JP3734446B2 - もれを防止したプラスチック容器の成形、移送、把持方法および装置 - Google Patents
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- Medical Preparation Storing Or Oral Administration Devices (AREA)
- Closures For Containers (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Closing Of Containers (AREA)
Description
本発明は、容器が型から完全に排出され、次いでキャップ閉合ステーションへ移送された後に、キャップと容器本体の間の漏れ止めシールを形成するための装置および方法に関する。
【0002】
本発明が関連する種のプラスチック本体およびキャップは一般的に射出成形されたプラスチック容器であって、本体に対して漏れ止めシールを以て取着されるキャップを有している。こうした本体およびキャップは、例えば、牛乳や尿などのテスト試料を収集するため、または、滅菌した水を輸送するために用いられるバイアル瓶、そのキャップを有する種の容器である。キャップは典型的には本体に一体的に連結されている。
【0003】
米国特許4783056号はバイアル瓶本体にキャップを密封、取着するための方法に関連しており、複数の型部品から成る型内でバイアル瓶が成形され同じ装置内でシールされる。この無菌のバイアル瓶の形成、シール方法は、無菌状態下においてバイアル瓶をシールする工程を省いている。と言うのは、バイアル瓶が必要な柔軟性と無菌状態を維持できる高温の状態で、シールが型内で直接行われるからである。然しながら、この方法では、キャップをバイアル瓶本体に密封、取着するための可動要素を有した型を用いなければならず、また、シールする前に液体を容器内に移送することは容易ではない。
【0004】
米国特許5723085号は漏れを防止したキャップと本体の組立体を製造するための方法および装置に関する。開示された方法は、溶融した材料を型の中空部に射出し、型の中空部を分離し、組立体が型内にある状態で少なくとも本体をロボットアームに係合させ、本体およびキャップが材料の完全に固化しない温度にある状態で、前記ロボットアームによりキャップと本体から成る組立体をキャップ閉合装置へ移送することを含んでいる。次いで、前記キャップを本体に係合させて漏れ止めシールを形成することにより本体がシールされる。
【0005】
本発明は、漏れを防止したプラスチック容器を製造する方法及び装置に関する。この方法は、本体とキャップから成る組立体が型から完全に排出された後に、キャップを本体に密封、取着し、次いで、本体およびキャップの組立体はキャップ閉合ステーションへ移送される。
【0006】
より詳細には、本発明およびその多くの利点の完全な評価は、添付図面に関連する以下の説明から容易に理解されよう。
【0007】
本発明は、キャップと容器本体の間の漏れ止めシールを形成するための装置および方法に関する。漏れ止めシールとの語は、容器本体とキャップ(すなわち、容器)がブルークリスタルダイテストに合格することを意味している。ブルークリスタルダイテストは、容器本体とキャップとの間の漏れを検知する外観目視検査である。容器を載置した白い紙が目視により変色しなければ(すなわち、容器からのブルークリスタルダイ溶液により汚染されなければ)、容器はブルークリスタルダイテストに合格する。ブルークリスタルダイテスト法は以下の工程から成る。(a)茶匙一杯のブルークリスタルダイ粉末を3.785リットル(1ガロン)のアルコールに添加し溶液を完全に混合することにより、ブルークリスタルダイ溶液を準備する。(b)容器内にブルークリスタルダイ溶液を注入する(容器を倒立させたときに、全シール(封止)領域が濡れるように、十分な量のダイ溶液を注入しなければならない)。(c)キャップに十分な下向きの圧力を適用してキャップを容器本体に均一に完全に着座させることにより容器を閉じる。
(d)室温において白い紙の上に天地を返して容器を配置する(すなわち倒立させる)。(e)4時間後、前記の白紙がブルークリスタルダイ溶液により汚染されていないかを検査する。
【0008】
「完全に硬化していない」との語は(1)容器本体およびキャップを形成するプラスチック材料が、該材料のガラス転移温度(Tg)と溶融温度(Tm)との間ににあり、(2)キャップと容器本体が、その形状を維持し損傷を与えることなく移動させることができる十分な剛性を有し、かつ(3)キャップと容器本体のシール面が要求される漏れ止めシールを形成するために互いに整合するのに十分に暖かく、かつ、付着することなくキャップを開閉できることを意味している。ガラス転移温度(Tg)は、その温度よりも低い場合にプラスチック材料がガラスとして振る舞う温度である。Tgよりも低い温度では、熱可塑性材料は非常に強く完全に剛体(完全に固化している)で脆い。Tg以上の温度では、プラスチック材料はガラスのようには強くなく或いは剛体ではなく脆くない。そして、最後にTmより高い温度ではプラスチック材料は溶融した液体である。市販されているプラスチック材料について、TgおよびTmは広く公表されており、多くのプラスチック材料について多くの文献に記載されている。例えば、Polymer Hnadbook 第2版 J.wiley V-24に報告されているように、ポリプロピレンのTgは−18°C(0.4°F)であり、Tmは171°C(+340°F)である。バイアル瓶の温度は、バイアル瓶のシール面(温度測定装置との十分な接触面積を仮定する)または温度測定装置との十分な接触面積を確保するためにシール面近傍のバイアル瓶の側壁において測定することができる。
【0009】
本発明の装置および方法は、瓶、バイアル瓶、スパウト瓶、漏れ止めシールを必要とするその他の容器を含む種々の容器本体に適用可能である。バイアル瓶に関して本発明を図面および明細書で説明する。然しながら、本発明は、漏れ止めプラスチックシールを必要とするあらゆる容器に等しく適用できバイアル瓶に限定されないことは理解されるべきである。
【0010】
一例としてバイアル瓶本体16は、図3、4に示すように、一体的に形成された底部を有する円筒形状を呈している。閉じたときに漏れ止めシールを形成するキャップ18が設けられている。1つの実施形態では、キャップ18は、小さなフランジ20によりバイアル瓶本体16に一体的に連結されている。バイアル瓶本体16およびキャップ18は、型10内で射出成形される。バイアル瓶本体およびキャップに適した材料は、プラスチック材料(例えばポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性材料)を含む。他の実施形態ではキャップ18は、円形の平坦な中心部22を含み、中心部は、その外縁部から垂直に延びるリム24を有している。このリムは、バイアル瓶本体の外壁の上縁部の上に嵌合して封止するようになっている。
【0011】
バイアル瓶本体16およびキャップ18は、プラスチック成形品を形成する技術分野において周知となっている従来のあらゆる構成を用いて射出成形することができる。射出成形プロセスの1つの実施形態では、図3に部分的に示すように、エンドプレート32、中間プレート34、ストリッパープレート36が、プレス手段(図示せず)により役5トンの圧力を以て型10のフレームに対して保持されている。溶融したプラスチック材料が湯口106から約15トンの圧力を以て射出され、バイアル瓶本体16およびキャップ18が形成される。図示する実施形態では、バイアル瓶本体は約6秒で約550°Fから約100−120°Fに冷却される。バイアル瓶本体16を成形する特定の温度および型を開くまでの時間は、プラスチック材料の種類、バイアル瓶本体の大きさ種類を含む多くの要因に依存しているが、プラスチック材料がその形状を保持し、かつ、完全には硬化することなく十分に高温であるように十分に冷却されなければならない。型10の水通路96、100、102を通して水を循環してバイアル瓶本体16およびキャップ18を冷却する。
【0012】
他の実施形態では、バイアル瓶本体16およびキャップ18が十分に冷却したときに、エンドプレート32および中間プレート34が型10のフレーム40から引き離される。上述したように、エンドプレート32および中間プレート34がフレーム40から引き離されるとき、ストリッパープレート36とエンドプレート32との間のバネ52がストリッパープレート36をフレーム40に対して保持する。エンドプレート32および中間プレート34がストリッパープレート36から約1インチ引き離されると、エンドプレート32および中間プレート34に形成された室46の肩部48にボルト42の頭部44が係合し、ストリッパープレート36がフレーム40から引き離される。プレート32、34、36をフレーム40から引き離す間、ロッド54が開口部56およびボア58内に案内され、3つのプレート32、34、36がフレーム40に対して一直線上に位置決めされる。中間プレート34に取着されている第1と第2のコア60、72がプレート32、34、36と共にフレーム40から離反する。
【0013】
ある実施形態では、プレート32、34、36および前記フレームは、平行な複数のレール上に取り付けられており、型が開かれたときでも、それらの一直線上の位置関係が保持されるようになっている。次いで、バイアル瓶本体およびキャップのいずれにも損傷を与えることなく、型からバイアル瓶を完全に取り外すことのできる従来公知のあらゆる機構を用いてバイアル瓶が型から取り外される。1つの実施形態では、空気噴流によりポペットをバイアル瓶と接触するまでそのハウジングを通して駆動し、該バイアル瓶を型から押し出す。空圧式ポペットが型の中空部分に突出すると、ポペットを駆動した空気流が更にバイアル瓶の取外作用を補助する。バイアル瓶に対して平坦に接触する角度をつけた面を空圧式のポペットに設け、バイアル瓶に傷跡が残らないようにすることができる。他の実施形態において、機械式のプッシャーを採用してバイアル瓶に接触させ型から押し出すようにしてもよい。更に他の例では、押出スリーブを採用し型からバイアル瓶を押し出すようにできる。
【0014】
バイアル瓶本体16およびキャップ18が排出されたとき、プレスにより前記プレートを型に戻し型が閉じられ、更にプラスチック材料が型内に射出され、このサイクルが繰り返される。
【0015】
ある特定の型に関して本発明を説明したが、他の種の型を用い本発明に従ってバイアル瓶本体およびキャップを形成することもできる。例えば、本発明では、型を分離する方法および装置は、(a)キャップおよびバイアル瓶本体が雌型に係合したままの例、(b)キャップおよびバイアル瓶本体が雄型に係合したままの例を包含する。他の例として、射出成形プロセスを達成するように型の中空部およびコアを修正することもできる。
【0016】
図1を参照すると、本発明の1つの実施形態では、型から排出されたバイアル瓶本体およびキャップを収集するポッパー200と、前記ホッパーからバイアル瓶本体およびキャップをキャップ閉合ステーション400へ移送する移送装置300と、キャップをバイアル瓶本体に漏れがないように密封、取着する閉合ステーション400とが設けられている。
【0017】
バイアル瓶本体16が型から完全に排出された後、バイアル瓶本体16は移送装置300に移送される。移送装置への移送方法の1つの実施形態では、図1に示すようにバイアル瓶本体16は、移送装置300に接続されたホッパ等の収集装置200へ重力により給送される。こうした重力による給送装置は、バイアル瓶本体16およびキャップ18を収集装置または移送装置300へ直接落下させることを含んでいる。バイアル瓶本体16の方向を補助するために、シュートまたはコンベアはベルトまたは空圧装置等の補助的な機構を含んでいても良い。他の実施形態では、バイアル瓶本体16は、型の下側に配置され1または複数のバイアル瓶本体を収集するホッパまたは他の種のコンテナ等の収集装置200内に直接排出されるようになっている。
【0018】
移送装置300は、バイアル瓶本体およびキャップをキャップ閉合ステーションへ移送するために用いられるあらゆる装置により構成することができる。こうした移送装置の例には、ベルト、ローラ、コンベア、エプロンコンベア、振動コンベア、揺動コンベア、空圧コンベア、ころコンベアが含まれる。移送装置の構成に関する限定は、バイアル瓶本体およびキャップのシール面を損傷しない装置であることだけである。
【0019】
1つの実施形態において、図1に部分的に示すように、バイアル瓶本体16は、移送装置300内においてバイアル瓶本体16の両側に配置されたローラ310により正しく向きをそろえられる。例えば、前記ローラは、(a)平行に配置された2つの直円柱より成り、(b)バイアル瓶本体の直径に概ね等しい距離を以て離間配置され、(c)ホッパからキャップ閉合ステーションへ延びる下り傾斜に配置され、(d)1つのローラが時計回りに回転し、他方のローラが板時計回りに回転する。こうして、バイアル瓶本体16は、ホッパ200の底部から排出され、バイアル瓶本体16の領外のローラ310が回転することにより、バイアル瓶本体16は、その本体が直立位置に配向され(キャップはキャップ閉合ステーションのローディングステーションにおいて正しく配向される)、バイアル瓶本体16がホッパ200からキャップ閉合ステーション400へ移送される。より詳細には、ホッパ200は振動することにより1または複数のバイアル瓶本体がホッパから流出できるようになっている。ホッパ200、移送装置300およびキャップ閉合ステーション400の構成は、図1に示すように、単に図示する目的のためであり、従って本発明の範囲から逸脱することなく他の構成を用いることができる。
【0020】
キャップとバイアル瓶本体との間に漏れ止めシールを施すために、プラスチック材料が完全に固化していない間に、キャップ18をバイアル瓶本体のリム26に嵌合させなければならない。プラスチック材料が完全に固化していない間にキャップをバイアル瓶本体に対して密封、取着することにより、キャップとバイアル瓶本体とが互いに整合し合って、漏れ止めシールを形成することができる。然しながら、キャップおよびバイアル瓶本体が互いに溶融しないようにプラスチック材料が十分に冷却されていなければ、キャップをバイアル瓶本体に装着することができない。キャップの取着が早過ぎると、キャップは永久的に固着し取り外すことが不可能となる。プラスチック材料が完全に固化しない所定の時間内にバイアル瓶本体を型から取外しキャップ閉合ステーションへ移送する必要がある。この時間は、材料、容器の大きさおよび形状により変化する。例えば、1つの実施形態では、材料が完全に固化しない時間は約1分から約10分の範囲内にある。
【0021】
キャップ閉合ステーション14は、図2に示すように、プラスチック材料が完全に固化しない時間内にキャップ18をバイアル瓶本体16に閉合するために用いられる。図2に示す実施形態では、開いたバイアル瓶(バイアル瓶本体16およびキャップ18)は、ローディング位置410に移送される。ローディング位置410において、前記バイアル瓶は正しく配向されている。把持顎415、420がバイアル瓶本体16を正しく固定する。バイアル瓶本体16を正しい位置に保持可能な力が把持顎415、420によりバイアル瓶本体16に与えられ、バイアル瓶本体16はキャップ閉合位置490へ水平に移送される。然しながら、同時に、バイアル瓶本体へ付与する前記力は、バイアル瓶本体16およびキャップ18を損傷しないように調整されなければならない。開いたバイアル瓶本体16およびキャップ18は、摺動台450により位置410から位置490へ移送される。
【0022】
バイアル瓶本体16が位置410から位置490へ移動する間、キャップ18は受動ガイド425の上を摺動する。これにより、キャップ18は、キャップをバイアル瓶本体に連結する前記フランジを部位21(図4)において曲げることにより、バイアル瓶本体の上縁部26(図4)におけるキャップの位置決めを確保しながら、完全に開いた位置(図4に示す)から実質的に閉じた位置に移動する。バイアル瓶本体16およびキャップ18が位置490に配置されると、位置490においてバイアル瓶本体16の直上に配置されているシリンダ480が作動して、キャップの外面に接触し該キャップに十分な下方の力を与え、キャップをバイアル瓶本体に均一、完全に密封、取着する。次いで、シリンダはキャップの表面から離反する。把持顎415、420が開き、位置500においてシールされたバイアル瓶が閉合ステーションから排送される。キャップ閉合ステーションからのシールされたバイアル瓶の適切な排送方法には、限定はされないが、フリッパーレバー、機械的なプッシャーまたは制御された空気噴流が含まれる。
【0023】
他の実施形態において、シリンダ480は、フリッパーまたはキャップの外表面に下方の十分な圧力を与えキャップをバイアル瓶本体に均一、完全に着座させることのできる他の機械的な装置を含む。更に他の実施形態では、把持顎415、420は、また、バイアル瓶本体およびキャップを変形またはバイアル瓶本体を破裂させずに十分な力をバイアル瓶本体に与えることのできる他の装置により構成しても良い。
【0024】
更なる実施形態では、受動ガイド425(それ自体移動はしない)は、また、前記フランジを部位21において正しく曲げ、キャップを完全に開いた位置から実質的に閉じた位置への移動を補助するよう動作する「能動」ガイドとすることができる。
【0026】
バイアル瓶本体の上方部分をキャップ閉合ステーション内で固定した更に他の実施形態では、キャップ閉合ステーションに入る前に、キャップをバイアル瓶本体に連結する前記フランジを曲げ(例えば回動させ)、フランジを部位21において曲げるようにしてもよい。そのようにすることにより、キャップ閉合ステーションの受動ガイド425に沿ってバイアル瓶本体およびキャップが位置410から位置490へ前進する間、フランジの適正な屈曲が維持される。他の実施形態では、バイアル瓶本体はキャップ閉合ステーション400において2つの位置で固定される。すなわち、バイアル瓶本体の底部およびバイアル瓶本体の上方部分(すなわちシール面の下側)である。このようにすることにより、バイアル瓶本体の底部において十分な力が与えられ、バイアル瓶本体を変形させることなくバイアル瓶本体をキャップ閉合ステーションへ移送することが可能となる。従って、受動ガイドに沿って位置410から位置490へ移動する間、バイアル瓶本体の上方部分に与えられる力は、バイアル瓶本体を変形させることなくバイアル瓶本体の位置決めに必要な力で十分である。1つの実施形態では、把持顎415、420、摺動台450およびキャップ閉合装置480の動作は、空圧シリンダ(図示せず)により行われる。然しながら、これらの装置は、機械的な機構により操作してもよい。
【0027】
1つの実施形態では、キャップがキャップ閉合ステーションにおいて閉じられた後に、容器を移送するためのコンベアがキャップ閉合ステーションの下側に配置されており、シールされたバイアル瓶を該コンベアに直接落下させるようになっている。例えば、センサからの信号に応答してバイアル瓶をキャップ閉合ステーションから排出し、待ち受けているカートン内にシールされたバイアル瓶を落下させるようにできる。
【0028】
図4に示すようにキャップとバイアル瓶本体の更に他の実施形態では、シール82とキャップリム90が組合わさって、バイアル瓶本体16と共に環状の漏れ止め領域を形成している。然しながら、本発明は、図4に示す構成に限定されず、従って、シールの構成につき種々の修正を含んでいる。その結果、本明細書において用いられた特定の寸法は種々の構成要素の関連する大きさを単に一例として示すためのものであり、本発明を開示された特定の寸法または操作パラメータに限定するためのものではない。
【0029】
本発明を、以下の例によりより詳細に説明する。この例は単に例示であって開示または請求の範囲を限定するものではない。以下の例は、(a)材料が完全に固化する前に本体およびキャップが閉合され、本体およびキャップのシール面が損傷されていないかぎり、バイアル瓶本体16およびキャップ18が型10から完全に排出され、次の漏れ止めシールを形成する性能に影響することなく重力により移送装置へ給送できることを示している。具体的には、射出成形の後、ポリプロピレンが型から排出され、型からカートンへ自由落下させた(型の約2フィート下)。次いで、キャップをバイアル瓶本体へ連結するフランジが部位21において曲げられた。各バイアル瓶は、次いで、上述した閉合装置に配置され、キャップがバイアル瓶本体に密封、取着された。シールしたバイアル瓶につき型からバイアル瓶を排出してから測定して15秒、30秒、2分、10分の各々に対して試験を行った。各バイアル瓶は漏れ止めがなされていることが分かった。
【0030】
特定の実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明の精神と範囲とを逸脱することなく種々の変更および修正が可能であり、均等物を採用可能であることは当業者の当然とするところである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1つの実施形態の頂面図でありホッパ、コンベア、キャップ閉合ステーションを示す図である。
【図2】 本発明の1つの実施形態の頂面図でありキャップ閉合ステーションを示す図である。
【図3】 本発明の型の1つの実施形態の一部を断面にして示す側面図である。
【図4】 本発明のバイアル瓶本体およびキャップの断面図である。
Claims (4)
- 漏れを防止したプラスチック容器の製造方法において、
(a)溶融したプラスチック材料を型の中空部に射出して溶融した本体と、フランジにより前記本体に一体的に連結されたキャップとを形成する工程と、
(b)前記工程(a)の後に、前記中空の型を開く工程と、
(c)前記工程(b)の後に、前記材料が完全に固化する前に前記本体およびキャップを前記型から完全に排出する工程と、
(d)前記型から前記本体およびキャップが完全に排出された後に、前記本体およびキャップを型外の移送装置へ移送する工程と、
(e)前記移送装置により前記本体およびキャップをキャップ閉合ステーションへ移送する工程と、
(f)前記キャップを前記本体へシールするための位置へ前記本体およびキャップを配向する工程と、
(g)前記本体およびキャップが前記閉合ステーションへ移送される間に、前記キャップを完全に開いた位置から実質的に閉じた位置へ前記本体に対して案内する工程と、
(h)前記材料が完全に固化する前にキャップ閉合ステーションにおいて前記キャップを前記本体に密封、取着して漏れ止めシールを形成する工程とを含んで成るプラスチック容器の製造方法。 - 漏れを防止したプラスチック容器の製造装置において、
中空部を有する型と、
前記型の中空部に溶融したプラスチックを射出し本体およびフランジにより前記本体に一体的に連結されたキャップを形成するための装置と、
前記型を開くための装置と、
前記型を開く装置と共同して前記材料が完全に固化する前に前記本体およびキャップに損傷を与えることなく、前記本体およびキャップを前記型から完全に排出する排出装置と、
前記本体およびキャップが前記型から完全に排出された後に、前記本体およびキャップをキャップ閉合ステーションへ移送する移送装置であって、前記本体およびキャップの何れにも損傷を与えることなく前記本体およびキャップを移動させるように構成され、前記型の外部に配設された移送装置と、
前記キャップを前記本体へシールするための位置へ前記本体およびキャップを配向するための装置と、
前記材料が完全に固化する前に前記キャップを前記本体に密封、取着して漏れ止めシールを形成するキャップ閉合ステーションと、
前記本体およびキャップが前記閉合ステーションへ移送される間に、前記キャップを前記本体に対して完全に開いた位置から実質的に閉じた位置へ移動するための案内と、を具備するプラスチック容器の製造装置。 - 漏れを防止したプラスチック容器の製造方法において、
(a)溶融したプラスチック材料を型の中空部に射出して溶融した本体とフランジにより前記本体に一体的に連結されたキャップとを形成する工程と、
(b)前記工程(a)の後に、前記中空の型を開く工程と、
(c)前記工程(b)の後に、前記材料が完全に固化する前に前記本体およびキャップを前記型から完全に排出する工程と、
(d)前記工程(c)の後に、前記本体およびキャップを収集装置へ重力により給送する工程と、
(e)移送装置により前記本体およびキャップを前記収集装置からキャップ閉合ステーションへ移送する工程と、
(f)前記キャップを前記本体へシールするための位置へ前記本体およびキャップを配向する工程と、
(g)前記材料が完全に固化する前にキャップ閉合ステーションにおいて前記キャップを前記本体に密封、取着して漏れ止めシールを形成する工程と、
(h)前記本体およびキャップが前記閉合ステーションへ移送される間に、前記キャップを完全に開いた位置から実質的に閉じた位置へ前記本体に対して案内する工程と、を含んで成るプラスチック容器の製造方法。 - 漏れを防止したプラスチック容器の製造装置において、
中空部を有する型と、
前記型の中空部に溶融したプラスチックを射出し本体およびフランジにより前記本体に一体的に連結されたキャップを形成するための装置と、
前記型を開くための装置と、
前記型を開く装置と共同して前記材料が完全に固化する前に前記本体およびキャップに損傷を与えることなく、前記本体およびキャップを前記型から完全に排出する排出装置と、
前記型から重力により給送された前記本体およびキャップを受け、少なくとも1つの本体およびキャップを保持する収集装置と、
前記本体およびキャップを前記収集装置からキャップ閉合ステーションへ移送する移送装置であって、前記本体およびキャップの何れにも損傷を与えることなく前記本体およびキャップを移動させるように構成され、前記型の外部に配設された移送装置と、
前記キャップを前記本体へシールするための位置へ前記本体およびキャップを配向するための装置と、
前記材料が完全に固化する前に前記キャップを前記本体に密封、取着して漏れ止めシールを形成するキャップ閉合ステーション、
前記本体およびキャップが前記閉合ステーションへ移送される間に、前記キャップを前記本体に対して完全に開いた位置から実質的に閉じた位置へ移動するための案内と、を具備するプラスチック容器の製造装置。
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