JP5023562B2 - 成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、金型によって形成される被成形体を冷却するための冷却水の流路を金型に設けている成形金型に関する。

図１０は、例えば、ポリエチレンテレフタレート容器（ＰＥＴボトル）の前成形体としてのプリフォーム５を示し、このようなプリフォーム５は圧縮成形機などによって形成され、上部には容器本体の飲料の注入口となる部分である口頸部５ａが形成され、口頸部５ａの下部にはプリフォーム５の径方向外側に突出する環状フランジ５ｂが形成され、環状フランジ５ｂの下部にはブロー成形によって延伸される胴部５ｃが設けられている。胴部５ｃのほぼ中央下部は、ブロー成形時に延伸できるような肉厚に形成されている。

図１１は、容器のプリフォーム５を成形するために用いられる成形金型である従来のネックハーフ５１を示す。
ネックハーフ５１は、ステンレス（ＳＵＳ）鋼によって形成され、一対のネックハーフ５１が環状に一体に組合わされることによって、上述したプリフォーム５の口頸部５ａに対応する部分が形成される。ネックハーフ５１の上部には、環状突部５２が形成され、環状突部５２の半径方向外側には、上方に向かって狭くなるテーパ面５２ａが形成され、大径部５３の外周面下部には下方に向かって狭くなるテーパ面５３ａが形成されている。

ネックハーフ５１の内部には、流通孔５４，５５が形成され、流通孔５４，５５は、大径部５３の外周面から、プリフォーム５の口頸部５ａを形成する内孔５６に近づくように形成された直線的な長流路５４ａ，５５ａと、長流路５４ａ，５５ａの端部から、ほぼ直角に曲がって大径部５３の外周面を貫通する直線的な短流路５４ｂ，５５ｂが形成され、長流路５４ａ，５５ａの孔入口に栓５７を施すことで、略Ｗ型の流路孔５４，５５が形成されている。これらの流通孔５４，５５は、プリフォーム５を成形する際に、冷却水を流すことによって、プリフォーム５の口頸部５ａを冷却するようにしている。
特開２０００−４３０９５号公報 特開平９−１０９１９１号公報

従来のネックハーフ５１は、ノズル姿部（プリフォーム５の口頸部５ａを形成する箇所、後述する内層ブロック２７）に対応する部分の温度が高く、ノズル姿部の冷却効率がわるいと、成形完了時の金型からの離型時に、口頸部５ａの冷却固化が不十分のため、変形を起こしやすく熱による口頸部５ａに白化が生じることがある。その対策手段として、上述したように、ネックハーフ５１の内部に流通孔５４，５５を形成し、流通孔５４，５５に冷却水を流すことによってネックハーフ５１を冷却するものがある。

しかしながら、鋳造製品であれば口頸部の周囲に冷却効率の良い、例えばプリフォーム５の口頸部５ａの周囲に一定間隔で近づけた円弧形状の流路を形成するのは容易（例えばロストワックス法）であるが、鋳造から高精度のプラスチック製品成形面を造り上げるのは難しかったり、また剛性が比較的低いため、プラスチック成形時の射出または圧縮圧に耐えられるよう、プラスチック製品成形面と冷却水流路との間を厚肉化する必要がある。一方、材料をＳＵＳなどの鋼材を研削等によって形成するネックハーフ５１では、図１０に示すように、直線形状の流路しか形成できず、冷却効率は、必ずしも満足がいくものでなかった。
ノズル姿部分の温度が高い理由として、ネックハーフの圧縮成形機の本体側の嵌合部であるテーパ面５２ａ，５３ａとの摩擦を考慮し、ネックハーフ５１の材料を耐摩耗性のあるＳＵＳ系の高硬度の材料を使用せざるを得なかった。しかし、ＳＵＳ系の材料では、熱伝導率が低く、ノズル姿部が冷えにくいという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって圧縮成形機の本体側の嵌合部に対して耐摩耗性を有し、金型の内部に冷却効率のよい流路を切削加工などにより容易に形成する成形金型を提供することにある。

本発明の成形金型は、容器のプリフォーム口頸部を形成する上部金型を備え、該上部金型を一対の左右の分割金型によって形成し、前記分割金型を内層ブロックと該内層ブロックの外周部に嵌合する外層ブロックとから構成し、内層ブロックを外層ブロックよりも熱伝導率の大きな異種材料によって形成するとともに内層ブロックと外層ブロックとの接合面に溝を形成してなり、該溝を前記プリフォームの口頸部を冷却する冷却水の流通路とした成形金型において、前記外層ブロックの下方の側から前記流通路からなる溝を形成し、前記内層ブロックに設けられ該内層ブロックの半径方向外側に突出させたフランジで前記流通路の下側を形成するようにした。
上記成形金型は、前記外層ブロックの材質を焼き入れが可能である材質とすることができる。
さらに、上記成形金型は、前記内層ブロックと前記外層ブロックとの接合面を溶接で接合することが好ましい。

本発明の成形金型は、容器のプリフォーム口頸部を形成する上部金型を備え、該上部金型を一対の左右の分割金型によって形成し、前記分割金型を内層ブロックと該内層ブロックの外周部に嵌合する外層ブロックとから構成し、内層ブロックを外層ブロックよりも熱伝導率の大きな異種材料によって形成するとともに内層ブロックと外層ブロックとの接合面に溝を形成してなり、該溝を前記プリフォームの口頸部を冷却する冷却水の流通路とした成形金型において、前記外層ブロックの下方の側から前記流通路からなる溝を形成し、
前記内層ブロックに設けられ該内層ブロックの半径方向外側に突出させたフランジで前記流通路の下側を形成するようにしたので、熱伝導率の大きい内層ブロックを介して内層ブロックと外層ブロックの間に内層ブロックに近接して形成された流通路を流れる冷却水が効率良くプリフォームの口頸部を冷却することができる。また、容易に冷却効率の良い任意の形状の流通路を形成できる。このような流水路は、冷却水をフランジに接触させることにより、冷却水と内層ブロックの接触面積を広くすることによって、冷却水がより内層ブロックの熱を吸収し、プリフォームの口頸部を冷却できる効果がある。
上記成形金型は、前記外層ブロックの材質を焼き入れが可能である材質としたので、外層ブロックの耐摩耗性を維持することができる。
上記成形金型は、前記内層ブロックと前記外層ブロックとの接合面を溶接で接合したので、異種金属であっても接合面の溶接部に品質のばらつき無しに接合することができる。

以下、本発明の実施の形態の発明の成形金型について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係わる一対のネックハーフ１６，１６の平面図、図２はネックハーフの正面図である。なお、ネックハーフ内周面３４の正面図を示す際、流通路３６の隠れ線（破線）を示すため、プリフォーム製品口頸部の奥行き線を省略することがある。
一対のネックハーフ１６，１６は各々同じ形状であって、一方のネックハーフ１６について説明すると、ネックハーフ１６は、半円形状をしており、外側に外層ブロック２６、内側に内層ブロック２７を有する２層構造である。これらのうち外層ブロック２６は、図３のＡ及びＢに示すように、本体部２８とこの本体部２８から上方に突出し半円弧状の突出部２９を設けている。突出部２９の外周面には、上方に向かって細くなるテーパ面３０を形成している。

本体部２８は、下端側を除いて同一半径を有する半円形状の外周面を設け、下端側は、下方に向かって細くなるテーパ面３１を形成している。外層ブロック２６の内部には、上部に半円形状の中径孔３３、中段に半円形状の小径孔４１，下部に半円形状の大径孔３５を形成している。そして、小径孔４１がある部分には、凸溝形状の流通路３６を小径孔４１の内周面に形成している。図３のＡに示すように、流通路３６は、外層ブロック２６の両端面３７の近傍から、外層ブロック２６の内部に形成され、流通路３６の上下部で外層ブロック２６の半径方向外側へ溝が浅く形成され、上下方向中央部は、半径方向外側へ溝が深く形成されている。流通路３６の両端部では、流通路３６から本体部２８の外周面を貫通する供給路３８及び排水路３９が形成されている。
外層ブロック２６の材料は、基本的に焼き入れのできる金属製材料を使用し、好ましくは、硬さ（ＨＲＣ：ロックウェルＣスケール）が５０以上のものを使用し、水に触れても錆びない高強度・高摩耗性・高耐食性のステンレス鋼（例えばプリハードン鋼：ＨＰＭ３８−ＳＵＳ４２０Ｊ）を使用するとよい。

図４に示すように、内層ブロック２７は、ほぼ円筒状部材を軸方向に２分割した半円弧形状であって、外周面４０の外径半径は、外層ブロック２６の小径孔４１の内径（半径）に等しい。内層ブロック２７の内周面３４は、プリフォーム５の口頸部５ａの外形に対応させた形状に形成している。
内層ブロック２７の材質は、外層ブロック２６よりも熱伝導率の大きい材料を使用する。好ましくは、ＡＭＰＣＯ０９０（Ampco Metal社）を使用することが好ましく、この他、Ａｌ粉末系を使用することができる。

ネックハーフ１６の製造工程の一例を説明すると、外層ブロック２６及び内層ブロック２７の各々の外形よりも少し大きな形状の材料取りを行い、外層ブロック２６の中径孔３３、小径孔４１、大径孔３５の取り代を切削するとともに、小径孔４１の内周面に流通路３６を形成する。この際、小径孔４１に内層ブロック２７の外周面４０が精度良く嵌まるように精度出しを行う。
次いで、外層ブロック２６の端面３７と内層ブロック２７の端面４２の取り代を切削して精度出しを行う。そして、外層ブロック２６の小径孔４１に内層ブロック２７の外周面４０を合わせて溶接で溶着する。溶接は、電子ビーム溶接や高周波溶接、拡散溶接によって行い、それらの境界面を溶着させる。電子ビーム溶接や高周波溶接、拡散溶接は、外層ブロック２６と内層ブロック２７が異種材料であっても、接合面の全体を溶接することができる。

次に、本体部２８の上面にネジ孔などの加工や流通路３６の両端に連通され、外層ブロック２６の径方向に向けて形成された冷却水の供給路３８と排水路３９を形成する。そして、最後に本体部２８の外周面の取り代を切削し、最後に製品部である内周面３４を加工する。このようなネックハーフ１６を一対製造することによって、ネックハーフ１６，１６が完成する。なお、内層ブロック２７は切削による加工のため、鋳造に比べ剛性が高いので薄肉化し、冷却効率を高めることができる。
ネックハーフ１６は、圧縮成形機１に組み付けられた状態では、冷却水の供給路３８が図示しない冷却水のポンプなどの供給手段に接続され、排水路３９が冷却水の循環若しくは排水手段側に接続される。

次に、ネックハーフ１６，１６を利用した、プリフォーム５の成形工程について説明する。
図５は、例えばポリエチレンテレフタレート容器のプリフォームを成形するために用いられる圧縮成形機とこの圧縮成形機に溶融した合成樹脂を供給する搬送装置２を示し、図６は、プリフォームの成形工程を示す。
圧縮成形機１は、図５に一部を示すように、例えば、同心円上に並べられた複数のキャビティー型１１が設けられている。圧縮成形機１には、これに隣接して溶融樹脂の搬送装置２が配設され、搬送装置２には、溶融樹脂の複数のドロップ供給部材１５が回転可能に配設されている。ドロップ供給部材１５は溶融樹脂の供給装置から溶融樹脂を、溶融樹脂の吐出口２４の下方のポジジョンＸで溶融樹脂を切断して受け取り、所定角度回転した後、キャビティー型１１に一致するポジションＹで溶融樹脂をキャビティー型１１の内部に供給するように構成されている。

図６のＡに示すように、キャビティー型１１には、その中心部に上下方向に形成された内孔を形成している。ポジションＹに、複数あるキャビティー型１１の１つが到達すると、キャビティー型１１の上方には、キャビティー型１１とは別途の円軌道上を回転し、キャビティー型１１とは上下方向に１接点を共通にする搬送装置のドロップ供給部材１５が、瞬間的に上方位置に配置されるように構成されている。
キャビティー型１１の直上には、主として容器の口頸部５ａを形成する一対のネックハーフ１６が配設されている。

説明をプリフォームの製造工程に戻し、ネックハーフ１６，１６を用いたプリフォーム５の製造工程を説明する。
ネックハーフ１６，１６はキャビティー型１１の円軌道上を移動することができる。ネックハーフ１６，１６は、合体と左右に分割が可能であり、ネックハーフ１６，１６が合体すると、この内部に上下方向へ延びる貫通孔１７が形成される。
ネックハーフ１６，１６の上部には、キャビティー型１１の軌道上を移動できるコア１８が配設され、ネックハーフ１６，１６及びコア１８は、キャビティー型１１の円軌道上を移動しながら上下動できるように構成されている。

ポジションＹでは、図６のＡに示すように、搬送装置のドロップ供給部材１５がキャビティー型１１とネックハーフ１６，１６の間に入り込み、互いの軌道の重なり部となる同一直線点上に移動したときに、ドロップ供給部材１５からキャビティー型１１の内孔１４にドロップ（溶融樹脂）２１が供給される。その後、ドロップ供給部材１５が、キャビティー型１１及びネックハーフ１６，１６の軌道上から離れる。
次いで、図６のＢに示すように、ネックハーフ１６，１６が下降してキャビティー型１１の上に配設され、その後コア１８が下降する。そして、図６のＣに示すように、ネックハーフ１６，１６の貫通孔１７と内孔１４内に差し込まれて隙間が形成され、ドロップ２１がネックハーフ１６，１６側の隙間を充填する。こうして、ドロップ２１がコア１８に圧縮されて溶融樹脂からプリフォーム５が形成される。

ネックハーフ１６の内部には、冷却水の流通路３６が形成されているので、供給路３８から冷却水が供給され、流通路３６を通って排水路３９へ流れていく。なお、なるべく均一に冷却するためには片側のネックハーフ供給路３８に対し反対側のネックハーフは排水路３９が向かい合わせになるよう対応配置することが好ましい（図１）。流通路３６は、内層ブロック２７の外周面と接触し、プリフォーム５の口頸部５ａの円周方向へ流れているので、図１０に示すようなプリフォーム５の口頸姿形状５ｄからかけ離れた折れ線状の流通孔５４，５５で冷却するよりもよりも、均一に口頸部５ａを冷却することができる。さらに、内層ブロック２７は熱伝導率のよい材質で形成しているので、内層ブロック２７が効率良くプリフォーム５の口頸部５ａの熱を吸収し、かつ冷却水が内層ブロック２７の熱を吸収することができる。よって、口頸部５ａの冷却不足によるネックハーフ１６，１６からの型抜け不良（離形不良）や、白化を防止できる。

図６のＣに示すように、プリフォーム５の圧縮成形が完了した後、コア１８とネックハーフ１６，１６が上昇し、図示の状態からネックハーフ１６，１６を左右両側に分割することによって、プリフォーム５をコア１８から外し、図示しない搬送手段によって次工程に搬送させることができる。このようなプリフォーム５は、次工程でブロー成形（図示せず）がなされ、ブロー成形では、赤外線ランプの熱などを用いて、プリフォーム５が延伸されて図示しない容器が成形される。
このように、本実施の形態では、摩耗が激しいネックハーフ１６，６の外層ブロック２６の材質を硬い材質とし、かつ焼き入れができる材料にすることで外層ブロック２６の品質を維持し、内層ブロック２７の材質を熱効率の良い材料とすることで、プリフォーム５の口頸部５ａの冷却効率の向上を図ることができる。

以上説明した図１〜図６の発明に関連する、本発明の図７のＡ及びＢに示すネックハーフ１６は、内層ブロック２７の流水路３６の下部にフランジ４７を、内層ブロック２７の半径方向外側に突出させ、流水路３６の下側を内層ブロック２７のフランジ４７で形成するようにしている。流水路３６を形成するために、外層ブロック２６を図の下方の側からＮＣフライスのエンドミル等で削り込めばよいので、容易に冷却効率の良い任意の形状の流通路３６を形成できる。このような流水路３６は、冷却水をフランジ４７に接触させることにより、冷却水と内層ブロック２７の接触面積を広くすることによって、冷却水がより内層ブロック２７の熱を吸収し、プリフォーム５の口頸部５ａを冷却できる副次的効果がある。

図８のＡ及びＢに示す内層ブロック２７は、冷却水の流水路３６の両端部を内層ブロック２７の両端部を外側に延ばして形成した堰部４８で閉塞している。このようにすると、流水路３６を形成する際に、外層ブロック２６を２個組み上げたものを中ぐり加工し、その後２個の外層ブロックを外し、端部３７に堰部４８を納める段差部４９を形成後、内層ブロック２７を埋め込み溶接すればよいので、流通路３６の形成が容易である。外層ブロック２６の内周面に形成できるので、冷却効率の良い任意の形状の流通路３６を形成できる。
さらには、外層ブロック２６の内周面に溝を形成して流通路３６をネックハーフ１６に配設したが、図９Ａ及びＢに示すように、内層ブロック２７の外周面に溝を形成し、外層ブロック２６の内周面で溝を閉塞して流通路を形成してもよい。内層ブロック２７に溝を形成した方が、より成形されるプリフォームに近くなり、冷却水の温度を変動させた場合などはより迅速な冷却が可能になる。なお、成形に手間がかかるが、外層ブロック２６と内層ブロック２７の両者に溝を形成して流通路を設けても良い。
また、外層ブロック２６と内層ブロック２７との接合は、電子ビーム溶接や高周波溶接によって行ったが、外層ブロック２６と内層ブロック２７とを溶接以外でボルトによって接続してもよい。その際は、流通路周縁をＯ−リング５０やシール剤等で囲うと好ましい。
金型については、左右分割型であるネックハーフを例にあげたが、左右分割型でなく環状の一体金型を外層ブロックと内層ブロックで形成してもよい。
また、圧縮成形用金型に限らず、射出成形用金型としても用いることができる。

本実施の形態の成形金型の一対のネックハーフの平面図である。 図１のネックハーフの正面図である。 図１のネックハーフの外層ブロックであって、Ａは外層ブロックの平面図、Ｂは正面図である。 図１のネックハーフの内層ブロックであって、Ａは外層ブロックの平面図、Ｂは正面図である。 本発明の実施の形態の成形金型が配設される圧縮成形機と圧縮成形機にプリフォームの溶融樹脂を搬送する搬送装置の概略図である。 本実施の形態の成形金型を用いてプリフォームの成形手順を示す工程図であって、Ａは、搬送装置からキャビティー型に溶融樹脂を供給する直前状態の断面図、Ｂはキャビティー型にドロップを供給してコアで溶融樹脂を圧縮している状態の断面図、Ｃはネックハーフがキャビティー型に当接紙溶融樹脂の圧縮が完了した状態の断面図、Ｄはコアとともにネックハーフを上昇させた状態の断面図である。 本発明の実施の形態の変形例によるネックハーフであって、Ａは正面図、Ｂは底面図である。 本発明の実施の形態の他の変形例によるネックハーフであって、Ａは正面図、Ｂは底面図である。 本発明の実施の形態の他の変形例によるネックハーフであって、Ａは正面図、Ｂは平面図である。 従来例及び本実施の形態によるプリフォームの断面図である。 従来例によるネックハーフであって、Ａはネックハーフの平面図、Ｂは正面図である。

符号の説明

１ 圧縮成形機
２ 搬送装置
５ プリフォーム
５ａ 口頸部
１１ キャビティー型
１６ ネックハーフ
２６ 外層ブロック
２７ 内層ブロック
３０，３１ テーパ面
３４ 内周面
３６ 流通路
３８ 供給路
３９ 排水路

Claims (3)

1. 容器のプリフォーム口頸部を形成する上部金型を備え、該上部金型を一対の左右の分割金型によって形成し、
   前記分割金型を内層ブロックと該内層ブロックの外周部に嵌合する外層ブロックとから構成し、
   内層ブロックを外層ブロックよりも熱伝導率の大きな異種材料によって形成するとともに内層ブロックと外層ブロックとの接合面に溝を形成してなり、
   該溝を前記プリフォームの口頸部を冷却する冷却水の流通路とした成形金型において、
   前記外層ブロックの下方の側から前記流通路からなる溝を形成し、
   前記内層ブロックに設けられ該内層ブロックの半径方向外側に突出させたフランジで前記流通路の下側を形成するようにしたことを特徴とする成形金型。
2. 前記外層ブロックの材質を焼き入れが可能である材質としたことを特徴とする請求項１に記載の成形金型。
3. 前記内層ブロックと前記外層ブロックとの接合面を溶接で接合したことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形金型。

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