(57)【要約】【課題】アンダーカット形状のインナーリングを有する合成樹脂製キャップの成形における天壁面への窪みやヒケの発生を、従来のキャップ形状及び金型形状を特に変更することなく、より効果的に防止できる冷却構造を有する金型を提供する。【解決手段】コア金型を構成するインナーヘッド２を、天壁型面１０となる部分１１を熱伝導率κ１の高い材質で形成し、インナーリング内側型面１２となる部分１３を熱伝導率κ１より低い熱伝導率κ２の材質で形成して、熱伝導率の異なる材質の２部材で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーリングを天壁から一体に垂下して有する合成樹脂製キャップの成形用金型であって、インナーリングの外周面を形成する金型がアンダーカット形状であり、且つインナーリングの内面側のコア金型を構成するインナーヘッドが、天壁成形型面の部分とインナーリング成形型面の部分とを熱伝導率の異なる材質で形成されてなることを特徴とする合成樹脂製キャップ成形用の金型。
【請求項２】
前記インナーヘッドが前記天壁成形型面となる部分とインナーリング成形型面の部分の２部材で構成され、前記天壁成形型面の部分の熱伝導率κ１とインナーリング成形型面の部分の熱伝導率κ２との関係がκ１＞κ２を満たしている請求項１に記載の合成樹脂製キャップ成形用の金型。
【請求項３】
前記天壁成形型面の部分が銅系又はアルミニウム系材料で形成され、前記インナーリング成形型面の部分が鉄系材料で形成されている請求項２に記載の合成樹脂製キャップ成形用の金型。
【請求項４】
インナーリング外周面側のコア金型を構成するアウターヘッドが、前記インナーヘッドの天壁成形型面の部分より低い熱伝導率κ３の材料で形成されている請求項１〜３の何れかに記載の合成樹脂製キャップ成形用の金型。
【請求項５】
ネジ山側のコア金型を構成するスクリューコアが、前記アウターヘッドよりも高いあるいは同等の熱伝導率κ４の材料で形成されている請求項４に記載の合成樹脂製キャップ成形用の金型。
【請求項６】
前記インナーヘッドを構成する材料の熱伝導率κ１、κ２、アウターヘッドを構成する材料の熱伝導率κ３、スクリューコアを構成する材料の熱伝導率κ４の関係が、κ１≧κ４＞κ３≧κ２である請求項５に記載の合成樹脂製キャップ成形用の金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂製キャップ、特に天壁に一体にインナーリングを有する合成樹脂製キャップ成形用の金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図３に示すような１ピースタイプの合成樹脂製キャップ１５（以下、単にキャップという）において、キャップ本体の天壁１６内面から下方に向けて垂下するインナーリング１７をボトル口内周面との密封性を高めるために、下方に向けて拡径して形成することが行われている。なお、図３に示すキャップでは、スカート壁１９にネジ２０が形成され、下端部にタンパーエビデントバンド２１が形成されているキャップであるが、キャップの形態は必ずしもこの形状に限らない。このようなキャップを圧縮成形又は射出成形によって成形する場合、インナーリングの拡径部１８及びネジ２０はアンダーカットとなって、型抜きに際して無理抜きが生じる。従来、このようなキャップを成形する金型３０は、その概略を図４に示すように、コア金型が、キャップの天壁及びインナーリング内面を成形する型部を構成するインナーヘッド３１、インナーリング１７の外周面からアウターリング２２を経てスカート壁内周面及びネジ山を成形する型部を構成するアウターリングコア３３、及びタンパーエビデントバンド部を成形する型部を構成するＴＥバンドコア３４から構成されている。なお、図中、３５は上型（キャビティ型）、３６は下型である。
【０００３】
以上のような構成の金型により、上記のようなキャップを成形すると、離型に際してインナーリング１７及びネジ２０がアンダーカットのため無理抜きが生じ、変形又は破損するおそれがある。それを避けるためには、インナーリングがまだ十分に冷却固化されない状態、すなわち短時間で型抜きをすることが考えられる。しかしながら、その場合インナーリングは良好に型抜きできるが、天壁の冷却が十分でないため天壁に図６に示すようなヒケ２５が生じるという問題がある。また、逆に天壁の冷却が十分の状態では近傍にあるインナーリングが必要以上に冷却してしまい、離型性を悪くし、インナーリング１７の付け根部分から天壁１６が円形状に引っ張られて図５に示すような円形の凹み２６が生じるという問題がある。天壁面にこのようなくぼみやヒケが発生すると、密封性に影響を与えると共に、天壁面への印刷時に均一平面でないため、いわゆる印刷抜け等の不具合が生じる。
【０００４】
そのよう問題の解決手段として、金型の冷却構造を改善して、天壁に接触する部分はよく冷却し、インナーリングに接触する部分は冷却されないようにすれば解決できるが、その場合金型内部の冷却水の循環経路を天壁部とインナーリング接触部とを別経路にしなければならず、ボトルのキャップ用という小さい成形金型では物理的に困難であり、採用が容易でなく実現していない。また、金型温度制御は冷却水でコントロールしているが、金型に対する結露発生のおそれから低温設定の下限がある。従来、アンダーカット形状のインナーリングを有するキャップの成形における上記問題点の解決策を示した文献は見出せないが、キャップ成形時のアンダーカット部の無理抜きにより生じるヒケや窪みの発生を防止する方策として、一般にアンダーカット部の形状を改良すること（例えば、特許文献１参照）、あるいは冷却時の体積変化を吸収できるようにキャップの形状、及び金型形状を工夫することが提案されている（例えば、特許文献２及び３）。
【特許文献１】特開２００５‐１１２４４４号公報
【特許文献２】特開２００１−１８０７０６号公報
【特許文献３】特開平１０−１６０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、上記問題点を解決する手段として、キャップ形状及び金型形状を特に変更することなく解決を図ろうと金型の材質による冷却機構の変更に着目して種々研究した。上記問題は、インナーリングはまだ固化していない軟化状態を維持しながら、天壁は十分に固化している状態で型抜きを行えば発生しないが、その場合一体の金型でインナーリング部は冷却速度を遅くし、逆に天壁面は冷却速度を速くするという、相反する問題を同時に解決しなければならない。
その解決策として、図４に示す金型構造において、インナーヘッド３１の材質には天壁をできるだけ冷却する目的で熱伝導率の高い銅系合金を使用し、アウターリングコア３３の材質には銅系合金より熱伝導率が劣る鉄合金鋼を使用して実験したが、インナーリングが必要以上に冷却してしまい、離型性を悪くし天壁を引っ張るようなへこみが発生した。逆に、インナーヘッド３１及びアウターリングコア３３を共に鉄合金鋼で使用したら、インナーリングは適切な冷却によって、良好に離型したが、天壁の冷却が不十分なため天壁にヒケが発生したため、上記問題点の解決には至らなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、アンダーカット形状のインナーリングを有するキャップの成形における天壁面に発生する窪みやヒケの発生を、従来のキャップ形状及び金型形状を特に変更することなく、より効果的に防止することができる合成樹脂製キャップ成形用の金型を提供することを第１の目的とし、さらにはネジ部の形状不良（ネジ垂れ）のない合成樹脂製キャップを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記第１の目的を達成する本発明の合成樹脂製形用の金型は、インナーリングを天壁から一体に垂下して有する合成樹脂製キャップの成形用金型であって、インナーリングの外周面を形成する金型がアンダーカット形状であり、且つインナーリングの内面側のコア金型を構成するインナーヘッドが、天壁成形型面の部分とインナーリング成形型面の部分とを熱伝導率の異なる材質で形成されてなることを特徴とするものである。ここで言う、コア金型を構成するインナーヘッドを天壁成形型面となる部分とインナーリング成形型面となる部分とが熱伝導率の異なる材質で形成するとは、必ずしも前記インナーヘッドが天壁成形型面となる部分とインナーリング成形型面となる部分との２部材で形成する場合に限らず、天壁成形型面となる部分はインナーヘッド内面から外周面に向けて傾斜的に熱伝導率の高い材料分子となるように形成し、逆にインナーリング成形型面となる部分はインナーヘッド内部から外周面に向けて傾斜的に熱伝導率の悪い材料分子で構成されている傾斜機能材料で一体に形成することも可能である。
【０００８】
上記合成樹脂製キャップ成形用の金型において、前記インナーヘッドが前記天壁成形型面となる部分とインナーリング成形型面の部分の２部材で構成され、前記天壁成形型面の部分の熱伝導率κ１とインナーリング成形型面の部分の熱伝導率κ２との関係がκ１＞κ２を満たしているようにすることが望ましい。該構成によりインナーリングと接触する部分は、あまり冷やされず、天壁と接触する部分はよく冷える状態となり、インナーリングの離型時に天壁面を引っ張ることによって起きる天壁のへこみや天壁面の冷却不足によって起きるヒケの発生は解消され、フラットな天壁面のキャップ成形が可能となる。前記天壁成形型面の部分が銅系又はアルミニウム系材料で形成され、前記インナーリング成形型面となる部分が鉄系材料で形成されているのが望ましい。
【０００９】
また、上記合成樹脂製キャップ成形用の金型において、インナーリング外周面側のコア金型を構成するアウターヘッドが、前記インナーヘッドの天壁成形型面の部分より低い熱伝導率κ３の材料で形成することによって、インナーリング及びアウターリングの型抜きがより良好にできるので望ましい。さらに、ネジ山側のコア金型を構成するスクリューコアが、前記アウターヘッドよりも高いあるいは同等の熱伝導率κ４の材料で形成することによって、ネジ垂れの発生を効果的に防止できる。そして、前記インナーヘッドを構成する材料の熱伝導率κ１、κ２、アウターヘッドを構成する材料の熱伝導率κ３、スクリューコアを構成する材料の熱伝導率κ４の関係が、κ１≧κ４＞κ３≧κ２であるような冷却構造により、前記第１及び第２目的を請求項５により効果的に達成することができる。そして、このような冷却構造にすることによって、天壁、インナーリング、ネジ部が適切な冷却関係を有し、生産速度を高速化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１〜６に記載の本発明に係る合成樹脂製キャップ成形用の金型によれば、スペースの問題で冷却水による理想的な冷却構造を構成することが非常に難しい合成樹脂製キャップ成形用の金型において、インナーヘッドを熱伝導率の異なった２種類の材料で形成することで天壁をよく冷却すると共にインナーリングの冷却効率を低くするという理想的な冷却構造の金型を得ることができた。さらに、請求項２の発明によれば、上記の冷却構造を有するインナーヘッドを容易に構成することができる。また、請求項３の発明によれば、銅系又はアルミニウム系の材料はステンレス等の鉄系の材料に比べて３〜５倍以上熱伝導率が高いので、上記効果をより効果的に奏することができる。請求項４の発明によれば、特にインナーリングの外周面の冷却効率も低くなり、アウターヘッドの型抜きがより良好にできる。請求項５及び請求項６の発明によれば、ネジ部の冷却効率がよくなり、型抜きに際してネジ垂れの発生を防止することができ、生産速度を上げても天壁及びネジ部とも良好に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る合成樹脂製キャップを図１及び図２に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る合成樹脂製キャップ成形用の金型の概略断面図である。該金型には従来の金型と同様にコア金型の内部には冷却水流路が形成されているが、図面では省略されている。本実施形態の金型１は、全体的には上型（キャビティ型）６、下型７及びコア型で構成されるが、前記コア金型が、キャップ天壁及びインナーリング内面を成形する型部を構成するインナーヘッド２、インナーリング外周面及びアウターリング内周面を成形する型部を構成するアウターヘッド３、スカート壁内周面及びネジ山を成形する型部を構成するスクリューコア４、及びタンパーエビデントバンド部を成形する型部を構成するＴＥバンドコア５から構成されている。
【００１２】
そして、本実施形態の金型１では、特にインナーヘッド２を図２示すように熱伝導率の異なった２部材で構成して２ピース化したことに特徴を有する。即ち、頂部が天壁型面１０となる部分を含む本体部分１１を銅系またはアルミニウム系の熱伝導率の高い材料で形成し、インナーリング１７の内周面が接触するインナーリング内側型面１２となる外周部分１３を天壁型面１０を有する本体部分１１よりも熱伝導率が低い鉄系の材料で形成した。したがって、本体部分１１の熱伝導率κ１とし、外周部分１３の熱伝導率をκ２とすると、κ１＞κ２の関係を満たすように形成されている。なお、鉄系の材料としては、通常の炭素鋼や金型用鋼が採用できるが、より熱伝導率の悪い材料としてステンレス鋼が採用できる。本実施形態の場合、インナーリングの冷却を効果的に遅らすためには、ステンレス鋼が望ましい。
【００１３】
また、本実施形態では、インナーリング外周面及びアウターリング内周面を成形する型部を構成するコア型としてアウターヘッド３を分離して設け、前記インナーヘッドの天壁成形型面となる部分より低い熱伝導率κ３を有する鉄系の材料で形成した。それにより、インナーリング及びアウターリングの冷却を遅くして、まだ十分に固化しない状態での型抜きを可能にして、インナーリング及びアウターリング成形型面の型抜きを容易にした。アウターヘッド３を構成する鉄系の材料としては、通常の炭素鋼や金型用鋼が採用でき、望ましくはインナーリング内側型面１２となる外周部分１３の熱伝導率κ２よりも熱伝導率の高い鉄系の材料が望ましい。アウターヘッド３の熱伝導率があまりにも低いと、該アウターヘッドが接触する天壁面やアウターリングの冷却不足が生じるので、天壁型面１０となる部分よりは低いがインナーリング内側型面１２となる部分よりは低いのが望ましい。
【００１４】
また、前記スクリューコア４は、前記アウターヘッド３と同様に熱伝導率が低い鉄系の材料で形成することも可能であるが、ネジ部の冷却が不十分であるといわゆるネジ垂れ現象が発生したので、それを解消するためには、スクリューコア４は、インナーヘッド２の天壁型面とほぼ同様の熱伝導率κ４を有する材料を採用するのが望ましい。その材料として、銅系又はアルミニウム系が好適に採用できる。以上のことから、前記インナーヘッドを構成する材料の熱伝導率κ１、κ２、アウターヘッドを構成する材料の熱伝導率κ３、スクリューコアを構成する材料の熱伝導率κ４の関係が、κ１≧κ４＞κ３≧κ２であることが望ましい。このような冷却構造にすることによって、天壁、インナーリング、ネジ部が適切な冷却関係を有し、生産速度を従来と比べて後述する実施例の場合は、略３０％近く高速化することが可能となった。なお、上記各材料の熱伝導率は、κ１、κ４＝１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、κ２＝１０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋ、κ３＝３０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲が望ましい。
【００１５】
実施形態の合成樹脂製キャップ成形用の金型１は、以上のように構成され、インナーヘッド２を頂部が天壁型面１０となっている本体部分１１を銅系またはアルミニウム系の熱伝導率の高い材料で形成し、インナーリングが接触するインナーリング内側型面１２となっている外周部分１３を本体部分１１よりも熱伝導率が低い鉄系の材料で形成し熱伝導率の異なった２種類の材料で形成したので、天壁をよく冷却する反面インナーリングの冷却効率を低くすることができる。その結果、型抜きに際してインナーリングは柔らかさを持っているうちにスムーズに離型することができ、さらに天壁はよく冷やされているため、ヒケることなくフラットな天壁のキャップを成形することができる。
【実施例】
【００１６】
図１に示す金型構造において、インナーヘッド２、アウターヘッド３、スクリューコア４の材質を表１に示す実施例１及び実施例２の材料を組み合わせて構成し、図３に示すような構造で、合成樹脂製キャップ（材質：ポリプロピレン、外径：２８ｍｍ、天壁厚み：１．４ｍｍ）を現行生産速度に対して約３０％増しに相当する高速条件で圧縮成形した。得られたキャップのネジダレ、天壁の窪み、天壁のヒケの有無を下記の判定方法で調べた。
＜判定基準＞
ネジ垂れ：ネジ山径の２点測定と目視にてネジ垂れを確認した。
○：ネジ寸法、目視共に規格範囲内
△：ネジ寸法は規格範囲内であるが、一部ネジ垂れがある
×：ネジ寸法が規格範囲外
窪み  ：天壁面に窪みがないかどうか目視にて確認した。
○：天壁面に窪みが認められない
×：天壁面に円周状の窪みが認められる
ヒケ  ：天壁面のヒケの寸法を測定し、ヒケを確認した。
○：ヒケ寸法の規格範囲内
×：ヒケ寸法の規格範囲外
【００１７】
【表１】
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なお、上記実施例及び比較例で使用した材料は、次の熱伝導率を有するものを使用した。
銅系合金：１２１Ｗ／ｍ・Ｋ
ステンレス鋼：１６Ｗ／ｍ・Ｋ
鉄系合金：５３Ｗ／ｍ・Ｋ
【００１８】
また、比較例１〜４として、インナーヘッドを単一材質の１ピースで構成した場合に、インナーヘッド、アウターヘッドスクリューコアの材質をそれぞれ表１に示す材質を採用して組み合わせて金型を構成し、実施例と同様に高速生産速度で圧縮成形した。その結果、ネジダレ、天壁の窪み、天壁のヒケの有無は、表１に示す結果が得られた。
【００１９】
表１に示すように、インナーヘッド頂部の天壁型面となる部分を熱伝導率の高い銅系の材料で形成し、インナーリングが接触するインナーリング型面となる部分を天壁型面となる部分よりも熱伝導率が低い鉄系の材料で形成し熱伝導率の異なった２種類の材料で形成した実施例１及び実施例２の場合は、天壁の窪み及びヒケの両方とも発生せず、きわめて理想的な冷却効率を得ることができることが確認された。特に、実施例１の場合は、併せてスクリューコアを熱伝導率の高い材料で形成することによって、ネジダレの発生も全くなかった。以上、従来金型においては、高速生産ができず生産速度に限界であったが、実施例１の場合は高速生産が可能となり、約３０％も生産速度を向上させることができ、本発明の有効性が確認できた。
【００２０】
これに対して、比較例１は、ネジダレの発生はなかったが、天壁の窪み及びヒケが観測された。また、比較例２の場合はネジダレ及び天壁面の窪みは観察されなかったがヒケの発生が観測された。これは、天壁の冷却が不十分なために型抜き後の冷却収縮によりヒケが発生していると考えられる。さらに、比較例３は、ネジダレ及び天壁のヒケが観察され、ネジ部および天壁面の冷却が不十分なためであると考えられる。さらに、比較例４の場合は、ネジダレ、天壁の窪み、ヒケ共に観測された。比較例１に加え、ネジ部の冷却が不十分であるためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の合成樹脂製キャップ成形用の金型は、特にアンダーカット形状のインナーリングが天壁と一体に形成されている合成樹脂製キャップの製造において、天壁の窪みやヒケの発生がなく天壁が均一平面で印刷性に優れたキャップの成形が可能であり、かつネジダレのない合成樹脂製キャップの高速生産を可能とし、産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る合成樹脂製キャップ成形用の金型の概略断面図である。
【図２】図１の金型におけるインナーヘッドの一部断面正面図である。
【図３】本発明の合成樹脂製キャップ成形用の金型に成形される合成樹脂製キャップの断面図である。
【図４】従来の合成樹脂製キャップ成形用の金型の概略断面図である。
【図５】天壁に窪みが発生している状態の合成樹脂製キャップの断面図である。
【図６】天壁にヒケが発生している状態の合成樹脂製キャップの断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  合成樹脂製キャップ成形用の金型
２  インナーヘッド
３  アウターヘッド
４  スクリューコア
５  ＴＥバンドコア
６  上型
７  下型
１０  天壁型面
１１  本体部分
１２  インナーリング内側型面
１３  外周部分
１５  合成樹脂製キャップ
１６  天壁
１７  インナーリング
１８  拡径部
１９  スカート壁
２０  ネジ
２１  タンパーエビデントバンド
２２  アウターリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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