JPH07276490A

JPH07276490A - 熱可塑性樹脂シートの加熱成形方法及び装置

Info

Publication number: JPH07276490A
Application number: JP6859394A
Authority: JP
Inventors: Yuji Chiba; 裕司千葉
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 1995-10-24
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: JP2926301B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加熱中のシート素材の発泡および酸化による
変色を回避することのできる熱可塑性樹脂シートの加熱
方法及び装置を提供すること。【構成】最大エネルギー波長が１〜３μｍである短波
長あるいは中波長の上ヒータ１１、下ヒータ１４を用い
て樹脂シート１を間接加熱し、前記樹脂シートの軟化点
近傍に予熱されたフレーム５にて前記樹脂シートを保温
した状態にて、雌金型２、雄金型３により立体的成形を
行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂シート素
材あるいは熱可塑性樹脂を主構成材料とする繊維強化複
合シート素材（以下、これらを熱可塑性樹脂シートと総
称する）の加熱成形方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在実用化されている熱可塑性樹脂シー
ト成形における加熱成形方法として、真空圧空成形等に
用いられる最大エネルギー波長が４μｍ近傍である遠赤
外線ヒータによる方法もしくは、ＧＭＴ（グラスマッ
トサーモフォーミングシート）成形等に用いられる熱
風／遠赤外線ヒータ等を用いた加熱炉による方法があげ
られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最大エネルギー波長が
４μｍ近傍にある遠赤外線ヒータによる加熱成形方法
は、そのヒータの出力波長と樹脂の吸収波長がほぼ一致
するため樹脂の加熱に有効とされているが、厚物素材の
場合、ヒータの出力波長は樹脂の表面層で吸収されるた
め素材内部まで浸透しにくく、素材内部の温度上昇は素
材表面からの熱伝導が支配的となる。一般に、樹脂の熱
伝導は金属と比較して低く、このため最大エネルギー波
長が４μｍ近傍にある遠赤外線ヒータで素材内部を成形
可能温度まで加熱するには時間がかかり、素材によって
は表面の温度が上がりすぎて発泡および酸化による変色
を生じる場合がある。

【０００４】一方、熱風／遠赤外線ヒータ等を用いた加
熱炉による加熱成形方法は、素材表面の熱伝達によりエ
ネルギーを受け、素材内部の温度上昇は上記の場合と同
様、素材表面からの熱伝導となる。この場合も同様に、
素材によって発泡および酸化による変色を生じる場合が
ある。

【０００５】これらの問題を回避するため、吸水性のあ
る素材では加熱前工程で予備乾燥を行う必要があり、予
備乾燥無しでは加熱時に素材の発泡が生じ、成形品の性
状を著しく損なってしまう。

【０００６】例えば、熱可塑性樹脂シートの一例とし
て、ポリカーボネイトの場合には、空気中の水分を吸水
するため、加熱前に熱風炉による予備乾燥工程が必要で
ある。

【０００７】以上のような問題点に鑑み、本発明の主た
る課題は、加熱中の素材の発泡および酸化による変色を
回避することのできる熱可塑性樹脂シートの加熱成形方
法及び装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の課題は、予備乾燥工程を省略
することのできる熱可塑性樹脂シートの加熱成形方法及
び装置を提供することにある。

【０００９】本発明の更に他の課題は、省エネルギー効
果の高い熱可塑性樹脂シートの加熱成形方法及び装置を
提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、熱可塑
性樹脂シート素材あるいは熱可塑性樹脂を主構成材料と
する繊維強化複合シート素材（以下、素材と略称する）
から、立体的成形品を加熱成形する加熱成形方法におい
て、最大エネルギー波長が１〜３μｍである短波長ある
いは中波長ヒータを用いて前記素材を間接加熱し、前記
素材の軟化点近傍に予熱されたフレームにて前記素材を
保温した状態にて、金型により立体的成形を行うように
したことを特徴とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形方
法が得られる。

【００１１】本発明によればまた、熱可塑性樹脂シート
素材あるいは熱可塑性樹脂を主構成材料とする繊維強化
複合シート素材（以下、素材と略称する）から、立体的
成形品を加熱成形する加熱成形方法において、前記素材
をその端部において保持するための可動のクランプ部
と、前記素材をその上下両面又は片面から間接加熱する
最大エネルギー波長が１〜３μｍである短波長あるいは
中波長のヒータと、前記素材の軟化点近傍に予熱され、
中央部に下金型用の空間を有すると共に、前記素材を保
温状態にて保持するための下フレームと、前記素材の軟
化点近傍に予熱され、中央部に前記下金型との間で成形
を行うための上金型用の空間を有すると共に、前記下フ
レームとの間に前記素材を挟み込んで保温するための上
フレームとを含み、前記上フレームを前記下フレームか
ら十分に離間させた状態にてこれらの間に位置させた前
記素材を前記ヒータにより上下両面又は片面から間接加
熱するステップと、前記ヒータを前記上フレームと前記
下フレームとの間の空間から退避させるステップと、前
記素材を前記上フレームと前記下フレームのうちの一方
のフレーム面に保持された状態にするステップと、前記
上フレームと前記下フレームのうちの他方のフレームを
前記素材と接する位置まで移動させると共に、前記上下
金型で成形を行うステップと、成形品を前記下金型と前
記上金型との間で冷却するステップとを含むことを特徴
とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形方法が得られる。

【００１２】本発明による加熱成形装置は、前記素材の
軟化点以下に予熱された下金型と、該下金型との間で成
形を行うために該下金型の上方に配置され、前記素材の
軟化点以下に予熱された上金型と、前記下金型と前記上
金型との間に配置されて前記素材をその両端部において
保持するための上下動可能なクランプ部と、該クランプ
部で保持された前記素材の上下方空間又は一方空間に出
入り可能に配置され、前記素材をその上下面又は片面か
ら加熱する最大エネルギー波長が１〜３μｍである短波
長あるいは中波長の上下ヒータ又は一つのヒータと、前
記クランプ部で保持された前記素材の下方空間に前記下
金型と隣接して配置され、中央部には前記下金型のため
の開口を有すると共に、前記素材の軟化点近傍に予熱さ
れて前記開口の周囲において前記素材を載置保持する下
フレームと、前記クランプ部で保持された前記素材の上
方空間に配置され、中央部には前記上金型の出入り可能
な開口を有すると共に、前記素材の軟化点近傍に予熱さ
れて前記下フレームとの間に前記素材を挟み込むことの
できる上フレームと、前記一方のフレーム又は上下フレ
ームを上下動させる駆動装置と、前記上下ヒータ又は前
記一つのヒータの出力を制御する制御装置とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１３】

【実施例】本発明により熱可塑性樹脂シートから箱型形
状品を加熱成形する成形プロセスの工程の一例を図１〜
図６に示す。なお、この実施例は下金型及び下フレーム
が固定されたものの例である。図１において、１は成形
に供される熱可塑性の樹脂シート、１′（図６）は成形
品、２は箱型形状の下金型（以下、雌金型とする）で固
定状態におかれる。３は上金型（以下、雄金型とする）
で油圧もしくは空圧で上下に駆動される。雌金型２およ
び雄金型３はヒータ（シーズヒータ、カートリッジヒー
タ、温調水、水蒸気等）で樹脂シート１の軟化点以下に
予熱されている。

【００１４】４，５は賦形における樹脂シート１の雌金
型２への滑り込み量に応じた温度勾配をヒータ（シーズ
ヒータ、カートリッジヒータ、温調水、水蒸気等）の埋
め込み密度もしくは流量径を変えることにより設定し、
樹脂シート１の軟化点近傍に予熱されたフレーム（熱
板）で、上フレーム４は雄金型３のスライド案内部にガ
イドおよびロッドを介して取付けられている。下フレー
ム５は雌金型２に取付けられている。１３は樹脂シート
１をその両端において挟み込んで保持するクランパ、１
１，１４は樹脂シート１を上下方向から加熱する上下間
接加熱用のヒータで、最大波長が４μｍ近傍である遠赤
外線ヒータよりも波長の短い最大波長が１〜３μｍであ
る短波長もしくは中波長ヒータである。

【００１５】図７は上記構成要素を備えた加熱成形装置
であり、図８、図９はその平面図、側面図を示す。本加
熱成形装置は既存の加熱炉を持つＧＭＴ成形装置１００
に取付可能な構造となっている。１１は短波長もしくは
中波長の上ヒータ、１２は上ヒータ１１を装置の成形エ
リア内外に出し入れするための上ヒータレール、１４は
短波長もしくは中波長の下ヒータ、１５は下ヒータ１４
を成形エリア内外に出し入れするための下ヒータレー
ル、１６はこれら上ヒータ１１，下ヒータ１４、上ヒー
タレール１２，下ヒータレール１５、およびクランパ１
３を保持している架台であり、キャスタ１７にて既存の
ＧＭＴ成形装置１００への脱着が容易にできる構造とな
っている。

【００１６】図１０はヒータ部の詳細であり、上ヒータ
１１、下ヒータ１４はそれぞれヒータの向き以外は同じ
ものであるので、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）では下ヒ
ータ１４回りについて図示している。図１０（ａ）にお
いて、２１は下ヒータ１４が取り付けられているヒータ
フレーム２６を駆動するためのインバータモータで、カ
ップリング２２を介して軸２３の一端に連結している。
図１０（ｃ）に示すように、軸２３の他端に固定されて
いる歯車２４が下ヒータレール１５の一端に配置されて
いる。歯車２４と下ヒータレール１５の他端に配置され
ているアイドラ２７との間にはチェーン２５がかけられ
ている。このチェーン２５にはヒータフレーム２６の一
部が連結されていることにより、歯車２４の回転により
下ヒータ１４が移動可能に構成されている。図１０
（ｅ）に示すように、ヒータフレーム２６には車輪２８
があり、下ヒータレール１５に沿って成形エリア内外を
移動可能にしている。上ヒータ１１についても同様に構
成されている。

【００１７】なお、ヒータを移動させる方式としては、
他に、ロッドレスシリンダ方式や、ラック・ピニオン方
式、又は油圧、空圧シリンダのピストンロッドの先端を
ヒータフレーム２６に固定して駆動するようにしても良
いし、他の公知の駆動方式を利用することもできる。本
実施例のチェーン式は、スペース的にも設備費の面から
も他の方式に比べ有効である。

【００１８】図１１はクランパ部の詳細であり、本図の
如きものが図１の左右対称の両側位置にあり、樹脂シー
トの対向する２辺をクランプする。３１はクランプ作動
用のエア又は空圧シリンダで、フローティングジョイン
ト３２を介してラック３３、ピニオン３４を作動させ、
ピニオン３４は軸３５を介して軸３５に定間隔をおいて
固定された複数のクランププレート３６を回転させる。
各クランププレート３６には、先端にテーパをつけた複
数のクランプボルト３７を設けることにより、クランプ
時には樹脂シートにクランプボルト３７の先端を食らい
つかせて、樹脂シートの滑りを防止する。

【００１９】３８はシリンダ３１からクランプボルト３
７までを保持しているクランプベースであり、シャフト
３９をガイドするためのブッシュ４０を内蔵し、コイル
スプリング４１により樹脂シートを引張る方向に力が作
用していることにより、シャフト３９上を移動可能な構
造となっている。４２は手動によりハンドルを回すこと
でクランプベース３８を樹脂シートの引張り方向とは逆
方向に移動させるクランプバーであり、ストロークエン
ドでロック可能な機構を持つものである。

【００２０】なお、軸３５を回転させる方式としては、
他に、インバータモータ、ＡＣサーボモータで軸３５を
回転させたり、軸３５にアームを固定し、そのアームを
シリンダ３１で回転させるようにしても良いし、他の公
知の駆動方式を利用することもできる。また、クランプ
ベース３８を移動させる方式としては、コイルスプリン
グ４１以外にシリンダ又はラック・ピニオン等を利用す
ることができる。更に、クランプベース３８を樹脂シー
トの引張方向とは逆方向に移動させる方式としては、シ
リンダ又はラック・ピニオン等の駆動方式を利用するこ
とができ、このような方式を利用すれば遠隔操作が可能
である。

【００２１】図１２は上ヒータ１１とクランパ部とを昇
降させる機構の片側の詳細であり、４５はエア又は空圧
シリンダ、４６はシリンダ４５の出力軸と連結したガイ
ドであり、架台１６（図７）に上下方向に延びるように
固定されたシャフト４７上を上ヒータ１１およびクラン
プ部とともに昇降動作する。

【００２２】図１３は樹脂シート１が成形された成形品
の斜視図と、温度勾配をつけた上フレーム４と下フレー
ム５の図である。図１３（ａ）は成形品１´の斜視図で
ある。図から明らかなように、樹脂シート１の角部は滑
り込みがなく、樹脂シート１の辺の中間部が最も滑り込
みが多くなっている。

【００２３】図１３（ｂ）は上フレーム４と下フレーム
５との温度分布を示した図であり、上フレーム４、下フ
レーム５の角部は別の場所に比べて２０〜３０℃程度だ
け温度が低くなっている。また、図１３（ｃ）は上フレ
ーム４と下フレーム５とに埋め込まれたヒータ（シーズ
ヒータ）を示した図であり、上フレーム４、下フレーム
５の角部は別の場所に比べてヒータの埋め込み密度が疎
になっている。

【００２４】図１４は本加熱成形装置における上ヒータ
１１及び下ヒータ１４の出力を制御する制御装置のブロ
ック図である。図１４において、ここでは上ヒータ１１
及び下ヒータ１４はそれぞれ、図１０（ｄ）、図１０
（ｅ）にも示したように、互いに平行になるように並設
された多数の棒状のヒータ素子１１−１，１４−１から
成る。そして、上ヒータ１１及び下ヒータ１４における
多数のヒータ素子はそれぞれ、３つのゾーンＵ１，Ｕ
２，Ｕ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に対応して分割されてい
る。

【００２５】４つの電源オン、オフ用の無接点リレーユ
ニットＳＳＲ１〜ＳＳＲ４には交流電源ＡＣが接続され
ている。そして、上ヒータ側のゾーンＵ１に属するヒー
タ素子はすべて無接点リレーユニットＳＳＲ１に接続さ
れ、ゾーンＵ２，Ｕ３に属するヒータ素子はすべて無接
点リレーユニットＳＳＲ２に接続されている。一方、下
ヒータ側のゾーンＤ１に属するヒータ素子はすべて無接
点リレーユニットＳＳＲ３に、ゾーンＤ２，Ｄ３に属す
るヒータ素子はすべて無接点リレーユニットＳＳＲ４に
それぞれ接続されている。

【００２６】このようにして、ゾーンＵ１、ゾーンＵ２
とＵ３、ゾーンＤ１、及びゾーンＤ２とＤ３に属するヒ
ータ素子が無接点リレーユニットＳＳＲ１〜ＳＳＲ４に
より個別に出力制御可能に構成されている。なお、実際
には、無接点リレーユニットＳＳＲ１〜ＳＳＲ４はそれ
ぞれ、後述するサイクルコントロールユニット６１〜６
４との組み合わせにより出力制御を行うものであり、こ
れらの４組の組合わせはそれぞれ、通電制御ユニットと
して作用する。

【００２７】本制御装置はまた、加熱中の樹脂シート１
の温度をその上下両面側から検出するために、上ヒータ
１１の上方及び及び下ヒータ１４の下方にそれぞれ２個
ずつ放射温度計測定部５１−１，５２−１，５３−１，
５４−１が配置されている。これらの放射温度計測定部
５１−１〜５４−１はそれぞれ、放射温度計コントロー
ラ部５１〜５４に接続されている。放射温度計コントロ
ーラ部５１〜５４の出力はそれぞれ、Ａ／Ｄ変換器５６
〜５９を介してＣＰＵ６０に入力される。ここで、Ａ／
Ｄ変換器５６の出力はシート上面センタ部の温度Ｔ₁を
示すディジタルデータであり、Ａ／Ｄ変換器５７の出力
はシート上面端部の温度Ｔ₂を示すディジタルデータで
ある。同様に、Ａ／Ｄ変換器５８の出力はシート下面セ
ンタ部の温度Ｔ₃を示すディジタルデータであり、Ａ／
Ｄ変換器５９の出力はシート下面端部の温度Ｔ₄を示す
ディジタルデータである。

【００２８】ＣＰＵ６０は、温度Ｔ₁〜Ｔ₄を示すディ
ジタルデータを用いて、一定時間毎にこれらの値がすべ
てあらかじめ定められた値Ｔ_mに達したかどうかの判定
を行い、１つでも値Ｔ_mに達していなければ下記の演算
を行い、上側センタ部のヒータ補正係数ｅ₁、上側端部
のヒータ補正係数ｅ₂、下側センタ部のヒータ補正係数
ｅ₃、下側端部のヒータ補正係数ｅ₄を算出する。な
お、ここでは、ヒータ補正係数ｅ₂については一定値１
としている。

【００２９】ｅ₁＝［１−（Ｔ₁−Ｔ₂）／Ｔ₂］ｅ₃＝［１−（Ｔ₃−Ｔ₂）／Ｔ₂］ｅ₄＝［１−（Ｔ₄−Ｔ₂）／Ｔ₂］ＣＰＵ６０は、上記のようにして一定時間毎に算出した
ヒータ補正係数ｅ₁〜ｅ₄をそれぞれ、出力調整用のサ
イクルコントロールユニット６１〜６４を経由して無接
点リレーユニットＳＳＲ１〜ＳＳＲ４に出力する。ここ
では、サイクルコントロールユニット６２はｅ₂＝１で
あるので一定の出力を維持するように制御信号を出力す
る。サイクルコントロールユニット６１、６３、６４は
それぞれ、ヒータ補正係数ｅ₁，ｅ₃，ｅ₄にもとづい
て樹脂シートの温度分布を低減すべくヒータ素子の出力
制御用の制御信号を無接点リレーユニットＳＳＲ１、Ｓ
ＳＲ３、ＳＳＲ４に出力する。以上のようにして、値Ｔ
_mを基準とするフィードバック制御が行われる。なお、
温度Ｔ₁〜Ｔ₄は、ＣＰＵ６０において定期的に内部メ
モリに記憶され、これらの値は必要に応じてディスプレ
イ６５により時間変動がわかるような形式で表示され
る。

【００３０】設定部６６は、上記した値Ｔ_mを入力する
他、樹脂シートの厚さや色に関するデータを入力する。
色に関するデータを入力するのは、樹脂シートの色によ
って放射温度計測定部の感度が変化するからであり、Ｃ
ＰＵ６０では入力された色に応じて、検出された温度Ｔ
₁〜Ｔ₄にあらかじめ定められた色係数を乗じて補正を
行う。色係数としては、良く知られているように、例え
ば白の場合には１．０、黒の場合には０．８といった値
を用いる。更に、後述するように、成形される素材が厚
物やラミネートフィルムの場合には、加熱を開始してか
ら所定時間後に出力を低下させたり、上昇させたりする
必要があるので、設定部６６からこのような動作のため
に必要な出力値、時間等を入力する。

【００３１】図１５は上述した制御装置により通常の加
熱を行う場合の動作の流れを示すフローチャート図であ
る。図１５において、ステップＳ１では値Ｔ_mを設定部
６６から入力する。ステップＳ２において加熱をスター
トすると、ステップＳ３ではＣＰＵ６０においてＡ／Ｄ
変換器５６〜５９を介して入力される放射温度計測定部
５１−１〜５４−１からの温度Ｔ₁〜Ｔ₄がすべて値Ｔ
_mに達したかどうかの判定が行われ、値Ｔ_mに達してい
なければステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、
ＣＰＵ６０において温度Ｔ₁〜Ｔ₄を用いてヒータ補正
係数ｅ₁〜ｅ₄の算出が行われ、ＣＰＵ６０は算出した
ヒータ補正係数ｅ₁〜ｅ₄をそれぞれ、出力調整用のサ
イクルコントロールユニット６１〜６４を経由して、無
接点リレーユニットＳＳＲ１〜ＳＳＲ４に出力すること
でヒータの出力制御が行われる。必要に応じて、ステッ
プＳ５では温度Ｔ₁〜Ｔ₄がディスプレイ表示される。
ステップＳ４が終了すると再びステップＳ３に戻ってＣ
ＰＵ６０により判定動作が行われ、温度Ｔ₁〜Ｔ₄がす
べて値Ｔ_mに達していればステップＳ６に移行して、上
ヒータ１１と下ヒータ１４による間接加熱動作が終了す
る。

【００３２】次に、本発明による加熱成形装置の動作に
ついて説明する。

【００３３】１）樹脂シートのセット（図１）クランプバー４２を手動で回してロックを行い、クラン
プベース３８を熱可塑性の樹脂シート１のクランプ位置
（シート幅）にあわせる。次に、樹脂シート１をクラン
プ部に手動でセットし、シリンダ３１を作動させること
により、ラック３３、ピニオン３４および軸３５を介し
てクランププレート３６を回転させ、樹脂シート１を対
向する２辺でクランプする。クランプの際には、クラン
プボルト３７の先端が樹脂シート１に食らいつき樹脂シ
ート１とクランププレート３６との滑りを防止する。樹
脂シート１のクランプ後、クランプバー４２を元に戻す
ことで、スプリング４１によりクランプベース３８には
樹脂シート１の引張り方向の力が発生し、樹脂シート１
の弛みをなくすと共に、加熱中の樹脂シート１の伸びが
発生してもその垂れを防止する。

【００３４】２）樹脂シートの加熱（図２）インバータモータ２１の回転により、装置の成形エリア
外より間接加熱用の上ヒータ１１、下ヒータ１４が成形
エリア内に入り、樹脂シート１の加熱を行う。ここでは
図１４で説明したように樹脂シート１の上下から、セン
タおよび端部の温度をリアルタイムで測定し、各部で生
じる温度差をヒータ補正係数ｅ₁〜ｅ₄として算出し、
図１５に示すフローチャートの流れに沿ってヒータ出力
にフィードバックをかける。加熱は予め入力された加熱
完了温度まで各部素材温度が上昇すると終了となる。

【００３５】３）下ヒータの退避、上ヒータ、クランパ
の下降（図３）樹脂シート１の間接加熱終了後、下ヒータ１４はインバ
ータモータ２１の回転により成形エリア外に退避する。

【００３６】下ヒータ１４の退避後、シリンダ４５の作
動により、上ヒータ１１およびクランパ部は下降し、下
フレーム５に樹脂シート１を載置する。なお、下フレー
ム５にはヒータが内蔵されているので、樹脂シート１を
下フレーム５に載置しても樹脂シートの温度が低下する
ことはない。

【００３７】４）上ヒータの退避（図４）下フレーム５に樹脂シート１を載置した後、上ヒータ１
１をインバータモータ２１の回転により成形エリア外に
退避させる。なお、上ヒータ１１を下ヒータ１４と同時
に退避させ、その後、クランパ部を下降させ、下フレー
ム５に樹脂シート１を載置するという動作にしても良
い。

【００３８】５）樹脂シートの挟み込み（図５）樹脂シート１の間接加熱が終了し、上ヒータ１１，下ヒ
ータ１４の退避終了と同時に雄金型３を下降作動させる
ことにより、雄金型３と連動した上フレーム４が樹脂シ
ート１を下フレーム５との間に挟み込む。

【００３９】６）成形、冷却（図６）樹脂シート１を上フレーム４，下フレーム５で挟み込む
と同時に雄金型３を下降動作させて、樹脂シート１を雌
金型２に押しつけ、樹脂シート１を成形品１′の形状に
成形する。この際、上フレーム４は雄金型３のガイド部
のロッドがスライドすることにより樹脂シート１の挟み
込み位置を保持する。

【００４０】ここで、上フレーム４，下フレーム５に
は、賦形における樹脂シート１の雌金型２への滑り込み
量に応じた温度勾配をあらかじめ設定しているので、樹
脂シート１の滑り込みを容易にすると共に、滑り込み不
要部を冷却することで余分な滑り込みを無くし、成形品
１´の肉厚を確保すると共にしわの発生を防止する。

【００４１】成形と同時に、成形品１′は樹脂の軟化点
以下に予熱された雌金型２，雄金型３により軟化点以下
（離型可能温度）まで冷却される。冷却後は上フレーム
４と雄金型３は上昇作動し、成形品１′を取り出す。

【００４２】下記の表１は本発明において使用される短
波長及び中波長ヒータと従来の遠赤外線ヒータの特性を
示しており、この表１を参照しながら具体的な実施例に
ついて説明する。

【００４３】

【表１】

【００４４】実施例１（ポリカーボネイトの加熱および成形）厚さ３ｍｍの予備乾燥していないポリカーボネイトシー
トを本加熱成形装置を用いて加熱および成形する場合、
まず樹脂シート１をクランプし、成形エリア外から上下
間接加熱用の上ヒータ１１、下ヒータ１４を成形エリア
内に入れ、樹脂シート１を上下面から加熱する。上下間
接加熱用の上ヒータ１１、下ヒータ１４は中波長ヒータ
でヒータ温度が約１０００℃に設定されており、７５秒
の加熱で、樹脂シート１を１７０℃まで昇温させる。加
熱終了後はただちに上ヒータ１１、下ヒータ１４は成形
エリア外に退避させると共に、樹脂シート１を挟み込ん
だクランパ１３を下降させて樹脂シート１を下フレーム
５に載置する。その後、雄金型３を下降させて成形を行
う。形状を付加させた樹脂シート１は雌金型２、雄金型
３により離型可能温度まで急冷される。

【００４５】実施例２（厚物素材の加熱）厚さ１３ｍｍの樹脂シート１による素材を本加熱成形装
置を用いて加熱する場合、短波長ヒータを用いて初期出
力１００％とし、加熱１００秒後に出力を７５％に落と
すことで厚さ方向でより均一な加熱が可能となる。

【００４６】出力１００％のものと途中で出力を変えた
ものとの比較を図１６に示す。図１６から明らかなよう
に、ヒータ出力１００％で加熱すると成形時の素材表面
と素材中間との温度差は５０℃となる。一方、ヒータ出
力を途中で落とすように変化させると温度差は２５℃に
低減され、より均一な加熱が可能となる。

【００４７】実施例３（発泡材をサンドイッチした素材の加熱）厚さ５ｍｍの発泡材を厚さ１ｍｍの上下表面材でサンド
イッチした樹脂シートによる素材を本加熱成形装置を用
いて加熱する場合、短波長ヒータを用いて初期出力７５
％とし、加熱３０秒後に出力を１００％に上げることで
発泡材の２次発泡を防止し、かつ表面材は成形可能温度
に昇温可能となる。この場合の素材温度を図１７に示
す。

【００４８】実施例４（ポリアミド６の素材にポリアミ
ド６６のフィルムをラミネートした素材の加熱）厚さ１ｍｍのポリアミド６を厚さ０．２ｍｍのポリアミ
ド６６フィルムで上下ラミネートした樹脂シート１によ
る素材を加熱する場合、ポリアミド６６の成形可能温度
はポリアミド６のものよりも高いため、樹脂シート１を
ポリアミド６６の成形可能温度に設定するとポリアミド
６の母材では酸化による変色が生じてしまう。この素材
を本加熱成形装置で加熱する場合、短波長ヒータを用い
て初期出力７５％とし、加熱２０秒後に出力を１００％
に上げることで母材のポリアミド６を２１５℃に、ラミ
ネートフィルムのポリアミド６６を２３０℃に加熱する
ことで素材の酸化による変色を防止し、かつ素材を成形
可能温度に昇温することが可能となる。この場合の素材
温度を図１８に示す。

【００４９】なお、前記実施例では、下金型である雌金
型２を固定とし、上金型である雄金型３を可動にした
が、逆に上金型を固定とし、下金型を可動にしても良
い。この場合、上金型を雌金型にすると共に、下フレー
ム５を上下動可能に構成する必要がある。また、雌金型
２、雄金型３の両方を可動金型としても良い。この場合
も雌金型２のフレーム（熱板）は雌金型に固定されてい
ると共に、クランパ１３も上下動しないように構成され
ている。更に、上ヒータ１１、下ヒータ１４について
は、下金型（雌金型）が可動の場合は、上ヒータ１１は
上下動不要で下ヒータ１４を上下動可能な構成にし、雌
金型２、雄金型３の両方が可動の場合は、雌金型側のヒ
ータを上下動不要にし、雄金型側のヒータを上下動可能
な構成にする。

【００５０】いずれにしても、ヒータを上下動可能に構
成している側では、そのヒータは樹脂シート１を成形す
る際、ヒータの退避は樹脂シート１が金型側へ移動する
前でも後でも良い。更に、上ヒータ１１、下ヒータ１４
を上下どちらか一方に設けた構成でも良い。この場合、
そのヒータは雌金型側であれば上下動不要な構成であ
り、雄金型側であれば上下動可能な構成にする。

【００５１】

【発明の効果】以上、本発明をいくつかの実施例を例示
して説明したが、本発明による加熱成形方法では、最大
エネルギー波長が４μｍ近傍である遠赤外線ヒータより
も波長の短い最大エネルギー波長が１〜３μｍである短
波長もしくは中波長ヒータを使用しているため下記の様
な利点がある。

【００５２】１）放射体（ヒータ）の温度が高く、加熱
時間の短縮が可能となる。

【００５３】これはヒータの温度が高いため、放射体か
ら被放射体（熱可塑性の樹脂シート）への放射量が大き
く、被放射体の受けるエネルギーが大きいからである。
これにより、加熱時間の短縮が可能となる。

【００５４】なお、ステファン−ボルツマンの法則より
赤外線の放射量は下式で表わされる。

【００５５】Ｅｂ＝Ａ×５．６７×ε×（Ｔ／１００）⁴ 但し、Ａ：放射体の面積、ε：放射源の放射率、Ｔ：放
射源の絶対温度この式より明らかなように、放射体の温度が高いほど放
射量は大きくなり、被放射体の温度上昇はより速くな
る。

【００５６】２）樹脂シートの内部まで加熱され、短時
間で均一加熱が可能となる。

【００５７】放射体から出る最大エネルギー波長は短
く、熱可塑性樹脂の吸収波長における透過率の高い領域
であるため、被放射体の内部まで放射エネルギーが到達
する。これにより、特に厚手の樹脂シートでも樹脂シー
ト表面と内部との温度差を少なくできる。

【００５８】従来の遠赤外線ヒータでは、ヒータから出
る最大エネルギー波長が熱可塑性樹脂の吸収波長と一致
するため、素材表面のみでヒータのエネルギーが吸収さ
れ、樹脂シート内部は樹脂シート表面からの熱伝導によ
る温度上昇が支配的であった。このため、熱伝導の悪い
熱可塑性樹脂では表面と内部との温度差が大きくなり、
内部温度も成形可能温度にするためには樹脂シート表面
では温度が高くなりすぎ、樹脂シート表面での発泡およ
び酸化による変色を招く恐れがあった。

【００５９】これに対し、本加熱成形方法では、樹脂シ
ート表面と内部との温度差が少なく出来、かつ加熱から
成形までの時間を短縮し、また温調されたフレーム（熱
板）により温度保持を行い樹脂シートの温度降下量を最
小限に抑えることで、樹脂シートの発泡および酸化によ
る変色を回避するとともに、樹脂シート内部まで成形可
能温度にすることが可能である。

【００６０】３）ヒータの昇温速度が速く、任意の加熱
制御が可能となる。

【００６１】樹脂シートの加熱にはヒータ温度を安定さ
せる必要があり、表１で説明したように遠赤外線ヒータ
の場合、ヒータ温度が安定するまで約１５分間必要であ
る。一方、短波長および中波長ヒータの場合、ヒータ温
度が安定するまで、各々２秒および１分であり、ヒータ
の立上り時間が短いため、シート加熱時間外でヒータ電
源を切ることが可能となる。これにより、生産中におけ
る電力消費量が押さえられ、省エネルギーの生産が可能
となる。

【００６２】また、図１４で説明したように、加熱中の
樹脂シートの温度分布を測定し、温度差の生じている部
分のヒータの設定温度を補正して、ヒータ温度を追従さ
せることで樹脂シートの温度分布をリアルタイムで均一
にすることが可能である。

【００６３】また、厚物素材に対しては、初期にヒータ
の出力を上げておき、途中からヒータの出力を下げるこ
とでより素材の厚さ方向でより均一に加熱することが可
能である。

【００６４】一方、発泡材をサンドイッチした様な素材
に対しては、初期にヒータ出力を下げて素材全体を２次
発泡する温度以下に昇温させた後、ヒータ出力を上げる
ことで表面材の温度を上げ、発泡材が２次発泡する前に
成形を行うことが可能である。

【００６５】同様に、表面に異種材をラミネートした様
な素材に対しても、初期にヒータ出力を下げて素材全体
を母材の酸化により変色する温度以下に昇温させた後、
ヒータ出力をあげることで表面のラミネート材の温度を
上げ母材の酸化による変色を生じる前に成形を行うこと
が可能である。

【００６６】４）次に、本発明による加熱成形装置は、
架台にキャスタを設けており、既存のＧＭＴ成形装置等
の設備に組み込みが可能である。従って、本加熱成形方
式への切換は、本加熱成形装置をＧＭＴ成形装置の所定
の位置にセットするだけで既存の設備の改造は不要であ
る。

【００６７】５）本加熱成形装置のクランプ部には図１
１で説明した樹脂シートの張力機構が付加されており、
加熱中の樹脂シートの伸びに対し、樹脂シートを引張る
ことで樹脂シートの垂れを防止し、下ヒータへ樹脂シー
トが接触して発火することを防止すると共に、樹脂シー
トとヒータとの距離を一定に保ち樹脂シートの均一加熱
が図れる。

【００６８】６）また、本加熱成形装置のクランプ部昇
降装置は、上ヒータも連動させており、クランプ部の下
降により樹脂シートを下フレームに載置して樹脂シート
の保温を行うことにより、上ヒータからの間接加熱の条
件（上ヒータと樹脂シートとの距離）が変化して、温度
降下およびばらつきが生じない。

【００６９】７）更に、本加熱成形装置の制御装置は、
樹脂シート各部の表面温度をリアルタイムで測定してフ
ィードバックをかけることで、より均一な温度分布が得
られる。また、樹脂シートの厚さ方向の温度分布は間接
では測定不可能なため、厚さの入力に応じて、加熱途中
でヒータ出力を変更し、樹脂シートの厚さ方向での温度
分布を低減することが可能である。

【００７０】８）更に、本加熱装置の上フレーム、下フ
レームには樹脂シートの賦形における金型への滑り込み
量に応じた温度勾配を設けていることにより、成形中の
樹脂シートの滑り込み量をコントロールでき、成形品に
おける肉厚の確保としわの発生の防止ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱成形方法による第１の工程を説明
するための金型周辺の概略構成図である。

【図２】本発明の加熱成形方法による第２の工程を説明
するための金型周辺の概略構成図である。

【図３】本発明の加熱成形方法による第３の工程を説明
するための金型周辺の概略構成図である。

【図４】本発明の加熱成形方法による第４の工程を説明
するための金型周辺の概略構成図である。

【図５】本発明の加熱成形方法による第５の工程を説明
するための金型周辺の概略構成図である。

【図６】本発明の加熱成形方法による第６の工程を説明
するための金型周辺の概略構成図である。

【図７】本発明による加熱成形装置の外観をヒータの出
し入れ口側から見た図である。

【図８】図７の加熱成形装置を上から見た図である。

【図９】図７の加熱成形装置をＧＭＴ成形装置に組み込
む場合について側面から見た図である。

【図１０】図７に示された上ヒータと下ヒータとをこれ
らの周辺の構成要素と共に示した図であり、図（ａ）は
ヒータの移動機構を正面から見た図、図（ｂ）は下ヒー
タの一部を上から見た図、図（ｃ）は図（ｂ）を側方か
ら見た図、図（ｄ）は上ヒータの一部を正面から見た
図、図（ｅ）は下ヒータの一部を正面から見た図であ
る。

【図１１】本発明に用いられるクランプ機構を示した図
で、図（ａ）は一対のクランパの一方を上から見た図、
図（ｂ）は図（ａ）を側方から見た一部断面側面図、図
（ｃ）は図（ａ）のＡ−Ａ′線による断面図、図（ｄ）
は図（ａ）の一部を矢印Ｂ方向から見た図である。

【図１２】本発明における上ヒータ及びクランプ部の昇
降駆動機構を説明するための図である。

【図１３】本発明における上ヒータ、下ヒータと樹脂シ
ートとの滑り込みを説明するための図である。

【図１４】本発明におけるヒータの出力制御装置を説明
するためのブロック図である。

【図１５】図１４に示された制御装置の動作を説明する
ためのフローチャート図である。

【図１６】本発明により厚物素材を成形する場合の素材
温度−加熱時間の関係を示した特性図である。

【図１７】本発明により発泡材をラミネートした素材を
成形する場合の素材温度−加熱時間の関係を示した特性
図である。

【図１８】本発明によりフィルムラミネート素材を成形
する場合の素材温度−加熱時間の関係を示した特性図で
ある。

【符号の説明】

１樹脂シート２雌金型３雄金型４上フレーム５下フレーム１１上ヒータ１２上ヒータレール１３クランパ１４下ヒータ１５下ヒータレール１６架台１７キャスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂シート素材あるいは熱可塑
性樹脂を主構成材料とする繊維強化複合シート素材（以
下、素材と略称する）から、立体的成形品を加熱成形す
る加熱成形方法において、最大エネルギー波長が１〜３
μｍである短波長あるいは中波長ヒータを用いて前記素
材を間接加熱し、前記素材の軟化点近傍に予熱されたフ
レームにて前記素材を保温した状態にて、金型により立
体的成形を行うようにしたことを特徴とする熱可塑性樹
脂シートの加熱成形方法。
【請求項２】請求項１記載の加熱成形方法において、
前記短波長あるいは中波長ヒータにより前記素材の上下
両面又は片面から間接加熱を行うことにより、前記素材
のみを成形可能温度まで急速に加熱することを特徴とす
る熱可塑性樹脂シートの加熱成形方法。
【請求項３】請求項１あるいは２記載の加熱成形方法
において、前記金型は前記素材の軟化点以下に予熱され
ていることにより成形後の成形品を冷却する機能を有
し、前記素材の加熱−成形−冷却を同一ゾーンで行うこ
とを特徴とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の加熱成
形方法において、前記短波長あるいは中波長ヒータは、
前記素材の加熱中のみ通電されることを特徴とする熱可
塑性樹脂シートの加熱成形方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の加熱成
形方法において、前記素材は厚物素材であり、前記短波
長あるいは中波長ヒータの出力を加熱の途中で低下させ
ることにより、素材厚さ方向の温度を均一にすることを
特徴とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形方法。
【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載の加熱成
形方法において、前記素材は、表面に近いほど熱成形温
度の高いラミネートシートであり、前記短波長あるいは
中波長ヒータの出力を加熱の途中で上昇させることによ
り、前記ラミネートシートの各部をそれぞれに適した成
形可能温度に昇温させるようにしたことを特徴とする熱
可塑性樹脂シートの加熱成形方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の加熱成
形方法において、加熱中に前記素材に引張り力を付与す
ることにより、前記素材の伸びによる垂れを防止するこ
とで前記素材と前記短波長あるいは中波長ヒータとの距
離を一定に保つようにした熱可塑性樹脂シートの加熱成
形方法。
【請求項８】熱可塑性樹脂シート素材あるいは熱可塑
性樹脂を主構成材料とする繊維強化複合シート素材（以
下、素材と略称する）から、立体的成形品を加熱成形す
る加熱成形方法において、前記素材をその端部において保持するための可動のクラ
ンプ部と、前記素材をその上下両面又は片面から間接加熱する最大
エネルギー波長が１〜３μｍである短波長あるいは中波
長のヒータと、前記素材の軟化点近傍に予熱され、中央部に下金型用の
空間を有すると共に、前記素材を保温状態にて保持する
ための下フレームと、前記素材の軟化点近傍に予熱され、中央部に前記下金型
との間で成形を行うための上金型用の空間を有すると共
に、前記下フレームとの間に前記素材を挟み込んで保温
するための上フレームとを含み、前記上フレームを前記下フレームから十分に離間させた
状態にてこれらの間に位置させた前記素材を前記ヒータ
により上下両面又は片面から間接加熱するステップと、前記ヒータを前記上フレームと前記下フレームとの間の
空間から退避させるステップと、前記素材を前記上フレームと前記下フレームのうちの一
方のフレーム面に保持された状態にするステップと、前記上フレームと前記下フレームのうちの他方のフレー
ムを前記素材と接する位置まで移動させると共に、前記
上下金型で成形を行うステップと、成形品を前記下金型と前記上金型との間で冷却するステ
ップとを含むことを特徴とする熱可塑性樹脂シートの加
熱成形方法。
【請求項９】請求項８記載の加熱成形方法において、
前記ヒータを前記上フレームと前記下フレームとの間の
空間から退避させるステップにおいては、上下のヒータ
を一度に退避させることを特徴とする熱可塑性樹脂シー
トの加熱成形方法。
【請求項１０】請求項８記載の加熱成形方法におい
て、前記ヒータを前記上フレームと前記下フレームとの
間の空間から退避させるステップにおいては、一方のヒ
ータを退避させ、他方のヒータを前記クランプ部と同時
に金型の方へ移動させて退避させることを特徴とする熱
可塑性樹脂シートの加熱成形方法。
【請求項１１】請求項８記載の加熱成形方法におい
て、前記ヒータを前記上フレームと前記下フレームとの
間の空間から退避させるステップとして、ヒータが片面
にしか設けられていない場合、そのヒータを前記クラン
プ部と同時に金型の方へ移動させた後、前記空間から退
避させるステップとしたことを特徴とする熱可塑性樹脂
シートの加熱成形方法。
【請求項１２】熱可塑性樹脂シート素材あるいは熱可
塑性樹脂を主構成材料とする繊維強化複合シート素材
（以下、素材と略称する）から、立体的成形品を加熱成
形する加熱成形装置において、前記素材の軟化点以下に予熱された下金型と、該下金型との間で成形を行うために該下金型の上方に配
置され、前記素材の軟化点以下に予熱された上金型と、前記下金型と前記上金型との間に配置されて前記素材を
その両端部において保持するための上下動可能なクラン
プ部と、該クランプ部で保持された前記素材の上下方空間又は一
方空間に出入り可能に配置され、前記素材をその上下面
又は片面から加熱する最大エネルギー波長が１〜３μｍ
である短波長あるいは中波長の上下ヒータ又は一つのヒ
ータと、前記クランプ部で保持された前記素材の下方空間に前記
下金型と隣接して配置され、中央部には前記下金型のた
めの開口を有すると共に、前記素材の軟化点近傍に予熱
されて前記開口の周囲において前記素材を載置保持する
下フレームと、前記クランプ部で保持された前記素材の上方空間に配置
され、中央部には前記上金型の出入り可能な開口を有す
ると共に、前記素材の軟化点近傍に予熱されて前記下フ
レームとの間に前記素材を挟み込むことのできる上フレ
ームと、前記一方のフレーム又は上下フレームを上下動させる駆
動装置と、前記上下ヒータ又は前記一つのヒータの出力を制御する
制御装置とを備えたことを特徴とする熱可塑性樹脂シー
トの加熱成形装置。
【請求項１３】請求項１２記載の加熱成形装置におい
て、前記上下ヒータ又は前記一つのヒータはそれぞれ複
数の加熱領域に分割され、前記制御装置は、それぞれの
加熱領域に接続された複数の通電制御ユニットを含み、
それぞれの通電制御ユニットが個別に出力制御可能に構
成されていることを特徴とする熱可塑性樹脂シートの加
熱成形装置。
【請求項１４】請求項１３記載の加熱成形装置におい
て、前記制御装置は、更に、前記上下ヒータ又は前記一
つのヒータの加熱による前記素材の温度を、前記素材の
上方から検出する少なくとも１つの上側放射温度センサ
及び前記素材の下方から検出する少なくとも１つの下側
放射温度センサと、前記上側放射温度センサ及び前記下
側放射温度センサからの検出信号をもとにあらかじめ定
められた設定温度と比較しながらあらかじめ定められた
演算を行って前記通電制御ユニット毎にヒータ補正係数
を算出する制御部とを含み、前記各通電制御ユニットは
前記ヒータ補正係数にもとづいて出力制御を行うことを
特徴とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形装置。
【請求項１５】請求項１４記載の加熱成形装置におい
て、前記制御装置は更に、前記素材の種類や厚みに応じ
て前記短波長あるいは中波長ヒータの加熱中の出力を所
望の時間経過に伴なって変化させるように指定するため
の設定部を有し、前記制御部は前記設定部からの信号に
よっても前記短波長あるいは中波長ヒータの出力制御を
行うことを特徴とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形装
置。
【請求項１６】請求項１２〜１５のいずれかに記載の
加熱成形装置において、前記クランプ部は、前記素材に
対して引張り力を付与する機構を備えていることを特徴
とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形装置。
【請求項１７】請求項１２〜１６のいずれかに記載の
加熱成形装置において、前記上下ヒータ又は前記一つの
ヒータは、装置の内外にわたって延在する上下ヒータレ
ール又は一つのヒータレールにより前記上下方空間又は
一方空間に出入り可能にされていることを特徴とする熱
可塑性樹脂シートの加熱成形装置。
【請求項１８】請求項１７記載の加熱成形装置におい
て、前記上下ヒータレール又は一つのヒータレールは、
前記クランプ部と連動して上下動可能に構成されている
ことを特徴とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形装置。
【請求項１９】請求項１８記載の加熱成形装置におい
て、前記一つのヒータは、前記クランプ部と連動して上
下動可能に構成されていることを特徴とする熱可塑性樹
脂シートの加熱成形装置。
【請求項２０】請求項１２〜１９のいずれかに記載の
加熱成形装置において、前記上フレーム及び下フレーム
は、成形時の滑り込み量に応じた温度勾配を持っている
ことを特徴とする熱可塑性樹脂シートの加熱成形装置。