JP6674227B2

JP6674227B2 - 熱成形装置および熱成形方法

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Publication number: JP6674227B2
Application number: JP2015215036A
Authority: JP
Inventors: 一典寺本; 政伸仁平; 宇佐美　秀樹; 秀樹宇佐美
Original assignee: Asano Laboratories Co Ltd
Current assignee: Asano Laboratories Co Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2020-04-01
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: WO2017073390A1; TW201720624A; CN108349151B; KR102451418B1; JP2017081127A; EP3369553A4; TWI734707B; CN108349151A; EP3369553A1; KR20180079363A; EP3369553B1; US11173648B2; US20180354188A1

Description

本発明は、熱成形装置および熱成形方法に関する。

一般に、表皮シート（以下、シートという）を成形基材の外表面に接着する装置として、上下チャンバー内輻射加熱による真空プレス積層成形装置、熱板加熱による熱成形装置等が知られている。

例えば、特許文献１には、真空プレス積層成形装置が開示されている。この真空プレス積層成形装置は上下のチャンバーを備えている。下部チャンバーは成形基材を収容するとともに上部チャンバー側の周縁部にシートをセットすることが可能である。上部チャンバーは上方にヒーターを備えた熱板を有している。上部チャンバーは、真空タンク及び加圧タンクに接続され、上下のチャンバーからなるチャンバー内を真空及び加圧可能である。下部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可能である。

特許文献１に記載の真空プレス積層成形装置では、中間チャンバーを減圧して合成樹脂シートを基材より引き離した状態にて、下部チャンバーを減圧する。これにより、基材と合成樹脂シートとの間の空気が合成樹脂シートにより阻害されることなく充分に排除され、この後に上部チャンバーが加圧される。そのため、上部チャンバーと下部チャンバーとの差圧をもって、合成樹脂シートが真空状態にて基材に密着するようになる。

特許第３１０２９１６号公報

しかしながら、従来の熱成形方法では、以下のような問題があった。
すなわち、シートは上側の一方向から熱板の加熱面に吸着せて加熱されるため、シートの接着面（下面）が被覆に必要な状態まで軟化するまで上面から加熱する必要がある。そのため、加熱面の温度を高温とし、かつシート上面を熱板の加熱面に吸着させている加熱の時間を長くすることになるため、加熱面の面粗さがシート上面に転写されるという問題があった。そして、成形基材の表面にシートを被覆したときに面粗さが転写したシートが熱成形品の表面に現れることから、意匠性の点で改善の余地があった。
また、熱成形品の大量生産を行うにあたって、シートの加熱時間を短縮することが求められている。とくに、シートが厚い場合には、シートの軟化に必要な加熱時間がかかることから、成形時間の増大を抑えることが求められていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、シートの加熱時間の短縮を図ることができ、熱成形品の意匠性の向上を図ることができる熱成形装置および熱成形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、本発明に係る熱成形装置は、基台と、シートを加熱する加熱面を有する熱板と、を有し、前記基台に保持された成形基材に対して、前記熱板によって加熱されることで軟化したシートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着する熱成形装置であって、前記シートを上方から加熱する第１加熱面を有する上熱板と、前記シートを下方から加熱する第２加熱面を有する下熱板と、前記基台を有し、前記基台への前記成形基材の脱着、及び、前記第１加熱面に対して前記シートを挟んだ下方の成形位置と第１退避位置との間で横方向に移動可能に設けられ、前記成形基材を配置可能に設けた基材供給部と、を備え、前記基材供給部は、側壁と前記基台とが載置された枠架台を備え、前記上熱板と前記下熱板によって前記シートが表裏面から同時に加熱可能に設けられ、前記下熱板は、前記上熱板の下方の前記成形位置と第２退避位置との間で横方向に進退移動可能に設けられ、前記基材供給部及び前記下熱板は前記成形位置において交互に入れ替えが可能に配置され、前記基材供給部及び前記下熱板のいずれか一方が前記成形位置に位置しているときには他方が退避位置に位置するように構成され、前記基材供給部が前記成形位置に配置された状態において、前記上熱板及び前記下熱板で加熱された前記シートと前記基材供給部とによって囲まれた密閉空間内が減圧され、加熱されて軟化した前記シートを前記基台側に向かって移動させることで、前記成形基材の表面に前記シートで被覆するように構成されていることを特徴としている。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る熱成形方法は、上述した熱成形装置を用いた熱成形方法であって、前記基台に前記成形基材を設置するとともに、前記基台を前記成形位置に配置する工程と、前記シートを前記上熱板の下方の位置に間隔をあけて下熱板を配置する工程と、前記シートを前記上熱板と前記下熱板との間に配置する工程と、前記シートを前記上熱板と前記下熱板とによってシート上下面のそれぞれを加熱する工程と、前記下熱板を前記上熱板の下方の位置から退避させ、前記シートの下方に密閉空間を形成する工程と、前記シートと前記基材供給部とによって囲まれた密閉空間内を減圧すると共に、加熱されて軟化した前記シートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着する工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、シートの上面側が上熱板の第1加熱面によって加熱され、かつ下面側が下熱板の第２加熱面によって加熱され、シートの上下両面を同時に加熱させる構成となるので、加熱時間の短縮を図ることができる。そして、加熱によりシートが軟化した後に、下熱板を上熱板の下方の位置より横方向に移動して退避させることで、シートを基材供給部の成形基材の表面に全体にわたって一様に金型賦形、又は被覆することができる。
このように、上熱板と下熱板によってシートの上下両面を同時に加熱させる構成となるので、上熱板の温度を低下させてシートを加熱することが可能となる。そのため、上熱板の加熱によって、第１加熱面の面粗さがシートの上面に転写することを防ぐことができ、熱成形後の熱成形品の表面の意匠性の低下を抑えることができる。

また、本発明では、下熱板によって接着剤が付着されるシートの下面側からも加熱させることができるので、接着剤を十分に軟化させることができ、成形基材に対するシート貼り合せの接着強度を向上させることができる。
さらに、本発明では、シートの上下両面を加熱できるので、厚みの大きいシートにも対応することができる。つまり、上側の熱板のみで加熱する場合においてシート下面を必要な温度に加熱できない厚さのシートであっても、下熱板によってシート下面を加熱することでシート全体を金型賦形、又は被覆に必要なシート軟化温度とすることができる。

また、本発明では、上熱板と下熱板が個別に設けられているので、上熱板と下熱板で温度差をつけた温度調整を行うことができる。そのため、例えばシート上面よりシート下面の温度を上げることが可能となり、シート上面は上熱板の高温による転写を防止し、シート下面は下熱板の高い加熱温度によって接着剤を十分に軟化させることができる。したがって、シートの材質や厚さ寸法等のシートの条件に応じて、そのシートに対する最適な加熱を行うことが可能となり、熱成形品の品質を向上させることができる。
また、本発明では、シートの加熱中には、基材供給部を成形位置から退避させて下熱板を成形位置に配置させることができる。そして、下熱板の加熱完了後には、下熱板を成形位置から退避させて、基材供給部を成形位置に配置して成形基材に対してシートを金型賦形、又は被覆させることができる。そのため、成形位置において、下熱板と基材供給部とを交互に入れ替えが可能な構成となるので、熱成形装置全体の高さを抑えることができる。

また、本発明に係る熱成形方法では、前記上熱板は、前記第１加熱面に前記シートを吸引させて、前記シートの上面を接触により加熱し、前記下熱板は、前記シートの下方に間隔をあけて配置され、前記第２加熱面からの輻射熱により前記シートの下面を加熱することが好ましい。

本発明では、上熱板には第１加熱面に対してシートを吸引させた接触による加熱が可能な構造となるが、一方で下熱板は第２加熱面からの輻射熱によってシート下面を加熱するものとなるので、第２加熱面を加熱するだけの例えばヒーターのみを備えた簡単な構造によりシートの上下両面を加熱することを実現することができる。

本発明の熱成形装置および熱成形方法によれば、シートの加熱時間の短縮を図ることができ、熱成形品の意匠性の向上を図ることができる効果を奏する。

本発明の実施の形態による熱成形装置の構成を示す側面図であって、各部における側断面図である。図１に示す熱成形装置の構成を示す平面図である。図１に示す熱成形装置の各部を下熱板の移動方向から見た側断面図である。図１に示す熱成形装置を用いた熱成形方法を説明するための側面図である。図４に続く熱成形方法を説明するための側面図である。図５に続く熱成形方法を説明するための側面図である。図６に続く熱成形方法を説明するための側面図である。図７に続く熱成形方法を説明するための側面図である。図８に続く熱成形方法を説明するための側面図である。

以下、本発明の実施の形態による熱成形装置および熱成形方法について、図面に基づいて説明する。

図１乃至図３に示すように、本実施の形態による熱成形装置１は、熱板加熱方式を採用したものであり、上下一対で設けられる熱板３（上熱板３Ａ、下熱板３Ｂ）の加熱によって軟化したシート４を下枠２（基材供給部）のチャンバー２Ａ内に配置された図７に示す成形基材６の表面６ａに被覆するための装置である。
ここで、熱成形品６Ａ（図９参照）は、例えば自動車部品等で表裏面を有する部品が採用され、樹脂製の成形基材６の表面６ａに加熱により軟化したシート４を吸着させて被覆することにより熱成形された成形品である。成形基材６は、本実施の形態で有頂筒状をなす形状のものである。

熱成形装置１は、図７に示す成形基材６を収容可能な空間（チャンバー２Ａ）を有する下枠２と、シート４を上方から加熱する第１加熱面３ａを有する上熱板３Ａと、シート４を下方から加熱する第２加熱面３ｂを有する下熱板３Ｂと、を備えている。また、本実施の形態の熱成形装置１には、熱板３Ａ、３Ｂの加熱面３ａ、３ｂにシート４を供給するためのシート搬送装置５が設けられている。

下枠２、上熱板３Ａ、及び下熱板３Ｂは、それぞれ個別に設けられている。上熱板３Ａは、所定の成形位置Ｐ０に配置される下枠２の上方に位置し、その下枠２に対して上下移動可能に設けられている。下枠２は、成形位置Ｐ０と第１退避位置Ｐ１との間で横方向（矢印Ｄ３方向）に移動自在に設けられている。また、下熱板３Ｂは、上熱板３Ａより間隔をあけた下方の位置の成形位置Ｐ０と、前述の第１退避位置Ｐ１とは別の第２退避位置Ｐ２との間で横方向（矢印Ｄ４方向）に移動自在に設けられている。下枠２と下熱板３Ｂとは、それぞれ互いに干渉しないように配置され、いずれか一方が成形位置Ｐ０に位置しているときには、他方が退避位置Ｐ１、Ｐ２に位置するように構成されている。なお、本実施の形態では、下枠２の移動方向（横方向Ｄ３）と下熱板３Ｂの移動方向（横方向Ｄ４）とが直交する方向となっている。

ここで、下枠２、上熱板３Ａ、下熱板３Ｂ、及びシート搬送装置５の各動作は、不図示の制御部によって制御される。
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、成形基材６に被覆されたシート４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２は、平面視で矩形状のステンレス等の金属製の部材からなり、４面からなる側壁２１と、底部に相当する底盤２２（基台）と、側壁２１及び底盤２２が載置された枠架台２３と、を備えている。底盤２２と側壁２１によって囲まれる内側のチャンバー２Ａ内には、成形基材６を保持させるための基材治具２４が底盤２２上に固定されている。

側壁２１は、枠上縁部２１ａが収容される基材治具２４及びこの基材治具２４に保持される成形基材６よりも上方となるように設けられている。枠上縁部２１ａは、上熱板３Ａとの間でシート４を挟持する部分である。すなわち、枠上縁部２１ａにおいて、上熱板３Ａがシート４を挟んで気密に当接し、これにより下枠２と上熱板３Ａとが閉止状態となってチャンバー２Ａ内が密閉空間となる。そのため、シート４が枠上縁部２１ａと上熱板３Ａとの間に挟持された状態において、シート４を挟んだ上下の空間に気密に区画されている。
底盤２２は、平面視において上熱板３Ａよりも小さい形状に形成され、枠架台２３上に設けられている。

枠架台２３は、床上を成形位置Ｐ０と第１退避位置Ｐ１との間で移動可能に設けられている。第１退避位置Ｐ１は、平面視で成形位置Ｐ０に対してずれた位置であって、基材治具２４上に成形基材６が供給される基材供給位置となっている。なお、第１退避位置Ｐ１は、基材治具２４に対して成形基材６（或いは、熱成形品６Ａ）を着脱可能な位置であればよく、成形位置Ｐ０と第１退避位置Ｐ１とが平面視で部分的に重なっていてもかまわない。
なお、枠架台２３は省略することができ、底盤２２が上記のように移動可能とされていれば、底盤２２の設置場所及び形態も特に限定されない。

また、底盤２２の外周縁には、チャンバー２Ａに連通する多数の通気孔２ｂ，２ｂ，…が形成されている。各々の通気孔２ｂは、真空ポンプ（図示省略）に接続されている。成形時には、前記真空ポンプを作動させて真空吸引することで、チャンバー２Ａ内が減圧される。

基材治具２４は、底盤２２上に配設された金属等からなるもので、その上部に樹脂等からなる成形基材６を被着させて保持する保持部２４ａが形成されている。
この保持部２４ａは、平面視で成形基材６よりも一回り小さい形状に形成されている。そのため、成形基材６は、その外周部が保持部２４ａの側周面より外側に延出し、保持部２４ａの上部を覆った状態で基材治具２４に対して保持可能とされている。

そして、基材治具２４に保持された成形基材６は、不図示の加圧タンク等によって上熱板３Ａからチャンバー２Ａ内に圧縮空気が導入されることで、底盤２２側に下降したシート４によって被覆・接着される。

上熱板３Ａは、下面側でシート４を吸着して加熱することで軟化させるための平板形状の構成要素であり、下面に滑らかな平面からなる第１加熱面３ａを有している。
上熱板３Ａは、この下方に位置する成形位置Ｐ０に対して近接離反する上下方向に昇降可能に設けられている。そして、上熱板３Ａは、下方に移動した状態で、成形位置Ｐ０に配置される下枠２の枠上縁部２１ａに上方から密接した状態で配置される。
なお、上熱板３Ａの上側には上下方向に伸縮するロッドを有する伸縮装置（図示省略）が設けられ、この伸縮装置によって上熱板３Ａが上下方向に移動可能となっている。

上熱板３Ａの上面３ｃには、複数のヒーター３１，３１，…が所定の間隔をあけて設けられている。上熱板３Ａの第１加熱面３ａには、第１加熱面３ａに開口する複数の通気孔３２，３２，…が所定の間隔をあけて形成されている。各々の通気孔３２は、第１加熱面３ａ側を真空吸引する真空タンクを備えた真空ポンプ（図示省略）と、コンプレッサによって圧縮空気を貯める加圧タンクを備えた加圧ポンプ（図示省略）と、の両者に切り替え可能に接続されている。
このような構成により、熱成形時には、適宜、真空タンクと加圧タンクとの接続を切り替え、真空状態に維持された真空タンクを開放してシート４を通気孔３２を通じて真空吸引させて第１加熱面３ａに密着させたり、加圧タンクより通気孔３２を通じて圧縮空気を第１加熱面３ａからチャンバー２Ａ内に向けて供給して加圧し、シート４を成形基材６側に向けて下降させることが可能となっている。なお、真空タンクを設けずに、真空ポンプ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。

下熱板３Ｂは、上面側でシート４を下方から輻射熱により加熱させるための平板形状の構成要素であり、上面に平面からなる第２加熱面３ｂを有している。下熱板３Ｂは、上熱板３Ａの下方の位置（本実施の形態では成形位置Ｐ０）に対して横方向に進退移動可能に設けられている。つまり、上述したように、下熱板３Ｂは、成形位置Ｐ０と第２退避位置Ｐ２との間で、例えば図示しないスライドレール等に沿って移動自在となるように設けられている。下熱板３Ｂは、成形位置Ｐ０に位置した状態で、第２加熱面３ｂが加熱位置に位置する上熱板３Ａの第１加熱面３ａに対して上下方向に所定の間隔をあけて配置される高さに設定されている。下熱板３Ｂの下面３ｄには、複数のヒーター３３，３３，…が所定の間隔をあけて設けられている。
第２退避位置Ｐ２は、例えば成形位置Ｐ０に位置する下枠２の側壁２１等の他の部材に干渉しない位置であればとくに制限されることはない。

シート４は、印刷層と該印刷層の表面側に設けられた不図示の保護フィルムまたはキャリフィルムと、を有し、印刷層の裏面側に接着層を有した公知の多層シートである。シート４の材質は、加熱板３Ａ、３Ｂによって加熱及び成形され、且つ冷却された際に固化し得るものである。そして、本実施の形態のシート４は、ロール状に巻き取られたロールシートが採用されている。

成形基材６は、シート４を被覆・接着させる対象であり、例えばポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂等の熱可塑性樹脂からなる成形品の本体である。但し、成形基材６の材質は前記樹脂に限定されるものではない。

シート搬送装置５は、図１に示すように、各熱板３Ａ、３Ｂの加熱面３ａ、３ｂの間の位置にシート４を供給する目的で設けられ、前記目的を達成する構成要素として、シート支持部５２と、シート巻出部５８と、シート切断部５４と、切断シート保持部５６と、を備えている。

シート支持部５２は、シート４を巻出し可能に支持するものであって、シート４の芯材４ｘを支持するロール部５１からシート４の巻き出しが開始される位置で、シート４を挟み込んで支持するように構成されている。シート支持部５２は、シート４を熱板３Ａ、３Ｂの加熱面３ａ、３ｂの延在方向に沿うシート４の巻き出し方向Ｄ１に沿って貫通させるものであってもよく、単にシート４を載せるものであってもよい。

シート巻出部５８は、シート４のシート端４ｅを着脱可能に保持するとともに、上熱板３Ａの第１加熱面３ａの下方で巻き出し方向Ｄ１に沿って巻き出すように構成されている。シート巻出部５８は、例えば巻き出し方向Ｄ１及び巻き出し方向Ｄ１とは反対の戻り方向Ｄ２に沿って往復移動が可能に設けられている。つまり、シート巻出部５８は、図１に実線で示す位置と、同図に二点鎖線で示す位置との間を自在に往復することができる。

シート切断部５４は、巻き出し方向Ｄ１でシート支持部５２よりも前側に配置され、シート巻出部５８によって保持されたシート４を熱板３Ａ、３Ｂの加熱面３ａ、３ｂよりも巻き出し方向Ｄ１の後側で切断する構成となっている。シート切断部５４として、例えばシート４の幅方向に延在するカッタであってもよく、シート４の幅方向に平行して走査可能なカッタであってもよい。また、前記カッタはシート４に対して近接離反する方向に昇降可能とされていてもよい。

切断シート保持部５６は、巻き出し方向Ｄ１でシート切断部５４よりも前側に配置され、シート切断部５４によって切断されたシート４のシート端４ｅを保持する構成となっている。切断シート保持部５６は、例えばシート４に対して近接離反する方向に昇降可能な部材で構成されている。

このように構成されるシート搬送装置５は、シート巻出部５８によってシート４の巻き出し方向Ｄ１に沿ってシート４を順次巻き出し、シート切断部５４によって切断しながら、各熱成形品６Ａの成形毎に加熱面３ａ、３ｂの延在方向に沿って連続的に供給することができる。

そして、熱成形装置１では、図４乃至図９に示すように、シート搬送装置５によってシート４を上熱板３Ａの第１加熱面３ａに沿って配置し、成形位置Ｐ０に下熱板３Ｂを移動し、上熱板３Ａ及び下熱板３Ｂでシート４を加熱し、下熱板３Ｂを第２退避位置Ｐ２に退避させ、第１退避位置Ｐ１に位置し基材治具２４に成形基材６を保持された下枠２を成形位置Ｐ０に移動し、上熱板３Ａを降下させて加熱により軟化したシート４を枠上縁部２１ａと上熱板３Ａとの間に挟持し、上熱板３Ａの第１加熱面３ａの通気孔３２を通じて圧空するように不図示の制御部において制御する構成となっている。

なお、図示しない切断治具は、例えば下枠２に設けられ、刃部を上方に向けて配置し、基材治具２４に保持されている成形基材６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６に被覆したシート４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６Ａ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。
なお、下枠２、上熱板３Ａ、及び下熱板３Ｂが図１に示す位置に配置された状態を初期状態とする。つまり、初期状態は、上熱板３Ａが成形位置Ｐ０の上方に位置し、下枠２が第１退避位置Ｐ１に位置し、下熱板３Ｂが第２退避位置Ｐ２に位置した状態である。

図４に示すように、先ず、第１退避位置Ｐ１に位置する下枠２の底盤２２上に配置された基材治具２４に成形基材６が設置される。これにより、成形基材６を基材治具２４上に被着された状態で保持される。なお、成形基材６を基材治具２４に装着する第１工程は、図２に示すように下枠２が第１退避位置Ｐ１に位置している状態（後述する第２工程〜第４工程）であればいずれのタイミングでもかまわない。

そして、シート搬送装置５によってシート４を上熱板３Ａの第１加熱面３ａに沿って延在するように供給する第２工程が行われる。具体的には、予め巻き出し方向Ｄ１の後側に移動したシート巻出部５８によって、シート４のシート端４ｅを保持する。その後、シート端４ｅを保持したシート巻出部５８を、巻き出し方向Ｄ１に沿って上熱板３Ａの第１加熱面３ａよりも巻き出し方向Ｄ１の前方に移動させる。そして、シート巻出部５８の移動が完了することにより、シート４が上熱板３Ａの第１加熱面３ａの下側に配置された状態となる。
そして、巻き出されたシート４は、シート切断部５４によって切断され、ロール部５１側と分離される。

次に、図５及び図６に示すように、第３工程において、第２退避位置Ｐ２に位置する下熱板３Ｂを横移動させて成形位置Ｐ０に配置させる。成形位置Ｐ０に配置された下熱板３Ｂの第２加熱面３ｂは、図６に示すようにシート４を挟んで上熱板３Ａの第１加熱面３ａと上下方向に対向した状態となる。このとき、第２加熱面３ｂは、シート４の下面４ｂから所定の間隔をあけて配置される。
なお、上述した第２工程と第３工程は、第３工程を第２工程よりも先であってもよいし、両工程がほぼ同時であってもかまわない。

その後、上熱板３Ａおよび下熱板３Ｂによってシート４を加熱する第４工程が行われる。図５及び図６に示すように、ヒーター３１によって上熱板３Ａを加熱すると共に、上熱板３Ａにおいて上述した真空ポンプを作動させて通気孔３２を通じて第１加熱面３ａとシート４との間を真空吸引して減圧し、その第１加熱面３ａにシート４を吸着させて加熱する。このとき、シート４は、上面４ａから第１加熱面３ａによって接触により加熱される。
一方、不図示のヒーターによって下熱板３Ｂを加熱し、その下熱板３Ｂの輻射熱によってシート４の下面４ｂが加熱される。

次に、図７に示すように、シート４の加熱工程（第４工程）の完了後に、下枠２を成形位置Ｐ０に移動する第５工程が行われる。
第５工程では、先ず、下熱板３Ｂを矢印Ｄ４方向で成形位置Ｐ０から第２退避位置Ｐ２へ横移動させる。その後、成形基材６が保持された状態の下枠２を、図２に示す矢印Ｄ３方向で第１退避位置Ｐ１から空いた成形位置Ｐ０、すなわち上熱板３Ａの下方の位置に横移動させる。このとき、シート４は、上熱板３Ａの第１加熱面３ａに吸着されたままの状態である。そして、上熱板３Ａと下枠２とが平面視で重なった状態で配置されることになる。

次に、図６に示すように、第６工程において、予め巻き出したシート４を成形基材６への被覆・接着を行うのに必要充分な大きさに切断する。
具体的には、シート４の巻き出し方向において、上熱板３Ａの第１加熱面３ａよりも巻き出し方向Ｄ１の後側、即ちシート支持部５２と切断シート保持部５６との間で、シート４をシート切断部５４によって切断する。シート４の切断前後には、切断シート保持部５６にもシート４を保持させる。このようにシート支持部５２の支持部材と切断シート保持部５６との両方でシート４を保持することで、シート４の切断後に、シート端４ｆが切断シート保持部５６に保持され、シート端４ｇがシート支持部５２によって支持される。

次に、第７工程において、図７に示すように、成形基材６を収容した下枠２を上熱板３Ａに対して相対的に近接させるとともに、シート４を介して上熱板３Ａに当接させて、チャンバー２Ａ内を密閉状態にする。
本実施の形態の熱成形方法では、上熱板３Ａを下方に移動させ、第１加熱面３ａの外周部を、シート４を介して下枠２の枠上縁部２１ａに密接させる。この際、シート４は、枠上縁部２１ａと上熱板３Ａとによって全周にわたって隙間なく挟持された状態となる。また、下枠２の上部開口が塞がれることでチャンバー２Ａが密閉空間に形成される。

次に、図８に示すように、第８工程において、シート４と下枠２とによって囲まれたチャンバー２Ａ内の密閉空間を減圧するとともに、シート４を成形基材６の表面６ａに被覆する。
具体的には、下枠２の底盤２２の通気孔２ｂを通じて介してシート４が下方に移動する方向に真空吸引する。これにより、チャンバー２Ａ内の空気は、底盤２２に向けて吸引され、チャンバー２Ａが減圧されて高真空度状態になる。

そして、チャンバー２Ａの減圧動作を維持した状態で、シート４の吸着動作を停止し、上熱板３Ａとシート４との間を大気開放する。つまり、上熱板３Ａの第１加熱面３ａに吸着されたシート４が所定温度に加熱され、所定時間を経過した後に、上熱板３Ａの通気孔３２の真空吸引を止めて吸着動作を停止する。これにより、上熱板３Ａとシート４との間が大気開放されるので、シート４を挟んで上下の空間に圧力差が生じる。これにより、加熱によって軟化したシート４が上熱板３Ａの第１加熱面３ａから離れて底盤２２（成形基材６）側に向かって移動し、成形基材６の表面６ａを覆うように密着して押し付けられ、シート４が成形基材６の表面６ａを被覆して接着される。その後、被覆されたシート４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シート４のトリミングが行われる。
なお、上熱板３Ａとシート４との間を大気開放する際、各々に接続されている真空タンクを加圧タンクに切り替えることで、上熱板３Ａの通気孔３２より圧縮空気を噴出させてシート４と第１加熱面３ａとの間を加圧するようにしてもよい。

次いで、図９に示すように、成形基材６にシート４が被覆されて熱成形された熱成形品６Ａを基材治具２４から取り外す第９工程を行う。
第９工程では、上熱板３Ａを上方に移動させ、かつ平面視で下枠２を成形位置Ｐ０から上熱板３Ａから離れる方向かつ水平方向に移動させて第１退避位置Ｐ１（図２参照）へ移動させる。そして、第１退避位置Ｐ１において熱成形品６Ａを基材治具２４から分離させて取り外す。
以上の作業によって熱成形品６Ａが完成し、１つの熱成形品６Ａを熱成形する一連の成形動作が完了する。

複数の成形基材６，６，…にシート４を被覆して、連続的な熱成形を行う場合は、図１２に示す配置において、シート支持部５２によって支持されているシート端４ｇを新たにシート端４ｅと置き換え、上記説明した第１工程から第９程までの各工程を順次行えばよい。

次に、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。
本実施の形態では、図６に示すように、シート４の上面４ａ側が上熱板３Ａの第1加熱面３ａによって加熱され、かつ下面４ｂ側が下熱板３Ｂの第２加熱面３ｂによって加熱され、シート４の上下両面４ａ、４ｂを同時に加熱させる構成となるので、加熱時間の短縮を図ることができる。
そして、加熱によりシート４が軟化した後に、下熱板３Ｂを上熱板３Ａの下方の位置より横方向に移動して第２退避位置Ｐ２に退避させることで、シート４を下枠２の成形基材６の表面６ａに全体にわたって一様に被覆することができる。
このように、上熱板３Ａと下熱板３Ｂによってシート４の上下両面４ａ、４ｂを同時に加熱させる構成となるので、上熱板３Ａの温度を低下させてシート４を加熱することが可能となる。そのため、上熱板３Ａの加熱によって、第１加熱面３ａの面粗さがシート４の上面４ａに転写することを防ぐことができ、熱成形後の熱成形品６Ａの表面の意匠性の低下を抑えることができる。

また、本実施の形態では、下熱板３Ｂによって接着剤が付着されるシート４の下面４ｂ側からも加熱させることができるので、接着剤を十分に軟化させることができ、成形基材６に対するシート貼り合せの接着強度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態では、シート４の上下両面４ａ、４ｂを加熱できるので、厚みの大きいシートにも対応することができる。つまり、上熱板３Ａのみで加熱する場合においてシート下面４ｂを必要な温度に加熱できない厚さのシートであっても、下熱板３Ｂによってシート下面４ｂを加熱することでシート全体を金型賦形、又は被覆に必要なシート軟化温度とすることができる。

また、本実施の形態では、上熱板３Ａと下熱板３Ｂが個別に設けられているので、上熱板３Ａと下熱板３Ｂで温度差をつけた温度調整を行うことができる。そのため、例えばシート上面４ａよりシート下面４ｂの温度を上げることが可能となり、シート上面４ａは上熱板３Ａの高温による転写を防止し、シート下面４ｂは下熱板３Ｂの高い加熱温度によって接着剤を十分に軟化させることができる。
したがって、シート４の材質や厚さ寸法等のシート４の条件に応じて、そのシート４に対する最適な加熱を行うことが可能となり、熱成形品６Ａの品質を向上させることができる。

また、本実施の形態では、上熱板３Ａには第１加熱面３ａに対してシート４を吸引させた接触による加熱が可能な構造となるが、一方で下熱板３Ｂは第２加熱面３ｂからの輻射熱によってシート下面４ｂを加熱するものとなるので、第２加熱面３ｂを加熱するだけの例えばヒーターのみを備えた簡単な構造によりシート４の上下両面４ａ、４ｂを加熱することを実現することができる。

また、本実施の形態では、シート４の加熱中には、下枠２を成形位置Ｐ０から退避させて下熱板３Ｂを成形位置Ｐ０に配置させることができる。そして、下熱板３Ｂの加熱完了後には、下熱板３Ｂを成形位置Ｐ０から退避させて、下枠２を成形位置Ｐ０に配置して成形基材に対してシート４を被覆させることができる。そのため、成形位置Ｐ０において、下熱板３Ｂと下枠２とを交互に入れ替えが可能な構成となるので、熱成形装置１全体の高さを抑えることができる。

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、シート４の加熱時間の短縮を図ることができ、熱成形品６Ａの意匠性の向上を図ることができる効果を奏する。

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、上熱板３Ａが上下移動する構成としているが、これに限定されることはなく、下枠２と上熱板３Ａとが上下方向に相対的に近接可能であればよく、上熱板３Ａの位置を固定とし、その上熱板３Ａに対して下枠２が上下移動可能に設けられていてもよい。或いは、下枠２と上熱板３Ａとがそれぞれ上下方向に移動できる構成であっても勿論かまわない。したがって、下枠２の位置が限定されるものではなく、熱成形時において、上熱板３Ａと下枠２とが平面視で重なるように設けられていればよい。

また、本実施の形態の熱成形方法では、上熱板３Ａと下熱板３Ｂによる加熱が同時に行われているが、このような加熱のタイミングに制限されることはなく、上熱板３Ａと下熱板３Ｂのそれぞれの加熱のタイミングをずらすようにしても良い。例えば、上熱板３Ａによる加熱前に下熱板３Ｂによる加熱を行うようにすることも可能であるし、その反対に上熱板３Ａの加熱後に下熱板３Ｂによる加熱を行っても良い。このように上熱板３Ａと下熱板３Ｂの加熱のタイミングは、シート４の材質、厚さ、接着剤の種類、成形基材６の材質等の条件に応じて設定することができ、シート４の上下に熱板３Ａ、３Ｂを設けることによって加熱温度をより精度よく調整できる利点がある。

また、シート４の接着剤が付着されている接着面（下面４ｂ）に保護フィルムが設けられていてもよい。この場合、シート搬送装置５でシート４を熱板３の加熱面に供給すると同時、あるいは、供給直前に保護フィルムが剥がされる。

さらに、下枠２の第１退避位置Ｐ１として、成形位置Ｐ０との間で横方向（図２に示す矢印Ｄ３方向）に移動する構成としているが、成形位置Ｐ０に対して横方向に移動することに限定されることはない。例えば、第１退避位置Ｐ１として、下枠２が成形位置Ｐ０よりも下方に移動した適宜な位置で、かつ下枠２内の底盤２２（基台）に成形基材６を脱着することが可能な位置であってもよい。

なお、本実施の形態では、シート４を成形基材６に被覆接着する熱成形方法を対象としているが、このような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。
さらに、本実施の形態では、熱板３によって軟化させたシート４を成形基材６に被覆する熱成形方法を対象としているが、シート被覆に限らない。例えば、熱板３の加熱によって軟化したシート４を基材治具２４を金型として賦形する金型賦形を対象とした熱成形品を成形することも可能である。この金型賦形の場合も、熱成形方法は、上述した実施の形態と同様の方法により行うことができる。

さらにまた、シート４の加熱面に対する供給方法として、本実施の形態のようなロール状に巻かれたロールシートによるシート搬送装置５に限定されることはなく、他の構成のシート搬送装置を用いるようにしてもよい。例えば、所定の大きさに予め切り出された形態の複数のカットシートを収容するシート収容部が設けられ、このシート収容部に収容されている複数のカットシートを一枚ずつ搬出し、熱板３の加熱面３ａ、３ｂの延在方向（即ち、巻き出し方向Ｄ１）に沿って供給するシート搬送装置を使用する方法とすることも可能である。

また、下枠２（架台２３、基材治具２４など）、上熱板３Ａ、下熱板３Ｂの形状、大きさ、及びシートの切断手段などの構成は、適宜、設定することができる。

さらに、トリミングの工程は、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。

１熱成形装置
２下枠（基材供給部）
２Ａチャンバー
３熱板
３Ａ上熱板
３Ｂ下熱板
３ａ第１加熱面
３ｂ第２加熱面
４シート
５シート搬送装置
６成形基材
６Ａ熱成形品
６ａ表面
２１側壁
２１ａ枠上縁部
２２底盤（基台）
２３枠架台
２４基材治具
Ｐ０成形位置
Ｐ１第１退避位置
Ｐ２第２退避位置

Claims

基台と、シートを加熱する加熱面を有する熱板と、を有し、前記基台に保持された成形基材に対して、前記熱板によって加熱されることで軟化したシートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着する熱成形装置であって、
前記シートを上方から加熱する第１加熱面を有する上熱板と、
前記シートを下方から加熱する第２加熱面を有する下熱板と、
前記基台を有し、前記基台への前記成形基材の脱着、及び、前記第１加熱面に対して前記シートを挟んだ下方の成形位置と第１退避位置との間で横方向に移動可能に設けられ、前記成形基材を配置可能に設けた基材供給部と、
を備え、
前記基材供給部は、側壁と前記基台とが載置された枠架台を備え、
前記上熱板と前記下熱板によって前記シートが表裏面から同時に加熱可能に設けられ、
前記下熱板は、前記上熱板の下方の前記成形位置と第２退避位置との間で横方向に進退移動可能に設けられ、
前記基材供給部及び前記下熱板は前記成形位置において交互に入れ替えが可能に配置され、前記基材供給部及び前記下熱板のいずれか一方が前記成形位置に位置しているときには他方が退避位置に位置するように構成され、
前記基材供給部が前記成形位置に配置された状態において、前記上熱板及び前記下熱板で加熱された前記シートと前記基材供給部とによって囲まれた密閉空間内が減圧され、加熱されて軟化した前記シートを前記基台側に向かって移動させることで、前記成形基材の表面に前記シートで被覆するように構成されていることを特徴とする熱成形装置。
前記上熱板は、前記第１加熱面に前記シートを吸引させて、前記シートの上面を接触により加熱し、
前記下熱板は、前記シートの下方に間隔をあけて配置され、前記第２加熱面からの輻射熱により前記シートの下面を加熱することを特徴とする請求項１に記載の熱成形装置。
請求項１又は２に記載の熱成形装置を用いた熱成形方法であって、
前記基台に前記成形基材を設置するとともに、前記基台を前記成形位置に配置する工程と、
前記シートを前記上熱板の下方の位置に間隔をあけて下熱板を配置する工程と、
前記シートを前記上熱板と前記下熱板との間に配置する工程と、
前記シートを前記上熱板と前記下熱板とによってシート上下面のそれぞれを加熱する工程と、
前記下熱板を前記上熱板の下方の位置から退避させ、前記シートの下方に密閉空間を形成する工程と、
前記シートと前記基材供給部とによって囲まれた密閉空間内を減圧すると共に、加熱されて軟化した前記シートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着する工程と、
を有することを特徴とする熱成形方法。