JPS60500855A - 閉鎖端を有し、熱変形可能なポリマ−材料からなる管状物の成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 閉鎖端を有し、熱変形可能なポリマー材料からなる管状物の成形方法及び装置 この発明は、閉鎖された一端を有し、特にポリエチレンテレフタラート等の高分 子量飽和鎖状ポリエステル材料のみに限定されない熱変形可能なポリマー材料か ら管状物を成形する方法と装置に関する。

プラグ−成形技術によりこの様な物を成形するだめに、過去において各種各様の 提案がされて来た。この場合、シート状のポリマー材料の環状区域をクラップし 、クラップした区域内のシート状の部分をガラス遷移温度以上でポリマー材料の 焼損温度以下の温度に加熱し、この温度範囲の温度に加熱したプラグがフラング 区域内の調心した位置でシートの面を通じて押込まれ、閉鎖した一端を有する管 状物の成形体としてポリマー材料を引出す。

加熱プラグの移動速度は、一般に例えば０６〜０．８　Ｃ−ＩｒＬ／ｓｅｃの全 く遅いものであり、従って製造サイクルを長時間の本発明の目的は、比較的短い 処理時間内で信頼性高く効果的にこの種の物を成形する方法と装置とを提供する ことにある。

熱変形可能なポリマー材料、特に高分子飽和鎖状ポリエステル材料から、一端を 閉鎖した管状物を成形する、本発明による方法は、ポリマー材料のノートの環状 部分をクラ７プし、環状にクランプした部分内の少なくともノートの部分をポリ マーのガラス遷移温度以上であるが溶融温度以下の温度に予備加熱し、シートの 面を通じ環状ダイ内に調心して、・ぐンチとダイ間に隙間を開けながら・ぐンチ を押込み、・ぐノチの側面とダイの間で引抜かれるシートに圧縮応力を生じるよ うなことなくシート管状形に引抜く段階を含み、この場合、パンチはポリマー材 料のガラス遷移温度以下の温度に維持され、引抜きを実施するために少なくとも 毎秒２分の１メートルの速度で動かされる。ガラス遷移温度とは、アモロファス 及び非配向性のポリマーのガラス遷移温度を意味する。熱変形可能なポリマー材 料が高分子飽和鎖状、＋６１Ｊエステル材料である場合、シート予備加熱する温 度はポリエステル材料の急速な結晶化が始まる温度以下である。

高速度で移動する比較的冷い・々ノチを用いると管状物が信頼性高く又効果的に 成形でき、圧縮応力をなくすために・ぐンチとダイとの間に充分な隙間を維持で き、他方加工サイクル時間を例えば１秒程度の短いものとすることができること が驚異的に発見された。

高率で加工サイクルを繰返えす商用生産において、好ましくは・ぐンテを、ポリ マーのガラス遷移温度、特にろ５°Ｃを越えない温度に維持し冷却する。例えば 、・ぐンテを、引抜き加工の際毎秒５メートルを越えない速度で移動する。ポリ エチレンテレフタラートを用いるとき、ダイ内のシート部分は特に９０°Ｃ〜１ １０℃の温度に予備加熱される。引抜き加工中にポリマー材料に配向が与えられ る。管状物の壁のフープ強度はシートの温度を上げる程改善されるが、軸方向の 強度は低下することが判った。

他方管状物の壁の厚みは、低温で引抜きを実施したときより一様になる。引抜き を９０°Ｃ〜１１０°Ｃの強度範囲、特に１０　口℃で実施すると、一様な厚み 、軸方向及びフープ強度の組合せを最良とすることが判った。

特にダイの口に設けた丸みにより管状物の口に丸みを有したフランジが形成され る。このフランジは、例えば閉鎖した容器を形成するために管状物の口を金属端 と結合するか、他の材料の端部に取付けるのに用いられる。

管状物は、例えば耐圧容器に用いられる場合には凹凸形に成形した閉鎖端と共に 成形するとよい。この目的のために、形状を付与したヘッドを有する・ぐンチを 用い、管状物の閉鎖端を形成するために対応して形状を付与したアノビルに組合 せる。このようにして、球状の凸形ヘッドを有するパンチは、管状物に同様に球 状の凸形閉鎖端を成形するだめにはアノビルを必ずしも用いる必要はない。又凹 形ヘッドを有している・々ンチは管状物に凹形の閉鎖端を形成するために、対応 した凸形形状のアノビルと組合せて用いる。

生産サイクルは、ダイから・ぞノチを引戻す段階で完了し、その間パンチから引 抜いた管状物を外すのを補助するためにパンチ内に設けた通路を通じてガスを通 過させる。

又、本発明の方法は、パンチ内の通路を通じてガスを強制的に送ることによシ・ ぐンチから引抜いた管状物を型の・凹所に吹込む段階も有している。この場合、 型の凹所はポリマーの急速結晶化及び軟化が発生する範囲の温度に予熱され、吹 込み圧力は、型の凹所に管状物を加熱して馴しませるのに充分な時間維持される 。

加熱の別の方法は、引抜いた管状物をマンドレル上に設置し、ポリマーの急速結 晶及び軟化が発生する範囲の温度に加熱し、管状物がマンドレルに馴じむのに充 分な時間この温度を維持することを包含する。所望の形状を付与した先端を有す る・ぞノチを、管状物の閉鎖端を成形するために対応した形状のアノビルと組合 せて用いる場合、アノビルを可動に装着し、管状物の引抜きが所定の範囲実施さ れた後にアノビルと・ぞノチとを協働させ、そノ後・ぐンチとアノビルとを共に アノビルに与えられる弾性圧力方向に動かし、引抜き中に閉鎖端を成形するよう に・ぞノテとアンビル間にポリマー材料を把持させるようにしてもよい。アノビ ルに与えられる弾性圧力は、アノビルが可動ピストンを形成するシリンダー内の 加圧ガスによって与えるようにしてもよい。本発明は更に、熱変形可能なポリマ ー材料から、閉鎖端を有する管状物を成形するだめの装置により、該装置は、環 状ダイと、ダイ周りにポリマー材料のシートを環状にクランプする手段と、環状 にクラップした部分・範囲内のシート部分を、ポリマーのガラス遷移温度以上で 溶融温度以下の温度で予備加熱する手段と、シートを管状物に引抜いている間に シートに圧縮応力が生じないようにするだめに、ダイから充分な隙間を以て調心 しながら環状ダイを通して可動な・ぞノチとを有し、その際・（ンチがポリマー のガラス遷移温度以下に・ぞノチの温度を維持するだめの冷却手段を備えていて 更に引抜きを実施するだめに少なくとも毎秒２分の１メートルの速度で・ぐンチ を移動可能とする手段を設けている。フランジ手段はその内径がダイの内径より 大きい可動なタラップリングを有しているようにしてもよい。クランシリンダー 内径はダイの内径の２倍としてもよく、ダイ孔周りの範囲からポリマー材料を引 抜けるようにしてもよい。

本発明の装置が、形状を付与した先端部を有する・ぐンテと、シリンダー内で作 動するビストノの形の可動アンビルとを有している場合、シリンダーが、・ぞン チ方向へのアノビルの運動を′制限し、その結果引抜き部分を予め設定し、該引 抜き部分は、アンビルが・ぞノチと協働する前に完了する部分であるように、交 換可能な環状スイーサ一手段を備えていてもよい。簡便な構成では、シリンダー が環状ダイを支持し、環状ス被−ザ一手段がダイとアンビル間に配置されている 。

本発明の特別な実施例を、添付の図に例示乃至この図を参照して次に詳細に説明 する。図中、第１図は本発明による装置の縦断面図であり、第２図は別の形状の ・ぐンチヘッドの側面図であり、第ろ図は別の形状のダイの断面図であり、該ダ イには加熱馴み型としても用いることのできるアノビルが設けられていて、第４ 図は可動アンビルと協働する装置の別の例を示す縦断面図である。

図に示された本発明の装置は、熱変形可能なポリマー材料から一体的な閉鎖した 端部を有する管状物を製造するように企画されたものである。この装置は又、ポ リエチレンテレフタラート等の高分子量飽和鎖状ポリエステル材料を用いるよう に企画されているが、ポリプロピレン等の他の熱変形可能なポリマー材料にも有 効に使用できるものでもある。

第１図に示した装置は、丸み１１を有する環状ダイ１０とクランプリング１２と を有し、クランプリング１２の内径はダイ１０の内径より大きい。第１図の右方 向にクランプリング１′２を軸方向に動かすと、ポリマーシート１ろはダイ１０ にクランプされる。１４で示した赤外線ヒーターは、ダイ１０の近傍に配置され 、ポリマーシート１３が移動してクランプ位置にクランプリング１２によりクラ ンプされる前にこの範囲のシート部分を９０°Ｃ〜１１０°Ｃ（特に１００°Ｃ ）に加熱する。

／センチ１５はクランプリング１２内で軸方向に可動で環状ダイ１０の開口に調 心されている。ポリエチレンテレフタラートを用いるとき、・ソンチ１５とダイ １０との間の隙間は少なくともシート１３の厚みの５分の１に等しくシ、・ぐン チ１５の側面とダイの内面間でシートが引抜かれるときシートに圧縮応力が発生 しないようにしなければならない。引抜き工程は可成りシートを薄くし、従って シートに圧縮応力を発生させないようにするＶζはＰＫＴシートの厚みの５分の １を丁度越えた隙間で充分であることが判った。圧縮応力即ち壁面へのアイロン かけは防ぐ必要がある。その理由はさもなければポリマー材料が裂けることもあ り、又引抜き工程中に孔が開いてしまうことがあるからである。

パンチ１５は中央孔１６を備えていて、通路１日を存する・ぞンテキャリャー１ ７に固定され、所望の折・ぞ／チ１５を通じて空気を導入できる。パンチキャリ ヤー１７は、引抜き工程を実施するために・ぞンチを少なくとも毎秒２分の１メ ートル、特に毎秒５メートルの速度で・ぐンチを動かす手段（図示していない） に接続されている。

実際には、ポリマー材料のシート１ろが所望の温度、１００℃に加熱され、引抜 き位置に配置され、クランプリング１２によりクランプされると、ノぐンチ１５ が、ポリマーシートを所望の管状形に引抜くために、少なくとも毎秒２分の１メ ートル、特に毎秒１．５〜２メートルの速度でダイ１０の孔を通じて押込まれる 。・ぐノチの速度はその行程の９５％に亘って一定である。管状物の壁を形成す るだめの材料が・ぐ７テのヘッド位置の閉鎖端からと、クランシリング１２内の ダイの開口部周りの材料から引出される。クランプリング１２は壁を形成するの に充分な材料を提供するためにダイの直径の２倍迄にする。

引抜き処理は周知の様に材料に配向性を与える。

・（ンチ１５は、アモロファス及び非配向性のポリマーのガラス遷移温度以下の 温度、ポリマーの固有の粘性に応じてポリエチレンテレフタラートに対して約７ ０℃の温度に維持される。ＰＦｉＴを用いるとき、・母ンチ１５の温度は、通路 １８．１６を通じて供給されるガス、又は他の冷却通路（図示していない）を通 じて供給される流体によって特に３５℃以下に維持される。ポリマー材料はパン チ１５と接触して急速に冷却され、ポリマーは収縮し、この収縮は、ポリマーと ・ぐフチ１５間の熱伝達を良好に維持する働きをする。・ぐンチの引抜き行程が 完了すると、・ぐンチは引戻され、その間空気が通路１８．１６を通じて流入し 、クランプリング１２が引戻されると、成形して管状物が取除ける。ダイ１０の 開口の丸み１１は管状物の口に対応して丸みのあるクランプを形成する。

フラッジの外径を裁断した後、このフラッジは閉鎖した容器を製造するために周 知の様に金属端、容器又は容器の取付材に結合するのに用いられる。

第１図に示した平担なヘッドの・ぞンチで管状物の閉鎖端からシートを引抜くこ とはパンチの角１９の半径によυ決定される。充分な材料を閉鎖端から引出して 、壁の厚みを充分とするには、約５１の半径の角部を用いることを推奨する。

耐圧容器を製造するためには、第１図に示しだ平担なヘッドの・ぐンチを、第２ 図に示している凸状にわん曲した球形の・ぞンチ１５１に置き換え、管状物に、 対応して凸状にわん曲した耐圧端を設ける。又凹部状の・ぐンチヘッドを用いて 凹部状の耐圧端を形成することもよく、この場合第１図に１６．１８で示した通 路から減圧した圧力を供給する。

管状物の閉鎖端に所望の形状を付与するためには、この形状を付与した先端部を 有する・ぞノチを、対応した形状を有するアンビルと組合せて用い、凸又は凹形 の閉鎖端を形成する。

第５図は第１図のダイ１ｏＶＣ比べて軸方向に長いダイ１０１を示し、とのダイ １０１は凹状のアンビル２０を担持し、この凹状は第２図の・ぐノチ１５１の形 状に対応している。アンビル２０はダイ１０１の延長部内でバネ２５に抗して軸 方向に可動である。−ぐ７チ１５１の行程が完了すると、・ソンチ１５１はアン ビル２０と協働し、管状物に凸状の閉鎖端を形成する。バネ２５けアンビル２０ が僅かに動くことを許容し、アンビル２０と・ぐンチ１５１との突当りを緩衝す る。

第ろ図の装置は又管状物の加熱処理用の型としても用いることができる。この目 的のために、絶縁ンヤケノト内に抵抗線を入れた加熱素子２６を、ポリマーの急 速な結晶化及び軟化が発生する温度範囲にダイを加熱するために、ダイの延長部 用りに設け、断熱用ワッシャー２７を、ダイ１０１から装置の他の部分への熱損 失を減少するために収けている。この場合、・やンチ１５１の行程の完了後、・ ９ンチ上にある引抜いた管状物とアンビル２０により成形された型の内側との間 にいくらかの遊びがあってよい。

引抜いた管状物は、・ぐンテ内の通路１６を通じて強制的に押込まれるガスによ シ・やンチからアンビル２ｏにより形成された型の凹部内に吹込まれ、吹込み圧 力は、型の凹所の内形に管状物が熱で馴むのに充分な時間維持される。

第４図は、管状物に凹状耐圧閉鎖端乃至底を成形するために凹みを有する・やン チ先端部２１と組合せて端部成形用アンビル２０１を用いることを示している。

この実施例において、ダイ１０とクランプリング１２とは基本的に第１図のもの と同様であり、ポリマーシート１５は同様に保持及び加熱される。アノビル２０ １はシリンダー２２内のピストンと同様可動に設けられ、・ぞフチ２１方向に弾 性的にバイアスされている。弾性圧力をアンビルに与える手段は、第３図と同様 に単にバネであってもよいが、図示の様にシリンダー２２の内側に圧縮空気を供 給するための手段２ろから構成されていてもよい。アンビルは、管状物の予め決 められている部分の引抜きが完了すると、パンチ２１と協働するように配置され ている。この目的のために、シリンダー２２は、・リング２１に対するアンビル ２０１の運動量を制限し、アノビルが・ぞンチと協働する前に完了する引抜き量 を予め設定するために、置換可能な環状スペーサ一手段を備えている。

図示の構成において、シリンダー２２はダイ１０を支持し、スペーサー２４はダ イ１０とアンビル２０１の間に配置されている。ス硬−サー２４の長さを適当に 撰択することにより、管状物の凹状端部の厚みを調節することができるが、その 理由はノクノチがアンビルと協働するときに端部からポリマー材料の引出しが終 了するからである。閉鎖端部の形状は、・ぞンチ先端部２１とアンビル２０１と の形状を適当に撰択することにより任意にすることができる。

上述の本発明による方法及び装置は、ポリエチレンテレフタラート以外のポリマ ー材料、例えば高分子量飽和鎖状ポリエステル、ポリプロピレンのホモポリマー 及びコポリマー及びガス障壁を含む積層材に対して使用できる。

国際調査報告 第１頁の続き ０発　明　者　フォーランド、リックワース＠発明者　スミス、デスモンド　ピ ータ−０発　明　者　スタインス、グライン イギリス国、オックスフォードシャー、ファーリングトン、ロングコツト、ロー ズ　コツテージ（番地なし）イギリス国、オックスフォードシャー、イースター フィールド　グローブ　４ イギリス国、ウィルドジャー、スイントン、グリーンメドウ、シャーフォード　 ロード　１６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　ポリマー材料のシートの環状部分をクランプし、環状にクランプした部分 内の少なくともシートの部分をポリマーのガラス遷移温間以上であるが溶融温度 以下の温度に予備加熱し、シートの面を通じ環状ダイ内に調心して、・り／チと ダイ間に隙間を開けながら・ぐンテを押込み、・ぞンチの側面とダイの間で引抜 かれるシートに圧縮応力を生じることなくシートを管状形に引抜く段階を有する 、熱変形可能なポリマー材料、特に高分子量飽和鎖状ポリエステル材料から、閉 鎖端を有する管状物を成形する方法において、ノ母ンチが、ポリマー材料のガラ ス遷移温度以下の温度に維持され、引抜きを実施するため少なくとも毎秒２分の １メートルの速度で動かされることを特徴とする前記方法。 ２、熱変形可能なポリマー材料が高分子量飽和鎖状ポリエステル材料であり、シ ートを予備加熱する温度がポリエステル材料の急速結晶が始まる温度以下である ことを特徴とする請求の範囲１．による方法。 ３　パンチが、ポリマーのガラス遷移温度を越えない温度に維持されるように冷 却されていることを特徴とする請求の範囲１．又は２．による方法０ ４、　・やンチが５５℃を越えない温度に維持されていることを特徴とする請求 の範囲乙による方法０５、　パンチが、引抜きを実施するために毎秒５メートル を越えない速度で動かされることを特徴とする請求の５ 範囲のうちいずれかによる方法。 ６　ポリマー材料が、イリエチレンテレフタラートであり、シートの環状にクラ ンプされた部分が９０°Ｃ〜１１０℃の温度に予備加熱されることを特徴とする 請求の範囲いずれかによる方法。 ７、　ダイの口に丸みを設けることにより丸みを有するフランジが管状物の口に 形成されることを特徴とする請求の範囲のうちいずれかによる方法。 ８　形状を付与したヘッドを有する・やノチが、管状物の閉鎖端を成形するため に、対応して形状を付与されたアノビルと組合せて用いられることを特徴とする 請求の範囲のうちいずれかによる方法。 ９　凸球形のヘッドを有する・ヤンチが、管状物に同形の凸状の閉鎖端を製造す るために用いられることを特徴とする請求の範囲のうちいずれかによる方法。 １０、凹状のヘッドを有する・ぐンチが、管状物に凹状の閉鎖端を成形するため に、凸状のアノビルと組合せて用いられることを特徴とする請求の範囲８．によ る方法。 １１　ダイから・ぐンチを引戻す別の段階を有し、その間・ぐンチから引抜かれ た管状物の取外しを補助するために・ぞンチ内に設けた通路を通じてガスが流れ るようにする前請求の範囲のうちいずれかによる方法。 １２、・センナ内の通路を通じて供給されるガスにより、引抜いた管状物をパン チから型凹所内に吹込む別の段階を特徴とする請求の範囲１．から１０のうちい ずれかによる方法。 １３　型凹所が、ポリマーの急速結晶化及び軟化の開始温度の範囲内の温度に予 備加熱され、吹込み圧力が、型凹所の形状に管状物が熱馴みを生じるのに充分な 時間の間維持される請求の範囲１２．による方法。 １４　引抜かれた管状物をマノドレル上に設置し、ポリマーの急速結晶化及び軟 化が発生する範囲の温度にマンドレルを加熱し、７７ドレルの形状に管状物が熱 馴みを生じるのに充分な時間の間この温度を維持することを特徴とする請求の範 囲１から１１．のうちいずれかによる方法。 １５　７ノビルが可動に設けられ、管状物の予め決めた部分の引抜きが完了した 直後パンチがアノビルと協働し、その後・ぐンチとアノビルが、アノビルに与え られた弾性圧力に抗して動かされ、管状物の残りの引抜き部分を引抜いている開 閉鎖端を形成するポリマー材料を・ぐノチとアノビル間に把持することを特徴と する請求の範囲８又は請求の範囲８．に従属する請求の範囲９から１４のうちい ずれかによる方法。 １６．７ノビルに与えられる弾性圧力が、アノビルが可動ピストンとなるシリン ダー内の加圧ガスにより生じることを特徴とする請求の範囲１５による方法。 １７、環状イ°イと、ダイ周りにポリマー材料のシートの環状部分をクラ７グす る手段と、少なくともソート部分の環状にクランプされた部分を、ポリマーのガ ラス遷移温度以上でその溶融温度以下の温度で予備加熱する手段と、環状のダイ を通じて調心して可動であり、シートを管状物に引抜く間ソートに圧縮応力を生 ぜしめないだめの充分な隙間をダイとの間に設けている・ぞノチとを有する、熱 変形可能なポリマー材料から閉鎖端を有する管状物を成形する装置において、・ ぐンチが、ポリマーのガラス遷移温度以下にパンチの温度を維持するだめの冷却 手段を有していることと、引抜きを実施するだめに少なくとも毎秒２分の１メー トルの速度でパンチを動かす手段を設けていることを特徴とする前記装置。 １８、クラップ手段がその内径がダイの内径よりも大きい可動なりランシリンダ ー有していることを特徴とする請求の範囲１７．による装置。 １９、ダイの口が、管状物の開口に丸みを有するフラッジを形成するために対応 して丸みを付していることを特徴とする請求の範囲１７、又は１８．による装置 。 ２０、・ぐノチが凸球状のヘッドを有していることを特徴とする請求の範囲１７ ．〜１９．のうちいずれかによる装置。 ２１、・ぐンチが凸又は凹状の先端部を有し、管状物の閉鎖端を成形するために ・ぐノチと協働し、対応した形状を有するアノビルを備えていることを特徴とす る請求の範囲１７、から２０．のうちいずれかによる装置。 ２２、管状物の予め決められた部分の引抜きが完了するとアンビルが・ぐンチと 協働し、・ぐンチの行程が完了する間・ぐノチとアノビルとを可動に受ける弾性 圧力をアンビルに与える手段を設けていることを特徴とする請求の範囲２１、に よる装置。 ２３、アノビルがシリンダー内で可動なピストンを形成し、弾性圧力を与える手 段が、シリンダーに加圧ガスを供給する手段を有していることを特徴とする請求 の範囲２２゜による装置。 ２４、シリンダーが、・ぞンチに対するアンビルの運動を制限し、アノビルが・ ぐンチと協働する前に完了する引抜き部分を予め決めるだめの交換可能な環状ス 被−サ一手段を備えていることを特徴とする請求の範囲２３．による装置０ ２５、シリンダーが環状ダイを支持し、環状スペーサ一手段がダイとアンビル間 に配置されていることを特徴とする請求の範囲２４による装置。