JP2902565B2 - プラスチックシートの熱成形方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックシートの
熱成形に関し、特に、偏平なドーム状の成形品であっ
て、該ドームの側方への広がりに比してドームの根元側
が狭く絞り込まれ従って根元側にあるドーム開口部の径
がドームの外径に比して小さい形状を有する成形品を得
る方法及び装置に関する。更に詳しくは、本発明は、そ
のような形状の成形品の各部位の肉厚を、完全に均一化
された理想的な肉厚に近づけるため成形方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】圧空成形は、熱可塑性のプラスチックシ
ートを加熱軟化させて、これに圧搾空気による圧力を加
え、必要に応じて型に密着させることにより、所定の形
状に成形する方法である。これらの成形方法は、生産が
比較的容易であり、設備費が低廉で、生産性がよく、大
量生産のみならず少量生産にも適するほか、延伸効果に
よって、同一肉厚の射出成形品より機械的強度が優れる
等の長所を有する。このため、圧空成形は、冷蔵庫の内
箱、裏扉、ＯＡ機器のケース類、自動車内装品、洗面化
粧台、洗面器、浴槽、照明用カバーなどの他、看板、冷
菓容器、玉子パックその他、各種の成形品の製造に広く
用いられている。

【０００３】しかしながら、圧空成形においては、平面
的なプラスチックシートを所定の立体的形状へと変形さ
せることから、成形品の部位によってシートの延伸の程
度が異なることとなり、その結果、部位による成形品の
肉厚差を生じることが避けがたい。

【０００４】すなわち、一般に、クランプによる固定位
置から遠い部位ほど、ブローによる成形品の肉厚が薄く
なり、更に、局部的に外部へと突出・膨出している部位
の先端では周囲からその部位までシートが引き延ばされ
る関係上、肉厚が特に薄くなってしまう。

【０００５】このため、例えばある種の天井取り付け用
照明カバーのような偏平なドーム状の成形品であって、
該ドームの側方への広がりに比してドームの根元側が狭
く絞り込まれ従って根元側にあるドーム開口部の径がド
ームの外径に比して小さい形状を有する成形品を得よう
とする場合に、圧空成形のこのような欠点は特に大きな
問題となる。すなわち、例えば照明カバーにおいては光
透過量等との関係上成形品の肉厚が均一となることが望
ましいにもかかわらず、そのような成形品の形状に対応
した雌型中にダイレクトブローすると：

【０００６】（イ）当初の平面シートから圧空によって
クランプ開口部より成形型内へとダイレクトブローされ
たシートは、膨脹していくフリーブロードームの頂点部
位で偏平な型の成形面と早期に接触してフリーブローを
阻止される。このため頂点部位は満足に延伸されず厚肉
となる。また、型の成形面が全体的に偏平で且つクラン
プ開口部よりも側方へ広がった形状であるため、この接
触時のフリーブロードームの面積は、該成形面の面積に
比して非常に小さい。 （ロ）この状態で前方への膨脹を阻止されたシートは、
更にブローされることにより側方のみへの膨脹を開始
し、シートは、ドーム頂点に近接した位置から型の成形
面との接触領域を順次拡大しつつ側方へ膨脹するが、 （ハ）型の成形面との接触部位ではシートが冷却して硬
化しそれ以上延伸されないため、延伸は成形面と未接触
の部位で専ら起こり、そのため最後に成形面と接触する
側方の最大径の部位においてシートの延伸時間が最も長
くなることに加えて、該部位がクランプ開口部及びドー
ム頂点から最も遠くへ変形する部位であるため、該部位
のシートが一層延伸されることになる。 （ニ）しかも、型の成形面への接触時におけるフリーブ
ロードームの表面積に比して型の成形面の面積がはるか
に大きいことから、該フリーブロードームから側方への
膨脹の程度が非常に大きくなる。 （ホ）これらのことが相まって、最も側方の部位、すな
わち最後に型の成形面に接触する部位のシートの肉厚は
著しく減少することとなる。

【０００７】なるほど、圧空成形又は真空成形において
は一般に、成形品の肉厚の不均一を減らす目的で、シー
トを予め成形型の成形面やプラグにより機械的に引伸し
又はフリーブローにより予張させた上で圧空により成形
面に圧着させる方法が種々用いられている〔例えば、ド
レープ成形、リバースドロー成形、エアスリップ成形、
プラグアシスト成形、ドレープアンドプラグアシスト成
形、プラグアシストリバースドロー成形、エアクッショ
ン成形、プラグアシストエアストリップ成形：古住俊
一、「プラスチック板の熱成形」、プラスチックス・エ
ージ発行、第13〜20頁〕。しかしながら、本発明が取り
扱う前記形状の成形品では、成形型が雌型でしかも開口
部よりも内部で側方へ広がっているため、そのような従
来の予張方法を利用しても肉厚を十分に均一化すること
ができない。

【０００８】また類似の形状の成形品のための圧空成形
方法として特開平5-124095号の方法があるものの、単に
「加熱された合成樹脂板を予張ブローして後型締めし、
最終的に圧空成形する」（請求項１）に過ぎず、目的成
形品との関係における予張ブロー量、型締の具体的手順
やその間のブローの取扱等の技術上の最重要事項が明示
されていない。但し、一般に予張ブロー面がほぼ球面と
なることは周知であるから、開口部内径をｄ₀ 、フリー
ブロー高さをＨとすると、予張ブローにより面積は、元
板面積の、π〔Ｈ² ＋（ｄ₀ ／２）² 〕／π（ｄ₀ ／
２）² ＝〔Ｈ／（ｄ₀ ／２）〕² ＋１倍となる。これに
基づき特開平5-124095号に記載の各実施例の寸法データ
から計算すると、予張ブロー面積は元板面積の、4.31倍
（実施例１）、5.50倍（実施例２及び４）、9.11倍（実
施例３）となる。これは各実施例に記載の成形品の面積
倍率よりはるかに大きいから、特開平5-124095号の方法
では成形品面積をはるかに超えて一旦予張ブローされて
いると解される。一方、該方法による実施例の最厚肉部
位と最薄肉部位との厚みの比は1.6 〜2.1 もあり、この
比を縮小して1.0 に近づける方法は何ら示唆されていな
い。

【０００９】そのためこのような形状の成形品の製造に
おいては、この広がった側方部位の著しい薄肉化は避け
られず、該薄肉化する部位に強度上要求される肉厚から
逆算して、厚いシートを用いて成形されていた。従っ
て、シート各部が均一に延伸される場合に比して厚めの
シートを使用することとなり、材料コストの上昇及びよ
り強い成形圧力の必要からくる設備コスト上昇等、経済
性低下の要因となっていた。また、頂点部付近等に必要
以上の厚みを持たせる結果となり、これは製品として一
般的に好ましくなく、取り分け照明カバーのような光を
透過・拡散させる必要のあるものでは明るさの低下やム
ラをもたらすこととなる。このようなことから、前記形
状の成形品の設計に非常な不自由があった。また別に、
このような従来の成形方法においては、成形品の取り出
し後にクランプ部位のトリミングが行われており、作業
能率が悪いという問題もあった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、そのような
形状の成形品の製造における、従来のこのような問題を
解決し、そのような形状の成形品全体の厚みの不均一性
を改善して、成形品の各部位の肉厚を、成形品肉厚が完
全に均一と想定した理想的な場合の肉厚（「理想肉厚」
という。）に近づけること、そして、成形品の頂点部位
から最大半径の膨出部位に至るまでの肉厚を、理想肉厚
から好ましくは±10％以内、更に好ましくは±５％以内
に収めることを可能にする方法及び装置を提供すること
を目的とする。加えて、本発明は、成形品の取り出し前
にトリミングを行うことのできるそのような装置の提供
をも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、加熱軟化さ
せたプラスチックシートを半球状（頂点高＝開口部半
径）にフリーブローするとき、該半球状のフリーブロー
ドームの各部位の肉厚／シートの元板厚（本明細書にお
いて該部位の「厚み率」という。）、及び該ドームが金
型に接触して冷却され収縮硬化して肥厚化する比率（本
明細書において「肥厚化率」という。）、及び肥厚化に
よって得られた各部位の厚み率（本明細書において該部
位の「硬化後厚み率」という。）の関係が、「（該半球
ドーム開口部からのその部位の高さ／頂点高）×100
（％）」（「部位の相対高さ」という。）の関数とし
て、次表のようになることを確認した（アクリル板、16
0 ℃）。

【００１２】

【表２】

【００１３】すなわち例えば、半球フリーブロードーム
の頂点厚は元板厚の0.325 倍であるが、金型に接触して
冷却硬化すると収縮により肥厚化して元板厚の0.390 倍
となる。また例えば、半球フリーブロードーム開口部か
らの高さ50％の部位では、フリーブロードームの厚みは
元板厚の0.525 倍であるが、金型に接触して冷却硬化す
ると収縮により肥厚化して元板厚の0.551 倍となる。表
２の値は160 ℃で軟化させたアクリル板についての値で
あるが他の材料においても同様の傾向となり、開口部に
近いほど大きな肉厚を有する。

【００１４】更に本発明者は、フリーブローの頂点高を
半球以下に止めたときのフリーブロードーム頂点におい
て、厚み率、肥厚化率及び硬化後厚み率の関係が、半球
の頂点高に対するフリーブロードーム頂点高の比率
（％）（＝開口部半径に対する比率（％））の関数とし
て、次表の通りとなることを確認した（アクリル板、16
0℃）。

【００１５】

【表３】

【００１６】すなわち、例えば頂点高が半球の80％であ
るフリーブロードーム頂点厚は元板厚のは0.460 倍であ
り、硬化後は元板厚の0.506 となる。また上記表３にお
いて頂点高と硬化後厚み率との関係は、材料等の諸条件
に余り大きな影響を受けないことを確認した。

【００１７】一方、シートの体積は成形の前後で不変で
あるから、理想肉厚は、「元板厚×（クランプ開口部の
開口面積／成形品の表面積）」によって与えられる。本
発明者は、上記表２、３に示されたフリーブロードーム
における硬化後厚み率の分布及びドーム頂点高と硬化後
厚み率の関係に基づき検討を重ねた結果、一定の方法に
より厚み率の分布を相殺して肉厚を均一化できることを
見出し、本発明を完成した。

【００１８】すなわち本発明は、成形型を上側割型と下
側割型とに分割し、これらを離した状態で、頂点部位の
硬化後厚み率が理想肉厚に対応する厚み率（本明細書に
おいて「理想厚み率」という。）となるよう、シートを
上記表３に基づいて導かれる頂点高までフリーブローを
行って予張させ、得られたフリーブロードームをエアロ
ックした上で下側割型を押し上げ、その押上力により該
ドーム内の空気を加圧することにより、成形品の形状に
近づくようドームを頂点付近から順次成形面に沿って変
形させつつ該加圧された空気を利用して未だ下側割型の
成形面に接触していないドーム部位を側方へ順次膨脹さ
せ、それによってドームの根元側に相対的に近い相対的
に厚肉の（従って放熱しにくいため一層高温の）部位が
「肉厚に比例して引き伸ばされ」てドームの肉厚分布が
均一化される、という工程を導入することによって、頂
点部位からドームの根元付近特に最大半径部位に至るま
での肉厚を殆ど均一化して成形品各部位の肉厚を理想肉
厚にほぼ等しくする方法及び装置を提供する。

【００１９】すなわち本発明の方法は、プラスチックシ
ートの圧空成形により、根元側にある開口部の径より側
方へ広がった偏平ドーム状の成形品を得る方法であっ
て、

【００２０】（１）加熱により軟化させたプラスチック
シートを、クランプ開口部を備え且つ該クランプ開口部
の径より側方へ広がった成形面を備えた上側割型の該ク
ランプ開口部上に被せ、該上側割型と圧空装置との間に
挟んで該クランプ開口部の周囲においてエアタイトにク
ランプする段階１と、

【００２１】（２）該圧空装置を介した空気注入により
該プラスチックシートを、フリーブロードームの頂点高
が該クランプ開口部半径未満の範囲内に収まるよう且
つ、「クランプ開口部の開口面積／成形品の表面積」に
より算出される理想厚み率から±10％、好ましくは±５
％の範囲内に頂点の硬化後厚み率が収まるために次表

【表４】 に表された関係（表中、隣接する任意の一組の数値間は
該一組の数値に基づき直線的に補間される）に従って求
められる頂点高の範囲内にフリーブロードームの頂点高
が入るよう、フリーブローして該クランプ開口部より該
上側割型の成形面側へと膨出させる段階２と、

【００２２】（３）該圧空装置をエアロック（圧空装置
を介した空気注入を停止し該圧空装置を介した空気の出
入りを遮断することをいう。）し、該上側割型と離して
おいた、該フリーブロードームよりも偏平なドーム状の
成形面を有する下側割型を、下方から該上側割型に向け
て相対的に上昇させて該フリーブロードームを圧迫する
ことによって、これを該下側割型の成形面に沿って偏平
化させつつ該圧迫により該フリーブロードームに閉じ込
められた空気を加圧して該下側割型の成形面と未接触の
シート部位を側方へ膨脹させる段階３と、そして

【００２３】（４）両割型が一体化した後に該圧空装置
を介して圧搾空気を導入してシートを両割型の成形面に
圧着し整形する段階４と、を含んでなる方法である。

【００２４】また、該方法において、該下側割型の成形
面が該フリーブロードームの頂点に接してから該下側割
型が該上側割型と一体化するまでの該下側割型の相対的
上昇に際して、該上昇の速度を少なくとも２段階で又は
連続的に減少させることが好ましい。このうち２段階で
減少させる方法が効果に比較した簡便さの点で特に好ま
しいが、該方法においては、該下側割型の成形面が該フ
リーブロードームの頂点に接してから該下側割型が該上
側割型と一体化するまでの該下側割型の相対的上昇距離
のうち、最初の20〜40％を第１の速度で、残り80〜60％
を第２の速度で行い、ここに該第２の速度は下側割型の
成形面と未接触の、相対的に厚肉の（従って一層高温
の）シート部位の側方への膨脹が無理なく起こる速度と
し、該第１の速度を該第２の速度の10／３〜10／７倍
（すなわち該第２の速度は該第１の速度の30〜70％）と
するのが好ましい。

【００２５】また本発明は、本発明の方法を実施するた
めの装置であって、（１）クランプ開口部を備え且つ該
クランプ開口部の径より側方へ広がった成形面を備え
た、複数個の部分割型よりなる上側割型と、該上側割型
に対して相対的に上下方向に移動できる偏平なドーム状
の成形面を有する下側割型とからなる成形型と、（２）
該下側割型を該上側割型に対して相対的に上下方向に移
動させるための駆動装置と、（３）該上側割型のクラン
プ開口部の周囲においてプラスチックシートをエアタイ
トにクランプすることのできる圧空装置と、（４）該プ
ラスチックシートが該クランプ開口部より下方へフリー
ブローされて生じるフリーブロードームの頂点位置が所
定位置に達したことを検出するためのセンサーと、
（５）該センサーからの該検出信号に応答して該圧空装
置をエアロックするための空気出入制御装置と、（６）
前記センサーからの該検出信号に応答して前記駆動装置
をして該下側割型の該上側割型との一体化に至る相対的
な上方への移動を起こさせるための、前記駆動装置を制
御する駆動制御装置と、及び（７）該下側割型と該上側
割型とが一体化した後に該圧空装置を介して該成形型内
に圧搾空気を導入するための、前記空気出入制御装置と
一体又は別個の空気出入制御装置と、を含んでなる圧空
成形装置をも提供する。

【００２６】更に本発明は、該圧空成形装置であって、
該駆動制御装置が、該下側割型の相対的な上方への移動
の速度を、該下側割型がフリーブロードームの頂点に接
してから該上側割型と一体化するまでの移動距離の間
に、該上側割型に対する該下側割型の相対的な位置に応
じて、少なくとも２段階で又は連続的に減少させるよう
制御するものである圧空成形装置をも提供する。

【００２７】更に本発明は、これらの装置であって、該
圧空装置が、クランプ部位の内側に、該上側割型の該ク
ランプ開口部を取り囲む環状の刃を下端に備えた上下に
駆動させることのできるトリミング用シリンダーを備え
ているものである装置をも提供する。

【００２８】本発明の方法及び装置は、次の通りに使用
され、従来の問題を解決する。

【００２９】すなわち、成形型はクランプ開口部を有す
る上側割型と、偏平なドーム状の成形面を有する下側割
型とからなり、両割型を一体化したときは全体で、該ク
ランプ開口部の径より側方へ広がった、偏平ドーム状の
成形面を形成するが、本発明においては両割型は、圧空
成形の開始時において上下に離しておかれる。

【００３０】〔段階１〕加熱軟化させたプラスチックシ
ートが、常法により、該上側割型のクランプ開口部上を
覆って該開口部の周囲において圧空装置によってエアタ
イトにクランプされる。

【００３１】〔段階２〕圧空装置を介して空気が注入さ
れ、それによってプラスチックシートがブローされてク
ランプ開口部から下方へ膨出するが、このとき両割型は
上下に離しておかれている。

【００３２】フリーブローは、最も好ましくは、フリー
ブローによるドームの頂点部位の硬化後厚み率が理想厚
み率（これは最終成形品の平均の厚み率に等しい）に等
しくなるように行う。すなわち、当該硬化後厚み率に対
応する頂点高を上記表４に表された関係（表中、隣接す
る任意の一組の数値間は該一組の数値に基づき直線的に
補間される）に従って求め、頂点がその高さに達するま
でフリーブローを行う。具体的には、「頂点の硬化後厚
み率」をｔ（但し、0.390 ≦ｔ≦0.990 ）、「頂点高／
開口部半径」をｈとすると、例えばｔ＝0.390 のときは
ｈ＝1.0 、またｔ＝0.506 のときはｈ＝0.8 であり、開
口部半径×ｈにそれぞれの値を代入して得られる高さま
でフリーブローを行う。ｔが表４中の具体的数値から外
れる場合には、表４中においてｔに最も近い上下２つの
値をｔ₁ ，ｔ₂ （但し、ｔ₁ ＜ｔ₂ ）とし、ｔ₂ に対応
する頂点高／開口部半径をｈ₂ とすると、ｔに対応する
ｈは、ｈ＝ｈ₂ ＋0.1 ×〔（ｔ₂ −ｔ）／（ｔ₂ −
ｔ₁ ）〕より求められる。また本発明においてフリーブ
ローは、理想厚み率から±５％乃至±10％の幅を許容し
ても、従来に比して十分均一な成形品を得ることが可能
である。この場合、この幅の境界に対応する２つのｔの
値から、上記と同様の操作でそれぞれに対応する２つの
ｈの値を求めることができ、それによってフリーブロー
において頂点高が収まるべき範囲が定まる。なお、この
フリーブローは、成形品が偏平である関係上、必然的に
フリーブロードームの頂点高が少なくとも前記成形品の
頂点高を超える範囲で且つフリーブロードームの表面積
が最終成形品の対応する表面積を超えない範囲において
行われることになる。また、フリーブロードームの頂点
高が半球を超えると大きな歪の発生が避け難いため、均
一な成形品を得るにはフリーブロードームの頂点高は半
球未満とする。フリーブローの程度と頂点厚の関係及び
下側割型との接触による収縮・肥厚化の程度の各々は、
使用シート材料、クランプ開口部に対するクランプ枠の
大きさ、材料温度、成形型温度等の条件に依存はする
が、頂点高と硬化後厚み率に関する上記表４の関係には
大きな変動がないため表４の関係を適用することができ
る。従って、アクリル樹脂のみならず、ＡＢＳ樹脂、ポ
リスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカー
ボネート、塩化ビニール樹脂等の、熱成形可能な樹脂に
適用することができる。

【００３３】フリーブローのための圧力は、使用したシ
ート材料、温度、クランプ開口部の大きさに応じて適宜
設定される。

【００３４】この予張により得られたドームにおけるシ
ート肉厚は、クランプ開口部付近からフリーブロードー
ムの頂点にかけてなだらかに減少している。例えば、半
球ドーム状に成形すると、前記表２に示されたように、
最も延伸度の高いドーム頂点において最も薄肉であり、
ドーム根元側において最も厚肉である（例えば、１ｍｍ
厚のアクリル樹脂板の場合、加熱炉内のシート温度160
℃では、半球ドームの頂点厚は0.33ｍｍ、根元側から高
さ20％の位置では約0.68ｍｍ）。このため、後に下側割
型の押し上げによるドーム内の空気の加圧によって側方
へ膨脹して順次延伸されることになる該フリーブロード
ーム各部位について、該延伸により肉厚が相殺されて均
一化するための、所要の肉厚が予め確保される。

【００３５】〔段階３〕次いで、圧空装置がエアロック
され、下側割型が、該フリーブロードームの下方からこ
れを上側割型との間に挟み込むように上側割型に向けて
相対的に上昇するが、該下側割型は先ずフリーブロード
ームの頂点に接触し、相対的上昇に伴って順次一層広い
面積と接触する。これにより該フリーブロードームは上
下に圧迫されると共にこれにより加圧された該フリーブ
ロードーム内に閉じ込められた空気の圧力によって側方
へ膨脹し、厚肉部位ほど延伸されて肉厚が均一化しつ
つ、偏平化する。すなわちこのとき、（ａ）シートの軟
化点より低温の下側割型の成形面は最初にフリーブロー
ドームの頂点部位に接触するが、これにより該部位は冷
却硬化してもはや延伸されなくなり、しかも該部位の硬
化後厚み率が理想厚み率となるようにフリーブロードー
ム頂点高が予め調節されているから、割型と接触し冷却
硬化したドームの頂点は理想肉厚となって硬化してい
る。（ｂ）次いで、下側割型の相対的上昇に伴い、ドー
ム内に閉じ込められた空気が該割型の成形面によって加
圧されつつドームと成形面との接触面積が頂点部位から
順次広がっていくため、頂点に近い部位ほど早く成形面
と接触し冷却硬化して肥厚化し、もはや延伸されなくな
るのに対し、頂点から一層遠い一層厚肉の（従って一層
放熱しにくくそのため一層高温の）部位ほど、より頂点
に近い部位より遅れて成形面と接触するまでの間に、一
層大きな延伸が起こる。（Ｃ）これは結果的に、肉厚に
比例してシートの延伸を引起すこととなり、前記フリー
ブローの段階においてシートに存在していた前記肉厚分
布を相殺するように作用する。（Ｄ）このため、両割型
が一体化したとき、側方部位の一部を除きシート全体は
該一体の成形面のほぼ全面に密着しており、そして各部
位の肉厚は頂点部位の肉厚（理想肉厚に設定した）に殆
ど等しくなるよう均一化されており、従って、各部位の
肉厚が理想肉厚にほぼ等しくなる。

【００３６】（下側割型の上昇速度）下側割型の相対的
上昇の速度は、シートの材質、面積、厚み、温度、両割
型の温度、成形面の形状等に応じて適宜調節すればよ
い。但し一般に、両割型が接近するほど側方へのシート
の膨脹が必要となるため、シートの延伸が均一に無理な
く起こるよう、両割型が比較的接近したときに膨脹速度
がシートの無理のない延伸の速度より速過ぎることとな
らないよう、上昇速度を定める。適切な速度は、シート
の材質、面積、厚み、温度、型の成形面温度、成形面の
具体的形状等の具体的な条件を設定しておきそれに応じ
て調節すればよく、そのような調節は当業者が日常的に
行うことのできる事項である。

【００３７】ここで、両割型の接近の初期の段階では側
方へのシートの膨脹はまだ僅かであるから、該段階では
両割型を比較的速い速度で接近させても差し支えなく、
成形時間の短縮し生産能力を高めるにはその方が好まし
い。このため、好ましくは、例えば、下側割型の相対的
上昇は、初期の比較的速い第１の速度で上昇させる段階
と後期の、成形面と未接触の厚肉部位を頂点部位と均一
化させるための、比較的遅い第２の速度で上昇させる段
階とに分けて行う。ここに該第２の速度は、シートに無
理のない延伸を起こすことのできる速度（これは試験的
成形より得られる）とし、該第１の速度はその10／３〜
10／７（従って、該第２の速度は第１の速度の30〜70
％）であることが好ましい。これらの段階の切替え位置
は、成形品及び成形操作の具体的条件に依存し必ずしも
一律に定め難いが、元のフリーブロードームから偏平な
ドーム状の成形品への形状の移行のプロフィールを考慮
して、一般的には、下側割型がフリーブロードーム頂点
に接触してから上側割型と一体化するまでの移動距離の
うち、下から20〜40％を第１の速度で行い、残り80〜60
％を第２の速度で行うのが好ましい。２段階よりも細か
い調整を望むときは、３段階又はより多くの段階に分け
て行うこともできる。この場合も試験的成形を行うこと
により、速度の切り換え位置と速度を決定できる。ま
た、例えば、２段階又は多段階に分けて設定した速度に
基づいて得られた時間−両割型間距離のグラフに近似す
る関数を当てはめて、該関数をプログラミングした適宜
な制御装置により速度を連続的に変化させてもよい。

【００３８】〔段階４〕次いで、両割型が一体化した
後、圧空装置を介して成形型内に圧搾空気が導入され、
シートは成形面に圧着され整形される。これに先立ちシ
ート全体が均一化されて成形面のほぼ全面に既に密着し
ているから、該圧着によってシートが延伸されるのはご
く僅かであり、該圧着はシート厚の均一性に実質的影響
を与えない。従って、ほぼ理想肉厚である殆ど均一な厚
みに延伸されて成形面のほぼ全面に既に密着している該
シートは、これによってほぼ均一な理想肉厚を有する成
形品の形に成形される。

【００３９】上記段階１〜４によって、従来品に比して
はるかに均一な肉厚の成形品が得られることから、使用
するシートの肉厚を減らすことができ、コスト低下とい
う経済効果をもたらすほか、例えば照明カバー等におい
ては光の透過・拡散が一層均一になり、製品価値が高ま
る上、従来品より開口部から側方へと一層大きく広がっ
た偏平ドーム状の成形品を得ることが可能となり、形状
設計上の自由度が高まる。なお、最大外径部位でのドー
ムの水平断面は、円形、楕円形、多角形等の各種形状を
とってよい。またクランプ開口部も、円形、楕円形、多
角形等の各種形状であってよい。

【００４０】成形品の硬化には常法を用いることができ
る。例えば成形品に冷風を吹きつけることによって行い
得る。但し、本発明においては均一な肉厚の成形品が得
られるため、余分な厚みを有するシートを使用する必要
がなくしかもドームの頂点部位が厚くなることもないた
め、熱容量が小さく従来の方法による成形品に比して冷
却は容易である。このため、型の成形面を該軟化点より
下方の温度として成形することにより、成形と並行して
成形品を硬化させることもできる。そうすることは、成
形後直ちに成形品を取り出すことを可能にし、生産効率
を高める上で好ましい。

【００４１】成形品の取り出しに関連して、上記に類似
の成形品の場合、従来は、成形型からの成形品の取り出
し後にクランプ部位のトリミングが行われていた。本発
明はまた、該圧空装置が、クランプ部位の内側に、該上
側割型の該クランプ開口部を取り囲む環状の刃を下端に
備えた上下に駆動させることのできるトリミング用シリ
ンダーを備えているものである装置をも提供するから、
これによって、成形後に該トリミング用シリンダーを押
し下げることで成形品をクランプ開口部の周囲でトリミ
ングすることができ、従来別個に行われていたトリミン
グ作業が不要となって、成形型より直ちに完成品を取り
出すことが可能になる。なお、該「シリンダー」は円筒
のみならず、任意の断面形状のものを包含する。「環
状」も、同様に、任意の閉じた輪郭線を包含する。

【００４２】なお、成形品の取り出しを容易にするため
に、上側割型を複数個（例えば２乃至４個）の部分割型
によって構成しておくことができる。以下に実施例を挙
げて本発明を一層具体的に説明する。

【００４３】

【実施例】

〔実施例１〕図１は、本発明において用いるプラスチッ
クシート、成形型及び圧空装置を断面図で示す。図にお
いて２はプラスチックシートである。４は上側割型であ
り、クランプ開口部６を備え、該クランプ開口部６は円
形でその半径は260 ｍｍである。８は圧空装置、及び12
は下側割型を示す。上側割型４は、側方へ広がった偏平
な漏斗状の成形面14を有しその最大半径は330 ｍｍであ
る（従ってクランプ開口部外周から側方へ、すなわち周
囲へ、70ｍｍ広がっている）。下側割型12は、偏平な円
形ドーム状の成形面16を有し、上側割型４の最大半径部
位18においてこれと一体化して、クランプ開口部６の最
上面から150 ｍｍの高さの偏平なドーム形状を構成する
ように作られている。開口部面積は2124ｃｍ² 、成形品
面積（開口部の円筒面＋上側割型内面＋下側割型内面）
は5379ｃｍ² である。従って、成形品の理想厚み率は、
2124／5379＝0.395 である。両割型は、図において上側
割型４と離して下方に配置されている。20は、下側割型
12を上下移動させるための駆動装置であり、例えば油圧
シリンダーである。21は、装置全体を保持する枠であ
る。

【００４４】ここでは、該プラスチックシート２は厚さ
1.8 ｍｍのアクリル樹脂であり、その軟化点は約90℃で
ある。該シートは160 ℃に加熱軟化されて、上側割型４
と圧空装置８とによってエアタイトにクランプされてい
る。上側割型の成形面の温度は60℃である。またプラス
チックシート２の厚みが1.8 ｍｍであるから、成形品の
理想肉厚は1.8 ×0.395 ＝0.71ｍｍである。

【００４５】図２は、シート２のフリーブローの段階を
示す。10はクランプ枠である。圧空装置８を介して空気
（例えば、0.3 ｋｇ／ｃｍ² の陽圧）が導入され、シー
ト２は、理想厚み率0.395 であるため、表４より、半球
ドーム状にフリーブローされる。例えば、該半球ドーム
の頂点22が来る高さにおいてドームの中心軸を挟んで枠
21に設置された一対の光源及び光電管センサー（示さ
ず）その他適宜なセンサーを利用することによって、ド
ームの頂点22が該高さに達したことが検出される。該検
出信号は、空気出入制御装置（示さず）に接続されてお
り、該検出信号に応答して該空気出入制御装置が圧空装
置８をエアロックする。生じた、内圧を有するフリーブ
ロードームの表面積は、最終成形品の対応する表面積の
78.9％である。また該ドームの肉厚は、薄い頂点22部位
から根元側の厚い部位へと連続的に変化しており、上記
条件において、例えば頂点22の厚みはシート元厚の32.5
％、根元側から半径の20％の部位においては68.0％であ
る。

【００４６】図３は、下側割型12を上昇させてフリーブ
ロードームを圧迫する段階を示す。この段階は、圧空装
置８をエアロックしたまま、駆動装置20を作動させて下
側割型12を上昇させることによって行う（但し、実質的
に同一の操作は、別の実施例として、適宜の駆動装置に
よって上側割型を圧空装置と共に下降させることにより
「下側割型を相対的に上昇させ」ても可能である）。下
側割型の成形面の温度は60℃である。該上昇は第１速度
及び第２速度の２つの段階に分けて行う（例えば、後述
の実測値を示した成形品ではそれぞれ、62.5ｍｍ／秒、
及び31.25 ｍｍ／秒とした）。これらの速度の切替え位
置は、下側割型12がフリーブロードームの頂点に接して
から上側割型４と一体化するまでの移動距離のうち下か
ら40％の位置である。該位置に下側割型12が達したこと
は、枠21に取り付けた光電管センサーによって検出する
が、他の適宜の方法を用いてもよい。

【００４７】この実施例の素材及び温度条件において
は、下側割型12に接触したフリーブロードーム頂点22付
近は、冷却されて半径方向に一部収縮しつつ硬化し、肥
厚化してシート元厚の約39％（成形品の理想肉厚にほぼ
等しい）となる。該収縮は下側割型12との接触面積の拡
大と平行して起こるが、他方、下側割型12の上昇は該ド
ームを偏平化するよう圧迫し内部の空気を加圧してシー
トを側方へ引き延ばし始める。これによって相対的にド
ーム根元側寄りの（従って相対的に厚肉の）シートが肉
厚に比例して延伸されて、頂点22部位と同程度の厚みに
まで延伸され、成形品全体の肉厚が理想肉厚に均一化す
る。また、下側割型12の上昇速度を、上記のように、後
半60％において遅くしているため、シートの延伸が無理
なく起こり、肉厚の均一化が保証される。両割型が一体
化したときには、シートの殆ど全面が型の成形面に密着
した状態となる。

【００４８】図４は、両割型４及び12が一体化した状態
を示す。この状態において、空気出入制御装置（示さ
ず）に制御されて圧空装置８を介して圧空（例えば、３
ｋｇ／ｃｍ² の陽圧）が導入され、それによってシート
が型の成形面に圧着され整形される。シートはすでに殆
ど全面で成形面に密着しているから、この圧空導入によ
るシートの延伸はごく僅かでありシート肉厚に実質的な
影響を与えない。

【００４９】次いで、圧空装置を介して型内に冷風を導
入して成形品を冷却させてもよいが、本実施例において
はシートは薄く、型との接触による温度低下で硬化して
おり特に必要がない。

【００５０】次いで、図５に示したように、該圧空装置
のクランプ部位の内側に該上側割型の該クランプ開口部
を取り囲んで備えられた、下端に環状の刃を備えた上下
に駆動させることのできるトリミング用シリンダー11
（図２〜４においては上がっている）が支持体23ごと油
圧シリンダーによって下方へ駆動され、クランプ開口部
６の周囲でシートを切断する。このため、成形型より成
形品を取り出した後にトリミングする必要はない。な
お、このときクランプ枠は圧縮されて支持体23の下降を
許容する。

【００５１】上側割型は、クランプ開口部の円周に沿っ
て４等分された部分割型より構成されており、これら部
分割型を（図１に破線で示したように）互いに放射方向
へ移動させて離し、且つ圧空装置を下側割型から上方へ
十分に遠ざけることによって、成形品を容易に取り出す
ことができる。

【００５２】上記実施例１により得られた成形品の断面
形状は図６に示した通りである。該成形品の(1) 頂点部
位、(2) 最大半径部位及び(3) それらの中間部位の肉厚
は、それぞれ(1) 0.70ｍｍ、(2) 0.68ｍｍ、及び(3) 0.
73ｍｍであり、理想肉厚0.71ｍｍの−５〜＋３％に収ま
っていた。

【００５３】〔比較例１〕実施例１と同じシート材料を
用いて、従来方法のダイレクトブローによって類似形状
の成形品を成形した。但し、実施例１と同一寸法では最
大半径部位の肉厚が薄くなり過ぎて破れるため、クラン
プ開口部半径を300 ｍｍと広げることにより開口部から
側方への広がりを小さくした。他の寸法は実施例と同じ
とした。該成形品の断面形状は図７に示した通りであ
る。開口部面積は2827ｃｍ² 、成形品面積は4714ｃｍ²
であり、理想肉厚は1.8 ×2827／4714＝1.08ｍｍであ
る。該成形品の(1) 頂点部位、(2) 最大半径部位及び
(3) それらの中間部位の肉厚は、それぞれ(1) 1.4 ｍ
ｍ、(2) 0.3 ｍｍ、及び(3) 0.8 ｍｍであり、理想肉厚
1.08ｍｍの−72〜＋30％の範囲にまで広く分布してお
り、最大半径部位は極めて薄肉であった。

【００５４】〔実施例２〕上記比較例１の成形品と同一
寸法の成形品を、本発明の方法により成形した（理想厚
み率＝2827／4714＝0.599 よって、表４より、フリーブ
ロードーム頂点高＝開口部半径×0.7 とした。）。その
結果、該成形品の(1) 頂点部位、(2) 最大半径部位及び
(3) それらの中間部位の肉厚は、それぞれ(1) 1.10ｍ
ｍ、(2) 1.00ｍｍ、及び(3) 1.15ｍｍであり、理想肉厚
1.08ｍｍの−８から＋７％の範囲内にあった。

【００５５】これらのことは、本発明の方法によるとき
は、頂点から側方の膨脹部位に至る成形品の全体におい
て理想肉厚に極めて近い値に成形品肉厚が均一化される
こと、それによって従来問題であった側方の膨脹部位の
薄肉化が解決されること、及び、開口部から側方への成
形品の広がりを従来品より一層大きくしても、なお従来
品より一層均一な肉厚の成形品を製造し得ることを明示
している。

【００５６】

【発明の効果】本発明により、偏平なドーム状の成形品
であって、該ドームの側方への広がりに比してドームの
根元側開口部が狭く絞り込まれ従って根元側にあるドー
ム開口部の径がドームの外径に比して小さい形状を有す
る成形品を、理想肉厚にほぼ等しい均一な肉厚で製造す
ることが可能となる。従ってまた、従来品に比して、品
質が向上し、且つ、薄いシートの使用が可能となって製
造コストも低下するほか、根元側開口部が従来品に比し
て一層狭く絞り込まれた形状の成形品の製造も可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ブロー前においてシートをクランプした状態
における、装置の一部断面図よりなる立面図。

【図２】 フリーブローの段階を示す断面的概要図。

【図３】 下側割型によるフリーブロードームの圧迫の
段階を示す、断面的概要図。

【図４】 圧搾空気の導入によるシートの圧着の段階を
示すの断面的概要図。

【図５】 クランプ開口部の周りにおけるシートのトリ
ミング操作の断面的概要図。

【図６】 実施例１の成形品の縦断面図。

【図７】 比較例１及び実施例２の成形品の縦断面図。

【符号の説明】

２・・プラスチックシート、４・・上側割型、６・・ク
ランプ開口部、８・・圧空装置、10・・クランプ枠、11
・・トリミング用シリンダー、12・・下側割型、14・・
偏平な漏斗状の成形面、16・・偏平なドーム状の成形
面、18・・最大半径部位、20・・駆動装置、21・・枠、
22・・フリーブロードーム頂点、23・・支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 51/00 - 51/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラスチックシートの圧空成形により、根
   元側にある開口部の径より側方へ広がった偏平ドーム状
   の成形品を得る方法であって、 （１）加熱により軟化させたプラスチックシートを、ク
   ランプ開口部を備え且つ該クランプ開口部の径より側方
   へ広がった成形面を備えた上側割型の該クランプ開口部
   上に被せ、該上側割型と圧空装置との間に挟んで該クラ
   ンプ開口部の周囲においてエアタイトにクランプする段
   階１と、 （２）該圧空装置を介した空気注入により該プラスチッ
   クシートを、フリーブロードームの頂点高が該クランプ
   開口部半径未満の範囲内に収まるよう且つ、「クランプ
   開口部の開口面積／成形品の表面積」により算出される
   理想厚み率から±10％の範囲内に頂点の硬化後厚み率が
   収まるために次表 【表１】 に表された関係（表中、隣接する任意の一組の数値間は
   該一組の数値に基づき直線的に補間される）に従って求
   められる頂点高の範囲内にフリーブロードームの頂点高
   が入るよう、フリーブローして該クランプ開口部より該
   上側割型の成形面側へと膨出させる段階２と、 （３）該圧空装置をエアロックし、該上側割型と離して
   おいた、該フリーブロードームよりも偏平なドーム状の
   成形面を有する下側割型を、下方から該上側割型に向け
   て相対的に上昇させて該フリーブロードームを圧迫する
   ことによって、これを該下側割型の成形面に沿って偏平
   化させつつ該圧迫により該フリーブロードームに閉じ込
   められた空気を加圧して該下側割型の成形面と未接触の
   シート部位を側方へ膨脹させる段階３と、そして （４）両割型が一体化した後に該圧空装置を介して圧搾
   空気を導入してシートを両割型の成形面に圧着し整形す
   る段階４と、 を含んでなる方法。
2. 【請求項２】該下側割型の成形面が該フリーブロードー
   ムの頂点に接してから該下側割型が該上側割型と一体化
   するまでの該下側割型の相対的上昇に際し、該上昇の速
   度を少なくとも２段階で又は連続的に減少させるもので
   ある、請求項１の方法。
3. 【請求項３】該下側割型の成形面が該フリーブロードー
   ムの頂点に接してから該下側割型が該上側割型と一体化
   するまでの該下側割型の相対的上昇距離のうち、最初の
   20〜40％を第１の速度で行い、残り80〜60％を該第１の
   速度の30〜70％であって且つ下側割型の成形面に未接触
   のシートの側方への膨脹が無理なく起こる第２の速度で
   行うものである、請求項１の方法。