JP5747413B2

JP5747413B2 - ２軸延伸ブロー成形装置及び容器の製造方法

Info

Publication number: JP5747413B2
Application number: JP2011285664A
Authority: JP
Inventors: 澄人佐藤; 田村　信之; 信之田村; 猛永嶋
Original assignee: Yoshino Kogyosho Co Ltd
Current assignee: Yoshino Kogyosho Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013132861A

Description

本発明は、合成樹脂製プリフォームの２軸延伸ブロー成形装置、及びこの装置を使用した容器の製造方法に関するものである。

合成樹脂製２軸延伸ブロー成形壜体、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製の２軸延伸ブロー成形壜体（所謂、ペットボトル）が、数多くの優れた特性を発揮することから、壜体容器として多方面で使用されている。
この種の容器は、有底筒状に射出成形されたプリフォームを、延伸効果を発現させることのできる温度に加熱した状態で、軸方向および径方向に延伸変形させて成形されるのが一般的である。

すなわち、図１１（特許文献１の図１２に相当する。）に示すように、延伸効果が発現する温度に加熱されたプリフォーム３１を、口筒部３２を上方に突き出させ、プリフォーム３１の口筒部３２の外周面下端に一体周設したネックリング３３をネック支持鍔部１０３に係止させた状態でブロー金型１０１に装着し、
ブローノズル１０５の先端部であるガイド筒部１１０をプリフォーム３１の口筒部３２に緩く嵌入した状態で
ブローノズル１０５の中央に貫通形成された挿通孔１１１を通して挿通される延伸ロッド１１６により軸方向に延伸成形すると共に、挿通孔１１１を通して加圧流体であるブローエアにより径方向に延伸成形して、壜体４１への成形を達成する。

また、特許文献２には加圧流体としてブローエアの替わりに液体を使用してプリフォームを２軸延伸ブロー成形する方法に係る発明が記載されている。
このような成形方法では、液体に製品に最終的に充填される内容液を使用すれば、充填工程を省略することができ生産ラインを簡略化することが可能となる。

特開２００３−２５１６８５号公報特開２０００−４３１２９号公報

ここで、上記したように２軸延伸ブロー成形において加圧液体を使用する場合には、容器の成形後に容器には液体が充満し、ブローノズルを口筒部から脱嵌入する際、液体が口筒部から周辺外部に散乱し、内容液のヘッドスペースを一定量に制御することが難しく、製品ごとにヘッドスペースがまちまちになり、商品性に係る問題が生じる。

そこで、本発明は加圧流体として飲料、化粧品、薬品等の最終的に製品に充填される等の液体を使用する２軸延伸ブロー成形装置において、成形と同時に内容液が充填された容器におけるヘッドスペースを所定の量に制御することを技術的課題とするものである。

上記課題を解決するための本発明の２軸延伸ブロー成形装置に係る主たる構成は、
上端に口筒部を起立設した有底筒状のプリフォームを加圧液体により膨張状に延伸する２軸延伸ブロー成形装置において、
ブロー成形用の金型と、プリフォームを金型に装着した状態で口筒部に密に連通するブローノズルを有し、
ブローノズルに延伸ロッドを挿通、配設し、
この延伸ロッドは、上端部から所定の高さ位置に至る範囲を、内部に縦方向に延設する排出路を形成した筒部とし、この筒部の下方に筒壁を貫通し排出路に連通する横孔を形成したものとし、
ブローノズルと延伸ロッドで形成される筒状の導入路を介してプリフォーム内に供給される加圧液体により容器を金型のキャビティに沿って賦形する構成とし、
容器が賦形され、加圧液体の供給が停止された状態で、導入路に供給される加圧気体により容器の内部から導入路にかけての部分に残存する液体を加圧して、残存する液体の一部を延伸ロッドの横孔と排出路を介して排出する構成とし、
横孔が位置する高さ位置により、液体を充填した状態で成形された容器におけるヘッドスペースを所定の量に制御する構成とする、云うものである。

上記構成の装置によれば、有底筒状のプリフォームを加圧液体により膨張状に延伸する２軸延伸ブロー成形装置において、
有底円筒状のプリフォームを延伸ロッドと加圧液体により２軸延伸ブローして容器を賦形した状態で、容器の内部から導入路にかけての部分に残存する液体を導入路に供給される加圧気体で加圧することにより、残存する液体の一部を延伸ロッドの横孔と排出路を介して排出することができ、
そしてこの、液体の排出は液面が横孔の位置する高さ位置にまで下降すると自然に停止するので、液体の液面を横孔が位置する高さ位置に容易に、再現良く、また確実に調整することができる。

そして、上記のような作用効果により、成形と同時に内容液が充填された容器におけるヘッドスペースを所定の量に制御することができ、製品に最終的に充填される飲料、化粧品、薬品等の液体を加圧してブローエアの替わりに使用する２軸延伸ブロー成形において従来問題であった、液体が口筒部から周辺外部に散乱し、液体のヘッドスペースを一定量に制御することが難しいと云う問題を解決することができる。

本発明の他の構成は、上記主たる構成において、加圧液体を供給する加圧液体供給部と、加圧気体を供給する加圧気体供給部を配置し、加圧液体供給部と加圧気体供給部を共通の加圧装置で駆動する、と云うものである。

上記構成によれば、特に、液体を排出するのに使用する加圧気体を供給するめに、コンプレッサーやポンプ等の大型の動力源を要する加圧装置を別途設置する必要がなく、また加圧装置はプリフォームを膨張状に延伸するのに使用する加圧液体を供給するために成形機について常設される設備でもあるので、従来の装置の構成を大きく変更することなく、本発明の装置を構成することが可能となる。

本発明のさらに他の構成は、上記主たる構成において、排出した液体を、加圧液体を供給する加圧液体供給部に戻す構成とする、と云うものであり、
最終的には壜体等の製品容器に充填される飲料、化粧品、薬品等の液体をリサイクルして無駄なく使用することができる。

本発明のさらに他の構成は、上記主たる構成において、ブローノズルの先端にプリフォームの口筒部に嵌入する嵌入筒片を配設し、この嵌入筒片の外周壁に先端に向かって縮径する周段部を周設し、周段部と、口筒部の上端面のシール部材を介した当接により、ブローノズルを口筒部に密に連通する構成とする、と云うものである。

上記構成は、ブローノズルを口筒部に密に連通するための、シール方法に係るものであるが、上記構成によりシンプルな構成でシール性を確実に保持することができ、またプリフォームの装着、脱装着についても高速で実施でき、さらにシール部材の交換を含む保守管理も容易に実施することができる。
勿論、上記シール方法に関する構成は一例であり、シール性、生産性等を考慮して適宜のシール方法を採用することができる。

上記課題を解決するための本発明の容器の製造方法は、
上述した本発明の２軸延伸ブロー成形装置を使用した合成樹脂製容器の製造方法であって、次のような（１）〜（６）の工程を順次実施するものである。
（１）有底筒状のプリフォームを、口筒部を除く所定の部位を、延伸効果を発現させることのできる温度に加熱した状態で、口筒部を外部に突出させた状態でブロー成形用の金型に装着する。
（２）延伸ロッドでプリフォームを縦方向に延伸する。
（３）上記縦方向への延伸と共に、加圧液体を、導入路を介して口筒部からプリフォーム内に供給して膨張状に延伸させて、金型のキャビティの形状に沿って容器を賦形する。
（４）容器が賦形され後に加圧液体の供給を停止する。
（５）導入路に加圧気体を供給する。
（６）加圧気体により容器の内部から導入路にかけての部分に残存する液体を加圧し、この液体の液面が延伸ロッドの横孔の高さ位置になるまで、液体の一部を延伸ロッドの横孔と排出路を介して外部に排出する。

本発明の２軸延伸ブロー成形装置は、上記した構成となっており、
有底筒状のプリフォームを延伸ロッドと加圧液体により２軸延伸ブローして容器を賦形した状態で、容器の内部から導入路にかけての部分に残存する液体を、導入路に供給される加圧気体で加圧することにより、残存する液体の一部を延伸ロッドの横孔と排出路を介して排出することができ、
この液体の排出は液面が横孔の位置する高さ位置にまで下降すると自然に停止するので、液体の液面を横孔が位置する高さ位置に容易に、再現良く、また確実に調整することができる。
そして、上記のような作用効果により、成形と同時に内容液が充填された容器におけるヘッドスペースを所定の量に制御することができる。

本発明の装置の全体的な構成の一例を示す概略説明図である。図１の装置の要部を拡大して示す断面図である。図１中のＡ−Ａ線に沿って示す延伸ロッドの平断面図である。図１の装置による成形工程のうち、プリフォームを金型に装着した状態を示す断面図である。図１の装置による成形工程のうち、ブローノズルをプリフォームの口筒部に連通させた状態を示す断面図である。図１の装置による成形工程のうち、延伸ロッドでプリフォームを縦延伸した状態を示す断面図である。図１の装置による成形工程のうち、加圧液体によりプリフォームを膨張状に延伸して容器を賦形した状態を示す断面図である。図１の装置による成形工程のうち、加圧気体で液体の一部を排出する様子を示す断面図である。図８において、液体の一部の排出が終了した状態を示す断面図である。図９の状態から延伸ロッドを上昇させた状態を示す断面図である。従来の装置の一例の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１〜３は本発明の２軸延伸ブロー成形装置の実施形態の一例を示すものであり、図１は装置の全体的な構成の一例を示す概略説明図、図２は図１の装置の要部を拡大して示す断面図、図３は図２中のＡ−Ａ線に沿って示す延伸ロッドの平断面図である。
なお、図１では金型１に装着された状態のプリフォーム３１を二点鎖線で、このプリフォーム３１から成形される壜体状の容器４１を実線で示しており、また図２ではプリフォーム３１を実線で示している。

使用するプリフォーム３１の形状は全体として有底円筒の試験管状で、上端部に口筒部３２を起立設し、この口筒部３２の下端部にはネックリング３３が配設されており、口筒部３２を外部に（図１、２中では上方に）突出させた状態で金型１内に装着されている。

この装置の主要部は金型１、隔壁部材１１、ブローノズル４を有し、付属設備として加圧装置２１、加圧液体供給部２２、加圧気体供給部２３、第２の加圧気体供給部２４を配置している。
主要部についてみると、隔壁部材１１は、金型１の上方に突出したプリフォーム３１の口筒部３２の外周面を、空間Ｓを介して囲繞するように金型１の上方に配設されている。また隔壁部材１１の下端部に周設した支持鍔片１２（図２参照）をプリフォーム３１のネックリング３３に上方から密に当接させて、プリフォーム３１の装着姿勢を保持するようにしている。

ブローノズル４はシール部材７ｂにより密に連結される嵌入筒片５と導入筒部６から構成されている。
嵌入筒片５は全体として筒状で、内部に円柱状の中空部を有し、また外周壁には先端に向かって縮径する周段部５ａが周設されており、円筒状の先端部がプリフォーム３１の口筒部３２に嵌入し、周段部５ａと口筒部３２の上端面のシール部材（Ｏリング）７ａを介した当接により、ブローノズル４と口筒部３２が密に連通状に連結するようにしている。

導入筒部６は全体としては、内部が円柱状の中空部を有する部材で、所定の高さ位置に周壁を横断するように、加圧液体Ｌの供給路Ｆｓ１となる貫通孔６ａ１と、加圧気体Ａの供給路Ｆｓ２となる貫通孔６ａ２が形成されている。

延伸ロッド８はブローノズル４中に同軸心状に挿通、配設されている。
また、この延伸ロッド８は全体としては円柱状であるが、上端部から所定の高さ位置に至る範囲を、内部に縦方向に延設する排出路Ｆｄを形成した筒部９とし、この筒部９の下端部に筒壁を貫通して排出路Ｆｄに連通する横孔９ａが、図３の平断面図に示されるように等中心角度の間隔で４箇所に形成、配設されている。
勿論、この横孔９ａの大きさや配設個数等は液体の粘度等を考慮して適宜決めることができるものである。
そして、ブローノズル４と延伸ロッド８によりブローノズル４内に円筒状の導入路Ｆｉが形成されている。

次に、付属設備についてみると、
加圧装置２１は、従来からブロー成形では必須の設備であり、加圧ポンプやコンプレッサー等の大型の設備である。
この加圧装置２１から、配管Ｐ１を介してブロー成形に使用する加圧液体Ｌを供給する加圧液体供給部２２に、配管Ｐ３を介して加圧気体Ａを供給する加圧気体供給部２３に、さらに配管Ｐ５を介して第２の加圧気体Ａ２を供給する第２の加圧気体供給部２４に加圧流体が供給される。
加圧液体供給部２２、加圧気体供給部２３、および第２の加圧気体供給部２４はプランジャーポンプ状であるが、その動力源は上記した加圧装置２１からの加圧流体を利用するものである。
勿論、装置の全体的なレイアウト、制御のし易さ等を考慮してたとえば加圧気体供給部２３のための加圧装置を別途配設することもできる。
また、加圧液体供給部２２、加圧気体供給部２３、および第２の加圧気体供給部２４には、図示したプランジャー等ポンプ状のものの他にも２部屋を有するピストン内蔵のシリンダー等のものを使用することができる。

そして、加圧液体供給部２２から供給される加圧液体Ｌは配管Ｐ２を介して導入筒部６の供給路Ｆｓ１と縦方向に延設される導入路Ｆｉを経てプリフォーム３１の内部に供給される。
また、加圧気体供給部２３から供給される加圧気体Ａは配管Ｐ４を介し、導入筒部６の供給路Ｆｓ２を経て導入路Ｆｉに供給される。
ここで、加圧気体Ａの供給については、加圧気体供給部２３を使用することなく加圧装置２１から配管Ｐ３を介して直接、供給路Ｆｓ２を経て導入路Ｆｉに供給することもできる。
また、後述するような工程で、延伸ロッド８の排出路Ｆｄを経て排出される液体Ｌを、配管Ｐ７を介して加圧液体供給部２２に戻す構成としている。
勿論、使用目的によっては排出される液体Ｌを加圧液体供給部２２に戻すことなく、別途回収したり、廃棄したりすることもできる。

図１に示す装置では第２の加圧気体Ａ２を供給する第２の加圧気体供給部２４を配設しているが、加圧液体Ｌをプリフォーム３１に供給した際に、その圧力により口筒部３２が拡径変形するような場合には、この第２の加圧気体を、配管Ｐ６を介して隔壁部材１１内に導入し、プリフォーム３１の口筒部３２の外周面を囲繞する空間Ｓを加圧することにより、このような拡径変形を効果的に抑制することができる。

次に、図１〜３に示す装置を使用した、有底筒状のプリフォームを２軸延伸ブロー成形する容器の製造方法について、図４〜１０を参照しながら説明する。
成形は次の（１）〜（７）に記載した工程を順次、実施する。
（１）図４に示すように口筒部３２を除く部分を２軸延伸ブロー成形に適した温度に加熱したプリフォーム３１を、口筒部３２を上方に突出させた状態でブロー成形用の金型１に装着し、型締めする。
（２）図５に示すように、組付け固定した隔壁部材１１とブローノズル４を延伸ロッド８と共に口筒部３１の上方から下降させ嵌合筒片５の先端部を口筒部３２に嵌入する。

次に、
（３）図６に示すように、延伸ロッド８によりプリフォーム３１を縦延伸する。
（４）上記、縦延伸と略同時あるいは少し遅れて、図２の加圧液体供給部２２から導入筒部６の供給路Ｆｓ１を経て、図７に示すように導入路Ｆｉを介してプリフォーム３１内に加圧液体Ｌを供給し、プリフォーム３１を膨張状に延伸し、金型１のキャビティ２に沿って容器４１を賦形する。

次に、
（５）上記のように容器４１が賦形され後に、加圧液体Ｌの供給を停止し、その後、図２の加圧気体供給部２３から導入筒部６の供給路Ｆｓ２を経て、図８に示すように導入路Ｆｉの上方から加圧気体Ａを供給し、この加圧気体Ａの圧力により、容器４１の内部から導入路Ｆｉにかけての部分に残存する液体Ｌを加圧し、この残存する液体Ｌの一部を、延伸ロッド８の横孔９ａと排出路Ｆｄを介して外部に排出する。
ここで、図８に示した例では、延伸ロッド８が図７に示したように下限まで下降した状態で、図８中、一点鎖線で示す口筒部３２のネックリング３３の下面に相当する高さ位置に来るよう、延伸ロッド８において横孔９ａを形成する高さ位置を決めている。
また、図１に装置では延伸ロッド８の排出路Ｆｄを経て排出される液体Ｌを、配管Ｐ７を介して加圧液体供給部２２に戻す構成としている。
（６）加圧気体Ａによる加圧を続けると、液体Ｌの排出は図９に示すように液体Ｌの液面Ｌｓが横孔９ａの位置する相当する高さ位置になるまで続き、液面Ｌｓがこの高さ位置まで下降すると液体の排出は自然に停止する。
そこで、加圧気体Ａの供給を停止する。

次に、
（７）図１０に示されるように、延伸ロッド８を容器４１内から引き上げると共に、組付け固定した隔壁部材１１とブローノズル４を口筒部３１の上方に上昇させ、さらに金型１を型開きして液体Ｌが充填した容器４１を取り出し、口筒部３２をキャップ（図示省略）でシールし製品とする。
ここで、延伸ロッド８を引き上げた分、液面Ｌｓは下降し、予め設定した所定のヘッドスペースＨｓにすることができる。

以上、本発明の２軸延伸ブロー成形装置およびこの装置を使用した容器の製造方法の実施形態の例について説明したが、勿論、本発明は上記した実施形態の例に限定されるものではない。

以上説明したように、本発明の、加圧液体を使用する２軸延伸ブロー成形装置は、容器の賦形と同時に飲料、化粧品、薬品等の最終的に製品に充填される液体のヘッドスペースを所定の量に容易に、再現良く、また確実に調整することができるものであり、２軸延伸ブロー成形の分野での幅広い利用展開が期待される。

１；金型
２；キャビティ
４；ブローノズル
５；嵌入筒片
５ａ；周段部
６；導入筒部
６ａ１、６ａ２；貫通孔
７ａ、７ｂ；シール部材
８；延伸ロッド
９；筒部
９ａ；横孔
１１；隔壁部材
１２；支持鍔片
２１；加圧装置
２２；加圧液体供給部
２３；加圧気体供給部
２４；第２の加圧気体供給部
Ａ；（加圧）気体
Ａ２；第２の（加圧）気体
Ｆｉ；導入路
Ｆｓ１、Ｆｓ２；供給路
Ｆｄ；排出路
Ｈｄ；ヘッドスペース
Ｌ；（加圧）液体
Ｌｓ：液面
Ｐ１〜Ｐ７；配管
Ｓ；空間
３１；プリフォーム
３２；口筒部
３３；ネックリング
４１；壜体
１０１；金型
１０３；ネック支持鍔部
１０４；組付け凹部
１０５；ブローノズル
１１０；ガイド筒部
１１１；挿通孔
１１６；延伸ロッド

Claims

上端に口筒部(32)を起立設した有底筒状のプリフォーム(31)を加圧液体により膨張状に延伸する２軸延伸ブロー成形装置であって、ブロー成形用の金型(1)と、前記プリフォーム(31)を金型(1)に装着した状態で前記口筒部(32)に密に連通するブローノズル(4)を有し、前記ブローノズル(4)に延伸ロッド(8)を挿通、配設し、該延伸ロッド(8)は、上端部から所定の高さ位置に至る範囲を、内部に縦方向に延設する排出路(Fd)を形成した筒部(9)とし、該筒部(9)の下方に筒壁を貫通し前記排出路(Fd)に連通する横孔(9a)を形成したものとし、前記ブローノズル(4)と延伸ロッド(8)で形成される筒状の導入路(Fi)を介してプリフォーム(31)内に供給される加圧液体(L)により容器(41)を金型(1)のキャビティに沿って賦形する構成とし、容器(41)が賦形され、前記加圧液体(L)の供給が停止された状態で、導入路(Fi)に供給される加圧気体(A)により前記容器(41)の内部から導入路(Fi)にかけての部分に残存する液体(L)を加圧して、該残存する前記液体(L)の一部を延伸ロッド(8)の横孔(9a)と排出路(Fd)を介して排出する構成とし、前記横孔(9a)が位置する高さ位置により、液体(L)を充填した状態で成形された容器(41)におけるヘッドスペース(Hs)を所定の量に制御する構成とした２軸延伸ブロー成形装置。
加圧液体(L)を供給する加圧液体供給部(22)と、加圧気体(A)を供給する加圧気体供給部(23)を配置し、前記加圧液体供給部(22)と加圧気体供給部(23)を共通の加圧装置(21)で駆動する構成とした請求項１記載の２軸延伸ブロー成形装置。
排出した液体(L)を加圧液体(L)を供給する加圧液体供給部(22)に戻す構成とした請求項１または２記載の２軸延伸ブロー成形装置。
ブローノズル(4)の先端にプリフォーム(31)の口筒部(32)に嵌入する嵌入筒片(5)を配設し、該嵌入筒片(5)の外周壁に先端に向かって縮径する周段部(5a)を周設し、該周段部(5a)と口筒部(32)の上端面のシール部材(7a)を介した当接により、前記ブローノズル(4)を口筒部(32)に密に連通する構成とした請求項１、２または３記載の２軸延伸ブロー成形装置。
請求項１、２、３または４記載の２軸延伸ブロー成形装置を使用した合成樹脂製容器の製造方法であって、有底筒状のプリフォーム(31)を、口筒部(32)を除く所定の部位を、延伸効果を発現させることのできる温度に加熱した状態で、前記口筒部(32)を外部に突出させた状態でブロー成形用の金型(1)に装着し、延伸ロッド(8)で前記プリフォーム(31)を縦方向に延伸すると共に、加圧液体(L)を、導入路(Fi)を介して前記口筒部(32)からプリフォーム(31)内に供給して膨張状に延伸させて、金型(1)のキャビティ(2)の形状に沿って容器を賦形し、前記容器(41)が賦形され後、加圧液体(L)の供給を停止し、導入路(Fi)に加圧気体(A)を供給し、該加圧気体(A)により前記容器(41)の内部から導入路(Fi)にかけての部分に残存する液体(L)を加圧して、該液体(L)の液面が前記延伸ロッド(8)の横孔(9a)の高さ位置になるまで、該延伸ロッド(8)の横孔(9a)と排出路(Fd)を介して外部に排出することを特徴とする、合成樹脂製容器の製造方法。