JP3947230B2 - 塑性材料をスタンピングするためのダイ及び方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、成形物品を形成するために塑性材料をダイを用いてスタンピングするためのデバイス及び方法に関する。特に、本発明は、棒状洗剤、スティック状デオドラントまたは他の類似製品、並びに棒状冷凍デザートのような食品をスタンピングするための方法に関する。
棒状洗剤は、石鹸、合成洗剤活性分またはその混合物を含めた表面活性剤の量が棒を基準にして少なくとも２０重量％であるタブレット、ケーキまたは棒を指す。
発明の背景
棒状洗剤の製造では、棒の全成分を含む予備成形組成物を通常ノズルから押出して連続ロッドを形成し、このロッドを通常「ビレット」と称される所定長さの小片に切断する。次いで、このビレットをスタンパーに供給するか、または例えば棒表面と同じ寸法のダイを用いて１つ以上の表面に刻印を付ける。棒表面に、例えばマレットまたはロール形状のダイを用いて力が加えられる。
スタンパーは通常２つの半ダイで形成されるダイを有し、各半ダイはスタンピング操作中ビレットと接触する表面を有している。これらの表面は、ビレットが半ダイの間で圧縮されて棒に最終形状及び外観を与えるように設定された離隔距離に近づき、その後分離されるように作られている。過剰の組成物は半ダイが閉じたときにダイから絞り出される。これは、通常「ばり」と称される。次いで、ばりは、棒状石鹸を穴を介してばり取りプレートに移動させることにより棒状石鹸から分離される。
慣用のダイスタンピング装置は、１対の対向するダイ部材または半ダイが圧縮ステップ中に相接する「ピンダイ」形状の機械、及び１対の対向するダイ部材がボックスフレーム中の通し開口部内に保持された棒をスタンプするが圧縮中相接しない「ボックスダイ」機械を含み、棒の周辺面はボックスフレームにより拘束されている。
半ダイの各々はしばしばダイまたはエジェクタインサートを備えている。これらは通常スプリングにより半ダイ内に閉ざされて保持されているが、棒をダイから離型するのを助けるために圧縮空気または機械的手段により押しあけられ得る。
半ダイが閉じられている間、棒状洗剤とダイ表面間のダイキャビティーにトラップされている空気を除去するため真空が適用され得、回転ディスクの場合にはこの真空により棒は回転中適所に保持される。
棒状洗剤に再生可能な形態、滑らかな表面を与えるために及び／またはロゴ、商品名等を棒表面の少なくとも一部に刻印するために棒状洗剤をダイを用いてスタンピングする。しかしながら、エジェクタに伴う問題は、エジェクタは棒の小表面に高圧力を加える傾向にあり、柔らかい石鹸組成物にとって問題を引き起こし得ることである。
更に、ダイ閉塞の結果、すなわちある量の残留洗剤が半ダイ上に残り、ダイの連続使用中に蓄積する結果、棒はしばしばその表面に目に見える欠陥を含んで形成され、または棒はダイ表面から離型されないことがあり得る。
上記した問題の解決方法は多数提案されている。１つの解決方法は、スタンピング操作中半ダイを冷却することを含む。冷却は貴重な資源、特にエネルギー源を用いる。
別の解決法は、ＥＰ２７６９７１及びＰＣＴ出願９５９２４２２５．６に記載されており、各ダイ部材が非エラストマー部分、特定範囲の弾性率を有するエラストマー部分からなるダイ部材の使用を含む。エラストマーコーティングで経験する１つの問題は、その耐用期間が数日もくはそれ以上のオーダーと短い傾向にあることにある。
Ｒｏｕｓｓｅｌの米国特許第４，８０９，９４５号明細書には、棒状石鹸のような物品を成形する際に使用される金型キャビティが開示されている。
Ｍｅｔａｐｏｒと称される多孔質ダイは、ダイ上で造形物を形成するために孔を介して真空に引く真空成形分野で使用されている。
流体離型剤は通常、棒の離型を助けるために石鹸スタンピングにおいて適用されている。これらの流体はスタンピング前にダイまたはビレットに噴霧等により適用される。残念ながら、この適用によりしばしば過剰の離型剤がスタンピング装置、移動ベルトまたは他の機械部分に移行する。こうした移行が起こると、コンベヤベルトの滑り等の操作上の問題が引き起こされ得、離型流体（例えば、ブライン）がスタンピング装置の金属部分を腐食し得る。腐食の望ましくない生成物が製品に移行することもあり得る。更には、離型剤が浪費され得る。
棒状石鹸のスタンピング中の空気抜きは、通常スタンピング率により決定され、石鹸ビレットの輪郭によりコントロールされる。しかしながら、時々経験する問題は、空気が不完全にしか抜かれないと棒の表面に乱れが生ずることである。更に、ガス抜きに問題があると良好な品質の棒が製造され得る割合が低下する。これは、より複雑な形状をスタンピングするときに顕著である。
本発明の目的は、上記した問題の少なくとも一部を解消する塑性材料をスタンピングするための改良デバイス及び方法を提供することにある。
発明の説明
本発明によれば、上記したタイプのスタンピングデバイスが提供され、本発明のデバイスは半ダイの少なくとも一部が多孔質材料からなることを特徴とする。本発明で形成されるスタンパーは複数の利点を有する。ダイは多孔質であるので、離型流体はダイを介して基材（substrate）スタンピング表面に適用され、スタンプされた塑性材料とスタンピング表面との付着が減少する。前記離型流体は多くの形態をとり得る。例えば、離型流体は加圧されていてもよく、特に加圧ガスであり得る。その場合、いろいろなガスが考えられるが、ガスは好ましくは空気、乾燥空気、または窒素である。条件に応じて、ガスの圧力は０〜２５０ｐｓｉ、好ましくは０〜１００ｐｓｉで変更し得る。
更に、ガスの温度は条件に適合させるために変更し得る。典型的には、ガスの温度は５０℃未満、好ましくは４０℃未満、より好ましくは３０℃未満、理想的には２０℃未満である。通常、ガス温度は５℃を越え、好ましくは１０℃を越え、理想的には１５℃を越える。しかしながら、−２０℃ほど低くともよい。
本発明の１実施態様では、前記デバイスは離型流体を適用するための手段を理想的にはダイ内に含む。
本発明の更なる実施態様では、適用される離型流体は、加圧されたまたは加圧されていない形態の液体を含む。通常、好ましい離型流体はブライン溶液、イソチオン酸ナトリウム溶液、プロピレングリコール溶液、イソプロピルアルコール、混合リン酸ナトリウム溶液、シリコーン油、水またはその混合物を含み得る。或いは、離型流体はガスと液体の混合物からなっていてもよい。
本発明の１実施態様では、離型流体はスタンピング工程を通じて適用される。或いは、流体をスタンピング工程の特定段階でのみ適用してもよい。従って、加圧ガスの場合、ガスはダイ間で石鹸を圧縮後基材（塑性材料）をダイから引離す前に適用され得る。
本発明の多孔質ダイは好ましくは、金属、金属合金、焼結金属及び金属複合材料、並びに非金属複合材料及び非金属材料、例えばセラミック、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選択される材料からなる。ダイにおける孔径は変更可能であるが、通常０．１〜５００μｍ、好ましくは５〜５０μｍ、より好ましくは５〜２０μｍである。粗な焼結材料からなるダイを使用するときには、表面粗度を減らしてスタンプした基材の表面を滑らかにするためにダイの基材スタンピング表面を機械加工または研磨することが好ましい。
本発明の更なる実施態様では、多孔質ダイ、特にダイの基材スタンピング表面を大気圧と接触させる。こうして形成されたスタンピングデバイスにより、操作中ダイからガスは簡単に効率的に抜き取られる。好ましくは、デバイスはスタンピング工程の任意の段階で基材スタンピング表面と大気圧との連通を破る手段を含む。
本発明の更に別の実施態様では、基材スタンピング表面は多孔質ダイを介して減圧源に連通している。
本発明はまた、塑性材料、例えば理想的には石鹸及びＮＳＤのような洗剤をスタンピングする際の多孔質ダイの使用に関する。
本発明はまた、塑性材料のビレットのスタンピング方法に関し、前記方法は塑性基材を少なくとも１つの多孔質半ダイを有するスタンピング手段に供給し、少なくとも１つの多孔質半ダイを用いて材料をスタンピングしてスタンプしたビレットを形成することを含む。
好ましくは、前記方法は、離型流体を多孔質ダイを介して基材スタンピング表面に適用するステップを含む。離型流体の詳細は上記されている。
理想的には、前記方法はスタンピング工程の間少なくとも１つの半ダイのガス抜きする追加ステップを含む。好ましくは、ガス抜きステップは、スタンピング工程の少なくとも所定段階の間基材スタンピング表面を多孔質ダイを介して大気圧に連通させることにより実施される。
本発明は、図面を参照しながら例示のみの目的で記載した幾つかの実施態様の記載からより明確に理解されるであろう。
図１は、本発明の石鹸スタンピングダイの１つの半ダイの横軸に沿った断面図である。
図２は、スタンピング表面に対する基材の付着がゼロの場合の臨界圧に対するガス及び押抜き温度の影響を示すグラフである。
図３は、基材とスタンピング表面間の付着力に対するガス圧の影響を示すグラフである。
図４及び５は、本発明の更なる実施態様に従う石鹸スタンピングダイの１つの半ダイの横軸に沿った断面図である。
発明の詳細な説明
図１を参照すると、半ダイ１０は棒スタンピング表面１２と側壁１６を含む。ダイ１０は多孔質材料からなる。側壁１６は空気が該壁を通過するのを防ぐためにシールされており、棒スタンピング表面１２及び通常平行な内ダイ壁１３はシールされておらず、空気は通過し得る。任意に、エジェクタ１４をダイの中央に設けてもよい。エジェクタは当業界で公知である。側壁１６はベース１８上に載置されている。
空気供給機構２０により、加圧空気が矢印Ａの方向にダイに供給される。壁１６はシールされており、壁１２及び１３はシールされていないので、供給された加圧空気は壁１２及び１３を通過し、ダイ壁１２上に存在するかまたはダイ壁１２に接近して存在する石鹸または他の製品に対して力を加える。
操作は特に棒状石鹸に関して説明するが、他の製品、特に棒状冷凍デザートのような食品などの柔らかい製品も本発明に従って処理されることは理解できるであろう。操作において、石鹸ビレットを２つの半ダイ１０の中間地点に送る。半ダイを、両者が接近するか、場合により接触する地点に動かし、それによりそれぞれの表面１２を石鹸が所望の形状及び表面マークを有するように石鹸と接触させる。石鹸をダイから取出したいときには、空気供給機構２０を用いて加圧空気を内壁１３、最後にはダイの孔を介してダイ表面１２に送る。場合により、同時にエジェクタ１４を任意のエジェクタ機構（図示せず）により作動させる。供給された空気の力により石鹸及び石鹸粒子はダイの表面１２から押しのけられ、その結果棒状石鹸及び散在する石鹸粒子はダイからきれいに離型される。エジェクタを使用する場合、エジェクタは同様に石鹸をダイから取り出すのを助ける。
多孔質ダイを使用すると、棒状石鹸の離型力が棒の全表面に分布する。また、多孔質ダイを使用するとエジェクタ機構の力の集中が弱められ、または解消され、それにより非常に柔らかい石鹸や液体含量の高い組成物を変形させることなく離型させることができると期待できる。微小孔がダイの棒接触表面の大部分にわたり均一に分布していることが好ましい。孔が半ダイの棒接触表面の表面積の少なくとも１５％を占めることが好ましくい。
実施例１
各種半ダイをＭｅｔａｐｏｒ Ｆ１００ ＡＬの微孔質で空気透過性のアルミニウムから製造する。半ダイに、９０ｐｓｉに加圧した空気を与える給気を供給する。
半ダイを、以下の石鹸組成物をスタンプするために使用する。
実施例で使用する棒状組成物は以下の通りである。
（組成物Ａ）
無水獣脂石鹸 ５２．３重量％
無水ココナツ石鹸 ２９．９
ココナツ脂肪酸 ５．２
水及び微量成分 １００まで
（組成物Ｂ）
ココイルイセチオン酸ナトリウム ２７．００重量％
ココアミドプロピルベタイン ５．００
ポリエチレングリコール（M.Wt） ３３．１２
脂肪酸 １１．００
ステアリン酸ナトリウム ５．００
水及び微量成分 １００まで
（組成物Ｃ）
ココイルイセチオン酸ナトリウム ４９．７８重量％
８２／１８石鹸 ８．３１
ステアリン酸ナトリウム ２．９８
アルキルベンゼンスルホネート ２．０２
ステスリン酸 ２０．１５
ココ脂肪酸 ３．０８
イセチオン酸ナトリウム ４．６８
水及び微量成分 １００まで
スタンピング後、両方の半ダイを元の位置に戻し、加圧空気を、空気が孔を通過し、半ダイの表面と接触する棒状石鹸に当たるようにダイ内に適用する。こうして、石鹸はエジェクタを使用してもしなくても半ダイからきれいに離型する。
実施例２
焼結ブロンズ製ディスク（ＧＫＮ製）と石鹸組成物Ｄの付着について実験室で測定した。
石鹸の温度は４０℃であり、焼結物及びガスの温度は１９℃であった。焼結物を１ｍｍ／ｓの速度で深さ３ｍｍまで石鹸に押込み、１７ｍｍ／ｓの速度で引離した。
図２は、窒素ガスを押込み／引離しの全サイクルの間流した場合及び焼結物Ａでは前記サイクルの分離部分の間のみ流した場合について、窒素ガス圧の関数として得られた付着の減少をガスの非存在下で得られた結果と比較して示す。圧力が増加すると付着力はゼロになる傾向にあり、付着ゼロに対するガス圧の値Ｐ₀を推定することができることが分かる。ガスを分離部分でのみ流す場合にはより高いＰ₀値を必要とした。
焼結物Ａ及びＢについて同様の測定をガス／焼結物温度の範囲で行った。他の試験条件はそのままとした。図３は、ガス／焼結物温度の関数として付着ゼロを達成するのに必要なガス圧を示す。付着ゼロを達成するために必要なガス圧、焼結物サイズ、ガス／焼結物温度及びガスを流すタイミングに相互作用があることが分かる。
焼結物の説明
（焼結物Ａ）
焼結物を製造するために使用した粉末の平均粒径：
１２０μｍ
平均孔径：１５〜２０μｍ
（焼結物Ｂ）
焼結物を製造するために使用した粉末の平均粒径：
５０μｍ
平均孔径：５〜７μｍ
（組成物Ｄ）
ココイルイセチオン酸ナトリウム ２７．０重量％
脂肪酸（ステアリン／パルミチン） １７．０
イセチオン酸ナトリウム ２．２
ココアミドプロピルベタイン ５．０
ステアリン酸ナトリウム ６．０
ポリエチレングリコール ２６．６
マルトデキストリン １０．０
水 ４．５
微量成分 １００まで
実施例３
本発明の別の実施態様を液体離型流体と共に多孔質ダイの使用を説明するために記載する。
図４を参照すると、半ダイ２０は棒スタンピング表面２２及び側壁２６を含む。半ダイ２０は多孔質材料からなる。側壁２６は、離型流体が該壁を通過するのを防ぐためにシールされており、棒スタンピング表面２２及び通常平行な内ダイ壁２３はシールされておらず、離型流体は通過し得る。任意に、エジェクタ２４をダイの中央に設けてもよい。エジェクタは当業界で公知である。側壁２６はベース２８上に載置されている。
離型流体供給機構により、離型流体が矢印Ｂの方向にダイに供給される。これは、例えば低圧流体供給システムまたはリザーバヘッドを介してなされ得る。必要な圧力は、各棒を離型するために必要な流体の容量、流体速度、孔径及びスタンピング率などの要因に応じて当業者により選択され得る。壁２６はシールされており、壁２２及び２３はシールされていないので、供給された流体は壁２２及び２３を通過し、ダイ壁２２上に存在しているかまたはダイ壁２２に接近して存在している石鹸または他の製品に接触する。
操作は特に棒状石鹸に関して説明する。操作において、石鹸ビレットを２つの半ダイ２０の中間地点に送る。半ダイを、両者が接近するか、場合により接触する地点に移動させ、それによりそれぞれの表面２２を石鹸が所望の形状及び表面マークを有するように石鹸と接触させる。ダイ中の孔を介して進入させた離型流体２９をスタンピング表面２２上に存在させる。離型流体が存在しているので、石鹸をダイから取り出したいとき石鹸は半ダイからきれいに取り出される。エジェクタを使用する場合、エジェクタは石鹸をダイから取り出すのを助ける。
回転ダイの場合には、離型流体を既存の冷却チャネルシステムを介して供給してもよい。往復ダイの場合には、外部リザーバの既存システムを使用してもよい。
多孔質ダイを使用すると、棒状石鹸離型流体が棒の全表面にわたって分布されると期待され得る。これにより、エジェクタ機構を使用する必要がなくなり、通常エジェクタの使用に付随して起こる力の集中を解消し得る。従って、非常に柔らかい石鹸及び液体含量の高い組成物を変形させることなく離型することができる。微小孔をダイの棒接触表面にわたり均一に分布させることが好ましい。孔が半ダイの棒接触表面の少なくとも１５％を占めることが好ましい。
ダイの冷却を行うことなく棒状洗剤はダイからうまく離型されると期待される。さもなければ、費用のかかるダイの冷却を使用しなければならない。或いは、ダイの冷却を減らすことができる。
「半ダイ」は、たとえ第２の類似表面を使用しなくとも、ダイの１つのスタンピング表面を含むと理解されたい。
使用するシーラントは接着性樹脂またはシーラント、例えばエポキシまたはアクリル樹脂であり得る。例えば、ＬｏｃｔｉｔｅＳｈａｄｏｗＣｕｒｖｅ７タイプＡＲ−エアゾールで適用されるクリヤアクリル樹脂。コーティングはスプレー塗布され、空中で乾燥される。樹脂はブラシで適用されるか、場合により浸漬される液体であり得る。
実施例４
ここに記載の本発明の更に別の実質態様は、ガス抜き目的のための多孔質ダイの使用を例示する。図５を参照すると、半ダイ３０は棒スタンピング表面３２及び側壁３６を含む。ダイ３０は多孔質材料からなる。側壁３６は多孔質であるので、スタンピング表面３２の孔が壁３６の孔を介して大気圧と連通している。従って、空気のキャビティからダイ外部への通過は防止されない。空気はダイを介してダイのスタンピング表面から外気に連続的に流れる。
側壁３６も、スタンピング表面３２も通常平行な内ダイ壁３３もシールされていないので、空気は自由に通過し得る。任意に、エジェクタ３４をダイの中央に設けてもよい。エジェクタは当業界で公知である。側壁３６はベース３８上に載置されている。
操作は特に棒状石鹸に関して説明する。操作において、石鹸ビレット４０を２つの半ダイ３０の中間地点に送る。図５に示すように、半ダイ上のビレット４０は通常ビレットとダイスタンピング表面３２及びエジェクタ３４との間の空気をトラップするように配置されている。この空気はビレットとダイスタンピング表面及びエジェクタとの間の空間に矢印Ｃで示されている。しかしながら、半ダイは多孔性であるので、空気はトラップされない。空気は表面３２及び３３、側壁３６の孔を介して大気圧に連通している。従って、本発明で多孔質ダイを使用すると、さもなければ起こるであろう圧力の蓄積が軽減される。その結果として、圧力を避けるべくビレットを特別に成形する必要がなくなり、また棒表面品質を改善すべく生産速度を遅くする必要がなくなると期待される。
工程を継続すると、半ダイは相互に接近するか、場合により接触する地点まで移動し、両方の表面３２は所望の形状及び表面マークを有するように石鹸と接触する。その後、ダイを取出し、所望によりエジェクタ３４を用いて石鹸を突き出す。
微小孔はダイの棒接触表面の大部分にわたり分布していることが好ましい。
「半ダイ」は、たとえ第２の類似表面を使用しなくとも、ダイの１つのスタンピング表面を含むと理解されたい。

Claims (11)

1. 棒状洗剤のスタンピング方法であって、（ｉ）棒状洗剤組成物を、基材スタンピング表面を含む少なくとも１つの多孔質半ダイを有するスタンピング手段に供給する工程、（ｉｉ）少なくとも１つの多孔質半ダイを用いて前記組成物をスタンピングしてスタンプした棒状洗剤を形成する工程、および、（ｉｉｉ）離型流体を多孔質ダイを介して基材スタンピング表面に適用することにより、スタンプした棒状洗剤をスタンピング手段から離型する工程を含む前記方法。
2. 多孔質ダイを介して離型流体を適用する前記工程を、スタンピング工程の任意の段階でまたは全工程を通して実施する、請求項１に記載の方法。
3. 前記離型流体が加圧されている、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記離型流体が加圧ガスである、請求項３に記載の方法。
5. 前記離型流体が、多孔質ダイを介する適用に際して、基材スタンピング表面の少なくとも一部を被覆する液体である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記液体が、ブライン、イソチオン酸ナトリウム溶液、プロピレングリコール溶液、イソプロピルアルコール、シリコーン油、水およびその混合物からなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
7. スタンピング工程の間少なくとも１つの半ダイをガス抜きする工程を更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ガス抜き工程を、基材スタンピング表面を多孔質ダイを介して大気圧と連通させることにより実施する、請求項７に記載の方法。
9. 前記基材スタンピング表面がスタンピング工程の一部または全工程の間大気圧に連通している、請求項８に記載の方法。
10. 前記基材スタンピング表面がスタンピング工程の少なくとも一部の間多孔質ダイを介して減圧源に連通している、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記基材スタンピング表面がスタンピング工程の一部の間減圧源に連通しており、スタンピング工程の前記と同じ間もしくは他の一部の間加圧流体源と連通している、請求項１０に記載の方法。

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