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課題・解決手段

本発明は、被処理合成樹脂原材料が、溶融温度より低い温度で収容容器内で加熱されながら、絶えず、混合されることにより、同時に結晶化され、乾燥され、及び/又は清浄化され、及び/又は固有の粘度が上げられる、前処理をまず受ける合成樹脂材料射出成形する方法及び装置に関する。本発明によれば、こうして前処理された合成樹脂材料は、ハウジング(17)内で回転し、ハウジング内で軸線方向に移動可能であり、及び/又はピストンとして作動するスクリュ(16)を備えるスクリュ型射出成形装置(10)に送り込まれ、スクリュにより可塑化され、例えばプレフォームのような成形品として成形される。

概要

背景

おそらく射出成形は、プレフォームの製造にとって最も重要な方法である。全合成樹脂処理装置の約60%が、射出成形装置であり、約30%が、押出機で、10%が、これ以外のものである。1射出当たり数ミリgから30Kgの重量しかないプレフォームは、射出成形装置で製造される。

射出成形は、原材料粒状材料)を大抵1回の処理工程で完成品に変換できるので、何にもまして、大量生産品に適している。後処理としての再加工は、大したことはなく、省略もでき、複雑な形状も、単一の処理工程で行える。さらに、多種類の充填材、例えば、ガラス繊維滑石すす、金属削りくず顔料高分子添加物等を、含有させて、最終製品の特性に種々の改良を加えることができる。

最終製品の特性は、使用する合成樹脂材料成形法成形処理のタイプ及び実施方法により定まる。合成樹脂材料、特に熱可塑性合成樹脂材料の場合、これらの要因は、金属に比べてより顕著な形で現れることがある。合成樹脂材料として「適正な」合成樹脂材料、すなわち部分的に結晶又はアモルファスであるものの選択は、その分子構造に大いに依拠する。射出成形方法では、ほとんど専ら、熱可塑性合成樹脂高分子が、処理される。熱可塑性合成樹脂は、最終製品では、静的に複雑な(アモルファスな)、規則的に配列した(結晶性の)、又は延伸された(配向された)形状のいずれかの形状で存在する直鎖状高分子である。多くの場合、これら3個の状態の全てが、最終製品内に混在している。合成樹脂は、分子量が高いので、最終製品では、結晶状態が、100%であることは達成されない。ここでは、総容積に対する結晶容積の比である結晶度のことを述べている。プレフォームの結晶度は、通常、50%と80%の間であり、材料固有の特性とともに、主として形状(金型)と処理パラメータにより定まる。

合成樹脂材料の適切な選択にとって重要な点として、最終製品が使用されることになっている温度もある。この点、ガラス転移点注意を向ける必要がある。合成樹脂材料は、種類によっては、ガラス転移点が、室温範囲にあり、機械的特性の多くは、ガラス転移点の付近で、「突然」変化することがあるので、ガラス転移点よりも下で又は上で使用されることが、極めて重要である。

射出成形で最も重要な処理パラメータは、射出材料温度、金型温度金型充填時間金型内射出容積、及び金型内圧勾配(金型内圧力)である。

金型充填時間及び金型内圧力勾配は、金型充填の工程、従って最終製品の機械的特性にとって決定的に重要である。大抵の合成樹脂材料は、冷却工程において収縮して封入点(収縮ヘッド凝固)に到るので、成形された射出材料は、ドウェル圧力(dwell pressure)下で供給される必要がある。封入点に達した後、ドウェル圧力は、除去される。しかしながら、プレフォームは、閉じた金型内で所定時間(残留冷却時間)(residual cooling time)、ドウェル状態(dwell state)にある。この残留冷却時間中に、プレフォームの温度は、溶融温度及びガラス転移点よりも下に下がり成形品を取り出すと、変形が防止される。金型の充填開始から次の金型の充填開始までの全時間を、サイクル時間という。

選択すべき射出材料の温度及び金型温度は、金型固有パラメータであり、従って、合成樹脂製造者により、予め設定され、多くの場合推奨されているものがある。これらのパラメータに基づき、最終製品の特性に影響を与えることができる。こうして、例えば、PETの場合、金型温度は、最終製品の結晶構造にとって極めて決定的な要因である。すなわち、金型温度が低いと、冷却が直ちになされて、最終製品は、アモルファスで透明となる。金型温度が高いと、結晶度が、従って、例えば、プレフォームの機械的特性が増加する。PP、PE、PS等の合成樹脂材料を処理する場合、材料温度は、通常、220℃乃至280℃の範囲であり、金型温度は、30℃と120℃の間である。高性能合成樹脂(PEEK、PPS、LPS等)は、材料温度が、480℃までであり、金型温度が、200℃までである必要がある。熱可塑性合成樹脂材料の射出成形は、射出成形方法の中でも基本的なものであり、現在のところ、最も頻繁に使用されている合成樹脂材料処理方法である。

本発明において使用する射出成形装置を含めて、射出成形装置は、基本的に2個の構成要素、すなわち、合成樹脂材料の粒子を処理し、圧力を掛けて金型に射出する射出及び可塑化ユニットと、金型(さらには、成形品)を受け取り、金型を開けて閉じる開閉ユニットとを備える。

射出及び可塑化ユニットの中心構成要素は、螺旋シャフトスクリュとも呼ばれ、シリンダ又はハウジング内をのびる。シリンダの内径は、スクリュの外形に等しい。シリンダは、多くの場合、スクリュ用シリンダとして設計される。スクリュ用シリンダの後部領域には、粒状合成樹脂材料が充填されるホッパがある。開口(充填された粒状合成樹脂材料により満ちている)を通じて、粒状合成樹脂材料は、シリンダ内に順次入り込まれる。スクリュは、駆動部により駆動されて、スクリュ用シリンダ内で回転し、粒状合成樹脂材料を前方に送り込む。熱可塑性合成樹脂材料の射出成形では、スクリュ用シリンダは、帯状電気ヒータにより外部から加熱される。こうした加熱とスクリュの独特の形状により、粒状合成樹脂材料は、移動されるだけでなく、切断され、合成樹脂材料の溶融体は、可塑化し、均質化される。スクリュ用シリンダの先端には、金型への移行部分を構成するノズルが設けられる。

射出直前工程中、被成形材料は、多くの場合、一方向弁を通ってノズルの方に送り込まれ、ノズルの手前で蓄積される。被成形材料用に十分な保持能力を得るため、若干の圧力(き止め圧力(banking−up pressure))により、充填ホッパに方向に移動できるように軸線方向にのみ圧力を加えて、射出材料が溜まるいわゆるスクリュ外部室(worm outer chamber)を形成する。堰き止め圧力は、合成樹脂材料の溶融体に加わり、合成樹脂材料の溶融体は圧縮され、合成樹脂材料の溶融体がスクリュを退却させることはない。合成樹脂材料の溶融体に加わる圧力は、スクリュを後退させる。

射出工程において、スクリュは、ノズルの方へ軸線方向に押圧されて、一方向弁が閉じ、溜められた射出材料が、ノズルを通じて金型へ射出される。

一方向弁は、射出成形装置の部品である。一方向弁は、ロックリンクスクリュ先端圧縮リングとを必須構成要素とし、スクリュの先端に設けられる。射出成形品品質は、一方向弁の機能に決定的にかかっている。射出工程中、一方向弁により、溶融された成形材料は、スクリュがある通路内に戻るのが防止される。射出直前段階では、一方向弁により、成形材料は、スクリュがある領域から溜り空間に流れることが可能になる。スクリュが回転すると、合成樹脂材料は、開いた一方向弁を通って溜り空間に送り込まれ、スクリュは、設定値に達するまで、軸線方向に後退する。射出中、スクリュは、油圧ユニットにより前方に移動される。堰き止めとロック用リングとにより、スクリュ方向の通路が閉じさられる。次いで、溜められた射出材料が、圧力も分量も損失することなく、射出成形金型内に押し込まれる。

90乃至98%の充填後、圧縮回復切り替える。被射出材料は、シリンダ内に残っている必要がある(残留被射出材料)。さもないと、被射出材料に圧力を加えることができない。圧縮回復は、堆積収縮を補償するのに必要である。

熱可塑性合成樹脂材料の処理では、3個のゾーンを有するスクリュを用いることがよくある。いわゆる取り込みゾーンでは、粒状合成樹脂材料が、取り込まれ、次のゾーン、すなわち、圧縮ゾーンに送られ、そこで、合成樹脂材料は、可塑化され圧縮される(必要に応じてガス抜き処理を受ける)。その後に、合成樹脂材料の溶融体が、溶融ゾーンで均質化され、堰き止め圧力が増加する結果、軸線方向に後退するスクリュの前方にある一方向弁を通じて最終的に押し込まれる。

射出成形用には、種々の方法及び装置が、先行技術から知られている。

例えば、ドイツ特許公開公報第19803422A1号から、繊維強化合成樹脂材料トランスファー成形方法及び装置が、知られている。

ここに開示された方法は、破砕された又は粒状化された合成樹脂原材料等の合成樹脂原材料を、押出ハウジングと、押出ハウジング内で長さ方向軸線を中心として回転する押出スクリュとからなる可塑化装置に送り込み、合成樹脂原材料を可塑化装置内で可塑化し、可塑化した合成樹脂原材料を押出金型の方に送り込むものである。可塑化装置の領域では、繊維材料が、可塑化された合成樹脂体に供給されて可塑化装置内を移動しながら可塑化された合成樹脂体と混合される。次いで、繊維を含んだ可塑化された合成樹脂体は、射出装置に送られ、少なくとも2個の部材からなる押出金型に射出ノズルを通じて射出装置により射出され、押出金型内で成形体に圧縮される。この場合の合成樹脂原材料は、シュレッダーを介して押出機に供給され、必要に応じて添加物が、シュレッダーで添加される。

この方法を実施する開示された装置は、押出ハウジングと押出ハウジング内で長さ方向軸線を中心として回転するように設けられた押出スクリュとを備えた可塑化装置と、繊維材料用の供給装置と、射出シリンダを備えた射出装置と、射出ピストンと、射出ノズルと、一方が他方に対して可動となるようにされた押出金型ハーフを備えた圧縮成形金型とを有する。さらに、押出ハウジングの始端には、シュレッダーが設けられ、合成樹脂原材料を破砕し、破砕した合成樹脂原材料を摩擦熱により加熱し、押出ハウジング内の押出スクリュに供給する。

この方法及び装置は、十分に有用ではあることが証明されているが、合成樹脂材料の混合体、特に、少なくとも1種のポリエステル成分を含む混合体には適していない。これは、ポリエステルは、特に、その融点近傍では、天然大気中水分に反応し易く、すなわち、分子の鎖長が、加水分解により短縮化され、長さの短縮、変色等の、材料特性の問題が生ずる。材料特性のこうした劣化は、製造されるべき最終製品にとって望ましくない。

ポリアミド等の他の合成製樹脂も、その融点又はその近傍では、酸化の虞があり、材料又は最終製品の特性の点で、上述した問題を引き起こす。

こうした問題を避けるため、熱可塑性合成樹脂材料を処理する装置が、欧州特許第390873号として知られている。この装置は、頂部が仕切り弁により閉鎖されて運び込まれた合成樹脂材料に少なくとも必要な気密性をもたらすことができる収容容器を備える。収容容器内の内部空間を排気又は内部空間内への保護ガスの導入のため、収容容器の内部空間は、収容容器内への最高位投入高さよりも高い位置で、少なくとも1個の導管に接続され、この導管は、吸引ポンプと保護ガス用ポンプとに切り替えられるようになっており、これらのポンプに到る別個の導管が、仕切り弁に取り付けられる。この装置により、ポリエステルの分解反応を生じることなく、特に、乾燥と加熱とを確保できる。収容容器には、シュレッダーナイフ撹拌ブレード又は撹拌ビームが設けられているとよい。収容容器の内部空間は、気密状態にすることもできるようになっている。さらに、シュレッダーの供給開口も、押出ハウジングに対して気密になるようにされる。実際、この装置も、有用であることが示されている。

合成樹脂混合体を処理する別の手段として、国際公開公報第01/68345号に、合成樹脂混合体、特に、少なくとも1種のポリエステルと、少なくとも1個の重合調整剤成分とを含む合成樹脂混合体、特に、合成樹脂混合体の再利用をするためのトランスファー成形用方法と、この方法を実施して、こうした合成樹脂混合体を、その材料特性を大幅に維持しながら処理し、こうした合成樹脂混合体の材料特性の公知の改良を最大限利用する装置とが開示されている。特に、1種以上の重合調整剤成分の融点が、収容容器内のポリエステル成分の乾燥温度に近くても、開示された手段によれば、処理装置内での堆積又は凝集の虞が、回避される。

初期状態にある熱可塑性ポリエステル成分又はPET混合体は、欧州特許第390873号公報と同様に、前処理段階で加熱され乾燥化される。次いで、加熱され乾燥されたPET成分は、可塑化ユニットに送られ、少なくとも1種の重合調整剤成分が添加される。熱可塑性ポリエステル成分と重合調整剤成分の混合体は、可塑化ユニット内で均質化され、射出ユニットに溶融体として送り込まれて、開いた押出金型内に射出される。

射出成形ユニット内での合成樹脂材料の処理は、射出成形ユニットに供給される合成樹脂材料の特性等の種々のパラメータに、特に、表面層内での、その粘度、結晶化度、分子破壊、配向、可能性としてあり得る異方性等に基本的に左右される。これらのパラメータは、可塑化前又は溶融化前の合成樹脂材料の処理又は前処理のタイプの影響を決定的に受ける。しかしながら、溶融のタイプ及び射出工程のタイプも、最終製品の最終的な品質に影響を及ぼす。この点に関し、サイクル時間等の本質的に実際的で商業的側面が、考慮される。

特に、このようにして製造される最終製品を処理するのではなく、例えば、プレフォームのような、後に形状変化を与える中間製品を処理する場合には、中間製品が、高品位であることが好ましい。

概要

本発明は、被処理合成樹脂原材料が、溶融温度より低い温度で収容容器内で加熱されながら、絶えず、混合されることにより、同時に結晶化され、乾燥され、及び/又は清浄化され、及び/又は固有の粘度が上げられる、前処理をまず受ける合成樹脂材料を射出成形する方法及び装置に関する。本発明によれば、こうして前処理された合成樹脂材料は、ハウジング(17)内で回転し、ハウジング内で軸線方向に移動可能であり、及び/又はピストンとして作動するスクリュ(16)を備えるスクリュ型射出成形装置(10)に送り込まれ、スクリュにより可塑化され、例えばプレフォームのような成形品として成形される。

目的

本発明の目的は、射出成形方法を用いて、合成樹脂材料を、高価値の最終製品又はプレフォーム等の中間製品に、丁寧に、効率的で、コスト効率よく、処理できる方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

被処理合成樹脂原材料が、特に、塊の多い状態若しくは粒状状態の高分子粒子又はフレークの形で存在し、好ましくは、未加工材料及び/又は廃棄物である、合成樹脂材料、特に熱可塑性合成樹脂材料射出成形方法であって、初めに、前処理又は準備処理により、被処理合成樹脂材料を、少なくとも1個の収容容器反応器又はカッター付きコンパクタ(1)内で加熱しながら、被処理合成樹脂材料の溶融温度より低い温度で、かつ、好ましくは、被処理合成樹脂材料のガラス転移点よりも高い温度で、着実に混合し又移動し、及び/又は破砕し、この処理により、同時に結晶化、乾燥化及び/又は清浄化を、特に1工程で行い、及び/又は、被処理合成樹脂材料の極限粘度を上げ、被処理合成樹脂材料を混合し及び/又は加熱するため、好ましくは、1個の破砕又は混合部材(12)を用い、破砕又は混合部材は、特に、縦軸を中心として回転できるものであり、必要に応じて、上下に多段に設けられ、破砕又は混合部材は、被処理合成樹脂材料を破砕及び/又は混合するように作用する作用縁を備え、加熱は、特に、機械的エネルギを加えることにより行われる方法において、未だ塊が多く、このように前処理され又は軟化された被処理合成樹脂材料を、ハウジング(17)内で回転し、ハウジング内で軸線方向に移動可能にピストンのように作動するスクリュ(16)を備えるスクリュ型射出成形装置(10)内に、特に、直接的に即時に、かつ中間ステージ無しで、送り込み、前記スクリュ型射出成形装置内で可塑化して、例えば、プレフォーム等の成形材として射出することを特徴とする方法。

請求項2

被処理合成樹脂原材料が、特に、塊の多い状態又は粒状状態の高分子粒子又はフレークの形で存在し、好ましくは、未加工材料及び/又は廃棄物である、合成樹脂材料、特に熱可塑性合成樹脂材料の射出成形方法であって、初めに、前処理又は準備処理により、被処理合成樹脂材料を、少なくとも1個の収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)内で加熱しながら、被処理合成樹脂材料の溶融温度より低い温度で、かつ、好ましくは、被処理合成樹脂材料のガラス転移点よりも高い温度で、着実に混合し又移動し、及び/又は破砕し、この処理により、同時に結晶化、乾燥化及び/又は清浄化を、特に1工程で行い、及び/又は、被処理合成樹脂材料の極限粘度を上げ、被処理合成樹脂材料を混合し及び/又は加熱するため、好ましくは、1個の破砕又は混合部材(12)を用い、破砕又は混合部材は、特に、縦軸を中心として回転できるものであり、必要に応じて、上下に多段に設けられ、破砕又は混合部材は、被処理合成樹脂材料を破砕混合するように作用する作用縁を備え、加熱は、特に、機械的エネルギを加えることにより、行われる方法において、未だ塊が多く、このように前処理され又は軟化された被処理合成樹脂材料を、ハウジング(17)内で回転し、ハウジング内で軸線方向に移動可能にピストンのように作動するスクリュ(16)を備えるスクリュ型射出成形装置(10)内に、特に、直接的に即時に、かつ中間ステージ無しで、送り込み、前記スクリュ型射出成形装置内で可塑化して、例えば、プレフォーム等の成形材として射出することを特徴とする方法。

請求項3

前記スクリュ(16)は、その軸線方向移動により、前記被処理合成樹脂材料の溶融体金型高圧直接射出する、又は、前記スクリュ(16)は、前記被処理合成樹脂材料の溶融体用の(高)圧力を発生するピストンとして作用することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

前記スクリュ(16)は、その軸線方向移動により、前記被処理合成樹脂材料の溶融体を、前記ハウジング(17)とは空間的に離れているが前記ハウジング(17)と流体的に連通する射出溜(35)に、低圧で射出し、前記被処理合成樹脂材料の溶融体を、ピストン(36)、特に、前記スクリュ(16)とは独立してオンオフされるピストンを介して射出溜から高圧で射出成形金型に射出することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。

請求項5

前記前処理又は準備処理の全ての処理工程、及び/又は前記被処理合成樹脂材料の移動及び/又は射出成形は、真空状態又は保護ガス内で行われることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1に記載の方法。

請求項6

前記収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)は、連続して運転され、前記スクリュ型射出成形装置(10)は、断続的に運転されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1に記載の方法。

請求項7

前記被処理合成樹脂材料の溶融体は、前記スクリュ型射出成形装置(10)で濾過されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか1に記載の方法。

請求項8

請求項1乃至7のいずれか1の方法を実施する装置であって、実質的に円筒形であり、床領域(3)と側壁(2)とを有する少なくとも1個の収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)を備え、収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ内には、少なくとも1個の混合又は処理部材(12)が、縦方向軸線(8)を中心として回転自在で、供給される被処理合成樹脂材料を移動し、被処理合成樹脂材料を、好ましくは、塊の多い状態又は粒状状態に、特に、非溶融の高分子粒子等の形にし、被処理合成樹脂材料を混合し、加熱し、軟化させ、必要に応じて、破砕するように設けられる装置において、前記収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)に、特に直接的に近接してかつ中間ステージ無しで、スクリュ型射出成形装置(10)が取り付けられ、前記スクリュ型射出成形装置(10)は、前処理された被処理合成樹脂材料を、前記収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)から送り出し、この被処理合成樹脂材料の可塑化も行うハウジング(17)内で回転自在なスクリュ(16)を備え、前記スクリュ(16)は、前記ハウジング(17)内で軸線方向に移動可能に支持され、前記被処理合成樹脂材料の溶融体用の圧力発生ピストンとして作用することを特徴とする装置。

請求項9

請求項1乃至7のいずれか1の方法を実施する装置であって、実質的に円筒形であり、床領域(3)と側壁(2)とを有する少なくとも1個の連続運転される収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)を備え、収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ内には、少なくとも1個の混合又は処理部材(12)が、縦方向軸線(8)を中心として回転自在で、供給される被処理合成樹脂材料を移動させて、被処理合成樹脂材料を、好ましくは、塊の多い状態又は粒状状態に、特に、非溶融の高分子粒子等の形にし、被処理合成樹脂材料を混合し、加熱し、軟化させ、必要に応じて、破砕するように設けられる装置において、前記収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)に、断続的に運転されるスクリュ型射出成形装置(10)が直接取り付けられ、前記スクリュ型射出成形装置(10)は、前処理された被処理合成樹脂材料を、前記収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)から送り出し、この被処理合成樹脂材料の可塑化も行うハウジング(17)内で回転自在なスクリュ(16)を備え、前記ハウジング(17)は、取入れ口(27)を備え、この取入れ口を通じて、ハウジングは直接的に近接してかつ中間ステージ無しで前記収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)の取出し口(15)に、例えば、半径方向又は接線方向に、好ましくは、気密状態に又は真空状態で取り付けられ、前記スクリュ(16)は、前記ハウジング(17)内で軸線方向に移動可能に支持され、前記被処理合成樹脂材料の溶融体用の圧力発生ピストンとして作用することを特徴とする装置。

請求項10

前記ハウジング(27)は、取入れ口(27)を備え、この取入れ口を通じて、前記収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)の取出し口(15)に、例えば、半径方向又は接線方向に、特に、直接的に、好ましくは、気密状態に又は真空状態で取り付けられ、前記取出し口(15)は、好ましくは、前記収容容器、反応器又はカッター付きコンパクタ(1)の床領域(3)に近接して、特に、前記破砕又は混合部材(12)の高さ位置で、前記側壁(2)に設けられることを特徴とする、請求項8又は9に記載の装置。

請求項11

前記カッター付きコンパクタ(1)は、連続的に運転される装置として構成され、前記スクリュ型射出成形装置(10)は、断続的に運転される装置として構成されることを特徴とする、請求項8乃至10のいずれか1に記載の装置。

請求項12

前記スクリュ(16)は、(高)圧力を発生するピストンとして作用するように構成され、ノズル(25)の前に設けた貯留スペース(26)内に貯まっている前記被処理合成樹脂材料の溶融体を、前記スクリュが軸線方向に移動することにより、前記ノズルを通じて射出成形金型に高圧で射出することを特徴とする、請求項8乃至11のいずれか1に記載の装置。

請求項13

前記ハウジング(17)の下流に、射出溜(35)が設けられ、この射出溜は、特に、前記ハウジング(17)と通路(37)を通じて流体的に結合しているが、必要に応じて構造的に別体であり、前記スクリュ(16)は、前記被処理合成樹脂材料の溶融体を、特に、軸線方向に移動することにより、前記射出溜(35)に低圧で送り込み、前記射出溜(35)内には、少なくとも1個のピストン(36)を設けて、前記被処理合成樹脂材料の溶融体が、前記射出溜(35)から高圧で射出成形金型に射出されることを特徴とする、請求項8乃至12のいずれか1に記載の装置。

請求項14

前記スクリュ型射出成形装置(10)は、少なくとも1個の戻り止め部を備え、この戻り止め部は、とくに、逆止め弁の形をしていて、前記射出溜(35)と前記スクリュ(16)及び/又は通路(37)と間に設けられることを特徴とする、請求項8乃至13のいずれか1に記載の装置。

請求項15

少なくとも1個の前記被処理合成樹脂材料の溶融体用フィルタが、特に、前記スクリュ(16)と前記射出成形金型の間に設けられることを特徴とする、請求項8乃至14のいずれか1に記載の装置。

技術分野

0001

本発明は、請求項8の前提事項部に記載した装置とともに、請求項1の前提事項部に記載した方法に関する。

背景技術

0002

おそらく射出成形は、プレフォームの製造にとって最も重要な方法である。全合成樹脂処理装置の約60%が、射出成形装置であり、約30%が、押出機で、10%が、これ以外のものである。1射出当たり数ミリgから30Kgの重量しかないプレフォームは、射出成形装置で製造される。

0003

射出成形は、原材料粒状材料)を大抵1回の処理工程で完成品に変換できるので、何にもまして、大量生産品に適している。後処理としての再加工は、大したことはなく、省略もでき、複雑な形状も、単一の処理工程で行える。さらに、多種類の充填材、例えば、ガラス繊維滑石すす、金属削りくず顔料高分子添加物等を、含有させて、最終製品の特性に種々の改良を加えることができる。

0004

最終製品の特性は、使用する合成樹脂材料成形法成形処理のタイプ及び実施方法により定まる。合成樹脂材料、特に熱可塑性合成樹脂材料の場合、これらの要因は、金属に比べてより顕著な形で現れることがある。合成樹脂材料として「適正な」合成樹脂材料、すなわち部分的に結晶又はアモルファスであるものの選択は、その分子構造に大いに依拠する。射出成形方法では、ほとんど専ら、熱可塑性合成樹脂高分子が、処理される。熱可塑性合成樹脂は、最終製品では、静的に複雑な(アモルファスな)、規則的に配列した(結晶性の)、又は延伸された(配向された)形状のいずれかの形状で存在する直鎖状高分子である。多くの場合、これら3個の状態の全てが、最終製品内に混在している。合成樹脂は、分子量が高いので、最終製品では、結晶状態が、100%であることは達成されない。ここでは、総容積に対する結晶容積の比である結晶度のことを述べている。プレフォームの結晶度は、通常、50%と80%の間であり、材料固有の特性とともに、主として形状(金型)と処理パラメータにより定まる。

0005

合成樹脂材料の適切な選択にとって重要な点として、最終製品が使用されることになっている温度もある。この点、ガラス転移点注意を向ける必要がある。合成樹脂材料は、種類によっては、ガラス転移点が、室温範囲にあり、機械的特性の多くは、ガラス転移点の付近で、「突然」変化することがあるので、ガラス転移点よりも下で又は上で使用されることが、極めて重要である。

0006

射出成形で最も重要な処理パラメータは、射出材料温度、金型温度金型充填時間金型内射出容積、及び金型内圧勾配(金型内圧力)である。

0007

金型充填時間及び金型内圧力勾配は、金型充填の工程、従って最終製品の機械的特性にとって決定的に重要である。大抵の合成樹脂材料は、冷却工程において収縮して封入点(収縮ヘッド凝固)に到るので、成形された射出材料は、ドウェル圧力(dwell pressure)下で供給される必要がある。封入点に達した後、ドウェル圧力は、除去される。しかしながら、プレフォームは、閉じた金型内で所定時間(残留冷却時間)(residual cooling time)、ドウェル状態(dwell state)にある。この残留冷却時間中に、プレフォームの温度は、溶融温度及びガラス転移点よりも下に下がり成形品を取り出すと、変形が防止される。金型の充填開始から次の金型の充填開始までの全時間を、サイクル時間という。

0008

選択すべき射出材料の温度及び金型温度は、金型固有パラメータであり、従って、合成樹脂製造者により、予め設定され、多くの場合推奨されているものがある。これらのパラメータに基づき、最終製品の特性に影響を与えることができる。こうして、例えば、PETの場合、金型温度は、最終製品の結晶構造にとって極めて決定的な要因である。すなわち、金型温度が低いと、冷却が直ちになされて、最終製品は、アモルファスで透明となる。金型温度が高いと、結晶度が、従って、例えば、プレフォームの機械的特性が増加する。PP、PE、PS等の合成樹脂材料を処理する場合、材料温度は、通常、220℃乃至280℃の範囲であり、金型温度は、30℃と120℃の間である。高性能合成樹脂(PEEK、PPS、LPS等)は、材料温度が、480℃までであり、金型温度が、200℃までである必要がある。熱可塑性合成樹脂材料の射出成形は、射出成形方法の中でも基本的なものであり、現在のところ、最も頻繁に使用されている合成樹脂材料処理方法である。

0009

本発明において使用する射出成形装置を含めて、射出成形装置は、基本的に2個の構成要素、すなわち、合成樹脂材料の粒子を処理し、圧力を掛けて金型に射出する射出及び可塑化ユニットと、金型(さらには、成形品)を受け取り、金型を開けて閉じる開閉ユニットとを備える。

0010

射出及び可塑化ユニットの中心構成要素は、螺旋シャフトスクリュとも呼ばれ、シリンダ又はハウジング内をのびる。シリンダの内径は、スクリュの外形に等しい。シリンダは、多くの場合、スクリュ用シリンダとして設計される。スクリュ用シリンダの後部領域には、粒状合成樹脂材料が充填されるホッパがある。開口(充填された粒状合成樹脂材料により満ちている)を通じて、粒状合成樹脂材料は、シリンダ内に順次入り込まれる。スクリュは、駆動部により駆動されて、スクリュ用シリンダ内で回転し、粒状合成樹脂材料を前方に送り込む。熱可塑性合成樹脂材料の射出成形では、スクリュ用シリンダは、帯状電気ヒータにより外部から加熱される。こうした加熱とスクリュの独特の形状により、粒状合成樹脂材料は、移動されるだけでなく、切断され、合成樹脂材料の溶融体は、可塑化し、均質化される。スクリュ用シリンダの先端には、金型への移行部分を構成するノズルが設けられる。

0011

射出直前工程中、被成形材料は、多くの場合、一方向弁を通ってノズルの方に送り込まれ、ノズルの手前で蓄積される。被成形材料用に十分な保持能力を得るため、若干の圧力(き止め圧力(banking−up pressure))により、充填ホッパに方向に移動できるように軸線方向にのみ圧力を加えて、射出材料が溜まるいわゆるスクリュ外部室(worm outer chamber)を形成する。堰き止め圧力は、合成樹脂材料の溶融体に加わり、合成樹脂材料の溶融体は圧縮され、合成樹脂材料の溶融体がスクリュを退却させることはない。合成樹脂材料の溶融体に加わる圧力は、スクリュを後退させる。

0012

射出工程において、スクリュは、ノズルの方へ軸線方向に押圧されて、一方向弁が閉じ、溜められた射出材料が、ノズルを通じて金型へ射出される。

0013

一方向弁は、射出成形装置の部品である。一方向弁は、ロックリンクスクリュ先端圧縮リングとを必須構成要素とし、スクリュの先端に設けられる。射出成形品品質は、一方向弁の機能に決定的にかかっている。射出工程中、一方向弁により、溶融された成形材料は、スクリュがある通路内に戻るのが防止される。射出直前段階では、一方向弁により、成形材料は、スクリュがある領域から溜り空間に流れることが可能になる。スクリュが回転すると、合成樹脂材料は、開いた一方向弁を通って溜り空間に送り込まれ、スクリュは、設定値に達するまで、軸線方向に後退する。射出中、スクリュは、油圧ユニットにより前方に移動される。堰き止めとロック用リングとにより、スクリュ方向の通路が閉じさられる。次いで、溜められた射出材料が、圧力も分量も損失することなく、射出成形金型内に押し込まれる。

0014

90乃至98%の充填後、圧縮回復切り替える。被射出材料は、シリンダ内に残っている必要がある(残留被射出材料)。さもないと、被射出材料に圧力を加えることができない。圧縮回復は、堆積収縮を補償するのに必要である。

0015

熱可塑性合成樹脂材料の処理では、3個のゾーンを有するスクリュを用いることがよくある。いわゆる取り込みゾーンでは、粒状合成樹脂材料が、取り込まれ、次のゾーン、すなわち、圧縮ゾーンに送られ、そこで、合成樹脂材料は、可塑化され圧縮される(必要に応じてガス抜き処理を受ける)。その後に、合成樹脂材料の溶融体が、溶融ゾーンで均質化され、堰き止め圧力が増加する結果、軸線方向に後退するスクリュの前方にある一方向弁を通じて最終的に押し込まれる。

0016

射出成形用には、種々の方法及び装置が、先行技術から知られている。

0017

例えば、ドイツ特許公開公報第19803422A1号から、繊維強化合成樹脂材料トランスファー成形方法及び装置が、知られている。

0018

ここに開示された方法は、破砕された又は粒状化された合成樹脂原材料等の合成樹脂原材料を、押出ハウジングと、押出ハウジング内で長さ方向軸線を中心として回転する押出スクリュとからなる可塑化装置に送り込み、合成樹脂原材料を可塑化装置内で可塑化し、可塑化した合成樹脂原材料を押出金型の方に送り込むものである。可塑化装置の領域では、繊維材料が、可塑化された合成樹脂体に供給されて可塑化装置内を移動しながら可塑化された合成樹脂体と混合される。次いで、繊維を含んだ可塑化された合成樹脂体は、射出装置に送られ、少なくとも2個の部材からなる押出金型に射出ノズルを通じて射出装置により射出され、押出金型内で成形体に圧縮される。この場合の合成樹脂原材料は、シュレッダーを介して押出機に供給され、必要に応じて添加物が、シュレッダーで添加される。

0019

この方法を実施する開示された装置は、押出ハウジングと押出ハウジング内で長さ方向軸線を中心として回転するように設けられた押出スクリュとを備えた可塑化装置と、繊維材料用の供給装置と、射出シリンダを備えた射出装置と、射出ピストンと、射出ノズルと、一方が他方に対して可動となるようにされた押出金型ハーフを備えた圧縮成形金型とを有する。さらに、押出ハウジングの始端には、シュレッダーが設けられ、合成樹脂原材料を破砕し、破砕した合成樹脂原材料を摩擦熱により加熱し、押出ハウジング内の押出スクリュに供給する。

0020

この方法及び装置は、十分に有用ではあることが証明されているが、合成樹脂材料の混合体、特に、少なくとも1種のポリエステル成分を含む混合体には適していない。これは、ポリエステルは、特に、その融点近傍では、天然大気中水分に反応し易く、すなわち、分子の鎖長が、加水分解により短縮化され、長さの短縮、変色等の、材料特性の問題が生ずる。材料特性のこうした劣化は、製造されるべき最終製品にとって望ましくない。

0021

ポリアミド等の他の合成製樹脂も、その融点又はその近傍では、酸化の虞があり、材料又は最終製品の特性の点で、上述した問題を引き起こす。

0022

こうした問題を避けるため、熱可塑性合成樹脂材料を処理する装置が、欧州特許第390873号として知られている。この装置は、頂部が仕切り弁により閉鎖されて運び込まれた合成樹脂材料に少なくとも必要な気密性をもたらすことができる収容容器を備える。収容容器内の内部空間を排気又は内部空間内への保護ガスの導入のため、収容容器の内部空間は、収容容器内への最高位投入高さよりも高い位置で、少なくとも1個の導管に接続され、この導管は、吸引ポンプと保護ガス用ポンプとに切り替えられるようになっており、これらのポンプに到る別個の導管が、仕切り弁に取り付けられる。この装置により、ポリエステルの分解反応を生じることなく、特に、乾燥と加熱とを確保できる。収容容器には、シュレッダーナイフ撹拌ブレード又は撹拌ビームが設けられているとよい。収容容器の内部空間は、気密状態にすることもできるようになっている。さらに、シュレッダーの供給開口も、押出ハウジングに対して気密になるようにされる。実際、この装置も、有用であることが示されている。

0023

合成樹脂混合体を処理する別の手段として、国際公開公報第01/68345号に、合成樹脂混合体、特に、少なくとも1種のポリエステルと、少なくとも1個の重合調整剤成分とを含む合成樹脂混合体、特に、合成樹脂混合体の再利用をするためのトランスファー成形用方法と、この方法を実施して、こうした合成樹脂混合体を、その材料特性を大幅に維持しながら処理し、こうした合成樹脂混合体の材料特性の公知の改良を最大限利用する装置とが開示されている。特に、1種以上の重合調整剤成分の融点が、収容容器内のポリエステル成分の乾燥温度に近くても、開示された手段によれば、処理装置内での堆積又は凝集の虞が、回避される。

0024

初期状態にある熱可塑性ポリエステル成分又はPET混合体は、欧州特許第390873号公報と同様に、前処理段階で加熱され乾燥化される。次いで、加熱され乾燥されたPET成分は、可塑化ユニットに送られ、少なくとも1種の重合調整剤成分が添加される。熱可塑性ポリエステル成分と重合調整剤成分の混合体は、可塑化ユニット内で均質化され、射出ユニットに溶融体として送り込まれて、開いた押出金型内に射出される。

0025

射出成形ユニット内での合成樹脂材料の処理は、射出成形ユニットに供給される合成樹脂材料の特性等の種々のパラメータに、特に、表面層内での、その粘度、結晶化度、分子破壊、配向、可能性としてあり得る異方性等に基本的に左右される。これらのパラメータは、可塑化前又は溶融化前の合成樹脂材料の処理又は前処理のタイプの影響を決定的に受ける。しかしながら、溶融のタイプ及び射出工程のタイプも、最終製品の最終的な品質に影響を及ぼす。この点に関し、サイクル時間等の本質的に実際的で商業的側面が、考慮される。

0026

特に、このようにして製造される最終製品を処理するのではなく、例えば、プレフォームのような、後に形状変化を与える中間製品を処理する場合には、中間製品が、高品位であることが好ましい。

発明が解決しようとする課題

0027

このため、本発明の目的は、射出成形方法を用いて、合成樹脂材料を、高価値の最終製品又はプレフォーム等の中間製品に、丁寧に、効率的で、コスト効率よく、処理できる方法を提供することにある。さらに、この処理方法に適した装置も、提供することにある。

課題を解決するための手段

0028

この課題は、請求項1及び請求項8の特徴要件事項部に記載した構成により、効果的に解決される。

0029

驚くべきことに、本発明による方法及び装置により、反応し易い又は不安定な合成樹脂材料でも、特に、吸湿性合成樹脂材料、水分含有量が高い合成樹脂材料でも、丁寧に処理できることが示された。さらに、リサイクル合成樹脂材料、特に、ポリ乳酸PLA)でも、タイプ、形状及び組成に関係なく、乾燥でき、さらに同時に結晶化でき、必要に応じて、処理を1工程でできる。さらに、合成樹脂材料を、迅速で最適な省エネルギ型のリサイクル処理することができ、リサイクルされ、回収された最終製品又は物品は、射出成形により製造され、粘度値が高く、特に、リサイクルされる合成樹脂材料の粘度値に匹敵する粘度を持つ。さらに、本発明の方法によれば、揮発物質を含む、かなり汚れた又は汚染された又はかなり圧縮された合成樹脂材料でも、処理でき、合成樹脂材料の機械的特性及びその溶融特性に悪影響をもたらさない。リサイクルされ、回収された合成樹脂材料、得られた合成樹脂材料の溶融体、又は溶融体から製造される射出成形製品は、食品包装品質を備え、すなわち、食品に関する要求を満たし、食品用に使用するのに適し、欧州ILS文書及びFDAにより認証される。処理される原材料内の有害物質混入物、及び汚染物は、本発明による方法を用いることにより、相当数除去される。

0030

こうして、本発明による効果的な方法により、高価値な特性を持つ製品、特にプレフォームが、得られ、この方法は、簡素化され、処理が早い、本発明の装置により実施される。

0031

本発明による方法は、2段階方式によるもので、第1段階では、熱可塑性原材料の前処理又は準備処理を行い、次いで、熱可塑性原材料を射出成形装置で処理する。簡便な態様では、熱可塑性原材料を前処理する専用準備処理容器を、専用の射出成形装置に取り付け、特定の特性を持つ被処理材料だけが、この射出成形装置に送り込まれ、そこで溶融され、射出成形される。

0032

第1段階として、いろいろな形で行える、熱可塑性合成樹脂材料の準備処理、処理及びリサイクルは、収容容器又は反応器内で通常のように実施される。被処理合成樹脂材料は、この収容容器又は反応器に供給され、絶えず混合され、移動され、及び/又は破砕されながら、高温で処理される。

0033

熱可塑性合成樹脂材料を混合し加熱するため、縦軸を中心として回転自在な、少なくとも1個の破砕部材又は混合部材を、必要に応じて、上下に多段に設け、破砕部材又は混合部材には、被処理合成樹脂材料を破砕及び/又は混合するように作用する作用縁を備える。この破砕又は混合部材により高分子材料機械的エネルギが加えられることによって、高分子材料は、加熱されると同時に混合される。加えられる機械的エネルギは、加熱を生じるように変換される。

0034

高分子材料は、穏やかでかつ絶え間なく移動されることが好ましい。こうすることによって、高分子材料が、凝集したり、高分子材料の粒子面の結晶化が進むことにより、個々の粒子同士が互いにくっ付き合うまで臨界温度範囲にさらされることが防止される。さらに、高分子材料の移動により、処理温度を高めることができる。処理容器内での穏やかでかつ絶え間なく移動によってくっ付き合いを防止することに加えて、処理容器内での温度が、充分に高くなって高い値で維持されるように配慮することも同時に必要である。同時に、高分子材料は、その移動により、高分子材料の粒子の表面から離れて行くのが助長される。このため、好ましくは、破砕又は混合部材を、連続処理又はバッチ処理で、複数個の高さ位置で使用する。

0035

こうした反応器は、実際に使用されており、例えば、エレマ・プラスチックリサイクリング・システム・ピー・シー(Erema Plastic Recycling System PC)又は1段階式若しくは2段階式ヴァキュメラ装置(Vacurema facilities)として知られている。

0036

処理は、溶融温度よりも低い温度で、好ましくは、被処理合成樹脂材料のガラス転移点よりも高い温度で行われることにより、高分子の被処理合成樹脂材料は、均一かつ連続して移動され混合される。こうすることによって、被処理合成樹脂材料は、1工程で、結晶化され、乾燥され、清浄化される。

0037

被処理合成樹脂材料は、主として、ポリ乳酸(PLA)、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI))、ポリヒドロキシアルカン酸PHA)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)等のスチレン共重合体、スチレンアクリロニトリル(SAN)、ポリメチルメタクリレートPMMA)、及び/又はバイオプラスチック、特に、でんぷん系又はでんぷんブレンド系のバイオプラスチックである。また、これらの合成樹脂材料の混合体、例えば、PET−PE、PET−Pa、又は PP−PAも、使用できる。

0038

被処理合成樹脂材料は、原材料又は再生利用物としては、通常、少なくとも部分的に結晶した、結晶していない、又はアモルファスの粒子の形をしている。しかしながら、被処理合成樹脂材料は、アモルファスの破砕された箔状廃棄物、特に深絞り工程からの廃棄物で、厚さが、特に、100μmと2mmの間である廃棄物の形、又は、引き抜き装置からの薄箔状廃棄物で、厚さが、5μmと100μmの間である廃棄物の形、及び/又は繊維状若しくはフリース状の廃棄物の形であってもよい。さらに、被処理合成樹脂材料は、破砕されたボトル又は射出成形廃棄物の形であってもよい。

0039

正確な処理パラメータ、特に、温度は、被処理合成樹脂材料の形状及び厚さに応じて定まり、高分子のタイプ自体に応じて定まる。

0040

本発明による方法は、好ましくは、塊の多い高分子材料、特に、粒子、フレーク等の形の高分子材料に対して1段階式のヴァキュメラ反応器(one−stage Vacurema reactor)内で行われる。この反応器は、上述した特徴を有し、真空状態で処理できる。

0041

薄箔状、繊維状又は若しくはフリース状の高分子材料の場合、本発明による方法は、1段階式のエレマ・ピー・シー反応器(one−stage Erema PC reactor)内で行うことが好ましい。この場合、本発明による方法を、大気圧で、すなわち、真空状態でなく実施しても十分であることが多い。この反応器は、上述した特徴を有する。

0042

本発明による方法を、2段階式に行ってもよい。この場合、例えば、結晶化した粒子と結晶していない粒子又はフレークとの混合体を、2段階式のヴァキュメラ反応器(two−stage Vacurema reactor)の結晶化乾燥器内で清浄化すべき材料として、供給する。上流に設けた結晶化乾燥器内では、複数個の破砕又は混合部材が、縦軸を中心として回転するように設けられ、破砕又は混合部材には、破砕及び/又は混合するように作用する作用縁を備える。こうした破砕又は混合部材により、被処理合成樹脂材料には、機械的エネルギが加えられることによって、被処理合成樹脂材料は、予備加熱されるとともに混合され移動される。次いで、予備加熱され、予備乾燥され、予備結晶化された被処理合成樹脂材料は、主処理を受ける。

0043

本発明による方法の第1段階工程を好ましい状態で行うには、例えば、被処理合成樹脂材料用収容容器を備えた装置を用い、この収容容器に被処理合成樹脂材料を供給口を通じて供給し、この収容容器からは、被処理合成樹脂材料を収容容器の側壁に取り付けたスクリュにより運び出し、被処理合成樹脂材料を破砕及び/又は混合するように採用する作用縁を備えた、少なくとも縦軸を中心として回転自在な部材を、収容容器の底領域に設け、スクリュの取入れ口は、当該回転自在な部材の高さ位置の少なくとも近傍に位置付けられ、収容容器には、好ましくは、少なくとも1個の導管が、収容容器に備えられて、真空状態を作り出し、及び/又は収容容器内部をガス処理できるようにする。この種の装置は、例えば、ヴァキュメラ反応器又はエレマ・ピー・シー反応器として実用化されている。

0044

本発明による方法を、このように実施すれば、大気中の酸素及び/又は湿気に反応し易いタイプの合成樹脂材料を処理する場合でも、問題は通常生じない。これは、収容容器の真空引き又は収容容器内への保護ガスの導入により、これら悪影響要因から被処理合成樹脂材料が保護されるからである。

0045

しかしながら、スクリュに送り込まれた被処理合成樹脂材料が、被処理合成樹脂材料が乾燥された程度(品質低下を避けるには、可塑化前に十分に乾燥されている必要がある)の点で、十分には均質化されていないことがあることが分かった。厚みがある箔の場合、厚みが増すにつれて増大する乾燥費用が掛かる。この種の被処理合成樹脂材料の場合、専用の乾燥工程、例えば、乾燥空気等を用いた乾燥工程を、専用乾燥機内で行うことが必要となる。さらに、この種の乾燥機は、結晶化された被処理合成樹脂材料では許されるが、アモルファスの被処理合成樹脂材料では、粘りつき、凝集してしまう温度範囲で、運転される。

0046

つまり、結晶化工程は、乾燥工程よりも前に行う必要がある。しかしながら、被処理合成樹脂材料が、収容容器内の破砕又は混合部材により長時間処理される場合、特に、連続運転の場合、個々の合成樹脂材料粒子の一部が、取り出しスクリュによりきわめて早い段階で収集される一方、他の合成樹脂材料粒子が、極めて遅い段階で収集される虞がある。早い段階で収集される合成樹脂材料粒子は、未だ、比較的低温で、十分には予備加熱されておらず、射出成形装置に供給される合成樹脂材料内に非均質性が生じる。

0047

こうしたことを回避し、取り出される合成樹脂材料の均質性を実質的に向上するため、本発明による方法を、別個の収容容器で行うようにし、少なくとも1個の別個の収容容器の取出し口を、主収容容器の供給口に接続し、この別個の収容容器内に、底領域内で縦軸線を中心として回転する破砕又は混合部材を、同様に設けるようにしてもよい。こうすると、2個以上の収容容器が、直列に設けられて、被処理合成樹脂材料が、これら収容容器を順番に通過することになる。最初の収容容器では、予備破砕され、予備加熱され、予備乾燥され、予備圧縮されることにより予備均質化された合成樹脂材料が、既に生成され、次の収容容器に送り込まれる。こうすることにより、未処理の、つまり、低温の、圧縮されていない、破砕されていない、非均質な合成樹脂材料が、取り出しスクリュに又は射出成形装置内に直接移行し、又は、取り付けた押出機等に取り出しスクリュを通じて直接移行しないようにされる。

0048

このような効果は、熱可塑性合成樹脂材料を、次位の収容容器又はこれに続く収容容器内で、真空状態又は保護ガス雰囲気で処理することによっても達成される。オーバーフロー断面(overflow cross section)は、一般的に小さく、熱可塑性合成樹脂材料に移送により、圧力均衡が著しく阻害される。さらに、上流の収容容器内に形成される混合凝塊が、この収容容器の取出し口を覆って、取出し口をある程度塞ぐことになる。

0049

追加する収容容器、つまり、上流の収容容器の取出し口が、この収容容器内の破砕又は混合部材の高さ位置に、つまり、この収容容器の底領域に少なくとも実質的に位置することが、条件的には、特に好ましい。この収容容器内で回転する破砕又は混合部材は、遠心力を用いて、取出し口への供給を行い、オーバーフロー断面は、絶えず、被処理合成樹脂材料で十分に満たされることになる。

0050

本発明の好ましい態様によれば、取出し口は、ロック手段を備えた連結パイプにより、取入れ口に接続される。こうすると、2個の収容容器間で、十分なシールが達成され、真空状態及び保護ガスの喪失が、十分に回避される。簡便な態様としては、本発明におけるロック手段は、下流の収容容器内で真空処理又は保護ガス処理が始まるや否や直ちに閉じるスライダとしてよい。この場合、連続運転は、完全にはできなくなることは確かである。しかしながら、本発明の好ましい態様におけるように、ロック手段が、仕切り弁、特に、小区画を備えた車輪状仕切り弁として構成されていると、2個の収容容器間で上述したシールを維持したまま、連続運転が可能となる。こうした仕切り弁の小区画も、公知の方法で、真空引き又は保護ガス処理が行われてもよい。

0051

下流の収容容器内にもたらされる真空状態は、上流の収容容器で処理される被処理合成樹脂材料を取り込むのに役立つ。したがって、一般に、こうした手段を用いると、収容容器同士を同じ高さに設置できる。しかしながら、重力を利用して、下流の収容容器への充填を向上するには、本発明の別の態様のように、被処理合成樹脂材料が流れる方向において上流となる収容容器を、後続の収容容器よりも高い位置にする。こうすると、後続の収容容器は、中央領域に、又はその側壁の上方領域に、さらには、必要に応じてカバーを通じて、被処理合成樹脂材料の取り込みを行える。

0052

上述したように、本発明の第1処理工程は、適切に構成された装置で、2段階で好適に実施してもよい。この場合、投入された、すなわち供給された被処理合成樹脂材料は、2段階で処理され、予備処理容器内での処理中には、被処理合成樹脂材料は、可塑化されず、同時に乾燥処理を施されることにより、結晶化され及び/又はある程度の予備圧縮を受ける。被処理合成樹脂材料は、乾燥処理と同時に機械的な衝突を加えられることにより、適切な温度で予備圧縮される。特に、少なくとも1個の混合及び/又は破砕部材が、被処理合成樹脂材料への機械的な衝突により、又は生じた摩擦損失に伴う回転エネルギ熱エネルギへの変換により、温度を上昇させ又は調節する。

0053

主処理容器内での主処理では、被処理合成樹脂材料は、一層乾燥化され、無毒化され、必要に応じて、高温で結晶化され、一定の平均滞留時間、高い真空度に維持される。一方、少なくとも1個の混合及び/又は破砕部材は、被処理合成樹脂材料と機械的に衝突し、又は被処理合成樹脂材料を圧縮し、エネルギを加えて、すなわち、回転に伴い、対応する熱エネルギを被処理合成樹脂材料に加えて、被処理合成樹脂材料を一層加熱する。

0054

真空状態で主処理を行うと、残留水分が、予め設定した平均値まで減少するだけでなく、揮発性の汚染物資が、被処理合成樹脂材料から除去される。

0055

主処理中、温度は、被処理合成樹脂材料の溶融温度よりも低く維持される。しかしながら、この温度を、できるだけ高くする試みがなされている。

0056

欧州特許第123771号公報、欧州特許第390873号公報、オーストリア特許第396900号公報、オーストリア特許第407235号公報、オーストリア特許第407970号公報、オーストリア特許第411682号公報、オーストリア特許第411235号公報、オーストリア特許第413965号公報、オーストリア特許第413673号公報又はオーストリア特許第501154号公報に詳しくかつ具体的に記載されている装置を、それぞれの好ましい構成を損なうことなく、本発明に組み込むことができ、本発明の主要部と一体的にすることができる。こうした装置は、実際に使用されており、例えば、エレマ・プラスチック・リサイクリング・システム・ピー・シー又は1段階式若しくは2段階式ヴァキュメラ装置として知られている。

0057

被処理合成樹脂材料が、処理され又は予備処理された後、本発明による第2処理工程は、処理収容容器から取り出された被処理合成樹脂材料の可塑化及び射出成形装置での射出成形である。

0058

射出成形装置の押出機は、好ましくは主処理収容容器又はカッター付きコンパクタに直接取り付けられ、可塑化を行う。直接かつ真空状態を維持して取り付けることにより、真空状態が、主処理収容容器での、押出機の取り入れ領域ももたらされる。押出機は、可塑化ゾーンとともにこれに隣接して圧縮及び貯留ゾーンを備えることがある。この貯留ゾーンには、ガス抜き又は真空引きゾーンを、隣接させ、真空、特に高い真空を利用して、揮発性物資を、被処理合成樹脂材料の溶融体から吸引により除去してもよい。この場合、1段式又は多段式のガス抜き手段を設けてもよい。また、複数個の圧搾及び減圧ゾーンを、真空度を異ならして、次々と続くように設けてもよい。この場合、除去が困難で揮発し難い汚染物質でも、揮発させることができる。

0059

予備処理及び主処理において、温度及び滞留時間を適切に選択することにより、押出機から取り出される被処理合成樹脂材料の溶融体及び溶融体から製造される射出成形品の粘度値を、調整できる。滞留時間を適切に長く設定し、真空状態での温度を適切に高く設定することにより、粘性に良好な効果がもたらされ、または、再重合が起こる。

0060

射出成形装置としては、ピストン式射出成形装置、スクリュ型ピストン式射出成形装置(worm gear−piston injection molding machines)、又は、スクリュ式射出成形装置が知られている。1956年までは、ピストン式射出成形装置が、主に使用されていた。今日普及しているスクリュ型ピストン式射出成形装置は、ホッパからの粒状の合成樹脂材料をスクリュ通路に取り込み、細かくして裁断する。この時に生じる摩擦熱は、加熱されたシリンダからの熱と相俟って、被処理合成樹脂材料の溶融体の均質化に役立つ。溶融体は、スクリュの先端の前に集まる。射出段階では、スクリュの後側が、油圧又は機械的力により押圧される。この場合、トランスファー成形と比べて、溶融体は、高圧(多くの場合500から2000バールの間)で一方向弁を通じて、さらに、ノズルを通じて、射出成形金型に押し込まれ、必要に応じて、加熱通路システム(大量生産成形金型では通常)及びゲート式通路を通じて、温度制御された射出成形金型の成形空間に織り込まれる。低下した圧力は、アタッチメントゲート)が、硬直する(こわばる)まで、保持圧力として作用する。こうすると、冷却中に生じる体積収縮が、大幅に補償される。その結果、寸法正確性と好ましい表面品質とが、達成される。その後に、スクリュが回転を始める。こうして、次のプレフォーム用の射出分が、用意されている間に、金型中のプレフォームは、中心部(液状コア部)が固化するまで、冷却される。次いで、金型を開き、完成したプレフォームを取り出す。

0061

スクリュの回転動作による粒状被処理合成樹脂材料の可塑化は、必要に応じて、帯状の外部ヒータの助けを得て、温度分布が極めて均一化する。この場合、スクリュも、ピストンの作用を果たす。プレフォームの高品位、成形サイクル時間の短縮、及び大型プレフォームの製造に、好適となる。

0062

型閉め装置は、射出圧力及び保持圧力に対して、分割された射出成形金型を保持する必要がある。滞留させる冷却時間が経過後、金型を開けて、完成したプレフォームを取り出し後、再び閉じる必要がある。型閉め装置は、大抵、完成した製品を取り出し易くする補助装置エジェクタ)を備える。

0063

関連する処理パラメータは、全て、複数個の制御器を通じて設定される。同時に、これら制御器は、自動運転による製造中、処理の全てをモニターする。

0064

射出成形の処理手順は、主に、下記のように分けられる。

0065

射出直前工程及び可塑化工程
シール点までの射出及び保持圧力上昇
冷却工程
取り出し工程
溶融体は、多くの場合、スクリュの油圧式送り込み動作により射出される。スクリュは、ノズルの前に環状の一方向弁を供え、溶融体が、スクリュを設けた通路に、反対圧力の作用により押し戻されることがないようにされる。この送り込み動作は、制御され、一定の溶融体流「射出流」を生じさせる。射出流は、各部において種々のレベルに多くの場合調整されて、「射出流プロフィル」をもたらす。

0066

原則として、溶融体を、金型内の空間に、できるだけ迅速に射出し、射出流が、実際上、境界内に保持されて材料損傷を回避する必要がある。溶融体の粘度に応じて、関連する金型充填時間が、理想射出流に基づいて所定の射出量を大まかに計算できる。こうした所定量は、表形式プリセットされ、具体的な場合での制御値として参照できる。

0067

油圧による圧力が十分に与えられる場合には、この射出流を実行するだけでよい。油圧による圧力は、制御弁との関係で、できるだけ低くする必要があり、予め設定した射出流を実行すれば十分である。

0068

金型に射出された溶融体は、金型内で迅速に冷却されて、体積収縮を起こし、かなり、保持圧力により補償される必要がある。そのために必要は保持圧力は、製品に不必要に高い内部応力が生じないようにする必要があることは確かである。また、射出圧力を保持圧力に適時に転換する(金型充填圧力の少なくとも98%)ことにより、過度射出が回避される。例えば、射出圧力が、そのまま金型に加わると、金型及び型閉め装置には、重負荷が加わり、過度の内部圧力により分割面で多少の開きが生じて、溶融体が、中間空間内に入ることがある(「オーバーインジェクション(over−injection)」、「フロートメンブレン(float membranes」の形成)。

0069

金型内の溶融体が、連続的に冷却されることにより、壁が薄い箇所で、特に射出箇所で、溶融体が、凝固を起こし、保持圧力では、溶融体が内部空間中に送り込まれなくなることがある。この場合には、保持圧力を、遮断してよい。

0070

プレフォームの重量が、変化しなくなると、シーリング点が、達成された、すなわち、保持圧力の最大必要時間、及び/又は必要な保持圧力が、達成されることになる。内部応力を回避するため、好ましくは、一定の保持圧力を加えるのではなく、高い保持圧力から始まる保持圧力プロフィルを、2又は3段階で低下させる。

0071

射出される溶融体は、一方向弁の前で、溜り部内に溜められる。粒状合成樹脂材料は、射出装置内で、加熱されたシリンダ壁熱対流と、スクリュの回転により生じる摩擦熱とにより可塑化される。スクリュの回転により、溶融体は、この溜り部内に送り込まれ、スクリュは、溜り部内の圧力が上昇するにつれて、後退する。圧力は、送り込みにより上昇する。

0072

こうして、溶融体は、例えば、スクリュに加わる反対圧力(堰き止め圧力(banking−up pressure))の作用でスクリュ摩擦が増加するため、又は、スクリュ回転数周速度)が増加するため、均質性が向上する。

0073

スクリュ摩擦が、溶融体に加わり過ぎると、合成樹脂材料が分解を起すことがあるので、スクリュ摩擦は、限定する必要がある。ガイドラインとして、最大周速度は、毎秒0.2乃至0.3mである。周速度を装置の制御器に直接入力できない場合には、適切なスクリュ回転数を、説明書から読み取ってもよい。

0074

均一な溶融が得られるようにするため、圧力は、40乃至150バールに通常設定される。スクリュが短い場合には、長さ対厚さ比は、重要であり、堰止め圧力は、スクリュが長い場合よりも、絶えず多少高く設定して、最初から均一な加熱と均質化がもたらされるようにする必要がある。通常のスクリュは、長さ対厚さ比が、18と22の間である。

0075

射出成形品は、十分に冷却されてから取り出す必要がある。取り出し温度は、材料により決まり、材料供給業者により事前に指示される。いずれの場合でも、取り出し後に、射出成形品は、反り、又は、例えば、取り出しピンによる塑性変形を起すことがないようにする必要がある。

0076

これに必要な冷却時間は、射出直前工程時間と滞留冷却時間とで構成される。射出直前工程時間で、取り出し温度までの冷却に十分であることが理想的である。しかしながら、滞留冷却時間を設け、これに応じて成形サイクル時間を延長する必要があることもしばしばある。冷却時間にとって不可欠なことは、金型温度、射出時の溶融体温度、金型の材質熱伝導性)、合成樹脂のタイプ(熱伝導性及び伝熱)、及び射出成形金型の壁厚である。中でも、壁厚の影響が最大である。冷却時間は、壁厚に応じて、合成樹脂材料製造業者から渡される図表に基づいて、合成樹脂材料に適するように定めることができる。

0077

これら2個の分離した処理工程をうまく組み合わせ、2個の別々に構成された装置を組み合わせることにより、高価値の製品が、簡単に得られる。

0078

本発明による利点は、連続して運転されるカッター付きコンパクタを非連続的に運転される軸線方向に伸びスクリュ型射出成形装置と組み合わせることであり、カッター付きコンパクタは、好ましくは、射出成形装置に直接、近傍で、中間ステージ無しで取り付けられる。

0079

本発明の一態様におけるように、合成樹脂材料が、穏やかに混合されるだけでなく加熱され、請求項1に記載するように、粘着性があり軟らかいが塊の多い状態にできる場合、このようにして予備処理された高分子材料を、スクリュ型射出成形装置に、オープン型ホッパを通じて、ばらばらに自由な流れで送り込むことはできない。正確には、このようにして予備処理された高分子材料は、予備処理されていないフレークと比べて、密度が高いので、スクリュ型射出成形装置内では、送り込みは、最適処理指針の事柄の中でも、重要事項である。

0080

したがって、予備処理された高分子材料は、カッター付きコンパクタからスクリュ型射出成形装置の取り入れ領域に直接かつ近傍で、強制的に運び込まれ送り込まれて、所望の充填が得られるようにする必要がある。こうすることにより、吸湿性合成樹脂材料、水分含有量が多い合成樹脂材料等の反応し易く不安定な合成樹脂材料を、丁寧に品質を維持したまま、処理することができる。軟化され加熱された状態では、表面面積が広い塊の多い合成樹脂材料は、酸化又は加水分解を極めて受け易い。

0081

射出成形装置にカッター付きコンパクタを強制送り込み可能にし、又は直接かつ近傍に組み合わせることによって、又は直接かつ近傍で取り付けることによって、被処理合成樹脂材料は、混合又は破砕部材により引き起こされるカッター付きコンパクタ内の移動により、射出成形装置の方向に強制移動されて、射出成形装置の取り入れ領域での高充填度を達成する。これは、軟化されたフレークは、予備処理されていないフレークに比べて充填度が高いためである。このため、一例として、射出成形装置のスクリュを短く構成できるので、成形サイクル時間を短縮でき、処理全体が、結局迅速化する。

0082

実際には、カッター付きコンパクタと射出成形装置とをこのように組み合わせて、使用済PETボトルから新品のPETボトルを製造するのに用いる。この処理は、概ね次のようにして行われる。再利用すべき使用済みPETボトルを、搬入し、必要に応じて予め徹底的に清浄化し、カッター付きコンパクタ内に運び入れる。使用済みPETボトルを構成する合成樹脂材料から汚染物質及び厄介な臭い等を除去し、さらに、湿気に対して反応し易いことが知られているPET材料の品質を維持するため、又は、粘度を増すことにより品質を向上させる必要がある場合でも、適切な再処理又はその他の処理を行う必要がある。一般に、PETボトルを混合し破砕するだけは、不十分である。再処理中、なかんずく、温度を上昇させ、高分子材料を、塊の多い状態ではあるが軟化させ、こうした状態を所定の滞留時間維持する。こうすることによってのみ、上述したように、製造される最終製品が、食品に使用するのに適したものとなり、品質要件を満たすことが確実になる。

0083

PETボトル等の嵩張る物品を製造する場合、まさに、ボトル1個当たりの製造時間は、設備効率性にとって重要である。標準的な設備でのPETボトルの製造時間は、ボトル1個当たり、約8乃至10秒である。上述したように、こうしたPETボトルは、射出成形により製造されることがしばしばである。

0084

本発明に従って装置を組み合わせることにより、1個のボトル当たりに費やす製造時間が、約2秒以上も短縮でき、20%強の時間短縮になる。大量生産品にとって、まさに、処理が少しても早くなることは重要であり、大幅な時間短縮になる。

0085

この他の処理について、本発明による装置の好ましい態様とともに、従属項に記載してある。

0086

貯留空間に溜まった合成樹脂材料の溶融体を、スクリュを軸線方向に移動させて、射出成形金型に高圧で直接射出させることによって、すなわち、スクリュを(高)圧力発生ピストンとして機能させる又は構成させることによって、費用効果の高い、簡便な処理が、もたらされる。

0087

合成樹脂材料の溶融体を、スクリュを軸線方向に移動させて、スクリュハウジングから空間的に離れているがこれと流体的に連通する射出溜に低圧力で押し込ませ、スクリュとは独立した形で接続されることが好ましいピストンにより射出溜から合成樹脂材料の溶融体を、高圧で射出成形金型に射出するによって、成形サイクル時間が短縮され、スループットが増大する。射出は、構造的に分離された射出溜を備える装置を通じて行ってもよい。

0088

合成樹脂材料が、本発明による処理工程を全て施され、すなわち、予備処理及び本処理をされ、及び/又は真空状態又は保護ガス内に移動され、及び/又は射出されることによって、合成樹脂材料が、酸化又は加水分解により分解することが防止される。

0089

この点、ハウジングが、収容容器の取出し口に、例えば、半径方向又は接線方向に、特に、直接的に、好ましくは、気密状態に又は真空状態で取り付けられた取入れ口を備え、取出し口は、好ましくは、収容容器の底部領域近接して、特に、破砕又は混合部材の高さ位置で、前記側壁に設けられるようにした、簡便な構成を取ることが特に好ましい。

0090

さらに、少なくとも1個のフィルタが、スクリュと射出成形金型の間に設けられ、及び/又は、スクリュ型射出成形装置が、戻り止め装置、特に、逆止め弁の形をしたものを、射出溜とスクリュ及び/又は通路と間に備えることが、好ましい。

0091

さらに、収容容器は、連続的に運転され、スクリュ型射出成形装置は、断続的に運転されることが好ましい。

図面の簡単な説明

0092

射出溜を備えない、本発明による装置の第1実施形態を示す。
射出溜を備えた、本発明による装置の第2実施形態を示す。

実施例

0093

本発明を、図面に示した好ましい実施の形態に基づき、例示的に、つまり実施の形態に限定されることなく、説明する。

0094

図1に示す装置は、基本的に、反応器又はカッター付きコンパクタ1とスクリュ型射出成形装置10とからなり、後者は、前者に直接、特に真空状態を維持して、取り付けられ、図では、一部を示してあり、先に詳しく記載したように構成される。この好ましい組み合わせによれば、プレフォームを、例えば、フレーク状のPET材料等の合成樹脂材料から製造できる。

0095

こうした反応器1内での合成樹脂材料の混合及び加熱に関しては、反応器又はカッター付きコンパクタ1及びその機能については、既に詳述した通りであり、この実施形態にも当てはまり、破砕又は混合部材12が、縦軸8を中心として回転するように設けられ、破砕又は混合部材は、合成樹脂材料を破砕し混合するように作用する作用縁を備える。この破砕又は混合部材を用いて、カッター付きコンパクタ1内に収容された高分子材料は、混合され、機械的エネルギを加えられることにより、高分子材料は、溶融されることなく加熱されるとともに、混合され運動させられる。こうした処理は、真空状態で行われる。こうした手段により、確実に、PET、PLA等の吸湿性材料が、乾燥され、PS等のアモルファス材料の結晶化も可能性がある。また、無毒化又は汚染除去も達成される。さらに、極限粘度は、例えば、2段階システムによって、予め乾燥させたPETフレークを反応器1に供給することにより、増やすことができる。こうした前処理後に、合成樹脂材料をスクリュ型射出成形装置10内に充填する。

0096

カッター付きコンパクタ1に取り付ける射出成形装置は、いわゆるスクリュ型射出成形装置10である。この射出成形装置及びその機能については、既に詳述した通りであり、この実施形態にも当てはまる。スクリュ型射出成形装置10は、ハウジング17内に支持されたスクリュ16を備える。図1には、射出溜35を備えない実施の形態が、示され、図2には、射出溜35を備える実施の形態が、示されている。スクリュ16の取入れ口27は、ほぼ破砕又は混合部材12の高さ位置に、又は、底部と破砕又は混合部材12の高さ位置の間に位置付けられ、好ましくは、少なくとも1経路で、カッター付きコンパクタ1に接続され、容器の内部空間内での真空及び/又はガス処理を可能にする。取入れ口27は、接線方向で、気密又は真空状態に収容容器1の取出し口15に直接取り付けられる。さらに、スクリュ16のハウジング17は、駆動部側でも気密状態になっている。射出成形側は、溶融体が、気密化の役目を果たす。

0097

一般に、射出成形装置は、2個のユニット、すなわち、合成樹脂材料粒子を製造し、これに圧力を掛けて金型に射出する射出ユニット又は可塑化ユニットと、金型を取り付けて金型を開閉する開閉ユニットとで構成される。図1及び2では、射出又は可塑化ユニットのみを示してある。

0098

ハウジング17の内径は、スクリュ16の外径に等しい。カッター付きコンパクタ1は、ハウジング17の後部領域に設けられる。スクリュ16は、モータ20により駆動される。

0099

取入れ口27を通じて、加熱又は軟化されているが、まだ塊が多い、前処理された材料が、ハウジング17内に入る。モータ20により駆動されて、スクリュ16は、ハウジング17内で回転して前処理された材料を先端に送り出す。熱可塑性合成樹脂材料の射出成形では、ハウジングを、必要に応じて外部から電気ヒータにより加熱する。こうした加熱とスクリュ16の幾何学的形状により、合成樹脂材料粒子は、送り出されるだけでなく、裁断もされ、合成樹脂材料は、溶融され、可塑化され、均質化される。

0100

ハウジングの先端には、ノズル25(図1に図示せず)があり、金型への移行部分を構成する。

0101

射出直前工程では、多くの場合、溶融された成形材料は、通常ノズル25に取り付けられる一方向弁を通じて送り出されるが、貯留領域内では一方向弁の前で貯留される。成形材料用に充分な貯留スペースをもたらすために、スクリュ16には、若干の圧力(貯留用圧力)を軸線方向に掛けて、カッター付きコンパクタ1とモータ20側に後退移動できるようにし(矢印参照)、一方向弁とノズル25との間に、合成樹脂材料が溜まる、いわゆる溜り部26を形成する。貯留用圧力を、溶融体に掛けることにより、溶融体は、凝縮化され、スクリュ16を後退させなくなる。溶融体が加える圧力は、スクリュ16を後退させる。

0102

次の射出成形段階では、スクリュ16は、ノズル25の側に軸線方向に押圧される結果、一方向弁が、閉じて、溜められた合成樹脂材料が、ノズル25を通じて金型に射出される。

0103

スクリュ型射出成形装置10は、このように、断続的に動作し、図2に示す実施の形態とは異なり、射出溜35を備えない。

0104

この実施の形態は、簡便で費用効率の高い構成である。必要に応じて、溶融体を濾過するフィルタを設けてもよい。

0105

図2には、スループットを高くすることができる、別の実施の形態を示してある。この実施の形態では、溶融材料は、スクリュ16からハウジング17の外へ通路37(必要に応じて、通路には、一方向弁を備えてもよい)を通じて、射出溜35に押し出され、射出溜の上流に設けられ、スクリュとは独立して作動するピストン36により、ノズル25を通じて高圧で金型に射出される。

0106

この場合、ノズル内での溶融体生成の射出時間活用することにより、成形サイクル時間を削減する。

0107

両方の実施の形態において、カッター付きコンパクタ1は、連続的に運転され、射出成形押出機は、断続的に運転される。溶融体を濾過する装置は、設けてもよい。

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