JP2011063450A - 底型及びガラスびん - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスびん成形の際、ガラスびんの裾部及び肩部に「びり」の欠点を生じにくくする。
【解決手段】底型の成形面の深さＨを４〜８ｍｍにすると、最終吹製の後、仕上型を型開きするときに成形したガラスびんが傾きにくくなり、ガラスびんの裾部及び肩部に「びり」の欠点が生じるのを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラスびんの成形設備の一部であって、ガラスびんの最終吹製において、仕上型の下部にセットされ、ガラスびんの底部を成形する底型に関する。

図１５を参照して従来のブローアンドブロー方式によりガラスびんを成形する工程を概略説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）では、粗型３０を用いて溶融ガラスの塊（ゴブ）Ｇから半製品としてのパリソンＰを製造し、図１５（ｄ）では、このパリソンＰを反転装置（メカニズム）３５を用いて仕上型３４に移し、図１５（ｅ）〜（ｆ）ではこの仕上型３４内で最終製品としてのガラスびんＢを成形する。図１５（ｆ）は最終吹製の様子を示している。仕上型３４を型開きした後、図１５（ｇ）で底型１上のガラスびんＢを取り出す。図中の符号１は底型、３１はバッフル、３２は口型、３３はガイドリングである。

図１４は従来の底型の略中央縦断面図である。この底型によって同図のガラスびん１０が成形される。
底型１は全体が鋳物により一体に形成されている。底型１の上面はガラスびんの底部を成形する成形面２となっている。最下部はガラスびん成形機に取り付けるためのフランジ部４となっており、その上部は仕上型３４の下部が入り込むためのくびれ部５となっている。内部には通常冷却空気を通す空気孔（図示せず）が形成されている。

成形面２は、外周部分が最も高い位置にあり、びんの接地部１３を成形する接地部成形面３が最も低い位置にある。
従来、底型の成形面の深さＨ（成形面２外周部から接地部成形面３までの深さ）は３ｍｍであった。これは、欧米よりガラスびん成形技術が導入されたときからの伝統的なものである。
したがって、成形されるガラスびん１０のパーティングライン１４は接地部１３から３ｍｍの高さに形成される。

従来から、ガラスびんを成形すると、肩部１１及び裾部１２に「びり」と呼ばれる微小なクラックの欠点が生じる問題があった。これは、肩部の傾斜角度γが小さい、いわゆる肩張り形状のガラスびんに多く生じていた。
下記特許文献１は、この原因を、仕上型が開くときにガラスびんＢの肩部や裾部が仕上型に引っ張られ、ガラスびんに回転力が生じるためであると考え、底型の成形面を含む上部の成形部と下部の底型本体とを別体として形成し、成形部を底型本体に対して回転可能に構成した底型を提案している。

特開２００１−３２８８２３号公報

特許文献１の底型により、びん底部の「すじ」や「しわ」の欠点、びんの捻れ変形の欠点は顕著に改善されたが、裾部及び肩部の「びり」の欠点の改善は不十分であった。
本発明は、ガラスびんの裾部及び肩部に「びり」の欠点が生じにくくすることを課題としてなされたものである。

〔請求項１〕
本発明は、ガラスびんの最終吹製において、仕上型の下部にセットされ、上面の成形面でガラスびんの底部を成形する底型において、前記成形面の深さが４〜８ｍｍであることを特徴とする底型である。

本発明における成形面の深さとは、成形面の最上部（成形面外周部）から最深部（びんの接地部１３を成形する接地部成形面３）迄の深さＨである。（図１）

〔請求項２〕
また本発明は、請求項１の底型を含む金型で成形され、底型と仕上型のパーティングラインが、びん接地部から４〜８ｍｍ上方に形成されていることを特徴とするガラスびんである。

ガラスびんにおいて、底型と仕上型のパーティングラインは、底型成形面の外周部に表れるので、びん接地部からパーティングラインまでの高さは、実質的に底型成形面の深さと等しくなる。

本発明は、底型の成形面の深さを従来よりも深くしたので、仕上型が型開きするとき（図１５（ｆ）の後の工程）、成形されたガラスびんが傾きにくく、したがって肩部の「びり」が生じにくい。
また、型開き時に成形されたびんが傾くと、びん肩部と仕上型が干渉してびんが下方に押さえつけられ、びん裾部に大きな引張応力が作用して裾部の「びり」が発生するが、本発明は型開き時にびんが傾きにくいのでびん裾部の「びり」も発生しにくくなる。
さらに、万一、型開き時にびんが傾いても、底型の成形面の深さを従来よりも深くしたことによって、びん裾部に発生する応力が小さくなり、これにより更にびん裾部の「びり」が発生しにくくなる。

実施例の底型１及びガラスびん１０の説明図である。 仕上型内で成形されたガラスびんの収縮の説明図である。 図２における要部拡大図である。 ガラスびん収縮による仕上型とガラスの干渉量の説明図である。 びんを倒すために必要な力Ｆの説明図である。 Ｆと底型成形面の深さの関係の説明図である。 Ｆに対する支点反力Ｒと底型成形面の深さの関係の説明図である。 支点の高さとＲの角度θの説明図である。 Ｒと底型成形面の深さの関係の説明図である。 仕上型の型開きの説明図である。 図４（ｂ）の要部拡大図である。 びん裾部発生応力と底型成形面の深さの関係の説明図である。 実施例と従来例の底型を用いて成形したガラスびんのびり発生率の説明図である。 従来の底型及びガラスびんの説明図である。 ガラスびん成形工程の説明図である。

図１は、実施例の底型１及びガラスびん１０の説明図である。
従来の底型の成形面の深さＨは３ｍｍであったが、本発明の底型１の成形面２の深さＨは４〜８ｍｍである。
したがって、成形されるガラスびん１０のパーティングライン１４は接地部１３から４〜８ｍｍの高さに形成される。

底型１の成形面２の深さが４ｍｍに満たないと、仕上型の型開き時にびんが傾きにくくなる作用が十分でなく、したがって、びん裾部・肩部の「びり」の発生を防止する効果も不十分となる。
成形面２の深さが８ｍｍを超えると、びん裾部に表れる底型と仕上型のパーティングライン１４の高さが接地部１３から８ｍｍを超え、目立つものとなって美感上好ましくない。ガラスびんは底部の肉厚が厚いので、一般的にパーティングラインの高さが８ｍｍ以下であれば、びん底部における光の反射や屈折によりあまり目立たない。

本発明者らは、ガラスびんの裾部及び肩部に生じる「びり」は、仕上型の型開き時に成形したガラスびんが傾くことに根本原因があるという仮説を立て、本発明を完成した。
後述するように、本発明の底型を試作し、実際にガラスびんを生産した結果、上記仮説が正しいことが立証された。
以下、本発明底型の作用効果について詳細に説明する。

〔型開き時にびんが傾く原因〕
仕上型内でガラスびんが最終吹製されると、ガラスが薄くのばされた状態で金型と接触し、ガラス温度が低下すると共に収縮する。
図２は、ガラスびんの収縮に伴う各部の変位を矢印で示している。ガラスびん全体としては、高さ方向及び径方向に収縮する。
図３は、図２の肩部を拡大したものである。同図の点線はびん外面の収縮形状を示している。この収縮形状は、びん肩部において仕上型３４に干渉する。
図４は、仕上型と収縮したガラスの干渉量を示しているが、肩部で干渉量が最大となっており、びん胴部よりしたでは全く干渉していない。肩部の干渉部分において、実際にはガラスの変形は仕上型によって規制されるから、ガラスが強く仕上型に押し付けられることになり、肩部のみ型開きのときにガラスが型から離れにくくなる。この傾向は、肩が張った形状（図１のγが小さい形状）のガラスびんで顕著になる。

図５，６は、仕上型の型開きの様子を示している。
図５（ａ）は、仕上型３４内で最終吹製が終了し、ガラスびん１０が成形された状態である。その後、矢印に示すように仕上型３４が型開きする。
図５（ｂ）及び図６は、仕上型３４が仕上型合目３４ａから両側に（矢印方向に）ある程度型開きした状態である。
上記のように、びん肩部においてガラスが仕上型に強く押し付けられ、ガラスが型から離れにくくなっており、胴部より下では干渉が全くないので、型開きに伴ってびん肩部が一方の仕上型に引っ張られて傾く傾向がある。びんが傾くときの支点は、底型１の成形面２外周部で、平面視では仕上型合目３４ａから９０°離れた位置である。

〔びんの傾きによるびりの発生〕
ガラスびん１０が傾くと、図６に示すように、仕上型合目３４ａにおける肩部の点ＡがＡ’に移動し、Δｈだけ上昇する。これにより、仕上型合目３４ａ付近においてガラスが型に強く押し付けられ、びりが発生する。このことは、実際に肩部のびりが仕上型の合目付近に発生していることと符合する。
仕上型合目３４ａ付近において肩部のガラスが型に強く押し付けられることによって、ガラスびんには下方向に押し付ける力が作用する。この力は、びんが傾くときの支点、すなわち底型１の成形面２外周部で仕上型合目３４ａから９０°離れた位置に作用し、支点（裾部）においてガラスに大きな引張応力が生じ、びりが発生する。このことは、実際に裾部のびりが平面視で仕上型の合目から９０°離れた位置付近に発生していることと符合する。

〔本発明におけるびんの傾きにくさ〕
びんの傾きにくさは、びんを傾けるＦが作用したときに、支点に生じる反力Ｒ（抵抗力）の大きさによって評価することができる。反力Ｒが大きいほどびんは傾きにくくなる。

そのため、先ずびんを倒すために必要な力Ｆについて考察する。
ガラスびんを倒すために必要な力Ｆは、図７に示すように、（Ｌ1・ｃｏｓα）ｍｇ／（Ｌ2・ｓｉｎβ）である。
ここで、Ｌ1は支点とびん重心の距離、Ｌ2は支点と作用点の距離、αは支点とびん重心を結ぶ線の水平線に対する角度、βは支点と作用点を結ぶ線の水平線に対する角度、ｍはびん質量、ｇは重力加速度である。なお、距離及び角度は図7の平面上のものである。支点は底型の外周部であるから支点の高さは底型の深さに等しくなる。作用点は、図4の仕上型とガラスの干渉量が最大となる高さである。

図８に、ガラスびんを倒すために必要な力Ｆと底型成形面の深さの関係を示す。
縦軸は、ガラスびんを倒すために必要な力Ｆの相対値で、従来の底型成形面の深さ３ｍｍの場合を「１」にしている。
このように、底型成形面の深さが深くなるほどＦが大きくなり、ガラスびんが倒れにくくなる。

図９に、ガラスびんを傾ける力Ｆが作用したときに支点に生じる反力Ｒ（抵抗力）を示す。支点は底型１の成形面の外周部である。反力Ｒは支点におけるガラス面と垂直方向に発生するから、Ｒ＝ｃｏｓθとなる。θはＲ方向が水平方向となす角度である。
図１０に示すように、支点の位置が高くなるとθが小さくなる。したがって、支点の位置が高くなると（底型成形面の深さが深くなると）反力Ｒが大きくなる。

図１１に、反力Ｒと底型成形面の深さの関係を示す。
縦軸は、反力Ｒの相対値で、従来の底型成形面の深さ３ｍｍの場合を「１」にしている。
このように、底型成形面の深さが深くなるほど反力Ｒが大きくなり、ガラスびんが傾きにくくなる。
反力Ｒの増加率（グラフの傾き）は成形面深さ３ｍｍから４ｍｍの間が最も大きく、成形面深さが深くなるほど増加率は減少する。成形面深さ４ｍｍの場合でも、３ｍｍの場合に比較してＲは１．４倍となっており、ガラスびんが傾きにくくなる作用効果が十分期待できる。したがって、成形面深さは４ｍｍ以上が適当である。

上記のように、本発明の底型を用いてガラスびんを成形すれば、仕上型の型開き時にびんが傾きにくいので、びん裾部及び肩部のびりの発生を抑制できる。

〔びんが傾いたときのびん裾部の応力〕
仕上型の型開き時にびんが傾き、びん肩部が仕上型により上方から押さえつけられた場合、底型成形面外周部が支点となり、びん裾部に大きな引張応力が発生し、これがびん裾部のびりの発生要因になると考えられる。
図１２は、びん裾部に垂直方向に１００ｋｇｆの力が作用したとき、びん裾部に発生する最大応力と、底型成形面の深さの関係を、コンピュータシミュレーションによって求めた結果である。
同図に示されるように、裾部発生応力は底型成形面の深さが深くなるほど小さくなっており、裾部のびりが発生しにくい。また、裾部発生応力の減少率（グラフの傾き）は、成形面の深さが浅いほど大きく、深くなると小さくなる。裾部発生応力は、成形面深さ４ｍｍの場合でも、３ｍｍの場合に比較して約６６％に大きく減少しており、びん裾部のびりを抑制する作用効果が十分期待できる。したがってこの点からも、成形面深さは４ｍｍ以上が適当である。

図１，１４に示すガラスびんは、胴部外径５３ｍｍ、高さ７５．５ｍｍのジャムなどを入れるびんである。
従来の底型（成形面深さ３ｍｍ）と、実施例の底型（成形面深さ４．７ｍｍ）を用いて実際にこのガラスびんを生産した。従来例と実施例の底型は、成形面の深さのみ異なり、その他の構造は全く同じものである。この生産における裾部びり・肩部びり発生率の推移を図１３に示す。なお、各生産日の生産量は約３５万本であった。
第１日目及び第２日目は従来の底型を用い、第１日目は相当量の裾部びり不良びんが発生し、第２日目は裾部びり不良びんの発生率は減少したものの、肩部びり不良びんが若干発生した。
第３日目及び第４日目は実施例の底型を用い、裾部びり及び肩部びりの不良びんは全く発生しなかった。
これにより、本発明の底型を用いてガラスびんを製造することで、裾部びり及び肩部びりの発生をほぼ完全に防止できることが確認された。

前記のガラスびん成形工程は、ブローアンドブロー方式について説明したが、本発明は、プレスアンドブロー方式においても全く同様に用いることができる。また、実施例における底型、仕上型などの形状は例示にすぎないことはもちろんであり、本発明の底型はあらゆる形状のガラスびんの成形に利用できるものである。

１ 底型
２ 成形面
３ 接地部成形面
４ フランジ部
５ くびれ部
１０ ガラスびん
１１ 肩部
１２ 裾部
１３ 接地部
１４ パーティングライン
３０ 粗型
３１ バッフル
３２ 口型
３３ ガイドリング
３４ 仕上型
３５ メカニズム

Claims (2)

1. ガラスびんの最終吹製において、仕上型の下部にセットされ、上面の成形面でガラスびんの底部を成形する底型において、前記成形面の深さが４〜８ｍｍであることを特徴とする底型。
2. 請求項１の底型を含む金型で成形され、底型と仕上型のパーティングラインが、びん接地部から４〜８ｍｍ上方に形成されていることを特徴とするガラスびん。

Images