JP2013028048A - Thermoforming device and forming method - Google Patents
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- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
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Abstract
Description
本発明は熱可塑樹脂のシート又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、樹脂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。 The present invention relates to a method for producing a thermoformed product 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. In the process of thermoforming, in particular, crystalline resin is used for high-speed and efficient production of thermoformed products with high properties such as heat resistance, transparency, and mechanical strength by performing heat treatment higher than the preheating temperature of the resin sheet. It is related with performing this thermoforming using the extending | stretching sheet | seat.
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も多い。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には不都合である。
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. Typed. As the mold material, a material such as aluminum or zinc alloy that is lightweight and has good workability and good thermal conductivity is used, and 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. On the other hand, 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. However, its use is limited to sample trial production or small-scale production on a single-wafer molding machine.
And as a special molding method, when heating or cooling the shaped body arbitrarily during the molding cycle, the heating medium passed through the jacket is changed in the middle or the shaped body is temperature-controlled separately It is done to move to. However, such a method is inconvenient for efficiently producing a molded product subjected to a desired heat treatment at a high speed continuously.
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品には適用し難い。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。
また(6)特許4044876号の開示は、シート予熱時にサグ(加熱時のシートの垂れ下がり)が問題となりやすい樹脂材料の熱成形に関するもので、このような材料では通常、多孔の加熱板に材料シートを短時間吸着させて後、そこから離して賦形がなされる。この方法の場合は、熱板吸着時の傷あとなどを回避しようとするもので、加温された弱い空気の圧力でシートを下支えしながら加熱し、次いで熱板を通過させた空気で追加予熱しながら圧空成形するもので、賦形後に予熱温度以上の温度で熱処理することも、積極的に冷却して離型することも必要ではなく、これを行う示唆もされていない。なお、本発明の装置で成形する延伸シートは予熱に収縮作用を起こすのでシート端を固定してこれを行えば緊張状態となりサグの問題は発生せず、引例の作用機構は必要としない。
また(7) 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、熱板を通過する加熱圧縮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手段を運び込んで冷却するものである。賦形体を加熱処理しようとする場合には成形型等に熱を奪われるので非常な高温気体を用いる必要がある。これをシートの予熱適温に
調整した加熱体を通過させると種々の不都合が発生する。加熱気体は加熱板中を通る導管内で冷やされ、また加熱板を局部的に加熱され温度不均一なり、良好な成形に支障きす。このため十分な高温気体を用いて熱処理することが出来ず高速成形ができない。
また(8)本発明の発明者(以下本発明者と称する)は、本発明に関連性のある複数の出願をこれに先行して行っている。これらに関しては、本文の関連箇所で適宜に紹介説明することとする。
As a specific thermoforming method that requires special heating or cooling, (1) 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. In addition, (2) Japanese Patent Publication No. 5-45412 discloses a method of performing thermoforming and heat treatment using a sheet biaxially stretched under specific conditions and thermally contracted. Here, 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. And, if at all, it is not a fast, efficient and practical method. (3) 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. However, such a method cannot perform continuous molding at high speed. Also, (4) 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 operations.
In addition, (5) Japanese Patent Publication No. 7-102608 shows a method of forming with a high-temperature female mold, taking it into a low-temperature male mold fitted thereto, cooling it, and releasing the mold. It may be said that the method is the same as (4), and deformation and wrinkling of the molding become a problem as well, and it is difficult to apply to a molded product having an offset or undercut. In addition to these examples, in the so-called 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. In order to avoid this problem, there is known a process in which a low-temperature mold is first molded and then transferred to a high-temperature mold, but this is also complicated.
In addition, the disclosure of (6) Japanese Patent No. 4044876 relates to thermoforming of a resin material in which sag (hanging of the sheet during heating) is likely to be a problem during sheet preheating. In such a material, a material sheet is usually used as a porous heating plate. After adsorbing for a short time, it is shaped away from it. In the case of this method, it is intended to avoid scratches at the time of adsorption of the hot plate, and the sheet is heated while supporting the sheet with the pressure of weak heated air, and then additional preheating is performed with the air passed through the hot plate. However, it does not require heat treatment at a temperature equal to or higher than the preheating temperature after shaping, nor does it require active cooling and mold release, and there is no suggestion to do this. In addition, since the stretched sheet formed by the apparatus of the present invention causes a shrinkage action to preheating, if the sheet end is fixed and this is done, it becomes a tension state and the problem of sag does not occur.
(7) The method disclosed in Japanese Patent No. 4057487 relates to thermoforming of a crystalline resin, and a sheet preheated by being brought into contact with a heating plate is compressed and compressed with heated compressed air passing through the heating plate and a molding die. Then, cooling air injection means prepared separately is carried and cooled. When the shaped body is to be heat-treated, it is necessary to use a very high temperature gas because the mold is deprived of heat. When this is passed through a heating body adjusted to the preheating appropriate temperature of the sheet, various inconveniences occur. The heated gas is cooled in a conduit passing through the heating plate, and the heating plate is locally heated to make the temperature non-uniform, which hinders good molding. For this reason, it cannot heat-process using sufficient high temperature gas, and cannot perform high-speed shaping | molding.
(8) The inventor of the present invention (hereinafter referred to as the present inventor) has filed a plurality of applications related to the present invention prior to this. These will be introduced and explained as appropriate in the relevant parts of the text.
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を得ることができる熱成形装置を提供するものである。 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 can obtain a molded product in a uniform and good state.
(1)熱媒体を噴射するか又は赤外線を照射する手段により、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方を行うように構成された熱成形装置において、成形型として、熱浸透率(b値)(kJ/m2s1/2K)が0.01〜15である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有する構成のものを用いる熱可塑性樹脂シートの熱成形装置を提供するものである。
なお、本発明において上記「表面層」は成形型の成形面を含む層をいう。また「賦形」ならびに「賦形工程」は成形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成形品を意味するものとする。
なお上記表面層の厚みは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、上記表面層の材料の熱浸透率は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、3以下であることが又更に好ましい。また表面層の厚みは0.04mm以上であることが好ましい。
なお、上記表面層は層全体として上記の制約を満たす限りにおいて単層であってもよく多層であってもよい。
(1) In a thermoforming apparatus configured to perform at least one of heating and cooling of a shaped body of a resin sheet fixed to a mold by means of spraying a heat medium or irradiating infrared rays, And a surface layer made of a material having a thermal permeation rate (b value) (kJ / m2s1 / 2K) of 0.01 to 15, and heat generating means spreading over the entire development surface of this layer or heat in the development surface direction of this layer The present invention provides a thermoplastic resin sheet thermoforming apparatus using a structure having means for promoting movement.
In the present invention, the “surface layer” refers to a layer including the molding surface of the mold. “Shaping” and “shaping step” indicate a part of the operation during molding, and “shaped body” means a molded product held in a mold.
Note that 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.
The heat permeability of the surface layer material is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less. The thickness of the surface layer is preferably 0.04 mm or more.
The surface layer may be a single layer or multiple layers as long as the entire layer satisfies the above constraints.
(2)成形型に固定されている樹脂シートの賦形体を、加熱気体を噴射する手段かまたは赤外線を照射する手段により加熱して後、冷却用熱媒体を噴射する手段により冷却を行うように構成した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。 (2) The resin sheet shaped body fixed to the mold is heated by means for injecting heated gas or by means for irradiating infrared rays, and then cooled by means for injecting a cooling heat medium. The molding apparatus according to the above (1), characterized in that it is configured, is provided.
(3)上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接した発熱手段によりこの表面層を定常的に加熱するように構成したものであることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の成形装置を提供するものである。 (3) The above mold (1) or (2), wherein the mold is configured to steadily heat the surface layer by heat generating means in close contact with the substantially entire surface behind the surface layer. ) Is provided.
(4)上記成形型が、上記表面層自体が発熱するように構成したものであることを特徴とする上記(1)から(3)のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。 (4) The molding apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the molding die is configured such that the surface layer itself generates heat.
(5)上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が上記表面層のそれより大きい材料からなる蓄熱均一層を設け、更にその背後に熱浸透率が蓄熱均一化層のそれより小さい材料からなる背後体を設けて構成したものであることを特徴とする上記(1)から(4)のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。上記蓄熱均一化層の材料の熱浸透率は10以上であることが好ましく、15以上であることが更に好ましい。
背後体のそりは15以下であることが好ましく、10以下であることが更に好ましい。上記蓄熱均一化層の厚みは10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることが更に好ましい。またこの厚みは0.01mm以上であることが好ましく0.03mm以上であることが更に好ましい。
(5) The molding die is provided in close contact with the substantially entire surface behind the surface layer, and a heat storage uniform layer made of a material having a thermal permeability (kJ / m2s1 / 2K) larger than that of the surface layer is provided. The molding apparatus according to any one of the above (1) to (4), characterized in that a back body made of a material having a smaller heat permeability than that of the heat storage and homogenization layer is provided on the back. To do. The heat permeability of the material for the heat storage homogenization layer is preferably 10 or more, and more preferably 15 or more.
The warp of the back body is preferably 15 or less, and more preferably 10 or less. The thickness of the heat storage homogenizing layer is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less. Further, this thickness is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.03 mm or more.
(6)上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、展開面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい材料によりなる温度均一化層を形成させた構成のものであることを特徴とする上記(1)から(5)のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、この表面層を加熱温調する手段は、成形型とは別に備えてもよいが、成形型自体が上記温度均一化層を定常的に加熱する加熱手段を保有することは好ましい。
(6) A configuration in which the molding die is in close contact with substantially the entire surface behind the surface layer, and a temperature uniformizing layer made of a material having a thermal permeability in at least one direction of the development surface larger than that in the thickness direction is formed. The molding apparatus according to any one of the above (1) to (5) is provided.
The means for heating and controlling the surface layer may be provided separately from the mold, but it is preferable that the mold itself has a heating means for constantly heating the temperature uniformizing layer.
(7)上記成形型が、表面層をその厚み方向の熱浸透率が上記所定の値を有し、更に平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい任意の値を有する材料により形成したものであることを特徴とする上記(1)から(6)のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、この表面層を加熱温調する手段は、成形型とは別に備えてもよいが、成形型自体が上記表面層を定常的に加熱する加熱手段を保有することは好ましい。
(7) The mold has a material in which the heat permeability in the thickness direction of the surface layer has the predetermined value and the heat permeability in at least one direction of the plane has an arbitrary value larger than that in the thickness direction. The molding apparatus according to any one of the above (1) to (6) is provided.
In addition, although the means for heating and controlling the surface layer may be provided separately from the mold, it is preferable that the mold itself has a heating means for constantly heating the surface layer.
(8)上記(1)から(7)のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を用い
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と、賦形工程と、賦
形体を樹脂シート予熱温度以上の高温に昇温する熱処理工程と、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を提供するものである。
(8) A resin sheet molding method using the resin sheet molding apparatus according to any one of (1) to (7) above, wherein the resin sheet preheating step, the shaping step, and the shaped body are resinized. It is an object of the present invention to provide a thermoplastic resin sheet forming method for performing a heat treatment step for raising the temperature to a temperature higher than the sheet preheating temperature and a cooling step.
<本発明の利点>
気体冷却媒体の噴射、あるいは赤外線照射または気体加熱媒体の噴射により賦形体の加熱冷却を行う場合、賦形体を介して成形型表面層と熱媒との間で大きな熱の授受があるが、成形型の部位により大きな温度ムラか発生しやすい。
それは、熱媒の噴射ムラ、赤外線照射部位による距離差、先端部やエッジ部などの熱媒による作用を受けやすい部分、奥部など作用を受けにくい部分など存在が原因である。そして、このムラは、連続して繰り返しの成形を行うと大きくなりやすい。
その影響を受けて、成形体は、透明性、形状等が不均一になりやすく、極端な場合には鋭いエッジ部などで溶融亀裂さえ発生する。
本発明に用いる成形型は、それ自体が表面層の温度ムラを解消する機能を有するそれ自体新規なものである。そしてそれを本発明の装置の構成要素とした場合は、上記の温度ムラを解消し、均一な成形品を効率よく、連続して高速することを可能にする。
また、上記の効用により、加熱、冷却の媒体噴射ノズルの性能、位置、数などの制約を少なくし、装置の全体設計を容易にし、又装置を安価にすることができる。
<Advantages of the present invention>
When heating and cooling a shaped body by jetting a gas cooling medium, or by infrared irradiation or jetting of a gas heating medium, large heat is transferred between the mold surface layer and the heating medium through the shaped body. Large temperature irregularities are likely to occur depending on the part of the mold.
This is due to the presence of non-uniformity in the injection of the heat medium, the difference in distance due to the infrared irradiation part, the part that is easily affected by the heat medium such as the tip part or the edge part, and the part that is difficult to be affected such as the back part. And this nonuniformity tends to become large when it repeats and repeats forming.
Under the influence, the molded product tends to be non-uniform in transparency, shape, and the like, and in extreme cases, even a melt crack occurs at a sharp edge.
The mold used in the present invention is a novel mold itself having a function of eliminating the temperature unevenness of the surface layer. And when it is used as a component of the apparatus of the present invention, the above-mentioned temperature unevenness is eliminated, and a uniform molded product can be efficiently and continuously increased in speed.
In addition, the above-described effects can reduce the restrictions on the performance, position, number, and the like of the heating and cooling medium jet nozzles, facilitate the overall design of the apparatus, and reduce the cost of the apparatus.
<成形装置の構成>
本発明の成形装置は、真空圧空成形機、圧空成形機、真空成形機、嵌合ダイプレス成形機等の熱成形機を構成するものである。本発明の構成は公知の熱成形機で構成させてもよく、樹脂シートの予熱は加熱板による直接加熱方式でもよく、また赤外線オーブン、熱風オーブン等による間接加熱方式でもよい。
また、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一方の端から順次に成形する連続成形機でもよく、後者であることが特に好ましい。
本発明の成形装置は、上述の成形機に1)冷却媒体噴射による冷却手段、2)加熱気体を噴射による加熱手段、3)赤外線照射による加熱手段の少なくとも1つを付設して、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方をこれらのいずれかの手段で行えるように構成する。そして成形型として、特定材料による表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段か、又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を合わせて有する構造のものを使用する。
通常の成形型で、上記のような加熱手段あるいは冷却手段を利用する構成で連続成形を行った場合、成形型に熱が拡散し加熱冷却が容易にできないか、さもなければ成形型の特定部分が過熱あるいは過冷却になり易く、成形品に成形ムラや欠点部分をつくりやすい。
本発明者を発明者とする先行出願の特願2010−118555の成形型を上記構成の中に入れて良好に利用することは可能である。しかし本発明に用いる成形型は、上記問題傾向に鑑みこの先行出願の成形型を更に改良した新規のもで、熱媒体噴射あるいは赤外線照射による賦形体の加熱冷却を均一に且つ高速で効果的行うことができる。
以下、冷却手段、加熱手段、成形型、成形法の各構成要素に分けて説明する。
<Configuration of molding apparatus>
The molding apparatus of the present invention constitutes a thermoforming machine such as a vacuum / pressure forming machine, a pressure forming machine, a vacuum forming machine, and a fitting die press forming machine. The constitution of the present invention may be constituted by a known thermoforming machine, and the preheating of the resin sheet may be a direct heating method using a heating plate, or an indirect heating method using an infrared oven, a hot air oven or the like.
Further, it may be a sheet-fed molding machine that molds a short material sheet one by one, or may be a continuous molding machine that molds a long material sheet sequentially from one end, and the latter is particularly preferable. .
The molding apparatus of the present invention is provided with at least one of 1) a cooling means by jetting a cooling medium, 2) a heating means by jetting a heated gas, and 3) a heating means by irradiating infrared rays in the molding machine described above. It is configured such that at least one of heating and cooling of the fixed shaped body of the resin sheet can be performed by any of these means. A mold having a structure in which a surface layer made of a specific material and heat generating means spreading over the entire development surface of this layer or means for promoting heat transfer in the development surface direction of this layer are combined is used.
When continuous molding is performed with a normal mold using the heating means or cooling means as described above, heat is diffused into the mold and heating or cooling cannot be performed easily, or a specific part of the mold Tends to be overheated or overcooled, and easily produces molding unevenness and defects in the molded product.
It is possible to make good use of the molding die of Japanese Patent Application No. 2010-118555 of the prior application in which the present inventor is the inventor. However, the mold used in the present invention is a new one which is a further improvement of the mold of the prior application in view of the above-mentioned problem tendency, and heats and cools the shaped body by heat medium injection or infrared irradiation effectively uniformly and at high speed. be able to.
Hereinafter, description will be made separately for each component of the cooling means, the heating means, the mold, and the molding method.
<冷却手段を有する構成について>
本発明の装置構成の態様の1つは、冷却用熱媒体の噴射による冷却手段を有し、熱媒体噴射か又は赤外線照射による加熱手段を有しない構成である。
冷却手段は、上記成形型の上部または周辺に駐在し、樹脂シートの賦形後に成形型上部から、成形型に吸引固定されている賦形体に向けて冷却媒体を噴射して冷却を行うように構成される。冷却媒体としては空気、窒素、二酸化炭素などの圧縮された気体や、水、アルコール等の揮発性液体などを単独あるいは併用して用いることができる。なお、ドライアイスなど粉粒体を空気とともに吹き付ける方法もある。噴射装置は、多孔板の孔から噴射してもよく、任意の噴射ノズルを噴射してもよく、公知のどのようなものも用いることができる。
本発明の装置の具体例を図1に示す。本図は、圧空又は真空賦形後、冷却手段40が成形型上部で作動して成形型に吸引固定されている賦形体を冷却している工程を示したものである。圧縮空気Aは、枝別れした導管44を通じて分配され、噴射ノズル43から噴射され賦形体110の面に衝突し反射され、配管間隙46を通って逸散する。なお45は導入管等の固定フレーム、60は成形型を示す。本図の構成では、前記加熱手段の存在し示されていないが、その存在がなくても、成形型の表面温度を十分高くして賦形工程を進めれば賦形体の熱処理は行うことができる。
<About the structure having a cooling means>
One aspect of the apparatus configuration of the present invention is a configuration having a cooling means by injection of a cooling heat medium and not having a heating means by heat medium injection or infrared irradiation.
The cooling means is located in the upper part or the periphery of the mold, and after cooling the resin sheet, the cooling medium is injected from the upper part of the mold toward the shaped body sucked and fixed to the mold to perform cooling. Composed. As the cooling medium, compressed gas such as air, nitrogen and carbon dioxide, volatile liquid such as water and alcohol can be used alone or in combination. There is also a method of spraying powder particles such as dry ice together with air. The injection device may inject from a hole in the perforated plate, may inject an arbitrary injection nozzle, and any known device can be used.
A specific example of the apparatus of the present invention is shown in FIG. This figure shows a process in which the cooling means 40 operates on the upper part of the mold and cools the shaped body sucked and fixed to the mold after the compressed air or vacuum shaping. The compressed air A is distributed through the
<加熱手段を有する構成>
本発明の装置構成の別の態様の1つは、熱媒体噴射か又は赤外線照射による加熱手段を有し、冷却用熱媒体の噴射による冷却手段を有しない構成である。
1)加熱気体を噴射する手段は、外部で加熱した圧縮気体を導入してノズルから噴射してもよく、あるいは通常の圧縮気体をボックス内に導入して加熱しながら細孔から噴射してもよく、知られている方法ならば何れの方法も利用できる。なお、高温の圧縮気体により圧空賦形を行いながら、そのまま続けて賦形体の昇温熱処理を行う方法は効率的であり好ましい。
2)赤外線を照射する手段は、赤外線照射ランプ、高熱の赤外線放射板等の照射手段を賦形体に近づけることにより実施できる。赤外線放射板の表面は黒体塗料等で放射効率が高められていることが望ましい。具体的に実施するには、真空成形を行いながら照射手段を賦形体に近づけてもよく、あるいは圧空賦形を行いながら圧空ボックスの底に設けた放射板により赤外線放射してもよい。なお、赤外線は近赤外線も遠赤外線も好適に利用できる。
これらの加熱手段は、圧空成形用の圧空ボックスに付加すると非常に好都合である。その具体的な例は図2の一部に示す加熱された圧空ボックスである。加熱圧宿気体は外部から導入してもよく、又常温圧縮気体を圧空ボックス内で加熱できるようにしてもよい。なお上記に示す加熱手段は、赤外線圧空ボックスとは別に任意に構築してもよい。
なお、導入し排出される加熱気体の温度により熱処理の昇温を行う場合は、導入し排出する気体の温度は樹脂シートの予熱温度よりはるかな高温が望ましい。具体的には導入される圧縮気体の温度は250〜600℃であることが望ましい。例えば延伸PETシートの賦形に伴う熱固定では、熱板予熱は90〜100℃程度が適正であるが、排出口からの排出気体温度は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、この排出気体温度がこれ以下では迅速な昇温ができない。
なお、高温高圧気体は、空気、窒素、二酸化炭素などを圧縮し、更に別の装置で加熱し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適に利用できる。
なお、この態様の構成では熱媒噴射による冷却手段は有しないが、それはなくとも成形型の背後体温度を十分に低く設定制御することにより、離型後に表面温度を自動的に元の低温に回帰させることができる。
<Configuration with heating means>
Another aspect of the apparatus configuration of the present invention is a configuration having heating means by heat medium injection or infrared irradiation, and no cooling means by cooling heat medium injection.
1) The means for injecting the heated gas may be an externally heated compressed gas introduced and injected from the nozzle, or a normal compressed gas introduced into the box and heated and injected from the pores. Any known method can be used. In addition, it is efficient and preferable to perform the temperature raising heat treatment of the shaped body continuously while performing compressed air shaping with a high-temperature compressed gas.
2) The means for irradiating infrared rays can be implemented by bringing the irradiating means such as an infrared irradiation lamp and a high heat infrared radiation plate close to the shaped body. It is desirable that the radiation efficiency of the surface of the infrared radiation plate is enhanced by black body paint or the like. Specifically, the irradiation means may be brought closer to the shaped body while performing vacuum forming, or infrared radiation may be emitted by a radiation plate provided at the bottom of the compressed air box while performing compressed air shaping. In addition, near infrared rays and far infrared rays can be suitably used as infrared rays.
These heating means are very convenient when added to a pressure box for pressure forming. A specific example is the heated compressed air box shown in part of FIG. The heated pressurized gas may be introduced from the outside, or the room temperature compressed gas may be heated in the compressed air box. The heating means described above may be arbitrarily constructed separately from the infrared pressure pneumatic box.
When the temperature of the heat treatment is increased by the temperature of the heated gas introduced and discharged, the temperature of the gas introduced and discharged is preferably much higher than the preheating temperature of the resin sheet. Specifically, the temperature of the compressed gas to be introduced is desirably 250 to 600 ° C. For example, in the heat setting accompanying the shaping of the stretched PET sheet, the hot plate preheating is appropriately about 90 to 100 ° C, but the temperature of the exhaust gas from the outlet 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 that the temperature cannot be raised rapidly when the temperature of the exhaust gas is lower than this.
As the high-temperature and high-pressure gas, air, nitrogen, carbon dioxide or the like compressed and heated by another apparatus is used. Note that dry superheated steam containing moisture can also be suitably used.
Although the configuration of this aspect does not have a cooling means by heat medium injection, the surface temperature is automatically reduced to the original low temperature after the mold release by controlling the setting of the back body temperature of the mold sufficiently low. Can be regressed.
<冷却手段と加熱手段を合わせて有する構成>
本発明では、前記の冷却手段の他に、加熱気体の噴射手段かまたは赤外線を照射する手段を備え、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体を加熱して後、冷却手段を作動させるように構成して、好ましい態様とすることができる。
図2にこの構成の具体例を示す。本図は、圧空賦形と共に外部から導入された加熱圧縮気体により賦形体の昇温熱処理が行われた後で、成形型上部に進入した冷却手段40が作動して成形型に吸引固定された賦形体を冷却している工程を示したものである。30は加熱手段で、40は冷却手段、20は収納ボックスに収納された成形型群を示す。30の加熱手段は、圧空ボックス本体31と、加熱ヒーター32、分配空間34、気体送出孔35からなっている。なお35を穿った気体送出面36には黒体塗装が施され、ヒーター32により高温に保たれ効率よく赤外線を放射するように構成されている。なお、加熱圧縮気体は外部から導入されるが、その生成装置は本図では省略されている。
40の冷却手段は、函体状の本体44、圧縮気体の導入路41、導入空間42、多数の噴射孔43より構成され、導入された圧縮気体が43から噴射される。20の成形型群は、複数の成形型を固定板96に固定し収納ボックス97に収納したもので、熱媒通路95を通る加熱熱媒により背後体92を介して 表面層91が加熱温調される。91の材料は面方向に大きな熱浸透率を有し自己均温化の機能を持っている。112は吸着固定されている賦形体の主要部、111は賦形体縁部である。
<Configuration having both cooling means and heating means>
In the present invention, in addition to the cooling means, a heating gas injection means or infrared irradiation means is provided, and the cooling means is operated after heating the shaped body of the resin sheet fixed to the mold. It can comprise and it can be set as a preferable aspect.
FIG. 2 shows a specific example of this configuration. In this figure, after the temperature increasing heat treatment of the shaped body is performed by the heated compressed gas introduced from the outside together with the pressure forming, the cooling means 40 that has entered the upper part of the forming die is operated and sucked and fixed to the forming die. The process which is cooling the shaped body is shown. 30 is a heating means, 40 is a cooling means, and 20 is a group of molds stored in a storage box. The heating means 30 includes a compressed
The cooling means 40 includes a box-shaped
<成形型について>
成形型は基本構成として、熱浸透率(b値)(kJ/m2s1/2K)が0.01〜15である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有するものとする。
ここに示されている二つの手段はいずれも、上記表面層の表面温度を適度で均一な温度に調整する手段である。前者の手段には全面に展開した発熱に温度の均等化が図られる。しかし前者後者共に成形型に別の加熱手段を備えたものの備えていないものも利用できる。手段の具体内容については各態様に区分して後述する。
熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が0.01〜15である材料は、プラスチックス、セラミックス、選ばれた少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。参考のために幾つかの材料の熱浸透率は表1に示すが、この表の記載の何かを限定するものではなく、記載のないものも任意に利用することができる。
そして、表面層材料の上記の熱浸透率は、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、3以下であることがまた更に好ましい。またこの表面層の厚みは0.04mm以上であることが好ましく、また0.06mm以上であることが更に好ましく、0.1mm以上であることがまた更に好ましい。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以下であることがまた更に好ましい。
なお、上記表面層は層全体として上記の制約を満たす限りにおいて単層であってもよく多層であってもよい。
なお、成形型には、熱成形型の常法として賦形時の排気を行う微細孔が設けられ、真空吸引できるように装備される。
なお、上記熱浸透率の意味と各種材料のデータについては後に「本発明の内容についての補足説明」の欄と表1で詳述する。そして、また上記の数値限定の意義にいても同欄で説明する。
<About molds>
As a basic configuration, the mold has a surface layer made of a material having a thermal permeability (b value) (kJ / m2s1 / 2K) of 0.01 to 15 and heat generating means that spreads over the entire development surface of this layer or the layer. A means for promoting heat transfer in the direction of the development surface is provided.
Both of the two means shown here are means for adjusting the surface temperature of the surface layer to an appropriate and uniform temperature. In the former means, the temperature is equalized to the heat generated on the entire surface. However, both the former and the latter can be provided with a mold provided with another heating means but not. The specific contents of the means will be described later by dividing into each mode.
Examples of the material having a thermal permeation rate (kJ / m2s1 / 2K) of 0.01 to 15 include plastics, ceramics, a small number of selected metal materials, and the like. The value is smaller than that of a commonly used aluminum material, zinc alloy material or the like. For reference, the thermal permeabilities of some materials are shown in Table 1, but are not intended to limit anything described in this table, and those not described can be used arbitrarily.
The above-mentioned heat permeability of the surface layer material is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less. The thickness of the surface layer is preferably 0.04 mm or more, more preferably 0.06 mm or more, and still 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.
The surface layer may be a single layer or multiple layers as long as the entire layer satisfies the above constraints.
The mold is provided with a fine hole for exhausting during shaping as a conventional method of the thermoforming mold so that vacuum suction can be performed.
The meaning of the heat permeability and the data of various materials will be described later in detail in the column “Supplementary explanation about contents of the present invention” and Table 1. And also in the meaning of the above numerical limitation, it will be explained in the same column.
本発明における「問題解決の手段」の3)の態様を説明する。この態様で用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層の背後の略全面に接して発熱層を設け、表面層を定常的に均一に加熱昇温するようにしたものである。発熱層の更なる背後については特定するものではない。表面層と発熱層のみで形状保持あるいは固定など成形型としての機能に不足がなければ、その背後の物体は必要がなく、必要に応じて背後体を設けて構成させればよく、その場合は熱浸透率10以下のできるだけ小さい材料が好ましい。発熱層の発熱常時おこなってもよく、また成形サイクルに合わせて断続させてもよい。
この態様の具体的な成形型の例を図3に示す。背後に発熱層を有する成形型本体60は、61の表面層、65の発熱層、62の背後体からなり、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。
The aspect 3) of “problem solving means” in the present invention will be described. The mold used in this aspect is provided with a heat generating layer in contact with substantially the entire surface behind the surface layer having the predetermined heat permeability so that the surface layer is heated uniformly and uniformly. The further back of the heat generation layer is not specified. If there is no shortage of functions as a mold such as shape retention or fixing with only the surface layer and the heat generation layer, there is no need for an object behind it, and it can be configured with a back body if necessary. A material as small as possible having a heat permeability of 10 or less is preferred. The heat generation layer may always generate heat or may be intermittent according to the molding cycle.
An example of a specific mold of this embodiment is shown in FIG. The mold
本発明における「問題解決の手段」の4)の態様を説明する。この態様で用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層を直接発熱させるようにして表面層を定常的に均一な温度に調整するようにしたものである。表面層の背後には、背後層または背後体を構成し表面層の保持固定をする。背後層の材質及び形状については特定するものではないが熱浸透率10以下のできるだけ小さい材料が好ましい。なお表面層のみで形状保持あるいは固定など成形型としての機能が十分であれば、その背後の物体は必ずしも必要ではない。発熱層の発熱は常時おこなってもよく、また成形サイクルに合わせ適宜おこなってもよい。
この成形型の具体的な例を図4に示す。 発熱する表面層を有する成形型70は、71の 発熱表面層、72の 背後体、73の真空排気孔、74排気通路、76のリード電線からなる。より具体的には、例えばセラミックス等を背後体とし、更にその上に表面層として前記所定の熱浸透率を有する面状発熱体を貼り付けるが、またはその上で形成させて製作することができる。市販の利用できる面状発熱体として、例えばグラフトカーボン(日本パイオニニクス株)を含む含浸体や複合樹脂体などを挙げることができる。
The aspect 4) of “problem solving means” in the present invention will be described. The mold used in this embodiment is such that the surface layer having the predetermined heat permeability is directly heated to adjust the surface layer to a uniform temperature. A back layer or back body is formed behind the surface layer to hold and fix the surface layer. The material and shape of the back layer are not specified, but a material as small as possible having a heat permeability of 10 or less is preferable. It should be noted that an object behind the surface layer is not necessarily required if the surface layer alone has sufficient functions as a mold such as shape retention or fixation. The heat generation layer may always generate heat or may be appropriately performed according to the molding cycle.
A specific example of this mold is shown in FIG. The mold 70 having a heat generating surface layer includes a heat generating
本発明における「問題解決の手段」の5)の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記所定の表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が上記表面層のそれより大きな材料からなる蓄熱均一化層を設け、更にその背後に熱浸透率が上記蓄熱均一化層のそれより小さな材料による背後体を設けるようにしたものである。
この成形型では表面層の加熱昇温する手段は成形型に付随した構成であってもよいが、それはなくてもよく、その場合は成形プロセス中の赤外線照射あるいは高温気体の吹きつけによりそれを行うことができる。具体的にはこれらを利用する賦形体の熱処理を伴う成形を制御して連続的に繰り返すうちに表面層及びその下層を安定した温度に調整することができる。
この成形の場合、蓄熱均一化層の働きは、単に表面層の温度不均一を是正するのみならず、一つ前の成形サイクルの熱処理時の熱を蓄熱し、次のサイクルのために表面層に供給している働きをする。しかし、蓄熱均一化層は、背後体には熱を伝えることは必ずしも必要ではなく、別途の補助的加熱を行わないときは背後体への伝熱は少ないほど好ましい。
そのために、上記蓄熱均一化層の材料の熱浸透率は10以上であることが好ましく、15以上であることが更に好ましい。背後体の熱浸透率は15以下であることが好ましく、10以下で小さいことが更に好ましい。上記蓄熱均一化層の厚みは10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることが更に好ましい。またこの厚みは0.01mm以上であることが好ましく0.03mm以上であることが更に好ましい。このような限度の範囲外では、十分に蓄熱して表面層の温度回復できず、又十分に温度ムラを是正できない。また厚みが厚すぎる場合は、温度の定常化に時間がかかり又困難をともなう。
なお、背後体の形状厚みはどのようであってもよく、上記蓄熱均一化層の全面に密着する必要もなく、適度に空間を設けて断熱することはむしろ好ましい。
この成形型の具体的な例を図5に示す。この成形型50は、51の表面層
52の蓄熱均一化層、53の真空排気孔、54の排気通路、及び55の背後体
から構成されている。51の表面層には、前記した材料を用いればよい。52の材料としては、銅(b値33.9)、アルミニウム(b値23.3)、炭化ケイ素(b値16〜21)等の材料を用いればよい。55の背後体には、エンジニヤリングプラスチック、選ばれたセラミックス等のb値の小さな材料を用いればよい。
The aspect 5) of the “problem solving means” in the present invention will be described. The mold used in this embodiment is provided in close contact with the substantially entire surface behind the predetermined surface layer, and provided with a heat storage and homogenization layer made of a material having a thermal permeability (kJ / m2s1 / 2K) larger than that of the surface layer. Further, a back body made of a material having a heat permeability smaller than that of the heat storage homogenization layer is provided behind it.
In this mold, the means for heating and heating the surface layer may be a structure associated with the mold, but it may not be provided. In that case, it may be irradiated by infrared irradiation or hot gas blowing during the molding process. It can be carried out. Specifically, the surface layer and the lower layer thereof can be adjusted to a stable temperature while the molding with heat treatment of the shaped body using these is controlled and repeated continuously.
In this molding, the heat storage homogenization layer not only corrects the temperature non-uniformity of the surface layer, but also stores the heat during the heat treatment of the previous molding cycle, and the surface layer for the next cycle. Work to supply to. However, it is not always necessary for the heat storage homogenization layer to transmit heat to the back body, and it is preferable that heat transfer to the back body is small when additional auxiliary heating is not performed.
Therefore, the heat permeability of the material for the heat storage and homogenization layer is preferably 10 or more, and more preferably 15 or more. The heat permeability of the back body is preferably 15 or less, and more preferably 10 or less. The thickness of the heat storage homogenizing layer is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less. Further, this thickness is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.03 mm or more. Outside this range, heat cannot be sufficiently stored to recover the temperature of the surface layer, and temperature unevenness cannot be corrected sufficiently. On the other hand, if the thickness is too thick, it takes time to stabilize the temperature and is difficult.
Note that the shape and thickness of the back body may be any, and it is not necessary to be in close contact with the entire surface of the heat storage homogenization layer.
A specific example of this mold is shown in FIG. The
本発明における「問題解決の手段」の6)の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層の背面の全展開面に接した温度均一化層を形成させる。この温度均一化層は、平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい材料を用いることにより形成させることができる。温度均一化層の更なる背後については、表面層と温度均一化層のみで形状保持あるいは固定などができ、成形型としての機能に不足がなければその背後体は設けなくてもよい。背後体には加熱機構を設けて間接的に表面層を加熱温調してもよく、又それ設けないものも利用できる。背後体に加熱温調機構を設ける場合は背後体材料の熱浸透率は大きいことが望ましく、又10以上であることが望ましく、加熱温調機構を設けない場合はその熱浸透率は小さい方が望ましく、また10以下であることが望ましい。
この態様の具体的な成形型の例を図6に示す。 温度均一化層を有する成形型80は、81の表面層、82の 温度均一化層、83の真空排気孔、84の 排
気通路、85の加熱オイル通路、86の 背後体、87の成形型固定板よりなる。
温度均一化層として利用できる代表例として延伸グラファイトシートを挙げることができる。更に表面層はエポキシ樹脂、弗素樹脂、ポリイミド、PEEK等の熱浸透率の小さな耐熱性樹脂により形成させればよい。
The aspect 6) of “problem solving means” in the present invention will be described. The mold used in this embodiment forms a temperature uniformizing layer in contact with the entire development surface on the back surface of the surface layer having the predetermined heat permeability. This temperature uniformizing layer can be formed by using a material having a thermal permeability in at least one direction of the plane larger than that in the thickness direction. As for the further back of the temperature uniformizing layer, the shape can be maintained or fixed only by the surface layer and the temperature uniformizing layer, and the back body may not be provided if there is no shortage of functions as a mold. The back body may be provided with a heating mechanism to indirectly control the heating temperature of the surface layer, or those not provided may be used. When the heating temperature adjustment mechanism is provided on the back body, it is desirable that the heat penetration rate of the back body material is large, and is preferably 10 or more. When the heating temperature adjustment mechanism is not provided, the heat penetration rate should be smaller. Desirably, 10 or less is desirable.
An example of a specific mold of this embodiment is shown in FIG. A
A stretched graphite sheet can be given as a typical example that can be used as a temperature uniformizing layer. Further, the surface layer may be formed of a heat-resistant resin having a low thermal permeability such as epoxy resin, fluorine resin, polyimide, PEEK.
本発明における「問題解決の手段」の7)の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記成形型の表面層を厚み方向の熱浸透率を上記所定の値であるが、平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい値を有する材料により構成する。表面層の背後には、背後層または背後体を構成し表面層の保持固定をする。なお、背後体に加熱機構を設けて間接的に表面層を加熱温調してもよく、又それを設けないものも利用できる。
なお、背後体に加熱温調機構を設ける場合は背後体材料の熱浸透率は大きいことが望ましく、又10以上であることが望ましく、加熱温調機構を設けない場合はその熱浸透率は小さい方が望ましく、また10以下であることが望ましい。背後体の形状については特定するものではない。
この態様の具体的な成形型の例を図7に示す。温度均一化機能を有する成形型90は、91の均一化機能を有する表面層、92の 背後体、93の真空排気孔、94の 排気通路、95の加熱オイル通路からなる。材料構成は、例えばアルミニウム背後体の上に前記の延伸グラファイトシートから成る表面層を形成
させればよい。
The aspect 7) of the “problem solving means” in the present invention will be described. The mold used in this aspect is a material in which the heat permeability in the thickness direction of the surface layer of the mold is the predetermined value, but the heat permeability in at least one plane is larger than that in the thickness direction. It consists of. A back layer or back body is formed behind the surface layer to hold and fix the surface layer. In addition, a heating mechanism may be provided on the back body to indirectly control the heating temperature of the surface layer, or a device not provided with it may be used.
In addition, when providing a heating temperature control mechanism in a back body, it is desirable that the heat penetration rate of a back body material is large, and it is desirable that it is 10 or more, and when a heating temperature control mechanism is not provided, the heat penetration rate is small. It is desirable that the number is 10 or less. The shape of the back body is not specified.
An example of a specific mold of this embodiment is shown in FIG. The
<成形方法について>
前記した本発明の装置を用いて、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、賦形体を樹脂シート予熱温度以上の高温に昇温する熱処理工程と、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実施することができる。そして、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。
樹脂シートの予熱は、前記したごとく加熱板による直接加熱方式あるいは、赤外線照射、熱風オーブン等による間接加熱の方式で行うことができる。
これに次ぐ賦形工程は、公知の真空成形、圧空成形、真空圧空成形あるいは嵌合ダイプレス成形の方法で行うことができ、特に真空圧空成形の方法は好ましく利用できる。
なお、嵌合ダイ(コアキャビティ型)を用いて成形する場合はコアとキャビティの何れか一方が本成形型の構成をしておればよく、その場合他方で、加熱あるいは冷却の媒体を噴射させるようにしてもよく、好都合である。
賦形体の高温熱処理は、1)に加熱温調された成形型を用いるか、あるいは2)賦形体への赤外線照射そしてまたは加熱圧縮気体の噴射により行うことがでる。また、1)、2)の方法をそれぞれ単独でおこなってもよく、また併用してもよい。
なお、圧空賦形は常温気体により行ってもよいが、加熱気体により圧空賦形を行い引き続いて加熱気体噴射による賦形体の加熱処理を行うことは望ましい。なお、赤外線照射や加熱気体噴射を利用して圧空賦形を行う場合には、厳密には隣の工程と重なり合って進められ、これらの加熱手段で予熱の補充がおこなわれ、また賦形が進みながら材料の昇温がなされることもある。
続く冷却工程では、必要により冷却手段が成形型上部に引き寄せ、冷却媒体の噴射により成形型に真空固定されている賦形体を冷却して、最後に真空固定を解除して離型する。
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でき、またこれを高速連続で実施できることが特徴である。
本発明の方法に適する成形材料については後の「本発明の応用分野と利点」の欄で述べる。
(本発明の内容についての補足説明)
<About molding method>
A method for molding a thermoplastic resin sheet, comprising the resin sheet preheating step, the shaping step, the heat treatment step of raising the shaped body to a temperature higher than the resin sheet preheating temperature, and the cooling step using the apparatus of the present invention described above. Can be implemented. And these processes can be advanced at high speed and efficient continuous shaping | molding can be performed using a long molding material resin sheet.
As described above, the preheating of the resin sheet can be performed by a direct heating method using a heating plate or an indirect heating method using infrared irradiation, a hot air oven, or the like.
The subsequent shaping step can be performed by a known method of vacuum forming, pressure forming, vacuum pressure forming or fitting die press forming, and the method of vacuum pressure forming can be preferably used.
When molding is performed using a fitting die (core cavity mold), either the core or the cavity only needs to have the configuration of the main mold, and in that case, a heating or cooling medium is sprayed on the other side. This may be convenient.
The high-temperature heat treatment of the shaped body can be performed by using a mold whose temperature is adjusted in 1) or by 2) irradiating the shaped body with infrared rays and / or spraying a heated compressed gas. In addition, the methods 1) and 2) may be performed alone or in combination.
The compressed air shaping may be performed with a normal temperature gas, but it is desirable to perform the compressed air shaping with a heated gas and subsequently perform the heat treatment of the shaped body by heated gas injection. Strictly speaking, when performing pressurized air shaping using infrared irradiation or heated gas injection, the process proceeds with overlapping with the next process, preheating is replenished by these heating means, and shaping proceeds. However, the temperature of the material may be increased.
In the subsequent cooling step, if necessary, the cooling means draws up to the upper part of the mold, cools the shaped body that is vacuum-fixed to the mold by injection of the cooling medium, and finally releases the mold after releasing the vacuum fixation.
Normal thermoforming is performed through the process of preheating, shaping, cooling and releasing the resin sheet. On the other hand, the method of the present invention is characterized in that a heat treatment at a temperature higher than that at the time of shaping of the resin sheet can be performed between shaping and cooling, and this can be carried out continuously at a high speed.
Molding materials suitable for the method of the present invention will be described later in the section “Application Fields and Advantages of the Present Invention”.
(Supplementary explanation about the contents of the present invention)
(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)(kJ/m2s1/2K)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、参考のために表1にいくつかの材料のb値を例示するが、但しこれは本発明でのどこかで使用する材料を特定したものではない。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態が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。
The thermal permeability (b value) (kJ / m2s1 / 2K) used as the specified value of the present invention is a characteristic value of an object in contact with an object in contact with the amount of heat moving through the interface, and is obtained by the following equation: .
b = (λρC) 1/2 (1)
λ; thermal conductivity (Js-1m-1K-1)
ρ; density (kgm-3)
C; Specific heat (Jkg-1K-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.
Therefore, when the material having a small b value is used as the mold surface material, 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. However, since 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.
In addition, as a reference example of the b value, for example, the aluminum material is about 17 to 23, the iron material is about 13 to 16, the copper is about 34, the non-rust steel (SUS306) is 8.0, and many synthetic resins are 0.0. About 2 to 0.8, many ceramics fall between 1 and 20.
For reference, Table 1 shows b values of some materials, but this does not specify a material to be used anywhere in the present invention. 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. However, in the case of 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 form is changed to a foam or a porous body, this value changes greatly.
(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。
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均一な厚肉塗布が困難でもあり、本発明の効果を発揮させるよう成形型は従来から製作されてこなかった。
(2) <Significance of numerical limitation of mold configuration>
When a surface material having a large thermal permeability b value is used as the surface layer of the mold, heat is easily dispersed from the shaped body to the back, so that heated air or cooling air having a relatively small heat capacity is used. Then, it becomes impossible to heat and cool the shaped body easily, and when this value is a material exceeding 10, it is impossible to efficiently perform the heat treatment. This value is preferably small, but if it is smaller than 0.01, there is no material that can withstand use such as strength.
In this case, 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. Moreover, when 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 | stimulates temperature rising / falling of a quick shaping body loses. For example, in a known molding method, even if a mold such as a fluorine resin is temporarily formed on the mold for lubrication and release, the coating thickness is as thin as 30 μm or less. In addition, it is difficult to apply a uniform thick wall, and no mold has been manufactured so far to exert the effects of the present invention.
(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赤外線温度計非接触で測定する方法がある。繰り返し成形で表面層の表面温度は上昇下降の一定のサイクルを描くことになる。
なお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、賦形体厚み方向で温度傾斜があり、ここで示される表面温度あるいは界面温度と賦形体温度はかなり乖離があることは留意する必要がある。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定も、一般的には賦形体温度を正確に表すものでなない。
(3) <Temperature measurement of shaped body>
In the apparatus of the present invention, it is important to measure the change in the surface temperature of the mold or the interface temperature between the mold and the shaped body or the temperature change of the shaped body by some method. Specifically, for example, an extremely delicate measurement probe, for example, a 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. As another method, there is a method of measuring a shaped body without contact with an infrared thermometer. By repeated molding, the surface temperature of the surface layer draws a constant cycle of rising and falling.
When strictly considering the heat treatment temperature or mold release temperature of the shaping material, it should be noted that there is a temperature gradient in the thickness direction of the shaped body, and that the surface temperature or interface temperature shown here and the shaped body temperature are considerably different. There is a need. Further, temperature measurement from the back side of the shaped body with infrared rays or the like generally does not accurately represent the shaped body temperature.
<本発明の応用分野>
高温の熱処理を必要とする具体的な用途を挙げると、(1)延伸ポリエステルの熱固定成形に特に好適に利用でき、その他にも、熱可塑性ポリエステル樹脂、PLA樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、PEEK等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形に利用できる。またその中でも延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂シートの熱固定を伴う熱成形に特に好適に利用することができ、予熱の適温の80〜100℃に加熱し、熱固定に適する160〜190℃に迅速に加熱しそして迅速冷却離型するというプロセスを担うことができる。そして安定で効率よくまた連続的に高透明、高耐熱で高剛性の好ましい成形品を得ることができる。
また特に延伸処理を行っていない材料、例えば(1)通常の結晶性PET(CPET)の成形、あるいはまた(3)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提案することができる。
<Application field of the present invention>
Specific applications requiring high-temperature heat treatment are as follows: (1) It can be particularly suitably used for heat-fixing molding of stretched polyester. Besides, thermoplastic polyester resin, PLA resin, polypropylene, polyamide, PEEK, etc. It can be used for molding involving heat setting of a stretched sheet of crystalline resin. Of these, the stretched polyethylene terephthalate resin sheet can be particularly suitably used for thermoforming with heat setting, and is heated to a preheating temperature of 80 to 100 ° C. and quickly heated to 160 to 190 ° C. suitable for heat setting. And it can take the process of quick cooling and mold release. And, a stable and efficient and continuous molded article having high transparency, high heat resistance and high rigidity can be obtained.
Also, it is applied to materials that have not been particularly stretched, such as (1) molding of normal crystalline PET (CPET), or (3) polypropylene SPPF molding (solid phase high pressure molding). It is possible to propose a novel method for solving (relaxing residual stress strain and improving heat-resistant dimensional stability).
本発明の成形装置の重要要素である成形型の製作例のみ記し、装置の他構成要素については本文中に詳述しているのでここでは記載を省略する。
1)図3の成形型の製作例
易切削性のセラミックス材料であるマコール(石原薬品、b値1.7)を切削加工して背後体を製作し、その上に、ニッケル合金薄膜をパターン加工した抵抗発熱体をPEEK樹脂薄膜で挟んだ面状発熱体を全面に敷き詰めて接着剤で点付けし、更にその上に表面層として予熱したPEEK樹脂フイルム(Victrex社製 厚み0.2mm、 b値0.35)を圧空賦形して真空で固定し、そのままの状態で本体と共に380℃に加熱焼成した。この焼成により各層間の接着がなされると共にPEEK樹脂の結晶化が進み耐熱性の高いものとなった。なお、成形物は75×150mmの方形で深さ30mmのトレー形状物で、成形型の外寸を84×168mmの方形で高さ55mmとした。
なお、表面層の厚みは約0.2mmとなった。又表面層のPEEK樹脂は結晶化によりb値が多少大きくなっていると思われるが、本発明の最も好ましい範囲を超えるものではない。
この型の昇温テストを行ったが、表面温度を180℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
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。
2)図4の成形型の製作例
上記1)と同材料で背後体(背後層)を製作し、その上にテープ状のグラフトカーボン含浸ガラスクロス(日本パイオニニクス製、両端からの通電により発熱する材料)並べて貼り、更にPEEK粉体懸濁液(オキツモ製)を塗布して浸みこませて乾燥させ、全体を380℃で焼成することにより製作した。形成された表面層の熱浸透率の値は正確に測定されていないが、用いた材料から考えて0.5〜2.0程度と推定され、本発明の最も好ましい範囲を超えるものではではない。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記1)と同じにした。
この型の昇温テストを行ったが、表面温度を180℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
3)図5の成形型の製作例
ポリイミド樹脂ブロック材料(デュポン社のベスペル、b値0.36)を切削加工して背後体を製作し、この上に銅メッキ(厚み0.2mm)を施して温度均一化層とし、更にその上に耐熱エポキシ樹脂のコーティング(b値0.7、 厚み0.25mm)を行ってこれを表面層とした。なお、コーティングムラは機械加工で切削修正した。また、温度均一化層及び成形表面には繊細な温度センサー先端を接触させて設けた。なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記1)と同じにした。
この成形型自体には、加熱手段は装備されていないので、外線照射をともなって加熱気体噴射のできる本発明の装置にて成形テストを行った。先ず、成形材料を装着せず加熱気体噴射による加熱と常温空気噴射による冷却を成形サイクルの間隔で繰り返して、温度均一化層をある定常温に昇温させておいて実際の熱処理を伴う成形テスト行った。成形テストを繰り返し連続しても成形品のエッジ部で白化や亀裂、部分的な透明度低下などの不均部分が発生することはなかった。
この成形結果では、蓄熱均一化層が、単に表面層の温度不均一を是正するのみならず、一つ前の成形サイクルの熱処理時の熱を蓄熱し、次のサイクルで表面層に供給する成形を続けることができたことを示している。
4)図6の成形型の製作例
アルミニウム材料A5052(b値17.4)を切削加工して背後体を製作し、この上に延伸グラファイトシート(大塚電機製、SS400 厚み0.13mm)を耐熱性接着剤を用いて積層し、約0.3mmの厚みを有し、温度の自己均一化機能を有する層を形成させ、更にその上に、上記1)の例と同用にPEEKシートを圧空賦形し、同用に焼成して表面層を形成させた。この成形型を、カートリッジヒーターを内臓する固定板に固定した。表面層は約0.16mmの厚みを有し上記1)と同じb値を有するもので、背後層から温度の均一化の作用を受けることができる。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記1)と同じにした。
固定板を昇温し、この型の昇温テストを行ったが、表面温度を180℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
5)図7の成形型の製作例
上記3)と同じアルミニウム材料A5052を切削加工して背後体を製作し、この上に同じ延伸グラファイトシートを耐熱性接着剤を用いて積層し、約0.3mmの厚みを有し、温度の自己均一化機能を有する層を形成させ、この層をそのまま表面層とした。また、背後体内部には熱媒体通路を設けた。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記1)と同じにした。
なお、用いたグラファイトシートのb値は、厚み方向で3.5、水平方向で29.1であり、本発明の好ましい表面層を形成している。なお、この型を加熱された固定板搭載し、昇温テストを行ったが、表面温度を180℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
Only a manufacturing example of a molding die, which is an important element of the molding apparatus of the present invention, is described, and other components of the apparatus are described in detail in the text, and thus description thereof is omitted here.
1) Production example of the mold shown in FIG. 3 Machin (Ishihara Pharmaceutical Co., Ltd., b value of 1.7), a machinable ceramic material, is cut to produce a back body, and a nickel alloy thin film is patterned on it. A PEEK resin film (Victrex, thickness 0.2 mm, b value) pre-heated as a surface layer was spread with a sheet-like heating element sandwiched between PEEK resin thin films and spotted with an adhesive. 0.35) was pressure-air shaped, fixed in vacuum, and baked at 380 ° C. together with the main body. By this baking, adhesion between the respective layers was achieved, and crystallization of the PEEK resin progressed, so that the heat resistance became high. The molded product was a 75 × 150 mm square and 30 mm deep tray-shaped product, and the outer dimension of the mold was a 84 × 168 mm square and a height of 55 mm.
The thickness of the surface layer was about 0.2 mm. The b-value of the PEEK resin in the surface layer seems to have increased somewhat due to crystallization, but it does not exceed the most preferred range of the present invention.
This type of temperature rise test was conducted, and it was found that the variation was within several degrees when the surface temperature was 180 ° C., which was very preferable.
Although not shown in the drawings, the thermocouple tip was made to be exposed on the molding surface through the back body and the surface layer.
2) Manufacturing example of the mold shown in FIG. 4 A back body (back layer) is manufactured using the same material as 1) above, and a tape-like graft carbon-impregnated glass cloth (manufactured by Nippon Pioneix, Inc., generates heat when energized from both ends) Material to be produced) Attached side by side, further coated with PEEK powder suspension (manufactured by Okitsumo), soaked and dried, and fired at 380 ° C. for the whole. Although the value of the thermal permeability of the formed surface layer is not accurately measured, it is estimated to be about 0.5 to 2.0 in view of the material used, and does not exceed the most preferable range of the present invention. .
The dimensional shape of the molded product and the mold was the same as 1) above.
This type of temperature rise test was conducted, and it was found that the variation was within several degrees when the surface temperature was 180 ° C., which was very preferable.
3) Production example of the mold shown in FIG. 5 A polyimide resin block material (DuPont Bespel, b value 0.36) is cut to produce a back body, and copper plating (thickness 0.2 mm) is applied thereon. Then, a temperature uniformizing layer was formed, and a heat-resistant epoxy resin coating (b value 0.7, thickness 0.25 mm) was further formed thereon to form a surface layer. The coating unevenness was corrected by cutting by machining. Further, a delicate temperature sensor tip was provided in contact with the temperature uniformizing layer and the molding surface. The dimensional shape of the molded product and the mold was the same as 1) above.
Since this molding die itself is not equipped with a heating means, a molding test was conducted with the apparatus of the present invention capable of jetting heated gas with external line irradiation. First, a molding test with actual heat treatment is performed by heating the temperature uniformizing layer to a certain steady temperature by repeating heating by air injection and cooling by room temperature air injection without molding material at intervals of the molding cycle. went. Even when the molding test was repeated continuously, uneven portions such as whitening, cracks, and partial transparency reduction did not occur at the edge of the molded product.
In this molding result, the heat storage homogenization layer not only corrects the temperature non-uniformity of the surface layer, but also stores heat from the heat treatment of the previous molding cycle and supplies it to the surface layer in the next cycle. Indicates that you have been able to continue.
4) Manufacturing example of the mold shown in FIG. 6 Aluminum material A5052 (b value 17.4) is cut to produce a back body, and a stretched graphite sheet (manufactured by Otsuka Electric Co., Ltd., SS400 thickness 0.13 mm) is heat resistant. Laminate with an adhesive to form a layer with a thickness of about 0.3 mm and a self-homogenizing function for temperature, and then apply PEEK sheet on the same as the example in 1) above. Shaped and fired for the same purpose to form a surface layer. This mold was fixed to a fixed plate with a built-in cartridge heater. The surface layer has a thickness of about 0.16 mm and the same b value as in the above 1), and can be subjected to temperature equalization from the back layer.
The dimensional shape of the molded product and the mold was the same as 1) above.
The temperature of the fixing plate was raised and this type of temperature rise test was conducted. When the surface temperature was set to 180 ° C., the variation was within several degrees and was found to be very favorable.
5) Production example of mold shown in FIG. 7 The same aluminum material A5052 as in 3) above is cut to produce a back body, and the same stretched graphite sheet is laminated thereon using a heat-resistant adhesive, and about 0. A layer having a thickness of 3 mm and having a temperature self-homogenizing function was formed, and this layer was used as a surface layer as it was. Further, a heat medium passage was provided inside the back body.
The dimensional shape of the molded product and the mold was the same as 1) above.
The b value of the used graphite sheet is 3.5 in the thickness direction and 29.1 in the horizontal direction, which forms a preferable surface layer of the present invention. This mold was mounted on a heated fixed plate and subjected to a temperature rise test. When the surface temperature was 180 ° C., the variation was within several degrees and was found to be very preferable.
図3に示す構造で表面層と背後発熱層を有する成形型を用い、常温圧空で成形型を高温設定にして熱処理を行う方法で、延伸PETシートの熱成形をおこなった。
1)成形材料;ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の2.5倍一軸延伸シー(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
成形機;枚葉真空圧空成形機、圧空能力10ton、赤外線予熱オーブン装
備のものを使用した。
圧空手段;公知の常温圧空成形用圧空ボックスを使用
圧空ボックスはアルミ製で圧空面の寸法170×170mm
冷却手段;図1の40に示す方式のものを使用した。
成形型;図3に示す構造のもので、実施例1の1)で示すもの2個を加熱機
構のない固定板に並べて固定板に固定し、内寸170×170mm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3mm低くなるようにした。
温度測定;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空間に差し入れ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;
樹脂シートの予熱温度;予熱オーブンで約95℃に予熱
表面層表面の予熱温度;185℃
圧空ボックス多孔板表面温度;約35℃
真空圧空賦形; 圧力0.4MPaの常温圧縮気体を使用 5秒、
圧空空間は閉鎖空間であり、実質的に賦形後の噴射は行われていない。
熱処理温度(界面温度);約177℃
賦形時に上記表面温度は瞬間的に約10数度℃低下し、すぐに回復してこの 温度になった。
冷却手段作動時間 ;3秒
離型時に表面(界面)温度は120℃に低下し、その後数秒で元の設定温度 に回復した。ただし加熱層通電のまま冷却した。
4)成形結果;
得られた成形品は良好な形状、透明で且つ均一なものであった。耐熱120℃のシリコンオイルの2分間浸漬試験で、目立った変形はなく耐熱性の優れたものであった。使用した成形型では、表面温度設定が容易で、又容易にブロウ冷却ができ、そして、表面温度の回復が速く、高速成形ができることがわかった。
なお、なお、短尺シートによる、繰り返しテストでも安定に成形できることがわかった。
A stretched PET sheet was thermoformed by a method in which a heat treatment was performed by using a molding die having a surface layer and a back heating layer in the structure shown in FIG.
1) Molding material: 2.5 times uniaxially stretched seam of homopolyethylene terephthalate resin (but not heat-set), 0.23 mm thick non-heat-fixed product was used.
2) Molding equipment
Molding machine: A single-wafer vacuum / pneumatic molding machine, having a pneumatic capacity of 10 ton and an infrared preheating oven.
Compressed air means: Uses a known compressed air box for normal temperature compressed air forming. The compressed air box is made of aluminum and has a compressed air surface of 170 × 170 mm.
Cooling means: a system shown by 40 in FIG. 1 was used.
Molding die: having the structure shown in FIG. 3 and two pieces shown in 1) of Example 1 were arranged on a fixing plate without a heating mechanism and fixed to the fixing plate, and housed in a storage box having an inner size of 170 × 170 mm. The upper surface of the mold was made 3 mm lower than the side wall of the storage box.
Temperature measurement: The tip of the thin wire thermocouple was exposed on the molding surface, and the molding surface temperature and the shape body interface temperature could be measured. Similarly, a thin wire thermocouple is inserted into the compressed air box space and arranged so that the compressed air temperature can be measured.
3) Molding method and molding conditions;
Preheat temperature of resin sheet; Preheat to about 95 ° C in preheat oven
Preheating temperature of surface layer surface: 185 ° C
Pressure box perforated plate surface temperature: about 35 ° C
Vacuum pressure forming; Uses normal temperature compressed gas with a pressure of 0.4 MPa for 5 seconds.
The compressed air space is a closed space, and substantially no injection after shaping is performed.
Heat treatment temperature (interface temperature); about 177 ° C
At the time of shaping, the surface temperature instantaneously decreased by about 10 ° C. and recovered quickly to this temperature.
Cooling means operating time: 3 seconds
At the time of mold release, the surface (interface) temperature dropped to 120 ° C., and then returned to the original set temperature within a few seconds. However, it cooled with the heating layer energized.
4) Molding result;
The obtained molded product was a good shape, transparent and uniform. In a 2-minute immersion test of silicon oil having a heat resistance of 120 ° C., there was no noticeable deformation and the heat resistance was excellent. It was found that the used mold can easily set the surface temperature, can be easily blown-cooled, can recover the surface temperature quickly, and can be molded at high speed.
In addition, it was found that the sheet can be stably formed even by a repeated test using a short sheet.
図2の30に示す装置で、加熱媒体の噴射による圧空成形と熱処理を行う方法で、同じ延伸PETシートの熱成形をおこなった。但し成形型は実施例2と同じものを用いた。また、図1の40のような冷却手段を用いた。
1)成形装置
成形機;実施例2と同じもの
圧空賦形及び加熱手段;図2の30のような形式の加熱圧空ボックスを使用した。な お、外部から加熱圧縮気体を導入するようにし、噴射面は、黒体塗装を行い又内部の ヒーターにより高温保持し、効率良く赤外線照射できるようにした。なお、圧空ボッ クス側壁の比較的下部に、排気孔を設け圧空空間から任意に排気する
ようにした。圧空ボックスはアルミ製で圧空面の寸法は170×170mmであっ た。
2)成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱;実施例2と同様に約95℃に予熱した。
圧空ボックス多孔板設定温度;350℃
成形型設定表面温度;発熱体層の制御により175℃に設定
成形型/賦形体界面の到達最高点温度; 180℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気;350℃、元圧0.4MPa
圧空真空圧空賦形; 4秒、 圧空圧0.2MPa、
圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気の排気がなされながら賦形と賦 形体の昇温が行われた。
冷却手段の空気ブロウ時間 ;6秒
離型時に表面(界面)温度は130℃に低下した、その後数秒で元の設定温 度に回復した。なお冷却は加熱層通電のまま行った。
3)成形結果 ;
得られた成形品は良好な形状、透明で且つ均一なものであった。耐熱性は実施例2と同様のテストで、150℃で変形、目立った収縮はなく優れたものであった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
The same stretched PET sheet was thermoformed by a method of performing pressure forming by heat medium injection and heat treatment using the
1) Molding apparatus Molding machine: the same as in Example 2 Pneumatic shaping and heating means: A heated / pneumatic box of the
2) Molding method and molding conditions
Preheating of resin sheet: Preheated to about 95 ° C. as in Example 2.
Pressure box perforated plate set temperature: 350 ° C
Mold setting surface temperature; set to 175 ° C by controlling heating element layer
Maximum temperature reached at the mold / shaped object interface; 180 ° C
Introducing air from outside into the compressed air box; 350 ° C, source pressure 0.4 MPa
Compressed air vacuum compressed air shaping; 4 seconds, compressed air pressure 0.2 MPa,
The compressed air space was not completely closed, and shaping and temperature raising of the shaped body were performed while exhausting hot compressed air.
Air blow time of cooling means; 6 seconds
At the time of mold release, the surface (interface) temperature dropped to 130 ° C., and then recovered to the original set temperature within a few seconds. The cooling was performed while the heating layer was energized.
3) Molding result;
The obtained molded product was a good shape, transparent and uniform. The heat resistance was the same test as in Example 2, and was excellent without deformation and noticeable shrinkage at 150 ° C. In addition, it was found that even in a continuous repeated test using a short sheet, a uniform molded product can be molded stably and at high speed without the occurrence of cracks, whitening, or a texture-reduced portion at the edge of the molded product.
成形型を変更した他は、実施例2と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は実施例1の2)のもの、すなわち表面層自体が発熱機能を有する成形型2個を実施例2と同様の固定板に固定し同様に収納ボックスにし収容したものを使用した。
1)成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱;約95℃
圧空ボックス多孔板表面温度;約35℃
成形型設定表面温度;180℃
成形型/賦形体界面の到達最高点温度;180℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気;約25℃、0.4MPa
圧空真空圧空賦形;4秒、 0.2MPa 同時に真空作動
冷却手段の空気ブロウ時間;5秒(冷却時は表面加熱通電は停止)
2)成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
Except for changing the mold, thermoforming was performed using the same molding apparatus and the same molding material as in Example 2. The mold used was 2) of Example 1, that is, a mold in which two molds whose surface layer itself has a heat generation function was fixed to the same fixing plate as in Example 2 and similarly stored in a storage box.
1) Molding method and molding conditions
Preheating of resin sheet; approx. 95 ° C
Pressure box perforated plate surface temperature: about 35 ° C
Mold setting surface temperature: 180 ° C
Maximum temperature reached at the mold / shaped object interface; 180 ° C
Air introduced from the outside to the compressed air box; about 25 ° C., 0.4 MPa
Pressure vacuum Vacuum pressure shaping; 4 seconds, 0.2 MPa Simultaneous vacuum operation
Air blow time of cooling means: 5 seconds (surface heating energization stops during cooling)
2) Molding result A molded product with a transparent and highly uniform appearance was obtained. It was found that high speed molding was possible. In addition, it was found that even in a continuous repeated test using a short sheet, a uniform molded product can be molded stably and at high speed without the occurrence of cracks, whitening, or a texture-reduced portion at the edge of the molded product.
成形型を変更した他は、実施例3と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は、実施例1の3)のもの、すなわち表面層の背後に温度均一化機能を有する成形型2個を加熱ヒーターを内蔵する固定板に固定し収納ボックスにし収容したものを使用した。
1)成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱;約95℃
圧空ボックス多孔板表面温度;400℃
成形型設定表面温度;160℃
成形型/賦形体界面の到達最高点温度;182℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気;400℃ 0.4MPa
圧空真空圧空賦形;4秒 0.2MPa
冷却手段の空気ブロウ時間;4秒
2)成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
Except having changed the shaping | molding die, it thermoformed using the same molding material as the Example 3 and the same molding material. The mold used was 3) of Example 1, that is, a mold in which two molds having a temperature equalizing function behind the surface layer were fixed to a fixed plate containing a heater and housed in a storage box.
1) Molding method and molding conditions
Preheating of resin sheet; approx. 95 ° C
Pressure box perforated plate surface temperature: 400 ° C
Mold setting surface temperature; 160 ° C
Maximum temperature reached at the mold / shaped object interface; 182 ° C
Air introduced from outside into the compressed air box; 400 ° C 0.4 MPa
Compressed air vacuum compressed air shaping; 4 seconds 0.2 MPa
Air blow time of cooling means; 4 seconds
2) Molding result A molded product with a transparent and highly uniform appearance was obtained. It was found that high speed molding was possible. In addition, it was found that even in a continuous repeated test using a short sheet, a uniform molded product can be molded stably and at high speed without the occurrence of cracks, whitening, or a texture-reduced portion at the edge of the molded product.
成形型を変更した他は、実施例3と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は、実施例1の4)のもの、すなわち表面層自体が温度均一化機能を有する成形型2個を実施例2と同様の加熱機構を有しない固定板に固定し同様に収納ボックスにし収容したものを使用した。
1)成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱;約95℃
圧空ボックス多孔板表面温度;400℃
成形型設定表面温度;175 (熱媒通路への通油により加熱)
(表面のどの部分も殆ど温度差なく設定できることを確認した。)
成形型/賦形体界面の到達最高点温度;183
圧空ボックスへの外部からの導入空気;400℃ 0.4MPa
圧空真空圧空賦形;4秒 0.2MPa
冷却手段の空気ブロウ時間;6秒
2)成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
(比較例1)
Except having changed the shaping | molding die, it thermoformed using the same molding material as the Example 3 and the same molding material. The mold is the same as that in Example 1 4), that is, two molds whose surface layer itself has a temperature equalizing function are fixed to a fixing plate not having a heating mechanism similar to that of Example 2 to form a storage box. The housed one was used.
1) Molding method and molding conditions
Preheating of resin sheet; approx. 95 ° C
Pressure box perforated plate surface temperature: 400 ° C
Mold setting surface temperature: 175 (heated by oil passing through heat medium passage)
(It was confirmed that any part of the surface could be set with almost no temperature difference.)
Maximum temperature reached at the mold / shaped object interface; 183
Air introduced from outside into the compressed air box; 400 ° C 0.4 MPa
Compressed air vacuum compressed air shaping; 4 seconds 0.2 MPa
Air blow time of cooling means: 6 seconds 2) Molding result A molded product having a transparent and highly uniform appearance was obtained. It was found that high speed molding was possible. In addition, it was found that even in a continuous repeated test using a short sheet, a uniform molded product can be molded stably and at high speed without the occurrence of cracks, whitening, or a texture-reduced portion at the edge of the molded product.
(Comparative Example 1)
実施例2と同じ装置で、成形型のみ公知の通常用いられるものを装着し、実施例2と同じ成形材料シートを使用して以下のテストを行った。成形型は、一般的に用いられるアルミニウム材A5052製の単純構成のものを、カートリッジヒーターを装着した固定板に固定して使用した。なお、A5052のb値は17.4であり、本発明に用いる成形型の表面層形成に適さないものである。
1)成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱; 予熱オーブンで約95℃に予熱
真空圧空賦形; 0.4MPa、3秒 常温気体による圧空と同時に成形型側 の真空引きも作動させた。なお、圧空空間は閉鎖されており、実質的に賦 形後の空気ブロウは行われていない。
成形型設定表面温度;185℃ (固定板温度調整により)
成形型/賦形体界面の熱処理温度;175℃
賦形の瞬間に、成型型表面温度(界面温度)は約10℃低下し、熱処理温度は約 175℃となった。
冷却手段作動時間;20秒
離型時の成型型表面温度(界面温度)は大約155℃であった。
2)テストの結果;
冷却ブロウ時間を20秒として、一応の形状を保って離型できたが、十分に精密なものではなかった。
更にこの方法は、長い冷却時間とともに、離型後の上記表面温度の予熱温度への回帰に少なくとも10秒程度の時間を要し、高速の連続成形に適し難いことがわかった。
(比較例2)
In the same apparatus as in Example 2, a known and commonly used mold only was mounted, and the following test was performed using the same molding material sheet as in Example 2. As the mold, a generally used aluminum material A5052 made of a simple structure was fixed to a fixed plate equipped with a cartridge heater. The b value of A5052 is 17.4, which is not suitable for forming the surface layer of the mold used in the present invention.
1) Molding method and molding conditions Preheating of the resin sheet; Preheating to about 95 ° C. in a preheating oven; Vacuum pressure forming; 0.4 MPa, 3 seconds. In addition, the compressed air space is closed and air blow after shaping is not performed.
Mold set surface temperature: 185 ° C (by adjusting fixed plate temperature)
Heat treatment temperature at the mold / shaped object interface; 175 ° C
At the instant of shaping, the mold surface temperature (interface temperature) decreased by about 10 ° C., and the heat treatment temperature became about 175 ° C.
Cooling means operating time: 20 seconds
The mold surface temperature (interface temperature) at the time of mold release was about 155 ° C.
2) Test results;
Although the cooling blow time was set to 20 seconds, the mold could be released while maintaining a temporary shape, but it was not sufficiently precise.
Furthermore, it has been found that this method requires at least about 10 seconds to return to the preheating temperature of the surface temperature after the mold release along with a long cooling time, and is not suitable for high-speed continuous molding.
(Comparative Example 2)
実施例3と同じ成形装置で、比較例1同じ成形型を使用し、実施例1と同じ成形材料シートを使用して以下のテストを行った。成形型は、アルミニウム単体のものを固定板に固定して使用した。
1)成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱;予熱オーブンで約95℃に予熱。
成形型表面温度;固定板温度の設定調整により、155℃に予熱してテストした。
加熱板への導入空気; 温度400℃、元圧0.4MPa
真空圧空賦形;0.2MPa、6秒
(但し成形型側の真空引きも同時作動)
圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気を一部排気しながら賦形と賦形体の昇温 を行った。
成形型/賦形体界面の到達最高点温度;成形型表面(界面)温度の降下はなく、約 10℃上昇し約170℃になった。
冷却手段作動;空気ブロウを20秒作動させて離型、
2)テストの結果;
成形品は、20秒という長時間冷却ブロウで、一応の形状を保持して離型できたが、十分に精密なものではなかった。
なお、離型後の上記表面温度の設定予熱温度への回帰も少なくとも10秒程度の時間を要し、この装置構成は高速の連続成形に適し難いことがわかった。
(比較例3)
In the same molding apparatus as in Example 3, the same mold as in Comparative Example 1 was used, and the following test was performed using the same molding material sheet as in Example 1. The mold used was an aluminum single piece fixed to a fixed plate.
1) Molding method and molding conditions Preheating of resin sheet; Preheating to about 95 ° C in a preheating oven.
Mold surface temperature: Tested by preheating to 155 ° C. by adjusting the fixing plate temperature.
Air introduced into the heating plate; temperature 400 ° C., source pressure 0.4 MPa
Vacuum pressure forming; 0.2 MPa, 6 seconds (However, vacuuming on the mold side is also activated simultaneously)
The compressed air space was not completely closed, and the shape and the temperature of the shaped body were raised while exhausting some of the hot compressed air.
Maximum point temperature reached at the mold / shaped object interface; the mold surface (interface) temperature did not decrease, but increased by about 10 ° C. to about 170 ° C.
Cooling means actuated; air blower actuated for 20 seconds to release mold,
2) Test results;
The molded product could be released from the mold while maintaining a temporary shape with a cooling blow for a long time of 20 seconds, but it was not sufficiently precise.
It should be noted that the return of the surface temperature to the set preheating temperature after release requires at least about 10 seconds, and it was found that this apparatus configuration is not suitable for high-speed continuous molding.
(Comparative Example 3)
実施例3と同じ装置で、成形型のみ変更し、同じ成形材料を使用し、成形テストを行った。成形型は、ウレタン樹脂発泡体(三洋化成製、サンモジュール33)から切削加工により製作した公知の単純構成ものを、加熱ヒーターを内蔵するアルミニウム製固定板に固定して使用した。 なお、型材のb値 は、0.7で、本発明に用いる成形型の表面形成の素材としての制約を満たすものである。
1)成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱; 予熱オーブンで約95℃に予熱
成形型表面予熱温度;75℃ 、但し上記の固定板による加熱と同時に約温度 不均一甚だしい。
300℃の熱風ブロウによりこの温度に予熱した。
加熱板への導入空気温度; 400℃
真空圧空賦形;0.2MPa、8秒、(成形型側の真空引きも同時に作動)、 圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気の排気がなされながら賦形と 賦形体の昇温が行われた。
成形型表面(界面)温度の降下はなく、183℃に上昇した。
冷却手段作動;空気ブロウを5秒作動させて離型、
離型時の成形型表面(界面)温度は113℃であった。
2)テストの結果;
成形型の背後体加熱の方法では、又部位による温度差は数10℃に及び、また必要な表面温度に達せしなかった。成形テストは、実用的ではないが、熱風で補助的に予熱して行った。最初に得られた成形品は、良好で耐熱性もあった。この装置構成では、冷却は非常に容易であるが、大幅な昇温のために過酷な加熱条件設定が必要であった。そのため繰り返しテストを行うと、成形型表面層の部位による温度ムラが次第に大きくなり、遂についには、エッジ部などが過熱で亀裂を生ずるなど成形に支障
を来し下した。
With the same apparatus as in Example 3, only the mold was changed, the same molding material was used, and a molding test was performed. As the molding die, a known simple structure manufactured by cutting a urethane resin foam (manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., Sun Module 33) was used by fixing it to an aluminum fixing plate incorporating a heater. The b value of the mold material is 0.7, which satisfies the restriction as a material for forming the surface of the mold used in the present invention.
1) Molding method and molding conditions
Preheat resin sheet; Preheat to about 95 ° C in preheat oven
Mold surface preheating temperature: 75 ° C. However, the temperature is not uniform at the same time as the heating by the fixing plate.
It was preheated to this temperature with a 300 ° C. hot air blow.
Air temperature introduced to the heating plate: 400 ° C
Vacuum pressure forming; 0.2 MPa, 8 seconds (the vacuum on the mold side is also activated at the same time), the pressure space is not completely closed, and the shape and the temperature of the shaped body are raised while high-temperature pressure air is exhausted It was broken.
There was no drop in the mold surface (interface) temperature, and the temperature rose to 183 ° C.
Cooling means actuated; air blower actuated for 5 seconds to release mold,
The mold surface (interface) temperature at the time of mold release was 113 ° C.
2) Test results;
In the method of heating the back body of the mold, the temperature difference depending on the site reached several tens of degrees C., and the required surface temperature could not be reached. The molding test was not practical, but was pre-heated with hot air. The molded product obtained initially was good and heat resistant. In this apparatus configuration, cooling is very easy, but severe heating conditions must be set for a significant temperature increase. Therefore, when the test was repeatedly performed, the temperature unevenness due to the portion of the mold surface layer gradually increased, and finally, the edge portion and the like were cracked due to overheating, which hindered the molding.
<本成形装置を用いる効用>
本発明の機構の成形型を用いる熱成形には下記のような効用がある。
(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)結晶性樹脂の延伸シート、例えば延伸PETシート材を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、剛性を利用し既存成形製品の省材料ができる効用は大きい。
(3)変動温度の測定結果を反映させ、加熱条件及び冷却条件を調整または制御することにより、最適製品、最短サイクルを容易に実現でき、安定な制御を行うことができる。また、短時間に安定生産条件に移行することができる。
(4)均一な成形品、多数個成形ではバラツキの少ない成形品を効率良く生産することができる。
(5)広範囲種類の成形型あるいは成形材料を選んで成形に利用することができる。
(6)エネルギー消費を節約した生産を行うことができる。
(7)なお、本発明の装置は結晶性樹脂の延伸シート以外の材料、例えば延伸されていない材料、例えばCPET材料など広範囲に応用することができる。
<Effectiveness using this molding device>
Thermoforming using the mold of the mechanism of the present invention has the following effects.
(1) 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.
(2) A thermoformed product having excellent mechanical strength such as heat resistance, transparency, and rigidity can be efficiently obtained by thermoforming a crystalline resin stretched sheet, for example, a stretched PET sheet material as described above. Can be produced. Moreover, the utility which can save the material of the existing molded product using rigidity is great.
(3) By reflecting the measurement result of the fluctuating temperature and adjusting or controlling the heating condition and the cooling condition, the optimum product and the shortest cycle can be easily realized and stable control can be performed. Moreover, it can shift to stable production conditions in a short time.
(4) Uniform molded products and molded products with few variations can be efficiently produced by molding many pieces.
(5) A wide variety of molds or molding materials can be selected and used for molding.
(6) Production can be performed while saving energy consumption.
(7) The apparatus of the present invention can be applied to a wide range of materials other than a stretched sheet of crystalline resin, such as an unstretched material, such as a CPET material.
20 成形型組み付け構成
30 加熱手段(加熱圧空ボックス)
31 圧空ボックス本体(加熱気体用)
32 加熱ヒーター
33 加熱圧縮気体の導入路
34 分岐空間
35 気体送出孔
36 気体送出面(赤外線放射面)
40 冷却手段(各方式)
41 圧縮気体導入路
42 導入空間
43 噴射孔又は噴射ノズル
44 導管又は函体
45 固定フレーム
46 通気空間(配管間間隙)
50 成形型(背後に均一化層)
51 表面層
52 蓄熱均一化層
53 真空排気孔
54 排気通路
55 背後体
60 成形型(背後に発熱層)
61 表面層
62 背後体
63 真空排気孔
64 排気通路
65 発熱層
66 リード電線
70 成形型(表面層が発熱機能)
71 発熱表面層
72 背後体
73 真空排気孔
74 排気通路
76 リード電線
80 成形型(背後に均一化層)
81 表面層
82 温度均一化層
83 真空排気孔
84 排気通路
85 熱媒オイル通路
86 背後層(背後体)
87 成形型固定板
90 成形型(表面層が均一化機能)
91 自己温度均一化表面層
92 背後層(背後体)
93 真空排気孔
94 排気通路
95 加熱オイル通路
96 固定板
97 成形型収納ボックス
110 熱可塑性樹脂シートの賦形体(全体)
A 冷却媒体(圧縮気体等) HA 加熱圧縮空気
20 Mold assembly structure
30 Heating means (heating and pressure box)
31 Pneumatic box body (for heated gas)
32
34 Branch space
35 Gas delivery hole
36 Gas delivery surface (infrared radiation surface)
40 Cooling means (each method)
41 Compressed gas introduction path
42
44 Conduit or
46 Ventilation space (gap between pipes)
50 Mold (Uniform layer on the back)
51 Surface layer
52 Heat
54
60 Mold (heat generation layer behind)
61
70 Mold (Surface layer generates heat)
71 Heat generation surface layer
72
74
80 Mold (Uniform layer on the back)
81 Surface layer
82
84
86 Back layer (back body)
87
91 Self-temperature uniformized surface layer
92 Back layer (back body)
93 Vacuum exhaust hole
94
96
110 Shaped body of thermoplastic resin sheet (whole)
A Cooling medium (compressed gas, etc.) HA Heated compressed air
(1)熱媒体を噴射するか又は赤外線を照射する手段により、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方を行うように構成された熱成形装置において、成形型として、 熱浸透率(b値)(kJ/m 2 s 1/2 K)が0.01〜15である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有する構成のものを用いる熱可塑性樹脂シートの熱成形装置を提供するものである。
なお、本発明において上記「表面層」は成形型の成形面を含む層をいう。また「賦形」ならびに「賦形工程」は成形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成形品を意味するものとする。
なお上記表面層の厚みは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、上記表面層の材料の熱浸透率は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、3以下であることが又更に好ましい。また表面層の厚みは0.04mm以上であることが好ましい。
なお、上記表面層は層全体として上記の制約を満たす限りにおいて単層であってもよく多層であってもよい。
(1) In a thermoforming apparatus configured to perform at least one of heating and cooling of a shaped body of a resin sheet fixed to a mold by means of spraying a heat medium or irradiating infrared rays, And a surface layer made of a material having a thermal permeation rate (b value) (kJ / m 2 s 1/2 K) of 0.01 to 15, and a heating means that spreads over the entire development surface of this layer or the development of this layer The present invention provides a thermoplastic resin sheet thermoforming apparatus using a structure having means for promoting heat transfer in the surface direction.
In the present invention, the “surface layer” refers to a layer including the molding surface of the mold. “Shaping” and “shaping step” indicate a part of the operation during molding, and “shaped body” means a molded product held in a mold.
Note that 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.
The heat permeability of the surface layer material is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less. The thickness of the surface layer is preferably 0.04 mm or more.
The surface layer may be a single layer or multiple layers as long as the entire layer satisfies the above constraints.
(5)上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率(kJ/m 2 s 1/2 K)が上記表面層のそれより大きい材料からなる蓄熱均一層を設け、更にその背後に熱浸透率が蓄熱均一化層のそれより小さい材料からなる背後体を設けて構成したものであることを特徴とする上記(1)から(4)のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。上記蓄熱均一化層の材料の熱浸透率は10以上であることが好ましく、15以上であることが更に好ましい。背後体のそれは15以下であることが好ましく、10以下であることが更に好ましい。上記蓄熱均一化層の厚みは10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることが更に好ましい。またこの厚みは0.01mm以上であることが好ましく0.03mm以上であることが更に好ましい。
(5) A heat storage uniform layer made of a material having a heat permeability (kJ / m 2 s 1/2 K) larger than that of the surface layer is in close contact with substantially the entire surface behind the surface layer. The structure according to any one of (1) to (4) above, further comprising a back body made of a material having a lower thermal permeability than that of the heat storage homogenization layer. A molding apparatus is provided. The heat permeability of the material for the heat storage homogenization layer is preferably 10 or more, and more preferably 15 or more. That of the back body is preferably 15 or less, more preferably 10 or less. The thickness of the heat storage homogenizing layer is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less. Further, this thickness is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.03 mm or more.
<成形型について>
成形型は基本構成として、熱浸透率(b値)(kJ/m 2 s 1/2 K)が0.01〜15である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有するものとする。
ここに示されている二つの手段はいずれも、上記表面層の表面温度を適度で均一な温度に調整する手段である。前者の手段には全面に展開した発熱に温度の均等化が図られる。しかし前者後者共に成形型に別の加熱手段を備えたものの備えていないものも利用できる。手段の具体内容については各態様に区分して後述する。
熱浸透率(kJ/m 2 s 1/2 K)が0.01〜15である材料は、プラスチックス、セラミックス、選ばれた少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。参考のために幾つかの材料の熱浸透率は表1に示すが、この表の記載の何かを限定するものではなく、記載のないものも任意に利用することができる。
そして、表面層材料の上記の熱浸透率は、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、3以下であることがまた更に好ましい。またこの表面層の厚みは0.04mm以上であることが好ましく、また0.06mm以上であることが更に好ましく、0.1mm以上であることがまた更に好ましい。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以下であることがまた更に好ましい。
なお、上記表面層は層全体として上記の制約を満たす限りにおいて単層であってもよく多層であってもよい。
なお、成形型には、熱成形型の常法として賦形時の排気を行う微細孔が設けられ、真空吸引できるように装備される。
なお、上記熱浸透率の意味と各種材料のデータについては後に「本発明の内容についての補足説明」の欄と表1で詳述する。そして、また上記の数値限定の意義にいても同欄で説明する。
<About molds>
As a basic configuration, the mold has a surface layer made of a material having a thermal permeability (b value) (kJ / m 2 s 1/2 K) of 0.01 to 15 and heat generating means that spreads over the entire development surface of this layer. Or it shall have a means to accelerate | stimulate the heat transfer of the expansion | deployment surface direction of this layer.
Both of the two means shown here are means for adjusting the surface temperature of the surface layer to an appropriate and uniform temperature. In the former means, the temperature is equalized to the heat generated on the entire surface. However, both the former and the latter can be provided with a mold provided with another heating means but not. The specific contents of the means will be described later by dividing into each mode.
Examples of the material having a thermal permeability (kJ / m 2 s 1/2 K) of 0.01 to 15 include plastics, ceramics, a small number of selected metal materials, and the like. It has a smaller value than aluminum materials, zinc alloy materials, etc. that are usually used as molds. For reference, the thermal permeabilities of some materials are shown in Table 1, but are not intended to limit anything described in this table, and those not described can be used arbitrarily.
The above-mentioned heat permeability of the surface layer material is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less. The thickness of the surface layer is preferably 0.04 mm or more, more preferably 0.06 mm or more, and still 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.
The surface layer may be a single layer or multiple layers as long as the entire layer satisfies the above constraints.
The mold is provided with a fine hole for exhausting during shaping as a conventional method of the thermoforming mold so that vacuum suction can be performed.
The meaning of the heat permeability and the data of various materials will be described later in detail in the column “Supplementary explanation about contents of the present invention” and Table 1. And also in the meaning of the above numerical limitation, it will be explained in the same column.
本発明における「問題解決の手段」の5)の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記所定の表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率(kJ/m 2 s 1/2 K)が上記表面層のそれより大きな材料からなる蓄熱均一化層を設け、更にその背後に熱浸透率が上記蓄熱均一化層のそれより小さな材料による背後体を設けるようにしたものである。
この成形型では表面層の加熱昇温する手段は成形型に付随した構成であってもよいが、それはなくてもよく、その場合は成形プロセス中の赤外線照射あるいは高温気体の吹きつけによりそれを行うことができる。具体的にはこれらを利用する賦形体の熱処理を伴う成形を制御して連続的に繰り返すうちに表面層及びその下層を安定した温度に調整することができる。
この成形の場合、蓄熱均一化層の働きは、単に表面層の温度不均一を是正するのみならず、一つ前の成形サイクルの熱処理時の熱を蓄熱し、次のサイクルのために表面層に供給している働きをする。しかし、蓄熱均一化層は、背後体には熱を伝えることは必ずしも必要ではなく、別途の補助的加熱を行わないときは背後体への伝熱は少ないほど好ましい。
そのために、上記蓄熱均一化層の材料の熱浸透率は10以上であることが好ましく、15以上であることが更に好ましい。背後体の熱浸透率は15以下であることが好ましく、10以下で小さいことが更に好ましい。上記蓄熱均一化層の厚みは10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることが更に好ましい。またこの厚みは0.01mm以上であることが好ましく0.03mm以上であることが更に好ましい。このような限度の範囲外では、十分に蓄熱して表面層の温度回復できず、又十分に温度ムラを是正できない。また厚みが厚すぎる場合は、温度の定常化に時間がかかり又困難をともなう。
なお、背後体の形状厚みはどのようであってもよく、上記蓄熱均一化層の全面に密着する必要もなく、適度に空間を設けて断熱することはむしろ好ましい。
この成形型の具体的な例を図5に示す。この成形型50は、51の表面層52の蓄熱均一化層、53の真空排気孔、54の排気通路、及び55の背後体から構成されている。51の表面層には、前記した材料を用いればよい。52の材料としては、銅(b値33.9)、アルミニウム(b値23.3)、炭化ケイ素(b値16〜21)等の材料を用いればよい。55の背後体には、エンジニヤリングプラスチック、選ばれたセラミックス等のb値の小さな材料を用いればよい。
The aspect 5) of the “problem solving means” in the present invention will be described. The mold used in this embodiment is in close contact with substantially the entire surface behind the predetermined surface layer, and has a uniform heat storage made of a material having a thermal permeability (kJ / m 2 s 1/2 K) larger than that of the surface layer. And a back body made of a material having a thermal permeability smaller than that of the heat storage homogenization layer is provided behind it.
In this mold, the means for heating and heating the surface layer may be a structure associated with the mold, but it may not be provided. In that case, it may be irradiated by infrared irradiation or hot gas blowing during the molding process. It can be carried out. Specifically, the surface layer and the lower layer thereof can be adjusted to a stable temperature while the molding with heat treatment of the shaped body using these is controlled and repeated continuously.
In this molding, the heat storage homogenization layer not only corrects the temperature non-uniformity of the surface layer, but also stores the heat during the heat treatment of the previous molding cycle, and the surface layer for the next cycle. Work to supply to. However, it is not always necessary for the heat storage homogenization layer to transmit heat to the back body, and it is preferable that heat transfer to the back body is small when additional auxiliary heating is not performed.
Therefore, the heat permeability of the material for the heat storage and homogenization layer is preferably 10 or more, and more preferably 15 or more. The heat permeability of the back body is preferably 15 or less, and more preferably 10 or less. The thickness of the heat storage homogenizing layer is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less. Further, this thickness is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.03 mm or more. Outside this range, heat cannot be sufficiently stored to recover the temperature of the surface layer, and temperature unevenness cannot be corrected sufficiently. On the other hand, if the thickness is too thick, it takes time to stabilize the temperature and is difficult.
Note that the shape and thickness of the back body may be any, and it is not necessary to be in close contact with the entire surface of the heat storage homogenization layer.
A specific example of this mold is shown in FIG. The
(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)(kJ/m 2 s 1/2 K)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 −1 m −1 K −1 )
ρ; 密度(kgm −3 )
C; 比熱(Jkg −1 K −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、参考のために表1にいくつかの材料のb値を例示するが、但しこれは本発明でのどこかで使用する材料を特定したものではない。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態が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。
The heat permeability (b value) (kJ / m 2 s 1/2 K) 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. It is calculated by the formula.
b = (λρC) 1/2 (1)
λ; thermal conductivity (J s −1 m −1 K −1 )
ρ; density (kg m −3 )
C; Specific heat (J kg −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.
Therefore, when the material having a small b value is used as the mold surface material, 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. However, since 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.
In addition, as a reference example of the b value, for example, the aluminum material is about 17 to 23, the iron material is about 13 to 16, the copper is about 34, the non-rust steel (SUS306) is 8.0, and many synthetic resins are 0.0. About 2 to 0.8, many ceramics fall between 1 and 20.
For reference, Table 1 shows b values of some materials, but this does not specify a material to be used anywhere in the present invention. 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. However, in the case of 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 form is changed to a foam or a porous body, this value changes greatly.
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