(57)【要約】【課題】熱成形法を行うにあたり、成形サイクルの低下や追加的なエネルギーの消費を伴わずに、透明性、光沢、賦形性に優れた成形体を得ることが可能な熱成形用成形型を提供することが、本発明の課題である。【解決手段】本発明により、賦形後に透明な表面性状が要求される部分である低温部と、賦形後に透明な表面性状が要求されない部分である高温部を設けることにより、加熱温度に分布を持たせるようにして樹脂シートの熱成形を行うための成形型において、樹脂シートの低温部と接触する低温接触部と成形型が樹脂シートの高温部と接触する高温接触部を、熱伝導部材によって熱的に接続することを特徴とする、熱成形用成形型が提供された。本発明の成形型の高温接触部と低温接触部は熱伝導部材によって熱的に接続されているために、高温接触部の熱を効率良く低温接触部に伝えることができる。よって本発明により、新たに加熱を行って成形サイクルの低下やコストアップを招くことがなく、高い成形性を保つことができ、透明性、光沢、賦形性に優れた成形体が得ることが可能であった。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂シートの賦形後に透明な表面性状が要求される部分を低温にした樹脂シート低温部と、樹脂シートの賦形後に透明な表面性状が要求されない部分を高温にした樹脂シート高温部を設けることにより、加熱温度に分布を持たせるようにして樹脂シートの熱成形を行うための成形型であって、該成形型が該樹脂シート低温部と接触する部分又はこの周囲の少なくとも一部である低温接触部と、該成形型が該樹脂シート高温部と接触する部分の少なくとも一部である高温接触部を、熱伝導部材によって熱的に接続することを特徴とする、熱成形用成形型。
【請求項２】
前記熱伝導部材がヒートパイプからなることを特徴とする、請求項１記載の熱成形用成形型。
【請求項３】
前記ヒートパイプを前記成形型内にＵ字型又は逆Ｕ字型の形状で設置することにより、前記低温接触部と前記高温接触部を接続していることを特徴とする、請求項２記載の熱成形用成形型。
【請求項４】
前記ヒートパイプを前記成形型内にコの字型の形状で設置することにより、前記低温接触部と前記高温接触部を接続していることを特徴とする、請求項２記載の熱成形用成形型。
【請求項５】
前記ヒートパイプを前記成形型内に擬似ループ型の形状で設置することにより、前記低温接触部と前記高温接触部を接続していることを特徴とする、請求項２記載の熱成形用成形型。
【請求項６】
前記ヒートパイプと、前記低温接触部及び／又は前記高温接触部の接続部分の形状が波型であることを特徴とする、請求項２記載の熱成形用成形型。
【請求項７】
前記ヒートパイプと、前記低温接触部及び／又は前記高温接触部の接続部分の形状がＳ字型であることを特徴とする、請求項２記載の熱成形用成形型。
【請求項８】
前記成形型において、前記ヒートパイプがキャピラリーポンプドループ（CPL）型のヒートパイプであることを特徴とする、請求項２記載の熱成形用成形型。
【請求項９】
前記ヒートパイプが、同一の成形型内に２本以上設置されていることを特徴とする、請求項２乃至請求項８のいずれか一つの請求項記載の熱成形用成形型。
【請求項１０】
前記ヒートパイプの吸放熱部以外を断熱材で被覆することを特徴とする、請求項２乃至請求項９のいずれか一つの請求項記載の熱成形用成形型。
【請求項１１】
前記ヒートパイプの吸放熱部と成形型との間に高熱伝導率の材料を介在させるか、あるいは前記ヒートパイプの吸放熱部に高熱伝導率の材料を付随させて該高熱伝導率の材料を前記成形型の表面に露出させたことを特徴とする、請求項２乃至請求項１０のいずれか一つの請求項記載の熱成形用成形型。
【請求項１２】
樹脂シートの賦形後に透明な表面性状が要求される部分を低温にした樹脂シート低温部と、樹脂シートの賦形後に透明な表面性状が要求されない部分が高温した樹脂シート高温部を設けるようにヒータ温度を設定し、該ヒータ温度に従って該樹脂シートを加熱軟化させ、該樹脂シートを成形するための成形型を真空引きしながら狭圧する事より成る熱成形方法において、該成形型が該樹脂シート低温部と接触する部分又はこの周囲の少なくとも一部である低温接触部と、該成形型が該樹脂シート高温部と接触する部分の少なくとも一部である高温接触部を、熱伝導部材によって熱的に接続することを特徴とする、樹脂シートの熱成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリカーボネート（PC）やポリメタクリル酸メチル（PMMA）等の透明樹脂シートを、真空成形、圧空成形、真空圧空成形、ツインコンポジット成形などのいわゆる熱成形法によって成形する際に、透明性、光沢、賦形性に優れた成形体を、短い成形サイクルと低エネルギー消費量で得ることを可能とする熱成形用成形型、ならびに樹脂シートの熱成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透明樹脂は無機ガラスと比べ、耐衝撃性、軽量性、成形性に優れているため、様々な工業用品、日用品に使用されており、例えば、カメラレンズ、コンタクトレンズなどの光学的用途、透明性の要求される、建材、自動車用部品、電気機器部品等に使用されている。代表的な透明樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、スチレン系樹脂、環状オレフィン系樹脂などがある。
【０００３】
これら用途に用いる部品の成形法として代表的なものは射出成形法であり、寸法精度や外観品質に優れた成形品が得られる。しかしながら、例えば建材や自動車用樹脂ガラスなどの大型部品に射出成形法を適用しようとすると、型締め力の大きな成形機が必要となり、また成形型も大型かつ複雑な構造となるため、コストアップにつながる可能性がある。
【０００４】
一方、真空成形、圧空成形、真空圧空成形、ツインコンポジット成形などの、樹脂シートを加熱軟化させた後、大気圧や圧縮空気圧を利用して賦形する、いわゆる熱成形法は、必要とされる成形機の規模や成形型の構造・材質などの面からコスト的に有利な成形法である。
【０００５】
しかし、寸法精度は一般に射出成形法に比べ劣り、一方で十分な賦形性を得るため樹脂シートの加熱温度を上げると、成形型圧着面に樹脂シートの分解ガスや局部的な成形収縮等によるピンホール状のブツが発生し、成形品の透明性や光沢などの外観を低下させ、前述のような透明用途に使用するのに十分な透明性が得難くなるという課題がある。このような課題を回避する方策としては、樹脂シートの成形後透明性が要求されない部分の加熱温度は高く、透明性が要求される部分の加熱温度は低く設定し、透明性が要求される部分を塑性変形的に賦形することが有効である。なお、加熱温度に分布を持たせるようにして樹脂シートの熱成形を行う概念を、図１の模式図に示す。なお図１において成形型は、真空成形に使用する雄型を想定している。
【０００６】
この方法を用いた場合には、特に低温加熱部の周囲において、成形の戻り（スプリングバック）の発生が新たな課題となる。すなわち、図２において示した形状の成形品においては、図２点線部で示した曲げ部のスプリングバックが問題となる。このようなスプリングバックを低減する方法として、ヒータ埋設金型よる部分加熱を応用することが可能であり、エージング効果によりスプリングバックを低減することが可能である。なお、上記のヒータ埋設金型よる部分加熱は、射出成形法におけるウェルドラインの低減や薄肉成形品の成形時間短縮などに用いられており、その技術は、特開平１１−１３８５５７「射出成形用金型」、特開平７−２９０５４０「プラスチック成形品の製造装置」、特開平９−３１４６１０「ウェルドラインの発生を防止する射出成形方法及びこの方法に用いられる金型」などにおいて述べられている。この手法は熱成形法にも応用できるが、成形型に新たな熱を加えることになるという点で不利であり、そのために成形サイクルの低下やエネルギーの消費を招き、コストアップにつながる可能性がある。特に大型部品の熱成形においては、賦形後から成形品脱型までの保持・冷却時間が長いので、成形型への追加熱は成形サイクルの大幅低下を招きかねない。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１３８５５７号公報
【特許文献２】特開平７−２９０５４０号公報
【特許文献３】特開平９−３１４６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、熱成形法を行うにあたり、成形サイクルの低下や追加的なエネルギーの消費を伴わずに、透明性、光沢、賦形性に優れた成形体を得るための熱成形用成形型を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、樹脂シートの賦形後に透明な表面性状が要求される部分を低温にした樹脂シート低温部と、樹脂シートの賦形後に透明な表面性状が要求されない部分を高温にした樹脂シート高温部を設けることにより、加熱温度に分布を持たせるようにして樹脂シートの熱成形を行うための成形型であって、該成形型が該樹脂シート低温部と接触する部分又はこの周囲の少なくとも一部である低温接触部と、該成形型が該樹脂シート高温部と接触する部分の少なくとも一部である高温接触部を、熱伝導部材によって熱的に接続することを特徴とする、熱成形用成形型を提供するものである。
【００１０】
更に本発明は、樹脂シートの賦形後に透明な表面性状が要求される部分を低温にした樹脂シート低温部と、樹脂シートの賦形後に透明な表面性状が要求されない部分が高温した樹脂シート高温部を設けるようにヒータ温度を設定し、該ヒータ温度に従って該樹脂シートを加熱軟化させ、該樹脂シートを成形するための成形型を真空引きしながら狭圧する事より成る熱成形方法において、該成形型が該樹脂シート低温部と接触する部分又はこの周囲の少なくとも一部である低温接触部と、該成形型が該樹脂シート高温部と接触する部分の少なくとも一部である高温接触部を、熱伝導部材によって熱的に接続することを特徴とする、樹脂シートの熱成形方法もまた提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱成形用成形型において、上記の高温接触部と低温接触部は熱伝導部材によって熱的に接続されているために、高温接触部の熱は効率良く低温接触部に伝えられる。そのために、成形型に新たな熱を加えることがなく、低温加熱部の周囲においてスプリングバックを防止することができる。よって、成形サイクルの低下やコストアップを招くことがなく、透明性、光沢、賦形性に優れた成形体を得ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態をその作用と共に詳述する。
上記で述べたように本発明の熱成形用成形型は、透明性を保持するため賦形前の加熱温度を低く設定した樹脂シート低温部と賦形前の加熱温度を高く設定した樹脂シート高温部を設けることにより、加熱温度に分布を持たせるようにして樹脂シートの熱成形を行うための成形型であって、成形型が樹脂シート低温部と接触する部分又はこの周囲の少なくとも一部である低温接触部と、成形型が該樹脂シート高温部と接触する部分の少なくとも一部である高温接触部を、熱伝導部材によって熱的に接続することを特徴とする。図３に、凸形状の真空成形用型を下型に用いる場合を例とした、本発明の成形型の模式図を示す。
【００１３】
なお本願明細書において「熱的に接続」とは、熱伝導部材により、高温接触部と低温接触部が接続されているために、熱エネルギーの移動が起こり得る状態を意味するものである。また本願明細書において「ヒートパイプの吸放熱部」とはヒートパイプの吸熱部と放熱部を意味するものであって、本技術分野における通常の定義に従うものである。即ち、ヒートパイプの吸熱部とは作動流体が蒸発して熱を吸収する部分を、ヒートパイプの放熱部とは蒸気が凝縮して熱を放出する部分を意味するものである。
【００１４】
また本願明細書において「低温接触部」とは、本発明の成形型において、該成形型が樹脂シート低温部と接触する部分又はこの周囲の少なくとも一部である。即ち低温接触部は成形型が樹脂シート低温部と接触する部分のみならずその接触部分の周囲を含むことがあり、そのような部分の少なくとも一部を意味するものである。ここで「一部」とは、成形型中の上記部分の中における特定の部分に限定されるものではなく、その任意の一部を意味するものである。更に本願明細書において「高温接触部」とは、本発明の成形型において、該成形型が樹脂シート高温部と接触する部分の少なくとも一部である。ここで「一部」とは同様に、成形型中の上記部分の中における特定の部分に限定されるものではなく、その任意の一部を意味するものである。
【００１５】
本発明において、上記の熱伝導部材としてはヒートパイプが好ましい。熱伝導率、熱伝達速度ともに大きく、また型内への設置が容易であるからである。しかし熱伝導性が良好であるならば、使用可能な熱伝導部材はヒートパイプに限定されるものではない。ヒートパイプの容器やウィックの材質は特に限定されるものではなく、成形する樹脂材料の成形温度に合わせ適宜選択すればよいが、型内に設置した場合の耐熱性や耐久性、コストなどを考慮し、銅、ステンレス鋼、アルミニウムのいずれかが好ましい。また、封入される作動流体も特に限定されず、水、アセトン、メタノールなどを利用することができるが、多くの樹脂の成形温度をカバーできること、安全性が高く且つ腐食を起こし難いことなどから水が特に好ましい。
【００１６】
本発明の熱成形用成形型によって成形される樹脂は特に限定されるものではない。成形される樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、スチレン系樹脂、環状オレフィン系樹脂などの透明樹脂を挙げることができる。しかしそれらに限定されるものではなく、種々の樹脂の熱成形を行うために本発明の熱成形用成形型を使用することができる。
【００１７】
本発明において、ヒートパイプの設置の位置は特に限定されず、前述の低温接触部や高温接触部の位置や面積によって適宜決定すればよい。図４において、種々の位置にヒートパイプの設置を行った態様を示す。例えば、図４（１）のようにヒートパイプ１本を直線的に配置してもよいし、図４の（２）〜（５）のようにヒートパイプの形状をＵ字型、逆Ｕ字型、コの字型、擬似ループ型にして、低温接触部／高温接触部とヒートパイプ吸放熱部との接触面積を増す配置にしてもよい。更に低温接触部／高温接触部とヒートパイプ吸放熱部との接触面積をさらに増すために、図４（６）、（７）に示すように、ヒートパイプ接触部の形状を波型、Ｓ字型にしてもよい。
【００１８】
一般的なヒートパイプはその原理上、重力の方向に対して高い場所から低い場所へ連続的な伝熱を行うことは難しい。例えば図５のように、凹形状の真空成形用型を下型に用いる場合には、低温接触部は、重量方向に対して高温接触部より下方に位置することになる。一般的なヒートパイプでは封入した作動流体は蒸発し、下方に移動し、凝縮した段階で上方に戻れず、そのために作用不足を引き起こすことがある。このような場合には図５の（８）に示すように、キャピラリーポンプドループ（CPL）型のヒートパイプを用いることは本発明において好ましい態様である。CPL型のヒートパイプを用いることにより作動流体が閉鎖循環系となり、内圧分布の変化による毛細管力を利用でき、重力方向によらず連続的な伝熱が可能となる。
【００１９】
尚、本発明においては、一対の低温接触部と高温接触部の接続を行うために、少なくとも１本のヒートパイプが必要である。しかしより効率的に熱伝導を達成するために、低温接触部／高温接触部の位置や面積に応じて図６のように複数本のヒートパイプを設置することは、本発明において好ましい態様である。この場合に、図６の（９ａ）に示すように直線型のヒートパイプを複数本設置することも可能であり、また図６の（９ｂ）に示すように擬似ループ型のヒートパイプを複数本設置することも可能である。
【００２０】
本発明における成形型本体の材質や製造方法は特に限定されない。成形型本体の材質は、鉄系やアルミニウム系合金などの金属型、木質粉混合樹脂や熱硬化樹脂などの樹脂型、セラミックス型の何れでもよい。成形型本体の製造方法としては、まず鋳造ブロックを作りこれを研削してもよいし、予め型を加工し易いサイズに分割して別個に作りこれを組み上げてもよい。
【００２１】
また、成形型の裏面は中実でも空洞でもよいが、ヒートパイプの設置のし易さから空洞であることが好ましい。図７の左に成形型の裏面が中実である場合を、図７の右に成形型の裏面が空洞である場合を示す。尚、成形型本体の材質が樹脂型である場合、高い透明性や光沢が要求される低温接触部に、金属プレート等の高平滑性を有する部材を挿入することもできる。
【００２２】
また本発明のヒートパイプの設置方法は特に限定されるものではなく、ヒートパイプの吸放熱部と、成形型の低温接触部／高温接触部をそれぞれ接触させればよい。例えば金型に予めパイプ導入孔を開けておき、ここにヒートパイプを挿入してもよい。しかし、より熱の移動を効率よく行うために、例えば図８のように成形型の一部を入れ子構造にしておき、これにヒートパイプを溶接などして接続することは、本発明において好ましい態様である。またこの時、前述のように接続部を波型、Ｓ字型にすることは、本発明においてより好ましい態様である。このように、成形型を入れ子構造としてヒートパイプを接続することは、ヒートパイプの設置の便宜という点においても好ましい。
【００２３】
また本発明において、各ヒートパイプの吸放熱部以外の部分は断熱材で被覆されていることが好ましい。成形型の低温接触部／高温接触部以外の部分で熱の移動があると、本発明の目的を達成する効率が低下し、本発明の狙いである賦形性や成形サイクルの面で不利となるからである。使用される断熱材は特に限定されるものではなく、樹脂成形温度での耐熱性が確保されればどのようなものを用いることができる。中でもウレタンなどの硬化樹脂発泡体は特に好ましい。
【００２４】
本発明においては、図９のように、ヒートパイプの吸放熱部と型との間に高熱伝導率の材料を介在させたり（図９右上）、ヒートパイプの吸放熱部に高熱伝導率の材料を付随させてこの高熱伝導率の材料を成形型表面に露出させたり（図９右下）することができる。金属型の場合は型そのものの熱伝導率が高いため必須ではないが、熱伝導率が低い特に樹脂型では賦形性向上に有効である。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明に係る熱成形用成形型の実施例について詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００２６】
（成形型）
凸形状の真空成形用型を樹脂シートに対して下に位置するよう用いた。型の材質はアルミニウム系合金（ZAS）とした。型の投影面積は800mm×800mmである。図１０に成形型概略を示す。この成形型において、凸上部を平滑面とした透明性要求部である低温接触部とし、また曲げ部を110°とし、賦形後の角度を測定することにより、賦形性の確認をできるようにした。
【００２７】
（成形および評価）
実施例、比較例ともに同一の樹脂シートを用いた。具体的には、800mm×800mm、厚み2mmのポリカーボネート樹脂シート（ユーピロンシートNF-2000：三菱エンプラ製）とアクリル樹脂シート（アクリライトＬ：三菱レイヨン製）を用いた。樹脂シート全周をクランプし、図１に示したように、凸上部周辺にあたるヒータ温度を低温に、この周囲にあたるヒート温度を高温に設定し、樹脂シートを加熱軟化させ、その後成形型を真空引きしながら押し当て、樹脂シートを賦形した。尚、ヒータには近赤外線ヒータ（0.4kW）を９×９＝８１個配列したものを用い、各ブロックを温度調整できるようにした。
【００２８】
成形後の評価項目は下記の２つである。
（１）賦形性：成形体から前述の曲げ部（成形型で110°）を切り出し、この角度を実測した。
（２）透明性：成形体から前述の凸上部平滑面を切り出し、ヘイズメータにより曇価（%）を測定した。
尚、成形時の樹脂シート温度および成形サイクルは、評価結果と共に表１に示した。
【００２９】
（実施例１）
図１０に示した成形型にヒートパイプ（φ8mm、容器およびウィック：銅製、作動流体：水）を図６の（９ｂ）および図８のように設置したものを使用した。樹脂シートには上述のポリカーボネート樹脂シートを用いた。
【００３０】
（実施例２）
図１０に示した成形型にヒートパイプ（φ8mm、容器およびウィック：銅製、作動流体：水）を図６（９ｂ）および図８のように設置したものを使用した。樹脂シートには上述のアクリル樹脂シートを用いた。
【００３１】
（比較例１）
図１０に示した成形型にヒートパイプを設置せずに使用した。樹脂シートには上述のポリカーボネート樹脂シートを用いた。
【００３２】
（比較例２）
図１０に示した成形型にヒートパイプを設置せずに使用した。樹脂シートには上述のアクリル樹脂シートを用いた。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
実施例と比較例を比較すると、樹脂の種類にかかわらず、ヒートパイプを配置した実施例が賦形性で優っていた。また成形体および成形型の冷却時間が短縮されるため、成形サイクルも、実施例の方が短かった。一方、曇価については実施例の方が僅かに優れるものの、大きな差異はなかった。尚、電力の消費量は実施例と比較例で全く同一であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の熱成形用成形型において、高温接触部と低温接触部が熱伝導部材によって熱的に接続されているために、高温接触部の熱を効率良く低温接触部に伝えることができる。そのために、成形型に新たな加熱による成形サイクルの低下やコストアップを招くことがなく、高い成形性を保つことができ、透明性、光沢、賦形性に優れた成形体を得ることが可能である。よって本発明の熱成形用成形型および樹脂シートの熱成形方法は、建材や自動車用樹脂ガラスなどの大型部品を成形する目的において特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、樹脂の透明性を確保するために加熱温度に分布を持たせた様子を示す図である。
【図２】図２は、成形品のスプリングバックを示した図である。
【図３】図３は、本発明の成形型の概要を示した模式図である。
【図４】図４は、種々の位置にヒートパイプを設置した様子を示した図である。
【図５】図５は、キャピラリーポンプドループ（CPL）型のヒートパイプを利用した様子を示した図である。
【図６】図６は、複数本のヒートパイプを設置した様子を示した図である。
【図７】図７は、成形型の裏面を中実と空洞にした様子を示した図である。
【図８】図８は、入れ子構造にしてヒートパイプを設置した様子を示した図である。
【図９】図９は、高熱伝導率材料を介在させてヒートパイプを設置した様子を示した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例と比較例で使用した成形型の概略を示した図である。
【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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