JP5980576B2 - ブロー成形装置 - Google Patents
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Description
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、膨張状に延伸させて成形されるのが一般的である。
ブローノズル104の下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膨張状に延伸して、壜体41への成形を達成する。
このような成形方法では、液体として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。
この装置の主部Aは金型1、ブローノズル104、ブローノズル104に挿通しプリフォームを縦延伸するための延伸ロッド108を有し、この主要部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と液体循環部123を配置している。
そして、延伸ロッド108による縦延伸と加圧した液体Lによる膨張状の延伸によりプリフォーム31を金型1のキャビティ形状に沿って賦形し、容器41を成形する。
図9(b)はこのロッドガイド104gの平断面図であるが、この例では周方向の8カ所で花弁状に切込みを入れて、液体をプリフォーム内に流入するための流路Fcが形成されている。
しかしながら、ブローノズル104の先端部、すなわちプリフォーム31の口筒部32の内部と云う限定された領域に流路Fcが切欠き状に形成されたロッドガイド104gを配設するため、流路面積が狭くなり、プリフォーム内部への液体Lの供給速度を大きくすることができず、プリフォーム内の昇圧に時間を要するため、生産性が低下すると云う問題がある。
さらには、プリフォームの延伸性、延伸に伴う分子の配向挙動や結晶化挙動に悪影響が及ぶと云う問題がある。
延伸ロッドの姿勢支持機能と液体の流動性を共に高いレベルで実現可能な、ロッドガイドおよびそのブローノズル内での配設方法を創出することを技術的課題とするものである。
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連通するブローノズルと、延伸ロッドを有し、延伸ロッドによる縦延伸と、ブローノズルを介してプリフォーム内に供給される加圧した液体による膨張状の延伸により容器を賦形するブロー成形装置において、
ブローノズルの軸方向に沿って移動可能に円筒棒状の軸体を挿通、配設し、
この軸体の下端部に短円筒状のシール筒片を同軸心状に嵌合組み付けし、
このシール筒片(9t)の下端に同軸心状に円筒状のロッドガイドを連結し、
連結した軸体とシール筒片とロッドガイドに延伸ロッドが挿通し、さらにロッドガイドには延伸ロッドが摺動可能に周接状に挿通する構成とし、
軸体とシール筒片とロッドガイドと延伸ロッドでシール体を構成し、
ブローノズルの内周面とシール体の外周面で円筒状の液体の供給路を形成し、
ブローノズルの所定位置の内周面に下方に向けて縮径するシール段部を配設し、
シール筒片の周縁部のシール段部への当接と脱当接により供給路の開閉が可能にバルブ機構を配設する構成とし、
バルブ機構の閉状態でロッドガイドが、ブローノズルのシール段部直下の縮径部に嵌入し、
バルブ機構の開状態でロッドガイドが縮径部から上方に脱嵌入する構成とする、と云うものである。
まず、軸体の下端に連結したロッドガイドに延伸ロッドが摺動可能に周接状に挿通する構成とすることにより、金属材料が使用される軸体と延伸ロッドの間に、耐磨耗性、滑り性等の観点から設ける必要のある隙間に起因する延伸ロッドの姿勢のガタツキ、所謂、芯ブレを抑制することができ、延伸ロッドによるプリフォームの縦延伸をスムーズに実施することが可能となる。
また、ロッドガイドは短円筒状とすることができ、延伸ロッドとの周接面積を小さくし、延伸ロッドの摺動抵抗を小さくして、摺動動作をスムーズに達成することができる。
ロッドガイドを介して、縮径部による延伸ロッドの姿勢を支持する機能が十分に発揮され、上記した延伸ロッドの芯ブレを抑制する作用効果が相俟って、延伸ロッドによるプリフォームの縦延伸を、芯ブレのない、また芯ズレのない状態で均一に実施することができる。
上記したロッドガイドによる均一な縦延伸性と相俟って、容器の賦形を安定した状態、そして高い生産性で実施することができる。
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高精度に制御する必要があり、
このヘッドスペースは、ブロー成形の最終段階で延伸ロッドを口筒部から脱挿入する分、供給路に残留した液が容器の内部に流入して決まるものであるが、
上記構成では、液の供給を停止するためのバルブ機構がブローノズル内に配設されているので、このバルブ機構をプリフォームの口筒部の直上にも配設することもでき、バルブ機構直下からプリフォームの口筒部の上端にかけての供給路部分に残留する液の量を少なくして高精度で計量することができ、ヘッドスペースをより高精度に制御することが可能となる。
この中でも、スーパーエンジニアリングプラスチックの一つであるPEEK樹脂はこれらの性能を十分発揮できる材料であり、ロッドガイドに適した材料である。
この他にも、ロッドガイドに適した材料として、エンジニアリングプラスチックであるポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等、スーパーエンジニアリングプラスチックであるポリスルフォン(PSF)樹脂、ポリイミド(PI)樹脂、ポリフェニレンスルファイド(PPS)樹脂等を挙げることができる。
軸体の下端部に短円筒状のシール筒片が拡径同軸心状に嵌合組み付いて構成されており、
このシール筒片の下端に縮径状にロッドガイドを連結する構成とする、と云うものである。
また、軸体の下端部の径を大きくすることにより、その分ロッドガイドの径、そして縮径部の径を大きくすることができ、使用目的に応じて液体の流路設計の自由度を大きくすることが可能となる。
ブローノズルの下端部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、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。
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。
上記構成によれば、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ができ、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。
まず、軸体の下端に連結したロッドガイドに延伸ロッドが摺動可能に周接状に挿通する構成とすることにより、金属を使用する軸体と延伸ロッドの間に、耐磨耗性、滑り性等の観点から設ける必要のある隙間に起因する延伸ロッドの芯ブレを抑制することができ、延伸ロッドによるプリフォームの縦延伸をスムーズに実施することができる。
また、ロッドガイドは短円筒状とすることができ、延伸ロッドとの周接面積を小さくし、延伸ロッドの摺動抵抗を小さくして延伸ロッドの摺動動作をスムーズに達成することができる。
上記したロッドガイドによる均一な縦延伸性と相俟って、容器の賦形を安定した状態、そして高い生産性で実施することができる。
図1〜図6は本発明のブロー成形装置およびこの装置を使用した合成樹脂製容器の製造方法を説明するためのものであり、以下、主として図1、2により本発明のブロー成形装置の全体的な構成の一例を説明し、図1〜図6によりこの装置を使用した合成樹脂製容器の製造方法の一例、すなわち液体を圧力媒体としたブロー成形法の工程の一例を説明する。
図1は、金型1にPET樹脂製のプリフォーム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。
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。
嵌入筒片5は、上部はテーパー筒状で下部は円筒状であり、図2に示されるように外周壁には下端に向かって縮径する周段部5aが周設されており、円筒状の下部がプリフォーム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。
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が周設されており、このシール段部6s直下は直上の部分に比較して直径が小さな縮径部6dとなっている。
ここで、シール体9は、下端部に短円筒状のシール筒片9tが同軸心状に嵌合組み付きして構成される細長い円筒棒状の金属性の軸体9aと、シール筒片9tの下端に胴軸心状に連結する円筒状のロッドガイド9gに、細長い円柱状の延伸ロッド8を挿通したものである。軸体9aの下端部は短円筒状のシール筒片9tが同軸心状に嵌合組み付いて構成されている。
ここで、耐摩耗性や滑り性等の観点から、延伸ロッド8は若干の隙間を介して軸体9aに挿通しており、一方、ロッドガイド9gには延伸ロッド8が摺動可能に周接状に挿通する構成としている。
なお、延伸ロッド8は供給筒部6の上端部で上部ロッドガイド6tgに摺動可能に周接状に挿通している。(図1参照)
また、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。
ここで、このロッドガイド9gは、上記したように延伸ロッド8が周接状に挿通し高速に摺動が切返され、また縮径部6dに周接した状態で、摺動状の嵌入あるいは脱嵌入動作が高速で繰り返される部材で、本実施例では耐熱性、耐久性、耐磨耗性、滑り性の観点からこのロッドガイド9gをポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂製としている。
勿論、使用条件等を考慮して、他のエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックから適宜の合成樹脂を選ぶこともできる。
なお、シール筒片9tとロッドガイド9gは、シール筒片9tをインサート材としたロッドガイド9gの射出成形により、アンダーカット状に強固に結合することができる。
シール体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、またシール体9を図4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。
バルブ機構Vmの開状態では、ロッドガイド9gが縮径部6dから上方に脱嵌入した状態となり、液体Lの流路が開放される。
この点、上記構成の場合、延伸ロッド8はロッドガイド9gに摺動可能に周接状に挿通しており、図4に見られるように、バルブ機構Vmが開状態でロッドガイド9gが縮径部6dから上方に脱嵌入した状態であっても、ロッドガイド9gに対する縮径部6dによる支持はなくなるが、少なくとも延伸ロッド8とシール筒片9tを含む軸体9aとの隙間に起因する、延伸ロッド8の芯ブレを抑制することができる。
上記したロッドガイド9gによる延伸ロッド8の芯ブレを抑制する作用効果も相俟って、延伸ロッド8によるプリフォームの縦延伸を、ブレのない、あるいは所謂、芯ズレのない状態で均一に実施することができる。
また、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。
すなわち、図1に示される状態のようにバルブ機構Vmが閉状態にある際には、必要に応じて、液体Lを供給路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構成としている。
そして、このような循環機能を付与することにより、プリフォーム内に供給する液体Lの温度を高い精度で制御することでき、成形される容器の品質を安定化し、生産性を高めることが可能となる。
ブロー成形は次の(1)〜(7)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32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、シール体9の下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に当接しており、バルブ機構Vmが閉状態となっており、また延伸ロッド8がプリフォーム31内に挿入した状態となっている。
この状態で、ロッドガイド9gはノズルガイド4のシール段部6s直下の縮径部6dに嵌入した状態となっている。
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。
この縦延伸工程では、延伸ロッド8の姿勢は、上部に位置する上部ロッドガイド6tgと縮径部6dに支持されたロッドガイド9gにより確実に支持されており、プリフォーム31の縦延伸を、芯ブレおよび芯ズレのない状態で均一に実施することができる。
ここで、本実施例では延伸ロッド8によりプリフォーム31の底壁35が金型の底壁1bに当接するまで縦延伸する構成としているが、ブロー成形の生産性や、成形される容器の肉厚分布等を考慮して途中の高さまで縦延伸する構成とすることもできる。
そして、バルブV3を閉状態とし、またバルブV1を閉状態とし、加圧液体供給部22から加圧した液体Lを、ブローノズル4内の供給路Fsを介して口筒部32からプリフォーム31内に供給して金型1のキャビティ2の形状に沿って容器41を膨張状に延伸して賦形する。
ここで、図4の状態では容器41は、肩部43や底部45近傍にキャビティ2面との間に隙間が見られるように賦形の完了の直前の状態であり、胴部44の周壁がキャビティ2面に緩く接した状態である。
因みに、図1の成形装置により上記したブロー成形工程によれば、加圧した液体Lによるプリフォーム31の昇圧時間は334.23msecで、図9に示されるように流路Fcが切欠き状に形成されたロッドガイド104gをプリフォーム31の口筒部32の内部に配設した場合の433.17msに比較して、昇圧時間を大幅に短縮することできることが確認された。
また、切欠きのない、円筒状のスムーズな流路のため、泡の発生に係る問題についても解消することができた。
ここで、延伸ロッド8の引上げ動作に伴って、延伸ロッド8を上昇させた分、加圧した液体Lが容器41の内部に充填されるため、延伸ロッド8の引上げに伴う容器41の減容変形を防ぎながら、図5中に示されるように金型1のキャビティ2に沿った容器41の賦形を完了し、さらに加圧した液体Lで容器41の周壁をキャビティ2面に押付けて、保圧、冷却することができる。
なお、図5の状態で液体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。
この際、バルブ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。
そして、延伸ロッド8の脱挿入に伴って、バルブ機構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6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。
一方、図9に示される従来の装置ではブローノズル104の外側に配設されるバルブV101により液体Lの供給を停止するため、ヘッドスペースを高精度に制御することは難しい。
さらに言及すると、上記実施例の装置では液体Lを循環路CRにより循環させる構成としたが、この循環回路のない装置とすることもできる。
また、上記実施例では加圧液体供給部22から導入路6aを介して供給路Fsへ液体Lを供給する構成としたが、この供給態様についても様々な態様の中から適宜選択することができる。
ここで図7の状態は、図2の状態からバルブV3とバルブV1を閉状態とし、軸体9aを上昇させてバルブ機構Vmを開状態とし、延伸ロッド8による縦延伸と加圧した液体Lのプリフォーム31内への供給を同時に実施し、縦延伸が完了した状態である。
前述したように、ロッドガイド9gに対する縮径部6dによる支持はないものの、ロッドガイド9gの作用効果により少なくとも延伸ロッド8の芯ブレを抑制することができる。
1b;底壁
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
6s;シール段部
6d;縮径部
6tg;上部ロッドガイド
7a、7b;シール部材
8 ;延伸ロッド
9 ;シール体
9a;軸体
9t;シール筒片
9ta;テーパー縁部
9g;ロッドガイド
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
Fc;流路
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
Htp;高さ位置
S ;空間
V1、V2、V3;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
35;底壁
41;容器
43;肩部
44;胴部
45;底部
101;金型
103;ネック支持鍔部
104;ブローノズル
104g;ロッドガイド
108;延伸ロッド
110;ガイド筒部
111;挿通孔
Claims (5)
- 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)に密に連通するブローノズル(4)と、延伸ロッド(8)を有し、前記延伸ロッド(8)による縦延伸と、前記ブローノズル(4)を介してプリフォーム(31)内に供給される加圧した液体(L)による膨張状の延伸により容器(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)に軸方向に沿って円筒棒状の軸体(9a)を挿通、配設し、該軸体(9a)の下端部に短円筒状のシール筒片(9t)を同軸心状に嵌合組み付けし、該シール筒片(9t)の下端に同軸心状に円筒状のロッドガイド(9g)を連結し、前記、連結した軸体(9a)とシール筒片(9t)とロッドガイド(9g)に前記延伸ロッド(8)が挿通し、さらにロッドガイド(9g)には延伸ロッド(8)が摺動可能に周接状に挿通する構成とし、前記軸体(9a)とシール筒片(9t)とロッドガイド(9g)と延伸ロッド(8)でシール体(9)を構成し、前記ブローノズル(4)の内周面とシール体(9)の外周面で円筒状の液体(L)の供給路(Fs)を形成し、前記ブローノズル(4)の所定位置の内周面に下方に向けて縮径するシール段部(6s)を配設し、前記シール筒片(9t)の周縁部の前記シール段部(6s)への当接と脱当接により前記供給路(Fs)の開閉が可能にバルブ機構(Vm)を配設する構成とし、前記バルブ機構(Vm)の閉状態でロッドガイド(9g)が、ブローノズル(4)のシール段部(6s)直下の縮径部(6d)に嵌入し、前記バルブ機構(Vm)の開状態でロッドガイド(9g)が縮径部(6d)から上方に脱嵌入する構成としたブロー成形装置。 - ロッドガイド(9g)をポリエーテルエーテルケトン樹脂製とした請求項1記載のブロー成形装置。
- 軸体(9a)の下端部にシール筒片(9t)が拡径同軸心状に嵌合組み付いて構成されており、該シール筒片(9t)の下端に縮径状にロッドガイド(9g)を連結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。
- ブローノズル(4)の下端部にプリフォーム(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)の外周壁に下方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記載のブロー成形装置。
- バルブ機構(Vm)の閉状態で、供給路(Fs)と加圧した液体(L)を供給する加圧液体供給部(22)で液体(L)の循環が可能に構成した請求項1、2、3または4記載のブロー成形装置。
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