(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-27
(45)【発行日】2024-01-11
(54)【発明の名称】熱成形装置
(51)【国際特許分類】
B29C 51/46 20060101AFI20231228BHJP
B29C 51/12 20060101ALI20231228BHJP
B29C 51/18 20060101ALI20231228BHJP
【ＦＩ】
B29C51/46
B29C51/12
B29C51/18
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2023147857
(22)【出願日】2023-09-12
【審査請求日】2023-09-14
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】高井 章伍
(72)【発明者】
【氏名】河野 紳悟
(72)【発明者】
【氏名】東嶋 法男
(72)【発明者】
【氏名】武田 翼
(72)【発明者】
【氏名】寺本 一典
【審査官】▲高▼村 憲司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１１６０９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－１５９３８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】登録実用新案第３２０３８８１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】国際公開第２０２０／１５８６６４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－１２７２１６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ５１／００ － ５１／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
耐圧性能を有して下側に開口する上側容器と、耐圧性能を有して上側に開口する下側容器と、前記上側容器と前記下側容器に真空回路が接続され、前記上側容器と前記下側容器が閉じた状態で形成される作業空間内に樹脂製の被成形体が保持された状態で加熱する加熱手段と、を有し、圧空成形又は真空成形を行う熱成形装置において、前記上側容器と前記下側容器が閉じた状態で保持される前記被成形体によって、前記作業空間が区切られることで前記上側容器側に上室が形成され、前記下側容器側に下室が形成され、
前記上室と接続して該上室内の圧力調整を行う上側真空回路は、
第１主配管路、及び該第１主配管路より流路が絞られた第１副配管路よりなり、
前記下室と接続して該下室内の圧力調整を行う下側真空回路は、
第２主配管路、及び該第２主配管路より流路が絞られた第２副配管路よりなり、
前記加熱手段によって前記被成形体の加熱を行う際に、前記第１主配管路から前記第１副配管路に、前記第２主配管路から前記第２副配管路に、それぞれ流路を切り替えることで流量調整を行うこと、
を特徴とする熱成形装置。
【請求項2】
請求項１に記載の熱成形装置において、前記上側真空回路に、
前記第１主配管路の連通・遮断を行う第１主配管用バルブと、
前記第１副配管路の連通・遮断を行う第１副配管用バルブと、
前記第１副配管路の流路を絞る目的で用いられる第１流量調整バルブと、を備え、
前記下側真空回路に、
前記第２主配管路の連通・遮断を行う第２主配管用バルブと、
前記第２副配管路の連通・遮断を行う第２副配管用バルブと、
前記第２副配管路の流路を絞る目的で用いられる第２流量調整バルブと、を備え、
前記第１主配管路及び前記第２主配管路を使って前記上室及び前記下室の真空度を下げた後に前記第１主配管用バルブ及び前記第２主配管用バルブを閉じ、その後、前記上側真空回路の流量と前記下側真空回路の流量を、前記第１副配管用バルブ及び前記第２副配管用バルブの開閉によって調整しながら前記加熱手段による前記被成形体の加熱を行うこと、
を特徴とする熱成形装置。
【請求項3】
請求項２に記載の熱成形装置において、前記上室又は前記第１主配管路に、真空度を計測するための第１真空度計を備え、
前記下室又は前記第２主配管路に、真空度を計測するための第２真空度計を備え、
前記第１副配管用バルブ又は前記第２副配管用バルブの開閉制御に、前記第１真空度計又は前記第２真空度計で得られる前記上室又は前記下室の真空度を用いること、
を特徴とする熱成形装置。
【請求項4】
請求項２に記載の熱成形装置において、前記第１主配管路には、前記上室の真空度を高めるための第１真空ポンプが接続され、
前記第２主配管路には、前記下室の真空度を高めるための第２真空ポンプまたは前記第１真空ポンプが接続され、
前記上側真空回路で排気する空気の流量と前記下側真空回路で排気する空気の流量を、前記第１副配管用バルブ及び前記第２副配管用バルブの開閉によって調整すること、
を特徴とする熱成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱成形装置内部の圧力をコントロールする技術に関し、詳しくは上下チャンバー式加熱成形機の真空立ち上がりの真空度を調整する技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
食品トレーやパッケージなど幅広い分野で利用されるようになった熱成形装置は、より精度の高い成形を求められるケースが増えてきている。また、車のインパネなどに成形品が用いられる場合には、表面に加飾フィルムなどを用いて成形品に絵付けをすることで質感を出すケースもあり、機器表示を所定の位置に表示したいケースもある。したがって、成形における位置精度が求められるような事も増えてきている。
【0003】
特許文献１には、真空成形機に関する技術が公開されている。上方に開口した下ボックスと下方に開口した上ボックスとによって成形空間が密閉成形され、前記成形空間内において、被着体の表面に加飾フィルムを密着させて成形する真空成形機であって、上ボックスと下ボックスとで保持した加飾フィルムで仕切られた上側の成形空間を加圧環境とし、下側の成形空間を減圧環境とする圧力調整工程で、被着体に加飾フィルムを密着させる。成形空間に圧力差を発生させる際に加熱を停止することで、加飾フィルムの浮きの要因となる加飾フィルムのたるみ発生を抑える技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－１０７６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、製品を熱成形するにあたって、真空度を高めて被着体に対する密着性を高める場合には、目標の真空度に到達するまでに時間を要する。このために、生産性を高めるために真空回路の真空排気速度を高める必要があるが、そうすると、被成形体となる樹脂製シートまたはフィルムの挙動が不安定になってしまうことを、出願人は確認している。特許文献１に記載の技術には、そうした点についての言及がなく解決することは困難である。一般的に、フィルム又はシートの厚みや材質の物性、加熱温度制御によってはフィルム又はシートの加熱時にドローダウンを生じやすくなる。特に真空度を高めて被着体などへの密着性を高める場合には、フィルムのドローダウンの影響が大きく出やすい。
【0006】
出願人の調査の結果、シート又はフィルムを加熱することによって軟化させると、フィルム中央部が垂れ下がるドローダウンの他にも、成形に影響する変形を確認している。圧空成形又は真空成形をするにあたって、上側容器と下側容器を用意して閉じた状態で形成される作業空間の中で、金型などを用いたフィルムの成形を行う場合、フィルムで仕切られる上室と下室の真空度を高める際に圧力差が生じると、圧力が低くなっている側に膨らむ（垂れる）。排気速度を上げると、バルブの開閉に伴って真空度のオーバーシュートが発生（目標範囲を超えてしまう）するため、その影響で差圧が上室と下室で入れ替わる現象が起き、フィルムが上下動を繰り返すことがわかった。この影響で、製品の皺などの不良に繋がるおそれがある。
【0007】
配管径を絞って排気速度を十分に遅くすればこうした問題は解消するが、そうすると今度は生産性を落としてしまうことになる。そこで、本発明はシート又はフィルムの挙動を抑えつつ、生産性を向上可能な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】
【0008】
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。
【0009】
（１）耐圧性能を有して下側に開口する上側容器と、耐圧性能を有して上側に開口する下側容器と、前記上側容器と前記下側容器に真空回路が接続され、前記上側容器と前記下側容器が閉じた状態で形成される作業空間内に樹脂製の被成形体が保持された状態で加熱する加熱手段と、を有し、圧空成形又は真空成形を行う熱成形装置において、
前記上側容器と前記下側容器が閉じた状態で保持される前記被成形体によって、前記作業空間が区切られることで前記上側容器側に上室が形成され、前記下側容器側に下室が形成され、
前記上室と接続して該上室内の圧力調整を行う上側真空回路は、
第１主配管路、及び該第１主配管路より流路が絞られた第１副配管路よりなり、
前記下室と接続して該下室内の圧力調整を行う下側真空回路は、
第２主配管路、及び該第２主配管路より流路が絞られた第２副配管路よりなり、
前記加熱手段によって前記被成形体の加熱を行う際に、前記第１主配管路から前記第１副配管路に、前記第２主配管路から前記第２副配管路に、それぞれ流路を切り替えることで流量調整を行うこと、
を特徴とする。
前記上側容器と前記下側容器が閉じた状態で保持される前記被成形体によって、前記作業空間が区切られることで前記上側容器側に上室が形成され、前記下側容器側に下室が形成され、
前記上室と接続して該上室内の圧力調整を行う上側真空回路は、
第１主配管路、及び該第１主配管路より流路が絞られた第１副配管路よりなり、
前記下室と接続して該下室内の圧力調整を行う下側真空回路は、
第２主配管路、及び該第２主配管路より流路が絞られた第２副配管路よりなり、
前記加熱手段によって前記被成形体の加熱を行う際に、前記第１主配管路から前記第１副配管路に、前記第２主配管路から前記第２副配管路に、それぞれ流路を切り替えることで流量調整を行うこと、
を特徴とする。
【0010】
上記（１）に記載の態様により、上室と下室の圧力調整を、上側真空回路では第１主配管路と第１副配管路を切り替えることで、下側真空回路では第２主配管路と第２副配管路を切り替えることで、実現している。具体的には第１主配管路より第１副配管路の方が流量を絞られており、第２主配管路より第２副配管路の方が流量を絞られている。このため、任意に排気速度の選択が可能となる。
【0011】
熱成形装置を用いて成形品を製造する一連のタクトタイムを考えると、加熱時間又は真空度を高める時間に時間を要する割合が高く、しかし、排気速度を高めるために第１主配管路及び第２主配管路の配管径を広げたり流速を高めたりすると、課題に言及した通り目標の真空度に到達してからの制御が困難になる。そこで、流量を絞った第１副配管路および第２副配管路を用意して切り替えることで、真空度の制御をし易くする。その結果、排気速度と真空度の制御のし易さを両立させ、上室と下室の差圧を少なくなるようにコントロールすることで、被成形体であるフィルムやシートのドローダウンなど差圧による影響を防ぐことが可能となる。
【0012】
（２）（１）に記載の熱成形装置において、
前記上側真空回路に、
前記第１主配管路の連通・遮断を行う第１主配管用バルブと、
前記第１副配管路の連通・遮断を行う第１副配管用バルブと、
前記第１副配管路の流路を絞る目的で用いられる第１流量調整バルブと、を備え、
前記下側真空回路に、
前記第２主配管路の連通・遮断を行う第２主配管用バルブと、
前記第２副配管路の連通・遮断を行う第２副配管用バルブと、
前記第２副配管路の流路を絞る目的で用いられる第２流量調整バルブと、を備え、
前記第１主配管路及び前記第２主配管路を使って前記上室及び前記下室の真空度を下げた後に前記第１主配管用バルブ及び前記第２主配管用バルブを閉じ、その後、前記上側真空回路の流量と前記下側真空回路の流量を、前記第１副配管用バルブ及び前記第２副配管用バルブの開閉によって調整しながら前記加熱手段による前記被成形体の加熱を行うこと、
が好ましい。
前記上側真空回路に、
前記第１主配管路の連通・遮断を行う第１主配管用バルブと、
前記第１副配管路の連通・遮断を行う第１副配管用バルブと、
前記第１副配管路の流路を絞る目的で用いられる第１流量調整バルブと、を備え、
前記下側真空回路に、
前記第２主配管路の連通・遮断を行う第２主配管用バルブと、
前記第２副配管路の連通・遮断を行う第２副配管用バルブと、
前記第２副配管路の流路を絞る目的で用いられる第２流量調整バルブと、を備え、
前記第１主配管路及び前記第２主配管路を使って前記上室及び前記下室の真空度を下げた後に前記第１主配管用バルブ及び前記第２主配管用バルブを閉じ、その後、前記上側真空回路の流量と前記下側真空回路の流量を、前記第１副配管用バルブ及び前記第２副配管用バルブの開閉によって調整しながら前記加熱手段による前記被成形体の加熱を行うこと、
が好ましい。
【0013】
上記（２）に記載の態様により、上室と下室の圧力調整を第１流量調整バルブ又は第２流量調整バルブのいずれかで上室又は下室より流入又は流出する空気の流量を調整することで、樹脂製の被成形体の挙動をコントロールすることが可能となる。上室と下室の圧力差、または流速や流量によって影響を受けやすい。このため、例えば上室に繋がる第１主回路から排出する空気を第１流量調整バルブで絞り、下室側を真空成形のために制御する場合に、下室に繋がる第２主回路から排出する空気を第２流量調整バルブで絞り、差圧を少なくなるようにコントロールすることで、被成形体であるフィルムやシートのドローダウンなど差圧による影響を防ぐことが可能となる。こうすることで、成形後の製品に皺が入ったり変形したりといった不良の発生率を抑えることが可能となる。
【0014】
（３）（２）に記載の熱成形装置において、
前記上室又は前記第１主配管路に、真空度を計測するための第１真空度計を備え、
前記下室又は前記第２主配管路に、真空度を計測するための第２真空度計を備え、
前記第１副配管用バルブ又は前記第２副配管用バルブの開閉制御に、前記第１真空度計又は前記第２真空度計で得られる前記上室又は前記下室の真空度を用いること、
が好ましい。
前記上室又は前記第１主配管路に、真空度を計測するための第１真空度計を備え、
前記下室又は前記第２主配管路に、真空度を計測するための第２真空度計を備え、
前記第１副配管用バルブ又は前記第２副配管用バルブの開閉制御に、前記第１真空度計又は前記第２真空度計で得られる前記上室又は前記下室の真空度を用いること、
が好ましい。
【0015】
上記（３）に記載の態様により、第１真空度計と第２真空度計を備えてそのデータをトリガーとして用いることで、正確な真空度調整の制御を可能とする。その結果、上室と下室の圧力差の発生を抑えて被成形体の膨れを抑えた状態から成形を開始することが可能となる。
【0016】
（４）（２）または（３）に記載の熱成形装置において、
前記第１主配管路には、前記上室の真空度を高めるための第１真空ポンプが接続され、
前記第２主配管路には、前記下室の真空度を高めるための第２真空ポンプまたは前記第１真空ポンプが接続され、
前記上側真空回路で排気する空気の流量と前記下側真空回路で排気する空気の流量を、前記第１副配管用バルブ及び前記第２副配管用バルブの開閉によって調整すること、
が好ましい。
前記第１主配管路には、前記上室の真空度を高めるための第１真空ポンプが接続され、
前記第２主配管路には、前記下室の真空度を高めるための第２真空ポンプまたは前記第１真空ポンプが接続され、
前記上側真空回路で排気する空気の流量と前記下側真空回路で排気する空気の流量を、前記第１副配管用バルブ及び前記第２副配管用バルブの開閉によって調整すること、
が好ましい。
【0017】
上記（４）に記載の態様により、上室と下室の真空度を高めていく過程で被成形体であるフィルムやシートの挙動を抑えることができる。この結果、成形品に皺や変形などの不良の発生を抑えることが可能となる。課題にも示した通り、上室と下室の真空度を高める仮定で圧力差が生じると、上下どちらかに被成形体が膨らむことになり、圧力バランスが入れ替わると上下に被成形体が上下動するような状況も確認している。これは、生産性を高めるために真空回路の真空排気速度を高めると顕著に表れる現象であり、この被成形体の膨らみ（ドローダウンなど）が発生すると、意図せずに金型表面に被成形体が付着してしまい、その結果、成形品の不良に繋がる。こうした課題を解決するために、上室と下室の差圧が出にくく制御しながら成形を行う。
【0018】
具体的には、第１真空ポンプと第２真空ポンプで所定の真空度まで下げた後、第１主配管路に備える第１主配管用バルブと第２主配管路に備える第２主配管用バルブとを閉じ、第１流量調整バルブと第２流量調整バルブで第１副配管路と第２副配管路の流量を調整した状態で、第１副配管用バルブと第２副配管用バルブを開閉することで真空度の制御を行いながら目標の真空度に到達させる。このような制御を行うことで、上室と下室の圧力差の発生を抑えて被成形体の膨れを抑えた状態から成形を開始することが可能となる。
【0019】
この結果、第１主配管路と第２主配管路を使って真空排気速度を高めつつ、真空度が高められた状態で細かい真空度調整をすることが可能となり、つまり、成形のサイクルタイムを向上させつつ、高精度な成形品を得られることになる。なお、この際に第１真空ポンプのみを用意し、第１流量調整バルブ、第２流量調整バルブ、第１副配管用バルブ、及び第２副配管用バルブを制御することでも、同様の効果を得ることが可能である。第１真空ポンプの他に第２真空ポンプを設ける場合には、それぞれの真空ポンプの制御を加えることで細かい制御を実現するが、上室及び下室の容量が少なくかつ複雑な制御を要しない場合には、選択的に第１真空ポンプのみを用いる構成とすることで、コストの最適化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】第１実施形態の、熱成形装置の概略構成について説明する説明図である。
【図2】第１実施形態の、成形前のタイムチャートである。
【図3】第１実施形態の、樹脂製シートの加熱開始する段階の熱成形装置の概略構成について説明する説明図である。
【図4】第１実施形態の、真空回路を切り替えた状態の熱成形装置の概略構成について説明する説明図である。
【図5】比較のために用意した従来技術の、熱成形装置の概略構成について説明する説明図である。
【図6】第２実施形態の、熱成形装置の概略構成について説明する説明図である。
【図7】第３実施形態の、熱成形装置の概略構成について説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
（第１実施形態）
まず、本発明に係る第１の実施形態の熱成形装置１００の構成の概略について説明をする。図１は、第１実施形態の、熱成形装置１００の概略構成について説明する説明図である。熱成形装置１００は、上部チャンバー（上側容器）１０１と下部チャンバー（下側容器）１０２とで樹脂製シートＳを保持し、輻射式加熱装置などを用いた昇降可能な加熱手段１１０で樹脂製シートＳを加熱しながら金型１５０を用いて成形を行う。
まず、本発明に係る第１の実施形態の熱成形装置１００の構成の概略について説明をする。図１は、第１実施形態の、熱成形装置１００の概略構成について説明する説明図である。熱成形装置１００は、上部チャンバー（上側容器）１０１と下部チャンバー（下側容器）１０２とで樹脂製シートＳを保持し、輻射式加熱装置などを用いた昇降可能な加熱手段１１０で樹脂製シートＳを加熱しながら金型１５０を用いて成形を行う。
【0022】
被成形体に相当する樹脂製シートＳは、厚さが５００μｍ程度の熱可塑性樹脂よりなるＡＢＳ製シート材を採用している。なお、ＪＩＳの規格によればシートとは厚さが２５０μｍ以上の板状のものであり、フィルムとは厚さが２５０μｍ未満の膜状のものと定義されているが、本発明をフィルムに適用することを妨げない。また、樹脂製シートＳの材質はＡＢＳに限定されるものではなく、ポリプロピレンなどの樹脂を必要に応じて適宜選択することを妨げない。
【0023】
上部チャンバー１０１には、上側真空回路１２０が接続されている。上側真空回路１２０は、上部チャンバー１０１に接続される第１主配管路１２１と、並列に設けられる第１副配管路１２２を備える。第１主配管路１２１には、第１主配管用バルブ１２３が設けられ、第１主配管用バルブ１２３を開閉することで第１主配管路１２１を連通・遮断する。第１副配管路１２２には、第１副配管用バルブ１２４及び第１流量調整バルブ１２５が設けられて、第１副配管用バルブ１２４を開閉することで第１副配管路１２２を連通・遮断し、第１流量調整バルブ１２５の開度を調整することで第１副配管路１２２の流量を調整することが可能である。
【0024】
第１副配管路１２２は、第１主配管路１２１の上部チャンバー１０１と第１主配管用バルブ１２３との間で分岐され、第１主配管用バルブ１２３と第１真空ポンプ１２６の間で合流される設計となっている。したがって、上側真空回路１２０に接続される第１真空ポンプ１２６を作動させて空気を排気するにあたって、第１副配管路１２２を用いることで流量調整を行った状態での空気の排気を行うことができる。ここで、第１主配管用バルブ１２３と第１副配管用バルブ１２４はいわゆる真空バルブと呼ばれる、真空回路に用いて回路を連通・遮断する機能を有するものを用いている。また、第１流量調整バルブ１２５は、真空回路に用いて流量調節できる調節バルブを用いている。
【0025】
下部チャンバー１０２には、下側真空回路１３０が接続されている。下側真空回路１３０は、下部チャンバー１０２に接続される第２主配管路１３１と、並列に設けられる第２副配管路１３２を備える。第２主配管路１３１には、第２主配管用バルブ１３３が設けられ、第２主配管用バルブ１３３を開閉することで第２主配管路１３１を連通・遮断する。第２副配管路１３２には、第２副配管用バルブ１３４及び第２流量調整バルブ１３５が設けられて、第２副配管用バルブ１３４を開閉することで第２副配管路１３２を連通・遮断し、第２流量調整バルブ１３５の開度を調整することで第２副配管路１３２の流量を調整することが可能である。
【0026】
第２副配管路１３２は、第２主配管路１３１の下部チャンバー１０２と第２主配管用バルブ１３３との間で分岐され、第２主配管用バルブ１３３と第２真空ポンプ１３６の間で合流される設計となっている。したがって、下側真空回路１３０に接続される第２真空ポンプ１３６を作動させて真空度を高めるにあたって、第２副配管路１３２を用いることで流量調整を行った状態での排気を行うことができる。ここで、第２主配管用バルブ１３３と第２副配管用バルブ１３４はいわゆる真空バルブと呼ばれる、真空回路に用いて回路を連通・遮断する機能を有するものを用いている。また、第２流量調整バルブ１３５は、真空回路に用いて流量調節できる調節バルブを用いている。
【0027】
第１流量調整バルブ１２５は、第１主配管路１２１と比較して第１副配管路１２２の流量が例えば１／１０～１／２０程度になるように調整されている。第２流量調整バルブ１３５も同様に、第２主配管路１３１と比較して第２副配管路１３２の流量が例えば１／１０～１／２０程度になるように調整されている。第１流量調整バルブ１２５及び第２流量調整バルブ１３５の開度調整は、樹脂製シートＳの物性などによって適宜選択されることが好ましい。
【0028】
上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２は、接続配管１４０で接続され接続配管用バルブ１４１が開閉することで、連通・遮断が行われる。上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２が閉じた状態で内側の空間は作業空間５０となり、樹脂製シートＳによって上室５１と下室５２に区切られる。したがって、上室５１と下室５２は接続配管１４０で連通されている状態では、上室５１と下室５２の差圧が出にくく、一方、接続配管用バルブ１４１で流路が遮断されることで、上側真空回路１２０と下側真空回路１３０で別の圧力制御が可能となる。
【0029】
このように、上側真空回路１２０と下側真空回路１３０によって圧空・真空成形を行うことができるように、上部チャンバー１０１に上側真空回路１２０が接続され、下部チャンバー１０２に下側真空回路１３０が接続される。そして、上部チャンバー１０１には第１真空度計１０５が備えられ、下部チャンバー１０２には第２真空度計１０６が備えられる。第１真空度計１０５及び第２真空度計１０６によって真空度を計測することで、その値を上室５１と下室５２の圧力制御のトリガーとして用いる。
【0030】
本発明による熱成形装置１００の構成の概略は上記の通りであり、次に熱成形装置１００を用いた成形の手順について簡単に説明を行う。
【0031】
図２に、成形前のタイムチャートを示す。縦軸に機器別の動作を示し、横軸に時間経過を示す。左側の文言「チャンバー」は、作業空間５０を構成する上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２を示し、「開」状態で上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２は離間し、「閉」で上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２は樹脂製シートＳを挟んで保持した状態であることを意味する。
【0032】
「上真空バルブ」は、第１主配管用バルブ１２３のことを指し、「ＯＮ」で開状態になり第１主配管路１２１が連通する状態を示す。「ＯＦＦ」で閉状態になり第１主配管路１２１が遮断された状態を示す。「上真空保持バルブ」は、第１副配管用バルブ１２４のことを指し、「ＯＮ」で開状態になり第１副配管路１２２の流れを遮断する。また、「ＯＦＦ」で閉状態になり第１副配管路１２２の流れを遮断する。
【0033】
「下真空バルブ」は、第２主配管用バルブ１３３のことを指し、「ＯＮ」で開状態になり第２主配管路１３１が連通する状態を示す。「ＯＦＦ」で閉状態になり第２主配管路１３１が遮断された状態を示す。「下真空保持バルブ」は、第２副配管用バルブ１３４のことを指し、「ＯＮ」で開状態になり第２副配管路１３２の流れを遮断する。また、「ＯＦＦ」で閉状態になり第２副配管路１３２の流れを遮断する。
【0034】
「ヒータ」は、加熱手段１１０の過熱状態を示し、「ＯＮ」でヒータに通電して樹脂製シートＳの加熱を行い、「ＯＦＦ」でヒータへの通電を停止する。「上真空度」は、上部チャンバー１０１内の真空度を示す。「下真空度」は、下部チャンバー１０２内の真空度を示す。図３に、樹脂製シートの加熱開始する段階の熱成形装置の概略構成について説明する。図４に、真空回路を切り替えた状態の熱成形装置の概略構成について説明する。
【0035】
まず、熱成形装置１００に樹脂製シートＳを投入した後に、上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２を近接させて、樹脂製シートＳを上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２とで挟んだ形とする。図２のｔ１からｔ２の間で行われる。なお、図示していないが、必要に応じて下部チャンバー１０２に固定された保持枠に樹脂製シートＳを保持させることを妨げない。
【0036】
次に、前期排気期間ｐ１となるｔ２からｔ５のうち、ｔ２からｔ３の間で、第１主配管用バルブ１２３、第１副配管用バルブ１２４、第２主配管用バルブ１３３、第２副配管用バルブ１３４、接続配管用バルブ１４１を何れも開状態にする。そして第１真空ポンプ１２６および第２真空ポンプ１３６によって、上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２のそれぞれの真空度を高める。この状態が図１に示す状態である。そして、ｔ４までに上部チャンバー１０１及び下部チャンバー１０２の真空度を７００Ｐａ程度まで下げて、加熱手段１１０による加熱を開始する。この状態が図３に示す状態である。
【0037】
そして、ｔ５に至ったタイミングで第１主配管用バルブ１２３及び第２主配管用バルブ１３３を閉じ、第１主配管路１２１及び第２主配管路１３１を遮断する。また、接続配管用バルブ１４１も遮断をする。この結果、第１流量調整バルブ１２５で流量の決定がされる第１副配管路１２２と、第２流量調整バルブ１３５で流量が決定される第２副配管路１３２で真空度を高めていくことになるので、真空排気速度は低下する。
【0038】
次に、後期排気期間ｐ２となるｔ５からｔ１６のうち、ｔ６からｔ７の間で、第１副配管用バルブ１２４を閉じることで、上側真空回路１２０での真空排気を止める。また、ｔ８からｔ９の間で、第１副配管用バルブ１２４を開けることで、上側真空回路１２０での真空排気を行う。また、ｔ１１からｔ１２の間で、第１副配管用バルブ１２４を閉じ、ｔ１４からｔ１５の間で、第１副配管用バルブ１２４を開けるよう制御する。この第１副配管用バルブ１２４の開閉制御は、上室５１の真空度を第１真空度計１０５にて計測して得た数値に基づいて行われる。上部真空度下限値ｂ１２に達すれば第１副配管用バルブ１２４を閉じ、上部真空度上限値ｂ１１に達すれば第１副配管用バルブ１２４を開く制御を行っている。このように、上部真空度上限値ｂ１１と上部真空度下限値ｂ１２の間で上部チャンバー１０１の真空度をコントロールできるように制御する。
【0039】
また、ｔ９からｔ１０の間で、第２副配管用バルブ１３４を閉じることで、下側真空回路１３０での真空排気を止める。次に、ｔ１１からｔ１２の間で、第２副配管用バルブ１３４を開けることで、下側真空回路１３０での真空排気を行う。この第２副配管用バルブ１３４の開閉制御は、下室５２の真空度を第２真空度計１０６によって計測した得た数値に基づき行われる。下部真空度下限値ｂ２２に達すれば第２副配管用バルブ１３４を閉じ、下部真空度上限値ｂ２１に達すれば第２副配管用バルブ１３４を開く制御を行っている。このように、下部真空度上限値ｂ２１と下部真空度下限値ｂ２２の間で下部チャンバー１０２の真空度をコントロールできるように制御する。この後期排気期間ｐ２の状態が図４に示す状態である。
【0040】
そしてｔ１６のタイミングで、樹脂製シートＳの加熱が完了する。また、上部チャンバー１０１の真空度は上部真空度上限値ｂ１１と上部真空度下限値ｂ１２の間で制御されており、下部チャンバー１０２の真空度は下部真空度上限値ｂ２１と下部真空度下限値ｂ２２の間で制御されているので、上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２の圧力差は規定値となっている。その状態で、金型１５０を用いて樹脂製シートＳの成形を開始する。
【0041】
第１実施形態の熱成形装置１００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。
【0042】
まず、加熱時において樹脂製シートＳがドローダウンすることで成形品不良に繋がることを防ぐことのできる熱成形装置１００の提供が可能になる点が効果としてあげられる。これは、耐圧性能を有して下側に開口する上側容器（上部チャンバー１０１）と、耐圧性能を有して上側に開口する下側容器（下部チャンバー１０２）を備え、上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２に真空回路（上側真空回路１２０、下側真空回路１３０）が接続され、上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２が閉じた状態で形成される作業空間内に樹脂製の被成形体（樹脂製シートＳ）を保持して加熱手段１１０によって加熱し、圧空成形又は真空成形を行う熱成形装置１００において、上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２が閉じた状態で保持される樹脂製シートＳによって、作業空間５０が区切られることで上部チャンバー１０１に上室５１が形成され、下部チャンバー１０２に下室５２が形成される。
【0043】
そして、上室５１と接続して上側真空回路１２０を形成する第１主配管路１２１と、第１主配管路１２１より流路が絞られ、第１主配管路１２１から分岐して設けられる第１副配管路１２２と、下室５２と接続して下側真空回路１３０を形成する第２主配管路１３１と、第２主配管路１３１より流路が絞られ、第２主配管路１３１から分岐して設けられる第２副配管路１３２と、を備える。
【0044】
そして、第１主配管路１２１及び第２主配管路１３１から、第１副配管路１２２及び第２副配管路１３２へ流路を切り替えることで、流量調整を行い、加熱手段１１０による樹脂製シートＳの加熱を行い、成形をする。このような特徴を有するから前述した、樹脂製シートＳの加熱時にドローダウンのような変形を防ぐことのできるという効果が得られる。
【0045】
これは、次に説明する作用によるものだと考える。図５に、比較のために用意した、真空回路に副配管を設けていない熱成形機の様子を示す。本発明の実施形態との比較のために用意した熱成形機２００には、第１主配管路１２１及び第１主配管用バルブ１２３と、第２主配管路１３１及び第２主配管用バルブ１３３が備えられている。そして、第１真空ポンプ１２６及び第２真空ポンプ１３６がそれぞれに接続されて真空排気が行えるように構成されている。
【0046】
このような構成の場合に、第１真空ポンプ１２６および第２真空ポンプ１３６を用いて真空排気を行い、目標の真空度に到達して第１主配管用バルブ１２３及び第２主配管用バルブ１３３を閉状態にすると、真空排気が停止する。この影響を受けて樹脂製シートＳが図５に示すように上下するような挙動を示すことがある。
【0047】
これは、上部チャンバー１０１及び下部チャンバー１０２の容量の違いや、第１主配管路１２１及び第２主配管路１３１の経路の長さなどの違いから、真空排気の速度の差が出てしまうために、上部チャンバー１０１か下部チャンバー１０２のどちらかの真空度の上昇が早くなって、結果的に真空度が低くなった方に樹脂製シートＳの膨れ（下部チャンバー１０２に膨れる場合はドローダウンとも呼ばれる）が発生するからである。
【0048】
特に、熱成形装置１００を用いた成形品製造過程において、真空排気速度を上げられるように第１主配管路１２１及び第２主配管路１３１の有効断面積を大きくするとこの問題は生じやすい。前期排気期間ｐ１では問題になりにくいが、後期排気期間ｐ２は第１主配管用バルブ１２３又は第２主配管用バルブ１３３の開閉のタイミングで排気速度が速いことが影響して、片側を開けた段階で下限値を下回ってしまうこととなる。
【0049】
つまり、制御可能な真空度の振れ幅が大きいことになり、第１主配管用バルブ１２３又は第２主配管用バルブ１３３の開け閉め時に発生する真空度のオーバーシュートの影響で、樹脂製シートＳが上下に動くことに繋がる。そうなると、樹脂製シートＳに皺が入ってしまい、製品不良となることがある。これを防ぐために、上室５１と下室５２を、接続配管用バルブ１４１を開けてリークさせることで真空度を調整することも考えられるが、そうすると、金型１５０と樹脂製シートＳの間に空気が入るなどのトラブルに繋がりかねないため、あまり望ましくない。
【0050】
こういった影響を防ぐために、本発明の熱成形装置１００では、前期排気期間ｐ１には第１主配管路１２１及び第２主配管路１３１を使い、後期排気期間ｐ２には第１副配管路１２２及び第２副配管路１３２を使うように流路を切り替えている。第１副配管路１２２及び第２副配管路１３２の流路は第１流量調整バルブ１２５及び第２流量調整バルブ１３５によって流量が絞られているため、第１副配管用バルブ１２４及び第２副配管用バルブ１３４を開閉して上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２の真空度調整を行う時にも、真空度のオーバーシュートを抑えることができる。
【0051】
また、上側真空回路１２０と下側真空回路１３０を別々としたことで、上部真空度上限値ｂ１１と上部真空度下限値ｂ１２、下部真空度上限値ｂ２１と下部真空度下限値ｂ２２を別々の範囲に設定することができる。今回は、例えば上部真空度上限値ｂ１１を５８５Ｐａ、上部真空度下限値ｂ１２を５８０Ｐａとし、下部真空度上限値ｂ２１を６０５Ｐａ、下部真空度下限値ｂ２２を６００Ｐａとした場合に、上側真空回路１２０を下側真空回路１３０よりも高い真空度に設定することで、上室５１側に樹脂製シートＳが引っ張られるような圧力調整となっている。
【0052】
このため、図３に示すような（図２のｔ４～ｔ６あたり）で開始された加熱手段１１０による加熱の影響で樹脂製シートＳのドローダウンが生じていた場合にも、後期排気期間ｐ２で（図４のｔ８～ｔ１５あたり）、第１副配管用バルブ１２４を閉じて上側真空回路１２０と下側真空回路１３０を切り分け、上側真空回路１２０側の真空度を高めに設定していることで、樹脂製シートＳのドローダウンを抑えることができる。この結果、成形品の製作精度などを高めることに繋がる。
【0053】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態の熱成形装置は第１実施形態の熱成形装置の構成とほぼ同じだが、上側真空回路１２０の構成及び下側真空回路１３０の構成が異なる。図６に、第２実施形態の熱成形装置の概略構成について説明する説明図を示す。上側真空回路１２０は、第１主配管路１２１と第１副配管路１２２がそれぞれ上部チャンバー１０１に接続されている。第１主配管路１２１には、第１主配管用バルブ１２３と第１真空ポンプ１２６が設けられている。第１副配管路１２２には、第１副配管用バルブ１２４、第１流量調整バルブ１２５及び第３真空ポンプ１２７が設けられている。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態の熱成形装置は第１実施形態の熱成形装置の構成とほぼ同じだが、上側真空回路１２０の構成及び下側真空回路１３０の構成が異なる。図６に、第２実施形態の熱成形装置の概略構成について説明する説明図を示す。上側真空回路１２０は、第１主配管路１２１と第１副配管路１２２がそれぞれ上部チャンバー１０１に接続されている。第１主配管路１２１には、第１主配管用バルブ１２３と第１真空ポンプ１２６が設けられている。第１副配管路１２２には、第１副配管用バルブ１２４、第１流量調整バルブ１２５及び第３真空ポンプ１２７が設けられている。
【0054】
下側真空回路１３０は、第２主配管路１３１と第２副配管路１３２がそれぞれ下部チャンバー１０２に接続されている。第２主配管路１３１には、第２主配管用バルブ１３３と第２真空ポンプ１３６が設けられている。第２副配管路１３２には、第２副配管用バルブ１３４、第２流量調整バルブ１３５及び第４真空ポンプ１３７が設けられている。このような構成の上側真空回路１２０と下側真空回路１３０のバルブの制御は、第１実施形態の熱成型装置１００と同じで良く、同様の効果が得られる。
【0055】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３実施形態の熱成形装置は第１実施形態の熱成形装置の構成とほぼ同じだが、上側真空回路１２０の構成及び下側真空回路１３０の構成が異なる。図７に、第３実施形態の熱成形装置の概略構成について説明する説明図を示す。上側真空回路１２０と下側真空回路１３０で共通の第５真空ポンプ１２８を用いて排気する構成となっている。このような構成の上側真空回路１２０と下側真空回路１３０のバルブ制御は、第１実施形態の熱成型装置１００と同じで良く、同様の効果が得られる。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３実施形態の熱成形装置は第１実施形態の熱成形装置の構成とほぼ同じだが、上側真空回路１２０の構成及び下側真空回路１３０の構成が異なる。図７に、第３実施形態の熱成形装置の概略構成について説明する説明図を示す。上側真空回路１２０と下側真空回路１３０で共通の第５真空ポンプ１２８を用いて排気する構成となっている。このような構成の上側真空回路１２０と下側真空回路１３０のバルブ制御は、第１実施形態の熱成型装置１００と同じで良く、同様の効果が得られる。
【0056】
したがって、上側真空回路１２０と下側真空回路１３０に第５真空ポンプ１２８を接続することで用いる真空ポンプの数を減らすことができるので、コストダウンに貢献することが可能である。上室５１と下室５２の容量や必要とされる応答性などによっては、第５真空ポンプ１２８を１つ設けるだけの構成にした場合であっても、第１実施形態または第２実施形態と同様の効果が得られ、かつコストの最適化を図ることが可能となる。また、装置構成が単純化されることで装置の小型化への貢献が期待できる。
【0057】
以上、本発明に係る熱成形装置１００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、前期排気期間ｐ１のうち、立ち上げ直後に真空排気の影響を受けにくいように短期間だけ第１副配管路１２２及び第２副配管路１３２を使い、真空排気速度のコントロールをすることを妨げない。また、上側真空回路１２０と下側真空回路１３０の構成についても、第１実施形態乃至第３実施形態に示した何れも一例であるので、同様の効果が得られる別の構成とすることを妨げない。例えば、上側真空回路１２０は第１実施形態の方式を採用し、下側真空回路１３０は第２実施形態の方式を採用するなど、組み合わせても良い。
【0058】
また、第１実施形態乃至第３実施形態の何れも、金型を用いた熱成形について説明しているが、基材への被覆成形や基材への転写などに本発明の構成を用いることを妨げない。
【符号の説明】
【0059】
Ｓ 樹脂製シート
５０ 作業空間
５１ 上室
５２ 下室
１００ 熱成形装置
１０１ 上部チャンバー
１０２ 下部チャンバー
１１０ 加熱手段
１２０ 上側真空回路
１３０ 下側真空回路
５０ 作業空間
５１ 上室
５２ 下室
１００ 熱成形装置
１０１ 上部チャンバー
１０２ 下部チャンバー
１１０ 加熱手段
１２０ 上側真空回路
１３０ 下側真空回路
【要約】
【課題】シート又はフィルムの挙動を抑えつつ、生産性を向上可能な熱成形装置の提供。
【解決手段】圧空成形又は真空成形を行う熱成形装置１００において、上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２が閉じた状態で保持される樹脂製シートＳによって、作業空間５０が区切られることで上部チャンバー１０１に上室５１が形成され、下部チャンバー１０２に下室５２が形成され、上室５１と接続して上側真空回路１２０を形成する第１主配管路１２１と、第１主配管路１２１より流路が絞られ、第１主配管路１２１から分岐して設けられる第１副配管路１２２と、下室５２と接続して下側真空回路１３０を形成する第２主配管路１３１と、第２主配管路１３１より流路が絞られ、第２主配管路１３１から分岐して設けられる第２副配管路１３２と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】圧空成形又は真空成形を行う熱成形装置１００において、上部チャンバー１０１と下部チャンバー１０２が閉じた状態で保持される樹脂製シートＳによって、作業空間５０が区切られることで上部チャンバー１０１に上室５１が形成され、下部チャンバー１０２に下室５２が形成され、上室５１と接続して上側真空回路１２０を形成する第１主配管路１２１と、第１主配管路１２１より流路が絞られ、第１主配管路１２１から分岐して設けられる第１副配管路１２２と、下室５２と接続して下側真空回路１３０を形成する第２主配管路１３１と、第２主配管路１３１より流路が絞られ、第２主配管路１３１から分岐して設けられる第２副配管路１３２と、を備える。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】