JP6356556B2 - ブロー成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、有底筒状のプリフォームを所定形状の容器にブロー成形するブロー成形装置に関し、特に、ブロー成形を行うための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（ペットボトル）に代表されるような樹脂製の容器は、飲料用、食品用、化粧料用等の様々な用途に使用されている。このような容器は、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、延伸効果を発現させることのできる温度にまで加熱し、この状態でブロー成形装置を用いて２軸延伸ブロー成形することで所定の形状に形成されるのが一般的である。

ブロー成形装置としては、プリフォーム内に供給される加圧流体として、加圧エアに替えて加圧し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、加圧用の液体として飲料、化粧品、薬品等の最終的に製品として容器に充填される内容液を使用することにより、容器への内容液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。

例えば特許文献１には、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、ブローノズルの軸方向に沿って延びるとともに一端においてブローノズルに接続される液体供給路とこの液体供給路に対して直交して延びるとともに該液体供給路に接続される液体導入路とが設けられた充填ヘッドと、液体導入路に接続されて該液体導入路に加圧した液体を供給するサーボプランジャー等の加圧液体供給部とを有し、延伸ロッドによりプリフォームを縦方向（軸方向）に向けて延伸させつつ、加圧液体供給部から供給される液体をブローノズルを介してプリフォーム内に供給してプリフォームを横方向（径方向）に向けて延伸させることにより、プリフォームを金型のキャビティに沿った形状の壜体（ボトル）に成形するようにしたブロー成形装置が記載されている。

特開２０１４−１２８９１１号公報

上記ブロー成形装置では、充填ヘッドに設けられる液体供給路はブローノズルの軸方向に沿って垂直方向に延びて設けられ、これに対して液体導入路は液体供給路に対して直交する方向つまり水平方向に延びて設けられており、加圧液体供給部から液体導入路に供給された液体は、その流れ方向が曲げられて液体導入路から液体供給路に供給されるようになっている。このような構成では、当該曲げの外周側部分における液体の流速は内周側部分における液体の流速よりも速くなるので、液体供給路内を流れる液体つまりブローノズルからプリフォーム内に供給される液体の流速が、その径方向一方側と他方側とで相違して、ブロー成形された壜体に偏芯や偏肉が生じ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、ブローノズルからプリフォームに供給される液体の流速の相違を緩和して、ブロー成形後の壜体に偏芯や偏肉が生じ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、ブロー成形用の金型に装着された有底筒状のプリフォームに加圧した液体を供給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、前記プリフォームの口筒部に嵌合するブローノズルと、前記ブローノズルを開閉するシール体と、前記ブローノズルの軸方向に沿って延びるとともに一端において前記ブローノズルに連なる液体供給路と前記液体供給路に側方から連なる液体導入路とが設けられた充填ヘッドと、前記液体導入路に接続され、該液体導入路に加圧した液体を供給する加圧液体供給部とを有し、前記液体供給路の内周面に該液体供給路の軸心を中心とした螺旋状の案内溝が設けられていることを特徴とする。

本発明のブロー成形装置では、前記液体導入路が前記液体供給路に対して直交しているのが好ましい。

本発明のブロー成形装置では、前記シール体は、前記液体供給路の内径よりも小径かつ前記ブローノズルの内径よりも大径に形成されて前記液体供給路の内部に配置され、前記ブローノズルに当接して該ブローノズルを閉じる閉位置と前記ブローノズルから離間して該ブローノズルを開く開位置との間で該液体供給路の軸方向に沿って移動自在となっており、開位置にある前記シール体の少なくとも一部が前記案内溝の径方向内側に配置されているのが好ましい。

本発明のブロー成形装置では、前記充填ヘッドには、前記液体導入路と前記案内溝との間において前記液体供給路に側方から連なる液体排出路が設けられ、前記シール体が閉位置にあるときには、前記加圧液体供給部から前記液体導入路を介して前記液体供給路に供給された液体が前記液体排出路を通して前記加圧液体供給部に戻されるのが好ましい。

本発明によれば、液体供給路の内周面に設けた螺旋状の案内溝により液体供給路内を流れる液体に回転方向の流れを生じさせて液体供給路の径方向の一方側と他方側との間で生じる液体の流速の相違を均一化させることができるので、ブローノズルからプリフォームに供給される液体の流速の相違を緩和して、ブロー成形後の壜体に偏芯や偏肉が生じることを防止することができる。

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に示す充填ヘッドの拡大断面図である。 プリフォームに加圧された液体を供給してブロー成形している状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。

図１に示すように、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１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を開くことでブロー成形後の壜体に内容液が充填された製品を金型１から取り出すことができる。

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に形成されるプリフォームＰＦを装着することができる。プリフォームＰＦとしては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）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が一体に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が一体に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内にその軸心に沿って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は支持体１１の下端にカートリッジ状の充填ユニット１２が装着された構成となっており、充填ユニット１２は充填ヘッド１３、ブローノズル１４および保持部材１５を備えている。

例えば鋼材製とされる充填ヘッド１３は全体として筒状に形成され、支持体１１の下端にねじ結合により着脱自在に装着されている。図２に示すように、充填ヘッド１３は、その内部に液体供給路１３ａを有している。液体供給路１３ａは、金型１の軸方向に沿って上下に真っ直ぐに延びており、その断面形状は円形となっている。

充填ヘッド１３には液体供給路１３ａにその側方から連なる液体導入路１３ｂが設けられている。図示する場合では、液体導入路１３ｂは液体供給路１３ａに対して直交する方向に向けて延び、その一端において液体供給路１３ａに連なるとともに他端は充填ヘッド１３の側壁の外周面に開口している。

また、充填ヘッド１３には液体供給路１３ａにその側方から連なる液体排出路１３ｃが設けられている。図示する場合では、液体排出路１３ｃは液体導入路１３ｂよりも下方側において液体供給路１３ａに対して直交するとともに液体導入路１３ｂとは径方向の反対側に向けて延び、その一端において液体供給路１３ａに連なるとともに他端は充填ヘッド１３の側壁の外周面に開口している。

ブローノズル１４は、円環状のノズル装着部１４ａとノズル装着部１４ａから下方に向けて突出する円筒状のノズル本体部１４ｂとを備えている。ブローノズル１４は液体供給路１３ａの一端（図示する場合は下端）に該液体供給路１３ａと同軸に配置されており、そのノズル本体部１４ｂの軸方向は金型１に装着された状態のプリフォームＰＦの軸方向とも一致している。

ブローノズル１４のノズル装着部１４ａの液体供給路１３ａの側を向く上面は、下方に向けて縮径状に傾斜する円錐面状のシール面１４ｃとなっており、ノズル本体部１４ｂはこのシール面１４ｃの軸心に開口して液体供給路１３ａに連通している。

保持部材１５は、その内側にブローノズル１４を収容する環状に形成され、充填ヘッド１３の外周にねじ結合する装着リング１６によって充填ヘッド１３の下端に取り付けられている。保持部材１５の内側下端側には環状のスペーサブロック１７が係止されており、このスペーサブロック１７と充填ヘッド１３の下端との間にノズル装着部１４ａが挟み込まれてブローノズル１４は充填ヘッド１３の下端に固定されている。

ノズルユニット１０は金型１に対して上下に相対移動可能となっており、ノズルユニット１０が下端にまで下げられると、金型１に装着されたプリフォームＰＦの口筒部ＰＦｂの内側にブローノズル１４のノズル本体部１４ｂが嵌合するとともに、ネックリングＰＦｃが保持部材１５の下端と金型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。

液体供給路１３ａの内部にはブローノズル１４を開閉するためのシール体２１が配置されている。シール体２１は液体供給路１３ａの内径よりも小径かつブローノズル１４のノズル本体部１４ｂの内径よりも大径の短円柱状に形成され、その下端面にはテーパー状の当接面２１ａが設けられている。当接面２１ａはブローノズル１４に設けられたシール面１４ｃと同一の傾斜角度を有しており、当接面２１ａがシール面１４ｃと密着することでシール体２１はブローノズル１４を閉じることができるようになっている。

液体供給路１３ａの内部にはその軸心に沿って細長い円筒棒状の軸体２２が配置されている。この軸体２２は支持体１１に支持されて、支持体１１および充填ヘッド１３に対して上下方向に移動自在となっている。シール体２１は軸体２２の下端に同軸に固定され、軸体２２とともに液体供給路１３ａの内部で液体供給路１３ａの軸方向に沿って上下に移動することができる。軸体２２が下方のストローク端にまで移動するとシール体２１は閉位置となり、その当接面２１ａがブローノズル１４のシール面１４ｃに当接してブローノズル１４つまりノズル本体部１４ｂはシール体２１により閉じられる。一方、軸体２２とともにシール体２１が上方に移動して当該シール体２１が開位置になると、その当接面２１ａがブローノズル１４のシール面１４ｃから離間してブローノズル１４つまりノズル本体部１４ｂが開かれ、液体供給路１３ａとノズル本体１４ｂとが連通する。

軸体２２は中空となっており、その内側には延伸ロッド２３が摺動自在に装着されている。延伸ロッド２３は軸体２２に対して軸方向に相対移動可能となっており、その下端はシール体２１の下端から突出することができる。延伸ロッド２３は、シール体２１の下端から金型１のキャビティ２の内部に向けて下方に移動することにより、プリフォームＰＦを縦方向（軸方向）に延伸することができる。

なお、シール体２１の延伸ロッド２３をガイドする部分はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂製とするのが好ましい。

図２に示すように、充填ヘッド１３に設けられた液体供給路１３ａの内周面には案内溝２４が設けられている。案内溝２４は略半円形の断面形状を有し、液体供給路１３ａの軸心を中心として液体供給路１３ａの内周面に沿って複数周に亘って延びる螺旋状（スパイラル状）に形成されている。案内溝２４は、液体導入路１３ｂの側からブローノズル１４の側へ向けて液体供給路１３ａの内部を流れる液体Ｌに当該液体供給路１３ａの軸心を中心とした回転方向の流れ、つまり渦巻状の流れを生じさせることができる。なお、案内溝２４の断面形状は半円形に限らず、例えば矩形形状など種々の形状とすることができる。

本実施の形態においては、案内溝２４は、液体供給路１３ａの液体排出路１３ｃに連なる部分とブローノズル１４に連なる部分との間の部分における内周面に設けられている。また、シール体２１は、開位置となったときに該シール体２１の少なくとも一部が案内溝２４の径方向内側に配置されて、当該シール体２１の外周面の少なくとも一部が案内溝２４と対向するように構成されている。したがって、シール体２１が開位置となってブローノズル１４が開かれると、液体導入路１３ｂから液体供給路１３ａに供給された液体Ｌがシール体２１の外周面と液体供給路１３ａの内周面との間の環状の流路を流れることになるが、当該環状の流路における液体供給路１３ａの内周面に案内溝２４が設けられることになる。これにより、案内溝２４によって液体供給路１３ａの内部を流れる液体Ｌに効率よく回転方向の流れを生じさせることができる。

図１に示すように、ノズルユニット１０には加圧液体供給部としてのプランジャーポンプ３１と液体循環部３２が接続されている。

プランジャーポンプ３１は、シリンダ３１ａとこのシリンダ３１ａ内に軸方向に沿って移動自在に装着されたプランジャー３１ｂとを備えており、その吐出口は供給配管Ｐ１により充填ヘッド１３の液体導入路１３ｂに接続されている。

図示する場合では、プランジャーポンプ３１は、駆動源として電動モータ（サーボモータ）３１ｃを備えたサーボプランジャータイプとなっており、プランジャー３１ｂは電動モータ３１ｃにより駆動されてシリンダ３１ａ内で軸方向に作動するようになっている。そして、プランジャーポンプ３１は、プランジャー３１ｂが作動することにより、液体導入路１３ｂに加圧した液体Ｌを供給することができる。

液体循環部３２は、液体Ｌを補給配管Ｒ１から新たに補給しながら所定の温度に調整して中間配管Ｒ２を通してプランジャーポンプ３１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プランジャーポンプ３１と液体供給路１３ａとの間で液体Ｌを循環させる機能を有する。すなわち、液体循環部３２は、シール体２１が閉位置にあってブローノズル１４が閉じられた状態のときに、プランジャーポンプ３１から液体導入路１３ｂを介して液体供給路１３ａに供給された液体Ｌを、液体排出路１３ｃとこれに接続される排出配管Ｒ３および中間配管Ｒ２を通してプランジャーポンプ３１に戻すことができる。これにより、プランジャーポンプ３１から液体導入路１３ｂを介して液体供給路１３ａに供給される液体Ｌを液体循環部３２とプランジャーポンプ３１とを含む循環路ＣＲで循環させて、液体供給路１３ａに供給される液体Ｌの温度を常に所定の温度に維持することができる。

循環路ＣＲには３つの電磁式の循環路開閉弁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配管が対応する循環路開閉弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３により開閉される。

金型１に装着されたプリフォームＰＦの口筒部ＰＦｂの外周には、これを囲繞する口外加圧用エア空間Ｓが区画形成されている。この口外加圧用エア空間Ｓに加圧エア供給部（不図示）を接続し、加圧エア供給部から供給される加圧エアによって口外加圧用エア空間Ｓの内部圧力を高めることにより、ブロー成形時における口筒部ＰＦｂの拡径変形を防止して口筒部ＰＦｂとブローノズル１４の間のシール力を高める構成とすることもできる。

このような構成の本発明のブロー成形装置では、循環路開閉弁Ｖ２、Ｖ３を閉じて循環路ＣＲに沿った液体Ｌの循環を停止させた状態でシール体２１を開位置に移動させてブローノズル１４を開くことで、プランジャーポンプ３１から液体導入路１３ｂを介して液体供給路１３ａに供給された液体Ｌを、ブローノズル１４のノズル本体部１４ｂを通してプリフォームＰＦ内に供給（充填）し、プリフォームＰＦを金型１のキャビティ２に沿った形状にブロー成形することができる。また、プリフォームＰＦへの液体Ｌの供給に先だって（または同時に）延伸ロッド２３によりプリフォームＰＦを縦方向（軸方向）に向けて延伸させることで、プリフォームＰＦを２軸延伸ブロー成形することができる。

上記のように、充填ヘッド１３に設けられる液体導入路１３ｂはブローノズル１４のノズル本体部１４ｂと同軸に設けられる液体供給路１３ａにその側方から連なっているので、ブロー成形時にプランジャーポンプ３１から液体導入路１３ｂに供給された液体Ｌは、その流れ方向が曲げられて液体導入路１３ｂから液体供給路１３ａに供給されることになる。そのため、当該曲げの外周側部分における液体Ｌの流速が内周側部分における液体Ｌの流速よりも速くなり、液体供給路１３ａの内部を流れる液体Ｌの流速がその径方向一方側（図３中左側）と他方側（図３中右側）とで相違することになる。しかしながら、本発明のブロー成形装置では、液体供給路１３ａの内周面に螺旋状の案内溝２４を設けて、液体供給路１３ａを流れる液体Ｌに液体供給路１３ａの軸心を中心とした回転方向の流れを生じさせるようにしたので、液体導入路１３ｂが液体供給路１３ａに対して曲げて設けられることにより生じる液体Ｌの流速の相違を均一化することができる。したがって、液体供給路１３ａからブローノズル１４を通してプリフォームＰＦに供給される液体Ｌについても、その流速の相違を緩和することができる。これにより、口筒部ＰＦｂから供給される加圧された液体Ｌにより、プリフォームＰＦをその軸心を中心とした径方向の前方向について均一に延伸させて、ブロー成形後の壜体に、その軸方向がずれる偏芯や周方向で肉厚が相違する偏肉が生じることを防止することができる。

また、開位置となったシール体２１の少なくとも一部が案内溝２４の径方向内側に配置されるように構成したことにより、シール体２１の外周面と液体供給路１３ａの内周面との間の狭い環状の流路において液体Ｌを案内溝２４に沿って流すことができるので、当該案内溝２４によって効率よく回転方向の流れを生じさせることができる。これにより、液体供給路１３ａからブローノズル１４を通してプリフォームＰＦに供給される液体Ｌの流速の相違をさらに効果的に緩和して、ブロー成形後の壜体に偏芯や偏肉が生じることを確実に防止することができる。

さらに、液体Ｌをプランジャーポンプ３１に戻して循環させるための液体排出路１３ｃを、液体導入路１３ｂと案内溝２４との間において液体供給路１３ａに連ねる構成としたことにより、液体Ｌを循環させる構成を採用した場合においても案内溝２４をブローノズル１４の近傍に設けて、液体供給路１３ａからブローノズル１４を通してプリフォームＰＦに供給される液体Ｌの流速の相違を効果的に緩和することができる。

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、液体導入路１３ｂを液体供給路１３ａの軸方向に対して直交する方向に延びる構成としているが、これに限らず、液体導入路１３ｂを液体供給路１３ａの軸方向に対して０度以上、９０度未満の任意の角度で傾斜する方向に向けて延びる構成とすることもできる。

また、前記実施の形態では、液体供給路１３ａの内周面に案内溝２４を１本のみ設けるようにしているが、複数本の案内溝２４を設ける構成とすることもできる。この場合、複数の案内溝２４を多条ねじの態様で設けることもできる。

さらに、前記実施の形態では、加圧液体供給部はプランジャー３１ｂが電動モータ３１ｃにより駆動されるサーボプランジャータイプのプランジャーポンプ３１とされているが、これに限らず、例えば油圧シリンダやエアシリンダ等の他の駆動機構で駆動される構成のプランジャーポンプ３１とすることもできる。また、加圧液体供給部として、プランジャーポンプ３１以外の他の形式のポンプ等を用いることもできる。

さらに、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しているが、これに限らず、プランジャーポンプ３１から液体導入路１３ｂ、液体供給路１３ａおよびブローノズル１４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とすることもできる。

さらに、延伸ロッド２３を用いることなく、プランジャーポンプ３１から供給される液体Ｌの圧力のみで、プリフォームＰＦを縦方向（軸方向）と横方向（径方向）の両方に膨張状に延伸させて金型１のキャビティ２に沿った形状の壜体とする構成とすることもできる。

さらに、プリフォームＰＦとして、本体部ＰＦａと口筒部ＰＦｂとを有するがネックリング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などの他の樹脂材料とすることもできる。

１ 金型
２ キャビティ
１０ ノズルユニット
１１ 支持体
１２ 充填ユニット
１３ 充填ヘッド
１３ａ 液体供給路
１３ｂ 液体導入路
１３ｃ 液体排出路
１４ ブローノズル
１４ａ ノズル装着部
１４ｂ ノズル本体部
１４ｃ シール面
１５ 保持部材
１６ 装着リング
１７ スペーサブロック
２１ シール体
２１ａ 当接面
２２ 軸体
２３ 延伸ロッド
２４ 案内溝
３１ プランジャーポンプ（加圧液体供給部）
３１ａ シリンダ
３１ｂ プランジャー
３１ｃ 電動モータ
３２ 液体循環部
ＰＦ プリフォーム
ＰＦａ 本体部
ＰＦｂ 口筒部
ＰＦｃ ネックリング
Ｌ 液体
Ｐ１ 供給配管
Ｒ１ 補給配管
Ｒ２ 中間配管
Ｒ３ 排出配管
ＣＲ 循環路
Ｖ１ 循環路開閉弁
Ｖ２ 循環路開閉弁
Ｖ３ 循環路開閉弁
Ｓ 口外加圧用エア空間

Claims (4)

1. ブロー成形用の金型に装着された有底筒状のプリフォームに加圧した液体を供給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、
   前記プリフォームの口筒部に嵌合するブローノズルと、
   前記ブローノズルを開閉するシール体と、
   前記ブローノズルの軸方向に沿って延びるとともに一端において前記ブローノズルに連なる液体供給路と前記液体供給路に側方から連なる液体導入路とが設けられた充填ヘッドと、
   前記液体導入路に接続され、該液体導入路に加圧した液体を供給する加圧液体供給部とを有し、
   前記液体供給路の内周面に該液体供給路の軸心を中心とした螺旋状の案内溝が設けられていることを特徴とするブロー成形装置。
2. 前記液体導入路が前記液体供給路に対して直交している、請求項１に記載のブロー成形装置。
3. 前記シール体は、前記液体供給路の内径よりも小径かつ前記ブローノズルの内径よりも大径に形成されて前記液体供給路の内部に配置され、前記ブローノズルに当接して該ブローノズルを閉じる閉位置と前記ブローノズルから離間して該ブローノズルを開く開位置との間で該液体供給路の軸方向に沿って移動自在となっており、開位置にある前記シール体の少なくとも一部が前記案内溝の径方向内側に配置されている、請求項１または２に記載のブロー成形装置。
4. 前記充填ヘッドには、前記液体導入路と前記案内溝との間において前記液体供給路に側方から連なる液体排出路が設けられ、前記シール体が閉位置にあるときには、前記加圧液体供給部から前記液体導入路を介して前記液体供給路に供給された液体が前記液体排出路を通して前記加圧液体供給部に戻される、請求項１〜３の何れか１項に記載のブロー成形装置。

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