JP2010527819A - ウエブ形状又は帯板形状の熱可塑性プラスチックプレフォームの押出機及び係るプレフォームの押出方法 - Google Patents

Abstract

熱可塑性プラスチック材料からウエブ形状又は帯板形状のプレフォームを押し出すための押出ダイヘッドを有し、押出ダイヘッドの溶融プラスチック出口が押出方向と直交する方向に開き量を調整可能な直線状に延在するスロット開口形のダイギャップとして形成されている形式の押出機。プレフォームの押出方向と直交する面内でダイギャップ（６）がその幅方向に沿った少なくとも一方の側でダイギャップの開きの方向に位置調整可能な複数のセグメント（９）に直接境を接しており、各セグメントの位置調整によりダイギャップ（６）の出口開口の開き量をダイギャップ幅方向で階段状又は段差状に可変調整できるようにしてある。

Description

本発明は、押出ダイヘッドによって熱可塑性プラスチック材料からウエブ形状又は帯板形状のプレフォームを押し出すための装置に関し、特に押出ダイヘッドの溶融プラスチック出口が押出方向と直交する方向に開き量を調整可能な直線状に延在するスロット開口形のダイギャップとして形成されている形式の押出機に関するものである。本発明はまた、好適には係る押出機を使用して熱可塑性プラスチック材料からウエブ形状又は帯板形状のプレフォームを押し出すための方法にも関する。

冒頭に述べた形式の押出機は、例えば独国実用新案登録出願公開第２０２００６０１３７５１号明細書により公知である。独国実用新案登録出願公開第２０２００６０１３７５１号明細書には、帯板形状のプレフォームを製造するための押出ダイとして、一つの円環状開口の各一部をなす円弧状の入口開口と一つの細長い出口開口とを有する複数の溝通路を備え、円弧状の各入口開口が前記円環状開口の径方向に延在するカッティング・エッジによって互いに周方向に分離されるように同一半径の共通円周上に配置されている形式のものが述べられている。

このような押出ダイにより製造されるウエブ形状のプラスチック成形体の壁厚プロファイルを設定できるようにするため、独国実用新案登録出願公開第２０２００６０１３７５１号明細書には、プレフォームの壁厚をその全幅に亘って変更可能な壁厚制御装置が提案されている。そこで提案されている壁厚制御装置によれば、帯板形状のプレフォームに対して長手方向の全体に亘って波状のプロファイルを設定したり、或いは帯板幅方向の複数の特定箇所に波状のプロファイルを設定したりすることも可能である。この目的で、押し出しに使用されるスロット開口形の押出ダイのダイギャップをダイ全幅に亘って作用する開き量調整エレメントによって調整することが提案され、またこの調整に弾性バネ鋼の調整バーからなる別の調整エレメントによる調整を重ね合わせることも提案されている。この調整バーには複数の調整用駆動部が作用するようになっており、それによりスロット開口形押出ダイの出口ギャップの開き量をプレフォームの長手方向に亘って部分的に変化させ、要求に従って壁厚の厚い部分と薄い部分をプレフォーム中の隣接部分に形成できるようにしている。これにより、プレフォームの輪郭を半製品又は該半製品から製造される最終製品の要求に非常によく適合させることが可能である。

独国実用新案登録出願公開第２０２００６０１３７５１号明細書

しかしながら、この公知の押出機では、帯板形状のプレフォームの幅方向に亘る壁厚変化に多様性を与えることに限界があり、例えばプレフォームの絶対幅には影響を及ぼすことができない。また、帯板形状のプレフォームの幅方向と長手方向に亘って複数の角の鋭い個別突起を形成することにも限界があり、その理由は、調整バーが可撓性に欠けるため、プレフォームの壁厚変化が制限されてしまうからである。

従って本発明は、これらの問題点に対して冒頭に述べた形式の押出機を改良することを目的とするものである。

また本発明は、上述の不都合を回避することのできる押出方法を提供することも目的とするものである。

以上の課題を解決するため、本発明による押出機は、冒頭に述べた形式の押出機において、プレフォームの押出方向と直交する面内でダイギャップがその幅方向に沿った少なくとも一方の側でダイギャップの開きの方向に位置調整可能な複数のセグメントに直接境を接しており、各セグメントの位置調整によりダイギャップの出口開口の開き量をダイギャップ幅方向で階段状又は段差状に可変調整できるようにしたことを特徴としている。

驚くべきことに、ダイギャップの内側輪郭を階段状の形にしても、溶融プラスチックの流れの振る舞いには何ら不都合な影響を与えないという知見が得られた。複数のセグメントがそれぞれ互いに独立して位置調整可能であるので、プレフォームの壁厚変化に比較的大きな多様性を与えることができ、ステップ状の壁厚変化と言えるほどのプラスチック材料集積部分の形成さえも可能である。このようにして、プレフォームの長手方向と幅方向の一方又は双方に亘るプラスチック材料の最適分布を達成することができ、比較的大きな成形構造体のブロー成形においてプラスチック材料の使用量をかなり節約することが可能となる。

特に製造すべきプレフォームを最終製品とすべくブロー成形金型内で正の内圧又は負の外圧により成形及び再成形する必要がある場合、本発明によればプレフォームの長さ方向及び幅方向に亘ってプラスチック材料の集積部分、肉厚部分、及び薄肉部分を最適に分布させることができ、特に金型内でプレフォームが膨張する際に成形構造体の各部で異なる挙動の延伸と伸びを果すことが可能である。

本発明による押出機の利点の一つは、ダイギャップの開き量をダイギャップ幅方向で部分的に変化させることができるだけでなく、ダイギャップの出口開口の幅寸法をも可変設定できることである。

この目的で、複数のセグメントは、それぞれ個々に位置調整用アクチュエータによって溶融プラスチックの押出方向と直交する方向に位置調整可能なスライダとして構成することが特に好ましい。

これらのセグメントの位置調整は、押出機の押出工程中に例えば予め最適に組まれた壁厚制御プログラムに従って電気的にダイナミック制御することができる。この場合、例えばプログラマブルコントローラによってそれぞれサーボ電動機で駆動される各アクチュエータを連続的に制御することにより、要求された壁厚プロファイルを高精度でプレフォームに付与することができる。

この場合、ダイギャップの開き量の調整を上記プログラマブルコントローラで制御している間は、ダイギャップの全幅に亘って作用する別の調整又は制御手段によるギャップ調整機能は重畳させることなく遮断しておくことが望ましく、それによって各セグメントによるギャップ開き量の調整を互いに完全に独立して動的に制御することができ、要求された壁厚プロファイルを高精度でプレフォームに再現することが可能となる。

複数のセグメントを幅寸法の異なるもので構成し、各セグメントが異なる幅寸法で全体としてダイギャップの幅方向全域を占めるようにすることは好ましいことであり、特に好ましくはダイギャップの幅方向で両側の外側に位置するセグメントをそれらの間に位置するセグメントよりも幅狭のセグメントで構成してアクチュエータで開閉させることにより、ダイギャップの幅寸法を段階的又は連続的に変化させることができ、結果として、例えば押し出しに従って収斂又は絞り込まれた幅寸法のくびれた帯板形状のプレフォームを製造することができる。

本発明の好適な実施形態によれば、各セグメントは、それぞれの配置位置でダイギャップを最大開き量とする完全開放の中立位置とダイギャップを開き量ゼロとする完全閉鎖位置との間でそれぞれ開き量を調整可能である。

本発明による別の好適な実施形態によれば、ダイギャップは、押出方向を横断する面内でダイギャップの両側、即ち、ギャップ幅方向に沿った両側でそれぞれ開き量を調整可能なセグメントに境を接している。これにより、プレフォームの幅方向及び長手方向に亘って壁厚変化の多様性を更に拡大することができる。

各セグメントが中立位置にあるときのダイギャップは、幅寸法が開き量よりも充分に大きな矩形開口断面のスロットとして形成されていることが好ましい。この場合、係るスロットの幅寸法が押し出されるプレフォームの幅寸法に対応し、該スロットの開き量がプレフォームの壁厚を定めることになる。

本発明はまた、前述の課題を解決するために熱可塑性プラスチック材料からウエブ形状又は帯板形状のプレフォームを押し出すための方法も提供し、この方法は、以下の工程、即ち、
・押出機の内部で熱可塑性プラスチック材料を可塑化する工程と、
・可塑化された熱可塑性プラスチック材料を押出ダイヘッドの細長い矩形開口断面を有するダイギャップに供給する工程と、
・ダイギャップが直接に境を接する位置調整可能なセグメントによって複数の箇所でダイギャップの開き量を調整する工程とを備え、
このダイギャップの開き量の調整を押出工程中にダイナミック制御することにより、押出ダイヘッドから押し出されるプレフォームに長手方向及び幅方向の一方又は双方に亘る壁厚変化のプロファイルを付与することを特徴とするものである。

本発明の更に好適な実施形態によれば、押出工程中にダイギャップの幅寸法がダイナミック制御により動的に変更される。これにより、例えば幅のくびれた帯板形状のプレフォームを得ることができる。特に、例えば分割金型内で互いに相補的な複数のシェルからなるブロー成形品を製造する場合、この方法によりプラスチック材料の使用量をかなり節約することができ、分割金型の型閉めで挟み切られる余分な材料部分（ばり）の寸法を削減することができる。

本発明による方法では、押出機からの可塑化プラスチック材料は押出ダイヘッド内で先ずチューブ状の溶融プラスチック流とされ、この流れが押出ダイヘッド内で少なくとも一つ、好ましくは二つのウエブ形状の溶融プラスチック流へと偏向される。この目的で、押出ダイヘッドを既知の方式に従ってアキシャルゲートヘッド或いはラジアルゲートヘッドとして構成し、押出機から出てくる溶融プラスチック流がマンドレル又はピンの周囲を軸方向又は径方向に流れるようにしてもよい。その後、この溶融プラスチック流を押出ダイヘッド内で適正に形成された流路チャンネルにより偏向させる。この場合、円形チューブ状の形態で半径範囲内に積層状に押し出されてくる複数の溶融プラスチックの流れ（積層プレフォーム）を固定配置の切断エッジによって切断又は分離し、ウエブ形状又は帯板形状の複数のプレフォームとして複数の細長い直線状のダイギャップから押し出すようにしてもよい。

本発明による方法の更に好適な実施形態では、プラスチック製品を成形するためにダイギャップから押し出されてくるプレフォームが直ちに分割成形金型内で正の内圧又は負の外圧の一方又は双方の作用によるブロー成形処理に付される。

本発明の特徴と利点を図示の実施形態に基づいて更に詳述すれば以下の通りである。

本発明による押出機と該押出機の下方に配置された分割成形金型の模式断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。 本発明の第１実施形態による押出機の要部を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 押出工程中のギャップ開き量調整用アクチュエータの作動状態を図３にほぼ対応する断面で示す図である。 本発明の第２実施形態による押出機の要部を図３及び図４にほぼ対応する断面で示す図である。 本発明による押出機から出てくるプレフォームの一例を誇張して示す模式図である。 本発明の第１実施形態による押出機で得られるプレフォームの壁厚プロファイルの一例を示す図６の部分Ａの横断面図である。 同じく図６の部分Ｂの横断面図である。 同じく図６の部分Ｃの横断面図である。 本発明の第２実施形態による押出機で得られるプレフォームの壁厚プロファイルの一例を示す横断面図である。

一対のウエブ形状のプレフォーム１から一つの押出ブロー成形品を製造するための方法の一部を模式的に図１に示す。これらのプレフォーム１は、二つのスロット開口形の押出ダイ２から垂下状態で押し出されてくる。押出ダイ２は、押出ダイヘッド（不図示）の一部であり、この押出ダイヘッドには、既知の方法で押出機からの溶融熱可塑性プラスチック材料が充填されている。

一例として図１に示すように、これらのウエブ形状又は帯板形状のプレフォーム１は三分割成形金型３の各部分金型間の型開き間隙内に垂下状態で押し出される。

成形金型３は二つの外金型３ａと一つの中間金型３ｂを備え、左右の外金型３ａの内部は部分キャビティ４ａ、４ｂを形成し、これらの部分キャビティの内面にそれぞれ一枚ずつのプレフォーム１が押し付けられ、或いは吸い付けられ、従って各部分キャビティの内面がそれぞれ最終成形品の外形輪郭を決定する。成形品の製造工程は、例えば型開き状態の両外金型３ａと中間金型３ｂとの間の各間隙にそれぞれプレフォーム１を先行して押し出すことにより実行される。その後、両外金型３ａが中間金型３ｂに対して閉じられ、中間金型内にガス圧を付与するか、外金型内のガス圧を減圧するか、或いはこれら両方の組み合わせでプレフォーム１を部分キャビティ４ａ、４ｂの内面に密着させ、両外金型の内部で成形品の各半シェルの成形を行う。中間金型３ｂの内部には、例えば金型外部から中空針を介して導入されるガス圧で作動するシリンダ装置によって外金型の内面へ向かって伸長及びそこから退避可能な複数の部品ホルダー５が設けられており、待避位置にあるこれらの部品ホルダー５には、製造すべき中空成形品の内部に内臓させる組込部品が予め保持されている。従って、部品ホルダーをそのシリンダ装置によって伸長状態に変位させることにより、これらの組込部品を閉じた状態のままの成形金型の内部でプレフォーム１が半シェルに成形されている最中又は成形後に未だ硬化前の半シェルの内面に植設することができる。しかる後、両外金型を内部の半シェルと共に中間金型から離反させ、その間に組込部品を半シェル内面に置き去りにした部品ホルダーを待避位置に復帰させた中間金型３ｂを図１の図示面の表裏方向のいずれか一方へプレフォームの押し出し方向を横切って両外金型３ａ間から待避移動させる。その後、両外金型３ａ、３ｂを相互に接近移動させて型閉状態とし、両外金型内に収容されている半シェル同士が周縁で溶着シームを形成して中空成形品となるように型閉状態を保持してから、両外金型を離反させて金型を開き、成形品を取り出す。

この場合、各プレフォーム１は、それぞれ複数層からなる共押出積層プレフォームとしてもよい。

尚、図示の例においては、部分キャビティ４ａ、４ｂと各外金型３ａの形状は極端に簡略化してある。部分キャビティ４ａ、４ｂは、製造すべき成形品に応じて極度に大きな溝の付いた輪郭とすることもできる。また各外金型３ａは、必ずしも図２に示したような略矩形輪郭形状の分割面を有するものとする必要は無い。即ち、後述のようにプレフォーム１の幅寸法が長手方向に亘って変化する場合は、それに対応する輪郭形状の分割面とすることが望ましい。

また、プレフォーム１には、部分キャビティ４ａ、４ｂの型面の起伏に応じて該キャビティ内でブロー成形されるプラスチック材料に多かれ少なかれ或る程度の伸び又は延伸が生じるので、それに応じた或る壁厚プロファイルを付与することが望ましい。一方、成形品の壁中にプラスチック材料が過度に集積した箇所が形成されることは可能な限り避けるべきであるが、特定の箇所にプラスチック材料の集積部を形成することが必要な場合もある。

この目的で、本発明による押出機ではスロット開口形押出ダイ２のダイギャップ６はその幅方向寸法と開き度の双方が調整可能である。図３〜５の断面図から特に判るように、ダイギャップ６は開口断面が矩形状のスロットとして形成されており、このスロットの幅寸法は、その開き量の多数倍に亘っている。

図３及び図４に示す第１実施形態において、ダイギャップ６はその幅方向の両端縁と幅方向に沿った一方の側ではプレフォームの押出方向と直交する面内で押出ダイ本体８の堅牢な壁部７によって境が画定されているが、このダイギャップの幅方向に沿った他方の側ではダイギャップの開きの方向に位置調整可能な複数のスライダ形セグメント９によって境が画定されている。

この場合、壁部７の内面と各スライダ形セグメント９の先端面がそれぞれダイギャップ６の幅方向に沿った境を直接形成する。スライダ形セグメント９は、それぞれ個々に位置調整用アクチュエータ１０によって溶融プラスチックの押出方向と直交する方向へ正確に位置調整可能であり、それにより、ダイギャップからの押し出し中にプレフォーム１に対してほぼ階段状又は段差状の壁厚プロファイルを与えることができるようになっている。

このように、ダイギャップの開口断面形状が階段状であっても、可塑化されたプラスチック材料の流れは、ダイギャップの不連続な階段状の開口断面形状の変化をプレフォームの壁厚に急峻な遷移部として再生しない挙動をもつことが確認されている。

既に述べたように、アクチュエータによる個々のスライダ形セグメント９の位置調整は押出工程中にコントローラによって電気的にダイナミック制御され、それによる個々のセグメント位置におけるギャップ開き量の変化でプレフォームの長手方向に亘る壁厚プロファイルの変化（及び幅方向に亘る壁厚変化）を押出中のプレフォーム１にダイナミックに付与することが可能である。

図３には複数のスライダ形セグメント９がそれぞれの配置位置でダイギャップを最大開き量とする完全開放の中立位置にある状態が示されているが、図４ではギャップ幅方向両側の端部に位置するスライダ形セグメント９がギャップ開き量ゼロの完全閉鎖位置にある。このようにして、押出工程中にギャップ幅方向両端部のセグメントの開閉をコントローラによって制御することによりダイギャップ６の幅方向の開口寸法も同様に動的に変えることができ、例えば図６に誇張して示したように長さ方向の一部で幅寸法のくびれた絞り部分（Ｂ部分）を有するプレフォーム１を押し出すことができる。

図６に示すプレフォーム１は、長手方向に連続する三つの部分Ａ、Ｂ、Ｃを有し、部分Ｂは平板状断面輪郭形状の部分Ａ及びＣよりも狭幅であってしかも幅方向に亘る階段状の断面輪郭プロファイルを有している。

繰り返して述べておくが、本発明による押出機のスロット形押出ダイ２では、ダイギャップ６の開き量の調整をコントローラで制御している間は該ダイギャップの全幅に亘って作用する別の調整又は制御手段によるギャップ調整機能を重畳させることなく遮断しておくことが得策であり、これによって各スライダ形セグメント９によるギャップ開き量の調整を互いに完全に独立して動的に制御することができる。

図５は本発明の第２実施形態によるスロット形押出ダイ２を図３及び図４とほぼ対応する断面で示しており、この押出ダイのダイギャップ６は、プレフォームの押出方向を横断する面内におけるギャップ幅方向に延在する両側でそれぞれ開き量を調整可能なスライダ形セグメント９に直接境を接している。その結果、プレフォーム１には、図８に横断面で示すように、表裏両面に階段状の凹凸輪郭を有する壁厚プロファイルが付与される。このように、本実施形態は長手方向及び幅方向に亘って変化する複雑な形態を表裏両面に有するプレフォーム１を押し出すことができる点で特に有利である。尚、図５に併せて示したようにギャップ幅方向両側の端部に位置するスライダ形セグメント９をギャップ開き量ゼロの完全閉鎖位置にしてダイギャップ６の幅方向の開口寸法を端部セグメントの寸法に応じて正確に変更することもでき、従って図５に示す押出機でも図６に示したような部分的にくびれたプレフォームを押し出すことが可能である。

１ ：プレフォーム
２ ：スロット形押出ダイ
３ ：成形金型
３ａ ：外金型
３ｂ ：中間金型
４ａ、４ｂ：部分キャビティ
５ ：部品ホルダー
６ ：ダイギャップ
７ ：押出ダイ本体の壁部
８ ：押出ダイ本体
９ ：スライダ形セグメント
１０ ：位置調整用アクチュエータ

Claims (12)

1. 熱可塑性プラスチック材料からウエブ形状又は帯板形状のプレフォームを押し出すための押出ダイヘッドを有し、押出ダイヘッドの溶融プラスチック出口が押出方向と直交する方向に開き量を調整可能な直線状に延在するスロット開口形のダイギャップとして形成されている形式の押出機において、プレフォームの押出方向と直交する面内でダイギャップ（６）がその幅方向に沿った少なくとも一方の側でダイギャップの開きの方向に位置調整可能な複数のセグメント（９）に直接境を接しており、各セグメントの位置調整によりダイギャップ（６）の出口開口の開き量をダイギャップ幅方向で階段状又は段差状に可変調整できるようにしたことを特徴とする押出機。
2. 複数のセグメントが、それぞれ個々に位置調整用アクチュエータ（１０）によって溶融プラスチックの押出方向と直交する方向に位置調整可能なスライダ（９）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の押出機。
3. 押出工程中に複数のセグメント（９）の位置調整を電気的に制御するコントローラを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の押出機。
4. ダイギャップ（６）の開き量の調整を前記コントローラで制御している間は該ダイギャップ（６）の全幅に亘って作用する別の調整又は制御手段によるギャップ調整機能が遮断されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の押出機。
5. 複数のセグメントが幅寸法の異なるセグメントで構成され、各セグメントが異なる幅寸法で全体としてダイギャップ（６）の幅方向全域を占めていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の押出機。
6. ダイギャップの幅方向で両側の外側に位置するセグメントがそれらの間に位置するセグメントよりも幅狭のセグメントで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の押出機。
7. 複数のセグメントが、それぞれの配置位置でダイギャップ（６）を最大開き量とする完全開放の中立位置とダイギャップ（６）を開き量ゼロとする完全閉鎖位置との間でそれぞれ開き量を調整可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の押出機。
8. ダイギャップ（６）が、プレフォームの押出方向を横断する面内におけるギャップ幅方向に沿った両側でそれぞれ開き量を調整可能なセグメントに境を接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の押出機。
9. 熱可塑性プラスチック材料からウエブ形状又は帯板形状のプレフォームを押し出すための方法において、
   ・押出機の内部で熱可塑性プラスチック材料を可塑化する工程と、
   ・可塑化された熱可塑性プラスチック材料を押出ダイヘッドの細長い矩形開口断面を有するダイギャップに供給する工程と、
   ・ダイギャップが直接に境を接する位置調整可能なセグメントによって複数の箇所でダイギャップの開き量を調整する工程とを備え、
   このダイギャップの開き量の調整を押出工程中にダイナミック制御することにより、押出ダイヘッドから押し出されるプレフォームに長手方向及び幅方向の一方又は双方に亘る壁厚変化のプロファイルを付与することを特徴とする押出方法。
10. 押出工程中にダイギャップの幅寸法を動的に変えることを特徴とする請求項９に記載の押出方法。
11. 押出機からの可塑化プラスチック材料を押出ダイヘッド内で先ずチューブ状の溶融プラスチック流とし、この流れを押出ダイヘッド内で少なくとも一つ又は二つのウエブ形状の溶融プラスチック流へと変更させることを特徴とする請求項９又は１０に記載の押出方法。
12. プラスチック製品を成形するためにダイギャップから押し出されてくるプレフォームを直ちに分割金型内で正の内圧又は負の外圧の一方又は双方の作用によるブロー成形処理に付すことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１に記載の押出方法。

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