JP2012524679A - 容器製造機用に最適化したノズル - Google Patents

Abstract

ビレット（２）から容器をブロー成形する機械（１）の加圧ガス注入装置（１４）であって、ビレット（２）を受容するように設計されている金型（９）からノズルが離れている高位置と、ノズルがビレット（２）の首部（３）を覆って金型（９）を押圧する低位置との間を移動する可動式ノズル（１５）と、ノズル（１５）に対して並進運動するように可動式に取り付けられたインサート（３６）であって、ビレット（２）のリム（４）を押圧することができる下方端部の面（４５）を有するインサート（３６）と、インサート（３６）がノズル（１５）に対する運動行程の最終地点で停止状態となり、インサート（３６）の下方端部の面（４５）がノズル（１５）から出る低位置にインサートを引き戻す部材（４４）とを有する装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブロー成形または延伸ブロー成形による容器の製造分野に関する。

容器のブロー成形は通常金型の中に行い、金型の壁が容器の空洞に対応するキャビティ画定し、このキャビティの中に予備加熱したプラスチック材料製のビレットを挿入して材料を軟化させのち（「ビレット」という語は、プリフォームだけではなくあらかじめブロー成形を１回または複数回施した中間容器も対象とする）、このビレットを金型の壁に対して押し当てるように加圧して容器を形成する。

ビレットへのガス（一般に空気）の挿入は、金型の上面に密閉させて取り付けたノズルを介して行う。金型が凹形状であることから、金型から出ているビレットの首部を覆うノズルは一般に「ベル型ノズル」という。

このようなノズルが仏国特許第２８４９９０５号や米国特許出願公開第２００６／０１１５５４６号に記載されており、両者とも本出願人の名によるものである。

プリフォームは、ノズルが金型を押圧する際に位置がずれることがある。この場合、プリフォームはブロー成形の際に位置がずれたままとなり、それによって首部が傾いて容器が歪み、視覚的に不格好となり、充填および栓をするのに不適切なものとなる。

そのためこのノズルを、可動式インサートを有するプリフォームの安定化システムであって、インサートをプリフォームの首部に当ててプリフォームを金型に押し当て、場合によってはブロー成形の開始前に垂直な位置にプリフォームを置くシステムによって最適化した。

本出願人の名による仏国特許第２９１２６８７号に記載されているこのシステムによって、容器の廃棄率を大幅に軽減させることができた。

しかしながら、以前よりも数は少ないものの、それでもこのシステムに問題がなかったわけではない。このような問題は特に（これに限ったことではないが）、小容量の容器（とりわけ０．５ｌ）で、プリフォームの胴部の長さが短く金型に挿入した際に軸ずれのリスクが大きい容器のブロー成形に関する。実際、プリフォームのなかには、ノズルを下ろした際にこのような軸ずれが生じ、プリフォームが安定していないうちからノズルによって首部が潰れているものがある。

そのほか、本出願人の名による仏国特許第２８０４０５９号および米国特許出願公開第２００３／０７７３４９号により、捕捉部材を備えたノズルで、ノズルが下降した際に力によって首部内に嵌合するようになっているものが知られている。しかしながら、この文献で提起されている問題はこれとは異なり、軸周りのビレットの向きを正確に調整することである。実際に捕捉部材は、位置が軸からずれている場合にビレットを安定させるようにはなっておらず、このシステムの正常な動作は逆に、ビレットがあらかじめ軸に沿って正確な位置にあることを前提としているが、その前提通りにはならなかった場合、捕捉部材はビレットを左右非対称に押し当ててずれた位置をさらに悪化させるおそれがある。

仏国特許第２８４９９０５号 米国特許出願公開第２００６／０１１５５４６号 仏国特許第２９１２６８７号 仏国特許第２８０４０５９号 米国特許出願公開第２００３／０７７３４９号

本発明は、従来のノズルに改良を加えることによって、さらに正確にはブロー成形の最初にプリフォームの安定化を改善することによって、ブロー成形の信頼性（および容器の平均的な質）を増大させることを狙いとするものである。

そのために本発明は、第１の局面に沿って、プラスチック材料製のビレットから容器をブロー成形または延伸ブロー成形する機械の加圧ガス注入装置であって、この装置が、
− ビレットを受容するように設計されている金型からノズルが離れている高位置と、ノズルがビレットの首部を覆って金型を押圧する低位置との間を並進移動する可動式ノズルと、
− ノズルに対して並進運動するように可動式に取り付けられたインサートであって、ビレットのリムを押圧することができる下方端部の面を有するインサートと、
− インサートがノズルに対する運動行程の最終地点で停止状態となり、インサートの下方端部の面がノズルから出る低位置にインサートを引き戻す部材
とを有する装置を提供する。

このようにすると、金型内にプリフォームを挿入する際にできるインサートとプリフォームの首部との間の遊びを最小にすることができる。その結果、プリフォームはより即座に安定し、それによってブロー成形の最中に位置がずれるリスクが最小に抑えられる。

この押圧面は、平らであることが好ましく、インサートの移動軸に対して直角である。

好適な一実施形態によれば、下方端部の面のレベルにあるインサートの厚みは、リムのレベルにあるビレットの首部よりも厚い。

インサートは、たとえば筒状の胴部を有し、ノズル内に形成された中ぐり加工部とスライドして協働する少なくとも１つのフランジがこの胴部から半径方向に突出して延び、このフランジにはガス抜き孔を形成する孔が開いている場合がある。

好適な一実施形態によれば、ノズルは固定シリンダに対して並進運動するように取り付けられている。戻り部材（実際には圧縮用ばね）は、インサートとシリンダに固定の押圧面との間に介在していることが好ましい。この押圧面は、たとえばシリンダに固定のジャケットに取り付けられているリングの一部であり、その胴部はノズル内に嵌合している。

本発明は、第２の局面に沿って、プラスチック材料製のビレットからブロー成形または延伸ブロー成形によって容器を製造する機械であって、
− ビレットを受容するように設計された金型を備える少なくとも１つの成形ユニットと、
− 上記のようなノズルであって、このノズルが金型にビレットを挿入することができるように金型の上面から離れている高位置と、ビレットが金型の上面に押圧される低位置との間を移動するように取り付けられるノズル
とを有する機械を提供する。

本発明のその他の目的および利点は、添付の図を参照しながら以下の説明文を読めば明らかになるであろう。

金型に挿入したプリフォームの真上に配置され高位置にあるノズルの断面図である。 挿入部ＩＩに沿って図１を詳細に示した拡大図である。 図１と同様の図であるが、金型に押し当てられ低位置にある図である。 挿入部ＩＶに沿って図２を詳細に示した拡大図である。

図１は、ＰＥＴなどのプラスチック材料製ビレット２からブロー成形または延伸ブロー成形によって容器を製造する機械１を部分的に示した図である。当然これは予備ブロー成形を少なくとも１回施した中間容器のことでもあるが、以下の文では、対象とするビレット２は単にガラス転移温度よりも高温で加熱処理を施したプリフォームと仮定している。

プリフォーム２は首部３を有し、首部はブロー成形の過程ではほとんど変化せず、上端部に円形のリム４を備えている。首部３は、容器の製造ステップ（加熱、ブロー成形）の過程でプリフォーム２を保持することができるフランジ５の下にある、下方端部が半球部７で閉じられているほぼ円筒状の胴部６に続いている。

機械１は、複数の成形ユニット８を有するが、図にはそのうちの１つのみを示している。このユニット８は、容器の空洞形状を画定するキャビティ１０の凹状の金型９を有する。キャビティ１０は、軸Ａを中心に全体が対称となっている。この対称軸は後述する全素子と共通の軸である。金型９は上方端部に上面１１Ａがあり、キャビティ１０は円形開口部１２によってこの面に開口し、プリフォーム２はこの開口部を通って金型９に挿入される。

とりわけ図１から明らかなように、開口部は座ぐり加工部１３を備え、プリフォームが正常に金型９に挿入されると、プリフォーム２のフランジ５がこの座ぐり加工部に係合するようになっている。

図１に示すプリフォーム２は、０．５ｌなど小容量の容器の製造を対象とするプリフォームであるため、その形状はコンパクトで、胴部６の長さは短く、その直径は首部３の直径よりも短い。本発明はプリフォームの形状またはサイズとは一切関係ないが、このタイプのプリフォームは統計的に、（大容量の容器｛１．５ｌまたは２ｌ｝のプリフォームよりも）金型に挿入したときに軸ずれが生じる傾向にあるため、意図的にこのプリフォーム２を図示した。このような軸ずれは一般に、プリフォーム２を金型に挿入した際にフランジ５が座ぐり加工部１３に与える弾性衝撃に起因するものである。

成形ユニット８には、ベル型ノズル１５を含むガス注入装置１４が備わっている。ノズル１５は、
− 容器製造に延伸操作が含まれる場合に、スライド式の伸長軸（図示せず）が貫通している筒状ノズルの胴部１６と、
− ノズルの胴部１６の下方端部にビスで留められたねじを切った先端部１７と、
− 中央に穴の開いた環状パッキン１８（天然または合成ゴムまたはシリコーンなどの可撓性材料製）であって、剛性を高めるためにワッシャ２０をパッキン１８と先端部１７との間に介在させて、先端部１７にビスで留められたはめ輪１９で固定するパッキンと、
− 先端部１７の上のノズルの胴部１６にビスで留められ、ビスが弛まないように胴部を締め付ける止めナット２１
とを有する。

ノズル１５は、金型にプリフォーム２を挿入することができるようにノズルが金型９の上面１１から離れている高位置（図１）と、ノズルが上面１１に押し当てられてパッキン１８が金型の内縁上でフランジ５を押圧する低位置（図３）との間の並進移動が可能なように金型９の軸Ａに沿って取り付けられる。

注入装置１４はシリンダ２２を有し、ノズル１５はこのシリンダに対して並進移動するように取り付けられている。シリンダ２２は、ノズルが移動する際にノズル１５を支持および誘導し、内部の容積２４を画定する中央の中ぐり加工部２３を有し、この中ぐり加工部にシリンダの壁に開けられた２段の通路、すなわち上方通路２５および下方通路２６が通って容積２４に流体（水または油、あるいは空気など）を加圧供給する。

注入装置１４はさらに、ノズルの胴部１６の中に嵌合している胴部２８を有する管状ジャケット２７を有し、胴部は上方端部の環状頭部２９まで延び、この頭部を介してジャケット２７はシリンダ２２に強固に固定されている。

下方端部では、ジャケットの胴部２８は内部に環状溝を備え、この溝の中に止め輪またはサークリップ３０が取り付けられている。この機能については後述する。

上方端部では、ノズルの胴部１６は環状ピストンの形態をした頭部３１まで延びている。ピストン３１は中ぐり加工部２３で受容され、内部の容積２４を２つの異なるチャンバに分離している。すなわち、上方通路２５と通じている上方チャンバ３２および下方通路２６と通じている下方チャンバ３３である。

ノズル１５は、上方通路２５を通って上方チャンバ３２に加圧流体を注入すると同時に下方通路２６を通って下方チャンバ３３にこの流体を排出することによって、高位置（図１）から低位置（図３）に向かって移動する。また逆に、ノズル１５は、下方通路２６を通って下方チャンバ３３に加圧流体を注入すると同時に上方通路２５を通って上方チャンバ３２にこの流体を排出することによって、低位置から高位置に向かって移動する。

図からわかるように、ノズルの胴部１６は内部に中ぐり加工部３４を画定し、その直径は遊びを除いてジャケットの胴部２８の外径と一致している。先端部１７は、ノズルの胴部１６からこの先端部の下方端部まで延び、内部に中ぐり加工部３５を画定する中央部分があり、その直径は中ぐり加工部３４の直径と等しい。したがって、ノズルの胴部１６と先端部１７との間の接合部には直径の不揃いが一切ない。

注入装置１４はさらに、ノズル１５に対して同軸に並進運動するように取り付けられるインサート３６を有する。このインサート３６は管状の胴部３７を有し、その外径はパッキン１８の中央の孔の内径よりも短いため、インサート３６はノズル１５の下方端部の特にパッキン１８のレベルで摩擦することなくスライドすることができる。インサート３６は、伸長軸が通るように中空になっている。その内径は、ノズル１５を通ってプリフォーム２に注入する加圧ガスの通路を伸長軸の周囲に設けるのに十分な長さである。

インサート３６は、少なくとも１つのフランジの形態をした誘導手段であって、好ましくは図に示すように、胴部３７の外面から突出する２つの環状フランジ、すなわち胴部３７の全体的な高さに対して比較的短い所定の距離だけインサート３６の上方端部３９から離れて位置する上方フランジ３８、および上方フランジ３８から離れて胴部３７の約半分の高さに位置する下方フランジ４０を備えている。

フランジ３８、４０の外径はいずれも、遊びを除いて中ぐり加工部３４、３５の直径と等しいため、ノズル１５に対してインサート３６を軸に沿って正確に誘導することができる。

図２から明らかなように、下方フランジ４０には下側に円錐台形の押圧面４１があり、この面は、図１に示すインサート３６の低位置で、先端部の下方端部の辺りで押圧面と合致するように先端部１７内に形成された円錐台形の支え面４２で停止して、インサート３６の垂直な運動行程範囲を限定する。

胴部３７には、上方フランジ３８と胴部３７の上方端部３９との間に上方端部の一部４３があり、この部分には戻しばね４４が通され、さらにこのばねはサークリップ３０が境界を定めるジャケット２７の下方端部に嵌合している。圧縮の機能を果たすばね４４は、上方フランジ３８とサークリップ３０との間で圧縮されるように介在し、サークリップの下面はばね４４の支持面を形成する。ばね４４は常にインサート３６を低位置に持っていくように働く。

インサート３６の胴部３７は、図３に示すように、ノズル１５が低位置に向かって下降する際にプリフォーム２のリム４と接触してプリフォームを安定させることができる押圧面を形成する下方端部４５を備えている。図に示す一実施形態によれば、押圧面４５は平らで、軸Ａに対して直角に広がっている。

図４から明らかなように、押圧面４５の直径はリム４の直径とほぼ等しく、押圧面はリム４よりも半径方向に長い（換言すると、押圧面４５のレベルの胴部３７の厚みはリム４のレベルの首部３の厚みよりも大きい）。したがって、押圧面４５とリム４との間の接触が絶たれるリスクがないため、開口部１２内のプリフォーム２が半径方向に軽く揺れることは許容範囲内である。

図１に示すように、ノズル１５が高位置にあり、インサートの外側には（戻りばね４４の力以外は）一切の外力がない場合、押圧面４５はノズル１５から出ている。さらに正確には、この位置では、下方フランジ４０の下側の押圧面４１は支え面４２で停止する状態にあり、胴部３７の根幹部分４６（つまり胴部の全長の約１／５だけ長い部分）がノズルから金型９の方向へ出てパッキン１８の押圧面４７から突出している。この場合、胴部３７は全体の長さの３分の１だけノズル１５から出ている。

下方部分で半径方向に場所を取ることから、周辺部材（特にプリフォーム２および最終容器の捕捉部材）の形態または配置を再検討する必要なしに、高位置にあるノズル１５を最小の安全距離以上に金型の上面１１に近づけることは不可能である。

逆にインサート３６は、胴部３７の外径がプリフォーム２の外径と同等またはわずかに長いため、プリフォームの直近に配置することができる。したがって、ノズル１５が高位置にあるときのノズル１５と金型９とを隔てている距離、つまり、さらに正確にはパッキン１８の押圧面４７と金型９の上面１１との間の距離を変更することなく、押圧面４５とリム４とを隔てている距離を最小にすることが可能になる。

このように図１から、胴部３７の部分４６は、ノズル１５とプリフォーム２とを隔てているスペースをほぼ埋め、押圧面４５とリム４との間には遊びＪが設けられていることがわかる。わずか数ミリメートルのこの遊びＪによって、開口している金型９を貫通させてプリフォームを挿入する際にプリフォーム２の通過が可能になり（プリフォーム２は、フランジ５が金型９の上面１１に与える衝撃を回避するため、金型９内の最終位置よりもわずかに高く上げられている）、プリフォーム２を金型９内に配置した直後に捕捉部材から離れた際にプリフォームが傾くのを防ぐ。実際、プリフォーム２の円弧状の揺れはリム４がインサート３６の押圧面４５に当たることによって制止されるため、インサートによってプリフォーム２は金型９の軸Ａに垂直な位置に戻ろうとする。

さらに、仏国特許第ＦＲ２９１２６７８号では、インサートが完全にノズルと結合し、戻りばねがノズルに強固に固定されているワッシャを押圧しているため、インサートのあらゆる垂直な並進運動にノズルが追従するが、本明細書では、インサート３６はノズル１５から部分的に離れ、戻りばね４４がサークリップ３０を押圧し、サークリップはノズル１５が並進運動する際には固定ジャケット２７内に押し上げられる。その結果、インサート３６がプリフォーム２にかける押圧力をあらかじめ定める一定の力にすることができ、これは最初に選択するばね４４には左右されるがノズル１５の位置とは無関係である。

図に示すように、インサート３６の胴部３７の外径はジャケット２７の内径よりも短いため、両者の間にはプリフォーム２のブロー成形の際に注入される加圧ガスを通すための環状通路が設けられている。このほか、ガス抜き孔を形成する軸に沿った孔４８、４９が上方フランジ３８および下方フランジ４０に設けられ、これによって胴部３７とノズル１５との間の環状スペースにガスを通すことができ、その結果、インサート１５の内圧と外圧を均等に保ってインサートのあらゆる変形を防ぐことができる。ノズル１５が低位置にあるとき、パッキン１８は金型９との接合部を密閉するため、ガス漏れが抑えられる。

上記の説明による着想から、インサート３６は既存のノズル１５に最小の構造的修正を加えるだけでよい。先端部１７は実際にその対象となる唯一の部品であり、高位置に近づくとノズル１５がインサート３６を引き上げる高さに円錐台形の支え面４２を形成することで、下方フランジ４０の押圧面４１は支え面４２で停止する。

注入装置１４の動作は以下の通りであり、高位置にあるノズル１５に基づいて説明する。

この位置では、下方チャンバ３３は加圧され、ピストン３１はジャケット２７の頭部２９で停止する。ノズル１５は金型９から離れる。下方フランジ４０は運動行程の最後で支え面４２によって停止し、ノズル１５は低位置にあるインサート３６の並進運動を阻止し、首部３をスムーズに貫通させてプリフォーム２を挿入するのに十分な距離を金型９から隔ててインサートを保持する。

金型９は開口している。ピンセットなどの捕捉部材を用いてそこにプリフォーム２を貫通させて挿入する。金型９が閉鎖されるとプリフォーム２を放す。フランジ５が座ぐり加工部１３に対してバウンドする弾性衝撃などによって軸方向の位置がずれた場合でも、インサート３６が直近にあり、その押圧面４５がリム４からわずかな距離Ｊだけ離れていることによってその位置は正される。

プリフォーム２を放すと、ノズル１５は上方チャンバ３２が加圧されると同時に下方チャンバ３３がガス抜きされることによって低位置に移動し、これによってピストン３１が垂直に移動する。

遊びＪのノズル１５の運動行程に対する無視してもよいほどわずかな特徴を計算に入れることによって、インサート３６はノズル１５の下降開始直後にリム４と接触する。

プリフォーム２を放した際に金型９に対してバウンドするという仮定では、プリフォームはインサート３６の押圧面４５に対してリム４が衝突する。ばね４４の圧縮によって衝撃によるエネルギーの一部が吸収されると同時にインサート３６が後退するため、インサートはプリフォーム２に対する緩衝材として作用する。衝撃の直後に起こるばね４４の弛緩によって、プリフォーム２はフランジ５が座ぐり加工部１３に収まっている状態の金型９の上面１１に押し当てられるとともに、ノズル１４はその下降に追従する。

支え面４２が下方フランジ４０から離れると、インサート１５のプリフォーム２に対する押圧力は一定となり、かつばね４４がインサート３６に対してかける戻り力と対等となるが、これはノズル１５の位置とは無関係に起こる。すると、プリフォーム２は金型９の上面１１、さらに正確には座ぐり加工部１３に押し当てられ、これによってプリフォーム２は金型９の垂直軸Ａに沿って保持される。

低位置（図３）では、パッキン１８はフランジ５と接触して加圧状態にあるノズル１５内の容積の気密性を確保する。

前述の注入装置１４によって、金型に挿入した際にプリフォームの位置がずれる割合をさらに軽減することができる。その結果、廃棄率がさらに軽減され、ブロー成形した容器のなかでも特に小容量の容器の平均的な質が向上する。

Claims (10)

1. プラスチック材料製のビレット（２）から容器をブロー成形または延伸ブロー成形する機械（１）の加圧ガス注入装置（１４）であって、
   − 前記ビレット（２）を受容するように設計されている金型（９）からノズルが離れている高位置と、前記ノズルが前記ビレット（２）の首部（３）を覆って前記金型（９）を押圧する低位置との間を並進移動する可動式ノズル（１５）と、
   − 前記ノズル（１５）に対して並進運動するように可動式に取り付けられたインサート（３６）であって、前記ビレット（２）のリム（４）を押圧することができる下方端部の面（４５）を有するインサート（３６）と、
   − 前記インサート（３６）が前記ノズル（１５）に対する運動行程の最終地点で停止状態となる低位置に向かってインサート前記（３６）を引き戻す部材（４４）
   とを有する装置において、
   前記インサート（３６）の低位置ではインサートの下方端部の面（４５）が前記ノズル（１５）から出ることを特徴とする装置。
2. 前記押圧面（４５）は平らであることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１４）。
3. 前記押圧面（４５）は前記インサート（３６）の移動軸（Ａ）に対して直角であることを特徴とする、請求項２に記載の装置（１４）。
4. 下方端部の前記面（４５）のレベルにある前記インサート（３６）の厚みは、前記リム（４）のレベルにある前記ビレット（２）の前記首部（３）よりも厚いことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１４）。
5. 前記インサート（３６）は、筒状の胴部（３７）を有し、前記ノズル（１５）内に形成された中ぐり加工部（３４、３５）とスライドして協働する少なくとも１つのフランジ（３８、４０）が前記胴部から半径方向に突出して延びていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１４）。
6. 前記フランジ（３８、４０）には、ガス抜き孔を形成する孔（４８、４９）が開いていることを特徴とする、請求項５に記載の装置（１４）。
7. 前記ノズル（１５）は、固定シリンダ（２２）に対して並進運動するように取り付けられることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１４）。
8. 前記戻り部材（４４）は、前記インサート（３６）と前記シリンダ（２２）に固定の押圧面との間に介在することを特徴とする、請求項７に記載の装置（１４）。
9. 前記押圧面は、前記シリンダ（２２）に固定のジャケット（２７）に取り付けられる止め輪（３０）の一部であり、その胴部（２８）は前記ノズル（１５）内に嵌合していることを特徴とする、請求項８に記載の装置（１４）。
10. プラスチック材料製のビレット（２）からブロー成形または延伸ブロー成形によって容器を製造する機械であって、
    − ビレット（２）を受容するように設計された金型（９）を備える少なくとも１つの成形ユニット（８）と、
    − 請求項１から９のいずれか一項に記載のノズルであって、前記金型（９）に前記ビレット（２）を挿入することができるように前記金型（９）の上面（１１）から離れている高位置と、ビレットが前記金型（９）の前記上面（１１）に押圧される低位置との間を移動するように取り付けられるノズル（１５）
    とを有する機械（１）。

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