JP2023010372A - 樹脂加熱成形装置、及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型より小さいサイズのワーク（熱可塑性樹脂材）を、金型で加熱成形する場合でも、熱可塑性樹脂材の廃棄処分量を抑制して、より高精度な樹脂成形品を安定した生産体制で製造することができる樹脂加熱成形装置、及びその制御方法を提供する。
【解決手段】樹脂加熱成形装置では、クランプは、平板状のワークの端部を保持可能に設けられ、制御部は、上型との型合わせに対応させて下型上に載置する型合わせ位置で、クランプで保持した状態のワークに対し、垂れ下がった垂下部の底を、上型に向けて上昇する下型の当接で、支えた状態となった下型の支持状態位置で、クランプによるワークの把持を解除する。支持状態位置は、下型の上面と接触可能なワークの有効接触面積Ｓ１のうち、下型と接触する垂下部の底に対し、下型側に投影される垂下部の底の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置である。
【選択図】 図８

Description

本発明は、樹脂成形品の製造にあたり、熱可塑性樹脂材を加熱して成形する樹脂加熱成形装置、及びその制御方法に関する。

プラスチック製品の中には、熱可塑性樹脂材からなる樹脂成形品があり、樹脂成形品は、工業分野をはじめ、種々な産業分野にも及び幅広く使用されている。樹脂成形品は、その形状等の仕様や製品の用途に応じて、例えば、加熱成形装置とトリミング装置を用いて製造される。加熱成形装置は、加熱成形工程において、熱可塑性樹脂材からなるワークを、加熱してその端部を金型の外で保持させた状態で、型内にあるこのワークの中央部に対し、金型形状に倣って成形することにより、半成形品を製造する。

加熱成形工程後のトリミング工程では、トリミング装置は、半成形品から、後に製品となる成形品要部を取り出すのにあたり、半成形品のうち、成形品要部の周囲にある成形品不要部のトリミングを行う。このような成形品不要部のトリミングを、加熱成形工程後に行う製造方法では、製品の仕上げ精度は、半成形品のトリミング精度に依拠するため、加熱成形工程では、半成形品の成形精度は、一般的に仕上げ精度ほど厳格に求められない。トリミングされた成形品不要部は、スクラップとして廃棄処分される。

ところで、近年、産業界では、環境保全・資源保護等の観点より、環境に及ぼすプラスチック製品の影響が考慮されはじめている。このような対応策の一つとして、成形品不要部の廃棄処分量を抑制する技術のほか、トリミング工程を行わず、製品（樹脂成形品）を製造する加熱成形技術が、製造業の間で注目されている。加熱成形技術は、金型より小さいサイズのワーク全体を金型内に供給し、このワークを金型形状に倣って成形することで、樹脂成形品を製造することができるため、成形品不要部の廃棄をなくすことができるからである。その一方、加熱成形技術では、ワークの加熱成形精度は、そのまま製品の仕上げ精度となるため、トリミング工程を経る場合に比べ、より高精度な成形が求められる。このような加熱成形技術を応用した熱可塑性樹脂材の成形技術は、例えば、特許文献１に開示されている。

特許文献１は、加熱を伴った回転ベルト上に、合成樹脂シートを載置して、この回転ベルト装置全体を、下型の真上位置まで移動させた後、回転ベルト装置の一端側で、退避していたクランプを、移動させて回転ベルト装置に横付けしておき、回転ベルトにより、送出された合成樹脂シートの一端部を、このクランプで把持した状態で、合成樹脂シートを回転ベルト装置から解放して、下型上に覆い被せる加熱軟化樹脂シートの搬送方法である。特許文献１では、上型と下型との成形位置で、クランプが、合成樹脂シートを開放した後、回転ベルト装置全体を、回転ベルト装置の他端側に退避させると共に、クランプを退避位置まで移動させて、合成樹脂シートが、上型と下型との型合わせにより、成形される。

特開２０００－３２６３２８号公報

しかしながら、特許文献１では、軟化した状態の合成樹脂シートを、下型上に載置するとき、回転ベルトを送出しながら、クランプで把持された合成樹脂シートを下型上に下ろしているため、下型に載置される位置が、上型との成形位置となる下型の基準位置とずれてしまう虞がある。特に、加熱している回転ベルトと、軟化している合成樹脂シートとの間では、回転ベルトの送出動作に伴って作用する摩擦力の影響を受けて、下型上に落ちようとしている合成樹脂シートが、送出中の回転ベルトから離れ難く、回転ベルトの動きに追従して引っ張られ易い。そのため、下型上に下ろした合成樹脂シートを、上型と下型との成形位置となる下型での基準位置に対し、位置決めして載置することに困難を伴うことから、精度の高い製品を、個体ごとに安定した生産体制で製造することができないばかりか、品質不良となった製品で、廃棄処分となる対象が増えてしまう虞がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、金型より小さいサイズのワーク（熱可塑性樹脂材）を、金型で加熱成形する場合でも、熱可塑性樹脂材の廃棄処分量を抑制して、より高精度な樹脂成形品を安定した生産体制で製造することができる樹脂加熱成形装置、及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る樹脂加熱成形装置は、以下の構成を有する。

（１）熱可塑性樹脂材からなるワークを、加熱した状態の下で、上型と下型で一対をなす金型により成形される樹脂成形品の製造にあたり、該金型より小さいサイズの該ワークに対し、把持またはその解除を可能なクランプを有し、該ワークを、該上型との型合わせに対応させて、該下型上に載置可能な型合わせ位置と、該金型から離れた退避位置との間を移動可能な搬送部と、を備え、該搬送部は、端部が該クランプで把持された該ワークを、型合わせ位置まで搬送し、該型合わせ位置で該ワークを解除した後、該クランプを退避位置に戻す動作をなす樹脂加熱成形装置において、前記クランプは、平板状に形成された前記ワークに対し、対向する前記端部同士を保持可能に設けられていること、少なくとも前記下型は、駆動手段に基づいて、昇降またはその停止を可能に構成され、前記搬送部、前記クランプ、及び前記駆動手段の動作を制御する制御部を備えていること、前記制御部は、前記型合わせ位置で、前記クランプにより保持された状態の前記ワークに対し、前記クランプより下側に垂れ下がった垂下部の底を、前記上型に向けて上昇する前記下型による当接で、支えた状態になった前記下型の支持状態位置で、前記クランプによる前記ワークの把持を解除すること、前記支持状態位置は、前記下型の上面と接触可能な前記ワークの有効接触面積Ｓ１のうち、前記下型と接触する前記垂下部の底に対し、前記下型側に投影される前記垂下部の底の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置であること、を特徴とする。
（２）（１）に記載する樹脂加熱成形装置において、前記下型は、前記支持状態位置で停止すること、を特徴とする。
（３）（１）に記載する樹脂加熱成形装置において、前記制御部は、前記垂下部の底との接触を開始する前記下型の接触開始位置を境に、前記下型の動作に対し、一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）から、負の加速度で減速された二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に変化させる制御を、前記駆動手段に行い、前記二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する前記下型の動きの下、前記支持状態位置で、前記負の加速度から向き変えた正の加速度を含む速度であること、を特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る樹脂加熱成形装置の制御方法は、以下の構成を有する。

（４）熱可塑性樹脂材からなるワークを、加熱した状態の下で、上型と下型で一対をなす金型により成形される樹脂成形品の製造にあたり、該金型より小さいサイズの該ワークに対し、把持またはその解除を可能なクランプを有し、該ワークを、該上型との型合わせに対応させて、該下型上に載置可能な型合わせ位置と、該金型から離れた退避位置との間を移動可能な搬送部と、を備え、該搬送部は、端部が該クランプで把持された該ワークを、型合わせ位置まで搬送し、該型合わせ位置で該ワークを解除した後、該クランプを退避位置に戻す動作をなす樹脂加熱成形装置の制御方法において、前記クランプは、平板状に形成された前記ワークに対し、対向する前記端部同士を保持可能に設けられていること、少なくとも前記下型は、駆動手段に基づいて、昇降またはその停止を可能に構成され、前記搬送部、前記クランプ、及び前記駆動手段の動作を制御する制御部を備えていること、前記制御部は、前記型合わせ位置で、前記クランプにより保持された状態の前記ワークに対し、前記クランプより下側に垂れ下がった垂下部の底を、前記上型に向けて上昇する前記下型による当接で、支えた状態になった前記下型の支持状態位置で、前記クランプによる前記ワークの把持を解除すること、前記支持状態位置は、前記下型の上面と接触可能な前記ワークの有効接触面積Ｓ１のうち、前記下型と接触する前記垂下部の底に対し、前記下型側に投影される前記垂下部の底の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置であること、を特徴とする樹脂加熱成形装置の制御方法。
（５）（４）に記載する樹脂加熱成形装置の制御方法において、前記制御部は、前記支持状態位置に合わせて、前記下型の上昇動作を停止させること、を特徴とする樹脂加熱成形装置の制御方法。
（６）（４）に記載する樹脂加熱成形装置の制御方法において、前記制御部は、前記垂下部の底との接触を開始する前記下型の接触開始位置を境に、前記下型の動作に対し、一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）から、負の加速度で減速された二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に変化させる制御を、前記駆動手段に行い、前記二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する前記下型の動きの下、前記支持状態位置で、前記負の加速度から変化させた正の加速度を含む速度であること、を特徴とする樹脂加熱成形装置の制御方法。

上記構成を有する本発明に係る樹脂加熱成形装置、及び樹脂加熱成形装置の制御方法の作用・効果について説明する。

（１）熱可塑性樹脂材からなるワークを、加熱した状態の下で、上型と下型で一対をなす金型により成形される樹脂成形品の製造にあたり、金型より小さいサイズのワークに対し、把持またはその解除を可能なクランプを有し、ワークを、上型との型合わせに対応させて、下型上に載置可能な型合わせ位置と、金型から離れた退避位置との間を移動可能な搬送部と、を備え、搬送部は、端部がクランプで把持されたワークを、型合わせ位置まで搬送し、型合わせ位置でワークを解除した後、クランプを退避位置に戻す動作をなす樹脂加熱成形装置において、クランプは、平板状に形成されたワークに対し、対向する端部同士を保持可能に設けられていること、少なくとも下型は、駆動手段に基づいて、昇降またはその停止を可能に構成され、搬送部、クランプ、及び駆動手段の動作を制御する制御部を備えていること、制御部は、型合わせ位置で、クランプにより保持された状態のワークに対し、クランプより下側に垂れ下がった垂下部の底を、上型に向けて上昇する下型による当接で、支えた状態になった下型の支持状態位置で、クランプによるワークの把持を解除すること、支持状態位置は、下型の上面と接触可能なワークの有効接触面積Ｓ１のうち、下型と接触する垂下部の底に対し、下型側に投影される垂下部の底の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置であること、を特徴とする。

この特徴により、ワークを金型で成形するにあたり、型合わせ位置で、クランプによるワークの保持が解除されても、ワークは、下型の上面上に、位置ずれすることなく、狙い通りの所望部位に載置することができる。そのため、下型の上面上に載置したワークを、上型と下型との成形位置となる下型での基準位置に対し、位置決めして載置することが容易であることから、精度の高い製品（樹脂成形品）を、個体ごとに安定した生産体制で製造することができる。それ故に、樹脂成形品に対し、品質管理上、製品不良の発生は、特許文献１の技術に比べて、格段に抑制できる。また、成形品不要部のトリミングを伴った加工技術によって樹脂成形品を製造する場合に比べ、金型より小さいサイズのワークを使用して、樹脂成形品を製造するため、材料となる熱可塑性樹脂材の廃棄処分がほとんど生じない。ひいては、本発明に係る加熱成形装置は、環境保全・資源保護等の観点で、地球の環境に優しい装置となり得ることから、プラスチック製品の廃棄を削減する世界的な取り組みに貢献できる。また、このような作用・効果については、（４）に記載する樹脂加熱成形装置の制御方法についても、（１）に記載する樹脂加熱成形装置と同じである。

なお、本発明に係る樹脂加熱成形装置、及び樹脂加熱成形装置の制御方法において、平板状のワークの概念は、本発明では、樹脂加熱成形装置で熱成形するワーク（熱可塑性樹脂材）をその厚みで区分けせず、例えば、厚さ１ｍｍ以下で、たとえシート状の範疇にある厚さの熱可塑性樹脂材であっても、平板状のワークと総称したものである。

従って、本発明に係る樹脂加熱成形装置、及び樹脂加熱成形装置の制御方法によれば、金型より小さいサイズのワーク（熱可塑性樹脂材）を、金型で加熱成形する場合でも、熱可塑性樹脂材の廃棄処分量を抑制して、より高精度な樹脂成形品を安定した生産体制で製造することができる、という優れた効果を奏する。

（２）に記載する樹脂加熱成形装置において、下型は、支持状態位置で停止すること、を特徴とする。また、（５）に記載する樹脂加熱成形装置の制御方法において、制御部は、支持状態位置に合わせて、下型の上昇動作を停止させること、を特徴とする。

この特徴により、クランプの保持から解放したワークを、位置ずれ等もなく、金型による成形加工で支障を生じない適切な状態に配置して、下型の上面上に、より確実に着座させることができる。ひいては、歩留まりをより大きくして、樹脂成形品を製造することが可能になる。また、このような作用・効果については、（５）に記載する樹脂加熱成形装置の制御方法についても、（２）に記載する樹脂加熱成形装置と同じである。

（３）に記載する樹脂加熱成形装置において、制御部は、垂下部の底との接触を開始する下型の接触開始位置を境に、下型の動作に対し、一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）から、負の加速度で減速された二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に変化させる制御を、駆動手段に行い、二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する下型の動きの下、支持状態位置で、負の加速度から変化させた正の加速度を含む速度であること、を特徴とする。

この特徴により、クランプの保持から解放したワークを、位置ずれ等もなく、金型による成形加工で支障を生じない適切な状態に配置して、下型の上面上に、より確実に着座させることができる。ひいては、歩留まりをより大きくして、樹脂成形品を製造することが可能になる。また、このような作用・効果については、（６）に記載する樹脂加熱成形装置の制御方法についても、（３）に記載する樹脂加熱成形装置と同じである。

実施形態に係る加熱成形装置に構成した搬送部の要部を示す平面図である。 図１に示す搬送部の側面図であり、クランプによるワークの非把持状態を示す説明図である。 図１に示す搬送部の側面図であり、クランプによるワークの把持状態を示す説明図である。 実施形態に係る加熱成形装置において、搬送部の動きを模式的に示す説明図である。 実施形態に係る加熱成形装置による樹脂成形品の製造工程に関し、クランプで把持されたワークを、型合わせ位置まで搬送された状態を示す第１工程図である。 図５に示す第１工程図に続き、ワークとの接触開始位置まで下型が上昇した状態を示す第２工程図である。 図６に示す第２工程図に続き、下型が支持状態位置に到達した状態を示す第３工程図であり、クランプによるワークの把持を解除する直前を示す図である。 図７に図示した下型の支持状態位置についての説明図である。 実施形態に係る加熱成形装置による樹脂成形品の製造工程に関し、下型の挙動について、速度とワークの位置との関係を示すチャート図であり、（ａ）は実施例１に係る下型の挙動を、（ｂ）は実施例１に係る下型の挙動を、それぞれ示す。 図７に示す第３工程図に続き、クランプによるワークの把持を解除完了後、クランプが金型から退避した状態を示す第４工程図である。 図１０に示す第４工程図に続き、金型でワークを成形して樹脂成形品を製造している様子を示す第５工程図である。

以下、本発明に係る樹脂加熱成形装置、及び樹脂加熱成形装置の制御方法を具体化した実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。本発明に係る樹脂加熱成形装置は、熱可塑性樹脂材からなるワークを、上型と下型で一対をなす金型により、加熱して成形される樹脂成形品を製造する装置であり、金型より小さいサイズで、平板状に形成されたワークを、成形対象としている。また、この樹脂加熱成形装置は、ワークを搬送して金型に供給する搬送部を備えている。なお、本発明に係る樹脂加熱成形装置の制御方法について、本実施形態に係る樹脂加熱成形装置に基づく場合を挙げて説明する。

ワークについて、簡単に説明する。図１は、実施形態に係る加熱成形装置に構成した搬送部の要部を示す平面図である。ワーク５０は、例えば、ポリプロピレン（略称PP：polypropylene、アクリル樹脂(略称PMMA：acrylic resin）、ポリアセタール（略称POM：polyacetal）、ポリカーボネート(略称PC：polycarbonate）)等、熱可塑性樹脂材からなる。ワーク５０は、成形時に、後述する金型１０内に完全に収まるよう、金型１０より小さいサイズになっている。ワーク５０は、説明の便宜上、本実施形態では、図１に示すように、平面の輪郭を四角形とした平板で、一例として、数～十数ｍｍ程の板厚、一辺の長さを数十～数百ｍｍ程の大きさに形成された材料である。なお、ワークは、成形する樹脂成形品（製品）の仕様に応じて、輪郭や板厚、大きさ等の形状を異にするため、輪郭、板厚や大きさ等の形状については、本実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

図２は、図１に示す搬送部の側面図であり、クランプによるワークの非把持状態を示す説明図であり、図３は、クランプによるワークの把持状態を示す説明図である。図４は、実施形態に係る加熱成形装置において、搬送部の動きを模式的に示す説明図である。なお、図１中、左右方向を、加熱成形装置１（本発明の樹脂加熱成形装置に対応）の水平方向（搬送部２０の移動方向）ＨＺとして、図２以降の各図でも、図１に定義した方向に準じる。また、図４中、上下方向を、加熱成形装置１の上下方向ＶＴとして、図５以降の各図でも、図４に定義した方向に準じる。

図１及び図４に示すように、加熱成形装置１は、駆動部２（駆動手段）、制御部３、上型１１と下型１２で一対をなす金型１０、及び搬送部２０等を備えている。

はじめに、搬送部２０について、説明する。図４に示すように、搬送部２０は、ワーク５０を、上型１１との型合わせに対応させて、下型１２の上面１２ａに載置可能な型合わせ位置Ｐ２と、金型１０から離れた退避位置Ｐ１との間を移動可能に構成されている。具体的には、図１～図４に図示していないが、加熱成形装置１は、金型１０でワーク５０を成形するにあたり、ヒータにより、ワーク５０を成形に必要な温度まで加熱する加熱部を有し、搬送部２０は、この加熱部にある退避位置Ｐ１と、金型１０の型合わせ位置Ｐ２との間を移動する。

搬送部２０は、図１～図４に示すように、ワーク５０の端部５１を、把持またはその解除を可能なクランプ２１を有している。クランプ２１は、ワーク５０の配置位置を挟む水平方向ＨＺ両側に、対向配置で一組をなして配設され、平板状のワーク５０に対し、対向する端部５１同士の保持を可能としている。両側のクランプ２１同士は、ワーク５０の配置位置を基準に、図２に示すように、互いに離間させる動作と、図３に示すように、互いに近接する動作とを、選択的に行う。

クランプ２１同士が互いに近接すると、クランプ２１は、ワーク５０の端部５１を把持し、クランプ２１同士が互いに離間すると、クランプ２１は、ワーク５０の端部５１の把持を解除する。端部５１をクランプ２１で把持したワーク５０は、搬送部２０の移動により、型合わせ位置Ｐ２まで搬送される。次に、後に詳述するように、クランプ２１は、型合わせ位置Ｐ２で、このワーク５０の把持を解除した後、搬送部２０は、退避位置Ｐ１に戻り、金型１０の型合わせ動作に支障を来さない場所まで、クランプ２１を移動させる。

次に、金型１０について、説明する。金型１０は、製品である樹脂成形品６０（図１１参照）の成形形状に対応した型形状に形成され、上型１１と下型１２で組をなしている。金型１０は、上型１１と下型１２の双方とも、それぞれ駆動部２に基づいて、昇降またはその停止を可能に構成されている。制御部３は、駆動部２の動作制御、搬送部２０の動作制御、クランプ２１の動作制御（ワーク５０の把持とその解除）をはじめ、加熱部におけるヒータ温度調節や、ワーク５０の温度管理に装着される温度センサ、光電センサや近接センサ等の各種センサ、空圧機器等に装着される種々のセンサ等、加熱成形装置１全体の電気的な制御を担う。

金型１０では、上型１１と下型１２との型開き位置は、図４に示すように、搬送部２０によるワーク５０の搬送ラインＦＬを基準に設定され、上型１１の上降端位置Ｕ１は、搬送ラインＦＬより上方であり、下型１２の下降端位置Ｌ１は、搬送ラインＦＬより下方である。駆動部２と制御部３により、上型１１は、上降端位置Ｕ１の下方側に向けて動き、下型１２は、下降端位置Ｌ１の上方側に向けて動く。

次に、樹脂成形品６０の製造にあたり、加熱成形装置１の制御方法について、説明する。図５は、実施形態に係る加熱成形装置による樹脂成形品の製造工程に関し、クランプで把持されたワークを、型合わせ位置まで搬送された状態を示す第１工程図である。

図４に示すように、搬送部２０が、クランプ２１で把持された状態のワーク５０を、退避位置Ｐ１から搬送して、図５に示すように、この状態のワーク５０が、金型１０の型合わせ位置Ｐ２に配置される。ワーク５０は、予め加熱部で、例えば、百数十度程に加熱されて軟化した状態になっている。そのため、ワーク５０が、両側（図５中、左右側）の端部５１をクランプ２１で保持した状態で、型合わせ位置Ｐ２に供給されると、加熱前に平板状であったワーク５０は、図５に示すように、クランプ２１より下に垂れ下がった垂下部５２をなす形状に変形している。

図６は、図５に示す第１工程図に続き、ワークとの接触開始位置まで下型が上昇した状態を示す第２工程図である。図９は、実施形態に係る加熱成形装置による樹脂成形品の製造工程に関し、下型の挙動について、速度とワークの位置との関係を示すチャート図であり、（ａ）は実施例１に係る下型の挙動を、（ｂ）は実施例１に係る下型の挙動を、それぞれ示す。

ワーク５０が、図５に示すように、金型１０の型合わせ位置Ｐ２に配置された後、図９に示すように、制御部３は、下型１２を、下降端位置Ｌ１から、搬送ラインＦＬ上で待機するワーク５０に向けて一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）で上昇させ、図６に示すように、垂下部５２の底５３と接触させる。下型１２が、垂下部５２の底５３と接触した接触開始位置Ｌ２に到達したら、制御部３は、図９に示すように、垂下部５２の底５３との接触を開始する下型１２の接触開始位置Ｌ２を境に、下型１２の動作に対し、一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）から、負の加速度で減速された二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に変化させる制御を、駆動部２に行う。

図７は、図６に示す第２工程図に続き、下型がワークの下側支持位置に到達した状態を示す第３工程図であり、クランプによるワークの把持を解除する直前を示す図である。図８は、図７に図示した下型の支持状態位置についての説明図である。

加熱成形装置１では、このような変形を伴ったワーク５０を、下型１２の上面１２ａ上に載置してから、上型１１との型合わせで成形するにあたり、ワーク５０の垂下部５２の底５３を、上型１１に向けて上昇する下型１２による当接で、支えた状態になった下型１２の支持状態位置Ｌ３で、制御部３は、クランプ２１によるワーク５０の把持を解除する。支持状態位置Ｌ３は、図７及び図８に示すように、下型１２の上面１２ａと接触可能なワーク５０の有効接触面積Ｓ１のうち、下型１２と接触する垂下部５２の底５３に対し、下型１２側に投影される垂下部５２の底５３の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置である。この割合Ｓ２／Ｓ１が、５％未満であると、上昇動作を伴った下型１２の上面１２ａ上に、クランプ２１による端部５１の把持を解除したワーク５０を載せた場合、ワーク５０は、下型１２の上面１２ａ上で位置ずれ等を伴い、金型１０による成形加工で支障を来してしまう場合があるからである。

具体的に説明する。下型１２の上面１２ａが、最初に垂下部５２の底５３と概ね接触し始める接触開始位置Ｌ２に達したタイミングで、制御部３は、図９に示すように、下型１２を二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に減速する。これにより、下型１２は、減速した二次速度Ｖ２で上昇して支持状態位置Ｌ３に近づく。

なお、下型１２において、接触開始位置Ｌ２と支持状態位置Ｌ３を検知する上で、下型１２の上面１２ａとワーク５０の垂下部５２との状態を検出可能な検出手段を、加熱成形装置１に設けておくことが好ましい。検出手段の一例として、接触開始位置Ｌ２と支持状態位置Ｌ３にそれぞれ対応した下型１２の動作ポイントを把握しておき、これらの動作ポイントに下型１２が近づいたことを、近接センサで検出する手段である。また、垂下部５２の底５３の位置に合わせて、光電センサより光を照射し、下型１２の上面１２ａが、この光と干渉する状態になったタイミングで、制御部３が、移動中の下型１２の動作を制御する手段等である。

＜実施例１＞
実施例１に係る下型１２の動作制御では、図９（ａ）に示すように、下型１２は、接触開始位置Ｌ２から支持状態位置Ｌ３に向けて、二次速度Ｖ２で減速しながら上昇し続け、制御部３は、支持状態位置Ｌ３に合わせて、下型１２の上昇動作を停止させる。下型１２が停止したら、制御部３は、下型１２を支持状態位置Ｌ３で停止させたまま、搬送部２０に対し、クランプ２１同士を互いに離間させ、ワーク５０の端部５１の把持を解除する。

＜実施例２＞
また、実施例２に係る下型１２の動作制御では、下型１２は、接触開始位置Ｌ２から支持状態位置Ｌ３に向けて、二次速度Ｖ２で減速しながら上昇し続ける。実施例２の場合、図９（ｂ）に示すように、二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する下型の動きの下、支持状態位置Ｌ３で加速度の向きを変え、負の加速度から変化させた正の加速度を含む速度である。

閾値速度ｖとは、上昇動作を続ける下型１２の上面１２ａに、垂下部５２の底５３を預けた状態になっているワーク５０に対し、支持状態位置Ｌ３で、ワーク５０の端部５１の把持を解除しても、図１０のように、上昇動作を伴った下型１２の上面１２ａ上に、ワーク５０を、位置ずれ等もなく、金型１０による成形加工で支障を生じない適切な状態で配置できることを前提に、その許容範囲内となる下型１２の上限速度を意味する。また、速度成分ｖ０とは、下型１２が支持状態位置Ｌ３に到達し、クランプ２１によるワーク５０の端部５１の把持を解除するとき、下型１２に、低速ながらも上昇に向けた動きを伴っていることを意味する。

図１０は、図７に示す第３工程図に続き、クランプによるワークの把持を解除完了後、クランプが金型から退避した状態を示す第４工程図である。図１１は、図１０に示す第４工程図に続き、金型でワークを成形して樹脂成形品を製造している様子を示す第５工程図である。

下型１２が支持状態位置Ｌ３に到達後、支持状態位置Ｌ３で、クランプ２１によるワーク５０の保持が解除されたら、制御部３は、図９及び図１０に示すように、二次速度Ｖ２に続き正の加速度で増速した三次速度Ｖ３で、下型１２を成形基準位置Ｌ４まで上昇させ、下型１２の上面１２ａに載置したワーク５０を、搬送ラインＦＬに合わせて配置する。下型１２が成形基準位置Ｌ４に到達後、図１１に示すように、制御部３は、上型１１を上型成形位置Ｕ２まで下降させることにより、上型１１と下型１２とが型合わせされる。かくして、ワーク５０が、上型１１と下型１２により、加熱して成形され、樹脂成形品６０が製造される。

次に、本実施形態に係る加熱成形装置１、及び加熱成形装置１の制御方法の作用・効果について説明する。本実施形態に係る加熱成形装置１は、熱可塑性樹脂材からなるワーク５０を、加熱した状態の下で、上型１１と下型１２で一対をなす金型１０により成形される樹脂成形品６０の製造にあたり、金型１０より小さいサイズのワーク５０に対し、把持またはその解除を可能なクランプ２１を有し、ワーク５０を、上型１１との型合わせに対応させて、下型１２の上面１２ａに載置可能な型合わせ位置Ｐ２と、金型１０から離れた退避位置Ｐ１との間を移動可能な搬送部２０と、を備え、搬送部２０は、端部５１がクランプ２１で把持されたワーク５０を、型合わせ位置Ｐ２まで搬送し、型合わせ位置Ｐ２でワーク５０の把持を解除した後、クランプ２１を退避位置Ｐ１に戻す動作をなす樹脂加熱成形装置において、クランプ２１は、平板状に形成されたワーク５０に対し、対向する端部５１同士を保持可能に設けられていること、少なくとも下型１２は、駆動部２に基づいて、昇降またはその停止を可能に構成され、搬送部２０、クランプ２１、及び駆動部２の動作を制御する制御部３を備えていること、制御部３は、型合わせ位置Ｐ２で、クランプ２１により保持された状態のワーク５０に対し、クランプ２１より下に垂れ下がった垂下部５２の底５３を、上型１１に向けて上昇する下型１２による当接で、支えた状態になった下型１２の支持状態位置Ｌ３で、クランプ２１によるワーク５０の把持を解除すること、支持状態位置Ｌ３は、下型１２の上面１２ａと接触可能なワーク５０の有効接触面積Ｓ１のうち、下型１２と接触する垂下部５２の底５３に対し、下型１２側に投影される垂下部５２の底５３の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置であること、を特徴とする。

この特徴により、ワーク５０を金型１０で成形するにあたり、型合わせ位置Ｐ２で、クランプ２１によるワーク５０の保持が解除されても、ワーク５０は、下型１２の上面１２ａ上に、位置ずれすることなく、狙い通りの所望部位に載置することができる。そのため、下型１２の上面１２ａ上に載置したワーク５０を、上型１１と下型１２との成形位置となる下型１２での基準位置に対し、位置決めして載置することが容易であることから、精度の高い製品（樹脂成形品６０）を、個体ごとに安定した生産体制で製造することができる。それ故に、樹脂成形品６０に対し、品質管理上、製品不良の発生は、特許文献１の技術に比べて、格段に抑制できる。また、成形品不要部のトリミングを伴った加工技術によって樹脂成形品を製造する場合に比べ、金型１０より小さいサイズのワーク５０を使用して、樹脂成形品６０を製造するため、材料となる熱可塑性樹脂材の廃棄処分がほとんど生じない。ひいては、加熱成形装置１は、環境保全・資源保護等の観点で、地球の環境に優しい装置となり得ることから、プラスチック製品の廃棄を削減する世界的な取り組みに貢献できる。

従って、本実施形態の加熱成形装置１、及び加熱成形装置１の制御方法によれば、金型１０より小さいサイズのワーク５０（熱可塑性樹脂材）を、金型１０で加熱成形する場合でも、熱可塑性樹脂材の廃棄処分量を抑制して、より高精度な樹脂成形品６０を安定した生産体制で製造することができる、という優れた効果を奏する。

また、本実施形態の加熱成形装置１、及び加熱成形装置１の制御方法では、制御部３は、支持状態位置Ｌ３に合わせて、下型１２の上昇動作を停止させること、を特徴とする。また、本実施形態の加熱成形装置１の制御方法では、下型１２は、支持状態位置Ｌ３で停止すること、を特徴とする。

この特徴により、クランプ２１の保持から解放したワーク５０を、位置ずれ等もなく、金型１０による成形加工で支障を生じない適切な状態に配置して、下型１２の上面１２ａ上に、より確実に着座させることができる。ひいては、歩留まりをより大きくして、樹脂成形品６０を製造することが可能になる。

また、本実施形態の加熱成形装置１、及び加熱成形装置１の制御方法では、制御部３は、垂下部５２の底５３との接触を開始する下型１２の接触開始位置Ｌ２を境に、下型１２の動作に対し、一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）から、負の加速度で減速された二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に変化させる制御を、駆動部２に行い、二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する下型の動きの下、支持状態位置Ｌ３で、負の加速度から変化させた正の加速度を含む速度であること、を特徴とする。

この特徴により、クランプ２１の保持から解放したワーク５０を、位置ずれ等もなく、金型１０による成形加工で支障を生じない適切な状態に配置して、下型１２の上面１２ａ上に、より確実に着座させることができる。ひいては、歩留まりをより大きくして、樹脂成形品６０を製造することが可能になる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。

例えば、実施形態では、加熱成形装置１の下型１２の挙動について、速度Ｖとワーク５０の位置との関係を示したチャート図を、図９に例示したが、下型の挙動に関して、速度とワークの位置との関係は、図９に限定されるものではなく、ワークの成形条件に応じて、種々変更可能である。

１ 樹脂加熱成形装置
２ （駆動手段）
３ 制御部
１０ 金型
１１ 上型
１２ 下型
２０ 搬送部
２１ クランプ
Ｐ１ 退避位置
Ｐ２ 型合わせ位置
５０ ワーク
５１ 端部
５２ 垂下部
５３ 底
６０ 樹脂成形品
Ｓ１ 有効接触面積
Ｓ２ 投影接触面積
Ｌ２ 接触開始位置
Ｌ３ 支持状態位置
Ｖ１ 一次速度
Ｖ２ 二次動作速度
ｖ 閾値速度

Claims (6)

1. 熱可塑性樹脂材からなるワークを、加熱した状態の下で、上型と下型で一対をなす金型により成形される樹脂成形品の製造にあたり、該金型より小さいサイズの該ワークに対し、把持またはその解除を可能なクランプを有し、該ワークを、該上型との型合わせに対応させて、該下型上に載置可能な型合わせ位置と、該金型から離れた退避位置との間を移動可能な搬送部と、を備え、
   該搬送部は、端部が該クランプで把持された該ワークを、型合わせ位置まで搬送し、該型合わせ位置で該ワークの把持を解除した後、該クランプを退避位置に戻す動作をなす樹脂加熱成形装置において、
   前記クランプは、平板状に形成された前記ワークに対し、対向する前記端部同士を保持可能に設けられていること、
   少なくとも前記下型は、駆動手段に基づいて、昇降またはその停止を可能に構成され、前記搬送部、前記クランプ、及び前記駆動手段の動作を制御する制御部を備えていること、
   前記制御部は、前記型合わせ位置で、前記クランプにより保持された状態の前記ワークに対し、前記クランプより下に垂れ下がった垂下部の底を、前記上型に向けて上昇する前記下型による当接で、支えた状態になった前記下型の支持状態位置で、前記クランプによる前記ワークの把持を解除すること、
   前記支持状態位置は、前記下型の上面と接触可能な前記ワークの有効接触面積Ｓ１のうち、前記下型と接触する前記垂下部の底に対し、前記下型側に投影される前記垂下部の底の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置であること、
   を特徴とする樹脂加熱成形装置。
2. 請求項１に記載する樹脂加熱成形装置において、
   前記下型は、前記支持状態位置で停止すること、
   を特徴とする樹脂加熱成形装置。
3. 請求項１に記載する樹脂加熱成形装置において、
   前記制御部は、前記垂下部の底との接触を開始する前記下型の接触開始位置を境に、前記下型の動作に対し、一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）から、負の加速度で減速された二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に変化させる制御を、前記駆動手段に行い、
   前記二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する前記下型の動きの下、前記支持状態位置で、前記負の加速度から向き変えた正の加速度を含む速度であること、
   を特徴とする樹脂加熱成形装置。
4. 熱可塑性樹脂材からなるワークを、加熱した状態の下で、上型と下型で一対をなす金型により成形される樹脂成形品の製造にあたり、該金型より小さいサイズの該ワークに対し、把持またはその解除を可能なクランプを有し、該ワークを、該上型との型合わせに対応させて、該下型上に載置可能な型合わせ位置と、該金型から離れた退避位置との間を移動可能な搬送部と、を備え、該搬送部は、端部が該クランプで把持された該ワークを、型合わせ位置まで搬送し、該型合わせ位置で該ワークを解除した後、該クランプを退避位置に戻す動作をなす樹脂加熱成形装置の制御方法において、前記クランプは、平板状に形成された前記ワークに対し、対向する前記端部同士を保持可能に設けられていること、少なくとも前記下型は、駆動手段に基づいて、昇降またはその停止を可能に構成され、前記搬送部、前記クランプ、及び前記駆動手段の動作を制御する制御部を備えていること、前記制御部は、前記型合わせ位置で、前記クランプにより保持された状態の前記ワークに対し、前記クランプより下側に垂れ下がった垂下部の底を、前記上型に向けて上昇する前記下型による当接で、支えた状態になった前記下型の支持状態位置で、前記クランプによる前記ワークの把持を解除すること、前記支持状態位置は、前記下型の上面と接触可能な前記ワークの有効接触面積Ｓ１のうち、前記下型と接触する前記垂下部の底に対し、前記下型側に投影される前記垂下部の底の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置であること、を特徴とする樹脂加熱成形装置の制御方法。
5. 請求項４に記載する樹脂加熱成形装置の制御方法において、
   前記制御部は、前記支持状態位置に合わせて、前記下型の上昇動作を停止させること、
   を特徴とする樹脂加熱成形装置の制御方法。
6. 請求項４に記載する樹脂加熱成形装置の制御方法において、前記制御部は、前記垂下部の底との接触を開始する前記下型の接触開始位置を境に、前記下型の動作に対し、一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）から、負の加速度で減速された二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に変化させる制御を、前記駆動手段に行い、前記二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する前記下型の動きの下、前記支持状態位置で、前記負の加速度から変化させた正の加速度を含む速度であること、を特徴とする樹脂加熱成形装置の制御方法。

Images