JP2013541448A - 液圧又は水圧ブロー成型 - Google Patents

Abstract

プラスチック容器の形成と充填を同時に行う装置及び方法を提供する。型穴は、内壁面を規定し、予備成形物を受け入れるために適応している。圧力源は、注入口を含んだサーボモータシステムである。上記サーボモータシステムは、注入口を通して液体を引き込み、それを予備成形物に押し進めるための動作可能である。ブローノズルは、上記圧力源から上記液体を受け入れ、高圧力における上記液体を予備成形物に移送するように適応しており、その結果、上記予備成形物を上記型穴の上記内壁面に向かって膨張するように強制し、結果としての容器を作り出す。上記液体は、上記容器の中に最終的な商品として残る。

Description

発明の詳細な説明

〔関連出願の相互参照〕
本願は、２０１０年２月８日に出願された米国特許出願第１２／７０１，９２５号の一部において継続される２０１０年１０月１８に出願された米国特許出願第１２／９０６，２７５号への優先権を主張している。米国特許出願第１２／７０１，９２５号は、２００６年４月１３日に出願された米国仮出願第６０／７９１，９５４号の利益を主張している、２００７年４月１２日に出願された米国特許第１１／７８６，７３６号の分割出願である。上述の出願それぞれの全ての開示は、参照することによって本明細書に組み込まれている。

〔分野〕
本開示は、通常、プラスチック容器の形成と充填を行うための装置及び方法に関する。より具体的には、本開示は、プラスチック容器の形成と充填を同時に行う装置及び方法に関する。

〔背景〕
本欄は、必ずしも先行技術とはいえない、本開示に関する背景の情報を提供する。

環境及び他の関心を受けて、現在、プラスチック容器、より具体的にはポリエステル容器、さらに具体的にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）容器は、以前はガラス容器において供給されていた数々の商品を包装するためにこれまで以上に使用されている。製造業者及び充填する人、のみならず消費者は、ＰＥＴ容器は、軽量、安価、再生利用可能、及び大量に製造可能であると認識している。

ブロー成型されたプラスチック容器は、数々の商品の包装において普及している。ＰＥＴは、結晶化可能なポリマーであり、つまり、非結晶質の形態又は部分的結晶の形態において利用される。形の完全性を維持するためのＰＥＴ容器の能力は、ＰＥＴ容器の結晶化度として知られているような、結晶質の形態に属するＰＥＴ容器の割合に関連している。以下の式は、体積分率としての結晶化度を規定している：

式１

ここで、ρはＰＥＴ材料の密度であり；ρ_ａは、純粋な非結晶質のＰＥＴ材料の（１．３３３ｇ／ｃｃ）であり；ρ_ｃは、純粋な結晶質の材料の密度（１．４５５ｇ／ｃｃ）である。一度、容器がブローされると、商品は当該容器に充填される。

もともとは、ブロー成型と充填とは２つの独立した処理として発展してきており、多くくの場合において異なる企業によって操作されてきた。より費用効率よくボトルを充填するために、一部の充填する人は、工場内においてブロー成型すること、多くの場合において、ブローモールダーを直接的に充填ラインに組み込むことを提案している。設備の製造業者はこの利点を理解しており、ブローモールダーとフィラーとが完全に同調することを約束するように設計されている「総合的な」システムを販売している。２つの処理を共により近づける取り組みにも関わらず、ブロー成型と充填とは、２つに独立し、明確に区別できる処理であり続けている。結果として、これら２つの処理を別々に実行する上に、かなりの費用が必要となる。従って、１つの動作における容器の形成と充填を行うために適した液圧又は水圧ブロー成型への要求がある。

〔概要〕
この欄は、本開示の全般的な概要を提供しており、全ての範囲又はその特徴の全ての包括的な開示ではない。

それに応じて、本開示は、加熱した予備成形物を膨張させ、金型の形状を獲得するために必要となる圧力を与えるために最終的な液体の生産物を使用すること、それによって容器の形成と充填を同時に行うシステム及び方法を提供する。

１つの例において、当該システムは、内壁面を規定し、予備成形物を受け入れるために適応した型穴を含んでいる。当該システムは、注入口、充填シリンダー、及びピストンのような装置を有する圧力源を含んでいる。ピストンのような装置は、第１の方向において、充填シリンダーの内側を移動可能であり、それによって、液体を、注入口を通して充填シリンダーの中に引き込むことができ、それによって、第２の方向において液体を予備成形物に向かって押し進めることができる。ブローノズルは、圧力源から液体を受け、高圧力における液体を予備成形物に移送するように適応しており、その結果、予備成形物を型穴の内壁面に向かって膨張するように強制し、結果としての容器を作り出す。液体は、容器の中に最終的な商品として残る。

さらなる適用の範囲は、本明細書中に提供された記載から明らかにする。この概要における記載及び具体例は、説明の目的のためのみを意図しており、本開示の範囲を限定することを意図していない。

〔図面の簡単な説明〕
本明細書に記載されている図面は、選択された実施形態の説明の目的のためにあり、すべての可能性がある実施ではなく、本開示の範囲を限定する意図はない。

図１は、モールドステーションの中に入れられた、加熱された予備成形物の概略の描写であり、ここで、ピストンのような装置を含んでいる圧力源は、上方へ向かって移動し、本開示の教示に従って圧力源の中に液体を引き込んでいる。

図２は、図１に図示されたシステムの概略の描写であり、ここで、金型は、２つに分かれて、予備成形物を取り囲んでおり、液体は圧力源の中に蓄積し続けている。

図３は、図２に図示されたシステムの概略の描写であり、ここで、延伸ロッドは機械的な延伸をするために予備成形物の中に伸び、ここで、流動体は、圧力源の中に蓄積され続けている。

図４は、図３のシステムの概略の描写であり、ここで、延伸ロッドは、予備成形物を延伸し、ここで、流動体は圧力源の中に十分に蓄積されている。

図５は、図４のシステムの概略の描写であり、ここで、ピストンのような装置は、液体を圧力源から予備成形物に押流し、その結果、型穴の壁に向かって予備成形物を膨張させている。

図６は、図５のシステムの概略の描写であり、ここで、ピストンのような装置は、十分に作動しており、その結果、新しく成型された容器に、適切な体積の液体を完全に移送しており、ここで、延伸ロッドは引き戻されている。

図７は、図６のシステムの概略の描写であり、ここで、金型は２つに分かれて分離し、ピストンのような装置は、次のサイクルに備えて、圧力源の中に液体を引き込み始めている。

図８は、モールドステーションの中に入れられた、加熱された予備成形物の概略の描写であり、ここで、本開示の教示に従って、圧力源はサーボモータを含んでいる。

付随する参照の数表示は、図面のそれぞれの目的を通して対応する部分を示している。

〔発明の詳細な説明〕
実施形態の例を、付随する図面を参照して、これより、より十分に記載する。実施形態の例は、本開示が詳細となり、その範囲が当業者に十分に伝わるように提供されている。数々の固有の詳細な記述は、本開示の実施形態の詳細な理解を与えるために、例えば、特有の構成要素、装置、及び方法などを説明している。固有の詳細な記述を用いる必要はないこと、実施形態の例は多くの異なる形態において用いられること、及び本開示の範囲を限定するために解釈すべきでないことは、当業者にとって明らかである。

本明細書中に使用されている専門用語は、特に実施形態の例を記載する目的のためのみにあり、限定することを意図しない。本明細書中に使用されているように、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その前後関係が別に明確に示している場合を除き、同様に複数形を含むように意図され得る。用語「含む」、「含んでいる」、「含有する」、及び「有している」は包括的であり、従って、定まった特徴、整数、工程、操作、成分、及び／又は構成要素の存在を明確に述べているが、１つ以上の特徴、整数、工程、操作、成分、構成要素、及び／又はそれらの群の存在、若しくは追加を除外しない。本明細書中に記載されている方法の工程、処理、及び操作は、実行の指示として明確に特定される場合を除き、論じられ、説明される特有の指示において、必ず実行することを要求されるように解釈すべきではない。追加又は代替の工程が用いられ得ることもまた理解されるべきである。

成分又は層が、他の成分又は層に「接している」、「はめ合わせる」、「つながる」、又は「結合する」ように委ねられるときは、他の成分又は層に直接的に接し、はめ合わせ、つながり、又は結合するか、若しくは間に入る成分又は層が存在し得る。その一方、他の成分又は層に「直接的に接している」、「直接的にはめ合わせる」、「直接的につながる」、又は「直接的に結合する」ように委ねられているときは、間に入る成分又は層は存在しない。成分の間の関係を記載するために使用される他の単語は、同じような方法（例えば、「間に」に対して「直接的な間に」、「近く」に対して「直接的な近く」など）によって解釈すべきである。本明細書中に使用されているように、用語「及び／又は」は、１つ以上の関連し、記載された事項のいずれかの及びすべての組合せを含んでいる。

第１の、第２の、第３のなど用語は、本明細書中において、種々の成分、構成要素、領域、層、及び／又は部分を記載するために使用することができ、これらの用語によって限定すべきではない。これらの用語は、他の領域、層、又は部分から１つの成分、構成要素、領域、層、又は部分を区別するためにのみ使用され得る。「第１の」、「第２の」のような用語及び他の数で示される用語は、本明細書中において使用される場合で、前後関係によって明確に示されている場合を除き、連続又は順序という意味を含んでいない。このように、以下に論じられる第１の成分、構成要素、領域、層、又は部分は、実施形態の例の教示から逸脱しない範囲で、第２の成分、構成要素、領域、層、又は部分に名称を付与することができる。

例えば、「内部の」、「外部の」、「下方に」、「以下に」、「より低い」、「上方に」、「より上の」などの空間的な関係のある用語は、図面に説明されているように、１つの成分又は特徴の、他の成分又は特徴への関係を記載するための記載の容易さのために本明細書中において使用され得る。空間的な関係のある用語は、図面において描写された方向に加えて、使用又は操作のときに、装置の異なる方向を包含すること意図し得る。例えば、図面における装置がひっくり返されたときに、他の要素又は特徴より「以下に」又は「下方に」として記載された要素は、その結果、当該他の要素又は特徴より「上方に」方向付けられ得る。このように、用語の例「以下に」は、以上にと、以下にとの両方の方向を包含することができる。装置は他に方向付けられ得（９０°回転され、又は他の方向において）、本明細書中において使用される空間的な関係のある記述子は、それに応じて解釈される。

全ての図面を参照して、本教示に従ったモールドステーションが示されており、通常、参照の数表示１０として参照されている。図１〜７は、本教示に従った１つの典型的な連続を示している。以下の記載からよく理解されるように、モールドステーション１０及び関連する方法は、金型の形状を獲得するために加熱された予備成形物１２を膨張させるために必要となる圧力を与えるために、最終的な液体の商品Ｌを利用し、それによって、結果としての容器Ｃを形成し、充填する（図７）。

図１を最初の参照として、モールドステーション１０は、今まで以上に詳しく記載する。モールドステーション１０は、通常、型穴１６、圧力源２０、ブローノズル２２、及び延伸ロッド２６を含んでいる。説明される典型的な型穴１６は、２つに分かれた金型３０、３２を含んでおり、それはブローされた容器において必要となる外側の輪郭に対応する内側の表面３４を定めるために協力している。型穴１６は、開いた姿勢（図１）から閉じた姿勢（図２）に可動であり、それによって、予備成形物１２のサポートリング３８が、型穴１６の上部の端部において捕捉することができる。予備成形物１２は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル材料から成型され、円筒形の横断面、及び長さ、結果としての容器Ｃの高さの５０パーセント（５０％）を備えた試験管に似た当業者に周知の形状を有している。サポートリング３８は、製造の種々の段階において、及び通して、予備成形物１２を運び、方向付けるために使用され得る。例えば、予備成形物１２は、サポートリング３８を用いて運ばれ、サポートリング３８は、型穴１６において予備成形物１２の位置合わせをするために用いられ得、又は、最終的な消費者は、サポートリング３８をいったん製造されたプラスチック容器Ｃを運ぶために使用する。

１つの例において、圧力源２０は、限定されないが、充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２の形状にすることができ、それは、通常、機械的なピストンのような装置４０を含んでいる。ピストンのような装置４０には、限定されないが、充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２の内側を移動可能な、ピストン、ポンプ（例えば、水圧ポンプなど）、又は他のそのような類似の適した装置を含む。圧力源２０は、液体の商品Ｌを受け入れるための注入口４６と、液体の商品Ｌをブローノズル２２に供給するための排出口４８とを有している。注入口４６と排出口４８とは、それらに組み込まれるバルブを有し得ることは明らかである。ピストンのような装置４０は、第１の方向（図面において見られる上方向）において移動可能であり得、注入口４６から、充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２の中に液体の商品Ｌを引き込み、第２の方向（図面において見られる下方向）において、充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２からブローノズル２２に液体の商品Ｌを供給する。ピストンのような装置４０は、例えば、空気圧によって、機械的に、又は、例えば水圧によってなどのいずれかの適切な方法を用いて移動可能にすることができる。圧力源２０の注入口４６は、最終的な液体の商品Ｌを含む容器又は入れ物（図示しない）に、例えばチュービング又は配管することなどによってつながり得る。圧力源２０は、異なる構成であり得ることは明らかである。

ブローノズル２２は、通常、圧力源２０の排出口４８から液体の商品Ｌを受け入れるための注入口５０と、液体の商品Ｌを予備成形物１２の中に供給するための排出口５６（図１）と、を定めている。排出口５６は、サポートリング３８の近くにおいて予備成形物１２に相補的な形状を定めることができ、それによって、ブローノズル２２が、形成／充填処理の間において、予備成形物１２と容易に結合し得ることは明らかである。１つの例において、ブローノズル２２は、予備成形物１２の機械的な延伸を開始するために使用する延伸ロッド２６をスライド可能なように受け入れるための開口５８を定めてもよい。

１つの例において、液体の商品Ｌは、加熱処理、典型的には、熱間充填の処理の間において、プラスチック容器Ｃの中に導入してもよい。熱間充填のボトリング適用のために、瓶詰する人は、通常、およそ１８５°Ｆ〜２０５°Ｆ（およそ８５℃〜９６℃）の間に上げられた温度において、液体又は製品をプラスチック容器Ｃに充填し、冷却する前にクロージャー（図示しない）を用いてプラスチック容器Ｃを密封する。１つの形態において、液体は、注入口４６を通して、充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２の中を継続的に循環してもよく、ここで、液体は事前にセットされた温度（すなわち、注入口４６の上流の熱源（図示しない）において）に加熱してもよい。さらに、プラスチック容器Ｃは、他の高温の低温殺菌、又はレトルトの充填処理、又は同様の他の熱処理のために適し得る。もう１つの例において、液体の商品Ｌは、室温又は寒い温度の下において、プラスチック容器Ｃの中に導入してもよい。それに応じて、一例として、プラスチック容器Ｃは、例えば、およそ３２°Ｆ〜９０°Ｆ（およそ０℃〜３２℃）の間、より好ましくはおよそ４０°Ｆ（およそ４．４℃）などの室温又は寒い温度において充填し得る。

これより、全ての図面を参照して、プラスチック容器Ｃを成型し、同時に充填する典型的な方法を記載する。排出口において、予備成形物１２は、型穴１６の内側に取り付けられ得る。１つの例において、機械（図示しない）は、型穴１６の内側において、およそ１９０°Ｆ〜２５０°Ｆ（およそ８８℃〜１２１℃）の間の温度に加熱された予備成形物１２を取り付ける。予備成形物１２を型穴１６の内側に設置したままで、圧力源２０のピストンのような装置４０は、注入口４６を通して液体の商品Ｌを充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２の中に引き込み始め得る。次いで、型穴１６の２つに分かれた金型３０、３２は閉じられ、ここで、予備成形物１２を捕捉し得る（図２）。ブローノズル２２は、予備成形物１２の仕上げにおいて、密封部を形成し得る。型穴１６は、増大された結晶化度のレベルを結果としての容器Ｃの内部に与えるために、およそ２５０°Ｆ〜３５０°Ｆ（およそ９３℃〜１７７℃）の間の温度に加熱され得る。もう１つの例において、型穴１６は、およそ３２°Ｆ〜９０°Ｆ（およそ０℃〜３２℃）の間の室温又は寒い温度において準備され得る。液体の商品Ｌは、ピストンのような装置４０によって充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２の中に引き込み続けられ得る。

図３を参照して、延伸ロッド２６は、機械的な延伸を開始するために、予備成形物１２の中に伸び得る。この時点で、液体の商品Ｌは、充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２の中に引き込まれ続け得る。図４を参照して、延伸ロッド２６は、予備成形物１２を延伸し続け、ここで、予備成形物１２の側壁を薄くしている。充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２における液体の商品Ｌの体積は、結果としての容器Ｃを成型し、充填するのに適した適切な体積に達するまで、増大し得る。この時点で、圧力源２０の注入口４６に配置したバルブは、閉じ得る。

図５を明確に参照して、ピストンのような装置４０は、充填シリンダー、連結管、又はチャンバー４２から予備成形物１２への、液体の商品Ｌの急速な移送を開始するために、下方向への押流しを開始する（押流し段階）。この場合も先と同様に、ピストンのような装置４０は、例えば、空気での、機械的な、及び／又は水での圧力などの適切な方法によって作動し得る。１つの例において、予備成形物１２の内部での水での圧力は、およそ１００ＰＳＩ〜６００ＰＳＩの間に及んでもよい。液体の商品Ｌは、型穴１６の内側の表面３４に向かって予備成形物１２を膨張させる。残気は、延伸ロッド２６において規定されている通路７０を通して通気し得る（図５）。図６に示しているように、ピストンのような装置４０は、押流し段階を完了しており、その結果、新しく成型されたプラスチック容器Ｃに、適切な体積の液体の商品Ｌを完全に移送している。次に、延伸ロッド２６は、残気を通気し続けながら、型穴１６から引き戻され得る。型穴１６から引き戻されるときに、それについて、得られたプラスチック容器Ｃ、及び／又は所望のヘッドスペース以内での、液体の商体品Ｌの所望の充填高さを考慮に入れ、延伸ロッド２６は、予め定められた体積の液体の商品Ｌを移動させるように設計されている。通常、所望の充填高さ及び又は、ヘッドスペースは、プラスチック容器Ｃのサポートリング３８においての、又は近くの高さに一致し得る。

また、成型サイクルの間、液体の商品Ｌは、一定の圧力又は異なる圧力において供給できる。例えば、予備成形物１２の軸方向への延伸の間、予備成形物１２がプラスチック容器Ｃの形状を規定する型穴１６の内側の表面３４による相当の画一性の中にブローされるときに適用される圧力より低い圧力において、液体の商品Ｌは提供されてもよい。この低い圧力Ｐ_１は、その後の高い圧力Ｐ_２より低いが、周囲の状態であるか又は周囲の状態より高くてもよい。型穴１６の中で、予備成形物１２は、結果としてのプラスチック容器Ｃの最終的な長さに近似する長さまで、軸の方向に延伸される。予備成形物１２を延伸している間、又はその直後において、通常、予備成形物１２は、低い圧力Ｐ_１の下において放射状に外側に膨張する。この低い圧力Ｐ１は、およそ１００ＰＳＩ〜１５０ＰＳＩの間の範囲内であり、例えば、０．１〜０．２秒などの予め定められた時間において維持できることが好ましい。その後、高い圧力Ｐ_２の下において、予備成形物１２をさらに膨張することで、２つに分かれた金型３０、３２の内側の表面３４に予備成形物１２を接触することができ、その結果、結果としてのプラスチック容器Ｃを形成することができる。好ましくは、高い圧力Ｐ_２は、およそ５００ＰＳＩ〜６００ＰＳＩの範囲内であり、例えば、０．１〜０．２秒などの予め定められた時間において維持できることが好ましい。上述の方法の結果として、結果としてのプラスチック容器Ｃのベースと接触リングとは、完全に周囲に形成される。

状況に応じて、結果としてのプラスチック容器Ｃの形成の間において、１つより多くのピストンのような装置を使用してもよい。例えば、低い圧力Ｐ_１を発生することによって予備成形物１２を最初に膨張させるために、第１のピストンのような装置を使用してもよく、その上、その後の高い圧力Ｐ_２を発生することによって予備成形物１２をさらに膨張させることで、予備成形物１２を２つに分かれた金型３０、３２の内側の表面３４に接触させることができ、その結果、結果としてのプラスチック容器Ｃを形成することができるように第２のピストンのような装置を使用してもよい。

図７を参照して、充填サイクルは完了していることを示している。２つに分かれた金型３０、３２は、分離され得、ブローノズル２２、引き戻され得る。充填された結果としてのプラスチック容器Ｃは、例えば、キャッピング、ラベル貼り、及び梱包などの形成後の工程のための準備が、現状で整っている。この時点において、ピストンのような装置４０は、次の充填／形成サイクルための準備状態で、圧力源２０の注入口４６を通して液体の商品Ｌを引き込むことにより、次のサイクルを着手し得る。明確に示していないものの、モールドステーション１０は、種々の構成要素に信号を伝達するための制御装置を含み得ることは明らかである。この方法において、限定されないが、例えば、型穴１６、ブローノズル２２、延伸ロッド２６、ピストンのような装置４０、及び種々のバルブなどは、制御装置によって伝達される信号に従って、動作し得る。制御装置は、与えられた用途に従ったこれら構成要素と関係のある種々のパラメータを調節するために使用し得ることも予期される。

いくつかの実施形態において、移動可能な充填シリンダー、連結管、又はチャンバーは、十分な空間の最適化、又は設備の効率を提供し得ないことは、明らかであるべきである。さらに、いくつかの実施形態において、第１の位置から予備成形物を形づける位置への加圧された空気又は液体を取得し、及び／又は、送ることは困難であり得る。

従って、他の例において、圧力源２０は、サーボシステム６０の形状をとることができ、通常、ライン６６を経て、１つ以上の制御装置６４によって作動する１つ以上のサーボモータ６２を含んでいる。サーボシステム６０は、予備成形物を形づける位置に近接して配置することができる。サーボシステム６０は、液体の商品を受け入れるための注入口４６と、ブローノズル２２に液体の商品Ｌを供給するための排出口４８と、を含むことができる。サーボモータ６２は、第１の方向において、注入口４６から液体の商品Ｌを引き込こみ、排出口４８からブローノズル２２に液体の商品Ｌをアウトプットするための動作可能であり得る（すなわち、前方への流れ）。いくつかの実施形態において、サーボモータ６２は、第２の方向において、排出口４８、ブローノズル２２、及び／又は、予備成形物１２から液体の商品Ｌを引き込むための動作可能でもあってもよく（すなわち、逆流）、それは、本明細書中に今まで以上に詳しく論じる。

いくつかの実施形態において、サーボモータ６２は、商品Ｌの正確な、及び／又は、微量な定量における困難のうちのいくつかを克服することができる。つまり、サーボモータ６２は、商品Ｌの最初から最後までの流れの定量を、正確及び可変の比率において、可能にする。この正確及び可変の制御は、フィードバックループと接続することができることで、機敏でリアルタイムのモニタリング、及び、例えば、噴出などの検知された問題の成り行きにおける充填処理の停止を含む、充填処理の制御を提供するようになっている。この方法において、フィードバックループは、制御装置４６の一部として形成され、いくつかの位置のうちのいずれか１つにおいて配置される適切なセンサーが、十分なデータを提供することで、関係のあるパラメータを検知されることができる（例えば、圧力センサー、流量センサー、形状センサー、及び同種のもの）。商品Ｌの流れの圧力及び量の機敏な制御は、最終的に形成された製品にとって、多くの場合、重要であるため、サーボシステム６０の使用は、そのような利益の提供のために、特によく適している。

サーボシステムは、動作するために低い電力を要してもよく、その結果、低減された電力消費及びコストの観点からみて付加的な利益を提供することは、認識されるべきである。

本明細書中に論じられているように、いくつかの実施形態において、完成された容器の中において、低減した商品Ｌの充填高さを作り出すことが望ましい（すなわち、ヘッドスペース）。このヘッドスペースは、取り扱いの間におけるスリップを防ぎ、容器がいっぱいになるより、わずかに大きく形成できるように使用される。いくつかの実施形態において、ヘッドスペースを作り出すために、サーボシステム６０は、上述の逆流方向に作動することができ、形づけた後の容器から定量された量の商品Ｌを取り除くようになっており、それによって、より大きな容器がその中に残されたより少ない量の液体を備えるようにして形成することができる。

いくつかの実施形態において、圧力源２０が止まった後、商品Ｌの隙間又は商品Ｌの体積は、圧力源２０と容器の入り口との間に位置していることも、認識されるべきである。いくつかの場合において、容器を望ましくなくいっぱいにしすぎ、又はこぼれることを防ぐため、商品Ｌのこの隙間をやり繰りし、及び／又は、保持することが望ましい。この場合も先と同様に、商品Ｌのこの隙間を取り除くために、サーボシステム６０の逆流方向における使用を、そのような問題を防ぎ、又は少なくとも最小化するように使用することができる。

さらに、その上、逆流方向におけるサーボシステム６０の使用は、容器の内側の真空を規定するのに使用することができる。容器の内側の真空の力は、容器の内壁を内部でつぶれさせることができ、その結果、型穴１６の内側の表面３４から容器を離すことができ、最終的に、充填ラインのより早期の減圧が、いずれかのバルブシステムを経由してタンクに溢れた液体の商品Ｌの総量を減少することを可能にする。

サーボシステム６０の使用のために必要な急速なサイクル時間によって、充填の圧力曲線及び体積を支配する制御を犠牲にすることなく、同時に又はほぼ同時に複数の予備成形物１２を形づけ、充填するように単一のサーボ充填ユニットを使用することができる。従って、それによって制御の総量（必要なサーボシステムの数）を減少することができ、その結果、必要なコスト、及び工場にとって必要な工場設備のスペースを減少することができる。その上、メンテナンスの減少を実現することができる。

特に、いくつかの実施形態において、少数のサーボシステムを用いて予備成形物を形づけ、充填するための異なった方法を使用することができる。本明細書中に記載されているように、実際の充填時間は、例えば、通常、およそ０．３〜０．６秒の範囲内とすることができる。この圧力は、容器の中において容器の基準を改善するために保持される。

いくつかの実施形態において、最初の複数個の予備成形物１２を形づけ、同時に充填し、それが２番目の複数個の予備成形物１２を形づけ、充填することに続くようにサーボシステム６０の交互交代する配置を使用することができる。６つの型穴におよそ２．６秒のステーションサイクルを有している従来のブロー成型に関して、一般に、６つの型穴システムが使用できる。およそ０．２〜０．３秒の推定の充填時間と、およそ０．４秒の推定の（充填シリンダーに補充するための）回復時間のために、充填と補充とに必要となる合計時間は、およそ０．６〜０．７秒ということになる。従って、２．６秒のステーションサイクルの間、６つの成型システムのうちの３分の１（すなわち、２つの型穴）を、２つのサーボシステム６０を使用して同時に充填することができており、ステーションは、容器の充填及びシリンダーの補充のための次の３分の１の空洞（すなわち２つの型穴）を与えることを推進することができた。従って、６つの成型システムは、処理能力を改善するために３回、充填できた。

いくつかの実施形態において、充填シリンダーは、直列で使用でき、それによって、１つのシリンダーが容器の充填のために、常に利用可能となり、同時に他のシリンダーが補充しているようにすることができる。さらにその上、いくつかの実施形態において、本教示のピストン４０を両側性のピストンとして構成することができ、それによって、ピストン４０の一方の側から商品Ｌを放出するために作動しながら、他方が反対のシリンダーに作用し、反対のシリンダーの体積に商品Ｌを引き込むように作用している。従って、ピストン４０の往復作用は、充填／補充及び補充／充填動作の両方として役目を果すことができる。

本教示によって認識されるいくつかの付加的な利点を、これより、さらに論じる。

一点の設備（モールドステーション１０）の中におけるブローと充填との処理の両方の組み合わせは、部品の取り扱いを減少させ得、その結果、結果としてのプラスチック容器Ｃ当たりの資金コストを減少することにつながる。加えて、結果としてのプラスチック容器Ｃをブローし、同時に充填する処理に必要となるスペースは、それらの処理が分離しているときに必要となる余分のスペースを著しく減少し得る。これが、より低いインフラのコストも、もたらす。

２つの処理を単一の工程に組み入れることは、ボトルが製造された後、及びそれらが充填される前におけるボトルの取り扱いに関する労働力及び付加的なコスト（資金及び費用の両方）を減少し得る。

ブローと充填との処理の両方を単一の処理に組み入れることは、ボトルを輸送する必要を排除することができる。ボトルの輸送は、本質的に非効率的であり、費用が掛かる。一方、予備成形物の輸送は、さらに一層、効率的である。１つの例において、空の５００ｍｌの水のボトルからなるトレーラーの積載量は、およそ１００，０００の個々のボトルを含んでいる。５００ｍｌの水のボトルを作るために必要となる予備成形物を積載する同じサイズのトレーラーは、およそ１，０００，０００の個々の予備成形物を運ぶことができ、１０：１の改善である。

周知ではあるが、圧縮空気は、エネルギーを移送する非効率的な手段である。水圧が容器をブローするように提供するために最終的な製品を使用することは、容積移送式ポンプを必要とする。結果として、エネルギーを移送するための、さらに一層、効率的な方法である。本明細書中に記載されているようなサーボシステムの使用は、エネルギーを移送するための、より一層、効率的な方法である。

本明細書中に記載されている模範的な方法において、予備成形物を、２１２°Ｆ（１００℃）を超えた炉を通過させ、すぐに、充填し、キャップしてもよい。この方法において、空の容器が汚染する環境に曝される機会は減少する。結果として、無菌充填のコスト及び複雑さを、非常に減少し得る。

いくつかの製品が熱間充填される事例において、包装は、充填の間に曝される高い温度と、製品の冷却の結果として曝される、結果としての内部の真空とに対応するように設計しなければならない。そのような条件に対応する設計は、付加的な容器の重量を必要とし得る。液体／水圧ブロー成型は、熱間充填処理を排除し、結果として、包装の重量を低くすることを提示している。

本明細書中に記載されている処理は、処理における中間の作業を排除し得、その結果、倉庫保管、及び／又は、容器の貯蔵庫、及び／又は、フォークリフト、及び／又は、製品の損傷などに関するコストを回避し得る。加えて、在庫の処理における作業なしで、全体的な作業の資金を減少し得る。

ブローと充填とは、より近づくように組み入れているが、２つの分離した処理（例えば、形成及びその後の充填の従来の方法など）として残っており、システムなどの全体的な効率は、２つの部分での製品の個々の効率となる。個々の効率は、パーツが機械を介して移動しているときの移送の数によって大いに後押しされる。２つの処理を１つに組み入れることは、移送の数を最小化し、その結果、全体的な工程の効率を増大する機会を提供し得る。

ジュース、お茶、ビールなどを含む多くの飲料は、酸素に敏感であり、包装されたときに保護する必要がある。多くのプラスチックは、包装された製品の寿命の間、酸素から内容物を保護する十分なバリア特性を有していない。付加的なバリアの性質を容器に与え、酸素の移送を鈍くして、その結果、包装する内容物を保護するために使用される、多くの技術がある。最も普及している技術のうちの１つは、容器の壁の中に脱酸素剤を使用することである。そのような捕捉剤は、予備成形物の中に直接に成型し得る。予備成形物の比較的厚い壁は、その捕捉剤を容器にブローするより前に、捕捉剤が消費されることから保護する。しかし、一度、容器がブローされると、壁の表面領域は、増大し、厚さは減少する。そのようなものとして、酸素が活性な捕捉材料と接触し、反応するために移動しなければならない経路が、非常に短くなっている。脱酸素剤の著しい消費は、容器がブローされるとすぐに始まり得る。容器が成形され、同時に充填されれば、その結果、捕捉剤は、その全ての有用な寿命を通して製品を保護していることになり、容器が空で使用されることなく置かれて充填されるのを待っている間に消費されないことになる。

本明細書中に記載されている方法は、例えば、アイソトニック、ジュース、お茶、及び他の商品などの生物学的な汚染に影響を受けやすい充填用途に、特に有用になり得る。そのようなものとして、これらの商品は、通常、制御された、無菌の環境において充填されている。商業的に、２つの方法が、必要とされる無菌の環境を得るために、通常、使用されている。ヨーロッパにおいて、これらのタイプの飲料を充填するための１つの主な方法は、無菌充填の環境にすることである。充填操作は無菌室において実行されている。包装を含む製品の構成要素の全ては、充填より前に殺菌しておくべきである。一度、充填されると、製品は、消費する時まで密封され、バクテリアの導入の如何なる可能性も防止する。当該処理は、導入し、操作するためには費用が掛かる。同様に、操作上の防御を突破して製品を汚染する細菌汚染の危険性は、常にある。

北アメリカにおいて、汚染物質の影響を受けやすい飲料を充填するための１つの有力な方法は、熱間充填を経ることである。この処理において、飲料は、存在している如何なるバクテリアも殺せる温度において、容器に充填される。製品が熱い間に、容器を密封し得る。この技術での１つの難点は、高い充填温度と、製品の冷却につれて容器の中に最終的に発現する真空とに耐えさせるために、通例、容器は重くする必要があることである。同様に、ブロー処理は、ヒートセットしないブロー成型より、若干、複雑であり、その結果、より費用が掛かる。本明細書中に記載されている開示は、敏感な食料及び飲料を充填することのコストと複雑さとを、格段に減少するための機会を提示している。ブローと充填との処理を組み合わせることによって、如何なる生物学的な汚染を殺すのに必要とされる、十分な期間において、予備成形物を２１２°Ｆ（１００℃）を超えて加熱するための能力がある。無菌の製品が、容器を形成する媒体として使用され、次にすぐに密封されると、当該処理は、汚染の機会の非常に少ない、非常に安価な無菌充填の処理をもたらす。

多くの他の瓶詰された製品があり、それらに、この技術が適用でき得る。例えば、乳製品、アルコール飲料、家庭用洗剤、サラダ用ドレッシング、ソース、スプレッド、シロップ、食用油、パーソナルケア製品などの製品を、そのような方法を利用して瓶詰し得る。これらの製品の多くは、現在、ブロー成型されたＰＥＴ容器の中にあるが、一般に、押出し成型されたプラスチック容器、ガラスのボトル、及び／又は、缶の中にもある。この技術は、包装の製造及び充填の経済状況を格段に変える可能性を有している。

記載の多くは、ＰＥＴ容器の製品に集中してきた一方、多くの他のプラスチックと同様に、他のオレフィン材料（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなど）を、本明細書中に記載されている技術を使用して、処理し得ることが熟慮される。

上述の実施形態の記載は、説明及び記載の目的のために提供されている。包括的であること、又は当該開示を限定することを意図していない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、通常、その特定の実施形態に限定されていないが、そこで適用することができ、明確に示され又は記載されていなくても、互換性があり、選択する実施形態において使用することができる。同じことを、多くの方法において、変更し得る。そのような変化は、当該開示からの逸脱と見做されることはなく、そのような変形すべては、本開示の範囲内に含まれていると意図されている。

図１は、モールドステーションの中に入れられた、加熱された予備成形物の概略の描写であり、ここで、ピストンのような装置を含んでいる圧力源は、上方へ向かって移動し、本開示の教示に従って圧力源の中に液体を引き込んでいる。 図２は、図１に図示されたシステムの概略の描写であり、ここで、金型は、２つに分かれて、予備成形物を取り囲んでおり、液体は圧力源の中に蓄積し続けている。 図３は、図２に図示されたシステムの概略の描写であり、ここで、延伸ロッドは機械的な延伸をするために予備成形物の中に伸び、ここで、流動体は、圧力源の中に蓄積され続けている。 図４は、図３のシステムの概略の描写であり、ここで、延伸ロッドは、予備成形物を延伸し、ここで、流動体は圧力源の中に十分に蓄積されている。 図５は、図４のシステムの概略の描写であり、ここで、ピストンのような装置は、液体を圧力源から予備成形物に押流し、その結果、型穴の壁に向かって予備成形物を膨張させている。 図６は、図５のシステムの概略の描写であり、ここで、ピストンのような装置は、十分に作動しており、その結果、新しく成型された容器に、適切な体積の液体を完全に移送しており、ここで、延伸ロッドは引き戻されている。 図７は、図６のシステムの概略の描写であり、ここで、金型は２つに分かれて分離し、ピストンのような装置は、次のサイクルに備えて、圧力源の中に液体を引き込み始めている。 図８は、モールドステーションの中に入れられた、加熱された予備成形物の概略の描写であり、ここで、本開示の教示に従って、圧力源はサーボモータを含んでいる。

Claims (22)

1. 内壁面を規定し、予備成形物を受け入れるために適応した型穴と、；
   液体が注入口から引き込まれて上記予備成形物に向かって押し進められる第１の方向において動作可能なサーボモータシステムを有している圧力源と、；
   上記圧力源から上記液体を受け入れ、圧力によって上記液体を上記予備成形物に移送するように適応しており、その結果、上記予備成形物を上記型穴の上記内壁面に向かって膨張するように強制し、結果としての容器を作り出すブローノズルと、を含み、
   上記液体は、上記容器の中に最終的な商品として残る、
   容器の形成と充填を同時に行うシステム。
2. 上記サーボモータシステムは、少なくとも１つのサーボモータと、制御装置とを含んでおり、ここで、少なくとも１つの上記サーボモータは、変化するように制御される、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
3. 上記ブローノズルは、上記予備成形物の仕上げと共に密封部を形成するように適応した形状を規定する、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
4. 上記液体は、熱間充填処理の間に上記予備成形物に移送される、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
5. 上記液体は、およそ１８５°Ｆ（８５℃）〜２０５°Ｆ（９６℃）の間の温度において上記予備成形物に移送される、請求項４に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
6. 上記液体は、室温において上記予備成形物に移送される、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
7. 上記液体は、およそ３２°Ｆ（０℃）〜９０°Ｆ（３２℃）の間の温度において上記予備成形物に移送される、請求項６に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
8. 上記型穴は、およそ１９０°Ｆ（８８℃）〜２５０°Ｆ（１２１℃）の間の温度に加熱された予備成形物を受け入れる、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
9. 上記型穴は、およそ２５０°Ｆ（９３℃）〜３５０°Ｆ（１７７℃）の間の温度に加熱されている、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
10. 上記型穴は、およそ３２°Ｆ（０℃）〜９０°Ｆ（３２℃）の間の温度の状態である、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
11. 上記液体は、およそ１００ＰＳＩ〜６００ＰＳＩの間の圧力において上記予備成形物に移送される、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
12. 上記液体が上記予備成形物に押し進められるより前に、上記予備成形物の中に伸びて、機械的に上記予備成形物を延伸するように適応した延伸ロッドをさらに含む、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
13. 上記延伸ロッドは、大気に通気される、請求項１２に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
14. 上記予備成形物は、第１の圧力の下、最初に外面的に膨張されて、その後、第２の圧力の下、外面的に膨張され、上記第２の圧力は上記第１の圧力より高い、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
15. 上記第１の圧力は、およそ１００ＰＳＩ〜１５０ＰＳＩの間であり、上記第２の圧力は、およそ５００ＰＳＩ〜６００ＰＳＩの間である、請求項１４に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
16. 上記サーボモータシステムは、上記第１の圧力と上記第２の圧力とを発生する、請求項１５に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
17. 上記サーボモータシステムは、上記第１の方向の反対である第２の方向において動作可能になっており、ここで、液体は、その中にヘッドスペースを規定するように上記予備成形物から引き戻される、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
18. 上記サーボモータシステムは、上記第１の方向の反対である第２の方向において動作可能になっており、ここで、真空は、上記型穴の上記内壁面から上記予備成形物を離すように上記予備成形物の内側に作り出される、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
19. 上記サーボモータシステムに動作可能な状態で結合されている、上記サーボモータシステムの運転状態をモニタリングする制御装置をさらに含む、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
20. 上記サーボモータシステムに動作可能な状態で結合されている、上記予備成形物の噴出を検知する制御装置をさらに含む、請求項１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。
21. それぞれに内壁面を規定し、予備成形物を受け入れる、複数個の型穴と、；
    上記複数個の型穴と動作可能な状態で接続されている、単一のサーボモータシステムを有することで、液体を上記複数個の型穴の少なくとも１つに供給するようになっている圧力源と、
    上記単一のサーボモータシステムは、液体が注入口から引き込まれて上記複数個の型穴の少なくとも１つに関係している上記予備成形物に向かって押し進められる第１の方向において動作可能であり、；
    上記圧力源から上記液体を受け入れ、圧力によって上記液体を上記予備成形物に移送するように適応しており、その結果、上記予備成形物を上記型穴の上記内壁面に向かって膨張するように強制し、結果としての容器を作り出すブローノズルと、を含み、
    上記液体は、上記容器の中に最終的な商品として残る、
    容器の形成と充填を同時に行うシステム。
22. 上記単一のサーボモータシステムは、上記複数個の型穴に動作可能な状態で接続されていることで、上記複数個の型穴の少なくとも２つに上記液体を供給するようになっており、
    上記単一のサーボモータシステムは、液体が上記注入口から引き込まれて上記複数個の型穴の少なくとも２つに関係している上記予備成形物に向かって同時に押し進められる第１の方向において動作可能である、請求項２１に記載の容器の形成と充填を同時に行うシステム。

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