(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が熱可塑性樹脂で形成された素材シート（５０）を加熱しながら、凹状模様を備える非金属製の押し型（４０）の表面に圧接することにより、素材シート（５０）の表面に凸状模様を形成する表面成形方法であって、
高周波電源部（２）に電気的に接続される第１電極（３）と第２電極（４）の間に、押し型（４０）と素材シート（５０）を重ねた状態で配置し、
両電極（３・４）を近接操作して、高周波電源部（２）を駆動して両電極（３・４）の間に高周波電圧を印加しつつ、加熱体（６）を発熱させて両電極（３・４）の少なくとも一方を加熱しながら、素材シート（５０）と押し型（４０）を加圧する一次加圧を行い、
次いで、高周波電源部（２）を停止し、素材シート（５０）および押し型（４０）に対する加圧状態と、加熱体（６）による加熱状態とを維持して二次加圧を行うことを特徴とする熱可塑性樹脂シートの表面成形方法。
【請求項２】
二次加圧において押し型（４０）と素材シート（５０）に加えられる加圧圧力が、一次加圧における加圧圧力よりも高くなるように設定されている請求項１に記載の熱可塑性樹脂シートの表面成形方法。
【請求項３】
一次加圧および二次加圧において、押し型（４０）を第１電極（３）の側に、素材シート（５０）を第２電極（４）の側に配置し、第２電極（４）のみを加熱体（６）で加熱する請求項１または２に記載の熱可塑性樹脂シートの表面成形方法。
【請求項４】
素材シート（５０）が、熱可塑性樹脂で形成される賦形層（５１）と、賦形層（５１）よりも耐熱性が高く溶融し難い材料で形成されるベース層（５２）との積層体からなり、
一次加圧および二次加圧において、賦形層（５１）を押し型（４０）に当接させ、ベース層（５２）を第２電極（４）に当接させる請求項３に記載の熱可塑性樹脂シートの表面成形方法。
【請求項５】
素材シート（５０）が第１シート（５８）と第２シート（５９）で構成されており、
一次加圧および二次加圧において、第１シート（５８）と第２シート（５９）が溶着により一体化されるとともに、両シート（５８・５９）を一体化してなる素材シート（５０）の表面に凸状模様が形成される請求項１から３のいずれかに記載の熱可塑性樹脂シートの表面成形方法。
【請求項６】
押し型（４０）の表面に、織生地または編生地からなる繊維層（４１）が形成されており、
一次加圧および二次加圧において、繊維層（４１）を素材シート（５０）の表面に当接させる請求項１から５のいずれかに記載の熱可塑性樹脂シートの表面成形方法。
【請求項７】
少なくとも表面が熱可塑性樹脂で形成された素材シート（５０）を加熱しながら、凹状模様を備える非金属製の押し型（４０）の表面に圧接することにより、素材シート（５０）の表面に凸状模様を形成する表面成形装置であって、
高周波電源部（２）と、高周波電源部（２）に電気的に接続される第１電極（３）および第２電極（４）と、第１電極（３）と第２電極（４）を接離操作して素材シート（５０）と押し型（４０）を加圧する操作構造（５）と、第１電極（３）と第２電極（４）の少なくともいずれか一方を加熱する加熱体（６）とを備えており、
両電極（３・４）を操作構造（５）で近接操作し、高周波電源部（２）を駆動して両電極（３・４）の間に高周波電圧を印加しつつ、加熱体（６）を発熱させて両電極（３・４）の少なくとも一方を加熱しながら、素材シート（５０）と押し型（４０）を加圧する一次加圧を行い、
次いで、高周波電源部（２）を停止し、素材シート（５０）および押し型（４０）に対する加圧状態と、加熱体（６）による加熱状態とを維持して二次加圧を行うように構成されており、
第１電極（３）の上部に、重ねた状態の押し型（４０）と素材シート（５０）を支持する載置面（１２）が設けられており、
この載置面（１２）を囲むように、該載置面（１２）に載置された押し型（４０）と素材シート（５０）の周縁の複数個所を受け止めて位置決めする位置決め枠（１３）が設けられていることを特徴とする熱可塑性樹脂シートの表面成形装置。
【請求項８】
二次加圧において押し型（４０）と素材シート（５０）に加えられる加圧圧力が、一次加圧における加圧圧力よりも高くなるように設定されている請求項７に記載の熱可塑性樹脂シートの表面成形装置。
【請求項９】
加熱体（６）が第２電極（４）のみに設けられており、
一次加圧および二次加圧において、押し型（４０）が第１電極（３）の側に、素材シート（５０）が第２電極（４）の側に配置してある請求項７または８に記載の熱可塑性樹脂シートの表面成形装置。
【請求項１０】
位置決め枠（１３）が、第１電極（３）との間に設けたガイド構造（１６・１７）で上下動可能に案内されて、付勢構造（１５）で第２電極（４）へ向かって上向きに移動付勢されており、
第２電極（４）の下面には、載置面（１２）上の押し型（４０）および素材シート（５０）を加圧する押え面（２５）が設けられており、
第２電極（４）が操作構造（５）で第１電極（３）に近接操作される過程で、押え面（２５）が位置決め枠（１３）を付勢構造（１５）の付勢力に抗して押し下げながら、載置面（１２）上の押し型（４０）および素材シート（５０）を加圧するように構成されている請求項７乃至９のいずれかに記載の熱可塑性樹脂シートの表面成形装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘電加熱を利用した熱可塑性樹脂シートの表面成形方法および表面成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の表面成形方法は、特許文献１ないし３に開示されている。特許文献１の方法では、熱可塑性樹脂シート上に絶縁シートを重ねて、これらのシートを高周波ウェルダー装置の基台上に載置する。熱可塑性樹脂シートの上面は平滑面で構成され、これに当接する絶縁シートの下面は粗面で構成されている。絶縁シートの上面と対向する電極金型の下面には、文字や図形等の図柄からなる刻印部が凸設されている。この電極金型をヒーターで加熱した状態で絶縁シート上に圧着させながら、電極金型と基台の間に高周波電圧を印加する。これにより、熱可塑性樹脂シートの平滑面を、刻印部に対応する部分において粗面化して、熱可塑性樹脂シートに粗面からなる図柄を形成できる。
【０００３】
特許文献２の方法では、熱可塑性樹脂シートの上下に、表面に凹凸形状が形成された押し型を配置し、これらを高周波ウェルダー装置の電極板間に載置する。次いで、電極板間に高周波を発生させて、熱可塑性樹脂シートを内部から加熱して軟化させる。最後に、上下の電極板を接近させて、押し型を熱可塑性樹脂シートの上下面に押圧する。これにより、熱可塑性樹脂シートの上下面に、押し型の表面の凹凸形状が正確に転写される。
【０００４】
特許文献３の方法では、シリコン樹脂で形成した雌型を用いる。雌型には、その全面に浅いシボ模様が凹設され、その一部に文字、図柄等が深く凹設されている。この雌型を高周波ウェルダー装置の下電極板に載置し、雌型の上面に熱可塑性樹脂シートの表面を接合する。上電極板によって熱可塑性樹脂シートを雌型に向かって押圧しつつ、上下電極板間に高周波電圧を印加する。これにより、熱可塑性樹脂シートの表面の一部に文字等を膨出せしめると共に、残余の部分にシボ模様を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２５５５０９号公報（段落番号００２８〜００３３、図１〜３）
【特許文献２】特開平１０−１００２４９号公報（段落番号００１０〜００１２、図３）
【特許文献３】特開昭５７−４３８０９号公報（明細書第２頁左欄）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の表面成形方法では、電極金型の刻印部と同じ模様を熱可塑性樹脂シートの表面に形成するので、熱可塑性樹脂シートの表面に形成する模様が異なるごとに、電極金型を用意する必要がある。そのため、模様の異なる熱可塑性樹脂シートを少量ずつ生産する多品種少量生産を行う場合には、多種類の金型を用意する必要があり、電極金型の製作に多くの手間と費用を要する。また、高周波ウェルダー装置では、作業条件が適切でないと、高周波電圧を印加した際に電極金型の表面でスパークが発生し、スパークの発生部位が溶融して破損するおそれもある。
【０００７】
これに対して、特許文献２の押し型を用いる方法や、特許文献３のシリコン樹脂製の雌型を用いる方法では、高周波ウェルダー装置の一対の電極板を交換しなくても、模様の異なる押し型あるいは雌型を交換するだけで、模様の異なる熱可塑性樹脂シートを得ることができる。押し型や雌型は、特許文献１の電極金型に比べて安価に製造できるので、多種類の押し型あるいは雌型を低コストで用意できる。従って、特許文献２や特許文献３の方法によれば、多品種少量生産を行う場合のコストを、特許文献１の表面成形方法に比べて削減できる。また、スパークの発生により押し型あるいは雌型が破損するおそれもない。
【０００８】
特許文献２や特許文献３の表面成形方法では、高周波電圧の印加によって熱可塑性樹脂シートを加熱するので、熱可塑性樹脂シートの表面と内部を均等に加熱して、表面成形に適した温度（成形温度）まで素早く上昇させることができる。しかし、成形温度に達した後も高周波電圧を印加し続けると、熱可塑性樹脂シートが過熱状態に陥って変質するおそれがある。反面、成形温度に達した時点で高周波電圧の印加を停止すると、熱可塑性樹脂シートの温度が低下して、成形温度を大きく下回ってしまう。このように、高周波誘電加熱を加熱源とする特許文献２・３の方法では、熱可塑性樹脂シートを成形に適した温度に保持することが難しい。また、成形温度に保持できる時間が短いと、熱可塑性樹脂シートの表面に対する賦形が不十分になって凸状模様が不明瞭になりやすい。
【０００９】
本発明の目的は、凸状模様の異なる熱可塑性樹脂シートを少量ずつ生産する多品種少量生産を低コストで行うことができ、しかも、凸状模様を適確にしかも明瞭に形成できる熱可塑性樹脂シートの表面成形方法および表面成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る熱可塑性樹脂シートの表面成形方法は、少なくとも表面が熱可塑性樹脂で形成された素材シート５０を加熱しながら、凹状模様を備える非金属製の押し型４０の表面に圧接することにより、素材シート５０の表面に凸状模様を形成する表面成形方法であって、高周波電源部２に電気的に接続される第１電極３と第２電極４の間に、押し型４０と素材シート５０を重ねた状態で配置し、両電極３・４を近接操作して、高周波電源部２を駆動して両電極３・４の間に高周波電圧を印加しつつ、加熱体６を発熱させて両電極３・４の少なくとも一方を加熱しながら、素材シート５０と押し型４０を加圧する一次加圧を行い、次いで、高周波電源部２を停止し、素材シート５０および押し型４０に対する加圧状態と、加熱体６による加熱状態とを維持して二次加圧を行うことを特徴とする。
【００１１】
二次加圧において押し型４０と素材シート５０に加えられる加圧圧力を、一次加圧における加圧圧力よりも高くなるように設定する。
【００１２】
一次加圧および二次加圧において、押し型４０を第１電極３の側に、素材シート５０を第２電極４の側に配置し、第２電極４のみを加熱体６で加熱する。
【００１３】
素材シート５０は、熱可塑性樹脂で形成される賦形層５１と、賦形層５１よりも耐熱性が高く溶融し難い材料で形成されるベース層５２との積層体からなる。一次加圧および二次加圧において、賦形層５１を押し型４０に当接させ、ベース層５２を第２電極４に当接させる。
【００１４】
素材シート５０を第１シート５８と第２シート５９で構成する。一次加圧および二次加圧において、第１シート５８と第２シート５９を溶着により一体化するとともに、両シート５８・５９を一体化してなる素材シート５０の表面に凸状模様を形成する。
【００１５】
押し型４０の表面に、織生地または編生地からなる繊維層４１を形成する。一次加圧および二次加圧において、繊維層４１を素材シート５０の表面に当接させる。
【００１６】
本発明に係る熱可塑性樹脂シートの表面成形装置は、少なくとも表面が熱可塑性樹脂で形成された素材シート５０を加熱しながら、凹状模様を備える非金属製の押し型４０の表面に圧接することにより、素材シート５０の表面に凸状模様を形成する。表面成形装置は、高周波電源部２と、高周波電源部２に電気的に接続される第１電極３および第２電極４と、第１電極３と第２電極４を接離操作して素材シート５０と押し型４０を加圧する操作構造５と、第１電極３と第２電極４の少なくともいずれか一方を加熱する加熱体６とを備えている。成型時には、両電極３・４を操作構造５で近接操作し、高周波電源部２を駆動して両電極３・４の間に高周波電圧を印加しつつ、加熱体６を発熱させて両電極３・４の少なくとも一方を加熱しながら、素材シート５０と押し型４０を加圧する一次加圧を行う。次いで、高周波電源部２を停止し、素材シート５０および押し型４０に対する加圧状態と、加熱体６による加熱状態とを維持して二次加圧を行うように構成されている。そして、第１電極３の上部に、重ねた状態の押し型４０と素材シート５０を支持する載置面１２が設けられ、この載置面１２を囲むように、該載置面１２に載置された押し型４０と素材シート５０の周縁の複数個所を受け止めて位置決めする位置決め枠１３が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
二次加圧において押し型４０と素材シート５０に加えられる加圧圧力を、一次加圧における加圧圧力よりも高く設定する。
【００１８】
加熱体６を第２電極４のみに設ける。一次加圧および二次加圧において、押し型４０は第１電極３の側に、素材シート５０は第２電極４の側に配置する。
【００２０】
位置決め枠１３を、第１電極３との間に設けたガイド構造１６・１７で上下動可能に案内して、付勢構造１５で第２電極４へ向かって上向きに移動付勢する。第２電極４の下面には、載置面１２上の押し型４０および素材シート５０を加圧する押え面２５を設ける。第２電極４が操作構造５で第１電極３に近接操作される過程で、押え面２５が位置決め枠１３を付勢構造１５の付勢力に抗して押し下げながら、載置面１２上の押し型４０および素材シート５０を加圧するように構成する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る熱可塑性樹脂シートの表面成形方法では、第１電極３と第２電極４の間で加熱した素材シート５０を、凹状模様を備える非金属製の押し型４０に圧接することにより、素材シート５０の表面に凸状模様を形成する。この方法によれば、両電極３・４を交換しなくても、凹状模様の異なる押し型４０に交換するだけで、凸状模様の異なる素材シート５０を得ることができる。非金属製の押し型４０は、電極金型に比べて短時間で安価に製造できるので、多種類の押し型４０を低コストで用意することができる。従って、本発明に係る表面成形方法によれば、凸状模様の異なる素材シート５０を少量ずつ生産する多品種少量生産を低コストで行うことができる。
【００２２】
具体的には本発明では、一次加圧と二次加圧を順に行って、素材シート５０の表面に凸状模様を形成する。一次加圧では、素材シート５０を高周波誘電加熱の原理で内部から加熱しつつ、さらに加熱体６で電極３・４を介して表面から加熱するので、素材シート５０を表面成形に適した温度（成形温度）まで素早く加熱して、素材シート５０の表面に凸状模様を形成できる。また、二次加圧では、高周波電源部２を停止し、加熱体６のみで素材シート５０を加熱するので、一次加圧で既に成形温度に加熱されている素材シート５０を加熱し過ぎることなく、しかも、素材シート５０の温度が成形温度よりも低下するのを防止して、素材シート５０を成形に適した温度に保持できる。従って、素材シート５０の表面に対する賦形を十分に行って、一次加圧で素材シート５０の表面に形成された凸状模様をさらに明瞭化することができる。
【００２３】
二次加圧において押し型４０と素材シート５０に加える加圧圧力を、一次加圧における加圧圧力よりも高くなるように設定すると、両者４０・５０をより強く圧接して、押し型４０に密着している素材シート５０の厚みを小さくできる。一方、押し型４０の凹状模様に臨む素材シート５０の部分、すなわち凸状模様の部分は、先の加圧圧力を受けないので、凸状模様の部分におけるシート厚みと、押し型４０に密着している部分のシート厚みとの差を、一次加圧時よりもさらに大きくすることができる。従って、素材シート５０の表面の凸状模様をより突出させて、凸状模様を際立たせることができる。
【００２４】
押し型４０を第１電極３の側に、素材シート５０を第２電極４の側に配置し、第２電極４のみを加熱体６で加熱すると、素材シート５０と押し型４０の位置関係を逆にする場合に比べて、加熱体６が発する熱を第２電極４を介して素材シート５０へ効率良く伝えて、素材シート５０の加熱を短時間で速やかに行うことができる。また、押し型４０が加熱体６の熱に晒されるのを軽減して、押し型４０の耐久性を向上できる。
【００２５】
熱可塑性樹脂からなる賦形層５１と、耐熱性が高いベース層５２との積層体で素材シート５０を構成し、加圧の過程で賦形層５１を押し型４０に、ベース層５２を第２電極４にそれぞれ当接させると、ベース層５２が溶融して素材シート５０が第２電極４に付着するのを解消できる。従って、加圧後の素材シート５０を第２電極４から速やかに分離して、新たな素材シート５０の表面成形を開始できるので、素材シート５０に対する表面成形加工を短時間で効率良く行うことができる。
【００２６】
一次加圧および二次加圧において、第１シート５８と第２シート５９を溶着により一体化するとともに、両シート５８・５９を一体化してなる素材シート５０の表面に凸状模様を形成すると、両シート５８・５９の一体化と凸状模様の形成とを分けて行う場合に比べて、工数を少なくして素材シート５０の生産効率を向上できる。また、両シート５８・５９を溶着により一体化すると、接着剤を使用する必要が無いので、接着剤を塗布する手間と材料コストを削減できる。さらに、第１シート５８と第２シート５９の組み合わせにより、外観上の印象を興趣に富むものとして、デザイン効果を高めることができる。
【００２７】
押し型４０の表面に繊維層４１を形成して素材シート５０に当接させると、凸状模様に加えて、繊維層４１の表面に現れる織目模様あるいは編目模様などの微細凹凸５４を素材シート５０に形成することができる。これにより、素材シート５０の表面に形成される成形模様を多様化し、さらに見た目の質感を種々に変更できるので、意匠性に富み、しかも変化に富んだ素材シート５０を得ることができる。
【００２８】
本発明に係る熱可塑性樹脂シートの表面成形装置では、第１電極３と第２電極４の間で加熱した素材シート５０を、凹状模様を備える非金属製の押し型４０に圧接することにより、素材シート５０の表面に凸状模様を形成する。この装置によれば、両電極３・４を交換しなくても、凹状模様の異なる押し型４０に交換するだけで、凸状模様の異なる素材シート５０を得ることができる。非金属製の押し型４０は、電極金型に比べて短時間で安価に製造できるので、多種類の押し型４０を低コストで用意することができる。従って、本発明に係る表面成形装置によれば、凸状模様の異なる素材シート５０を少量ずつ生産する多品種少量生産を低コストで行うことができる。
【００２９】
成型時には、一次加圧と二次加圧を順に行って、素材シート５０の表面に凸状模様を形成する。一次加圧では、素材シート５０を高周波誘電加熱の原理で内部から加熱しつつ、加熱体６で電極３・４を介して表面から加熱するので、素材シート５０を表面成形に適した温度（成形温度）まで素早く加熱して、素材シート５０の表面に凸状模様を形成できる。また、二次加圧では、高周波電源部２を停止し、加熱体６のみで素材シート５０を加熱するので、一次加圧で既に成形温度に加熱されている素材シート５０を加熱し過ぎることなく、しかも、素材シート５０の温度が成形温度よりも低下するのを防止して、素材シート５０を成形に適した温度に保持できる。従って、素材シート５０の表面に対する賦形を十分に行って、一次加圧で素材シート５０の表面に形成された凸状模様をさらに明瞭化することができる。
【００３０】
二次加圧において押し型４０と素材シート５０に加える加圧圧力を、一次加圧における加圧圧力よりも高くなるように設定すると、両者４０・５０をより強く圧接して、押し型４０に密着している素材シート５０の厚みを小さくできる。一方、押し型４０の凹状模様に臨む素材シート５０の部分、すなわち凸状模様の部分は、先の加圧圧力を受けないので、凸状模様の部分におけるシート厚みと、押し型４０に密着している部分のシート厚みとの差を、一次加圧時よりもさらに大きくすることができる。従って、素材シート５０の表面の凸状模様をより突出させて、凸状模様を際立たせることができる。
【００３１】
加熱体６を第２電極４のみに設け、押し型４０を第１電極３の側に、素材シート５０を第２電極４の側に配置すると、素材シート５０と押し型４０の位置関係を逆にする場合に比べて、加熱体６が発する熱を第２電極４を介して素材シート５０へ効率良く伝えて、素材シート５０の加熱を短時間で速やかに行うことができる。また、押し型４０が加熱体６の熱に晒されるのを軽減して、押し型４０の耐久性を向上できる。
【００３２】
押し型４０と素材シート５０の周縁部を受け止めて、両者４０・５０を載置面１２に対して位置決めする位置決め枠１３を設けると、押し型４０と素材シート５０が互いにずれ動くのを規制して、両者４０・５０を適正な位置関係に保持できる。したがって、押し型４０の凹状模様を素材シート５０の適正な位置に圧接して、凸状模様を的確に形成できる。
【００３３】
第１電極３に対して位置決め枠１３を上下動可能に構成し、この位置決め枠１３を付勢構造で上向きに付勢し、加圧時には押え面２５で押し下げ可能に構成する。これによれば、待機時における位置決め枠１３の上縁と、載置面１２との間の上下間隔寸法を、十分に大きくすることができる。従って、押し型４０と素材シート５０を合わせた上下厚み寸法が比較的大きい場合にも、両者４０・５０を載置面１２に載置する際に、位置決め枠１３の内側に確実に収容して、位置決め枠１３で確実に位置決めできる。また、位置決め枠１３を押え面２５で押し下げながら成型を行うので、押し型４０と素材シート５０を合わせた上下厚み寸法が大小に異なる場合でも、押え面２５で加圧される直前まで両者４０・５０を載置面１２に対して確実に位置決めして、押し型４０による賦形を的確に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例に係る表面成形方法を示す概念図である。
【図２】表面成形装置の概略構造を示す概念図である。
【図３】表面成形装置の待機状態を示す概念図である。
【図４】表面成形を施す前の熱可塑性樹脂シートおよび押し型の平面図である。
【図５】表面成形を施した熱可塑性樹脂シートの平面図である。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図７】本発明の別実施例に係る表面成形方法を示す要部の縦断正面図である。
【図８】図７に係る表面成形を施した熱可塑性樹脂シートの要部の平面図である。
【図９】本発明の別実施例に係る表面成形方法の待機状態を示す概念図である。
【図１０】図９に係る表面成形を施した熱可塑性樹脂シートの要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（実施例）  図１ないし図６は、本発明に係る熱可塑性樹脂シートの表面成形方法および表面成形装置の実施例を示す。本実施例に係る表面成形装置は、プラスチックフィルムなどの溶着や溶断に使用される高周波ウェルダー装置であり、この装置と凹状模様を備える押し型４０とを使用して、熱可塑性樹脂製の素材シート５０の表面に凸状模様を形成する。図２に示すように高周波ウェルダー装置は、装置本体１と、装置本体１に内蔵される高周波電源部２（図１参照）と、高周波電源部２に電気的に接続されて上下に対向配置される第１電極３および第２電極４と、第１電極３に対して第２電極４を昇降操作する操作構造５と、第２電極４を加熱するためのヒーター（加熱体）６などを備える。
【００３６】
第１電極３は、矩形板状に形成された受台１０と、受台１０を下面側から支持する下ベース１１とを備える。受台１０および下ベース１１は金属で形成されて、互いに通電可能な状態で密着してある。図３に示すように受台１０の上面には、押し型４０と素材シート５０を重ねて載置するための載置面１２が設けられており、載置面１２の周囲には位置決め枠１３が配置されている。位置決め枠１３は、プラスチックなどの絶縁体で四角枠状に形成されて、載置面１２の周縁を四方から取り囲むように配置されている。本実施例で使用する押し型４０と素材シート５０は、載置面１２と同一の前後幅および左右幅に形成されている。載置面１２に載置された押し型４０と素材シート５０は、その周縁部が位置決め枠１３の内周面で受け止められて、載置面１２に対して水平方向に位置決めされる。
【００３７】
位置決め枠１３は、第１電極３に設けたガイド構造で、受台１０に対して上下動のみ可能に案内されて、圧縮ばね（付勢構造）１５で第２電極４へ向かって上向きに移動付勢されている。本実施例におけるガイド構造は、下ベース１１の上面に立設した上下に伸びるガイド軸１６と、ガイド軸１６でスライド案内されるガイド孔１８と、受台１０の外周面に設けた垂直なガイド面１７と、ガイド面１７でスライド案内される位置決め枠１３の内周面とで構成される。ガイド軸１６は、載置面１２の四隅の外方にそれぞれ配置されており、位置決め枠１３の四隅には、ガイド軸１６でスライド案内されるガイド孔１８が形成されている。位置決め枠１３の内周面は、ガイド面１７と近接対向する垂直面からなり、ガイド面１７で上下にスライド案内される。圧縮ばね１５は、各ガイド軸１６の外周面に配置されており、下ベース１１と位置決め枠１３の対向面の間に配置されて、位置決め枠１３を上方へ移動付勢する。ガイド軸１６の上端部には、ガイド孔１８の上開口縁を受け止めるストッパー１９が設けられており、このストッパー１９によって位置決め枠１３の上方移動限界が規定されている。素材シート５０の表面成形を行わない待機時において、位置決め枠１３は上方移動限界に位置する（図３参照）。待機時における位置決め枠１３の上縁と載置面１２との間の上下間隔寸法は、押し型４０と素材シート５０を合わせた上下厚み寸法よりも十分に大きく設定されている。
【００３８】
図２に示すように第２電極４は、矩形板状に形成された押え板２２と、押え板２２を上面側から複数の連結片２３を介して支持する上ベース２４とを備える。押え板２２、連結片２３および上ベース２４は金属で形成されて、互いに通電可能な状態で密着してある。押え板２２の下面には、第１電極３の載置面１２と対向する押え面２５が設けられている。押え面２５は載置面１２よりも一回り大きく形成されており、第２電極４の全体が操作構造５で下降操作されたとき、押え面２５の周縁部が位置決め枠１３の上面に当接して、位置決め枠１３を圧縮ばね１５の付勢力に抗して押し下げ操作する。押え面２５を加熱するために、押え板２２の上面にヒーター６が設置してある。上ベース２４の下面の周縁部には、上下に長い金属製の通電体２６が下向きに固定されている。通電体２６は、第２電極４が下降操作されたとき、第１電極３の下ベース１１の上面に当接して、第１電極３と第２電極４を互いに通電する。なお通電体２６は、第１電極３の側に設けてあってもよい。
【００３９】
操作構造５は操作シリンダーからなり、装置本体１の上部に固定されたシリンダー本体３０と、シリンダー本体３０に対して上下方向に出退操作されるピストンロッド３１とを備える。ピストンロッド３１の先端（下端）と第２電極４の上ベース２４は、上ベース２４の上面中央に設けた連結部３２を介して連結されている。ピストンロッド３１を出退操作することにより、第２電極４の全体を第１電極３に対して昇降操作できる。シリンダー本体３０の周囲には、上下に伸びる複数個のガイド筒３３が配置されて、装置本体１に固定されている。各ガイド筒３３に対応して、上ベース２４の上面には、ガイド筒３３内を上下方向にスライドするロッド（不図示）が固定されている。なお操作構造５は、操作シリンダー以外に、上下方向に伸びるラックとこれに噛み合うピニオンを駆動要素とするピニオン−ラック機構などで構成することができる。
【００４０】
図１および図４に示すように押し型４０は、繊維層４１と弾性層４２を積層した可撓性シートからなり、両層４１・４２を貫通するように複数の成形孔４３が形成されている。本実施例では、形状の異なる４種類の成形孔４３を格子状に配置し、計１６個の成形孔４３で凹状模様を構成した。繊維層４１は織生地からなり、その表面には縦糸と横糸による織目模様が形成されている。弾性層４２は、繊維層４１に比べて厚く形成されており、厚み方向へ弾性変形できる。繊維層４１および弾性層４２は、耐熱性が高く高周波誘電により発熱し難い素材で形成することが好ましい。本実施例では、繊維層４１をポリエステル繊維で形成し、弾性層４２を多孔質のポリエステル樹脂で形成した。成形孔４３は、レーザーカッターを用いた切り抜き加工や、プレス機を用いた打ち抜き加工、その他公知の加工手段により形成することができる。なお、弾性層４２は、多孔質のポリウレタン樹脂で形成してもよい。
【００４１】
素材シート５０は、賦形層５１とベース層５２の積層体からなる。賦形層５１は、加熱によって軟化し易い熱可塑性樹脂で形成されており、ベース層５２は、賦形層５１よりも耐熱性が高く溶融し難い材料で形成されている。本実施例では素材シート５０として、株式会社クラレの人工皮革「クラリーノ（登録商標）」を使用した。この素材シート５０の賦形層５１はポリウレタンで形成され、ベース層５２はナイロンまたはポリエステルの極細繊維の不織布で形成されている。
【００４２】
素材シート５０の表面成形を行うには、まず繊維層４１を上向きにした押し型４０を第１電極３の載置面１２に載置し、この押し型４０の上に、賦形層５１を下向きにした素材シート５０を重ねて載置する。この状態の押し型４０と素材シート５０は、その四周縁が位置決め枠１３の内周面で受け止められて、載置面１２に対して水平方向に位置決めされる。次いで、第２電極４の押え板２２をヒーター６で６０〜９０℃に加熱し、押え板２２が適温になった時点で、第２電極４を操作構造５で下降操作して第１電極３に近接させる。さらに、高周波電源部２を駆動して両電極３・４の間に４０．２〜４０．７ＭＨｚの高周波電圧を印加して素材シート５０を発熱させながら、押え面２５を素材シート５０の上面に６〜７秒間押圧する（一次加圧）。一次加圧を行う状態では、図１に示すように位置決め枠１３が、圧縮ばね１５の付勢力に抗して押し下げられるので、押し型４０と素材シート５０は押え面２５で載置面１２に強圧される。
【００４３】
その後、高周波電源部２を停止し、ヒーター６の通電は維持した状態で、押え面２５を素材シート５０の上面に１〜２秒間押圧する（二次加圧）。二次加圧では、一次加圧時の加圧圧力よりも高い加圧圧力を素材シート５０に作用させる。具体的には、上ベース２４に対するピストンロッド３１の押圧圧力を高くして二次加圧を行う。本実施例では、一次加圧時の加圧圧力を１平方センチメートルあたり１５．２Ｎとするとき、二次加圧時の加圧圧力は１平方センチメートルあたり１６．８Ｎとした。
【００４４】
一次加圧および二次加圧を行って、素材シート５０の賦形層５１を押し型４０の繊維層４１に圧接することにより、図１および図５に示すように、賦形層５１の成形孔４３と対向する部分に膨出部５３が形成される。成形孔４３の位置に膨出部５３が形成されるのは、加熱によって軟化した賦形層５１が、繊維層４１と圧接する部分では厚み方向に圧縮されるのに対し、成形孔４３と対向する部分では圧縮されないためである。また、一次加圧および二次加圧時には、押し型４０の弾性層４２が厚み方向に圧縮されて、その弾性による反発力が、繊維層４１を素材シート５０に圧接する向きに作用する。弾性層４２を設けることにより、繊維層４１を素材シート５０により強く圧接させて、賦形層５１に対する賦形力を向上できる。
【００４５】
一次加圧および二次加圧を経て素材シート５０の表面成形が完了したら、ヒーター６に対する通電を停止し、第２電極４の全体を操作構造５で上昇操作して、押え面２５を素材シート５０から分離する。素材シート５０のベース層５２は、耐熱性繊維の不織布で形成されているため、溶融して押え面２５に接着することは無く、従って押え面２５から容易に分離できる。次いで、素材シート５０および押し型４０を載置面１２から取り出し、素材シート５０と押し型４０を互いに分離する。押し型４０の繊維層４１は、素材シート５０の賦形層５１から剥離し易く、従って両者４０・５０を容易に分離できる。押し型４０は繰り返して使用できるので、同じ模様の素材シート５０を続けて作製する場合は、同じ押し型４０を使って新たな素材シート５０の表面成形を行う。別の模様の素材シート５０を作製する場合は、その模様に応じた別の押し型４０を使って、新たな素材シート５０の表面成形を行う。
【００４６】
本実施例に係る方法で表面成形を施した素材シート５０を図５および図６に示す。素材シート５０の賦形層５１には、複数の膨出部５３で構成される凸状模様が形成されており、また、膨出部５３の表面を除く賦形層５１の表面全体に、微細凹凸５４が形成されている。微細凹凸５４は、加熱によって軟化した賦形層５１を、押し型４０の繊維層４１の織目模様に圧接することによって形成される。複数の膨出部５３で構成される凸状模様は、押し型４０の繊維層４１側に複数の成形孔４３で構成される凹状模様を反転したものである。
【００４７】
図７および図８は、押し型４０を変更した本発明の別実施例を示す。そこでは、押し型４０を弾性層４２のみの単層構造とし、その一方の面に、成形凹部４５からなる凹状模様を形成した。成形凹部４５は、押し型４０を貫通しない点で、先の実施例の成形孔４３と相違する。成形凹部４５の底面の中央部には、成形凹部４５の深さ寸法よりも小さい突出寸法の小凸部４６が突設されており、小凸部４６の頂面は、押し型４０の表面と平行な平坦面に形成されている。平面視において成形凹部４５はハート形に形成されており、小凸部４６は成形凹部４５よりも一回り小さいハート形に形成されている。成形凹部４５は、レーザーカッターを用いたハーフカットや、その他公知の加工手段により形成することができる。
【００４８】
以上のように構成した押し型４０を使用して、先の実施例の一次加圧および二次加圧を行うと、賦形層５１の成形凹部４５と対向する部分に、中央部に小凹部５６を有するハート形の膨出部５３が形成される。小凹部５６が形成されるのは、賦形層５１の小凸部４６と対向する部分が、一次加圧および二次加圧において小凸部４６に圧接して、その周囲の小凸部４６に圧接しない部分に比べて突出寸法が小さくなることに因るものである。他は先の実施例と同じであるので、同じ部材に同じ符号を付して、その説明を省略する。以下の別実施例においても同様とする。
【００４９】
この別実施例のように、成形凹部４５の内部に小凸部４６を設けて、加圧時に膨出部５３の一部を小凸部４６に圧接させると、突出寸法が一様でない意匠性に富んだ膨出部５３を形成することができる。この方法によれば、上記別実施例に示す中央部が凹んだハート形の膨出部５３以外に、例えば、目や口を小凹部５６で表現した人や動物のキャラクターの顔の形の膨出部５３を形成することができる。
【００５０】
図９および図１０は、素材シート５０を変更した本発明の別実施例を示す。そこでは、素材シート５０を２枚のシート５８・５９で構成した。第１シート５８は、先の実施例と同様の賦形層５１とベース層５２の積層体からなり、第２シート５９は、第１シート５８よりも薄い熱可塑性樹脂シートからなる。具体的には、第１シート５８として「クラリーノ（登録商標）」を使用し、第２シート５９として無色透明の塩化ビニル樹脂シートを使用した。第２シート５９の厚み寸法は０．１５ｍｍとした。
【００５１】
一次加圧および二次加圧を行うには、第１電極３の側から押し型４０、第２シート５９、第１シート５８の順に、三者４０・５９・５８を重ねて載置する。第１シート５８は、賦形層５１が下向きの状態、すなわち第２シート５９に対向する状態で配置する。一次加圧および二次加圧を行うと、図１０に示すように、第１シート５８と第２シート５９が溶着により一体化されるとともに、一体化された素材シート５０の第２シート５９側の表面に、先の実施例と同様の膨出部５３および微細凹凸５４が形成される。一次加圧および二次加圧においては、両シート５８・５９の全体が加熱されるので、両シート５８・５９の対向面が、膨出部５３となる部分を除く全面にわたって溶着接合される。
【００５２】
この別実施例では、第２シート５９として無色透明のシートを適用したが、これ以外に、例えば有色のシートや、印刷等により模様を形成したシートを適用することができる。また、第１シート５８と第２シート５９を平面視で同形にする必要はなく、例えば第１シート５８の表面に、小型の複数枚の第２シート５９を配置する構成であってもよい。
【００５３】
その他、上記実施例では、第２電極４の押え板２２を加熱体６で予め加熱してから、第２電極４を第１電極３に近接させて、両電極３・４の間に高周波電圧を印加したが、本発明はこれに限られず、例えば、高周波電圧の印加と同時に加熱体６による加熱を開始してもよい。加熱体６は、第２電極４の押え板２２などに内蔵することができる。また加熱体６は、第１電極３あるいは両電極３・４に配置してもよく、さらにヒーターに限らない。
【００５４】
位置決め枠１３は周回状に形成する必要はなく、例えば載置面１２の四隅のみに設けることができる。付勢構造１５は圧縮ばね以外に、例えば下ベース１１の上面に固定した複数個のブロック状のゴム体などで構成することができ、この場合にはガイド軸１６を省略して、ガイド面１７のみで位置決め枠１３のガイド構造を構成することができる。載置面１２に押し型４０と素材シート５０の一方のみを載置し、他方を押え面２５に取り付けることができる。上記実施例では、二次加圧における加圧圧力を、一次加圧における加圧圧力よりも高くなるように設定したが、本発明はこれに限られず、例えば一次加圧と二次加圧を通じて同じ圧力を加え続けたり、圧力を連続的に大きくしてもよい。押し型４０と素材シート５０の形状は矩形状に限られない。
【００５５】
上記別実施例において、成形凹部４５を周回溝状に形成することができる。成形凹部４５の底面を湾曲面で形成して、成形凹部４５の深さ寸法を連続的に変化させることができる。小凸部４６の頂面を湾曲面で形成することができる。別実施例の成形凹部４５と実施例の成形孔４３を混在させて、押し型４０の凹状模様を構成することができる。押し型４０の素材は、上記実施例および別実施例に示したものに限られず、金属以外の任意の素材から選択することができる。例えば、凹状模様を備える耐熱性の硬質樹脂薄板や、複雑な模様のレース生地を押し型４０として使用することができる。押し型４０が薄手の生地などの弾性力に乏しいものである場合は、押し型４０と載置面１２の間に、先の実施例における弾性層４２と同様の機能を発揮する弾性シートを敷くことが好ましい。
【符号の説明】
【００５６】
２  高周波電源部
３  第１電極
４  第２電極
５  操作構造
６  加熱体（ヒーター）
１２  載置面
１３  位置決め枠
１５  付勢構造（圧縮ばね）
２５  押え面
４０  押し型
４１  繊維層
４３  成形孔
４５  成形凹部
５０  素材シート
５１  賦形層
５２  ベース層
５３  膨出部
５４  微細凹凸
【要約】
【課題】凸状模様の異なる熱可塑性樹脂シートを少量ずつ生産する多品種少量生産を低コストで行うことができ、しかも、凸状模様を適確にしかも明瞭に形成できる熱可塑性樹脂シートの表面成形方法および表面成形装置を提供する。
【解決手段】高周波電源部２に電気的に接続される第１電極３と第２電極４の間に、押し型４０と素材シート５０を重ねた状態で配置し、両電極３・４を近接操作して、高周波電源部２を駆動して両電極３・４の間に高周波電圧を印加しつつ、加熱体６を発熱させて両電極３・４の少なくとも一方を加熱しながら、素材シート５０と押し型４０を加圧する一次加圧を行い、次いで、高周波電源部２を停止し、素材シート５０および押し型４０に対する加圧状態と、加熱体６による加熱状態とを維持して二次加圧を行う。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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