JP5888731B2 - 金型装置及び射出成形装置並びに射出成形方法 - Google Patents

金型装置及び射出成形装置並びに射出成形方法 Download PDF

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Description

本発明は、プリフォームの射出成形に用いられる金型装置及び射出成形装置並びに射出成形方法に関する。
従来、例えば、化粧水や乳液等を収容する容器（以下、化粧品容器という）としては、ガラス製の容器が好んで用いられている。ガラス製の容器は、重厚感や高級感等の美的外観を備え、消費者の購買意欲を高め易いからである。
近年、樹脂製の容器の美的外観も向上しており、化粧品容器としても樹脂製の容器が用いられるようになってきている。しかしながら、樹脂製の容器を、ガラス製の容器と同等の美的外観に形成することは難しいのが現状である。
ガラス製の化粧品容器は、例えば、高級感や重量感を強調させるため、肉厚に形成されているものが多い。収容物に伴い容器形状は適宜変更されるものの、一般的には、底部をかなり肉厚にし、胴部を底部に対して薄く均肉化させている。したがって、このようなガラス製の化粧品容器の形状に倣って、樹脂製の化粧品容器についても底部を肉厚とし、胴部を薄く均肉化させることで美的外観の向上を図ることができると考えられる。
このような化粧品容器は、例えば、原材料であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂材料を用いて有底筒状のプリフォームを射出成形し、このプリフォームをブロー成形することによって製造される。そして化粧品容器の底部を肉厚とする場合には、プリフォームの底部を肉厚に形成しておく必要がある。
ここでプリフォームは、一般的に、ネック型と射出キャビティ型と射出コア型とによって形成された射出空間に、溶融樹脂を射出充填することによって形成される（例えば、特許文献１等参照）。そして、射出成形によりプリフォームを形成する際に、射出キャビティ型と射出コア型との間隔を広く設定することで、プリフォームの底部を厚く形成することはできる。
特開平１１−１３８５８２号公報
しかしながら、射出キャビティ型と射出コア型との間隔を単に広くしただけでは、プリフォームの底部の表面にシワ（ゲート部を中心とした波形模様）が形成されてしまい、このシワは、ブロー成形後にも残ってしまうという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、胴部よりも底部の厚さが厚いプリフォームを良好に形成することができる金型装置及び射出成形装置並びに射出成形方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、上端に開口部を有するネック部と、このネック部に連続する胴部と、この胴部に連続する前記胴部よりも肉厚の底部とを有する有底筒状のプリフォームを射出成形するための金型装置であって、前記ネック部の外面を形成するネック型と、前記プリフォームの胴部及び底部の外面を形成する射出キャビティ型と、前記プリフォームの内面を少なくとも形成する射出コア型と、を有し、該射出コア型が、前記射出キャビティ型内に挿入されて前記プリフォームの内面を形成する内方コア型と、先端部が前記ネック型に型締めされて前記プリフォームの上端面を形成すると共に、射出空間内の圧力変動に応じて摺動可能に前記内方コア型を保持する外方コア型と、を有し、前記内方コア型が、前記射出空間内の圧力上昇に伴って前記射出キャビティ型の底面との距離が広がるように摺動可能に構成されており、且つ前記内方コア型の前記射出キャビティ型の外側に向かう移動を規制する規制手段を備えることを特徴とする金型装置にある。
本発明の第２の態様は、第１の態様の金型装置において、前記内方コア型は、前記プリフォームを射出成形する際に、前記射出空間内が所定圧力以上となると前記射出キャビティ型の外側に向かって所定距離だけ移動可能に構成されていることを特徴とする金型装置にある。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様の金型装置において、前記規制手段が、前記内方コア型を前記射出キャビティ型内に向かって所定の付勢力で付勢する付勢部材であることを特徴とする金型装置にある。
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様の金型装置を備えることを特徴とする射出成形装置にある。
本発明の第５の態様は、第４の態様の射出成形装置を用いたプリフォームの射出成形方法であって、前記射出空間内に原材料を連続的に射出して前記内方コア型を第１の位置から第２の位置まで移動させながら前記射出空間内に原材料を充填した後、当該射出空間内への原材料の射出を継続して前記内方コア型を前記第２の位置に保持した状態で前記射出空間内の原材料を冷却して硬化させることを特徴とするプリフォームの射出成形方法にある。
本発明の第６の態様は、第５の態様のプリフォームの射出成形方法において、前記射出空間を形成する前記射出キャビティ型及び前記射出コア型を冷却した状態で、当該射出空間内に原材料を射出することを特徴とするプリフォームの射出成形方法にある。
かかる本発明によれば、胴部よりも底部の厚さが厚いプリフォームを、底部表面にシワを生じさせることなく良好に形成することができる。このプリフォームをブロー成形することで胴部よりも底部の厚さが厚い容器を見栄え良く形成することができる。また射出スピードを比較的速くしてもシワの発生を抑えられるため、プリフォームの成形時間を短縮でき、製造コストの削減を図ることができる。
本発明に係る容器の一例を示す外観図である。 本発明に係る容器の一例を示す断面図である。 本発明に係るプリフォームの断面図である。 本発明の一実施形態に係る金型装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る金型装置の概略構成を示す断面図である。 射出成形時の射出空間内における樹脂材料の状態を模式的に示す図である。 射出成形時の射出空間内における樹脂材料の状態を模式的に示す図である。 プリフォームの底部表面のシワの発生状態を示す写真である。 プリフォームの底部表面のシワの発生状態を示す写真である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る容器の外観を示す斜視図であり、図２はその断面図である。図３は射出成形されたプリフォームの断面図である。
図１に示す容器（化粧品容器）１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成され、例えば、化粧水や乳液等が収容されるものである。この容器１０は、上端に口部１１を有するネック部１２と、ネック部１２から連続する筒状の胴部１３と、胴部１３から連続する底部１４とで構成されている。また化粧品容器１０の底部１４は、胴部１３の肉厚よりもかなり厚く形成されている。すなわち胴部１３の肉厚は底部１４に対してかなり薄く形成されており、また均肉化されている。例えば、本実施形態では、胴部１３の肉厚ｔ１を１ｍｍとし、底部１４の肉厚ｔ２を５ｍｍとした。
容器１０をこのような形状とすることで、例えば、消費者の持つ化粧品容器のイメージに近づけることができる。すなわち、容器１０の美観を高めることができるため、容器１０を見栄えが重要な化粧品容器等として使用することができる。
このような容器１０は、射出成形により形成したプリフォームをブロー成形することによって形成される。
ここで、図３に示すように、容器１０をブロー成形するためのプリフォーム２０は、上端に開口部２１を有し外周部にねじ溝が形成されたネック部２２と、ネック部２２に連続する胴部２３と、胴部２３に連続する底部２４とで構成されている。そしてプリフォーム２０の底部２４はかなり厚く形成されている。例えば、底部２４の肉厚ｔ３が胴部２３の肉厚ｔ４以上の厚さとなっている。本実施形態では、ｔ３／ｔ４が１〜３の範囲となるように、ｔ３を２.５ｍｍ〜１５．０ｍｍの範囲、例えば、１５．０ｍｍに設定すると共に、ｔ４を２.５ｍｍ〜５.０ｍｍの範囲、例えば、５．０ｍｍに設定している。
ところで、胴部２３よりも底部２４の肉厚が厚いプリフォーム２０を射出成形によって形成しようとすると、底部２４の表面にしわが形成され易い。しかしながら、以下に説明する本発明の金型装置を備える射出成形装置によれば、底部２４の表面にしわを生じさせることなく、比較的肉厚の厚い底部２４を備えるプリフォーム２０であっても良好に形成することができる。
図４及び図５は、本発明の一実施形態に係る射出成形装置が備える金型装置の概略構成を示す断面図である。
図４に示すように、金型装置３０は、ネック型３２と、射出キャビティ型３３と、射出コア型３４とを備えている。ネック型３２は、プリフォーム２０のネック部２２の外面を形成する。射出キャビティ型３３は、プリフォームの胴部２３及び底部２４の外面を形成する。射出コア型３４は、プリフォーム２０の内面を少なくとも形成する。そして、これらネック型３２と、射出キャビティ型３３と、射出コア型３４とで形成される射出空間３５内に原材料である樹脂材料（例えば、ＰＥＴ樹脂）が充填されることで、所望形状のプリフォーム２０が形成される。なお原材料である樹脂材料は、図示しない射出部で加圧されて射出キャビティ型３３の底部中央に設けられたゲート３６から射出空間３５内に射出される。なお射出の構成は公知であるため、ここでの説明は省略する。
ここで、射出コア型３４は、内方コア型３７と外方コア型３８とを備える。内方コア型３７は、射出キャビティ型３３内に挿入されてプリフォーム２０の内面を形成する。外方コア型３８は、先端部がネック型３２に型締めされてプリフォーム２０の開口部２１が開口する上端面を形成する。また外方コア型３８は、内方コア型３７を摺動可能に保持する。すなわち内方コア型３７は、射出空間３５内の圧力変動に応じて摺動可能に外方コア型３８に保持されている。具体的には、外方コア型３８は、内方コア型３７が挿入される挿入孔３９を備える。外方コア型３８の基端部には、押さえ板４０が固定されており、内方コア型３７が収容された外方コア型３８の挿入孔３９は、この押さえ板４０で塞がれている。
また内方コア型３７は、規制手段によって射出キャビティ型３３の外側に向かう移動が規制されている。その結果、内方コア型３７は、プリフォーム２０を射出成形する際に、射出空間内が所定圧力以上となると射出キャビティ型３３の外側に向かって所定距離だけ移動可能に構成されている。
本実施形態では、内方コア型３７の基端部に、規制手段としての付勢部材４１が設けられている。付勢部材４１は、例えば、コイルバネ等のバネ部材で構成され、内方コア型３７と共に外方コア型３８の挿入孔３９内に収容されている。すなわち付勢部材４１は、内方コア型３７と押さえ板４０との間に保持されている。これにより、内方コア型３７は常に射出キャビティ型３３に向かって所定の付勢力で付勢されている。そして内方コア型３７は、プリフォーム２０を射出成形する際に、射出空間３５内の圧力が所定圧力以上となり付勢部材４１の付勢力よりも大きくなると、射出キャビティ型３３の外側に向かって所定距離だけ移動する。内方コア型３７の移動が開始するタイミングは、付勢部材４１の付勢力を変化させることで調整することができる。
なお内方コア型３７は、冷却水を内部で循環可能に構成されている。本実施形態では、内方コア型３７は中空に形成されており、内方コア型３７の内部には、付勢部材４１と共に冷却パイプ４２が設けられている。冷却パイプ４２は、内方コア型３７の先端部近傍まで連続して設けられている。そして、この冷却パイプ４２の内側と外側とで冷却水が循環する経路が形成されている。また図示は省略するが、射出キャビティ型３３も冷却水を循環させること等により冷却可能に構成されている。
次に、このような構成の金型装置３０を用いたプリフォーム２０の射出成形方法について説明する。
まずプリフォーム２０の射出成形を開始する時点（初期状態）では、内方コア型３７は、付勢部材４１の付勢力によって、射出キャビティ型３３に対して最も深く挿入された状態となっている。つまり内方コア型３７は、射出キャビティ型３３の底面との間隔Ｄが最も狭い間隔Ｄ１となる第１の位置にある（図４参照）。本実施形態では、初期状態における内方コア型３７と射出キャビティ型３３の底面との間隔Ｄ１は約５ｍｍに設定されている。
射出成形が開始されてゲート３６から射出空間３５内に樹脂材料（原材料）が射出されると、射出空間３５に樹脂材料が徐々に充填される。初期段階では、内方コア型３７と射出キャビティ型３３との間隔Ｄが比較的狭いため、射出空間３５内に射出された樹脂材料１００は、図６中に矢印で示すように、内方コア型３７及び射出キャビティ型３３の表面に沿って流れ込む。また射出成形中、射出空間３５を形成する射出キャビティ型３３、内方コア型３７等は冷却されているため、ゲート３６から射出された樹脂材料１００は、射出キャビティ型３３、内方コア型３７の表面に接触した部分から順次固まりながら射出空間３５内に充填される。なお本実施形態では、射出空間３５を形成する射出キャビティ型３３及び内方コア型３７を冷却しているが、必要に応じて、さらにネック型３２を冷却するようにしてもよい。
樹脂材料１００の充填が進むに連れて、射出空間３５内の圧力が上昇し内方コア型３７が樹脂材料１００から受ける圧力が上昇する。樹脂材料１００の充填がある程度進むと、内方コア型３７が樹脂材料１００から受ける圧力は、付勢部材４１によって付勢される付勢力よりも大きくなる。結果として、図５に示すように、内方コア型３７は射出キャビティ型３３の外側（図中左側）に向かって所定距離だけ移動する。本実施形態では、樹脂材料１００が、プリフォーム２０のネック下（ネック部２２と胴部２３との境界付近）に対応する部分まで充填されると、内方コア型３７の移動が開始するようになっている。この内方コア型３７の移動に伴って射出空間３５が徐々に広がり、樹脂材料１００が流動可能な領域が徐々に広がることになる。ただし急激に広がることはない。そして内方コア型３７は、基端部（先端部とは反対側の端部）が押さえ板４０に当接すると移動が停止する。すなわち内方コア型３７は、射出キャビティ型３３の底面との間隔Ｄが最も広い間隔Ｄ２となる第２の位置に保持される。本実施形態では、プリフォーム２０の底部２４の肉厚ｔ３を１５．０ｍｍに設定しているため、内方コア型３７の移動距離を約１０．０ｍｍとし、間隔Ｄ２が約１５．０ｍｍとなるようにしている。
その後は、射出空間３５内の圧力が所定圧力に達すると、所定期間その圧力を保持した状態で樹脂材料１００を冷却する。すなわち、ゲート３６を開いたままにして樹脂材料１００の射出を継続し、内方コア型３７を第２の位置に保持した状態で射出空間３５内の樹脂材料１００を冷却する。さらにゲート３６を閉じて射出空間３５内に充填された樹脂材料１００を冷却する。この冷却により樹脂材料１００の表面温度が９０℃〜１００℃程度となると離型されて、プリフォーム２０が完成する。
このような射出成形方法により、胴部２３よりも底部２４の厚さが厚いプリフォーム２０を良好に形成することができる。具体的には、射出空間３５内の圧力上昇に伴って内方コア型３７と射出キャビティ型３３の底面との間隔Ｄが広がるようにしたことで、樹脂材料１００を射出空間３５内にスムーズに射出することができる。つまりプリフォーム２０の底部２４に対応する射出空間３５の広い領域に急激ではなく徐々に樹脂材料１００を射出充填することができる。その結果、図８の写真のように、プリフォーム２０の底部２４の表面にシワが発生するのを抑制することができる。
また射出スピードは実質的に制限されず、射出スピードを比較的速くしてもシワの発生を抑えられるため、プリフォームの成形時間を短縮でき、製造コストの削減を図ることができる。
また射出成形装置が金型装置を複数備える場合でも、内方コア型３７は射出空間３５毎に独立して移動可能なため、多数個取りで生じうる射出空間３５間の射出圧・射出タイミングのはらつきにも適切に対応できる。そのため本発明によれば、底部２４を肉厚としたプリフォーム２０を多数個取り成形する場合でも、良好に実施することができる。
なお図７に示すように、内方コア型３７と射出キャビティ型３３の底面との間隔Ｄをプリフォーム２０の底部２４の厚さ（間隔Ｄ２）に固定していても、胴部２３よりも底部２４の厚さが厚いプリフォーム２０を形成することはできる。しかしながら、例えば、図中に矢印で示すように、ゲート３６側に向かう樹脂材料１００の流れが生じる等、樹脂材料１００の流れに乱れが生じるせいか、射出成形されたプリフォーム２０の底部２４の表面には、図９の写真のように、シワが形成されてしまう。射出スピードを極めて遅くすることで、シワの発生は少なくなるものの十分に抑制することは難しい。また射出スピードの制御が難しく、成形時間も長くなってしまう。
また本発明に係る射出成形方法では、上述のように射出空間３５内の圧力を所定圧力に保持した状態で射出空間３５内に充填された樹脂材料１００を冷却するようにしている。つまり冷却により樹脂材料１００が収縮してもその分だけ新たに樹脂材料１００を充填し、内方コア型３７を第２の位置に保持した状態で樹脂材料１００を冷却している。したがって、プリフォーム２０の底部２４を所望の厚さに形成することができる。なおその後にゲート３６を閉じて樹脂材料１００をさらに冷却するが、この段階における樹脂材料１００の収縮量は極めて小さい。
このように射出成形されたプリフォーム２０は、例えば、温度調整装置によって、その温度及び肉厚が所望状態に調整される。その後、プリフォーム２０はブロー成形装置によってブロー成形されて容器１０が形成される（図１参照）。これにより、胴部１３よりも底部１４が肉厚の中空の容器１０を見栄え良く形成することができる。したがって容器１０は、例えば、見栄えが重要な化粧品容器等としても使用することが可能となる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。
例えば、上述の実施形態では、金型装置が規制手段として付勢部材を備える構成を例示したが、規制手段の構成は特に限定されるものではなく、内方コア型の射出キャビティ型の外側に向かう移動を規制することができる構成であればよい。
１０ 容器（化粧品容器）
１１ 口部
１２ ネック部
１３ 胴部
１４ 底部
２０ プリフォーム
２１ 開口部
２２ ネック部
２３ 胴部
２４ 底部
３０ 金型装置
３２ ネック型
３３ 射出キャビティ型
３４ 射出コア型
３５ 射出空間
３６ ゲート
３７ 内方コア型
３８ 外方コア型
３９ 挿入孔
４０ 押さえ板
４１ 付勢部材
４２ 冷却パイプ
１００ 樹脂材料

Claims (6)

  1. 上端に開口部を有するネック部と、このネック部に連続する胴部と、この胴部に連続する前記胴部よりも肉厚の底部とを有する有底筒状のプリフォームを射出成形するための金型装置であって、
    前記ネック部の外面を形成するネック型と、
    前記プリフォームの胴部及び底部の外面を形成する射出キャビティ型と、
    前記プリフォームの内面を少なくとも形成する射出コア型と、を有し、
    該射出コア型が、
    前記射出キャビティ型内に挿入されて前記プリフォームの内面を形成する内方コア型と、
    先端部が前記ネック型に型締めされて前記プリフォームの上端面を形成すると共に、射出空間内の圧力変動に応じて摺動可能に前記内方コア型を保持する外方コア型と、を有し、前記内方コア型が、前記射出空間内の圧力上昇に伴って前記射出キャビティ型の底面との距離が広がるように摺動可能に構成されており、
    且つ前記内方コア型の前記射出キャビティ型の外側に向かう移動を規制する規制手段を備えることを特徴とする金型装置。
  2. 請求項１に記載の金型装置において、
    前記内方コア型は、前記プリフォームを射出成形する際に、前記射出空間内が所定圧力以上となると前記射出キャビティ型の外側に向かって所定距離だけ移動可能に構成されていることを特徴とする金型装置。
  3. 請求項１又は２に記載の金型装置において、
    前記規制手段が、前記内方コア型を前記射出キャビティ型内に向かって所定の付勢力で付勢する付勢部材であることを特徴とする金型装置。
  4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の金型装置を備えることを特徴とする射出成形装置。
  5. 請求項４に記載の射出成形装置を用いたプリフォームの射出成形方法であって、
    前記射出空間内に原材料を連続的に射出して前記内方コア型を第１の位置から第２の位置まで移動させながら前記射出空間内に原材料を充填した後、当該射出空間内への原材料の射出を継続して前記内方コア型を前記第２の位置に保持した状態で前記射出空間内の原材料を冷却して硬化させることを特徴とするプリフォームの射出成形方法。
  6. 請求項５に記載のプリフォームの射出成形方法において、
    前記射出空間を形成する前記射出キャビティ型及び前記射出コア型を冷却した状態で、当該射出空間内に原材料を射出することを特徴とするプリフォームの射出成形方法。
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