(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
入口側ローラ対および出口側ローラ対を、それぞれ樹脂シートの幅方向に離間させて配置し、幅方向に離間したローラ対に、その回転軸の延長線同士が搬送方向下流側に変位した位置で交わるような傾きを与えた請求項1に記載の熱成形装置。
入口側ローラ対および出口側ローラ対を、それぞれ駆動ローラと従動ローラとで構成し、従動ローラを駆動ローラに対して接近および離隔する方向に移動可能とした請求項1または2に記載の熱成形装置。
【背景技術】
【0002】
樹脂シートを加熱軟化させ、圧空や真空を利用して成形面に密着させることで上記のような成形品を成形する熱成形装置の一例が、例えば下記特許文献1に記載されている。この熱成形装置は、加熱板と成形型との間に樹脂シートを搬入し、樹脂シートを熱板で加熱軟化させてから、圧空や真空を利用した差圧成形により樹脂シートを成形型の成形面に密着させて成形するものである。
【0003】
この種の熱成形装置では、1回の成形が終わって型開きした際に、次の熱成形工程のために樹脂シートを1ショット分だけ下流側に搬送する必要がある。このように樹脂シートを間欠搬送する機構として、特許文献1には、
図7に示すように樹脂シート100の両側縁部をクランプ部材101でクランプし、熱板102と成形型103とを開いた後でクランプ部材101をシート搬送方向(図中矢印方向)に1ショット分に相当するピッチPだけ水平スライドさせて樹脂シート100を移送する機構が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載されるように、クランプ部材をスライドさせる構成では、シート送りが終了する際に、スライドさせたクランプ部材が急停止する。クランプ部材が急停止しても後続の樹脂シートは、慣性によりなお進もうとするため、クランプ部材の停止後に、熱板102と成形型103との間の樹脂シート100に弛みが生じるおそれがある。この状態で成形型103を閉じて次の成形を行うと、成形品にしわ等が発生することがあり、成形品質の低下を招く。
【0006】
そこで、本発明は、樹脂成形品の成形品質を向上させることのできる熱成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成する本発明は、連続した樹脂シートを熱成形する熱成形部と、樹脂シートを間欠的に搬送する搬送部とを有する熱成形装置において、前記搬送部を、熱成形部の入口側および出口側にそれぞれ配置されたローラ対で構成し、入口側ローラ対および出口側ローラ対の同方向駆動で樹脂シートを搬送すると共に、入口側ローラ対および出口側ローラ対の停止により樹脂シートの搬送を停止し、入口側ローラ対および出口側ローラ対の同方向駆動により、入口側ローラ対と出口側ローラ対の間の樹脂シートを緊張状態にすることを特徴とする。
【0008】
かかる構成であれば、入口側ローラ対および出口側ローラ対を停止させることで、樹脂シートの搬送動作を停止させることができる。この時、入口側と出口側の双方で樹脂シートに制動力が与えられるので、樹脂シートが完全に停止するまで入口側ローラ対と出口側ローラ対の間の樹脂シートを緊張状態に保持することができる。従って、熱成形部内での樹脂シートの弛みを防止することができ、成形時のしわ等の発生を防止することが可能となる。
【0009】
また、この熱成形装置では、同方向に駆動される入口側ローラ対および出口側ローラ対のうち、出口側ローラ対の回転速度を入口側ローラ対の回転速度よりも大きくするのが好ましい。これにより、搬送中の樹脂シートを確実に緊張状態に保持することができる。
【0010】
また、前記入口側ローラ対および出口側ローラ対を、それぞれ樹脂シートの幅方向に離間させて配置し、幅方向に離間したローラ対に、その回転軸の延長線同士が搬送方向下流側に変位した位置で交わるような傾きを与えるのが好ましい。これにより、樹脂シートを、その搬送方向だけでなく、幅方向でも緊張状態にすることができる。
【0011】
入口側ローラ対および出口側ローラ対を、駆動ローラと従動ローラとで構成し、従動ローラを駆動ローラに対して接近および離隔する方向に移動可能とすることもできる。この場合、型締め完了後に従動ローラを駆動ローラから離反する方向に移動させれば、熱成形装置よりも入口側および出口側で樹脂シートの姿勢変化が許容されるので、型締めに伴って樹脂シートが蛇行等して搬送状態に乱れを生じた場合でも、搬送状態を自発的に回復することができる。
【0012】
本発明は、熱成形部に、樹脂シートに対して接近および離隔する方向に移動可能の成形型と、成形型と樹脂シートを挟んで対峙する加熱テーブルとを配置した、所謂熱板成形装置に適合する。
【0013】
型締め時の成形型が樹脂シートと接触する直前に、成形型に設けた通気孔から樹脂シートに向けて圧縮空気を噴出させれば、成形前の樹脂シートを加熱テーブルに密着させることができる。これにより加熱テーブル表面と樹脂シートの間に残存するエア溜りを解消することができる。エア溜りの存在下で成形すると、レインドロップと呼ばれる雨滴状の模様が生じ、成形不良となるが、かかる成形不良を確実に防止することが可能となる。
【0014】
また、本発明は、連続した樹脂シートを熱成形する熱成形部と、樹脂シートを間欠的に搬送する搬送部とを有し、熱成形部に、樹脂シートに対して接近および離隔する方向に移動可能の成形型と、成形型と樹脂シートを挟んで対峙する加熱テーブルとを配置した熱成形装置において、型締め時の成形型が樹脂シートに接触する直前に、成形型に設けた通気孔から樹脂シートに向けて圧縮空気を噴出させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、樹脂シートを熱成形する際の成形不良を防止することができ、成形品質を向上させることができる。
具体的には、入口側ローラ対および出口側ローラ対の同方向駆動により、入口側ローラ対と出口側ローラ対の間の樹脂シートを緊張状態にすることで、搬送状態から停止状態に切り替える際にも熱成形部内の樹脂シートに弛みが生じない。そのため、成形品におけるしわの発生を防止することができる。
あるいは型締め時の成形型が樹脂シートに接触する直前に、成形型に設けた通気孔から樹脂シートに向けて圧縮空気を噴出させることにより、加熱テーブル表面と樹脂シートの間のエア溜りを解消し、レインドロップの発生を防止することができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態を
図1〜
図6に基づいて説明する。
【0018】
図1に、本発明にかかる熱成形装置1を示す。熱成形装置1は、樹脂シート2を熱成形する熱成形部6と、熱成形部3への樹脂シート2の供給、および熱成形部3からの樹脂シート3の排出を行う搬送部7とを基本構成として有する。樹脂シート2は、搬送部7により、搬送と搬送停止を交互に繰り返しながら図中の矢印A方向に向けて間欠的に搬送される。熱成形部6の入口側および出口側には、それぞれ入口側ガイド装置8と出口側ガイド装置9が熱成形部6と隣接して配置される。入口側および出口側のガイド装置8,9は、それぞれの場所で樹脂シート2の幅方向をガイドし、樹脂シート2の搬送方向を安定化させる機能を有する。
【0019】
熱成形部6は、上型としての可動型12と、可動型12を駆動する型駆動機構13と、加熱テーブル(熱板)14と、これらを支持するフレーム15とを有する。可動型12の下方に、フレーム15に固定された加熱テーブル14が配置され、可動型12と加熱テーブル14の間に樹脂シート2が搬入される。可動型12を型駆動機構13で昇降駆動することで、可動型12の成形型18(後述する)が樹脂シート2から離反する型開き状態と、樹脂シート2に密着する型締め状態とが切り替えられる。
【0020】
この熱成形装置1で使用する樹脂シート2は、ロールから引き出された連続した帯状をなしている。樹脂シート2の材質に特段の限定はなく、例えば、ポリスチレン(PS)、発泡ポリスチレン、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポロプロピレン(PP)、メタクリル樹脂、生分解性樹脂等からなるシートを使用することができる。また、耐水性や耐熱性を考慮して複数の樹脂を積層したシートを使用することも可能である。
【0021】
図2は熱成形部6の断面図である。
図2に示すように、可動型12は、ベース部材17、およびベース部材17に取り付けた成形型18を有する。
【0022】
成形型18には、成形品の形状に対応したキャビティ18aが樹脂シート2の搬送方向および幅方向に沿った複数個所に配列して形成されている。成形型18には、各キャビティ18aに開口する第一通気孔18bが貫通形成されている。ベース部材17と成形型18との間には、第一通気孔18b同士を連通する第一連通空間19が形成され、この第一連通空間19に第一通気経路20が接続されている。第一通気経路20は、中立位置を有する切換え弁を介して真空タンクおよび圧空タンクに接続されており、切換え弁を切り替えることで、第一通気孔18bからエア吸引を行う真空引き状態と、第一通気孔18bからエア噴出を行う圧空供給状態と、エア吸引およびエア噴出の何れも行われない中立状態とが切り替え可能になっている。各キャビティ18aにおける第一通気孔18bの開口位置は
図2に示す例には限定されず、成形条件や成形品形状等に応じて任意に選択することができる。各キャビティ18aにおける第一通気孔18bの設置数も任意で、図示のように一カ所に設置する他、複数個所に設置することもできる。各第一通気孔18bの直径は、例えば0.5mm程度とする。
【0023】
図3は熱成形部6の断面図で、シート搬送方向と直交する方向に沿った断面を表す。
図3に示すように、型駆動機構13は、サーボモータ等からなる駆動源22と、駆動源22の駆動力を可動型12の昇降運動に変換するリンク機構23と、駆動源22の出力をリンク機構23に伝達する伝達機構24とを有する。伝達機構24は、例えばボールねじ25とボールナット26とで構成することができる。
【0024】
リンク機構23は、第一リンク23a、第二リンク23b、および第三リンク23cの三要素で構成される。第一リンク23a、第二リンク23b、および第三リンク23cの各一端が支軸O1を介して回転自在に連結されている。また、第一リンク23aの他端がボールナット26に、第二リンク23bの他端がフレーム15の上部に架設された上部フレーム15aに、第三リンク23cの他端が可動型12にそれぞれ支軸O2〜O4を介して回転自在に連結されている。
【0025】
図3は可動型12を降下させた型締め状態を表している。この状態では第二リンク23bと第三リンク23cが一直線に近い状態にある。この状態から駆動源22を駆動してボールナット26を上昇させると、各リンク23a〜23cが破線で示す位置に変位し、可動型12が上昇して型開き状態となる。この時、第一リンク23aと第三リンク23cが一直線に近い状態となる。
【0026】
以上に述べたリンク機構23は、型締め状態に近づくと強大な型締め力が得られるトグル機構を構成する。リンク機構23の具体的構成は、トグル機構としての機能を奏する限り任意に変更可能であり、
図3に示す構成には限定されない。
【0027】
図4は加熱テーブル14の断面図を表す。加熱テーブル14は、表面14aが平坦な板状をなし、その内部に、電源に接続した図示しない発熱体が埋設されている。型締め時に発熱体に通電することで、加熱テーブル14の表面14a(加熱面)が加熱され、表面14aに密着した樹脂シート2が加熱軟化される。加熱テーブル14の表面14aには、ショットブラスト等の噴射加工でミクロンオーダーの微小な凹凸が形成されている(
図4では凹凸の高さを誇張して描いている)。
【0028】
加熱テーブル14には、その表面14aに開口する多数の第二通気孔14bが貫通形成されている。この第二通気孔14bはシート搬送方向Aおよびその直交方向に整列させて適宜の間隔(例えば12.5mmピッチ)で形成され、その直径は例えば0.5mmとされる。加熱テーブル14と、これを支持する基台28との間には、第二通気孔14b同士を連通する第二連通空間29が形成され、この第二連通空間29に第二通気経路30が接続されている。第二通気経路30は、中立位置を有する切換え弁を介して真空タンクおよび圧空タンク(何れも図示省略)に接続されており、切換え弁を切り替えることで、第二通気孔14bからエア吸引を行う真空引き状態と、第二通気孔18からエア噴出を行う圧空供給状態と、エア吸引およびエア噴出の何れも行われない中立状態とが切り替え可能になっている。
【0029】
型締めに際しては、加熱テーブル14の発熱体に給電し、加熱テーブル14の表面を昇温させる。これと前後して、第二通気経路30の切換え弁を中立状態から真空ポンプへの接続状態に切換え、第二通気孔14bからの吸気で樹脂シート2と加熱テーブル14との間の空間を真空吸引し、樹脂シート2を加熱テーブル14の表面14aに密着させる。加熱テーブル14の表面14aには、
図4に示すように微小凹凸が形成されているので、第二通気孔14bから離れた表面14aにも吸引効果を付与することができ、樹脂シート2の全面を加熱テーブル14の表面14aに密着させることができる。そのため、樹脂シート2をむらなく加熱することが可能となる。
【0030】
次に型駆動機構13により可動型12を降下させて型締めを行う。可動型12の成形型18が加熱テーブル14の表面14aに密着した樹脂シート2と接触したところで、第二通気経路30の切換え弁を圧空タンクへの接続状態に切換え、第二通気孔14bから空気を噴出させる。また、可動型12の第一通気経路20(
図2参照)の切換え弁を中立状態から真空タンクへの接続状態に切換え、第一通気孔18bからの吸気でキャビティ18aを真空吸引する。この圧空と真空の作用で、加熱軟化させた樹脂シート2が各キャビティ18aの表面形状に倣って変形し、樹脂シート2に成形品2bが成形される。その後、型開きを行って樹脂シート2の成形品2bを成形型18から離型させ、次いで、搬送部7で樹脂シート2を成形型18の長さに相当する1ショット分だけ下流側に搬送する。樹脂シート2に一体成形された成形品2bは、熱成形ラインの下流側に配置された図示しないパンチング装置で打ち抜かれて樹脂シート2から分離される。樹脂シート2の差圧成形に際して、成形型18側の真空吸引と加熱テーブル14側からの圧空供給を併用する場合を説明したが、成形条件や成形品2bの形状等によっては、真空吸引と圧空供給のどちらか一方のみを使用して成形することもできる。
【0031】
次に、
図1に基づいて、本発明の特徴部分を説明する。
【0032】
搬送部7は、熱成形部6の入口側および出口側に熱成形部6と隣接して配置される。入口側の搬送部7aおよび出口側の搬送部7bは、何れも駆動ローラ33およびピンチローラ34からなるローラ対32a,32bを有する。入口側ローラ対32aおよび出口側ローラ対32bの各駆動ローラ33は、各搬送部7a,7bに設けられたモータ35等の回転駆動源によってそれぞれ独立して同方向に回転駆動される。ピンチローラ34は、フレーム15に回転自在に支持された従動ローラである。入口側ローラ対32aおよび出口側ローラ対32bは、樹脂シート2の幅方向両側に離間して配置され、各ローラ対32a,32bを構成する駆動ローラ33とピンチローラ34の間に樹脂シート2の両端部が挟持されている。樹脂シート2に対する駆動ローラ33の摩擦力を高めるため、駆動ローラ33の外周面にはローレット加工等で凹凸を形成するのが好ましい。
【0033】
入口側および出口側のローラ対32a,32bを構成する駆動ローラ33およびピンチローラ34のうち、ピンチローラ34は、エアシリンダ等からなるアクチュエータ36により駆動ローラ33(あるいは樹脂シート2)に対して接近および離隔する方向に移動可能(昇降可能)に構成される。樹脂シート2の搬送中はピンチローラ34がアクチュエータ36により駆動ローラ33側に押し付けられ、両ローラ33,34の間に樹脂シート2が挟持されているが(
図5の実線参照)、樹脂シート2の搬送が停止し、型締めが完了すると、アクチュエータ36によりピンチローラ34が樹脂シート2から離反する位置まで上昇する(
図5の二点鎖線参照)。上昇したピンチローラ34は、型開き前にアクチュエータ36に駆動されて降下し、駆動ローラ33側に押し付けられる。
【0034】
このように型締め後、型開きが開始されるまでの間に一時的にピンチローラ34を上昇ポジションに配置して樹脂シート2から離間させれば、その間は成形型18外にある樹脂シート2の姿勢変化がフリーとなる。従って、型締めに伴って何らかの理由で樹脂シート2が惰行等して搬送姿勢が乱れた際にも、ピンチローラ34を上昇させることで、その乱れを解消し、樹脂シート2の搬送方向を規定の搬送方向Aに自己修正させることが可能となる。型締めの度にピンチローラ34を上昇させる必要は必ずしもなく、数回の型締めに一回の割合でピンチローラ34を上昇させるようにしてもよい。
【0035】
また、入口側および出口側のローラ対32a,32bは一体に昇降可能に構成するのが好ましい。これにより、厚さの厚い成形品2bを成形する際にも、各ローラ対32a,32bの上下方向位置を調整するだけで対応可能となり、機構の簡素化を図ることができる。
【0036】
図5は、樹脂シート2の搬送方向と直交する方向から見た加熱テーブル14、樹脂シート2、および各ローラ対32a,32bの位置関係を示す側面図である。
図5に示すように、入口側搬送部7aおよび出口側搬送部7bのモータ35(
図1参照)を駆動して各駆動ローラ33を回転させれば、樹脂シート2を搬送することができる。その一方でモータ35を停止させれば、各駆動ローラ33を停止させて、樹脂シート2の搬送を停止することができる。樹脂シート2の搬送中は、出口側ローラ対32bの回転速度が入口側ローラ対32aの回転速度よりも僅かに大きくなるように各モータ35を制御する。
【0037】
かかる構成から、樹脂シート2の搬送中は樹脂シート2にシート搬送方向の緊張力を与えることができる。樹脂シート2の搬送停止時には、入口側および出口側のローラ対32a,32bの各駆動ローラ33を同時に停止することで、入口側と出口側の双方で樹脂シートに制動力を与えることができる。これにより、モータ35の停止信号が送信されてから実際に樹脂シート2が停止するまでの間は樹脂シート2の緊張状態が保持される。従って、搬送停止後もローラ対32a,32b間の樹脂シート2に、慣性に起因した弛み(破線で示す)を生じることがない。そのため、その後、型締めを行った際にも、ローラ対32a,32b間の樹脂シート2にしわ等が発生することはなく、高品質の成形品2bを得ることができる。
【0038】
以上の作用効果は、出口側ローラ対32bの回転速度を入口側ローラ対32aの回転速度よりも大きくする場合だけでなく、入口側ローラ対32aと出口側ローラ対32bの回転速度を同じにした場合でも得ることができる。また、樹脂シート2の搬送停止時に入口側および出口側のローラ対32a,32bの各駆動ローラ33を同時停止させる他、入口側ローラ対32aの駆動ローラ33の停止タイミングを出口側ローラ対32bの駆動ローラ33の停止タイミングより僅かに早めることでも同様の作用効果を得ることができる。
【0039】
また、本発明の構成であれば、特許文献1に記載された従来装置のように、熱成形部6の出口側に、熱成形部6のワンショット分に対応する長さでストロークするクランプ機構を配置する必要がないので、熱成形装置1のコンパクト化や部品点数の削減による低コスト化を図ることができる。
【0040】
図5に示すように、入口側ローラ対32aのローラ同士の接触部および出口側ローラ対32bのローラ同士の接触部を結ぶ線L(搬送ライン)は、加熱テーブル14の表面14aよりも僅かに上方(距離α)に位置させる。かかる構成において、上記のように樹脂シート2が搬送方向で緊張状態に保持されれば、搬送中の樹脂シート2が加熱テーブル14の表面14aと接触することはない。破線で示すように、樹脂シート2’に弛みがあると、樹脂シート2が搬送に伴って加熱テーブル14の表面14a上を摺接し、これが繰り返されることで、表面14aの微小凹凸が早期に摩耗し、加熱テーブル14の交換または補修を要することになる。これに対し、本発明の構成であれば、そのような不具合を防止することができるので、加熱テーブル14の長期使用が可能となる。
【0041】
成形後のしわの発生をより確実に防止するため、
図6に示すように、入口側ローラ対32aおよび出口側ローラ対32bには、シート搬送方向Aに対してスキュー(傾き)を設けるのが好ましい。すなわち、樹脂シート2の幅方向に離間させた入口側ローラ対32aに、それらの回転軸の延長線同士が搬送方向Aの下流側に変位した位置で交わるようなスキューを与える。出口側ローラ対32bにも同様のスキューを与える。スキューを与えられたローラ対32a,32bのシート搬送方向Aに対する傾斜角度θは小さいもので足り、例えば数°程度とする(
図6の傾斜角度θは誇張されている)。かかる構成により、樹脂シート2に、シート搬送方向だけでなく、シート幅方向の緊張力も与えることができるので、搬送停止後のしわの発生をより確実に防止することが可能となり、成形品質のさらなる向上を図ることができる。
【0042】
樹脂成形品の成形品質を向上させるためには、以下の手段も有効となる。すなわち型締め直前、具体的には成形型18が樹脂シート2まで数mm程度(例えば2mm以下)まで接近した時に、可動型12側の第一通気経路20の切換え弁を中立状態から圧空タンクに接続した状態に切換え、第一通気孔18bから空気を噴出させる。
【0043】
この段階では、加熱テーブル14側の第二通気孔14bからの真空吸引で樹脂シート2が加熱テーブル14の表面14aに密着しているが、加熱テーブル14の表面14aと樹脂シート2との間に局所的なエア溜りが形成されている場合もある。このようなエア溜りが存在していても、上記のように型締めの完了直前に第一通気孔18bからの圧空供給を行うことで、エア溜りを消滅させて樹脂シート2の全面を加熱テーブル14の表面14aに密着させることができる。この時点では、樹脂シート2と成形型18との間の隙間が小さいので、この隙間を介したエア漏れも生じにくい。そのため、樹脂シート2を確実に加熱テーブル14の表面14aに密着させることができ、エア溜りに起因したレインドロップ等の成形不良を回避することができる。型締めの完了直前は、トグル機構としてのリンク機構23の特性上、モータの回転数に対する可動型12の移動速度が遅くなるため、成形型18と樹脂シート2が微小距離まで接近した時点での圧空供給を開始するタイミング(樹脂シートに対する接近距離)も精度良く管理することができる。この型締め直前の成形型18からの圧空供給は、本願発明の特徴的構成である入口側ローラ対32aおよび出口側ローラ対32bを具備しない熱成形装置にも同様に適用することができる。
【0044】
以上の説明では、熱成形装置1として、成形型18と対向して加熱源としての加熱テーブル14を配置した、いわゆる熱板成形装置を例示したが、本発明の適用対象となる熱成形装置は以上のタイプに限定されず、加熱源を成形型18の対向位置ではなく、成形型18よりも入口側に配置したような熱成形装置1においても同様に適用することができる。熱板成形装置では、一般に熱成形部6の側方に樹脂シート2の端部をクランプするような搬送部材を配置することが困難であり、熱成形部6の入口側および出口側にそれぞれ搬送部7a,7bを配置せざるを得ないため、本発明の構成が特に有効となる。