JP6801141B1

JP6801141B1 - 中空成形機

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Publication number: JP6801141B1
Application number: JP2020143480A
Authority: JP
Inventors: 徹夫関根
Original assignee: 徹夫関根
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: TW202208149A; JP2022038809A; TWI832027B; TWM619315U

Abstract

【課題】製品不良の原因となる装置本体の振動等を抑制した中空成形機を提供する。【解決手段】型締機構４のフレーム２１は、それぞれ前後一対のアッパリンク５１とロアリンク５２とを介して、装置本体２に連結されている。装置本体２の中央下部には、略半円形状のマス６１ａを有するカウンタウエイト６１が配置されている。カウンタウエイト６１からはマス６１ａの反対側にクランクアーム６１ｂが延設される一方、型締機構４のフレーム２１の右側面にはブラケット２８が固設されている。クランクアーム６１ｂの先端とブラケット２８（すなわち、フレーム２１）とは、クランクピン６２および連結ピン６３を介し、コネクティングロッド６５によって連結されている。【選択図】図４

Description

本発明は、中空樹脂製品の製造に供される中空成形機に係り、詳しくは装置本体の振動に起因する製品不良の抑制等を図る技術に関する。

薬品ボトル等の中空樹脂製品を効率的に生産する装置として、ダイレクトパリソン方式の中空成形機（ブロー成形機とも呼ばれる）が知られている（特許文献１〜３参照）。この種の中空成形機は、熱可塑性樹脂を加熱溶融させてパリソンダイから筒状のパリソンとして押し出すパリソン押出装置、製品外形を形成するためのキャビティが設けられた開閉式の成形金型、成形金型を開閉自在に保持する型締機構、型締機構の上方でパリソンを切断するパリソン切断装置、成形金型に保持されたパリソン内に高圧気体を吹き込むブローノズルを進退可能に保持したブロー装置等から構成されている。

型締機構は、一般に油圧シリンダによって駆動され、パリソン押出装置とブロー装置との間を往復動する。型締機構の移動方式としては、水平に配置されたパリソン押出装置とブロー装置との間を直進動する直動式が知られている。直動式の場合、型締機構４は、図１０（ａ）に示すようにパリソン押出ユニット３の下で停止してパリソンダイから押し出されたパリソン１３を成形金型３１に保持させた後、図１０（ｂ）に示すように油圧シリンダ（図示せず）に駆動されて移動を開始し（起動し）、図１０（ｃ）に示すようにブロー装置６の下で停止してパリソン１３内にブローノズル４１を受け入れさせる。パリソン１３の中空部にはブローノズル４１から圧縮空気が供給され、膨張したパリソン１３の外面が成形金型３１のキャビティ３７に張り付いて成形が完了する。パリソン１３は、冷却された後に成形金型３１から開放され、切断装置（図示せず）によって上下の不要部分が切断されて製品となる。

特開２００４−１６０６６９号公報特開２０１７−２４１９３号公報特開２０１７−１３６７６４号公報

型締機構４がオン・オフ作動する油圧シリンダによって駆動される場合、起動時には停止状態から急加速し、停止時には高速移動状態から急停止する。これにより、成形金型３１に保持されたパリソン１３の中央部分（非拘束部分）は、型締機構４の起動時において、慣性よって進行方向に対して後方に撓んで成形金型３１のキャビティ３７に接触（図１０（ｂ）中のＸ部）する一方、型締機構４の停止時において、慣性よって進行方向に対して前方に撓んで成形金型３１のキャビティ３７に接触（図１０（ｃ）中のＹ部）する。その結果、パリソン１３は、キャビティ３７に接触した部位（Ｘ部、Ｙ部）が早期に冷却硬化してしまい、成形不良（容器肉厚の不均一、表面のひけ等）を製品に生じさせる。

一方、回動式の場合においても、油圧シリンダに駆動された型締機構の起動・停止時に、慣性モーメントの急増減によって装置本体が振動し、直動式と同様にパリソンの撓みによる同様の成形不良が製品に生じる。そして、小型細径容器等の製造にあたって樹脂素材の選定自由度も少なくなる他、振動を抑えるために装置本体をボルト等によって床面に固定する必要もあった。また、油圧シリンダは作動油の温度によって作動速度が変化するため、型締機構の作動曲線も時間の経過に連れて変化する。その結果、型締機構の動作が不安定になり、パリソン押出ユニットや切断装置等と連携が困難になる問題もあった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、型締機構の慣性モーメントの急増減に起因する装置本体の振動等を抑制し、もって製品不良の低減を図った回動式の中空成形機を提供することを目的とする。

本発明の中空成形機は、熱可塑性樹脂を加熱溶融させてパリソンダイから筒状のパリソンとして下方へ押し出すパリソン押出手段と、
製品外形を形成するためのキャビティが形成されるとともに前記パリソンを当該キャビティの上下で拘束して保持する成形金型と、
前記成形金型を開閉可能に保持する型締機構と、
前記パリソンを前記パリソンダイの下方で切断するパリソン切断手段と、
前記パリソン内に高圧気体を下方に吹き込むためのブローノズルを上下に進退可能に保持するブロー手段と、
駆動機構と、を備え、
前記駆動機構が、前記型締機構を前記パリソン押出手段の下方と前記ブロー手段の下方との間を往復移動し、前記パリソン押出手段の下方で前記成形金型に前記パリソンを保持させ、前記ブロー手段の下方で当該パリソンに前記ブローノズルを受け入れさせる中空成形機において、
前記駆動機構は、前記型締機構に対する駆動方向に発生する慣性モーメントを打ち消す方向の慣性モーメントを発生させるカウンタウエイトを備えたことを特徴とする。

好適には、前記型締機構は、装置本体に平行リンクによって支持されるとともに、前記回動中心から離間した位置で前記カウンタウエイトに連結部材を介して連結されている。

好適には、前記型締機構の回動起点と回動終点との少なくとも一方において、前記第回動中心と、前記型締機構と前記連結部材とを連結する第１の連結点と、前記カウンタウエイトと前記連結部材とを連結する第２の連結点とが略直線上に並ぶ。

好適には、前記駆動機構はサーボモータを駆動源とする。

本発明の中空成形機によれば、型締機構の移動による慣性モーメントの少なくとも一部がカウンタウエイトの回動による逆方向の慣性モーメントによって相殺され、装置本体の振動が抑制されて成形金型内のパリソンの撓みが起こり難くなる。

また、カウンタウエイトが型締機構を移動させる型締機構駆動機構の一部を構成するものでは、中空成形機の構造や部品点数が削減できる。

また、型締機構が、装置本体に平行リンクによって支持されるとともに、駆動機構の回動中心から離間した位置でカウンタウエイトに連結部材を介して連結されているものでは、型締機構とカウンタウエイトとの同期作動が確実に行われる。

また、型締機構の回動起点と回動終点との少なくとも一方において、第２の回動中心と、型締機構と連結部材とを連結する第１の連結点と、カウンタウエイトと連結部材とを連結する第２の連結点とが略直線上に並ぶものでは、起動時や停止時における型締機構の回動角速度が小さくなり、慣性モーメントの急増減が抑制できる。

また、型締機構の駆動機構がサーボモータを駆動源とするものでは、型締機構の回動角速度を自由に設定できるため、慣性モーメントの急増減に起因する振動抑制と生産効率の向上とを両立できる。

中空成形機における型締機構の駆動装置を示す正面図である。中空成形機における型締機構の駆動装置を示す側面図である。成形金型の正面図である。型締機構の動きを示す模式図である。成形金型がパリソンを保持した状態を示す図である。型締機構の最上昇位置から最下降位置への動きを示す模式図である。カウンタウエイトの回転と型締機構の上下との関係を示す線図である。ブローノズルがパリソンに圧縮空気を供給する状態を示す図である。型締機構の最下降位置から最上昇位置への動きを示す模式図である。従来装置の問題点を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図１から図９を用いて詳細に説明する。
＜実施形態の構成＞
図１は、本発明の実施形態の中空成形機における型締機構の駆動装置を示す正面図であり、図２は同側面図である。本願の説明においては、図１の上側を中空成形機の上側、図１に向かって左側を中空成形機の左側、図２に向かって左側を中空成形機の前側とする。

図１に示すように、中空成形機１は、装置本体を構成する型移動台（以下、装置本体２と記す）と、装置本体２の左上に配置されたパリソン押出ユニット３と、装置本体２に回動自在に支持された型締機構４と、パリソン押出ユニット３の真下に配置されたパリソン切断装置５と、パリソン押出ユニット３の斜め右下に配置されたブロー装置６とを主要な構成要素としている。

パリソン押出ユニット３は、ホッパーに投入された熱可塑性樹脂のペレットを加熱溶融する加熱シリンダや溶融樹脂を前方に搬送する押出スクリュー等からなる公知の押出ユニット本体１１と、押出ユニット本体１１の前端に取り付けられた双頭式のパリソンダイ１２とからなっている。中空成形機１の運転時に押出ユニット本体１１は継続的に作動し、パリソンダイ１２からは左右一対のパリソン１３が下方に押し出され続ける。

型締機構４は、鋼板溶接構造品のフレーム２１と、フレーム２１の上面に設置された左右一対のレール２２、レール２２に案内されてスライドする前後一対の金型ホルダ２３，２４、金型ホルダ２３，２４を互いに接近・離反させる開閉リンク２５，２６、開閉リンク２５，２６を駆動するねじシャフト２７等から構成されている。

金型ホルダ２３，２４には、フロントハーフ３２とリヤハーフ３３とからなる前後分割式の成形金型３１が保持されている。金型ホルダ２３には成形金型３１のフロントハーフ３２が固定される一方、金型ホルダ２４には成形金型３１のリヤハーフ３３が固定されている。

図３に示すように、成形金型３１（フロントハーフ３２、リヤハーフ３３）は、成形金型３１の閉鎖時にパリソン１３を挟み込む上下の拘束部３５，３６と、製品外形を形成するためのキャビティ３７とが形成されている。本実施形態の成形金型３１は小型細径のスクリュー管瓶の製造に供されるものであり、キャビティ３７は、口部を形成するための口部キャビティ３７aと、円筒状の胴部を形成するための胴部キャビティ３７ｂとから成っている。

パリソン切断装置５は、サーボモータ及びボールねじにより駆動するカッター等から構成され、パリソン１３が成形金型３１に保持された直後にパリソン１３を切断する。

ブロー装置６は、左右一対のブローノズル４１ａ，４１ｂやこれらブローノズル４１ａ，４１ｂを降下させるサーボモータ及びボールねじからなる降下機構４２から構成され、成形金型３１が直下に移動してくると成形金型３１に保持されたパリソン１３内にブローノズル４１ａ，４１ｂを進入させ、パリソン１３内に圧縮空気を吹き込む。

（型締機構の回動支持）
型締機構４のフレーム２１は、それぞれ上下一対のアッパリンク５１とロアリンク５２とを介して、装置本体２に連結されている。アッパリンク５１とロアリンク５２は、それぞれ棒状をしており、型締機構４が最上昇位置にあるときに略水平方向に配置される。アッパリンク５１は、水平方向において、ロアリンク５２よりも型締機構４に近い位置に配置されている。アッパリンク５１とロアリンク５２とは同一品であり、かつ、装置本体２との連結点５１ａ，５２ａ間の距離と、フレーム２１との連結点５１ｂ，５２ｂ間の距離が等しく設定されている。また、アッパリンク５１とロアリンク５２は連結点５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂにおいて回動可能に支持されている。これにより、型締機構４と装置本体２とは、アッパリンク５１およびロアリンク５２とともに平行リンクを構成している。

図１に示すように、水平方向において型締機構４に対してアッパリンク５１の側で、アッパリンク５１よりも下側に、略半円形状のマス６１ａを有するカウンタウエイト６１が配置されている。図２に示すように、カウンタウエイト６１は、同軸減速機７１のシャフト７１ａに固定されており、下方に設置されたサーボモータ７２の駆動力がドライブスプロケット７３、タイミングベルト７４、ドリブンスプロケット７５を介して同軸減速機７１に伝達されることにより、左右どちらかの回転方向に回転駆動される。

カウンタウエイト６１からは、シャフト７１ａを中心としてマス６１ａの反対側にクランクアーム６１ｂが延設されている。型締機構４のフレーム２１の右側面にはブラケット２８が固設されている。クランクアーム６１ｂの先端とブラケット２８とは、クランクピン６２および連結ピン６３を介し、コネクティングロッド６５によって連結されている。ブラケット２８とコネクティングロッド６５、及び、コネクティングロッド６５とクランクアーム６１ｂは、それぞれ互いに相対回転可能に連結している。アッパリンク５１、ロアリンク５２、コネクティングロッド６５の回転中心軸線はいずれも略水平方向であり、互いに略同一の方向（中空成形機１の前後方向）である。

図４に模式的に示すように、上述したように型締機構４と装置本体２とが平行リンクの構成要素であるため、型締機構４（重心：Ｇ１）は、第１の回動中心Ｃ１（仮想回動軸心）をもって往復回動するが、回動時においても常に直立状態（図１，図２の状態）を保つ。また、カウンタウエイト６１（重心：Ｇ２）は、第２の回動中心Ｃ２（同軸減速機７１のシャフト７１ａの軸心）をもって回動する。

図４において、コネクティングロッド６５とブラケット２８の相対回転の中心を連結点Ｐ１とし、クランクアーム６１ｂとコネクティングロッド６５の相対回転の中心を連結点Ｐ２としている。型締機構４が回動起点である最上昇位置（図１，図２，図４（ａ））から動き出す場合、前から見てカウンタウエイト６１が時計回りに回動し、コネクティングロッド６５によって右下に引かれる。これにより、型締機構４は反時計回りに回動する。型締機構４が最上昇位置にあるとき、回動中心Ｃ２と連結点Ｐ１と連結点Ｐ２とが略直線上に並び、カウンタウエイト６１の回転量に対する型締機構４の回動量は小さくなる。

一方、型締機構４が回動終点である最下降位置（図４（ｂ））から動き出す場合、前から見てカウンタウエイト６１が反時計回りに回動し、連結点Ｐ２（クランクピン６２）によってクランクアーム６１ｂに連結されたコネクティングロッド６５が斜め左上方に押される。これにより、連結点Ｐ１（連結ピン６３）によってコネクティングロッド６５に連結された型締機構４は時計回りに回動する。型締機構４が最下降位置にあるときも、最上昇位置にあるときと同様に、回動中心Ｃ２と連結点Ｐ１と連結点Ｐ２とが略直線上に並び、カウンタウエイト６１の回転量に対する型締機構４の回動量は小さくなる。

＜実施形態の作用＞
中空成形機１が運転を開始すると、パリソン押出ユニット３内で溶融樹脂が連続的に成形され、この溶融樹脂がパリソンダイ１２の左右一対のダイヘッド１４ａ，１４ｂからそれぞれパリソン１３として下方に押し出されてくる。パリソン１３が所定の長さまで垂下した時点で、成形金型３１を保持した型締機構４がパリソンダイ１２の直下に停止し、その直後に金型ホルダ２３，２４が閉鎖方向に作動する。これにより、図５に示すように、パリソン１３は、上下部分が拘束部３５，３６によって拘束され、中間部はキャビティ３７の内壁に間隙をもった状態で成形金型３１に保持される。パリソン１３が成形金型３１に保持されると、パリソン切断装置５がパリソン１３を切断する。

パリソン切断装置５がパリソン１３を切断すると、型締機構４はブロー装置６の直下まで下降する。具体的には、サーボモータ７２に駆動されてカウンタウエイト６１が時計回りに回動し、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、回動中心Ｃ２をもって型締機構４が反時計回りに回動し、最下降位置に達した時点で停止する。

型締機構４が回動すると比較的大きな慣性モーメントが生じるが、カウンタウエイト６１の回動方向が型締機構４と逆方向であるため、型締機構４の慣性モーメントの少なくとも一部がカウンタウエイト６１の慣性モーメントによって打ち消される。また、上述したように、型締機構４が最上昇位置および最下降位置にあるときには、カウンタウエイト６１の回動量に対する型締機構４の回動量が小さいことから、回動開始時および回動停止時において、型締機構４の移動速度の単位時間あたりの変化量が小さくなる。型締機構４の最上昇位置や最下降位置の近傍において、サーボモータ７２が回転速度を急増あるいは急減させないように制御することで、単位時間当たりの型締機構４の移動速度の変化量をさらに小さくすることもできる。加えて、型締機構４が最上昇位置から動き出す時に、水平方向ではなく、下方に動き出すことで、パリソン１３が水平方向に撓むのを防ぐことができる。

これらにより、慣性モーメントによる装置本体２の振動や、型締機構４の移動速度の変化に起因して、成形金型３１に保持されたパリソン１３が撓むのを抑制し、キャビティ３７への接触による成形不良が防止される。図７はカウンタウエイト６１の回転と型締機構４の上下との関係を示す線図である。型締機構４の最上昇位置近傍（図７中のＡ部）及び最下降位置近傍（図７中のＢ部）で上下動がなだらかに変化する近似サイン曲線を描くことが判る。

型締機構４が最下降位置まで回動してブロー装置６の真下で停止すると、図８に示すように、ブロー装置６からブローノズル４１ａ，４１ｂが下降する。下降したブローノズル４１ａ，４１ｂは、成形金型３１に保持されたパリソン１３内に進入し、パリソン１３の上方の不要部分を切断し、パリソン１３内に圧縮空気を吹き込む。これにより、パリソン１３は、瞬間的に膨張して成形金型３１のキャビティ３７に張り付き成形が完了する。パリソン１３は、冷却された後に成形金型３１から開放され、次工程の切断装置（図示せず）によって下方の不要部分が切断されて製品となる。

最下降位置で成形金型３１がパリソン１３を開放すると、型締機構４は、再びパリソン押出ユニット３の真下まで上昇する。すなわち、サーボモータ７２に駆動されてカウンタウエイト６１が反時計回りに回動すると、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、各部材が最上昇位置から最下降位置に移動する場合とは逆に作動し、型締機構４は、回動中心Ｃ２をもって型締機構４が時計回りに回動して最上昇位置に達した時点で停止し、再び成形金型３１によるパリソン１３の保持が行われる。

最上昇位置から最下降位置への移動する場合と同様、型締機構４の最下降位置から最上昇位置への移動の際においても装置本体２の振動が効果的に抑制される。そのため、パリソンダイ１２から連続的に押し出されているパリソン１３には揺れに起因する撓み等が生じなくなり、製品不良を防ぐことができる。

本実施形態では、上述した構成を採ったことにより、小型細径容器等の製造時に樹脂素材を比較的自由に選定できるとともに、装置本体２を床面に固定する必要性も低くなる。また、型締機構４を油圧シリンダで駆動するものに比べて安定した作動が実現され、パリソン押出ユニット３やパリソン切断装置５との連携が確実に行われる。更に、中空成形機１の稼働電力も、油圧シリンダで駆動するものに比べ、半減させることができる。

以上で具体的な実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれに限られるものではない。例えば、上記実施形態ではカウンタウエイトが型締機構を回動させる型締機構駆動機構の構成要素を兼ねているが、型締機構駆動手段から独立したカウンタウエイトを採用してもよい。その他、型締機構の支持構造や駆動方法等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

本発明は、小型細径容器等の製造に供される中空成形機に効果的に利用できる。

１中空成形機
２装置本体
３パリソン押出ユニット
４型締機構
５パリソン切断装置
６ブロー装置
１２パリソンダイ
１３パリソン
２１フレーム
２３、２４金型ホルダ
２８ブラケット
３１成形金型
３５拘束部
３７キャビティ
４１ブローノズル
５１アッパリンク
５２ロアリンク
６１カウンタウエイト
６１ａマス
６１ｂクランクアーム
６２クランクピン
６３連結ピン
６５コネクティングロッド
７１同軸減速機
７１ａシャフト
７２サーボモータ
Ｃ１型締機構の仮想回動中心
Ｃ２カウンタウェイトの回動中心
Ｐ１連結点
Ｐ２連結点

Claims

熱可塑性樹脂を加熱溶融させてパリソンダイから筒状のパリソンとして下方へ押し出すパリソン押出手段と、
製品外形を形成するためのキャビティが形成されるとともに前記パリソンを当該キャビティの上下で拘束して保持する成形金型と、
前記成形金型を開閉可能に保持する型締機構と、
前記パリソンを前記パリソンダイの下方で切断するパリソン切断手段と、
前記パリソン内に高圧気体を下方に吹き込むためのブローノズルを上下に進退可能に保持するブロー手段と、
駆動機構と、を備え、
前記駆動機構が、前記型締機構を前記パリソン押出手段の下方と前記ブロー手段の下方との間を往復移動し、前記パリソン押出手段の下方で前記成形金型に前記パリソンを保持させ、前記ブロー手段の下方で当該パリソンに前記ブローノズルを受け入れさせる中空成形機において、
前記駆動機構は前記型締機構に対する駆動方向に発生する慣性モーメントを打ち消す方向の慣性モーメントを発生させるカウンタウエイトを備えたことを特徴とする中空成形機。
前記型締機構は、装置本体に平行リンクによって支持されるとともに、前記回動中心から離間した位置で前記カウンタウエイトに連結部材を介して連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の中空成形機。
前記型締機構の回動起点と回動終点との少なくとも一方において、前記回動中心と、前記型締機構と前記連結部材とを連結する第１の連結点と、前記カウンタウエイトと前記連結部材とを連結する第２の連結点とが略直線上に並ぶことを特徴とする、請求項２に記載の中空成形機。
前記駆動機構がサーボモータを駆動源とすることを特徴とする、請求項２又は３に記載の中空成形機。