JP6239988B2 - 金型セット、熱成形装置、及び熱成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定形状を有する基材に対してシート材を熱成形して被覆させるために用いられる金型セットに関する。また、本発明は、そのような金型セットを用いた熱成形装置及び熱成形方法に関する。

上記のような金型セットを含む熱成形装置として、特開２０１１−１３６４７１号公報（特許文献１）に記載された装置が知られている。この装置は、底板部〔底部２２〕とこの底板部から立設された周壁部〔周壁部２１〕とを含む第一型部材〔下枠２〕と、第一型部材に対して相対移動して周壁部の上端部に密接可能な平板状の本体部と加熱手段〔ヒーター３１〕とを含む第二型部材〔熱板３〕とを備えている。第一型部材の底板部には第一通気路〔通気孔２ｂ〕が開口しており、第二型部材における第一型部材と対向する側の面には第二通気路〔通気孔３ｂ〕が開口している。そして、これらの両通気路を介して、調圧機構〔真空ポンプ５１，コンプレッサ７１〕により、第一型部材と第二型部材との内部に形成される空間〔収容空間Ｒ〕の圧力が調整可能に構成されている。このような装置を用いて、第一型部材と第二型部材とからなる金型セットの内部で、基材に対してシート材が被覆される。

特許文献１の装置では、具体的には以下のようにして、基材にシート材を被覆している。まず、第一型部材の周壁部の上端部にシート材を設けた状態で、第二型部材を第一型部材に密接させる（第１工程）。次に、調圧機構により、シート材と第二型部材との間を減圧し、加熱状態にある第二型部材にシート材を吸着させてシート材を加熱する（第２工程）。これと並行して、調圧機構により、シート材と第一型部材との間を減圧する（第３工程）。そして、第３工程の減圧動作を維持した状態でシート材の吸着動作を停止し、シート材と第二型部材との間を加圧して、シート材を基材に被覆させる（第４工程）。これにより、シート材の基材への押付け力を増大させることができ、基材形状によらずに高品質な成形が可能となっている。また、加熱されたシート材の水平姿勢の維持を図るために上下チャンバー内の真空圧調整を行う場合（特許文献１の段落０００５及び図４を参照）と比較して、基材形状に対するシート材の位置合わせを好適に行うことが可能であると謳われている。

しかし、特許文献１の装置では、加熱されたシート材は、第４工程において、平面状の姿勢を初期状態として基材に被覆される。このため、基材の外形が所定形状（例えば単なる薄板以外の形状）を有する場合には、部位に応じたシート材の伸び量のばらつきが大きくなってしまう。例えば基材が、底板部に平行な平板部と、その平板部の周囲に形成される側壁部とを有するトレイ状である場合には、シート材における平板部を被覆する部分の伸び量に比べて、側壁部を被覆する部分の伸び量が大きくなる。その結果、基材とシート材の位置合わせが困難になったり、成形品の外周側部分において、シート材にクラックが生じたりすることがあった。

特開２０１１−１３６４７１号公報

そこで、所定形状を有する基材にシート材を熱成形して被覆させるに際して、シート材における位置ずれやクラックの発生を抑制することが望まれる。

本発明に係る、型締めされたときに内部に形成される収容空間内で、所定形状を有する基材に対してシート材を熱成形して被覆させるために用いられる金型セットの特徴構成は、
第一本体部と前記基材を載置するための載置部とを含む第一型部材と、
前記第一本体部に対して相対移動して前記第一本体部に密接可能な第二本体部と前記第二本体部に対して熱伝達可能に設けられた加熱手段と前記第二本体部における前記第一本体部と対向する側の面に形成され前記基材と対向する位置に凸部を有する第二型部材と、
を備える点にある。

この特徴構成によれば、基材への被覆前に、当該シート材を第二本体部の凸部の表面に吸着させて、シート材を第二本体部の形状に賦形させることで、シート材を均一の伸ばすとともに、基材の形状に見合った伸び量を確保できる。その結果、シート材において局所的に伸ばされる箇所はなくなるので、シート材にクラックが生じるのを抑制できる。また、当該凸部は、基材に対して凸形状を有し、基材と対向する位置に配置されているので、当該凸部と基材とは非常に近接した位置関係にある。そのため、シート材の中で基材に転写する部分（転写層）を当該凸部に配置すれば、シート材の転写層と基材との間の距離が非常に短くなる。シート材の転写層と基材との間の距離が非常に短いと、基材に被覆するようにシート材を当該凸部から基材に移動させるときに、転写層と基材との位置関係を正確に保ったまま転写層を基材に被覆できるようになる。すなわち、シート材と基材との位置合わせを正確に行うことができるようになる。よって、基材に対するシート材の位置ずれが発生するのを、有効に抑制することができる。

さらに、第二型部材の第二本体部は、凸部を有するので、賦形工程において（シート材が第二本体部に吸着される工程において）、シート材は、必ず第二本体部の凸部に吸着されてから、第二本体部の他の部分に吸着される。そのため、賦形工程において、凸部付近に転写層を配置すれば、シート材に複雑なテンションがかかっていても、転写層は必ず最初に第二本体部の凸部に吸着されることになる。よって、転写層が形成された部分にはシワなどが発生しにくくなる。従って、上記のように構成することで、基材にはシワのない転写層が転写されるので、意匠性の高い成形品を製造できる。

さらに、第二型部材の第二本体部が凸部を有することで、賦形工程において、シート材は、第二本体部の凸部に吸着されてから、第二本体部の凸部以外の部分に吸着される。そうすると、シート材は、凸部で温められたのちに、凸部以外の部分で温められることになる。そのため、基材がシート材によって被覆されるとき、凸部以外の箇所で賦形されたシート材が十分に温まっていない場合であっても、凸部で賦形されたシート材は変形可能な程度に温められている。よって、シート材の転写層を凸部に配置することで、シート材全体の加熱が不十分な場合であっても、転写層は十分に温められ、基材に沿うようにして被覆される。その結果、シート材の転写層を凸部に配置することで、シート材全体の加熱が不十分な場合であっても、基材を被覆する転写層にクラックなどが発生するのをさらに抑制できる。よって、クラックなどが無い、意匠性の高い成形品を製造できる。

以下、本発明に係る金型セットの好適な態様について説明する。

１つの態様として、前記第一型部材は、前記第一本体部における前記第二本体部と対向する側の面に形成された凸部をさらに含み、型締め方向に見て、前記第一型部材の凹部の外縁が前記第二型部材の凸部の外縁を包含するように、前記第一型部材の凹部と前記第二型部材の凸部との位置関係が設定されていると好適である。

この構成によれば、基材の外面形状に類似する形状に予め賦形された状態のシート材は、賦形部分の周囲に、型締め方向に見て第一型部材の凹部と重なる位置に、未だなお平面状を維持している平面状包囲部分を有する。この平面状包囲部分は、金型セット内でシート材（ここでは特に賦形部分）を移動させて基材に被覆させる際に、第一型部材の凹部の外縁を起点として当該凹部の底部側に向かって変位しながら伸びる。つまり、平面状包囲部分は、シート材における屈曲しながら伸延する屈伸部として機能する。これにより、予め賦形された状態のシート材の賦形部分を、その形状を保持したまま基材に被覆させやすい。結果的に、成形品の外周側部分におけるクラックの発生や基材に対するシート材の位置ずれ等の発生を、より有効に抑制することができる。

本発明に係る熱成形装置の特徴構成は、
上述した金型セットと、
前記シート材をロール巻きされた状態で保持するシート保持部と、
前記シート材の端部を把持して当該シート材を引き出すシート引出部と、
前記第一型部材を、型締め方向に見て前記第二型部材と重なる重複位置と前記第二型部材とは重ならない非重複位置との間でスライド移動させるスライド機構と、
前記第一型部材及び前記第二型部材よりもシート送り方向の上流側で前記シート材を切断するシート切断部と、
を備える点にある。

この特徴構成によれば、所定形状を有する基材にシート材を熱成形して被覆させる場合において、クラックの発生や基材に対するシート材の位置ずれを抑制しつつ、ロールｔｏシートの連続処理により効率的に成形品を得ることができる。

本発明に係る、型締めされたときに内部に収容空間を形成する一対の第一型部材及び第二型部材を備える金型セットを用いて、前記収容空間内で所定形状を有する基材に対してシート材を熱成形して被覆させる熱成形方法の特徴構成は、
前記第一型部材は、前記基材を載置するための載置部を含み、
前記第二型部材は、加熱可能に構成されているとともに前記基材の外面形状を模した形状の凸部を含み、
前記第二型部材の前記凸部に接したのちに前記第二型部材の前記凸部以外の箇所と接するように配置された前記シート材を加熱する加熱工程と、
前記シート材と前記第二型部材との間を減圧し、加熱状態の前記シート材を前記凸部に吸着させて当該凸部に沿うように賦形する賦形工程と、
前記シート材と前記第一型部材との間を減圧し、前記シート材と前記第二型部材との間を加圧して、前記基材に前記シート材を被覆させる被覆工程と、
を備える点にある。

この特徴構成によれば、基材への被覆前に、当該シート材を第二本体部の凸部の表面に吸着させて、シート材を第二本体部の形状に賦形させることで、シート材を均一の伸ばすとともに、基材の形状に見合った伸び量を確保できる。その結果、シート材において局所的に伸ばされる箇所はなくなるので、シート材にクラックが生じるのを抑制できる。また、当該凸部は、基材に対して凸形状を有し、基材と対向する位置に配置されているので、当該凸部と基材とは非常に近接した位置関係となっている。そのため、シート材の中で基材に転写する部分（転写部分）を当該凸部に配置すれば、シート材の転写部分について基材までの移動距離は非常に短くなるので、シート材を基材に被覆するときに、上記転写部分と基材との位置合わせを正確に行うことができる。よって、基材に対するシート材の位置ずれが発生するのを、有効に抑制することができる。

さらに、第二型部材の第二本体部は凸部を有するので、シート材が第二本体部に吸着される工程において、シート材は必ず第二本体部の凸部に吸着されてから、第二本体部の他の部分に吸着される。そのため、当該凸部にシート材の転写部分を当該凸部に配置すれば、シート材を第二本体部に吸着させる工程において、シート材に複雑なテンションがかかっていても、転写部分は必ず最初に第二本体部の凸部に吸着されることになるので、転写部分にはシワなどが発生しにくくなる。従って、かかる場合に基材にはシワのない転写部分が被覆されるので、意匠性の高い成形品を製造できる。

また、上述のように、第二型部材の第二本体部が凸部を有することで、シート材が第二本体部の凸部に吸着されてから、第二本体部の他の部分に吸着される。そうすると、シート材の凸部に対応する部分に基材に転写する部分（転写層）を配置した場合、シート材の基材に転写される部分が先に加熱されるため、加熱時間の短縮が可能になる。

金型セットを含む転写加飾装置の側面図 転写加飾装置の平面図 第一型部材及び第二型部材をパーティング面側から見た図 シート引出工程を示す模式図 型締工程及び加熱工程を示す模式図 賦形工程を示す模式図 被覆工程の一曲面を示す模式図 被覆工程の一曲面を示す模式図 被覆工程の一曲面を示す模式図 シート切断工程を示す模式図

本発明に係る金型セット並びにこれを用いた熱成形装置及び熱成形方法の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、金型セット５を用いて、収容空間Ｒ（図６を参照）内で所定形状を有する基材３に対してシート材２を熱転写して被覆させる熱転写装置１（熱転写方法）を例として説明する。図１に示すように、この熱転写装置１は、ロール状に保持されたシート材２の端部を引き出し、金型セット５に配置された基材３に対してシート材２を供給して、金型セット５内に形成される収容空間で基材３への模様の転写を連続的に行う装置である。熱転写装置１は、ロールｔｏシートの連続処理を行う装置として構成されている。金型セット５は、第一型部材５０と第二型部材６０とを備え、型締めされたときに内部に形成される収容空間内で、所定形状を有する基材３に対してシート材２を熱転写して被覆させるために用いられる。

なお、本実施形態では、引き出されるシート材２が順次送られる方向を「シート送り方向Ｆ」と定義する。このシート送り方向Ｆは、シート材２の長手方向に平行である。また、本実施形態では、「上流」及び「下流」の用語は、シート送り方向Ｆを基準として定義する。すなわち、シート送り方向Ｆに沿って、相対的にシート保持部１０側（図１における左上側）を「上流側」と表し、その反対側（図１における右側）を「下流側」と表す。

図１に示すように、熱転写装置１は、金型セット５と、シート保持部１０と、シート引出部２０と、スライド機構３０と、シート切断部４０とを備えている。また、熱転写装置１は、金型セット５に接続された調圧機構７０を備えている。

シート保持部１０は、シート材２をロール巻きした状態で保持している。シート保持部１０は、基台上に固定された保持台１１と、シート材２の幅方向（シート送り方向Ｆに直交する方向）の両側で対向するように保持台１１に立設された一対の保持板１２と、一対の保持板１２の間に架け渡された支軸１３とを有する。シート材２は、支軸１３にロール巻きされた状態で保持されている。シート材２は、シート送り方向Ｆの下流側の端部が、シート引出部２０を構成する可動狭持部２２によって挟持されて引き出される。シート材２は、ガイドローラ１４によって案内されて金型セット５（第一型部材５０と第二型部材６０との間）に供給される。

シート材２は、基体シート２Ａと、この基体シート２Ａに形成された転写層２Ｂとを有する。基体シート２Ａは、長尺状のシート体であり、このシート体上に断続的に形成される複数の転写層２Ｂを支持している。基体シート２Ａは、ポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、オレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、及びアクリロニトリルブタジエンスチレン系樹脂等の合成樹脂を用いて構成することができる。これらの樹脂の共重合体や混合物を用いて構成しても良い。また、基体シート２Ａは、単層シートとして構成しても良いし、複数の単層シートを積層してなる積層シートとして構成しても良い。

本実施形態では、シート材２として、図柄層を有する加飾シートを用いる。つまり、転写層２Ｂは図柄層を含んでいる。この図柄層は、例えば着色インキや金属薄膜等を含み、文字や絵柄、金属光沢等を表現する。また、転写層２Ｂは、基材３と図柄層との接着性を向上させるための接着層や、表面強度を向上させて耐擦傷性を付与するためのハードコート層、層間密着性を向上させるためのアンカー層等をさらに有しても良い。さらに、基体シート２Ａと転写層２Ｂとの間に、基体シート２Ａからの転写層２Ｂの剥離性を向上させるための離型層が備えられても良い。これらの各層は、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、及びオフセット印刷法等の印刷法や、グラビアコート法、ロールコート法、及びコンマコート法等のコート法等により形成することができる。

シート引出部２０は、ロール巻きされた状態のシート材２の端部を把持して、当該シート材２を引き出す。シート引出部２０は、シート送り方向Ｆの所定位置に固定された固定挟持部２１と、シート送り方向Ｆに沿って移動可能に構成された可動狭持部２２とを有する。固定挟持部２１は、金型セット５よりもシート送り方向Ｆの上流側に配置されている。可動狭持部２２は、固定挟持部２１よりもシート送り方向Ｆの下流側を、金型セット５の全長以上に亘ってシート送り方向Ｆにスライド移動するように構成されている。固定挟持部２１及び可動狭持部２２は、それぞれ上側挟持部と下側挟持部とを有するクランプとして構成されている。シート引出部２０は、可動狭持部２２がシート材２の端部を挟持し、かつ、固定挟持部２１が開放された状態で、可動狭持部２２が下流側に向かってスライドすることで、ロール状に保持されたシート材２を引き出す。

金型セット５は、型締めされたときに内部に基材３を収容するための収容空間Ｒ（図６を参照）を形成する第一型部材５０と第二型部材６０とを備えている。なお、収容空間Ｒは、例えば射出成型に用いられる金型セットが型締めされたときに内部に形成されるキャビティ等とは異なり、基材３の周囲に広い余裕スペースを有する大収容空間である。金型セット５は、固定挟持部２１よりもシート送り方向Ｆの下流側に配置されている。第一型部材５０と第二型部材６０とは、互いに近接して型締めされ、また、互いに離間して型開きされるように、型締め方向Ｃ（本例では上下方向）に相対動可能に構成されている。第二型部材６０は、型締め方向Ｃに見てシート材２と重なる位置に設けられている。

スライド機構３０は、第一型部材５０をシート材２の幅方向に沿ってスライド移動させる。本実施形態では、スライド機構３０は、幅方向に沿って互いに平行となるように基台上に配置された複数のガイドレール３１と、このガイドレール３１上をスライド可能な架台３２とを有する。架台３２に、第一型部材５０が固定されている。これにより、第一型部材５０は、ガイドレール３１に沿って、型締め方向Ｃに見て第二型部材６０と重なる重複位置と、型締め方向Ｃに見て第二型部材６０とは重ならない非重複位置との間でスライド可能となっている。第一型部材５０の非重複位置で、当該第一型部材５０に基材３を新たに載置したり、転写後の基材を取り出したりすることができる。また、その後、重複位置に第一型部材５０をスライド移動させることで、第一型部材５０と第二型部材６０とを上下に対向させることができる。なお、図２は、第二型部材６０を取り除いた状態での熱転写装置１の平面図を示している。

シート切断部４０は、金型セット５よりもシート送り方向Ｆの上流側でシート材２を切断する。シート切断部４０は、シート送り方向Ｆにおける固定挟持部２１と金型セット５との間に設けられている。シート切断部４０は、固定挟持部２１と金型セット５との間に保持されたシート材２をシート材２の幅方向に切断する。シート切断部４０は、シート材２の幅方向の全域に亘ってスライド可能なカッター４１（例えば、ロータリーカッターやヒートカッター等）により構成されている。

図１に示すように、第一型部材５０は、第一本体部５１と、基材３を載置するための載置部５６とを含む。第一本体部５１は、金属材料を用いて構成されている。図３に示すように、第一本体部５１は、型締め方向Ｃに見て略矩形状に形成されている。なお、図３は、第一型部材５０及び第二型部材６０のそれぞれを、パーティング面側から見た図である。図３では、本来は互いに対向する２つの面（第一型部材５０の上面及び第二型部材６０の下面）を、上下に並べて同一平面状に表示している。第一本体部５１は、第二本体部６１に対して型締め方向Ｃ（上下方向）に相対移動して外縁部が第二本体部６１に密接可能に構成されている。

第一本体部５１の中央部には、載置部５６が固定されている。載置部５６は、基材３の形状に対応する外面形状を有している。本実施形態では、一例として、例えば多機能携帯電話（スマートフォン）の筐体として用いられる合成樹脂製の半ケースを基材３としている。本実施形態では、図８に示すように、基材３は、平板状に形成された略矩形状の平板部３Ａと、この平板部３Ａの四方を取り囲むように一体的に形成された側壁部３Ｂとを有する。載置部５６は、基材３の平板部３Ａの下面及び各側壁部３Ｂの内面を支持するように構成されている。

本実施形態では、第一型部材５０は、第一本体部５１における第二型部材６０と対向する側の面（本例では上面）に形成された凹部５４をさらに含む。第一型部材５０は、載置部５６の周囲を取り囲むように形成された周壁部５２を有しており、この周壁部５２の内面（本例では傾斜面として形成されている）と、底部の表面とにより、凹部５４が画定されている。図３に示すように、凹部５４は、型締め方向Ｃに見て略矩形状（丸みを帯びた角を有する矩形状）に形成されている。凹部５４は、型締め方向Ｃに見て、載置部５６と同心状に（中心部が揃った状態で）配置されている。凹部５４の大きさは、載置部５６の大きさに比べて１．５倍〜３倍程度に設定されている。また、凹部５４の深さは、載置部５６及び基材３を合わせた全体の高さよりも大きく設定されている。

図３に示すように、第一型部材５０は、第一本体部５１の表面に開口する少なくとも１つの第一通気路５８をさらに含む。本実施形態では、複数の第一通気路５８が、第一本体部５１における凹部５４の表面にそれぞれ開口するように形成されている。第一通気路５８は、載置部５６の外側であって載置部５６の近傍（基材３の端部付近）に開口するように形成されている。第一通気路５８は、配管等を介して調圧機構７０に接続されている。

図１に示すように、第二型部材６０は、第二本体部６１と、この第二本体部６１に対して熱伝達可能に設けられた加熱手段６６と、第二本体部６１における第一本体部５１と対向する側の面（本例では下面）に形成された凸部６４とを含む。第二本体部６１は、金属材料を用いて構成されている。図３に示すように、第二本体部６１は、型締め方向Ｃに見て略矩形状に形成されている。第二本体部６１は、第一本体部５１に対して型締め方向Ｃ（上下方向）に相対移動して外縁部が第一本体部５１（本例では周壁部５２の上端部）に密接可能に構成されている。

加熱手段６６は、第二本体部６１を加熱する。加熱手段６６は、例えば抵抗熱ヒータ、赤外線ヒータ、遠赤外線ヒータ、誘導加熱装置、及びマイクロ波加熱装置等により構成することができる。本実施形態では、加熱手段６６は第二本体部６１の上面に固定されることで、第二本体部６１に対して熱伝達可能となっている。ただし、このような構成に限定される訳ではなく、例えば加熱手段６６が第二本体部６１の内部に埋め込まれることで、第二本体部６１に対して熱伝達可能とされても良い。

図３に示すように、凸部６４は、型締め方向Ｃに見て略矩形状（丸みを帯びた角を有する矩形状）に形成されている。凸部６４は、型締め方向Ｃに見て、載置部５６及び凹部５４と同心状に配置されている。凸部６４の大きさは、載置部５６の大きさよりも大きく、かつ、凹部５４の大きさよりも小さく設定されている。つまり、型締め方向Ｃに見て、凹部５４の外縁５４Ｅが凸部６４の外縁６４Ｅを包含するように、凹部５４と凸部６４との位置関係が設定されている。さらに、型締め方向Ｃに見て、凸部６４の外縁６４Ｅが載置部５６の外縁を包含し、かつ、凹部５４の外縁５４Ｅが凸部６４の外縁６４Ｅを包含するように、載置部５６と凹部５４と凸部６４との位置関係が設定されている。

このような構成では、第二本体部６１は、当該第二本体部６１の下面における凸部６４の外縁６４Ｅと凹部５４の外縁５４Ｅに対応する位置との間に、凸部６４を包囲するように形成される枠状包囲面６１Ａを有する。なお、図３では、この枠状包囲面６１Ａに色を付して表示している。枠状包囲面６１Ａは、型締め方向Ｃに見て、所定幅を有する帯状に形成されている。図示の例では、長手方向に沿う辺と短手方向に沿う辺とで枠状包囲面６１Ａの幅が異なるように設定されているが、等しく設定されていても良い。枠状包囲面６１Ａの幅（凹部５４と凸部６４との大きさの差に応じた値となる）は、金型セット５の全体の大きさから見て有意に識別可能な値となるように設定されることが好ましい。枠状包囲面６１Ａの幅は、例えば、基材３の長手方向の長さに対して１０％〜３０％程度の大きさとなるように設定することができる。枠状包囲面６１Ａの幅は、基材３のサイズにもよるが、例えば１０ｍｍ〜３０ｍｍとなるように設定することができる。

第二型部材６０は、第二本体部６１の表面に開口する少なくとも１つの第二通気路６８をさらに含む。本実施形態では、複数の第二通気路６８が、少なくとも第二本体部６１における凸部６４の表面にそれぞれ開口するように形成されている。また、本実施形態では、複数の第二通気路６８のうちの一部は、第二本体部６１の下面における凸部６４の周囲の領域（上述した枠状包囲面６１Ａ）にそれぞれ開口するように形成されている。第二通気路６８は、配管等を介して調圧機構７０に接続されている。

図１に示すように、調圧機構７０は、第一通気路５８及び第二通気路６８にそれぞれ接続され、第一型部材５０と第二型部材６０との間に形成される収容空間Ｒ（図５を参照）の内部の圧力を調整する。調圧機構７０は、収容空間Ｒの内部を減圧することもできるし、加圧することもできるように構成されている。このため、調圧機構７０は、真空タンク７１に接続された真空ポンプ７２と、圧力タンク７３に接続されたコンプレッサ７４とを含む。調圧機構７０と第一通気路５８及び第二通気路６８との間の配管の所定位置には複数のバルブが設けられている。制御ユニット（図示せず）からの指令に応じて各バルブが開閉することで、所望のタイミングで収容空間Ｒの内部が減圧及び／又は加圧される。

次に、金型セット５を含む熱転写装置１を用いて行われる熱転写方法について説明する。本実施形態に係る熱転写方法は、載置工程、シート引出工程、賦形工程、加熱工程、型締工程、被覆工程、シート切断工程、及び取出工程を備えている。載置工程及びシート引出工程、賦形工程、加熱工程、型締工程、被覆工程、シート切断工程、取出工程は、記載の順に実行される。なお、載置工程とシート引出工程とは順不同で実行されて良い。賦形工程と加熱工程は同時に実行されて良い。以下、順を追って説明する。

載置工程は、第一型部材５０の載置部５６に基材３を載置する工程である。載置工程では、架台３２に固定された第一型部材５０がガイドレール３１に沿って側方に引き出され、非重複位置においてその載置部５６に基材３が載置される。その後、第一型部材５０はガイドレール３１に沿って第二型部材６０の下方に戻される。これにより、第二型部材６０と基材３が載置された状態の第一型部材５０とが、所定間隔を隔てて上下に対向した状態となる。

シート引出工程は、ロール巻きされた状態のシート材２を引き出す工程である。シート引出工程では、可動狭持部２２が第一型部材５０及び第二型部材６０よりも上流側までスライド移動して、固定挟持部２１によって挟持された状態でその下流側にはみ出たシート材２の端部を挟持する。その後、固定挟持部２１による挟持状態が解除され、図４に示すように可動狭持部２２が第一型部材５０及び第二型部材６０よりも下流側までスライド移動することで、シート材２が引き出される。これにより、所定間隔を隔てて上下に対向した第一型部材５０と第二型部材６０との間に、シート材２が配置される。

賦形工程は、シート材２と第二型部材６０（第二本体部６１）との間を減圧し、シート材２を、第二型部材６０の凸部６４に吸着させて当該凸部６４に沿うように賦形する工程である。賦形工程では、第二通気路６８と真空タンク７１（図１を参照）との間の配管に設けられたバルブが開状態とされ、図５に示すように、第二通気路６８を介して第二型部材６０とシート材２との間にある空気が真空吸引される。
その結果、シート材２が、第二型部材６０の凸部６４の表面に沿って吸着される。このとき、図５に示すように、シート材２は、第二型部材６０の凸部６４の天面を起点として屈曲しつつ、第二本体部６１に沿うように賦形される。

ところで、シート材２は、第二型部材６０の凸部６４に沿うように賦形される際に若干の伸びを伴う。この伸びの影響で、転写層２Ｂを構成する図柄層もある程度は伸びることになる。但し、シート材２は、収容空間Ｒ内で部位によらずに略均一な伸び率で伸びながら賦形される。このため、賦形部分２Ｄの内側に形成された転写層２Ｂの文字や絵柄も、均一性を維持する。

図５に示すように、加熱工程は、第二型部材６０（第二本体部６１）の下面と接するように配置されたシート材２を加熱する工程である。加熱工程では、加熱手段６６（図１を参照）の熱が第二本体部６１に伝達され、さらに加熱状態にある第二本体部６１の熱が、接触部位を介して直接的にシート材２に伝達される。その結果、シート材２は部位によらずに全体が概ね均一に加熱される。

図６に示すように、型締工程は、第一型部材５０と第二型部材６０との型締めを行う工程である。型締工程では、第一型部材５０と第二型部材６０とが互いに近接するように相対移動して、型締めされる。この型締めにより、第一型部材５０と第二型部材６０との間に、収容空間Ｒが形成される。このとき、シート材２は、第一型部材５０の周壁部５２の上端部と第二型部材６０の下面の周縁部との間に挟持された状態となる。この状態では、シート材２は第二型部材６０の下面の形状を有している。なお、型締工程でも、必要に応じて、第二通気路６８と真空タンク７１（図１を参照）との間の配管に設けられたバルブが開状態とされ、図６に示すように、第二通気路６８を介して第２型部材６０とシート材２との間にある空気が真空吸引される。

被覆工程は、シート材２と第一型部材５０との間（収容空間Ｒ）を減圧し、シート材２と第二型部材６０（第二本体部６１）との間を加圧して、基材３にシート材２を被覆させる工程である。被覆工程では、まず、第二通気路６８と真空タンク７１との間の配管に設けられたバルブが閉状態とされるとともに、第二通気路６８を介してシート材２と第二型部材６０（第二本体部６１）との間が大気開放される。これと並行あるいは事前に、第一通気路５８と真空タンク７１との間の配管に設けられたバルブが開状態とされ、図７に示すように、第一通気路５８を介して収容空間Ｒ内の空気が真空吸引される。これにより、収容空間Ｒが高度に減圧され、それまで第二型部材６０の凸部６４の表面に沿っていたシート材２が、第一型部材５０側（基材３側）に向かって移動し始める。

図７に示すように、このとき、収容空間Ｒ内において、シート材２は凹部５４の外縁５４Ｅを起点として屈曲しつつ賦形部分２Ｄの周囲の部分（平面状包囲部分２Ｅ）が伸びて、賦形部分２Ｄはその形状を保持したままで基材３側に向かって移動する。また、賦形部分２Ｄは、基材３に対して平行姿勢を保持したままで基材３側に向かって移動する。つまり、平面状包囲部分２Ｅがシート材２における屈曲しながら伸延する屈伸部として機能することで、賦形部分２Ｄは、その形状を保持したまま基材３に向かって平行移動する。

図８に示すように、基材３の平板部３Ａに対しては賦形部分２Ｄにおける平面状の頂上部分が先に密着するのに対して、基材３の側壁部３Ｂと賦形部分２Ｄの側壁部分との間には隙間が残る。そこで、被覆工程では、収容空間Ｒの減圧動作と並行して（或いは、減圧動作を停止しても良い）、第二型部材６０側から加圧動作を行う。つまり、第二通気路６８と圧力タンク７３との間の配管に設けられたバルブが開状態とされ、図９に示すように、第二通気路６８を介して収容空間Ｒ内に圧縮空気が導入される。なお、この圧縮空気は、加熱された加熱圧縮空気であっても良い。これにより、収容空間Ｒが高度に加圧され、凹部５４及び基材３の表面に沿ってシート材２が押し付けられて密着する。このようにして、基材３の表面にシート材２が被覆される。

圧空により基材３の表面に完全に沿うようにシート材２を被覆させる段階では、平面状包囲部分２Ｅ以外に、それ以前の段階で未だ基材３に密接していない賦形部分２Ｄの側壁部分も、ある程度は伸びる。しかし、本実施形態では、賦形工程において予め賦形部分２Ｄが形成され、この賦形部分２Ｄは、平面状の頂上部分も含めて、略均一な伸び率で既に伸びている。このため、圧空による被覆段階で賦形部分２Ｄの側壁部分にさらなる伸びが生じるとは言っても、その伸び量は僅かである。最終的には、賦形部分２Ｄの部位毎の伸び率に大きなばらつきは生じない。その結果、成形品の外周側部分におけるクラックの発生を、有効に抑制することができる。また、図柄層の部位毎の伸び率のばらつきも抑制されるので、加飾された成形品の意匠性を高く維持することができる。

また、被覆工程において第二型部材６０側から加圧も利用することで、シート材２の基材３への押付け力を増大させることができる。よって、基材３の外面形状によらずに、基材３とシート材２との間にエアーが残留することが抑制され、高品質な転写を実現することができる。

また、本実施形態において、凸部６４は、基材３に対して凸形状を有し、基材３と対向する位置に配置されているので、凸部６４と基材３とは非常に近接した位置関係にある。そのため、シート材２の中で基材３に転写される転写層２Ｂを凸部６４に配置すれば、転写層２Ｂと基材３との間の距離は非常に短くなる。よって、シート材２を基材３に被覆するときに、転写層２Ｂと基材３との正確な位置合わせが可能となる。従って、基材３に対するシート材２における転写層２Ｂ部分の位置ずれ発生を、有効に抑制することができる。

また、本実施形態において、第二型部材６０の第二本体部６１は、凸部６４を有するので、賦形工程において（シート材２が第二本体部６１に吸着される工程において）、シート材２は、必ず第二本体部６１の凸部６４に吸着されてから、第二本体部６１の他の部分に吸着される。そのため、賦形工程において、凸部６４に転写層２Ｂを配置すれば、シート材２に複雑なテンションがかかっていても、転写層２Ｂは必ず最初に第二本体部６１の凸部６４に吸着されることになるので、転写層２Ｂが形成された部分にはシワなどが発生しにくくなる。従って、上記のように構成することで、基材２にはシワのない転写層２Ｂが転写されるので、意匠性の高い成形品を製造できる。

また、上述のように、第二型部材の第二本体部が凸部を有することで、シート材が第二本体部の凸部に吸着されてから、第二本体部の他の部分に吸着される。そうすると、シート材の凸部に対応する部分に基材に転写する部分（転写層）を配置した場合、シート材の基材に転写される部分が先に加熱されるため、加熱時間の短縮が可能になる。

図１０に示すように、シート切断工程は、シート材２を切断する工程である。シート切断工程では、固定挟持部２１もシート材２を挟持し、固定挟持部２１及び金型セット５の双方によってシート材２が挟持される。その後、固定挟持部２１と金型セット５との間で、カッター４１によってシート材２が幅方向に切断される。こうして、長尺状のシート材２からその下流側端部の一部が切り離される。

取出工程は、シート材２が接着された基材３を取り出す工程である。取出工程では、まず、第一型部材５０と第二型部材６０とが互いに離間するように相対移動して、型開きされる。その後、架台３２に固定された第一型部材５０がガイドレール３１に沿って側方に引き出される。そして、非重複位置において、シート材２が接着された状態の基材３が、載置部５６から取り出される。なお、その後、載置部５６に、新たな基材３が載置される。つまり、取出工程において第一型部材５０を非重複位置に引き出す動作は、上述した載置工程における同様の動作と共通化される。

以後、上記の各工程を繰り返すことで、加飾成形品としてのシート材２付きの基材３を、連続的に（断続的に）製造することができる。特に本実施形態では、特徴的な賦形工程を備えることで、加飾成形品の外周側部分におけるクラックの発生や基材３に対するシート材２の位置ずれ等の発生を有効に抑制しながら、加飾成形品を効率良く製造することができる。加飾成形品においては、その後、基体シート２Ａの剥離や不要部分のトリミング等が行われて良い。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係る金型セット及び熱成形装置等の、その他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施形態では、型締め方向Ｃに見て、凹部５４と凸部６４とが同心状に配置されるとともに、凹部５４の外縁５４Ｅが凸部６４の外縁６４Ｅを包含する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、型締め方向Ｃに見て、凹部５４の中心部と凸部６４の中心部とが異なる位置となりつつ凹部５４の外縁５４Ｅが凸部６４の外縁６４Ｅを包含するように、両者が配置されても良い。また、型締め方向Ｃに見て、凹部５４と凸部６４とが同心状となりつつ凹部５４の外縁５４Ｅと凸部６４の外縁６４Ｅとが一致するように、両者が配置されても良い。

（２）上記の実施形態では、基材３が多機能携帯電話（スマートフォン）の筐体である構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、従来型携帯電話、携帯音楽プレイヤー、ナビゲーション装置、携帯ゲーム機、及びタブレット等の筐体を基材３としても良い。

（３）上記の実施形態では、第一型部材５０が凹部（凹部５４）を含む構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、第一型部材５０の第一本体部５１が、凹部を有さない平板状に形成されても良い。この場合、金型セット５内に基材３を収容する収容空間Ｒは、第二型部材６０の凸部６４と第二型部材６０の外縁のみによって画定される。このような構成によっても、上記の実施形態と同様に、成形品の外周側部分におけるクラックの発生や基材３に対するシート材２の位置ずれ等の発生を、有効に抑制することができる。また、基材３の外面形状によらずに、基材３とシート材２との間にエアーが残留することが抑制され、高品質な転写を実現することができる。

（４）上記の実施形態では、載置部５６が基材３の外面形状に沿う形状を有するように形成されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。載置部５６は、基材３の外面形状に完全に沿っている必要はなく、基材３の外面形状に概ね対応する形状を有するように形成されていれば良い。例えば一例として、扁平な断面Ｕ字状の基材３に対して載置部５６が断面長円状に形成される等、載置部５６の形状は、基材３の外面形状を概略的に表すものであっても良い。

（５）上記の実施形態では、シート材２が、基体シート２Ａとその基体シート２Ａから剥離される図柄層を含む転写層２Ｂとを有する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、シート材２は、図柄層を含まずにハードコート層のみを含む転写層２Ｂを有するシートであっても良い。また、例えば、シート材２は、基体シート２Ａと転写層２Ｂとが剥離しない一体型シートであっても良い。

（６）上記の実施形態では、本発明に係る金型セットを、ロールｔｏシートの連続処理を行う熱転写装置１に適用した例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えばシートｔｏシートの貼り合わせ、ロールｔоロール成形等にも、同様に、本発明に係る金型セットを適用することができる。

（７）上記の実施形態では、被覆工程において、シート材２と第一型部材５０との間を減圧した後、シート材２と第二型部材６０との間を加圧する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、被覆工程において、シート材２と第一型部材５０との間の減圧と、シート材２と第二型部材６０との間の加圧とを同時に行っても良い。

（８）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、例えば所定形状を有する基材を加飾するために用いられる金型セットに利用することができる。

１ ：熱転写装置（熱成形装置）
２ ：シート材
３ ：基材
５ ：金型セット
１０ ：シート保持部
２０ ：シート引出部
３０ ：スライド機構
４０ ：シート切断部
５０ ：第一型部材
５１ ：第一本体部
５４ ：凹部（第一型部材の凹部）
５４Ｅ ：凹部の外縁
５６ ：載置部
６０ ：第二型部材
６１ ：第二本体部
６１Ａ ：枠状包囲面
６４ ：凸部（第二型部材の凹部）
６４Ｅ ：凸部の外縁
６６ ：加熱手段
Ｒ ：収容空間
Ｒ１ ：第一空間
Ｒ２ ：第二空間
Ｆ ：シート送り方向
Ｃ ：型締め方向

Claims (3)

1. 型締めされたときに内部に形成される収容空間内で、所定形状を有する基材に対してシート材を熱成形して被覆させるために用いられる金型セットであって、
   第一本体部と、周囲に凹部が配置され前記基材を載置するための載置部とを含む第一型部材と、
   前記第一本体部に対して相対移動して前記第一本体部に密接可能な第二本体部と、前記第二本体部に対して熱伝達可能に設けられた加熱手段と、前記第二本体部における前記第一本体部に対向する側の面であって前記基材と対向する位置に形成された凸部とを含む第二型部材とを備え、
   前記載置部、前記凹部及び前記凸部の位置関係が、型締め方向に見て、前記凸部の外縁が前記載置部の外縁を包含し、かつ前記凹部の外縁が前記凸部の外縁を包含するように設定されている、金型セット。
2. 請求項１に記載の金型セットと、
   前記シート材をロール巻きされた状態で保持するシート保持部と、
   前記シート材の端部を把持して当該シート材を引き出すシート引出部と、
   前記第一型部材を、型締め方向に見て前記第二型部材と重なる重複位置と前記第二型部材とは重ならない非重複位置との間でスライド移動させるスライド機構と、
   前記第一型部材及び前記第二型部材よりもシート送り方向の上流側で前記シート材を切断するシート切断部と
   を備えた、熱成形装置。
3. 型締めされたときに内部に収容空間を形成する一対の第一型部材及び第二型部材を備える金型セットを用いて前記収容空間内で所定形状を有する基材に対してシート材を熱成形して被覆させる熱成形方法であって、
   前記第一型部材は、前記基材を載置するための載置部を含み、
   前記第二型部材は、加熱可能に構成されているとともに前記基材と対向する位置に配置される凸部を含み、
   前記第二型部材の前記凸部に接したのちに前記第二型部材の前記凸部以外の箇所と接するように配置された前記シート材を加熱する加熱工程と、
   前記シート材と前記第二型部材との間を減圧し、加熱状態の前記シート材を前記凸部に吸着させて当該凸部に沿うように賦形する賦形工程と、
   前記シート材と前記第一型部材との間を減圧し、前記シート材と前記第二型部材との間を加圧して、前記基材に前記シート材を被覆させる被覆工程と
   を備えた、熱成形方法。

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