(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムと対面する凹部を有するとともに圧空孔および排出孔を有する圧空手段とフィルムクランプ手段とによって挟み込まれたフィルムを、フィルムクランプ手段とプレフォーム用母型との間に導入した加熱手段によりフィルムをその軟化温度以上に加熱する一方で、圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間の空気を排出することによってフィルムを平坦に保った状態とし、加熱手段を退避させた後、圧空手段をプレフォーム用母型に接近させ、圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間内を圧空することにより、平坦に保った状態のフィルムからプレフォーム用母型の凹凸に沿った形状のフィルムを得ることを特徴とするプレフォームフィルムの製造方法。
【請求項２】
圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間内を外気圧と常時同じにしておくことにより、フィルムを平坦に保った状態とする請求項１に記載のプレフォームフィルムの製造方法。
【請求項３】
圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間内を密閉空間としておき、圧空手段の排出孔から空気を強制的に排出してフィルムを平坦に保った状態とする請求項１に記載のプレフォームフィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯電話機の筐体や自動車の計器パネル、ヒーコンパネル、センターパネル、それらのパネルなどに使用されるボタンやノブ、シフトレバーハウジングなど立上がりのある立体形状の成形品表面にフィルムを一体化させる工法に適用されるものであって、プレフォームフィルムの製造方法とプレフォームフィルムの製造装置に関するものである。なお、プレフォームとは、射出成形金型のキャビティ形成面の形状にほぼ合致した立体形状にフィルムを成形することをいう。
【０００２】
【従来の技術】
プレフォームフィルムの製造方法は、従来、次のような方法があった。
（１）圧空手段の凹部の開口縁部にフィルムを挟み込み、フィルムをその軟化温度まであらかじめ加熱し、圧空成形により、フィルムをプレフォーム用金型に密着させてフィルムを所定の立体形状に変形させ、フィルムを冷却してその立体形状を保持することにより成形を行う方法がある。
（２）圧空手段の凹部の開口縁部にフィルムを挟み込み、フィルムをその軟化温度まであらかじめ加熱しないで、高圧の圧空成形により、フィルムをプレフォーム用金型に密着させてフィルムを所定の立体形状に変形させ、フィルムを冷却してその立体形状を保持することにより成形を行う方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（１）の方法では、凹部を有する圧空手段の凹部の開口縁部にフィルムを挟み込んだ後にフィルムが加熱されるため、圧空手段の凹部とフィルムとにより密閉された空間内の空気が膨張することによってフィルムの膨れが発生したり、フィルム自体の膨張、伸縮によるフィルムの波打ち、たるみなどが発生しやすい。その結果、フィルムとプレフォーム用金型との位置合わせを高精度に行うことができない。
また、（２）の方法では、フィルムを加熱しないため、フィルム内部に応力が残留したままフィルムが立体形状に変形することになる。その結果、変形後に外部からの熱的、物理的衝撃が加わったり、経時変化を受けたりすることにより、フィルムにクラックが発生しやすく、フィルムロスが大きい。また、圧空時にプレフォーム用金型の角部でフィルムの表面が傷付きやすい。特にフィルムを急激に曲げる箇所においてはフィルムに無用な折れ線がつき、フィルムロスが大きい。また、高圧発生装置を必要とし、高圧発生装置の取扱い上の危険性が増大し、安全対策面でも装置費用がかかる。
この発明は、これら従来技術の欠点を克服し、フィルムとプレフォーム用金型との位置合せを高精度に行うことができ、フィルムのロスなどが少ないプレフォームフィルムの製造方法とプレフォームフィルムの製造装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明のプレフォームフィルムの製造方法は、フィルムと対面する凹部を有するとともに圧空孔および排出孔を有する圧空手段とフィルムクランプ手段とによって挟み込まれたフィルムを、フィルムクランプ手段とプレフォーム用母型との間に導入した加熱手段によりフィルムをその軟化温度以上に加熱する一方で、圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間の空気を排出することによってフィルムを平坦に保った状態とし、加熱手段を退避させた後、圧空手段をプレフォーム用母型に接近させ、圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間内を圧空することにより、平坦に保った状態のフィルムからプレフォーム用母型の凹凸に沿った形状のフィルムを得ることを特徴とする。また、この発明のプレフォームフィルムの製造方法では、圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間内を外気圧と常時同じにしておくことにより、フィルムを平坦に保った状態とすることもできる。また、この発明のプレフォームフィルムの製造方法では、圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間内を密閉空間としておき、圧空手段の排出孔から空気を強制的に排出してフィルムを平坦に保った状態とすることもできる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施例を詳しく説明する。
説明の便宜上、まず、この発明のプレフォームフィルムの製造装置を説明する。
この発明のプレフォームフィルムの製造装置は、排気手段上に載置された凹凸を有するプレフォーム用母型と、プレフォーム用母型への接近・離間が可能な枠状クランプを有するフィルムクランプ手段と、フィルムと対面する凹部を有するとともに圧空孔および排出孔を有しかつフィルムクランプ手段を介してプレフォーム用母型への接近・離間が可能な圧空手段と、フィルムクランプ手段とプレフォーム用母型との間への導入・退避が可能な加熱手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
説明の便宜上、圧空手段１から説明する。
圧空手段１は、フィルム５に空気を押し当てることによりプレフォーム用母型３の凹凸７にフィルム５を隙間なく密着させ、プレフォーム用母型３の凹凸７に沿った形状のフィルム５を得るためのものである。圧空手段１は、フィルム５と対面する凹部９０を有するとともに圧空孔６および排出孔６０を有しかつフィルムクランプ手段２を介してプレフォーム用母型３への接近・離間が可能なものである。圧空手段１は、フィルムクランプ手段２と協働して凹部９０の開口縁部３１にフィルム５を挟み込む機能を有する。圧空手段１は、フィルムクランプ手段２を間に介して排気手段４と接触した後に、圧空手段１の凹部９０内に圧空孔６から圧縮空気を導入する機能を有する。圧空手段１としては、一般的にはエアーブロー成形に用いられる装置がある。
【０００７】
圧空手段１は、その凹部９０を形成する壁面に圧空孔６を有している。圧空孔６は、高圧コンプレッサーなどの空気圧縮装置８に接続されている。圧空手段１の圧空孔６のバルブを開にして空気圧縮装置８から圧縮空気を送り込むことにより、圧空手段１の凹部９０とフィルムとにより形成された空間９内が高圧となる。圧縮空気を作り出す圧力は１Ｍｐａ〜５Ｍｐａが好ましい。この発明では、フィルム５が高温に加熱されたままの状態でフィルム５を押し伸ばすことができるため、比較的低い圧力でもプレフォーム用母型３に隙間なくフィルム５を密着させることができる。圧縮空気を作り出す圧力の設定値としては、ＡＢＳ樹脂フィルムとアクリル樹脂フィルムとの積層フィルムであって、合計厚み５００μｍのものを使用する場合は、加熱温度２５０℃において２ＭＰａの設定値が好ましい。また、厚み２００μｍのポリカーボネート樹脂フィルムの場合は、加熱温度２５０℃において４．５ＭＰａの設定値が好ましい。
【０００８】
圧空手段１は、その凹部９０を形成する壁面に排出孔６０を有している。排出孔６０は、圧空手段１の凹部９０の開口縁部３１に挟み込まれたフィルムがその軟化温度以上に加熱されたときに、空間９内の空気を排出することによってフィルム５を平坦に保った状態とするための孔である。空間９内が大気圧以上の場合は、排出孔６０のバルブを開にすることによって、空間９内を大気圧まで引き下げることができる。なお、空間９内に圧縮空気を送り込む際は排出孔６０のバルブは閉とする。空間９内の気圧が大気圧を大きく上回っている場合には、排出孔６０のバルブを開にするだけでなく、強制的に空気を排出することもできる。
【０００９】
圧空手段１を構成する本体の材質としては、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル及びそれらをベースにした合金、または金属粉末を含むエポキシ樹脂などがある。これらの材質を選ぶ理由は、圧空手段１を構成する本体として圧縮空気の導入による圧力に耐える強度が必要だからである。
【００１０】
フィルムクランプ手段２としては、枠状クランプがある。枠状クランプは、圧空手段１と協働してフィルム５を挟み込み、プレフォーム用母型３のほうに移動するものである（図７参照）。
【００１１】
枠状クランプは、フィルム５の上面から押え付ける上側クランプとフィルム５の下面から押え付ける下側クランプとからなり、この２つのクランプでフィルム５を挟み込むようにしたものでもよい（図示せず）。こうすると、フィルム５の所定の環状部分が挟み込まれているため、加熱手段１０の加熱によるフィルム５の位置ズレや収縮、延伸が発生する場合でも最小限に抑えることができる。
【００１２】
枠状クランプは、分割可能なものでもよい（図示せず）。例えば、分割前は切れ目のない四角形の枠状クランプであって、分割後はコの字状を呈する２個のクランプ片となるものがある。枠状クランプは、クランプ用ヒーター装置、あるいは加熱流動媒体による温調回路（図示せず）などが取付けられていてもよい。その理由は、枠状クランプにフィルム５の熱が奪われることによりフィルム５の温度分布が一様でなくなり、フィルム５をプレフォーム用母型３の凹凸に隙間なく密着させるときにフィルム５の延伸の程度がばらつき、延伸の程度が低い部分が破れたり、延伸の程度が高い部分が皺になったりするのを防ぐためである。また、フィルム５の温度が低下しやすい部分のみを予め強めに加熱しておくこともできる。クランプ用ヒーター装置としては、棒状のシーズヒーター３４などがあり、枠状クランプの４片に埋め込むとよい（図７（ａ）（ｂ））。温調回路としては、水や油などの流動媒体を加熱してその温度調節ができる外部装置から、加熱された水を枠状クランプの内部に引き込んで枠状クランプの内部を循環させるような構造のものがある。
【００１３】
枠状クランプは、排気手段４の上面に形成されたテーパーピン１２と合致するブッシュ１３を有するものでもよい（図７（ａ）（ｂ）、図９〜図１３参照）。枠状クランプとプレフォーム用母型３と排気手段４とが接触するときに、プレフォーム用母型３の凹凸７とフィルム５とが位置ズレしないようにするためである。ブッシュ１３は、少なくとも枠状クランプの対向する２辺の中央に形成するとよい。
【００１４】
枠状クランプは、その上面に２本以上のフィルム位置決めピン３２を有するものでもよい（図７（ｂ）、図９〜図１３参照）。枠状クランプとフィルム５とが位置ズレしないようにするためである。テーパーピン１２とブッシュ１３とフィルム位置決めピン３２とにより、プレフォーム用母型３の凹凸とフィルム５とが位置ズレしないようにすることができる。フィルム位置決めピン３２の個数は２個以上であり、好ましくは４〜８個がよい。左右、上下、回転方向の位置ズレを極力少なくするためである。フィルム位置決めピン３２の形成箇所は、枠状クランプの各辺の中央部、あるいはコーナー部が好ましい。フィルム位置決めピン３２の長さは、５〜１０ｍｍが好ましい。フィルム位置決めピン３２の径は、直径２〜８ｍｍが好ましい。
【００１５】
プレフォーム用母型３は、その表面にフィルム５を隙間なく密着させることによって、後述する射出成形金型のキャビティ形成面の形状に合致した立体形状にフィルム５をプレフォームさせるためのものである（図８参照）。プレフォーム用母型３には、排気孔１４と連結させるために凸部の近傍に小孔を開けたり、スリット３３を形成してもよいし（図８参照）、空気が通過する微細な通気孔を凸部自体が有するようにしてもよい。空気が通過する微細な通気孔を凸部自体が有するものとしては、多孔性金属や多孔性セラミックなどがある。プレフォーム用母型３の材質としては、鉄、アルミニューム、銅、ニッケル及びそれらをベースにする合金、または金属粉末を含むエポキシ樹脂などがある。プレフォーム用母型３の表面は、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂などがコーティングされていてもよい。
【００１６】
プレフォーム用母型３は、複数の凸部を有するものでもよい（図８参照）。例えば、複数の凸部が携帯電話機の上蓋の立体形状であり、２行２列に並んで形成されているものがある（図８（ａ）参照）。また、空気のリークを防ぎ、排気孔１４からの排気を確実にするために、プレフォーム用母型３の縁に立上がりを有するものがある（図８（ｂ）、図１４、図１５参照）。一つ一つの凸部が同じ携帯電話機の上蓋の立体形状を呈するものでもよい。複数の凸部は互いに異なる立体形状を呈するものでもよい。
【００１７】
排気手段４は、圧空手段１が排気手段４に接触することによってプレフォーム用母型３の凹凸７にフィルム５が被さった後に、プレフォーム用母型３の凹凸７とフィルム５との隙間の空気を排気孔１４から排気して、プレフォーム用母型３の凹凸７に沿った形状のフィルム５を得るためのものである。
排気手段４は、枠状クランプに形成されたブッシュ１３と合致するテーパーピン１２を有するものでもよい（図７（ｂ）、図９〜図１３参照）。枠状クランプとプレフォーム用母型３と排気手段４とが接触するときに、プレフォーム用母型３の凹凸７とフィルム５とが位置ズレしないようにするためである。
【００１８】
この実施例における加熱手段１０以外の各構成要素の関係は、次のようになる（図１〜図５、図９〜図１３参照）。
プレフォーム用母型３が排気手段４上にボルトなどで固定される。プレフォーム用母型３の上方には、枠状クランプが設置される。枠状クランプは、枠状クランプ支持部１５に支持され、油圧シリンダーやエアーシリンダーによって、型開き状態の圧空手段１と排気手段４との間を移動できるようになっている。さらに、その上に圧空手段１が圧空手段支持部１６に取付けられ、排気手段４との間で一定の間隔を保って待機している。この間隔は、後述するロボットハンドが入ってくる場合は、このロボットハンドが入り込むことのできる間隔であればよい。圧空手段１は、圧空手段支持部１６に取り付けられた油圧シリンダー１９などにより、排気手段４との間において開閉動作をする。
【００１９】
加熱手段１０は、枠状クランプとプレフォーム用母型３との間に入り込み、圧空手段１とフィルムクランプ手段２とによって挟み込まれたフィルム５の下面から加熱し、その後、枠状クランプとプレフォーム用母型３との間から退避することが可能なものである（図１〜図６参照）。加熱手段１０の一例としては、加熱部１７と駆動部２２などからなるものがある。加熱部１７は枠状クランプの下面を覆う面積を有するものがある。加熱部１７は、ヒーターパネル１１でもよいし（図６参照）、ヒーターがセラミック板の中に鋳込まれているセラミックヒーターや、パイプヒーターでもよい。加熱部１７はフィルム５とプレフォーム用母型３との加熱を同時にすることもできる。加熱部１７は、個々に温度制御が可能な複数の分割加熱部２３（ヒーターパネルが４つに分割されている。）からなるものでもよい（図６参照）。上述したプレフォーム用母型３が複数の凸部を有する場合は、一つの凸部に対して一つの分割加熱部２３が対応するようにすることができる。また、立体形状の立上がりが大きい凸部に対応する分割加熱部２３の温度設定を高くし、立体形状の立上がりが小さい凸部に対応する分割加熱部２３の温度設定を低くすることができる。また、膜厚の大きな絵柄層が形成されたフィルムの部分に対応する分割加熱部２３の温度設定を高くする一方、フィルムのうち絵柄の形成されていない抜き窓部などの部分に対応する分割加熱部２３の温度設定を低くすることができる。駆動部２２は、圧空手段１とプレフォーム母型３との間に加熱部１７を導入させたり、圧空手段１とプレフォーム母型３との間から退避させたりするものである。駆動部２２は、加熱手段載置台２４上に設置される。駆動部２２としては、ロッドレスシリンダーなど、エアーによるアクチュエーターの駆動力を利用したものがある。あるいは、モーターとタイミングベルトとの組合せ、モーターとボールネジとの組合せなどの電動アクチュエーターの駆動力を利用したものでもよい。加熱手段載置台２４には、駆動部２２が移動するレール２５が設けられている。
【００２０】
なお、前記プレフォーム用母型３の凸部の立体形状に合致するキャビティ形成面を有する射出成形金型は、雄型と雌型とを型閉めすることによって、所望の立体成形品を成形するためのキャビティを形成するものである（図示せず）。この発明のフィルム成形装置によって立体形状に成形されたフィルム５をキャビティ形成面に嵌め込んだり、被せたりして用いるのである。キャビティ形成面の立体形状としては、携帯電話機の上蓋の立体形状がある。
【００２１】
また、この発明のフィルム成形装置は、圧空手段１と枠状クランプとの隙間からプレフォームされたフィルム５を取り除くためのフィルム保持部と、プレフォームされていないフィルム５を枠状クランプ上に載置するためのフィルム保持部とが背中合わせに配置されたロボットハンド２９を有してもよい（図１、図５、図１４参照）。
【００２２】
以下、この発明のプレフォームフィルムの製造方法を説明する。
この発明のプレフォームフィルムの製造方法は、フィルムと対面する凹部を有するとともに圧空孔および排出孔を有する圧空手段とフィルムクランプ手段とによって挟み込まれたフィルムを、フィルムクランプ手段とプレフォーム用母型との間に導入した加熱手段によりフィルムをその軟化温度以上に加熱する一方で、圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間内の空気を排出することによってフィルムを平坦に保った状態とし、加熱手段を退避させた後、圧空手段をプレフォーム用母型に接近させ、圧空手段の凹部とフィルムとの間で形成される空間内を圧空することにより、平坦に保った状態のフィルムからプレフォーム用母型の凹凸に沿った形状のフィルムを得ることを特徴とする。
【００２３】
まず、圧空手段とフィルムクランプ手段２とによってフィルムを挟み込む。
つまり、枠状クランプにフィルムが載置された後（図１、図１４参照） 、枠状クランプが油圧シリンダーなどにより押し上げられ、枠状クランプが圧空手段の開口縁部３１と接触し、圧空手段１と枠状クランプとの間にフィルム５が挟み込まれる（図１、図２、図９、図１５参照）。フィルムクランプ手段２にフィルムを載置するには、ロボットを利用して枚葉のフィルムを一枚ずつ送り込むようにしてもよいし（図１参照）、ロール状に巻取られた長尺のフィルムをロールの回転力を利用して連続的に送り込むようにしてもよい。圧空手段１は、圧空手段支持部１６を介して四方に設けられたポスト２０に沿って移動する。
【００２４】
次に、フィルムクランプ手段２とプレフォーム用母型３との間に加熱手段を導入する（図２、図１５参照）。つまり、加熱手段の加熱部１７を、圧空手段１と枠状クランプとの間に挟み込まれたフィルム５を覆う位置に導入する。加熱部１７とフィルム５との距離は、油圧シリンダーによって圧空手段１を押し下げることにより広げたり縮めたりすることができる。加熱手段の加熱部１７が、フィルム５に接触しない程度に枠状クランプの枠内に入り込ませてもよい。フィルムクランプ手段２とプレフォーム用母型３との間に加熱手段１０が導入される前から圧空手段１の排出孔６０が開放されていてもよい。あるいは、フィルムクランプ手段２とプレフォーム用母型３との間に加熱手段１０が導入される前は、圧空手段１の排出孔６０は封止状態とされ、加熱中に開放するようにしてもよい。排出孔６０が封止状態とされている場合は、フィルム５が自重によって垂れ下がりにくいので有効である。
【００２５】
次に、加熱手段１０によりフィルム５をその軟化温度以上に加熱する一方で、圧空手段の凹部とフィルム５とにより形成された空間９内の空気を排出することによってフィルム５を平坦に保った状態とする（図３参照）。フィルム５の軟化温度とは、ＪＩＳ  Ｋ７２０６、ＩＳＯ３０６により測定した数値とする。フィルム５が加熱されると、圧空手段１の凹部９０とフィルム５とにより形成された空間９内の空気も加熱され、その空間内の体積が膨張しようとする。このため、圧空手段１とフィルムクランプ手段２とで挟み込まれているフィルム５が凸面形状に膨れようとする。この発明では、フィルム５が軟化温度以上に加熱されてもフィルム５が凸面形状に膨れないようにする、あるいは、一旦は凸面形状に膨れても平坦な状態に戻るようにするために、空間９内の空気を排出する。具体的には、空間９内を外気圧と常時同じにしておくことにより、空間９内の膨張しようとする空気を圧空手段１の排出孔６０から排出してフィルム５を平坦に保った状態とするようにしてもよい。または、空間９内を密閉空間としておき、空間９内の膨張しようとする空気を圧空手段１の排出孔６０から強制的に排出してフィルム５を平坦に保った状態とするようにしてもよい。圧空手段１の排出孔６０のバルブを開にすると、空間９内の気圧を大気圧にまで引き下げることができる。加熱手段が退避した後、圧空手段１と枠状クランプとの間に挟み込まれたフィルム５をプレフォーム用母型３に接近させている最中はフィルム５に風圧がかかるため、バルブの開き具合や強制排出の強度を小さくして、密閉された空間９内の圧力と風圧とのバランスをとることができる。圧空手段１と枠状クランプとの間に挟み込まれたフィルム５をプレフォーム用母型３に接近させている最中はフィルム５に風圧がかかるため、フィルム５は凸面形状になりにくい状態にあるからである。
【００２６】
次に、加熱手段１０を退避させた後、圧空手段１をプレフォーム用母型３に接近させ、空間９内を圧空することにより、平坦に保った状態のフィルム５からプレフォーム用母型３の凹凸に沿った形状のフィルムを得る。
つまり、圧空手段とプレフォーム用母型３との間から加熱手段を退避させた後（図３参照）、油圧シリンダー１９によって圧空手段１をさらに押し下げることによって、枠状クランプは定位置から下に移動させられて圧空手段１とフィルム５と枠状クランプとは接触したまま排気手段４の方に接近する。油圧シリンダー１９によって圧空手段１をさらに押し下げると、圧空手段１／フィルム５／枠状クランプ／プレフォーム用母型３／排気手段４がこの順で配置して接触する（図４、図１２参照）。フィルム５はプレフォーム用母型３の凸部に被さっていわゆるテントを張った状態になってもよいし、図８（ｂ）のように、プレフォーム用母型３の凸部とファルム５との間に間隔を有するような状態となってもよい。
【００２７】
フィルム５を軟化温度以上に維持したままで、圧空手段１と排気手段４とを接触させてもよい。このためには、加熱手段を退避させる前に、フィルム５を軟化温度よりも５〜１０℃高温に加熱しておくとよい。こうすると、プレフォーム用母型３の凸部の立上がりが大きい場合でも、低い圧力でプレフォーム用母型３の凸部にフィルム５を密着させてプレフォーム用母型３の凹凸７に沿った形状のフィルム５を得ることができる。また、フィルム５の内部に応力が残留しない状態でプレフォーム用母型３に隙間なくフィルム５を密着させることができる。また、フィルム５の表面にクラックやくもりが発生しない。さらに、成形後のフィルム５の品質も安定したものとなる。
【００２８】
次に、圧空手段１の圧空孔６から空間９内に圧縮空気を導入してフィルム５をプレフォーム用母型３の凸部に押し付けるとともに、排気手段４の排気孔１４からフィルム５とプレフォーム用母型３との隙間の空気を押し出して、プレフォーム用母型３にフィルム５を隙間なく密着させる（図４、図１２参照）。排気手段４の排気孔１４から強制的に空気を排気してもよい。
【００２９】
次に、フィルム５がプレフォーム用母型３の凹凸７に押し付けられて変形が終了するまでの間、圧空状態を維持した後、空間９内の空気を排気する。
【００３０】
次に、油圧シリンダー１９によって圧空手段１を、枠状クランプの定位置まで上昇させる。さらに圧空手段１を上昇させると、枠状クランプは定位置に静止し、圧空手段１だけがさらに上昇するようにもできる（図５、図１３参照）。圧空手段１／枠状クランプ／プレフォーム用母型３／排気手段４は、再び前記隙間を有する状態に復帰する。また、別の方法として、圧空手段１と枠状クランプとを分離して、圧空手段１だけを上昇させ、枠状クランプは排気手段４に接触したままとなるようにしてもよい（図１４参照）。この場合は、枠状クランプが排気手段４に接触したままの状態で、プレフォームされたフィルム５を取り出す工程と、プレフォームされていないフィルム５を枠状クランプに載置する工程とを行うようにすることができる（図１４参照）。
【００３１】
プレフォームされたフィルム５を圧空手段１と枠状クランプとの間から取り除くには、次のような方法がある。図５のように、枠状クランプを排気手段４から引き離してから、プレフォームされたフィルム５をロボットハンドなどで取り除く方法がある。あるいは、図１４のように、枠状クランプが排気手段４に接触したままの状態で、プレフォームされたフィルム５をロボットハンドなどで取り除く方法がある。プレフォーム用母型３の表面がフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂などでコーティングされていると、プレフォーム用母型３の表面に密着しているフィルムをプレフォーム用母型３の表面から剥離しやすいので効果的である。
【００３２】
なお、この発明の実施に使用されるフィルム５としては、基材上に、絵柄が形成された絵柄層、接着層などが順次形成されたものがある（図示せず）。基材は、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂などの単体またはこれら２種以上からなるフィルムをラミネートした積層フィルム、あるいは、ポリカーボネート樹脂とポリブチレンテレフタレート樹脂とのポリマーアロイ、ポリカーボネート樹脂とＡＢＳ樹脂とのポリマーアロイなどがある。
【００３３】
前記各種基材の軟化温度は以下のとおりである。
アクリル樹脂の単体は約１１０℃、ポリプロピレン樹脂の単体は約８０℃、ポリスチレン樹脂の単体は約７０℃、ＡＢＳ樹脂の単体は約８０℃、ポリカーボネート樹脂の単体は約１４０℃である。また、それら２種以上のフィルムをラミネートした積層フィルム、例えばアクリル樹脂とＡＢＳ樹脂とをラミネートした積層フィルムの場合の軟化温度は約９０℃である。また、ポリカーボネート樹脂とポリブチレンテレフタレート樹脂とのポリマーアロイの軟化温度は約１２０℃である。また、ポリカーボネート樹脂とＡＢＳ樹脂とのポリマーアロイの軟化温度は約１００℃である。なお、絵柄層などが形成されたフィルムの軟化温度は、前記基材の軟化温度と同じと考えてよい。その理由は、基材の厚みに比べて絵柄層などのインキ膜の厚みは極めて薄いので、絵柄層などのインキ膜は基材の挙動に追随するからである。基材の厚みは、１００〜１０００μｍのものがあるが、特に多用するものは１５０〜５００μｍである。絵柄層は、立体成形品表面に、模様、絵画、ロゴ、文字、抜き文字、記号などを形成するために、透光性インキや遮光性インキなどを用いて印刷などの通常の形成方法で形成される。絵柄層は、真空蒸着によって形成された金属層を有していてもよい。必要に応じて接着層を形成してもよい。
【００３４】
【実施例】
この発明のプレフォームフィルムの製造装置およびプレフォームフィルムの製造方法の実施例を説明する。
まず、圧空手段１と排気手段４との隙間の枠状クランプ上にフィルム５を載置した（図１参照）。フィルム５を載置するには、ロボットハンド２９を用いた。吸盤３０によってフィルム５の四方を固定した状態でロボットハンド２９が移動した。載置する際、フィルム５の２箇所に形成された位置決め孔に、枠状クランプに形成された位置決めピン３２を差し込んだ（図１参照）。
フィルム５としては、アクリル樹脂からなる厚み３５０μｍの基材上に絵柄層、接着層が順次形成されたものを用いた。フィルム５の軟化温度は９０℃であった。
【００３５】
次に、フィルム５を圧空手段１の縁と枠状クランプとにより挟み込んだ（図２、図９参照）。図１４および図１５の場合は、枠状クランク２を圧空手段１に接近させる。この挟み込みによって、圧空手段１の開口縁部３１と枠状クランプとで所定の環状にフィルム５が挟み込まれる（図９参照）。フィルム５のうちプレフォーム用母型３に被さる部分は挟み込まれておらず、太鼓の皮を張ったような状態となる。枠状クランプとしては、前記フィルム５に形成された２行２列に並んだ携帯電話機４個分の絵柄が囲まれる大きさのものを用いた。このとき、圧空手段１の排出孔６０は封止状態にしていたので、フィルムは自重で垂れ下がることはなかった。
【００３６】
次に、枠状クランプとプレフォーム用母型３との間に加熱手段の加熱部を導入する。
加熱部によりフィルムの下面全面を加熱した（図２、図１０参照）。この加熱は、フィルムの軟化温度以上に加熱した。この実施例では、アクリル樹脂フィルムとＡＢＳ樹脂フィルムとを貼りあわせたものからなる厚み３５０μｍの基材を用いたので、セラミックヒーターを用いてフィルムの表面温度が１２０〜１３０℃に達するまで加熱した。加熱時間は４〜７秒であった。フィルムと加熱部（ヒーターパネル）との距離は６０〜４０ｍｍとした。フィルム５はその軟化温度以上に加熱されるため容易に軟化しやすくなるとともに、圧空手段１の凹部とフィルム５とにより密閉された空間９内の空気が膨張してフィルム５は凸面形状に膨れようとする。しかし、この膨れをくいとめてフィルムを平坦に保つために、封止状態の排出孔６０を開放して排気を行う。この排気は、排出孔６０に設けられたバルブを開とするとともに、真空エジェクターなどの機器を使って、吸引量を調整しながら強制排出を行い、空間９内を大気圧に近い状態とすることにより行う。
【００３７】
次に、加熱手段１０を、枠状クランプとプレフォーム用母型３との間から退避させた（図３参照）。圧空手段１／枠状クランプ／プレフォーム用母型３／排気手段４がこの順で接触する際に、障害とならないようにするためである。加熱手段１０の移動に伴って対流が起き加熱されたフィルム５に風が当たってフィルム５の温度低下を招かないようにするために、加熱手段１０が退避する際の移動速度は、約２５０ｃｍ／秒とした。
【００３８】
次に、圧空手段１と排気手段４とを接近させ、圧空手段１による圧空によりプレフォーム用母型３の凹凸７にフィルムを密着させ、平坦に保った状態のフィルム５からプレフォーム用母型３の凹凸７に沿った形状のフィルムを得た（図４、図１１、図１２参照）。圧空手段１を排気手段４に接近させている間においても、圧空手段１の排出孔６０からの排出を持続させることにより、フィルム５が凸面形状に膨れるのをくいとめて、フィルム５を平坦に保った。プレフォーム用母型３の凸部は、携帯電話機の上蓋の立体形状であり、２行２列に並んで形成されている（図８（ａ）参照）。フィルム５の下面を加熱した後、加熱手段１０が退避すると、直ちに、プレフォーム用母型３の凸部にフィルム５を隙間なく密着させることができるため、フィルム５が十分に軟らかい状態を保ったままでプレフォームすることができた。圧縮空気を導入する直前のフィルム５の温度は１３０℃であって十分軟らかかった。このため、圧空手段１からの圧縮空気の圧力は２．５ＭＰａ、圧空時間は約４秒で済んだ。
【００３９】
次に、圧縮空気の導入後、約２秒待ってから、圧空手段１の上昇を開始した（図５参照）。プレフォームされたフィルム５を圧空手段１と枠状クランプとの間から取り除くには、前述したロボットハンド２９を用いた（図５参照）。そのロボットハンド２９でプレフォームされたフィルム５を取り除く際に、プレフォームされたフィルム５が固定された面と反対面の吸盤３０に固定されたプレフォームされていないフィルム５を枠状クランプ上に載置させた。
【００４０】
【発明の効果】
この発明では、以上のような構成を採用したので、次のような効果を奏する。この発明では、圧空手段の凹部とフィルムとにより形成された空間内の空気を排出することによって、平坦に保った状態のフィルムからプレフォーム用母型の凹凸に沿った形状のフィルムを得るので、フィルムが加熱されても、密閉された空間内の空気の膨張によるフィルムの膨れや、フィルム自体の膨張、伸縮によるフィルムの波打ち、たるみなどの発生を制御することができる。このため、フィルムが高温に保たれたままであっても、フィルムと金型とを高精度に位置合わせすることができる。
また、この発明では、フィルムを軟化温度以上に加熱することができるため、フィルム内部に応力が残留せずにフィルムをプレフォームすることができる。このため、プレフォーム後に外部からの熱的、物理的衝撃が加わったり、経時変化を受けたりしてもフィルムにクラックが発生しにくく、フィルムロスが少ない。特にフィルムを急激に曲げる箇所においてもフィルムに無用な折れ線がつきにくいため、フィルムロスが少ない。また、高圧発生装置を必要としないし、高圧発生装置の取扱い上の危険性もなく、安全対策面でも装置費用がかからない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図２】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図３】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図４】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図５】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図６】  この発明のフィルム成形装置の加熱手段の一例を示す平面図である。
【図７】  この発明のフィルム成型装置の枠状クランプの一例を示す平面図および断面図である。
【図８】  この発明のフィルム成形装置のプレフォーム用母型の一例を示す斜視図および断面図である。
【図９】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図１０】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図１１】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図１２】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図１３】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図１４】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【図１５】  この発明のフィルム成形装置の一例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１  圧空手段
２  フィルムクランプ手段
３  プレフォーム用母型
４  排気手段
５  フィルム
６  圧空孔
６０  排出孔
７  凸部
８  空気圧縮装置
９  空間
９０  凹部
１０  加熱手段
１１  ヒーターパネル
１２  テーパーピン
１３  ブッシュ
１４  排気孔
１５  枠状クランプ支持部
１６  圧空手段支持部
１７  加熱部
１９  油圧シリンダー
２０  ポスト
２２  駆動部
２３  分割加熱部
２４  加熱手段載置台
２５  レール
２９  ロボットハンド
３０  吸盤
３１  開口縁部
３２  フィルム位置決めピン
３３  スリット
３４  シーズヒーター
【図１】
0003916983.tif 000002
【図２】
0003916983.tif 000003
【図３】
0003916983.tif 000004
【図４】
0003916983.tif 000005
【図５】
0003916983.tif 000006
【図６】
0003916983.tif 000007
【図７】
0003916983.tif 000008
【図８】
0003916983.tif 000009
【図９】
0003916983.tif 000010
【図１０】
0003916983.tif 000011
【図１１】
0003916983.tif 000012
【図１２】
0003916983.tif 000013
【図１３】
0003916983.tif 000014
【図１４】
0003916983.tif 000015
【図１５】
0003916983.tif 000016