WO2013015129A1 - 熱成形用の装置と成形方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a thermoformed article using a thermoplastic resin sheet or film, and relates to heating and / or cooling a shaped body during thermoforming at high speed, and further to a crystalline thermoplastic resin.
- the heat treatment at a temperature higher than the preheating temperature of the sheet is performed, and regarding the high-speed and efficient production of thermoformed products with high mechanical properties such as heat resistance and transparency, the crystalline resin It relates to performing this thermoforming using a stretched sheet.
- the thermoforming method is a method in which a preheated thermoplastic resin sheet or film is formed on a mold by pressing or evacuation and then released. Usually, the shaped body is released in a cooled state with a low-temperature mold.
- a mold material a material such as aluminum or zinc alloy that is lightweight and has good workability and good thermal conductivity is used, and it is often continuously formed by natural heat dissipation. However, in particular, if it is desired to adjust the temperature, the jacket provided inside the mold is cooled through a heat medium.
- cheap and easy-to-process materials such as wood and plastic may be used, but these are not durable and difficult to control temperature, causing problems such as heat accumulation, making them suitable for continuous mass production.
- Japanese Examined Patent Publication No. 56-7855 is a method of thermoforming a polyester sheet by uniaxially stretching and heat-shrinking the sheet, Although a method of heat setting by using hot air at the time of molding is disclosed, the heat treatment takes a very long time and is not practical.
- Japanese Patent Publication No. 5-45412 discloses a method of performing thermoforming and heat treatment using a biaxially stretched and heat-shrinked sheet under specific conditions.
- a method of transferring to a heating type, a heating method using hot air, hot water, infrared rays, etc. has been proposed, but it is not specifically described, and even if these are simply executed, there is no effect.
- Japanese Patent Publication No. 60-031651 also shows that a specific stretched polyester sheet is thermoformed and heat-treated, and it is shown that it is molded with a heated mold, but the mold or molded product is cooled and separated. There is no mention of typing. However, for heat treatment molding of such materials, it is desirable to cool the molded body to at least a temperature lower than the heat treatment temperature and release the mold. However, if this is done by a known method, the mold itself is electrically heated. And a method of cooling in advance by passing water through a mold jacket immediately after molding, or a method of alternately passing a high temperature heat medium and a low temperature heat medium through the mold manifold.
- Patent 2532730 shows a method in which a non-stretched crystalline PET sheet is molded with a heated female mold, transferred to a low-temperature female mold, cooled, and released. At that time, deformation of the molded product, displacement, and generation of wrinkles become problems, and it is necessary to create a special dedicated molding apparatus capable of such operation.
- Japanese Patent Publication No. 7-102608 shows a method of molding with a high-temperature female mold, taking it into a low-temperature male mold fitted to the mold, cooling it, and releasing the mold. It can be said that the method is the same as in (4), and deformation and wrinkles of the molded product are problematic, and it is difficult to apply to molding with offset and undercut.
- CPET molding as in (4) and (5), when molding is performed with a high-temperature mold from the beginning, the molding material does not slip on the mold surface, resulting in uneven patterns such as waves and irregularities.
- a process in which a low-temperature mold is first molded and then transferred to a high-temperature mold but this is also complicated.
- a method disclosed in Japanese Patent No. 4057487 relates to thermoforming of a crystalline resin, and a sheet preheated in contact with a heating plate is compressed and shaped with hot air passing through the hot plate and a molding die. Then, cooling air jetting means prepared separately is carried in and cooled, but this heating plate is adjusted to an appropriate temperature for sheet preheating, and heated air is supplied from behind to produce heated and compressed air.
- the heated gas is cooled in a conduit passing through the hot plate, and a very high temperature gas must be passed through the heat treatment, in which case the hot plate temperature is localized and non-uniform, and the material sheet is Local overheating tends to hinder good molding.
- the disclosed cooling means cannot cool a large area uniformly and efficiently. Also, heat from the high temperature gas is easily dissipated into the mold, and the sheet cannot be easily heated to a high temperature in a short time, and high speed molding cannot be performed.
- US Pat. No. 5,119,176 proposes a method in which a resin sheet once biaxially stretched is heated and thermally contracted onto a male mold. Although this method may improve the formability, a sufficient orientation effect cannot be used, and there are many molding restrictions such as a shape having an offset portion. There is no disclosure of rapid heat setting and cooling mold release.
- JP2011-245463, JP2011-245644, JP2011-245650, and JP2011-245651 relate to a manufacturing method and a mold related to the present application, and are the same as the present invention. It was invented by. The present inventor has further invented 10 applications for a molding apparatus for carrying out these methods. This application is based on the priority of the application regarding these molding apparatuses.
- Non-Patent Documents 1 and 2 below show examples of known typical pneumatic boxes and heating plates to be compared with (9) the new structure of pneumatic equipment used in the configuration of the present invention.
- Japanese Patent Publication No.56-7855 Japanese Patent Publication No. 5-45412 Japanese Patent Publication No. 60-031651 Japanese Patent No. 2532730 Japanese Examined Patent Publication No. 7-102608 Japanese Patent No. 4057487 US Patent No. 519176 JP2011-245643 JP2011-245644 JP2011-245650 JP2011-245651
- the present invention has been made in view of such problems of the prior art. Its main purpose is to heat the shaped body at high speed and cool it as necessary at high speed in the process from thermoforming to mold release, especially heat treatment at a temperature higher than the preheating sheet temperature before shaping. It is an object of the present invention to provide a thermoforming apparatus that can perform thermoforming for releasing at high speed and efficiently and obtain a molded product in a uniform and good state.
- thermoforming machine capable of pressure forming, as a hot plate or a pressure box (both are hereinafter referred to as “pressure means”)
- pressure means a compressed gas is sent from the air supply opening toward the upper part of the mold.
- the mechanism and the second mechanism for sucking the gas sent to the compressed air space from the intake opening and exhausting it to the outside are integrated, and the following structures 1) and 2): 1) As the first mechanism, a structure in which the gas delivery is distributed and delivered through a plurality of air supply openings from a distribution space provided inside the compressed air plate or the inside of the compressed air box; and 2) the second mechanism.
- cooling means for injecting the cooling medium is arranged around the mold, and after the pressure air means is separated from the mold, it is advanced to the upper space of the mold, or the mold is placed below the cooling means.
- the present invention provides a molding apparatus for a thermoplastic resin sheet which is configured to proceed to the above and cool the shaped body.
- said integral means having a rigid coupling part as a compressed air means and being able to move at the same time, and does not necessarily mean that there is no close contact or a clear boundary.
- the hot plate itself does not have a box-shaped compressed air space. However, when the surface of the hot plate is opposed to the outer periphery of the mold or the mold storage box, it passes through the process of contacting the resin sheet molding portion. It is desirable to configure the apparatus so that a substantial compressed air space can be formed.
- the cooling means introduces a cooling gas and injects the gas from a plurality of injection openings toward the upper part of the mold, and is integrated with the mechanism to divert or rectify the injected gas.
- the molding apparatus according to the above (1) is provided, comprising a fourth mechanism for exhausting the air to the outside.
- the fourth mechanism it is preferable to provide an exhaust passage behind the injection nozzle (a position farther from the mold).
- Such an exhaust passage is preferably provided along the side surface direction of the cooling means.
- rectifying means that a path for escaping gas that is likely to be trapped in the injection target space to the outside is provided, and an exhaust passage may be formed by a solid object, or may be other types.
- a passage may be formed by the action of fluid.
- the third mechanism of the cooling means is configured to introduce a cooling gas into a distribution space in the mechanism so as to distribute and inject the gas from the injection opening toward the upper part of the mold.
- the fourth mechanism In any one of the above (1) to (3), the injected gas is sucked into the air collecting space in the mechanism through a plurality of intake openings and exhausted to the outside.
- the molding apparatus described is provided.
- the distribution space is preferably behind the injection opening (that is, a position far from the mold).
- the air collection space is preferably behind the air collection opening (that is, a position far from the mold).
- it is preferable that the distribution space and the air collection space are located farther from the mold than both the injection opening and the intake opening.
- the molding apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein physical means for promoting exhaust is added to the fourth mechanism of the cooling means.
- the physical means includes a method of performing suction downstream of the exhaust and a method of applying pressure in the middle stream or upstream.
- Such physical means may be an individual or a liquid.
- a function of heating the compressed gas introduced inside the air supply mechanism of the first mechanism of the compressed air means to a sufficient temperature of 200 ° C. or more and sending it out ( The molding apparatus according to any one of 1) to (5) is provided.
- said delivery gas temperature is 250 degreeC or more, and it is still more preferable that it is 300 degreeC or more.
- the above-mentioned (1) to (6) are characterized in that the opposed surface of the compressed air means to the mold can be heated and held at 200 ° C. or higher and the infrared emissivity is 0.8 or higher. ) Is provided. In addition, it is preferable that said delivery gas temperature is 250 degreeC or more, and it is still more preferable that it is 300 degreeC or more.
- thermoforming apparatus according to any one of (7) is provided.
- This mold may have a single structure made of only the above-mentioned material, or may be an arbitrary composite structure having the above-mentioned material as a surface layer.
- the heat permeability of the said material is 10 or less, and it is still more preferable that it is 5 or less.
- the definition of the molding surface forming material here excludes a coating agent or a coating of about 50 ⁇ m or less for the purpose of preventing corrosion, a coating agent for lubrication, mold release, etc. applied to the molding surface.
- the mold is characterized by comprising a surface layer made of a material having a thermal permeability (b value) of 15 or less and a back body made of a material having a thermal permeability (b value) larger than that of the surface layer.
- the thermoforming apparatus according to any one of (1) to (8) above is provided.
- the heat permeability of the surface layer forming material is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and that of the back layer is preferably more than 5 and more preferably more than 10.
- the present invention provides a method for forming a thermoplastic resin sheet comprising a heat treatment step and a cooling step.
- “shaping” and “shaping process” indicate a part of the operations in the molding process, and the “shaped body” is the molding before release in a state of being held in the mold.
- compressed air forming indicates a forming method including a compressed air process, and compressed air forming indicates a method of the forming process in the entire forming process. Note that compressed air means applying a gas pressure.
- Thermoforming using the molding apparatus of the present invention has the following effects.
- the apparatus of the present invention is a process at which the resin sheet is heat-treated at a temperature substantially exceeding the preheating temperature of the resin sheet in the process of preheating and releasing, and then cooled and released at a very high speed. It can be executed continuously, efficiently and stably.
- stretched PET can efficiently produce a thermoformed product having excellent mechanical strength such as heat resistance, transparency, and rigidity, and can obtain a material-saving shaped product using rigidity.
- the molding apparatus of the present invention constitutes a vacuum molding machine, a pressure molding machine or a vacuum / pressure molding machine which is a thermoforming machine.
- a mechanism for sucking and fixing the shaped body to the mold at least in the cooling step is preferable to add.
- preheating of the resin sheet as a molding material any known method such as indirect heating using a heating oven or direct heating in contact with a heating plate may be adopted, and there is no such, and the apparatus configuration of the present invention Among these, preheating may be performed by hot air flow or infrared irradiation at the shaping position, or it is also preferable to perform shaping while preheating.
- the compressed air means (that is, the compressed air plate or the compressed air box) used in the apparatus configuration of the present invention is as follows. While being sent to the compressed air space from the plurality of holes provided, 2) Concurrently, the gas sent to the compressed air space is accommodated from another plurality of holes provided on the same surface as described above and exhausted to the outside To do.
- the flow of the delivery gas can be continued simultaneously with the pressurized air shaping or following the pressurized air shaping, and the temperature rise of the shaped body can be effectively performed.
- Said compressed air means can be utilized conveniently for compressed air shaping and heat treatment temperature rise after shaping. However, it is not used for compressed air shaping, but can be used only for heat treatment temperature rise after vacuum shaping. Moreover, it can also be comprised so that it can utilize also for the preheating of a resin sheet.
- the above-mentioned compressed air means is fixed to the top plate of the press machine, the mold is fixed to the bottom plate directly below, and at least one of the top plate and the bottom plate can be moved up and down to allow the compressed air means and the mold to be joined and separated.
- cooling means for injecting the cooling medium is arranged around the mold, and after the heating plate is separated from the mold, the cooling means is advanced with respect to the upper part of the mold holding the shaped body.
- the shaping mold is advanced to the lower part of the cooling means so that the cooling process of the shaped body can be performed.
- the cooling means is not disposed, and one of the two types of porous groups of the compressed air box, preferably the porous group for sucking air, is used to change the valve after the heat treatment of the shaped body and inject the cooling medium.
- the exhaust port is cooled, so that the heating process of the next cycle is likely to be hindered.
- a method in which the cooling means is combined with the compressed air means can be considered, but the structure becomes complicated, and heating and cooling injection and exhaust are blocked from each other, which hinders uniform and efficient molding. It is easy to come.
- the resin sheet for molding is preheated, shaped, heat treated, cooled by a cooling means, and released. After the molding is completed, the compressed air means, the cooling means, and the molding die are returned to predetermined positions.
- it is necessary to be able to set conditions that allow heat treatment of the shaped body which is a) a method using a high-temperature gas delivered toward the shaped body, and b) to the shaped body.
- the heat treatment temperature rise may be performed only by the method a) or may be performed together with the method b) or c).
- an infrared radiation source can be arranged above the shaped body, and if infrared radiation can be emitted from the bottom surface in the compressed air box, the implementation is easy.
- the mold for c) will be described in detail in ⁇ Column for mold>.
- A) and b) will be described in detail in the section ⁇ About compressed air means>.
- FIG. 1 An example of the overall configuration is shown in FIG.
- a molding die (an assembly of molding dies) 60 is fixed on a bottom plate of a press machine, and a compressed air box 30 including an exhaust main body 21 and an air supply main body 31 is fixed to a top plate of the press machine, and cooling means is provided near the molding die.
- Reference numeral 40 denotes a configuration arranged to be horizontally movable.
- Reference numeral 100 denotes a resin sheet of a molding material.
- the press, the preheating means, the high-temperature compressed gas generation device, etc. are omitted from this figure. This figure shows a state in which the preheated resin sheet 100 is introduced into the upper part of the mold structure 60.
- the compressed air box 30 is lowered to perform the pressure forming and the heat treatment temperature increase by the high temperature compressed gas. Do. At this time, the high-temperature gas is sent out from the delivery body 31, but when the exhaust valve of the exhaust body 21 is opened with timing, the gas in the compressed air space is exhausted and the shaped body can be efficiently heated.
- the cooling means 40 proceeds from the side to the upper part of the mold structure 60, the shaped body is cooled by jetting the cooling medium, and the shaped body is released. .
- the molding die structure 60 is a molding die composed of a surface layer 61 and a back layer (back body) 62 fixed to an integrated plate 66 having a heating heat medium passage 65 and stored in a storage box 67.
- the surface layer 61 is made of a material having a low heat permeability
- the back layer 62 is made of a material having a high heat permeability.
- the movement of the compressed air means or the mold does not necessarily have to be vertically moved up and down, and may be arbitrarily separated from each other by joining from an oblique direction, or may be separated by being joined by a specific track. .
- the positional relationship between the shaping means and the molding die is relative, and raising the shaping means is synonymous with lowering the molding die, and the molding die may be lowered.
- the shaping means may be inverted on the mold below.
- the press machine may be rolled over, and a heavy mold or the like can be opened and closed easily and used as a preferred method. Instead of moving the cooling means to the upper part of the mold as described above, the mold may be moved to the lower part of the cooling means.
- thermoforming machine constituting the present invention may be a single-wafer forming machine that forms short material sheets one by one, or may be a continuous molding machine that sequentially forms long material sheets. However, the latter is particularly preferable, and the characteristics of the present invention are exhibited to enable high-speed and efficient repetitive molding.
- the above apparatus configuration of the present invention relates to the following prior application of the inventor of the present invention.
- the inventor of the present invention has filed patent applications listed in Patent Documents 9 to 11 relating to manufacturing methods and molds related to the present application. Further, as inventions of molding apparatuses related to these, Japanese Patent Application No. 2011-41294, Japanese Patent Application No. 2011-254640, Japanese Patent Application No. 2011-254541, Japanese Patent Application No. 2011-165068, Japanese Patent Application No. 2011-165067, Japanese Patent Application No. 2011-165069, Japanese Patent Application No. Nine applications, 2011-206516, Japanese Patent Application 2011-206515, and Japanese Patent Application 2011-206514, have been filed. The present invention is filed on the basis of the priorities in the latter half of the above described order.
- ⁇ About compressed air means> The concept of a well-known commonly used compressed air box is to sandwich a resin sheet and cover a mold or a group of molds, create a closed space between the resin sheet, and perform compressed air molding by sending compressed gas into this closed space. It is a tool.
- a known tool corresponding to a compressed air plate is usually called a hot plate or a heating plate, and is preheated by pressing or adsorbing a resin sheet of a molding material on its surface, and then sending compressed air from an opening provided on that surface. It is a tool that performs compressed air molding. A normal temperature compressed gas is introduced into this heating plate, it is sent out from the pores, and compressed air molding is performed.
- the compressed air body is heated to a certain temperature below the temperature of the special heat plate, but it is heated to a special high temperature. It is not. Even if a special high-temperature heated gas is introduced into the heating plate, the temperature in the vicinity of the ejection opening changes and preheating unevenness of the resin sheet occurs, which is inconvenient to adopt such a molding method.
- the compressed air means is a heating plate that also preheats contact with the resin sheet, and includes a heating plate body 31, a heater 32, a high-temperature compressed gas introduction pipe 33, an air supply hole 35, and an air supply surface 36.
- This figure shows a state in which the cooling means 40 enters the space that has been raised by performing pressure air shaping by lowering the heating plate 30 and cooling the shaped body 110 by gas injection.
- the cooling means 40 and the mold 60 will be described later.
- the heating plate Even though some shaped objects can be heated by the hot gas delivered first, the delivery of the hot gas to the enclosed space cannot be continued and effective. Heat treatment cannot be performed.
- the heating plate also performs contact preheating of the resin sheet and must be adjusted to an appropriate preheating temperature. If the hot gas is repeatedly passed for heat treatment in the continuous molding process, the temperature of the heating plate surface is not affected. Uniformity is not achieved and uniform preheating is not possible, and this is not a good apparatus for heat treatment at a temperature higher than the preheating temperature.
- the compressed air means used in the configuration of the first invention belonging to the present invention includes a first mechanism for sending compressed gas from the air supply opening toward the upper part of the mold. , Having a second mechanism for sucking the gas sent to the compressed air space from the intake opening and exhausting it to the outside, and having the following structures 1) and 2): 1) As the first mechanism, a structure in which the gas delivery is distributed and delivered through a plurality of air supply openings from a distribution space provided inside the compressed air plate or the inside of the compressed air box; and 2) the second mechanism.
- the high-pressure gas used for such compressed air means may be room temperature or heated.
- a gas heated to a high temperature it is necessary to use a material having a thermal permeability as much as possible for the first mechanism, or to preheat by sufficiently ventilating a high-temperature gas in advance. .
- the preheated resin sheet can be formed without cooling, or while preheating the resin sheet or almost simultaneously with preheating.
- the temperature of the shaped body can be increased by heat treatment or it can be aided.
- the compressed air means having the above configuration, the air can be continuously supplied while the gas in the compressed air space is updated, and the heating and heating or cooling of the resin sheet or the shaped body by the compressed gas is continuously and efficiently advanced. Can do. And it is possible to perform this heating temperature rise or cooling uniformly on a large shaping surface, and it is possible to heat and cool by arbitrarily increasing or decreasing the part of the molding surface or the process during molding. It was. Further benefits that make this possible will be discussed later. *
- the compressed air means (compressed air box) in this figure has a configuration in which only the distribution space is provided in the inside thereof and no air collection space is provided in the compressed air box.
- the compressed air means 30 is a compressed air box, which includes an air supply body (air supply port) 31 and an exhaust flow pipe group 28 each having an exhaust inflow opening 25, and hot gas is introduced into the distribution space 34 through the introduction pipe 33 from the outside.
- the air is sent to the compressed air space 39 through a number of delivery openings 35.
- the gas in the compressed air space 39 is taken from the exhaust inflow opening 25 and exhausted through the external exhaust pipe 23.
- valves and the like for controlling air supply and exhaust are omitted.
- a pressure valve may be provided to continue exhausting while maintaining a constant pressure, which can be adopted as a preferred method.
- the external exhaust pipe 23 may be eliminated, and a pressure valve may be provided at the external opening of each exhaust flow pipe.
- FIG. Another example of the above will be described with reference to FIG. That is, although it has both the distribution space and the air collection space, a description will be given by taking a slightly different structure from FIG. That is, although the preheated resin sheet 100 is introduced into the upper part of the mold 60, the compressed air box 30 is lowered and the periphery of the resin sheet 100 is pressed against the molding storage box 67 and closed. A compressed air space 39 is formed. Then, the high-temperature compressed gas introduced from the outside is sent out from the air supply hole 35 via the introduction pipe 33 and the gas distribution space 34 and is subjected to compressed air shaping.
- the second to fourth inventions belonging to the present invention relate to the cooling means, and these inventions will be described in the section ⁇ Cooling means>.
- a heating temperature adjusting means is added to the air supply mechanism of the first mechanism of the compressed air means to the compressed air means used as the fifth invention belonging to the present invention.
- the fifth aspect of the invention is preferable because a high temperature gas having a stable temperature is delivered from the beginning to the end, and the preheated resin sheet can be formed without being cooled, or while preheating or preheating the resin sheet.
- the temperature of the shaped body can be increased by heat treatment or it can be aided.
- FIG. 1 and 2 shows only the compressed air box.
- the distribution space 34 is arranged in the lower stage of the compressed air box, the air collecting space 24 is arranged in the upper stage, and the heater 32 is provided so as to heat the lower air supply port. It has become.
- the gas inflow pipe 28 is characterized by extending to a position close to the mold through the gas delivery surface. The high-temperature compressed gas introduced from the outside is sent out from the air supply hole 35 via the introduction pipe 33 and the gas distribution space 34, and is compressed and shaped.
- the compressed air box with the structure shown in this figure not only can supply a gas at a stable temperature from the beginning to the end, but also the discharge gas is exhausted while circulating closer to the shaped body, so it is more efficient and uniform. Heating and heating can be performed. In addition, such an aspect may be desirable because it may be formed by projecting portions including the air supply holes 35 individually or in a plurality of groups instead of the exhaust inflow pipe 28.
- the pressure air plate 30 includes an exhaust port 21 and an air supply port 31 to which a heater 32 is attached.
- the gas in the air distribution space 34 passes through an air supply pipe 38 provided through the exhaust port 21. It is sent to the compressed air space.
- a preheated molding material sheet is introduced onto a molding die assembly 60 housed in a box having a high outer wall, and after the vacuum suction is activated from the molding die side, the pressure plate 30 is lowered.
- the compressed air space 39 is formed without contact with the molding surface of the resin sheet 100.
- the subsequent operation steps can be performed in the same manner as in FIG. 6, and a homogeneous molded body can be obtained regardless of the temperature of the air supply surface of the compressed air plate.
- the exhaust port 21 in FIG. 7 is also provided with a heater so that the intake surface (also the air supply surface) is temperature-controlled to a suitable preheating temperature, contact with the compressed air plate It is possible to preheat the material by heating.
- a heat insulating material or to devise the structure of the air supply pipe 38 and the air supply opening 35 in order to minimize the temperature influence on the intake surface.
- the compressed air means used as the sixth invention belonging to the present invention has a function of heating the compressed gas introduced inside the air supply mechanism of the first mechanism of the compressed air means to a sufficient temperature of 200 ° C. or more and sending it out. Things are preferable.
- said delivery gas temperature can be 250 degreeC or more, and it is still more preferable that it can be 300 degreeC or more.
- a method of increasing the capacity of the heater attached to the air supply port and increasing the contact area between the heating body and air in the ventilation space can be preferably employed. More specifically, for example, the distribution space portion of FIG.
- the sixth aspect of the invention may be made of a material such as porous metal, or the space portion may be filled with a granular material such as metal, and this method is preferable.
- an external device is not required, the molding device is compact, handling is easy in operation, and the durability of the device is remarkably improved.
- the method of intermittently introducing a high-temperature gas from the outside has a large heat energy loss and tends to impair the durability of the valve or the like.
- the mold facing surface can be heated and held at 200 ° C. or higher, and the infrared emissivity is 0.8 or higher.
- said opposing surface temperature can be hold
- the gas delivery surface shown in FIGS. 1, 2, and 6 corresponds to the above-described mold facing surface.
- a commercially available infrared radiation paint is applied and the surface is heated with a heater.
- the heat of the heater is difficult to reach to the surface as it is in FIGS. 1 and 6, and it is necessary to bring the heater close to the surface or use the porous heat conductive material described in the explanation of the sixth invention.
- the resin sheet can be preheated or preheated, and the shaped body can be heated and heated. Even when heated gas is supplied, the resin sheet can be preheated or subsidized to assist preheating, and the shaped body can be heated to accelerate the molding process.
- the compressed air means as in the examples of the above drawings may be modified as follows, and these modifications can be preferably used.
- the basic structure shown in each of the above drawings is almost unchanged, and the functions of the exhaust main body 21 and the air supply main body 31 are interchanged, and 21 may be configured as the air supply main body and 31 as the exhaust main body. be able to.
- a valve mechanism When performing the exhaust operation from the compressed air space, a valve mechanism may be provided so that exhaust is performed while maintaining a specific internal pressure without providing a valve. In that case, although the pressure of the compressed air shaping is reduced, there is no problem if the apparatus is designed in consideration of it. 4)
- the sending surface 36 or the intake surface 26 is not necessarily flat. In particular, the air-feeding hole part or the outlet part of the exhaust inflow pipe may protrude from the other or may recede. It is very preferable that the shape matching height difference of the mold can be effectively or uniformly heated or cooled.
- the temperature of the heated gas that is introduced for the heat treatment temperature rise and is sent out by compressed air is much higher than the preheating temperature of the resin sheet.
- the temperature of the compressed gas that is introduced is 200 to 600 ° C. It is desirable.
- the preheating temperature of the stretched PET sheet is appropriately about 90 to 100 ° C., whereas the gas temperature sent from the nozzle 35 is preferably 250 to 500 ° C. Since the heat capacity of the gas is small, the amount of heat is dissipated to the mold through the shaped body, so if the temperature of the injection gas is lower than this, the temperature cannot be raised quickly, and it easily reaches the 150 to 180 ° C required for heat fixation. do not do.
- the high-temperature compressed gas air, nitrogen, carbon dioxide or the like compressed and heated is used. In addition, dry superheated steam containing moisture can be preferably used.
- the above-described compressed air box is a further improvement of the one disclosed in the application 2011-41294 filed by the present inventor, and has the following effects.
- a high-temperature gas can be sent continuously at any time, and a heat treatment temperature can be raised quickly and effectively.
- a uniform and highly accurate molded product that can be heat-treated at a uniform temperature on all molding surfaces can be obtained.
- Optimal heating and cooling conditions can be set, and the molding cycle can be shortened.
- Applicable molding materials are widened, and the applied products can be greatly expanded.
- a powerful heat treatment can be performed, and as a result, the design flexibility of the mold configuration that can be used can be greatly expanded. There is an effect that a simple and low-priced mold can be used.
- the cooling means used in the configuration of the present invention performs cooling by injecting a cooling medium, and any cooling means can be used as long as it can cool the entire upper area of the mold or mold group.
- any cooling means can be used as long as it can cool the entire upper area of the mold or mold group.
- Japanese Patent No. 4057487 a structure in which a number of holes are provided in the box and the cooling gas introduced into the box is ejected can be used.
- Japanese Patent No. 4057487 a structure in which a number of holes are provided in the box and the cooling gas introduced into the box is ejected can be used.
- the cooling means according to the invention of No. 4 is used as a preferable means.
- the cooling means used is a third mechanism that introduces a cooling gas and injects it from a plurality of injection openings toward the upper part of the mold, and is integrated with this mechanism.
- the fourth gas is constituted by a fourth mechanism that divides or rectifies the generated gas and exhausts it to the outside.
- the above-mentioned “rectification” is to create a route for releasing gas that is likely to be trapped in the injection target space to the outside. More specifically, a method of forming an exhaust passage by a solid object, a linear gas flow or liquid A passage can be formed by ejecting a fluid.
- the shaped body can be cooled uniformly and strongly over the entire surface, and the cooling step can be completed in a short time.
- the cooling means 40 in FIG. 8 includes the above-described third mechanism (injection) composed of a plurality of injection nozzles 44 provided in a uniform arrangement at the lower part of the pipe with the distribution space 43 inside the pipe assembled in a frame 46. Port), and the fourth mechanism (exhaust port) configured by the pipe gap 47 and the cross-girder frame 46.
- the cooling gas introduced from the conduit 42 and jetted from the jet nozzle 44 is reflected on the surface of the shaped body 110 and exhausted to the upper part through the exhaust port.
- the cooling means 40 in FIG. 9 has an exhaust port having an exhaust channel 48 having the above third mechanism (flat gas injection port 41) and an intake slit 48i, which includes a gas introduction pipe 42, a distribution space 43, and an injection nozzle 44.
- the fourth mechanism is configured. The cooling gas injected into the injection space is taken in from the intake slit 48i and exhausted to the side surface in the horizontal direction via the channel-shaped horizontal exhaust path 48.
- the cooling means 40 in FIG. 10 is a space formed between the third mechanism (a flat gas injection port 41) composed of the gas introduction pipe 42, the distribution space 43, and the injection nozzle 44 and a plurality of injection nozzles 44.
- the fourth mechanism is composed of a horizontal exhaust passage 48 and a horizontal injection nozzle 49.
- the high-speed linear jet flow injected from the horizontal injection nozzle 49 pushes the gas in the space of the horizontal exhaust passage 48 in the lateral direction, and also draws the cooling gas at the surface of the jet flow and exhausts it in the lateral direction.
- the horizontal exhaust passage 48 is completed.
- the jet fluid from the horizontal jet nozzle 49 may be a gas or a fluid such as water.
- the third mechanism of the cooling means to be used is configured such that cooling gas is introduced into the distribution space inside the mechanism and distributed and injected from the injection opening toward the upper part of the mold.
- the fourth mechanism sucks the injected gas into the air collecting space inside the mechanism through a plurality of intake openings and exhausts it to the outside.
- the distribution space is preferably behind the injection opening (that is, a position far from the mold).
- the air collection space is preferably behind the air collection opening (that is, a position far from the mold).
- it is preferable that the distribution space and the air collection space are located farther from the mold than both the injection opening and the intake opening. According to the present invention, it is possible to arrange exhaustion as desired and efficiently advance exhaust gas, and to perform efficient and powerful cooling.
- the cooling means 40 in FIG. 11 includes an injection port 51 including a gas introduction pipe 42, a distribution space 43, and an injection nozzle 44, that is, a third mechanism, a vertical exhaust passage 47 having a slit-like inlet 47i, and a horizontal exhaust passage 48. And an exhaust port 45 having a fourth mechanism.
- the jet gas is reflected by the shaped body surface, blocked by the airflow guide surface 45g, guided, sucked from the slit-like intake opening, and finally exhausted to the side surface.
- a physical forced exhaust means is additionally provided.
- the physical means includes a method of performing suction downstream of the exhaust, a method of applying pressure in the middle stream or upstream, and the physical means may be an individual or a liquid.
- a suction device such as a blower may be attached to the exhaust side, or high-speed fluid may be blown from the upstream side to create suction force to promote exhaust, and such a method is preferably used.
- the cooling means 40 in FIG. 12 includes an injection port 51 including a gas introduction pipe 42, a tubular distribution space 43, and an injection nozzle 44, that is, a third mechanism, a vertical exhaust path 47 having a slit-like inlet 47i, and a horizontal exhaust path. 48 and an exhaust port 45 having a spray nozzle 49, that is, a fourth mechanism.
- the injection from the injection nozzle 49 creates a strong linear air flow inside the horizontal exhaust passage 48, sucks in the surrounding gas, and promotes exhaust in the side direction.
- the cooling means 40 in FIG. 13 includes an injection port 51 consisting of a gas introduction tube 42, a flat distribution space 43, and an injection nozzle 44, that is, a third mechanism, and a column between the injection nozzles 44 (behind the opening tip of the nozzle). Position) and a fourth mechanism for forming a horizontal exhaust path 48 by blowing a straight air stream from the injection nozzle 49 into the space. Further, a new mechanism (hereinafter referred to as a fifth mechanism) including a volatile liquid introduction pipe V, an atomizing gas introduction pipe V2, and a liquid spray nozzle V3 is added.
- the injection nozzle 49 effectively promotes exhaust similarly to the above, but further promotes volatile cooling when spraying volatile gas such as water. In this case, it is effective if the operation of the spray nozzle 44, the spray nozzle 49, and the liquid spray nozzle V3 is arbitrarily intermittently operated.
- This cooling means can perform very powerful cooling. Not only such a structure but also a means for spraying a volatile gas onto a shaped body is preferably used alone or in combination with gas jet cooling.
- a volatile liquid such as water or alcohol, or a compressed gas (or liquid in some cases) such as air, nitrogen or carbon dioxide can be used alone or in combination.
- a volatile liquid it may be sprayed alone or may be sprayed into a gas before jetting.
- the cooling gas may be at a normal temperature, but a cooled gas can be preferably used, and a gas jet in which dry ice particle mass is submerged and cooled, or a gas jet in which dry ice powder particles are mixed is also preferable.
- the cooling medium spray nozzle of the cooling means used in the configuration of the present invention is not limited to the main body mode, and it is preferable that the cooling medium spray nozzle has a structure that can individually perform the diffusion spray. Further, when using a large mold or a plurality of molds, it is preferable to have a plurality of injection nozzles. In addition, at least in the cooling step, it is desirable that the function of sucking and fixing the shaped body to the mold is activated.
- the apparatus of the present invention using the cooling means as described above has the following effects. 1) Powerful cooling is possible, the mold can be set at a high temperature, and as a result, the degree of freedom in designing the mold configuration that can be used increases, and a low-cost mold can also be used. In addition, the molding materials that can be applied are widened, and the use of products is widened, and it is possible to produce inexpensive and high-performance products. 2) Powerful cooling is possible and the cooling time can be shortened. 3) Uniform cooling is possible, and not only the accuracy of the product and the efficiency of good products are improved, but also the cooling time can be shortened as a result.
- the cooling means having the above novel structure is described in Japanese Patent Application No. 2011-206516, Japanese Patent Application No. 2011-206515, Japanese Patent Application No. 2011-206514, which are prior applications of the present inventor, and this application is based on these descriptions. It is what.
- a molding die used in the apparatus configuration has at least a molding surface made of a material having a thermal permeability (kJ / m 2 s 1/2 K) of 0.01 to 15. It is preferable to use what is formed. In addition, it is preferable that the heat permeability of the said material is 10 or less, and it is still more preferable that it is 5 or less. Moreover, the single structure only with said material may be sufficient, and the arbitrary composite structures which use said material as a surface layer may be sufficient.
- a mold having a surface layer made of such a material may have a surface layer itself that generates heat, or a layer that heats and controls the surface layer in close contact with the entire back surface of the surface layer, or a heat storage layer.
- the thing of the provided structure can be utilized preferably.
- the back layer or the back of the temperature control mechanism is not specified, and there may be no back layer.
- Examples of materials having a thermal permeability within the above range include plastics, ceramics, and a small number of selected metal materials. These include aluminum materials and zinc that are commonly used as thermoforming molds. The value is smaller than that of an alloy material or the like. Examples of materials having a preferred range of heat permeability can be selected from Table 1. However, the notation is shown for reference to general substances or objects, and what can be used is not limited to these. *
- the above-described mold is further provided with a surface layer made of a material having a thermal permeability (b value) of 15 or less and a thermal permeability (b value) larger than that of the surface layer. It is preferable that it consists of the back body which consists of material.
- the heat permeability of the surface layer forming material is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and that of the back layer is preferably more than 5 and more preferably more than 10.
- the thickness of the surface layer is required to be 0.04 mm or more, preferably 0.06 mm or more, and more preferably 0.1 mm or more.
- the thickness is preferably 30 mm or less, more preferably 10 mm or less, and even more preferably 5 mm or less. Moreover, it is preferable that the thickness of the surface layer is substantially uniform. Further, the thermal permeability of the back layer is preferably 2 times or more than that of the surface layer, and particularly preferably 10 times or more. Note that the thickness of the back layer is not limited, and is not limited to a certain thickness or shape. Also, this layer is not limited to a single material layer.
- the above-mentioned mold further includes means for adjusting the temperature of the surface layer made of the above-mentioned material from behind.
- means for adjusting the temperature of the surface layer made of the above-mentioned material from behind As a more specific and preferable method for this purpose, 1) a method of closely attaching to the surface layer and adding a temperature control mechanism to the back layer having a larger heat permeability, and 2) close to the entire surface behind the surface layer. A method of providing uniform temperature control means, 3) A method of generating heat on the surface layer itself. 4) There is a method of providing a heat storage layer in close contact behind the entire surface layer. For this temperature control, any known method such as a method using an electric heater or a method using a heat medium can be used.
- the temperature control on the heating side is preferable.
- the temperature control means may be added anywhere in the back layer or the back body, and may be provided in the layer or externally.
- the surface layer is constantly heated by the conduction heat from the back layer.
- the back layer is not particularly limited in this case, and the back layer may not be provided.
- a method of forming a planar high heat transfer layer over the entire surface behind the surface layer and conducting heat from a specific position is also included.
- the molds 2), 3) and 4) are those disclosed in Japanese Patent Application No. 2011-165069.
- FIG. 14 shows an example of the structure 1) above.
- the mold 60 includes a surface layer 61 and a back layer 62, 63 is a vacuum exhaust hole, 64 is an exhaust passage, and 65 is a heat medium passage for temperature control.
- the mold made by forming an epoxy resin layer of 0.5 mm on the back layer of the aluminum material 5052 and exposing a fine thermocouple on the molding surface through the back layer and the surface layer is a high performance. It is.
- temperature control means such as this heat-medium channel
- FIG. 15 shows an example of the structure 2) above.
- the mold main body 60 includes a heat generating layer 65 behind the surface layer 61 having the predetermined heat permeability, and further includes a rear portion 62 behind the heat generating layer 65.
- 63 denotes a vacuum exhaust hole
- 64 denotes an exhaust passage
- 66 denotes a lead wire.
- ceramic or the like may be used as a back body, and a sheet heating element may be laid and pasted thereon, and a surface layer may be formed thereon with a material having the predetermined heat permeability.
- a heating element layer may be formed by plating and etching a nickel-based resistor metal on the back body.
- the surface layer material examples include heat-resistant resins such as epoxy resin, fluorine resin, polyimide, and PEEK.
- heat-resistant resins such as epoxy resin, fluorine resin, polyimide, and PEEK.
- the method for producing a molded article using the apparatus of the present invention is not particularly limited, but as an eleventh invention belonging to the present invention, a resin sheet preheating step, a shaping step, and a temperature higher than this preheating step.
- a method for forming a thermoplastic resin sheet comprising a heat treatment step for heat treatment in step 1 and a cooling step can be preferably carried out. These steps can be performed at high speed, and efficient continuous molding can be performed using a long molding material resin sheet.
- a long resin sheet is guided and stopped under the heating plate that is heated and adjusted to the preheating temperature, and the heating plate and the mold are moved up and down to sandwich them, and the resin sheet is heated.
- Preheating is performed while vacuum-adsorbing from the plate side or air-pressing from the mold side.
- a pressure shaping by air discharged from the heating plate and / or a vacuum shaping by vacuum suction from the molding die side are instantaneously performed on the heating temperature-controlled forming die.
- the temperature of the shaped body is raised above the preheating temperature on the surface of the high-temperature mold and / or by the high-temperature gas released from the heating plate.
- the cooling step next to this the heating plate is raised, the cooling means is inserted between the opened heating plate and the mold, and the cooling medium is injected to cool and release the shaped body.
- the temperature increasing heat treatment using the high-temperature compressed gas can also be performed. The latter method is suitable when the resin sheet is thin and too sensitive to heat.
- the apparatus setting or condition setting in the molding as described above can be explained by dividing it into three patterns.
- a sine curve-like continuous molding cycle can be drawn.
- T surface temperature
- S internal temperature
- Tb maximum temperature
- Pattern A is a pattern in which S is adjusted to a constant temperature between Tt and Tb of the surface temperature cycle.
- Tt is a temperature reached by high-temperature gas or infrared irradiation
- Tb is a temperature reached by the cooling means.
- Direct temperature control of the back layer may or may not be performed. If the molding is continued continuously for a long time in a state where heat does not escape so much from the back side, the back layer temperature S settles at Tt and Tb of the surface temperature cycle. In this case, if the thermal permeability of the back layer is not so large, S is not linear in time in the vicinity of the surface layer, but draws a small temperature cycle following the surface layer. It is desirable to positively and arbitrarily adjust the temperature of the back layer, and the heating means and the cooling means can be set to the optimum shortest time depending on the temperature.
- Pattern B is a pattern for adjusting S to a constant temperature equal to or lower than Tb.
- Tb is reached mainly by heat transfer from the back layer, that is, the temperature of S.
- the cooling means is not essential, but if used, the cycle can be shortened.
- Tt is reached by the heating means.
- Pattern C is a pattern for adjusting S to a constant temperature equal to or higher than Tt. In this case, Tt is reached mainly by heat transfer from the back layer, that is, the temperature of S. Therefore, the heating temperature control of the back layer is essential.
- the heating means is Although not essential, the cycle can be shortened if used. Tb is reached by the cooling means.
- the molding method of the present invention is characterized by performing a heat treatment at a temperature higher than that at the time of shaping of the resin sheet between shaping and cooling, and is characterized by being able to be performed at high speed continuously. .
- the method of the present invention makes it possible to produce various molded products that are easily heat-treated with a wide range of resins.
- the thermal permeation rate (b value) used as the specified value of the present invention is a characteristic value of an object related to the amount of heat moving through the interface and the contacting object, and is obtained by the following equation.
- b ( ⁇ C) 1/2 (1) ⁇ ; thermal conductivity (Js ⁇ 1 m ⁇ 1 K ⁇ 1 ), ⁇ ; density (kgm ⁇ 3 ), C; specific heat (Jkg ⁇ 1 K ⁇ 1 )
- An object having a small b value flows only a small amount of heat to the interface and does not give a large temperature change to the counterpart object, and is greatly influenced by the counterpart object near the interface.
- the heat from the shaped body is not diffused, so that the shaped body can be easily heated and cooled by the high-temperature gas and the cooling gas.
- the heat of the back layer is not easily transferred to the surface layer surface (interface with the shaped body), the surface temperature is highly uniform, and the surface layer thickness is reduced for fast and stable condition setting. Or by increasing this b value to some extent, it can be optimized in accordance with the molding material.
- the b value is about 17 to 23 for an aluminum material, about 13 to 16 for an iron material, about 34 copper, 8.0 for a non-rust steel (SUS306), and 0.0 for many synthetic resins. About 2 to 0.8, many ceramics fall between 1 and 20.
- Table 1 illustrates the b values of some materials.
- the b value also shows a slightly different value depending on the measurement temperature, but in the present application, strictly, it is defined by a measurement value of 20 ° C.
- a composite material with a material having no linearity in a change between 20 ° C. and 200 ° C. for example, a heat storage agent accompanied by a phase change, an average value of 100 ° C. and 150 ° C. should be adopted. To do. It should be noted that even if the same material is used, if the shape changes to a foam or a porous body, this value will change greatly.
- the above mold has a structure of two or more layers, the back layer of the surface layer is controlled to a constant temperature, and the molding surface temperature of the surface layer that changes in temperature by the heating gas and the cooling gas through the shaped body is set to a desired level.
- Quick return to the reference temperature if the thickness of the surface layer exceeds 30 mm, the control of the back layer takes too much time to reach a steady state in response to the surface temperature, which is not practically effective.
- this thickness is less than 0.03 mm, the influence of the temperature of a back layer is received greatly, and the effect which accelerates
- the coating thickness is as thin as 30 ⁇ m or less. There is no need to do this, and there is a difficulty, and no device that can achieve the effects of the present invention has been produced.
- a single material may be used, but in this case, there may or may not be direct temperature control on the mold, and in either case, the desired surface temperature may be stabilized to some extent. If the time is taken, the desired molding is possible.
- a material composed of a single material having a thermal permeability b value (kJ / m 2 s 1/2 K) of 0.01 to 3 preferably has no heating temperature control mechanism, As for those composed of three or more single materials, those equipped with a heating temperature control mechanism can be used more preferably.
- the above-mentioned mold has a fine hole that enables vacuum forming or evacuation at the time of forming, and is housed in the above-mentioned mold storing box so that it can be evacuated.
- thermocouple tip having a wire diameter of about 0.1 mm is projected on the molding surface of the mold, and this can be measured.
- thermocouple tip having a wire diameter of about 0.1 mm is projected on the molding surface of the mold, and this can be measured.
- thermocouple tip having a wire diameter of about 0.1 mm is projected on the molding surface of the mold, and this can be measured.
- thermocouple tip having a wire diameter of about 0.1 mm is projected on the molding surface of the mold, and this can be measured.
- the temperature of the S-line is actively controlled to control the temperature of the mold itself. However, depending on the distance from the molding surface or the distance from the heat source, the molding cycle is repeated with a temperature gradient. It is also a value that stabilizes at.
- these temperatures are considerably different from the surface temperature or interface temperature shown here. This is because when heating and cooling are performed in units of seconds or less, a large temperature gradient occurs in the thickness direction of the shaped body.
- temperature measurement from the back of the shaped body with infrared rays or the like does not accurately represent the material temperature. In the present invention, it is expressed by the surface temperature (interface temperature), but there is a difference from this temperature and it is necessary to consider it as a relative value.
- Molding with heat treatment of the stretched PET sheet was performed.
- 1) Molding material A 2.3 times uniaxially stretched sheet of homopolyethylene terephthalate resin (those not heat-fixed) and a non-heat-fixed product having a thickness of 0.23 mm were used.
- the compressed air box has the structure shown in FIGS. 1 and 2, and is made of aluminum and has a box body 67 having an effective inner dimension of 330 ⁇ 550 mm. 21 may be unnecessary).
- a gas feed hole 35 for high-temperature gas having a diameter of 1 mm is formed in the gas feed / exhaust surface 36 at every intersection of a grid lattice with a spacing of 30 mm. 28).
- the low-temperature air supply / exhaust main body 21 and the gas supply / discharge passage 28 have a function of compressed air shaping with a low-temperature gas and exhaust from a compressed air space.
- the high-temperature air supply body 31 and the gas delivery hole 35 have a function of delivering the high-temperature compressed gas to the compressed air space.
- An infrared radiation paint was applied to the air supply / exhaust surface 36. Then cooling hand stage structure shown in FIG. 11, namely the reflection flow of the injected cooling gas, in a manner that the exhaust horizontally suction from the passage 45 provided between the injection nozzle 43, the effective size 330 ⁇ 550 mm I used something.
- the mold is of the surface layer / back layer system shown at 60 in FIG. 15.
- Aluminum aluminum A5052 is used as the back layer, and PEEK resin (b value is 0.35) 0.15 mm surface layer is coated and fired thereon.
- the one formed by the method was used.
- the molded product of this mold is a round dish shape with a diameter of 90 mm and a depth of 30 mm, and 15 molds with an outer dimension of 110 mm square are fixed to the fixing plate of the heater inclusion and accommodated with an inner dimension of 332 ⁇ 552 mm.
- the upper surface of the mold was 5 mm lower than the side wall of the storage box, and a 1 mm gap was provided from the side wall.
- the tip of the thin wire thermocouple was exposed on the molding surface to allow measurement of the molding surface temperature and the shaped body interface temperature. Similarly, a thin wire thermocouple was inserted from the side wall of the compressed air box so that the internal compressed air temperature could be measured.
- the resin sheet was preheated by holding the resin sheet in a preheating oven set at 550 ° C. for 9 seconds, and moved to the upper part of the mold.
- the sheet preheating temperature was 95 ° C.
- the molding die had a molding surface preheating temperature of 160 ° C. by heating from a fixed plate.
- heated air about 450 ° C. and an original pressure of 0.4 MPa into the compressed air box and starting the delivery from the high-temperature air supply body 31, the vacuum suction on the mold storage box side is activated for 1.0 second. Then, vacuum / pressure formation was performed at a pressure / pressure of 0.4 MPa.
- the exhaust was operated while being restricted from the low-temperature air supply / exhaust main body 21, and the heated air was continuously delivered by heating the heated air at a pressure / air pressure of 0.2 MPa for 2.5 seconds.
- the pressure air temperature became 280 ° C.
- the heat treatment temperature interface arrival temperature
- the mold surface temperature instantaneously dropped to a temperature slightly below about 160 ° C. during shaping, but the temperature immediately rose to this temperature.
- the pressure air box was raised, the cooling means was moved to the upper part of the shaped body, cooled by air injection for 5 seconds, and released. At the time of mold release, the surface (interface) temperature was lowered to about 130 ° C.
- Molding result The obtained molded product had a good shape and transparency.
- a heat resistance test was conducted by immersing in silicone oil at 140 ° C. for 2 minutes, and there was no deformation or noticeable shrinkage, and the heat resistance was excellent. It was found that the temperature of the heat treatment with the high-temperature gas was easy in the pressure box used. It has been found that an efficient heat treatment effect cannot be achieved under comparative test conditions, that is, conditions that can be set in a known compressed air box.
- Example 2 The operating conditions were changed in the apparatus configuration shown in Example 1, and molding with heat treatment of the same stretched PET sheet was performed.
- compressed air shaping was performed with a normal temperature compressed gas.
- the resin sheet was preheated to 95 ° C. in the same manner as in Example 1, and the mold was used with its surface temperature preheated to 165 ° C.
- the compressed air box was able to introduce heated air of about 450 ° C. and an original pressure of 0.4 MPa. Further, the air supply / exhaust surface 36 is adjusted to substantially the same temperature as the introduced gas so that infrared radiation is sufficiently emitted.
- the temperature began to rise and reached this temperature.
- the pressure air box was raised, the cooling means was moved to the upper part of the shaped body, cooled by air injection for 5 seconds, and released.
- the surface (interface) temperature was lowered to about 130 ° C.
- the operating conditions were changed in the apparatus configuration shown in Example 1, and molding with heat treatment of the same stretched PET sheet was performed.
- a preheating oven was not used for preheating the resin sheet, and preheating and shaping were advanced almost simultaneously using a compressed air box.
- Preheating of the resin sheet An unpreheated sheet was introduced under the compressed air box, and preheating and shaping were performed simultaneously.
- high-temperature gas was supplied from the high-temperature air supply main body 31 gradually over time.
- infrared radiation is also used from the feed / discharge surface 36 in addition to the high-temperature gas as a preheating source.
- the mold is preheated so that the surface temperature is 160 ° C, and the compressed air box is supplied with heated air of approximately 450 ° C and an original pressure of 0.4 MPa, and is shaped and heated. Went.
- the air supply / exhaust surface 36 was used by adjusting to substantially the same temperature as the introduced gas.
- the vacuum pressure forming (including sheet preheating) was 4 seconds, and the pressure pressure was 0.4 MPa.
- the exhaust from the low-temperature air supply / exhaust body 21 was activated, and the high-temperature gas was continuously supplied from the high-temperature air supply body 31 to increase the temperature of the heat treatment.
- the temperature of the heat treatment was 2.5 seconds, the pressure pressure was 0.2 MPa, and the pressure temperature was about 285 ° C.
- the heat treatment temperature (interface arrival temperature) was 186 ° C.
- the said surface temperature fell to about 150 degreeC instantaneously at the time of shaping, it heated up and became this temperature. Thereafter, the cooling means was moved, and spray cooling with room temperature air was operated for 5 seconds to release the mold. At the time of mold release, the surface (interface) temperature was lowered to about 130 ° C.
- the stretched PET sheet was molded with heat treatment in the apparatus configuration of FIG. FIG. 7 shows a state during the molding process.
- Molding device The following compressed air plate, cooling means, and molding die were mounted on a 10 ton single-wafer vacuum compressed air molding machine to obtain the configuration shown in FIG.
- the air supply port 31 is provided with a gas supply hole 38 for high-temperature gas.
- the exhaust port 21 and the gas discharge hole 25 have a function of sucking and fixing during preheating of the resin sheet and exhausting from the compressed air space.
- room temperature compressed air is introduced and sent to this port so that compressed air shaping with low temperature air can be performed.
- the air supply main body port 31 and the gas delivery hole 38 have a function of delivering compressed hot air to the compressed air space and heating the temperature of the shaped body.
- the cooling means has a structure shown in FIG. 11, that is, a system in which a reflected flow of injected cooling gas is sucked from a passage 47 provided between the injection nozzles 44 and exhausted in the horizontal direction, and has an effective size of 330 ⁇ 550 mm. It was used.
- the mold is of the surface layer / back layer type shown in 60 of FIG. 1.
- Aluminum A5052 is used as the back layer, and a zirconia (b value is 2.8) 0.3 mm surface layer is formed thereon by thermal spray coating. What was let to use was used.
- the molded product is a round dish shape with a diameter of 90 mm and a depth of 30 mm, and 15 molds with an outer dimension of 110 mm square are fixed to the fixing plate of the heater inclusion, and placed in a storage box with an inner dimension of 332 x 552 mm. I stored it.
- the upper surface of the mold was 5 mm lower than the side wall of the storage box, and a 1 mm gap was provided from the side wall.
- the temperature measurement was performed by exposing the tip of the thin wire thermocouple to the molding surface so that the molding surface temperature and the shaped body interface temperature could be measured.
- a fine wire thermocouple is arranged to penetrate from the back of the heating plate so that the pressure air temperature can be measured.
- the pressure air temperature reached 288 ° C.
- the heat treatment temperature interface arrival temperature
- the surface temperature instantaneously dropped to about 160 ° C. or lower during shaping, but the temperature was raised to this temperature.
- the mold was released by introducing a cooling means and spraying for 5 seconds.
- the surface (interface) temperature was lowered to about 140 ° C.
- the mold used was preheated to a surface temperature of 163 ° C.
- the air supply port was heated to 330 ° C. in advance.
- Molding result The obtained molded product had a good shape and transparency.
- a heat resistance test was conducted by immersing in silicone oil at 140 ° C. for 2 minutes, and there was no deformation or noticeable shrinkage, and the heat resistance was excellent. It was found that the pressure plate used was easy to heat-treat with a hot gas. It has been found that an efficient heat treatment effect cannot be achieved under the conditions of the comparative test, that is, the condition setting possible with a known so-called heating plate.
- the stretched PET sheet was molded with heat treatment by the operation method different from that of Example 4 with almost the same configuration as in Example 4.
- the preheating of the resin sheet was performed in a heating oven prepared separately.
- 1) Molding material the same as in Example 4 was used.
- 2) Molding apparatus the same one as in Example 4 was used.
- the pressurized air shaping air supply from the exhaust port 21 of the compressed air plate 30 is not performed, but the shaping is performed by the high temperature gas feeding from the air feeding freight.
- a separately prepared heating oven was used for preheating the resin sheet.
- thermoforming A molding process involving heat treatment and cooling mold release for heating the shaped body above the preheating temperature for shaping can be carried out at a very high speed, continuously, efficiently and stably.
- thermoforming that involves heat setting of a stretched crystalline resin sheet.
- the material include stretched sheets such as PLA, thermoplastic resin such as PET, crystalline resin such as polypropylene, polyamide, and PEEK.
- stretched sheets such as PLA, thermoplastic resin such as PET, crystalline resin such as polypropylene, polyamide, and PEEK.
- thermoforming that performs the above heat treatment using a stretched PET sheet, it is possible to efficiently produce thermoformed products having excellent mechanical strength such as heat resistance, transparency, and rigidity. Can do.
- a crystalline resin sheet that has not been subjected to stretching treatment for example, can be used for molding involving crystallization of PET (CPET) to which a crystal nucleating agent is added, and this can be performed at a higher speed than before. it can.
- CPET crystallization of PET
- a new method, etc. that can be applied to SPPF molding of polypropylene (solid phase high pressure molding) to solve the disadvantages of this molding method (reducing residual stress distortion and improving heat-resistant dimensional stability). Can do.
- Molding with heat treatment can be performed precisely, uniformly, without variation, at high speed and with energy saving, and the improvement in strength and rigidity due to orientation and crystallization has been converted to a material with reduced thickness, It is possible to contribute to the social needs for resource conservation.
Landscapes
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Abstract
熱成形の賦形から離型の過程を高速で効率良く連続的に行うことのできる熱成形機であって、圧空手段として、圧縮気体を送出する第1の機構と、圧空空間に送出された気体を吸気して外部に排気する第2の機構を一体として有し、更に、1)上記第1の機構の構造を、気体送出を上記圧空手段の内部の分配空間から複数の送気開口を通じて行うようにするか、若しくは2)上記第2の機構の構造を、吸気を複数の吸気開口を通じて行い上記圧空手段内部の集気空間に収容して外部に導いて排気するようにするか、これら構造のうち少なくとも一つを採用したものを用い、更に、冷却手段を成形型周辺に配置して、圧空賦形後に成形型の上部空間に進行させ賦形体を冷却する構成としたことを特徴とする。
Description
本発明は熱可塑樹脂のシート又はフイルムを用いた熱成型品の製造方法に関るものであり、熱成形中の賦形体を高速で加熱及びまたは冷却することに関し、更には結晶性熱可塑性樹脂の熱成形の過程において、シートの予熱温度より高温の熱処理を行い、耐熱性、透明性等、機械強度等の特性の高い熱成形品を高速で効率よく製造することに関し、なかんずく結晶性樹脂の延伸シートを用いてこの熱成形を行うことに関する。
熱成形法は予熱された熱可塑性樹脂シートまたはフイルムを成形型に押圧または真空引きにて賦形し離型する方法であるが、通常は賦形体は低温の金型で冷却された状態で離型される。金型材料としてはアルミニウム、亜鉛合金などの軽量で加工性がよく、かつ熱伝導率の良い材料が使われ自然放熱で連続成形されることが多い。しかしそれでも特に温度調節を行いたい場合は成形型内部に設けたジャケットに熱媒体を通じて冷却することも行われる。一方、木材、プラスチックのような安価で加工し易い材料が使用されることがあるがこうしたものは、耐久性がなく、また温度調節が難しく熱蓄積などが問題となるため連続大量生産には向かず、枚葉成形機でのサンプル試作あるいは少量生産などに使用が限られる。
そして、特殊な成形方法として成形サイクル中に賦形体を任意に加熱したり冷却しようとするときは、上記のジャケットに通す熱媒を途中で熱媒を変更したり、あるいは賦形体を別に温度調整した金型へ移しかえたりすることが行われる。しかしこのような方法では所望の熱処理を行った成形品を高速で連続的に効率よく製造することはできない。
なお、延伸されたPET等の結晶性樹脂シートは熱成形性が低下するので、これを改善する提案も数々なされてきたが商業的に殆ど成功していない。
そして、特殊な成形方法として成形サイクル中に賦形体を任意に加熱したり冷却しようとするときは、上記のジャケットに通す熱媒を途中で熱媒を変更したり、あるいは賦形体を別に温度調整した金型へ移しかえたりすることが行われる。しかしこのような方法では所望の熱処理を行った成形品を高速で連続的に効率よく製造することはできない。
なお、延伸されたPET等の結晶性樹脂シートは熱成形性が低下するので、これを改善する提案も数々なされてきたが商業的に殆ど成功していない。
特別な加熱あるいは冷却を必要とする具体的な熱成形方法として、(1)特公昭56-7855号はポリエステルシートを1軸延伸配向させて加熱収縮させたシートを用いて熱成形する方法で、成形時に熱風を用いるなどにより熱固定する方法が開示されているが、熱処理に非常に長い時間がかかっており実用的ではない。また、(2)特公平5-45412号では、特定条件で2軸延伸し熱収縮させたシートを用いて熱成形と熱処理を行う方法が開示されている.ここでは、加熱型へ移し替える方法、熱風、熱水、赤外線になどよる加熱法が提案されているが、具体的には記載されておらず、単純にこれらを実行してもその効果はなく、またあったとしても高速で効率のよい実用的な方法とはならない。(3)特公昭60-031651号も特定のポリエステル延伸シートを熱成形し熱処理する方法で、加熱された金型で成形することは示されているが、金型あるいは成形品を冷却して離型することについては触れられていない。しかし、このような材料の熱処理成形には成形体を少なくとも熱処理温度より低い温度に冷却して離型することが望ましいが、知られた方法でこれを行うとすれば、金型自体を電熱ヒーターで予め加熱しておいて成形直後に金型のジャケットに通水して冷却する方法、あるいは金型マニホールドに高温熱媒、低温熱媒を交互に通ずる方法などが考えられる。しかしこうした方法では高速で連続成形を行うことはできない。また(4)特許2532730号では、非延伸の結晶性PETシートを加熱された雌型で成形しこれを低温の雌型に移して冷却し離型する方法が示されているが、金型移行に際しては、成形品の変形、位置ずれ、シワの発生が問題となり、またそのような操作ができる特殊な専用成形装置をつくる必要がある。
また(5)特公平7-102608号は、高温の雌型で成形し、これに嵌合する低温の雄型に引き取って冷却し離型する方法を示しているが、これも金型移行の方法と云ってよく(4)同様に成形品の変形やシワが問題となり、又オフセットやアンダーカットのある成形には
適用し難い。またこうした例とは別に、(4)(5)のようないわゆるCPETの成形では最初から高温の金型で成形すると、金型面で成形材料の滑りが悪いため波や凹凸などの不均一模様が出やすいというような問題もあり、これを避けるために最初低温金型で成形し高温金型に移行するプロセスも知られているが、これもやはり煩雑である。
適用し難い。またこうした例とは別に、(4)(5)のようないわゆるCPETの成形では最初から高温の金型で成形すると、金型面で成形材料の滑りが悪いため波や凹凸などの不均一模様が出やすいというような問題もあり、これを避けるために最初低温金型で成形し高温金型に移行するプロセスも知られているが、これもやはり煩雑である。
また(6) 特許4057487号の開示する方法は、結晶性樹脂の熱成形に関し、加熱板に接触させて予熱されたシートを、熱板を通過する高温空気と成形金型にて圧空賦形し、次いで別に準備した冷却空気噴射の手段を運び込んで冷却するものであるが、この加熱板はシート予熱適温に調整されており、背後から加熱された空気が供給されて加熱圧空がなされる。この場合、加熱気体は加熱板中を通る導管内で冷やされ、また熱処理には非常な高温度気体を通す必要があの、その場合加熱板温度を局部的にして不均一にし、また材料シートを局部的に過熱し良好な成形に支障きたしやすい。また、開示された冷却手段では広い面積を均一に効率的に冷却できない。また高温気体からの熱は容易に金型に逸散して短時間に容易にシートを高温にできず、高速成形ができない。
また、(7)米国特許519176は、一度2軸延伸処理した樹脂シートを加熱して雄型の上に熱収縮させて成形する方法を提案している。この方法では、賦形性は改善されるかもしれないが、十分な配向効果を利用することができず、また、オフセット部分のある形状など成形上の制約が多い。なお、迅速な熱固定と冷却離型について開示はない。
なお、(8)特開2011-245643、 特開2011-245644、特開2011-245650、特開2011-245651は、本出願と関わりのある製造方法及び成形型に関するもので、本発明と同一人により発明されたものである。本発明者は更にこれらの方法を実施するための成形装置等に関して発明をなし10件の出願を行っている。本出願はこれらの成形装置に関する出願の優先権を元に行うものである。
なお、(9)本発明の構成に用いられる新規構造の圧空手段と比較される公知の代表的な圧空ボックスおよび加熱板の例は、下記非特許文献1および2に示されている。
なお、(9)本発明の構成に用いられる新規構造の圧空手段と比較される公知の代表的な圧空ボックスおよび加熱板の例は、下記非特許文献1および2に示されている。
Technology of THERMOFORMING (James L Throne, Carl Hanser Verlag, P25, P127, P686)
HERMOFORMING (Stanley R. Rosen, Plastic Molders & Manufacturers Association of SME, P85~ & P158~)
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。その主な目的は、熱成形の賦形から離型までの過程において、賦形体を高速で加熱しそして必要により高速で冷却し、特に賦形前の予熱シート温度以上の高温で熱処理を行って離型する熱成形を高速で効率良く連続的に行うことができ、また均一で良好な状態の成形品が得られる熱成形装置を提供するものである。
(1)圧空成形の可能な熱成形機において、熱板又は圧空ボックス(両者合わせて以下「圧空手段」と称する)として、圧縮気体を送気開口から成形型上部に向けて送出する第1の機構と、圧空空間に送出された気体を吸気開口から吸気して外部に排気する第2の機構を一体として有し、次の1)及び2)の構造、すなわち、
1)上記第1の機構として、その気体送出を上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた分配空間から複数の送気開口を通じて分配送出するようにした構造、及び
2)上記第2の機構として、その吸気を複数の吸気開口を通じて、上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた集気空間に収容して外部に導くようにした構造のうち少なくとも1つを用い、
更に、冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記圧空手段の成形型からの離反後に、成形型の上部空間に進行させ、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体を冷却するように構成した熱可塑性樹脂シートの成形装置を提供するものである。
なお、上記の一体とは、圧空手段として剛性結合部を有して同時に移動可能であることを意味し、必ずしも全面密着あるいは明確な境界がないことを意味するものではない。
なお、上記の気体を送出する孔の開口部と収容する孔の開口部は高低差(天面が水平であるとして)がある事が好ましくまた、その何れかが賦形体までの距離が小さいことは望ましい。
なお、上記の熱板はそれ自体にはボックス形状の圧空空間を有してしていないが、その面が成形型外周あるいは成形型収納ボックスと対向したとき樹脂シート成形部分と接触する経過を経ずに実質的な圧空空間を形成できるように装置構成することが望ましい。
1)上記第1の機構として、その気体送出を上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた分配空間から複数の送気開口を通じて分配送出するようにした構造、及び
2)上記第2の機構として、その吸気を複数の吸気開口を通じて、上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた集気空間に収容して外部に導くようにした構造のうち少なくとも1つを用い、
更に、冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記圧空手段の成形型からの離反後に、成形型の上部空間に進行させ、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体を冷却するように構成した熱可塑性樹脂シートの成形装置を提供するものである。
なお、上記の一体とは、圧空手段として剛性結合部を有して同時に移動可能であることを意味し、必ずしも全面密着あるいは明確な境界がないことを意味するものではない。
なお、上記の気体を送出する孔の開口部と収容する孔の開口部は高低差(天面が水平であるとして)がある事が好ましくまた、その何れかが賦形体までの距離が小さいことは望ましい。
なお、上記の熱板はそれ自体にはボックス形状の圧空空間を有してしていないが、その面が成形型外周あるいは成形型収納ボックスと対向したとき樹脂シート成形部分と接触する経過を経ずに実質的な圧空空間を形成できるように装置構成することが望ましい。
(2)上記冷却手段が、冷却用気体を導入して複数の噴射開口から成形型上部に向けて噴射する第3の機構と、この機構と一体となり、この噴射された気体を分流又は整流して外部に排気する第4の機構からなることを特徴とする上記(1)に記載の成形装置を提供するものである。
なお、上記第4の機構において排気通路を上記噴射ノズルの背後(成形型からより遠い位置)に設けることは好ましい。
なお、このような排気通路は上記冷却手段の側面方向に沿って設けることが好ましい。
なお、上記の「整流して」とは、噴射対象空間にこもりやすい気体を外部に逃がすための道筋をつけることを意味し、固体物体により排気通路を形成する場合もあり、あるいは又他の憤流体の作用より通路形成する場合もある。
なお、上記第4の機構において排気通路を上記噴射ノズルの背後(成形型からより遠い位置)に設けることは好ましい。
なお、このような排気通路は上記冷却手段の側面方向に沿って設けることが好ましい。
なお、上記の「整流して」とは、噴射対象空間にこもりやすい気体を外部に逃がすための道筋をつけることを意味し、固体物体により排気通路を形成する場合もあり、あるいは又他の憤流体の作用より通路形成する場合もある。
(3)冷却手段の上記第3の機構が、冷却用気体を機構内の分配空間に導入して噴射開口から成形型上部に向けて分配噴射するようにしたものであり、上記第4の機構が、この噴射された気体を複数の吸気開口を通じて機構内の集気空間に吸気して外部に排気するようにしたものであることを特徴とする上記(1)から(3)の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、分配空間は噴射開口の背後(すなわち成形型から遠い位置)にあることが好ましい。
なお又、集気空間は集気開口の背後(すなわち成形型から遠い位置)にあることが好ましい。
なお又、分配空間及び集気空間はそれぞれ噴射開口及び吸気開口の何れよりも成形型から遠い位置にあることが好ましい。
なお、分配空間は噴射開口の背後(すなわち成形型から遠い位置)にあることが好ましい。
なお又、集気空間は集気開口の背後(すなわち成形型から遠い位置)にあることが好ましい。
なお又、分配空間及び集気空間はそれぞれ噴射開口及び吸気開口の何れよりも成形型から遠い位置にあることが好ましい。
(4)冷却手段の上記第4の機構において排気を促進する物理的手段を付加したことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の成形装置
なお、物理的手段は排気の下流で吸引を行う方法、中流又は上流で加圧する方法がある。また、こうした物理的手段は個体を用いてもよく液体を用いてもよい。
なお、物理的手段は排気の下流で吸引を行う方法、中流又は上流で加圧する方法がある。また、こうした物理的手段は個体を用いてもよく液体を用いてもよい。
(5)上記圧空手段の第1の機構の送気機構に加熱温調手段を付加することを特徴とする上記(1)から(4)の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
(6)上記圧空手段の第1の機構の上記の送気機構の内部で導入した圧縮気体を200℃以上の十分な温度に加熱して送出 する機能を備えていることを特徴とする上記(1)から(5)の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、上記の送出気体温度は250℃以上であることが好ましく、300℃以上であることは更に好ましい。
なお、上記の送出気体温度は250℃以上であることが好ましく、300℃以上であることは更に好ましい。
(7)上記圧空手段の成形型への対向面を200℃以上に加熱保持が可能で、且つ赤外線放射率が0.8以上であるようにしたことを特徴とする上記(1)から(6)の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、上記の送出気体温度は250℃以上であることが好ましく、300℃以上であることは更に好ましい。
なお、上記の送出気体温度は250℃以上であることが好ましく、300℃以上であることは更に好ましい。
(8)成形型として、熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が0.01~15である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることを特徴とする上記(1)から(7)の何れかに記載の熱成形装置を提供するものである。
この成形型は上記の材料のみによる単一構成であってもよく、又上記材料を表面層とする任意の複合構造であってもよい。
なお、上記材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましい。
なお、ここでいう成形用表面形成材料の定義には、成形用表面に塗布される潤滑、離型等のための塗布剤、腐食防止等の目的の50μm程度以下の塗膜あるいはメッキは除外される。
この成形型は上記の材料のみによる単一構成であってもよく、又上記材料を表面層とする任意の複合構造であってもよい。
なお、上記材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましい。
なお、ここでいう成形用表面形成材料の定義には、成形用表面に塗布される潤滑、離型等のための塗布剤、腐食防止等の目的の50μm程度以下の塗膜あるいはメッキは除外される。
(9)成形型として、熱浸透率(b値)が15以下の材料によりなる表面層と熱浸透率(b値)が表面層のそれより大きな材料からなる背後体からなることを特徴とする上記(1)から(8)の何れかに記載の熱成形装置を提供するものである。
なお、表面層形成材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましく、又背後層のそれは5を超えることが望ましく10超えることが更に望ましい。
なお、表面層形成材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましく、又背後層のそれは5を超えることが望ましく10超えることが更に望ましい。
(10)成形型として、上記の材料からなる表面層を背後から温度調整する手段を備えたものを用いる事を特徴とする上記(1)から(9)の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
(11)上記(1)から(10)のいずれかに記載の成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、シートの予熱温度以上の高温で熱処理する熱処理工程、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を提供するものである。
なお、本発明においては、「賦形」ならびに「賦形工程」は成形工程の中の一部の操作
を示し、「賦形体」は、成形型に保持された状態にある離型前の成形品を示すものとする。また圧空成形は圧空工程を含む成形方法を示し、圧空賦形は全成形工程の中の賦形工程の方法を示すものとする。なお、圧空は気体圧を付与すること意味するものとする。
なお、本発明においては、「賦形」ならびに「賦形工程」は成形工程の中の一部の操作
を示し、「賦形体」は、成形型に保持された状態にある離型前の成形品を示すものとする。また圧空成形は圧空工程を含む成形方法を示し、圧空賦形は全成形工程の中の賦形工程の方法を示すものとする。なお、圧空は気体圧を付与すること意味するものとする。
(12)上記賦形体を高温で熱処理する方法として、1)上記高温気体を賦形体に噴射して行う方法、2)賦形体に赤外線照射して行う方法、若しくは3)上記成形型表面を高温に加熱しておいて賦形を行う方法の少なくとも1つを用いること特徴とする上記(11)に記載の成形方法を提供するものである。
本発明の成形装置を用いる熱成形には下記のような効用がある。
1)本発明の装置は、樹脂シートを予熱賦形し離型するまでの過程において樹脂シートの予熱温度を大幅に上回る高温で熱処理し、次いで冷却して離型するプロセスを非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
1)本発明の装置は、樹脂シートを予熱賦形し離型するまでの過程において樹脂シートの予熱温度を大幅に上回る高温で熱処理し、次いで冷却して離型するプロセスを非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
2)特に本発明の構成に上記の圧空ボックスを用いることにより、高温気体の噴射の継続とその制御が容易になる。その結果、a)賦形体の均一で強力な加熱昇温ができ、熱処理時間の短縮ができる。b)均一で強力な加熱昇温ができるので、成形型の温度設定を低くすることができ、冷却時間を短縮することができる。c)均一で強力な加熱昇温ができるので成形型構成の設計自由度が大きくなり低価格成形型も利用できる。
3)上記のような成形型を用いることにより、賦形体の加熱冷却を伴う成形を高速で効率行うことができる。そして、応用できる成形材料対象を広げることができ、エネルギー消費を節約した生産を行うことができる。
4)広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能となった。
具体的な用途を挙げると、a)PET等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、b)結晶核剤添加PET(CPET)等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたc)ポリプロピレンのSPPF成形(固相高圧成形)に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。d)非結晶性(アモルファス)樹脂の熱成形でも残留歪みをなくし、寸法精度の高い製品をえることができる。
具体的な用途を挙げると、a)PET等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、b)結晶核剤添加PET(CPET)等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたc)ポリプロピレンのSPPF成形(固相高圧成形)に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。d)非結晶性(アモルファス)樹脂の熱成形でも残留歪みをなくし、寸法精度の高い製品をえることができる。
5)特に、延伸PETでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができ、又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
<成形装置の全体構成>
本発明の成形装置は、熱成形機である真空成型機、圧空成形機若しくは真空圧空成形機を構成するものである。真空賦形機能を持たない圧空成形機等の場合は、少なくとも冷却工程で、賦形体を成形型へ吸引固定する機構を付加して構成させることが好ましい。成形材料である樹脂シートの予熱は、加熱オーブン等を利用する間接加熱、あるいは加熱板に接触させる直接加熱など公知のどのような方式を採用してもよく、またこれらがなく本発明の装置構成の中で、賦形位置で熱気流あるいは赤外線照射により予熱を行ってもよく、あるいは予熱を行いながら賦形を行うようにすることも好ましい。
本発明の成形装置は、熱成形機である真空成型機、圧空成形機若しくは真空圧空成形機を構成するものである。真空賦形機能を持たない圧空成形機等の場合は、少なくとも冷却工程で、賦形体を成形型へ吸引固定する機構を付加して構成させることが好ましい。成形材料である樹脂シートの予熱は、加熱オーブン等を利用する間接加熱、あるいは加熱板に接触させる直接加熱など公知のどのような方式を採用してもよく、またこれらがなく本発明の装置構成の中で、賦形位置で熱気流あるいは赤外線照射により予熱を行ってもよく、あるいは予熱を行いながら賦形を行うようにすることも好ましい。
本発明の装置構成に用いる圧空手段(すなわち圧空プレート又は圧空ボックス)は、1)圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを圧空手段の片面(成形型に対向する面)に設けた複数の孔から圧空空間に送出しながら、2)同時並行で、この圧空空間に送出された気体を上記と同じ面に設けた別の複数の孔から収容し外部へ排気するように構成する。
このような構成にすることにより、圧空賦形と同時に、あるいは圧空賦形に続けて送出気体の流れを継続させることができ、賦形体の加熱昇温を効果的に行うことができる。上記の圧空手段は、圧空賦形と賦形後の熱処理昇温に好都合に利用することができる。しかし圧空賦形には利用せず、真空賦形後の熱処理昇温にのみ利用することもできる。また、樹脂シートの予熱にも利用できるように構成することも可能である。
このような構成にすることにより、圧空賦形と同時に、あるいは圧空賦形に続けて送出気体の流れを継続させることができ、賦形体の加熱昇温を効果的に行うことができる。上記の圧空手段は、圧空賦形と賦形後の熱処理昇温に好都合に利用することができる。しかし圧空賦形には利用せず、真空賦形後の熱処理昇温にのみ利用することもできる。また、樹脂シートの予熱にも利用できるように構成することも可能である。
上記の圧空手段をプレス機の天板に固定し、その直下の底板には成形型を固定し、天板と底板の少なくとも何れかを上下可動にして、圧空手段と成形型の接合離反を可能にする。そして、冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記加熱板の成形型からの離反後に、賦形体を保持した成形型の上部に対してこの冷却手段を進行させるか、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体の冷却工程を実施できるようする。
なお、上記の冷却手段を配置せず、上記圧空ボックスの2種類の多孔群のどちらか一方、好ましくは吸気する多孔群を利用して、賦形体の熱処理後にバルブを切り替えて冷却媒体の噴射すように構成することは可能ではあるがが、この場合排気するポートを冷却してしまうので次のサイクルの加熱工程に支障を来たしやすく不都合である。
なおまた、上記の冷却手段を上記圧空手段と一体に組み合わせてしまう方法も考えられるが、構造が複雑になり、また加熱、冷却の噴射と排気を互い遮り、均一かつ効率的な成形に支障をきたしやすい。一方、上記のように分離された冷却手段とすることにより、空間的な制約が少なくなり、冷却手段を強力な効果得られようするなど、設計の自由度が大きなものとすることができる。
なお、圧空手段を上記のような構成にすることの効用については、後述の<圧空手段について>の欄で説明する。
なお、上記の冷却手段を配置せず、上記圧空ボックスの2種類の多孔群のどちらか一方、好ましくは吸気する多孔群を利用して、賦形体の熱処理後にバルブを切り替えて冷却媒体の噴射すように構成することは可能ではあるがが、この場合排気するポートを冷却してしまうので次のサイクルの加熱工程に支障を来たしやすく不都合である。
なおまた、上記の冷却手段を上記圧空手段と一体に組み合わせてしまう方法も考えられるが、構造が複雑になり、また加熱、冷却の噴射と排気を互い遮り、均一かつ効率的な成形に支障をきたしやすい。一方、上記のように分離された冷却手段とすることにより、空間的な制約が少なくなり、冷却手段を強力な効果得られようするなど、設計の自由度が大きなものとすることができる。
なお、圧空手段を上記のような構成にすることの効用については、後述の<圧空手段について>の欄で説明する。
成形用の樹脂シートは、予熱され、賦形され、熱処理され、冷却手段により冷却され、離型される。成形終了後は、圧空手段、冷却手段、成形型は所定の位置に復帰しているようにする。
なお、本発明の構成においては、賦形体の熱処理を可能にする条件設定が可能であることが必要であり、それはa)賦形体へ向けて送出される高温気体による方法、b)賦形体へ向けて放射される赤外線による方法、c)加熱温調された成形型による方法により行われる。本発明においては、熱処理昇温はa)の方法のみにより行ってもよく、b)あるい
はc)の方法と合わせて行ってもよい。 b)については賦形体上空に赤外線放射源を配置しておこなうことができ、圧空ボックス内の底面から赤外線放射ができるようにすれば実施は容易である。c)の成形型については<成形型についての欄>で詳述する。a)、b)については<圧空手段について>の欄で詳述する。
なお、本発明の構成においては、賦形体の熱処理を可能にする条件設定が可能であることが必要であり、それはa)賦形体へ向けて送出される高温気体による方法、b)賦形体へ向けて放射される赤外線による方法、c)加熱温調された成形型による方法により行われる。本発明においては、熱処理昇温はa)の方法のみにより行ってもよく、b)あるい
はc)の方法と合わせて行ってもよい。 b)については賦形体上空に赤外線放射源を配置しておこなうことができ、圧空ボックス内の底面から赤外線放射ができるようにすれば実施は容易である。c)の成形型については<成形型についての欄>で詳述する。a)、b)については<圧空手段について>の欄で詳述する。
上記の全体構成例を図1に示す。この例は、プレス機底板上に成形型(成形型の集合構成体)60が、プレス機天板に排気本体21及び送気本体31からなる圧空ボックス30が固定され、成形型近辺に冷却手段40が水平移動可能に配置された構成である。なお100は成形材料の樹脂シートである。プレス機、予熱手段、高温圧縮気体生成装置等は本図から省かれている。
本図では、予熱された樹脂シート100が成形型構成体60の上部に導入された状態を示しているが、この後圧空ボックス30が降下して高温圧縮気体による圧空賦形と熱処理昇温を行う。このとき送出本体31から高温気体が送出されるが、タイミングをはかり排気本体21の排気バルブを開くと圧空空間の気体は排気更新され効率よく賦形体を加熱することができる。
熱処理が終わって圧空ボックスが上昇した後、側方から冷却手段40が、成形型構成体60の上部に進行してきて冷却媒体噴射による賦形体の冷却がなされて、賦形体の離型が行われる。
成形型構成体60は、表面層61と背後層(背後体)62からなる成形型を、加熱熱媒通路65を有する集積プレート66に固定し、収納ボックス67に収納したものである。なお、表面層61は熱浸透率の小さな材料から、また背後層62は熱浸透率の大きな材料からなるものである。
本図では、予熱された樹脂シート100が成形型構成体60の上部に導入された状態を示しているが、この後圧空ボックス30が降下して高温圧縮気体による圧空賦形と熱処理昇温を行う。このとき送出本体31から高温気体が送出されるが、タイミングをはかり排気本体21の排気バルブを開くと圧空空間の気体は排気更新され効率よく賦形体を加熱することができる。
熱処理が終わって圧空ボックスが上昇した後、側方から冷却手段40が、成形型構成体60の上部に進行してきて冷却媒体噴射による賦形体の冷却がなされて、賦形体の離型が行われる。
成形型構成体60は、表面層61と背後層(背後体)62からなる成形型を、加熱熱媒通路65を有する集積プレート66に固定し、収納ボックス67に収納したものである。なお、表面層61は熱浸透率の小さな材料から、また背後層62は熱浸透率の大きな材料からなるものである。
なお、圧空手段あるいは成形型の移動は、必ずしも垂直な上下動でなくてもよく、それぞれ任意に斜め方向から接合して離反してもよく、また特定の軌道で接合して離反してもよい。なお、賦形手段と成形型の位置関係は相対的なものであり、賦形手段の上昇は成形型の降下と同義であって成形型を降下させてもよく、また両者を倒置して賦形手段を下に成形型上に倒置させてもよい。また、特異な態様として、プレス機を横転させてもよく、重量の大きい成形型等を、軽快に開閉でき好ましい方式として利用できる。
なお、上記のように冷却手段を成形型上部に移動する代わりに、成形型を冷却手段の下部に移動させてもよい。その場合、賦形体を含む成形型を移動させてもよく、加熱板と成形型を保持したプレス機を移動させてもよい。
なお、本発明を構成する熱成形機は、短尺の材料シートを一枚ずつ成形する枚葉成形機であってもよく、また長尺の材料シートを順次成形する連続成形機でもよい。しかし、後者であることが特に好ましく、本発明の特徴を発揮して高速で効率的な繰り返し成形を可能にする。
なお、上記のように冷却手段を成形型上部に移動する代わりに、成形型を冷却手段の下部に移動させてもよい。その場合、賦形体を含む成形型を移動させてもよく、加熱板と成形型を保持したプレス機を移動させてもよい。
なお、本発明を構成する熱成形機は、短尺の材料シートを一枚ずつ成形する枚葉成形機であってもよく、また長尺の材料シートを順次成形する連続成形機でもよい。しかし、後者であることが特に好ましく、本発明の特徴を発揮して高速で効率的な繰り返し成形を可能にする。
本発明の上記の装置構成は、本発明の発明者の下記の先行出願に関わる。本発明の発明者は、本出願と関わりのある製造方法及び成形型に関する特許文献9~11に挙げた特許出願を行っている。そして、更にこれらに関わる成形装置の発明として、特願2011-41294、特願2011-254640、特願2011-254641、特願2011-165068、特願2011-165067、特願2011-165069、特願2011-206516、特願2011-206515、特願2011-206514、の9件の出願を行っている。本発明は、上記記載順の後半4件の優先権を元にして出願行うものである。
<圧空手段について>
公知の通常用いられる圧空ボックスの概念は、樹脂シートと挟んで成形型または成形型群を覆い、樹脂シートとの間に閉鎖空間をつくり、この閉鎖空間に圧縮気体を送り込んで圧空成形をおこなうための道具である。又圧空プレート相当する公知の道具は通常は熱板又
は加熱板と呼ばれ、成形材料の樹脂シートをその面に押圧又は吸着させて予熱し、次いでその面に設けた開口から圧縮空気を送り出して圧空成形を行う道具である。この加熱板には常温圧縮気体が導入され、それを細孔より送出し圧空成形が行われ、圧空気体は特熱板温度以下である程度加熱されるが、特別な高温度に加熱する構成にはなっていない。又この加熱板に特別な高温の加熱気体を導入しても、噴出開口付近の温度が変化し樹脂シートの予熱ムラがきるためそのような成形方法を採るには不都合である。
公知の通常用いられる圧空ボックスの概念は、樹脂シートと挟んで成形型または成形型群を覆い、樹脂シートとの間に閉鎖空間をつくり、この閉鎖空間に圧縮気体を送り込んで圧空成形をおこなうための道具である。又圧空プレート相当する公知の道具は通常は熱板又
は加熱板と呼ばれ、成形材料の樹脂シートをその面に押圧又は吸着させて予熱し、次いでその面に設けた開口から圧縮空気を送り出して圧空成形を行う道具である。この加熱板には常温圧縮気体が導入され、それを細孔より送出し圧空成形が行われ、圧空気体は特熱板温度以下である程度加熱されるが、特別な高温度に加熱する構成にはなっていない。又この加熱板に特別な高温の加熱気体を導入しても、噴出開口付近の温度が変化し樹脂シートの予熱ムラがきるためそのような成形方法を採るには不都合である。
本発明の装置構成と比較するために、上記の公知の圧空ボックスに加熱ヒーターを付加し、更に外部から高温圧縮気体を導入するようにしたものを用いた日本国特許4057487号に開示されている装置構成を図3に示す。この場合圧空手段は、樹脂シートとの接触予熱も行う加熱板がこれを兼ねるもので
、加熱板本体31、加熱ヒーター32、高温圧縮気体の導入管33、送気孔35、送気面36からなるものである。本図では、加熱板30の降下により圧空賦形を行って上昇した空間に冷却手段40が進入し、気体噴射により賦形体110を冷却している状態を示したものである。冷却手段40及び成形型60については後述する。
公知のこのような加熱板では、最初に送出される高温気体により多少の賦形体の加熱は行うことができても、閉鎖空間への高温気体の送出は継続させることはできず、効果的な熱処理を行うことはできない。また、この加熱板は樹脂シートの接触予熱も行うものであり予熱適温に調整されることが必要であり、連続成形プロセスで熱処理のために高温気体を繰り返し通過させれば加熱板面の温度不均一を招き均一な予熱ができず、予熱温度以上の高温で熱処理する装置としては良好なものではない。
、加熱板本体31、加熱ヒーター32、高温圧縮気体の導入管33、送気孔35、送気面36からなるものである。本図では、加熱板30の降下により圧空賦形を行って上昇した空間に冷却手段40が進入し、気体噴射により賦形体110を冷却している状態を示したものである。冷却手段40及び成形型60については後述する。
公知のこのような加熱板では、最初に送出される高温気体により多少の賦形体の加熱は行うことができても、閉鎖空間への高温気体の送出は継続させることはできず、効果的な熱処理を行うことはできない。また、この加熱板は樹脂シートの接触予熱も行うものであり予熱適温に調整されることが必要であり、連続成形プロセスで熱処理のために高温気体を繰り返し通過させれば加熱板面の温度不均一を招き均一な予熱ができず、予熱温度以上の高温で熱処理する装置としては良好なものではない。
これに対して、本発明に属する第1の発明の構成に用いられる圧空手段は(圧空プレート又は圧空ボックス)は、圧縮気体を送気開口から成形型上部に向けて送出する第1の機構と、圧空空間に送出された気体を吸気開口から吸気して外部に排気する第2の機構を一体として有し、次の1)及び2)の構造、すなわち、
1)上記第1の機構として、その気体送出を上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた分配空間から複数の送気開口を通じて分配送出するようにした構造、及び
2)上記第2の機構として、その吸気を複数の吸気開口を通じて、上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた集気空間に収容して外部に導くようにした構造のうち少なくとも1つを用いた構成にする。
このような圧空手段に用いる高圧気体は常温のものでもよく、又加熱されたものでもよい。高温に加熱された気体を用いようとする場合は、上記第1の機構にはできる限り熱浸透率の材料を用い、あるいは事前に高温気体を十分に通気して予備加熱することが必要である。
高温圧縮気体を送出することにより、予熱された樹脂シートを冷やすことなく、或いは樹脂シートを予熱しながらあるいは予熱と殆ど同時に賦形することができ好ましい。そしてまた、賦形体の熱処理昇温をするか又はそれを助けることができ好ましい。
1)上記第1の機構として、その気体送出を上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた分配空間から複数の送気開口を通じて分配送出するようにした構造、及び
2)上記第2の機構として、その吸気を複数の吸気開口を通じて、上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた集気空間に収容して外部に導くようにした構造のうち少なくとも1つを用いた構成にする。
このような圧空手段に用いる高圧気体は常温のものでもよく、又加熱されたものでもよい。高温に加熱された気体を用いようとする場合は、上記第1の機構にはできる限り熱浸透率の材料を用い、あるいは事前に高温気体を十分に通気して予備加熱することが必要である。
高温圧縮気体を送出することにより、予熱された樹脂シートを冷やすことなく、或いは樹脂シートを予熱しながらあるいは予熱と殆ど同時に賦形することができ好ましい。そしてまた、賦形体の熱処理昇温をするか又はそれを助けることができ好ましい。
上記の構成の圧空手段により、圧空空間の気体を更新しながら送気を続けることができ、圧縮気体による樹脂シート又は賦形体の加熱昇温又は冷却を目的にあわせ継続的に効率的に進めることができる。そして大きな賦形面に対してこの加熱昇温又は冷却を均一に行うことができ、又、成形面の部位あるいは、成形中の工程を追って任意に強弱をつけて加熱冷却行うことが可能となった。このような事が可能となった更なる効用については後述する。
上記第1の発明に用いる圧空手段の一番簡素な具体例の1つを図4にて説明する。本図の圧空手段(圧空ボックス)は、その内部に上記分配空間のみを有し、集気空間を圧空ボックス内部に有しない形態である。
圧空手段30は圧空ボックスで、送気本体(送気ポート)31と、それぞれ排気流入開口
25を有する排気流管群28から構成され、外部から高温気体が導入管33を通じて分配空間34に導入され、多数の送出開口35を通じ圧空空間39に送出される。圧空空間39中の気体は排気流入開口25から取り入れ外部排気管23を通じて排気される。本図では、送気及び排気を制御して行うためのバルブ等は省略されている。また開閉バルブの代わりに圧力弁を配して一定圧力を保ちながら排気を継続して行ってもよく、これを好ましい方法として採用することができる。例えば、外部排気管23を廃して、各排気流管の外部開口に圧力弁を配してもよい。
圧空手段30は圧空ボックスで、送気本体(送気ポート)31と、それぞれ排気流入開口
25を有する排気流管群28から構成され、外部から高温気体が導入管33を通じて分配空間34に導入され、多数の送出開口35を通じ圧空空間39に送出される。圧空空間39中の気体は排気流入開口25から取り入れ外部排気管23を通じて排気される。本図では、送気及び排気を制御して行うためのバルブ等は省略されている。また開閉バルブの代わりに圧力弁を配して一定圧力を保ちながら排気を継続して行ってもよく、これを好ましい方法として採用することができる。例えば、外部排気管23を廃して、各排気流管の外部開口に圧力弁を配してもよい。
上記の別の例を図5について説明する。すなわち上記分配空間と上記集気空間の両方を備えたものであるが、図1とは少し構造の異なるものを採り挙げて説明する。
すなわち、予熱された樹脂シート100が成形型60の上部に導入された状態を示しているが、この後圧空ボックス30が降下して、樹脂シート100周辺部を成形収納ボックス67に押さえつけて閉鎖した圧空空間39を形成する。そして外部から導入される高温圧縮気体は、導入管33及び気体分配空間34を経由して送気孔35から送出され圧空賦形がなされる。賦形と同時あるいは賦形直後に排気操作バルブ23vを開くと、圧空空間39の中の気体は排気流入開口25、集気空間24、排気管23等を経由して外部への排気が行われるので、継続して高温圧縮気体の送出が行われ、賦形体の効果的な昇温熱処理が行われる。
すなわち、予熱された樹脂シート100が成形型60の上部に導入された状態を示しているが、この後圧空ボックス30が降下して、樹脂シート100周辺部を成形収納ボックス67に押さえつけて閉鎖した圧空空間39を形成する。そして外部から導入される高温圧縮気体は、導入管33及び気体分配空間34を経由して送気孔35から送出され圧空賦形がなされる。賦形と同時あるいは賦形直後に排気操作バルブ23vを開くと、圧空空間39の中の気体は排気流入開口25、集気空間24、排気管23等を経由して外部への排気が行われるので、継続して高温圧縮気体の送出が行われ、賦形体の効果的な昇温熱処理が行われる。
本発明に属する第2から第4の発明は冷却手段に関わり、これらの発明については<冷却手段>の欄で説明する。
本発明に属する第5の発明として用いる圧空手段に、上記圧空手段の第1の機構の送気機構に加熱温調手段を付加する。
この第5の発明は、終始安定な温度の高温気体を送出し、予熱された樹脂シートを冷やすことなく、或いは樹脂シートを予熱しながらあるいは予熱と殆ど同時に賦形することができ好ましい。そしてまた、賦形体の熱処理昇温をするか又はそれを助けることができ好ましい。
この発明の具体例の1つは、既に図1及び図2にも示しているが、ここでは少し構造の異なる例を、図6にて説明する。本図は圧空ボックスのみを示したもので、圧空ボックスの下段に分配空間34を、そして上段に集気空間24を配し、下段の送気ポートを加熱するように加熱ヒーター32を備えたものとなっている。そして、本図の圧空ボックスでは、気体流入管28が、気体送出面を貫通して成形型に近い位置まで伸びていることが特徴である。
外部から導入される高温圧縮気体は、導入管33及び気体分配空間34を経由して送気孔35から送出され圧空賦形がなされる。賦形と同時あるいは賦形直後に排気操作バルブ23vを開くと、圧空空間39の中の気体は排気流入管28、排気管23等を経由して外部への排気が行われるので、継続して高温圧縮気体の送出が行われ、賦形体の効果的な昇温熱処理が行われる。
なお、この例では排気流入管の先端部は圧空ボックス壁よりも高く突出しているので、圧空ボックスを降下させたとき樹脂シートを突き刺してしまうことが懸念されるかもしれない。しかし、圧空ボックスの降下に先だって真空賦形を先行させればこの事象は全く問題にならない。
本図の構造の圧空ボックスでは、終始安定な温度の気体を送気することができるのみならず、送出気体がより賦形体に近づいて循環しながら排出されることになるのでより効率的で均一な加熱昇温ができる。
なお、このような態様は、排気流入管28の代わりに送気孔35を含む部分を個別あるいは複数集団で突出させて形成させてもよく同様の効果があり望ましい。
本発明に属する第5の発明として用いる圧空手段に、上記圧空手段の第1の機構の送気機構に加熱温調手段を付加する。
この第5の発明は、終始安定な温度の高温気体を送出し、予熱された樹脂シートを冷やすことなく、或いは樹脂シートを予熱しながらあるいは予熱と殆ど同時に賦形することができ好ましい。そしてまた、賦形体の熱処理昇温をするか又はそれを助けることができ好ましい。
この発明の具体例の1つは、既に図1及び図2にも示しているが、ここでは少し構造の異なる例を、図6にて説明する。本図は圧空ボックスのみを示したもので、圧空ボックスの下段に分配空間34を、そして上段に集気空間24を配し、下段の送気ポートを加熱するように加熱ヒーター32を備えたものとなっている。そして、本図の圧空ボックスでは、気体流入管28が、気体送出面を貫通して成形型に近い位置まで伸びていることが特徴である。
外部から導入される高温圧縮気体は、導入管33及び気体分配空間34を経由して送気孔35から送出され圧空賦形がなされる。賦形と同時あるいは賦形直後に排気操作バルブ23vを開くと、圧空空間39の中の気体は排気流入管28、排気管23等を経由して外部への排気が行われるので、継続して高温圧縮気体の送出が行われ、賦形体の効果的な昇温熱処理が行われる。
なお、この例では排気流入管の先端部は圧空ボックス壁よりも高く突出しているので、圧空ボックスを降下させたとき樹脂シートを突き刺してしまうことが懸念されるかもしれない。しかし、圧空ボックスの降下に先だって真空賦形を先行させればこの事象は全く問題にならない。
本図の構造の圧空ボックスでは、終始安定な温度の気体を送気することができるのみならず、送出気体がより賦形体に近づいて循環しながら排出されることになるのでより効率的で均一な加熱昇温ができる。
なお、このような態様は、排気流入管28の代わりに送気孔35を含む部分を個別あるいは複数集団で突出させて形成させてもよく同様の効果があり望ましい。
上記第5の発明の他の例として圧空手段として圧空板を用いる例を図7に示して説明する。圧空板30は、排気ポート21と、加熱ヒーター32が装着された送気ポート31か
ら構成され、送気の分配空間34の気体は排気ポート21を貫通して設けた送気管38を経由して圧空空間に送出される。本図では、外壁の高い箱体に収納された成形型集合体60の上に予熱された成形材料シートを導入し、成形型側から真空吸引を作動させた後に、圧空板30を降下させることにより、樹脂シート100の成形面とは無接触で圧空空間39を形成させた状態を示している。この後の操作工程は前記図6の場合と同様にして行うことができ、圧空板の送気面の温度にあまり関わりなく均質な成形体を得ることができる。
ら構成され、送気の分配空間34の気体は排気ポート21を貫通して設けた送気管38を経由して圧空空間に送出される。本図では、外壁の高い箱体に収納された成形型集合体60の上に予熱された成形材料シートを導入し、成形型側から真空吸引を作動させた後に、圧空板30を降下させることにより、樹脂シート100の成形面とは無接触で圧空空間39を形成させた状態を示している。この後の操作工程は前記図6の場合と同様にして行うことができ、圧空板の送気面の温度にあまり関わりなく均質な成形体を得ることができる。
なお、別の態様として、図7なおける排気ポート21にも加熱ヒーターを設けて吸気面(送気面でもある)を賦形の予熱適温に温調するようにすれば、圧空板への接触加熱にて材料予熱も行うことは可能である。当然この場合は、送気管38及び送気開口部35は、吸気面への温度影響を最小限にすべく断熱材料用い、あるいはその構造を工夫する必要がある。
本発明に属する第6の発明として用いる圧空手段に、上記圧空手段の第一の機構の送気機構の内部で導入した圧縮気体を200℃以上の十分な温度に加熱して送出
する機能を備える事は好ましい。なお、上記の送出気体温度は250℃以上にできることが好ましく、300℃以上にできることは更に好ましい。
具体的には、例えば上記送気ポートに付設するヒーター容量を大きくし、通気空間内で加熱体と空気の接触面積を多くする方法が好ましく採用できる。より具体的には、例えば図6の分配空間部を多孔金属等の材料で構成すればよく、あるいは同空間部に金属等の粒状物を充填すればよく、この方法は好ましい。
この第6の発明により、外部装置を不要にし、成形装置がコンパクトにし、操作で取り扱いが容易にし、装置の耐久性を格段に向上させてくれる。成形サイクルに合わせ、高温気体を外部から間欠的に導入する方法は熱エネルギー損失が大きく、バルブ等の耐久性を損ない易い。
する機能を備える事は好ましい。なお、上記の送出気体温度は250℃以上にできることが好ましく、300℃以上にできることは更に好ましい。
具体的には、例えば上記送気ポートに付設するヒーター容量を大きくし、通気空間内で加熱体と空気の接触面積を多くする方法が好ましく採用できる。より具体的には、例えば図6の分配空間部を多孔金属等の材料で構成すればよく、あるいは同空間部に金属等の粒状物を充填すればよく、この方法は好ましい。
この第6の発明により、外部装置を不要にし、成形装置がコンパクトにし、操作で取り扱いが容易にし、装置の耐久性を格段に向上させてくれる。成形サイクルに合わせ、高温気体を外部から間欠的に導入する方法は熱エネルギー損失が大きく、バルブ等の耐久性を損ない易い。
本発明に属する第7の発明として用いる圧空手段には、その成形型対向面が200℃以上に加熱保持が可能で、且つ赤外線放射率が0.8以上であるようにする。なお、上記の対向面温度は250℃以上に保持できることが好ましく、300℃以上に保持できることは更に好ましく、赤外線放射率が0.9以上であることが好ましい。上記の成形型対向面は、具体的には例えば図1、図2、図6の気体送出面がこれに相当する。当該面の赤外線放射率を向上させるには例えば、市販の赤外線放射塗料を塗布し、加熱ヒーターで当該面を加熱すればよい。但し、図1、図6そのままでは、表面まで加熱ヒーターの熱が届き難く、ヒーターを接近させるか、上記第6の発明の説明で述べた多孔熱伝導材料の利用等の工夫が望ましい必要な場合もある。
この第7の発明により、圧空手段に常温気体を送気する場合でも、樹脂シートの予熱あるいは予熱補助を行うことができ、そして賦形体の加熱昇温を行うことができる。又加熱気体の送気を行う場合でも、樹脂シートの予熱あるいは予熱補助の助成を行い、そして賦形体の加熱を助勢し成形プロセスを高速で進めることができる。
この第7の発明により、圧空手段に常温気体を送気する場合でも、樹脂シートの予熱あるいは予熱補助を行うことができ、そして賦形体の加熱昇温を行うことができる。又加熱気体の送気を行う場合でも、樹脂シートの予熱あるいは予熱補助の助成を行い、そして賦形体の加熱を助勢し成形プロセスを高速で進めることができる。
前記各図の例のような圧空手段は下記の様に態様を変更してもよく、これらの変更は好ましく利用できる。
1)排気本体21に最初は常温の圧縮気体を導入して排気流入管28から送気して圧空賦形を行い、その後排気ポート21により排気をしながら、送気本体31から高温圧縮気体を送出し熱処理を行うように操作できるように構成してもよい。この構成は非常に薄いシートなど過熱に敏感な成形材料の賦形に適する。
2)前記各図の基本構造をほぼそのままにして、排気本体21と送気本体31の機能を入れ替えて、21を送気本体として、31を排気本体として構成してもよく、好適に利用することができる。
3)圧空空間から排気操作を行うはバルブを設けず特定の内圧を保ちながら排気が行われるような弁機構を設けてもよい。その場合は、圧空賦形の圧力は低下するがそれを見込んで装置設計すれば問題はない。
4)送面36又は吸気面26は必ずしも平面でなくてもよい。特に、送気孔部分あるいは排気流入管の口部分は他より突出していてもよく、あるいは後退していてもよい。成形型の形状合わせ高低差をつけることにより、効果的にあるいは均一に加熱あるいは冷却でき非常に好ましい。
1)排気本体21に最初は常温の圧縮気体を導入して排気流入管28から送気して圧空賦形を行い、その後排気ポート21により排気をしながら、送気本体31から高温圧縮気体を送出し熱処理を行うように操作できるように構成してもよい。この構成は非常に薄いシートなど過熱に敏感な成形材料の賦形に適する。
2)前記各図の基本構造をほぼそのままにして、排気本体21と送気本体31の機能を入れ替えて、21を送気本体として、31を排気本体として構成してもよく、好適に利用することができる。
3)圧空空間から排気操作を行うはバルブを設けず特定の内圧を保ちながら排気が行われるような弁機構を設けてもよい。その場合は、圧空賦形の圧力は低下するがそれを見込んで装置設計すれば問題はない。
4)送面36又は吸気面26は必ずしも平面でなくてもよい。特に、送気孔部分あるいは排気流入管の口部分は他より突出していてもよく、あるいは後退していてもよい。成形型の形状合わせ高低差をつけることにより、効果的にあるいは均一に加熱あるいは冷却でき非常に好ましい。
熱処理昇温のために導入し圧空送出される加熱気体の温度は、樹脂シートの予熱温度より遙かに高いことが望ましく、具体的には導入される圧縮気体の温度は200~600℃であることが望ましい。延伸PETシートの予熱温度は90~100℃程度が適正であるが、これに対してノズル35から送られる気体温度は250~500℃であることが望ましい。気体の熱容量は小さいので、その熱量は賦形体を通じ成形型に散逸するので、この噴射気体の温度がこれ以下では迅速な昇温ができず、熱固定に必要な150~180℃に容易に到達しない。
なお、高温圧縮気体は、空気、窒素、二酸化炭素などを圧縮し加熱されたものが利用される。なお、これらに水分を含んだ乾燥過熱蒸気も好ましく利用できる。
なお、高温圧縮気体は、空気、窒素、二酸化炭素などを圧縮し加熱されたものが利用される。なお、これらに水分を含んだ乾燥過熱蒸気も好ましく利用できる。
上記のような圧空ボックスは、本発明者を発明者とする出願2011-41294に開示しているもの等を更に改良したものであり、下記のような効用がある。1)任意に継続して高温気体を送出することができ、迅速かつ効果的に熱処理昇温ができる。2)全成形面均一な温度で熱処理ができる、均一で精度の高い成形品を得ることができる。3)最適の加熱冷却の条件設定ができ、成形サイクルを短くすることができる。4)応用できる成形材料も広くなり応用製品を大きく広げることができる。5)強力な加熱処理ができ、その結果利用できる成形型構成の設計自由度を大きく広げることができる。簡易で低価格成形型も利用できるようになるなどの効用がある。
<冷却手段について>
本発明の構成に用いる冷却手段は、冷却媒体を噴射して冷却を行うものであり、成形型又は成形型群の全上面積を有効に冷却できるものであればどのようなものも利用できる。例えば、特許4057487号公報に開示されているものであるが、函体に多数の開孔を設け、この函体に導入した冷却用気体を噴出させるようにした構造のものも利用できる。しかし、こうした公知の一般的な手段では、大きな賦形体や多数個採り成形の賦形体を、強力にかつ均一に冷却する能力が十分とはいえず、本発明に属する第2、第3、第4の発明に関わる冷却手段が好ましい手段として用いられる。
本発明の構成に用いる冷却手段は、冷却媒体を噴射して冷却を行うものであり、成形型又は成形型群の全上面積を有効に冷却できるものであればどのようなものも利用できる。例えば、特許4057487号公報に開示されているものであるが、函体に多数の開孔を設け、この函体に導入した冷却用気体を噴出させるようにした構造のものも利用できる。しかし、こうした公知の一般的な手段では、大きな賦形体や多数個採り成形の賦形体を、強力にかつ均一に冷却する能力が十分とはいえず、本発明に属する第2、第3、第4の発明に関わる冷却手段が好ましい手段として用いられる。
本発明に属する第2の発明として、用いる上記冷却手段を、冷却用気体を導入して複数の噴射開口から成形型上部に向けて噴射する第3の機構と、この機構と一体となり、この噴射された気体を分流又は整流して外部に排気する第4の機構により構成する。
なお、上記第4の機構において排気通路を上記噴射ノズルの背後(成形型からより遠い位置)に設けることは好ましい。
上記の「整流」は、噴射対象空間にこもりやすい気体を外部に逃がすための道筋をつけることであり、より具体的には固体物体により排気通路を形成する方法や、線状に気体流あるいは液体流体を噴射することによりを通路形成することができる。
なお、このような排気通路は上記冷却手段の側面方向に沿って設けることが好ましく、それにより上記圧空手段への排気吹きつけを避けることができる。
いこの第2の発明の構成により、賦形体を全面均一にそして強力に冷却することがで、又短時間に冷却工程を終了させることができる。
なお、上記第4の機構において排気通路を上記噴射ノズルの背後(成形型からより遠い位置)に設けることは好ましい。
上記の「整流」は、噴射対象空間にこもりやすい気体を外部に逃がすための道筋をつけることであり、より具体的には固体物体により排気通路を形成する方法や、線状に気体流あるいは液体流体を噴射することによりを通路形成することができる。
なお、このような排気通路は上記冷却手段の側面方向に沿って設けることが好ましく、それにより上記圧空手段への排気吹きつけを避けることができる。
いこの第2の発明の構成により、賦形体を全面均一にそして強力に冷却することがで、又短時間に冷却工程を終了させることができる。
上記第2の発明の具体例の1つを図に示して説明する。図8の冷却手段40は、フレー
ム46に櫛状に組つけた配管内部の分配空間43との配管下部に均等配置で付設させた多数個の噴射ノズル44から構成した上記第3の機構(噴射ポート)と、配管間隙47と井桁状フレーム46で構成する上記第4の機構(排気ポート)からなる。導管42から導入され、噴射ノズル44から噴射された冷却用気体は、賦形体110面で反射し排気ポートを経て上部へ排気される。なお、この構造の冷却手段では、この手段の上部で水平方向に排気流れをつくるべく、上部に間隙を開けて水平板を敷設するか、あるいは別の水平方向噴射流を加えたりすることは好ましい。
ム46に櫛状に組つけた配管内部の分配空間43との配管下部に均等配置で付設させた多数個の噴射ノズル44から構成した上記第3の機構(噴射ポート)と、配管間隙47と井桁状フレーム46で構成する上記第4の機構(排気ポート)からなる。導管42から導入され、噴射ノズル44から噴射された冷却用気体は、賦形体110面で反射し排気ポートを経て上部へ排気される。なお、この構造の冷却手段では、この手段の上部で水平方向に排気流れをつくるべく、上部に間隙を開けて水平板を敷設するか、あるいは別の水平方向噴射流を加えたりすることは好ましい。
上記第2発明の別の具体例を図9に示して説明する。図9の冷却手段40は、気体導入管42、分配空間43、噴射ノズル44からなる上記第3の機構(平板状の気体噴射ポート41)と吸気スリット48iを有する排気チャンネル48を有する排気ポートすなわち上記第4の機構から構成されている。噴射空間に噴射された冷却用気体は、吸気スリット48iから取り込まれ、チャンネル形状の水平排気路48を経由して水平方向側面に排気される。
上記第2発明の更に別の具体例を図10に示して説明する。図10の冷却手段40は、気体導入管42、分配空間43、噴射ノズル44からなる上記第3の機構(平板状の気体噴射ポート41)と複数の噴射ノズル44の間に形成される空間すなわち水平排気路48と水平噴射ノズル49からなる上記第4の機構から構成されている。水平噴射ノズル49から噴射された高速の直線状の噴射流は、水平排気路48の空間にある気体を側面方向に押し出し、そしてまた噴射流の表面で冷却気体を引き込んで側面方向に排気する働きにより水平排気路48を完成する。なお、水平噴射ノズル49からの噴射流体は気体でもよく又水等の流体でもよい。
本発明に属する第3の発明として、用いる冷却手段の上記第3の機構が、冷却用気体を機構内部の分配空間に導入して噴射開口から成形型上部に向けて分配噴射するようにしたものであり、上記第4の機構が、この噴射された気体を複数の吸気開口を通じて機構内部の集気空間に吸気して外部に排気するようにする。
なお、分配空間は噴射開口の背後(すなわち成形型から遠い位置)にあることが好ましい。なお又、集気空間は集気開口の背後(すなわち成形型から遠い位置)にあることが好ましい。なお又、分配空間及び集気空間はそれぞれ噴射開口及び吸気開口の何れよりも成形型から遠い位置にあることが好ましい。
この発明により、望むように整理して効率的に排気を進めることができ、効率に強力な冷却を行うことができる。
なお、分配空間は噴射開口の背後(すなわち成形型から遠い位置)にあることが好ましい。なお又、集気空間は集気開口の背後(すなわち成形型から遠い位置)にあることが好ましい。なお又、分配空間及び集気空間はそれぞれ噴射開口及び吸気開口の何れよりも成形型から遠い位置にあることが好ましい。
この発明により、望むように整理して効率的に排気を進めることができ、効率に強力な冷却を行うことができる。
この発明の具体例を図11に示して説明する。図11の冷却手段40は、気体導入管42、分配空間43、噴射ノズル44からなる噴射ポート51すなわち第3の機構と、スリット状の流入口47iを有する垂直排気路47、及び水平排気路48を有する排気ポート45すなわち第4の機構から構成される。噴射気体は賦形体面で反射し、気流ガイド面45gで行く手を阻まれ、ガイドされスリット状の吸気開口から吸い込まれ、最後は側面に排気される。
本発明に属する第4の発明として、物理的強制排気手段を付設する。物理的手段には排気の下流で吸引を行う方法、中流又は上流で加圧する方法等があり、また、こうした物理的手段は個体を用いてもよく液体を用いてもよい。具体的には例えば排気側にブロウワーのような吸引装置をつけてもよく、又上流側から高速の流体吹き込んで吸引力をつくり排気を促してもよく、こうした方法は好ましく用いられる。
この発明により、大面積の賦形体の冷却をより強力に且つ均一に行うことができる。そしてその結果、成形サイクルをより短くすることができる。
この発明により、大面積の賦形体の冷却をより強力に且つ均一に行うことができる。そしてその結果、成形サイクルをより短くすることができる。
その具体例の1つを図12に示して説明する。図12の冷却手段40は、気体導入管42、管状の分配空間43、噴射ノズル44からなる噴射ポート51すなわち第3の機構と、スリット状の流入口47iを有する垂直排気路47、水平排気路48、及び噴射ノズル49を有する排気ポート45すなわち第4の機構から構成される。噴射ノズル49からの噴射は水平排気路48内部に強力に直線状気流がをつくり、周辺の気体を吸い込み、側面方向への排気を促進する。
上記とは別の具体例を図13に示して説明する。図13の冷却手段40は、気体導入管42、平板状の分配空間43、噴射ノズル44からなる噴射ポート51すなわち第3の機構と、噴射ノズル44の柱間(同ノズルの開口先端より背後の位置)の空間と、この空間に噴射ノズル49から直線状気流を吹き込んで水平排気路48を形成させる第4の機構が先ず構成される。そして、更に揮発性液体導入管V、アトマイジング気体の導入管V2、液体噴霧ノズルV3からなる新たな機構(以下第5の機構と称することとする)が付加された構造となっている。
この冷却手段では、噴射ノズル49は、前記等と同様に効果的に排気を促進してくれるが、更に水などの揮発性気体を噴霧するような場合はその揮発冷却も促進してくれる。この場合、噴射ノズル44、噴射ノズル49、液体噴霧ノズルV3の作動は任意に間欠的に作動させれば効果的である。
この冷却手段では非常に強力な冷却を行うことができる。このような構造に限らず、揮発性気体を賦形体に噴霧するする手段は単独で用いても、気体噴射冷却と併用しても非常に好ましい。
この冷却手段では、噴射ノズル49は、前記等と同様に効果的に排気を促進してくれるが、更に水などの揮発性気体を噴霧するような場合はその揮発冷却も促進してくれる。この場合、噴射ノズル44、噴射ノズル49、液体噴霧ノズルV3の作動は任意に間欠的に作動させれば効果的である。
この冷却手段では非常に強力な冷却を行うことができる。このような構造に限らず、揮発性気体を賦形体に噴霧するする手段は単独で用いても、気体噴射冷却と併用しても非常に好ましい。
本発明の冷却手段に用いる冷却媒体としては、水やアルコール等の揮発性液体、空気、窒素、二酸化炭素などの圧縮された気体(場合によっては液体)を単独、あるいは併用して用いることができる。揮発性液体の場合は、単独で噴霧してもよく、噴射前の気体中へ噴霧するなどしてもよい。冷却用気体は通常温度のものでもよいが、冷却したものも好ましく利用でき、ドライアイス粒塊を潜らせ冷却した気体噴射、あるいはドライアイスの粉粒の混合した気体噴射も好ましい。
なお、本体態様に限らず、本発明の構成に使用する冷却手段の冷却媒体噴射ノズルは、個々に拡散噴射のできる構造であることが好ましい。また、大きい成形型あるいは複数個の成形型を用いる場合は複数の噴射ノズルを有することが好ましい。なおまた、すくなくとも冷却工程では、賦形体を成形型へ吸引固定する機能が作動するように構成することが望ましい。
なお、本体態様に限らず、本発明の構成に使用する冷却手段の冷却媒体噴射ノズルは、個々に拡散噴射のできる構造であることが好ましい。また、大きい成形型あるいは複数個の成形型を用いる場合は複数の噴射ノズルを有することが好ましい。なおまた、すくなくとも冷却工程では、賦形体を成形型へ吸引固定する機能が作動するように構成することが望ましい。
上記のような冷却手段を用いた本発明の装置には下記のような効用がある。1)強力な冷却ができ、成形型の高温設定ができ、その結果利用できる成形型構成の設計自由度が大きくなり低価格成形型も利用できる。また、応用できる成形材料も広くなり製品用途が広がり、また安価で性能のよい製品をつくることができる。2)強力な冷却ができ、冷却時間の短縮ができる。3)均一な冷却ができ、製品の精度、良品効率がよくなるのみならず、結果として冷却時間の短縮ができる。
上記の新規の構造の冷却手段は、本発明者の先行出願である特願2011-206516、特願2011-206515、特願2011-206514、に記載されており、本出願はこれらの記載を元とするものである。
<成形型について>
本発明の装置構成要素として用いられる成形型は、真空排気孔などの公知の熱成形としての必要要素を備えておればよく特に限定するものではない。
しかし、本発明に属する第8の発明として、装置構成に用いられる成形型は、熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が0.01~15である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることは好ましい。
なお、上記材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましい。また、上記の材料のみによる単一構成であってもよく、又上記材料を表面層とする任意の複合構造であってもよい。あるいは又、このような材料の表面層を有する成形型は、表面層自体が発熱するようにしたもの、あるいは表面層の背後全面に密着して表面層を加熱温調する層、あるいは蓄熱層を設けた構成のものを好ましく利用できる。この場合、背後層あるいは温調機構の背後は特定されず、又背後層はなくてよい場合もある。
本発明の装置構成要素として用いられる成形型は、真空排気孔などの公知の熱成形としての必要要素を備えておればよく特に限定するものではない。
しかし、本発明に属する第8の発明として、装置構成に用いられる成形型は、熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が0.01~15である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることは好ましい。
なお、上記材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましい。また、上記の材料のみによる単一構成であってもよく、又上記材料を表面層とする任意の複合構造であってもよい。あるいは又、このような材料の表面層を有する成形型は、表面層自体が発熱するようにしたもの、あるいは表面層の背後全面に密着して表面層を加熱温調する層、あるいは蓄熱層を設けた構成のものを好ましく利用できる。この場合、背後層あるいは温調機構の背後は特定されず、又背後層はなくてよい場合もある。
なお、熱浸透率が上記の範囲にある材料として、プラスチックス、セラミックス、選ばれた小数の種類の金属材料等を挙げることができ、これらは熱成形の金型として通常使われるアルミニウム材、亜鉛合金材等よりも小さな値のものである。好ましい範囲の熱浸透率を有する材料例は表1の中からも選ぶことができる。但し表記は一般的な物質あるいは物体を参考ため示したものであり、利用出来るものをこれらに限るものではない。
なお、上記熱浸透率とその数値限定の意義等については後に(本発明の内容についての補足説明)の欄で説明する。
なお、本発明の構成に望ましい態様とし示す成形型は、本発明者を発明者とする先行出願、特願2010-118555、特願2010-118490、特願2010-118489、特願2010-118562及び特願2001-065069等に開示しているものであり、また優先権の元にある前記5件の出願の装置構成にはそれらが好適に利用できることが記載されている。
なお、本発明の構成に望ましい態様とし示す成形型は、本発明者を発明者とする先行出願、特願2010-118555、特願2010-118490、特願2010-118489、特願2010-118562及び特願2001-065069等に開示しているものであり、また優先権の元にある前記5件の出願の装置構成にはそれらが好適に利用できることが記載されている。
更に、本発明に属する第9の発明として、上記の成形型は更に、熱浸透率(b値)が15以下の材料によりなる表面層と熱浸透率(b値)が表面層のそれより大きな材料からなる背後体からなることが好ましい。
なお、表面層形成材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましく、又背後層のそれは5を超えることが望ましく10超えることが更に望ましい。またこの表面層の厚みは0.04mm以上であることが必要であり、また0.06mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることが更に好ましい。又同厚みは30mm以下であることが好ましく、10mm以下であることが更に好ましく、5mm以下であることが更に更に好ましい。また、表面層の厚みは概ね均一であることが好ましい。 また背後層の熱浸透率は、表面層のそれより2倍以上であることが好ましく、10倍以上であることが特に好ましい。なお、背後層の厚みは限定するものではなく、また一定の厚みあるいは形状に限定するものではない。またこの層を単一材料の層に限定するものではない。
なお、表面層形成材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましく、又背後層のそれは5を超えることが望ましく10超えることが更に望ましい。またこの表面層の厚みは0.04mm以上であることが必要であり、また0.06mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることが更に好ましい。又同厚みは30mm以下であることが好ましく、10mm以下であることが更に好ましく、5mm以下であることが更に更に好ましい。また、表面層の厚みは概ね均一であることが好ましい。 また背後層の熱浸透率は、表面層のそれより2倍以上であることが好ましく、10倍以上であることが特に好ましい。なお、背後層の厚みは限定するものではなく、また一定の厚みあるいは形状に限定するものではない。またこの層を単一材料の層に限定するものではない。
更に、本発明に属する第10の発明として、上記の成形型は更に、上記の材料からなる表面層を背後から温度調整する手段を備えたものが好ましい。このためのより具体的な好ましい方法として、1)表面層に密着し、より大きな熱浸透率を有する背後層に温調機構を付加する方法、2)表面層の背後に略全面に密接して均一温調手段を設ける方法、3)表面層自体を発熱させる方法。4)表面層の全背後に密着した蓄熱層を設ける方法などがある。この温調には、電熱ヒーターを用いる方法、熱媒を用いる方法等、公知のどのような方法できる。しかし、本発明では加熱側の温調であることが好ましい。
上記1)の場合は、この背後層又背後体の何処に温調手段を付加してもよく、層中に設けてもよく、また外部に設けてもよい。背後層からの伝導熱により表面層が一定に加熱される。又上記2)および3)の場合は、この場合は背後層に特に限定はなく、又背後層がなくてもよい。なお、2)の場合は、表面層の背後全面に面状高伝熱層を形成し特定位置から熱伝導させる方法なども含まれる。この2)、3)、4)の成形型は特願2011-165069に開示しているものである。
上記1)の場合は、この背後層又背後体の何処に温調手段を付加してもよく、層中に設けてもよく、また外部に設けてもよい。背後層からの伝導熱により表面層が一定に加熱される。又上記2)および3)の場合は、この場合は背後層に特に限定はなく、又背後層がなくてもよい。なお、2)の場合は、表面層の背後全面に面状高伝熱層を形成し特定位置から熱伝導させる方法なども含まれる。この2)、3)、4)の成形型は特願2011-165069に開示しているものである。
図14に上記1)の構造の例を示す。成形型60は、表面層61と背後層62から構成され、63は真空排気孔、64は排気通路、65は温調用の熱媒通路を示している。この図の構成で、アルミニウム材5052の背後層の上に、0.5mmのエポキシ樹脂層をつくり、背後層と表面層を通じ成形面に微細な熱電対を露出させて製作した成形型は高性能である。なお、この熱媒通路などの温調手段はここに設けず、成形型を固定する固定板を任意の加熱手段を設けるようにしてもよい。
図15に上記2)の構造の例を示す。成形型本体60は、上記の所定の熱浸透率を有する表面層61の背後に発熱層65を有し、さらにその背後の背後他62からなる。63は真空排気孔、64は排気通路、66はリード線を示す。より具体的には、例えばセラミックス等を背後体とし、その上に面状発熱体を敷き詰めて貼り、更にその上に前記所定の熱浸透率を有する材料により表面層を形成させればよい。面状発熱体を貼る代わりに、背後体の上にニッケル系抵抗体金属をメッキしてエッチングし発熱体層を形成させてもよい。表面層材料としてはエポキシ樹脂、弗素樹脂、ポリイミド、PEEK等の耐熱樹脂などを挙げることができる。なお図示はしていないが、背後体と表面層を通じ成形面に微細な熱電対先端を露出させて製作した成形型は、成形工程の管理に好都合である。
<成形方法について>
前記した本発明の装置を用いて成形品を製造する方法は特に限定するものではないが、本発明に属する第11の発明として、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、この予熱工程よりも高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を好ましく実施することができる。これらの工程を高速で進めることができ、長尺の成形材料樹脂シートを用いて効率的な連続成形を行うことができる。
予熱工程は、長尺の樹脂シートを導いて予熱温度に加熱調整されている加熱板の下を潜らせて停止させ、加熱板と成形型をそれぞれ上下動させてこれを挟み、樹脂シートを加熱板側から真空吸着するか、又は成形型側から空気押圧して密着させながら予熱を行う。これに次ぐ賦形工程では、加熱温調された成形型に対して加熱板から放出される空気による圧空賦形、そしてあるいは成形型側からの真空吸引による真空賦形が瞬時になされる。これに次ぐ熱処理工程では、高温の成形型面で、そしてあるいは加熱板から放出される高温気体により賦形体の温度は予熱温度以上に高められる。これに次ぐ冷却工程では、加熱板を上昇させ、開いた加熱板と成形型との間に冷却手段を進入させ、冷却媒体を噴射させて賦形体を冷却し離型させる。なお、賦形体の変形を防ぐために、賦形体を成形型の真空引きによる賦形体の固定を、少なくとも冷却工程を通して行うことが必要であり、なお賦形以後の各工程を通じてこれを行う事が望ましい。
なお、本装置では、真空賦形に続いて、前記の高温圧縮気体による昇温熱処理も行うこともできる。後者の方法は、樹脂シートが薄くて熱に敏感すぎる場合などに好適である。
前記した本発明の装置を用いて成形品を製造する方法は特に限定するものではないが、本発明に属する第11の発明として、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、この予熱工程よりも高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を好ましく実施することができる。これらの工程を高速で進めることができ、長尺の成形材料樹脂シートを用いて効率的な連続成形を行うことができる。
予熱工程は、長尺の樹脂シートを導いて予熱温度に加熱調整されている加熱板の下を潜らせて停止させ、加熱板と成形型をそれぞれ上下動させてこれを挟み、樹脂シートを加熱板側から真空吸着するか、又は成形型側から空気押圧して密着させながら予熱を行う。これに次ぐ賦形工程では、加熱温調された成形型に対して加熱板から放出される空気による圧空賦形、そしてあるいは成形型側からの真空吸引による真空賦形が瞬時になされる。これに次ぐ熱処理工程では、高温の成形型面で、そしてあるいは加熱板から放出される高温気体により賦形体の温度は予熱温度以上に高められる。これに次ぐ冷却工程では、加熱板を上昇させ、開いた加熱板と成形型との間に冷却手段を進入させ、冷却媒体を噴射させて賦形体を冷却し離型させる。なお、賦形体の変形を防ぐために、賦形体を成形型の真空引きによる賦形体の固定を、少なくとも冷却工程を通して行うことが必要であり、なお賦形以後の各工程を通じてこれを行う事が望ましい。
なお、本装置では、真空賦形に続いて、前記の高温圧縮気体による昇温熱処理も行うこともできる。後者の方法は、樹脂シートが薄くて熱に敏感すぎる場合などに好適である。
上記のような成形における装置設定あるいは条件設定は、大きく3つのパターンに分けて説明することができる。成形型の表面温度(T)と成形型の内部温度(S)の変化を見たとき、サインカーブ様の連続成形サイクルを描くことができる。例として、前記のような表面層と背後層からなる成形型を用いた場合を考えてみる。背後層温度をS、成形型表面温度をT、その最高温度をTt、最低温度Tbとする。
パターンAは、Sを、表面温度サイクルのTtとTbの間の一定温度に調整するパターンである。この場合、Ttは高温気体か赤外線照射により到達する温度であり、Tbは冷却手段により到達する温度である。背後層の直接的な温調は行う場合も、行う場合もある。背後そうからあまり熱が逃げない状態で、長時間連続的に成形を続ければ、背後層温度Sは表面温度サイクルのTtとTbに落ち着く。この場合、背後層の熱浸透率があまり大
きくなければ、表面層の間近ではSは時間的に直線ではなく、表面層に追従して小さな温度サイクル描く。背後層は積極的に任意に温調することは望ましく、その温度により加熱手段及び冷却手段を最適最短時間にすることができる。
きくなければ、表面層の間近ではSは時間的に直線ではなく、表面層に追従して小さな温度サイクル描く。背後層は積極的に任意に温調することは望ましく、その温度により加熱手段及び冷却手段を最適最短時間にすることができる。
パターンBは、Sを、Tbと同じかそれ以下の一定温度に調整するパターンである。この場合Tbは、主として背後層からの伝熱すなわちSの温度により到達する。冷却手段は必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Ttは加熱手段により到達する。
パターンCは、Sを、Ttと同じかそれ以上の一定温度に調整するパターンである。この場合は、の場合Ttは、主として背後層からの伝熱すなわちSの温度により到達する。従って背後層の加熱温調は必須である。上記加熱手段は、
必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Tbは冷却手段により到達する。
パターンCは、Sを、Ttと同じかそれ以上の一定温度に調整するパターンである。この場合は、の場合Ttは、主として背後層からの伝熱すなわちSの温度により到達する。従って背後層の加熱温調は必須である。上記加熱手段は、
必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Tbは冷却手段により到達する。
通常の熱成形は、樹脂シートの予熱、賦形、冷却、離型の過程を経てなされる。これに対して本発明の成形方法では賦形から冷却までの間に、樹脂シートの賦形時以上の高温の熱処理を行うことが特徴であり、またこれを高速連続で実施できることが特徴である。
本発明の方法により広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能である。具体的な用途を挙げると、a)PET等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、b)結晶核剤添加PET(CPET)等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたc)ポリプロピレンのSPPF成形(固相高圧成形)に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。
特に、延伸PETでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
(本発明の内容についての補足説明)
本発明の方法により広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能である。具体的な用途を挙げると、a)PET等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、b)結晶核剤添加PET(CPET)等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたc)ポリプロピレンのSPPF成形(固相高圧成形)に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。
特に、延伸PETでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
(本発明の内容についての補足説明)
(1)<熱浸透率について>
本発明の規定値として用いた熱浸透率(b値)は接触する物体と界面を通過して移動する熱量にかかわる物体の特性値であり、次の式で求められる。
b= (λρC)1/2 ・・・・・(1)
λ; 熱伝導率(Js-1m-1K-1)、ρ; 密度(kgm-3)、C; 比熱(Jkg-1K-1)
このb値が小さい物体は界面に少ない熱量しか流さず相手物体に大きな温度変化を与えず、また界面間近では相手物体から大きな温度影響をうける。
従って、このb値が小さい材料を成形型表面材料として用いた場合は賦形体からの熱を拡散させないので、高温気体と冷却用気体により賦形体を容易に加熱冷却することができる。しかし背後層の熱を容易に表面層表面(賦形体体との界面)に伝えないので、表面温度の均一性が高く、高速で安定な条件設定のためには、表面層の厚みを小さくするか、あるいはこのb値をある程度大きくすることにより、成形材料に合わせて最適にすることができる。
本発明の規定値として用いた熱浸透率(b値)は接触する物体と界面を通過して移動する熱量にかかわる物体の特性値であり、次の式で求められる。
b= (λρC)1/2 ・・・・・(1)
λ; 熱伝導率(Js-1m-1K-1)、ρ; 密度(kgm-3)、C; 比熱(Jkg-1K-1)
このb値が小さい物体は界面に少ない熱量しか流さず相手物体に大きな温度変化を与えず、また界面間近では相手物体から大きな温度影響をうける。
従って、このb値が小さい材料を成形型表面材料として用いた場合は賦形体からの熱を拡散させないので、高温気体と冷却用気体により賦形体を容易に加熱冷却することができる。しかし背後層の熱を容易に表面層表面(賦形体体との界面)に伝えないので、表面温度の均一性が高く、高速で安定な条件設定のためには、表面層の厚みを小さくするか、あるいはこのb値をある程度大きくすることにより、成形材料に合わせて最適にすることができる。
なお、b値の参考例を示すと例えば、アルミニウム材は17~23程度、鉄材は13~16程度、銅34程度、不錆鋼(SUS306)は8.0で、多くの合成樹脂は0.2~0.8程度、多くのセラミックスは1~20の間に入る。
なお、表1にいくつかの材料のb値を例示する。なお、b値も測定温度により若干違った値を示すが、本願においては、厳密には20℃の測定値にて規定することする。
ただし、20℃から200℃の間の変化に直線性を有しない材料、例えば相変化を伴う蓄熱剤などとの複合材料の場合は、100℃、150℃の値の平均値を採用することとする。
なお、同じ材質でも、発泡体あるいは多孔体などに形状が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。
なお、表1にいくつかの材料のb値を例示する。なお、b値も測定温度により若干違った値を示すが、本願においては、厳密には20℃の測定値にて規定することする。
ただし、20℃から200℃の間の変化に直線性を有しない材料、例えば相変化を伴う蓄熱剤などとの複合材料の場合は、100℃、150℃の値の平均値を採用することとする。
なお、同じ材質でも、発泡体あるいは多孔体などに形状が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。
(2)<成形型構成の数値限定の意義について>
上記成形型の表面層として熱浸透率b値の大きな表面材料を用いた場合は、賦形体から容易に熱を背後に分散させてしまうので、熱容量の比較的に熱容量の小さい加熱空気や冷却空気では容易に賦形体を加熱冷却できなくなり、この値が10を超える材料である場合は、能率的に熱処理を行う成形を行うことができない。この値は小さいほうが好ましいが、0.01より小さいものは強度など使用に耐える材料がない。
上記成形型の表面層として熱浸透率b値の大きな表面材料を用いた場合は、賦形体から容易に熱を背後に分散させてしまうので、熱容量の比較的に熱容量の小さい加熱空気や冷却空気では容易に賦形体を加熱冷却できなくなり、この値が10を超える材料である場合は、能率的に熱処理を行う成形を行うことができない。この値は小さいほうが好ましいが、0.01より小さいものは強度など使用に耐える材料がない。
上記の成形型において2層以上の構造とし、表面層の背面層を一定温度に制御して、賦形体を介して加熱気体および冷却気体により昇温降温変化する表面層の成形面温度を所望の基準温度へ迅速に回帰させることができる。
この場合、表面層の厚みが30mmを超える場合は背後層の制御が、上記表面温度と呼応して定常状態に至る時間がかかりすぎ、実施的に効果がない。また、この厚みが0.03mmを下回る場合は背後層の温度の影響を大きく受けて、迅速な賦形体の昇温降温を促進する効果がなくなる。例えば、公知の成形方法において、潤滑離型のために金型に仮に弗素樹脂等のコートが成されることがあったしても、そのコート厚みは30μm以下の薄いものであり、それを厚くする必要もなく又困難もあって、本発明の効果を発揮させるようなものは従来製作されていない。
この場合、表面層の厚みが30mmを超える場合は背後層の制御が、上記表面温度と呼応して定常状態に至る時間がかかりすぎ、実施的に効果がない。また、この厚みが0.03mmを下回る場合は背後層の温度の影響を大きく受けて、迅速な賦形体の昇温降温を促進する効果がなくなる。例えば、公知の成形方法において、潤滑離型のために金型に仮に弗素樹脂等のコートが成されることがあったしても、そのコート厚みは30μm以下の薄いものであり、それを厚くする必要もなく又困難もあって、本発明の効果を発揮させるようなものは従来製作されていない。
なお、上記したように単体一材料のものでも良いが、この場合、成形型への直接の温度制御はあってもよく、またなくてよく、いずれであっても所望表面温度の定常化に多少の時間をかければ、所望の成形は可能である。しかし、この場合、熱浸透率b値(kJ/m2s1/2K)が0.01~3の単一材料で構成してされたものでは加熱温調機構がないものが好ましく、またそれが3以上の単一材料で構成されたものは加熱温調機構を備えたものがより好ましく使用できる。
なお、上記の成形型は、真空賦形又は賦形時の排気が可能にする微細孔を有し、真空引き可能なように先記成形型収納ボックスに収納されることが望ましい。
なお、上記の成形型は、真空賦形又は賦形時の排気が可能にする微細孔を有し、真空引き可能なように先記成形型収納ボックスに収納されることが望ましい。
(3)<賦形体の温度測定について>
なお、本発明の装置においては、なんらかの方法で成型型表面温度あるいはと型と賦形体の界面温度の変化、または賦形体の温度変化を測定することは重要である。具体的には例えば、成形型の成形面上に、極めて繊細な測定プローブ、例えば線径0.1mm程度の熱電対先端を突出させておいてこれを測定することができる。別の方法としては賦形体を反対面から赤外線温度計非接触で測定する方法がある。しかし、これらには留意すべき点がある。
なお、本発明の装置においては、なんらかの方法で成型型表面温度あるいはと型と賦形体の界面温度の変化、または賦形体の温度変化を測定することは重要である。具体的には例えば、成形型の成形面上に、極めて繊細な測定プローブ、例えば線径0.1mm程度の熱電対先端を突出させておいてこれを測定することができる。別の方法としては賦形体を反対面から赤外線温度計非接触で測定する方法がある。しかし、これらには留意すべき点がある。
前記のS線の温度はパターンA、Cでは、成形型自体を積極的に温度調節制御を行うが、それでも成形表面からの距離、あるいは熱源からの距離によっては温度傾斜をもって、成形サイクルを繰り返す中で定常化する値でもある。
賦形材料の熱処理温度あるいは離型可能温度を厳密に考えるとき、これらの温度はここで示される表面温度あるいは界面温度とはかなり乖離があることは留意する必要がある。秒単位あるいはそれ以下の単位で加熱冷却を行う場合は、賦形体の厚み方向で大きな温度傾斜が発生するからである。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定も、材料温度を正確に表すものでなない。また本発明では表面温度(界面温度)で表現しているがこの温度とも乖離があり、相対的な値として考慮する必要がある。
賦形材料の熱処理温度あるいは離型可能温度を厳密に考えるとき、これらの温度はここで示される表面温度あるいは界面温度とはかなり乖離があることは留意する必要がある。秒単位あるいはそれ以下の単位で加熱冷却を行う場合は、賦形体の厚み方向で大きな温度傾斜が発生するからである。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定も、材料温度を正確に表すものでなない。また本発明では表面温度(界面温度)で表現しているがこの温度とも乖離があり、相対的な値として考慮する必要がある。
延伸PETシートの熱処理を伴う成形を行った。
1)成形材料;
ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の2.3倍一軸延伸シート(但し熱固定を行っていないもの)、厚み0.23mm非熱固定品を使用した。
1)成形材料;
ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の2.3倍一軸延伸シート(但し熱固定を行っていないもの)、厚み0.23mm非熱固定品を使用した。
2)成形装置;
圧空能力10tonの枚葉真空圧空成形機に、下記の圧空ボックス、冷却手段、成形型を装着し本発明の構成とした。先ず圧空ボックスは、図1及び2に示す構造で、アルミニウム製で有効内寸法330×550mmのボックス体67の中に、炭素鋼製の高温送気本体31と低温送排気本体(送気機能は必要でない場合もある)21を構成した。そして気体送排出面36には間隔30mmの碁盤格子の交点毎に径1φmmの高温気体の気体送出孔35を穿ち、また図2に示す配置で気体送排出通路(送気機能は必要でない場合もある)28を設けた。低温送排気本体21及び気体送排出通路28は、低温気体による圧空賦形及び圧空空間からの排気の機能を有する。高温送気本体31及び気体送出孔35は高温圧縮気体を圧空空間に送出する機能を有する。
なお、送排気面36には、赤外線放射塗料を塗布した。
次いで冷却手段は、図11に示す構造、すなわち噴射された冷却用気体の反射流を、噴射ノズル43の間に設けた通路45から吸い込み水平方向に排気する方式で、有効寸法330×550mmのものを使用した。
成形型は、図15の60に示す表面層/背後層方式のもので、アルミニウムアルミニウムA5052を背後層とし、その上にPEEK樹脂(b値は0.35)0.15mmの表面層をコーティング焼成法で形成させたものを使用した。この型の成形物は深さ直径90mm、深さ30mmの丸皿形状物で、成形型外寸を110mm角としたもの15個をヒーター内包の固定板に固定し、内寸332×552mmの収納ボックスに収めた。なお、成形型の上面は収納ボックス側壁より5mm低くなるようにし、又側壁とは1mm間隙を設けた。
成形面には細線熱電対先端露出させて這わせ、成形面温度及び 賦形体界面温度を測定できるようにした。また、同様に細線熱電対を圧空ボックス側壁から挿入し内部の圧空温度の測定ができるようにした。
圧空能力10tonの枚葉真空圧空成形機に、下記の圧空ボックス、冷却手段、成形型を装着し本発明の構成とした。先ず圧空ボックスは、図1及び2に示す構造で、アルミニウム製で有効内寸法330×550mmのボックス体67の中に、炭素鋼製の高温送気本体31と低温送排気本体(送気機能は必要でない場合もある)21を構成した。そして気体送排出面36には間隔30mmの碁盤格子の交点毎に径1φmmの高温気体の気体送出孔35を穿ち、また図2に示す配置で気体送排出通路(送気機能は必要でない場合もある)28を設けた。低温送排気本体21及び気体送排出通路28は、低温気体による圧空賦形及び圧空空間からの排気の機能を有する。高温送気本体31及び気体送出孔35は高温圧縮気体を圧空空間に送出する機能を有する。
なお、送排気面36には、赤外線放射塗料を塗布した。
次いで冷却手段は、図11に示す構造、すなわち噴射された冷却用気体の反射流を、噴射ノズル43の間に設けた通路45から吸い込み水平方向に排気する方式で、有効寸法330×550mmのものを使用した。
成形型は、図15の60に示す表面層/背後層方式のもので、アルミニウムアルミニウムA5052を背後層とし、その上にPEEK樹脂(b値は0.35)0.15mmの表面層をコーティング焼成法で形成させたものを使用した。この型の成形物は深さ直径90mm、深さ30mmの丸皿形状物で、成形型外寸を110mm角としたもの15個をヒーター内包の固定板に固定し、内寸332×552mmの収納ボックスに収めた。なお、成形型の上面は収納ボックス側壁より5mm低くなるようにし、又側壁とは1mm間隙を設けた。
成形面には細線熱電対先端露出させて這わせ、成形面温度及び 賦形体界面温度を測定できるようにした。また、同様に細線熱電対を圧空ボックス側壁から挿入し内部の圧空温度の測定ができるようにした。
3)成形方法と成形条件;
樹脂シートを550℃設定の予熱オーブンで9秒間保持することにより樹脂シートの予熱を行い、これを成形型上部に移動させた。なお、シート予熱温度は95℃であった。成形型は、固定板からの加熱により成形面予熱温度を160℃にしておいた。圧空ボックスへ、約450℃、元圧力0.4MPaの加熱空気を導入し、高温送気本体31からの送出を開始すると同時に成形型収納ボックス側の真空吸引を作動させることにより、1.0秒、圧空圧0.4MPa、真空圧空賦形を行った。次いで、低温送排気本体21から制限しながら排気を作動させて、加熱空気の送出を続けることにより、圧空圧0.2MPaで2.5秒間、賦形体の熱処理昇温を行った。圧空温度は280℃になり、熱処理温度(界面到達温度)は183℃に達した。なお、現象として賦形時に上記型表面温度は瞬間的に約160℃を若干下回る温度に低下したが、すぐに昇温してこの温度になった。
熱処理昇温後、圧空ボックスを上昇させ、冷却手段作を賦形体上空部に移動させ、5秒間、空気噴射による冷却を行い、離型をおこなった。 離型時に表面(界面)温度は約130℃に低下していた。
樹脂シートを550℃設定の予熱オーブンで9秒間保持することにより樹脂シートの予熱を行い、これを成形型上部に移動させた。なお、シート予熱温度は95℃であった。成形型は、固定板からの加熱により成形面予熱温度を160℃にしておいた。圧空ボックスへ、約450℃、元圧力0.4MPaの加熱空気を導入し、高温送気本体31からの送出を開始すると同時に成形型収納ボックス側の真空吸引を作動させることにより、1.0秒、圧空圧0.4MPa、真空圧空賦形を行った。次いで、低温送排気本体21から制限しながら排気を作動させて、加熱空気の送出を続けることにより、圧空圧0.2MPaで2.5秒間、賦形体の熱処理昇温を行った。圧空温度は280℃になり、熱処理温度(界面到達温度)は183℃に達した。なお、現象として賦形時に上記型表面温度は瞬間的に約160℃を若干下回る温度に低下したが、すぐに昇温してこの温度になった。
熱処理昇温後、圧空ボックスを上昇させ、冷却手段作を賦形体上空部に移動させ、5秒間、空気噴射による冷却を行い、離型をおこなった。 離型時に表面(界面)温度は約130℃に低下していた。
4)比較テスト;
上記の条件で低温送排気本体21からの排気を行わずに高温送気本体31からの送気による賦形と熱処理を行ったところ界面到達温度到達温度は165℃程度で、圧空時間を延ばしてもあまり効果がなかった。また離型時に変形し、良好な形状の成形品とはならなかった。この条件設定では熱処理効果は不十分であることを意味している。(なお、この昇温には送排気面36からの赤外線放射も加味されている。
上記の条件で低温送排気本体21からの排気を行わずに高温送気本体31からの送気による賦形と熱処理を行ったところ界面到達温度到達温度は165℃程度で、圧空時間を延ばしてもあまり効果がなかった。また離型時に変形し、良好な形状の成形品とはならなかった。この条件設定では熱処理効果は不十分であることを意味している。(なお、この昇温には送排気面36からの赤外線放射も加味されている。
5)成形結果;
得られた成形品は良好な形状、透明なものであった。140℃のシリコンオイルに2分間浸漬の耐熱試験を行い、変形、目立った収縮はなく、耐熱性の優れたものであった。使用した圧空ボックスでは、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、比較テストの条件、すなわち公知の圧空ボックスで可能な条件設定では効率的な熱処理効果はあげられないことがわかった。
得られた成形品は良好な形状、透明なものであった。140℃のシリコンオイルに2分間浸漬の耐熱試験を行い、変形、目立った収縮はなく、耐熱性の優れたものであった。使用した圧空ボックスでは、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、比較テストの条件、すなわち公知の圧空ボックスで可能な条件設定では効率的な熱処理効果はあげられないことがわかった。
実施例1に示す装置構成で操作条件を変更して、同じ延伸PETシートの熱処理を伴う成形を行った。ここでは常温圧縮気体により圧空賦形おこなった。
1)成形方法と成形条件;
実施例1と同様の方法で樹脂シートを95℃に予熱し、また成形型はその表面温度を165℃に予熱して使用した。圧空ボックスへは、 約450℃、元圧力0.4MPaの加熱空気を導入できるようにした。また、送排気面36は、導入気体とほぼ同温度に調整し、赤外線の放射が十分なされるようにした。
樹脂シートの予熱後、先ず常温圧縮空気を排気本体21に導入して開口25から送気可能にして真空圧空賦形を行った。真空圧空賦形は1.0秒、圧空圧0.4MPaであった。その後、高温送気本体31から高温気体の送気を開始すると同時に、排気本体21の動作を切り替えて排気を可能に作動させて、熱処理昇温を行った。熱処理昇温は3.0秒で、圧空圧0.2MPaであった。このとき、圧空温度は約280℃になり、熱処理温度(界面到達温度)181℃に達した。賦形時に上記表面温度は瞬間的に約150℃に低下したが、昇温が始まりこの温度になった。熱処理昇温後、圧空ボックスを上昇させ、冷却手段作を賦形体上空部に移動させ、5秒間、空気噴射による冷却を行い、離型をおこなった。
離型時に表面(界面)温度は約130℃に低下していた。
1)成形方法と成形条件;
実施例1と同様の方法で樹脂シートを95℃に予熱し、また成形型はその表面温度を165℃に予熱して使用した。圧空ボックスへは、 約450℃、元圧力0.4MPaの加熱空気を導入できるようにした。また、送排気面36は、導入気体とほぼ同温度に調整し、赤外線の放射が十分なされるようにした。
樹脂シートの予熱後、先ず常温圧縮空気を排気本体21に導入して開口25から送気可能にして真空圧空賦形を行った。真空圧空賦形は1.0秒、圧空圧0.4MPaであった。その後、高温送気本体31から高温気体の送気を開始すると同時に、排気本体21の動作を切り替えて排気を可能に作動させて、熱処理昇温を行った。熱処理昇温は3.0秒で、圧空圧0.2MPaであった。このとき、圧空温度は約280℃になり、熱処理温度(界面到達温度)181℃に達した。賦形時に上記表面温度は瞬間的に約150℃に低下したが、昇温が始まりこの温度になった。熱処理昇温後、圧空ボックスを上昇させ、冷却手段作を賦形体上空部に移動させ、5秒間、空気噴射による冷却を行い、離型をおこなった。
離型時に表面(界面)温度は約130℃に低下していた。
2)比較テスト;上記の条件で低温送排気本体21からの排気を行わずに 高温送気本体31から高温気体の送気をおこなった。成形型表面の温度回復が遅く、熱処理時間を延ばしても予熱温度165℃をすこし超える程度にしか成らなかった。
3)成形結果;
実施例1と同様に良好な成形品が得られた。また熱処理が効率よく行われることがわかった。
実施例1と同様に良好な成形品が得られた。また熱処理が効率よく行われることがわかった。
実施例1に示す装置構成で操作条件を変更して、同じ延伸PETシートの熱処理を伴う成形を行った。ここでは、樹脂シートの予熱に予熱オーブンを使用せず、圧空ボックスを用いて予熱と賦形をほぼ同時に進行させた。
1)成形方法と成形条件;
樹脂シートの予熱;予熱されていないシートを圧空ボックスの下に導入し、予熱と賦形を同時進行させた。このために、高温送気本体31から高温気体の送気を、序々に時間をかけておこなった。この場合、予熱源して高温気体の他に送排出面36から赤外線放射も利用されている。
成形型は表面温度が160℃になるように予熱したものを使用し、圧空ボックスへは、約450℃、元圧力0.4MPaの加熱空気を導入して送気し賦形と,処理昇温を行った。なお、送排気面36は、導入気体とほぼ同温度に調整して使用した。真空圧空賦形(シートの予熱も含む)は、4秒で、圧空圧は0.4MPaであった。その後、低温送排気本体21からの排気を作動させて、高温送気本体31から高温気体の送気を続け、熱処理昇温を行った。熱処理昇温は、2.5秒間、圧空圧0.2MPaで、圧空温度は約285℃であった。熱処理温度(界面到達温度)は186℃となった。なお、賦形時に上記表面温度は瞬間的に約150℃に低下したが、昇温してこの温度になった。
この後、冷却手段を移動させ、常温空気による噴射冷却を5秒間作動させ離型を行った。離型時に表面(界面)温度は約130℃に低下していた。
1)成形方法と成形条件;
樹脂シートの予熱;予熱されていないシートを圧空ボックスの下に導入し、予熱と賦形を同時進行させた。このために、高温送気本体31から高温気体の送気を、序々に時間をかけておこなった。この場合、予熱源して高温気体の他に送排出面36から赤外線放射も利用されている。
成形型は表面温度が160℃になるように予熱したものを使用し、圧空ボックスへは、約450℃、元圧力0.4MPaの加熱空気を導入して送気し賦形と,処理昇温を行った。なお、送排気面36は、導入気体とほぼ同温度に調整して使用した。真空圧空賦形(シートの予熱も含む)は、4秒で、圧空圧は0.4MPaであった。その後、低温送排気本体21からの排気を作動させて、高温送気本体31から高温気体の送気を続け、熱処理昇温を行った。熱処理昇温は、2.5秒間、圧空圧0.2MPaで、圧空温度は約285℃であった。熱処理温度(界面到達温度)は186℃となった。なお、賦形時に上記表面温度は瞬間的に約150℃に低下したが、昇温してこの温度になった。
この後、冷却手段を移動させ、常温空気による噴射冷却を5秒間作動させ離型を行った。離型時に表面(界面)温度は約130℃に低下していた。
2)成形結果;
予熱オーブンを有しない、比較的に簡易な装置でも本発明を有効に実行できることを確認した。
予熱オーブンを有しない、比較的に簡易な装置でも本発明を有効に実行できることを確認した。
図11に示す冷却手段を用い、図7の装置構成で、延伸PETシートの熱処理を伴う成形を行った。なお、図7は成形過程の途中状態を示したものである。
1)成形材料;
ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の2.3倍一軸延伸シート(但し熱固定を行っていないもの)、厚み0.23mm非熱固定品を使用した。
1)成形材料;
ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の2.3倍一軸延伸シート(但し熱固定を行っていないもの)、厚み0.23mm非熱固定品を使用した。
2)成形装置;
圧空能力 10tonの枚葉真空圧空成形機に、下記の圧空プレート、冷却手段、成形型を装着し図7の構成とした。
圧空プレート30については、排気ポート21に炭素鋼製で有効寸法330×550mmの予熱面すなわち送気面36を作り、間隔30mmの碁盤格子の交点毎に径1φmmの気体排出孔25を穿ち、一方送気ポート31には高温気体の気体送出孔38を設けた。排気ポート21及び気体排出孔25は、樹脂シートの予熱時の吸引固定および、圧空空間からの排気の機能を有する。なお、実施例では、このポートに常温圧縮空気を導入送出し低温空気による圧空賦形も行えるようにした。送気本体ポート31及び気体送出孔38は高温圧縮気体を圧空空間に送出すし圧空賦形および賦形体の加熱昇温の機能を有する。
冷却手段は、図11に示す構造、すなわち噴射された冷却用気体の反射流を、噴射ノズル44の間に設けた通路47から吸い込み、水平方向に排気する方式で、有効寸法330×550mmのものを使用した。
成形型は、図1の60に示す表面層/背後層方式のもので、アルミニウムA5052を背後層とし、その上にジルコニヤ(b値は2.8)0.3mmの表面層を溶射コーティングで形成させたものを使用した。成形物は深さ直径90mm、深さ30mmの丸皿形状物で、成形型の外寸を110mm角としたもの15個をヒーター内包の固定板に固定し、内寸332×552mmの収納ボックスに収めた。なお、成形型の上面は収納ボックス側壁より5mm低くなるようにし、又側壁とは1mm間隙を設けた。温度測定は、成形面には細線熱電対先端露出させて這わせ、成形面温度及び賦形体界面温度を測定できるようにした。また、同様に細線熱電対を加熱板の裏から貫通させて配置して圧空温度の測定ができるようにした。
圧空能力 10tonの枚葉真空圧空成形機に、下記の圧空プレート、冷却手段、成形型を装着し図7の構成とした。
圧空プレート30については、排気ポート21に炭素鋼製で有効寸法330×550mmの予熱面すなわち送気面36を作り、間隔30mmの碁盤格子の交点毎に径1φmmの気体排出孔25を穿ち、一方送気ポート31には高温気体の気体送出孔38を設けた。排気ポート21及び気体排出孔25は、樹脂シートの予熱時の吸引固定および、圧空空間からの排気の機能を有する。なお、実施例では、このポートに常温圧縮空気を導入送出し低温空気による圧空賦形も行えるようにした。送気本体ポート31及び気体送出孔38は高温圧縮気体を圧空空間に送出すし圧空賦形および賦形体の加熱昇温の機能を有する。
冷却手段は、図11に示す構造、すなわち噴射された冷却用気体の反射流を、噴射ノズル44の間に設けた通路47から吸い込み、水平方向に排気する方式で、有効寸法330×550mmのものを使用した。
成形型は、図1の60に示す表面層/背後層方式のもので、アルミニウムA5052を背後層とし、その上にジルコニヤ(b値は2.8)0.3mmの表面層を溶射コーティングで形成させたものを使用した。成形物は深さ直径90mm、深さ30mmの丸皿形状物で、成形型の外寸を110mm角としたもの15個をヒーター内包の固定板に固定し、内寸332×552mmの収納ボックスに収めた。なお、成形型の上面は収納ボックス側壁より5mm低くなるようにし、又側壁とは1mm間隙を設けた。温度測定は、成形面には細線熱電対先端露出させて這わせ、成形面温度及び賦形体界面温度を測定できるようにした。また、同様に細線熱電対を加熱板の裏から貫通させて配置して圧空温度の測定ができるようにした。
3)成形方法と成形条件;
樹脂シートを、95℃に設定した予熱面すなわち送気面36に2秒間吸着させ予熱を行った。次いで、圧空プレートを降下させ成形型収納箱に押圧し、ポート21から低温空気を送出し、圧力0.4MPa、1.5秒間の真空圧空賦形を行った。次いで、排気ポート21からの送気を排気に切り替え、送気ポート31には外部から330℃、元圧0.4MPaの加熱圧縮空気を導入して、開口35からの送気を開始し、賦形体の熱処理昇温を2.5秒間行った。このとき圧空空間温度は288℃に到達し、熱処理温度(界面到達温度)は187℃に達した。上記表面温度は賦形時には瞬間的に約160℃以下に低下したが、昇温してこの温度になった。次いで冷却手段を導入して5秒間噴射作動させた離型を行った。離型時に表面(界面)温度は約140℃に低下していた。なお、成形型は表面温度を163℃に予熱したものを用いた。また送気ポートは予め330℃に加熱しておいて使用した。
樹脂シートを、95℃に設定した予熱面すなわち送気面36に2秒間吸着させ予熱を行った。次いで、圧空プレートを降下させ成形型収納箱に押圧し、ポート21から低温空気を送出し、圧力0.4MPa、1.5秒間の真空圧空賦形を行った。次いで、排気ポート21からの送気を排気に切り替え、送気ポート31には外部から330℃、元圧0.4MPaの加熱圧縮空気を導入して、開口35からの送気を開始し、賦形体の熱処理昇温を2.5秒間行った。このとき圧空空間温度は288℃に到達し、熱処理温度(界面到達温度)は187℃に達した。上記表面温度は賦形時には瞬間的に約160℃以下に低下したが、昇温してこの温度になった。次いで冷却手段を導入して5秒間噴射作動させた離型を行った。離型時に表面(界面)温度は約140℃に低下していた。なお、成形型は表面温度を163℃に予熱したものを用いた。また送気ポートは予め330℃に加熱しておいて使用した。
4)比較テスト;
上記の条件で低温送排気本体21からの排気を行わずに高温送気本体31からの送気による賦形と熱処理を行ったところ界面到達温度到達温度は165℃程度で、圧空時間を延ばしても効果がなかった。また賦形体は離型時に変形し、良好な形状の成形品とはならなかった。この条件設定では熱処理効果は不十分であることを意味している。
上記の条件で低温送排気本体21からの排気を行わずに高温送気本体31からの送気による賦形と熱処理を行ったところ界面到達温度到達温度は165℃程度で、圧空時間を延ばしても効果がなかった。また賦形体は離型時に変形し、良好な形状の成形品とはならなかった。この条件設定では熱処理効果は不十分であることを意味している。
5)成形結果;
得られた成形品は良好な形状、透明なものであった。140℃のシリコンオイルに2分間浸漬の耐熱試験を行い、変形、目立った収縮はなく、耐熱性の優れたものであった。使用した圧空プレートでは、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、比較テストの条件、すなわち公知のいわゆる加熱板で可能な条件設定では、効率的な熱処理効果はあげられないことがわかった。
得られた成形品は良好な形状、透明なものであった。140℃のシリコンオイルに2分間浸漬の耐熱試験を行い、変形、目立った収縮はなく、耐熱性の優れたものであった。使用した圧空プレートでは、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、比較テストの条件、すなわち公知のいわゆる加熱板で可能な条件設定では、効率的な熱処理効果はあげられないことがわかった。
実施例4とほぼ同じ構成で、同例とは異なる操作方法により延伸PETシートの熱処理を伴う成形を行った。ここでは、樹脂シートの予熱を別途に準備してある加熱オーブンでおこなった。
1)成形材料;実施例4と同じものを使用した。
2)成形装置;実施例4と同じものを使用した。ただし、圧空プレート30の排気ポート21からの圧空賦形送気は行わず、送気フレートからの高温気体送気により賦形を行うようにした。また樹脂シートの予熱には別途に準備した加熱オーブンを利用した。
1)成形材料;実施例4と同じものを使用した。
2)成形装置;実施例4と同じものを使用した。ただし、圧空プレート30の排気ポート21からの圧空賦形送気は行わず、送気フレートからの高温気体送気により賦形を行うようにした。また樹脂シートの予熱には別途に準備した加熱オーブンを利用した。
3)成形方法と成形条件;
成形型は成形面を160℃、送気ポート31は330℃に温調しておいて使用した。先ず、樹脂シートを550℃の予熱オーブンで9秒間予熱して移動させ、成形型上部に乗せた。なお、シート予熱温度は95℃程度である。次いで圧空プレートを降下させたが、加熱板の降下接触直前に0.3秒先行させて、成形型による真空賦形を作動させた。図7はこの時の状態を示すものである。次いで、外部から330℃、元圧0.4MPaの加熱圧縮空気を送気ポート31に導入して開口35送出し、1.5秒間の圧空賦形行った。そしてその気体送出を続けながら、排気ポート21からの排気をさせ、2.5秒間の熱処理昇温を行った。
以下は、実施例1と同条件で同様にして成形を行った。
成形型は成形面を160℃、送気ポート31は330℃に温調しておいて使用した。先ず、樹脂シートを550℃の予熱オーブンで9秒間予熱して移動させ、成形型上部に乗せた。なお、シート予熱温度は95℃程度である。次いで圧空プレートを降下させたが、加熱板の降下接触直前に0.3秒先行させて、成形型による真空賦形を作動させた。図7はこの時の状態を示すものである。次いで、外部から330℃、元圧0.4MPaの加熱圧縮空気を送気ポート31に導入して開口35送出し、1.5秒間の圧空賦形行った。そしてその気体送出を続けながら、排気ポート21からの排気をさせ、2.5秒間の熱処理昇温を行った。
以下は、実施例1と同条件で同様にして成形を行った。
4)成形結果;
得られた成形品は良好な形状で、耐熱実施例1と同様に高いものであった。なお、加熱板との接触がないので、多数排気孔跡、送気孔跡、面の傷マーク等を写していない利点もあった。このような特異な構成でも、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、本構成には次のような、利点も挙げることができる。1)予熱にかかわらないので、任意の温度設定ができ、可能条件を大きく広げる。2)予熱にかかわらないので、可能な構造構成を大きく広げることができる。
得られた成形品は良好な形状で、耐熱実施例1と同様に高いものであった。なお、加熱板との接触がないので、多数排気孔跡、送気孔跡、面の傷マーク等を写していない利点もあった。このような特異な構成でも、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、本構成には次のような、利点も挙げることができる。1)予熱にかかわらないので、任意の温度設定ができ、可能条件を大きく広げる。2)予熱にかかわらないので、可能な構造構成を大きく広げることができる。
本発明による熱成形には下記のようなことが可能である。
(1)賦形のための予熱温度以上に賦形体の加熱する熱処理と冷却離型を伴う成形プロセスを、非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
(2)このような熱処理を必要とする具体的な用途には、延伸された結晶性樹脂シートの熱固定を伴う熱成形である。材料してはPET等の熱可塑性ポリエステルの他、PLA樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、PEEK等の結晶性樹脂等の延伸シートを挙げることができる。
(3)その中でも特、延伸PETシートを用いて上記のような熱処理を行う熱成形を行うことにより、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができ、省資源の社会的ニーズに対応することができる。
(4)延伸処理を行っていない結晶性樹脂シート、例えば結晶核剤の添加されたPET(CPET)の結晶化を伴う成形に利用することができ、これを従来よりも高速して行うことができる。
(5)また、ポリプロピレンのSPPF成形(固相高圧成形)に応用し、この成形方法の欠点を解決(残留応力歪みを緩和して耐熱寸法安定性を向上)する新規の方法等を期待することができる。
(6)熱処理を伴う成形を、精密に、均一に、バラツキなく、高速で、省エネルギーで行うことができ、また、配向及び結晶化による強度剛性等の向上は薄肉化省材料に転換して、省資源の社会的ニーズに貢献することを可能にするものである。
(1)賦形のための予熱温度以上に賦形体の加熱する熱処理と冷却離型を伴う成形プロセスを、非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
(2)このような熱処理を必要とする具体的な用途には、延伸された結晶性樹脂シートの熱固定を伴う熱成形である。材料してはPET等の熱可塑性ポリエステルの他、PLA樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、PEEK等の結晶性樹脂等の延伸シートを挙げることができる。
(3)その中でも特、延伸PETシートを用いて上記のような熱処理を行う熱成形を行うことにより、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができ、省資源の社会的ニーズに対応することができる。
(4)延伸処理を行っていない結晶性樹脂シート、例えば結晶核剤の添加されたPET(CPET)の結晶化を伴う成形に利用することができ、これを従来よりも高速して行うことができる。
(5)また、ポリプロピレンのSPPF成形(固相高圧成形)に応用し、この成形方法の欠点を解決(残留応力歪みを緩和して耐熱寸法安定性を向上)する新規の方法等を期待することができる。
(6)熱処理を伴う成形を、精密に、均一に、バラツキなく、高速で、省エネルギーで行うことができ、また、配向及び結晶化による強度剛性等の向上は薄肉化省材料に転換して、省資源の社会的ニーズに貢献することを可能にするものである。
30 圧空手段(圧空プレート又は圧空ボックス)
21 排気本体(排気ポート)
22 加熱ヒーター
23 排気管
23v 操作バルブ又は圧力弁
24 集気空間
25 吸気開口
26 吸気面
27 断熱材
28 吸気導管
31 送気本体(送気ポート)
32 加熱ヒーター
33 圧縮気体の導入管
34 送気の分配空間
35 送気開口(孔)
36 送気面(吸気面と同じ面である場合もある)
37 圧空ボックス壁
38 送気管
39 圧空空間
40 冷却手段
41 冷却用気体の送気ポート側(第3の機構)
42 冷却用気体の導入路
43 分配空間
44 噴射開口又は噴射ノズル
45 排気ポート側(第4の機構)
45g気流ガイド面
46 フレーム
47 吸気通路 (垂直排気路)
47i吸気開口(孔又はスリット)
48 排気通路 (水平排気路)
49 線状気流の噴射ノズル
49‘ 圧縮空気導入路
60 成形型(又は成形型集合構成体)
61 表面層
62 背後層(背後体)
63 真空排気孔
64 排気通路
65 加熱熱媒通路又は加熱ヒーター
66 成形型集積プレート
67 成形型収納ボックス
68 リード電線
100 熱可塑性樹脂シート(樹脂シート)
110 熱可塑性樹脂シートの賦形体
A 圧縮気体
A‘ 排気
HA 高温圧縮気体
VL 揮発性液体(水等)
V1 噴射液体管
V2 噴射気体管
V3 噴霧ノズル
21 排気本体(排気ポート)
22 加熱ヒーター
23 排気管
23v 操作バルブ又は圧力弁
24 集気空間
25 吸気開口
26 吸気面
27 断熱材
28 吸気導管
31 送気本体(送気ポート)
32 加熱ヒーター
33 圧縮気体の導入管
34 送気の分配空間
35 送気開口(孔)
36 送気面(吸気面と同じ面である場合もある)
37 圧空ボックス壁
38 送気管
39 圧空空間
40 冷却手段
41 冷却用気体の送気ポート側(第3の機構)
42 冷却用気体の導入路
43 分配空間
44 噴射開口又は噴射ノズル
45 排気ポート側(第4の機構)
45g気流ガイド面
46 フレーム
47 吸気通路 (垂直排気路)
47i吸気開口(孔又はスリット)
48 排気通路 (水平排気路)
49 線状気流の噴射ノズル
49‘ 圧縮空気導入路
60 成形型(又は成形型集合構成体)
61 表面層
62 背後層(背後体)
63 真空排気孔
64 排気通路
65 加熱熱媒通路又は加熱ヒーター
66 成形型集積プレート
67 成形型収納ボックス
68 リード電線
100 熱可塑性樹脂シート(樹脂シート)
110 熱可塑性樹脂シートの賦形体
A 圧縮気体
A‘ 排気
HA 高温圧縮気体
VL 揮発性液体(水等)
V1 噴射液体管
V2 噴射気体管
V3 噴霧ノズル
Claims (12)
- 圧空成形の可能な熱成形機において、圧空プレート又は圧空ボックス(両者合わせて以下「圧空手段」と称する)として、圧縮気体を送気開口から成形型上部に向けて送出する第1の機構と、圧空空間に送出された気体を吸気開口から吸気して外部に排気する第2の機構を一体として有し、次の1)及び2)の構造、すなわち、
1)上記第1の機構として、その気体送出を上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた分配空間から複数の送気開口を通じて分配送出するようにした構造、及び
2)上記第2の機構として、その吸気を複数の吸気開口を通じて、上記圧空プレート内部又は圧空ボックス底内部に設けた集気空間に収容して外部に導くようにした構造のうち少なくとも1つを用い、
更に、冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記圧空手段の成形型からの離反後に、成形型の上部空間に進行させ、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体を冷却するように構成した熱可塑性樹脂シートの成形装置。 - 上記冷却手段が、冷却用気体を導入して複数の噴射開口から成形型上部に向けて噴射する第3の機構と、この機構と一体となり、この噴射された気体を整流して外部に排気する第4の機構からなることを特徴とする請求項1に記載の成形装置。
- 冷却手段の上記第3の機構が、冷却用気体を機構内部の分配空間に導入して噴射開口から成形型上部に向けて分配噴射するようにしたものであり、上記第4の機構が、この噴射された気体を複数の吸気開口を通じて機構内部の集気空間に吸気して外部に排気するようにしたものであることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の成形装置。
- 冷却手段の上記第4の機構において排気を促進する物理的手段を付加したことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の成形装置
- 上記圧空手段の第1の機構の送気機構に加熱温調手段を付加することを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の成形装置。
- 上記圧空手段の第1の機構の送気機構の内部で導入した圧縮気体を200℃以上の十分な温度に加熱して送出 する機能を備えていることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の成形装置。
- 上記圧空手段の成形型対向面が200℃以上に加熱保持が可能で、且つ赤外線放射率が0.8以上であるようにしたことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の成形装置。
- 成形型として、熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が0.01~15である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の成形装置。
- 成形型として、熱浸透率(b値)が15以下の材料によりなる表面層と熱浸透率(b値)が表面層のそれより大きな材料からなる背後体からなることを特徴とする請求項1から8の何れかに記載の成形装置。
- 成形型として、上記の材料からなる表面層を背後から温度調整する手段を備えたものを用いる事を特徴とする請求項1から9の何れかに記載の成形装置。
- 請求項1から10のいずれかに記載の成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、シートの予熱温度以上の高温で熱処理する熱処理工程
、そして冷却工程を遂行する熱可塑性樹脂シートの成形方法。 - 上記賦形体を高温で熱処理する方法として、1)上記高温気体を賦形体に噴射して行う方法、2)賦形体に赤外線照射して行う方法、そして3)上記成形型表面を高温に加熱しておいて賦形を行う方法のうち少なくとも1つを用いること特徴とする請求項11に記載の成形方法。
Applications Claiming Priority (8)
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JP2011165069A JP5771794B2 (ja) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | 熱成形用の装置と成形方法 |
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JP2011206516A JP5807874B2 (ja) | 2011-09-21 | 2011-09-21 | 熱成形用の装置と成形方法 |
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JP2011-206515 | 2011-09-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2013015129A1 true WO2013015129A1 (ja) | 2013-01-31 |
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WO (1) | WO2013015129A1 (ja) |
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-
2012
- 2012-07-12 WO PCT/JP2012/067827 patent/WO2013015129A1/ja active Application Filing
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