JP3760868B2 - 中空体成形装置および中空体成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の熱可塑性の樹脂シートを閉鎖空間を形成するように空間を隔てて配置して中空成形体に成形する中空体成形装置および中空体成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車に用いられる部品には、軽量であり、かつ、高剛性・高強度であることが要求され、当該部品の材料に樹脂材料を適用する場合においても、同じことが要求される。かかる要求に応えるために、内部に中空部を有する中空成形体の開発が行われている。中空成形体から樹脂製部品を構成することにより、部品の軽量化を図りつつ、剛性ないし強度を向上させることができる。
【０００３】
一対の熱可塑性の樹脂シートから中空成形体を成形する技術として、従来、特開平６−１１４９１９号公報、特開平９−２６２８９９号公報に示されるものが知られている。
【０００４】
前者の公報（特開平６−１１４９１９号公報）に示される技術では、熱可塑性樹脂シートを加熱ヒータによって加熱軟化させる工程は、初期加熱工程と逓減加熱工程とを含み、樹脂シートの成形適正温度に基づき、加熱ヒータの加熱温度を制御している。
【０００５】
後者の公報（特開平９−２６２８９９号公報）に示される技術では、２枚の熱可塑性の樹脂シートの間に通気性耐熱支持部材を挿入し、２枚の樹脂シートが中空部において接触したり融着したりしないようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
中空成形体を一対の熱可塑性の樹脂シートから成形する場合、対面して一対となる２枚の熱可塑性樹脂シートを相互間が閉鎖空間となるように周縁部を固定し、この樹脂シートを予め加熱して軟化させた後に、２枚の樹脂シートの固定された周縁部の内側を、金型により挟み込んでいる。このため、目的とする成形品が大型であるために樹脂シート自体の面積や寸法が大きいときには、加熱軟化された熱可塑性樹脂シートが自重により垂れ下がり易くなる。両樹脂シートの融着などを防止するためには、両樹脂シート間の空間を広く設定しなければならない。この結果、２枚の樹脂シートの周縁部の内側に金型が接触してから、金型のプレスが完了するまでの加圧時間が長くなり、樹脂シートの加熱軟化温度からの温度低下が進んでしまい、両樹脂シートを圧着する接合部に、接合強度の不足が生じる虞がある。
【０００７】
また、２枚の熱可塑性樹脂シート間に、両樹脂シートの融着などを防止する通気性耐熱支持部材などのインサート物を挿入した場合には、当該インサート物が中空成形体の内部に残存する。このため、樹脂シートに透明な熱可塑性樹脂材料を用いたときには、内部に残存するインサート物が透過して見えてしまうので、完全に透明な成形体を得ることができないという問題もある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に伴なう課題を解決するためになされたものであり、一対の熱可塑性樹脂シート間の接合強度が高く、インサート物も存在しない中空成形体を成形し得る中空体成形装置および中空体成形方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１０】
（１）一対の熱可塑性の樹脂シートを閉鎖空間を形成するように空間を隔てて配置して中空成形体に成形する中空体成形装置において、
加熱軟化させた前記一対の樹脂シートを金型により加圧圧着するときに、当該金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱する加熱部を有することを特徴とする中空体成形装置。
【００１１】
（２）一対の熱可塑性の樹脂シートを中空成形体に成形する中空体成形装置において、
前記一対の樹脂シートのそれぞれを空間を隔てて固定して前記一対の樹脂シート相互間に閉鎖空間を形成するホルダと、
加熱軟化した前記一対の樹脂シートを加圧圧着する金型と、
前記一対の樹脂シートを前記金型内に形成されたキャビティの形状に賦形する賦形手段と、を備え、
前記ホルダは、
前記一対の樹脂シートのそれぞれの周縁部を支持する支持部と、
前記樹脂シートのそれぞれの周縁部を前記支持部に押圧する押さえ部と、
前記押さえ部に配置され前記金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱する加熱部と、を含んでいることを特徴とする中空体成形装置。
【００１２】
（３）前記加熱部は、前記押さえ部の内部に設けられていることを特徴とする上記（２）記載の中空体成形装置。
【００１３】
（４）前記加熱部は、前記押さえ部の前記樹脂シートと接する面に設けられていることを特徴とする上記（２）記載の中空体成形装置。
【００１４】
（５）前記賦形手段は、真空成形、圧空成形または真空圧空成形を行うための部材を含んでいることを特徴とする上記（２）記載の中空体成形装置。
【００１５】
（６）一対の熱可塑性の樹脂シートを閉鎖空間を形成するように空間を隔てて配置して中空成形体に成形する中空体成形方法において、
加熱軟化させた前記一対の樹脂シートを金型により加圧圧着するときに、当該金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱することを特徴とする中空体成形方法。
【００１６】
（７）一対の熱可塑性の樹脂シートを中空成形体に成形する中空体成形方法において、
前記一対の樹脂シートのそれぞれを空間を隔ててホルダに固定し、前記一対の樹脂シート相互間に閉鎖空間を形成する工程と、
加熱軟化した前記一対の樹脂シートを金型により加圧圧着する加圧圧着工程と、
前記一対の樹脂シートを前記金型内に形成されたキャビティの形状に賦形する賦形工程と、を備え、
前記加圧圧着工程では、前記樹脂シートのそれぞれの周縁部を押圧する押さえ部に配置された加熱部により、前記金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱していることを特徴とする中空体成形方法。
【００１７】
（８）前記加圧圧着工程では、前記押さえ部の少なくとも一部は、前記樹脂シートの軟化温度以上に加熱されていることを特徴とする上記（７）記載の中空体成形方法。
【００１８】
（９）前記賦形工程は、真空成形法、圧空成形法または真空圧空成形法により行われることを特徴とする上記（７）記載の中空体成形方法。
【００１９】
（１０）前記樹脂シートは、有機充填材、無機充填剤または繊維強化材を配合した樹脂シートである上記（７）記載の中空体成形方法。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の中空体成形装置および中空体成形方法によれば、加熱軟化させた一対の樹脂シートを金型により加圧圧着するときに、当該金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱しているため、金型により加圧される部位近傍の樹脂シートの温度低下を遅延し、樹脂シート周縁部の延伸性を保って、樹脂シートの間隔を容易に狭圧することができる。このため、大型ないし広大な熱可塑性樹脂シートを使用するために一対の樹脂シートの間隔を広めに設定したときであっても、金型により加圧される部位近傍の樹脂シートの温度低下を遅延できることから、両樹脂シートを圧着する接合部に接合強度の不足が生じることはなく、賦形性を向上しつつ内部に中空部を有する中空成形体の成形が可能となる。さらに、中空体内部にインサート物が存在しないため、見栄えのよい透明な成形体を得ることができる。よって、一対の熱可塑性樹脂シート間の接合強度が高く、インサート物も存在しない中空成形体を成形し得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る中空体成形装置１０を示す断面図、図２は、中空体成形装置１０のホルダ３０を、一対の熱可塑性樹脂シート２０を加熱軟化させる加熱装置６０とともに示す断面図、図３は、図１の３−３線に沿う断面図である。
【００２３】
本発明に係る中空体成形装置１０は、一対の熱可塑性の樹脂シート２０を、内部に中空部２１を有する中空成形体２２（図５（Ｂ）を参照）に成形するために用いられる。図１に示すように、中空体成形装置１０は、一対の樹脂シート２０のそれぞれを空間を隔てて固定して一対の樹脂シート２０相互間に閉鎖空間３１を形成するホルダ３０と、加熱軟化した一対の樹脂シート２０を加圧圧着するプレス金型４０と、一対の樹脂シート２０をプレス金型４０内に形成されたキャビティ４１の形状に賦形する賦形手段５０と、を備えている。また、図２に示すように、中空体成形装置１０は、ホルダ３０に固定された一対の樹脂シート２０を加熱して軟化させる加熱装置６０を備えている。
【００２４】
前記樹脂シート２０の材料は、加熱時に軟化する熱可塑性樹脂であれば適用でき、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリル・スチレン・ブタジエンブロック共重合体、ナイロンなどの一般的な熱可塑性樹脂や、エチレン・プロピレンブロック共重合体、スチレン・ブタジエンブロック共重合体などの熱可塑性エラストマー、あるいはこれらのポリマーアロイなどが挙げられる。本明細書における「熱可塑性樹脂」という文言は、これらのすべてを包含する概念である。
【００２５】
また、樹脂シート２０は、有機充填材、無機充填剤または繊維強化材を配合したものでもよい。具体的には、上述した熱可塑性樹脂中に、タルクやガラス繊維などの各種の充填材、あるいは、可視光線の波長（３８０〜７７０ｎｍ）よりもはるかに小さい数１０ｎｍオーダの微粒材料が配合されたナノコンポジット材料であってもよい。微粒材料としては、粘土、タルクあるいはシリカなどが挙げられる。さらに、顔料、滑材、帯電防止剤、酸化防止剤などの通常使用される各種の添加剤が配合された熱可塑性樹脂でもよい。
【００２６】
前記ホルダ３０は、図１および図２に示すように、２枚の熱可塑性樹脂シート２０の間に空間を持たせて、樹脂シート２０間が閉鎖空間３１となるように当該樹脂シート２０の周縁部を固定する構造を有する。すなわち、ホルダ３０は、一対の熱可塑性樹脂シート２０のそれぞれの周縁部を支持する支持部３２と、樹脂シート２０のそれぞれの周縁部を支持部３２に押圧する押さえプレート３３（押さえ部に相当する）と、を含んでいる。さらに、ホルダ３０は、押さえプレート３３に配置されプレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０を加熱する加熱部３４を含んでいる。
【００２７】
支持部３２は、断面が矩形の箱形状を有し、上下壁のそれぞれに開口３２ａが形成されている。開口３２ａの内周縁には、樹脂シート２０を保持するフランジ３２ｂが形成されている。各開口３２ａが樹脂シート２０により閉塞されると、支持部３２内が密閉状態となり、一対の樹脂シート２０相互間に閉鎖空間３１が形成される。上下壁の間隔つまり相対する熱可塑性樹脂シート２０の間隔は、加熱装置６０により樹脂シート２０を加熱軟化した際に当該樹脂シート２０が垂れ下がっても、一対の樹脂シート２０が相互に接触したり融着したりすることがない寸法に設定されている。
【００２８】
支持部３２の材料としては、樹脂シート２０を加熱する過程で樹脂シート２０の熱変形時に発生する応力に耐え得る材料であれば、特に限定されるものではない。例えば、鉄系、非鉄系金属あるいはセラミック系、熱硬化性樹脂材料が挙げられる。好ましくは、安価で加工の容易な鉄系、非鉄系金属材料である。
【００２９】
押さえプレート３３は、支持部３２の上方側および下方側のそれぞれに、開口３２ａ内周縁に沿って設けられている。押さえプレート３３は、支持部３２に対して接近離反移動自在に設けられ、樹脂シート２０のそれぞれの周縁部を支持部３２に対して押圧する。これにより、一対の樹脂シート２０のそれぞれは、空間を隔ててホルダ３０に固定される。
【００３０】
押さえプレート３３を支持部３２に固定する手法としては、押さえプレート３３および支持部３２のうちの一方にガイド穴を樹脂シート２０周縁部に沿って加工し、他方に前記ガイド穴に嵌まり込む針状突起物を突設し、ガイド穴に針状突起物を嵌め込んでプレートなどで狭圧するガイドピン締結法が挙げられる。このガイドピン締結法による樹脂シート２０の固定が一般的であるが、その他に、油圧または空圧によるプレス締結法、ボルト締結法、押さえプレート３３を押さえるプレートを蝶番を使用して狭圧するプレート狭圧締結法が挙げられる。
【００３１】
後述するように、押さえプレート３３の内部に加熱部３４を配置してあるため、押さえプレート３３の材料としては、熱伝導性が良好な材料が好ましく、かかる材料としては、例えば、アルミニウム、銅、真鍮材料などが挙げられる。
【００３２】
本実施形態の加熱部３４は、図３に示すように、押さえプレート３３の内部に配置されている。加熱部３４は、押さえプレート３３の内部に埋め込まれた発熱体から構成され、当該発熱体は、樹脂シート２０周縁部を当該樹脂シート２０の軟化温度以上に加熱し、プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０を加熱するのに必要な熱量を発する。発熱体としては、ニクロム線ヒータ、各種のシーズヒータ、セラミックヒータなどが挙げられる。
【００３３】
前記プレス金型４０は、図１に示すように、上型４２と、当該上型４２に対して相対的に接近離反移動自在な下型４３とを有している。上下型４２、４３は、樹脂シート２０の固定された周縁部の内側を挟み込む位置に設けられている。加熱軟化された一対の樹脂シート２０は、上下型４２、４３が移動することにより、周縁部の内側が挟み込まれて加圧圧着される。上下型４２、４３の内面には、中空成形体２２の外形形状に合致した内面形状を有するキャビティ４１が形成されている。
【００３４】
プレス金型４０の型材料としては、鉄系、非鉄系金属あるいはセラミック材料、熱硬化性樹脂材料などが挙げられる。
【００３５】
成形体を賦形可能な成形方法としては、真空成形法、圧空成形法、真空圧空成形法が挙げられる。
【００３６】
真空成形法を行う装置は、一般に、成形体を賦形可能なキャビティが形成された金型を備え、この金型には、真空引きを行うための吸引口が設けられている。金型は、キャビティと樹脂シートとの間の空間が閉鎖空間となるように、樹脂シートを狭圧する構造を有している。真空成形法を行う場合、まず、加熱装置により、熱可塑性樹脂シートを熱変形温度以上に予め加熱する。この加熱された樹脂シートを金型により狭圧し、キャビティと樹脂シートとの間に閉鎖空間を形成する。そして、樹脂シートが熱変形温度以上にある間に、吸引口よりキャビティ内を負圧にして、樹脂シートを所定の形状に賦形する。
【００３７】
圧空成形法は、上述した真空成形法とは実質的に反対の手法を用いた成形法であり、熱可塑性樹脂シート間にできる閉鎖空間に、外側から圧空を供給し、熱変形温度以上に加熱された熱可塑性樹脂シートをキャビティ内面に密着させて所定の形状に賦形する方法である。
【００３８】
真空圧空成形法は、真空成形法と、圧空成形法とを併せ持った成形方法である。
【００３９】
図示する実施形態では、これらの成形方法のうち真空圧空成形法を採用している。前記賦形手段５０は、真空圧空成形を行うための部材、すなわち、真空引きを行うための吸引口５１と、一対の樹脂シート２０間の閉鎖空間３１に加圧ガスを送入するガス送入パイプ５２と、を含んでいる。
【００４０】
吸引口５１は、図１に示すように、上下型４２、４３のキャビティ４１面に加工されている。吸引口５１の形状は中空成形体２２の表面に転写されることから、中空成形体２２のコーナ部に対応した位置に吸引口５１を形成するのが好ましい。吸引口５１の数は、特に限定されるものではなく、適宜の数を形成できる。吸引口５１の穴径は、１ｍｍ以下が好ましい。
【００４１】
ガス送入パイプ５２は、図１および図２に示すように、支持部３２を貫通して設けられている。ガス送入パイプ５２は、上型４２と下型４３とがプレスされる面の水平位置となる所望の場所に配置されている。ガス送入パイプ５２の先端は、金型プレス時に閉鎖空間３１に連通する位置まで延伸している。
【００４２】
ガス送入パイプ５２の途上には、加圧ガスの供給または供給停止を制御するバルブ５３が設けられている。バルブ５３は、通常は閉じられており、金型プレスの開始と同時または金型プレスが完了したのと同時に、加圧ガスを送入するために開かれる。また、ガス送入パイプ５２には、樹脂シート２０間の空間を閉鎖空間３１または開放空間とするための図示しないオンオフ機構が設けられている。このオンオフ機構は、一対の樹脂シート２０をプレス金型４０により加圧圧着して加圧ガスの送入が完了するまでの間は、樹脂シート２０間の空間を閉鎖空間３１あるいは加圧状態とする一方、中空成形体２２を取り出す直前には、中空部２１内の圧力を大気開放する機構であることが好ましい。加圧ガスは、その注入時間、注入圧力、注入開始時期などが制御されている。
【００４３】
ガス送入パイプ５２の材料としては、鉄系、非鉄系金属あるいはセラミック系、樹脂系材料などを使用できる。
【００４４】
使用されるガスには、一般的なガスが使用され、かかるガスとしては空気、窒素、炭酸ガスなどが代表的なものとして例示される。好ましくは、窒素ガスである。また、使用する加圧ガスの下限値は、それぞれの成形条件、樹脂種によっても異なるが、１ＭＰａ以上の高圧ガスであってもよいし、１ＭＰａ未満の低圧ガスであってもよい。好ましくは、１ＭＰａ未満の低圧ガスが取り扱い上便宜である。
【００４５】
真空圧空成形時には、上下型４２、４３による樹脂シート２０のプレスが完了した直後にバルブ５３が開かれ、加圧ガスが、ガス送入パイプ５２を通って樹脂シート２０間の閉鎖空間３１に供給される。これと同時に、吸引口５１より真空引きされ、樹脂シート２０のキャビティ４１内壁面への賦形が促進される。
【００４６】
前記加熱装置６０は、熱可塑性樹脂シート２０を軟化温度以上に加熱し得る限度において、種々の方式を採用できる。例えば、熱風加熱方法、最大エネルギー波長が４μｍ近傍にある遠赤外線ヒータによる加熱方法、最大エネルギー波長が１μｍ〜３μｍ近傍にある短波長あるいは中波長ヒータによる間接加熱方法が挙げられる。ヒータの出力波長と樹脂の吸収波長とがほぼ一致する遠赤外線ヒータによる加熱方法が一般的である。
【００４７】
次に、上述した中空体成形装置１０を使用して、一対の熱可塑性樹脂シート２０を中空成形体２２に成形する手順を説明する。
【００４８】
図４（Ａ）は、加圧圧着工程の途中の状態を示す断面図、図４（Ｂ）は、加圧圧着工程が完了し、さらに賦形工程が完了した状態を示す断面図、図５（Ａ）は、トリミング工程の途中の状態を示す断面図、図５（Ｂ）は、製造された中空成形体２２を示す断面図である。
【００４９】
まず、図２に示すように、押さえプレート３３により、一対の熱可塑性樹脂シート２０のそれぞれの周縁部を支持部３２に押圧する。これにより、一対の熱可塑性樹脂シート２０のそれぞれが空間を隔ててホルダ３０に固定され、樹脂シート２０相互間に閉鎖空間３１が形成される（閉鎖空間３１の形成工程）。
【００５０】
次いで、加熱装置６０により、ホルダ３０に固定された一対の熱可塑性樹脂シート２０を加熱し、当該樹脂シート２０を軟化させる（加熱軟化工程）。
【００５１】
樹脂シート２０が加熱軟化温度に到達した時点あるいは加熱軟化温度下で数分間保持された時点において、図４（Ａ）に示すように、上下型４２、４３によるプレスが開始され、加熱軟化した一対の樹脂シート２０を上下型４２、４３により加圧圧着する（加圧圧着工程）。ガス送入パイプ５２が配置された水平位置まで上型４２および下型４３がプレスされる過程で、支持部３２および一対の樹脂シート２０により囲繞された閉鎖空間３１が圧縮される。閉鎖空間３１の空間体積が減少することから、各樹脂シート２０が予張される。
【００５２】
この加圧圧着工程では、押さえプレート３３の内部に設けられた加熱部３４により、押さえプレート３３の少なくとも一部、すなわち押さえプレート３３の内側周縁部が樹脂シート２０の軟化温度以上に加熱されている。これにより、樹脂シート２０周縁部は、当該樹脂シート２０の軟化温度以上に加熱され、さらに、プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０も加熱される。このため、押さえプレート３３の内側周縁部に近接している樹脂シート２０は、加熱軟化温度からの温度低下が遅延される。したがって、加圧圧着工程が開始してから完了するまでの間、押さえプレート３３に接触している樹脂シート２０周縁部の延伸性が保たれ、樹脂シート２０の間隔が容易に狭圧される。この結果、両樹脂シート２０を圧着する接合部に、接合強度の不足が生じる虞がなくなる。
【００５３】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、上下型４２、４３によるプレスが完了すると、加熱軟化された一対の樹脂シート２０を、賦形手段５０により真空圧空成形を行い、キャビティ４１の形状に賦形する（賦形工程）。具体的には、上下型４２、４３によるプレスが完了した直後にバルブ５３を開き、加圧ガスを、ガス送入パイプ５２を介して、樹脂シート２０間の閉鎖空間３１に供給する。これと同時に、吸引口５１より真空引きし、樹脂シート２０のキャビティ４１内壁面への賦形を促進する。
【００５４】
成形体の冷却が完了した後、バルブ５３を閉じ、ガス送入パイプ５２からの加圧ガスの供給を停止する。オンオフ機構により、中空部２１内の圧力を大気開放する。その後、図５（Ａ）に示すように、ガス送入パイプ５２を成形体から引き抜き、上下型４２、４３を型開きしてトリミングする（トリミング工程）。
【００５５】
以上の一連の工程を経て、図５（Ｂ）に示すように、内部に中空部２１を有する中空成形体２２が得られる。
【００５６】
図６（Ａ）（Ｂ）は、プレス過程において、プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０の温度変化を示す図である。図６（Ａ）は、加熱軟化させた一対の樹脂シート２０をプレス金型４０により加圧圧着するときに、当該プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０を加熱した本実施形態における経時温度変化を示す図である。図６（Ｂ）は、加熱軟化させた一対の樹脂シート２０をプレス金型４０により加圧圧着するときに、当該プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０を加熱しない比較例における経時温度変化を示す図である。図６（Ｃ）は、測温箇所を示す図である。
【００５７】
使用した熱可塑性樹脂シート２０は、アクリルシート、３３０ｍｍ×３３０ｍｍ×板厚１〜５ｍｍ（三菱レイヨン製、アクリルライトＬ（無色透明））である。加熱装置６０による加熱軟化温度を２００℃とした。本実施形態における経時温度変化を示す図６（Ａ）は、加熱部３４の温度を１６０℃とした場合の結果を示している。
【００５８】
図６（Ｃ）に示すように、押さえプレート３３の内方に３個の測温素子３６ａ、３６ｂ、３６ｃを取り付け、熱可塑性樹脂シート２０表面の温度を測定した。測温素子３６ａ、３６ｃにより、押さえプレート３３の内側周縁部での樹脂シート２０表面の温度を測定し、測温素子３６ｂにより、押さえプレート３３の中心部での樹脂シート２０表面の温度を測定した。温度測定は、上述した成形体を得るための製造工程において、加熱軟化工程の完了後、上下型４２、４３によるプレス工程に移行した直後から行った。温度測定には、コンパクトサーモＴＶＳ２０００ＭＫII（日本アビオニクス社製）を使用した。
図６（Ａ）（Ｂ）に示される熱可塑性樹脂シート２０の経時温度変化から明らかなように、押さえプレート３３を加熱しない比較例の場合には、押さえプレート３３を加熱した本実施形態に比べて、熱可塑性樹脂シート２０の周縁部内側の温度低下速度が急速であり、賦形性を悪化させる要因の一つであることが判明し、押さえプレート３３を加熱することによって賦形性が向上したことを確認した。
【００５９】
なお、比較例のように熱可塑性樹脂シートの周縁部内側の温度低下速度が急速な場合、温度低下を見込んで、加熱軟化工程で熱可塑性樹脂シートを加熱する温度を予め上昇させておき、金型プレスが完了するときまで２枚の熱可塑性樹脂シートが良好な接合強度を発現するようにすることも考えられる。しかしながら、熱可塑性樹脂シートの温度を必要以上に上昇させると、熱可塑性樹脂シートにボイドが発生したり、熱可塑性樹脂シートの分解ガスなどによるピンホール状の多数のブツが金型の圧着面に発生したりして、成形品の外観を大きく損ねるとい問題がある。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の中空体成形装置１０および中空体成形方法によれば、加熱軟化させた一対の樹脂シート２０をプレス金型４０により加圧圧着するときに、当該プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０を加熱部３４により加熱しているため、プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０の温度低下を遅延し、樹脂シート２０周縁部の延伸性を保って、樹脂シート２０の間隔を容易に狭圧することができる。このため、大型ないし広大な熱可塑性樹脂シート２０を使用するために一対の樹脂シート２０の間隔を広めに設定したときであっても、プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０の温度低下を遅延できることから、両樹脂シート２０を圧着する接合部に接合強度の不足が生じることはなく、賦形性を向上しつつ内部に中空部２１を有する中空成形体２２の成形が可能となる。また、プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０に対する加熱は温度低下を遅延するためになされるものであるため、成形に要する時間が長くなることもない。
【００６１】
さらに、中空成形体２２の内部にインサート物が存在しないため、見栄えのよい透明な成形体を得ることができる。
【００６２】
よって、一対の熱可塑性樹脂シート２０間の接合強度が高く、インサート物も存在せず、軽量かつ高剛性・高強度を発現できる樹脂成形品を短い製造工程で成形ないし製造することが可能となる。
【００６３】
（改変例）
図７（Ａ）は、改変例におけるホルダ３０を示す断面図、図７（Ｂ）は、押さえプレート３７を示す平面図である。
【００６４】
上述した実施形態では、押さえプレート３３の内部に加熱部３４を配置した場合を示したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。例えば、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、押さえプレート３７の樹脂シート２０と接する面つまり押圧面３７ａに加熱部３８を配置してもよい。加熱部３８は、押さえプレート３７の押圧面３７ａに設けられた発熱体から構成され、当該発熱体は、樹脂シート２０周縁部を当該樹脂シート２０の軟化温度以上に加熱し、プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０を加熱するのに必要な熱量を発する。発熱体としては、ニクロム線ヒータ、樹脂シート埋め込みヒータ、各種のシーズヒータ、セラミックヒータなどが挙げられる。
【００６５】
図７（Ａ）に示される加熱構造を使用する場合には、押さえプレート３７の材料としては、熱損失を低減するために熱伝導性が低い材料が好ましく、かかる材料としては、例えば、セラミック、熱硬化性樹脂などの耐熱性樹脂、ガラス系断熱材、断熱構造を持つラミネート材料などが挙げられる。
【００６６】
また、賦形手段５０として、真空圧空成形を行うための部材５１、５２を含む場合を示したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。例えば、賦形手段５０として真空成形を行うための部材、すなわち、真空引きを行うための吸引口５１のみを金型４０に設け、真空成形法により、成形体を賦形してもよい。また、賦形手段５０として圧空成形を行うための部材、すなわち、一対の樹脂シート２０間の閉鎖空間３１に加圧ガスを送入するガス送入パイプ５２のみを備え、圧空成形法により、成形体を賦形してもよい。
【００６７】
【実施例】
以下、押さえプレート３７を加熱した本発明の実施例１〜６と、押さえプレート３７を加熱しない比較例１〜４とを、実験結果に基づいて説明する。
【００６８】
（１）熱可塑性樹脂シート２０
熱可塑性樹脂シート２０として、３３０ｍｍ×３３０ｍｍ×板厚５ｍｍ（三菱レイヨン製、アクリルライトＬ（無色透明））の２枚のアクリルシートを準備した。
【００６９】
（２）プレス金型４０
図１に示される構造を有するアルミ製金型を準備した。プレス金型４０には、真空引き可能な吸引口５１を設けた。中空部２１の形成数は１個である。金型プレス面は２００ｍｍ×２００ｍｍとした。上下型４２、４３の各キャビティ４１の内容積は、縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×深さ１００ｍｍ、深さ方向の抜き勾配５度、隅アール５度の箱型構造とした。金型プレス面の周縁より内側２５ｍｍまでの全周・全面を加圧圧着できる金型を使用した。
【００７０】
（３）ホルダ３０
図７に示される構造を有するアルミ製の支持部３２を、上下壁の間隔が３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍの３種類を準備した。支持部３２には、ＳＵＳ３０４製の外径φ６ｍｍのガス送入パイプ５２を設けた。ガス送入パイプ５２は、金型プレス時に、キャビティ４１端部壁面より突出し、上下型４２、４３がプレスされる面の水平位置となる場所に配置した。ガス送入パイプ５２には、加圧された窒素ガスを金型プレスと同時に送入するためのバルブ５３を設けた。
【００７１】
実施例１〜６では、図７に示される押圧面３７ａに加熱部３８を配置した構造を有する加熱可能な押さえプレート３７を使用した。加熱部３８を構成する発熱体として、シリコンラバーヒータを使用した。
【００７２】
比較例１〜４では、実施例１〜６にて使用した押さえプレート３７の加熱部３８を、当該押さえプレート３７と同材料に置き換えた押さえプレート３７を使用した。
【００７３】
押さえプレート３７により固定された熱可塑性樹脂シート２０の周縁部内側のサイズは、３００ｍｍ×３００ｍｍである。
【００７４】
（４）成形工程
２枚の熱可塑性樹脂シート２０を押さえプレート３７により支持部３２に固定し、樹脂シート２０の加熱軟化が完了した後、金型プレス時間を６０秒、真空圧空タイミングをプレス完了直後として、真空圧空成形した。プレス金型４０の温度は、上下型４２、４３とも８５℃±５℃とした。実施例１〜６では、金型プレス時に押さえプレート３７を加熱したが、比較例１〜４では、押さえプレート３７を加熱しなかった。加圧ガスには、圧力０．５ＭＰａの窒素ガスを使用した。
【００７５】
（５）成形条件および評価結果
成形条件および評価結果を、下記の表１および表２に示す。成形条件として、支持部３２の上下壁の間隔つまり相対する熱可塑性樹脂シート２０の間隔、加熱軟化温度、および、押さえプレート３７に設けた発熱体の温度を変化させた。なお、以下の説明では、支持部３２の上下壁の間隔をホルダ間隔とも言う。
【００７６】
【表１】

【００７７】
【表２】

【００７８】
ホルダ間隔は、３０ｍｍ〜１００ｍｍである。加熱軟化温度は、１６０℃〜２００℃である。実施例１〜６では、押さえプレート３７に設けた加熱部３８の温度を１２０℃〜１６０℃とした。一方、比較例１〜４では、金型プレス時に押さえプレート３７を加熱せず、プレス金型４０により加圧される部位近傍の樹脂シート２０を加熱しなかった。
【００７９】
賦形性については、深絞りが良好で、隅アール＝５度の転写性が良好なものを「良」と判定した。
【００８０】
圧着性は、圧着部をハンマーで破壊し、熱可塑性樹脂シート２０圧着界面での剥離が無いものを「良」と判定した。
【００８１】
接触痕については、中空部２１に熱可塑性樹脂シート２０同士の接触痕や融着が無いものを「良」と判定した。
【００８２】
表１および表２において、賦形性や圧着性が良好な場合および接触痕の無い場合は良好であるとして記号「○」で表示し、不良の場合は記号「×」で表示した。また、総合評価として、賦形性および圧着性が良好で、かつ、接触痕の無い成形体が得られた場合は、総合評価が良好であるとして記号「○」で表示し、不良の場合は記号「×」で表示した。
【００８３】
実施例１〜６および比較例１〜４のそれぞれの成形条件および評価結果は次のとおりである。
【００８４】
（実施例１）
実施例１では、ホルダ間隔が３０ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を１６０℃、加熱部３８の温度を１２０℃に設定して成形した。中空成形体２２の賦形性、圧着性および接触痕の評価結果を表１に示した。総合評価は良好であった。
【００８５】
（実施例２）
実施例２では、ホルダ間隔が３０ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を１６０℃、加熱部３８の温度を１６０℃に設定して成形した。総合評価は良好であった。
【００８６】
（実施例３）
実施例３では、ホルダ間隔が５０ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を１８０℃、加熱部３８の温度を１２０℃に設定して成形した。総合評価は良好であった。
【００８７】
（実施例４）
実施例４では、ホルダ間隔が１００ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を１８０℃、加熱部３８の温度を１４０℃に設定して成形した。総合評価は良好であった。
【００８８】
（実施例５）
実施例５では、ホルダ間隔が１００ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を２００℃、加熱部３８の温度を１２０℃に設定して成形した。総合評価は良好であった。
【００８９】
（実施例６）
実施例６では、ホルダ間隔が１００ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を２００℃、加熱部３８の温度を１６０℃に設定して成形した。総合評価は良好であった。
【００９０】
（比較例１）
比較例１では、ホルダ間隔が３０ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を１６０℃に設定し、押さえプレート３７を加熱することなく成形した。中空成形体２２の賦形性、圧着性および接触痕の評価結果を表２に示した。この条件では、アクリルシートの加圧圧着部の圧着が不十分となり、転写性良好な成形品が得られなかった。
【００９１】
（比較例２）
比較例２では、ホルダ間隔が３０ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を１８０℃に設定し、押さえプレート３７を加熱することなく成形した。この条件では、賦形性、圧着性は良好であったが、加熱軟化時に支持部３２に固定された２枚のアクリルシートが接触・融着し、良好な成形品が得られなかった。
【００９２】
（比較例３）
比較例３では、ホルダ間隔が１００ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を１８０℃に設定し、押さえプレート３７を加熱することなく成形した。この条件では、アクリルシートの加圧圧着部の全面が圧着されず、圧空圧抜けが発生してしまい、賦形性良好な成形品が得られなかった。
【００９３】
（比較例４）
比較例４では、ホルダ間隔が１００ｍｍの支持部３２を使用し、アクリルシートの加熱軟化温度を２００℃に設定し、押さえプレート３７を加熱することなく成形した。この条件では、加圧圧着された場所の一部にエアー溜まりが発生してしまい、良好な成形品が得られなかった。
【００９４】
（考察）
実施例によれば、大型ないし広大なシート状の熱可塑性樹脂シート２０においても、熱可塑性樹脂シート２０の加熱軟化時あるいは成形時に垂れ下がりによる接触・融着を生じない必要な範囲にホルダ３０間隔を離面し、内部に中空部２１を有する中空成形体２２の成形が可能となり、内部にインサート物がなく、接合部強度の高い、軽量かつ高剛性・高強度を発現できる優れた樹脂成形品の製造が飛躍的に改善されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る中空体成形装置を示す断面図である。
【図２】 中空体成形装置のホルダを、一対の熱可塑性樹脂シートを加熱軟化させる加熱装置とともに示す断面図である。
【図３】 図１の３−３線に沿う断面図である。
【図４】 図４（Ａ）は、加圧圧着工程の途中の状態を示す断面図、図４（Ｂ）は、加圧圧着工程が完了し、さらに賦形工程が完了した状態を示す断面図である。
【図５】 図５（Ａ）は、トリミング工程の途中の状態を示す断面図、図５（Ｂ）は、製造された中空成形体を示す断面図である。
【図６】 図６（Ａ）（Ｂ）は、プレス過程において、プレス金型により加圧される部位近傍の樹脂シートの温度変化を示す図、図６（Ｃ）は、測温箇所を示す図である。
【図７】 図７（Ａ）は、改変例におけるホルダを示す断面図、図７（Ｂ）は、押さえプレートを示す平面図である。
【符号の説明】
１０…中空体成形装置
２０…熱可塑性樹脂シート
２１…中空部
２２…中空成形体
３０…ホルダ
３１…閉鎖空間
３２…支持部
３３、３７…押さえプレート（押さえ部）
３４、３８…加熱部
４０…プレス金型（金型）
４１…キャビティ
４２、４３…上下型
５０…賦形手段
５１…吸引口（賦形手段（真空成形または真空圧空成形を行うための部材））
５２…ガス送入パイプ（賦形手段（圧空成形または真空圧空成形を行うための部材））
６０…加熱装置

Claims (10)

1. 一対の熱可塑性の樹脂シートを閉鎖空間を形成するように空間を隔てて配置して中空成形体に成形する中空体成形装置において、
   加熱軟化させた前記一対の樹脂シートを金型により加圧圧着するときに、当該金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱する加熱部を有することを特徴とする中空体成形装置。
2. 一対の熱可塑性の樹脂シートを中空成形体に成形する中空体成形装置において、
   前記一対の樹脂シートのそれぞれを空間を隔てて固定して前記一対の樹脂シート相互間に閉鎖空間を形成するホルダと、
   加熱軟化した前記一対の樹脂シートを加圧圧着する金型と、
   前記一対の樹脂シートを前記金型内に形成されたキャビティの形状に賦形する賦形手段と、を備え、
   前記ホルダは、
   前記一対の樹脂シートのそれぞれの周縁部を支持する支持部と、
   前記樹脂シートのそれぞれの周縁部を前記支持部に押圧する押さえ部と、
   前記押さえ部に配置され前記金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱する加熱部と、を含んでいることを特徴とする中空体成形装置。
3. 前記加熱部は、前記押さえ部の内部に設けられていることを特徴とする請求項２記載の中空体成形装置。
4. 前記加熱部は、前記押さえ部の前記樹脂シートと接する面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の中空体成形装置。
5. 前記賦形手段は、真空成形、圧空成形または真空圧空成形を行うための部材を含んでいることを特徴とする請求項２記載の中空体成形装置。
6. 一対の熱可塑性の樹脂シートを閉鎖空間を形成するように空間を隔てて配置して中空成形体に成形する中空体成形方法において、
   加熱軟化させた前記一対の樹脂シートを金型により加圧圧着するときに、当該金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱することを特徴とする中空体成形方法。
7. 一対の熱可塑性の樹脂シートを中空成形体に成形する中空体成形方法において、
   前記一対の樹脂シートのそれぞれを空間を隔ててホルダに固定し、前記一対の樹脂シート相互間に閉鎖空間を形成する工程と、
   加熱軟化した前記一対の樹脂シートを金型により加圧圧着する加圧圧着工程と、
   前記一対の樹脂シートを前記金型内に形成されたキャビティの形状に賦形する賦形工程と、を備え、
   前記加圧圧着工程では、前記樹脂シートのそれぞれの周縁部を押圧する押さえ部に配置された加熱部により、前記金型により加圧される部位近傍の樹脂シートを加熱していることを特徴とする中空体成形方法。
8. 前記加圧圧着工程では、前記押さえ部の少なくとも一部は、前記樹脂シートの軟化温度以上に加熱されていることを特徴とする請求項７記載の中空体成形方法。
9. 前記賦形工程は、真空成形法、圧空成形法または真空圧空成形法により行われることを特徴とする請求項７記載の中空体成形方法。
10. 前記樹脂シートは、有機充填材、無機充填剤または繊維強化材を配合した樹脂シートである請求項７記載の中空体成形方法。

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