JP4514564B2 - シートの熱成形方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱可塑性樹脂シートを容器等に二次加工するためのシートの熱成形方法に関する。

従来、熱可塑性樹脂シートを用いて容器等を二次加工する場合の成形方法として、シートを予熱して軟化させ、次いで、これを型に当てて型とシートの間を真空にし、型とシートを密着させた状態で冷却して固化させる真空成形方法があり、又、圧縮空気をシートの外から吹き付けてシートを型面に密着させ、そのまま冷却して固化させる圧空成形方法などが知られている。

上記のような真空成形方法や圧空成形方法において、シートの予熱や加熱の方法としては、ニクロム線を内蔵した棒状のバーヒーターやセラミックヒーターなどにより、シートを間接的に加熱する間接加熱方法や、ニクロム線を内蔵させた鉄盤にシートを直接接触させる直接加熱方法等が一般的に採用されている。

ところで、上記した従来のシートの予熱や加熱の方法は、ヒーター内のニクロム線に通電することにより、その電気抵抗によって発熱させる方法であり、非常に熱効率が悪く、消費電力も大きくなるという問題がある。

また、シート加熱後の高温熱風の大気中への排出や発電にかかるエネルギーは、地球温暖化の遠因の一つであり、地球環境に配慮したものではない。

更に、従来のシートの予熱や加熱の方法は、熱可塑性樹脂シートの表面から間接加熱して軟化させるため、シートのドローダウン（軟化溶融時の垂れ）が大きく、成形品の肉厚み分布不良や容器の口部へのシワ等の成形不良箇所が生じる場合があった。

そこで、この発明の課題は、シートの予熱や加熱に常圧の過熱水蒸気を用いることにより、加熱コストが安価となり、大気の汚染発生もないと共に、シートの加熱時にドローダウンの発生がなく、良質の成形品を成形することができるシートの熱成形方法を提供することにある。

上記のような課題を解決するため、請求項１の発明は、熱可塑性樹脂シート又はこれらの積層シートを加熱し、次いで、この加熱されたシートを金型による真空成形によって成形するシートの熱成形方法において、前記金型の手前にシート加熱部を設け、このシート加熱部で過熱水蒸気を用いてシートを加熱する構成を採用したものである。

請求項２の発明は、常圧で１００℃未満の飽和水蒸気を電磁誘導加熱法で発熱させた発熱体で高速昇温させて常圧の過熱水蒸気を作成し、この過熱水蒸気を上記シート加熱部に供給することによりシートを加熱する構成を採用したものである。

ここで、常圧の過熱水蒸気の温度は、１００〜５００℃の温度範囲のものを使用し、この過熱水蒸気の供給量は、１５０〜２００ＫＧ／ＨＲが好ましい。

また、過熱水蒸気の発生原理は、特殊な構造で空隙率の高く、かつ、大きな表面積をもつ素材をワークコイルに装着し、そのワークコイルに選択した最適条件の高周波を当てることにより磁束が発生し、これにより誘発される渦電流と金属発泡体などの発熱体との固有抵抗によりジュール熱が発生し、この熱を発生した発熱体に、常圧の１００℃未満の飽和水蒸気を接触させることにより、熱効率の高い過熱水蒸気を得るものである。

この発明によると、熱可塑性樹脂シート又はこれらの積層シートを加熱し、次いで、この加熱されたシートを金型による真空成形によって成形するシートの熱成形方法において、前記金型の手前にシート加熱部を設け、このシート加熱部で過熱水蒸気を用いてシートを加熱するようにしたので、シート全体を均一に加熱することができ、シートを用いた二次製品を確実に成形でき、成形性や成形効率を阻害することなく、単層シートや複合シートを問わず精密に成形することができる。

また、シートの加熱に過熱水蒸気を採用することにより、省エネルギーで加熱コストが安価となり、大気の汚染発生もない環境にやさしい熱成形ができるようになり、シートの加熱時にドローダウンの発生がなく、良質の成形品を成形することができ、しかも、殺菌効率も高く無菌化に優れた成形が可能になる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、熱可塑性樹脂シートを用いて容器等を二次加工する場合の真空成形方法を示し、成形炉１と抜型装置２からなり、成形炉１の内部にシートＡの加熱部３と成形装置４を設け、加熱部３はシートＡを両面から加熱すると共に、成形装置４は、型５とプラグ６の組み合わせからなり、加熱されたシートＡが型５とプラグ６間に進入すると、プラグ６でシートＡを型５に押し込んでこれを型５に当て、型５とシートＡの間を真空にし、型５とシートＡを密着させた状態で冷却して固化させるようになっている。

また、抜型装置２は、シートＡに成形された製品Ｂを抜型７でシートＡから打ち抜き、残ったシートＡをシャー８で粉砕するようになっている。

上記加熱部３は、シートＡの加熱に過熱水蒸気を採用し、この過熱水蒸気の供給は、成形炉１の外部に設置した過熱水蒸気発生器９と、この発生器９に常圧で１００℃未満の飽和水蒸気を供給するボイラー１０とで形成されている。

上記過熱水蒸気の発生器９は、図２のように、特殊な構造で空隙率の高く、かつ、大きな表面積をもつ金属発泡体のような素材を用いた発熱体１１を積層した状態で誘導コイル１２の内部に装着し、その誘導コイル１２に選択した最適条件の高周波を当てることにより磁束１３が発生し、これにより誘発される渦電流と発熱体１１との固有抵抗によりジュール熱が発生し、この熱を発生した発熱体１１に、常圧の１００℃未満の飽和水蒸気を入口１４から出口１５に向けて流動させて接触させることにより、熱効率の高い過熱水蒸気を得るようになっている。

この過熱水蒸気発生器９は、例えば、最高過熱水蒸気の温度が６５０℃で、この過熱水蒸気の供給量が、１５０〜２００ＫＧ／ＨＲの能力を有するものが好ましく、実際のシート加熱時に使用する過熱水蒸気の温度は、１００〜５００℃の温度範囲のものを使用する。

上記過熱水蒸気発生器９は、入口１４にボイラー１０が管路１６で接続され、出口１５が加熱部３に管路１７で接続され、加熱部３の余剰過熱水蒸気は、リターン管路１８でボイラーに戻すようにしている。

次に、シートの熱成形方法を説明する。

図１のように、成形炉１内に供給したＰＰ等の単層又はこれらの積層からなる熱可塑性樹脂シートＡが加熱部３に位置する状態で、ボイラー１０から過熱水蒸気発生器９に常圧の１００℃未満の飽和水蒸気を供給すると、過熱水蒸気発生器９はこの飽和水蒸気を予め設定した１００〜５００℃の温度範囲の過熱水蒸気を発生して加熱部３に供給し、この加熱部３に位置するシートＡを成形可能な温度に加熱する。

シートＡの加熱された部分は、成形装置４に移行し、型５とプラグ６で製品Ｂの形状が成型され、この後、抜型装置２でシートＡから製品Ｂが打ち抜かれることになる。

上記シートＡの加熱時において、熱可塑性樹脂シートＡを１００〜５００℃の高温過熱水蒸気に直接的に接触させて加熱することにより、シートの完全殺菌が可能となり、その後の工程を選択すれば、無菌化製品の製造が可能になる。

また、空気中には２１％の酸素が含まれており、シートを高温で加熱する際、この酸素による酸化作用によってシートが劣化する一因となっているが、過熱水蒸気を用いると、常温水に溶存している極微量の酸素しか含まれていないので無酸素状態に近く、酸化作用は殆どなく、劣化に影響しないことになる。

それに、過熱水蒸気ガスは、気体としての対流伝熱と、過熱水蒸気は放射性ガスであることにより、その放射伝熱も加わり、より伝熱速度が速くなり、短時間での加熱が可能となる。

更に、シートの表面で過熱水蒸気は容易に大量の凝縮熱をシートに与えることにより、更に短時間の加熱が可能となる。

このように、シートの加熱が極めて短時間であり、かつ、複合過熱の効果により、シートの内部加熱を誘導し、極めて均一に溶融軟化してドローダウンも少なく、成形性もアップして肉厚分布が改良された偏肉の少ない口部のシワもない成形品が得られることになる。

容器等を二次加工する場合の真空成形方法を実施する装置の断面図 この発明に用いる過熱水蒸気発生器の断面図

符号の説明

１ 成形炉
２ 抜型装置
３ 加熱部
４ 成形装置
５ 型
６ プラグ
７ 抜型
８ シャー
９ 過熱水蒸気発生器
１０ ボイラー
１１ 発熱体
１２ 誘導コイル
１３ 磁束
１４ 入口
１５ 出口
１６ 管路
１７ 管路
１８ リターン管路

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂シート又はこれらの積層シートを加熱し、次いで、この加熱されたシートを金型による真空成形によって成形するシートの熱成形方法において、前記金型の手前にシート加熱部を設け、このシート加熱部で過熱水蒸気を用いてシートを加熱することを特徴とするシートの熱成形方法。
2. 常圧で１００℃未満の飽和水蒸気を電磁誘導加熱法で発熱させた発熱体で高速昇温させて常圧の過熱水蒸気を作成し、この過熱水蒸気を上記シート加熱部に供給することによりシートを加熱することを特徴とする請求項１に記載のシートの熱成形方法。

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