JP2009535246A - 溶融状態の所定量のプラスチック材料を取り扱うための装置と方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのプラスチック材料供給源（１）と、上面（１６）と側壁（１７）を備えていて所定量のプラスチック材料（３）を一時的に支持することのできるスリーブ（８）の中を滑動するロッド（１１）と、製品の頭部を形成するための鋳型（６、７）と、その鋳型（６、７）と協働するマンドレル（１８）とを備えていて、溶融状態の所定量のプラスチック材料（３）を鋳型の２つの部分の間で圧縮することによってプラスチック材料からなる製品を成形する装置において、この装置が、スリーブの上に所定量のプラスチック材料を堆積させる手段（１、２）を備えていて、スリーブ（８）の上面（１６）と一致する平面（２０）よりも上に堆積されるプラスチック材料（２２）の量が、その材料（３）の全量の２０％〜４０％となるようにされている、ことを特徴とする装置に関する。本発明は、この装置を利用した方法にも関する。

Description

本発明は、プラスチック材料からなる製品を圧縮によって成形することに関する。製品は、溶融状態の所定量のプラスチック材料を鋳型の２つの部分の間で圧縮することによって得られる。

本発明は、より詳細には、肩部とオリフィスを有する頭部が可撓性のある円筒形本体に接続されたプラスチック材料製チューブ（例えば歯磨きまたは化粧品のチューブ）の実現に適用される。この特別な場合には、１回の操作で、チューブの頭部が形成されると同時に本体に接合される。チューブの頭部は、溶融した所定量の材料をもとにして、金型ユニットと呼ばれる下側の道具と、可撓性のある円筒体が表面に取り付けられたマンドレルと呼ばれる上側の道具の間で形成されて圧縮されることによって実現される。材料の温度は、その材料がチューブの本体に接合する温度にされている。チューブ製造機械では、複数の鋳型が一般に不連続な（または連続な）運動をし、それぞれの鋳型がさまざまな製造プロセス（チューブ本体への装填、所定量の可撓性材料の配置、圧縮成形、冷却、鋳型からのチューブの取り出し）を経る。

このようなチューブを実現するさまざまな装置と方法が従来技術で知られている。

例えば特許文献１と特許文献２を挙げることができる（これらの内容は、上記の方法と装置の説明に関する限り、参考として本出願に組み込まれているものとする）。

特許文献１にはチューブを製造する装置と方法が記載されており、ここでは、所定量の環状の材料が中間支持体となるスリーブの上に堆積され、その材料を貫通してロッドが滑動できるようにされている。ロッドはバネによって高位置に維持されていて、頭部を形成するためにマンドレルが金型の中に導入されるときにはバネの力に逆らって押される。

特許文献２では、この特許の図１に示されているように、所定量の環状のプラスチック材料が供給源からスリーブの上面とロッドの周囲に堆積される。このロッドは、肩部にオリフィスを形成するのに役立つ。供給源の出口は環状ノズルで取り囲まれているため、望む量が堆積されると、加圧空気を放出して堆積された材料を供給源から分離させることができる。スリーブに所定量の材料が堆積されると供給源を引っ込め、作り出すことになる肩部の形状をしたマンドレルを配置する。マンドレルの正面はロッドの上面と接触し、そのスリーブロッド集合体が肩部金型とネジ山金型の内部に押し込まれて頭部が形成され、チューブの端部となる。この特許の図３と図４には、頭部を形成した後、マンドレルに支持されているチューブ本体に接合するこのステップが示されている。頭部のオリフィスは、スリーブの中を長手方向に移動するロッドによって形成される。頭部を形成した後に金型の中をマンドレルを移動させるこのステップにおいて、ロッドはマンドレルによってスリーブの中を軸方向に高位置から低位置へと押される。ロッドは、低位置において、スリーブの上面を通り過ぎることによって肩部にオリフィスを形成する機能を有する。
独国特許出願第１０３４９８３７号 米国特許第４９４３４０５号

特許文献１、２で遭遇する問題は、所定量のプラスチック材料をスリーブの上に一時的に配置することに関係している。プラスチック材料をスリーブの上面と側壁にどのように分配するかに応じ、成形される製品の品質が著しく向上したり低下したりする可能性がある。

そこで本発明の目的の１つは、公知のこうした方法と装置を改良することである。

より詳細には、本発明の目的の１つは、プラスチック材料をスリーブの上に満足のゆくように分配できるシステムを提案することである。

本発明の別の目的は、公知の方法よりも効率的にチューブの肩部を形成する方法を提案することである。

したがって本発明は、少なくとも１つのプラスチック材料供給源と、上面と側壁を備えていて所定量のプラスチック材料を一時的に支持することのできるスリーブの中を滑動するロッドと、製品頭部を形成するための鋳型と、その鋳型と協働するマンドレルとを備えていて、溶融状態の所定量のプラスチック材料を鋳型の２つの部分の間で圧縮することによってプラスチック材料からなる製品を成形する装置に関する。本発明の装置は、スリーブの上に所定量のプラスチック材料を堆積させる手段を備えていて、スリーブの上面と一致する平面よりも上に堆積されるプラスチック材料の量が、その材料の全量の２０％〜４０％となるようにされている、ことを特徴とする。

前記平面よりも上にある材料とその平面よりも下にある材料の比は、約３０／７０であることが好ましい。

本発明は、一実施態様とそれに関係する図面の説明からよりよく理解できよう。

図１は、静止状態の鋳型の下部を示している。鋳型の下部は金型ユニットと呼ばれ、チューブ頭部の外側部分を形成することになる肩部金型６と、ネジ山を鋳型から外せるよう複数の部分からなるネジ山金型７と、この装置の対称軸線上にあってこの軸線Ａに沿って並進移動できるスリーブ８とを有する。スリーブ８は、行程を２つのストッパ部９と１０の間に制限する第１の肩部８ａを有する。

金型ユニットは、肩部にオリフィスを形成するのに用いるオリフィス形成用ロッド１１も備えている。オリフィス形成用ロッド１１は下部に突起部２４を備えており、スリーブ８の中を滑ることができる。オリフィス形成用ロッド１１の行程は、突起部２４と、スリーブの表面に設けられたストッパ部１２とによって高位置が制限されている。オリフィス形成用ロッド１１の行程は、止めピン１３（例えば円筒形）と、スリーブの表面に設けられたストッパ部１４とによって低位置も制限されている。ストッパ部１４は、スリーブ８に設けられた細長い穴８ｂの下壁によって形成されている。止めピン１３は、ロッド１１に設けられた穴の中に垂直に配置（例えば押し嵌め）されていることが好ましい。この止めピンにより、ロッド１１とスリーブ８の軸方向の相対的な移動を明らかに阻止することができる。この阻止は、所定量の材料が堆積された後にマンドレルがロッドの上面と接触して肩部を形成する上で特に重要である。バネを用いた公知のシステムでは、このような状態のとき、特にこの方法で圧縮成形される材料の効果により、ロッドはまだ移動することができる。そのためオリフィスが塞がったり変形したりするという欠陥が生じる。あるいはスリーブ８の外形と同じ直径のオリフィスになる。

図１Ａは図１の装置の一変形例を示しており、オリフィス形成用ロッド１１の突起部２４が省略され、上方ストッパ部２３は、円筒形止めピン１３が細長い穴８ｂの上壁と接触することによって実現されている。この変形例は、製造が非常に簡単であるという利点を持つ。２つのストッパ部１４、２３のために１つの止めピンだけを用いることで、装置の構造が単純化される。

スリーブ８とオリフィス形成用ロッド１１の相対的な移動は、オリフィス形成用ロッド１１に作用するバネや空気ジャッキなどのアクチュエータ（図示せず）によって実現される。

図２と図３には、溶融した所定量のプラスチック材料を堆積させるステップを示してある。金型６の上方に位置していてスリーブ８と同軸の分量決定ノズル１が、溶融した所定量のプラスチック材料３を形成する。分量決定ノズル１は、公知の押し出し装置（図示せず）から材料を供給される。

図２では、アクチュエータ（図示せず）によって生じる直線状の行程を弁２が移動する。このようにすると、通路４を通過させて環状の材料３を形成し、その環状材料をスリーブ８の上面１６と周辺部１７に堆積させることができる。

図３では、その後アクチュエータが弁３を逆方向に移動させる。すると出口となる通路４が閉まる。所定量のプラスチック材料は、通路５を通じてガスを吹き付けることによって切断されて分離する。

図３に示されているように所定量のプラスチック材料３がスリーブ８の上に正しく堆積されるようにするためには、すなわち所定量のプラスチック材料３がスリーブ８の上面および周辺部１７と接触するようにするためには、以下の複数の条件が合わさる必要がある。
− オリフィス形成用ロッド１１の上面１５とスリーブ８の上面１６の距離は、成形される部材（チューブ頭部）の対応する壁部の厚さよりもわずかに厚くなければならない。
− 弁２は、分量決定ノズルの開放段階にはオリフィス形成用ロッド１１の上面１５に非常に近いか接触せねばならない（接触することが好ましい）。
− 弁２の直径は、スリーブ８の直径に合わせて選択される。例えば直径Ｄ２＝１４．５ｍｍのスリーブでは、弁の直径はＤ１＝１３ｍｍである。分量決定ノズルの出口で材料が広がることで、その材料の下部がノズルを通過してスリーブの周辺部の上に１３ｍｍの距離にわたって存在することができ、弁は７ｍｍの行程を実現する（図２）。分量決定ノズルが閉じられると、弁は逆の行程を移動するが、スリーブ８に対する材料の位置は変化しない。材料は短時間の空気ジェットによって分量決定ノズルから離れ、材料の上部がスリーブ８の上面に押しつけられる（図３）。最終的に、材料の約７５％の高さがスリーブの周辺部に位置し、約２５％がスリーブの上面よりも上に位置する。これは、材料の塊の２０〜４０％がスリーブの上面と一致する平面２０よりも上に位置し、それに対応して８０〜６０％がその平面よりも下に位置することを意味する。

本発明の場合には、材料はスリーブ８（上面１６と周辺部１７）の上に堆積される。したがって材料はうまく中心に位置し、道具が運動するときに移動しない。そのため成形の欠点が取り除かれることになる。ところでチューブの直径が同じでオリフィスの直径が変化する場合には、分量決定弁の直径を同じに維持することができる。なぜならスリーブ８の直径は同じに留まるからである（図４の小さなオリフィス（Ｄ５）、図５の大きなオリフィス（Ｄ６）を参照）。化粧品チューブの製造工場では、１つのラインで常に同じ直径の１種類のチューブを製造するが、オリフィスの直径は頻繁に変更される。したがって本発明により、道具の交換時間を節約することができる。なぜならこのようにすると、分量決定ノズルの直径の変更と、分量決定ノズルの新たな調整が回避されるからである。また、このようにすると、いろいろな直径のチューブを製造するのに必要な異なる直径の分量決定ノズルの数を少なくできる（例えば以前は異なる６つの分量決定ノズルが必要であった場合に、新しい方法では異なる３つの直径しか必要でなくなる）。

図６に示した次のステップでは、金型ユニットと呼ばれていて金型６を有する鋳型の下部が分量決定ノズル１を離れてしまっており、マンドレル１８が上方にあって分量決定ノズルの中心に位置している。チューブの円筒形本体１９がマンドレル１８の表面に取り付けられている。マンドレル１８は金型６に向かって移動し、オリフィス形成用ロッド１１の上面１５と接触する。するとマンドレル１８は、オリフィス形成用ロッド１１とスリーブ８からなる集合体をスリーブ８がストッパ部１０にぶつかるまで移動させる（図７参照）。この移動中に円筒形止めピン１３は下方ストッパ部１４と接触できるようになる。そのためマンドレル１８の下面がスリーブ８の上面１６とは決して接触しないことが保証される。この移動が終わると、スリーブ８の突起部８ａがストッパ部１０と接触する。オリフィス形成用ロッド１１の上面１５は常にマンドレル１８と接触した状態になり、止めピン１３はストッパ部１４と接触しない。この構成は、オリフィス形成用ロッド１１の周囲にチューブのオリフィスをうまく形成できるという利点を有する。プラスチック材料３は徐々に変形して金型ユニットとマンドレル１８によって形成される隙間に満たされ、チューブ１９の本体の端部に接合される。この全体は、冷却段階を通じて加圧された状態が維持される。

図８は、図３に示したのと同じ装置、同じ構成を示しているが、材料３をスリーブ８の上に堆積させる方法だけが異なっている。

所定量のプラスチック材料３は、スリーブ８の上面１６と側壁１７の両方の上に存在する。

スリーブ８の側壁１７に沿って、またはその延長線上に堆積されるプラスチック材料の量は、スリーブ８の上面１６よりも上に堆積されるプラスチック材料の量よりもはるかに多い。

しかしスリーブ８の上面１６よりも上にプラスチック材料が存在していることには複数の利点がある。それは特に、材料３が所定の位置にうまく保持されることである。したがって材料３がスリーブ８に沿ってあまりに早く下がるリスクがなくなる。ここで、このリスクが特許文献１に開示されている装置に存在していることを指摘しておく。なぜならこの特許文献１では、材料全体がスリーブの側壁上に位置しているからである。

驚くべきことに、スリーブ８の上面と一致する平面よりも上と下にそれぞれ位置する領域にプラスチック材料をある方法で分配すると、成形される製品の品質が向上することが確認された。より詳細には、平面２０よりも上にあるプラスチック材料２２の量が材料３の全量の２０〜４０％であり、それに対応して平面２０よりも下にあるプラスチック材料２１の量が材料３の全量の８０〜６０％であるとき、成形された製品の品質が向上する。上方の質量／下方の質量の比は、約３０／７０であることが好ましい。

本発明が上に示した実施例に限定されないことは明らかである。

鋳型の下部である金型ユニットを示している。 図１の実施態様の一変形例である。 鋳型の下部に所定量のプラスチック材料を形成するために開いている分量決定ノズルを示している。 閉じた分量決定ノズルと、鋳型の下部に配置された材料を示している。 図３に対応しているが、小さな直径のオリフィス形成用ロッドになっている。 図３に対応しているが、大きな直径のオリフィス形成用ロッドになっている。 圧縮段階の開始時期におけるマンドレルと金型ユニットを示している。 圧縮段階の終了時期を示している。 所定量の材料をスリーブの上に堆積させる方法を示している。

Claims (6)

1. 溶融状態の所定量のプラスチック材料（３）を鋳型の２つの部分の間で圧縮することによってプラスチック材料からなる製品を成形する装置であって、
   少なくとも１つのプラスチック材料供給源（１）と、
   所定量のプラスチック材料（３）を一時的に支持することが可能であって上面（１６）および側壁（１７）を有するスリーブ（８）の中を滑動するロッド（１１）と、
   製品の頭部を形成するための鋳型（６、７）と、
   その鋳型（６、７）と協働するマンドレル（１８）と、を備える、
   ものにおいて、
   前記スリーブ（８）の上に前記所定量のプラスチック材料を堆積させる手段（１、２）を具備し、
   前記スリーブ（８）の上面（１６）と一致する平面（２０）よりも上に堆積されるプラスチック材料（２２）の量が、その材料（３）の全量の２０％〜４０％となるようにされている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記平面（２０）よりも上にある材料（２２）とその平面（２０）よりも下にある材料（２１）の比が、約３０／７０である、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 請求項１または２に記載の装置と、前記スリーブ（８）の自由端の上に一時的に堆積された所定量のプラスチック材料（３）とからなる集合体であって、
   平面（２０）よりも上に堆積されるプラスチック材料（２２）の量が、その材料（３）の全量の２０％〜４０％である、
   ことを特徴とする集合体。
4. 前記平面（２０）よりも上にある材料（２２）とその平面（２０）よりも下にある材料（２１）の比が、約３０／７０である、ことを特徴とする請求項３に記載の集合体。
5. 請求項１または２に記載した装置を用いて所定量のプラスチック材料（３）を成形する方法であって、その材料（３）を、前記スリーブ（８）の上面（１６）と一致する平面（２０）よりも上に堆積されるプラスチック材料（２２）の量が、その材料（３）の全量の２０％〜４０％であるようにして前記上面（１６）と前記側壁（１７）の上に堆積させる、ことを特徴とする方法。
6. 前記平面（２０）よりも上にある材料（２２）と、その平面（２０）よりも下にある材料（２１）の比が、約３０／７０である、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。

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