JP4562284B2 - 熱可塑性樹脂を熱成形する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求の範囲第１項および第１２項に記載の加熱法を用いる、熱可塑性樹脂を成形する方法および装置に関する。
【０００２】
この種の方法および装置において、きわめて重要な点は、ブランクが、製造すべき最終製品に適した成形温度プロファイルを有していなければならないことである。最終製品が複雑な形状を有している場合、また特に、最終製品の肉厚が小さいことが望ましい場合、上述の温度プロファイルは、比較的複雑になるか、および／または成形物の外表面全体にわたって極めて不均一になる傾向がある。望まれるのは、肉厚全体、すなわち、ブランクの「深さ」にわたってほぼ一定の温度を得ることである。これを達成するために、以前は、特に熱風源もしくは赤外線ラジエーターを用いるか、または多くの場合、（例えば、深絞り段階など）数段階で作業する加熱した金型を用いて成形工程を行っていた。これらの手順においては、熱が実質的にブランクの表面のみに加えられる傾向があり、その結果、材料の内部、すなわち材料の肉厚全体にわたって一定の温度を得るには、材料内部の熱伝導による熱移動に依存する必要がある。今度は熱移動させるために、加熱を比較的緩慢に行う、つまり、（材料の肉厚全体にわたって）熱平衡が起こり得るほど長時間加熱を行う必要が生じる。その結果、上述のような方法および装置は精巧なものでなければならず、従って失敗が起こり易い。特に、ブランクの空間範囲全体にわたって適当な温度プロファイルが得られるようにシステムを調整することは明らかに困難である。
【０００３】
本発明の目的は、温度の正確性が改善された簡易化ブランク加熱を実現するように、上述の方法および装置をさらに発展させることである。
【０００４】
この目的は、請求の範囲第１項に記載の方法および第１２項に記載の装置によって達成される。
【０００５】
本発明の重要な特徴は、温度を上昇させるエネルギーがブランクの外表面だけでなく同時に材料の内部においても吸収されるように、放射線源からの特定強度の放射線でブランクを加熱することにある。これは、エネルギーが実際に材料内部まで浸透することができ、従って、通常の長波長の場合に生起するような、エネルギーが内部に浸透する前にブランクの表面近くで吸収されてしまうということがないように、加工すべき熱可塑性樹脂の吸収／透過特性に関して放射線源の最大強度を調整することによって達成される。
【０００６】
最大強度は、近赤外領域、特に、０．８〜１．４μｍ、好ましくは０．８〜１．０μｍ、の領域、すなわち、波長が通常の熱放射線源の最大強度に対応する波長よりかなり短い領域にあるのが好ましい。加熱は、ブランクの深さ全体にわたりかなり均一かつ迅速に行うのが好ましい。少なくとも実質的に連続的な放射線スペクトルを有する放熱器を用いると、この結果が得られる。最大強度を本発明で提起されたような短い波長に設定したときに、放射線の強度が放熱器の温度のほぼ４乗に比例して増大するからである。
【０００７】
指定時間の経過後、ブランク内で確立された温度プロファイルが特定の成形装置に適したものとなるように放射線を放射させるために、光学装置、特に、ミラー、格子または放射線光学、において公知の類似の装置を用いてブランクに放射線を加えるのが好ましい。つまり、放射線源を、例えば、そのエネルギー供給手段として、調整したり、変えたりするのではなく、ブランクに実際に到達する放射線を要件に従って「調整」するのである。本発明は、放射線の最大強度が上述の波長領域内にあるために、放射線光学系に通常用いられている装置が利用可能であるという点で有利である。
【０００８】
本発明は、加熱すべき物体すなわちブランク上に入射する放射線の束密度が、０．５ＭＷ／ｍ^２より大きいとき、特に１ＭＷ／ｍ^２より大きいとき、特に有利である。
【０００９】
最大強度の波長は、発熱体の温度の調整、特に調節(regulation)［すなわち、関連放射線量の測定およびフィードバック］により決定するのが好ましい。この点に関しては、ハロゲンランプのフィラメント温度を調整するのが特に好ましい。というのは、本発明の目的には、（要求される短波長を生じさせるために）フィラメント温度を比較的高い温度、ハロゲンランプとしては異常に高い温度にする必要があるからだが、それでも、用いられるハロゲンランプの長い可使時間を確保するために適切な措置を講じるのが好ましい。特に、そのために、ハロゲンランプの（石英）ガラス体領域とベース領域とに特殊な冷却装置を備える。
【００１０】
強度を要件に適したレベルに設定するためには、好ましくは選択的または累加的に、放射線源とブランクの間の距離を調整するか、および／または格子もしくはグレーフィルターなどの光学フィルター装置および／またはチョッパー装置を用いる。
【００１１】
特定の工業分野、すなわち、ポリエチレンボトルの製造に本発明の方法を使用する際に、好ましい手順は、特定の加熱または照射時間を実質的に１０秒以下にすることであり、５秒以下にするのが特に好ましい。その結果、通常のブランクやプレフォームが均一に加熱されるだけでなく、生産速度も高くなる。
【００１２】
成形ツール、特に延伸ブロー成形機構へのプレフォームの移送は、照射されていない期間があまりないように、プレフォームを放射線に暴露した直後に行なうのが好ましい。このようにすると、プレフォーム本体に沿って（特に光学機器によって）予決定された温度プロファイルが、プレフォーム内部の熱伝導によって変わる可能性が確実に阻止される。
【００１３】
深絞り成形品を製造する場合、ブランクを実質的に常温(cold)ツールで成形して、ツールからブランクへの大きな熱移動をなくすのが好ましい。これは、特にブランクを１深絞り工程で成形することによって達成できる。その結果、（特に光学手段により）予決定されたブランクの温度プロファイルが実質的に維持される。さらに、ブランクをツール自体で加熱する深絞りツールの場合に特に危険である、ブランクと深絞りツールとの接着の可能性が排除される。
【００１４】
本発明の装置は、放射線源の最大強度が、長波長の場合よりも熱可塑性樹脂材の入射放射線吸収率が低いか、または入射放射線透過率もしくは浸透率が高くなり得る波長領域内にあるように、放射線源の放出波長領域を調節する調節機構を備えた放射線源を含む。この放射線源は、その最大強度が近赤外領域、特に０．８〜１．４μｍ、特に好ましくは、０．８〜１．０μｍ、の範囲にあるように構成するのが好ましい。放射線が加工すべきブランクの肉厚に対応する深さまで浸透し、かつ、ブランクが、その表面で加熱されるだけでなく、最初から（すなわち、熱伝導による熱平衡に依存せずに）その内部でも加熱されるのに十分な程、吸収率が低いかまたは透過率が高くなければならない。
【００１５】
ブランクをその成形に最適な温度プロファイルで加熱できるように、放射線光学系には、ミラー、格子または類似の装置を設けるのが好ましい。
【００１６】
好ましくは放射線源として設けられたハロゲンランプ、または発熱体を有する類似の放射線照射装置において、フィラメント温度は整流器で調節するのが好ましい。整流器は、フィラメント温度、従って放射線源の最大強度が存在する波長領域を一定に保つのに適した設計のセンサー（高温計）から実測値を示す信号を受信し、上述の予設定条件に従ってこれらのパラメーターを調整する。
【００１７】
さらに、（干渉を捕捉するか、または設定値と実測値を比較して）強度が調節されるので、予決定された放射線照射時間内に、所望の温度プロファイルが得られる。この強度設定は、放射線源とブランクの間の距離を変えるか、および／または光学フィルター手段によるか、および／またはチョッパー装置により行うことができる。そうした手段により、放射線はいわば「パケット」としてブランクに送られる。チョッパー装置による場合、チョッパー速度は、「パケット」の持続時間がブランクにエネルギーが供給されている時間全体に関して極めて短くなるように選択される。
【００１８】
ＰＥＴボトルの製造に際しては、ブランクを、１０秒以下、好ましくは５秒以下、の時間、放射線源領域内に置き、次いで、（光学装置によって）確立された温度プロファイルを変化させ得る程の温度平衡が起こらないように、この領域から取り出すように準備する。それに加えてまたはその代わりに、ＰＥＴボトル製造用装置全体を、互いに十分に近接したステーション（放射線源、成形ツール）と、十分に迅速なコンベアとを含むように設計すれば、ブランクやプレフォームが、延伸ブロー成形装置で成形される前に、実質的な時間、加熱可能な放射エネルギーに引き続き暴露されることはない。こうした措置により、プレフォーム内に確立された温度プロファイルを維持することもできる。
【００１９】
深絞り成形品の製造においては、（以前用いられていた深絞りダイに関して）比較的低い温度を有する深絞りダイを用い、好ましくは設ける深絞りダイを１つだけにすると、ブランクを１深絞り工程で成形することができる。この場合にも、本発明は、適切な放射エネルギーを供給することにより前以て確立された温度プロファイルが実質的に変化しないという点で有利である。

Claims (10)

1. ブランク、またはプレフォームを成形可能な温度に加熱し、次いで成形装置を用いて成形する、熱可塑性樹脂を熱成形する方法であって、０．８〜１．４μｍの、熱可塑性樹脂がそれより長波長の放射線よりも低い吸収率で放射線を吸収するか、またはそれより長波長の放射線よりも高い透過率で放射線を透過する、放出波長領域内に最大強度を有する放射線源からの特定強度の放射線にブランクまたはプレフォームを１０秒以下の特定の時間暴露し、かつＰＥＴボトルのブランクまたはプレフォームが照射されていないかなりの時間を費やすことなく、放射線に暴露した後ただちにブランクまたはプレフォームを成形することを特徴とする、熱可塑性樹脂を熱成形する方法。
2. 前記成形装置が、ブロー成形装置、延伸ブロー成形装置、または深絞り装置である、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 特定時間の経過後、ブランクまたはプレフォーム内に成形装置にマッチした温度プロファイルが確立されるように、ブランクまたはプレフォームに当てられる放射線を、ミラーを用いて放射することを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
4. 前記特定の時間が、５秒以下であることを特徴とする、ＰＥＴボトルを製造するための、請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の方法。
5. 常温のツールを用いてブランクまたはプレフォームを成形し、ツールからブランクまたはプレフォームへの大きな熱移動が無いことを特徴とする、深絞り成形部品を製造するための、請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の方法。
6. ブランクまたはプレフォームを単一の深絞り工程で成形することを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の方法。
7. 熱可塑性樹脂を熱成形するための装置であって、ブランク、またはプレフォームを成形可能な温度に加熱する加熱装置と、加熱されたブランクまたはプレフォームを成形する成形装置と、１０秒以下の特定の時間、特定の強度の放射線がブランクまたはプレフォームに加えられるように構成された時間調整装置とを含み、前記加熱装置は、０．８〜１．４μｍの、熱可塑性樹脂がそれより長波長の放射線よりも低い吸収率で放射線を吸収するか、またはそれより長波長の放射線よりも高い透過率で放射線を透過する、放出波長領域内に放射線源の最大強度があるように、放射線源の発光スペクトルを調節する手段を備えた放射線源を含み、前記放射線源が、ブランクまたはプレフォームが照射されない時間を費やすことなく、ブランクまたはプレフォームを放射線に暴露した直ぐ後に成形するように、連続的に作動する製造ライン内の、成形装置の直ぐ前に配置されていることを特徴とする、熱可塑性樹脂を熱成形するための装置。
8. 前記成形装置が、ブロー成形装置、延伸ブロー成形装置、または深絞り装置である、請求の範囲第７項に記載の装置。
9. 前記特定の時間が５秒以下である、ＰＥＴボトルを製造するための、請求の範囲第７項または第８項に記載の方法。
10. ブランクまたはプレフォームの温度を上昇させる程の熱移動無しに、常温のツールでブランクまたはプレフォームを成形できるように、成形装置が加熱されないように構成されていることを特徴とする、深絞り成形品を製造するための、請求の範囲第７項に記載の装置。