JP4846723B2 - ブロー成形でのエアの再利用 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の方法、そして請求項７のプレアンブルに記載の装置に関する。

そのような方法および装置は特に、灯油容器やボトルのような容器を成形するために使用される。中でもその適用が見られるのは、生活用品業界向けとくに飲料水業界向けのボトルがつくられるストレッチブロー方法においてである。この方法および装置は、最大４０バールもの圧力で作業を行うので、非常に大量のブロー媒体を消費することが特徴である。よって、消費量を出来るだけ減らすために、いろいろな方法および装置によりブロー媒体を最適で利用するための試みが繰り返し行われている。

従来技術として既に、そのような方法および装置の幾つかが公知である。米国特許第４４８８８６３号明細書がブロー成形装置を開示しており、それによれば、対象物がまず低い圧力で前ブローされ、そして高い圧力で仕上げブローされる。仕上げブローに続いてバルブが開かれるので、高圧下にある仕上げエアを、逆流配管を通じて前ブロー用エアとして逆流させる。このバルブが開いている時間は一定である。前ブロー用のエアが入っているエア容器に圧力調整バルブを設けているので、圧力上昇が高くなりすぎる時には、前ブロー用エアを圧力調整バルブおよび消音装置を介して大気に放出することができる。この逆流過程が終わると、仕上げブローされた容器でまだ残留圧力下にあるエアは、別のバルブおよび消音装置を通じて周囲に解放される。この装置では、構造的に多くの工数を必要とするという欠点がある。また、前ブロー用エアを逆流させるためのバルブを常に一定時間開いているので、プロセス時間が長くなる。前ブロー用エアタンクに十分なエアがあると、逆流したエアは前ブロー用エアタンクを通じて大気に導かれる。ブローされた容器圧力負荷の一部は、前ブロー用エアタンクを介して除かれる。その他にこの装置では、前ブロー圧力をコントロールできるが不正確である。

ドイツ特許出願公開第ＤＥ４３４０２９１Ａ１号公報は、請求項１と請求項７のプレアンブルに記載の方法および装置を開示している。開示されている方法では、熱塑性プラスチック製の容器を、低圧前ブローエアおよび高圧メインブローエアを供給して成形する。それによれば、容器に前ブローした後で切り替え過程中に、高圧ブローエアーを低圧エア供給部に供給する。切り替え装置を介してこれを行う。低圧エア供給部での圧力変動を抑えるために圧力監視を行って、用意している低圧エアの最大圧力を制限する。それに続いて、まだ容器内に残る残留エアを周囲に放出する。加えてこの公開公報は、この方法を使った装置を開示している。

しかしながら、上記の装置および方法には欠点がある。ブローエアの逆流により供給配管内で前ブロー圧力の上昇を招く。この逆流したエアが隣接するブローステーションで再び消費されて圧力バランスする。しかしながらこの圧力バランスは、逆流時間、すなわち切り替え過程の継続時間に大きく関係し、その時間はコスト削減の観点では出来るだけ長くあるべきだが、それが高い前ブロー圧力そして結果としてボトル品質の低下を招く。ここで最適の中間的方法を見出すためには、多くの経験と機械における工程についての十分な見識が必要である。しかしこの理由から、この装置のような又はこの方法のようなエア回収システムは、機械使用者には殆ど受け入れられない。
米国特許第４４８８８６３号明細書 ドイツ特許出願公開第ＤＥ４３４０２９１Ａ１号公報

よって本発明の課題は、エア消費を最適化することの他に、最大で可能な回収において同時に同等の品質で安定したプロセスを保証する、更に自動化した方法を提供することである。加えて本発明の課題は、エアの逆流そしてそれにより最適なエア消費を十分に自動的にコントロールすることにより、容易に使用できる機械を提供することである。

課題を解決する手段

本発明により、方法としての課題を請求項１に記載の特徴により解決する。
熱塑性プラスチックの容器としては、とくに液体の充填物を保存することを目的とした中空のものが対象になる。これは、例えばボトル、灯油容器、あるいは類似のものである。プリフォームに低圧ブローエアをブローする低圧エア供給部を、直接コンプレッサーと接続する配管とすることがあるが、別にコンプレッサーによりエアを供給するエアタンクとすることもできる。低圧エア供給部をエアタンクとして構成する場合には、特に回転タイプの機械では、これをリングチャネルタンクとすることがある。

高圧ブローエアが、仕上げブローした容器から低圧エア供給部に流れ込む時間を、切り替え過程と呼ぶことにする。このときに高圧ブローエアの低圧エア供給部への流入は、切り替え装置を操作することにより、特にバルブにより行う。このバルブには少なくとも二つの切り替え状態がある。一つの状態では低圧ブローエアが、低圧ブローエア供給部から配管を通じて成形する容器に流れる。別の切り替え状態では、好ましくは前述配管の少なくとも一部を利用して、高圧ブローエアを容器から低圧エア供給部に流れさせる。

低圧エア供給部の領域では圧力監視を行っており、実際の圧力値を測定する。圧力監視を低圧エア供給部で直接行うと、とくに利点がある。切り替え過程後において大気圧への容器の排気は、消音装置を使って行うと利点がある。低圧エア供給部の圧力コントロールは、切り替え過程の継続時間を変えることにより行う。そのとき、切り替え過程の継続時間に対する値を機械の運転開始時に決めるが、機械の運転の進行に従って制御や調整により変更し、低圧エア供給部の圧力状態に合わせる。

そのとき圧力コントロールを、次のように行うと好ましい。例えば圧縮エアタンクのような低圧エア供給部に、圧力の現在値を検知する圧力計を設ける。この現在値を制御・調整ユニットに送る。制御・調整ユニットは、低圧エア供給部近くに設けるか、あるいは集中機械制御装置の一部として構成していることもある。圧力計から制御・調整ユニットへ現在値を送るのは、有線だけでなく無線でも可能である。そして機械制御装置では、低圧エア供給部圧力の現在値を、運転者が決めた規定値と比較する。この比較、すなわち低圧エア供給部の圧力が低すぎる又は高すぎるについての情報を、制御・調整ユニットが使って、切り替え過程継続時間を求める。切り替え過程継続時間用として得られた値を信号に変換して、それを更に切り替え装置に送る。受信した信号に基づいて切り替え装置は、仕上げブローエアが詰まったボトルから低圧エア供給部に逆流できるようにする。圧力の現在値が低すぎると、低圧エア供給部へのブローエアの多い逆流を確実にするために、切り替え過程を延長する。圧力の現在値が規定値より高いと切り替え過程を短くする。機械のスタート時には切り替え過程の継続時間が固定されているが、運転の進行に従い制御・調整ユニットにより適切に調整して、出来る限りのブローエア逆流率の最適運転状態、そして低圧の規定値を出来るだけ正確に維持する。

本発明により、装置としての課題を、請求項７に記載の特徴により解決する。
熱塑性プラスチック製容器を成形するための装置で、対象となるのは特にストレッチブロー機、好ましくは回転ストレッチブロー機である。ブロー工程において、加熱後にブローステーションに送られたプリフォームは更に伸ばされる。そのときの延伸工程は、（例えば制御カーブにより）機械的に作動する延伸ロッドにより行う。延伸ロッドを圧縮エアを使って駆動し、低圧エア供給部を介して供給すると好ましい。高圧エア供給部と低圧エア供給部を、特に回転ストレッチブロー機では、リングチャネルエアタンクとして構成していると特に好ましい。

ブローステーションとブローエア供給部間にある接続要素の範囲に配置されている切り替え装置は、複数のエア溝を設け異なった圧力を受けるセグメントに区分されているコントロールディスクとして構成されていることがある。しかし切り替え装置では、特に空圧バルブまたは電磁バルブが対象になる。切り替え装置は、少なくとも二つの経路を切り替えることができる。前ブロー工程中には低圧エアが、低圧エアタンクから切り替え装置を介してブローする容器に送られる。メインブロー工程が始まると高圧ブローエアが、ブローして仕上げる容器に送られる。メインブロー工程が終了すると、切り替え装置が改めて切り替わり、低圧エアタンクから成形完了容器への接続が再び開かれる。そのとき容器内の圧力は前ブロー用エアタンク内の圧力より高いので、圧縮エアは容器からタンクに流れる。しかしこれが行われるのは、切り替え装置が閉じられるまでである。以上により、前ブローと仕上げブローのステップによるブロー工程が終わり、それによりまだ容器内に残っている残留エアは、消音装置を介して大気に放出することができる。

低圧エア供給部ないし低圧エアタンクは、圧力を測定するための要素を有しており、その要素は制御・調整ユニットと接続しており、そのユニットに圧力の現状に関するデータを送る。制御・調整ユニットが、圧力を検知するための要素から低圧エアタンク内の圧力が低すぎるという信号を受けると、制御・調整ユニットは、容器から低圧エア供給部に至る接続が出来るように切り替え装置の切り替え時間を延長する。圧力が高すぎると制御・調整ユニットは、切り替え装置の切り替え時間を短くすることになる。

本発明の好ましい実施形態を、図１〜３を使って詳細に説明する。
図１は、低圧エア供給部５用のエア入口と高圧ブローエア供給部３用エア入口を有する、エア分配装置１７を示している。機械の方向に向かってエア分配装置１７は、低圧エアおよび高圧ブローエア用に二つの送気口を有している。エア分配装置１７の役割は、ブローエアを固定位置から機械の回転部分に送ることである。エア分配装置１７の後で高圧ブローエアは、３つの配管２，３，４に分割配分される。エア分配装置１７から例えば４０バールで３つの配管に分配された高圧ブローエアは、まず圧力を例えば１６バールに減圧する圧力レギュレータ２ａを介して配管２に流入する。そしてエアは更に、ここではリング配管として構成されている低圧エアタンク２ｂに流入する。このエアタンク２ｂ内の圧力は圧力計１０により監視される。低圧エアタンク２ｂからエアは、前ブローバルブ１１が開いている時にブローノズル１６を介して、成形する容器１９に流入して、それにより容器を前ブローする。エア分配装置１７から高圧ブローエア配管３を通って高圧エアタンク３ａに流入するエアは、例えば２８バールの圧力下にあり、容器１９を仕上げブローするために考えられている。そのためにエアが、前ブローバルブ１１が閉じられた後に、仕上げブローバルブ１２およびブローノズル１６を通って、前ブローした容器１９に流入する。仕上げブロー過程が終了すると、前バルブ１１が再び開く切り替え過程が始まるので、仕上げブローエアが容器１９から、ブローノズル１６と前ブローバルブ１１を通って、低圧エアタンク２ｂに流入することができる。可能性があるブローエアのフロー方向を、図１および２において矢印を使ってそれぞれ示しており、そのときに低圧エアタンク２ｂを絶えず圧力計１０により監視して、その圧力計が送信ユニット１０ａを介して実際の値を、ここでは示していない集中機械制御装置に送る。低圧エアタンク２ｂの圧力状態に基づいて集中機械制御装置は、切り替え過程のための最適継続時間を計算し、それにより仕上げブローエアを戻すときに、前ブローバルブ１１の開閉時点を決める。

エア分配装置１７から制御エア供給部４に流れるエアは、圧力レギュレータ４ａにより例えば１０バールに減圧され、制御エアタンク４ｂに送られる。この制御エアは、前ブローバルブ１１、仕上げブローバルブ１２、および二つの排気バルブ１３，１４を作動するために必要なものである。

容器１９から低圧エアタンク２ｂに仕上げブローエアが逆流して切り替え過程が終了すると、両方の排気バルブ１３，１４が作動して、ここでは示していない消音装置を介して容器１９に残留するエアを周囲に放出する。

低圧エアはエアー分配装置１７の後で、二つの分流に分けられる。例えば１０バールの圧力であるこのエアは、二つの圧力レギュレータ５ａ，５ｃにより、例えば４バールに減圧される。減圧された低圧エアは、同様にリングチャネルとして構成されている低圧エアタンク５ｂ，５ｄそれぞれに流入する。この低圧エアは、延伸ユニット１８にある延伸ロッド１８ａを制御する役割をしており、そのときエアタンク５ｂからのエアが、前ブロー中に作動する延伸ロッドの下方向動きのために、そして別のエアタンク５ｄからのエアが延伸ロッドの上方向動きに使われる。

図２も図１と同じく概略図を示しているが、その違いは、延伸ユニット用にエア分配装置１７を介した独立の低圧エア供給部がないことである。よって、延伸ユニット１８への圧力エア供給は、低圧エア供給部２を介して行う。

図３は、二つのカーブを示しており、カーブ２１はブローエア逆流のないブロー過程における圧力変化を、そしてカーブ２２はブローエア逆流のあるブロー過程における圧力変化を示している。そこでグラフのＸ軸３０は秒単位での時間を、そしてＹ軸３１はバール単位での圧力を示している。従来のプロセスによるカーブ２１を見ると、仕上げブロー過程が約０．５秒の時に始まり、約１．７秒の時に排気バルブ１３，１４が開くことにより終了することが確認される。

標準プロセスの圧力変化を、カーブ２２によるプロセスの圧力変化と比較すると、仕上げブロー過程の開始が遅れて起きることが分かり、それにより全エア消費に対する回収ブローエアの割合がかなり高い。エア節約の量は基本的に仕上げブロー開始により影響され、例えばボトル形状や大きさのように数多くの要素により決まる。許容されるプロセス開口部が大きければ大きいほど、多くの圧縮エアを節約することができる。

切り替え過程そしてそれによりブローエアの逆流を始めるために、約１．５秒の時に前ブローバルブが開かれるので、仕上げブロー圧力は早期に降下する。ここでも、前ブローバルブ１１を閉じそして排気バルブ１３，１４を開くことにより、プロセスは約１．７秒の時に終了する。

延伸ブロー機におけるエア分配の概略図である。 独立した低圧エア供給部がない延伸ブロー機におけるエア分配の概略図である。 ブローエア逆流のあるブロー工程とブローエア逆流のないブロー工程における圧力変化原理図である。

符号の説明

２ 低圧エア供給部、配管 ２ａ 圧力レギュレータ
２ｂ 低圧エアタンク ３ 高圧ブローエア供給部、配管
３ａ 高圧エアタンク ４ 制御エア供給部
４ａ 圧力レギュレーター ４ｂ 制御エアタンク
５ 低圧エア供給部 ５ａ，５ｃ 圧力レギュレータ
５ｂ，５ｄ 低圧エアタンク １０ 圧力計
１０ａ 送信ユニット １１ 前バルブ
１２ 仕上げブローバルブ １３ 排気バルブ
１４ 排気バルブ １６ ブローノズル
１７ エア分配装置 １８ 延伸ユニット
１８ａ 延伸ロッド １９ 成形する容器
２１ カーブ ２２ カーブ
３０ Ｘ軸 ３１ Ｙ軸

Claims (16)

1. 熱塑性プラスチック製の容器を成形するための方法であって、加熱されたプリフォームを低圧エア供給部（２ｂ）から低圧ブローエアを供給することにより前ブローを行い、それに続いて高圧ブローエアを供給して仕上げブローを行うもので、ブローを完了した容器（１９）から流出する高圧ブローエアを、切り替え過程中に切り替え装置を介して低圧エア供給部（２ｂ）に供給し、そして低圧エア供給部領域で圧力監視を行い、切り替え過程後に大気圧に対して容器の排気を行う方法において、
   低圧エア供給部（２ｂ）での圧力コントロールを、前記高圧ブローエアーが、前記ブローを完了した容器（１９）から前記低圧エアー供給部（２ｂ）に流れ込む時間である切り替過程継続時間を変えて行い、
   前記方法は、前記圧力コントロールのために、前記低圧エア供給部（２ｂ）内の圧力現在値を検知することを含むことを特徴とする方法。
2. 前記低圧エア供給部内の圧力現在値を、低圧エア供給部圧力の規定値と比較することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 低圧エア供給部圧力の現在値と規定値を比較することにより、切り替え過程継続時間を求めて、規定値の範囲内で低圧をバランスさせることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
4. 機械の始動時に、切り替え過程継続時間を事前設定していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
5. 切り替え過程継続時間を、低圧エア供給部圧力の現在値と規定値を継続して比較することにより、始動後に適正に合わせることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 熱塑性プラスチック製の容器（１９）を成形するための装置であって、加熱したプリフォームを収容するために設けた少なくとも一つのブローステーションを有し、プリフォームを拡張するために高圧ブローエア供給部（３）を備えており、そして少なくとも一つの構成要素がブローステーションの範囲に、作動用に低圧エアを入れた低圧エア供給部（２）と接続しており、その低圧エアは高圧ブローエア供給部に蓄えられている高圧ブローエアより低い圧力レベルを有しており、そのとき、ブローステーションをブローエア供給部に接続する接続要素の範囲で切り替え装置が配置されており、その切り替え装置は、メインブロー工程中に高圧ブローエアをブローステーションの範囲に送り、そしてメインブロー工程終了後の切り替え過程中に、ブローエアを移し替えるためにブローステーションと低圧エア供給部（２）の間の接続を構成し、そしてブローステーションは、ブロー過程終了後に容器内空間を大気圧に排気するフリー切り替え要素に接続しており、そして低圧エア供給部（２）が低圧エアの圧力を検知するための要素（１０）を有している装置において、
   圧力を検知するための要素（１０）が制御・調整ユニットと接続しており、これに圧力の現在状態についてのデータを送り、
   前記制御・調整ユニットは、前記圧力の現在状態についてのデータに基づいて、前記高圧ブローエアーが、前記ブローステーションから前記低圧エアー供給部に流れ込む時間である切り替過程継続時間を変更することにより、前記低圧エアー供給部の圧力を制御する、ことを特徴とする装置。
7. 制御・調整ユニットが切り替え装置と接続しており、これを切り替えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 制御・調整ユニットが、圧力を検知するための要素（１０）から送られた値に従って、切り替え装置をコントロールすることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
9. 容器（１９）を成形するための装置では、ストレッチブロー機が対象であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一項に記載の装置。
10. 切り替え装置に関して、空圧バルブが対象であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一項に記載の装置。
11. 切り替え装置に関して、電磁バルブが対象であることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一項に記載の装置。
12. 低圧エア供給部（２）が少なくとも部分的に圧力エアタンク（２ｂ）であることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 制御・調整ユニットが、集中機械制御装置により形成されていることを特徴とする請求項６ないし１２のいずれか一項に記載の装置。
14. データが、圧力を検知する要素（１０）からデータ線を介して、制御・調整ユニットに伝送されることを特徴とする請求項６ないし１３のいずれか一項に記載の装置。
15. データが、圧力を検知する要素（１０）から無線で、制御・調整ユニットに伝送されることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記ストレッチブロー機は、回転ストレッチブロー機であることを特徴とする、請求項９に記載の装置。

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