JP2009539642A - 押出ノズルギャップの連続調整を伴う押出ブロー成形による熱可塑性材料製中空体の製造法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、押出ブロー成形による熱可塑性材料製中空体の製造法に関する。本発明による方法では、複数の押出機（２）により可塑化材料から少なくとも二つのウェブ状パリソン（６）が連続的に押し出される。各パリソンは依然として可塑状態にある最初の工程段階で成形キャビティ（４ａ，４ｂ）を形成する分割構造の成形金型（１）内で一緒に成形されて中空体とされる。その際、少なくとも一方のパリソンに他方のパリソンとは独立して押し出し中の押出ノズルのギャップ調整により肉厚分布形状が付与される。

Description

本発明は、押出しブロー成形による熱可塑性プラスチック中空体の製造法に関する。
押出しブロー成形によってプラスチック材料から例えば燃料タンクや缶容器或いは暖房オイルタンク等の中空体を製造することは基本的に公知である。
その場合、一般的にはペレット状の熱可塑性材料が一台又は複数台の押出機で可塑化されて押出ヘッドに供給される。押出ヘッドのノズルからは可塑化された材料がチューブ状のパリソンの形態で押し出され、このパリソンは、押出ヘッドから切り離されてマニプュレータにより型開き状態の成形金型内へ導入されるか、或いは押出ヘッドから垂下状態で直接に成形金型内に押し出される。成形金型は一般的には二つの分割金型から成り、これら分割金型で形成される成形キャビティがブロー成形による完成製品の外形輪郭を決定している。パリソンは成形キャビティ内で吹き込みガスによるパリソン内部の昇圧又はパリソン外部の減圧或いはこれらの組み合わせで膨張され、このようにして、ブロー成形後の完成製品の外形が成形金型の成形キャビティによって予め定められた輪郭とされる。
チューブ状のパリソンを所要の最終長さに押し出してから一枚又は複数枚の帯片、即ちウェブ状パリソンに切り分け、これらウェブ状パリソンを開放状態にある成形金型の各分割金型間のギャップにグリッパーで導入することも同様に公知である。
更には、それぞれ幅広スロット状の押出ノズルを備えた複数台の押出機からウェブ状又は帯状のパリソンをそれぞれ押し出し、これらのパリソンを何らかの方式により第１工程又は第２工程で成形して最終形状の完成製品とすることも知られている。
比較的複雑な外形輪郭を有する物品を成形する場合、一般にはチューブ状のパリソンが押し出される。この場合、押出ヘッドで垂下状態に押し出された可塑状態のパリソンは、その長さに関連して自重の影響により或る伸張を生じる。この伸張を補償する何らかの措置が講じられていないと、押出し方向に関して完成製品の肉厚が変化した分布となる。比較的低粘性の溶融プラスチック材料を押し出す場合、この肉厚分布の変動は断続的な押出操作しによって或る程度は抑制することができる。
一方、比較的複雑な外形の物品ではブロー成形の膨張に際して金型内の各所で伸張度合いが異なり、このことだけで変化した肉厚分布が得られることは容易に推察可能である。即ち、ある種の製品の製造に際しては完成製品に或る特定の変化した肉厚分布が要求されるのに対し、別の或る種の製品では完成製品における形状安定性の面で別の特定の変化した肉厚分布が要求されることもある。最後に、押し出されたパリソンの肉厚を変化させるのに膨張時のパリソンの伸張度合いの変化を補償するようにすることも知られている。これに関する限りで重要な製品は、透明な洗剤容器、持ち手を一体成形した密閉缶等々である。
このような目的で、チューブ状のパリソンに或る特定の変化する肉厚分布、特に軸心方向及び周方向の両方に変化する肉厚分布を付与することは公知である。これは、例えば押出ヘッドの環状ノズルギャップを調整する方式の肉厚制御によって行われている。特に大形製品の場合は、押出時におけるチューブ状パリソンの長手方向の伸張を補償するのにもこの肉厚制御が利用されている。
例えばプラスチック製燃料タンクのような大形製品の場合にも、チューブ状パリソンの長手方向と周方向に沿って変化する肉厚分布を付与し、それにより金型内における伸張度合いの違いを補償できるようにしたり、或いは完成製品に変化する肉厚分布を付与できるようにすることは好ましいことである。例えば車載燃料タンクの場合、衝撃による変形に良好に順応できるように安定性の面から特定の変化する肉厚分布をタンク壁に付与することが考えられる。
従って本発明の課題は、どの方向の肉厚変化についても充分な自由度を備えた押出ブロー成形による熱可塑性材料製中空体の製造法を提供することである。
この課題は、本発明によれば、可塑化された材料から複数の押出機を用いて少なくとも二つのウェブ状パリソンを押し出し、これらパリソンが依然として可塑状態にある最初の工程段階において成形キャビティを形成する分割構造の成形金型内でこれら二つのパリソンを一緒にブロー成形して中空体を製造するに際し、押し出し中に少なくとも一方のパリソンに他方のパリソンとは独立して押し出し中の押出ノズルのギャップ調整により予め定められた肉厚分布形状を付与することにより解決される。
本発明において、少なくとも二つのウェブ状パリソンは連続的に押し出すことが好ましい。製造すべき中空体が例えば燃料タンクであれば、押出機で押し出すパリソンは例えばＥＶＯＨ等の形態の炭化水素バリヤー層を有する多層共押出ウェブからなるものとすることが有利である。
チューブ状パリソンで肉厚を制御する従来公知の方法とは異なり、本発明に係る方法では互いに異なる肉厚分布の二つの領域を備えた中空体を製造することが可能である。チューブ状パリソンの押し出しでは、軸心方向及び／又は周方向お肉厚調整は押出品の周面全体に亘って影響を及ぼすが、本発明に係る方法では、一つの中空体を形成する二つのパリソンが互いに独立して肉厚分布を調整可能であり、押出中に少なくとも一方のパリソンに対して他方のパリソンとは異なる肉厚分布を付与することが可能である。従ってその利点として、本発明に係る方法によれば任意の方向へ任意の肉厚変化をもつ大形で複雑な形状の中空体製品を製造することも可能となる。
本発明の好適な一実施形態によれば、押出ノズルのギャップ調整による肉厚分布形状の制御は予め定められたコンピュータプログラムに従って実行される。
本発明の別の好適な一実施形態によれば、少なくとも一つのパリソン又は両パリソンに対し、パリソンの押出方向又は該押出方向を横断する方向又はこれら両方向に関して肉厚分布形状が付与される。
本発明の更に別の好適な一実施形態によれば、二つのパリソンは成形金型内で内部昇圧又は外部減圧又はこれらの組合せにより膨張される。
本発明の更に別の好適な一実施形態によれば、中空体への成形工程は三分割構造の成形金型内部で二段階に実行され、この場合、第１段階では二つのパリソンがそれぞれ成形キャビティの各一部分ずつを形成するキャビティ内面に対して内部昇圧又は外部減圧又はこれらの組合せにより接面されて中空体の各二分割部分を形成する二つの中間成形品にブロー成形され、第２段階では中空体の各二分割部分を形成する前記中間成形品が互いに接合されて中空体の完成製品とされる。
本発明の更に別の好適な一実施形態によれば、二つのパリソンは互いに平行配置された二台の押出機の各スロット状押出ノズルから重力の作用方向へ垂下状態で押し出される。
本発明の更に別の好適な一実施形態によれば、二つのパリソンの押し出しは互いに同期した押出速度で実行される。この場合、各パリソンの肉厚の変更は押出操作の経時的進行に応じて制御することが好ましい。
本発明の特に好適な一実施形態によれば、二つのパリソンは成形金型の型開き状態における各分割金型同士の間に押し出され、次いで各パリソンの周縁で成形金型が閉じられ、この閉じられた成形金型と共に両パリソンが押出機の下方から退避される。
二つのウェブ状パリソンを押出機から型開き状態の分割金型の間に直接押し出すのに代えて、例えば各ウェブ状パリソンをそれぞれ押出機からグリッパーで取り出して成形金型内へ導入することも可能である。
本発明の更に好適な一実施形態によれば、二つのパリソンはそれぞれ成形金型を構成する二つの外型とそれらの間に位置する一つの中型との間に形成される二つのギャップに押し出され、次いで二つの外型が中型に向けて閉じられることにより前記二つのギャップ内の各パリソンが金型周縁部で挟持され、その後、各パリソンが二つの外型のキャビティ内面にそれぞれ接面されて中空体の各二分割部分を形成する二つの中間成形品にブロー成形され、しかる後、二つの外型の間から中型が退避されてから二つの外型同士が閉じられることにより両外型内の中間成形品同士がその周縁部で互いに接合されて中空体の完成製品とされる。
以上に述べたいずれの形態も押出ブロー成形と呼ばれるものであるが、この方法は、成形キャビティ内面に対するパリソン外面の接面をパリソン内面側の内部昇圧によるパリソンの膨張に限ることなく、パリソン外面とキャビティ内面との間の空間の減圧、即ち外部減圧によるパリソンの膨張によっても可能であることを理解すべきである。この目的で、成形キャビティ内で金型内面に相応の吸気通路を設けることは公知である。
また各パリソンは単層又は多層形態で押し出すことができることは述べるまでもないことであり、多層形態で押し出す場合、例えば燃料タンクの製造においては、通常は炭化水素バリヤー層を含む６層の押出パリソンが使用される。
本発明に係る方法を実施するための押出ブロー成形機の要部を示す模式側面図である。 本発明に係る方法の一工程段階における押出ブロー成形機の金型部分の模式断面図である。 前図に示す工程段階の次の工程段階における同様の金型部分の模式断面図である。 前図に示す工程段階の次の工程段階における同様の金型部分の模式断面図である。 前図に示す工程段階の次の工程段階における同様の金型部分の模式断面図である。 前図に示す工程段階の次の工程段階における同様の金型部分の模式断面図である。 前図に示す工程段階の次の工程段階における同様の金型部分の模式断面図である。 前図に示す工程段階の次の工程段階における同様の金型部分の模式断面図である。 前図に示す工程段階の次の工程段階における同様の金型部分の模式断面図である。 前図に示す工程段階の次の工程段階における同様の金型部分の模式断面図である。 本発明による肉厚分布形状の制御の第１実施形態に用いられる押出ヘッドの押出ノズル部分を示す要部拡大断面図である。 図１１ａのＸＩｂ矢視図である。 図１１ａのＸＩｃ矢視図である。 本発明による肉厚分布形状の制御の第２実施形態に用いられる押出ヘッドの押出ノズル部分を示す要部拡大断面図である。 図１２ａのＸＩＩｂ矢視図である。 図１２ａのＸＩＩｃ矢視図である。
本発明の実施形態を添付図面と共に詳述すれば以下の通りである。
図１に示す押出ブロー成形機１は二台の押出ヘッド２とそれぞれに付属した図示しない押出機とを備えている。各押出ヘッド２は、全体的に図１の紙面表裏方向で移動可能な三分割構造の成形金型３の上方に配置されている。成形金型３は二つの外型３ａ、３ｂと、その間に配置される一つの中型３ｃとを備え、外型３ａと３ｂがそれぞれ一つずつのキャビティ４ａ、４ｂを有し、これらキャビティが後述の完成製品５の外形輪郭を画定する。
各押出ヘッド２からは、熱可塑性材料から成るウェブ状のパリソン６が垂下状態でそれぞれ押し出される。本実施形態において、パリソン６は、図１に型開き状態で示す外型３ａ及び３ｂと中型３ｃとの間のギャップにそれぞれ直接的に押し出されている。ここでは模式的に示すが、外型３ａと３ｂは図示しない型締テーブル内で油圧駆動装置により中型３ｃに対して接近離反移動可能であり、また中型が図１の紙面表裏方向へ待避したときには同様に外型同士が互いに対して油圧駆動装置により接近離反移動可能である。これらの型開閉機構の詳細は公知であり、従って図示は省略する。
外型３ａ、３ｂと中型３ｃとからなる成形金型は、全体として押出ヘッド２に対して図１の紙面表裏方向へ相対移動可能である。更に中型３ｃは、外型３ａ及び３ｂに対してやはり図１の紙面表裏方向へ相対移動可能である。
ここで、図１の紙面表裏方向への移動方向を「Ｚ方向」とし、また外型３ａと３ｂの開閉移動方向を「Ｘ方向」、パリソンの押出方向をＹ方向とする。
製造工程の１サイクルは、成形金型３が図１に示すように押出ヘッド２の下方位置で型開き状態にあるときに開始される。各パリソン６は押出ヘッド２から垂下状態で押し出され、上述のようにそれぞれ外型３ａ及び３ｂと中型３ｃとの間の各ギャップ内に導入される。図２に示すように各パリソン６が金型長以上の全長に達したら、外型３ａ及び３ｂを±Ｘ方向で互いに接近させて型閉状態とし、図３に示すように両外型と中型３ｃの各周縁部８で各パリソンをそれぞれ挟み付けた状態とする。
各押出ヘッド２からは引き続き後続のパリソン６が押し出されてくるので、型閉状態の成形金型３を全体的に押出ヘッド２の下方位置からＺ方向へ待避させ、後続のパリソンの押し出しを妨げないようにする。それと同時又はその後に、中型内の成形キャビティに例えば圧縮空気又は別の好適なガスを導入することによってパリソン６の内部を昇圧する。補助的又は選択的にパリソン６の外部を減圧することによって図４に示すように各パリソンを両外型のキャビティ４ａ、４ｂの内面に接面させ、完成製品５の各二分割部分を形成する二つの中間成形品９をブロー成形することができる。ここで各キャビティ４ａ、４ｂの内面形状は、これら二分割部分における完成製品５の外形輪郭に一致している。
中型３ｃ内には、図２に示したように燃料タンクへの組込部品の位置決めのために完成製品５の内壁面となるパリソン内面へ向けて移動可能な部品ホルダが予め配置されているが、この部材ホルダについてはそれ自体は公知であるので詳しい説明は省略する。図４に示す状態以降の段階で部材ホルダにより図５に示すように組込部品を完成製品５の内壁面となるパリソン内面に押し付けて固定することができる。これらの組込部品は、例えば完成製品５が燃料タンクの場合はバルブ取付座等である。
このようにして各パリソン６をキャビティ４ａ、４ｂの内壁面に接面させてブロー成形し、組込部品をパリソン内面に固定して部品ホルダを図６に示すように中型内へ待避させてから図７に示すように外型３ａ、３ｂをＸ方向で離反させ、次いで中型３ｃをＺ方向で移動させて外型３ａ、３ｂの間から待避させた状態が図８に示されている。これに続いて外型３ａ、３ｂ同士がＸ方向で互いに接近移動されて閉じられ、図９に示すように各中間成形品９のフランジ状に形成された周縁縁８が互いに溶接される。その後、図１０に示すように外型３ａ、３ｂが開放され、中空体として成形された完成製品５を取り出すことができる。
ここで、本発明による方法では各パリソン６の肉厚が予め定められたコンピュータプログラムに従って経時的に変えられ、各パリソン６にＹ方向にもＺ方向にも変化する肉厚分布形状が付与される。このため、各押出ヘッド２からのパリソン６の押し出しは互いに同期して実行され、いずれか一方又は両方のパリソンに押出操作の経時的進行に応じて（サイクル時間もしくは押出時間を基準に）変化する肉厚分布形状が付与される。各パリソン６の肉厚分布形状の制御は互いに独立して実行可能であり、例えば一方の中間成形品側が他方の中間成形品側よりも肉厚の中空体を得ることもでき、その場合に一方の中間成形品となるパリソンの押し出しが他方の中間成形品となるパリソンの肉厚変更で影響を受けることはない。
押出ヘッド２の押出ノズル１０の二つの可能な実施形態を図１１ａと図１２ａにそれぞれ示す。これらの図は、それぞれ幅広スロットノズルの形態で構成された押出ノズルのノズル出口部分の拡大断面図である。図１１ａ〜図１１ｃに示す実施形態では、押出ノズル１０のノズル本体１１がノズルギャップ１２を画定する二つのノズルリップ１３を備えている。
内側のノズルリップ１３をパリソン押し出し方向、即ちＹ方向に変位させると、ノズルギャップ１２の開口厚を増減でき、従って押し出されるパリソン６の肉厚が変化する。図１１ａと図１２ａはノズル本体１１の一箇所の断面をそれぞれ示している。当業者に良く知られているように、この種の押出ノズルにおけるノズル本体１１はそれ自体の各部がＺ方向へ位置調整可能であり、従ってノズルギャップ１２の各部の開口厚の増減調整がが可能であるので、ノズルリップ１３の変位調整と組み合わせてＹ方向及びＺ方向のそれぞれでパリソン６の肉厚変化を制御することができる。このようなノズルギャップ１２の各部の変位は、例えばノズルリップ１３を相応の可撓性構造とすることによって可能であり、図１１ａ〜図１１ｃには図示されていない操作手段の作用によってこれを制御することが可能である。
ノズル本体の別の実施形態を図１２ａ〜図１２ｃに示す。この実施形態では、第１ノズルリップ１３’はノズルギャップ１２の全幅、即ちパリソン６の全幅に亘って均一にＺ方向へ変位可能であるのに対し、第２ノズルリップ１３”は幅方向で複数に分割されて個々にＺ方向へ変位可能な対向ノズルリップとして構成されており、これら複数の対向ノズルリップの個々の位置変位によるノズルギャップ１２の開口厚の変化がノズルリップ１３’による開口厚の変化に重畳されるようになっている。
本発明は以上に述べた各実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本理念の範疇で押出機においてパリソンに肉厚分布形状を付与するメカニズムには様々な変形形態を採用することが可能である。
１：押出ブロー成形機
２：押出ヘッド
３：成形金型
３ａ、３ｂ：外型
３ｃ：中型
４ａ、４ｂ：キャビティ
５：完成製品
６：パリソン
７：成形キャビティ
８：周縁部
９：中間成形品
１０：押出ノズル
１１：ノズル本体
１２：ノズルギャップ
１３：ノズルリップ
１３’：ノズルリップ
１３”：対向ノズルリップ

Claims (10)

  1. 可塑化された材料から複数の押出機を用いて少なくとも二つのウェブ状パリソンを押し出し、これらパリソンが依然として可塑状態にある最初の工程段階において成形キャビティを形成する分割構造の成形金型内でこれら二つのパリソンを一緒にブロー成形して中空体を製造するに際し、押し出し中に少なくとも一方のパリソンに他方のパリソンとは独立して押し出し中の押出ノズルのギャップ調整により予め定められた肉厚分布形状を付与することを特徴とする押出ブロー成形による熱可塑性材料製中空体の製造法。
  2. 押出ノズルのギャップ調整による肉厚分布形状の制御を予め定められたコンピュータプログラムに従って実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記肉厚分布形状をパリソンの押出方向又は該押出方向を横断する方向又はこれら両方向に関して付与することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 成形金型内で二つのパリソンを内部昇圧又は外部減圧又はこれらの組合せにより膨張させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 中空体への成形工程を三分割構造の成形金型内部で二段階に行い、第１段階では二つのパリソンをそれぞれ成形キャビティの各一部分ずつを形成するキャビティ内面に対して内部昇圧又は外部減圧又はこれらの組合せにより接面させて中空体の各二分割部分を形成する二つの中間成形品にブロー成形し、第２段階では中空体の各二分割部分を形成する前記中間成形品を互いに接合させて中空体の完成製品を得ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 二つのパリソンを互いに平行配置された二台の押出機の各スロット状押出ノズルから重力の作用方向へ垂下状態で押し出すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 二つのパリソンの押し出しを互いに同期した押出速度で実行することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 各パリソンの肉厚を押出操作の経時的進行に応じて変更制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 二つのパリソンを前記成形金型の型開き状態における各分割金型同士の間に押し出し、次いで各パリソンの周縁で閉じた成形金型を押出機の下方から退避させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 二つのパリソンをそれぞれ前記成形金型を構成する二つの外型とそれらの間に位置する一つの中型との間に形成される二つのギャップに押し出し、次いで二つの外型を中型に向けて閉じることにより前記二つのギャップ内の各パリソンを金型周縁部で挟持してから、各パリソンを二つの外型のキャビティ内面にそれぞれ接面させることにより中空体の各二分割部分を形成する二つの中間成形品にブロー成形し、その後、二つの外型の間から中型を退避させてから二つの外型同士を閉じることにより両外型内の中間成形品同士をその周縁部で互いに接合させて中空体の完成製品を得ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
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