(57)【要約】【課題】  生分解性を有するポリ乳酸系樹脂を用い、コップ等のような比較的深絞りの容器類を、樹脂本来の透明性や剛性を維持したまま製造できる製造方法等を提供する。【解決手段】  ポリ乳酸系樹脂を用いた深絞り成型品の製造方法であって、ポリ乳酸系樹脂が熱成型されて急冷されることによりポリ乳酸系樹脂シートを得るシート製造工程と、シートを用いて深絞り成型と切り離しがほぼ同時に行われる成型工程とを有し、かつシート製造工程と前記形成工程とが、両工程の処理タイミングのずれを吸収するアキューム工程を介して、順次にかつ連続的に行われるポリ乳酸系樹脂成型品の製造方法。【選択図】  図２
2005319718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ乳酸系樹脂を用いた深絞り成型品の製造方法であって、前記ポリ乳酸系樹脂が熱成型されて急冷されることによりポリ乳酸系樹脂シートを得るシート製造工程と、前記製造されたシートを用いて深絞り成型と切り離しがほぼ同時に行われる成型工程とを有し、かつ前記シート製造工程と前記形成工程とが、両工程の処理タイミングのずれを吸収するアキューム工程を介して、順次にかつ連続的に行われることを特徴とするポリ乳酸系樹脂成型品の製造方法。
【請求項２】
前記アキューム工程における前記シートの温度が、前記ポリ乳酸系樹脂のガラス転移点未満で前記ガラス転移点から１６℃を減じた温度以上の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記の切り離しは、前記成型品と前記シートとの切り離し部分を含む部分を薄肉化したのち行われることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記成型工程に続き、前記成型品が打ち抜かれたあとのシートを粉砕し、得られた粉砕物が直ちに前記シート製造工程に返送されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記の粉砕物が、前記ガラス転移点未満で前記ガラス転移点から２０℃を減じた温度以上の温度範囲内で、前記シート製造工程に返送されることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記シート製造工程で用いられる前記ポリ乳酸系樹脂に対して、前記粉砕物が６０重量％未満であることを特徴とする請求項４または５に記載の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかの製造方法により製造されるポリ乳酸系樹脂成型品であって、側壁部と底部と開口部とを有する容器形状であり、絞り比が１以上で、計算シート厚さが１ｍｍ以上である成型品。
【請求項８】
最低肉厚が１００μｍ以上である請求項７に記載の成型品。
【請求項９】
前記側壁部のヘイズ値が５％以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の成型品。
【請求項１０】
ポリ乳酸系樹脂を用いた深絞り成型品の製造システムであって、前記ポリ乳酸系樹脂が熱成型されて急冷されることによりポリ乳酸系樹脂シートを得るシート製造手段と、前記製造されたシートを用いて深絞り成型と切り離しがほぼ同時に行われる成型手段とを備え、前記シート製造手段と前記形成手段とが、両手段の処理タイミングのずれを吸収するアキューム手段を介して、順次にかつ連続的に接続されていることを特徴とするポリ乳酸系樹脂成型品の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ乳酸を主体とする熱可塑性樹脂からなり、自然環境下で生分解性を有する容器類の製造方法、およびその方法により得られた成型品に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴミ問題の解消及び地球環境の保全に向けて色々な生分解性プラスチックが開発されている。また、それらの生分解性プラスチックの成型品化のために、様々な加工方法が提案されている。特に、そのような生分解性プラスチックの一つであるポリ乳酸系樹脂は、適切な加工方法を用いることで、実用に耐える優れた透明性と強度や剛性を備えた成型品が得られることが知られている。
【０００３】
そのような従来知られたポリ乳酸系樹脂を用いた成型品の製造方法としては、まず、ポリ乳酸系樹脂を押し出し法やプレス成型法によりシート状に成型してから急冷することで、ほぼ無延伸のシートを得て、耳取りと乾燥を行ってから巻き取り機でロール状に巻き取る（シート製造工程）。しかるのち、このロール状物からシートを順次引き出して成型機のヒータで再加熱し、真空成型または圧空成型によって容器類の形状に加工する（成型工程）、というような製造方法が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。この典型的な製造工程例を図４に示す。このような製造方法は、トレー類や鶏卵パックまたはブリスターパック等のような比較的浅絞りの容器を得ることを目的としており、製造途中で作成されるポリ乳酸系樹脂シートも、比較的薄肉のものが作成され用いられるのが通常である。
【０００４】
ところで、上記の製造方法を用いて、ポリ乳酸系樹脂を用いて比較的深絞りの成型品、例えば、使い捨ての飲料用コップや、食品等を内容物とする包装用容器であって、開口の大きさに比して深さが深い成型品を得ようとすると、以下に述べるごとき各種の問題点が発生する。
【０００５】
まず、比較的深絞りの成型品を得るには、比較的厚肉のポリ乳酸系樹脂シートを作成する必要がある。しかし、押出工程で製造するシートの肉厚を厚くすると、ロール状にシートを巻き取るのがかなり困難になる。逆に、巻き取ったものを引き出す際には、巻き癖によるシートの湾曲が生じてしまうし、この湾曲を伸ばすようにするとシートに割れが生じてしまう。特に、巻き始めの部分でこの現象が生じやすい。また、成型のために再加熱する工程では、厚肉のために、シート送りに用いられるスパイクチェーンによる割れが発生しやすい。さらに、成型工程では、成型品の割れや切断面の微細なクラックやヒビが生じやすく、さらにこれらに伴って粉塵が発生しやすい。
【０００６】
また、樹脂のリサイクルの実績に関しては、シートから比較的浅絞りの成型品を打ち抜いた残りを粉砕してリサイクルした場合に、成型品の性能劣化が生じやすく、ポリ乳酸系樹脂における粉砕品の使用比率を低く留めざるを得ないのが実情である。
【０００７】
これらの問題点のため、品質や製造コスト等の点で実用に耐える深絞りの成型品を得るのは難しい。これらは、引張弾性率や限界伸び、衝撃強度や吸湿による加水分解等の、ポリ乳酸系樹脂の持つ固有の特性に基因すると考えられる。そのため、ポリ乳酸系樹脂に添加剤等を配合してシートに柔軟性を持たせることにより、これらの問題点を回避することが考えられる。しかし、このような対策は成型品の透明性低下や剛性低下につながりやすく、成型品の性能を維持したままで解決するのは困難なのが実情である。
【特許文献１】特許第３３７５３６９号公報
【特許文献２】特開平６−１２２１４８号公報
【特許文献３】特開平６−３２９１８２号公報
【特許文献４】特開２００２−２４８６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、生分解性を有するポリ乳酸系樹脂を用い、コップ等のような比較的深絞りの容器類を、樹脂本来の透明性や剛性を維持したまま製造できる製造方法等を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の第一は、ポリ乳酸系樹脂を用いた深絞り成型品の製造方法であって、前記ポリ乳酸系樹脂が熱成型されて急冷されることによりポリ乳酸系樹脂シートを得るシート製造工程と、前記製造されたシートを用いて深絞り成型と切り離しがほぼ同時に行われる成型工程とを有し、かつ前記シート製造工程と前記形成工程とが、両工程の処理タイミングのずれを吸収するアキューム工程を介して、順次にかつ連続的に行われることを特徴とするポリ乳酸系樹脂成型品の製造方法である。
【００１０】
ここで、前記アキューム工程における前記シートの温度が、前記ポリ乳酸系樹脂のガラス転移点未満で前記ガラス転移点から１６℃を減じた温度以上の範囲内にあることは好ましい。また、前記の切り離しは、前記成型品と前記シートとの切り離し部分を含む部分を薄肉化したのち行われることは好ましい。また、前記成型工程に続き、前記成型品が打ち抜かれたあとのシートを粉砕し、得られた粉砕物が直ちに前記シート製造工程に返送されることは好ましい。また、前記の粉砕物が、前記ガラス転移点未満で前記ガラス転移点から２０℃を減じた温度以上の温度範囲内で、前記シート製造工程に返送されることは好ましい。また、前記シート製造工程で用いられる前記ポリ乳酸系樹脂に対して、前記粉砕物が６０重量％未満であることは好ましい。
【００１１】
発明の第二は、上記の製造方法により製造されるポリ乳酸系樹脂成型品であって、側壁部と底部と開口部とを有する容器形状であり、絞り比が１以上で、計算シート厚さが１ｍｍ以上である成型品である。ここで、最低肉厚が１００μｍ以上であることは好ましい。また、前記側壁部のヘイズ値が５％以下であることは好ましい。
【００１２】
発明の第三は、ポリ乳酸系樹脂を用いた深絞り成型品の製造システムであって、前記ポリ乳酸系樹脂が熱成型されて急冷されることによりポリ乳酸系樹脂シートを得るシート製造手段と、前記製造されたシートを用いて深絞り成型と切り離しがほぼ同時に行われる成型手段とを備え、前記シート製造手段と前記形成手段とが、両手段の処理タイミングのずれを吸収するアキューム手段を介して、順次にかつ連続的に接続されていることを特徴とするポリ乳酸系樹脂成型品の製造システムである。
【発明の効果】
【００１３】
ポリ乳酸系樹脂を用いて、比較的深絞りで品質の良い容器類を、樹脂本来の透明性や剛性を維持したまま製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明するが、本発明は、以下の具体的態様に限定されるものではない。
【００１５】
ポリ乳酸系樹脂で使用される乳酸単量体には、光学異性体としてＬ−乳酸とＤ−乳酸が存在し、ポリ乳酸系樹脂におけるこれらの使用比率は特に限定されない。しかし、いずれか片方が１重量％未満となる場合は、多い方の成分の結晶化が生じやすく、成型品の透明性が劣ることがある。そのため、Ｌ体、Ｄ体のいずれも１重量％以上含むことが好ましい。
【００１６】
また、ポリ乳酸系樹脂とは、ポリ乳酸単独重合体または乳酸単量体を５０重量％以上含有して乳酸単量体と他の共重合成分とが共重合した重合体、またはそれらの混合物を言う。ポリ乳酸系樹脂における乳酸単量体の含有量が５０重量％以上で、樹脂シートの耐熱性および透明性が良好となる。好ましくは乳酸単量体が８０重量％以上であり、さらに好ましくは乳酸単量体が９０重量％以上である。
【００１７】
ポリ乳酸系樹脂には、乳酸単量体以外に、乳酸単量体と共重合する単量体成分を含めることができる。このような単量体としては、ヒドロキシカルボン酸、脂肪族環状エステル、ジカルボン酸、多価アルコール等が挙げられる。ヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、３−ヒドロキシ吉草酸、４−ヒドロキシ吉草酸、６−ヒドロキシカプロン酸等が挙げられる。また、脂肪族環状エステルとしては、グリコリド、ラクチド、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンおよびこれらにメチル基などの種々の基が置換したラクトン類が挙げられる。また、ジカルボン酸としては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸等が挙げられる。また、多価アルコールとしては、ビスフェノール−エチレンオキサイド付加反応物などの芳香族多価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、グリセリン、ソルビタン、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコールなどの脂肪族多価アルコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのエーテルグリコール等が挙げられる。
【００１８】
ポリ乳酸系樹脂の重合方法としては、縮合重合法、開環重合法などの公知の方法を採用できる。また、ポリイソシアネート、ポリエポキシ化合物、酸無水物、多官能酸塩化物などの結合剤を使用して分子量を増大する方法を用いることもできる。
【００１９】
ポリ乳酸系樹脂の重量平均分子量は、１万以上１００万以下の範囲が好ましい。分子量が１万以上で、機械的物性に優れ、粘りのある成型品が得られやすく、１００万以下で、溶融粘度が高くなりすぎることがなく、通常の加工機械で物性の安定した成型品が得られやすい。重量平均分子量は、１０万以上５０万以下がより好ましく、１５万以上３０万以下がさらに好ましい。
【００２０】
図１は、このようなポリ乳酸系樹脂を用いた深絞りでコップ形状の成型品の例を示した斜視図である。この成型品は、ポリ乳酸系樹脂で成型された側壁部２と底部３とからなるコップ形状をなし、底部３の側壁部２をはさんだ反対側は開口部５となっている。また、開口部５の周縁には、底部３と並行で同様にポリ乳酸系樹脂で成型された帯状のフランジ４が設けられている。このフランジ４の外周部分は、シートから成型品が切り離される際の切断面となる。一方、この部分は成型品の取り扱いの際に手指に触れることがある。そのため、この切断面が滑らかでヒビやクラックが無いことが重要である。なお、成型品はコップ形状に限らず、深絞りの容器形状であれば特に限定されない。例えば、フランジ部にカールを施すなどしてもよい。
【００２１】
ここで、このような成型品が深絞りであるとは、成型品の口径に比して高さが高いことを意味する。具体的には、底部からの高さを開口部の口径で除した数値で定義される絞り比が１以上、すなわち高さの割に口径が小さいこと、および、成型品重量を樹脂の密度で除した樹脂体積の数値を、開口部の面積で除した数値で定義される計算シート厚さが１ｍｍ以上であることが望ましい。なお、絞り比は１．１以上５以下であることがより好ましく、１．２以上３以下であることがさらに好ましい。また、計算シート厚さは、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることがより好ましい。この範囲で成型品の実用強度を得やすく、また成型品に割れが発生しにくい。さらに好ましくは１．１ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。
【００２２】
また、成型品は、成型品のうちで最も薄い部分の厚みである最低肉厚を１００μｍ以上とするのが強度や剛性の観点から好ましい。より好ましくは１００μｍ以上３００μｍ以下であり、さらに好ましくは１５０μｍ以上２５０μｍ以下である。ここで、最低肉厚は、成型品の開口部中心と底部中心とを含む平面で成型品を切断し、出現した断面を顕微鏡により観察して、断面における肉厚を測定する。もっとも肉厚が小さい数値を最低肉厚として定義する。
【００２３】
さらに、成型品は、透明度が高いことが望ましく、例えば、側壁部の中央部分で測定したヘイズ（Ｈａｚｅ）値が５％以下であることが望ましい。より望ましくは３％以下である。
【００２４】
次に、図２は、ポリ乳酸系樹脂を用いた深絞りの成型品を製造するための製造システム１００全体の概略を示した模式図である。この製造システムの説明を通して製造方法を説明する。この製造システムは、バンカー１０、押出機２０、冷却器３０、アキューム部４０、再加熱機５０、成型機６０、粉砕機９０をこの順序で備えている。このうち、バンカー１０と押出機２０と冷却器３０とでシート製造工程を構成し、また、再加熱機５０と成型機６０と粉砕機９０とで成型工程を構成している。また、アキューム部４０がアキューム工程を構成している。この製造システムでは、ポリ乳酸系樹脂のペレットから成型品まで、一連の成型処理を一定条件下で連続して行っている。以下、各部分について説明する。
【００２５】
まず、バンカー１０は、未使用の新しいポリ乳酸系樹脂ペレットを貯留しており、続いて備えられた押出機２０に、必要に応じて新しいペレットを供給する。ここにいう新しいペレットとは、樹脂が重合されてから未だ成型に使用されたことがない樹脂のペレットという意味であり、リサイクルのために使用される粉砕品と区別する趣旨である。
【００２６】
この製造システム１００では、バンカーとして新しいペレット用のバンカー１０が設けられているだけで、図４の従来の製造システム３００のような粉砕品のためのバンカー３１１は設けられていない。これは、製造システム１００では、従来システムのような粉砕品の使用による成型品の性能劣化が生じないため、粉砕品の使用比率の調整を行う必要が無いからである。
【００２７】
バンカー１０に続いて、ポリ乳酸系樹脂の比較的肉厚のシートをＴ型ダイス２１から熱押し出しする押出機２０が設けられている。押出機２０の押出温度等の製造条件は、ポリ乳酸系樹脂に対して従来公知の条件から適宜選択して用いればよいが、押し出されるシートの厚みが１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下となるようにダイス２１の出口サイズや引き出し速度等を調整するのがよい。このような肉厚のシートを製造することで深絞りの成型品を製造することが可能となる。シートの厚みは１．１ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であるのがより好ましい。
【００２８】
押出機２０には、バンカー１０からの新しいペレットが随時送られ、これが熱押し出しによってシート状に成型される。また、上記のようにリサイクルのための粉砕品の全量が、一定条件下で粉砕機９０から返送ライン９１を経由して直接返送される。このようにしても成型品の強度や透明性が劣化することがない。この理由は明確ではないが、ポリ乳酸系樹脂は大気中の水分に触れると徐々に吸湿する特性があり、吸湿した樹脂を再使用して成型品を製造すると性能劣化が生じる傾向にある。製造システム１００では、連続して短時間のうちに一連の処理がなされるために、そのような吸湿が生じる前に樹脂が押出機２０に返送されるからではないかと推測している。このため樹脂のリサイクル率を高く維持することが可能となり、製造コストも低減される。なお、押出機２０に代えてプレス成型機等を用いてシートに加工するようにしても良い。
【００２９】
押出機２０のＴ型ダイス２１の出口近傍には、押し出されたシートを急冷するための冷却器３０が設けられている。冷却器３０は、３本のロール３１〜３３が、互いに並行でロール面が接するように上下方向に順番に配置されている。また、各ロールの内部には、図示されない冷却水タンクとの間で強制循環された一定温度の冷却水が通っている。ダイス２１から熱押し出されたシートは、これら３本のロール間を通る間に急冷されて、所定の温度に調整される。
【００３０】
この所定の温度とは、冷却器３０に続いて設けられたアキューム部４０において、シートが自重で引き延ばされて肉厚がバラついたり、シートが切れて安定生産に支障をきたしたりするほどの高温ではなく、一方、アキューム部４０に続く再加熱機５０において、スパイクチェーン５３による割れが発生するような低温でもない範囲の温度である。具体的には、ポリ乳酸系樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）未満であり、ポリ乳酸系樹脂のガラス転移点から１６℃を減じた温度以上の温度であることが好ましい。より好ましくは、ポリ乳酸系樹脂のガラス転移点から１℃を減じた温度以下で、ポリ乳酸系樹脂のガラス転移点から１５℃を減じた温度以上の温度である。さらに好ましくは、ポリ乳酸系樹脂のガラス転移点から５℃を減じた温度以下で、ポリ乳酸系樹脂のガラス転移点から１０℃を減じた温度以上の温度である。
【００３１】
なお、シートがアキューム部４０を通過している間にシートの温度が低下する場合は、アキューム部４０の入り口であるロール３４の位置において、シートの温度が上記の上限以下であり、かつアキューム部４０の出口で再加熱機５０の入り口であるロール５２の位置において、シートの温度が上記の下限以上であることが望ましい。このようになるように上記の所定の温度が調整され、また、必要によりアキューム部４０の雰囲気温度が調整される。なお、上記所定の温度の調整は、ロールに循環される冷却水の温度を調整することで行えばよい。
【００３２】
アキューム部４０は、冷却器３０と再加熱機５０との間に設けられている。アキューム部４０は、シートが連続的に一定速度で送り出される押出機２０等のシステム前半の工程と、成型機６０を含んでシートが停止と走行を交互に繰り返す必要があるシステム後半の工程との動作タイミングのずれを吸収する機能を備える。これにより、連続処理が可能となり、巻き取り機でいったんシートを巻き取る必要が無くなるから、巻き取りにまつわるトラブルが生じなくなる。
【００３３】
アキューム部４０では、成型機６０でシートの走行が停止し金型が閉じて成型が行われているときには、押出機２０から一定速度で送られてくるシートは、ロール３４とロール５２の間に弛んで垂れ下がることにより順次保持される。一方、成型機６０で金型が開いてシートが走行できるときには、シートが再加熱機５０に引き込まれて弛み部分が消滅する。これを交互に繰り返すことで動作タイミングのずれを吸収する。アキューム部４０のロール３４とロール５２との間の水平方向の最短距離は、上記所定の温度のシートが無理なく弛めるほどに長く、しかし、シートにかかる張力があまり大きくならないほどに短く設定する。具体的には、この距離は、３０ｃｍ以上１．５ｍ以下であるのが好ましく、５０ｃｍ以上１．２ｍ以下がより好ましい。ここで、上記の所定の温度は、このような動作中にシートが引き延ばされたり切れたりしないように設定される。
【００３４】
再加熱機５０は、シートを成型機６０に搬送しながら再加熱し、成型に適した温度までシートの温度をヒータ５１で上昇せしめる。ヒータ５１は、輻射（間接）加熱により、シートを成型に適する温度まで加熱する。その際、シートの搬送には、チェーンにピアス状の突起（スパイク）を定間隔に配置したいわゆるスパイクチェーンが用いられている。このチェーンは、シートの流れ方向に沿った両端の耳の部分にスパイクを突き刺すことにより、シートのずれを防止すると共に幅方向に適度な張りを持たせて、シートを確実に搬送する。ところが、ポリ乳酸系樹脂の肉厚シートでは、このスパイクによる割れが生じやすい。そのため、すでに述べたように、上記の冷却器３０の所定の温度は、再加熱機５０の入り口でシートが適度の柔軟性を維持できて割れが生じないように設定する。
【００３５】
再加熱機５０の下流側には、成型機６０が直結して設けられている。成型機６０は、再加熱機５０で加熱されたシートから、プラグアシスト方式の圧空成型金型６２、６３と、金型の一部６３を上下に駆動するカム機構６１とを備え、一度に複数の成型品を成型する。その際、成型時にシートと成型品との切り離し部分を含む部分を圧縮していったん薄肉化した状態としてから、切り離し部分を直ちに切断する。なお、切り離し部分を含む部分とは、例えば、図１のフランジ４である。このようにすることにより、肉厚のシートを用いているにもかかわらず、切り離し部分の外周面が滑らかとなり、微細なクラックやヒビが入ることがない。また、粉塵の問題も発生しない。
【００３６】
この成型機６０における処理の詳細について、図３を用いて説明する。図３（１）は、成型機６０の圧空成型金型のうち、成型品一個分の金型７０の模式図であり、図３（２）は、成型処理の各段階において、切り離し処理がなされる図３（１）のＡの部分を拡大した図である。金型７０は、上側部分を構成する雄刃受け７１、アシストプラグ７６、雌刃７７と、下側部分を構成する雄刃７２、カストリ板７３、雌型７４、成型品離型用ノックアウト７５とを備え、また、図示されない圧縮空気のラインと、圧縮空気を金型内部に導入する導入口とを備えている。
【００３７】
カム機構６１により金型下側部分が引き下げられ、上側部分との間に再加熱機で加熱されたシートが引き込まれる。続いて下側部分が上昇してシート８０を上側部分とで挟む。このとき、雄刃受け７１と雄刃７２がシート８０を挟んで相対し、同様に雌刃７７とカストリ板７３とがシート８０を挟んで相対する。また、雄刃７２と雌刃７７は、一対で成型品をシートから切り離すための刃を構成している（Ａ−１）。
【００３８】
この状態でアシストプラグ７６が押し下げられてシート８０の予備成型がスタートすると共に、雄刃７２が上昇してシート８０の挟まれた部分を雄刃受け７１に押しつけて薄肉化する。雄刃７２の先端は雌刃７７に近い部分が一段突出して高くなった段差を構成しており、シートは雌刃７７に近い部分がこの段差によりさらに強く圧縮されて薄肉化する。このとき、雄刃７２と雄刃受け７１との間隔は、シート８０の元の厚みにもよるが、およそ１００μｍから１５００μｍの範囲内となる程度に圧縮するのがよい。好ましくは１５０μｍから１０００μｍである。これにより、成型時に使用する圧縮空気の漏れを防止すると共に、切り離し時の切断面を小さくする。アシストプラグ７６が最下段まで押し込まれたら、続いて圧縮空気が金型内部に導入されて、雌型７４に正確に沿った形状にシートが成型される。
【００３９】
成型が終了すると、雄刃７２がさらに上昇すると共に、雌刃７７がカストリ板７３と一緒にシート８０を挟んだまま下降して切り離しが始まる（Ａ−２）。さらに雌刃７７とカストリ板７３が下降して、シート状のままの部分８２（以下、これをスケルトンと言うことがある）と成型品となる部分８１とに完全に切り離される（Ａ−３）。切り離しと冷却が終了したら、金型上側部分と下側部分とが開いて、成型品離型用ノックアウト７５により成型品８１が取り出される。さらにスケルトン８２が引き出されて一連の成型処理が終了する。なお、成型品８１の切り離し部分には、滑らかな切断面７８と雄刃７２の段差により生じた凹部７９とが生じている（Ａ−４）。
【００４０】
このように、形成と切断とを所定の手順で連続して行うと共に、あらかじめ切り離し部分を含む部分の薄肉化を行ってから切断する。これにより、厚肉のポリ乳酸系樹脂シートを用いているにもかかわらず、切断面が滑らかで微細なヒビやクラックが生じにくく、粉塵が発生することもない。また、製造システムもコンパクトになる。
【００４１】
なお、成型と切り離しを異なる装置で行うこととし、成型時に切り離し部分を含む部分を薄肉化するか、または、切り離し直前に薄肉化することも考えられる。しかし、前者では薄肉化された部分を正確に位置あわせして切り離すのは困難であり、切断面でのトラブルが生じやすくなる。また、後者では、切り離される部分の温度が低下してから切り離すことになりやすく、これも切断面のトラブルが生じやすくなる。
【００４２】
なお、成型機は、上記のような圧空成型機に限定されるものではなく、熱成型による成型機であればよい。例えば、真空成型機やプレス成型機であっても良い。また、圧空成型機であっても、プラグアシスト法による成型機に限定されるものではない。いずれにせよ、成型と切り離しを一緒に行え、その際に、切り離し部分を含む部分の薄肉化が可能である成型機であればよい。
【００４３】
成型機６０に続いて、成型品が切り離されたあとのスケルトンを粉砕する粉砕機９０が設けられている。粉砕機９０としては、従来公知の粉砕機を用いればよいが、メッシュ幅が８ｍｍ〜１０ｍｍのメッシュを通過可能となる程度の比較的粗い大きさに粉砕するよう粉砕条件を設定する。この程度の粉砕に留めておくことで、粉砕物の表面積が小さい値に留まり、粉砕物をリサイクル使用した場合に、吸湿による成型品の性能劣化への影響が出にくくなる。
【００４４】
また、粉砕処理は、成型機６０における成型と切り離しが終了した後、スケルトンを直ちに粉砕機９０に搬送して行う。また、粉砕物は、粉砕終了後直ちに返送ライン９１により、押出機２０に返送する。その際、粉砕物がガラス転移点未満で、ガラス転移点から２０℃を減じた温度以上の温度範囲内で直ちに返送する。粉砕機の温度がガラス転移点未満で、粉砕物どうしが塊を形成しにくく、返送管に詰まりが生じにくくなる。また、ガラス転移点より２０℃を減じた温度以上とすることで、粉砕物に微小な粉が少なくなり、押出機へのフィード量が安定化する。このようにすることで、吸湿による成型品性能への悪影響を防止することが可能となる。このため、シートを製造する際に、粉砕機９０で得られた粉砕品をほぼ全量使用して、シートの６０％以下程度となるように配合して連続的な循環を繰り返しても、バージン樹脂を１００重量％使用した場合と同様に、実用性能上問題の無い成型品が得られることが判明した。
【００４５】
また、スケルトン粉砕物を６０重量％以下程度となるように使用することで、バージン原料形状と粉砕品形状の差にも係わらず安定的に押出機内で混合可能で、押し出し量の変動が小さい範囲に留まる結果、成型品の肉厚バラツキが小さくなり、実用に供し得るレベルに達する。その結果、製造コストを低減することが可能となり、実用的なコストでポリ乳酸系樹脂を用いた深絞りの成型品を提供することが可能となる。以下、実施例により、本発明をより具体的に説明する。
【実施例１】
【００４６】
図２に示した製造システム１００と同様の製造システムを用いて、ポリ乳酸樹脂の成型品を製造した。原料として用いる未使用のポリ乳酸樹脂として、平均分子量が２００，０００、密度が１．２６ｇ／ｃｍ３、ガラス転移点が５５．７℃の特性を有し、Ｌ体を９６重量％とＤ体を４重量％含むポリ乳酸樹脂の乾燥物を用いた。また、シート製造の際には、スケルトンの粉砕品の全量を押出機にリサイクルして、未使用のポリ乳酸樹脂と混合するようにした。このようにすることでスケルトンの粉砕物を直ちに再利用できる。成型品が切り離された後のスケルトンは、粉砕機で８〜１０ｍｍの大きさの粉砕物として直ちに押出機に投入した。粉砕直後の粉砕物温度は約４０℃であった。粉砕品の配合量は、次の通りとなる。まず成型機における１ショット（成型１回）分のシート寸法は、厚み１．８ｍｍ×幅４２０ｍｍ×送り長さ１８０ｍｍであり、１７１．５ｇのシートを１回に使用する。これからとれる成型品の個数を８個に設計し、これら８個の合計重量が８６．４ｇ、スケルトンが８５．１ｇとなるようにした。このスケルトンの全量が粉砕品となってリサイクルされるから、粉砕品のポリ乳酸樹脂における配合率は、概ね５０％の高率となった。
【００４７】
押出機２０は、スクリュー外径が７５ｍｍの単軸押出機で、スクリューはフルフライトＬ／Ｄ＝３３のベントタイプ、ダイス２１はマニホルドタイプのＴダイで、横方向引出しとした。押し出しの際の樹脂温度は、１９０℃程度の低めの設定とした。また、Ｔダイのリップ開度は２．５ｍｍと、目標シート厚１．８ｍｍに対して大きめの設定とした。また、押し出しに伴い、シート流れの方向に引き伸ばし傾向となるようにした。
【００４８】
冷却器３０は、φが２２５ｍｍの３本の冷却水循環可能な金属ロール３１〜３３を用意して、互いの円筒面が近接するようにこの順番で上下に並べて構成されている。これらのロールには別途用意した冷却装置を装備した冷却水タンクから、冷却水を循環できるようにした。循環は、冷却に十分な通水量と速度で行われるように設定した。また、冷却水の温度は、３０℃一定となるように設定した。なお、冷却器３０の金属ロール３１と３２はＴダイの出口の近傍に配置し、Ｔダイから押し出されたシートがそのまま金属ロール３１と３２の接触面に送られるようにした。
【００４９】
アキューム部４０は、冷却器３０の最下段の金属ロール３３の下面に近接するように、アキューム用の小型ロール３４を設け、これからシート流れ方向の水平距離が０．８ｍとなるように、同じくアキューム用の小型ロール５２を配置して構成した。なお、ロール５２の製造システム接地面からの高さは、続く成型機６０のシート高さと同じ高さにした。なお、アキューム部におけるシート温度は、雰囲気温度によって変動するものの、概ね４５℃〜５０℃の範囲で推移し、シートが自重により引き延ばされたり切断されたりする現象は生じなかった。
【００５０】
再加熱機５０は、１ショット分のシートを一度に加熱できる長さの赤外線ヒータと、スパイクチェーンを用いて、続く成型機６０の動作タイミングに合わせて間欠的に作動し、シートを成型機６０に搬送する搬送装置とを備えた。搬送装置が停止している間に、スパイクチェーンで保持されたシートの温度が約９０℃となるように赤外線ヒータの発熱量を調整した。なお、スパイクによるシートの割れは発生しなかった。
【００５１】
成型機６０は、プラグアシスト式の圧空成型法により、上記したように一度に８個の成型品を成型する。成型圧力は０．７８ＭＰａ（８Ｋｇ／ｃｍ２）、金型冷却のためのチラー温度は８℃とした。また、雄刃７２と雄刃受け７１とによる薄肉化の程度は、およそ２００μｍ程度とした。なお、成型品形状は、口径が７８ｍｍ、底径が５１ｍｍ、高さが１２２ｍｍ、成型品単品の重量が１０．８ｇ、満杯容量３６０ｃｃとなっており、使い捨ての飲料用容器として多用されるサイズである。
【００５２】
成型品の絞り比は１．５６、計算シート厚さは１．８ｍｍ、最低肉厚は１７０μｍであり、また、成型品の１／２高さにおける側壁部のヘイズ値は１．２％と安定して良好であり、剛性や強度も同様に安定しており問題はなかった。さらに、切り離しがなされたフランジの外周部分は滑らかで、微細なヒビやクラックは観察されなかった。さらに、成型作業を繰り返しても、粉塵が発生することはなかった。
［比較例］
【００５３】
図４に記載の製造システム３００と類似の製造システムを用いて、実施例と略同一形状のポリ乳酸樹脂の成型品を製造した。原料は実施例と同じ未使用の乾燥原料を用いた。しかし、粉砕品は不使用とし、粉砕機４１０、返送ライン４１１、粉砕品のバンカー３１１とを設けていない点が図４の製造システムと異なる。この製造システムでは、シート製造工程と成型工程とが、別個独立の工程として行われる。また、成型と切り離し（打ち抜き）も別工程で行われる。
【００５４】
押出機３２０の構成は実施例と同等構成であった。また、押出条件は、目標シート厚みを１．５ｍｍに設定した以外は、実施例と同等であった。目標シート厚みをこのように設定したのは、成型と打ち抜きを別装置で行って実施例と同じ成型品を得るために、この厚みが必要だからである。また、冷却器３３０の構成も実施例と同等構成であったが、その出口でのシート温度がおよそ２０℃となるように急冷した。急冷温度をこのように設定したのは、温度が高いと、続くミミトリム装置３４０と離形剤塗布装置３５０とを経由する間に、シートが引き延ばされて厚みが不均一となったり、またはシートが切断されたりしやすいため、このような現象を防止するためである。
【００５５】
冷却器３３０に続いて、シートの耳取りを行うミミトリム装置３４０と、離形剤塗布装置３５０、乾燥機３６０を経て、シート巻き取り装置３７０によってロール状に巻き取った。ここで、乾燥機３６０を用いているのは、冷却後の１．５ｍｍ厚みのポリ乳酸シートの剛性が極めて高く、巻き取りが困難であったため、乾燥機の稼動によってシート温度を上昇して巻取りを可能とするためである。
【００５６】
このようにして得たロール状物を移送して、成型工程のコイルクレードル３８０にセッティングし、成型機３９０にシートを供給した。なお、シートは概ね室温程度になっており、供給の当初は特に問題なくシートを成型機３９０に供給できたものの、ロール状物の中心近く（巻き始めの部分）は巻き癖によって湾曲しており、真直ぐに伸ばすと割れを生じて供給不能となり、その結果、多量のシートが成型に使用できなかった。
【００５７】
成型機３９０は、スパイクチェーン３９２を用いた搬送機構と、赤外線ヒータ３９１による輻射加熱で１ショット分のシート３９２を９０℃程度まで加熱する再加熱機構３９３と、アシストプラグ３９４と雌型３９５とを用いて圧空成型を行う成型機構３９６とからなる。ところが、コイルクレードルから供給されたシートに、スパイクチェーン３９２のスパイクが突き刺さると、その部分に割れが発生し、安定した搬送ができなかった。そこで、成型機３９０に到達する前に、シート両端のスパイクが食い込む部分を予備的に加熱する予備ヒータを設け、合わせてスパイクをより細く、かつ先端形状を鋭くするとともに、スパイク本数を減少した。これで、割れはある程度解消されたものの、未だ安定した状態ではなかった。
【００５８】
成型機構３９６では、成型圧力０．３９ＫＰａ（４Ｋｇ／ｃｍ２）にて圧空成型を行った。なお、この圧力が実施例と異なるのは、使用した成型機の型締め力の限界だからである。
【００５９】
成型機構３９６で一部が成型されたシート３９７は、その状態のまま打ち抜き機４００に搬送される。打ち抜き機４００では、所定の打ち抜き刃を用いて成型品がシートから切り離される。この打ち抜き機４００における成型品の切り離し動作を、図５を用いて説明する。図５（１）は、成型品一個分の打ち抜き刃の模式図であり、図５（２）は、切り離し処理の各段階において、図５（１）のＢの部分を拡大した図である。なお、図５は、図４と対比すると上下を逆にするのが正しいが、図３と対比しやすくするためにあえて図３に準じて記載している。
【００６０】
打ち抜き刃は、雌刃５０１、カストリ板５０２、雄刃５０３、成型品離型用ノックアウト５０４で構成され、雌刃５０１と雄刃５０３は、一対で打ち抜き用の刃を構成している。成型機３９０から送られた一部が成型されたシート３９７は、雌刃５０１が移動して開くと、カストリ板５０２との間に搬送される。所定の位置でシートが停止して雌刃５０１が閉じると、シート３９７は雌刃５０１とカストリ板５０２とに挟まれて固定される（Ｂ−１）。さらに雌刃５０１とカストリ板５０２が矢印方向に移動して、成型品５１１とスケルトン５１２が切り離される（Ｂ−２）。続いて雌刃５０１が開き、ノックアウト５０４にて成型品が押出され、雌刃５０１内を経由して成型品５１１が取り出される（Ｂ−３）。
【００６１】
このようにして得られた成型品５１１は、切断面５１３に割れを頻繁に発生して、切断面全体に渡り疎面状態となっている。また、粉若しくはヒゲ状の切り粉等の粉塵が大量に発生して成型品に付着するため、衛生的な成型品を得ることができない。
【００６２】
なお、この製造システム３００で、スケルトンを成型後直ちに粉砕して押出機３２０に返送するのは、押出工程と成型工程とが完全に別個独立であるから、それぞれの装置が稼働している時間が必ずしも一致しないなどのために事実上困難である。そこで、樹脂をリサイクルする場合は、専用のバンカー３１１を設けて、いったん粉砕品を貯留せざるを得ない。しかし、粉砕品を貯留しておくと大気中の水分を吸湿して、成型品の性能劣化を生じてしまう。そのため、乾燥機によって十分な乾燥を行ってから、成型品に使用しなければならない等のデメリットが生じる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】深絞り成型品の例を示した斜視図である。
【図２】本発明に係わる製造システム例の概略構成を示した模式図である。
【図３】成型機６０で行われる処理流れの概略を示した模式図である。
【図４】従来の製造システム例の概略構成を示した模式図である。
【図５】打ち抜き機４００で行われる処理流れの概略を示した模式図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      成型品
２      側壁部
３      底部
４      フランジ
５      開口部
１０    バンカー
２０    押出機
２１    Ｔ型ダイス
３０    冷却器
３１〜３３  金属ロール
３４    小型ロール
４０    アキューム部
５０    再加熱機
５１    赤外線ヒータ
５２    小型ロール
５３    スパイクチェーン
６０    成型機
６１    カム機構
６２、６３  圧空成型金型
７０    金型
７２    雄刃
７３    カストリ板
７４    雌型
７５    成型品離型用ノックアウト
７６    アシストプラグ
７７    雌刃
７８    切断面
７９    凹部
８０    シート
８１    成型品
８２    スケルトン
９０    粉砕機
９１    返送ライン
１００  製造システム
３００  製造システム
３１１  バンカー
３２０  押出機
３３０  冷却器
３４０  ミミトリム装置
３５０  離形剤塗布装置
３６０  乾燥機
３７０  巻き取り装置
３８０  コイルクレードル
３９０  成型機
３９１  赤外線ヒータ
３９２  シート
３９２  スパイクチェーン
３９３  再加熱機構
３９４  アシストプラグ
３９５  雌型
３９６  成型機構
３９７  一部成型されたシート
４００  打ち抜き機
４１０  粉砕機
４１１  返送ライン
５０１  雌刃
５０２  カストリ板
５０３  雄刃
５０４  成型品離型用ノックアウト
５１１  成型品
５１２  スケルトン
５１３  切断面
【図１】
2005319718.tif 000003
【図２】
2005319718.tif 000004
【図３】
2005319718.tif 000005
【図４】
2005319718.tif 000006
【図５】
2005319718.tif 000007