JP7044735B2 - 樹脂成形装置及び樹脂成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形装置及び樹脂成形方法に関する。

型面が上方を向く金型の上方において樹脂シート材料を加熱して軟化させ、樹脂シート材料の上面側に圧縮空気を供給することによって、軟化した樹脂シート材料を型面に密着させて成形する樹脂成形装置（圧空成形装置）が公知である（例えば、特許文献１）。

国際公開２０１７／０４７５６４号公報

上記の樹脂成形装置では、加熱されて軟化した樹脂シート材料が自重によって下方に垂れ下がるドローダウンという現象が生じる。ドローダウンが発生したときの樹脂シート材料の形状は、加熱量のばらつきや加熱の分布のばらつきに応じて変化する。そのため、樹脂シート材料の内で金型の型面に最初に接触する部位が変化し、金型に対して樹脂シート材料の位置がばらつくという問題がある。樹脂シート材料の表面に印刷が施されている場合、成形品の形状と印刷とがばらつくことになり、特に問題になる。

本発明は、以上の背景を鑑み、金型に対する樹脂シート材料のずれを抑制することができる樹脂成形装置及び樹脂成形方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明のある態様は、樹脂成形装置（１）であって、樹脂シート材料（Ｍ）の縁部を支持し、前記樹脂シート材料を水平に配置するホルダ（５）と、前記ホルダよりも下方に、前記ホルダに対して上下方向に相対移動可能に設けられ、上方を向く型面（３Ａ）を備えた金型（３）と、前記ホルダよりも上方に、前記ホルダに対して上下方向に相対移動可能に設けられ、前記金型との間に前記樹脂シート材料を挟持可能な圧空ボックス（４）と、前記ホルダに対して上下方向及び水平方向に移動可能に設けられ、前記樹脂シート材料の下面を支持すると共に、前記樹脂シート材料を加熱する下部プレート（６）と、前記圧空ボックスの下面に設けられ、前記樹脂シート材料の上面を下方に向けて押圧するプラグ（８）と、前記樹脂シート材料を前記型面に密着させるために、前記圧空ボックスの下面に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置（１９）とを有する。

この態様によれば、下部プレートが加熱された樹脂シート材料の下面を支持するため、樹脂シート材料のドローダウンを排除することができ、成形を開始するタイミングにおける軟化した樹脂シート材料の形状を含む状態を一定にすることができる。また、プラグが軟化した樹脂シート材料の位置のばらつきを低減するため、金型に対する樹脂シート材料の位置のばらつきを低減することができる。特に、樹脂シート材料に模様等の図画が印刷されている場合には、形状と図画の位置とを精度良く一致させることができる。

上記の態様において、前記プラグの下端には、前記樹脂シート材料を係止する突起（８Ｃ）が設けられているとよい。

この態様によれば、突起が軟化した樹脂シート材料を係止するため、金型に対する樹脂シート材料の位置ずれを一層低減することができる。例えば樹脂シート材料の中央部といった位置ずれを特に低減したい部位に突起を設けることによって、その部分の位置ずれを適切に低減することができる。

上記の態様において、前記プラグが前記ホルダに対して下降して前記樹脂シート材料の上面に当接した後、前記下部プレートは、前記プラグの下降に応じて前記プラグとの間に前記樹脂シート材料を挟持しつつ、前記ホルダに対して下降するとよい。

この態様によれば、プラグと樹脂シート材料との最初の接触部を中心に徐々に接触範囲を広げていくことができ、プラグに対する樹脂シート材料の接触部の位置ずれを低減することができる。これにより、金型に対する樹脂シート材料のプラグとの接触部付近の位置ずれを低減することができる。

上記の態様において、前記下部プレートは、所定の距離を下降した後に、前記樹脂シート材料の下方から水平方向に退避するとよい。

この態様によれば、下部プレートが退避するときに、下部プレートと樹脂シート材料との接触面積を小さくすることができる。これにより、摩擦力による樹脂シート材料の水平方向への引っ張り力を低減させることでき、プラグに対する樹脂シート材料の水平方向への位置ずれを低減することができる。

上記の態様において、前記プラグは、前記型面との間に前記樹脂シート材料を挟持する位置まで前記金型に対して下降するとよい。

この態様によれば、プラグが型面との間に樹脂シート材料を挟持するため、樹脂シート材料の挟持された部分の位置ずれを低減することができる。また、圧縮空気が供給される前に樹脂シート材料を型面の近傍に配置することができるため、圧縮空気が供給されたときの樹脂シート材料の型面への移動量を小さくすることができ、樹脂シート材料全体の型面に対する位置のばらつきを低減することができる。

上記の態様において、前記下部プレートは、電流の供給を受けてジュール熱を発生するとよい。

この態様によれば、平滑な上面を有し、加熱が可能な下部プレートを簡単な構成で形成することができる。

上記の態様において、前記下部プレートは、プレート（５２）と前記プレート部の下方に配置されたヒータ（５１）とを有する態様に代替してもよい。この場合、前記プレートは、前記ヒータに対して上下方向に相対移動可能に設けられ、前記プレートと前記ヒータとの間には圧縮ばね（５６）が設けられる態様にしてもよい。

これらの態様によれば、下部プレートを簡素に構成することができる。また、プラグがプレート部との間に樹脂シート材料を挟持し、更に下降するときに、プレート部はプラグの下降に応じて発熱体に対して下降することができる。これにより、プラグの下降に応じてプレートを下降させる移動装置を省略することができる。

上記の態様において、前記ホルダに支持された前記樹脂シート材料の上方に位置する加熱位置と、前記加熱位置から水平方向に退避し、前記プラグの下降を可能にする退避位置との間で移動可能な上部加熱装置を有するとよい。

この態様によれば、樹脂シート材料を上下から効率良く加熱することができる。

上記の態様において、前記樹脂シート材料を加熱するために、前記圧空ボックス及び前記金型の側方に配置された加熱装置（６１）と、前記加熱装置によって加熱された前記樹脂シート材料を前記ホルダに搬送する搬送装置（６２）とを有するとよい。

この態様によれば、圧空ボックスと金型との間に配置される構成を少なくして装置を簡素化することができる。また、大型の加熱装置を使用することができ、樹脂シート材料を均一に加熱することができる。

上記の態様において、前記プラグは温度調節可能に構成されているとよい。

この態様によれば、プラグとの接触による樹脂シート材料の温度低下を低減することができる。

上記の態様において、前記樹脂シート材料の表面には図画が印刷されているとよい。また、前記図画は前記樹脂シート材料の上面に印刷されているとよい。

この態様によれば、成形品の表面に模様等を形成することができる。また、樹脂シート材料の上面に図画を印刷することによって、温度が高い下部プレートと印刷との接触をさけることができる。これにより、図画のインクが溶出することやインクを原因とする樹脂シート材料と下部プレートとの付着を抑制することができる。

上記の態様において、樹脂シート材料（Ｍ）から樹脂成形品（Ｐ）を成形する樹脂成形方法であって、ホルダ（５）によって前記樹脂シート材料の縁部を支持すると共に下部プレート（６）によって前記樹脂シート材料の下面を支持し、前記樹脂シート材料を型面（３Ａ）が上方を向く金型（３）の上方に水平に配置する第１工程と、前記下部プレートによって前記樹脂シート材料を加熱する第２工程と、圧空ボックスの下面に設けられたプラグ（８）の下端部（８Ｂ）を前記樹脂シート材料の上面に当接させ、前記下部プレートとの間に前記樹脂シート材料を挟持する第３工程と、前記ホルダの位置を維持した状態で、前記プラグ及び前記下部プレートを前記ホルダに対して下降させ、前記プラグの表面に前記樹脂シート材料を密着させる第４工程と、前記下部プレートを水平方向に退避させる第５工程と、前記ホルダに対して前記圧空ボックス及び前記金型を上下方向に相対移動させ、前記圧空ボックスと前記金型との間に前記樹脂シート材料を挟持する第６工程と、前記圧空ボックスの下面に圧縮空気を供給し、前記樹脂シート材料を前記型面に密着させる第７工程とを有するとよい。

この態様によれば、樹脂シート材料のドローダウンを排除することができ、成形を開始するタイミングにおける軟化した樹脂シート材料の形状を含む状態を一定にすることができる。また、プラグが軟化した樹脂シート材料の位置のばらつきを低減するため、金型に対する樹脂シート材料の位置のばらつきを低減することができる。特に、樹脂シート材料に模様等の図画が印刷されている場合には、形状と図画の位置とを精度良く一致させることができる。

上記の態様において、前記第６工程において、前記プラグが前記型面との間に前記樹脂シート材料を挟持するとよい。

この態様によれば、プラグが型面との間に樹脂シート材料を挟持するため、樹脂シート材料の挟持された部分の位置ずれを低減することができる。また、圧縮空気が供給される前に樹脂シート材料を型面の近傍に配置することができるため、圧縮空気が供給されたときの樹脂シート材料の型面への移動量を小さくすることができ、樹脂シート材料全体の型面に対する位置のばらつきを低減することができる。

上記の態様において、前記プラグの下端には突起（８Ｃ）が設けられ、前記第３工程において前記突起が前記樹脂シート材料を係止するとよい。

この態様によれば、突起が軟化した樹脂シート材料を係止するため、金型に対する樹脂シート材料の位置ずれを一層低減することができる。例えば樹脂シート材料の中央部といった位置ずれを特に低減したい部位に突起を設けることによって、その部分の位置ずれを適切に低減することができる。

以上の構成によれば、金型に対する樹脂シート材料のずれを抑制することができる樹脂成形装置及び樹脂成形方法を提供することができる。

第１実施形態に係る樹脂成形装置の初期状態を示す説明図 プラグの正面図 プラグの側面図 樹脂成形装置の制御装置のブロック図 樹脂成形方法の第２工程における樹脂成形装置の状態を示す説明図 樹脂成形方法の第３工程における樹脂成形装置の状態を示す説明図 樹脂成形方法の第４工程における樹脂成形装置の状態を示す説明図 樹脂成形方法の第５工程における樹脂成形装置の状態を示す説明図 樹脂成形方法の第６工程における樹脂成形装置の状態を示す説明図 樹脂成形方法の第７工程における樹脂成形装置の状態を示す説明図 第２実施形態に係る樹脂成形装置の第３工程における状態を示す説明図 第２実施形態に係る樹脂成形装置の第４工程における状態を示す説明図 第３実施形態に係る樹脂成形装置を示す説明図

以下、図面を参照して、本発明に係る樹脂成形装置１の実施形態について説明する。樹脂成形装置１は、材料としての樹脂シート材料Ｍを加熱して軟化させ、圧縮空気によって金型に密着させて成形する装置である。樹脂成形装置１は、いわゆる圧空成形装置である。樹脂シート材料Ｍは、例えばポリカーボネートやアクリル樹脂、ＡＢＳ等の熱可塑性から形成されたシート材である。樹脂シート材料Ｍの厚みは、例えば０．３ｍｍ～２０ｍｍであるとよい。樹脂シート材料Ｍの表面には、模様や図形等の図画が印刷されていてもよい。例えば、樹脂成形装置１によって車両のテールゲートを成形する場合、その材料のとなる樹脂シート材料Ｍには、エンブレムやブレーキランプ、ハイマウントストップランプ、ウインカーランプ、リヤウインドウ等に対応した図画が印刷されているとよい。図画は、各構成に対応して着色されているとよい。図画は、例えばシルクスクリーン印刷によって、印刷されているとよい。

図１に示すように、樹脂成形装置１は、基台２と、金型３と、圧空ボックス４と、ホルダ５と、下部プレート６と、上部ヒータ７（上部加熱装置）と、プラグ８、１５とを有する。基台２は、フレームやパネルを組み合せて形成された構造体である。

ホルダ５は、樹脂シート材料Ｍの縁部を支持し、樹脂シート材料Ｍを水平に配置する。ホルダ５は、例えばクランプであり、互いに上下に相対移動可能な下部材５Ａと上部材５Ｂとを有し、上部材５Ｂと下部材５Ａの間に樹脂シート材料Ｍの縁部を挟持する。ホルダ５は、少なくとも樹脂シート材料Ｍの互いに相反する縁部のそれぞれを少なくとも支持する。本実施形態では、下部材５Ａ及び上部材５Ｂのそれぞれは、四角形の枠形に形成され、樹脂シート材料Ｍの縁部の全周を挟持する。上部材５Ｂ及び下部材５Ａは、それぞれ枠形に形成された水平な板状部と、板状部の内周に沿って垂直に起立した縦壁部とを有し、横断面がＬ字形に形成されている。下部材５Ａは基台２に固定され、上部材５Ｂは基台２に上下方向に移動可能に設けられている。他の実施形態では、下部材５Ａ及び上部材５Ｂのそれぞれが基台２に上下方向に移動可能に設けられてもよい。例えば、ホルダ５の下部材５Ａ及び上部材５Ｂは、基台２に設けられた上下に延びるレール（不図示）に支持され、電動モータ（不図示）の駆動力を受けて上下に移動するとよい。

金型３は、基台２に下昇降装置９を介して支持されている。金型３は、ホルダ５よりも下方に、ホルダ５に対して上下方向に相対移動可能に設けられている。金型３は、その上部に上方を向く型面３Ａを備えている。型面３Ａの周囲には、肩面３Ｂが設けられている。肩面３Ｂは上方を向く水平面であり、型面３Ａを全周にわたって囲んでいる。型面３Ａは肩面３Ｂに対して下方に凹んでいる。金型３の内部には、空気通路１１が形成されている。空気通路１１は、集合通路１１Ａと、集合通路１１Ａの一端から分岐した複数の分岐通路１１Ｂとを有する。各分岐通路１１Ｂは型面３Ａに開口し、集合通路１１Ａは金型３の下面に開口している。集合通路１１Ａの端部は、ホース等を介して吸引ポンプに接続されてもよい。

下昇降装置９は、金型３を基台２に対して上下方向に移動させる。下昇降装置９は基台２の下部から上下に延びるロッドを有する。金型３は、下昇降装置９のロッドの上端に取り付けられている。下昇降装置９のロッドは、例えば電動モータやパワーシリンダによって駆動され、基台２に対して上下に移動する。下昇降装置９によって、金型３はホルダ５に対して上下方向に相対移動することができる。

下部プレート６は、基台２に設けられた下移動装置１３に支持され、面が上下を向いている。下移動装置１３は基台２に設けられ、基台２に対して上下方向及び水平方向に移動することができる。すなわち、下部プレート６は、ホルダ５に対して上下方向及び水平方向に移動可能に設けられている。下移動装置１３は、金型３より上方であり、かつホルダ５より下方に配置されている。下移動装置１３は、下部プレート６の縁部を支持する。下移動装置１３によって、下部プレート６は、金型３の上方において、金型３に対して上下方向及び水平方向に移動可能に設けられている。

下部プレート６の上面６Ａは、平滑な水平面に形成されている。下部プレート６の上面６Ａは、樹脂シート材料Ｍの下面を水平に支持することができる。下部プレート６は昇温し、樹脂シート材料Ｍを加熱することができる。本実施形態では、下部プレート６は電流の供給を受けてジュール熱を発生する金属板である。

上部ヒータ７は、基台２に設けられた上移動装置１４に支持され、面が上下を向いている。上移動装置１４は基台２に設けられ、基台２に対して少なくとも水平方向に移動することができる。また、上移動装置１４は、基台２に対して水平方向に加えて上下方向に移動可能であってもよい。上移動装置１４は、ホルダ５より上方に配置されている。上移動装置１４は、上部ヒータ７の縁部を支持する。上部ヒータ７は、上移動装置１４によって、ホルダ５に支持された樹脂シート材料Ｍの上方に位置する加熱位置と、加熱位置から水平方向に退避し、上下方向において樹脂シート材料Ｍと重ならない退避位置との間で移動可能になっている。

上移動装置１４によって、上部ヒータ７は、ホルダ５に支持された樹脂シート材料Ｍの上方に配置される。上部ヒータ７は、電流の供給を受けて発熱する伝熱線を含む。上部ヒータ７は、樹脂シート材料Ｍを上方から加熱することができる。

下移動装置１３及び上移動装置１４のそれぞれは、電動モータによって駆動される。下移動装置１３及び上移動装置１４のそれぞれは、例えばレール及びレールに支持されたスライダを有する移動機構や、送りねじを有する移動機構によって構成されるとよい。

圧空ボックス４は、金型３と協働して型面３Ａとの間に空間を形成し、形成された空間に圧縮空気を供給することができる構造体である。圧空ボックス４は水平な板状に形成され、上昇降装置１６によって基台２に上下方向に移動可能に支持されている。上昇降装置１６は基台２の上部から上下に延びるロッドを有する。圧空ボックス４は、上昇降装置１６のロッドの下端に取り付けられている。上昇降装置１６のロッドは、例えば電動モータやパワーシリンダによって駆動され、基台２に対して上下に移動する。圧空ボックス４の下面４Ａにおける縁部は、金型３の肩面３Ｂと全周にわたって対応する形状に形成されている。これにより、圧空ボックス４の下面４Ａにおける縁部は、金型３の肩面３Ｂと全周にわたって樹脂シート材料Ｍを挟持可能となっている。また、圧空ボックス４は、樹脂シート材料Ｍを介して金型３の型面３Ａによって形成された凹部を閉じることができる。

図２は正面からプラグ８を見た図であり、図３は右側方からプラグ８、１５を見た図である。図３及び図４に示すようにプラグ８、１５は、圧空ボックス４の下面４Ａに設けられている。プラグ８、１５は、圧空ボックス４の下面４Ａから下方に向けて突出している。プラグ８、１５の形状は、成形品及び金型３の形状に応じて適宜設定されるとよい。プラグ８の数は１つ以上であり、本実施形態のように第１のプラグ８に対して高さが低い第２のプラグ１５が間隔をおいて設けられてもよい。本実施形態では、第１のプラグ８は前後幅に対して左右幅が大きく形成されている。各プラグ８、１５は、樹脂シート材料Ｍにおいて水平方向への位置ずれを抑制したい部分に設けられるとよい。例えば、樹脂シート材料Ｍによってテールゲートを形成する場合には、第１のプラグ８は樹脂シート材料Ｍの中央部（例えばエンブレムが設けられる部分）に対応して設けられ、第２のプラグ１５は樹脂シート材料Ｍの中央部から偏倚した部分（例えばハイマウントストラップが設けられる部分）に対応して設けられるとよい。

図３に示すように、第１のプラグ８の下面８Ａは、下方に向けて最も突出した下端部８Ｂに向けて傾斜した傾斜面に形成されているとよい。下端部８Ｂは、尖っていることが好ましい。また、下端部８Ｂには下面８Ａに対して下方に突出した突起８Ｃが設けられているとよい。突起８Ｃの高さ（下面８Ａからの突出長さ）は、樹脂シート材料Ｍの厚みより小さいことが好ましい。上昇降装置１６の駆動によって、圧空ボックス４に設けられたプラグ８、１５は金型３に対して上方方向に移動可能となっている。プラグ８は、下降することによって、樹脂シート材料Ｍの上面を下方に向けて押圧することができる。

各プラグ８、１５は、温度調節可能に構成されているとよい。例えば、各プラグ８、１５は電流の通電によってジュール熱を発生する金属により構成されているとよい。また、プラグ８、１５はその側部又は内部に通電によってジュール熱を発生するヒータを備えているとよい。

図１に示すように、圧空ボックス４及びプラグ８の内部には、圧縮空気通路１８が形成されている。圧縮空気通路１８は、集合通路１８Ａと、集合通路１８Ａの一端から分岐した複数の分岐通路１８Ｂとを有する。各分岐通路１８Ｂは圧空ボックス４の下面４Ａ及びプラグ８の下面８Ａに開口し、集合通路１８Ａは圧空ボックス４の上面に開口している。集合通路１８Ａの端部は、ホース等を介して圧縮空気供給装置であるコンプレッサ１９に接続されている。金型３と圧空ボックス４との間に樹脂シート材料Ｍが挟持された状態で、樹脂シート材料Ｍを型面３Ａに密着させるために、コンプレッサ１９は圧縮空気通路１８を介して樹脂シート材料Ｍの上側に圧縮空気を供給する。

図４に示すように、ホルダ５、下昇降装置９、上昇降装置１６、下移動装置１３、上移動装置１４、コンプレッサ１９、上部ヒータ７、及び下部プレート６は、制御装置２０によって制御される。

次に、樹脂成形装置１を使用して、樹脂シート材料Ｍから樹脂成形品を成形する樹脂成形方法（圧空成形方法）について説明する。図１に示すように、第１工程として、制御装置２０はホルダ５を制御して、ホルダ５の下部材５Ａと上部材５Ｂとの間に樹脂シート材料Ｍの縁部を挟持する。樹脂シート材料Ｍの表面に図画が印刷されている場合には、図画が印刷された面を上面にするとよい。また、制御装置２０は下移動装置１３を制御して下部プレート６を樹脂シート材料Ｍの下面に当接する位置に配置させる。これにより、樹脂シート材料Ｍは下部プレート６の上面に載置され、型面３Ａが上方を向く金型３の上方に水平に配置される。このとき、制御装置２０は、上移動装置１４を制御して上部ヒータ７を樹脂シート材料Ｍの上方の加熱位置に配置する。

次に、第２工程として、制御装置２０は、下部プレート６及び上部ヒータ７に電力供給し、加熱する。これにより、樹脂シート材料Ｍは、下部プレート６及び上部ヒータ７によって加熱され、軟化する。このとき、樹脂シート材料Ｍが下部プレート６の上面６Ａに支持されているため、樹脂シート材料Ｍが軟化してもドローダウンが発生することがない。上部ヒータ７によって樹脂シート材料Ｍを加熱した場合には、図５に示すように制御装置２０は所定の加熱時間の経過後に上移動装置１４を駆動し、上部ヒータ７を加熱位置から側方（紙面の奥側又は手前側）の退避位置に移動させる。上部ヒータ７が退避位置に移動することによって、プラグ８及び圧空ボックス４がホルダ５に対して下降可能になる。

次に、第３工程として、制御装置２０は上昇降装置１６を制御し、圧空ボックス４及びプラグ８を下降させ、図６に示すようにプラグ８の下端部８Ｂを樹脂シート材料Ｍの上面に当接させ、プラグ８の下端部８Ｂと下部プレート６との間に樹脂シート材料Ｍを挟持する。これにより、樹脂シート材料Ｍの水平方向への移動が抑制される。下端部８Ｂに突起８Ｃが設けられている場合には、突起８Ｃが樹脂シート材料Ｍを係止することによって、樹脂シート材料Ｍの水平方向への移動が一層抑制される。突起８Ｃは、例えば樹脂シート材料Ｍに穴を形成しない範囲で、樹脂シート材料Ｍにめり込む、或いは刺さるとよい。

次に、第４工程として、制御装置２０は上昇降装置１６及び下移動装置１３を制御し、ホルダ５の位置を維持しつつ、プラグ８と下部プレート６とをホルダ５に対して下降させる。これにより、図７に示すように、プラグ８の下面８Ａよって樹脂シート材料Ｍが下方に押し込まれ、樹脂シート材料Ｍが伸長しつつプラグ８の下面８Ａに密着する。これにより、樹脂シート材料Ｍとプラグ８の下面８Ａとの間に生じる摩擦力によって樹脂シート材料Ｍの水平方向への移動が抑制される。

次に、第５工程として、図８に示すように、制御装置２０は下移動装置１３を制御して下部プレート６を側方（紙面の奥側又は手前側）の退避位置に移動させる。下部プレート６が退避位置に移動することによって、下部プレート６は樹脂シート材料Ｍ、ホルダ５及び金型３と上下方向において重ならない。そのため、金型３が樹脂シート材料Ｍ及びホルダ５に対して上昇可能になる。下部プレート６が退避位置に移動するとき、制御装置２０は下部プレート６を樹脂シート材料Ｍに対して所定の距離を下降させた後に、下部プレート６を側方の退避位置に移動させるとよい。これにより、下部プレート６と樹脂シート材料Ｍとの摺接を避けることができ、下部プレート６の退避に伴う樹脂シート材料Ｍの水平方向への位置ずれを排除することができる。

次に、第６工程として、図９に示すように、制御装置２０は下昇降装置９を制御して、金型３が圧空ボックス４との間に樹脂シート材料Ｍを挟持するまで圧空ボックス４を下降させる。これにより、圧空ボックス４の下面４Ａの縁部と金型３の肩面３Ｂとの間に樹脂シート材料Ｍが挟持され、型面３Ａによって形成された凹部が圧空ボックス４によって閉じられる。このとき、プラグ８の下端部８Ｂが型面３Ａとの間に樹脂シート材料Ｍを挟持することが好ましい。プラグ８の高さが型面３Ａの深さから樹脂シート材料Ｍの厚さを引いた値よりも大きく、かつプラグ８の高さが型面３Ａの深さより小さくなるように設定することによって、圧空ボックス４の下面４Ａが樹脂シート材料Ｍを介して金型３の肩面３Ｂに当接したときにプラグ８と型面３Ａとの間に樹脂シート材料Ｍを挟持することができる。

次に、第７工程として、制御装置２０はコンプレッサ１９を駆動し、圧縮空気通路１８を介して圧空ボックス４の下面４Ａ及びプラグ８の下面８Ａに圧縮空気を供給する。これにより、図１０に示すように、軟化した樹脂シート材料Ｍは圧縮空気によって型面３Ａに密着し、樹脂シート材料Ｍは型面３Ａに沿った形状に成形される。このとき、型面３Ａと樹脂シート材料Ｍとの間に存在する空気は、空気通路１１を介して金型３の下方に排出される。他の実施形態では、吸引ポンプを使用し、空気通路１１を介して型面３Ａと樹脂シート材料Ｍとの間に存在する空気を積極的に排出してもよい。圧縮空気が供給されるとき、樹脂シート材料Ｍはプラグ８と型面３Ａとの間に挟持されているため、樹脂シート材料Ｍの水平方向への位置ずれが抑制される。また、プラグ８によって樹脂シート材料Ｍは型面３Ａに近接した位置に配置されているため、樹脂シート材料Ｍの型面３Ａへの移動量が小さくなり、樹脂シート材料Ｍの位置ずれが低減される。

以上の実施形態によれば、下部プレート６が加熱された樹脂シート材料Ｍの下面を支持するため、樹脂シート材料Ｍのドローダウンを排除することができ、成形を開始するタイミングにおける軟化した樹脂シート材料Ｍの形状を含む状態を一定にすることができる。また、プラグ８が軟化した樹脂シート材料Ｍの位置のばらつきを低減するため、金型３に対する樹脂シート材料Ｍの位置のばらつきを低減することができる。これらにより、金型３の型面３Ａと樹脂シート材料Ｍに印刷された図画との位置のばらつきを低減させることでき、成形品の形状と図画の位置とを精度良く一致させることができる。

また、第４工程において、プラグ８と下部プレート６とが樹脂シート材料Ｍを挟持した後、下部プレート６とプラグ８とが樹脂シート材料Ｍを挟持しつつ、ホルダ５に対して下降する。これにより、プラグ８と樹脂シート材料Ｍとの最初の接触部を中心に徐々に接触範囲を広げていくことができ、プラグ８に対する樹脂シート材料Ｍの接触部の位置ずれを低減することができる。その結果、金型３に対する樹脂シート材料Ｍの横方向への位置ずれを低減することができる。

また、第６工程において、プラグ８は、型面３Ａとの間に樹脂シート材料Ｍを挟持する位置まで金型３に対して下降する。そのため、プラグ８が型面３Ａとの間に樹脂シート材料Ｍを挟持するため、樹脂シート材料Ｍの挟持された部分の位置ずれを抑制することができる。また、圧縮空気が供給される前に樹脂シート材料Ｍを型面３Ａの近傍に配置することができるため、圧縮空気が供給されたときの樹脂シート材料Ｍの型面３Ａへの移動量を小さくすることができ、樹脂シート材料Ｍ全体における型面３Ａに対する位置のばらつきを低減することができる。プラグ８が温度調節可能に構成されているため、樹脂シート材料Ｍがプラグ８と接触しても樹脂シート材料Ｍの温度の低下が低減される。これにより、温度低下に伴う樹脂シート材料Ｍの成形不良を抑制することができる。

また、樹脂シート材料Ｍをホルダ５に支持させるときに、図画が印刷された表面を上面にすることによって、図画に含まれるインクと下部プレート６との接触を避けることができる。これにより、インクの溶出や、インクの溶解を原因とした樹脂シート材料Ｍと下部プレート６との付着を抑制することができる。

次に第２実施形態に係る樹脂成形装置５０について説明する。図１１に示すように、第２実施形態に係る樹脂成形装置５０は、第１実施形態に係る樹脂成形装置１と比較して、下部プレート６の構成が異なる。樹脂成形装置５０の下部プレート６は、下移動装置１３に支持されたヒータ５１と、ヒータ５１に対して上下方向に移動可能に支持された平板状のプレート５２とを有する。ヒータ５１は電流の供給を受けて発熱する発熱体や内部を過熱水蒸気等の高温流体が通過する加熱器であってよい。プレート５２はヒータ５１によって加熱される。

プレート５２の上面は平面に形成され、その下面には下方に延びる複数のガイドピン５３が設けられている。各ガイドピン５３はヒータ５１を上下に貫通する孔５４に突入している。各ガイドピン５３の先端（下端）には孔５４からの抜け出しを防止する抜け止めピン（不図）が設けられている。ヒータ５１とプレート５２との間において、ガイドピン５３の外周にはヒータ５１に対してプレート５２を上方に付勢する圧縮ばね５６が設けられている。圧縮ばね５６は、コイルばねや板ばねであってよい。初期状態では、圧縮ばね５６の付勢力によって、プレート５２はヒータ５１に対して最も上方に離れた位置に配置されている。

第２実施形態に係る樹脂成形装置５０では、上述した樹脂成形方法の第４工程において、制御装置２０は上昇降装置１６を制御してプラグ８をホルダ５に対して下降させる。これにより、図１２に示すように下部プレート６のプレート５２は圧縮ばね５６の付勢力に抗してプラグ８と共に下降する。これにより、プラグ８の下降に応じてプレート５２を下降させる必要がなくなり、下移動装置１３を簡素にすることができる。

次に第３実施形態に係る樹脂成形装置６０について説明する。図１３に示すように第３実施形態に係る樹脂成形装置６０は、基台２から独立した加熱装置６１と、加熱装置６１からホルダ５に樹脂シート材料Ｍを搬送する搬送装置６２とを有する。加熱装置６１は、圧空ボックス４及び金型３の側方に配置されている。加熱装置６１は、樹脂シート材料Ｍを均一に加熱することができる装置であることが好ましい。加熱装置６１は、加熱室６４を画定するケース６５を有する。加熱室６４の上部及び下部には、電気の供給を受けて発熱する発熱体や過熱水蒸気等の高温流体が通過する加熱器等であるヒータ６６が設けられている。

搬送装置６２は、例えばロボットアームや搬送ローラであってよい。本実施形態では、搬送装置６２がロボットアームである例について説明する。搬送装置６２は、関節を有するアーム６７と、アーム６７の先端に設けられた支持プレート６８と、各アーム６７の相対位置を変化させるアクチュエータ７１と、支持プレート６８及びアクチュエータ７１とを制御する制御装置７２とを有する。制御装置７２は、アクチュエータ７１を数値制御し、各アーム６７及び支持プレート６８を任意の位置に移動させることができる。

支持プレート６８の下面には複数の吸引通路（不図示）が開口している。各吸引通路６９は、ホース等を介して吸引ポンプに接続されている。また、支持プレート６８は加熱可能に構成されている。支持プレート６８は、例えば電力の供給を受けてジュール熱を発生する金属板によって形成されているとよい。支持プレート６８による吸引及び加熱は制御装置７２によって制御されている。

また、搬送装置６２は樹脂シート材料Ｍの撮像するカメラ７３を有する。制御装置７２はカメラ７３が撮像した樹脂シート材料Ｍの画像に基づいて、樹脂シート材料Ｍに印刷された図画、又は樹脂シート材料Ｍの外形の支持プレート６８に対する位置を検出する。

樹脂シート材料Ｍは、搬送ローラやロボットアーム等によって加熱装置６１の加熱室６４に搬送され、加熱室６４において加熱される。加熱装置６１で加熱された樹脂シート材料Ｍは、搬送装置６２の支持プレート６８によって支持される。支持プレート６８は、各吸引通路に発生する負圧によってその下面に樹脂シート材料Ｍの上面を吸着する。このとき、樹脂シート材料Ｍの温度低下を抑制するために、支持プレート６８は樹脂シート材料Ｍの温度と同等程度に加熱されていることが好ましい。

搬送装置６２の制御装置７２はカメラ７３が撮像した樹脂シート材料Ｍの画像に基づいて、樹脂シート材料Ｍに印刷された図画、又は樹脂シート材料Ｍの外形の支持プレート６８に対する位置を検出する。制御装置７２は、支持プレート６８に対する樹脂シート材料Ｍに印刷された図画、又は樹脂シート材料Ｍの外形の位置に基づいて、樹脂シート材料Ｍをホルダ５に対して適正位置に配置するための、支持プレート６８のホルダ５に対する目標位置を演算する。そして、制御装置７２はアクチュエータ７１を駆動して支持プレート６８を目標位置に移動させ、ホルダ５の下部材５Ａに樹脂シート材料Ｍを受け渡す。その後、搬送装置６２は目標位置から支持プレート６８を退避させ、ホルダ５は下部材５Ａと上部材５Ｂとの間に樹脂シート材料Ｍの縁部を挟持する。

以上の態様によれば、圧空ボックス４と金型３との間に配置される上部ヒータ７を省略して装置構成を簡素化することができる。また、基台２から独立した加熱装置６１を大型化することができ、樹脂シート材料Ｍを均一に加熱することができる。搬送装置６２は、カメラ７３によって撮像した樹脂シート材料Ｍの画像に基づいて支持プレート６８の目標位置を演算し、樹脂シート材料Ｍをホルダ５に受け渡すため、樹脂シート材料Ｍをホルダ５の適正な位置に配置することができる。搬送装置６２は、樹脂シート材料Ｍに印刷された図画に基づいて樹脂シート材料Ｍの位置を決めた場合には、樹脂シート材料Ｍへの印刷がずれていたとしても成形品における図画の位置が適正な位置に定まる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記の実施形態では、ホルダ５が基台２に対して固定され、金型３、圧空ボックス４、下部プレート６が基台２に対して上下に移動する構成とした。しかし、ホルダ５、金型３、圧空ボックス４、及び下部プレート６は互いに上下方向に相対移動可能であればよく、例えば金型３が基台２に対して固定され、ホルダ５、圧空ボックス４、及び下部プレート６が基台２に対して上下に移動する構成としてもよい。また、圧空ボックス４又は下部プレート６が基台２に対して固定されてもよい。また、上部ヒータ７は必須の構成ではなく、省略してもよい。

上記の実施形態では、プラグ８が１つの下端部８Ｂを有する構成としたが、他の実施形態ではプラグ８が複数の下端部８Ｂを有してもよい。プラグ８の形状は、型面３Ａの形状に合わせて適宜設定されるとよい。

本実施形態に係る樹脂成形装置１、５０、６０は、自動車の外殻を構成するテールゲートや、スライドドアを含むドア、フロントフェンダ、リヤフェンダ、バンパフェース、フロントグリル、ルーフ等を形成するために使用することができる。

１、５０、６０ ：樹脂成形装置
２ ：基台
３ ：金型
３Ａ ：型面
３Ｂ ：肩面
４ ：圧空ボックス
５ ：ホルダ
６ ：下部プレート
６Ａ ：上面
７ ：上部ヒータ
８ ：プラグ
８Ａ ：下面
８Ｂ ：下端部
８Ｃ ：突起
９ ：下昇降装置
１１ ：空気通路
１３ ：下移動装置
１４ ：上移動装置
１６ ：上昇降装置
１８ ：圧縮空気通路
１９ ：コンプレッサ
２０ ：制御装置
５１ ：ヒータ
５２ ：プレート
５６ ：圧縮ばね
６１ ：加熱装置
６２ ：搬送装置
Ｍ ：樹脂シート材料

Claims (16)

1. 樹脂成形装置であって、
   樹脂シート材料の縁部を支持し、前記樹脂シート材料を水平に配置するホルダと、
   前記ホルダよりも下方に、前記ホルダに対して上下方向に相対移動可能に設けられ、上方を向く型面を備えた金型と、
   前記ホルダよりも上方に、前記ホルダに対して上下方向に相対移動可能に設けられ、前記金型との間に前記樹脂シート材料を挟持可能な圧空ボックスと、
   前記ホルダに対して上下方向及び水平方向に移動可能に設けられ、前記樹脂シート材料の下面を支持すると共に、前記樹脂シート材料を加熱する下部プレートと、
   前記圧空ボックスの下面に設けられ、前記樹脂シート材料の上面を下方に向けて押圧するプラグと、
   前記樹脂シート材料を前記型面に密着させるために、前記圧空ボックスの下面に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置とを有する樹脂成形装置。
2. 前記プラグの下端には、前記樹脂シート材料を係止する突起が設けられている請求項１に記載の樹脂成形装置。
3. 前記プラグが前記ホルダに対して下降して前記樹脂シート材料の上面に当接した後、前記下部プレートは、前記プラグの下降に応じて前記プラグとの間に前記樹脂シート材料を挟持しつつ、前記ホルダに対して下降する請求項１又は請求項２に記載の樹脂成形装置。
4. 前記下部プレートは、所定の距離を下降した後に、前記樹脂シート材料の下方から水平方向に退避する請求項３に記載の樹脂成形装置。
5. 前記プラグは、前記型面との間に前記樹脂シート材料を挟持する位置まで前記金型に対して下降する請求項４に記載の樹脂成形装置。
6. 前記下部プレートは、電流の供給を受けてジュール熱を発生する請求項１～請求項５のいずれか１つの項に記載の樹脂成形装置。
7. 前記下部プレートは、プレートと前記プレートの下方に配置されたヒータとを有する請求項１～請求項５のいずれか１つの項に記載の樹脂成形装置。
8. 前記プレートは、前記ヒータに対して上下方向に相対移動可能に設けられ、前記プレートと前記ヒータとの間には圧縮ばねが設けられている請求項７に記載の樹脂成形装置。
9. 前記ホルダに支持された前記樹脂シート材料の上方に位置する加熱位置と、前記加熱位置から水平方向に退避し、前記プラグの下降を可能にする退避位置との間で移動可能な上部加熱装置を有する請求項１～請求項８のいずれか１つの項に記載の樹脂成形装置。
10. 前記樹脂シート材料を加熱するために、前記圧空ボックス及び前記金型の側方に配置された加熱装置と、
    前記加熱装置によって加熱された前記樹脂シート材料を前記ホルダに搬送する搬送装置とを有する請求項１～請求項８のいずれか１つに記載の樹脂成形装置。
11. 前記プラグは温度調節可能に構成されている請求項１～請求項１０のいずれか１つに記載の樹脂成形装置。
12. 前記樹脂シート材料の表面には図画が印刷されている請求項１～請求項１１のいずれか１つの項に記載の樹脂成形装置。
13. 前記図画は前記樹脂シート材料の上面に印刷されている請求項１２に記載の樹脂成形装置。
14. 樹脂シート材料から樹脂成形品を成形する樹脂成形方法であって、
    ホルダによって前記樹脂シート材料の縁部を支持すると共に下部プレートによって前記樹脂シート材料の下面を支持し、前記樹脂シート材料を型面が上方を向く金型の上方に水平に配置する第１工程と、
    前記下部プレートによって前記樹脂シート材料を加熱する第２工程と、
    圧空ボックスの下面に設けられたプラグの下端部を前記樹脂シート材料の上面に当接させ、前記下部プレートとの間に前記樹脂シート材料を挟持する第３工程と、
    前記ホルダの位置を維持した状態で、前記プラグ及び前記下部プレートを前記ホルダに対して下降させ、前記プラグの表面に前記樹脂シート材料を密着させる第４工程と、
    前記下部プレートを水平方向に退避させる第５工程と、
    前記ホルダに対して前記圧空ボックス及び前記金型を上下方向に相対移動させ、前記圧空ボックスと前記金型との間に前記樹脂シート材料を挟持する第６工程と、
    前記圧空ボックスの下面に圧縮空気を供給し、前記樹脂シート材料を前記型面に密着させる第７工程とを有する樹脂成形方法。
15. 前記第６工程において、前記プラグが前記型面との間に前記樹脂シート材料を挟持する請求項１４に記載の樹脂成形方法。
16. 前記プラグの下端には突起が設けられ、前記第３工程において前記突起が前記樹脂シート材料を係止する請求項１４又は請求項１５に記載の樹脂成形方法。

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