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】
樹脂シートの加熱板による圧空成形を行う熱可塑性樹脂シートの熱成形装置において、加熱板として、１）圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを片面に設けた複数の孔から圧空空間に送出し、２）この圧空空間に送出された気体を同加熱板の上記同面に別に設けた複数の孔から吸収し外部へ排出するように構成したものを用いる。
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】
樹脂シートの加熱板による圧空成形を行う熱可塑性樹脂シートの熱成形装置において、加熱板として、１）圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを片面に設けた複数の孔から圧空空間に送出し、２）この圧空空間に送出された気体を同加熱板の上記同面に別に設けた複数の孔から吸収し外部へ排出するように構成したものを用いる。
【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、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熱媒を変更したり、あるいは賦形体を別に温度調整した金型へ移しかえたりすることが行われる。しかしこのような方法では所望の熱処理を行った成形品を高速で連続的に効率よく製造することはできない。
【０００３】
特別な加熱あるいは冷却を必要とする具体的な熱成形方法として、（１）特公昭５６−７８５５号はポリエステルシートを１軸延伸配向させて加熱収縮させたシートを用いて熱成形する方法で、成形時に熱風を用いるなどにより熱固定する方法が開示されているが、熱処理に非常に長い時間がかかっており実用的ではない。また、（２）特公平５−４５４１２号では、特定条件で２軸延伸し熱収縮させたシートを用いて熱成形と熱処理を行う方法が開示されている．ここでは、加熱型へ移し替える方法、熱風、熱水、赤外線になどよる加熱法が提案されているが、具体的には記載されておらず、単純にこれらを実行してもその効果はなく、またあったとしても高速で効率のよい実用的な方法とはならない。（３）特公昭６０−０３１６５１号も特定のポリエステル延伸シートを熱成形し熱処理する方法で、加熱された金型で成形することは示されているが、金型あるいは成形品を冷却して離型することについては触れられていない。しかし、このような材料の熱処理成形には成形体を少なくとも熱処理温度より低い温度に冷却して離型することが望ましいが、知られた方法でこれを行うとすれば、金型自体を電熱ヒーターで予め加熱しておいて成形直後に金型のジャケットに通水して冷却する方法、あるいは金型マニホールドに高温熱媒、低温熱媒を交互に通ずる方法などが考えられる。しかしこうした方法では高速で連続成形を行うことはできない。また（４）特許２５３２７３０号では、非延伸の結晶性ＰＥＴシートを加熱された雌型で成形しこれを低温の雌型に移して冷却し離型する方法が示されているが、金型移行に際しては、成形品の変形、位置ずれ、シワの発生が問題となり、またそのような操作ができる特殊な専用成形装置をつくる必要がある。
また（５）特公平７−１０２６０８号は、高温の雌型で成形し、これに嵌合する低温の雄型に引き取って冷却し離型する方法を示しているが、これも金型移行の方法と云ってよく（４）同様に成形の変形やシワが問題となり、又オフセットやアンダーカットのある成形品には適用し難い。またこうした例とは別に、（４）（５）のようないわゆるＣＰＥＴの成形では最初から高温の金型で成形すると、金型面で成形材料の滑りが悪いため波や凹凸などの不均一模様が出やすいというような問題もあり、これを避けるために最初低温金型で成形し高温金型に移行するプロセスも知られているが、これもやはり煩雑である。
また（６）特許４０４４８７６号の開示は、シート予熱時にサグ（加熱時のシートの垂れ下がり）が問題となりやすい樹脂材料の熱成形に関するもので、このような材料では通常、多孔の加熱板に材料シートを短時間吸着させて後、そこから離して賦形がなされる。この方法の場合は、熱板吸着時の傷あとなどを回避しようとするもので、加温された弱い空気の圧力でシートを下支えしながら加熱し、次いで熱板を通過させた空気で追加予熱しながら圧空成形するもので、賦形後に予熱温度以上の温度で熱処理することも、積極的に冷却して離型することも必要ではなく、これを行う示唆もされていない。なお、本発明の装置で成形する延伸シートは予熱に収縮作用を起こすのでシートを固定してこれを行えば緊張状態となりサグの問題は発生せず、引例の作用機構は必要としない。
また（７） 特許４０５７４８７号の開示する方法は、結晶性樹脂の熱成形に関し、加熱板に接触させて予熱されたシートを、熱板を通過する高温空気と成形金型にて圧空賦形し、次いで別に準備した冷却空気噴射の手段を運び込んで冷却するものであるが、この加熱板はシート予熱適温に調整されており、背後から加熱された空気が供給されて加熱圧空がなされる。この場合、加熱気体は加熱板中を通る導管内で冷やされ、また熱処理には非常な高温度気体を通す必要があの、その場合加熱板温度を局部的にして不均一にし、また材料シートを局部的に過熱し良好な成形に支障きたしやすい。また、開示された冷却手段では広い面積を均一に。効率的に冷却できない。また高温気体からの熱は容易に金型に逸散して短時間に容易にシートを高温にできず、高速成形ができない。
なお、（８）本発明の発明者（以下本発明者と称する）は本発明に関わりのある少なくとも８件の先行出願を行っている。これらに関しては、本文中の関連箇所で適宜紹介して説明することとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５６−７８５５号公報
【特許文献２】特公平５−４５４１２号公報
【特許文献３】特公昭６０−０３１６５１号公報
【特許文献４】特許２５３２７３０号公報
【特許文献５】特公平７−１０２６０８号公報
【特許文献６】特許４０４４８７６号公報
【特許文献７】特許４０５７４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。その主、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）樹脂シートの加熱板による圧空成形を行う熱成形装置において、加熱板として、１）圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを片面に設けた複数の孔から圧空空間に送出しながら、２）同時並行で、この圧空空間に送出された気体を同加熱板の上記同面に別に設けた複数の孔から吸収し外部へ排出するように構成したものを用いる熱可塑性樹脂シートの成形装置。
なお、本発明においては、「賦形」ならびに「賦形工程」は成形工程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離型前の成形品を示すものとする。また圧空成形は圧空工程を含む成形方法を示し、圧空賦形は全成形工程の中の賦形工程の方法を示すものとする。なお、圧空は気体圧を付与すること意味するものとする。
【０００７】
（２）上記加熱板が、加熱温調手段を保有し、加熱板表面に樹脂シートを吸着又は押圧して予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）に記載の成形装置を提供するものである。
【０００８】
（３）冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記加熱板の成形型からの離反後に、成形型の上部に対してこの冷却手段を進行させるか、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体を冷却するように構成したことを特徴とする上記（１）又は（２）の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
【０００９】
（４）上記冷却手段が、冷却用気体の噴射ノズルと噴射された気体を整流して側面方向に排気する通路を備えた構成したものであることを特徴とする上記（１）から（３）の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、ここでいう通路は、固体物体により区画されたものであってもよく、また冷却噴射とは別の流体噴射により形成されたものであってもよい。
なお、上記冷却手段において、上記通路を通ずる排気を吸引して排気を促進する手段を備えたものであることは好ましい。
【００１０】
（５）成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることを特徴とする上記（１）から（４）の何れかに記載の熱成形装置を提供するものである。
なお、ここでいう成形用表面の定義には、成形用表面に塗布される潤滑、離型等のための塗布剤、５０μm以下の塗料あるいはメッキは除外される。
この成形型の具体的な構成として上記の材料で単体構成されていてもよい
が、１）上記所定材料による表面層と、表面層のそれより大きな熱浸透率を有する材料により表面層に密接した背後層を設けけた構成であることが好ましく、また更に２）表面層の背後に略全面に密接して加熱手段を設けるか又は上記の背後体に加熱手段を設けた構成であることが好ましい。
なおこの場合、表面層形成材料の熱浸透率は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い。
なお、上記の成形型として、成形用表面層とこの表面層を背後から定常的に且つ均一に加熱温調する手段から構成されたものを用いることは好ましい。
【００１１】
（６）上記（１）から（５）のいずれかに記載の成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、このシートの予熱温度以上の高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の成形装置を用いる熱成形には下記のような効用がある。
１）本発明の装置は、樹脂シートを予熱賦形し離型するまでの過程において樹脂シートの予熱温度を大幅に上回る高温で熱処理し、次いで冷却して離型するプロセスを非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
２）特に本発明の構成に上記の加熱板を用いることにより、高温気体の噴射の継続とその制御を容易にしてくれる。その結果、ａ）賦形体の強力で均一な加熱昇温ができ、熱処理時間の短縮ができる。ｂ）強力な加熱昇温ができるので、成形型の温度設定を低くすることができ、冷却時間を短縮することができる。ｃ）強力な加熱昇温ができるので成形型構成の設計自由度が大きくなり、耐久性のある低価格の成形型を製作できる。
３）上記のような特定の成形型を用いることにより、賦形体の加熱冷却を伴う成形を高速で効率行うことができる。そして、応用できる成形材料対象を広げることができ、エネルギー消費を節約した生産を行うことができる。
４）広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能となった。
具体的な用途を挙げると、ａ）ＰＥＴ等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、ｂ）結晶核剤添加ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたｃ）ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。
特に、延伸ＰＥＴでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の成形装置の構成例の主要部を示す断面図である。
【図２】公知の加熱板を示す断面図である。
【図３】公知の別の加熱板を示す断面図である。
【図４】本発明の成形装置構成に用いる加熱板例の詳細を示す断面図である。
【図５】本発明の装置構成に用いる図４に示す加熱板の平面図である。
【図６】本発明の成形装置の特別な構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の成形装置を構成する冷却手段の例を示す断面図である。
【図８】本発明の成形装置の成形型の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜成形装置の全体構成＞
本発明の成形装置は、熱成形機である真空成型機、圧空成形機若しくは真空圧空成形機を構成するものである。真空賦形機能を持たない圧空成形機等の場合は、少なくとも冷却工程で、賦形体を成形型へ吸引固定する機構を付加して構成させることが好ましい。本発明の装置を用いる成形方法では、成形材料である樹脂シートの予熱は、通常は加熱板に接触させる直接加熱法にて行われる。しかし特別な方法として、加熱オーブン等を利用する間接加熱法を利用してもよい。
本発明の装置構成に用いる加熱板は、１）圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを片面に設けた複数の孔から圧空空間に送出し、２）この圧空空間に送出された気体を同加熱板の上記同面に別に設けた複数の孔から吸収し外部へ排出するように構成する。このような構成にすることにより、送出気体の流れ継続させて賦形体を加熱あるいは冷却することができ、特に効率的に加熱昇温することができる。
なお、加熱板は、賦形手段として圧空賦形、真空圧空賦形に利用されるが、賦形の手段としては真空賦形を利用してもよい。真空賦形の場合には、真空賦形の後に加熱板による圧空を行えばよく、この場合の圧空は高温気体の噴射による賦形体の加熱昇温のため利用されることになる。加熱板の詳細については、＜加熱板について＞の欄で説明する。
装置構成の例として、上記加熱板をプレス機の天板に固定し、その直下の底板には成形型を固定し、天板と底板の少なくとも何れかを上下可動にして、加熱板手段と成形型の接合離反を可能にする。
そして、冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記加熱板の成形型からの離反後に、賦形体を保持した成形型の上部に対してこの冷却手段を進行させるか、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体の冷却工程を実施できるようする。なお、本発明の装置構成の特別な態様としてはおいては、特別な冷却手段を配置せず、加熱板の２種類の多孔群のどちらか一方を利用して冷却媒体の噴射にも利用することもできる。
成形用の樹脂シートは、予熱され、賦形され、熱処理され、接近してきた冷却手段により冷却され、離型される。成型終了後には、冷却手段又は成形型は最初の位置に復帰しているようにする。
なお、本発明の構成においては、賦形体の熱処理を可能にする条件設定が可能であることが必要であり、それはａ）賦形体へ向けて送出される高温気体による方法、ｂ）賦形体へ向けて放射される赤外線による方法、ｃ）加熱温調された成形型による方法により行われる。本発明においては、熱処理昇温はａ）の方法のみにより行ってもよく、ｂ）あるいはｃ）の方法と合わせて行ってもよい。 a）については＜加熱板について＞の欄で詳述する。b）については、加熱板面を赤外線放射効率を高めるように構成し、さらに後述の特別な態様として実施できる。c）の成形型については＜成形型についての欄＞で詳述する。
【００１５】
上記の成形装置の構成例を図１に示す。この例は、プレス機底板上に成形型構成６０が、プレス機天板に加熱板２０が固定され、成形型近辺に冷却手段４０が水平移動可能に配置された構成である。なお１００は成形材料の樹脂シートである。プレス機、予熱手段、高温圧縮気体生成装置は、図から省かれている。本図における加熱板２０は、低温送排気本体（送気機能は必須ではない）２１、高温送気本体３１、そして接触予熱面（気体送出面）２６から構成され、２６は樹脂シートの予熱適正温度に調整される。
この構成を利用する最も簡易な操作設定は、予熱温度に設定した接触予熱面（気体送出面）２６で樹脂シートを予熱し、次いで３５の断熱送気管を通して高温気体を送出して、圧空賦形と熱処理昇温を行う操作である。このとき気体送排出孔２５を通して圧空空間の気体を取り込み外部へ排気することにより継続して効率的に熱処理昇温を行うことができる。
もう一つの操作設定として、最初は気体送排出孔２５から低温の圧縮気体を送出して低温の圧空賦形を行い、次いでこの２５を通して圧空空間の気体を取り込み外部へ排気しながら、３５の送気管を通して高温圧縮気体を圧空空間に送出して、熱処理昇温を行うこともできる。
この加熱板は、操作の自由度が高くこの他にも様々な条件設定が可能である。
本図ではバルブ等は省略されているが、それぞれの送気あるいは排気は任意の時点で任意な量を制御して行うことができる。成形型構成６０、及び却手段４０は後述する任意のものを用いることができる。加熱板の詳細については＜加熱板について＞の欄で説明する。
【００１６】
なお、加熱板手段あるいは成形型の移動は、必ずしも垂直な上下動でなくてもよく、それぞれ任意に斜め方向から接合して離反してもよく、また特定の軌道で接合して離反してもよい。なお、賦形手段と成形型の位置関係は相対的なものであり、賦形手段の上昇は成形型の降下と同義であって成形型を降下させてもよく、また両者を倒置して賦形手段を下に成形型上に倒置させてもよい。また、特異な態様として、プレス機を横転させてもよく、重量の大きい成形型等を、軽快に開閉でき好ましい方式として利用できる。何れも本発明に含まれる。
なお、上記のように冷却手段を成形型上部に移動する代わりに、成形型を冷却手段の下部に移動させてもよい。その場合、賦形体を含む成形型を移動させてもよく、加熱板と成形型を保持したプレス機を移動させてもよい。
なお、本発明を構成する熱成形機は、短尺の材料シートを一枚ずつ成形する枚葉成形機であってもよく、また長尺の材料シートを順次成形する連続成形機
でもよい。しかし、後者であることが特に好ましく、本発明の特徴を発揮して高速で効率的な繰り返し成形を可能にする。
【００１７】
本発明のこのような構成は、本発明者を発明者とする先行出願、特願２０１０−１１８５５５、特願２０１０−１１８４９０、特願２０１０−１１８４８９、特願２０１０−１１８５６２、特願２０１１−４１２９４、特願２０１１−１６５０６７、特願２０１１−１６５０６８、特願２０１１−１６５０６９
等を更に改良して、製品品質を向上させ、生産性を向上させ、応用分野を拡大するために成されたものである。そして又、それらの具体的な形態を提示するためになされたものである。
【００１８】
＜加熱板について＞
公知の通常用いられる加熱板は、通常樹脂シートに直接に接触してこれを予熱し、その位置で、外部から常温圧縮気体を導入して圧空成形を行うように構成されており、通常は圧空気体を特定の温度に加熱する構成にはなっていない。その代表的なものは図２に示すようなもので、加熱板２０は、低温送排気本体２１、加熱ヒーター２２、圧縮気体の導入管２３、分配気体通路２４、気体送排出孔２５、接触予熱面（兼気体送排出面）２６からなっている。加熱ヒーター２２は接触予熱面（兼気体送出面）２６の温度調整のためにある。このような加熱板は、オーブン等の間接加熱でヒートサグ（垂れ下がり）等が問題となる材料に対して、樹脂シートを吸着して予熱するために使われる。この加熱板では、通常は気体加熱目的を持った内部機構となっておらず、予熱温度にも届かない低い温度の圧空成形が行われる。また、予熱適正温度以外の温度設定はできず、高温気体を導入しても予熱面温度の不均化等の不都合が発生し、任意の高温度の圧空成形ができない。
上記と別の公知のやや特殊なものを図３に示す。これは、特許４０５７４８７号に開示されているもので、加熱板で樹脂シートの直接予熱も行い、また外部から導入した高温圧縮気体による圧空成形も行うものである。ここでは、加熱板２０は、低温気体送気本体２１、加熱ヒーター２２、圧縮気体の導入管２
３、気体分配通路２４、気体送出孔２５、気体送出面（接触予熱面）２６から成っている。この加熱板では、樹脂シートは気体送出面（接触予熱面）２６に接して予熱され、次いで外部から導入した高温圧縮気体により圧空成形される。
この加熱板では、外部から導入した高温圧縮気体によりその送出孔付近で温度不均一になり樹脂シートに予熱ムラを招いたり、これを避けよう孔を大きくすれば開口部のマークをつけたりしてしまう。そしてなにより、圧空による閉鎖空間が生まれて送気が停止し、継続的に効果的に賦形体の昇温を行うことができないという問題がある。
これらに対して、本発明に用いる加熱板は、１）加熱圧縮気体を導入又は生成し、これを一面に設けた複数の孔から分配して送出しながら、同時並行で、２）上記の送出気体を上記の一面の別の複数の孔から内部へ収容し外部へ排出するように構成する。このようにすることにより、圧空空間から気体を外部に排気しながら、高温気体を送出することにより継続して効率的に熱処理昇温を行うことができ、又様々の操作設定、条件設定が可能にすることができる。
【００１９】
本発明を構成する上記の加熱板の具体例を図４及び５に示す。これらの図は、図１の一部として示した加熱板を更に詳細に示したもので、図４は断面図で、図５はその断面図の下面を示す平面図である。ここでは、加熱板２０は、低温送排気本体（送気機能は使わないこともある）２１と高温圧縮気体の送気本体３１からなり、加熱ヒーター２２は接触予熱面（気体送排出面）２６を加熱温調し、加熱ヒーター３２は送気本体３１を高温加熱して導入される高温圧縮気体を補助的に加熱する。高温圧縮気体導入管３３を通して気体分配空間３４まで導入された高温圧縮気体は、送気断熱管３５を通過し気体送出孔３８から送出されて、樹脂シート１００の圧空賦形及び熱処理昇温を行う。圧空賦形及び熱処理昇温に利用された高温気体は、気体送排出孔（兼真空吸引孔）２５を通して気体通路空間２４に収容され、排気管（常温圧縮気体の導入管ととして利用することもある）２３から外部に排気される。送気断熱管３５はセラミックス等の断熱性と耐熱性ある材料で形成され、更に断熱空間３５ｂを設け接触予熱面（気体送排出面）２６への温度影響をできるだけ排除している。断熱材２７及び断熱材３７は、それぞれ他の部分へのあるいは他の部分からの温度影響を排除するためのものである。
なお、このような加熱板は下記のように細部の態様を変更して利用することもできる。
１）外部から常温の圧縮気体を導入して高温送気本体３１の内部で圧縮気体を高温に加熱してもよく好ましい構成として利用できる。その場合は加熱ヒーターの容量を大きくし、内部空間を細分化して空気との接触面積を大きくすればよい。
２）常温圧縮気体を低温送排気本体２１に導入し、気体送排出孔２５から送気して低温の圧空賦形を行い、その後に上記のように、気体送排出孔２５を経由して排気をおこないながら、送気孔３８から高温気体を送出して賦形体の熱処理昇温を行うようにしてもよい。薄肉材料など熱に敏感な材料の成形に好ましく利用できる。
３）上記の図の加熱板による賦形と熱処理の後、排気管２３に繋がる操作バルブ（図では省略）を切り替え、非加熱の圧縮気体を導入して、送排出孔２５から噴出させることにより賦形体の冷却工程を行うこともできる。この場合圧空空間からの排気のために、加熱板を少し浮上させてもよいが、導管３３に繋がる操作バルブ（図では省略）を切り替え、気体送出孔３８から吸気して排気できるようにする事は好ましく、またその導管３３に繋がる吸引排気装置を設けることは更に好ましい。予熱温度に調整された排気本体２１により導入気体が多少昇温することがあっても強力な冷却を必要としない分野では十分である。
４）上記の図の加熱板にでは、低温送排気本体２１の孔群２５からの吸気を通路２４に集めて側面に排気しているが、孔群２５からの吸気を細管あるいは集合管で送気体３１の背後まで貫通せて排気できるように構成してもよく、本発明の構成を損なうものではない。
５）上記の図の加熱板において、基本構造をそのままにして上部の高温送気本体３１と下部の低温送排気本体２１の機能を交換して、すなわち上部を低温送排気本体２１とし、下部を高温送気本体３１としてもよい。なお、加熱気体は外部から導入してもよく、加熱板本体内部で生成してもよい。この場合、加熱気体温度が樹脂シート予熱面への温度影響を少なくする別途の工夫は可能である。また加熱気体温度を予熱面温度と大きく変わらない温度に制限しても、その温度の気体による圧空には一定の利便効果がある。さらに、樹脂シートの予熱には、この加熱板を利用しないようにすれば、気体温度設定は自在である。この具体的方法は後述する。
６）本発明の加熱板は、これに樹脂シートをこれに接触させて予熱を行うが、これを行わず、予熱のみを間接加熱など他の手段に委ねてもよい。これについては特別な態様でもあり次の欄で詳述する。
【００２０】
図６に上記６）の具体例を示す。２０の加熱板は図１で示したものとほぼ同じ構造である。また、６０の成形型構成は、図８で示した成形型を、収納ボックス６７に収納したものである。６７の収納ボックスは、高さを成形型上面より高くしたものとなっている。本図は樹脂シート１００が、別の場所で予熱されてこの位置に運ばれ、更に成形型側からの真空引きが圧空賦形に先行して行われている状態を示している。
本図のような構成と操作を行えば、樹脂シートの主要部を加熱板の接触予熱面に接触せることなく圧空賦形と熱処理を行うことができる。従って加熱板の送出面はどのような温度になってもよく、送出気体の温度が影響して困ることはなく、任意の温度の高温気体を内部生成して送出することができる。
なお、上記５）のように高温送気本体３１と低温送排気本体２１の機能を交換して構成しても問題はない。
【００２１】
なお、熱処理昇温のために導入し圧空送出される加熱気体の温度は、樹脂シートの予熱温度より遙かに高いことが望ましく、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シートの予熱には熱板予熱は９０〜１００℃程度が適正であるが、これに対してノズル３５からの気体温度は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、この噴射気体の温度がこれ以下では迅速な昇温ができず、熱固定に必要な１５０〜１８０℃に容易に到達しない。
なお、高温圧縮気体は、空気、窒素、二酸化炭素などを圧縮しさらに別の装置で加熱したものが利用される。なわこれらに水分を含んだ乾燥過熱蒸も好ましく利用できる。
【００２２】
＜冷却手段について＞
本発明の上記冷却手段は、上記成形型の周辺に駐在し、成形型又は成形型群の略全上面を覆う大きさと形状を有し、加熱板の上昇離反後に成形型の上部に対して進行して賦形体を冷却し、そして退行するように構成させればよい。用いる冷却手段は冷却用熱媒体を噴射して賦形体を冷却できる機構のものはどのようなものも利用できる。
例えば、特許４０５７４８７号公報に開示されているような、函体に多数の開孔を設け、この函体に導入した冷却用気体を噴出させるようにした構造のものも利用できる。
しかしながら、公知の冷却手段では、狭い空間を気体の噴射で、短時間に大きな面積を均一にかつ強力に冷却するには困難があった。こうしたことから、冷却手段は、冷却用気体の噴射ノズルと噴射された気体を整流して側面方向に排気する通路を備えた構成したものであることが好ましい。なお、ここでいう通路は、固体物体により区画されたものであってもよく、また冷却噴射とは別の流体噴射により形成されたものであってもよい。
なお、上記冷却手段において、上記通路を通ずる排気を吸引して排気を促進する手段を備えたものであることは好ましい。
【００２３】
上記の冷却手段の具体的例を図７に依り説明する。本例の冷却手段４０では、圧縮気体は導入路４２から導入され、４３のノズルから噴射され、賦形体１１０を冷却し反射される。反射された気体は４４の気流ガイド面にガイドされ、垂直通路４５に導かれ、更に水平通路４６を通じて排気される。
このままの構成でも均一で効率のよい冷却ができる。しかしながらに、更に水平通路の片端から内部に向けて、あるいは中央から外部に向けて、強力な直進気流を噴射するノズルを配すれば、上記の反射気体を垂直通路４５から吸引して排気を促進することができる。この噴射ノズルは、排気を促進する手段の1つであり、別の方法として例えば排気を真空ポンプあるいは真空ブロウアーなどを利用してもよい。
なお、本例に限らず本発明に用いられる冷却媒体としては、水やアルコール等の揮発性液体、空気、窒素、二酸化炭素などの圧縮された気体（場合によっては液体）を単独、あるいは併用して用いることができる。揮発性液体の場合は、単独で噴霧してもよく、噴射前の気体中へ噴霧するなどしてもよい。冷却用気体は通常温度のものでもよいが、冷却したものも好ましく利用でき、ドライアイス粒塊を潜らせ冷却した気体噴射、あるいはドライアイスの粉粒の混合した気体噴射も好ましい。
なお、本発明に用いる冷却手段の別の特別態様として、気体噴射手段に加え、更に揮発性液体を噴霧する手段を備えた構成にすることは好ましい。揮発性液体の噴霧により、液体の比熱と蒸発潜熱により効果的に冷却を行うことが可能となる。
【００２４】
ここで噴射気体を整流して側面方向に排気する通路について補足説明する。
広い面積にある多数の噴射ノズルから噴射され、賦形体面で反射された後に後続の噴射気体と衝突し、あるいは他部分の気体の通路を閉鎖し、均一且つ効果的な冷却を阻害してしまうので、噴射気体を整流して側面方向に排気する排気通路つくることは有用である。この通路は反射気流をガイドしあるいは防御する物体により形成させることができ、あるいは強力な直線状の噴射気体流によって形成させることができる。より具体的には、１）ノズル先端より背後に引き込んで側面方向に逃がす通路をつくる方法、２）ノズル先端と略同等または高い位置にある水平通路に引き込む方法、３）冷却噴射とは別に水平方向に強力な気体噴射流をつくり反射気流を引き込んで逃がす方法などがある。最後の３）方法は物体による区画通路は必ずしも必要ではなく、例えば冷却噴射の下流でこれを行えば、実質的に通路がつくられていることになる。
【００２５】
上記のような冷却手段を用いた本発明の装置には下記のような効用がある。１）強力な冷却ができ、成形型の高温設定ができ、その結果利用できる成形型構成の設計自由度が大きくなり低価格成形型も利用できる。また、応用できる成形材料も広くなり製品用途が広がり、また安価で性能のよい製品をつくることができる。２）強力な冷却ができ、冷却時間の短縮ができる。３）均一な冷却ができ、製品の精度、良品効率がよくなるのみならず、結果として冷却時間の短縮ができる。
【００２６】
＜成形型について＞
本発明の装置構成要素として用いられる成形型は、真空排気孔などの公知の熱成形としての必要要素を備えておればよく特に限定するものではない。
しかし、本発明の装置構成要素として用いられる成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることは好ましい。
熱浸透率がこのような範囲にある材料として、プラスチックス、セラミックス、選ばれた小数の種類の金属材料等を挙げることができ、これらは熱成形の金型として通常使われるアルミニウム材、亜鉛合金材等よりも小さな値のものである。好ましい範囲の熱浸透率を有する材料例は表１の中からも選ぶことができる。但し表記は一般的な物質あるいは物体を参考ため示したものであり、利用出来るものをこれらに限るものではない。
なお、上記熱浸透率とその数値限定の意義等については後に「本発明の内容についての補足説明」の欄で説明する。
なお、本発明の構成に望ましい態様とし示す成形型は、本発明者を発明者とする先行出願、特願２０１０−１１８５５５、特願２０１０−１１８４９０、特願２０１０−１１８４８９、特願２０１０−１１８５６２及び特願２００１−０６５０６９の何れかに開示しているものである。
【００２７】
本発明の装置構成要素として用いられる成形型の更なる特別な態様として、上記の所定の熱浸透率を有する表面層とこの表面層を背後から定常的に且つ均一に加熱温調する手段から構成されたものを用いることが好ましい。
このためのより具体的な好ましい方法として、１）表面層のそれより大きな熱浸透率を有する材料により、表面層に密接した背後層を設け背後層を加熱温
調する方法、および２）表面層の背後に略全面に密接して加熱手段を設ける方法を挙げることができる。
なおこの場合、表面層形成材料の熱浸透率は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い。またこの表面層の厚みは０．０４ｍｍ以上であることが必要であり、また０．０６ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることが更に好ましい。又同厚みは３０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることが更に好ましく、５ｍｍ以下であることが更に更に好ましい。
【００２８】
上記１）の場合は、背後層の熱浸透率は、表面層のそれより大きくし、この背後層に加熱温調手段を付加することが必要である。この加熱手段は公知の゛のような方法でもよく、また背後層の中に設けてもよく、また外部に設けてもよい。背後層からの伝導熱により表面層が一定に加熱される。
そして、背後層の熱浸透率は、３以上であることが好ましく、６以上であることが更に好ましく、１０以上であることか更に更に好ましい。また背後層の熱浸透率は表面層のそれより２倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることが特に好ましい。
なお、背後層の厚みは限定するものではなく、また一定の厚みあるいは形状に限定するものではない。またこの層を単一材料の層に限定するものではなく任意の多層にしてもよい。
図８に上記１）の構造の例を示す。成形型６０は、表面層６１と背後層６２から構成され、６３は真空排気孔、６４は排気通路、６５は温調用の熱媒通路を示している。この図の構成で、例えば、アルミニウム材Ａ５０５２（熱浸透率１７．４）の背後層の上に、０．５ｍｍのエポキシ樹脂層（熱浸透率０．６７）をつくり、背後層と表面層を通じ成形面に微細な熱電対を露出させて製作した成形型は高性能である。なお、この熱媒通路などの温調手段はここに設けず、成形型を固定する固定板を任意の加熱手段を設けるようにしてもよい。図１に示す成形型構成は後者である。
【００２９】
本発明の好ましい構成要素として用いる、「少なくとも成形用表面を上記の熱浸透率を有する材料により形成させた成形型」は整理すると下記のような代表的な態様があり、下記のような効用がある。
ａ）上記の所定の低い熱浸透率を有する表面層の背後に高い熱浸透率を有する背後体を設け、この背後体に温調手段を付設したもの。（図８に示したもの）この成形型では、背後体を通じて表面層の温度挙動を制御することができ、最も好ましい。
ｂ）上記の所定の中程度又は比較的に低い熱浸透率を有する表面層の背後に非常に低い熱浸透率を有する背後層を設けたもの。この成形型では、表面層の温度は定常的な賦形体の加熱冷却の繰り返しで、特定の温度プロファイルを形成する。
ｃ）上記の所定の低い熱浸透率を有する表面層の背後の全面に直接した温調
手段を設けたもの。
ｄ）上記の所定の低い熱浸透率を有する表面層自体が、自己発熱可能であるもの。
このような、少なくとも成形用表面を上記の熱浸透率を有する材料、すなわち最も一般に用いられる成形型材にくらべ比較的に低い材料により形成させた成形型には次のような効用がある。
イ)成形型深部への熱拡散を小さくし、熱容量の小さな気体のブロウによる賦形体の加熱冷却を容易にする。
ロ)背後から表面層の温調を支援し、熱容量の小さな気体のブロウによる加熱
冷却負担を軽減し、バランスをとって制御しすることにより成形サイクルを縮めることができる。
ハ) 加熱冷却の気体ブロウの繰り返しにより発生し蓄積する温度ムラを均一化し、成形品を均一化し、成形サイクルを縮める。
【００３０】
＜成形方法について＞
前記した本発明の装置を用いて、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、この予熱工程よりも高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を実施することができる。又これらの工程を高速で進めることができ、長尺の成形材料樹脂シートを用いて効率的な連続成形を行うことができる。
予熱工程は、長尺の樹脂シートを導いて予熱温度に加熱調整されている加熱板の下を潜らせて停止させ、加熱板と成形型をそれぞれ近接移動させてこれを挟み、樹脂シートを加熱板側から真空吸着するか、又は成形型側から空気押圧して密着させながら予熱を行う。これに次ぐ賦形工程では、温調された成形型に対して加熱板から放出される空気による圧空賦形、そしてあるいは成形型側からの真空吸引による真空賦形が瞬時になされる。これに次ぐ熱処理工程では、高温の成形型面で、そしてあるいは加熱板から放出される高温気体により賦形体の温度は予熱温度以上に高められる。これに次ぐ冷却工程では、加熱板を上昇させ、開いた加熱板と成形型との間に冷却手段を進入させ、冷却媒体を噴射させて賦形体を冷却し離型させる。なお、賦形体の変形を防ぐために、賦形体を成形型の真空引きによる賦形体の固定を、少なくとも冷却工程を通して行うことが必要であり、なお賦形以後の各工程を通じてこれを行う事が望ましい。
なお、本装置では、低温気体による圧空賦形に続いて、前記の高温圧縮気体による昇温熱処理も行うこともできる。この方法は樹脂シートが薄くて熱に敏感すぎる場合などに好適である。
なお、本装置では、真空賦形に続いて、前記の高温圧縮気体による昇温熱処理も行うこともできる。この方法も上記同様に、樹脂シートが薄くて熱に敏感すぎる場合などに好適である。
【００３１】
上記のような成形における装置設定あるいは条件設定は、大きく３つのパターンに分けて説明することができる。成形型の表面温度（Ｔ）と成形型の内部温度（Ｓ）の変化を見たとき、サインカーブ様の連続成形サイクルを描くことができる。例として、前記のような表面層と背後層からなる成形型を用いた場合を考えてみる。背後層温度をＳ、成形型表面温度をＴ、その最高温度をＴｔ 最低温度Ｔｂとする。
パターンＡは、Ｓを、表面温度サイクルのＴｔとＴｂの間の一定温度に調整するパターンである。この場合、Ｔｔは高温気体か赤外線照射により到達する温度であり、Ｔｂは冷却手段により到達する温度である。背後層の直接的な温調は行う場合も、行う場合もある。背後そうからあまり熱が逃げない状態で、長時間連続的に成形を続ければ、背後層温度Ｓは表面温度サイクルのＴｔとＴｂに落ち着く。この場合、背後層の熱浸透率があまり大きくなければ、表面層の間近ではＳは時間的に直線ではなく、表面層に追従して小さな温度サイクル描く。背後層は積極的に任意に温調することは望ましく、その温度により加熱手段及び冷却手段を最適最短時間にすることができる。
パターンＢは、Ｓを、Ｔｂと同じかそれ以下の一定温度に調整するパターンである。この場合Ｔｂは、主として背後層からの伝熱すなわちＳの温度により到達する。冷却手段は必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Ｔｔは加熱手段により到達する。
パターンＣは、Ｓを、Ｔｔと同じかそれ以上の一定温度に調整するパターンである。この場合は、の場合Ｔｔは、主として背後層からの伝熱すなわちＳの温度により到達する。従って背後層の加熱温調は必須である。上記加熱手段は、必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Ｔｂは冷却手段により到達する。
【００３２】
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では賦形から冷却までの間に、樹脂シートの賦形時以上の高温の熱処理を行うことが特徴であり、またこれを高速連続で実施できることが特徴である。
本発明の方法により広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能である。具体的な用途を挙げると、ａ）ＰＥＴ等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、ｂ）結晶核剤添加ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたｃ）ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。
特に、延伸ＰＥＴでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
（本発明の内容についての補足説明）
【００３３】
（１）＜熱浸透率について＞
本発明の規定値として用いた熱浸透率（ｂ値）は接触する物体と界面を通過して移動する熱量にかかわる物体の特性値であり、次の式で求められる。
ｂ＝ （λρＣ）１／２ ・・・・・（１）
λ； 熱伝導率（Ｊｓ−１ｍ−１Ｋ−１）
ρ； 密度（ｋｇｍ−３）
Ｃ； 比熱（Ｊｋｇ−１Ｋ−１）
このｂ値が小さい物体は界面に少ない熱量しか流さず相手物体に大きな温度変化を与えず、また界面間近では相手物体から大きな温度影響をうける。従って、このｂ値が小さい材料を成形型表面材料として用いた場合は賦形体からの熱を拡散させないので、高温気体と冷却用気体により賦形体を容易に加熱冷却することができる。しかし背後層の熱を容易に表面層表面（賦形体体との界面）に伝えないので、表面温度の均一性が高く、高速で安定な条件設定のためには、表面層の厚みを小さくするか、あるいはこのｂ値をある程度大きくすることにより、成形材料に合わせて最適にすることができる。
なお、ｂ値の参考例を示すと例えば、アルミニウム材は１７〜２３程度、鉄材は１３〜１６程度、銅３４程度、不錆鋼（ＳＵＳ３０６）は８．０で、多くの合成樹脂は０．２〜０．８程度、多くのセラミックスは１〜２０の間に入る。
なお、表１にいくつかの材料のｂ値を例示する。なお、ｂ値も測定温度により若干違った値を示すが、本願においては、厳密には２０℃の測定値にて規定することする。 ただし、２０℃から２００℃の間の変化に直線性を有しない材料、例えば相変化を伴う蓄熱剤などとの複合材料の場合は、１００℃、１５０℃の値の平均値を採用することとする。 なお、同じ材質でも、発泡体あるいは多孔体などに形状が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。
【表１】
【００３４】
（２）＜成形型構成の数値限定の意義について＞
上記成形型の表面層として熱浸透率ｂ値の大きな表面材料を用いた場合は、賦形体から容易に熱を背後に分散させてしまうので、熱容量の比較的に熱容量の小さい加熱空気や冷却空気では容易に賦形体を加熱冷却できなくなり、この値が１０を超える材料である場合は、能率的に熱処理を行う成形を行うことができない。この値は小さいほうが好ましいが、０．０１より小さいものは強度など使用に耐える材料がない。
上記の成形型において２層以上の構造とし、表面層の背面層を一定温度に制御して、賦形体を介して加熱気体および冷却気体により昇温降温変化する表面層の成形面温度を所望の基準温度へ迅速に回帰させることができる。
この場合、表面層の厚みが３０ｍｍを超える場合は背後層の制御が、上記表面温度と呼応して定常状態に至る時間がかかりすぎ、実施的に効果がない。また、この厚みが０．０３ｍｍを下回る場合は背後層の温度の影響を大きく受けて、迅速な賦形体の昇温降温を促進する効果がなくなる。例えば、公知の成形方法において、潤滑離型のために金型に仮に弗素樹脂等のコートが成されることがあったしても、そのコート厚みは３０μｍ以下の薄いものであり、それを厚くする必要もなく又困難もあって、本発明の効果を発揮させるようなものは従来製作されていない。
なお、上記したように単体一材料のものでも良いが、この場合、成形型への直接の温度制御はあってもよく、またなくてよく、いずれであっても所望表面温度の定常化に多少の時間をかければ、所望の成形は可能である。しかし、この場合、熱浸透率ｂ値（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜３の単一材料で構成してされたものでは加熱温調機構がないものが好ましく、またそれが３以上の単一材料で構成されたものは加熱温調機構を備えたものがより好ましく使用できる。
なお、上記の成形型は、真空賦形又は賦形時の排気が可能にする微細孔を有し、真空引き可能なように先記成形型収納ボックスに収納されることが望ましい。
【００３５】
（３）＜賦形体の温度測定について＞
なお、本発明の装置においては、なんらかの方法で成型型表面温度あるいはと型と賦形体の界面温度の変化、または賦形体の温度変化を測定することは重要である。具体的には例えば、成形型の成形面上に、極めて繊細な測定プローブ、例えば線径０．１ｍｍ程度の熱電対先端を突出させておいてこれを測定することができる。別の方法としては賦形体を反対面から赤外線温度計非接触で測定する方法がある。しかし、これらには留意すべき点がある。
前記のＳ線の温度はパターンＡ、Ｃでは、成形型自体を積極的に温度調節制御を行うが、それでも成形表面からの距離、あるいは熱源からの距離によっては温度傾斜をもって、成形サイクルを繰り返す中で定常化する値でもある。
賦形材料の熱処理温度あるいは離型可能温度を厳密に考えるとき、これらの温度はここで示される表面温度あるいは界面温度とはかなり乖離があることは留意する必要がある。秒単位あるいはそれ以下の単位で加熱冷却を行う場合は、賦形体の厚み方向で大きな温度傾斜が発生するからである。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定も、材料温度を正確に表すものでなない。また本発明では表面温度（界面温度）で表現しているがこの温度とも乖離があり、相対的な値として考慮する必要がある。
【実施例１】
【００３６】
図４及び５に示す加熱板と図７に示す冷却手段を用いた図１の装置構成で、延伸ＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。
１）成形材料；ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の２．３倍一軸延伸シート（但し熱固定を行っていないもの）、厚み０．２３ｍｍ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のものを使用した。
加熱板； 図４及び５に示す構造で、炭素鋼製で有効寸法３３０×５５０ｍｍの予 熱面を持ち、間隔３０ｍｍの碁盤格子の交点毎に径１φｍｍの気体送排出孔２５ を穿ち、また図５に示す配置で高温気体の気体送出孔３８を設けた。低温送排気 本体２１及び気体送排出孔２５は、樹脂シートの予熱時の吸引固定、低温気体に よる圧空賦形、圧空空間からの排気の機能を有する。高温送気本体３１及び気体 送出孔３８は高温圧縮気体を圧空空間に送出する機能を有する。
なお、低温送排気本体２１の送気機能は圧空賦形に使われるが、これは必須では なく、これが使われない場合は高温送気本体３１により圧空賦形と熱処理昇温が 行われる。
冷却手段；図７に示す構造、すなわち噴射された冷却用気体の反射流を、噴射ノズ ル４３の間に設けた通路４５から吸い込み、水平方向に排気する方式で、有効寸 法３３０×５５０ｍｍのものを使用た。
成形型； 図８の６０に示す表面層／背後層方式のもので、アルミニウムＡ ５０５２を背後層とし、その上にジルコニヤ（ｂ値は２．８）０．３ｍｍの表面 層を溶射コーテイングで形成させたものを使用した。
成形物は深さ直径９０ｍｍ、深さ３０ｍｍの丸皿形状物で、成形型の外寸を １１０ｍｍ角としたもの１５個をヒーター内包の固定板に固定し、内寸３３２× ５５２ｍｍの収納ボックスに収めた。なお、成形型の上面は収納ボックス側壁よ り５ｍｍ低くなるようにし、又側壁とは１ｍｍ間隙を設けた。
温度測定; 成形面には細線熱電対先端露出させて這わせ、成形面温度及び賦形体 界面温度を測定できるようにした。また、同様に細線熱電対を加熱板の裏から貫 通させ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； ９５℃に設定した加熱板に２秒間吸着して接触させ予熱。
成形型成形面予熱温度； １６０℃
加熱板への導入空気； 約３３０℃、 元圧力０．４ＭＰａ
真空圧空賦形；１．５秒、 圧空圧０．４ＭＰａ
高温送気本体３１により行った。
熱処理昇温；２．５秒
低温送排気本体２１からの排気を作動させ、高温送気本体３１から高温気体の送 気を続けた。圧空温度は２８８℃に到達した。
熱処理温度（界面到達温度）；１８７℃、
賦形時に上記表面温度は瞬間的に約１６０℃以下に低下したが、昇温してこの温 度になった。
冷却手段作動時間 ； ５秒
離型時に表面（界面）温度は約１４０℃に低下した。
４）比較テスト；上記の条件で低温送排気本体２１からの排気を行わずに高温送気本体３１からの送気による賦形と熱処理を行ったところ界面到達温度到達温度は１６５℃程度で、圧空時間を延ばしてもあま効果がなかった。また離型時に変形し、良好な形状の成形品とはならなかった。この条件設定では熱処理効果は不十分であることを意味している。
５）成形結果；
得られた成形品は良好な形状、透明なものであった。耐熱１４０℃のシリコンオイルに２分間浸漬の試験を行い、変形、目立った収縮はなく、耐熱性の優れたものであった。使用した加熱板では、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、比較テストの条件、すなわち公知の加熱板で可能な条件設定では、効率的な熱処理効果はあげにくいことがわかった。
【実施例２】
【００３７】
実施例１の構成で、図６操作方法により延伸ＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。ここでは、樹脂シートの予熱を別途に準備してある加熱オーブンでおこなった。
１）成形材料；実施例１と同じものを使用した。
２）成形装置；実施例１と同じものを使用した。ただし、樹脂シートの予熱には別途に準備してある加熱オーブンを利用した。
３）成形方法と成形条件；
成形型成形面予熱温度； １６０℃
加熱板への導入空気； 約３３０℃、 元圧力０．４ＭＰａ
樹脂シートの予熱； 樹脂シートを５５０℃の予熱オーブンで９秒間予熱して移動 させ、成形型上部に乗せた。なお、シート予熱温度は９５℃である。
真空賦形の先行；０．３秒
加熱板の降下接触直前に、成形型による真空賦形を先行して作動させた。
圧空賦形；１．５秒、 圧空圧０．４ＭＰａ
加熱板の降下と同時に、高温送気本体３１からの高温気体送気により行った。
熱処理昇温；２．５秒
以下、実施例１と同条件で同様にして成形を行った。
４）成形結果；
得られた成形品は良好な形状で、耐熱実施例１と同様に高いものであった。なお、加熱板との接触がないので、多数排気孔跡、送気孔跡、面の傷マーク等を写していない利点もあった。
このような特異な構成でも、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、本構成には次のような、利点も挙げることができる。
１)予熱にかかわらないので、任意の温度設定ができ、可能条件を大きく広げる。
２)予熱にかかわらないので、可能な構造構成を大きく広げることができる。
【実施例３】
【００３８】
実施例１に示す装置構成で成形型と操作条件を変更して、ＣＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。なお、ここでは冷却手段は使用しなかった。
１）成形材料；結晶核剤入り処方の成形用ＣＰＥＴシート（東洋紡製、厚み０．５ｍｍ）
２）成形方法と成形条件；
樹脂シートの予熱；樹脂シートを５５０℃設定の予熱オーブンで１８秒間予熱して 移動させ、成形型上部に乗せた。なお、シート予熱温度は約１００℃である。
成形型温度； 背後体を熱媒オイルで１００℃に温調した。このときの成形型表面 温度は約９５℃であった。
加熱板への導入空気； 約２５０℃、 元圧力０．４ＭＰａ
送気本体３１は、導入気体とほぼ同温度に調整した。
真空圧空賦形及び熱処理；１２秒、 圧空圧０．２ＭＰａ
加熱板を降下させて、予熱された樹脂シートを成形型収納ボックス壁上部に押 圧し、低温送排気本体２１からの排気を作動させて、高温送気本体３１から高温 気体の送気を続けることによりこの処理を行った。予熱された樹脂シートはヒー トサグ（垂れ下がり現象）のため加熱板面の予熱面に接触することはなかった。 なお、圧空温度は約２００℃になった。
熱処理温度（界面到達温度）；１６６℃、
冷却手段作動時間 ； ０秒
冷却手段を作動させず、賦形後即時に離型した。
離型後、成形型表面温度は短時間に元の設定温度に低下し、続けて次の成形が可 能な状態となった。
３）参考テスト；
熱処理昇温時間を短縮するために、成形型表面温度を熱処理温度に近ずけ１６０℃として、熱成形したところ、成形品に凹凸の激しいムラが発生した。ＣＰＥＴできれいな成形品を得るには少なくともその予熱温度程度以下の低温の成形型で賦形し、その後昇温して熱処理することが必要であった。
４）成形結果；
精密かつ良好に成形された成形品を得た。有効に熱処理されたことは、賦形体がまだ１６６℃以上の高温であるにも関わらず、収縮変形することなく離型できたことからも理解される。
公知のＣＰＥＴの熱成形では、低温の成形型で成形された成形品を高温の型に移して熱処理を行うなど、煩雑で時間のかかる方法が採用されているが、本方法では、簡略で短時間に、予熱温度以上の高温の熱処理を伴う成形を行うことができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明による熱成形には下記のようなことが可能である。
（１）賦形のための予熱温度以上に賦形体の加熱する熱処理と冷却離型を伴う成形プロセスを、非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
（２）このような熱処理を必要とする具体的な用途には、延伸された結晶性樹脂シートの熱固定を伴う熱成形である。材料してはＰＥＴ等の熱可塑性ポリエステルの他、ＰＬＡ樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＥＥＫ等の結晶性樹脂等の延伸シートを挙げることができる。
（３）その中でも特、延伸ＰＥＴシートを用いて上記のような熱処理を行う熱成形を行うことにより、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができ、省資源の社会的ニーズに対応することができる。
（４）延伸処理を行っていない結晶性樹脂シート、例えば結晶核剤の添加されたＰＥＴ（ＣＰＥＴ）の結晶化を伴う成形に利用することができ、これを従来よりも高速して行うことができる。
（５）また、ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に応用し、この成形方法の欠点を解決（残留応力歪みを緩和して耐熱寸法安定性を向上）する新規の方法等を期待することができる。
（６）熱処理を伴う成形を、精密に、均一に、バラツキなく、高速で、省エネルギーで行うことができ、また、配向及び結晶化による強度剛性等の向上は薄肉化省材料に転換して、省資源の社会的ニーズに貢献することを可能にするものである。
【符号の説明】
【００４０】
２０ 加熱板
２１ 低温送排気本体（送気機能は必須ではない）
２２ 加熱ヒーター
２３ 排気管（兼圧縮気体の導入管）
２４ 気体分岐通路
２５ 気体送排出孔（兼真空吸引孔）
２６ 接触予熱面（気体送排出面）
２７ 断熱材
２９ 断熱材
３１ 高温送気本体
３２ 加熱ヒーター
３３ 高温圧縮気体導入管
３４ 圧縮気体分配空間
３５ 送気断熱管
３５ｂ断熱空間
３７ 断熱材
３８ 気体送出孔
３９ 圧空空間
４０ 冷却手段
４１ 冷却手段本体（平板状）
４２ 圧縮気体の導入路
４３ 冷却用気体の噴射ノズル
４４ 気流ガイド面
４５ 垂直排気路
４６ 水平排気路
６０ 成形型
６１ 表面層
６２ 背後層（背後体）
６３ 真空排気孔
６４ 排気通路
６５ 加熱熱媒通路
６６ 成形型集積プレート
６７ 成形型収納ボックス
６７ｂ 収納ボックス切欠
６８ カートリッジヒーター
１００ 熱可塑性樹脂シート（樹脂シート）
Ａ 圧縮気体
Ａ‘ 排気
Ｖ 真空引き
ＨＡ 高温圧縮気体
【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、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熱媒を変更したり、あるいは賦形体を別に温度調整した金型へ移しかえたりすることが行われる。しかしこのような方法では所望の熱処理を行った成形品を高速で連続的に効率よく製造することはできない。
【０００３】
特別な加熱あるいは冷却を必要とする具体的な熱成形方法として、（１）特公昭５６−７８５５号はポリエステルシートを１軸延伸配向させて加熱収縮させたシートを用いて熱成形する方法で、成形時に熱風を用いるなどにより熱固定する方法が開示されているが、熱処理に非常に長い時間がかかっており実用的ではない。また、（２）特公平５−４５４１２号では、特定条件で２軸延伸し熱収縮させたシートを用いて熱成形と熱処理を行う方法が開示されている．ここでは、加熱型へ移し替える方法、熱風、熱水、赤外線になどよる加熱法が提案されているが、具体的には記載されておらず、単純にこれらを実行してもその効果はなく、またあったとしても高速で効率のよい実用的な方法とはならない。（３）特公昭６０−０３１６５１号も特定のポリエステル延伸シートを熱成形し熱処理する方法で、加熱された金型で成形することは示されているが、金型あるいは成形品を冷却して離型することについては触れられていない。しかし、このような材料の熱処理成形には成形体を少なくとも熱処理温度より低い温度に冷却して離型することが望ましいが、知られた方法でこれを行うとすれば、金型自体を電熱ヒーターで予め加熱しておいて成形直後に金型のジャケットに通水して冷却する方法、あるいは金型マニホールドに高温熱媒、低温熱媒を交互に通ずる方法などが考えられる。しかしこうした方法では高速で連続成形を行うことはできない。また（４）特許２５３２７３０号では、非延伸の結晶性ＰＥＴシートを加熱された雌型で成形しこれを低温の雌型に移して冷却し離型する方法が示されているが、金型移行に際しては、成形品の変形、位置ずれ、シワの発生が問題となり、またそのような操作ができる特殊な専用成形装置をつくる必要がある。
また（５）特公平７−１０２６０８号は、高温の雌型で成形し、これに嵌合する低温の雄型に引き取って冷却し離型する方法を示しているが、これも金型移行の方法と云ってよく（４）同様に成形の変形やシワが問題となり、又オフセットやアンダーカットのある成形品には適用し難い。またこうした例とは別に、（４）（５）のようないわゆるＣＰＥＴの成形では最初から高温の金型で成形すると、金型面で成形材料の滑りが悪いため波や凹凸などの不均一模様が出やすいというような問題もあり、これを避けるために最初低温金型で成形し高温金型に移行するプロセスも知られているが、これもやはり煩雑である。
また（６）特許４０４４８７６号の開示は、シート予熱時にサグ（加熱時のシートの垂れ下がり）が問題となりやすい樹脂材料の熱成形に関するもので、このような材料では通常、多孔の加熱板に材料シートを短時間吸着させて後、そこから離して賦形がなされる。この方法の場合は、熱板吸着時の傷あとなどを回避しようとするもので、加温された弱い空気の圧力でシートを下支えしながら加熱し、次いで熱板を通過させた空気で追加予熱しながら圧空成形するもので、賦形後に予熱温度以上の温度で熱処理することも、積極的に冷却して離型することも必要ではなく、これを行う示唆もされていない。なお、本発明の装置で成形する延伸シートは予熱に収縮作用を起こすのでシートを固定してこれを行えば緊張状態となりサグの問題は発生せず、引例の作用機構は必要としない。
また（７） 特許４０５７４８７号の開示する方法は、結晶性樹脂の熱成形に関し、加熱板に接触させて予熱されたシートを、熱板を通過する高温空気と成形金型にて圧空賦形し、次いで別に準備した冷却空気噴射の手段を運び込んで冷却するものであるが、この加熱板はシート予熱適温に調整されており、背後から加熱された空気が供給されて加熱圧空がなされる。この場合、加熱気体は加熱板中を通る導管内で冷やされ、また熱処理には非常な高温度気体を通す必要があの、その場合加熱板温度を局部的にして不均一にし、また材料シートを局部的に過熱し良好な成形に支障きたしやすい。また、開示された冷却手段では広い面積を均一に。効率的に冷却できない。また高温気体からの熱は容易に金型に逸散して短時間に容易にシートを高温にできず、高速成形ができない。
なお、（８）本発明の発明者（以下本発明者と称する）は本発明に関わりのある少なくとも８件の先行出願を行っている。これらに関しては、本文中の関連箇所で適宜紹介して説明することとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５６−７８５５号公報
【特許文献２】特公平５−４５４１２号公報
【特許文献３】特公昭６０−０３１６５１号公報
【特許文献４】特許２５３２７３０号公報
【特許文献５】特公平７−１０２６０８号公報
【特許文献６】特許４０４４８７６号公報
【特許文献７】特許４０５７４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。その主、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）樹脂シートの加熱板による圧空成形を行う熱成形装置において、加熱板として、１）圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを片面に設けた複数の孔から圧空空間に送出しながら、２）同時並行で、この圧空空間に送出された気体を同加熱板の上記同面に別に設けた複数の孔から吸収し外部へ排出するように構成したものを用いる熱可塑性樹脂シートの成形装置。
なお、本発明においては、「賦形」ならびに「賦形工程」は成形工程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離型前の成形品を示すものとする。また圧空成形は圧空工程を含む成形方法を示し、圧空賦形は全成形工程の中の賦形工程の方法を示すものとする。なお、圧空は気体圧を付与すること意味するものとする。
【０００７】
（２）上記加熱板が、加熱温調手段を保有し、加熱板表面に樹脂シートを吸着又は押圧して予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）に記載の成形装置を提供するものである。
【０００８】
（３）冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記加熱板の成形型からの離反後に、成形型の上部に対してこの冷却手段を進行させるか、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体を冷却するように構成したことを特徴とする上記（１）又は（２）の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
【０００９】
（４）上記冷却手段が、冷却用気体の噴射ノズルと噴射された気体を整流して側面方向に排気する通路を備えた構成したものであることを特徴とする上記（１）から（３）の何れかに記載の成形装置を提供するものである。
なお、ここでいう通路は、固体物体により区画されたものであってもよく、また冷却噴射とは別の流体噴射により形成されたものであってもよい。
なお、上記冷却手段において、上記通路を通ずる排気を吸引して排気を促進する手段を備えたものであることは好ましい。
【００１０】
（５）成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることを特徴とする上記（１）から（４）の何れかに記載の熱成形装置を提供するものである。
なお、ここでいう成形用表面の定義には、成形用表面に塗布される潤滑、離型等のための塗布剤、５０μm以下の塗料あるいはメッキは除外される。
この成形型の具体的な構成として上記の材料で単体構成されていてもよい
が、１）上記所定材料による表面層と、表面層のそれより大きな熱浸透率を有する材料により表面層に密接した背後層を設けけた構成であることが好ましく、また更に２）表面層の背後に略全面に密接して加熱手段を設けるか又は上記の背後体に加熱手段を設けた構成であることが好ましい。
なおこの場合、表面層形成材料の熱浸透率は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い。
なお、上記の成形型として、成形用表面層とこの表面層を背後から定常的に且つ均一に加熱温調する手段から構成されたものを用いることは好ましい。
【００１１】
（６）上記（１）から（５）のいずれかに記載の成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、このシートの予熱温度以上の高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の成形装置を用いる熱成形には下記のような効用がある。
１）本発明の装置は、樹脂シートを予熱賦形し離型するまでの過程において樹脂シートの予熱温度を大幅に上回る高温で熱処理し、次いで冷却して離型するプロセスを非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
２）特に本発明の構成に上記の加熱板を用いることにより、高温気体の噴射の継続とその制御を容易にしてくれる。その結果、ａ）賦形体の強力で均一な加熱昇温ができ、熱処理時間の短縮ができる。ｂ）強力な加熱昇温ができるので、成形型の温度設定を低くすることができ、冷却時間を短縮することができる。ｃ）強力な加熱昇温ができるので成形型構成の設計自由度が大きくなり、耐久性のある低価格の成形型を製作できる。
３）上記のような特定の成形型を用いることにより、賦形体の加熱冷却を伴う成形を高速で効率行うことができる。そして、応用できる成形材料対象を広げることができ、エネルギー消費を節約した生産を行うことができる。
４）広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能となった。
具体的な用途を挙げると、ａ）ＰＥＴ等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、ｂ）結晶核剤添加ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたｃ）ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。
特に、延伸ＰＥＴでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の成形装置の構成例の主要部を示す断面図である。
【図２】公知の加熱板を示す断面図である。
【図３】公知の別の加熱板を示す断面図である。
【図４】本発明の成形装置構成に用いる加熱板例の詳細を示す断面図である。
【図５】本発明の装置構成に用いる図４に示す加熱板の平面図である。
【図６】本発明の成形装置の特別な構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の成形装置を構成する冷却手段の例を示す断面図である。
【図８】本発明の成形装置の成形型の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜成形装置の全体構成＞
本発明の成形装置は、熱成形機である真空成型機、圧空成形機若しくは真空圧空成形機を構成するものである。真空賦形機能を持たない圧空成形機等の場合は、少なくとも冷却工程で、賦形体を成形型へ吸引固定する機構を付加して構成させることが好ましい。本発明の装置を用いる成形方法では、成形材料である樹脂シートの予熱は、通常は加熱板に接触させる直接加熱法にて行われる。しかし特別な方法として、加熱オーブン等を利用する間接加熱法を利用してもよい。
本発明の装置構成に用いる加熱板は、１）圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを片面に設けた複数の孔から圧空空間に送出し、２）この圧空空間に送出された気体を同加熱板の上記同面に別に設けた複数の孔から吸収し外部へ排出するように構成する。このような構成にすることにより、送出気体の流れ継続させて賦形体を加熱あるいは冷却することができ、特に効率的に加熱昇温することができる。
なお、加熱板は、賦形手段として圧空賦形、真空圧空賦形に利用されるが、賦形の手段としては真空賦形を利用してもよい。真空賦形の場合には、真空賦形の後に加熱板による圧空を行えばよく、この場合の圧空は高温気体の噴射による賦形体の加熱昇温のため利用されることになる。加熱板の詳細については、＜加熱板について＞の欄で説明する。
装置構成の例として、上記加熱板をプレス機の天板に固定し、その直下の底板には成形型を固定し、天板と底板の少なくとも何れかを上下可動にして、加熱板手段と成形型の接合離反を可能にする。
そして、冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記加熱板の成形型からの離反後に、賦形体を保持した成形型の上部に対してこの冷却手段を進行させるか、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体の冷却工程を実施できるようする。なお、本発明の装置構成の特別な態様としてはおいては、特別な冷却手段を配置せず、加熱板の２種類の多孔群のどちらか一方を利用して冷却媒体の噴射にも利用することもできる。
成形用の樹脂シートは、予熱され、賦形され、熱処理され、接近してきた冷却手段により冷却され、離型される。成型終了後には、冷却手段又は成形型は最初の位置に復帰しているようにする。
なお、本発明の構成においては、賦形体の熱処理を可能にする条件設定が可能であることが必要であり、それはａ）賦形体へ向けて送出される高温気体による方法、ｂ）賦形体へ向けて放射される赤外線による方法、ｃ）加熱温調された成形型による方法により行われる。本発明においては、熱処理昇温はａ）の方法のみにより行ってもよく、ｂ）あるいはｃ）の方法と合わせて行ってもよい。 a）については＜加熱板について＞の欄で詳述する。b）については、加熱板面を赤外線放射効率を高めるように構成し、さらに後述の特別な態様として実施できる。c）の成形型については＜成形型についての欄＞で詳述する。
【００１５】
上記の成形装置の構成例を図１に示す。この例は、プレス機底板上に成形型構成６０が、プレス機天板に加熱板２０が固定され、成形型近辺に冷却手段４０が水平移動可能に配置された構成である。なお１００は成形材料の樹脂シートである。プレス機、予熱手段、高温圧縮気体生成装置は、図から省かれている。本図における加熱板２０は、低温送排気本体（送気機能は必須ではない）２１、高温送気本体３１、そして接触予熱面（気体送出面）２６から構成され、２６は樹脂シートの予熱適正温度に調整される。
この構成を利用する最も簡易な操作設定は、予熱温度に設定した接触予熱面（気体送出面）２６で樹脂シートを予熱し、次いで３５の断熱送気管を通して高温気体を送出して、圧空賦形と熱処理昇温を行う操作である。このとき気体送排出孔２５を通して圧空空間の気体を取り込み外部へ排気することにより継続して効率的に熱処理昇温を行うことができる。
もう一つの操作設定として、最初は気体送排出孔２５から低温の圧縮気体を送出して低温の圧空賦形を行い、次いでこの２５を通して圧空空間の気体を取り込み外部へ排気しながら、３５の送気管を通して高温圧縮気体を圧空空間に送出して、熱処理昇温を行うこともできる。
この加熱板は、操作の自由度が高くこの他にも様々な条件設定が可能である。
本図ではバルブ等は省略されているが、それぞれの送気あるいは排気は任意の時点で任意な量を制御して行うことができる。成形型構成６０、及び却手段４０は後述する任意のものを用いることができる。加熱板の詳細については＜加熱板について＞の欄で説明する。
【００１６】
なお、加熱板手段あるいは成形型の移動は、必ずしも垂直な上下動でなくてもよく、それぞれ任意に斜め方向から接合して離反してもよく、また特定の軌道で接合して離反してもよい。なお、賦形手段と成形型の位置関係は相対的なものであり、賦形手段の上昇は成形型の降下と同義であって成形型を降下させてもよく、また両者を倒置して賦形手段を下に成形型上に倒置させてもよい。また、特異な態様として、プレス機を横転させてもよく、重量の大きい成形型等を、軽快に開閉でき好ましい方式として利用できる。何れも本発明に含まれる。
なお、上記のように冷却手段を成形型上部に移動する代わりに、成形型を冷却手段の下部に移動させてもよい。その場合、賦形体を含む成形型を移動させてもよく、加熱板と成形型を保持したプレス機を移動させてもよい。
なお、本発明を構成する熱成形機は、短尺の材料シートを一枚ずつ成形する枚葉成形機であってもよく、また長尺の材料シートを順次成形する連続成形機
でもよい。しかし、後者であることが特に好ましく、本発明の特徴を発揮して高速で効率的な繰り返し成形を可能にする。
【００１７】
本発明のこのような構成は、本発明者を発明者とする先行出願、特願２０１０−１１８５５５、特願２０１０−１１８４９０、特願２０１０−１１８４８９、特願２０１０−１１８５６２、特願２０１１−４１２９４、特願２０１１−１６５０６７、特願２０１１−１６５０６８、特願２０１１−１６５０６９
等を更に改良して、製品品質を向上させ、生産性を向上させ、応用分野を拡大するために成されたものである。そして又、それらの具体的な形態を提示するためになされたものである。
【００１８】
＜加熱板について＞
公知の通常用いられる加熱板は、通常樹脂シートに直接に接触してこれを予熱し、その位置で、外部から常温圧縮気体を導入して圧空成形を行うように構成されており、通常は圧空気体を特定の温度に加熱する構成にはなっていない。その代表的なものは図２に示すようなもので、加熱板２０は、低温送排気本体２１、加熱ヒーター２２、圧縮気体の導入管２３、分配気体通路２４、気体送排出孔２５、接触予熱面（兼気体送排出面）２６からなっている。加熱ヒーター２２は接触予熱面（兼気体送出面）２６の温度調整のためにある。このような加熱板は、オーブン等の間接加熱でヒートサグ（垂れ下がり）等が問題となる材料に対して、樹脂シートを吸着して予熱するために使われる。この加熱板では、通常は気体加熱目的を持った内部機構となっておらず、予熱温度にも届かない低い温度の圧空成形が行われる。また、予熱適正温度以外の温度設定はできず、高温気体を導入しても予熱面温度の不均化等の不都合が発生し、任意の高温度の圧空成形ができない。
上記と別の公知のやや特殊なものを図３に示す。これは、特許４０５７４８７号に開示されているもので、加熱板で樹脂シートの直接予熱も行い、また外部から導入した高温圧縮気体による圧空成形も行うものである。ここでは、加熱板２０は、低温気体送気本体２１、加熱ヒーター２２、圧縮気体の導入管２
３、気体分配通路２４、気体送出孔２５、気体送出面（接触予熱面）２６から成っている。この加熱板では、樹脂シートは気体送出面（接触予熱面）２６に接して予熱され、次いで外部から導入した高温圧縮気体により圧空成形される。
この加熱板では、外部から導入した高温圧縮気体によりその送出孔付近で温度不均一になり樹脂シートに予熱ムラを招いたり、これを避けよう孔を大きくすれば開口部のマークをつけたりしてしまう。そしてなにより、圧空による閉鎖空間が生まれて送気が停止し、継続的に効果的に賦形体の昇温を行うことができないという問題がある。
これらに対して、本発明に用いる加熱板は、１）加熱圧縮気体を導入又は生成し、これを一面に設けた複数の孔から分配して送出しながら、同時並行で、２）上記の送出気体を上記の一面の別の複数の孔から内部へ収容し外部へ排出するように構成する。このようにすることにより、圧空空間から気体を外部に排気しながら、高温気体を送出することにより継続して効率的に熱処理昇温を行うことができ、又様々の操作設定、条件設定が可能にすることができる。
【００１９】
本発明を構成する上記の加熱板の具体例を図４及び５に示す。これらの図は、図１の一部として示した加熱板を更に詳細に示したもので、図４は断面図で、図５はその断面図の下面を示す平面図である。ここでは、加熱板２０は、低温送排気本体（送気機能は使わないこともある）２１と高温圧縮気体の送気本体３１からなり、加熱ヒーター２２は接触予熱面（気体送排出面）２６を加熱温調し、加熱ヒーター３２は送気本体３１を高温加熱して導入される高温圧縮気体を補助的に加熱する。高温圧縮気体導入管３３を通して気体分配空間３４まで導入された高温圧縮気体は、送気断熱管３５を通過し気体送出孔３８から送出されて、樹脂シート１００の圧空賦形及び熱処理昇温を行う。圧空賦形及び熱処理昇温に利用された高温気体は、気体送排出孔（兼真空吸引孔）２５を通して気体通路空間２４に収容され、排気管（常温圧縮気体の導入管ととして利用することもある）２３から外部に排気される。送気断熱管３５はセラミックス等の断熱性と耐熱性ある材料で形成され、更に断熱空間３５ｂを設け接触予熱面（気体送排出面）２６への温度影響をできるだけ排除している。断熱材２７及び断熱材３７は、それぞれ他の部分へのあるいは他の部分からの温度影響を排除するためのものである。
なお、このような加熱板は下記のように細部の態様を変更して利用することもできる。
１）外部から常温の圧縮気体を導入して高温送気本体３１の内部で圧縮気体を高温に加熱してもよく好ましい構成として利用できる。その場合は加熱ヒーターの容量を大きくし、内部空間を細分化して空気との接触面積を大きくすればよい。
２）常温圧縮気体を低温送排気本体２１に導入し、気体送排出孔２５から送気して低温の圧空賦形を行い、その後に上記のように、気体送排出孔２５を経由して排気をおこないながら、送気孔３８から高温気体を送出して賦形体の熱処理昇温を行うようにしてもよい。薄肉材料など熱に敏感な材料の成形に好ましく利用できる。
３）上記の図の加熱板による賦形と熱処理の後、排気管２３に繋がる操作バルブ（図では省略）を切り替え、非加熱の圧縮気体を導入して、送排出孔２５から噴出させることにより賦形体の冷却工程を行うこともできる。この場合圧空空間からの排気のために、加熱板を少し浮上させてもよいが、導管３３に繋がる操作バルブ（図では省略）を切り替え、気体送出孔３８から吸気して排気できるようにする事は好ましく、またその導管３３に繋がる吸引排気装置を設けることは更に好ましい。予熱温度に調整された排気本体２１により導入気体が多少昇温することがあっても強力な冷却を必要としない分野では十分である。
４）上記の図の加熱板にでは、低温送排気本体２１の孔群２５からの吸気を通路２４に集めて側面に排気しているが、孔群２５からの吸気を細管あるいは集合管で送気体３１の背後まで貫通せて排気できるように構成してもよく、本発明の構成を損なうものではない。
５）上記の図の加熱板において、基本構造をそのままにして上部の高温送気本体３１と下部の低温送排気本体２１の機能を交換して、すなわち上部を低温送排気本体２１とし、下部を高温送気本体３１としてもよい。なお、加熱気体は外部から導入してもよく、加熱板本体内部で生成してもよい。この場合、加熱気体温度が樹脂シート予熱面への温度影響を少なくする別途の工夫は可能である。また加熱気体温度を予熱面温度と大きく変わらない温度に制限しても、その温度の気体による圧空には一定の利便効果がある。さらに、樹脂シートの予熱には、この加熱板を利用しないようにすれば、気体温度設定は自在である。この具体的方法は後述する。
６）本発明の加熱板は、これに樹脂シートをこれに接触させて予熱を行うが、これを行わず、予熱のみを間接加熱など他の手段に委ねてもよい。これについては特別な態様でもあり次の欄で詳述する。
【００２０】
図６に上記６）の具体例を示す。２０の加熱板は図１で示したものとほぼ同じ構造である。また、６０の成形型構成は、図８で示した成形型を、収納ボックス６７に収納したものである。６７の収納ボックスは、高さを成形型上面より高くしたものとなっている。本図は樹脂シート１００が、別の場所で予熱されてこの位置に運ばれ、更に成形型側からの真空引きが圧空賦形に先行して行われている状態を示している。
本図のような構成と操作を行えば、樹脂シートの主要部を加熱板の接触予熱面に接触せることなく圧空賦形と熱処理を行うことができる。従って加熱板の送出面はどのような温度になってもよく、送出気体の温度が影響して困ることはなく、任意の温度の高温気体を内部生成して送出することができる。
なお、上記５）のように高温送気本体３１と低温送排気本体２１の機能を交換して構成しても問題はない。
【００２１】
なお、熱処理昇温のために導入し圧空送出される加熱気体の温度は、樹脂シートの予熱温度より遙かに高いことが望ましく、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シートの予熱には熱板予熱は９０〜１００℃程度が適正であるが、これに対してノズル３５からの気体温度は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、この噴射気体の温度がこれ以下では迅速な昇温ができず、熱固定に必要な１５０〜１８０℃に容易に到達しない。
なお、高温圧縮気体は、空気、窒素、二酸化炭素などを圧縮しさらに別の装置で加熱したものが利用される。なわこれらに水分を含んだ乾燥過熱蒸も好ましく利用できる。
【００２２】
＜冷却手段について＞
本発明の上記冷却手段は、上記成形型の周辺に駐在し、成形型又は成形型群の略全上面を覆う大きさと形状を有し、加熱板の上昇離反後に成形型の上部に対して進行して賦形体を冷却し、そして退行するように構成させればよい。用いる冷却手段は冷却用熱媒体を噴射して賦形体を冷却できる機構のものはどのようなものも利用できる。
例えば、特許４０５７４８７号公報に開示されているような、函体に多数の開孔を設け、この函体に導入した冷却用気体を噴出させるようにした構造のものも利用できる。
しかしながら、公知の冷却手段では、狭い空間を気体の噴射で、短時間に大きな面積を均一にかつ強力に冷却するには困難があった。こうしたことから、冷却手段は、冷却用気体の噴射ノズルと噴射された気体を整流して側面方向に排気する通路を備えた構成したものであることが好ましい。なお、ここでいう通路は、固体物体により区画されたものであってもよく、また冷却噴射とは別の流体噴射により形成されたものであってもよい。
なお、上記冷却手段において、上記通路を通ずる排気を吸引して排気を促進する手段を備えたものであることは好ましい。
【００２３】
上記の冷却手段の具体的例を図７に依り説明する。本例の冷却手段４０では、圧縮気体は導入路４２から導入され、４３のノズルから噴射され、賦形体１１０を冷却し反射される。反射された気体は４４の気流ガイド面にガイドされ、垂直通路４５に導かれ、更に水平通路４６を通じて排気される。
このままの構成でも均一で効率のよい冷却ができる。しかしながらに、更に水平通路の片端から内部に向けて、あるいは中央から外部に向けて、強力な直進気流を噴射するノズルを配すれば、上記の反射気体を垂直通路４５から吸引して排気を促進することができる。この噴射ノズルは、排気を促進する手段の1つであり、別の方法として例えば排気を真空ポンプあるいは真空ブロウアーなどを利用してもよい。
なお、本例に限らず本発明に用いられる冷却媒体としては、水やアルコール等の揮発性液体、空気、窒素、二酸化炭素などの圧縮された気体（場合によっては液体）を単独、あるいは併用して用いることができる。揮発性液体の場合は、単独で噴霧してもよく、噴射前の気体中へ噴霧するなどしてもよい。冷却用気体は通常温度のものでもよいが、冷却したものも好ましく利用でき、ドライアイス粒塊を潜らせ冷却した気体噴射、あるいはドライアイスの粉粒の混合した気体噴射も好ましい。
なお、本発明に用いる冷却手段の別の特別態様として、気体噴射手段に加え、更に揮発性液体を噴霧する手段を備えた構成にすることは好ましい。揮発性液体の噴霧により、液体の比熱と蒸発潜熱により効果的に冷却を行うことが可能となる。
【００２４】
ここで噴射気体を整流して側面方向に排気する通路について補足説明する。
広い面積にある多数の噴射ノズルから噴射され、賦形体面で反射された後に後続の噴射気体と衝突し、あるいは他部分の気体の通路を閉鎖し、均一且つ効果的な冷却を阻害してしまうので、噴射気体を整流して側面方向に排気する排気通路つくることは有用である。この通路は反射気流をガイドしあるいは防御する物体により形成させることができ、あるいは強力な直線状の噴射気体流によって形成させることができる。より具体的には、１）ノズル先端より背後に引き込んで側面方向に逃がす通路をつくる方法、２）ノズル先端と略同等または高い位置にある水平通路に引き込む方法、３）冷却噴射とは別に水平方向に強力な気体噴射流をつくり反射気流を引き込んで逃がす方法などがある。最後の３）方法は物体による区画通路は必ずしも必要ではなく、例えば冷却噴射の下流でこれを行えば、実質的に通路がつくられていることになる。
【００２５】
上記のような冷却手段を用いた本発明の装置には下記のような効用がある。１）強力な冷却ができ、成形型の高温設定ができ、その結果利用できる成形型構成の設計自由度が大きくなり低価格成形型も利用できる。また、応用できる成形材料も広くなり製品用途が広がり、また安価で性能のよい製品をつくることができる。２）強力な冷却ができ、冷却時間の短縮ができる。３）均一な冷却ができ、製品の精度、良品効率がよくなるのみならず、結果として冷却時間の短縮ができる。
【００２６】
＜成形型について＞
本発明の装置構成要素として用いられる成形型は、真空排気孔などの公知の熱成形としての必要要素を備えておればよく特に限定するものではない。
しかし、本発明の装置構成要素として用いられる成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることは好ましい。
熱浸透率がこのような範囲にある材料として、プラスチックス、セラミックス、選ばれた小数の種類の金属材料等を挙げることができ、これらは熱成形の金型として通常使われるアルミニウム材、亜鉛合金材等よりも小さな値のものである。好ましい範囲の熱浸透率を有する材料例は表１の中からも選ぶことができる。但し表記は一般的な物質あるいは物体を参考ため示したものであり、利用出来るものをこれらに限るものではない。
なお、上記熱浸透率とその数値限定の意義等については後に「本発明の内容についての補足説明」の欄で説明する。
なお、本発明の構成に望ましい態様とし示す成形型は、本発明者を発明者とする先行出願、特願２０１０−１１８５５５、特願２０１０−１１８４９０、特願２０１０−１１８４８９、特願２０１０−１１８５６２及び特願２００１−０６５０６９の何れかに開示しているものである。
【００２７】
本発明の装置構成要素として用いられる成形型の更なる特別な態様として、上記の所定の熱浸透率を有する表面層とこの表面層を背後から定常的に且つ均一に加熱温調する手段から構成されたものを用いることが好ましい。
このためのより具体的な好ましい方法として、１）表面層のそれより大きな熱浸透率を有する材料により、表面層に密接した背後層を設け背後層を加熱温
調する方法、および２）表面層の背後に略全面に密接して加熱手段を設ける方法を挙げることができる。
なおこの場合、表面層形成材料の熱浸透率は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い。またこの表面層の厚みは０．０４ｍｍ以上であることが必要であり、また０．０６ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であることが更に好ましい。又同厚みは３０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることが更に好ましく、５ｍｍ以下であることが更に更に好ましい。
【００２８】
上記１）の場合は、背後層の熱浸透率は、表面層のそれより大きくし、この背後層に加熱温調手段を付加することが必要である。この加熱手段は公知の゛のような方法でもよく、また背後層の中に設けてもよく、また外部に設けてもよい。背後層からの伝導熱により表面層が一定に加熱される。
そして、背後層の熱浸透率は、３以上であることが好ましく、６以上であることが更に好ましく、１０以上であることか更に更に好ましい。また背後層の熱浸透率は表面層のそれより２倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることが特に好ましい。
なお、背後層の厚みは限定するものではなく、また一定の厚みあるいは形状に限定するものではない。またこの層を単一材料の層に限定するものではなく任意の多層にしてもよい。
図８に上記１）の構造の例を示す。成形型６０は、表面層６１と背後層６２から構成され、６３は真空排気孔、６４は排気通路、６５は温調用の熱媒通路を示している。この図の構成で、例えば、アルミニウム材Ａ５０５２（熱浸透率１７．４）の背後層の上に、０．５ｍｍのエポキシ樹脂層（熱浸透率０．６７）をつくり、背後層と表面層を通じ成形面に微細な熱電対を露出させて製作した成形型は高性能である。なお、この熱媒通路などの温調手段はここに設けず、成形型を固定する固定板を任意の加熱手段を設けるようにしてもよい。図１に示す成形型構成は後者である。
【００２９】
本発明の好ましい構成要素として用いる、「少なくとも成形用表面を上記の熱浸透率を有する材料により形成させた成形型」は整理すると下記のような代表的な態様があり、下記のような効用がある。
ａ）上記の所定の低い熱浸透率を有する表面層の背後に高い熱浸透率を有する背後体を設け、この背後体に温調手段を付設したもの。（図８に示したもの）この成形型では、背後体を通じて表面層の温度挙動を制御することができ、最も好ましい。
ｂ）上記の所定の中程度又は比較的に低い熱浸透率を有する表面層の背後に非常に低い熱浸透率を有する背後層を設けたもの。この成形型では、表面層の温度は定常的な賦形体の加熱冷却の繰り返しで、特定の温度プロファイルを形成する。
ｃ）上記の所定の低い熱浸透率を有する表面層の背後の全面に直接した温調
手段を設けたもの。
ｄ）上記の所定の低い熱浸透率を有する表面層自体が、自己発熱可能であるもの。
このような、少なくとも成形用表面を上記の熱浸透率を有する材料、すなわち最も一般に用いられる成形型材にくらべ比較的に低い材料により形成させた成形型には次のような効用がある。
イ)成形型深部への熱拡散を小さくし、熱容量の小さな気体のブロウによる賦形体の加熱冷却を容易にする。
ロ)背後から表面層の温調を支援し、熱容量の小さな気体のブロウによる加熱
冷却負担を軽減し、バランスをとって制御しすることにより成形サイクルを縮めることができる。
ハ) 加熱冷却の気体ブロウの繰り返しにより発生し蓄積する温度ムラを均一化し、成形品を均一化し、成形サイクルを縮める。
【００３０】
＜成形方法について＞
前記した本発明の装置を用いて、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、この予熱工程よりも高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法を実施することができる。又これらの工程を高速で進めることができ、長尺の成形材料樹脂シートを用いて効率的な連続成形を行うことができる。
予熱工程は、長尺の樹脂シートを導いて予熱温度に加熱調整されている加熱板の下を潜らせて停止させ、加熱板と成形型をそれぞれ近接移動させてこれを挟み、樹脂シートを加熱板側から真空吸着するか、又は成形型側から空気押圧して密着させながら予熱を行う。これに次ぐ賦形工程では、温調された成形型に対して加熱板から放出される空気による圧空賦形、そしてあるいは成形型側からの真空吸引による真空賦形が瞬時になされる。これに次ぐ熱処理工程では、高温の成形型面で、そしてあるいは加熱板から放出される高温気体により賦形体の温度は予熱温度以上に高められる。これに次ぐ冷却工程では、加熱板を上昇させ、開いた加熱板と成形型との間に冷却手段を進入させ、冷却媒体を噴射させて賦形体を冷却し離型させる。なお、賦形体の変形を防ぐために、賦形体を成形型の真空引きによる賦形体の固定を、少なくとも冷却工程を通して行うことが必要であり、なお賦形以後の各工程を通じてこれを行う事が望ましい。
なお、本装置では、低温気体による圧空賦形に続いて、前記の高温圧縮気体による昇温熱処理も行うこともできる。この方法は樹脂シートが薄くて熱に敏感すぎる場合などに好適である。
なお、本装置では、真空賦形に続いて、前記の高温圧縮気体による昇温熱処理も行うこともできる。この方法も上記同様に、樹脂シートが薄くて熱に敏感すぎる場合などに好適である。
【００３１】
上記のような成形における装置設定あるいは条件設定は、大きく３つのパターンに分けて説明することができる。成形型の表面温度（Ｔ）と成形型の内部温度（Ｓ）の変化を見たとき、サインカーブ様の連続成形サイクルを描くことができる。例として、前記のような表面層と背後層からなる成形型を用いた場合を考えてみる。背後層温度をＳ、成形型表面温度をＴ、その最高温度をＴｔ 最低温度Ｔｂとする。
パターンＡは、Ｓを、表面温度サイクルのＴｔとＴｂの間の一定温度に調整するパターンである。この場合、Ｔｔは高温気体か赤外線照射により到達する温度であり、Ｔｂは冷却手段により到達する温度である。背後層の直接的な温調は行う場合も、行う場合もある。背後そうからあまり熱が逃げない状態で、長時間連続的に成形を続ければ、背後層温度Ｓは表面温度サイクルのＴｔとＴｂに落ち着く。この場合、背後層の熱浸透率があまり大きくなければ、表面層の間近ではＳは時間的に直線ではなく、表面層に追従して小さな温度サイクル描く。背後層は積極的に任意に温調することは望ましく、その温度により加熱手段及び冷却手段を最適最短時間にすることができる。
パターンＢは、Ｓを、Ｔｂと同じかそれ以下の一定温度に調整するパターンである。この場合Ｔｂは、主として背後層からの伝熱すなわちＳの温度により到達する。冷却手段は必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Ｔｔは加熱手段により到達する。
パターンＣは、Ｓを、Ｔｔと同じかそれ以上の一定温度に調整するパターンである。この場合は、の場合Ｔｔは、主として背後層からの伝熱すなわちＳの温度により到達する。従って背後層の加熱温調は必須である。上記加熱手段は、必須ではないが使用すればサイクルを縮めることができる。なお、Ｔｂは冷却手段により到達する。
【００３２】
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では賦形から冷却までの間に、樹脂シートの賦形時以上の高温の熱処理を行うことが特徴であり、またこれを高速連続で実施できることが特徴である。
本発明の方法により広範囲の樹脂で、容易に熱処理された各種成形品の製造が可能である。具体的な用途を挙げると、ａ）ＰＥＴ等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定を伴う成形、ｂ）結晶核剤添加ＰＥＴ（ＣＰＥＴ）等の結晶性樹脂シートの結晶化を伴う成形、あるいはまたｃ）ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に伴う残留応力歪緩和してする熱処理成形を提案することができる。
特に、延伸ＰＥＴでは、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
（本発明の内容についての補足説明）
【００３３】
（１）＜熱浸透率について＞
本発明の規定値として用いた熱浸透率（ｂ値）は接触する物体と界面を通過して移動する熱量にかかわる物体の特性値であり、次の式で求められる。
ｂ＝ （λρＣ）１／２ ・・・・・（１）
λ； 熱伝導率（Ｊｓ−１ｍ−１Ｋ−１）
ρ； 密度（ｋｇｍ−３）
Ｃ； 比熱（Ｊｋｇ−１Ｋ−１）
このｂ値が小さい物体は界面に少ない熱量しか流さず相手物体に大きな温度変化を与えず、また界面間近では相手物体から大きな温度影響をうける。従って、このｂ値が小さい材料を成形型表面材料として用いた場合は賦形体からの熱を拡散させないので、高温気体と冷却用気体により賦形体を容易に加熱冷却することができる。しかし背後層の熱を容易に表面層表面（賦形体体との界面）に伝えないので、表面温度の均一性が高く、高速で安定な条件設定のためには、表面層の厚みを小さくするか、あるいはこのｂ値をある程度大きくすることにより、成形材料に合わせて最適にすることができる。
なお、ｂ値の参考例を示すと例えば、アルミニウム材は１７〜２３程度、鉄材は１３〜１６程度、銅３４程度、不錆鋼（ＳＵＳ３０６）は８．０で、多くの合成樹脂は０．２〜０．８程度、多くのセラミックスは１〜２０の間に入る。
なお、表１にいくつかの材料のｂ値を例示する。なお、ｂ値も測定温度により若干違った値を示すが、本願においては、厳密には２０℃の測定値にて規定することする。 ただし、２０℃から２００℃の間の変化に直線性を有しない材料、例えば相変化を伴う蓄熱剤などとの複合材料の場合は、１００℃、１５０℃の値の平均値を採用することとする。 なお、同じ材質でも、発泡体あるいは多孔体などに形状が変われば、この値が大きく変わることは留意を要する。
【表１】
【００３４】
（２）＜成形型構成の数値限定の意義について＞
上記成形型の表面層として熱浸透率ｂ値の大きな表面材料を用いた場合は、賦形体から容易に熱を背後に分散させてしまうので、熱容量の比較的に熱容量の小さい加熱空気や冷却空気では容易に賦形体を加熱冷却できなくなり、この値が１０を超える材料である場合は、能率的に熱処理を行う成形を行うことができない。この値は小さいほうが好ましいが、０．０１より小さいものは強度など使用に耐える材料がない。
上記の成形型において２層以上の構造とし、表面層の背面層を一定温度に制御して、賦形体を介して加熱気体および冷却気体により昇温降温変化する表面層の成形面温度を所望の基準温度へ迅速に回帰させることができる。
この場合、表面層の厚みが３０ｍｍを超える場合は背後層の制御が、上記表面温度と呼応して定常状態に至る時間がかかりすぎ、実施的に効果がない。また、この厚みが０．０３ｍｍを下回る場合は背後層の温度の影響を大きく受けて、迅速な賦形体の昇温降温を促進する効果がなくなる。例えば、公知の成形方法において、潤滑離型のために金型に仮に弗素樹脂等のコートが成されることがあったしても、そのコート厚みは３０μｍ以下の薄いものであり、それを厚くする必要もなく又困難もあって、本発明の効果を発揮させるようなものは従来製作されていない。
なお、上記したように単体一材料のものでも良いが、この場合、成形型への直接の温度制御はあってもよく、またなくてよく、いずれであっても所望表面温度の定常化に多少の時間をかければ、所望の成形は可能である。しかし、この場合、熱浸透率ｂ値（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜３の単一材料で構成してされたものでは加熱温調機構がないものが好ましく、またそれが３以上の単一材料で構成されたものは加熱温調機構を備えたものがより好ましく使用できる。
なお、上記の成形型は、真空賦形又は賦形時の排気が可能にする微細孔を有し、真空引き可能なように先記成形型収納ボックスに収納されることが望ましい。
【００３５】
（３）＜賦形体の温度測定について＞
なお、本発明の装置においては、なんらかの方法で成型型表面温度あるいはと型と賦形体の界面温度の変化、または賦形体の温度変化を測定することは重要である。具体的には例えば、成形型の成形面上に、極めて繊細な測定プローブ、例えば線径０．１ｍｍ程度の熱電対先端を突出させておいてこれを測定することができる。別の方法としては賦形体を反対面から赤外線温度計非接触で測定する方法がある。しかし、これらには留意すべき点がある。
前記のＳ線の温度はパターンＡ、Ｃでは、成形型自体を積極的に温度調節制御を行うが、それでも成形表面からの距離、あるいは熱源からの距離によっては温度傾斜をもって、成形サイクルを繰り返す中で定常化する値でもある。
賦形材料の熱処理温度あるいは離型可能温度を厳密に考えるとき、これらの温度はここで示される表面温度あるいは界面温度とはかなり乖離があることは留意する必要がある。秒単位あるいはそれ以下の単位で加熱冷却を行う場合は、賦形体の厚み方向で大きな温度傾斜が発生するからである。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定も、材料温度を正確に表すものでなない。また本発明では表面温度（界面温度）で表現しているがこの温度とも乖離があり、相対的な値として考慮する必要がある。
【実施例１】
【００３６】
図４及び５に示す加熱板と図７に示す冷却手段を用いた図１の装置構成で、延伸ＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。
１）成形材料；ホモポリエチレンテレフタレート樹脂の２．３倍一軸延伸シート（但し熱固定を行っていないもの）、厚み０．２３ｍｍ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のものを使用した。
加熱板； 図４及び５に示す構造で、炭素鋼製で有効寸法３３０×５５０ｍｍの予 熱面を持ち、間隔３０ｍｍの碁盤格子の交点毎に径１φｍｍの気体送排出孔２５ を穿ち、また図５に示す配置で高温気体の気体送出孔３８を設けた。低温送排気 本体２１及び気体送排出孔２５は、樹脂シートの予熱時の吸引固定、低温気体に よる圧空賦形、圧空空間からの排気の機能を有する。高温送気本体３１及び気体 送出孔３８は高温圧縮気体を圧空空間に送出する機能を有する。
なお、低温送排気本体２１の送気機能は圧空賦形に使われるが、これは必須では なく、これが使われない場合は高温送気本体３１により圧空賦形と熱処理昇温が 行われる。
冷却手段；図７に示す構造、すなわち噴射された冷却用気体の反射流を、噴射ノズ ル４３の間に設けた通路４５から吸い込み、水平方向に排気する方式で、有効寸 法３３０×５５０ｍｍのものを使用た。
成形型； 図８の６０に示す表面層／背後層方式のもので、アルミニウムＡ ５０５２を背後層とし、その上にジルコニヤ（ｂ値は２．８）０．３ｍｍの表面 層を溶射コーテイングで形成させたものを使用した。
成形物は深さ直径９０ｍｍ、深さ３０ｍｍの丸皿形状物で、成形型の外寸を １１０ｍｍ角としたもの１５個をヒーター内包の固定板に固定し、内寸３３２× ５５２ｍｍの収納ボックスに収めた。なお、成形型の上面は収納ボックス側壁よ り５ｍｍ低くなるようにし、又側壁とは１ｍｍ間隙を設けた。
温度測定; 成形面には細線熱電対先端露出させて這わせ、成形面温度及び賦形体 界面温度を測定できるようにした。また、同様に細線熱電対を加熱板の裏から貫 通させ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； ９５℃に設定した加熱板に２秒間吸着して接触させ予熱。
成形型成形面予熱温度； １６０℃
加熱板への導入空気； 約３３０℃、 元圧力０．４ＭＰａ
真空圧空賦形；１．５秒、 圧空圧０．４ＭＰａ
高温送気本体３１により行った。
熱処理昇温；２．５秒
低温送排気本体２１からの排気を作動させ、高温送気本体３１から高温気体の送 気を続けた。圧空温度は２８８℃に到達した。
熱処理温度（界面到達温度）；１８７℃、
賦形時に上記表面温度は瞬間的に約１６０℃以下に低下したが、昇温してこの温 度になった。
冷却手段作動時間 ； ５秒
離型時に表面（界面）温度は約１４０℃に低下した。
４）比較テスト；上記の条件で低温送排気本体２１からの排気を行わずに高温送気本体３１からの送気による賦形と熱処理を行ったところ界面到達温度到達温度は１６５℃程度で、圧空時間を延ばしてもあま効果がなかった。また離型時に変形し、良好な形状の成形品とはならなかった。この条件設定では熱処理効果は不十分であることを意味している。
５）成形結果；
得られた成形品は良好な形状、透明なものであった。耐熱１４０℃のシリコンオイルに２分間浸漬の試験を行い、変形、目立った収縮はなく、耐熱性の優れたものであった。使用した加熱板では、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、比較テストの条件、すなわち公知の加熱板で可能な条件設定では、効率的な熱処理効果はあげにくいことがわかった。
【実施例２】
【００３７】
実施例１の構成で、図６操作方法により延伸ＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。ここでは、樹脂シートの予熱を別途に準備してある加熱オーブンでおこなった。
１）成形材料；実施例１と同じものを使用した。
２）成形装置；実施例１と同じものを使用した。ただし、樹脂シートの予熱には別途に準備してある加熱オーブンを利用した。
３）成形方法と成形条件；
成形型成形面予熱温度； １６０℃
加熱板への導入空気； 約３３０℃、 元圧力０．４ＭＰａ
樹脂シートの予熱； 樹脂シートを５５０℃の予熱オーブンで９秒間予熱して移動 させ、成形型上部に乗せた。なお、シート予熱温度は９５℃である。
真空賦形の先行；０．３秒
加熱板の降下接触直前に、成形型による真空賦形を先行して作動させた。
圧空賦形；１．５秒、 圧空圧０．４ＭＰａ
加熱板の降下と同時に、高温送気本体３１からの高温気体送気により行った。
熱処理昇温；２．５秒
以下、実施例１と同条件で同様にして成形を行った。
４）成形結果；
得られた成形品は良好な形状で、耐熱実施例１と同様に高いものであった。なお、加熱板との接触がないので、多数排気孔跡、送気孔跡、面の傷マーク等を写していない利点もあった。
このような特異な構成でも、高温気体による熱処理昇温が容易であることがわかった。
なお、本構成には次のような、利点も挙げることができる。
１)予熱にかかわらないので、任意の温度設定ができ、可能条件を大きく広げる。
２)予熱にかかわらないので、可能な構造構成を大きく広げることができる。
【実施例３】
【００３８】
実施例１に示す装置構成で成形型と操作条件を変更して、ＣＰＥＴシートの熱処理を伴う成形を行った。なお、ここでは冷却手段は使用しなかった。
１）成形材料；結晶核剤入り処方の成形用ＣＰＥＴシート（東洋紡製、厚み０．５ｍｍ）
２）成形方法と成形条件；
樹脂シートの予熱；樹脂シートを５５０℃設定の予熱オーブンで１８秒間予熱して 移動させ、成形型上部に乗せた。なお、シート予熱温度は約１００℃である。
成形型温度； 背後体を熱媒オイルで１００℃に温調した。このときの成形型表面 温度は約９５℃であった。
加熱板への導入空気； 約２５０℃、 元圧力０．４ＭＰａ
送気本体３１は、導入気体とほぼ同温度に調整した。
真空圧空賦形及び熱処理；１２秒、 圧空圧０．２ＭＰａ
加熱板を降下させて、予熱された樹脂シートを成形型収納ボックス壁上部に押 圧し、低温送排気本体２１からの排気を作動させて、高温送気本体３１から高温 気体の送気を続けることによりこの処理を行った。予熱された樹脂シートはヒー トサグ（垂れ下がり現象）のため加熱板面の予熱面に接触することはなかった。 なお、圧空温度は約２００℃になった。
熱処理温度（界面到達温度）；１６６℃、
冷却手段作動時間 ； ０秒
冷却手段を作動させず、賦形後即時に離型した。
離型後、成形型表面温度は短時間に元の設定温度に低下し、続けて次の成形が可 能な状態となった。
３）参考テスト；
熱処理昇温時間を短縮するために、成形型表面温度を熱処理温度に近ずけ１６０℃として、熱成形したところ、成形品に凹凸の激しいムラが発生した。ＣＰＥＴできれいな成形品を得るには少なくともその予熱温度程度以下の低温の成形型で賦形し、その後昇温して熱処理することが必要であった。
４）成形結果；
精密かつ良好に成形された成形品を得た。有効に熱処理されたことは、賦形体がまだ１６６℃以上の高温であるにも関わらず、収縮変形することなく離型できたことからも理解される。
公知のＣＰＥＴの熱成形では、低温の成形型で成形された成形品を高温の型に移して熱処理を行うなど、煩雑で時間のかかる方法が採用されているが、本方法では、簡略で短時間に、予熱温度以上の高温の熱処理を伴う成形を行うことができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明による熱成形には下記のようなことが可能である。
（１）賦形のための予熱温度以上に賦形体の加熱する熱処理と冷却離型を伴う成形プロセスを、非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
（２）このような熱処理を必要とする具体的な用途には、延伸された結晶性樹脂シートの熱固定を伴う熱成形である。材料してはＰＥＴ等の熱可塑性ポリエステルの他、ＰＬＡ樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＥＥＫ等の結晶性樹脂等の延伸シートを挙げることができる。
（３）その中でも特、延伸ＰＥＴシートを用いて上記のような熱処理を行う熱成形を行うことにより、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができ、省資源の社会的ニーズに対応することができる。
（４）延伸処理を行っていない結晶性樹脂シート、例えば結晶核剤の添加されたＰＥＴ（ＣＰＥＴ）の結晶化を伴う成形に利用することができ、これを従来よりも高速して行うことができる。
（５）また、ポリプロピレンのＳＰＰＦ成形（固相高圧成形）に応用し、この成形方法の欠点を解決（残留応力歪みを緩和して耐熱寸法安定性を向上）する新規の方法等を期待することができる。
（６）熱処理を伴う成形を、精密に、均一に、バラツキなく、高速で、省エネルギーで行うことができ、また、配向及び結晶化による強度剛性等の向上は薄肉化省材料に転換して、省資源の社会的ニーズに貢献することを可能にするものである。
【符号の説明】
【００４０】
２０ 加熱板
２１ 低温送排気本体（送気機能は必須ではない）
２２ 加熱ヒーター
２３ 排気管（兼圧縮気体の導入管）
２４ 気体分岐通路
２５ 気体送排出孔（兼真空吸引孔）
２６ 接触予熱面（気体送排出面）
２７ 断熱材
２９ 断熱材
３１ 高温送気本体
３２ 加熱ヒーター
３３ 高温圧縮気体導入管
３４ 圧縮気体分配空間
３５ 送気断熱管
３５ｂ断熱空間
３７ 断熱材
３８ 気体送出孔
３９ 圧空空間
４０ 冷却手段
４１ 冷却手段本体（平板状）
４２ 圧縮気体の導入路
４３ 冷却用気体の噴射ノズル
４４ 気流ガイド面
４５ 垂直排気路
４６ 水平排気路
６０ 成形型
６１ 表面層
６２ 背後層（背後体）
６３ 真空排気孔
６４ 排気通路
６５ 加熱熱媒通路
６６ 成形型集積プレート
６７ 成形型収納ボックス
６７ｂ 収納ボックス切欠
６８ カートリッジヒーター
１００ 熱可塑性樹脂シート（樹脂シート）
Ａ 圧縮気体
Ａ‘ 排気
Ｖ 真空引き
ＨＡ 高温圧縮気体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂シートの加熱板による圧空成形を行う熱成形装置において、加熱板として、１）圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを片面に設けた複数の孔から圧空空間に送出しながら、２）同時並行で、この圧空空間に送出された気体を同加熱板の上記同面に別に設けた複数の孔から吸収し外部へ排出するように構成したものを用いる熱可塑性樹脂シートの成形装置。
【請求項２】
上記加熱板が、加熱温調手段を保有し、加熱板表面に樹脂シートを吸着又は押圧して予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に記載の成形装置。
【請求項３】
冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記加熱板の成形型からの離反後に、成形型の上部に対してこの冷却手段を進行させるか、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体を冷却するように構成したことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の成形装置。
【請求項４】
上記冷却手段が、冷却用気体の噴射ノズルと噴射された気体を整流して側面方向に排気する通路を備えた構成したものであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の成形装置。
【請求項５】
成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の成形装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、このシートの予熱温度以上の高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法。
【請求項１】
樹脂シートの加熱板による圧空成形を行う熱成形装置において、加熱板として、１）圧縮気体を加熱するか又は加熱圧縮気体を導入し、これを片面に設けた複数の孔から圧空空間に送出しながら、２）同時並行で、この圧空空間に送出された気体を同加熱板の上記同面に別に設けた複数の孔から吸収し外部へ排出するように構成したものを用いる熱可塑性樹脂シートの成形装置。
【請求項２】
上記加熱板が、加熱温調手段を保有し、加熱板表面に樹脂シートを吸着又は押圧して予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に記載の成形装置。
【請求項３】
冷却媒体を噴射して行う冷却手段を成形型周辺に配置して、上記加熱板の成形型からの離反後に、成形型の上部に対してこの冷却手段を進行させるか、又は上記成形型を上記冷却手段の下部に進行させて賦形体を冷却するように構成したことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の成形装置。
【請求項４】
上記冷却手段が、冷却用気体の噴射ノズルと噴射された気体を整流して側面方向に排気する通路を備えた構成したものであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の成形装置。
【請求項５】
成形型として、熱浸透率（ｋＪ／ｍ２ｓ１／２Ｋ）が０．０１〜１５である材料により少なくとも成形用表面を形成させたものを用いることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の成形装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、樹脂シートの予熱工程、賦形工程、このシートの予熱温度以上の高温で熱処理する熱処理工程と、そして冷却工程を備える熱可塑性樹脂シートの成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６７０６３（Ｐ２０１３−６７０６３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６５１５（Ｐ２０１１−２０６５１５）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（５０００４４７５５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（５０００４４７５５）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]