JP6095688B2 - 成型した容器に陽圧を加えるための、成型装置および方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国仮出願第６１／５８３，３３６号（２０１２年１月５日出願）の優先権を主張する。上記仮出願の全ての開示内容は参照によって本願明細書に組み込まれる。

本開示は成型装置に関し、より詳細には、成型した容器に陽圧を加えるための、成型装置、および対応する方法に関する。

この節では、本開示に関連する背景技術の情報を示しているが、それらは必ずしも先行技術ではない。

環境問題およびその他の懸念の結果として、従来ではガラス容器中に供給されていた数多くの商品を包装するために、プラスチック容器（より詳細にはポリエステル容器、およびさらにより詳細にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）容器）が、今日では、かつてより多く用いられている。製造業者および充填業者（fillers）ならびに消費者は、ＰＥＴ容器が軽量であり、安価であり、再生利用可能であり、大量に生産可能であることを認識している。

ブロー成型されたプラスチック容器は、数多くの商品の包装においてありふれたものになった。ＰＥＴは結晶性重合体であり、このことは非晶質または半結晶性の形態において入手可能であることを意味している。材料の完全性を維持するためのＰＥＴ容器の機能は、ＰＥＴ容器の“結晶化度”としても知られている、結晶形態におけるＰＥＴ容器のパーセンテージに関連する。以下の数式は、結晶化度のパーセンテージを体積含有率として定義している：

ここで、ρはＰＥＴ材料の密度であり、ρ_ａは純粋な非晶質のＰＥＴ材料の密度（１．３３３ｇ／ｃｃ）であり、ρ_ｃは純粋な結晶材料の密度（１．４５５ｇ／ｃｃ）である。容器がブローされると、当該容器中に商品が充填され得る。

いくつかの場合において、容器は複数のブロー成型工程において形成される。例えば、第１金型の内部において容器の第１形状（primary form）が最初にブロー成型され、続いて、容器の第２形状（secondary form）が第２金型の内部においてブロー成型される。第１金型および第２金型の大きさは、容器の第１形状が第２金型の内部に適合させられるように、制御される。例えば、第１金型内部の空洞は、第２金型が容器の第１形状を収容することができるように、第２金型の空洞としばしばほぼ同等である。

また、容器の第１形状は、第１金型の内部において成型された後、しばしばわずかに縮む。したがって、第１金型と第２金型の大きさは、容器の第１形状のこの収縮を考慮して、さらに制御される。また、いくつかの実施形態では、第１形状の収縮を促進し、制御するために、第１金型の内部において第１形状が形成された後に、第１形状の内部において吸引が行われる。同様に、いくつかの実施形態において、第１形状の収縮量を増加させ、制御するために、第１金型の内部において第１形状はブロー形成された後、再加熱される。

この節では、本開示の概要を示しているが、包括的な本開示の全ての範囲または全ての特徴を示すものではない。

容器を形成するための方法が開示されている。当該方法は、第１金型の内部において容器の第１形状をブロー成型する工程を包含している。第１形状は外面を備える。また、当該方法は、第１形状を収縮させるため、および容器の収縮形状を形成するために、第１形状の外面に流体を加える工程を包含している。さらに、当該方法は、第２金型の内部において、前記収縮形状から、前記容器の第２形状をブロー成型する工程を包含している。

適用可能性のさらなる分野は、本明細書に示した記載から明らかである。この概要における記載および特定の実施例は、例証の目的を意図するものであり、本開示内容の範囲を限定することを意図するものではない。

本明細書に記載された図面は、選択された実施形態の例証的な目的のみのためのものであり、可能な全ての態様のためのものではなく、本開示の範囲を限定することを意図していない。

図１は、本開示の教示に係る成型装置の実施形態の概略図である。 図２は、図１に係る成型装置の第１金型の概略的な断面図である。

対応する符号は、複数の図面間で対応する構成要素を示している。

次に、添付されている図面を参照しながら、実施形態についてさらに詳しく説明する。

まず、図１を参照すると、本教示の典型的な実施形態によって、成型装置１０が概略的に説明されている。説明する通り、装置１０は、複数の別個のブロー金型１２およびブロー金型２４中で容器をブロー成型するために使用することができる。

一般的に、成型装置１０は第１金型１２を含んでいてもよく、当該第１金型１２中で、容器の第１形状１４を形成することができる。詳細には、第１金型１２は、内面１８を有する空洞１６を含んでいてもよく、空洞１６の内部において第１形状１４をブロー成型することができる。例えば、（仮想線で示されている）予備成型品（preform）２０を空洞１６の内部に配置することができ、ブローピン１９によって、既定の圧力（例えば、およそ４００〜６００ｐｓｉ）で、予備成型品２０中に空気または他の流体を導入して、内面１８に対して予備成型品２０を膨張させて容器の第１形状１４を形成することができる。第１形状１４は外面３２（すなわち、第１金型１２の内面１８に直接接触している表面）を含んでいてもよい。

説明する通り、第１形状１４をブロー成型した後、この第１形状１４を制御された様式で収縮させ、第１形状１４から（仮想線で示された）収縮形状２２を形成する。したがって、説明する通り、より効率的な方法で容器を形成することができる。

装置１０は、内面２８を有する内部空洞２６を備える、第２金型２４をさらに含んでいてもよい。説明する通り、内部空洞２６中に、収縮形状２２（仮想線で示されている）を配置することができ、既定の圧力（例えば、およそ４００〜６００ｐｓｉ）で、収縮形状２２中に空気または他の流体を導入して収縮形状２２を内面２８に対して膨張させ、容器の第２形状３０を作成してもよい。

いくつかの実施形態において、第２形状３０は、所望の容器の最終的な外形の寸法およびその他の特徴を有していてもよい。しかし、当該装置１０は、第２形状３０から所望の容器をブロー成型するために、第２金型２４の後で使用されるさらなる金型を含んでいてもよいことが理解される。

また、前述した実施形態では、容器の第１形状１４は予備成型品２０からブロー成型されるが、容器の第１形状１４は、任意の好適な方法において（例えば、押出ブロー成型、射出ブロー成型、および延伸ブロー成型等を介して）作成され得ることが理解される。

次に、図１と図２を参照して、第１金型１２およびその使用方法について、さらに詳細に説明する。第１金型１２の内面１８は複数の固定部３４（すなわち、第１形状１４の形成の間に固定したままの表面）を含んでいてもよい。例証されている実施形態において、固定部３４は、主に第１形状１４の側壁３５を形成するために用いられる。内面１８は、１つ以上の可動部３６（すなわち、第１形状１４の形成の間に移動する面）をさらに含んでいてもよい。例えば、可動部３６は、押し上げ部材３８および／または逆延伸棒（counter stretch rod）４０を含んでいてもよい。この逆延伸棒４０は、空洞１６の長手方向の軸Ｘと実質的に並列されていてもよく、押し上げ部材３８に包囲されていてもよい。また、押し上げ部材３８は軸Ｘに中心をおいてもよく、金型１２の周辺部４４に包囲されていてもよい。

例証された実施形態において、押し上げ部材３８および逆延伸棒４０は、容器の第１形状１４の底４２を形成するために用いることができる。詳細には、押し上げ部材３８は、金型１２の周辺部４４に対して、軸Ｘに沿って鉛直方向に移動し、外面３２を押し上げて底４２の部分を形成することができる。同様に、逆延伸棒４０は、押し上げ部材３８に対して、軸Ｘに沿って鉛直方向に移動し、外面３２を押し上げて底４２の別の部分を形成することができる。押し上げ部材３８および逆延伸棒４０は、容器の第１形状１４の形成の間、任意の好適な時間に、独立して作動するか、共に作動することができる。第１形状１４の底４２は、押し上げ部材３８のみを用いて、逆延伸棒４０のみを用いて、押し上げ部材３８と逆延伸棒４０との両方を用いて、または他の好適な方法によって作成することも可能である。

いくつかの実施形態において、１つ以上の第１流路５２を、第１金型１２の固定部３４を貫通して規定してもよい。また、固定部３４と押し上げ部材３８との間に、１つ以上の第２流路４６を規定してもよい。さらに、１つ以上の第３流路４８を押し上げ部材３８内のみに規定してもよい。さらに、１つ以上の第４流路５０を逆延伸棒４０内のみに規定してもよい。第１流路、第２流路、第３流路および第４流路（流路４６、流路４８、流路５０、および流路５２）のうちの１つ、または、第１流路、第２流路、第３流路および第４流路（流路４６、流路４８、流路５０および流路５２）のうちの任意の数／組み合わせが本開示の範囲から逸脱することなく存在し得ることが理解される。また、流路４６、流路４８、流路５０および流路５２を、金型１２内の任意の好適な様式および任意の好適な位置に定めてもよい。さらに、流路４６、流路４８、流路５０、および流路５２は、流路４６、流路４８、流路５０、および流路５２から出ていく流体の、流量、温度、分布を、制御および最適化するための、任意の好適な、形状、サイズ、直径、横断面積などを有する。したがって、説明する通り、流路４６、流路４８、流路５０および流路５２から出る流体は、第１形状１４の外面３２のほぼ全体にわたって、ほぼ均一に陽圧を分布させることができる。

流路４６、流路４８、流路５０および流路５２を、流体源５４に流体連結してもよい。流体源５４は、任意の流体（気体（例えば空気）など）を供給することができる。同様に、流体を既定の温度（例えば、およそ華氏４０度〜華氏１０００度）まで加熱することもできる。したがって、説明する通り、流路４６、流路４８、流路５０および流路５２を通じて、流体（加熱した空気など）を、第１形状１４の外面３２に供給し、これにより第１形状１４を、金型１２の内面１８から離して収縮させ、収縮形状２２（仮想で示されている）を作成することができる。このことにより、容器を作成する工程の効率を向上させることができる。

流体源５４または他の流体源を、ブローピン１９に作動可能に連結させることもできる。よって、ブローピン１９は、第１形状１４を形成するために、予備成型品２０中に流体を導入することができる。また、説明する通り、ブローピン１９が既定の圧力（例えば最大２００ｐｓｉまで）で第１形状１４中に流体を導入している間に、流路４６、流路４８、流路５０および流路５２が同時に容器の第１形状１４の外面３２に流体を供給し、これにより、第１形状１４の収縮量を制御することができる。

成型装置１０は、再加熱装置５６をさらに含んでいてもよい。再加熱装置５６は、任意の好適な種類のものであればよい。例えば、再加熱装置５６は、第１金型１２と第２金型２４とから分離されている加熱したオーブンであってもよい。したがって、説明する通り、収縮形状２２を、第２金型２４に導入する前に、再加熱装置５６によって再度加熱してもよい。また、いくつかの実施形態において、再加熱装置５６は、収縮形状２２が第１金型１２の内部に留まっている間に第１金型１２を加熱する加熱素子であってもよい。

次に、成型装置１０を使用する方法について説明する。まず、予備成型品２０を準備する。予備成型品２０は、高分子材料などの任意の好適な材料（例えばＰＥＴ）で作成すればよい。また、予備成型品２０を（例えばオーブン内で）加熱してもよい。さらに、予備成型品２０を第１金型１２の中に配置し、ブローピン１９によって、予備成型品２０中に流体を導入して第１形状１４をブロー成型することができる。第１形状１４をブロー成型するために予備成型品２０の中に導入される流体の圧力は、任意の好適な圧力（例えば、およそ４００〜６００ｐｓｉ）であればよい。

次に、流路４６、流路４８、流路５０および流路５２のうちの１つ以上を通じて、流体源５４によって、空気または他の流体を第１形状１４の外面３２に供給することができる。これにより、第１形状１４を、第１金型１２の内面１８から離して、縮小および収縮させ、収縮形状２２を形成させることができる。いくつかの実施形態において、陽圧は、外面３２の全体にわたって、ほぼ均一に分布する。流路４６、流路４８、流路５０および流路５２から出る流体は、任意の好適な圧力（例えばおよそ１０〜３００ｐｓｉ）で供給すればよい。流路４６、流路４８、流路５０および流路５２によって供給される流体は、任意の好適な温度（例えば、およそ華氏４０度〜華氏１０００度）で供給すればよい。流体の温度を調整して、収縮量および結晶化度に影響を及ぼし、収縮量および結晶化度を制御することができる。

さらに、いくつかの実施形態において、ブローピン１９によって第１形状１４中に流体を供給している間に、同時に、流路４６、流路４８、流路５０および流路５２によって外面３２に流体を供給し、これにより収縮を制御することができる。ブローピン１９によって、外面３２に加えられている圧力よりも低い任意の好適な圧力（例えば最大２００ｐｓｉまでの）で流体を供給することができる。また、このブローピン１９によって、任意の好適な温度（例えば、およそ華氏４０度〜華氏１０００度）で流体を供給することができる。

続いて、いくつかの実施形態において、収縮形状２２を冷却し、保存することができる。その後、当該収縮形状２２を再加熱装置５６中で再加熱してもよく、後のブロー成型のために、当該収縮形状２２を第２金型２４の内部に配置してもよい。また、いくつかの実施形態では、次のブロー成型のために、収縮形状２２をまだ温かいうちに（すなわち、十分に冷却することなく）第１金型１２から取り除き、第２金型の内部に配置してもよい。

このように、第１形状１４の外面３２と第１金型１２との間に陽圧を加えることによって、容器の第１形状１４を、制御された方法において収縮させることができる。したがって、結果として得られる収縮形状２２を、ほぼすぐに第２金型２４に移すことができる。または、収縮形状２２を第２金型２４の中に入れる前の再加熱装置５６の内部における再加熱時間がより短くて済むようになり得る。そして、第２金型２４の内部の空洞２６は、第１金型１２の内部の空洞１６よりも大幅に小さく形成しても、収縮品２２は第２金型２４の内部に適合させることができるため、このことにより金型の設計等が容易になる。したがって、装置１０およびその使用方法であれば、ブロー成型容器の作成効率を向上させることができる。

上述した実施形態においては、まだ第１金型１２内にある間の第１形状１４に陽圧を加える。しかし、本開示の他の実施形態においては、陽圧を外面３２に加える前に、第１形状１４を第１金型１２から取り除いて、第１形状１４を収縮形状２２へと収縮させる。

さらに、流体源５４は、容器の第１形状１４の外面３２に、気体または他の流体を、制御された様式（例えば既定の圧力および温度等）において供給することができることが理解される。このようにして、収縮量および／または収縮率を制御することができる。

上記の実施形態の記述は、例証および説明のために示されている。上記の説明は、本開示を網羅することまたは限定することを意図しているものではない。特定の実施形態の個別の要素または特徴点は、概してその特定の実施形態に限定されず、適用可能な場合には、明確に示すか記載されていなくとも、選択した実施形態において互換性があり、用いられ得る。同特定の実施形態の個別の要素または特徴点は、多くの方法において変更してもよい。このような変更は、本開示から逸脱するものとして解釈されるべきではなく、このような変更の全ては、本開示の範囲内に包含されることが意図されている。

Claims (16)

1. 容器を形成する方法であって、
   第１金型の内部において、前記容器の第１形状（primary form）をブロー成型する工程であって、前記第１形状は外面を有している工程と；
   前記第１形状を収縮させるため、および前記容器の収縮形状を形成するために、前記第１形状の前記外面に流体を加える工程と；
   第２金型の内部において、前記収縮形状から前記容器の第２形状（secondary form）をブロー成型する工程と：
   を包含し、
   前記第１形状の前記外面に前記流体を加える工程の間に、前記第１形状中に内部流体を供給する工程をさらに包含する、容器を形成する方法。
2. 前記流体を加える工程は、加熱した流体を供給する工程を包含し、且つ、前記流体を加える工程は、前記第１形状の前記外面に前記加熱した流体を加える工程を包含する、請求項１に記載の容器を形成する方法。
3. 前記加熱した流体は、およそ華氏４０度〜華氏１０００度の温度を有する、請求項２に記載の容器を形成する方法。
4. 前記第２形状をブロー成型する前に前記第１形状を再加熱する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
5. 前記流体を加える工程は、前記第１形状が前記第１金型の内部にある間に生じる、請求項１に記載の方法。
6. 前記流体を加える工程は、前記第１金型において規定されている流路を介して前記流体を加える工程を包含する、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１金型は、固定部を含んでおり、前記流路は前記固定部を貫通して規定されている、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１金型は、固定部と、前記固定部に対して相対的に移動する可動部とを含んでおり、前記流路は前記固定部と前記可動部との間に規定されている、請求項６に記載の方法。
9. 前記第１金型は、固定部と、前記固定部に対して相対的に移動する可動部とを含んでおり、前記流路は前記可動部を貫通して規定されている、請求項６に記載の方法。
10. 前記可動部は、押し上げ部材および逆延伸棒（counter stretch rod）のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記流体は気体である、請求項１に記載の方法。
12. 前記流体を加える工程は、既定の外部圧力で前記流体を加える工程を包含しており、前記既定の外部圧力は、およそ１０〜３００ｐｓｉである、請求項１に記載の方法。
13. 前記容器は、高分子材料製の容器である、請求項１に記載の方法。
14. 前記流体を前記外面に加える工程は、既定の外部圧力で前記外面に前記流体を加える工程を包含しており、
    前記第１形状中に前記内部流体を供給する工程は、既定の内部圧力で、前記第１形状中に前記内部流体を供給する工程を包含しており、
    前記外部圧力は常に前記内部圧力よりも高い、請求項１に記載の方法。
15. 前記第１形状中に内部流体を供給する工程は、最大で２００ｐｓｉまでの内部圧力で前記内部流体を供給する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
16. 前記第１形状中に内部流体を供給する工程は、およそ華氏４０度〜華氏１０００度の温度で前記内部流体を供給する工程を包含する、請求項１に記載の方法。

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