JP5957131B1 - 熱成形装置および熱成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】深絞り成形品を対象とした高低差の大きな成形基材の場合であっても、シートの被覆状態が低下するのを抑え、成形品質の向上を図ることが可能な技術を提供する。【解決手段】基材治具５に成形基材２を保持し、下枠１０の枠上縁部１０ａと上枠２０の枠下縁部２０ａとの間にシート３のシート端縁３ａを挟持した状態で、下枠チャンバー１０Ａを減圧する減圧部が設けられ、制御部６は、枠上縁部１０ａと枠下縁部２０ａに挟持されたシート３に対して接触加熱を行い、その後、下枠チャンバー１０Ａを減圧部により減圧させ、基材治具５及び熱板４を互いに接触させないように上昇させることで、シート３を成形基材２の表面に被覆するように制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、接触加熱したシートを成形基材の表面に被覆する熱成形に用いられる熱成形装置および熱成形方法に関する。

従来、接触加熱したシートを成形基材の表面に接着する装置として、真空プレス積層型の熱成形装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、特許文献１に示す従来の熱成形装置は、成形基材を保持する基材治具と、この基材治具を収容する下枠と、加熱面を有する熱板を設けた上枠と、を備え、成形基材の表面に、ゴム状弾性膜を介した熱板の加熱によって軟化したシートを被覆し、トリミングするものである。上枠内のチャンバー（上枠チャンバー）は、真空タンクおよび加圧タンクに接続されており、チャンバー内を真空および加圧可能であり、下枠内のチャンバー（下枠チャンバー）は真空タンクに接続されチャンバー内を真空にすることが可能な構成となっている。

シートを接触加熱する熱板を有する熱成形装置を用いてシートを成形基材に被覆する成形方法は、例えば、以下のようにして行われる。
先ず、成形基材を基材治具に保持させておき、シートを下枠チャンバーの周縁部にセットする。続いて、上枠チャンバーを下降させ、上枠チャンバー内を減圧して真空状態とし、熱板の加熱面にシートを吸着させて加熱する。そして、下枠チャンバー内を減圧させ、次に上枠チャンバーを大気開放あるいは加圧することにより、熱板で加熱されて軟化したシートを成形基材に引き付けさせて被覆する。その後、被覆されたシートを適宜なカットラインでカットすることでトリミングを行うと、その成形基材が熱成形品として形成される。

特許第３１０２９１６号公報

シートを被覆する成形基材として、深絞り成形品を対象とする場合がある。この場合、基材治具に保持された成形基材のシート被覆面において上端部と下端部で高低差が大きくなる。そのため、熱板で加熱され軟化されたシートと、成形基材の下端部との距離（高さ方向の寸法）が大きくなり、成形基材の下端部分においてシートが引き伸ばされた状態で被覆されてしまい、基材下端部のシートが薄くなった状態で被覆され、破れの発生や剛性が低下するといった問題がある。この点で改善の余地があった。

本発明は、深絞り成形品を対象とした高低差の大きな成形基材の場合であっても、シートの被覆状態が低下するのを抑え、成形品質の向上を図ることが可能な熱成形装置および熱成形方法を提供する目的を有している。

本発明は、成形基材を保持する基材治具と、熱板と、を有し、加熱されたシートを前記成形基材の表面に被覆するための熱成形装置であって、
前記基材治具を枠内で上下移動可能に設けた下枠と、
前記熱板を枠内で上下移動可能に設けた上枠と、
制御部と、
を備え、
前記下枠の枠上縁部と前記上枠の枠下縁部との間に、前記シートのシート端縁が挟持される構成とされ、
該シートの挟持状態で、該シートよりも下側の成形基材側領域を減圧する減圧部が設けられ、
前記制御部は、
前記枠上縁部と前記枠下縁部に挟持されたシートに対して前記熱板からの熱による接触加熱を行うように制御し、
その後、前記成形基材側領域を前記減圧部により減圧させるように制御し、
前記基材治具及び前記熱板を互いに接触させないように上昇させることで、前記シートを前記成形基材の表面に被覆するように制御する、態様を有する。

また、本発明は、成形基材を保持する基材治具と、該基材治具を枠内で上下移動可能に設けた下枠と、熱板と、該熱板を枠内で上下移動可能に設けた上枠と、を用い、
加熱されたシートを前記成形基材の表面に被覆する熱成形方法であって、
前記下枠の枠上縁部と前記上枠の枠下縁部との間にシート端縁が挟持されたシートに対して前記熱板からの熱による接触加熱を行う工程と、
該シートの挟持状態で、該シートよりも下側の成形基材側領域を減圧する工程と、
前記基材治具及び前記熱板を互いに接触させないように上昇させることで、前記シートを前記成形基材の表面に被覆させる工程と、
を有する、態様を有する。

本発明によれば、深絞り成形品を対象とした高低差の大きな成形基材の場合であっても、シートの被覆状態が低下するのを抑え、成形品質の向上を図ることが可能な熱成形装置および熱成形方法を提供することができる。

本発明の実施の形態による熱成形方法を実施するための熱成形装置の構成例を示す縦断面図である。 深絞り成形品を対象とした成形基材の構成例を示す斜視図である。 熱成形方法の動作手順の図であって、シートを下枠に保持させた状態の例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、図３に続く動作手順の図であって、下枠の枠上縁部に対して上枠の枠下縁部を密接させた状態の例を示す図である。 図４（ｂ）に続く動作手順の図であって、熱板及び基材治具の上昇を開始した状態の例を示す図である。 図５に続く動作手順の図であって、熱板及び基材治具の上昇途中の状態の例を示す図である。 図６に続く動作手順の図であって、熱板及び基材治具が上昇位置に到達した状態の例を示す図である。 図７に続く動作手順の図であって、成形基材にシートが被覆された状態の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。むろん、以下の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、実施形態に示す特徴の全てが発明の解決手段に必須になるとは限らない。
まず、図１〜８に示される例を参照して本発明に含まれる技術の概要を説明する。なお、図１〜８は模式的に例を示す図であり、これらの図に示される各方向の拡大率は異なることがあり、各図は整合していないことがある。

［態様１］
本態様の熱成形装置１は、成形基材２を保持する基材治具５と、熱板４と、を有し、加熱されたシート３を成形基材２の表面に被覆する。基材治具５は、深絞り成形品を対象とした成形基材２をその深絞り方向を上下方向に向けて保持してもよい。熱成形装置１は、基材治具５を枠内で上下移動可能に設けた下枠１０と、熱板４を枠内で上下移動可能に設けた上枠２０と、制御部６と、を備える。熱成形装置１は、下枠１０の枠上縁部１０ａと上枠２０の枠下縁部２０ａとの間に、シート３のシート端縁３ａが挟持される構成とされている。熱成形装置１には、シート３の挟持状態で、該シート３よりも下側の成形基材側領域（例えば下枠チャンバー１０Ａ）を減圧する減圧部（例えば真空ポンプ７）が設けられている。制御部６は、枠上縁部１０ａと枠下縁部２０ａに挟持されたシート３に対して熱板４からの熱による接触加熱を行うように制御し、その後、成形基材側領域（１０Ａ）を減圧部（７）により減圧させるように制御し、基材治具５及び熱板４を互いに接触させないように上昇させることで、シート３を成形基材２の表面に被覆するように制御する。

ここで、「シートに対して熱板からの熱による接触加熱を行う」ことは、シートに熱板を直接接触させて加熱すること、特許文献１に示されるゴム状弾性膜等といった別の部材を介してシートに熱板を間接的に接触させて（前記別の部材を直接接触させて）加熱すること、の両方を含む。

制御部６は、
基材治具５に成形基材２を保持し、シート３が枠上縁部１０ａと枠下縁部２０ａに挟持された状態で、熱板４の加熱面４ａをシート３に接触する位置に下降させ、シート３を吸着させて加熱するように制御し、
加熱によりシート３を軟化させながら、又は軟化させた後に、成形基材側領域（１０Ａ）を減圧部（７）により減圧状態となるように制御し、
基材治具５及び熱板４が互いに接触しないようにそれぞれ上昇させることで、シート３を成形基材２の表面に被覆するように制御してもよい。

［態様２］
本態様の熱成形方法は、成形基材２を保持する基材治具５と、該基材治具５を枠内で上下移動可能に設けた下枠１０と、熱板４と、該熱板４を枠内で上下移動可能に設けた上枠２０と、を用い、加熱されたシート３を成形基材２の表面に被覆する。本熱成形方法は、以下の工程（Ａ）〜（Ｃ）を含む。
（Ａ）下枠１０の枠上縁部１０ａと上枠２０の枠下縁部２０ａとの間にシート端縁３ａが挟持されたシート３に対して熱板４からの熱による接触加熱を行う工程。
（Ｂ）シート３の挟持状態で、該シート３よりも下側の成形基材側領域（例えば下枠チャンバー１０Ａ）を減圧する工程。
（Ｃ）基材治具５及び熱板４を互いに接触させないように上昇させることで、シート３を成形基材２の表面に被覆させる工程。

前記工程（Ａ）は、以下の工程（Ａ１）〜（Ａ３）を含んでもよい。
（Ａ１）基材治具５に成形基材２を保持する工程。
（Ａ２）下枠１０の枠上縁部１０ａと上枠２０の枠下縁部２０ａとの間でシート端縁３ａを挟持して配置する工程。
（Ａ３）熱板４の加熱面４ａにシート３を吸着させて加熱する工程。

上記態様１，２では、枠上縁部１０ａと枠下縁部２０ａに挟持されたシート３に対して熱板４からの熱による接触加熱が行われた後、成形基材側領域（１０Ａ）が減圧され、基材治具５及び熱板４が互いに接触しないように上昇することで、シート３が成形基材２の表面に被覆される。これにより、基材治具５に保持された成形基材２の上昇とともに、その基材表面にシート３が被覆されることとなる。つまり、加熱されたシートに成形基材２が近接しながら被覆されるので、シート３が引き付けられる移動距離が小さくてすみ、シート３が伸びた状態で移動することが抑制された状態となる。そのため、深絞り成形品で高低差の大きな成形基材であっても、その基材表面に被覆される基材下端部のシートが薄くなり過ぎることが抑制され、破れの発生や剛性の低下が抑えられる。

［態様３］
前記基材治具５は、前記成形基材２を保持する保持部５２が上側へ出た平板部５１を有してもよい。前記基材治具５の上昇位置は、前記平板部５１の上面が前記シート端縁３ａの挟持位置となる位置か、前記平板部５１の上面が前記シート端縁３ａの挟持位置となる位置よりも上側でもよい。本態様は、成形基材の下端位置に被覆されるシートの伸び量が少なくて済み、前述のように被覆される基材下端部のシートが薄くならずに破れの発生や剛性の低下を抑制することができ、品質の向上を図ることができる。

なお、請求項に記載される上下関係の語は、表現上の都合で構成要素の位置関係を相対的に示すために使用している。下枠が上枠から上や左右など下以外に存在したり、基材治具が熱板から上や左右など下以外に存在したり、「上下移動」が水平移動など厳密な上下方向以外の方向への移動であったりすること等も、実施可能であり、請求項に係る発明に含まれる。また、「上」には斜め上が含まれ、「下」には斜め下が含まれる。

次に、本技術の具体例を説明する。図１に示す熱成形装置１は、熱板４の加熱によって軟化したシート３を成形基材の表面に被覆するための装置である。
熱成形品２Ａは、図２に示すように、深絞り成形品を対象とした成形基材２の外表面に、加熱により軟化したシート３を密着させて被覆することにより熱成形される。成形基材２は、有頂筒状に形成され、上面２ａと、下端外周部２ｂとの間に、深絞り形状による高低差ｈを有している。

図１に示すように、熱成形装置１は、成形基材２を収容可能な空間（下枠チャンバー１０Ａ）を有する下枠１０と、下枠１０に対して上方に位置するとともに、成形基材２を収容可能な空間（上枠チャンバー２０Ａ）を有する上枠２０と、上枠２０に設けられた熱板４と、下枠１０に設けられて成形基材２をその深絞り方向を上下方向に向けて保持する基材治具５と、基材治具５及び熱板４のそれぞれの上下移動を制御する制御部６と、を備えている。また、図１に示す熱成形装置１は、下枠１０と第１シリンダ１２を支持する下テーブル（第１テーブル）３０と、上枠２０と第２シリンダ２２を支持する上テーブル（第２テーブル）４０と、をさらに備えている。制御部６は、テーブル３０，４０のそれぞれの上下移動も制御する。
なお、本実施の形態の熱成形装置１には、とくに図示しないが、基材治具５に保持された成形基材２に被覆されたシート３の不要部分をトリミングする切断治具が設けられている。

下枠１０は、平面視で正方形状の部材であり、主として金属で形成され、４側面が側壁１１によって囲われている。その側壁１１の内側には、その内部空間を上下に区画し、双方の空間を気密に区画する前記基材治具５が上下移動可能に設けられている。このように基材治具５によって区画された上下の空間が上述した下枠チャンバー１０Ａ（成形基材側領域）となる。下枠１０の枠上縁部１０ａには、上枠２０の枠下縁部２０ａがシート３を挟んで気密に当接し、これにより下枠１０と上枠２０とが閉止状態となる。
なお、下枠チャンバー１０Ａのうち、基材治具５を挟んだ上側空間を符号１０Ａａで示し、下側空間を符号１０Ａｂで示している。これら上側空間１０Ａａと下側空間１０Ａｂとは、連通した状態（図では基材治具５によって仕切られた状態）となっている。

基材治具５は、平板状の平板部５１と、平板部５１の上面から上側へ出た保持部５２と、を有する。保持部５２は、成形基材２と略同形状である。この保持部５２に対して有頂筒状の成形基材２を上方から被着させることで、成形基材２が基材治具５にセットされることになる。この基材治具５は、後述する第１シリンダ１２の駆動によって下枠１０の内面に沿って上下方向に摺動可能に設けられている。
ここで、図１に示す熱板４及び基材治具５の平板部５１は、それぞれの上下が同圧となるように通気性を有している。

基材治具５の下方には、上下方向に伸縮するロッド１２ａを有する第１シリンダ１２が設けられている。このロッド１２ａが下枠１０に挿通され、そのロッド先端が基材治具５の下面に固定されている。
基材治具５の下降位置Ｐ１は、少なくとも基材治具５に保持される成形基材２の上面２ａが下枠１０の枠上縁部１０ａよりも例えば１０ｍｍ程度、下方となる位置に設定されている。また、基材治具５の上昇位置Ｐ２（図７参照）は、基材治具５の平板部５１の上面が枠上縁部１０ａ（シート端縁３ａの挟持位置）と一致する位置に設定されている。ただし、上昇位置Ｐ２は、枠上縁部１０ａと一致する位置であることに限定されることはなく、枠上縁部１０ａよりもさらに上方に突出する位置であってもよい。また、基材下端部までシート３を被覆することができれば、上昇位置Ｐ２は枠上縁部１０ａの下方の位置であってもかまわない。

また、基材治具５の平板部５１には、下枠チャンバー１０Ａに連通する多数の通気孔（図示省略）が適宜な位置に設けられている。これら通気孔は、真空タンクを備えた真空ポンプ７（減圧部）に接続されている。成形時には、真空ポンプ７を駆動させて真空吸引することで下枠チャンバー１０Ａを減圧することができる。

下枠１０と第１シリンダ１２は、下テーブル３０に取り付けられ、下テーブル３０とともに上下移動するようにされている。下テーブル３０には、下テーブル３０を上下に移動させるための下テーブル駆動部（第１テーブル駆動部）３２が設けられている。制御部６は、下テーブル駆動部３２の駆動を制御する。

上枠２０は、下枠１０に対して近接離反可能に昇降するように構成されており、下枠１０とほぼ同形状の平面視で正方形状の部材であり、主として金属で形成され、４側面が側壁２１によって囲われている。その側壁２１の内側には、その内部空間を上下に区画し、双方の空間を気密に区画する前記熱板４が上下移動可能に設けられている。上枠２０の枠下縁部２０ａには、下枠１０の枠上縁部１０ａが密接するようになっている。

熱板４は、下面側に滑らかな平面を有する加熱面４ａを備えており、下枠１０に対して近接離反するように上下方向に移動可能に設けられている。
熱板４の上方には、上下方向に伸縮するロッド２２ａを有する第２シリンダ２２が設けられている。このロッド２２ａが上枠２０に挿通され、そののロッド先端が熱板４に固定されている。

また、熱板４は、上側に複数のヒーター４ｂが設けられるとともに、加熱面４ａに開口する図示しない通気孔が複数設けられている。加熱面４ａの温度として、例えば一般的な熱可塑性シートの軟化温度範囲で８０〜２５０℃に加熱される。熱板４の通気孔は、加熱面４ａ側を真空吸引する前記真空ポンプ７と、圧縮空気を貯める加圧タンクを備えた加圧ポンプ８と、に上枠２０を介して接続されている。

このような構成により、熱成形時には、真空状態に維持された真空タンクを開放してシート３を真空吸引させて加熱面４ａに密着させたり、加圧タンクより通気孔を通じて圧縮空気を加熱面４ａから上枠チャンバー２０Ａ内に向けて供給し、その上枠チャンバー２０Ａを加圧したりすることが可能になっている。なお、真空タンクを設けずに、真空ポンプ７の駆動によって直接吸引させることで真空度を高めるようにしてもよい。

上枠２０において、熱板４を挟んだ上下に前記上枠チャンバー２０Ａが形成される。熱板４の下降位置Ｐ３（図３及び図４参照）は、加熱面４ａが上枠２０の枠下縁部２０ａと一致する位置に設定されている。また、熱板４の上昇位置Ｐ４（図７参照）は、少なくとも基材治具５の上昇位置Ｐ２における成形基材２の上面２ａよりも上方となる位置に設定されている。
なお、上枠チャンバー２０Ａのうち、熱板４を挟んだ下側空間を符号２０Ａａで示し、上側空間を符号２０Ａｂで示している。これら下側空間２０Ａａと上側空間２０Ａｂとは、連通した状態（図では熱板４によって仕切られた状態）となっている。

上枠２０と第２シリンダ２２は、上テーブル４０に取り付けられ、上テーブル４０とともに上下移動するようにされている。上テーブル３０には、上テーブル４０を上下に移動させるための上テーブル駆動部（第２テーブル駆動部）４２が設けられている。制御部６は、上テーブル駆動部４２の駆動を制御する。

成形基材２の表面に接着されるシート３は、外周部（シート端縁３ａ）が下枠１０の枠上縁部１０ａと、上枠２０の枠下縁部２０ａとの間に挟持され、水平状態で固定される。シート３の下面は、接着層となっている。なお、成形基材２とシート３との間の隙間は、例えば５ｍｍ程度あれば成形可能であり、この隙間を小さくすることにより下枠１０の下枠チャンバー１０Ａを最小限にすることができる。

熱成形装置１は、図１に示すように、基材治具５に成形基材２を保持し、シート３が下枠１０の枠上縁部１０ａと上枠２０の枠下縁部２０ａに挟持された状態で、熱板４の加熱面４ａをシート３に接触する位置に下降させシート３を吸着させて加熱するように制御部６で制御し、接触加熱によりシート３を軟化させながら、又は軟化させた後に、下枠チャンバー１０Ａを真空ポンプ７により真空圧状態（減圧状態）となるように制御部６で制御し、基材治具５及び熱板４が互いに接触しないようにそれぞれ上昇させることで、シート３を成形基材２の表面に被覆するように制御部６で制御する。なお、本実施の形態では、基材治具５及び熱板４を、同時に、又は熱板４が基材治具５よりも速くなるように上昇させるように制御している。

なお、図示しない切断治具は、例えば下枠１０に設けられ、刃部を上方に向けて配置し、基材治具５に保持されている成形基材２に対して所定の間隔をあけて上下方向に対向する位置に配置されている。このように切断治具が構成され、切断治具の刃部が成形基材２に被覆したシート３に当たってカットし、トリミングすることができる。

次に、上述した熱成形装置１を使用して熱成形品２Ａを成形する際の熱成形方法と、熱成形装置および熱成形方法による作用について、図面に基づいて説明する。
先ず、図３に示すように、下枠１０に設けられている基材治具５に、図２に示す深絞り成形品を対象とした成形基材２を保持する。このときの基材治具５は、下降位置Ｐ１に位置している。
ここで、図３〜図８において、二重矢印は熱板４及び基材治具５の移動方向を示し、１本線の矢印は熱成形装置１内、すなわち下枠チャンバー１０Ａ及び上枠チャンバー２０Ａ内での空気の流れを示している。

その後、熱成形装置１は、シート３を下枠１０の枠上縁部１０ａにセットし、図４（ａ）に示すように、上枠２０全体を下降させてシート３を介して枠下縁部２０ａを枠上縁部１０ａに密接させるように上テーブル駆動部４２を駆動して上枠２０と第２シリンダ２２とともに上テーブル４０を下降させる。つまり、シート３は、そのシート端縁３ａが枠上縁部１０ａと枠下縁部２０ａとによって挟持された状態で保持される。そして、下枠チャンバー１０Ａと上枠チャンバー２０Ａ（図１参照）とが保持シート３を挟んだ上下に区画されることになる。以後、シート３が成形基材２に被覆されるまで、下枠１０と上枠２０は移動しない（位置を変えない）。また、図４（ａ）に示す状態において、上枠２０内に設けられている熱板４は、下降位置Ｐ３に位置しており、保持されているシート３に対して、僅かな間隔をあけた位置、或いはシート３に沿って加熱面４ａの全面をほぼ接触させた状態で配置される。
なお、熱成形装置１は、上テーブル４０を下降させる際に、又は、上テーブル４０を下降させる代わりに、下テーブル駆動部３２を駆動して下枠１０と第１シリンダ１２とともに下テーブル３０を上昇させてもよい。

次に、図４（ａ）に示すように、加圧タンクを開放することにより下枠チャンバー１０Ａ内を圧空にて加圧し、ヒーター４ｂによって加熱された加熱面４ａの側にシート３を移動させる。これとほぼ同時に、真空タンクを開放し、通気孔を介してシート３を熱板４の加熱面４ａ側に移動する方向（上向き）に真空吸引することにより、上枠チャンバー２０Ａを減圧する。これにより、シート３が加熱面４ａに吸着し、効率良く接触加熱によって軟化する。なお、下枠チャンバー１０Ａ内を加圧することと上枠チャンバー２０Ａを減圧することの一方は、省いてもよい。
その後、熱板４によるシート３の加熱と並行して、図４（ｂ）に示すように、真空タンクを開放することにより下枠チャンバー１０Ａを真空吸引して減圧する。

次に、熱板４に吸着されたシート３が所定温度に加熱されて軟化したときに、下枠チャンバー１０Ａを減圧したまま、上枠チャンバー２０Ａ内の減圧動作を停止して大気開放することで、シート３を挟んだ上枠チャンバー２０Ａと下枠チャンバー１０Ａとの間に圧力差を生じさせる（図示省略）。なお、このタイミングとしては、下枠チャンバー１０Ａ及び上枠チャンバー２０Ａの両方が真空状態（減圧状態）であるため、成形基材２の上昇中、あるいは上昇完了後に圧力差を生じさせても良い。
そして、上枠チャンバー２０Ａ内では、大気開放後に圧空にて加圧した状態にする。

そして、図５〜図７に示すように、上枠チャンバー２０Ａ内の減圧中、又は減圧を停止した時に熱板４を上昇させる。そして、熱板４を上昇させつつ、成形基材２も基材治具５とともに上昇させる。熱板４と成形基材２（基材治具５）のそれぞれの上昇のタイミングはシート加熱完了からのタイマー設定により行われる。
具体的には、下枠１０の第１シリンダ１２を伸張させることによって基材治具５を上方の上昇位置Ｐ２に移動させ、上枠２０の第２シリンダ２２を収縮させることによって熱板４を上方に移動させる。熱板４は、成形基材２に対して同時、あるいは先に上昇を開始し、さらに成形基材２に対して上昇速度が同じ、あるいは速くなるように設定されている。要は、熱板４は、上昇する成形基材２に対して干渉しないように、図４（ａ）、（ｂ）示す下降位置Ｐ３から上方（図７に示す上昇位置Ｐ４）に退避されていれば良いのである。
なお、熱板４及び基材治具５の上昇させるタイミングは、位置検出やサーボ駆動によって制御することも可能である。

このように、上枠チャンバー２０Ａ内の減圧中、又は減圧を停止した時に、成形基材２を上昇させることにより、軟化したシート３が熱板４の加熱面４ａから剥離するとともに、成形基材２側に向けて移動し、図８に示すように、成形基材２の外表面に引き付けられて表面全体にわたって一様に被覆される。成形基材２は、上昇位置Ｐ２まで一定の速度で上昇される。なお、成形基材２が上昇位置Ｐ２まで上昇させる速度は、位置検出がサーボ駆動によって変更することが可能であり、さらに上昇途中に速度を変更させることも可能である。
なお、このとき成形基材２は、軟化したシート３に対して近接しながら被覆されるので、シート３が引き付けられる移動距離が小さくてすみ、シート３が伸びた状態で移動することが抑制された状態となる。そのため、深絞り成形品を対象とした高低差の大きな成形基材２であっても、その基材表面に被覆される基材下端部のシート３が薄くなり過ぎることが抑制され、破れの発生や剛性の低下を抑えることができる。

しかも、本実施の形態では、基材治具５の上昇高さとして、成形基材２の下端位置がシート端部３ａの挟持位置と一致しているので、成形基材２の下端位置に被覆されるシート３の伸び量を最小限にすることが可能となり、前述のように被覆される基材端部のシート３が薄くなり過ぎることが抑えられ、破れの発生や剛性の低下を抑制することができ、品質の向上を図ることができる。

なお、図４（ｂ）に示す状態から熱板４と基材治具５を移動させず（位置を変えず）に下枠１０と上枠２０を下降させると、加熱されたシート３が下降して基材治具５に近付いて成形基材２に被覆されることにはなる。しかし、軟化したシート３が下側へ移動する際にシート３に揺れや乱れが生じ、シート３の伸び量が部分的に大きくなってシート３が部分的に薄くなり過ぎ、シート３に破れや剛性低下が発生し、成形品質が低下することがある。シート３の挟持を下枠１０と上枠２０の組合せではなく枠内に別途昇降可能に設けたクランプで行って該クランプを下降させる場合も、軟化したシート３が下側へ移動する際にシート３に揺れや乱れが生じ、成形品質が低下することがある。そもそも、クランプを別途設けると、成形基材やシートの脱着が複雑になり、シートを挟持する箇所の密閉構造が複雑になる。本実施形態のように下枠１０と上枠２０を移動させずに熱板４と基材治具５を上昇させると、シート３が移動しないので、前述の揺れや乱れの発生が抑制され、成形品質が向上する。

また、図４（ｂ）に示す状態から熱板４と基材治具５を移動させずに下枠１０と上枠２０を下降させる場合、下枠１０と上枠２０の下降速度を一致させる必要があり、シート３の動きを熱板４と基材治具５との位置関係に応じて制御することができない。本実施形態のように下枠１０と上枠２０を移動させずに熱板４と基材治具５を別々に上昇させると、先に熱板４を上昇させてから基材治具５を上昇させたり、熱板４の移動を基材治具５の移動よりも速くしたりする等、細かく条件を変えてシート３の動きを制御することができる。

その後、被覆されたシート３に対して切断治具を用いて適宜なカットラインでカットすることでトリミングが行われ、その成形基材２にシート３が被覆された熱成形品２Ａとして完成される。

そして、トリミング工程が終了したら、熱成形装置１は、上テーブル駆動部４２を駆動して上テーブル４０を上昇させ、第２シリンダ２２とともに上枠２０を上方に移動させることで、熱成形品２Ａ（シート３を被覆・接着した成形基材２）を基材治具５から離脱させ、熱成形装置１から取り出す。

このような熱成形方法では、成形基材２を自動供給することによって、ロールシートによる連続成形の対応が可能となる。

上述のように本実施の形態による熱成形装置および熱成形方法では、深絞り成形品を対象とした高低差の大きな成形基材２の場合であっても、シート３の被覆状態が低下するのを抑え、成形品質の向上を図ることができる。

以上、本発明による熱成形装置および熱成形方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、本実施の形態では、熱板４及び基材治具５の上下移動手段として、シリンダ１２、２２を用いているが、これに限定されることはなく、例えば電動モータ等の駆動装置を使用する構造とすることも可能である。

また、本実施の形態では、基材治具５の上昇位置Ｐ２として、成形基材２の下端位置がシート端縁３ａの挟持位置と一致する位置としているが、この位置であることに制限されることはない。例えば、成形基材２の下端位置がシート端縁３ａの挟持位置よりも少し下方の位置としてもよいし、上方の位置であってもよい。
さらに、基材治具５の上昇速度は、一定であることに限らず、可変としてもよい。

また、本発明において、成形基材２に対するシート３の「接着」とは、本実施の形態のようにシート３自体を成形基材２に接着する貼り合わせ成形の場合のみならず、転写トリムレスによりシート最上層のキャリアフィルムを剥離させて加飾層のみ（本発明のシートに相当する）を成形基材に転写させる場合も含んでいる。

また、下枠１０、上枠２０、熱板４、基材治具５、テーブル３０，４０、等の形状、大きさ、シート３の固定手段、及び切断手段などの構成は、適宜、設定することができる。
また、本実施の形態では、熱板４によってシート３を軟化させた後に、シート３より下側の成形基材側領域を減圧状態にしているが、このタイミングであることに制限されることはなく、例えばシート３を軟化させながらシート３より下側の成形基材側領域を減圧状態にするようにしてもよい。

下枠１０を上下移動させずに上枠２０を上下移動させる場合には、下テーブル駆動部３２を省いてもよい。上枠２０を上下移動させずに下枠１０を上下移動させる場合には、上テーブル駆動部４２を省いてもよい。

さらに、トリミング工程は、本実施の形態のように成形時と同時でもよいし、成形後、別工程で行うようにしてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、成形品質の向上を図ることが可能な技術等を提供することができる。むろん、独立請求項に係る構成要件のみからなる技術でも、上述した基本的な作用及び効果が得られる。
また、上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術及び上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。これらの構成等も、本技術に含まれる。

１ 熱成形装置
２ 成形基材
２Ａ 熱成形品
３ シート
３ａ シート端縁
４ 熱板
４ａ 加熱面
５ 基材治具
６ 制御部
７ 真空ポンプ（減圧部の例）
８ 加圧ポンプ
１０ 下枠
１０Ａ 下枠チャンバー（成形基材側領域の例）
１０ａ 枠上縁部
２０ 上枠
２０Ａ 上枠チャンバー
２０ａ 枠下縁部
Ｐ１ 下降位置
Ｐ２ 上昇位置
Ｐ３ 下降位置
Ｐ４ 上昇位置

Claims (3)

1. 成形基材を保持する基材治具と、熱板と、を有し、加熱されたシートを前記成形基材の表面に被覆するための熱成形装置であって、
   前記基材治具を枠内で上下移動可能に設けた下枠と、
   前記熱板を枠内で上下移動可能に設けた上枠と、
   制御部と、
   を備え、
   前記下枠の枠上縁部と前記上枠の枠下縁部との間に、前記シートのシート端縁が挟持される構成とされ、
   該シートの挟持状態で、該シートよりも下側の成形基材側領域を減圧する減圧部が設けられ、
   前記制御部は、
   前記枠上縁部と前記枠下縁部に挟持されたシートに対して前記熱板からの熱による接触加熱を行うように制御し、
   その後、前記成形基材側領域を前記減圧部により減圧させるように制御し、
   前記基材治具及び前記熱板を互いに接触させないように上昇させることで、前記シートを前記成形基材の表面に被覆するように制御することを特徴とする熱成形装置。
2. 前記基材治具は、前記成形基材を保持する保持部が上側へ出た平板部を有し、
   前記基材治具の上昇位置は、前記平板部の上面が前記シート端縁の挟持位置となる位置か、前記平板部の上面が前記シート端縁の挟持位置となる位置よりも上側である、請求項１に記載の熱成形装置。
3. 成形基材を保持する基材治具と、該基材治具を枠内で上下移動可能に設けた下枠と、熱板と、該熱板を枠内で上下移動可能に設けた上枠と、を用い、
   加熱されたシートを前記成形基材の表面に被覆する熱成形方法であって、
   前記下枠の枠上縁部と前記上枠の枠下縁部との間にシート端縁が挟持されたシートに対して前記熱板からの熱による接触加熱を行う工程と、
   該シートの挟持状態で、該シートよりも下側の成形基材側領域を減圧する工程と、
   前記基材治具及び前記熱板を互いに接触させないように上昇させることで、前記シートを前記成形基材の表面に被覆させる工程と、
   を有することを特徴とする熱成形方法。

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