JP6736117B1 - 熱成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱成形したシートの被成形部の冷却時間を短縮することができる熱成形装置を提供する。【解決手段】熱成形装置１では、ヒータ５０が、収容ケース６０の外部に配置されており、成形型３０が、第１開口部６１を通じて収容ケース６０内に着脱可能に配置され、収容ケース６０の外部においてヒータ５０によって加熱されるように構成されている。熱成形装置１は、被成形部１１を、空気圧によって第２方向Ｄ２に押圧して成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形するときに、成形型３０を、冷却プレート４０から第１方向Ｄ１に離間した離間位置から第２方向Ｄ２に移動させて、冷却プレート４０に接触する接触位置に配置する成形型移動手段７０を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、熱成形装置に関する。

特許文献１には、加熱された金型内でワークピースを加熱してプレスした後、前記金型を冷却することにより前記金型内で前記ワークピースを冷却するという手順で熱プレス加工を行なうための熱プレス装置が開示されている。この熱プレス装置は、金型をそれぞれ具備する複数のダイセットと、前記複数のダイセット内から選ばれた少なくとも１つのダイセットが装着でき、装着されたダイセットをプレスするプレス機と、前記プレス機に装着されるダイセットを複数のダイセットのなかで交換するダイセット交換装置と、各ダイセットに具備された金型を加熱及び冷却する温度調節装置とを備える。この熱プレス装置では、前記プレス機に各ダイセットが装着されていないときに各ダイセットの金型を事前に加熱し、プレス機に各ダイセットが装着されているときに各ダイセットの金型を冷却するように、前記温度調節装置が動作する。

特開２００６−３５４３０号公報

ところで、本願発明者は、熱成形装置として、以下のような熱成形装置を考案している。具体的には、熱可塑性のシートの被成形部を加熱する熱板と、前記シートを成形する成形型であって当該成形型の上面に成形面を有する成形型と、前記成形型の下面に接触する冷却プレートと、前記冷却プレートの下面に接触するヒータであって前記冷却プレートを通じて前記成形型を加熱するヒータと、上方に開口する第１開口部を有し、前記成形型、前記冷却プレート、及び前記ヒータを収容する収容ケースとを備える熱成形装置である。

この熱成形装置は、収容ケースの上方に位置する熱板と収容ケースとの間にシートを挟みつつ、熱板によって収容ケースの第１開口部を閉塞した状態で、熱板の下面に接触させて加熱したシートの被成形部（例えば、熱板の加熱によって、ガラス転移温度以上の温度にまで上昇させて軟化させた被成形部）を、空気圧によって下方に押圧して、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付けて熱成形する（賦形する）。その後、成形型の下面に接触する冷却プレートによって、成形型を通じて、熱成形したシートの被成形部を冷却して、被成形部を硬化させる。

しかしながら、この熱成形装置では、熱成形したシートの被成形部の冷却に長時間を要してしまう。具体的には、この熱成形装置では、ヒータが、冷却プレートの下面に接触する位置に固定されている。このため、冷却プレートによって、成形型を通じて熱成形したシートの被成形部を冷却する期間中、ヒータが冷却プレートの下面に接触しているため、ヒータの熱が冷却プレートに直接伝わる。換言すれば、冷却プレートは、成形型及び被成形部の熱を吸熱するばかりでなく、高温になっているヒータの熱も吸熱することになる。このため、熱成形したシートの被成形部の冷却に長時間を要することになる。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、熱成形したシートの被成形部の冷却時間を短縮することができる熱成形装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、熱可塑性のシートの被成形部を加熱する熱板と、第１方向に開口する第１開口部を有する収容ケースと、前記収容ケース内に収容された冷却プレートと、前記シートの前記被成形部を成形する成形型であって、当該成形型の表面に成形面を有し、前記表面を前記第１方向に向けると共に当該成形型の裏面を前記第１方向とは反対の第２方向に向けて、前記収容ケース内のうち前記冷却プレートよりも前記第１開口部側に配置される成形型と、前記成形型を加熱するヒータと、を備え、前記収容ケースに対し前記第１方向に位置する前記熱板と前記収容ケースとの間に前記シートを挟みつつ、前記熱板によって前記収容ケースの前記第１開口部を閉塞した状態で、前記熱板のうち前記第２方向を向く加熱面に前記被成形部を接触させて加熱し、当該加熱した前記被成形部を、空気圧によって前記第２方向に押圧して、前記ヒータによって加熱された前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形する熱成形装置であって、前記ヒータは、前記収容ケースの外部に配置されており、前記成形型は、前記第１開口部を通じて前記収容ケース内に着脱可能に配置され、前記収容ケースの外部において前記ヒータによって加熱されるように構成されており、前記熱成形装置は、前記ヒータによって加熱された前記成形型を、前記収容ケースの外部から前記第１開口部を通じて前記収容ケース内に配置するときに、前記収容ケース内のうち前記冷却プレートから前記第１方向に離間した離間位置に前記成形型が配置されるようにし、前記被成形部を、前記空気圧によって前記第２方向に押圧して前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形するときに、前記成形型を、前記離間位置から前記第２方向に移動させて前記冷却プレートに接触する接触位置に配置する成形型移動手段を備え、前記成形面に押し付けられて熱成形された前記被成形部が、前記接触位置に配置されている前記成形型の前記成形面に押し付けられている状態で、前記成形型を通じて前記冷却プレートによって冷却される熱成形装置である。

上述の熱成形装置は、熱可塑性のシートの被成形部を加熱する熱板と、第１方向（例えば、上方向）に開口する第１開口部を有する収容ケースと、収容ケース内に収容された冷却プレートとを備える。さらに、上述の熱成形装置は、シートの被成形部を成形（賦形）する成形型であって、当該成形型の表面に成形面を有する成形型と、成形型を加熱するヒータとを備える。このうち、成形型は、表面を第１方向（例えば、上方向）に向けると共に当該成形型の裏面を第１方向とは反対の第２方向（例えば、下方向）に向けて、収容ケース内のうち冷却プレートよりも第１開口部側（すなわち、冷却プレートに対して第１方向の位置）に配置される。

この熱成形装置は、収容ケースに対し第１方向に位置する熱板と収容ケースとの間にシートを挟みつつ、熱板によって収容ケースの第１開口部を閉塞した状態で、熱板のうち第２方向を向く加熱面にシートの被成形部を接触させて加熱し（例えば、被成形部を、ガラス転移温度以上の温度にまで昇温させて軟化させ）、当該加熱した被成形部を空気圧によって第２方向に押圧して、ヒータによって加熱された成形型（収容ケース内に配置されている成形型）の成形面に押し付けて熱成形（賦形）する。

さらに、上述の熱成形装置は、ヒータが、収容ケースの外部に配置されている。さらに、成形型が、第１開口部を通じて収容ケース内に着脱可能に配置されている。従って、第１開口部を通じて収容ケースの外部に成形型を取り出して、収容ケースの外部に配置されたヒータによって成形型を加熱することができる。このように、冷却プレートは収容ケース内に収容された状態のままとし、収容ケースの外部に成形型のみを取り出して、収容ケースの外部に配置されたヒータによって成形型のみを加熱することで、例えば、収容ケースの内部に配置されたヒータによって冷却プレートを通じて成形型を加熱する場合に比べて、効率良く成形型を加熱することができる。例えば、成形型の温度を、予め設定した第１目標温度にまで速やかに上昇させることができる。

さらに、上述の熱成形装置は、以下のような成形型移動手段を備える。この成形型移動手段は、ヒータによって加熱された成形型を、収容ケースの外部から第１開口部を通じて収容ケース内に配置するときに、収容ケース内のうち冷却プレートから第１方向に離間した離間位置に成形型が配置されるようにする。さらに、この成形型移動手段は、その後、熱板の加熱面に接触して加熱されたシートの被成形部を、空気圧によって第２方向に押圧して成形型の成形面に押し付けて熱成形するときに、成形型を、前記離間位置から第２方向に移動させて冷却プレートに接触する接触位置に配置する。
これにより、成形型の成形面に押し付けられて熱成形された被成形部が、前記接触位置に配置されている成形型（すなわち、冷却プレートに接触している成形型）の成形面に押し付けられている状態で、成形型を通じて冷却プレートによって冷却される。

従って、上述の熱成形装置では、成形面に押し付けられて熱成形された被成形部が成形型を通じて冷却プレートによって冷却される期間中、冷却プレートがヒータによって加熱されることがない。このため、冷却プレートによって、速やかに、熱成形された被成形部を成形型を通じて冷却することができる。例えば、熱成形された被成形部の温度を、予め設定した第２目標温度（例えば、被成形部が十分に硬化する温度）にまで、速やかに低下させることができる。

従って、上述の熱成形装置によれば、熱成形したシートの被成形部の冷却時間を短縮することができる。換言すれば、上述の熱成形装置によれば、熱成形したシートの被成形部の冷却速度を高めることができる。

しかも、上述の熱成形装置では、少なくとも被成形部の熱成形を開始する直前までは、成形型は、冷却プレートから第１方向に離間した離間位置に配置されているので、冷却プレートによって冷却され難い。従って、被成形部の熱成形を開始するまでに、ヒータによって加熱しておいた成形型の温度が低下し難くなるので、熱板によって加熱した被成形部を成形型の成形面に押し付けたときに、成形型の成形面の形状に倣ってシートの被成形部が賦形し易くなる（シートの被成形部を、成形型の成形面の形状に倣って精度良く賦形することができる）。

なお、成形型移動手段としては、例えば、第２方向に弾性的に収縮する弾性部材（例えば、バネ部材）や、第２方向に短縮可能とされたシリンダ（例えば、エアシリンダ）を挙げることができる。

成形型移動手段として弾性部材を用いた場合は、例えば、空気圧によって、被成形部を第２方向に押圧して成形型の成形面に押し付けると同時に、この空気圧によって被成形部と共に成形型を第２方向に押圧することによって、弾性部材を第２方向に弾性的に収縮させて、成形型を、前記離間位置から第２方向に移動させて前記接触位置に配置する。

また、成形型移動手段としてシリンダを用いた場合は、例えば、成形型によってシートの被成形部を熱成形するために、空気圧によって被成形部を第２方向に押圧する直前に、シリンダを第２方向に短縮させることによって、前記離間位置に配置している成形型を、前記離間位置から第２方向に移動させて冷却プレートに接触する接触位置に配置する。

従って、「被成形部を、空気圧によって第２方向に押圧して成形型の成形面に押し付けて熱成形するとき」には、「空気圧によって被成形部を第２方向に押圧して成形型の成形面に押し付けて、被成形部の熱成形を開始すると同時」や「成形型によってシートの被成形部を熱成形するために、空気圧によって被成形部を第２方向に押圧する直前」が含まれる。

なお、熱成形とは、シートのうち熱板の加熱面に接触させて加熱した（加熱により軟化させた）被成形部を、空気圧によって第２方向に押圧して、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付けて賦形する（成形面に沿って変形させる）ことをいう。

また、「熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部を、空気圧によって第２方向に押圧して、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付ける」方法としては、例えば、以下の３つの方法を挙げることができる。なお、成形型、冷却プレート、収容ケース、及び熱板を備え、成形型及び冷却プレートを収容した収容ケースと熱板との間にシートを挟みつつ、収容ケースの第１開口部を熱板によって閉塞した装置を、成形ユニットとする。

（１）成形ユニットの内部空間のうち、シートよりも第２方向（例えば、下方）に位置する第２空間（例えば、下方空間）を減圧（真空吸引）することで、シートよりも第１方向（例えば、上方）に位置する第１空間（例えば、上方空間）内の気圧（空気圧）を、前記第２空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シートを挟んで反対方向に位置する第１空間と第２空間との差圧（空気圧の差分）によって、シートのうち熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部を第２方向に押圧して、被成形部をヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付ける方法。

（２）成形ユニットの内部空間のうち、シートよりも第１方向に位置する第１空間内に圧縮空気を供給することで、前記第１空間内の気圧（空気圧）を前記第２空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シートを挟んで反対方向に位置する第１空間と第２空間との差圧（空気圧の差分）によって、シートのうち熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部を第２方向に押圧して、被成形部をヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付ける方法。

（３）前述の（１）と（２）の方法を併せた方法。すなわち、成形ユニットの内部空間のうち、前記第２空間を減圧（真空吸引）して、さらに、前記第１空間内に圧縮空気を供給することで、前記第１空間内の気圧（空気圧）を前記第２空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シートを挟んで反対方向に位置する第１空間と第２空間との差圧（空気圧の差分）によって、シートのうち熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部を第２方向に押圧して、被成形部をヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付ける方法。

さらに、前記の熱成形装置であって、前記成形型を通じて前記冷却プレートによって冷却された前記被成形部を、前記収容ケースの外部に移動させた後、前記成形型を前記収容ケースの外部に配置されている前記ヒータによって加熱するために、前記第１開口部を通じて前記収容ケースの外部に前記成形型を取り出し、その後、新たな前記被成形部を熱成形するために、前記ヒータによって第１目標温度にまで加熱された前記成形型を、前記第１開口部を通じて前記収容ケース内の前記離間位置に配置して、その後、前記収容ケースに対し前記第１方向に位置する前記熱板と前記収容ケースとの間に新たな前記被成形部を含む前記シートを挟みつつ、前記熱板によって前記収容ケースの前記第１開口部を閉塞した状態で、前記熱板の前記加熱面に前記被成形部を接触させて加熱し、当該加熱した前記被成形部を、前記空気圧によって前記第２方向に押圧して、前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形する熱成形装置とすると良い。

上述の熱成形装置では、現在成形している被成形部の成形を終えた後、収容ケースの外部に配置されているヒータによって成形型を加熱するために、収容ケースの外部に成形型を取り出す。その後、新たな被成形部を熱成形するために、収容ケースの外部のヒータによって第１目標温度にまで加熱された成形型を、第１開口部を通じて収容ケース内の前記離間位置に配置して、新たな被成形部の熱成形を行う。このような一連の動作を繰り返し行うことで、複数の被成形部を、順次成形することができる。

なお、第１目標温度Ｔ１は、シートのガラス転移温度ＴｇまたはＴｇに近い温度（例えば、Ｔｇ−２０℃≦Ｔ１≦Ｔｇ＋２０℃の範囲内の温度）に設定するのが好ましい。第１目標温度Ｔ１をこのような温度に設定することで、熱板によって加熱して軟化させたシートの被成形部を成形型の成形面に押し付けたときに、成形型の成形面の形状に倣ってシートの被成形部が賦形し易くなる（シートの被成形部を、成形型の成形面の形状に倣って精度良く賦形することができる）。

また、成形型は、１個を使い回すようにしても良いし、複数個を順番に使い回すようにしても良い。複数個の成形型を順番に使い回す場合は、成形型を加熱するヒータも複数個（例えば、成形型と同数）用意し、複数個の成形型から選択した第１成形型を収容ケース内に配置して成形に使用している期間中、他の成形型を、収容ケースの外部に配置されているヒータによって加熱するようにすると良い。そして、第１成形型を収容ケースの外部に取り出した後、ヒータによって第１目標温度にまで加熱された他の成形型（第２成形型）を、収容ケース内の前記離間位置に配置して、新たな被成形部の成形を行うようにすると良い。このようにすることで、成形のサイクル時間を短くすることができる。

なお、成形のサイクル時間（１サイクルの時間）は、現在成形している被成形部の成形を終えて当該被成形部を成形型の外部に移動させてから、新たな被成形部の成形を終えて当該新たな被成形部を成形型の外部に移動させるまでの時間である。

さらに、前記いずれかの熱成形装置であって、前記成形型移動手段として、前記第２方向に弾性的に収縮する弾性部材が、前記冷却プレートのうち前記第１方向を向く表面側に設けられており、前記ヒータによって加熱された前記成形型を、前記第１開口部を通じて前記収容ケース内の前記離間位置に配置した後、前記熱板の前記加熱面に接触させて加熱した前記被成形部を、前記空気圧によって前記第２方向に押圧して前記成形型の前記成形面に押し付けて、前記被成形部の熱成形を開始すると同時に、前記空気圧によって前記被成形部と共に前記成形型を前記第２方向に押圧することによって、前記弾性部材を前記第２方向に弾性的に収縮させて、収縮した前記弾性部材の全体を前記冷却プレートの前記表面に形成されている凹部内に収容すると共に、前記成形型を、前記離間位置から前記第２方向に移動させて前記接触位置に配置する熱成形装置とすると良い。

上述の熱成形装置では、成形型移動手段として、第２方向に弾性的に収縮する弾性部材が、冷却プレートのうち第１方向を向く表面側に設けられている。この熱成形装置では、空気圧によって、被成形部を第２方向に押圧して成形型の成形面に押し付けて被成形部の熱成形を開始すると同時に、この空気圧によって被成形部と共に成形型を第２方向に押圧することによって、弾性部材を第２方向に弾性的に収縮させて、成形型を、前記離間位置から第２方向に移動させて前記接触位置に配置することができる。これにより、成形面に押し付けられて熱成形された被成形部を、前記接触位置に配置されている成形型（すなわち、冷却プレートに接触している成形型）の成形面に押し付けた状態で、成形型を通じて冷却プレートによって冷却することができる。

さらに、前記いずれかの熱成形装置であって、前記成形型を通じて前記冷却プレートによって前記被成形部を冷却した後、前記成形型移動手段によって、前記成形型を前記接触位置から前記離間位置に移動させる熱成形装置とすると良い。

上述の熱成形装置では、成形型を通じて冷却プレートによって被成形部を冷却した後、成形型移動手段によって、成形型を接触位置から離間位置に移動させる。これにより、熱成形装置が、成形型移動手段によって収容ケース内の前記離間位置に成形型が配置される状態に戻る。

従って、その後、冷却プレートによって冷却した被成形部を収容ケースの外部に移動させて、第１開口部を通じて収容ケースの外部に成形型を取り出した後、新たな被成形部を熱成形するために、収容ケースの外部のヒータによって加熱した成形型を、収容ケースの外部から第１開口部を通じて収容ケース内に配置するときに、収容ケース内の前記離間位置に成形型を配置することができる。

なお、成形型移動手段として前述の弾性部材を設けている場合は、成形型を通じて冷却プレートによって被成形部を冷却した後、前記空気圧を解放する（すなわち、前記空気圧による第２方向への被成形部の押圧を解除する）ことによって、弾性部材を第１方向に弾性的に伸長させて、成形型を前記接触位置から前記離間位置に移動させることができる。これにより、熱成形装置が、弾性部材によって収容ケース内の前記離間位置に成形型が配置される状態に戻る。

実施形態にかかる熱成形装置の説明図である。 同熱成形装置の他の説明図である。 同熱成形装置の他の説明図である。 同熱成形装置の他の説明図である。 同熱成形装置の他の説明図である。 同熱成形装置の他の説明図である。 同熱成形装置の他の説明図である。

＜実施形態＞
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施形態にかかる熱成形装置１の説明図であって、熱成形装置１の概略構成図である。図２〜図７は、実施形態にかかる熱成形装置１の他の説明図であって、熱成形装置１によるシート１０の成形方法の流れを説明する図である。

本実施形態の熱成形装置１は、図１に示すように、熱板２０と成形型３０と冷却プレート４０とヒータ５０と収容ケース６０とを備える。このうち、熱板２０は、矩形平板形状の金属板からなり、熱可塑性のシート１０の被成形部１１を加熱する。なお、熱板２０の上面側には、熱板２０を加熱する図示しないヒータが設けられている。このヒータ（図示省略）によって、熱板２０は、所定の温度（シート１０のガラス転移温度よりも高い設定温度）にまで加熱される。また、収容ケース６０は、矩形箱形状をなし、上方（第１方向Ｄ１）に開口する第１開口部６１を有する。

冷却プレート４０は、図１に示すように、平板形状の金属板からなり、収容ケース６０内に収容されている。この冷却プレート４０は、冷却プレート４０の下面（第２方向Ｄ２を向く面）と収容ケース６０の底面との間に位置する複数の支柱４５によって支持される態様で、収容ケース６０内に固定されている。冷却プレート４０は、当該冷却プレート４０の内部に、冷却液ＣＬが流通する流路４１を有する。冷却プレート４０内の流路４１は、図示しない冷却液温調器に連結する液流通管８０に接続されている。冷却液ＣＬは、液流通管８０を通じて、冷却液温調器（図示なし）と冷却プレート４０内の流路４１との間を循環する。

なお、図１〜図７には、液流通管８０として、冷却プレート４０内の流路４１に冷却液ＣＬを供給する側（ＩＮ側とする）の液流通管のみを示しており、冷却プレート４０内の流路４１から冷却液ＣＬを排出する側（ＯＵＴ側）の液流通管の図示を省略している。また、ＩＮ側の液流通管８０には、バルブ８１が設けられている。また、本実施形態では、冷却液ＣＬとして水を用いており、図示しない冷却液温調器内において、冷却液ＣＬである水の温度を３０℃に調整している。従って、本実施形態では、３０℃に温度調整された冷却液ＣＬ（水）が、冷却プレート４０内の流路４１に供給される。また、本実施形態では、通常、冷却プレート４０内の流路４１に冷却液ＣＬが流通している。

ヒータ５０は、図１に示すように、平板形状をなし、収容ケース６０の外部に設けられている。このヒータ５０は、収容ケース６０の外部において、成形型３０を加熱する。

成形型３０は、平面視矩形状をなし、シート１０の被成形部１１を成形（賦形）する金型である。この成形型３０は、当該成形型３０の表面３０ｂに、被成形部１１を成形する成形面３１を有する。成形型３０は、収容ケース６０の第１開口部６１を通じて、収容ケース６０内に着脱可能に配置される。この成形型３０は、図１に示すように、収容ケース６０の外部においてヒータ５０によって加熱された後、図２に示すように、表面３０ｂを第１方向Ｄ１（上方）に向けると共に、裏面３０ｃを第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２（下方）に向けて、収容ケース６０内のうち冷却プレート４０よりも第１開口部６１側（すなわち、冷却プレート４０に対して第１方向Ｄ１の位置）に配置される。なお、本実施形態では、第１方向Ｄ１を上方向とし、第２方向Ｄ２を下方向としている。

さらに、本実施形態の熱成形装置１は、空気圧調整装置１５０を備える。空気圧調整装置１５０は、コンプレッサ１６５と、このコンプレッサ１６５による圧縮空気を貯める加圧タンク１６０と、真空ポンプ１７５と、この真空ポンプ１７５に連結された（連通する）真空タンク１７０とを備える。加圧タンク１６０及び真空タンク１７０は、それぞれ、熱板２０を上下方向に貫通する通気孔（図示省略）に接続可能とされている。さらに、加圧タンク１６０及び真空タンク１７０は、それぞれ、収容ケース６０の底部を上下方向に貫通する通気孔（図示省略）にも接続可能とされている。

さらに、本実施形態の熱成形装置１は、空気圧調整装置１５０を制御する空気圧制御部１３０を備える。なお、空気圧制御部１３０は、マイクロコンピュータからなる制御装置１００の一部を構成している。ここで、成形型３０、冷却プレート４０、収容ケース６０、及び熱板２０を備え、成形型３０及び冷却プレート４０を収容した収容ケース６０の第１開口部６１を、シート１０を間に挟んで熱板２０によって閉塞した装置を、成形ユニット２とする（図４参照）。

空気圧制御部１３０は、例えば、収容ケース６０の上方（収容ケース６０に対し第１方向Ｄ１）に位置する熱板２０の下面（加熱面２０ｃを含む面）と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟んだ状態で、真空タンク１７０を、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）に接続し、真空ポンプ１７５を駆動させる制御を行う。これにより、成形ユニット２の熱板２０の通気孔を通じて、成形ユニット２の内部空間（熱板２０の通気孔を含む、以下同じ）のうち、シート１０よりも上方（第１方向Ｄ１）に位置する上方空間（第１空間）内を減圧（真空引き）することができる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、前記上方空間内の気圧（空気圧）を、シート１０よりも下方（第２方向Ｄ２）に位置する下方空間（第２空間）内の気圧（空気圧）よりも低くして、シート１０を挟んで上下に位置する上方空間と下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０（被成形部１１）を、上方に位置する熱板２０の加熱面２０ｃに密着させることができる（図４参照）。

さらに、空気圧制御部１３０は、例えば、収容ケース６０の上方に位置する熱板２０と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟んだ状態で、加圧タンク１６０を、成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔（図示省略）に接続し、加圧タンク１６０から収容ケース６０の通気孔に圧縮空気を供給する制御を行う。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも下方に位置する下方空間内に圧縮空気を供給して加圧することができる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、前記下方空間内の気圧（空気圧）を、前記上方空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シート１０を挟んで上下に位置する上方空間と下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０（被成形部１１）を、上方に位置する熱板２０の加熱面２０ｃに押し付けて密着させることができる（図４参照）。

また、空気圧制御部１３０は、例えば、収容ケース６０の上方に位置する熱板２０と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟んで加熱した状態で、真空タンク１７０を、成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔（図示省略）に接続し、真空ポンプ１７５を駆動させる制御を行う。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも下方に位置する下方空間を減圧（真空吸引）することができる。これにより、前記下方空間内の気圧（空気圧）を、前記上方空間内の気圧（空気圧）よりも低くして、シート１０を挟んで上下に位置する前記上方空間と前記下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０のうち熱板２０の加熱面２０ｃに接触させて加熱した被成形部１１を下方に押圧して、被成形部１１を、ヒータ５０によって加熱された成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形することができる（図５参照）。

さらに、空気圧制御部１３０は、例えば、収容ケース６０の上方に位置する熱板２０と収容ケース６０の上端部６２（第１方向Ｄ１の端部）との間にシート１０を挟んで加熱した状態で、加圧タンク１６０を、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）に接続し、加圧タンク１６０から熱板２０の通気孔に圧縮空気を供給する制御を行う。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも上方に位置する上方空間に圧縮空気を供給して加圧することができる。これにより、前記上方空間内の気圧（空気圧）を、前記下方空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シート１０を挟んで上下に（反対方向に）位置する前記上方空間と前記下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０のうち熱板２０の加熱面２０ｃに接触させて加熱した被成形部１１を下方に押圧して、被成形部１１を、ヒータ５０によって加熱された成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形することができる（図５参照）。

このような熱成形装置１は、収容ケース６０の上方に位置する熱板２０と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟みつつ、シート１０及び熱板２０によって収容ケース６０の第１開口部６１を閉塞した状態で、熱板２０の加熱面２０ｃに被成形部１１を接触させて加熱し（例えば、熱板２０の加熱によって、シート１０のガラス転移温度以上で融点より低い温度にまで被成形部１１を昇温させて軟化させ）、当該加熱した被成形部１１を、空気圧調整装置１５０によって調整された空気圧（成形ユニット２の内部空間の空気圧）によって下方（第２方向Ｄ２）に押圧して、ヒータ５０によって加熱された成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形する（賦形する）。

ところで、本実施形態の熱成形装置１は、ヒータ５０が、収容ケース６０の外部に配置されている。さらに、成形型３０が、第１開口部６１を通じて収容ケース６０内に着脱可能に配置される。従って、第１開口部６１を通じて収容ケース６０の外部に成形型３０を取り出して、収容ケース６０の外部に配置されたヒータ５０によって成形型３０を加熱することができる（図１及び図７参照）。

このように、冷却プレート４０は収容ケース６０内に収容された状態のままとし、収容ケース６０の外部に成形型３０のみを取り出して、収容ケース６０の外部に配置されたヒータ５０によって成形型３０のみを加熱することで、例えば、収容ケース６０の内部に配置されたヒータ５０によって冷却プレート４０を通じて成形型３０を加熱する場合に比べて、効率良く成形型３０を加熱することができる。具体的には、成形型３０の温度を、予め設定した第１目標温度Ｔ１にまで速やかに上昇させることができる。

さらに、本実施形態の熱成形装置１は、成形型移動手段としてのバネ部材７０（弾性部材）を備える（図１参照）。バネ部材７０は、コイルバネであり、冷却プレート４０のうち第１方向Ｄ１（上方）を向く表面４０ｂ側に、４つ設けられている。詳細には、冷却プレート４０の表面４０ｂには、図示しない凹部が４つ（バネ部材７０と同数）形成されており、無負荷状態（図１に示す状態）であるバネ部材７０の下端部（第２方向Ｄ２の端部）が前記凹部内に収容されると共に、無負荷状態であるバネ部材７０のうち下端部よりも上方の部位が冷却プレート４０の表面４０ｂよりも上方に位置する態様で、バネ部材７０の下端部が前記凹部の底面に固定されている。このバネ部材７０は、第２方向Ｄ２に弾性的に収縮し、また、第１方向Ｄ１に弾性的に伸長する。

このバネ部材７０（成形型移動手段）は、ヒータ５０によって加熱された成形型３０を、収容ケース６０の外部から第１開口部６１を通じて収容ケース６０内に配置するときに、収容ケース６０内のうち冷却プレート４０から第１方向Ｄ１（上方）に離間した離間位置に成形型３０が配置されるようにする（図２参照）。詳細には、収容ケース６０の外部から第１開口部６１を通じて収容ケース６０内に成形型３０を配置するとき、成形型３０の裏面３０ｃがバネ部材７０の上端部（第１方向Ｄ１の端部）に接触する態様で、成形型３０がバネ部材７０によって支持されることで、成形型３０が、収容ケース６０内の前記離間位置に配置される。なお、成形型３０は、表面３０ｂを第１方向Ｄ１（上方）に向けると共に、裏面３０ｃを第２方向Ｄ２（下方）に向けて、冷却プレート４０から第１方向Ｄ１（上方）に離間した離間位置に配置される。

さらに、このバネ部材７０（成形型移動手段）は、その後、熱板２０の加熱面２０ｃに接触して加熱されたシート１０の被成形部１１を、空気圧調整装置１５０によって調整された空気圧（成形ユニット２の内部空間の空気圧）によって第２方向Ｄ２（下方）に押圧して成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形するときに、成形型３０を、前記離間位置から第２方向Ｄ２（下方）に移動させて、成形型３０の裏面３０ｃが冷却プレート４０の表面４０ｂに接触する接触位置に配置する（図５参照）。

詳細には、空気圧調整装置１５０によって調整された空気圧によって、被成形部１１を第２方向Ｄ２に押圧して成形型３０の成形面３１に押し付けて被成形部１１の熱成形を開始すると同時に、この空気圧によって被成形部１１と共に成形型３０を第２方向Ｄ２に押圧することによって、バネ部材７０（弾性部材）を第２方向Ｄ２に弾性的に収縮させて、成形型３０を、前記離間位置から第２方向Ｄ２に移動させて前記接触位置に配置する（図５参照）。なお、このとき、収縮したバネ部材７０の全体が、冷却プレート４０の表面４０ｂに形成されている凹部内に収容される。

これにより、成形型３０の成形面３１に押し付けられて熱成形された被成形部１１を、前記接触位置に配置されている成形型３０（すなわち、冷却プレート４０の表面４０ｂに接触している成形型３０）の成形面３１に押し付けた状態で、成形型３０を通じて冷却プレート４０（流路４１に冷却液ＣＬが流通している冷却プレート４０）によって冷却することができる。

従って、本実施形態の熱成形装置１では、成形面３１に押し付けられて熱成形された被成形部１１が成形型３０を通じて冷却プレート４０によって冷却される期間中、冷却プレート４０がヒータ５０によって加熱されることがない。このため、冷却プレート４０によって、速やかに、熱成形された被成形部１１を成形型３０を通じて冷却することができる。具体的には、熱成形された被成形部１１の温度を、予め設定した第２目標温度Ｔ２（具体的には、被成形部１１が十分に硬化する温度）にまで、速やかに低下させることができる。

従って、本実施形態の熱成形装置１によれば、熱成形したシート１０の被成形部１１の冷却時間を短縮することができる。換言すれば、実施形態の熱成形装置１によれば、熱成形したシート１０の被成形部１１の冷却速度を高めることができる。なお、成形面３１に押し付けられて熱成形された被成形部１１を成形型３０を通じて冷却プレート４０によって冷却している期間中、冷却プレート４０の流路４１内には冷却液ＣＬが流通している。

しかも、本実施形態の熱成形装置１では、被成形部１１の熱成形を開始するまでは、成形型３０は、冷却プレート４０から第１方向Ｄ１に離間した離間位置に配置されているので、冷却プレート４０によって冷却され難い。従って、被成形部１１の熱成形を開始するまでに、ヒータ５０によって加熱しておいた成形型３０の温度が低下し難くなるので、熱板２０によって加熱した被成形部１１を成形型３０の成形面３１に押し付けたときに、成形型３０の成形面３１の形状に倣って被成形部１１が賦形し易くなる（シート１０の被成形部１１を、成形型３０の成形面３１の形状に倣って精度良く賦形することができる）。

また、本実施形態の熱成形装置１では、成形型３０を通じて冷却プレート４０によって被成形部１１を冷却した後、バネ部材７０（成形型移動手段）によって、成形型３０を前記接触位置から前記離間位置に移動させる。具体的には、成形型３０を通じて冷却プレート４０によって被成形部１１を冷却した後、前記空気圧を解放して、前記空気圧による第２方向Ｄ２への成形面３１に対する被成形部１１の押圧を解除することによって、バネ部材７０を第１方向Ｄ１（上方）に弾性的に伸長（復元）させて、成形型３０を前記接触位置から前記離間位置に移動させる（図６参照）。これにより、熱成形装置１が、バネ部材７０（成形型移動手段）によって収容ケース６０内の前記離間位置に成形型３０が配置される状態に戻る。

従って、その後、冷却プレート４０によって冷却した被成形部１１を有するシート１０を、収容ケース６０の外部に移動させて（図６参照）、その後、第１開口部６１を通じて収容ケース６０の外部に成形型３０を取り出した後（図７参照）、新たな被成形部１１を熱成形するために、収容ケース６０の外部のヒータ５０によって加熱した成形型３０（図１参照）を、収容ケース６０の外部から第１開口部６１を通じて収容ケース６０内に配置するときに、収容ケース６０内の前記離間位置に成形型３０を配置することができる（図２参照）。

次に、本実施形態の熱成形装置１を用いたシート１０の成形方法について、図１〜図７を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、シート１０として、ポリカーボネート（ガラス転移温度Ｔｇが１５０℃、融点Ｔｍが２５０℃）からなる平面視矩形状の樹脂シートを用いた例について説明する。

まず、成形型加熱工程において、収容ケース６０の外部において、ヒータ５０によって成形型３０を加熱する（図１参照）。具体的には、ヒータ５０による成形型３０の加熱によって、成形型３０の温度を、第１目標温度Ｔ１（本実施形態では、１４０℃）にまで上昇させる。

次いで、成形型配置工程に進み、ヒータ５０による加熱によって第１目標温度Ｔ１にした成形型３０を、収容ケース６０の外部から第１開口部６１を通じて収容ケース６０内に配置する（図２参照）。具体的には、成形型３０の裏面３０ｃがバネ部材７０の上端部（第１方向Ｄ１の端部）に接触する態様で、成形型３０がバネ部材７０によって支持されることで、成形型３０が、収容ケース６０内の前記離間位置（収容ケース６０内のうち冷却プレート４０から第１方向Ｄ１に離間した位置）に配置される。なお、成形型３０は、表面３０ｂを第１方向Ｄ１（上方）に向けると共に、裏面３０ｃを第２方向Ｄ２（下方）に向けて、前記離間位置に配置される（図２参照）。

次に、シートセット工程に進み、図３に示すように、収容ケース６０の上端部６２にシート１０の周縁部（被成形部１１の周囲に位置する部位）が接触して、シート１０によって収容ケース６０の第１開口部６１が閉塞される態様で、収容ケース６０の上端部６２上にシート１０を載置する。

なお、本実施形態では、シート１０として、枚葉型のシート（例えば、帯状のシートを所定の長さに切断して複数枚に分割した平面視矩形状のシート）を用いている。また、本実施形態では、ガラス転移温度Ｔｇが１５０℃であるシート１０に対し、第１目標温度Ｔ１を１４０℃に設定している。このように、第１目標温度Ｔ１をシート１０のガラス転移温度Ｔｇに近い温度に設定する（具体的には、Ｔｇ−２０℃≦Ｔ１≦Ｔｇ＋２０℃の範囲内の温度に設定する）ことで、熱板２０によって加熱して軟化させたシート１０の被成形部１１を成形型３０の成形面３１に押し付けたときに、成形型３０の成形面３１の形状に倣ってシート１０の被成形部１１が賦形し易くなる（シート１０の被成形部１１を、成形型３０の成形面３１の形状に倣って精度良く賦形することができる）。

次に、シート加熱工程に進み、図４に示すように、収容ケース６０の上方（真上）に位置する熱板２０を下方（第２方向Ｄ２）に移動させて、熱板２０の下面と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟みつつ、シート１０及び熱板２０によって収容ケース６０の第１開口部６１を閉塞する。これにより、前述したように、成形型３０及び冷却プレート４０を収容した収容ケース６０の第１開口部６１が、シート１０を間に挟んで熱板２０によって閉塞された成形ユニット２が形成される。

次いで、この状態で、空気圧制御部１３０の制御によって、真空タンク１７０を、通気管１５２を通じて、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）に接続して、真空ポンプ１７５を駆動させる。これにより、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）を通じて、成形ユニット２の内部空間（熱板２０の通気孔を含む）のうち、シート１０よりも上方（第１方向Ｄ１）に位置する上方空間内を減圧（真空引き）することができる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、前記上方空間内の気圧（空気圧）を、シート１０よりも下方（第２方向Ｄ２）に位置する下方空間内の気圧（空気圧）よりも低くして、シート１０を挟んで上下に位置する上方空間と下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０（被成形部１１）を、上方（第１方向Ｄ１）に位置する熱板２０の加熱面２０ｃに密着させることができる（図４参照）。

さらには、空気圧制御部１３０の制御によって、加圧タンク１６０を、通気管１５４を通じて、成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔（図示省略）に接続し、加圧タンク１６０から収容ケース６０の通気孔に圧縮空気を供給する。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも下方に位置する下方空間内に圧縮空気を供給して加圧することができる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、前記下方空間内の気圧（空気圧）を、前記上方空間内の気圧（空気圧）よりもより一層高くすることができる。これにより、シート１０を挟んで上下に位置する上方空間と下方空間との差圧（空気圧の差分）がより一層大きくなり、シート１０（被成形部１１）を、上方に位置する熱板２０の加熱面２０ｃに強く押し付けて密着させることができる（図４参照）。

なお、本実施形態では、熱板２０の温度を１８０℃に調整している。なお、１８０℃は、シート１０のガラス転移温度Ｔｇ（１５０℃）よりも高く、融点Ｔｍ（約２５０℃）よりも低い温度である。従って、上述のようにして、シート１０の被成形部１１を熱板２０の加熱面２０ｃに密着させることで、シート１０の被成形部１１の温度を１８０℃にすることができ、これによって、シート１０の被成形部１１を軟化させることができる。その後、空気圧制御部１３０の制御によって、加圧タンク１６０から収容ケース６０の通気孔への圧縮空気の供給を停止し、さらには、真空ポンプ１７５の駆動を停止させる（上方空間の減圧状態を解放する）。

次に、熱成形工程及び冷却工程に進み、空気圧制御部１３０の制御によって、真空タンク１７０を、通気管１５４を通じて、成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔（図示省略）に接続し、真空ポンプ１７５を駆動させる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも下方に位置する下方空間を減圧（真空吸引）することができる。これにより、前記下方空間内の気圧（空気圧）を、前記上方空間内の気圧（空気圧）よりも低くして、シート１０を挟んで上下に位置する前記上方空間と前記下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０のうち熱板２０の加熱面２０ｃに接触させて加熱した被成形部１１を下方に押圧して、被成形部１１を、ヒータ５０によって加熱された成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形することが可能となる（図５参照）。

さらには、空気圧制御部１３０の制御によって、加圧タンク１６０を、通気管１５２を通じて、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）に接続し、加圧タンク１６０から熱板２０の通気孔に圧縮空気を供給する制御を行う。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも上方に位置する上方空間に圧縮空気を供給して加圧することができる。これにより、前記上方空間内の気圧（空気圧）を、前記下方空間内の気圧（空気圧）よりもより一層高くすることができる。これにより、シート１０を挟んで上下に位置する前記上方空間と前記下方空間との差圧（空気圧の差分）がより一層大きくなり、シート１０の被成形部１１を下方により強く押圧して、被成形部１１を成形型３０の成形面３１により強く押し付けて熱成形することができる（図５参照）。

さらには、このとき、空気圧調整装置１５０によって調整された空気圧（上方空間と下方空間との間の差圧）によって、被成形部１１と共に成形型３０が第２方向Ｄ２に押圧されることによって、バネ部材７０（弾性部材）が第２方向Ｄ２に弾性的に収縮する。これにより、成形型３０が、前記離間位置から第２方向Ｄ２に移動して前記接触位置に配置される（図５参照）。なお、このとき、収縮したバネ部材７０の全体が、冷却プレート４０の表面４０ｂに形成されている凹部（図示省略）内に収容される。

すなわち、空気圧調整装置１５０によって調整された空気圧によって、被成形部１１を第２方向Ｄ２に押圧して成形型３０の成形面３１に押し付けて被成形部１１の熱成形を開始すると同時に、この空気圧によって被成形部１１と共に成形型３０を第２方向Ｄ２に押圧することによって、バネ部材７０（弾性部材）を第２方向Ｄ２に弾性的に収縮させて、成形型３０を、前記離間位置から第２方向Ｄ２に移動させて前記接触位置に配置する（図５参照）。

これにより、成形型３０の成形面３１に押し付けられて熱成形された被成形部１１を、前記接触位置に配置されている成形型３０（すなわち、冷却プレート４０の表面４０ｂに接触している成形型３０）の成形面３１に押し付けた状態で、成形型３０を通じて冷却プレート４０（流路４１に冷却液ＣＬが流通している冷却プレート４０）によって冷却することができる。これにより、冷却プレート４０に接触している成形型３０を通じて、シート１０の被成形部１１を冷却して、シート１０の被成形部１１を硬化させることができる。なお、本実施形態では、被成形部１１を成形面３１に押し付けて熱成形する期間中に、成形型３０を通じた冷却プレート４０による冷却によって、被成形部１１の温度が低下し始める。

このように、本実施形態では、成形面３１に押し付けられて熱成形された被成形部１１が成形型３０を通じて冷却プレート４０によって冷却される期間中、冷却プレート４０がヒータ５０によって加熱されることがない。このため、冷却プレート４０によって、速やかに、熱成形された被成形部１１を成形型３０を通じて冷却することができる。従って、被成形部１１を熱成形したシート１０の冷却時間を短縮することができる。すなわち、熱成形した被成形部１１を短時間で冷却することができる。具体的には、熱成形された被成形部１１の温度を、予め設定した第２目標温度Ｔ２（具体的には、被成形部１１が十分に硬化する温度）にまで、速やかに（短時間で）低下させることができる。

次に、成形型移動工程に進み、まず、空気圧制御部１３０の制御によって、加圧タンク１６０から成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）への圧縮空気の供給を停止して、成形ユニット２の上方空間の加圧を停止した後、成形ユニット２の上方空間を大気圧に戻す。次いで、熱板２０を上方（第１方向Ｄ１）に移動させて、熱板２０を収容ケース６０の上端部６２から離間させる。次いで、真空ポンプ１７５の駆動を停止させて、成形ユニット２の下方空間の減圧（真空吸引）を停止した後、成形ユニット２の下方空間を大気圧に戻す。これにより、前記空気圧が解放されて、前記空気圧による第２方向Ｄ２への成形面３１に対する被成形部１１の押圧が解除されるので、弾性収縮していたバネ部材７０が第１方向Ｄ１（上方）に弾性的に伸長（復元）して、成形型３０が前記接触位置から前記離間位置に移動する（図６参照）。このとき、バネ部材７０（成形型移動手段）は、収容ケース６０内の前記離間位置に成形型３０が配置される状態に戻る。

なお、本実施形態では、熱成形工程（冷却工程）を開始（すなわち、真空ポンプ１７５を駆動させて成形ユニット２の下方空間の減圧を開始）してから、成形型移動工程を開始（すなわち、加圧タンク１６０からの圧縮空気の供給を停止して、成形ユニット２の上方空間の加圧を停止）するまでの時間を、第１目標温度Ｔ１（本実施形態では１４０℃）とされた成形型３０の温度が、予め設定した第２目標温度Ｔ２（本実施形態では８０℃）にまで低下するのに要する時間に設定している。これにより、冷却工程において、熱成形した被成形部１１の温度を、第２目標温度Ｔ２にまで、適切に低下させることができる。

なお、第２目標温度Ｔ２は、シート１０の被成形部１１が十分に硬化する温度に設定するのが好ましい。本実施形態では、ガラス転移温度Ｔｇが１５０℃であるシート１０に対し、第２目標温度Ｔ２を８０℃に設定しているので、冷却工程において、熱成形した被成形部１１を十分に硬化させることができる。

次いで、取り出し工程に進み、冷却プレート４０によって冷却された被成形部１１を含むシート１０を、収容ケース６０内から取り出す（図６参照）。これにより、冷却プレート４０によって冷却された被成形部１１を、収容ケース６０の外部に移動させる。次いで、図７に示すように、収容ケース６０の外部に配置されているヒータ５０によって成形型３０を加熱するために、第１開口部６１を通じて収容ケース６０の外部に成形型３０を取り出す。取り出した成形型３０は、図１に示すように、収容ケース６０の外部に配置されているヒータ５０上に載置される。これにより、新たに、前述した成形型加熱工程が開始される。

具体的には、熱成形装置１によって新たなシート１０（新たな被成形部１１）を成形するために、成形型加熱工程において、ヒータ５０による成形型３０の加熱によって、成形型３０の温度を、第１目標温度Ｔ１（本実施形態では、１４０℃）にまで上昇させる（図１参照）。次いで、前述した成形型配置工程に進み、第１目標温度Ｔ１にした成形型３０を、収容ケース６０の外部から第１開口部６１を通じて収容ケース６０内に配置する。このとき、成形型３０の裏面３０ｃがバネ部材７０の上端部（第１方向Ｄ１の端部）に接触する態様で、成形型３０がバネ部材７０によって支持されることで、成形型３０が、収容ケース６０内の前記離間位置に配置される（図２参照）。

その後、前述した一連の工程を順に行って、熱成形装置１によって新たなシート１０（新たな被成形部１１）を成形する。このように、本実施形態では、成形型加熱工程、成形型配置工程、シートセット工程、シート加熱工程、熱成形工程、冷却工程、成形型移動工程、及び取り出し工程からなる、一連のシート成形サイクルを繰り返し行うことで、熱成形装置１によって複数のシート１０（複数の被成形部１１）を順次成形することができる。

ところで、本実施形態の成形型加熱工程では、冷却プレート４０は収容ケース６０内に収容された状態とし、収容ケース６０の外部において、ヒータ５０によって成形型３０を加熱するようにしている。このため、収容ケース６０の内部において冷却プレート４０の下面に接触する態様で配置されたヒータ５０によって、冷却プレート４０を通じて成形型３０を加熱する場合に比べて、効率良く成形型３０を加熱することができる。具体的には、成形型３０の温度を、予め設定した第１目標温度Ｔ１にまで速やかに上昇させることができる。

さらに、本実施形態の冷却工程では、ヒータ５０を収容ケース６０の外部に配置しているため、収容ケース６０内において、成形面３１に押し付けられて熱成形された被成形部１１が成形型３０を通じて冷却プレート４０によって冷却される期間中、冷却プレート４０がヒータ５０によって加熱されることがない。このため、冷却プレート４０によって、速やかに（短時間で）、熱成形された被成形部１１を成形型３０を通じて冷却することができる。具体的には、熱成形された被成形部１１の温度を、予め設定した第２目標温度Ｔ２にまで、速やかに（短時間で）低下させることができる。

従って、本実施形態の熱成形装置１によれば、成形のサイクル時間を短くすることができる。なお、成形のサイクル時間（１サイクルの時間）は、現在成形しているシート１０（現在成形している被成形部１１）の成形を終えて熱成形装置１から当該シート１０を取り出したとき（すなわち、取り出し工程を終えたとき）から、新たなシート１０（新たな被成形部１１）の成形を終えて熱成形装置１から新たなシート１０を取り出すまで（すなわち、新たなシート１０の取り出し工程を終えたときまで）の時間である。

＜成形のサイクル時間の評価＞
次に、実施形態の熱成形装置１による成形のサイクル時間と、比較形態の熱成形装置による成形のサイクル時間とを比較して評価する。具体的には、各々の熱成形装置について、成形のサイクル時間、及び、各工程に要する時間を測定した。なお、比較形態の熱成形装置は、バネ部材７０を有することなく、成形型３０、冷却プレート４０、及びヒータ５０が、いずれも収容ケース６０内に固定されている。具体的には、冷却プレート４０の裏面（下面）に接触する態様でヒータ５０が配置され、冷却プレート４０の表面４０ｂに接触する態様で成形型３０が配置されている。

実施形態の熱成形装置１では、比較形態の熱成形装置に比べて、成形のサイクル時間を大幅に短縮することができた。具体的には、比較形態の熱成形装置では、冷却工程において、第１目標温度Ｔ１（１４０℃）とされていた成形型３０の温度を第２目標温度Ｔ２（８０℃）にまで低下させるのに、約４分間必要とした。これに対し、実施形態の熱成形装置１では、冷却工程において、約１０秒で、第１目標温度Ｔ１（１４０℃）とされていた成形型３０の温度を第２目標温度Ｔ２（８０℃）にまで低下させることができた。従って、実施形態の熱成形装置１では、比較形態の熱成形装置に比べて、被成形部１１の冷却時間を約３分５０秒も短くすることができた。その理由は以下の通りである。

比較形態の熱成形装置では、冷却工程において、成形型３０を通じて冷却プレート４０によって被成形部１１を冷却する期間中、ヒータ５０を冷却プレート４０に接触させているため、冷却プレート４０が、成形型３０及びシート１０の熱を吸熱するばかりでなく、高温になっているヒータ５０の熱も吸熱することになる。このため、比較形態の熱成形装置では、冷却効率が悪く、シート１０の冷却に長時間を要することになる。

これに対し、実施形態の熱成形装置１では、ヒータ５０を収容ケース６０の外部に配置しているため、収容ケース６０内において、成形型３０を通じて冷却プレート４０によって被成形部１１を冷却する期間中、冷却プレート４０がヒータ５０によって加熱されることがない。このため、実施形態の熱成形装置１では、短時間で被成形部１１を冷却することができる。

また、比較形態の熱成形装置では、成形型加熱工程において、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１（１４０℃）にまで上昇させるのに、約１０分間を必要とした。これに対し、実施形態の熱成形装置１では、成形型加熱工程において、約５分間で、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１（１４０℃）にまで上昇させることができた。従って、実施形態の熱成形装置１では、比較形態の熱成形装置に比べて、昇温工程時間を約５分も短くすることができた。その理由は以下の通りである。

比較形態の熱成形装置では、冷却工程において、冷却プレート４０によって成形型３０を通じて被成形部１１を冷却する期間中、ヒータ５０を冷却プレート４０に接触させているため、ヒータ５０も冷却されてしまう。このため、成形型加熱工程において、ヒータ５０によって成形型３０の加熱を開始するとき、ヒータ５０自身の温度が低下している（第１目標温度Ｔ１よりも低下している）ため、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１にまで上昇させるのに長時間を要してしまう。しかも、比較形態の熱成形装置では、冷却プレート４０を通じて、成形型３０を加熱するため、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１にまで上昇させるのに長時間を要してしまう。

これに対し、実施形態の熱成形装置１では、成形型加熱工程において、冷却プレート４０は収容ケース６０内に収容された状態とし、収容ケース６０の外部においてヒータ５０によって成形型３０を加熱するようにしている。このため、冷却プレート４０の影響を受けることなく、ヒータ５０によって成形型３０を加熱することができるので、成形型３０を速やかに加熱する（第１目標温度Ｔ１に速やかに到達させる）ことができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、実施形態では、第１方向Ｄ１を上方向とし、第２方向Ｄ２を下方向とした熱成形装置１を示した。しかしながら、実施形態とは反対に、第１方向Ｄ１を下方向とし、第２方向Ｄ２を上方向とした熱成形装置としても良い。

また、実施形態では、シート１０として、枚葉型のシート（例えば、帯状のシートを所定の長さに切断して複数枚に分割した平面視矩形状のシート）を用いて、シート１０を１枚ずつ成形する例を示した。しかしながら、シートの長さ方向に複数の被成形部が並ぶ帯状のシート（ロールシート）を用いて、この帯状のシートを長さ方向に搬送しつつ、熱成形装置１（成形型３０）に対して、シートに含まれる複数の被成形部を順次供給するようにして、被成形部を順次成形するようにしても良い。

また、実施形態の熱成形装置１では、成形型移動手段として、バネ部材７０を用いた。しかしながら、成形型移動手段として、バネ部材７０とは異なる弾性部材（例えば、耐熱性を有する弾性ゴム部材）を用いるようにしても良い。

あるいは、成形型移動手段として、エアシリンダ等のシリンダを用いても良い。この場合は、例えば、成形型３０によってシート１０の被成形部１１を熱成形するために、空気圧によって被成形部１１を第２方向Ｄ２に押圧する直前に、シリンダを第２方向Ｄ２に短縮させることによって、前記離間位置に配置している成形型３０を、前記離間位置から第２方向Ｄ２に移動させて冷却プレート４０に接触する接触位置に配置するようにしても良い。また、成形型３０を通じて冷却プレート４０によって被成形部１１を冷却した後、シリンダを第１方向Ｄ１に伸長させることによって、成形型３０を前記接触位置から前記離間位置に移動させることができる。

また、実施形態では、１個の成形型３０を使い回すようにした。しかしながら、複数個の成形型３０を順番に使い回すようにしても良い。この場合、成形型３０を加熱するヒータ５０も複数個（例えば、成形型３０と同数）用意し、複数個の成形型３０から選択した成形型３０（第１成形型３０Ａとする）を収容ケース６０内に配置して成形に使用している期間中、他の成形型３０を、収容ケース６０の外部に配置されているヒータ５０によって加熱するようにすると良い。そして、第１成形型３０Ａを収容ケース６０の外部に取り出した後、ヒータ５０によって第１目標温度Ｔ１にまで加熱された他の成形型３０（例えば、第２成形型３０Ｂ）を、収容ケース６０内の前記離間位置に配置して、新たな被成形部１１の成形を行うようにすると良い。このようにすることで、成形のサイクル時間をより一層短くすることができる。

また、実施形態では、空気圧制御部１３０の制御により、真空ポンプ１７５を駆動させることで、成形ユニット２の内部空間の減圧（真空引き）を行うようにし、また、真空ポンプ１７５の駆動を停止させることで、成形ユニット２の内部空間の減圧（真空引き）を停止するようにした。しかしながら、真空ポンプ１７５を常に駆動させた状態にしておき、空気圧制御部１３０の制御により、通気管１５２，１５４に接続するバルブの切り替えを行うことで、成形ユニット２の内部空間の減圧（真空引き）を開始または停止するようにしても良い。具体的には、真空ポンプ１７５を常に駆動させた状態にしておき、空気圧制御部１３０の制御により、前記バルブの切り替えを行うことで、真空タンク１７０を、通気管１５２を通じて成形ユニット２の熱板２０の通気孔、または、通気管１５４を通じて成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔に接続して、成形ユニット２の上方空間または下方空間の減圧（真空引き）を行うようにしても良い。さらには、真空ポンプ１７５を駆動させたままの状態で、空気圧制御部１３０の制御により、前記バルブの切り替えを行うことで、真空タンク１７０を、成形ユニット２の熱板２０の通気孔及び収容ケース６０の通気孔に接続させないようにして、成形ユニット２の上方空間または下方空間の減圧（真空引き）を停止するようにしても良い。

１ 熱成形装置
１０ シート
１１ 被成形部
２０ 熱板
２０ｃ 加熱面
３０ 成形型
３０ｂ 表面
３０ｃ 裏面
３１ 成形面
４０ 冷却プレート
４０ｂ 表面
４１ 流路
５０ ヒータ
６０ 収容ケース
６１ 第１開口部
７０ バネ部材（弾性部材、成形型移動手段）
１００ 制御装置
１３０ 空気圧制御部
１５０ 空気圧調整装置
１６０ 加圧タンク
１６５ コンプレッサ
１７０ 真空タンク
１７５ 真空ポンプ
ＣＬ 冷却液
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向

Claims (4)

1. 熱可塑性のシートの被成形部を加熱する熱板と、
   第１方向に開口する第１開口部を有する収容ケースと、
   前記収容ケース内に収容された冷却プレートと、
   前記シートの前記被成形部を成形する成形型であって、当該成形型の表面に成形面を有し、前記表面を前記第１方向に向けると共に当該成形型の裏面を前記第１方向とは反対の第２方向に向けて、前記収容ケース内のうち前記冷却プレートよりも前記第１開口部側に配置される成形型と、
   前記成形型を加熱するヒータと、を備え、
   前記収容ケースに対し前記第１方向に位置する前記熱板と前記収容ケースとの間に前記シートを挟みつつ、前記熱板によって前記収容ケースの前記第１開口部を閉塞した状態で、前記熱板のうち前記第２方向を向く加熱面に前記被成形部を接触させて加熱し、当該加熱した前記被成形部を、空気圧によって前記第２方向に押圧して、前記ヒータによって加熱された前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形する
   熱成形装置であって、
   前記ヒータは、前記収容ケースの外部に配置されており、
   前記成形型は、前記第１開口部を通じて前記収容ケース内に着脱可能に配置され、前記収容ケースの外部において前記ヒータによって加熱されるように構成されており、
   前記熱成形装置は、
   前記ヒータによって加熱された前記成形型を、前記収容ケースの外部から前記第１開口部を通じて前記収容ケース内に配置するときに、前記収容ケース内のうち前記冷却プレートから前記第１方向に離間した離間位置に前記成形型が配置されるようにし、
   前記被成形部を、前記空気圧によって前記第２方向に押圧して前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形するときに、前記成形型を、前記離間位置から前記第２方向に移動させて前記冷却プレートに接触する接触位置に配置する成形型移動手段を備え、
   前記成形面に押し付けられて熱成形された前記被成形部が、前記接触位置に配置されている前記成形型の前記成形面に押し付けられている状態で、前記成形型を通じて前記冷却プレートによって冷却される
   熱成形装置。
2. 請求項１に記載の熱成形装置であって、
   前記成形型を通じて前記冷却プレートによって冷却された前記被成形部を、前記収容ケースの外部に移動させた後、前記成形型を前記収容ケースの外部に配置されている前記ヒータによって加熱するために、前記第１開口部を通じて前記収容ケースの外部に前記成形型を取り出し、
   その後、新たな前記被成形部を熱成形するために、前記ヒータによって第１目標温度にまで加熱された前記成形型を、前記第１開口部を通じて前記収容ケース内の前記離間位置に配置して、
   その後、前記収容ケースに対し前記第１方向に位置する前記熱板と前記収容ケースとの間に新たな前記被成形部を含む前記シートを挟みつつ、前記熱板によって前記収容ケースの前記第１開口部を閉塞した状態で、前記熱板の前記加熱面に前記被成形部を接触させて加熱し、当該加熱した前記被成形部を、前記空気圧によって前記第２方向に押圧して、前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形する
   熱成形装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱成形装置であって、
   前記成形型移動手段として、前記第２方向に弾性的に収縮する弾性部材が、前記冷却プレートのうち前記第１方向を向く表面側に設けられており、
   前記ヒータによって加熱された前記成形型を、前記第１開口部を通じて前記収容ケース内の前記離間位置に配置した後、前記熱板の前記加熱面に接触させて加熱した前記被成形部を、前記空気圧によって前記第２方向に押圧して前記成形型の前記成形面に押し付けて、前記被成形部の熱成形を開始すると同時に、前記空気圧によって前記被成形部と共に前記成形型を前記第２方向に押圧することによって、前記弾性部材を前記第２方向に弾性的に収縮させて、収縮した前記弾性部材の全体を前記冷却プレートの前記表面に形成されている凹部内に収容すると共に、前記成形型を、前記離間位置から前記第２方向に移動させて前記接触位置に配置する
   熱成形装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱成形装置であって、
   前記成形型を通じて前記冷却プレートによって前記被成形部を冷却した後、前記成形型移動手段によって、前記成形型を前記接触位置から前記離間位置に移動させる
   熱成形装置。

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