JP2024523542A - 閉ループオーブンシステムを用いたブロー成形方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、複数の温度プロファイルを有する複数のプリフォームを製造するための、プリフォームをブロー成形プロセスに供することが可能なシステムおよびプロセスに関する。
このセクションでは、必ずしも先行技術ではない、本開示に関連する背景情報を提供する。
種々の製品が1又は複数のポリマーから形成された容器などのプラスチック容器で流通されている。容器を形成するために使用される一般的なポリマーは、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、高密度および低密度ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)などを含む。プラスチック容器は、射出ブロー成形、液圧ブロー成形、押出ブロー成形を含む種々のブロー成形プロセスを使用して製造することができ、このようなブロー成形プロセスでは、流体によって膨張され結果として生じる容器を形成するためのプリフォームを使用することができる。
射出ブロー成形は、特定のプラスチック容器を1又は複数段階で形成するために使用することができ、ストレッチロッドの使用を含むことができる。二段階射出延伸ブロー成形法では、まず射出成形法を用いてポリマーをプリフォームに成形することができる。プリフォームは、形成される容器の首部およびフィニッシュ部(その上にねじ部を含むことができる)、及び閉じた遠位端部を含むことができる。次いで、プリフォームをポリマーのガラス転移温度以上に加熱し、任意的にストレッチロッドで長手方向に延伸し、高圧ガス(例えば、空気)を用いて金型に適合する容器に吹き込むことができる。プリフォームが膨らむと、それは引き延ばされストレッチし、金型キャビティの形状になる。ポリマーは金型の冷たい面に接触して固化し、完成した中空容器はその後金型から排出される。
液圧ブロー成形は、1回の作業で容器を成形し充填することができる。液体製品を使用して、金型内でポリマープリフォームを成形し、結果として生じる容器に充填することができ、液体製品はその後も完成した容器内に残る。加熱されたプリフォームは、射出ブロー成形で使用されるプリフォームとよく似ており、金型内に配置され、任意的に延伸され、ガスの代わりに液体製品を使用してそれから容器を形成するために迅速にふくらませる又は充填することができる。したがって、成形工程と充填工程の組み合わせは、空の容器の輸送や、その後の充填作業に関する時間的な要求をなくし、液体製品のパッケージングを最適化することができる。
このようなブロー成形プロセスでは、種々のタイプのプリフォームを使用することができる。プリフォームの特定の実施形態は、細長い円筒形の側面本体部、丸みを帯びた閉じた底部、および上方開口部を有する首部を有する射出成形された回転対称プリフォームを含む。他のプリフォームは、非対称容器を形成する材料分配を促進するように、細長い軸に沿って厚さが変化する回転非対称である。いずれの場合も、開口部に近接して配置された、外側ねじフィニッシュセクションが存在し得、このねじフィニッシュセクションは、カラーなどによってその底部に向いて区切られ得る。ねじフィニッシュセクションは、プリフォームのブロー成形中に保存されることができ、このフィニッシュ部は、例えば、完成した飲料容器のねじキャップのためのねじ山を形成することができる。これと対照的に、プリフォームの残りの部分は、ブロー成形プロセス中に変形させたり伸ばしたりすることができる。所望の方法でブロー成形を可能にするために、プリフォームを所定の温度に加熱することができる。加熱は、赤外線オーブンを用いた赤外線放射を含む種々の手段によって行うことができ、プリフォームの規定のおよび/または均一な温度制御を効果的に行うことができる。
特に、プリフォームのポリマー材料(例えば、PET)は、ポリマーが延伸されるにつれてポリマーがひずみ硬化するような性質のものであることができる。したがって、ブロー成形プロセス中の成形温度は、結果として得られる容器の決定力のあるファクタとなり得る。ひずみ硬化効果は、PET容器の製造において、肉厚分布を制御し最適化する目的のために考慮することができる。製造プロセスに応じて、プリフォームが温度プロファイルに従って加熱されるように、赤外線放射によって熱を加えることが可能である。このようにして、プリフォームのより暖かい部分は、ひずみ硬化の結果生じる延伸抵抗が、例えば隣接するより冷たい部分の抵抗よりも大きくなるのに必要な限り、他の部分よりも優先的に変形可能である。温度プロファイルは、プリフォームの周囲まわりに均一に分布させることができ、プリフォームの長手軸に沿ってプロセス依存で変化可能である。プリフォームに所望の温度プロファイルを適用するために、例えば9又はそれ以上のゾーンまでの多数の加熱ゾーンを使用することができる。複数の異なる加熱ゾーンを個別に制御することが可能であり、これにより、選択された設定は、加熱装置を動作させるより長い期間にわたって一定に維持される。
異なる構造のプリフォームは、結果として得られる容器にブロー成形するための準備として、異なる加熱レジメン又は方式を必要とし得る。例えば、異なるサイズ、形状、厚さ、異なるポリマーまたはポリマーの組み合わせ、層などで形成されるか、またはそれらを含むプリフォームは、それぞれ特定のブロー成形プロセス用に最適化された所定の温度プロファイルを有することができる。特定の例は、PPプリフォームに対するPETプリフォームのための異なる温度プロファイルをもたらすための異なる加熱レジメンを含む。他の例は、同じ温度プロファイルをもたらすための異なる加熱レジメンを含むが、プリフォームが、同じ温度プロファイルを実現するために異なるレジメンを必要とする異なる特性を有することがある(例えば、同じ材料で形成されるが異なる厚さを有するプリフォーム)。従って、種々の加熱パラメータを、加熱ゾーンの数、特定の加熱ゾーンの温度、特定の加熱ゾーンへの曝露時間などを含む特定のプリフォームに合わせて調整することができる。
ブロー成形システムは、多くの場合、それに近接するプリフォーム加熱手段を含むことができ、加熱されたプリフォームは、プリフォームの所望の温度プロファイルが変化する前に、短時間で金型に渡され、結果として得られる容器に成形され得る。例えば、赤外線オーブンを通るプリフォームの移動経路は、所定のプリフォームに所定の温度プロファイルを生成するように調整することができる。しかし、ブロー成形システムおよび/またはプロセスの条件が変更された場合、所定のプリフォームのための新しい温度プロファイルに適応するために、プリフォーム経路または加熱手段を変更することが必要となり得る。ブロー成形条件の変更は、別のプリフォームタイプの使用、金型の変更、ブロー成形パラメータの変更などを含む。従って、容器の連続的又は高スループット生産を維持しながら、ブロー成形システム及び/又はプロセスを、プリフォーム温度プロファイルの変更を必要とする条件の変化に適応させることは困難であり得る。異なる特性を有するプリフォームに対応するために、ブロー成形システムにおいて、1つまたは複数の設定を変更し、1つまたは複数の新しい平衡に到達し、1つまたは複数の物理的パラメータを適合させる必要がしばしばある。
適切な温度制御がないと、加熱されたプリフォームは、ブロー成形動作中に不適切な材料分布および/または膨張を有するかもしれず、その結果の容器は、破裂(または「ブローアウト」)したり、美観検査で不合格になったりするかもしれない。精製ガスブロー成形プロセスでは、100万個のガスブロー成形容器あたり約1500個から約2500個の容器がブローアウトに見舞われると予想される。液体ブロー成形容器から予想されるブローアウトもほぼ同じである。液体ブロー成形の場合、ブローアウトは空気の漏れ以上に、容器に充填する液体製品の漏れと廃棄をもたらす。ブロー成形液体が水である場合、ブローアウトは水の浪費と、ブロー成形装置を乾燥させるためのごくわずかな停止時間しかもたらさないかもしれない。ブロー成形液が例えば石油製品、医薬品、化粧品である場合、ブローアウトは、ブロー成形装置を再び使用可能にするために必要な洗浄手順による多大な時間をもたらし得、また、無駄な製品や使用不可能な製品をもたらし得、これらはそれぞれ単独では、ブロー成形プロセスおよび製品コストに大きな経済的影響をもたらすかもしれず、これらの組み合わせは、製品をパッキングするための液体ブロー成形プロセスを、経済的に実行不可能にするかもしれない。ブロー成形作業(液体またはガス)において予想されるブローアウトを、成形される容器100万個当たり約25ブローアウトまで低減するブロー成形方法を開発することが望ましい。
これらの問題を考慮して、本技術は、ブロー成形作業中のブローアウトを最小化するため、プリフォームの加熱中にプリフォームを測定及びモニタする方法を提供する。
本発明と矛盾せず、かつ本発明と一致する、ブロー成形作業中のブローアウトを最小化するため、プリフォームの加熱中にプリフォームを測定及びモニタする方法が驚くべきことに見いだされた。
本発明の一実施形態では、プリフォームを加熱する方法であって、ブロー成形に適した複数のプリフォームを準備するステップと、少なくともプリフォームを形成する材料を識別するために各プリフォームを検査するステップと、各プリフォームを加熱するステップと、各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度を測定するステップと、各プリフォームをさらに加熱するステップと、各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度をさらに測定し、温度プロファイルを生成する、さらなる測定ステップと、さらなる測定ステップからの温度プロファイルを、複数のプリフォームの各々の標準温度プロファイルと比較するステップと、比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有するプリフォームをブロー成形するステップと、を備える。
本発明の別の実施形態では、プリフォームを加熱する方法であって、ブロー成形に適した複数のプリフォームを準備するステップと、少なくともプリフォームを形成する材料を識別するために各プリフォームを検査するステップと、各プリフォームを加熱するステップと、各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度を測定するステップと、各プリフォームをさらに加熱するステップと、各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度をさらに測定し、温度プロファイルを生成する、さらなる測定ステップと、さらなる測定ステップからの温度プロファイルを、複数のプリフォームの1つの標準温度プロファイルと比較するステップと、比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有するプリフォームをブロー成形するか、比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームをリサイクルするか、比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームを再加熱するステップと、を備える。
本発明の別の実施形態では、プリフォームを加熱する方法であって、ブロー成形に適した複数のプリフォームを準備するステップと、少なくともプリフォームを形成する材料を識別するために各プリフォームを検査するステップと、各プリフォームを加熱するステップと、各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度を測定するステップと、各プリフォームをさらに加熱するステップと、各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度をさらに測定し、温度プロファイルを生成する、さらなる測定ステップと、さらなる測定ステップ中に、各プリフォームの少なくとも一部の測定温度を集計するステップと、集計された測定温度を、プリフォームの少なくとも一部の測定温度を表す3次元熱画像に変換するステップと、さらなる測定ステップにおいて、3次元熱画像を、プリフォームの長手方向軸に沿ってプリフォームの周囲にわたって測定されたプリフォームの一部を表す2次元熱画像にさらに変換するステップと、さらに変換するステップからの2次元熱画像を、複数のプリフォームの1つに対応する標準2次元熱画像と比較するステップと、比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有するプリフォームをブロー成形するか、比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームをリサイクルするか、比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームを再加熱するステップと、を備える。
本発明の上記の及び他の利点は、添付の図面に照らして考慮されるとき、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。
以下の技術の記載は、1つまたは複数の発明の主題、製造、および使用の本質において単に例示的なものであり、本出願、または本出願の優先権を主張して出願され得る他の出願、またはそこから発行される特許において請求される任意の特定の発明の範囲、適用、または使用を制限することを意図するものではない。開示された方法に関して、提示されたステップの順序は本質的に例示的なものであり、したがって、ステップの順序は、特定のステップが同時に実行され得る場合を含め、種々の実施形態において異なり得る。本明細書で使用される「A」および「an」は、要素の「少なくとも1つ」が存在することを示し、可能な場合、そのような要素が複数存在し得る。別段の明示がある場合を除き、本明細書におけるすべての数値量は、「約」という語によって修正されたものとして理解され、本技術の最も広い範囲を説明する際に、すべての幾何学的および空間的記述は、「実質的に」という語によって修正されたものとして理解される。数値に適用される場合の「約」は、計算または測定が、値に若干の不正確さを許容することを示す(値の正確さへのいくらかのアプローチで;およそ又は値に合理的に近い;ほぼ)。そうではなく、何らかの理由で「約」及び/又は「実質的に」によって提供される不正確さが、この通常の意味で当該技術において理解されない場合、本明細書で使用される「約」及び/又は「実質的に」は、そのようなパラメータを測定又は使用する通常の方法から生じ得る少なくとも変動を示す。
この詳細な説明で引用された特許、特許出願、および科学文献を含むすべての文書は、特に明示しない限り、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる文書とこの詳細な説明との間に矛盾や曖昧さが存在し得る場合には、本詳細な説明が支配する。
本明細書では、including、containing、havingなどの非制限的な用語の同義語として、「comprising(備える)」というオープンエンドな用語が本技術の実施形態を記載及び要求するために使用されているが、実施形態は、代替的に、「からなる」または「から本質的に構成される」などのより限定的な用語を使用して説明することができる。かくして、材料、成分、または工程ステップを記載する任意の所与の実施形態について、そのような追加の材料、成分、または工程が本願において明示的に記載されていない場合であっても、本技術は、追加の材料、成分、または工程を除外し(からなるの場合)、実施形態の重要な特性に影響を及ぼす追加の材料、成分、または工程を除外した(本質的にからなるの場合)、そのような材料、成分、または工程ステップからなる、または本質的にからなる実施形態も具体的に含む。例えば、要素A、BおよびCを記載する成分またはプロセスの記載は、特定的には、要素Dが本明細書において除外されるものとして明示的に記載されていないとしても、当該技術分野において記載され得る要素Dを除外した、A、BおよびCからなる、および本質的になる実施形態を想定する。
本明細書で言及されるように、範囲の開示は、別段の指定がない限り、端点を包含し、範囲全体内のすべての明確な値およびさらに分割された範囲を含む。したがって、例えば、「AからBまで」または「約Aから約Bまで」の範囲は、AおよびBを含む。特定のパラメータ(量、重量パーセントなど)の値および値の範囲の開示は、本明細書で有用な他の値および値の範囲を排除するものではない。所与のパラメータについて2つ以上の特定の例示された値が、そのパラメータについて主張することができる値の範囲の端点を定義することができることが想定される。同様に、あるパラメータに対する2つ以上の値の範囲(そのような範囲が入れ子になっているか、重複しているか、別個のものであるかにかかわらず)の開示は、開示された範囲の端点を使用して要求される可能性のある値の範囲のすべての可能な組み合わせを包含することが想定される。例えば、パラメータXが1-10、または2-9、または3-8の範囲の値を有することが本明細書で例示されている場合、パラメータXは、1-9、1-8、1-3、1-2、2-10、2-8、2-3、3-10、3-9などを含む他の範囲の値を有することも想定される。
要素または層が、別の要素または層「の上に」、「に係合されている」、「に接続されている」、または「に結合されている」と言及されるとき、それは、他の要素または層の直接上に、に係合されている、接続されている、または結合されていることができ、または介在する要素または層が存在することができる。対照的に、要素が、別の要素または層「の直接上に」、「に直接係合されている」、「に直接接続されている」、または「に直接結合されている」と言及されるとき、介在する要素または層が存在し得ない。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も、同様に解釈されるべきである(例えば、「の間に」対「の直接間に」、「隣接」対「直接隣接」など)。本明細書で使用される場合、用語「および/または」は、関連する列挙された要素の1つまたは複数の任意のおよびすべての組み合わせを含む。
本明細書では、第1、第2、第3などの用語を使用して種々の要素、構成要素、領域、層および/またはセクションを説明することができるが、これらの要素、構成要素、領域、層および/またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、層またはセクションを、別の領域、層またはセクションから区別するためにのみ使用することができる。本明細書で使用される場合、「第1」、「第2」、および他の数値用語などの用語は、文脈によって明確に示されない限り、順序または順序を意味しない。したがって、後述する第1の要素、構成要素、領域、層またはセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第2の要素、構成要素、領域、層またはセクションと呼ばれ得る。
本明細書では、「内側」、「外側」、「下に」、「より下に」、「下部の」、「上に」、「上部の」などの空間的に相対的な用語が、図に示されるように、1つの要素または特徴の、別の要素(単複)または特徴(単複)に対する関係を記載するための説明を容易にするために使用することができる。空間的に相対的な用語は、図に描かれている向きに加えて、使用時または動作時の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図示の装置が裏返された場合、他の要素または特徴の「より下に」または「下に」と記載された要素は、他の要素または特徴の「上に」配向されることになる。したがって、例示の用語「より下に」は、上と下の両方の向きを包含することができる。装置は、他の向き(90度回転した向き、または他の向き)にもすることができ、本明細書で使用される空間的に相対的な記述は、それに応じて解釈される。
図1に示すように、本技術は、加熱システム10を用いた熱画像化の方法、及びプリフォーム温度プロファイルを最適化する方法、並びに特に熱可塑性プラスチックのプリフォーム12から容器(図示せず)をブロー成形する際に、このようなシステムを使用する方法に描写される。本明細書でより詳細に説明するシステム10は、一般に、第1のカメラ14、第2のカメラ16、第3のカメラ17、および加熱手段18を含む。
プリフォーム12に関して、図2は、試験管に似た全体形状を有する、長軸Oを有する例示的なプリフォーム12を示す。プリフォーム12は、首部20、肩部22、胴部24、および丸く閉じた底部26を有する。典型的には、首部20および肩部22はそれぞれ、システム10に入るときに形成されており、その最終形状にあり、本明細書で企図されるように加熱または熱画像化される必要はない。従って、典型的には、胴部24と底部26のみがシステム10により熱処理され熱画像化されるが、所望によりプリフォーム12全体が加熱されてもよい。プリフォーム12の管状本体24は、上端が半球状の底部26によって閉鎖され、下端が既に容器の首部20の確定形状にある首部20を備え、半径方向外側に延びる環状肩部22は、プリフォーム12の非加熱部分をその加熱部分からおおよそ画定する。プリフォーム12は、ポリエチレンテレフタレート(PET)および他のポリエステルなどのポリエステル材料、ポリプロピレン、アクリロニトリル酸エステル、塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド、ならびにそれらの誘導体、ブレンド、およびコポリマーで形成することができる。示されるように、プリフォーム12は、概して円筒形の断面を有し且つ結果として得られる容器高さの典型的に約50%の長さの、試験管に類似した当業者に周知の形状を有し、あるいは、プリフォーム12は、所望により、任意の形状、長さを有し、任意の材料から形成されてもよい。本明細書で説明したように、システム10で行われる熱処理は、各プリフォーム12を容器に成形するように、気体または液体でブロー成形することによる、変換のためのプリフォーム12を準備することを意図している。
システム10において、各プリフォーム12は、磁気浮上式軌道、レール、または他の搬送機構(図示せず)を介して、インフィードステーションEの入口で提供される。次いで、プリフォーム12は、個々にコンベア28に載置され、このコンベアは、以下に詳述するように、システム10を通してプリフォーム12を搬送し、最終的に、さらなる処理ステップ30のためのシステム10の出口Sまで搬送する。以下でさらに詳細に説明するように、さらなる処理ステップ30は、プリフォーム12を、追加の加熱、排除およびリサイクルのために入口Eへの再入場の1つのために搬送すること、またはプリフォーム12を容器に成形するためのブロー成形金型装填ステーション(図示せず)に搬送することを含むことができる。ブロー成形ステップは、圧縮ガスを使用する再加熱延伸ブロー成形プロセス、又は、容器の最終的な内容物である圧縮液体が使用されプリフォーム12から容器を形成する液体ブロー成形プロセスのいずれであってもよいことが理解される。
各プリフォーム12は、スピンドル32(図2に示すように)上に配置されてシステム10(周囲温度にある)に入り、プリフォーム12がシステム10を通過するときに、スピンドル30は360°回転を可能にする。入口Eにおいて、各プリフォーム12は、第1のカメラ14によって検査及び測定される。カメラ14は外観検査カメラであるが、カメラ14は、赤外線カメラ、又は各プリフォーム12の本明細書に記載された所望の特性を測定することが可能な他の任意のカメラであってよい。例えば、カメラ14は、以下に限定されないが、プリフォーム12の開始(多くの場合、周囲)温度、プリフォーム12の材料状態(すなわち、アモルファス対結晶性)、プリフォーム12内の任意の含有物(すなわち、異物)、プリフォーム12の所望の解像度の画像、及びプリフォーム12の物理的寸法(例えば、高さ、幅、直径)を含むプリフォーム12に関するデータを検査、測定、送信、及び/又は収集するように構成されている。カメラは、第1のカメラ14からの画像及びデータを処理及び/又は集計することができるコンピュータ34、及び/又はプロセスコントローラ(図示せず)、及び/又は他のデータプロセッサ(図示せず)と電子通信する。
カメラ14による検査及び測定の後、各プリフォーム12は、コンベア28により一連の加熱手段18を有するシステム10の第1部分33内を通るように搬送される。加熱手段18は、例えば赤外線オーブンであってもよいし、ブロー成形技術分野における当業者に公知の任意の適切な加熱手段であってもよい。直接的な及び/又は間接的な(例えば、反射された)熱エネルギーを、加熱手段18によって適用することができる。熱エネルギーの多方向の適用が、プリフォーム12自体が種々の加熱手段18における種々の熱放射源に対して移動、スピン、または回転させられる場合と同様に、使用することができる。所望により、任意の数の加熱手段18を利用することができるが、図1に示すように、システム10は3つの(3)加熱手段18を含む。図2に最もよく示すように、各加熱手段18は、長手方向軸線Oに沿ったプリフォーム12の異なる高さで各プリフォーム12の加熱を容易にするために、5つの加熱要素36を備える。加熱手段18の数および加熱手段18に存在する加熱要素36、または所与の工程中のそれらの動作は、各プリフォーム12のサイズまたは仕様、各プリフォーム12の材料特性などに基づいて変わり得ることが理解される。加熱手段18は、予備延伸およびブロー成形プロセスにおける残りのステップ中のプラスチック材料の分布の最適化を可能にする所望の温度プロファイルを結果的にもたらすような熱エネルギーをプリフォーム12に導入するように、システム10を通るコンベア26に沿って長手方向に間隔をあけて配置される。温度プロファイルは、各プリフォーム12の長手方向軸Oに沿って変化してもよいし、勾配を規定してもよい。あるいは、温度プロファイルはプリフォーム12の長さにわたって一定であってもよい。さらに、温度プロファイルは、例えば、プリフォーム12の外側の材料がプリフォーム12の内側の材料よりも高い温度となるように、プリフォーム12の厚さにわたって変化してもよい。実際の温度プロファイルは、その形状および材料組成、材料分布、ならびに形成される結果の容器の設計を含むプリフォーム12の特定の設計に依存する。各プリフォーム12が加熱手段18を通過するとき、各プリフォーム12は、各プリフォーム12が第2のカメラ16に到達するまで、加熱手段18によって加熱されるように、そのスピンドル32上で回転される。
図1に示すように、第2のカメラ16は、プリフォーム12の長手方向軸Oに沿って、且つその全周にわたる各プリフォーム12の温度を検査し測定するように適合された赤外線カメラである。カメラ16は、規定の且つ所望のデータ点数で、および/または(カメラ16によって制約される)所望の解像度で、プリフォーム12の軸Oに沿って全周囲にわたってプリフォーム12の温度を測定する。例えば、データ点は、プリフォーム12の外周の各角度および/またはそれらの間の領域に沿って、加熱要素36の各々の高さおよび/またはそれらの間のプリフォーム12の部位に対応する。第2のカメラ16は、カメラ16によって測定された熱特性データを処理および/または集計することができるコンピュータ34または他のデータプロセッサ(図示せず)と電子通信している。例えば、コンピュータ34は、プリフォーム12の熱特性データを、図3に最もよく示すように、各プリフォーム12の3次元熱画像38に変換する。次いで、コンピュータ34は、3次元熱画像38を2次元熱画像40(ヒートマップとしても知られる)に変換することができる。代替的に、コンピュータ34は、熱特性データを直接2次元熱画像40に変換してもよい。画像40は、左から右に見た場合、プリフォーム12がスピンドル30上で回転する際に撮影された約0°から約359°までのプリフォーム12の温度測定値の表現である。このように、3次元のプリフォーム12の温度プロファイルは2次元で見ることができる。さらに、プリフォーム12の温度プロファイルは、例えば、図4に示すように、長手方向領域42に沿って、全体として、あるいは所望の離散領域においてみることができる。一例として、また図4に最も良く示されているように、3次元熱画像38は、例えば、約0°から約359°までその軸Oを中心に回転させたプリフォーム12の各角度に対応する359個の長手方向領域のように、所望の数の長手方向領域に分割することができる。このようにして、3次元熱画像38およびプリフォーム12自体の特定の長手方向領域42は、3次元熱画像38にアクセスおよび/または回転させる必要なく、2次元熱画像40上でより容易にたやすく観察することができる。
上述のように、プリフォーム12の温度はコンピュータ34によって集計される。そして、図5のグラフ44に示すように、測定された温度は、プリフォーム12上の測定位置に対してプロットされる。グラフ44に示すように、カメラ14によって撮影された各温度測定(x軸)におけるプリフォーム12の温度は、プリフォーム12上の当該測定の位置(x軸)に対してプロットされる。このようにして、温度測定値の数値/グラフ表示であるグラフ44は、容易に比較することができ、カラーベースのヒートマップである2次元熱画像40と直接相関する。
2次元熱画像40を作成することにより、プリフォーム12がブロー成形ステーションに移送され、最終容器に成形される前に、加熱された各プリフォーム12の温度測定値を容易にたやすく確認することができる。場合によっては、熱画像38、40および/またはグラフ44は、プリフォーム12が「冷たい領域」46または「暖かい領域」48を有することを示すことがある。このような領域48、48は、ブロー成形中に破裂(ブローアウト)を生じる可能性があり、かくしてプリフォーム12の加熱中に改善処置が必要となる。このような領域46、48の正確な位置は、熱画像38、40および/またはグラフ44の観察及び分析により、正確に位置特定することができるので、容器へのブロー成形中の破裂を最小化するために、プリフォーム12の適切な加熱を確保するように改善処置を行うことができる。改善処置は、ブロー成形中の破裂を最小化するために、後続のプリフォームが異なる許容可能な温度プロファイルを有するように、所望に応じて、プリフォーム12の任意の部分(例えば、領域46、48)の温度を上昇または低下させるために、加熱手段16または特定の加熱要素36の調整を含む、システム10の処理パラメータおよび設定の1つまたは複数の調整を含むことができる。追加の改善処置は、例えば、各プリフォーム12が配置されるスピンドル32のスピン速度を上方または下方調整すること、またはシステム10内のプリフォーム12の滞留時間(またはコンベア28の速度)を増減させること、および/またはシステム10内の冷却空気流を増減させることである。
各プリフォーム12が第2のカメラ16によって検査及び測定されると、コンベヤ28は、各プリフォーム12をシステム10の第2部分35に搬送し、一連の追加の加熱手段50に送る。加熱手段18と同様に、加熱手段50は、例えば赤外線オーブンであってもよく、又はブロー成形技術における通常の当業者によって知られているような任意の適切な加熱手段であってもよい。加熱手段50によって、直接および/または間接的な(例えば、反射された)熱エネルギーを印加することができる。熱エネルギーの多方向適用は、プリフォーム12自体が種々の加熱手段50における種々の熱放射源の周りで移動、スピン、または回転されるのと同様に使用することができる。所望により、任意数の加熱手段50を利用することができるが、図1に示すように、システム10の第2部分35は、3つの(3)加熱手段50を含む。加熱手段50は、図2に示すものと同様であり、各加熱手段50は、長手方向軸Oに沿った各プリフォーム12の異なる高さで各プリフォーム12の加熱を容易にするために、5つの(5)加熱要素(図示せず)を備える。加熱手段50の数および加熱手段50に存在する加熱要素、または所与のプロセス中のその動作は、各プリフォーム12のサイズまたは仕様、各プリフォーム12の材料特性などに基づいて変化し得ることが理解される。加熱手段50は、プリストレッチおよびブロー成形プロセスにおける残りのステップ中のプラスチック材料の分布の最適化を可能にする所望の温度プロファイルをもたらす熱エネルギーをプリフォーム12に導入するように、システム10を通してコンベヤ28に沿って長手方向に間隔をあけて配置される。温度プロファイルは、各プリフォーム12の長手方向軸Oに沿って変化しても、勾配を規定してもよい。代替的に、温度プロファイルはプリフォーム12の長さにわたって一定であってもよい。さらに、温度プロファイルは、例えば、プリフォーム12の外側の材料がプリフォーム12の内側の材料よりも高温であるように、プリフォーム12の厚さにわたって変化してもよい。実際の温度プロファイルは、プリフォーム12の形状および材料組成、材料分布、および形成される結果としての容器の設計を含むプリフォーム12の特定の設計に依存する。
各プリフォーム12が加熱手段50を通過するとき、各プリフォーム12は、そのスピンドル32上で回転させられ、かくして、各プリフォーム12が第3のカメラ17に到達するまで、加熱手段18によって加熱される。図1に示すように、第3のカメラ17は、各プリフォーム12の温度を、その長手方向軸Oに沿って、その全周囲にわたって検査し、測定するように適合された赤外線カメラである。カメラ17は、定義された所望のデータ点数で、および/または(カメラ17によって制約される)所望の解像度で、その軸Oおよび周囲に沿ってプリフォーム12の温度を測定する。例えば、データ点は、プリフォーム12の周囲の各角度および/またはその間の領域に沿って、加熱要素36の各々の高さおよび/またはその間のプリフォーム12の部分に対応し得る。第3のカメラ17は、第3のカメラ17によって測定された熱特性データを処理および/または集計することができるコンピュータ34および/またはプロセスコントローラおよび/または他のデータプロセッサ(図示せず)と電子通信する。例えば、コンピュータ34は、プリフォーム12の熱特性データを、第2のカメラ16に関して本明細書で上述したものと同様の、図3~図5に示すような画像に変換する。
使用中、第1のカメラ14から取得された画像及び/又は情報は、コンピュータ34によって処理され、加熱手段18から受ける各プリフォーム12に適切な熱処理を決定する。例えば、第1のカメラ14は、異なる材料から形成された個々のプリフォーム、又は異なる容積を有する結果としての容器に対応する異なるサイズを有する個々のプリフォームを識別することができる。このように、各プリフォーム12は、加熱手段18からそれ独自の特定の熱処理を要求することができ、及び/又は、第1のカメラ14は、特定のプリフォームについて許容不可な数の含有物又は他の許容不可な問題を検出し、コンピュータ34又はプロセスコントローラを介してシステム10へ信号送信し、そのプリフォームを不合格にし、リサイクル又は破壊のために取り除くことができる。各プリフォーム12がその熱処理を加熱手段18から受けると、第2のカメラ16によって、各プリフォーム12についてのデータが収集される。コンピュータ34は、第1のカメラ14から受信した各プリフォーム12のデータと、第2のカメラ16から受信したデータとを比較して、熱処理がプリフォーム12の所与の仕様(例えば、寸法及び/又は材料)に対して適切且つ許容可能であったことを確認する。このようにして、各プリフォーム12が、システム10の周囲条件またはシステム10の入口Eへの進入時のプリフォーム12の開始条件に関係なく、一貫した温度および/または温度プロファイルで、加熱手段50による追加の熱処理のためのシステムの第2部分35に進入することを確保することができる。
コンピュータ34又はプロセスコントローラは、例えば、加熱手段18の強度を増加又は減少させること、各プリフォーム12が配置されるスピンドル32のスピン速度を増速又は減速に調整すること、またはシステム10の第1部分33内のプリフォーム12の滞留時間(すなわち、コンベア28の速度)を増加又は減少させること、および/またはシステム10の第1部分33内の冷却空気流を増加又は減少させることによって、同様の仕様の後続のプリフォーム12が適切な熱処理を受けるように、システム10の第1部分33を調整させることができる。コンピュータ34及び/又はプロセスコントローラは、必要に応じて、各プリフォーム12に関するカメラ14、16からの画像及び/又はカメラ14、16からのデータの比較に基づいて、システム10の第1部分33の調整を行う。プリフォーム12がブロー成形作業(すなわち、さらなる処理ステップ30)に供される前に、各プリフォーム12への熱処理が適切且つ許容可能であることを確実にすることにより、プリフォーム(単複)12のブローアウトが最小化され、コスト削減が実現され得る。
さらに、各プリフォーム12が第2部分35において第2の熱処理を受けると、各プリフォーム12について第3のカメラ17から生成された画像38、40および/またはグラフ42は、コンピュータ34によって、特定の材料または寸法の各プリフォーム12の所定の許容可能な温度プロファイル(別個にまたは集合的に、「標準温度プロファイル」)に対応するカタログ、データベース、テーブル、または画像(例えば、ヒートマップ)および/またはデータポイントおよび/またはグラフのコレクションと比較され得る。このようにして、コンピュータ34は、第3のカメラ17を通過する各プリフォーム12のデータを、同様の寸法および/または材料のプリフォームの許容可能な温度プロファイルと比較して、各プリフォーム12の温度プロファイルを最適化し、それによりさらなる処理ステップ30の間のプリフォーム12のブローアウトを防ぐことを確実にすることができる。
各プリフォーム12が第3のカメラ17によって測定された後に行われるこの比較は、定義された寸法および/または材料の所与のプリフォームに対する許容可能な熱画像と、システム10内で処理された各プリフォーム12の、第3のカメラ17からの2次元画像40のような熱画像との比較;第3のカメラ17からの許容可能な集計された熱データと、システム10内で処理された各プリフォーム12の集計されたデータとの比較の形態であってもよい。また、比較は、許容可能な温度プロファイルに対応する許容可能なグラフと、システム10内で処理される各プリフォーム12の第3のカメラ12からのデータからのグラフ42に類似する各グラフとの比較であってもよい。
システム10内で処理された各プリフォーム12の熱データおよび/または画像を、既知の、一定の、許容可能な熱データおよび/または画像のセットと比較することによって、施されるプリフォームの熱処理は、システム10の周囲温度、システム10の周囲条件、またはプリフォームの開始温度又は条件とは無関係に、世界のどこでも容易に再現することができる。システム10がどこに位置しているかに関係なく、処理された各プリフォーム12は、第1のカメラ14によって観察および識別され、第1部分33において加熱手段18によってプリフォーム12の材料および/または寸法に対応する適切な熱処理を受け;第2のカメラ16によってプリフォーム12の温度プロファイルが取得され、第2部分35に入る前のその開始温度が許容可能であることを確保し;第2部分35において加熱手段50によって適切な熱処理を受け;次いでコンピュータ34によってその温度プロファイルが許容可能な温度プロファイルと比較される。比較の後、プリフォーム12の各々は、既知の許容可能な温度プロファイルに整合して(またはそこから許容可能な偏差内で整合して)容器へのブロー成形に向けて搬送されるか、またはプリフォーム12の各々は、既知の許容可能な温度プロファイルから逸脱して、追加の熱処理に向けて搬送されるか、または不合格にされリサイクルされる(総称して、さらなる処理ステップ30)。さらなる
各プリフォーム12を既知の許容可能な標準データと比較することによって、出口Sに搬送される前に各プリフォーム12がシステム10によって許容可能な熱処理を受けたか確認することによって、各プリフォーム12のブロー成形中のブローアウトを最小限にする前に、許容不可能なプリフォームを廃棄するか又は再加熱処理することができる。第3のカメラ17から生成された画像との比較で決定された許容不可に加熱されたプリフォーム12に対して、コンピュータ34またはプロセスコントローラは、例えば、加熱手段50の強度を増加又は減少させること、各プリフォーム12が配置されるスピンドル32のスピン速度を増速又は減速に調整すること、またはシステム10の第2部分35内のプリフォーム12の滞留時間(すなわち、コンベヤ28の速度)を増加又は減少させること、および/またはシステム10の第2部分35内の冷却空気流を増加又は減少させることによって、同様の仕様の後続のプリフォーム12が適切な熱処理を受けるように、システム10の第2部分35を調整することができる。
各プリフォーム12が許容可能と判断されると、各プリフォーム12は、各プリフォーム12から容器をブロー成形するための1又は複数のシステム(図示せず)に搬送される。特に、ブロー成形システムは、各プリフォーム12を受容するように構成された金型(図示せず)と、金型内に受容されたプリフォームに加圧流体を供給してプリフォームを金型の内面に適合する容器に膨張させる手段とを含むことができる。加圧流体は、ガス(例えば、空気)であるか、または液体(例えば、結果として生じる容器内に留まることが意図される製品)であることができる。プリフォーム12の各々が異なる材料から形成され、及び/又は異なる寸法を有するプロセスでは、搬送機構は、多数の容器を形成するための異なるブロー成形システムにプリフォーム12の各々を選択的に搬送することができる。すなわち、本技術は、異なる温度プロファイルに加熱されたプリフォームに由来する種々の容器のシーケンシャルな製造をさらに考慮するものであり、これには、結果として得られる容器へのブロー成形の準備において、異なる加熱レジメンおよび異なる既知の許容可能な温度プロファイルとの異なる比較を要求する異なる構造のプリフォーム(例えば、異なるサイズ、形状、厚さ、異なるポリマーまたはポリマーの組み合わせ、層等で形成されるプリフォーム)を含む。
本技術の利益および利点は、以下の態様を含むことができる。同一システム(例えば、システム10)内での複数のサイズおよび材料のプリフォームの並置および計量。複数の加熱手段の間および加熱手段からのプリフォームの選択的移送および制御された分注は、異なるプリフォームを取り扱う独自の方法を提供し、柔軟な在庫管理単位(SKU)管理を可能にする。例えば、システムは、プリフォームが1又は複数のローダーからシステムに入り、1又は複数の加熱手段または異なる速度および/または滞留時間を有する部分を含む経路を通る特定の移動を受ける際に、プリフォームの装填位置を追跡するための1又は複数のバーコードリーダーを含むことができる。複数のタイプのプリフォームの混合物を柔軟に処理する能力により、ブロー成形を連続的または高スループットに維持することがさらに可能になる。
例示的な実施形態は、本開示が徹底され、当業者にその範囲を十分に伝えるように提供される。本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、特定の構成要素、デバイス、および方法の例など、多数の具体的な詳細が示されている。具体的な詳細が採用される必要はなく、例示的な実施形態が多くの異なる形態で具体化され得ること、およびどちらも本開示の範囲を限定するように解釈されるべきではないことは、当業者には明らかであろう。いくつかの例示的な実施形態では、周知のプロセス、周知のデバイス構造、および周知の技術は詳細に説明されない。いくつかの実施形態、材料、組成物および方法の同等の変更、修正および変形は、実質的に同様の結果を伴って、本技術の範囲内で行うことができる。
Claims (20)
- プリフォームを加熱する方法であって、
ブロー成形に適した複数のプリフォームを準備するステップと、
少なくとも前記プリフォームを形成する材料を識別するために各プリフォームを検査するステップと、
各プリフォームを加熱するステップと、
各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度を測定するステップと、
各プリフォームをさらに加熱するステップと、
各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度をさらに測定し、温度プロファイルを生成する、さらなる測定ステップと、
前記さらなる測定ステップからの前記温度プロファイルを、前記複数のプリフォームの各々の標準温度プロファイルと比較するステップと、
前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有するプリフォームをブロー成形するステップと、
を備える方法。 - 前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームをリサイクルするステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームを再加熱するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記比較するステップに基づいて、後続のプリフォームが許容可能な温度に加熱され、プリフォームの不合格又は再加熱を最小化するように、前記さらに加熱するステップを最適化するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記最適化するステップは、前記比較により、前記加熱するステップ中又は前記さらに加熱するステップ中の加熱手段の強度、前記加熱するステップ中又は前記さらに加熱するステップ中の各プリフォームのスピン速度、前記加熱するステップ中又は前記さらに加熱するステップ中の前記プリフォームの滞留時間の少なくとも1つの調整である、請求項4に記載の方法。
- 前記さらなる測定ステップ中に各プリフォームの前記少なくとも一部の測定温度を集計するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 集計された前記測定温度を、前記プリフォームの前記少なくとも一部の前記測定温度を表す3次元熱画像に変換するステップをさらに備える、請求項6に記載の方法。
- 前記さらなる測定ステップにおいて、集計された前記温度が、前記プリフォームの長手方向軸に沿って前記プリフォームの周囲にわたって測定された前記プリフォームの一部を表す2次元熱画像に変換される、請求項7に記載の方法。
- 前記2次元熱画像がヒートマップである、請求項8に記載の方法。
- 前記ヒートマップは、前記プリフォームの前記少なくとも一部の約0°から約359°までの前記プリフォームの周囲の測定値を表す、請求項9に記載の方法。
- 前記加熱するステップ中及び前記さらに加熱するステップ中に、前記プリフォームがその長手方向軸の周りに少なくとも360°回転させられる、請求項8に記載の方法。
- 集計された前記温度を、測定位置に対する前記プリフォームの前記少なくとも一部の温度を表すグラフ画像に変換するステップをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記検査するステップは第1のカメラで実行され、前記測定するステップは第2のカメラによって実行され、前記さらなる測定ステップは第3のカメラで実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のカメラは外観検査カメラである、請求項13に記載の方法。
- 前記第2のカメラ及び前記第3のカメラの各々は赤外線カメラである、請求項13に記載の方法。
- 前記複数のプリフォームのすべては同じ材料から形成されない、請求項1に記載の方法。
- 前記検査するステップ中に、前記プリフォームの開始温度、前記プリフォームの材料状態、前記プリフォームの内の含有物の存在、及び前記プリフォームの物理的寸法の少なくとも1つが検出される、請求項1に記載の方法。
- プリフォームを加熱する方法であって、
ブロー成形に適した複数のプリフォームを準備するステップと、
少なくとも前記プリフォームを形成する材料を識別するために各プリフォームを検査するステップと、
各プリフォームを加熱するステップと、
各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度を測定するステップと、
各プリフォームをさらに加熱するステップと、
各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度をさらに測定し、温度プロファイルを生成する、さらなる測定ステップと、
前記さらなる測定ステップからの前記温度プロファイルを、前記複数のプリフォームの1つの標準温度プロファイルと比較するステップと、
前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有するプリフォームをブロー成形するか、前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームをリサイクルするか、前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームを再加熱するステップと、
を備える方法。 - 前記さらなる測定ステップ中に、各プリフォームの前記少なくとも一部の測定温度を集計するステップと、
集計された前記測定温度を、前記プリフォームの前記少なくとも一部の前記測定温度を表す3次元熱画像に変換するステップと、
をさらに備える、請求項18に記載の方法。 - プリフォームを加熱する方法であって、
ブロー成形に適した複数のプリフォームを準備するステップと、
少なくとも前記プリフォームを形成する材料を識別するために各プリフォームを検査するステップと、
各プリフォームを加熱するステップと、
各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度を測定するステップと、
各プリフォームをさらに加熱するステップと、
各プリフォームの長手方向軸に沿って各プリフォームの周囲にわたる各プリフォームの少なくとも一部の温度をさらに測定し、温度プロファイルを生成する、さらなる測定ステップと、
前記さらなる測定ステップ中に、各プリフォームの前記少なくとも一部の測定温度を集計するステップと、
集計された前記測定温度を、前記プリフォームの前記少なくとも一部の前記測定温度を表す3次元熱画像に変換するステップと、
前記さらなる測定ステップにおいて、前記3次元熱画像を、前記プリフォームの長手方向軸に沿って前記プリフォームの周囲にわたって測定された前記プリフォームの一部を表す2次元熱画像にさらに変換するステップと、
前記さらに変換するステップからの前記2次元熱画像を、前記複数のプリフォームの1つに対応する標準2次元熱画像と比較するステップと、
前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有するプリフォームをブロー成形するか、前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームをリサイクルするか、前記比較するステップに基づいて、許容可能な温度プロファイルを有しないプリフォームを再加熱するステップと、
を備える方法。
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2024523542A true JP2024523542A (ja) | 2024-06-28 |
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