JP2766595B2 - 発泡ポリエチレンテレフタレートシートの成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、発泡ポリエチレンテ
レフタレートシートの成形方法に関し、詳しくは、耐熱
性、耐湿度性および強度等のある包装容器等として利用
される成形品を得るための成形方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ポリエチレンテレフタレート
シート（以下「ＰＥＴシート」という。）の成形品は、
その結晶化温度（約１３０℃）以上に加熱して結晶化度
を上げることで、耐熱性、耐湿度性および強度等にすぐ
れたものが得られることが知られている。

【０００３】このＰＥＴシートの成形方法としては、Ｐ
ＥＴシートを、そのガラス転移温度（７５℃）以上結晶
化温度（１３０℃）以下に加熱し、このシートを熱成形
し、次いで、この成形された形状を維持したまま結晶化
温度以上融点（２５８℃）以下に加熱して成形品を得る
方法が提案されている（特公平４−２９５２９公報参
照。）。そして、通常、熱成形されたシート成形品は、
その形状を保持するために熱成形後に一対の冷却金型に
よって再プレスされる。

【０００４】この成形方法における熱成形としては、シ
ートと金型の型窩面との密着性を良くするため、一対の
加熱金型を用いて離形を害さない程度に加圧成形する
か、あるいは、一対の加熱金型の片面から真空吸引また
は圧空供給して成形する手段が採用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記成
形方法において、発泡ＰＥＴシートを用いた場合には、
以下のような問題があった。発泡ＰＥＴシートは、加熱
すると再発泡するが、その厚みは、原反の経日または加
熱状態により大きく変動し成形品の肉厚に変動をきたす
場合があり、成形不良を起こし易い。

【０００６】また、発泡ＰＥＴシートは、発泡している
ためその熱伝導が悪く型内での結晶化に時間を要し、成
形サイクルが長くなり生産性を悪くする。ところで、こ
れら成形品の肉厚を均一にし、結晶化時間を短縮するた
め、金型クリアランスを小さく設定しシート成形品の両
面からの接触圧力を高めることが考えられる。

【０００７】しかし、この場合、離形性が著しく悪くな
り、離形時にシート成形品が部分的に型窩面に強く付着
して、却って、変形不良を起こし、しかも生産性を低下
させることになる。一方、一対の加熱金型の片面から真
空成形または圧空成形によって加熱軟化シートの熱成形
を行った場合では、上記問題点に加えてさらに金型クリ
アランス通りの肉厚を有する成形品を得ることが困難に
なるという問題があった。即ち、金型の片面から真空吸
引等することは、シート成形品を一方の金型の型窩面に
隙間なく密着させて金型からの熱伝導を良くするために
行われるが、同時に真空圧等によってシート成形品の再
発泡を抑制することになる。従って、シート成形品は、
密着されない側の金型との間に隙間が生じ、その結果、
この隙間部分の肉厚が薄くなるからである。

【０００８】この発明の目的は、以上の事情に鑑みて、
発泡ＰＥＴシートからなる成形品における、品質の安定
化と生産性の向上を図ることができる発泡ＰＥＴシート
の成形方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、この発明の発泡ＰＥＴシートの成形方法は、結晶性
発泡ポリエチレンテレフタレートシートをその結晶化温
度以下で加熱軟化させ、この加熱軟化シートを一対の金
型のうちの少なくとも一方が結晶化温度以上に加熱され
た成形金型を用いて両面真空成形を行って型内発泡させ
た後、型内で加熱状態のまま結晶化を促進させることを
特徴とするものである。

【００１０】

【作用】上記構成からなる、この発明の発泡ＰＥＴシー
トの成形方法によれば、結晶性発泡ＰＥＴシートは、そ
の結晶化温度以下に加熱されるので、結晶化を促進させ
ずに成形可能な状態に軟化される。この加熱軟化シート
は、一対の金型のうちの少なくとも一方が結晶化温度以
上に加熱された成形金型を用いて成形されるので、結晶
化が促進される。

【００１１】この成形金型にて成形されたシート成形品
は、金型両面から真空吸引する両面真空成形により型内
が減圧されるので、理論上シート成形品の発泡気泡内が
真空圧に達するまで発泡促進される。これにより、シー
ト成形品は、金型クリアランス一杯に型内発泡されるこ
とになり、成形品の肉厚の均一化を図ることができる。

【００１２】シート成形品の結晶化は、両面真空成形に
よって型内発泡されシート成形品が型窩面に万遍なく接
触されるので、均一に、しかも迅速に促進することがで
きる。シート成形品の発泡は、両面真空成形によって促
進されるので、加熱金型からの熱伝導によってシート成
形品が結晶化を開始して硬化する速度より速く行うこと
ができる。即ち、シート成形品は、型内で発泡した後に
型内で加熱状態のまま結晶化が行われることになる。

【００１３】次いで、金型両面からの真空吸引を解除し
た後、成形金型の離形が行われる。この成形品の金型か
らの離形は、シート成形品の肉厚を確保するのに、プレ
ス圧力をかけずに型内発泡にて行われシート成形品の金
型への付着力が弱いので、離形を容易に、しかも速く行
うことができる。一方、一対の成形金型の片面のみを加
熱金型とした場合、シート成形品の片面側は結晶化が促
進され他面側は結晶化が抑制されて、シート成形品の結
晶化と結晶化抑制による剛性付与が同時に行われる。こ
れにより、後工程でシート成形品の形状保持のための冷
却金型による再プレスを省略することができる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面を参照しながら
以下に説明する。図１は、本発明の一実施例の発泡ポリ
エチレンテレフタレートシート（以下、「発泡ＰＥＴシ
ート」という。）の成形方法を使用した成形工程の概略
図を示し、図２は、この成形方法に使用される加熱金型
３と冷却金型９との模式図を示す。

【００１５】図１に示した成形工程は、ロール状シート
Ｓから繰り出された発泡ＰＥＴシート２を結晶化促進せ
ずに成形可能な状態に加熱軟化する予備加熱ゾーンＡ、
予備加熱ゾーンＡで加熱軟化された加熱軟化シート２１
の成形と、発泡と結晶化を促進する成形ゾーンＢ、およ
び、成形ゾーンＢで成形されたシート成形品２２に剛性
を付与するために室温近くまで冷却する冷却ゾーンＣの
３ステーションを有する。そして、各ゾーンにおいて
は、精度の良い送り機構であるチェーンクランプ５等を
用いて誤差なく各ゾーンへシートが送られている。

【００１６】予備加熱ゾーンＡは、ロール状シートＳか
ら繰り出された発泡ＰＥＴシート２の上下に、シート２
と非接触状態にして配置されたオーブンヒータ１ａ，１
ｂが備えられており、このオーブンヒータ１ａ，１ｂに
よって発泡ＰＥＴシート２を結晶化促進せずに成形可能
な状態に加熱軟化するステーションである。オーブンヒ
ータ１ａ，１ｂとしては、例えば、赤外線ヒータ等が使
用され、その輻射熱によって発泡ＰＥＴシート２をガラ
ス転移点（７５℃）以上で、かつ結晶化が促進される手
前の温度まで加熱される。このシート表面温度は、好ま
しくは１１０〜１４０℃の範囲に設定される。即ち、こ
のシート表面温度が１１０℃より低ければ加熱軟化する
のに時間がかかり、また１４０℃より高ければ発泡ＰＥ
Ｔシート２の結晶化が促進されて表面が硬化してしまう
おそれがあるからである。

【００１７】なお、オーブンヒータ１ａ，１ｂに代え
て、複数組縦横に設けられた加熱板によって発泡ＰＥＴ
シート２を挟み込んで接触させることにより予備加熱を
行うものでも良い。成形ゾーンＢは、図２に示した、成
形金型としての加熱金型３が備えられており、加熱軟化
された加熱軟化シート２１の成形と、発泡および結晶化
促進とを行うステーションである。

【００１８】図２に示すように、この加熱金型３は、シ
ート２１が成形されたシート成形品２２の下方に配置さ
れた雄型３１と、雄型３１と対向するようにシート成形
品２２の上方に配置された雌型３２とを組合せた一対の
ものであり、雄雌型の型窩面にシート成形品２２が接触
される、いわゆるマッチモールド型である。雄型３１
は、シート成形品２２の結晶化を促進するため加熱され
た凸部３３と、凸部３３を加熱するヒータ板３４ａと、
凸部３３とヒータ板３４ａを支える下取付板８２ａおよ
び下プラテン８３ａとを備えている。凸部３３には、型
内を減圧するための真空吸引孔Ｈが複数設けられてい
る。この孔Ｈには、管Ｋを通じて真空ポンプＰが連結さ
れており、この真空ポンプＰは、加熱金型３の型締め時
に作動するように制御されている。この真空圧は、−５
５０〜−６５０m/m ・Ｈｇの範囲に設定される。凸部３
３は、その下面にボルト等にて直接取付けられたヒータ
板３４ａによって加熱される。凸部３３の加熱温度は、
シート成形品２２の結晶化を促進させるようにＰＥＴ樹
脂の結晶化温度（１３５℃）以上で、かつ軟化点（２５
８℃）より低い範囲に設定され、好ましくは、１６０〜
２２０℃の範囲に設定される。即ち、この加熱温度が１
６０℃より低ければ、シート成形品２２の結晶化促進が
困難になり、また２２０℃より高ければ、シート成形品
２２が金型３に密着し離形し難くなるからである。ヒー
タ板３４ａには、２本のカートリッジヒータ３７ａが埋
め込まれている。なお、このカートリッジヒータ３７ａ
の数は、凸部３３が均一に加熱されれば、特に限定され
ず、適宜数使用することができる。また、ヒータ板３４
ａは、ニクロム線を直接埋設したもの等その他既知の加
熱手段を用いることができる。ヒータ板３４ａの下部に
は、台８１ａを介して下取付板８２ａが取付けられてお
り、さらに下取付板８２ａの下面には、下プラテン８３
ａが取付けられている。台８１ａは、ヒータ板３４ａか
ら下取付板８２ａや下プラテン８３ａに熱を伝わり難く
するためのものである。さらに下取付板８２ａ内には、
下プラテン８３ａに熱を伝わり難くするため冷却水また
は冷却オイル等が循環されていても良い。このように下
プラテン８３ａに熱が伝わらないようにしているのは、
下プラテン８３ａが熱膨脹されると雄型３１と雌型３２
とにガタが生じて、ひいては成形不良を起こすことにな
るので、この熱膨張を防止するためである。この下プラ
テン８３ａには、後述する冷却金型９が取付けられた下
プレス盤Ｅ１に固定されている。この下プレス盤Ｅ１に
は、進退自在なシリンダ６ａのロッドと連結されてお
り、このシリンダ６ａを駆動することによって雄型３１
全体が上下動できるようにしてある。

【００１９】一方、雌型３２は、上記雄型３１の凸部３
３と対応した凹部３５が設けられている他は、ヒータ板
３４ａ、台８１ａ、下取付板８２ａおよび下プラテン８
３ａと同様な構成を有する、カートリッジヒータ３７ｂ
が埋設されたヒータ板３４ｂ、台８１ｂ、上取付板８２
ｂおよび上プラテン８３ｂを備えている。また、上プラ
テン８３ｂにも、後述する冷却金型９が取付けられた上
プレス盤Ｅ２に固定されており、この上プレス盤Ｅ２に
も、雌型３２全体が上下動できるように、進退自在なシ
リンダ６ｂのロッドが連結されている。

【００２０】これら雄雌型からなる一つの加熱金型３の
クリアランスは、シート成形品２２が型窩面に接触する
程度の寸法に設定される。また、加熱金型３が型締めさ
れてシート成形品２２とマッチングしているマッチング
時間としては、約６〜１５秒間程度である。図３は、こ
の成形ゾーンＢにおいて、シート成形品２２が両面真空
成形される成形過程の概略図を示す。この図３を参照し
て、シート成形品２２を加熱金型３で成形すると、シー
ト成形品２２と雌型３２の凹部３５との間に隙間ができ
た状態で型締めされる（図３（１）参照。）。そして、
真空ポンプＰを作動させて金型３両面から真空吸引する
と型内が減圧され、シート成形品２２は、金型クリアラ
ンス一杯に型内発泡される（図３（２）参照。）。この
型内発泡は、理論上シート成形品２２の発泡気泡内が真
空圧に達するまで促進される。但し、過剰な発泡は、気
泡が独立気泡であるため、離形後負圧力が作用しシート
成形品２２が収縮するおそれがあるので、成形前の厚み
の３倍程度、密度で１／１０程度までの発泡にすること
が好ましい。この状態で、シート成形品２２と金型３と
をしばらくマッチングさせておくと、シート成形品２２
の結晶化が促進される。このように、このシート成形品
２２の発泡は、両面真空成形によって促進されるので、
加熱金型３からの熱伝導によってシート成形品２２が結
晶化を開始して硬化する速度より速く行うことができ
る。即ち、シート成形品２２は、型内で発泡した後に結
晶化が行われることになる。次いで、真空ポンプＰの作
動を停止し金型３両面からの真空吸引を解除した後、シ
リンダ６ａ，６ｂを駆動して加熱金型３の離形が行われ
る。この離形は、シート成形品２２の肉厚を確保するの
に、プレス圧力をかけずに型内発泡にて行われシート成
形品２２の金型３への付着力が弱いため、容易に、しか
も速く行うことができる。

【００２１】冷却ゾーンＣは、図２に示した、冷却金型
９が備えられており、上述した成形ゾーンＢで成形され
たシート成形品２２を再プレスして室温付近まで冷却す
るステーションである。冷却金型９は、雄型９１、雌型
９２からなる一対のものであり、上述した加熱金型３の
雄型３１、雌型３２が取付けられた下プレス盤Ｅ１、上
プレス盤Ｅ２に、加熱金型３と隣接するように、その雄
型９１、雌型９２が取付けられている。雄型９１は、加
熱金型３の凸部３３と同形の凸部９３、冷却板９４ａ、
台９１ａおよび下プラテン９２ａを備えている。雄型９
１の凸部９３には、加熱金型３の凸部３３のような真空
吸引孔Ｈはなく、その下面に取付けられた冷却板９４ａ
によって冷却されている。冷却板９４ａ内には、図示し
ていないが、凸部９３の温度が一定に保たれるように水
またはオイルが循環されており、加熱金型３で成形され
たシート成形品２２を冷却して剛性を付与するようにし
てある。この温度は、具体的には、２０〜８０℃の範囲
に設定されることが好ましく、２０℃より低ければ、隣
に配置された加熱金型３の熱を吸収するおそれがあり、
また８０℃より高ければ、発泡ＰＥＴ樹脂のガラス転移
点（７５℃）を超えて軟化状態が維持されシート成形品
２２が変形し易くなる。この冷却板９４ａには、台９１
ａを介して下プラテン９２ａが取付けられており、この
下プラテン９２ａは、下プレス盤Ｅ１に固定されてい
る。

【００２２】雌型９２は、上記雄型９１の凸部９３と対
応した凹部９５が設けられている他は、冷却板９４ａ、
台９１ａおよび下プラテン９２ａと同様な構成を有する
冷却板９４ｂ、台９１ｂおよび上プラテン９２ｂを備え
ており、上プラテン９２ｂは、上プレス盤Ｅ２に固定さ
れている。この冷却金型９は、加熱金型３で成形された
後のシート成形品２２を再プレスして冷却し、これによ
り、シート成形品２２に剛性が付与されてその形状が保
持されることになる。

【００２３】そして、冷却金型９にて形状保持されたシ
ート成形品２２は、シリンダ７と連結された一対のカッ
ター４ａ，４ｂによって各々の成形品２３にカットさ
れ、製品として回収される。上記の成形工程を繰り返す
ことにより発泡ＰＥＴシートからなる成形品が製造され
る。

【００２４】以上のように、上記実施例の発泡ＰＥＴシ
ートの成形方法によれば、一対の加熱金型で成形された
シート成形品２２は、両面真空成形されるので、金型ク
リアランス一杯に型内発泡される。この後、シート成形
品２２は、型内で加熱状態のまま結晶化が促進される。
これにより、シート成形品２２の肉厚の均一化と結晶化
の均一化を図ることができ、品質のすぐれた成形品２３
を得ることができる。また、両面真空成形することによ
って、シート成形品２２の発泡速度および結晶化速度を
速くすることができるので、成形サイクルを短縮し生産
性を向上させることができる。加えて、プレス圧力をか
けずに型内発泡によって成形されてシート成形品２２と
金型３との付着力が弱く、シート成形品２２の離形を容
易かつ迅速に行うことができるので、成形サイクルを短
縮し生産性を向上することができる。

【００２５】このようにして得られた成形品は、耐熱
性、耐湿度性および強度にすぐれているので、種々の包
装容器として使用される。なお、発泡ＰＥＴシート２と
しては、その発泡倍率が１．５〜１５倍程度のものが好
ましく使用され、即ち、１．５倍以下のものでは、剛性
が乏しく加熱金型３の離形時に変形するおそれがあり、
また１５倍以上のものでは、高発泡すぎるためシート中
央部まで結晶化するのに時間を要するからである。

【００２６】また、上記加熱金型３の雄型３１または雌
型３２のうちの何方か一方を冷却金型としても良い。こ
の場合、シート成形品２１の結晶化と結晶化抑制による
剛性付与が同時に行え、後工程での形状保持のための冷
却金型９が不要となり再プレスを省略することができ
る。これにより、生産性をさらに向上することができ
る。

【００２７】さらに、上記加熱金型３および冷却金型９
には、シート成形品２２の離形が円滑に行われるように
シート成形品２２を一定位置に保持するためのクランプ
が内蔵されていても良い。また、本実施例では、加熱金
型３と冷却金型９は、同一の下プレス盤Ｅ１および上プ
レス盤Ｅ２に取付けられているが、別々のプレス盤に取
付けたものでも良い。

【００２８】さらにまた、加熱金型３および冷却金型９
ともに、凸部３３，９３および凹部３５，９５が一面に
多数備えたものでも良く、その他、本発明の要旨を変更
しない範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
次に、図１に示した発泡ＰＥＴシートの成形方法によっ
て、以下の試験を行った。試験例 下記条件下で、発泡ＰＥＴシートからなる成形品を製造
した。 シート仕様 ： 結晶性発泡ポリエチレンテレ
フタレートシート シート重量 ： ４００グラム／ｍ² シート厚 ： １．５ｍｍ 加熱後の２次厚み ： ３．１ｍｍ 金型寸法 長さ ： ７４３ｍｍ 幅 ： ６００ｍｍ 加熱板寸法 ： ３７０×６００ｍｍ 冷却寸法 ： ３７０×６００ｍｍ 加熱金型温度 ：１８０℃ （雄型、雌型共） 冷却金型温度 ： ４０℃ 加熱金型個数 ： ５×３＝１５ 冷却金型個数 ： ５×３＝１５ 成形品サイズ 口径 ： ８２ｍｍ 底径 ： ７０ｍｍ 深さ ： ３５ｍｍ 金型クリアランス ： ２．０ｍｍ 成形方法 ： マッチモールド成形／両面真
空成形比較例 成形方法を雌型のみの片面真空成形としたことの他は、
上記試験例と同様にして発泡ＰＥＴシートからなる成形
品を製造した。 ＜評価＞上記試験例および比較例における、金型内での
結晶化速度について、図４に示すように、成形品２３の
●部分のａ，ｂ，ｃ３点の位置の結晶化度の平均値
（％）を縦軸に、型締めされてシート成形品が金型にマ
ッチングしているマッチング時間（秒）を横軸に採っ
て、試験例で得られた成形品を−△−、比較例で得られ
た成形品を−○−としてプロットしたグラフを図５に示
した。なお、結晶化度の目標値は、２５％とする。

【００２９】また、上記試験例および比較例における、
設定値２ｍｍに対する成形品肉厚のバラツキ、成形品結
晶化度および成形サイクルについて、表１に示した。な
お、成形サイクルは、加熱金型の型締め開始から離形終
了までの時間とする。

【００３０】

【表１】

【００３１】これら、図５および表１の結果より、いず
れに関しても比較例より試験例の方がすぐれていること
が判った。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この発明の発泡ＰＥＴシ
ートの成形方法によれば、一対の成形金型で成形された
シート成形品は、両面真空成形され、金型クリアランス
一杯に型内発泡された後、型内で加熱状態のままにして
結晶化促進される。これにより、シート成形品の肉厚の
均一化と結晶化の均一化を図ることができ、品質のすぐ
れた成形品を得ることができる。

【００３３】また、両面真空成形することによって、シ
ート成形品の発泡速度および結晶化速度を速くすること
ができるので、成形サイクルを短縮し生産性を向上させ
ることができる。加えて、プレス圧力をかけずに型内発
泡によって成形されてシート成形品と金型との付着力が
弱く、シート成形品の離形を容易かつ迅速に行うことが
できるので、成形サイクルを短縮し生産性を向上するこ
とができる。

【００３４】一方、片面のみを加熱金型とした場合、シ
ート成形品の結晶化と結晶化抑制による剛性付与が同時
に行え、後工程での形状保持のための冷却金型による再
プレスを省略することができる。これにより、さらに生
産性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の発泡ＰＥＴシートの成形方
法における成形工程を示す概略図である。

【図２】図１の成形方法に使用される加熱金型と冷却金
型を示す模式図である。

【図３】加熱金型における両面真空成形の過程を示す概
略図である。

【図４】成形品の結晶化度を測定した部分を示す図であ
る。

【図５】加熱金型内でのシート成形品の結晶化速度を示
すグラフである。

【符号の説明】

Ａ 予備加熱ゾーン Ｂ 成形ゾーン Ｃ 冷却ゾーン ２ 発泡ＰＥＴシート ２１ 加熱軟化シート ２２ シート成形品 ２３ 成形品 ３ 加熱金型（成形金型） ９ 冷却金型

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結晶性発泡ポリエチレンテレフタレートシ
   ートをその結晶化温度以下で加熱軟化させ、この加熱軟
   化シートを一対の金型のうちの少なくとも一方が結晶化
   温度以上に加熱された成形金型を用いて両面真空成形を
   行って型内発泡させた後、型内で加熱状態のまま結晶化
   を促進させることを特徴とする発泡ポリエチレンテレフ
   タレートシートの成形方法。