JP5829566B2 - ブロー成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、加圧媒体として液体を使用する合成樹脂製壜体のブロー成形装置に関するものである。

合成樹脂製ブロー成形壜体、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有することから、壜体容器として多方面で多量に使用されている。
この種の容器は、試験管状の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、延伸ロッドによる軸方向への縦延伸と、プリフォームの口筒部に密に嵌着したブローノズルからプリフォーム内に吹き込まれるブローエアによる膨張状の延伸により成形されるのが一般的である。

一方、特許文献１にはブローノズルから圧力媒体としてエアの替わりに液体を供給してプリフォームをブロー成形する、プラスチック壜体の成形方法に係る発明が記載されている。そして、このようなブロー成形法によれば圧力媒体に使用する液体に、製品として壜体に充填する水、お茶、清涼飲料水を使用することにより、液体製品の充填工程を省略することができ、生産ラインを簡略化できる。

特開２０００−４３１２９号公報

加圧媒体として液体を使用するブロー成形では、たとえばペットボトルを成形する場合はＰＥＴ樹脂製の試験管状の有底筒状の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である１００〜１２０℃程度の温度に予備加熱し、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、膨張状に延伸して壜体を賦形する。
ここで、液体の場合には気体に比較して熱容量、そしてプリフォームとの熱伝導が大きく、この供給する液体の温度によってはプリフォームの周壁における温度が部分的に低下し、延伸斑が発生し、成形される壜体の周壁では、延伸倍率および肉厚分布が不均一になり、また残留歪みが発生するため、壜体の剛性、座屈強度、耐熱性が低下する、成形後に壜体が変形する等の問題が発生する場合がある。また極端な場合には、ブロー成形時に穴あき等が生じ、目的とする大きさまで成形できない場合もある。

そこで、本発明は装置の構成を大きく変更することなく、上記した加圧媒体として液体を使用するブロー成形における延伸斑の発生を効果的に抑制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の口筒部に密に連通するブローノズルを有し、このブローノズルを介してプリフォーム内に圧力媒体となる液体を供給するブロー成形装置において、
ブローノズルは下端部に口筒部に挿入する嵌入筒片を延設したものであり、
嵌入筒片の延設長さを、ブローノズルを口筒部に連通した状態でこの嵌入筒片の下端が口筒部の下端に周設されるネックリングよりも下方に延出するとともに壜体の肩部に賦形される領域にまで達する長さとする、と云うものである。

本願の発明者らは、延伸斑の発生する原因とその解決方法を検討するなかで、延伸斑の主たる原因は、ブローノズルを介してプリフォーム内に噴出状に供給される圧力媒体である液体が、連続的に、また大量にネックリングの直下近傍に位置する周壁に衝突し、当該周壁領域が延伸のために予備加熱された温度から急激に冷却されることにあることを見出し、上記構成、特にブローノズルの構成を見出すに到った。

すなわち上記構成によれば、
嵌入筒片の延設長さを、ブローノズルを口筒部に連通した状態で下端が口筒部の下端に周設されるネックリングよりも下方に延出する長さとすることにより、嵌入筒片を長くすることによるブローノズルからプリフォーム内部への液体の流動吐出様式を真直ぐ下向きにして横方向に広がり難くする作用効果も相俟って、
供給される液体のネックリングの直下近傍の周壁への衝突を抑制することができ、当該周壁領域での温度の急激な低下を抑制、緩和することが可能となる。

ここで、ネックリングの直下近傍の領域はブロー成形により壜体の肩部に賦形される領域であるが、当該領域が予熱温度から急激に冷却されてしまうと延伸性が低下し、壜体を賦形する際、壜体の肩部に賦形される領域での延伸に伴う減肉が進行せず、当該領域からの、壜体の胴部から底部に賦形される領域への、所謂、肉廻りが進行せず、その結果、壜体の胴部から底部にかけての周壁の肉厚が所定の肉厚にならず、すなわち薄肉化してしまい、必要な剛性や座屈強度が得られなくなってしまうが、
上記構成により、ネックリングの直下近傍での急激な温度の低下を抑制することができるので、壜体の肩部に賦形される領域からの、壜体の胴部から底部に賦形される領域への肉廻りの低下を抑制することができ、胴部から底部にかけての領域での周壁の肉厚を想定の範囲に収めることが可能となる。

また、上記のように胴部から底部にかけての領域での周壁の肉厚を想定の範囲に収めることができるので、必要とされる剛性や座屈強度を得るためにプリフォームをさらに肉厚にする必要がなく、壜体のさらなる軽量化も可能となる。
また、プリフォームの口筒部には液体が直接接触しない構成とすることもでき、加圧した液体の圧力による口筒部の変形も抑制することができる。
なお、下端が口筒部の下端に周設されるネックリングよりも下方に延出する範疇で、嵌入筒片の延設長さをどの程度の長さにするかは、肩部領域からの、胴部から底部にかけての肉廻りの程度や、生産性を含めたブロー成形条件等を考慮して適宜決めることができるものである。

本発明の他の構成は、上記主たる構成において、
ブローノズルの外周壁に下方に向かって縮径する周段部を周設し、この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。

本発明のさらに他の構成は、上記主たる構成において、縦延伸用の延伸ロッドをブローノズルに挿通、配設する、と云うものである。

本発明のブロー成形装置は上記した構成となっており、
嵌入筒片の延設長さを、その下端がプリフォームの口筒部の下端に周設されるネックリングよりも下方に延出する長さとすることにより、プリフォーム内に供給される液体がネックリングの直下近傍の周壁へ衝突することを抑制することができ、当該周壁領域での温度の急激な低下を抑制、緩和することができ、
壜体の肩部に賦形される領域からの、壜体の胴部から底部に賦形される領域への肉廻りの低下を抑制することができ、胴部から底部にかけての領域での周壁の肉厚を想定の範囲に収め、想定した重量で、必要とされる剛性や座屈強度を有する壜体を提供することができる。

本発明の装置の一実施例を示す要部の断面図である。 比較となる装置の要部を示す断面図である。

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。
図１は本発明のブロー成形装置の一実施例の要部を示す断面図であり、ブロー成形用の金型１にプリフォーム３１を装着した状態を示している。
このプリフォーム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の下端部の外周面にはネックリング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、延伸ロッド８、固定ブロック１５を有し、
付属設備としてブロー成形の圧力媒体として使用される加圧した液体Ｌを供給する加圧液体供給装置２１を配置している。この加圧液体供給装置２１は、例えば、プランジャーポンプ状の、あるいは二部屋を有するピストン内蔵のシリンダーを有する加圧装置と、この加圧装置の動力源となるコンプレッサーから構成される。

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。また、後述する加圧気体の導入路Ｆａが配設されている。

ブローノズル４は加圧液体供給装置２１から供給される加圧媒体となる液体Ｌをプリフォーム３１の内部に供給するための供給路Ｆｓを構成する部材で、本実施例のブローノズル４は、上部が上方に向かって拡径するテーパー筒状で、下端部に円筒状の嵌入筒片５が延設されている。
また外周面には下方に向かって縮径する周段部６が周設されており、嵌入筒片５がプリフォーム３１の口筒部３２に緩く嵌入し、周段部６と口筒部３２の上端面とのシール部材（Ｏリング）７ａを介した当接により、プリフォーム３１の口筒部３２に密に連設されている。
なお、嵌入筒片５は、前記口筒部３２との間に隙間を設けた状態で挿入されていてもよい。

そして、ブローノズル４を上記のようにプリフォーム３１の口筒部３２に密に連設した状態で、嵌入筒片５の下端５ａは口筒部３２の下端に周設されるネックリング３３よりも下方に延出している。
すなわち、嵌入筒片５の延設長さを、ブローノズル４を口筒部３２に連通した状態で下端がネックリング３３よりも下方に延出する長さとしている。

また、固定ブロック１５はブローノズル４を隔壁部材１１に組付け固定するための部材であり、この固定ブロック１５とブローノズル４の間にはシール部材７ｂが配設されている。
また、延伸ロッド８はブローノズル４の供給路Ｆｓ中に同軸心状に挿通、配設される。この延伸ロッド８を、その先端部をプリフォーム３１の底部（図示省略）の内周面に当接させた状態で、アクチュエーター（図示省略）で下方に移動させることにより、プリフォームを縦延伸することができる。
なお、ブロー成形の条件によっては、延伸ロッド８を使用しない構成とすることもできる。

ここで、図２は図１に示す実施例の装置に対する比較例となる装置の要部を示す断面図である。
この比較例の装置は、他の部分の構成は図１の実施例の装置と同様にして、ブローノズル４の嵌入筒片５の延設長さを、下端５ａが口筒部３２の上端部に位置するように短くしたものである。

次に、図１および図２に示すブロー成形装置を使用した２軸延伸ブロー成形による壜体の成形方法の概略について説明する。
成形工程は次の（１）〜（４）のようである。
（１）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）組付け固定した隔壁部材１１とブローノズル４と固定ブロック１５を口筒部３２の上方から下降させて、ブローノズル４の嵌入筒片５を口筒部３２に挿入する。この際、隔壁部材１１の支持鍔片１２がプリフォーム３１のネックリング３３に当接し、またブローノズル４の周段部６がシール部材７ａを介して口筒部３２の上端面に当接し、プリフォーム３１の装着姿勢が固定される。また、延伸ロッド８をブローノズル４に挿通して、同軸心状に配設する。
（３）延伸ロッド８によりプリフォーム３１を縦延伸する。
（４）上記縦延伸後、あるいは縦延伸と略同時に加圧液体供給装置２１から加圧した液体Ｌを、配管Ｐ１、ブローノズル４を介してプリフォーム３１の内部に供給し、プリフォーム３１を膨張状に延伸し、図１中、二点鎖線で示したように、金型１のキャビティ２に沿って壜体４１を賦形する。
（５）壜体４１の賦形の終了後、加圧した液体Ｌの供給を停止し、組付け固定した隔壁部材１１とブローノズル４と固定ブロック１５を口筒部３２の上方に移動させると共に延伸ロッド８を引き抜く。
（６）そして、金型を型開きし、壜体４１を離型し、液体Ｌが充填された壜体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、上記した（４）の工程の、ブローノズル４を介してプリフォーム３１の内部に液体Ｌを供給する過程についてみると、図２に示す比較例の装置では嵌入筒片５の延設長さが短く、その下端５ａが口筒部３２の上端部に位置しているため、ブローノズル４の供給路Ｆｓから、嵌入筒片５と延伸ロッド８で形成される円筒状の流路を経て口筒部３２内に吐出する液体Ｌは、図２中、矢印付き二点鎖線で示したように、ネックリング３３の直下近傍の周壁に衝突しながら、プリフォーム３１内に充填されるため、ネックリング３３の直下近傍の周壁では温度が急激に低下する。このとき、プリフォーム３１の内周面に沿って、液体Ｌが充填されやすい。

そして、このネックリング３３の直下近傍の領域は、壜体４１の肩部４３に賦形される領域であり。このため壜体４１を賦形する際、壜体４１の肩部４３に賦形される領域での延伸に伴う減肉が進行せず、当該領域から壜体４１の胴部４４から底部（図示省略）に賦形される領域への肉廻りが進行せず、その結果、壜体４１の胴部４４から底部にかけての周壁の肉厚が所定の肉厚にならず、すなわち薄肉化してしまい、必要な剛性や座屈強度が得られなくなってしまう。

一方、図１に示した実施例の装置では、嵌入筒片５の延設長さを長くすることにより、その下端５ａがネックリング３３の下方に位置しているため、ブローノズル４の供給路Ｆｓから、嵌入筒片５と延伸ロッド８で形成される円筒状の流路を経て口筒部３２内に吐出する液体Ｌは、
嵌入筒片５を長くすることによる液体Ｌの流動吐出様式を真直ぐ下向きにして横方向に広がり難くする作用効果も相俟って、図１中、矢印付き二点鎖線で示したように吐出され、液体Ｌのネックリング３３の直下近傍、すなわち壜体４１の肩部４３に賦形される領域への衝突を避けることができる。
その結果、壜体４１の肩部４３に賦形される領域からの、壜体１の胴部４４から底部に賦形される領域への肉廻りの低下を抑制することができ、胴部４４から底部にかけての領域での周壁の肉厚を想定の範囲に収めることができる。

なお、上記成形工程において、壜体４１の賦形中、あるいは賦形後に壜体４１の内部に満中する加圧した液体Ｌにより口筒部３２が膨張状に変形するような場合には、加圧した気体を配管Ｐ２、導入路Ｆａを介して空間Ｓに供給することにより口筒部３２の変形を防ぐことができる。
但し、図１に示した実施例の構成では、口筒部３２に内嵌された状態で嵌入筒片５がネックリング３３の下方まで延設されているので、空間Ｓに加圧した気体を供給することなく液体Ｌによる口筒部３２の変形を効果的に抑制することが可能である。

以上、実施例に沿って本発明のブロー成形装置の構成と、その作用効果について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。
たとえば、上記実施例の装置はＰＥＴ樹脂製やポリプロピレン樹脂製等の合成樹脂製の２軸延伸ブロー成形壜体の成形に適したものであるが、本発明の装置は２軸延伸ブロー成形に限定されるものではなく、一般的にプリフォームを膨張状に変形させて容器に賦形するブロー成形に使用することができるもので、延伸ロッドを使用しない構成とすることもできる。
また、上記実施例の構成は加圧媒体として液体を使用するブロー成形の基本的な構成を有するものであり、必要に応じて付属設備を追加したり、成形工程を制御するための機構を付設したりすることができる。

以上説明したように、本発明のブロー成形装置は加圧媒体として液体を使用するブロー成形における延伸斑の発生を既存の装置の構成を大きく変更することなく効果的に抑制することができるものであり、加圧媒体として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；下端
６ ；周段部
７ａ、７ｂ；シール部材
８ ；延伸ロッド
１１；隔壁部材
１２；支持鍔片
１５；固定ブロック
２１；加圧液体供給部
Ｆａ；導入路
Ｆｓ；供給路
Ｌ ；液体
Ｐ１、Ｐ２；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
４３；肩部
４４；胴部

Claims (3)

1. ブロー成形用の金型(1)と、有底筒状のプリフォーム(31)の口筒部(32)に密に連通するブローノズル(4)を有し、該ブローノズル(4)を介してプリフォーム(31)内に圧力媒体となる液体(L）を供給するブロー成形装置であって、
   前記ブローノズル(4)は下端部に前記口筒部(32)に挿入する嵌入筒片(5)を延設したものであり、
   前記嵌入筒片(5)の延設長さを、ブローノズル(4)を口筒部(32)に連通した状態で該嵌入筒片(5)の下端が口筒部(32)の下端に周設されるネックリング(33)よりも下方に延出するとともに壜体（41）の肩部に賦形される領域にまで達する長さとしたブロー成形装置。
2. ブローノズル(4)の外周壁に下方に向かって縮径する周段部(6)を周設し、該周段部(6)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記載のブロー成形装置。
3. 縦延伸用の延伸ロッド(8)をブローノズル(4)に挿通、配設する構成とした請求項１または２記載のブロー成形装置。

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