JP5337998B2 - 容器製造を目的としたプリフォーム加熱方法および加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック製パフォームの加熱に関し、特に、ボトルおよび魔法瓶等の容器製造を目的としたポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）製プリフォームの加熱に関する。

最も幅広く使用されている加熱技術は、パフォームを一般に「スピナ」と呼ばれる回転支持体に実装するものであり、当該支持体は赤外線ランプを備える連続加熱炉が配置される所定の経路を移動する。炉を通過する際、プリフォームは主軸周囲を回転し、これにより所定の均一性を有する加熱が可能となる。

赤外線ランプは一般的に炉の一方の側壁に並べて配置され、対向する側には反射壁が配置され、プリフォームに吸収されない赤外線は前記反射壁によりプリフォームに反射される。

今日、この従来の技術については、所定の形状を有する容器の生産、特に回転が非対称な容器（断面が多角形もしくは扁平な容器）の生産を可能にするため、改良が求められている。

この場合、適合する加熱技術の１つに、プリフォームをその周縁周囲において不均一に加熱し、少なくとも１個の隣接する角度領域に比べて比較的より高温の少なくとも１個の角度領域を設けるものがある。

上述の不均一加熱における問題は、反射壁を（前方にマスクを設置、もしくは陥凹を形成することにより）不連続に形成し、赤外線を反射せずに吸収するという狡猾な解決方法を提供する本出願人による特許文献１（および特許文献２）により明らかである。

仏国特許第２、７０３、９４４号 米国特許第５、６８１、５２１号 国際特許出願第２００６／０５６６７３号

上述の解決方法は十分効果的で、また幅広く利用されている。しかしながら、当該解決方法は改善すべき複数の欠点を有する。第１に、炉が消費するエネルギが従来の構成に比べて少なくない。それどころか実際には、用途によっては反射壁の前方に配置するマスクの温度を冷却システムにより制御しており、これにより総消費エネルギが増大する。第２に、加熱精度が十分ではなく、プリフォームの高温領域と比較的より低温な領域との間に十分な温度差がない。

また、より優れた選択性を有し、更には消費エネルギの減少が可能な加熱技術が求められている。

上記を目的として本発明が第１の特徴により提供する、プラスチック製プリフォームを材料とする容器製造のための前記プリフォームの加熱方法は、前記プリフォームを所定の経路に沿って、前記プリフォームの軸周囲を回転させて搬送する工程と、前記プリフォームを前記経路に沿って赤外線放射源により加熱する工程とを備え、前記放射される赤外線の強度は、前記プリフォームにおける少なくとも１個の角度領域を局所加熱するよう前記経路に沿って制御される。

本発明の他の目的および利点は、以下の説明および添付の図面を参照すれば明らかである。

図１は、回転支持体に実装されるプリフォームの側面断面図である。 図２は、局所加熱したプリフォームにおける比較的より高温な領域をグレイで網掛した斜視図である。 図３は、加熱装置を通過する前記プリフォームの斜視図である。 図４は、図３に示す装置の側面断面図である。 図５は、正弦曲線状の加熱プロファイルを示す、図４に示す装置の面Ｖ−Ｖにおける断面図である。 図６は、図５において加熱プロファイルを銃眼形状のプロファイルに変型した例を示す。

図１はプリフォーム１の断面図を示し、前記プリフォーム１は炉２内で連続して加熱するため、一定の線速度で駆動される鎖に係合する回転把持装置３（スピナ）に実装される。

前記プリフォーム１はポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可塑性物質からなり、ガラス転移温度より高い所定の温度で加熱されることにより軟化した後、金型によるブロー成形処理もしくは延伸ブロー成形処理を実行して、ボトルもしくは魔法瓶等の容器を形成する。

前記プリフォーム１は上端にネック部４を有し、前記ネック部４は加熱および続く成形処理において変形が最小限となるようなされる。前記ネック部４には、フィンガ形状の前記スピナ３の下端が咬合する。

前記スピナ３は、ピニオン形状の上端（図示せず）により、前記プリフォーム１の経路に沿って配置されるラックに咬合する。これにより、 前記プリフォームは自己の回転軸Ａ（主軸）周囲を回転し、回転速度は直線変位の速度に直接比例する。

前記プリフォーム１は略円筒体５を有し、前記略円筒体５は前記ネック部４に対向する側において半球キャップ形状の底部６を形成する。

図１において、前記ネック部４が最上部に配置される前記プリフォーム１を示す。前記プリフォーム１は、この状態で前記炉２に挿入され、前記炉２を通過する。図２において、前記炉２において局部加熱される角度領域７（グレイに網掛の部分）を示すため、前記ネック部を下にした前記プリフォーム１を示す。前記領域７は、前記円筒体５に沿った主軸Ａに沿って、また前記プリフォーム１の前記底部６に沿って前記プリフォーム１の前記下端まで伸長する。実務においては、前記プロファイル１は、適用される加熱プロファイルによって、後に説明する直径方向において対向する２個の領域等、局部加熱される複数の領域７を備えていてもよい。

次に、図３〜図６を参照する。

前記炉２内の前記プリフォーム１は、前記炉２の入口から出口まで伸長する略直線状の長さ方向の経路Ｌ（ただし、その他のタイプのプロファイルからなっていてもよい）に沿って移動する。前記プリフォーム１は、前記経路Ｌに沿って移動した後、任意のブロー成形を実行するための所定のプロファイルにより加熱される。

前記炉２は炉内８を備え、前記炉内８は、前記移動経路の両側において略平行に伸長する２個の対向する垂直壁９および１０により形成される。

前記壁９および１０は、前記プリフォーム１の前記円筒体５の長さに略等しい高さを超える高さで伸長する。図示の構成においては、前記プリフォームはネック部４が最上部となるよう配向され、前記ネック部４は前記壁９および１０の上方で前記炉内８から突出して伸長する。このような構成は必須ではなく、変型例として、前記プリフォーム１を前記ネック部４が最下部となるよう配向してもよい。

第１の壁９は放射壁と呼ばれ、複数の赤外線放射源１１が前記炉内８内部に向けて一列に配置される。実務においては、前記放射源１１の各々はレーザダイオードからなる。前記ダイオードは、本出願人による国際特許出願第２００６／０５６６７３号に開示されているように、ダイオード１１のブロック１３を配列（重ね合せも可能）すること等により、マトリクス１２を形成するよう構成される。

前記ダイオード１１の各々は、前記移動経路に対して横方向に配向され、水平面上を構成する光線を放射し、この際、前記ダイオード１１の各々は、高さ方向に配置され、前記炉２を通過する各プリフォーム１の環状部位を加熱する。前記ダイオード１１の配向角度は当業者の判断による。特に、前記ダイオード１１は垂直軸周囲を枢動してもよい。

実務においては、前記マトリクス１２はＮｕｖｏｎｙｘ社製等のレーザダイオード１１のブロック１３を配列することにより形成し、前記ダイオード１１の各々は個別最大出力４０Ｗおよび波長９４０ｎｍを有する平らなレーザ光線を放射する。

図５および図６に記載の実施の形態によれば、前記対壁１０は反射体と呼ばれ、連続する反射内面を有し、これにより、放射される赤外線のうち前記プリフォーム１には吸収されない分は、前記放射壁９により前記プリフォーム１に反射される。

図４に示す通り、前記炉２は前記反射体１０の後方に配置される通風装置１４を含んでもよく、前記通風装置１４は、前記炉内８上方において前記経路に沿って開口する開口部１５を有する。前記通風装置１４内部には、前記開口部１５を介して横方向に放出される空気流を生成するファン１６が設けられ、これにより前記ネック部４を冷却する。

更に、前記炉２は前記ダイオード１１の垂直方向単位で出力を制御する装置１７を備え、これにより、前記経路に沿って放射される赤外線の強度を制御する。この垂直方向単位の制御は、任意で水平方向単位の制御と統合してもよく、その場合、放射される赤外線強度は前記プリフォーム１の前記軸Ａに平行に制御される。当該制御は、交互配列されるより高強度の赤外線を放射する帯域Ｉ１および比較的より低強度の赤外線を放射する帯域Ｉ２により実行され、当該交互配列（すなわち、２個のより高強度の赤外線帯域Ｉ１間の距離）は前記プリフォーム１が前記軸Ａ周囲を完全に１回転する際に移動する距離以下である。

これにより、前記プリフォーム１において、連続して前記帯域Ｉ１を通過する少なくとも１個の領域７には、前記帯域Ｉ２前方を通過する領域に比べて、より高強度の赤外線が放射される。したがって、前記領域７は局所加熱、すなわちより高温で加熱される。

なお、前記プリフォーム１の観点からすると、前記プリフォーム１に放射される赤外線の強度は前記プリフォーム１が前記炉２を通過するにしたがって変化し、前記炉２の観点からすると、赤外線の強度は時間に対してほぼ一定であり、前記赤外線源１１の各々は一定強度の赤外線を放射する。

前記加熱プロファイル、すなわち前記経路に沿った赤外線強度のプロファイルは、求められる容器の最終形状および当該容器における材料の分布プロファイルにより規定される。

図５および図６において２個の実施例を示す。これらの実施例においては前記プリフォーム１の局所加熱が可能であり、前記プリフォームの前記円筒体５上を前記主軸Ａに沿って伸長し、かつ前記底部６において所定の角度で伸延する２個の直径方向において対向する領域７ａおよび７ｂを比較的より高温で加熱可能である。

上記を目的として、図５に示す具体的な実施の形態によれば、前記加熱プロファイルは前記経路に沿った正弦曲線形状を有する。図５における矢印は、同一の１個の垂直ブロック１３を構成する各ダイオード１１の強度を示す。矢印の先端に（平滑化して）して接合する連続する正弦曲線は、赤外線強度の包絡線を示す。同様に、前記反射体１０に反射する赤外線の強度を示すが、放射される赤外線の一部が前記プリフォーム１により吸収されるため、反射する赤外線の強度は放射される赤外線に比べて比較的より低強度である。

なお、ピーク強度の値は前記経路に沿って変化してもよい（図５に示すピーク強度は一定である）が、前記プリフォーム１の同一部位を前記経路に沿って局所加熱するため、放射される赤外線の強度は周期的特性（すなわち、上述の交互配列は略一定である）ことは容易に理解できる。前記周期は、前記プリフォーム１が移動する距離もしくは前記軸Ａの周囲で行う所定の角度による回転の関数からなる。前記角度は、局所加熱が求められる前記領域７の角度配置により決定される。上述したように、前記プリフォーム１周縁上の各点はサイクロイドを構成し、当該サイクロイドの周期は前記プリフォーム１が前記軸Ａの周囲を完全に１回転する際に移動する距離に等しい。

直径方向において対向する２個の領域７ａおよび７ｂを局所加熱するため、赤外線強度の周期は前記サイクロイドの周期の２分の１に設定される。これにより、前記比較的より高温の領域７ａおよび７ｂは、前記プリフォーム１が前記軸Ａの周囲を１８０度回転する度ごとにピーク強度で赤外線を受ける。比較的より低温な中間領域に関しては、前記プリフォーム１が前記軸Ａの周囲を１８０度回転している間、前記比較的より高温の領域７ａおよび７ｂに対して４分の１回転の位相シフトで強度の谷を通過する。

図６に示す第２の実施の形態において、加熱プロファイルも前記経路に沿って周期的であるが、本実施の形態においては銃眼形状のプロファイルを有する。このような加熱プロファイルを形成するため、比較的高強度の赤外線を放射するダイオード１１の列および比較的より低強度の赤外線を放射するダイオード１１の列を前記放射壁９上に交互配列する。信号周期は上述の方法によって決定される。この場合、比較的より高温の帯域と比較的より低温な帯域との差はより急激であるが、同様の効果が得られる。

加熱された前記プリフォーム１は次に成形装置へと搬送されて成形される。前記比較的より高温の帯域７ａおよび７ｂは、比較的より低温な帯域に比べて、高い変形能を有する。このように前記プリフォーム１において異なる温度分布を構成することにより、扁平な（楕円もしくは矩形等）断面を有する容器等、複雑な形状の容器を形成することが可能となり、この場合、容器の厚さをほぼ変化させることなく、前記プリフォーム１の比較的より高温の領域７ａおよび７ｂは大きい面を形成し、比較的より低温な領域は小さい面を形成する。

放射される赤外線強度を変化させることにより、従来のようにエネルギの一部が単純なロスとして放射されるのを防止できる。また、このような制御により、前記比較的より高温の領域７ａおよび７ｂを、より正確には、以降の容器製造における精度を目的として、規定することができる。

上述の実施の形態は、可能な加熱プロファイルについて何ら制限するものではない。

したがって、強度のピークおよび谷における個々の値および中間値を制御すること等により、放射プロファイルを適用することが可能である。上述の正弦曲線状のプロファイルのように連続して変化するプロファイル、すなわちピークと谷との差が緩やかなプロファイルを選択してもよく、もしくは対称的に、例えば銃眼形状の（上記参照）もしくは三角形のプロファイル等、不連続なプロファイルを選択してもよい。

また、任意の加熱プロファイルに適合する周期で赤外線を放射してもよい。

したがって、前記プリフォーム１の１箇所の角度領域のみを局所加熱することが可能である。この場合、当該周期は、当該領域により規定されるサイクロイドの周期に設定され、これにより当該領域には、前記プリフォーム１が前記主軸Ａの周囲を完全に１回転（３６０度）する度に周期的に赤外線がピーク強度で放射される。

同様に、１２０度で分布する比較的より高温の領域を３箇所設けるためには、赤外線強度の周期をサイクロイド周期の３分の１の周期に設定する。

どちらの場合も、前記炉２の構造を変更して、前記プリフォーム１を略対称に加熱するための赤外線反射を制限もしくは排除することが必要となる可能性がある。

同様に、強度ピーク（もしくは谷）を前記経路に沿って変更し、例えばピーク時に放射する赤外線強度を増大（もしくは対称的に減少）してもよい。

上記を目的とした複数の解決方法が可能である。前記壁１０に吸水性の塗料（ペンキ等）を塗布してもよく、また反射する赤外線の大部分が消散するよう前記壁１０を前記プリフォーム１から十分に離して配置してもよく、もしくは前記壁１０を完全に除去してしまってもよい。しかしながら、最後の解決方法は、赤外線が浮遊する危険の可能性があるため、本発明者は推奨しない。

Claims (12)

1. プラスチック製プリフォーム（１）を材料とする容器製造のための前記プリフォーム（１）の加熱方法であって、前記プリフォーム（１）を所定の経路に沿って、前記プリフォーム（１）の軸（Ａ）周囲を回転させて搬送する工程と、前記プリフォーム（１）を前記経路に沿って赤外線放射源（１１）により加熱する工程とを備え、前記放射される赤外線の強度は、前記プリフォーム（１）における少なくとも１個の角度領域（７、７ａ、７ｂ）を局所加熱するよう前記経路に沿って変化するように制御され、また、前記経路に沿った赤外線強度のプロファイルの形状は適宜変更できることを特徴とする、方法。
2. 前記制御は、より高強度の赤外線を放射する帯域（Ｉ１）および比較的より低強度の赤外線を放射する帯域（Ｉ２）の交互配列により実行される、請求項１に記載の加熱方法。
3. 前記交互配列は、前記プリフォーム（１）が前記軸の周囲を完全に１回転する際に移動する距離以下である、請求項２に記載の加熱方法。
4. 前記赤外線強度は前記経路に沿って周期的である、請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載の加熱方法。
5. 前記赤外線強度の前記周期は、前記プリフォーム（１）が前記軸（Ａ）の周囲を半回転する際に移動する距離に少なくとも等しい請求項４に記載の加熱方法。
6. 前記赤外線強度の前記周期は、前記プリフォーム（１）が前記軸（Ａ）の周囲を１回転する際に移動する距離に少なくとも等しい、請求項４に記載の加熱方法。
7. 前記赤外線強度は、前記経路に沿って連続変化するプロファイルを有する、請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載の加熱方法。
8. 前記赤外線強度は、前記経路に沿って正弦曲線形状のプロファイルを有する、請求項１〜請求項７のうちいずれか１項に記載の加熱方法。
9. 前記赤外線強度は、前記経路に沿って矩形波形状のプロファイルを有する、請求項１〜請求項８のうちいずれか１項に記載の加熱方法。
10. プラスチック製プリフォーム（１）を材料とする容器製造のための前記プリフォーム（１）を加熱する加熱装置であって、前記プリフォーム（１）を把持する回転手段（３）と、前記プリフォーム（１）を所定の経路に沿って搬送する手段と、前記経路に沿って配置される赤外線放射源（１１）を備える手段加熱とを備え、前記加熱装置は更に、前記放射源（１１）が前記経路に沿って放射する赤外線強度を変えることができ、さらに、前記経路に沿った赤外線強度のプロファイルの形状は適宜変更できる手段を備えることを特徴とする、加熱装置。
11. 前記赤外線放射源（１１）はレーザダイオードからなる、請求項１０に記載の加熱装置。
12. 前記赤外線放射源（１１）はマトリクス状に配置される、請求項１０もしくは請求項１１に記載の加熱装置。

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