JP2003526544A - プリフォームの温度制御方法及び温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の方法及び装置は、熱可塑性材料からなるプリフォームの温度を制御するために利用することができる。このプリフォームは、ブロー成形して容器とするものである。プリフォームは、その外周に沿って温度分布を付与され、温度制御下の工程中、並進路に沿って案内され、少なくとも一つの加熱装置を通過する。さらに少なくとも時折、プリフォームをその長手軸を中心として回転させる。この回転動の制御は、少なくとも時折、並進動とは独立して行なう。並進動は、プリフォームのより高い温度に付すべき外周領域が、より低い温度に付すべき外周領域よりも長時間加熱装置に向けられるように制御される。この制御装置は、プリフォームの回転速度の所望値の推移を一時的に変更するための所望値発生装置を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、熱可塑性材料からなるプリフォームの温度を制御するための方法に
関する。このプリフォームはブロー成形によって容器とするものであり、その外
周に沿ってある温度分布を付与され、並進通路に沿って案内されて少なくとも一
つの加熱装置を通過すると共に、少なくとも時折長手軸を中心として回転される
。

【０００２】 本発明はさらに、熱可塑性材料からなるプリフォームの温度を制御するための
装置に関する。この装置は、少なくとも一本のプリフォーム搬送通路と、プリフ
ォームの外周方向にある温度分布を付与する少なくとも一つの加熱装置とを備え
、さらにプリフォームを回転動させるための回転駆動装置と、プリフォームを案
内して加熱装置を通過させる並進駆動装置とを備える。

【０００３】 この種の方法は、例えば断面形状が円形ではない容器を製造するために用いら
れているものである。円形ではないとは、例えば楕円形の断面、又は例えば三角
形や四角形の断面を有する容器を製造することが挙げられる。

【０００４】 この種の非円形容器の製造は、米国特許第3,775,524号に既に記載されている
。まず、プリフォームを対称的に温度制御し、次いで選択した領域において選択
的に温度を上げる。プリフォームの外周方向において温度分布を付与するさらに
別の例が、米国特許第3,632,713号、同第3,950,459号、及び同第3,892,830号に
も記載されている。選択的温度勾配を付与することによって温度調節することは
ドイツ特許第3314106号に記載されている。

【０００５】 二つのプリフォームを同時に外周方向に温度調節することが、米国特許第5,29
2,243によって知られている。ヨーロッパ特許第620,099号には、プリフォームの
温度調節に関する従来技術の方法の組合せが記載されている。この文献には特に
、交互に配置された加熱エレメント及び冷却領域中にプリフォームを通すにあた
って、各加熱装置の距離や寸法を、その中を通過するプリフォームの並進速度や
回転速度と連動させて調節することによって、所望の温度分布とすることができ
るように、プリフォームを案内することが記載されている。しかしながら、この
ような配置では、不必要に広い場所が必要となり、多くのパラメーターを互いに
正確に調節しなければならず、様々な製品仕様に合わせるために非常に費用がか
かることがわかっている。

【０００６】 ドイツ特許公開第19608570号には、温度分布を付与するプリフォームを段階的
に回転させることにより、シンプルな構成とした方法が記載されている。ドイツ
特許公開第19757818号には、プリフォームを支持エレメントで固定し、この支持
エレメントを、長手軸を中心として連動した態様で湾曲した軌道に沿ってガイド
ローラーによって回転させることによって、外周方向に温度分布を付与する方法
及び装置が記載されている。この形式の装置は、一つの加熱ユニット当たり多数
のプリフォームの温度を制御するのに特に適しているが、これも製品仕様の変更
に合わせて変更を行なうのに比較的高い費用がかかる。

【０００７】 従って本発明の目的は、低コストの変更で様々な製品仕様に合わせることがで
きるように、上記形式の方法を改良することにある。

【０００８】 本発明によれば、この課題は、回転動を少なくとも時折並進動とは独立して制
御し、より高い温度を付与しようとするプリフォームの外周領域が、より低い温
度を付与しようとする外周領域よりも、より長時間加熱装置に向けられるように
、並進動を制御することによって解決することができる。

【０００９】 本発明のさらなる目的は、様々な外周形状を有する容器を容易に製造すること
ができるように、上記形式の装置を構成することにある。

【００１０】 本発明によれば、この課題は、回転駆動装置が並進駆動装置とは独立して作動
する制御装置を備えており、この制御装置が、プリフォームの回転速度の所望値
の推移を一時的に変更するための所望値発生装置を備えていることによって解決
することができる。

【００１１】 プリフォームの回転動と並進動とを独立させることにより、各加熱装置を空間
的に非常にコンパクトに配置することができ、しかも外周方向に温度分布を付与
するための設計の幅を非常に広げることができる。一時的な回転速度パターンを
実際にプリセットすることにより、所定の温度分布を非常に正確に実現すること
ができる。特に、比較的厳しく範囲制限されたストリップ状の高温領域と低温領
域とを連続的に設けることができるだけでなく、高温に制御された領域と低温に
制御された領域との間の移行領域に、正確に温度パターンを規定することもでき
る。この形式の方法は、外周形状が複雑な容器を製造する場合に特に有利である
。

【００１２】 生産能力の低い生産設備を設立する場合には、プリフォームが所定のタイミン
グで加熱装置を通過するように案内すると有利である。

【００１３】 ワンステップでプリフォームから容器を製造するための製造システムに組み込
まれた加熱装置とする場合には、少なくとも二つのプリフォームを所定のタイミ
ングで同時に搬送することが好ましい。

【００１４】 動的プロセスを単純化するために、プリフォームを、並進動を中断している間
に回転させることを提案する。

【００１５】 生産能力の高い生産設備においては、回転動を少なくとも時折、並進動と一部
同時に行なうことも可能であると考えられる。

【００１６】 回転動を段階的に行なうことによっても、動きの制御を単純化することができ
る。

【００１７】 本発明の方法の他の変更例では、回転動を少なくともある区間では連続的に行
なう。

【００１８】 複雑な外周形状の容器を容易に製造するためには、少なくとも時折、周速を変
えながら回転動を行なうことが望ましい。

【００１９】 回転方向を変えながら回転動を行うことによって温度分布を設定する場合には
、設計の幅をさらに広げることができる。

【００２０】 外周方向に非対称的な温度分布とするためには、基本的にプリフォームを予め
設定した方向から加熱するのが良いことがわかった。

【００２１】 実質的に対向する二方向からプリフォームを加熱することにより、さらに加熱
効率を高めることができる。

【００２２】 プリフォームに機械的損傷を与えないように、プリフォームを支持エレメント
に固定した状態で、加熱エレメント中を通過するように案内する。

【００２３】 加熱装置に熱放射装置を設けることにより、加熱の強さをさらに高めることが
できる。

【００２４】 支持エレメントにその各回転位置を設定するための案内用の輪郭部を設けるこ
とによって、支持エレメントを容易に配置することができる。

【００２５】 回転駆動装置を歯車駆動装置として構成することにより、回転動を設定する際
の精度をさらに高めることができる。

【００２６】 回転駆動装置に回転駆動エレメントを設けることにより、機械的構造をさらに
簡素化することができる。

【００２７】 同期装置のある領域でプリフォームの温度を制御する場合、並進通路に沿って
回転駆動装置によって位置決めされる少なくとも一つの回転プレートを配置する
ことによって、回転動を補助することができる。

【００２８】 少なくとも二つの回転板を並進通路に沿って配置し、回転板の間に湾曲部を設
けることにより、並進通路を、回転動を行なう領域と回転動を行なわない領域と
に分割することができる。

【００２９】 回転駆動装置をサーボ駆動装置とすることにより、制御の簡便性及び精度を高
めることができる。

【００３０】 特に、回転駆動装置をステッピングモーターとすることが意図されている。

【００３１】 本発明の実施態様を添付図面に概略的に示す。

【００３２】 図１は、ブロー成形装置の加熱通路（２）領域内に配置された位置決め装置（
１）の原理を示す図である。この位置決め装置（１）は、湾曲セグメント（３）
と回転板（４）とからなる。図２に示すように、湾曲セグメント（３）と回転板
（４）は、プリフォーム（６）の並進通路（５）に沿って交互に配置されている
。湾曲セグメント（３）と回転板（４）には、図２に示すように、プリフォーム
（６）の支持エレメント（９）に固定されたガイドローラー（８）を配列するた
めの案内溝（７）が設けられている。

【００３３】 回転板（４）は、歯付きベルトシステム、駆動チェーン、その他の適当な駆動
エレメントと相互作用する歯車（図１では見えない）を備えている。歯付きベル
ト（１０）は回転駆動装置（１１）によって位置決めされる。

【００３４】 この実施態様において、回転板（４）には、センサー（１３）で検出するため
の標識（１２）が付いている。センサーは、この標識（１２）をモニターして、
回転板（４）を確実に所定の向きとする。

【００３５】 加熱装置（１４）は、並進通路（５）に沿って両側に配置しても、片側に配置
してもよい。この加熱装置（１４）には、例えば赤外線放射装置を設けてもよい
。原理的には、例えば高周波発生装置や熱風ブロアー等、他の加熱手段も使用可
能である。

【００３６】 支持エレメント（９）の好ましい実施態様の構成を、図２の縦断面図に示す。
支持エレメント（９）は保持エレメント（１５）によって位置決めされ、この保
持エレメントは、ブラケット（１６）領域において回転ベアリング（１７，１８
）によって支持エレメント（９）に連結されている。図に示す実施態様では、プ
リフォーム（６）は、支持エレメント（９）に対して上から垂直方向に設置する
ことができる。ガイドローラー（８）は、支持エレメント（９）の長手軸（１９
）に対して横方向にずれた位置に配置されている。そのため、ガイドローラー（
８）が回転すると、支持エレメント（９）は自己の長手軸（１９）に対して回転
する。

【００３７】 保持エレメント（１５）は、支持エレメント（９）のガイドローラー（８）が
案内溝（７）内に入るように、湾曲セグメント（３）及び回転板（４）上で支持
エレメント（９）を垂直方向に案内する。別の態様として、支持エレメント（９
）の一部に、湾曲セグメント（３）及び回転板（４）が係合する対応形状の凹所
を設けることも原理的には可能である。しかしながら、摩擦を低減するためには
、ガイドローラー（８）を用いる方が有利である。

【００３８】 図１の配置は、並進通路（５）に沿って所定のタイミングでプリフォーム（６
）を搬送する場合に特に有利である。このような所定のタイミングで並進動を行
なう場合には、ガイドローラー（８）が、移動段階中には湾曲セグメント（３）
内に担持され、各休止段階中には回転板（４）の領域内に配置されるように行な
うことが好ましい。回転板（４）が回転すると、支持エレメント（９）及びそこ
に支持されているプリフォーム（６）も回転する。

【００３９】 回転板（４）を用いる代わりに、歯付きベルト（１０）やこれに相当する駆動
エレメントが直接支持エレメント（９）に作用するようにすることもできる。具
体的な構造は、実際の各使用条件に従って具体化することができる。

【００４０】 加熱工程を行なって、プリフォーム（６）の外周方向に温度分布を付与する様
子を図３〜図８に示す。この際、全ての図において、加熱通路（２）は同じ配置
で局所的に示し、加熱通路には対向する二つの加熱装置（１４）を設けてある。

【００４１】 図３では、プリフォーム（６）をまず二つの加熱装置（１４）の間に配置する
。この場合、二つの加熱装置（１４）から実質的に等距離に配置することが好ま
しい。

【００４２】 図４に示すように、プリフォーム（６）の二つの加熱装置に向いている領域が
まず加熱される。プリフォーム（６）の被加熱領域間の移行領域は、加熱装置（
１４）から外れて横方向に配置されているため、最初は加熱装置（１４）に直接
向き合っている領域よりも低温のままである。基本的に、図に示す加熱装置（１
４）は対向配置されているため、温度分布を付与するためにプリフォーム（６）
を外周方向に回転させる必要はない。しかしながら、図５に示すように回転させ
ると、プリフォーム（６）の既に加熱されている二つの壁部分の間にある移行領
域に、温度分布の影響を与えることができる。このような効果は、プリフォーム
（６）の速度、速度パターン、及び回転数によって与えることができる。

【００４３】 図６は、図４に示すのと同様に、プリフォーム（６）を回転させずに行なうさ
らなる加熱段階を示す。図７では、プリフォーム（６）の回転を再度開始する。

【００４４】 図５及び図７では回転を同じ方向で示しているが、これは単なる実施例である
。回転方向は、付与しようとしている温度分布に従って決定することができる。
特に回転段階において、回転動は速度を変えて行なうことができるだけでなく、
回転方向を変えて行なうこともできる。

【００４５】 図８は、プリフォーム（６）の並進動を続けてさらに搬送して行く様子を概略
的に示す。プリフォーム（６）は、加熱装置の加熱能及び加熱持続時間に応じて
、別の加熱装置（１４）へと連続的に搬送して、最終的に付与すべき温度分布と
してもよい。

【００４６】 温度分布を付与するに当たって、加熱装置（１４）の配置を、図３〜図８に示
すような対の対向配置ではない配置とすることにより、より広い自由空間が生ま
れる。加熱装置（１４）を対で配置すると、短時間の加熱で対称的な温度分布を
生じさせることができるが、複雑な外形の容器を製造する場合には、並進動と回
転動とを連動させずに、プリフォーム（６）の片側のみに熱線を作用させること
により、比較的広範囲の設計について非対称的な温度分布を付与することができ
る。

【００４７】 例えば、まずプリフォーム（６）の温度を均等に制御してから、上述した動き
によって温度分布を付与することもできる。また冷えたプリフォーム（６）から
始めて、各動作段階によって温度分布が生じるように、回転段階中にプリフォー
ム（６）を順番に動かすこともできる。

【００４８】 基本的に、どんな所望の熱可塑性材料でも、上記の方法及び上記の装置によっ
て加工することができる。特に、例えばポリプロピレンやポリエチレンテレフタ
レート製のプリフォームを加工することができる。

【００４９】 まずプリフォーム（６）の温度制御すべき領域を基本的に均等に温度制御し、
次いでその上に温度分布を付与するという、上述してきた様々なプリフォーム（
６）の温度制御方法は、プリフォーム（６）の外周方向にも、長手方向にも、若
しくはその両方を組合せた空間方向にも用いることができることに留意すべきで
ある。特に、長手方向に熱分布を付与することにより、材料を高度且つ均質に配
向させて、僅かな材料使用量で、ブロー成形後の容器の耐久性を高めることがで
きる。

【００５０】 回転速度及び回転数の制御の代わりに、若しくはこれに加えて、各加熱工程の
強度、及び垂直方向に重ねて配置した複数の加熱エレメントを制御することによ
り、外周方向に温度分布を付与することも可能である。例えば、留め金具を用い
てプリフォーム（６）を支持エレメント（９）の領域に固定してもよい。

【００５１】 プリフォームの回転動の制御や、加熱強度の制御、また垂直方向に重ねた各熱
放射装置を制御することによって外周方向に温度分布を生じさせる上述の方法に
よって、機械部分の構造を変えることなく、制御装置部分の設定によって、連続
加熱に切換えて、例えば楕円形のボトルを製造することができる。

【００５２】 所定のタイミングで操作する装置は、特に一段階の方法と組合せて実現するこ
とができる。この方法では、プリフォーム（６）をまず射出成形モジュール部に
おいて射出成形し、脱型し、適切な暫定温度制御をした後、次いでブロー成形モ
ジュールに搬送する。次いでプリフォームは、ブロー成形モジュールにおいて延
伸され、加圧空気の作用によってブロー成形される。これらの工程によって材料
が二軸延伸する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、プリフォームの支持エレメントに固定された制御ローラーを案内する
ためのガイドレールと回転板とを交互に配置した、プリフォームの並進通路の加
熱装置の領域部分を概略的に示す図である。

【図２】 図２は、プリフォームの支持エレメントの縦断面図である。

【図３】 図３は、互いに対向配置された二つの加熱エレメントを概略的に示すと共に、
所定のタイミングで並進動させたプリフォームの配置を概略的に示す図である。

【図４】 図４は、第一両面加熱段階開始時における図３の配置を示す。

【図５】 図５は、回転動と同時に連続的加熱を行なっている状態における図４の配置を
示す。

【図６】 図６は、第二両面加熱段階開始時における図５の配置を示す。

【図７】 図７は、連続加熱を行ないながらさらに回転動を行なっている状態における図
６の配置を示す。

【図８】 図８は、加熱装置の領域からプリフォームを排出する動きを概略的に示す、図
７の配置を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ， ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4F208 AG07 AH55 AH56 LA02 LB01 LD05 LD12 LD15 LH01 LH02 LH06 LH07 LH10

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性材料からなるプリフォームの温度を制御する方法で
   あって、該プリフォームはブロー成形して容器とするものであり、その外周方向
   に沿って温度分布を付与され、並進通路に沿って案内されて少なくとも一つの加
   熱装置を通過すると共に、長手軸を中心として少なくとも時折回転される方法に
   おいて、回転動を、少なくとも時折、並進動とは独立して制御し、プリフォーム
   （６）のより高い温度に付すべき外周領域が、より低い温度に付すべき外周領域
   よりも長時間加熱装置（１４）に向けられるように、並進動を制御することを特
   徴とする、プリフォームの温度を制御する方法。
2. 【請求項２】 所定のタイミングで加熱装置（１４）を通過するようにプリ
   フォーム（６）を案内することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 少なくとも二つのプリフォーム（６）を所定のタイミングで
   同時に搬送することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 プリフォーム（６）の回転動を、並進動の中止中に行なうこ
   とを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 回転動を、少なくとも時折、並進動と同時に行なうことを特
   徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 回転動を段階的に行なうことを特徴とする、請求項１〜５の
   いずれかに記載の方法。
7. 【請求項７】 回転動を、少なくともある区間では連続的に行なうことを特
   徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
8. 【請求項８】 回転動を、少なくとも時折、可変周速で行なうことを特徴と
   する、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 【請求項９】 回転動を、回転方向を変えながら行なうことを特徴とする、
   請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 【請求項１０】 プリフォームを実質的に予め決められた方向から加熱する
    ことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 【請求項１１】 プリフォームを実質的に互いに対向する二方向から実質的
    に加熱することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
12. 【請求項１２】 プリフォーム（６）を、支持エレメント（９）で支持して
    、加熱装置（１４）を通過して案内することを特徴とする、請求項１〜１１のい
    ずれかに記載の方法。
13. 【請求項１３】 熱可塑性樹脂からなるプリフォームの温度を制御するため
    の装置であって、該装置は、少なくとも一つのプリフォーム搬送路と、少なくと
    も一つの加熱装置とを備え、該プリフォームは、その外周方向に沿って温度分布
    を付与され、該装置は、プリフォームを回転動させるための回転駆動装置と、プ
    リフォームを加熱装置に沿って案内するための並進駆動装置とを備える装置にお
    いて、該回転駆動装置（１１）が、並進駆動装置から少なくとも時折独立する制
    御部を備え、該制御部が、プリフォーム（６）の回転速度の所望値の推移を一時
    的に変更するための所望値発生装置を備えることを特徴とする、プリフォームの
    温度を制御するための装置。
14. 【請求項１４】 前記加熱装置（１４）が熱放射装置を備える、請求項１３
    に記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記加熱装置（１４）が、前記並進通路の片側に沿って配
    置されている、請求項１３又は１４に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記加熱装置（１４）が、少なくともある区間では、前記
    並進通路の両側に沿って配置されている、請求項１３又は１４に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記プリフォーム（６）を保持するために、前記並進通路
    （５）に沿って可動に案内される支持エレメント（９）が配置されている、請求
    項１３〜１６のいずれかに記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記支持エレメント（９）が、その各回転位置を設定する
    ための案内用の輪郭部を有している、請求項１３〜１７のいずれかに記載の装置
    。
19. 【請求項１９】 前記回転駆動装置（１１）が、歯車駆動装置として構成さ
    れている、請求項１３〜１８のいずれかに記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記回転駆動装置（１１）が、回転駆動エレメントを備え
    ている、請求項１３〜１９のいずれかに記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記並進通路（５）に沿って、回転駆動装置（１１）によ
    って位置決めされる少なくとも一枚の回転板（４）が配置されている、請求項１
    ３〜２０のいずれかに記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記並進通路（５）に沿って少なくとも二枚の回転板（４
    ）が配置され、該回転板の間に湾曲セグメント（３）が配置されている、請求項
    １３〜２１のいずれかに記載の装置。
23. 【請求項２３】 前記回転駆動装置（１１）がサーボ駆動装置として構成さ
    れている、請求項１３〜２２のいずれかに記載の装置。
24. 【請求項２４】 前記回転駆動装置（１１）がステッピングモーターとして
    構成されている、請求項１３〜２２のいずれかに記載の装置。