JP2006506252A - ブロー成形容器における自動破裂検出のために特別に設けられた機器を用いた装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラスチック・ボトルに生じた破裂を検出するように適合した、プラスチック・プリフォーム、またはパリソンから中空プラスチック体をブロー成形するための装置に係わる。本装置自体は、差圧変換器（１０，１１）と、関連する第１の供給流路（１０１）を伴う低圧ガス供給源（１０３）と、関連する第２の供給流路（１０５）を伴う高圧ガス供給源（１０４）とを備えている。差圧変換器は、第２の供給流路内に横方向に配置された１つ以上の管（３，４）で構成される。これらの管にそれぞれ含まれる分離したチャンバは、前記第２の供給流路の内部に開く開口（５，６）を有する（ピトー管）。それぞれ圧力を検出するように適合した２つのセンサ（７，８）は、別々に前記各チャンバに接続する。ブロー成形サイクル中、所定の時点でのすべての圧力変動を処理、比較し、その結果は、破裂または無音のガス漏れ等の重大な不備が、特定のボトルのブロー成形プロセス中に起きたかを示す。

Description

本発明は、ブロー成形の際に成形不良の可能性があり、従って排除しなければならないボトルを特定するように適合した特別に提供された機器を用いた、中空プラスチック製品、またはプラスチック容器、特にボトルの製造のための装置および方法に関する。

以下の説明においては、主に記述の一層の便宜のために、プラスチック材料のボトルをブロー成形するための装置を参照するが、当然のことながら本発明は、他の種類のプラントやプロセスが添付の特許請求の範囲に含まれるかぎり、これらにも適用される。

適切に加熱されたプラスチック半製品要素（当技術分野における技術名である「パリソン」または「プリフォーム」として一般に知られている）に圧力ガスを充填することにより得られるプラスチック・ボトルをブロー成形するための設備および方法が当技術分野で周知である。

このような種類の設備として、例えば本出願人の欧州特許出願第９６１１４２２７．０号およびそこで引用されている種々の特許公報に記載されているものがある。

プリフォームのブロー成形加工中に、実にさまざまな理由（ただしそのことは本発明となんの関連性も持たないためにここでは議論しないが）によって、たとえ正しくブロー成形しても、幾つかのプリフォームをランダムな順序で不正に膨張させるような程度から、それらがまだブロー成形の型の中に残存している間に、それらが最終形状に達する前またはその直後に破裂すらしうるまでの程度で、多少の製造の異常や外乱が発生しうるという恐れが非常に多くの場合に生じるということは、当技術分野においてかなり広く知られている。

さらに、同じプリフォームが実際のブロー成形加工の行われる前に、すでに割れてかつ／または欠陥があり、そうすると、部分的であろうと、そのプリフォームに吹込みを行い最終形状にすることが事実上不可能であると判明する恐れも生じる。

このような事態が発生すると、ブロー成形設備は動作し続けるが、このように破裂し、従って適正に完成しなかったボトルは、全く使い物にならない不良品の形であるにも関わらず、引き続き適正に製造されたボトルと共に次の搬送ラインに移送され、そして、再びその適正に製造されたボトルと共に、最終利用へ送られる前に、最終的には適切な収納箱または類似の容器に回収される。

この特定の段階に関するかぎり、欠陥があると考えられるボトルを特定し、上記のような搬送、回収および収納手段からそれらを取り除くために設けられる手動の、または機械式かつ部分的に自動化された手段が必要となる。

そのような作業は、無論、相当する製造コストおよび負担を必ず発生させ、このコストや負担は、製造競争の点で重圧にさらされる産業環境においては、非常に多くの場合、まったく受け入れ難いものである。これはとにかく製造プロセスに複雑化をもたらすものであり、なぜならこれは、しかるべきオペレータによって実行されなければならない補助的な作業が、通常はオフラインで、追加されることを必然的に意味するからである。

そのような状況の改善法を見出す試みにおいては、本出願人により出願された、「ブロー成形容器における自動破裂検出のための装置を有するブロー成形プラント(BLOW-MOULDING PLANT WITH APPARATUS FOR AUTOMATIC BURST DETECTION IN BLOW-MOULDED CONTAINERS)」と題された特許出願ＰＣＴ／ＥＰ０１／０１５７１には、ブロー成形プロセス中に失敗した、すなわち破裂したボトルを特定するための装置および方法が記載されている。

したがって、本明細書中のさらなる利便性、簡単化および簡略化のために、この開示のよりよい見通しを得るために、これらの文献を直接参照することが望ましい。

いずれにしても、そのような文献には、簡潔に言うと、通常の構成要素および構成部品に加えて、個々の型によって外部に発せられるノイズを検出し、そのノイズを電気信号に変換するように適合した特別に設けられた音響／電気変換器を備え、この信号を処理してそれを基準信号と比較する手段が設けられ、また、その比較結果に基づいて、破裂または失敗した容器を特定する手段、さらに、生産ラインから前記破裂または失敗した容器を自動的かつ選択的に除外するようにされた手段が設けられたブロー成形装置が開示されている。

上記特許出願に記載された装置は、実用上の問題が全くなく導入することが実際に可能であり、さらにボトルのブロー成形において非常に有効であることが分かった。しかし、製造現場での実経験からいくつかの短所が明らかにされ、これらに関しては、この種の装置でいまだに経験されるものである。

第１の短所は、実際、設備全体の著しい騒音にある。実際のところ、これらの設備は、特に１ステージ設備の場合、またとりわけ、騒音を出す他の産業設備が含まれる環境に設置された場合、外部からそれらにふりかかるノイズとそれら自体が発生するノイズとの両方からの絶え間ない強い音響ストレスの影響下にある。

これらの設備が晒されるそのような高いノイズレベルは、容認し難いほど多くの場合に、破裂プリフォームの発生するノイズを隠し（基準信号の強度をそれに応じて上げる必要があることから）、そのため破裂プリフォームの検出に失敗し、その結果生じた欠陥製品が生産ラインから直ちに除去されず、記載された発明の検出装置が部分的に役に立たなくなる。

第２の短所は、ブロー成形ステーションに達して吹込みにより最終製品となるプリフォームが、それ自体欠陥品でありまたは損傷を受けているために、どんなに小さくても割れが現れていると、吹込ガスがそこから漏れるためにそのプリフォームは吹込みにより最終的なボトル形状になることを妨げられるという状況に関係する。

この場合、すなわち、プリフォームにすでに存在する漏れ穴によるこのようなブロー成形失敗動作の場合には、破裂プリフォームが発生するはずの特徴的なノイズすら実際には発生されず、そのため、不良製品の存在を特定することも、ましてその不良製品を通常の生産フローから除去することもできない。

ブロー成形しているプリフォームが破裂したときにいつでも生じる、または割れたプリフォームがブロー成形に失敗している場合に生じる圧力差の検出手段を用いてこれらの課題の改善策を見出そうとする観点から、ブロー成形されている容器の中に気体が流入する際に、後から続いて入る流路内のガスの圧力を測定するように適合した圧力検出器を用いた解決方法が考えられてきた。しかし、各ボトルが次々とブロー成形されている場合に使用する圧力検出装置は、約４０bar（約４MPa）までの非常に高い圧力に耐えると同時に、突然の著しい圧力低下を測定することができなければならないということが分かった。

これは実際に、現在市場で入手可能な工業用構成部品を用いて達成しうる。しかし、プリフォームが、吹込みのときに破裂するのではなく、最初から欠陥がある、すなわち割れている場合に起きる圧力低下は、非常に高圧で動作可能である、または全圧力低下を検出できるという観点で設けられた圧力検出装置では、圧力が小さすぎて、全く検出できないか、または、定期的かつ毎回確実に検出することできないこともありうる。一方、複数のプリフォームが単一の供給源から供給される圧力ガスにより同時にブロー成形されるという最も通常のかつ一般的な場合に（すなわち、いわゆるインライン・ブロー成形加工）、使用する圧力検出器は、非常に急速に起こる小さな圧力変動に耐えることができなければならない。このような適切なタイプの圧力検出器を見出す際に直面する困難に加えて、この場合、ガス供給管内で測定されるような圧力変動は、ブロー成形型の異常動作を示しうるが、どの型が実際に関与しているかを特定できないということを考慮する必要も生じる。

したがって、望ましくは、また実際、本発明の主な目的であるのは、自動プリフォーム・ブロー成形加工を実施することができ、同時に、破裂するまで吹込みされる可能性のあるプリフォームの入っている型をほぼ即時に特定することができる装置および方法を提供し、またこれらは同時に、すべての検査不合格状態の不良成形プリフォームについて生じたすべての不良品を追跡して、前記欠陥プリフォームが通る予定の適切なステーションで、全自動にて前記欠陥プリフォームを引き離すことのできる手段を備える。

さらに、前記手段は、非常に騒がしい環境においていかなる制限もなく機能することができなければならず、かつ同時に、例えば既に割れているプリフォームの場合などのように、際立った雑音信号をほぼ発することなく起きる、ブロー成形に失敗した動作をも特定することができなければならない。

そのような装置および関連する方法は、容易に利用可能な技術および材料を用いて実施できるだけでなく、信頼性があり、十分に効率的で、動作効果がある。

本発明によれば、これらのおよびさらなる目的は、添付の特許請求の範囲に記載されている特徴を伴って作られまた動作する装置および方法で達成される。

本発明は、添付の図面を参照して限定的ではない例として以下に詳細に説明および例示する好適な実施形態の形で実施しうるものである。

本発明は、本質的に、次の知見に基づくものである。すなわち、プリフォームのブロー成形中にプリフォームが裂けたり破損をこうむったりする場合、そのような出来事による直接の結果の１つは、はっきりと感知および検出可能な破裂であり、これは、そのようにブロー成形されているプリフォーム内の圧縮空気が、前記プリフォームの壁に形成された漏れ穴を通って突然に激しく流出し、これに伴いプリフォームを最終形状にまで膨張させるために供給されている空気またはガスの流れに変動を引き起こすという事実による。

この特定の出来事をより効果的に説明するために、図２の説明図を参照するが、これは、ブロー成形動作が通常のまた正しい方法で実行されている最中の、吹込みがなされているプリフォーム内の圧力、または、この目的のために供給される空気の通る導管内の圧力の実際の推移をプロットした図を示している。４つの主要な段階を識別できるが、ここで段階Ａは、低圧で供給されるガスが注入され、ほとんど同時に、この低圧ガスの供給が開始する直前または直後のいずれかに発生しうる引き伸ばし作用を受けているプリフォームを示す。したがって、この段階はかなりの量のガスの流れを意味しており、圧力は低いレベルのまま、プリフォームは膨らんで拡張し、製造されるボトルのほぼ最終形状にまで達する。

続く段階Ｂでは、この時点でほぼ最終形状にまで成形されているボトルを、最終的な詳細形状にするという観点から、ブロー成形型に対して押しつける必要があるという事実のため、ガスをかなりの高圧、通常は約４０bar（約４MPa）で導入する。

この段階はほぼ一定容積で行われるため、ボトル内の圧力は急速に増大してほとんどその最高値に達するが、流量はほとんどゼロまで減少する。

次の段階Ｃにおいては、ボトル内の高圧は、ボトルにその最終形状を安定させまた強固にするという観点から必要と考えられる時間だけ維持される。圧力はその最高値で維持されるが、ガスの流入は実質的にゼロである（漏れがないと仮定して）。最後の４番目の段階Ｄにおいては、ボトル内に入れられたガスが放出され、これにより、その圧力は急速にゼロ（大気の値）まで低下する。

ボトルに穴が開いている、割れている、または破裂していると判明したとき、段階Ｂの終わりおよび続く段階Ｃの間中、４０bar（４MPa）で空気を輸送するパイプ内にかなりのガスの流れが存在することが観察され、実際、このガスの流れが望ましくは測定すべきものであり、なぜならこれが、空気またはガスの漏れが存在することを最も有効に示すものだからである。

ボトルに穴が開いておらず、割れてもいず、または破裂してもいない場合には、そのような空気の流れは、高圧空気弁が開かれる非常に短い時間の直後に止まる傾向があるということが実際に分かった。

反対に、ボトルに穴が開いている、割れている、または破裂している場合、または、異常ブロー成形動作を示す漏れがともかく存在する場合、高圧空気の流れは、確実に検出可能でありかつ場合によってはかなり増大することもあるのだが、段階Ｃの継続時間を優に越えて、ある一定の値で続く。

供給導管内の流れの大きさを正確かつ再現可能な方法で決定することができるように、圧力損失を有意な程度には変えず、かつ、約４０bar（約４MPa）までの静圧に耐え、かつ、乱流状態下の導管内で途切れることなく連続して続く作動サイクルにより強いられる条件に耐えられる、装置および関連する方法を準備する必要がある。

本発明による機器を設けた装置は、以下の構成部品を備えている（図１参照）。

−ブロー成形プリフォーム用の複数の型１００、
−ブロー成形型のキャビティ内に空気を輸送する主導管１、
−各第１の供給流路１０１を介して前記主導管１に接続する低圧ガス供給源１０３、
−前記第１の供給流路に関連した適切に制御される弁１０２、
−各第２の供給流路１０５を介して前記主導管１に接続する高圧ガス供給源１０４、
−前記第２の供給流路に関連した第２の適切に制御される弁１０６。

この実施形態の例において、本発明は、特定の実施形態のピトー管装置（当技術分野において周知であるので、ここでこれ以上は説明しない）を前記第２の供給流路１０５に設けることにある。このような機器は、非常に低い流速をも検出および測定することができるというのは周知の事実である。ガスが一定の速さＶでピトー管の中を通じて流れると、ピトー管装置の基礎を成している各管の間に差圧が生じ、このような差圧は流速の２乗に比例する。

この特定の事例では、２つの小さな管３，４が前記供給流路１０５内に挿入され、前記流路を直角に横切って延びるように配置されている。これらの管は、測定する流れへのいかなる有意な乱れも加えないように、できるだけ小さくしなければならず、いずれにしてもこれらの断面は適切なキャリブレーションにより決定しなければならない。

これら２つの小さな管にはそれぞれ、流れの方向に平行な軸に沿って延在しているが、互いに反対方向に向けられている、孔５，６を有する。すなわち、流れの方向に直交する面上の第１の孔５の射影が、この孔の下流ではゼロではないのに対して、この孔の上流で流れと直交する面上のその射影は存在しない。
図１−２に示すように、第２の孔６に関するかぎり上記と全く反対のことが当てはまる。

前記２つの小さな管には、それぞれ適切な圧力センサ７および８があり、これらのセンサは、同じ差圧検出装置１０に接続されている。

２つの相反する条件、すなわち、
−肯定的な結果（漏れなし）を伴う通常のブロー成形と、
−否定的な結果（破裂または穴あき）を伴う異常ブロー成形
において、上記の定義および説明の通りに構成された装置を用いて、吹込ガスの差圧、したがって流速の典型的な推移を特定するために多くの実験を行った。

図３は、ボトルの破裂または破損が全くない場合の１６キャビティを有する型内でブロー成形中に検出される差圧の典型的な推移を概略的に示す。これに対して、図４は、同じ装置で吹込み中のボトルが破裂した場合のブロー成形動作中およびその後に検出される差圧の典型的な推移を示す。

図３から分かることは、縦軸に示す差圧したがって流量は、初期値のゼロから最大値まで増大し、その後ブロー成形プロセスの終了時に前記初期値のゼロに再び減少するということであり、この場合にのみ全充填サイクル中の流量が急速にゼロに減少することから、これはまさに吹込みに成功したボトルを示している。

図４に最もよく示すように、上記と反対の場合、すなわちブロー成形中にボトルが破裂したとき、差圧、したがって流量は、初期値ゼロから最大値Ｐ_Ｍまで増大し、その後いくらであろうとゼロよりも大きな値、すなわちＰ_Ｓ＞０まで再び減少する。この場合にのみ、高圧ガスの吹込み中の流量はかなり減少するが、決してゼロまでは達しないため、これは、まさにボトルがブロー成形中に破裂したこと、またはなんらかの漏れがあることを示している。

図４はかなり小さなスケールで描いているため、ボトルがブロー成形中に破裂したときの、いくつかの類似ケースにおいて検出された圧力の推移をより詳しく見て、またより正確に追えるように、いくつかの実験を再現したが、その結果を縦軸つまり圧力の目盛りを拡大して図７および図８に示す。具体的に、図７は、破裂してはいないが穴の開いたボトルの典型的なΔＰの推移を示し、図８は、破裂したボトルの典型的なΔＰを示す。

このような現象の研究を継続する過程で、以下のことが最もはっきりと観察された。上記の図の表す各ケースにおいて、吹込み段階の開始後一定期間Ｔ１の間継続する、またこの期間と関連した、基準差圧Ｐ１と推測される、正の（すなわちゼロよりも高い）平均差圧を特定することができる。そして、最も適切な方法で、通常はブロー成形中に漏れがあるか否かの判断と一致する、差圧の最大閾値Ｐ２が規定される。

その決まった時点で、または所定の期間中にでも、測定された差圧が差圧の所定最大閾値Ｐ２を上回った場合には、多少の目立ったガス漏れまたは損失の存在によりブロー成形動作を正常に完了することができなかったと、納得しうる程度の確信を持って判断することができる。

ここで図１−２に戻ると、差圧検出装置１０は適切な処理手段１１に接続されている。この処理手段１１は、前記差圧検出装置１０から送られて来る信号を受信し、その値を測定し、外部オペレータによって設定される基準レベルを受け取って記憶し、前記値を前記基準レベルと比較し、このような比較の結果に基づいて、別の作動手段（不図示）に送る適切な命令および制御信号を生成することができる。この作動手段は、前記比較の結果によって欠陥があると伝えられたボトルを生産プロセスから除外する、すなわち取り除くことができるように適切に作られかつ配置されている。

制御および作動信号を比較・生成するのみならず、電気および電子信号を処理するこれらの動作および手段は、工業自動化の技術分野の当業者には十分にかつ容易に利用可能であり、またその能力の範囲内にあるため、これらについてこれ以上詳細に説明はしない。

記載の発明は、下記の有利な改良を含むような、別の実施形態をとることができる。図５を参照すると、差圧検出装置１０に接続する、関連圧力検出器５５，５６とともにそれぞれ孔５３、５４が設けられた２つの管５１、５２は、構造を単純化するように、かつ、前記導管内の吹込ガスの整流状態の乱れを一層少なくするように、高圧ガス供給流路１０５の同じ部分に実質的に配置されている。

本発明のさらに改良および単純化された別の実施形態を図６に示し、ここでは、２つの孔６０および６１が、前記高圧ガス供給流路１０５を横切って延びる同一の管６２に設けられている。言うまでもなくこれらの孔は、圧力に関するかぎり互いに隔離された２つのチャンバに設けなければならない。このため、前記同一の管６２内には、前記２つの孔６０および６１と、関連する圧力検出器（不図示）とが設けられたチャンバを互いに隔離する隔壁６３が設けられている。当然のことながら、図６Ａにも示すように、前記隔壁６３は、本発明の効力および効果に影響を及ぼすことのない、さまざまな形態および形状とすることができる。

本発明による装置の単なる模式図である。 図１に示す装置の一部を拡大して記号化した図である。 ブロー成形動作が通常通り実行されている際に発生するボトル内圧の推移の概略図である。 図１に示す装置と同種のものにおいて、良好な結果を示すブロー成形動作中に検出される差圧の典型的な推移の概略図である。 同装置において、吹込み中のボトルが破裂する際のブロー成形動作中およびその後に検出される差圧の推移の概略図である。 図１に示す装置の第１の変形例の図である。 図１に示す装置の第２の改良変形例の図である。 図１に示す装置の改良変形例の図である。 図４において検討されたものと同様の状況であるが、圧力スケールが拡大されている、欠陥のあるプリフォームの場合の差圧の推移の概略図である。 図４において検討されたものと同様の状況であるが、圧力スケールが拡大されている、欠陥のあるプリフォームの場合の差圧の推移の概略図である。

符号の説明

１ 主導管
３、４ 小さな管
５ 第１の孔
６ 第２の孔
７、８ 圧力センサ
１０ 差圧検出手段
１１ 処理手段
５１、５２、６２ 管
５３、５４、６０、６１ 孔
５５、５６ 圧力検出器
６３ 隔壁
６５、６６ チャンバ
１００ （ブロー成形）型
１０１ 第１の供給流路
１０２ 第１の適切に制御される弁
１０３ 低圧ガス供給源
１０４ 高圧ガス供給源
１０５ 第２の供給流路
１０６ 第２の適切に制御される弁

Claims (8)

1. 各プリフォームをブロー成形するためにそれぞれ複数のキャビティを有する少なくとも１つのブロー成形型（１００）と、
   前記ブロー成形型の中に設けられた前記キャビティ内にガスを供給するための主導管（１）と、
   各第１の供給流路（１０１）を介して前記主導管（１）に接続する低圧ガス供給源（１０３）と、
   前記第１の供給流路に関連する制御弁（１０２）と、
   各第２の供給流路（１０５）を介して前記主導管（１）に接続する高圧ガス供給源（１０４）と、
   前記第２の供給流路に関連する第２の適切に制御される弁（１０６）と、
   を備えた各プリフォームから得られるプラスチック材料中空体を製造するためのブロー成形装置であって、
   ブロー成形段階が開始した後の所定の時点に、前記第２の供給流路（１０５）を通るガスの流れの有無を検出および測定するための手段を備える、
   ことを特徴とする各プリフォームから得られるプラスチック材料中空体を製造するためのブロー成形装置。
2. 前記手段が差圧測定機器を備えることを特徴とする請求項１に記載のブロー成形装置。
3. 前記差圧測定機器は、
   前記第２の供給流路を横切って延びるように配置された２つの少なくとも部分的に中空な管（３，４）を備え、
   前記管は違う部分に配置されており、すなわち、前記第２の供給流路（１０５）の経路に沿って、一方（３）がより下流位置に、他方（４）がより上流位置に置かれ、
   このような各管には、それぞれの表面の片側にそれぞれ孔（５，６）が設けられ、
   各前記孔は、それぞれの管内で測定される圧力を検出するためにそれぞれ圧力センサ（７，８）と関連することを特徴とする請求項２に記載のブロー成形装置。
4. 一方の孔（５）は前記高圧ガス供給源（１０４）から流入するガスの流れの向きと反対方向を向いており、他方の孔（６）は流入する前記ガスの流れの方向を向いており、前記孔はそれぞれ、前記ガスによって生じる動圧の少なくとも一部と、負の動圧の少なくとも一部とに暴露されていることを特徴とする請求項３に記載のブロー成形装置。
5. 前記差圧測定機器は、
   前記第２の供給流路（１０５）のほぼ同じ部分を横切って延びる、２つの中空で互いに揃えて配置された管（５１，５２）を備え、
   このような各管には、それぞれの表面の片側にそれぞれ孔（５３，５４）が設けられ、前記孔は前記ガスの流れの方向に揃えられているが、互いにほぼ反対に向けられ、
   各前記孔は、それぞれの管内で測定される圧力を検出するためにそれぞれ圧力センサ（７，８）と関連することを特徴とする請求項２に記載のブロー成形装置。
6. 前記差圧測定機器は、
   前記第２の供給流路を横切って延びるように配置された単一の中空管（６２）を備え、
   前記管には、２つの異なる孔（６０，６１）がその表面に設けられ、
   第１の孔（６０）は前記高圧ガス供給源から流入するガスの流れの向きと反対方向を向いており、他方の孔（６１）は流入する前記ガスの方向を向いており、前記孔はそれぞれ、前記ガスによって生じる動圧の少なくとも一部と、負の動圧の少なくとも一部とに暴露されていることを特徴とする請求項２に記載のブロー成形装置。
7. 前記単一の横切って配置された管（６２）は、前記第１の孔（６０）と前記第２の孔（６１）との間の位置に設けられた適宜の隔壁（６３）によってその内部で閉鎖されており、これによりその単一管の内部に前記第２の供給流路（１０５）内へ別々に開いている２つの異なるチャンバ（６５，６６）が画成されていることを特徴とする請求項６に記載のブロー成形装置。
8. 前記単一の管または前記２つの管には２つの非連通内部空所が設けられ、かつ、前記差圧測定機器（１０）は、前記２つの空所内の圧力を検出するために２つの異なる圧力センサを備えていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のブロー成形装置。
   
   

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