WO2012008601A1

WO2012008601A1 - 中空成形品の製造方法及び装置

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Publication number: WO2012008601A1
Application number: PCT/JP2011/066316
Authority: WO
Inventors: 治昌畠山
Original assignee: 株式会社平和化学工業所
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2012-01-19
Also published as: EP2594383B1; CN102958660B; KR101408413B1; ES2616962T3; EP2594383A4; JP5694698B2; KR20130021402A; JP2012020539A; EP2594383A1; CN102958660A; US20130075960A1

Abstract

　均一な厚さの極めて薄い中空成形品を容易に効率的に安定して製造することができる中空成形品の製造方法及び装置を提供すること。　二つ以上に分割が可能な金型の内部に、該金型の口部から挿入した噴霧治具から、前記金型に対し電位差を有する液状の樹脂を噴霧して樹脂層を形成する噴霧ステップ、前記樹脂層を固化する固化ステップ、前記噴霧治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記噴霧治具に保持したまま前記金型から離型する離型ステップ、及び、前記噴霧治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外しステップからなることを特徴とする中空成形品の製造方法。

Description

中空成形品の製造方法及び装置

　本発明は、静電塗装の原理で成形材料を金型内部に噴霧して製造する中空成形品の製造方法及び装置に関する。

　従来、中空成形品を製造するには、熱可塑性の粘性樹脂をパイプ状に押出し、エアーブローにより膨らませるダイレクトブロー成形、あるいは射出成形により試験管状の予備成形体を作り、その後エアーブロー等により膨らませる射出ブロー成形により製造されている。

　ダイレクトブロー成形は、雌型のみで成形でき、また複数の樹脂を同時に押出すことにより、樹脂を積層した中空成形品を廉価に製造することができる。射出ブロー成形は予備成形体を射出成形により作成するため、最終成形品の製品重量や肉厚が安定しており、大量生産品を効率よく製造することができる。

　しかしながら、これらのブロー成形は樹脂を延伸して成形するため、延伸量（ブロー比率）により樹脂の厚いところと薄いところができてしまう問題がある。
　また、これらの成形方法は、樹脂の粘性を均一化するため、溶融樹脂内の気泡を脱気するために、ブロー成形の前段階において過熱しながら混練する必要があり、多大な熱エネルギーを必要とするなどの問題もある。

　前述したブロー成形機や射出成形機に比較して設備費用が極めて少なく、容易に成形品の厚さを均一にすることができる技術として、開口した金型の凹面内に材料粉末を静電粉末吹付装置によって吹き付け、該金型と吹き付けられた成形材料を周期的に加熱し、次いで該金型と吹き付けられた成形材料を冷却して離型するプラスチック製品の成形装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特公昭４４－３２６７３号

　上述した特許文献１に開示されたプラスチック製品の成形装置においては、開口した複数の金型２８を取り付けたドラム１２の外部に、静電気を帯電したプラスチックのポリエチレン粒子を前記金型２８に噴射する噴射ヘッド４６を設けており、トレーのような開放形の容器を成形することができるが、ボトルのような中空成形品を成型することはできない。

　特許文献１に開示されたプラスチック製品の成形装置においては、また、固化後の樹脂層すなわち目的成形品を金型より離脱させるエジェクター７２等が必要である。エジェクター７２は、目的成形品を金型より離脱させる際、目的成形品に掛かる力学的負荷に耐えうる強度が必要とされ、薄膜のような薄肉の成形品を得ることは不可能である。

　特許文献１に開示されたプラスチック製品の成形装置においては、さらに、金型とプラスチックの熱収縮の違いを利用し、製品を分離しやすくするために加熱した金型を冷却する工程が必要であり、さらには金型に液状離型剤を塗布するなどの前処理が必要であった。

（発明の目的）
　本発明は、従来の中空成形品の製造方法に関する上述した問題点に鑑みてなされたものであって、均一な厚さの極めて薄い中空成形品を容易に効率的に安定して製造することができる中空成形品の製造方法及び装置を提供することを目的とする。
　本発明はまた、使用するエネルギーのコストが小さい中空成形品の製造方法及び装置を提供することを目的とする。

　本発明はさらに、成形時において金型内に内圧がかからず、型締め圧力を必要としないことにより、金型に硬度の高い金属を必要とせず、あらゆる導電性素材、たとえば導電性樹脂である等を使用することが可能であり、金型の軽量化、低コスト化が図れる中空成形品の製造方法及び装置を提供することを目的とする。
　本発明はさらに、機械的な駆動部が少なく、成形時の安全性が非常に高く、形状忠実度性が高い中空成形品の製造方法及び装置を提供することを目的とする。

　第１発明は、
　二つ以上に分割が可能な金型の内部に、該金型の口部から挿入した噴霧治具から、前記金型に対し電位差を有する液状の樹脂を噴霧して樹脂層を形成する噴霧ステップ、
　前記樹脂層を固化する固化ステップ、
　前記噴霧治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記噴霧治具に保持したまま前記金型から離型する離型ステップ、及び
　前記噴霧治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外しステップ
からなることを特徴とする中空成形品の製造方法
である。

　第２発明は、
　二つ以上に分割が可能な金型の内部に、該金型の口部から挿入した噴霧治具から、前記金型に対し電位差を有する液状の樹脂を噴霧して樹脂層を形成する噴霧ステップ、
　前記噴霧治具に代えて配置された固化電磁波放射治具によって前記樹脂層を固化する固化ステップ、
　前記固化電磁波放射治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記固化電磁波放射治具に保持したまま前記金型から離型する離型ステップ、及び
　前記固化電磁波放射治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外しステップ
からなることを特徴とする中空成形品の製造方法
である。

　第３発明は、
　二つ以上に分割が可能な金型と、
　該金型の口部から挿入した噴霧治具であって、前記金型に対し電位差を有する帯電した液状の樹脂を噴霧して前記金型内面に樹脂層を形成する噴霧治具と、
　前記噴霧治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記噴霧治具に保持したまま前記金型から離型させる金型駆動手段と、
　前記噴霧治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外し手段と
を有することを特徴とする中空成形品の製造装置
である。

　第４発明は、
　二つ以上に分割が可能な金型と、
　該金型の口部から挿入した噴霧治具であって、帯電した液状の樹脂を噴霧して前記金型内面に樹脂層を形成する噴霧治具と、
　前記噴霧治具に代えて配置されて固化電磁波を放射する固化電磁波放射治具と、
　前記固化電磁波放射治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記固化電磁波放射治具に保持したまま前記金型から離型させる金型駆動手段と、
　前記固化電磁波放射治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外し手段とを有することを特徴とする中空成形品の製造装置
である。

　本発明の中空成形品の製造方法及び装置によれば、均一な厚さの極めて薄い中空成形品を容易に効率的に安定して製造することができる効果を得ることができる。
　本発明の中空成形品の製造方法及び装置によればまた、使用するエネルギーのコストが小さい効果を得ることができる。

　本発明の中空成形品の製造方法及び装置によればはさらに、成形時において金型内に内圧がかからず、型締め圧力を必要としないことから、金型に硬度の高い金属を必要とせず、あらゆる導電性素材、たとえば導電性樹脂であるポリアセチレンが使用可能である。また、導電フィラーとして金粉、銀粉、銅粉、ニッケル粉、アルミ粉、メッキ粉、カーボン粉、グラファイト粉を使用した樹脂等を使用することが可能であり、金型の軽量化、低コスト化が図れる効果を得ることができる。他の金型素材として、導電性メッキ処理した樹脂も使用できる。樹脂金型の場合、電磁波に対し透過性を持つ樹脂を使用することにより、樹脂金型の外部から固化電磁波を照射することも可能である。
　本発明の中空成形品の製造方法及び装置によればさらに、機械的な駆動部が少なく、大きな駆動力を要せず、成形時の安全性を非常に高くすることができる効果を得ることができる。

　本発明の中空成形品の製造方法及び装置によればさらに、バリとなる部分ができず、流出する原料もないため、原料ロスが発生しない利点がある。

　射出成型や押出成形、シート成形、インフレーション成形、ブロー成型、コンプレッション成形等では、常温で固体の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を使用する。これら熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂は、スクリューを使用して着色材を混練する必要がある。この場合樹脂流路内にて、溶融状態の樹脂と着色材や添加材の流れの違いが起き、ウェルドや、分散不良といった製品外観上あるいは機能上の問題が発生しやすい。
　本発明において、紫外線硬化樹脂やエマルジョン等、常温で液体の樹脂原料を使用した場合、顔料や染料などの着色材や添加材をあらかじめブレンドしておくことが可能である。噴霧ノズルより噴霧された樹脂は流路を通ることなく、樹脂どうしの電気的反発力によって均一に分散しながら金型表面に到達するため、ウェルドや分散不良といった問題は発生するおそれは少ない。

　本発明の実施態様は以下のとおりである。
　第１発明及び第２発明において、噴霧ステップを複数回行い、複数の樹脂層を形成することを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　樹脂が熱硬化樹脂であり、噴霧ステップにおいて加熱した前記金型を使用し、固化ステップが前記噴霧ステップと同時に行われることを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記樹脂が紫外線硬化樹脂であり、
　前記固化ステップにおいて前記固化電磁波放射治具が前記樹脂層に紫外線を照射することを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記樹脂が光硬化樹脂であり、
　前記固化ステップにおいて前記固化電磁波放射治具が前記樹脂層に可視光を照射することを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記樹脂が熱可塑性樹脂であり、
　前記噴霧ステップにおいて冷却した前記金型を使用し、
　前記固化ステップと前記噴霧ステップが同時に行われることを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記樹脂がエマルジョン樹脂であり、
　前記噴霧ステップにおいて前記金型内でエマルジョン溶剤を気化させることを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記離型ステップにおいて、前記金型の電荷を固化した前記樹脂層の電荷と同一にしたことを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記金型が正に帯電し、樹脂が負に帯電していることを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記金型が負に帯電し、樹脂が正に帯電していることを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記金型がアースされ、樹脂が負に帯電していることを特徴とする。

　第１発明及び第２発明において、
　前記金型がアースされ、樹脂が正に帯電していることを特徴とする。

　第３発明及び第４発明において、
　前記金型が、金属製または導電性樹脂製であることを特徴とする。

　第３発明及び第４発明において、
　前記金型が正に帯電し、樹脂が負に帯電していることを特徴とする。

　第３発明及び第４発明において、
　前記金型が負に帯電し、樹脂が正に帯電していることを特徴とする。

　第３発明及び第４発明において、
　前記金型がアースされ、樹脂が負に帯電していることを特徴とする。

　第３発明及び第４発明において、
　前記金型がアースされ、樹脂が正に帯電していることを特徴とする。

本発明の第１実施形態の中空成形品の製造装置の構成説明図である。本発明の第１実施形態の中空成形品の製造装置の噴霧状態を示す構成説明図である。本発明の第１実施形態の中空成形品の製造装置の型開き状態を示す構成説明図である。本発明の第２実施形態の中空成形品の製造装置の噴霧状態を示す構成説明図である。本発明の第２実施形態の中空成形品の製造装置の固化状態を示す構成説明図である。本発明の第２実施形態の中空成形品の製造装置の型開き状態を示す構成説明図である。

（第１実施形態）
　第１実施形態の中空成形品の製造装置は、図１に示すように、二つに分割できるボトル金型１０の口部１２に、隙間公差が０．２ｍｍ以下であって絶縁体１４によって絶縁されたノズル部１６を配置してなる。ノズル部１６は、静電塗装で一般的に使用される静電スプレーガンの噴霧ノズルであるノズルボデー２０を有する。ノズルボデー２０は、接地し、ボトル金型１０に１０ｋＶの高電圧を加えて静電界を形成する。

　第１実施形態の中空成形品の製造装置において、ノズル部１６より、マイナスに帯電したバインダーを含まない成形樹脂を噴霧する。成形樹脂は、図２に示すように、ボトル金型１０の内面に均一な厚さ０．０１ないし２．０ｍｍ、好ましくは０．０５ないし０．６ｍｍの成形樹脂層２２を形成し、該成形樹脂層２２は静電気力によってボトル金型１０内面に密着させられる。

　成形樹脂材料の例としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、ビニル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ケイ素樹脂、フッ素樹脂、尿素樹脂、ポリアセタール樹脂の他、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース、乾性油などが挙げられる。

　その後、図３に示すように、固定したノズル部１６を中心にボトル金型１０を二つに分割開放し、成形樹脂層２２に付着したままである。成形樹脂層２０は、ノズル部１６から取り外され、ボトルとなる。成形樹脂層２２すなわちボトルの平均肉厚は、０．６ｍｍである。

（第２実施形態）
　第２実施形態の中空成形品の製造装置は、図４に示すように、第１実施形態と同様に、二つに分割できるボトル金型１１０の口部１１２に、隙間公差が０．２ｍｍ以下の絶縁体１１４によって絶縁されたノズル部１１６を配置してなる。第２実施形態の中空成形品の製造装置においては、ノズル体１１６より、マイナスに帯電したバインダーを含まない紫外線硬化樹脂を噴霧する。紫外線硬化成形樹脂は、ボトル金型１１０の内面に均一な厚さの成形樹脂層１２２を形成し、該成形樹脂層１２２は静電気力によってボトル金型１１０面に密着させられる。

　その後、図５に示すように、ノズル部１１６を引き抜き、代わりに紫外線照射部１５０を挿入する。紫外線照射部１５０は、２００～４５０ｎｍの波長を含む紫外線を放射し、ノズル部１１６と同形状の断面をもち、金型開口部との隙間公差０．２ｍｍ以下の紫外線透過性を有したノズル透明体１５２を有する。

　その後、図６に示すように、固定した紫外線照射部１５０を中心にボトル金型１１０を二つに分割開放し、成形樹脂層１２２は、紫外線照射部１５０に付着したままである。成形樹脂層１２２は、紫外線照射部１５０から取り外され、ボトルとなる。

（その他の実施形態）
　第１実施形態及び第２実施形態は、樹脂の噴霧工程及び固化工程が各１工程であるが、それぞれの工程を複数回繰り返して積層成形品を得る。

　また、第２実施形態は、紫外線硬化樹脂を使用したが、その他の光硬化樹脂を使用することも可能である。

　また、ボトル金型を常時１００℃以上に加熱しておき、金属に接着するバインダーを含まない水性エマルジョンを静電噴霧し、ボトル金型の熱により水分を蒸発させて樹脂を固化する。

　逆に、金型を常時２０℃以下に冷却しておき、ポリエチレンやポリプロピレンといった熱可塑性樹脂を溶融状態で静電噴霧し、ボトル金型による冷却で樹脂を固化する。

　さらにまた、噴霧ノズルを一般的に粉体塗装で使用されているスプレーガンに変更し、噴霧する原料を熱硬化性樹脂とし、常時、樹脂の固化温度に加熱したボトル金型内面に噴霧し、樹脂を固化させる。
　これらの方法は、金型の加熱と冷却を繰り返し行う必要が無いため、エネルギーの損失を最小限に抑えられる。同時に、ボトル金型の温度が次工程で要求される温度まで加熱、あるいは冷却されるまで待つ必要もないため、ボトル金型一個当たりの生産性が高いという利点も持つ。

１０、１１０　　　　　　ボトル金型
１２、１１２　　　　　　口部
１４、１１４　　　　　　絶縁体
１６、１１６　　　　　　ノズル部
２０、１２０　　　　　　ノズルボデー
２２、１２２　　　　　　成形樹脂層

Claims

　二つ以上に分割が可能な金型の内部に、該金型の口部から挿入した噴霧治具から、前記金型に対し電位差を有する液状の樹脂を噴霧して樹脂層を形成する噴霧ステップ、
　前記樹脂層を固化する固化ステップ、
　前記噴霧治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記噴霧治具に保持したまま前記金型から離型する離型ステップ、及び
　前記噴霧治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外しステップ
からなることを特徴とする中空成形品の製造方法。
　二つ以上に分割が可能な金型の内部に、該金型の口部から挿入した噴霧治具から、前記金型に対し電位差を有する液状の樹脂を噴霧して樹脂層を形成する噴霧ステップ、
　前記噴霧治具に代えて配置された固化電磁波放射治具によって前記樹脂層を固化する固化ステップ、
　前記固化電磁波放射治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記固化電磁波放射治具に保持したまま前記金型から離型する離型ステップ、及び
　前記固化電磁波放射治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外しステップ
からなることを特徴とする中空成形品の製造方法。
　前記噴霧ステップを複数回行い、複数の樹脂層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の中空成形品の製造方法。
　前記樹脂が熱硬化樹脂であり、
　前記噴霧ステップにおいて加熱した前記金型を使用し、
　前記固化ステップが前記噴霧ステップが同時に行われることを特徴とする請求項１又は３に記載の中空成形品の製造方法。
　前記樹脂が紫外線硬化樹脂であり、
　前記固化ステップにおいて前記固化電磁波放射治具が前記樹脂層に紫外線を照射することを特徴とする請求項２又は３に記載の中空成形品の製造方法。
　前記樹脂が光硬化樹脂であり、
　前記固化ステップにおいて前記固化電磁波放射治具が前記樹脂層に可視光を照射することを特徴とする請求項２又は３に記載の中空成形品の製造方法。
　前記樹脂が熱可塑性樹脂であり、
　前記噴霧ステップにおいて冷却した前記金型を使用し、
　前記固化ステップと前記噴霧ステップが同時に行われることを特徴とする請求項１又は３に記載の中空成形品の製造方法。
　前記樹脂がエマルジョン樹脂であり、
　前記噴霧ステップにおいて前記金型内でエマルジョン溶剤を気化させることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の中空成形品の製造方法。
　前記離型ステップにおいて、前記金型の電荷を固化した前記樹脂層の電荷と同一にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の中空成形品の製造方法。
　前記金型が正に帯電し、樹脂が負に帯電していることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空成形品の製造方法。
　前記金型が負に帯電し、樹脂が正に帯電していることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空成形品の製造方法。
　前記金型がアースされ、樹脂が負に帯電していることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空成形品の製造方法。
　前記金型がアースされ、樹脂が正に帯電していることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空成形品の製造方法。
　二つ以上に分割が可能な金型と、
　該金型の口部から挿入した噴霧治具であって、前記金型に対し電位差を有する帯電した液状の樹脂を噴霧して前記金型内面に樹脂層を形成する噴霧治具と、
　前記噴霧治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記噴霧治具に保持したまま前記金型から離型させる金型駆動手段と、
　前記噴霧治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外し手段と
を有することを特徴とする中空成形品の製造装置。
　二つ以上に分割が可能な金型と、
　該金型の口部から挿入した噴霧治具であって、帯電した液状の樹脂を噴霧して前記金型内面に樹脂層を形成する噴霧治具と、
　前記噴霧治具に代えて配置されて固化電磁波を放射する固化電磁波放射治具と、
　前記固化電磁波放射治具に対し前記金型を開き、固化した前記樹脂層を前記固化電磁波放射治具に保持したまま前記金型から離型させる金型駆動手段と、
　前記固化電磁波放射治具に保持された樹脂層を前記噴霧治具から取り外す取り外し手段と
を有することを特徴とする中空成形品の製造装置。
　前記金型が、金属製又は導電性樹脂製であることを特徴とする請求項９に記載の中空成形品の製造装置。
　前記金型が正に帯電し、樹脂が負に帯電していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の中空成形品の製造装置。
　前記金型が負に帯電し、樹脂が正に帯電していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の中空成形品の製造装置。
　前記金型がアースされ、樹脂が負に帯電していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の中空成形品の製造装置。