WO2017073390A1 - 熱成形装置および熱成形方法 - Google Patents
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Abstract
熱成形装置は、シートを上方から加熱する第1加熱面を有する上熱板と、前記シートを下方から加熱する第2加熱面を有する下熱板と、成形基材を保持可能な基台を有し、前記基台への前記成形基材の脱着、及び、前記第1加熱面に対して前記シートを挟んだ下方の成形位置に前記成形基材を配置可能に構成された基材供給部と、を備え、前記上熱板と前記下熱板とが、前記シートの上面及び下面から同時に加熱可能であり、前記下熱板は、前記上熱板の下方の位置に対して水平方向に移動可能に設けられ、前記基台に保持された前記成形基材に対して、前記上熱板及び前記下熱板によって加熱されることで軟化したシートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着する。
Description
本発明は、熱成形装置および熱成形方法に関する。
本願は、2015年10月30日に日本に出願された特願2015-215036号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2015年10月30日に日本に出願された特願2015-215036号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一般に、表皮シート(以下、シートという)を成形基材の外表面に接着する装置として、上下チャンバー内の輻射加熱による真空プレス積層成形装置、熱板加熱による熱成形装置等が知られている。
例えば、特許文献1には、真空プレス積層成形装置が開示されている。この真空プレス積層成形装置は上下のチャンバーを備えている。下部チャンバーは成形基材を収容するとともに上部チャンバーに近い周縁部にシートをセットすることが可能である。上部チャンバーは上方にヒーターを備えた熱板を有している。上部チャンバーは、真空タンク及び加圧タンクに接続され、上下のチャンバーから形成されるチャンバー内を真空及び加圧可能である。
下部チャンバーは真空タンクに接続され、チャンバー内を真空可能である。
下部チャンバーは真空タンクに接続され、チャンバー内を真空可能である。
特許文献1に記載の真空プレス積層成形装置では、中間チャンバーを減圧して合成樹脂シートを基材より引き離した状態にて、下部チャンバーを減圧する。これにより、基材と合成樹脂シートとの間の空気が合成樹脂シートにより阻害されることなく充分に排除される。この後に上部チャンバーが加圧される。そのため、上部チャンバーと下部チャンバーとの差圧によって、合成樹脂シートが真空状態にて基材に密着する。
しかしながら、従来の熱成形方法では、以下のような問題があった。
すなわち、シートは上側の一方向から熱板の加熱面に吸着されて加熱される。そのため、シートの接着面(下面)が被覆に必要な状態まで軟化するまで、シートの上面から加熱する必要がある。そのため、加熱面の温度を高温とし、かつシート上面を熱板の加熱面に吸着させている加熱の時間を長くすることになる。このため、加熱面の面粗さがシート上面に転写されるという問題があった。そして、成形基材の表面にシートを被覆したときに面粗さが転写したシートが熱成形品の表面に現れることから、意匠性の点で改善の余地があった。
また、熱成形品の大量生産を行うにあたって、シートの加熱時間を短縮することが求められている。とくに、シートが厚い場合には、シートの軟化に必要な加熱時間がかかる。そのため、成形時間の増大を抑えることが求められていた。
すなわち、シートは上側の一方向から熱板の加熱面に吸着されて加熱される。そのため、シートの接着面(下面)が被覆に必要な状態まで軟化するまで、シートの上面から加熱する必要がある。そのため、加熱面の温度を高温とし、かつシート上面を熱板の加熱面に吸着させている加熱の時間を長くすることになる。このため、加熱面の面粗さがシート上面に転写されるという問題があった。そして、成形基材の表面にシートを被覆したときに面粗さが転写したシートが熱成形品の表面に現れることから、意匠性の点で改善の余地があった。
また、熱成形品の大量生産を行うにあたって、シートの加熱時間を短縮することが求められている。とくに、シートが厚い場合には、シートの軟化に必要な加熱時間がかかる。そのため、成形時間の増大を抑えることが求められていた。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、シートの加熱時間の短縮を図ることができ、熱成形品の意匠性の向上を図ることができる熱成形装置および熱成形方法を提供することを目的とする。
本発明の第一態様に係る熱成形装置は、シートを上方から加熱する第1加熱面を有する上熱板と、前記シートを下方から加熱する第2加熱面を有する下熱板と、成形基材を保持可能な基台を有し、前記基台への前記成形基材の脱着、及び、前記第1加熱面に対して前記シートを挟んだ下方の成形位置に前記成形基材を配置可能に構成された基材供給部と、を備え、前記上熱板と前記下熱板とが、前記シートの上面及び下面から同時に加熱可能であり、前記下熱板は、前記上熱板の下方の位置に対して水平方向に移動可能に設けられ、前記基台に保持された前記成形基材に対して、前記上熱板及び前記下熱板によって加熱されることで軟化したシートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着する。
本発明の第二態様に係る熱成形方法は、シートを上方から加熱する第1加熱面を有する上熱板と、前記シートを下方から加熱する第2加熱面を有する下熱板と、成形基材を保持可能な基台を有し、前記基台への前記成形基材の脱着、及び、前記第1加熱面に対して前記シートを挟んだ下方の成形位置に前記成形基材を配置可能に構成された基材供給部と、を備える熱成形装置を用いた熱成形方法であって、前記基台に前記成形基材を設置するとともに、前記基台を前記成形位置に配置し、前記上熱板の下方の位置に間隔をあけて下熱板を配置し、前記シートを前記上熱板と前記下熱板との間に配置し、前記シートを前記上熱板と前記下熱板とによって前記シート上下面のそれぞれを加熱し、前記下熱板を前記上熱板の下方の位置から退避させ、前記シートの下方に前記シートと前記基材供給部とによって囲まれた密閉空間を形成し、前記密閉空間内を減圧すると共に、加熱されて軟化した前記シートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着する。
上記態様では、シートの上面側が上熱板の第1加熱面によって加熱され、かつ下面側が下熱板の第2加熱面によって加熱される。これにより、シートの上下両面を同時に加熱させる構成となる。そのため、加熱時間の短縮を図ることができる。そして、加熱によりシートが軟化した後に、下熱板を上熱板の下方の位置より横方向に移動して退避させることで、シートを基材供給部の成形基材の表面に全体にわたって一様に金型賦形、又は被覆することができる。
このように、上熱板と下熱板とによってシートの上下両面を同時に加熱させる構成となるので、上熱板の温度を低下させてシートを加熱することが可能となる。そのため、上熱板の加熱によって、第1加熱面の面粗さがシートの上面に転写することを防ぐことができ、熱成形後の熱成形品の表面の意匠性の低下を抑えることができる。
このように、上熱板と下熱板とによってシートの上下両面を同時に加熱させる構成となるので、上熱板の温度を低下させてシートを加熱することが可能となる。そのため、上熱板の加熱によって、第1加熱面の面粗さがシートの上面に転写することを防ぐことができ、熱成形後の熱成形品の表面の意匠性の低下を抑えることができる。
また、上記態様では、下熱板によって接着剤が付着されるシートの下面側からも加熱させることができる。そのため、接着剤を十分に軟化させることができ、成形基材に対するシート貼り合せの接着強度を向上させることができる。
さらに、上記態様では、シートの上下両面を加熱できるので、厚みの大きいシートにも対応することができる。つまり、上側の熱板のみで加熱する場合ではシート下面を必要な温度に加熱できない厚さを有するシートであっても、下熱板によってシート下面を加熱することでシート全体を金型賦形、又は被覆に必要なシート軟化温度とすることができる。
さらに、上記態様では、シートの上下両面を加熱できるので、厚みの大きいシートにも対応することができる。つまり、上側の熱板のみで加熱する場合ではシート下面を必要な温度に加熱できない厚さを有するシートであっても、下熱板によってシート下面を加熱することでシート全体を金型賦形、又は被覆に必要なシート軟化温度とすることができる。
また、上記態様では、上熱板と下熱板が個別に設けられているので、上熱板と下熱板とで温度差を設けて温度調整を行うことができる。そのため、例えばシート上面よりシート下面の温度を上げることが可能となり、シート上面は上熱板の高温による転写を防止し、シート下面は下熱板の高い加熱温度によって接着剤を十分に軟化させることができる。したがって、シートの材質や厚さ寸法等のシートの条件に応じて、そのシートに対する最適な加熱を行うことが可能となり、熱成形品の品質を向上させることができる。
上記第一態様において、前記上熱板は、前記第1加熱面に前記シートを吸引し、前記シートの前記上面に接触して加熱し、前記下熱板は、前記シートの下方に間隔をあけて配置され、前記第2加熱面からの輻射熱により前記シートの前記下面を加熱するように構成されていてもよい。
上記態様では、上熱板は第1加熱面に対してシートを吸引させた接触による加熱が可能である。一方で、下熱板は第2加熱面からの輻射熱によってシート下面を加熱するように構成される。そのため、第2加熱面を加熱するだけの例えばヒーターのみを備えた簡単な構造によりシートの上下両面を加熱することを実現することができる。
上記第一態様において、前記基材供給部は、前記上熱板の下方に位置する前記成形位置と、前記成形位置から間隔を空けて設けられた退避位置との間で移動可能に設けられていてもよい。
上記態様では、シートの加熱中には、基材供給部を成形位置から退避させて下熱板を成形位置に配置させることができる。そして、下熱板の加熱完了後には、下熱板を成形位置から退避させる。それから、基材供給部を成形位置に配置して成形基材に対してシートを金型賦形、又は被覆させることができる。そのため、成形位置において、下熱板と基材供給部とを交互に入れ替えが可能な構成となるので、熱成形装置全体の高さを抑えることができる。
本発明の上記態様に係る熱成形装置および熱成形方法によれば、シートの加熱時間の短縮を図ることができ、熱成形品の意匠性の向上を図ることができる効果を奏する。
以下、本発明の一実施形態に係る熱成形装置および熱成形方法について、図面に基づいて説明する。
図1乃至図3に示すように、本実施形態に係る熱成形装置1は、熱板加熱方式を採用している。熱成形装置1は、熱板3(上熱板3A、下熱板3B)の加熱によって軟化したシート4を成形基材6の表面6aに被覆するための装置である。熱板3(上熱板3A、下熱板3B)は、上下一対で設けられる。成形基材6は、図7に示すように、下枠2(基材供給部)のチャンバー2A内に配置されている。
ここで、熱成形品6A(図9参照)としては、例えば自動車部品等で表裏面を有する部品が採用される。熱成形品6Aは、樹脂製の成形基材6の表面6aに加熱により軟化したシート4を吸着させて被覆することにより熱成形された成形品である。成形基材6は、本実施形態では有頂筒状の形状を有する。
ここで、熱成形品6A(図9参照)としては、例えば自動車部品等で表裏面を有する部品が採用される。熱成形品6Aは、樹脂製の成形基材6の表面6aに加熱により軟化したシート4を吸着させて被覆することにより熱成形された成形品である。成形基材6は、本実施形態では有頂筒状の形状を有する。
熱成形装置1は、下枠2と、上熱板3Aと、下熱板3Bと、を備えている。下枠2は、図7に示す成形基材6を収容可能な空間(チャンバー2A)を有する。上熱板3Aは、シート4を上方から加熱する第1加熱面3aを有する。下熱板3Bは、シート4を下方から加熱する第2加熱面3bを有する。また、本実施形態に係る熱成形装置1には、熱板3A、3Bの加熱面3a、3bにシート4を供給するためのシート搬送装置5が設けられている。
下枠2、上熱板3A、及び下熱板3Bは、それぞれ個別に設けられている。上熱板3Aは、所定の成形位置P0に配置される下枠2の上方に位置し、下枠2に対して上下移動可能に設けられている。下枠2は、成形位置P0と第1退避位置P1との間で横方向(水平方向)(矢印D3方向)に移動自在に設けられている。また、下熱板3Bは、上熱板3Aから間隔をあけて下方に位置する成形位置P0と、第2退避位置P2との間で横方向(水平方向)(矢印D4方向)に移動自在に設けられている。第2退避位置P2は、前述の第1退避位置P1とは別の位置である。下枠2と下熱板3Bとは、それぞれ互いに干渉しないように配置される。つまり、いずれか一方が成形位置P0に位置しているときには、他方が退避位置P1又はP2に位置するように構成されている。なお、本実施形態では、下枠2の移動方向(横方向D3)と下熱板3Bの移動方向(横方向D4)とが直交する方向となっている。
ここで、下枠2、上熱板3A、下熱板3B、及びシート搬送装置5の各動作は、不図示の制御部によって制御される。
なお、本実施形態に係る熱成形装置1には、とくに図示しないが、成形基材6に被覆されたシート4の不要部分をトリミングする切断治具が設けられている。
なお、本実施形態に係る熱成形装置1には、とくに図示しないが、成形基材6に被覆されたシート4の不要部分をトリミングする切断治具が設けられている。
下枠2は、平面視で矩形状のステンレス等の金属製の部材から形成される。下枠2は、4面を有する側壁21と、底部に相当する底盤22(基台)と、側壁21及び底盤22が載置された枠架台23と、を備えている。底盤22と側壁21とによって囲まれる内側のチャンバー2A内には、成形基材6を保持させるための基材治具24が底盤22上に固定されている。
側壁21は、収容される基材治具24及びこの基材治具24に保持される成形基材6よりも枠上縁部21aが高くなるように設けられている。枠上縁部21aは、上熱板3Aとの間でシート4を挟持する部分である。すなわち、上熱板3Aがシート4を挟んで枠上縁部21aに気密に当接し、これにより下枠2と上熱板3Aとが閉止状態となってチャンバー2A内が密閉空間となる。そのため、シート4が枠上縁部21aと上熱板3Aとの間に挟持された状態において、シート4を挟んだ上下の空間に気密に区画されている。
底盤22は、平面視において上熱板3Aよりも小さい形状に形成され、枠架台23上に設けられている。
底盤22は、平面視において上熱板3Aよりも小さい形状に形成され、枠架台23上に設けられている。
枠架台23は、床上を成形位置P0と第1退避位置P1との間で移動可能に設けられている。第1退避位置P1は、平面視で成形位置P0に対してずれた位置であって、基材治具24上に成形基材6が供給される基材供給位置となっている。なお、第1退避位置P1は、基材治具24に対して成形基材6(或いは、熱成形品6A)を着脱可能な位置であればよい。また、成形位置P0と第1退避位置P1とが平面視で部分的に重なっていてもよい。
なお、枠架台23は省略することができ、底盤22が上記のように移動可能とされていれば、底盤22の設置場所及び形態も特に限定されない。
なお、枠架台23は省略することができ、底盤22が上記のように移動可能とされていれば、底盤22の設置場所及び形態も特に限定されない。
また、底盤22の外周縁には、チャンバー2Aに連通する複数の通気孔2bが形成されている。各々の通気孔2bは、真空ポンプ(図示省略)に接続されている。成形時には、前記真空ポンプを作動させて真空吸引することで、チャンバー2A内が減圧される。
基材治具24は、底盤22上に配設された金属等から形成される。基材治具24上部には、樹脂等から形成される成形基材6を被着させて保持する保持部24aが形成されている。
保持部24aは、平面視で成形基材6よりも一回り小さい形状に形成されている。
そのため、成形基材6の外周部は保持部24aの側周面より外側に延出し、成形基材6が保持部24aの上部を覆った状態で基材治具24に対して保持可能とされている。
保持部24aは、平面視で成形基材6よりも一回り小さい形状に形成されている。
そのため、成形基材6の外周部は保持部24aの側周面より外側に延出し、成形基材6が保持部24aの上部を覆った状態で基材治具24に対して保持可能とされている。
そして、不図示の加圧タンク等によって上熱板3Aからチャンバー2A内に圧縮空気が導入されることで、シート4が底盤22に向かって下降する。それから、基材治具24に保持された成形基材6がシート4によって被覆・接着される。
上熱板3Aは、下面でシート4を吸着して加熱することで軟化させるための平板形状の構成要素である。上熱板3Aは、下面に滑らかな平面から形成される第1加熱面3aを有している。
上熱板3Aは、この下方に位置する成形位置P0に対して近接離反する上下方向に昇降可能に設けられている。そして、上熱板3Aが下方に移動した状態では、成形位置P0に配置される下枠2の枠上縁部21aに上方から密接した状態で上熱板3Aが配置される。
なお、上熱板3Aの上側には上下方向に伸縮するロッドを有する伸縮装置(図示省略)が設けられている。伸縮装置によって上熱板3Aが上下方向に移動可能となっている。
上熱板3Aは、この下方に位置する成形位置P0に対して近接離反する上下方向に昇降可能に設けられている。そして、上熱板3Aが下方に移動した状態では、成形位置P0に配置される下枠2の枠上縁部21aに上方から密接した状態で上熱板3Aが配置される。
なお、上熱板3Aの上側には上下方向に伸縮するロッドを有する伸縮装置(図示省略)が設けられている。伸縮装置によって上熱板3Aが上下方向に移動可能となっている。
上熱板3Aの上面3cには、複数のヒーター31が所定の間隔をあけて設けられている。上熱板3Aの第1加熱面3aには、第1加熱面3aに開口する複数の通気孔32が所定の間隔をあけて形成されている。各々の通気孔32は、真空ポンプ(図示省略)と、加圧ポンプ(図示省略)と、の両者に切り替え可能に接続されている。真空ポンプは、第1加熱面3a側を真空吸引する真空タンクを備えている。加圧ポンプは、コンプレッサによって圧縮空気を貯める加圧タンクを備えている。
このような構成により、熱成形時には、適宜、真空タンクと加圧タンクとの接続を切り替え、真空状態に維持された真空タンクを開放してシート4を通気孔32を通じて真空吸引させて第1加熱面3aに密着させることができる。また、加圧タンクより通気孔32を通じて供給される圧縮空気を、第1加熱面3aからチャンバー2A内に向けて供給して加圧し、シート4を成形基材6に向けて下降させることが可能となっている。真空タンクを設けずに、真空ポンプの駆動によって直接吸引させることで真空度を高めるように構成してもよい。
このような構成により、熱成形時には、適宜、真空タンクと加圧タンクとの接続を切り替え、真空状態に維持された真空タンクを開放してシート4を通気孔32を通じて真空吸引させて第1加熱面3aに密着させることができる。また、加圧タンクより通気孔32を通じて供給される圧縮空気を、第1加熱面3aからチャンバー2A内に向けて供給して加圧し、シート4を成形基材6に向けて下降させることが可能となっている。真空タンクを設けずに、真空ポンプの駆動によって直接吸引させることで真空度を高めるように構成してもよい。
下熱板3Bは、上面側でシート4を下方から輻射熱により加熱させるための平板形状の構成要素である。下熱板3Bは、上面に平面から形成される第2加熱面3bを有している。下熱板3Bは、上熱板3Aの下方の位置(本実施形態では成形位置P0)に対して横方向に進退移動可能に設けられている。つまり、上述したように、下熱板3Bは、成形位置P0と第2退避位置P2との間で、例えば図示しないスライドレール等に沿って移動自在となるように設けられている。下熱板3Bが成形位置P0に位置した状態では、第2加熱面3bが、加熱位置に位置する上熱板3Aの第1加熱面3aに対して上下方向に所定の間隔をあけて配置される高さに位置するよう設定されている。下熱板3Bの下面3dには、複数のヒーター33が所定の間隔をあけて設けられている。
第2退避位置P2は、例えば成形位置P0に位置する下枠2の側壁21等の他の部材に干渉しない位置であればとくに制限されることはない。
第2退避位置P2は、例えば成形位置P0に位置する下枠2の側壁21等の他の部材に干渉しない位置であればとくに制限されることはない。
シート4は、印刷層と該印刷層の表面に設けられた不図示の保護フィルムまたはキャリフィルムと、印刷層の裏面に設けられた接着層とを有する公知の多層シートである。シート4は、加熱板3A、3Bによって加熱及び成形され、且つ冷却された際に固化し得る材料から形成される。本実施形態において、シート4としては、ロール状に巻き取られたロールシートが採用されている。
成形基材6は、シート4を被覆・接着させる対象であり、例えばポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂等の熱可塑性樹脂から形成される成形品の本体である。但し、成形基材6の材質は前記樹脂に限定されるものではない。
シート搬送装置5は、図1に示すように、各熱板3A、3Bの加熱面3a、3bの間の位置にシート4を供給する目的で設けられている。シート搬送装置5は、前記目的を達成する構成要素として、シート支持部52と、シート巻出部58と、シート切断部54と、切断シート保持部56と、を備えている。
シート支持部52は、シート4を巻出し可能に支持する。シート支持部52は、シート4の芯材4xを支持するロール部51からシート4の巻き出しが開始される位置で、シート4を挟み込んで支持するように構成されている。シート支持部52は、シート4を熱板3A、3Bの加熱面3a、3bの延在方向に沿うシート4の巻き出し方向D1に沿って貫通させる構成であってもよく、単にシート4を載せる構成であってもよい。
シート巻出部58は、シート4のシート端4eを着脱可能に保持するとともに、上熱板3Aの第1加熱面3aの下方で巻き出し方向D1に沿って巻き出すように構成されている。シート巻出部58は、例えば巻き出し方向D1及び巻き出し方向D1とは反対の戻り方向D2に沿って往復移動が可能に設けられている。つまり、シート巻出部58は、図1に実線で示す位置と、同図に二点鎖線で示す位置との間を自在に往復することができる。
シート切断部54は、巻き出し方向D1でシート支持部52よりも前側に配置される。シート切断部54は、シート巻出部58によって保持されたシート4を熱板3A、3Bの加熱面3a、3bよりも巻き出し方向D1の後側で切断する構成を有する。シート切断部54は、例えばシート4の幅方向に延在するカッタであってもよく、シート4の幅方向に平行して走査可能なカッタであってもよい。また、前記カッタはシート4に対して近接離反する方向に昇降可能に構成されていてもよい。
切断シート保持部56は、巻き出し方向D1でシート切断部54よりも前側に配置される。切断シート保持部56は、シート切断部54によって切断されたシート4のシート端4eを保持する構成を有する。切断シート保持部56は、例えばシート4に対して近接離反する方向に昇降可能な部材で構成されている。
このように構成されるシート搬送装置5は、シート巻出部58によってシート4の巻き出し方向D1に沿ってシート4を順次巻き出し、シート切断部54によってシート4を切断しながら、熱成形品6Aの成形毎に加熱面3a、3bの延在方向に沿って連続的にシート4を供給することができる。
そして、熱成形装置1は、図4乃至図9に示すように、シート搬送装置5によってシート4を上熱板3Aの第1加熱面3aに沿って配置し、成形位置P0に下熱板3Bを移動し、上熱板3A及び下熱板3Bによってシート4を加熱し、下熱板3Bを第2退避位置P2に退避させ、第1退避位置P1に位置し基材治具24に成形基材6を保持した下枠2を成形位置P0に移動し、上熱板3Aを降下させて加熱により軟化したシート4を枠上縁部21aと上熱板3Aとの間に挟持し、上熱板3Aの第1加熱面3aの通気孔32を通じて圧空するように不図示の制御部において制御するように構成されている。
なお、図示しない切断治具は、例えば下枠2に設けられ、上方に向けて配置された刃部を有する。切断治具は、基材治具24に保持されている成形基材6に対して所定の間隔をあけて上下方向に対向する位置に配置されている。このように切断治具が構成され、切断治具の刃部が成形基材6に被覆したシート4に当たってカットし、トリミングすることができる。
次に、上述した熱成形装置1を使用して熱成形品6Aを成形する際の熱成形方法、及び熱成形装置および熱成形方法による作用について、図面に基づいて説明する。
なお、下枠2、上熱板3A、及び下熱板3Bが図1に示す位置に配置された状態を初期状態とする。つまり、初期状態は、上熱板3Aが成形位置P0の上方に位置し、下枠2が第1退避位置P1に位置し、下熱板3Bが第2退避位置P2に位置した状態である。
なお、下枠2、上熱板3A、及び下熱板3Bが図1に示す位置に配置された状態を初期状態とする。つまり、初期状態は、上熱板3Aが成形位置P0の上方に位置し、下枠2が第1退避位置P1に位置し、下熱板3Bが第2退避位置P2に位置した状態である。
図4に示すように、先ず、第1退避位置P1に位置する下枠2の底盤22上に配置された基材治具24上に、成形基材6が設置される。これにより、成形基材6が基材治具24上に被着された状態で保持される。なお、成形基材6を基材治具24に装着する第1工程は、図2に示すように下枠2が第1退避位置P1に位置している状態(後述する第2工程~第4工程)であればいずれのタイミングでもよい。
そして、シート搬送装置5によってシート4を上熱板3Aの第1加熱面3aに沿って延在するように供給する第2工程が行われる。具体的には、予め巻き出し方向D1の後側に移動したシート巻出部58によって、シート4のシート端4eを保持する。その後、シート端4eを保持したシート巻出部58を、巻き出し方向D1に沿って上熱板3Aの第1加熱面3aよりも巻き出し方向D1の前方に移動させる。そして、シート巻出部58の移動が完了することにより、シート4が上熱板3Aの第1加熱面3aの下側に配置された状態となる。
そして、巻き出されたシート4は、シート切断部54によって切断され、ロール部51側と分離される。
そして、巻き出されたシート4は、シート切断部54によって切断され、ロール部51側と分離される。
次に、図5及び図6に示すように、第3工程において、第2退避位置P2に位置する下熱板3Bを横方向に移動させて成形位置P0に配置させる。成形位置P0に配置された下熱板3Bの第2加熱面3bは、図6に示すようにシート4を挟んで上熱板3Aの第1加熱面3aと上下方向に対向した状態となる。このとき、第2加熱面3bは、シート4の下面4bから所定の間隔をあけて配置される。
なお、上述した第2工程と第3工程は、第3工程を第2工程よりも先であってもよいし、両工程がほぼ同時であってもよい。
なお、上述した第2工程と第3工程は、第3工程を第2工程よりも先であってもよいし、両工程がほぼ同時であってもよい。
その後、上熱板3Aおよび下熱板3Bによってシート4を加熱する第4工程が行われる。図5及び図6に示すように、ヒーター31によって上熱板3Aを加熱すると共に、上熱板3Aにおいて上述した真空ポンプを作動させて通気孔32を通じて第1加熱面3aとシート4との間を真空吸引して減圧する。これにより、第1加熱面3aにシート4を吸着させて加熱する。このとき、シート4は、上面4aから第1加熱面3aによって接触により加熱される。
一方、不図示のヒーターによって下熱板3Bを加熱し、その下熱板3Bの輻射熱によってシート4の下面4bが加熱される。
一方、不図示のヒーターによって下熱板3Bを加熱し、その下熱板3Bの輻射熱によってシート4の下面4bが加熱される。
次に、図7に示すように、シート4の加熱工程(第4工程)の完了後に、下枠2を成形位置P0に移動する第5工程が行われる。
第5工程では、先ず、下熱板3Bを矢印D1方向で成形位置P0から第2退避位置P2へ横移動させる。その後、成形基材6が保持された状態の下枠2を、図2に示す矢印D3方向に第1退避位置P1から間隔を空けて設けられた成形位置P0、すなわち上熱板3Aの下方の位置に移動させる。このとき、シート4は、上熱板3Aの第1加熱面3aに吸着されたままの状態である。それから、上熱板3Aと下枠2とが平面視で重なった状態で配置されるように構成される。
第5工程では、先ず、下熱板3Bを矢印D1方向で成形位置P0から第2退避位置P2へ横移動させる。その後、成形基材6が保持された状態の下枠2を、図2に示す矢印D3方向に第1退避位置P1から間隔を空けて設けられた成形位置P0、すなわち上熱板3Aの下方の位置に移動させる。このとき、シート4は、上熱板3Aの第1加熱面3aに吸着されたままの状態である。それから、上熱板3Aと下枠2とが平面視で重なった状態で配置されるように構成される。
次に、図6に示すように、第6工程において、予め巻き出したシート4を成形基材6への被覆・接着を行うのに必要充分な大きさに切断する。
具体的には、シート4の巻き出し方向において、上熱板3Aの第1加熱面3aよりも巻き出し方向D1の後側、即ちシート支持部52と切断シート保持部56との間で、シート4をシート切断部54によって切断する。シート4の切断前後には、切断シート保持部56にもシート4を保持させる。このようにシート支持部52の支持部材と切断シート保持部56との両方でシート4を保持することで、シート4の切断後に、シート端4fが切断シート保持部56に保持され、シート端4gがシート支持部52によって支持される。
具体的には、シート4の巻き出し方向において、上熱板3Aの第1加熱面3aよりも巻き出し方向D1の後側、即ちシート支持部52と切断シート保持部56との間で、シート4をシート切断部54によって切断する。シート4の切断前後には、切断シート保持部56にもシート4を保持させる。このようにシート支持部52の支持部材と切断シート保持部56との両方でシート4を保持することで、シート4の切断後に、シート端4fが切断シート保持部56に保持され、シート端4gがシート支持部52によって支持される。
次に、第7工程において、図7に示すように、成形基材6を収容した下枠2を上熱板3Aに対して相対的に近接させる。それから、シート4を介して下枠2を上熱板3Aに当接させて、チャンバー2A内を密閉状態にする。
本実施形態に係る熱成形方法では、上熱板3Aを下方に移動させ、第1加熱面3aの外周部を、シート4を介して下枠2の枠上縁部21aに密接させる。この際、シート4は、枠上縁部21aと上熱板3Aとによって全周にわたって隙間なく挟持された状態となる。また、下枠2の上部開口が塞がれることでチャンバー2Aが密閉空間に形成される。
本実施形態に係る熱成形方法では、上熱板3Aを下方に移動させ、第1加熱面3aの外周部を、シート4を介して下枠2の枠上縁部21aに密接させる。この際、シート4は、枠上縁部21aと上熱板3Aとによって全周にわたって隙間なく挟持された状態となる。また、下枠2の上部開口が塞がれることでチャンバー2Aが密閉空間に形成される。
次に、図8に示すように、第8工程において、シート4と下枠2とによって囲まれたチャンバー2A内の密閉空間を減圧するとともに、シート4を成形基材6の表面6aに被覆する。
具体的には、下枠2の底盤22の通気孔2bを通じて介してシート4が下方に移動する方向に真空吸引する。これにより、チャンバー2A内の空気は、底盤22に向けて吸引され、チャンバー2Aが減圧されて高真空度状態になる。
具体的には、下枠2の底盤22の通気孔2bを通じて介してシート4が下方に移動する方向に真空吸引する。これにより、チャンバー2A内の空気は、底盤22に向けて吸引され、チャンバー2Aが減圧されて高真空度状態になる。
そして、チャンバー2Aの減圧動作を維持した状態で、シート4の吸着動作を停止し、上熱板3Aとシート4との間を大気開放する。つまり、上熱板3Aの第1加熱面3aに吸着されたシート4が所定温度に加熱され、所定時間を経過した後に、上熱板3Aの通気孔32の真空吸引を止めて吸着動作を停止する。これにより、上熱板3Aとシート4との間が大気開放されるので、シート4を挟んで上下の空間に圧力差が生じる。これにより、加熱によって軟化したシート4が上熱板3Aの第1加熱面3aから離れて底盤22(成形基材6)側に向かって移動する。それから、シート4が成形基材6の表面6aを覆うように密着して押し付けられ、成形基材6の表面6aを被覆して接着される。その後、被覆されたシート4に対して切断治具を用いて適宜なカットラインでカットすることでシート4のトリミングが行われる。
なお、上熱板3Aとシート4との間を大気開放する際、各々に接続されている真空タンクを加圧タンクに切り替えることで、上熱板3Aの通気孔32より圧縮空気を噴出させてシート4と第1加熱面3aとの間を加圧するようにしてもよい。
なお、上熱板3Aとシート4との間を大気開放する際、各々に接続されている真空タンクを加圧タンクに切り替えることで、上熱板3Aの通気孔32より圧縮空気を噴出させてシート4と第1加熱面3aとの間を加圧するようにしてもよい。
次いで、図9に示すように、成形基材6にシート4が被覆されて熱成形された熱成形品6Aを基材治具24から取り外す第9工程を行う。
第9工程では、上熱板3Aを上方に移動させ、かつ平面視で下枠2を成形位置P0から上熱板3Aから離れる方向かつ水平方向に移動させて第1退避位置P1(図2参照)へ移動させる。そして、第1退避位置P1において熱成形品6Aを基材治具24から分離させて取り外す。
以上の作業によって熱成形品6Aが完成し、1つの熱成形品6Aを熱成形する一連の成形動作が完了する。
第9工程では、上熱板3Aを上方に移動させ、かつ平面視で下枠2を成形位置P0から上熱板3Aから離れる方向かつ水平方向に移動させて第1退避位置P1(図2参照)へ移動させる。そして、第1退避位置P1において熱成形品6Aを基材治具24から分離させて取り外す。
以上の作業によって熱成形品6Aが完成し、1つの熱成形品6Aを熱成形する一連の成形動作が完了する。
複数の成形基材6にシート4を被覆して、連続的な熱成形を行う場合は、図9に示す配置において、シート支持部52によって支持されているシート端4gを新たにシート端4eと置き換え、上記説明した第1工程から第9程までの各工程を順次行えばよい。
次に、熱成形装置および熱成形方法による作用について、図面に基づいて説明する。
本実施形態では、図6に示すように、シート4の上面4a側が上熱板3Aの第1加熱面3aによって加熱され、かつ下面4b側が下熱板3Bの第2加熱面3bによって加熱される。そのため、シート4の上下両面4a、4bを同時に加熱させる構成となるので、加熱時間の短縮を図ることができる。
そして、加熱によりシート4が軟化した後に、下熱板3Bを上熱板3Aの下方の位置より横方向に移動して第2退避位置P2に退避させる。これにより、シート4を下枠2の成形基材6の表面6aに全体にわたって一様に被覆することができる。
このように、上熱板3A及び下熱板3Bがシート4の上下両面4a、4bを同時に加熱させるように構成されているため、上熱板3Aの温度を低下させてシート4を加熱することが可能となる。そのため、上熱板3Aの加熱によって、第1加熱面3aの面粗さがシート4の上面4aに転写することを防ぐことができる。そのため、熱成形後の熱成形品6Aの表面の意匠性の低下を抑えることができる。
本実施形態では、図6に示すように、シート4の上面4a側が上熱板3Aの第1加熱面3aによって加熱され、かつ下面4b側が下熱板3Bの第2加熱面3bによって加熱される。そのため、シート4の上下両面4a、4bを同時に加熱させる構成となるので、加熱時間の短縮を図ることができる。
そして、加熱によりシート4が軟化した後に、下熱板3Bを上熱板3Aの下方の位置より横方向に移動して第2退避位置P2に退避させる。これにより、シート4を下枠2の成形基材6の表面6aに全体にわたって一様に被覆することができる。
このように、上熱板3A及び下熱板3Bがシート4の上下両面4a、4bを同時に加熱させるように構成されているため、上熱板3Aの温度を低下させてシート4を加熱することが可能となる。そのため、上熱板3Aの加熱によって、第1加熱面3aの面粗さがシート4の上面4aに転写することを防ぐことができる。そのため、熱成形後の熱成形品6Aの表面の意匠性の低下を抑えることができる。
また、本実施形態では、下熱板3Bによって接着剤が付着されるシート4の下面4b側からもシート4を加熱させることができるので、接着剤を十分に軟化させることができる。そのため、成形基材6に対するシート貼り合せの接着強度を向上させることができる。
さらに、本実施形態では、シート4の上下両面4a、4bを加熱できるので、厚みの大きいシートにも対応することができる。つまり、上熱板3Aのみで加熱する場合においてシート下面4bを必要な温度に加熱できない厚さを有するシートであっても、下熱板3Bによってシート下面4bを加熱することでシート全体を金型賦形することができる。又はシート全体を被覆に必要なシート軟化温度に加熱することができる。
また、本実施形態では、上熱板3Aと下熱板3Bとが個別に設けられているので、上熱板3Aと下熱板3Bとで温度差をつけた温度調整を行うことができる。そのため、例えばシート上面4aよりシート下面4bの温度を上げることが可能となる。そのため、シート上面4aにおいては上熱板3Aの高温による転写を防止することができ、シート下面4bにおいては下熱板3Bの高い加熱温度によって接着剤を十分に軟化させることができる。
したがって、シート4の材質や厚さ寸法等のシート4の条件に応じて、そのシート4に対する最適な加熱を行うことが可能となり、熱成形品6Aの品質を向上させることができる。
したがって、シート4の材質や厚さ寸法等のシート4の条件に応じて、そのシート4に対する最適な加熱を行うことが可能となり、熱成形品6Aの品質を向上させることができる。
また、本実施形態では、上熱板3Aが第1加熱面3aに対してシート4を吸引させた接触による加熱が可能なように構成されている。一方で下熱板3Bは第2加熱面3bからの輻射熱によってシート下面4bを加熱するように構成されている。そのため、下熱板3Bは、第2加熱面3bを加熱するだけの例えばヒーターのみを備えた簡単な構造を有することによりシート4の上下両面4a、4bを加熱することを実現することができる。
また、本実施形態では、シート4の加熱中には、下枠2を成形位置P0から退避させて下熱板3Bを成形位置P0に配置させることができる。そして、下熱板3Bの加熱完了後には、下熱板3Bを成形位置P0から退避させて、下枠2を成形位置P0に配置して成形基材に対してシート4を被覆させることができる。そのため、成形位置P0において、下熱板3Bと下枠2とを交互に入れ替えが可能な構成となるので、熱成形装置1全体の高さを抑えることができる。
上述のように本実施形態に係る熱成形装置および熱成形方法では、シート4の加熱時間の短縮を図ることができ、熱成形品6Aの意匠性の向上を図ることができるという効果を奏する。
以上、本発明の一実施形態に係る熱成形装置および熱成形方法について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、上熱板3Aが上下移動するように構成されているが、これに限定されることはなく、下枠2と上熱板3Aとが上下方向に相対的に近接可能であればよい。また、上熱板3Aの位置を固定し、その上熱板3Aに対して下枠2が上下移動可能に設けられていてもよい。或いは、下枠2と上熱板3Aとがそれぞれ上下方向に移動できるように構成されていてもよい。したがって、下枠2の位置は限定されず、熱成形時において、上熱板3Aと下枠2とが平面視で重なるように設けられていればよい。
また、上述の実施形態に係る熱成形方法では、上熱板3Aと下熱板3Bとによる加熱が同時に行われているが、このような加熱のタイミングに制限されることはない。上熱板3Aと下熱板3Bとのそれぞれの加熱のタイミングをずらすようにしても良い。例えば、上熱板3Aによる加熱前に下熱板3Bによる加熱を行うようにすることも可能である。その反対に、上熱板3Aの加熱後に下熱板3Bによる加熱を行っても良い。このように上熱板3Aと下熱板3Bとの加熱のタイミングは、シート4の材質、厚さ、接着剤の種類、成形基材6の材質等の条件に応じて設定することができる。そのため、シート4の上下に熱板3A、3Bを設けることによって加熱温度をより精度よく調整できる利点がある。
また、シート4の接着剤が付着されている接着面(下面4b)に保護フィルムが設けられていてもよい。この場合、シート搬送装置5でシート4を熱板3の加熱面に供給すると同時、あるいは、供給直前に保護フィルムが剥がされる。
さらに、上述の実施形態では、下枠2が第1退避位置P1と成形位置P0との間で横方向(図2に示す矢印D3方向)に移動するように構成されている。しかしながら、下枠2は、成形位置P0に対して横方向に移動することに限定されることはない。例えば、第1退避位置P1は、下枠2が成形位置P0よりも下方に移動した適宜な位置で、かつ下枠2内の底盤22(基台)に成形基材6を脱着することが可能な位置であってもよい。
なお、上述の実施形態では、シート4を成形基材6に被覆接着する熱成形方法を対象としているが、このような貼り合わせ成形の場合のみならず、転写トリムレスによりシート最上層のキャリアフィルムを剥離させて加飾層のみ(本発明のシートに相当する)を成形基材に転写させる場合も含んでいる。
さらに、上述の実施形態では、熱板3によって軟化させたシート4を成形基材6に被覆する熱成形方法を対象としているが、シート被覆に限らない。例えば、熱板3の加熱によって軟化したシート4を、基材治具24を金型として賦形する金型賦形を対象とした熱成形品を成形することも可能である。この金型賦形の場合も、熱成形方法は、上述した実施形態と同様の方法により行うことができる。
さらに、上述の実施形態では、熱板3によって軟化させたシート4を成形基材6に被覆する熱成形方法を対象としているが、シート被覆に限らない。例えば、熱板3の加熱によって軟化したシート4を、基材治具24を金型として賦形する金型賦形を対象とした熱成形品を成形することも可能である。この金型賦形の場合も、熱成形方法は、上述した実施形態と同様の方法により行うことができる。
さらにまた、加熱面に対するシート4の供給方法として、上述の実施形態のようなロール状に巻かれたロールシートによるシート搬送装置5に限定されることはなく、他の構成のシート搬送装置を用いるようにしてもよい。例えば、所定の大きさに予め切り出された形態の複数のカットシートを収容するシート収容部が設けられ、このシート収容部に収容されている複数のカットシートを一枚ずつ搬出し、熱板3の加熱面3a、3bの延在方向(即ち、巻き出し方向D1)に沿って供給するように構成されたシート搬送装置を使用する方法とすることも可能である。
また、下枠2(架台23、基材治具24など)、上熱板3A、下熱板3Bの形状、大きさ、及びシートの切断手段などの構成は、適宜、設定することができる。
さらに、トリミングの工程は、上述の実施形態のように成形時と同時でもよいし、成形後、別工程で行うようにしてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
1 熱成形装置
2 下枠(基材供給部)
2A チャンバー
3 熱板
3A 上熱板
3B 下熱板
3a 第1加熱面
3b 第2加熱面
4 シート
5 シート搬送装置
6 成形基材
6A 熱成形品
6a 表面
21 側壁
21a 枠上縁部
22 底盤(基台)
23 枠架台
24 基材治具
P0 成形位置
P1 第1退避位置
P2 第2退避位置
2 下枠(基材供給部)
2A チャンバー
3 熱板
3A 上熱板
3B 下熱板
3a 第1加熱面
3b 第2加熱面
4 シート
5 シート搬送装置
6 成形基材
6A 熱成形品
6a 表面
21 側壁
21a 枠上縁部
22 底盤(基台)
23 枠架台
24 基材治具
P0 成形位置
P1 第1退避位置
P2 第2退避位置
Claims (4)
- 熱成形装置であって、
シートを上方から加熱する第1加熱面を有する上熱板と、
前記シートを下方から加熱する第2加熱面を有する下熱板と、
成形基材を保持可能な基台を有し、前記基台への前記成形基材の脱着、及び、前記第1加熱面に対して前記シートを挟んだ下方の成形位置に前記成形基材を配置可能に構成された基材供給部と、
を備え、
前記上熱板と前記下熱板とが、前記シートの上面及び下面から同時に加熱可能であり、
前記下熱板は、前記上熱板の下方の位置に対して水平方向に移動可能に設けられ、
前記基台に保持された前記成形基材に対して、前記上熱板及び前記下熱板によって加熱されることで軟化したシートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着することを特徴とする熱成形装置。 - 前記上熱板は、前記第1加熱面に前記シートを吸引し、前記シートの前記上面に接触して加熱し、
前記下熱板は、前記シートの下方に間隔をあけて配置され、前記第2加熱面からの輻射熱により前記シートの前記下面を加熱するように構成されることを特徴とする請求項1に記載の熱成形装置。 - 前記基材供給部は、前記上熱板の下方に位置する前記成形位置と、前記成形位置から間隔を空けて設けられた退避位置との間で移動可能に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱成形装置。
- シートを上方から加熱する第1加熱面を有する上熱板と、前記シートを下方から加熱する第2加熱面を有する下熱板と、成形基材を保持可能な基台を有し、前記基台への前記成形基材の脱着、及び、前記第1加熱面に対して前記シートを挟んだ下方の成形位置に前記成形基材を配置可能に構成された基材供給部と、を備える熱成形装置を用いた熱成形方法であって、
前記基台に前記成形基材を設置するとともに、前記基台を前記成形位置に配置し、
前記上熱板の下方の位置に間隔をあけて下熱板を配置し、
前記シートを前記上熱板と前記下熱板との間に配置し、
前記シートを前記上熱板と前記下熱板とによって前記シート上下面のそれぞれを加熱し、
前記下熱板を前記上熱板の下方の位置から退避させ、前記シートの下方に前記シートと前記基材供給部とによって囲まれた密閉空間を形成し、
前記密閉空間内を減圧すると共に、加熱されて軟化した前記シートを金型賦形する、又は前記成形基材に接着することを特徴とする熱成形方法。
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