WO2024029227A1

WO2024029227A1 - 熱成形装置

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Publication number: WO2024029227A1
Application number: PCT/JP2023/023343
Authority: WO
Inventors: 一典寺本; 章伍高井
Original assignee: 株式会社浅野研究所
Priority date: 2022-08-05
Filing date: 2023-06-23
Publication date: 2024-02-08
Also published as: JP2024022333A; JP7317410B1

Abstract

上型（２１０）と下型（２２０）を用いて樹脂シート（Ｓ）を成形する熱成形装置（１０）において、厚みのある樹脂シート（Ｓ）の外周を保持する搬送枠部材（１００）と、搬送枠部材（１００）を搬送する横行装置（２００）と、搬送枠部材（１００）には吸気機構（流路１０５ａ、吸気孔１０５ｂ、開口部１０５ｃ、吸気路１０７）が備えられ、搬送枠部材（１００）が樹脂シート（Ｓ）の外周と当接し、吸気機構によって吸気することで樹脂シート（Ｓ）を保持し、横行装置（２００）によって搬送すること。

Description

熱成形装置

　本発明は、スクラップレス成形を実現するために、必要なサイズにトリミングした後の樹脂シートを搬送可能な機構を備える熱成形装置の技術に関する。

　熱成形機を用いた樹脂シートの成形では、従来、シートの一部をクランプして搬送する方法が一般的に用いられてきた。この場合、樹脂シートの一部はクランプをする為の場所として用意され、熱成形された後に成形品をトリミングする必要がある。トリミングされた後、成形品とその残材がスクラップとして回収される。

　特許文献１には、熱成形装置及び熱成形方法に関する技術が開示されている。特許文献１の熱成形装置は、シート搬送機構、成形機構、輻射加熱機構を備えており、シートの両端をクランプ搬送機構によってクランプして長尺シートを引き出しながら搬送する構成となっている。シートは成形機構によって成形された後に、成形品取出機構にて製品とスクラップに切り分けられる。なお、所定の長さでシートをカットして取り出す方式でも類似の方法で搬送可能であると紹介されている。

特開２００９－２３２０５号公報

　しかしながら、特許文献１に開示される技術を用いる場合、上述した通りシートを成形した後にトリミングを行うことでスクラップと製品を切り分けている。このため、成形品が三次元形状である場合には三次元形状に対応したトリミング装置を用いる必要があるが、形状によってはトリミングが困難でコストがかかる問題がある。また、昨今の環境性を求められるというニーズに合わせて、できるだけスクラップの分量を少なくすることが求められている。

　そこで、樹脂シートをスクラップレス、或いは可能な限り発生するスクラップの量を削減して、成形可能な熱成形装置の提供を目的とする。

　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。

（１）金型を用いて樹脂シートを成形する熱成形装置において、
　厚みのある前記樹脂シートの外周を保持する搬送枠部材と、
　前記搬送枠部材を搬送する横行装置と、を備え、
　前記搬送枠部材には吸気機構が備えられ、前記搬送枠部材が前記樹脂シートの外周と当接し、前記吸気機構によって吸気することで前記樹脂シートを保持し、前記横行装置によって搬送され、
　前記搬送枠部材の上面には、前記樹脂シートを加熱するための熱板が当接して配置され、前記熱板を貫通して前記吸気機構と接続する吸気路が形成されていること、
　　　を特徴とする。

　上記（１）に記載の態様により、樹脂シートの側面（外周面）を保持して樹脂シートの搬送を行うことが可能になる。この結果、成形に使う金型より小さな樹脂シートの搬送が可能となり、先にトリミングした樹脂シートを扱うことができる。金型の面積よりも樹脂シートが小さくても、厚手の樹脂シートの側面を保持して搬送する構成であるため、樹脂シートの成形後のトリミングが不要となる。この結果、例えば樹脂シートを三次元形状に成形した場合の加工の容易性が向上する。

　また、樹脂シートの保持方法は、搬送枠部材に吸気機構を備えており、樹脂シートの全周を吸気することで保持する構成となっている。このため、樹脂シートの表面及び裏面に触れないように保持することができる。したがって、透明な樹脂シートなどを成形する場合にも、表面や裏面に搬送する際の影響、即ち樹脂シートをクランプすることでできる凹凸や細かい傷などの発生の抑制が期待出来る。

　また、熱板を樹脂シートに密着させて均一に樹脂シートの加熱が可能となる。熱板を貫通する形での吸気路を形成することで、熱板が樹脂シートの全面を覆う状態を作り出すことができる。熱板で樹脂シートを均一に加温するためには、樹脂シートの全面を熱板で覆うことが好ましい。

（２）（１）に記載の熱成形装置において、
　前記搬送枠部材内に前記樹脂シートが配置され、
　前記横行装置に保持された前記搬送枠部材に当接するように前記熱板が配置され、前記吸気機構により前記樹脂シートが吸着保持された後、加熱装置によって前記樹脂シートが加熱され、前記金型を用いて成形されること、
　　　が好ましい。

　上記（２）に記載の態様により、樹脂シートを搬送枠部材で吸着保持した後に、加熱する方式としているので、樹脂シート加熱による線膨張の影響を受けずに搬送枠部材での保持が可能となる。このため、成形品の歩留まりを上げ、形状精度向上に寄与することが可能である。

（３）（１）に記載の熱成形装置において、
　前記搬送枠部材と前記熱板と前記樹脂シートの上面で囲まれた空間が、前記吸気路と接続し、前記吸気機構により前記樹脂シートが吸着保持されること、
　　　が好ましい。

　上記（３）に記載の態様により、搬送枠部材と熱板と樹脂シートの上面で囲まれた空間が負圧になるため、搬送枠部材で樹脂シートの側面を支持し（１）の態様と同様に樹脂シートの成形後のトリミングが不要となり、（１）の態様と同様に厚みのある樹脂シートの搬送が可能となる。

（４）（１）に記載の熱成形装置において、
　前記搬送枠部材が、
　　　前記樹脂シートの側面を保持する支持部材と、
　　　該支持部材の移動を前記樹脂シートの幅方向又は奥行方向に規制して摺動可能に案内するスライドガイドと、を備え、
　前記支持部材には、前記樹脂シートの端面に当接する当接面に複数吸気孔を備え、該吸気孔が前記支持部材内部に形成される流路に連通し、前記流路は前記熱板当接面側に開口して前記吸気路と連通すること、
　　　が好ましい。

　上記（４）に記載の態様により、スライドガイドによってガイドされることで、樹脂シートの膨張に対応し、かつ樹脂シートの搬送時にチャック或いはアンチャックする機構として機能する。このため、スムーズかつ確実に樹脂シートを搬送枠部材によって保持することが可能となる。

第１実施形態の、搬送枠部材の斜視図である。第１実施形態の、樹脂シート投入時の模式図である。第１実施形態の、横行装置でクランプする際の模式図である。第１実施形態の、熱板より給気する状態を示す模式図である。第１実施形態の、樹脂シートを加熱する様子示す模式図である。第１実施形態の、成形位置で金型を移動させる様子を示す模式図である。第１実施形態の、成形位置でのアンクランプ状態を示す模式図である。第１実施形態の、成形位置で上型が降下する様子を示す模式図である。第１実施形態の、成形時の様子を示す模式図である。第１実施形態の、熱成形装置の概略図である。第１実施形態の、搬送枠部材の平面図である。第１実施形態の、側面支持部材の断面図である。第２実施形態の、側面支持部材の断面図である。

第１実施形態

［装置の構成］
　まず、本発明に係る第１の実施形態の熱成形装置１０の概略について説明をする。図１に、第１実施形態の搬送枠部材１００の斜視図を示す。図２Ａ～図２Ｈに、成形手順を模式図に示す。図３に、熱成形装置１０の概略図を示す。熱成形装置１０の構成は、図３に示すように投入部Ｓｔ１、加熱部Ｓｔ２、成形部Ｓｔ３の３つのポジションに分かれており、図１に示すような搬送枠部材１００によって投入部Ｓｔ１で投入された樹脂シートＳを搬送する。成形に用いる樹脂シートＳは厚みが５ｍｍ程で、熱成形装置１０に投入する前に所定の大きさにカットされた透明な素材を用いている。

　搬送枠部材１００は、四方に配置される側面支持部材１０５と四隅に配置されるスライドガイド１１０よりなる。側面支持部材１０５はスライドガイド１１０に端面をガイドされて、中央に保持される樹脂シートＳに対して近接・離間する構造である。図４に、搬送枠部材１００の平面図を示す。図４では、中央に配置される樹脂シートＳに対して、側面に配置された側面支持部材１０５が近接する様子を示している。スライドガイド１１０は側面支持部材１０５をガイドする機能を備えているので、側面支持部材１０５は脱落しないように移動可能である。

　図５に、側面支持部材１０５の断面を示す。図５は図１のＡＡ断面図にあたる。側面支持部材１０５は、その内部に流路１０５ａが形成されており、樹脂シートＳの側面側に開口する様に設けられた複数の吸気孔１０５ｂと連通している。吸気孔１０５ｂは樹脂シートＳの側面との当接面１０５ｄに複数開口されており、上面側に設けられた開口部１０５ｃと連通している。したがって、図１に示すように、搬送枠部材１００の上面には４箇所に開口部１０５ｃが見えることになる。この開口部１０５ｃには吸気路１０７が接続され、図示されていないチューブ及び真空ポンプなどの吸気機構に接続されている。

　したがって、樹脂シートＳの側面と側面支持部材１０５の当接面１０５ｄの対向させた状態で、流路１０５ａ内を負圧にすることで吸気孔１０５ｂから空気を吸引して、後述するように樹脂シートＳを保持する力を得る。なお、図６では樹脂シートＳと側面支持部材１０５との間のリークを防ぐ為に薄板１０６を上下に配置しているが、当接面１０５ｄに図示しない弾性部材を設けてリークを防ぐ手法でも良い。

［成形過程の説明］
　第１実施形態の熱成形装置１０は、上述したような搬送枠部材１００を用いて樹脂シートＳを搬送する。次に、図２Ａ乃至図２Ｈを用いて熱成形装置１０を用いた成形過程について説明する。

　投入部Ｓｔ１では、図２Ａに示すように、樹脂シートＳを搬送枠部材１００にセットする。搬送枠部材１００の下部には、樹脂シートＳの下面に接して樹脂シートＳが脱落しないよう支持するシートサポート１５０が配置されており、樹脂シートＳが脱落しないように支持している。搬送枠部材１００は樹脂シートＳに対して、図４に示すように若干広がっており、事前に所定の大きさにカットされた樹脂シートＳを投入した後に側面支持部材１０５は樹脂シートＳに対して近接するように移動される。この側面支持部材１０５の移動機構については特に限定しないが、必要に応じて空圧シリンダや電動駆動機構などの移動手段を付加することを妨げない。

　次に、図２Ｂに示すように、樹脂シートＳの上面に密着させることで加熱を行う熱板１６０を配置する。熱板１６０は所定の熱容量がある部材であれば良く、樹脂シートＳの上面に対して接することで、熱を伝達する機能を有する。更に、搬送枠部材１００を前述の投入部Ｓｔ１、加熱部Ｓｔ２、成形部Ｓｔ３まで移動させる横行装置２００によって搬送枠部材１００をチャックする。

　次に、図２Ｃに示すように、熱板１６０を貫通する吸気路１０７を介して前述した開口部１０５ｃより吸気する。図５では吸気路１０７だけを示したが、実際には吸気路１０７は熱板１６０を貫通して吸気を行う。樹脂シートＳの側面と側面支持部材１０５の当接面１０５ｄの対向させた状態で、流路１０５ａ内を負圧にすることで吸気孔１０５ｂから空気を吸引して、樹脂シートＳを側面支持部材１０５に吸着させる。これによって、搬送枠部材１００が樹脂シートＳを保持することが可能となる。この状態で、シートサポート１５０から樹脂シートＳを持ち上げることが可能となる。

　次に、図２Ｄに示すように、加熱装置Ｈによって樹脂シートＳを加熱する。図２Ｄは、加熱部Ｓｔ２に横行装置２００を用いて樹脂シートＳを移動させた後に、加熱装置Ｈによる加熱を行っている。加熱装置Ｈは輻射加熱又は熱風加熱の何れでも良く、その他の加熱方法を用いることを妨げない。加熱装置Ｈを用いて樹脂シートＳを所定の時間加熱し、横行装置２００を用いて次の工程に移動する。

　次に、図２Ｅに示すように成形部Ｓｔ３に搬送枠部材１００を移動させ、下型２２０を持ち上げて樹脂シートＳと当接させるようにする。そして、図２Ｆに示すように熱板１６０と搬送枠部材１００を退去させて、図２Ｅに示すように上型２１０を降下させ、図２Ｈに示すように型締めして樹脂シートＳの成形を行うことで、成形品Ｐを得ることができる。この後、図示しない払出部にて成形品Ｐの払い出しが行われる。

［作用効果の説明］
　第１実施形態の熱成形装置１０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。

　まず、樹脂シートＳのスクラップレス成形をすることが可能になる。これは、金型（上型２１０、下型２２０）を用いて樹脂シートＳを成形する熱成形装置１０において、厚みのある樹脂シートＳの外周（外周面）を保持する搬送枠部材１００と、搬送枠部材１００を搬送する横行装置２００と、搬送枠部材１００には吸気機構（流路１０５ａ、吸気孔１０５ｂ、開口部１０５ｃ、吸気路１０７）が備えられ、搬送枠部材１００が樹脂シートＳの外周と当接し、吸気機構によって吸気することで樹脂シートＳを保持し、横行装置２００によって搬送されるからである。

　すなわち、図１に示すように、予め定寸にカットされた樹脂シートＳを用いて、図２Ｈに示すように成形品Ｐを得ることができるので、成形後に成形品Ｐを改めてトリミングする必要が無い。これは、樹脂シートＳの側面を搬送枠部材１００によって保持しながら搬送することで、上型２１０及び下型２２０よりも面積の狭い樹脂シートＳを用いることができるからであり、このためにスクラップレスの成形を実現することが可能となる。尤も、樹脂シートＳをカットする際に端材が出るが、成形するためにクランプする部分を用意する場合よりも遥かに少なくすることができる。

　また、樹脂シートＳを搬送枠部材１００で搬送するにあたって、側面支持部材１０５に設けた流路１０５ａ内部を負圧にすることで、樹脂シートＳの側面を吸着して保持する方式を採用している。流路１０５ａは搬送枠部材１００の４辺をそれぞれ構成する側面支持部材１０５に１本ずつ設けられえる。側面支持部材１０５は、その端部がスライドガイド１１０と摺動可能に係合しているため、搬送枠部材１００の内側に配置される樹脂シートＳに対して、近接・離間するように移動可能となっている。このような構造を採用するために、樹脂シートＳの投入・取り出しが容易となる。

　すなわち、樹脂シートＳの投入・取り出しの際には、側面支持部材１０５が外側に、つまり樹脂シートＳから離間する様に移動することで、樹脂シートＳと側面支持部材１０５とが干渉しにくくなる。また、保持する際には樹脂シートＳに近接することで、吸気孔１０５ｂから空気を吸引して樹脂シートＳが脱落しないように保持が可能となる。

　なお、本実施形態では側面支持部材１０５が４辺とも自在に移動できる構成としてあるが、４辺のうち隣り合う２辺、つまりＬ字型に配置された側面支持部材１０５を２か所動かないようにして基準とし、可動するように設けられた２本の側面支持部材１０５で押し付けるように移動する構成とすることもできる。こうすることで、樹脂シートＳの位置決め精度を上げることも可能であるので、必要に応じて適宜選択することが望ましい。

　また、樹脂シートＳの厚みが増えたり、面積が広くなったりして重量が増した場合には、側面支持部材１０５の当接面１０５ｄに設ける吸気孔１０５ｂの数を増減したり、当接面１０５ｄと樹脂シートＳとの接触面積を増やすためにゴムなどの弾性部材を設けることで、保持力を高めることを妨げない。更に、図５に示すような薄板１０６を設けるなどの工夫により、より保持力を高めることが可能である。

　また、搬送枠部材１００内に樹脂シートＳが配置されて、横行装置２００に保持された搬送枠部材１００に当接するように熱板１６０が配置され、吸気機構（流路１０５ａ、吸気孔１０５ｂ、開口部１０５ｃ、吸気路１０７を通じて図示しない真空ポンプやブロアなどによって吸気する機構）により樹脂シートＳが吸着保持された後、加熱装置Ｈによって樹脂シートＳが加熱され、金型（上型２１０、下型２２０）を用いて形成される。

　このように搬送枠部材１００で樹脂シートＳを保持した後に熱板１６０を当接させ、その後に加熱装置Ｈによって樹脂シートＳが加熱される手順とすることで、樹脂シートＳの加熱による膨張に対応することができる。このため、樹脂シートＳを保持している側面支持部材１０５は空圧シリンダなどで加圧するような構成となっていることが好ましい。

第２実施形態

　次に、本発明の第２の実施形態の熱成形装置１０Ａの概略について説明をする。第２実施形態の熱成形装置１０Ａは、第１実施形態の熱成形装置１０と類似した構成であるが、細部で異なる。以下、異なる構成について図６を用いて説明する。

　図６には、第２実施形態の熱形成装置の側面支持部材の断面図を示す。図６は図１のＡＡ断面図に相当する。熱成形装置１０Ａが備える側面支持部材１０５Ａは、図６に示される様に略Ｌ字状の断面形状であり、熱板１０６の下面と当接する側に切欠部１０５ｆを備えている。側面支持部材１０５の当接面１０５ｄは、第１実施形態と同様に樹脂シートＳに当接し、樹脂シートＳの上面と熱板１０６の下面との間には隙間１０５ｅが形成されて、吸気路１０７に接続されている。

　吸気路１０７は図示されていないチューブ及び真空ポンプに接続される。したがって、第１実施形態のように側面支持部材１０５の内部に流路１０５ａが形成されるのではなく、樹脂シートＳの上面に形成される隙間１０５ｅと吸気路１０７が連通する構成となる。

　第２実施形態の熱成形装置１０Ａはこのような構成であり、第１実施形態と同様に樹脂シートＳを、搬送枠部材１００を用いて搬送することが可能である。したがって、第１実施形態と同様に、予め定寸にカットされた樹脂シートＳを用いて成形が可能であり、スクラップレスの成形を実現することが可能となる。

　以上、本発明に係る熱成形装置１０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、本実施形態では、樹脂シートＳに透明な素材を用いるとしているが、不透明な素材であっても適用が可能である。

　また、その厚みは５ｍｍとしているが、これに限定されるものではない。ただし、側面支持部材１０５を用いる関係で厚手の樹脂シートＳの方が吸着し易くなる。尤も、厚みが増すと重量が重くなるため、搬送枠部材１００による吸着搬送が実現可能な範囲での適用が好ましい。また、樹脂シートＳは矩形でなくとも搬送枠部材１００の形状を工夫することで対応が可能である。

Ｓ　　　　　樹脂シート
１０　　　　熱成形装置
１００　　　搬送枠部材
１０５ａ　　流路
１０５ｂ　　吸気孔
１０５ｃ　　開口部
１０７　　　吸気路
２００　　　横行装置
２１０　　　上型
２２０　　　下型

Claims

　金型を用いて樹脂シートを成形する熱成形装置において、
　厚みのある前記樹脂シートの外周を保持する搬送枠部材と、
　前記搬送枠部材を搬送する横行装置と、を備え、
　前記搬送枠部材には吸気機構が備えられ、前記搬送枠部材が前記樹脂シートの外周と当接し、前記吸気機構によって吸気することで前記樹脂シートを保持し、前記横行装置によって搬送され、
　前記搬送枠部材の上面には、前記樹脂シートを加熱するための熱板が当接して配置され、前記熱板を貫通して前記吸気機構と接続する吸気路が形成されていること、
　　　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、
　前記搬送枠部材内に前記樹脂シートが配置され、
　前記横行装置に保持された前記搬送枠部材に当接するように前記熱板が配置され、前記吸気機構により前記樹脂シートが吸着保持された後、加熱装置によって前記樹脂シートが加熱され、前記金型を用いて成形されること、
　　　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、
　前記搬送枠部材と前記熱板と前記樹脂シートの上面で囲まれた空間が、前記吸気路と接続し、前記吸気機構により前記樹脂シートが吸着保持されること、
　　　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、
　前記搬送枠部材が、
　　　前記樹脂シートの側面を保持する側面支持部材と、
　　　該側面支持部材の移動を前記樹脂シートの幅方向又は奥行方向に規制して摺動可能に案内するスライドガイドと、を備え、
　前記支持部材には、前記樹脂シートの端面に当接する当接面に複数の吸気孔を備え、該吸気孔が前記側面支持部材の内部に形成される流路に連通し、前記流路は前記熱板の当接面側に開口して前記吸気路と連通すること、
　　　を特徴とする熱成形装置。