JP4956264B2 - 熱可塑性材料から管状体を製造するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ベローズ等の管状体であってその壁厚がその長さに亘って調整可能な管状体を熱可塑性材料から製造するための方法及び装置に関する。

この種の方法及び装置は、例えば本出願人による欧州特許第０５３５２５４Ｂ１号から知られているものである。該特許に開示の装置は、ダイランドとダイボディを備えたダイと；プランジャを備えた押出装置と；押出プロセス中にダイから出現する管状プラスチック体を案内するためにダイと隣り合う初期位置からダイから離れる方向に運動できる取出ユニットと；を有し、ここで、前記ダイランドとダイボディはその間に環状のダイ開口を形成し、ダイボディはダイ開口の断面変更のためにダイランドに対して可動とされており、前記プランジャは管状プラスチック体製造のためにその運動中にプランジャのパスによって決定される量の可塑化されたプラスチック材料をダイを通して押出し、前記取出ユニットは、そのパスが管状プラスチック体の長さを決定するように構成されている。

前記特許に開示の装置には、ダイボディ、プランジャ及び取出ユニットの各駆動装置を制御する制御装置が設けられており、これら制御装置はダイボディ、プランジャ、取出ユニットそれぞれの運動のためのパスセンサとコンピュータを含む。コンピュータは、予め設定可能なプログラムに従ってこれら３種の駆動装置を制御する。この制御は、取出ユニットの速度上昇がその初期の運動中に制御されるように行われると共に、その後の取出ユニットの運動中においては、交番的に増減するよう制御されるダイ開口部のギャップ幅が取出ユニットの連続制御された速度特性に重畳(superimposed)されて、形成される壁の厚さを谷と山の並びに亘って波状に変化させるように行われる。このようにして製造された物がベローズのブロー成形用プリフォームである。

本発明の目的は上述のタイプの方法及び装置を開発することであって、本方法や装置を用いて任意の態様で形成された熱可塑性材料から成る管状体は、該管状体の長さに亘って正確に調整可能な壁厚を有するものである。

この目的を達成するための本発明に係る方法は請求項１に規定されている。この目的を達成するための本発明に係る装置は請求項９に規定されている。

本発明によれば、取出ユニット、プランジャ及びダイボディの運動はそれぞれ次のように制御されている。即ち、取出ユニットの運動は取出ユニットのパスに亘って自由に調整可能な速度プロファイルに従って行われ；プランジャの運動はプランジャのパスに亘って自由に調整可能な速度プロファイルに従って行われ；ダイボディの運動は、取出ユニットのパス又はプランジャのパスに亘って自由に調整可能な位置プロファイルに従い、ダイボディの運動が取出ユニット又はプランジャの運動と同一時間継続して行われるように制御される。

このように、プランジャの速度特性を一方とし、取出ユニットの速度特性を他方とすると、これらは互いに独立して自由に調整可能であって、ダイボディの運動、延いてはダイ開口の変更は、所謂「スレーブ（slave）」のようにプランジャ又は取出ユニットの運動に従属する。

プランジャと取出ユニットの運動のための速度プロファイルは自由に調整可能であるので、プロセスのセッティング中に、製造精度を損なう影響（後続的に生じうる可塑化プラスチック材料のスウェリングや管状プラスチック体のサギング等）について最適な配慮をすることができる。こうして、管状プラスチック体の壁厚、延いては完成管状体の壁厚はその長さに亘って極めて高精度に調整される。

本発明に係る方法においては、取出ユニットとプランジャの運動を同時に開始させてもよいが、その一方で取出ユニットの運動時間とプランジャの運動時間が等しくないように非同期的に行わせるてもよい。結果として、既に述べたようにプロセスシーケンスを阻害する影響について最適な配慮をすることができる。

しかしながら、原則的にはプランジャの運動と射出成形ダイの運動の自動的「同期化」も可能である。この目的のために、本発明の別の実施形態においては、取出ユニットとプランジャの運動時間を等しくするために、取出ユニット用速度プロファイルをプランジャ運動用速度プロファイルに、或いは逆にプランジャ運動用速度プロファイルを取出ユニット用速度プロファイルに、自動的に適合させるように制御ユニットを調整することができる。この利点は、例えばプランジャの速度プロファイルを変更した場合に、取出ユニットの運動のための速度プロファイルを別に手動調整する必要がないことである。好ましくは、本発明に係る方法により製造される管状プラスチック体は、ブロー成形プロセス用プリフォーム（例えばベローズ製造用プリフォーム）として製造される。しかしながら本発明に係る方法によれば、熱可塑性材料から作られる如何なる管状体も、その壁厚をその長さに亘って変化させ且つ高精度な調整を可能として製造することができることをここに付言する。

本発明の別の有利な実施形態は従属特許請求項から明らかに理解されよう。

図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。

図１に示す装置は、その基本構成において前述の欧州特許第０５３５２５４Ｂ１号の装置に対応する。本装置は、ベローズをブロー成形で製造するためのプリフォームと称される管状体を熱可塑性材料から製造するものである。なお、この態様は本発明の一実施形態に過ぎない。既に述べたように本発明の方法及び装置によれば、如何なる管状体をも、その壁厚をその長さに亘り所定の方法で高精度に調整することを意図して、熱可塑性材料から製造することができる。

図１の装置の基本構造は前述の特許により公知であるので、以下の記載は本発明を説明するために必須の構成要素に限定して行う。

図１の装置は、一部を断片的に示す押出装置２と、ダイ４と、取出ユニット６と、ブローモールド８とから構成される。

押出装置２は、可塑化プラスチック材料をダイ４から吐出するために直線運動可能なプランジャ１０を含む。ダイ４はダイランド１２と、その内側の、部分的に円錐形状を有するダイボディ１４とから構成される。ダイランド１２とダイボディ１４はその間にダイチャネル１６を形成し、ダイチャネル１６の終端は環状のダイ開口１７を形成している。二重矢印で示されるように、ダイ開口１７の断面形状を変更するために、ダイボディ１４はダイランド１２に対して直線的に変位させることができる。

取出ユニット６は、モールドボディ１８と、その内部に配置されたブローマンドレル２０とを含み、これら二者間にモールドキャビティ２２が画定される。また二重矢印で示されるように、取出ユニット６はダイ４の長手方向軸に沿って直線的に往復運動することができる。

ブローモールド８は２個のブローモールド割型を含み（片方のブローモールド割型２４のみを示す）、また二重矢印で示されるように、取出ユニット６とダイ４の長手方向を横切る方向に往復運動することができる。

プランジャ１０、ダイボディ１４及び取出ユニット６を駆動するために、油圧駆動装置２６及び／又は２８及び／又は３０がそれぞれ一種ずつピストン・シリンダ・ユニットとして設けられており、その加圧状態は制御バルブ３２及び／又は３４及び／又は３６によってそれぞれ制御されている。

管状プラスチック体Ｋの製造開始時には、取出ユニット６はダイ４と隣り合う初期位置にある。次いでプランジャ１０が駆動装置２６によって吐出方向に運動することによりプランジャパスによって決まる或る量の可塑化プラスチック材料がメルトリザーバ（図示せず）から、ダイチャネル１６を経由しダイ開口１７に通じるように強制的に押出される。なお、製造されるべきプラスチック体Ｋのヘッド部が、射出成形プロセスによって取出ユニット６のモールドキャビティ２２において最初に成形される。実際の押出プロセスはこのヘッド部ができた後に行われ、このとき取出ユニット６は駆動装置３０によって初期位置からダイ４から離れる方向へと動く。なお、取出ユニット６はプラスチック体Ｋをそのヘッド部において案内し、また取出ユニット６のパスがプラスチック体Ｋの長さを決定する。

押出プロセスにおいては、調整されるべきプラスチック体Ｋの壁厚に応じてダイ開口１７の断面を変更するために、ダイボディ１４は駆動装置２８によってダイランド１２に対して動かされる。押出プロセスが終るとプラスチック体Ｋの端部は、ダイボディ１４がダイランド１２に寄りかかるようにされて切り離される。

プランジャ１０、ダイボディ１４及び取出ユニット６の運動を制御するために制御ユニットが設けられており、図示した実施形態ではこの制御ユニットは、プランジャ１０、ダイボディ１４及び取出ユニット６を動かすためのパスセンサ３８、４０及び４２を備えると共に、コンピュータ４４の形態で製造制御ユニットを含む（図２）。図２に図式的に示されるように、パスセンサ３８、４０及び４２の出力信号はコンピュータ４４に供給され、コンピュータ４４は、制御バルブ３２、３４及び３６のための制御信号、延いては下により詳細に説明されるように駆動装置２６、２８及び３０のための制御信号を発生するためのコントローラを含む。

プランジャ１０、ダイボディ１４及び取出ユニット６の運動のための基準値曲線はコンピュータ４４に記憶されている（図３〜５に示す例を参照）。

図３のダイアグラムが示すように、取出ユニット６の運動のための基準値曲線は速度プロファイルＰ_Zとして取出ユニット６のパスに亘って設定されている。従って速度プロファイルＰ_Zは、取出ユニット６のパスに亘る、取出ユニット６の基準速度を表している。速度とパスはパーセント値で表される。

図４で示されるように、プランジャ１０の速度のためには、速度プロファイルＰ_Sで表される基準値曲線がプランジャ１０のパスに亘って設けられており、この場合も速度とパスはパーセント値で表される。

図５で示されるように、ダイボディ１４の運動のためには、位置プロファイルＰ_Dで表される基準点曲線が取出ユニット６のパス又はプランジャ１０のパスに亘って設けられている。従ってダイボディ１４の運動については速度ではなく位置（パス）が予め設定されている。

図３〜５のダイアグラムは勿論、速度プロファイルＰ_Z及びＰ_S並びに位置プロファイルＰ_Dの一例を表しているに過ぎない。現実には、適用対象に応じて取出ユニット、プランジャ及びダイボディの運動を最適なものにできるようにするために、これらプロファイル（基準値曲線）は自由に調整可能である。

プロファイルＰ_Z、Ｐ_S及びＰ_Dはいずれも、多数のセグメントに亘って調整されることが好ましい。開示される実施形態においては１０１個のセグメントを選択した。しかしながら異なる数のセグメントも選択できることを理解されたい。

プランジャ１０と取出ユニット６の速度の実際の値はパスセンサ３８と４２のパス信号から検出される。この検出は、パスセンサ３８及び４２自体によってなされうるが、コンピュータ４０がこれを行ってもよい。パスセンサ４０のパス信号は、ダイボディ１４の位置を示す実際の値としてそのまま使用することができる。

コンピュータ４４のコントローラは、パスセンサからもたらされる実際の値と、速度プロファイルＰ_Z及びＰ_S並びに位置プロファイルＰ_Dとして記憶されている基準値とを使用し、制御信号を決定することができる。この制御信号によって、プランジャ１０、ダイボディ１４及び取出ユニット６の制御バルブ３２、３４及び３６が制御され、また駆動装置２６、２８及び３０が制御される。こうして、取出ユニット６、プランジャ１０及びダイボディ１４はそれぞれの速度プロファイルＰ_Z、Ｐ_S及び／又は位置プロファイルＰ_Dに従って動く。

取出ユニット６の速度プロファイルＰ_Zとプランジャ１０の速度プロファイルＰ_Sは自由に調整可能であって互いに独立している。従って、取出ユニット６とプランジャ１０は同時に作動される必要はない。よって、これらの運動の継続時間、開始及び終了は等しくないように選択することができる。本装置がベローズの製造に使用される実施形態においては、速度プロファイルＰ_Z及びＰ_Sは、例えば取出ユニット６とプランジャ１０の動作は同時に開始されるが異なる時点で終了するように選択される。

しかしながら、既に上で述べたように取出ユニット６の運動とプランジャ１０の運動は自動的に「同期化」させることができ、これによりプランジャの運動時間と取出ユニットの動作時間が等しいことが自動的に保証されることとなる。これを達成するために、コンピュータ４４は２種の動作状態についてそれぞれ調整できるようにプログラムされる。一方の動作状態においては、速度プロファイルＰ_Z及びＰ_Sは互いに独立した調整が可能である。他方の動作状態においては、プランジャと取出ユニットの運動時間を等しくするために、コンピュータ４４のプログラムによって取出ユニット用速度プロファイルＰ_Zをプランジャ用速度プロファイルＰ_Sに、或いは逆にＰ_SをＰ_Zに、自動的に適合させる。例えば壁厚分布の異なるプラスチック体Ｋを製造するためにプランジャ用速度プロファイルＰ_Sを変更する場合、プログラムはＰ_Zをこれに対応して変化させて取出ユニットとプランジャの運動が同一時間継続して行われるよう、取出ユニット用速度プロファイル用Ｐ_Zを自動的に変更する。

ダイボディ１４のための位置プロファイルＰ_Dは取出ユニット６のパス又はプランジャ１０のパスに亘って固定されているので、ダイボディ１４の運動は取出ユニット及び／又はプランジャに対し「スレーブ」のように追従するものとなる。

速度プロファイルＰ_Z及びＰ_S並びに位置プロファイルＰ_Dは、プラスチック体Ｋ（図１）の製造にあたり所望の壁厚分布が達成されるように調整される。図示したベローズ製造の例においては（ベローズの幾何形状は図１のブローモールド割型２４によって示されている）、得られるプラスチック管状体Ｋはその長さに亘って交番的に増減する壁厚を有する。

速度プロファイルＰ_Z及びＰ_S並びに位置プロファイルＰ_Dを自由に調整できることにより、製造プロセスを阻害する影響（例えば、後続的に生じうるプラスチック材料のスウェリングや管状体Ｋのサギング）について最適に配慮することができる。

特に大事な点は、ヘッド部（モールドキャビティ２２）とプラスチック管状体Ｋの中央部分との間の移行である。図３及び４のダイアグラムから確認できるように、この移行に伴う困難の理由は、押出プロセスの開始時において曲線特性が極めて特殊であることにる。

端部がきれいなベローズを得るためには、通常、プラスチック体Ｋから製造されるベローズの端部を特別な切断プロセス（図示せず）で切断する必要がある。取出ダイ６とプランジャ１０の速度及びダイボディ１４の位置を制御する本発明方法によれば、切断されるべき部分とプラスチック体Ｋの残部との間の移行部が壁厚減少により損なわれることなしに、プラスチック体Ｋの切断されるべき部分の壁厚を特定量正確に減少させることができる。押出プロセスの終了に向けて適切に選択された速度及び位置プロファイルＰ_Z、Ｐ_S及びＰ_Dの例は図３〜５のダイアグラムで確認することができる。その結果、切断プロセス中に生じる不良品数を著しく低減させることができる。

また、図３〜５のダイアグラムに示す曲線は、可能なプロファイルのうちの一例に過ぎず、特定のベローズを製造するために選択されたものであることを付言する。他のベローズを製造する場合、特に他の管状体を製造する場合には、自由に調整可能なプロファイルＰ_Z、Ｐ_S及びＰ_Dは全く異なる曲線特性を有することができる。

ベローズをブロー成形するためのプリフォーム製造用装置の広い範囲に亘る概略断面図である。 図１の装置のための制御ユニットの極めて概略的な図である。 図１の装置における取出ユニットの運動パスダイアグラムである。 図１の装置におけるプランジャの運動パスダイアグラムである。 図１の装置におけるダイボディの運動パスダイアグラムである。

Claims (10)

1. ダイランドとダイボディを備えたダイであって、ダイランドとダイボディはその間に環状のダイ開口を形成し、ダイボディはダイ開口の断面変更のためにダイランドに対して可動であるダイと、
   プランジャを備えた押出装置であって、プランジャは管状プラスチック体製造のためにその運動中にプランジャのパスによって決定される特定量の可塑化されたプラスチック材料をダイを通して押出す押出装置と、
   押出プロセス中にダイから出現する管状プラスチック体を案内するために、ダイと隣り合う初期位置からダイから離れる方向に可動とされた取出ユニットであって、そのパスが管状プラスチック体の長さを決定する取出ユニットと
   を含む装置によって熱可塑性材料から管状体を製造するための方法であって、
   パスセンサが取出ユニット、ダイボディ、及びプランジャそれぞれのパス信号を検出し、
   パスセンサのパス信号は制御ユニットに送られ、
   プランジャ及び取出ユニットそれぞれの速度並びにダイボディの位置の実際の値は、パスセンサのパス信号から検出され、
   前記制御ユニットは、管状体の壁厚をその長さに亘って調整するために予め設定可能なプログラムに従って、ダイボディ、プランジャ及び取出ユニットの運動を制御し、
   該方法はさらに、
   前記制御ユニットにおいて、取出ユニット、プランジャ及びダイボディの運動のための基準値曲線を調整及び記憶する工程を含み、
   取出ユニットの運動の基準値曲線は該ユニットのパスに亘って自由に調整可能な取出ユニットの速度プロファイルであり、
   プランジャの運動の基準値曲線はプランジャのパスに亘って自由に調整可能なプランジャの速度プロファイルであり、取出ユニットおよびプランジャの前記速度プロファイルは、互いに独立して調節可能であり、
   ダイボディの運動の基準値曲線はダイボディのパス又はプランジャのパスに亘るダイボディの位置プロファイルであり、さらに
   得られた実際の値と記憶されている基準値曲線とに基づいて、プランジャ、ダイボディ及び取出ユニットの制御信号を決定する工程と、
   決定された制御信号によって、プランジャ、ダイボディ及び取出ユニットのそれぞれの駆動装置を制御し、それにより
   取出ユニットは取出ユニットのパスに亘って自由に調整可能な前記速度プロファイルに従って運動し、プランジャはプランジャのパスに亘って自由に調整可能な前記速度プロファイルに従って運動し、
   ダイボディは取出ユニットのパス又はプランジャのパスに亘って自由に調整可能な前記位置プロファイルに従って運動し、ダイボディの運動が取出ユニット又はプランジャの運動と同一時間継続して行われるように、
   制御する工程とを含む方法。
2. 取出ユニットとプランジャの運動のための各速度プロファイルは取出ユニットの運動時間とプランジャの運動時間が等しくないように調整されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 取出ユニットとプランジャの運動のための各速度プロファイルは取出ユニットの運動時間とプランジャの運動時間が等しいように調整されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 制御ユニットは、取出ユニットとプランジャの運動時間を等しくするために、取出ユニットのための速度プロファイルをプランジャの運動のための速度プロファイルに、或いは逆にプランジャの運動のための速度プロファイルを取出ユニットのための速度プロファイルに、自動的に適合させるように調整できることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 取出ユニットとプランジャの運動のための各速度プロファイルは、取出ユニットとプランジャの運動が同時に開始するように調整されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 取出ユニットの運動のための速度プロファイル、プランジャの運動のための速度プロファイル、及びダイボディの運動のための位置プロファイルは、それぞれ多数のセグメントに亘って調整できることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 押出プロセスの開始前に取出ユニットにおいてヘッド部が射出成形され、押出プロセス中に管状プラスチック体が取出ユニットによって該ヘッド部において案内されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 管状プラスチック体はブロー成形プロセス用プリフォームとして用いられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 熱可塑性材料から管状体を製造するための装置であって、
   ダイランドとダイボディを備えたダイであって、ダイランドとダイボディはその間に環状のダイ開口を形成し、ダイボディはダイ開口の断面変更のためにダイランドに対して可動であるダイと、
   プランジャを備えた押出装置であって、プランジャは管状プラスチック体製造のために吐出運動によりプランジャのパスによって決定される特定量の可塑化されたプラスチック材料をダイを通して押出す押出装置と、
   押出プロセス中にダイから出現する管状プラスチック体を案内するために、ダイと隣り合う初期位置からダイから離れる方向に可動とされた取出ユニットであって、そのパスがプラスチック体の長さを決定する取出ユニットと
   を含む装置であって、
   パスセンサが取出しユニット、ダイボディ、及びプランジャそれぞれのパス信号を検出し、
   パスセンサのパス信号は制御ユニットに送られ、
   プランジャ及び取出ユニットそれぞれの速度並びにダイボディの位置の実際の値は、パスセンサのパス信号から検出され、
   予め設定可能なプログラムによって取出ユニット、プランジャ及びダイボディの運動を制御する前記制御ユニットは、取出ユニット、プランジャ及びダイボディの運動のための基準値曲線を調整及び記憶するように構成されており、
   取出ユニットの運動の基準値曲線は取出ユニットのパスに亘って自由に調整可能な取出ユニットの速度プロファイルであり、
   プランジャの運動の基準値曲線はプランジャのパスに亘って自由に調整可能なプランジャの速度プロファイルであり、それにより
   ダイボディは、取出ユニットのパス又はプランジャのパスに亘って自由に調整可能な位置プロファイルに従って運動可能であり、ダイボディの運動が取出ユニット又はプランジャの運動と同一時間継続して行われるように、
   制御する制御ユニットと、を含む装置。
10. 制御ユニットは、取出ユニットとプランジャの運動のための速度プロファイル及びダイボディの運動のための位置プロファイルそれぞれの実際の値と基準値との間の差に応じて、取出ユニット、プランジャ及びダイボディの各駆動装置のための制御信号を発生するコントローラを備えたコンピュータを含むことを特徴とする、請求項９に記載の装置。

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