JP6100137B2 - ブロー成形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、有底筒状のプリフォームをブロー成形して壜体に形成するブロー成形装置に関し、特に、加圧流体として液体を使用するものに関する。
延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ）製の壜体やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の壜体であるペットボトルに代表されるような樹脂製の壜体は、飲料用、食品用、化粧料等の様々な用途に使用されている。このような壜体は、射出成形等により有底筒状に形成された樹脂製のプリフォームを、ブロー成形装置を用いて２軸延伸ブロー成形して所定形状に形成されるのが一般的である。
ブロー成形装置は、延伸可能な温度にまで加熱されたプリフォームが装着されるブロー成形用の金型と、金型に装着されたプリフォームの口筒部に嵌合するブローノズルと、ブローノズルに加圧された流体を供給する加圧流体供給部とを備え、ブローノズルを通してプリフォーム内に加圧された流体を充填することにより、プリフォームを軸方向と径方向とに延伸させて金型のキャビティに沿った形状に成形する。
このようなブロー成形装置としては、例えば特許文献１に示されるように、プリフォーム内に充填される流体として、加圧エアーに替えて、加圧された液体を使用するようにしたものが知られている。この場合、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ることにより、壜体への内容物の充填工程を省略して、その生産工程やブロー成形装置の構成を簡略化することができる。
特開２０００−４３１２９号公報
しかしながら、プリフォーム内に加圧した液体を充填してブロー成形を行うようにした従来のブロー成形装置では、ブロー成形時に、液体がプリフォーム内の空気を巻き込みながら充填されることになるので、成形後の壜体に充填される液体の内容量が安定せず、また、液体を充填する際の圧力により巻き込まれた空気が液体に溶け込み、充填完了後に溶け込んだ空気が壜体の内部で泡となって出てくるという問題があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加圧された液体を用いたブロー成形時に、液体に空気が巻き込まれることを防止することができるブロー成形装置を提供することにある。
本発明のブロー成形装置は、有底筒状のプリフォームが装着されるブロー成形用の金型と、該金型に装着されたプリフォームの口筒部に嵌合するブローノズルと、該ブローノズルに加圧した液体を供給する加圧液体供給部とを有し、前記ブローノズルを通して前記プリフォーム内に液体を充填して該プリフォームを前記金型のキャビティに沿った形状に成形するブロー成形装置であって、前記ブローノズルに流路を介して接続される脱気機構部を備え、前記脱気機構部により前記金型に装着された前記プリフォーム内の空気を、前記流路を介して吸い出した後、前記ブローノズルを通して前記プリフォーム内に液体を充填するとともに、前記脱気機構部は、該脱気機構部と前記ブローノズルとを接続する前記流路内にフラッシュエアを供給して該流路内の液体を前記ブローノズルに戻す機能を備えることを特徴とする。
本発明のブロー成形装置は、前記ブローノズルと同軸に配置され、前記金型のキャビティ内に向けて移動して前記プリフォームを軸方向に延伸させる延伸ロッドを有するのが好ましい。
本発明のブロー成形装置によれば、脱気機構部によりプリフォーム内の空気を吸い出した後、ブローノズルを通してプリフォーム内に液体が充填されるので、プリフォーム内に充填される液体に空気が巻き込まれることを防止することができる。したがって、成形後の壜体に充填される液体の内容量が安定させることができるとともに、充填後の液体からの泡の発生を防止して、このブロー成形装置により製造される製品の品質を高めることができる。
本発明の一実施の形態であるブロー成形装置を概略で示す説明図である。 図１に示すブロー成形装置の要部を拡大して示す断面図である。 図１に示すブロー成形装置によるブロー成形の各工程のタイミングチャート図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に例示説明する。
図１に示す本発明の一実施の形態であるブロー成形装置はブロー成形用の金型１を有している。この金型１のキャビティ２は壜形状となっており、金型の上面において上方に向けて開口している。詳細は図示しないが、金型１は左右に型開きすることができるようになっており、金型１を開くことで成形後の製品を金型１から取り出すことができる。
この金型１には、このブロー成形装置によりブロー成形されて壜体を形成するプリフォームＰＦが装着される。図２に示すように、プリフォームＰＦとしては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂材料により全体として有底円筒状に形成され、その試験管形状となる本体部ＰＦａの上端に円筒状の口筒部ＰＦｂが設けられるとともに、口筒部ＰＦｂの下端部にネックリングＰＦｃが設けられた形状のものを用いることができる。このプリフォームＰＦは、その本体部ＰＦａが金型１のキャビティ２内に配置されるとともに、ネックリングＰＦｃが金型１の上面に当接して口筒部ＰＦｂが金型１の外部（図１、２中では上方）に突出した状態となって金型１に装着される。
金型１の上側には、金型１に対して上下方向に相対移動自在にノズルユニット１０が設けられている。このノズルユニット１０は保持部材１１、供給筒部１２およびブローノズル１３を備えている。
図２に示すように、保持部材１１は中心に上下方向に貫通する貫通孔１１ａを備えたブロック状に形成され、ノズルユニット１０が下端にまで下げられたときに金型１の上面に当接するようになっている。保持部材１１が金型１の上面に当接すると、金型１に装着されたプリフォームＰＦの口筒部ＰＦｂの上端が保持部材１１の貫通孔１１ａの内側に嵌め込まれるとともに、ネックリングＰＦｃが保持部材１１に設けられた支持鍔片１１ｂと金型１の上面との間に挟み込まれて、プリフォームＰＦは金型１に対して垂直な装着姿勢に保持されるようになっている。
なお、金型１に装着されたプリフォームＰＦの口筒部ＰＦｂの外周面と保持部材１１の内周面との間にはこれを囲繞する空間Ｓが区画形成され、この空間Ｓに連通する通気孔１１ｃが保持部材１１に形成されている。
供給筒部１２は、その内部に上下方向に延びる供給路Ｆｓを備えた円筒状の部材に構成され、保持部材１１の上端に固定されて保持部材１１とともに金型１に対して上下に相対移動可能となっている。図１に示すように、供給筒部１２の上端側には供給路Ｆｓに連なる導入ポート１２ａが設けられ、下端側には供給路Ｆｓに連なる排出ポート１２ｂが設けられている。また、供給筒部１２の供給路Ｆｓを形成する内面の下端には、下方に向けて縮径状に傾斜する円錐面状のシール面１２ｃが設けられ、このシール面１２ｃの軸心には供給路Ｆｓを下方に向けて開口させる供給孔１２ｄが設けられている。
ブローノズル１３は供給筒部１２の下端に取り付けられている。このブローノズル１３は全体として筒状に形成され、その上端が供給孔１２ｄの内側に嵌め込まれて供給孔１２ｄに連通されるとともに、その鍔部１３ａが保持部材１１と供給筒部１２との間に挟み込まれて供給筒部１２の下端に固定されている。図２に示すように、ノズルユニット１０が下端位置にまで下げられた状態では、ブローノズル１３は、その下端において金型１に装着されたプリフォームＰＦの口筒部ＰＦｂの内側に嵌合し、プリフォームＰＦの内部に連通する。
供給路Ｆｓには供給孔１２ｄを開閉するための開閉体１４が配置されている。開閉体１４は短円筒状に形成され、その下端面の外周縁部にはテーパー状の当接面１４ａが設けられている。この当接面１４ａは、シール面１２ｃと同一の傾斜角度を有し、シール面１２ｃと密着することができる。開閉体１４は供給路Ｆｓの軸心に沿って配置された細長い円筒棒状の軸体１５の下端に同軸に固定され、この軸体１５とともに供給路Ｆｓの内部で上下に移動自在となっている。図１、２に示すように、開閉体１４の当接面１４ａが供給筒部１２の下端部のシール面１２ｃに当接することにより、供給孔１２ｄが開閉体１４により閉じられ、供給路Ｆｓのブローノズル１３を介したプリフォームＰＦの内部への連通が閉状態とされる。一方、軸体１５とともに開閉体１４が上方に移動して開閉体１４の当接面１４ａが供給筒部１２のシール面１２ｃから離れると、供給孔１２ｄが開かれ、ブローノズル１３を介して供給路ＦｓがプリフォームＰＦの内部に連通される。
図１に示すように、ノズルユニット１０には、加圧装置２１、加圧液体供給部２２および液体循環部２３が接続されている。
加圧装置２１は、例えば加圧ポンプやコンプレッサー等により構成され、配管Ｐ１を介して加圧液体供給部２２に接続されている。加圧液体供給部２２は、例えばプランジャーポンプやピストン・シリンダー機構等により構成することができ、加圧装置２１から供給される加圧流体Ｆｐにより作動して、配管Ｐ２を介して供給筒部１２の導入ポート１２ａから供給路Ｆｓ内に加圧した液体Ｌを供給する。
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を通して加圧液体供給部２２に供給するとともに、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→排出ポート１２ｂ→配管Ｒ３→液体循環部２３→配管Ｒ２→加圧液体供給部２２→配管Ｐ２→導入ポート１２ａ→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。
循環路ＣＲには３つの電磁式のバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３が設けられ、ブロー成形の各工程に対応して所定の流路が対応するバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３により開閉される。
供給筒部１２には供給孔１２ｄを介してブローノズル１３に連通する接続ポート１２ｅが設けられ、この接続ポート１２ｅには流路２４を介して脱気機構部３０が接続されている。脱気機構部３０は、例えば吸引ポンプや真空ポンプ等のポンプ装置を有する構成とすることができ、ブローノズル１３を介して金型１に装着されたプリフォームＰＦの内部の空気を吸い出して、プリフォームＰＦ内から空気を取り除くことができる。流路２４には電磁式のバルブＶ４が設けられ、このバルブＶ４により脱気機構部３０と接続ポート１２ｅとの間の流路２４を開閉することができる。
脱気機構部３０は、プリフォームＰＦ内の全ての空気を吸い出すことができるように構成されるのが好ましいが、少なくともプリフォームＰＦの本体部ＰＦａの内部の空気を吸い出すことができる構成とすることもできる。また、脱気機構部３０は、プリフォームＰＦ内の全ての空気を吸い出すことなく、成形後の壜体に充填される液体Ｌの内容量を安定させることができるとともに、充填後の液体Ｌからの泡の発生を防止することができる程度に、プリフォームＰＦ内の空気の一部のみを吸い出す構成とすることもできる。
脱気機構部３０は、これをブローノズル１３に接続するための流路２４内に低圧のフラッシュエアを供給する機能を有している。脱気機構部３０が流路２４内に低圧のフラッシュエアを供給してパフブローすることにより、当該流路２４内に残った液体をブローノズル１３に戻し、さらに金型１に装着されたプリフォームＰＦの内部に入れることができる。
接続ポート１２ｅと脱気機構部３０の間には圧力センサＰＳが設けられ、この圧力センサＰＳにより検出される流路２４つまりプリフォームＰＦ内の圧力に基づいて、脱気機構部３０およびそのバルブＶ４の作動制御が行われる。
軸体１５の軸心には、軸体１５に対して上下方向に摺動可能に細長い円柱状の延伸ロッド５０が挿通されている。この延伸ロッド５０はブローノズル１３と同軸に配置され、その先端（下端）が金型１に装着されたプリフォームＰＦの内部の底面近傍に配置される位置から、その先端が金型１のキャビティ２の下端近傍に配置される位置にまでキャビティ２内に向けて軸方向に移動することができるようになっている。
次に、このようなブロー成形装置を用いてプリフォームＰＦをブロー成形して壜体を形成する手順について図３に示すタイミングチャートを参照しつつ説明する。
まず、口筒部ＰＦｂ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ＰＦを、口筒部ＰＦｂ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。
次に、ノズルユニット１０を下降させ、保持部材１１を金型１の上面に当接させてプリフォームＰＦを金型１に保持させ、図１に示す状態とする。このとき、開閉体１４により供給孔１２ｄは閉じた状態とされ、延伸ロッド５０はその先端がプリフォームＰＦ内に挿入された状態とされている。また、循環路ＣＲのバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３はいずれも開状態とされ、液体Ｌは液体循環部２３で所定の温度に調整されながら循環路ＣＲを循環している。
次に、脱気機構部３０を吸引動作させた状態でバルブＶ４を開き、脱気機構部３０をブローノズル１３つまりプリフォームＰＦの内部に連通させる。これにより、プリフォームＰＦの内部の空気を脱気機構部３０により吸い出し、プリフォームＰＦの内部から空気を除去する。プリフォームＰＦ内には延伸ロッド５０が配置されているので、プリフォームＰＦの内部の空気が除去されても、プリフォームＰＦは延伸ロッド５０の外周面に貼り付くように変形し、底付円筒状の形状を維持することができる。
プリフォームＰＦ内の空気が十分に除去されたことが圧力センサＰＳにより検出されると、次に延伸ロッド５０を下方に向けて移動させ、プリフォームＰＦを延伸ロッド５０により軸方向（縦方向）に延伸する。このとき、プリフォームＰＦの下端が金型１のキャビティ２の下端面に当接するまで延伸させるのが好ましい。
なお、延伸ロッド５０による延伸は、脱気機構部３０によりプリフォームＰＦ内の空気を除去した後に限らず、脱気機構部３０によりプリフォームＰＦ内の空気を吸い出しつつ行うようにしてもよく、または、脱気機構部３０によりプリフォームＰＦ内の空気を吸い出す前に行うようにしてもよい。
次に、軸体１５とともに開閉体１４を上方に移動させて供給孔１２ｄを開くとともに、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を閉じて循環路ＣＲに沿った液体Ｌの循環を停止し、加圧液体供給部２２により加圧された液体Ｌを供給孔１２ｄからブローノズル１３を介してプリフォームＰＦの内部に供給してブローを行う。このブロー工程により、プリフォームＰＦを液体Ｌの充填により膨張状に延伸し、金型１のキャビティ２に沿った形状にブロー成形された壜体とすることができる。
このとき、脱気機構部３０によりプリフォームＰＦの内部からは空気が取り除かれており、プリフォームＰＦ内に充填される液体Ｌが空気を巻き込むことがないので、プリフォームＰＦに充填する液体Ｌの内容量を安定させることができるとともに、充填後の液体Ｌからの泡の発生を防止して、このブロー成形装置により製造される製品の品質を高めることができる。
なお、この工程で、液体Ｌの圧力により口筒部ＰＦｂが拡径変形するような場合には、保持部材１１に設けた通気孔１１ｃから加圧気体を導入し、口筒部ＰＦｂ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、軸体１５とともに開閉体１４を下降させて供給孔１２ｄを閉じ、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とともに、延伸ロッド５０を上方に移動させて成形後のプリフォームＰＦつまり壜体から離脱させる。このとき、延伸ロッド５０の離脱により、供給孔１２ｄに残存する液体Ｌは全て壜体内に流入し、さらに壜体内で液面が下降するので、壜体に充填された液面の高さを、壜体の内部に所定のヘッドスペースを有するように調整することができる。なお、必要に応じて、延伸ロッド５０が上方に移動した後にサックバック工程等の別工程を行うことにより、内容物Ｍの充填量をさらに細かく調整するようにしてもよい。
次に、脱気機構部３０から、これを接続ポート１２ｅに連ねる流路２４にフラッシュエアが供給されてパフブローが行われ、当該流路２４内に残った液体Ｌがブローノズル１３に戻され壜体の内部に入れられる。このように、脱気機構部３０から流路２４内にフラッシュエアを供給して、この流路２４内に残った液体Ｌをブローノズル１３つまり壜体に戻すことにより、液体Ｌの充填量のばらつきを抑えることができるとともに、ブローノズル１３からの液垂れにより金型１が汚染されるのを防止することができる。また、脱気機構部３０からフラッシュエアが供給されることにより、延伸ロッド５０が離脱することにより生じた壜体内の減圧が緩和されるので、壜体の当該減圧による変形を防止することができる。なお、脱気機構部３０から供給するフラッシュエアの供給量は、延伸ロッド５０の離脱後における壜体内の圧力が大気圧となるように設定されるのが好ましい。
以上の工程が完了すると、ブローノズル１３から壜体の口筒部ＰＦｂが取り外され、さらに金型１が型開きされて液体Ｌが充填された壜体が取り出され、口筒部ＰＦｂがキャップでシールされて製品が完成する。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態では、液体Ｌを循環路ＣＲで循環させる構成とされているが、これに限らず、加圧液体供給部２２からブローノズル１３を通してプリフォームＰＦ内に加圧された液体Ｌを供給することができる構成であれば、液体Ｌを循環させない構成であってもよい。
また、前記実施の形態では、延伸ロッド５０を用いてプリフォームＰＦを軸方向に延伸させるようにしているが、これに限らず、延伸ロッド５０を備えずに、液体Ｌの充填による圧力のみでプリフォームＰＦを２軸延伸させる構成としてもよい。
さらに、圧力センサＰＳと接続ポート１２ｅとの間に電磁的な開閉バルブを設ける構成とすることもできる。この場合、流路２４に残る液体Ｌの量を少なくして、より容易に当該液体Ｌをブローノズル１３に戻すことができる。
さらに、プリフォームＰＦとして、本体部ＰＦａと口筒部ＰＦｂとを有し、ネックリングＰＦｃを備えない形状のものを用いることもできる。また、プリフォームＰＦの材質はポリプロピレンに限らず、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの他の樹脂材料とすることもできる。さらに、プリフォームＰＦとして、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートを含む複数種類の樹脂材料を重ねた積層構造のものを用いることもできる。
１ 金型
２ キャビティ
１０ ノズルユニット
１１ 保持部材
１１ａ 貫通孔
１１ｂ 支持鍔片
１１ｃ 通気孔
１２ 供給筒部
１２ａ 導入ポート
１２ｂ 排出ポート
１２ｃ シール面
１２ｄ 供給孔
１２ｅ 接続ポート
１３ ブローノズル
１３ａ 鍔部
１４ 開閉体
１４ａ 当接面
１５ 軸体
２１ 加圧装置
２２ 加圧液体供給部
２３ 液体循環部
２４ 流路
３０ 脱気機構部
５０ 延伸ロッド
ＰＦ プリフォーム
ＰＦａ 本体部
ＰＦｂ 口筒部
ＰＦｃ ネックリング
Ｓ 空間
Ｆｓ 供給路
Ｐ１，Ｐ２ 配管
Ｆｐ 加圧流体
Ｌ 液体
Ｒ１〜Ｒ３ 配管
ＣＲ 循環路
Ｖ１〜Ｖ４ バルブ
ＰＳ 圧力センサ

Claims (2)

  1. 有底筒状のプリフォームが装着されるブロー成形用の金型と、該金型に装着されたプリフォームの口筒部に嵌合するブローノズルと、該ブローノズルに加圧した液体を供給する加圧液体供給部とを有し、前記ブローノズルを通して前記プリフォーム内に液体を充填して該プリフォームを前記金型のキャビティに沿った形状に成形するブロー成形装置であって、
    前記ブローノズルに流路を介して接続される脱気機構部を備え、
    前記脱気機構部により前記金型に装着された前記プリフォーム内の空気を、前記流路を介して吸い出した後、前記ブローノズルを通して前記プリフォーム内に液体を充填するとともに、
    前記脱気機構部は、該脱気機構部と前記ブローノズルとを接続する前記流路内にフラッシュエアを供給して該流路内の液体を前記ブローノズルに戻す機能を備えることを特徴とするブロー成形装置。
  2. 前記ブローノズルと同軸に配置され、前記金型のキャビティ内に向けて移動して前記プリフォームを軸方向に延伸させる延伸ロッドを有する請求項１に記載のブロー成形装置。
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