(57)【要約】【課題】肉厚のアクリル樹脂シートを短時間で均一な温度に加熱することのできる加熱方法及びこの加熱方法を採用した、歪がなく外観の良好なアクリル樹脂成形品の生産性の良い製造方法を提供する。【解決手段】赤外線照射によるアクリル樹脂シートの加熱方法において、ピーク波長が０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にある近赤外線照射を行うことを特徴とするアクリル樹脂シートの加熱方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線照射によるアクリル樹脂シートの加熱方法において、ピーク波長が０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にある近赤外線を照射して加熱することを特徴とするアクリル樹脂シートの加熱方法。
【請求項２】
赤外線照射による加熱と同時に、加熱した空気により加熱する請求項１記載のアクリル樹脂シートの加熱方法。
【請求項３】
赤外線照射による加熱の後に、加熱した空気によりさらに加熱する請求項１記載のアクリル樹脂シートの加熱方法。
【請求項４】
アクリル樹脂シートの厚さが１２ｍｍ以上である請求項１乃至３のいずれかに記載のアクリル樹脂シートの加熱方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の加熱方法によりアクリル樹脂シートを軟化させる軟化工程と、該軟化させたアクリル樹脂シートを成形する成形工程と、該成形により得られた形状を保持したまま冷却固化する冷却工程と、を有するアクリル樹脂成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクリル樹脂シートの加熱方法及びアクリル樹脂成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクリル樹脂は、透明性と機械的強度が高く、耐熱性と耐候性にも優れているため、水族館の水槽パネル、高速道路の透光板、ドーム、家具、インテリア、照明器具、看板、ゲーム機などに広く利用されている。
【０００３】
このようなアクリル樹脂成形品の多くの物は、アクリル樹脂シートを加熱して軟化させ、折曲げ成形、型成形、真空成形、圧空成形、フリーブロー成形などの成形方法により熱成形したのち形状を保持したまま冷却固化することにより製造されている。
【０００４】
前記アクリル樹脂成形品の成形方法においてはアクリル樹脂シートの加熱は、通常、棒状又はシート状のヒーターを直接アクリル樹脂シートに接触させて加熱する方法、加熱した空気などの熱媒体をアクリル樹脂シート表面に接触させて加熱する方法、セラミックヒーターなどを用いて赤外線をアクリル樹脂シートに照射して加熱する方法等により行なわれている。
【０００５】
これらの方法においては、まずアクリル樹脂シートの表面近傍が加熱され、次いで、熱伝導によりアクリル樹脂シート内部が加熱されるため、アクリル樹脂シート表面部と内部に大きな温度差が生じることがある。このような表面部と内部に大きな温度差を有するアクリル樹脂シートを成形した場合、このアクリル樹脂シートの伸びが不均一となり外観の良好な成形品が得られないという問題がある。
【０００６】
そこで、アクリル樹脂シートを均一な温度に加熱する場合、アクリル樹脂シートを熱風循環炉の中に置いて所定の温度の熱風を表面に接触させ、アクリル樹脂シートの中心部まで均一な温度に上昇させることが、通常行われている。この方法は、熱風の温度以上にシートが過熱されないという利点があるものの、アクリル樹脂シートの厚みが増すと、このアクリル樹脂シートの中心部が所定の温度になるまでに長時間を要し、生産性が低くなるという問題がある。
【０００７】
特許文献１には、ピーク波長が２μｍ以上の赤外線を加熱源として用いた熱可塑性樹脂シートの熱成形方法が開示されているが、波長が２μｍ以上の赤外線に対するアクリル樹脂シートの透過率は極めて小さく、波長２μｍ以上の赤外線はアクリル樹脂シートの表面部で大部分が吸収されてしまい、中心部までほとんど到達しない。このため、アクリル樹脂シートでは、中心部の温度が上りにくく、特に、アクリル樹脂シートの厚みが厚いほど表面近傍と中心部の温度差が大きくなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１８８７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記従来技術の現状に鑑みなされたものであり、特に肉厚のアクリル樹脂シートを短時間で均一な温度に加熱することのできる加熱方法を提供すること及びこの加熱方法を採用した、歪がなく外観の良好なアクリル樹脂成形品の生産性の良い製造方法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】
【００１０】
前記課題を解決した本発明のアクリル樹脂シートの加熱方法は、赤外線照射によるアクリル樹脂シートの加熱方法において、ピーク波長が０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にある近赤外線を照射して加熱することを特徴とする。
また前記課題を解決した本発明のアクリル樹脂成形品の製造方法は、前記加熱方法によりアクリル樹脂シートを軟化させる軟化工程と、該軟化させたアクリル樹脂シートを成形する成形工程と、該成形により得られた形状を保持したまま冷却固化する冷却工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、アクリル樹脂シートの加熱時間が短縮され成形サイクルが短くなるばかりでなく、歪のない外観良好なアクリル樹脂成形品を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明で用いられるアクリル樹脂シートは、透明性の観点から、メチルメタクリレート単位を５０質量％以上含有するアクリル樹脂から作製された樹脂シートであることが好ましい。前記アクリル樹脂は、メチルメタクリレート単位以外に、メチルアクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレートなどのメチルメタクリレート以外のアルキル（メタ）アクリレート単量体単位や、スチレン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル系単量体単位などを共重合成分として含むものであっても良い。さらに、前記アクリル樹脂には、着色剤、安定剤、衝撃強度改良剤、難燃剤などを適宜配合することができる。また、前記アクリル樹脂は、熱成形性を改良するため、エチレングリコールジメタクリレート、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレートなどの多官能メタクリレート単量体単位による架橋構造を含んだものであっても良い。ここで、「（メタ）アクリレート」とは、「メタクリレート」あるいは「アクリレート」のことをいう。
【００１３】
本発明で用いられるアクリル樹脂シートの厚さは、特に制限されない。加熱時間が短縮でき、温度均一化効果が高い本発明の加熱方法を用いる場合、アクリル樹脂シートの厚さは１２ｍｍ以上が好ましく、３０ｍｍ以上がより好ましい。また、アクリル樹脂シートの厚さは５００ｍｍ以下が好ましい。
【００１４】
アクリル樹脂は、波長が０．４μｍ〜０．７８μｍの可視光線をほとんど吸収しない透明性の高い樹脂であるが、波長が０．８μｍ以上の赤外線領域に分子振動に由来する幾つかの吸収ピークを持つため、この波長範囲にある赤外線を吸収して温度が上昇する。特に波長が２μｍ以上の赤外線の吸収率が高く、この場合、アクリル樹脂シートの表面部で赤外線が吸収されてしまい、中心部に到達する赤外線量が少なくなり、表面部の温度が高く中心部の温度が低くなるという問題が生じる。しかし、本発明のアクリル樹脂シートの加熱方法におけるように、ピーク波長が０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にある近赤外線をアクリル樹脂シートに照射すると、適度な赤外線吸収率で効率良く中心部まで赤外線が到達し、短時間で中心部の温度が上昇し、表面部と中心部の温度を短時間で均一にすることができる。アクリル樹脂シートに、ピーク波長が０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にある近赤外線を照射すると同時に、雰囲気温度をコントロールすることにより、中心部と表面部をさらに短時間で均一な温度に加熱することができる。
【００１５】
本発明のアクリル樹脂シートの加熱方法においては、０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にピーク波長を有する近赤外線照射による加熱と、加熱した空気による加熱とを組み合わせると、さらに均一な温度に短時間でアクリル樹脂シートを加熱することができるので好ましい。すなわち、ピーク波長が０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にある近赤外線の照射と、加熱した空気による加熱とを同時に行なってアクリル樹脂シートを加熱する方法、又はピーク波長が０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にある近赤外線の照射を行なった後、加熱した空気によりさらにアクリル樹脂シートを加熱する方法が好ましい。
【００１６】
加熱されたアクリル樹脂シートの温度は、使用するアクリル樹脂シートの軟化温度と成形品形状に合わせて適宜選択できるが、アクリル樹脂シートの温度が低すぎると、アクリル樹脂シートが硬く良好な形状の成形品が得られず、温度が高すぎると発泡や表面凹凸などの欠陥が発生しやすくなるため、１１０〜１８０℃の範囲とすることが好ましい。また、加熱時間は、照射する近赤外線の強度に依って調節して決める。加熱開始直後は、表面部が中心部より高温になるが、しだいに中心部の温度上昇が速くなるので、表面部と中心部の温度が成形可能温度範囲内で均一になるまで加熱する。近赤外線の強度が弱い場合は、表面部と中心部の温度が成形可能温度まで上昇しないので、この場合は、光源とアクリル樹脂シートの距離を短くして、近赤外線の強度を強くする必要がある。反対に、近赤外線の強度が強い場合は、表面部の温度が中心部よりも先に成形温度範囲を超えてしまうので、この場合は、光源とアクリル樹脂シートの距離を長くして近赤外線強度を弱くする必要がある。また光源の印加電圧を変えることにより、近赤外線の強度を調節することができる。
【００１７】
本発明で用いられるピーク波長が０．８μｍ以上１．９μｍ以下の範囲にある近赤外線を発生させる装置としては、一例として、ハロゲンランプを挙げることができる。ハロゲンランプは、石英ガラス管の中にタングステンフィラメントを配置し、窒素、アルゴン、クリプトンなどの不活性ガスと微量のヨウ素、臭素などのハロゲンガスを封入したランプである。ハロゲンランプから放射される光は、印加電圧によっても異なるが、ピーク波長が０．８５〜１．３μｍの範囲にある近赤外線である。
【００１８】
本発明においては、アクリル樹脂シートを均一な温度に加熱するために、複数のハロゲンランプを並べて、アクリル樹脂シートの表面側及び裏面側から、近赤外線を照射することが好ましい。
【００１９】
ハロゲンランプとアクリル樹脂シートの距離は、使用するハロゲンランプの発する赤外線の強度に応じて適宜調節すれば良い。通常、ハロゲンランプとアクリル樹脂シートの距離は、少なくとも３００ｍｍ以上とすることが好ましい。このように配置することにより、赤外線の強度が強すぎてアクリル樹脂シート表面部が過熱されることを容易に防ぐことができる。
【００２０】
また、加熱した空気により、アクリル樹脂シートを加熱する方法としては、特に限定されないが、例えば電気ヒーターあるいはガスバーナーを加熱源としたアクリル樹脂の加熱に通常用いられている熱風炉を用いて一定温度に加熱した空気をアクリル樹脂シート表面へ吹きつける方法が、アクリル樹脂シートの温度がより均一となるので好ましい。加熱した空気の温度と加熱時間は、アクリル樹脂シートの表面部と中心部が均一な成形可能温度になるように適宜調節する。本発明による赤外線照射と加熱した空気による加熱を同時に行なう場合は、空気の温度は、赤外線強度によって適宜調節するが、４０℃以上１８０℃以下が好ましい。また、本発明の赤外線照射を行なった後、加熱した空気によりさらに加熱を行なう場合は、外観の良好な成形品を得るためには、空気の温度は１１０℃以上２００℃以下が好ましい。加熱時間は、アクリル樹脂シートの表面部と中心部が成形可能温度になるまで加熱する。
【００２１】
次に、本発明のアクリル樹脂成形品の製造方法について説明する。
本発明のアクリル樹脂成形品の製造方法は、加熱によりアクリル樹脂シートを軟化させる軟化工程と、該軟化させたアクリル樹脂シートを成形する成形工程と、該成形により得られた形状を保持したまま冷却固化する冷却工程とを有する。
前記アクリル樹脂シートを軟化させる軟化工程における加熱は、前述した本発明の加熱方法による。また、該軟化させたアクリル樹脂シートを成形する成形工程及び成形により得られた形状を保持したまま冷却固化する冷却工程においては、軟化したアクリル樹脂シートを公知の成形方法で成形し、公知の冷却方法で冷却してアクリル樹脂成形品を製造すればよい。例えば、折曲げ成形、型成形、フリーブロー成形、真空成形、圧空成形等の成形方法及びこれらの成形方法に好適な公知の冷却方法の中から、成形品形状等に合わせて適宜選択し、成形すれば良い。
【実施例】
【００２２】
以下に実施例を用いて本発明を説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１に示したように、厚さが５０ｍｍで大きさが３００×１０００ｍｍの無色透明アクリル樹脂シート（三菱レイヨン（株）製アクリライト（登録商標）Ｓ００１）を水平に置き、４００ｍｍ間隔で平行に配置された３個の近赤外線ハロゲンランプ（ウシオ電機（株）製、品番ＱＩＲＺ  ２００−１０００／Ｌ、消費電力１０００Ｗ、発光長３５０ｍｍ）２組を該アクリル樹脂シートの上面側と下面側に、４５０ｍｍ離して該アクリル樹脂シートの各面に対してそれぞれ平行に配置し、ピーク波長が１．２μｍの近赤外線を、該アクリル樹脂シートに照射し加熱した。ハロゲンランプには２００Ｖの電圧を印加した。この、アクリル樹脂シートの中心部に熱電対を埋め込みアクリル樹脂シート中心部の温度を測定した。また、このアクリル樹脂シート表面に熱電対を接着して表面部の温度を測定した。加熱開始後のシート中心部と表面部の温度は図２に示したように変化した。図２に示されているように、７５分経過後に、アクリル樹脂シートの中心部と表面部の温度が成形可能な温度である１２０℃に達した。このアクリル樹脂シートを炉から取り出し、半径６００ｍｍの半円筒状の凸型の上に載せて型成形し冷却固化し、成形品を得た。得られた成形品は、歪のない外観の良好な曲面形状を有する成形品であった。
【００２４】
（実施例２）
近赤外ハロゲンランプを５００ｍｍ離して配置したこと及びこのように配置したハロゲンランプとアクリル樹脂シートを熱風循環炉の中に入れ８０℃に加熱した空気（熱風）で同時にアクリル樹脂シートを加熱したこと以外は実施例１と同様にしてアクリル樹脂シートを加熱した。アクリル樹脂シートの中心部と表面部の温度は、図３に示した様に変化した。図３に示されているように、加熱開始から６０分後にアクリル樹脂シートの中心部と表面部の温度は成形可能な温度である１２０℃に達した。このアクリル樹脂シートを炉から取り出し、半径６００ｍｍの半円筒状の凸型の上に載せて型成形し冷却固化し、成形品を得た。得られた成形品は、歪のない外観の良好な曲面形状を有する成形品であった。
【００２５】
（実施例３）
近赤外ハロゲンランプとアクリル樹脂シートの間隔を５００ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてアクリル樹脂シートを加熱し、加熱開始から９５分後にハロゲンランプを消灯した後、該アクリル樹脂シートを熱風循環炉の中に置いた半径６００ｍｍの半円筒上の凸型の上に載せ、１２７℃の熱風をアクリル樹脂シートに吹き付け加熱した。アクリル樹脂シートの中心部と表面部の温度は、図４に示したように変化した。加熱開始から３０分後に熱風の加熱を止め、アクリル樹脂シートを炉の中で型の上に載せた状態で冷却固化し、成形品を得た。得られた成形品は、歪のない外観の良好な曲面形状を有する成形品であった。
【００２６】
（比較例１）
実施例１で使用したハロゲンランプの代わりに中波長赤外線ヒーター（ヘレウス（株）製、型式ＢＳＧ８００／４００、出力８００Ｗ、加熱長４００ｍｍ）を用いピーク波長が２．６μｍの中波長赤外線を照射したこと以外は、実施例１と同様にしてアクリル樹脂シートを加熱した。アクリル樹脂シートの中心部の温度は、常に表面部より低く、均一な温度に加熱できなかった。表面部が成形可能な温度に達した後、このアクリル樹脂シートを炉から取り出し、実施例１と同様にして型成形しようとしたが、シート中心部の温度が成形可能な温度に達しておらず、成形できなかった。
【００２７】
（比較例２）
ハロゲンランプを使用しなかったこと及び１２５℃の熱風により加熱したこと以外は、実施例２と同様にしてアクリル樹脂シートを加熱した。アクリル樹脂シートの表面部の温度は、常に中心部の温度より高温となり、アクリル樹脂シートの中心部の温度が成形可能な温度である１２０℃に達するまで、５時間以上を要した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の加熱方法の実施形態の一例を示す概略図である。
【図２】実施例１によるアクリル樹脂シートの温度変化を示した図である。
【図３】実施例２によるアクリル樹脂シートの温度変化を示した図である。
【図４】実施例３によるアクリル樹脂シートの温度変化を示した図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ハロゲンランプ
２  アクリル樹脂シート
３  反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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