JP5283668B2

JP5283668B2 - ブロー成形機

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Publication number: JP5283668B2
Application number: JP2010179065A
Authority: JP
Inventors: 完藤岡
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2030-08-09
Also published as: JP2012035551A

Description

本発明は、ペットボトル等の樹脂製容器の成形を行なうブロー成形機において、ブロー成形機で使用された後の高圧空気の有効利用を可能にしたブロー成形機に関する。

ペットボトル等の樹脂製容器は、ブロー成形機を用いたブロー成形によって製造される。ブロー成形は、シリンダ内で樹脂を加熱溶融し、溶融樹脂をシリンダから２つの金型内に押し出し、２つの金型で挟み、溶融樹脂の内部に空気を入れることによって溶融樹脂を風船のように膨らまし容器状に成形する方法である。具体的には、まず中圧空気を溶融樹脂の内部に吹き込んでパリソンと呼ばれる円筒状の溶融樹脂とする（プレフォーム工程）。次に、パリソンの内部に高圧空気を吹き込んでパリソンを膨張させ、金型に押し付けることで、容器状に成形している（ブロー成形工程）。

図３により、ブロー成形機の一例とブロー成形の各工程の概略を説明する。図３に示すブロー成形機１００において、シリンダ１０２の内部にホッパー１０４から熱可塑性樹脂の粉体Ｐ_１が投入される。シリンダ１０２の外周には加熱ジャケット１０６が設けられ、この加熱ジャケット１０６でシリンダ１０２の内部は加熱され、シリンダ１０２内に投入された熱可塑性樹脂の粉体Ｐ_１は溶融する。

シリンダ１０２の内部には回転軸１０８が設けられ、回転軸１０８の外周には、螺旋羽根１１０が取り付けられている。回転軸１０８はモータ１１２によって回転する。溶融した樹脂Ｐ_２は、回転軸１０８の回転によって矢印ａ方向に押し出される。シリンダ１０２の一端には、ダイス型１１４が取り付けられており、シリンダ１０２の出口１０２ａから押し出された溶融樹脂Ｐ_２は、ダイス型１１４に設けられた流路１１６を通り、金型１１８に導入される。

流路１１６には高圧空気供給配管１１７が挿入されている。高圧空気供給配管１１７から例えば１ＭＰａ程度の中圧空気Ａ_１が供給されると、溶融樹脂Ｐ_２は、所謂パリソンと称される円筒状の溶融樹脂Ｐ_３を形成する（工程１）。この状態をプレフォームという。次に、金型１１８を閉じると共に、例えば２．５ＭＰａ程度の高圧空気Ａ_２を高圧空気供給配管１１７からパリソンＰ_３の内部に吹き込む（工程２）。これによって、パリソンＰ３が金型１１８の内部いっぱいに膨脹する（ブロー成形）。次に、樹脂製容器Ｐ_４が冷えて固まったら、金型１１８を開いて樹脂製容器Ｐ_４を取り出す。

なお、シリンダ１０２の回転軸１０８の外周には、螺旋羽根１１０の代わりに、回転軸１０８の回転によって溶融樹脂Ｐ_２を矢印ａ方向に押し出す機能を有する多数の突起を形成するようにしてもよい。また、回転軸１０８の代わりに、後述する図１又は図２に示すブロー成形機にように、加圧空気によって作動するピストンを備えるようにし、このピストンによって溶融樹脂Ｐ_２を出口１０２ａから押し出すようにしてもよい。

ブロー成形では、２．０〜４．０ＭＰａのブロー成形用高圧空気が用いられる。そのため、この高圧空気を製造するための高圧圧縮機、及び製造された高圧空気を貯蔵する高圧タンク等を介設した配管系統が必要になる。また、ブロー成形機のシリンダ作動用として、あるいはプレフォーム工程には、ブロー成形工程より低圧の約１ＭＰａ程度の中圧空気が用いられる。この中圧空気を得るために、ブロー成形用高圧空気を減圧するか、あるいは別途低圧用圧縮機を用いて中圧空気を製造する必要がある。

ブロー成形に用いられた高圧空気は、そのまま大気に排気されるか、あるいはブロー成形機駆動用の低圧空気配管系統に戻され、ブロー成形機駆動用として、再利用されていた。大型のブロー成形機で樹脂製容器を大量生産する場合、高圧空気の消費量も多くなり、容器成形の都度高圧空気を排気していると、高圧空気が無駄となり、高圧空気を製造する圧縮機の負荷も多くなり、電力消費量も増大することとなった。
高圧排気をブロー成形機駆動用として再利用する場合、ブロー成形機の駆動用回路に必要な高圧空気量は、ブロー成形機全体で必要な高圧空気量と比べて少量（１０〜２０％程度）であるため、他の余剰分は有効活用されずに排気されているのが現状である。

特許文献１には、延伸ブロー成形法を用いたブロー成形機が開示されている。延伸ブロー成形法とは、加熱したパリソンを金型に挿入後、延伸ロッドと呼ばれる棒でパリソンを軸方向（垂直方向）に引き伸ばしながら、加圧空気をパリソン内に吹き込んで円周方向に膨らませる方法である。特許文献１に開示されたブロー成形機には、高圧空気、中圧空気及び低圧空気の夫々の配管系統が設けられ、金型での溶融樹脂の成形工程に応じて３種類の圧力が異なる空気が金型に供給されるように構成されている。

低圧空気は、延伸ロッドによるパリソンの軸方向への延伸と所期膨脹時に使用される。次に、中圧空気及び高圧空気が順々にパリソンに吹き込まれ、パリソンが容器状に成形される。そして、ブロー成形工程で金型に吹き込まれた高圧空気は、中圧空気配管系統又は低圧空気配管系統に設けられた回収タンクに回収され、次の成形工程で低圧空気又は中圧空気として用いられる。

特許文献２に開示されたブロー成形機は、金型に高圧空気を供給する配管系統と、金型に中圧空気を供給する配管系統とが設けられ、ブロー成形が完了した樹脂製容器から流出する高圧排気を中圧空気配管系統に介設された回収タンクに戻し、次の成形工程で中圧空気として再利用する技術が開示されている。

特開平１１−２０７８０８号公報特表２００８−５１１４７１号公報

特許文献１や特許文献２に開示された高圧空気の再利用手段は、中圧空気配管系統や高圧空気配管系統に回収タンクを設け、ブロー成形時に使用された高圧排気を該回収タンクに戻すようにしているため、これらの配管系統に回収タンクのみならず、高圧排気回収用の切り換え流路や切り換え弁等を設ける必要がある。そのため、配管系統が複雑化し、設備費が高コストとなる。
また、設備費が高コストとなる割りには、高圧排気の回収率がそれほど高くなく、利用効率は良くない。特許文献１（段落〔００４０〕）の記載によれば、高圧排気の回収率は３０％程度に留まっている。

そこで、本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ブロー成形機で使用された後の高圧排気を従来よりさらに有効活用することを課題とする。

かかる課題を解決するため、本発明のブロー成形機は、
熱可塑性樹脂を溶融するシリンダと、溶融した熱可塑性樹脂を容器状に成形する金型と、該金型に加圧空気を吹き込む加圧空気供給配管系統とを備え、該シリンダからダイス型を介して筒状の溶融樹脂を該金型に押し出し、該溶融樹脂の内部に加圧空気を吹き込んで樹脂製容器を成形するブロー成形機において、前記樹脂製容器を成形した後の前記加圧空気の膨張エネルギーを受けて動作する動作部材、該動作部材と連動して回転する回転軸を有する容積型膨張機と、該容積型膨脹機の回転軸と連結された回生用発電機と、前記加圧空気供給配管系統と前記膨張機の入口とに接続され、前記樹脂製容器を成形した後の加圧空気の排気を前記膨張機に供給する排気供給管と、を備え、該排気供給管を介して排気される前記加圧空気の膨張エネルギーで前記膨張機の回転軸を回転させ、回生電力を発生させるようにしたものである。

本発明装置では、ブロー成形に用いられた後の加圧空気の排気を回生用発電機と連結した膨張機の入口に導入し、該加圧空気の膨張エネルギーを該発電機の回転軸を回転させる回転力に変換させるようにしたものである。これによって、金型から排出される加圧空気の排気のエネルギーをすべて発電エネルギーに変換できる。得られた回生電力は、本発明装置に組み込まれた空気圧縮機等の駆動用して利用でき、あるいは回生電力の一部を商用電源に供給してもよい。

本発明に用いられる膨張機は、容積型膨張機である。容積型膨張機とは、スクロール型膨張機のように、圧縮流体の膨張エネルギーを受けて動作する動作部材によって閉鎖された膨張室を形成する膨張機であり、あるいはスクリュー型膨張機のように、閉鎖された膨張室に動作部材が配置された膨張機を指す。

容積型膨張機は、容積型膨張機の上流側（入口）と下流側（出口）との加圧空気の圧力差を効率良く回転力に変換でき、タービン型膨張機等の非容積型膨張機と比べて、効率良く発電機を駆動するための回転力（動力）を得ることができる。特に、スクロール型膨張機は、小規模な設備で、かつ小さな動力で駆動して、効率良く回生電力を得ることができるため、本発明装置に用いられて最適である。

本発明装置において、膨張機の出口と前記加圧空気供給配管系統とを接続し、膨張機で膨張した後の大気圧近傍の冷却空気を該加圧空気供給配管系統に戻す排気戻し管を備えるとよい。

膨張機で膨張した後の空気は、大気圧に近い圧力となるが、大気圧よりわずかに高い残圧を有しているため、本発明装置では、膨張後の排気をブロー成形機の加圧空気供給配管系統に戻すようにするとよい。加圧空気供給配管系統に戻された空気は、加圧空気供給配管系統に設けられた空気圧縮機によって圧縮され、再び加圧空気として利用できる。このように、膨張機で膨張後の空気は、わずかな残圧を有するため、大気と比べて圧縮効率を向上できる。

スクロール膨張機で膨張した後の空気は、膨張過程で冷却されているため、ブロー成形機の加圧空気供給配管系統に戻されたとき、該加圧空気供給配管系統を流れる高温となった加圧空気を冷却する作用を有する。そのため、加圧空気供給配管系統における加圧空気の圧縮効率を向上できる。

本発明装置において、ブロー成形機の加圧空気供給配管系統、排気供給管及び排気戻し管が、外部への空気漏れのない閉回路で構成されているとよい。溶融樹脂は加熱され溶融したとき、毒性のある有機溶剤が揮発する。この有機溶剤が溶融樹脂の成形過程で金型に吹き込まれた加圧空気に混入する。そのため、加圧空気供給配管系統、排気供給管及び排気戻し管を閉回路とすることで、毒性のある有機溶剤が大気に放散するのを防止できる。

また、本発明装置において、加圧空気供給配管系統が、金型に第１の加圧空気をプレフォーム形成用として供給する第１の加圧空気供給配管系統と、第１の加圧空気より高圧の第２の加圧空気をプレフォームされた溶融樹脂のブロー成形時に金型に供給する第２の加圧空気供給配管系統とからなり、排気戻し管に戻された排気空気を第１の加圧空気と同等の圧力まで加圧して第１の加圧空気供給配管系統に供給する第１空気圧縮機と、該第１空気圧縮機で加圧された加圧空気を前記第２の加圧空気と同等の圧力まで加圧して第２の加圧空気供給配管系統に供給する第２空気圧縮機と、を備えているとよい。

これによって、膨張機で膨脹した後の大気圧近傍の空気を、ブロー成形機のシリンダ駆動用又は溶融樹脂の各成形工程に利用できる圧力に調整できる。そのため、すべての排気空気を再利用可能になる。また、排気空気を一旦第１空気圧縮機で圧縮した後、一部の加圧空気のみを第２空気圧縮機で圧縮するようにしているので、大きな動力を要する第２空気圧縮機の動力を低減でき、ランニングコストを低減できる利点がある。

本発明装置によれば、熱可塑性樹脂を溶融するシリンダと、溶融した熱可塑性樹脂を容器状に成形する金型と、該金型に加圧空気を吹き込む加圧空気供給配管系統とを備え、該シリンダからダイス型を介して筒状の溶融樹脂を該金型に押し出し、該溶融樹脂の内部に加圧空気を吹き込んで樹脂製容器を成形するブロー成形機において、前記樹脂製容器を成形した後の前記加圧空気の膨張エネルギーを受けて動作する動作部材、該動作部材と連動して回転する回転軸を有する容積型膨張機と、該容積型膨脹機の回転軸と連結された回生用発電機と、前記加圧空気供給配管系統と前記膨張機の入口とに接続され、前記樹脂製容器を成形した後の加圧空気の排気を前記膨張機に供給する排気供給管と、を備え、該排気供給管を介して排気される前記加圧空気の膨張エネルギーで前記膨張機の回転軸を回転させ、回生電力を発生させるようにしたので、ブロー成形後のすべての加圧空気の排気が保有する膨張エネルギーを発電機で回生された電力に変換できる。

そして、その回生電力をブロー成形機又は加圧空気供給配管系統に設けられた圧縮機等の動力として、あるいは他の用途に利用できるようになり、ブロー成形機等のランニングコストを大幅に節減できる。

本発明装置の第１実施形態の系統図である。本発明装置の第２実施形態の系統図である。一例としてのブロー成形機の構成及び樹脂製容器の成形工程を示す説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明装置の第１実施形態に係るブロー成形機を図１に基づいて説明する。図１に示すブロー成形機１０Ａにおいて、シリンダ１２は、加圧空気によってピストン１４を作動させ、溶融樹脂Ｐ_２をシリンダ１２から管路１６に押し出す方式のシリンダである。シリンダ１２から押し出された溶融樹脂Ｐ_２は、ダイス型１８の内部に設けられた流路を通り、金型１９に導入される。一方、例えば２．５ＭＰａの高圧空気（第２の加圧空気）が貯留された高圧タンク２０と、例えば１．０ＭＰａの中圧空気（第１の加圧空気）が貯留された中圧タンク２２とが設けられている。これらタンクに夫々圧力計２４，２６が設けられている。

中圧タンク２２から中圧空気管路２８を通って中圧空気がシリンダ１２に供給され、シリンダ１２の内部に設けられたピストン１４を駆動する。ピストン駆動後の中圧空気は、管路３０に排気され、この排気空気は、後述する高圧空気圧縮機５２（第２空気圧縮機）の吸入部に送られる。また、プレフォーム形成工程（図３の工程１）で、中圧タンク２２から中圧空気管路３２を通って中圧空気が金型１９に供給される。次に、樹脂製容器Ｐ_４の成形工程（図３の工程２）で、高圧タンク２０から逆止弁３６が介設された高圧空気管路３４を通って金型１９に高圧空気が供給される。こうして、樹脂製容器Ｐ_４が製造される。

中圧空気管路３２は高圧排気供給管路３８と接続され、高圧排気供給管路３８は、スクロール膨張機４０の固定スクロール４２及び旋回スクロール４４の螺旋状のラップ同士が噛み合って形成される膨張室Ｅの入口４２ａに接続されている。旋回スクロール４４の背面には回転軸４６が連結され、回転軸４６は旋回スクロール４４の公転運動に連動して回転する。回転軸４６が回転することによって、回生用発電機４８のロータが回転し、電力が発生する。

樹脂製容器Ｐ_４が製造された後、金型からダイス型１８を経て排気される高圧排気は、中圧空気管路３２及び高圧排気供給管路３８を経てスクロール膨張機４０の膨張室Ｅに供給される。膨張室Ｅに供給された高圧排気は、その膨張エネルギーによって旋回スクロール４４を公転させる。旋回スクロール４４が公転すると、回転軸４６が回転し、回生用発電機４８で電力が発生する。膨張エネルギーを放出した後の高圧排気は、大気圧に近い圧力となって膨張室Ｅの出口４２ｂに接続された排気戻し管路５０に排気される。

排気戻し管路５０の他端は高圧空気圧縮機５２に接続されている。高圧空気圧縮機５２に戻された排気は２．５ＭＰａの高圧に圧縮される。２．５ＭＰａに圧縮された高圧空気は、管路５４を経て高圧タンク２０に送られると共に、絞り弁等の減圧機構５８が介設された管路５６に送られ、減圧機構５８によって約１ＭＰａに減圧された後、中圧タンク２２に送られる。中圧タンク２２に貯留された中圧空気は、中圧空気管路２８を介してシリンダ１２に送られ、ピストン１４を駆動する。

本実施形態では、高圧空気、中圧空気、高圧排気等が流れるすべての配管系統及びこの配管系統に介設された機器類は、閉回路となっており、内部の空気が外部に漏れないように構成されている。

本実施形態によれば、溶融樹脂Ｐ_２のブロー成形時に金型に供給された高圧排気を、スクロール膨張機４０の膨張室Ｅに供給し、回転軸４６を回転させて、回生用発電機４８による電力を回生させるので、該高圧排気のもつ膨張エネルギーをすべて電力に変換できる。
そのため、その回生電力をブロー成形機１０Ａ又は高圧空気供給配管系統に設けられた高圧圧縮機５２等の動力として利用できるようになり、ブロー成形機１０Ａのランニングコストを大幅に節減できる。

本実施形態では、膨張機としてスクロール膨張機を用いているので、上流側（入口）と下流側（出口）との高圧空気の圧力差を効率良く回転力に変換でき、タービン型膨張機等の非容積型膨張機と比べて、効率良く発電機を駆動するための回転力（動力）を得ることができる。特に、スクロール型膨張機は、小規模な設備で、かつ小さな動力で駆動して、効率良く回生電力を得ることができる。

また、スクロール膨張機４０の膨張室Ｅから排気された空気は、大気圧に近い圧力となるが、わずかな残圧を有しているため、排気戻し管路５０に戻し、高圧空気圧縮機５２で圧縮するとき、大気空気を圧縮する場合と比べて、圧縮効率を向上できる。
また、膨張室Ｅで膨張した後の排気空気は、膨張過程で冷却されているため、ブロー成形機１０Ａの高圧空気供給配管系統に戻されたとき、高圧空気供給配管系統内で圧縮され高温となった高圧空気を冷却する作用を有する。そのため、高圧空気供給配管系統に設けられた高圧圧縮機５２の圧縮効率を向上できる。

また、高圧空気、中圧空気、高圧排気等が流れるすべての配管系統及びこの配管系統に介設された機器類は、閉回路となっており、内部の空気が外部に漏れないように構成されているので、ブロー成形の過程で溶融樹脂Ｐ_２から放散される毒性のある有機溶剤が外部に漏れない。

本実施形態のブロー成形機１０Ａが２，０００リットル／分の圧縮空気を使用する小型ブロー成形機であり、かつスクロール膨張機４０が５ｋＷの発電用スクロール膨張機であり、使用圧縮空気の６０％を回収し、そのうち１０％をシリンダ１２の駆動用として用いたとする。この場合、１，０００リットル／分程度の高圧空気を前記スクロール膨張機の膨張室に供給できる。そのため、電気料金を１７円／ｋＷ・ｈとし、年間稼動時間を６，０００時間とすると、１７円×５ｋＷ×６，０００ｈ＝５１０，０００円分の電力を回生できる。

（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図２により説明する。本実施形態では、シリンダ１２から管路３０に排気された排気空気、及びスクロール膨張機４０から排気戻し管路５０に排気された排気空気は、低圧空気圧縮機（第１空気圧縮機）６０に供給される。低圧空気圧縮機６０で約１ＭＰａに圧縮された中圧空気の一部が管路６２を経て高圧空気圧縮機５２に送られると共に、残りの中圧空気は管路６４を経て中圧タンク２２に送られる。高圧空気圧縮機５２に送られた中圧空気は、高圧空気圧縮機５２で２．５ＭＰａ程度の高圧空気に圧縮された後、管路６６を経て高圧タンク２０に送られる。その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、同一の機器又は同一部位には同一符号を付している。

本実施形態によれば、第１実施形態によって得られる作用効果に加えて、スクロール膨張機４０で膨脹した後の大気圧近傍の空気を、ブロー成形機１０Ａのシリンダ１２の駆動用又は溶融樹脂Ｐ_２の各成形工程に利用できる圧力に調整できる。そのため、すべての排気空気を再利用可能になる。また、排気空気を一旦低圧空気圧縮機６０で圧縮した後、一部の中圧空気のみを高圧空気圧縮機５２で圧縮するようにしているので、大きな動力を要する高圧空気圧縮機５２の動力を低減でき、第１実施形態と比べて、ランニングコストを低減できる利点がある。

本発明によれば、ブロー成形機から排気された高圧空気で電力を発生させ、この電力をブロー成形機又は他の用途に利用することで、ブロー成形機等のランニングコストを大幅に削減できる。

１０Ａ、１０Ｂ、１００ブロー成形機
１２，１０２シリンダ
１４ピストン
１６，３０，５６，６２，６６，１１６管路
１８，１１４ダイス型
１９，１１８金型
２０高圧タンク
２２中圧タンク
２４，２６圧力計
２８，６４中圧空気管路
３２中圧空気管路（第１の高圧空気供給配管系統）
３４高圧空気管路（第２の高圧空気供給配管系統）
３６逆止弁
３８高圧排気供給管路
４０スクロール膨張機
４２固定スクロール
４４旋回スクロール
４６，１０８回転軸
４８回生用発電機
５０排気戻し管路
５２高圧空気圧縮機（第２空気圧縮機）
５４高圧空気管路
５８減圧機構
６０低圧空気圧縮機（第１空気圧縮機）
１０４ホッパー
１０６ａ加熱ジャケット
１１０螺旋羽根
１１２モータ
１１７高圧空気供給配管
Ｅ膨張室
Ｐ_１熱可塑性樹脂粉体
Ｐ_２溶融樹脂
Ｐ_３パリソン
Ｐ_４樹脂製容器

Claims

熱可塑性樹脂を溶融するシリンダと、溶融した熱可塑性樹脂を容器状に成形する金型と、該金型に加圧空気を吹き込む加圧空気供給配管系統とを備え、該シリンダからダイス型を介して筒状の溶融樹脂を該金型に押し出し、該溶融樹脂の内部に加圧空気を吹き込んで樹脂製容器を成形するブロー成形機において、
前記樹脂製容器を成形した後の前記加圧空気の膨張エネルギーを受けて動作する動作部材、該動作部材と連動して回転する回転軸を有する容積型膨張機と、
該容積型膨脹機の回転軸と連結された回生用発電機と、
前記加圧空気供給配管系統と前記膨張機の入口とに接続され、前記樹脂製容器を成形した後の加圧空気の排気を前記膨張機に供給する排気供給管と、を備え、
該排気供給管を介して排気される前記加圧空気の膨張エネルギーで前記膨張機の回転軸を回転させ、回生電力を発生させるようにしたことを特徴とするブロー成形機。
前記膨張機の出口と前記加圧空気供給配管系統とを接続し、膨張機で膨張した後の大気圧近傍の冷却空気を該加圧空気供給配管系統に戻す排気戻し管を備えていることを特徴とする請求項１に記載のブロー成形機。
前記加圧空気供給配管系統、前記排気供給管及び排気戻し管が、外部への空気漏れのない閉回路で構成されていることを特徴とする請求項２に記載のブロー成形機。
前記加圧空気供給配管系統が、前記金型に第１の加圧空気をプレフォーム形成用として供給する第１の加圧空気供給配管系統と、前記第１の加圧空気より高圧の第２の加圧空気をプレフォームされた溶融樹脂のブロー成形時に金型に供給する第２の加圧空気供給配管系統とからなり、
前記排気戻し管に戻された排気空気を前記第１の加圧空気と同等の圧力まで加圧して前記第１の加圧空気供給配管系統に供給する第１空気圧縮機と、該第１空気圧縮機で加圧された加圧空気を前記第２の加圧空気と同等の圧力まで加圧して前記第２の加圧空気供給配管系統に供給する第２空気圧縮機と、を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載のブロー成形機。