JP3605286B2 - 複合成形品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、カップ形状，どんぶり形状、弁当トレー形状のものに使用されている断熱機能を有する容器（以下、「断熱容器」と記す）としては、断熱性に優れた発泡樹脂シートに補強のために特定の非発泡樹脂フィルムを１層以上積層した積層シートを真空成形して得られた複合成形品が一般的である。
【０００３】
しかし、従来の断熱容器は、上述のように、真空成形法によって成形されるようになっているため、部分的な強度補強をすることができない。すなわち、発泡樹脂シートの全面にわたって非発泡樹脂フィルムを積層したものを用いざるを得ず、容器全体の厚みがどうしても必要以上に厚くなりコストアップなどの問題がある。
【０００４】
一方、成形品本体である容器本体の壁面に沿って部分的に補強用の樹脂フレームを一体に設ける方法として、容器本体の展開形状に撃ち抜いた紙を主材とするブランク板を、紙が加湿された状態で射出金型内に入れて容器本体形状の予備成形体としたのち、熱可塑性樹脂（プラスチック）を射出して、予備成形体の側壁面の一部や開口部周縁に沿うように樹脂フレームを設けるようになっている複合成形品の製造方法（特公昭６０−３７７７１号公報参照）や、中実の熱可塑性樹脂製の容器本体を射出金型にセットし、鍔部を容器本体の開口部周縁に射出成形によって一体成形する複合成形品の製造方法（特開昭６４−８４８４２号公報）等のように樹脂フレームを容器本体の一部に射出成形によって形成する方法が既に提案されている。
【０００５】
しかしながら、前者の方法で得られた複合成形品は、成形品本体が紙を主材とした材料で形成されているため、紙と樹脂とを分離させることが困難で、リサイクル性に問題があり、後者の方法で得られた複合成形品は、容器本体およびフレームが何れも熱可塑性樹脂で形成されているので、リサイクル性に問題がないが、成形品本体の断熱性が乏しいと言う問題がある。
一方、上記公知の製造方法の紙あるいは中実の熱可塑性樹脂に代えて、成形品本体部分を熱可塑性樹脂発泡体で形成することも考えられるが、上記のような製造方法では、得られる成形品の外観に問題がでる恐れがある。
【０００６】
すなわち、予備成形品を射出金型にセットして樹脂フレームとなる熱可塑性樹脂を射出金型内に射出すると、樹脂フレームの射出部分において、予備成形品の樹脂フレームに接する部分が押しつぶされた状態（高密度状態）となり、得られた複合成形品は、成形品本体の樹脂フレームに接する面と反対側の面に窪みが生じたりする問題がある。
【０００７】
また、射出された樹脂フレームとなる溶融樹脂は、射出金型内で高温状態から冷却されるため、射出後に徐々に熱収縮する。一方、予め射出金型内にセットされた予備成形品は、低温である。したがって、予備成形品が、溶融樹脂が冷却固化する際の熱収縮に追従せず、得られる成形品の形状によっては、成形品本体に皺が生じる恐れがある。この問題は、収縮率の高い結晶性樹脂を射出成形に用いた場合に特に顕著である。
【０００８】
そこで、特公昭６０−３７７７１号公報では、予備成形体を構成する紙を予め加湿状態にしておき、予備成形体が乾燥されていく際の収縮によって射出樹脂の収縮を吸収するようにしているが、予備成形体が熱可塑性樹脂の場合、吸湿量が非常に小さいため、予備成形体を加湿させると言う方法を採用できない。
たとえ、吸湿性に優れた特殊な熱可塑性樹脂を採用したとしても、吸湿・乾燥の別工程が必要となり、生産性や設備コストの面で問題が生じてくる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に鑑みて、断熱性能が高く、部分的に補強されて良好な外観を有する複合成形品を容易に製造することができる製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、 請求項１に記載の発明にかかる複合成形品の製造方法（以下、「請求項１の製造方法」と記す）は、シート状材料を略成形品本体形状の予備成形品にして射出金型内の所定位置にセットした状態で、射出金型内へ溶融樹脂を射出して予備成形品の壁面の一部に沿って中実の樹脂フレームを一体成形する複合成形品の製造方法において、予備成形品が熱可塑性樹脂発泡シートで形成されているとともに、予備成形品の樹脂フレーム形成部によって囲まれる部分に、樹脂フレーム形成部の端縁に沿うように予備成形品の他の部分より肉厚が薄い薄肉部が形成されている構成とした。
請求項１の製造方法において、成形品の形状や用途は特に限定されないが、たとえば、カップ形状，どんぶり形状、弁当トレー形状の容器が挙げられる。
【００１１】
請求項２に記載の発明にかかる複合成形品の製造方法（以下、「請求項２の製造方法」と記す）は、請求項１の製造方法において、射出金型の閉合時に、予備成形品の樹脂フレーム形成部に隣接する部分を可動型と固定型との間で挟圧して薄肉部を形成するようにした。
請求項３に記載の発明にかかる複合成形品の製造方法（以下、「請求項３の製造方法」と記す）は、請求項１あるいは請求項２の製造方法において、薄肉部の厚みと他の部分の厚みとの比を０．２〜０．７：１にした。
【００１２】
請求項４に記載の発明にかかる複合成形品の製造方法（以下、「請求項４の製造方法」と記す）は、請求項１〜請求項３のいずれかの製造方法において、薄肉部の幅Ｗが３．４１×L ×ε／Ｎ（但し、L は予備成形品の壁面の一部を囲む樹脂フレーム形成用キャビティの最大辺の長さ、εは射出樹脂の収縮率、Ｎは最大辺の長さL 間内に含まれる薄肉部の数）以上とした。
【００１３】
本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、ポリプロピレン，ポリスチレン，ポリカーボネート，ポリエチレン，ポリエチレンテレフタレート、生分解性樹脂等が挙げられる。
また、成形品本体および樹脂フレームに使用される熱可塑性樹脂は、異種のものでも構わないが、リサイクル性を考慮すると同種のものを用いることが好ましい。
【００１４】
予備成形品は、シート状材料である熱可塑性樹脂発泡シートを予め成形品本体の展開形状に打ち抜き、この展開物を射出金型内で略成形品本体形状に組み立てて得る方法や、熱可塑性樹脂発泡シートを真空成形機にセットして予め略成形品本体形状に予備成形して得る方法等によって得ることができる。
【００１５】
請求項１の製造方法において、薄肉部の厚みと他の部分の厚みとの比は、請求項２の製造方法のように、０．２〜０．７：１であることが好ましいが、より好ましくは、０．２〜０．５：１である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１〜図３は本発明によって得られる複合成形品の１つの実施の形態である容器をあらわしている。
【００１７】
図１に示すように、この容器１は、成形品本体としての容器本体２と、樹脂フレーム３とを備えている。
樹脂フレーム３は、後述するように射出成形によって成形されていて、図１〜図３に示すように、容器本体２の底の周縁に沿う底部枠状部３１と、上部開口縁に沿って設けられた鍔状部３２と、容器本体２の底面の中心軸で直交して容器本体２の底部を受ける底部受部３３と、底部受部３３から鍔状部３２まで延出して容器本体２の側壁を支持する側壁支持部３４とを備えている。
【００１８】
容器本体２は、０．１〜０．５g/ccの均等な密度の熱可塑性樹脂発泡シートから成形されているとともに、底部の底部枠状部３１および底部受部３３によって囲まれた部分に容器本体２の内側に凹む４つの凹み部２１を備えている。
各凹み部２１は、底部枠状部３１および底部受部３３の端縁に沿ってそれぞれ他の部分（以下、「厚肉部」と記す）２２より肉厚が薄くなった薄肉部２３を備えている。
【００１９】
厚肉部２２は、０．４〜１．３mmの均等な厚みになっていて、薄肉部２３は、その厚みが厚肉部２２の厚みの２０〜７０％になっている。
また、薄肉部２３の幅Ｗは、３．４１×L ×ε／Ｎ（但し、L は予備成形品５の壁面の一部を囲む樹脂フレーム形成用キャビティの最大辺の長さ、εは射出樹脂の収縮率、Ｎは最大辺の長さL 間内に含まれる薄肉部の数であって、この容器１では２）以上となっている。
【００２０】
この容器１は、以下のようにして製造することができる。
まず、図４（ａ）に示すように、０．１〜０．５g/ccの均等な密度、０．４〜１．３mmの均等な厚みの熱可塑性樹脂発泡シートを用いて略容器本体形状に真空成形等により予備成形した予備成形体５を射出金型４内にセットしたのち、射出金型４を閉合する。
【００２１】
この射出金型４の閉合により、予備成形体５が、容器１の薄肉部２３に当たる部分が固定型４１と可動型４２との間に挟圧着されて、その厚みが予備成形体５の他の部分の２０〜７０％の厚みで、幅Ｗが、３．４１×L ×ε／Ｎ以上の薄肉部２３が射出金型４内部で形成される。
そして、図４（ｂ）に示すように、この予備成形体５をセットした射出金型４の樹脂フレーム用キャビティ４５内に熱可塑性樹脂発泡シートと同種の熱可塑性樹脂を溶融状態にして射出し、図５および図６（ａ）に示すように、予備成形体５に沿って未収縮の樹脂フレーム３´が一体成形された成形体１´を得る。
【００２２】
このようにして得られた成形体１´を射出金型４から取り出し、冷却固化させて容器１を得る。
【００２３】
すなわち、射出金型４から取り出された成形体１´は、未収縮の樹脂フレーム３´部分が冷却に伴って収縮するため、この樹脂フレーム３´部分の収縮に伴って特に予備成形体５の底部において、底部枠状部３１´および底部受部３３´に囲まれた部分が内側に向かって収縮しようとする力を受けるが、底部枠状部３１´および底部受部３３´の縁部に沿って薄肉部２３が設けられているので、底部枠状部３１´および底部受部３３´に囲まれた部分が、図５（ｂ）に示すように、この薄肉部２３の両側端縁部で座屈して予備成形体５の内側に凹んで凹み部２１が形成されるようになっている。
【００２４】
この製造方法は、以上のように、予備成形体５の未収縮の樹脂フレーム３´部分の底部枠状部３１´および底部受部３３´の端縁に沿う部分に予め薄肉部２３が設けられていて、樹脂フレーム３´部分の冷却時の収縮によって薄肉部２３の両側縁部で座屈して巧く凹み部２１が形成される。しかも、薄肉部２３の幅Ｗが３．４１×L ×ε／２以上であるので、凹み部２１に皺等が全く発生しない。
すなわち、幅Ｗが３．４１×L ×ε／２以上であれば、皺等が全く発生しない理由を詳しく説明すると、以下のようになる。
【００２５】
まず、図５に示すように、予備成形品５の壁面の一部を囲む樹脂フレーム成形用キャビティの最大辺の長さ（射出金型４内での樹脂フレーム部分の最大スバン）L とし、射出金型４から取り出された成形体１´の収縮後の樹脂フレームの最大辺の長さをL ´とした時、L ´は、以下の式（１）で求められる。
L ´＝L （１−ε）・・・（１）となる。
【００２６】
言いかえると、収縮量ΔL は、以下の式（２）で求められる。
ΔL ＝L −L ´＝L ×ε・・・（２）
そして、皺が生じないようにするためには、この収縮量ΔL を、薄肉部２３の座屈により吸収しなければならない。
【００２７】
したがって、座屈による底部枠状部３１´および底部受部３３´によって囲まれた部分の収縮幅は、以下の式（３）で表される。
２（Ｗ−Ｗ´）＝L ×ε・・・（３）
【００２８】
一方、Ｗ´は、以下の式（４）で求めることができる。
Ｗ´＝Ｗ× cosθ ・・・（４）
そして、（４）式を（３）式に代入すると、
Ｗ＝ L ×ε／２（１− cos θ） ・・・（５）
【００２９】
また、実験により、底部枠状部３１´および底部受部３３´によって囲まれた部分の薄肉部２３の座屈角度θは、１５〜４５°に全て収まることがわかっている。
したがって、１− cosθが最小になるθ＝４５°を式（５）に代入すると、
Ｗ＝３．４１×L ×ε／２となり、幅Ｗが３．４１×L ×ε／２以上であれば、皺等が全く発生しないことがわかる。
【００３０】
また、予備成形体５は、薄肉部２３以外の部分が、０．４〜１．３mmの厚みで、０．１〜０．５g/ccの密度であるので、樹脂フレーム成形時の射出圧によって樹脂フレーム３が一体成形される部分が押しつぶれさることが少なく、樹脂フレーム３の射出側と反対側の面、すなわち、容器本体２の内面に凹み等が生じることがない。
【００３１】
さらに、予備成形体５が発泡体であるため、発泡体の弾性力によって予備成形体５が射出金型４の内壁面にしっかりと密着する。したがって、射出された樹脂が樹脂フレーム３用のキャビティ部分からはみ出ることがなく、ばり等もない。 また、薄肉部２３の厚みを厚肉部２２の２０〜７０％としたので、未収縮の 樹脂フレーム３´の収縮によって、薄肉部２３がその端縁で確実に座屈する。すなわち、設計寸法とおりの容器１を確実に得られる。
【００３２】
本発明にかかる複合成形品の製造方法は、上記の実施の形態に限定されない。上記の実施の形態では、底部枠状部３１および底部受部３３に囲まれた部分にのみ樹脂フレーム３に沿って薄肉部２３が設けられていたが、必要に応じて他の部分にも設けるようにしても構わない。また、０．１〜０．５g/ccの均等な密度、０．４〜１．３mmの均等な厚みの熱可塑性樹脂発泡シートを用いた場合には、薄肉部を設けなくても構わない。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例をより詳しく説明する。
【００３４】
（実施例１〜８）
以下の表１に示す厚みおよび密度のポリプロピレン製発泡シートを真空成形機で予備成形し、内径１３０mm、深さ５０mmの容器本体形状の予備成形体を得た。得られた予備成形体を射出成形機の金型（型締力７５トン）内にインサートし、ポリプロピレンを樹脂フレーム形成用キャビティ内に射出し、図１に示す容器を得た。
【００３５】
そして、得られた容器の樹脂フレーム形成部に接する容器本体の内壁面の段差、段差部分の外観、バリの有無を調べ、その結果を表１に合わせて示した。
なお、段差は、容器本体の側面中央部で厚みゲージによって測定し、ｎ＝５の平均とした。段差部分の外観評価は、目視で行い、○が良好、△が少し目立つ、×がかなり目立つをあらわすものとした。
【００３６】
【表１】

【００３７】
（実施例９）
厚み１．０mmのポリプロピレン（日本ポリオレフィン社）シートを真空成形機で予備成形し、内径１３０mm、深さ５０mmの容器本体形状の予備成形体を得た。この予備成形体を薄肉部に当たる狭小部のクリアランスａの図７に示すように、クリアランスが０．４mm，キャビティ空間の全クリアランスｂが６．０mmの射出金型８内にインサートし、ポリプロピレンを樹脂フレーム形成用キャビティ（クリアランス５．０mm）内に射出して図１に示すような容器を得た。また、L ＝１０７．８mm、ε＝１５／１０００であった。
【００３８】
数日後得られた容器を観察したところ、容器は、底部の樹脂フレームに囲まれた部分に、樹脂フレームの端縁に沿って平行に射出金型８の閉合によって可動型と固定型と狭小部で圧縮されて成形された、０．４mmの薄肉部が形成されていて、この薄肉部の両端縁部が座屈して底部の樹脂フレームに囲まれた部分が容器本体の内側に凹んでいた。また、容器本体の厚肉部は平滑かつ皺のない外観上優れたものであった。また、製品の反りや歪みなども見られなかった。
【００３９】
（比較例１）
金型に狭小部を設けなかった、すなわち、薄肉部を設けずに樹脂フレームを射出成形した以外は、実施例１と同様に容器を得た。
数日後得られた容器を観察したところ、容器は、容器本体の底面に若干皺および反りが発生し、容器として少し安定性の悪いものであった。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように構成されているので、本発明にかかる複合成形品の製造方法は、断熱性能が高く、部分的に補強されて良好な外観を有する複合成形品を容易にかつ確実に製造することができる。
【００４１】
特に請求項１の製造方法のようにすれば、未収縮の樹脂フレームが冷却によって熱収縮する際に、予備成形体の樹脂フレームに囲まれた部分が薄肉部の端縁部で座屈するため、不規則な皺等が発生しない。
【００４２】
請求項２の製造方法のようにすれば、予備成形体がシール材として働くため、射出樹脂が樹脂フレーム形成用キャビティから外側に漏れでず、ばりの発生を防止することができる。
請求項３の製造方法のようにすれば、薄肉部がその端縁部分で確実に座屈を生じ、設計寸法とおりの成形品を確実に得られる。
【００４３】
請求項４の製造方法のようにすれば、薄肉部に囲まれた厚肉部に皺を生じることなく、外観に優れた成形品をより確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合成形品の製造方法によって得られる複合成形品の１つの実施の形態をあらわす容器の斜視図である。
【図２】図１の容器の底面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図１の容器の製造方法を工程順にあらわす図であって、同図（ａ）は予備成形品を金型内にセットした状態をあらわす断面図、同図（ｂ）は樹脂フレーム形成用キャビティに溶融樹脂を射出した状態をあらわす断面図である。
【図５】金型内の成形体の底面図である。
【図６】樹脂フレーム部分の収縮の状態を説明する説明図であって、同図（ａ）は収縮前の状態をあらわす要部断面図、同図（ｂ）は収縮後の状態をあらわす要部断面図である。
【図７】実施例９に用いた射出金型の断面図である。
【符号の説明】
１ 容器（複合成形品）
２ 容器本体（成形品本体）
３ 樹脂フレーム
４，８ 射出金型
５ 予備成形品
２２ 厚肉部（他の部分）
２３ 薄肉部
４１ 可動型
４２ 固定型

Claims (4)

1. シート状材料を略成形品本体形状の予備成形品にして射出金型内の所定位置にセットした状態で、射出金型内へ溶融樹脂を射出して予備成形品の壁面の一部に沿って中実の樹脂フレームを一体成形する複合成形品の製造方法において、予備成形品が熱可塑性樹脂発泡シートで形成されているとともに、予備成形品の樹脂フレーム形成部によって囲まれる部分に、樹脂フレーム形成部の端縁に沿うように予備成形品の他の部分より肉厚が薄い薄肉部が形成されていることを特徴とする複合成形品の製造方法。
2. 射出金型の閉合時に、予備成形品の樹脂フレーム形成部に隣接する部分を可動型と固定型との間で挟圧して薄肉部を形成する請求項１に記載の複合成形品の製造方法。
3. 薄肉部の厚みと他の部分の厚みとの比が０．２〜０．７：１である請求項１または請求項２に記載の複合成形品の製造方法。
4. 薄肉部の幅Ｗが３．４１×L ×ε／Ｎ（但し、L は予備成形品の壁面の一部を囲む樹脂フレーム形成用キャビティの最大辺の長さ、εは射出樹脂の収縮率、Ｎは最大辺の長さL 間内に含まれる薄肉部の数）以上である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の複合成形品の製造方法。

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