JP2012176567A - Apparatus and method for shaping resin sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂シートの成形装置および成形方法に関する。例えば、熱可塑樹脂のシート又フイルムを用いた熱成型品の製造方法に関るものであり、熱成形中の賦形体を高速で加熱及びまたは冷却することに関し、更には結晶性熱可塑性樹脂の熱成形の過程において、シートの予熱温度より高温の熱処理を行い、耐熱性、透明性等、機械強度等の特性の高い熱成形品を高速で効率よく製造することに関し、なかんずく結晶性樹脂の延伸シートを用いてこの熱成形を行うことに関する。 The present invention relates to a resin sheet molding apparatus and molding method. For example, the present invention relates to a method for producing a thermoformed article using a thermoplastic resin sheet or film, and relates to heating and / or cooling a shaped body during thermoforming at a high speed. In the process of thermoforming, heat treatment at a temperature higher than the preheating temperature of the sheet is performed, and in particular, for the production of thermoformed products with high properties such as heat resistance, transparency, and mechanical strength at high speed, stretching of the crystalline resin is especially important. It relates to performing this thermoforming using a sheet.
熱成形法は予熱された熱可塑性樹脂シートまたはフイルムを成形型に押圧または真空引きにて賦形し離型する方法であるが、通常は賦形体は低温の金型で冷却された状態で離型される。金型材料としてはアルミニウム、亜鉛合金などの軽量で加工性がよく、かつ熱伝導率の良い材料が使われ自然放熱で連続成形されることも多い。しかしそれでも特に温度調節を行いたい場合は成形型内部に設けたジャケットに熱媒体を通じて冷却することも行われる。一方、木材、プラスチックのような安価で加工し易い材料が使用されることがあるがこうしたものは、耐久性がなく、また温度調節が難しく熱蓄積などが問題となるため連続大量生産には向かず、枚葉成形機でのサンプル試作あるいは少量生産などに使用が限られる。
そして、特殊な成形方法として成形サイクル中に賦形体を任意に加熱したり冷却しようとするときは、上記のジャケットに通す熱媒を途中で熱媒を変更したり、あるいは賦形体を別に温度調整した金型へ移しかえたりすることが行われる。しかしこのような方法では所望の熱処理を行った成形品を高速で連続的に効率よく製造することはできない。
The thermoforming method is a method in which a preheated thermoplastic resin sheet or film is formed on a mold by pressing or evacuation and then released. Usually, the shaped body is released in a cooled state with a low-temperature mold. Typed. As the mold material, a material such as aluminum or zinc alloy that is lightweight and has good workability and good thermal conductivity is used, and is often continuously formed by natural heat dissipation. However, in particular, if it is desired to adjust the temperature, the jacket provided inside the mold is cooled through a heat medium. On the other hand, cheap and easy-to-process materials such as wood and plastic may be used, but these are not durable and difficult to control temperature, causing problems such as heat accumulation, making them suitable for continuous mass production. However, its use is limited to sample trial production or small-scale production on a single-wafer molding machine.
And as a special molding method, when you want to heat or cool the shaped body arbitrarily during the molding cycle, change the heating medium in the middle of the heating medium passed through the jacket, or adjust the temperature of the shaped body separately It is performed to move to the mold. However, with such a method, a molded product that has been subjected to a desired heat treatment cannot be produced continuously at high speed and efficiently.
特別な加熱あるいは冷却を必要とする具体的な熱成形方法として、(1)特公昭56−7855号はポリエステルシートを1軸延伸配向させて加熱収縮させたシートを用いて熱成形する方法で、成形時に熱風を用いるなどにより熱固定する方法が開示されているが、熱処理に非常に長い時間がかかっており実用的ではない。また、(2)特公平5−45412号では、特定条件で2軸延伸し熱収縮させたシートを用いて熱成形と熱処理を行う方法が開示されている.ここでは、加熱型へ移し替える方法、熱風、熱水、赤外線になどよる加熱法が提案されているが、具体的には記載されておらず、単純にこれらを実行してもその効果はなく、またあったとしても高速で効率のよい実用的な方法とはならない。(3)特公昭60−031651号も特定のポリエステル延伸シートを熱成形し熱処理する方法で、加熱された金型で成形することは示されているが、金型あるいは成形品を冷却して離型することについては触れられていない。しかし、このような材料の熱処理成形には成形体を少なくとも熱処理温度より低い温度に冷却して離型することが望ましいが、知られた方法でこれを行うとすれば、金型自体を電熱ヒーターで予め加熱しておいて成形直後に金型のジャケットに通水して冷却する方法、あるいは金型マニホールドに高温熱媒、低温熱媒を交互に通ずる方法などが考えられる。しかしこうした方法では高速で連続成形を行うことはできない。また(4)特許2532730号では、非延伸の結晶性PETシートを加熱された雌型で成形しこれを低温の雌型に移して冷却し離型する方法が示されているが、金型移行に際しては、成形品の変形、位置ずれ、シワの発生が問題となり、またそのような操作ができる特殊な専用成形装置をつくる必要がある。
また(5)特公平7−102608号は、高温の雌型で成形し、これに嵌合する低温の雄型に引き取って冷却し離型する方法を示しているが、これも金型移行の方法と云ってよく(4)同様に成形の変形やシワが問題となり、又オフセットやアンダーカットのある成形品には適用し難い。またこうした例とは別に、(4)(5)のようないわゆるCPETの成形では最初から高温の金型で成形すると、金型面で成形材料の滑りが悪いため波や凹凸などの不均一模様が出やすいというような問題もあり、これを避けるために最初低温金型で成形し高温金型に移行するプロセスも知られているが、これもやはり煩雑である。
また(6) 特許4057487号の開示する方法は、結晶性樹脂の熱成形に関し、多孔の加熱板に接触させて予熱されたシートを、多孔板を通過する高圧空気と加熱された成形金型にて圧空賦形し、次いで別に準備した冷却空気噴射ボックスを運び込んで冷却するものであるが、この加熱板温度はシート予熱適温に調整されており、熱処理温度よりも大幅に低い。又こうした熱板は空気加熱も意図されておらず、従ってこの熱板を通過する空気温度は低く、予熱シート温度以上の熱処理に寄与できない。熱処理温度はもっぱら金型の高温度に依存することになるが、離型の為にはより大幅に冷却せねばならず能率的な生産ができない。
また(7)特許4044876号の開示は、シート予熱時にサグ(加熱時のシートの垂れ下がり)が問題となりやすい樹脂材料の熱成形に関するもので、このような材料では通常、多孔の加熱板に材料シートを短時間吸着させて後、そこから離して賦形がなされる。この方法の場合は、熱板吸着時の傷あとなどを回避しようとするもので、加温された弱い空気の圧力でシートを下支えしながら加熱し、次いで熱板を通過させた空気で追加予熱しながら圧空成形するもので、賦形後に予熱温度以上の温度で熱処理することも、積極的に冷却して離型することも必要ではなく、これを行う示唆もされていない。なお、本発明の装置で成形する延伸シートは予熱に収縮作用を起こすのでシートを固定してこれを行えば緊張状態となりサグの問題は発生せず、引例の作用機構は必要としない。
As a specific thermoforming method that requires special heating or cooling, (1) Japanese Examined Patent Publication No. 56-7855 is a method of thermoforming a polyester sheet by uniaxially stretching and heat-shrinking the sheet, Although a method of heat setting by using hot air at the time of molding is disclosed, the heat treatment takes a very long time and is not practical. In addition, (2) Japanese Patent Publication No. 5-45412 discloses a method of performing thermoforming and heat treatment using a sheet biaxially stretched under specific conditions and thermally contracted. Here, a method of transferring to a heating type, a heating method using hot air, hot water, infrared rays, etc. has been proposed, but it is not specifically described, and even if these are simply executed, there is no effect. And, if at all, it is not a fast, efficient and practical method. (3) Japanese Patent Publication No. 60-031651 also shows that a specific stretched polyester sheet is thermoformed and heat treated, and it is shown that it is molded with a heated mold, but the mold or molded product is cooled and separated. There is no mention of typing. However, for heat treatment molding of such materials, it is desirable to cool the molded body to at least a temperature lower than the heat treatment temperature and release the mold. However, if this is done by a known method, the mold itself is electrically heated. And a method of cooling in advance by passing water through a mold jacket immediately after molding, or a method of alternately passing a high temperature heat medium and a low temperature heat medium through the mold manifold. However, such a method cannot perform continuous molding at high speed. Also, (4) Patent 2532730 shows a method in which a non-stretched crystalline PET sheet is molded with a heated female mold, transferred to a low-temperature female mold, cooled, and released. At that time, deformation of the molded product, displacement, and generation of wrinkles become problems, and it is necessary to create a special dedicated molding apparatus capable of such operations.
In addition, (5) Japanese Patent Publication No. 7-102608 shows a method of forming with a high-temperature female mold, taking it into a low-temperature male mold fitted thereto, cooling it, and releasing the mold. It may be said that the method is the same as (4), and deformation and wrinkling of the molding become a problem as well, and it is difficult to apply to a molded product having an offset or undercut. In addition to these examples, in the so-called CPET molding as in (4) and (5), when molding is performed with a high-temperature mold from the beginning, the molding material does not slip on the mold surface, resulting in uneven patterns such as waves and irregularities. In order to avoid this problem, there is known a process in which a low-temperature mold is first molded and then transferred to a high-temperature mold, but this is also complicated.
(6) The method disclosed in Japanese Patent No. 4057487 relates to thermoforming of a crystalline resin. A sheet preheated by contacting a porous heating plate is formed into high-pressure air passing through the porous plate and a heated molding die. However, the temperature of the heating plate is adjusted to an appropriate sheet preheating temperature and is significantly lower than the heat treatment temperature. Also, such a hot plate is not intended for air heating, and therefore the temperature of the air passing through the hot plate is low and cannot contribute to a heat treatment above the preheated sheet temperature. The heat treatment temperature depends exclusively on the high temperature of the mold, but for mold release, cooling must be more drastically and efficient production is not possible.
In addition, the disclosure of (7) Japanese Patent No. 4044876 relates to thermoforming of a resin material in which sag (sag of the sheet during heating) is likely to be a problem during sheet preheating. In such a material, a material sheet is usually used as a porous heating plate. After adsorbing for a short time, it is shaped away from it. In the case of this method, it is intended to avoid scratches at the time of adsorption of the hot plate, and the sheet is heated while supporting the sheet with the pressure of weak heated air, and then additional preheating is performed with the air passed through the hot plate. However, it does not require heat treatment at a temperature equal to or higher than the preheating temperature after shaping, nor does it require active cooling and mold release, and there is no suggestion to do this. In addition, since the stretched sheet formed by the apparatus of the present invention causes a shrinkage effect on preheating, if the sheet is fixed and this is done, it becomes a tension state and no sag problem occurs, and the working mechanism of the reference is not required.
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。その主な目的は、熱成形の賦形から離型までの過程において、賦形体を高速で加熱しそして必要により高速で冷却し、特に賦形前の予熱シート温度以上の高温で熱処理を行って離型する熱成形を高速で効率良く連続的に行うことができ、また良好な状態の成形品を得ることができる樹脂シートの成形装置および成形方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. Its main purpose is to heat the shaped body at high speed and cool it as necessary at high speed in the process from thermoforming to mold release, especially heat treatment at a temperature higher than the preheating sheet temperature before shaping. It is an object of the present invention to provide a resin sheet molding apparatus and a molding method capable of continuously and efficiently performing mold release at high speed and obtaining a molded product in a good state.
(1)圧空ボックスと、成形型を有する成形型収納ボックスとの間に、熱可塑性樹脂シートを挟持可能に構成され、前記圧空ボックス内に圧縮気体を導入して熱可塑性樹脂シートを成形する樹脂シートの成形装置であって、
前記圧空ボックスは、高温の圧縮気体を分散送出する分散送出部と、前記成形型収納ボックスに向けて冷却用気体を噴射する噴射ノズルを有する冷却部とを備えており、
前記分散送出部は、前記圧空ボックスの外殻と前記噴射ノズルとの間に形成される隙間を介して熱可塑性樹脂シートに圧縮気体を送出するように構成し、
更に、前記分散送出部に供給される圧縮気体を加熱する加熱部を備える樹脂シートの成形装置を提供するものである。
なお、前記の分散送出部は、前記圧縮気体を前記成形型収納ボックスの成形型全面に向けて均一に分散送出できる機能を有する機構であり、これらに限定するものではないが次のような方式がある。
A)気体流を空間的に分割して送出する方式、B)気体流を静的に撹拌分散させながら送出する方式、C)気体流を動的に撹拌分散させながら送出する方式、そしてD)気体流を衝突分散させながら送出する方式がある。これらの方式のいずれも、単独あるいは組み合わせで好適に利用できる。
なお、この分散送出部は、加熱機構が付加されていることが好ましく、またその温度が255℃以上の、更には300℃以上で且つ装置として可能な温度以下の任意の温度に保持できるよう構成されることが好ましい。
なお、前記加熱部は、前記圧空ボックス内に限らない任意の適切な場所に配備するものであり、導入されたゲージ圧0.02MPa以上2.0MPa以下の圧縮気体を255℃以上の、そして好ましくは300℃以上で、装置として実現可能な温度以下の任意の温度に加熱できる機能を有するものである。そして又、30秒以下の任意の間欠で、実質的に瞬時に所定温度の高温圧縮気体を吐出できる機構を有するものが好ましい。
なお、前記噴射ノズルは、好ましくは拡散角度を有して拡散噴射される機構のものであることが好ましく、更には20°以上の拡散角度を有するものであることが好ましい。
なお、前記圧空ボックスの外殻は、前記分散送出部及び噴射ノズルを収容する筐体部分である。
なお、前記の成形型を有する成形型収納ボックスは、真空吸引可能なように
構成することが好ましい。
(1) A resin that is configured so that a thermoplastic resin sheet can be sandwiched between a compressed air box and a mold storage box having a mold, and a thermoplastic gas sheet is molded by introducing compressed gas into the compressed air box A sheet forming apparatus,
The compressed air box is provided with a dispersion delivery unit that distributes and delivers high-temperature compressed gas, and a cooling unit that has an injection nozzle that injects a cooling gas toward the mold storage box.
The dispersion delivery unit is configured to send compressed gas to the thermoplastic resin sheet through a gap formed between the outer shell of the compressed air box and the injection nozzle,
Furthermore, the present invention provides a resin sheet molding apparatus including a heating unit that heats the compressed gas supplied to the dispersion delivery unit.
The dispersion delivery unit is a mechanism having a function capable of uniformly delivering the compressed gas toward the entire molding die of the molding die storage box. There is.
A) A method in which the gas flow is spatially divided and sent out, B) A method in which the gas flow is sent out while statically stirring and dispersing, C) A method in which the gas flow is sent out while dynamically stirring and dispersing, and D) There is a method of sending a gas flow while colliding and dispersing it. Any of these methods can be suitably used alone or in combination.
In addition, it is preferable that this dispersion | distribution delivery part is added with the heating mechanism, and the temperature is 255 degreeC or more, Furthermore, it is the structure which can be hold | maintained to the arbitrary temperature of 300 degrees C or more and below the temperature possible as an apparatus. It is preferred that
The heating unit is arranged at any appropriate place not limited to the inside of the compressed air box, and the introduced compressed gas having a gauge pressure of 0.02 MPa or more and 2.0 MPa or less is 255 ° C. or more, and preferably Has a function of heating to an arbitrary temperature of 300 ° C. or higher and lower than the temperature realizable as a device. And what has the mechanism which can discharge the high temperature compressed gas of predetermined temperature substantially instantaneously in the arbitrary intermittent for 30 seconds or less is preferable.
The spray nozzle preferably has a mechanism for spraying with a diffusion angle, and preferably has a diffusion angle of 20 ° or more.
The outer shell of the compressed air box is a housing portion that houses the dispersion delivery unit and the injection nozzle.
In addition, it is preferable that the shaping | molding die storage box which has the said shaping | molding die is comprised so that vacuum suction is possible.
(2)前記圧空ボックスは、熱可塑性樹脂シートの挟持状態で前記成形型収納ボックスと前記圧空ボックスとの間に形成される閉鎖空間を外部と連通する排出孔を有する上記(1)に記載の樹脂シートの成形装置を提供する。
なお、この外部連通孔は成形サイクルの中の任意の必要時点で開閉可能なものとする。
(2) The compressed air box according to (1), wherein the compressed air box has a discharge hole that communicates with the outside a closed space formed between the mold storage box and the compressed air box in a sandwiched state of the thermoplastic resin sheet. A resin sheet molding apparatus is provided.
The external communication hole can be opened and closed at any necessary time in the molding cycle.
(3)前記加熱部は、圧縮空気の流路となる多数の隙間を有する蓄熱体と、前記蓄熱体を加熱する加熱ヒーターとを備える前記(1)または(2)に記載の樹脂シートの成形装置を提供する。
なお、この加熱部は、その上流又は下流に、高温圧縮気を、成形サイクルに合わせて間欠的に上記分散送出部へ送出する機構を備えている。
なお、この加熱部の加熱ヒーターはこの蓄熱体を、255〜1300℃に、望ましくは300〜650℃の適宜な温度に、常時加熱維持できる容量を有するものである。
なお、この加熱部の蓄熱体の気体接触面積は圧空ボックスの有効投影面積の3倍以上、望ましくは10倍以上の接触表面積を有したものである。
なお、この加熱部は前記圧空ボックスの内外に何れに装着してもよく、又そこから離れた場所に配置して配管連結してもよい。
(3) Molding of the resin sheet according to (1) or (2), wherein the heating unit includes a heat accumulator having a large number of gaps serving as compressed air flow paths and a heater for heating the heat accumulator. Providing equipment.
In addition, this heating part is provided with the mechanism which sends high temperature compressed air to the said dispersion | distribution delivery part intermittently according to a molding cycle in the upstream or downstream.
In addition, the heater of this heating part has a capacity | capacitance which can always heat-maintain this heat storage body to 255-1300 degreeC, the suitable temperature of 300-650 degreeC desirably.
In addition, the gas contact area of the heat storage body of this heating part has a contact surface area of 3 times or more, preferably 10 times or more of the effective projection area of the compressed air box.
In addition, this heating part may be attached to either the inside or outside of the compressed air box, or may be arranged at a location away from the heating box and connected to the pipe.
(4)前記加熱部は、前記分散送出部と一体化されている上記(1)から(3)のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を提供する。
なお、この場合一体とは前記圧空ボックスに両者が固定されて存在したものであることを云い、加熱部と分散気体送出部との間に空間があってもよく、また全面密着状態にあってもよい。なお、後者はより好ましい。
なお、加熱部の蓄熱体と前記分散送出場合が同一物体にする選択も可能であり、それは又好ましい。
(4) The said heating part provides the molding apparatus of the resin sheet in any one of said (1) to (3) integrated with the said dispersion | distribution delivery part.
In this case, the term “integral” means that both of them are fixed to the compressed air box, and there may be a space between the heating part and the dispersed gas delivery part, and the whole surface is in close contact with each other. Also good. The latter is more preferable.
In addition, it is also possible to select the heat storage body of the heating unit and the distributed delivery case to be the same object, which is also preferable.
(5)前記圧空ボックスにおける前記成形型収納ボックスとの対向面の赤外線放射率が、0.8以上である上記(1)から(4)のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を提供する。
なお、この赤外線放射率は0.9以上であることが好ましく、0.95以上であることが更に好ましい。
なお、この気体分散送出部として反射物体が用いられる場合は、反射物体もここで規定する対象に含まれる。しかし、反射体が鏡面である場合は、射影される背後面をこのような赤外線放射率にすることも含まれる。
(5) The resin sheet molding apparatus according to any one of (1) to (4), wherein an infrared emissivity of a surface of the compressed air box facing the mold storage box is 0.8 or more. .
The infrared emissivity is preferably 0.9 or more, and more preferably 0.95 or more.
In addition, when a reflective object is used as this gas dispersion | distribution delivery part, a reflective object is also contained in the object prescribed | regulated here. However, when the reflector is a mirror surface, the rear surface to be projected includes such an infrared emissivity.
(6)賦形後の熱可塑性樹脂シートに向けて揮発性液体を噴霧する液体噴霧部を備える上記(1)から(5)のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を提供する。
なお、この噴霧部は圧空ボックスの内部にあってもよく、又その外部にあってもよい。また、この噴霧部は、前記冷却用気体の噴射ノズルと兼用する機構とし、前記噴霧と前記噴射を交互に行ってもよく、あるいは又、噴射前の前記気体中に前記液体を混入させながら噴射するようにしてもよい。この機構も好ましく用いられる。
(6) A molding apparatus for a resin sheet according to any one of (1) to (5), further including a liquid spraying unit that sprays a volatile liquid toward the thermoplastic resin sheet after shaping.
In addition, this spraying part may be in the inside of a compressed air box, and may be in the exterior. In addition, the spray unit may be a mechanism that also serves as the cooling gas spray nozzle, and may perform the spray and the spray alternately, or spray while mixing the liquid into the gas before spraying. You may make it do. This mechanism is also preferably used.
(7)前記成形型は、熱可塑性樹脂シートの成形面を構成する材料の熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が、0.01〜15である上記(1)から(6)のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を提供する。
なお、この成形型の成形面を構成する材料の熱浸透率は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましい。
なお、この成形型は単体材料で構成されていてもよく、また背後層が異種材料からなる2層またはそれ以上多層から形成されていてもよい。
そして、この背後層の材料の熱浸透は表面層のそれより高い材料からなる2層又は多層構造であることがより好ましく、その場合熱浸透率は2倍以上であるこが好ましく、10倍以上であることが特に好ましい。なお、この背後層は温度制御されることが好ましい。また、背後層の熱浸透率は3以上であることが好ましく、6以上であることが更に好ましく、10以上であることか更に更に好ましい。またこの成形用表面層の厚みは0.04mm以上であることが必要であり、また0.06mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることが更に好ましい。又同厚みは30mm以下であることが好ましく、10mm以下であることが更に好ましく、5mm以下であることが更に更に好ましい。
なお、成形型は、真空賦形又は賦形時の排気が可能な様に微細孔が設けられていることが好ましい。
(7) From the above (1) to (6), the mold has a heat permeability (kJ / m 2 s 1/2 K) of a material constituting the molding surface of the thermoplastic resin sheet of 0.01 to 15. 3) a resin sheet molding apparatus according to any one of the above.
Note that the heat permeability of the material constituting the molding surface of this mold is preferably 10 or less, and more preferably 5 or less.
The mold may be made of a single material, or the back layer may be formed of two or more layers made of different materials.
The heat penetration of the material of the back layer is more preferably a two-layer or multi-layer structure made of a material higher than that of the surface layer. In that case, the heat penetration rate is preferably 2 times or more, preferably 10 times or more. It is particularly preferred. The back layer is preferably temperature-controlled. The thermal permeability of the back layer is preferably 3 or more, more preferably 6 or more, and even more preferably 10 or more. Further, the thickness of the molding surface layer is required to be 0.04 mm or more, preferably 0.06 mm or more, and more preferably 0.1 mm or more. The thickness is preferably 30 mm or less, more preferably 10 mm or less, and even more preferably 5 mm or less.
In addition, it is preferable that the shaping | molding die is provided with the fine hole so that the evacuation at the time of vacuum shaping or shaping is possible.
(8)前記圧空ボックスは、成形サイクルの中の熱可塑性樹脂シートの表面温度変化を非接触で連続的に測定する赤外線温度計を備える上記(1)から(7)のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を提供する。
なお、具体的には、1)圧空ボックス内部に、温度制御可能な殻構造体に収容して耐熱保護した赤外線温度測定プローブを配置することにより、これを実施することができる。
あるいは又、2)賦形体裏面からの放射赤外線を圧空ボックスの外部に導出して、そこ赤外線温度測定プローブを配置することにより、これを実施することができる。
(8) The resin according to any one of (1) to (7), wherein the compressed air box includes an infrared thermometer that continuously measures a surface temperature change of the thermoplastic resin sheet in a molding cycle in a non-contact manner. A sheet forming apparatus is provided.
Specifically, 1) this can be carried out by placing an infrared temperature measurement probe housed in a temperature-controllable shell structure and protected against heat inside the compressed air box.
Alternatively, 2) this can be done by deriving the infrared radiation from the back of the shaped body out of the compressed air box and placing an infrared temperature measurement probe there.
(9)上記(1)から(8)のいずれかに記載の樹脂シートの成形装置を用いた樹脂シートの成形方法であって、熱可塑性樹脂シートを賦形する賦形工程と、前記賦形工程よりも高温で熱処理する熱処理工程とを備える樹脂シートの成形方法を提供する。 (9) A resin sheet molding method using the resin sheet molding apparatus according to any one of (1) to (8) above, wherein a shaping step of shaping a thermoplastic resin sheet, and the shaping There is provided a resin sheet molding method including a heat treatment step of heat treatment at a higher temperature than the step.
本発明によれば、熱成形の賦形から離型までの過程において、賦形体を高速で加熱しそして必要により高速で冷却し、特に賦形前の予熱シート温度以上の高温で熱処理を行って離型する熱成形を高速で効率良く連続的に行うことができ、また良好な状態の成形品を得ることができる樹脂シートの成形装置および成形方法を提供することができる。 According to the present invention, in the process from thermoforming to mold release, the shaped body is heated at a high speed and, if necessary, is cooled at a high speed, and heat treatment is performed at a temperature higher than the preheating sheet temperature before shaping. It is possible to provide a molding apparatus and a molding method for a resin sheet that can be efficiently and continuously subjected to thermoforming to release molds and that can obtain a molded product in a good state.
<成形装置の構成とその機能>
本発明の成形装置は、熱成形機である圧空成形機又は真空圧空成形機等、若しくは真空成形機を構成するものである。圧空成形機又は真空圧空成形機等には、プレス機構を有しているので、本発明の部分を装着して熱成形機を構成させることができる。本来プレス機構を持たない真空成形機等にはプレス機構を付加して構成させることができる。またこれらの熱成形機には通常はシート予熱機構を有しおり、これを有したものが好適に利用できる。またその方式には赤外線オーブン、熱風オーブンなどの間接加熱方式のものと加熱金属体に接触させる直接加熱方式のものもがあり、何れも利用できるが前者がより好適である。しかし、本発明では材料シートこのような方法で予め加熱しておく予熱機構を持たなくてもよく、本発明の構成の中で予熱することもできる。 本発明ではプレス機の天板と底板の間に成形型収納ボックスと、これに相対する圧空ボックスを配置される。後述の例では底板上に成形型収納ボックスを配置し、上板下側に圧空ボックスを配置して、それぞれが上昇及び下降して成形材料シートを挟んで閉鎖空間をつくり、圧空が開始される機構となっている。この場合、天板、底板の何れかのみを可動にしてもよい。またこれらのボックス装着を倒置し、天板側に成形型収納ボックスを、底板側に圧空ボックスを配置してもよい。なお、特異な態様として、プレス機を横転させてもよく、重量の大きい上記ボックス類を、軽快に開閉でき好ましい方式として利用できる。
なお、本発明を構成する熱成形機は、短尺の材料シートを一枚ずつ成形する枚葉成形機であってもよく、また長尺の材料シートを順次成形する連続成形機
でもよい。しかし、後者であることが特に好ましく、本発明の特徴を発揮して高速で効率的な繰り返し成形を可能にする。
<Configuration of molding apparatus and its function>
The molding apparatus of the present invention constitutes a pressure forming machine or a vacuum / pressure forming machine that is a thermoforming machine, or a vacuum forming machine. Since the pressure forming machine or the vacuum pressure forming machine has a press mechanism, the thermoforming machine can be configured by mounting the portion of the present invention. A vacuum forming machine or the like that originally does not have a press mechanism can be configured by adding a press mechanism. Further, these thermoforming machines usually have a sheet preheating mechanism, and those having this can be suitably used. In addition, there are an indirect heating method such as an infrared oven and a hot air oven and a direct heating method in contact with a heated metal body, both of which can be used, but the former is more preferable. However, in the present invention, the material sheet need not have a preheating mechanism that is preheated by such a method, and can be preheated in the configuration of the present invention. In the present invention, a molding die storage box and a compressed air box opposite thereto are disposed between the top plate and the bottom plate of the press machine. In the example described later, a mold storage box is disposed on the bottom plate, and a compressed air box is disposed on the lower side of the upper plate. Each of them rises and descends to create a closed space with the molding material sheet interposed therebetween, and compressed air is started. It is a mechanism. In this case, only the top plate or the bottom plate may be movable. Moreover, these box mountings may be turned upside down, and a mold storage box may be disposed on the top plate side, and a compressed air box may be disposed on the bottom plate side. In addition, as a peculiar aspect, a press machine may be rolled over, and the above-mentioned heavy boxes can be opened and closed easily and used as a preferable method.
The thermoforming machine constituting the present invention may be a single-wafer forming machine that forms short material sheets one by one, or may be a continuous molding machine that sequentially forms long material sheets. However, the latter is particularly preferable, and the characteristics of the present invention are exhibited to enable high-speed and efficient repetitive molding.
前記圧空ボックスは、高温の圧縮気体を分散送出するための分散送出部を配備し、この圧縮気体を樹脂シート及び成形型全面に向けて、実質的に均一にそして比較的に穏やかに送出できるようにする。そして、更に噴射ノズルを有する冷却部を配備し、前記成形型収納ボックスに向けて冷却用気体を噴射できるようにする。そして、更に、前記分散送出部に供給するための圧縮気体を加熱する加熱部を任意の適切な場所に備え、高温圧縮気体を上記分散部に送るように構成する。
そして、前記分散送出部からの高温圧縮気体は、前記圧空ボックスの外殻と前記噴射ノズルとの間に形成されている隙間を介して熱可塑性樹脂シートに圧縮気体へ送出されるようにする。
この加熱部は上記圧空ボックス内に限らず任意の場所に配置して配管連結してもよいが、圧空ボックス内に前記分散部と共に配置してもよい。
なお、前記加熱部は、導入されたゲージ圧0.02MP以上の圧縮気体を255℃以上、好ましくは300℃以上で装置として可能限度以下の任意の温度に加熱できるように、耐熱耐圧のある材料とヒーター等の加熱手段を選んで構成する。そして又、30秒以下の任意の間欠で、実質的に瞬時に所定温度の高温圧縮気体を吐出できるように開閉バブル等を装備する。
なお、この分散送出部は、その温度を255℃以上で、更には300℃以上で装置として実現可能な任意の温度に保持できるよう構成されることが好ましい。そのため熱逸散を防ぐ適宜な場所への断熱材の装着は好ましく、この気体分散送出部への加熱機構付設は更に好ましい。
なお、成形装置には真空吸引機能を備え、前記成形型収納ボックスに収納された真空型の真空排気孔を通じて樹脂シートの真空吸引が可能なように装備されることが好ましい。
The compressed air box is provided with a dispersion delivery section for delivering high-temperature compressed gas in a distributed manner so that the compressed gas can be delivered substantially uniformly and relatively gently toward the entire surface of the resin sheet and the mold. To. Further, a cooling unit having an injection nozzle is provided so that the cooling gas can be injected toward the mold storage box. Further, a heating unit for heating the compressed gas to be supplied to the dispersion delivery unit is provided at any appropriate place, and the high temperature compressed gas is sent to the dispersion unit.
And the high temperature compressed gas from the said dispersion | distribution delivery part is sent to a thermoplastic resin sheet to compressed gas through the clearance gap formed between the outer shell of the said compressed air box, and the said injection nozzle.
This heating unit is not limited to the above-described compressed air box, and may be disposed at an arbitrary place and connected to the pipe, but may be disposed in the compressed air box together with the dispersion unit.
The heating unit is a material having a heat and pressure resistance so that the introduced compressed gas having a gauge pressure of 0.02 MP or more can be heated to an arbitrary temperature of 255 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher and below an allowable limit as an apparatus. And a heating means such as a heater. In addition, an open / close bubble or the like is provided so that a high-temperature compressed gas having a predetermined temperature can be ejected substantially instantaneously at an arbitrary interval of 30 seconds or less.
In addition, it is preferable that this dispersion | distribution delivery part is comprised so that the temperature can be hold | maintained at the arbitrary temperature which can be implement | achieved as an apparatus at 255 degreeC or more, and also 300 degreeC or more. For this reason, it is preferable to attach a heat insulating material to an appropriate place to prevent heat dissipation, and it is more preferable to attach a heating mechanism to the gas dispersion delivery unit.
The molding apparatus is preferably equipped with a vacuum suction function so that the resin sheet can be vacuum-sucked through a vacuum-type vacuum exhaust hole housed in the molding die storage box.
<上記の分散送出部について>
本発明の装置で取り扱われる高温圧縮気体の温度は、本発明の適用を期待される多くの種類の樹脂の融点あるいはそれを超える高温であり、このような高温気体が分散不十分な状態で賦形前あるいは賦形中の材料に接触すれば成形の不均一を招き、極端な場合には一部から溶融破損が進み成形不能となる。また賦形後の熱処理昇温が不均一なものとなり不都合である。こうした不都合を
解決するために、前記の分散送出部を高温圧縮気体導入口の下流に設け、前記圧縮気体を前記成形型収納ボックスの成形型全面に向けて実質的に均一にそして穏やかに分散送出できるようにする。
分散送出部としてこのような機能を有するならばどのような機構のものでも採用できる。具体的には、これらに限るものではないが、A)気体流を空間的に分割して送出する方式、B)気体流を静的に撹拌分散させながら送出する方式、C)気体流を動的に撹拌分散させながら送出する方式、そしてD)気体流を衝突分散させながら送出する方式を採用することができ、それぞれ単独あるいは組み合わせして利用できる。
これらを更に具体的に詳述するならば、
上記A)に属するものとして例えば、高温圧縮気体を
a)複数の開口(出口をいう)から分散送出する構造のもの、
b)1つ又は複数開口を有し、開口形状が長寸のスリット形状であるか、又は開口形状の少なくとも一部に狭細部を有する構造のもの。
c)1つ又は比較的少数の気体送出センターを有し、そのセンターが拡散角をもって気体を送出する構造のもの、
上記B)に属するものとして例えば
d)前記の高温圧縮気体の導入口の下流に体透過可能な障害物体を配する。なお、このような障害物体は、下流を閉鎖するよう配置されていてもよく、また閉鎖することなく、気体導入口直下の強い気流が直面するところのみに配置されていてもよい。
e)分散送出部に1つ又は比較的少数の大きな送出口を設け、開口穴の中又は穴周辺に気体を分散させる機構を備える。
上記C)に属するものとして例えば
f)噴出口前記の高温圧縮気体の導入口の下流に回転翼などの可動撹乱部材を装着する。
g)分散送出部の開口、又はその直下に回転翼などの可動撹乱部材を装着する。
上記D)に属するものとして例えば
h)圧空ボックス内に設けた1つ又は比較的に小数の小さな開口から噴射させた気体を反射体で反射させて分散送出する構造のもの、
i)比較的に小数の小さな開口から噴出させた気体流どうしを衝突させ分散させる機構のもの
上記a)の場合、開口の形状は任意であるが複数個設けることが必要であり、4個以上であることが望ましく、そして10個以上であることが更に望ましく、そして特に30個以上無数であることが望ましい。 開口形状が単純で数が10未満で少ない場合は、穴径(開口差し渡しの長寸部)を10mm以上の比較的に大きなものにすることが望ましく、またこの穴の上流空間で既に上記A〜Dの方式に基づいた手段である程度の気体流均一化が図られていることが望ましい。なお、開口は穴または孔の出口であるが、それは上流入り口の形や数と一致してもよくまた違ってもよい。また入り口出口分は散送出体内部を直通してよく、分岐や空同を経由するものであってもよい
利用できる具体的な物体としては、例えば、穿孔金属板、薄い焼結金属板、ガラス又はカーボン若しくは金属の繊維織物、金網等を挙げることができる。この方式の代表として、図2の(a)に穿孔した多孔板の例を示す。なお、
このような開口板で高温気体の下流を閉鎖するのではなく、開口をつけたパイプを前記圧空ボックス内に挿入し、このパイプに高温気体を送り込んでもよく、形態は任意である。
上記b)の場合、1つの開口の中でスリット部の数を多くするか、又は、長くすれば、その数に関わりなく十分に分散して送出することは容易である。例えば、分散送出部の全面を巡るようにスリット状開口にすれば、開口は1個でも、実質的な効果としては十分に気体流を分割して送出したものと同じである。この方式の代表として図2の(b)に連続したスリットすなわち一個の開口から平面板である例を示す。
上記c)の場合、気体送出のセンターには、具体的には拡散噴射の可能な気体噴射ノズルを用いるか、あるいは比較的に大きな開口の内部に分散機構を構成させる。前者の噴射ノズルは例えば、図5に示すように、多数の小穴を少しずつ傾斜角を変化させて配することにより製作できる。後者の分散機構は、その具体例として、「出口に向かって大きくなる穴に、それに沿って大きくなるスタティックミキサー内包させる」、「気体をサイクロン(穴壁面を周回するように)放出する」、「穴に螺旋溝をつけるか又は螺旋リブを内包させる」、「穴奥に多数の傾斜したサブ噴射口を設ける」、「個別の穴に末広スリットを同芯で多重設ける」などの機構を挙げることができる。
上記d)の場合、このような障害物の具体例としては、例えば下記のような物質と物体を挙げることができる。
金属、ガラス、セラミックス、グラファイト等の耐熱性の高い物質で形成されるものであって、これらの棒状物、 針状物、 粒状物、 無定形、糸状物、線状物、繊維状物等の各集合体、あるいは多孔体、穿孔体などを挙げることができる。前者の集合体の場合は、個々の物体が接合したものでもよく、又単に絡み合ったものでもよい、そして糸状物、線状物、繊維状物ならば織物あるいは編み物にしたものであっても良い。バラバラに散逸するような物体ならば、金網等の気体通過可能な材料により集合体としてまとめて利用することができる。
上記e)の場合、具体的な例を挙げるならば、例えば、送出口の内部あるいはその近辺に気体透過可能な障害物を置く方法で、具体的な物体として上記d)に挙げるようなものを用いればよい。あるいは又、「開口内に螺旋溝ないしはリブを設ける、ないしは開口内壁に」、「開口内にスタティックミキサーを装着する」など、上記c)に例示した方法(分散角を有しない設計)を挙げることができる。
上記f)、及び上記g)の場合、気体流により独自に作動させてもよく、また外部から動力を与えてもよい。
具体的には、例えば回転翼、回転振り子などを挙げることができる。
上記h)の場合、又、反射体の数も問うものではないが、噴射口の数や形態任意に設計することができ、又、反射体の数あるいは形態も任意に設計できる。
反射体は平面板であってもよく、また凹面や凸面であってもよく、折り曲げ形状でもよく、また複雑な凹凸があってもよく形状を制限するものではなく、均一な気体送出可能なように任意に設計できる。この方式の代表例を図3の模式断面図(h)及び図4の断面図に示す。(h)は、噴射と反射を兼ねた噴射反射板91の開口からの噴射気体をターゲット反射体92で反射させ、反射気体を更に噴射反射板91で反射させて分散させる方法のものである。図4については後述する。
上記i)の場合、この方式の代表例を図3の模式断面図(i)に示す。この例では、上記圧空ボックス内に対向して配置された複数のスリットパイプ96に、導管95を経由して送られた高温圧縮気体A’を96のスリットから噴出させ衝突させて分散させる方法のものである。
<About the above distributed sending unit>
The temperature of the hot compressed gas handled in the apparatus of the present invention is the melting point of many types of resins expected to be applied to the present invention or higher than that, and the high temperature compressed gas is not sufficiently dispersed. If the material comes into contact with the material before or during shaping, the molding becomes non-uniform, and in extreme cases, melt breakage progresses from a part and the molding becomes impossible. In addition, the heat treatment temperature rise after shaping is non-uniform, which is inconvenient. In order to solve such inconvenience, the dispersion delivery section is provided downstream of the high-temperature compressed gas introduction port, and the compressed gas is distributed substantially uniformly and gently toward the entire mold surface of the mold storage box. It can be so.
Any mechanism can be adopted as long as it has such a function as a distributed delivery unit. Specifically, although not limited to these, A) a method in which a gas flow is spatially divided and sent out, B) a method in which the gas flow is sent while being statically stirred and dispersed, and C) a gas flow is moved A method of sending while stirring and dispersing and D) a method of sending while dispersing and colliding the gas flow can be adopted, and each can be used alone or in combination.
If these are described in more detail,
Examples of belonging to A) include, for example, a) a structure in which high-temperature compressed gas is distributed and sent out from a plurality of openings (referred to as outlets);
b) A structure having one or a plurality of openings, the opening shape being a long slit shape, or a narrow detail in at least a part of the opening shape.
c) having one or a relatively small number of gas delivery centers, the centers delivering gas with a diffusion angle;
For example, as belonging to the above B), d) an obstacle that is permeable to the body is disposed downstream of the high-temperature compressed gas inlet. In addition, such an obstruction may be arrange | positioned so that a downstream may be closed, and may be arrange | positioned only in the place which faces the strong airflow just under a gas inlet, without closing.
e) One or a relatively small number of large delivery ports are provided in the dispersion delivery unit, and a mechanism for dispersing the gas in or around the opening hole is provided.
For example, f) a jet outlet is provided with a movable disturbing member such as a rotary blade downstream of the high-temperature compressed gas inlet.
g) A movable disturbing member such as a rotor blade is mounted at or just below the opening of the dispersion delivery section.
For example, h) having a structure in which gas jetted from one or a relatively small number of small openings provided in the compressed air box is reflected by a reflector and distributed and sent, as belonging to D) above,
i) A mechanism for colliding and dispersing gas flows ejected from a relatively small number of small openings In the case of a), the shape of the openings is arbitrary, but a plurality of openings must be provided. And more preferably 10 or more, and particularly preferably 30 or more and innumerable. In the case where the opening shape is simple and the number is less than 10 and is small, it is desirable that the hole diameter (long dimension of the opening passing) is relatively large such as 10 mm or more. It is desirable that the gas flow is homogenized to some extent by means based on the method D. It should be noted that the opening is a hole or hole outlet, but it may or may not match the shape and number of upstream inlets. In addition, the entrance and exit portions may pass directly through the inside of the diffuser, and may be via branches or air. Specific examples of usable objects include, for example, perforated metal plates, thin sintered metal plates, and glass. Alternatively, carbon or metal fiber woven fabric, wire mesh, and the like can be given. As a representative of this method, an example of a perforated plate perforated is shown in FIG. In addition,
Instead of closing the downstream of the hot gas with such an opening plate, a pipe with an opening may be inserted into the compressed air box, and the hot gas may be fed into the pipe, and the form is arbitrary.
In the case of the above b), if the number of slit portions is increased or lengthened in one opening, it is easy to disperse and send out regardless of the number. For example, if a slit-like opening is provided so as to go around the entire surface of the dispersion delivery section, even if there is only one opening, the substantial effect is the same as that obtained by sufficiently dividing the gas flow. As an example of this method, FIG. 2B shows an example in which a flat plate is formed from a continuous slit, that is, a single opening.
In the case of c), specifically, a gas injection nozzle capable of diffusion injection is used at the center of gas delivery, or a dispersion mechanism is formed inside a relatively large opening. For example, as shown in FIG. 5, the former injection nozzle can be manufactured by arranging a large number of small holes by changing the inclination angle little by little. Specific examples of the latter dispersion mechanism include “a hole that increases toward the outlet encloses a static mixer that increases along the hole”, “discharges a gas in a cyclone (around the hole wall surface)”, “ Give a mechanism such as “provide a spiral groove in a hole or enclose a spiral rib”, “provide a large number of inclined sub-injection ports at the back of the hole”, “provide multiple divergent slits concentrically in individual holes”, etc. Can do.
In the case of d), specific examples of such obstacles include the following substances and objects.
It is made of highly heat-resistant materials such as metal, glass, ceramics, graphite, etc., and these rods, needles, granules, amorphous, filaments, filaments, fibers, etc. Each aggregate, a porous body, a perforated body, etc. can be mentioned. In the case of the former assembly, individual objects may be joined or simply entangled, and may be woven or knitted if they are filamentous, linear or fibrous. . If the objects dissipate apart, they can be used as an aggregate by using a gas-permeable material such as a wire mesh.
In the case of e), if a specific example is given, for example, a method of placing a gas permeable obstacle inside or in the vicinity of the outlet, a specific object as mentioned in d) above is used. Use it. Alternatively, mention may be made of the methods exemplified in the above c) (design without a dispersion angle) such as “providing a spiral groove or rib in the opening, or on the inner wall of the opening”, “attaching a static mixer in the opening”, etc. Can do.
In the case of the above f) and g), it may be independently operated by a gas flow, or power may be applied from the outside.
Specific examples include a rotary blade and a rotary pendulum.
In the case of h), the number of reflectors is not limited, but the number and shape of the ejection ports can be arbitrarily designed, and the number or form of the reflectors can be arbitrarily designed.
The reflector may be a flat plate, may be concave or convex, may have a bent shape, or may have complex irregularities, and does not limit the shape, so that uniform gas delivery is possible. Can be designed arbitrarily. A typical example of this method is shown in the schematic cross-sectional view (h) of FIG. 3 and the cross-sectional view of FIG. (H) is a method in which the jet gas from the opening of the
In the case of i), a typical example of this method is shown in the schematic cross-sectional view (i) of FIG. In this example, a high-temperature compressed gas A ′ sent via a
<上記の加熱部について>
なお、上記加熱部は、公知の気体コンプレッサー等で生成された圧縮気体を導入して、後述の所望の温度に加熱し、そして30秒以下の任意の間欠で、実質的に瞬時に実質的に所望一定温度の高温圧縮気体を吐出できる機構にする必要がある。その具体的なもの例は後述する。なお、ここで「一定温度」は吐出開始後の時間経過で昇温プロファイルを示さないことを云う。
加熱生成される高温圧縮気体の圧力は、ゲージ圧0.02MPa以上であることが必要で、これを下回る圧力では十分に賦形ができず、望ましくは0.1MPa以上で、更には0.2MPa以上であることが望ましい。上限は規定するものではないが装置の強度などから限度がある。なお、この圧力が0.02MPaを下回る場合は、十分に圧空賦形ができず、また迅速に加熱気体を送ることができないため熱処理昇温に時間がかかるなど、良好な成形品生産、そし能率的な生産に支障を来す。
また、上記高温圧縮気体の温度は、主として熱処理温度への昇温速度に関わり、255〜1300℃であることが必要であり、300〜650℃であることが望ましい。この温度が255℃以下では成形型に密着した賦形体を高速で昇温して熱処理することがでず、300℃以上であることが望ましい。上限の1300℃を超える場合は装置製作費用が大きく実用的でなく、650℃以下であることが望ましい。
上記の高温圧縮気体は、成形材料に対して1)賦形温度への予熱を必要により行うこと、2)圧空賦形を必要により行う事、3)賦形に続く過程でより高温の熱処理温度への昇温すること、4)必要により熱処理中の材料の成形型への押圧を継続して賦形品の変形を防ぐことなどの働きを途切れることなく継続して行うことができる。なお、本発明では3)は他の手段に代えられない必須の働きである。
<About the heating unit>
The heating unit introduces compressed gas generated by a known gas compressor or the like, heats it to a desired temperature, which will be described later, and substantially instantaneously at an arbitrary interval of 30 seconds or less. It is necessary to provide a mechanism capable of discharging a high-temperature compressed gas having a desired constant temperature. Specific examples thereof will be described later. Here, “constant temperature” means that the temperature rise profile is not shown over time after the start of discharge.
The pressure of the hot compressed gas generated by heating needs to be a gauge pressure of 0.02 MPa or more. If the pressure is lower than this, sufficient shaping cannot be performed, preferably 0.1 MPa or more, and further 0.2 MPa. The above is desirable. Although the upper limit is not specified, there is a limit due to the strength of the device. In addition, when this pressure is less than 0.02 MPa, it is not possible to perform sufficient pressure forming, and it is not possible to send heated gas quickly, so it takes a long time to raise the temperature of the heat treatment. Interferes with efficient production.
The temperature of the high-temperature compressed gas is mainly related to the rate of temperature rise to the heat treatment temperature, needs to be 255 to 1300 ° C, and preferably 300 to 650 ° C. When the temperature is 255 ° C. or lower, the shaped body that is in close contact with the mold cannot be heated at a high speed and heat-treated, and is preferably 300 ° C. or higher. When the upper limit of 1300 ° C. is exceeded, the device manufacturing cost is large and impractical, and it is desirable that the temperature be 650 ° C. or lower.
The above high-temperature compressed gas requires 1) preheating to the forming temperature if necessary, 2) performing pressure forming if necessary, 3) higher heat treatment temperature in the process following shaping. 4) If necessary, it can be continuously performed without interruption, such as preventing the deformation of the shaped article by continuously pressing the material during the heat treatment to the mold. In the present invention, 3) is an essential function that cannot be replaced by other means.
<上記の冷却部について>
上記の圧空ボックス内には冷却用気体を成形型面に向けて噴射できる機構を備え、任意に圧空ボックスの閉鎖空間の一部を、そして最終的には全部を開放して、冷却用気体を噴射するようにする。この気体噴射には、1)賦形体を離型可能温度に冷却すること、2)賦形体を成形型へ押圧固定して変形を防止する働きがある。後者は該閉鎖空間の一部を開放し行う時に特に有効である。
なお、2)の作用は成形型背後からの真空引きでも有効であり、この真空引きの利用は賦形体固定のためにより好ましい。また、この噴射機構はその作動に際してはボックス内で、望まれる水平位置あるいは上下位置に移動できるようにしてもよく、それは望ましい。これは成形品がその形状等に応じて離型特の冷却の強調が必要な部位がでてくることが多いからである。噴射ノズルの数は限定するものではないが、個々のノズルには拡散噴射のできる構造であることが好ましくまた、大きい成形型あるいは複数個の成形型を用いる場合は複数の噴射ノズルを用いることが好ましい。
なお、前記の低温圧縮気体とは加熱を行っていない通常温度か、用いる高温圧縮気体よりも低い温度の圧縮気体である。
なお、前記噴射ノズルは、拡散角度を有して拡散噴射される機構を有するものであることが望ましい。そして、その拡散角度は20°以上であることが望ましく、また180°以下であることが望ましい。
なお、上記噴射ノズルは、樹脂シートを押し下げるプラグと兼用させるようにつくり、これ上下可動させることにより、プラグアシスト賦形を行うこともでき、1つの有用な態様を提供する。
<About the above cooling unit>
The above-mentioned compressed air box is equipped with a mechanism that can inject cooling gas toward the mold surface, optionally opening part of the closed space of the compressed air box and finally opening the cooling gas. Try to spray. This gas injection has the function of 1) cooling the shaped body to a moldable temperature and 2) pressing and fixing the shaped body to the mold to prevent deformation. The latter is particularly effective when a part of the closed space is opened.
The effect of 2) is also effective in evacuation from behind the mold, and the use of this evacuation is more preferable for fixing the shaped body. The injection mechanism may also be movable within the box to the desired horizontal or vertical position during its operation, which is desirable. This is because a part of the molded product often needs to be exaggerated for cooling according to its shape and the like. The number of injection nozzles is not limited, but it is preferable that each nozzle has a structure capable of diffusing injection. Also, when a large mold or a plurality of molds are used, a plurality of injection nozzles may be used. preferable.
The low-temperature compressed gas is a compressed gas having a normal temperature at which heating is not performed or a temperature lower than the high-temperature compressed gas used.
In addition, it is desirable that the injection nozzle has a mechanism that performs diffusion injection with a diffusion angle. The diffusion angle is desirably 20 ° or more, and desirably 180 ° or less.
In addition, the said injection | spray nozzle is made so that it may serve as the plug which pushes down a resin sheet, and plug assist shaping can also be performed by moving this up and down, and provides one useful aspect.
本発明の上記詳述した装置に関わり、「課題解決するための手段」の(2)について詳述する。上記に詳述した成形装置に置いて、前記圧空ボックスには、熱可塑性樹脂シートの挟持状態で形成される圧空ボックス内の閉鎖空間と外部を任意に連通する排出孔を前記圧空ボックスに設ける。そして、この外部連通孔に通ずる配管途中に開閉機構を設け、成形サイクルの中の任意の必要時点で開閉可能にする。
このような装置にすることにより、圧空賦形過程及びそれに続く熱処理過程のどこかで圧空ボックス内部に滞留する空気に外部に排出し、背後から新しい高温気体を送ることができ、又気体流が生まれ効率の良い熱伝達で賦形体をすばやく昇温させて熱処理を行うことができるので、非常に望ましい。また、引き続いて冷却気体を送り込むことができ、ある程度の加圧状態で賦形体を成形型に押圧して変形を防ぎながら冷却もできるので望ましい。また、このような状態から、加圧ボックスを引き離すようにすれば、急激な圧力変動がなく、賦形体がズレ動いたりすることもなく、望ましい操作ができる。なお、賦形から離型までの過程においては、成形型背後からの真空引きの併用は非常に望ましい。なお、機構により、賦形工程に高温圧縮気体を用いず、真空単独の賦形あるいは常温気体による圧空賦形も容易になり、好ましい成形方法を提供する。
In relation to the above-described apparatus of the present invention, (2) of “Means for Solving Problems” will be described in detail. In the molding apparatus described in detail above, the compressed air box is provided with a discharge hole that arbitrarily communicates the closed space in the compressed air box formed with the thermoplastic resin sheet sandwiched with the outside. An opening / closing mechanism is provided in the middle of the pipe communicating with the external communication hole so that the opening / closing mechanism can be opened and closed at any necessary time in the molding cycle.
By using such an apparatus, it is possible to exhaust the air staying inside the compressed air box somewhere in the compressed air shaping process and the subsequent heat treatment process, and to send new hot gas from behind, This is very desirable because heat treatment can be performed by raising the temperature of the shaped body quickly by heat transfer with high birth efficiency. Further, it is desirable that the cooling gas can be continuously fed in, and cooling can be performed while preventing the deformation by pressing the shaped body against the mold in a certain pressure state. Further, if the pressure box is pulled away from such a state, a desirable operation can be performed without causing rapid pressure fluctuation and without causing the shaped body to shift. In addition, in the process from shaping to mold release, the combined use of evacuation from the back of the mold is very desirable. In addition, the mechanism does not use a high-temperature compressed gas in the shaping step, but also facilitates vacuum-only shaping or pressure shaping with room temperature gas, and provides a preferred molding method.
本発明の上記詳述した装置に関わり、「課題解決するための手段」の(3)について詳述する。すなわち、前記及び上記に詳述したいずれかの成形装置において、前記の加熱部を、外部から導入した圧縮気体の流路となる多数の隙間を有する蓄熱体と、この蓄熱体を加熱する加熱ヒーターから構成する。そして、この加熱部の上流又は下流のどこかに開閉機構を設け、高温圧縮気を、成形サイクルに合わせて間欠的に上記分散送出部へ送出できるようにする。
また、この加熱ヒーターは、この蓄熱体を255〜1300℃に、望ましくは300〜650℃の適宜な温度に、常時加熱維持できる容量のものを用いる。なお、この温度が255℃に満たない温度では生成される気体温度が低いため、高速の昇温熱処理ができず、300℃以上であることが望ましい。上限の1300℃を超える場合は装置製作費用が大きく実用的でない。
このような蓄熱体の気体接触表面積は、圧空ボックスの有効投影面積の3倍以上であること、望ましくは10倍であることが必要である。なお、この倍率が3倍に満たない場合は、高速の連続繰り返し成形に支障がでてくる。
この加熱装置は、前記圧空ボックス内あるいは隣接して設置してもよく、又離れて配置し配管連結してもよい。なお圧縮気体はコンプレーサーなど公知の方法で生成すればよい。
なお、上記蓄熱体の加熱には、電気ヒーター加熱、誘電加熱、燃料燃焼、その他公知の方法は何れも利用できる。
この加熱装置を用いた前記成形装置は、高速で安定な連続成形に好適に利用することができる。そしてまた、エネルギー消費を最小限に留める方法を提供する。
なお、上記の様な高温気体は、空気などを電熱ヒーター等の発熱体ないしは火炎に直接接触させる、あるいは可燃材料を燃焼させる方法によっても容易に得られ、そのような装置や器具も数多くの種類が市販されている。しかし、これらは何れも利用するには問題がある。例えば電熱ブロウワーなどの類は多いが、これらの装置で圧空成形サイクルに合わせて間欠的に加熱気体を生成させようとすると、次のような問題が発生する。1)常時通電加熱したヒーターに対して、間欠的に圧縮空気の導入するようにすると、空気流のない間欠期にヒーターが過熱し破損してしまいやすく、また2)間欠的に通電することにすれば、通電毎に昇温に時間がかかり能率的な熱処理成形ができず、また3)常時通電通風行って常時高温気体を生成させ、必要時にそれを利用し、不要時は外部へ逃がすようにすればこれらの問題は解決するが、エネルギーの大きなロスとなる。一方火炎への直接接触による方法、高温燃焼ガスを生成利用する方法も考えられるが、装置は煩雑となり、そして安全性確保に大きな費用がかかり望ましくない。
なお、一般的な熱交換機では高温がえられず、また媒体の空気接触面積が小さく瞬間的な加熱高温化、とその繰り返しの安定な高温を実現することは難しい。本発明の場合は成形サイクル毎に瞬間的には大量の高温気体を必要とし、成形型面積に合わせて必要な熱媒体の空気接触面積の十分な装置にする必要がある。
In relation to the above-described apparatus of the present invention, (3) of “Means for Solving Problems” will be described in detail. That is, in any one of the molding apparatuses described in detail above and above, the heating unit includes a heat accumulator having a large number of gaps serving as compressed gas flow paths introduced from the outside, and a heater for heating the heat accumulator. Consists of. An opening / closing mechanism is provided somewhere upstream or downstream of the heating unit so that the high-temperature compressed air can be intermittently sent to the dispersion delivery unit in accordance with the molding cycle.
Moreover, this heater uses the thing of the capacity | capacitance which can always heat-maintain this thermal storage body to 255-1300 degreeC, the suitable temperature of 300-650 degreeC desirably. In addition, since the gas temperature produced | generated is low at the temperature which is less than 255 degreeC at this temperature, rapid temperature rising heat processing cannot be performed, and it is desirable that it is 300 degreeC or more. If the upper limit of 1300 ° C. is exceeded, the device manufacturing cost is high and impractical.
The gas contact surface area of such a heat storage body needs to be 3 times or more, preferably 10 times the effective projected area of the compressed air box. In addition, when this magnification is less than 3 times, it will hinder high-speed continuous repetitive molding.
This heating device may be installed in or adjacent to the compressed air box, or may be arranged separately and connected by piping. The compressed gas may be generated by a known method such as a compressor.
For heating the heat accumulator, any of known methods such as electric heater heating, dielectric heating, fuel combustion, and the like can be used.
The molding apparatus using this heating apparatus can be suitably used for high-speed and stable continuous molding. It also provides a way to minimize energy consumption.
The high-temperature gas as described above can be easily obtained by directly contacting air or the like with a heating element or flame such as an electric heater, or by burning a combustible material. Is commercially available. However, there is a problem in using any of these. For example, there are many types such as an electric heat blower. However, when these apparatuses attempt to generate a heated gas intermittently in accordance with a pressure forming cycle, the following problems occur. 1) If compressed air is introduced intermittently to a heater that is always energized and heated, the heater is likely to be overheated and damaged in the intermittent period when there is no air flow, and 2) it is energized intermittently. If this is done, it takes time to heat up each time electricity is applied, and efficient heat treatment molding is not possible. 3) Always conduct current to generate high-temperature gas, use it whenever necessary, and let it escape to the outside when not needed. This will solve these problems, but it will cause a significant loss of energy. On the other hand, a method by direct contact with a flame and a method of generating and using a high-temperature combustion gas are also conceivable, but the apparatus becomes complicated and undesirably expensive due to a large cost for ensuring safety.
Note that a high temperature cannot be obtained with a general heat exchanger, and it is difficult to realize a stable high temperature that is instantaneously heated and repeatedly with a small air contact area of the medium. In the case of the present invention, a large amount of high-temperature gas is required instantaneously for each molding cycle, and it is necessary to provide a device having a sufficient air contact area of the heat medium required for the molding die area.
本発明の上記詳述した装置に関わり、「課題解決するための手段」の(4)について詳述する。すなわち、前記及び上記に詳述したいずれかの成形装置において、前記加熱部を前記分散送出部と一体にする。すなわち、この場合一体とは圧空ボックスに両者が固定されて存在させることであり、加熱部と分散気体送出部との間に空間があってもよく、また両者が全面密着状態にあってもよい。しかし後者はより好ましい。このようにすることにより、装置全体として無駄がなく、操作性が良く、能率的で、エネルギー損失の少ない成形品生産が可能となる。
なお、加熱部の蓄熱体と前記分散送出場合が同一材料する選択も可能である、それは、蓄熱体を全体として多孔の一定形状に固定させることができる場合で、例えば金属等の焼結体、あるいは金網カゴに固定した金属粒などにより実現できる。
In relation to the above-described apparatus of the present invention, (4) of “Means for Solving the Problems” will be described in detail. That is, in any one of the molding apparatuses described in detail above and above, the heating unit is integrated with the dispersion delivery unit. That is, in this case, the term “integrated” means that both are fixedly present in the compressed air box, and there may be a space between the heating part and the dispersed gas delivery part, or the two may be in close contact with each other. . However, the latter is more preferred. By doing so, it is possible to produce a molded product with no waste as a whole apparatus, good operability, efficiency, and low energy loss.
In addition, it is possible to select the same material for the heat storage body of the heating unit and the dispersion delivery case, which is a case where the heat storage body can be fixed in a porous and constant shape as a whole, for example, a sintered body such as metal, Alternatively, it can be realized by metal particles fixed to a wire mesh basket.
本発明の上記詳述した装置に関わり、「課題解決するための手段」の(5)について詳述する。すなわち前記及び上記に詳述したいずれかの成形装置において、前記圧空ボックスにおける前記収納ボックスとの対向面の赤外線放射率が0.8以上となるようにする。なお、望ましくは、この赤外線放射率は0.9以上に、更に望ましくは、0.95以上にする。具体的には、市販の赤外線放射のための黒体塗料などの塗布により容易に実施できる。
なお、この「対向面」は、多くの実施形態では前記分散送出部で形成されるが、実施形態によっては単に圧空ボックスの奥底面である場合もある。また分散送出部に反射物体等が用いられる場合、これらも、ここで規定する対向面に含まれる。しかし、反射体が鏡面である場合は、射影される背後面をこのような赤外線放射率にすることも効果がある。具体的には、市販の赤外線放射のための黒体塗料などの塗布により容易に実施できる
なお、上記の対向面は本発明で実効をあげるためには、255℃以上好ましくは300℃以上の高温であることが必要である。この高温の保持には、この対向面にこれを加熱する機構が付設し、あるいは必要ある部分には断熱材保温すればよい。
なお、ここで放射される赤外線は、1)成形材料の賦形温度への予熱あるいは予熱を補助し、2)賦形に続く過程で熱処理温度への昇温を促進する働きをする。この表面温度が255℃を下回る場合、及び赤外線放射率が0.8を下回る場合は、この1)、及び2)の目立った効果が発揮されない。
なお、この装置を用いた場合は、オーブン等の予熱機構を持たない熱成形装でもよく、また十分にあるいは全く材料予熱行っていない材料でも本発明の圧空ボックス位置で、僅かな予熱時間あるいは予熱と殆ど同時に賦形を行う方法を採用することができる。結晶性樹脂あるいは結晶性樹脂の延伸材料を成形する場合に、オーブンなどで予熱を十部に予熱しいるとその間に結晶化や熱固定が進行してしまい賦形に支障をきたしてしまうことが多いので、この装置は好適に利用できる。
In relation to the above-described apparatus of the present invention, (5) of “Means for Solving Problems” will be described in detail. That is, in any of the molding apparatuses described in detail above and above, the infrared emissivity of the surface of the compressed air box facing the storage box is set to 0.8 or more. Desirably, the infrared emissivity is 0.9 or more, and more desirably 0.95 or more. Specifically, it can be easily carried out by application of a commercially available black body paint for infrared radiation.
In many embodiments, the “opposing surface” is formed by the distributed delivery unit. However, depending on the embodiment, the “opposing surface” may be simply the back bottom surface of the compressed air box. Moreover, when a reflective object etc. are used for a dispersion | distribution transmission part, these are also contained in the opposing surface prescribed | regulated here. However, when the reflector is a mirror surface, it is also effective to make the projected rear surface have such an infrared emissivity. Specifically, it can be easily carried out by application of a commercially available black body paint for infrared radiation, etc. Note that the above-described facing surface is at a high temperature of 255 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher in order to be effective in the present invention. It is necessary to be. In order to maintain the high temperature, a mechanism for heating the surface may be attached to the facing surface, or a heat insulating material may be kept warm where necessary.
The infrared rays radiated here function to 1) preheat or preheat the molding material to the shaping temperature, and 2) promote the temperature rise to the heat treatment temperature in the process following the shaping. When this surface temperature is less than 255 ° C. and the infrared emissivity is less than 0.8, the remarkable effects of 1) and 2) are not exhibited.
When this apparatus is used, a thermoforming device such as an oven or the like that does not have a preheating mechanism may be used, and even a material that is not sufficiently or not preheated at the time of the compressed air box of the present invention will have a slight preheating time or preheating. It is possible to adopt a method of shaping at almost the same time. When molding a crystalline resin or a stretched material of a crystalline resin, if preheating is sufficiently preheated in an oven or the like, crystallization and heat setting may progress during that time, which may hinder shaping. Since there are many, this apparatus can be utilized suitably.
本発明の上記詳述した装置に関わり、「課題解決するための手段」の(6)について詳述する。すなわち前記及び上記に詳述したいずれかの成形装置において、賦形後の熱可塑性樹脂シートに向けて揮発性液体を噴霧する液体噴霧部を付設する。
なお、この噴霧部は圧空ボックスの内部にあってもよく、又その外部にあってもよい。また、この噴霧部は前記冷却用気体の噴射ノズルと兼用する機構にしてもよく、この方法も好ましく用いられる。そしてこの場合は、液体噴霧と気体噴射を交互しておこなってもよく、また気体に揮発液体を混入させて噴射ノズルに送るようにしてもよい。
このような装置により却用気体の放射と同時に、又は相前後させて揮発性液体を噴霧することにより、液体自体およびその蒸発潜熱により急速に賦形体を冷却が進み、短時間に離型が可能となり、成形サイクルが大幅に短縮される。
噴霧される揮発性液体はその蒸発潜熱により、賦形体及び冷却用気体の温度を効果的に下げる働きをする。そのような液体には、水、アルコールなどを挙げることができるが、特に前者が好ましく利用できる。
In relation to the above-described apparatus of the present invention, (6) of “Means for Solving Problems” will be described in detail. That is, in any of the molding apparatuses described above and in detail above, a liquid spraying section for spraying a volatile liquid toward the thermoplastic resin sheet after shaping is provided.
In addition, this spraying part may be in the inside of a compressed air box, and may be in the exterior. Moreover, this spraying part may be a mechanism that also serves as the cooling gas injection nozzle, and this method is also preferably used. In this case, liquid spraying and gas injection may be performed alternately, or a volatile liquid may be mixed into the gas and sent to the injection nozzle.
By spraying a volatile liquid simultaneously with or before and after the emission of a reject gas by such a device, the shaped body is rapidly cooled by the liquid itself and its latent heat of vaporization, and can be released in a short time. Thus, the molding cycle is significantly shortened.
The volatile liquid to be sprayed works to effectively lower the temperature of the shaped body and the cooling gas by the latent heat of vaporization. Examples of such a liquid include water, alcohol and the like, and the former can be preferably used.
本発明の上記詳述した装置に関わり、「課題解決するための手段」の(7)について詳述する。すなわち前記及び上記に詳述したいずれかの成形装置において、使用する前記成形型を、使用する前述の成形型は、熱可塑性樹脂シートの成形面を構成する材料の熱浸透率b値(kJ/m2s1/2K)が、0.01〜15であるものにする。そしてこのことにより、迅速かつ好適に熱処理を伴う成形を行うことができる。
なお、この成形用表面層材料の熱浸透率b値は10以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましい。
この成形型は上記の表面層が上記の材料であれば、単体材料で構成されていてもよく、また背後層が異種材料からなる2層またはそれ以上多層から形成されていてもよい。なお、この背後層の材料の熱浸透は表面層のそれより高い材料からなることが好ましく、これが2倍以上であることが好ましく、10倍以上であることが特に好ましい。また、この背後層は温度制御されることが好ましい。
しかし、この成形型は表面層とより熱浸透の高い材料からなる背後層からなるものであることが好ましく、又この背後層は温度制御されていることが好ましい。
また、背後層の熱浸透率は3以上であることが好ましく、6以上であることが更に好ましく、10以上であることか更に更に好ましい。またこの成形用表面層の厚みは0.04mm以上であることが必要で、また0.06mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることが更に好ましい。又同厚みは30mm以下であることが好ましく、10mm以下であることが更に好ましく、5mm以下であることが更に更に好ましい。
上記の熱浸透率b値については後に詳述するが、この値の大きな表面材料を用いた場合は、賦形体から容易に熱を背後に分散させてしまうので、熱容量の比較的に熱容量の小さい加熱空気や冷却空気では容易に賦形体を加熱冷却できなくなり、この値が10を超える材料である場合は、能率的に熱処理を行う成形を行うことができない。この値は小さいほうが好ましいが、0.01より小さいものは強度など使用に耐える材料がない。
上記の成形型において2層以上の構造とし、表面層の背面層を一定温度に制御して、賦形体を介して加熱気体および冷却気体により昇温降温変化する表面層の成形面温度を所望の基準温度へ迅速に回帰させることができる。
この場合、表面層の厚みが30mmを超える場合は背後層の制御が、上記表面温度と呼応して定常状態に至る時間がかかりすぎ、実施的に効果がない。また、この厚みが0.03mmを下回る場合は背後層の温度の影響を大きく受けて、迅速な賦形体の昇温降温を促進する効果がなくなる。例えば、公知の成形方法において、潤滑離型のために金型に仮に弗素樹脂等のコートが成されることがあったしても、そのコート厚みは30μm以下の薄いものであり、それを厚くする必要もなく又困難もあって、本発明の効果を発揮させるようなものは従来製作されていない。
なお、上記したように単体一材料のものでも良いが、この場合、成形型への直接の温度制御はあってもよく、またなくてよく、いずれであっても所望表面温度の定常化に多少の時間をかければ、所望の成形は可能である。しかし、この場合、熱浸透率b値(kJ/m2s1/2K)が0.01〜3の単一材料で構成してされたものでは加熱温調機構がないものが好ましく、またそれが3以上の単一材料で構成されたものは加熱温調機構を備えたものがより好ましく使用できる。
なお、上記の成形型は、真空賦形又は賦形時の排気が可能にする微細孔を有し、真空引き可能なように先記成形型収納ボックスに収納されることが望ましい。
(7) of “Means for Solving the Problems” will be described in detail in relation to the above-described detailed apparatus of the present invention. That is, in any one of the molding apparatuses described in detail above and above, the above-described molding die to be used is the thermal permeability b value (kJ / value) of the material constituting the molding surface of the thermoplastic resin sheet. m 2 s 1/2 K) is 0.01-15. This makes it possible to perform molding with heat treatment quickly and suitably.
The heat permeability b value of this molding surface layer material is preferably 10 or less, and more preferably 5 or less.
This mold may be composed of a single material as long as the above surface layer is the above material, and the back layer may be formed of two or more layers made of different materials. The heat penetration of the material of the back layer is preferably made of a material higher than that of the surface layer, which is preferably 2 times or more, particularly preferably 10 times or more. The back layer is preferably temperature controlled.
However, the mold is preferably composed of a surface layer and a back layer made of a material having higher heat penetration, and the back layer is preferably temperature-controlled.
The thermal permeability of the back layer is preferably 3 or more, more preferably 6 or more, and even more preferably 10 or more. Further, the thickness of the molding surface layer is required to be 0.04 mm or more, preferably 0.06 mm or more, and more preferably 0.1 mm or more. The thickness is preferably 30 mm or less, more preferably 10 mm or less, and even more preferably 5 mm or less.
The heat permeability b value will be described in detail later, but when a surface material having a large value is used, heat is easily dispersed from the shaped body to the back, so the heat capacity is relatively small. Heated air or cooling air cannot easily heat and cool the shaped body, and when this value is a material exceeding 10, molding that efficiently performs heat treatment cannot be performed. This value is preferably small, but if it is smaller than 0.01, there is no material that can withstand use such as strength.
The above mold has a structure of two or more layers, the back layer of the surface layer is controlled to a constant temperature, and the molding surface temperature of the surface layer that changes in temperature by the heating gas and the cooling gas through the shaped body is set to a desired level. Quick return to the reference temperature.
In this case, if the thickness of the surface layer exceeds 30 mm, the control of the back layer takes too much time to reach a steady state in response to the surface temperature, which is not practically effective. Moreover, when this thickness is less than 0.03 mm, the influence of the temperature of a back layer is received greatly, and the effect which accelerates | stimulates temperature rising / falling of a quick shaping body loses. For example, in a known molding method, even if a mold such as a fluorine resin is temporarily formed on the mold for lubrication and release, the coating thickness is as thin as 30 μm or less. There is no need to do this, and there is a difficulty, and no device that can achieve the effects of the present invention has been produced.
As described above, a single material may be used, but in this case, there may or may not be direct temperature control on the mold, and in either case, the desired surface temperature may be stabilized to some extent. If the time is taken, the desired molding is possible. However, in this case, it is preferable that the heat permeability b value (kJ / m 2 s 1/2 K) is made of a single material having a temperature of 0.01 to 3 without a heating temperature adjustment mechanism. As for those composed of three or more single materials, those equipped with a heating temperature control mechanism can be used more preferably.
In addition, it is desirable that the above-mentioned mold has a fine hole that enables vacuum forming or evacuation at the time of forming, and is housed in the above-mentioned mold storing box so that it can be evacuated.
本発明の上記詳述した装置に関わり、「課題解決するための手段」の(8)について詳述する。すなわち前記及び上記に詳述したいずれかの成形装置において、前記圧空ボックスは、成形サイクルの中の熱可塑性樹脂シートの表面温度変化を非接触で連続的に測定する赤外線温度計を備える。
なお、具体的には、1)圧空ボックス内部に、温度制御可能な殻構造体に収容して耐熱保護した赤外線温度測定プローブを配置することにより、これを実施する。
あるいは又、2)賦形体裏面からの放射赤外線を圧空ボックスの外部に導出して、そこ赤外線温度測定プローブを配置することにより、これを実施する。
市販の赤外線温度計では、本発明の装置の圧空ボックスの中に装着して使用に耐える耐熱性のものはなく、また使用に耐える耐圧性のものも希少である。そのために、上述のような工夫が必要となる。
このような温度測定により、熱可塑性樹脂シートの予熱、賦形、昇温熱処理温度及び冷却過程の温度変化を連続して途切れなく測定することができ画期的であり、制御及び工程管理のために非常に好ましい。
なお、従来の熱成形方法においては、予熱温度はオーブンで測定され、賦形体温度は熱容量の大きな金型温度で代用されるか、または開放空間から賦形体の冷却過程が測定されるのみで十分であり、またそれぞれの測定に連続性はなかった。また、従来の通常の圧空成形ではシート温度あるいは賦形体温度を閉鎖された圧空ボックス中で測定する必要もなく、また行われていなかった。
なお、本発明の装置において上記の温度測定方法の代わりに、成形型の成形面上に、極めて繊細な測定プローブ、例えば線径0.1mm程度の熱電対先端を突出させておいてこれを測定することができる。しかし、この方法では賦形前の樹脂シート温度はできないうえ、測定プローブの耐久性が小さいという欠点がある。
なお、上記の1)、2)の方法を更に具体的に詳述することとする。先ず1)の方法として赤外線の測定プローブを水冷ホルダー内に収容して、圧空ボックス外から水などの冷却体を循環させて冷却することで高温下での使用が可能となり利用できる。また、水冷ホルダーではなく、ヒートパイプ装備したホルダーにして外部で冷却するようにしてもよい。なお赤外線の測定プローブは赤外線の電圧変換素子を利用するものであることが好ましい。2)の方法は、放射赤外線を反射物体、又は屈折物体を経由して圧空ボックスの外部に導いて測定する方法であり。より具体的には、鏡面反射板、プリズム、光学ガラスファイバーなどを利用することができる。なお光学ファイバーを利用する方法も考えられ、廉価に器具が開発された時にば利用可能である。
In relation to the above-described apparatus of the present invention, (8) of “Means for Solving Problems” will be described in detail. That is, in any of the molding apparatuses described in detail above and above, the compressed air box includes an infrared thermometer that continuously measures the surface temperature change of the thermoplastic resin sheet in the molding cycle in a non-contact manner.
Specifically, this is performed by 1) placing an infrared temperature measurement probe housed in a temperature-controllable shell structure and protected against heat, inside the compressed air box.
Alternatively, 2) this is accomplished by directing the infrared radiation from the back of the shaped body out of the compressed air box and placing an infrared temperature measurement probe there.
There are no commercially available infrared thermometers that can be used in the pressure box of the apparatus of the present invention and can withstand use, and those that can withstand use are rare. For this purpose, the above-described device is required.
By such temperature measurement, the preheating, shaping, temperature rising heat treatment temperature and temperature change of the cooling process of the thermoplastic resin sheet can be measured continuously and seamlessly for control and process management. Highly preferred.
In the conventional thermoforming method, it is sufficient that the preheating temperature is measured in an oven and the shaped body temperature is replaced with a mold temperature having a large heat capacity or the cooling process of the shaped body is measured from an open space. In addition, each measurement was not continuous. Further, in the conventional normal pressure forming, it is not necessary or performed to measure the sheet temperature or the shaped body temperature in a closed pressure box.
In the apparatus of the present invention, instead of the above temperature measuring method, an extremely delicate measuring probe, for example, a thermocouple tip having a wire diameter of about 0.1 mm is projected on the molding surface of the mold and measured. can do. However, this method has the disadvantages that the temperature of the resin sheet before shaping cannot be achieved and the durability of the measurement probe is small.
The above methods 1) and 2) will be described in more detail. First, as a method of 1), an infrared measurement probe is accommodated in a water cooling holder, and a cooling body such as water is circulated from outside the compressed air box to be cooled, so that it can be used at a high temperature and can be used. Further, instead of the water cooling holder, a holder equipped with a heat pipe may be used to cool the outside. The infrared measurement probe preferably uses an infrared voltage conversion element. The method 2) is a method in which radiant infrared light is guided to the outside of the compressed air box via a reflecting object or a refracting object and measured. More specifically, a specular reflector, a prism, an optical glass fiber, or the like can be used. A method using an optical fiber is also conceivable, and can be used when an instrument is developed at a low cost.
本発明の装置を用いた成形方法に関わり、「課題解決するための手段」の(9)について詳述する。すなわち、すなわち前記及び上記に詳述したいずれかの成形装置を用いて、熱可塑性樹脂シートを賦形する賦形工程と、前記賦形工程よりも高温で熱処理する熱処理工程を備える樹脂シートの成形を実施することができる。本発明の方法では、この成形を高速で効率よく行うことができ、特に長尺樹脂シートを用いた高速連続成形に好適である。
熱成形は通常、樹脂シートの予熱、賦形、冷却、離型の過程を経てなされる。
そして、比較的低温の金型を用いてなされ、賦形と冷却が殆ど同時になされ冷却のための他の手段を必要としないのが普通である。
これに対して本発明では賦形から冷却までの間に、樹脂シートの賦形時以上の高温の熱処理を行うことが特徴の成形であり、通常は、樹脂シートの予熱、賦形、高温熱処理、冷却、離型の過程を経てなされる。
本発明では、樹脂シートの予熱は、通常の方法のように賦形とは離れた場所の加熱オーブン等行うこともできる。このような予熱方法では、樹脂シートあるいはオーブンの移動中にシート温度が下がり、本発明の対象樹脂シートでは往々にして不都合を来す。しかし、本発明の装置では、加熱オーブン等での予熱を故意に不十分にしておき、賦形位置で加熱気体又は放射赤外線により、実質的に予熱の補充を行って即時に圧空賦形することができ好ましい1つの方法を提供する。また、このような加熱オーブン等での予熱を行わずに、賦形位置で同様にして予熱して即時に圧空賦形することができ好ましい方法を提供する。なおまた、本発明では圧空速度を調整することにより、予熱と賦形を同時進行で行うことができ好ましい方法を提供する。
本発明では、熱処理昇温に用いる前記の高温圧縮気体により圧空賦形を行えばよいが、別法としてこれを用いずに真空賦形あるいは常温圧縮気体による圧空賦形を行い、次いで前記の高温圧縮気体による熱処理昇温を行ってもよい。
本発明では、上記熱処理温度への昇温は、主として加熱気体を賦形体裏面(成形型に接触していない面)に接触させて行う。このとき、赤外線加熱を賦形体裏面に照射することもでき、高温気体加熱と併用すれば特に効果的で好ましい。また、熱処理後の冷却は、主として冷却用気体を賦形体裏面へ吹き付けより行う。
ある種の結晶性樹脂、あるいは結晶性樹脂の延伸材料などは加熱に非常に敏感で、通常オーブン予熱などでは予熱中に僅かな時間に結晶化あるいは熱固定が進んでしまい賦形に支障を来してしまう。本発明の装置及び方法では、このような材料に対して定位置で瞬間的に予熱または補助予熱しながら賦形できることは意義が大きく、そしてまた高温の熱処理を伴う成形を高速で連続繰り返し成形でき、商業的に有用である。
なお、本発明の装置を用いる成形方法の更に詳細な説明は図を用いて後述する。また本発明の方法に適する成形材料についても後述する。
Regarding the molding method using the apparatus of the present invention, (9) of “Means for Solving Problems” will be described in detail. That is, using any of the molding apparatuses described in detail above and above, molding a resin sheet comprising a shaping step for shaping a thermoplastic resin sheet and a heat treatment step for heat treatment at a higher temperature than the shaping step. Can be implemented. In the method of the present invention, this molding can be performed efficiently at high speed, and is particularly suitable for high-speed continuous molding using a long resin sheet.
Thermoforming is usually performed through a process of preheating, shaping, cooling, and releasing a resin sheet.
It is usually done using a relatively low temperature mold, and shaping and cooling are almost simultaneously performed and no other means for cooling is required.
On the other hand, in the present invention, the molding is characterized by performing a heat treatment at a temperature higher than that at the time of shaping the resin sheet between shaping and cooling, and is usually preheating, shaping, and high-temperature heat treatment of the resin sheet. , Cooling and mold release process.
In the present invention, the preheating of the resin sheet can be performed in a heating oven or the like at a place away from shaping as in a normal method. In such a preheating method, the sheet temperature is lowered during the movement of the resin sheet or the oven, and the target resin sheet of the present invention is often inconvenient. However, in the apparatus of the present invention, preheating in a heating oven or the like is intentionally made insufficient, and the preheating is substantially replenished with heated gas or radiant infrared rays at the shaping position, and immediately pressurized and shaped. And provides a preferred method. Moreover, without preheating in such a heating oven or the like, a preferred method can be provided in which preheating can be performed in the same manner at the forming position, and the compressed air can be immediately formed. Furthermore, in the present invention, by adjusting the pneumatic pressure speed, preheating and shaping can be performed simultaneously, and a preferable method is provided.
In the present invention, compressed air shaping may be performed by the above-described high-temperature compressed gas used for heat treatment temperature rise, but alternatively, vacuum shaping or compressed-air shaping by room temperature compressed gas is performed without using this, and then the above high-temperature compressed gas is used. You may perform the heat processing temperature rise by compressed gas.
In the present invention, the temperature rise to the heat treatment temperature is performed mainly by bringing the heated gas into contact with the back surface of the shaped body (the surface not in contact with the mold). At this time, infrared heating can also be applied to the back of the shaped body, and it is particularly effective and preferable if used together with high-temperature gas heating. Further, the cooling after the heat treatment is mainly performed by spraying a cooling gas on the back surface of the shaped body.
Certain types of crystalline resins, or stretched materials of crystalline resins, are very sensitive to heating. Usually, oven preheating causes crystallization or heat setting in a short time during preheating, which hinders shaping. Resulting in. In the apparatus and method of the present invention, it is significant that the material can be shaped while being instantaneously preheated or auxiliary preheated at a fixed position, and molding with high temperature heat treatment can be continuously repeated at high speed. Is commercially useful.
A more detailed description of the molding method using the apparatus of the present invention will be described later with reference to the drawings. A molding material suitable for the method of the present invention will also be described later.
本発明の具体的な例の一つを図1に示す。図1aは、本発明の装置の主要部として、連続真空圧空成形機のシートのオーブン予熱工程の下流に配置されたプレス機の天板と底板に装着された装置の断面と、その外部に配置した装置の一部を示している。具体的には、プレス機の天板1の下に、諸装備された圧空ボックス外殻4を組みこんだものとなっており、底板2の上には成形型及び装備を収容した成形型収納ボックス3を組み付けたものとなっている。図1bは、図1aの圧空ボックスを下から見上げた底面図である。
外部に配置された加熱部50は、更に外部から導入した圧縮気体Aをここで所定の温度に加熱し、成形サイクルに合わせて間欠的に圧空ボックス送られるようになっている。
この圧空ボックス外殻(以下単に「圧空ボックス」とも呼ぶ)4には、穿孔アルミニウム多孔板で構成された分散送出部40が装着されており、外部から送られてきた高温圧縮気体A’を分散して樹脂シート100に向けて均一に且つ比較的に穏やかに送るようになっている。圧空ボックス4の内部には、更に冷却噴射ノズル41が配置され、 制御バルブ43を経て外部から圧縮空気などの冷却用気体Cを導入し、成形材料の賦形体への熱処理終了のタイミングをみて賦形体裏面に向けて噴射冷却するようになっている。なお、図では個々の成形型の位置に対応して、それぞれ一個の噴射ノズルを配置した。又個々の噴射ノズルには多数の開口で、それぞれの型の冷却必要部をカバーして拡散噴射できるようにした。なお、噴射ノズルの数は限定するものではなく、必要に応じて設ければよい。
圧空ボックス内には、オプションとして、排気スリット管44が配置され、その制御バルブ46を賦形時又は賦形後の任意の時点で任意の程度に開き排気することができる。なお、排気スリット管44のスリットは、一本に連続するものでも断続するものであってもよく、また管状のものでなくてもよく任意の開口形状のものが適宜分散されたものであってもよい。これにより、滞留気体を逃がして補充される高温気体流により賦形体の迅速な加熱昇温ができる。
圧空ボックスは、更にオプションとして、その成型型対向面すなわち上記の気体分散部の多孔板40の表面に黒体塗料を塗布することにより、その放射率を1.0に近いものにされている。
圧空ボックスには、更にオプションとして、噴霧ノズル13が配置され、外部から制御しながら送り込まれた揮発性液体を賦形体裏面及びその上空に向けて噴霧するようになっている。そして揮発性液体は圧空賦形とその熱処理後、該冷却用気体の放射の直前、あるいは同時に、あるいは相前後させて噴霧させることにより賦形材料の冷却が促進される。なお、噴射ノズルは1つとは限らず適宜複数あってもよい。 またこの噴射ノズルは、必ずしも圧空ボックス内になくて外部に設けられていてもよく、この場合は圧空ボックスが上昇し、露出した賦形体裏面あるいはその上空に向けて噴霧するようすればよい。
成形型収納ボックス3には、複数個の図8に示すような成形型(但し熱媒通路65のないもの)が収容され、成形型は、ヒーター34(ここでは電気抵抗線を内包したカートリッジ型)を付設した成形型加熱温調板により固定されて加熱温調され、真空排気孔63からは通路64および35を経由して31真空吸引が可能なようになっている。なお、図8には示されていないが成形型の成形面には細芯の温度センサーが先端部を露出し、成形面温度及び成形材料の賦形体との界面温度の測定ができるようになっている。なお、樹脂シートの成形型に接する面を成形面と云い、その反対面を裏面と以下称することとする。
本図の加熱部50は、外部から導入されたゲージ圧0.03MPa以上の圧縮空気を加熱し255〜1300℃望ましく300〜650℃の温度の、高温圧縮気体A’を圧空ボックス4に送りむようになっている。送出用多孔板55から成形型に向けて均一に送出するようになっている。加熱部は具体的には図6に示すようなものを使用すればよい。
この成形装置により、予熱された結晶性樹脂シートを圧空賦形とほぼ同時または賦形直後に、予熱温度以上に昇温して熱処理をし、そしてそれを冷却して離型させることができる。そしてこの成形プロセスを高速で安定にそして連続的に実行することができる。このプロセスは延伸された材料に好ましく利用することができ、その中でも延伸PETシートに特に好ましく利用できる。延伸PETシートでは透明で耐熱及び剛性の高い好ましい成形品が得られる。
なお、本装置では、真空賦形に続いて、前記の高温圧縮気体による昇温熱処理も行うこともできる。後者の方法は、樹脂シートが薄くて熱に敏感すぎる場合などに好適である。
One specific example of the present invention is shown in FIG. FIG. 1a shows a cross section of a device mounted on a top plate and a bottom plate of a press machine arranged downstream of the oven preheating process of a sheet of a continuous vacuum / pressure forming machine as a main part of the apparatus of the present invention, and an arrangement outside thereof. A part of the device is shown. Specifically, a pressure box
The
The pressure box outer shell (hereinafter also referred to simply as “pressure box”) 4 is equipped with a
As an option, an
Further, as an option, the emissivity of the compressed air box is made close to 1.0 by applying a black body paint to the mold facing surface, that is, the surface of the
As an option, the pressure air box is further provided with a
A plurality of molds as shown in FIG. 8 (those without the heat medium passage 65) are accommodated in the
The
With this molding apparatus, the preheated crystalline resin sheet can be heated to a temperature equal to or higher than the preheating temperature almost simultaneously with or immediately after the pressure forming, and can be cooled and released. This molding process can be carried out stably at high speed and continuously. This process can be preferably used for a stretched material, and particularly preferably for a stretched PET sheet. With a stretched PET sheet, a preferable molded product that is transparent and has high heat resistance and rigidity can be obtained.
In addition, in this apparatus, following the vacuum shaping, the temperature increasing heat treatment using the high-temperature compressed gas can also be performed. The latter method is suitable when the resin sheet is thin and too sensitive to heat.
図4に、高温気体の分散送出部について図1とは別の態様を示す。この分散送出部40は、反射板71、高温圧縮気体噴射スリット75と同気体の導入管74からなっており、反射板71はヒーター72により255〜1000℃の間の任意の温度に制御され、反射面73には黒体塗料が塗布されて赤外線放射され、その面は成形型方向に向けられている。高温圧縮気体は図6に示すような生成装置により生成されたものが制御された時間に導入管74に導入され、75,73を経由して成形型方向に送出される。反射面73の赤外線放射により賦形体の昇温を促進できるようになっている。なお、本装置では、高温圧縮気体による圧空賦形に続いて同気体による昇温熱処理を行うことができるが、導入圧縮気体選択バルブ76、77の操作により、通常温度などの低温圧縮気体による圧空賦形に続いて前記の高温圧縮気体による昇温熱処理も行うこともできる。後者の方法は、樹脂シートが薄くて熱に敏感すぎる場合などに好適である。
FIG. 4 shows a mode different from that shown in FIG. The
図5に、高温気体の分散送出部について図1及び図5とは更に別の態様を示す。この態様は付加ノズル方式の分散送出部40で、高温気体分配盤81、マニホールド83と分散ノズル85とからなっており、分配板81はヒーター84により255〜1000℃の間の任意の温度に制御され、また分配盤81と分散ノズル85の成形型に向けられた面には黒体塗料が塗布されて赤外線放射される。高温高圧気体は図6に示すような生成装置により生成されたものが制御された時間に導入路82に導入され、83,85を経由して樹脂シートに向けて送出される。圧空ボックスには、高温気体の排気機構が付設されていないが、赤外線放射により賦形体裏面の昇温が促進される。
FIG. 5 shows still another aspect of the high-temperature gas dispersion and delivery unit different from those shown in FIGS. 1 and 5. This mode is an additional nozzle type
図6は、圧縮気体の加熱部50の例を示すもので、筐体56の内部には蓄熱体としてのアルミニウム粒54と電気抵抗線を内包したカートリッジ型ヒーター53が挿入され、外部は断熱材59で保温されたものとなっている。 外部から導入されたゲージ圧0.03MPa以上の圧縮空気Aを、瞬時に加熱して生成された255〜650℃の高温圧縮気体A’を、圧空ボックスに向けて送出できるなっている。そして、付加した開閉バルブ58の開閉により、成形サイクルに合わせて間欠的にA を導入し、A’を送出するようになっている。
FIG. 6 shows an example of a
また、図7の断面図は、加熱部と分散送出部が密着して圧空ボックスに装着され一体となっている例を示したものである。
圧空ボックス外殻4の一部と多数の孔を穿孔金属板の分散送出部40によって底部を形成された箱状空間に、アルミニウム粒蓄熱体54とヒーター53を内蔵したものとなっており、外部から導入されたゲージ圧0.03MPa以上の圧縮空気を255〜600℃に加熱して、多孔板の分散送出部40から、樹脂シートに向けて均一に且つ比較的に穏やかに送出するようになっている。なお、アルミニウム粒の代わりに金属等の焼結体などを用いることもでき、この場合は分散送出部の部品を省略し、焼結体などの蓄熱体にその機能を兼用させることもできる。
Further, the cross-sectional view of FIG. 7 shows an example in which the heating unit and the dispersion delivery unit are in close contact with each other and attached to the compressed air box.
A part of the compressed air
図8は成形型の具体的な例を示す。 成形型60は、その成形用表面層61とその背後層62の2層構造となっており、63は真空排気孔、64は真空排気通路、65は温調用の熱媒通路を示している。なお、この熱媒通路などの温調手段はここに設けず、成形型を固定する固定板を任意の手段を設けるようにしてもよい。
この成形型の成形用表面層は、熱浸透率(kJ/m2s1/2K)が0.01〜15での任意の材料で厚み5〜30mmの間の任意の厚みで形成され、背後層の材料の熱浸透率が表面層のそれよりも大きくかつ3以上の任意の材料で任意の厚みで形成される。このような背後層を設けて背後層から温調することにより迅速に、効果的に、かつ均一に表面層の温調できるので最も好ましい構成となる。なお、熱浸透率と具体的な材料については後述する。
FIG. 8 shows a specific example of the mold. The molding die 60 has a two-layer structure of a
The molding surface layer of this mold is formed of an arbitrary material having a thermal permeability (kJ / m 2 s 1/2 K) of 0.01 to 15 and an arbitrary thickness of 5 to 30 mm, The heat permeability of the material of the back layer is larger than that of the surface layer and is made of any material of 3 or more and with any thickness. By providing such a back layer and adjusting the temperature from the back layer, the temperature of the surface layer can be adjusted quickly, effectively, and uniformly, so that the most preferable configuration is obtained. The heat permeability and specific materials will be described later.
<付加デバイス、材料等の補足詳細説明>
(1)本発明の規定値として用いた熱浸透率(b値)は接触する物体と界面を通過して移動する熱量にかかわる物体の特性値であり、次の式で求められる。
b= (λρC)1/2 ・・・・・(1)
λ; 熱伝導率(Js−1m−1K−1)
ρ; 密度(kgm−3)
C; 比熱(Jkg−1K−1)
このb値が小さい物体は界面に少ない熱量しか流さず相手物体に大きな温度変化を与えず、また界面間近では相手物体から大きな温度影響をうける。
従って、このb値が小さい材料を成形型表面材料として用いた場合は賦形体からの熱を拡散させないので、高温気体と冷却用気体により賦形体を容易に加熱冷却することができる。しかし背後層の熱を容易に表面層表面(賦形体体との界面)に伝えないので、表面温度の均一性が高く、高速で安定な条件設定のためには、表面層の厚みを小さくするか、あるいはこのb値をある程度大きくすることにより、成形材料に合わせて最適にすることができる。
なお、b値の参考例を示すと例えば、アルミニウム材は17〜23程度、鉄材は13〜16程度、銅34程度、不錆鋼(SUS306)は8.0で、多くの合成樹脂は0.2〜0.8程度、多くのセラミックスは1〜20の間に入る。
<Detailed explanation of additional devices, materials, etc.>
(1) The thermal permeability (b value) used as the specified value of the present invention is a characteristic value of an object related to the amount of heat moving through the interface and the contacting object, and is obtained by the following equation.
b = (λρC) 1/2 (1)
λ; thermal conductivity (Js −1 m −1 K −1 )
ρ; density (kgm −3 )
C; Specific heat (Jkg −1 K −1 )
An object having a small b value flows only a small amount of heat to the interface and does not give a large temperature change to the counterpart object, and is greatly influenced by the counterpart object near the interface.
Therefore, when the material having a small b value is used as the mold surface material, the heat from the shaped body is not diffused, so that the shaped body can be easily heated and cooled by the high-temperature gas and the cooling gas. However, since the heat of the back layer is not easily transferred to the surface layer surface (interface with the shaped body), the surface temperature is highly uniform, and the surface layer thickness is reduced for fast and stable condition setting. Or by increasing this b value to some extent, it can be optimized in accordance with the molding material.
In addition, as a reference example of the b value, for example, the aluminum material is about 17 to 23, the iron material is about 13 to 16, the copper is about 34, the non-rust steel (SUS306) is 8.0, and many synthetic resins are 0.0. About 2 to 0.8, many ceramics fall between 1 and 20.
(2)本発明に用いられる高温高圧気体は、空気、窒素、二酸化炭素などが利用でき、特にコストが小さい圧縮空気を用いて加熱したものが好適である。また、これに水分含んだもの即ち乾燥過熱蒸気も比熱が大きく効果的に対象物を加熱でき好適に利用することができる。
(3)本発明に用いられる冷却用気体は、空気、窒素、二酸化炭素などが利用でき、特にコストが小さい圧縮空気を用いて加熱したものが好適である。
また、これに水分含んだもの即ち高湿度のものも好適に利用できる。更にまた、
冷却用気体にその噴霧直前あるいは噴霧中に水等の揮発性液体の微滴を添加するようにすれば気体温も下がり効果的である。
(2) As the high-temperature and high-pressure gas used in the present invention, air, nitrogen, carbon dioxide and the like can be used, and those heated using compressed air with particularly low cost are preferable. In addition, water containing moisture, that is, dried superheated steam, can be suitably used because it has a large specific heat and can effectively heat the object.
(3) As the cooling gas used in the present invention, air, nitrogen, carbon dioxide and the like can be used, and those heated using compressed air with particularly low cost are preferable.
Moreover, the thing containing water | moisture content, ie, the thing of high humidity, can be used suitably. Furthermore,
If a droplet of a volatile liquid such as water is added to the cooling gas immediately before or during the spraying, the gas temperature is effectively lowered.
<その他変形の実施態様>
(1)本発明の装置の特別な態様として、本発明の装置の操作に特別工夫をすることにより、オーブン等のシート予熱機構を省いて目的の成形品を製造することができる。具体的な一つの方法として、圧空ボックスと成形型収納ボックスとの間に予熱されていない成形材料シートを挟んで閉じ(以下ボックス閉鎖と称する)、圧空ボックスの奥からの赤外線放射により予熱される時間をおいて圧空賦形を開始するように制御設定して成形することができる。また、別の方法として、ボックス閉鎖の少し前に、若しくは閉鎖後に最初は低い圧力で高温気体を序々に送出するように装備し、挟んだシートが予熱されながら、あるいは適温に予熱されてから圧空賦形がなされるように設定して行う方法がある。通常の圧空成形のようにボックス閉鎖と殆ど同時に圧空賦形を行った場合は材料は破損されてしまい成形品は得られない。
(2)本発明の装置の別の特別な態様として、常温気体による圧空賦形後に該高温高圧気体により熱処理工程に移行する方法も可能である。具体的には圧空ボックス内に通常温度の空気を送り込む開口を設けてこれを行ってもよく、また本発明の必要要素として付設されている冷却気体様ノズルから一時的に圧空用気体も放出できるように装備してこれを行うこともできる。
(3)本発明の装置の別の特別な態様として、高温高圧気体として乾燥過熱蒸気を用いるように装備するようにしてもよい。具体的には、本発明の高温気体発生装置に高圧空気などとともに少量の水あるいは水蒸気を圧入するようにすればよい。
<本発明の装置の用途分野とこれを用いた成形方法の詳細>
<Other modified embodiments>
(1) As a special aspect of the apparatus of the present invention, the target molded article can be manufactured by omitting a sheet preheating mechanism such as an oven by specially devising the operation of the apparatus of the present invention. As a specific method, a non-preheated molding material sheet is sandwiched between a compressed air box and a mold storage box (hereinafter referred to as box closing), and preheated by infrared radiation from the back of the compressed air box. It is possible to perform molding with control setting so that compressed air shaping is started after a certain time. As another method, it is equipped to send out hot gas gradually before closing the box or at first after closing the box, and the compressed sheet is compressed while the sandwiched sheet is preheated or preheated to an appropriate temperature. There is a method to set it so that it is shaped. When pressure forming is performed almost simultaneously with the closing of the box as in normal pressure forming, the material is damaged and a molded product cannot be obtained.
(2) As another special aspect of the apparatus of the present invention, a method of transferring to a heat treatment step with the high-temperature and high-pressure gas after pressure forming with a normal-temperature gas is also possible. Specifically, this may be done by providing an opening for sending air at a normal temperature into the compressed air box, and the compressed air gas can also be temporarily released from the cooling gas-like nozzle provided as a necessary element of the present invention. You can also do this by equipping
(3) As another special aspect of the apparatus of the present invention, it may be equipped to use dry superheated steam as the high-temperature and high-pressure gas. Specifically, a small amount of water or water vapor may be injected into the high-temperature gas generator of the present invention together with high-pressure air or the like.
<Details of application field of the apparatus of the present invention and molding method using the same>
本発明の装置は、樹脂シートを予熱賦形し離型するまでの過程において樹脂シートの予熱温度を大幅に上回る高温で熱処理し、次いで冷却して離型するプロセスを効率的に行うことができる。
このような熱処理を必要とする具体的な用途を挙げると、(1)延伸ポリエステルの熱固定成形に特に好適に利用でき、その他にも、熱可塑性ポリエステル樹脂、PLA樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、PEEK等の結晶性樹脂の延伸シートの熱固定成形り利用できる。またその中でも延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂シートの熱固定を伴う熱成形に特に好適に利用することができ、予熱の適温の80〜100℃に加熱し、熱固定に適する160〜190℃に迅速に加熱しそして迅速冷却離型するというプロセスを担うことができる。
また特に延伸処理を行っていない材料、例えば(1)通常の結晶性PET(CPET)の成形、あるいはまた(3)ポリプロピレンのSPPF成形(固相高圧成形)に応用し、この成形方法の欠点を解決(残留応力歪みを緩和して耐熱寸法安定性を向上)する新規の方法等を提案することができる。
The apparatus of the present invention can efficiently perform a process of heat-treating at a high temperature substantially exceeding the preheating temperature of the resin sheet and then cooling and releasing it in the process of preheating and releasing the resin sheet. .
Specific applications requiring such heat treatment are as follows: (1) It can be particularly suitably used for heat-fixing molding of stretched polyester. Besides, thermoplastic polyester resin, PLA resin, polypropylene, polyamide, PEEK, etc. It is possible to utilize a stretched sheet of crystalline resin by heat-fixing molding. Of these, the stretched polyethylene terephthalate resin sheet can be particularly suitably used for thermoforming with heat setting, and is heated to a preheating temperature of 80 to 100 ° C. and quickly heated to 160 to 190 ° C. suitable for heat setting. And it can take the process of quick cooling and mold release.
Also, it is applied to materials that have not been particularly stretched, such as (1) molding of normal crystalline PET (CPET), or (3) polypropylene SPPF molding (solid phase high pressure molding). It is possible to propose a novel method for solving (relaxing residual stress strain and improving heat-resistant dimensional stability).
本発明の装置を用いて行う熱成形は汎用性が広く、成形材料シート予熱温度以上の熱処理を伴う様々な成形パターンを採用することができる。その代表的なパターンの一つとして、連続成形に伴う成形型の表面温度軌跡を模式的表したもの(パターンA)を図9に示す。ここでは、成形型の背後層あるいは、背後層に極近い表面層深部で示される、一定の定常温度(S線)を表面温度の最高点と最下点との間となるように任意に設定制御し、加熱気体又は加熱気体ブロウ、および冷却ブローを行う方法である。この図の太線部分は賦形体が成形型表面と接触した状態を、細線部分は賦形体が除去されている状態を示す。ここでは、シートの予熱温度は示されていないが、当然上記最高点より下回り、延伸PET材料の例を挙げるなら、予熱適温は80〜100℃程度であり、熱処理適温は上記表面温度(賦形体との界面温度)で160−190℃程度であり大きな差がある。
図に示すaゾーンで賦形及び高温気体による加熱が行われ、bゾーンでは冷却ブロウがおこなわれ、cゾーンでは賦形体の離型排出と新成形材料の配置が同時に行われる。なお、aゾーンの賦形と高温気体接触は、高温気体による圧空賦形を行うかあるいは真空賦形を行いながら高温気体ブロウを行えばよい。
図では、aからcまでの1サイクルの更なる詳細を1〜5のように区分して示しているが、1では、背後層の高温により表面温度の自然回復がなされ、2では背後層温度と高温気体の両者により、3では高温気体のみにより表面温度の上昇がなされる、4背後層温度と冷却ブロウの両者により、5では冷却ブロウによってのみ表面温度が冷却されて離型可能な状態になる。
Thermoforming performed using the apparatus of the present invention has wide versatility, and various molding patterns that involve heat treatment at or above the molding material sheet preheating temperature can be employed. As one of the typical patterns, FIG. 9 shows a pattern (pattern A) schematically representing the surface temperature trajectory of the mold associated with the continuous molding. Here, a constant steady temperature (S-line), indicated by the back layer of the mold or the surface layer deep near the back layer, is arbitrarily set to be between the highest point and the lowest point of the surface temperature. It is a method of controlling and performing heated gas or heated gas blow and cooling blow. The thick line portion in this figure indicates the state where the shaped body is in contact with the surface of the mold, and the thin line portion indicates the state where the shaped body is removed. Here, although the preheating temperature of the sheet is not shown, it is naturally lower than the highest point, and if an example of a stretched PET material is given, the preheating optimum temperature is about 80 to 100 ° C., and the heat treatment optimum temperature is the surface temperature (shaped body). Interface temperature) of about 160-190 ° C., which is a big difference.
In the a zone shown in the figure, shaping and heating with a high-temperature gas are performed, in the b zone, cooling blow is performed, and in the c zone, release of the shaped body and placement of a new molding material are performed simultaneously. In addition, the a zone shaping and the high temperature gas contact may be performed by performing high pressure gas blowing while performing compressed air shaping with high temperature gas or vacuum shaping.
In the figure, further details of one cycle from a to c are shown separately as 1 to 5, but in 1 the surface temperature is naturally recovered by the high temperature of the back layer, and in 2 the back layer temperature. The surface temperature is increased only by the high temperature gas in 3 and 4 by the high temperature gas. 4 The surface temperature is cooled only by the cooling blow by both the back layer temperature and the cooling blow. Become.
上記の方法の変形したパターンB(図示省略)は背後層の定常化温度(S線)を表面温度の最下点ないしはそれ以下になるように設定し、加熱気体圧空又は加熱気体ブロウを行う方法である。この場合、冷却ブローは行わなくてもかなりの冷却が進むがやはり冷却ブロウを行って短時間に冷却離型を行うことができる。この場合は、熱処理温度への昇温は加熱気体に専ら異存することになるので、熱処理温度が比較的に低くてよく、冷却を強くしなければならないような成形に向く。具体的には、例えば成形品の耐熱性向上をそれほど必要としない場合などである。成形型としては表面層材料のb値が比較的に小さいもので製作したものが適する。 The modified pattern B (not shown) of the above method is a method of performing heating gas pressure air or heating gas blow by setting the steady-state temperature (S line) of the back layer to be the lowest point or below the surface temperature. It is. In this case, considerable cooling proceeds without performing cooling blow, but cooling blow can also be performed to perform cooling release in a short time. In this case, since the temperature rise to the heat treatment temperature depends exclusively on the heated gas, the heat treatment temperature may be relatively low, and it is suitable for molding in which cooling must be strengthened. Specifically, for example, it is not necessary to improve the heat resistance of the molded product so much. As the mold, a mold made of a surface layer material having a relatively small b value is suitable.
上記の方法の変形したパターンC(図示省略)は、背後層の定常化温度(S線)を表面温度の最高点ないしはそれ以上になるように設定し、圧空賦形、熱処理に次いで冷却ブロウを行う方法である。熱処理温度への昇温は成形型表面下からの伝熱に委ねることも可能であるが、加熱気体を賦形体に接触させ昇温を短時間におこなうことができる。一方、冷却は冷却ブロウに専ら異存することになるので、熱処理温度を高くして、冷却はそれほど強くしなくてもよいような成形に向く。具体的には、例えば成形品の耐熱性向上を大きくし、また成形品厚みがおおきく、離型のため冷却をそれほど必要としない場合などである。成形型としては表面層材料のb値は比較的に大きくてもよいが、比較的に小さいものとする場合は層厚みを小さくしたものしたものが適する。 In the modified pattern C (not shown) of the above method, the steady-state temperature (S line) of the back layer is set to be the highest point of the surface temperature or higher, and the cooling blow is performed after the pressure forming and heat treatment. How to do it. The temperature rise to the heat treatment temperature can be entrusted to heat transfer from below the surface of the mold, but the temperature can be raised in a short time by contacting the heated gas with the shaped body. On the other hand, since cooling depends exclusively on the cooling blow, it is suitable for molding in which the heat treatment temperature is increased and the cooling need not be so strong. Specifically, for example, the improvement of the heat resistance of the molded product is increased, the thickness of the molded product is large, and cooling is not so necessary for mold release. As the mold, the b value of the surface layer material may be relatively large, but when the surface layer material is relatively small, a material having a small layer thickness is suitable.
上記の方法とは別の代表的なパターンDを図10に示す。本パターンの方法は、加熱気体をこの型の成形用表面およびまたは賦形体裏面(成形型に非接触の面)に接触させることにより、そしてまたは赤外線を該表面およびまたは賦形体裏面に照射することにより、該表面の温度を成形サイクルの頂点(T)に到達せしめ、次いで冷却用気体流を賦形体裏面及びまたは該表面に接触させることにより同サイクルの底点(B)点に到達せしめることとし、このサイクルの中で任意の適宜な時点で材料の供給、賦形、熱処理、冷却、そして離型除去を連続的に繰り返す成形方法である。この方法の上記各方法とは異なる特徴は、成形型内部の定常温度の測定管理は必ずしも必要ではなく、上記T点、B点を一定になるように制御管理するところにあり、具体的には上記表面温度(あるいは界面温度、若しくはこれに変わる賦形体裏面温度等を測定し、上記加熱手段そしてまたは冷却手段の加減をして行う方法である。
図7について詳述すると、aゾーンで賦形及び高温気体との接触が行われ、bゾーンでは冷却ブロウが行われ、cゾーンでは賦形体の離型排出と新材料の配置が連続して行われる。なお、aゾーンの賦形と高温気体接触は、高温気体により圧空成形を行うかあるいは真空賦形を行いながら高温気体を送り込めばよい。なお、賦形は常温の気体圧空で行い次いで、高温気体接触を行ってもよい。
その他の変形としては、例えば該裏面(裸面)に直接該加熱手段を施してかなり高温にしてから、材料を運び込み賦形し更に加熱手段を施すなどしてもよい。また該裏面の冷却を途中で止めて離型し、更に該表面(裸面)に冷却手段を施すようなことをしてもよい。
A representative pattern D different from the above method is shown in FIG. The method of this pattern is to irradiate the surface and / or the back of the shaped body by contacting heated gas with the molding surface and / or the back of the shaped body (the surface not in contact with the mold). To reach the top (T) of the molding cycle, and then bring the cooling gas flow into contact with the back of the shaped body and / or the surface to reach the bottom (B) point of the cycle. In this cycle, the material supply, shaping, heat treatment, cooling, and mold removal are continuously repeated at any appropriate point in the cycle. The feature of this method that is different from the above methods is that the measurement and management of the steady temperature inside the mold is not necessarily required, but is that the T and B points are controlled and managed to be constant. This is a method in which the surface temperature (or interface temperature, or the shaped object back surface temperature changed to this, etc. is measured, and the heating means and / or cooling means are adjusted.
Referring to FIG. 7 in detail, shaping and contact with a hot gas are performed in the zone a, cooling blow is performed in the zone b, and release of the shaped body and arrangement of new materials are continuously performed in the zone c. Is called. In addition, the shaping of the a zone and the high temperature gas contact may be performed by pressure forming with a high temperature gas or feeding a high temperature gas while performing vacuum shaping. In addition, the shaping may be performed with a gas pressure air at room temperature, and then a high temperature gas contact may be performed.
As another modification, for example, the heating means may be directly applied to the back surface (bare surface) to bring the temperature to a considerably high temperature, and then the material may be carried in, shaped, and further heated. Further, the cooling of the back surface may be stopped halfway, and the mold may be released, and further cooling means may be applied to the surface (bare surface).
なお、これらのパターンは代表例として区分したもので、方法を限定するものでなく種々の変形が可能であり、例えば(1)賦形あるいは離型を温度軌跡の最高点や最底点に限るものではなく、最低点より高いところで賦形を始めてもよく、また最高点到達以前に離型を行ってもよく、また最高点点を過ぎてから賦形を始めてもよく、又最低点以前に離型してもよい、また(2)加熱気体や冷却気体を賦形体の不在時に直接型表面にブロウして温度回帰を促進することもできる。 あるいはまた、(3)賦形後に加熱手段適用または冷却ブロウ適用を任意の時点で一時的に停止し、成形型からの伝熱を利用してもよく、これらの変形どのようなものであれ、上記T点、B点の一定定常化が可能であればよい。 These patterns are categorized as representative examples, and the method is not limited and various modifications are possible. For example, (1) shaping or releasing is limited to the highest point or the lowest point of the temperature trajectory. You may start shaping at a point higher than the lowest point, release before reaching the highest point, start shaping after the highest point, or release before the lowest point. (2) A heating gas or a cooling gas can be blown directly on the mold surface in the absence of the shaped body to promote temperature regression. Alternatively, (3) the heating means application or cooling blow application after the shaping may be temporarily stopped at any point in time, and heat transfer from the mold may be used. It suffices if the T point and B point can be made constant.
<温度測定等ついての補足>
上記のS線の温度はパターンA〜Cでは、成形型自体を積極的に温度調節制御を行うが、それでも成形表面からの距離、あるいは熱源からの距離によっては温度傾斜をもって、成形サイクルを繰り返す中で定常化する値でもある。またパターンDも、成形型の温度は直接的な加熱冷却を行わなくても、成形サイクルを繰り返す中で定常化し、その値は成形表面からの距離により温度傾斜をもつ場合が一般的である。
なお、賦形材料の熱処理温度あるいは離型可能温度を厳密に考えるとき、これらの温度はここで示される表面温度とはかなり乖離があることは留意する必要がある。秒単位あるいはそれ以下単位で成形サイクルの短縮をはかるときは、接触気体の流速を大きくして熱伝達率をできうる限り大きくする必要があり、賦形体の厚み方向で大きな温度傾斜が発生するからである。また、赤外線等で賦形体裏面から温度測定を行い上記のプロセスを制御することは可能であるが、材料の絶対的に温度ではなない。また本発明では表面温度(界面温度)で表現しているがこの温度とも乖離があり、相対的な値として考慮する必要がある。
<Supplementary information on temperature measurement>
In the patterns A to C, the temperature of the S-line is positively controlled for controlling the temperature of the mold itself. However, depending on the distance from the molding surface or the distance from the heat source, the molding cycle is repeated with a temperature gradient. It is also a value that stabilizes at. In the pattern D as well, the temperature of the mold becomes steady during repeated molding cycles without direct heating and cooling, and the value generally has a temperature gradient depending on the distance from the molding surface.
When strictly considering the heat treatment temperature or mold release temperature of the shaping material, it should be noted that these temperatures are considerably different from the surface temperature shown here. When shortening the molding cycle in units of seconds or less, it is necessary to increase the flow rate of the contact gas to increase the heat transfer coefficient as much as possible, and a large temperature gradient occurs in the thickness direction of the shaped body. It is. In addition, it is possible to control the above process by measuring the temperature from the back of the shaped body with infrared rays or the like, but it is not absolutely the temperature of the material. In the present invention, it is expressed by the surface temperature (interface temperature), but there is a difference from this temperature and it is necessary to consider it as a relative value.
<実施例1>
<本発明成形装置部分>
図7に示すように装備した圧空ボックス(加熱部は分散送出部を密接させて圧空ボックスに一体に装着)したもの使用し、図1に示すような成形型収納ボックスと組み合わせ、それぞれプレス機の上下板に装着した。
1)気体加熱装置
SUS製ボックス(有効投影寸法 330×550mm)を製作し、底部にアルミニウム多孔板を貼って分散送出部とし、ボックス内部にはアルミニウム粒子を充填させた。なおアルミニウム多孔板は厚み8mmで、直径1.0mmの貫通孔を均等配列で約1100個穿ったものにした。なお、下面には赤外線放射塗料(株式会社オキツモ製)を塗布した。
アルミニウム粒子は、略円筒形で、長さ3mm、径3mmのものを充満した。ボックス内部での圧空気体との接触の総面積は58800cm2 で圧空ボックス投影面積の30倍となっている。
2)圧空ボックス
上記の気体加熱装置と同内寸の圧空ボックスを炭素鋼で製作し、図のように断熱材を介して高温気体発生装置と固定一体化した。
内部には、配置した成形型の中心真上になるように12個の冷却気体 噴射ノズルを配置して外部から気体を導入できるようにした。また、排気スリット管を成形型に近づいた位置で、成形型配列の境界列に沿って配置し、制御により外部へ気体を排出できるようにした。又、幾つかの空間位置に温度センサーを置き、空気温度の測定ができるようにした。
3)成形型収納ボックス及び成形型
成型型収納ボックスは炭素鋼製で、有効収納寸法330×550mm(面積1815cm2)の内部に、固定板を設け成形型を固定し、固定板の下部には電熱ヒーターを付帯させた。成形型はアルミニウムベースに0.3mmエポキシ樹脂コーティング(b値は0.7)により表面層を形成したもので、成形物は深さ直径90mm、深さ30mmの丸皿形状物とし、成形型外寸を110mm角としたものを12個収納した。成形型の成形面には細線の熱電対を露出させて這わせ、成形型表面温度(賦形体の成形表面温度でもある)を測定するようにした。
<成形装置全体構成>
シート予熱オーブンを有する枚葉の真空圧空成形機(圧空能力10トン)の
プレス機の天板、底板間に上記装置を配置固定し、外部から加熱気体用と冷却
ブロウ用圧縮空気を制御して導入するようにした。
<成形テスト及びその結果>
成形材料 ホモポリエチレンテレフタレート IV値の押出一軸
延伸シート(延伸倍率2.3倍、非熱固定品、厚み2.3mm)
成形方法及び成形条件
気体送出多孔板425℃
高温気体生成装置内部温度 390℃
成形型ベース温度 170℃
成形型表面温度 155℃
材料シート予熱温度 85℃
2秒圧空賦形、2秒昇温熱処理(到達表面温度は183℃)
4秒冷却ブロウ(離型時の表面温度145℃)
圧空ボックス内の到達空気温度280℃
圧空賦形圧力(静圧)0.35MPa(ゲージ圧)
昇温時圧力(動圧)0.15MPa (ゲージ圧)
成形品性能 少なくとも150℃の耐熱を有し、剛性の高い、透明度
の高い成形品を得た。なお、耐熱性試験は、成形品を
150℃の菜種油に2分間浸漬して行い、目立った変形
はなかった。
連続成形模擬テスト
連続成形を想定し、耐熱化された成形品を成形型に固定したまま、2秒間加熱圧空、2秒間昇温ブロウ、4秒間冷却ブロウ、2秒間休止を1サイクルとする繰り返しを約1時間継続させたが、安定した一定のT値(到達表面最高温度)、B値(到達表面最低温度)が得られた。なお、T値、B値は成形型ベース温度、及び高温気体生成装置の各温度を変えることにより任意に設定できることを確認した。また、サイクル内の各工程時間や各ブロウ強度を変更することによっても任意に設定できる事を確認した。
<Example 1>
<Molding device part of the present invention>
Use a pneumatic box equipped as shown in FIG. 7 (the heating part is attached to the pneumatic box with the dispersion delivery unit in close contact), combined with a mold storage box as shown in FIG. Mounted on top and bottom plates.
1) Gas heating device
A SUS box (effective projection size: 330 × 550 mm) was manufactured, and an aluminum perforated plate was pasted on the bottom to form a dispersion delivery unit, and the inside of the box was filled with aluminum particles. The aluminum porous plate had a thickness of 8 mm and had about 1100 through-holes with a diameter of 1.0 mm arranged in a uniform arrangement. In addition, the infrared radiation coating material (made by Okitsumo Co., Ltd.) was apply | coated to the lower surface.
The aluminum particles were substantially cylindrical and filled with a length of 3 mm and a diameter of 3 mm. The total area of contact with the compressed air body inside the box is 58800 cm 2 , which is 30 times the projected area of the compressed air box.
2) Pressure Air Box A pressure air box having the same internal dimensions as the above gas heating device was made of carbon steel, and fixed and integrated with a high temperature gas generator via a heat insulating material as shown in the figure.
Inside, 12 cooling gas injection nozzles were arranged so as to be directly above the center of the arranged mold so that gas could be introduced from the outside. In addition, the exhaust slit pipe is arranged along the boundary line of the mold arrangement at a position close to the mold, and gas can be discharged to the outside by control. In addition, temperature sensors were placed in several spatial positions so that the air temperature could be measured.
3) Mold storage box and mold The mold storage box is made of carbon steel, and a fixed plate is provided inside the effective storage size 330 × 550 mm (area 1815 cm 2 ) to fix the mold. An electric heater was attached. The mold is an aluminum base with a 0.3 mm epoxy resin coating (b value is 0.7) and a surface layer is formed. The molded product is a round dish with a diameter of 90 mm and a depth of 30 mm. Twelve sized 110 mm squares were stored. A thin wire thermocouple was exposed on the molding surface of the molding die, and the molding surface temperature (also the molding surface temperature of the shaped body) was measured.
<Overall configuration of molding apparatus>
The above apparatus is arranged and fixed between the top plate and the bottom plate of a press machine of a single wafer vacuum / pressure forming machine (pressure capacity 10 tons) having a sheet preheating oven, and compressed air for heating gas and cooling blow is controlled from the outside. I introduced it.
<Molding test and results>
Molding material Homopolyethylene terephthalate IV extrusion uniaxial
Stretched sheet (stretching ratio 2.3 times, non-heat-fixed product, thickness 2.3 mm)
Molding method and molding conditions
Gas delivery perforated plate 425 ° C
High temperature gas generator internal temperature 390 ℃
Mold base temperature 170 ° C
Mold surface temperature 155 ° C
Material
2 seconds pressure forming, 2 seconds heat treatment (attainable surface temperature is 183 ° C)
4-second cooling blow (surface temperature at mold release 145 ° C)
Air temperature reached 280 ℃ in the compressed air box
Pneumatic forming pressure (static pressure) 0.35 MPa (gauge pressure)
Temperature rise (dynamic pressure) 0.15 MPa (gauge pressure)
Molded product performance Heat resistance of at least 150 ° C, high rigidity, transparency
A molded product with a high height was obtained. The heat resistance test was performed by immersing the molded product in rapeseed oil at 150 ° C. for 2 minutes, and there was no noticeable deformation.
Continuous molding simulation test
Assuming continuous molding, the heat-resistant molded product is fixed to the mold, and repeated for 2 hours by heating and air pressure, 2 seconds of heating blow, 4 seconds of cooling blow, and 2 seconds of rest for 1 cycle. However, stable and constant T values (maximum surface temperature reached) and B values (minimum surface temperature reached) were obtained. In addition, it confirmed that T value and B value could be arbitrarily set by changing each temperature of a shaping | molding die base temperature and a high temperature gas production | generation apparatus. Moreover, it was confirmed that it can be arbitrarily set by changing each process time and each blow strength in the cycle.
<実施例2>
<本発明成形装置部分>
図6に示す構造の気体加熱部を製作し、ここで生成した高温圧縮気体を図4示す構造の反射方式の分散送出部を収納した圧空ボックスに送るようにした。圧空ボックス、成形型収納ボックス及び加熱部等は図1と同様に配置した。
1)気体加熱装置
内径300mm、長さ500mmの炭素鋼製円筒型容器内にステンレス被覆の電熱ヒーターを収納し、外部にもステンレスでカバーしたバンドヒータを被せ、内部空間には実施例と同じアルミニウム粒を充満したもの製作し、外部から圧縮空気を成形サイクルに合わせ間欠的に導入し排出するようにした。
装置内部での空気との総接触面積は203000cm2でなり、圧空ボックス投影面積の110倍となっている。
2)反射板方式の気体分散送出部
反射板は、SUS製で、内部にカートリッジヒーターを配して255℃以上の任意の高温に制御できるようにした。また下面には実施例1と同様に赤外線放射効率の良い耐熱黒体塗料を塗布した。
外部から圧空ボックス内部に高温高圧気体を導入し、300mm長さ、幅1mmの4本の開口(スリット)から天井反射板に向けて噴射するようにした。なお、反射板の寸法は、圧空ボックス内寸と同じ330×550mmとした。
3)圧空ボックス
外部側面に高温気体導入路を設けた他は、前実施例と同じ構造で同じ内寸法のものとし、上記反射板と連結固定した。
4)成形型収納ボックスと成形型
前実施例と同じもので構成した。
<成形装置全体構成>
前実施例と同じ成形機を使用し、気体加熱装置をプレス機外に置いた他は、各装置を前実施例に準じて配置した。
<成形テスト及びその結果>
気体加熱装置の温度設定 440℃
反射板温度設定 440℃
その他の設定は前実施例と同じとし、ほぼ同じ結果が得られた。
連続模擬テストも同様の結果が得られた。
<Example 2>
<Molding device part of the present invention>
A gas heating section having the structure shown in FIG. 6 was manufactured, and the high-temperature compressed gas generated here was sent to a compressed air box containing a reflection-type dispersion delivery section having the structure shown in FIG. The compressed air box, the mold storage box, the heating unit, and the like were arranged in the same manner as in FIG.
1) Gas heating device A stainless steel-covered electric heater is housed in a carbon steel cylindrical container having an inner diameter of 300 mm and a length of 500 mm, and a band heater covered with stainless steel is also placed on the outside. A product filled with grains was produced, and compressed air was intermittently introduced and discharged from the outside in accordance with the molding cycle.
The total contact area with the air inside the apparatus is 203000 cm 2 , which is 110 times the compressed air box projection area.
2) Reflector-type gas dispersion delivery unit The reflector is made of SUS, and a cartridge heater is provided inside so that it can be controlled to an arbitrary high temperature of 255 ° C. or higher. Further, as in Example 1, a heat-resistant black body paint having good infrared radiation efficiency was applied to the lower surface.
A high-temperature and high-pressure gas was introduced from the outside into the inside of the compressed air box, and jetted from four openings (slits) 300 mm long and 1 mm wide toward the ceiling reflector. In addition, the dimension of the reflecting plate was 330 * 550 mm which is the same as the inner dimension of the compressed air box.
3) The same structure as that of the previous example was used except that a high temperature gas introduction path was provided on the outer side of the compressed air box, and it was connected and fixed to the reflector.
4) It was comprised with the same thing as a shaping | molding die storage box and a shaping | molding die previous Example.
<Overall configuration of molding apparatus>
Each apparatus was arranged according to the previous example except that the same molding machine as in the previous example was used and the gas heating apparatus was placed outside the press machine.
<Molding test and results>
Temperature setting of gas heating device 440 ° C
Reflector temperature setting 440 ° C
The other settings were the same as in the previous example, and almost the same results were obtained.
Similar results were obtained in the continuous simulation test.
(本成形装置を用いる効用)
本発明の機構の成形型を用いる熱成形には下記のような効用がある。
(1)賦形のための予熱温度以上に賦形体の加熱する熱処理と冷却離型を伴う成形プロセスを、非常な高速で、連続的に、効率的にそして安定に実行することができる。
(2)結晶性樹脂の延伸シート、例えば延伸PETシート材を上記のような熱処理を行う熱成形を行うことにより、耐熱性、透明性、剛性等の機械強度の優れた熱成形品を能率よく生産することができる。又、剛性を利用し省材料の成形品を得ることができる。
(3)変動温度の測定結果を反映させ、加熱条件及び冷却条件を調整または制御することによに、最適製品、最短サイクルを容易に実現でき、安定な制御を行うことができる。また、短時間に安定生産条件に移行することができる。
(4)均一な成形品、多数個成形ではバラツキの少ない成形品を効率良く生産することができる。
(5)広範囲種類の成形型あるいは成形材料を選んで成形に利用することができる。
(6)エネルギー消費を節約した生産を行うことができる。
(7)なお、本発明の装置は結晶性樹脂の延伸シート以外の材料、例えば延伸されていない材料、例えばCPET材料など広範囲に応用することができる。
(Utility using this molding equipment)
Thermoforming using the mold of the mechanism of the present invention has the following effects.
(1) A molding process involving heat treatment and cooling mold release for heating the shaped body above the preheating temperature for shaping can be carried out at a very high speed, continuously, efficiently and stably.
(2) A thermoformed product having excellent mechanical strength such as heat resistance, transparency, and rigidity can be efficiently obtained by thermoforming a crystalline resin stretched sheet, for example, a stretched PET sheet material as described above. Can be produced. Further, a material-saving molded product can be obtained by utilizing rigidity.
(3) By reflecting the measurement result of the fluctuating temperature and adjusting or controlling the heating condition and the cooling condition, the optimum product and the shortest cycle can be easily realized and stable control can be performed. Moreover, it can shift to stable production conditions in a short time.
(4) Uniform molded products and molded products with few variations can be efficiently produced by molding many pieces.
(5) A wide variety of molds or molding materials can be selected and used for molding.
(6) Production can be performed while saving energy consumption.
(7) The apparatus of the present invention can be applied to a wide range of materials other than a stretched sheet of crystalline resin, such as an unstretched material, such as a CPET material.
1 プレス機天板 2 プレス機底板
3 成形型収納ボックス 4 圧空ボックス
A 低温圧縮気体 A’ 高温圧縮気体
B 排気 C 冷却用気体
11 断熱材 12 断熱材
13 揮発性液体噴射ノズル 14 赤外線温度測定プロープ
31 真空吸引排気口
32 空洞
33 成形型固定温調板
34 ヒーター
35 真空排気通路
40 気体の分散送出部
41 冷却用気体の噴射ノズル
42 冷却用気体の導入管
43 制御バルブ
44 排気用スリット管
45 排気導管
46 制御バルブ
50 気体の加熱部
51 圧縮気体導入口
52 マニホールド
53 ヒーター
54 金属粒又は金属多孔材料
56 円筒外殻体
57 排出口
58 開閉バルブ
59 断熱材
60 成形型
61 成形用表面層
62 背後層
63 真空排気孔
64 真空排気通路
65 熱媒通路
71 反射体
72 ヒーター
73 反射体の反射面
74 圧縮気体の導入管
75 噴射スリット管
76 導入圧縮気体選択バルブ
77 導入圧縮気体選択バルブ
81 高温圧縮気体分配盤
82 高温気体導入管
83 マニホールド
84 ヒーター
85 分散ノズル
91 噴射反射板
92 ターゲット反射体
95 高温気体導入管
96 スリット管
100 熱可塑性樹脂シート(樹脂シート)
1 Press machine
3
A cold compressed gas A 'hot compressed gas
B Exhaust C Cooling gas
DESCRIPTION OF
35
42 Cooling gas inlet tube
43 Control valve
44
50 Gas heating section
51 Compressed gas inlet
52
54 Metal Grain or Metal
72
Claims (9)
前記圧空ボックスは、高温の圧縮気体を分散送出する分散送出部と、前記成形型収納ボックスに向けて冷却用気体を噴射する噴射ノズルを有する冷却部とを備えており、
前記分散送出部は、前記圧空ボックスの外殻と前記噴射ノズルとの間に形成する隙間を介して熱可塑性樹脂シートに圧縮気体を送出し、
更に、前記分散送出部に供給される圧縮気体を加熱する加熱部を備える樹脂シートの成形装置。 Molding of a resin sheet configured to sandwich a thermoplastic resin sheet between a compressed air box and a mold storage box having a mold, and molding a thermoplastic resin sheet by introducing compressed gas into the compressed air box A device,
The compressed air box is provided with a dispersion delivery unit that distributes and delivers high-temperature compressed gas, and a cooling unit that has an injection nozzle that injects a cooling gas toward the mold storage box.
The dispersion delivery unit sends compressed gas to the thermoplastic resin sheet through a gap formed between the outer shell of the compressed air box and the injection nozzle,
Furthermore, the resin sheet shaping | molding apparatus provided with the heating part which heats the compressed gas supplied to the said dispersion | distribution delivery part.
A resin sheet molding method using the resin sheet molding apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a shaping step for shaping a thermoplastic resin sheet, and a heat treatment at a temperature higher than the shaping step. And a heat treatment step for forming a resin sheet.
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