JP5007652B2 - 複合合成樹脂素材供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、外側合成樹脂層とこの外側合成樹脂層に包み込まれた少なくとも１層の内側合成樹脂層とを含む複合合成樹脂素材を形成するための複合合成樹脂素材供給装置に関する。

中空成形を加えて飲料用容器に成形される前成形体（一般にプリフォームと称されている）或いは容器蓋、或いはカップなどの容器本体を形成するための複合合成樹脂素材供給装置（以下、樹脂供給装置ともいう）が当業者には周知である。
図４に示すように、樹脂供給装置５１は、合成樹脂素材として、将来的に外側のメイン層を形成するための外側溶融樹脂を供給する外側流路５２と、この外側流路の外側溶融樹脂に包み込まれて将来的に内側のコア層を形成するための内側溶融樹脂を供給する内側流路５３とを備えている。樹脂供給装置の中央には、上下動が可能なロッド弁５４が設けられ、図示の状態にある下降した位置によって内側流路５３を閉塞することができ、上昇することによって内側流路５３を開放する。内側流路５３の内側溶融樹脂は、下流側のノズル本体５５の排出通路５６の上側で外側流路５２と合流する。

このような構成により、外側流路５２及び内側流路５３に溶融樹脂が供給されると、間欠的にロッド弁５４が上下動し、ロッド弁５４が上昇位置にあるとき、内側溶融樹脂が内側流路５３から排出通路５６に供給される。そして、ロッド弁５４が下降位置に移動したときに、内側流路５３の排出口が閉塞されて、内側溶融樹脂の供給が停止される。この間欠的なロッド弁５４の昇降動作によって、内側溶融樹脂は排出流路５６にて、外側溶融樹脂のメイン層５７に包含されるようにして、ほぼ円形に近い塊形状でコア層５８が形成される。
通常、メイン層５７としては機械的特性及び衛生性に優れた合成樹脂が選定され、コア層５８としてはガスバリヤー性に優れた合成樹脂が選定される。

なお、複合合成樹脂素材を形成するための複合合成樹脂素材供給装置には、図５に示すように、外側流路と内側流路の内外２つの流路を形成するものの他、３以上の内外流路を有するものがある。
下記の特許文献１には、プリフォームのメイン層を形成するメイン層形成溶融樹脂が流れる最外側流路と、最外側流路中に開口する外側排出口を有し、プリフォームのシェル層（中間層）を形成するシェル層形成溶融樹脂が流れる外側流路と、外側流路中に開口する内側排出口を有するコア層を形成するコア形成溶融樹脂が流れる内側流路とを具備する複合溶融樹脂供給装置が開示されている。
ＷＯ２００４／０６５１０１

しかしながら、図４に示すように、溶融樹脂素材供給装置の内側溶融樹脂の内側流通路の出口を開閉するロッド弁５４からノズル本体５５の排出路の出口までの流路径Ｌが長くなるにつれて、ほぼ球形であったコア層５８が、頂点側を排出口側へ向けた円錐形状や傘形状に変形してしまう。
コア層５８が球形状である場合は、溶融樹脂を圧縮成形するときに、方向性がどの向きでも一致する利点があるが、コア層５８が円錐形状や傘形状に変形するとコア層５８が所望の形状にならない欠点がある。
また、複合合成樹脂素材を形成するために、コア層５８の作成ピッチを短くすれば、生産能率を向上させることができるが、コア層５８の作成ピッチを短縮すると、コア層同士が接触して、これが糸引きとなって現れる。したがって、コア層５８のピッチをどのような間隔で形成するかは、品質を向上させ生産能率を上げるためにも重要である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、外側溶融樹脂の内部に包含されるコア層の移送距離が長くてもほぼ円球形状を維持することができる複合合成樹脂素材供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、排出口に至る排出路、該排出路に接続された下流端を有する外側流路、該排出路に接続された下流端を有する内側流路、該外側流路を通して外側合成樹脂を流動せしめるための外側合成樹脂供給手段、該内側流路を通して内側合成樹脂を流動せしめる内側合成樹脂供給手段、及び該内側流路の下流端を間欠的に開閉するための開閉手段を具備し、該内側流路の下流端の断面積は該外側流路の下流端の断面積及び該排出路の上流端の断面積よりも小さく、該内側流路の下流端は該外側流路の下流端部又は該排出路の上流端部内に位置されており、内側合成樹脂が外側合成樹脂で囲繞された状態の複合合成樹脂が該排出口から排出される複合合成樹脂素材形成装置において、該排出路は断面積がＡ１である上流部、断面積がＡ２である中流部及び断面積がＡ３である下流部を含み、Ａ２＞Ａ１及びＡ２＞Ａ３を満たすようにした。
上記合成樹脂素材形成装置の断面積は、Ａ１＝Ａ３とすることができる。
上記合成樹脂素材形成装置の断面積をＡ２＝１．５Ａ１乃至２．５Ａ１の範囲とすることがより好ましい。
上記合成樹脂素材形成装置は、該排出路が該上流部と該中間部との間に介在され断面積がＡ１からＡ２まで漸次増大する第一の介在部、及び該中流部と該下流部との間に介在され断面積がＡ２からＡ３まで漸次減少する第二の介在部を含むようにすることが好ましい。
上記合成樹脂素材形成装置の該排出路断面形状は円形であり、該内側流路の下流端の断面形状も円形であり、該外側流路の下流端の断面形状は円形又は円環形状とすることができる。
上記合成樹脂素材形成装置は、１サイクル時間をｔ、該内側流路の下流端の内径をｄ、該排出路を流動する複合合成樹脂の流量をＱ、該排出路の該上流部の内径をＤとすると、

であることが好ましい。

本発明は、複合合成樹素材形成装置の溶融樹脂を排出するための排出路は、断面積がＡ１である上流部、断面積がＡ２である中流部及び断面積がＡ３である下流部を含み、Ａ２＞Ａ１及びＡ２＞Ａ３としたので、排出路の長さが長くても、中流部で排出路の断面積を大きくすることによって、コア層の中心部と外側の速度差を小さくでき、コア層の変形を抑制することができるようになった。
また、［数１］の関係を満たすことによって、コア層が前後のコア層との接触が防止され、糸引きを防止できるようになった。

以下、本発明の実施形態の複合合成樹脂素材供給装置について、図面を参照しながら説明する。
初めに、ノズルの排出路において、コア層が上述した円錐形状又は傘形状に変形されるのかを考察してみた。
複合合成樹脂素材供給装置の排出路を流れる溶融樹脂を線形な層流粘性流体と考えれば、以下のハーゲン・ポアズイユの［数３］で示すことができる。

数３中のｕ、ｖ、ｒ_０及びｒは、以下の通りである。
ｕ：流速
ｖ：平均流速
ｒ_０：流路半径
ｒ：半径

図１に示すように、［数３］から流速分布は進行方向に向かって排出流路の中心部（中心軸）の流速ｕが速く、排出流路の内壁部に接した部位ｒ_０の流速が遅くなることが分かり、排出流路内で中心部と外側で速度差が生じ、全体として排出流路の中心部を頂点とした放物線になることが分かる。したがって、排出流路の長さが長くなると、ほぼ球形状であったコア層１８の中心部の移動速度が速く、排出路の径方向外側の移動速度が遅くなる。したがって、コア層１８の移動する距離が長くなるほど、速度差によって、コア層１８の形状が次第に円錐形、傘形状に変形するようになる。
そこで、コア層１８の中心部の速度と外側の速度が変わらないような排出路を有する複合合成樹脂素材供給装置を提案してみた。以下、このような複合合成樹脂素材供給装置について説明する。

図２は、本発明に係わる複合合成樹脂素材供給装置１の概略断面図であり、この樹脂供給装置１は、図中に先端部のみを図示しているノズル手段２を具備している。ノズル手段２は、適宜の金属から形成することができる複数個の部材を組み合わせて構成することができ、ノズル手段２には、外側流路４及び内側流路８が形成されている。外側流路４は、横断面形状がリング状である導入部４ａを設け、導入部４ａの下流部は下流に向かって漸次半径方向内方に傾斜して延びている。外側流路４の下流部は、円環状の導入部４ａが合流することによって、横断面形状が円形となる排出部４ｂが形成されている。排出部４ｂは排出流路９の上流端周縁部に接続されている。
内側流路８も、横断面形状がリング状である導入部８ａと横断面形状が円形である排出部８ｂとを含んでいる。導入部８ａの下流部は下流に向かって半径方向内方に傾斜して延びており、導入部８ａの下流端は排出部８ｂに接続されている。排出部８ｂは比較的短く、その下流端は、外側流路４の排出部４ｂに合流する。そして、内側流路８の下流端の断面積は外側流路４の下流端の断面積及び排出流路９の上流端の断面積よりも小さく、内側流路８の下流端は該外側流路４の排出部４ｂ又は該排出流路９の上流端部内に位置されている。

排出流路９は、ノズル手段２のノズル本体２ａの軸心方向へ延びるように形成されている。排出流路９は、排出流路９の上流部領域に小径部３３を形成し、中流部領域に大径部３４を形成し、下流部流域に縮径部３５を形成している。これらの小径部３３、大径部３４及び縮径部３５の断面積の条件は、小径部３３の断面積をＡ１とし、大径部３４の断面積をＡ２とし、縮径部３５の断面積をＡ３とすると、Ａ２＞Ａ１及びＡ２＞Ａ３となるように形成されている。すなわち、中流部領域が上流側流域及び下流側領域よりも断面積が大きくなるように形成されている。また、小径部３３及び縮径部３５の長さは短く、大径部３４を長くすることが好ましい。

本実施形態では、小径部３３の全長に対する断面積Ａ１を同径に形成し、縮径部３５の全長に対する断面積Ａ３を同径に形成し、大径部３４については、溶融樹脂の導入側の拡径部３４ａ及び縮小部３４ｃを除き、中央領域３４ｂを同径に形成している。また、小径部３３及び縮径部３５については、管路径を同径とし、断面積Ａ１，Ａ３を同面積としている。
ただし、それらが同径である必要はなく、小径部３３についても上流側の断面積Ａ１から下流側へ向かって漸次増大し、中間位置にて大径部３４が最大断面積Ａ２となって、この最大断面積Ａ２の部分から漸次縮小して下流側の断面積Ａ３に連続するような形状であっても良い。したがって、小径部３３、大径部３４及び縮径部３５の領域の境界が区別できないものであってもよいが、上述したようにＡ２＞Ａ１及びＡ２＞Ａ３を満足する必要がある。
断面積は、Ａ２＝１．５Ａ１乃至２．５Ａ１とすることが好ましい。

図２を参照して説明を続けると、外側流路４の上流端は適宜の連通路（図示していない）を介して外側合成樹脂供給手段１０に接続されている。外側合成樹脂供給手段１０は、押出機１２とその下流に接続されたギアポンプ１４とを含んでおり、押出機１２から押し出された溶融状態の外側合成樹脂ａがギアポンプ１４を介して外側流路４に供給される。
内側流路８の上流端は内側合成樹脂供給手段２２に接続されている。内側合成樹脂供給手段２２は、押出機２４とその下流に接続されたギアポンプ２６とを含んでおり、押出機２４から押し出された溶融状態の内側合成樹脂ｂがギアポンプ２６を介して内側流路８に供給される。

本発明に従って構成された装置においては、上記内側流路８の下流端に配設されている排出部８ｂを選択的に開閉するための開閉手段２８が配設されている。図示の実施形態における開閉手段２８はロッド弁３０及び作動手段３２を含んでいる。ロッド弁３０は上記内側流路８の排出部８ｂの内径と実質上同一の外径を有し、その先端部は円錐形状に形成されている。カム機構或いは流体圧シリンダ機構から構成することができる作動手段３２は、ロッド弁３０を下降位置の閉位置に配置させる（図２に示す状態）。また、ロッド弁３０を排出部８ｂ及び導入路８ａの下端よりも上部に上昇させて、ロッド弁３０が開弁状態となる開位置に配置させる。ロッド弁３０が開位置に位置せしめられると、内側流路８の下流端に配設されている排出部８ｂが開かれて、内側流路８が外側流路４に連通される。ロッド弁３０が閉位置に位置させられると、内側流路８の下流端に配設されている排出部８ｂが閉じられ、内側流路８が外側流路４から遮断される。

上述したとおりの装置において、外側合成樹脂供給手段１０は好適には連続的に作動させて（押出機１０が連続的に作動させると共にギアポンプ１４も連続的に作動させる）外側流路４に外側合成樹脂ａを連続的に供給する。
内側合成樹脂供給手段２２も連続的に作動させるのが好都合であり、ロッド弁３０は開位置と閉位置とに交互に位置させるようにしている。ロッド弁３０が開位置に位置する時には、内側合成樹脂供給手段２２から内側流路８に供給された内側合成樹脂ｂは、外側流路４の排出路４ｂに流入させられる。ロッド弁３０が閉位置に位置している時には、内側流路８の排出部８ｂが閉じられ、従って内側合成樹脂ｂが外側流路４の排出部４ｂに流入することはない。

このように、内側合成樹脂ｂが間欠的に、外側合成樹脂ａが流れる排出部４ｂに供給されることになり、ほぼ球形のコア層１８が、メイン層１７に包含されるようにして流動する。コア層１８及びメイン層１７は、後続の溶融樹脂により押されて排出通路９を下流側へ押し出される。コア層１８は、小径部３３では、径方向の中心側の流速が速く径方向外側の内壁側の流速が遅いが、小径部３３の長さが全体として短いので、コア層１８の変形が極力抑えることができる。
コア層１８が大径部３４の領域に押し出されると、排出流路９の直径が大きくなるので、中心側と内壁側の速度差に比べ、全体が中心側に位置するコア層１８は速度差が軽減されるので、大径部３４の長さが比較的長くてもコア層１８の変形を抑えることができる。コア層１８が縮径部３５まで押し出されると、縮径部３５で排出流路９は直径が減縮されているが、縮径部３５の長さが全体として短いので、コア層１８の変形を極力抑えることができる。
排出流路９の吐出口９ａから排出された溶融樹脂は、コア層１８の間が図示しない搬送装置のカッターで切断されて、搬送装置によって、圧縮成形機に供給されてプリフォームが成形され、その後ブロー成形された容器となる。コア層１８が球形に近い形状を維持することによって、コア層１８がどの方向に成形されても、均一となり高品質のプリフォームを形成することができる。

次に、コア層１８の間欠吐出について、排出流路９を流れる１つのコア層１８が前後のコア層１８に接触しないよう、コア層１８の流速と排出流路の吐出口９ａの直径について考察してみた。
コア層１８を間欠吐出するためには、コア層１８の直径がｄである場合は、１サイクルｔで距離ｄ以上進む必要がある。
したがって、コア層１８の平均流速ｖについて、下記の式がなりたつ。
ｖ＞ｄ／ｔ ［式４］
一方、溶融樹脂の流量をＱとし、排出口４ｃの断面積をＡとし、排出口４ｃの吐出部の直径をＤ、円周率をπとすると、下記の式がなりたつ。
ｖ＝Ｑ／Ａ＝４Ｑ／πＤ^２ ［式５］
［式４］の左辺に［式５］を代入すると、
ｄ／ｔ＜４Ｑ／πＤ^２ ［式６］
Ｄを求めるように、［式６］を整理すると、［数１（請求項６参照）］のような関係式が求められる。

この［数１］の条件を満たせば、排出流路９を流れるコア層１８が前後を流れるコア層１８に接触することがなくなり、糸引きを防止することができる。
例えば、コア層１８の直径ｄが８ｍｍ、１サイクルが０．６ｓｅｃの場合、［式４］より、コア層（及びメイン層１７）の平均流速ｖが１ｓｅｃあたり１３．４ｍｍ以上進まないとコア層１８のピッチを確保することができない。
これを加味して、溶融樹脂の流量Ｑを例えば、８×１０^３ｍｍ^３／ｓｅｃとすると、これを［数１］に代入すると、吐出口９ａの直径Ｄを２７ｍｍ以下とすれば、コア層１８が前後を流れるコア層１８に接触することなく、糸引きを防止することができる。
なお、一旦、コア層を前後のコア層１８と隔離すると、コア層間にメイン層１７が介在するので、大径部において、流速が小さくなってもコア層同士が接触することは妨げられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的思想に基づいて、勿論、本発明は種々の変形又は変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、外側流路４及び内側流路８の２つの流路を有する樹脂供給装置１について説明したが、特許文献１のように、外側流路４と内側流路８の間に中側流路を形成し、内側流路のコア層の全体を包むシェル層を有し、該コア層とシェル層とで形成されるシェル層にも適用が可能である。
すなわち、内側排出口にはこれを選択的に開閉させるための開閉手段などのロッド弁と、シェル層形成溶融樹脂を間欠的に中側排出口に配設する間欠手段とが付設されており、ロッド弁による内側排出口の開閉に応じて、内側流路から中側流路に間欠的に流入して、コア層が中側流路のシェル層に包まれ、かかるコア層及びシェル層形成溶融樹脂が外側流路の内側に流入される際に、メイン層形成溶融樹脂に包まれるようにする。このような、３層構造の樹脂についても、初期の形状を維持することができる。
さらには、４以上の流路を有する樹脂供給装置についても適用が可能である。

管路内を流れる溶融樹脂の流れを説明するための断面図である、 本発明の実施形態の合成樹脂素材形成装置の先端側の断面図である（内外合成樹脂のみハッチングを記載している）。 本発明のコア層の間隔を設定するための説明図である（内外合成樹脂のみハッチングを記載している）。 本発明の実施形態の合成樹脂素材形成装置の先端側の断面図である（内外合成樹脂のみハッチングを記載している）。

符号の説明

１ 複合合成樹脂素材形成装置
２ ノズル手段
４ 外側流路
８ 内側流路
９ 排出流路
１７ メイン層
１８ コア層
３３ 小径部
３４ 大径部
３４ａ 拡径部
３４ｂ 中央領域
３４ｃ 縮小部
３５ 縮径部
ａ 外側合成樹脂
ｂ 内側合成樹脂

Claims (6)

1. 排出口に至る排出路、該排出路に接続された下流端を有する外側流路、該排出路に接続された下流端を有する内側流路、該外側流路を通して外側合成樹脂を流動せしめるための外側合成樹脂供給手段、該内側流路を通して内側合成樹脂を流動せしめる内側合成樹脂供給手段、及び該内側流路の下流端を間欠的に開閉するための開閉手段を具備し、該内側流路の下流端の断面積は該外側流路の下流端の断面積及び該排出路の上流端の断面積よりも小さく、該内側流路の下流端は該外側流路の下流端部又は該排出路の上流端部内に位置されており、内側合成樹脂が外側合成樹脂で囲繞された状態の複合合成樹脂が該排出口から排出される複合合成樹脂素材形成装置において、
   該排出路は断面積がＡ１である上流部、断面積がＡ２である中流部及び断面積がＡ３である下流部を含み、Ａ２＞Ａ１及びＡ２＞Ａ３である、ことを特徴とする合成樹脂素材形成装置。
2. 該断面積がＡ１＝Ａ３である、請求項１記載の合成樹脂素材形成装置。
3. Ａ２＝１．５Ａ１乃至２．５Ａ１である、請求項１または２記載の合成樹脂素材形成装置。
4. 該排出路が該上流部と該中間部との間に介在され断面積がＡ１からＡ２まで漸次増大する第一の介在部、及び該中流部と該下流部との間に介在され断面積がＡ２からＡ３まで漸次減少する第二の介在部を含む、請求項１から３までのいずれかに記載の合成樹脂素材形成装置。
5. 該排出路断面形状は円形であり、該内側流路の下流端の断面形状も円形であり、該外側流路の下流端の断面形状は円形又は円環形状である、請求項１から４までのいずれかに記載の合成樹脂素材形成装置。
6. １サイクル時間をｔ、該内側流路の下流端の内径をｄ、該排出路を流動する複合合成樹脂の流量をＱ、該排出路の該上流部の内径をＤとすると、
   

   

   である、請求項５記載の複合合成樹脂素材供給装置。

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