JPH11254518A - ポリプロピレン系樹脂発泡シートの成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ポリプロピレン系樹脂発泡シートの成形方法に
おいて、熱による変形を無くし、断熱・緩衝性能に優れ
た成形品を実現するための成形方法を提供する。 【解決手段】金型９，１０を４０℃〜１００℃に設定す
る。シート３の表面温度を１６０℃〜２００℃に設定
し、金型９，１０により成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリプロピレン系
樹脂発泡シートを成形金型により成形することにより所
望の成形品を得る成形方法の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来で
は、ポリプロピレン系樹脂発泡シートを原反として連続
した成形作業をする場合に、特に成形温度を制御するこ
とによって成形作業の効率を上げていた。

【０００３】詳しく説明すると、成形前のシートの予備
加熱温度が低すぎると成形を良好に行うことができな
い。一方、予備加熱温度を高く設定すると、生産ライン
において予備加熱に要する時間が長くなって成形サイク
ルが低下すると共に、シートが軟化しすぎて金型の直前
で垂れ下がってしまうという現象（ドローダウン）が起
こり、成形を良好に行うことができない。これらの問題
を避けるためにシートの予備加熱温度を制御し、シート
が固相状態に近い状態で成形することにより、シートの
ドローダウンの問題を解消すると共に、成形サイクルを
上げて効率的に成形品の製造を行うようにしていた（特
開平６−２１８８０５号公報参照）。

【０００４】ところで、かかる方法では、シートが固相
状態に近い状態で成形されることから、成形時にシート
が引き延ばされてシート内部に応力が生じ、成形品とし
て完成した状態で残留応力として残ってしまう。このこ
と自体は、成形品の品質や性能に著しい悪影響を及ぼす
ものではないが、さらなる品質向上という観点から次の
ような改良点が挙げられる。

【０００５】 成形品をレトルト食品用の容器として
使用する場合、これを電子レンジ等で加熱した際、上記
残留応力が弛緩して容器に変形が生じるおそれがある。
この変形は、内容物を変質させる等の不都合はないが、
外観上みばえの悪いものとなってしまう。

【０００６】 成形品は、ポリプロピレン系樹脂発泡
シートを用いたものであるから、内部に気泡構造が形成
されているが、この気泡は、シートが固相状態に近い状
態で成形されることから引き延ばされた状態となる。こ
のことは、成形品の断熱性能や緩衝性能に著しい悪影響
を与えるものではないが、良好な気泡構造を実現するこ
とにより、さらなる性能向上につながる。

【０００７】そこで、この発明の目的は、熱による変形
を確実に抑え、断熱性，緩衝性に優れた成形品を成形す
ることができるポリプロピレン系樹脂発泡シートの成形
方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ため、請求項１に係るポリプロピレン系樹脂発泡シート
の成形方法は、ポリプロピレン系樹脂発泡シートを予備
加熱した後、成形金型により所望の成形品を得るポリプ
ロピレン系樹脂発泡シートの成形方法において、上記成
形金型の温度を予め４０℃〜１００℃に設定しておき、
上記予備加熱によってポリプロピレン系樹脂発泡シート
の表面温度を１６０℃〜２００℃に設定した後に、上記
成形金型により成形することを特徴とするものである。

【０００９】この構成によれば、ポリプロピレン系樹脂
発泡シートの表面温度を１６０℃〜２００℃に設定する
ことにより、シートを溶融状態に近い状態で成形するこ
とができる。しかも、かかる温度範囲では、シートが完
全に溶融状態となっていないから、成形時のドローダウ
ン現象を避けることもできる。加えて、成形金型を４０
℃〜１００℃に設定しておくから、成形時に成形金型に
熱を奪われてシートが急冷されるということがない。す
なわち、成形金型は、通常、熱伝導率の高い金属により
構成されるから、成形時に成形金型の温度を低く設定し
ておくとシートが急冷されてしまうのであるが、予め成
形金型を４０℃〜１００℃に温めておくことにより、こ
れを避けることができる。

【００１０】また、本発明の目的を達成するため、請求
項２に係るポリプロピレン系樹脂発泡シートの成形方法
は、請求項１記載のポリプロピレン系樹脂発泡シートの
成形方法において、上記成形金型による成形時に、熱伝
導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下の介在部材を成形金
型とポリプロピレン系樹脂発泡シートとの間に介在させ
ることを特徴とするものである。

【００１１】この構成によれば、請求項１に係る発明と
同様の作用を奏する。加えて、本請求項に係る発明で
は、成形時に熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下の
介在部材を介在させるから、予備加熱されたシートが成
形時に急冷されるのを一層効果的に防止することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るポリプ
ロピレン系樹脂発泡シートの成形方法を実施するための
成形装置を模式的に示す図である。

【００１３】図１を参照して、この成形装置１は、最終
的な成形品（たとえば、レトルト食品用容器）２を製造
するためのものであって、原材料となるポリプロピレン
系樹脂発泡シート（以下、単に「シート」という。）３
を予め加熱するためのオーブン４と、予備加熱されたシ
ート３を成形するためのプレス機５，６と、成形された
シート７を裁断して製品としての成形品２に仕上げる裁
断機８とを有している。

【００１４】シート３は、長尺のもので予めロール状に
巻回されており、これを原反という。そして、原反から
シート３が順次繰り出され、成形装置１に供給されるよ
うになっている。なお、本実施の形態では、ポリプロピ
レン系樹脂発泡シートを原反として用いたが、これに他
の樹脂フィルム等を積層したものでも良い。

【００１５】プレス機５は、いわゆる雄型の金型９を備
えており、プレス機６は、金型９と係合する雌型の金型
１０を備えている。両プレス機５，６には、金型駆動装
置としてのシリンダ１１がそれぞれ備えられており、こ
のシリンダ１１の伸縮により両金型９，１０の型締め／
型開きが行われるようになっている。

【００１６】また、これら両金型９，１０が型締めされ
た状態では、両金型９，１０間にキャビティが形成さ
れ、シート３は、このキャビティにならっていわゆるマ
ッチモールド成形されるようになっている。さらに、金
型１０には、真空吸引機１３が接続されており、これに
より、真空成形を行い良好なマッチモールド成形が可能
になっている。

【００１７】一方、上記オーブン４には、ヒータ１２が
備えられており、これにより、オーブン４内の温度を制
御できるようになっている。つまり、ヒータ１２の発熱
量を調節することにより、シート３の予備加熱温度（本
実施の形態ではシート３の表面温度）を所望の温度に設
定できるようになっている。

【００１８】このような成形装置１により、シート３
は、次のような工程で成形される。すなわち、原反から
繰り出されたシート３は、まず、オーブン４内に供給さ
れ、予め所定温度に温められる。これは、プレス機５，
６での成形を良好に行うため、シート３を軟化させるも
のである。そして、予備加熱されたシート３は、続いて
プレス機５，６の間に送られ、このプレス機５，６によ
り成形される。その後、裁断機８によって、成形された
シート７が裁断され、最終製品としての成形品２が得ら
れる。

【００１９】本実施の形態の特徴とするところは、上記
予備加熱する工程において、シート３の表面温度を１６
０℃〜２００℃に設定する点、およびプレス機５，６の
金型９，１０を予め４０℃〜１００℃に設定しておく点
にある。

【００２０】なお、ポリプロピレン系樹脂発泡シート
は、内部に気泡が存在することから、予備加熱によって
表面温度と内部温度との間に温度差が生じるが、実験的
には、表面温度を２００℃まで上げた場合でも成形に支
障はない。ポリプロピレン系樹脂としては、ポリプロピ
レン単独重合体，エチレン−プロピレンブロック重合
体，エチレン−プロピレンランダム重合体等が挙げられ
る。また、金型９，１０を温める手段としては、図１に
は図示していないが、金型９，１０に公知のヒータ等を
設置することができる。さらに、図１には図示していな
いが、たとえばオーブン４の出口付近に非接触式の放射
温度計を設置することにより、シート３の表面温度を管
理することができる。

【００２１】図２は、金型９，１０が型開きされた状態
を示す模式図であり、図３は、型締めされた状態を示す
模式図である。

【００２２】これらの図を参照して、本実施の形態によ
れば、金型９，１０間に送られたシート３は（図２参
照）、両金型９，１０により成形されるのであるが（図
３参照）、このとき、シート３の表面温度を１６０℃〜
２００℃に設定しているから、シート３を溶融状態に近
い状態にして成形することができる。

【００２３】これにより、型締め時にシート３が引っ張
られて一時的に応力が生じても、シート３が溶融状態に
近い状態に軟化しているので、その後この応力が弛緩す
る。つまり、成形後のシート７（成形品２）に残留応力
が生じるのを極力なくすことができる。また、型締め時
にシート３が引っ張られて一時的に内部の気泡が引き延
ばされた状態となっても、その後、気泡が球形に近い良
好な状態にもどることができる。

【００２４】また、金型９，１０を４０℃〜１００℃に
設定しているから、成形時にシート３が金型９，１０に
よって急冷されることを防止することができる。すなわ
ち、金型９，１０は、通常、熱伝導率の高いアルミニウ
ム（熱伝導率が３．１８ｋｃａｌ／ｍｈ℃）により構成
されるから、成形時に金型９，１０の温度が低ければ、
シート３が金型９，１０に熱を奪われて急冷されてしま
うが、本実施の形態では、予め金型９，１０を４０℃〜
１００℃に温めているので、シート３が急冷されること
がない。つまり、本実施の形態では、成形の際中にシー
ト３が冷却されて内部が急に固相状態となることを防止
することができる。

【００２５】従って、上述のように、型締め時にシート
３が引っ張られて一時的に応力が生じても、これを十分
に弛緩させることができ、成形後のシート７に残留応力
が生じるのを一層なくすことができると共に、一時的に
引き延ばされた内部の気泡を球形に近い良好な状態に確
実にもどすことができる。

【００２６】加えて、シート３の表面温度を１６０℃〜
２００℃の範囲に設定しているから、シート３が完全に
溶融状態となっておらず、これにより、成形時のシート
３のドローダウン現象を避けることもできる。

【００２７】なお、実験的に、金型９，１０を４０℃未
満に設定すると、成形時にシート３が金型９，１０によ
って急冷されてしまい、上述のような良好な成形ができ
ず、また、１００℃より高く設定すると、成形後にシー
ト３が冷却されずに良好な離型ができなくなるという不
都合が生じ易くなる。また、シート３の表面温度が１７
０℃〜１９０℃の範囲である場合に最も良好な成形作業
ができることから、シート３の表面温度をかかる温度範
囲に設定するのが好ましい。

【００２８】以上のように、本実施の形態によれば、成
形品２をレトルト食品用の容器として使用し、これを電
子レンジ等で加熱した場合であっても、従来のように残
留応力が弛緩することによって容器が変形してしまうと
いう不都合をなくすことができる。

【００２９】また、シート３の急冷を防止して成形する
ことができるので、成形時にシート３が無理に引き延ば
されて内部の気泡構造が破損を受けるということがな
い。これにより、成形品２の断熱性能や緩衝性能が損な
われることがなく、従来のものにくらべて品質，性能を
一層向上させることができるという利点がある。

【００３０】加えて、シート３を溶融状態に近い状態で
成形するから、キャビティ内の隙間寸法をシート３の厚
み寸法の４０パーセント〜１００パーセントの範囲で任
意に設定した場合であっても、きわめて高精度に成形品
の仕上寸法を実現することができる。

【００３１】次に、本実施の形態の変形例について説明
する。上記実施の形態では、金型９，１０をすべて金属
で構成したが、本変形例では、雄型の金型９の凸部２０
を合成樹脂で形成する。本変形例では、合成樹脂とし
て、フィラー入りのウレタン系合成樹脂を採用してい
る。この合成樹脂は、耐熱性に優れ、かつ熱伝導率が
０．１２ｋｃａｌ／ｍｈ℃であり、アルミニウム等の金
属材料にくらべて熱伝導性の低い材料である。

【００３２】本変形例では、金型９の凸部２０に熱伝導
性の低い材料を使用することによって、金型９との間に
熱伝導性の低い部材を介在させた状態でシート３を成形
することになる。これにより、予備加熱されたシート３
が成形の際中に急冷されるのを一層効果的に防止するこ
とができる。その結果、成形時にシート３が引っ張られ
ても、成形後のシート７に残留応力が生じるのを一層な
くすことができると共に、シート３内部の気泡構造の破
損を一層効果的になくすことができるという利点があ
る。

【００３３】なお、本変形例では、凸部２０に使用する
合成樹脂として熱伝導率が０．１２ｋｃａｌ／ｍｈ℃で
あるフィラー入りのウレタン系合成樹脂を採用したが、
熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以下のものであれば
シート３の急冷を避けることができるので、他の材料で
も良い。加えて、熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃以
下のものであれば熱伝導率が低いものほど好ましいが、
現状では、一般的に入手できる最も熱伝導率の低い材料
としては、０．０８ｋｃａｌ／ｍｈ℃のものである。こ
のような熱伝導率を有する材料としては、たとえばグラ
スファイバ等が挙げられる。

【００３４】また、本変形例では、雄型の金型９側に合
成樹脂を使用したが、雌型の金型１０側に合成樹脂を使
用することもできる。要するに、シート３の成形の際
に、熱伝導性の低い材料を介在させれば良い。

【００３５】以下に、本発明の実施の形態に係る成形方
法により成形した成形品について、加熱変形の程度等を
従来の成形方法で成形したものと比較し、これについて
考察を行う。比較データは、図５に示し、本発明の実施
の形態に係る成形方法により成形した成形品は実施例１
〜３に、従来の成形方法で成形した成形品は比較例とし
て示す。

【００３６】(1) 供試原反，供試成形品 供試原反は、ポリプロピレン系樹脂発泡シートであり、
厚さが１．５ｍｍ，密度０．２ｇ／ｃｍ³ である。ま
た、供試成形品としては、ポリプロピレン系樹脂発泡シ
ートを用いて成形したレトルト食品用容器である。供試
成形品の設計形状，設計寸法は図４に示す通りであり、
抜き寸Ｗが１１４×１１４ｍｍ，容器内径が１００ｍ
ｍ，深さが４０ｍｍ（全高Ｈが４２ｍｍ），側壁肉厚寸
法、すなわち金型のキャビティのクリアランスが１．０
ｍｍである。

【００３７】(2) 実験条件 共通条件 成形装置としては、図１に示すものを使用し、金型によ
るマッチモールド真空成形を行う。

【００３８】 比較例 予備加熱は、オーブンにより、１８０℃雰囲気中で３０
秒間加熱する。金型温度は、３０℃に設定する。

【００３９】 実施例１ 予備加熱は、オーブンにより、１８０℃雰囲気中で４５
秒間加熱する。金型温度は、４０℃に設定する。

【００４０】 実施例２ 予備加熱は、オーブンにより、１８０℃雰囲気中で４５
秒間加熱する。金型温度は、６０℃に設定する。

【００４１】 実施例３ 予備加熱は、オーブンにより、１８０℃雰囲気中で４５
秒間加熱する。金型温度は、６０℃に設定する。金型と
ポリプロピレン系樹脂発泡シートとの間に、熱伝導率が
０．１２ｋｃａｌ／ｍｈ℃であるフィラー入りのウレタ
ン系合成樹脂を介在させた状態で成形する。

【００４２】(3) 検査項目 加熱変形 各供試成形品を温度が１３５℃の雰囲気中に２０分間放
置し、常温雰囲気中で自然冷却する。このとき、図４に
おいてＷ（１１４×１１４）の寸法を基準として加熱変
形（収縮率）を計測する。加熱変形は、（加熱前寸法−
加熱後寸法）×加熱前寸法×１００（％）として定義す
る。

【００４３】 加圧加熱処理による表面状態の変化 各供試成形品を温度が１２５℃，圧力が０．２５ＭＰａ
の過熱蒸気雰囲気中に３０分間放置した後の各供試成形
品の表面状態を観察する。図５では、表面状態が全く変
化しない場合は〇印，部分的に表面荒れが発生した場合
は△印，全体的に表面荒れが発生した場合は×印を記し
ている。

【００４４】 気泡構造 各供試成形品を切断し、その断面に現れる気泡の形状を
観察する。

【００４５】 容器側壁厚み 各供試成形品を切断し、その断面の厚み寸法を計測す
る。

【００４６】 成形時のシート温度 金型により成形する直前のポリプロピレン系樹脂発泡シ
ートの表面温度を計測する。

【００４７】(3) 結果と考察 以上の条件の下に成形を行い、供試成形品の加熱変形の
程度等の結果を図５に示す。図５から明らかなように、
予備加熱を十分に行わない場合（比較例）には、容器厚
み寸法は、設計寸法が１．０ｍｍであるにもかかわらず
仕上寸法が１．３ｍｍと厚くなっている。これに対し
て、実施例では、１．０〜１．１ｍｍであり、きわめて
精度の高い仕上寸法となっている。

【００４８】気泡構造については、比較例では、気泡が
引き延ばされた伸張型であるが、実施例２，実施例３で
は、良好な気泡構造となっている。また、実施例１で
は、気泡が伸張型と球形型とが混在しているが、比較例
では伸張型のみであるのに比べて明らかに改善されてい
る。

【００４９】加熱変形の程度については、比較例が１．
２１％であるのに対して実施例２，実施例３では、０．
６５％，０．６１％であり、加熱変形に関して著しい改
善がなされている。また、実施例１では、加熱変形が
０．９４％であるが、比較例に比べて明らかに改善され
ている。

【００５０】表面状態の変化については、比較例が全体
的に表面荒れが目立つのに対して、実施例２，実施例３
では、表面状態が全く変化しておらず、表面荒れに関し
て著しい改善がなされている。また、実施例１では、部
分的に表面荒れが発生しているものの、比較例に比べて
明らかに改善されている。

【００５１】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、ポリプロ
ピレン系樹脂発泡シートを成形時の急冷を防止して溶融
状態に近い状態で成形することができるから、成形後の
成形品に残留応力が生じるのを極力なくすことができ
る。これにより、成形品をレトルト食品用の容器として
使用し、これを電子レンジ等で加熱した場合であって
も、上記残留応力の弛緩による容器の変形を極力抑える
ことができ、実用上、熱による変形をなくすことができ
るという効果がある。

【００５２】また、ポリプロピレン系樹脂発泡シートの
急冷を防止して成形することができるので、成形時にポ
リプロピレン系樹脂発泡シートが無理に引き延ばされる
ことがなく、内部の気泡構造が破損を受けることがな
い。これにより、成形品の断熱性能や緩衝性能が損なわ
れることがなく、従来のものにくらべて品質，性能を一
層向上させることができるという効果もある。

【００５３】請求項２に係る発明によれば、請求項１に
係る発明と同様の効果を奏する。加えて、本請求項に係
る発明では、成形時にポリプロピレン系樹脂発泡シート
の冷却を極力抑えることができるから、内部の気泡構造
の破損を一層抑えることができ、その結果、従来の成形
品にくらべて品質，性能をなお一層向上させることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るポリプロピレン系樹
脂発泡シートの成形方法を実施するための成形装置を模
式的に示す図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る成形装置の金型が型
開きされた状態を示す模式図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る成形装置の金型が肩
締めされた状態を示す模式図である。

【図４】比較試験の供試成形品の形状を示す図であり、
(a) 図は平面図，(b) 図は正面図である。

【図５】比較試験の結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 装置 ２ 成形品 ３ シート ４ オーブン ５，６ プレス機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリプロピレン系樹脂発泡シートを予備加
   熱した後、成形金型により所望の成形品を得るポリプロ
   ピレン系樹脂発泡シートの成形方法において、 上記成形金型の温度を予め４０℃〜１００℃に設定して
   おき、上記予備加熱によってポリプロピレン系樹脂発泡
   シートの表面温度を１６０℃〜２００℃に設定した後
   に、上記金型により成形することを特徴とするポリプロ
   ピレン系樹脂発泡シートの成形方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のポリプロピレン系樹脂発泡
   シートの成形方法において、 上記成形金型による成形時に、熱伝導率が０．５ｋｃａ
   ｌ／ｍｈ℃以下の介在部材を成形金型とポリプロピレン
   系樹脂発泡シートとの間に介在させることを特徴とする
   ポリプロピレン系樹脂発泡シートの成形方法。