JP4458331B2 - プラスチック材料の射出成形装置及びそれに対応するパリソンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はプラスチック材料の射出成形装置及びそれに対応するパリソンの製造方法に関する。特に、それは射出されるべき溶融された材料用のガスケット、即ち射出ノズルの頭と成形又は注入キャビティの本体との間を連結して密封する物体、の特異な設計に関するばかりでなく、前記ガスケットへの特定のタイプの材料の使用に加えて、望ましい製品を得るために必要な対応する一連の操作手順も共に関係する。

ボトルのような熱可塑性材料製の中空の物体の射出成形による生産では、望ましい最終製品まで次々に通過する工程段階においてまず最初にパリソンを得ることが共通の慣習である。パリソンの生産では、溶融状態の熱可塑性材料（例えばＰＥＴ）は適当な形状の一個又は多数のキャビティを具備する冷えた鋼鉄の型の中に鋼鉄のノズルによって注入され、そこでそれは金型の冷えた壁と接触した時にアモルファスの形で固化する。同じく鋼鉄製でありバルブ棒として参照される円筒形のピストン様部材が、それが注入キャビティの壁で作られた注入ダクトを閉じる点まで進められる。斯くして得られたパリソンが最後に分離することができる。高い生産性を達成し又注入される材料の一様な流れを得て、同じく材料の固化に起因する成形の不均整及び／又はノズルの遮断などを予防するためには、射出ノズルは溶融した熱可塑性材料のそれに似た温度を持たねばならない、これに反して金型は注入された材料の高速の冷却従ってアモルファスの形での固化を得るためには著しい冷却を受けねばならない、これは最終製品の良好な機械的強度と透明度を達成するのに必要である。

型の本体と射出ノズルの間には、一般的には環状の形を持ち又基本的には熱可塑性材料が機械の外に出ることを防止する密封性を備える機能を有するガスケットが設置される。機械の内部即ち射出ノズルと注入キャビティの間の密封は、ノズルと注入キャビティの内部との間のダクトに沿って進むように作られたバルブ棒によって確実にされ、前記ダクトは１ミリメートルの数十分の一の距離導管内に侵入することにより、それが注入キャビティ内に溶融した材料を導入する導管の外端部分を支えるまで、ガスケットの厚さに加えて注入キャビティの壁の厚さに対応する長さを有している。然しこの解決法では、バルブ棒は容易に前記導管のゲートでつかえてしまい、そしてパリソンは注入キャビティ内への熱可塑性材料の導入のための入口の孔に対応する所で、それにくっついた寧ろ長いスプルーとして参照されるプラスチックの短い枝を持つ。しかもその上、スプルーを作り上げるであろう熱可塑性材料は注入キャビティそれ自身の内部よりも幾分高い温度にあってそこでよりゆっくりと結晶の形で固化する。それでパリソンが型から分離される時、結晶構造を持っているスプルーがくっついたアモルファス材料の本体が得られる。更に、上記既知のパリソン成形用機械の形状に従うと、ガスケットと型の間に存在している小さな接触表面は容易にガスケットの損傷又それ故に射出器、ガスケット及び注入キャビティの間への溶融した熱可塑性材料の可成りの漏洩、そればかりか機械の外部への漏洩の可能性に導く、又従って生産の停止、注入キャビティの中への材料それ自身の固化の不均整（厚さ、不透明さと結晶帯、‘焼け焦げ’等の変化）を持つ溶融した熱可塑性材料の流れの欠陥、及び不規則な繊維状スプルーを持つ製品に導く。

上に概説した諸事実は多くの障害に導く。特に、スプルーの領域は残りのパリソンよりも貧弱な機械的特性を表し、最終製品を形成する時及び前記製品、例えば発泡性飲料を容れているボトル、の使用のあとの両方で故障を起す可能性を持つ。上記の障害が除去されない限り、事実上熱可塑性材料で作られた全てのボトルは底部の中心に結晶の形で固化したスプルーに正確に対応している不透明な円形帯を持つ。これらのボトルが、特にもしこれらが強い発泡性飲料で使用されるならば、高過ぎる倉庫の温度が原因で又軽い衝撃でさえも原因で、それらを使用している企業のイメージに関して、高温で特徴付けられる地理的地域の市場に進出する企業の能力に関して、及び製品の販売レベルに関して共に明白な反発を生じるかも知れない。

斯かる故障の可能性に直面して、熱可塑性材料製のボトルを使用する多くの企業は今まで安全であると見なされていたものよりも高い圧力で破裂に対する抵抗を持つ製品を要求し始めている。斯くして進んで提案された解決法（より良い機械的特性を持つ材料を用いて、パリソンから得られた最終製品の壁の厚さを増加させる、等）は製品のより高いコストと生産の可能な困難さの両方に導く。

それ故、目下のところ最終製品、特に発泡性飲料の入っているボトル、の機械的強度の問題に対する実用的で信頼性のある解決法は存在しない。

本発明の目的はパリソンの射出成形の装置に対する改良案と、それに対応する実行工程を提案することにより上記の障害を克服することにある。

本発明に従って、改良案は熱可塑性材料製のパリソンを成形する機械について提案される、そこで溶融状態にある材料は射出器によって一つの注入キャビティの中に、又は型が唯一より多い注入キャビティより成っている場合には多数の注入キャビティの中に、型それ自身の壁に作られた孔を通って注入される。前記機械では、ハウジングは射出器に向い合っている注入キャビティの底部に在って、ガスケットは射出器と注入キャビティの間のハウジングの内部に設置されており、そしてバルブ棒は溶融した熱可塑性材料の注入端で、射出器と注入キャビティの間の通路が塞がるまで射出器と密封材を通って押される。前述の提案した改良案によれば、（ｉ）前述のガスケットはハウジングの形状に相似で補完的な形状を持ち又、特に熱衝撃と熱膨張に対する抵抗性に関して、特定の機械的特性を備えた熱絶縁材料から作られ、又射出器から注入キャビティに向かって溶融した熱可塑性材料を案内する貫通孔を備えており、前記孔はバルブ棒の直径に対して正確に較正されている；（ｉｉ）溶融した熱可塑性材料の通路のために注入キャビティの壁に作られた孔はその長さの到る所でバルブ棒のそれと同じ直径を持つ。

前述の熱絶縁材料は０．２と０．９Ｗ／°Ｋ×ｍ^２の間の熱交換係数を持ち又なるべくなら高い熱的そして機械的特性を持っている材料、例えばポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリターケトン化合物より成っている群から選ばれる。前記材料は２５０℃と５００℃の間の温度に耐えることが出来て、４０Ｎ／ｍｍ^２より高い圧縮強度、及び６０℃と１００℃の間の温度範囲で２０と５０・１０^−６°Ｋ^−１の間の熱膨張係数を持たねばならない。

上述の射出成形機の新特性はパリソンにおいて、注入キャビティ内の注入点での結晶帯の除去及びアモルファス構造のスプルーの形成に導く。経験は最終物体の形成に先立って前記スプルーの切断を行うことが賢明なことを示した。

更に、それが熱可塑性材料の導入のため、注入キャビティの壁に作られた入口孔の全長を占めるまで進むバルブ棒を得ることが可能であって、スプルーの形成を防止している。

成形された熱可塑性材料（例えばＰＥＴ）から作られたパリソンを生産する工程はそれ故射出ノズルと型の本体との間の熱交換が、上に定義されたように、０．２と０．９Ｗ／°Ｋ×ｍ^２の間の低い熱交換係数を持っているガスケットの挿入によって減少させられる点、スプルーの長さが密封材と注入キャビティの較正された孔の内部の望ましい位置にバルブ棒を進ませることによって調整される点、及び型からパリソンを分離した後で存在しているスプルーを切取る点で特徴付けられる。切断は０．６５秒より高い切断時間、なるべくなら約０．８秒で、５０００ｒｐｍよりは少なくない回転速度を持っている回転している刃によって行われる。

本発明は今（発泡性飲料を容れるボトル用のパリソンの調製に関する）多くの実験的テストを参照しながら制限のない実施例を通して付図によって説明されるであろう、その図１は本発明に従う改良案を取入れた、パリソン生産用システムの射出部分の断面図を表す。

図１を参照すると、熱可塑性材料製のパリソン生産用システムは形成場Ａより成り、それにはハウジング１を含み、その内部には熱可塑性材料が注入されるように、キャビティ８の限界を定める方法で、芯２が挿入される。注入はノズル３’と縦方向の導管５を備えた射出器３を用いて行われる。前記ノズル３’の末端は、図面では半球形状を持ち、ハウジングブロック１の底部に作られ又前記キャビティの頂部でその隙間と連絡するハウジングブロック１の壁に作られている貫通孔９と一列になり、キャビティの中に挿入される。ノズル３’とハウジングブロック１の間の密封は較正された貫通孔７を備えたガスケット４により保証される。本発明に従って、前記ガスケット４は前記キャビティの形状と相似で補完的な形状を持ち、それは図面では、半球形でハウジング１の底部に作られる。この方法で、ガスケットとキャビティの間の接続部の全表面は接触して密封した表面を構成して、完全密封を保証している。

使用に際して、熱可塑性材料は射出器３の導管５を通り、較正された孔７を通りそして貫通孔９を通ってキャビティ８の中に注入される。いったんキャビティ８が満たされると、バルブ棒６は導管５の中を進ませられる。本発明に従って、前記バルブ棒６はガスケット４にまで押し上げられ、斯くしてガスケットそれ自身に作られた較正された孔７は完全に占められて、前記孔は導管５及び孔９と一列に並んでいる。更に、本発明に従って、バルブ棒６はこの点を越えてそれが孔９を完全に占めるまで進ませることができて、斯くしてスプルーを全て除去している。本発明に従って、ガスケット４とハウジングの壁（図面ではそれは実施例によって半球形である）との間の広い接触表面は完全密封を保証する、一方熱絶縁材料の使用はハウジング１に近い較正された孔７の端部が、ノズル３’の温度よりもハウジング１の壁の温度により近い温度であるだろうことを保証する。更に、較正された孔７の内部（さもなければ孔９の内部）を正確に進むことにより、バルブ棒６はスプルーの長さ（即ち、バルブ棒６の頭とキャビティ８の外側表面の間で固化する注入された可塑性材料の部分）を可成り減少させる（又は全く無くしてしまう）。この方法で、起り得るスプルーを含んでいる、全スプルーのアモルファスな形での急速な固化が保証される。

十個のパリソンの各々について、一連のテストが行われた。比較のために、第一組のテストは従来技術に従ったパリソンの生産に関連した。第二組のテストは本発明に従って、強い発泡性飲料を容れるのには適していない平底ボトル用のパリソンの生産についての最適条件を確立する狙いであった。第三組のテストは本発明に従って、またも平底ボトル用で、非常に小さな寸法のスプルーを持つパリソンの生産に関連した。最後に、第二と第三組のテストは発泡性飲料を容れるのに適している丸底を持っている０．２６リットルボトルの生産について繰返された。

ガスケット４については、ポリテトラフルオロエチレン材料及びポリターケトン材料が用いられた、両者はＤＩＮ規格５２６１２に従って０．３０と０．８０Ｗ／°Ｋ×ｍ^２の間の熱伝導係数を持つ。

テストは全て同じタイプの注入材料、即ち登録商標Ｐｅｒｍａｃｌｅａｒ Ａｋｚｏ，Ｄ０４３００ｃｐを用いて行われた。

最初の三組のテスト（Ａ，Ｂ，Ｃ）で得られた結果は表１で明らかなように、１０レベルにわたって（レベル１はパリソンの口であり；レベル１０はスプルーの頂点である）分布した、成形中の製品のサーモグラフィー分析に関して与えられた。テストＡの組でのこれらの分析は、レベル１−２とレベル３の間の不連続な熱的ジャンプ、レベル４とレベル５の間の反転、及びスプルーのレベルでの特別な高温を持つ如何に異常な温度のパターンがあるかを示している。

テストＢの組も又、スプルーのより低い温度ではあるけれども、温度のパターンに或種の異常を見せる。

テストＣの組はスプルー“冷”により、疑いもなく正常である温度パターンを見せる。

前記データはテストＡの組ではスプルーのレベルと注入キャビティの壁上で結晶化した樹脂の糸状の付加物の可能な形成により、結晶構造のスプルーであることに束縛されたことを示している。その上、温度のパターンの異常はパリソン中の厚さの変動の形成を促進出来るであろう。

上のデータは、テストＢの組で又とりわけテストＣの組で、パリソン中の結晶帯の除去があったであろうことを明らかに示している。実際に、生産されたパリソンの試験はテストＡでは得られた製品の全てでスプルーの結晶化があり、それに対して、製品の８０％では糸状の形成があったことを示した。テストＣでは得られた全ての製品で欠陥は無く、これに対してテストＢでは中間の状況であった。

上にリストされたテストで得られたパリソンにより生産されたボトルは、平底を持っている、即ち高い発泡性飲料を容れるには適当でない構造を持っているにも拘わらず、破裂テストを受けて発泡性飲料用に正規に生産されたボトルと比較された。後者のボトルは最大圧１．４１ＭＰａで、平均破裂圧力１．３６ＭＰａを示した。その代わり、本発明に従って生産されたボトルは、平底タイプにも拘わらず、たとえ平均値が可成り低く約１．０ＭＰａであったとしても、約１．５ＭＰａの破裂に対する最大抵抗値を示した。

特にパリソン中に完全に結晶帯が無い場合に、得られた結果は加圧下の液体用ボトルに関する実験に進むことを促した。この場合も、十個のボトルがスプルーの切断の有効性を実証するため各テスト用に生産された。結果は表２で与えられる。

発泡性飲料用ＰＥＴボトルの最新の許容破裂圧力が１．４ＭＰａであることを考慮すると、本発明は射出ノズルとパリソンの注入キャビティの間のガスケットを簡単に修正することによって圧力で０．２−０．２５ＭＰａの増加を可能にすることが見られる。

パリソン生産用システムの射出部分の断面図。

Claims (5)

1. 溶融した熱可塑性材料が射出器によって注入キャビティの中に前記注入キャビティの壁に作られた孔を通して注入される射出器、
   注入キャビティより成っており、又更に前記射出器と向い合っている前記注入キャビティの底部上のハウジング、
   前記射出器と前記注入キャビティの間で前記ハウジングの内部に設置されたガスケット、及び、
   溶融した熱可塑性材料の射出端で、前記射出器と前記注入キャビティの間の通路が閉じられるまで、押されるのに適応したバルブ棒より成っていて、
   前記ガスケットは溶融した熱可塑性材料を前記射出器から前記注入キャビティに向かって案内する貫通孔を備えている前記ハウジングの形状に相似で補完的な形状を持っており、
   前記孔は前記バルブ棒の直径に正確に較正されており、そして溶融した熱可塑性材料の通路用に前記注入キャビティの壁に作られた孔はその長さを通して前記バルブ棒のそれと同じ直径を有し、
   前記ガスケットがポリアミド及びポリテトラフルオロエチレンより成っている群から選ばれる熱絶縁材料であり、前記熱絶縁材料が、特に熱的衝撃と熱膨張に対する抵抗性に関して、以下の特有の熱的及び機械的特性、
   ０．２と０．９Ｗ／°Ｋ×ｍ^２の熱交換係数、
   ２５０℃と５００℃の間の温度に対する抵抗性、
   ４０Ｎ／ｍｍ^２より高い圧縮強度、及び、
   ２０と５０・１０^−６°Ｋ^−１の間の熱膨張係数
   を有する点で特徴付けられる、プラスチック材料の射出成形用装置。
2. 請求項１に記載のプラスチック材料の射出成形用装置を使用して成形された熱可塑性材料より作られるパリソンの製造方法。
3. 注入キャビティからパリソンを分離した後、存在するスプルーを切取る、請求項２に記載のパリソンの製造方法。
4. スプルーの切断が０．６５秒より高い切断時間を持つ、５０００ｒｐｍより少なくない回転速度を持っている回転刃を用いて行われる、請求項３に記載のパリソンの製造方法。
5. スプルーの長さがバルブ棒をガスケット及び注入キャビティの中の望ましい位置に進ませることによって調整される、請求項４に記載のパリソンの製造方法。

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