JPS5923536B2 - プラスチック容器の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラスチックシートから容器状の薄肉成形品を
製造する方法に関する。

更に詳しくは、プラスチックシートからプラグアシスト
圧空成形法によつて薄肉成形品を製造する際に予熱した
シートヘのプラグの挿入と雌型の開口部内へのシートの
絞り込みの順序を改良することによつて、耐熱性、剛性
等を向上させた薄肉容器の製造方法及び製造装置に関す
る。

本発明の目的とするところは、一般のプラスチツクシー
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、更に肉厚分布
，腰の強さ，成形後収縮等の改善された中空容器を製造
する簡単で有利な方法を提供することにある。

ブラスチツクシートから成形深さの深い薄肉容器を製造
する熱成形方法として、プラグを補助に用いる圧空成形
法が古くから知られているが、最近このプラグアシスト
圧空成形法を応用したポリプロピレン等のポリオレフイ
ンシートの固相圧空成形法が提案されている。

この成形法では、融点以下の固相状態でポリオレフイン
シートを成形プラグと端部開口とを持つ金型との間に導
入し、成形プラグをシートと共に金型開口に対して移動
させてシートの***部分を金型中に担持させ、シートの
***部分に対して圧力流体を導入して金型中に製品を成
形することを特徴としている（例えば特開昭４７−１１
４８９号公報など）。この固相圧空成形法によつて、予
熱シートのたるみに由来する容器開口部のしわを発生さ
せることなく、高い生産速度でポリプロピレン容器を製
造することができる。然しながら、上述の固相圧空成形
法で製造したポリプロピレン容器は耐熱性が悪く、１０
０℃以上に加熱すると大きな寸法収縮を起すという欠点
を持つており、レトルト食品用など１００℃以上の耐熱
性を要求される用途には使用することが困難である。

本発明者らは、生産速度を落とすことなく、成形品の透
明性等の品質を低下させることなく、しかもレトルト食
品容器等に向く耐熱性の優れたポリプロピレン薄肉容器
を得る方法を種々検討した結果、プラグアシスト圧空成
形法において、予熱シートに対する上面からの成形プラ
グによる絞り込みと成形用雌型による下面からのシート
の絞り込みとをこの順序で段階的に行うことによつて成
形品の耐熱性を大幅に向上できることを見出し、更に研
究を進めて本発明を完成させるに至つたものである。

本発明の容器の製造方法は、端部をチヤツク等の固定具
で固定したプラスチツクシートを予め成形温度まで加熱
して、成形ボツクス内に設置され加熱された補助プラグ
と、雌型の開口部より大きい開口部を有し、雌型開口の
周辺部の上に設置さノれたシート保持板との間に該シー
トを導入して、まず該プラグを雌型開口の方向へ前進さ
せシートを絞り込み、次いで該保持板を成形ボツクスの
方向へシートのクランプ面と同等の高さまで前進させ、
プラグで突き出された***シートの裾部を該保持板の開
口端部で絞り込み、次いで冷却された雌型を成形ボツク
スの方向へ前進させ、プラグで突き出された***シート
部分を雌型開口部内へ入れ、成形ボツクスと雌型の周辺
部とでシート周辺部を圧締して後、直ちに成形ボツクス
内へ圧力流体を導入してシートを雌型表面へ成形し、冷
却することを特徴としている。

更に本発明の容器の製造方法は、端部をチヤツク等の固
定具で固定したプラスチツクシートを予め成形温度まで
加熱して、成形ボツクス内に設置され加熱された補助ブ
ラグと、雌型の開口部より大きい開口部を有し、雌型開
口の周辺部の上に設置されたシート保持板との間に該シ
ートを導入して、まず該保持板をシートのクランプ面と
同等の高さまで接近させ、次いで該プラグをシートの上
から保持板の開口部を貫いて雌型方向へ前進させ、保持
板の開口端部に接触させてシートを絞り込み、次いで冷
却された雌型を成形ボツクスの方向へ前進させ、ブラグ
で突き出された***シート部分を雌型の開口部内へ入れ
、更に***シートの裾部を雌型の開口端部で絞り込み、
次いで成形ボツクスと雌型とでシート周辺部を圧締して
後、直ちに成形ボツクス内へ圧力流体を導入して圧力差
によシシートを雌型表面へ成形し冷却することを特徴と
している。

以下図面に従つて本発明の方法を説明する。

第１図は、本発明を実施した成形装置であレ、下の成形
型部分と上の成形ボツクス部分とから成つている。下の
成形型部分では、チヤツク等の固定具１で固定されたシ
ート２を成形する為の雌型３はその内部に冷却水循環路
４を有するものであり、エアシリンダー５で上下に移動
する。雌型３はその開口周辺部土にシート保持板６を具
備しており、シート保持板６は初めの状態では、スプリ
ング７によつて最高位置に押し上げられている。上の成
形ボツクス部分は、エアシリンダー８で上下に動き、圧
空供給口９を有する成形ボツクス１０と成形ボツクス１
０内に設置され、ヒーター１１を内蔵する補助プラグ１
２から成つている。補助プラグ１２はエアシリンダー１
３によつて土下に移動可能である。成形は以下のように
行う。

初めに周辺部をチヤツク等の固定具で固定したプラスチ
ツクシートを予め成形温度まで加熱した後、第１図のよ
うに成形ボツクス部と成形型部との間に導入して、まず
第２図のようにエアシリンダー８によジ成形ボツクス１
０を下降させて、ヒーター１１で加熱した補助プラグ１
２でシート２を絞り込み、次いでエアシリンダー５ｉｆ
Ｃ．よつて雌型３をシート２のクランプ面と同等の高さ
まで接近させ、プラグ１２で突き出された***シートの
裾部をスプリング７で押し上げられたシート保持板６の
開口端部で絞り込み、更に冷却された雌型３を上昇させ
、プラグ１２で突き出された***シート部分を雌型３の
開口部内へ入れ、第３図のように成形ボツクス１０と雌
型３の開口周辺とでシート周辺部を圧締する。

この場合成形ボツクス１０と雌型３によりシートの圧締
される過程でシート保持板は成形ボツクスの開口部で押
され、スプリングが圧縮される。成形ボツクスと雌型と
でシートを圧締して後、直ちに成形ボツクス内へ圧空供
給口９を通して圧空を導入して、第４図のようにシート
を雌型の表面に賦形し、冷却することによつて容器の成
形が完了する。本発明において、プラスチツクシートの
端部はチヤツクで固定しておくことが必要であり、チヤ
ツク等の固定具は第１図に例示されているように成形ボ
ツクス及び雌型の外側に設置されることが必要である。

複数個取り成形の場合、シートの幅方向に一列に並んだ
複数個の雌型の両端の雌型の更に外側でシートをチヤツ
ク等によつて固定することが必要である。

従つて、この場合両端部をチヤツク等で固定した予熱シ
ートを複数個の補助プラグと雌型の開口部毎に開口を有
するシート保持板との間に導入し、まずシート保持板を
シートのクランプ面と同等の高さに位置させ、次いで複
数個の補助プラグを各々シートの上から保持板の複数個
の開口を貫いて雌型方向へ前進させ、保持板の開口端部
でシートを絞り込み、次いで複数個の雌型を成形ボツク
スの方向へ前進させ、プラグで突き出された***シート
部分を各々対を成す雌型の空洞内部へ入れ、更に***シ
ートの裾部を各々の雌型の開口端部で絞ク込み、次いで
成形ボツクスと雌型の開口周辺部とでシートの周辺部を
圧締して後、直ちに成形ボツクス内へ圧力流体を導入し
て、圧力差によりシートを雌型表面へ成形し、冷却する
。本発明が公知のプラグアシスト圧空成形法と明確に異
なる点は、まず予熱シートの上から補助プラグを挿入し
てシートを絞り込み、次いでシートの反対側から雌型を
シート方向へ移動させて、プラグ１起したシートの裾部
を雌型の開口端部で絞り込む点であるが、この場合プラ
グをシートに挿入して後、雌型開口部上に設置されたシ
ート保持板を成形ボツクスの方向へシートのクランプ面
と同等の高さまで接近させてプラグで突き出された***
シートの裾部をシート保持板の開口端部で絞り込み、次
いで雌型をシートの方向へ前進させる。これはブラグで
突き出された***シートの裾部を雌型の開口端部で直接
絞り込むと、シートの材質によつては、又雌型開口部の
デザインによつては、容器の口部の外観を損う場合があ
るからである。シート保持板の予熱シートに接触する表
面は、シートの絞り込み性を良くする為、弗素樹脂のよ
うな断熱性及び滑り性に優れた材料で被覆しておくこと
が好ましい。

又プラスチツクシートの材質によつてはシート保持板に
ヒーターを内蔵させ、保温しておくことが好ましい。シ
ート保持板は雌型と独立に前進・後退の可能なことが好
ましく、その為シート保持板は第１図に示すようにスプ
リングで作動させるか、あるいはエアシリンダーで独立
に動かすのが好ましい。

シート保持板の移動のタイミングは成形品の仕上りを良
くする為重要であり、そのタイミングはエアシリンダー
用の電磁弁の開閉によつて調節するのが好ましい。シー
ト保持板の開口部の大きさも成形品の仕土シに大きな影
響を与えるが、開口部の大きさは成形される容器の耳部
周辺と同程度のサイズであることが好ましい。本発明の
方法において、成形ボツクス及び補助プラグの予熱シー
ト方向への移動，シート保持板のシート方向への移動，
雌型のシート方向への移動並びに圧空供給のタイミング
が重要であり、このタイミングを精度良くコントロール
する為の機械的あるいは電気的タイマーが必要である。

補助プラグはクロムメツキした金属ブラグ又は表面を弗
素樹脂でコートした金属プラグ等が好ましく、ヒーター
を内蔵させてシート予熱温度に近い温度まで加熱して使
用するのが好ましい。成形ボツクス内に設置された補助
プラグはエアシリンダーによつて、成形ボツクスとは独
立に前進・後退が可能であるのが好ましい。雌型は、成
形サイクルを向上させる為、冷却水の循環路を内蔵した
金属型であることが好ましい。

本発明の方法は、厚さ０．２Ｔｍ及至３．０ｍの熱可塑
性プラスチツクシートから容器の製造するのに適してい
る。塩化ビニル樹脂，スチロール樹脂，ポリエチレンテ
レフタレート樹脂等のシートから本発明の方法によつて
肉厚分布が均一で、腰の強い容器を製造することができ
る。

ポリプロピレン，ポリエチレン又はこれらの樹脂を含む
単層あるいは多層シートから本発明の方法によつて容器
を製造すると、肉厚分布が均一で、腰が強い上に、耐熱
性の著しい向上が見られる。４ＶＶｃポリプロピレン樹
脂を主体とするシートでは、シートを融点以下の温度！
ＩＣ二友熱して成形する固相圧空成形及び融点以上の温
度に加熱して成形する溶融圧空成形のいずれにおいても
、耐熱性，剛性の優れた容器を製造することができる。

ポリプロピレンを融点以下の温度に加熱して圧 二空成
形する、いわゆる固相圧空成形法は、成形された中空容
器の口部に皺が発生しにくべ透明性を改善できる等の長
所を有する為、近年実用化されるに至つている。

然し乍ら、公知のブラグアシスト固相圧空成形法で製造
したポリプロピレン容 ３器は、約１６５℃の結晶融点
よシ遥かに低い１００℃附近の温度まで加熱することに
よつて、顕著な収縮変形を生じ、ポリプロピレン樹脂の
耐熱性が有効に活用されていない。ところが本発明の方
法でポリプロピレンシート ５を固相圧空成形すると、
成形品の透明性を維持したまま耐熱性が１３０℃以上に
向上し、レトルト食品容器用等の耐熱用途に使用可能と
なる。

ポリプロピレンシートの固相圧空成形においては、成形
温度がその結晶融点以下、好ましくは１４０℃乃至結晶
融点であり、補助ブラグの温度は１２０℃乃至１６０℃
であり、雌型の温度は５℃乃至４０℃であり、成形の際
の供給圧空の圧力は２乃至６Ｋシ論であることが好まし
い。公知のポリプロピレン固相圧空成形法では、最適成
形温度幅が狭く、シート温度幅で２乃至５℃程度の範囲
内に限定されていたのに対して、本発明の方法では、最
適成形温度幅が大幅に拡大され、融点以下の固相圧空成
形から融点以上の溶融圧空成形に至るまで連続した温度
範囲で成形が可能である。

ポリプロピレンシートの溶融圧空成形の場合、成形温度
は結晶融点以上であり、補助プラグの温度は１００℃乃
至２００℃であることが好ましく、容器の透明性は固相
圧空成形品に比べて若干低下するが、耐熱性は更に向上
する。

ポリプロピレンシートの圧空成形において、成形速度を
アツプする為には、雌型の温度を低く保つことが好まし
いが、公知の固相圧空成形法では、雌型の温度を低く保
つと成形過程で雌型に接近又は接触したシート部分の冷
却が起り、その為容器の耐熱性が低くなる。

ところが本発明の方法では、雌型を十分に冷却しておい
ても成形の途中で雌型への接近又は接触によるシートの
冷却が起りにくく、その為容器の耐熱性の低下が起らな
い。このように、本発明の方法では容器の耐熱性を下げ
ることなしに成形速度を向上させることが出来る。本発
明の方法で製造したポリブロピレン固相圧空成形容器は
、従来法で製造したポリプロピレン固相圧空成形容器に
比べて肉厚分布が均一で、腰が強く、耐熱性に優れ、し
かも透明性が良好である。従来法では、予熱シートの周
辺部を雌型の開口端部周辺と成形ボツクスとで圧締した
後、プラグをシートへ挿入する為、プラグで突き出され
たシートの裾部、即ち雌型の開口端部に接触するシート
部分とプラグの先端部に接触するシート部分との間のシ
ート部分のブラグ挿入の際に生じる伸びの延伸倍率が他
の部分に比較して大きくなり、その為成形された容器で
は、底部に比べて側壁上部の肉厚が薄くなる傾向が強い
。

その為容器の圧縮強度が小さく、腰が弱くなる。これに
対して本発明の方法では、チヤツク等で端部を固定した
予熱シートに、まずブラグを挿入し、次いで雌型をシー
ト方向へ前進させ、シートの突出部を雌型内へ入れ、シ
ートの裾部を雌型で絞り込む為、雌型表面へ成形される
シートに局部的に大きな延伸が起らず、プラグ先端部に
接触するシート部分とシートの裾部との肉厚の差が小さ
く、その為成形された容器の肉厚が均一で、容器の圧縮
強度が著しく大きくなる。

本発明の方法で成形すると、雌型開口の端部周辺からも
予熱シートを雌型内へプラグで絞り込む傾向を有する為
、容器の平均肉厚が従来法で成形された容器に比較して
１０％乃至４０％増大する。

従つて本発明の方法では、従来法よりも厚さが１０％乃
至４０％薄い原反シートで肉厚が従来法と同等の容器を
製造することが可能となり、材料費の節約を達成するこ
とができる。本発明の方法で製造された容器の耐熱性が
優れている理由は、現在のところ明白ではないが、従来
法に比較して次のような理由を考えることが出来る。

公知のプラグアシスト固相圧空成形法では、成形ボツク
スと雌型開口の端部周辺で予熱シートを圧締して後、プ
ラグを雌型内へ挿入してシートを予備延伸するが、この
際シートに局部的な高延伸が起る。

ブラグ挿入の際、雌型開口端部に接触しながら延伸され
るシート部分は、雌型表面で冷却されながら局部的に高
延伸される。この為成形された容器を再加熱すると、比
較的低い温度、例えばポリプロピレン固相圧空成形品の
場合、１００℃附近で大きな寸法収縮を起し始める。と
ころが本発明の成形法では、予熱シートヘプラグを挿入
し、更にシート保持板がクランプ面まで移動しこの絞り
込まれたシートは次で、雌型内におさめられて圧空成形
をする。

従来法のようなプラグの挿入に伴う雌型開口端部に接触
するシートの局部的な低温度，高延伸が起らない機構と
なつている。又唯型開口端部でシートを絞ね込む際にも
局部的な高延伸は起らない。その為本発明の方法で製造
された容器を再加熱しても、容器の局部的な寸法収縮が
起りにくく、例えばポリプロピレン固相圧空成形品の場
合、１３０℃附近の温度で収縮変形が生じ始める。以下
実施例によつて本発明を詳しく説明する。

実施例成形面積３００×２５０ｗｍの圧空成形機を用い
て、口径９０ｍ，成形深さ５３ＴＷ１のコツプ状丸型容
器を本発明の方法で成形した。

成形装置は第１図に示したものであり、成形ボツクス，
雌型，補助プラグ，シート保持板はいずれも鉄製であり
、雌型内面及びプラグ表面はクロムメツキ鏡面仕上げし
た。

プラグの温度は内蔵のヒーターで調節した。雌型の冷却
水循環路には２０℃の水を循環した。シート保持板の上
面は弗素樹脂で被覆した。厚さ０．８ＴｒｒＩｒＬのポ
リプロピレン押出シート及びポリプロピレン／エチレン
醋酸ビニル共重合体けん化物／ポリプロピレン構成の共
押出シートを用いて、本発明の方法により成形を行なつ
た。

端部をチヤツクで固定し、成形ボツクスと雌型との間に
セツトしたシートを上方から遠赤外線ヒーターで約１５
５℃に予熱した後、ヒーターをシート土から除き、次に
第２図のように予熱シート上へ成形ボツクスを下降させ
て、１５０℃に加熱されたブラグでシートを絞り込み、
次いでエアシリンダーによつて雌型をシートのクランプ
面と同等の高さまで上昇させ、まずプラグで突き出され
た***シートの裾部をスプリングで支えられたシート保
持板の開口端部で絞り込み、更にブラグで突き出された
***シート部分を雌型の開口部内へ入れ、成形ボツクス
と雌型の開口周辺部とでシートを圧締して後、直ちに圧
空供給口から５ｚ４ｄの圧縮空気を供給して、シートを
雌型表面へ成形し、冷却した。

比較の為同様の成形装置を用いて従来法により同一形状
の容器を成形した。

従来法では、１５５℃に予熱したシートの下方から雌型
をシートのクランプ面と同等の高さまで上昇させ、同時
に成形ボツクスを下降させて、シートを雌型と成形ボツ
クスとで圧締し、次いで１４０℃に加熱したプラグを雌
型内へ挿入してシートを雌型開口内部へ絞り込み、直ち
に圧空供給口より５Ｋｆ／／Ｃｄの圧力の圧縮空気を導
入して、シートを雌型表面へ成形し、冷却した。本発明
の方法及び従来法によつて製造したポリプロピレン容器
及びポリプロピレン／エチレン醋酸ビニル共重合体けん
化物／ポリプロピレン構成の多層容器の耐熱温度，収縮
開始温度，容器重量，透明性，剛性の評価結果を第１表
に示す。

耐熱温度は、シリコンオイル中にカツブ状容器を浸漬し
、カツプの開口端部に上方から５４０ｆｍの圧縮荷重を
掛けた状態で、２℃／分の昇温速度でシリコンオイルを
加熱してゆき、成形深さ５３能のカツブの圧縮変形量が
２ｗｎＶＣ達する温度で定義した。

収縮開始温度は、一定温度に設定した空気恒温槽内にカ
ツプを１０分間置いて後、これを取出して寸法を測定し
、無荷重下でのカツブの深さの加熱収縮量が１ｍ！に達
する温度で定義した。容器重量はカツプ１個の重量であ
り、透明性及び剛性は外観及び触感で評価した。第１表
で明らかなように、本発明の方法による成形品は、従来
法による比較成形品に比べて、耐熱性が約３０℃向上し
、透明性及び剛性も良好であり、同一原反シートからの
成形であるにも拘らず、容器重量が約３０％増大してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した容器の成形装置であり、図中
、１はシート端部を固定するチヤツク等の固定具、２は
ブラスチツクシート、３は雌型、４は冷却水循環路、５
はエアシリンダー、６はシート保持板、７はスプリング
、８はエアシリンダー、９は圧空供給口、１０は成形ボ
ツクス、１１はヒーター、１２は補助プラグ、１３はエ
アシリンダーである。 第２図〜第４図は、第１図の成形装置による成形工程を
示すものであり、第２図は補助ブラグでシートを絞り込
んだ状態、第３図は雌型を上昇させて成形ボツクスと雌
型とでシートを圧締した状態、第４図は圧空を供給して
シートを雌型表面へ成形し、冷却した状態を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 端部をチャック等の固定具で固定したプラスチック
   シートを予め成形温度まで加熱して、成形ボックス内に
   設置され加熱された補助プラグと、雌型の開口部より大
   きい開口部を有し、雌型開口の周辺部の上に設置された
   シート保持板との間に該シートを導入して、まず該プラ
   グを雌型開口の方向へ前進させシートを絞り込み、次い
   で該保持板を成形ボックスの方向へシートのクランプ面
   と同等の高さまで前進させ、プラグで突き出された***
   シートの裾部を該保持板の開口端部で絞り込み、次いで
   冷却された雌型を成形ボックスの方向へ前進させ、プラ
   グで突き出された***シート部分を雌型開口部内へ入れ
   、成形ボックスと雌型の周辺部とでシート周辺部を圧締
   して後、直ちに成形ボックス内へ圧力流体を導入してシ
   ートを雌型表面へ成形し、冷却することを特徴とするプ
   ラスチック容器の製造方法。 ２ 端部をチャック等の固定具で固定したプラスチック
   シートを予め成形温度まで加熱して、成形ボックス内に
   設置され加熱された補助プラグと、雌型の開口部より大
   きい開口部を有し、雌型開口の周辺部の上に設置された
   シート保持板との間に該シートを導入して、まず該保持
   板をシートのクランプ面と同等の高さまで接近させ、次
   いで該プラグをシートの上から保持板の開口を貫いて雌
   型方向へ前進させてシートを保持板の開口端部に接触さ
   せて絞り込み、次いで冷却された雌型を成形ボックスの
   方向へ前進させ、プラグで突き出された***シート部分
   を雌型の開口部内へ入れ、更に***シートの裾部を雌型
   の開口端部で絞り込み、次いで成形ボックスと雌型とで
   シート周辺部を圧締して後、直ちに成形ボックス内へ圧
   力流体を導入して圧力差によりシートを雌型表面へ成形
   し、冷却することを特徴とするプラスチック容器の製造
   方法。 ３ エアシリンダーで作動する補助プラグを内蔵する成
   形ボックス及び該成形ボックスと向き合つて配せられ、
   冷却水循環路を有する雌型を具備するシートの圧空成形
   装置であり、雌型開口部の周辺上に雌型と独立の移動機
   構によつて作動し、雌型開口より大きな開口を有するシ
   ート保持板を具備することを特徴とするプラスチック容
   器の製造装置。