CN103068685A

CN103068685A - 具有过厚的拱状环形部分的容器

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Publication number: CN103068685A
Application number: CN2011800404480A
Authority: CN
Inventors: C·贝莱克; M·德里安; G·弗约莱; I·马约
Original assignee: Sidel SA
Current assignee: Sidel SA
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: US20130193102A1; EP2630046B1; CN103068685B; WO2012038642A1; EP2630046A1; FR2964951B1; FR2964951A1

Abstract

一种热塑性材料容器（14），容器具有沿着主轴（A）延伸的主体，其特征在于，主体具有至少一过厚的拱状环形区域（20）。

Description

具有过厚的拱状环形部分的容器

技术领域

本发明涉及从塑料材料如聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）的粗坯（通常是预型件，尽管其可能涉及中间容器）成形的容器的制造，容器特别是瓶子、小瓶。

背景技术

容器的制造包括两个主要步骤：一加热步骤，在该加热步骤中，粗坯曝露于在红外线中辐射的辐射源的电磁辐射；随后是一成形步骤，在该成形步骤中，承压流体（特别是气体）被注入如此加热的粗坯中，以给粗坯提供最终容器形状。

通常寻求获得容器的良好材料均匀性——即壁体的厚度基本上恒定——以保证容器的良好机械强度。然而，对于某些应用，可能期望不是通过寻求材料均匀性，而是相反地在周边区域上的容器壁中实施过厚来达到该目的，如在以申请人名义提交的法国专利FR2703944（和在其同族美国专利US5681521）中所描述的。

在实际中，配有周边过厚的这类容器的机械强度并不明显大于形状相同不过厚度恒定的容器的机械强度。结果的这种相对平庸性并不使对加热设备的昂贵技术改变变得合理，特别地，如在专利FR2703944中所描述的，布置与加热部件相面对的交替的反射区域和非反射区域。

发明内容

本发明特别是旨在改进容器的机械性能。

为此，本发明提出一种热塑性材料制成的容器，所述容器具有主体，主体沿着主轴延伸，在其中，主体具有至少一过厚的拱状环形区域。

可以观察到，这类容器特别是对椭圆化的耐抗性大，这允许握持，而不具有大的压碎风险。

拱状环形区域可以具有变化的壁体厚度。

根据一实施方式，容器具有球状环形区域和拱状环形区域的交替，拱状环形区域的总直径小于球状区域的总直径。

球状区域例如具有朝向容器的内部的凹度，而拱状环形区域具有朝向容器的外部的凹度。

根据一实施方式，拱状环形区域的壁体厚度大于球状环形区域的壁体厚度。

此外，拱状环形区域的轴向延伸部分可以小于球状区域的轴向延伸部分。例如，在拱状环形区域的轴向延伸部分和球状区域的轴向延伸部分之间的比例在1和5之间。

球状区域可以具有基本上恒定的壁体厚度。

至于拱状区域，拱状区域可以：

－局部地，壁体厚度等于或大于球状区域的壁体厚度的两倍；

－总直径基本上相等。

附图说明

通过阅读以下参照附图进行的说明，本发明的其它目的和优点将显示出来，附图中：

－图1是透视图，局部地示出一加热单元，加热单元包括覆盖点状红外辐射源的壁体，预型件在该壁体前面行进；

－图2是图1的加热单元的立视图；

－图3是图2的加热单元沿着剖面III-III的横向剖视图；

－图4是简图，在中心示出被选择性加热的预型件，在左侧是示出面对预型件由辐射源辐照的强度廓线的图表，而在右侧是示出预型件的温度变化的温度图；

－图5是剖视图，以虚线示出预型件和以实线示出成形的容器；插图以放大比例示出容器壁的某些细部；

－图6是示出容器的一实施变型的剖视图。

具体实施方式

在图1到图3上示意性地示出行进中的容器粗坯2的加热单元1。粗坯2在此情形下是预型件，不过可涉及已经受临时成形操作和用于经受一个或多个后续操作以获得最终容器的中间容器。

以热塑性材料如聚对苯二甲酸乙醇酯（PET）制造的每个预型件2，包括颈部3和主体4，颈部不（或略微）经受加热且其形状是最终的，与颈部3相反，主体通过半球形底部5终止。

在颈部3和主体4的接合处，预型件2具有凸边6，在容器的多个制造步骤预型件2通过该凸边悬挂。

不过在加热单元1中，预型件2固定在称为转盘的枢转支架上，转盘带动预型件2围绕其主轴A转动，以将整个主体4置于加热。

在图1到图3上，示出颈部3朝上的预型件2，不过这种示意是随意的和示例性的，预型件2可以是颈部3朝下取向的。

加热单元1具有辐射壁7，预型件2面对辐射壁行进。该辐射壁7覆盖有多个电磁辐射源8，电磁辐射源在红外线的范围中同时单频地（或伪单频地）和向预型件2定向地辐射。

在理论上，单频辐射源是辐射单频正弦波的理想辐射源。换句话说，其频谱由谱宽为零的唯一谱线组成（Dirac）。

在实际上，这类辐射源并不存在，实际的辐射源最好是准单频的，即其频谱在谱宽较小不过非零的频带上延伸，所述频带以主频为中心，在主频上的辐射强度是最大的。在本说明书中，这类实际辐射源被称为单频辐射源。

此外，在本说明书中，将在离散频谱上准单频地辐射的辐射源定义为“伪单频的”，所述离散频谱包括以不同的主频为中心的多个窄带。也述及多模辐射源。

实际上，辐射源8是通过并置和叠置进行组织以形成矩阵9的红外激光二极管。根据一优选的实施方式，矩阵9是垂直腔面发射激光二极管8矩阵（VCSEL，垂直腔面发射激光器），每个二极管8例如辐射波长位于短红外线和中红外线范围内——例如大约1μm——的瓦特级的额定单位功率的激光束10。

在预型件的范围内，二极管8可被考虑作为点辐射源，每个点辐射源发出一定向辐射，即呈光束10的形式，光束的顶部立体半角是闭合的，优选地在10°到60°之间。光束10可以是回转对称的（即截面是圆形的），或不是回转对称的（例如截面是椭圆形的）。

本专利申请的目的不在于详细描述二极管8矩阵9的结构。这是为什么以一板体的形式简化地示出矩阵9，二极管8以点的形式出现。

加热单元1被设计成允许对由每个二极管8，或由二极管组辐射的辐射功率（也是说强度）进行调制。

在此情形下，矩阵9被细分为叠置的多个区域9A、9B、...、9I，每个区域集组多行二极管8——其功率是相同的和同时进行调制。这类调制可以通过电子途径实施，每个区域9A、9B、...、9I的二极管8的功率例如在一监控器上是可视的。该监控器可是触摸式的和对于每个区域显示一光标，光标的滑动引起由区域9A、9B、...、9I的二极管8所辐射的辐射功率调制到在一预定最小值P_min（例如零）和例如对应二极管8的额定功率的一最大值P_max之间的一值。

在图2上示出将矩阵9细分为相等高度的叠置区域9A、9B、...、9I的一特定情形，所述叠置区域在附图上通过在右侧可视的大括号标出。在附图上可以看见预型件2的主体4的高度小于矩阵9的高度，矩阵的高度实际上适于不同高度的预型件2的加热。同样地，在附图上示出面对预型件2和其辐射能够到达预型件的工作区域9A、9B、...、9I；位于下方的区域被认为是无作用的，即或者这些区域是完全熄灭的，或者当最小值P_min不为零时，其功率在默认情况下被调到该最小值。随机性地，出于清晰的目的，在图1到图3上示出的二极管8的密度较小，如每个区域9A、9B、...、9I仅仅包括三行二极管8。实际上，VCSEL板体上的二极管的密度相当大，每个区域9A、9B、...、9I可以包括远远多于三行的多行二极管8。

期望进行每个预型件2的选择性加热，以获得主体4的壁体温度沿着其主轴A的变化，更为确切地说，热的和冷的环形区域（或段部）4A、4B、...、4I交替。

为此，交替地将区域9A、9B、...、9I的功率调节到一高值（等于最大值或接近最大值，即具有10%或20%的衰减）和一低值（等于最小值或接近最小值，即具有10%或20%的增加），可以注意到上部区域9A和下部区域9I被调节到高值，上部区域与主体4的颈部下方的区域相对，下部区域与底部相对。将二极管8和其二极管8的功率被调节到高值的区域定义为“点亮的”，将二极管8和其二极管8的功率被调节到低值的区域定义为“熄灭的”。功率图表在图4的左侧是可视的。可以看见该图表是锯齿状的。

这种调节也在图3上示出，在其中，示出通过点亮的区域9A、9C、9E、9G、9I的二极管8辐射的光束10，熄灭的二极管8被认为不发出任何辐射，或发出的辐射过弱而不加以考虑。

可以看见，即便存在通过每个二极管所辐射的光束10的幅散，光束围绕对应光束10的立体角的等分线的轴线X辐射（该等分线垂直于矩阵9的内表面和预型件2的主轴A），主体4的段部4B、4D、4F、4H并不经受矩阵9的直接辐射。将主体4的经受二极管8的直接辐射的段部4A、4C、4E、4G、4I定义为“照亮的”，将主体4的不经受二极管8的直接辐射的或经受较弱辐射的段部4B、4D、4F、4H定义为“未照亮的”，所述较弱的辐射是不与该段部相面对的和其功率分布是高斯分布的二极管8的边缘辐射。

如果与预型件2本身相关的光学效应（衍射，散射，反射）被认为是可以忽略的，未照亮的段部4B、4D、4F、4H的实际存在取决于多个可调节的参数，特别是：

－光束10的立体角，

－点亮的区域9A、9C、9E、9G、9I的高度和熄灭的区域9B、9D、9F、9H的高度（相当于在点亮的区域9A、9C、9E、9G、9I之间的间距），

－预型件2与矩阵9的距离，

－可能存在的与矩阵9相面对的反射器。

此外，可能存在的与矩阵9相面对的反射器也可对沿着预型件2的辐射分布具有影响。

本领域的技术人员从而可调节这些因素，以获得照亮的段部4A、4C、4E、4G、4I和未照亮的段部4B、4D、4F、4H的所期望的交替。

在图3上的示例中，点亮的二极管8的立体角大约为22°；区域9A-9I（点亮的或熄灭的）的高度和预型件2与矩阵9的距离如下：在主体上出现照亮的段部4A、4C、4E、4G、4I和未照亮的段部4B、4D、4F、4H的交替。吸收板（或反射板）水平地布置在位于辐射壁7和预型件2之间的空隙中，位于凸边6处，以防止颈部4被红外线辐射。

由于点亮的二极管8的光束10的幅散，光束交迭和结合，以对于每个点亮的区域9A、9C、9E、9G、9I行成多重光束，多重光束的功率分布是高斯分布类型的：在中心最大而在边部逐渐减小。这是为什么由预型件2实际接收的辐射功率并不精确地对应在图4的左侧示出的图表的辐射功率，而是在以下最大值和最小值之间具有连续的变化：

－最大值，定位在照亮的段部4A、4C、4E、4G、4I的中心点，位于对应的点亮的区域9A、9C、9E、9G、9I的中线上，和

－最小值，定位在未照亮的段部4B、4D、4F、4H的中心点，位于对应的熄灭的区域9B、9D、9F、9H的中线上。

与位于左侧的功率图表相对，在图4的预型件2上示出，灰色的未照亮的段部4B、4D、4F、4H，和白色的照亮的段部4A、4C、4E、4G、4I。如这在附图上可视的，照亮的段部和未照亮的段部沿着主体4的主轴A交替。通过阅读前面的阐述，可以理解该附图是示意性的。实际上，照亮的段部和未照亮的段部也不是这样分明的，这是因为由预型件2所接收的辐射的变化是连续的。

与预型件2相对，在图4的右侧图表上，一温度图示出主体4的壁体温度的变化，如曝露于位于附图左侧的图表的红外线辐射的主体。该图表示意由预型件2实际吸收的辐射功率。可以观察到，温度图具有基本正弦形的廓线，具有对应照亮的段部4A、4C、4E、4G、4I的中心的峰值12（即最大值）和对应未照亮的段部4B、4D、4F、4H的中心的谷值13（即最小值）的交替。

根据所选定的二极管类型（即根据二极管8的额定功率和光束10的立体角），点亮的区域9A、9C、9E、9G、9I的功率调节和预型件2与矩阵9的距离调节被选择成使得对应峰值12的温度明显大于材料的玻璃转化温度（在PET的情形下其大约为80℃），而对应谷值13的温度大于玻璃转化温度T_g，不过接近玻璃转化温度。

表述“明显大于”意味着峰值12的温度比玻璃转化温度大至少20%；术语“接近”意味着谷值13的温度比玻璃转化温度大不超过10%。此外，颈部3不是被照亮的（或非常少地被照亮，这是由于颈部被板体隔离），颈部的壁体温度较小，即接近周围环境温度。

因此，在加热结束时，预型件2的主体4具有热段部（对应照亮的段部4A、4C、4E、4G、4I）和相比较而言较冷段部（对应未照亮的段部4B、4D、4F、4H）的交替，热段部的壁体温度（基本上在段部的中线上测得的温度）明显大于材料的玻璃转化温度，相比较而言较冷段部的温度（同样基本上在段部的中线上测得的温度）接近玻璃转化温度T_g。换句话说，主体4具有其变形性强——由于温度明显大于玻璃转化温度——的段部（热段部）和其变形性弱———由于温度接近玻璃转化温度——的段部（冷段部）的交替。

当容器14的成形以自由膨胀实施时，即容器的成形不是在一模具——在容器的模腔配有侧壁——内进行，如此加热的预型件2显示出令人惊奇的结果。实际上，吹制可以是：

－完全地自由的（图5），即不存在任何侧导向面或下导向面——在成形时材料可贴靠所述侧导向面或下导向面，无论在容器14的主体4处或底部5处，或

－局部地自由的，即，尽管在容器的模腔不存在任何壁体，但是具有一表面，容器可局部地撑靠在该表面上，如：

－圆柱形卡钳，其保证对展开的气泡的轴向导向和对气泡直径的限制，或

－模具底部15，其被构型以在容器的底部5上形成一底座16（例如环形的，如在图6上所示），底座用于保证置于一平坦面上的容器14的稳定性。

实际上，热的预型件2只是被安装在支架17上，通过其凸边6悬挂在支架上。继而承压流体（例如气体，如空气，或液体）通过喷嘴18注入预型件2中，喷嘴覆盖颈部3，密封地压靠在支架上。以合适压力注入流体引起容器14的吹制。

可以看见，该最终容器14具有环形球状区域19和环形拱状区域20的交替，环形球状区域（在下文中被称为球状体）的凹度朝向容器14的内部，环形拱状区域20（或变窄的，在下文中被称为腰带体）的凹度朝向外部，腰带体的总直径小于球状体19的总直径。因此可以注意到，容器14的壁体的曲度在球状体19和腰带体20之间倒置。

在图5上可以看见，和更为确切地在右侧的细部图上可以看见：

－腰带体20的壁体厚度大于球状体19的壁体厚度；

－腰带体20的轴向延伸部分或高度h1明显小于球状体的轴向延伸部分或高度h2，比例至少为1到3（在附图上的容器14的下部分中），甚至1到5（在容器14的上部分中）；

－球状体19的壁体厚度基本上是恒定的；

－相反地，腰带体20的壁体厚度是可变化的，腰带体20在径向截面上具有增大的月牙形状，在垂直于主体4的主轴A的中平面P中具有最大厚度e；

－容器14在腰带体20的中平面P处的壁体厚度等于或大于容器在球状体19处的壁体厚度的两倍；

－所有的腰带体20的总直径D1基本上相等；

－同样地，除了颈部之外，球状体的总直径D2基本上相等，大于腰带体的总直径。

球状体19对应预型件的变形性强的热段部4A、4C、4E、4G、4I；腰带体20对应变形性弱的冷段部4B、4D、4F、4H。

在吹制时可以观察到，冷段部4B、4D、4F、4H（变成腰带体20）以一轴向导向件的方式作用，以展开球状体，球状体通过在由颈部3注入的流体的压力下的预型件2的变形，以逐渐地将其形状提供给最终容器14。实际上，随着球状体展开，腰带体20保留其稳度（assiette），即腰带体保持在垂直于预型件2的主体4的主轴A的平面中，同时随着逐渐分开的球状体19展开，腰带体相互轴向地分开。

冷段部4B、4D、4F、4H的变形足以在中等压力（小于10巴，甚至大约5巴）下合适地径向地拉伸，且可以观察到，如这在图5和图6上所示，在腰带体20处，预型件2的直径的增大是相当大的。

相反地，考虑到接近玻璃转化温度T_g的其材料温度，冷段部4B、4D、4F、4H的变形不足以进行基本上轴向地拉伸。因此，轴向拉伸较弱，小于50%（即容器的腰带体20的高度小于预型件2的冷段部4B、4D、4F、4H的高度的1.5倍）。可以观察到，在腰带体20处，容器14的壁体厚度基本上等于（实际上勉强小于）预型件2的壁体厚度。

最后，最终容器的腰带体20的材料基本上在径向方向上单向取向，而球状体20的材料是同时在径向上和轴向上双向取向的。

在腰带体20的直径D1和球状体的直径D2之间的比例D1/D2在3/5（特别是在容器14的上部分中，在颈部处）和4/5（特别是在容器14的下部分中）之间。

如已看见的，吹制可以是完全自由的（图5），容器14从而具有呈球形帽状的底部21，这是由于底部的展开不受任一壁体限制。

吹制也可以是局部地自由的（图6），容器14的底部21通过在预型件2的主轴A中布置的模具底部15被构型，在吹制结束时材料贴靠该模具底部。在示例中，模具底部15具有鼓起的中心部分22（例如呈球形帽状），以在容器的底部21上形成朝向容器14的内部凸出的凹形拱形体23，并且其周沿形成一环形底座16，通过该环形底座容器14可稳定地置位于一平坦表面上，如桌子上。

在下文中概括了在上文所述的方法的公认优点和其效果。

首先，通过定向单频辐射源（如激光器）的红外线辐射对预型件2的选择性加热足够精确，以获得在良好界定的交替的热段部和冷段部之间的显著温度变化，这如与在前述的法国专利FR2703944中所描述的常见加热相反，在其中，温度变化是极其渐进的。如已看见的，甚至可能一点未照亮预型件2的某些段部，尽管通过在照亮的段部附近的热传导变热，这些段部仅仅加热到勉强大于材料的玻璃转化温度T_g的受控温度。这些冷段部4B、4D、4F、4H的变形性弱，与在预型件2上的冷段部4B、4D、4F、4H和预型件上的热段部4A、4C、4E、4G、4I的交替相结合，允许在自由吹制时，保证对膨胀的气泡的精确轴向导向，而没有显著的偏差。这不是常见的自由吹制中的情形，如在法国专利FR2848906（Sidel）中所描述的，在其中，经常注意到在主轴外的气泡偏差，这产生形状不受控的容器（最为常见的整体上呈豆形）。

第二，自由吹制不损害容器14的结构刚度而进行。因此，上文所描述的和在图5和图6上所示的容器14的刚度是突出的。这源于：

－首先，容器14的多环节形状，具有球状体19和腰带体20的交替；

－在腰带体20处的材料过厚，其对变形（特别是对椭圆化）的耐抗性非常高；

－球状体19的几何形状，其不受限制的展开产生自然地稳定的和高强度的球形形状（特别是在轴向方向上）。

试验揭示：对于引起容器14的变形（特别是椭圆化）所需的挤压力明显大于通常握持容器14以进行正常使用（操作、储存、拔塞、倒空）的力。如此获得的容器14相对于通过如在前述的法国专利FR2848906中所描述的常规自由吹制所获得的容器构成重大进步，在后者的情形中，容器的机械稳定性非常弱，最弱的握持也引起壁体凹进。

第三，如试验所揭示的，借助于选择性加热的精度，整个容器制造工序具有突出的可重复性，可能在来自同一工序（对辐射的调节和吹制压力的调节相同）的两容器14之间存在的可能差异用肉眼是难以察觉的。从而，与以模具实施的吹制相比，不会对所感觉的任何品质损失感到遗憾，所述方法因此是可大规模工业化的。

第四，考虑到模具的成本以及其设计、其安装和其维护所经历的时间，不存在模具允许显著经济地进行实施。该优点在上文所述的已知的自由吹制中显得是潜在的，不过容器的外观缺陷——所使用的方法所固有的——使其受限于容器的外观不是极重要的某些市场。相反地，通过上文所述的方法，所获得的容器具有这样的外观，如果会作为进行完善的对象，其在球状体的所有方面上是可接受的，包括在容器的外观是极重要的市场上。

第五，如已看到的，成形可以中等压力（小于10巴，甚至大约5巴）实施，这明显小于当成形在一模具中实施时所要求的高压（大于20巴，否则，容器挨着模具壁体的取形不是完整的）。由此使得，显著节约能量，吹制可在如有需要可降压到7巴的常规气动供压的基础上实施，而常规的成形要求专用的、耗能的和需要严格的安全检测的气动线路。

Claims

1.一种热塑性材料容器（14），所述热塑性材料容器具有主体，所述主体沿着主轴（A）延伸，其特征在于，所述主体具有球状环形区域（19）和过厚的拱状环形区域（20）的交替，所述拱状环形区域的总直径小于所述球状环形区域（19）的总直径。

2.根据权利要求1所述的热塑性材料容器（14），其特征在于，所述拱状环形区域（20）具有变化的壁体厚度。

3.根据权利要求1或2所述的热塑性材料容器（14），其特征在于，所述球状环形区域（19）具有朝向所述热塑性材料容器的内部的凹度，而所述拱状环形区域（20）具有朝向所述热塑性材料容器（14）的外部的凹度。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的热塑性材料容器（14），其特征在于，所述拱状环形区域（20）的壁体厚度大于所述球状环形区域（19）的壁体厚度。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的热塑性材料容器（14），其特征在于，所述拱状环形区域（20）的轴向延伸部分小于所述球状环形区域（19）的轴向延伸部分。

6.根据权利要求5所述的热塑性材料容器（14），其特征在于，在所述拱状环形区域（20）的轴向延伸部分和所述球状环形区域（19）的轴向延伸部分之间的比例在1和5之间。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的热塑性材料容器（14），其特征在于，所述球状环形区域（19）具有基本上恒定的壁体厚度。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的热塑性材料容器（14），其特征在于，所述拱状环形区域（20）的局部的壁体厚度等于或大于所述球状环形区域（19）的壁体厚度的两倍。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的热塑性材料容器（14），其特征在于，所述拱状环形区域（20）具有基本上相等的总直径。