JP2011527245A - 液体食品を包装する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に所定（１）量の飲料を供給する方法及び装置であって、プリフォームが金型内に配置される、方法及び装置において、方法が、金型内部におけるプリフォームの膨張を促進するように、プリフォームの凹み内に少なくとも幾分かの飲料を注入するステップを含み、金型が容器の形状を画定し、延伸ロッド（１０）の長手方向変位が、加熱されたプリフォームの長手方向伸びを確保にする所与の期間中に行われ、延伸ロッドが所与の期間の最後に固定され、所定量の、好ましくは５０％に等しい事前に定義された割合を上回る量の飲料が、所与の期間の前記最後に凹み内に存在することを特徴とする、方法及び装置に関する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、高分子材料、特にポリエステルからなる容器を製造する分野に関する。より詳細には、本発明は、ポリエステルボトル、好ましくは、液体、好ましくは水、特にミネラルウォーターを収容するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ボトルを製造する分野に関する。

長年、通常市場で見られるＰＥＴボトルは、圧縮空気を使用するＰＥＴプリフォームのブロー成形又は延伸ブロー成形によって製造されてきた。

プリフォームは、通常、端部の一方が閉鎖され反対側の端部が開放されている円筒管の形態をとる。プリフォームの開放頭部は、容器の首部に対応する。プリフォームから容器を製造する従来のプロセスの間、プリフォームは、連続したコンベヤチェーンの円筒状取付具の上に滑り込み、したがって、コンベヤチェーンは、後続する延伸ブロー成形段階のためにプラスチックを温度調節するように、両側に放射加熱手段が隣接している直線状部分によって実質的に形成された炉内を通るように、プリフォームを移送する。

そして、高温のプリフォームは、取り外されブロー成形機の金型内に移送される。たとえば搬送アームによって行われる移送動作は、一般に回転カルーセルの形態で製造されるブロー成形機の移送動作と連動し、回転カルーセルは、その垂直軸を中心に連続的に回転し、その外周に一続きの同一の金型を支持している。したがって、プリフォームは、開放され先に形成された容器が取り除かれた直後の金型内に配置される。

プリフォームは、延伸ブロー成形によって成形され得るように、金型においてガラス転移温度（約１００℃）を上回る温度であるように事前に加熱される。加熱段階の最後のプリフォームの温度は、加熱場所とブロー成形場所との間に存在する距離にわたって発生する冷却を考慮するように、ブロー成形機の金型内部で必要な温度をわずかに上回る。いくつかの金型が同時に存在するため、こうしたブロー成形機は、１時間に約数万の単位の容器、すなわち１つの金型につき１時間に約１０００〜２０００本のボトルを非常に高速に製造することができる。

延伸ブロー成形は、金属ロッドを使用して延伸し、３〜４バール（３×１０^５〜４×１０^６Ｐａ）の範囲の圧力で空気を注入することによって行われる。空気はノズルで注入され、ノズルの端部は、プリフォームの頭部の開口部から挿入される。

圧縮空気を注入することによって製造されるボトルは、比較的十分な耐用年数を有している。しかしながら、ＰＥＴの固有の特性及び特徴、特に延伸時に結晶化するその特異性は、容器製造プロセスを変更することによりさらに優れた結果を予見することができることを意味する。特に、結晶化度が高いということは機械的強度がより優れていることを意味することが知られている。

本発明は、標準的な移送、流通及び消費の状況において容器の平均耐用年数を延長することを可能にする。本発明はまた、製造段階を最適化しインライン損失を最小限にすることにより、工業生産プロセスを高速化することも可能である。

本発明は、概して、ポリエステル類に、特にＰＥＴに優先的に適用される。

したがって、本出願人は、上述した状況において、加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に所定量の飲料を供給する方法であって、プリフォームがたとえば略円筒状であり且つ金型内に配置される、方法において、金型内部におけるプリフォームの膨張を促進するように、プリフォームの凹み内に少なくとも幾分かの飲料を注入するステップを含み、金型が容器の形状を画定し、延伸ロッドの長手方向変位が、加熱されたプリフォームの長手方向伸びを確保する所与の期間中に行われ、延伸ロッドが所与の期間の最後に固定され、所定量の５０％を上回る量の飲料が、所与の期間の最後に凹み内に存在する、方法を提案する。

この方法により、得られる容器の品質を向上させることができる。概して述べるならば、ボトル充填ピストンが、延伸が停止した時にその全移動距離の半分を上回る位置にすでに及んでいるという条件は、ボトルが金型内で破裂しないようにするための必須条件である。

１つの有利な特徴によれば、所与の期間の前記最後に、所定量の７５％を上回る量の飲料が凹みに存在する。

この方法を用いて得られる容器は、それらを膨張させるためにガス状流体を用いる従来の延伸ブロー成形法で得られるものよりはるかに優れた特徴を有している。特に、所与の重量及び所与のタイプの材料に対して、それらの容器はより耐用年数が長いことが分かった。特に、本発明による方法によって得られる容器の結晶化度、すなわちポリマーの質量に対する結晶相の質量は、はるかに高くなる可能性がある。

一実施形態によれば、変位及び注入は、プログラマブルコンピュータ支援製造装置によって制御される。

別法としてかつ任意に組合せで、変位及び注入はカムによって制御される。

１つの有利な特徴によれば、前記事前加熱ステップ中、プリフォームの温度を５０℃〜１３０℃、又はさらには７５℃〜１００℃にする。

好ましくは、前記変位中に到達される延伸ロッドの速度は０．５〜３．０ｍ／秒、又はさらには１〜２．５ｍ／秒である。

好ましい特徴によれば、注入ステップ中、一定量の飲料は温度が１℃〜１２０℃、又はさらには１０℃〜９０℃である。

優先的に、注入ステップの開始と終了との間で測定されるプリフォームの長手方向の伸びの比は２〜５又は２．５〜４となる。

さらに、一実施形態によれば、注入ステップの開始と終了との間で測定されるプリフォームの半径方向の伸びの比は２〜７、又はさらには３〜４．５である。

本発明は、熱可塑性物質が、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル及びそれらの組合せからなる群から選択される場合に最も適切に適用されることが強調されるべきである。

好ましくは、本方法は、前記プリフォームの膨張を促進するように事前気体注入ステップをさらに含み、それによりプリフォームの容積は、所定容積の事前に規定された割合、有利には７０％になる。

有利には、事前気体注入ステップの後に、プリフォームが前記所定容積に達するまで前記プリフォームの膨張を促進するように飲料注入ステップが続く。

これは、空気が、膨張している熱可塑性物質を、飲料ほど冷却することができないためである。したがって、これら特徴には、より安定した方法とその方法を実現するより広い機会を提供するという利点がある。

１つの有利な特徴によれば、金型を、事前に熱可塑性物質の融点を少なくとも５０℃下回る温度にする。

この場合もまた、本発明による方法はまた、容器の上に閉鎖キャップを嵌合させる後続するステップも含むことができる。

この場合、飲料の少なくとも幾分かを注入するステップは、好ましくは、閉鎖キャップが嵌合した後に容器の首部に過圧を形成するように、内部に気体が事前に導入された一定量の飲料を注入するサブステップを含む。

最後に、一態様によれば、ロッドの長手方向変位は、一定速度で行われる。

また、本発明は、プリフォームの首部が変形する危険を低減するように、ベル型ヘッドを有するノズルを通して行われる。

本発明はまた、加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に所定量の飲料を供給する装置であって、プリフォームが略円筒状であり且つ金型内に配置される、装置において、金型内部におけるプリフォームの膨張を促進するように、プリフォームの凹み内に少なくとも幾分かの飲料を注入する手段であり、金型が容器の形状を画定する、手段と、延伸ロッドを所与の期間にわたって長手方向に変位させ且つ加熱されたプリフォームを長手方向に伸長させる手段であり、延伸ロッドが所与の期間の最後に固定される、手段と、所定量の事前に規定された割合、好ましくは５０％を上回る量の飲料が、所与の期間の前記最後に凹み内に存在することを確実にする手段と、を備える装置も提案する。

有利には、この装置は、上記方法のそれぞれの意図されたステップを別個で又は組み合わせて実行するのに適した手段を有することができる。

ここで、本発明を、例示的な実施形態に関連する添付図面を参照して詳細に説明する。

従来技術の一例によるミネラルウォーターボトルの形成のモニタリングを示す図である。 本発明による方法に関連して使用される結晶化度を示す図である。 使用される設備の概略図を示す図である。 本発明の好ましい実施形態によるミネラルウォーターボトルの形成のモニタリングを示す図である。 本発明の別の態様を示す図である。

本明細書で例として示す実施形態は、加熱されたプリフォームからＰＥＴミネラルウォーターボトルを製造するプロセスに関する。プリフォームは、下端が閉鎖された円筒管の形状である。プリフォームの開放頭部は、ボトルののど部又は首部に対応し、その上に閉鎖キャップがねじ込まれる。

図１は、従来技術の一解決法による、延伸ロッドの位置１及び膨張しているプリフォーム内の空気圧２の時間による変動を示す。

この図では、ｘ軸は時間を表し、左側のｙ軸は延伸カムの線形位置を表し、右側のｙ軸は膨張しているプリフォーム内の空気圧を表す。

プロセスの第１の段階４、特に５０ミリ秒〜２７５ミリ秒の間、延伸ロッドは、概ね一定速度で線形に前進する。

プロセスの開始から３２０秒後（参照符号３）、延伸ロッドはその最終位置Ｐ_ｆに達し、そこからそれ以上移動しない。

プロセスの第１の段階の第１の部分４ａの間、プリフォーム内の空気圧２は、最初は大気圧Ｐ_ａに等しく、プロセスの開始から１５０ミリ秒後までそれを維持するが、大気圧の約１．４倍の値まで増大し、その値にはプロセスの開始から２００ミリ秒後に達する。

さらなる１００ミリ秒、すなわちプロセスの開始から３００ミリ秒まで続く、プロセスの第１の段階の第２の部分４ｂの間、圧力は一定のままである。

プロセスの第２の段階５の間、圧力は、４５０ミリ秒まで概ね一定の上昇速度で急速に増大し、４５０ミリ秒で、大気圧の約８倍に等しい値に達する。

この瞬間から、膨張しているプリフォーム内の圧力はわずかに低減するが、依然として大気圧の８倍の程度であり続ける。

さらに、いかなる科学的理論にも拘束されることを望まないが、ポリエステルプリフォームは非晶性であり、延伸が、同時に結晶化及び発熱反応を誘発することが知られている。ここで、熱の発生は、結晶化の進行に対して有害である。

したがって、図２を参照すると、延伸ロッドによって第１の延伸が行われ、結晶化及び熱の発生がもたらされ、その瞬間に、非圧縮性流体が導入され、そこでその非圧縮性流体は発生する熱を吸収し、最終的な容器において得られる結晶化の平衡点を、高い値、好ましくは３０％〜３５％に向かってシフトさせる。

結晶化は、以下の方法を使用してロイド・ダベンポート（Ｌｌｏｙｄ−Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ）密度カラムで測定する。カラムに、密度勾配のある塩（硝酸カルシウム）溶液を充填する。カラムを、１．３３５〜１．４５５の既知の密度である球で較正する。次に、本発明による容器のいくつかの小片をカラム内に浸漬し、一定時間の後、これらは、カラム内で一定密度に対応する一定高さで安定する。測定を２３℃で行う。図の表は結晶化を示す。

図３を参照すると、圧縮空気アクチュエータ１５内に延伸ロッド１０が挿入されている。延伸ロッド１０は、それを長手方向に移動させる（矢印によって表す）延伸モータによって制御される。

圧縮空気アクチュエータ１５は、注入ヘッド１８を制御するシリンダ１７を備えており、シリンダ１７内を延伸ロッド１０が通過する。注入ヘッド１８は、金型（図示せず）内に配置されたＰＥＴプリフォームの首部２０に連結されており、プリフォームは、膨張した後、ミネラルウォーターボトルの形状をとり、この形状は金型の壁によって確定される。

アクチュエータは３つのチャンバを備えており、上部の２つのチャンバ１５ａ及び１５ｂには圧縮空気が充填されている。これら上部の２つのチャンバの間で、ピストン壁１９が、延伸ロッドに対して平行な方向に摺動する（その変位を矢印で表す）。延伸ロッド１０は、この壁１９の中心を通過する。

圧縮空気アクチュエータはまた、飲料、ここではミネラルウォーター用の側面注入口３０も有しており、それはアクチュエータの第３のチャンバ１５ｃに連結されており、このチャンバは底部チャンバである。飲料は、ライン３２を介して送り込まれる。

外部ミネラルウォーター注入口は、このライン３２の遠隔端部を介して液体を第１のバルブ３４内に供給し、第１のバルブ３４は、充填モータ（その移動を矢印で示す）によって制御されるピストン４２を備える単一チャンバ充填シリンダ４０の開口部に接続されている。このモータは、充填シリンダ４０の単一チャンバ内においてピストンを長手方向に移動させる。

ライン３２には第２のバルブ３６があり、それは、第１のバルブ３４及び充填シリンダ４０の開口部の後方で直列になっている。そして、ライン３２は、圧縮空気アクチュエータ１５の底部チャンバ１５ｃ内に伸びている。

圧縮空気アクチュエータの底部チャンバ１５ｃには、充填ヘッド１８を制御するシリンダ１７が貫通しており、シリンダ１７の内部容積は、圧縮空気アクチュエータ１５の下部出口を通って充填ヘッド１８内に出てくる。制御シリンダは側面開口部を有し、それにより、飲料がアクチュエータの底部チャンバと制御シリンダの内側との間を循環することができる。

延伸ロッド１０自体が、制御シリンダ１７内を通って充填ヘッド１８及びボトルプリフォームの首部２０の所まで移動する。

図４は、延伸ロッドの位置１０１と、膨張したプリフォーム内へのミネラルウォーターの流入を制御する充填アクチュエータの位置１０２との時間による変動を示す。

水平軸は時間を表し、左側の垂直軸は延伸ロッドの位置を表し、右側の垂直軸は、膨張したプリフォーム内に導入された水の量を表し、これは、充填アクチュエータの位置に比例する。

プロセスの第１の部分、すなわち０ミリ秒〜２５０ミリ秒の間、好ましい実施形態によれば、延伸ロッドは本質的に一定速度で前進する。

しかしながら、別の実施形態によれば、プロセスの第１の段階１１０、特に０ミリ秒〜１５０ミリ秒の間、延伸ロッドは、正の加速度のために増大する速度で前進する。プロセスの第２の段階１１５、すなわち１５０ミリ秒〜２５０ミリ秒の間、延伸ロッドは負の加速度で前進し、速度は、２５０ミリ秒でゼロになるまで低減する。しかしながら、速度の変化は、熱可塑性物質の規則正しく且つ確実な延伸を確保するために十分緩やかでなければならないことが理解されよう。

プロセスの開始から２５０ミリ秒後（参照符号１０３）、延伸ロッドはその最終位置Ｐ_ｆに達し、そこからはそれ以上移動しない。

同時に、充填アクチュエータは、膨張したプリフォーム内に量Ｖ_１のミネラルウォーターを導入した。プロセスの開始から（したがって０ミリ秒〜２５０ミリ秒の間に）導入された量は、流速（充填アクチュエータ変位加速度）が漸次増大することにより、漸次増大した。

３２０ミリ秒までのプロセスの第３の段階１２０を構成する、続く瞬間の間、導入される水の総量は一定であり、流速は変化しない。次に、４０ミリ秒の期間にわたり、量は急にわずかに（約４％）低減する。

この瞬間から、導入された総量値は概ねＶ_２で安定し、これは、数回の振動の後に最終的に達し、導入されている液体の流速はゼロである。

プロセスの開始から４５０ミリ秒後から開始してわずかな瞬間の後、充填アクチュエータは最終位置に達し、そこからはそれ以上移動しない。この時点で、充填アクチュエータは、量Ｖ_２のミネラルウォーターを膨張したプリフォーム内に導入した。量Ｖ_２は量Ｖ_１より大きいが、量Ｖ_１の２倍未満である。

前述の装置を使用する方法の間、プリフォームの温度を、事前に５０℃〜１３０℃、又はさらには７５℃〜１００℃の値にする。好ましい実施形態では、この値は８５℃である。

概して述べるならば、ボトルは、金型内で破裂しなかったという事実に基づいて高品質であるものと定義される。

行われた試験により、ボトルが能動的な延伸の最後にその最終容積の５０％に物理的に達していなかった場合、ボトルを完全に形成することができないことが分かった。

前述の装置を使用する方法の間、プリフォームの温度を、事前に５０℃〜１３０℃、又はさらには７５℃〜１００℃の値にする。好ましい実施形態では、この値は９５℃であり、使用するプラスチックはＰＥＴである。

ロッドは、速度が０．５〜３．０ｍ／秒、又はさらには１．０〜５ｍ／秒である。好ましい実施形態では、この値は、１．６ｍ／秒である。

飲料の温度を、事前に１℃〜１２０℃、好ましくは１０℃〜９０℃の値にする。好ましい実施形態では、この値は３０℃である。

熱可塑性物質の長手方向の伸びの比は、２〜５、又はさらには２．５〜４である。好ましい実施形態では、この値は３．５である。

熱可塑性物質の半径方向の伸びの比は、２〜７、又はさらには３〜４．５である。好ましい実施形態では、この値は４である。

熱可塑性物質は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル及びそれらの組合せからなる群から選択される。好ましい実施形態では、熱可塑性物質はＰＥＴである。

金型の温度は、ＰＥＴの場合は２３０℃である、熱可塑性物質の融点を少なくとも５０℃下回る。好ましくは、この温度は１００℃未満で維持される。好ましい実施形態では、金型の温度は周囲温度と等しい。

図５を参照すると、好ましい実施形態によるベル型ノズルの末端部５００が示されている。ノズル内部において、プリフォームの首部の外周の両側における（すなわち、首部の外面５１０及び首部の内面５２０における）内圧及び外圧は、その外周の両側の容積を連結する通路５０５が存在することにより、等しい。充填中、プリフォーム上のフランジ５３０により封止がもたらされる。この装置により、加圧流体がノズルによって注入されている間にプリフォームの首部が変形する危険がない。

別の実施形態によれば、ノズル末端部は、プリフォームの首部の外面５１０を以下のように保持する。すなわち、加圧流体がノズルの最上部を介してプリフォームの凹み内に注入される時、流体によりプリフォームの首部の内壁５２０に加えられる圧力が、ベル型ノズル末端部の壁によって保持されることにより補償される。したがって、プリフォームの首部は、高圧にも関らず変形しない。

当然ながら、本発明は、記載し且つ添付図面に示す実施形態には限定されず、当業者が特許請求の範囲内で想定することができるすべての変形まで広がる。

Claims (23)

1. 加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に所定量の飲料を供給する方法であって、前記プリフォームが金型内に配置されているものである、方法において、
   前記金型の内部において前記プリフォームを膨張させるために、前記プリフォームの凹み内に少なくとも幾分かの飲料を注入する注入ステップを含み、
   前記金型が前記容器の形状を画定し、延伸ロッドの長手方向の変位が、前記加熱されたプリフォームの長手方向の伸びを確実にする所与の期間中に行われ、前記延伸ロッドが前記所与の期間の最後に固定され、前記所定量の５０％を上回る量の飲料が、前記所与の期間の前記最後に前記凹み内に存在することを特徴とする方法。
2. 前記変位及び前記注入がコンピュータ支援製造装置によって制御されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記変位及び前記注入がカムによって制御されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 事前加熱ステップ中、前記プリフォームの前記温度を５０℃〜１３０℃にすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記事前加熱ステップ中、前記プリフォームの前記温度を７５℃〜１００℃にすることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記変位中に達する前記延伸ロッドの速度が０．５〜３．０ｍ／秒であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記変位中に達する前記延伸ロッドの速度が１〜２．５ｍ／秒であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記注入ステップ中、一定量の飲料が１℃〜１２０℃の温度であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記注入ステップ中、一定量の飲料が１０℃〜９０℃の温度であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記注入ステップの開始と終了との間で測定される前記プリフォームの長手方向の伸びの比が２〜５であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記注入ステップの開始と終了との間で測定される前記プリフォームの長手方向の伸びの比が２．５〜４であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記注入ステップの開始と終了との間で測定される前記プリフォームの半径方向の伸びの比が２〜７であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記注入ステップの開始と終了との間で測定される前記プリフォームの半径方向の伸びの比が３〜４．５であることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記熱可塑性物質が、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル及びそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記プリフォームの容積が所定容積の事前に規定された割合になるように前記プリフォームを膨張させるために事前気体注入ステップを含むことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記事前に規定された割合が、前記所定容積の７０％に等しいことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記事前気体注入ステップの後に、前記プリフォームが前記所定容積に達するまで前記プリフォームを膨張させるために飲料注入ステップを続けることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記金型を、事前に前記熱可塑性物質の融点を少なくとも５０℃下回る温度にすることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記容器に閉鎖キャップを嵌合させる後続のステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記少なくとも幾分かの飲料を注入する前記ステップが、前記閉鎖キャップが嵌合された後に前記容器の首部に過圧を形成するために、内部に気体が事前に導入された一定量の飲料を注入するサブステップを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
21. 前記延伸ロッドの前記長手方向の変位が一定速度で行われることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記注入が、前記プリフォームの首部が変形することを低減するように、ベル型ヘッドを有するノズルを通して行われることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 加熱されたプリフォームから形成された熱可塑性容器内に所定量の飲料を供給する装置であって、前記プリフォームが金型内に配置される、装置において、
    前記金型の内部において前記プリフォームを膨張させるために、前記プリフォームの凹み内に少なくとも幾分かの飲料を注入する手段であり、前記金型が前記容器の形状を画定する、手段と、
    延伸ロッドを所与の期間にわたって長手方向に変位させ且つ前記加熱されたプリフォームを長手方向に伸ばす手段であり、前記延伸ロッドが前記所与の期間の最後に固定される、手段と、
    前記所定量の事前に規定された割合を上回る量の飲料が、前記所与の期間の前記最後に前記凹み内に存在することを確実にする手段と
    を備えることを特徴とする装置。

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