JP4444316B2 - 真空成形装置及び真空成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂シートと成形金型との間を真空にし、樹脂シートの表裏面に生じる気圧差を利用することで樹脂シートを成形する真空成形装置及び真空成形方法に関するものである。

従来から、加熱軟化させた樹脂シートを成形金型と押え手段との間に狭持して型締めし、この樹脂シートと成形金型との間を真空にすることで樹脂シートを成形金型に密着させて成形する真空成形装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この真空成形装置では、樹脂シートの成形時に生じるシワを防止するために、型締め前に樹脂シートの対向する２辺を保持する一対のクランプを互いに近接する方向に移動させる。これにより、加熱軟化した樹脂シートにたるみを持たせてから成形金型と押え手段とを型締めすることができる。
特開２００１−１３８３８９号公報

ところで、上述の真空成形装置では、樹脂シートの対向する２辺を保持する一対のクランプが近接するので、樹脂シート全体がたるむこととなる。そのため、樹脂シートの一部分を深く絞り成形したり、複雑な形状に成形すると、その部分だけが薄肉化したり、シワが生じたりするおそれがあった。

そこで、この発明は、樹脂シートの一部分に比較的大きなたるみを持たせた状態で真空成形することができる真空成形装置及び真空成形方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、この発明に係る真空成形装置は、真空引きするための吸込孔を有する成形金型と、該成形金型により成形するために加熱軟化された樹脂シートのうち少なくとも対向する二辺を保持する複数の保持手段と、前記成形金型と型締めされて前記樹脂シートと前記成形金型との間を気密にする押え手段とを備えた真空成形装置であって、前記樹脂シートを挟持するクランプ部材と、該クランプ部材から突出して前記樹脂シートの下面を支持するサポート部材とを有すると共に、互いに近接移動可能な一対の補助保持手段を備え、前記クランプ部材は、前記樹脂シートのうち、前記複数の保持手段により保持した対向する二辺の間に延びる同一の一辺において局所的なたるみを持たせる位置を挟んで互いに隣接する部分を挟持し、前記サポート部材は、前記局所的なたるみを持たせる位置の両側部に沿って延在していることを特徴とする。

そして、この発明に係る真空成形方法は、複数の保持手段により少なくとも対向する二辺を保持された樹脂シートを加熱軟化した後に、この樹脂シートを真空引きするための吸込孔を有する成形金型と押え手段との間に配置して型締めし、前記吸込孔から真空吸引して前記樹脂シートを前記成形金型に密着させて成形する真空成形方法であって、前記複数の保持手段により前記樹脂シートを保持する際に、前記樹脂シートのうち、前記複数の保持手段により保持した対向する二辺の間に延びる同一の一辺において局所的なたるみを持たせる位置を挟んで隣接する部分を一対の補助保持手段のクランプ部材によりそれぞれ挟むと共に、この局所的なたるみを持たせる位置の両側部に沿って前記クランプ部材から延びるサポート部材により前記樹脂シートの下面を支持し、前記樹脂シートを加熱軟化後に、前記一対の補助保持手段を互いに近接移動させて前記樹脂シートを局所的にたるませてから型締めすることを特徴とする。

また、前記一対の補助保持手段は、前記成形金型と前記押え手段とが型締めされた後に、前記クランプ部材による前記樹脂シートの狭持と、前記サポート部材による前記樹脂シートの支持とを解除してもよい。

この発明によれば、たるみを持たせる任意の位置を挟んで隣接する位置を一対の補助保持手段のクランプ部材でそれぞれ狭持すると共に、これらのクランプ部材を互いに近接移動することで、樹脂シートの一部分を大きくたるませることが可能となる。

また、サポート部材によってたるみを持たせる任意の位置の両側部の下面をそれぞれ支持するので、このたるみの中心が自重で下方に大きく引っ張られても、たるみの両側部に作用する荷重をサポート部材で支持することができる。

そのため、このたるみの両側部に作用した荷重を緩和して成形金型の形状に合致させることができ、樹脂シートにシワ等が発生することを防止できる。

これにより、樹脂シートの一部分に比較的大きなたるみを持たせた状態で真空成形することができ、この樹脂シートの一部分を深く絞り成形したり、複雑な形状に成形したりしても、シートの薄肉化や、シワ発生を防止することが可能となる。

また、型締めされた後にクランプ部材及びサポート部材を解除するので、樹脂シートの成形時に補助保持手段が邪魔にならない。

次に、本発明に関わる真空成形装置及び真空成形方法を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す真空成形装置１は、図示しない駆動機構により上下動が可能な下テーブル２と、図示しない駆動機構により上下動が可能な上テーブル３と、樹脂シートＪを保持する複数のクランプ（保持手段）４，・・・と、樹脂シートＪを加熱する図示しない加熱機構とを備えている。

そして、下テーブル２には、樹脂シートＪを密着させて成形する成形金型１０が載置固定されている。

この成形金型１０は、ここでは図２に示すインストルメントパネル５を樹脂シートＪによって形成するためのものであり、平面視した際に図４に示すようにほぼＴ字状を呈している。また、この成形金型１０の表面１０ａは、インストルメントパネル５の形状に沿った凹凸が形成されている。

なお、このインストルメントパネル５は、下端中央部Ａが深絞り形状となっており、成形金型１０の表面１０ａもこの下端中央部Ａに対応する部分が深くへこんでいる。

また、この成形金型１０には、真空引きするための複数の吸込孔１１，・・・が複数形成されている。各吸込孔１１は成形金型１０を貫通しており、一端が成形金型１０の表面１０ａに開放して開口部１１ａを形成し、他端が真空ポンプや真空タンク等の真空装置（図示せず）に連通されている。

ここで、下テーブル２には、図示しない真空装置に連通した開口２ａが形成されており、この開口２ａを介して吸込孔１１と真空装置とが連通することとなる。

一方、上テーブル３には、成形金型１０と型締めされる押え型（押え手段）１２が下向きに取り付けられている。

この押え型１２は、成形金型１０の表面１０ａにほぼ沿う下端面１２ａを有している。また、この下端面１２ａの周縁部１２ｂは、樹脂シートＪを挟んで成形金型１０に隙間なく当接するようになっている。これにより、樹脂シートＪと成形金型１０との間が気密にされる。

複数のクランプ４，・・・は、それぞれ樹脂シートＪの上面Ｊａに当接する上クランプ４ａと、樹脂シートＪを挟んで上クランプ４ａに当接する下クランプ４ｂとを有している。この上下クランプ４ａ，４ｂは、ヒンジ機構４ｃによって連結されており、下クランプ４ｂが上クランプ４ａからの離反方向、ここでは下方に回動することでクランプ４の保持が解除されるようになっている。

また、これら複数のクランプ４，・・・は、ここでは図４に示すように、矩形状の樹脂シートＪの対向する２辺及びこの２辺と直交する１辺を保持している。そして、保持した樹脂シートＪを加熱機構により加熱させた後に、上下テーブル２，３間に位置させ、成形金型１０と押え型１２との型締め後にこの樹脂シートＪを開放するようになっている。

樹脂シートＪは、熱可塑性樹脂により形成されており、加熱機構によって加熱されることで軟化し、成形金型１０に密着して冷却されることでインストルメントパネル５の形状に成形される。なお、この樹脂シートＪは、図示しないが、加熱軟化後には中心部が自重で下方に向かって引っ張られて全体がたわむ、いわゆるドローダウン現象を生じる。

さらに、この真空成形装置１は、図３に示すように、互いに近接移動可能な一対の補助保持機構（補助保持手段）２０，２０を備えている。

各補助保持機構２０は、それぞれ樹脂シートＪを狭持するクランプ部材２１と、クランプ部材２１から突出したサポート部材２２とを有している。

クランプ部材２１は、樹脂シートＪの上面Ｊａに当接する上クランプ２１ａと、樹脂シートＪを挟んで上クランプ２１ａに当接する下クランプ２１ｂとを有している。この上下クランプ２１ａ，２１ｂは、図示しないヒンジ機構によって連結されており、図４に示すように、下クランプ２１ｂが上クランプ２１ａからの離反方向、ここでは下方に回動することでクランプ部材２１の狭持が開放されるようになっている。

また、一対のクランプ部材２１，２１は、樹脂シートＪのうち、たるみを持たせる任意の位置を挟んで互いに隣接する部分を狭持している。ここでは、図５に示すように、複数のクランプ４，・・・に保持されていない樹脂シートＪの一辺Ｊ１の中央部Ｂにたるみを持たせるために、この中央部Ｂを挟んだ状態で、クランプ部材２１，２１が一辺Ｊ１をそれぞれ狭持している。

なお、この樹脂シートＪの任意の位置である一辺Ｊ１の中央部Ｂは、インストルメントパネル５の下端中央部Ａに対応する位置であり、真空成形時に深絞りされる部分である。

また、サポート部材２２は、クランプ部材２１の下クランプ２１ｂから突出した帯状の平板鋼板であり、樹脂シートＪの中央に向かって延在されている。

そして、一対のサポート部材２２，２２は、樹脂シートＪのうち、たるみをもたせる任意の位置の両側部に沿って延在され、樹脂シートＪの下面Ｊｂを支持する。

また、このサポート部材２２は、下クランプ２１ｂが回動するのに伴って樹脂シートＪから離れるので、クランプ部材２１による樹脂シートＪの狭持が解除されると同時にこのサポート部材２２による樹脂シートＪの支持が解除されるようになっている（図４参照）。

次に、この発明の真空成形装置１による真空成形方法について説明する。

まず、複数のクランプ４，・・・及び一対の補助保持機構２０，２０のクランプ部材２１，２１によって樹脂シートＪを保持し、上下テーブル２，３間に樹脂シートＪを位置させる。

このとき、樹脂シートＪは、クランプ部材２１，２１から突出したサポート部材２２，２２上に位置する（図４参照）。

そして、図示しない加熱機構を樹脂シートＪと上下テーブル２，３との間に配置して樹脂シートＪを加熱し、軟化させる。

次に、加熱機構を退避させてから、一対の補助保持機構２０，２０を、図８（ａ）に示すように、樹脂シートＪの一辺Ｊ１の中央部Ｂに向かって互いに近接するように移動させる。

このとき、クランプ部材２１，２１によって樹脂シートＪの一辺Ｊ１が保持されているので、この一辺Ｊ１が中央部Ｂに向かって引っ張られ、この一辺Ｊ１の中央部Ｂにたるみが生じることとなる（図６参照）。

なお、樹脂シートＪの他の三辺は、図７に示すように、それぞれクランプ４によって保持されているのでほとんど変形することはなく、一辺Ｊ１の両端部近傍はクランプ部材２１，２１が移動した分だけ伸張することとなる。

これにより、樹脂シートＪの任意の部分である一辺Ｊ１の中央部Ｂにのみ比較的大きなたるみを生じさせることが可能となる。

また、樹脂シートＪに生じたたるみの両側部の下面Ｊｂは、サポート部材２２，２２によってそれぞれ支持される。

そのため、このたるみの中心が自重で下方に大きく引っ張られても、たるみの両側部に作用する荷重をサポート部材２２，２２で支持することができる。

これにより、このたるみの両側部に作用した荷重を緩和して成形金型１０の表面形状に樹脂シートＪを合致させることができ、樹脂シートＪにシワ等が発生することを防止できる。

そして、図８（ｂ）に示すように、下テーブル２を上昇させて成形金型１０の表面１０ａに軟化した樹脂シートＪを沿わせると共に、上テーブル３を下降させて押え型１２を成形金型１０に押し付ける。これにより、成形金型１０と押え型１２とが樹脂シートＪを挟んだ状態で型締めされる。

また、押え型１２の下端面１２ａの周縁部１２ｂは、樹脂シートＪを挟んで成形金型１０に隙間なく当接するようになっているので、樹脂シートＪと成形金型１０とがエアタイトとなる。

なお、このとき、一対の補助保持機構２０，２０は、成形金型１０及び押え型１２と干渉しない位置にあるので（図７参照）、この補助保持機構２０，２０によって樹脂シートＪを保持したままの状態で成形金型１０と押え型１２とを型締めすることができる。

そして、図示しない真空装置により、下テーブル２の開口２ａ及び複数の吸込孔１１，・・・を介して、開口部１１ａ，・・・から成形金型１０の表面１０ａと樹脂シートＪの下面Ｊｂとの間の空気を吸引する。

これにより、樹脂シートＪが成形金型１０の表面１０ａに密着し、インストルメントパネル５の形状となる。

一方、成形金型１０と押え型１２とを型締めし、樹脂シートＪと成形金型１０とがエアタイトとなったら、図８（ｃ）に示すように、全てのクランプ４，・・・のそれぞれの下クランプ４ｂが下方に回動し、各クランプ４による樹脂シートＪの保持が解除される。

また、一対の補助保持機構２０，２０は、クランプ４，・・・による保持の解除と同時に、クランプ部材２１，２１による樹脂シートＪの狭持と、サポート部材２２，２２による樹脂シートＪの支持とを解除する。

すなわち、クランプ部材２１とサポート部材２２とが一体に形成されているため、図４に二点鎖線で示すように、クランプ部材２１の下クランプ２１ｂが下方に回動して樹脂シートＪから離間すると、この下クランプ２１ｂの回動に伴ってサポート部材２２が樹脂シートＪから離れることとなる。これにより、クランプ部材２１による狭持とサポート部材２２による支持とが同時に解除される。

このように、成形金型１０と押え型１２とが型締めされた後に、クランプ部材２１及びサポート部材２２を解除するので、樹脂シートＪの成形時に補助保持機構２０が邪魔になることがない。

その後、一対の補助保持機構２０，２０は、互いに離反する方向に移動し、初期位置（近接移動前の位置）に戻る。

そして、所定時間経過後、下テーブル２を下降させると共に、上テーブル３を上昇させ、成形した樹脂シートＪを成形金型１０から取り外し、この真空成形装置１より取り出す。

以上、この発明にかかる実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施の形態に限らない。この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等はこの発明に含まれる。

例えば、上述の実施の形態では、クランプ部材２１の下クランプ２１ｂの下方への回動に伴ってサポート部材２２が樹脂シートＪから離れるが、これに限らない。サポート部材２２は、クランプ部材２１を中心に側方に向かって旋回することで樹脂シートＪから離れていってもよい。

この場合では、長尺形状のサポート部材２２が高さ方向に回動することがないので、高さ方向のスペース効率を向上させることが可能となる。

また、クランプ部材２１の狭持の解除と、サポート部材２２による樹脂シートＪの支持の解除とは、同時に行われなくてもよい。樹脂シートＪの材質や成形金型１０の形状等に合わせて適宜タイミングを調整することにより、最適な成形状態とすることができる。

この発明にかかる真空成形装置の構成を模式的に示す側面図である。 この発明にかかる真空成形装置によって成形されたインストルメントパネルを示す斜視図である。 補助保持機構を示す斜視図である。 図３におけるＣ−Ｃ断面図である。 樹脂シートとクランプ及び補助保持機構との位置を示す平面図である。 補助保持機構により樹脂シートにたるみをもたせた状態を示す斜視図である。 樹脂シートにたるみを持たせたときの樹脂シートとクランプ及び補助保持機構との位置を示す平面図である。 この発明にかかる真空成形装置における真空成形方法の工程を模式的に示す側面図において、（ａ）は樹脂シートにたるみを持たせた状態であり、（ｂ）は上下テーブルを移動させて成形金型と押え型とを型締めする直前の状態であり、（ｃ）は真空吸引すると共にクランプによる樹脂シートの保持を解除した状態である。

符号の説明

１ 真空成形装置
２０ 補助保持機構（補助保持手段）
２１ クランプ部材
２２ サポート部材
Ｊ 樹脂シート

Claims (4)

1. 真空引きするための吸込孔を有する成形金型と、該成形金型により成形するために加熱軟化された樹脂シートのうち少なくとも対向する二辺を保持する複数の保持手段と、前記成形金型と型締めされて前記樹脂シートと前記成形金型との間を気密にする押え手段とを備えた真空成形装置であって、
   前記樹脂シートを挟持するクランプ部材と、該クランプ部材から突出して前記樹脂シートの下面を支持するサポート部材とを有すると共に、互いに近接移動可能な一対の補助保持手段を備え、
   前記クランプ部材は、前記樹脂シートのうち、前記複数の保持手段により保持した対向する二辺の間に延びる同一の一辺において局所的なたるみを持たせる位置を挟んで互いに隣接する部分を挟持し、
   前記サポート部材は、前記局所的なたるみを持たせる位置の両側部に沿って延在していることを特徴とする真空成形装置。
2. 前記一対の補助保持手段は、前記成形金型と前記押え手段とが型締めされた後に、前記クランプ部材による前記樹脂シートの挟持と、前記サポート部材による前記樹脂シートの支持とを解除することを特徴とする請求項１に記載の真空成形装置。
3. 複数の保持手段により少なくとも対向する二辺を保持された樹脂シートを加熱軟化した後に、この樹脂シートを真空引きするための吸込孔を有する成形金型と押え手段との間に配置して型締めし、前記吸込孔から真空吸引して前記樹脂シートを前記成形金型に密着させて成形する真空成形方法であって、
   前記複数の保持手段により前記樹脂シートを保持する際に、前記樹脂シートのうち、前記複数の保持手段により保持した対向する二辺の間に延びる同一の一辺において局所的なたるみを持たせる位置を挟んで隣接する部分を一対の補助保持手段のクランプ部材によりそれぞれ挟むと共に、この局所的なたるみを持たせる位置の両側部に沿って前記クランプ部材から延びるサポート部材により前記樹脂シートの下面を支持し、
   前記樹脂シートを加熱軟化後に、前記一対の補助保持手段を互いに近接移動させて前記樹脂シートを局所的にたるませてから型締めすることを特徴とする真空成形方法。
4. 前記一対の補助保持手段は、前記成形金型と前記押え手段とを型締めした後に、前記クランプ部材による前記樹脂シートの挟持と、前記サポート部材による前記樹脂シートの支持とを解除することを特徴とする請求項３に記載の真空成形方法。

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