JPH09109246A - Ｐｓｐ容器成形用金型及びそれを用いたｐｓｐ容器の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイサイクルで成形を繰り返しても成形開始
時に設定した金型表面の温度分布を維持でき、肉厚分
布、機械的強度や表面性状において同一特性の成形品を
安定して作製することができるＰＳＰ容器成形用金型と
それを用いたＰＳＰ容器の成形方法を提案せんとするも
のである。 【解決手段】 ＰＳＰ容器成形金型において、成形面と
なる金型の表面より内側位置に、固体冷却素子をその冷
却面を金型表面に露出させることなく配置し、これを冷
媒配管の代替としたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポリスチレンペーパ
ーシート（以下、ＰＳＰシートと称す）を用いて作製さ
れる容器（以下、ＰＳＰ容器と称す）の成形用金型とそ
れを用いた成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＳＰ容器の成形品において、金型の表
面温度は成型品の厚み分布、強度や表面性状を決定する
上で重要な要因を占めている。例えば肉が回りやすいた
め必要に応じて他へ肉を振り分けたい容器底部などでは
表面温度を高めに設定したり、あるいは温度が上昇しや
すいために伸び過ぎて肉厚が薄くなりがちな側壁部など
は温度を低く設定したりしている。このような金型の温
度調節は加熱手段と冷却手段との組み合わせによって行
われ、加熱手段としては通常、棒ヒーターや熱媒液が利
用され、他方冷却手段としては油、水、フロン等の冷媒
液が用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが一般にＰＳＰ
成形品はその大きさが小さくしかも一つの金型から多数
個取りされるため、個々の成形品を成形する型内（以
下、駒とも称す）に熱媒液用の配管や冷媒液用の配管を
設けることは困難であり、特に冷却に通例用いられる
油、水、フロン用の太い冷媒配管を型内に立体配管する
ことは極めて困難である。加熱手段に関しては、熱媒液
に代えて電気ヒーターを用いることにより小さな型内に
加熱手段を組み込むことができるが冷却手段に関しては
これに相当する手段がなく、したがってＰＳＰ容器の成
形金型の各駒には冷却手段が組み込まれていないのが現
状である。このため成形初期は所望の温度設定ができた
としても成形をハイサイクルで進める過程で金型（駒）
表面温度よりも高い温度のＰＳＰシートを繰り返しかぶ
るうちに、温調が崩れ、事実上なりゆきの温度での成形
となり、成形開始時と数時間以上連続成形した後の成形
品とでは、厚み分布や強度において差が生じ、品質管理
上問題となっている。

【０００４】本発明はかかる現況に鑑みてなされたもの
であり、ハイサイクルで成形を繰り返しても成形開始時
に設定した金型表面の温度分布を維持でき、肉厚分布、
機械的強度や表面性状において同一特性の成形品を安定
して作製することができるＰＳＰ容器成形用金型とそれ
を用いたＰＳＰ容器の成形方法を提案せんとするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者はかかる欠点を
改良する方法を鋭意検討した結果、金型の表面よりやや
内側位置にペルチェ素子等の固体冷却素子を配置し、こ
の素子への通電を必要に応じてＯＮ／ＯＦＦすることと
すれば、冷媒配管を用いなくても金型表面の温度分布を
制御できることを見出し、本発明にいたった。本発明
は、成形面となる金型の表面より内側位置に、固体冷却
素子をその冷却面を金型表面に露出させることなく配置
し、これを冷媒配管の代替としたことを特徴としてい
る。

【０００６】固体冷却素子としては例えばペルチェ素子
等が利用できる。固体冷却素子は金型の高さ方向におい
て複数個配置して金型を高さ方向において分割温調する
ことが好ましい。

【０００７】

【作用】本発明では成形開始時の金型表面の温度分布を
持続するために、金型の昇温を固体冷却素子による冷却
作用によって抑制する。金型表面温度を監視したりある
いは成形品の仕上がり状態を評価することによって金型
全体あるいは特定部位の過剰昇温箇所を検知し、該当箇
所の固体冷却素子に通電してその部分を冷却する。この
ように固体冷却素子の作動を制御することにより、ハイ
サイクル連続成形を行っても表面温度は初期設定状態を
維持することが可能となり、厚み分布、強度、表面性状
の安定した成形品を量産できる。

【０００８】固体冷却素子を金型の高さ方向において複
数個配置して金型を高さ方向において分割温調した場
合、金型の高さ方向における外径差に起因して発生する
金型表面温度の不均一を解消しやすい。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明の詳細を実施例に基づ
き説明する。図１はＰＳＰシートより作製されたカップ
容器１を示している。ＰＳＰ容器はこのようなカップ容
器以外にも各種容器がある。ＰＳＰとは、ポリスチレン
樹脂、及びスチレンと無水マレイン酸、メタクリル酸等
との共重合体、ならびにこれらのスチレン系樹脂とポリ
フェニレンオキサイド樹脂等との混合樹脂の発泡シー
ト、及び該発泡シートにポリスチレン樹脂、ハイインパ
クトポリスチレン樹脂等のスチレン系樹脂、ポリエステ
ル、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビ
ニリデン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹
脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂フィル
ムを積層した発泡シート等が挙げられる。

【００１０】図２はＰＳＰ容器の製造装置の全体構成を
示している。この装置はロール状に巻回したＰＳＰシー
トを供給するシート供給装置Ａ、供給されたＰＳＰシー
トを軟化させ且つ二次発泡させる加熱装置Ｂ、加熱直後
のＰＳＰシートを多数個取り成形する雄雌嵌合金型Ｃ、
成形品の連設体から個々の成形品を抜き取る型抜き装置
Ｄとから構成される。シート供給装置Ａから繰り出され
たＰＳＰシートは加熱装置Ｂを通過することによって軟
化すると同時に二次発泡し、次いで加熱装置Ｂを出たＰ
ＳＰシートは幅方向両端をクランプされたまま雄雌嵌合
金型Ｃに到達し、このＰＳＰシートを雄金型１１と雌金
型２１との間に挟むことにより所定形状の容器、例えば
カップ容器を多数個同時に成形する。

【００１１】雄雌嵌合金型Ｃは１個のカップ容器を形成
するための雄型駒をベース板の上に縦横配列あるいは千
鳥配列で連設した雄金型１１と、前記雄型駒を受け入れ
る雌型駒を連設した雌金型２１とより構成される。本発
明はこの雄型駒や雌型駒に設ける冷却手段として固体冷
却素子を用いることが特徴である。ここでは雄型駒に固
体冷却素子を組み込んだ場合について述べるが、固体冷
却素子は雌型駒に組み込むことも可能である。またここ
では多数個取り金型を前提としているため固体冷却素子
は駒内に組み込まれるが、本技術は１個取りを前提とし
た金型にも応用できることはいうまでもない。

【００１２】図３は雄型駒２の断面説明図、図４は正面
図である。雄型駒２はコア体３に外皮としてのアウター
４をかぶせた２重構造となっている。コア体３の表面に
は、縦横に多数の凹部５，５……が形成されており、こ
の中に冷却面６ａを外側に向けたペルチェ素子６，６…
…が格納されている。またコア体３の中心部には棒ヒー
ター７が内挿され、その周囲にはカップ容器の底角部に
おける金型形状の転写性を高めるための吸引用の真空孔
８が設けられている。ペルチェ素子６，６……の放熱面
６ｂとコア体３との間には空隙を設け、この空隙内に離
型用のエア等の一部を導入できる構造にして放熱面６ｂ
からの放熱を促進することが好ましい。アウター４はＰ
ＳＰシートと接触するためその表面性状には注意する。

【００１３】ペルチェ素子６は図４に示すようにコア体
３の周面に沿って等間隔で配置する。ペルチェ素子６は
表面の曲率をコア体３表面の曲率と合致させ、その冷却
面６ａを外皮としてのアウター４内面に密着させること
が好ましい。また、ペルチェ素子６はコア体３の高さ方
向において複数個配置して雄型駒２を高さ方向において
分割温調できるようにすることが望まれる。このような
構成とすれば、雄型駒２の高さ方向における外径差に起
因して発生する雄型駒表面温度の不均一が解消しやすく
なる。ペルチェ素子への給電は、各ペルチェ素子から耐
熱処理を施したリード線を導出し、このリード線をコア
体内部あるいはコア体３とアウター４との間を通じて金
型外部に導き出し、その端部を温調制御器に接続するこ
とによって行う。また棒ヒーター７から導出されたリー
ド線も温調制御器に接続する。制御は、加熱が必要なと
きは棒ヒーター７のみＯＮとしペルチェ素子６はＯＦＦ
とする。また冷却が必要なときはペルチェ素子６をＯＮ
とし棒ヒーター７はＯＦＦとする。棒ヒーター７をＯＮ
にした状態で特定部位のペルチェ素子６を同時にＯＮと
し、雄型駒全体を加熱しながら特定部位を局部的に冷却
する場合もある。ペルチェ素子６は全てのペルチェ素子
を一括制御する場合もあるし、個別制御する場合もあ
る。

【００１４】

【実施例】図１のようなカップ容器を成形するに当た
り、図３の断面説明図で示されるような２重構造の雄型
駒を採用した。アウターには５ｍｍの肉厚を与えた。コ
ア体の周面には凹部を縦横に形成し、各凹部内にペルチ
ェ素子を埋め込んだ。ペルチェ素子としてはその曲率が
コア体の曲率に略一致したものを用い、ペルチェ素子の
冷却面がコア体の表面と面一となるようにした。ペルチ
ェ素子からは給電用のリード線を引き出して温調制御器
に接続し、他方、棒ヒーターのリード線も温調制御器に
接続し、加熱が必要なときは棒ヒーターＯＮ／ペルチェ
素子ＯＦＦ、冷却が必要なときはその逆の設定となる様
にして雄型駒２の表面温度を制御した。金型初期温度は
雄型駒を１００℃、雌型駒を６０℃とし、シート温度を
１２０℃に設定した。また成形サイクルは６秒とし、そ
のうちシートが金型と接触している時間が３秒である態
様の連続成形を１時間続けて行い、雄型駒表面の温度分
布の変化とこれにより得られた成形品とを評価した。一
方、ペルチェ素子を組み込んでいない雄型駒を用いて他
は同条件で成形を行い、これを比較例とした。その結
果、比較例であるペルチェ素子を組み込んでいない雄型
駒では１時間の連続成形した段階での雄型駒の温度は頂
部で１１５℃、底部で１０５℃となり、初期温度よりも
かなり温度が上昇していることが確認され、しかも雄型
駒の各部の温度に不均一が生じていることも確認され
た。また成形品の肉厚変化も著しく、成形初期には平均
２．１ｍｍの肉厚を有していたものが終了時には２ｍｍ
まで減少していた。これに対して、本発明であるペルチ
ェ素子を組み込んだ雄型駒の場合、金型温度は成形終了
時において１０２℃と初期温度とほとんどかわらず、し
かもこの温度は成形面である雄型駒の表面全体において
ほぼ均一であり温度不均一は見られなかった。また得ら
れた成形品は成形開始直後も成形終了直前のいずれであ
っても平均厚みは２．２ｍｍを維持しており、安定した
肉厚、強度、表面性状が得られることが確認された。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、固体冷却素子を成形面である
金型の表面付近に、その冷却面を金型表面に露出させる
ことなく配置した構成としたので、固体冷却素子の通電
を制御することにより、金型の過剰昇温を抑制できる。
したがってハイサイクル連続成形を行っても表面温度は
初期に設定した状態を維持することが可能となり、厚み
分布、強度、表面性状の安定した成形品を量産できる。
また、固体冷却素子としてペルチェ素子を用いた場合、
ペルチェ素子は小型且つ取扱いが容易であるので小さな
金型内に容易に組み込むことができる。

【００１６】固体冷却素子を金型の高さ方向において複
数個配置して金型を高さ方向において分割温調したとき
は、金型の高さ方向における外径差に起因して発生する
金型表面温度の不均一を解消することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＰＳＰ容器成形用金型によって作製されるカ
ップ容器の一例を示す斜視図

【図２】 ＰＳＰ容器の製造装置の全体構成を示す説明
図

【図３】 本発明を適用した雄型駒の断面説明図

【図４】 同雄型駒の正面図

【符号の説明】

Ａ シート供給装置 Ｂ 加熱装置 Ｃ 雄雌嵌合金型 Ｄ 型抜き装置 １ カップ容器 ２ 雄型駒 ３ コア体 ４ アウター ５ 凹部 ６ ペルチェ素子 ６ａ 冷却面 ６ｂ 放熱面 ７ 棒ヒーター ８ 真空孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＳＰ容器成形金型において、成形面と
   なる金型の表面より内側位置に、固体冷却素子をその冷
   却面を金型表面に露出させることなく配置し、これを冷
   媒配管の代替としたことを特徴とするＰＳＰ容器成形金
   型。
2. 【請求項２】 固体冷却素子がペルチェ素子である請求
   項１記載のＰＳＰ容器成形金型。
3. 【請求項３】 固体冷却素子は金型の高さ方向において
   複数個配置されている請求項１又は２記載のＰＳＰ容器
   成形金型。
4. 【請求項４】 ＰＳＰ容器成形金型において、成形面と
   なる金型の表面より内側位置に、固体冷却素子をその冷
   却面を金型表面に露出させることなく配置し、前記固体
   冷却素子による冷却作用を制御することで成形中の金型
   表面温度を一定に保つＰＳＰ容器の成形方法。