JP2553684B2 - 熱成形方法及び装置 - Google Patents

熱成形方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に熱可塑性材料をシート形に押出し、こ
の高温のプラスチックシート材料より直接に食品容器の
如き中空体に成形する技術に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
かかる方法は一般に熱可塑性材料をシート形を押出す
手段と、シートウエブの厚さを制御しその全体温度を所
望の成形温度にまで低下させるための一組の温度制御式
調温ロールと、溶融した、多くはたるんだウエブを成形
機内へ搬送する手段と、成形された安定化した後に完成
部品をウエブから切り出す手段を必要とする。
シート形に押出し可能で本発明の方法で使用できる材
料の範囲は一般的に殆んど公知の熱可塑性樹脂の範囲全
体と、その組合せを包括し、単一のダイ内へ送られる多
段押出機により、混合されるか同時に押出される。
本発明は専らというわけではないが特にゴム膜以上の
粘性流体の挙動を有するメルトを有する材料への応用を
意図したものである。高密度ポリオレフィンとポリロレ
フィンの如き結晶性のポリオレフィンは普通、粘性の高
い流体に似た急峻な融点とメルトレオロジーを有してい
る。かかる材料は主に粘性抵抗により応力を支持し、完
全な支えを欠如して吊り下げられた場合たるんだクリー
プを生じたりする。溶融状態中にPVCやポリエチレンの
如き材料が示す凝集弾性のため、それは比較的熱成形装
置内へ送りやすくなるため、これらは熱成形にとってこ
れまで伝統的に望ましい材料となってきた。
然しながら、最近、エチレンビニールアルコール（EV
OH）、塩化ポリビニリデン（PVDC）の如き、酸素ハイバ
リヤーポリマーの出現は新しい種類の食品パッケージを
生み出している。同パッケージの場合、食品はプラスチ
ックパッケージ内へ包装シールされスチームレトルト内
で40℃までのレトルト温度で金属缶とほぼ同様のやり方
で殺菌される。ポリプロピレンはスチーム殺菌に耐える
ために必要な比較的高温抵抗を備えた入手容易な樹脂の
うちの一つである。それは普通、同時押出により上記の
ハイバリヤープラスチックの層とよく組合わされてハイ
バリヤープラスチックパッケージのベース材料をつくり
だすようになっている。
射出成形の如き他の製作形式は多層中空容器を経済的
に製作するには向いておらず、そのため比較的成熟した
熱成形技術は現在ポリエチレンベースのレトルトハイバ
リヤー容器を形成する経済的な手段を得ることに向けら
れた開発上に転換期を経験しつつある。
我々の検討によれば予備押出しされたポリプロピレン
シートを再加熱した後熱成形することは困難なことが判
った。材料がその結晶融点を通過直後発生するメルトの
たるみのため赤外線輻射の如き公知の手段によっては懸
吊シートの適当な大きさの領域を加熱した後前記たるん
だ溶融材料シートを正規の市販サイズと能力の熱成形機
内へ送ることは困難である。現在行われている多くの熱
成形プロセスでは、結晶融点を直ぐ下廻る点でポリプロ
ピレンを成形することによって所望の結果を得ることが
できることが知られている。このいわゆる固相成形法は
通常完成容器壁内に残留応力を残すため殺菌工程におい
てこの残留応力が解放されるときに大きな歪みを惹起さ
せることになる。固相成形法のもう一つの問題点は一般
に使用されるEVOHとPVDC樹脂の融点がポリプロピレンの
それよりも高く、この材料によるハイバリヤー層がポリ
プロピレンの固相成形温度で成形中に比較的容易に損傷
する虞れがある点である。
そのため、我々は今回ポリプロピレンをいわゆるメル
ト相で搬送して成形することのできる方法を開発した。
メルトを直接成形プロセス内へ押出すことによって予め
形成されたポリプロピレンシートを再加熱することに伴
う多くの困難は解消され、さもなければ予め形成された
キートを再加熱する際に消費されるであろうエネルギー
を節約する等その経済性は大きくなる。
かかる押出供給プロセスには２つのタイプの成形もし
くは「熱成形」機を使用することができる。即ち連続熱
成形機と間欠的熱成形機とがそれである。連続熱成形機
は米国特許4,235,579号（Kurz氏）にその典型が説明さ
れているが連続的に送られる溶融シートと適当に同期し
て動く成形部により成形作業を行う。かかる機械では溶
融ウエブを運搬する問題は溶融ウエブが調温ローラを退
去する速度よりも速い速度で運動する成形部を運転する
ことによってウエブ内に比較的一定の張力をつくりだす
ことによって解決されることが多い。かかる方法は米国
特許出願4,772,820号（Flecknoe及びBrown氏）中に説明
されており、必要あればその記載を参照されたい。
間欠的熱成形機の場合、ウエブをある長さづつ供給す
ることが必要である。直接押出供給法を使用して、かか
る機械に供給する場合にはウエブの連続押出と、この連
続発生したウエブのある長さの部分を成形機へ間欠的に
送る作業との間にひきおこされる遅れを補償するための
手段を設ける必要がある。
Thiel氏（米国特許4,105,385号）は調温ロールを使用
して押出されたウエブ上に冷却した支持層を形成し、可
動性の補償用の“ダンシング”ローラを使用して移動さ
せ間欠送り間の余分なウエブの長さを蓄積する方法につ
いて教示している。
その他にポリオレフィンに似た流体メルトを有する一
連の熱可塑性材料がある。これらはポリアルキレン、テ
レフタレート、ポリカーボネート、およびポリアミドを
包含する。これらの材料は全て成形部品にとって望まし
い性質を備えているが、たとえ不可能でなくともメルト
の柔かいたるんだシートを支持する何らかの手段なしに
熱成形機内へ送り込むことは困難である。過去において
かかる材料を支えて搬送し熱成形機内へ積込むために従
動コンベヤベルトを使用する試みはこれらの流体メルト
材料がベルト材料を湿潤させベルトに接着したままにな
る本来の傾向のために挫折してきた。溶融プラスチック
押出品を支えるためにベルトコンベヤを使用することは
原則的に新しいことではなく欧州特許第0,226,748号（L
oosen氏）と米国特許4,459,093号（Asano氏）中に記載
されており、必要あればその記載を参照されたい。
この先行技術はしかしながら流体メルト材料のベルト
への付着の問題を解決するものではない。
然しながら、従来技術で論じられた他の方法は側部チ
ェーンと、溶融シートの側部を保持してそれを成形ステ
ーション内へ搬送するクランプとから成る同期延長キャ
リヤを組合わされて押出機全体を成形ステーション（As
ano氏の米国4,150,930号）間に運動させる内容を含んで
いる。比較的重量のある押出機を通常１分あたり10〜20
ストロークで動作する熱成形機に送れないようについて
ゆくだけの十分な速さで運動させるためには機械的に明
らかに困難である。同様にして長手方向辺縁を支持する
クランプ間だけに懸吊された時に流体メルトを有するシ
ートを横断方向に支持するには不十分である点という欠
点がある。
最後に、Keifer氏のドイツ連邦共和国第2,634,976号
中にはもう一つの方法が記載されているが、それによる
と２本の従動ローラ間に懸垂線状の溶融ウエブが支持さ
れ、上記２本のローラは初めは広間隔に保持されている
がその後共に接近することによって垂れ下った材料の部
分が２本のローラ間に展開して各送り作業どうしの間に
余分な長さの材料を引取る一方、冷たい材料の領域が下
流ローラと各送り工程間に固定保持された溶融シート間
でたえず接触することによって大きくならないようにな
っている。更にこの方法は溶融ポリオレフィンの如き柔
らかい流体メルト材料のウエブに対して十分な支持を行
うことができない欠点がある。
本発明の目的は押出機から直接送られる流体メルト材
料が支持され溶融シート形で連続もしくは間欠的な作業
手段の成形機内へ搬送できるような手段を提供すること
である。
本発明の目的は更に上述の流体メルトシート材料を成
形ステーション内へ送られる前にその最適な成形温度要
件を得ることのできるような手段を提供することであ
る。
同様に、本発明の目的はかかる流体メルトウエブの温
度調整と支持と搬送を実行することによって流体メルト
内に加えられる張力や応力を最小に制御することにより
メルトから形成される部品の厚さと性質が成形中に送ら
れたウエブの特定の長さで各部品が占める位置もしくは
配置にかかわらず、均一で一貫したものとなるようにす
ることである。
本発明の目的は更に搬送手段および温度調節手段によ
り広範囲の材料と厚みのシートメルト材料の調温と送り
とを行い、調温されたシート状メルトを連続もしくは間
欠成形機の何れかに送ることができるようにする方法を
提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
従って、本発明にかかる、中空物体の熱成形する方法
は可塑性材料のウエブを温度制御された一組の調温ロー
ルに直接押し出し、該調温ロールを通過させることによ
って前記ウエブの上下の表面層を冷却すると共に、該表
面層間におけるウエブの内部は溶融状態に維持し、部分
的に冷却されたコンベヤへ供給し、コンベヤと接触状態
にあるウエブの表面層がウエブ内部の溶融材料によって
ウエブがコンベヤに付着する温度を下回る熱可塑化温度
に再加熱されるに至るまで、ウエブをコンベヤ上に滞留
せしめ、ウエブを熱成形機の入口まで搬送する方法にお
いて、ウエブの前記再加熱は、ウエブの表面が接触状態
にあるコンベヤの長さを調節することによって制御され
ることを特徴とする。
本発明にかかる、熱成形装置は押出機からの溶融した
熱可塑性材料のウエブを受け取るための一組の温度制御
された調温ロールを備え、前記調温ロールの位置は調整
可能であり、更に、調温ロールからの調温されたウエブ
を受け取り、ウエブを熱成形機の入口に供給する搬送手
段を備えた装置において、ウエブに接触する搬送手段の
長さは調節可能であり、これによりコンベヤ手段と接触
するウエブ表面温度は、ウエブが搬送手段に付着される
温度より低い熱可塑化可能な温度で熱成形機に入るよう
に制御されることを特徴とする。
〔実施例〕
さて図面を参照しながら本発明を簡単に説明する。
第１図は連続熱成形機に適用した本発明の一例を示す
が、その場合、押出ダイから出された流体メルトシート
１はシートを位置４にはさみその厚さを制御する調温ロ
ール2,3間を通過する。材料はその後調節可能な調温ロ
ール６により調温ロール３と接触状態に維持される。上
記ロール６は処理される材料の種類と厚さおよび処理条
件に応じて６′の如き一連の位置へ移動することができ
る。
今やその下側表皮が固化した状態の材料シート７は同
様に代替位置８′に示されたオプションとしての回転ロ
ール８を介して運動中のコンベヤベルト10上へ導かれ
る。コンベヤベルト10は上記ベルトの温度を制御する働
きをする温度制御式ロール９により駆動される。
その後実質上流体状のメルトのシートはその下部表皮
がシートメルト内から残留熱の流れにより再び溶融する
以前に位置11でコンベヤから出てくる。このためベルト
10への付着が回避できる。
その後材料は連続成形機内へ入るが、成形機15は、例
えば、対向しあう対の可動雄金型13と雌金型12から成
り、これら金型によりメルトシートは完成部品14へ成形
される。
第２図は本発明のもう一つの実施例でウエブを支持す
るコンベヤがシートウエブの面内に位置する可動ピボッ
ト点の周囲に旋回するよう構成されている。
第３図は第２図のロールの代替的配置を示す。
第４図は本発明の詳細を示す。押出機から連続して送
られる流体メルトシートは温度調節され支持され間欠的
に動作する成形機内へ搬送される。
第５図は本発明の温度調節ならびに送りプロセスにお
ける種々の段階を通過する時のシートメルト内の典型的
な温度分布を示す。
第６図は本発明の別実施例でコンベヤが水平方向に運
動する成形部を有する成形機に送られるようになったも
のを示す。
第７図は本発明の別実施例で成形部が開いて次の送り
工程に対する準備が整うまでコンベヤが材料をベルト上
に貯蔵するようになったものを示す。
第８図は本発明の別実施例で材料の貯蔵がピンチロー
ル27の停止により惹起されるベルト内の懸吊ループ内で
行われ、貯蔵用のダンシングロール27によりベルトの長
さの余剰分を従動ロール９を介してコンベヤ頂部へ付与
するようになったものを示す。
以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明す
る。
第１図において、流体メルトシートもしくはウエブ１
は連続的にダイから直接常に回転中のロール２と３間の
ギャップ４内へ押出される。流体メルトの厚さは主とし
て押出ダイのリップどうしの間に設定されたギャップに
依存する一方、メルトが押出される時の線速度に対する
ロール2,3の表面回転速度と共にそれらの間のギャップ
４にも依存する。一般的にいってギャップ４がメルトで
幾分過剰となるようにロールの速度を設定することが望
ましい。このことによって押出機からの材料送出し速度
に些細な変動が存するかどうかにかかわらず、ロールギ
ャップから出てくるウエブ厚を一定とすることができ
る。
シート厚と押出速度が一定の場合、かくして最適なロ
ール走行速度が一つ存在することになる。それ故、ロー
ル温度を変化させるかウエブがロールとの接触する長さ
を変えることによってウエブの温度を制御する試みを行
う必要がある。ロール温度の変化だけでは特に厚手のウ
エブに対しては十分な程度のウエブ温度の制御を行うこ
とができないことが判った。一定温度で下流の成形工程
へ送られるウエブの制御条件はシートを作るためにメル
トをロールスタック内へ押出すさいに普通遭遇するより
もずっと重要である。従って、我々はロール３に対して
上昇もしくは旋回できる調節可能なロール６を組込み、
両ロール3,6のまわりの巻き付き角を制御するようにし
た。
ロール３の主な目的はシートの平均温度をその改良の
熱成形温度まで低下させるのを補助することである。ま
ず、ウエブがロール３と接触することによってウエブ内
の残留熱が頂面まで再加熱されそこで固化していたかも
しれない材料を軟化することができる十分な時間が存在
することになる。
ポリプロピレンの如き結晶性ポリマは冷却直後結晶性
固体を形成するわけでもないし、結晶融点を超えて加熱
されてもその結晶性の全てを直ちに失うわけではないこ
とに注意することが肝要である。それ故、固体への固化
と液体への融解とだけを議論することは厳密には正確で
はなく、むしろ本発明の方法では、ウエブの下部表皮の
冷却を同表皮をしてコンベヤベルト材料を湿潤させコン
ベヤベルトに付着せしめるには堅すぎるか粘稠にすぎる
温度に冷却するものと理解すべきである。
ロール3,6の温度と共に巻き付き角度を制御するとプ
ラスチック材料のウエブの厚さ内の温度分布を制御する
ことができる点で更に予期しない利点が得られる。プラ
スチック材料は普通、金属の1/800の熱伝導性を有して
いる。ローラに接触するプラスチックシートの芯温はそ
れ故、表皮温度り相当高く、シートの厚さが3mm以上の
場合熱がシートの中心から外側へ流れるために一たんロ
ール接触が中断したらその温度差を均等化するために多
くの秒数を要することが判った。
かくしてロール６は表面温度を実質的に低下させる一
方ウエブ内の平均温度をそれよりずっと少ない程度に低
下させることによってウエブの下側を冷却し固化するた
めに使用される。かくしてウエブは全体として成形可能
な状態にとどまらせることができる。その後、ウエブは
ロール６から適宜設置される従動ウエブ案内用回転ロー
ル８を介して従動コンベヤベルト10上へと移行する。ロ
ール８の表面速度は普通、コンベヤのベルト速度と同様
にロール６に同期化される。ロール３より段階的に高速
にロール6,8を走行させることによってウエブに対して
若干の延伸作用を付与することができる。
鋭意検討した結果によれば高温のウエブがベルトに付
着するのを回避するために重要なことはベルトに対する
シートの接触長さ、即ち接触時間を、ウエブの高温に溶
融した内側からより冷たいより固体形のウエブの下側面
へ十分な熱が流れてこの下側面をそれがベルト材料を湿
潤させ、それに付着するに十分な流体状となるほど再加
熱するために要する時間よりも短かくなるように制限し
なければならないことが判った。コンベヤベルト材料10
の平均温度は温度制御ロールＰにより調節することによ
って下側表皮が再び加熱される速度を更に減速したり加
速したりすることができる。
更に鋭意検討の結果によれば、より冷たい下側表皮の
再加熱は均一で無応力下の成形が行われるように実質上
材料が成形ステーション内に入る前に行われることが望
ましいことが判った。
コンベヤベルトの構造の材料の範囲は厳しく制限され
てはいない。ポリテトラフルオロエチレンでコーチング
したファイバグラス織布とポリウレタンエラストマでコ
ーチングした織布の双方ともベルト材料として使用して
首尾良くいった。
比較的薄い材料、特に厚さ0.5mm未満の材料より可撓
性コンベヤベルトを構成することによってベルトの熱保
存容量が高くならないようにすることが望ましい。
ベルト材料は連続シート、一連のテープ、目の粗い織
布シートもしくは多孔性シートの形態を取ることができ
る。然しながら、ベルトはウエブ内に均一な温度を維持
するために高温ウエブと均一に接触することが望まし
い。
本例の場合、連続熱成形機15は対向しあって運動する
数組の雌金型12と雄金型13を有しており、両者はウエブ
がローラ16のコンベヤの出口端を出た後少しの距離の位
置のところで高温ウエブのクランプを行う。好ましくは
雌金型12を成形機15の上部回路上に配置される。即ち、
コンベヤベルトとの接触により生じた、成形中に消去で
きない痕跡は全て容器（成形品）の内側を向き、これら
の痕跡を容器の内容物により隠することができる。
対向しあう金型の組の線速度はコンベヤベルト速度に
対して同期関係に設定され通常ベルト速度より若干高速
である。
成形機内で作り出される最終部品14の重量はラインの
残りの部分に対して成形機速度を僅かに調整することに
よって微調整することができる。
広範囲の異なるタイプと厚さに対して本発明の方法が
使用できる方法をより良く説明するために第５図につい
て説明する。同図はダイから成形機へ処理される時の5m
m厚のポリプロピレンウエブの内部温度分布の概略図で
ある。
第5A図は押出ダイを丁度退去する時のウエブの頂面か
ら底面へ至る厚さ全体にわたる温度分布を示す。第１図
において、これは１と表わされる位置である。第5A図よ
り判るようにこの温度はウエブ全体を通して均一な230
℃として示される。Ａでの温度がこの場合の押出温度と
なる。
第5B図に示したウエブの状態は第１図の地点５におけ
る状態を表わす。ここではウエブの上面が90゜のロール
３の表面温度に冷却された一方ウエブの下面が220℃に
冷却されたことが判る。
第5C図は第１図の位置７のウエブ状態を示す。この場
合、ウエブの上面は今押出温度230℃より低い温度200℃
であるウエブの中心からの熱流によって再び加熱され終
ったところである。この場合、シートの底面は今やロー
ル６の表面温度90゜となっている。
第5D図は第１図の地点10におけるおおよそのウエブ状
態を示す。この場合、双方の表面温度はウエブ中心から
流入する熱のため増大される。上部表面温度はロール８
の冷却効果のため155℃附近の結晶融点に維持され、焼
く100℃から140℃に増加される。底部表面温度（第１図
の位置７での表面温度より20℃低い）もまたウエブ中心
からの熱流のために冷却作用を受けずに約140℃に上昇
している。
ウエブ表面材料をベルト上に支持したままそれ自身に
よる再加熱を行わせることによりウエブ材料は成形のた
めの正規の平均温度に復帰するが、ウエブはとして成形
可能であり、第5E図の如き温度分布を主する。このとき
の表面温度ではウエブは流動性を持ち、材料はベルトを
湿潤させ、ベルトに付着される。従ってベルトがウエブ
と接触する距離（従ってベルトの速度を一定としたとき
の接触時間）を調節することが肝要である。この調節方
法は破線により示した必要に応じて設けられ回転ロール
８′の第２の位置により第１図に示されている。もし回
転ロール８が使用されない場合には、ロール６′の位置
をコンベヤロール９に対して調節することにより、ウエ
ブをロール６′から垂れ下げコンベヤの出口端のロール
16から同一距離のところでベルトと接触するようにして
もよいであろう。
一般的にいって、使用されるロール径の範囲は広くと
ることができるが処理されるウエブの線速度に依存す
る。そして、線速度は被処理ウエブの幅と厚さに依存す
ると共に、押出量と成形機の大きさと冷却能力に依存す
る。
この発明の重要な特徴によれば、所定処理速度下で広
い範囲のウエブ厚、例えば1mm〜8mmのウエブ厚に対して
工程を順応するよう調節することができる。
更に第１図について見ると、ロール６は5mmのウエブ
厚にとって適当な位置に示しており、2.5mm厚のシート
の場合は位置６′へ移動される。ウエブがロール3,6と
の接触する長さは今度は半分より若干小さくなってい
る。更に、一般的にいって2.5mmのシートは押出工程が
ほぼ一定の質量流速で材料を送るから5mmシートの線速
の２倍で押出されることになろう。それ故、ダイからメ
ルトが出るときの速度の増大は接触する長さの短縮と相
俟って2.5mmシートのロール接触時間を5mmシートの場合
よりも約４分の１に少なくなる。ロール接触時間のこの
短縮は更に第5B図に示すような第１図の位置５′と第5C
図に示すような第１図の位置７′においてシート内の温
度分布を等しくすることになろう。
この場合において、ベルト接触時間も等しく比例的に
短縮するためにはロール接触時間について行ったように
2.5mm厚ウエブがコンベヤと接触する長さを短縮するこ
とが肝要である。そのためロール８は新たな位置８′へ
移動せしめる。2.5mm以下の薄さの材料の場合、調節可
能なロール６′は更に下部方向にロール３の廻りをロー
ル２の方向へ移動するだけである。この場合、コンベヤ
ローラ９も下降させローラ６の下部位置を収納できるよ
うにする必要がある。かくして、このような調節手段に
よっていろいろなタイプと厚さの材料に対して、温度調
節及び供給を行うことが可能となる。
「熱伝導」（第６版、マグローヒル社、4.3節）中で
J.Pホルマンは半無限固体について（即ち、大気に対す
る熱損失を無視して）非定常状態における熱伝導方程を
次の如く導き出している。
但し、 Ｔ（ｔ）＝時刻ｔ（℃）におけるシートの中心点の温度 TE＝押出されたシートの温度（℃） TR＝ロールスタックの温度 ST＝ウエブ厚み（ｍ） α＝k/ρＣ 但し ｋ＝熱伝導率（W/M.℃） ρ＝密度（kg/m3） Ｃ＝比熱（KJ/kg.℃） ＝ポリプロピレンの場合１×10-7m2sec（温度依存性有
り） erf＝ガウス誤差関数 この方程式から広範囲の原料に対して必要とされるだ
いたいのロール接触残留時間とコンベヤの長さを決定す
ることができる。一般的にいって、密度、熱伝導率、比
熱といった諸性質は大抵のプラスチックの場合温度によ
り変化する。
上記第１図の２つのケースについて更に説明するため
に次の２例はそれぞれ5mm厚と2.5mm厚のポリプロピレン
ウエブについてロール３に対して必要とされるロール接
触時間比を求めている。
例１ ほぼ500mm径、ロール巻き付き角180℃の場合、5m/mm
のウエブ速度で Ｔ（ｔ）＝押出されたシートの中心点の温度（ロール３
と接触後の期待値は約200℃） Ｔ（Ｅ）＝押出されたシートの温度＝230℃ Ｔ（Ｒ）＝ロール表面温度＝90℃＝このロールと接触す
るウエブ材料表面の温度 ST＝ウエブ厚＝5mm＝0.005m α＝１×10-7 ｔ＝ロール接触時間＝9.5秒（500mmロール、180゜巻き
付き角、5m/min） Ｔ（ｔ）＝（230−90）.93＋90 ＝220.2℃ 例2. 約500mm径、ロール巻き付き角100℃、10m/minのウエ
ブ速度の2.5mmウエブの場合、 Ｔ（ｔ）＝押出されたシートの中心点の温度（ロール３
と接触後の期待値が220℃） TE＝押出されたシートの温度＝230℃ TR＝ロール表面温度＝90℃ ST＝ウエブ厚＝2.5mm＝0.0025m ＝１×10-7 Ｔ（ｔ）＝（230−90）.916×90 ＝218.2℃ このことによって第１図で使用した例、即ちシート厚
が半分の場合には第5B図に示したものに近似した内部ウ
エブ温度を得るためのロール残留時間は３〜４分の１に
短縮したことが確認された。
本発明の第２実施例は第２図に示されている。本例の
場合、ウエブ11は連続してコンベヤ通過ウエブ送り方向
には移動しない一組の固定しか向かいあった金型17,18
間に垂直方向に送られる。金型17は成形製品19が部分的
に押出された位置にある状態で開いている状態が示され
ている。シート21のハッチング部分は以前に金型と接触
することによって固化したシートを示す。
短時間経過後、金型はその完全に開放した位置17′へ
移動し、コンベヤ16の端はその下方位置16′へ移動す
る。シート上の点11は今や11′にあり、金型17はその閉
鎖クランプ運動を開始して溶融ウエブをクランプし次の
部品を成形する。
ロールの調整作用とベルトの支持作用は第１図のそれ
から変化していないが、ベルトは回転ロール８を出た時
点でそれが最初にベルト表面と接触するシート面内にほ
ぼ位置するピボット点20のまわりに旋回するよう構成さ
れている。このようにして、コンベヤの旋回作用はウエ
ブを大きく妨害することはない。ただし、コンベヤが回
転する際の角度によりウエブは変形されることになる。
ベルトがそれが支持するウエブと共に移動するので、
この変形はウエブにおいて局部的には起ることはないた
め、ウエブの通過長を大きく変化させたりウエブを妨害
したりしてその厚さ、温度分布、送り速度、成形性に悪
影響を及ぼすことは全くないことが判った。
コンベヤの移動により間欠的に作動する熱成形金型1
7,18間に新たな材料を送り込むことができる。上記金型
17,18は本例ではウエブ走行方向には移動しない。
かくして、連続的に送られるウエブはコンベヤベルト
上に送り込まれるウエブの速度と同一速度でコンベヤ1
6′の端を位置16へ上昇させることによって成形サイク
ル間で蓄積されることになる。
第３図は第２図に似ているがロール６′,8′の代替位
置を示す。上記ロール６′,8′は接触時間が短くなるよ
うに、従って高熱シートに対する冷却時間が小さくなる
ように配列される。同様にピボット点20はシート面内に
とどまりながら更にコンベヤに沿って点20′へ移動して
いる。かくして、移動コンベヤ上に支持される溶融シー
トの長さは短くなるが、位置11のシートを位置11′内へ
送るために要するコンベヤの旋回作用は維持されてい
る。
この間欠的な熱成形工程に対して本発明による方法が
どのように組込まれているかについて一更理解を深める
ために今度は第４図について説明する。
第4A図では雌金型17はその完全に後退した位置にあ
り、エジェクタ22は雌金型の開放口とその延長位置にあ
り成形された容器14が金型開口から完全に押出されるよ
うになっている。同様に、シートも金型17の頂部に対し
て固化した状態にある。先行の成形サイクルから送られ
ていた冷たいシートは金型17の底部下方に突出している
が、２組の向かいあった対の従動ピンチローラ26、もし
くはその他の牽引手段の間を通行する。上記手段はキー
トの外縁部を把持するが、成形製品14の以降の移動通路
を邪魔はしないように配置される。
ローラ26はその時点で第4A図に示すサイクル中移動し
ないように保持されるためそれらは金型17の下部から金
型17の頂部へ延びる固化されたシートの重量全体を支え
る。その同じ時点でコンベヤはピボット点20のまわりを
旋回しているため、コンベヤのローラ16はウエブ11がコ
ンベヤ端から排出される時の速度と同一の速度で上向き
に走行する。かくして、シートの固化された部分とコン
ベヤロール16間に垂直に懸吊された高熱の成形可能シー
トの部分は実質上延伸されることもなければ圧縮される
こともない。
更に、冷却ローラとコンベヤとの位置関係はコンベヤ
から出てくるシートの状態が以下なようにされているこ
とを理解することが重要である。即ち、より冷たい比較
的に堅いコンベヤの下層は第１図及びこれに関して説明
したものより加わる再加熱の程度は小さくなければなら
ない。そのため前記の比較的に堅い層はローラ16と型17
の頂部と整列する水平点から始まる固化シートとの間に
位置する垂直に垂れ下げられた熱いシート部分において
依然として再加熱作動を行っている。
即ち、この比較的堅い層はそれがローラ16のコンベヤ
出口点を出た後冷却シートとの接合部に到達するまでの
間においては比例的な再加熱作動を継続する。この比較
的堅い層における堅さが段階を追って変化することによ
りコンベヤローラの出口点に最も近いウエブ領域で垂直
方向にウエブが自然に大きくたるもうとする傾向を小さ
くすることができるという予期しない効果が奏される。
このたるみ傾向は、前記領域より下方に懸吊するウエブ
の重さのために、表皮厚の累進的な減少によって実質的
にバランスさせることができ、その結果ウエブは比較的
均一な厚さにとどまることが判る。その場合、累積され
たたるみ全体は何れもローラ16の垂直上昇速度をウエブ
がコンベヤ端を出る速度よりも僅かに大きくすることに
よって調節することができる。
第4B図ではコンベヤはその後ウエブ送り速度よりも比
較的高速でピボット点20のまわりの下部方向へ旋回す
る。コンベヤローラ16がこの旋回作用により下降する速
度は現在回転中のピンチローラ26の表面速度とマッチす
るため、現在金型17,18間を下降中のウエブ部分は実質
上延びることもなければ圧縮されることもない。また一
対のピンチローラ26は図の如く側部方向に移動してコン
ベヤが旋回する時にコンベヤローラ16の側部方向運動成
分とマッチすることができる。
かくして完成製品14もまたそれを包囲する（しかし必
ずしもそれに取付ける必要はない）ウエブの固体部分と
同様に下方に移動する。またローラ16の回転速度はこれ
とそれに続く作業中一定に維持されることに注意された
い。
第4C図において、再びコンベヤが示されているが、同
コンベヤはウエブがコンベヤローラ16を出る時の速度と
同様の速度で上部方向に旋回している。金型は閉鎖され
クランプされた位置にあり、雄型の延伸工具23は高熱ウ
エブ内へ挿入され新たな製品を成形するための補助を行
う。
典型的な熱成形法の場合、金型はサイクル時間全体の
大部分、通常サイクル時間の70％以上にわたってこのク
ランプされた位置を占める。
第4D図には依然その最上部位置へ上部方向へ旋回中の
コンベヤが描かれている。金型はまさに開こうとしてい
るところである。金型が開いた後、サイクルは完了し次
のサイクルは第4A図と同様、再び開されることになろ
う。
本発明の方法による、間欠型の熱成形機へのウエブ供
給のための温度、材料、厚み、速度の変化に対する適合
は簡単に行われる。即ち、第３図は新しい位置６′にあ
る調節可能ロール６と新しい位置８′にある回転ロール
８を示す。また、ピボット点20は今や新しい位置20′へ
移行しているが、シートが回転ロール８′を出てから最
初にコンベヤベルト10に接触したときのシート面内に留
まっている。
第３図の配置は２〜3mmのポリプロピレンウエブを処
理するために使用されるのが普通であるが、第２図のロ
ール６の位置は４〜5mmのより厚いポリプロピレンに対
して使用されるのが普通である。
ロール６の角度位置はそれが最上部位置にあるときの
ロール３との垂直方向整合位置から約135゜を経てロー
ル６の表面がロール２の面と接触する附近まで任意の位
置へ調節できることが望ましい。
同様にして、シートがロール６を出て、ピボット点20
の位置を決めるコンベヤベルト上から送られる地点はコ
ンベヤの長さ（コンベヤロール９とコンベヤロール16間
の中心距離により表わされる）約３分の２の距離にわた
って調節可能であることが望ましい。更に、ローラ6,8
のこれら調節可能な位置とコンベヤピボット点20は、こ
れら部材間に所望の幾何学的関係を維持する機構により
連結することが望ましいが必ずしもその必要はない。こ
のことを実現するための適当な機構の多くは当業者にと
って明らかであろう。従ってそれを特定の１つの機構に
限定することによって本発明の範囲を限定する意図はな
い。
第３図において、ピボット点20の位置調節は、コンベ
ヤの回転によるコンベヤ16の出口端の垂直移動距離の減
少により不利な影響が出ない限りにおいて可能なことは
明らかである。
本発明の範囲はより薄いウエブを収納するためにピボ
ット点20〜20′を変更するために第２図と第３図に示し
た手段により限定されるものではない。例えばコンベヤ
ロール16をコンベヤロール９に近づけることによってコ
ンベヤ上のウエブの接触距離を短縮する外に、コンベヤ
ロール９を回転ロール８′と共に維持することによって
同一結果を得ることも等しく可能である。
第６図には更に本発明の方法の変形実施例が示されて
いるが同図によればコンベヤの長さはウエブを２対の対
向した可動金型17,18の間のギャップ内で支持するよう
に伸長可能になっている。第６図ではウエブは先の第１
〜４図について説明したものと同一の方法を用いて調節
可能なロール（図示せず）によって調温され必要に応じ
て設けられる回転ロール８を介して移動中のコンベヤベ
ルト10上へ送られる。ベルトコンベヤは温度制御式の定
速駆動ロール９と、水平方向に可動のローラ16と垂直方
向に可動の引取りロール25を有している。第6A図は完全
に開いた最下部位置にある下側成形部28を示している
が、上側成形部27は高熱ウエブ上へ下降してそれと係合
したところである。その場合、真空を附与することによ
ってウエブを上側成形部27の面に保持するようになって
いる。上側成形部をウエブ上へ下降させ真空を附与する
活動中、上側成形部とコンベヤロール16は共に6m/minの
速度で材料の流れ方向へ移動し共に整合するようになっ
ている。
第6B図においては上側と下側の成形部は今や共にクラ
ンプされ、6m/minの速度で材料の流れ方向に運動してい
る様子が示されている。コンベヤローラ16は金型からそ
の閉鎖に先立ち引き出され、ウエブの部分は真空により
クランプされてそこに残され、金型に付着される。ウエ
ブをいためずにコンベヤベルトを撤去するためにはベル
トとウエブ間の付着が本発明のウエブ調節方法により回
避されるようにすることが肝要である。
ロール9,16間を短縮しコンベヤベルト10内に張力を維
持するために可動ローラ25はローラ16の後方運動と同時
に下降される。比較的高速で後方運動した後、直ちにロ
ーラ16は6m/minの速度でその前方運動を開始してそれ自
身の直上部でベルトの相対速度をゼロに維持する。その
後ベルト16は閉鎖された金型のすぐ背後を前方方向に移
動し、既に金型どうしの間にクランプされたものは除き
高熱ウエブのほとんど全てを支持すると共に、製品の成
形冷却作用が行われる。
第6C図には成形部を分離するための手段と型抜きされ
た成形部ひが描かれている。
下側成形部28はそのクランプ位置から下降されかつ第
6A図で占めていた初期位置の背後の位置まで後退したと
ころである。その後完成品は第6A図に示すように上部金
型がそのスタート位置へ復帰する前にエジクタにより上
部金型から押出される。
第７図には本発明の方法のもう一つの変形が示されて
いるが、その場合、ウエブは再び最初に上記方法に従っ
て一組の可能調温ロールのまわりに調節され、更に定則
で回転ロール８により運動中のコンベヤベルト上へ送ら
れる。温度制御駆動ロール９はロール８と同一の表面速
度で駆動されるが、ロール16は可変速度で駆動され材料
を固定保持する一方、金型17,18は製品19の成形中は相
互にクランプされる。（図示せず）金型17,18は材料の
送り方向には運動を行わない。成形サイクルが完了し金
型17,18がその完全に開いた位置へ後退し終ると、その
後ロール16がロール９のそれよりも比較的大きな表面速
度で駆動され新しい高熱材料11を次の成形サイクルのた
めに金型間に送る。不断に送られる材料は成形サイクル
中ロール16が静止している間に不断に運動するベルトの
上面が材料がその上に送られるのと同一速度で長くなる
よにリフトロール24によってベルトの上部を長くするこ
とによって蓄積が行われる。上記リフトロール24はベル
トの上面を緊張状態に維持する可変速度で上部方向に持
ち上げられる。その結果、たえず移動するベルトの上面
は材料の同ベルトへの供給と同一速度で延びてゆく。
第４図について説明した方法につきより詳細に説明さ
れているように必要に応じ設けられる従動ピンチロール
26が固化材料と完成製品の重量を支持するために設けら
れる。
上面上のベルトの周期的な延長と短縮は可動ローラ25
により収納される。
第８図は更にもう一つの変形を示す。同例では上面上
でのベルトの長さは大きくして金型17,18の周期的動作
間に一定に送られる材料を蓄積するようになっている。
この場合、ローラ27は金型17,18が完成に開放した位
置にある場合ベルトとそれによりローラ16上に支えられ
たウエブ材料を駆動するために可変速度で駆動される。
この場合、ベルト上面の必要とされる長さ全体は、従動
ローラ27が静止状態に維持される期間中ベルトをウエブ
材料の重量と共に下部方向にたるませることによって蓄
積される。
その他の全ての点では第７図と第８図に示す方法は同
一の働きを行う。
第７図と第８図に述べた方法は第４図に述べたものに
比べて一定の利点と欠点があることは当業者にとって明
らかであろう。利点の一つは開いた金型どうしの間に次
のメルト部分を送る比較的短時間の間を除きウエブを完
全に支えることができる点である。そのことによって垂
直方向に懸吊する第４図の方法による非支持ウエブが垂
直たるみにより伸長を受ける傾向は小さくなる。欠点は
第７図と第８図の方法の場合（第６図の方法と同様
に）、材料を長期間ベルトと接触させることが必要であ
ってもしベルトに対するウエブの接着を回避さるべきで
あるとすればウエブの下側表皮をより冷却されることが
必要となる点である。同様に第７図と第８図の方法にお
いてコンベヤエンドローラ16上に固定保持されたウエブ
材料部分はローラ16の存在のために異なった熱環境を経
験することになるであろうことは明らかである。このた
めウエブの残の部分に対し成形性が異なった狭い幅の帯
状部分がウエブ内に生ずることになる。これらの帯は完
成品の一部としては使用できず、完成製品領域外におい
て金型内でクランプに供することができるだけである。
このため、成形業者に公知の如く使用可能なウエブが減
少し「フレームスクラップ」が増加することになる。フ
レームスクラップが増えると成形装置の生産能力は小さ
くなる。
図面の簡単な説明 第１図は連続熱成形機に適用した本発明の一例を示
す。
第２図は本発明の別の実施例を示す。
第３図は第２図のロールの代替的配置を示す。
第４図は本発明の作動の詳細を順を追って示す。
第５図は本発明の温度調節ならびに送りプロセスにお
ける種々の段階を通過する時のシートメルト内の典型的
な温度分布を示す。
第６図は本発明の別の実施例を示す。
第７図は本発明の別の実施例を示す。
第８図は本発明の別の実施例を示す。
１……ウエブ、 3,6……調温ロール、 ８……回転ロール、 10……コンベヤ、 12,13……金型。

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】中空物体（14,19）の熱成形方法であっ
    て：可塑性材料のウエブを温度制御された一組の調温ロ
    ール（3,6）に直接押し出し、該調温ロール（3,6）を通
    過させることによって前記ウエブの上下の表面層を冷却
    すると共に、該表面層間におけるウエブの内部は溶融状
    態に維持し、部分的に冷却されたコンベヤ（10）へ供給
    し、コンベヤ（10）と接触状態にあるウエブの表面層が
    ウエブ内部の溶融材料によってウエブがコンベヤに付着
    する温度を下回る熱可塑化温度に再加熱されるに至るま
    で、ウエブをコンベヤ上に滞留せしめ、ウエブを熱成形
    機（15）の入口まで搬送する方法において、ウエブ
    （１）の前記再加熱は、ウエブ（１）の表面が接触状態
    にあるコンベヤ（10）の長さを調節することによって制
    御されることを特徴とする熱成形方法。
  2. 【請求項２】長さの調節は調温ロール（3,6）とは別体
    の回転ロール（８）の位置調節により行われることを特
    徴とする請求の範囲１に記載の方法。
  3. 【請求項３】コンベヤの温度はウエブ表面層の再加熱制
    御を補助するように制御されることを特徴とする請求の
    範囲１若しくは２に記載の方法。
  4. 【請求項４】ウエブと調温ロールの接触長さはウエブの
    温度制御を補助するように調節されることを特徴とする
    請求の範囲１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】ウエブは垂直の対向金型（12,13;27,28）
    を有する熱成形機の入口に向けてコンベヤから水平に供
    給されることを特徴とする請求の範囲１から４のいずれ
    か一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】ウエブは水平の対向金型（17,18）を有す
    る熱成形機の入口に向けてコンベヤから垂直に供給され
    ることを特徴とする請求の範囲１から４のいずれか一項
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】コンベヤと金型との間のウエブの長さ方向
    の部分はその自らの構造による支持以外の支持は行われ
    ず、金型を出た後に自らの構造による支持以外の支持が
    行われることを特徴とする請求の範囲６に記載の方法。
  8. 【請求項８】押出機からの溶融した熱可塑性材料のウエ
    ブ（１）を受け取るための一組の温度制御された調温ロ
    ール（3,6）を備え、前記調温ロール（3,6）の位置は調
    整可能であり、更に、調温ロール（3,6）からの調温さ
    れたウエブを受け取り、ウエブを熱成形機（15）の入口
    に供給する搬送手段（10）を備えた熱成形装置におい
    て、ウエブ（１）に接触する搬送手段（10）の長さは調
    節可能であり、これによりコンベヤ手段と接触するウエ
    ブ表面温度は、ウエブが搬送手段に付着される温度より
    低い熱可塑化可能な温度で熱成形機に入るように制御さ
    れることを特徴とする熱成形装置。
  9. 【請求項９】コンベヤ手段が従動コンベヤベルトを具備
    することを特徴とする請求の範囲８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】コンベヤ手段はその出口端において熱成
    形機（15）の入口に対して接近及び離間するように移動
    可能なことを特徴とする請求の範囲８若しくは９に記載
    の装置。
  11. 【請求項１１】ウエブがコンベヤ手段に接触するときに
    コンベヤ手段は実質的にウエブの平面内の位置（20）に
    おいて旋回することを特徴とする請求の範囲10に記載の
    装置。
  12. 【請求項１２】前記旋回位置は調整可能であることを特
    徴とする請求の範囲11に記載の装置。
  13. 【請求項１３】ウエブと接触する搬送手段の長さは連続
    的に押出されるウエブの部分を保持するようにも調整可
    能であり、この保持された部分が熱成形機に間欠的に供
    給されることを特徴とする請求の範囲８に記載の装置。
  14. 【請求項１４】コンベヤ手段は熱成形機の入口に対して
    ウエブを熱成形機に水平に供給するように位置してお
    り、熱成形機の型（27,28）の移動によりコンベヤ手段
    への導入とコンベヤ手段からの撤退が行われることを特
    徴とする請求の範囲８に記載の装置。
  15. 【請求項１５】コンベヤ手段は熱成形機の入口に対して
    ウエブを熱成形機に垂直に供給するように位置すること
    を特徴とする請求の範囲８に記載の装置。
  16. 【請求項１６】支持手段が熱成形機から出てくる製品を
    支持するために設けられ、コンベヤ手段と熱成形機との
    間のウエブを支持するために支持手段は設けられないこ
    とを特徴とする請求の範囲第15に記載の装置。
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