熱成形(サーモフォーミング)
加熱した板を型に吸い付ける
熱成形は、平らなプラスチックの板をやわらかくなるまで加熱し、真空や空気圧で型の上、または型の中へ引き込みます。ヨーグルトのカップ、ブリスターパック、テイクアウトの蓋、冷蔵庫のドアライナーはこの方法でつくられます。型は単純で安価なので、少量生産にも、大量の包装材にも向いています。
しくみ
クランプして加熱する。 フレームがプラスチック板の縁を挟みます。ラジアントヒーター（赤外線で加熱する熱いパネル）が、液体にならない程度の、やわらかくゴムのような状態まで温めます。
たるませて持ち上げる。 やわらかい板は自重でたるみます。そこへ型が上がって入り込むか、板が型の上へ降ろされます。
真空。 ポンプが型の小さな穴から空気を吸い出します。すると大気圧が板を型の表面にぴったり押し付けます。圧空成形では、上からも圧縮空気で押し、より鮮明な細部を出します。
冷却、離型、トリミング。 プラスチックは型に触れたまま数秒から 1 分で冷えて固まります。部品を取り出し、周囲の余った板はナイフ、プレス、ルーター（回転する刃物）で切り落とします。
薄い包装材は、ロール状の板が機械の中を連続して流れます。浴槽のような厚物の部品は、切り出した厚い板を 1 枚ずつ使います。
主なポイント
- 材料
- 熱可塑性プラスチックの板：ポリスチレン、PET、ポリプロピレン、ABS、PVC、アクリル、ポリカーボネート
- 代表的な部品
- 食品用のカップやトレイ、ブリスターパック、蓋、冷蔵庫のライナー、浴槽、トラックのパネル、機械のカバー
- 部品サイズ
- 数センチの小さなブリスターから、長さ数メートルの部品まで
- 精度
- 通常は約 ±0.5 mm かそれ以上のゆるさ。精度が出るのは型に触れた側だけです
- 表面仕上げ
- 片面は型を写し取り、反対側は板そのものの表面です
- 向いているロット数
- 数個（試作品、ディスプレイ）から、数百万個の包装材まで
- 金型・設備コスト
- 型は数百ドル（木、樹脂）から数万ドル（水冷アルミニウム）まで。機械は数千ドルから、包装ラインでは 100 万ドル超まで
- 速度
- 厚物の部品は 1 サイクル数分。包装ラインは毎分に多くのサイクルを回し、1 回で数十個のカップを成形します
強みと限界
強み
- 安価で、すぐにつくれる型
- 非常に大きな部品もつくれる
- 薄い包装材なら速くて安い
- 少量生産や試作に向く
限界
- 板がいちばん引き伸ばされる所、たとえば深い角で肉厚が薄くなる
- 片側が開いた、シェル状の部品に限られる
- トリミングで板が無駄になる。ただし端材は通常、粉砕して再利用される
- 射出成形のように、リブ、ボス、穴を 1 工程でつくることはできない
使われる場所
- 食品包装ヨーグルトのカップ、精肉トレイ、クラムシェル、飲料の蓋
- 小売向け包装ブリスターパック、工具やおもちゃのディスプレイ
- 家電冷蔵庫のドアやキャビネットのライナー
- 輸送トラックやトラクターのパネル、航空機の内装パネル
- 住宅と医療浴槽、シャワートレイ、医療機器のトレイ
見分け方
- 均一に見える薄いプラスチックのシェル。トリミングした跡に、平らな縁（フランジ）が残ります。
- 片面はシャープで細かく、反対側は同じ形をやわらかく丸めたように写し取っています。
- 深い角では、板がいちばん伸びた分だけ肉厚が薄く、白っぽくなることもあります。
- 表面に、型の真空穴による小さな突起や点が残っています。
比較
動画を見る
Formech · 機械メーカーによる、短くわかりやすい解説
The Invention Laboratory · 実際の部品での各手順のクローズアップ
Factories · 工場での産業用熱成形
Angel-Thermoforming Machine (Yiyou&Hongyouxing) · ロールからカップを成形して積み重ねる高速ライン
実写真を見る
- Wikipedia：Thermoforming — 薄物と厚物、真空、圧空、プラグアシスト、型の例
- Wikimedia Commons の写真検索
覚えておこう
- 板を加熱し、真空で型に引き込み、冷却して、トリミングする。
- 型が安いので大きな部品や少量生産に向き、包装ラインでは高速です。
- 角が薄くなること、精度が出るのは片面だけであること、縁がトリミングされることを覚えておきましょう。
