JP5793167B2 - 圧空成形用のシート成形金型及び圧空成形機 - Google Patents

Description

この発明は、プラスチックシートを熱成形する際に用いる金型の改良に係り、特に圧空成形時に排気効率を高め、より精度が高いシート成形品を得るための技術に関するものである。

加熱軟化した樹脂シートを金型に密着させて成形するシート成形法は公知であり（例えば特許文献１、２）、大別して、金型と軟化シート間の空間を真空引きし、その吸引力によって軟化シートを成型面に密着させる真空成形法と、圧縮空気によって軟化シートを金型の成型面に圧着させる圧空成形法がある。両者を比較すると、圧縮空気による圧力のほうが真空引きによる吸引力よりも大きく設定でき、このため圧空成形法のほうが真空成形法よりも軟化シートの金型の成型面に対する密着度が高まることから、成形精度を高めることができる。

図８は、従来の圧空成形機を示したもので、１１は金型（雌型）、１２は圧空ボックスである。圧空ボックス１２は金型１１と対をなし、軟化シートＳの周縁を金型１１の外枠とで挟み込み、内部を密閉する。そして、ベース（上板）１２ａに設けた圧空孔１２ｂから例えば３ｋｇ／ｃｍ^２の圧縮空気を導入することによって軟化シートＳを金型１１に向かって加圧する。

これに対して金型１１には排気孔１１ａが設けられ、加圧により軟化シートＳが金型１１に密着する過程で型内の空気を外部に排出する。

このような加圧と排気によって軟化シートＳが金型１１に密着し、一応の成形が完了するが、排気に関しては軟化シートＳの変形に伴う自然排気（大気開放型）ではなく、積極的に排気孔１１ａから型内空気を吸引することもある。つまり、加圧と真空引きを併用することで、軟化シートＳをより確実に金型１１に密着させることができる。このような成形法を真空圧空成形法という。

なお、１３はプラグであり、金型１１に対応する雄型として、加圧（圧空ボックス２）側から軟化シートＳの成形を補助するものである。このようなプラグ１３のベース１３ａには導入孔１３ｂが上下方向に貫通して設けられ、圧空ボックス１２から導入された圧縮空気は該導入孔１３ｂを通って軟化シートＳに作用する。

特開平６−２２６８３９号公報 特開２００５−２８６２６号公報

上述した従来の圧空成形機において、金型１１の排気孔１１ａは、軟化シートＳが入り込まない微細な円形の穴（円孔）からなり、図９に示すように、金型１１の底面Ｂと側面Ｗの境目である角部Ｃに沿って、この微細な円孔を多数形成していた。これは排気位置を角部Ｃとすることで、軟化シートＳを角部Ｃに密着させやすくするためであるが、実際には、図８に示したように、軟化シートＳは角部Ｃに密着しない。また、底面Ｂを鏡面仕上げしておくことで、この部分の軟化シートＳの透明度を高めることが期待できるが、実際には、図８に示すように、底面Ｂと軟化シートＳ間には空気溜まりＦができ、この部分の成形品の透明性を実現することはできない。

圧空成形において上述のように軟化シートＳが金型１１に完全に密着しない原因は、排気速度が遅い点にある。即ち、微細な円形の排気孔１１ａを多数設けた従来の金型１１によると、いくら真空引きを併用したとしても、型内の空気を全部排出するのに３／１００秒以上かかり、この間に軟化シートＳが硬化してしまい、角部Ｃに行きつかないからである。したがって、従来の金型１１では、角部Ｃの転写精度が満足のいくものではなかった。

また、空気溜まりＦについては、やはり型内の排気が間に合わず、軟化シートＳが底面Ｂに密着する過程で型内の空気が閉じ込められるのが原因であり、一度、閉じ込められた空気は成形中に排気孔１１ａに向かって移動することはなく、そのまま軟化シートＳが硬化することによって、この部分の成形品の透明度を期待どおりのものとすることができなかった。

このような問題に対処するために、同じ成形条件の下、シートの硬化速度を排気速度よりも遅くする（４／１００秒以上とする）ことも考えられるが、少なくとも薄さ０．３ｍｍ以下では、そのようなシートは現存しない。

本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気効率を改善した金型を提供することである。

上述した目的を達成するために本発明では、加熱軟化した樹脂シートを圧縮空気によって成型面に圧着させる圧空成形時に成型面側の空気を型外に排出する排気孔を有する金型であって、前記排気孔をみぞ孔によって構成するという手段を用いた。みぞ孔とは、スリット形状の孔をいい、長さは限定されないが、幅は加熱軟化した樹脂シートが入り込まない大きさのものをいう。このようなスリット状の排気孔（以下、「みぞ孔」という。）を設けた本発明の金型によれば、従来のように微細な円孔を多数設けるよりも、全体の排気速度が速くなる。具体的には、従来と同じ条件で圧空成形した場合、型内の空気を全排出する時間は３／１００秒以下となった。このため樹脂シートが硬化する前に、全面にわたって金型の成型面に密着させることができた。

特に、底面の周囲に側面を形成した凹状の成型面を有する金型の場合、みぞ孔を前記底面と側面との角部に沿って設けることによって、従来、密着（転写）の悪さが顕著であった角部に対する樹脂シートの密着度を高めることができ、この部分の成形精度を大幅に改善することができる。

なお、みぞ孔は角部（底面の輪郭）に対応する平面形状を有するもので、成型面の底面が矩形であれば、各辺に沿って直線状のみぞ孔を形成するか、底面の四隅ごとにＬ字状のみぞ孔を形成する。また、底面が円形・楕円形であれば、その輪郭に沿って円弧状又は楕円弧状のみぞ孔を複数、間隔をおいて形成する。

さらに本発明では、底面側の排気効率を高め、空気溜まりを回避するために、金型の底面にみぞ孔と連通する微細な通気溝（請求項２の「凹部」に相当）を複数設ける。この通気溝が空気の逃げ道となって底面の中央部分の空気をみぞ孔へと排出することができる。したがって、従来のように、底面に空気溜まりが発生することがなく、平滑な透明度の高い成形品を得ることができる。なお、通気溝は、みぞ孔と同様、樹脂シートが入り込まない微細な幅とする。

さらに、底面に複数の通気溝を平行して設けると共に、当該通気溝間の凸条（請求項２の「凸部」に相当）の頂部を平坦に形成することによって、上記した通気溝による空気抜きの作用効果が得られると共に、樹脂シートが凸条の平坦頂部によって、より平滑に成形され、ほぼ鏡面仕上げと同等の透明度とすることができる。

そして、本発明では、上述した金型を下型として、加熱軟化した樹脂シートの周囲を挟み込み圧縮空気を導入する上型と、該上型の内部において前記金型の成型面と対峙する中板とを備え、該中板には前記金型の排気孔と対面する位置に前記圧縮空気を導入する長孔状の導入孔を設けるという手段を用いた。この手段では、中板の導入孔を通じて圧縮空気が金型の成型面に向かって噴出するが、導入孔は金型のみぞ孔と対応した位置に長孔状に形成されているため、導入孔から噴出する圧縮空気は金型の角部に対応して集中的に噴出され、この部分の樹脂シートを角部に圧着させる効果が高まる。

さらに、中板の下面に、金型の凹状成型面に対応するプラグを設けることによって、プラグを雄型として、この部分の樹脂シートを前記凹状成型面に押し込むことで強度を高めることもできる。

なお、金型の成型面側の空気をみぞ孔を通じて真空引きにより強制排出することで、真空圧空成形法を適用し、排気効率をさらに高めて、樹脂シートの密着度を向上させることによって、より複雑な型形状を忠実に転写することができるようになる。

本発明によれば、排気孔をスリット状に形成したので、微細な円孔を多数設けるよりも排気速度が速まり、樹脂シートを確実に成型面に密着させることができた。特に、スリット状の排気孔を金型の角部に設け、その底面を凹凸面に形成したので、空気溜まりが解消され、この部分の成形品の平滑性（透明性）を向上することができた。

本発明の一実施形態に係る金型の縦断面図 同金型の平面図 同金型の底面の要部拡大断面図 同金型を備えた圧空成形機の縦断面図 同成形機の中板の平面図 中板の別実施形態を示した縦断面図 金型の他の実施形態を示す平面図 従来の圧空成形機の縦断面図 同、金型の平面図

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は本発明の一実施形態に係る金型の縦断面図、図２は平面図であり、矩形状の底面１の四周に側面２を設けた一定深さの凹状の成型面を有して、例えば食品容器の身を成形するものである。

底面１と側面２との間（境目）には、所定の角度の角部３が形成され、この角部３に沿って、底面１の各辺にスリット状のみぞ孔４を形成している。このみぞ孔４は、成型面から型外まで貫通しており、圧空成形時に成型面側の空気を型外に排出する排気孔として機能する。

みぞ孔４からなる排気孔によれば、微細な円孔を多数形成して排気する場合と比較して、孔が連続する分、排気能力が高く、同じ条件で圧空成形した場合、型内空気の排気速度が高まる。したがって、加熱軟化した樹脂シートを、その硬化前に、成型面に密着させることができる。しかも、みぞ孔４は角部３に沿って設けられているため、この角部３に対する樹脂シートの密着度が高まり、結果、成型面に忠実なシャープな成形品を得ることができる。

さらに、この金型の底面１の表面（成型面側）は、図３に示したように、凹凸面に形成している。即ち、微細な幅の通気溝５を適当な研削方法によって平行して多数設けて、その間を凸条６としたものである。通気溝５は、この実施形態の場合、対角線状に多数設けてあり、両端部はみぞ孔４で開放されている。即ち、通気溝５とみぞ孔４は連通している。したがって、底面１側の空気は、通気溝５を逃げ道としてみぞ孔４に排出され、結果的に、型外に排出される。

さらに、底面１の凸条６は、研磨等により頂部６ａを平坦に形成している。即ち、凸条６は頂部６ａがとがっておらず、ここに密着する樹脂シートを平滑に仕上げる。しかも、上述のように、通気溝５が空気の逃げ道となって、圧空成形時に底面１と樹脂シートの間に空気溜まり（「エアー溜まり」や「気泡」ということもある）ができないため、樹脂シートを確実に平滑に成形でき、結果、透明性に優れた底部を有する成形品を得ることができる。

図４は、上記金型を下型７とする圧空成形機全体を示したもので、８は下型７とで樹脂シートの周囲を挟み込み、内部を密閉する上型としての圧空ボックス、９は下型７の上方に位置して金型の成型面と対峙するように水平に支持した中板である。上型８のベース部８ａには圧空口８ｂが設けられ、圧縮空気を導入する。なお、８ｃは圧空口８ｂの下方に設けた圧縮空気の当たり板であり、圧空口８ｂから導入された圧縮空気を左右に分散させるものである。なお、圧縮空気は３ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力を持って導入される。

また、中板９には、上下貫通して圧縮空気を下型７（樹脂シート）側に噴出する導入孔９ａを形成している。この導入孔９ａは、金型（下型７）の角部３の上方に位置し、図５に示したように、それぞれ長孔状に形成している。なお、従来は、この導入孔は多数の円孔により構成されていたが、本発明では長孔状とした。したがって、金型のみぞ孔４と対応して、樹脂シートの角部を成形する部分に均等に圧力をかけることが可能となった。

さらに、中板９に加熱ヒータを内蔵することによって、熱板圧空成形が可能となる。さらに、金型のみぞ孔４を通じて真空引きをすることによって、真空圧空成形が可能となる。

さらにまた、図６に示したように、中板９の下面に金型の凹状成型面に対応する外形のプラグ１０を突設することで、樹脂シートをプラグ１０の押し込みにより均一な厚みで成形でき、結果、この部分（底部）の強度を高めることができる。

なお、上記実施形態において、金型に設けるみぞ孔４’は、図７（ａ）に示したように、底面１の四隅ごとにＬ字状に形成することもできる。さらに、金型の底面を円形または楕円形等とした場合、図７（ｂ）に示したように、円弧状または楕円弧状のみぞ孔４”…４”によって排気孔を形成することができる。

本発明は圧空成形に幅広く適用でき、真空圧空成形、熱板圧空成形にも適用することができる。また、弁当や惣菜などの食品容器では、従来、透明性に優れたＰＳ（ポリスチレン）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が多用されていたが、近年、これらプラスチック素材が高騰する中、これら素材よりも透明性に劣るが、安価で安定しているＰＰ（ポリプロピレン）をシート素材とした場合でも、本発明によれば、透明性が高い成形品を得ることができる。

１ 底面
２ 側面
３ 角部
４ みぞ孔
５ 通気溝
６ 凸条
７ 下型（金型）
８ 上型（圧空ボックス）
９ 中板
９ａ 導入孔
１０ プラグ

Claims (5)

1. 圧空成形用のシート成形金型であって、底面の周囲に側面を立ち上げた凹状の成型面を有し、前記底面と前記側面との角部に沿ってスリット状の排気孔を設けた金型と、該金型を下型として加熱軟化した樹脂シートの周囲を挟み込み圧縮空気を導入する上型と、該上型の内部において前記金型の成型面と対峙する中板とを備え、該中板には前記金型の排気孔と対面する位置に前記圧縮空気を導入する長孔状の導入孔を設けたことを特徴とする圧空成形機。
2. 金型は、底面に、凹部が排気孔と連通し、前記凹部間の凸部によってシートを平滑に成形する凹凸を設けた請求項１記載の圧空成形機。
3. 金型は、凸部の頂部を平坦に形成した請求項２記載の圧空成形機。
4. 金型は雌型であって、中板には前記金型の成型面に対応するプラグを設けた請求項１から３のうち何れか一項記載の圧空成形機。
5. 圧空に加えて、排気孔を通じて真空成形を行う請求項１から４のうち何れか一項記載の圧空成形機。

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