JP2017512686A - 長いボクシング行程を有する容器の製造方法および成形ユニット - Google Patents

Abstract

容器（２）型の空洞（６）を画定する壁（５）と、空洞（６）に対して後退して延びる後退位置と空洞（６）を閉鎖する展開位置との間で壁（５）に対して移動する金型底部（８）とを備えた金型（４）内で、プラスチック材料のブランク（３）から容器（２）を製造する方法であって、この方法は、後退位置から展開位置への金型底部（８）の移動を含むボクシング段階を有し、後退位置と展開位置との間の金型底部（８）の移動行程（Ｃ）が２０ｍｍを上回る。

Description

本発明は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのプラスチック材料のブランクからのブロー成形による容器製造に関する。

一般に、容器は、本体と、この本体の下端で本体を閉鎖する底部と、容器の充填および排出を可能にするため本体の上端で開口するネック部とを含んでいる。

容器を製造する従来技術は、ブロー成形である（必要に応じて、摺動ロッドを用いた延伸と組み合わせられる）。この技術は、材料のガラス転移温度（ＰＥＴの場合は約８０℃）よりも高い温度にあらかじめ加熱されたブランク（すなわち予備成形操作を経たプリフォームまたは中間容器）を、容器型の空洞を画定する壁を備えた金型に挿入すること、および、金型の壁に材料を押し付けるため加圧されたガス（一般には空気）等の流体をネック部からブランク内に射出することにより構成される。

幾つかの用途では、金型底部が空洞に対して後退した後退位置と、金型底部が空洞を閉鎖する展開位置との間で壁に対して移動する金型底部を備えた金型内で容器を形成することが知られている。金型底部は、最初は後退位置にあり、容器の成形加工中に展開位置に向かって移動する。

ボクシングと呼ばれ、仏国特許出願公開第２９７５３３２号明細書（シデル パルティシパシオン）あるいはその対応国際出願ＷＯ２０１２／１５６６３８号明細書に詳しく記載されるこの技術は、材料の延伸率を高めることを可能とする他、底部を構造的に強化することと金型底部の型取りを改善することとの２つの長所を有している。

しかしながら、上記の技術は、特にプリフォームの加熱温度と、射出される流体の圧力と、必要に応じて延伸ロッドの瞬間的な位置とに応じた、成形加工中の容器の瞬間的な状態に関する様々な予測に基づくものであるので、実施が難しい。ボクシングを開始するタイミングが早すぎると、材料の延伸を制限し、この技術の長所を低減する。逆に開始するタイミングが遅れると、金型の壁と金型底部との間の境界面に材料が挟まるリスクをもたらし、容器底部に材料のバリが形成されて容器の見栄えと安定性とを損なう恐れがある。

上記の仏国特許出願公開第２９７５３３２号明細書は、ブロー成形操作の前にボクシング操作を開始することを提案している。この技術は、確かに、材料が挟まれるリスクを最小化することができるが、その一方で、場合により（特に複雑な形状の底部の場合）型取りが不完全なものとなり得る。

仏国特許出願公開第２９７５３３２号明細書

したがって、目的は、特に複雑な形状の容器底部の型取りを改善可能な解決方法を提案することにある。

このため、最初に、容器型の空洞を画定する壁と、空洞に対して後退して延びる後退位置と空洞を閉鎖する展開位置との間で壁に対して移動する金型底部とを備えた金型内で、プラスチック材料のブランクから容器を製造する方法が提案され、この方法は、
‐金型内にブランクを挿入する段階と、
‐いわゆるプレブロー成形圧力に加圧された流体をブランク内に射出するプレブロー成形段階と、
‐プレブロー成形段階に続いて行われ、プレブロー成形圧力を上回るいわゆるブロー成形圧力に加圧された流体をブランク内に射出する、ブロー成形段階と、
‐後退位置から展開位置に金型底部を移動するボクシング段階とを含み、後退位置と展開位置との間の金型底部の移動行程が２０ｍｍを上回る。

この結果、底部の型取りが改善され、延伸率が高くなり、容器の見栄えとその構造上の剛性とに対するメリットが得られる。

この方法の様々な付加的特徴が単独または組み合わせて想定される。

‐ボクシング段階がブロー成形段階の前に開始される。

‐金型底部の移動行程が６０ｍｍ以下である。

第２に、プラスチック材料のブランクから容器を製造するための成形ユニットが提案され、この成形ユニットは、
‐容器型の空洞を画定する壁と、空洞に対して後退して延びる後退位置と空洞を閉鎖する展開位置との間で壁に対して移動する金型底部とを備えた金型と、
‐金型底部の後退位置を画定する下方の行程端ストッパと、金型底部の展開位置を画定する上方の行程端ストッパと、を含んでおり、ストッパにより画定される金型底部の移動行程が、２０ｍｍを上回る。

成形ユニットの様々な特徴が単独または組み合わせて想定される。

‐成形ユニットが、ジャッキ本体と、ピストンと、ピストンに結合されて金型底部が上に取り付けられるロッドとを備えたジャッキを含んでおり、ロッドとピストンが、金型底部の後退位置に対応する後退位置と、金型底部の展開位置に対応する展開位置との間でジャッキ本体に対して一体的に移動する。

‐下方のストッパが、金型底部の下方の支持面に面して配置され、後退位置でこの支持面に接触する。

‐下方のストッパが、ジャッキ本体の上壁の外面の側に形成される。

‐上方のストッパが、ピストンに面して配置され、展開位置でピストンに接触する。

‐上方のストッパが、ジャッキ本体の上壁の内面の側に形成される。

‐ストッパ間の金型底部の移動行程が６０ｍｍ以下である。

本発明の他の目的および長所は、添付図面を参照しながら行われる以下の実施形態の説明を通じて明らかになるであろう。

金型底部が後退位置にある成形ユニットの断面図である。 金型底部が後退位置にある図１の成形ユニットの詳細な拡大断面図である。 金型底部が展開位置にある成形ユニットを示す、図２と同様の図である。 成形ユニットにおける成形加工中の容器内の圧力変化と対応する金型底部の位置とをそれぞれ示す２本の曲線を含むグラフである。 異なる形状の容器底部を示す断面図である。 異なる形状の容器底部を示す断面図である。 異なる形状の容器底部を示す断面図である。

図１から図３では、プラスチック材料のブランク３（実際には射出成形により得られたプリフォームである）からブロー成形（または延伸ブロー成形）により容器２を製造するための成形ユニット１を示した。

成形ユニット１は、最初に金型４を含む。

この金型４は、形成される容器２が回転対称であるとき金型４の対称軸を形成する金型４の主軸Ａの周囲に広がる内部空洞６を画定する、連結された２個の割型４Ａ、４Ｂからなる壁５を含む。

空洞６は、容器２の側壁または本体に対応する型を部分的に画定する。壁５は、下方の部分に開口部７を有しており、この開口部７は、金型底部８が下方に向かって開口部７から離れる（したがって空洞６に対して後退して延びる）図１と図２に示した後退（すなわち下方）位置と、金型底部８が開口部７を塞ぐ図３に示した展開（すなわち上方）位置との間で、壁５に対して可動式に取り付けられた金型底部８のための通路を画定している。

金型底部８は、容器２の底部のための型を画定する上面９を有する。金型底部８は、ブロー成形時に材料が押し付けられる容器２の型を補足するように、上方位置で空洞５を閉鎖する。金型底部の上方位置と下方位置との間の距離を金型底部の「行程」と呼び、図２にＣで示す。後述するように、この行程は（好ましくは厳密に）２０ｍｍを上回る。特定の１つの実施形態によれば、この行程Ｃはまた、６０ｍｍを下回り（あるいはこの値に等しく）、さらには４０ｍｍ以下である。

ブランク３、次いで、このブランクから形成される容器２は、ブランク３（または容器２）のフランジ１１を介して金型４の上面１０で保持され、フランジは、金型４の外に保持されるブランク３（または容器２）のネック部１２を画定する。

ブランク３（次いで容器２）は、フランジ１１の下に、ほぼ軸方向に延びる本体１３と、最初は半球形で（図１）、その後、金型底部８に当接して成形されると（図３）、本体１３の下端からほぼ半径方向に延びる底部１４とを備える。

成形ユニットは、第２に、金型底部８の位置制御ジャッキ１５を含み、このジャッキは、円筒形のジャケット１７と、ジャケットをその各端部で閉鎖する下壁１８および上壁１９と、ジャケット内で各壁の間に摺動式に取り付けられたピストン２０とを備えた、ジャッキ本体１６を有する。

図２と図３から分かるように、ピストン２０は、上壁１９内に設けられた補足開口部を介してこの上壁を密封式に貫通するロッド２１に結合されている。

金型底部８は、ジャッキ本体１６の外に突出するロッド２１の上端に座部２２を介して取り付けられる。座部２２への金型底部８の固定（また同様にロッド２１への座部２２の固定）は、たとえばねじ止めなどの従来式のやり方で実施可能である。

ピストン２０とロッド２１は、金型底部８の後退位置に対応する後退位置（図２）と、金型底部８の展開位置に対応する展開位置（図３）との間で、ジャッキ本体１６に対して一体的に移動する。

成形ユニットは、第３に、金型底部８の端位置を画定する２個のストッパを含んでいる。すなわち、
‐金型底部８の後退位置を画定する下方の行程端ストッパ２３と、
‐金型底部８の展開位置を画定する上方の行程端ストッパ２４とである。

ストッパ２３、２４は、金型底部８あるいはピストン２０と直接当接するように配置することができる。

１つの実施形態によれば、下方のストッパ２３は、金型底部８の下方の支持面２５に面して配置され、後退位置ではこの支持面に接触する。

たとえば、図示された実施例では、下方のストッパ２３が、上壁１９の外面２６の側に形成される。より詳しくは、図２に示したように、下方のストッパ２３は、上壁１９の外面２６を起点として上壁の上に突出して形成される環状リングの軸方向端面から形成される。

図３から分かるように、金型底部８の下方の支持面２５は、１つまたは複数のはめ込み緩衝部材２７により形成可能であり、これらはストッパの役割に加えて、成形ユニット１の動作静粛性に貢献するダンパ機能を得ることを可能にする。

さらに、上方のストッパ２４は、ピストン２０に面して配置され、展開位置でピストンに接触することができる。

たとえば、図示された実施例では、上方のストッパ２４が、上壁１９の内面２８の側に形成される。より詳しくは、図３に示したように、上方のストッパ２４は、上壁１９に結合される環状シムから形成される。上方のストッパ２４に接するピストン２０の摩耗を抑制するために、ピストンは、展開位置で上方のストッパ２４に当接するワッシャ２９を有することができる。

図２と図３から分かるように、ピストン２０は、本体１６を２つの流体チャンバすなわち、ピストン２０と下壁１８とにより画定される下方チャンバ３０と、ピストン２０と上壁１９とにより画定される上方チャンバ３１とに分割している。

ピストン２０の移動は、流体制御循環路により制御され、この循環路は、以下すなわち
‐電磁弁を介して加圧流体（空気、水、油など）源に接続され、下方チャンバ３０に通じている往路ダクト３２と、
‐電磁弁を介して加圧流体源に接続され、上方チャンバ３１に通じている復路ダクト３３と、
を含んでいる。

図２と図３からよく分かるように、往路ダクト３２は、下壁１８内に部分的に形成されている。復路ダクト３３の方は、下壁１８内と、ジャケット１７内と、上壁１９内に部分的に形成されている。流体供給管へのダクト３２、３３の接続は、図示された実施例のように、下壁１８にはめ込んでねじ止めされるコネクタ３４を用いて実施可能である。

金型底部８の温度は、有利には、底部８内に部分的に形成される熱調整循環路３５内を冷却液が循環することによって調節可能である。図２と図３から分かるように、冷却液の供給排出ダクト３６は、座部２２内、ロッド２１内およびピストン２０内に形成可能である。

ブランク３から容器２を製造するための手順は以下の通りである。

金型４が図１と図２に示された構成にあり、金型底部８がその低位置にあるとき、材料のガラス転移温度（ＰＥＴの場合は約８０℃）を上回る温度にあらかじめ加熱したブランク３をそこに挿入する。

このとき、ネック部１２からブランク３内に、軸方向に移動する延伸ロッド３７を挿入する。ロッド３７がブランク３の底部１４に達したらすぐに、ブランク３内にプレブロー成形圧力Ｐ１（１５バール未満、たとえば約７〜１２バール）で流体（特に空気）を射出することによってプレブロー成形を開始する。

延伸速度および空気流量は、延伸ロッド３７がプレブロー成形中を通してブランク３の底部１４に接し続けるようなものとする。

延伸ロッド３７が、成形中の容器の底部１４を金型底部８に押し付けながら金型底部に到達するとき（図３）、金型底部８は、まだその低位置にある。

プレブロー成形圧力Ｐ１は、金型４の壁５に対して緊密に材料を押し付けるのに十分ではなく、プレブロー成形圧力Ｐ１を上回るブロー成形圧力Ｐ２を成形中の容器２に射出することが必要である（実際、ブロー成形圧力Ｐ２は１５バール以上、たとえば約２０〜３０バールである）。

このとき、ブランク３内の圧力は、この圧力がブロー成形圧力Ｐ２に等しくなるまで急上昇する。このように形成される容器２内でブロー成形圧力Ｐ２を所定の時間維持した後で、容器を減圧し、その後、排出する。

ボクシングと呼ばれる金型底部８の上昇操作は、分子の配向（したがって剛性）と金型底部８の上面９における型取りとに好都合な追加的な変形率を底部１４の材料に付与するよう、ブロー成形操作の前に開始される。

図４では、時間ｔの関数として、
‐下に後退位置を原点（Ｚ＝０）とした金型底部８の軸方向位置（または高さ）Ｚ
‐上に成形中のブランク３（または容器２）内の圧力Ｐ
を示す曲線を表した。

両曲線は、それらに共通の時間軸上で同期されており、水平な点線は、上記のプレブロー成形圧力およびブロー成形圧力の値Ｐ１、Ｐ２と、金型底部８の両端位置（Ｚ＝０、Ｚ＝Ｃ）との位置づけを可能にしている。垂直な点線は、ボクシングが開始される瞬間ｔ０に上記の両曲線を対応させることができる。

前述のように、行程Ｃは２０ｍｍを上回る。このような長い行程によって、図２に示したように、プレブロー成形段階で空洞６の境界を大きく超えて材料が展開することができ、これにより、特に底部１４が複雑な形状を有するとき、この底部の良好な型取りが可能となる。

図５、図６、図７には、それぞれが上記の複雑性の概念を違う仕方で示す３つの容器底部１４を示した（断面図）。

図５の底部１４は、図３の金型４の内部にみられる底部と同様であり、そのため、高さが非常に大きい中央柱部３８を（底部１４の直径に対して）有している。これは、たとえば、下にある同様の別の容器２のネック部を収容することによって容器２を重ねられるようにするためである。

図６と図７の底部１４は、それぞれ、本体１３の下端を起点として突出する基部３９を含んでいる。図６に示された基部３９は、複数のひだを有している。図７に示された基部３９は狭く、底部１４の直径に対して軸方向に長い延長部を有している。

実験によれば、これらの底部１４は、ボクシング行程が２０ｍｍ未満の通常の方法よりも上記の方法を用いた方が、いっそう適切に形成される。このように、この方法は、少なくとも中央柱部および／または狭くて高さのある基部を備えた底部では、型取りを改善することができる。

付帯的に、長い行程Ｃによって、底部１４の構成材料は、底部１４の構造の最終的な剛性に対して好都合な高い延伸率を得ることができる。

ブロー成形を開始する前にボクシングを開始することによって、壁５と金型底部８との間に材料が挟まるリスクが制限される。さらに、開口部７は、好ましくは、軸方向に比較的長い延長部Ｄを有しており（２０ｍｍ以上）、これにより挟み込みのリスクが同様に制限される。

金型底部８がブロー成形終了前にその上方位置に到達するようにボクシングが実施される場合、金型底部８の移動速度はボクシング中を通してほぼ一定であり、これは、金型底部８の位置Ｚを示す曲線の可変区間が準線形であるという特徴によって証明される。

さらに、実験によれば、金型底部８の長い移動行程Ｃによるメリットを享受できるのは６０ｍｍが上限であるので、そのため、この上限値が提案されている。

Claims (10)

1. 容器（２）型の空洞（６）を画定する壁（５）と、空洞（６）に対して後退して延びる後退位置と空洞（６）を閉鎖する展開位置との間で壁（５）に対して移動する金型底部（８）とを備えた金型（４）内で、プラスチック材料のブランク（３）から容器（２）を製造する方法であって、
   ‐金型（４）内にブランク（３）を挿入する段階と、
   ‐いわゆるプレブロー成形圧力（Ｐ１）に加圧された流体をブランク（３）内に射出するプレブロー成形段階と、
   ‐プレブロー成形段階に続いて行われ、プレブロー成形圧力（Ｐ１）を上回るいわゆるブロー成形圧力（Ｐ２）に加圧された流体をブランク（３）内に射出する、ブロー成形段階と、
   ‐後退位置から展開位置に金型底部（８）を移動するボクシング段階と、
   を含んでいる方法において、後退位置と展開位置との間の金型底部（８）の移動行程（Ｃ）が２０ｍｍを上回ることを特徴とする方法。
2. ボクシング段階がブロー成形段階の前に開始されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 金型底部の移動行程（Ｃ）が６０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. プラスチック材料のブランク（３）から容器（２）を製造するための成形ユニット（１）であって、この成形ユニット（１）が、
   ‐容器（２）型の空洞（６）を画定する壁（５）と、空洞（６）に対して後退して延びる後退位置と空洞（６）を閉鎖する展開位置との間で壁（５）に対して移動する金型底部（８）とを備えた金型（４）と、
   ‐金型底部（８）の後退位置を画定する下方の行程端ストッパ（２３）と、金型底部（８）の展開位置を画定する上方の行程端ストッパ（２４）と、
   を含んでおり、下方および上方の行程端ストッパ（２３、２４）により画定される金型底部（８）の移動行程（Ｃ）が、２０ｍｍを上回ることを特徴とする成形ユニット（１）。
5. ジャッキ本体（１６）と、ピストン（２０）と、ピストン（２０）に結合されて金型底部（８）が上に取り付けられるロッド（２１）とを備えたジャッキ（１５）を含んでおり、ロッド（２１）とピストン（２０）が、金型底部（８）の後退位置に対応する後退位置と、金型底部（８）の展開位置に対応する展開位置との間でジャッキ本体（１６）に対して一体的に移動することを特徴とする、請求項４に記載の成形ユニット（１）。
6. 下方の行程端ストッパ（２３）が、金型底部（８）の下方の支持面（２５）に面して配置され、後退位置でこの支持面に接触することを特徴とする、請求項５に記載の成形ユニット（１）。
7. 下方の行程端ストッパ（２３）が、ジャッキ本体（１６）の上壁（１９）の外面（２６）の側に形成されることを特徴とする、請求項６に記載の成形ユニット（１）。
8. 上方の行程端ストッパ（２４）が、ピストン（２０）に面して配置され、展開位置でピストンに接触することを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の成形ユニット（１）。
9. 上方の行程端ストッパ（２４）が、ジャッキ本体（１６）の上壁（１９）の内面（２８）の側に形成されることを特徴とする、請求項８に記載の成形ユニット（１）。
10. 下方および上方の行程端ストッパ（２３、２４）間の金型底部（８）の移動行程（Ｃ）が６０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４から９のいずれか一項に記載の成形ユニット（１）。

Images