JP7044001B2

JP7044001B2 - 真空成形方法

Info

Publication number: JP7044001B2
Application number: JP2018137084A
Authority: JP
Inventors: 俊典中倉; 高康疋田; 正司岩切; 洋一宮川; 誠福西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: JP2020011496A

Description

本発明は真空成形方法に関する。

第１型と第２型とが形成する空間を減圧し、圧力差を用いて樹脂シートを成形する真空成形方法が知られている。特許文献１には、樹脂シートの両端部をクランプによって把持し、当該樹脂シートを加熱して成形を行う方法が開示されている。

特開２００２－０９６３７９号公報

樹脂シートは一般に、加熱して軟化させてから成形を行うことが望ましい。発明者らは、樹脂シートをクランプによって把持した状態で加熱する場合、樹脂シートにはクランプによって把持するためのクランプ代を設ける必要があるが、当該クランプ代は成形後は成形品から取り除く必要があり、材料の歩留まりが低下するという問題を見出した。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、材料の歩留まりの低下を抑制することが可能な真空成形方法を提供するものである。

本発明に係る真空成形方法は、第１型と第２型とを用いて樹脂シートを成形する真空成形方法であって、第１型に配設された吸引部を介して気体の吸引を行い、前記樹脂シートの第１面を第１型の表面形状に沿うように密着させる工程と、加熱された前記樹脂シートと前記第２型との間の空間を減圧し、圧力差によって前記樹脂シートの第２面を前記第２型の表面形状に沿うように密着させる工程と、を備える。

本発明に係る真空成形方法では、第１型に配設された吸引部を介して気体の吸引を行い、樹脂シートの第１面を第１型の表面形状に沿うように密着させている。よって、材料の歩留まりの低下を抑制することができる。

本発明により、材料の歩留まりの低下を抑制することができる。

実施の形態に係る第１型に樹脂シートを密着させた状態を示す概略正面断面図である。実施の形態に係る樹脂シートを加熱装置を用いて加熱している状態を示す概略正面断面図である。実施の形態に係る樹脂シートと第２型との間の空間を減圧する様子を示す概略正面断面図である。実施の形態に係る樹脂シートを第２型に密着させた状態を示す概略正面断面図である。実施の形態に係る成形品を第２型から取り外した状態を示す概略正面断面図である。図５に示す成形品の概略斜視図である。実施例に係る第１型を例示する概略正面断面図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、当然のことながら、図１～図７に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。本実施の形態では、第１型１１が下型であり、第２型２１が上型である。

本実施の形態における真空成形方法は、樹脂シートを圧力差によって所望の形状に成形する。樹脂シートは、例えば熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂として、具体的には、例えばポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＣ／ＰＥＴ樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等を用いることができるが、これに限定されず、所望の成形品によって適宜選択可能である。各樹脂は、フィラーを含有するものであってもよいし、含有しないものであってもよい。樹脂シートの厚さは、例えば０．５～４．０ｍｍのものを用いることができる。
以下、図１～図７を参照し、本実施の形態に係る真空成形方法の一連の流れについて説明する。

図１は、実施の形態に係る第１型に樹脂シートを密着させた状態を示す概略正面断面図である。第１型１１としては、例えばアルミ製の熱板を用いることができる。第１型１１としてアルミ製の熱板を使用する場合、使用温度域は例えば常温～２５０℃である。なお、後述する、第１型１１の内部に配設された加熱装置ｈ１を用いて行う加熱工程における第１型１１の加熱温度によっては、第１型１１の表面に対し、樹脂シートＳの接着を抑制するためのコーティングを行うこともできる。コーティングには、例えばシリコンやテフロン（登録商標）等を用いることができる。

図１に示すように、第１型１１の表面の外縁部の少なくとも一部に、シール部材１２が配設されている。シール部材１２は、後述する吸引部１３より外側の位置であり、第１型１１の表面のうち最外縁部に配設することが好ましい。シール部材１２は、樹脂シートＳの外周縁に沿った閉形状となっており、樹脂シートＳの外周縁よりもわずかに小さい形状となっている。シール部材１２はチューブ状の弾性体であることが好ましく、例えば、シリコンチューブ等を用いることができる。当該チューブは、中実であっても中空であってもよい。シール部材１２の断面の外径は、樹脂シートＳの第１面Ｓ１を保持することが可能な程度の厚さであればよく、本実施の形態では、例えば１．０～１０．０ｍｍ程度が好ましい。

図１に示すように、樹脂シートＳの第１面Ｓ１を、第１型１１の表面形状に沿うように配置する。樹脂シートＳを第１型１１に配置する際は、第１面Ｓ１が第１型１１の吸引部１３を覆い、かつ、シール部材１２に接触するように配置する。シール部材１２は、第１型１１と樹脂シートＳとの間の空間をシールする。

図１では、第１型１１の形状は凸部を有する形状であるが、所望の成形品の形状に近い形状であればよく、これに限定されない。例えば、所望の成形品の形状が凹部を有する形状であれば、凹部を有する形状にしてもよい。

図１に示すように、第１型１１に配設された吸引部１３を介し、第１型１１と樹脂シートＳの第１面との間の気体を吸引（真空引き）することによって（白抜き矢印、ｚ軸負方向）、第１型１１に樹脂シートＳの第１面Ｓ１を密着させる。真空引きは、例えば真空ポンプ（不図示）等を用いて行うことができる。

なお、図１に示す吸引部１３は、ｚ軸方向に沿った貫通孔が２本配設されており、孔径は例えば０．１～２．０ｍｍであるが、これに限定されない。少なくとも、第１型１１に樹脂シートＳの第１面Ｓ１を密着させることができる程度に吸引を行うことが可能であればよく、吸引部１３の数や孔径は適宜変更可能である。また、吸引部１３は、樹脂シートＳを配置する面に一方の孔を配設し、第１型１１の外気に触れる側にもう一方の孔を有していればよいため、湾曲した形状であってもよい。なお、気体の吸引が可能であれば、孔の内部にフィルター等を有していてもよい。

図２は、実施の形態に係る樹脂シートを加熱装置を用いて加熱している状態を示す概略正面断面図である。図２に示すように、第１型１１に密着させた樹脂シートＳを、加熱装置ｈ１及び加熱装置ｈ２のいずれか一方又は両方を用いて加熱する。図２において、波型の矢印は加熱装置ｈ２が樹脂シートＳを加熱する様子を示している。

加熱装置ｈ１は、第１型１１の内部に配設されており、熱伝導により樹脂シートＳを加熱する。加熱装置ｈ１としては、例えば、カートリッジヒーター、角ヒーター、丸ヒーター等を用いることができる。加熱装置ｈ２は可動型であり、第１型１１とは離間した位置に配置して、非接触により樹脂シートＳを加熱する。図２に示すように、加熱装置ｈ２は、樹脂シートＳのｚ軸正側に配置されている。加熱装置ｈ２としては、例えば、中赤外線ヒーターや遠赤外線ヒーター等を用いることができる。

図３は、実施の形態に係る樹脂シートと第２型との間の空間を減圧する様子を示す概略正面断面図である。第２型２１は、所望の成形品の形状の型である。図３に示すように、第２型２１によって、第１型１１に密着した樹脂シートＳの第２面Ｓ２の外縁部を押止し、樹脂シートＳと第２型２１との間の空間を密閉する。換言すると、第１型１１と第２型２１を用いて、樹脂シートＳを狭持する。第２型２１は、第１型１１と同様、内部表面外縁部にシール部材２２を有する。すなわち、第１型１１及び第２型２１が対面する面の外縁部に、それぞれシール部材が配設されている。第１型１１と第２型２１とを接続し、樹脂シートＳと第２型２１との間の空間の密閉後、第１型１１の吸引部１３を介する吸引を止め、吸引部１３を大気開放する。

図３に示すように、第２型２１に配設された吸引部２３を介し、吸引（真空引き）を行うことによって（白抜き矢印、ｚ軸正方向）、樹脂シートＳと第２型２１との間の空間を減圧する。第２型２１の吸引部２３の形状は、第１型１１の吸引部１３と同様、ｚ軸方向に沿った貫通孔が２本配設されており、孔径は例えば０．１～２．０ｍｍであるが、これに限定されない。少なくとも、第２型２１に樹脂シートＳの第２面Ｓ２を密着させることができる程度に吸引を行うことが可能であればよく、吸引部２３の数や孔径は適宜変更可能である。また、吸引部２３は、樹脂シートＳを配置する面に一方の孔を配設し、第２型２１の外気に触れる側にもう一方の孔を有していればよいため、湾曲した形状であってもよい。なお、気体の吸引が可能であれば、孔の内部にフィルター等を有していてもよい。

第２型２１としては、例えばアルミ製やケミカルウッド製のものを用いることができる。第２型２１としてアルミ製又はケミカルウッド製のものを使用する場合、使用温度域は例えば常温～２５０℃である。なお、第２型２１の形状は、第１型１１の形状と同様の形状であってもよいし、図３に示すように所望の成形品に応じて、第１型１１とは異なる形状であってもよい。

図４は、実施の形態に係る樹脂シートを第２型に密着させた状態を示す概略正面断面図である。図４に示すように、第２型２１に配設された吸引部２３を介した吸引によって真空引きしつつ、第１型１１に配設された吸引部１３を介して気体の供給を行う（黒矢印、ｚ軸正方向）。当該気体は、前述した吸引部１３の大気開放によるものであってもよいし、例えば、吸引部１３を介して圧縮空気を圧入してもよい。吸引部２３を介した吸引と、吸引部１３を介した気体の供給によって、第１型１１と樹脂シートＳとの間の空間と、第２型２１と樹脂シートＳとの間の空間との間に圧力差が生じ、樹脂シートＳは第２型２１の表面形状に沿って密着する。

図５は、実施の形態に係る成形品を第２型から取り外した状態を示す概略正面断面図である。上記の通り樹脂シートＳを第２型２１に密着させた後、樹脂シートＳの冷却を行う。冷却後、第２型２１から成形品Ｐを取り外す。
以上が、本実施の形態に係る真空成形方法の一連の流れである。

図６は、図５に示す成形品の概略斜視図である。図６に示すように、成形品Ｐでは、樹脂シートＳに、成形後に取り除く必要があるクランプ代を設ける必要がある従来の方法に比べ、非成形部ｄの増大を抑制することができる。

本実施の形態では、図１～図３に示すように、第１型１１に樹脂シートＳを密着させ、樹脂シートＳの加熱を行ってから、樹脂シートＳと第２型２１との間の空間の減圧を行っているが、第１型１１に樹脂シートＳを密着させた後のこれらの工程の順番は特に限定されるものではなく、上述した２以上の工程を同時に行ってもよい。また、第２型２１の加熱を行ってもよい。

例えば、第１型１１に樹脂シートＳを密着させ、第１型１１と第２型２１とによって樹脂シートＳを狭持してから、第１型１１に配設された加熱装置ｈ１を用いて樹脂シートＳの加熱を行い、吸引部２３を介した吸引を行ってもよい。また、第１型１１に樹脂シートＳを密着させ、第１型１１と第２型２１とによって樹脂シートＳを狭持してから、第１型１１に配設された加熱装置ｈ１を用いて樹脂シートＳを加熱しながら、吸引部２３を介した吸引を行ってもよい。また、第１型１１に樹脂シートＳを密着させ、第１型１１と第２型２１とによって樹脂シートＳを狭持してから、吸引部２３を介した吸引を行い、第１型１１に配設された加熱装置ｈ１を用いて樹脂シートＳを加熱してもよい。

また、本実施の形態では、第１型１１と第２型２１とが鉛直方向に配置された場合について説明を行ったが、これに限定されない。例えば、第１型１１と第２型２１とが水平方向に並列して配置されてもよい。また、水平方向に限られず、所望の角度に傾斜させるように配置してもよい。

従来の成形方法では、樹脂シートの加熱の際にクランプを用いている。樹脂シートをクランプによって把持した状態で加熱する場合、樹脂シートにはクランプによって把持するためのクランプ代を設ける必要があるが、当該クランプ代は成形後は成形品から取り除く必要があり、材料の歩留まりが低下するという問題があった。

本実施の形態では、樹脂シートを、第１型に配設された吸引部を介した吸引によって第１型に密着させ、当該樹脂シートの加熱を行っている。したがって、クランプ代を設ける必要がないため、材料の歩留まりの低下を抑制することができる。

また、従来のように樹脂シートをクランプによって把持し、当該樹脂シートの加熱を行うと、樹脂シートは加熱により軟化し、樹脂シートの中央部が重力に従って伸長又は拡張する場合がある。また、加熱の際に、樹脂シートからクランプに熱が伝わるため、クランプ周辺の樹脂シートの温度と、クランプから離れた位置にある樹脂シートの温度との間に温度差が生じることによって、成型精度が低下してしまう場合があった。

一方、本実施の形態では、第１型の樹脂シート側の表面形状は、所望の成形品に近い形状であり、樹脂シートを第１型に密着させた状態で加熱を行う。したがって、樹脂シートの加熱によって樹脂シートが軟化し伸びた場合であっても、所望の成形品の形状と大きく異なった伸長又は拡張を抑制することができる。

本実施の形態では、第１型及び第２型の、対面する面の外縁部にそれぞれシール部材が配設されている。第１型に配設されたシール部材は、加熱による樹脂シートの反り返りを抑制することができる。具体的には、第１型に樹脂シートを密着させ、当該樹脂シートの加熱を行う際に、樹脂シートの外縁をシール部材によって保持することができる。したがって、加熱の際の樹脂シートの第１面と第２面との間の温度差によって生じる可能性がある反り返りを抑制することができる。また、第２型にシール部材を配設することによって、第１型と第２型との間の空間の気密性を高めることができる。したがって、より効率よく当該空間の減圧を行うことができ、真空成形のサイクルタイムを短縮することができる。

本実施の形態では、樹脂シートの加熱の際に、２種類の加熱装置を用いている。熱伝導による加熱と、非接触による加熱を同時に行うことによって、加熱効率を上げることができ、サイクルタイムの短縮が可能である。また、所望の成形品に応じて第２型を加熱した場合は、樹脂シートを第２型に密着させた際に、加熱した樹脂シートの熱が第２型に伝わり、樹脂シートの温度が低下することを抑制できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

図７は、実施例に係る第１型を例示する概略正面断面図である。本実施例では、それぞれ反りが異なる第１型を複数作製し、複数の樹脂シートの成形を行った。図７に示すように、第１型１０１の横幅をＬとし、反りをｚとすると、ｚ／Ｌ＝０～０．５程度とした場合であっても、材料の歩留まりの低下を抑制しつつ、精度の高い成形品を作製することができた。

１１、１０１第１型
１２、２２、１０２シール部材
１３、２３、１０３吸引部
２１第２型
ｄ非成形部
Ｐ成形品
Ｓ樹脂シート
Ｓ１第１面
Ｓ２第２面
ｈ１、ｈ２、ｈ１０１加熱装置

Claims

第１型と第２型とを用いて樹脂シートを成形する真空成形方法であって、
前記第１型の前記第２型と対面する面の外縁部に配設されたシール部材によってシールされた前記第１型と前記樹脂シートの第１面との間の空間の気体を、前記第１型のシール部材より内側に配設された吸引部を介して吸引し、前記樹脂シートの前記第１面を前記第１型の表面形状に沿うように密着させる工程と、
前記第２型の前記第１型と対面する面の外縁部に配設されたシール部材によってシールされた前記第２型と加熱された前記樹脂シートの第２面との間の空間を、前記第２型の前記シール部材より内側に配設された吸引部を介して吸引して減圧し、圧力差によって前記樹脂シートの前記第２面を前記第２型の表面形状に沿うように密着させる工程と、を備えた、
真空成形方法。