真空成形等の所定の成形加工を実施するようにしている。
【０００３】
前記加熱処理を施すための加熱装置としては、例えば、特許文献１に記載される接触式加熱を採用するものが挙げられる。すなわち、この加熱装置は、シート体を順次送り出す搬送機構と、搬送されるシート体を挟持する１組の加熱板とを有する。
【０００４】
搬送されるシート体が互いに離間した加熱板同士の間に位置すると、前記加熱板同士が互いに接近してシート体を挟持する。シート体は、このときに双方の加熱板に接触する。この際、加熱板からシート体に熱が伝達され、その結果、室温程度であったシート体の温度が急速に上昇する。
【０００５】
この場合、シート体の上昇後の温度は、マトリックスである樹脂の融点未満としなければならない。融点以上に加熱すると、溶融した樹脂の一部が加熱板に付着してしまうからである。勿論、この場合、シート体に欠損が生じる。従って、シート体ごとに重量が相違したり、強度・剛性が低下したシート体が得られたりする等の不具合が惹起される。
【０００６】
また、加熱板同士でシート体を挟持して十分に加熱するためには、シート体の搬送を停止するか、又は、搬送速度を小さくする必要がある。このため、シート体の搬送速度を大きくすることは容易ではない。換言すれば、シート体を高速処理することが困難である。
【０００７】
一方、非接触式加熱方式を採用する加熱装置も知られている。例えば、特許文献２に記載された加熱装置では、輻射熱によって熱可塑性樹脂板を加熱するようにしている。この場合、熱源がシート体から離間しているので、該シート体を樹脂の融点以上に加熱したとしても、溶融した樹脂が熱源に付着することがないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭５１−９９７６５号公報
【特許文献２】実開昭５５−１３４２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非接触式加熱方式は加熱効率が低く、このため、加熱前後の温度差を大きくするためには多数の熱源を配置して加熱領域幅を長くする必要がある。従って、加熱装置が大型化し、設備投資も高騰する。また、一般的に、加熱前後の温度差が大きいほど到達温度を高精度に制御することは困難であり、シート体が過剰加熱されるという不具合が顕在化している。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、シート体が高速で搬送される場合においてもシート体を効率よく加熱することが可能であり、しかも、シート体に欠損が生じる懸念を払拭し得るシート体の加熱方法及びその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】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、繊維強化樹脂からなるシート体を加熱するシート体の加熱方法であって、
搬送される前記シート体を、回転動作する挟持体で挟持するとともに前記挟持体ごと加熱し、該シート体に含まれる樹脂の融点未満に加熱する工程と、
前記挟持体から露呈したシート体を、非接触加熱手段によって前記樹脂の融点以上に加熱する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、繊維強化樹脂からなるシート体を加熱するためのシート体用加熱装置であって、
前記シート体を搬送するための搬送機構と、
搬送される前記シート体を回転動作しながら挟持する挟持体と、
前記挟持体に挟持された前記シート体を前記挟持体ごと加熱するための加熱手段と、
前記挟持体から露呈したシート体を再加熱するための非接触加熱手段と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明において、「挟持体から露呈したシート体」には、シート体の全部が挟持体から露呈した場合のみならず、シート体の一部が挟持体から露呈した場合も含まれるものとする。
【００１４】
すなわち、本発明においては、接触式加熱手段である挟持体でシート体を融点未満に加熱した後、非接触加熱手段によって前記シート体を融点以上に加熱するようにしている。このため、シート体に含まれる樹脂が挟持体に加熱されて溶融し、該挟持体に付着すること、すなわち、シート体に欠損が生じることが回避される。
【００１５】
しかも、この場合、非接触加熱手段によるシート体の温度上昇幅が小さい。シート体は、挟持体に挟持される間、好ましくは融点近傍まで加熱されるからである。
【００１６】
従って、非接触加熱手段が小規模であっても、シート体を速やかに加熱することが可能となる。このため、シート体用加熱装置が大型化することが回避されるとともに、設備投資が高騰することが回避される。しかも、シート体が速やかに加熱されるので、シート体を高速で処理することが可能である。換言すれば、シート体の加熱効率が向上する。
【００１７】
なお、非接触加熱手段の好適な例としては、赤外線照射手段又は熱風供給手段が挙げられる。勿論、両方を併用してもよい。
【００１８】
ここで、例えば、非接触加熱手段を付勢するためのリード線等が挟持体に干渉するような場合には、挟持体と非接触加熱手段とをある程度離間させるようにしてもよい。この場合、シート体の温度が過度に降下する懸念があるときには、挟持体と非接触加熱手段の間に、シート体を保温する保温手段を設けるようにすればよい。
【００１９】
いずれの場合においても、前記挟持体の各々としては、少なくとも１組のローラと、前記１組のローラに掛け渡されて前記シート体に接触するベルトとを具備する無限軌道を採用することが好ましい。この場合、シート体が十分に予熱されるので、シート体の下端面から上端面に向かう厚み方向の温度を略均一とすることが容易となる。
【００２０】
さらに、シート体の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとするとき、挟持体がシート体に接触する接触時間ｔrealが前記理論時間値ｔ以上となるようにシート体の搬送速度Ｖを設定することが好ましい。このためには、挟持体中のシート体に接触する部位の接触幅寸法をＬとするとき、前記搬送速度Ｖ、前記理論時間値ｔとの間に下記の式（１）が成立するように、接触幅寸法Ｌ、搬送速度Ｖを設定すればよい。
Ｌ≧Ｖ×ｔ …（１）
【００２１】
ここで、理論時間値ｔは、以下のようにして求められる。
【００２２】
ベルトから伝達される熱量をｑ１、シート体が受領する熱量をｑ２とすると、ｑ１＝ｑ２である。ここで、ｑ１は、加熱前後の温度差を時間で偏微分することで求められる。すなわち、下記の式（２）が成り立つ。
ｑ１＝δＴ／δｔ …（２）
【００２３】
一方、ｑ２は、シート体の厚み方向の温度変化を厚み方向寸法ｘで２次偏微分したものに対し、シート体の温度拡散率αを乗じることで求められる。すなわち、下記の式（３）が成立する。
ｑ２＝α（δ2Ｔ／δｘ2） …（３）
【００２４】
なお、シート体の熱伝導率、密度、定圧比熱容量のそれぞれをλ、ρ、Ｃｐとするとき、α＝（λ／ρ）Ｃｐである。これらの値は既知であるから、αの値は一義的に決定される。
【００２５】
上記したように、ｑ１＝ｑ２であるから、結局、下記の式（４）が導き出される。
δＴ／δｔ＝α（δ2Ｔ／δｘ2） …（４）
【００２６】
この式（４）に基づき、シート体の下端面から上端面に至るまでの温度が部位に関わらず均一となる理論時間値ｔを求めることができる。
【００２７】
従って、シート体が挟持体に接触する時間ｔrealを理論時間値ｔ以上とすれば、シート体の厚み方向に沿う（下端面から上端面に至る）温度を、部位に関わらず略同一とし得る。
【００２８】
そして、前記接触幅寸法Ｌと、シート体の搬送速度Ｖと、接触時間ｔrealとの間には下記の関係式（５）が成り立つ。
Ｌ＝Ｖ×ｔreal …（５）
【００２９】
この（５）式から、ｔrealを前記理論時間値ｔ以上とすること、すなわち、上記の式（１）を満足させることにより、シート体の下端面から上端面に至る温度を、部位に関わらず略同一とし得ることが分かる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、繊維強化樹脂からなるシート体を、接触式加熱手段である挟持体で先ず融点未満に加熱し、次に、赤外線照射手段又は熱風供給手段等の非接触加熱手段によって融点以上に加熱するようにしている。このため、シート体に含まれる樹脂が溶融して挟持体に付着することが回避され、その結果、シート体に欠損が生じることが回避される。
【００３１】
しかも、非接触加熱手段によって加熱されるシート体の温度上昇幅が小さいので、該非接触加熱手段が小規模であってもシート体を速やかに加熱することができる。このため、シート体の加熱効率が向上するとともに、シート体用加熱装置が大型化することや、設備投資が高騰することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係るシート体用加熱装置の要部概略側面図である。
【図２】別の実施の形態に係るシート体用加熱装置が具備する挟持体の要部概略側面図である。
【図３】特定のシート体の厚み方向に沿う温度の経時変化の一例を示す図表である。
【図４】実施例１〜２０における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【図５】実施例２１〜３８における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【図６】実施例３９〜４８における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【図７】比較例１〜９における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【図８】実施例４９〜５８における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係るシート体の加熱方法につき、それを実施する装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本実施の形態に係るシート体用加熱装置（以下、単に加熱装置とも表記する）１０の要部概略側面図である。この加熱装置１０では、シート体１２を挟持する挟持体として、無限軌道１４、１６が採用されている。
【００３５】
シート体１２は、図示しない搬送機構によって送り出され、矢印Ｙ方向に沿って搬送される。この搬送機構は、この種の加熱装置１０に付設される周知のものであり、従って、図示及びその詳細な説明を省略する。なお、図１には、シート体１２の厚み方向、すなわち、側方端面が示されている。
【００３６】
この場合、無限軌道１４、１６は、その回転軸が図示しない回転駆動源に連結された駆動ローラ１８ａと、従動ローラ２０ａと、これら駆動ローラ１８ａ及び従動ローラ２０ａに掛け渡された履板２２ａ（ベルト）とを有する。
【００３７】
この中の履板２２ａは、複数個のブロック２４ａが並列されることで構成される。隣接するブロック２４ａ、２４ａ同士には連結駒２６ａが橋架される。この連結駒２６ａは、支持ピン２８ａ、２８ａを介してブロック２４ａ、２４ａに支持される。
【００３８】
残余の一方の無限軌道１６も、無限軌道１４と同様に構成されている。従って、同一の構成要素には同一の参照符号を付すとともにその添字のａをｂに代替し、詳細な説明を省略する。なお、駆動ローラ１８ａと駆動ローラ１８ｂが同期して回転駆動されることは勿論である。
【００３９】
履板２２ａは矢印Ｘ１に沿って周回（回転）動作し、一方、履板２２ｂは矢印Ｘ２に沿って周回（回転）動作する。その過程で、履板２２ａにおけるシート体１２の下端面に臨む部位と、履板２２ｂにおけるシート体１２の上端面に臨む部位とが、これら下端面及び上端面に接触する。
【００４０】
ここで、前記部位の長さ方向寸法をＬａとするとき、Ｌａの値は、シート体１２の搬送速度Ｖ、前記部位に接触したシート体１２の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとすると、好ましくは、下記の式（６）を満足するように予め設定される。この理由については後述する。
Ｌａ≧Ｖ×ｔ …（６）
【００４１】
駆動ローラ１８ａと従動ローラ２０ａの間、及び、駆動ローラ１８ｂと従動ローラ２０ｂの間には、それぞれ、熱風発生源（例えば、ヒータ等）によって生成された熱風を吐出するための吐出ノズル３０ａ、３０ｂがそれぞれ配置される。駆動ローラ１８ａ、１８ｂ及び従動ローラ２０ａ、２０ｂは、これら吐出ノズル３０ａ、３０ｂから吐出された熱風から熱を受領することによって加熱される。
【００４２】
そして、ブロック２４ａ、２４ｂ、ひいては履板２２ａ、２２ｂ全体は、熱風によって直接、又は、上記のようにして温度が上昇した駆動ローラ１８ａ、１８ｂ及び従動ローラ２０ａ、２０ｂから熱を受領することで間接的に加熱され、所定の温度に上昇する。勿論、履板２２ａ、２２ｂは、互いに略同一の温度に設定される。
【００４３】
無限軌道１４、１６間のクリアランスに挿入されたシート体１２は、矢印Ｙ方向に沿って移動する。この矢印Ｙ方向下流側には、無限軌道１４、１６に近接する側から、熱風をシート体１２に向けて吐出するための吐出ノズル３２（保温手段）、シート体１２に対して赤外線を照射するための赤外線照射ランプ３４（非接触加熱手段）が配設される。
【００４４】
なお、熱風は、シート体１２中、図１においてＬｂとして示される範囲に到達する。すなわち、熱風到達範囲Ｌｂ間の部位の温度を保持する。
【００４５】
また、赤外線照射ランプ３４から照射された赤外線は、シート体１２中、図１においてＬｃとして示される範囲に入射する。すなわち、赤外線は、赤外線入射幅Ｌｃ間の部位の温度を上昇させることが可能である。
【００４６】
本実施の形態に係る加熱装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施の形態に係る加熱方法との関係で説明する。
【００４７】
はじめに、無限軌道１４、１６を構成する駆動ローラ１８ａ、１８ｂが回転駆動され、これに追従して履板２２ａ、２２ｂが周回動作するとともに従動ローラ２０ａ、２０ｂが回転動作を開始する。さらに、吐出ノズル３０ａ、３０ｂから熱風が吐出され、これにより駆動ローラ１８ａ、１８ｂ、従動ローラ２０ａ、２０ｂ及び履板２２ａ、２２ｂが加熱されて温度が上昇する。従って、シート体１２における履板２２ａ、２２ｂに接触した部位は、該履板２２ａ、２２ｂから熱を受領することで加熱され、これにより、その温度が上昇する。
【００４８】
シート体１２の温度上昇は、該シート体１２のマトリックスである樹脂の融点未満となるように抑制される。換言すれば、履板２２ａ、２２ｂの温度は、シート体１２の温度を融点以上に上昇させない温度に設定される。
【００４９】
従って、シート体１２に含まれる樹脂が溶融することが回避される。このため、溶融した樹脂が履板２２ａ、２２ｂに付着することに起因してシート体１２に欠損が生じることを防止することができる。
【００５０】
この場合、履板２２ａ、２２ｂにおけるシート体１２に接触する部位の長さ方向寸法（換言すれば、加熱領域の長さ）Ｌａが、シート体１２の搬送速度をＶ、前記部位に接触したシート体１２の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとするとき、好ましくは、下記の式（６）を満足するように設定されている。
Ｌａ≧Ｖ×ｔ …（６）
【００５１】
Ｌａは、シート体１２の搬送速度Ｖと、シート体１２が無限軌道１４、１６に接触する時間ｔrealとの積として求められる。このことと上記式（５）から、シート体１２が前記部位に接触する時間ｔrealを、熱解析によって求められた前記理論時間値ｔ以上とすることにより、シート体１２における下端面から上端面に至るまでの温度を、部位に関わらず略均一とすることができる。
【００５２】
例えば、マトリックスが融点２６１℃、結晶化温度２２０℃のナイロン−６，６樹脂であり、且つ炭素繊維比率が５８重量％、厚みが０．２５ｍｍ、密度が１４５０ｋｇ／ｍ3、定圧比熱容量が１２３０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、熱伝導率λが０．７Ｊ／（ｍ・秒・Ｋ）であるシート体１２を、温度Ｔａが２５０℃に設定された履板２２ａ、２２ｂに接触させる場合、上記の式（２）〜（４）に従ってシート体１２の厚み方向に沿う温度が２５０℃で均一となる理論時間値を求めると、０．１４秒である（後述）。
【００５３】
この場合において、シート体１２の搬送速度Ｖが２．５ｍ／分、１０ｍ／分、２０ｍ／分、５０ｍ／分としたとき、上記の式（６）から算出されるＬａは、それぞれ、５．８ｍｍ以上、２３．３ｍｍ以上、４６．７ｍｍ以上、１１６．７ｍｍ以上となる。
【００５４】
加熱領域の長さＬａをこのようにして求められる適切な値に設定することにより、シート体１２が厚み方向中腹部まで十分に加熱される。従って、厚み方向に沿う温度にバラツキが生じることが抑制される。また、この寸法に設定することにより、シート体１２が高速で搬送される場合であっても該シート体１２を十分に加熱することが可能となる。
【００５５】
実際のシート体１２の表面には、凹凸が存在する。このため、シート体１２の表面と履板２２ａ、２２ｂとの接触が不十分となることが懸念される。従って、Ｌａの値を、Ｖとｔrealの積よりも十分に大きく設定することが好ましい場合がある。
【００５６】
このようにして加熱されたシート体１２の一部は、履板２２ａ、２２ｂから露呈する。この露呈した部位に対して、吐出ノズル３２から吐出された熱風が接触する。
【００５７】
熱風の温度は、シート体１２の温度が維持される程度に設定される。好ましくは、ブロック２４ａ、２４ｂの温度をＴａ、ＬａとＬｂの境界（位置Ａ）におけるシート体１２の温度をＴ１、ＬｂとＬｃの境界（位置Ｂ）におけるシート体１２の温度をＴ２とするとき、Ｔａ×０．９≦Ｔ１、Ｔａ×０．９≦Ｔ２が両立する温度である。これにより、シート体１２の温度が低下することや、その結果として該シート体１２の内部で温度分布が生じることを回避することができる。なお、Ｔａ×０．９５≦Ｔ１、Ｔａ×０．９５≦Ｔ２が両立する温度であることがより好ましく、Ｔａ＝Ｔ１＝Ｔ２が成立することが最も好ましい。以上において、Ｔ１及びＴ２は、シート体１２に含まれる樹脂の融点未満であることはいうまでもない。
【００５８】
シート体１２は、矢印Ｙ方向に沿ってさらに搬送され、赤外線照射ランプ３４に対向する位置に達する。この位置で赤外線が入射されることにより、シート体１２が、該シート体１２に含まれる樹脂の融点以上の温度Ｔ３に加熱されて位置Ｃに到達する。
【００５９】
シート体１２が履板２２ａ、２２ｂによって予め加熱されているので、この加熱によるシート体１２の温度上昇幅は比較的小さい。このため、シート体１２の最終的な到達温度を高精度に制御することが可能となるので、シート体１２を過剰加熱してしまう懸念を払拭することができる。
【００６０】
また、赤外線照射ランプ３４は非接触式加熱手段であるが、シート体１２の温度上昇幅が小さいので、該シート体１２を速やかに加熱することができる。このため、赤外線照射ランプ３４を多数設ける必要がない。従って、加熱装置１０が大型化することが回避されるので、設備投資が高騰することも回避される。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、シート体１２を樹脂の溶融温度以上まで効率よく加熱することができる。しかも、その加熱過程でシート体１２に欠損を生じさせる懸念が払拭される。
【００６２】
なお、上記した実施の形態では、無限軌道１４、１６と赤外線照射ランプ３４との間に熱風を吐出する吐出ノズル３２を配置するようにしているが、無限軌道１４、１６から露呈したシート体１２が保温状態に維持されたままで赤外線照射ランプ３４に到達することが可能であれば、吐出ノズル３２（保温手段）を割愛するようにしてもよい。無限軌道１４、１６を加熱する手段は、熱風ではなくヒータであってもよい。
【００６３】
また、非接触式加熱手段は、赤外線照射ランプ３４に特に限定されるものではなく、熱風を吐出する吐出ノズルであってもよい。この場合において吐出ノズル３２（保温手段）を設けるときには、非接触式加熱手段である前記吐出ノズルから、吐出ノズル３２から吐出される熱風よりも高温の熱風を吐出するようにすればよい。
【００６４】
保温手段も、熱風を吐出する吐出ノズルに特に限定されるものではなく、加熱光を照射する加熱ランプであってもよい。
【００６５】
さらに、履板２２ａ、２２ｂにヒータを埋設し、このヒータによって無限軌道１４、１６を加熱するようにしてもよい。熱風とヒータを組み合わせるようにしてもよい。
【００６６】
さらにまた、無限軌道１４、１６においては、履板２２ａ、２２ｂに代替して無端状のリングを採用するようにしてもよい。
【００６７】
加えて、この実施の形態では、挟持体として無限軌道１４、１６を採用しているが、図２に示すような１対の加熱ローラ４０ａ、４０ｂを挟持体としてもよい。この場合、加熱ローラ４０ａ、４０ｂがシート体１２に接触する接触幅寸法は、図２中のＬｄとなる。
【実施例】
【００６８】
［実施例１〜４８、比較例１〜９］
シート体１２として、マトリックスが融点２６１℃、結晶化温度２２０℃のナイロン−６，６樹脂であり、炭素繊維比率が５８重量％である繊維強化樹脂を選定した。なお、このシート体１２の厚みｘ、密度ρ、定圧比熱容量Ｃｐ、熱伝導率λは、それぞれ、０．２５ｍｍ、１４５０ｋｇ／ｍ3、１２３０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、０．７Ｊ／（ｍ・秒・Ｋ）であった。
【００６９】
このシート体１２の厚み方向中心（すなわち、厚み方向に沿う寸法が０．１２５ｍｍである部位）を零節点とし、この零節点から上端面までを０．０１２５ｍｍ毎に仮想的に区切り、各々を第１節点〜第１０節点とした。なお、第１０節点は上端面である。
【００７０】
そして、温度Ｔａが２５０℃に設定された履板２２ａ、２２ｂに接触するシート体１２において、零節点〜第１０節点の各々における温度の経時変化を上記の式（２）〜（４）に従って求めた。結果を図３に示す。この図３から、零節点〜第１０節点の温度が同一となる温度、換言すれば、シート体１２の厚み方向に沿う温度が２５０℃で均一となる理論時間値が０．１４秒であることが分かる。
【００７１】
このシート体１２を、吐出ノズル３２を具備していないこと、すなわち、保温手段を具備していないことを除いては図１に示す加熱装置１０に準拠する構成の加熱装置１０にて様々な条件下で加熱した。ただし、Ｌａの終点とＬｃの開始点の距離（便宜上Ｌｂとする）は５０ｍｍとした。
【００７２】
具体的には、図１中のＬａの値を種々変更することで、無限軌道１４、１６がシート体１２に接触する時間ｔrealを変化させた。そして、ＬａとＬｂの境界（位置Ａ）におけるシート体１２の温度Ｔ１、ＬｂとＬｃの境界（位置Ｂ）におけるシート体１２の温度Ｔ２、Ｌｃの終点（位置Ｃ）におけるシート体１２の温度Ｔ３を測定した。各々を実施例１〜１０とし、評価結果を図４に示す。なお、図４中のＰは、赤外線照射ランプ３４の単位長さ当たりの出力を示し、以下の図面においても同様である。
【００７３】
この評価では、Ｔ１に関しては、Ｔａ×０．９５≦Ｔ１≦Ｔａであった場合を良判定（○）、Ｔａ×０．９≦Ｔ１≦Ｔａ×０．９５であった場合を可判定（△）、Ｔ１＜Ｔａ×０．９であった場合を不可判定（×）とし、Ｔ２に関しても同様に、Ｔａ×０．９５≦Ｔ２≦Ｔａであった場合を良判定（○）、Ｔａ×０．９≦Ｔ２≦Ｔａ×０．９５であった場合を可判定（△）、Ｔ２＜Ｔａ×０．９であった場合を不可判定（×）とした。
【００７４】
また、Ｔ３に関しては、融点以上であった場合を良判定（○）、融点未満であった場合を不可判定（×）とした。
【００７５】
さらに、シート体１２に欠損が生じていなかった場合を良判定（○）、生じていた場合を不可判定（×）とした。
【００７６】
これとは別に、上記と同一仕様のシート体１２を、図１に示す加熱装置１０にて様々な条件下で加熱した。ただし、熱風到達幅Ｌｂを５０ｍｍとした。各々を実施例１１〜４８とし、その評価結果を図４〜図６に示す。
【００７７】
これら図４〜図６から、シート体１２の搬送速度が２．５ｍ／分の場合（実施例１〜１０）には無限軌道１４、１６、及び赤外線照射ランプ３４によってシート体１２の温度を十分に制御し得るとともにシート体１２に欠損が生じることを回避し得ること、また、１０ｍ／分である場合（実施例１１〜２０）や、一層高速の２０ｍ／分である場合（実施例２１〜３０）、さらになお高速の５０ｍ／分である場合（実施例３１〜３８）においては、無限軌道１４、１６、熱風を供給する吐出ノズル３２、及び赤外線照射ランプ３４の各々でシート体１２の温度を十分に制御し得、しかも、シート体１２に欠損が生じることを回避し得ることが諒解される。なお、Ｌａが式（６）で算出される長さ以上であるにも関わらずＴ１が２５０℃未満である理由は、上記したように、シート体１２の表面が平坦ではなく若干の凹凸が存在するためであると推察される。
【００７８】
比較のため、様々な搬送速度のシート体１２に対し、赤外線照射ランプ３４による赤外線照射のみで加熱を行った。各々を比較例１〜４とする。
【００７９】
さらに、様々な搬送速度のシート体１２に対し、２５０℃に昇温された無限軌道１４、１６による接触加熱のみで加熱を行った。各々を比較例５〜７とする。
【００８０】
これら比較例１〜７についても、上記と同一の評価を行った。結果を図７に示す。この図７に示す通り、比較例１〜４では、シート体１２の搬送速度を２．５ｍ／分に設定すると、該シート体１２に含まれる樹脂の融点以上とすることができなかった。一方、比較例５〜７においては、樹脂の融点以上にシート体１２を加熱すると、該シート体１２に欠損が生じた。
【００８１】
以上から、回転動作する接触式加熱手段及び非接触式加熱手段を組み合わせることにより、シート体１２を高速処理し得、しかも、該シート体１２の温度を容易に制御し得ることが明らかである。
【００８２】
［比較例８、９］
シート体１２が無限軌道１４、１６に接触する時間を前記理論時間値ｔ（０．１４秒）よりも小さい０．１２秒又は０．０６秒に設定した上で、加熱を行った。各々を比較例８、９とし、評価結果を図７に併せて示す。
【００８３】
ここで、図５に示される実施例３０においては、シート体１２が無限軌道１４、１６に対して接触する時間は０．１５秒である。この場合でも十分な温度制御が可能であったのに対し、比較例８、９では、図６に示すように、Ｔ１、Ｔ２が低くなった。このため、樹脂の融点以上にシート体１２が昇温しないこともあり、到達温度のバラツキも大きかった。
【００８４】
［実施例４９〜５８］
図１に示す加熱装置１０を用い、上記と同一仕様のシート体１２を、高速搬送を１０秒間継続した後に５秒間の搬送停止を行うサイクルを繰り返しながら加熱した。なお、搬送中は吐出ノズルＡ〜Ｃの全てから熱風を吐出するとともにシート体１２に対して赤外線を照射し、一方、搬送停止中は赤外線照射のみを停止した。各々を実施例４９〜５８とし、評価結果を図８に示した。
【００８５】
この図８から、高速搬送・搬送停止を繰り返す場合であっても、シート体１２に欠損が生じることを回避できることや、シート体１２を融点以上に加熱することが可能であることが分かる。
【符号の説明】
【００８６】
１０…シート体用加熱装置 １２…シート体
１４、１６…無限軌道 １８ａ、１８ｂ…駆動ローラ
２０ａ、２０ｂ…従動ローラ ２２ａ、２２ｂ…履板
３０ａ、３０ｂ、３２…吐出ノズル ３４…赤外線照射ランプ
４０ａ、４０ｂ…加熱ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂からなるシート体を加熱する際に実施されるシート体の加熱方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂は、周知の通り、マトリックスである樹脂中に繊維を含むものであり、シート体として供給されることが多い。所望の形状をなす繊維強化樹脂の成形体を得るには、先ず、このシート体に対して加熱処理を施すことで該シート体を軟質化し、次に、軟質化したシート体や、該シート体同士を積層した積層体に対して、真空成形等の所定の成形加工を実施するようにしている。
【０００３】
前記加熱処理を施すための加熱装置としては、例えば、特許文献１に記載される接触式加熱を採用するものが挙げられる。すなわち、この加熱装置は、シート体を順次送り出す搬送機構と、搬送されるシート体を挟持する１組の加熱板とを有する。
【０００４】
搬送されるシート体が互いに離間した加熱板同士の間に位置すると、前記加熱板同士が互いに接近してシート体を挟持する。シート体は、このときに双方の加熱板に接触する。この際、加熱板からシート体に熱が伝達され、その結果、室温程度であったシート体の温度が急速に上昇する。
【０００５】
この場合、シート体の上昇後の温度は、マトリックスである樹脂の融点未満としなければならない。融点以上に加熱すると、溶融した樹脂の一部が加熱板に付着してしまうからである。勿論、この場合、シート体に欠損が生じる。従って、シート体ごとに重量が相違したり、強度・剛性が低下したシート体が得られたりする等の不具合が惹起される。
【０００６】
また、加熱板同士でシート体を挟持して十分に加熱するためには、シート体の搬送を停止するか、又は、搬送速度を小さくする必要がある。このため、シート体の搬送速度を大きくすることは容易ではない。換言すれば、シート体を高速処理することが困難である。
【０００７】
一方、非接触式加熱方式を採用する加熱装置も知られている。例えば、特許文献２に記載された加熱装置では、輻射熱によって熱可塑性樹脂板を加熱するようにしている。この場合、熱源がシート体から離間しているので、該シート体を樹脂の融点以上に加熱したとしても、溶融した樹脂が熱源に付着することがないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭５１−９９７６５号公報
【特許文献２】実開昭５５−１３４２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非接触式加熱方式は加熱効率が低く、このため、加熱前後の温度差を大きくするためには多数の熱源を配置して加熱領域幅を長くする必要がある。従って、加熱装置が大型化し、設備投資も高騰する。また、一般的に、加熱前後の温度差が大きいほど到達温度を高精度に制御することは困難であり、シート体が過剰加熱されるという不具合が顕在化している。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、シート体が高速で搬送される場合においてもシート体を効率よく加熱することが可能であり、しかも、シート体に欠損が生じる懸念を払拭し得るシート体の加熱方法及びその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】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、繊維強化樹脂からなるシート体を加熱するシート体の加熱方法であって、
搬送される前記シート体を、回転動作する挟持体で挟持するとともに前記挟持体ごと加熱し、該シート体に含まれる樹脂の融点未満に加熱する工程と、
前記挟持体から露呈したシート体を、非接触加熱手段によって前記樹脂の融点以上に加熱する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、繊維強化樹脂からなるシート体を加熱するためのシート体用加熱装置であって、
前記シート体を搬送するための搬送機構と、
搬送される前記シート体を回転動作しながら挟持する挟持体と、
前記挟持体に挟持された前記シート体を前記挟持体ごと加熱するための加熱手段と、
前記挟持体から露呈したシート体を再加熱するための非接触加熱手段と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明において、「挟持体から露呈したシート体」には、シート体の全部が挟持体から露呈した場合のみならず、シート体の一部が挟持体から露呈した場合も含まれるものとする。
【００１４】
すなわち、本発明においては、接触式加熱手段である挟持体でシート体を融点未満に加熱した後、非接触加熱手段によって前記シート体を融点以上に加熱するようにしている。このため、シート体に含まれる樹脂が挟持体に加熱されて溶融し、該挟持体に付着すること、すなわち、シート体に欠損が生じることが回避される。
【００１５】
しかも、この場合、非接触加熱手段によるシート体の温度上昇幅が小さい。シート体は、挟持体に挟持される間、好ましくは融点近傍まで加熱されるからである。
【００１６】
従って、非接触加熱手段が小規模であっても、シート体を速やかに加熱することが可能となる。このため、シート体用加熱装置が大型化することが回避されるとともに、設備投資が高騰することが回避される。しかも、シート体が速やかに加熱されるので、シート体を高速で処理することが可能である。換言すれば、シート体の加熱効率が向上する。
【００１７】
なお、非接触加熱手段の好適な例としては、赤外線照射手段又は熱風供給手段が挙げられる。勿論、両方を併用してもよい。
【００１８】
ここで、例えば、非接触加熱手段を付勢するためのリード線等が挟持体に干渉するような場合には、挟持体と非接触加熱手段とをある程度離間させるようにしてもよい。この場合、シート体の温度が過度に降下する懸念があるときには、挟持体と非接触加熱手段の間に、シート体を保温する保温手段を設けるようにすればよい。
【００１９】
いずれの場合においても、前記挟持体の各々としては、少なくとも１組のローラと、前記１組のローラに掛け渡されて前記シート体に接触するベルトとを具備する無限軌道を採用することが好ましい。この場合、シート体が十分に予熱されるので、シート体の下端面から上端面に向かう厚み方向の温度を略均一とすることが容易となる。
【００２０】
さらに、シート体の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとするとき、挟持体がシート体に接触する接触時間ｔrealが前記理論時間値ｔ以上となるようにシート体の搬送速度Ｖを設定することが好ましい。このためには、挟持体中のシート体に接触する部位の接触幅寸法をＬとするとき、前記搬送速度Ｖ、前記理論時間値ｔとの間に下記の式（１）が成立するように、接触幅寸法Ｌ、搬送速度Ｖを設定すればよい。
Ｌ≧Ｖ×ｔ …（１）
【００２１】
ここで、理論時間値ｔは、以下のようにして求められる。
【００２２】
ベルトから伝達される熱量をｑ１、シート体が受領する熱量をｑ２とすると、ｑ１＝ｑ２である。ここで、ｑ１は、加熱前後の温度差を時間で偏微分することで求められる。すなわち、下記の式（２）が成り立つ。
ｑ１＝δＴ／δｔ …（２）
【００２３】
一方、ｑ２は、シート体の厚み方向の温度変化を厚み方向寸法ｘで２次偏微分したものに対し、シート体の温度拡散率αを乗じることで求められる。すなわち、下記の式（３）が成立する。
ｑ２＝α（δ2Ｔ／δｘ2） …（３）
【００２４】
なお、シート体の熱伝導率、密度、定圧比熱容量のそれぞれをλ、ρ、Ｃｐとするとき、α＝（λ／ρ）Ｃｐである。これらの値は既知であるから、αの値は一義的に決定される。
【００２５】
上記したように、ｑ１＝ｑ２であるから、結局、下記の式（４）が導き出される。
δＴ／δｔ＝α（δ2Ｔ／δｘ2） …（４）
【００２６】
この式（４）に基づき、シート体の下端面から上端面に至るまでの温度が部位に関わらず均一となる理論時間値ｔを求めることができる。
【００２７】
従って、シート体が挟持体に接触する時間ｔrealを理論時間値ｔ以上とすれば、シート体の厚み方向に沿う（下端面から上端面に至る）温度を、部位に関わらず略同一とし得る。
【００２８】
そして、前記接触幅寸法Ｌと、シート体の搬送速度Ｖと、接触時間ｔrealとの間には下記の関係式（５）が成り立つ。
Ｌ＝Ｖ×ｔreal …（５）
【００２９】
この（５）式から、ｔrealを前記理論時間値ｔ以上とすること、すなわち、上記の式（１）を満足させることにより、シート体の下端面から上端面に至る温度を、部位に関わらず略同一とし得ることが分かる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、繊維強化樹脂からなるシート体を、接触式加熱手段である挟持体で先ず融点未満に加熱し、次に、赤外線照射手段又は熱風供給手段等の非接触加熱手段によって融点以上に加熱するようにしている。このため、シート体に含まれる樹脂が溶融して挟持体に付着することが回避され、その結果、シート体に欠損が生じることが回避される。
【００３１】
しかも、非接触加熱手段によって加熱されるシート体の温度上昇幅が小さいので、該非接触加熱手段が小規模であってもシート体を速やかに加熱することができる。このため、シート体の加熱効率が向上するとともに、シート体用加熱装置が大型化することや、設備投資が高騰することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係るシート体用加熱装置の要部概略側面図である。
【図２】別の実施の形態に係るシート体用加熱装置が具備する挟持体の要部概略側面図である。
【図３】特定のシート体の厚み方向に沿う温度の経時変化の一例を示す図表である。
【図４】実施例１〜２０における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【図５】実施例２１〜３８における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【図６】実施例３９〜４８における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【図７】比較例１〜９における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【図８】実施例４９〜５８における諸条件及び評価結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係るシート体の加熱方法につき、それを実施する装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本実施の形態に係るシート体用加熱装置（以下、単に加熱装置とも表記する）１０の要部概略側面図である。この加熱装置１０では、シート体１２を挟持する挟持体として、無限軌道１４、１６が採用されている。
【００３５】
シート体１２は、図示しない搬送機構によって送り出され、矢印Ｙ方向に沿って搬送される。この搬送機構は、この種の加熱装置１０に付設される周知のものであり、従って、図示及びその詳細な説明を省略する。なお、図１には、シート体１２の厚み方向、すなわち、側方端面が示されている。
【００３６】
この場合、無限軌道１４、１６は、その回転軸が図示しない回転駆動源に連結された駆動ローラ１８ａと、従動ローラ２０ａと、これら駆動ローラ１８ａ及び従動ローラ２０ａに掛け渡された履板２２ａ（ベルト）とを有する。
【００３７】
この中の履板２２ａは、複数個のブロック２４ａが並列されることで構成される。隣接するブロック２４ａ、２４ａ同士には連結駒２６ａが橋架される。この連結駒２６ａは、支持ピン２８ａ、２８ａを介してブロック２４ａ、２４ａに支持される。
【００３８】
残余の一方の無限軌道１６も、無限軌道１４と同様に構成されている。従って、同一の構成要素には同一の参照符号を付すとともにその添字のａをｂに代替し、詳細な説明を省略する。なお、駆動ローラ１８ａと駆動ローラ１８ｂが同期して回転駆動されることは勿論である。
【００３９】
履板２２ａは矢印Ｘ１に沿って周回（回転）動作し、一方、履板２２ｂは矢印Ｘ２に沿って周回（回転）動作する。その過程で、履板２２ａにおけるシート体１２の下端面に臨む部位と、履板２２ｂにおけるシート体１２の上端面に臨む部位とが、これら下端面及び上端面に接触する。
【００４０】
ここで、前記部位の長さ方向寸法をＬａとするとき、Ｌａの値は、シート体１２の搬送速度Ｖ、前記部位に接触したシート体１２の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとすると、好ましくは、下記の式（６）を満足するように予め設定される。この理由については後述する。
Ｌａ≧Ｖ×ｔ …（６）
【００４１】
駆動ローラ１８ａと従動ローラ２０ａの間、及び、駆動ローラ１８ｂと従動ローラ２０ｂの間には、それぞれ、熱風発生源（例えば、ヒータ等）によって生成された熱風を吐出するための吐出ノズル３０ａ、３０ｂがそれぞれ配置される。駆動ローラ１８ａ、１８ｂ及び従動ローラ２０ａ、２０ｂは、これら吐出ノズル３０ａ、３０ｂから吐出された熱風から熱を受領することによって加熱される。
【００４２】
そして、ブロック２４ａ、２４ｂ、ひいては履板２２ａ、２２ｂ全体は、熱風によって直接、又は、上記のようにして温度が上昇した駆動ローラ１８ａ、１８ｂ及び従動ローラ２０ａ、２０ｂから熱を受領することで間接的に加熱され、所定の温度に上昇する。勿論、履板２２ａ、２２ｂは、互いに略同一の温度に設定される。
【００４３】
無限軌道１４、１６間のクリアランスに挿入されたシート体１２は、矢印Ｙ方向に沿って移動する。この矢印Ｙ方向下流側には、無限軌道１４、１６に近接する側から、熱風をシート体１２に向けて吐出するための吐出ノズル３２（保温手段）、シート体１２に対して赤外線を照射するための赤外線照射ランプ３４（非接触加熱手段）が配設される。
【００４４】
なお、熱風は、シート体１２中、図１においてＬｂとして示される範囲に到達する。すなわち、熱風到達範囲Ｌｂ間の部位の温度を保持する。
【００４５】
また、赤外線照射ランプ３４から照射された赤外線は、シート体１２中、図１においてＬｃとして示される範囲に入射する。すなわち、赤外線は、赤外線入射幅Ｌｃ間の部位の温度を上昇させることが可能である。
【００４６】
本実施の形態に係る加熱装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施の形態に係る加熱方法との関係で説明する。
【００４７】
はじめに、無限軌道１４、１６を構成する駆動ローラ１８ａ、１８ｂが回転駆動され、これに追従して履板２２ａ、２２ｂが周回動作するとともに従動ローラ２０ａ、２０ｂが回転動作を開始する。さらに、吐出ノズル３０ａ、３０ｂから熱風が吐出され、これにより駆動ローラ１８ａ、１８ｂ、従動ローラ２０ａ、２０ｂ及び履板２２ａ、２２ｂが加熱されて温度が上昇する。従って、シート体１２における履板２２ａ、２２ｂに接触した部位は、該履板２２ａ、２２ｂから熱を受領することで加熱され、これにより、その温度が上昇する。
【００４８】
シート体１２の温度上昇は、該シート体１２のマトリックスである樹脂の融点未満となるように抑制される。換言すれば、履板２２ａ、２２ｂの温度は、シート体１２の温度を融点以上に上昇させない温度に設定される。
【００４９】
従って、シート体１２に含まれる樹脂が溶融することが回避される。このため、溶融した樹脂が履板２２ａ、２２ｂに付着することに起因してシート体１２に欠損が生じることを防止することができる。
【００５０】
この場合、履板２２ａ、２２ｂにおけるシート体１２に接触する部位の長さ方向寸法（換言すれば、加熱領域の長さ）Ｌａが、シート体１２の搬送速度をＶ、前記部位に接触したシート体１２の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとするとき、好ましくは、下記の式（６）を満足するように設定されている。
Ｌａ≧Ｖ×ｔ …（６）
【００５１】
Ｌａは、シート体１２の搬送速度Ｖと、シート体１２が無限軌道１４、１６に接触する時間ｔrealとの積として求められる。このことと上記式（５）から、シート体１２が前記部位に接触する時間ｔrealを、熱解析によって求められた前記理論時間値ｔ以上とすることにより、シート体１２における下端面から上端面に至るまでの温度を、部位に関わらず略均一とすることができる。
【００５２】
例えば、マトリックスが融点２６１℃、結晶化温度２２０℃のナイロン−６，６樹脂であり、且つ炭素繊維比率が５８重量％、厚みが０．２５ｍｍ、密度が１４５０ｋｇ／ｍ3、定圧比熱容量が１２３０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、熱伝導率λが０．７Ｊ／（ｍ・秒・Ｋ）であるシート体１２を、温度Ｔａが２５０℃に設定された履板２２ａ、２２ｂに接触させる場合、上記の式（２）〜（４）に従ってシート体１２の厚み方向に沿う温度が２５０℃で均一となる理論時間値を求めると、０．１４秒である（後述）。
【００５３】
この場合において、シート体１２の搬送速度Ｖが２．５ｍ／分、１０ｍ／分、２０ｍ／分、５０ｍ／分としたとき、上記の式（６）から算出されるＬａは、それぞれ、５．８ｍｍ以上、２３．３ｍｍ以上、４６．７ｍｍ以上、１１６．７ｍｍ以上となる。
【００５４】
加熱領域の長さＬａをこのようにして求められる適切な値に設定することにより、シート体１２が厚み方向中腹部まで十分に加熱される。従って、厚み方向に沿う温度にバラツキが生じることが抑制される。また、この寸法に設定することにより、シート体１２が高速で搬送される場合であっても該シート体１２を十分に加熱することが可能となる。
【００５５】
実際のシート体１２の表面には、凹凸が存在する。このため、シート体１２の表面と履板２２ａ、２２ｂとの接触が不十分となることが懸念される。従って、Ｌａの値を、Ｖとｔrealの積よりも十分に大きく設定することが好ましい場合がある。
【００５６】
このようにして加熱されたシート体１２の一部は、履板２２ａ、２２ｂから露呈する。この露呈した部位に対して、吐出ノズル３２から吐出された熱風が接触する。
【００５７】
熱風の温度は、シート体１２の温度が維持される程度に設定される。好ましくは、ブロック２４ａ、２４ｂの温度をＴａ、ＬａとＬｂの境界（位置Ａ）におけるシート体１２の温度をＴ１、ＬｂとＬｃの境界（位置Ｂ）におけるシート体１２の温度をＴ２とするとき、Ｔａ×０．９≦Ｔ１、Ｔａ×０．９≦Ｔ２が両立する温度である。これにより、シート体１２の温度が低下することや、その結果として該シート体１２の内部で温度分布が生じることを回避することができる。なお、Ｔａ×０．９５≦Ｔ１、Ｔａ×０．９５≦Ｔ２が両立する温度であることがより好ましく、Ｔａ＝Ｔ１＝Ｔ２が成立することが最も好ましい。以上において、Ｔ１及びＴ２は、シート体１２に含まれる樹脂の融点未満であることはいうまでもない。
【００５８】
シート体１２は、矢印Ｙ方向に沿ってさらに搬送され、赤外線照射ランプ３４に対向する位置に達する。この位置で赤外線が入射されることにより、シート体１２が、該シート体１２に含まれる樹脂の融点以上の温度Ｔ３に加熱されて位置Ｃに到達する。
【００５９】
シート体１２が履板２２ａ、２２ｂによって予め加熱されているので、この加熱によるシート体１２の温度上昇幅は比較的小さい。このため、シート体１２の最終的な到達温度を高精度に制御することが可能となるので、シート体１２を過剰加熱してしまう懸念を払拭することができる。
【００６０】
また、赤外線照射ランプ３４は非接触式加熱手段であるが、シート体１２の温度上昇幅が小さいので、該シート体１２を速やかに加熱することができる。このため、赤外線照射ランプ３４を多数設ける必要がない。従って、加熱装置１０が大型化することが回避されるので、設備投資が高騰することも回避される。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、シート体１２を樹脂の溶融温度以上まで効率よく加熱することができる。しかも、その加熱過程でシート体１２に欠損を生じさせる懸念が払拭される。
【００６２】
なお、上記した実施の形態では、無限軌道１４、１６と赤外線照射ランプ３４との間に熱風を吐出する吐出ノズル３２を配置するようにしているが、無限軌道１４、１６から露呈したシート体１２が保温状態に維持されたままで赤外線照射ランプ３４に到達することが可能であれば、吐出ノズル３２（保温手段）を割愛するようにしてもよい。無限軌道１４、１６を加熱する手段は、熱風ではなくヒータであってもよい。
【００６３】
また、非接触式加熱手段は、赤外線照射ランプ３４に特に限定されるものではなく、熱風を吐出する吐出ノズルであってもよい。この場合において吐出ノズル３２（保温手段）を設けるときには、非接触式加熱手段である前記吐出ノズルから、吐出ノズル３２から吐出される熱風よりも高温の熱風を吐出するようにすればよい。
【００６４】
保温手段も、熱風を吐出する吐出ノズルに特に限定されるものではなく、加熱光を照射する加熱ランプであってもよい。
【００６５】
さらに、履板２２ａ、２２ｂにヒータを埋設し、このヒータによって無限軌道１４、１６を加熱するようにしてもよい。熱風とヒータを組み合わせるようにしてもよい。
【００６６】
さらにまた、無限軌道１４、１６においては、履板２２ａ、２２ｂに代替して無端状のリングを採用するようにしてもよい。
【００６７】
加えて、この実施の形態では、挟持体として無限軌道１４、１６を採用しているが、図２に示すような１対の加熱ローラ４０ａ、４０ｂを挟持体としてもよい。この場合、加熱ローラ４０ａ、４０ｂがシート体１２に接触する接触幅寸法は、図２中のＬｄとなる。
【実施例】
【００６８】
［実施例１〜４８、比較例１〜９］
シート体１２として、マトリックスが融点２６１℃、結晶化温度２２０℃のナイロン−６，６樹脂であり、炭素繊維比率が５８重量％である繊維強化樹脂を選定した。なお、このシート体１２の厚みｘ、密度ρ、定圧比熱容量Ｃｐ、熱伝導率λは、それぞれ、０．２５ｍｍ、１４５０ｋｇ／ｍ3、１２３０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、０．７Ｊ／（ｍ・秒・Ｋ）であった。
【００６９】
このシート体１２の厚み方向中心（すなわち、厚み方向に沿う寸法が０．１２５ｍｍである部位）を零節点とし、この零節点から上端面までを０．０１２５ｍｍ毎に仮想的に区切り、各々を第１節点〜第１０節点とした。なお、第１０節点は上端面である。
【００７０】
そして、温度Ｔａが２５０℃に設定された履板２２ａ、２２ｂに接触するシート体１２において、零節点〜第１０節点の各々における温度の経時変化を上記の式（２）〜（４）に従って求めた。結果を図３に示す。この図３から、零節点〜第１０節点の温度が同一となる温度、換言すれば、シート体１２の厚み方向に沿う温度が２５０℃で均一となる理論時間値が０．１４秒であることが分かる。
【００７１】
このシート体１２を、吐出ノズル３２を具備していないこと、すなわち、保温手段を具備していないことを除いては図１に示す加熱装置１０に準拠する構成の加熱装置１０にて様々な条件下で加熱した。ただし、Ｌａの終点とＬｃの開始点の距離（便宜上Ｌｂとする）は５０ｍｍとした。
【００７２】
具体的には、図１中のＬａの値を種々変更することで、無限軌道１４、１６がシート体１２に接触する時間ｔrealを変化させた。そして、ＬａとＬｂの境界（位置Ａ）におけるシート体１２の温度Ｔ１、ＬｂとＬｃの境界（位置Ｂ）におけるシート体１２の温度Ｔ２、Ｌｃの終点（位置Ｃ）におけるシート体１２の温度Ｔ３を測定した。各々を実施例１〜１０とし、評価結果を図４に示す。なお、図４中のＰは、赤外線照射ランプ３４の単位長さ当たりの出力を示し、以下の図面においても同様である。
【００７３】
この評価では、Ｔ１に関しては、Ｔａ×０．９５≦Ｔ１≦Ｔａであった場合を良判定（○）、Ｔａ×０．９≦Ｔ１≦Ｔａ×０．９５であった場合を可判定（△）、Ｔ１＜Ｔａ×０．９であった場合を不可判定（×）とし、Ｔ２に関しても同様に、Ｔａ×０．９５≦Ｔ２≦Ｔａであった場合を良判定（○）、Ｔａ×０．９≦Ｔ２≦Ｔａ×０．９５であった場合を可判定（△）、Ｔ２＜Ｔａ×０．９であった場合を不可判定（×）とした。
【００７４】
また、Ｔ３に関しては、融点以上であった場合を良判定（○）、融点未満であった場合を不可判定（×）とした。
【００７５】
さらに、シート体１２に欠損が生じていなかった場合を良判定（○）、生じていた場合を不可判定（×）とした。
【００７６】
これとは別に、上記と同一仕様のシート体１２を、図１に示す加熱装置１０にて様々な条件下で加熱した。ただし、熱風到達幅Ｌｂを５０ｍｍとした。各々を実施例１１〜４８とし、その評価結果を図４〜図６に示す。
【００７７】
これら図４〜図６から、シート体１２の搬送速度が２．５ｍ／分の場合（実施例１〜１０）には無限軌道１４、１６、及び赤外線照射ランプ３４によってシート体１２の温度を十分に制御し得るとともにシート体１２に欠損が生じることを回避し得ること、また、１０ｍ／分である場合（実施例１１〜２０）や、一層高速の２０ｍ／分である場合（実施例２１〜３０）、さらになお高速の５０ｍ／分である場合（実施例３１〜３８）においては、無限軌道１４、１６、熱風を供給する吐出ノズル３２、及び赤外線照射ランプ３４の各々でシート体１２の温度を十分に制御し得、しかも、シート体１２に欠損が生じることを回避し得ることが諒解される。なお、Ｌａが式（６）で算出される長さ以上であるにも関わらずＴ１が２５０℃未満である理由は、上記したように、シート体１２の表面が平坦ではなく若干の凹凸が存在するためであると推察される。
【００７８】
比較のため、様々な搬送速度のシート体１２に対し、赤外線照射ランプ３４による赤外線照射のみで加熱を行った。各々を比較例１〜４とする。
【００７９】
さらに、様々な搬送速度のシート体１２に対し、２５０℃に昇温された無限軌道１４、１６による接触加熱のみで加熱を行った。各々を比較例５〜７とする。
【００８０】
これら比較例１〜７についても、上記と同一の評価を行った。結果を図７に示す。この図７に示す通り、比較例１〜４では、シート体１２の搬送速度を２．５ｍ／分に設定すると、該シート体１２に含まれる樹脂の融点以上とすることができなかった。一方、比較例５〜７においては、樹脂の融点以上にシート体１２を加熱すると、該シート体１２に欠損が生じた。
【００８１】
以上から、回転動作する接触式加熱手段及び非接触式加熱手段を組み合わせることにより、シート体１２を高速処理し得、しかも、該シート体１２の温度を容易に制御し得ることが明らかである。
【００８２】
［比較例８、９］
シート体１２が無限軌道１４、１６に接触する時間を前記理論時間値ｔ（０．１４秒）よりも小さい０．１２秒又は０．０６秒に設定した上で、加熱を行った。各々を比較例８、９とし、評価結果を図７に併せて示す。
【００８３】
ここで、図５に示される実施例３０においては、シート体１２が無限軌道１４、１６に対して接触する時間は０．１５秒である。この場合でも十分な温度制御が可能であったのに対し、比較例８、９では、図６に示すように、Ｔ１、Ｔ２が低くなった。このため、樹脂の融点以上にシート体１２が昇温しないこともあり、到達温度のバラツキも大きかった。
【００８４】
［実施例４９〜５８］
図１に示す加熱装置１０を用い、上記と同一仕様のシート体１２を、高速搬送を１０秒間継続した後に５秒間の搬送停止を行うサイクルを繰り返しながら加熱した。なお、搬送中は吐出ノズルＡ〜Ｃの全てから熱風を吐出するとともにシート体１２に対して赤外線を照射し、一方、搬送停止中は赤外線照射のみを停止した。各々を実施例４９〜５８とし、評価結果を図８に示した。
【００８５】
この図８から、高速搬送・搬送停止を繰り返す場合であっても、シート体１２に欠損が生じることを回避できることや、シート体１２を融点以上に加熱することが可能であることが分かる。
【符号の説明】
【００８６】
１０…シート体用加熱装置 １２…シート体
１４、１６…無限軌道 １８ａ、１８ｂ…駆動ローラ
２０ａ、２０ｂ…従動ローラ ２２ａ、２２ｂ…履板
３０ａ、３０ｂ、３２…吐出ノズル ３４…赤外線照射ランプ
４０ａ、４０ｂ…加熱ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂からなるシート体を加熱するシート体の加熱方法であって、
搬送される前記シート体を、回転動作する挟持体で挟持するとともに前記挟持体ごと加熱し、該シート体に含まれる樹脂の融点未満に加熱する工程と、
前記挟持体から露呈したシート体を、非接触加熱手段によって前記樹脂の融点以上に加熱する工程と、
を有することを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項２】
請求項１記載の加熱方法において、前記非接触加熱手段として赤外線照射手段又は熱風供給手段の少なくともいずれか一方を用いることを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加熱方法において、前記挟持体から露呈したシート体が前記非接触加熱手段に到達するまでに該シート体を保温することを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱方法において、前記挟持体として、少なくとも１組のローラと、前記１組のローラに掛け渡されて前記シート体に接触するベルトとを具備する無限軌道を用いることを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱方法において、前記シート体の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとするとき、前記挟持体が前記シート体に接触する接触時間ｔrealが前記理論時間値ｔ以上となるように前記シート体の搬送速度を設定することを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項６】
繊維強化樹脂からなるシート体を加熱するためのシート体用加熱装置であって、
前記シート体を搬送するための搬送機構と、
搬送される前記シート体を回転動作しながら挟持する挟持体と、
前記挟持体に挟持された前記シート体を前記挟持体ごと加熱するための加熱手段と、
前記挟持体から露呈したシート体を再加熱するための非接触加熱手段と、
を有することを特徴とするシート体用加熱装置。
【請求項７】
請求項６記載の加熱装置において、前記非接触加熱手段が赤外線照射手段又は熱風供給手段の少なくともいずれか一方であることを特徴とするシート体用加熱装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の加熱装置において、前記挟持体から露呈したシート体が前記非接触加熱手段に到達するまでに該シート体を保温する保温手段をさらに有することを特徴とするシート体用加熱装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記挟持体が、少なくとも１組のローラと、前記１組のローラに掛け渡されて前記シート体に接触するベルトとを具備する無限軌道であることを特徴とするシート体用加熱装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記挟持体中の前記シート体に接触する部位の接触幅寸法をＬ、前記シート体の搬送速度をＶ、前記挟持体に接触した前記シート体の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとしたとき、Ｌ、Ｖ、ｔの間に下記の式（１）が成立することを特徴とするシート体用加熱装置。
Ｌ≧Ｖ×ｔ …（１）
【請求項１】
繊維強化樹脂からなるシート体を加熱するシート体の加熱方法であって、
搬送される前記シート体を、回転動作する挟持体で挟持するとともに前記挟持体ごと加熱し、該シート体に含まれる樹脂の融点未満に加熱する工程と、
前記挟持体から露呈したシート体を、非接触加熱手段によって前記樹脂の融点以上に加熱する工程と、
を有することを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項２】
請求項１記載の加熱方法において、前記非接触加熱手段として赤外線照射手段又は熱風供給手段の少なくともいずれか一方を用いることを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加熱方法において、前記挟持体から露呈したシート体が前記非接触加熱手段に到達するまでに該シート体を保温することを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱方法において、前記挟持体として、少なくとも１組のローラと、前記１組のローラに掛け渡されて前記シート体に接触するベルトとを具備する無限軌道を用いることを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の加熱方法において、前記シート体の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとするとき、前記挟持体が前記シート体に接触する接触時間ｔrealが前記理論時間値ｔ以上となるように前記シート体の搬送速度を設定することを特徴とするシート体の加熱方法。
【請求項６】
繊維強化樹脂からなるシート体を加熱するためのシート体用加熱装置であって、
前記シート体を搬送するための搬送機構と、
搬送される前記シート体を回転動作しながら挟持する挟持体と、
前記挟持体に挟持された前記シート体を前記挟持体ごと加熱するための加熱手段と、
前記挟持体から露呈したシート体を再加熱するための非接触加熱手段と、
を有することを特徴とするシート体用加熱装置。
【請求項７】
請求項６記載の加熱装置において、前記非接触加熱手段が赤外線照射手段又は熱風供給手段の少なくともいずれか一方であることを特徴とするシート体用加熱装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の加熱装置において、前記挟持体から露呈したシート体が前記非接触加熱手段に到達するまでに該シート体を保温する保温手段をさらに有することを特徴とするシート体用加熱装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記挟持体が、少なくとも１組のローラと、前記１組のローラに掛け渡されて前記シート体に接触するベルトとを具備する無限軌道であることを特徴とするシート体用加熱装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の加熱装置において、前記挟持体中の前記シート体に接触する部位の接触幅寸法をＬ、前記シート体の搬送速度をＶ、前記挟持体に接触した前記シート体の厚み方向の温度分布が均一となる理論時間値をｔとしたとき、Ｌ、Ｖ、ｔの間に下記の式（１）が成立することを特徴とするシート体用加熱装置。
Ｌ≧Ｖ×ｔ …（１）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６１８０７（Ｐ２０１１−１６１８０７Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６５２（Ｐ２０１０−２７６５２）
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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