(57)【要約】【課題】プラグによる延伸初期段階から正圧を発生させることにより、樹脂の利用効率をより高め得るプラスチック容器の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】金型２０のキャビティ２１を取り囲むように断熱性と滑り性とを具備する案内リング３０を設け、樹脂製のシート６０を案内リング３０に当接させた状態でプラグ４０を用いてキャビティ２１内に押し込むことにより、シート６０を案内リング３０に沿ってすべらせながらキャビティ２１内に引き込んで絞り込み、その後、金型２０内周面に密着させて所定形状に成型するプラスチック容器の製造方法において、プラグ４０がシート６０に当接する絞り込み開始時以前、遅くとも絞り込み開始時には金型２０内に圧力気体を送り込んで正圧状態にしておき、シート６０の絞り込み開始時点から正圧状態でシートの絞り込み動作を行うことを特徴とする。【選択図】  図１    
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型のキャビティ開口部を取り囲むように断熱性と滑り性とを具備する案内リングを設け、固定具によって水平状態に保持された樹脂製のシートを前記案内リングに当接させ、プラグを用いてキャビティ内に押し込むことにより、前記シートを案内リングに沿ってすべらせながらキャビティ内に引き込んで絞り込み、その後、金型内周面に密着させて所定形状に成型するプラスチック容器の製造方法において、
前記プラグがシートに当接する絞り込み開始時以前、もしくは開始と同時に金型内に圧力気体を送り込み、正圧状態でシートの絞り込み動作を行うことを特徴とするプラスチック容器の製造方法。
【請求項２】
絞り込み開始時の金型内の圧力は、０．００〜０．１０ＭＰａ程度とする請求項１に記載のプラスチック容器の製造方法。
【請求項３】
金型のキャビティ開口部を取り囲むように断熱性と滑り性とを具備する環状の案内リングを設け、樹脂製のシートを前記案内リングに当接させた状態でプラグを用いてキャビティ内に押し込むことにより、シートを案内リングに沿ってすべらせながらキャビティ内に引き込んで絞り込み、その後、金型内周面に密着させて所定形状に成型するプラスチック容器の製造装置において、
前記プラグがシートに当接する絞り込み開始時以前、遅くとも絞り込み開始と同時に金型内に圧力気体を送り込む圧力制御手段を備えていることを特徴とするプラスチック容器の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートからカップ形状の容器を成型するプラスチック容器の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のプラスチック容器の製造方法として、溶融状態のプラスチックシートである平面状のシートの中央をプラグによって金型内に押込んで絞り込み、その後真空引き等によって金型内周に密接させてカップ形状に成形するプラグアシスト成形法が知られている。このプラグアシスト成形法は、シートの厚みを過剰に厚くする必要があり、また、成形時に容器側壁部の肉厚分布の制御が難しい。
【０００３】
そこで、本出願人は、既に、特許文献１等に記載されるように、プラグで押し込んだ際に、金型内周面とシート間が正圧になるようにし、シートを膨らませて金型内への引き込み量の増大を図る方法を提案している。
すなわち、図６（Ａ）に示すように、金型１２０のキャビティ開口部を取り囲むように断熱性と滑り性とを具備する環状の案内リング１３０を設け、シート１６０を案内リング１３０に当接させた状態でプラグ１４０を用いてキャビティ１２１内に押し込むことにより、金型１２０とシート１６０の間に正圧を発生させつつ、シート１６０を案内リング１３０に沿ってすべらせながらキャビティ１２１内に引き込んで絞り込むものである。
【０００４】
上記したような正圧を発生させる製造方法によって、シートの引き込み量が改善され、比較的厚肉の容器の成型が可能となったが、より深い容器の成形、より厚肉の容器側壁の成形、より均一な肉厚の側壁を成形するには限界があった。
また、プラグ１４０の押込みにつれて金型１２０内部が正圧になるように設定されているので、プラグ１４０の押込み速度等の成型条件が非常に難しく、安定生産を行うには高度の技術を必要とした。
鋭意研究の結果、プラグによる押込み初期段階での圧力が引き込み量の改善に大きく影響し、肉厚の安定化にも寄与することがわかった。
【特許文献１】特公平５−５４８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、プラグによる延伸初期段階から正圧を発生させることにより、樹脂の利用効率をより高め、さらに安定した成形を可能とするプラスチック容器の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、金型のキャビティ開口部を取り囲むように断熱性と滑り性とを具備する環状の案内リングを設け、樹脂製のシートを前記案内リングに当接させた状態でプラグを用いてキャビティ内に押し込むことにより、シートを案内リングに沿ってすべらせながらキャビティ内に引き込んで絞り込み、その後、金型内周面に密着させて所定形状に成型するプラスチック容器の製造方法において、
前記プラグがシートに当接する絞り込み開始時以前、もしくは開始と同時に金型内に圧力気体を送り込み、正圧状態でシートの絞り込み動作を行うことを特徴とする。
絞り込み開始時の金型内の圧力は、０．００〜０．１０ＭＰａ程度とすることが効果的である。
【０００７】
また、本発明のプラスチック容器の製造装置は、金型のキャビティ開口部を取り囲むように断熱性と滑り性とを具備する環状の案内リングを設け、樹脂製のシートを前記案内リングに当接させた状態でプラグを用いてキャビティ内に押し込むことにより、シートを案内リングに沿ってすべらせながらキャビティ内に引き込んで絞り込み、その後、金型内周面に密着させて所定形状に成型するもので、前記プラグがシートに当接する絞り込み開始時以前、遅くとも絞り込み開始と同時に金型内に圧力気体を送り込む圧力制御手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プラグがシートに当接する絞り込み開始時以前、もしくは開始と同時に金型内に圧力気体を送り込み、正圧状態でシートの絞り込み動作を行うようにしたので、シートの引き込み量が増大し、同じ厚みのシートを用いて同じ高さの容器を成形した場合、従来に比べてより厚肉で高剛性の側壁を有する容器を成形することができる。
また、同じ厚みのシートから同じ肉厚で同じ口径の容器側壁を成形する場合には、絞り比が大きい容器を成形することができる。
一方、従来と同じ肉厚で同じ高さの容器を成形する場合には、元になるシートの厚みを薄くでき、原材料を削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図２（Ａ）には、本発明のプラスチック容器の製造方法に用いられる製造装置を示している。
成形されるプラスチック容器は、図３（Ｂ）に示すようなカップ形状の容器１で、円筒形状やテーパ形状の側壁部２と、側壁部２の下端を閉塞する底壁部３と、側壁部２の上端から外方に延びるフランジ部４とを備えた構造となっている。特に、容器の高さＨと口径Ｄの比である絞り比（Ｈ／Ｄ）が１以上の深絞りの容器の成形に好適である。
【００１０】
製造装置１０は、キャビティ２１を備えた金型２０と、この金型２０のキャビティ２１の開口部を取り囲むように配置される断熱性と滑り性とを具備する案内リング３０と、金型２０のキャビティ２１に対して対向配置されキャビティ２１内に抜き差し可能のプラグ４０と、このプラグ４０と同心的に配置され金型２０に対して接離可能の上型７０と、金型２０に設けられた通気孔２３から金型２０内に所定圧の加圧気体を供給する圧力制御装置５０とを備えている。
【００１１】
容器の製造は、図２（Ａ）の型開き状態から、あらかじめ加熱され、溶融状態にあるシート６０を案内リング３０に当接させた状態でプラグ４０を用いてキャビティ２１内に押し込むことにより、シート６０を案内リング３０に沿ってすべらせながらキャビティ２１内に引き込んで絞り込み（図１（Ａ），（Ｂ）参照）、その後、プラグ４に巻き付いた絞り部６４を真空引きおよび加圧空気によって延伸させて金型２０内周面に密着させて所定形状に成形するものである（図３（Ａ）参照）。
【００１２】
金型２０とプラグ４０の動きについてより詳細に説明すると、型開きした金型２０と、上型７０及びプラグ４０の間にシート６０を搬送し、シート６０をキャビティ開口部と対向させる。シート６０は、樹脂製のシート６０を融点以上に予備加熱したものであり、端部が固定具６５で固定された状態で搬送される。
シート６０の樹脂材料としては種々の材料が適用可能であり、単層でも積層構造を有するシートでもよい。特に内容物が酸素に敏感な場合には、図２（Ｂ）に示すように、ガスバリア性を有する中間層６２を挟んで熱可塑性樹脂から成る内層６１，外層６３を積層した積層構造のシートが好適である。
【００１３】
本発明においては、熱可塑性樹脂材料であれば任意のものを使用することができ、例えば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等を単独又は２種以上の組み合わせで用いることができる。      
これらの中でも、オレフィン系樹脂が本発明の成形法に有利であり、オレフィン系樹脂としては、主たる構成単量体がオレフィンからなりしかも結晶性のものであり、低−、中−、及び高−密度ポリエチレン、エチレン−α・オレフィン共重合体、アイソタクティックポリプロピン、プロピレン−エチレンブロック或いはランダム共重合体、を使用することができる。
オレフィン系樹脂は単独で使用することができるが、内容物保存性の点で酸素バリア性樹脂と組み合わせで用いることが好ましい。バリア性樹脂としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアミド樹脂、塩化ビニリデン樹脂等が使用される。  
また、上記中間層６２に加えて、ポリブタジエン、ポリイソプレン等のように炭素−炭素二重結合を有する樹脂や還元性鉄粉のような酸素吸収剤を含有する樹脂層からなる第二の中間層を設けてもよい。
【００１４】
このシート６０に向かって、金型２０とプラグ４０を互いに閉じる方向に移動させる。図示例では金型２０を上方に移動させ、プラグ４０を下方に移動させる。プラグ４０よりも先に、金型２０の案内リング３０の上端がシート６０に当接し所定量押し上げた位置にて停止する。次いで、プラグ４０の先端がシート６０に当接し、シート６０は案内リング３０によって支えられた状態で、その中心部分がプラグ４０によって金型２０のキャビティ２１内に押し込まれる。
【００１５】
プラグ４０によってシート６０をキャビティ２１内に押し込む際に、図１（Ａ），（Ｃ）に示すように、プラグ４０がシート６０に当接する絞り込み開始時以前、金型２０内に圧力気体としての微圧エアｐを送り込んで正圧状態にしておき（初期圧力Ａ）、シート６０の絞り込み開始時点から正圧状態でシート６０の絞り込み動作を行う。
送り込みタイミングは、金型２０の案内リング３０がシート６０に接触した時点から開始してもよいし、プラグ４０の先端がシート６０に接触した時点から開始してもよい。また、プラグ４０の下降開始と同時に開始してもよいし、金型２０が上昇を始めた時点から開始してもよい。
好ましくは、図１（Ｃ）の圧力変化で示すような、プラグ４０がシート６０に当接する絞り込み開始時点まで微圧エアを導入することが望ましい。
【００１６】
また、微圧エアｐの送り込みタイミングは、金型２０やプラグ４０の位置を検出し、検出信号に基づいて制御してもよいが、金型２０およびプラグ４０の動きのタイミングをとる成形タイマを利用して制御することができる。
たとえば、圧力制御装置５０としては、空気圧ポンプやガスボンベ等の圧力源５１と、圧力源５１からの圧力を所定圧に制御するレギュレータ５２とを備えた構成とし、成形タイマ５３を備えたコントローラ５４によってレギュレータに制御信号を送信して制御することができる。
微圧エアｐの送り込みは、金型２０の底壁２２に設けられた通気孔２３を利用して行われるが、通気孔２３は、型締め後に真空引きする際の真空穴としても使用される。図示例では、通気孔２３が複数設けられた例が記載されているが、単数でもよい。また、図では、複数の通気孔２３のうち一つについて圧力制御装置５０が接続されているように記載しているが、不図示のポートを介してすべての通気孔から加圧空気が導入される。
【００１７】
図１（Ｃ）には、金型２０内の圧力の変化を示している。
従来は、図６（Ｂ）に示すように、絞り込み開始時点では金型内の圧力は基準となる外部の圧力と同じで差圧は０であるが、プラグ４０の下降に伴って金型内の圧力が徐々に増大していく。
これに対して、本発明では、微圧エアｐが導入されており（図中初期圧力Ａ）、プラグ４０を押し込んだ際の膨らみ具合が大きくなって、シート６０のプラグ４０への抱き付き量が増大する。
微圧エアｐの圧力は、０．０５ＭＰａ程度が好ましい。
【００１８】
キャビティ２１内の圧力は、プラグ４０の挿入深さが深くなるにつれて増大し、上型７０が金型２０に当接した型締め時点で停止する。
型締め時点の圧力Ｂは、従来に比べて微圧エア相当分上昇する。
その後、通気孔２３から不図示の真空装置によってキャビティ２１内の空気を排気すると共に、上型７０とプラグ４０の隙間から加圧空気を供給し、シート６０の絞り部６５をさらに延伸させて金型２０のキャビティ２１内周壁に密接させ、冷却硬化させてキャビティ２１の内周壁に倣った形状に成形する。
【００１９】
図３（Ｃ）には、本発明の製造方法によって成型された容器の側壁部２の肉厚ｔを、同じ厚みのシートから従来の製造方法により同じ高さで同一径に成形された容器側壁部の肉厚と比較して示している。
従来は、０．４ｍｍ程度の肉厚であったのに対して、本発明では０．４５〜０．４９ｍｍ程度の肉厚が得られた。また、容器重量は、従来の製造方法で製造された容器に比べて、５〜１０％程度増大した。
このように、同じ厚みのシート６０で同じ大きさの容器を成形した場合には、従来品に比較して、肉厚が厚くなってより剛性の高い容器を製作することができる。
また、シート６０のプラグ４０に対する抱きつき量が増大するので、Ｈ（容器高さ）／Ｄ（開口径）が２．０程度の深絞り容器も成形可能となる。
【００２０】
図４には、上記金型を複数配置した多数個取り金型を備えている構成例を示している。
多数個取り金型２００の場合、シート６０の各金型２０に対応する部分の肉厚，温度等にばらつきがあるので、均一な厚みの容器を得ることが難しいが、個々の金型２０に導入されるエアの圧力を個別に調節することにより、成形される容器側壁の肉厚をコントロールすることが可能となる。
そうすれば、多数個取り金型２００で成形される多数の容器の肉厚を均一に製造することが可能となる。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、図４（Ａ）に簡略化して示すように、金型２０が下方に位置する下型方式に適用する例について説明したが、図４（Ｂ）に示すように、金型２０が上方に位置する上型方式に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の一実施の形態に係るプラスチック容器の製造方法を説明するもので、同図（Ａ），（Ｂ）は押込み開始時および押込み工程の金型の概略説明図、同図（Ｃ）は成形中の金型内の圧力の変化を示すグラフである。
【図２】図２（Ａ）は本発明の実施の形態に係るプラスチック容器の製造装置の概略構成図、同図（Ｂ）は積層構造のシートの構成例を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明の製造方法の真空引き工程の概略説明図、同図（Ｂ）は成型されたプラスチック容器の一部を断面にして示す正面図、同図（Ｃ）は成型された容器側壁の肉厚分布を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は多数個取りの金型を示す平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の断面構成を示す模式図である。
【図５】図５（Ａ），（Ｂ）は本発明のプラスチック容器の製造方法の上型方式と下型方式を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は従来のプラスチック容器の絞り込み工程の説明図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の成型中の金型内の圧力変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  容器
１０  製造装置、
２０   金型、
２１  キャビティ、２２  底壁、２３  通気孔、
３０  案内リング、
４０  プラグ、
５０  圧力制御装置
６０  シート
６４  絞り部、６５  固定具
７０  上型
８０  コントローラ
ｐ  微圧エア
【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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