JP3746458B2 - 熱成形方法及び熱成形モールドの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、熱成形に関し、特に、真空成形熱可塑性プラスチックのための方法と装置に関する。
【０００２】
熱成形は、例えば高密度ポリエチレン（“ＨＤＰＥ”）のような熱可塑性材料から製品を製造するような製造工業の一形態において、広く使われている。現在、多くの異なる熱成形プロセスは、真空成形、ブロー成形などを含む広い用途に用いられている。代表的な熱成形プロセスは、そのガラス−転移温度より高い温度に熱可塑性材料を加熱することと、モールドの上に材料を引き付けることによって被加熱熱可塑性を成形することと、その形状を保持するのに十分低い温度まで熱可塑性材料を冷却することと、モールドから成形された熱可塑性材料を取り外すことと、からなる一般的なステップを含む。
【０００３】
真空成形は、広くさまざまな用途に使用されるのによく適している点で、おそらく広い用途に使用される熱成形プロセスの一つである。真空成形においては、部分的な真空状態が、モールドに対して熱可塑性材料を引張るために用いられる。従来型の真空成形装置を図１に示す。この装置は、熱可塑性シート１８を熱成形するよう設計されている。図示される如く、この従来型の装置１０は、一般的に、真空ヘッド１６上に配置されるモールド１４と同様に、シート１８を留め具１１に運ぶ移動可能なラック１２を含む。モールド１４の下面は、真空室２２を画成する真空ヘッド１６と協動するよう形成されている。複数の真空孔２０は、モールド１４を貫いており、モールド１４の上面から真空室２２まで達している。その結果、真空ヘッド１６の操作により、空気を真空孔２０経由で真空室２２内へ抜き取ることにより真空室２２内に部分的な真空状態をつくる。この操作中、ラック１２は、モールド１４上であって、モールド１４に対して平行に位置決めされる。それから、ラック１２は、真空ヘッド１６によって真空室２２内に部分的な真空状態が形成される間に、モールド１４の上へ熱可塑性シート１８を降ろす。この真空状態により、始終一貫して同一形状の製品を提供するようモールド１４上へ熱可塑性シート１８が降ろされる。この真空状態は、熱可塑性シート１８がその形状を維持するのに十分に冷却されるまで、保持される。
【０００４】
製造効率を向上させるために、熱成形プロセスの一連の時間を減らすような努力が進行中である。今までのところ、熱成形プロセスの一連の時間を減らす努力は、主に、そのガラス−転移温度以上に熱可塑性シートを加熱するのに必要な時間を低減することに集中していた。例えば、この分野における研究は、様々なより速く加熱する装置の発展につながってきた。製造業において加熱時間に焦点が絞られていたにもかかわらず、特に加熱時間の減少の重要性に鑑みても、冷却時間もまた全体のサイクル時間においては重要なファクターである。多くの従来型の応用においては、モールド１４は冷却ラインの内部ネットワーク２６を含み、このネットワークが水のような冷却剤を循環させ、モールド１４の温度を低下させ、その結果としてシート１８の温度を低下させる。
【０００５】
従来型の冷却剤ライン（ｃｏｏｌａｎｔ ｌｉｎｅ）の配置は、いくつかの重大な障害に悩まされる。第一に、冷却剤ラインは、モールド１４内の真空孔２０の形成に関係した障害を呈する。従来型のモールド１４は、冷却ラインの周囲を所々鋳造することによって製作される。真空孔は、その後適切な場所においてそのモールドをドリルにより貫通穴開けされる。冷却剤ラインがモールド内に配されている（ｅｎｔｒａｐｐｅｄ）ので、真空孔は冷却剤ラインを貫通、若しくは、破ったりしないように注意深く位置決めされなければならない。これにより、真空孔がその他の所望の位置に配置されることを妨げられる。第二に、冷却剤ラインは、典型的にはモールドの端から端までを一定温度にすることができない。そのかわり、冷却剤ラインは、一般的にモールド１４に沿って異なる温度幅を生じさせる。例えば、冷却剤ラインにより近い領域においては、より離れた領域と比較して温度が低くなるであろう。このことにより、シート１８は一定冷却されない。第３に、複雑なモールドにおいては、モールドの確かな部分に冷却剤ラインを配置することが困難、若しくは、不可能になりうる。これにより、それらの部分において冷却剤ラインの冷却効果が減ぜられる。
【０００６】
冷却時間を減少させるために使用されてきた他の技術は、水及び窒素を霧状に吹き付ける装置によりシートを冷却することを含む。これらの装置は、シートがモールドから取り外された後、そのシート表面に水若しくは窒素の霧を吹き付ける。いくつかの改善があったが、これらの技術には障害がないわけではなかった。第一に、関連する冷却時間は外気の温度及び湿度に応じたこれらの装置により劇的に変化しうる。第二に、噴霧器、特に窒素噴霧器は据え付け操作するのに費用がかかることがあり得る。
【０００７】
【発明の要約】
上述した問題は、熱形成装置に熱形成されたシートを冷却する急冷部を備える本発明により克服される。モールドは、シートがモールド上にとどまっている間にシートを冷却する急冷部の中へモールドを運搬するための作動システムだけでなく、シートを保持するための内部真空室を含む。
【０００８】
好ましい具体例においては、真空室は、モールド内にカプセル状に包まれた（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）キャビネットを含む。モールドは、モールド面から真空室まで伸長する複数の真空孔を画成する。キャビネットは、モールドと略同一の広がりを持ち、そのためにモールド内の実質的にどんな場所においても真空孔を配置することを可能にする。
【０００９】
他の好ましい実施例においては、真空室は、モールド内にカプセル状に包まれた真空ラインのネットワークを含む。モールドは、モールド面から真空ラインまで伸長する複数の真空孔を画成する。
【００１０】
本発明は、シートがモールド上にとどまっている間、急冷部内で熱可塑性シートが冷却される熱形成方法も提供する。この方法は、通常（ａ）ガラス−転移温度以上に熱可塑性シートを加熱するステップと、（ｂ）内部真空室を有するモールド上にある加熱されたシートを引き付けるステップと、（ｃ）真空室内に部分真空を作ることによりモールド上のシートを保持するステップと、（ｄ）熱可塑性シートがモールド上にとどまっている間に急冷部内でそのシートを冷却するステップと、を含む。
【００１１】
本発明は更に内部真空室を有する熱形成モールドを製作するための方法を提供する。この方法は、通常（ａ）モールド若しくはモールド面の３次元表面に合わせてモールドの一部を鋳造するステップと、（ｂ）モールド面に向かい合って（ｏｐｐｏｓｉｔｅｔｈｅ ｍｏｌｄ ｆａｃｅ）の反対側に真空ライン若しくは真空キャビネットを配置するステップと、（ｃ）真空ライン若しくは真空キャビネットの周りを囲んでモールドの残部を鋳造するステップと、を含む。真空孔は、モールド面を貫通して真空ライン若しくはキャビネットの内方へドリルで穴開けされてもよい。
【００１２】
本発明は簡易且つ効果的な熱形成方法及び装置を提供し、この方法及び装置は、サイクルタイムを減じるとともに、従来型のモールド製作技術にただ単に限られた変更を加えることによって製作される。熱成形装置はシートを冷却するための急冷部を含んでいるので、従来型の冷却剤ラインの必要はない。このことは、製作されたモールド内に真空孔をつくるときに冷却剤ラインをさけるために必要とされる努力を排除することにより、モールドの製作を容易にする。更に、急冷部の使用により、一定の制御された温度において熱可塑性シートを迅速に冷却することを可能にする。
【００１３】
本発明のこれらの、又は、他の目的、長所、又は特徴は、好ましい具体例の詳細な説明及び図面を参照することにより理解され認識される。
【００１４】
【好ましい実施例の詳細な説明】
Ｉ．概要
本発明の好ましい実施例に係る熱成形システムは、図２中、通常符号１００で示される。この熱成形装置は、通常、熱成形プロセスの様々な段階、すなわち、装填ステーション（ｌｏａｄｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ）２００が熱可塑性シート１０４を移動可能なラック１０２の上へ装填する（ｌｏａｄ）段階、ヒーター１０７が熱可塑性シート１０４を加熱する段階、移動可能な真空モールド１０８及び急冷部（ｑｕｅｎｃｈ）１１０が、熱可塑性シート１０４がモールド１０８上に保持されている間、熱可塑性シート１０４を冷却する段階、を通じて熱可塑性シート１０４を運ぶ移動可能なラック１０２を含む。操作中、熱可塑性シート１０４は、装填ステーション２００にあるラック１０２上へ装填され、その後、ラック１０２により、熱可塑性シート１０４がヒーター１０７により加熱される場所である加熱ステーションへ運ばれる。その後、ラック１０２は、加熱された熱可塑性シート１０４をモールド１０８に隣接すべく移動させ、その後、熱可塑性シート１０４は、モールド１０８の内部の真空室内で、部分真空状態がつくられることにより、モールドの上方に引き付けられる。その後、モールド１０８は、フレーム１０９と関連して（ｉｎｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ）移動し、熱可塑性シート１０４がモールド１０８に保持されている間、急冷部１１０内において熱可塑性シート１０４を冷却する。本発明の開示のために、本発明は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から部品を形成することと関連して説明されている。本発明は、他の熱可塑性材料を含むさまざまな熱形成可能な材料を使用して、広くさまざまな製品を製造することによく適している。
ＩＩ. 構造
上述の如く、ラック１０２は熱成形プロセスのさまざまなステップを通じて熱可塑性シート１０４を運ぶべく機能する。好ましい実施例において、ラック１０２は、通常、垂直方向軸の回りを水平面上で回転する従来型の回転装置である。ラック１０２は、多くの放射状に離間したラック・アーム１０２ａ−ｃを設けられており、回転ファンに少し近似した形状に設計され、多くの作業工程が同時に多くの熱可塑性シート１０４に実行されることができる。要約して言えば、多くのラック・アーム１０２ａ−ｃは、夫々の熱可塑性シート１０４を同時に装填、加熱、及び成形することができる。より具体的には、コンベヤ１０３に到着した熱可塑性シート１０４は、装填ステーション２００にあるラック１０２の上へ装填される。同時に、一の先に装填された熱可塑性シート１０４は、加熱ステーション２０２において、ヒーター１０７によって、加熱され、他の先に装填された熱可塑性シート１０４は、モールドステーション２０４において、モールド１０８及び急冷タンク１１０によって、成形及び急冷される。
【００１５】
ラック１０２は、矩形状に配置された複数のクランプ１１２を含む。クランプ１１２は、熱可塑性シート１０４の周辺の余白上で、選択的に閉じるように位置決めされる。クランプ１１２の数及び配置は、熱可塑性シート１０４を十分保持するのに必要な適用に応じて変更される。装填ステーション２００は、通例、従来型と同様であり、ここでは詳細には説明しない。簡単に言えば、シート１０４はコンベア１０３から供給され、装填ステーション２００において、ラックアーム１０２ａ−ｃの上へ順次装填される。好ましい実施例においては、シート１０４は夫々、対応するラックアーム１０２ａ−ｃの上に手動で配置され、シート１０４の周辺端部は開いた状態のクランプ１１２内に配置される。上述した如く、シート１０４は、その代わりに、従来型の「取上げ及び配置（ｐｉｃｋ−ａｎｄ−ｐｌａｃｅ）」マシンを使用してラックの上に位置決めされてもよい。クランプ１１２は、シート１０４の周辺部の辺りで閉じられ、ラック上でシート１０４をしっかりと保持する。ラック１０２は、様々なステーションの間でラックアーム１０２ａ−ｃを回転させる従来型の駆動制御組立体（図示せず）を含んでもよい。このように、ラック１０２は、装填されたシート１０４を装填ステーション２００から加熱ステーション２０２へと、又、加熱ステーション２０２からモールドステーション２０４へと回転させるよう機能する。他の通常例のラックの配置が、回転ラック１０２を代替してもよいが、従来と同様ゆえ、ここでは、詳細に説明しない。
【００１６】
ヒーター１０７は、通例公知であり、従ってここでは詳細に説明しない。簡潔に言えば、具体例として説明されているヒーター１０７は、放射、対流、赤外線若しくは他の通常型のヒーターでもよく、好ましくは標準的な制御装置が装備されている。
【００１７】
図２乃至４中、モールド１０８は、三次元の表面１１６を含み、この表面１１６は通例希望製品に相応して形作られる。このモールドは、内部真空室１１４、及び、真空室１１４から表面１１６に亘ってモールド１０８を貫通する複数の真空孔１１７を含む。内部真空室１１４は、好ましくは、モールド１０８の全幅及び全奥行きに亘って略伸びるキャビネット１１８によって画成される。キャビネット１１８は、勿論真空孔１１７によって容易に交叉された大きな真空マニホルドとして機能する。キャビネット１１８は、好ましくは、真空入口（ｖａｃｕｕｍｉｎｌｅｔ）１２０を含んでおり、この真空入口１２０は、モールド１０８から伸長し、又、キャビネット１１８を通常型の真空装置（図示せず）に接続するための部品１２２において終端する。
【００１８】
図５中、内部真空部屋は、その代替として、モールド１０８’の内部に設けられた（ｅｎｔｒａｐｐｅｄ）ラインのネットワーク１１８’により画成されてもよい。ネットワーク（ｎｅｔｗｏｒｋ）１１８’は、好ましくは、真空入口１２０’に相互接続された複数の平行ラインを含む。ライン１１８’の的確な配置は、好ましくは、一般的なものであり、例えば、単一平面に沿って規則正しく６インチ毎の間隔があけられている。その代替として、これらのラインの配置は、特別の応用が可能であり、例えば、真空孔の所望領域にのみこれらのラインが配置されてもよい。真空ライン１１８’を組み込んだ応用においては、真空孔１１７’が真空ライン１１８’を貫通することを確保することが必要とされる。
【００１９】
更に図３及び４を参照すれば、モールド１０８は、作動装置１６０によって運ばれ、この作動装置１６０は、モールド１０８をラックアーム１０２ａ−ｃの内方へ又は外方へ択一的に移動させ、又、急冷部１１０の内方へ又は外方へ択一的に移動させる。一般的に、作動装置１６０は、モールド１０８の垂直移動を可能にさせる４つの垂直方向配置のシリンダー１６４ａ−ｄと、垂直シリンダー１６４ａ−ｄの頂部に据え付けられた運び台１６６と、運び台１６６内の据え付けられた回転可能なプラテン１７２と、及びプラテン１７２を回転させることによりモールド１０８を回転移動させる駆動組立体１８０と、を含む。
【００２０】
４つの垂直方向配置の空気圧（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ）若しくは液圧（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）シリンダー１６４ａ−ｄは、好ましくはフロア、又は、フロア内若しくはフロア上に配置されたフレーム（図示せず）に直接取り付けられる。シリンダー１６４ａ−ｄは、好ましくは従来例の制御システム（図示せず）によって操作され、シリンダー１６４ａ−ｄを一斉に（ｉｎｕｎｉｓｏｎ）伸縮させる。運び台１６６は、シリンダー１６４ａ−ｄとともに垂直方向に移動できるように空気圧シリンダー１６４ａ−ｄの頂部に据え付けられる。運び台１６６は、略矩形の枠組みであり、一対のモーター支持台（ｍｏｔｏｒｓｕｐｐｏｒｔｓ）１６８ａ−ｂを有する。モーター支持台１６８ａ−ｂは、運び台１６６の両側の側面端部中央に配置される。
【００２１】
プラテン１７２は、通常略矩形の構造物であり、モールド１０８を支持するとともに運び台１６６内にはめ込まれる（ｉｓｆｉｔｔｅｄ）。プラテン１７２は、プラテン１７２の両側の側面端部から伸長する１対の回転軸１７４ａ−ｂを含む。回転軸１７４ａ−ｂは、中央に配置され、運び台１６６にある対応するベアリング若しくはブシュ組立部品（図示せず）内にはめ込まれる。プラテンギア１８５ａ−ｂは夫々、回転軸１７４ａ−ｂの上に取り付けられる。
【００２２】
駆動組立体１８０は、モーター支持台１６８ａ−ｂの上に据え付けられる１対の電気駆動モーター１８２ａ−ｂを含む。駆動ギア１８４ａ−ｂは夫々、モーター１８３ａ−ｂのシャフトに取り付けられる。駆動チェーン１８６ａ−ｂは、モーター１８２ａ−ｂとプラテン１７２とを動作的に（ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ）連結する。更に詳述すると、駆動チェーン１８６ａ−ｂは夫々、駆動ギア１８４ａ−ｂ／プラテンギア１８５ａ−ｂの組み合わせに適合しており、これによりモーター１８５ａ−ｂを操作することによりプラテン１７２を結果的に回転させることになる。駆動ギア及びプラテンギアの夫々の大きさは、所望の（回転）伝導レシオ（ｄｒｉｖｅｒａｔｉｏ）を提供するよう選択される。典型的には、このレシオは、駆動モーター１８２ａ−ｂの特徴及びモールドの所望回転速度に鑑みて選択される。前記作動装置１６０は、単なる例示であり、モ−ルド１０８を急冷部１１０の内方及び外方へ移動させることを可能にする広く多様な作動装置の中のいかなる作動装置によって取って代わられてもよい。
【００２３】
急冷部１１０は、図３及び６乃至１１に示す如く、通常大量の急冷流体１１４を収容するリザーバ１１３を含む。急冷部１１０は、好ましくはモールド１０８の直下に配置されており、モールド１０８及び熱形成されたシート１０４は形成の後すぐに急冷部１１０の中に沈められることが可能である。前記実施例においては、リザーバ１１３は、モールド１０８がその上に保持される成形部１０５を収容するのに十分な大きさのタブ（桶型の容器）である。急冷流体１１４は、好ましくは水であるが、オイル、冷却剤若しくは他の液体でもよい。要望があれば、急冷流体１１４は、概ね流体のような特徴を有する液体でない物質に代替できる。例えば、急冷流体１１４は、セラミックビーズの振動する集合体（ｖｉｂｒａｔｉｎｇｍａｓｓ）（図示せず）でもよい。
【００２４】
急冷流体１１４若しくは他の冷却媒体の温度は、好ましくは従来型の温度制御システム（図示せず）により保持される。温度制御システムは、所望の温度に冷却媒体を保持する必要に応じて、冷却装置、及び／若しくは、ヒーターを含んでもよい。冷却媒体を所望の温度に保持することを可能にする冷却装置及びヒーターは、よく知られている。略一定温度に冷却流体を保持することによって、成形における冷却時間の部分も、略一定に維持することが可能である。モールド１０８及び熱可塑性シート１０４が、急冷流体１１４に沈められ、冷却されるたびに、流体１１４の温度が任意に検査され、所望の温度に保持すべく冷却されてもよい。
ＩＩＩ．作用
本発明の作用は、特に図２及び６乃至１１を参照して説明する。作用において、シート１０４は、装填ステーション２００においてラック１０２の中に装填される。更に詳述すれば、ラックアーム１０２ａ−ｃのうち１つのラックアームが、装填ステーション２００に隣接するよう位置決めされる。クランプ１１２は開いており、ラック１０２がシート１０４を受け止めるべく用意されている。シート１０４は、その後、その周辺端部が対応クランプ１１２の開いた状態の押さえ部分（ｊａｗｓ）間に位置決めされて、ラック１０２上に配置される。シート１０４は、手動、若しくは、従来型の「取上げ及び配置（ｐｉｃｋａｎｄ ｐｌａｃｅ）」機械装置の使用を通じて配置されてもよい。一旦シート１０４が配置されたならば、クランプ１１２はシート１０４の周辺端部を掴むべく閉じられる。
【００２５】
ラック１０２は、その後、シート１０４を加熱ステーション２０２の方へ進めるべく回転し、この加熱ステーション２０２においてシート１０４がヒーター１０７により加熱される。ラック１０２は、典型的には、例えばギア若しくはチェーンによって駆動する回転及び移動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）により（図示せず）、オートメーション化されている。ラック１０２は、代替としてシート１０４を異なる位置に移動させる従来型の経路供給（ｔｒａｃｋ−ｆｅｄ）システムとしてセットアップされてもよい。要望があれば、ラック１０２は、手動で動かされてもよい。加熱ステーション２０２において、ヒーター１０７は、シート１０４に所望の量の熱エネルギーを供給する。典型的には、シート１０４は、そのガラスー転移温度以上の所定の温度に加熱される。
【００２６】
図２中、加熱されたシート１０４を運ぶラックアーム１０２ａ、ｂ若しくはｃは、その後モールドステーション２０４の方へ回転され、この回転されたラックアームは図６にもっともよく示される。そのモールドステーションにおいて、ラック１０２ｂは、モールド１０８の上に来るようにシート１０４を位置調整する。次に、図７に示される如く、モールド１０８は、垂直シリンダー１６４ａ−ｄが伸びることによって上昇し、シート１０４に接触する。同時に、真空源（ｖａｃｕｕｍｓｏｕｒｃｅ）のスイッチが入れられ、真空室（ｖａｃｕｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ）１１４内に部分真空（ｐａｒｔｉａｌｖａｃｕｕｍ）がつくられ、真空孔１１６を経由して空気が吸引される（図３及び５）。モールド１０８は、シートがそのモールドの３次元表面上に十分引き付けられるまで上昇する。シート１０４が、一旦モールド１０８上に十分引き付けられたならば、クランプ１１２は、形成されたシート１０４が自由にモールド１０８とともに移動できるように、（シート１０４を）開放する。図８に示す如く、モールド１０８は、その後シリンダー１６４ａ−ｄとともにアーム１０２から引き離される。代替実施例においては、ラック１０２は、適切なラックアーム１０２ａ−ｃを、シートを運搬しモールド１０８の表面に接触するようにする下降させることと、それからシート１０４がモールド１０８上で開放された後に上昇させることとを可能にする垂直駆動機構とともに提供されてもよい。
【００２７】
次に、作動装置１６０は、急冷部１１０内にモールド１０８及びシート１０４を下降させる。図９及び１０中、駆動組立体１８０は、最初にプラテン１７２を約１８０度回転させ、モールド１０８は上下逆になった状態で運び台１６６下につり下げられる。プラテン１７２は、モーター１８２ａ−ｂの動作により回転させられる。モーター１８２ａ−ｂは、駆動ギア１８４ａ−ｂを回転させ、次に駆動ギア１８４ａ−ｂが駆動チェーン１８６ａ−ｂを駆動させる。駆動チェーン１８６ａ−ｂの動作は、プラテンギア１８５ａ−ｂの回転動作、又、ついにはプラテン１７２の回転動作を生じさせる。
【００２８】
図１０に示す如く、一旦プラテン１７２が回転させられると、運び台１６６は、垂直シリンダー１６４ａ−ｄの操作によって下降させられる。図１１に示す如く、垂直シリンダー１６４ａ−ｄは一斉に縮められ、それにより運び台１６６を下降させ、モールド１０８及びシート１０４を急冷部１１０の中に沈める。モールド１０８及びシート１０４は、シート１０４がモールド１０８から取り外されたときに変形しないように十分冷却されるべく選択された所定時間の間、急冷部１１０内に沈められた状態のままとどまる。モールド１０８は、その後急冷部１１０から引き上げられる。垂直シリンダー１６４ａ−ｄは一斉に伸ばされ、運び台１６６、プラテン１７２，モールド１０８及びシート１０４を急冷流体１１４から引き上げる。一旦垂直シリンダー１６４ａ−ｄが十分に伸ばされたならば、プラテン１７２は、駆動モーター１８２ａ−ｂによって１８０度回転させられ、モールド１０８を直立位置（ｕｐｒｉｇｈｔｐｏｓｉｔｉｏｎ）に戻す。真空状態は、好ましくは周囲部（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）に真空室１１４を開放することによって（図３及び５）、解除される。シート１０４は、真空状態を反転させかつモールド１０８から（それまでに十分に形成されている）シート１０４に吹き付けられることによって、モールド１０８から取り外されてもよい。シートが、手若しくは従来技術の取上げ及び配置機構によって取り外され、コンべア１０５上に置かれ更に次の工程において処理される（図２）のは随意である。この工程処理は、シートの所望の数に合わせて繰り返される。
ＩＶ モールドの製作
モールド１０８は、好ましくは図１２Ａ−Ｄに示される工程において製作される。一般的には、この工程は、モールド１０８を作るための、モールド媒体４５４にモールド型（ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）４５５を画成することと、真空キャビネット１１８若しくは真空ライン１１８’（真空室１１４として総称している）を配置することと、モールド型４５５の中に、真空室１１４の上から被うか真空室１１４を囲むように、融解材料を流し込むことと、を含む。モールド１０８が、鋳造ボックス（ｃａｓｔｉｎｇｂｏｘ）４５０から取り外された後、真空孔は、真空室１１４及び周囲部間の流体的連通を可能にすべく予め選択された位置においてモールドの表面を貫いてドリル加工され（ｄｒｉｌｌ）てもよい。
【００２９】
更に図１２Ａ−Ｄを参照すれば、モールド媒体４５４は、好ましくは砂若しくは他の従来からある鋳造媒体（ｃａｓｔｉｎｇｍｅｄｉａ）である。この媒体は、鋳造ボックス４５０内に配される。図１２Ａに示す如く、鋳造ツール４５２は、媒体４５４に押しつけられ、その媒体に中にそのツールの型を形成する。ツール４５２は、通常従来型のものであり、好ましくは所望のモールド及び熱形成製品の形状に彫られた木製のものである。他の通常型のモールドツール若しくは技術が、媒体４５４に型を作るべく使用されてもよい。
【００３０】
図１２Ｂに示す如く、モールドツール４５２がボックス４５０から取り外された後には、媒体４５４にモールド型４５５が残る。図１２Ｃに示す如く、（真空キャビネット１１８若しくは真空ライン１１８’によって定義される）真空室１１４は、モールド型４５５内で懸垂された状態にある。真空室１１４は、好ましくはワイア若しくは他の従来技術により所望の位置に保持される。上述した如く、真空室１１４は、好ましくは、中空キャビネット１１８であり、この中空キャビネット１１８はモールド１０８を鋳造するために使用される融解材料と接触したときに概ね変形しない実際上のどんな材料でできていてもよい。好ましくは、真空キャビネット１１８は、アルミ合金であるが、鋳造材料及びそのキャビネットの許容変形量に応じて、他の材料が使用されてもよい。真空室１１４は、真空ラインのネットワーク１１８’によって画成されるよう代替されてもよい。このような応用においては、真空ライン１１８’は、図に示す如く、コイル形状にアレンジされてもよい。このラインは、モールド面４８０の外形に合わせて真空源の能力を最大限に発揮させるような任意のどんなパターンであってもよい。例えば、真空ライン１１８’は、格子状のような（ｇｒｉｄ−ｌｉｋｅ）パターン、若しくは、モールド面４８０の３次元の谷部若しくは亀裂（ｃｒｅｖｉｃｅｓ）のようにモールド面４８０の領域に近接するようアレンジされたラインによって画成されてもよく、真空ライン１１８’は、熱成形操作の間に、熱可塑性材料をもっともよく引き付けるものであることが要求される。更に、キャビネット１１８及び真空ライン１１８’が、所望のいくつかの応用においては、モールド１０８内に位置決め鋳造されてもよい。
【００３１】
次のステップを、図１２Ｄにより説明する。このステップにおいては、鋳造材料が、モールド型４５５の中に注ぎ込まれ、その外形に合わせて型どられる。鋳造材料は、好ましくはアルミであるが、いかなる市販の金属、合金、若しくは、化学合成物（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ）材料も、応用技術として、モールドを形成するのに使用されてもよい。好ましくは、鋳造材料は、モールド型４５５を満たすように注ぎ込まれ、真空室１１４上で延在し（ｅｘｔｅｎｄｏｖｅｒ）、真空室１１４を閉じこめる（ｅｎｔｒａｐ）。鋳造材料は、モールド型４５５の外形を埋め（ｆｉｌｌ）、隆起部（ｒｉｄｇｅ）及び谷部からなる３次元表面、すなわち“モールド面”４８０を形成する。一方、真空室１１４は、モールド１０８が鋳造された後、モールド１０８の下面に固定されてもよい。
【００３２】
別個に説明していないが、融解材料は硬化可能であり、形成されたモールド１０８はその凹部から取り外される。一旦（モールド１０８が）その凹部から取り外されたならば、複数の真空孔が、ドリルにより開けられ（ｄｒｉｌｌ）、パンチにより開けられ（ｐｕｎｃｈ）、さもなければ、真空室１１４及び真空表面４８０間の流体連通を可能ならしめるようにモールド面を貫通されることにより形成されてもよい。このモールドは、従来型の冷却ラインを含んでいないため、真空孔は、このようなラインの１つを傷めてしまう心配なしにドリルにより開けられ得る。その結果、もっとたくさんの位置において、真空孔がドリルで開けられ得る。
Ｖ 第１の代替実施例
本発明の第１の代替実施例を図１３及び１４に示す。この実施例は、駆動部品を除いて、好ましい実施例と同じコンポーネントの大多数を含む。液圧シリンダー２６４ａ−ｄは、ラム（ｒａｍｓ）２６５ａ−ｄが好ましくは入れ子式（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｎｇ）であることと、運び台２７２が支持部２７８ａ−ｄの頂部の下に距離をおいてある運び台支持部品２７３ａ−ｄに固着されていることと、を除けば、好ましい実施例に近似している。操作において、モールド２０８は、液圧入れ子式シリンダー２６４ａ−ｄによって一斉に持ち上げられ、好ましい実施例と同じ方法でラック２０２ｂ上に支持されているシート１０４に係合（ｅｎｇａｇｅ）する。モールド２０８は、図１３中、持ち上げられた位置が想像線（２点鎖線）で示される。モールド２０８が、真空により吸引されたシート１０４とともに引き下げられるとき、運搬プラテン２７２は、回転するのではなくて、図１４において想像線で示される如く、運び台２７２が急冷タンク２１３内に配置されるまで液圧シリンダ２６４ａ−ｄにより一斉に引き下げられる。そこで、シート１０４は、好ましい実施例に関連して説明した如く、冷却及び形成される。シート１０４が、十分に冷却された後、液圧シリンダーラム２６５ａ−ｄは一斉に伸びて、運び台２７２，モールド１０８及びシート１０４を、急冷タンク２１３から持ち上げる。シート１０４は、好ましい実施例に関連して述べたいかなる技術、若しくは、他の従来型の取り外し技術によって、モールドから取り外されてもよい。このプロセスは、上述したように多量のシートを鋳造するために繰り返されてもよい。
ＶＩ 第２の代替実施例
本発明の第２の代替実施例を図１５に示す。図１５に示された成形装置は、通常、運び台３７２に取り付けられた上下逆さのモールド３０８を含み、運び台３７２には更に上下逆さにされた液圧シリンダー３６４ａ−ｄに取り付けらる。操作において、液圧シリンダーは運び台３７２及びモールド３０８を、ラックアーム３０２ｂを通り抜けて下降させ、シート１０４が、好ましい実施例において述べたようにモールド３０８に当接して引き付けられてもよい。運び台３７２は、更に液圧シリンダー３６４ａ−ｄによって一斉に下降させられ、運び台３７２に結合されたモールド３０８及びシート１０４は急冷タンク３１３内に配置され、液体３１４がシート１０４を冷却することを可能にする。図１５中、モールド３０８が目一杯下降させられた位置を想像線で示す。一旦シート１０４が、十分冷却されたならば、シート１０４は液圧シリンダー３６４ａ−ｄによってモールド３０８上に保持されたまま引き上げられてもよい。シート１０４は、好ましい実施例に関連して述べたいかなる技術、若しくは、他の従来型の取り外し技術によって、モールドから取り外されてもよい。このプロセスは、上述したように多量のシートを鋳造するために繰り返されてもよい。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施例を述べた。さまざまな代替や変更は、添付の特許請求の範囲によって確定される本発明の趣旨及び広範な解釈から離れることなく、することができ、この特許請求の範囲は、均等論を含む特許法の原理・原則に一致して解釈される。特許請求の範囲において、例えば、冠詞“ａ，”“ａｎ，”“ｔｈｅ”若しくは“ｓａｉｄ，”を使用して、構成要素をいかに単数として言及していたとしても、この構成要素を単数に限定して解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の熱成形装置の側面図である。
【図２】本発明に係る熱成形装置を上面から見た図である。
【図３】本発明に係る熱成形装置の側面図である。
【図４】本発明に係る熱成形装置を上面から見た図である。
【図５】本発明に係る熱成形装置の真空ラインネットワークの側面図である。
【図６】熱可塑性シートを真空鋳造する前の本発明に係る熱成形装置の正面図である。
【図７】熱可塑性シートが真空形成されるときの本発明に係る熱成形装置の正面図である。
【図８】熱可塑性シートが真空モールド上で引き付けられた状態の本発明に係る熱成形装置の正面図である。
【図９】真空モールドがある程度回転した位置にある本発明に係る熱成形装置の正面図である。
【図１０】急冷タンク上に配置された本発明に係る熱成形装置の正面図である。
【図１１】真空モールド及び熱可塑性シートが急冷タンク内に沈められたときの本発明に係る熱成形装置の正面図である。
【図１２】図１２中、Ａ−Ｄは本発明の熱形成モールドを製作するためのプロセスの様々なステップである。
【図１３】本発明に係る熱成形装置の第一の代替実施例である。
【図１４】本発明に係る熱成形装置の第一の代替実施例において真空モールドが急冷タンクの中に沈められた図である。
【図１５】本発明に係る熱成形装置の第二の代替実施例である。
【符号の説明】
１００…熱成形システム
１０２…ラック
１０４…熱可塑性シート
１０７…ヒーター
１０８…モールド
１１０…急冷部
１１２…クランプ
１１３…リザーバ
１１４…内部真空室
１１６…モールド３次元表面
１１７…真空孔
１１８…キャビネット
１１８’…真空ライン
１６０…作動システム
１６４…垂直シリンダー
１６６…キャリッジ
１８０…駆動組立体
１８２…駆動モーター
２００…装填ステーション
２０２…加熱ステーション
２０４…モールドステーション
２０８…モールド
２１３…急冷タンク
２６４…液圧シリンダー
３０８…モールド
３１３…急冷タンク
３６４…液圧シリンダー
４５４…モールド媒体
４５５…モールド型
４８０…モールド面

Claims (22)

1. 熱成形方法において、
   内部真空室を有する真空モールドを提供するステップと、
   リザーバ及び急冷流体を含む急冷部であって、前記リザーバは、熱可塑性材料が前記モールド上に保持されている間、前記モールドを収容するのに十分な寸法を有している急冷部を提供するステップと、
   前記熱可塑性材料を加熱するステップと、
   前記内部真空室において部分真空状態を生じさせることを含めて、前記真空モールド上に加熱された前記熱可塑性材料を引き付けるステップと、
   該熱可塑性材料が該真空モールド上にとどまっている間、該熱可塑性材料を前記急冷部により急冷することにより、成形された該熱可塑性材料を冷却するステップとを具備することを特徴とする熱成形方法。
2. 請求項１記載の熱成形方法において、前記急冷を略一定の温度に保持するステップを具備する熱成形方法。
3. 請求項２記載の熱成形方法において、前記熱可塑性材料は、水、油、冷却剤及びセラミック・ビーズからなる一群から選択された材料中で急冷される熱成形方法。
4. 請求項３記載の熱成形方法において、前記真空状態を解除させかつ前記熱可塑性材料に対してガスを吹きつけることによって、前記真空モールドから該熱可塑性材料を取り外すステップを具備する熱成型方法。
5. 熱成形装置において、表面及び内部真空室を有する真空モールドであって、前記表面及び前記真空室の間を伸びる複数の真空孔を画成する前記真空モールドと、急冷部と、熱可塑性材料が前記モールド上に保持されている間、前記急冷部の中へ前記モールドを移動させる作動手段と、を具備し、
   前記急冷部は、リザーバ及び急冷流体を含み、前記リザーバは、熱可塑性材料が前記モールド上に保持されている間、前記モールドを収容するのに十分な寸法を有していることを特徴とする熱成形装置。
6. 請求項５記載の熱成形装置において、前記急冷流体を略一定温度に保持するための温度制御手段を更に具備する熱成形装置。
7. 請求項５記載の熱成形装置において、前記作動手段は、前記真空モールドを支持する運び台を含む熱成形装置。
8. 請求項７記載の熱成形装置において、前記熱可塑性材料からなる少なくとも１つのシートを、支持位置に保持するためのラックを具備する熱成形装置。
9. 請求項８記載の熱成形装置において、前記運び台は、前記真空モールドが前記支持位置にて前記シートに接触しかつ該シートを引き付ける第一の位置と、前記運び台が前記急冷部内で前記シートが前記真空モールド上に保持されている状態で該モールドを配置する第二の位置と、の間で移動可能である熱成形装置。
10. 請求項９記載の熱成形装置において、前記第一の位置において前記モールドが前記シートに対面し又前記第二の位置において該モールドが前記急冷部に対面するように、前記運び台を軸線の回りを回転させる駆動組立体を具備する熱成形装置。
11. 請求項９記載の熱成形装置において、前記第一の位置及び前記第二の位置間の移動は、前記運び台を略１８０度回転させることを要する熱成形装置。
12. 請求項５記載の熱成形装置において、前記内部真空室は、真空キャビネット及び真空ラインのネットワークのうち少なくとも一方である熱成形装置。
13. 熱成形システムにおいて、ヒーターを含む第一のステーションと、真空モールド及び急冷リザーバを含む第二のステーションであって、前記真空モールドは該真空モールドが部分真空により前記真空モールドに対して熱可塑性シートを引き付ける引き付け位置と前記真空モールドが前記急冷リザーバ内に配置される急冷位置との間で作動可能である、前記第二のステーションと、複数のシート受取開口部を含みかつ熱可塑性シートを支持するラックであって、前記熱可塑性シートを前記第一のステーション及び前記第二のステーションへ移動させる前記ラックと、を具備する、ことを特徴とする熱成形システム。
14. 請求項１３記載の熱成形装置において、前記ラックは、回転装置である熱成形装置。
15. 請求項１３記載の熱成形装置において、前記真空モールドは表面及び内部真空室を含み、該真空モールドは前記内部真空室及び周囲部間を流体が連通することを可能にする複数の真空孔を画成する熱成形装置。
16. 熱成形装置において、急冷タンクと、モールドによって画成された複数の真空孔を通して周囲部と流体的連通する真空キャビネット及び真空ラインネットワークの少なくとも１つを含む前記モールドと、前記モールドを支持する作動システムであって、前記作動システムは該モールドが部分真空により該モールドに対して熱形成可能シートを引き付ける引き付け位置と該モールドが前記急冷タンク内に配置される急冷位置との間で作動可能である前記作動システムと、を具備する、ことを特徴とする熱成形装置。
17. 請求項１６記載の熱成形装置において、前記モールドは複数の最大及び最小の厚さの領域を有し、前記真空ラインネットワークがその最小厚さの領域に隣接して該モールド内に形成されている熱成形装置。
18. 請求項１６記載の熱成形装置において、少なくとも１つの熱可塑性シートを保持するためのラックを具備する熱成形装置。
19. 請求項１８記載の熱成形装置において、前記作動システムは、前記モールドを、前記ラックを介して駆動して前記シートと接触させ、該シートを該モールドとともに前記急冷タンク内へ移動させ、前記急冷位置へ移動させる熱成形装置。
20. 請求項１６記載の熱成形装置において、前記作動システムは、前記モールドを前記引き付け位置へ移動させ、その後前記引き付け位置において前記モールドが前記シートに対面し又前記急冷位置において該モールドが前記急冷部に対面するように、前記運び台を軸線の回りを回転させる、熱成形装置。
21. 請求項１６記載の熱成形装置において、前記作動システムは、複数の空気圧シリンダーによって操作され、該空気圧シリンダーは前記モールドを第一方向の前記引き付け位置へ移動させ、その後該空気圧シリンダーは該モールドを該引き付け位置から該モールドが前記急冷位置に配置されるまでの第二方向へ引っ込める熱成形装置。
22. 請求項１６記載の熱成形装置において、前記熱形成可能シートはラック内に保持され、前記作動システムは前記モールドを第一方向へ駆動させて前記熱形成可能シートに接触させ、その後該作動システムは、熱形成可能シートが該モールドに対して引き付けられた後に該モールドが前記急冷位置に達するまで、前記第一方向とは反対の第二方向へ該モールドを引っ込める熱成形装置。

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