JP6653385B2 - プリフォームから容器への成形及び充填を同時に行うための装置、弁装置、及び、プリフォームから容器への成形及び充填を同時に行うための方法でのその種の弁装置の使用 - Google Patents

Description

本発明は、プリフォームから容器への成形及び充填を同時に行うための装置、弁装置、及び、プリフォームから容器への成形及び充填を同時に行うための方法でのその種の弁装置の使用、に関するものである。

従来は、特にはボトルといった容器は、ブロー成形において、圧力下で予加熱されたプリフォーム内へ流入される成形ガスによって、成形されており、そして、第２の工程で充填物、特には液状の充填物で満たされていた。効率的に製造するために、近年、予加熱されたプリフォームが圧縮ガスによってではなく圧力下で供給される液状の充填物によって１つの工程で成形及び充填され得る方法が、発展された。その種の方法は例えば特許文献１から知られている。

プリフォームを容器に変形出来るようにするため、プリフォームは熱的に調整され、即ち特には加熱され、また適切な温度プロフィールが与えられる。その際、プリフォームのボディ（本体）は、約１２０℃に加熱されまた変形可能であり、それに対し口部領域は明らかにより低い温度にのみ到達するべきであるが、その理由は、プリフォームは口部領域において、成形充填機に保持され、そこで加わる保持力によって変形してはならないからである。熱的な調整のために、充填済みの容器を製造するための装置は、加熱区間を用いることが可能であって、当該加熱区間に沿ってプリフォームが案内されまたその際に所望の温度プロフィールが与えられる。

成形工程は、非常に素早く行われなければならず、それゆえプリフォームに蓄えられる熱は、プリフォームを成形工程の終了まで可塑的に変形可能に維持するために、十分である。液状の充填物を用いた成形の際には、従って、作製される容器のために必要な体積が、高圧下で、また短い時間インターバル内で、プリフォームに供給されなければならない。４０ｂａｒまでの圧力においては、毎秒２０リットルまでの体積流及びそれ以上の体積流が、必要である。

従来の弁は例えばピストンバルブであり、当該ピストンバルブは、同軸に貫流され、またその内部では、弁座を閉鎖するために又は弁断面を開放するために、中央に配設されたピストンが軸方向に移動される。しかしながら、その種のバルブのピストンには、開放時及び閉鎖時に大きな反力が作用し、当該反力は圧力負荷の掛かる異なる大きさの制御面によって発生する。大きな制御力が必要であるが、当該制御力は弁の遅延した反応をもたらし得るものであり、また、ゆっくりとした開放及び閉鎖しかもたらすことは出来ない。成形方法及び充填方法が組み合わされている場合には従って、短い充填時間は大きなコストを伴ってのみ達成可能である。

ＤＥ １０ ２０１０ ００７ ５４１ Ａ１

本発明の課題は、圧力下でプリフォーム内へと導入される液状の充填物によって、プリフォームから充填された容器を製造するための方法を提案することであり、１つの充填弁を備えており、当該充填弁は短い反応時間で制御され得る。本発明の課題は更に、ラインシステム内で高い圧力が使用される場合でも僅かな力の消費で制御され得て、また、大きな体積流を可能とする弁装置を提案することである。

本発明に従う課題は、圧力下でプリフォーム内へ導入される液状の充填物によってプリフォームから充填された容器を製造するための装置にして、モールド及び成形充填ヘッドを備える成形充填ステーションを含んでいる装置によって、解決される。その際、モールドの内部では、プリフォームが充填された容器へと変形可能であり、また成形充填ヘッドには供給管により圧力下で充填物か供給可能であり、また成形充填ヘッドはプリフォームへの充填物供給を制御するための充填弁（充填バルブ）を有している。本発明に従う装置は、同一の直径を有する第１及び第２のパイプ支持部（パイプソケット、パイプサポート）を含んでいる弁装置を有する充填弁によって特徴づけられている。両方のパイプ支持部は互いに並んで配設されている。パイプ支持部の間には、弁体（バルブホディ）が配設されており、その直径は少なくともパイプ支持部の直径に対応している。弁装置は更に、両方のパイプ支持部に沿って変位可能なスリーブを含んでおり、当該スリーブは両方のパイプ支持部の間の間隔を密に架橋しており、その際、スリーブは弁体の最大直径よりも大きな最大内径を有している。スリーブは、それが弁装置の閉鎖位置にて弁体に配された密閉面と接触状態にあるように、また、密閉面がパイプ支持部の直径を有しているように、パイプ支持部に沿って変位可能である。

本発明に従う装置の弁装置は、パイプラインシステム（配管システム）に接続するために用いられる２つのパイプ支持部を含んでいる。パイプ支持部は、双方同一の直径を有している。それらは離間して配設されており、また、パイプ支持部に沿って変位可能なスリーブによって密に架橋されている。その際、スリーブがパイプ支持部の外側で周りを掴持しているか、パイプ支持部の内側に挿入されているかは、重要ではない。パイプ支持部の壁厚はこの場合、直径に比べて重要ではないとして見なされる。壁厚がなおざりに出来ない場合では、スリーブが内側でパイプ支持部に係合しているのであれば、内径が直径として考慮されるべきであり、スリーブが外側でパイプ支持部を取り囲んで把持しているのであれば、外径が直径として考慮されるべきである。

パイプ支持部の間には、弁体が配設されており、その最大直径部は少なくともパイプ支持部の直径に対応している。スリーブは、弁体の最大直径部よりも大きな最大内径部を有しており、その結果、弁体及びスリーブの間には弁装置の開放位置において流路が開放される。

スリーブが開放位置から閉鎖位置へと移行され得るように、スリーブはパイプ支持部に沿って変位可能であり、閉鎖位置においては、スリーブはシーリング面で弁体と接触しておりまた流路を遮断している。シーリング面はその際、その直径がパイプ支持部の直径に対応するように、弁体に配されているべきである。弁が閉鎖され流路が遮断される場合、ライン内では流れの上流にのみ圧力が掛かっており、その一方でラインは流れの下流では加圧されていない。弁の操作要素内の面、この場合はスリーブ内の面は、両方の操作方向において同じ大きさであるので、従来の弁とは対照的に、掛かっている圧力は弁操作には力を及ぼさない。従って、弁は最小限の力で操作され得る。

弁体は、少なくとも部分的に、特には円錐形状、円錐台形状、半球形状、球セグメント形状（球部分形状）、又は球形状であり得る。

弁体としての、２つの円錐台であってそれらの底部で互いに接合された対称な円錐台、又は、１つの球体は、両方向での弁操作を可能たらしめ、その結果、それぞれの端部位置で閉鎖位置が達成されている。

本発明に従う弁装置のスリーブは、特には、回転対称に構成されている。しかしながら、特には弁体及びスリーブの間のシーリング面外の流路の範囲では、その他の形状であってもよい。

弁体は、特には適切な様態で、両方のパイプ支持部の少なくとも一方と接続されており、その結果、接続要素は流路を著しくは制限しない又は流れを阻まない。

プリフォームから容器を成形しまた充填するための装置内では、弁装置は、有利には延伸ロッドを有しており、当該延伸ロッドは軸方向に変位可能に弁装置内に配設されておりまた弁体を貫通縦断している。弁装置が、弁体の移動によってではなく、外側にあるスリーブによって制御可能であることにより、延伸ロッドを格別に簡潔に弁装置内へ入れることが出来る。弁体は位置固定的に弁内に配設されているので、内部に存する弁体用の制御要素が妨げになることない。

本発明の課題は、同一の直径を有する第１及び第２のパイプ支持部を含む弁装置によっても解決される。両方のパイプ支持部は互いに間隔をおいて配設されている。パイプ支持部の間には弁体が配設されており、当該弁体の直径は少なくともパイプ支持部の直径に対応している。弁装置は更に、両方のパイプ支持部に沿って変位可能なスリーブを含んでおり、当該スリーブは両方のパイプ支持部の間の間隔を密に架橋し、その際、スリーブは、弁体の最大の直径よりも大きな最大の内径を有している。本発明に従う弁装置は、弁装置の閉鎖位置においてスリーブが弁体に配設されたシーリング面と接触状態にあるようにスリーブがパイプ支持部に沿って変位可能であること、及び、シーリング面がパイプ支持部の直径を有していること、を特徴としている。本発明に従う弁装置は、有利には、プリフォームから充填された容器を製造するための本発明に従う装置との関連で既に上述した複数の特徴を有していてもよい。

上述の弁装置の特性を有する充填弁は、僅かな力及び短い反応時間で、制御可能である。

容器の液圧的な成形（液圧成形）及び同時の充填を行う際に達成されなければならない非常に短い充填時間内で、成形及び充填のためにプリフォームへ充填物を供給するためには、充填物の完全な体積流及び完全な充填圧を迅速に発生させる必要である。単にゆっくりとした弁の開放による充填圧の発生の遅れは、一方では、延長された充填時間をもたらし、それは熱的に調整されたプリフォームの望まれない冷却をもたらし得るものであり、その結果、プリフォームは最早十分に変形可能ではなくなる。他方では、成形充填工程の開始フェーズにおける不十分な体積流は、プリフォームを容器へと変形する際に望まれない材料分布をもたらし得る。

特に有利には、それぞれの端部姿勢において閉鎖位置を有している弁が、本発明に従う装置に導入され得る。それにより、通常１００ｍｓから１５０ｍｓの間で継続する成形充填工程の間に、弁を先ず開放しその後再度閉鎖するために、移動転換は必要ない。直線的な移動のみが必要であり、当該移動は使用可能な短い時間内で僅かな力及び僅かな慣性で実行可能である。反対方向への移動は、次の成形充填サイクルで行われる。

本発明に従う装置は、弁の弁体を貫通して縦断する延伸ロッドを有している。

本発明の実施例は、以下において添付の図面を用いてより詳細に説明される。

ディスク形状の弁体を有し、開放位置にある本発明に従う弁装置を、断面図で概略的に示す。 ディスク形状の弁体を有し、閉鎖位置にある本発明に従う弁装置を、断面図で概略的に示す。 ディスク形状の弁体を有し、閉鎖位置にある本発明に従う弁装置を、断面図で概略的に示す。 球形状の弁体を有する本発明に従う弁装置を断面図で概略的に示す。 円錐台形状の弁体を有する本発明に従う弁装置を断面図で概略的に示す。 弁体を貫通縦断する追加の延伸ロッドを有する図３の装置を示す。 圧力下でプリフォーム内へ導入される液状の充填物によってプリフォームから充填された容器を製造するための装置を概略的に示しており、当該装置は、本発明に従う弁が装備されており、図５ｂ及び図５ｃとは異なる成形充填フェーズにある。 圧力下でプリフォーム内へ導入される液状の充填物によってプリフォームから充填された容器を製造するための装置を概略的に示しており、当該装置は、本発明に従う弁が装備されており、図５ａ及び図５ｃとは異なる成形充填フェーズにある。 圧力下でプリフォーム内へ導入される液状の充填物によってプリフォームから充填された容器を製造するための装置を概略的に示しており、当該装置は、本発明に従う弁が装備されており、図５ａ及び図５ｂとは異なる成形充填フェーズにある。

ここで表されている図面は単に本発明の原理を具体的に示すために用いられるべきものであり、概略的なものに過ぎず、寸法的に正確に描写されたものではないことは、当業者にとって自明である。特には、各要素の描写されている寸法及び大きさの比率は、例示的なものに過ぎない。実際の寸法及び大きさの比率は、当業者がその専門的知見に基づき自由に決定することが出来る。更に、本発明を理解するために必要な構成要素のみが図示されている。実際の装置は、他の構成要素を有していてもよい。

図１ａは本発明に従う装置を断面図で示しており、当該装置は第１のパイプ支持部１ａ及び第２のパイプ支持部１ｂを含んでいる。両方のパイプ支持部１ａ、１ｂは、互いに間隔を置いて配設されており、またそれらは同じ直径Ｄを有している。スリーブ３は両方のパイプ支持部１ａ、１ｂの間の間隔を架橋しており、また、矢印Ａの方向にスライド可能である。スリーブ３はパイプ支持部１ａ、１ｂに対して、シーリング４によって密閉されている。

ディスク状の弁体２は両方のパイプ支持部１ａ、１ｂの間の間隔内に存在し、適切な保持部材５を介して第１のパイプ支持部１ａに接続されている。その結果、保持部材５は弁装置内での流れを基本的に妨げることはない。

弁体２はその縁にシーリング面６を有しており、それは少なくともおおよそパイプ支持部１ａ、１ｂの直径を有している。

スリーブ３の最大の内径は、弁体２の最大の直径よりも大きく、その結果、図示されている開放位置では、液流は矢印Ｆの方向で弁体２の周りを流れることが出来る。

図１ｂには、閉鎖位置にある図１ａの弁が図示されている。スリーブ３はその際下方へスライドされている。この場合では、スリーブ３の表面は弁体２のシーリング面６と接触状態にあるので、その結果、液流は弁によって遮断される。パイプ内で案内される液体は、弁内に留まっている。第２のパイプ支持部１ｂには、液体はなくまた加圧もされていない。第１のパイプ支持部１ａ内及びスリーブ３の一部分内の圧力によって、スリーブ３の操作方向Ａには力は及ぼされないので、スリーブ３は略負荷無しで変位され得てまたそのようにして弁を制御することが出来る。

図１ｃには、閉鎖位置にある図１ａ及び図１ｂの弁が再度図示されている。この場合、スリーブ３は上方の閉鎖位置にある。スリーブ３並びに弁体２の対称的な構造によって、弁は両方の端部位置で閉鎖し、その結果、取り付け位置の環境に応じて、制御器具の取り付けに様々な可能性が存在する。この閉鎖位置では液体はスリーブ３の大部分の領域で圧力下にある。しかしながら、シーリング面６がパイプ支持部１ａ、１ｂ及びスリーブ３の間でシーリング４と同一線上で並んで配設されているので、スリーブ３の操作方向Ａの方向で圧力によってスリーブ３へ及ぼされている力は、面の幾何学的形状により互いに打ち消し合う。壁部に作用する力成分Ｋはその際互いに相殺し合う。

図２は、図１ａから図１ｃに図示されている弁装置と同様に機能する弁装置を開放位置で示している。その一方、弁体２は球であり、この球は図１に図示されているプレートと比べて弁装置内での流れを改善している。球の最大径は、パイプ支持部１ａ、１ｂの直径よりも大きい。スリーブ３は、パイプ支持部の直径に対応するシーリング面６をもたらすために、球形状に適切に適合されている。スリーブの変位経路はストッパー７によって、スリーブが図示されている開放位置からのみ閉鎖位置へ移行され得るように制限されている。

図３は図２と同様の弁装置を図示しているが、当該弁装置は円錐台形状の弁体を備え、それはその下流側の領域で若干丸められて終端している。それにより、可能な限り乱流の少ない流れが達成されることが見込まれる。その機能性は、上述の説明と変わりない。

図４は図３の弁装置を、弁体内に案内されている追加の延伸ロッドと共に図示しており、当該延伸ロッドは弁体２内で垂直（鉛直）に変位可能である。この弁は従って、高圧下でプリフォーム内へ充填物を導入することによってプリフォームから充填された容器を製造するための設備における使用に適している。プリフォームはその際、特には成形フェーズの開始時に、軸方向へと延伸されなければならない。これは、弁内に可動的なピストンを備える従来の弁では、一部では実行が困難である。本発明に従う弁装置はこの場合、幅広い可能性を開く。

図５ａは、圧力下でプリフォーム内へ導入される液状の充填物によりプリフォームから充填された容器を製造するための装置を、概略的に示しており、当該装置は本発明に従う弁装置を装備している。

本装置は、充填物リザーバ１０を含んでおり、当該充填物リザーバ１０によって充填物は供給ライン１１を通って成形充填ステーションに供給され得る。そこでは型（モールド）１４内にプリフォーム１３が存在している。プリフォームは、事前に図５ａには示されていない加熱経路に沿って熱的に調整されたものであり、その結果可塑的に変形可能である。

成形充填ステーションは更に、充填弁１６並びに延伸ロッド１７を備える成形充填ヘッド１５を含んでおり、当該延伸ロッド１７はプリフォーム或いは成形される容器に軸方向に差し込まれ得て、またそれらは充填され得る。

リザーバ１０から供給される充填物は供給ライン１１内で圧力下に置かれており、そのためには、図５ａに図示されているピストンポンプ１８やその都度別の適したポンプといった、適した手段を用いることが出来る。リザーバ１０は逆止弁１９を介して供給ライン１１内部での圧力に対して隔絶される。

容器の成形及び充填を同時に行うためには、供給ライン１１内に、約３８ｂａｒの成形充填圧が発生される必要がある。そのために、ピストンポンプ１８内へ必要な量の充填物が引き込まれ、それに続きピストン１８ａによって所望の圧力が発生される。成形充填弁１６はその際、初めは閉鎖されており、その結果充填物は流れ出ずまた圧力を完全に発生させることが出来る。

成形充填弁１６は既に説明したような弁である。それは２つのパイプ支持部１ａ、１ｂの間に配設されている弁体２を有している。両方のパイプ支持部１ａ、１ｂは、シーリング４によって密に、スリーブ３によって架橋されている。図示されている位置では、スリーブ３は弁体のシーリング面６と接触状態にあり、その結果弁は閉鎖されている。

成形充填ヘッド１５はその後密閉した状態でプリフォーム１３の開口部２０へ乗せられ、そのために成形充填ヘッド１５にはシーリング２１が設けられている。弁体２を貫通縦断する延伸ロッド１７は、プリフォーム１３のボトム部まで下方へと案内される。

成形充填工程全体は、１００ｍｓから１５０ｍｓ程度のみの継続が許容され、それにより、可塑的な変形を可能とするために、熱的に調整されたプリフォーム１３の温度は十分である。充填物の体積流は適切な量でなければならない。従って、充填弁１６を十分に素早く、開放しまた再度閉鎖することが必要である。

本発明に従う弁を用いることで、これは、大きな力を要せずともスリーブを変位させることによって、下方へ移動する。

図５ｂには成形充填工程最中にある装置が図示されている。充填弁１６のスリーブ３は、中央位置へ下方に変位されており、その結果、弁体２の周りを充填物が流れることが可能となる。詳細に上述したように、スリーブ３は略負荷なしで変位され得て、それにより、最大の弁断面を迅速に開放することが可能であり、また、充填物は、所望の圧力下でまた大きな通流率で、容器へと変形されるプリフォーム１３内へと供給され得る。延伸ロッド１７はその際、成形充填工程を開始するためプリフォーム１３を延伸させ、また、引き続きプリフォームのボトム部を案内し、従って同時に容器の成形が行われ、また、成形される容器の底部は側方に動くことは出来ない。

図５ｃは、成形充填工程終了後の図５ａ及び図５ｂの装置を示している。容器１３は完全に充填及び成形されており、型１４の壁部に接触している。充填弁１６のスリーブ３は、完全に下方へ移動されており、そこで再度便の閉鎖位置にあり、また充填物はそれ以上供給されない。従って容器は成形充填ヘッド１５から離され得て、また、密閉やラベリング等による別の加工が施こされ得る。

次回の成形充填工程のために、ピストンポンプ１８はリザーバ１０から新たに充填物を吸い込み、そして供給ライン１１内部で圧力下に置く。成形充填工程はその後上述の方法で新たに実行され、その際成形充填弁１６のスリーブ３はこのサイクル内で、再び図５ａの開始位置につかせるため、上方へ移動される。

成形充填工程は上述の弁を用いて特に効率的に制御され得るが、それは、その弁が実質的に負荷なしで開閉され得るからである。更に、スリーブ３は成形充填工程ごとに直線的に移動しさえすればよい。ある程度の慣性と結び付けられるであろう移動方向の転向は必要ない。弁は必要とされる短い充填時間内で完全に開放されまた再度閉鎖され得て、その結果、必要とされる体積流を略即座に達成することが出来る。

１ａ 第１のパイプ支持部
１ｂ 第２のパイプ支持部
２ 弁体
３ スリーブ
６ シーリング面
８ 延伸ロッド
１１ 供給ライン
１２ 成形充填ステーション
１３ プリフォーム
１４ 型
１５ 成形充填ヘッド
１６ 充填弁

Claims (9)

1. 圧力下でプリフォーム内へ導入される液状の充填物によってプリフォーム（１３）から充填された容器を製造するための装置であって、
   型（１４）及び成形充填ヘッド（１５）を備える成形充填ステーション（１２）を含み、前記型（１４）内で前記プリフォーム（１３）は充填された容器へと変形可能であり、前記成形充填ヘッド（１５）にはライン（１１）によって圧力下で充填物が供給可能でありまた前記成形充填ヘッド（１５）は前記プリフォーム（１３）に対する充填物供給を制御するための充填弁（１６）を有している、前記装置において、
   前記充填弁（１６）が弁装置を有しており、当該弁装置が、
   同一の直径（Ｄ）を有し、互いに間隔をおいて配設されている、第１及び第２のパイプ支持部（１ａ、１ｂ）、
   前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の間に配されており、その最大径が少なくとも前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の直径に対応する弁体（２）、
   並びに、両パイプ支持部（１ａ、１ｂ）に沿って変位可能であり、両パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の間の間隔を密に架橋するスリーブ（３）を含んでいること、
   その際、前記スリーブ（３）が最大内径を有しており、当該最大内径が前記弁体（２）の最大直径よりも大きいこと、
   また、前記弁装置の閉鎖位置にて前記スリーブ（３）が前記弁体（２）に配されているシーリング面（６）と接触状態にあるように、前記スリーブ（３）が前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）に沿って変位可能であること、
   また、前記シーリング面（６）が前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の直径（Ｄ）を有していること、
   また、前記成形充填ヘッド（１５）が、前記弁装置の前記弁体（２）を貫通縦断する延伸ロッド（８）を含んでいること、
   を特徴する装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記弁装置の前記弁体（２）が、少なくとも部分領域にて、円錐形状、円錐台形状、半球形状、球台形状、又は、球形状を有することを特徴とする装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において、
   前記弁装置の前記スリーブ（３）が回転対称に構成されていることを特徴とする装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の装置において、
   前記弁装置の前記弁体（２）が、両方の前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の少なくとも一方に固定されていることを特徴とする装置。
5. 同一の直径（Ｄ）を有し、互いに間隔をおいて配設されている第１及び第２のパイプ支持部（１ａ、１ｂ）、
   前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の間に配されており、その最大径が少なくとも前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の直径に対応する弁体（２）、
   並びに、両パイプ支持部（１ａ、１ｂ）に沿って変位可能であり、両パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の間の間隔を密に架橋するスリーブ（３）を含んでいる弁装置にして、
   前記スリーブ（３）が最大内径を有しており、当該最大内径が前記弁体（２）の最大直径よりも大きい、弁装置において、
   前記弁装置の閉鎖位置では前記スリーブ（３）が前記弁体（２）に配されているシーリング面（６）と接触状態にあるように、前記スリーブ（３）が前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）に沿って変位可能であること、
   及び、前記シーリング面（６）が前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の直径（Ｄ）を有していること、
   及び、前記弁体（２）が、請求項１から４までの何れか一項に記載の装置に前記弁装置を取り付けた状態で延伸ロッド（８）を貫通縦断させるための貫通縦断穴を有していること、
   を特徴とする弁装置。
6. 請求項５に記載の弁装置において、
   前記弁体（２）が、少なくとも部分領域にて、円錐形状、円錐台形状、半球形状、球台形状、又は、球形状を有すること、を特徴とする弁装置。
7. 請求項５又は６に記載の弁装置において、
   前記スリーブ（３）が回転対称に構成されていること、を特徴とする弁装置。
8. 請求項５から７の何れか一項に記載の弁装置において、
   前記弁体（２）が、両方の前記パイプ支持部（１ａ、１ｂ）の少なくとも一方に固定されていること、を特徴とする弁装置。
9. 請求項５から８の何れか一項に記載の弁装置の、圧力下でプリフォーム内へ導入される液状の充填物によってプリフォームから容器を成形及び充填するための方法での使用。
   

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