JPS591184B2 - 熱可塑性発泡樹脂シ−トの両面真空成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱可塑性発泡樹脂シートの両面真空成形方法
に関するものであり、強度、寸法および形状が安定した
成形品を工業的に有利に生産する事を目的とする。

従来、熱可塑性発泡樹脂シートの成形は、シートを加熱
して二次発泡させると共に可塑状態とし、大気圧との差
圧によつて型に密着させる片面真空成形か、或は雌・雄
両型によるプレス成形と片面真空成形との併用方法がと
られている。

これらの方法は次の如き欠点がある。ｌ）熱可塑性発泡
樹脂シートは径時変化により 次発泡力は低下する。

又、シート製造時の微妙な条件変化により 次発泡力に
バラツキが発生する。従つて、加熱発泡した時のシート
厚みを一定に保つ事は極めて困難である。この為、従来
の成形方法では成形品の肉厚がバラツキひいては成形品
の強度不足或は成形品間の嵌合性が不良となつて、良品
の収得率が低下する。２）たとえ、上述の如き欠点のな
い良好なシートを使用しても、従来の成形方法でホ成形
品底部は殊んど伸展されぬ為、肉厚は比較的厚く残るが
、成形品強度に支配的に効果する側壁部及びコーナー部
は伸展されて肉厚は薄くなり、強度が低下して商品価値
が低下する。

この為、より高目付のシートを使用するか、或は成形品
間隔をより大きくとつて、これを補完する方法が採用さ
れている。３）又、従来の成形方法では、加熱され可塑
化されたシートは真空減圧開始と同時に大気圧との差圧
によつて、一方の金型に、強制的に密着させられる為、
要求される形状に比して伸展性の不充分なシートでは伸
展部のシート表層部分が破れる、いわゆる″ナキ〃が発
生し易く、この為、より高目付のシートを使用してこれ
を補完する方法が採用されている。

本発明は、これらの問題点を解決し且つより均一な商品
を、より工業的に有利に生産する目的で鋭意検討した結
果完成されたものであつて、雌雄両金型の間に所定の空
隙を有し、金型外周部分にクランプを設け、且つ雄型を
５０〜６０℃に温調した雄雌金型を用いて加熱可塑化さ
れた熱可塑性発泡樹脂シートを型締めした后、雌雄両面
より真空度−５００Ｗ１１Ｈｇ（グージ圧）以上で真空
減圧しシートを空隙内一杯に断熱膨張させて、所定の形
状に成形した后、金型内に気体を導入して常圧に戻し、
次いで型を開いて成形品を取出すことを特徴とする熱可
塑性発泡樹脂シートの両面真空成形方法を内容とする。

以下に詳細説明する。本発明に卦いて熱可塑性発泡樹脂
シートとしては、ポリスチレン、スチレンを主体とし、
スチレンと共重合し得るプタジエン・メチルメタアクリ
レート等との共重合体等が好適に使用される。本発明に
使用する金型は雄雌型とし、１両金型の間の空隙を得よ
うとする成形品の寸法、形状、厚みとなる様設計製作し
、２この空隙を真空減圧し得る様両金型に細孔を設け、
雄雌の両金型をそれぞれ真空吸引装置に接続し、３雄型
を５０〜６０℃に温調し得る如く配管した水槽と接続し
た伝熱盤を具備し、４金型外周部分はその挟圧部から空
気の漏入を防止し得る如くクランプを設ける。尚、本発
明の効果をより強化する目的で、成形品の積重ね高さ或
は嵌合性に直接影響がなく、且つ成形品強度に効果ある
部分を雄雌両金型面で肉厚を規制せず、三次限界自由発
泡となる様金型を設計製作してもよい。成形操作は、遠
赤外線等の加熱炉で加熱可塑化され、二次発泡した熱可
塑性発泡樹脂シートを両金型間に導き型締めが完了する
と同時に、又は所定の時間経過后、前記細孔を通じて雌
雄両金型面より同時に又は時間をずらして真空度−５０
０１ｍＨｇ（ゲージ圧）以上好ましくは−６００ｍＨｇ
（ゲージ圧）以上で真空減圧し、シートを空隙内一杯に
断熱膨張させて成型した后、金型内に気体を導入して常
圧に戻し、次いで型を開いて成形品を取出す。

本発明は、ミートトレイ等の皿類、即席食品分野等の断
熱簡易容器卦よび厚物平板等に巾広く応．用出来るが、
例えばミートトレイについて説明すると、ミートトレイ
は自動包装機で充填包装される際、包装機械そのものか
ら、或はストレツチフイルムの収縮性荷重から側壁部に
過度の曲げ変形力を受ける事が避けられず、こうした変
形力に対４して十分な強度を備えている事が要求される
。

ところで、材料力学に於ける構造体曲げ強度は材料その
ものによつて与えられる曲げ弾性率Ｅの値と構造体の断
面形状によつて定まる慣性二次モーメントＩとの積で表
わされるが、ミートトレイの強度も種々実験を重ねた結
果、構造体曲げ強度ＥＩと相関性を有する事が確認され
た。更に密度に関係する曲げ弾性率Ｅの影響は僅かであ
るが、厚みの３乗で効いてくる慣性二次モーメントＩの
効果が大きい事が確認された。即ち、同一素材、同一重
量のシートでトレイを成形した場合、成形品の強度に支
配的に効果する側壁部及びコーナー部の肉厚を増すこと
によりトレイ強度は大巾に向上し、現在市場で要求され
るトレイ強度と同一強度品を得るには、一般トレイ用と
して市場に供給されているシートの目付重量を１５％以
上低減出来る事を見出した。

尚、トレイ強度は、該業界で広く使用されている簡便法
で測定するもので、使用する秤のバネ常数、最初の変位
の与え方によつて定まる相対値である。

即ち、バネ常数２１．２５ｇ／Ｆｍの秤を使用し、測定
しようとするトレイの巾方向の実寸法より２０ｍを減じ
た間隙にトレイをその口端部ではさみ、バネの反発力と
トレイの反発力とのバランス点の荷重を秤の表示より読
取るもので、一般的に３００ｇ以上が市場より要求され
ている。次に、本発明の主題であるところの成形品の肉
厚化の要件について説明する。本発明の方法は、シート
を両金型の空隙内一杯に断熱膨張させるが、この時雄型
は５０〜６０℃に保持する必要がある。

即ち、加熱炉で二次発泡したシートは型締めが完了した
状態で細孔を通じて雌雄両金型面より真空減圧して、三
次発泡させるため、なお可塑化状態を維持する必要があ
る。

この為、型締めした時、雄型と接触してシートの温度が
急速に低下することは避けなければならない。雄型の温
度が５０℃より低いとシート温度が低下して充分な三次
発泡が得られず、成形品側壁部及びコーナー部の厚肉化
が達成し得ない。又、成形品の型決り性もよくない。一
方、雄型の温度がシートの可塑化温度より高いと型開き
后、残留応力による変契約は型開き及びシート送り等に
よる荷重により変型して形状の安定化が達成し得ない。
従つて、雄型の温度はシートの可塑化温度以下、５０℃
以上の温度が必要であり且つシートと型の摩擦抵抗及び
三次発泡して形に密着后のシートの冷却効率及び経済的
な側面より出来る限り低い方が好ましく、５０〜６０℃
の範囲が最適である。尚、従来、金型温調は積極的な意
味では殆んど実施されていない。

即ち、型締め時或いは真空減圧して型にシートを沿はせ
る時、シートの伸展性を保持する為、雄型を加熱或は冷
却する事は知られている。併し、最適温度範囲を設定し
て、この範囲を積極的に調整、維持する事は行われてい
ない〜 季節にもよりシート温度にもよるが、成形作業が継続的
に長時間実施される事により金型温度は変動し或は加熱
炉側はその輻射によって加熱され、金型温度は不均一と
なる。

この様な状態では雌雄両金型の所定の間隙一杯に三次発
泡させ、且つ均一な強度、形状の成形品を得る事は困難
である。従つて、本発明の実施に当つては、金型全面を
均一に、且つ５０℃以上で、シートの可塑化温度以下の
温度に調整維持する事が必要であり種々の観点より５０
〜６０℃の範囲が最適であるとの結論に達した。又、雌
型は、型締めの過程でシートと接触してシート温度を低
下させる事は少く、三次発泡がほぼ達成した時点でシー
トと密着する為、むしろ冷却効果を配慮して、雄型より
も１０〜２０℃低い３０〜４０℃に維持する事が好まし
い。

又、本発明の方法はシートを両金型の細孔を通じて真空
減圧して空隙内一杯に断熱膨張させるが、この時、真空
度は−５００ｗｔＨｇ（ゲージ圧）以上、好ましくは−
６００ｗｒ１ｎＨｇ（ゲージ圧）以上が必要である。

即ち、型締めが完了した状態で、尚シートは可塑化状態
を維持しているとは云え、シートは雄型に接触して温度
は低下しつ＼あり、短時間に三次発泡を完遂する必要が
ある。

この為、真空度は高い事が要求され、真空度が高い程真
空吸引時間は短かくてすむ事となる。更に、型締めが完
了した状態で真空減圧して高真空度を維持し、短時間に
三次発泡を完遂する為、金型外周部分にはクランプを設
け、その挟圧部から空気の漏入を防止する必要がある。

さもないと、真空装置はその吸込容量が過大なものが必
要となり経済的見地より好ましくなく、且つ過大な吸込
容量の真空装置を設置しても、金型外周部分から空気が
漏入しているとその附近の成形品は所定の肉厚の達成が
困難となり或は形状が甘くなつて良品率が低下し、且つ
後工程が不安定化する原因となる。又、本発明の方法は
、雄型を５０〜６０℃に温調している事により、型締め
してシートが雄型に接触しても、尚可塑化状態を維持し
て卦り、型締めが完了した時点で高真空度で減圧して短
時間に三次発泡を完遂し、且つ、従来の成形方法では真
空開始と同時に大気圧との差圧によつて一方の金型に強
制的に密着させられる為、シートの伸展は不均一となつ
て強度が低下し、或は〃ナキ〃が発生し易いのに対し、
シートの伸展はより均一化し、且つ三次発泡が完遂して
からシートは両型に密着する。

この為、成形巾は加熱可塑化条件のより低温側へ拡がり
成形管理が容易となる利点がある。本発明の具体的効果
は次の如くである。１）成形品強度が大巾に増大する、
即ち同一強度品を得るにはシート目付量１５（！Ｉ以上
を低減出来る。

２）成形温度範囲が低温側に拡がる。

従つて、成形管理が容易になる。３）シヤープな成形品
形状を達成出来る。

従つて商品価値が向土する。４）成形品の品質（強度、
形状・寸法性、嵌合性、積重ね高さ等）を安定化し得る
。

次に実施例を記載するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。

実施例 １ ６厚さ２．３ｗ１ｎ１目付２００ｇ／イ、８厚さ２．０
ｗｒｍ１目付１７８ｇ／イ、Ｃ）厚さ２．２？、目付１
４８ｇ／イの３種の発泡スチレンペーパーを遠赤外線加
熱炉で加熱可塑化し、外形寸法１９５Ｗｆ１ｘ１０５ｍ
×２０ｗｒｍ（深）外周部にクランプを設けた雄雌のト
レイ金型を使用し雄型を６０℃に温調して型締めが完了
すると同時に両金型の細孔を通じて真空減圧し、真空度
−７００ｗｒ１ｎＨｇ（ゲージ圧）に２秒間保持した后
、雌型に空気を導入して常圧に戻し、しかる後、型を開
いて成形品を取出した。

この時トレイコーナー部の肉厚が、２．５，３．０，３
．５及び４．０ｗｍとなる様に両金型の空隙を調整して
トレイを成形し、強度を測定して第１表の結果を得た。

即ち、トレイ強度は、コーナー部の肉厚を増す事により
飛躍的に向上し、今、強度３１０ｇを必要とするものに
対して、シートＢ（目付量−１１％／対Ａ）では、本発
明の実施により肉厚を３．５？に、シートＣ（目付量−
２６Ｃｆ６／対Ａ）では肉厚を４ｍに増す事により容易
に達成し得た。

実施例 ２厚み２３ｗｎ〜目付１９４ｇ贋の発泡スチレ
ンペーパ一を炉内温度１８０℃に設定した遠赤外線加熱
炉で加熱可塑化し、外形寸法１９５Ｔｆｒ１ｎＸ１０５
Ｘ２０ｗｒ１ｎ（深）で、外周部にクランプを設け各部
の間隙が３，６０Ｗ１ｆ１のミートトレイ金型を使用し
、雄型を６０℃に温調して、雌雄両面から同時に真空減
圧して真空度−６８０１ｍＨｇ（ゲージ圧）に２秒間保
持して成形し、シートの加熱炉滞留時間を１秒ずつ変え
て成形巾を調べた。

良好品の判定は、加熱不足によるナキが発生しなくなる
滞留時間から加熱オーバーによるヤケが発生する迄とし
良好品は加熱炉滞留時間８秒から１４秒の間で７点得ら
れ、１３秒で得られた成形品のコーナー部分の肉厚は３
．６０Ｔｆｍ１強度は３４９ｇであつた。比較例 １真
空度は−５００ＷＩ１ｆ１Ｈｇ（ゲージ圧）とし、通常
の雄型片面真空とした以外は実施例２と同一条件で成形
したトレイの良好品は、加熱炉滞留時間１０秒から１４
秒の間で５点得られ、１３秒で得られた成形品のコーナ
ー部分の肉厚は、３．１５？であり、強度は３１０ｇで
あつた。

実施例 ３ 厚さ２．０ｗ１！ｎ１目付１７８ｇβの発泡スチレンペ
ーバ一を炉内温度１８０℃に設定した遠赤外線加熱炉で
１０秒間加熱可塑化し、外形寸法１９５ｗ１ｎＸ１０５
ｗ１ｎＸ２０？（深）、外周部にクランプを設け各部の
間隙が４．５０Ｔｗｔのミートトレイ金型を使用して、
雌雄両面から同時に真空減圧して真空度−６００ｔｆｒ
！ＮＨｇ（ゲージ圧）に３秒間保持して成形を行い、雄
金型の温度を２０〜８０℃迄変えて、トレイコーナー部
の肉厚とトレイ強度を測定した。

結果は第２表の如くである。比較例 ２ 通常の雄型片面真空法で成形した以外は実施例３と同一
条件で成形した。

トレイコーナー部の肉厚とトレイ強度を測定した結果は
第３表の通りである。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の成形方法に於て使用する装置の側面図
である。 １・・・・・・発泡スチレンペーパー等の材料、２・・
・・・・加熱炉、３，３′・・・・・・型締め用シリン
ダー、４・・・・・・雌金型、５・・・・・・雄金型、
６・・・・・・真空ポンプ、７・・・・・・電磁弁（真
空）、８・・・・・・排気管、９・・・・・・電磁弁（
加圧）、１０・・・・・・給気管、１１，１１ｆ・・・
・・・金型温調用水槽、１２・・・・・・温水循環配管
、１３，１３−・・・・・伝熱盤、１４・・・・・・成
形品。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性発泡樹脂シートを加熱可塑化して真空成形
   するにあたり、雌雄両金型の間に所定の空隙を有し、金
   型外周部分にクランプを設け、且つ雄型を５０〜６０℃
   に温調し、加熱可塑化されたシートの型締めが完了した
   状態で雌雄両金型面より真空度−５００ｍｍＨｇ（ゲー
   ジ圧）以上で真空減圧し、シートを空隙内一杯に断熱膨
   張させて所定の形状に成形した后、金型内に気体を導入
   して常圧に戻し、次いで型を開いて成形品を取出すこと
   を特徴とする熱可塑性発泡樹脂シートの両面真空成形方
   法。 ２ 熱可塑性発泡樹脂シートがスチレン系発泡樹脂シー
   トである特許請求の範囲第１項記載の熱可塑性発泡樹脂
   シートの両面真空成形方法。