(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023012811
(43)【公開日】2023-01-26
(54)【発明の名称】樹脂加熱成形装置の加熱部構造、及び樹脂加熱成形装置
(51)【国際特許分類】
B29C 51/42 20060101AFI20230119BHJP
【ＦＩ】
B29C51/42
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021116513
(22)【出願日】2021-07-14
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2021-12-22
(71)【出願人】
【識別番号】304050369
【氏名又は名称】株式会社浅野研究所
(74)【代理人】
【識別番号】110000291
【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】寺本 一典
(72)【発明者】
【氏名】横井 広良
(72)【発明者】
【氏名】中井 貞興
(72)【発明者】
【氏名】高井 章伍
(72)【発明者】
【氏名】浅尾 教史
【テーマコード（参考）】
4F208
【Ｆターム（参考）】
4F208AC03
4F208AK04
4F208MA05
4F208MB01
4F208MC03
4F208MH06
4F208MJ14
4F208MJ22
4F208MK08
(57)【要約】
【課題】樹脂成形品の成形にあたり、金型より小さい熱可塑性樹脂材（ワーク）を、クランプで保持して加熱する場合に、ワークに対し、クランプによる伝熱の悪影響を抑え、ワーク全体を、より均一な温度分布で加熱することができる樹脂加熱成形装置の加熱部構造、及び樹脂加熱成形装置を提供する。
【解決手段】加熱部では、クランプ群は、ワークの外縁をなす一辺で、クランプの保持を要するワーク保持帯域を、クランプ保持基準ピッチＰに基づき、１以上に区画した形態でクランプを断続的に配置して構成されている。クランプ保持基準ピッチＰは、クランプ単体に付き、クランプの保持を受ける保持部域Ｐ１と、保持部域Ｐ１の隣で、クランプの保持を受けない局部的な非保持部域Ｐ２とからなり、クランプは、クランプ保持基準ピッチＰのうち、保持部域Ｐ１が占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の０＜Ｋ≦２５（％）の条件を満たして形成されている。
【選択図】 図１１
【解決手段】加熱部では、クランプ群は、ワークの外縁をなす一辺で、クランプの保持を要するワーク保持帯域を、クランプ保持基準ピッチＰに基づき、１以上に区画した形態でクランプを断続的に配置して構成されている。クランプ保持基準ピッチＰは、クランプ単体に付き、クランプの保持を受ける保持部域Ｐ１と、保持部域Ｐ１の隣で、クランプの保持を受けない局部的な非保持部域Ｐ２とからなり、クランプは、クランプ保持基準ピッチＰのうち、保持部域Ｐ１が占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の０＜Ｋ≦２５（％）の条件を満たして形成されている。
【選択図】 図１１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱可塑性樹脂材からなる平板状のワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型で成形する樹脂加熱成形装置に対し、該金型より小さいサイズの該ワークを、加熱手段により加熱する加熱部を備える樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、
前記ワークを把持またはその解除が可能なクランプを有し、少なくとも１以上の前記クランプからなるクランプ群が、前記ワークと共に、前記加熱部に配置可能であり、
前記加熱部では、前記クランプ群は、前記ワークの外縁を含む端部のうち、前記外縁をなす一辺で、前記クランプによる保持を要するワーク保持帯域を、基準となるクランプ保持基準ピッチＰに基づき、少なくとも１以上の前記クランプ保持基準ピッチＰで区画した配列形態により、前記クランプを断続的に配置して構成されていること、
前記クランプ保持基準ピッチＰは、前記クランプ単体に付き、その単体の前記クランプによる保持を受ける局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である保持部域Ｐ１と、前記保持部域Ｐ１の隣で、前記クランプによる保持を受けない局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である非保持部域Ｐ２とからなる前記ワーク保持帯域の１ピッチ分であること、
前記クランプは、前記クランプ保持基準ピッチＰのうち、前記保持部域Ｐ１を占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たした態様で、形成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
前記ワークを把持またはその解除が可能なクランプを有し、少なくとも１以上の前記クランプからなるクランプ群が、前記ワークと共に、前記加熱部に配置可能であり、
前記加熱部では、前記クランプ群は、前記ワークの外縁を含む端部のうち、前記外縁をなす一辺で、前記クランプによる保持を要するワーク保持帯域を、基準となるクランプ保持基準ピッチＰに基づき、少なくとも１以上の前記クランプ保持基準ピッチＰで区画した配列形態により、前記クランプを断続的に配置して構成されていること、
前記クランプ保持基準ピッチＰは、前記クランプ単体に付き、その単体の前記クランプによる保持を受ける局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である保持部域Ｐ１と、前記保持部域Ｐ１の隣で、前記クランプによる保持を受けない局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である非保持部域Ｐ２とからなる前記ワーク保持帯域の１ピッチ分であること、
前記クランプは、前記クランプ保持基準ピッチＰのうち、前記保持部域Ｐ１を占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たした態様で、形成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
【請求項2】
請求項１に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、
前記クランプは、前記ワークの厚みに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成され、
前記クランプが前記ワークを保持した状態の下、前記クランプに対し、前記ワークの厚み方向に沿う高さ方向と直交する方向を、前記ワークの外縁側に延びる幅方向、及び前記ワークの前記外縁から前記ワークの面内側に延びる奥行方向としたとき、
前記支持部は、前記幅方向の大きさを、前記奥行方向よりも小さく、かつ保持する前記ワークの厚みの２倍相当を上限にして形成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
前記クランプは、前記ワークの厚みに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成され、
前記クランプが前記ワークを保持した状態の下、前記クランプに対し、前記ワークの厚み方向に沿う高さ方向と直交する方向を、前記ワークの外縁側に延びる幅方向、及び前記ワークの前記外縁から前記ワークの面内側に延びる奥行方向としたとき、
前記支持部は、前記幅方向の大きさを、前記奥行方向よりも小さく、かつ保持する前記ワークの厚みの２倍相当を上限にして形成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、
前記加熱手段は、輻射熱により前記ワークに加熱を行うヒータであること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
前記加熱手段は、輻射熱により前記ワークに加熱を行うヒータであること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
【請求項4】
熱可塑性樹脂材からなる平板状のワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型で成形するにあたり、該金型より小さいサイズの該ワークを、加熱手段により加熱する加熱部を備える樹脂加熱成形装置において、
前記加熱部は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造で構成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置。
前記加熱部は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造で構成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、樹脂成形品の製造にあたり、熱可塑性樹脂材を加熱して成形する樹脂加熱成形装置の加熱部構造、及び樹脂加熱成形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プラスチック製品の中には、熱可塑性樹脂材からなる樹脂成形品があり、樹脂成形品は、工業分野をはじめ、種々な産業分野にも及び幅広く使用されている。樹脂成形品は、その形状等の仕様や製品の用途に応じて、例えば、加熱成形装置とトリミング装置を用いて製造される。加熱成形装置は、加熱成形工程において、熱可塑性樹脂材からなるワークを、加熱してその端部を金型の外で保持させた状態で、型内にあるこのワークの中央部に対し、金型形状に倣って成形することにより、半成形品を製造する。
【0003】
加熱成形工程後のトリミング工程では、トリミング装置は、半成形品から、後に製品となる成形品要部を取り出すのにあたり、半成形品のうち、成形品要部の周囲にある成形品不要部のトリミングを行う。このような成形品不要部のトリミングを、加熱成形工程後に行う製造方法では、製品の仕上げ精度は、半成形品のトリミング精度に依拠するため、加熱成形工程では、半成形品の成形精度は、一般的に仕上げ精度ほど厳格に求められない。トリミングされた成形品不要部は、スクラップとして廃棄処分される。
【0004】
ところで、近年、産業界では、環境保全・資源保護等の観点より、環境に及ぼすプラスチック製品の影響が考慮されはじめている。このような対応策の一つとして、成形品不要部の廃棄処分量を抑制する技術のほか、トリミング工程を行わず、製品（樹脂成形品）を製造する加熱成形技術が、製造業の間で注目されている。加熱成形技術は、金型より小さいサイズのワーク全体を金型内に供給し、このワークを金型形状に倣って成形することで、樹脂成形品を製造することができるため、成形品不要部の廃棄をなくすことができるからである。その一方、加熱成形技術では、ワークの加熱成形精度は、そのまま製品の仕上げ精度となるため、トリミング工程を経る場合に比べ、より高精度な成形が求められる。このような加熱成形技術を応用した熱可塑性樹脂材の成形技術は、例えば、特許文献１に開示されている。
【0005】
特許文献１は、加熱を伴った回転ベルト上に、金型より小さいサイズの合成樹脂シートを載置して、この回転ベルト装置全体を、下型の真上位置まで移動させた後、回転ベルト装置の一端側で、退避していたクランプを、移動させて回転ベルト装置に横付けしておき、回転ベルトにより、送出された合成樹脂シートの一端部を、このクランプで把持した状態で、合成樹脂シートを回転ベルト装置から解放して、下型上に覆せる加熱軟化樹脂シートの搬送方法である。特許文献１では、上型と下型との成形位置で、クランプが、合成樹脂シートを開放した後、回転ベルト装置全体を、回転ベルト装置の他端側に退避させると共に、クランプを退避位置まで移動させて、合成樹脂シートが、上型と下型との型合わせにより、成形される。
【0006】
他方、加熱成形工程で、成形前にワークへの加熱処理を施すときに、ワーク全体を、より均一な温度で加熱することは、高精度化を図る成形条件のうちの一つの要因となり、ワークの加熱を均一化することについては、例えば、特許文献２にも開示されている。
【0007】
特許文献２は、立体的成形品の成形にあたり、主に熱可塑性樹脂シートで構成された繊維強化複合シートを、赤外線棒状ヒータで加熱するとき、加熱エリアを縦横数ブロックに分け、個々のブロックでヒータの温度制御を行うことにより、繊維強化複合シート全体を均一に成形加熱温度域まで加熱するシートの加熱装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０００－３２６３２８号公報
【特許文献2】特開平１１－２６８１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１のように、特に金型より小さいサイズのワークを加熱成形して樹脂成形品を製造する場合、ワークには元々、成形処理に伴って廃棄処分されるスクラップ代を、全く設けていないことや、小さく抑えて設けていることがあるため、加熱したワーク全体を、なるべく有効に活用して成形する必要がある。それ故に、樹脂加熱成形装置では、成形前に施すワークの加熱処理にあたり、加熱部は、製品の不良化を防ぐため、端部に至るワーク全体を、より均一な温度で加熱しなければならない。
【0010】
また、加熱成形工程では、ワークは、皺や撚等のない態様で金型内にセットして成形されるため、加熱部において、ワークの加熱を、必然的に張設した状態で行わなければならず、ワークを張設した状態に維持するためには、クランプが必要となる。しかしながら、加熱部では、ワークは、クランプにより端部を保持した状態で、ヒータにより加熱されるため、ワークのうち、クランプで保持された端部には、ヒータから供給される熱が、クランプの存在に起因して伝熱し難い。従って、金型より小さいサイズのワークを加熱成形して樹脂成形品を製造しようとすると、クランプが、加熱されるワークの伝熱に悪影響を及ぼしてしまい、成形前のワーク全体を、均一な温度分布で加熱することができない問題があった。なお、特許文献２には、繊維強化複合シート（ワーク）を成形時に、金型内でどのような態様で保持されているかについては、何ら記載されていない。
【0011】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、樹脂成形品の成形にあたり、金型より小さいサイズの熱可塑性樹脂材（ワーク）を、クランプで保持して加熱する場合に、ワークに対し、クランプにより及ぼす伝熱の影響を抑えて、ワーク全体を、より均一な温度分布で加熱することができる樹脂加熱成形装置の加熱部構造、及び樹脂加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】
【0012】
上記目的を達成するために、本発明に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造は、以下の構成を有する。
【0013】
（１）熱可塑性樹脂材からなる平板状のワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型で成形する樹脂加熱成形装置に対し、該金型より小さいサイズの該ワークを、加熱手段により加熱する加熱部を備える樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、前記ワークを把持またはその解除が可能なクランプを有し、少なくとも１以上の前記クランプからなるクランプ群が、前記ワークと共に、前記加熱部に配置可能であり、前記加熱部では、前記クランプ群は、前記ワークの外縁を含む端部のうち、前記外縁をなす一辺で、前記クランプによる保持を要するワーク保持帯域を、基準となるクランプ保持基準ピッチＰに基づき、少なくとも１以上の前記クランプ保持基準ピッチＰで区画した配列形態により、前記クランプを断続的に配置して構成されていること、前記クランプ保持基準ピッチＰは、前記クランプ単体に付き、その単体の前記クランプによる保持を受ける局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である保持部域Ｐ１と、前記保持部域Ｐ１の隣で、前記クランプによる保持を受けない局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である非保持部域Ｐ２とからなる前記ワーク保持帯域の１ピッチ分であること、前記クランプは、前記クランプ保持基準ピッチＰのうち、前記保持部域Ｐ１を占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たした態様で、形成されていること、を特徴とする。
（２）（１）に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、前記クランプは、前記ワークの厚みに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成され、前記クランプが前記ワークを保持した状態の下、前記クランプに対し、前記ワークの厚み方向に沿う高さ方向と直交する方向を、前記ワークの外縁側に延びる幅方向、及び前記ワークの前記外縁から前記ワークの面内側に延びる奥行方向としたとき、前記支持部は、前記幅方向の大きさを、前記奥行方向よりも小さく、かつ保持する前記ワークの厚みの２倍相当を上限にして形成されていること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、前記加熱手段は、輻射熱により前記ワークに加熱を行うヒータであること、を特徴とする。
（２）（１）に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、前記クランプは、前記ワークの厚みに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成され、前記クランプが前記ワークを保持した状態の下、前記クランプに対し、前記ワークの厚み方向に沿う高さ方向と直交する方向を、前記ワークの外縁側に延びる幅方向、及び前記ワークの前記外縁から前記ワークの面内側に延びる奥行方向としたとき、前記支持部は、前記幅方向の大きさを、前記奥行方向よりも小さく、かつ保持する前記ワークの厚みの２倍相当を上限にして形成されていること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、前記加熱手段は、輻射熱により前記ワークに加熱を行うヒータであること、を特徴とする。
【0014】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る樹脂加熱成形装置は、以下の構成を有する。
【0015】
（４）熱可塑性樹脂材からなる平板状のワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型で成形するにあたり、該金型より小さいサイズの該ワークを、加熱手段により加熱する加熱部を備える樹脂加熱成形装置において、前記加熱部は、（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造で構成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
上記構成を有する本発明に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造、及び樹脂加熱成形装置の作用・効果について説明する。
【0017】
（１）熱可塑性樹脂材からなる平板状のワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型で成形する樹脂加熱成形装置に対し、該金型より小さいサイズの該ワークを、加熱手段により加熱する加熱部を備える樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、ワークを把持またはその解除が可能なクランプを有し、少なくとも１以上のクランプからなるクランプ群が、ワークと共に、加熱部に配置可能であり、加熱部では、クランプ群は、ワークの外縁を含む端部のうち、外縁をなす一辺で、クランプによる保持を要するワーク保持帯域を、基準となるクランプ保持基準ピッチＰに基づき、少なくとも１以上のクランプ保持基準ピッチＰで区画した配列形態により、クランプを断続的に配置して構成されていること、クランプ保持基準ピッチＰは、クランプ単体に付き、その単体のクランプによる保持を受ける局部的なワークの部位で、一辺に沿った距離である保持部域Ｐ１と、保持部域Ｐ１の隣で、クランプによる保持を受けない局部的なワークの部位で、一辺に沿った距離である非保持部域Ｐ２とからなるワーク保持帯域の１ピッチ分であること、クランプは、クランプ保持基準ピッチＰのうち、保持部域Ｐ１を占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たした態様で、形成されていること、を特徴とする。
【0018】
この特徴により、加熱手段から受ける熱が、クランプによるワークの保持部位を挟む部位からワークの内層を通じて、ワークの保持部位下に伝播し易くなる。そのため、クランプによるワークの保持部位が存在していても、クランプで保持しない部位と同じように、加熱手段による熱をワークに伝熱できることから、クランプの存在による影響を抑え、金型による成形に適す成形温度帯域内の温度で、ワークを加熱することができる。
【0019】
従って、本発明に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造、及び樹脂加熱成形装置によれば、樹脂成形品の成形にあたり、金型より小さいサイズの熱可塑性樹脂材（ワーク）を、クランプで保持して加熱する場合に、ワークに対し、クランプにより及ぼす伝熱の影響を抑えて、ワーク全体を、より均一な温度分布で加熱することができる、という優れた効果を奏する。
【0020】
なお、本発明に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造、及び樹脂加熱成形装置において、平板状のワークの概念は、本発明では、樹脂加熱成形装置で熱成形するワーク（熱可塑性樹脂材）をその厚みで区分けせず、例えば、厚さ１ｍｍ以下で、たとえシート状の範疇にある厚さの熱可塑性樹脂材であっても、平板状のワークと総称したものである。
【0021】
（２）に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、クランプは、ワークの厚みに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成され、クランプがワークを保持した状態の下、クランプに対し、ワークの厚み方向に沿う高さ方向と直交する方向を、ワークの外縁側に延びる幅方向、及びワークの外縁からワークの面内側に延びる奥行方向としたとき、支持部は、幅方向の大きさを、奥行方向よりも小さく、かつ保持するワークの厚みの２倍相当を上限にして形成されていること、を特徴とする。
【0022】
この特徴により、クランプは、簡単な構造で、ワークの把持またはその解除を実現できる上、保持対象のワークの大きさや形状にも、汎用性をもって対応することができる。しかも、クランプで保持したワークの加熱下で、加熱手段による熱がワークに伝熱されても、クランプが、ワークへの熱の伝播を遮る阻害要因となるのを防ぐことができる。そのため、ワーク全体を、金型による成形に適した温度で、加熱することができる。
【0023】
（３）に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、加熱手段は、輻射熱によりワークに加熱を行うヒータであること、を特徴とする。
【0024】
この特徴により、クランプによるワークの保持部位の有無に拘わらず、ワークを、均一な温度で加熱することができる。
【0025】
（４）熱可塑性樹脂材からなる平板状のワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型で成形するにあたり、該金型より小さいサイズの該ワークを、加熱手段により加熱する加熱部を備える樹脂加熱成形装置において、加熱部は、（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造で構成されていること、を特徴とする。
【0026】
この特徴により、金型より小さいサイズのワークを成形して樹脂成形品を製造するため、金型より大きいサイズのワークの加熱成形後、加熱に伴って生じる成形品不要部のトリミングを行う場合に比べ、材料となる熱可塑性樹脂材の廃棄処分は、ほとんど生じない。そのため、本発明に係る樹脂加熱成形装置は、環境保全・資源保護等の観点で、地球の環境に優しい装置となり得ることから、プラスチック製品の廃棄を削減する世界的な取り組みに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】実施形態に係る加熱成形装置の搬送部内に構成されたクランプ群の要部を示す平面図である。
【図4】実施形態に係る加熱成形装置でクランプ群を構成するクランプを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はその平面図である。
【図5】実施形態に係る加熱成形装置において、加熱部の構成と搬送部の動きを模式的に示す説明図である。
【図6】実施形態に係る加熱成形装置の加熱部で加熱するワークについて、（ａ）は実施例１，２に係るクランプでワークを保持して加熱する様子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すワークの加熱条件下で、加熱された状態にあるワークの温度分布を示す図である。
【図7】実施形態に係る加熱成形装置の加熱部に関し、クランプ部位占有率Ｋの算出で用いるクランプ保持基準ピッチＰの概念を説明するための模式図である。
【図9】実施形態に係る加熱成形装置の加熱部で加熱するワークについて、（ａ）は比較例に係るクランプでワークを保持して加熱する様子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すワークの加熱条件下で、加熱された状態にあるワークの温度分布を示す図である。
【図11】実施形態に係る加熱成形装置の加熱部で、実施例１，２、及び比較例に係るクランプを用いてワークを加熱する様子を示す説明図であり、ワークに及ぼす伝熱の影響について、クランプ毎に対比して示す模式図である。
【図12】実施例１，２、及び比較例に係るクランプでワークを保持して加熱を行った調査試験の結果であり、ワークにおけるクランプ部位占有率Ｋと、伝熱した試料（ワーク）の温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図13】実施形態に係る加熱成形装置による樹脂成形品の製造工程に関し、クランプで把持されたワークを、型合わせ位置まで搬送された状態を示す第１工程図である。
【図17】実施形態に係る加熱成形装置による樹脂成形品の製造工程に関し、下型の挙動について、速度とワークの位置との関係を示すチャート図であり、（ａ）は参考例１に係る下型の挙動を、（ｂ）は参考例２に係る下型の挙動を、それぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造、及び樹脂加熱成形装置を具体化した実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。以下、本発明に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造は、本実施形態では、本発明に係る樹脂加熱成形装置に構成されている場合を代表に挙げるため、本実施形態に係る樹脂加熱成形装置を主として、説明する。
【0029】
本発明に係る樹脂加熱成形装置は、熱可塑性樹脂材からなるワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型により、成形される樹脂成形品を製造する装置であり、金型より小さいサイズで、平板状に形成されたワークを、成形対象としている。この樹脂加熱成形装置では、ワークは、加熱部において、クランプにより保持された状態の下、加熱手段によって加熱される。なお、本発明に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造は、樹脂成形品を製造する設備を対象に、例えば、本発明に係る樹脂加熱成形装置と同じような既設の樹脂加熱成形装置の加熱部に、改造を施して採り入れることや、別の機能を果たす新設の装置の一部に、採り入れること等も可能である。
【0030】
はじめに、ワークについて、簡単に説明する。図１は、実施形態に係る加熱成形装置の搬送部内に構成されたクランプ群の要部を示す平面図である。ワーク５０は、例えば、ポリプロピレン（略称PP：polypropylene、アクリル樹脂(略称PMMA：acrylic resin）、ポリアセタール（略称POM：polyacetal）、ポリカーボネート(略称PC：polycarbonate）)等、熱可塑性樹脂材からなる。ワーク５０は、成形時に、金型１０内に完全に収まるよう、金型１０より小さいサイズになっている。
【0031】
ワーク５０は、説明の便宜上、本実施形態では、図１に示すように、平面の輪郭を四角形とした平板で、一例として、概ね１ｍｍ～十数ｍｍ程の板厚、一辺の長さを数十～数百ｍｍ程の大きさに形成された材料である。なお、本実施形態では、平板状のワーク５０の概念は、加熱成形装置１で熱成形するワーク（熱可塑性樹脂材）５０をその厚みで区分けせず、例えば、厚さ１ｍｍ以下で、たとえシート状の範疇にある厚さの熱可塑性樹脂材であっても、平板状のワークと総称したものである。また、ワーク５０は、成形する樹脂成形品（製品）の仕様に応じて、輪郭や板厚、大きさ等の形状を異にするため、輪郭、板厚や大きさ等の形状は、本実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【0032】
図２は、図１に示す搬送部の側面図であり、クランプ群によるワークの非把持状態を示す説明図であり、図３は、クランプ群によるワークの把持状態を示す説明図である。図５は、実施形態に係る加熱成形装置において、加熱部の構成と搬送部の動きを模式的に示す説明図である。なお、図１中、左右方向を、加熱成形装置１（本発明の樹脂加熱成形装置に対応）の水平方向（搬送部２０の移動方向）ＨＺとして、図２以降の各図でも、図１に定義した方向に準じる。また、図５中、上下方向を、加熱成形装置１の上下方向ＶＴとして、図６以降の各図でも、図５に定義した方向に準じる。
【0033】
次に、加熱成形装置１について、説明する。図１及び図５に示すように、加熱成形装置１は、駆動部２、制御部３、上型１１と下型１２で一対をなす金型１０、搬送部２０、クランプ群３０、及び加熱部４０等を備えている。
【0034】
図５に示すように、加熱成形装置１では、搬送部２０は、退避位置Ｘ１と、型合わせ位置Ｘ２との間を、搬送ラインＦＬ上に沿って移動可能に構成されている。退避位置Ｘ１は、金型１０から離れた加熱部４０内である。型合わせ位置Ｘ２は、上型１１との型合わせに対応して、ワーク５０を下型１２の上面１２ａに載置可能な金型１０内の位置である。
【0035】
加熱部４０は、加熱された状態の下で、ワーク５０を金型１０で成形するにあたり、ヒータ４１（加熱手段）により、予めワーク５０を成形に必要な温度まで加熱する部分である。ヒータ４１は、輻射熱によりワーク５０を加熱する赤外線ヒータである。このヒータ４１は、輻射熱をワーク５０の平面（図１参照）全体で享受できるよう、ワーク５０の平面（図１参照）の面積より、十分に大きい電磁波の照射面を具備している。
【0036】
図１～図３に示すように、搬送部２０には、クランプ群３０が配設されている。搬送部２０が、退避位置Ｘ１と型合わせ位置Ｘ２との間で移動するのに伴い、クランプ群３０は、ワーク５０と共に、加熱部４０に配置可能である。クランプ群３０は、少なくとも１以上のクランプ３１からなり、クランプ３１は、ワーク５０の端部５１を、把持またはその解除を可能に形成されている。
【0037】
クランプ群３０は、図１～図３に示すように、ワーク５０の配置位置を挟む水平方向ＨＺ両側に、対向配置で一組をなして配設され、平板状のワーク５０に対し、対向する端部５１同士の保持を可能としている。搬送部２０では、両側のクランプ群３０同士は、ワーク５０の配置位置を基準に、図２に示すように、互いに離間させる動作と、図３に示すように、互いに近接する動作とを、選択的に行うことができる。
【0038】
具体的には、クランプ群３０同士が互いに近接すると、クランプ群３０では、クランプ３１が、ワーク５０の端部５１を把持する。また、クランプ群３０同士が互いに離間すると、クランプ３１は、ワーク５０の端部５１の把持を解除する。ワーク５０は、退避位置Ｘ１で、クランプ群３０により端部５１を把持して保持されると、ワーク５０は、クランプ群３０で端部５１を把持したまま、搬送部２０の移動により、型合わせ位置Ｘ２まで搬送され、金型１０に供給される。
【0039】
次に、クランプ３１の構成について、図４を用いて説明する。図４は、実施形態に係る加熱成形装置でクランプ群を構成するクランプを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はその平面図である。クランプ３１は、本実施形態では、図４に例示するように、ワーク５０の厚みｔに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部３２，３２同士と、接続部３３とをコの字状に連結させて形成されている。クランプ３１は、例えば、金属等のように、熱伝導性に優れた材質からなる。
【0040】
ここで、クランプ３１がワーク５０を保持した状態の下、クランプ３１に対し、ワーク５０の厚み方向（図４（ａ）中、上下方向）に沿う高さ方向ＣＨと直交する方向を、ワーク５０の外縁５０Ｆ側（図４（ｂ）中、上下方向）に延びる幅方向ＣＷ、及びワーク５０の外縁５０Ｆからワーク５０の面内側（図４（ａ）及び（ｂ）中、左側）に延びる奥行方向ＣＬと定義する。クランプ３１では、支持部３２は、幅方向ＣＷの大きさである幅長ｍ（０＜ｍ）を、奥行方向ＣＬの大きさである奥行長ｎ（０＜ｎ＜ｍ）よりも小さく、かつ保持するワーク５０の厚み２の２倍相当（ｍ≦２ｔ）を上限にして形成されている。
【0041】
ワーク５０をクランプ３１に把持する際や、把持していたワーク５０をクランプ３１から解放する際、また、把持している間、図４（ａ）に示すように、特にクランプ３１の支持部３２は、ワーク５０表面と接触する。そのため、クランプ３１のうち、ワーク５０表面と接触する部分に対し、例えば、Ｒｚ(十点平均粗さ)６．３Ｓ相当以上の高い面租度で、表面処理を施すことや、摺動性を高めたコーティング被覆処理を表面に施す等、ワーク５０表面へのダメージを抑える対策が、クランプ３１に施されていることが好ましい。
【0042】
加熱部４０では、ワーク５０は、クランプ群３０により保持された状態の下で、加熱される。そのため、クランプ３１により、ワーク５０の加熱に適した態様で、クランプ群３０を構成する必要がある。
【0043】
次に、クランプ群３０と、それを構成するクランプ３１との関係について、説明する。図６は、実施形態に係る加熱成形装置の加熱部で加熱するワークについて、（ａ）は実施例１，２に係るクランプでワークを保持して加熱する様子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すワークの加熱条件下で、加熱された状態にあるワークの温度分布を示す図である。図７は、実施形態に係る加熱成形装置の加熱部に関し、クランプ部位占有率Ｋの算出で用いるクランプ保持基準ピッチＰの概念を説明するための模式図である。
【0044】
本実施形態に係る加熱成形装置１（本実施形態に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造）の加熱部４０では、図６（ａ）に示すように、クランプ群３０は、ワーク５０の外縁５０Ｆをなす端部５１のうち、外縁５０Ｆをなす一辺で、クランプ３１による保持を要するワーク保持帯域５１Ｑを、基準となるクランプ保持基準ピッチＰに基づき、少なくとも１以上のクランプ保持基準ピッチＰで区画した配列形態により、クランプ３１を断続的に配置して構成されている。
【0045】
クランプ保持基準ピッチＰは、図７に示すように、クランプ３１単体に付き、その単体のクランプ３１による保持を受ける局部的なワークの部位で、一辺に沿った距離である保持部域Ｐ１と、保持部域Ｐ１の隣で、クランプ３１による保持を受けない局部的なワークの部位で、一辺に沿った距離である非保持部域Ｐ２とからなるワーク保持帯域の１ピッチ分である。クランプ３１は、クランプ保持基準ピッチＰのうち、保持部域Ｐ１を占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たした態様で、形成されている。
【0046】
図４に例示した単体のクランプ３１の場合、図４及び図７に示すように、保持部域Ｐ１は、支持部３２の幅長ｍに相当する。また、ワーク保持帯域５１Ｑに対し、クランプ保持基準ピッチＰによる区画数は、ワーク５０の形状や、加熱部４０でのワーク５０の加熱条件、金型１０でのワーク５０の成形条件等に応じて設定される。
【0047】
具体的に説明する。ヒータ４１が、クランプ群３０（クランプ３１）で保持したワーク５０を加熱すると、ヒータ４１は、図４及び図６に示すように、ワーク５０全体に亘って電磁波を照射して、その輻射熱をワーク５０に伝える。このとき、ワーク５０では、ヒータ４１による電磁波の照射が、クランプ群３０をなす個々のクランプ３１の存在に起因して、ワーク保持帯域５１Ｑのうち、クランプ３１の保持部位では、遮られてしまう。そのため、ワーク５０のうち、クランプ３１の保持部位は、ヒータ４１から電磁波の照射を直に受けることができない。
【0048】
加熱成形装置１（本実施形態に係る樹脂加熱成形装置の加熱部構造）では、クランプ部位占有率Ｋの条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たす状態（図６（ａ）及び図７参照）にある支持部３２の幅長ｍで、クランプ３１が形成されていると、ヒータ４１により、加熱されるワーク５０の温度分布が、図６（ｂ）に示すように、金型１０による成形に適す温度として、設定された許容範囲の温度幅を有する成形温度帯域５０Ｈとなる。
【0049】
図８は、樹脂成形品の製造にあたり、（ａ）は図６に示すワークの加熱条件下で加熱したワークを、金型で成形している様子を示す説明図であり、（ｂ）は、金型から取り出した樹脂成形品を示す平面図である。後述する樹脂成形品６０の製造工程に基づき、全体が成形温度帯域５０Ｈで加熱されたワーク５０を、金型１０で成形すると、図８（ａ）に示すように、ワーク５０のうち、ワーク保持帯域５１Ｑの部分も、金型１０の型形状に倣い易くなり、図８（ｂ）に示すように、所望とする形状の樹脂成形品６０が成形される。
【0050】
図９は、実施形態に係る加熱成形装置の加熱部で加熱するワークについて、（ａ）は比較例に係るクランプでワークを保持して加熱する様子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すワークの加熱条件下で、加熱された状態にあるワークの温度分布を示す図である。図１０は、樹脂成形品の製造にあたり、（ａ）は図９に示すワークの加熱条件下で加熱したワークを、金型で成形している様子を示す説明図であり、（ｂ）は、金型から取り出した成形不良品を示す平面図である。
【0051】
しかしながら、ワーク保持帯域５１Ｑに対し、クランプ部位占有率Ｋが２５％を超えた条件下の支持部３２の幅長ｍで、クランプ３１が形成されていると、ヒータ４１により、加熱されるワーク５０の温度分布は、図８（ｂ）に示すように、ワーク５０の中央部で成形温度帯域５０Ｈになるものの、ワーク保持帯域５１Ｑでは、低温帯域５０Ｃとなる。低温帯域５０Ｃにある温度は、成形温度帯域５０Ｈから外れて低く、金型１０による成形にとって、不適な温度である。
【0052】
すなわち、低温帯域５０Ｃが、加熱されたワーク５０に含まれていると、樹脂成形品６０の製造にあたり、図１０（ａ）に示すように、ワーク５０のうち、低温帯域５０Ｃにあるワーク保持帯域５１Ｑが、金型１０の型形状に倣って成形されない成形不良部６１Ｘとなる。その結果、図１０（ｂ）に示すように、良品の樹脂成形品６０を成形できず、成形不良部６１Ｘを含んだ成形不良品６０Ｘが成形されてしまう。
【0053】
次に、本出願人は、ワーク５０のワーク保持帯域５１Ｑを、クランプ群３０（クランプ３１）で保持する上で、クランプ３１に起因して、ワーク５０への加熱に与える影響を確認するための調査試験を行った。調査試験では、ワーク５０に相当したポリカーボネート製の試料（厚さｔ＝６ｍｍ）と、クランプ部位占有率Ｋの異なる態様で形成した３種のクランプを用いて、クランプの種別毎に、それぞれクランプで保持した試料（図１１では、便宜上、「試料５０」と称す）を加熱部４０のヒータ４１で加熱し、加熱された試料５０の温度と、クランプによる保持部位での輻射熱の伝播状態とについて、調査した。３種のクランプは、第１クランプ３１Ａ（３１）と、第２クランプ３１Ｂ（３１）と、第３クランプ３１Ｘである。第１クランプ３１Ａは、実施例１に係る実験で用いられ、第２クランプ３１Ｂは、実施例２に係る実験で用いられ、第３クランプ３１Ｘは、比較例に係る実験で用いた。実施例１，２、及び比較例に係る実験の条件は、各クランプの仕様の違いを除き、全て同じある。
【0054】
＜実験条件＞
図１１は、実施形態に係る加熱成形装置の加熱部で、実施例１，２、及び比較例に係るクランプを用いてワークを加熱する様子を示す説明図であり、ワークに及ぼす伝熱の影響について、クランプ毎に対比して示す模式図である。図１１に示すように、第１クランプ３１Ａは、クランプ部位占有率Ｋ＝４に基づいて形成されている。第２クランプ３１Ｂは、クランプ部位占有率Ｋ＝２０に基づいて形成されている。第３クランプ３１Ｘは、クランプ部位占有率Ｋ＝９８に基づき、クランプ３１と同様、対向配置の支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成されている。
図１１は、実施形態に係る加熱成形装置の加熱部で、実施例１，２、及び比較例に係るクランプを用いてワークを加熱する様子を示す説明図であり、ワークに及ぼす伝熱の影響について、クランプ毎に対比して示す模式図である。図１１に示すように、第１クランプ３１Ａは、クランプ部位占有率Ｋ＝４に基づいて形成されている。第２クランプ３１Ｂは、クランプ部位占有率Ｋ＝２０に基づいて形成されている。第３クランプ３１Ｘは、クランプ部位占有率Ｋ＝９８に基づき、クランプ３１と同様、対向配置の支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成されている。
【0055】
＜実験結果＞
図１２は、実施例１，２、及び比較例に係るクランプでワークを保持して加熱を行った調査試験の結果であり、ワークにおけるクランプ部位占有率Ｋと、伝熱した試料（ワーク）の温度Ｔとの関係を示すグラフである。調査試験では、試料５０への加熱にあたり、金型１０による成形に適す成形温度帯域５０Ｈは、図１２に示すように、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの間であり、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの温度幅は、一例として１０℃程である。
図１２は、実施例１，２、及び比較例に係るクランプでワークを保持して加熱を行った調査試験の結果であり、ワークにおけるクランプ部位占有率Ｋと、伝熱した試料（ワーク）の温度Ｔとの関係を示すグラフである。調査試験では、試料５０への加熱にあたり、金型１０による成形に適す成形温度帯域５０Ｈは、図１２に示すように、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの間であり、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの温度幅は、一例として１０℃程である。
【0056】
調査試験の結果は、次の通りであった。実施例１に係る第１クランプ３１Ａで、クランプ部位占有率がＫ＝４である場合、ヒータ４１により、加熱された試料５０の温度Ｔ１は、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの許容範囲内であった。実施例２に係る第２クランプ３１Ｂで、クランプ部位占有率がＫ＝２０である場合、ヒータ４１により、加熱された試料５０の温度Ｔ２は、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの範囲許容内であった。比較例に係る第３クランプ３１Ｘで、クランプ部位占有率がＫ＝９８である場合、ヒータ４１により、加熱された試料５０の温度Ｔ３は、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの許容範囲外であった。
【0057】
＜考察＞
調査試験の考察として、実施例１に係る第１クランプ３１Ａ（３１）と、実施例２に係る第２クランプ３１Ｂ（３１）とは、双方とも、クランプ保持基準ピッチＰに対し、クランプ部位占有率Ｋの上限値２５％を下回った状態の保持部域Ｐ１、すなわち支持部３２の幅長ｍで、形成されている。ヒータ４１による加熱の下、クランプ３１が、試料５０の保持部位を覆った状態にあっても、クランプ部位占有率がＫ＝４、２０の場合、図１１に示すように、クランプ３１による試料５０の保持部位は、比較的小さく抑えられている。
調査試験の考察として、実施例１に係る第１クランプ３１Ａ（３１）と、実施例２に係る第２クランプ３１Ｂ（３１）とは、双方とも、クランプ保持基準ピッチＰに対し、クランプ部位占有率Ｋの上限値２５％を下回った状態の保持部域Ｐ１、すなわち支持部３２の幅長ｍで、形成されている。ヒータ４１による加熱の下、クランプ３１が、試料５０の保持部位を覆った状態にあっても、クランプ部位占有率がＫ＝４、２０の場合、図１１に示すように、クランプ３１による試料５０の保持部位は、比較的小さく抑えられている。
【0058】
そのため、ヒータ４１による輻射熱は、クランプ３１による試料５０の保持部位を挟む部位から、試料５０の内層を通じて、試料５０の保持部位下に伝播する。その結果、クランプ３１による試料５０の保持部位であっても、クランプ３１で保持しない部位と同じように、ヒータ４１による輻射熱が試料５０に伝熱できることから、クランプ３１の存在による影響を抑え、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの範囲許容内の温度Ｔで、試料５０を加熱することができているものと推察される。
【0059】
一方、比較例の場合、クランプ保持基準ピッチＰに対し、クランプ部位占有率Ｋの上限値２５％を大幅に超えたＫ＝９８（％）の状態にある保持部域Ｐ１、すなわち支持部の幅長（クランプ３１の支持部３２の幅長ｍに相当）で、第３クランプ３１Ｘが形成されている。ヒータ４１による加熱の下、クランプ部位占有率がＫ＝９８の場合、図１１に示すように、第３クランプ３１Ｘでは、支持部の幅長は比較的大きくなっており、試料５０の保持部位は、このような第３クランプ３１Ｘによって覆われた状態となっている。
【0060】
そのため、ヒータ４１による輻射熱は、第３クランプ３１Ｘによる試料５０の保持部位を挟む部位から、試料５０の保持部位下にある内層を通じて、伝播し難くい状態にある。それ故に、ヒータ４１による輻射熱が試料５０に伝熱されても、試料５０を保持する第３クランプ３１Ｘが、試料５０への輻射熱の伝播を遮る阻害要因となってしまい、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの範囲許容内の温度Ｔで、試料５０を加熱できないものと推察される。
【0061】
次に、金型１０について、説明する。金型１０は、製品である樹脂成形品６０（図８参照）の成形形状に対応した型形状に形成され、上型１１と下型１２で組をなしている。金型１０は、上型１１と下型１２の双方とも、それぞれ駆動部２に基づいて、昇降またはその停止を可能に構成されている。制御部３は、駆動部２の動作制御、搬送部２０の動作制御、クランプ群３０の動作制御（ワーク５０の把持とその解除）をはじめ、加熱部４０におけるヒータ４１の温度調節や、ワーク５０に向けた輻射熱の温度管理（図１２参照）に装着される温度センサ、光電センサや近接センサ等の各種センサ、空圧機器等に装着される種々のセンサ等、加熱成形装置１全体の電気的な制御を担う。
【0062】
金型１０では、上型１１と下型１２との型開き位置は、図５に示すように、搬送部２０によるワーク５０の搬送ラインＦＬを基準に設定され、上型１１の上降端位置Ｕ１は、搬送ラインＦＬより上方であり、下型１２の下降端位置Ｌ１は、搬送ラインＦＬより下方である。駆動部２と制御部３により、上型１１は、上降端位置Ｕ１の下方側に向けて動き、下型１２は、下降端位置Ｌ１の上方側に向けて動く。
【0063】
次に、樹脂成形品６０の製造にあたり、加熱成形装置１の制御方法について、説明する。図１３は、実施形態に係る加熱成形装置による樹脂成形品の製造工程に関し、クランプで把持されたワークを、型合わせ位置まで搬送された状態を示す第１工程図である。
【0064】
図５に示すように、搬送部２０が、クランプ群３０で把持された状態のワーク５０を、退避位置Ｘ１から搬送して、図１３に示すように、この状態のワーク５０が、金型１０の型合わせ位置Ｘ２に配置される。ワーク５０は、予め加熱部４０で、例えば、百数十度程に加熱されて軟化した状態になっている。そのため、ワーク５０が、両側（図１３中、左右側）の端部５１をクランプ３１（クランプ群３０）で保持した状態で、型合わせ位置Ｘ２に供給されると、加熱前に平板状であったワーク５０は、図１３に示すように、クランプ群３０より下に垂れ下がった垂下部５２をなす形状に変形している。
【0065】
図１４は、図１３に示す第１工程図に続き、ワークとの接触開始位置まで下型が上昇した状態を示す第２工程図である。図１７は、実施形態に係る加熱成形装置による樹脂成形品の製造工程に関し、下型の挙動について、速度とワークの位置との関係を示すチャート図であり、（ａ）は参考例１に係る下型の挙動を、（ｂ）は参考例２に係る下型の挙動を、それぞれ示す。
【0066】
ワーク５０が、図１３に示すように、金型１０の型合わせ位置Ｘ２に配置された後、図１７に示すように、制御部３は、下型１２を、下降端位置Ｌ１から、搬送ラインＦＬ上で待機するワーク５０に向けて一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）で上昇させ、図１４に示すように、垂下部５２の底５３と接触させる。下型１２が、垂下部５２の底５３と接触した接触開始位置Ｌ２に到達したら、制御部３は、図１７に示すように、垂下部５２の底５３との接触を開始する下型１２の接触開始位置Ｌ２を境に、下型１２の動作に対し、一次速度Ｖ１（０＜Ｖ１）から、負の加速度で減速された二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に変化させる制御を、駆動部２に行う。
【0067】
図１５は、図１４に示す第２工程図に続き、下型がワークの下側支持位置に到達した状態を示す第３工程図であり、クランプによるワークの把持を解除する直前を示す図である。図１６は、図１５に図示した下型の支持状態位置についての説明図である。
【0068】
加熱成形装置１では、このような変形を伴ったワーク５０を、下型１２の上面１２ａ上に載置してから、上型１１との型合わせで成形するにあたり、ワーク５０の垂下部５２の底５３を、上型１１に向けて上昇する下型１２による当接で、支えた状態になった下型１２の支持状態位置Ｌ３で、制御部３は、クランプ群３０によるワーク５０の把持を解除する。支持状態位置Ｌ３は、図１５及び図１６に示すように、下型１２の上面１２ａと接触可能なワーク５０の有効接触面積Ｓ１のうち、下型１２と接触する垂下部５２の底５３に対し、下型１２側に投影される垂下部５２の底５３の投影接触面積Ｓ２を占める割合Ｓ２／Ｓ１が、少なくとも５％の条件を満たす状態に到達した位置である。この割合Ｓ２／Ｓ１が、５％未満であると、上昇動作を伴った下型１２の上面１２ａ上に、クランプ群３０による端部５１の把持を解除したワーク５０を載せた場合、ワーク５０は、下型１２の上面１２ａ上で位置ずれ等を伴い、金型１０による成形加工で支障を来してしまう場合があるからである。
【0069】
具体的に説明する。下型１２の上面１２ａが、最初に垂下部５２の底５３と概ね接触し始める接触開始位置Ｌ２に達したタイミングで、制御部３は、図１７に示すように、下型１２を二次速度Ｖ２（０＜Ｖ２＜Ｖ１）に減速する。これにより、下型１２は、減速した二次速度Ｖ２で上昇して支持状態位置Ｌ３に近づく。
【0070】
なお、下型１２において、接触開始位置Ｌ２と支持状態位置Ｌ３を検知する上で、下型１２の上面１２ａとワーク５０の垂下部５２との状態を検出可能な検出手段を、加熱成形装置１に設けておくことが好ましい。検出手段の一例として、接触開始位置Ｌ２と支持状態位置Ｌ３にそれぞれ対応した下型１２の動作ポイントを把握しておき、これらの動作ポイントに下型１２が近づいたことを、近接センサで検出する手段である。また、垂下部５２の底５３の位置に合わせて、光電センサより光を照射し、下型１２の上面１２ａが、この光と干渉する状態になったタイミングで、制御部３が、移動中の下型１２の動作を制御する手段等である。
【0071】
＜参考例１＞
参考例１に係る下型１２の動作制御では、図１７（ａ）に示すように、下型１２は、接触開始位置Ｌ２から支持状態位置Ｌ３に向けて、二次速度Ｖ２で減速しながら上昇し続け、制御部３は、支持状態位置Ｌ３に合わせて、下型１２の上昇動作を停止させる。下型１２が停止したら、制御部３は、下型１２を支持状態位置Ｌ３で停止させたまま、搬送部２０に対し、クランプ群３０同士を互いに離間させ、クランプ３１によるワーク５０の端部５１の把持を解除している。
参考例１に係る下型１２の動作制御では、図１７（ａ）に示すように、下型１２は、接触開始位置Ｌ２から支持状態位置Ｌ３に向けて、二次速度Ｖ２で減速しながら上昇し続け、制御部３は、支持状態位置Ｌ３に合わせて、下型１２の上昇動作を停止させる。下型１２が停止したら、制御部３は、下型１２を支持状態位置Ｌ３で停止させたまま、搬送部２０に対し、クランプ群３０同士を互いに離間させ、クランプ３１によるワーク５０の端部５１の把持を解除している。
【0072】
＜参考例２＞
また、参考例２に係る下型１２の動作制御では、下型１２は、接触開始位置Ｌ２から支持状態位置Ｌ３に向けて、二次速度Ｖ２で減速しながら上昇し続ける。参考例２の場合、図１７（ｂ）に示すように、二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する下型の動きの下、支持状態位置Ｌ３で加速度の向きを変え、負の加速度から変化させた正の加速度を含む速度である。
また、参考例２に係る下型１２の動作制御では、下型１２は、接触開始位置Ｌ２から支持状態位置Ｌ３に向けて、二次速度Ｖ２で減速しながら上昇し続ける。参考例２の場合、図１７（ｂ）に示すように、二次速度Ｖ２は、閾値として設定された閾値速度ｖ（０＜ｖ＜Ｖ２）より小さく抑えると共に、速度成分ｖ０（０＜ｖ０＜ｖ）を有する下型の動きの下、支持状態位置Ｌ３で加速度の向きを変え、負の加速度から変化させた正の加速度を含む速度である。
【0073】
閾値速度ｖとは、上昇動作を続ける下型１２の上面１２ａに、垂下部５２の底５３を預けた状態になっているワーク５０に対し、支持状態位置Ｌ３で、ワーク５０の端部５１の把持を解除しても、後述する図１８のように、上昇動作を伴った下型１２の上面１２ａ上に、ワーク５０を、位置ずれ等もなく、金型１０による成形加工で支障を生じない適切な状態で配置できることを前提に、その許容範囲内となる下型１２の上限速度を意味する。また、速度成分ｖ０とは、下型１２が支持状態位置Ｌ３に到達し、クランプ群３０によるワーク５０の端部５１の把持を解除するとき、下型１２に、低速ながらも上昇に向けた動きを伴っていることを意味する。
【0074】
図１８は、図１５に示す第３工程図に続き、クランプによるワークの把持を解除完了後、クランプが金型から退避した状態を示す第４工程図である。図１９は、図１８に示す第４工程図に続き、金型でワークを成形して樹脂成形品を製造している様子を示す第５工程図である。
【0075】
下型１２が支持状態位置Ｌ３に到達後、支持状態位置Ｌ３で、クランプ群３０（クランプ３１）によるワーク５０の保持が解除されたら、制御部３は、図１７及び図１８に示すように、二次速度Ｖ２に続き正の加速度で増速した三次速度Ｖ３で、下型１２を成形基準位置Ｌ４まで上昇させ、下型１２の上面１２ａに載置したワーク５０を、搬送ラインＦＬに合わせて配置する。下型１２が成形基準位置Ｌ４に到達後、図１９に示すように、制御部３は、上型１１を上型成形位置Ｕ２まで下降させることにより、上型１１と下型１２とが型合わせされる。かくして、ワーク５０が、上型１１と下型１２により、加熱して成形され、樹脂成形品６０が製造される。
【0076】
次に、本実施形態に係る加熱成形装置の加熱部構造、及び加熱成形装置１の作用・効果について説明する。
【0077】
本実施形態に係る加熱成形装置の加熱部構造は、熱可塑性樹脂材からなる平板状のワーク５０を、加熱された状態の下で、上型１１と下型１２で一対をなす金型１０で成形する加熱成形装置１に対し、金型１０より小さいサイズのワーク５０を、ヒータ４１により加熱する加熱部４０を備える加熱成形装置の加熱部構造において、ワーク５０を把持またはその解除が可能なクランプ３１を有し、少なくとも１以上のクランプ３１からなるクランプ群３０が、ワーク５０と共に、加熱部４０に配置可能であり、加熱部４０では、クランプ群３０は、ワーク５０の外縁５０Ｆを含む端部５１のうち、外縁５０Ｆをなす一辺で、クランプ３１による保持を要するワーク保持帯域５１Ｑを、基準となるクランプ保持基準ピッチＰに基づき、少なくとも１以上のクランプ保持基準ピッチＰで区画した配列形態により、クランプ３１を断続的に配置して構成されていること、クランプ保持基準ピッチＰは、クランプ３１単体に付き、その単体のクランプ３１による保持を受ける局部的なワーク５０の部位で、外縁５０Ｆの一辺に沿った距離である保持部域Ｐ１と、保持部域Ｐ１の隣で、クランプ３１による保持を受けない局部的なワーク５０の部位で、外縁５０Ｆの一辺に沿った距離である非保持部域Ｐ２とからなるワーク保持帯域の１ピッチ分であること、クランプ３１は、クランプ保持基準ピッチＰのうち、保持部域Ｐ１を占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たした態様で、形成されていること、を特徴とする。
【0078】
この特徴により、ヒータ４１から受ける熱は、クランプ３１によるワーク５０の保持部位を挟む部位から、ワーク５０の内層を通じて、ワーク５０の保持部位下に伝播し易くなっている。そのため、クランプ３１によるワーク５０の保持部位が存在していても、クランプ３１で保持しない部位と同じように、ヒータ４１による熱をワーク５０に伝熱できることから、クランプ３１の存在による影響を抑え、金型１０による成形に適す成形温度帯域５０Ｈの温度で、ワーク５０を加熱することができる。
【0079】
従って、本実施形態の加熱成形装置の加熱部構造によれば、樹脂成形品６０の成形にあたり、金型１０より小さいサイズの熱可塑性樹脂材（ワーク５０）を、クランプ３１で保持して加熱する場合に、ワーク５０に対し、クランプ３１により及ぼす伝熱の影響を抑えて、ワーク５０全体を、より均一な温度分布で加熱することができる、という優れた効果を奏する。
【0080】
なお、本出願人は、前述した調査試験とは別に行った調査によると、クランプ部位占有率Ｋが２５（％）までであれば、ヒータ４１の輻射熱によりワーク５０に伝熱された温度は、図１２に示すように、上限側温度ＴＵと下限側温度ＴＬとの間に収まり、良品の樹脂成形品６０を成形できることを確認している。一方、クランプ部位占有率Ｋが２５（％）を超えてしまうと、ヒータ４１の輻射熱によりワーク５０に伝熱された温度は、参照する図１２に示すように、下限側温度ＴＬを下回る。従って、クランプ部位占有率がＫ２５（％）超えの状態で形成されたクランプ３１により、ワーク５０を保持して行う加熱成形は、図１０に示すように、成形不良品６０Ｘの発生を招く。
【0081】
また、本実施形態の加熱成形装置の加熱部構造では、クランプ３１は、ワーク５０の厚みｔに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部３２同士と、接続部３３とをコの字状に連結させて形成され、クランプ３１がワーク５０を保持した状態の下、クランプ３１に対し、ワーク５０の厚み方向に沿う高さ方向ＣＨと直交する方向を、ワーク５０の外縁５０Ｆ側に延びる幅方向ＣＷ、及びワーク５０の外縁５０Ｆからワーク５０の面内側に延びる奥行方向ＣＬとしたとき、支持部３２は、幅方向ＣＷの大きさである幅ｍを、奥行方向ＣＬの大きさである奥行ｎよりも小さく、かつ保持するワーク５０の厚みｔの２倍相当（２ｔ）を上限にして形成されていること、を特徴とする。
【0082】
この特徴により、クランプ３１は、簡単な構造で、ワーク５０の把持またはその解除を実現できる上、保持対象のワーク５０の大きさや形状にも、汎用性をもって対応することができる。しかも、クランプ３１で保持したワーク５０の加熱下で、ヒータ４１の熱がワーク５０に伝熱されても、クランプ３１が、ワーク５０への熱の伝播を遮る阻害要因となるのを防ぐことができる。そのため、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ワーク保持帯域５１Ｑを含むワーク５０全体を、成形温度帯域５０Ｈにある均一な温度で、加熱することができる。
【0083】
また、本実施形態の加熱成形装置の加熱部構造では、加熱手段は、輻射熱によりワーク５０に加熱を行うヒータ４１であること、を特徴とする。
【0084】
この特徴により、クランプ３１によるワーク５０の保持部位の有無に拘わらず、ワーク５０を、均一な温度で加熱することができる。
【0085】
また、本実施形態の加熱成形装置１は、前述したように、本実施形態の加熱成形装置の加熱部構造で構成されていること、を特徴とする。
【0086】
この特徴により、金型１０より小さいサイズのワーク５０を成形して樹脂成形品６０を製造するため、金型より大きいサイズのワークの加熱成形後、加熱に伴って生じる成形品不要部のトリミングを行う場合に比べ、材料となる熱可塑性樹脂材の廃棄処分は、ほとんど生じない。そのため、加熱成形装置１は、環境保全・資源保護等の観点で、地球の環境に優しい装置となり得ることから、プラスチック製品の廃棄を削減する世界的な取り組みに貢献できる。
【0087】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。
【0088】
例えば、実施形態では、図４に例示したクランプ３１により、クランプ群３０を構成したが、クランプの形状、構造等の仕様は、実施形態に限定されるものではなく、ワークの形状や材料特性、ワークの成形条件等に応じて、種々変更可能である。また、クランプ群によりワークの端部を保持する部分は、図１に限定されるものではなく、ワークの成形条件に応じて、種々変更可能である。
【符号の説明】
【0089】
１ 樹脂加熱成形装置
１０ 金型
１１ 上型
１２ 下型
３０ クランプ群
３１ クランプ
３１Ａ 第１クランプ（クランプ）
３１Ｂ 第２クランプ（クランプ）
３２ 支持部
３３ 接続部
４０ 加熱部
４１ ヒータ（加熱手段）
５０ ワーク
５０Ｆ ワークの外縁
５１ 端部
５１Ｑ クランプワーク保持帯域
ＣＨ （クランプの）高さ方向
ＣＷ （クランプの）幅方向
ＣＬ （クランプの）奥行方向
ｔ ワークの厚み
ｍ 支持部の幅（幅方向の大きさ）
ｎ 支持部の奥行（幅方向の大きさ）
１０ 金型
１１ 上型
１２ 下型
３０ クランプ群
３１ クランプ
３１Ａ 第１クランプ（クランプ）
３１Ｂ 第２クランプ（クランプ）
３２ 支持部
３３ 接続部
４０ 加熱部
４１ ヒータ（加熱手段）
５０ ワーク
５０Ｆ ワークの外縁
５１ 端部
５１Ｑ クランプワーク保持帯域
ＣＨ （クランプの）高さ方向
ＣＷ （クランプの）幅方向
ＣＬ （クランプの）奥行方向
ｔ ワークの厚み
ｍ 支持部の幅（幅方向の大きさ）
ｎ 支持部の奥行（幅方向の大きさ）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【手続補正書】
【提出日】2021-10-20
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱可塑性樹脂材からなる平板状のワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型で成形する樹脂加熱成形装置に対し、該金型より小さいサイズの該ワークを、加熱手段により加熱する加熱部を備える樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、
前記ワークを把持またはその解除が可能なクランプを有し、少なくとも１以上の前記クランプからなるクランプ群が、前記ワークと共に、前記加熱部に配置可能であり、
前記クランプ群では、前記ワークの外縁を含む端部のうち、前記外縁をなす一辺で、前記クランプによる保持を要するワーク保持帯域を、基準となるクランプ保持基準ピッチＰで区画した配列形態により、前記クランプを断続的に配置して構成されていること、
前記クランプ保持基準ピッチＰは、前記クランプ単体に付き、その単体の前記クランプによる保持を受ける局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である保持部域Ｐ１と、前記保持部域Ｐ１の隣で、前記クランプによる保持を受けない局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である非保持部域Ｐ２とからなる前記ワーク保持帯域の１ピッチ分であること、
前記クランプは、前記クランプ保持基準ピッチＰのうち、前記保持部域Ｐ１を占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たした態様で、設けられていること、
前記条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たすことにより、前記クランプによる前記ワークの保持部位が存在している場合でも、前記クランプで保持しない部位と同じように、前記加熱手段による熱を前記ワークに伝熱できて、前記クランプの存在による影響を抑え、前記金型による成形に適す成形温度帯域内の温度で、前記ワークを加熱することができること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
前記ワークを把持またはその解除が可能なクランプを有し、少なくとも１以上の前記クランプからなるクランプ群が、前記ワークと共に、前記加熱部に配置可能であり、
前記クランプ群では、前記ワークの外縁を含む端部のうち、前記外縁をなす一辺で、前記クランプによる保持を要するワーク保持帯域を、基準となるクランプ保持基準ピッチＰで区画した配列形態により、前記クランプを断続的に配置して構成されていること、
前記クランプ保持基準ピッチＰは、前記クランプ単体に付き、その単体の前記クランプによる保持を受ける局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である保持部域Ｐ１と、前記保持部域Ｐ１の隣で、前記クランプによる保持を受けない局部的な前記ワークの部位で、前記一辺に沿った距離である非保持部域Ｐ２とからなる前記ワーク保持帯域の１ピッチ分であること、
前記クランプは、前記クランプ保持基準ピッチＰのうち、前記保持部域Ｐ１を占めるクランプ部位占有率Ｋ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）の条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たした態様で、設けられていること、
前記条件０＜Ｋ≦２５（％）を満たすことにより、前記クランプによる前記ワークの保持部位が存在している場合でも、前記クランプで保持しない部位と同じように、前記加熱手段による熱を前記ワークに伝熱できて、前記クランプの存在による影響を抑え、前記金型による成形に適す成形温度帯域内の温度で、前記ワークを加熱することができること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
【請求項2】
請求項１に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、
前記クランプは、前記ワークの厚みに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成され、
前記クランプが前記ワークを保持した状態の下、前記クランプに対し、前記ワークの厚み方向に沿う高さ方向と直交する方向を、前記ワークの外縁側に延びる幅方向、及び前記ワークの前記外縁から前記ワークの面内側に延びる奥行方向としたとき、
前記支持部は、前記幅方向の大きさを、前記奥行方向よりも小さく、かつ保持する前記ワークの厚みの２倍相当を上限にして形成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
前記クランプは、前記ワークの厚みに対応した距離で、互いに平行に配置された２つの支持部同士と、接続部とをコの字状に連結させて形成され、
前記クランプが前記ワークを保持した状態の下、前記クランプに対し、前記ワークの厚み方向に沿う高さ方向と直交する方向を、前記ワークの外縁側に延びる幅方向、及び前記ワークの前記外縁から前記ワークの面内側に延びる奥行方向としたとき、
前記支持部は、前記幅方向の大きさを、前記奥行方向よりも小さく、かつ保持する前記ワークの厚みの２倍相当を上限にして形成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造において、
前記加熱手段は、輻射熱により前記ワークに加熱を行うヒータであること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
前記加熱手段は、輻射熱により前記ワークに加熱を行うヒータであること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置の加熱部構造。
【請求項4】
熱可塑性樹脂材からなる平板状のワークを、加熱された状態の下で、上型と下型で一対をなす金型で成形するにあたり、該金型より小さいサイズの該ワークを、加熱手段により加熱する加熱部を備える樹脂加熱成形装置において、
前記加熱部は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造で構成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置。
前記加熱部は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する樹脂加熱成形装置の加熱部構造で構成されていること、
を特徴とする樹脂加熱成形装置。