JP6828980B2 - パルプ成形装置およびそれに使用するための型 - Google Patents

パルプ成形装置およびそれに使用するための型 Download PDF

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Description

一般的に、本明細書の実施形態は、大きいパルプ物体を成形すること、それに使用される型、およびそのような型を用いて成形パルプの大きな物体を製造するための装置に関する。
より具体的には、本願の様々な実施形態は、様々な型裏張りにとりわけ関し、1つの非限定な実施形態において、例えば、棺などの大きな物体をパルプ成形することに関する。
例えば、卵のカートン、使い捨ての食品皿、箱インサートおよび他の保護パッケージング材料などの小さいパッケージを製造するためのパルプ成形が、当分野において公知である。
[関連技術] 米国特許第6,245,199号は、トレイをパルプ成形する方法を説明する。ここで、開始材料は、セルロース繊維を含む懸濁液である。雄型半体は、懸濁液の槽に浸漬され、型半体は次に、加熱および加圧下で共にプレスされる。
スウェーデン登録特許第529,897C2号は、トレイのパルプ成形を説明し、脱水用の容器がパルプトレイを成形するために使用され、トレイは次に、加圧および加熱を受ける圧縮工具に移される。それは、移動段階を含み、大きい容器のために容易に使用可能ではない。
しかしながら、関連技術のどれも本明細書の実施形態により提供される解決策をどのように達成するかを開示しておらず、または暗示していない。
[本発明の目的] 本明細書の実施形態は、従来技術の設計にまだ存在する、調和が困難な相互関連した課題の複合体を解決することを意図する。
これまで、非常に大きな物体を製造するために、既存のパルプ成形方法を使用することは非常に困難であった。これは、プレス時にパルプの圧縮において使用される2つの金属型半体の熱膨張および熱収縮の問題に部分的に起因する。型半体の寸法が変化する場合、圧縮プロセス中に不可避的により冷たく、より熱くなっていくことに起因して、容器の強度は損なわれることとなり、表面は滑らかでなく、平坦でないこととなる。これは、例えば、パッケージング材料または使い捨て皿等の、仕上がった物体の表面の質および強度が少しも重要ではない場合には問題ではないが、仕上がった成形品の強度および表面仕上げが非常に重要である場合、これは、問題である。
強度および仕上げが極めて重要であるそのような1つの非常に大きな製品は、棺であるが、本解決策は、これに限定されない。
また、製造段階が、数および複雑さにおいて簡素に低減され得る場合、大きい利点となるであろう。
一般的に、パルプ成形品、特にそのような薄い製品において強度および表面の均一性を達成することは、困難である。
上記に挙げられた問題の全体の複合体は、添付の主な特許請求項に記載される、本明細書の実施形態にその解決策を見いだせる。
本開示の様々な実施形態は、圧縮および加熱によるパルプ成形に適した型半体の対3、5を含み、型半体の対3、5は、パルプスラリーの適用のための第1型半体5と、整合する第2型半体3とを含み、上記第1型半体5の表面は、エラストマー材料で覆われる。
本開示のさらなる実施形態は、以下を含む。型半体の対において、上記第1型半体5は、吸引パルプ脱水に適した穴開き型半体8である。
型半体の対において、1または複数の金網層7は、パルプ用の吸引脱水面を与えるエラストマー材料6を覆う。
型半体の対において、上記エラストマー材料6は、成形パルプ容器の圧縮中に上記型半体3、5の熱収縮および熱膨張を吸収するように適合される。型半体の対において、上記型半体3、5の本体は、金属で作られる。
前述の項目のうちの1つによる型半体の対において、上記第1型半体5は、雄型半体であり、上記第2型半体3は、上記雄型半体に整合する雌型半体である点で特徴付けられる。
型半体の対において、上記雄型半体5は、内部が中空の真空キャビティ15と、吸引パルプ脱水のために、上記真空キャビティ15と、上記雄型半体の表面との間に吸引効果をもたらす複数の導管経路8、10とを有する。
型半体の対において、上記雄型半体は、エラストマー材料6の下に真空効果を分配する、上記雄型半体の上記本体にトラフ14を有するエラストマー材料6の下に与えられる。
型半体の対において、上記エラストマー材料6は、10mm以上50mm以下の厚さを有する。型半体の対において、上記エラストマー材料6は、約60〜80のショアA硬度を有する。
型半体の対において、上記エラストマー材料6は、型半体の側面の硬度がその底部の硬度とは異なる。
型半体の対において、型半体3、5は、金属の型半体である、および/または型半体3、5の本体は、金属で作られる。
型半体の対において、上記第1型半体5の表面は、エラストマー材料でスプレーコーティングまたは鋳造されることにより覆われる。
型半体の対において、上記型半体は、圧縮および加熱によるパルプ成形に適した金属の型半体3、5であり、パルプスラリーの適用のための第1型半体(5)と、整合する第2型半体3とを含み、上記第1型半体5の金属の表面は、エラストマー材料でスプレーコーティングまたは鋳造される。
型半体の対において、上記雄型半体は、上記エラストマー材料6の下に上記雄型半体の上記本体にトラフ14が与えられ、トラフ14は、上記エラストマー材料6の下に真空効果を分配するために、エラストマー層の小さい脱水穴10および穴8間を連通し、トラフ14の底部において離間された真空キャビティ15に至る。
本開示の実施形態はさらに、本開示の実施形態に明確にされるように、型半体の対と共に使用するための装置を含み、
上記型半体の最初のもの5が、第2型半体3の方への並進移動のための手段に取り付けられるフレーム1と、
互いに係合された上記型半体の対3、5を圧縮および保持するための手段と、パルプスラリー槽16とを備え、並進移動のための上記手段4は、上記パルプスラリー槽16に第1型半体を浸漬し、上記第1型半体を上記第2型半体に対して係合圧縮するように移動させるために適合される点で特徴付けられる。
本開示のさらなる実施形態は、以下を含む。上記第2型半体は、上記第1型半体5を上記第2型半体3に係合圧縮している間に正確な位置合わせを達成すべく、微小な横移動をするように取り付けられる装置。
上記第2型半体は、上記第1型半体5を上記第2型半体3に係合圧縮している間に正確な位置合わせを達成すべく、最大で25mmの微小な横移動をするように取り付けられる装置。
本明細書の実施形態は、添付の図面を参照してより詳細に説明されるであろう。
コンポーネントがどのように相互に作用するかをより明確に示すべく、雄型半体の位置において断面で、本明細書の実施形態による型半体の対を共に使用するための例示的なフレームを示す。 コンポーネントがどのように相互に作用するかをより明確に示すべく、雄型半体の位置において断面で、本明細書の実施形態による型半体の対を共に使用するための例示的なフレームを示す。 コンポーネントがどのように相互に作用するかをより明確に示すべく、雄型半体の位置において断面で、本明細書の実施形態による型半体の対を共に使用するための例示的なフレームを示す。 コンポーネントがどのように相互に作用するかをより明確に示すべく、雄型半体の位置において断面で、本明細書の実施形態による型半体の対を共に使用するための例示的なフレームを示す。 コンポーネントがどのように相互に作用するかをより明確に示すべく、雄型半体の位置において断面で、本明細書の実施形態による型半体の対を共に使用するための例示的なフレームを示す。 コンポーネントがどのように相互に作用するかをより明確に示すべく、雄型半体の位置において断面で、本明細書の実施形態による型半体の対を共に使用するための例示的なフレームを示す。 本明細書の実施形態のうちの例示的な実施形態において、係合された型半体の対を遠近法で示す。 図2に示される雄型半体を通した断面図を示す。 同じ雄型半体を斜視図で示す。 その覆う金網がない図で雄型半体を示す。 その覆う金網がない図で雄型半体を示す。 その覆う金網がない図で雄型半体を示す。 その覆う金網がない図で雄型半体を示す。 その覆う金網がない図で雄型半体を示す。
本明細書の実施形態による装置は、1つの実施形態に示されるように、雌型半体3が取り付けられる固定プラットフォーム2と、その下方に、雄型半体5を保持する可動プラットフォーム12とを保持するフレーム1を含む。図1a、図1bおよび図1fは、成形パルプシェルを形成するために、その型分離位置にある装置を示し、図1c、図1dおよび図1eは、その型圧縮位置にある装置を示す。同一コンポーネントに対する同一参照番号は、図面の全体にわたって使用される。この実施形態の装置は、雄型半体5がスラリー槽16に浸漬された型分離位置において、斜視図で図1aに示される。液体スラリーそれ自体は、図に示されていない。この同一の型分離位置は、図1bの垂直断面で示される。
雄型半体5は、パルプスラリー槽16(25〜30℃で、99.5%の水分および0.5%のパルプ繊維)に浸漬され、吸引システム17は、雄型の内部が中空のキャビティ15に接続され、それにより、パルプスラリーのコーティングは、雄型半体5の表面上へ吸引される。
6つの長いねじ棒4上の同期的にモータ駆動される6つのナットは、スラリー槽16から、図1c、図1dおよび図1eに示される型の圧縮位置において加熱される雌型半体3と圧力係合するように雄型半体5を移動する。
図2は、互いに係合する2つの型半体のみを示す。実施形態において、型半体または型半体の本体の一方または両方は、金属で作られ得る。ずっしりと重いアルミニウムの雌型半体3が、縦断面で示されている一方、雄型半体5は、長さの半分だけが示されている。雄型半体5の表面全体を覆うエラストマー6は、パルプから水を排出している間に、真空吸引の最適な均一な分布のためにトラフ14で覆われる雄型半体5の構造を示すためだけに縦断面で示される。詳細な拡大図のE2は、雄型半体5の内部の真空キャビティ15に至るこれらの真空分配トラフ14および穴8を、それらの底部においてより明確に示す。
図3aは、雄型半体5を断面で示し、図3bは、それを斜視図で示す。図3aおよび図3bにおいて、雄型半体5は完成した状態で示され、すなわちエラストマー層6および金網7で覆われている。上記第1型半体(5)の表面は、実施形態において、エラストマー材料でスプレーコーティングまたは鋳造されることにより覆われ得る。
雄型半体5の実施形態は、中空のアルミニウムで作られ、約30mmの厚さであるエラストマー6でコーティングされる。好ましい実施形態によれば、このエラストマーは、アルミニウムの雄型半体5の上へスプレーされる。エラストマーをアルミニウムの型半体上へ鋳造することも可能である。典型的なエラストマーは、疎水性であるはずであるが、加水分解を受けるべきではない。特にスプレーされるエラストマーに対する有利な硬さは、最適な弾性的性質を与えるべく、ショアA硬度70である。互いに15mmで離間された5mm直径の貫通穴は、エラストマー層を覆い、雄型半体5のアルミニウム本体9において貫通穴8に接続する。雄型半体の内部に、0.8−0.9バール(80−90kPa)の真空が生成される。エラストマー層の上に、金網7が存在する。この場合には、それは100メッシュ(すなわち、インチ当たり100スレッド)であり、おおよそ1mmの厚さである。金網はまた複数層で置かれ得、真空力をより均一に分配することにさらに寄与することとなる。
雌型半体3は、アルミニウムで作られ、この例では、700kgの重さがある。それは、例えば、雌型半体3の材料における穴13に挿入される加熱棒によって、約200℃に加熱される。これは、雌型半体を加熱する最もエネルギー効果の良い方法である。その内面3aは、製品の外面を作り出すこととなる。2つの型半体3および5は、焼結材料を用いて強度を一面に増大させ、熱伝導性を増大させるべく、多孔性のアルミニウムで作られ得る。
図4a−図4eはそれぞれ、側面図、上面図、縦断面図(拡大詳細付き)、端部立面図および透視図(拡大詳細付き)における雄型半体5を示す。これらの図において、雄型半体5は、その覆う金網と共にではなく、そのエラストマー層と共に示される。拡大図のE4eにおいてよく示され得るように、エラストマー面の全体は、表面一面にわたって小さい脱水用の貫通穴10で覆われている。詳細図のE4cにおいて示され得るように、これらの穴10の各々は、雄型半体5のアルミニウム本体におけるトラフ14に至り、そこから穴8を経由して、雄型半体5の内部の真空キャビティ15に至る。穴8は、エラストマー層6におけるより多数の穴10より直径が大きく、それによりパルプを脱水する真空効果を向上させる。雄型半体は、実施形態において、エラストマー材料6の下の雄型半体の本体にトラフ14が与えられる。トラフ14は、エラストマー材料6の下に真空効果を分配するために、エラストマー層の小さい脱水穴10および穴8間を連通し、トラフ14の底部において離間された真空キャビティ15に至る。
雄型半体5は、スラリー槽16に浸漬された後、真空によってスラリーをおおよそ乾燥度20%(水分80%)まで脱水し、雄型半体5は次に、2つの型半体間の間隙が約1mmとなるまで雌型半体3へと押し下げられる。それは、この特定の製品に関して、有害な効果なく約0.8mm以上約1.2mm以下で変動し得る。雌型半体3(約200℃まで予熱した)から熱を吸収することに起因して、アルミニウムの雄型半体5(最初は、約25℃)は、その長さ全体にわたって、おおよそ7−8mm拡張し、これに対応して、その幅(2.5mm)および高さ(1.5mm)において膨張する。これは、エラストマー層6によって補われる。熱い雌型半体3の温度は、次に、圧縮プロセス中に約13℃に降下することとなる。雄型半体および雌型半体の両方における温度は、圧縮プロセス中に上下に変動することとなり、それにより型についての寸法を繰り返し微小に変化させることとなる。従来のパルプ成形プロセスにおいて、これらの寸法の変動は、仕上がった製品に応力およびむら、ことによると破裂さえも引き起こさせるであろう。この特定の例示的な製品において、エラストマー層がなければ、雌型半体の温度は、すなわち、この例において、約195℃以上約204℃以下でかなり正確でなければならない。この正確さは、このタイプの工業プロセスにおいて達成および維持するのは困難である。これらの問題は、比較的小さいパルプ成形品の製造においてさえも直面されており、それらを回避すべく温度の正確な調整を必要とする。例えば、卵のカートンなどの、たいていのパルプ成形品は、数ミリメートルの厚さであり、従ってより多孔性であり、そのような製品が、粗面を有するかどうかで差を生じない。粗面を有する製品は、多くの用途では使用され得ない。大きな製品に関して、寸法の熱膨張/収縮の問題が、大幅に増加することとなる。これまで、これらの問題が、不良品発生率が合理的で、滑らかな表面を有する大きいパルプ成形品を製造することを不可能にしている。
本明細書の実施形態は、不良品が非常に少なく、2つの型半体の温度を正確に監視し、継続的に調整する必要性がない、棺用のシェルを製造すべく開発された。エラストマーが、雄型半体および雌型半体の寸法変動の大部分を吸収するために使用されるので、雄型半体および雌型半体は、温度変動を防止すべく大質量を必要としないので、別のやり方よりもはるかに軽量で薄く作製され得る。例えば、この例では、雌型半体は、約750kgの重さがある。より一定の温度を維持する必要があるとすれば、数トンの質量を有する必要があり、そのような大質量を加熱し熱を維持すべく、より大きなエネルギーを必要としよう。
棺は、合板または木製の厚板で製造するのは高価なものであり、一般的に湾曲した側面を有する。本明細書の実施形態によれば、厚さが約1−2mmのシェルを製造することが可能であり、それは、最大の剛性を与える。この厚さ(1−2mm)より大きい、またはより小さい厚さは、剛性を低下させる。複数層の強度を与えるべく、複数の仕上がったシェルを内部で互いに適合させることも可能である。
これらの問題は、雄型半体の表面をエラストマー材料で覆う、またはコーティングすることにより解決され、エラストマー材料の上へ1つまたは複数の金網がそこで適用される。このエラストマー材料は、圧縮/加熱プロセス中に2つの型半体の変動する寸法を継続的に補う。
本明細書の実施形態によって、プロセスのためにより大きな処理窓が存在する。本明細書の実施形態による設計は、はるかに柔軟である。例えば、湿潤パルプの圧縮および乾燥により、寸法変化を伴いながら、型半体を冷やすこととなる。
本明細書の実施形態のうちの1つの実施形態によれば、エラストマーが、雄型半体の表面上へスプレーされるが、より複雑な鋳造プロセスも可能であり、それによりエラストマーは、雄型半体5上へ鋳造される。
プレス動作中に、いかなる加熱膨張も雄型半体5および雌型半体3間の正確な横位置合わせを妨げないことを確実にすべく、固定された型半体(この場合、雌型半体3)を微小に横方向に移動可能(プラス・マイナス25mm)であるように取り付けることも有利である。本明細書に説明されるように、型半体の対と共に使用するための装置の実施形態において、第2型半体は、第1型半体5を第2型半体3に係合圧縮している間に正確な位置合わせを達成すべく、最大で25mmの微小な横移動をするように取り付けられる。
パルプ成形装置1が機械的なジャッキを備え、圧縮段階のためにより漸増する最終段と組み合わされることも有利である。この最終段はまた、水力ピストンの助力で達成され得る。
(項目1)
パルプスラリーの適用のための第1半体と、整合する第2型半体とを備えた圧縮および加熱によるパルプ成形に適した型半体の対であって、上記第1半型の表面は、エラストマー材料で覆われる点で特徴づけられる、
型半体の対。
(項目2)
上記第1型半体は、吸引パルプ脱水に適した穴開き型半体である点で特徴づけられる、
項目1に記載の型半体の対。
(項目3)
1または複数の金網層は、上記エラストマー材料を覆い、パルプのための吸引脱水面を与える点で特徴づけられる、項目2に記載の型半体の対。
(項目4)
上記エラストマー材料は、成形パルプ容器の圧縮中に上記型半体の熱収縮および熱膨張を吸収するように適合される点で特徴づけられる、
項目1または2に記載の型半体の対。
(項目5)
上記型半体の本体は、金属で作られる点で特徴づけられる、
項目1から4の一項に記載の型半体の対。
(項目6)
上記第1半体は、雄型半体であり、上記第2型半体は、上記雄型半体に整合する雌型半体である点で特徴づけられる、
前述の項目の一項に記載の型半体の対。
(項目7)
上記雄型半体は、内部が中空の真空キャビティと、パルプ吸引脱水のために、上記真空キャビティと、上記雄型半体の表面との間に吸引効果をもたらす複数の導管経路とを有する点で特徴づけられる、
項目6に記載の型半体の対。
(項目8)
上記雄型半体は、上記雄型半体の上記本体にトラフを有する上記エラストマー材料の下に与えられ、上記エラストマー材料の下で真空効果を分配する点で特徴づけられる、
項目7に記載の型半体の対。
(項目9)
上記エラストマー材料は、10mm以上50mm以下の厚さを有する点で特徴づけられる、
前述の項目の一項に記載の型半体の対。
(項目10)
上記エラストマー材料は、約60〜80のショアA硬度を有する点で特徴づけられる、
前述の項目の一項に記載の型半体の対。
(項目11)
上記エラストマー材料は、上記型半体の側面の硬度がその底部の硬度とは異なる点で特徴づけられる、
前述の項目の一項に記載の型半体の対。
(項目12)
上記型半体の最初のものが、第2型半体の方への並進移動のための手段に取り付けられているフレームと、
互いに係合された上記型半体の対を圧縮および保持するための手段と、
パルプスラリー槽とを備え、
並進移動のための上記手段は、上記パルプスラリー槽に第1型半体を浸漬し、上記第1型半体を上記第2型半体に対して係合圧縮するように移動させるために適合される点で特徴づけられる、
項目1から11の一項に記載の型半体の対と共に使用するための装置。
(項目13)
上記第2型半体は、上記第1型半体を上記第2型半体に係合圧縮している間に正確な位置合わせを達成すべく、微小な横移動をするように取り付けられる点で特徴づけられる、
項目12に記載の装置。
(項目14)
上記第2型半体は、上記第1型半体を上記第2型半体に係合圧縮している間に正確な位置合わせを達成すべく、最大で25mmの微小な横移動をするように取り付けられる点で特徴づけられる、
項目13に記載の装置。
(項目15)
上記型半体は、金属の型半体であり、および/または上記型半体の上記本体は、金属で作られる点で特徴づけられる、
前述の項目1から11のいずれか一項に記載の型半体の対。
(項目16)
上記第1半型の上記表面は、エラストマー材料でスプレーコーティングまたは鋳造されることにより覆われる点で特徴づけられる、
前述の項目1から11のいずれか一項に記載の型半体の対。
(項目17)
上記型半体は、圧縮および加熱によるパルプ成形に適した金属の型半体であり、パルプスラリーの適用のための第1半体と、整合する第2型半体とを備え、上記第1半型の上記金属の表面は、エラストマー材料でスプレーコーティングまたは鋳造される点で特徴づけられる、
前述の項目1から11のいずれか一項に記載の型半体の対。
(項目18)
上記雄型半体は、上記エラストマー材料の下において上記雄型半体の上記本体にトラフが与えられ、上記トラフは、上記エラストマー材料の下に真空効果を分配するために、上記エラストマー層の小さい脱水穴と穴との間を連通し、上記トラフの底部において離間された真空キャビティに至る点で特徴づけられる、
項目7に記載の型半体の対。

Claims (13)

  1. パルプスラリーの適用のための第1型半体と、整合する第2型半体とを備えた圧縮および加熱によるパルプ成形に適した金属の型半体の対であって、前記第1型半体の金属の表面は、エラストマー材料でスプレーコーティングまたは鋳造される、
    型半体の対。
  2. 前記第1型半体は、吸引パルプ脱水に適した穴開き型半体である、
    請求項1に記載の型半体の対。
  3. 1または複数の金網層は、パルプのための吸引脱水面を与える前記エラストマー材料を覆う、請求項2に記載の型半体の対。
  4. 前記型半体の対の本体は、金属で作られる、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の型半体の対。
  5. 前記第1型半体は、雄型半体であり、前記第2型半体は、前記雄型半体に整合する雌型半体である、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の型半体の対。
  6. 前記雄型半体は、内部が中空の真空キャビティと、吸引パルプ脱水のために、前記真空キャビティと前記雄型半体の表面との間に吸引効果をもたらす複数の導管経路とを有する、
    請求項5に記載の型半体の対。
  7. 前記雄型半体は、前記エラストマー材料の下において前記雄型半体の本体にトラフが与えられ、前記トラフは、前記エラストマー材料の下で真空効果を分配するために、エラストマー層の脱水穴と前記雄型半体の前記本体の穴との間を連通し、前記トラフの底部において離間された真空キャビティに至る、
    請求項6に記載の型半体の対。
  8. 前記エラストマー材料は、10mm以上50mm以下の厚さを有する、
    請求項1から7のいずれか一項に記載の型半体の対。
  9. 前記エラストマー材料は、60〜80のショアA硬度を有する、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の型半体の対。
  10. 前記エラストマー材料は、前記型半体の側面の硬度がその底部の硬度とは異なる、
    請求項1から9のいずれか一項に記載の型半体の対。
  11. 前記第1型半体が、第2型半体の方への並進移動のための手段に取り付けられるフレームと、
    互いに係合された前記型半体の対を圧縮および保持するための手段と、
    パルプスラリー槽とを備え、
    並進移動のための前記手段は、前記パルプスラリー槽に第1型半体を浸漬し、前記第1型半体を前記第2型半体に対して係合圧縮するように移動させる、
    請求項1から10のいずれか一項に記載の型半体の対と共に使用するための装置。
  12. 前記第2型半体は、前記第1型半体を前記第2型半体に係合圧縮している間に正確な位置合わせを達成すべく、最大で25mmの微小な横移動をするように取り付けられる、
    請求項11に記載の装置。
  13. 前記型半体は、圧縮および加熱によるパルプ成形に適した金属の型半体であり、パルプスラリーの適用のための第1型半体と、整合する第2型半体とを含み、前記第1型半体の前記金属の表面は、エラストマー材料でスプレーコーティングまたは鋳造される、
    前述の請求項1から10のいずれか一項に記載の型半体の対。
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