JP5765657B2

JP5765657B2 - ブロー成形装置

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Publication number: JP5765657B2
Application number: JP2012019016A
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: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP2013154617A

Description

本発明は、加圧流体として液体を使用する合成樹脂製プリフォームのブロー成形装置に関するものである。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製のブロー成形壜体（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、膨張状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５（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１０４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１０４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１０８により軸方向に延伸すると共に、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、液体として、飲料、化粧品、薬品等の最終的に製品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

特許文献２に記載される、加圧流体として液体を使用するブロー成形では、プリフォームの口筒部を除く部分を延伸状のブロー成形に適した温度に予備加熱し、加圧した液体をプリフォーム内に供給し、膨張状に延伸して容器を賦形するが、液体の場合には気体に比較してプリフォームとの熱伝導が大きく、この液体の温度によってプリフォームの温度が大きく変化するため、プリフォーム内に供給する液体の温度を高い精度で制御する必要がある。
ここで、供給する液体の温度にばらつきがあると、この液体の温度によって延伸されるプリフォームの温度が変化して延伸性が変化するため、容器の強度や耐熱性等の性能にばらつきが生じる、十分な賦形性が得られない等の問題が発生する場合がある。

図６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ブロー成形する、従来のブロー成形装置の概略説明図である。
この装置の主部Ａは金型１とブローノズル１０４を有し、主要部Ａに隣接して加圧流体を供給するための付属設備として加圧液体供給部１２２と液体循環装部１２３を配置している。

加圧液体供給部１２２はプランジャーポンプ状で、加圧ポンプやコンプレッサー等の加圧装置１２１から配管Ｐ１を介して供給される加圧流体Ｆｐを動力源として作動し、加圧した液体Ｌを配管Ｐ２、電磁バルブＶ１０１を介してブローノズル１０４を経て、ブローノズル１０４の先端部に密に外嵌するプリフォーム３１の内部に供給し、プリフォーム３１を金型１のキャビティ形状に沿って膨張状に延伸し、容器４１を賦形する。

液体循環装置１２３は、配管Ｒ１０２と配管Ｒ１０３を介して液体Lを循環しながら、また配管Ｒ１０１から液体Ｌを新たに補給しながら、所定の温度に調整した液体Ｌを加圧液体供給部１２２に供給するが、
加圧した液体Ｌは上記したように配管Ｐ２、ブローノズル１０４を経てプリフォー３１の内部に供給されるため、その温度が、装置が配置されている現場の室温や成形ショット数等の多くの要因により変化してしまう。
また、ブロー成形は、（１）プリフォーム３１を金型１にセットする工程、（２）ブローノズル１０４をプリフォーム３１の口筒部３２に嵌合する工程、（３）加圧した液体Ｌを、ブローノズル１０４を経てプリフォー３１の内部に供給し容器４１を賦形する工程、（４）ブローノズル１０４をプリフォー３１の口筒部３２から脱嵌合する工程、（５）金型１を型開きして容器４１を取り出す工程、と云うように多く工程有するが、
この中、液体Ｌは（３）の工程で初めてブローノズル内に導入され、直ぐにプリフォーム３１あるいは容器４１内に排出されることも相俟って、プリフォーム３１の内部に供給される液体Ｌの温度を一定に保持することは現実の生産上、難しい技術的事項であった。

そこで、本発明は加圧流体として液体を使用するブロー成形装置において、プリフォームを膨張状に延伸するためにプリフォーム内に供給する液体の温度を、高精度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主たる構成は、
ブロー成形用の金型と、有底筒状のプリフォームを金型に装着した状態でプリフォームの口筒部に密に嵌合するブローノズルを有し、また加圧液体供給部を配設し、この加圧液体供給部から加圧した液体を、ブローノズルを介してプリフォーム内に供給し、金型のキャビティに沿って膨張状に容器を賦形するブロー成形装置において、
ブローノズル内の液体の供給路の下流側端部にこの供給路の開閉が可能にバルブ機構を配設し、
このバルブ機構の閉状態で供給路と加圧液体供給部で液体の循環が可能に、また開状態で供給路を経てプリフォーム内に加圧した液体の供給が可能に構成する、と云うものである。

上記構成の装置によれば、プリフォームを金型へセットする工程から成形した容器を金型から取り外す工程に至るブロー成形の全工程のうち、
加圧した液体を、供給路を経てプリフォーの内部に供給し容器を賦形する工程を除いた他の工程で、加圧流体として使用する液体を常時、あるいは必要に応じて供給路と加圧液体供給部との間で循環させて所定の温度に調整することができ、
容器を賦形するためにプリフォーム内に供給する液体の温度を高い精度で制御することでき、容器の賦形を一定の温度条件で安定して達成することができ、前述した容器の強度や耐熱性等の性能にばらつきが生じる、十分な賦形性が得られない等の問題を、生産性を損なうことなく効果的に解決することができる。

ここで、バルブ機構を、ブローノズル内に形成されるプリフォーム内に連通する供給路の下流側端部に配設することにより、この供給路に滞留する液体の大部分を循環して温度を調整することができ、液体の温度を所定の温度に高い精度で保持することができる。

本発明の他の構成は、上記主たる構成において、加圧液体供給部に所定の温度に調整して液体を供給する液体循環部を配設し、
供給路は、ブローノズルの、供給路の上流側端部に配設される導入路を介して加圧液体供給部と開閉可能に連通し、下流側端部でバルブ機構の上流側位置に配設される排出路を介して開閉可能に液体循環部に連通するものとし、
バルブ機構の閉状態で、液体循環部を介して供給路と加圧液体供給部の間で液体の循環が可能に構成する、と云うものであり、
供給路と加圧液体供給部の間で液体を循環するための構成に関するものである。

本発明のさらに他の構成は、上記主たる構成において、
ローノズルに、このブローノズルの軸方向に移動可能に棒状のシールピンを挿通、配設し、このシールピンの先端部の、ブローノズルの内周面に配設したシール段部への当接により供給路を閉状態とすることが可能に構成し、
このシールピンの先端部のシール段部への当接と脱当接によりバルブ機構を構成する、と云うものである。

上記構成は、ブローノズル内の供給路の開閉をするバルブ機構に関するものであり、ブローノズルの軸方向に移動可能に挿通、配設した棒状のシールピンの移動動作により、供給路を容易に開閉することができる。

本発明のさらに他の構成は、上記構成において、筒棒状の軸体に液密状に摺動可能にロッドを挿通してシールピンとする、と云うものである。

棒筒状の軸体に液密状に摺動可能に挿通するロッドは、軸体の移動動作とは別のモードで移動動作させることができ、このロッドはブロー成形に加圧流体として使用した液体を、賦形と同時に製品として充填した容器におけるヘッドスペースを、所定の量に制御するための部材として利用することができる。
また、プリフォームを縦延伸するための延伸ロッドとしても利用できる。

本発明のブロー成形装置は、上記した構成となっており、
本発明の主たる構成を有する装置によれば、プリフォームを金型へセットする工程から成形した容器を金型からの取り外す工程に至るブロー成形の全工程のうち、加圧した液体を、供給路を経てプリフォームの内部に供給し容器を賦形する工程を除いた他の工程で、加圧流体として使用する液体を常時、あるいは必要に応じて供給路と加圧液体供給部との間で循環させて所定の温度に調整することができ、
容器を賦形するためにプリフォーム内に供給する液体の温度を高い精度で制御することでき、容器の賦形を一定の温度条件で安定して達成することができ、容器の強度や耐熱性等の性能にばらつきが生じる、十分な賦形性が得られない等の問題を、生産性を損なうことなく効果的に解決することができる。

本発明のブロー成形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の装置の主部の下半部を拡大した断面図である。図１の装置による成形工程のうち、加圧した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、図３の状態からロッドを脱挿入した状態を示す断面図である。従来のブローエアによるブロー成形装置の一例の要部を示す断面図である。加圧液体によるブロー成形装置の従来例を示す概略説明図である。

以下、本発明の実施形態を実施例に沿って図面を参照しながら説明する。
１〜４は本発明のブロー成形装置の一実施例、さらにはこの装置を使用したブロー成形方法を説明するためのものである。
まず、図１と図２を参照しながら装置の全体的な構成を説明するが、図１は本発明のブロー成形装置の全体的な構成の一例を示す概略説明図であり、図２は図１中、縦断面で示される装置の主部の下半部を拡大した断面図で、主部の細かい構成部位については図２を参照する。

図１は、金型１にプリフォーム３１を装着し、ブローノズル４の先端をこのプリフォーム３１の口筒部３２に嵌入した状態を示している。
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、液体循環部２３を配置している。
隔壁部材１１は、図２に示されるように金型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には必要に応じて空間Ｓに加圧気体を供給するための通気孔１３が配設されている。
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は全体として筒状で、シール部材７ｂにより密に連結される嵌入筒片５と供給筒部６から構成されている。
嵌入筒片５は、内部に円柱状の中空部を有し、図２に示されるように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。

供給筒部６は全体として内部が円柱状の中空部を有する部材で、図１に示されるように、上端部に周壁を貫通して液体Ｌの導入路６ａが配設されており、下端部近傍には同じく周壁を貫通して液体Ｌの排出路６ｂが配設されている。
また、この排出路６ｂのさらに下方、供給筒部６の下端部の内周面には下方に向かって縮径状に傾斜したシール段部６ｓが周設されている。
また、このシール段部６ｓの下には供給筒部６の外部と内部を連通するための通気孔６ｃが配設されている。

また、上記のように嵌入筒片５と供給筒部６から構成されるブローノズル４の中には、軸方向（図１中では上下方向）に細長い棒状のシールピン９が挿通、配設されている。
ここで、シールピン９は、細長い円筒棒状の軸体９ａに液密状に摺動可能に細長い円柱状のロッド８を挿通したものであり、軸体９ａの先端部には、短円筒状のシール筒片９ｔが同軸心状に嵌合組み付けされている。そして、このシール筒片９ｔの下端面の外周縁部は角取りしてテーパー縁部９ｔａとなっている。

また、ブローノズル４とこのシールピン９によりブローノズル４内に、このブローノズル４の軸方向に沿って、プリフォーム３１内に連通する円筒状の供給路Ｆｓが形成され、
シールピン９を下降変位させることにより図１、２に示されるようにシール筒片９ｔのテーパー縁部９ｔａが供給筒部６の下端部の内周面に周設されるシール段部６ｓに当接して供給路Ｆｓのプリフォーム内部への連通を閉状態とすることができ、またシールピン９を図３に示されるように上昇変位させることにより開状態とすることができ、このテーパー縁部９ｔａのシール段部６ｓへの当接と、脱当接によりバルブ機構Ｖｍが構成される。
ここで、前述した導入路６ａは供給路Ｆｓの上流側端部に位置し、排出路６ｂは供給路Ｆｓの下流側端部で上記シール段部６ｓの上流側直近に位置する。

また、ロッド８は後述するようにブロー成形に加圧流体として使用した液体Ｌを賦形と同時に製品として充填した容器におけるヘッドスペースを所定の量に制御する機能を発揮させるためのものである。
また、ロッド８を、プリフォーム３１を縦延伸するための延伸ロッドとして利用することもできる。

次に、付属設備についてみると、
加圧装置２１、加圧液体供給部２２、液体循環部２３が配設されているが、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り、この加圧装置２１から配管Ｐ１を介して供給される加圧流体Ｆｐが、加圧した液体Ｌを供給するプランジャーポンプ状の加圧液体供給部２２の動力源となる。
勿論、加圧液体供給部２２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。

また、液体循環部２３は、液体Ｌを配管Ｒ１から新たに補給しながら所定の温度に調整して配管Ｒ２により加圧液体供給部２２に供給すると共に、液体Ｌを、所定の温度に調整しながら加圧液体供給部２２とブローノズル４内の供給路Ｆｓとの間を循環させる機能を有する。
すなわち、液体Ｌを必要に応じて、供給路Ｆｓ→排出路６ｂ→配管Ｒ３→液体循環部２３→配管Ｒ２→加圧液体供給部２２→配管Ｐ２→導入路６ａ→供給路Ｆｓと云うように構成される循環路ＣＲを循環させることができる。

そして、循環路ＣＲには、ブロー成形の工程に沿って、必要に応じて流路を開閉するバルブが多数配設されているが、図１中には４つの電磁式のバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を示している。

次に、図１〜４を参照しながら、上記説明したブロー成形装置を使用した合成樹脂製容器の製造方法、すなわちブロー成形方法について説明する。
ブロー成形は次の（１）〜（６）に記載した工程を順次、実施する。
（１）まず、口筒部３２を除く部分を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）次に、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の上方から下降させ、嵌合筒片５の先端部を口筒部３２に嵌入し図１、２に示す状態とする。
ここで、シールピン９の先端部を構成するシール筒片９ｔのテーパー縁部９ｔａは供給筒部６のシール段部６ｓに当接させてバルブ機構Ｖｍを閉状態とし、さらにロッド８を下降変位させてその先端部を所定の長さ分、プリフォーム３１内に挿入した状態としている。
また、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３はいずれも開状態とし、液体Ｌは、液体循環部２３で温度調整されながら前述した循環路ＣＲを循環している。

（３）次に、図１の状態から図３に示されるようにシールピン９を構成する軸体９ａに伴ってシール筒片９ｔを上昇変位させてバルブ機構Ｖｍを開状態とし、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を閉状態として、循環路ＣＲに沿った液体Ｌの循環を停止し、
加圧液体供給部２２の加圧機能を作動させて加圧した液体Ｌを供給路Ｆｓから口筒部３２を経てプリフォーム３１の内部に供給し、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。
この工程で、液体Ｌの圧力により口筒部３２が拡径変形するような場合には、配管Ｐ３を介して隔壁部材１１に配設した通気孔１３から加圧気体を隔壁部材１１内に導入し、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。

（４）次に、上記のように容器４１が賦形され後に、図４に示されるように軸体９ａを下降変位させてバルブ機構Ｖｍを閉状態とし、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を開状態として、液体Ｌを再び循環路ＣＲに沿って循環させる。
（５）（４）の工程と同時に、あるいは少し送れて、図４に示されるようにロッド８の先端部を容器４１内から脱挿入する。
ここで、ロッド８の先端部の脱挿入に伴って、バブル機構Ｖｍより下方の供給路Ｆｓに残存する液体Ｌは全て容器４１内に流入し、さらに容器４１内で液面Ｌｓが下降し、図４に示されるように予め設定した所定のヘッドスペースＨｓに調整することができる。
また、ロッド８の先端部の脱挿入動作の際に、容器４１内が減圧状態になり容器４１が減容状に変形する場合には、ブローノズル４の供給筒部６に配設した吸気孔６ｃをバルブＶ４により開状態とすることにより、容器４１内の減圧状態を緩和することができ、上記のような容器４１の変形を効果的に防ぐことができる。

（６）そして、図示は省略しているが、ブローノズル４と容器４１の口筒部３１を脱嵌合し、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をキャップでシールし製品とする

ここで、上記説明したブロー装置、あるいはこの装置を使用した成形方法では、加圧した液体Ｌでプリフォーム３１を膨張状に延伸して容器４１を賦形、成形する例を説明したが、
ロッド８を、プリフォーム３１を縦延伸するための延伸ロッドとして利用し、このロッド８による縦延伸と加圧した液体Ｌによる膨張状の延伸を合わせた、所謂、２軸延伸ブロー成形を実施することもできる。

以上、実施例に沿って本発明のブロー成形装置の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上記した実施例に限定されるものではない。
たとえば、上記実施例ではテーパー縁部９ｔａのシール段部６ｓへの当接と、脱当接によりバルブ機構Ｖｍを構成した例を説明したが、シール性や、開閉に係る操作性等を考慮して、さまざまな態様のバルブ機構を採用することができる。
また、上記実施例ではロッド８を利用して容器４１における充填液体のヘッドスペースＨｓの調整する構成としたが、使用目的に応じてロッド８のない構成とすることもできる。

以上説明したように、本発明の加圧液体を使用するブロー成形装置は、プリフォーム内に供給する液体の温度を、生産性を損なうことなく高い精度で制御することできるものであり、成形される容器の品質の向上、また生産性の向上の観点から加圧液体を使用する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；供給筒部
６ａ；導入路
６ｂ；排出路
６ｃ；通気孔
６ｓ；シール段部
７ａ、７ｂ；シール部材
８；ロッド
９；シールピン
９ａ；軸体
９ｔ；シール筒片
９ｔａ；テーパー縁部
１１；隔壁部材
１２；支持鍔片
１３；通気孔
２１；加圧装置
２２；加圧液体供給部
２３；液体循環部
ＣＲ；循環路
Ｆｓ；供給路
Ｈｓ；ヘッドスペース
Ｌ；液体
Ｌｓ：液面
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３；配管
Ｒ１、Ｒ２；配管
Ｓ；空間
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４；バルブ
Ｖｍ；バルブ機構
３１；プリフォーム
３２；口筒部
３３；ネックリング
４１；容器
１０１；金型
１０３；ネック支持鍔部
１０４；ブローノズル
１０８；ロッド
１１０；ガイド筒部
１１１；挿通孔
Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３；配管
Ｖ１０１；バルブ

Claims

ブロー成形用の金型(1)と、有底筒状のプリフォーム(31)を金型(1)に装着した状態で該プリフォーム(31)の口筒部(32)に密に嵌合するブローノズル(4)を有し、また加圧液体供給部(22)を配設し、該加圧液体供給部(22)から加圧した液体(L)を、前記ブローノズル(4)を介してプリフォーム(31)内に供給し、金型(1)のキャビティに沿って膨張状に容器(41)を賦形するブロー成形装置であって、
前記ブローノズル(4)内の液体(L)の供給路(Fs)の下流側端部に該供給路(Fs)の開閉が可能にバルブ機構(Vm)を配設し、前記バルブ機構(Vm)の閉状態で供給路(Fs)と加圧液体供給部(22)で液体(L)の循環が可能に、また開状態で供給路(Fs)を経てプリフォーム(31)内に加圧した液体(L)の供給が可能に構成したブロー成形装置。
加圧液体供給部(22)に所定の温度に調整して液体(L)を供給する液体循環部(23)を配設し、供給路(Fs)は、ブローノズル(4)の該供給路(Fs)の上流側端部に配設される導入路(6a)を介して加圧液体供給部(22)と開閉可能に連通し、下流側端部でバルブ機構(Vm)の上流側位置に配設される排出路(6b)を介して開閉可能に液体循環部(23)に連通するものとし、前記バルブ機構(Vm)の閉状態で、前記液体循環部(23)を介して、供給路(Fs)と加圧液体供給部(22)の間で液体(L)の循環が可能に構成した請求項１記載のブロー成形装置。
ブローノズル(4)に、該ブローノズル(4)の軸方向に移動可能に棒状のシールピン(9)を挿通、配設し、該シールピン(9)の先端部の、ブローノズル(4)の内周面に配設したシール段部(6s)への当接により供給路(Fs)を閉状態とすることが可能に構成し、該シールピン(9)の先端部のシール段部(6s)への当接と脱当接によりバルブ機構(Vm)を構成した請求項１または２記載のブロー成形装置。
筒棒状の軸体(9a)に液密状に摺動可能にロッド(8) を挿通してシールピン(9)とした請求項３記載のブロー成形装置。