JP2018016038A - 溶融材料の成形方法及び成形装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】クリーニング用ガスの消費量を抑えエアベント孔とその周辺部のクリーニングを効果的に行うことが可能な溶融材料の成形方法を提供すること。【解決手段】型閉によりキャビティを形成する複数の分割型111,114a,114b,119からなる成形型110の、分割面同士の突き合わせ面である分割面の少なくとも一つ(115a)に、ガス流入路118およびキャビティ123に通じたエアベント孔122が形成されている成形型114aを含む成形型110を用い、型閉された成形型110のキャビティ123内に加熱溶融された材料Pを充填,冷却固化して成形品Mを成形する溶融材料の成形方法であって、成形型110が型閉し、キャビティ123内に材料Pが存在する状態で、ガス流入路118からエアベント孔122にクリーニング用ガスGを供給し、ガス流入路118とは別の箇所から排出する成形方法。【選択図】図9

Description

本発明は、エアベント孔が形成された割型を含む成形型により溶融材料を成形する、溶融材料の成形方法に関するものであり、特に溶融材料が成形型のキャビティ内に存在する状態でエアベント孔にガスを供給することで、エアベント孔のクリーニングも行う、溶融材料の成形方法及び成形装置に関する。
従前より、成形型を用いて加熱溶融された溶融材料を成形する成形方法として、射出成形法や圧縮成形法などがある。例えば、射出成形法は、一対の割金型によって形成されるキャビティ(空洞)内に溶融材料を射出充填し、キャビティ内の溶融材料を冷却固化することにより、キャビティの形状に溶融材料を成形するというものである。
割金型には、キャビティ内に溶融材料を充填する際、キャビティ内に存在するエア(空気)をキャビティ外に排出するため、エアベント孔が設けられている。
このような射出成形法に限らず、所定のキャビティ内に溶融材料を充填してキャビティ形状に合わせた形状に成形するという方法では、いずれも、エアベント孔の表面に気化した溶融材料或いは溶融材料成分の一部が付着残存し、放置するとエアベント孔が塞がり、エア抜き不良を起こす問題がある。このようなエアベント孔汚れを解消するために、成形を一定回数、或いは一定時間行った後、エアベント孔を布などによってクリーニングするという作業が行われていた。
しかし、上記のクリーニング作業では、クリーニングの度に成形サイクルを中断しなければならず、生産性が低下するという不都合がある。このような問題を解決するため、成形サイクルを中断せずにクリーニングを行う方法が特許文献1等で提案されている。
特許文献1で提案されている手段は、キャビティを形成している一対の成形型を開いたときに、上記のガス流入路からクリーニング用のガスを供給することにより、成形型に設けられたガスベントのクリーニングを行うというものである。これによって、成形サイクルを中断することなく、ガスベントおよびその周辺部分のクリーニングを効果的に行うことができるというものである。
特許文献1で提案されている手段によって、生産性を低下せずに成形型のクリーニングを行うことができるが、上記の手段では、樹脂屑やホコリなどの異物の除去は可能であるものの、樹脂に含まれる低分子量成分(オリゴマー)からなる非常に微細な異物の除去には不十分であり、オリゴマーがベント溝に蓄積されていくと、ガス抜き不良や成形品中の気泡混入、ショート成形等の成形不良を生じる。このため、ある程度の回数、或いは一定時間の成形を繰り返した後、成形を停止して手動での払拭などにより成形型の表面をクリーニングする必要があった。
上記の問題を解決する手段として、特許文献2のものが提案されている。すなわち、一旦成形が行われ、成形型から成形品を取り出した後、次の成形を行うに先立って、成形型が形成されている状態或いは成形型が完全には形成されていないがエアベント孔は形成されている状態で、ガス流入路から非常に狭いエアベント孔にクリーニング用ガスを流すものである。これにより、エアベント孔を形成するベント溝およびその周辺部のクリーニングを効果的に行うことができ、成形用樹脂に含まれるオリゴマーの蓄積を有効に防止し、成形作業を停止することなく、長期間にわたって連続的に実施することが可能である。
特開平9−19948号公報 国際公開第2015/093256号
ところが、特許文献2で記載されているプラスチックの成形方法では、成形型から成形品を取り出した後、キャビティ隙間が樹脂で塞がれていない状態或いは成形型の一部が大きく大気開放された状態でクリーニング用ガスを供給しているため、クリーニング用ガスの消費量が増大する問題があった。また、クリーニング用ガスの圧力損失が多くなり、エアベント孔でのクリーニング圧力を維持しにくいため、クリーニング効率が低下する虞があった。
また、成形型から成形品を取り出した後、次の成形を行うに先立ってクリーニング工程を行うため、連続的に実施可能ではあるものの、クリーニング工程のための長い時間を確保する必要があり、生産スピードが遅くなってしまう虞があった。
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、クリーニング用ガスの消費量を抑えるとともに、安定したクリーニング圧力で、エアベント孔を形成するベント溝及びその周辺部のクリーニングを効果的に行うことができ、成形材料の気化成分や低分子量成分などの蓄積を有効に防止することが可能な溶融材料の成形方法及び成形装置を提供することを目的とするものである。
本発明の溶融材料の成形方法は、型閉によりキャビティを形成する複数の分割型からなる成形型の、前記分割型同士の突合わせ面である分割面の少なくとも一つに、ガス流入路および前記キャビティに通じているエアベント孔が形成されている分割型を含む成形型を用い、前記キャビティ内に加熱溶融された材料を充填,冷却固化して成形する溶融材料の成形方法であって、前記成形型が型閉し、前記キャビティ内に材料が存在する状態で、前記ガス流入路から前記エアベント孔にクリーニング用ガスを供給し、前記ガス流入路とは別の箇所から排出することにより、前記課題を解決するものである。
また、本発明の溶融材料の成形装置は、前記溶融材料の成形方法により成形品を生産する装置であって、前記クリーニング用ガスを前記エアベント孔に供給するガス供給機構を有し、前記ガス供給機構には、前記キャビティ内に溶融材料の流動が開始してから成形品を取り出すまでの間に、前記エアベント孔へガスを供給するよう前記クリーニング用ガスの供給タイミングを制御する制御部が設けられていることにより、前記課題を解決するものである。
本発明の溶融材料の成形方法によれば、型閉された成形型のキャビティ内に材料が存在する状態でクリーニング用ガスを供給するため、キャビティ内の多くの箇所が材料で塞がれ、キャビティ内に流入するクリーニング用ガス量、または、エアベント孔以外のキャビティの隙間から洩れ出るクリーニング用ガス量を少なくすることで、クリーニング用ガスの消費量を低減できるとともに、クリーニングすべき箇所におけるクリーニング用ガスの圧力と流速を維持でき、クリーニング効率を上げることが可能である。
本発明の溶融材料の成形装置によれば、ガス流入路からエアベント孔へ供給されるクリーニング用ガスの供給タイミングを制御する制御部を有したガス供給機構が設けられているため、制御部で供給タイミングを調整することで、材料がキャビティ内に存在する状態でクリーニング用ガスを供給するタイミングを簡単に設定,変更でき、クリーニング用ガスの消費量を低減できるとともに、クリーニングすべき箇所におけるクリーニング用ガスの圧力と流速を維持でき、クリーニング効率を上げることが可能である。
容器用プリフォームMの断面図。 容器用プリフォーム成形装置100の全体図(正面視および背面視の断面図)。 首部雌金型114の断面図(平面視)と矢視A−A’及びB−B’断面図。 コア金型111の断面図(正面視)及び側面図。 首部雌金型114の動作を示す断面図(平面視)。 胴部雌金型119の動作を示す断面図(平面視)。 成形型110を閉じた状態を示す断面図(平面視)。 樹脂Pを成形型110内に充填した時の状態を示すC−C’断面図及びD−D’断面図。 クリーニング用ガスG供給時の状態を示すC−C’断面図及びD−D’断面図。 容器用プリフォームMを成形型110から取り出す手順を示す断面図(平面視)。
以下に、本発明の溶融材料の成形方法を用いた一実施形態に係る容器用プリフォーム成形装置100について、図面に基づいて説明する。
容器用プリフォームMは、公知の二軸延伸ブロー成形によって瓶型容器を成形するための中間成形体で、溶融材料としてポリエステル樹脂やポリオレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂により成形される。図1に示すように、試験管形状の胴体部Maと、外面に螺条及びサポートリングが形成されている首部Mbとから形成されている。
容器用プリフォーム成形装置100は、図2乃至図4に示すように、成形型110と、成形型110(ガス流入路118)にクリーニング用ガスGを供給するガス供給機構130とを有している。
成形型110は、雄型であるコア金型111と、雌型であって、相対的に当接,離反移動可能な一対の雌割型である首部割金型114a及び114bと、雌型である胴部キャビティ金型119とを有している。
コア金型111には、コア基部112と、容器用プリフォームMの主に内周面形状を象り、一部天面部形状を象った内周面形成部113とが設けられている。また、コア金型111には、ガス供給機構130から、首部割金型114a,114bで形成されるエアベント孔122にクリーニング用ガスを供給するためのガス流入路118が設けられている。
首部割金型114a及び114bには、互いに突合せた際に当接する分割面115a及び115bと、首部Mbの外周面形状を象った首部形成部116a及び116bとが設けられている。
さらに、分割面115aの首部形成部116aに隣接する箇所には、浅く広い溝状のベント溝117が形成されている。また、ベント溝117の金型外方側には、排出補助溝117aが形成され、さらに、排出補助溝117aから首部割金型114aの外周に達するガス排出溝117cとが形成されている。分割面115aと分割面115bとを突合せると、ベント溝117と分割面115bとによってエアベント孔122が形成される。同様に、分割面の突き合わせで、排出補助溝117aと分割面115bによって排出補助流路117bが形成され、ガス排出溝117cと分割面115bとによってガス排出路117dが形成される。
胴部キャビティ金型119には、容器用プリフォーム胴体部Maの外周面形状大半を象った胴部形成部120と、胴部形成部120の底面から胴部キャビティ金型119を貫通するゲート121とが形成されている。
これらの金型を所定の位置に突合せ、型閉することで、容器用プリフォームMの形状を象った空洞であるキャビティ123が成形型110内に形成される。
容器用プリフォームMの成形時には、図示しない射出成形機を用いて、ゲート121からキャビティ123内に熱可塑性樹脂を加熱溶融した溶融樹脂Pを射出充填する。
ガス供給機構130は、ガス流入路118へクリーニング用ガスGを供給可能に構成されている。また、ガス供給機構130には、クリーニング用ガスGの供給タイミングを制御可能な制御部(図示しない)が備えられている。
クリーニング用ガスGに用いるガスは、通常は圧縮空気が使用されるが、環境や成形型に悪影響を与えない限り、窒素ガスなどの不活性ガスや、炭酸ガス、その他のガスを使用することもできる。クリーニング用ガスGは無菌化処理されているガスが好ましい。クリーニング用ガスの好ましい圧力は0.3〜5.5MPaであり、より好ましい圧力は2.0〜4.5MPaである。このような圧力に設定することで、エアベント孔122(エアベント溝117)やその周辺のクリーニングを短時間で効果的に行うことができる。
次に、本実施形態における容器用プリフォーム成形装置100による、容器用プリフォームMの成形及び金型の清掃手順について説明する。
まず、図5に示すように、コア金型111の内周面形成部113を囲むように首部割金型114a及び114bを突合せることで、図6に示すように、エアベント孔122と、プリフォームの首部Mbを象った空間を形成する。次に、首部割金型114を貫通しているコア金型111の内周面形成部113を胴部形成部120で内包するように、首部割金型114を胴部キャビティ金型119に突合せることで、図7に示すように、胴体部Maの形状を象った空間を形成する。これによって、成形型110内にプリフォームMのキャビティ123が形成される。
この状態を維持したまま、図8(a)に示すように、ゲート121から溶融樹脂Pをキャビティ123内に射出充填する。
このとき、溶融樹脂Pの充填時にキャビティ123内に存在する残留空気Kは、図8(b)に示すように、エアベント孔122,排出補助流路117bを介してガス排出路117dから成形型110の外へ迅速に排出されるため、成形した容器用プリフォームMに気泡が混じったり、ショート成形などの不良を発生することがない。また、溶融樹脂Pに不可避的不純物として含まれる微量のオリゴマーも排出される残留空気Kの流れに乗ってエアベント孔122に到達し、付着する。なお、エアベント孔122(エアベント溝117)は深さが0.01〜0.05mm、幅は1〜10mm程度で十分狭く、また、各金型の突合せ面の隙間も十分に狭いか、あるいは、隙間がない。よって、エアベント孔122や各金型の突き合わせ面に溶融樹脂Pが大量に入り込むことはない。
射出充填が完了し、キャビティ123内を埋めた溶融樹脂Pは、図示しない冷却回路などによって適宜冷却された各金型によって冷やされ、徐々に温度が下がり固化していく。溶融樹脂Pは温度が下がるにつれて体積収縮するため、必要に応じて、ゲート121からキャビティ123内に溶融樹脂Pを追加補充(保圧)する。固化した樹脂Pは、さらなる冷却のため所定の時間成形型110内で保持される。ガス供給機構130の制御部は、溶融樹脂Pの射出充填完了後、図9(a)に示すように、クリーニング用ガスGをガス流入路118へ供給する。
クリーニング用ガスGはガス流入路118からエアベント孔122を通り排出補助流路117b、ガス排出路117dを通って成形型110の外に排出される。このとき、エアベント孔122に付着しているオリゴマーは、クリーニング用ガスGによって除去される。これによって、エアベント孔122やその周辺のオリゴマーの蓄積を効果的に防止できる。
また、キャビティ123内には溶融樹脂Pまたは固化した樹脂Pが充填されているため、クリーニング用ガスGがキャビティ123側に大量に流入されることはなく、またキャビティ123内に流入したクリーニング用ガスGが、ゲート121の入口と、図示しない射出成形機の射出ノズル先端またはホットランナー先端との間の隙間等からクリーニング用ガスGが大量に漏れ出すこともない。
さらに、キャビティ123内に流入したクリーニング用ガスGが、首部割金型114a(または114b)と胴部キャビティ金型119との間の隙間から大量に漏れ出すこともない。よって、クリーニング用ガスGが無駄な隙間から流出せず、エアベント孔122に集中して流入されるため、クリーニング用ガスGの供給量を抑えたままクリーニング効率を高くすることができる。
また、溶融樹脂Pの射出充填完了後にクリーニング用ガスGを供給するため、キャビティ123と溶融樹脂Pとの間にクリーニング用ガスGが入り込みにくくなり、成形したプリフォームMにエア跡などの跡が残らなくなる。さらに、保圧以降、溶融樹脂Pの冷却固化が進んだ段階でクリーニング用ガスGを供給すると、一層、成形したプリフォームMのエア跡抑制に効果的である。
ガス供給機構130の制御部は、保圧中、乃至、十分に溶融樹脂Pが冷却された後、遅くともプリフォームMの取り出しまでに(ガス流入路118とエアベント孔122との接続、及び、分割面115a,115bの突き合わせが解除される前の、図10の上図の状態が解除されるまでに、より好ましくは、成形型110を開く前の図9の状態が解除されるまでに)、クリーニング用ガスGの供給を止め、クリーニング用ガスGの大量流出を抑制する。そして、図10に示すように、成形型110を開き、キャビティ123内で成形された容器用プリフォームMを取り出す。
上述した射出成形手順では、容器用プリフォームMを取り出すまでにエアベント孔122のクリーニングが終了しているため、エアベント孔122のクリーニング時間を別途設ける必要がなく、生産スピードが遅くなることがない。
クリーニング時間に関して、特に限定されず、通常、0.5〜1.5秒程度の時間でよいが、長いほどクリーニングをより効果的に行うことができる。
本発明において、上述したクリーニング操作は、成形型110の型閉状態から始まって成形型110の型開及び容器用プリフォームMを取り出すまでの一連の成形サイクルにおいて、各成形サイクル毎に行うことが、エアベント孔122の汚れを抑制し、長期にわたって容器用プリフォーム成形装置100を連続的に稼働させるという点で好適である。
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
なお、上述した実施形態では、溶融材料の成形方法,装置として、容器用プリフォームの成形に適用するものとして説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、成形方法,装置は射出成形法,装置に限らず、溶融材料の圧縮成形法,装置でもよい。また、成形品はプリフォームなどの中間成形体に限らず、最終成形体でもよい。また、溶融材料は、熱可塑性樹脂に限らず、熱硬化性樹脂でもよいし、金属材料やガラス、さらに、これらの複合材料でもよい。
また、上述した実施形態では、コア金型、2つの首部割金型、胴部キャビティ金型の合計4個の金型を組み合わせた成形型を使用するものとして説明したが、成形型の割数や形状はこれに限定されず、例えば、キャビティ(空洞)を形成するための2個または3個、あるいは、5個以上の分割型でもよい。
また、上述した実施形態では、コア金型にガス流入路、首部割金型にベント溝や排出補助溝、ガス排出溝を設けるものとして説明したが、これに限定されず、例えば、首部割金型にガス流入路、ベント溝、排出補助流路、ガス排出路の全てを設けてもよい。また、ベント溝、排出補助溝、ガス排出溝を区部割金型の一方の割面に設けたが、他方の首部割金型の割面と付き合わせて適正なエアベント孔や排出補助流路、ガス排出路の深さになるのであれば、両方の首部割金型の割面にこれらの溝を設けてもよい。また、ガス排出に適した箇所であれば、ベント溝は雌割型の割面に限らず、分割型の分割面に設けてもよい。さらに、排出補助溝(排出補助流路)や、ガス排出溝(ガス排出路)を省略して、直接エアベント溝(エアベント孔)を分割型外に通じさせてもよい。
また、上述した実施形態では、クリーニング操作を各成形サイクル毎に行うことが好適であると説明したが、クリーニング操作の頻度はこれに限定されず、例えば、所定のサイクル数おきにクリーニング操作を行ってもよく、成形サイクル数に関係なく所定の時間が経過した際にクリーニング操作を行ってもよい。
また、上述した実施形態では、成形型がすべて閉じ、成形型内への溶融樹脂を射出充填が完了した状態でクリーニング用ガスを供給しているものとして説明したが、クリーニング用ガスの供給タイミングはこれに限定されない。例えば、図10の上図のように、固化した樹脂P(プリフォームM)が、エアベント孔122が形成されている割型内に存在するとともに、胴部キャビティ金型119が型開きされている状態でクリーニング用ガスGを供給しても、胴部キャビティ金型119側へクリーニング用ガスGが漏れることがないので、クリーニング用ガスGの供給量を抑えたままエアベント孔122のクリーニングができる。また、キャビティ123内(ゲート121)に溶融樹脂Pが流入した段階でクリーニング用ガスGを供給しても、ゲート121の入口と、図示しない射出成形機の射出ノズル先端またはホットランナー先端との間の隙間等からクリーニング用ガスGが大量に漏れ出すこともない。さらに、胴部キャビティ金型123内を溶融樹脂Pが満たした段階でクリーニング用ガスGを供給しても、クリーニング用ガスGが、首部割金型114a(または114b)と胴部キャビティ金型119との間の隙間から大量に漏れ出すこともない。なお、これら早い段階でクリーニング用ガスGを供給した場合は、射出充填完了以降(より好ましくは、プリフォームMの取り出しまで)にクリーニング用ガスGの供給を終了するのが好ましい。射出充填完了前にクリーニング用ガスGの供給を終了すると、溶融樹脂Pのキャビティ123内への流入に乱れが生じ、プリフォームMにエア跡などの跡が残る。
また、制御部によるクリーニング用ガスの供給、停止の制御は、樹脂の充填制御や、金型の開閉制御のタイミングと連動させてもよい。
100 ・・・ 容器用プリフォーム成形装置(溶融材料の成形装置)
110 ・・・ 成形型
111 ・・・ コア金型(雄型)
112 ・・・ コア基部
113 ・・・ 内周面形成部
114a、114b ・・・ 首部割金型(雌割型)
115a、115b ・・・ 分割面
116a、116b ・・・ 首部形成部
117 ・・・ ベント溝
117a ・・・ 排出補助溝
117b ・・・ 排出補助流路
117c ・・・ ガス排出溝
117d ・・・ ガス排出路
118 ・・・ ガス流入路
119 ・・・ 胴部キャビティ金型(雌型)
120 ・・・ 胴部形成部
121 ・・・ ゲート
122 ・・・ エアベント孔
123 ・・・ キャビティ
130 ・・・ ガス供給機構
M ・・・ 容器用プリフォーム(成形品)
Ma ・・・ 胴体部
Mb ・・・ 首部
P ・・・ 樹脂(溶融樹脂,材料,溶融材料)
K ・・・ 残留空気
G ・・・ クリーニング用ガス

Claims (8)

  1. 型閉によりキャビティを形成する複数の分割型からなる成形型の、前記分割型同士の突合わせ面である分割面の少なくとも一つに、ガス流入路および前記キャビティに通じているエアベント孔が形成されている分割型を含む前記成形型を用い、型閉された前記成形型の前記キャビティ内に加熱溶融された材料を充填,冷却固化して成形品を成形する溶融材料の成形方法であって、
    前記成形型が型閉し、前記キャビティ内に材料が存在する状態で、前記ガス流入路から前記エアベント孔にクリーニング用ガスを供給し、前記ガス流入路とは別箇所から排出することを特徴とする溶融材料の成形方法。
  2. 前記キャビティ内で材料を冷却する工程中に、前記クリーニング用ガスを供給することを特徴とする請求項1に記載の溶融材料の成形方法。
  3. 前記成形型内から成形品を取り出すまでに、前記クリーニング用ガスの供給が止まることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の溶融材料の成形方法。
  4. 前記成形型は、雌型と雄型とを含み、前記雌型は複数の雌割型を含み、前記雌型と前記雄型とにより、前記キャビティが形成され、前記クリーニング用ガスは、前記ガス流入路から、前記雌割型同士の分割面の少なくとも一方に形成された前記エアベント孔に導入されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の溶融材料の成形方法。
  5. 前記キャビティ内に加熱溶融された材料を射出充填することを特徴とする、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の溶融材料の成形方法。
  6. 前記材料が合成樹脂であることを特徴とする、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の溶融材料の成形方法。
  7. 前記合成樹脂が熱可塑性樹脂であり、前記成形方法により容器のプリフォームを成形することを特徴とする、請求項6に記載の溶融材料の成形方法。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の溶融材料の成形方法により成形品を生産する溶融材料の成形装置であって、
    前記溶融材料の成形装置は、前記クリーニング用ガスを前記エアベント孔に供給するガス供給機構を有し、
    前記ガス供給機構には、前記キャビティ内に溶融材料の流動が開始してから成形品を取り出すまでの間に、前記エアベント孔へガスを供給するよう前記クリーニング用ガスの供給タイミングを制御する制御部が設けられていることを特徴とする溶融材料の成形装置。
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