特許 5971511 熱成形用の装置と成形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5971511

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】熱成形用の装置と成形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 51/42 20060101AFI20160804BHJP

   B29C 51/10 20060101ALI20160804BHJP

   B29C 51/30 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   B29C51/42

   B29C51/10

   B29C51/30

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-254641(P2011-254641)

(22)【出願日】2011年11月22日

(65)【公開番号】特開2013-107301(P2013-107301A)

(43)【公開日】2013年6月6日

【審査請求日】2014年11月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】500044755

【氏名又は名称】福村 三樹郎

(72)【発明者】

【氏名】福村 三樹郎

【審査官】 辰己 雅夫

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５８−１８００１７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−２２１５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１９２９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８９０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４００００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３８７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−３０９４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−００１３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１６６０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０４８０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２３２０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２１７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０５−０４５４１２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特公平０７−１０２６０８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特公昭５６−００７８５５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特公昭６０−０３１６５１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特許第２５３２７３０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４０５７４８７（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ５１／４２

Ｂ２９Ｃ ５１／１０

Ｂ２９Ｃ ５１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

賦形体の熱処理を伴う樹脂シートの熱成形装置において、圧空ボックス内で、成形型に対
面して設けた複数の送気開口と複数の吸気開口を、それぞれを一定の間隔で配置させ、圧
縮気体を上記送気開口から上記成形型上部に送出し、送出された上記気体を上記吸気開口
を通じ外部に排気するように構成し、１）上記送気開口からの気体送出を上記送気開口の
背後に設けた分配空間から分配して行い、そして２）上記の排気を上記吸気開口の背後に
設けた集気空間に集気して行うようにし、これを上記構成の一体構造としたものを用い、
更に、成形型として、熱浸透率ｂ値（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５の材料に
より少なくとも成形用表面を形成させたものを用い、
更に、上記成形型に保持された賦形体を加熱する手段として、１）賦形体へ加熱気体を送
気するか、又は２）上記成形型を加熱して用いるように構成した熱可塑性樹脂シートの
成形装置。

【請求項2】

成形型として、熱浸透率ｂ値（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が１５以下の材料によりなる表面
層と上記熱浸透率（ｂ値）が表面層のそれより大きな材料からなる背後体からなることを
特徴とする請求項１に記載の成形装置

【請求項3】

上記送気開口と上記吸気開口の何れかが成形型の窪みに合わせた位置に突出して設けられ
ていることを特徴とする請求項１または２に記載の成形装置。

【請求項4】

上記圧空ボックスにおいて、圧縮気体を導入して上記送気開口より送出する機構と、送出
された上記圧縮気体を上記吸気開口を通じ外部に排気する機構の動作を、一成形工程途中
に切り替え前者の送気する機構を排気する機構として動作させ、後者の排気する機構に送
気する機構の動作をさせるようにすることにより、送気気体の温度を変更するように構成
したことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の成形装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、樹
脂シートの予熱工程、賦形工程、シートの予熱温度以上の高温で熱処理する熱処理工程、
そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は熱可塑樹脂のシート又はフイルムを用いた熱成型品の製造方法に関るものであり、熱成形中の賦形体を高速で加熱及びまたは冷却することに関し、更には結晶性熱可塑性樹脂の熱成形の過程において、シートの予熱温度より高温の熱処理を行い、耐熱性、透明性等、機械強度等の特性の高い熱成形品を高速で効率よく製造することに関し、なかんずく結晶性樹脂の延伸シートを用いてこの熱成形を行うことに関する。

【背景技術】

【0002】

熱成形法は予熱された熱可塑性樹脂シートまたはフイルムを成形型に押圧または真空引きにて賦形し離型する方法であるが、通常は賦形体は低温の金型で冷却された状態で離型される。金型材料としてはアルミニウム、亜鉛合金などの軽量で加工性がよく、かつ熱伝導率の良い材料が使われ自然放熱で連続成形されることが多い。しかしそれでも特に温度調節を行いたい場合は成形型内部に設けたジャケットに熱媒体を通じて冷却することも行われる。一方、木材、プラスチックのような安価で加工し易い材料が使用されることがあるがこうしたものは、耐久性がなく、また温度調節が難しく熱蓄積などが問題となるため連続大量生産には向かず、枚葉成形機でのサンプル試作あるいは少量生産などに使用が限られる。
そして、特殊な成形方法として成形サイクル中に賦形体を任意に加熱したり冷却しようとするときは、上記のジャケットに通す熱媒を途中で熱媒を変更したり、あるいは賦形体を別に温度調整した金型へ移しかえたりすることが行われる。しかしこのような方法では所望の熱処理を行った成形品を高速で連続的に効率よく製造することはできない。

【0003】

特別な加熱あるいは冷却を必要とする具体的な熱成形方法として、（１）特公昭５６−７８５５号はポリエステルシートを１軸延伸配向させて加熱収縮させたシートを用いて熱成形する方法で、成形時に熱風を用いるなどにより熱固定する方法が開示されているが、熱処理に非常に長い時間がかかっており実用的ではない。また、（２）特公平５−４５４１２号では、特定条件で２軸延伸し熱収縮させたシートを用いて熱成形と熱処理を行う方法が開示されている．ここでは、加熱型へ移し替える方法、熱風、熱水、赤外線になどよる加熱法が提案されているが、具体的には記載されておらず、単純にこれらを実行してもその効果はなく、またあったとしても高速で効率のよい実用的な方法とはならない。（３）特公昭６０−０３１６５１号も特定のポリエステル延伸シートを熱成形し熱処理する方法で、加熱された金型で成形することは示されているが、金型あるいは成形品を冷却して離型することについては触れられていない。しかし、このような材料の熱処理成形には成形体を少なくとも熱処理温度より低い温度に冷却して離型することが望ましいが、知られた方法でこれを行うとすれば、金型自体を電熱ヒーターで予め加熱しておいて成形直後に金型のジャケットに通水して冷却する方法、あるいは金型マニホールドに高温熱媒、低温熱媒を交互に通ずる方法などが考えられる。しかしこうした方法では高速で連続成形を行うことはできない。また（４）特許２５３２７３０号では、非延伸の結晶性ＰＥＴシートを加熱された雌型で成形しこれを低温の雌型に移して冷却し離型する方法が示されているが、金型移行に際しては、成形品の変形、位置ずれ、シワの発生が問題となり、またそのような操作ができる特殊な専用成形装置をつくる必要がある。
また（５）特公平７−１０２６０８号は、高温の雌型で成形し、これに嵌合する低温の雄型に引き取って冷却し離型する方法を示しているが、これも金型移行の方法と云ってよく（４）同様に成形の変形やシワが問題となり、又オフセットやアンダーカットのある成形品には適用し難い。またこうした例とは別に、（４）及び（５）のようないわゆるＣＰＥＴの成形では最初から高温の金型で成形すると、金型面で成形材料の滑りが悪いため波や凹凸などの不均一模様が出やすいというような問題もあり、これを避けるために最初低温金型で成形し高温金型に移行するプロセスも知られているが、これもやはり煩雑である。
また（６）特許４０４４８７６号の開示は、シート予熱時にサグ（加熱時のシートの垂れ下がり）が問題となりやすい樹脂材料の熱成形に関するもので、このような材料では通常、多孔の加熱板に材料シートを短時間吸着させて後、そこから離して賦形がなされる。この方法の場合は、熱板吸着時の傷あとなどを回避しようとするもので、加温された弱い空気の圧力でシートを下支えしながら加熱し、次いで熱板を通過させた空気で追加予熱しながら圧空成形するもので、賦形後に予熱温度以上の温度で熱処理することも、積極的に冷却して離型することも必要ではなく、これを行う示唆もされていない。なお、本発明の装置で成形する延伸シートは予熱に収縮作用を起こすのでシートを固定してこれを行えば緊張状態となりサグの問題は発生せず、引例の作用機構は必要としない。
また（７） 特許４０５７４８７号の開示する方法は、結晶性樹脂の熱成形に関し、加熱板に接触させて予熱されたシートを、熱板を通過する高温空気と成形金型にて圧空賦形し、次いで別に準備した冷却空気噴射の手段を運び込んで冷却するものであるが、この加熱板はシート予熱適温に調整されており、背後から加熱された空気が供給されて加熱圧空がなされる。この場合、加熱気体は加熱板中を通る導管内で冷やされ、また熱処理には非常な高温度気体を通す必要があの、その場合加熱板温度を局部的にして不均一にし、また材料シートを局部的に過熱し良好な成形に支障きたしやすい。また、開示された冷却手段では広い面積を均一に。効率的に冷却できない。また高温気体からの熱は容易に金型に逸散して短時間に容易にシートを高温にできず、高速成形ができない。
なお、（８）本発明の発明者（以下本発明者と称する）は本発明に関わりのある少なくとも１１件の先行出願を行っている。これらに関しては、本文中の関連箇所で適宜紹介して説明することとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公昭５６−７８５５号公報

【特許文献2】特公平５−４５４１２号公報

【特許文献3】特公昭６０−０３１６５１号公報

【特許文献4】特許２５３２７３０号公報

【特許文献5】特公平７−１０２６０８号公報

【特許文献6】特許４０４４８７６号公報

【特許文献7】特許４０５７４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。その主な目的は、熱成形の賦形から離型までの過程において、賦形体を高速で加熱しそして必要により高速で冷却し、特に賦形前の予熱シート温度以上の高温で熱処理を行って離型する熱成形を高速で効率良く連続的に行うことができ、また均一で良好な状態の成形品が得られる熱成形装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）樹脂シートの圧空成形を行う熱成形装置において、圧空ボックスとして、少なくとも冷却用圧縮気体を、送気開口から成形型上部に送出し、送出された上記気体を成形型上部で吸気開口を通じて外部に排気する機構を有し、少なくとも１）上記送気開口からの気体送出を複数の上記送気開口の背後に設けた分配空間から分配して行うか、あるいは２）上記の排気を複数の上記集気開口の背後に設けた集気空間に集気して行うようにし、これを上記機構の一体構造としたものを用いる熱可塑性樹脂シートの成形装置を提供するものである。
なお、上記圧空ボックスは、それ自体としてボックス形状の圧空空間を有してしていなくてもよく、樹脂シートと接触する経過を経ずに実質的な圧空空間を形成できる構造体であればよい。
なお、本発明においては、成形は予熱から離型まで成形工程全体を示し、また
圧空成形は圧空工程を含む成形方法を示すものとする。なお、圧空は気体圧を
付与することであり、圧空賦形は全成形工程の中の圧空による賦形工程を示
し、「賦形体」は、成形型に保持された状態にある離型前の成形品を示すもの
とする。

【0007】

（２）上記送気開口又は上記吸気開口に至る導管が、それぞれ上記集気空間又は分配空間を貫通するか又はそれぞれの上記空間の間を貫通して設けられていることを特徴とする上記（１）に記載の成形装置を提供するものである。

【0008】

（３）上記送気開口と上記吸気開口の何れかが成形型表面により近い距離位置になるように設けられていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の成形装置を提供するものである。

【0009】

（４）上記圧空ボックスが、１成形工程の途中で送気する気体を温度の異なるものに変更して送出するために、上記送気開口から気体を送出する機構が途中から気体を排気する機構として働き、上記吸気開口から吸気して排気する機構が途中から別の温度の気体を送出する機構として働くように構成したものであることを特徴とする上記（１）から（３）の何れかに記載の成形装置を提供するものである。

【0010】

（５）成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ^２ｓ^１／２Ｋ）が０．０１〜２５である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることを特徴とする上記（１）から（４）の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、ここでいう成形用表面の定義には、成形用表面に塗布される潤滑、離型等のための塗布剤、５０μm以下の塗料あるいはメッキは除外される。
なお、表面層形成材料の熱浸透率は２０以下であることが好ましく、１５以下であることが更に好ましく、１０以下であることが更にまた好ましい。
この成形型は上記の材料で単体構成されていてもよいが、上記材料を表面層として、任意の材料により背後層あるいは背後体形成したものであってもよい。
なお、表面層を設ける場合、その背後全面に密接して温調手段を設けることが好ましい。

【0011】

（６）成形型として、熱浸透率（ｂ値）が２０以下の材料によりなる表面層と熱浸透率（ｂ値）が表面層のそれより大きな材料からなる背後体からなることを特徴とする上記（１）から（５）の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
このような成形型には、更に表面層の背後に略全面に密接して加熱手段を設けるか又は上記の背後体に加熱手段を設けた構成であることが好ましい。

【0012】

（７）上記成形型に保持された賦形体を加熱する手段として、１）上記圧空ボックスから加熱気体を送出する手段、又は２）上記成形型を加熱して用いる手段の少なくとも1つを用いるように構成したこと特徴とする上記（１）から（６）の何れかに記載の成形装置を提供するものである。

【0013】

（８）上記（１）から（７）のいずれかに記載の成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、シートの予熱温度以上の高温で熱処理する熱処理工程、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を提供するものである。

【0014】

（９）賦形体を高温で熱処理する方法として、１）上記圧空ボックスから加熱気体を送出する方法、又は２）上記保持型を加熱して用いる方法の少なくとも1つを用いること特徴とする上記（８）に記載の成形方法を提供するものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明の成形装置を用いる熱成形には下記のような効用がある。
１）本発明の装置は、樹脂シートを予熱賦形し離型するまでの過程において樹脂シートの予熱温度を大幅に上回る高温で熱処理し、次いで冷却して離型するプロセスを非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
２）通常圧空成形の可能な熱成形機で、特に本発明の構成に上記の圧空ボックスを用いることにより、特別な冷却手段あるいは加熱圧縮気体の生成装置等を付加することなく、常温の圧縮気体を導入して容易に、樹脂シートの賦形と熱処理を伴う成形をおこなうことができる。また、大きな成形面積を均一に熱処理し均一に冷却してそれを行うことができる。また均一な加熱冷却できるので、成形サイクルを短縮することができる。
３）別途に冷却手段を設備する必要がなく、また冷却手段の移動時間を必要とせず、成形サイクルを短縮して高速成形できる。
４）上記のような成形型を用いることにより、賦形体の加熱冷却を伴う成形を高速で効率行うことができる。そして、応用できる成形材料対象を広げることができ、エネルギー消費を節約した生産を行うことができる。
５）広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能となった。
具体的な用途を挙げると、ａ）ＰＥＴ等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、ｂ）結晶核剤添加ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたｃ）ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。ｄ）非結晶性（アモルファス）樹脂の熱成形でも残留歪みをなくし、寸法精度の高い製品をえることができる。
６）特に、延伸ＰＥＴでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができ、又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の成形装置構成例の主要部を示す断面図である。

【図2】図１の圧空ボックスの下面を示す平面図である。

【図3】公知の圧空ボックスを利用した成形装置構成の断面図である。

【図4】本発明に用いる圧空ボックスの別の態様例を示す断面図である。

【図5】本発明の成形装置構成の別の態様例を示す断面図である。

【図6】本発明の成形装置を構成する成形型を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜成形装置の全体構成＞
本発明の成形装置は、熱成形機である圧空成形機若しくは真空圧空成形機を構成するものである。成形材料である樹脂シートの予熱は、加熱オーブン等を利用する間接加熱、あるいは加熱板に接触させる直接加熱など公知のどのような方式を採用してもよい。
樹脂シートの圧空成形を行う熱成形装置において、圧空ボックスとして、少なくとも冷却用圧縮気体を、送気開口から成形型上部に送出し、送出された上記気体を成形型上部で吸気開口を通じて外部に排気する機構を有し、少なくとも１）上記送気開口からの気体送出を複数の上記送気開口の背後に設けた分配空間から分配して行うか、若しくは２）上記の排気を複数の上記集気開口の背後に設けた集気空間に集気して行うようにし、これを上記機構の一体構造としたものを用いる。
なお上記の圧空ボックスは、上記送気開口又は上記吸気開口に至る導管が、それぞれ上記集気空間又は分配空間を貫通するか又はそれぞれの上記空間の間を貫通して設けることが好ましい。
なお上記の圧空ボックスにおいては、上記送気開口と上記吸気開口の何れかが成形型表面により近い距離位置になるように設けてもよく、それは好ましい。
上記の冷却用圧縮気体としては、樹脂シートの予熱温度と同等またはそれ以下の温度の圧縮気体を圧空空間に送出する。冷却用気体の送出のみが行われ、加熱用気体の送出が行われない場合は、成形型表面温度を樹脂シートの予熱温度以上の高温に調整したものを用いて賦形体の熱処理昇温を行う。冷却用圧縮気体の利用に加え熱処理用のための高温気体が送出される態様等については後述する。
上記の圧空ボックスは、プレス機の天板に固定し、その直下の底板には成形型を固定し、天板と底板の少なくとも何れかを上下可動にして、圧空ボックスと成形型の接合離反を可能にする。
成形用の樹脂シートは、予熱されて成形型上部に持ち込まれ、圧空ボックスの降下あるいは成形型の上昇によりこのシートを挟み込み、圧空ホックスからの送気により賦形がなされ、成形により熱処理され、さらに圧空ホックスからの送気により冷却され、そして圧空ボックスと成形型が離反して賦形体の離型がなされる。なお、離型するまでは、賦形体を成形型へ吸引固定するようにすることが望ましい。
このような構成にすることにより、圧空賦形とほぼ同時に、賦形体を成形型表面より加熱昇温し、続けて圧縮気体の送出を継続させることにより、賦形体の冷却を効果的に行うことができる。
なお、圧空に用いる圧縮気体は、空気、窒素、二酸化炭素など人体および成形物等に無害であれば任意のものを用いることができる。また必要により冷却効果を増強させるために、これらの気体に水分を混入させてもよく、また揮発性の物質、例えばアルコールなどの揮発性物質の微滴を混入させてもよい。
上記の圧空ボックスの具体的な形状及び変形態様等については、この後及び＜圧空ボックスについて＞の欄で、又、使用する成形型は熱成形に用いられるものならば任意に用いることができるが、望ましい成形型については＜成形型についての欄＞で詳述する。

【0018】

上記の全体構成例を図１に示す。この例は、プレス機底板上に成形型構成６０が、プレス機天板に排気ポート（排気本体）２１及び送気ポート（送気本体）３１からなる圧空ボックス３０が固定され配置された構成である。なお１００は成形材料の樹脂シートである。成形機そのもの及びプレス機、予熱手段、圧縮気体生成装置等は本図から省かれている。
本図では、予熱された樹脂シート１００が成形型６０の上部に導入された状態を示しているが、この後圧空ボックス３０が降下して圧縮気体による圧空賦形と加熱された成形型による熱処理昇温が相次いで行われ、続いて圧縮気体による冷却が行われる。送出ポート３１から圧縮気体が送出されるが、賦形と同時あるいは賦形直後のタイミングをはかり排気ポート２１の排気バルブを開くと圧空空間の気体は排気更新され効率よく賦形体を冷却することができる。
冷却工程が終わって圧空ボックスが上昇するとともに賦形体の離型が行われる。
成形型構成６０は、表面層６１と背後層（背後体）６２からなる成形型を、加熱熱媒通路６５を有する集積プレート６６に固定し、収納ボックス６７に収納したものである。なお、表面層６１は熱浸透率の小さな材料から、また背後層６２は熱浸透率の大きな材料からなるものである。

【0019】

なお、圧空ボックスあるいは成形型の移動は、必ずしも垂直な上下動でなくてもよく、それぞれ任意に斜め方向から接合して離反してもよく、また特定の軌道で接合して離反してもよい。なお、賦形手段と成形型の位置関係は相対的なものであり、賦形手段の上昇は成形型の降下と同義であって成形型を降下させてもよく、また両者を倒置して賦形手段を下に成形型上に倒置させてもよい。また、特異な態様として、プレス機を横転させてもよく、重量の大きい成形型等を、軽快に開閉でき好ましい方式として利用できる。
なお、上記のように冷却手段を成形型上部に移動する代わりに、成形型を冷却手段の下部に移動させてもよい。その場合、賦形体を含む成形型を移動させてもよく、加熱板と成形型を保持したプレス機を移動させてもよい。
なお、本発明を構成する熱成形機は、短尺の材料シートを一枚ずつ成形する枚葉成形機であってもよく、また長尺の材料シートを順次成形する連続成形機
でもよい。しかし、後者であることが特に好ましく、本発明の特徴を発揮して高速で効率的な繰り返し成形を可能にする。

【0020】

本発明は、本発明者を発明者とする先行出願、特願２０１０−１１８５５５、特願２０１０−１１８４９０、特願２０１０−１１８４８９、特願２０１０−１１８５６２、特願２０１１−４１２９４、特願２０１１−１６５０６７、特願２０１１−１６５０６８、特願２０１１−１６５０６９、特願２０１１−２０６５１４、特願２０１１−２０６５１５、特願２０１１−２０６５１６を更に改良して、熱処理を伴う熱成形の製品品質を向上させ、生産性を向上させ、応用分野を拡大するために成されたものである。そして又、それらを具現する新規で具体的な装置形態を提示するためになされたものである。なお、特願２０１１−２０６５１４の装置構成は、図面上では本発明のものと酷似しているが、このものは冷却手段の必要性に応じて、別途に冷却用気体の噴射等の冷却手段を付加する構成となっている。一方、本発明は少なくとも冷却用気体の送出（噴射）を行うもので、加熱用気体の送出（噴射）が必要な場合にも、同じ構造体でそれもできるようにしたものである。

【0021】

＜圧空ボックスについて＞
公知の通常用いられる圧空ボックスの概念は、樹脂シートと挟んで成形型または成形型群を覆い、樹脂シートとの間に閉鎖空間をつくり、この閉鎖空間に圧縮気体を送り込んで圧空成形をおこなうための道具である。通常は常温圧縮気体により圧空が行われる。
本発明の装置構成と比較するために、上記の公知の知識で考えられる圧空ボックスの外部に別途の気体噴射等による冷却手段を配置して、圧空賦形後にこれを移動させるようにした装置構成を図３に示す。この圧空ボックスは、送気ポート３１、圧縮気体の導入路３３、分配空間３４、送気口３５、送排気面３６、圧空空間（ボックスの形成する空間）３９からなるものである。図１の場合と同様に圧空ボックスが降下して、すでに予熱されて導入された樹脂シート１００を挟み込み、高温圧縮気体により圧空賦形を行い、圧空ボックスの上昇後に進入してきた気体噴射等の冷却手段４０により冷却を行って離型させることができる。
しかし、このような圧空ボックスでは、冷却手段の移動時間が必要であり能率的ではない。なお、圧空ボックスではなく加熱板を用い圧空賦形を行い、成形途中に冷却手段を移動させる類似の構成は、特許４０５７４８７号にも開示されているが、このような冷却手段では全成形面積を均一にかつ迅速に冷却することはできない。

【0022】

上記に対して、本発明の構成に用いられる圧空ボックスは、（１）少なくとも冷却用圧縮気体を、送気開口から成形型上部に送出し、送出された上記気体を成形型上部で吸気開口を通じて外部に排気する機構を有し、少なくとも１）上記送気開口からの気体送出を複数の上記送気開口の背後に設けた分配空間から分配して行うか、若しくは２）上記の排気を複数の上記集気開口の背後に設けた集気空間に集気して行うようにし、これを上記機構の一体構造としたものである。
そして、少なくとも常温あるいは、樹脂シートの予熱温度以下の圧縮気体を送出して樹脂シートの賦形及び賦形体の冷却を効果的に行うことができるようにしたものである。
更に上記圧空ボックスは、（２）上記送気開口又は上記吸気開口に至る導管が、それぞれ上記集気空間又は分配空間を貫通するか又はそれぞれの上記空間の間を貫通して設けることが好ましい。
更に上記圧空ボックスは、（３）上記送気開口と上記吸気開口の何れかが成形型表面により近い距離位置になるように設けてもよい。送気開口と吸気開口必ずしも平面上に形成されていなくてもよく、高低差をつけることにより、効果的にあるいは均一に冷却を行うことができ好ましい。
更に上記圧空ボックスは、（４）１成形工程の途中で送気する気体を温度の異なるものに変更して送出するために、上記送気開口から気体を送出する機構が途中から気体を排気する機構として働き、上記吸気開口から吸気して排気する機構が途中から別の温度の気体を送出する機構として働くように構成してもよく、これを好適に利用することができる。

【0023】

上記（２）を含む、（１）の具体的な例を、前記の図１、及び図２について詳述する。図２は図１の中の圧空ボックスの下面の平面図である。
図１は、予熱された樹脂シート１００が成形型６０の上部に導入された状態を示しているが、この後圧空ボックス３０が降下して、樹脂シート１００周辺部を成形収納ボックス６７に押さえつけて閉鎖した圧空空間３９を形成する。そして外部から導入される圧縮気体は、導入路３３及び分配空間３４を経由して送気開口３５から送出され圧空賦形がなされる。賦形体の昇温熱処理は、熱媒体により熱処理温度以上に加熱保持された成形型６０からの伝熱によりなされる。賦形と同時あるいは少し時間をあけて排気操作バルブ２９を開くと、圧空空間３９の中の気体は集気管２８、排気路２３等を経由して外部への排気が行われるので、継続して圧縮気体の送出が行われ、賦形体の効果的な冷却が可能となる。
なお、図１の構造をほぼそのままにして、上段を送気本体とし下段を排気本体として利用することもできる。

【0024】

上記（１）の別の例を図４に示して説明する。この構成では上記（２）の構成は含まない。この圧空ボックス３０は、排気ポート２１、排気路２３、集気空間２４、吸気開口２５、操作バルブ２９、送気ポート３１、圧縮気体の導入路３３、分配空間３４、送気開口３５、送排気面３６、圧空空間３９、及び操作バルブ４１から構成されている。
この構成では、排気ポート２１及び送気ポート３１は上段下下段の関係になく、それぞれが櫛形をしていて、平面でそれぞれの主要部が互いに入れ子状態にしたものである。図１の場合と同様に送気ポート３１に導入された気体は圧空空間３９に送気され、送気された気体は排気ポート２１に集気され外部に排気される。
なお、図中の送気ポート３１と排気ポート２１の間の区画をなくして両者を一体材料で構成してもよく、あるいは両者の間に断熱材を挿入するなどしてもよい。また必要により送気ポート３１等にヒーターを付設して加熱
できるようにし送気気体温度な適切にものにするようにしてもよい。
なお、本図の構成で送気ポート３１と排気ポート２１の機能を入れ替えてもよく、又温度等の異なる気体を順次異なるポートから送出してもよく、それは操作バルブ２９、４１の切り替え操作により容易に実施できる。

【0025】

上記（３）及び（４）を具体化した例を図５に示して説明する。この図の圧空ボックス３０は、図１のものと同様に排気ポート２１、排気路２３、集気空間２４、集気管２８、吸気開口２５、操作バルブ２９、送気ポート３１、加熱ヒーター３２、高温圧縮気体の導入路３３、分配空間３４、送気開口３５、送排気面３６、断熱材３７、圧空空間３９、及び操作バルブ４１から構成されている。ここでは、集気管２８の先端の流入開口部２５の高さが、送排気面３６から突出したものとなっている。この高さは成形型の窪みの深さに合わせたものであり、このようにすることにより送気開口３５から送られる気体が十分に賦形体表面に届き、効果的で均一な熱処理昇温ができる。なお、加熱ヒーター３２は導入された高温気体を保温あるいは加熱するためのものである
そして本図の構成では、成形サイクルの途中で操作バルブ２９及び４１を切り替え、排気ポート２１を送気ポートとして、そして送気ポート３１を排気ポートとして働かせることができる。この場合、排気ポート２１に常温の圧縮空気を導入して、送気ポート３１から排気すれば、送気された空気は十分に賦形体表面に届き、効果的な冷却ができる。
なお、この送気ポート２１あるいはその分配空間３４内面を、熱浸透率の低いセラミックス等で形成をしてもよく、これにより冷却用気体による熱ロスを減少させることができ好ましい。
なお、この例では排気流入管の先端部は圧空ボックス壁よりも高く突出しているので、圧空ボックスを降下させたとき樹脂シートを突き刺してしまうことになる。しかし、圧空ボックスの降下に先だって真空賦形を先行させればこの事象は全く問題にならない。
なお、このような態様は、集気管２８の代わりに送気開口３５を含む部分を個別あるいは複数集団で突出させて形成させてもよく同様の効果があり望ましい。また、図５の構造をほぼそのままにして、上段を送気ポートとし、下段を排気ポートとして構成してもよい。

【0026】

次に、上記の圧空ボックスの特別な実施態様について説明する。本態様の装置構成は、単板形状でボックス形状をなしていない構造体を本発明に用いる圧空ボックスとして用い、他の部材と合わせて、ボックス状空間すなわち圧空空間を形成するものである。
この例を図６により説明する。本図の圧空ボックス３０は、送気ポート３１と排気ポート２１から構成されたものであるが、図１、４、５等でこれまでに示したものと違い、スカート形の部分（自由空間を形成する部分）のない単板形状であり、ボックス形状をなしていない。この図の構成は、成形型を成形型より側壁の高い収納ボックスに収納し、予熱されて導入された樹脂シートに成形型側から真空引きを作動させ、その後に圧空ボックス３０を降下させ、圧空空間３９を形成させたものである。この後の各工程は図１の圧空ボックスと同様に進めればよい。
本図の圧空ボックス３０は、ボックスとしての空間形成機能は、成形型収納ボックスの一部に移転してはいるが、本発明を構成する圧空ボックスであるものとする。
なおこの場合も、図６の構造をほぼそのままにして、上段を送気ポートとし、下段を排気ポートとして構成してもよい。

【0027】

上記圧空ボックスは、更に下記の様な態様してもよく、これらの態様は好ましく利用できる。
１）１成形サイクルの途中で、同じ送気本体から、送出気体を温度等の異なる気体に変更して送出するようにしてもよい。温度の大きく異なるものに変更する場合は、送気本体の少なくとも内部は熱浸透率の小さな断熱材料を用いることは好ましく、又通路を２つの気体温度の間の適正に温度にすることは好ましい。この構成により、加熱気体により賦形体の熱処理昇温を行いついで低温気体によりその冷却を行うようにしてもよい。なお、圧空賦形は加熱気体でおこなってもよく、又低温気体で行ってもよい。
２）上記各図の基本構造をほぼそのままにして、上段２１を送気ポートとし、下段３１を排気ポートとして構成してもよい。
３）圧空賦形に予熱された気体を使用できる構成にすることは好ましい。予熱された前記所定の温度以下の圧縮気体を送気して賦形工程を行い、次いで適正所定温度の気体送気により、熱処理昇温、あるいは冷却工程実施できるように構成することができる。このようにすることにより、予熱されたシートを冷却することなく賦形でき、特に過剰予熱で熱固定しやすい延伸結晶性樹脂シート材料などに好適である。 予熱気体を送気するために、該当送気ポートに加熱ヒーターを備え、導入圧縮気体を加熱するようにしてもよい。
４）樹脂シートの予熱を圧空ボックスからの送気により行うことができるよう構成することができる。すなわち、賦形直前又は賦形中の樹脂シートに加熱され気体を序々に送気する構成にしてこれを行うことは好ましい。
５）高温気体の送気を行う場合、常温の圧縮気体を導入して圧空ボックスの機構の中でそれを加熱して送気するように構成することができる。例えば、内部の空気通路を加熱された金属等により空気接触面積の多い空間にして、そこを導入気体を通過させて送気することにより実現できる。
６）賦形体の冷却に、圧縮気体の送出と併せて水あるいはアルコール等の揮発性液体を噴射あるいは噴霧するようにすることも好ましい。この場合、圧空ボックス内等から賦形体に向けてその噴射又は噴霧するノズルを設ければよい。
６）冷却用気体は、常温より低温であることは好ましく、圧縮気体をドライアイス粒塊に潜らせて冷却してもよく、あるいはドライアイスの粉粒を混合して気体噴射してもよく、あるいは断熱膨張の手段を利用して冷却してもよい。
７）上記圧空ボックスからの排気は抵抗がないことが好ましく、吸気口を通じて行う排気を、吸引手段を設けて促進するよう構成されることが好ましい。このような手段の具体例として、例えば吸引排気のブロウワーを付設してもよく、あるいは強力な直進噴射流を利用するアスピレーターの機構を利用してもよい。

【0028】

上記のような圧空ボックスは、本発明者を発明者とする特願２０１１−１６５０６７、出願２０１１−４１２９４に開示しているもの等を更に改良したものである。また、特願２０１１−２０６５１４に開示するものを補完し、又
空手段と冷却手段を同一化したものである。
本発明の構成に用いる圧空ボックスには下記のような効用がある。１）任意に継続して気体を送出することができ、迅速に冷却工程へ進むことができ、成形サイクルを短くすることができる。２）全成形面を均一にかつ効率的に冷却することができ、均一で精度の高い成形品を得ることができる。３）成形装置全体を簡易に構成することができる。４）強力な冷却を行うことができ、その結果利用できる成形型構成の設計自由度を大きく広げることができ、簡易で低価格成形型も利用できるようになるなどの効用がある。

【0029】

＜成形型について＞
本発明の装置構成要素として用いられる成形型は、真空排気孔などの公知の熱成形としての必要要素を備えておればよく特に限定するものではない。
しかし、本発明の装置構成要素として用いられる成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ^２ｓ^１／２Ｋ）が０．０１〜２５である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることは好ましい。
熱浸透率がこのような範囲にある材料として、プラスチックス、セラミックス、選ばれた小数の種類の金属材料等を挙げることができ、これらは熱成形の金型として通常使われるアルミニウム材、亜鉛合金材等よりも小さな値のものである。好ましい範囲の熱浸透率を有する材料例は表１の中からも選ぶことができる。但し表記は一般的な物質あるいは物体を参考ため示したものであり、利用出来るものをこれらに限るものではない。
なお、上記熱浸透率とその数値限定の意義等については後に「本発明の内容についての補足説明」の欄で説明する。
なお、本発明の構成に望ましい態様とし示す成形型は、本発明者を発明者とする先行出願、特願２０１０−１１８５５５、特願２０１０−１１８４９０、
特願２０１０−１１８４８９、特願２０１０−１１８５６２及び特願２００１−０６５０６９の何れかに開示しているものである。

【0030】

本発明の装置構成要素として用いられる成形型の更なる特別な態様として、
上記の所定の熱浸透率を有する表面層とこの表面層を背後から定常的に且つ均一に加熱温調する手段から構成されたものを用いることが好ましい。
このためのより具体的な好ましい方法として、１）表面層のそれより大きな熱浸透率を有する材料により、表面層に密接した背後層を設け背後層を加熱温
調する方法、および２）表面層の背後に略全面に密接して加熱手段を設ける方法を挙げることができる。
なおこの場合、表面層形成材料の熱浸透率は２０以下であることが好ましく、１５以下であることが更に好ましく、１０以下であることが更にまた好ましい。またこの表面層の厚みは０．０４ｍｍ以上であることが必要であり、また０．０６ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることが更に好ましい。又同厚みは３０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることが更に好ましく、５ｍｍ以下であることが更に更に好ましい。

【0031】

上記１）の場合は、背後層の熱浸透率は、表面層のそれより大きくし、この背後層に加熱温調手段を付加することが必要である。この加熱手段は公知の゛のような方法でもよく、また背後層の中に設けてもよく、また外部に設けてもよい。背後層からの伝導熱により表面層が一定に加熱される。
そして、背後層の熱浸透率は、３以上であることが好ましく、６以上であることが更に好ましく、１０以上であることか更に更に好ましい。また背後層の熱浸透率は表面層のそれより２倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることが特に好ましい。
なお、背後層の厚みは限定するものではなく、また一定の厚みあるいは形状に限定するものではない。またこの層を単一材料の層に限定するものではなく任意の多層にしてもよい。
図６に上記１）の構造の例を示す。成形型６０は、表面層６１と背後層６２から構成され、６３は真空排気孔、６４は排気通路、６５は温調用の熱媒通路を示している。この図の構成で、アルミニウム材５０５２の背後層の上に、０．５ｍｍのエポキシ樹脂層をつくり、背後層と表面層を通じ成形面に微細な熱電対を露出させて製作した成形型は高性能である。なお、この熱媒通路などの温調手段はここに設けず、成形型を固定する固定板を任意の加熱手段を設けるようにしてもよい。

【0032】

上記２）の場合は、上記の所定の熱浸透率を有する表面層の背後の略全面に密接して加熱手段を設ける構成である。この場合の表面層の構成は材料、寸法形状ともに上記１）と同じであり、望ましい構成も同じである。加熱手段の形成は、次に限るものではないが、例えば表面層背後にａ）面状発熱層の形成、ｂ）面状高伝熱層を形成し特定位置から熱伝導させる方法などがある。背後層についてはその有無、あるいは材質、形状ともに特に制約するものではない。
なお、この上記２）場合の構成においては、背後層７２は特に限定するものではなく、加熱手段の機能を阻害すことなく表面層あるいは加熱手段の層を保持できればよく、表面層の形状保持ができて何処かへ固定できればよい。

【0033】

＜成形方法について＞
前記した本発明の装置を用いて、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、この予熱工程よりも高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を実施することができる。又これらの工程を高速で進めることができ、長尺の成形材料樹脂シートを用いて効率的な連続成形を行うことができる。
上記の成形工程は、樹脂シートを予熱オーブンあるいは加熱板等で予熱した後、成形型上部に導き、圧空ボックスまたは成形型をそれぞれ上下動させてこの樹脂シート挟み、圧空賦形と賦形体の加熱冷却を行い、圧空ボックスと成形型を離反させて賦形体を離型させることにより行われる。このとき、圧空賦形は、常温ないしは樹脂シートの予熱適温か又はそれ以下の温度の圧縮気体の送出によりなされ、賦形体の加熱は樹脂シートの予熱適温以上の温度に加熱調整された成形型からの伝熱によりなされ、賦形体の冷却は圧空空間への圧縮気体の継続的送出によりなされる。圧空空間への圧縮気体の継続的送出は、圧空を続けながら該排気本体から排気を開始することによりなされる。該排気本体からの排気開始は任意の時点で行うことができ、賦形時から排気してもよく、賦形直後に排気開始してもよく、賦形直後少し時間をおいて排気開始してもよい。これらの最適時間は、用いる成形型および設定温度条件により変わる。
なお、上記の熱成形は次のような具体的な態様変更をおこなってもよく、好ましく利用できる。例えば、１）樹脂シートの予熱温度またはこの温度に近い加熱された圧縮気体の送出により賦形を行い、次いでそれより低い常温等の温度の気体により冷却を行ってもよい。あるいはまた、２）成形位置で、樹脂シートの予熱温度またはこの温度に近い加熱された圧縮気体をゆっくり送出しつつ樹脂シートの予熱を行いながら賦形を行ってもよく、また３）圧空ボックス内に設けたで赤外線照射手段により、樹脂シートの予熱を行いながら賦形を行ってもよい
なお、賦形体の変形を防ぐために、離型までは成形型の真空引きによる賦形体の固定を行うことが望ましい。

【0034】

上記のような成形における装置設定あるいは条件設定は、大きく３つのパターンに分けて説明することができる。
熱処理を伴う成形工程は、成形型の表面温度（Ｔ）と成形型の内部温度（Ｓ）の変化を見たとき、サインカーブ様の連続成形サイクルを描くことができる。例として、前記のような表面層と背後層からなる成形型を用いた場合を考えてみる。背後層温度をＳ、成形型表面温度をＴ、その最高温度をＴｔ 最低温度Ｔｂとする。
パターンＡは、Ｓを、表面温度サイクルのＴｔとＴｂの間の一定温度に調整するパターンである。この場合、Ｔｔは高温気体か赤外線照射により到達する温度であり、Ｔｂは冷却手段により到達する温度である。背後層の直接的な温調は行う場合も、行う場合もある。背後そうからあまり熱が逃げない状態で、長時間連続的に成形を続ければ、背後層温度Ｓは表面温度サイクルのＴｔとＴｂに落ち着く。この場合、背後層の熱浸透率があまり大きくなければ、表面層の間近ではＳは時間的に直線ではなく、表面層に追従して小さな温度サイクル描く。背後層は積極的に任意に温調することは望ましく、その温度により加熱手段及び冷却手段を最適最短時間にすることができる。
パターンＢは、Ｓを、Ｔｂと同じかそれ以下の一定温度に調整するパターンである。この場合Ｔｂは、主として背後層からの伝熱すなわちＳの温度により到達する。冷却手段は必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Ｔｔは加熱手段により到達する。
パターンＣは、Ｓを、Ｔｔと同じかそれ以上の一定温度に調整するパターンである。この場合は、の場合Ｔｔは、主として背後層からの伝熱すなわちＳの温度により到達する。従って背後層の加熱温調は必須である。上記加熱手段は、
必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Ｔｂは冷却手段により到達する。
本発明の成形装置の構成においては、パターンＣ及びＡの成形を特に効率的行うことができる。

【0035】

通常の熱成形は、樹脂シートの予熱、賦形、冷却、離型の過程を経てなされる。これに対して本発明の成形方法では賦形から冷却までの間に、樹脂シートの賦形時以上の高温の熱処理を行うことが特徴であり、またこれを高速連続で実施できることが特徴である。
本発明の方法により広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能である。具体的な用途を挙げると、ａ）ＰＥＴ等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、ｂ）結晶核剤添加ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたｃ）ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。
特に、延伸ＰＥＴでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
（本発明に用いる成形型についての補足説明）

【0036】

（１）＜熱浸透率について＞
本発明の規定値として用いた熱浸透率（ｂ値）は接触する物体と界面を通過して移動する熱量にかかわる物体の特性値であり、次の式で求められる。
ｂ＝ （λρＣ）^１／２ ・・・・・（１）
λ； 熱伝導率（Ｊｓ^−１ｍ^−１Ｋ^−１）
ρ； 密度（ｋｇｍ^−３）
Ｃ； 比熱（Ｊｋｇ^−１Ｋ^−１）
このｂ値が小さい物体は界面に少ない熱量しか流さず相手物体に大きな温度変化を与えず、また界面間近では相手物体から大きな温度影響をうける。
従って、このｂ値が小さい材料を成形型表面材料として用いた場合は賦形体か
らの熱を拡散させないので、高温気体と冷却用気体により賦形体を容易に加熱冷却することができる。しかし背後層の熱を容易に表面層表面（賦形体体との界面）に伝えないので、表面温度の均一性が高く、高速で安定な条件設定のためには、表面層の厚みを小さくするか、あるいはこのｂ値をある程度大きくすることにより、成形材料に合わせて最適にすることができる。
なお、ｂ値の参考例を示すと例えば、アルミニウム材は１７〜２３程度、鉄材は１３〜１６程度、銅３４程度、不錆鋼（ＳＵＳ３０６）は８．０で、多くの合成樹脂は０．２〜０．８程度、多くのセラミックスは１〜２０の間に入る。
なお、表１にいくつかの材料のｂ値を例示する。なお、ｂ値も測定温度により若干違った値を示すが、本願においては、厳密には２０℃の測定値にて規定することする。 ただし、２０℃から２００℃の間の変化に直線性を有しない材料、例えば相変化を伴う蓄熱剤などとの複合材料の場合は、１００℃、１５０℃の値の平均値を採用することとする。 なお、同じ材質でも、発泡体あるいは多孔体などに形状が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。

【表1】

【0037】

（２）＜成形型構成の数値限定の意義について＞
上記成形型の表面層として熱浸透率ｂ値の大きな表面材料を用いた場合は、賦形体から容易に熱を背後に分散させてしまうので、熱容量の比較的に熱容量の小さい加熱空気や冷却空気では容易に賦形体を加熱冷却できなくなり、この値が１０を超える材料である場合は、能率的に熱処理を行う成形を行うことができない。この値は小さいほうが好ましいが、０．０１より小さいものは強度など使用に耐える材料がない。
上記の成形型において２層以上の構造とし、表面層の背面層を一定温度に制御して、賦形体を介して加熱気体および冷却気体により昇温降温変化する表面層の成形面温度を所望の基準温度へ迅速に回帰させることができる。
この場合、表面層の厚みが３０ｍｍを超える場合は背後層の制御が、上記表面温度と呼応して定常状態に至る時間がかかりすぎ、実施的に効果がない。また、この厚みが０．０３ｍｍを下回る場合は背後層の温度の影響を大きく受けて、迅速な賦形体の昇温降温を促進する効果がなくなる。例えば、公知の成形方法において、潤滑離型のために金型に仮に弗素樹脂等のコートが成されることがあったしても、そのコート厚みは３０μｍ以下の薄いものであり、それを厚くする必要もなく又困難もあって、本発明の効果を発揮させるようなものは従来製作されていない。
なお、上記したように単体一材料のものでも良いが、この場合、成形型への直接の温度制御はあってもよく、またなくてよく、いずれであっても所望表面温度の定常化に多少の時間をかければ、所望の成形は可能である。しかし、この場合、熱浸透率ｂ値（ｋＪ／ｍ^２ｓ^１／２Ｋ）が０．０１〜３の単一材料で構成してされたものでは加熱温調機構がないものが好ましく、またそれが３以上の単一材料で構成されたものは加熱温調機構を備えたものがより好ましく使用できる。
なお、上記の成形型は、真空賦形又は賦形時の排気が可能にする微細孔を有し、真空引き可能なように先記成形型収納ボックスに収納されることが望ましい。

【0038】

（３）＜賦形体の温度測定について＞
なお、本発明の装置においては、なんらかの方法で成型型表面温度あるいはと型と賦形体の界面温度の変化、または賦形体の温度変化を測定することは重要である。具体的には例えば、成形型の成形面上に、極めて繊細な測定プローブ、例えば線径０．１ｍｍ程度の熱電対先端を突出させておいてこれを測定することができる。別の方法としては賦形体を反対面から赤外線温度計非接触で測定する方法がある。しかし、これらには留意すべき点がある。
前記のＳ線の温度はパターンＡ、Ｃでは、成形型自体を積極的に温度調節制御を行うが、それでも成形表面からの距離、あるいは熱源からの距離によっては温度傾斜をもって、成形サイクルを繰り返す中で定常化する値でもある。
賦形材料の熱処理温度あるいは離型可能温度を厳密に考えるとき、これらの温度はここで示される表面温度あるいは界面温度とはかなり乖離があることは留意する必要がある。秒単位あるいはそれ以下の単位で加熱冷却を行う場合は、賦形体の厚み方向で大きな温度傾斜が発生するからである。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定も、材料温度を正確に表すものでなない。また本発明では表面温度（界面温度）で表現しているがこの温度とも乖離があり、相対的な値として考慮する必要がある。

【実施例1】

【0039】

図１及び図２に示す装置構成で、延伸ＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。
１） 成形材料；ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の２．３倍一軸延伸シート（但し 熱固定を行っていないもの）、厚み０．２３ｍｍを使用した。
２）成形装置
成形機； 枚葉真空圧空成形機、圧空能力１０ｔｏｎのものを使用した。
圧空ボックス； 図１及び２に示す構造で、アルミニウム製で有効内寸法３３０× ５５０ｍｍのボックス体６７の中に、アルミニウム製の送気ポート３１と 排気ポート２１からなる圧空ボックスを装着した。そして気体送排出面 ３６には間隔３０ｍｍの碁盤格子の交点毎に径１φｍｍの高温気体の送出 口３５を穿ち、また図２に示す配置で集気管２８を設けた。排気ポート ２１及び集気管２８は、圧空空間からの排気の機能を有する。送気ポート ３１及び送出開口３５は圧縮気体を圧空空間に送出する機能を有する。
成形型； 図１の６０に示す表面層／背後層方式のもので、アルミニウムＡ ５０５２（ｂ値１７．４）を背後層とし、その上にＰＥＥＫ樹脂（ｂ値 ０．３５）の０．１４ｍｍの表面層をコーティング焼成法で形成させたも のを使用した。
成形物は深さ直径９０ｍｍ、深さ３０ｍｍの丸皿形状物で、成形型外寸を １１０ｍｍ角としたもの１５個をヒーター内包の固定板に固定し、内寸 ３３２×５５２ｍｍの収納ボックスに収めた。なお、成形型の上面は収納 ボックス側壁より５ｍｍ低くなるようにし、又側壁とは１ｍｍ間隙を設け た。
温度測定;成形面には細線熱電対先端露出させて這わせ、成形面温度及び賦形体界 面温度を測定できるようにした。
３）成形方法と成形条件；
樹脂シートの予熱；樹脂シートを５５０℃設定の予熱オーブンで９秒間予熱して移 動させ、成形型上部に乗せた。なお、シート予熱温度は９５℃である。
成形型成形面予熱温度； １８５℃
圧空ボックスへの導入空気； 約３０℃、 元圧力０．４ＭＰａ
真空圧空賦形及び熱処理；３．０秒、 圧空圧０．４ＭＰａ、
排気本体２１からの排気を作動させ、送気本体３１からの送気により 行った。
熱処理温度（賦形時最高温度）；１８０℃、
賦形時に上記表面温度は瞬間的に約１６０℃に低下したが、昇温
してこの温度になった。
送気冷却；１．５秒 圧空圧０．１ＭＰａ、
排気ポート２１からの排気を作動させ、送気ポート３１から常温気体 の送気を続けることにより行った。離型時に表面（界面）温度は再び 約１６０℃に低下した。
４）比較テスト
ａ）上記の条件で排気ポート２１からの排気を行わず、送気ポート３１からの送気 （圧空）のみ続けるテストを行った。
ｂ）上記の条件で排気ポート２１からの排気を行わず、圧空ボックスを瞬間的に約 ２ｍｍ上昇さて送気ポート３１からの送気を続けるテストを行った。
５）成形結果；
得られた成形品は良好な形状、透明なものであった。耐熱１４０℃のシリコンオ イルに２分間浸漬の試験を行い、変形、目立った収縮はなく、耐熱性の優れたも のであった。使用した加熱板では、高温気体による熱処理昇温が容易であること がわかった。
なお、比較テストのａ）では、冷却効果がなく、離型時に収縮変形し良好な形 状の成形品とはならなかった。また比較テストのｂ）では、全成形面を均一に冷 却することが出来ず、特に内部に特に位置する成形品の冷却不足による収縮変形 が大きいことがわかった。

【実施例2】

【0040】

実施例１に示す装置構成で、圧空ボックスの一部変更と使用延伸ＰＥＴシートを変更して、熱処理を伴う成形を行った。ここでは、樹脂シートの予熱温度を冷やさないように圧空賦形を行った。
１） 成形材料；ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の２．７倍一軸延伸シート（但し 熱固定を行っていないもの）、厚み０．２１ｍｍを使用した。
２） 成形装置
成型機； 実施例１と同じものを用いた。
圧空ボックス；図１の送気ポート３１に加熱ヒーターを付設し、送気ポートを 軽度に加熱し、軽度に加熱された圧縮気体を導入して、樹脂シート予熱適温と 同温の気体送出ができるようにした。
成形型；実施例１と同じものを用いた。
３）成形方法と成形条件；
樹脂シートの予熱；９５℃
実施例１同様にして行った。
成形型表面の予熱温度； １９０℃ 圧空空間への送出気体； 圧力０．４ＭＰａ
圧空ボックスの送出ポートを９５℃に予熱し、約９５℃の加熱圧縮気体を導入 して送出し圧空を行った。
真空圧空賦形及び熱処理； ３ ．０秒、 圧空圧０．４ＭＰａ、
送気ポートからの常温圧縮気体の送気により行った。
熱処理温度（賦形時最高温度）；１８０℃、
賦形時に上記表面温度は瞬間的に約１７０℃に低下したが、間もなく昇温して この温度になった。
冷却時間 ；４秒
排気本体２１からの排気を作動させ、送気本体３１から同じ気体の送気を続け ることにより行った。離型時に表面（界面）温度は約１６０℃に低下した。
４）比較テスト；
（ａ）排気ポート２１からの排気を止めたまま、送気本体３１から送気による圧 空を行った。送気流がすぐに止まることになる。
（ｂ）圧空ボックスの加熱ヒーターを作動させず、常温の圧縮気体を導入送出した 他は上記３）と同様にして成形を行った。
（ｃ）予熱オーブンによる予熱を１０秒（約１０６℃）にした他は上記３）と同様 にして成形を行った。
５）成形結果；
上記３）の条件で行った成形では、実施例１と同様に良好な成形品が得られた。賦 形に適切な気体温度でも冷却が可能であることを示している。
なお、比較テスト（ａ）では成形品は変形したものであり、冷却がなされていない こと示す。（ｂ）では、ほぼ良好なに見えるが細部の成形が悪く、コーナー部が丸く なったものであった。延伸倍率が大きく成形性の悪い材料の場合は、予熱シートを圧 空空気により冷やすことなく賦形する方が良いことを示している。また（ｃ）でも、 同様に細部の成形状態が劣るものであった。これは、また常温程度の気体圧空による 冷却を見込んで、予熱を過剰に行うと、延伸シートの熱固定が進み成形に不都合であ ることを示している。

【実施例3】

【0041】

実施例１に示す装置構成で成形型と操作条件を変更して、実施例１と同じ延伸ＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。
１） 成形材料；ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の２．５倍一軸延伸シート（但し 熱固定を行っていないもの）、厚み０．２２ｍｍを使用した。
２）成形装置；
成形型；型材料として鋼材としてＳ４５Ｃ（ｂ値１６．１）を用いた単体構成とし た他は実施例１のものと同形状、同寸法とし、同数のものを、同じ固定板と収 納ボックスを用いて構成した。
３）成形方法と成形条件；
樹脂シートの予熱；９５℃
実施例１と同様にして行った。
成形型表面の予熱温度； １９５℃
圧空ボックスへの導入気体； 常温、 元圧力０．４ＭＰａ
賦形、熱処理、冷却；５秒、 圧空圧０．１５ＭＰａ、
排気本体２１からの排気を作動させながら、送排気本体からの常温圧縮気体の 送気により行った。なお賦形時から成形型側からの真空作動もおこなった。な お、排気は圧力調整バルブを通しておこなった。 成形型表面（界面）温度；約１７５℃（部位による差の平均）賦形時に瞬時に この温度になり、離型時までほぼ一定温度を示した。
この方法では、賦形、熱処理、及び冷却の工程の明確な境はわからない。
４）比較テスト
上記の条件で排気本体２１からの排気を停止して圧空を行った。
５）成形結果；
良好な成形品が得られた。成形品は約１００℃の熱水に耐え、熱処理は有効であった。
なお、比較テストでは離型時に収縮変形し、良好な形状の成形品が得られなかった。これは、離型時までに冷却がなされていないことを示している。
本実施例では、熱処理と冷却の過程で同一の表面温度を示しているが、賦形体厚み方向の温度勾配に冷却効果があり、良好な離型が可能になっているものと考えてよい。

【実施例4】

【0042】

実施例１に示す装置構成で成形型と操作条件を変更して、延伸ＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。なお成形材料は実施例３と同じものを用いた。
１） 成形材料； 実施例３と同じものを用いた。
２） 成形装置
成型機； 実施例１と同じものを用いた。
圧空ボックス； 実施例１と同じものを用いた。
成形型；図１等の６０に示す表面層／背後層方式のもので、アルミニウムＡ ５０５２（ｂ値１７．４）を背後層とし、その上にＳＵＳ３０４（ｂ値 ８．０）５．０ｍｍの表面層を形成させたものを使用した。成形物形状、寸 法、数等は実施例１同じにし、同じ固定板と収納ボックスを用いて構成した。
３） 成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；９５℃
実施例１と同様にして行った。
成形型表面の予熱温度； １８８℃
圧空ボックスへの導入気体； 常温、 元圧力０．４ＭＰａ
賦形、熱処理、冷却；４秒、 圧空圧０．１５ＭＰａ、
排気ポート２１からの排気を作動させながら、送気ポートからの常温圧縮気体 の送気により行った。なお賦形時から成形型側からの真空作動もおこなった。 なお、排気は圧力調整バルブを通して行った。
成形型表面（界面）温度；約１７１℃（部位による差の平均）
賦形時に瞬時にこの温度になり、離型時までほぼ一定温度を示した。
この方法では、賦形、熱処理、及び冷却の工程の明確な境はわからない。
４）比較テスト；上記の条件で排気ポート２１からの排気を止めて圧空を行った。
５）成形結果
良好な成形品が得られた。成形品は約１００℃の熱水に耐え、熱処理は有効であった。
比較テストでは、冷却効果がなく、離型時に収縮変形し、良好な形状の成形品とはならなかった。

【実施例5】

【0043】

図５に示す装置構成で、実施例１と同じ延伸ＰＥＴシートを用い、熱処理を伴う熱成形を行った。
１）成形材料； 実施例１と同じものを用いた。
２）成形装置
成型機；実施例１と同じものを用いた。
圧空ボックス；図４に示す構造のものとした。寸法は実施例１と同じにした。
成形型；実施例１と同じものを用いた。
３）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；９５℃
実施例１と同様にして行った。
成形型表面の予熱温度； １６５℃
圧空ボックスから送気気；２７５℃ （元圧力０．４ＭＰａ）
賦形工程； ０．５秒、 圧空圧０．４ＭＰａ、
圧空ボックスを降下させ成形型と接合すると同時に送気ポート３１から加熱空気 を送気した。なお、圧空ボックスの降下開始と共に成形型からの真空吸引を作動 させた。
熱処理工程；２．３秒
圧空賦形に０．５秒遅れて操作バルブ２９を開き排気を行うことにより加熱空気 の圧空空間への送気を続けた。
成形型表面（界面）温度は１８５℃に達した。
冷却工程； ０．８秒
操作バルブ２９及び４１を切り替え、導入した常温圧縮空気を排気ポート２１か ら送出し続け、送出した空気を送気ポート３１に集め排気が続くようにした。成 形型側からの真空作動も続けて行った。
離型時の成形型表面（界面）温度は約１６０℃まで降下していた。
４）結果
収容ボックスに収容したどの部分の成型型でも変わりなくきれいな成形品が得られ、また1つの成型品のどの部位も変わらず均一に熱処理がなされ、しかも高速で熱処理を伴う成型を行うことができた。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明による熱成形には下記のようなことが可能である。
（１）賦形のための予熱温度以上に賦形体の加熱する熱処理と冷却離型を伴う成形プロセスを、非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
（２）このような熱処理を必要とする具体的な用途には、延伸された結晶性樹脂シートの熱固定を伴う熱成形である。材料してはＰＥＴ等の熱可塑性ポリエステルの他、ＰＬＡ樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＥＥＫ等の結晶性樹脂等の延伸シートを挙げることができる。
（３）その中でも特、延伸ＰＥＴシートを用いて上記のような熱処理を行う熱成形を行うことにより、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができ、省資源の社会的ニーズに対応することができる。
（４）延伸処理を行っていない結晶性樹脂シート、例えば結晶核剤の添加されたＰＥＴ（ＣＰＥＴ）の結晶化を伴う成形に利用することができ、これを従来よりも高速して行うことができる。
（５）また、ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に応用し、この成形方法の欠点を解決（残留応力歪みを緩和して耐熱寸法安定性を向上）する新規の方法等を期待することができる。
（５）熱処理を伴う成形を、精密に、均一に、バラツキなく、高速で、省エネルギーで行うことができ、また、配向及び結晶化による強度剛性等の向上は薄肉化省材料に転換して、省資源の社会的ニーズに貢献することを可能にするものである。

【符号の説明】

【0045】

３０ 圧空ボックス
２１ 排気ポート（排気本体）
２２ 加熱ヒーター
２３ 排気路
２４ 集気空間
２５ 吸気開口
２７ 断熱材
２８ 集気管
２９ 操作バルブ
３１ 送気ポート（送気本体）
３２ 加熱ヒーター
３３ 圧縮気体の導入路
３４ 分配空間
３５ 送気開口
３６ 送排気面
３７ ボックス外壁
３８ 送気管
３９ 圧空空間
４１ 操作バルブ
５０ 冷却手段
６０ 成形型（又は成形型群構成）
６１ 表面層
６２ 背後層（背後体）
６３ 真空排気孔
６４ 排気通路
６５ 加熱熱媒通路
６６ 成形型集積プレート
６７ 成形型収納ボックス
１００ 熱可塑性樹脂シート（樹脂シート）
１１０ 熱可塑性樹脂シートの賦形体
Ａ 圧縮気体（冷却用気体）
Ａ‘ 排気
ＨＡ 高温圧縮気体（加熱用気体）
ＨＡ‘ 高温気体の排気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】