JP7345946B1 - thermoforming equipment - Google Patents

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JP7345946B1
JP7345946B1 JP2023051612A JP2023051612A JP7345946B1 JP 7345946 B1 JP7345946 B1 JP 7345946B1 JP 2023051612 A JP2023051612 A JP 2023051612A JP 2023051612 A JP2023051612 A JP 2023051612A JP 7345946 B1 JP7345946 B1 JP 7345946B1
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pressure
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章伍 高井
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Asano Laboratories Co Ltd
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Asano Laboratories Co Ltd
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Abstract

【課題】位置ズレなどが起きにくい熱成形装置の提供。【解決手段】加熱手段110によって樹脂製シートSの加熱を行い、金型200を用いて樹脂製シートSの金型賦形する熱成形装置100において、樹脂製シートSは、上部に配置される第1チャンバ101と下部に配置される第2チャンバ102の間に保持され、樹脂製シートSを成形する際に、第1チャンバ101又は第2チャンバ102内を任意の圧力に制御する圧力制御手段270を備え、圧力制御手段270は、第1チャンバ101に接続される第1バルブV1、又は第2チャンバ102に接続される第2バルブV2とを制御して、多段階に第1チャンバ101又は第2チャンバの内圧を切り替える。【選択図】図8[Problem] To provide a thermoforming device that is unlikely to cause misalignment. In a thermoforming apparatus 100 that heats a resin sheet S using a heating means 110 and shapes the resin sheet S using a mold 200, the resin sheet S is disposed at the upper part. Pressure control means is held between the first chamber 101 and the second chamber 102 disposed at the bottom, and controls the inside of the first chamber 101 or the second chamber 102 to an arbitrary pressure when molding the resin sheet S. 270, the pressure control means 270 controls the first valve V1 connected to the first chamber 101 or the second valve V2 connected to the second chamber 102, and controls the first chamber 101 or the second valve V2 in multiple stages. Switch the internal pressure of the second chamber. [Selection diagram] Figure 8

Description

本発明は、樹脂製シート材の熱成形における技術に関し、具体的には樹脂製シート材を輻射式加熱装置で加熱して成形する際に、部位によって加熱状況を変化させることで成形精度を向上させる技術である。 The present invention relates to a technology for thermoforming resin sheet materials, and specifically, when molding resin sheet materials by heating them with a radiant heating device, the molding accuracy is improved by changing the heating conditions depending on the part. It is a technology that allows

熱成形機は、加熱して軟化した樹脂製シート材を成形し、食品容器やブリスターパックを作るのに用いられる。また、自動車部品や家電、工業用トレーなど様々なプラスチック製品を作るのに利用されている。そして近年、熱成形機を用いて模様を転写したり、成形基材に外表面に接着したりといった用途にも、位置精度を求められる成形にも使われている。 Thermoforming machines are used to mold heated and softened resin sheets to make food containers and blister packs. It is also used to make various plastic products such as automobile parts, home appliances, and industrial trays. In recent years, it has also been used for applications such as transferring patterns using thermoforming machines, adhering to the outer surface of molding substrates, and for molding that requires positional accuracy.

特許文献1には、加飾成形品の成型方法に関する技術が公開されている。樹脂製シート材を加熱した後に予備賦形を行い、さらに樹脂製シート材の再加熱を行った後に樹脂製シート材の真空成形を行っている。つまり、2段階で賦形することで、深絞り成形でかつ小さなR形状を賦形することが可能となる。 Patent Document 1 discloses a technique related to a method for molding a decorative molded product. After heating the resin sheet material, preliminary shaping is performed, and after the resin sheet material is further heated, the resin sheet material is vacuum formed. In other words, by shaping in two stages, it becomes possible to form a small R shape by deep drawing.

特開昭62-255119号Japanese Patent Publication No. 62-255119

しかしながら、特許文献1に記載される技術では、樹脂製シート材の成形において高精度な位置合わせを行うことは困難である。樹脂製シート材が加熱により軟化すると、シート自体の重量によってドローダウンが生じやすく、高精度な位置合わせが難しくなる。したがって特許文献1に示すような、予備賦形を行った後に再加熱をして更に賦形をする方法を採った場合にも、高精度な位置合わせを実現するためには、樹脂製シート材を加熱する際に十分に軟化させる必要があるため、加熱時における樹脂製シート材の波打ちやドローダウンを避けられない。そうすると、成形品の樹脂製シート材の状態によっては位置ズレが発生したり、皺ができたりする問題の発生に繋がってしまう。 However, with the technique described in Patent Document 1, it is difficult to perform highly accurate positioning in molding a resin sheet material. When the resin sheet material softens due to heating, drawdown is likely to occur due to the weight of the sheet itself, making highly accurate positioning difficult. Therefore, even when adopting a method of pre-shaping and then reheating and further shaping as shown in Patent Document 1, in order to achieve highly accurate positioning, it is necessary to Since it is necessary to sufficiently soften the resin sheet material when heating it, waving and drawdown of the resin sheet material cannot be avoided during heating. This may lead to problems such as misalignment or wrinkles depending on the condition of the resin sheet material of the molded product.

このため、従来は樹脂製シート材がドローダウンしない程度の低温で樹脂製シート材を加熱した上で、例えば3MPa以上の超高圧の圧空をかけて成形する手法が採られていた。ただし、低温加熱・超高圧で透明な樹脂製シート材を成形した場合に、成形品内部に残留応力が生じて材料の透明度に影響が出ることがあった。また、成形するにあたって超高圧の圧空を維持する必要があるために、成形装置本体が高価になり易く、成形に時間がかかるという問題があった。 For this reason, the conventional method has been to heat the resin sheet material at a low temperature that does not cause drawdown of the resin sheet material, and then apply compressed air at an ultra-high pressure of, for example, 3 MPa or more to mold the resin sheet material. However, when a transparent resin sheet material is molded using low-temperature heating and ultra-high pressure, residual stress may occur inside the molded product, affecting the transparency of the material. Furthermore, since it is necessary to maintain ultra-high pressure air during molding, there are problems in that the molding apparatus itself tends to be expensive and molding takes time.

そこで、樹脂製シート材を用いて加熱成形する場合に、比較的低圧環境下での成形であっても位置ズレなどが起きにくい熱成形装置を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a thermoforming apparatus in which positional displacement is unlikely to occur even when molding is performed under a relatively low pressure environment when thermoforming is performed using a resin sheet material.

前記目的を達成するために、本発明の一態様による熱成形装置は、以下のような特徴を有する。 In order to achieve the above object, a thermoforming apparatus according to one aspect of the present invention has the following features.

(1)輻射式加熱手段によってシートの加熱を行い、金型を用いて前記シートの金型賦形又は基材への被覆接着する熱成形装置において、
前記シートは、上部に配置される第1チャンバと下部に配置される第2チャンバの間に保持され、
前記シートを成形する際に、前記第1チャンバ又は前記第2チャンバの内圧を制御する圧力制御手段を備え、
該圧力制御手段は、
前記第1チャンバに接続される第1圧力制御バルブを制御して、前記第1チャンバ内の圧力を第1加圧状態と、該第1加圧状態より前記第1チャンバの内圧が高い第2加圧状態とに切り替える機能、
又は前記第2チャンバに接続される第2圧力制御バルブを制御して、前記第2チャンバ内の圧力を第1真空状態と、該第1真空状態より真空度の高い第2真空状態とに切り替える機能を有すること、
を特徴とする。
(1) In a thermoforming device that heats a sheet using a radiation heating means and uses a mold to mold the sheet or coat and bond the sheet to a base material,
The sheet is held between a first chamber located at the top and a second chamber located at the bottom,
comprising a pressure control means for controlling the internal pressure of the first chamber or the second chamber when molding the sheet;
The pressure control means includes:
A first pressure control valve connected to the first chamber is controlled to set the pressure in the first chamber to a first pressurized state and to a second pressurized state in which the internal pressure of the first chamber is higher than the first pressurized state. Ability to switch between pressurized state and
Alternatively, controlling a second pressure control valve connected to the second chamber to switch the pressure in the second chamber between a first vacuum state and a second vacuum state having a higher degree of vacuum than the first vacuum state. having a function;
It is characterized by

(2)(1)に記載の熱成形装置において、
前記圧力制御手段が、
第1制御段階として、
前記シートと前記金型を近接させて前記金型の凸部に前記シートが当接した後に、前記第1チャンバ内の圧力を前記第1加圧状態となるように制御し、
又は前記シートと前記金型を近接させて前記金型の凸部に前記シートが当接した後に、前記第2チャンバ内の圧力を前記第1真空状態となるように制御し、
第2制御段階として、
前記シートの成形の途中で、前記第1チャンバ内の圧力を前記第2加圧状態となるように制御する、又は前記第2チャンバ内の圧力を前記第2真空状態となるように制御する、多段式圧力制御を可能とすること、
が好ましい。
(2) In the thermoforming apparatus described in (1),
The pressure control means
As the first control stage,
After the sheet and the mold are brought close to each other and the sheet comes into contact with a convex portion of the mold, the pressure in the first chamber is controlled to be in the first pressurized state,
or controlling the pressure in the second chamber to be in the first vacuum state after the sheet and the mold are brought into close proximity and the sheet comes into contact with a convex part of the mold;
As the second control stage,
During the forming of the sheet, the pressure in the first chamber is controlled to be in the second pressurized state, or the pressure in the second chamber is controlled to be in the second vacuum state; enabling multi-stage pressure control;
is preferred.

(3)輻射式加熱手段によってシートの加熱を行い、金型を用いて前記シートの金型賦形又は基材への被覆接着する熱成形装置において、
前記シートは、上部に配置される第1チャンバと下部に配置される第2チャンバの間に保持され、
前記シートを成形する際に、前記第1チャンバ及び前記第2チャンバの内圧を制御する圧力制御手段を備え、
該圧力制御手段は、
前記第2チャンバに接続される第2圧力制御バルブを制御して、前記第2チャンバ内の圧力を第1真空状態と、該第1真空状態より真空度の高い第2真空状態とに切り替える機能、
及び前記第2チャンバに接続される第2圧力制御バルブを制御して、前記第2チャンバ内の圧力を第1真空状態と、該第1真空状態より真空度の高い第2真空状態とに切り替える機能を有し、
第1制御段階として、
前記シートと前記金型を近接させて前記金型の凸部に前記シートが当接した後に、前記第2チャンバ内の圧力を前記第1真空状態となるように制御し、前記第2チャンバ内の圧力を前記第1真空状態となるように制御し、
第2制御段階として、
前記シートの成形の途中で、前記第2チャンバ内の圧力を前記第2真空状態となるように制御し、前記第2チャンバ内の圧力を前記第2真空状態となるように制御する、多段式圧力制御を可能とすること、
を特徴とする。
(3) In a thermoforming device that heats a sheet using a radiation heating means and uses a mold to shape the sheet into a mold or coat and adhere the sheet to a base material,
The sheet is held between a first chamber located at the top and a second chamber located at the bottom,
comprising pressure control means for controlling the internal pressures of the first chamber and the second chamber when molding the sheet;
The pressure control means includes:
A function of controlling a second pressure control valve connected to the second chamber to switch the pressure in the second chamber between a first vacuum state and a second vacuum state having a higher degree of vacuum than the first vacuum state. ,
and controlling a second pressure control valve connected to the second chamber to switch the pressure in the second chamber between a first vacuum state and a second vacuum state having a higher degree of vacuum than the first vacuum state. Has a function,
As the first control stage,
After the sheet and the mold are brought close to each other and the sheet comes into contact with the convex part of the mold, the pressure in the second chamber is controlled to be in the first vacuum state, and the pressure in the second chamber is controlled to be in the first vacuum state. controlling the pressure to be in the first vacuum state,
As the second control stage,
In the middle of forming the sheet, the pressure in the second chamber is controlled to be in the second vacuum state, and the pressure in the second chamber is controlled to be in the second vacuum state. enabling pressure control;
It is characterized by

上記(1)乃至(3)の何れかに記載の態様により、多段式圧力制御を行う熱成形装置を用いることで比較的低圧環境下であってもより位置ズレなどが起きにくい精度の高い成形を実現することが可能となる。これは、第1制御段階として、シートと金型を近接させて金型の凸部にシートが当接した後に、第1チャンバ内の圧力を第1加圧状態となるように制御し、又は第2チャンバ内の圧力を第1真空状態となるように制御し、或いはその両方を第1加圧状態、第1真空状態になるように制御をし、第2制御段階として、所定時間経過後に、第1チャンバ内の圧力を第2加圧状態となるように制御し、又は第2チャンバ内の圧力を第2真空状態となるように制御し、或いはその両方を第2加圧状態、第2真空状態になるよう制御する、多段式圧力制御を採用とすることで、シートの成形段階に応じた圧力付与が可能となるためである。 According to any of the aspects (1) to (3) above, by using a thermoforming device that performs multistage pressure control, highly accurate molding that is less likely to cause positional deviation even in a relatively low pressure environment. It becomes possible to realize this. In this, as a first control step, after the sheet and the mold are brought close to each other and the sheet contacts the convex part of the mold, the pressure in the first chamber is controlled to be in the first pressurized state, or The pressure in the second chamber is controlled to be in the first vacuum state, or both are controlled to be in the first pressurized state or the first vacuum state, and as a second control step, after a predetermined period of time has elapsed, , the pressure in the first chamber is controlled to be in the second pressurized state, or the pressure in the second chamber is controlled to be in the second vacuum state, or both are controlled to be in the second pressurized state, the second vacuum state. This is because by employing multi-stage pressure control that controls the pressure to be in a two-vacuum state, it becomes possible to apply pressure according to the sheet forming stage.

輻射式加熱装置によりドローダウンしない程度の温度で加熱されたシートを、予熱された金型に当接した後に更に加熱しながら成形を行う。この時、第1チャンバ及び第2チャンバの間に保持しているシートを、第1制御段階では第1チャンバ内の圧力を第1加圧状態となるように維持し、又は第2チャンバ内が第1真空状態となるように維持し加熱しながら成形して、所定時間経過後に更に第2制御段階又は第2真空状態となる第2制御段階に移行して更に高い真空度で成形を続ける。或いは、第1チャンバ内圧及び第2チャンバ内圧の両方を適切に制御して成形を行う。成形時において、一気に高真空状態にしてしまうと必要以上にシートが伸びてしまうことがあるが、多段式圧力制御を行うことでシートの成形状況に合わせて圧力を高めることができ、結果的にシートを任意の形に成形し易くすることが出来る。 A sheet heated by a radiant heating device at a temperature that does not cause drawdown is brought into contact with a preheated mold, and then molded while being further heated. At this time, in the first control stage, the sheet held between the first chamber and the second chamber is maintained such that the pressure in the first chamber is maintained at the first pressurized state, or the pressure in the second chamber is maintained at the first pressurized state. The first vacuum state is maintained and molded while being heated, and after a predetermined period of time, the molding is further transferred to the second control stage or the second control stage in which the second vacuum state is achieved, and molding is continued at an even higher degree of vacuum. Alternatively, molding is performed by appropriately controlling both the first chamber internal pressure and the second chamber internal pressure. During molding, if you create a high vacuum all at once, the sheet may stretch more than necessary, but by performing multi-stage pressure control, you can increase the pressure according to the sheet molding situation, and as a result, The sheet can be easily formed into any shape.

(4)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載の熱成形装置において、
前記第1制御段階から前記第2制御段階への切り替えのタイミングを、時間経過をトリガーとして決定すること、
が好ましい。
(4) In the thermoforming apparatus according to any one of (1) to (3),
determining the timing of switching from the first control stage to the second control stage using elapsed time as a trigger;
is preferred.

(5)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載の熱成形装置において、
前記シートの表面温度を測定する温度確認手段を備え、
前記第1制御段階から前記第2制御段階への切り替えタイミングを、前記温度確認手段より得られる温度データをトリガーとして決定すること、
が好ましい。
(5) In the thermoforming apparatus according to any one of (1) to (3),
comprising temperature confirmation means for measuring the surface temperature of the sheet,
determining a switching timing from the first control stage to the second control stage using temperature data obtained from the temperature confirmation means as a trigger;
is preferred.

上記(4)または(5)に記載の態様により、適切なタイミングで成形を開始することができる。上記に説明したように、多段式圧力制御を行って成形する目的は、成形するにあたって、適切な温度にまで加熱されたシートを適切な圧力で圧空成形し、或いは真空成形を行うことで、より均一な厚みの、或いは狙った厚みの成形品を成形することが可能となる。そのタイミングについて、時間経過でも良いし温度確認手段による温度データに基づいて判断しても良い。 According to the aspect described in (4) or (5) above, molding can be started at an appropriate timing. As explained above, the purpose of molding with multi-stage pressure control is to air-form a sheet heated to an appropriate temperature at an appropriate pressure, or to perform vacuum forming to achieve even better results. It becomes possible to mold a molded product with a uniform thickness or a targeted thickness. The timing may be determined based on the passage of time or based on temperature data obtained by temperature confirmation means.

(6)(1)乃至(5)のいずれか1つに記載の熱成形装置において、
前記輻射式加熱手段は、
複数のヒーターが並べられてなり、
前記金型の凸部に対応する前記ヒーターが構成する第1エリアと、
該第1エリアを含まない前記ヒーターが構成する第2エリアと、を有し、
前記輻射式加熱手段には、
前記第1エリアと前記第2エリアとで異なる出力制御を可能とする加熱制御手段を備え、
前記加熱制御手段により、
第1加熱段階として、
前記輻射式加熱手段による前記シートへの初期加熱を行い、
第2加熱段階として、
前記シートと前記金型を近接させて前記凸部に前記シートが当接した際に、
前記第1エリアは出力を下げた低温加熱を行い、
前記第2エリアは前記第1エリアより出力を高めた高温加熱を行う、多段式加熱制御を可能とし、
前記第2加熱段階に、前記第1制御段階を開始すること、
が好ましい。
(6) In the thermoforming apparatus according to any one of (1) to (5),
The radiant heating means includes:
Multiple heaters are lined up,
a first area configured by the heater corresponding to a convex portion of the mold;
a second area configured by the heater that does not include the first area,
The radiant heating means includes:
comprising a heating control means that enables different output control in the first area and the second area,
By the heating control means,
As the first heating stage,
performing initial heating on the sheet by the radiant heating means;
As the second heating stage,
When the sheet and the mold are brought close to each other and the sheet comes into contact with the convex portion,
The first area performs low-temperature heating with reduced output,
The second area enables multi-stage heating control to perform high temperature heating with higher output than the first area,
starting the first control step during the second heating step;
is preferred.

上記(6)に記載の態様により、多段式加熱制御を行う熱成形装置を用いることで比較的低圧環境下での成形であってもより位置ズレなどが起きにくい精度の高い成形を実現することが可能となる。これは、第1加熱段階でドローダウンの生じない温度となるようにシートへの初期加熱を行い、金型の凸部分にシートが当接した後に第2加熱段階として第1エリアには出力を下げた低温加熱を行い、第2エリアにはより出力を高めた高温加熱をする方式を採用したためである。 According to the aspect described in (6) above, by using a thermoforming device that performs multistage heating control, it is possible to achieve highly accurate molding that is less likely to cause positional deviation even when molding is performed in a relatively low pressure environment. becomes possible. In the first heating stage, the sheet is initially heated to a temperature that does not cause drawdown, and after the sheet comes into contact with the convex part of the mold, the second heating stage is performed and the output is turned off to the first area. This is because we adopted a method that performs low-temperature heating and high-temperature heating with higher output in the second area.

第1加熱段階で輻射式加熱装置により加熱されたシートは、予熱された金型に当接した段階で当接部分において温度変化を生じる。金型とシートが直接接触することによる温度の変化を生じるからである。この結果、一様な加熱を続けると、必要以上に温度が上がる部分と、温度が不足する部分が出てきてしまう。これに対応するためにエリア分けして必要な加熱をすることで、加工したい部分をより加熱し、加工したくない部分の加熱を抑えて、シートを任意の形に成形し易くすることが出来る。 When the sheet heated by the radiant heating device in the first heating stage comes into contact with the preheated mold, a temperature change occurs at the contact portion. This is because a temperature change occurs due to direct contact between the mold and the sheet. As a result, if uniform heating is continued, there will be areas where the temperature rises more than necessary and areas where the temperature is insufficient. To cope with this, by dividing the area and applying the necessary heating, it is possible to heat the parts you want to process more and suppress the heating in the parts you don't want to process, making it easier to form the sheet into any shape. .

具体的には、第1エリアを例えば位置合わせが必要な伸ばしたくない箇所とすることで、最初に金型の凸部に当接した後は、第1エリアは低温となるように低温加熱をし、変形させる部分に対応する第2エリアをより高い出力で高温加熱するような成形が可能である。このように多段加熱制御を行い、加熱すべきエリアを切り分けることで、変形させたい部分を重点的に加熱してシートを変形させることが可能となる。その結果、より形状精度の高い成形を可能とする。 Specifically, for example, by setting the first area as a place that requires positioning and that you do not want to stretch, after the first area contacts the convex part of the mold, low-temperature heating is performed so that the first area is at a low temperature. However, it is possible to perform molding in which the second area corresponding to the portion to be deformed is heated at a higher temperature with higher output. By performing multi-stage heating control in this manner and dividing the area to be heated, it becomes possible to deform the sheet by heating the portion to be deformed intensively. As a result, molding with higher shape accuracy is possible.

(7)(6)に記載の熱成形装置において、
前記第1エリアに対応する前記シートの部分が、成形品における位置合わせが必要な部分とすること、
が好ましい。
(7) In the thermoforming apparatus described in (6),
A portion of the sheet corresponding to the first area is a portion of the molded product that requires alignment;
is preferred.

上記(7)に記載の態様により、第1エリアに対応するシートの部分は、金型の凸部に最初に当接し、第2加熱段階で低温加熱されることになるので、成形時に変形の影響を受けにくくなる。したがって成形品として位置合わせが必要な部分、例えば印刷がなされた部分や透明窓として使われる部分を第1エリアに対応させるシートの部分とすることで、成形時に生じるズレの影響を最小限に抑えることが可能である。 According to the aspect described in (7) above, the part of the sheet corresponding to the first area comes into contact with the convex part of the mold first and is heated at a low temperature in the second heating stage, so that there is no deformation during molding. become less susceptible. Therefore, by making the parts of the molded product that require alignment, such as printed parts and parts used as transparent windows, as parts of the sheet that correspond to the first area, the effects of misalignment that occur during molding can be minimized. Is possible.

(8)(6)または(7)に記載の熱成形装置において、
前記加熱制御手段は、前記シートの温度を確認する為の温度確認手段を備え、該温度確認手段により測定して得た前記シートの温度データを用いて、前記多段式加熱制御を行うこと、
が好ましい。
(8) In the thermoforming device according to (6) or (7),
The heating control means includes a temperature confirmation means for confirming the temperature of the sheet, and performs the multistage heating control using temperature data of the sheet obtained by measurement by the temperature confirmation means;
is preferred.

上記(8)に記載の態様により、放射温度計によって被測定体となるシートの温度を把握することができ、加熱制御手段によるより正確な制御を行うことができるため、形状精度の高い成形を可能とする。 According to the aspect described in (8) above, the temperature of the sheet to be measured can be determined by the radiation thermometer, and more accurate control can be performed by the heating control means, so that molding with high shape accuracy can be performed. possible.

本実施形態の、熱成形装置の概略構成についての説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a thermoforming apparatus according to the present embodiment. 本実施形態の、熱成形装置に用いるヒーターの平面図である。It is a top view of the heater used for the thermoforming apparatus of this embodiment. 本実施形態の、成形の第3工程を示す説明図である。It is an explanatory view showing the third process of molding of this embodiment. 本実施形態の、成形の第4工程を示す説明図である。It is an explanatory view showing the fourth process of molding of this embodiment. 本実施形態の、成形の第5工程を示す説明図である。It is an explanatory view showing the 5th process of molding of this embodiment. 本実施形態の、ヒーターの平面図で第3工程に対応している。The plan view of the heater in this embodiment corresponds to the third step. 本実施形態の、ヒーターの平面図で第4工程に対応している。The plan view of the heater in this embodiment corresponds to the fourth step. 本実施形態の、成形手順を示すタイムチャートである。It is a time chart showing the molding procedure of this embodiment. 本実施形態の、熱成形装置のシステムの概略図である。1 is a schematic diagram of a system of a thermoforming apparatus according to the present embodiment.

まず、本発明に係る実施形態の熱成形装置100の構成の概略について説明をする。図1は、本実施形態の、熱成形装置100の概略構成について説明する説明図である。熱成形装置100は、第1チャンバ101、第2チャンバ102、加熱手段110、及び金型200を有している。第1チャンバ101と第2チャンバ102で、成形対象となる樹脂製シートSを保持し、上側に配置された加熱手段110で加熱しながら成形をする構成の熱成形装置100である。 First, an outline of the configuration of a thermoforming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be explained. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a thermoforming apparatus 100 according to the present embodiment. The thermoforming apparatus 100 includes a first chamber 101, a second chamber 102, a heating means 110, and a mold 200. This thermoforming apparatus 100 has a configuration in which a resin sheet S to be molded is held in a first chamber 101 and a second chamber 102, and molded while being heated by a heating means 110 disposed above.

熱成形装置100の、第1チャンバ101及び第2チャンバ102には、それぞれ後述するコンプレッサーや真空ポンプが接続され、コンプレッサーや真空ポンプを作動させることで第1チャンバ101及び第2チャンバ102内の圧力調整を行うことができる。第1チャンバ101は下方に開口し、第2チャンバ102は上方に開口し、第1チャンバ101と第2チャンバ102を昇降させることで樹脂製シートSを挟み込むことのできる構造とすることで、樹脂製シートSを保持する。 A compressor and a vacuum pump, which will be described later, are connected to the first chamber 101 and the second chamber 102 of the thermoforming apparatus 100, respectively, and the pressure in the first chamber 101 and the second chamber 102 is reduced by operating the compressor or vacuum pump. Adjustments can be made. The first chamber 101 opens downward, the second chamber 102 opens upward, and by raising and lowering the first chamber 101 and the second chamber 102, the resin sheet S can be sandwiched. Holds the manufactured sheet S.

第1チャンバ101には、図示しないコンプレッサーや加圧タンクが接続され、後述する第1バルブV1を第1配管P1の途中に備えることで、第1チャンバ101内部を任意の圧力に加圧することができる。第2チャンバ102には、図示しない真空ポンプが接続され、後述する第2バルブV2を第2配管P2の途中に備えることで、第2チャンバ102内部を任意の圧力に減圧することができる。第1チャンバ101及び第2チャンバ102は、樹脂製シートSの成形時に行う加圧・及び減圧した際に生じる内圧に耐えられる構造である。第1バルブV1及び第2バルブV2は、内圧を検出して任意に圧力制御が可能な圧力制御バルブを用いている。 A compressor and a pressurizing tank (not shown) are connected to the first chamber 101, and by providing a first valve V1, which will be described later, in the middle of the first pipe P1, the inside of the first chamber 101 can be pressurized to an arbitrary pressure. can. A vacuum pump (not shown) is connected to the second chamber 102, and by providing a second valve V2, which will be described later, in the middle of the second pipe P2, the inside of the second chamber 102 can be reduced to an arbitrary pressure. The first chamber 101 and the second chamber 102 have a structure that can withstand the internal pressure generated when the resin sheet S is pressurized and depressurized during molding. The first valve V1 and the second valve V2 are pressure control valves that can detect internal pressure and arbitrarily control the pressure.

樹脂製シートSは、熱可塑性樹脂のポリカーボネートよりなり、厚さ300μm程度の矩形にカットされたシート材を採用している。この材質や厚みはあくまで一形態の例示である為、樹脂製シートSの材質や厚みはこれに限定されるものではないが、本発明は比較的薄手の樹脂シート加工における問題解決を目指すものである為、被加工物となる樹脂製シートSの厚みは250μm~500μm程度のシート材を用いることを想定している。なお、厚手の板材に用いることを妨げるものではなく、本発明を厚手の板材の成形に適用したとしても、有効な効果を奏することが期待できる。 The resin sheet S is made of polycarbonate, a thermoplastic resin, and is a sheet material cut into a rectangular shape with a thickness of about 300 μm. These materials and thicknesses are merely examples, and the material and thickness of the resin sheet S are not limited to these, but the present invention aims to solve problems in processing relatively thin resin sheets. Therefore, it is assumed that the thickness of the resin sheet S to be processed is approximately 250 μm to 500 μm. Note that this does not preclude use in thick plate materials, and even if the present invention is applied to the molding of thick plate materials, it can be expected that effective effects will be produced.

図2に、熱成形装置100に用いているヒーターの平面図を示す。加熱手段110は、樹脂製シートSの上方に配置されて、樹脂製シートSを上面から加熱する目的で用いられる輻射式加熱を行うヒーター111群であり、図2に示すように、上側昇降装置120の下面にヒーター111がタイル状に並べられてなる。図2では、説明の為に4行8列に整列するように描いているが、必要に応じてこれを増減することを妨げない。行列を増やすことで、より細かい形状に対応できるようになる。 FIG. 2 shows a plan view of the heater used in the thermoforming apparatus 100. The heating means 110 is a group of heaters 111 arranged above the resin sheet S to perform radiation heating used for heating the resin sheet S from the upper surface, and as shown in FIG. The heaters 111 are arranged in a tile pattern on the lower surface of the heater 120. In FIG. 2, for the sake of explanation, the cells are arranged in 4 rows and 8 columns, but this may be increased or decreased as necessary. By increasing the number of matrices, it becomes possible to handle more detailed shapes.

加熱手段110は、上側昇降装置120に保持されており、上側昇降装置120は後述する第1駆動装置121によって、第1チャンバ101内を任意の高さに加熱手段110を移動可能な構成となっている。また、それぞれのヒーター111は、後述する加熱制御手段250に接続されて任意に出力調整することができる。 The heating means 110 is held by an upper elevating device 120, and the upper elevating device 120 has a configuration in which the heating means 110 can be moved to an arbitrary height within the first chamber 101 by a first driving device 121, which will be described later. ing. Further, each heater 111 is connected to a heating control means 250, which will be described later, so that the output can be arbitrarily adjusted.

上側昇降装置120の上部には、上側昇降装置120及び加熱手段110に設けられた隙間より、樹脂製シートSの表面を狙って温度を測定する温度計(S1、S2)が設けられている。第1温度計S1及び第2温度計S2は樹脂製シートSの温度を非接触で測定する放射温度計を用いている。なお、温度計は後述する理由から必要に応じた数を設置する。 Thermometers (S1, S2) are provided at the top of the upper lifting device 120 to measure the temperature at the surface of the resin sheet S through the gap provided in the upper lifting device 120 and the heating means 110. The first thermometer S1 and the second thermometer S2 are radiation thermometers that measure the temperature of the resin sheet S in a non-contact manner. Note that as many thermometers as necessary are installed for reasons described later.

金型200は、後述する第2駆動装置211によって任意の高さに昇降可能な下側昇降装置210に保持されており樹脂製シートSの成形に用いる。金型200には凸部200aが形成されている。凸部200aは樹脂製シートSより成形されて作られる成形品Mの、例えば模様が印刷されてズレが生じたら困る部分や、透明度が必要で内部歪みが生じたら困るような部分に対応する部分としている。便宜的に金型200の凸部200a以外の部分については、便宜的に低部200bと定義する。 The mold 200 is held by a lower lifting device 210 that can be raised and lowered to any height by a second driving device 211, which will be described later, and is used for molding the resin sheet S. The mold 200 has a protrusion 200a formed therein. The convex portion 200a corresponds to a part of a molded product M made from a resin sheet S, for example, a part where a pattern is printed and would be problematic if misalignment occurs, or a part where transparency is required and internal distortion would be problematic. It is said that For convenience, the portion of the mold 200 other than the convex portion 200a is defined as a low portion 200b for convenience.

そして、金型200の凸部200aは、図2に示す加熱手段110のうち第1エリアA1に対応している。第1エリアA1は図2において二点鎖線で囲まれた4枚のヒーター111が含まれる領域で、それ以外の領域を第2エリアA2としている。金型200は、凸部200aとそれ以外の低部200bよりなり、加熱手段110の第2エリアA2は、低部200b及びその周りに樹脂製シートSが当接する部分に対応する。なお、この加熱手段110の領域を2つより増やすことを妨げない。 The convex portion 200a of the mold 200 corresponds to the first area A1 of the heating means 110 shown in FIG. The first area A1 is the area surrounded by the two-dot chain line in FIG. 2 and includes the four heaters 111, and the other area is the second area A2. The mold 200 consists of a convex part 200a and a lower part 200b, and the second area A2 of the heating means 110 corresponds to the lower part 200b and the part around which the resin sheet S comes into contact. Note that it is not prohibited to increase the number of regions of the heating means 110 from two to more.

図9に、熱成形装置のシステムの概略図を示す。加熱手段110は説明の都合で作図を省略しているが、ヒーター111がそれぞれ加熱制御手段250に接続されている。また、加熱制御手段250には、温度確認手段に相当する第1温度計S1及び第2温度計S2が接続され、ヒーター111の制御のトリガーに温度計(S1及びS2)のデータを用いている。第1温度計S1は第1エリアA1に対応するシートの部分を狙い、第2温度計S2は第2エリアA2に対応するシートの部分を狙うように設置されている。なお、温度計の数を必要に応じて増やすことを妨げない。加熱手段110を、第1エリアA1及び第2エリアA2に加えて更にエリアを増やした場合に、それに応じて温度計を増やし、加熱制御手段250に利用することが可能である。 FIG. 9 shows a schematic diagram of the thermoforming device system. Although the drawing of the heating means 110 is omitted for convenience of explanation, each heater 111 is connected to a heating control means 250. Further, a first thermometer S1 and a second thermometer S2, which correspond to temperature confirmation means, are connected to the heating control means 250, and data from the thermometers (S1 and S2) is used to trigger control of the heater 111. . The first thermometer S1 is installed so as to aim at the part of the sheet corresponding to the first area A1, and the second thermometer S2 is installed so as to aim at the part of the sheet corresponding to the second area A2. Note that the number of thermometers may be increased as necessary. When the area of the heating means 110 is further increased in addition to the first area A1 and the second area A2, it is possible to increase the number of thermometers accordingly and use them as the heating control means 250.

上側昇降装置120を駆動させる第1駆動装置121と、下側昇降装置210を駆動させる第2駆動装置211は、駆動制御手段260に接続されている。第1チャンバ101及び第2チャンバ102は、図9には描いていないがそれぞれに接続する第1バルブV1及び第2バルブV2は圧力制御手段270に接続されている。そして、これら加熱制御手段250、駆動制御手段260及び圧力制御手段270は制御盤300に備えられている。 A first drive device 121 that drives the upper lifting device 120 and a second driving device 211 that drives the lower lifting device 210 are connected to a drive control means 260. Although the first chamber 101 and the second chamber 102 are not shown in FIG. 9, the first valve V1 and the second valve V2 connected thereto are connected to the pressure control means 270. The heating control means 250, the drive control means 260, and the pressure control means 270 are provided on the control panel 300.

次に、樹脂製シートSの成形する手順について説明を行う。成形の様子は図1、図3乃至図5で示しており、成形は、図1、図3、図4、図5の順に行われる。図8に、成形時における各機能を制御するタイムチャートのイメージを示す。横軸には時間経過t1~t6を示し、工程を区切っている。以下に、第1工程Pr1乃至第6工程Pr6に分けて、図8に基づいてそれぞれの機器の動作について説明する。 Next, the procedure for molding the resin sheet S will be explained. The state of the molding is shown in FIGS. 1, 3 to 5, and the molding is performed in the order of FIGS. 1, 3, 4, and 5. FIG. 8 shows an image of a time chart for controlling each function during molding. The horizontal axis shows the elapsed time from t1 to t6 and separates the steps. Below, the operation of each device will be explained based on FIG. 8, divided into the first process Pr1 to the sixth process Pr6.

まず、第1工程Pr1では、図1に示すように投入された樹脂製シートSを第1チャンバ101及び第2チャンバ102で挟持するように、第1チャンバ101及び第2チャンバ102が閉じられる。 First, in the first step Pr1, the first chamber 101 and the second chamber 102 are closed so that the inserted resin sheet S is sandwiched between the first chamber 101 and the second chamber 102, as shown in FIG.

次に、第2工程Pr2では、上側昇降装置120を降下させた位置に加熱手段110を保持し、樹脂製シートSに対して上側から加熱する(図1の状態)。加熱手段110は、ヒーター111を用いた初期加熱を行う。この際の加熱は、樹脂製シートSが少し軟化する程度とし、第1温度計S1及び第2温度計S2で設定温度に達することを確認するまで加熱を行う。本実施形態では樹脂製シートSをポリカーボネートとしており、その軟化温度は150度程度なので、この時点で第1加熱段階として、ポリカーボネートが熱変形を始める140度前後の温度まで加熱する。この際には、素早く樹脂製シートSの加熱を完了したいので、ヒーター111の点火率(出力)は100%に設定している。 Next, in the second step Pr2, the heating means 110 is held at the position where the upper lifting device 120 is lowered, and the resin sheet S is heated from above (the state shown in FIG. 1). The heating means 110 performs initial heating using a heater 111. The heating at this time is such that the resin sheet S is slightly softened, and the heating is continued until it is confirmed that the set temperature is reached by the first thermometer S1 and the second thermometer S2. In this embodiment, the resin sheet S is made of polycarbonate, and its softening temperature is about 150 degrees, so at this point, in the first heating stage, it is heated to a temperature of about 140 degrees, at which the polycarbonate begins to undergo thermal deformation. At this time, since it is desired to quickly complete heating of the resin sheet S, the ignition rate (output) of the heater 111 is set to 100%.

次に、第3工程Pr3では、図3に示すように、上側昇降装置120を上昇させて加熱手段110を持ち上げる(図8では「ヒーター」と表記)と共に、下側昇降装置210によって金型200を上昇させて樹脂製シートSに当接させる(図8ではテーブルと表記)。この際に、金型200の凸部200aが、金型200の他の部分(低部200b)より先に樹脂製シートSに当接する。こうして、樹脂製シートSを加熱手段110で加熱しながら当接させることで、樹脂製シートSを変形させる。ここで、金型200の方が低め(120度程度)に加熱されているため、凸部200aが樹脂製シートSに当接することで、部分的に温度が下がる。 Next, in the third step Pr3, as shown in FIG. is raised and brought into contact with the resin sheet S (denoted as a table in FIG. 8). At this time, the convex part 200a of the mold 200 comes into contact with the resin sheet S before the other part (low part 200b) of the mold 200. In this way, the resin sheet S is deformed by being brought into contact with the resin sheet S while being heated by the heating means 110. Here, since the mold 200 is heated to a lower temperature (approximately 120 degrees), the convex portion 200a comes into contact with the resin sheet S, thereby partially lowering the temperature.

この際に、加熱制御手段250によって、図6に示すように、いずれのヒーター111も同じ出力での加熱を行う第1加熱段階から、図7に示すように、第2加熱段階として第1エリアA1と第2エリアA2とで温度設定を変えて加熱する状態に切り替える。ここで、図7に示す第1エリアA1は、加熱手段110の金型200の凸部200aと対応する位置であり、第2エリアA2はそれ以外の位置である。第1エリアA1に対応するヒーター111は、第3工程Pr3の時に引き続き点火率10%とし、第2エリアA2を含むそれ以外(第1エリアA1に対応するヒーター111を囲む位置に配置された)のヒーター111の点火率は50%としている。したがって、低部200bに当接させる樹脂製シートSの部分を積極的に加熱することになる。 At this time, the heating control means 250 changes the first heating stage from the first heating stage in which all the heaters 111 perform heating with the same output as shown in FIG. 6 to the first heating stage in the second heating stage as shown in FIG. The temperature setting is changed between A1 and the second area A2 to switch to a heating state. Here, the first area A1 shown in FIG. 7 is a position corresponding to the convex part 200a of the mold 200 of the heating means 110, and the second area A2 is a position other than that. The heater 111 corresponding to the first area A1 continues to have an ignition rate of 10% in the third step Pr3, and other areas including the second area A2 (arranged at positions surrounding the heater 111 corresponding to the first area A1) The ignition rate of the heater 111 is 50%. Therefore, the portion of the resin sheet S that is brought into contact with the lower portion 200b is actively heated.

次に、第4工程Pr4では、樹脂製シートSの表面温度が170度に到達したことをトリガーとして(第2温度計S2にて検出)、第1チャンバ101に加圧し、第2チャンバ102を減圧し始め、成形を開始する。第4工程Pr4は所定時間、経過時間t3から経過時間t4まで第1チャンバ101への加圧は第1バルブV1によって供給する圧縮空気の空気量を絞り(図8では「上微圧空」と表記)、第2チャンバ102の減圧は第2バルブV2によって排気する空気量を絞って(図8では「下微真空」と表記)低圧での成形を行う。第1バルブV1と第2バルブV2は圧力制御手段270によってその開度が制御される。具体的には、第1チャンバ101内の圧力は、0.1MPaとなるように制御され、第2チャンバ102内の圧力は、-0.05MPaとなるように制御されている。 Next, in the fourth step Pr4, using the fact that the surface temperature of the resin sheet S reaches 170 degrees as a trigger (detected by the second thermometer S2), the first chamber 101 is pressurized and the second chamber 102 is Begin to reduce the pressure and start molding. In the fourth step Pr4, the first chamber 101 is pressurized for a predetermined period of time from elapsed time t3 to elapsed time t4 by reducing the amount of compressed air supplied by the first valve V1 (indicated as "upper low pressure air" in FIG. 8). ), the pressure in the second chamber 102 is reduced by restricting the amount of air exhausted by the second valve V2 (denoted as "lower vacuum" in FIG. 8), and molding is performed at a low pressure. The opening degrees of the first valve V1 and the second valve V2 are controlled by the pressure control means 270. Specifically, the pressure in the first chamber 101 is controlled to be 0.1 MPa, and the pressure in the second chamber 102 is controlled to be -0.05 MPa.

次に、第5工程Pr5では、図5に示すように、第1チャンバ101への圧縮空気の供給量を増やし(図8では「上圧空」と表記)、第2チャンバ102からの排気する空気量を増やし(図8では「下本真空」と表記)て、つまり、第1バルブV1及び第2バルブV2を開放して、前の工程よりも高い圧力での成形を行う。ここで、図8に示すように、第1バルブV1の開放タイミングは、第2バルブV2の開放タイミングに遅れて制御されている。具体的には、第1チャンバ101内の圧力は0.7MPaとなるように制御され、第2チャンバ102内の圧力は-0.1MPaとなるように制御される。 Next, in the fifth step Pr5, as shown in FIG. In other words, the first valve V1 and the second valve V2 are opened to perform molding at a higher pressure than in the previous step. Here, as shown in FIG. 8, the opening timing of the first valve V1 is controlled to be delayed from the opening timing of the second valve V2. Specifically, the pressure in the first chamber 101 is controlled to be 0.7 MPa, and the pressure in the second chamber 102 is controlled to be -0.1 MPa.

最後に、第6工程Pr6では、第1チャンバ101及び第2チャンバ102の内圧を大気圧に戻す。その後、第1チャンバ101及び第2チャンバ102を開放して、樹脂製シートSを熱成形した成形品Mの取り出しを行う。 Finally, in the sixth step Pr6, the internal pressures of the first chamber 101 and the second chamber 102 are returned to atmospheric pressure. Thereafter, the first chamber 101 and the second chamber 102 are opened, and the molded product M obtained by thermoforming the resin sheet S is taken out.

本実施形態の熱成形装置100は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。 Since the thermoforming apparatus 100 of this embodiment has the above-mentioned configuration, it has the following functions and effects.

まず、位置ズレなどが起きにくい、より高い精度の成形品Mの熱成形が可能となる。これは、輻射式加熱装置(加熱手段110)によって樹脂製シートSの加熱を行い、金型200を用いて樹脂製シートSの金型賦形する熱成形装置100において、樹脂製シートSは、上部に配置される第1チャンバ101と下部に配置される第2チャンバ102に挟まれるように保持され、樹脂製シートSを成形する際に、第1チャンバ101又は第2チャンバ102内を任意の圧力に制御する圧力制御手段270を備える。 First, it becomes possible to thermoform the molded product M with higher precision, which is less likely to cause misalignment. In a thermoforming apparatus 100 that heats a resin sheet S using a radiation heating device (heating means 110) and shapes the resin sheet S using a mold 200, the resin sheet S is It is held so as to be sandwiched between a first chamber 101 disposed at the top and a second chamber 102 disposed at the bottom, and when molding the resin sheet S, the interior of the first chamber 101 or the second chamber 102 is A pressure control means 270 is provided to control the pressure.

そして、圧力制御手段270は、第1チャンバ101に接続される第1圧力制御バルブ(第1バルブV1)と、第2チャンバ102に接続される第2圧力制御バルブ(第2バルブV2)とを制御して、第2チャンバ102内の圧力を第1真空状態と、第1真空状態より真空度の高い第2真空状態とに任意に切り替える機能を有する。 The pressure control means 270 then controls a first pressure control valve (first valve V1) connected to the first chamber 101 and a second pressure control valve (second valve V2) connected to the second chamber 102. It has a function of controlling and arbitrarily switching the pressure in the second chamber 102 between a first vacuum state and a second vacuum state having a higher degree of vacuum than the first vacuum state.

第1制御段階として、樹脂製シートSと樹脂製シートSを近接させて樹脂製シートSの凸部200aに樹脂製シートSが当接した後に、第1チャンバ101内の圧力を第1加圧状態となるように制御し、又は第2チャンバ102内の圧力を第1真空状態となるように制御し、第2制御段階として、樹脂製シートSの熱成形の途中で、第1チャンバ101内の圧力を第2加圧状態となるように、又は第2チャンバ102内の圧力を第2真空状態となるように制御する、多段式圧力制御を可能とする。こうすることで、樹脂製シートSの熱成形時の位置ズレなどの発生を防止している。 As a first control step, after the resin sheets S are brought close to each other and the resin sheets S come into contact with the convex portions 200a of the resin sheets S, the pressure in the first chamber 101 is increased to a first pressure. or the pressure in the second chamber 102 is controlled to be in the first vacuum state, and as a second control step, during the thermoforming of the resin sheet S, the pressure in the first chamber 101 is controlled to be in the first vacuum state. This enables multi-stage pressure control in which the pressure in the second chamber 102 is controlled to be in the second pressurized state, or the pressure in the second chamber 102 is controlled to be in the second vacuum state. This prevents positional displacement of the resin sheet S during thermoforming.

つまり、図8に示すように多段階でのチャンバ内圧の制御をした成形を行っている。一番下に示す「真空圧力」のグラフは、経過時間t3から経過時間t4までは、第2チャンバ102内の圧力が低圧(-0.05MPa)で成形をしていることを示している。この時には、上述するように、第1チャンバ101には「上微圧空」の制御をONにして、内圧が0.1MPaとなるように圧力制御手段270によって第1配管P1からの圧縮空気を第1バルブV1で絞りながら供給し、第2チャンバ102には「下微真空」の制御をONにして、内圧が-0.05MPaとなるように圧力制御手段270によって第2配管P2からの排気を第2バルブV2で絞りながら行っている。これが第1制御段階である。 In other words, as shown in FIG. 8, molding is performed with the chamber internal pressure controlled in multiple stages. The "vacuum pressure" graph shown at the bottom shows that molding is performed at a low pressure (-0.05 MPa) in the second chamber 102 from elapsed time t3 to elapsed time t4. At this time, as described above, the "upper low pressure air" control is turned on in the first chamber 101, and the compressed air from the first pipe P1 is supplied to the first chamber 101 by the pressure control means 270 so that the internal pressure becomes 0.1 MPa. 1 valve V1 is used to reduce the supply, the "lower vacuum" control is turned on to the second chamber 102, and the pressure control means 270 exhausts air from the second pipe P2 so that the internal pressure is -0.05 MPa. This is done while throttling with the second valve V2. This is the first control stage.

次に、経過時間t4から経過時間t5まではより高圧(第1チャンバ101内は0.7Mpaで、第2チャンバ102内は-0.1MPaとなるように制御)で熱成形をする第2制御段階に移る。このように多段階の加圧をすることで、精密な成形が可能になる。いきなり高圧の圧空を行うと樹脂製シートSが必要以上に薄くなったり破れたりするなどの問題に繋がりやすいので、多段階加圧をすることで成形品Mの厚みを均一する成形を実現している。 Next, from the elapsed time t4 to the elapsed time t5, the second control performs thermoforming at a higher pressure (controlled to be 0.7 MPa in the first chamber 101 and -0.1 MPa in the second chamber 102). Move to the stage. By applying pressure in multiple stages in this way, precise molding becomes possible. If high-pressure air is applied all of a sudden, the resin sheet S will easily become thinner than necessary or break, so by applying pressure in multiple stages, it is possible to mold the molded product M with a uniform thickness. There is.

また、第1制御段階から第2制御段階への切り替えタイミングについて、図8に示すように単純時間経過だけでなく、例えば温度確認手段(第1温度計S1及び第2温度計S2)のデータを用いてもよい。第1制御段階から第2制御段階への切り替えは、樹脂製シートSの成形の進行度合いによって判断されるべきで、そのトリガーが時間経過か温度データかの何れかを参考にするということである。第2制御段階への切り替えは、樹脂製シートSの金型200への密着度合いを高めるためのもので、図5に示される様に樹脂製シートSが金型200の形状になった段階で、更に真空度を高める(第2真空状態に到達させる)ことで、より金型200の形状を樹脂製シートSに転写し易くなる。 Regarding the timing of switching from the first control stage to the second control stage, as shown in FIG. May be used. Switching from the first control stage to the second control stage should be determined based on the degree of progress of molding the resin sheet S, and the trigger should be based on either the passage of time or temperature data. . The purpose of switching to the second control stage is to increase the degree of adhesion of the resin sheet S to the mold 200, and when the resin sheet S takes the shape of the mold 200 as shown in FIG. By further increasing the degree of vacuum (reaching the second vacuum state), it becomes easier to transfer the shape of the mold 200 onto the resin sheet S.

また、第1加熱段階で速やかに樹脂製シートSの加熱を、ドローダウンしない温度にまで加熱した段階で金型200を樹脂製シートSに接触させることで、樹脂製シートSのドローダウンを防ぐ事ができる。更に、加熱する箇所をエリア分けして、加熱手段110に低温で加熱する第1エリアA1と、第1エリアA1より高温で加熱する第2エリアA2を設けることで、変形させる必要のある樹脂製シートSの部分を第2エリアA2に必要な加熱をすることで、変形させることが可能となる。したがって、結果的に加熱制御手段250でヒーター111を制御しながら多段階加熱を行うことで、樹脂製シートSのドローダウンを防いで成形品Mの成形精度を高めることが可能となる。 In addition, drawdown of the resin sheet S is prevented by bringing the mold 200 into contact with the resin sheet S at the stage where the resin sheet S is quickly heated to a temperature that does not cause drawdown in the first heating stage. I can do things. Furthermore, by dividing the area to be heated and providing the heating means 110 with a first area A1 that is heated at a low temperature and a second area A2 that is heated at a higher temperature than the first area A1, the area made of resin that needs to be deformed is provided. By applying the necessary heat to the second area A2 of the sheet S, it becomes possible to deform the sheet S. Therefore, by performing multi-stage heating while controlling the heater 111 with the heating control means 250, it is possible to prevent drawdown of the resin sheet S and improve the molding accuracy of the molded product M.

この際に、第1エリアA1に対応する樹脂製シートSの部分に、位置合わせが必要な部分、例えば樹脂製シートSの表面に印刷がなされており、ズレを生じると成形品Mとして整形された時に製品の性能に影響が出る場合や、成形時に生じる歪の影響で透明度に影響が出るような部分とすることで、ズレを生じたり内部歪の影響で透明部分が透過しづらくなったりすることを防ぐことができる。第1エリアA1に対応する樹脂製シートSの部分は、金型200の凸部200aに成形するにあたって最初に当接する部分となる。そして、第1エリアA1は第2加熱段階にて出力を第2エリアA2より更に絞るので、加熱しすぎて樹脂製シートSを必要以上に変形させ、場合によっては皺が寄ったり破れたりすることを防ぎ、樹脂製シートSを狙った形状に成形することが可能である。 At this time, the part of the resin sheet S corresponding to the first area A1 is printed on the part that requires alignment, for example, the surface of the resin sheet S, and if any misalignment occurs, it will be reshaped as a molded product M. In some cases, the performance of the product may be affected, or if the transparency is affected by distortion that occurs during molding, misalignment may occur, or internal distortion may make it difficult to see through the transparent part. This can be prevented. The portion of the resin sheet S corresponding to the first area A1 is the portion that first comes into contact with the convex portion 200a of the mold 200 during molding. Since the output of the first area A1 is further reduced than that of the second area A2 in the second heating stage, the resin sheet S may be overheated and deformed more than necessary, and may become wrinkled or torn as the case may be. It is possible to prevent this and mold the resin sheet S into a desired shape.

このように多段階加熱と多段階加圧を組み合わせて樹脂製シートSをチャンバ内圧の制御を行いながら熱成形することで、加熱時の樹脂製シートSのドローダウンを防ぎ、成形時に金型200にしっかりと樹脂製シートSを押し付けて形状精度の高い成形を実現することが可能となる。そして、従来のような低温加熱・超高圧を用いて樹脂製シートSを行う必要が無くなることで、装置校製を単純化でき、コストの低減にも期待ができる。 In this way, by combining multi-stage heating and multi-stage pressure to thermoform the resin sheet S while controlling the chamber internal pressure, drawdown of the resin sheet S during heating can be prevented, and the mold 200 can be lowered during molding. It becomes possible to firmly press the resin sheet S against the molding material and realize molding with high shape accuracy. Furthermore, since it is no longer necessary to form the resin sheet S using low-temperature heating and ultra-high pressure as in the past, equipment manufacturing can be simplified and costs can be expected to be reduced.

以上、本発明に係る熱成形装置100に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、例示した材質や温度は、適宜変更することを妨げない。また、温度勾配をさらに付けたければ、第2加熱段階で加熱手段110を樹脂製シートSに近接させることで、より樹脂製シートS上での温度勾配をハッキリつけることができる。凹凸が多く複雑な形状に成形するためには、第2加熱段階でのヒーター111の移動は有効である。逆に、加熱手段110を樹脂製シートSから遠ざければ温度勾配は緩やかにすることができる。 Although the thermoforming apparatus 100 according to the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and various changes can be made without departing from the spirit thereof. For example, the illustrated materials and temperatures may be changed as appropriate. Moreover, if it is desired to further create a temperature gradient, by bringing the heating means 110 closer to the resin sheet S in the second heating stage, the temperature gradient on the resin sheet S can be created more clearly. Moving the heater 111 in the second heating stage is effective in forming a complex shape with many irregularities. Conversely, if the heating means 110 is moved away from the resin sheet S, the temperature gradient can be made gentler.

また、多段階加熱として、第1加熱段階において、樹脂製シートSに対する初期加熱には、ヒーター111の点火率を100%にすると説明しているが、必要に応じて加熱手段110を第1エリアA1、第2エリアA2とは異なるエリア分けをして、或いは第1エリアA1、第2エリアA2のエリア分けに応じて点火率を変えて加熱することを妨げない。例えば、樹脂製シートSの周囲よりも中央部分の点火率を低く設定することで、樹脂製シートSの加熱を均一に行う様なことが考えられる。こうした第1加熱段階に求められるのは、樹脂製シートSへのスムーズな加熱とドローダウンなどの問題が生じないような工夫であるため、その後、第2加熱段階に求められる特定の部位の昇温を極力下げておきたいという目的とは異なる。本発明ではこうした第1加熱段階と第2加熱段階とで異なる加熱条件を設定した多段階加熱を行うことで、樹脂製シートSの高精度な成形を実現している。 Further, as multi-stage heating, it is explained that the ignition rate of the heater 111 is set to 100% for the initial heating of the resin sheet S in the first heating stage, but if necessary, the heating means 110 is It does not prevent heating by dividing the area into areas different from A1 and the second area A2, or changing the ignition rate according to the area classification into the first area A1 and the second area A2. For example, it may be possible to heat the resin sheet S uniformly by setting the ignition rate in the central portion of the resin sheet S to be lower than that in the periphery. What is required in the first heating stage is smooth heating of the resin sheet S and a device that does not cause problems such as drawdown. The purpose is different from wanting to keep the temperature as low as possible. In the present invention, highly accurate molding of the resin sheet S is achieved by performing multi-stage heating in which different heating conditions are set for the first heating stage and the second heating stage.

また、本実施形態では金型200を用いた金型賦形の例を示しているが、基材に対して樹脂製シートSを被覆接着する熱成形に対しても本発明を用いることを妨げるものではない。本発明を金型賦形に用いる場合であっても、基材に対する樹脂製シートSの密着性を高めることができ、より精度の高い成形を実現することができる。また、本実施形態では第1加熱段階や第2加熱段階のトリガーに、第1温度計S1及び第2温度計S2より得たデータを用いている。しかしながら、温度データをトリガーにする方法とは別に、時間をトリガーにしたり、真空度を見てトリガーにしたりすることは考えられるので、適宜変更することを妨げない。 Furthermore, although this embodiment shows an example of mold shaping using the mold 200, the present invention cannot be applied to thermoforming in which a resin sheet S is coated and adhered to a base material. It's not a thing. Even when the present invention is used for mold shaping, the adhesion of the resin sheet S to the base material can be improved, and more accurate molding can be achieved. Further, in this embodiment, data obtained from the first thermometer S1 and the second thermometer S2 is used to trigger the first heating stage and the second heating stage. However, apart from using temperature data as a trigger, it is conceivable to use time as a trigger or to use the degree of vacuum as a trigger, so it is possible to change it as appropriate.

また、本実施形態では熱成形装置100の第1チャンバ101及び第2チャンバ102の内圧について例示し、図8でそのタイミングについて説明を行っている。しかしながら、第1制御段階では低圧に、第2制御段階ではより高圧にするという多段階の制御をすることが発明の要旨なので、樹脂製シートSの厚みや温度に合わせて適宜その数値を多少増減することを妨げない。 Further, in this embodiment, the internal pressures of the first chamber 101 and the second chamber 102 of the thermoforming apparatus 100 are illustrated, and the timing thereof is explained with reference to FIG. However, since the gist of the invention is to perform multi-stage control in which the pressure is set to a low pressure in the first control stage and the pressure is set to a higher pressure in the second control stage, the numerical value may be increased or decreased as appropriate depending on the thickness and temperature of the resin sheet S. do not prevent you from doing so.

S 樹脂製シート
A1 第1エリア
A2 第2エリア
100 熱成形装置
110 加熱手段
111 ヒーター
250 加熱制御手段
200 金型
200a 凸部
S Resin sheet A1 First area A2 Second area 100 Thermoforming device 110 Heating means 111 Heater 250 Heating control means 200 Mold 200a Convex portion

Claims (4)

輻射式加熱手段によってシートの加熱を行い、金型を用いて前記シートの金型賦形又は基材への被覆接着する熱成形装置において、
前記シートは、上部に配置される第1チャンバと下部に配置される第2チャンバの間に保持され、
前記シートを成形する際に、前記第1チャンバ又は前記第2チャンバの内圧を制御する圧力制御手段を備え、
該圧力制御手段は、
前記第1チャンバに接続される第1圧力制御バルブを制御して、前記第1チャンバ内の圧力を第1加圧状態と、該第1加圧状態より前記第1チャンバの内圧が高い第2加圧状態とに切り替える機能、
又は前記第2チャンバに接続される第2圧力制御バルブを制御して、前記第2チャンバ内の圧力を第1真空状態と、該第1真空状態より真空度の高い第2真空状態とに切り替える機能を有し、
前記圧力制御手段が、
第1制御段階として、
前記シートと前記金型を近接させて前記金型の凸部に前記シートが当接した後に、前記第1チャンバ内の圧力を前記第1加圧状態となるように制御し、又は前記第2チャンバ内の圧力を前記第1真空状態となるように制御し、
第2制御段階として、
前記シートの成形の途中で、前記第1チャンバ内の圧力を前記第2加圧状態となるように制御する、又は前記第2チャンバ内の圧力を前記第2真空状態となるように制御する、多段式圧力制御を可能とすること、
を特徴とする熱成形装置。
In a thermoforming device that heats a sheet using a radiation heating means and uses a mold to shape the sheet into a mold or coat and adhere the sheet to a base material,
The sheet is held between a first chamber located at the top and a second chamber located at the bottom,
comprising a pressure control means for controlling the internal pressure of the first chamber or the second chamber when molding the sheet;
The pressure control means includes:
A first pressure control valve connected to the first chamber is controlled to set the pressure in the first chamber to a first pressurized state and to a second pressurized state in which the internal pressure of the first chamber is higher than the first pressurized state. Ability to switch between pressurized state and
Alternatively, controlling a second pressure control valve connected to the second chamber to switch the pressure in the second chamber between a first vacuum state and a second vacuum state having a higher degree of vacuum than the first vacuum state. Has a function,
The pressure control means
As the first control stage,
After the sheet and the mold are brought close to each other and the sheet comes into contact with a convex part of the mold, the pressure in the first chamber is controlled to be in the first pressurized state, or the pressure in the first chamber is controlled to be in the first pressurized state, or controlling the pressure in the chamber to the first vacuum state;
As the second control stage,
During the forming of the sheet, the pressure in the first chamber is controlled to be in the second pressurized state, or the pressure in the second chamber is controlled to be in the second vacuum state; enabling multi-stage pressure control;
A thermoforming device featuring:
請求項に記載の熱成形装置において、
前記第1制御段階から前記第2制御段階への切り替えのタイミングを、時間経過をトリガーとして決定すること、
を特徴とする熱成形装置。
The thermoforming device according to claim 1 ,
determining the timing of switching from the first control stage to the second control stage using elapsed time as a trigger;
A thermoforming device featuring:
請求項1に記載の熱成形装置において、
前記シートの表面温度を測定する温度確認手段を備え、
前記第1制御段階から前記第2制御段階への切り替えタイミングを、前記温度確認手段より得られる温度データをトリガーとして決定すること、
を特徴とする熱成形装置。
The thermoforming device according to claim 1 ,
comprising temperature confirmation means for measuring the surface temperature of the sheet,
determining a switching timing from the first control stage to the second control stage using temperature data obtained from the temperature confirmation means as a trigger;
A thermoforming device featuring:
請求項1に記載の熱成形装置において、
前記輻射式加熱手段は、
複数のヒーターが並べられてなり、
前記金型の凸部に対応する前記ヒーターが構成する第1エリアと、
該第1エリアを含まない前記ヒーターが構成する第2エリアと、を有し、
前記輻射式加熱手段には、
前記第1エリアと前記第2エリアとで異なる出力制御を可能とする加熱制御手段を備え、
前記加熱制御手段により、
第1加熱段階として、
前記輻射式加熱手段による前記シートへの初期加熱を行い、
第2加熱段階として、
前記シートと前記金型を近接させて前記凸部に前記シートが当接した際に、
前記第1エリアは出力を下げた低温加熱を行い、
前記第2エリアは前記第1エリアより出力を高めた高温加熱を行う、多段式加熱制御を可能とし、
前記第2加熱段階に、前記第1制御段階を開始すること、
を特徴とする熱成形装置。
The thermoforming device according to claim 1 ,
The radiant heating means includes:
Multiple heaters are lined up,
a first area configured by the heater corresponding to a convex portion of the mold;
a second area configured by the heater that does not include the first area,
The radiant heating means includes:
comprising a heating control means that enables different output control in the first area and the second area,
By the heating control means,
As the first heating stage,
performing initial heating on the sheet by the radiant heating means;
As the second heating stage,
When the sheet and the mold are brought close to each other and the sheet comes into contact with the convex portion,
The first area performs low-temperature heating with reduced output,
The second area enables multi-stage heating control to perform high temperature heating with higher output than the first area,
starting the first control step during the second heating step;
A thermoforming device featuring:
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