WO2023223740A1

WO2023223740A1 - 熱成形装置

Info

Publication number: WO2023223740A1
Application number: PCT/JP2023/015399
Authority: WO
Inventors: 靖小熊
Original assignee: 株式会社浅野研究所
Priority date: 2022-05-16
Filing date: 2023-04-18
Publication date: 2023-11-23
Also published as: JP2023168858A; CN117412850A; JP7249070B1

Abstract

輻射加熱装置（６）と、輻射加熱装置（６）に樹脂フィルム（４）を挟んで対向する基台（５２）と、を備え、輻射加熱装置（６）により樹脂フィルム（４）を成形可能な所定の温度（Ｃ２１）まで輻射加熱するための加熱工程と、輻射加熱された樹脂フィルム（４）を基台（５２）に載置されたパルプモールド（１０）に接着する接着工程と、を行うための熱成形装置（１）において、樹脂フィルム（４）は、加熱工程および接着工程を行う前に、パルプモールド（１０）の、樹脂フィルム（４）を接着する接着面（１０４）のフランジ部（１０３）に接着された状態で、フランジ部（１０３）の外形に沿った形状に切断されていること。

Description

熱成形装置

　本発明は、輻射加熱装置と、輻射加熱装置に樹脂フィルムを挟んで対向する基台と、を備え、輻射加熱装置により樹脂フィルムを成形可能な所定の温度まで輻射加熱するための加熱工程と、輻射加熱された樹脂フィルムを、基台に載置された繊維成形体に接着する接着工程と、を行うための熱成形装置に関する。

　食品用の包装用容器として、従来プラスチック製の容器が用いられているが、プラスチック製の容器は、廃棄された場合に自然分解されないため、環境汚染の原因になると考えられている。そのような中、廃棄されたとしても自然分解されるパルプモールド等の繊維成形体が、環境汚染を抑えることが出来るとして期待されており、食品用の包装用容器として用いられるケースが増えている。

　繊維成形体を食品用の包装容器として用いる場合、そのまま食品を充填すると、食品に含まれる水分や油分が繊維成形体に浸透して、漏れが生じるおそれがある。このため、繊維成形体の食品と接触する面に熱可塑性を有する樹脂フィルムを接着し、繊維成形体に耐水性や耐油性を与える処理が行われることが一般的である。例えば、特許文献１には、樹脂フィルムが接着された紙製容器が開示されている。

　繊維成形体への樹脂フィルムの接着は、例えば、図６に示すような、樹脂フィルム４を加熱するための輻射加熱装置６と、パルプモールド１０（繊維成形体の一例）を載置するための下型５と、を備える熱成形装置１００を用いて行う。

　熱成形装置１００は、輻射加熱装置６により樹脂フィルム４を成形可能な所定の温度まで輻射加熱し、輻射加熱されて軟化した樹脂フィルム４を下型５に載置されたパルプモールド１０に接着するための装置である。なお、輻射加熱装置６により樹脂フィルム４を成形可能な所定の温度まで輻射加熱する工程を加熱工程といい、輻射加熱されて軟化した樹脂フィルム４を下型５に載置されたパルプモールド１０に接着する工程を接着工程という。

　パルプモールド１０の形状は、例えば、平面視（図６中の上方から見た状態）で長円状の底部１０１と、底部１０１の周縁から立ち上がる周壁部１０２と、周壁部１０２の上端からパルプモールド１０の外方に張り出すフランジ部１０３と、を有するものである。また、パルプモールド１０の輻射加熱装置６側（図６において上側）の内面は、樹脂フィルム４を接着する接着面１０４である。

　樹脂フィルム４は、例えば、素材をポリプロピレン（ＰＰ）とする熱可塑性のフィルムである。厚みは、例えば８０μｍとする。樹脂フィルム４の融点は、例えば１６７℃であり、加熱工程では、成形可能な所定の温度である１６０℃（温度Ｃ２１（図７（ｄ）参照））まで加熱される。樹脂フィルム４の、パルプモールド１０に対向する面には、パルプモールド１０との接着性を向上させるために、ヒートシール剤などによる接着層（不図示）が設けられている。

　下型５は、型枠５１と、台座５３と、基台５２と、からなる。型枠５１は、架台５１２と、架台５１２に立設される周壁５１１とを有している。架台５１２は、上下方向ＶＴに貫通する通気口５１２ａを有しており、この通気口５１２ａには、真空ポンプ７が接続されている。真空ポンプ７は、通気口５１２ａを介して、型枠５１内を真空吸引可能である。

　架台５１２の上方には、周壁５１１に囲まれて、基台５２を搭載するための台座５３が固定されている。台座５３は、台座５３を上下方向ＶＴに貫通する複数の連通路５３１を有している。台座５３の上下方向ＶＴの上側の端面には、周壁５１１に囲まれて、パルプモールド１０を載置するための基台５２が搭載されている。

　基台５２は、輻射加熱装置６側（上下方向ＶＴの上側）の端面に、パルプモールド１０の形状に合わせた載置面５２１が穿設されている。さらに、基台５２は、載置面５２１に開口する複数の真空通気口５２２を備える。真空ポンプ７によって型枠５１内が真空吸引されると、連通路５３１および真空通気口５２２を介して、載置面５２１側を真空吸引することが出来る。図６に示す状態で、載置面５２１側を真空吸引することで、樹脂フィルム４を、パルプモールド１０の接着面１０４に隙間なく接着することが可能となる。パルプモールド１０は通気性を有するため、載置面５２１にパルプモールド１０が載置されていたとしても、載置面５２１側の真空吸引が妨げられることがない。

　輻射加熱装置６は、下型５に、樹脂フィルム４を挟んで対向して位置している。図１に示す輻射加熱装置６の位置が、加熱工程において樹脂フィルム４の輻射加熱を行うための加熱位置である。当該加熱位置における輻射加熱装置６の基台５２に対する距離Ｄ１１は、輻射加熱装置６の出力や、樹脂フィルム４の素材、加熱工程や接着工程にかける目標時間等に基づき定められる。

　以上のような構成を有する熱成形装置１００を用いて行う加熱工程と接着工程について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、接着工程および加熱工程における輻射加熱装置６についての出力のタイムチャートである。図７（ｂ）は、接着工程および加熱工程における真空ポンプ７の排気速度についてのタイムチャートである。図７（ｃ）は、接着工程および加熱工程における輻射加熱装置６の位置（輻射加熱装置６の基台５２に対する距離Ｄ１１）についてのタイムチャートである。図７（ｄ）は、接着工程および加熱工程における樹脂フィルム４の温度変化を様子を表すグラフである。

　図７（ａ）に示すように、時点ｔ１から輻射加熱装置６の出力を開始し、加熱工程が開始される。輻射加熱装置６の出力は、加熱工程、接着工程を通して、温度Ｃ１１で一定である。なお、温度Ｃ１１の値は、輻射加熱装置６の性能や、加熱対象の樹脂フィルム４の素材等により任意に設定されるものであるが、ここでは、輻射加熱装置６の温度を６００℃とする。また、輻射加熱装置６の基台５２に対する距離は、図７（ｃ）に示すように、加熱工程、接着工程を通して、距離Ｄ１１で一定である。

　樹脂フィルム４の温度は、図７（ｄ）に示すように、輻射加熱装置６による加熱が開始される時点ｔ１から、時間経過とともに上昇していく。そして、樹脂フィルム４の温度は、時点ｔ２で成形可能な温度Ｃ２１（１６０℃）に達し、加熱工程が完了する。加熱工程に要する時間（時点ｔ１から時点ｔ２までの時間）は、輻射加熱装置６の出力、輻射加熱装置６の基台５２に対する距離、樹脂フィルム４の厚みや素材等に左右されるが、例えば約８秒である。

　熱成形装置１００は、加熱工程が完了すると、接着工程を行う。具体的には、図７（ｂ）に示すように、時点ｔ２から真空ポンプ７による真空吸引が、真空ポンプ７の能力に応じた最大排気速度Ｓ１１で行われる。この真空吸引を行うことで、樹脂フィルム４は、パルプモールド１０の形状に沿って賦形されるとともに、パルプモールド１０に接着される。接着工程に要する時間（時点ｔ２から時点ｔ６までの時間）は、輻射加熱装置６の出力、輻射加熱装置６の基台５２に対する距離、樹脂フィルム４の素材等に左右されるが、例えば約１５秒である。

　そして、樹脂フィルム４が接着されたパルプモールド１０は、樹脂フィルム４が水平方向ＨＺに沿って（例えば図６中の左側から右側へ）送り出されることで、熱成形装置１００から搬出される。そして、熱成形装置１００は、次のパルプモールド１０に対して樹脂フィルム４の接着を行う。このように連続してパルプモールド４に対して樹脂フィルム４の接着を行うため、水平方向ＨＺに沿って送り出される樹脂フィルム４には、複数のパルプモールド１０が水平方向ＨＺにおいて前後に並んでぶら下がった状態となる。パルプモールド１０は、樹脂フィルム４にぶら下がった状態でトリミング工程に搬送され、トリミング工程では、水平方向ＨＺにおいて前後に並ぶパルプモールド１０が、樹脂フィルム４から順次切り離される。

特開２００１－２３３３１７号公報

　加熱工程後の接着工程において樹脂フィルム４がパルプモールド１０の形状に沿って賦形されると、図８に示すように、樹脂フィルム４の、パルプモールド１０の形状に沿って賦形された成形部分４１の周囲に、未成形部分４２が形成される。この未成形部分４２は、樹脂フィルム４の賦形されずに残った部分である。しかし、加熱工程および接着工程における輻射加熱装置６による加熱や、熱成形装置１００からの搬出により、未成形部分４２に微小な変形、物性の変化が発生するおそれがある。そうすると、水平方向ＨＺにおいて前後に並ぶパルプモールド１０同士のピッチがずれ、樹脂フィルム４接着後に行われるトリミングの精度に悪影響を与えるおそれがある。

　また、トリミングを行う際、樹脂フィルム４のみを精度高く切断することが困難であるため、トリミングを行う位置を仮想的に示した切断線１５に示すように、フランジ部１０３の先端部を切断することで、パルプモールド１０を樹脂フィルム４から切り離す。パルプモールド１０が切り離された後の樹脂フィルム４は巻き取られ、廃棄されるが、切断されたフランジ部１０３の先端部が接着されて残留しているため、分別が困難である。分別が困難であると、材料として再利用が困難となり、廃棄する際の環境負荷が大きい。

　本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、トリミング精度の向上を図るとともに、環境負荷の低減を図ることが可能な熱成形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の熱成形装置は、次のような構成を有している。

　（１）輻射加熱装置と、前記輻射加熱装置に樹脂フィルムを挟んで対向する基台と、を備え、前記輻射加熱装置により前記樹脂フィルムを成形可能な所定の温度まで輻射加熱するための加熱工程と、輻射加熱された前記樹脂フィルムを前記基台に載置された繊維成形体に接着する接着工程と、を行うための熱成形装置において、前記樹脂フィルムは、前記加熱工程および前記接着工程を行う前に、前記繊維成形体の、前記樹脂フィルムを接着する接着面の外周縁に接着された状態で、外周縁の外形に沿った形状に切断されていること、前記繊維成形体と前記樹脂フィルムとの間を真空吸引するための減圧手段と、前記減圧手段の前記真空吸引を行うための排気速度を調整する排気速度調整部と、を備えること、前記排気速度調整部は、前記加熱工程において前記真空吸引を行うための第１排気速度と、前記接着工程において前記真空吸引を行うための第２排気速度と、の間で排気速度の調整を行うこと、前記第２排気速度は、樹脂フィルムを繊維成形体に密着させるための排気速度であること、前記第１排気速度は、前記第２排気速度よりも排気速度が遅いこと、を特徴とする。　

　（１）に記載の熱成形装置によれば、樹脂フィルムは、加熱工程および接着工程を行う前に、繊維成形体の、樹脂フィルムを接着する接着面の外周縁に接着された状態で、外周縁の外形に沿った形状に切断されていることを特徴とするため、樹脂フィルムは、輻射加熱装置に加熱される前に切断されるものである。つまり、樹脂フィルムに輻射加熱装置の加熱による微小な変形や、物性の変化が発生していない状態で、樹脂フィルムを切断することができる。よって、トリミング精度の向上を図ることができる。

　また、トリミング精度の向上を図ることができれば、トリミングを行う際に、樹脂フィルムのみを精度高く切断することができるようになり、繊維成形体を切り離した後の樹脂フィルムに繊維成形体の一部が残留することもない。よって、繊維成形体を切り離した後の樹脂フィルムの材料としての再生が容易であるし、材料としての再生を断念した場合であっても廃棄する際の環境負荷の低減を図ることができる。

　（２）（１）に記載の熱成形装置において、前記輻射加熱装置の出力を、所定の時間内に前記樹脂フィルムが前記所定の温度に達するために必要な加熱温度に制御するとともに、前記減圧手段により、前記第１排気速度で前記真空吸引を行うことで前記加熱工程を行い、前記加熱工程の完了後に、前記減圧手段により、前記第２排気速度で前記真空吸引を行うことで前記接着工程を行う制御プログラムを備えること、が好ましい。

　樹脂フィルムは、加熱工程および接着工程を行う前に、繊維成形体の、樹脂フィルムを接着する接着面の外周縁に接着された状態であるため、繊維成形体と樹脂フィルムの間には空気が閉じ込められている。したがって、そのまま加熱工程を行うと、輻射加熱装置の加熱により、繊維成形体と樹脂フィルムの間に閉じ込められた空気が膨張し、樹脂フィルムが輻射加熱装置側に膨れてしまう。すると、輻射加熱装置と樹脂フィルムとの距離が狭まり、樹脂フィルムが過剰に加熱され、穴が開いてしまうといった不良が発生するおそれがある。　

　（１）または（２）に記載の熱成形装置によれば、繊維成形体と樹脂フィルムとの間を真空吸引し、樹脂フィルムを繊維成形体に密着させるための減圧手段と、減圧手段の真空吸引を行うための排気速度を調整する排気速度調整部と、を備えるため、例えば、加熱工程において、接着工程における第２排気速度よりも排気速度の遅い第１排気速度で真空吸引を行うことで、樹脂フィルムが輻射加熱装置側に膨れてしまうことを防止することができる。これにより、樹脂フィルムが過剰に加熱されることを防止することができる。なお、第１排気速度とは、輻射加熱装置の出力や、繊維成形体の容積等に左右されるものであるが、樹脂フィルムが輻射加熱装置側に膨れてしまわない速度を、実験により予め求められるものである。

　本発明の熱成形装置によれば、トリミング精度の向上を図るとともに、環境負荷の低減を図ることが可能である。

本実施形態に係る熱成形装置の構成を示すとともに、熱成形装置が加熱工程にある状態を表す図である。本実施形態に係る熱成形装置が接着工程にある状態を表す図である。パルプモールド（繊維成形体の一例）のフランジ部（外周縁の一例）を拡大した拡大図である。輻射加熱装置の放熱部側から見た平面図である。（ａ）は、接着工程および加熱工程における輻射加熱装置の出力についてのタイムチャートである。（ｂ）は、接着工程および加熱工程における真空ポンプの排気速度についてのタイムチャートである。（ｃ）は、接着工程および加熱工程における輻射加熱装置の位置についてのタイムチャートである。（ｄ）は、接着工程および加熱工程における樹脂フィルムの温度変化を様子を表すグラフである。従来技術に係る熱成形装置の構成を示す図である。（ａ）は、従来技術に係る接着工程および加熱工程における輻射加熱装置の出力についてのタイムチャートである。（ｂ）は、従来技術に係る接着工程および加熱工程における真空ポンプの排気速度についてのタイムチャートである。（ｃ）は、従来技術に係る接着工程および加熱工程における輻射加熱装置の位置についてのタイムチャートである。（ｄ）は、従来技術に係る接着工程および加熱工程における樹脂フィルムの温度変化を様子を表すグラフである。従来技術に係る熱成形装置により樹脂フィルムを接着したパルプモールドのフランジ部を拡大した拡大図である。

　本発明の第１の実施形態に係る熱成形装置ついて、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る熱成形装置１の構成を示すとともに、熱成形装置１が加熱工程にある状態を表す図である。図２は、本実施形態に係る熱成形装置１が接着工程にある状態を表す図である。図３は、パルプモールド１０（繊維成形体の一例）のフランジ部１０３（外周縁の一例）を拡大した拡大図である。なお、図３中の樹脂フィルム４は、フランジ部１０３の外形に沿ったトリミングが行われる前のものである。また、図３中の切断線１４は、トリミングを行う位置を仮想的に示した線である。図４は、輻射加熱装置６の放熱部６ａ側から見た平面図である。

＜熱成形装置の構成について＞
　第１の実施形態に係る熱成形装置１は、図１に示すように、下型５と、輻射加熱装置６と、からなり、輻射加熱装置６により樹脂フィルム４を成形可能な所定の温度まで輻射加熱し、輻射加熱されて軟化した樹脂フィルム４を下型５に載置されたパルプモールド１０に接着するための装置である。なお、輻射加熱装置６により樹脂フィルム４を成形可能な所定の温度まで輻射加熱する工程を加熱工程といい、輻射加熱されて軟化した樹脂フィルム４を下型５に載置されたパルプモールド１０に接着する工程を接着工程という。

パルプモールド１０は、パルプ材を原料として、厚み０．５～３ｍｍ程度に成形された、例えば食品用の包装容器である。パルプモールド１０の形状は、特に限定されないが、例えば、平面視（図１中の上方から見た状態）で長円状の底部１０１と、底部１０１の周縁から立ち上がる周壁部１０２と、周壁部１０２の上端からパルプモールド１０の外方に張り出すフランジ部１０３と、を有するものである。また、パルプモールド１０の底部１０１および周壁部１０２の輻射加熱装置６側（図１において上側）の内面は、樹脂フィルム４を接着する接着面１０４である。なお、パルプ材としては、木材パルプ（バージン材に限る）や、葦、サトウキビ、竹等を使用する非木材パルプ（バージン材に限る）が用いられる。ただし、パルプモールド１０が食品用途でなければ、パルプ材として、上記の他に、再生材の木材パルプおよび非木材パルプや、新聞、雑誌、又はダンボール等の古紙を使用する古紙パルプを用いても良い。パルプモールド１０は、上記したようなパルプ材を用いた繊維の集合体であるため、通気性を有しており、樹脂フィルム４を接着する前においては、図１中の上面側と下面側との間を空気が通ることが出来る。

　樹脂フィルム４は、素材をポリプロピレン（ＰＰ）とする熱可塑性のフィルムである。ただし、材質はポリプロピレン（ＰＰ）に限定されず、例えば、パルプモールド１０が食品用途であれば、食品衛生上の基準（例えば食品衛生法に定められた基準）に合致するものであれば良い。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等のオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル系樹脂、エチレン酢酸ビニルコポリマーなどを用いることができる。

　樹脂フィルム４の、パルプモールド１０に対向する面は、パルプモールド１０の接着面１０４に接着される面であり、パルプモールド１０との接着性を向上させるために接着層（不図示）が設けられている。この接着層は、ヒートシール剤などの熱接着性樹脂の塗布や、熱接着性樹脂を押し出しコートするなどして設けられている。

　樹脂フィルム４の厚みは、製造コストを抑える目的から１００μｍ未満であることが望ましく、本実施形態においては、例えば８０μｍのものを用いている。なお、図面においては、樹脂フィルム４の厚みがパルプモールド１０の厚みの半分程度であるように示しているが、これは図面を見やすくするためであり、実際の厚みとは異なる。また、樹脂フィルム４の融点は、樹脂フィルム４の材質によるものであり、特に限定されないが、例えば１６７℃である。加熱工程では、所定の成形可能な温度まで加熱される。成形可能な温度とは、例えば、本実施形態においては１６０℃（温度Ｃ２１（図５（ｄ）参照））である。

　また、樹脂フィルム４は、熱成形装置１によって賦形される前に、パルプモールド１０の平面視（図１中の上方から見た状態）における外形に沿って予め切断されている。具体的には、図１に示すように、パルプモールド１０のフランジ部１０３に対してのみ接着された状態で、例えばトリミング装置により、フランジ部１０３の外周に沿って予め切断されている。つまり、樹脂フィルム４は輻射加熱装置６に加熱される前に切断されるのであり、樹脂フィルム４に輻射加熱装置６の加熱による微小な変形や、物性の変化が発生していない状態で、樹脂フィルム４を切断することができる。よって、トリミング精度の向上を図ることができる。

　また、トリミング精度の向上を図ることができれば、トリミングを行う際に、樹脂フィルム４のみを精度高く切断することができるようになる。具体的に説明すると、従来は、樹脂フィルム４のみを精度高く切断することが困難であったため、図８の切断線１５に示すように、フランジ部１０３の先端部においてトリミングを行っていた。しかし、本実施形態に係る熱成形装置１は、トリミング精度の向上を図ることができるため、図３の切断線１４に示すように、樹脂フィルム４のフランジ部１０３に接着されている部分と、その周囲の樹脂フィルム４の接着されていない部分との境界部分を狙って、樹脂フィルム４のみを精度高く切断することができるようになる。よって、繊維成形体（パルプモールド１０）を切り離した後の樹脂フィルムにパルプモールドの一部が残留することもない。よって、繊維成形体（パルプモールド１０）を切り離した後の樹脂フィルムの材料としての再生が容易であるし、材料としての再生を断念した場合であっても廃棄する際の環境負荷の低減を図ることができる。

　なお、樹脂フィルム４のフランジ部１０３のみへの接着および切断は、事前工程として熱成形装置１とは別の装置によって行うものとしても良いし、熱成形装置１がトムソン刃等の切断装置を備えるものとして、熱成形装置１で、樹脂フィルム４を、フランジ部１０３に対してのみ接着し、切断装置によって、フランジ部１０３の外周に沿って切断するものとしても良い。

　以上のような樹脂フィルム４は、熱成形装置１内において、輻射加熱装置６によって約１６０℃まで加熱された後、図２に示すように、パルプモールド１０の接着面１０４に沿って賦形されるとともに、接着面１０４に接着される。パルプモールド１０は、樹脂フィルム４が接着されることで、耐水性や耐油性、耐熱性を具備する。

　下型５は、型枠５１と、台座５３と、基台５２と、からなる。型枠５１は、ステンレス等の金属製の部材からなっており、架台５１２と、架台５１２に立設される周壁５１１とを有している。架台５１２は、上下方向ＶＴに貫通する通気口５１２ａを有しており、この通気口５１２ａには、真空ポンプ７（減圧手段の一例）が接続されている。真空ポンプ７は、通気口５１２ａを介して、型枠５１内を真空吸引可能である。

　基台５２は、輻射加熱装置６側（上下方向ＶＴの上側）の端面に、パルプモールド１０の形状に合わせた載置面５２１が穿設されている。さらに、基台５２は、載置面５２１に開口する複数の真空通気口５２２を備える。真空ポンプ７によって型枠５１内が真空吸引されると、連通路５３１および真空通気口５２２を介して、載置面５２１側を真空吸引することが出来る。パルプモールド１０は通気性を有するため、載置面５２１にパルプモールド１０が載置されていたとしても、載置面５２１側の真空吸引が妨げられることがない。よって、図１に示す状態で、載置面５２１側を真空吸引することで、パルプモールド１０と樹脂フィルム４との間が真空吸引され、樹脂フィルム４を、パルプモールド１０の接着面１０４に隙間なく接着することが可能となる。

　下型５の通気口５１２ａには、並列する第１配管１１Ａと第２配管１１Ｂとにより、真空ポンプ７が接続されている。

　第１配管１１Ａ上には、第１開閉弁８が配設されている。第１開閉弁８を開弁すれば第１配管１１Ａは開放され、真空ポンプ７は、第１配管１１Ａによって、真空吸引を行うことができる。一方、第１開閉弁８を閉弁すれば第１配管１１Ａは遮断される。

　第２配管１１Ｂ上には、真空ポンプ７側から順に、第２開閉弁９、流量調整弁１３が配設されている。第２開閉弁９を開弁すれば第２配管１１Ｂは開放され、真空ポンプ７は、第２配管１１Ｂによって、真空吸引を行うことができる。一方で、第２開閉弁９を閉弁すれば第２配管１１Ｂは遮断される。また、流量調整弁１３は、弁開度が調整可能であり、弁開度を調整することで、第２配管１１Ｂにより、真空吸引を行う際の排気速度を調整することが可能である。

　真空ポンプ７は、熱成形装置１の動作中は常に動作しており、第１開閉弁８を開弁し、第２開閉弁９を閉弁すれば、第１配管１１Ａによって、真空ポンプ７の能力に応じた最大排気速度Ｓ１１（図５（ｂ）参照（第２排気速度の一例））で真空吸引を行うことができる。一方で、第１開閉弁８を閉弁し、第２開閉弁９を開弁すれば、第２配管１１Ｂによって、流量調整弁１３の弁開度に応じた排気速度（例えば、後述の所定の排気速度Ｓ１２（図５（ｂ）参照（第１排気速度の一例）））で真空吸引を行うことができる。つまり、第１配管１１Ａと、第２配管１１Ｂと、第１開閉弁８と、第２開閉弁９と、流量調整弁１３は真空ポンプ７の排気速度を調整する排気速度調整部として機能する。

　輻射加熱装置６は、下型５に、樹脂フィルム４を挟んで対向して位置している。輻射加熱装置６は、下型５側の端面が、放熱部６ａであり、この放熱部６ａは、図４に示すように、複数のヒータ要素６１により形成されている。具体的には、輻射加熱装置６は、Ｘ方向に６個のヒータ要素６１（平面視八角形）が隣接して配置されたヒータ要素６１の列が、Ｙ方向に５列隣接して並ぶ態様で、合計３０個のヒータ要素６１を有する。これら３０個のヒータ要素６１によって、放熱部６ａが構成されている。なお、なお、図４中のＸ方向とは、図１および図２における水平方向ＨＺと平行な方向である。また、ヒータ要素６１の個数は、上記に限定されるものでなく、あくまで一例である。

　また、輻射加熱装置６には、図４に示すように、輻射加熱装置６の中央領域に位置する４つのヒータ要素６１に囲まれるようにして、温度センサ６２が設けられている。温度センサ６２は、例えば放射温度計である。この温度センサ６２は、樹脂フィルム４の輻射加熱装置６に対向する面の温度を計測することができる。これにより、熱成形装置１は、加熱工程および接着工程における樹脂フィルム４の温度を検知することができる。

　輻射加熱装置６は、昇降手段１２（例えば、エアシリンダ等）により上下方向ＶＴに沿って上下動可能となっており、第１加熱位置と第２加熱位置との間を移動可能となっている。図１に示す輻射加熱装置６の位置が、加熱工程において樹脂フィルム４の輻射加熱を行うための第１加熱位置である。図２に示す輻射加熱装置６の位置が、接着工程において樹脂フィルム４の輻射加熱を行うための第２加熱位置である。そして、第２加熱位置における輻射加熱装置６の基台５２に対する距離Ｄ１２は、距離第１加熱位置における輻射加熱装置６の基台５２に対するＤ１１よりも小さく設定されている。このように、輻射加熱装置６が第１加熱位置と第２加熱位置との間を移動可能であることで、輻射加熱装置６の樹脂フィルム４に対する距離が可変となっている。なお、第１加熱位置における輻射加熱装置６の基台５２に対する距離Ｄ１１と、第２加熱位置における輻射加熱装置６の基台５２に対する距離Ｄ１２は、輻射加熱装置６の出力や、樹脂フィルム４の素材、加熱工程や接着工程にかける目標時間等に基づき定められる。

＜加熱工程および接着工程について＞
　以上のような構成を有する熱成形装置１を用いて行う加熱工程と接着工程について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、接着工程および加熱工程における輻射加熱装置６についての出力のタイムチャートである。図５（ｂ）は、接着工程および加熱工程における真空ポンプ７の排気速度についてのタイムチャートである。図５（ｃ）は、接着工程および加熱工程における輻射加熱装置６の位置（輻射加熱装置６の基台５２に対する距離）についてのタイムチャートである。図５（ｄ）は、接着工程および加熱工程における樹脂フィルム４の温度変化を様子を表すグラフである。

　加熱工程および接着工程を始める前に、樹脂フィルム４を、パルプモールド１０のフランジ部１０３に対してのみ樹脂フィルム４を接着した状態とし、当該樹脂フィルム４をパルプモールド１０の平面視における外形に沿って切断する。そして、図１に示すように、パルプモールド１０を基台５２の載置面５２１に載置しておく。なお、パルプモールド１０を載置面５２１に載置する作業は、作業者が手作業によって行うこととしても良いし、自動搬送装置等により行うこととしても良い。

　また、加熱工程および接着工程を始める前に、第１開閉弁８および第２開閉弁９を閉弁し、第１配管１１Ａおよび第２配管１１Ｂを遮断した状態で、真空ポンプ７を動作させておく。さらに、第２開閉弁９を開弁したときに所定の排気速度Ｓ１２（図５（ｂ）参照）が得られるように、流量調整弁１３の弁開度を調整しておく。なお、所定の排気速度Ｓ１２の詳細については後述する。

　まず、加熱工程について説明する。図５（ａ）に示すように、時点ｔ１から輻射加熱装置６の出力を開始し、加熱工程が開始される。輻射加熱装置６の出力は、加熱工程、接着工程を通して、温度Ｃ１１で一定である。なお、温度Ｃ１１の値は、輻射加熱装置６の性能や、加熱対象の樹脂フィルム４の素材等により任意に設定されるものであって、特に限定されないが、本実施形態においては、輻射加熱装置６の最大出力である６００℃としている。また、輻射加熱装置６の基台５２に対する距離は、図５（ｃ）に示すように、距離Ｄ１１となっている。これは、輻射加熱装置６が第１加熱位置に位置した状態であることを意味する。

　真空ポンプ７による真空吸引は、図５（ｂ）に示すように、時点ｔ１から、所定の排気速度Ｓ１２により真空吸引を開始する。この真空吸引は、第１開閉弁８は閉弁した状態のまま、第２開閉弁９を開弁し、第２配管１１Ｂを開放することで行われる。

　樹脂フィルム４をパルプモールド１０のフランジ部１０３に接着した状態であるため、パルプモールド１０と樹脂フィルム４の間に空気が閉じ込められている。したがって、そのまま輻射加熱装置６により加熱を行うと、パルプモールド１０と樹脂フィルム４の間に閉じ込められた空気が膨張し、樹脂フィルム４が輻射加熱装置６側（図１中の上方）に膨れてしまう。すると、輻射加熱装置６と樹脂フィルム４との距離が狭まり、樹脂フィルム４が過剰に加熱され、穴が開いてしまうといった不良が発生するおそれがある。そこで、上記の通り、所定の排気速度Ｓ１２により真空吸引を行うことで、樹脂フィルム４が輻射加熱装置６側に膨れてしまうことを防止し、樹脂フィルム４が過剰に加熱されることを防止している。

　所定の排気速度Ｓ１２は、輻射加熱装置６の出力や、パルプモールド１０の容積等に左右されるものであるが、樹脂フィルム４が輻射加熱装置６側に膨れてしまわない速度を、実験により予め求めておく。そして、実験により求められた所定の排気速度Ｓ１２に応じて、流量調整弁１３の弁開度が調整されるのである。なお、所定の排気速度Ｓ１２で真空吸引を行うことにより、可能な限り樹脂フィルム４が水平に保たれていることが望ましい。これは、樹脂フィルム４全体を均一に加熱するためである。しかし、必ずしも水平に保たれる必要はなく、樹脂フィルム４が輻射加熱装置６側に膨れてしまわなければ良い。例えば、所定の排気速度Ｓ１２で真空吸引が行われることによって、樹脂フィルム４が、賦形が行われない程度に、パルプモールド１０側に凹状に変形していても良い。また、所定の排気速度Ｓ１２による真空吸引は、加熱工程が開始されると同時に時点ｔ１から行うこととしているが、必ずしも同時でなくとも良い。例えば、加熱を開始してからパルプモールド１０と樹脂フィルム４の間に閉じ込められた空気が膨張し始めるタイミングを予め実験により確認しておき、そのタイミングに合わせて所定の排気速度Ｓ１２による真空吸引を行うこととしても良い。

　図５の説明に戻ると、樹脂フィルム４の温度は、図５（ｄ）に示すように、輻射加熱装置６による加熱が開始される時点ｔ１から、時間経過に比例して上昇していく。そして、樹脂フィルム４の温度は、時点ｔ２で成形可能な温度Ｃ２１（１６０℃）に達し、加熱工程が完了する。加熱工程に要する時間（時点ｔ１から時点ｔ２までの時間）は、輻射加熱装置６の出力、輻射加熱装置６の基台５２に対する距離、樹脂フィルム４の素材等に左右されるが、本実施形態においては、約８秒である。

　次に、接着工程について説明する。加熱工程が完了すると、図５（ｂ）に示すように、真空ポンプ７による真空吸引が、最大排気速度Ｓ１１で行われる。この真空吸引は、第２開閉弁９は閉弁することで第２配管１１Ｂを遮断し、同時に第１開閉弁８を開弁し、第１配管１１Ａを開放することで行われる。最大排気速度Ｓ１１による真空吸引を行うことで、樹脂フィルム４は、図２に示すように、パルプモールド１０の形状に沿って賦形される。

　また、時点ｔ２において、輻射加熱装置６の基台５２に対する距離は、図５（ｃ）に示すように、距離Ｄ１２へ移行される。これは、輻射加熱装置６が第２加熱位置に位置した状態であることを意味する。この際、輻射加熱装置６の出力は図５（ａ）に示すように、一定状態である。

　樹脂フィルム４の温度は、賦形され、パルプモールド１０に接触することで、パルプモールド１０によって冷やされるため、図５（ｄ）に示すように、温度Ｃ２２まで低下する。しかし、輻射加熱装置６が第２加熱位置において、樹脂フィルム４を加熱し続けているため、時点ｔ３で樹脂フィルム４温度が温度Ｃ２１に回復する。

　第２加熱位置は、第１加熱位置よりも、輻射加熱装置６と樹脂フィルム４との距離が近いため、輻射加熱装置６が樹脂フィルム４に対して与える熱量を増加させることができる。よって、パルプモールド１０に接触することで冷めてしまった樹脂フィルム４を、再び温度Ｃ２１に達するまで輻射加熱するために必要な時間（時点ｔ２から時点ｔ３までの時間）が、従来必要であった時間（図７（ｄ）における時点ｔ２から時点ｔ５までの時間）よりも短い。具体的には、従来必要であった時間に比べ２０～６０％程度短くなっている。

　また、樹脂フィルム４をパルプモールド１０に接着する際に、輻射加熱装置６が樹脂フィルム４に対して与える熱量を増加させることができる。よって、樹脂フィルム４の、パルプモールド１０に接触することによる温度低下量（温度Ｃ２１から温度Ｃ２２への低下量）を抑えることができる。具体的には、従来の温度低下量（図７（ｄ）における温度Ｃ２１から温度Ｃ２２への低下量）に比べ、低下量が２０～６０％程度となった。これにより、樹脂フィルム４のパルプモールド１０に接触した箇所と繊維成形体に接触していない箇所との間に生じる温度差を緩和することができ、パルプモールド１０に対する樹脂フィルム４の接着を安定して行うことが可能となる。

　図５の説明に戻ると、接着工程が開始された後、時点ｔ４まで、輻射加熱装置６による加熱および真空ポンプ７による真空吸引が継続される。これは、樹脂フィルム４を、パルプモールド１０に対して、より確実に密着および接着するためである。

　時点ｔ４で、輻射加熱装置６は、図５（ａ）に示すように、出力を停止する。同時に、輻射加熱装置６は、図５（ｃ）に示すように、第１加熱位置に戻る。なお、必ずしも第１加熱位置に戻る必要はなく、第１加熱位置よりも基台５２から離れる位置まで移動することとしても良い。さらに、時点ｔ４で、第１開閉弁８を閉弁し、第１配管１１Ａを遮断することで、図５（ｂ）に示すように、真空吸引が停止される。以上で、接着工程が完了する。接着工程に要する時間（時点ｔ２から時点ｔ４までの時間）は、輻射加熱装置６の出力、輻射加熱装置６の基台５２に対する距離、樹脂フィルム４の厚みや素材、パルプモールド１０の密度（透気度）等に左右されるが、本実施形態においては、約６～１０秒である。

　上述した通り、パルプモールド１０に接触することで冷めてしまった樹脂フィルム４を、再び温度Ｃ２１に達するまで輻射加熱するために必要な時間（時点ｔ２から時点ｔ３までの時間）が、従来必要であった時間（図７（ｄ）における時点ｔ２から時点ｔ５までの時間）よりも短いため、接着工程に要する時間（時点ｔ２から時点ｔ４）が、従来の接着工程に要する時間（図７における時点ｔ２から時点ｔ６までの時間）よりも２０～６０％程度短くなっており、製造効率の向上が図られている。

　接着工程が完了した後は、樹脂フィルム４が接着されたパルプモールド１０を、基台５２から取り除く。この、樹脂フィルム４が接着されたパルプモールド１０を取り除く作業は、作業者が手作業によって行うこととしても良いし、自動搬送装置等により行うこととしても良い。

　以上説明した加熱工程および接着工程は、熱成形装置１に接続される制御装置（不図示）に記憶される制御プログラムにより、自動的に行われるものである。

＜第２の実施形態＞　
　第２の実施形態に係る熱成形装置について、第１の実施形態に係る熱成形装置１と異なる点のみ説明する。

　第２の実施形態に係る熱成形装置は、図１に示す第１の実施形態に係る熱成形装置１と同様の構成を有するが、輻射加熱装置６の第２加熱位置が、図１に示す第１の実施形態に係る熱成形装置１の第２加熱位置と異なっており、第２の実施形態に係る熱成形装置の第２加熱位置は、第１加熱位置よりも、輻射加熱装置６と基台５２との距離が遠く設定されている。つまり、輻射加熱装置６は、加熱工程から接着工程に移る段階で樹脂フィルム４から遠ざかる。

　接着工程において輻射加熱装置６が樹脂フィルム４を輻射加熱する際、パルプモールド１０が、その材質によっては過剰に熱せられて焦げるおそれがある。そこで、接着工程において、輻射加熱装置６を樹脂フィルム４から遠ざけることで、輻射加熱装置６がパルプモールド１０に対して与える熱量を低下させる。これにより、パルプモールド１０が過剰に熱せられることを防ぐことが可能である。

　以上説明したように、本実施形態に係る熱成形装置１によれば、（１）輻射加熱装置６と、輻射加熱装置６に樹脂フィルム４を挟んで対向する基台５２と、を備え、輻射加熱装置６により樹脂フィルム４を成形可能な所定の温度Ｃ２１まで輻射加熱するための加熱工程と、輻射加熱された樹脂フィルム４を基台５２に載置された繊維成形体（パルプモールド１０）に接着する接着工程と、を行うための熱成形装置１において、樹脂フィルム４は、加熱工程および接着工程を行う前に、繊維成形体（パルプモールド１０）の、樹脂フィルム４を接着する接着面１０４の外周縁（フランジ部１０３）に接着された状態で、外周縁（フランジ部１０３）の外形に沿った形状に切断されていること、を特徴とする。

　（１）に記載の熱成形装置１によれば、樹脂フィルム４は、加熱工程および接着工程を行う前に、繊維成形体（パルプモールド１０）の、樹脂フィルム４を接着する接着面１０４の外周縁（フランジ部１０３）に接着された状態で、外周縁（フランジ部１０３）の外形に沿った形状に切断されていることを特徴とするため、樹脂フィルム４は、輻射加熱装置６に加熱される前に切断されるものである。つまり、樹脂フィルム４に輻射加熱装置６の加熱による微小な変形や、物性の変化が発生していない状態で、樹脂フィルム４を切断することができる。よって、トリミング精度の向上を図ることができる。

　また、トリミング精度の向上を図ることができれば、トリミングを行う際に、樹脂フィルム４のみを精度高く切断することができるようになり、繊維成形体（パルプモールド１０）を切り離した後の樹脂フィルムにパルプモールドの一部が残留することもない。よって、繊維成形体（パルプモールド１０）を切り離した後の樹脂フィルムの材料としての再生が容易であるし、材料としての再生を断念した場合であっても廃棄する際の環境負荷の低減を図ることができる。

　（２）（１）に記載の熱成形装置１において、繊維成形体（パルプモールド１０）と樹脂フィルム４との間を真空吸引するための減圧手段（真空ポンプ７）と、減圧手段（真空ポンプ７）の真空吸引を行うための排気速度を調整する排気速度調整部（第１配管１１Ａ，第２配管１１Ｂ，第１開閉弁８，第２開閉弁９，流量調整弁１３）と、を備えること、を特徴とする。

　（３）（２）に記載の熱成形装置１において、排気速度調整部（第１配管１１Ａ，第２配管１１Ｂ，第１開閉弁８，第２開閉弁９，流量調整弁１３）は、加熱工程において真空吸引を行うための第１排気速度（所定の排気速度Ｓ１２）と、接着工程において真空吸引を行うための第２排気速度（最大排気速度Ｓ１１）と、の間で排気速度の調整を行うこと、第２排気速度（最大排気速度Ｓ１１）は、樹脂フィルム４を繊維成形体（パルプモールド１０）に密着させるための排気速度であること、第１排気速度（所定の排気速度Ｓ１２）は、第２排気速度（最大排気速度Ｓ１１）よりも排気速度が遅いこと、を特徴とする。

　（４）（３）に記載の熱成形装置１において、輻射加熱装置６の出力を、所定の時間内（時点ｔ１から時点ｔ２）に樹脂フィルム４が所定の温度Ｃ２１に達するために必要な加熱温度（温度Ｃ１１）に制御するとともに、減圧手段（真空ポンプ７）により、第１排気速度（所定の排気速度Ｓ１２）で真空吸引を行うことで加熱工程を行い、加熱工程の完了後に、減圧手段（真空ポンプ７）により、第２排気速度（最大排気速度Ｓ１１）で真空吸引を行うことで接着工程を行う制御プログラムを備えること、を特徴とする。

　樹脂フィルム４は、加熱工程および接着工程を行う前に、繊維成形体（パルプモールド１０）の、樹脂フィルム４を接着する接着面１０４の外周縁（フランジ部１０３）に接着された状態であるため、繊維成形体（パルプモールド１０）と樹脂フィルム４の間には空気が閉じ込められている。したがって、そのまま加熱工程を行うと、輻射加熱装置６の加熱により、繊維成形体（パルプモールド１０）と樹脂フィルム４の間に閉じ込められた空気が膨張し、樹脂フィルム４が輻射加熱装置６側に膨れてしまう。すると、輻射加熱装置６と樹脂フィルム４との距離が狭まり、樹脂フィルム４が過剰に加熱され、穴が開いてしまうといった不良が発生するおそれがある。

　（２）または（３）または（４）に記載の熱成形装置１によれば、繊維成形体（パルプモールド１０）と樹脂フィルム４との間を真空吸引し、樹脂フィルム４を繊維成形体（パルプモールド１０）に密着させるための減圧手段（真空ポンプ７）と、減圧手段（真空ポンプ７）の真空吸引を行うための排気速度を調整する排気速度調整部（第１配管１１Ａ，第２配管１１Ｂ，第１開閉弁８，第２開閉弁９，流量調整弁１３）と、を備えるため、例えば、加熱工程において、接着工程における第２排気速度（最大排気速度Ｓ１１）よりも排気速度の遅い第１排気速度（所定の排気速度Ｓ１２）で真空吸引を行うことで、樹脂フィルム４が輻射加熱装置６側に膨れてしまうことを防止することができる。これにより、樹脂フィルム４が過剰に加熱されることを防止することができる。

　なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、熱成形装置１は、基台５２に１つのパルプモールド１０を載置し、樹脂フィルム４の接着を行うものとしているが、複数個のパルプモールドに対して同時に樹脂フィルムの接着を行うものとしても良い。さらに、熱成形装置１は、下型５の上方に輻射加熱装置６が位置するものとしているが、上下位置は逆転されたものであっても良い。また、樹脂フィルム４は接着層を備えるものとして説明しているが、接着層を備えない樹脂フィルムを用いても良い。

　１・・・・熱成形装置
　４・・・・樹脂フィルム
　６・・・・輻射加熱装置
　１０・・・・パルプモールド（繊維成形体の一例）
　１０４・・接着面
　１０３・・フランジ部（外周縁の一例）

Claims

　輻射加熱装置と、前記輻射加熱装置に樹脂フィルムを挟んで対向する基台と、を備え、前記輻射加熱装置により前記樹脂フィルムを成形可能な所定の温度まで輻射加熱するための加熱工程と、輻射加熱された前記樹脂フィルムを前記基台に載置された繊維成形体に接着する接着工程と、を行うための熱成形装置において、
　前記樹脂フィルムは、前記加熱工程および前記接着工程を行う前に、前記繊維成形体の、前記樹脂フィルムを接着する接着面の外周縁に接着された状態で、外周縁の外形に沿った形状に切断されていること、
　前記繊維成形体と前記樹脂フィルムとの間を真空吸引するための減圧手段と、
　前記減圧手段の前記真空吸引を行うための排気速度を調整する排気速度調整部と、
　を備えること、
　前記排気速度調整部は、前記加熱工程において前記真空吸引を行うための第１排気速度と、前記接着工程において前記真空吸引を行うための第２排気速度と、の間で排気速度の調整を行うこと、
　前記第２排気速度は、樹脂フィルムを繊維成形体に密着させるための排気速度であること、
　前記第１排気速度は、前記第２排気速度よりも排気速度が遅いこと、
　を特徴とする熱成形装置。
　請求項１に記載の熱成形装置において、
　前記輻射加熱装置の出力を、所定の時間内に前記樹脂フィルムが前記所定の温度に達するために必要な加熱温度に制御するとともに、前記減圧手段により、前記第１排気速度で前記真空吸引を行うことで前記加熱工程を行い、
　前記加熱工程の完了後に、前記減圧手段により、前記第２排気速度で前記真空吸引を行うことで前記接着工程を行う制御プログラムを備えること、
　を特徴とする熱成形装置。