熱成形用の装置と成形方法
【課題】 熱成形の賦形から離型の過程において、賦形体を高速で加熱し、あるいは高速で加熱すると共に冷却行程に賦し、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のできる熱成形装置と成形方法を提供する。
【解決手段】
熱可塑性樹脂シートの成形装置において、熱媒体を噴射するか又は赤外線を照射する手段により、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方を行うように構成し、更に成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段か、又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有する構成のものを用いる。
【解決手段】
熱可塑性樹脂シートの成形装置において、熱媒体を噴射するか又は赤外線を照射する手段により、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方を行うように構成し、更に成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段か、又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有する構成のものを用いる。
【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、樹脂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も多い。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には不都合である。
【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）（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端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、熱板を通過する加熱圧縮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手段を運び込んで冷却するものである。賦形体を加熱処理しようとする場合には成形型等に熱を奪われるので非常な高温気体を用いる必要がある。これをシートの予熱適温に
調整した加熱体を通過させると種々の不都合が発生する。加熱気体は加熱板中を通る導管内で冷やされ、また加熱板を局部的に加熱され温度不均一なり、良好な成形に支障きす。このため十分な高温気体を用いて熱処理することが出来ず高速成形ができない。
また（８）本発明の発明者（以下本発明者と称する）は、本発明に関連性のある複数の出願をこれに先行して行っている。これらに関しては、本文の関連箇所で適宜に紹介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を得ることができ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）熱媒体を噴射するか又は赤外線を照射する手段により、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方を行うように構成された熱成形装置において、成形型として、熱浸透率（ｂ値）（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有する構成のものを用いる熱可塑性樹脂シートの熱成形装置を提供するものである。
なお、本発明において上記「表面層」は成形型の成形面を含む層をいう。また「賦形」ならびに「賦形工程」は成形の中の一部の操作を示し、「賦形体」は、成形型に保持された状態にある成形品を意味するものとする。
なお上記表面層の厚みは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。
また、上記表面層の材料の熱浸透率は１０以下であることが好ましく、５以下であることが更に好ましく、３以下であることが又更に好ましい。また表面層の厚みは０．０４ｍｍ以上であることが好ましい。
なお、上記表面層は層全体として上記の制約を満たす限りにおいて単層であってもよく多層であってもよい。
【０００７】
（２）成形型に固定されている樹脂シートの賦形体を、加熱気体を噴射する手段かまたは赤外線を照射する手段により加熱して後、冷却用熱媒体を噴射する手段により冷却を行うように構成した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）上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接した発熱手段によりこの表面層を定常的に加熱するように構成したものであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の成形装置を提供するものである。
【０００９】
（４）上記成形型が、上記表面層自体が発熱する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）のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。
【００１０】
（５）上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が上記表面層のそれより大きい材料からなる蓄熱均一層を設け、更にその背後に熱浸透率が蓄熱均一化層のそれより小さい材料からなる背後体を設けて構成したものであることを特徴とする上記（１）から（４）のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。上記蓄熱均一化層の材料の熱浸透率は１０以上であることが好ましく、１５以上であることが更に好ましい。
背後体のそりは１５以下であることが好ましく、１０以下であることが更に好ましい。上記蓄熱均一化層の厚みは１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることが更に好ましい。またこの厚みは０．０１ｍｍ以上であることが好ましく０．０３ｍｍ以上であることが更に好ましい。
【００１１】
（６）上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、展開面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい材料によりなる温度均一化層を形成させた構成のものであることを特徴とする上記（１）から（５）のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、この表面層を加熱温調する手段は、成形型とは別に備えてもよいが、成形型自体が上記温度均一化層を定常的に加熱する加熱手段を保有することは好ましい。
【００１２】
（７）上記成形型が、表面層をその厚み方向の熱浸透率が上記所定の値を有し、更に平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい任意の値を有する材料により形成したものであることを特徴とする上記（１）から（６）のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、この表面層を加熱温調する手段は、成形型とは別に備えてもよいが、成形型自体が上記表面層を定常的に加熱する加熱手段を保有することは好ましい。
【００１３】
（８）上記（１）から（７）のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を用い
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と、賦形工程と、賦
形体を樹脂シート予熱温度以上の高温に昇温する熱処理工程と、そして冷却工
程を遂行す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。
【発明の効果】
【００１４】
＜本発明の利点＞
気体冷却媒体の噴射、あるいは赤外線照射または気体加熱媒体の噴射により賦形体の加熱冷却を行う場合、賦形体を介して成形型表面層と熱媒との間で大きな熱の授受があるが、成形型の部位により大きな温度ムラか発生しやすい。
それは、熱媒の噴射ムラ、赤外線照射部位による距離差、先端部やエッジ部などの熱媒による作用を受けやすい部分、奥部など作用を受けにくい部分など存在が原因である。そして、このムラは、連続して繰り返しの成形を行うと大きくなりやすい。
その影響を受けて、成形体は、透明性、形状等が不均一になりやすく、極端な場合には鋭いエッジ部などで溶融亀裂さえ発生する。
本発明に用いる成形型は、それ自体が表面層の温度ムラを解消する機能を有するそれ自体新規なものである。そしてそれを本発明の装置の構成要素とした場合は、上記の温度ムラを解消し、均一な成形品を効率よく、連続して高速することを可能にする。
また、上記の効用により、加熱、冷却の媒体噴射ノズルの性能、位置、数などの制約を少なくし、装置の全体設計を容易にし、又装置を安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の成形装置の主要部を示す断面図である。
【図２】本発明の成形装置の別の主要部を示す断面図である。
【図３】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．
【図４】本発明の成形装置を構成する別の成形型を示す断面図である．
【図５】本発明の成形装置を構成する別の成形型を示す断面図である．
【図６】本発明の成形装置を構成する別の成形型を示す断面図である．
【図７】本発明の成形装置を構成する別の成形型を示す断面図である．
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜成形装置の構成＞
本発明の成形装置は、真空圧空成形機、圧空成形機、真空成形機、嵌合ダイプレス成形機等の熱成形機を構成するものである。本発明の構成は公知の熱成形機で構成させてもよく、樹脂シートの予熱は加熱板による直接加熱方式でもよく、また赤外線オーブン、熱風オーブン等による間接加熱方式でもよい。
また、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一方の端から順次に成形する連続成形機でもよく、後者であることが特に好ましい。
本発明の成形装置は、上述の成形機に１）冷却媒体噴射による冷却手段、２）加熱気体を噴射による加熱手段、３）赤外線照射による加熱手段の少なくとも1つを付設して、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方をこれらのいずれかの手段で行えるように構成する。そして成形型として、特定材料による表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段か、又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を合わせて有する構造のものを使用する。
通常の成形型で、上記のような加熱手段あるいは冷却手段を利用する構成で連続成形を行った場合、成形型に熱が拡散し加熱冷却が容易にできないか、さもなければ成形型の特定部分が過熱あるいは過冷却になり易く、成形品に成形ムラや欠点部分をつくりやすい。
本発明者を発明者とする先行出願の特願２０１０−１１８５５５の成形型を上記構成の中に入れて良好に利用することは可能である。しかし本発明に用いる成形型は、上記問題傾向に鑑みこの先行出願の成形型を更に改良した新規のもで、熱媒体噴射あるいは赤外線照射による賦形体の加熱冷却を均一に且つ高速で効果的行うことができる。
以下、冷却手段、加熱手段、成形型、成形法の各構成要素に分けて説明する。
【００１７】
＜冷却手段を有する構成について＞
本発明の装置構成の態様の1つは、冷却用熱媒体の噴射による冷却手段を有し、熱媒体噴射か又は赤外線照射による加熱手段を有しない構成である。
冷却手段は、上記成形型の上部または周辺に駐在し、樹脂シートの賦形後に成形型上部から、成形型に吸引固定されている賦形体に向けて冷却媒体を噴射して冷却を行うように構成される。冷却媒体としては空気、窒素、二酸化炭素などの圧縮された気体や、水、アルコール等の揮発性液体などを単独あるいは併用して用いることができる。なお、ドライアイスなど粉粒体を空気とともに吹き付ける方法もある。噴射装置は、多孔板の孔から噴射してもよく、任意の噴射ノズルを噴射してもよく、公知のどのようなものも用いることができる。
本発明の装置の具体例を図１に示す。本図は、圧空又は真空賦形後、冷却手段４０が成形型上部で作動して成形型に吸引固定されている賦形体を冷却している工程を示したものである。圧縮空気Ａは、枝別れした導管４４を通じて分配され、噴射ノズル４３から噴射され賦形体１１０の面に衝突し反射され、配管間隙４６を通って逸散する。なお４５は導入管等の固定フレーム、６０は成形型を示す。本図の構成では、前記加熱手段の存在し示されていないが、その存在がなくても、成形型の表面温度を十分高くして賦形工程を進めれば賦形体の熱処理は行うことができる。
【００１８】
＜加熱手段を有する構成＞
本発明の装置構成の別の態様の1つは、熱媒体噴射か又は赤外線照射による加熱手段を有し、冷却用熱媒体の噴射による冷却手段を有しない構成である。
１）加熱気体を噴射する手段は、外部で加熱した圧縮気体を導入してノズルから噴射してもよく、あるいは通常の圧縮気体をボックス内に導入して加熱しながら細孔から噴射してもよく、知られている方法ならば何れの方法も利用できる。なお、高温の圧縮気体により圧空賦形を行いながら、そのまま続けて賦形体の昇温熱処理を行う方法は効率的であり好ましい。
２）赤外線を照射する手段は、赤外線照射ランプ、高熱の赤外線放射板等の照射手段を賦形体に近づけることにより実施できる。赤外線放射板の表面は黒体塗料等で放射効率が高められていることが望ましい。具体的に実施するには、真空成形を行いながら照射手段を賦形体に近づけてもよく、あるいは圧空賦形を行いながら圧空ボックスの底に設けた放射板により赤外線放射してもよい。なお、赤外線は近赤外線も遠赤外線も好適に利用できる。
これらの加熱手段は、圧空成形用の圧空ボックスに付加すると非常に好都合である。その具体的な例は図２の一部に示す加熱された圧空ボックスである。加熱圧宿気体は外部から導入してもよく、又常温圧縮気体を圧空ボックス内で加熱できるようにしてもよい。なお上記に示す加熱手段は、赤外線圧空ボックスとは別に任意に構築してもよい。
なお、導入し排出される加熱気体の温度により熱処理の昇温を行う場合は、導入し排出する気体の温度は樹脂シートの予熱温度よりはるかな高温が望ましい。具体的には導入される圧縮気体の温度は２５０〜６００℃であることが望ましい。例えば延伸ＰＥＴシートの賦形に伴う熱固定では、熱板予熱は９０〜１００℃程度が適正であるが、排出口からの排出気体温度は２５０〜５００℃であることが望ましい。気体の熱容量は小さいので、その熱量は賦形体を通じ成形型に散逸するので、この排出気体温度がこれ以下では迅速な昇温ができない。
なお、高温高圧気体は、空気、窒素、二酸化炭素などを圧縮し、更に別の装置で加熱したものが利用される。なおこれらに水分を含んだ乾燥過熱蒸気も好適に利用できる。
なお、この態様の構成では熱媒噴射による冷却手段は有しないが、それはなくとも成形型の背後体温度を十分に低く設定制御することにより、離型後に表面温度を自動的に元の低温に回帰させることができる。
【００１９】
＜冷却手段と加熱手段を合わせて有する構成＞
本発明では、前記の冷却手段の他に、加熱気体の噴射手段かまたは赤外線を照射する手段を備え、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体を加熱して後、冷却手段を作動させるように構成して、好ましい態様とすることができる。
図２にこの構成の具体例を示す。本図は、圧空賦形と共に外部から導入された加熱圧縮気体により賦形体の昇温熱処理が行われた後で、成形型上部に進入した冷却手段４０が作動して成形型に吸引固定された賦形体を冷却している工程を示したものである。３０は加熱手段で、４０は冷却手段、２０は収納ボックスに収納された成形型群を示す。３０の加熱手段は、圧空ボックス本体３１と、加熱ヒーター３２、分配空間３４、気体送出孔３５からなっている。なお３５を穿った気体送出面３６には黒体塗装が施され、ヒーター３２により高温に保たれ効率よく赤外線を放射するように構成されている。なお、加熱圧縮気体は外部から導入されるが、その生成装置は本図では省略されている。
４０の冷却手段は、函体状の本体４４、圧縮気体の導入路４１、導入空間４２、多数の噴射孔４３より構成され、導入された圧縮気体が４３から噴射される。２０の成形型群は、複数の成形型を固定板９６に固定し収納ボックス９７に収納したもので、熱媒通路９５を通る加熱熱媒により背後体９２を介して 表面層９１が加熱温調される。９１の材料は面方向に大きな熱浸透率を有し自己均温化の機能を持っている。１１２は吸着固定されている賦形体の主要部、１１１は賦形体縁部である。
【００２０】
＜成形型について＞
成形型は基本構成として、熱浸透率（ｂ値）（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有するものとする。
ここに示されている二つの手段はいずれも、上記表面層の表面温度を適度で均一な温度に調整する手段である。前者の手段には全面に展開した発熱に温度の均等化が図られる。しかし前者後者共に成形型に別の加熱手段を備えたものの備えていないものも利用できる。手段の具体内容については各態様に区分して後述する。
熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料は、プラスチックス、セラミックス、選ばれた少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。参考のために幾つかの材料の熱浸透率は表１に示すが、この表の記載の何かを限定するものではなく、記載のないものも任意に利用することができる。
そして、表面層材料の上記の熱浸透率は、１０以下であることが好ましく、５以下であることが更に好ましく、３以下であることがまた更に好ましい。またこの表面層の厚みは０．０４ｍｍ以上であることが好ましく、また０．０６ｍｍ以上であることが更に好ましく、０．１ｍｍ以上であることがまた更に好ましい。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以下であることがまた更に好ましい。
なお、上記表面層は層全体として上記の制約を満たす限りにおいて単層であってもよく多層であってもよい。
なお、成形型には、熱成形型の常法として賦形時の排気を行う微細孔が設けられ、真空吸引できるように装備される。
なお、上記熱浸透率の意味と各種材料のデータについては後に「本発明の内容についての補足説明」の欄と表１で詳述する。そして、また上記の数値限定の意義にいても同欄で説明する。
【００２１】
本発明における「問題解決の手段」の３）の態様を説明する。この態様で用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層の背後の略全面に接して発熱層を設け、表面層を定常的に均一に加熱昇温するようにしたものである。発熱層の更なる背後については特定するものではない。表面層と発熱層のみで形状保持あるいは固定など成形型としての機能に不足がなければ、その背後の物体は必要がなく、必要に応じて背後体を設けて構成させればよく、その場合は熱浸透率１０以下のできるだけ小さい材料が好ましい。発熱層の発熱常時おこなってもよく、また成形サイクルに合わせて断続させてもよい。
この態様の具体的な成形型の例を図３に示す。背後に発熱層を有する成形型本体６０は、６１の表面層、６５の発熱層、６２の背後体からなり、６３は真空排気孔、６４は排気通路、６６はリード線を示す。より具体的には、例えばセラミックス等を背後体とし、その上に面状発熱体を敷き詰めて貼り、更にその上に前記所定の熱浸透率を有する材料により表面層を形成させればよい。面状発熱体を貼る代わりに、背後体の上にニッケル系抵抗体金属をメッキしてエッチングし発熱体層を形成させてもよい。表面層材料としてはエポキシ樹脂、弗素樹脂、ポリイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱樹脂などを挙げることができる。なお、図示はしていないが、背後体と表面層を通じ成形面に微細な熱電対先端を露出させて製作した成形型は、成形工程の管理に好都合である。
【００２２】
本発明における「問題解決の手段」の４）の態様を説明する。この態様で用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層を直接発熱させるようにして表面層を定常的に均一な温度に調整するようにしたものである。表面層の背後には、背後層または背後体を構成し表面層の保持固定をする。背後層の材質及び形状については特定するものではないが熱浸透率１０以下のできるだけ小さい材料が好ましい。なお表面層のみで形状保持あるいは固定など成形型としての機能が十分であれば、その背後の物体は必ずしも必要ではない。発熱層の発熱は常時おこなってもよく、また成形サイクルに合わせ適宜おこなってもよい。
この成形型の具体的な例を図４に示す。 発熱する表面層を有する成形型７０は、７１の 発熱表面層、７２の 背後体、７３の真空排気孔、７４排気通路、７６のリード電線からなる。より具体的には、例えばセラミックス等を背後体とし、更にその上に表面層として前記所定の熱浸透率を有する面状発熱体を貼り付けるが、またはその上で形成させて製作することができる。市販の利用できる面状発熱体として、例えばグラフトカーボン（日本パイオニニクス株）を含む含浸体や複合樹脂体などを挙げることができる。
【００２３】
本発明における「問題解決の手段」の５）の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記所定の表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が上記表面層のそれより大きな材料からなる蓄熱均一化層を設け、更にその背後に熱浸透率が上記蓄熱均一化層のそれより小さな材料による背後体を設けるようにしたものである。
この成形型では表面層の加熱昇温する手段は成形型に付随した構成であってもよいが、それはなくてもよく、その場合は成形プロセス中の赤外線照射あるいは高温気体の吹きつけによりそれを行うことができる。具体的にはこれらを利用する賦形体の熱処理を伴う成形を制御して連続的に繰り返すうちに表面層及びその下層を安定した温度に調整することができる。
この成形の場合、蓄熱均一化層の働きは、単に表面層の温度不均一を是正するのみならず、一つ前の成形サイクルの熱処理時の熱を蓄熱し、次のサイクルのために表面層に供給している働きをする。しかし、蓄熱均一化層は、背後体には熱を伝えることは必ずしも必要ではなく、別途の補助的加熱を行わないときは背後体への伝熱は少ないほど好ましい。
そのために、上記蓄熱均一化層の材料の熱浸透率は１０以上であることが好ましく、１５以上であることが更に好ましい。背後体の熱浸透率は１５以下であることが好ましく、１０以下で小さいことが更に好ましい。上記蓄熱均一化層の厚みは１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることが更に好ましい。またこの厚みは０．０１ｍｍ以上であることが好ましく０．０３ｍｍ以上であることが更に好ましい。このような限度の範囲外では、十分に蓄熱して表面層の温度回復できず、又十分に温度ムラを是正できない。また厚みが厚すぎる場合は、温度の定常化に時間がかかり又困難をともなう。
なお、背後体の形状厚みはどのようであってもよく、上記蓄熱均一化層の全面に密着する必要もなく、適度に空間を設けて断熱することはむしろ好ましい。
この成形型の具体的な例を図５に示す。この成形型５０は、５１の表面層
５２の蓄熱均一化層、５３の真空排気孔、５４の排気通路、及び５５の背後体
から構成されている。５１の表面層には、前記した材料を用いればよい。５２の材料としては、銅（ｂ値３３．９）、アルミニウム（ｂ値２３．３）、炭化ケイ素（ｂ値１６〜２１）等の材料を用いればよい。５５の背後体には、エンジニヤリングプラスチック、選ばれたセラミックス等のｂ値の小さな材料を用いればよい。
【００２４】
本発明における「問題解決の手段」の６）の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層の背面の全展開面に接した温度均一化層を形成させる。この温度均一化層は、平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい材料を用いることにより形成させることができる。温度均一化層の更なる背後については、表面層と温度均一化層のみで形状保持あるいは固定などができ、成形型としての機能に不足がなければその背後体は設けなくてもよい。背後体には加熱機構を設けて間接的に表面層を加熱温調してもよく、又それ設けないものも利用できる。背後体に加熱温調機構を設ける場合は背後体材料の熱浸透率は大きいことが望ましく、又１０以上であることが望ましく、加熱温調機構を設けない場合はその熱浸透率は小さい方が望ましく、また１０以下であることが望ましい。
この態様の具体的な成形型の例を図６に示す。 温度均一化層を有する成形型８０は、８１の表面層、８２の 温度均一化層、８３の真空排気孔、８４の 排
気通路、８５の加熱オイル通路、８６の 背後体、８７の成形型固定板よりなる。
温度均一化層として利用できる代表例として延伸グラファイトシートを挙げることができる。更に表面層はエポキシ樹脂、弗素樹脂、ポリイミド、ＰＥＥＫ等の熱浸透率の小さな耐熱性樹脂により形成させればよい。
【００２５】
本発明における「問題解決の手段」の７）の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記成形型の表面層を厚み方向の熱浸透率を上記所定の値であるが、平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい値を有する材料により構成する。表面層の背後には、背後層または背後体を構成し表面層の保持固定をする。なお、背後体に加熱機構を設けて間接的に表面層を加熱温調してもよく、又それを設けないものも利用できる。
なお、背後体に加熱温調機構を設ける場合は背後体材料の熱浸透率は大きいことが望ましく、又１０以上であることが望ましく、加熱温調機構を設けない場合はその熱浸透率は小さい方が望ましく、また１０以下であることが望ましい。背後体の形状については特定するものではない。
この態様の具体的な成形型の例を図７に示す。温度均一化機能を有する成形型９０は、９１の均一化機能を有する表面層、９２の 背後体、９３の真空排気孔、９４の 排気通路、９５の加熱オイル通路からなる。材料構成は、例えばアルミニウム背後体の上に前記の延伸グラファイトシートから成る表面層を形成
させればよい。
【００２６】
＜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、賦形体を樹脂シート予熱温度以上の高温に昇温する熱処理工程と、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。そして、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。
樹脂シートの予熱は、前記したごとく加熱板による直接加熱方式あるいは、赤外線照射、熱風オーブン等による間接加熱の方式で行うことができる。
これに次ぐ賦形工程は、公知の真空成形、圧空成形、真空圧空成形あるいは嵌合ダイプレス成形の方法で行うことができ、特に真空圧空成形の方法は好ましく利用できる。
なお、嵌合ダイ（コアキャビティ型）を用いて成形する場合はコアとキャビティの何れか一方が本成形型の構成をしておればよく、その場合他方で、加熱あるいは冷却の媒体を噴射させるようにしてもよく、好都合である。
賦形体の高温熱処理は、１）に加熱温調された成形型を用いるか、あるいは２）賦形体への赤外線照射そしてまたは加熱圧縮気体の噴射により行うことがでる。また、１）、２）の方法をそれぞれ単独でおこなってもよく、また併用してもよい。
なお、圧空賦形は常温気体により行ってもよいが、加熱気体により圧空賦形を行い引き続いて加熱気体噴射による賦形体の加熱処理を行うことは望ましい。なお、赤外線照射や加熱気体噴射を利用して圧空賦形を行う場合には、厳密には隣の工程と重なり合って進められ、これらの加熱手段で予熱の補充がおこなわれ、また賦形が進みながら材料の昇温がなされることもある。
続く冷却工程では、必要により冷却手段が成形型上部に引き寄せ、冷却媒体の噴射により成形型に真空固定されている賦形体を冷却して、最後に真空固定を解除して離型する。
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でき、またこれを高速連続で実施できることが特徴である。
本発明の方法に適する成形材料については後の「本発明の応用分野と利点」の欄で述べる。
（本発明の内容についての補足説明）
【００２７】
（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）（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）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、参考のために表１にいくつかの材料のｂ値を例示するが、但しこれは本発明でのどこかで使用する材料を特定したものではない。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態が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。
【表１】
【００２８】
（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。
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均一な厚肉塗布が困難でもあり、本発明の効果を発揮させるよう成形型は従来から製作されてこなかった。
【００２９】
（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赤外線温度計非接触で測定する方法がある。繰り返し成形で表面層の表面温度は上昇下降の一定のサイクルを描くことになる。
なお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、賦形体厚み方向で温度傾斜があり、ここで示される表面温度あるいは界面温度と賦形体温度はかなり乖離があることは留意する必要がある。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定も、一般的には賦形体温度を正確に表すものでなない。
【００３０】
＜本発明の応用分野＞
高温の熱処理を必要とする具体的な用途を挙げると、（１）延伸ポリエステルの熱固定成形に特に好適に利用でき、その他にも、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＬＡ樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＥＥＫ等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形に利用できる。またその中でも延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂シートの熱固定を伴う熱成形に特に好適に利用することができ、予熱の適温の８０〜１００℃に加熱し、熱固定に適する１６０〜１９０℃に迅速に加熱しそして迅速冷却離型するというプロセスを担うことができる。そして安定で効率よくまた連続的に高透明、高耐熱で高剛性の好ましい成形品を得ることができる。
また特に延伸処理を行っていない材料、例えば（１）通常の結晶性ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）の成形、あるいはまた（３）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提案することができる。
【実施例１】
【００３１】
本発明の成形装置の重要要素である成形型の製作例のみ記し、装置の他構成要素については本文中に詳述しているのでここでは記載を省略する。
１）図３の成形型の製作例
易切削性のセラミックス材料であるマコール（石原薬品、ｂ値１．７）を切削加工して背後体を製作し、その上に、ニッケル合金薄膜をパターン加工した抵抗発熱体をＰＥＥＫ樹脂薄膜で挟んだ面状発熱体を全面に敷き詰めて接着剤で点付けし、更にその上に表面層として予熱したＰＥＥＫ樹脂フイルム（Victrex社製 厚み０．２ｍｍ、 b値０．３５）を圧空賦形して真空で固定し、そのままの状態で本体と共に３８０℃に加熱焼成した。この焼成により各層間の接着がなされると共にＰＥＥＫ樹脂の結晶化が進み耐熱性の高いものとなった。なお、成形物は７５×１５０ｍｍの方形で深さ３０ｍｍのトレー形状物で、成形型の外寸を８４×１６８ｍｍの方形で高さ５５ｍｍとした。
なお、表面層の厚みは約０．２ｍｍとなった。又表面層のＰＥＥＫ樹脂は結晶化によりｂ値が多少大きくなっていると思われるが、本発明の最も好ましい範囲を超えるものではない。
この型の昇温テストを行ったが、表面温度を１８０℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
なお、図示はしていないが、背後体と表面層を通じ成形面に微細な熱電対先端を露出させて製作した。
２）図４の成形型の製作例
上記１）と同材料で背後体（背後層）を製作し、その上にテープ状のグラフトカーボン含浸ガラスクロス（日本パイオニニクス製、両端からの通電により発熱する材料）並べて貼り、更にＰＥＥＫ粉体懸濁液（オキツモ製）を塗布して浸みこませて乾燥させ、全体を３８０℃で焼成することにより製作した。形成された表面層の熱浸透率の値は正確に測定されていないが、用いた材料から考えて０．５〜２．０程度と推定され、本発明の最も好ましい範囲を超えるものではではない。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記１）と同じにした。
この型の昇温テストを行ったが、表面温度を１８０℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
３）図５の成形型の製作例
ポリイミド樹脂ブロック材料（デュポン社のベスペル、ｂ値０．３６）を切削加工して背後体を製作し、この上に銅メッキ（厚み０．２ｍｍ）を施して温度均一化層とし、更にその上に耐熱エポキシ樹脂のコーティング（ｂ値０．７、 厚み０．２５ｍｍ）を行ってこれを表面層とした。なお、コーティングムラは機械加工で切削修正した。また、温度均一化層及び成形表面には繊細な温度センサー先端を接触させて設けた。なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記１）と同じにした。
この成形型自体には、加熱手段は装備されていないので、外線照射をともなって加熱気体噴射のできる本発明の装置にて成形テストを行った。先ず、成形材料を装着せず加熱気体噴射による加熱と常温空気噴射による冷却を成形サイクルの間隔で繰り返して、温度均一化層をある定常温に昇温させておいて実際の熱処理を伴う成形テスト行った。成形テストを繰り返し連続しても成形品のエッジ部で白化や亀裂、部分的な透明度低下などの不均部分が発生することはなかった。
この成形結果では、蓄熱均一化層が、単に表面層の温度不均一を是正するのみならず、一つ前の成形サイクルの熱処理時の熱を蓄熱し、次のサイクルで表面層に供給する成形を続けることができたことを示している。
４）図６の成形型の製作例
アルミニウム材料Ａ５０５２（ｂ値１７．４）を切削加工して背後体を製作し、この上に延伸グラファイトシート（大塚電機製、SS400 厚み0.13mm）を耐熱性接着剤を用いて積層し、約０．３ｍｍの厚みを有し、温度の自己均一化機能を有する層を形成させ、更にその上に、上記１）の例と同用にＰＥＥＫシートを圧空賦形し、同用に焼成して表面層を形成させた。この成形型を、カートリッジヒーターを内臓する固定板に固定した。表面層は約０．１６ｍｍの厚みを有し上記１）と同じｂ値を有するもので、背後層から温度の均一化の作用を受けることができる。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記１）と同じにした。
固定板を昇温し、この型の昇温テストを行ったが、表面温度を１８０℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
５）図７の成形型の製作例
上記３）と同じアルミニウム材料Ａ５０５２を切削加工して背後体を製作し、この上に同じ延伸グラファイトシートを耐熱性接着剤を用いて積層し、約０．３ｍｍの厚みを有し、温度の自己均一化機能を有する層を形成させ、この層をそのまま表面層とした。また、背後体内部には熱媒体通路を設けた。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記１）と同じにした。
なお、用いたグラファイトシートのｂ値は、厚み方向で３．５、水平方向で２９．１であり、本発明の好ましい表面層を形成している。なお、この型を加熱された固定板搭載し、昇温テストを行ったが、表面温度を１８０℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
【実施例２】
【００３２】
図３に示す構造で表面層と背後発熱層を有する成形型を用い、常温圧空で成形型を高温設定にして熱処理を行う方法で、延伸ＰＥＴシートの熱成形をおこなった。
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（但し熱固定を行っていないもの）、厚み０．２３ｍｍ非熱固定品を使用した。
２）成形装置
成形機；枚葉真空圧空成形機、圧空能力１０ｔｏｎ、赤外線予熱オーブン装
備のものを使用した。
圧空手段；公知の常温圧空成形用圧空ボックスを使用
圧空ボックスはアルミ製で圧空面の寸法１７０×１７０ｍｍ
冷却手段；図１の４０に示す方式のものを使用した。
成形型；図３に示す構造のもので、実施例１の１）で示すもの２個を加熱機
構のない固定板に並べて固定板に固定し、内寸１７０×１７０ｍｍ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３ｍｍ低くなるようにした。
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。また、同様に細線熱電対を圧空ボックス空間に差し入れて配置して圧空温度の測定ができるようにした。
３）成形方法と成形条件；
樹脂シートの予熱温度；予熱オーブンで約９５℃に予熱
表面層表面の予熱温度；１８５℃
圧空ボックス多孔板表面温度；約３５℃
真空圧空賦形； 圧力０．４ＭＰａの常温圧縮気体を使用 ５秒、
圧空空間は閉鎖空間であり、実質的に賦形後の噴射は行われていない。
熱処理温度（界面温度）；約１７７℃
賦形時に上記表面温度は瞬間的に約１０数度℃低下し、すぐに回復してこの 温度になった。
冷却手段作動時間 ；３秒
離型時に表面（界面）温度は１２０℃に低下し、その後数秒で元の設定温度 に回復した。ただし加熱層通電のまま冷却した。
４）成形結果；
得られた成形品は良好な形状、透明で且つ均一なものであった。耐熱１２０℃のシリコンオイルの２分間浸漬試験で、目立った変形はなく耐熱性の優れたものであった。使用した成形型では、表面温度設定が容易で、又容易にブロウ冷却ができ、そして、表面温度の回復が速く、高速成形ができることがわかった。
なお、なお、短尺シートによる、繰り返しテストでも安定に成形できることがわかった。
【実施例３】
【００３３】
図２の３０に示す装置で、加熱媒体の噴射による圧空成形と熱処理を行う方法で、同じ延伸ＰＥＴシートの熱成形をおこなった。但し成形型は実施例２と同じものを用いた。また、図１の４０のような冷却手段を用いた。
１）成形装置
成形機；実施例２と同じもの
圧空賦形及び加熱手段；図２の３０のような形式の加熱圧空ボックスを使用した。な お、外部から加熱圧縮気体を導入するようにし、噴射面は、黒体塗装を行い又内部の ヒーターにより高温保持し、効率良く赤外線照射できるようにした。なお、圧空ボッ クス側壁の比較的下部に、排気孔を設け圧空空間から任意に排気する
ようにした。圧空ボックスはアルミ製で圧空面の寸法は１７０×１７０ｍｍであっ た。
２）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；実施例２と同様に約９５℃に予熱した。
圧空ボックス多孔板設定温度；３５０℃
成形型設定表面温度；発熱体層の制御により１７５℃に設定
成形型／賦形体界面の到達最高点温度； １８０℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気；３５０℃、元圧０．４ＭＰａ
圧空真空圧空賦形； ４秒、 圧空圧０．２ＭＰａ、
圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気の排気がなされながら賦形と賦 形体の昇温が行われた。
冷却手段の空気ブロウ時間 ；６秒
離型時に表面（界面）温度は１３０℃に低下した、その後数秒で元の設定温 度に回復した。なお冷却は加熱層通電のまま行った。
３）成形結果 ；
得られた成形品は良好な形状、透明で且つ均一なものであった。耐熱性は実施例２と同様のテストで、１５０℃で変形、目立った収縮はなく優れたものであった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
【実施例４】
【００３４】
成形型を変更した他は、実施例２と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は実施例１の２）のもの、すなわち表面層自体が発熱機能を有する成形型２個を実施例２と同様の固定板に固定し同様に収納ボックスにし収容したものを使用した。
１）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；約９５℃
圧空ボックス多孔板表面温度；約３５℃
成形型設定表面温度；１８０℃
成形型／賦形体界面の到達最高点温度；１８０℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気；約２５℃、０．４ＭＰａ
圧空真空圧空賦形；４秒、 ０．２ＭＰａ 同時に真空作動
冷却手段の空気ブロウ時間；５秒（冷却時は表面加熱通電は停止）
２）成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
【実施例５】
【００３５】
成形型を変更した他は、実施例３と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は、実施例１の３）のもの、すなわち表面層の背後に温度均一化機能を有する成形型２個を加熱ヒーターを内蔵する固定板に固定し収納ボックスにし収容したものを使用した。
１）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；約９５℃
圧空ボックス多孔板表面温度；４００℃
成形型設定表面温度；１６０℃
成形型／賦形体界面の到達最高点温度；１８２℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気；４００℃ ０．４ＭＰａ
圧空真空圧空賦形；４秒 ０．２ＭＰａ
冷却手段の空気ブロウ時間；４秒
２）成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
【実施例６】
【００３６】
成形型を変更した他は、実施例３と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は、実施例１の４）のもの、すなわち表面層自体が温度均一化機能を有する成形型２個を実施例２と同様の加熱機構を有しない固定板に固定し同様に収納ボックスにし収容したものを使用した。
１）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；約９５℃
圧空ボックス多孔板表面温度；４００℃
成形型設定表面温度；１７５ （熱媒通路への通油により加熱）
（表面のどの部分も殆ど温度差なく設定できることを確認した。）
成形型／賦形体界面の到達最高点温度；１８３
圧空ボックスへの外部からの導入空気；４００℃ ０．４ＭＰａ
圧空真空圧空賦形；４秒 ０．２ＭＰａ
冷却手段の空気ブロウ時間；６秒
２）成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
（比較例１）
【００３７】
実施例２と同じ装置で、成形型のみ公知の通常用いられるものを装着し、実施例２と同じ成形材料シートを使用して以下のテストを行った。成形型は、一般的に用いられるアルミニウム材Ａ５０５２製の単純構成のものを、カートリッジヒーターを装着した固定板に固定して使用した。なお、Ａ５０５２のｂ値は１７．４であり、本発明に用いる成形型の表面層形成に適さないものである。
１）成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱； 予熱オーブンで約９５℃に予熱
真空圧空賦形； ０．４ＭＰａ、３秒 常温気体による圧空と同時に成形型側 の真空引きも作動させた。なお、圧空空間は閉鎖されており、実質的に賦 形後の空気ブロウは行われていない。
成形型設定表面温度；１８５℃ （固定板温度調整により）
成形型／賦形体界面の熱処理温度；１７５℃
賦形の瞬間に、成型型表面温度（界面温度）は約１０℃低下し、熱処理温度は約 １７５℃となった。
冷却手段作動時間；２０秒
離型時の成型型表面温度（界面温度）は大約１５５℃であった。
２）テストの結果；
冷却ブロウ時間を２０秒として、一応の形状を保って離型できたが、十分に精密なものではなかった。
更にこの方法は、長い冷却時間とともに、離型後の上記表面温度の予熱温度への回帰に少なくとも１０秒程度の時間を要し、高速の連続成形に適し難いことがわかった。
（比較例２）
【００３８】
実施例３と同じ成形装置で、比較例１同じ成形型を使用し、実施例１と同じ成形材料シートを使用して以下のテストを行った。成形型は、アルミニウム単体のものを固定板に固定して使用した。
１）成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱；予熱オーブンで約９５℃に予熱。
成形型表面温度；固定板温度の設定調整により、１５５℃に予熱してテストした。
加熱板への導入空気； 温度４００℃、元圧０．４ＭＰａ
真空圧空賦形；０．２ＭＰａ、６秒
（但し成形型側の真空引きも同時作動）
圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気を一部排気しながら賦形と賦形体の昇温 を行った。
成形型／賦形体界面の到達最高点温度；成形型表面（界面）温度の降下はなく、約 １０℃上昇し約１７０℃になった。
冷却手段作動；空気ブロウを２０秒作動させて離型、
２）テストの結果；
成形品は、２０秒という長時間冷却ブロウで、一応の形状を保持して離型できたが、十分に精密なものではなかった。
なお、離型後の上記表面温度の設定予熱温度への回帰も少なくとも１０秒程度の時間を要し、この装置構成は高速の連続成形に適し難いことがわかった。
（比較例３）
【００３９】
実施例３と同じ装置で、成形型のみ変更し、同じ成形材料を使用し、成形テストを行った。成形型は、ウレタン樹脂発泡体(三洋化成製、サンモジュール３３)から切削加工により製作した公知の単純構成ものを、加熱ヒーターを内蔵するアルミニウム製固定板に固定して使用した。 なお、型材のｂ値 は、０．７で、本発明に用いる成形型の表面形成の素材としての制約を満たすものである。
１）成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱； 予熱オーブンで約９５℃に予熱
成形型表面予熱温度；７５℃ 、但し上記の固定板による加熱と同時に約温度 不均一甚だしい。
３００℃の熱風ブロウによりこの温度に予熱した。
加熱板への導入空気温度； ４００℃
真空圧空賦形；０．２ＭＰａ、８秒、（成形型側の真空引きも同時に作動）、 圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気の排気がなされながら賦形と 賦形体の昇温が行われた。
成形型表面（界面）温度の降下はなく、１８３℃に上昇した。
冷却手段作動；空気ブロウを５秒作動させて離型、
離型時の成形型表面（界面）温度は１１３℃であった。
２）テストの結果；
成形型の背後体加熱の方法では、又部位による温度差は数１０℃に及び、また必要な表面温度に達せしなかった。成形テストは、実用的ではないが、熱風で補助的に予熱して行った。最初に得られた成形品は、良好で耐熱性もあった。この装置構成では、冷却は非常に容易であるが、大幅な昇温のために過酷な加熱条件設定が必要であった。そのため繰り返しテストを行うと、成形型表面層の部位による温度ムラが次第に大きくなり、遂についには、エッジ部などが過熱で亀裂を生ずるなど成形に支障
を来し下した。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
＜本成形装置を用いる効用＞
本発明の機構の成形型を用いる熱成形には下記のような効用がある。
（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）結晶性樹脂の延伸シート、例えば延伸ＰＥＴシート材を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、剛性を利用し既存成形製品の省材料ができる効用は大きい。
（３）変動温度の測定結果を反映させ、加熱条件及び冷却条件を調整または制御することにより、最適製品、最短サイクルを容易に実現でき、安定な制御を行うことができる。また、短時間に安定生産条件に移行することができる。
（４）均一な成形品、多数個成形ではバラツキの少ない成形品を効率良く生産することができる。
（５）広範囲種類の成形型あるいは成形材料を選んで成形に利用することができる。
（６）エネルギー消費を節約した生産を行うことができる。
（７）なお、本発明の装置は結晶性樹脂の延伸シート以外の材料、例えば延伸されていない材料、例えばＣＰＥＴ材料など広範囲に応用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
２０ 成形型組み付け構成
３０ 加熱手段（加熱圧空ボックス）
３１ 圧空ボックス本体（加熱気体用）
３２ 加熱ヒーター
３３ 加熱圧縮気体の導入路
３４ 分岐空間
３５ 気体送出孔
３６ 気体送出面（赤外線放射面）
４０ 冷却手段（各方式）
４１ 圧縮気体導入路
４２ 導入空間
４３ 噴射孔又は噴射ノズル
４４ 導管又は函体
４５ 固定フレーム
４６ 通気空間（配管間間隙）
５０ 成形型（背後に均一化層）
５１ 表面層
５２ 蓄熱均一化層
５３ 真空排気孔
５４ 排気通路
５５ 背後体
６０ 成形型（背後に発熱層）
６１ 表面層
６２ 背後体
６３ 真空排気孔
６４ 排気通路
６５ 発熱層
６６ リード電線
７０ 成形型（表面層が発熱機能）
７１ 発熱表面層
７２ 背後体
７３ 真空排気孔
７４ 排気通路
７６ リード電線
８０ 成形型（背後に均一化層）
８１ 表面層
８２ 温度均一化層
８３ 真空排気孔
８４ 排気通路
８５ 熱媒オイル通路
８６ 背後層（背後体）
８７ 成形型固定板
９０ 成形型（表面層が均一化機能）
９１ 自己温度均一化表面層
９２ 背後層（背後体）
９３ 真空排気孔
９４ 排気通路
９５ 加熱オイル通路
９６ 固定板
９７ 成形型収納ボックス
１１０ 熱可塑性樹脂シートの賦形体（全体）
Ａ 冷却媒体（圧縮気体等） ＨＡ 加熱圧縮空気
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱可塑樹脂のシート又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、樹脂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も多い。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には不都合である。
【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）（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端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、熱板を通過する加熱圧縮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手段を運び込んで冷却するものである。賦形体を加熱処理しようとする場合には成形型等に熱を奪われるので非常な高温気体を用いる必要がある。これをシートの予熱適温に
調整した加熱体を通過させると種々の不都合が発生する。加熱気体は加熱板中を通る導管内で冷やされ、また加熱板を局部的に加熱され温度不均一なり、良好な成形に支障きす。このため十分な高温気体を用いて熱処理することが出来ず高速成形ができない。
また（８）本発明の発明者（以下本発明者と称する）は、本発明に関連性のある複数の出願をこれに先行して行っている。これらに関しては、本文の関連箇所で適宜に紹介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を得ることができ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）熱媒体を噴射するか又は赤外線を照射する手段により、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方を行うように構成された熱成形装置において、成形型として、熱浸透率（ｂ値）（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有する構成のものを用いる熱可塑性樹脂シートの熱成形装置を提供するものである。
なお、本発明において上記「表面層」は成形型の成形面を含む層をいう。また「賦形」ならびに「賦形工程」は成形の中の一部の操作を示し、「賦形体」は、成形型に保持された状態にある成形品を意味するものとする。
なお上記表面層の厚みは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。
また、上記表面層の材料の熱浸透率は１０以下であることが好ましく、５以下であることが更に好ましく、３以下であることが又更に好ましい。また表面層の厚みは０．０４ｍｍ以上であることが好ましい。
なお、上記表面層は層全体として上記の制約を満たす限りにおいて単層であってもよく多層であってもよい。
【０００７】
（２）成形型に固定されている樹脂シートの賦形体を、加熱気体を噴射する手段かまたは赤外線を照射する手段により加熱して後、冷却用熱媒体を噴射する手段により冷却を行うように構成した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）上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接した発熱手段によりこの表面層を定常的に加熱するように構成したものであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の成形装置を提供するものである。
【０００９】
（４）上記成形型が、上記表面層自体が発熱する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）のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。
【００１０】
（５）上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が上記表面層のそれより大きい材料からなる蓄熱均一層を設け、更にその背後に熱浸透率が蓄熱均一化層のそれより小さい材料からなる背後体を設けて構成したものであることを特徴とする上記（１）から（４）のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。上記蓄熱均一化層の材料の熱浸透率は１０以上であることが好ましく、１５以上であることが更に好ましい。
背後体のそりは１５以下であることが好ましく、１０以下であることが更に好ましい。上記蓄熱均一化層の厚みは１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることが更に好ましい。またこの厚みは０．０１ｍｍ以上であることが好ましく０．０３ｍｍ以上であることが更に好ましい。
【００１１】
（６）上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、展開面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい材料によりなる温度均一化層を形成させた構成のものであることを特徴とする上記（１）から（５）のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、この表面層を加熱温調する手段は、成形型とは別に備えてもよいが、成形型自体が上記温度均一化層を定常的に加熱する加熱手段を保有することは好ましい。
【００１２】
（７）上記成形型が、表面層をその厚み方向の熱浸透率が上記所定の値を有し、更に平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい任意の値を有する材料により形成したものであることを特徴とする上記（１）から（６）のいずれかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、この表面層を加熱温調する手段は、成形型とは別に備えてもよいが、成形型自体が上記表面層を定常的に加熱する加熱手段を保有することは好ましい。
【００１３】
（８）上記（１）から（７）のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を用い
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と、賦形工程と、賦
形体を樹脂シート予熱温度以上の高温に昇温する熱処理工程と、そして冷却工
程を遂行す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。
【発明の効果】
【００１４】
＜本発明の利点＞
気体冷却媒体の噴射、あるいは赤外線照射または気体加熱媒体の噴射により賦形体の加熱冷却を行う場合、賦形体を介して成形型表面層と熱媒との間で大きな熱の授受があるが、成形型の部位により大きな温度ムラか発生しやすい。
それは、熱媒の噴射ムラ、赤外線照射部位による距離差、先端部やエッジ部などの熱媒による作用を受けやすい部分、奥部など作用を受けにくい部分など存在が原因である。そして、このムラは、連続して繰り返しの成形を行うと大きくなりやすい。
その影響を受けて、成形体は、透明性、形状等が不均一になりやすく、極端な場合には鋭いエッジ部などで溶融亀裂さえ発生する。
本発明に用いる成形型は、それ自体が表面層の温度ムラを解消する機能を有するそれ自体新規なものである。そしてそれを本発明の装置の構成要素とした場合は、上記の温度ムラを解消し、均一な成形品を効率よく、連続して高速することを可能にする。
また、上記の効用により、加熱、冷却の媒体噴射ノズルの性能、位置、数などの制約を少なくし、装置の全体設計を容易にし、又装置を安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の成形装置の主要部を示す断面図である。
【図２】本発明の成形装置の別の主要部を示す断面図である。
【図３】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．
【図４】本発明の成形装置を構成する別の成形型を示す断面図である．
【図５】本発明の成形装置を構成する別の成形型を示す断面図である．
【図６】本発明の成形装置を構成する別の成形型を示す断面図である．
【図７】本発明の成形装置を構成する別の成形型を示す断面図である．
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜成形装置の構成＞
本発明の成形装置は、真空圧空成形機、圧空成形機、真空成形機、嵌合ダイプレス成形機等の熱成形機を構成するものである。本発明の構成は公知の熱成形機で構成させてもよく、樹脂シートの予熱は加熱板による直接加熱方式でもよく、また赤外線オーブン、熱風オーブン等による間接加熱方式でもよい。
また、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一方の端から順次に成形する連続成形機でもよく、後者であることが特に好ましい。
本発明の成形装置は、上述の成形機に１）冷却媒体噴射による冷却手段、２）加熱気体を噴射による加熱手段、３）赤外線照射による加熱手段の少なくとも1つを付設して、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方をこれらのいずれかの手段で行えるように構成する。そして成形型として、特定材料による表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段か、又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を合わせて有する構造のものを使用する。
通常の成形型で、上記のような加熱手段あるいは冷却手段を利用する構成で連続成形を行った場合、成形型に熱が拡散し加熱冷却が容易にできないか、さもなければ成形型の特定部分が過熱あるいは過冷却になり易く、成形品に成形ムラや欠点部分をつくりやすい。
本発明者を発明者とする先行出願の特願２０１０−１１８５５５の成形型を上記構成の中に入れて良好に利用することは可能である。しかし本発明に用いる成形型は、上記問題傾向に鑑みこの先行出願の成形型を更に改良した新規のもで、熱媒体噴射あるいは赤外線照射による賦形体の加熱冷却を均一に且つ高速で効果的行うことができる。
以下、冷却手段、加熱手段、成形型、成形法の各構成要素に分けて説明する。
【００１７】
＜冷却手段を有する構成について＞
本発明の装置構成の態様の1つは、冷却用熱媒体の噴射による冷却手段を有し、熱媒体噴射か又は赤外線照射による加熱手段を有しない構成である。
冷却手段は、上記成形型の上部または周辺に駐在し、樹脂シートの賦形後に成形型上部から、成形型に吸引固定されている賦形体に向けて冷却媒体を噴射して冷却を行うように構成される。冷却媒体としては空気、窒素、二酸化炭素などの圧縮された気体や、水、アルコール等の揮発性液体などを単独あるいは併用して用いることができる。なお、ドライアイスなど粉粒体を空気とともに吹き付ける方法もある。噴射装置は、多孔板の孔から噴射してもよく、任意の噴射ノズルを噴射してもよく、公知のどのようなものも用いることができる。
本発明の装置の具体例を図１に示す。本図は、圧空又は真空賦形後、冷却手段４０が成形型上部で作動して成形型に吸引固定されている賦形体を冷却している工程を示したものである。圧縮空気Ａは、枝別れした導管４４を通じて分配され、噴射ノズル４３から噴射され賦形体１１０の面に衝突し反射され、配管間隙４６を通って逸散する。なお４５は導入管等の固定フレーム、６０は成形型を示す。本図の構成では、前記加熱手段の存在し示されていないが、その存在がなくても、成形型の表面温度を十分高くして賦形工程を進めれば賦形体の熱処理は行うことができる。
【００１８】
＜加熱手段を有する構成＞
本発明の装置構成の別の態様の1つは、熱媒体噴射か又は赤外線照射による加熱手段を有し、冷却用熱媒体の噴射による冷却手段を有しない構成である。
１）加熱気体を噴射する手段は、外部で加熱した圧縮気体を導入してノズルから噴射してもよく、あるいは通常の圧縮気体をボックス内に導入して加熱しながら細孔から噴射してもよく、知られている方法ならば何れの方法も利用できる。なお、高温の圧縮気体により圧空賦形を行いながら、そのまま続けて賦形体の昇温熱処理を行う方法は効率的であり好ましい。
２）赤外線を照射する手段は、赤外線照射ランプ、高熱の赤外線放射板等の照射手段を賦形体に近づけることにより実施できる。赤外線放射板の表面は黒体塗料等で放射効率が高められていることが望ましい。具体的に実施するには、真空成形を行いながら照射手段を賦形体に近づけてもよく、あるいは圧空賦形を行いながら圧空ボックスの底に設けた放射板により赤外線放射してもよい。なお、赤外線は近赤外線も遠赤外線も好適に利用できる。
これらの加熱手段は、圧空成形用の圧空ボックスに付加すると非常に好都合である。その具体的な例は図２の一部に示す加熱された圧空ボックスである。加熱圧宿気体は外部から導入してもよく、又常温圧縮気体を圧空ボックス内で加熱できるようにしてもよい。なお上記に示す加熱手段は、赤外線圧空ボックスとは別に任意に構築してもよい。
なお、導入し排出される加熱気体の温度により熱処理の昇温を行う場合は、導入し排出する気体の温度は樹脂シートの予熱温度よりはるかな高温が望ましい。具体的には導入される圧縮気体の温度は２５０〜６００℃であることが望ましい。例えば延伸ＰＥＴシートの賦形に伴う熱固定では、熱板予熱は９０〜１００℃程度が適正であるが、排出口からの排出気体温度は２５０〜５００℃であることが望ましい。気体の熱容量は小さいので、その熱量は賦形体を通じ成形型に散逸するので、この排出気体温度がこれ以下では迅速な昇温ができない。
なお、高温高圧気体は、空気、窒素、二酸化炭素などを圧縮し、更に別の装置で加熱したものが利用される。なおこれらに水分を含んだ乾燥過熱蒸気も好適に利用できる。
なお、この態様の構成では熱媒噴射による冷却手段は有しないが、それはなくとも成形型の背後体温度を十分に低く設定制御することにより、離型後に表面温度を自動的に元の低温に回帰させることができる。
【００１９】
＜冷却手段と加熱手段を合わせて有する構成＞
本発明では、前記の冷却手段の他に、加熱気体の噴射手段かまたは赤外線を照射する手段を備え、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体を加熱して後、冷却手段を作動させるように構成して、好ましい態様とすることができる。
図２にこの構成の具体例を示す。本図は、圧空賦形と共に外部から導入された加熱圧縮気体により賦形体の昇温熱処理が行われた後で、成形型上部に進入した冷却手段４０が作動して成形型に吸引固定された賦形体を冷却している工程を示したものである。３０は加熱手段で、４０は冷却手段、２０は収納ボックスに収納された成形型群を示す。３０の加熱手段は、圧空ボックス本体３１と、加熱ヒーター３２、分配空間３４、気体送出孔３５からなっている。なお３５を穿った気体送出面３６には黒体塗装が施され、ヒーター３２により高温に保たれ効率よく赤外線を放射するように構成されている。なお、加熱圧縮気体は外部から導入されるが、その生成装置は本図では省略されている。
４０の冷却手段は、函体状の本体４４、圧縮気体の導入路４１、導入空間４２、多数の噴射孔４３より構成され、導入された圧縮気体が４３から噴射される。２０の成形型群は、複数の成形型を固定板９６に固定し収納ボックス９７に収納したもので、熱媒通路９５を通る加熱熱媒により背後体９２を介して 表面層９１が加熱温調される。９１の材料は面方向に大きな熱浸透率を有し自己均温化の機能を持っている。１１２は吸着固定されている賦形体の主要部、１１１は賦形体縁部である。
【００２０】
＜成形型について＞
成形型は基本構成として、熱浸透率（ｂ値）（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有するものとする。
ここに示されている二つの手段はいずれも、上記表面層の表面温度を適度で均一な温度に調整する手段である。前者の手段には全面に展開した発熱に温度の均等化が図られる。しかし前者後者共に成形型に別の加熱手段を備えたものの備えていないものも利用できる。手段の具体内容については各態様に区分して後述する。
熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料は、プラスチックス、セラミックス、選ばれた少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。参考のために幾つかの材料の熱浸透率は表１に示すが、この表の記載の何かを限定するものではなく、記載のないものも任意に利用することができる。
そして、表面層材料の上記の熱浸透率は、１０以下であることが好ましく、５以下であることが更に好ましく、３以下であることがまた更に好ましい。またこの表面層の厚みは０．０４ｍｍ以上であることが好ましく、また０．０６ｍｍ以上であることが更に好ましく、０．１ｍｍ以上であることがまた更に好ましい。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以下であることがまた更に好ましい。
なお、上記表面層は層全体として上記の制約を満たす限りにおいて単層であってもよく多層であってもよい。
なお、成形型には、熱成形型の常法として賦形時の排気を行う微細孔が設けられ、真空吸引できるように装備される。
なお、上記熱浸透率の意味と各種材料のデータについては後に「本発明の内容についての補足説明」の欄と表１で詳述する。そして、また上記の数値限定の意義にいても同欄で説明する。
【００２１】
本発明における「問題解決の手段」の３）の態様を説明する。この態様で用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層の背後の略全面に接して発熱層を設け、表面層を定常的に均一に加熱昇温するようにしたものである。発熱層の更なる背後については特定するものではない。表面層と発熱層のみで形状保持あるいは固定など成形型としての機能に不足がなければ、その背後の物体は必要がなく、必要に応じて背後体を設けて構成させればよく、その場合は熱浸透率１０以下のできるだけ小さい材料が好ましい。発熱層の発熱常時おこなってもよく、また成形サイクルに合わせて断続させてもよい。
この態様の具体的な成形型の例を図３に示す。背後に発熱層を有する成形型本体６０は、６１の表面層、６５の発熱層、６２の背後体からなり、６３は真空排気孔、６４は排気通路、６６はリード線を示す。より具体的には、例えばセラミックス等を背後体とし、その上に面状発熱体を敷き詰めて貼り、更にその上に前記所定の熱浸透率を有する材料により表面層を形成させればよい。面状発熱体を貼る代わりに、背後体の上にニッケル系抵抗体金属をメッキしてエッチングし発熱体層を形成させてもよい。表面層材料としてはエポキシ樹脂、弗素樹脂、ポリイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱樹脂などを挙げることができる。なお、図示はしていないが、背後体と表面層を通じ成形面に微細な熱電対先端を露出させて製作した成形型は、成形工程の管理に好都合である。
【００２２】
本発明における「問題解決の手段」の４）の態様を説明する。この態様で用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層を直接発熱させるようにして表面層を定常的に均一な温度に調整するようにしたものである。表面層の背後には、背後層または背後体を構成し表面層の保持固定をする。背後層の材質及び形状については特定するものではないが熱浸透率１０以下のできるだけ小さい材料が好ましい。なお表面層のみで形状保持あるいは固定など成形型としての機能が十分であれば、その背後の物体は必ずしも必要ではない。発熱層の発熱は常時おこなってもよく、また成形サイクルに合わせ適宜おこなってもよい。
この成形型の具体的な例を図４に示す。 発熱する表面層を有する成形型７０は、７１の 発熱表面層、７２の 背後体、７３の真空排気孔、７４排気通路、７６のリード電線からなる。より具体的には、例えばセラミックス等を背後体とし、更にその上に表面層として前記所定の熱浸透率を有する面状発熱体を貼り付けるが、またはその上で形成させて製作することができる。市販の利用できる面状発熱体として、例えばグラフトカーボン（日本パイオニニクス株）を含む含浸体や複合樹脂体などを挙げることができる。
【００２３】
本発明における「問題解決の手段」の５）の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記所定の表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が上記表面層のそれより大きな材料からなる蓄熱均一化層を設け、更にその背後に熱浸透率が上記蓄熱均一化層のそれより小さな材料による背後体を設けるようにしたものである。
この成形型では表面層の加熱昇温する手段は成形型に付随した構成であってもよいが、それはなくてもよく、その場合は成形プロセス中の赤外線照射あるいは高温気体の吹きつけによりそれを行うことができる。具体的にはこれらを利用する賦形体の熱処理を伴う成形を制御して連続的に繰り返すうちに表面層及びその下層を安定した温度に調整することができる。
この成形の場合、蓄熱均一化層の働きは、単に表面層の温度不均一を是正するのみならず、一つ前の成形サイクルの熱処理時の熱を蓄熱し、次のサイクルのために表面層に供給している働きをする。しかし、蓄熱均一化層は、背後体には熱を伝えることは必ずしも必要ではなく、別途の補助的加熱を行わないときは背後体への伝熱は少ないほど好ましい。
そのために、上記蓄熱均一化層の材料の熱浸透率は１０以上であることが好ましく、１５以上であることが更に好ましい。背後体の熱浸透率は１５以下であることが好ましく、１０以下で小さいことが更に好ましい。上記蓄熱均一化層の厚みは１０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることが更に好ましい。またこの厚みは０．０１ｍｍ以上であることが好ましく０．０３ｍｍ以上であることが更に好ましい。このような限度の範囲外では、十分に蓄熱して表面層の温度回復できず、又十分に温度ムラを是正できない。また厚みが厚すぎる場合は、温度の定常化に時間がかかり又困難をともなう。
なお、背後体の形状厚みはどのようであってもよく、上記蓄熱均一化層の全面に密着する必要もなく、適度に空間を設けて断熱することはむしろ好ましい。
この成形型の具体的な例を図５に示す。この成形型５０は、５１の表面層
５２の蓄熱均一化層、５３の真空排気孔、５４の排気通路、及び５５の背後体
から構成されている。５１の表面層には、前記した材料を用いればよい。５２の材料としては、銅（ｂ値３３．９）、アルミニウム（ｂ値２３．３）、炭化ケイ素（ｂ値１６〜２１）等の材料を用いればよい。５５の背後体には、エンジニヤリングプラスチック、選ばれたセラミックス等のｂ値の小さな材料を用いればよい。
【００２４】
本発明における「問題解決の手段」の６）の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記所定の熱浸透率を有する表面層の背面の全展開面に接した温度均一化層を形成させる。この温度均一化層は、平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい材料を用いることにより形成させることができる。温度均一化層の更なる背後については、表面層と温度均一化層のみで形状保持あるいは固定などができ、成形型としての機能に不足がなければその背後体は設けなくてもよい。背後体には加熱機構を設けて間接的に表面層を加熱温調してもよく、又それ設けないものも利用できる。背後体に加熱温調機構を設ける場合は背後体材料の熱浸透率は大きいことが望ましく、又１０以上であることが望ましく、加熱温調機構を設けない場合はその熱浸透率は小さい方が望ましく、また１０以下であることが望ましい。
この態様の具体的な成形型の例を図６に示す。 温度均一化層を有する成形型８０は、８１の表面層、８２の 温度均一化層、８３の真空排気孔、８４の 排
気通路、８５の加熱オイル通路、８６の 背後体、８７の成形型固定板よりなる。
温度均一化層として利用できる代表例として延伸グラファイトシートを挙げることができる。更に表面層はエポキシ樹脂、弗素樹脂、ポリイミド、ＰＥＥＫ等の熱浸透率の小さな耐熱性樹脂により形成させればよい。
【００２５】
本発明における「問題解決の手段」の７）の態様を説明する。この態様に用いる成形型は、上記成形型の表面層を厚み方向の熱浸透率を上記所定の値であるが、平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい値を有する材料により構成する。表面層の背後には、背後層または背後体を構成し表面層の保持固定をする。なお、背後体に加熱機構を設けて間接的に表面層を加熱温調してもよく、又それを設けないものも利用できる。
なお、背後体に加熱温調機構を設ける場合は背後体材料の熱浸透率は大きいことが望ましく、又１０以上であることが望ましく、加熱温調機構を設けない場合はその熱浸透率は小さい方が望ましく、また１０以下であることが望ましい。背後体の形状については特定するものではない。
この態様の具体的な成形型の例を図７に示す。温度均一化機能を有する成形型９０は、９１の均一化機能を有する表面層、９２の 背後体、９３の真空排気孔、９４の 排気通路、９５の加熱オイル通路からなる。材料構成は、例えばアルミニウム背後体の上に前記の延伸グラファイトシートから成る表面層を形成
させればよい。
【００２６】
＜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、賦形体を樹脂シート予熱温度以上の高温に昇温する熱処理工程と、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。そして、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。
樹脂シートの予熱は、前記したごとく加熱板による直接加熱方式あるいは、赤外線照射、熱風オーブン等による間接加熱の方式で行うことができる。
これに次ぐ賦形工程は、公知の真空成形、圧空成形、真空圧空成形あるいは嵌合ダイプレス成形の方法で行うことができ、特に真空圧空成形の方法は好ましく利用できる。
なお、嵌合ダイ（コアキャビティ型）を用いて成形する場合はコアとキャビティの何れか一方が本成形型の構成をしておればよく、その場合他方で、加熱あるいは冷却の媒体を噴射させるようにしてもよく、好都合である。
賦形体の高温熱処理は、１）に加熱温調された成形型を用いるか、あるいは２）賦形体への赤外線照射そしてまたは加熱圧縮気体の噴射により行うことがでる。また、１）、２）の方法をそれぞれ単独でおこなってもよく、また併用してもよい。
なお、圧空賦形は常温気体により行ってもよいが、加熱気体により圧空賦形を行い引き続いて加熱気体噴射による賦形体の加熱処理を行うことは望ましい。なお、赤外線照射や加熱気体噴射を利用して圧空賦形を行う場合には、厳密には隣の工程と重なり合って進められ、これらの加熱手段で予熱の補充がおこなわれ、また賦形が進みながら材料の昇温がなされることもある。
続く冷却工程では、必要により冷却手段が成形型上部に引き寄せ、冷却媒体の噴射により成形型に真空固定されている賦形体を冷却して、最後に真空固定を解除して離型する。
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でき、またこれを高速連続で実施できることが特徴である。
本発明の方法に適する成形材料については後の「本発明の応用分野と利点」の欄で述べる。
（本発明の内容についての補足説明）
【００２７】
（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）（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）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、参考のために表１にいくつかの材料のｂ値を例示するが、但しこれは本発明でのどこかで使用する材料を特定したものではない。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態が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。
【表１】
【００２８】
（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。
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均一な厚肉塗布が困難でもあり、本発明の効果を発揮させるよう成形型は従来から製作されてこなかった。
【００２９】
（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赤外線温度計非接触で測定する方法がある。繰り返し成形で表面層の表面温度は上昇下降の一定のサイクルを描くことになる。
なお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、賦形体厚み方向で温度傾斜があり、ここで示される表面温度あるいは界面温度と賦形体温度はかなり乖離があることは留意する必要がある。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定も、一般的には賦形体温度を正確に表すものでなない。
【００３０】
＜本発明の応用分野＞
高温の熱処理を必要とする具体的な用途を挙げると、（１）延伸ポリエステルの熱固定成形に特に好適に利用でき、その他にも、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＬＡ樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＥＥＫ等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形に利用できる。またその中でも延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂シートの熱固定を伴う熱成形に特に好適に利用することができ、予熱の適温の８０〜１００℃に加熱し、熱固定に適する１６０〜１９０℃に迅速に加熱しそして迅速冷却離型するというプロセスを担うことができる。そして安定で効率よくまた連続的に高透明、高耐熱で高剛性の好ましい成形品を得ることができる。
また特に延伸処理を行っていない材料、例えば（１）通常の結晶性ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）の成形、あるいはまた（３）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提案することができる。
【実施例１】
【００３１】
本発明の成形装置の重要要素である成形型の製作例のみ記し、装置の他構成要素については本文中に詳述しているのでここでは記載を省略する。
１）図３の成形型の製作例
易切削性のセラミックス材料であるマコール（石原薬品、ｂ値１．７）を切削加工して背後体を製作し、その上に、ニッケル合金薄膜をパターン加工した抵抗発熱体をＰＥＥＫ樹脂薄膜で挟んだ面状発熱体を全面に敷き詰めて接着剤で点付けし、更にその上に表面層として予熱したＰＥＥＫ樹脂フイルム（Victrex社製 厚み０．２ｍｍ、 b値０．３５）を圧空賦形して真空で固定し、そのままの状態で本体と共に３８０℃に加熱焼成した。この焼成により各層間の接着がなされると共にＰＥＥＫ樹脂の結晶化が進み耐熱性の高いものとなった。なお、成形物は７５×１５０ｍｍの方形で深さ３０ｍｍのトレー形状物で、成形型の外寸を８４×１６８ｍｍの方形で高さ５５ｍｍとした。
なお、表面層の厚みは約０．２ｍｍとなった。又表面層のＰＥＥＫ樹脂は結晶化によりｂ値が多少大きくなっていると思われるが、本発明の最も好ましい範囲を超えるものではない。
この型の昇温テストを行ったが、表面温度を１８０℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
なお、図示はしていないが、背後体と表面層を通じ成形面に微細な熱電対先端を露出させて製作した。
２）図４の成形型の製作例
上記１）と同材料で背後体（背後層）を製作し、その上にテープ状のグラフトカーボン含浸ガラスクロス（日本パイオニニクス製、両端からの通電により発熱する材料）並べて貼り、更にＰＥＥＫ粉体懸濁液（オキツモ製）を塗布して浸みこませて乾燥させ、全体を３８０℃で焼成することにより製作した。形成された表面層の熱浸透率の値は正確に測定されていないが、用いた材料から考えて０．５〜２．０程度と推定され、本発明の最も好ましい範囲を超えるものではではない。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記１）と同じにした。
この型の昇温テストを行ったが、表面温度を１８０℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
３）図５の成形型の製作例
ポリイミド樹脂ブロック材料（デュポン社のベスペル、ｂ値０．３６）を切削加工して背後体を製作し、この上に銅メッキ（厚み０．２ｍｍ）を施して温度均一化層とし、更にその上に耐熱エポキシ樹脂のコーティング（ｂ値０．７、 厚み０．２５ｍｍ）を行ってこれを表面層とした。なお、コーティングムラは機械加工で切削修正した。また、温度均一化層及び成形表面には繊細な温度センサー先端を接触させて設けた。なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記１）と同じにした。
この成形型自体には、加熱手段は装備されていないので、外線照射をともなって加熱気体噴射のできる本発明の装置にて成形テストを行った。先ず、成形材料を装着せず加熱気体噴射による加熱と常温空気噴射による冷却を成形サイクルの間隔で繰り返して、温度均一化層をある定常温に昇温させておいて実際の熱処理を伴う成形テスト行った。成形テストを繰り返し連続しても成形品のエッジ部で白化や亀裂、部分的な透明度低下などの不均部分が発生することはなかった。
この成形結果では、蓄熱均一化層が、単に表面層の温度不均一を是正するのみならず、一つ前の成形サイクルの熱処理時の熱を蓄熱し、次のサイクルで表面層に供給する成形を続けることができたことを示している。
４）図６の成形型の製作例
アルミニウム材料Ａ５０５２（ｂ値１７．４）を切削加工して背後体を製作し、この上に延伸グラファイトシート（大塚電機製、SS400 厚み0.13mm）を耐熱性接着剤を用いて積層し、約０．３ｍｍの厚みを有し、温度の自己均一化機能を有する層を形成させ、更にその上に、上記１）の例と同用にＰＥＥＫシートを圧空賦形し、同用に焼成して表面層を形成させた。この成形型を、カートリッジヒーターを内臓する固定板に固定した。表面層は約０．１６ｍｍの厚みを有し上記１）と同じｂ値を有するもので、背後層から温度の均一化の作用を受けることができる。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記１）と同じにした。
固定板を昇温し、この型の昇温テストを行ったが、表面温度を１８０℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
５）図７の成形型の製作例
上記３）と同じアルミニウム材料Ａ５０５２を切削加工して背後体を製作し、この上に同じ延伸グラファイトシートを耐熱性接着剤を用いて積層し、約０．３ｍｍの厚みを有し、温度の自己均一化機能を有する層を形成させ、この層をそのまま表面層とした。また、背後体内部には熱媒体通路を設けた。
なお、成形品及び成形型の寸法形状は上記１）と同じにした。
なお、用いたグラファイトシートのｂ値は、厚み方向で３．５、水平方向で２９．１であり、本発明の好ましい表面層を形成している。なお、この型を加熱された固定板搭載し、昇温テストを行ったが、表面温度を１８０℃としたとき、バラツキは数度以内で、非常に好ましことがわかった。
【実施例２】
【００３２】
図３に示す構造で表面層と背後発熱層を有する成形型を用い、常温圧空で成形型を高温設定にして熱処理を行う方法で、延伸ＰＥＴシートの熱成形をおこなった。
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（但し熱固定を行っていないもの）、厚み０．２３ｍｍ非熱固定品を使用した。
２）成形装置
成形機；枚葉真空圧空成形機、圧空能力１０ｔｏｎ、赤外線予熱オーブン装
備のものを使用した。
圧空手段；公知の常温圧空成形用圧空ボックスを使用
圧空ボックスはアルミ製で圧空面の寸法１７０×１７０ｍｍ
冷却手段；図１の４０に示す方式のものを使用した。
成形型；図３に示す構造のもので、実施例１の１）で示すもの２個を加熱機
構のない固定板に並べて固定板に固定し、内寸１７０×１７０ｍｍ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３ｍｍ低くなるようにした。
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。また、同様に細線熱電対を圧空ボックス空間に差し入れて配置して圧空温度の測定ができるようにした。
３）成形方法と成形条件；
樹脂シートの予熱温度；予熱オーブンで約９５℃に予熱
表面層表面の予熱温度；１８５℃
圧空ボックス多孔板表面温度；約３５℃
真空圧空賦形； 圧力０．４ＭＰａの常温圧縮気体を使用 ５秒、
圧空空間は閉鎖空間であり、実質的に賦形後の噴射は行われていない。
熱処理温度（界面温度）；約１７７℃
賦形時に上記表面温度は瞬間的に約１０数度℃低下し、すぐに回復してこの 温度になった。
冷却手段作動時間 ；３秒
離型時に表面（界面）温度は１２０℃に低下し、その後数秒で元の設定温度 に回復した。ただし加熱層通電のまま冷却した。
４）成形結果；
得られた成形品は良好な形状、透明で且つ均一なものであった。耐熱１２０℃のシリコンオイルの２分間浸漬試験で、目立った変形はなく耐熱性の優れたものであった。使用した成形型では、表面温度設定が容易で、又容易にブロウ冷却ができ、そして、表面温度の回復が速く、高速成形ができることがわかった。
なお、なお、短尺シートによる、繰り返しテストでも安定に成形できることがわかった。
【実施例３】
【００３３】
図２の３０に示す装置で、加熱媒体の噴射による圧空成形と熱処理を行う方法で、同じ延伸ＰＥＴシートの熱成形をおこなった。但し成形型は実施例２と同じものを用いた。また、図１の４０のような冷却手段を用いた。
１）成形装置
成形機；実施例２と同じもの
圧空賦形及び加熱手段；図２の３０のような形式の加熱圧空ボックスを使用した。な お、外部から加熱圧縮気体を導入するようにし、噴射面は、黒体塗装を行い又内部の ヒーターにより高温保持し、効率良く赤外線照射できるようにした。なお、圧空ボッ クス側壁の比較的下部に、排気孔を設け圧空空間から任意に排気する
ようにした。圧空ボックスはアルミ製で圧空面の寸法は１７０×１７０ｍｍであっ た。
２）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；実施例２と同様に約９５℃に予熱した。
圧空ボックス多孔板設定温度；３５０℃
成形型設定表面温度；発熱体層の制御により１７５℃に設定
成形型／賦形体界面の到達最高点温度； １８０℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気；３５０℃、元圧０．４ＭＰａ
圧空真空圧空賦形； ４秒、 圧空圧０．２ＭＰａ、
圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気の排気がなされながら賦形と賦 形体の昇温が行われた。
冷却手段の空気ブロウ時間 ；６秒
離型時に表面（界面）温度は１３０℃に低下した、その後数秒で元の設定温 度に回復した。なお冷却は加熱層通電のまま行った。
３）成形結果 ；
得られた成形品は良好な形状、透明で且つ均一なものであった。耐熱性は実施例２と同様のテストで、１５０℃で変形、目立った収縮はなく優れたものであった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
【実施例４】
【００３４】
成形型を変更した他は、実施例２と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は実施例１の２）のもの、すなわち表面層自体が発熱機能を有する成形型２個を実施例２と同様の固定板に固定し同様に収納ボックスにし収容したものを使用した。
１）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；約９５℃
圧空ボックス多孔板表面温度；約３５℃
成形型設定表面温度；１８０℃
成形型／賦形体界面の到達最高点温度；１８０℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気；約２５℃、０．４ＭＰａ
圧空真空圧空賦形；４秒、 ０．２ＭＰａ 同時に真空作動
冷却手段の空気ブロウ時間；５秒（冷却時は表面加熱通電は停止）
２）成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
【実施例５】
【００３５】
成形型を変更した他は、実施例３と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は、実施例１の３）のもの、すなわち表面層の背後に温度均一化機能を有する成形型２個を加熱ヒーターを内蔵する固定板に固定し収納ボックスにし収容したものを使用した。
１）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；約９５℃
圧空ボックス多孔板表面温度；４００℃
成形型設定表面温度；１６０℃
成形型／賦形体界面の到達最高点温度；１８２℃
圧空ボックスへの外部からの導入空気；４００℃ ０．４ＭＰａ
圧空真空圧空賦形；４秒 ０．２ＭＰａ
冷却手段の空気ブロウ時間；４秒
２）成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
【実施例６】
【００３６】
成形型を変更した他は、実施例３と同じ成形装置と同じ成形材料を用いて熱成形を行った。成形型は、実施例１の４）のもの、すなわち表面層自体が温度均一化機能を有する成形型２個を実施例２と同様の加熱機構を有しない固定板に固定し同様に収納ボックスにし収容したものを使用した。
１）成形方法と成形条件
樹脂シートの予熱；約９５℃
圧空ボックス多孔板表面温度；４００℃
成形型設定表面温度；１７５ （熱媒通路への通油により加熱）
（表面のどの部分も殆ど温度差なく設定できることを確認した。）
成形型／賦形体界面の到達最高点温度；１８３
圧空ボックスへの外部からの導入空気；４００℃ ０．４ＭＰａ
圧空真空圧空賦形；４秒 ０．２ＭＰａ
冷却手段の空気ブロウ時間；６秒
２）成形結果
透明で均一性の高い外観の成形品が得られた。そして高速成形ができることがわかった。なお、短尺シートによる、連続繰り返しテストでも、成形品のエッジのエッジ部分の亀裂や白化、あるいは肌理低下部分の発生がなく均一な成形品を安定に高速で成形できることがわかった。
（比較例１）
【００３７】
実施例２と同じ装置で、成形型のみ公知の通常用いられるものを装着し、実施例２と同じ成形材料シートを使用して以下のテストを行った。成形型は、一般的に用いられるアルミニウム材Ａ５０５２製の単純構成のものを、カートリッジヒーターを装着した固定板に固定して使用した。なお、Ａ５０５２のｂ値は１７．４であり、本発明に用いる成形型の表面層形成に適さないものである。
１）成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱； 予熱オーブンで約９５℃に予熱
真空圧空賦形； ０．４ＭＰａ、３秒 常温気体による圧空と同時に成形型側 の真空引きも作動させた。なお、圧空空間は閉鎖されており、実質的に賦 形後の空気ブロウは行われていない。
成形型設定表面温度；１８５℃ （固定板温度調整により）
成形型／賦形体界面の熱処理温度；１７５℃
賦形の瞬間に、成型型表面温度（界面温度）は約１０℃低下し、熱処理温度は約 １７５℃となった。
冷却手段作動時間；２０秒
離型時の成型型表面温度（界面温度）は大約１５５℃であった。
２）テストの結果；
冷却ブロウ時間を２０秒として、一応の形状を保って離型できたが、十分に精密なものではなかった。
更にこの方法は、長い冷却時間とともに、離型後の上記表面温度の予熱温度への回帰に少なくとも１０秒程度の時間を要し、高速の連続成形に適し難いことがわかった。
（比較例２）
【００３８】
実施例３と同じ成形装置で、比較例１同じ成形型を使用し、実施例１と同じ成形材料シートを使用して以下のテストを行った。成形型は、アルミニウム単体のものを固定板に固定して使用した。
１）成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱；予熱オーブンで約９５℃に予熱。
成形型表面温度；固定板温度の設定調整により、１５５℃に予熱してテストした。
加熱板への導入空気； 温度４００℃、元圧０．４ＭＰａ
真空圧空賦形；０．２ＭＰａ、６秒
（但し成形型側の真空引きも同時作動）
圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気を一部排気しながら賦形と賦形体の昇温 を行った。
成形型／賦形体界面の到達最高点温度；成形型表面（界面）温度の降下はなく、約 １０℃上昇し約１７０℃になった。
冷却手段作動；空気ブロウを２０秒作動させて離型、
２）テストの結果；
成形品は、２０秒という長時間冷却ブロウで、一応の形状を保持して離型できたが、十分に精密なものではなかった。
なお、離型後の上記表面温度の設定予熱温度への回帰も少なくとも１０秒程度の時間を要し、この装置構成は高速の連続成形に適し難いことがわかった。
（比較例３）
【００３９】
実施例３と同じ装置で、成形型のみ変更し、同じ成形材料を使用し、成形テストを行った。成形型は、ウレタン樹脂発泡体(三洋化成製、サンモジュール３３)から切削加工により製作した公知の単純構成ものを、加熱ヒーターを内蔵するアルミニウム製固定板に固定して使用した。 なお、型材のｂ値 は、０．７で、本発明に用いる成形型の表面形成の素材としての制約を満たすものである。
１）成形方法と成型条件
樹脂シートの予熱； 予熱オーブンで約９５℃に予熱
成形型表面予熱温度；７５℃ 、但し上記の固定板による加熱と同時に約温度 不均一甚だしい。
３００℃の熱風ブロウによりこの温度に予熱した。
加熱板への導入空気温度； ４００℃
真空圧空賦形；０．２ＭＰａ、８秒、（成形型側の真空引きも同時に作動）、 圧空空間は完全閉鎖でなく、高温圧空空気の排気がなされながら賦形と 賦形体の昇温が行われた。
成形型表面（界面）温度の降下はなく、１８３℃に上昇した。
冷却手段作動；空気ブロウを５秒作動させて離型、
離型時の成形型表面（界面）温度は１１３℃であった。
２）テストの結果；
成形型の背後体加熱の方法では、又部位による温度差は数１０℃に及び、また必要な表面温度に達せしなかった。成形テストは、実用的ではないが、熱風で補助的に予熱して行った。最初に得られた成形品は、良好で耐熱性もあった。この装置構成では、冷却は非常に容易であるが、大幅な昇温のために過酷な加熱条件設定が必要であった。そのため繰り返しテストを行うと、成形型表面層の部位による温度ムラが次第に大きくなり、遂についには、エッジ部などが過熱で亀裂を生ずるなど成形に支障
を来し下した。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
＜本成形装置を用いる効用＞
本発明の機構の成形型を用いる熱成形には下記のような効用がある。
（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）結晶性樹脂の延伸シート、例えば延伸ＰＥＴシート材を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、剛性を利用し既存成形製品の省材料ができる効用は大きい。
（３）変動温度の測定結果を反映させ、加熱条件及び冷却条件を調整または制御することにより、最適製品、最短サイクルを容易に実現でき、安定な制御を行うことができる。また、短時間に安定生産条件に移行することができる。
（４）均一な成形品、多数個成形ではバラツキの少ない成形品を効率良く生産することができる。
（５）広範囲種類の成形型あるいは成形材料を選んで成形に利用することができる。
（６）エネルギー消費を節約した生産を行うことができる。
（７）なお、本発明の装置は結晶性樹脂の延伸シート以外の材料、例えば延伸されていない材料、例えばＣＰＥＴ材料など広範囲に応用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
２０ 成形型組み付け構成
３０ 加熱手段（加熱圧空ボックス）
３１ 圧空ボックス本体（加熱気体用）
３２ 加熱ヒーター
３３ 加熱圧縮気体の導入路
３４ 分岐空間
３５ 気体送出孔
３６ 気体送出面（赤外線放射面）
４０ 冷却手段（各方式）
４１ 圧縮気体導入路
４２ 導入空間
４３ 噴射孔又は噴射ノズル
４４ 導管又は函体
４５ 固定フレーム
４６ 通気空間（配管間間隙）
５０ 成形型（背後に均一化層）
５１ 表面層
５２ 蓄熱均一化層
５３ 真空排気孔
５４ 排気通路
５５ 背後体
６０ 成形型（背後に発熱層）
６１ 表面層
６２ 背後体
６３ 真空排気孔
６４ 排気通路
６５ 発熱層
６６ リード電線
７０ 成形型（表面層が発熱機能）
７１ 発熱表面層
７２ 背後体
７３ 真空排気孔
７４ 排気通路
７６ リード電線
８０ 成形型（背後に均一化層）
８１ 表面層
８２ 温度均一化層
８３ 真空排気孔
８４ 排気通路
８５ 熱媒オイル通路
８６ 背後層（背後体）
８７ 成形型固定板
９０ 成形型（表面層が均一化機能）
９１ 自己温度均一化表面層
９２ 背後層（背後体）
９３ 真空排気孔
９４ 排気通路
９５ 加熱オイル通路
９６ 固定板
９７ 成形型収納ボックス
１１０ 熱可塑性樹脂シートの賦形体（全体）
Ａ 冷却媒体（圧縮気体等） ＨＡ 加熱圧縮空気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を噴射するか又は赤外線を照射する手段により、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方を行うように構成された熱成形装置において、成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有する構成のものを用いる熱可塑性樹脂シートの成形装置。
【請求項２】
成形型に固定されている樹脂シートの賦形体を、加熱気体を噴射するかまたは赤外線を照射する手段により加熱して後、冷却用熱媒体を噴射による手段により冷却を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接した発熱手段によりこの表面層を定常的に加熱するように構成したものであ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】
上記成形型が、上記表面層自体が発熱するように構成したものであること特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の成形装置。
【請求項５】
上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が上記表面のそれより大きい材料からなる蓄熱均一化層を設け、更にその背後に熱浸透率が上記の蓄熱均一化層のそれより小さい材料により背後体を設けるように構成したものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成形装置。
【請求項６】
上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接し、その展開面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい材料により温度均一化層を形成させたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の成形装置。
【請求項７】
上記成形型が、表面層を、その厚み方向の熱浸透率が上記所定の値を有し、更に平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい値を有する材料により形成したものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の成形装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の樹脂シート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と、賦形工程と、賦形体を樹脂シート予熱温度以上の高温に昇温する熱処理工程と、そして冷却工程を遂行する熱可塑性樹脂シートの成形方法。
【請求項１】
熱媒体を噴射するか又は赤外線を照射する手段により、成形型に固定されている樹脂シートの賦形体の加熱と冷却の少なくとも一方を行うように構成された熱成形装置において、成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料によりなる表面層と、この層の全展開面に広がる発熱手段又はこの層の展開面方向の熱移動を促進する手段を有する構成のものを用いる熱可塑性樹脂シートの成形装置。
【請求項２】
成形型に固定されている樹脂シートの賦形体を、加熱気体を噴射するかまたは赤外線を照射する手段により加熱して後、冷却用熱媒体を噴射による手段により冷却を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接した発熱手段によりこの表面層を定常的に加熱するように構成したものであ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】
上記成形型が、上記表面層自体が発熱するように構成したものであること特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の成形装置。
【請求項５】
上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接して、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が上記表面のそれより大きい材料からなる蓄熱均一化層を設け、更にその背後に熱浸透率が上記の蓄熱均一化層のそれより小さい材料により背後体を設けるように構成したものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成形装置。
【請求項６】
上記成形型が、上記表面層の背後の略全面に密接し、その展開面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい材料により温度均一化層を形成させたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の成形装置。
【請求項７】
上記成形型が、表面層を、その厚み方向の熱浸透率が上記所定の値を有し、更に平面の少なくとも一方向の熱浸透率が厚み方向のそれより大きい値を有する材料により形成したものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の成形装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の樹脂シート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と、賦形工程と、賦形体を樹脂シート予熱温度以上の高温に昇温する熱処理工程と、そして冷却工程を遂行する熱可塑性樹脂シートの成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２８０４８（Ｐ２０１３−２８０４８Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５０６９（Ｐ２０１１−１６５０６９）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（５０００４４７５５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（５０００４４７５５）
【Ｆターム（参考）】
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