JP6636589B2 - 液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製のプリフォームに加圧した液体を供給して所定形状の容器に液体ブロー成形する液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法に関する。

ポリプロピレン（ＰＰ）製のボトルやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のボトルに代表されるような樹脂製の容器は、飲料、化粧品、薬品、洗剤、シャンプー等の様々な液体を収容する用途に使用されている。このような容器は、樹脂材料により有底筒状に形成されたプリフォームをブロー成形することにより製造されるのが一般的である。

プリフォームをブロー成形するブロー成形装置としては、プリフォームに供給する加圧流体として液体を用いた液体ブロー成形装置が知られている。例えば特許文献１には、プリフォームが配置されるブロー成形型と、ブロー成形型に配置されたプリフォームの口部に係合するブローノズルと、ブローノズルに接続される供給路に加圧した液体を供給する加圧液体供給部と、供給路をブローノズルに対して開閉するシール部材とを有し、加圧液体供給部から供給路へ加圧した液体を供給するとともにシール部材を開くことで加圧した液体をプリフォームの内部に供給して、当該プリフォームを所定形状の容器に液体ブロー成形するようにした液体ブロー成形装置が記載されている。このような液体ブロー成形装置によれば、プリフォームに供給する液体として飲料等の最終的に製品として容器に収容される内容液を使用することにより、成形後の容器への内容液の充填工程を省略して、その生産工程や液体ブロー成形装置の構成を簡略化することができる。

特開２０１３−１５４６１７号公報

このような液体ブロー成形装置としては、加圧液体供給部から供給路への加圧した液体の供給を開始するのと同時にシール部材の開動作を開始させることにより、液体ブロー成形するものがある。

このような構成では、加圧液体供給部から供給路への加圧した液体の供給が開始されたときにはシール部材が開いておらず、そのためシール部材が開き始める初期段階において供給路内の液体の圧力が高められることになる。そして、この状態でシール部材が開かれると、当該圧力を高められた液体がプリフォーム内に一気に供給されることになり、これによりプリフォーム内への液体の供給初期において当該プリフォーム内における液体の挙動が乱れ、成形後の容器に芯ずれや破裂、肉厚の偏り等を生じるなど、その成形性が低下することが懸念された。

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、プリフォーム内への液体の供給初期における当該液体の挙動を安定化させてプリフォームの成形性を高めた液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法を提供することにある。

本発明の液体ブロー成形装置は、樹脂製のプリフォームを所定形状の容器に液体ブロー成形する液体ブロー成形装置であって、前記プリフォームが配置されるブロー成形型と、前記プリフォームの口部に係合するブローノズルと、前記ブローノズルに接続される供給路に加圧した液体を供給する加圧液体供給部と、前記供給路に設けられ、前記供給路を前記ブローノズルに対して開閉するシール部材とを有し、前記シール部材の開放が開始された後であって、前記シール部材が完全に開放されるまでの間に、前記加圧液体供給部が前記供給路への加圧した液体の供給を開始することを特徴とする。

本発明の液体ブロー成形装置は、上記構成において、前記加圧液体供給部が前記供給路への加圧した液体の供給を開始するときの前記シール部材の開度が、９％以上、１００％未満であるのが好ましい。

本発明の液体ブロー成形装置は、上記構成において、前記プリフォームを縦方向に延伸するための延伸ロッドを備える構成とされるのが好ましい。

本発明の液体ブロー成形方法は、樹脂製のプリフォームを所定形状の容器に液体ブロー成形する液体ブロー成形方法であって、前記プリフォームが配置されるブロー成形型と、前記プリフォームの口部に係合するブローノズルと、前記ブローノズルに接続される供給路に加圧した液体を供給する加圧液体供給部と、前記供給路に設けられ、前記供給路を前記ブローノズルに対して開閉するシール部材とを有する液体ブロー成形装置を用い、前記シール部材の開放が開始された後であって、前記シール部材が完全に開放されるまでの間に、前記加圧液体供給部が前記供給路への加圧した液体の供給を開始することを特徴とする。

本発明の液体ブロー成形方法は、上記構成において、前記加圧液体供給部が前記供給路への加圧した液体の供給を開始するときの前記シール部材の開度が、９％以上、１００％未満であるのが好ましい。

本発明によれば、シール部材の開放が開始された後に、加圧液体供給部が供給路への加圧した液体の供給を開始することにより、シール部材が開く前に供給路内の液体が加圧液体供給部によって所定値を超えて加圧されることを防止することができるので、プリフォーム内への液体の供給初期における当該液体の挙動を安定化させてプリフォームの成形性を高めることができる。

このように、本発明によれば、プリフォーム内への液体の供給初期における当該液体の挙動を安定化させてプリフォームの成形性を高めた液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態である液体ブロー成形装置の構成を示す説明図である。 図１に示す液体ブロー成形装置の、プリフォームを液体ブロー成形している状態を示す説明図である。

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に示す本発明の一実施の形態である液体ブロー成形装置１は、本発明の一実施の形態である液体ブロー成形方法によって樹脂製のプリフォーム１０を所定形状の容器に液体ブロー成形して当該容器を製造するものである。なお、液体ブロー成形とは、プリフォーム１０に供給する加圧流体として加圧エアーに替えて加圧した液体を用いたブロー成形のことである。

液体ブロー成形装置１は、例えばブロー成形用の金型等で構成されるブロー成形型１１を有している。図１においては一部のみを示すが、このブロー成形型１１のキャビティ１２はボトル形状となっており、ブロー成形型１１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、ブロー成形型１１は左右に型開きすることができるようになっており、ブロー成形型１１を開くことで成形後の製品をブロー成形型１１から取り出すことができる。

プリフォーム１０はブロー成形型１１に配置され、この液体ブロー成形装置１により液体ブロー成形されて容器に形成される。

プリフォーム１０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）等の加熱により延伸性が発現する樹脂材料を、射出成形、圧縮成形、押出成形等の手段により、口部１０ａと本体部１０ｂとを備えた有底筒状（略試験管状）に形成したものを用いることができる。このようなプリフォーム１０は、延伸性を発現する所定の温度にまで予め加熱され、その状態で口部１０ａをキャビティ１２から上方に突出させた起立姿勢でブロー成形型１１に配置される。

なお、プリフォーム１０は、１種類の樹脂材料のみで形成された単層構造に限らず、複数種類の樹脂材料を積層した積層構造のものとすることもできる。この場合、複数の樹脂層が互いに接着された構成とすることができるが、それ以外にも、外側層と内側層とを異材質で形成して、お互いが接着しないように積層した積層構造や、当該積層構造において外側層と内側層との間に接着層を軸方向帯状に設けた積層構造のものとすることもできる。このようにプリフォーム１０を互いに接着させない積層構造とした場合には、当該プリフォーム１０を液体ブロー成形装置１により、所定形状の積層剥離容器に形成することができる。なお、積層構造のプリフォーム１０としては、上記のものに限らず、どのような層構成としてもよい。

ブロー成形型１１の上側には、ブロー成形型１１に対して上下方向に相対移動自在にノズルユニット１３が設けられている。ノズルユニット１３は本体ブロック１４とブローノズル１５とを有している。

ブローノズル１５は、プリフォーム１０の口部１０ａの内径よりも小径の円筒状に形成されたノズル本体１５ａとこのノズル本体１５ａと一体に形成された大径の挟持部１５ｂとが、例えば鋼材や樹脂材料等により一体に形成された構成となっており、挟持部１５ｂが本体ブロック１４の内面に嵌め込まれることにより本体ブロック１４に固定されている。

ノズル本体１５ａは、ブロー成形型１１のキャビティ１２と同軸に配置されており、ノズルユニット１３が所定位置にまで下降するとブロー成形型１１に装着されたプリフォーム１０の口部１０ａに係合するようになっている。なお、符号１６はノズル本体１５ａと口部１０ａとの間を密封するシール体である。

本体ブロック１４の内部にはノズル本体１５ａと同軸となって上下方向に延びる供給路１７が設けられており、この供給路１７はその下端においてブローノズル１５に接続されている。

供給路１７には配管１８を介して加圧液体供給部１９が接続されている。加圧液体供給部１９は、配管１８を介して供給路１７に所定の圧力にまで加圧した液体を供給することができる。加圧液体供給部１９から供給路１７に加圧した液体が供給されると、当該液体は供給路１７からブローノズル１５を介してブロー成形型１１に配置されたプリフォーム１０の内部に供給され、当該プリフォーム１０がブロー成形型１１のキャビティ１２に沿った形状の容器に液体ブロー成形されることになる。

加圧液体供給部１９としては、例えば加圧源としてプランジャーポンプを用いた構成のものを用いるのが好ましいが、プリフォーム１０の内部に所定の圧力に加圧した液体を供給することができるものであれば、他の構成のものを用いることもできる。

供給路１７の内部には、この供給路１７をブローノズル１５に対して開閉するため、つまり供給路１７とブローノズル１５との間で流路を開閉するためにシール部材２０が配置されている。シール部材２０は、供給路１７の軸心に沿って延びる円柱状に形成されており、供給路１７の内部で本体ブロック１４に対して上下方向に相対移動自在となっている。これに対して、ブローノズル１５の挟持部１５ｂの上面にはテーパ状の閉塞面１５ｃが設けられている。シール部材２０が下方のストローク端にまで移動してシール部材２０の下端に設けられたテーパ面２０ａが閉塞面１５ｃに当接すると、供給路１７とノズル本体１５ａとの連通がシール部材２０によって遮断され、供給路１７はブローノズル１５に対して閉塞された状態とされる。一方、シール部材２０が上方に移動してシール部材２０の下端に設けられたテーパ面２０ａが閉塞面１５ｃから離間すると、供給路１７とノズル本体１５ａとが連通され、供給路１７はブローノズル１５に対して開かれた状態つまり開放状態とされる。

したがって、図２に示すように、ノズル本体１５ａをプリフォーム１０の口部１０ａに係合させ、シール部材２０を開いて供給路１７をブローノズル１５に連通させた状態で加圧液体供給部１９を作動させることで、加圧液体供給部１９から供給路１７及びブローノズル１５を介してプリフォーム１０内に加圧した液体を供給して、当該プリフォーム１０を液体ブロー成形することができる。

液体ブロー成形装置１は、シール部材２０の中央部に形成された挿通孔に延伸ロッド２２が摺動自在に装着された構成とすることもできる。この場合、延伸ロッド２２はシール部材２０に対して上下方向（軸方向）に相対移動可能となっており、図２に示すように、シール部材２０に対して下方（キャビティ１２の底部）に向けて移動することにより、ブロー成形型１１に配置されたプリフォーム１０の本体部１０ｂの底部分を下方に向けて押し下げて、当該本体部１０ｂをキャビティ１２の内部において軸方向（縦方向）に延伸させる。つまり、延伸ロッド２２が設けられた場合には、液体ブロー成形装置１は、ブロー成形型１１に配置されたプリフォーム１０を、延伸ロッド２２を用いて縦方向に延伸させつつ加圧した液体で径方向に延伸させる二軸延伸ブロー成形を行うように構成される。

なお、加圧液体供給部１９、シール部材２０及び延伸ロッド２２は、図示しない制御装置によりその作動ないし作動タイミング等が統合制御されるようになっている。

上述のように、液体ブロー成形装置１は、ノズル本体１５ａをプリフォーム１０の口部１０ａに係合させた状態で、シール部材２０を開放して供給路１７をブローノズル１５に連通させ、加圧液体供給部１９から供給路１７に加圧した液体を供給することで、ブローノズル１５を介して加圧した液体をプリフォーム１０に供給して液体ブロー成形を行うようになっているが、その際、シール部材２０の開放が開始された（シール部材２０の開動作が開始された）後に、加圧液体供給部１９による供給路１７への加圧した液体の供給を開始させるようにしている。つまり、本発明の液体ブロー成形装置１では、シール部材２０の開放が開始されるのと同時に加圧液体供給部１９による供給路１７への加圧した液体の供給を開始するのではなく、シール部材２０の開放が開始された後に、加圧液体供給部１９による供給路１７への加圧した液体の供給を開始させるようにしている。これにより、シール部材２０が開く前に加圧液体供給部１９によって供給路１７内の液体が所定値を超えて加圧されることを防止し、シール部材２０が十分に液体を流すことができる開度にまで開かれたときにプリフォーム１０内に当該液体が所望の圧力で供給されるようにして、プリフォーム１０内への液体の供給初期における当該液体の挙動を安定化させ、当該プリフォーム１０の成形性を高めることができる。

なお、シール部材２０は、その開動作が開始されるのと同時にその開放が開始される構成とされるのが好ましいが、開動作が開始されてから一定時間経過後に開放が開始される構成のものであってもよい。この場合、加圧液体供給部１９は、シール部材２０が開動作を開始したときを基準とするのではなく、シール部材２０が実際に供給路１７をブローノズル１５に対して開放し始めたときを基準として、供給路１７への加圧した液体の供給を開始させることになる。

上記のように、プリフォーム１０内への供給初期における液体の挙動を安定化させてプリフォーム１０の成形性を高めるためには、シール部材２０の開放を開始してから、加圧液体供給部１９による供給路１７への加圧した液体の供給を開始するまでの時間を、０．０１秒以上、０．０５秒以下とするのが好ましい。当該時間を０．０１秒未満とした場合には、加圧液体供給部１９が供給路１７への加圧した液体の供給を開始したときのシール部材２０の開度が未だ小さく、供給路１７内の液体が所定値を僅かに超えて加圧されてプリフォーム１０の成形性が若干低下することになる。一方、当該時間を０．０５秒より大きくした場合には、プリフォーム１０が加圧した液体によって液体ブロー成形される前に、当該プリフォーム１０の内部に流入する加圧されていない液体の量が多くなって、当該液体により加熱状態のプリフォーム１０が冷却されてその成形性が低下することになる。よって、上記のように、シール部材２０の開放を開始してから、加圧液体供給部１９による供給路１７への加圧した液体の供給を開始するまでの時間は、０．０１秒以上、０．０５秒以下とするのが好ましい。

また、よりプリフォーム１０の成形性を高めるためには、シール部材２０の開放を開始してから、加圧液体供給部１９による供給路１７への加圧した液体の供給を開始するまでの時間を、０．０１秒以上、０．０３秒以下とするのが好ましい。当該時間が０．０３秒を超える場合は、供給路１７内の圧力上昇による成形性（賦形性を含む）の低下を避けることはできるが、プリフォーム１０が加圧された液体によって液体ブロー成形される前に、当該プリフォーム１０の内部に流入する加圧されていない液体の量が多くなって、当該液体により加熱状態のプリフォームが冷却されてその成形性が低下し、容器の成形後収縮が大きくなることで満注容量が減少することになる。また、過度の冷却により容器の芯ずれにもつながる。当該時間を０．０３秒以下とした場合には、プリフォーム１０が加圧した液体によって液体ブロー成形される前に、当該プリフォーム１０の内部に流入する加圧されていない液体の量をプリフォーム１０に対する冷却の影響を実質的に無くす程度に少なくすることができるので、当該液体により加熱状態のプリフォーム１０が冷却されて成形性が低下することを防止して、その成形性をより高めることができる。

なお、加圧されない液体がプリフォーム１０に供給されることにより当該プリフォーム１０が冷却されて成形性が低下する問題は、例えばプリフォーム１０に供給する液体の温度が常温（例えば２０℃）や低温（１０℃以下）の場合等、プリフォームの加熱温度（余熱温度）よりも低温の液体を用いるときに顕著に生じることになるが、当該液体の温度をプリフォーム１０に冷却を生じさせない程度の温度にまで高めることによって解消することができる。

次に、本発明の効果を確認するために、樹脂製のプリフォームに所定の圧力にまで加圧した常温（２０℃）の水を供給することにより当該プリフォームを液体ブロー成形して内容量３６０ｍｌ用として使用されるボトル形状の容器を成形する場合について、シール部材の開動作を開始してから、加圧液体供給部による供給路への加圧した液体の供給を開始するまでの時間を種々変更して液体ブロー成形を行う試験を行い、その成形性についての評価を行った。その評価結果を表１に示す。

表１において、「加圧液体供給部の作動タイミング」の欄は、シール部材の開放を開始してから加圧液体供給部が供給路に加圧した液体の供給を開始するまでの時間（秒）を示す。なお、当該欄において「０」は、シール部材の開放を開始するのと同時に加圧液体供給部が供給路への加圧した液体の供給を開始した場合を示す。また、「シール部材の開度」の欄は、シール部材が開かれることにより生じる供給路とブローノズルとの間を連通させる流路の有効断面積を当該流路が全開のときに対する百分率（％）で示す。「０」は当該流路が全閉であることを示し、「１００」は当該流路が全開であることを示す。さらに、「供給初期の供給路内の圧力上昇」の欄は、加圧液体供給部が供給路への加圧した液体の供給を開始した初期段階におけるプリフォームに供給される液体の圧力であり、「あり」は所定値（加圧液体供給部により設定された値）を超えた圧力であることを示し、「なし」は所定値を超えない状態を示す。また、「芯ずれ」の欄には、成形後の容器における芯ずれの有無の評価結果を示す。さらに、成形後の容器の物性値として、当該容器の満注容量（注入可能な液体の量）の３回分の測定結果及びその平均値を示す。

表１の評価結果から、加圧液体供給部の作動タイミングが０（秒）つまりシール部材の開放を開始するのと同時に加圧液体供給部が供給路への加圧した液体の供給を開始した場合では、供給初期段階におけるプリフォームに供給される液体の圧力上昇が生じ、成形後の容器に芯ずれが生じるのに対して、シール部材の開放を開始した後に、加圧液体供給部の供給路への加圧した液体の供給を開始させた場合では、前記圧力上昇が生じず、つまり当該圧力上昇に起因する成形性の低下が生じずにその成形性を高められることが確認できた。

特に、加圧液体供給部の作動タイミングを、シール部材の開放を開始してから０．０１（秒）以上とした場合には、加圧液体供給部が供給路への加圧した液体の供給を開始したときのシール部材の開度を十分に確保して、高い成形性を確保できることが確認できた。また、本試験のように加圧流体として常温（２０℃）の水を用いた場合であっても、加圧液体供給部の作動タイミングを、シール部材の開放を開始してから０．０５（秒）以下とすれば、芯ずれを生じさせずに高い成形性を維持できることが確認できた。これらの結果から、加圧液体供給部の作動タイミングを、シール部材の開放を開始してから０．０１（秒）以上、０．０５（秒）以下とすれば、より好ましいことが確認できた。

なお、加圧液体供給部の作動タイミングがシール部材の開放を開始してから０．０６（秒）の場合、前記圧力上昇による成形性の低下は生じないが、プリフォームが液体ブロー成形される前に当該プリフォームの内部に流入する加圧されていない液体の量が多くなってプリフォームが冷却され、これにより芯ずれを生じるなどその成形性が低下することになる。この場合、容器に成形不良が生じるため、その満注容量の測定は省略した。

また、表１の評価結果から、加圧液体供給部の作動タイミングを、シール部材の開放を開始してから０．０１秒以上、０．０３秒以下とした場合、加圧液体供給部の作動タイミングが０（秒）つまりシール部材の開放が開始されるのと同時に加圧液体供給部が供給路への加圧した液体の供給を開始した場合に対して、成形後の容器の満注容量が増大していることが解る。このことから、加圧液体供給部の作動タイミングを、０．０１秒以上、０．０３秒以下とした場合には、より良好なプリフォームの成形性を得られることが確認できた。

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、シール部材２０が開放を開始した後、加圧液体供給部１９が供給路１７への加圧した液体の供給を開始するまでの時間は、上記数値範囲に限らず、任意に設定することができる。

また、シール部材２０は上記した構成に限らず、供給路１７に設けられて当該供給路１７をブローノズル１５に対して開閉することができるものであれば種々の構成のものを採用することができる。

さらに、液体ブロー成形装置１は、延伸ロッド２２が設けられない構成とすることもできる。

１ 液体ブロー成形装置
１０ プリフォーム
１０ａ 口部
１０ｂ 本体部
１１ ブロー成形型
１２ キャビティ
１３ ノズルユニット
１４ 本体ブロック
１５ ブローノズル
１５ａ ノズル本体
１５ｂ 挟持部
１５ｃ 閉塞面
１６ シール体
１７ 供給路
１８ 配管
１９ 加圧液体供給部
２０ シール部材
２０ａ テーパ面
２２ 延伸ロッド

Claims (5)

1. 樹脂製のプリフォームを所定形状の容器に液体ブロー成形する液体ブロー成形装置であって、
   前記プリフォームが配置されるブロー成形型と、
   前記プリフォームの口部に係合するブローノズルと、
   前記ブローノズルに接続される供給路に加圧した液体を供給する加圧液体供給部と、
   前記供給路に設けられ、前記供給路を前記ブローノズルに対して開閉するシール部材とを有し、
   前記シール部材の開放が開始された後であって、前記シール部材が完全に開放されるまでの間に、前記加圧液体供給部が前記供給路への加圧した液体の供給を開始することを特徴とする液体ブロー成形装置。
2. 前記加圧液体供給部が前記供給路への加圧した液体の供給を開始するときの前記シール部材の開度が、９％以上、１００％未満である、請求項１に記載の液体ブロー成形装置。
3. 前記プリフォームを縦方向に延伸するための延伸ロッドを備える、請求項１または２に記載の液体ブロー成形装置。
4. 樹脂製のプリフォームを所定形状の容器に液体ブロー成形する液体ブロー成形方法であって、
   前記プリフォームが配置されるブロー成形型と、
   前記プリフォームの口部に係合するブローノズルと、
   前記ブローノズルに接続される供給路に加圧した液体を供給する加圧液体供給部と、
   前記供給路に設けられ、前記供給路を前記ブローノズルに対して開閉するシール部材とを有する液体ブロー成形装置を用い、
   前記シール部材の開放が開始された後であって、前記シール部材が完全に開放されるまでの間に、前記加圧液体供給部が前記供給路への加圧した液体の供給を開始することを特徴とする液体ブロー成形方法。
5. 前記加圧液体供給部が前記供給路への加圧した液体の供給を開始するときの前記シール部材の開度が、９％以上、１００％未満である、請求項４に記載の液体ブロー成形方法。

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