JP3573374B2 - 射出延伸吹込成形におけるプリフォーム成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、射出成形したプリフォームを容器などの中空成形品に延伸吹込成形する場合に採用し得るプリフォーム成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出延伸吹込成形とは、射出成形したプリフォームを射出金型と射出コアとから離型して吹込金型に移送し、ネック型により挟持固定した首部（口部ともいう）より下側を、吹込金型内にて軸方向に延伸するとともに、吹込み空気圧により膨張して、胴部が薄肉のびんなどの容器に成形する方法を云い、延伸吹込成形については、離型したプリフォームを温度調節してから行う場合と、温度調節なしに直ちに行う場合とがある。
【０００３】
このいずれの場合でも、延伸吹込成形は射出成形時の溶融樹脂の熱エネルギーをプリフォームに温存させた状態で行っていることから、プリフォームはできるだけ高温の状態にあるのが好ましいとされ、射出金型からの離型も早期に行うようにしている。
【０００４】
この発明で云う高温（早期）離型とは、内部温度が高く未固化の状態にあり、かつ冷却により表面に生じたスキン層によってプリフォームの形態が維持される状態で離型することを云い、離型後のプリフォームをそのまま放置しておくと、表面温度が内部熱により時間の経過に伴い上昇してピーク温度に達し、ピーク後はなだらかに降下してゆく。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この高温離型は、成形材料の全てにおいて容易になし得ると云うものではなく、成形材料によっては射出コアの抜き勾配を許容限度に設定しても、これまでの手段では実施し難いものである。薄肉包装容器の成形材料として広く用いられているポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は容易な方であるが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレナフタレート（ＰＥＮ）などは難しさがあり、ポリエチレン（ＰＥ）は極めて困難であった。
【０００６】
一般的に射出金型と射出コアとによって形成された射出キャビティに、溶融樹脂を射出充填すると、溶融樹脂は既に冷却されているキャビティ表面や射出コア表面と接した内外表面が急冷により固化してスキン層を形成する。このスキン層は時間の経過とともに厚さを増し、またそれに伴ってプリフォームが収縮を起こしてゆく。この収縮によりプリフォームの内表面は射出コア表面に密に接するようになり、反対に外表面はキャビティ表面から離れるようになる。
【０００７】
このためプリフォームの内表面側の冷却が表面側よりも進行し、プリフォームは射出コアに強く抱きついた状態となる。ポリプロピレンやポリエチレンはポリエチレンテレフタレートに比べてその傾向が強く、特にポリエチレンでは離型が困難ほど抱きついて、無理に離型を行うとプリフォームが射出コアに引っ張られて形態を失う。このためポリエチレンに関しては射出延伸吹込成形は困難とされて、これまで細口びんなどの薄肉容器の量産は行われていなかった。
【０００８】
上記ポリプロピレンについても、口径が大きい広口びんのプリフォームのように、射出コアの抜き勾配を大きく設定できる製品の場合には、比較的容易に高温離型が行えるが、最も需要が多い通常の包装用びんのプリフォームでは、口径が小さく抜き勾配に制限を受けることから、離型に際して高度の熟練した技術を要し、また歩留りにも問題があるので、その実施は限られている。
【０００９】
成形材料がポリエチレンテレフタレートの場合でも、プリフォームの温度分布を肉厚の調整により行う場合には、射出コアの表面を部分的に滑らかに削ってプリフォームの肉厚を増しているが、射出コア表面の削り深さにも限界があって、抜き勾配１°前後では精々０．２ｍｍ程度で、それ以上に深く削るとプリフォームの離型に際する射出コアの抜取りが困難となり、プリフォームの形態が損なわれる。このため肉厚の増加による温度分布の調整に制限を受けている。
【００１０】
上記課題を解決する手段として、本発明者等は特願昭５−２８６１９３号に記載の発明をなした。この発明は樹脂の射出充填により形成された射出キャビティ内のプリフォームと射出コアとの境に所要圧力の空気を圧入し、その空気圧によりプリフォーム内表面とコア表面を縁切りし隔離するものであり、更に具体的には空気の圧入を保圧完了後に開始するというものである。
【００１１】
この空気圧の利用による縁切と隔離は、従来よりもプリフォームの冷却時間を短縮して離型を早める効果をもたらすが、厚肉のプリフォームの場合には、縁切りが行われずに剥離する部分が生じ易い。これは保圧のための二次圧によりプリフォーム内表面がコア表面に強く抱きついて密着し、空気が入り込めない部分が生ずることによる。
【００１２】
特にプリフォームの内底部は、射出コアの周側面と底面とを包む状態で密着するので側部よりも強く抱きつき、また圧入空気の到達端となる他、底面はコア軸線に対して直角に位置するなどのことから圧入空気の入り込みがも悪く、縁切り不良が生じ易い。この結果、プリフォームの底部では、内側はスキン層を形成して射出コアに抱きつき、内部は半溶融状態にあるので、このまま射出コアを引き上げて離型を行うと、内底部のスキン層の剥離現象が生ずる。
【００１３】
そこで本発明者等は更に研究を重ねた結果、縁切り用の空気の圧入時期をもっと早めてもプリフォームの成形に影響がなく、また上記離型不良の課題を解決することができることを見い出したのである。
したがって、この発明の目的は、厚肉のプリフォームに気体の圧入によるコア表面とプリフォーム内表面との縁切り及び隔離を採用しても部分的剥離を来すことなく早期離型を可能とし、また抜き勾配をこれまでよりも小さく設定することができるプリフォームの新たな成形方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明の特徴は、溶融樹脂を射出キャビティに射出充填してプリフォームを形成し、その溶融または半溶融状態のプリフォームに二次圧を加えて保圧を行う際に、プリフォームと射出コアとの境に所要圧力の気体を圧入し、その気圧によりプリフォーム内表面とコア表面とを縁切りして隔離するとともに、プリフォームをキャビティ表面に押圧して保圧冷却を行うことにある。
【００１５】
上記気体としては、空気，窒素ガス等が用いられ、また気体の圧入は首部の下側または射出コアの先端部周囲から行うのが好ましく、空気圧は１０ｋｇ／ｃｍ^２前後でよい。また射出金型の温度はプリフォームの首部を離型前に完全に冷却固化するために、ネック型が収まる上部を最も低温に、また延伸時のロッド突き抜けを防止するために底部も、側部を形成する中間部より低温に設定するのがよい。
【００１６】
【作 用】
上記構成では、射出充填完了後のキャビティ内のプリフォームは、溶融または半溶融状態にあり、首部下側から底面との間の側部は、キャビティ表面及びコア表面と接して冷却によるスキン層を内外表面に形成し始めており、内部は未だ高温状態で全体的に柔軟状態にある。
【００１７】
このような状態で射出圧力を二次圧に切り替えて保圧に移行するのであるが、この際に、射出コアとプリフォームとの間に射出コアを通して気体たとえば空気を圧入すると、空気はその圧力で二次圧により加圧されているプリフォームを押し広げるように、コア表面とプリフォーム内表面との間に入り込んで縁切りを行うとともにプリフォームをキャビティ表面に押圧する。
【００１８】
この保圧の際の空気の圧入では、プリフォームが柔軟で冷却による内側の収縮も僅かであるため、内側の冷却が進行した保圧完了後の圧入よりも空気が全体に及ぶようになり、また圧入空気はそのまま隔離層を形成して収縮による内表面の密着を阻止するようになる。このためプリフォームは外方へ押圧されてャビティ表面に外表面を密着し、コア表面と内表面との間に空気の隔離層が介在する内側は外側に比べて冷却が遅くなる。この結果、冷却時間はプリフォーム外側のスキン層の成形状態をもって設定することができる。
【００１９】
【実施例】
図中１は機台側に固定したプリフォーム成形用の射出金型で、上部にキャビティの開口部２を有し、底部に射出ノズル３がノズルタッチしている。４は左右一対の分割金型からなる円錐台形のネック型でプリフォームのホルダーを兼ねている。このネック型４の断面形状は凹状形で下部内は大径の穴部となっており、その穴壁面５に成形品のねじやサポートリングなどの成形面が刻設してある。
【００２０】
上記ネック型４は、移送盤６の盤面の挿通穴７の下側に設けられている。移送盤６は射出金型１に対し上下かつ水平方向に移動自在に配設されている。上記挿通穴７の両側の移送盤下側面には一対のガイド部材８（図では片側のみ示す）が設けてあり、このガイド部材８には上記ネック型４の分割金型を取付けた台板９，９が両端部を摺動自在に嵌挿して開閉自在に装着してある。
【００２１】
この台板９，９の両側内には連結軸１０が貫設してあり、その連結軸１０の端部と台板９，９との間に常時内方へ弾圧してネック型４を閉鎖維持するばね部材１１，１１が配設してある。このばね部材１１，１１は、図は省略したが、台板９，９の当接部両側に形成した長孔にくざび状の開放部材を上方から押込むことにより台板９，９を介して圧縮することができ、これにより台板９，９が外方へ移動してネック型４の開放が行われる。
【００２２】
１２は射出コアで内部に冷却路１２ａを有する。この射出コア１２は上記ネック型９の上部に相対的に上下動自在に配設したコア保持部材１３の中央部に嵌挿して下向きに固着してある。またコア保持部材１３からの突出長さは、上記ネック型９を貫通して射出金型１のキャビティ底部に近く先端が収り、それによりプリフォーム成形用の射出キャビティ１４をネック型９から射出金型１にわたり形成する長さからなる。
【００２３】
上記コア保持部材１３は移送盤６の上方に上下動自在に設けた型締盤１５の下側面に固定してあり、また射出コア１２が突出した先端部は上記ネック型９の凹所と嵌合するように凸に形成してある。
このコア保持部材１３の中央部に嵌挿された射出コア１２の保持部周囲には、コア保持部材１３の先端で開口して上記射出キャビティ１４と連通する空気流通路１６が設けてある。この空気流通路１６はコア保持部材側に穿設した空気供給路１７と接続し、下端はネック型２の先端より下側の射出キャビティ上部に圧入間隙１８として開口している。
【００２４】
上記空気流通路１６の間隙１８は、射出キャビティ１４に射出充填した溶融樹脂が流入して後にバリとして残ることを防止する目的から、その間隙寸法は３／１００ｍｍ以下に制限することが好ましい。
【００２５】
１９は射出金型１の中間部の冷却路、１９ａは上部の冷却路、１９ｂは下部の冷却路で、上記射出コア１２の冷却路１２ａと共に水、湯水，油等の冷却媒体が常時通してある。
なお２０はコア保持部材１３の上部内に設けたコア固定部材である。
【００２６】
図３は上記間隙１８を射出コア１２の先端部に設けた場合を示すものである。中空の射出コア１２の内部に、上記冷却路１２ａを形成するチューブと、上記空気流通路１６となるチューブとを、空気流通路側を中央にして二重に配設し、その空気流通路１６の先端を射出コア先端の閉塞子１２ｂに接続して、射出コア１２の先端部周囲に嵌合間隙による空気の圧入間隙１８を形成している。
【００２７】
次に上記金型装置を用いたプリフォームの射出成形について説明する。
射出金型１の温度を上部が最も低く，下部が中間部より低くなるように設定する。この固定状態の射出金型１に対して、上記移送盤６と型締盤１５を降下し、図１のように射出金型１とネック型４とを型閉じし、さらに射出コア１２をネック型上方からキャビティ内に挿入して射出キャビティ１４を形成する。
【００２８】
型締盤１５によりコア保持部材１３をネック型４に圧接して型締を行い、ノズル３から射出キャビティ１４に溶融状態の熱可塑性樹脂の成形材料を射出充填する。射出充填が完了して保圧を開始した直後または保圧中に、コンプレッサーの供給回路のバルブ（図示せず）を開放し、コア保持部材側の空気路１７を経て上記空気流通間隙１６に所要圧力の圧縮空気を供給する。
【００２９】
保圧開始直後のキャビティ内のプリフォーム２１は、薄肉の首部と底部とを除いて、キャビティ表面やコア表面と接した内外表面のみが冷却されてスキン層を形成し始めており、内部は未だ高温状態で溶融または半溶融の状態にある。このためプリフォームは全体的に柔軟状態にあって、外圧に抗するまで完成されておらず、したがって空気流通間隙１６の空気は、間隙１８から射出コア１２に沿って、プリフォーム２１との境に該プリフォーム２１を押し広げるようにして、首部下側から底部面まで入り込む。
【００３０】
この結果、プリフォーム２１の冷却固化した首部から底部面までの内表面がコア表面から離れてそこに縁切りが生ずる。また射出コア１２とプリフォーム２１との境に圧入された空気圧によりプリフォーム２１はキャビティ表面に押圧される。そして境界の空気は供給停止まで隔離層として介在する。これにより通常の射出成形とは反対に、内表面側はコア表面から離れ、外表面側はキャビティ表面に密着するようになって、プリフォーム２１は内側よりも外側の方が冷却を受け易くなる。
【００３１】
上記プリフォーム２１の冷却は、内外表面に生じたスキン層によりプリフォーム２１の形態が保たれ、ネック型４により固化した首部を挟持して、吹込金型への移送が可能となった時点で完了する。このタイムアップと同時に圧縮空気の供給もバルブの閉鎖により停止される。
【００３２】
冷却完了後に直ちにプリフォーム２１の離型が行われる。離型は型締盤１５を上昇して射出コア１２を上方へ抜き出して行う。この離型は首部を挟持した状態にあるネック型４を反力として行われるので、射出コア１２にプリフォーム２１が強く抱きついた状態では、ネック型２１によりプリフォーム２１がしごかれて短く変形し、正常な形態が損なわれてしまうが、射出金型内にて既にプリフォーム２１が射出コア１２から絶縁された状態では、プリフォーム２１が柔軟状態にあっても離型がスムーズに生ずる。
【００３３】
また隔離層は射出コア１２にテーパーがあるので僅かな上方移動により外気と連通する。このためそこに残存した空気圧は大気圧となるので、柔軟なプリフォーム２１は外方へ押圧されていた分だけ復元するようになる。しかしその復元力は射出コア１２を強く抱きほどのものではなく、またキャビティ表面への押圧力も除かれるので、射出金型１からの離型も、移送盤６の上昇により首部５を挟持した状態で、図２に示すように、スムーズに行われるようになる。
このようなことから、ネック型４により首部を挟持したプリフォーム２１の形態及び肉厚分布は設計通りのものとなり、そのまま次の温調位置または吹込金型の位置まで移送盤６を水平移動して移すことができる。
【００３４】
離型後の上記プリフォームについては、温調を要する成形法にあっては、温調ポットにプリフォームを収容し、プリフォーム各部の温度を延伸吹込成形による膨張率の大小に応じて調整した後、吹込金型に移送して延伸吹込成形を行う。
また直ちに延伸吹込成形を行う成形法では、プリフォーム成形時に肉厚分布の調整によりプリフォーム各部の内部熱量を調整しているので、時間の経過によりその内部熱量の差が失われて、プリフォームの温度が全体的に均一化される前（表面温度がピークに達する前）の時間内に延伸吹込成形を行う。
上記いずれの成形法においても、高温離型によって高品質の薄肉びんが成形でき、これまで困難であった成形材料による射出延伸吹込成形も可能となる。
【００３５】
なお、図示の実施例は固定した射出金型１に対して移送盤６を上下動する構成よりなるが、反対に移送盤に対し射出金型側を上下動する構成であってもよい。
【００３６】

【００３７】

【００３８】
【発明の効果】
この発明は上述のように保圧に際して気体の圧入によりコア表面とプリフォーム内表面とを縁切りして隔離したので、冷却の際に気圧により縁切りを行う場合よりも縁切りが確実に行えるようになり、未縁切り部分は生じ難くなるので離型時の内表面の部分的な剥離が防止され、冷却開始時に気体の圧入を行う場合よりも離型時のロスが減少する。
【００３９】
また気体の圧入時間は長くなるが、プリフォーム外表面の冷却が保圧時から積極的に行われるので冷却時間が短縮でき、プリフォーム内表面の冷却が外表面より遅くなるので、冷却時間を外側のスキン層の成形状態から判断して設定できるようになり、これによりプリフォームの肉厚の増減による内部熱量の調整と併せて、延伸吹込成形に適した厚さのスキン層の形成と温度分布とを備えたプリフォームを得ることができる。
【００４０】
さらにまた射出コアの抜き出しの容易性から、射出コアの抜き勾配を長さに制限されず１°以下に設定することができ、これまで抜き勾配の関係から広口びんや短いプリフォームによる成形品に限定されがちであった成形材料でも細口びんや縦長の成形品の成形が可能となり、４５０ｍｍ前後の長さのプリフォームが要求される口径４５ｍｍ前後の大型びんでも射出延伸吹込成形が容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のプリフォーム成形方法に用いられる射出金型装置の型閉時における縦断面図。
【図２】プリフォームの離型状態を示す射出金型装置の部分縦断面図。
【図３】射出コアの先端部から気体を圧入する場合の射出金型の部分断面図。
【符号の説明】
１ 射出金型
３ ノズル
４ ネック型
１２ 射出コア
１３ コア保持部材
１４ 射出キャビティ
１６ 空気流通路
１７ 空気供給路
１８ 空気流通路の間隙
２１ プリフォーム

Claims (1)

1. 射出成形したプリフォームを射出金型と射出コアから高温離型して直ちにまたは温調後に容器などの中空成形品に延伸吹込成形するにあたり、溶融樹脂を射出キャビティに射出充填してプリフォームを形成し、その溶融状態のプリフォームに二次圧を加えて保圧を行う際に、プリフォームと射出コアとの境に所要圧力の気体を圧入し、その気圧によりプリフォーム内表面とコア表面とを縁切りして隔離するとともに、プリフォームをキャビティ表面に押圧して保圧冷却を行うことを特徴とする射出延伸吹込成形におけるプリフォーム成形方法。

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