JP2017013472A - 樹脂成形装置、樹脂成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂シートを延伸しつつ樹脂シートのローラへの巻き付きを防止することができる樹脂成形装置を提供する。【解決手段】本発明によれば、押出スリットから樹脂シートを押し出して垂下させる押出装置と、前記樹脂シートの成形に用いられる成形型と、前記押出装置と前記成形型の間に配置されるローラを備え、前記ローラは、前記樹脂シートの各高さ位置において前記樹脂シートの片側にのみ設けられ前記樹脂シートに当接して前記樹脂シートの軌道を変えるように設けられる、樹脂成形装置が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、溶融状態の樹脂シートを成形型で成形して樹脂成形品を製造する技術に関する。

従来、樹脂成形品を成形する方法として、押出装置から押し出された溶融状態の樹脂シートを分割金型の間に垂下し、その樹脂シートを分割金型で型締めしてブローあるいは真空成形する方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この方法は、押出装置から押し出された溶融状態の樹脂シートを分割金型の間に配置して型締めしているため、樹脂を再加熱することに起因する加熱の不均一性などの問題点を引き起こすことなく、樹脂成形品を容易に成形することができる。

特許第４９０２７８９号公報 特開２０１３−４９１８６号公報

従来は、特許文献１，２に開示されているように、押出装置から押し出された溶融状態の樹脂シートを延伸する延伸装置を一対のローラで構成している。そして、溶融状態の樹脂シートを、延伸装置を構成する一対のローラで挟み込んで押し潰し、一対のローラによる樹脂シートの送り出し速度や一対のローラの間隔を調整して樹脂シートを延伸して分割金型の間に垂下するようにしている。

これらの技術は、溶融状態の樹脂シートに生じるドローダウン（主に中空成形で、押し出されたパリソンが自重とスウェリング現象のため、金型に挾まれる前に垂れ下り（縦方向に伸び）、パリソンの上部よりも下部か直径、肉厚ともに大きくなる現象）やネックイン（Ｔダイによるフィルムの成形において、Ｔダイの有効幅よりも押し出されたフィルムの幅の方がかなり小さくなる現象）により、樹脂シートの押出方向又は幅方向に金型による成形前の樹脂シートの厚みが不均一となることを防ぐための技術である。そのため、樹脂シートの成形中に、ドローダウンに応じて成形の進行に伴い樹脂シートの押出速度を増大するように変動させ、それにより成形終盤に相当する樹脂シートの上部ほど樹脂シートの厚みを厚肉化することを目的としているので、いずれの技術においても樹脂シートを挟み込んで押し潰し、送り速度を調整するための一対のローラは必須の構成とされていた。

しかし、一対のローラで樹脂シートを延伸する際に、樹脂シートが一対のローラの一方に巻き付く現象が発生する場合がある。樹脂シートのローラへの巻き付きは、樹脂シートを薄くした場合（例えば、１ｍｍ程度）や、樹脂シートに粘り気がある場合などに顕著に発生する。樹脂シートがローラに巻き付いてしまうと、樹脂シートの成形ができなくなってしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂シートを延伸しつつ樹脂シートのローラへの巻き付きを防止することができる成形装置を提供するものである。

本発明によれば、押出スリットから樹脂シートを押し出して垂下させる押出装置と、前記樹脂シートの成形に用いられる成形型と、前記押出装置と前記成形型の間に配置されるローラを備え、前記ローラは、前記樹脂シートの各高さ位置において前記樹脂シートの片側にのみ設けられ前記樹脂シートに当接して前記樹脂シートの軌道を変えるように設けられる、樹脂成形装置が提供される。

従来技術において樹脂シートがローラに巻き付いてしまう原因について本発明者らが調査したところ、一対のローラで樹脂シートを挟み込んで押し潰す際に樹脂シートがローラに押し付けられてローラに貼り付いてしまうことが原因であると分かった。このような知見に基づいて、本発明者らは、樹脂シートのローラへの巻き付きを防ぐべく、一対のローラの一方を除去して、残りの一方のローラのみを用いて実験を行ってみたところ、樹脂シートのローラへの巻き付きは発生しなくなった。しかし、樹脂シートが適切に延伸されずに、ドローダウンによって樹脂シートの厚みが不均一になるという別の問題が生じてしまった。このような状況において本発明者らは、ローラによって樹脂シートの軌道が変えられるような位置にローラを配置すればローラと樹脂シートの接触面積が大きくなるので、樹脂シートの延伸が可能になるとの仮説を立てて実験を行ったところ、樹脂シートが適切に延伸されてドローダウンによって樹脂シートの厚みの不均一性が抑制されたという結果を得て、本発明の完成に到った。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記ローラは、その一部が前記押出スリットの直下に位置するように設けられる。
好ましくは、前記樹脂成形装置を用いた樹脂成形方法であって、前記ローラが前記樹脂シートを屈曲させない位置に前記ローラを退避させた状態で前記押出スリットから前記樹脂シートを押し出し、前記樹脂シートが垂下されている状態で前記ローラを前記樹脂シートに向かって移動させて前記樹脂シートの軌道を変える工程を備える、樹脂成形方法が提供される。
好ましくは、前記樹脂成形方法は、前記ローラを回転させながら前記樹脂シートに向かって移動させる。

第１実施形態の成形装置の構成例を表す図である。 （ａ）は図１の点線領域の部分拡大図、（ｂ）は金型を型締めしたときの図である。 本発明の成形装置を構成するローラの性質を表す図である。 第１実施形態の成形装置を利用した成形方法を表す図であり、（ａ）はローラの移動前、（ｂ）はローラの移動後、（ｃ）はローラの移動後の他の例を表す図である。 本発明の第２実施形態及び第３実施形態を表す図であり、（ａ）は第２実施形態の第１実施例、（ｂ）は第３実施形態の第１実施例を表す図である。 本発明の第２実施形態及び第３実施形態を表す図であり、（ａ）は第２実施形態の第２実施例、（ｂ）は第３実施形態の第２実施例を表す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

図１を用いて第１実施形態の成形装置１００の構成について説明する。図１に示されるように、成形装置１００は、押出装置１と、押出装置１の下方に配置された金型２１とを有し、押出装置１から押し出された溶融状態の樹脂シートＰ１及びＰ２を金型２１に送り、金型２１により樹脂シートＰ１及びＰ２を成形するようにしている。

押出装置１は、ホッパ１６が付設されたシリンダ１５と、シリンダ１５内に設けられた図示しないスクリューと、スクリューに連結された油圧モータ１７と、シリンダ１５と内部が連通したアキュムレータ１３と、アキュムレータ１３内に設けられたプランジャ１４とを有し、ホッパ１６から投入された樹脂ペレットが、シリンダ１５内で油圧モータ１７によるスクリューの回転により溶融、混練され、溶融状態の樹脂がアキュムレータ１３に移送されて一定量貯留され、プランジャ１４の駆動によりＴダイ１１に向けて溶融樹脂を送り、押出スリット１２を通じて樹脂シートＰ１及びＰ２が押し出される。

また、図の矢印方向（右側：反時計回り、左側：時計回り）に回転するローラ３ａが押し出された樹脂シートの各高さ位置において樹脂シートの片側にのみ、樹脂シートに当接して樹脂シートの軌道を変えるように設けられる。本実施形態では、ローラ３ａはその一部が押出スリット１２の直下に位置するように設けられる。そして、ローラ３ａを樹脂シートＰ１に向かって略水平方向に移動させる移動部材４ａが設けられる。

押し出された樹脂シートは、ローラ３ａの側面と接触し、ローラ３ａの側面との摩擦力により下方へ向かって送り出され、２つの金型２１を型締めしたときに両金型２１により形成される密閉空間に収まるように垂下される。

金型２１は、キャビティ２３を有する。キャビティ２３の表面には、樹脂シートＰ１及びＰ２から成形される成形品の外形及び表面形状に応じて凹凸部が設けられる。キャビティ２３のまわりには、ピンチオフ部２５ａ，２５ｂが形成される。ピンチオフ部２５ａ，２５ｂは、キャビティ２３のまわりに環状に形成され、対向する２つの金型２１に向かって突出する。これにより、２つの金型２１を型締めする際、ピンチオフ部２５ａ，２５ｂの先端部が当接し、２枚の溶融状態の樹脂シートＰ１及びＰ２は、その周縁にパーティングラインが形成されるように溶着される。なお、ピンチオフ部２５ａ，２５ｂは、いずれか一方の金型２１にのみ設けてもよい。

金型２１は図示しない金型駆動装置により移動する。具体的には、両金型２１の間に２枚の樹脂シートＰ１及びＰ２が配置可能な開位置と、両金型２１のピンチオフ部２５ａ，２５ｂが互いに当接する閉位置との間を移動する。そして、樹脂シートＰ１及びＰ２を両金型２１の間に配置し、金型２１を開位置から閉位置へと移動させて樹脂シートＰ１及びＰ２を両金型２１で挟み込み、その内側に気体を吹き込み、その圧力でキャビティ２３に樹脂シートＰ１を押しつけてキャビティ２３の表面に沿った形状に樹脂シートＰ１及びＰ２を成形する。他にも、金型２１の内部にキャビティ２３に連通する図示しない真空吸引孔を設け、真空吸引孔から真空吸引することでキャビティ２３に向かって樹脂シートＰ１及びＰ２を吸着させて、キャビティ２３の表面に沿った形状に樹脂シートＰ１及びＰ２を成形する手法も採用可能である。

次に、図２（ａ）を用いて、樹脂シートＰ１とローラ３ａとの間の作用について説明する。図２（ａ）は図１の点線領域の部分拡大図である。押出スリット１２から押し出された樹脂シートＰ１は、押出スリット１２の下方に設けられたローラ３ａの側面と接触し、それにより自身の軌道が変えられる。樹脂シートＰ１とローラ３ａはＳ地点〜Ｅ地点の間で接触しており、樹脂シートＰ１はＳ地点〜Ｅ地点においてローラ３ａからの摩擦力を受ける。ローラ３ａは押し出された樹脂シートＰ１との接触を開始する点（Ｓ地点）から接触を終了する点（Ｅ地点）へ向けて回転する。換言すると、樹脂シートＰ１に対して樹脂シートＰ１の進行方向に摩擦力がかかる方向に回転する。具体的には、図の矢印方向（反時計回り）に回転しており、樹脂シートＰ１の押出速度よりも速い回転速度で回転させることで、樹脂シートＰ１を延伸することが可能となる。図示しない回転速度調整装置により、ローラ３ａの回転速度を押出開始時に最大にし、押出終了時に向けて回転速度を徐々に減少させていくことで、樹脂シートＰ１のドローダウンを解消させることができる。

ここで、ローラ３ａの回転速度は樹脂シートＰ１に対して空転しないように定められる。これは、空転すると樹脂シートＰ１が適切に延伸されなくなり、樹脂シートＰ１の厚みを適切に調整できなくなるためである。

その後、樹脂シートＰ１及びＰ２が金型２１の間に垂下され、図２（ｂ）に示されるように金型２１を型締めし、その内側に気体を吹き込み、その圧力により樹脂シートＰ１及びＰ２をキャビティ２３に対して押し付けて、キャビティ２３の凹凸表面に沿った形状に樹脂シートＰ１及びＰ２を成形する。そして、金型２１の上下に発生する樹脂シートＰ１及びＰ２の湾曲部を図示しない切断刃で切断し、成形を終える。なお、単一の樹脂シートＰ１を成形する場合、分割金型を用いて金型同士を型締めする代わりに、単一の金型を用いて、かかる金型の側方に押し出された樹脂シートＰ１を配置し、型締めすることなく、樹脂シートＰ１と金型との間に形成された密閉空間を減圧したり、樹脂シートＰ１を金型に向かって加圧することによってキャビティ２３に沿った形状に成形してもよい。

このように、第１実施形態の成形装置１００では、１つのローラにより樹脂シートを受け止め、接触面の摩擦力により樹脂シートの速度を変化させて樹脂シートの厚みを調整することができる。これにより、ローラが樹脂シートを挟み込むことがないので、樹脂シートのローラへの巻きつきを低減することが可能となる。さらに、従来技術のように一対のローラで樹脂シートを挟み込む場合には、樹脂シートを介してかかる圧力に耐えうるだけの強度がローラに要求されたが、本実施形態では、一つのローラと樹脂シート以外には圧力がかかる要素がないため、より強度が低い、つまりより安価な材料でローラを作成することが可能となる。さらに、従来技術では垂下される樹脂シートの軌道を変えないように一対のローラが配置されていたので、樹脂シートとローラとの接触面積を確保するために比較的大径のローラを用いていたが、本実施形態では、樹脂シートの軌道を変えるようにローラを配置しているので、ローラの径をより小さくすることができ、装置全体として小型化することが可能となる。

次に、図３を用いて第１実施形態のローラ３ａの材料について説明する。図３はアルミニウム合金（展伸材）の標準機械的性質をまとめたものであり、上段は従来技術の一対のローラの材料の性質を、下段は第１実施形態のローラ３ａの材料の性質を示す。従来技術のローラの材料は「Ａ７０７５（質別Ｏ）」というアルミ合金であり、引張強さが２３０Ｎ／ｍｍ２、縦弾性係数が７．３×１０００ｋｇ／ｍｍ２であった。これに対し、本実施形態のローラ３ａの材料は「Ａ５０５２（質別Ｏ）」というアルミ合金であり、引張強さが１９５Ｎ／ｍｍ２、縦弾性係数が７．２×１０００ｋｇ／ｍｍ２である。本発明のローラの材料は、引張強さが１６０Ｎ／ｍｍ２〜２１５Ｎ／ｍｍ２が好ましく、１８０Ｎ／ｍｍ２〜２０５Ｎ／ｍｍ２がさらに好ましい。

なお、ローラ３ａの回転速度は２ｃｍ／ｓ〜７ｃｍ／ｓ、好ましくは３ｃｍ／ｓ〜６ｃｍ／ｓの範囲において良好な結果が得られた。さらに、上述の説明のように、従来技術の一対のローラでは樹脂シートを挟み込むために、ローラと樹脂シートとの接触面を確保すべく、ローラの径は約φ１５０ｍｍ必要とされていたが、第１実施形態では約６０ｍｍの径のローラ３ａを利用しても良好な結果を得ることができた。本発明のローラの径は、４０ｍｍ〜８０ｍが好ましく、５０ｍｍ〜７０ｍｍがさら好ましい。

次に、図４を用いて第１実施形態の成形装置１００を利用した成形方法について説明する。図４（ａ）に示されるように、ローラ３ａが樹脂シートＰ１を屈曲させない位置にローラ３ａを退避させた状態で押出スリット１２から樹脂シートＰ１を押し出し、樹脂シートＰ１が垂下されている状態でローラ３ａを樹脂シートＰ１に向かって樹脂シートＰ１の軌道を変えるようにローラ３ａを移動させる。そして、図４（ｂ）に示されるように所定の距離を移動した後に移動部材４ａが停止することでローラ３ａの位置が固定される。このとき、樹脂シートＰ１と接触した後にローラ３ａが回転してもよく、また、ローラ３ａを回転させながら樹脂シートＰ１に向かって移動させてもよい。

樹脂シートＰ１が押し出される前から樹脂シートＰ１の押出方向にローラ３ａを配置しておくと、ローラ３ａと接触するときの衝撃で樹脂シートＰ１がはじけて変形してしまう虞れがあるが、垂下されている樹脂シートＰ１に対してローラ３ａを押し当てることで、このような事態を回避することが可能となる。これにより、より好適に樹脂シートＰ１の厚みを調整することが可能となる。なお、はじけて変形しないように押出スリット１２から押し出される樹脂シートＰ１の押出速度、樹脂シートＰ１の材料、押出スリット１２とローラ３ａとの距離、ローラ３ａの材料等を調整し、予め樹脂シートＰ１の押出方向にローラ３ａを配置しておき、ローラ３ａにめがけて樹脂シートＰ１を押し出す構成としてもよい。

また、他の例を図４（ｃ）に示す。この例では、ローラ３ａの全体が樹脂シートＰ１の押出方向である点線Ｌを超えるところまで、ローラ３ａを移動させている。樹脂シートＰ１とローラ３ａの間の摩擦により、押出スリット１２から押し出された樹脂シートＰ１が図の左方向に引き伸ばされ、これにより樹脂シートＰ１の軌道が変えられる。

次に、図５及び図６を用いて第２実施形態及び第３実施形態について説明する。図５（ａ）は第２実施形態の第１実施例を表す図である。本実施例では、押出装置１と金型２１の間に２つのローラ３ａ，３ｂが設けられている。ローラ３ｂは、ローラ３ａの下方に設けられている。そして、ローラ３ａにはローラ３ａを樹脂シートＰ１に向かって略水平方向に移動させる移動部材４ａが、ローラ３ｂにはローラ３ｂを樹脂シートＰ１に向かって略水平方向に移動させる移動部材４ｂが設けられる。ローラ３ａが設けられる高さ位置Ｈ１でも、ローラ３ｂが設けられる高さ位置Ｈ２でも、樹脂シートＰ１は、一対のローラによって挟まれていない。このように、本実施例では、２つのローラ３ａ，３ｂは、樹脂シートＰ１の各高さ位置Ｈ１，Ｈ２において樹脂シートＰ１の片側にのみ設けられている。また、ローラ３ａは、樹脂シートＰ１に当接して樹脂シートＰ１の軌道を変えるように設けられている。このため、本実施例においても、樹脂シートのローラへの巻き付きを抑制しつつ樹脂シートの厚みが不均一になることが抑制されている。

また、ローラ３ｂの回転方向はローラ３ａと同じであり、何らかの事情で樹脂シートＰ１がローラ３ａに巻き付きそうになった場合でも、ローラ３ｂにより樹脂シートＰ１をローラ３ａから引き剥がすことができるので、樹脂シートのローラへの巻き付きがより一層抑制される。

次に、図５（ｂ）を用いて第３実施形態の第１実施例について説明する。本実施例では、ローラ３ｂをローラ３ａの下方かつ樹脂シートＰ１を挟んだ反対側に設けている。ローラ３ａが設けられる高さ位置Ｈ１でも、ローラ３ｂが設けられる高さ位置Ｈ２でも、樹脂シートＰ１は、一対のローラによって挟まれていない。従って、本実施例でも、２つのローラ３ａ，３ｂは、樹脂シートＰ１の各高さ位置Ｈ１，Ｈ２において樹脂シートＰ１の片側にのみ設けられている。このため、本実施例においても、樹脂シートのローラへの巻き付きを抑制しつつ樹脂シートの厚みが不均一になることが抑制されている。

ローラ３ｂの回転方向はローラ３ａと逆、つまり図の矢印の方向（時計回り）である。そして、第２実施形態の第１実施例と同様に、何らかの事情で樹脂シートＰ１がローラ３ａに巻き付きそうになった場合でも、ローラ３ｂにより樹脂シートＰ１をローラ３ａから引き剥がすことができる。

図６（ａ）は第２実施形態の第２実施例を、図６（ｂ）は第３実施形態の第２実施例を表す図である。第２実施形態及び第３実施形態の第１実施例では、ローラ３ｂは、樹脂シートＰ１がローラ３ａに巻き付くことを抑制するための補助ローラとして設けられているが、第２実施例ではローラ３ｂにおいても樹脂シートＰ１の軌道が変えられるようにローラ３ｂを配置している。

以上、種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、成形型として、金型の代わりに砂型、樹脂製の型、木製の型等を利用することができる。また、ローラ３ｂをさらに複数設けることもできる。

１：押出装置、１１：Ｔダイ、１２：押出スリット、１３：アキュムレータ、１４：プランジャ、１５：シリンダ、１６：ホッパ、１７：油圧モータ、２１：金型、２３：キャビティ、２５：ピンチオフ部、３：ローラ、４：移動部材、１００：成形装置

Claims (4)

1. 押出スリットから樹脂シートを押し出して垂下させる押出装置と、前記樹脂シートの成形に用いられる成形型と、前記押出装置と前記成形型の間に配置されるローラを備え、
   前記ローラは、前記樹脂シートの各高さ位置において前記樹脂シートの片側にのみ設けられ前記樹脂シートに当接して前記樹脂シートの軌道を変えるように設けられる、樹脂成形装置。
2. 前記ローラは、その一部が前記押出スリットの直下に位置するように設けられる、請求項１に記載の樹脂成形装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の樹脂成形装置を用いた樹脂成形方法であって、
   前記ローラが前記樹脂シートを屈曲させない位置に前記ローラを退避させた状態で前記押出スリットから前記樹脂シートを押し出し、
   前記樹脂シートが垂下されている状態で前記ローラを前記樹脂シートに向かって移動させて前記樹脂シートの軌道を変える工程を備える、樹脂成形方法。
4. 前記ローラを回転させながら前記樹脂シートに向かって移動させる、請求項３に記載の樹脂成形方法。