(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性のシートの被成形部を加熱する熱板と、
前記シートの前記被成形部を成形する成形型であって、当該成形型の表面に成形面を有し、前記表面を第１方向に向けると共に当該成形型の裏面を前記第１方向とは反対の第２方向に向けて配置された成形型と、
前記成形型の前記裏面に接触する冷却プレートと、
前記冷却プレートに対し前記第２方向に位置するヒータであって、前記冷却プレートを通じて前記成形型を加熱するヒータと、
前記第１方向に開口する第１開口部を有し、前記成形型、前記冷却プレート、及び前記ヒータを収容する収容ケースと、を備え、
前記収容ケースに対し前記第１方向に位置する前記熱板と前記収容ケースとの間に前記シートを挟みつつ、前記熱板によって前記収容ケースの前記第１開口部を閉塞した状態で、前記熱板のうち前記第２方向を向く加熱面に接触させて加熱した前記被成形部を、空気圧によって前記第２方向に押圧して、前記ヒータによって加熱された前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形する
熱成形装置であって、
前記冷却プレートは、当該冷却プレートの内部に、冷却液が流通する流路を有し、
前記熱成形装置は、
前記シートの前記被成形部が前記成形型の前記成形面に押し付けられて熱成形された後、前記被成形部が前記成形面に押し付けられている状態で、前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液を流通させることによって、前記成形型を通じて前記シートの前記被成形部を冷却する冷却制御部と、
前記ヒータを移動させる移動装置と、
前記移動装置の作動を制御する移動制御部と、を備え、
前記移動制御部は、
前記冷却制御部によって前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液を流通させるときに、前記移動装置によって前記ヒータを前記第２方向に移動させることで、前記ヒータを前記冷却プレートから離間させ、前記冷却制御部によって前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液を流通させている期間中、前記冷却プレートから前記ヒータが離間した状態を保つ第１制御を行う
熱成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱成形装置であって、
前記移動制御部は、
前記第１制御を行った後、前記流路内に前記冷却液が流通する前記冷却プレートによって冷却された前記被成形部が、前記成形型の外部に移動した後に、前記成形型によって新たな前記被成形部を成形するために、前記移動装置によって前記ヒータを前記第１方向に移動させることで、前記ヒータを前記冷却プレートに接触させて、前記ヒータによって前記冷却プレートを通じて前記成形型が加熱される状態にする第２制御を行う
熱成形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱成形装置であって、
前記成形型の温度を検知する温度検知器を備え、
前記移動制御部によって前記第２制御が行われて、前記温度検知器によって検知された前記成形型の温度が、予め設定した第１目標温度に達した後、前記収容ケースに対し前記第１方向に位置する前記熱板と前記収容ケースとの間に新たな前記被成形部を含む前記シートを挟みつつ、前記熱板によって前記収容ケースの前記第１開口部を閉塞した状態で、前記熱板の前記加熱面に接触させて加熱した前記シートの前記被成形部を、空気圧によって前記第２方向に押圧して、前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形する
熱成形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱成形装置であって、
前記移動制御部は、
前記第２制御を行った後から前記第１制御を開始するまでの期間中、
前記温度検知器によって検知された前記成形型の温度が、前記第１目標温度を上回ったら、前記移動装置によって前記ヒータを前記第２方向に移動させることで、前記ヒータを前記冷却プレートから離間させた状態にする第３制御と、
前記温度検知器によって検知された前記成形型の温度が、前記第１目標温度を下回ったら、前記移動装置によって前記ヒータを前記第１方向に移動させることで、前記ヒータを前記冷却プレートに接触させて、前記ヒータによって前記冷却プレートを通じて前記成形型が加熱される状態にする第４制御と、を繰り返し行う
熱成形装置。
【請求項５】
請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の熱成形装置であって、
前記冷却制御部は、
前記シートの前記被成形部が前記成形型の前記成形面に押し付けられて熱成形された後、前記被成形部が前記成形面に押し付けられている状態で、前記冷却プレートの前記流路内への前記冷却液の流通を開始して、
前記成形型の温度を予め設定した第２目標温度にまで低下させた後、あるいは、予め設定した前記流路内への前記冷却液の流通時間が経過した後、
前記移動制御部によって前記第２制御が行われる前に、前記流路内への前記冷却液の流通を停止して、前記流路内の前記冷却液を外部に排出して、前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液が存在しない状態とし、その後、
前記移動制御部によって前記第２制御が行われたときから、前記第１制御が開始されるまでの期間中、前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液が存在しない状態を保つ
熱成形装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱成形装置であって、
前記移動装置は、前記ヒータに対し前記第２方向に設けられたエアシリンダである
熱成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、加熱された金型内でワークピースを加熱してプレスした後、前記金型を冷却することにより前記金型内で前記ワークピースを冷却するという手順で熱プレス加工を行なうための熱プレス装置が開示されている。この熱プレス装置は、金型をそれぞれ具備する複数のダイセットと、前記複数のダイセット内から選ばれた少なくとも１つのダイセットが装着でき、装着されたダイセットをプレスするプレス機と、前記プレス機に装着されるダイセットを複数のダイセットのなかで交換するダイセット交換装置と、各ダイセットに具備された金型を加熱及び冷却する温度調節装置とを備える。この熱プレス装置では、前記プレス機に各ダイセットが装着されていないときに各ダイセットの金型を事前に加熱し、プレス機に各ダイセットが装着されているときに各ダイセットの金型を冷却するように、前記温度調節装置が動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本願発明者は、熱成形装置として、以下のような熱成形装置を考案している。具体的には、熱可塑性のシートの被成形部を加熱する熱板と、前記シートを成形する成形型であって当該成形型の上面に成形面を有する成形型と、前記成形型の下面に接触する冷却プレートと、前記冷却プレートの下面に接触するヒータであって前記冷却プレートを通じて前記成形型を加熱するヒータと、上方に開口する第１開口部を有し、前記成形型、前記冷却プレート、及び前記ヒータを収容する収容ケースとを備える熱成形装置である。
【０００５】
この熱成形装置は、収容ケースの上方に位置する熱板と収容ケースとの間にシートを挟みつつ、熱板によって収容ケースの第１開口部を閉塞した状態で、熱板の下面に接触させて加熱したシートの被成形部（例えば、熱板の加熱によって、ガラス転移温度以上の温度にまで上昇させて軟化させた被成形部）を、空気圧によって下方に押圧して、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付けて熱成形する（賦形する）。その後、成形型の下面に接触する冷却プレートによって、成形型を通じて、被成形部を熱成形したシートを冷却して、このシート（被成形部）を硬化させる。
【０００６】
しかしながら、この熱成形装置では、被成形部を熱成形したシートの冷却に長時間を要してしまう。具体的には、この熱成形装置では、ヒータが、冷却プレートの下面に接触する位置に固定されている。このため、冷却プレートによって、成形型を通じて被成形部を熱成形したシートを冷却する期間中、ヒータが冷却プレートの下面に接触しているため、ヒータの熱が冷却プレートに直接伝わる。換言すれば、冷却プレートは、成形型及びシートの熱を吸熱するばかりでなく、高温になっているヒータの熱も吸熱することになる。このため、被成形部を熱成形したシートの冷却に長時間を要することになる。
【０００７】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、被成形部を熱成形したシートの冷却時間を短縮することができる熱成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、熱可塑性のシートの被成形部を加熱する熱板と、前記シートの前記被成形部を成形する成形型であって、当該成形型の表面に成形面を有し、前記表面を第１方向に向けると共に当該成形型の裏面を前記第１方向とは反対の第２方向に向けて配置された成形型と、前記成形型の前記裏面に接触する冷却プレートと、前記冷却プレートに対し前記第２方向に位置するヒータであって、前記冷却プレートを通じて前記成形型を加熱するヒータと、前記第１方向に開口する第１開口部を有し、前記成形型、前記冷却プレート、及び前記ヒータを収容する収容ケースと、を備え、前記収容ケースに対し前記第１方向に位置する前記熱板と前記収容ケースとの間に前記シートを挟みつつ、前記熱板によって前記収容ケースの前記第１開口部を閉塞した状態で、前記熱板のうち前記第２方向を向く加熱面に接触させて加熱した前記被成形部を、空気圧によって前記第２方向に押圧して、前記ヒータによって加熱された前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形する熱成形装置であって、前記冷却プレートは、当該冷却プレートの内部に、冷却液が流通する流路を有し、前記熱成形装置は、前記シートの前記被成形部が前記成形型の前記成形面に押し付けられて熱成形された後、前記被成形部が前記成形面に押し付けられている状態で、前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液を流通させることによって、前記成形型を通じて前記シートの前記被成形部を冷却する冷却制御部と、前記ヒータを移動させる移動装置と、前記移動装置の作動を制御する移動制御部と、を備え、前記移動制御部は、前記冷却制御部によって前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液を流通させるときに、前記移動装置によって前記ヒータを前記第２方向に移動させることで、前記ヒータを前記冷却プレートから離間させ、前記冷却制御部によって前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液を流通させている期間中、前記冷却プレートから前記ヒータが離間した状態を保つ第１制御を行う熱成形装置である。
【０００９】
上述の熱成形装置は、熱可塑性のシートの被成形部を加熱する熱板と、前記シートを成形（賦形）する成形型であって当該成形型の表面に前記シートを成形する成形面を有する成形型と、成形型の裏面に接触する冷却プレートとを備える。なお、成形型は、表面を第１方向（例えば、上方向）に向けると共に、裏面を第１方向とは反対の第２方向（例えば、下方向）に向けて配置されている。さらに、上述の熱成形装置は、冷却プレートに対し第２方向に位置するヒータであって冷却プレートを通じて成形型を加熱するヒータと、第１方向に開口する第１開口部を有し、前記成形型、前記冷却プレート、及び前記ヒータを収容する収容ケースとを備える。このうち、冷却プレートは、当該冷却プレートの内部に、冷却液が流通する流路を有する。この熱成形装置は、収容ケースに対し第１方向に位置する熱板と収容ケースとの間にシートを挟みつつ、熱板によって収容ケースの第１開口部を閉塞した状態で、熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部（例えば、熱板の加熱によって、ガラス転移温度以上の温度にまで昇温させて軟化させた被成形部）を、空気圧によって第２方向に押圧して、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付けて熱成形する（賦形する）。
【００１０】
さらに、上述の熱成形装置は、冷却制御部と、移動装置と、移動制御部とを備える。このうち、冷却制御部は、シートの被成形部が成形型の成形面に押し付けられて熱成形された後、被成形部が成形面に押し付けられている状態で、冷却プレートの流路内に冷却液を流通させることによって、成形型を通じてシートを冷却する制御を行う。また、移動装置は、ヒータを移動させる装置である。また、移動制御部は、移動装置の作動を制御する。
【００１１】
具体的には、移動制御部は、冷却制御部によって冷却プレートの流路内に冷却液を流通させるときに、移動装置によってヒータを第２方向に移動させることで、ヒータを冷却プレートから離間させ、冷却制御部によって冷却プレートの流路内に冷却液を流通させている期間中、冷却プレートからヒータが離間した状態を保つ制御（これを第１制御とする）を行う。これにより、冷却プレートによって、効率良く、成形型及び被成形部を熱成形したシートを冷却することができる。
【００１２】
具体的に説明すると、冷却制御部によって冷却プレートの流路内に冷却液を流通させて、成形型及び被成形部が熱成形されたシートを冷却する期間中、ヒータを冷却プレートから離間させて、ヒータと冷却プレートとの間に空間を設けているので、ヒータの熱が冷却プレート及び成形型に伝わり難くなる。これにより、流路内に冷却液が流通する冷却プレートによって、速やかに、成形型及び被成形部が熱成形されたシートを冷却することができる。例えば、被成形部を熱成形したシートの温度を、予め設定した第２目標温度（例えば、シートの被成形部が十分に硬化する温度）にまで、速やかに低下させることができる。
【００１３】
従って、上述の熱成形装置によれば、被成形部を熱成形したシートの冷却時間を短縮することができる。換言すれば、上述の熱成形装置によれば、被成形部を熱成形したシートの冷却速度を高めることができる。
【００１４】
なお、熱成形とは、シートのうち熱板の加熱面に接触させて加熱した（加熱により軟化させた）被成形部を、空気圧によって第２方向に押圧して、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付けて賦形する（成形面に沿って変形させる）ことをいう。
【００１５】
また、「熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部を、空気圧によって第２方向に押圧して、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付ける」方法としては、例えば、以下の３つの方法を挙げることができる。なお、成形型、冷却プレート、ヒータ、収容ケース、及び熱板を備え、成形型、冷却プレート、及びヒータを収容した収容ケースと熱板との間にシートを挟みつつ、収容ケースの第１開口部を熱板によって閉塞した装置を、成形ユニットとする。
【００１６】
（１）成形ユニットの内部空間のうち、シートよりも第２方向（例えば、下方）に位置する第２空間（例えば、下方空間）を減圧（真空吸引）することで、シートよりも第１方向（例えば、上方）に位置する第１空間（例えば、上方空間）内の気圧（空気圧）を、前記第２空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シートを挟んで反対方向に位置する第１空間と第２空間との差圧（空気圧の差分）によって、シートのうち熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部を第２方向に押圧して、被成形部をヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付ける方法。
【００１７】
（２）成形ユニットの内部空間のうち、シートよりも第１方向に位置する第１空間内に圧縮空気を供給することで、前記第１空間内の気圧（空気圧）を前記第２空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シートを挟んで反対方向に位置する第１空間と第２空間との差圧（空気圧の差分）によって、シートのうち熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部を第２方向に押圧して、被成形部をヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付ける方法。
【００１８】
（３）前述の（１）と（２）の方法を併せた方法。すなわち、成形ユニットの内部空間のうち、前記第２空間を減圧（真空吸引）して、さらに、前記第１空間内に圧縮空気を供給することで、前記第１空間内の気圧（空気圧）を前記第２空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シートを挟んで反対方向に位置する第１空間と第２空間との差圧（空気圧の差分）によって、シートのうち熱板の加熱面に接触させて加熱した被成形部を第２方向に押圧して、被成形部をヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付ける方法。
【００１９】
さらに、前記の熱成形装置であって、前記移動制御部は、前記第１制御を行った後、前記流路内に前記冷却液が流通する前記冷却プレートによって冷却された前記被成形部が、前記成形型の外部に移動した後に、前記成形型によって新たな前記被成形部を成形するために、前記移動装置によって前記ヒータを前記第１方向に移動させることで、前記ヒータを前記冷却プレートに接触させて、前記ヒータによって前記冷却プレートを通じて前記成形型が加熱される状態にする第２制御を行う熱成形装置とすると良い。
【００２０】
上述の熱成形装置では、移動制御部が、前記第１制御を行った後、流路内に冷却液が流通する冷却プレートによって冷却されたシートの被成形部が、成形型の外部に移動した後に、前記成形型によって新たな被成形部を成形するために、移動装置によってヒータを第１方向に移動させて、これによってヒータを冷却プレートに接触させて、ヒータによって冷却プレートを通じて成形型が加熱される状態にする制御（これを第２制御とする）を行う。
【００２１】
これにより、上述の熱成形装置によって新たなを被成形部を成形するにあたり、改めて、ヒータによって、冷却プレートを通じて成形型を加熱することができる。従って、新たに成形する被成形部についても、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付けて熱成形する（賦形する）ことができる。すなわち、収容ケースに対し第１方向に位置する熱板と収容ケースとの間に新たな被成形部を含むシートを挟みつつ、熱板によって収容ケースの第１開口部を閉塞した状態で、熱板の加熱面に接触させて加熱した新たな被成形部を、空気圧によって第２方向に押圧して、ヒータによって加熱された成形型の成形面に押し付けて熱成形することができる。このようにして、上述の熱成形装置では、複数の被成形部を、順次成形することができる。
【００２２】
しかも、流路内に冷却液を流通させた冷却プレートによって成形型及びシートの被成形部を冷却する期間中、ヒータを冷却プレートから離間させているので、ヒータは冷却され難く、ヒータの温度低下を抑制することができる。このため、上述の熱成形装置によって新たな被成形部を成形するにあたり、ヒータによって、成形型を速やかに加熱する（例えば、予め設定した第１目標温度に速やかに到達させる）ことが可能となる。従って、新たな被成形部の成形を早期に開始することができる。
【００２３】
従って、上述の熱成形装置によれば、成形のサイクル時間を短くすることができる。なお、成形のサイクル時間（１サイクルの時間）は、現在成形している被成形部の成形を終えて当該被成形部を成形型の外部に移動させてから、新たな被成形部の成形を終えて当該新たな被成形部を成形型の外部に移動させるまでの時間である。
【００２４】
さらに、前記の熱成形装置であって、前記成形型の温度を検知する温度検知器を備え、前記移動制御部によって前記第２制御が行われて、前記温度検知器によって検知された前記成形型の温度が、予め設定した第１目標温度に達した後、前記収容ケースに対し前記第１方向に位置する前記熱板と前記収容ケースとの間に新たな前記被成形部を含む前記シートを挟みつつ、前記熱板によって前記収容ケースの前記第１開口部を閉塞した状態で、前記熱板の前記加熱面に接触させて加熱した前記シートの前記被成形部を、空気圧によって前記第２方向に押圧して、前記成形型の前記成形面に押し付けて熱成形する熱成形装置とすると良い。
【００２５】
上述の熱成形装置は、成形型の温度を検知する温度検知器を備える。さらに、上述の熱成形装置は、移動制御部によって第２制御が行われて（すなわち、新たな被成形部を成形するために、冷却プレートに接触させたヒータによって冷却プレートを通じた成形型の加熱が開始されて）、温度検知器によって検知された成形型の温度が、予め設定した第１目標温度に達した後、収容ケースに対し第１方向に位置する熱板と収容ケースとの間にシート（新たな被成形部を含むシート）を挟みつつ、熱板によって収容ケースの第１開口部を閉塞した状態で、熱板の加熱面に接触させて加熱したシートの被成形部を、空気圧によって第２方向に押圧して、成形型の成形面に押し付けて熱成形する。このようにすることで、上述の熱成形装置によって順次成形する複数の被成形部のそれぞれについて、成形型の温度を第１目標温度にした後に熱成形することができる。
【００２６】
なお、第１目標温度Ｔ１は、シートのガラス転移温度ＴｇまたはＴｇに近い温度（例えば、Ｔｇ−２０℃≦Ｔ１≦Ｔｇ＋２０℃の範囲内の温度）に設定するのが好ましい。第１目標温度Ｔ１をこのような温度に設定することで、熱板によって加熱して軟化させたシートの被成形部を成形型の成形面に押し付けたときに、成形型の成形面の形状に倣ってシートの被成形部が賦形し易くなる（シートの被成形部を、成形型の成形面の形状に倣って精度良く賦形することができる）。
【００２７】
さらに、前記の熱成形装置であって、前記移動制御部は、前記第２制御を行った後から前記第１制御を開始するまでの期間中、前記温度検知器によって検知された前記成形型の温度が、前記第１目標温度を上回ったら、前記移動装置によって前記ヒータを前記第２方向に移動させることで、前記ヒータを前記冷却プレートから離間させた状態にする第３制御と、前記温度検知器によって検知された前記成形型の温度が、前記第１目標温度を下回ったら、前記移動装置によって前記ヒータを前記第１方向に移動させることで、前記ヒータを前記冷却プレートに接触させて、前記ヒータによって前記冷却プレートを通じて前記成形型が加熱される状態にする第４制御と、を繰り返し行う熱成形装置とすると良い。
【００２８】
上述の熱成形装置は、成形型の温度を検知する温度検知器を備える。さらに、上述の熱成形装置では、移動制御部が、前記第２制御を行った後（すなわち、冷却プレートに接触させたヒータによって冷却プレートを通じた成形型の加熱が開始された後）から前記第１制御を開始する（すなわち、冷却プレートの流路内に冷却液を流通させるときに、移動装置によってヒータを第２方向に移動させて、ヒータを冷却プレートから離間させる）までの期間中、第３制御と第４制御を繰り返し行う。
【００２９】
ここで、第３制御は、温度検知器によって検知された成形型の温度が、予め設定した第１目標温度を上回ったら、移動装置によってヒータを第２方向に移動させて、これによってヒータが冷却プレートから離間した状態にする制御である。また、第４制御は、温度検知器によって検知された成形型の温度が、第１目標温度を下回ったら、移動装置によってヒータを第１方向に移動させて、これによってヒータを冷却プレートに接触させて、ヒータによって冷却プレートを通じて成形型が加熱される状態にする制御である。この第３制御と第４制御とを繰り返し行うことで、成形型の温度を第１目標温度（または、第１目標温度に近い温度）に維持することが可能となる。このようにすることで、上述の熱成形装置によって順次成形する複数の被成形部のそれぞれについて、成形型の温度を第１目標温度（または、第１目標温度に近い温度）にした状態で熱成形することが可能となる。
【００３０】
さらに、前記いずれかの熱成形装置であって、前記冷却制御部は、前記シートの前記被成形部が前記成形型の前記成形面に押し付けられて熱成形された後、前記被成形部が前記成形面に押し付けられている状態で、前記冷却プレートの前記流路内への前記冷却液の流通を開始して、前記成形型の温度を予め設定した第２目標温度にまで低下させた後、あるいは、予め設定した前記流路内への前記冷却液の流通時間が経過した後、前記移動制御部によって前記第２制御が行われる前に、前記流路内への前記冷却液の流通を停止して、前記流路内の前記冷却液を外部に排出して、前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液が存在しない状態とし、その後、前記移動制御部によって前記第２制御が行われたときから、前記第１制御が開始されるまでの期間中、前記冷却プレートの前記流路内に前記冷却液が存在しない状態を保つ熱成形装置とすると良い。
【００３１】
上述の熱成形装置では、冷却制御部が、以下の制御を行う。具体的には、シートの被成形部が成形型の成形面に押し付けられて熱成形された後、被成形部が成形面に押し付けられている状態で、冷却プレートの流路内への冷却液の流通を開始して、成形型の温度を予め設定した第２目標温度にまで低下させた後、移動制御部によって第２制御が行われる前に、流路内への冷却液の流通を停止して、さらに、流路内の冷却液を外部に排出して、冷却プレートの流路内に冷却液が存在しない状態とする。あるいは、シートの被成形部が成形型の成形面に押し付けられて熱成形された後、被成形部が成形面に押し付けられている状態で、冷却プレートの流路内への冷却液の流通を開始して、予め設定した流路内への冷却液の流通時間が経過した後、移動制御部によって第２制御が行われる前に、流路内への冷却液の流通を停止して、さらに、流路内の冷却液を外部に排出して、冷却プレートの流路内に冷却液が存在しない状態とする。
【００３２】
その後、移動制御部によって第２制御が行われたとき（すなわち、新たなシートを成形するために、移動装置によってヒータを第１方向に移動させて、ヒータを冷却プレートに接触させたとき）から、第１制御が開始されるまで（すなわち、ヒータを冷却プレートから離間させるために、移動装置によるヒータの下方への移動を開始するまで）の期間中、冷却プレートの流路内に冷却液が存在しない状態を保つ。
【００３３】
このようにすることで、ヒータによって冷却プレートを通じた成形型の加熱を行う期間中、冷却プレート内の冷却液によって冷却プレート及び成形型が冷却されないようにすることができる。従って、熱効率良く、且つ、速やかに、ヒータによる成形型の加熱を行うことができる。また、加熱によって昇温させた成形型が、冷却プレート内の冷却液によって冷却されることもないので、加熱した成形型の温度が低下し難くなり、シートの熱成形が良好になる。
【００３４】
なお、第２目標温度は、冷却プレートによる冷却によって、シートの被成形部が十分に硬化する温度に設定するのが好ましい。また、冷却プレートの流路内への冷却液の流通時間も、シートの被成形部が十分に硬化する時間に設定するのが好ましい。
【００３５】
さらに、前記いずれかの熱成形装置であって、前記移動装置は、前記ヒータに対し前記第２方向に設けられたエアシリンダである熱成形装置とすると良い。
【００３６】
上述の熱成形装置では、ヒータを移動させる移動装置として、ヒータに対し第２方向に設けられたエアシリンダを用いる。このエアシリンダは、第１方向に伸長し、第２方向に短縮するように配置される。従って、移動制御部によって、エアシリンダを伸縮させることで、適切に、ヒータを第１方向または第２方向に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態にかかる熱成形装置の説明図である。
【図２】同熱成形装置の他の説明図である。
【図３】同熱成形装置の他の説明図である。
【図４】同熱成形装置の他の説明図である。
【図５】同熱成形装置の他の説明図である。
【図６】同熱成形装置の他の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
＜実施形態＞
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施形態にかかる熱成形装置１の説明図であって、熱成形装置１の概略構成図である。図２〜図６は、実施形態にかかる熱成形装置１の他の説明図であって、熱成形装置１によるシート１０の成形方法の流れを説明する図である。
【００３９】
本実施形態の熱成形装置１は、図１に示すように、熱板２０と成形型３０と冷却プレート４０とヒータ５０と収容ケース６０とを備える。このうち、熱板２０は、矩形平板形状の金属板からなり、熱可塑性のシート１０の被成形部１１を加熱する。なお、熱板２０の上面側には、熱板２０を加熱する図示しないヒータが設けられている。このヒータ（図示省略）によって、熱板２０は、所定の温度（シート１０のガラス転移温度よりも高い設定温度）にまで加熱される。また、成形型３０は、平面視矩形状をなし、シート１０の被成形部１１を成形（賦形）する金型である。この成形型３０は、当該成形型３０の表面３０ｂに、被成形部１１を成形する成形面３１を有する。なお、成形型３０は、表面３０ｂを第１方向Ｄ１（上方）に向けると共に、裏面３０ｃを第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２（下方）に向けて配置されている。本実施形態では、第１方向Ｄ１を上方向とし、第２方向Ｄ２を下方向としている。
【００４０】
冷却プレート４０は、図１に示すように、平板形状の金属板からなり、成形型３０の裏面３０ｃに接触している。この冷却プレート４０は、冷却プレート４０の下面（第２方向Ｄ２を向く面）と収容ケース６０の底面との間に位置する複数の支柱４５によって支持される態様で、収容ケース６０内に固定されている。冷却プレート４０は、当該冷却プレート４０の内部に、冷却液ＣＬが流通する流路４１を有する。冷却プレート４０内の流路４１は、図示しない冷却液温調器に連結する液流通管８０に接続されている。冷却液ＣＬは、液流通管８０を通じて、冷却液温調器（図示なし）と冷却プレート４０内の流路４１との間を循環する。
【００４１】
なお、図１〜図６には、液流通管８０として、冷却プレート４０内の流路４１に冷却液ＣＬを供給する側（ＩＮ側とする）の液流通管のみを示しており、冷却プレート４０内の流路４１から冷却液ＣＬを排出する側（ＯＵＴ側）の液流通管の図示を省略している。また、ＩＮ側の液流通管８０には、バルブ８１が設けられている。また、本実施形態では、冷却液ＣＬとして水を用いており、図示しない冷却液温調器内において、冷却液ＣＬである水の温度を３０℃に調整している。従って、本実施形態では、３０℃に温度調整された冷却液ＣＬ（水）が、冷却プレート４０内の流路４１に供給される。
【００４２】
また、冷却プレート４０の内部には、温度検知器９０が設けられている。この温度検知器９０は、その先端部の温度検知部が、冷却プレート４０の上面（第１方向Ｄ１を向く面）から露出して、成形型３０の裏面３０ｃに接触する態様で、冷却プレート４０内に設けられている。従って、温度検知器９０によって、成形型３０の温度を検知することができる。なお、温度検知器９０によって検知された成形型３０の温度は、後述する制御装置１００に入力される。また、温度検知器９０としては、熱電対やサーミスタを用いることができる。
【００４３】
ヒータ５０は、図１に示すように、平板形状をなし、収容ケース６０内において、冷却プレート４０の下側（冷却プレート４０に対し第２方向Ｄ２）に設けられている。このヒータ５０は、冷却プレート４０の下面（第２方向Ｄ２を向く面）に接触して、冷却プレート４０を通じて、冷却プレート４０の上面（第１方向Ｄ１を向く面）に接触している成形型３０を加熱する。本実施形態では、ヒータ５０の温度を、２００℃に設定している。また、収容ケース６０は、矩形箱形状をなし、上方（第１方向Ｄ１）に開口する第１開口部６１を有する。この収容ケース６０は、成形型３０、冷却プレート４０、及びヒータ５０を収容している。
【００４４】
さらに、本実施形態の熱成形装置１は、冷却制御部１１０と、移動装置であるエアシリンダ７０と、移動制御部１２０とを備える（図１参照）。このうち、冷却制御部１１０は、冷却プレート４０の流路４１内への冷却液ＣＬの流通を制御する。具体的には、冷却制御部１１０は、シート１０の被成形部１１が成形型３０の成形面３１に押し付けられて熱成形された後、被成形部１１が成形面３１に押し付けられている状態で、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させることによって、成形型３０を通じてシート１０（被成形部１１）を冷却する制御を行う。なお、冷却制御部１１０は、マイクロコンピュータからなる制御装置１００の一部を構成している。
【００４５】
また、移動装置であるエアシリンダ７０は、ヒータ５０を上下（第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２）に移動させる。エアシリンダ７０は、ヒータ５０の下方に（ヒータ５０に対し第２方向Ｄ２に）４本設けられている。具体的には、エアシリンダ７０は、筒状のハウジング７２と柱状のピストンロッド７１とを備える。このエアシリンダ７０は、ハウジング７２が収容ケース６０の外部に固定されて、ピストンロッド７１が収容ケース６０の底部を貫通する貫通孔６５内に挿入されるように設けられている（図１参照）。
【００４６】
さらに、ピストンロッド７１の先端部（上端部）は、ヒータ５０の下面（第２方向Ｄ２を向く面）から下方（第２方向Ｄ２）に延びる支柱５５に接続されている。従って、エアシリンダ７０のピストンロッド７１を上下に移動させて、エアシリンダ７０を上下方向に伸縮させることで、ヒータ５０を上下に移動させることができる。なお、貫通孔６５を通じて収容ケース６０の内側と外側との間で空気が流通しないように、貫通孔６５のうち収容ケース６０の内側の開口部に、図示しないシール部材が設けられている。
【００４７】
また、移動制御部１２０は、移動装置であるエアシリンダ７０の作動を制御する。具体的には、ヒータ５０を上下に移動させるために、エアシリンダ７０のピストンロッド７１を上下に移動させて、エアシリンダ７０を上下方向に伸縮させる制御を行う。すなわち、移動制御部１２０は、ヒータ５０を第１方向Ｄ１（上方向）に移動させるために、エアシリンダ７０のピストンロッド７１を第１方向Ｄ１に移動させて、エアシリンダ７０を第１方向Ｄ１に伸長させる制御を行う。また、移動制御部１２０は、ヒータ５０を第２方向Ｄ２（下方向）に移動させるために、エアシリンダ７０のピストンロッド７１を第２方向Ｄ２に移動させて、エアシリンダ７０を第２方向Ｄ２に短縮させる制御を行う。なお、移動制御部１２０は、マイクロコンピュータからなる制御装置１００の一部を構成している。
【００４８】
さらに、本実施形態の熱成形装置１は、空気圧調整装置１５０を備える。空気圧調整装置１５０は、コンプレッサ１６５と、このコンプレッサ１６５による圧縮空気を貯める加圧タンク１６０と、真空ポンプ１７５と、この真空ポンプ１７５に連結された（連通する）真空タンク１７０とを備える。加圧タンク１６０及び真空タンク１７０は、それぞれ、熱板２０を上下方向に貫通する通気孔（図示省略）に接続可能とされている。さらに、加圧タンク１６０及び真空タンク１７０は、それぞれ、収容ケース６０の底部を上下方向に貫通する通気孔（図示省略）にも接続可能とされている。
【００４９】
さらに、本実施形態の熱成形装置１は、空気圧調整装置１５０を制御する空気圧制御部１３０を備える。なお、空気圧制御部１３０は、マイクロコンピュータからなる制御装置１００の一部を構成している。従って、制御装置１００は、冷却制御部１１０と移動制御部１２０と空気圧制御部１３０とを備える。ここで、成形型３０、冷却プレート４０、ヒータ５０、収容ケース６０、及び熱板２０を備え、成形型３０、冷却プレート４０、及びヒータ５０を収容した収容ケース６０の第１開口部６１を、シート１０を間に挟んで熱板２０によって閉塞した装置を、成形ユニット２とする（図２参照）。
【００５０】
具体的には、空気圧制御部１３０は、例えば、収容ケース６０の上方（収容ケース６０に対し第１方向Ｄ１）に位置する熱板２０の下面（加熱面２０ｃを含む面）と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟んだ状態で、真空タンク１７０を、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）に接続し、真空ポンプ１７５を駆動させる制御を行う。これにより、成形ユニット２の熱板２０の通気孔を通じて、成形ユニット２の内部空間（熱板２０の通気孔を含む、以下同じ）のうち、シート１０よりも上方（第１方向Ｄ１）に位置する上方空間（第１空間）内を減圧（真空引き）することができる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、前記上方空間内の気圧（空気圧）を、シート１０よりも下方（第２方向Ｄ２）に位置する下方空間（第２空間）内の気圧（空気圧）よりも低くして、シート１０を挟んで上下に位置する上方空間と下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０（被成形部１１）を、上方に位置する熱板２０の加熱面２０ｃに密着させることができる。
【００５１】
さらに、空気圧制御部１３０は、例えば、収容ケース６０の上方に位置する熱板２０と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟んだ状態で、加圧タンク１６０を、成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔（図示省略）に接続し、加圧タンク１６０から収容ケース６０の通気孔に圧縮空気を供給する制御を行う。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも下方に位置する下方空間内に圧縮空気を供給して加圧することができる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、前記下方空間内の気圧（空気圧）を、前記上方空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シート１０を挟んで上下に位置する上方空間と下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０（被成形部１１）を、上方に位置する熱板２０の加熱面２０ｃに押し付けて密着させることができる。
【００５２】
また、空気圧制御部１３０は、例えば、収容ケース６０の上方に位置する熱板２０と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟んで加熱した状態で、真空タンク１７０を、成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔（図示省略）に接続し、真空ポンプ１７５を駆動させる制御を行う。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも下方に位置する下方空間を減圧（真空吸引）することができる。これにより、前記下方空間内の気圧（空気圧）を、前記上方空間内の気圧（空気圧）よりも低くして、シート１０を挟んで上下に位置する前記上方空間と前記下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０のうち熱板２０の加熱面２０ｃに接触させて加熱した被成形部１１を下方に押圧して、被成形部１１を、ヒータ５０によって加熱された成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形することができる。
【００５３】
さらに、空気圧制御部１３０は、例えば、収容ケース６０の上方に位置する熱板２０と収容ケース６０の上端部６２（第１方向Ｄ１の端部）との間にシート１０を挟んで加熱した状態で、加圧タンク１６０を、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）に接続し、加圧タンク１６０から熱板２０の通気孔に圧縮空気を供給する制御を行う。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも上方に位置する上方空間に圧縮空気を供給して加圧することができる。これにより、前記上方空間内の気圧（空気圧）を、前記下方空間内の気圧（空気圧）よりも高くして、シート１０を挟んで上下に（反対方向に）位置する前記上方空間と前記下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０のうち熱板２０の加熱面２０ｃに接触させて加熱した被成形部１１を下方に押圧して、被成形部１１を、ヒータ５０によって加熱された成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形することができる。
【００５４】
このような熱成形装置１は、収容ケース６０の上方に位置する熱板２０と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟みつつ、シート１０及び熱板２０によって収容ケース６０の第１開口部６１を閉塞した状態で、熱板２０の加熱面２０ｃに接触させて加熱した被成形部１１（例えば、熱板２０の加熱によって、シート１０のガラス転移温度以上で融点より低い温度にまで昇温させて軟化させた被成形部１１）を、空気圧調整装置１５０によって調整された空気圧（成形ユニット２の内部空間の空気圧）によって下方（第２方向Ｄ２）に押圧して、ヒータ５０によって加熱された成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形する（賦形する）。
【００５５】
次に、本実施形態の熱成形装置１を用いたシート１０の成形方法について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、シート１０として、ポリカーボネート（ガラス転移温度Ｔｇが１５０℃、融点Ｔｍが２５０℃）からなる平面視矩形状の樹脂シートを用いた例について説明する。
【００５６】
まず、シートセット工程において、図１に示すように、収容ケース６０の上端部６２にシート１０の周縁部（被成形部１１の周囲に位置する部位）が接触して、シート１０によって収容ケース６０の第１開口部６１が閉塞される態様で、収容ケース６０の上端部６２上にシート１０を載置する。但し、このとき、成形型３０の温度は、予め設定した第１目標温度Ｔ１（または、第１目標温度Ｔ１に近い温度）に調整されている。具体的には、予め、ヒータ５０を冷却プレート４０に接触させて、ヒータ５０によって冷却プレート４０を通じて成形型３０を加熱して、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１にしておき（図６参照）、引き続き、移動制御部１２０によって、後述する第３制御と第４制御を繰り返し行うことで、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１（または、第１目標温度Ｔ１に近い温度）に維持している。
【００５７】
なお、本実施形態では、シート１０として、枚葉型のシート（例えば、帯状のシートを所定の長さに切断して複数枚に分割した平面視矩形状のシート）を用いている。また、本実施形態では、ガラス転移温度Ｔｇが１５０℃であるシート１０に対し、第１目標温度Ｔ１を１４０℃に設定している。このように、第１目標温度Ｔ１をシート１０のガラス転移温度Ｔｇに近い温度に設定する（具体的には、Ｔｇ−２０℃≦Ｔ１≦Ｔｇ＋２０℃の範囲内の温度に設定する）ことで、熱板２０によって加熱して軟化させたシート１０の被成形部１１を成形型３０の成形面３１に押し付けたときに、成形型３０の成形面３１の形状に倣ってシート１０の被成形部１１が賦形し易くなる（シート１０の被成形部１１を、成形型３０の成形面３１の形状に倣って精度良く賦形することができる）。
【００５８】
移動制御部１２０による第３制御は、温度検知器９０によって検知された成形型３０の温度が、予め設定した第１目標温度Ｔ１を上回ったら、エアシリンダ７０（移動装置）によってヒータ５０を下方（第２方向Ｄ２）に移動させて、これによってヒータ５０が冷却プレート４０から離間した状態にする制御である。また、移動制御部１２０による第４制御は、温度検知器９０によって検知された成形型３０の温度が、第１目標温度Ｔ１を下回ったら、エアシリンダ７０によってヒータ５０を上方（第１方向Ｄ１）に移動させて、これによってヒータ５０を冷却プレート４０に接触させて、ヒータ５０によって冷却プレート４０を通じて成形型３０が加熱される状態にする制御である。この第３制御と第４制御とを繰り返し行うことで、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１（または、第１目標温度Ｔ１に近い温度）に維持することが可能となる。
【００５９】
次に、シート加熱工程に進み、図２に示すように、収容ケース６０の上方（真上）に位置する熱板２０を下方（第２方向Ｄ２）に移動させて、熱板２０の下面と収容ケース６０の上端部６２との間にシート１０を挟みつつ、シート１０及び熱板２０によって収容ケース６０の第１開口部６１を閉塞する。これにより、前述したように、成形型３０、冷却プレート４０、及びヒータ５０を収容した収容ケース６０の第１開口部６１が、シート１０を間に挟んで熱板２０によって閉塞された成形ユニット２が形成される。
【００６０】
次いで、この状態で、空気圧制御部１３０の制御によって、真空タンク１７０を、通気管１５２を通じて、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）に接続して、真空ポンプ１７５を駆動させる。これにより、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）を通じて、成形ユニット２の内部空間（熱板２０の通気孔を含む）のうち、シート１０よりも上方（第１方向Ｄ１）に位置する上方空間内を減圧（真空引き）することができる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、前記上方空間内の気圧（空気圧）を、シート１０よりも下方（第２方向Ｄ２）に位置する下方空間内の気圧（空気圧）よりも低くして、シート１０を挟んで上下に位置する上方空間と下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０（被成形部１１）を、上方（第１方向Ｄ１）に位置する熱板２０の加熱面２０ｃに密着させることができる（図２参照）。
【００６１】
さらには、空気圧制御部１３０の制御によって、加圧タンク１６０を、通気管１５４を通じて、成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔（図示省略）に接続し、加圧タンク１６０から収容ケース６０の通気孔に圧縮空気を供給する。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも下方に位置する下方空間内に圧縮空気を供給して加圧することができる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、前記下方空間内の気圧（空気圧）を、前記上方空間内の気圧（空気圧）よりもより一層高くすることができる。これにより、シート１０を挟んで上下に位置する上方空間と下方空間との差圧（空気圧の差分）がより一層大きくなり、シート１０（被成形部１１）を、上方に位置する熱板２０の加熱面２０ｃに強く押し付けて密着させることができる（図２参照）。
【００６２】
なお、本実施形態では、熱板２０の温度を１８０℃に調整している。なお、１８０℃は、シート１０のガラス転移温度Ｔｇ（１５０℃）よりも高く、融点Ｔｍ（約２５０℃）よりも低い温度である。従って、上述のようにして、シート１０の被成形部１１を熱板２０の加熱面２０ｃに密着させることで、シート１０の被成形部１１の温度を１８０℃にすることができ、これによって、シート１０の被成形部１１を軟化させることができる。その後、空気圧制御部１３０の制御によって、加圧タンク１６０から収容ケース６０の通気孔への圧縮空気の供給を停止し、さらには、真空ポンプ１７５の駆動を停止させる（上方空間の減圧状態を解放する）。
【００６３】
次に、熱成形工程に進み、空気圧制御部１３０の制御によって、真空タンク１７０を、通気管１５４を通じて、成形ユニット２の収容ケース６０の通気孔（図示省略）に接続し、真空ポンプ１７５を駆動させる。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも下方に位置する下方空間を減圧（真空吸引）することができる。これにより、前記下方空間内の気圧（空気圧）を、前記上方空間内の気圧（空気圧）よりも低くして、シート１０を挟んで上下に位置する前記上方空間と前記下方空間との差圧（空気圧の差分）によって、シート１０のうち熱板２０の加熱面２０ｃに接触させて加熱した被成形部１１を下方に押圧して、被成形部１１を、ヒータ５０によって加熱された成形型３０の成形面３１に押し付けて熱成形することが可能となる（図３参照）。
【００６４】
さらには、空気圧制御部１３０の制御によって、加圧タンク１６０を、通気管１５２を通じて、成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）に接続し、加圧タンク１６０から熱板２０の通気孔に圧縮空気を供給する制御を行う。これにより、成形ユニット２の内部空間のうち、シート１０よりも上方に位置する上方空間に圧縮空気を供給して加圧することができる。これにより、前記上方空間内の気圧（空気圧）を、前記下方空間内の気圧（空気圧）よりもより一層高くすることができる。これにより、シート１０を挟んで上下に位置する前記上方空間と前記下方空間との差圧（空気圧の差分）がより一層大きくなり、シート１０の被成形部１１を下方により強く押圧して、被成形部１１を成形型３０の成形面３１により強く押し付けて熱成形することができる（図３参照）。
【００６５】
なお、本実施形態では、シートセット工程を開始してから熱成形工程が終了するまでの期間中は、移動制御部１２０によって前述の第３制御と第４制御を繰り返し行うことで、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１（または、第１目標温度Ｔ１に近い温度）に維持している。前述のように、本実施形態では、第１目標温度Ｔ１を１４０℃に設定している。
【００６６】
次に、冷却工程に進み、前述の空気圧制御部１３０の制御によって、シート１０の被成形部１１が成形型３０の成形面３１に押し付けられている状態で、冷却制御部１１０の制御により、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させる（図４参照）。具体的には、バルブ８１の切り替えによって、液流通管８０を通じて、冷却液温調器（図示なし）と冷却プレート４０内の流路４１との間を連通させて、冷却液温調器（図示なし）と冷却プレート４０内の流路４１との間で冷却液ＣＬを循環させる。これにより、冷却プレート４０に接触している成形型３０を通じて、シート１０の被成形部１１を冷却して、シート１０の被成形部１１を硬化させることができる。
【００６７】
ところで、本実施形態の冷却工程では、冷却制御部１１０の制御によって冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させるとき、移動制御部１２０が第１制御を行う。具体的には、図４に示すように、移動制御部１２０は、第１制御として、エアシリンダ７０のピストンロッド７１を下方（第２方向Ｄ２）に移動させることで、ピストンロッド７１に連結しているヒータ５０を下方（第２方向Ｄ２）に移動させて、ヒータ５０を冷却プレート４０から離間させることで、冷却制御部１１０の制御によって冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させている期間中、冷却プレート４０からヒータ５０が離間した状態を保つ制御（これを第１制御とする）を行う。これにより、冷却プレート４０によって、効率良く、成形型３０及び被成形部１１が熱成形されたシート１０を冷却することができる。
【００６８】
詳細に説明すると、図４に示すように、冷却制御部１１０の制御によって冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させて、成形型３０及び被成形部１１が熱成形されたシート１０を冷却する期間中、ヒータ５０を冷却プレート４０から離間させて、ヒータ５０と冷却プレート４０との間に空間Ｓを設けているので、ヒータ５０の熱が冷却プレート４０及び成形型３０に伝わり難くなる。これにより、流路４１内に冷却液ＣＬが流通する冷却プレート４０によって、速やかに、成形型３０を通じて、被成形部１１が熱成形されたシート１０を冷却することができる。
【００６９】
なお、本実施形態の冷却工程では、冷却制御部１１０の制御によって、冷却プレート４０の流路４１内への冷却液ＣＬの流通を開始してから、予め設定した流路４１内への冷却液ＣＬの流通時間ｔ１が経過するまで、流路４１内への冷却液ＣＬの流通を継続する。すなわち、流通時間ｔ１だけ、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させる。従って、冷却制御部１１０は、冷却プレート４０の流路４１内への冷却液ＣＬの流通を開始してから、流通時間ｔ１が経過した時、バルブ８１の切り替えによって、冷却液温調器（図示なし）と冷却プレート４０内の流路４１とが液流通管８０を通じて連通しないようにする。これにより、冷却プレート４０の流路４１内への冷却液ＣＬの流通を停止して、冷却工程を終了する。
【００７０】
ここで、流通時間ｔ１は、第１目標温度Ｔ１（本実施形態では１４０℃）とされていた成形型３０の温度が、予め設定した第２目標温度Ｔ２（本実施形態では８０℃）にまで低下するのに要する時間に設定している。具体的には、熱成形装置１を用いて予め行った試験によって、第１目標温度Ｔ１（具体的には１４０℃）とした成形型３０の温度が、冷却プレート４０の流路４１内への冷却液ＣＬの流通を開始してから、第２目標温度Ｔ２（具体的には８０℃）にまで低下するまでに要する時間（冷却液ＣＬの流通時間）を測定し、この測定時間を流通時間ｔ１としている。これにより、熱成形した被成形部１１の温度を、第２目標温度Ｔ２にまで、速やかに低下させることができる。
【００７１】
なお、第２目標温度Ｔ２は、シート１０の被成形部１１が十分に硬化する温度に設定するのが好ましい。本実施形態では、ガラス転移温度Ｔｇが１５０℃であるシート１０に対し、第２目標温度Ｔ２を８０℃に設定しているので、冷却工程において、熱成形した被成形部１１を十分に硬化させることができる。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態の熱成形装置１によれば、被成形部１１を熱成形したシート１０の冷却時間を短縮することができる。すなわち、本実施形態の熱成形装置１によれば、熱成形した被成形部１１を短時間で冷却することができる。換言すれば、本実施形態の熱成形装置１によれば、被成形部１１を熱成形したシート１０の冷却速度を高めることができる。
【００７３】
次に、排出工程に進み、冷却プレート４０の流路４１内の冷却液ＣＬを外部に排出して、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬが存在しない状態とする（図５参照）。具体的には、ＩＮ側の液流通管８０のうちバルブ８１と冷却プレート４０との間の位置に連結されている連結管（図示省略）を通じて、ＩＮ側の液流通管８０内に圧縮空気を供給することで、冷却プレート４０の流路４１内に残存している冷却液ＣＬを外部に排出する。これにより、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬが存在しない状態とする（図５参照）。
【００７４】
また、排出工程を行うとき、空気圧制御部１３０の制御によって、真空ポンプ１７５の駆動を停止させて、成形ユニット２の下方空間の減圧（真空吸引）を停止し、さらには、加圧タンク１６０から成形ユニット２の熱板２０の通気孔（図示省略）への圧縮空気の供給を停止して、成形ユニット２の上方空間の加圧を停止する。
【００７５】
次いで、取り出し工程に進み、流路４１内に冷却液ＣＬを流通させた冷却プレート４０によって冷却された被成形部１１を含むシート１０を、熱成形装置１から取り出す。具体的には、図５に示すように、熱板２０を上方（第１方向Ｄ１）に移動させた後、収容ケース６０（成形型３０）からシート１０を取り出す。これにより、冷却プレート４０によって冷却された被成形部１１を、成形型３０の外部に移動させる。
【００７６】
次に、昇温工程に進み、移動制御部１２０が第２制御を行うことで、冷却工程において冷却された成形型３０の温度を、第１目標温度Ｔ１（本実施形態では、１４０℃）にまで上昇させる。具体的には、移動制御部１２０は、熱成形装置１によって新たなシート１０（新たな被成形部１１）を成形するために、図６に示すように、エアシリンダ７０のピストンロッド７１を上方（第１方向Ｄ１）に移動させることによって、ピストンロッド７１に連結しているヒータ５０を上方（第１方向Ｄ１）に移動させて、ヒータ５０の上面を冷却プレート４０の下面に接触させることで、ヒータ５０によって冷却プレート４０を通じて成形型３０が加熱される状態にする制御（これが第２制御）を行う。
【００７７】
詳細には、移動制御部１２０によって第２制御が行われて、冷却プレート４０に接触させたヒータ５０によって冷却プレート４０を通じた成形型３０の加熱が開始された後、温度検知器９０によって検知された成形型３０の温度が、予め設定した第１目標温度Ｔ１（本実施形態では１４０℃）に達したか否かを、制御装置１００によって判断する。制御装置１００は、成形型３０の温度が第１目標温度Ｔ１に達したと判断したら、昇温工程を終了する。これにより、成形型３０の温度を、第１目標温度Ｔ１にまで上昇させることができる。なお、昇温工程の期間中、冷却制御部１１０の制御により、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬが存在しない状態が維持されている（図６参照）。
【００７８】
そして、熱成形装置１によって新たなシート１０（新たな被成形部１１）を成形するために、前述したシートセット工程に進む。その後、前述した一連の工程を順に行って、熱成形装置１によって新たなシート１０（新たな被成形部１１）を成形する。このように、本実施形態では、シートセット工程、シート加熱工程、熱成形工程、冷却工程、排出工程、取り出し工程、及び昇温工程からなる、一連のシート成形サイクルを繰り返し行うことで、熱成形装置１によって複数のシート１０（複数の被成形部１１）を順次成形することができる。
【００７９】
ところで、本実施形態では、移動制御部１２０が、前述の第２制御を行った後（すなわち、昇温工程において、冷却プレート４０に接触させたヒータ５０によって冷却プレート４０を通じた成形型３０の加熱が開始された後）から、前述の第１制御を開始する（すなわち、新たなシート１０の冷却工程において、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させるときに、エアシリンダ７０によってヒータ５０を下方に移動させて、ヒータ５０を冷却プレート４０から離間させる操作を開始する）までの期間中、前述の第３制御と第４制御を繰り返し行う。
【００８０】
詳細には、昇温工程において、ヒータ５０を冷却プレート４０に接触させて、ヒータ５０によって冷却プレート４０を通じて成形型３０を加熱して、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１にしたとき（図６参照）から、新たなシート１０の冷却工程において、前述の第１制御を開始するまでの期間中、移動制御部１２０によって、第３制御と第４制御を繰り返し行うことで、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１（または、第１目標温度Ｔ１に近い温度）に維持することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、冷却制御部１１０は、排出工程を終えたときから、新たなシート１０（新たな被成形部１１）の冷却工程を開始するまでの期間中、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬが存在しない状態を保つ制御を行う。従って、移動制御部１２０によって前述の第２制御が行われたとき（すなわち、新たなシート１０を成形するために、エアシリンダ７０によってヒータ５０を上方に移動させて、ヒータ５０を冷却プレート４０に接触させたとき）から、前述の第１制御が開始されるまで（すなわち、新たなシート１０の冷却工程において、ヒータ５０を冷却プレート４０から離間させるために、エアシリンダ７０によるヒータ５０の下方への移動を開始するまで）の期間中、冷却制御部１１０の制御により、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬが存在しない状態を保っている（図６、図１〜図３参照）。
【００８２】
このようにすることで、ヒータ５０によって冷却プレート４０を通じた成形型３０の加熱を行う期間中、冷却プレート４０内の冷却液ＣＬによって冷却プレート４０及び成形型３０が冷却されないようにすることができる。従って、熱効率良く、且つ、速やかに、ヒータ５０による成形型３０の加熱を行うことができる。また、加熱によって昇温させた成形型３０が、冷却プレート４０の流路４１内の冷却液ＣＬによって冷却されることもないので、加熱した成形型３０の温度が低下し難くなり、シート１０の熱成形が良好になる。
【００８３】
しかも、冷却工程において、流路４１内に冷却液ＣＬを流通させた冷却プレート４０によって成形型３０及びシート１０を冷却する期間中、ヒータ５０を冷却プレート４０から離間させているので、ヒータ５０は冷却され難く、ヒータ５０の温度低下を抑制することができる。このため、熱成形装置１によって新たなシート１０（新たな被成形部１１）を成形するにあたり、昇温工程において、ヒータ５０によって、成形型３０を速やかに加熱する（予め設定した第１目標温度Ｔ１に速やかに到達させる）ことができる。従って、新たなシート１０（新たな被成形部１１）の成形を早期に開始することができる。
【００８４】
従って、本実施形態の熱成形装置１によれば、成形のサイクル時間を短くすることができる。なお、成形のサイクル時間（１サイクルの時間）は、現在成形しているシート１０（現在成形している被成形部１１）の成形を終えて熱成形装置１から当該シート１０を取り出したとき（すなわち、取り出し工程を終えたとき）から、新たなシート１０（新たな被成形部１１）の成形を終えて熱成形装置１から新たなシート１０を取り出すまで（すなわち、新たなシート１０の取り出し工程を終えたときまで）の時間である。
【００８５】
＜成形のサイクル時間の評価＞
次に、実施形態の熱成形装置１による成形のサイクル時間と、比較形態の熱成形装置による成形のサイクル時間とを比較して評価する。具体的には、各々の熱成形装置について、成形のサイクル時間、及び、各工程に要する時間を測定した。なお、比較形態の熱成形装置は、実施形態の熱成形装置１と比較して、ヒータ５０が移動しない点が異なり、その他の点は同様とされている。すなわち、比較形態の熱成形装置では、エアシリンダ７０が設けられておらず、ヒータ５０が、冷却プレート４０の下面に接触する位置に固定されている。
【００８６】
実施形態の熱成形装置１では、比較形態の熱成形装置に比べて、成形のサイクル時間を約８分２０秒短くすることができた。具体的には、比較形態の熱成形装置では、冷却工程において、第１目標温度Ｔ１（１４０℃）とされていた成形型３０の温度を第２目標温度Ｔ２（８０℃）にまで低下させるのに、約４分間必要とした。これに対し、実施形態の熱成形装置１では、冷却工程において、約４０秒で、第１目標温度Ｔ１（１４０℃）とされていた成形型３０の温度を第２目標温度Ｔ２（８０℃）にまで低下させることができた。従って、実施形態の熱成形装置１では、比較形態の熱成形装置に比べて、冷却工程時間を約３分２０秒短くすることができた。その理由は以下の通りである。
【００８７】
比較形態の熱成形装置では、冷却工程において、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させて成形型３０を通じてシート１０を冷却する期間中、ヒータ５０を冷却プレート４０に接触させているため、冷却プレート４０が、成形型３０及びシート１０の熱を吸熱するばかりでなく、高温になっているヒータ５０の熱も吸熱することになる。このため、比較形態の熱成形装置では、冷却効率が悪く、シート１０の冷却に長時間を要することになる。
これに対し、実施形態の熱成形装置１では、エアシリンダ７０を作動させて、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させて成形型３０を通じてシート１０を冷却する期間中、冷却プレート４０からヒータ５０を離間させている。これにより、実施形態の熱成形装置１では、ヒータ５０の熱の影響が小さくなり、短時間でシート１０を冷却することができる。
【００８８】
また、比較形態の熱成形装置では、昇温工程において、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１（１４０℃）にまで上昇させるのに、約１０分間を必要とした。これに対し、実施形態の熱成形装置１では、昇温工程において、約５分間で、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１（１４０℃）にまで上昇させることができた。従って、実施形態の熱成形装置１では、比較形態の熱成形装置に比べて、昇温工程時間を約５分短くすることができた。その理由は以下の通りである。
【００８９】
比較形態の熱成形装置では、冷却工程において、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させて成形型３０を通じてシート１０を冷却する期間中、ヒータ５０を冷却プレート４０に接触させているため、ヒータ５０も冷却されてしまう。このため、昇温工程において、ヒータ５０によって成形型３０の加熱を開始するとき、ヒータ５０自身の温度が低下している（第１目標温度Ｔ１よりも低下している）ため、成形型３０の温度を第１目標温度Ｔ１にまで上昇させるのに長時間を要してしまう。
これに対し、実施形態の熱成形装置１では、冷却工程において、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させて成形型３０を通じてシート１０を冷却する期間中、冷却プレート４０からヒータ５０を離間させている。これにより、ヒータ５０の温度低下を抑制することができるので、昇温工程において、ヒータ５０によって、成形型３０を速やかに加熱する（第１目標温度Ｔ１に速やかに到達させる）ことができる。
【００９０】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００９１】
例えば、実施形態の熱成形装置１では、冷却制御部１１０が、冷却プレート４０の流路４１内への冷却液ＣＬの流通を開始してから、予め設定した流路４１内への冷却液ＣＬの流通時間ｔ１が経過するまで、流路４１内への冷却液ＣＬの流通を継続するように制御した。しかしながら、冷却制御部１１０の制御によって、冷却プレート４０の流路４１内への冷却液ＣＬの流通を開始してから、温度検知器９０によって検知される成形型３０の温度が第２目標温度Ｔ２に低下するまで、流路４１内への冷却液ＣＬの流通を継続するようにしても良い。すなわち、冷却工程において、温度検知器９０によって成形型３０の温度を検知しつつ、成形型３０の温度を第２目標温度Ｔ２にまで低下させるように制御しても良い。
【００９２】
また、実施形態では、第１方向Ｄ１を上方向とし、第２方向Ｄ２を下方向とした。しかしながら、実施形態とは反対に、第１方向Ｄ１を下方向とし、第２方向Ｄ２を上方向としても良い。すなわち、熱成形装置１について、上下反転させたものとしても良い。
【００９３】
また、実施形態では、シート１０として、枚葉型のシート（例えば、帯状のシートを所定の長さに切断して複数枚に分割した平面視矩形状のシート）を用いて、シート１０を１枚ずつ成形する例を示した。しかしながら、シートの長さ方向に複数の被成形部が並ぶ帯状のシート（ロールシート）を用いて、この帯状のシートを長さ方向に搬送しつつ、熱成形装置１（成形型３０）に対して、シートに含まれる複数の被成形部を順次供給するようにして、被成形部を順次成形するようにしても良い。
【符号の説明】
【００９４】
１  熱成形装置
１０  シート
１１  被成形部
２０  熱板
３０  成形型
３１  成形面
４０  冷却プレート
４１  流路
５０  ヒータ
６０  収容ケース
６１  第１開口部
７０  エアシリンダ（移動装置）
９０  温度検知器
１００  制御装置
１１０  冷却制御部
１２０  移動制御部
１５０  空気圧調整装置
１６０  加圧タンク
１６５  コンプレッサ
１７０  真空タンク
１７５  真空ポンプ
ＣＬ  冷却液
【要約】
【課題】被成形部を熱成形したシートの冷却時間を短縮することができる熱成形装置を提供する。
【解決手段】熱成形装置１は、冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させることによって成形型３０を通じてシート１０を冷却する冷却制御部１１０と、ヒータ５０を移動させる移動装置７０と、移動装置７０の作動を制御する移動制御部１２０とを備える。移動制御部１２０は、冷却制御部１１０によって冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させるときに、移動装置７０によってヒータ５０を第２方向Ｄ２に移動させることで、ヒータ５０を冷却プレート４０から離間させ、冷却制御部１１０によって冷却プレート４０の流路４１内に冷却液ＣＬを流通させている期間中、冷却プレート４０からヒータ５０が離間した状態を保つ第１制御を行う。
【選択図】図４【図１】
0006717517.tif 000002
【図２】
0006717517.tif 000003
【図３】
0006717517.tif 000004
【図４】
0006717517.tif 000005
【図５】
0006717517.tif 000006
【図６】
0006717517.tif 000007