(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一軸（５）と、第一軸（５）により端部が支持されたコ字形の旋回体（４）と、旋回体（４）の中央部に回転可能に支持された第二軸（１１）と、第二軸（１１）に取り付けられた型（７０）とからなる回転成形機であって、第一軸（５）と旋回体（４）とが一体に旋回回転し、第二軸（１１）が第一軸（５）及び旋回体（４）とは無関係に旋回回転するように構成され、型（７０）は、表面に成形面を有する殻体状の型本体（７４）と、型本体（７４）の裏面に面結合された温度調節管（７６）とを含み、第二軸（１１）は中空状に形成され、第二軸（１１）の内側にはパイプ（５４）が挿入され、パイプ（５４）の外周面と第二軸（１１）の内周面との隙間によって温度調節管（７６）へオイルを送るオイル通路（５５）が形成され、温度調節管（７６）を経たオイルはパイプ（５４）の内部を通るように構成されたことを特徴とする回転成形機。
【請求項２】
請求項１記載の回転成形機を使用し、温度調節管（７６）に加熱したオイルを供給して型本体（７４）を急速且つ均一に加熱し、第一軸（５）と旋回体（４）とを一体に旋回回転させるとともに、第二軸（１１）を第一軸（５）及び旋回体（４）とは無関係に旋回回転させ、パウダー状又はゲル状の熱可塑性樹脂材料を前記加熱した型の成形面に溶融付着させて中空状の樹脂成形品を回転成形した後、温度調節管（７６）に冷却したオイルを供給して型本体（７４）を急速且つ均一に冷却し、前記回転成形された樹脂成形品を凝固させることを特徴とする回転成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、型を加熱しながら回転して成形品を成形する回転成形方法及び回転成形機に関するものである。この回転成形方法及び回転成形機は、例えば自動車装備品、街灯シェード、マネキン等の中空成形品の成形に適し、さらには透明中空成形品の成形に特に適している。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転成形方法及び回転成形機として、次の二種が知られている。
（１）型を単一の軸線周りに回転するタイプの回転成形機。例えば、図８に示す回転成形機では、型１０１が軸１０２により機枠１０３に回転可能に支持され、モータ１０４によって回転駆動される。このタイプの回転成形機は、回転の軸が単一なので、型に熱媒体を供給しやすい。そこで、型１０１の型本体１０８には加熱配管１０５が接して設けられ（線接触）、この加熱配管１０５はスチーム供給装置１０６に接続されている。回転成形に際しては、パウダー状又はゲル状の熱可塑性樹脂材料１０７を型１０１内に投入し、型１０１をスチームの供給により加熱しながら回転し、樹脂材料１０７を溶融して型面に付着させ、型１０１を水シャワーの吹付け等により冷却した後に成形品を取り出すようになっている。
【０００３】
（２）型を直交する二つの軸線周りに回転する成形機。このタイプの回転成形機は、回転の軸が二つあるため、型に熱媒体を供給することがこれまでできなかった。そこで、型を外部の離れた所からバーナー炎、電熱ヒーターの輻射熱等により加熱していた。また、型を水シャワーの吹付け等により冷却していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記（１）の回転成形機によると、型１０１を単一の軸線周りに回転しているため、樹脂材料１０７が回転軸線周りの型面に厚く付着し、回転軸線に対し直角をなす型面には薄く付着するなど、成形品の肉厚が不均一になるおそれがあった。また、複雑な形状の成形品の場合に、樹脂材料１０７を型面の各部に所定の肉厚で付着させるためには、型１０１を長時間かけて回転するか又は加熱温度を高くする必要があり、成形効率が低下したり、樹脂材料１０７の色が変色したり（黄変する場合が多い）、物性が低下したりするという問題があった。なお、前記回転に加えて、型１０１を揺動させる試みもなされているが、これらの問題を解消するまでには至っていない。
【０００５】
上記（２）の回転成形機によると、型を外部の離れた所からバーナー炎、電熱ヒーターの輻射熱等により加熱していたため、型の加熱温度制御の精度が低いとともに、型の温度分布の均一性が低いため、成形品の肉厚が不均一になり、内面にうねりが生じるという問題があった。特に、透明中空成形品の場合に内面にうねりが生じると、外部から歪んで見えるため、透明中空成形品を回転成形で成形するのは困難とされており、これまでの我国の技術では、特に大型の透明樹脂成形品を見栄えよく回転成形することが事実上できなかった。
【０００６】
また、バーナー炎、電熱ヒーターの輻射熱では、型を加熱するのに長時間を要し、水シャワーの吹付け等では、型を冷却するのに長時間を要していた。一具体例として、パウダー状のポリカーボネイト樹脂材料を使用し、型の加熱温度を２８０℃としたい場合に、同加熱温度に達するまでの時間は約４０分もかかっていた。また、同加熱温度から型を十分に冷却するまでの時間は約２０分もかかっていた。従って、１回の回転成形に要する時間は６０分以上であり、成形効率が非常に低いとともに、樹脂材料に変色及び物性劣化が生じるおそれがあった。また、加熱温度の制御の精度も低く、加熱するたびに加熱温度は異なっていた。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、型の温度制御の精度と温度分布の均一性とを高め、内面のなめらかな中空状の樹脂成形品を短時間で効率よく回転成形することができる回転成形方法及び回転成形機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、次のような各手段をとった。
［Ａ］  第一軸（５）と、第一軸（５）により端部が支持されたコ字形の旋回体（４）と、旋回体（４）の中央部に回転可能に支持された第二軸（１１）と、第二軸（１１）に取り付けられた型（７０）とからなる回転成形機であって、第一軸（５）と旋回体（４）とが一体に旋回回転し、第二軸（１１）が第一軸（５）及び旋回体（４）とは無関係に旋回回転するように構成され、型（７０）は、表面に成形面を有する殻体状の型本体（７４）と、型本体（７４）の裏面に面結合された温度調節管（７６）とを含み、第二軸（１１）は中空状に形成され、第二軸（１１）の内側にはパイプ（５４）が挿入され、パイプ（５４）の外周面と第二軸（１１）の内周面との隙間によって温度調節管（７６）へオイルを送るオイル通路（５５）が形成され、温度調節管（７６）を経たオイルはパイプ（５４）の内部を通るように構成されたことを特徴とする回転成形機。
［Ｂ］  上記Ａ記載の回転成形機を使用し、温度調節管（７６）に加熱したオイルを供給して型本体（７４）を急速且つ均一に加熱し、第一軸（５）と旋回体（４）とを一体に旋回回転させるとともに、第二軸（１１）を第一軸（５）及び旋回体（４）とは無関係に旋回回転させ、パウダー状又はゲル状の熱可塑性樹脂材料を前記加熱した型の成形面に溶融付着させて中空状の樹脂成形品を回転成形した後、温度調節管（７６）に冷却したオイルを供給して型本体（７４）を急速且つ均一に冷却し、前記回転成形された樹脂成形品を凝固させることを特徴とする回転成形方法。
これらの手段において、以下のような態様をとることができる。
（１）表面に成形面を有する殻体状の型本体と、該型本体の裏面に面結合された温度調節管とを含む型を使用し、前記型の外部から温度調節管に加熱したオイルを供給して型本体を急速且つ均一に加熱し、前記型を方向の異なる二つの軸の周りに回転させ、前記型本体内に投入したパウダー状又はゲル状の熱可塑性樹脂材料を成形面に溶融付着させて回転成形し、前記型の外部から温度調節管に冷却したオイルを供給して型本体を急速且つ均一に冷却し、前記回転成形された成形品を凝固させてから前記回転を止めることを特徴とする回転成形方法。
【０００９】
（２）表面に成形面を有する殻体状の型本体と、該型本体の裏面に直接結合された電熱ヒーターと、該型本体の裏面に面結合された温度調節管とを含む型を使用し、前記電熱ヒーターに給電して型本体を急速且つ均一に加熱し、前記型を方向の異なる二つの軸の周りに回転させ、前記型本体内に投入したパウダー状又はゲル状の熱可塑性樹脂材料を成形面に溶融付着させて回転成形し、前記型の外部から温度調節管に冷却したオイルを供給して型本体を急速且つ均一に冷却し、前記回転成形された成形品を凝固させてから前記回転を止めることを特徴とする回転成形方法。
【００１０】
これら（１）（２）の回転成形方法は、熱可塑性樹脂の種類や色彩において特に限定されるものではないが、成形品の内面にうねりが生じにくいという作用効果があるため、特に内面が見える場合、すなわち、熱可塑性樹脂が透明樹脂であり、成形品が透明樹脂成形品である場合に最適である。ここで、透明とは、無色透明のみならず、有色透明、半透明等を含む意味である。
【００１１】
これら（１）（２）の回転成形方法は、型本体の加熱温度において特に限定されるものではないが、樹脂の変色や物性低下が問題となる高温域、すなわち型本体の加熱温度が２００〜３２０℃である場合に最適である。同方法は型本体を急速に加熱及び冷却して、樹脂に加わる熱量を最少限とすることができるという作用効果があるため、このような高温域でも樹脂の変色や物性低下を防ぐことができるからである。
【００１２】
これら（１）（２）の回転成形方法において、型本体の加熱時間が３０分未満であることが好ましく、また、型本体の冷却時間が１５分未満であることが好ましい。成形効率を高めるためと、樹脂の変色や物性低下を防ぐためである。
【００１３】
（３）機枠と、該機枠に第一軸により回転可能に支持された旋回体と、該旋回体を回転駆動する手段と、該旋回体に前記第一軸とは方向の異なる第二軸により回転可能に支持された型と、該型を回転駆動する手段とを備え、前記型は、表面に成形面を有する殻体状の型本体と、該型本体の裏面に面結合された温度調節管とを含み、前記型の外部にオイル供給装置が設けられるとともに、該オイル供給装置と前記温度調節管との間でオイルを循環させる配管機構が設けられ、該配管機構が第一軸上に設けられた第一回転継手と第二軸上に設けられた第二回転継手とを含むことを特徴とする回転成形機。
【００１４】
この（３）の回転成形機において、温度調節管が型本体の裏面に面結合されているとは、温度調節管と型本体の裏面とが線接触ではなく、面積のある面を介して接合されているという意味である。温度調節管の温度を型本体の裏面に高い伝導率で且つ均一に伝えるためである。面結合の態様は、特に限定されないが、温度調節管が型本体の裏面に当接するように配設され、多数の貫通孔を有し且つ表面に導電性を有する薄状体が温度調節管に裏面側から被せられるとともに型本体に仮止めされ、型本体の裏面、温度調節管及び薄状体に電鋳被覆部が電鋳形成されており、該薄状体と電鋳被覆部とを介して温度調節管が型本体の裏面に面結合されている態様が好ましい。
【００１５】
また、型をバランスよく回転できるように、第一軸及び第二軸を型の略中心で直交する２直線上に配置するのが好ましい。
【００１６】
また、加熱用オイル及び冷却用オイルを型本体に選択的に供給できるように、オイル供給装置にオイル加熱器とオイル冷却器とを設けるとよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４に示すように、回転成形機の機枠１はベース２と左右一対のスタンド３とから構成されている。スタンド３の間にはコ字形の旋回体４が配置され、スタンド３の上端には第一軸５が設けられ、第一軸５により旋回体４が機枠１に水平軸線の周りに回転可能に支持されている。一方のスタンド３にはモータ６が設置され、その出力軸はギヤ７，８を介して一方の第一軸５に連結され、モータ６が旋回体４を回転駆動する手段を構成している。
【００１８】
旋回体４の内側には型取付部材１０が配置され、旋回体４の略中心部には第二軸１１が設けられ、第二軸１１により型取付部材１０が旋回体４に第一軸５と直交する軸線の周りに回転可能に支持されている。旋回体４のコーナ部にはモータ１２が設置され、その出力軸は鎖車１３、チェーン１４、鎖車１５を介して第二軸１１に連結され、モータ１２が型取付部材１０を回転駆動する手段を構成している。なお、モータ１２の給電線１６（図２参照）は一方の第一軸５を貫通させて配線されている。
【００１９】
型取付部材１０の上面には型７０が載置され、ボルト１８等の取付手段によって取り付けられている。図７に示すように、型７０は開閉可能な上型７１と下型７２とからなる分割型であって、上型７１及び下型７２はいずれも、箱状の支持枠７３と、支持枠７３に支持されて表面に成形面７５を有する殻体状の型本体７４と、型本体７４の裏面に面結合された温度調節管７６とを含む。前記第一軸５及び第二軸１１は、型７０の略中心で直交する２直線上に配置されている。
【００２０】
本実施形態の型本体７４は電鋳により作製されたニッケル合金製の殻体で、肉厚は約３ｍｍ、成形面７５は直径２６０ｍｍの球面である。型本体７４の裏面には、銅製で外径１０ｍｍ、肉厚１ｍｍの連続した温度調節管７６が当接するように湾曲されながら配設され、隣り合う温度調節管７６の中心間ピッチは３０〜１００ｍｍ程度で満遍なく配設されている。温度調節管７６には、線径０．３ｍｍのステンレス鋼線よりなる１４メッシュの金網７７が裏面側から山形状に被せられるとともに、該金網７７は型本体７４にスポット溶接によって仮止めされている。型本体７４の裏面、温度調節管７６及び金網７７には銅製の電鋳被覆部７８が電鋳形成されている。金網７７の網目は電鋳被覆部７８で塞がれている。また、金網７７の多数の網目を通して、金網７７と型本体７４の裏面との間、及び、金網７７と温度調節管７６との間にも電鋳被覆部７８が付着しているため、温度調節管７６と型本体７４の裏面とのは面結合で強固に接合され、熱的にもしっかり結合している。
【００２１】
ベース２の一端部には、オイル供給装置２６が設置されている。このオイル供給装置２６は、オイル加熱器２７とオイル冷却器２８とポンプ２９と出口側バルブ３０と入口側バルブ３１とを備え、各バルブ３０，３１を切り換えることにより、加熱用オイル又は冷却用オイルを型７０の内部配管に選択的に供給できるように構成されている。
【００２２】
オイル供給装置２６と型７０との間には、加熱用オイル又は冷却用オイルを循環させる配管機構３３が設けられている。この配管機構３３は、加熱用オイル又は冷却用オイルを、オイル供給装置２６から配管３４→第一回転継手３５→配管３６→第二回転継手３７→下側分岐管３８→配管８１の経路を通して、上型７１の温度調節管７６に送る。該温度調節管７６を通って上型７１の型本体７４を加熱又は冷却したオイルは、型７０内の連絡管８３を経て下型７２の温度調節管７６に送られる。該温度調節管７６を通って下型７２の型本体７４を加熱又は冷却したオイルは、配管８２→上側分岐管３９→第二回転継手３７→配管４０→第一回転継手３５→配管４１の経路を通って、オイル供給装置２６に還流するように構成されている。第一回転継手３５は第一軸５上に設けられ、第二回転継手３７は第二軸１１上に設けられている。
【００２３】
図５に示すように、第二軸１１は中空状に形成され、上下一対のブッシュ４３，４４により旋回体４に回転可能に支持されている。第二軸１１の中間部には前記鎖車１５がキー４５を介して挿着され、第二軸１１の下端部にはネジ４６が形成されている。ネジ４６にはナット４７が締め付けられ、ナット４７に第二回転継手３７の回転軸４８がボルト４９で結合されている。
【００２４】
第二軸１１の上端部には、型取付部材１０に固定されるフランジ５０と、下側分岐管３８に接続される出口５１と、上側分岐管３９に接続される入口５２とが設けられている。第二軸１１の内側にはパイプ５４が挿入され、パイプ５４と第二軸１１との隙間によってオイル通路５５が形成されている。そして、パイプ５４の上端は入口５２に連通し、オイル通路５５の上端は出口５１に連通している。
【００２５】
図６に示すように、第二回転継手３７のボディ５７には前記回転軸４８が一対の軸受５８，５９により回転可能に支持され、その内側にパイプ５４の下端部が挿入されている。パイプ５４と回転軸４８との隙間は通路６０を形成し、この通路６０は第二軸１１側のオイル通路５５に接続されている。ボディ５７には入口６１と出口６２とが設けられ、入口６１は回転軸４８の孔６３を介し通路６０に連通し、出口６２はパイプ５４に連通している。
【００２６】
なお、ボディ５７は入口６１及び出口６２に接続される配管３６，４０（図２参照）によって回り止めされている。第二回転継手３７には、ボディ５７と回転軸４８との隙間を密閉するシールリング６４、回転軸４８の鍔部４８ａをシールリング６４に圧接させるバネ６５、通路６０の下端を密閉するパッキン６６が設けられ、第二軸１１及び回転軸４８の端面間には、通路５５，６０からのオイル漏れを防止するガスケット６７（図５参照）が介装されている。また、第一回転継手３５は第二回転継手３７と同様に構成されている。
【００２７】
上記構成の回転成形機を使用して、成形品を回転成形するには、まず、オイル加熱器２７で加熱したオイルをオイル供給装置２６から温度調節管７６に供給して、型本体７４を急速且つ均一に加熱する。このとき、型７０は静止していてもよいが、次のように回転している方が好ましい。
【００２８】
旋回体４をモータ６で第一軸５の周りに回転させるとともに、型取付部材１０をモータ１２で第二軸１１の周りに回転させ、もって型７０を方向の異なる二つの軸５，１１の周りに回転させ、型本体７４内に投入したパウダー状又はゲル状の熱可塑性樹脂材料８０を成形面７５に溶融付着させて回転成形する。
【００２９】
その後、バルブ３０，３１を切り換え、オイル冷却器２８で冷却したオイルをオイル供給装置２６から温度調節管７６に供給して型本体７４を急速且つ均一に冷却し、回転成形された球殻状の成形品を凝固させてから前記回転を止め、該成形品を脱型する。
【００３０】
一具体例として、パウダー状の透明ポリカーボネイト樹脂材料を使用し、加熱温度３００℃のオイルを温度調節管７６に供給したところ、型本体７４の加熱温度は２８０℃となり、同加熱温度に達するまでの時間は約１２分と急速であった。また、加熱温度の制御の精度も高く、何回行っても加熱温度は正確であった。その後、ポリカーボネイト樹脂材料を投入し、さらに回転と加熱とを約８分続けて回転成形した。従って、トータルの加熱時間は約２０分である。その後、冷却温度３０℃のオイルを温度調節管７６に供給したところ、型本体７４の冷却温度は５０℃となり、同冷却温度に達するまでの冷却時間は約８分であった。従って、１回の回転成形に要する時間は３０分弱であり、成形効率が非常に高いとともに、樹脂材料の変色及び物性劣化を防止することができた。
【００３１】
そして、温度調節管７６と型本体７４の裏面とが金網７７及び電鋳被覆部７８を介して面結合されていて、熱伝導率が高いとともに、温度調節管７６の温度が型本体７４の広い面積に伝わったので、型本体７４の部位による温度のバラツキを防止でき、型本体７４を均一に加熱することができた。このため、球殻状の透明成形品の内面がうねることなくなめらかになり、外部から見たときに歪んで見えることも無く、さらにボイドの発生もなかったため、美観に優れた良質の透明成形品を得ることができた。勿論、球殻状以外の各種中空形状（例えば、楕円球殻状、正多面体殻状等）の透明成形品も同様に回転成形することができる。このような良質の中空状の透明成形品は、これまでの我国の技術では回転成形することができなかったものであり、例えば街灯シェード等として使用することができ、さらに新しい用途を開拓することもできる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）旋回体を垂直な第一軸の周りに回転させ、型取付部材及び型を水平な第二軸の周りに回転させること。
（２）第一軸及び第二軸を、型の中心からずれた所で直交する２直線上に配置したり、型の略中心又は中心からずれた所で斜めに交差する２直線上に配置したりすること。
（３）型本体に多数の通気孔を有するものを使用し、型本体の裏面を減圧し、成形材料を型本体の表面に吸引しながら回転成形すること。
（４）型本体の裏面に電熱ヒーターを直接結合し、該電熱ヒーターに給電して型本体を急速且つ均一に加熱するように変更すること。冷却は前記温度調節管により行う。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の回転成形方法及び回転成形機によれば、型の温度制御の精度と温度分布の均一性とを高め、内面のなめらかな中空状の樹脂成形品を短時間で効率よく回転成形することができる、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る回転成形機の斜視図である。
【図２】同回転成形機の正面図である。
【図３】同回転成形機の平面図である。
【図４】同回転成形機の側面図である。
【図５】同回転成形機における型取付部材の支持構造を示す断面図である。
【図６】同回転成形機における回転継手の内部構造を示す断面図である。
【図７】同回転成形機における型の内部構造を示す断面図である。
【図８】従来の回転成形機を示す概略図である。
【符号の説明】
１    機枠
４    旋回体
５    第一軸
６    モータ
１０    型取付部材
１１    第二軸
１２    モータ
２６    オイル供給装置
２７    オイル加熱器
２８    オイル冷却器
３３    配管機構
３５    第一回転継手
３７    第二回転継手
７０    型
７４    型本体
７５    成形面
７６    温度調節管
７７    金網
７８    電鋳被覆部
【図１】
0004093672.tif 000002
【図２】
0004093672.tif 000003
【図３】
0004093672.tif 000004
【図４】
0004093672.tif 000005
【図５】
0004093672.tif 000006
【図６】
0004093672.tif 000007
【図７】
0004093672.tif 000008
【図８】
0004093672.tif 000009