JP4241039B2 - プラスティック材プリフォーム用改良型引上げプラグ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、プラスティック材のプリフォーム加工の様々な工程、特に温度調整やブロー成形工程においてプリフォームを支持、配向、搬送するためにプリフォームと係合するのに適した特殊な引上げプラグに関する。
【０００２】
引上げプラグ(pick-up plug)という用語は特定の分野で一般的に使用される技術用語に属するものであり、同装置を表す他の用語として「トゥルネット(tournette)」「マンドレル」「プリフォーム・ホルダー」「キャリアー」等も使用される。
【０００３】
従ってここで「引上げプラグ」という用語を使用しても当業者には問題や混乱を起すことはない筈である。
【０００４】
引上げプラグは、プリフォームに挿入されることによりこれと係合し、次に様々な工程中にそのプリフォームを支持、搬送し、最終的に加工サイクルの最後でプリフォームから取外されることによりこれを解放するように作動する。
【０００５】
一連の引上げプラグがブロー成形装置に使用される場合、このような引上げプラグの数は通常極めて大きくなるので、コストや信頼性の明らかな理由からできるだけ単純な構造の装置にすべきである。
【０００６】
引上げプラグは、主に内側係合と外側係合の２種類に分けられる。
即ち内側係合の引上げプラグがプリフォーム首部内に挿入されるのに対して、外側引上げプラグはこれの一部分内にプリフォーム首部が挿入されるようになっている。
【０００７】
このような引上げプラグを使用するとき一般的に次のような問題、欠点が生じる。
・プリフォーム首部の寸法は実際変動し、かなり頻繁に所定の寸法公差限界を超えてしまう。
・公差を外れているかまたは公差限界一杯の小さ過ぎるプリフォームに引上げプラグを挿入するのは、大きく変形させる必要があってプリフォームを破損するおそれがあるため、不可能ではないが極めて困難である。
・公差を外れているかまたは公差限界一杯の大き過ぎるプリフォームは搬送中に落下する。
上記のことは、生産工場全体の操業停止、関連のダウンタイムを招き、想像に難くない深刻な経済的影響を及ぼし兼ねない危険性を伴う。
【０００８】
プリフォーム内に挿入してこれを強固に把持するための輪ばねが備わった引上げプラグは公知である。このようなばねは環状または円筒状である。
しかしながらこれらの引上げプラグには次のような欠点がある。
【０００９】
・ばねの把持力、即ちばねが奏する効果はかなりの程度までプリフォームの実際の直径によって決まる。実際、プリフォームが大き過ぎる場合に把持力が不十分であるかまたは全く無くなる状態から、プリフォームが小さ過ぎる場合に極めて大きい把持力が生じ、その結果ジャムによる停止が起る状態まで、極めて容易に変化する。
【００１０】
・ジャムまたは停止状態の場合、大きな軸方向挿入または解放スラストが輪ばねを関連しているハウジングの端縁の方に押し付け、その結果この収縮に抗する摩擦力が増す（実際、この収縮によってプリフォームを移動することができるわけであるが）。
【００１１】
図１に概略的に示すように、圧縮される輪ばねの円弧から生じる作用により更なる欠点が生じることがある。
このような輪ばねを使用する装置では、その固有の性質のためにその軸を正しい位置に正確に保持することが容易でなく（輪はそのハウジング内で移動したり、ずれたりしやすい）、調整炉内を通過する間、プリフォームはこのように中心を外れた軸の周りを回転することになる。当然これによりプリフォームが受ける加熱作用は非対称的となる。
【００１２】
上述した全ての欠点は、内側係合プリフォーム用の引上げプラグについて述べている。外側係合プリフォーム用の引上げプラグにも同様の欠点が生じるが、これらの欠点は、外側係合引上げプラグとプリフォーム間に介挿されるカップリングが内側係合のものと異なり対称的であるので、逆にして説明しなければならない。然しこのような説明は当業者には正しく容易に推察できるものであるので、ここでは簡略にするために敢えて省略する。
【００１３】
弾性ポリマー材の輪を使用する内側係合引上げプラグも公知である。これらの引上げプラグは上記欠点の幾つかを緩和または無くすのに実際効果的であるかもしれないが、依然下記に要約するような多くの欠点がある。
・常に安定した品質を得ることの困難さ並びに調整、寸法決めの困難さ。
・ポリマー材が調整炉内に発生する熱に影響を受け易く、その結果品質や性能が急激に劣化すること。
・環状エラストマー結合部の圧縮、圧縮解除のために他の機械的機能を設ける必要性。
【００１４】
また例えばCincinnati Milacron社の米国特許第４６７８４２５号が開示する引上げプラグでは、プリフォームと係合する機能が、これに挿入される引上げプラグの円筒状弾性部並びにこの弾性部上の適宜の環状突出部（隆起７０）に割当てられている。然しこの解決策は、まず第一にプリフォーム首部の内径寸法の軽微の変動に対してさえ（対応できないという意味で）柔軟性に欠ける等の重大な欠点を有する。
米国特許第４４８３４３６号には引上げプラグ（いわゆるコレット）が開示されていて、これはプリフォームをむらなく加熱すべく回転させることができるように支え棒で回転可能に軸支されている。各コレットの下端部にはボール式回転止め装置が設けられており、各プリフォームの保持面と、対応するプリフォームとスナップ式に係合することができ、きつく、しかし解除可能にプリフォームを支持するようになっている。
このタイプの引上げプラグの欠点は、輪ばねプラグに関連して既に説明されているので、繰り返し説明しない。
米国特許第４４８７５６８号には、プリフォームが一種のグリッパー装置２０６でクランプされるタイプの引上げプラグ（キャリア）が開示されている。このグリッパー装置は、基本的にそれぞれ回転ピンを中心にピボット支持された対向するレバー２３２及び２３６により実現されている。しかし、このタイプのプリフォーム接合は、使用するにあたり組立てが複雑で、きわめて摩耗しやすい。
米国特許第４１９９１８３号には内部グリッパーが開示されている。これには、外方向に延伸してかつ傾斜するグリッパーフィンガー５８が備えられており、容器２４と係合する。より詳細には、容器の上部と隣接するわずかな段部あるいは隆起部９２の内側領域と係合するようになっている。
この種のグリッパーも、対応する適宜の機構によって操作するたびに、フィンガーを独立して制御しなければならないので、使い方が非常に複雑である。
【００１５】
結論として、従来使用されている引上げプラグはプリフォームの寸法変動に対応することが困難であるかまたは殆ど対応不可能であることが分った。その結果、これらを使用する製造工場に於て、プリフォームの挿入時、解放時または搬送時にさえ頻繁に事故が起り、効率の悪化を招いている。
【００１６】
更に、加工するプリフォームの種類が変わる毎に前回加工のプリフォームと寸法的には殆ど同じであるにも拘らず、工場設備の全ての引上げプラグを当然交換せねばならない。
【００１７】
従って上記の考察に基き、上記の欠点を自動的に軽減し或いは無くすことができるような内側および外側係合の引上げプラグを提供することは望ましく、また本発明の主目的である。
【００１８】
更に、本発明の引上げプラグは、容易に入手可能な、従って経済的な材料、技術を使用して簡単に実施することができる。
【００１９】
本発明のこのような目的並びに他の特徴は、添付の請求項に記載のように作製され、作動するようになった引上げプラグにより実現される。
【００２０】
本発明は、唯一の具体例としてではなく、以下添付の図面を参照して、詳細に説明、図解するような限定を意図しない好適な実施例の形態としてもよい。
【００２１】
添付の図を参照して説明すると、本発明に係る内側係合の引上げプラグは、中心体１と、この外側円筒面上に設けられた、径方向外側に開口する複数の溝状窩部２を有する。
【００２２】
この溝状窩部内には夫々中心体の円筒面から外側に突出する個別の把持部３が備わっている。
全ての把持部が同時に径方向外側に広がってプリフォームの内面と係合するように、各把持部は、この内壁５と溝状窩部の外側方向に向く面６との間に形成された間隙に設けられるばね４により外側に付勢される。その結果、溝状窩部は夫々の把持部とこれに関連しているばねの両方を保持する。
【００２３】
図２と図２ａに示すように、最も単純な実施例に係る引上げプラグには、溝状窩部の端縁に接して適宜の突出部７が設けられ、関連の把持部に夫々設けられた突縁部８は、ばね４の作用により突出部７と互いに係合することが可能になっている。把持部は、夫々の溝状窩部内に保持されると同時にこれから外れないようになっている。
【００２４】
様々な関連部材の適宜の寸法を求めることにより、挿入されるプリフォームの内径に実際に少々の変動、即ち公差があろうとも、係合手段によって僅かな力で挿入され得る引上げプラグが実現可能となる。
【００２５】
しかしながらこの解決策には未だ上記の欠点の内、以下に記す２つが残る。
ａ）小径のプリフォームの挿入に伴う歪みはまだ相当大きいことが判明したが、プリフォームを解放する（取外す）とき、解放歪みは、例えば振動やプリフォームの姿勢の急な変化による不慮の解放・落下防止の必要性と両立させながら可及的に小さくすることが肝要である。上記解決策はこの明らかに相反する要件を解決できない。
【００２６】
ｂ）様々な内径のプリフォームを処理するとき、最大の内径を考慮すれば把持部３は距離ｈ（図２ｂ参照）で突出する必要があるが、他方この距離は、最小の径（当然、引上げプラグ本体の外径に呼応する。）のプリフォームを処理するときにはそれにより少なからぬ干渉が生じるため、大き過ぎる。このような状況では引上げプラグを対応する寸法のものに毎回交換せねばならず、工場全体の操業停止を来し、その結果、生産性、効率が悪化する。
【００２７】
このような欠点を無くすために下記の改良を行った。図３、図４、図４ａを参照して説明すると、溝状窩部２の先端部には凹所２２が設けられるが、下記に詳細に説明するように、好ましくはこの先端部はプリフォームに挿入される引上げプラグの端縁１３側に配置される先端部である。
【００２８】
これに相応して、把持部３には下記のような特徴を有する突縁部３３が形成される。
ａ）突縁部３３は対応する凹所２２内に収容可能である。
ｂ）突縁部と夫々の凹所の相互間の寸法及び形状は、把持部３がＹ軸を中心に部分的に回転することが可能となるように選定され、このＹ軸は、凹所２２の中心を通り、引上げプラグのＸ軸と略直交し、かつ、凹所の中心とこのＸ軸とを結ぶ径方向直線Ｒに略直交する。
【００２９】
実質上、各把持部は蝶着されているかのように拘束されて夫々の凹所内の突縁部と共に回転するので、実際のピボット部材は存在しないが、突縁部が夫々の凹所内に常に留まるように拘束されることにより即席の回転軸が規定されている。
【００３０】
ばね４に関しては、把持部の自由端側に作用するように合理的に構成されている。このような工夫並びに他の構成関係の解決手法は、特に説明を要することなく図３の図解から容易に推察することができる。
【００３１】
一方、把持部３の好ましい形状を図５及び図６に示す。
また、プリフォームの安定度を可及的に高くすること及びその中心に位置付けが可能な点を考えれば、溝状窩部と把持部は少なくとも３組用意し、引上げプラグの外面に沿って均等に配設するのが望ましい。
【００３２】
図４及び図４ａは引上げプラグの環状部１２を示し、これは、関連している把持部を除いて図示されていて、３つの溝状窩部２を備えている。
【００３３】
このように構成した結果、プリフォームの摩擦部分に対して把持部の回転軸を位置付けることにより、プリフォームの挿入を容易にすると同時にこれが外れて落下するのを防止する意味で、所謂「銛効果」(harpoon effect)を適切に生じさせることが可能となる。
【００３４】
上記の「銛効果」を簡単に説明すると次のようになる。図７で線分ＯＡを把持部３とし、図形１５をプリフォームとすると、把持部３に作用する力は回転トルクＦのみである。（実際、完全に相殺される力以外に把持部３に作用する力は無い。）
プリフォーム１５が静止しているとき、回転トルクＦは接点Ａに力Ｇで作用する。力Ｇは、プリフォーム１５の接触面１６に垂直な分力Ｇ１と、直線的な面１６と同方向の接線分力Ｇ２とに分解される。
【００３５】
力Ｇ２はプリフォームを垂直方向に変位させ、この変位に抗する摩擦が生じるであろうが、プリフォームは拘束されて静止状態を保つので、このような摩擦は生じずに力Ｇ２は必然的に相殺される。
【００３６】
図８に示すように、プリフォームが垂直に挿入方向に点Ａまで変位するとき、点Ａにおいて摩擦に抗する力Ｔも生じるが、このような力を力Ｇの力ベクトルの終端Ｂに持って来ると力ＧとＴの合成ベクトルＳ、即ちベクトルＡＤが得られる。
従って明らかに、プリフォームの挿入時にプリフォームに作用する接線分力は線分ＣＤで示され、これは線分ＣＢより明らかに小さい。
【００３７】
ここで、もしプリフォームが同じく図８に示すように垂直に取り外し方向（解放方向）に点Ａまで変位するならば、点Ａに摩擦に加わる力Ｕも生じるが、このような力を力Ｇの力ベクトルの終端Ｂに持って来ると２つの力ＧとＵの合成ベクトルＺ、即ちベクトルＡＮが得られる。
従って明らかに、プリフォームの解放時にプリフォームに作用する接線分力は線分ＣＮで示され、これは線分ＣＤより明らかに大きい。
このような「銛効果」は、この作動機構の技術的性格の説明以外にも、日常的体験により絶えず実証されている周知のものである。
【００３８】
更に有利な改良点として、ばね４に適宜に予荷重をかけることにより、把持部３が最外側の位置に常に付勢されるので、引上げプラグの中心体に挿入可能なプリフォームは全て同時に、その内径の大きさに拘らず実用的に一定の圧力で或る限度内で把持部と係合することが可能である。
【００３９】
図９のグラフには、一般的なプリフォームの内径の関数として表された把持部の圧力の変化を示す２つの曲線が示されている。曲線Ａは予荷重がかかっていないばね４に対する結果を示し、また同様の曲線Ｂは予荷重がかかったばね４に対する結果を示す。内径の実際に取り得る最小、最大偏差を得て、ばねをこの偏差に対して正しく選択すれば、予荷重がかかったばねの圧力が取り得る最小、最大値（夫々曲線Ｂのmin、max）は殆ど一定と言って良いほどであり、いずれにせよ予荷重がかかっていないばねが取り得る最小、最大値（夫々曲線ＡのMIN、MAX）より互いにかなり接近していることが容易に理解されるであろう。
【００４０】
本発明の上記実施例は更に複数の改良が可能である。上記「銛効果」は、図６に最も良く示されるように把持部３の外面９の形状を外側に凸状の曲面にすれば、実際に高まることが認められた。更に、最小の内径のプリフォームの挿入を容易にするためには、溝状窩部に近接し、この溝状窩部に関して挿入端縁の反対側に位置する引上げプラグ円筒部の外面１０を図３に示すように円錐台またはフレア状に形成するのが適切であることが同じく認められた。
【００４１】
本発明の更に有利な実施例によると、各把持部３、１０３の、突縁部３３の反対側の先端に、ばねに付勢されて移動して中心体１、１０１の壁１０、１０１０の一部分に突当るようになった停止面１４、１０１４が設けられる。この壁は当然、端縁１３の反対側に位置している。
【００４２】
関連部材の寸法、形状を適切に選定することにより、その移動、すなわち把持部３がプリフォームの内部方向へずれること、またはプリフォームの首部方向にずれるのを制限することができる。ゆえにこの値は、首部の大きさが所定最小値に近いプリフォームと係合できる程度に把持部３が突出するように自由に選択することができるが、しかしながら首部がより大きいプリフォーム、または引上げプラグが適用可能な略最大値のプリフォームを損傷したり、またはその移動を阻害するほど小さくはない。
【００４３】
当業者が上記の関連の構成法および様々の改良の全てを容易に理解、改変、実施することができ、内側係合の引上げプラグの同等部材に使用された符号に類似の関連の符号を解するに難くないのは明らかであろう。図１０、図１１および図１２は外側係合の引上げプラグを図示する。上述の考察の全ては一般的にこの実施例にも同様に当てはまる。外側係合のプリフォーム用引上げプラグは、円筒状の空洞を内部に持つ、外観が王冠状の中心体１０１から実質的になる。この空洞内に関連のプリフォームが挿入されて固定される。
【００４４】
この王冠の内側の円筒状空洞側には、溝状窩部１０２と把持部１０３並びに弾性部１０４が上述の場合に関して記述したものに対して略対称的に配置されている。実際この場合、溝状窩部と把持部の両方は内側に、即ちプリフォームが挿入される内側空洞に向って配置される。
【００４５】
図１１から容易に推測されるように、外側係合のプリフォーム用引上げプラグの場合、引上げプラグは、把持部１０３によってプリフォームの外面の対応部分と、従ってまた関連のねじ山３０と係合する。
【００４６】
従って当業者には容易に理解できることであるが、図１０、図１１及び図１２に図示される外側係合のプリフォーム用引上げプラグは、窩部１０２、把持部１０３、ばね１０４、凹所１２２、関連の突縁部１３３並びに停止面１０１４等の機能部材に関する限り、例えば上記に説明した種類の内側係合のプリフォーム用引上げプラグを略反映したものとなっている。実際、引上げプラグは、プリフォーム首部の壁に対して調整圧をかけるようになった適宜の手段を備えた複数の面を有する装置である。このような調整圧は適宜のばねの反作用で生じるが、これらのばねは、外側から作用する時には上記首部の壁の外面に対して付勢するのに対して、内側から作用する時には夫々の内面に対して付勢する。このような把持手段が外側から作用すれば、これらは一般に外側係合用引上げプラグ等の名称の対応する担体部内に担持される。反対にこれらの把持手段が内側から作用すれば、その担体部は内側係合用引上げプラグ等の名称となる。いずれにせよ、このような手段、部材の全ては殆ど同様または同等に設計、作成、記述することができる。
【図面の簡単な説明】
【図２】 図２は、本発明の引上げプラグの外観を示す斜視図である。
【図２ａ】 図２ａは、図２に示す本発明の引上げプラグの一部分の正中断面図である。
【図２ｂ】 図２ｂは、図２ａに示す本発明の引上げプラグの一部分の正中断面図であり、特定の状態および位置にあるこの部分を示している。
【図３】 図３は、本発明の改良型に係る引上げプラグの正中断面図である。
【図４】 図４は、図３に示す本発明の引上げプラグの構成部材の斜視図である。
【図４ａ】 図４ａは、図４に示す構成部材の、軸に垂直な面で切断した断面図である。
【図５】 図５は、図３に示す本発明の引上げプラグの他の構成部材の斜視図である。
【図６】 図６は、図５に示す構成部材の側面図である。
【図７】 図７は、本発明の引上げプラグに把持されたプリフォームに作用する力を模式的に示すベクトル図である。
【図８】 図８は、プリフォームが本発明の引上げプラグに挿入される時、およびこれから解放される時にプリフォームに作用する力を模式的に示すベクトル図である。
【図９】 図９は、夫々、従来（Ａ）および本発明（Ｂ）の引上げプラグ内に設けられた２つの弾性部の弾性力の特性変化を表す２つの曲線を示すグラフである。
【図１０】 図１０は、本発明の外側係合型引上げプラグの正中縦断面図である。
【図１１】 図１１は、図１０に示す引上げプラグの一部分の拡大断面図である。
【図１２】 図１２は、図１０に示す引上げプラグの、軸に垂直な面Ｂ−Ｂに沿って切断された断面図である。

Claims (6)

1. 熱可塑性樹脂製プリフォームの支持及び搬送用内側係合型引上げプラグであって、
   プリフォーム首部内に配置されるようになっている外側円筒面を有する中心体（１）を備え、
   該中心体（１）は、該円筒面上の周囲に配置されている複数の溝状窩部（２）を備え、各溝状窩部（２）は、内壁（６）と、該中心体の該円筒面の方を向いた開口とを備え、
   該引上げプラグは、各溝状窩部（２）内に係合手段と弾性部材とを備え、
   該係合手段は個別の独立した把持部（３）からなり、
   各把持部（３）は、該弾性部材に対して当接している内面（５）と前記円筒面を越えて突出して前記プリフォーム首部内側に対して当接するようになっている外面（９）とを有し、
   該弾性部材は、前記各溝状窩部の内壁（６）と該個別の独立した把持部（３）の対応する対向した内面（５）との間に作用する夫々のばね（４）からなり、
   該溝状窩部は、対応する１つの該個別の独立した把持部（３）の突縁部（３３）を夫々収容するようになった凹所（２２）を備え、前記各突縁部はこれが該凹所（２２）内に旋回自在に保持されて、前記各突縁部を軸として前記把持部が部分的に回転するようになっている
   ことを特徴とする引上げプラグ。
2. 熱可塑性樹脂製プリフォームの支持及び運搬用外側係合型引上げプラグであって、
   プリフォーム首部の外側で上から嵌めるようになっている内側円筒面を有する中空の円筒状中心体（１０１）を備え、
   該中空の円筒状中心体（１０１）は、該内側円筒面上の周囲に配置されている複数の溝状窩部（１０２）を備え、各溝状窩部（１０２）は、内壁と、該中心体の該内側円筒面の方を向いた開口とを備え、
   該引上げプラグは、各溝状窩部（１０２）内に係合手段と弾性部材とを備え、
   該係合手段は個別の独立した把持部（１０３）からなり、
   各把持部（１０３）は、該弾性部材に対して当接している内面と、内側円筒面を越えて突出して前記プリフォーム首部外側に対して当接するようになっている外面（１０９）とを有し、
   該弾性部材は前記溝状窩部の内壁（６）と、該個別の独立した把持部（１０３）の対応する対向した内面との間に作用する夫々のばね（１０４）からなり、
   該溝状窩部は、対応する１つの該個別の独立した把持部（１０３）の突縁部（１３３）を夫々収容するようになった凹所（１２２）を備え、前記各突縁部はこれが該凹所（１２２）内に旋回自在に保持されて、前記各突縁部を軸として前記把持部が部分的に回転するようになっている
   ことを特徴とする引上げプラグ。
3. 少なくとも３組の前記溝状窩部と前記対応する個別の独立した把持部が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の引上げプラグ。
4. 前記弾性部材（４、１０４）には、前記個別の独立した把持部（３、１０３）がプリフォーム首部の方へ常時付勢されるように、予め荷重がかけられ、その後常に荷重がかかっていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の引上げプラグ。
5. プリフォームの首部に対向する前記個別の独立した把持部の面（９、１０９）は、少なくとも部分的に凸状の曲面をなすことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の引上げプラグ。
6. 前記個別の独立した把持部（３、１０３）は、前記突縁部（３３、１３３）の反対側の先端に、前記弾性部材に付勢されて前記中心体（１、１０１）の壁（１０、１０１０）の一部分に突当たるようになった停止面（１４、１０１４）が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の引上げプラグ。

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