JP4333253B2 - ブロー成形金型及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂などからなるプリフォームを原料としてボトルなどを成形するためのブロー成形金型及びその製造方法に関する。

従来、耐熱用ＰＥＴボトルなどのブロー成形では、成形時のひずみなどを除去するためにヒートセットを行っているため、ボトルが金型表面に貼りつきやすく、離型時にボトルが変形するなどの問題が発生する。この対策として、サンドブラスト機や、やすりなどを用いて金型面に凹凸を形成させるなどの離型性を向上させる表面処理が施される。さらに、このようなブロー成形金型の表面処理技術に関連して以下のようなものが開示されている。
特許文献１には、金属材料の表面を梨地状に形成すると共に、その表面に多孔質めっき又は硬質クロムメッキを施す技術のものが記載されている。
特許文献２には、ブロー成形に際してその金型面をフッ素樹脂で被覆するようにしたものが記載されている。
特開昭５７−１２６０７号公報 特開平０２−４７０３２号公報

しかしながら、前記特許文献１や２に記載の金型では、プリフォームが接する金型面が適正に形成されていないために、金型面の凸部やフッ素樹脂が磨耗したり、剥離したりして耐久性に欠け、当初の状態から離型性が劣化してしまい凹みやヒケなどが発生して生産歩留りが低下するという問題があった。
また、前記従来のものの多くは、その表面が鏡面状態に仕上げてあるため、樹脂との接触面積が大きくなり、前記ボトルの離型操作を高速で行うことができず、生産性に欠けるという問題があった。

本発明は前記従来の問題点を解決するためになされたもので、金型面の耐久性及び離型性を保持して優れた生産性を有したブロー成形金型を提供すると共に、作業性及び摩擦抵抗性に優れたブロー成形金型の製造方法を提供することを目的とする。

（１）前記課題を解決するための本発明のブロー成形金型は、
内部保持されたポリエチレンテレフタレート樹脂等のプリフォームに圧縮空気を吹き込んで中空状ボトルを形成するブロー成形金型において、
前記プリフォームを挟持する左右一対の分割金型と、
前記分割金型内に形成される凹凸成形部と、
前記凹凸成形部のプリフォーム接触面に配置され、梨地状の凸状部の突起先端を除去して平滑に鏡面化した凹凸面が形成された易離型性層と、
を備えているブロー成形金型であって、
前記易離型性層における鏡面部分と全表面積との面積比率が３０〜７０％であり、
前記易離型性層における平均表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が０．２〜３μｍであることを特徴とする。
これによって、前記凹凸成形部のプリフォームとの接触面に所定の耐久性と摩擦抵抗性をバランスさせた易離型性層が形成されているので、金型面の耐久性を高めて良好な離型性を保持して優れた生産性を有したブロー成形金型を提供できる。

（２）本発明のブロー成形金型は、前記（１）において、前記易離型性層における鏡面部分と全表面積との面積比率が３０〜７０％であることにも特徴を有している。これによって、鏡面部分が所定比率に確保されるので、金型面におけるプリフォームとの離型性を良好に維持させることができる。
ここで、鏡面部分と全表面積との面積比率が３０％より低くなると、突状の鋭角部分が多くなって容易に磨耗しやすくなってプリフォームとの離型性を常時安定に維持させるのが困難になり、逆に面積比率が７０％を超えると、プリフォームとの接触面が過度に鏡面化して接触抵抗が増え、良好な離型性を保持させるのが困難になるので好ましくない。

（３）本発明のブロー成形金型は、前記（１）又は（２）において、前記易離型性層における平均表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が０．２〜３μｍであるように構成されている。これによって、プリフォームが金型面に真空密着するのを防止して離型性をさらに適正に維持させることができる。ここで、前記平均表面粗さが０．２μｍより小さくなるとプリフォーム面と金型面との間に気体を貯めるための所定の空隙を確保するのが困難となって、プリフォームと金型とが真空密着する傾向が現れ、逆に３μｍを超えると、磨耗による表面性状の変化が大きくなる傾向が現れるので好ましくない。

（４）本発明のブロー成形金型は、前記（３）において、前記易離型性層における硬質メッキの厚みが前記平均表面粗さに対してその１．５〜５０倍であるように構成されている。これによって、金型面の耐久性が高められ、ブロー成形を繰り返すことによって金型面が磨耗して過度に鏡面化されるのを防止して、長期間に亘って初期の良好な離型性を確保することができる。
ここで、硬質メッキの厚みが平均表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）に対してその１．５倍より少ないと、所定の耐磨耗性を確保するのが困難となり、逆に５０倍を超えると、プリフォーム接触面が全体に平滑化してしまい、ここに所定の空気層を保持させることができず離型性を悪化させる真空密着状態が生じやすくなるので好ましくない。

（５）本発明のブロー成形金型は、前記（１）〜（４）において、前記中空状ボトルのパネル部を成形するパネル型のプリフォーム接触面に前記易離型性層が設けられている。これによって、ボトルの中でも特に凹凸の激しいパネル部に発生する摺動傷や離型不良に伴う変形などによる歩留まり不良を防止して、さらに生産性に優れたブロー成形金型を提供できる。

（６）本発明のブロー成形金型は、前記（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記中空状ボトルの底部を成形する底金型のプリフォーム接触面に前記易離型性層が設けられていることにも特徴を有している。これによって、凹凸の激しいボトル底部に発生する摺動傷や離型不良に伴う変形などによる歩留り不良を防止して、さらに生産性に優れたブロー成形金型を提供できる。

（７）本発明のブロー成形金型の製造方法は、前記（１）〜（６）のいずれかのブロー成形金型の製造方法であって、前記易離型性層が形成される凹凸成形部の下地金属の表面に所定の粗さの凹凸面を形成させるブラスト処理工程と、前記ブラスト処理工程で形成された凹凸面を所定量研磨除去して、凸状部の先端部を平滑に鏡面化させる研磨処理工程と、前記研磨工程で研磨除去された前記下地金属に所定厚みの硬質メッキを施すメッキ処理工程と、前記研磨後硬質メッキを施して形成される前記易離型性層の平均表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）を０．２〜３μｍとする工程、を有して構成されている。
これによって、金型面における耐久性及び摩擦抵抗性、離型性をバランスさせて生産性に優れたブロー成形金型の製造方法を提供することができる。

本発明によれば、凹凸成形部のプリフォームとの接触面に所定の耐久性と摩擦抵抗性をバランスさせた易離型性層が形成されているので、金型面の耐久性を高めて良好な離型性を保持して優れた生産性を有したブロー成形金型を提供できる。

また、本発明によれば、鏡面部分が所定比率に確保されるので、金型面におけるプリフォームとの離型性を良好に維持させることができる。

また、本発明によれば、プリフォームが金型面に真空密着するのを防止して離型性をさらに適正に維持させることができる。

また、本発明によれば、金型面の耐久性が高められ、ブロー成形を繰り返すことによって金型面が磨耗して過度に鏡面化されるのを防止して、長期間に亘って初期の良好な離型性を確保することができる。

また、本発明によれば、ボトルの中でも特に凹凸の激しいパネル部に発生する摺動傷や離型不良に伴う変形などによる歩留まり不良を防止して、さらに生産性に優れたブロー成形金型を提供することができる。
ボトル底部に発生する摺動傷や凹み等による歩留り不良を防止して、さらに生産性に優れたブロー成形金型を提供できる。

さらに、本発明によれば、金型面における耐久性及び摩擦抵抗性、離型性をバランスさせて生産性に優れたブロー成形金型の製造方法を提供できる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係るブロー成形金型について説明する。
図１は本実施の形態のブロー成形金型の正面断面図であり、図２はその側面断面図であり、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１における矢視Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ平面断面図である。
図１〜図３において、実施の形態のブロー成形金型１０は、供給されるプリフォームＰを挟持する左右一対の分割金型１１、１１ａと、分割金型１１、１１ａ内に突出して形成され固定部材１２ａを介して分割金型１１、１１ａの周壁に互いに９０度の角度で等間隔に配設された４個のパネル型（凹凸成形部）１２とを有し、パネル型１２のプリフォーム接触面には、例えば、ブラスト処理、鏡面化処理、硬質メッキ処理により形成された易離型性層１３が配設されている。
また、ブロー成形金型１０の底部には、プリフォームＰの底部を支持する底金型（凹凸成形部）１４と、ブロー成形されたボトルの底部に空気を噴出させてボトルを底金型１４から排出させるための空気供給管１８と、分割金型１１、１１ａの温度を測定するための熱電対１５が配設されている。
さらに、ブロー成形金型１０の上部には、分割金型１１、１１ａを所定温度に加熱するためのカートリッジヒータ１７と、プリフォームＰ内に挿入されプリフォームＰを縦方向に延伸させるためのストレッチロッド１６とが、配設されている。

分割金型１１、１１ａは、アルミニウム合金、スチール、ステンレススチールなどからなり、これらの金型中心から偏心した位置の回動軸を中心として回動して、互いに分割するように配設されており、これによってブロー成形されたボトルがブロー成形金型１０から取り外されるようになっている。
パネル型１２は、アルミニウム合金、スチール、ステンレススチールなどからなり、分割金型１１、１１ａの内壁面より内側に突出するように形成され、固定部材１２ａにより着脱自在に固定されている。
なお、パネル型１２のプリフォーム接触面の一部又は全部には、そのブラスト処理面を所定の面積比率で鏡面化した後、クロムメッキなどの硬質メッキ処理して形成された易離型性層１３が形成されており、成形されたプリフォームＰとの離型性と耐久性とを良好に保持させるようにしている。
プリフォームＰとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、塩化ビニール樹脂などを射出成形して形成したものなどが好適に用いられる。

ブロー成形に供されるプリフォームＰは射出成形によって試験管状に形成されるものであり、以下のように製造される。
すなわち、ＰＥＴ樹脂の原料となるエチレングリコールとテレフタル酸のスラリーを２４０〜２８０℃におくとエステル化が進行し、ビスヒドロキシエチルテレフタレートと呼ばれるポリマー前駆体が形成される。次に、高温減圧下で過剰のエチレングリコールを除去することにより重縮合反応が行われる。ここで数平均分子量約１００００(重合度約１００)程度のＰＥＴ樹脂が生成される。この液相重合で得られた粘度の高い溶融ＰＥＴを冷却水に通して冷却後、カッティングしてチップ(ペレット)にする。
次に、ＰＥＴ樹脂ペレットを除湿乾燥機で乾燥させた後、射出成形機にてプリフォームＰを成形する。成形温度はＰＥＴ樹脂の融点以上の２７０℃〜３００℃で行われる。

このようにして射出成形で得られたプリフォームＰはブロー成形工程でボトル状に仕上げられる。まずＰＥＴ樹脂ペレットが赤外線ヒータで内側と外側が同一温度になるように加熱される。次に、ブロー成形金型１０の分割金型１１、１１ａ内に保持され、ストレッチロッド１６で縦方向に延伸されながら、高圧空気が吹き込まれ横方向にも延伸され、ボトル状に形成される。
この時、プリフォーム加熱温度、高圧空気の吹き込みタイミング、金型温度などが適切でなければ、製品の肉厚分布や透明性に影響を及ぼし、ボトルの肉厚分布は製品強度に影響する。また、ホットコーヒー用などとして耐熱性が要求される製品においては、この延伸時の分子鎖に残った歪みが高温充填時において緩和されて収縮を起こすので、この歪みを除去するために成形金型内でヒートセットをかける手法が取られている。
さらに高耐熱にするためには、最終製品形状よりも大きい金型で成形後、ヒータで加熱して歪みを緩和させる。このように耐熱性向上のためには金型温度を上昇させる方向となるが、この場合、ジエチレングリコールとテレフタル酸とエチレングリコールの環状３量体などが金型表面に析出し、ボトルの透明性を損ねる要因となるので、熱電対１５を用いて適正範囲で温度制御すること必要である。

続いて、そのプリフォーム接触面に易離型性層１３を有したパネル型１２や底金型１４などを具備したブロー成形金型の製造方法について、図４に示す易離型性層の形成フロー図を参照しながら説明する。
まず、図４の（ａ）に示すように、パネル型１２のプリフォーム接触面の表面状態を予め平滑に調整するため、必要に応じて表面をバフ研磨する。
次に、図４の（ｂ）に示すブラスト処理工程では、バフ研磨されたパネル型１２の表面にブラスト処理を施して、梨地状に凹凸面を形成する。このようなブラスト処理工程は、パネル型１２の表面にショットブラスト機にて所定粒度のサンドブラストを吹付けることで実行される。このブラスト処理面における平均表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）Ｆは、対象となるプリフォーム材及び、吹き付けられるブラスト材の材質や形状、ブラスト材の投射量、ブラスト処理時間、温度等の処理条件によって、その大小が決定される。

図４の（ｃ）に示す研磨処理工程では、前記ブラスト処理された凹凸面をバフ研磨などにより平滑に研磨してブラスト吹付けにより形成された梨地状の凸状部の突起先端を前記平均粗さの１／１０程度の研磨代Ｈで除去して、凸状部の先端を平滑に鏡面化させる（図４の（ｄ）参照）。これによって、全表面積に対する鏡面部分の面積比率を所定の範囲、例えば、３０〜７０％に維持して、その表面形状による離型性を良好に保持させることができるようにしている。

図４の（ｅ）に示すメッキ処理工程では、前記研磨処理工程で凸状部の突起先端を除去した処理面に、クロムメッキなどの硬質メッキ層Ｍを形成させる工程であり、これによって、表面硬度を上げて、その耐久性を高めることができる。
なお、このメッキ処理工程に続いて、メッキ処理面をさらに糸バフや砥石で研磨して凸状部を平滑な表面に仕上げる仕上げ研磨工程を追加してもよい。
さらに、本実施の形態においては、易離型性層を前記（i）ブラスト処理工程→（ii）メッキ工程→（iii）研磨処理工程の順に実行して形成させることもできる。この場合には、メッキ処理面における凸状部の先端が丸みを帯びることなく平坦化させることができる。
また、パネル型の表面をブラスト処理により、
泡状となるような凹凸面を形成してその離型性をさらに改良することにより、
プリフォームＰと金型面とが密着して分割金型１１、１１ａからボトル状に形成されたプリフォームが排出される際に生じる凹みや傷の発生を防止することも可能である。

図４の（ｆ）は、以上のブラスト処理工程、研磨処理工程、メッキ処理工程とにより易離型性層１３をブロー成形金型１０のパネル型１２に形成して、プリフォームＰを接触した状態の模式図である。
図示するように、パネル型１２は、アルミ合金の表面に梨地状に凹凸面が形成されると共に、凸状部の表面が硬質メッキ層Ｍで所定厚み、例えば１〜１０μｍの厚みにコーティングされている。このため、従来の鏡面状態のものより接触面積が少なく摩擦抵抗を小さくでき、パネル型１２に接して摺接するボトルに傷や変形を生じさせることなく容易に離型させることができる。
また、硬質メッキ処理がなされているので、摩擦抵抗をさらに少なくできると共に、耐久性にも優れ、作業性やメンテナンス性を向上させその生産性に優れたブロー成形金型とすることができる。

表１に示す実施例のデータはブロー成形金型１０を用いてボトルを５００本成形して、その凹みの発生数を測定して凹み発生率を評価した結果を示している。
なお、表１において、比較例１〜３は実施例と同様の成形条件でスチールの金型面に、それぞれ、
（１）窒化チタン（ＴｉＮ）被膜、
（２）真空窒化処理法の１つであるカナック被膜、
（３）軟窒化処理と酸化処理を施したＱＰＱ被膜をそれぞれ形成させたものについての結果のデータであり、
比較例４は地のままのアルミニウム合金を用いて同一条件で測定された結果を示している。
表１から明らかなように、本実施例における凹みの発生数はゼロであり、比較例１〜４に較べて良好な生産歩留りが得られることが分かった。

本発明のブロー成形金型は、凹凸成形部のプリフォームとの接触面に所定の耐久性と摩擦抵抗性をバランスさせた易離型性層が形成されているので、金型面の耐久性を高めて良好な離型性を保持して優れた生産性を有する。
また、鏡面部分が所定比率に確保されるので、金型面におけるプリフォームとの離型性を長期間良好に維持させることができる。
さらに、金型面の耐久性が高められ、ブロー成形を繰り返すことによって金型面が磨耗して過度に鏡面化されるのを防止して、長期間に亘って初期の良好な離型性を確保することができる。
さらにまた、ボトルの中でも特に凹凸の激しいパネル部やボトル底部に発生する摺動傷や離型不良に伴う変形などによる歩留まり不良を防止して、さらに生産性を高めることができる。

本発明の実施の形態に係るブロー成形金型の正面断面図である。 本発明の実施の形態に係るブロー成形金型の側面断面図である。 （ａ）は、図１における矢視Ａ−Ａ平面断面図である。 （ｂ）は、図１における矢視Ｂ−Ｂ平面断面図である。 （ｃ）は、図１における矢視Ｃ−Ｃ平面断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、易離型性層の形成フロー図である。

符号の説明

１０ 本発明の実施の形態のブロー成形金型
１１、１１ａ 分割金型
１２ パネル型（凹凸成形部）
１２ａ 固定部材
１３ 易離型性層
１４ 底金型（凹凸成形部）
１５ 熱電対
１６ ストレッチロッド
１７ カートリッジヒータ
１８ 空気供給管
Ｆ 平均表面粗さ
Ｈ 研磨代
Ｐ プリフォーム
Ｍ 硬質メッキ層

Claims (5)

1. 内部保持されたポリエチレンテレフタレート樹脂等のプリフォームに圧縮空気を吹き込んで中空状ボトルを形成するブロー成形金型において、
   前記プリフォームを挟持する左右一対の分割金型と、
   前記分割金型内に形成される凹凸成形部と、
   前記凹凸成形部のプリフォーム接触面に配置され、梨地状の凸状部の突起先端を除去して平滑に鏡面化した凹凸面が形成された易離型性層と、
   を備えているブロー成形金型であって、
   前記易離型性層における鏡面部分と全表面積との面積比率が３０〜７０％であり、
   前記易離型性層における平均表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）が０．２〜３μｍであることを特徴とするブロー成形金型。
2. 前記易離型性層における硬質メッキの厚みが、前記平均表面粗さに対してその１．５〜５０倍であることを特徴とする請求項１に記載のブロー成形金型。
3. 前記中空状ボトルのパネル部を成形するパネル型のプリフォーム接触面に前記易離型性層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブロー成形金型。
4. 前記中空状ボトルの底部を成形する底金型のプリフォーム接触面に前記易離型性層が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のブロー成形金型。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のブロー成形金型の製造方法であって、
   前記易離型性層が形成される凹凸成形部の下地金属の表面に所定の粗さの凹凸面を形成させるブラスト処理工程と、
   前記ブラスト処理工程で形成された凹凸面を所定量研磨除去して、凸状部の先端部を平滑に鏡面化させる研磨処理工程と、
   前記研磨工程で研磨除去された前記下地金属に所定厚みの硬質メッキを施すメッキ処理工程と、
   前記研磨後硬質メッキを施して形成される前記易離型性層の平均表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）を０．２〜３μｍとする工程と、を有することを特徴とするブロー成形金型の製造方法。

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