JPS5837886B2 - プラスチック薄肉成形品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラスチックシ一トから一般に容器状の薄肉成
形品を製造する方法及びその装置に関するものである。

更に詳しくは、プラスチックシ一トから、圧空成形法で
薄肉成形品を成形する際に、加熱した圧縮空気を利用す
ることによって、その成形品の熱時保形性を改良した薄
肉戒形品の製造方法及びその装置に関するものである。

本発明の目的とするところは、一般のプラスチックシ一
トからレトルト食品容器用などの耐熱性を要求される用
途に使用可能な程度に熱時保形性に優れ、しかも型忠実
度の良好な容器状の薄肉成形品を製造する簡単で有利な
方法及び装置を提供することにある。

プラスチックシ一トから容器状の薄肉成形品を製造する
熱成形法として、圧空加熱成形法が良く知られている。

圧空加熱成形法には雌型内へ成形するストレート圧空成
形法、雄型表面へ成形するドレープ圧空成形法、あるい
はプラグを補助に用いるプラグアシスト圧空成形法など
があり、いずれもプラスチックシ一トの熱或形に広く使
用されている。

これらの圧空成形法では戒形型上に供給された予熱シー
トの上へ加熱しない圧縮空気を導入して成形型表面へシ
ートを成形しながら同時に冷却も行なう。

従って、成珍品の型忠実度が良く、成形サイクルも短か
いという長所を持っている。

しかしながら、ポリプロピレンなどの結晶性プラスチッ
クシ一トを融点以下の温度に加熱して、上述のような圧
空成形法によって成形品を製造すると、成形品の透明性
、剛性などは優れているが、成形品の熱時保形性が悪く
、樹脂の融点より遥かに低い温度への加熱で大きな変形
を生じるという欠点を持っている。

このような圧空成形品の耐熱性を向上させる方法として
、形状を付与された成形品を成形型内に固定したまま、
高温に加熱して形状を熱固定することが行われるが、こ
の方法では当然のことながら成形品の生産速度が遅くな
り、経済性の点で極めて不利になる。

成形品の熱時保形性を向上させるために、たとえばポリ
プロピレンシ一トなどを融点以上の温度に加熱して熱成
形すると成形品の熱時保形性は向上するが透明性、剛性
等が低下する。

プラスチックシ一トの熱成形品でより耐熱性の優れた製
品を得る為には、材質の改良、耐熱性樹脂を使用する等
の手段も考えられるが、高価な材料の使用は経済性の点
で更に不利になる。

本発明者らは、生産速度を大幅に落とすことなく、また
成形品の品質を低下させることなく、シかもレトルト食
品容器等に向く耐熱性の優れた薄肉成形品を得る方法を
種々検討した結果、圧空或形品の熱時保形性はシートを
成形型表面へ賦形する際の圧縮空気の温度に依存すると
の知見を得、更に研究を進めて本発明を完成させるに至
ったものである。

本発明は、予熱したプラスチックシ一トを成形型上に供
給し、このシートの上へ圧縮空気を導入してシートを成
形型表面へ成形するプラスチック薄肉威形品の熱或形法
において、まず加熱した圧縮空気をシート上へ導入して
シートを成形型表面へ成形し、次いで加熱しない圧縮空
気を導入して成形されたシートを冷却することを特徴と
している。

本発明において、熱成形法はストレート圧空成形法、ド
レープ圧空成形法、プラグを補助に用いる圧空成形法等
であり、浅絞りの薄肉成形品を得る為にはストレート圧
空或形法又はドレープ圧空成形法が好ましく、深絞りの
薄肉成形品を得る為にはプラグを補助に用いる圧空成形
法が好ましい。

成形品の熱時保形性を向上させる為には、加熱した圧縮
空気によって成形する際、加熱した成形型を使用し、プ
ラグアシスト圧空成形の場合、プラグを加熱しておくこ
とが好ましい。

成形型を加熱しなくても、加熱した圧縮空気の使用のみ
によって、成形品の熱時保形性を改善することができる
が、成形型を加熱することによって、更に耐熱性を向上
させることができる。

本発明に使用するプラスチック薄肉成形品の製造装置は
、成形型及びこれと対をなし、圧空供給口を有する補助
型とを備えたプラスチックシ一トの熱戒形装置であって
、コンプレッサー又は圧縮空気容器から空気加熱炉を通
して補助型に接続された圧空供給路とコンプレッサー又
は圧縮空気容器から空気加熱炉を通さずに補助型に接続
された圧空供給路を具備することを特徴としている。

以下、図面に従って本発明の一例を詳しく説明する。

第１図は、本発明に使用する熱成形装置の一例を示すも
ので、下の成形型部分１と上の補助型部分２とから成っ
ている。

下の或形型部分１では、予熱されたシ一ト３を成形する
為の成形型４が型台５の上に固定されており、成形型４
の底部にはエアシリンダー６によって作動するノックア
ウト機構７が設置されている。

また、コンプレッサー８の圧縮空気は電磁弁９、圧空供
給路１０を通して多数の空気孔１１から成形型４の内部
へ導入される。

成形型４には加熱の為のヒークー１２が内蔵されている
。

補助型部分２は、補助型１３とプラグ１４で構成されて
おり、ヒーター１５を内蔵したプラグ１４はその上部の
エアシリンダー１６によって作動する。

成形ボックス１７内には、コンプレッサー８から圧縮空
気が圧空供給路１８を通り、電磁弁１９を経てヒーター
２０を内蔵する空気加熱炉２１内に入って加熱された後
、耐熱電磁弁２２を経て圧空供給口２３から導入され、
シ一ト３を成形する作用をする。

同様に、コンプレッサー８からの圧縮空気はもう一つの
圧空供給路２４を通り、電磁弁２５を経て圧空供給口２
３から成形ボックス１７内に導入され、成形品を冷却す
る。

シ一ト３は戒形の際チャック２６で両端を固定されてい
る。

成形は以下のように行なう。

初めに成形型４と補助型１３との間に両端を移動式のチ
ャック２６で固定した予熱シ一ト３を供給し、このシ一
ト３を上下の型で強くクランプする。

まずエアシリンダー１６の力でヒーター１５で加熱した
プラグ１４をシート３の上から成形型４内へ挿入する。

次いで、圧空供給路１８の電磁弁１９と耐熱電磁弁２２
を開いて、空気加熱炉２１内でヒーター２０より加熱し
た圧縮空気を圧空供給口２３から成形ボックス１７内へ
導入して、加熱ヒーター１２により加温された成形型４
の表面へシ一ト３を成形する。

次いで、もう一つの圧空供給路２４の電磁弁２５を開い
て、成形ボックス１７内に冷却用の圧縮空気を導入し、
さらに電磁弁９を開いて、成形型４の底部の多数の空気
孔１１から圧縮空気を入れて、成形品を冷却する。

本発明のプラスチック薄肉成形品の製造方法及びその装
置は、熱可塑性樹脂シート、特にポリプロピレン、ポリ
エチレン、ポリエステル等の結晶性プラスチックのシー
ト及びその複合フイルムの成形に適しており、特に結晶
性プラスチックシ一トの融点以下の温度における固相圧
空成形に好ましい。

ポリプロピレン等の結晶性プラスチックシ一トを融点以
下の温度に加熱して圧空成形する、いわゆる固相圧空成
形法は成形品の透明性及び剛性を大幅に改善できる為、
近年実用化されるに至った。

しかしながら、従来の固相圧空成形法で製造した、例え
ばポリプロピレンの成形品は融点より遥かに低い１００
℃程度に加熱するだけで収縮変形を生じ、樹脂の特長が
必ずしも生かされていない。

ところが、ポリプロピレンシ一トの固相圧空成形を本発
明の方法で実施すると、成形品め透明性を維持したまま
、熱時保形性が著しく向上し、同時に成形品の腰の強さ
にも向上が見られる。

ポリプロピレンシ一トの成形においては、予熱シートの
温度が１３０℃乃至１５５℃であり、成形型の温度が４
０’Ｃ乃至１３０℃であり、加熱した圧縮空気の温度が
１２０℃乃至１７０℃であることが好ましい。

プラグアシスト圧空成形の場合には、上の条件の他にプ
ラグの温度を１３０°Ｃ乃至１４０℃に保つのが好まし
い。

成形型を加熱しなくても、加熱した圧縮空気を用いるこ
とによって熱保形性の向上したポリプロピレン透明成形
品を製造することができるが、成形型を適度に加熱する
ことによって、更に成形品の熱保形性が向上する。

加熱した圧縮空気の温度が低すぎると成形品の耐熱性が
向上せず、加熱した圧縮空気の温度が高かすぎると、透
明性の低下、成形品の破れなどの成形不良を生じる。

成形型の温度が高かすぎると、冷却用の圧縮空気を導入
しても、成形品の型内における冷却が不十分になり、除
圧後に成形収縮が生じて型から取り出した成形品の型忠
実度が悪くなる。

ポリエチレンテレフタレート樹脂は融点の高い結晶性ポ
リエステルであり、その二軸延伸フイルムは優れた強度
及び耐熱性を有している為、広く使用されている。

ところが、このポリエステルの無延伸シートの圧空成形
品は一般に非結晶性であり、優れた透明性を有している
が，７０℃程度に加熱すると大きな収縮変形を生じる。

このポリエステルの耐熱性を高めようとして、圧空成形
の際のシート予熱時間を長くして、シートの結晶化を進
めた後に圧縮空気を導入して成形を行なうと、成形品の
型忠実度が低下する。

また、幸い型忠実度の良好な成形品が得られても、この
成形品を１００℃程度に加熱すると大きな収縮変形を生
じる。

ところが、ポリエチレンテレフタレート樹脂シート、ポ
リブチレンテレフタレート樹脂シート等の圧空成形を本
発明の方法で実施すると、型忠実度の極めて良好な成形
品が製造でき、しかも成形品の熱時保形性は２００℃ま
で向上し、さらに腰の強さも良好で、内容物が見える程
度の半透明の成形品を得ることができる。

ポリエチレンテレフタレート樹脂シート又はポリブチレ
ンテレフタレート樹脂シートの成形においては、予熱シ
ートの温度が１２０℃乃至２００℃であり、成形型の温
度が１００℃乃至１８０８Ｃであり、加熱した圧縮空気
の温度が１２０乃至２００℃であることが好ましく、プ
ラグアシスト圧空成形の場合にはプラグの温度を１３０
℃乃至１８０℃に設定しておくことが好ましい。

これらのポリエステル樹脂の成形用シートは溶融押出法
で製造された０． ２ ｍｍ乃至０． ６ ｍｍ厚の非
結晶シートあるいは低結晶性シートが好ましく、成形機
でシートを予熱し、さらに加熱した圧縮空気によって成
形する過程でシートの結晶化が進み、成形品の耐熱性が
向上する。

成形の際、加熱した圧縮空気の導入時間はシートの厚み
に依存するが０．５秒乃至５．０秒程度が好ましい。

冷却用の圧縮空気の導入時間もシートの厚みに依存する
が、１．０秒乃至１０秒が好ましい。

加熱した圧縮空気の圧力は１．０ｋ／誠乃至６． Ｏ
ｋｇＡが好ましい。

以上、本発明を結晶性ポリプロピレンシ一ト及び熱可塑
性ポリエステル樹脂シートについて実施した場合の効果
を詳しく述べたが、本発明の原理は次のように考えるこ
とができる。

即ち、プラスチックシ一トを予熱して圧空成形すると、
このシートは成形型の表面に沿って賦形されるが、この
成形品の熱時保形性は成形型表面に賦形される瞬間にお
けるシート温度に強く依存する。

成形型表面に賦形される瞬間におけるシート温度より高
い温度で成形品を熱処理すると、成形品は型表面へ賦形
される以前の形状へ戻る傾向を示し、成形品の収縮が生
じる。

このように成形品が成形の過程の各温度で経験した力学
的変形を記憶し、再加熱の際にその記憶を形状変形とし
て回復しようとする傾向は一般のプラスチックシ一トが
持っているが、特に結晶性プラスチックシ一トの固相圧
空成形でこの傾向が顕著に表われる。

従来の加熱しない圧縮空気のみを用いる圧空成形法で耐
熱性の高い戒形品を得る為に、予熱シートの温度を高く
する方法が考えられるが、予熱シートの温度を可能な限
り高くても、圧縮空気を導入して、成形型表面にシート
を賦形する瞬間にはシート温度が下がってしまっており
、耐熱性の向上は僅かである。

また予熱シートの温度を高くすると、たとえばポリプロ
ピレンなどの結晶性プラスチックシ一トでは、球晶の成
長が進んで成形品の透明性が低下するし、ポリエステル
では結晶化、更には熱分解が進んで脆くなるという欠点
が現われる。

本発明の方法の原理は、成形型表面に賦形される前後の
短かい時間におけるシート温度を高く保つことによって
成形品の耐熱性を高く保たせるところにある。

予熱シートの温度と加熱した圧縮空気の温度をほぼ等し
く保つことによって、たとえばポリプロピレン成形品で
透明性と耐熱性とを両立させることが可能となる。

その他、賦形の後まで、成形品が高温に保持されるため
、ポリプロピレン成形品は透明性を維持したまま結晶化
が進み、剛性も向上する。

戒形品の高温賦形が終了した後、冷却用の圧縮空気が戒
形型内部へ導入され、成形品は速やかに冷却される。

本発明の方法では、或形及び冷却に要する圧空加圧時間
は１．５秒乃至１５秒程度である。

従来、提案されているポリエステル耐熱成形品の製造法
では、成形後に成形型内で２分乃至１０分程度の高温熱
処理が必要であったが、本発明によって成形時間の大幅
な短縮が可能となった。

本発明のプラスチック薄肉成形品の製造装置において、
シート予熱用のヒーターは輻射加熱方式、接触熱盤方式
、温風循環方式などであり、特に限定しない。

空気加熱炉の加熱方式は特に限定しないが、コンプレッ
サーまたは圧縮空気容器との間及び補助型との間にそれ
ぞれ電磁開閉弁を設置し、加熱炉内の空気の温度のみで
なく、圧力も独立に調節出来ることが好ましい。

補助型の圧空供給口は加熱圧空用と冷却圧空用と別々の
位置でも良く、必ずしも圧空供給口を共通にする必要は
ない。

また圧縮空気の供給源であるコンプレッサーまたは圧縮
空気容器も、加熱圧空用と冷却圧空用とで必ずしも共通
の設備を使用する必要はない。

冷却用の圧縮空気の導入は補助型側からだけ方も良いが
、加熱した戒形型を使用する場合、補助的に成形型の空
気孔からも冷却用の圧縮空気を導入するのが望ましい。

以下に本発明を実施例によって更に詳しく示す。

実施例 １ 成形面積３００Ｘ２５０ｍｍの真空圧空成形機を用いて
、口径９０ｍｍ、成形深さ５３關のコップ状丸型容器を
本発明の方法及び装置で或形した。

成形装置は第１図に示したものであり、成形型、補助型
及びプラグは鉄製であり、成形型内面及びプラグの表面
はクロームメッキ鏡面仕上げにした。

加熱圧空供給用の空気加熱炉の内容積は３０００就でア
リ、ニクロム線ヒーターによって加熱した炉内の温度は
電圧で調節した。

加熱圧空の供給路は断熱材で保温し、熱放散を防いだ。

成形型及びプラグの温度は内蔵のヒーターの電圧で調節
した。

厚さ０． ７ ｍｍのポリプロピレン押出シ一ト（住友
ベークライト株式会社製スミライトＮＳ−７４５０）を
用いて、本発明の方法により成形を行なった。

補助型と成形型との間にセットしたシートを上方から赤
外線ヒーターで約１５０℃に予熱した後、ヒーターをシ
ート上から移動させ、次に予熱シートを成形型と補助型
でクランプし、まず１３５゜Ｃに加熱したプラグを成形
型内へ第１図のように挿入し、次いで電磁弁１９及び耐
熱電磁弁２２を開いて、５ｋｉｉの圧力で約１６０℃に
加熱した圧縮空気を補助型内へ３秒間導入し、次いで電
磁弁２５を開いて冷却用の５ ｋｙ／ｉの圧力の圧縮空
気を５秒間導入し、成形品を冷却した。

上記の成形方法で、成形型を４０℃に保った場合と１２
５℃に保った場合について、成形品の熱時保形性、透明
性及び剛性を調べた。

比較の為、第１図の装置で、同一のポリプロピレンシ一
トを約１５０℃に予熱した後、１３５°Ｃに加熱したプ
ラグを成形型内に挿入し、次いで加熱しない５睦〆帰の
圧力の圧縮空気を５秒間導入ヰ＊して作った成形品の熱
時保形性、透明性及び剛性を調べた。

第１表には本発明の方法による成形品及び比較成形品の
熱時保形性、透明性及び剛性を示す。

熱時保形性は、成形品を１１０℃、１２０℃及び１３０
℃の各温度に保った恒温槽内に１０分間入れて、この熱
処理による成形深さの収縮量によって評価した。

透明性及び剛性は外観及び触感によって評価した。

戒形品の型忠実度はいずれも良好であった。

尚成形深さの収縮量（Ａｌ）は次式で求めた。

Ａｌ＝ｌｏ−ｌ （ｍｍ） 但し、ｌＯ・・・・・・・・・熱処理前の成形深さ、ｌ
・・・・・・・・・熱処理後の成形深さ、第１表で明
らかなように、従来のプラグアシスト圧空或形法で成形
したものに比べ、本発明の方法で得た成形品では熱時保
形性が明らかに向上しており、しかも透明性を維時し、
かつ剛性にも向上が見られる。

実施例 ２ 実施例１と同一の成形機で、本発明の方法及び装置によ
り熱可塑性ポリエステルシ一トの成形を行なった。

成形装置は第１図に示したものであり、戒形品は口径９
０關、成形深さ５３關のコップ状丸型容器である。

厚さ０．３５ｍｍのポリエチレンテレフタレート樹脂押
出シー１−（ＡＫＺＯ社製アーナイＩ−ＡＯ４１２０樹
脂）を用いて、本発明の方法により成形を行なった。

シートを赤外線ヒーターで約１５０℃に予熱した後、１
６０′Ｃに加熱したプラグを成形型内へ第１図のように
挿入し、次いで５ ｋｙ／ｉの圧力で約１７０℃に加熱
した圧縮空気を補助型内へ５秒間導入して１２０℃に加
熱した成形型表面へ賦形し、次いで冷却のため、５ ｋ
ｇ／ｃｒｔｔの圧縮空気を５秒間導入すると共に、成形
型の下方からも冷却用の２ｋｉｄの圧力の圧縮空気を５
秒間入れて、成形品を冷却した。

上記の成形法で得た成形品の熱時保形性、型忠実度及び
剛性を調べた。

比較のため、第１図の装置で同じポリエチレンテレフク
レート樹脂シートを約１５０℃に予熱した後、１６０℃
に加熱したプラグを成形型内へ挿入し、次いで加熱しな
い５ ｋｙ／ｉの圧力の圧縮空気を５秒間導入して、成
形を行なった。

従来のプラグアシスト圧空成形法で作ったこの成形品で
も熱時保形性、型忠実度及び剛性を調べた。

第２表には、本発明の方法による成形品及び比較成形品
の熱時保形性、型忠実度及び剛性を示す。

熱時保形性は実施例１と同様に７０゜Ｃ〜２１０℃の範
囲で一定温度に保った恒温槽内に１０分間入れて、この
熱処理による成形深さの収縮量（１１１３）で評価した
。

第２表で明らかなように、従来のプラグアシスト圧空戒
形法で成形したものに比べ、本発明の方法で作った成形
品では熱保形性が大幅に向上しており、しかも型忠実度
に優れ、剛性も良好である。

実施例 ３ 実施例１と同一の成形機で、本発明の方法及び装置によ
り、ポリブチレンテレフタレート樹脂シートのストレー
ト圧空成形を行なった。

成形装置は第１図に示すようなものであるが、プラグは
使用しなかった。

成形には、口径９０關、深さ２０關の丸型浅絞り成形品
用の凹状金型を使用した。

厚さ０．２ｍｍのポリブチレンテレフタレート樹脂押出
シ一ト（三井石油化学■製ＰＢＴ樹脂）を使用して、本
発明の方法によりストレート圧空成形を行なった。

シートを赤外加熱ヒーターで約１５０℃に予熱した後、
３ｋＶ一の圧力で約１７０℃の圧縮空気を補助型内へ５
秒間導入して、１１０℃に加熱した成形型表面へ賦形し
、次いで冷却のため３ｋν侃の圧縮空気を５秒間導入し
て、成形品を冷却した。

上記の成形法で得た成形品は型忠実度及び剛性が良く、
又、透明性も比較的良好であった。

熱時保形性を調べた結果、１８０℃の恒温槽内で１ｏ分
間熱処理した後でも、成形深さの収縮量ＣＡＩ）は僅か
に０．４山であった。

比較のため、同じ成形型を使用して、従来のストレート
圧空成形法で３ｋν侃の圧力の圧縮空気を５秒間導入し
て成形した成形品では熱時保形性が悪く、７０℃、１０
分間の熱処理で成形深さの収縮量Ｃ＃ｌ）は１．５關に
達した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いる装置の断面図の一例であ
る。 図中、１は成形型部分、２は補助型部分、３はシート、
４は成形型、５は型台、６及び１６はエアシリンダー、
７はノックアウト機構、８はコンプレッサー、９、１９
及び２５は電磁弁、１０、１８及び２４は圧空供給路、
１１は空気孔、１２、１５及び２０はヒーター、１３は
補助型、１４はプラグ、１７は成形ボックス、２１は空
気加熱炉、２２は耐熱電磁弁、２３は圧空供給口、２６
はシートのチャックを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶性プラスチックシ一トをその樹脂の融点以下の
   温度に予熱し、該シートを加熱した成形型上ヘセットし
   、該シートの上へ圧縮空気を導入して該シートを該成形
   型表面へ成形するプラスチックシ一トの熱或形法であっ
   て、該予熱シートの上から、まず加熱したプラグを加熱
   した成形型内へ挿入し、次いで加熱した圧縮空気を導入
   し、最後に加熱しない圧縮空気を導入することを特徴と
   するプラスチック薄肉成形品の製造方法。 ２ プラスチックシ一トが結晶性ポリプロピレンシ一ト
   であり予熱したシートの温度が１３０℃乃至１５５゜Ｃ
   であり、成形型の温度が４０’Ｃ乃至１３０℃であり、
   加熱した圧縮空気の温度が１２０℃乃至１７０℃であり
   、プラグの温度が１３０゜Ｃ乃至１４０℃である特許請
   求の範囲第１項記載のプラスチック薄肉成形品の製造方
   法。 ３ プラスチックシ一トがポリエチレンテレフタレート
   樹脂シ・一ト又はポリブチレンテレフタレート樹脂シー
   トであり、予熱したシートの温度が１２０゜Ｃ乃至２０
   ０°Ｃであり、成形型の温度が１００’Ｃ乃至１８０℃
   であり、加熱した圧縮空気の温度が１２０℃乃至２００
   ℃であり、プラグの温度が１３０℃乃至１８０℃である
   特許請求の範囲第１項記載のプラスチック薄肉成形品の
   製造方法。