JP6851802B2 - 製びん機の金型制御システム - Google Patents

Description

本発明は、一般にＩＳマシンと呼称される製びん機の金型制御システムに関する。

一般的なガラスびん成形の方法として、ブローアンドブロー方式、プレスアンドブロー方式、ナロー・ネック・プレスアンドブロー方式があり、ガラスびんを成形する場合、粗型と呼ばれる金型でパリソンを成形した後に、仕上げ型と呼ばれる金型に前記パリソンを移送してブロー（圧縮空気の吹き込み）で成形する。
そして、前記仕上げ型で成形されたガラスびんは、テイクアウトメカニズムを介してデッドプレート上に移載される。

ガラスびん成形に関連した従来技術を開示したものとしては、特許文献１、特許文献２等を挙げることができる。特許文献１は、製びん機で成形したガラスびんを搬出して徐冷炉に移送する際のテイクアウトメカニズムを開示している。
また、特許文献２は、製びん機から搬出する際に発生するビリ（マイクロクラック）を防止する方法と装置が開示されている。

特開２０００−３２７３４２号公報 特許第５０６２８５７号公報

この種の製びん機では、パリソンを成形する金型やパリソンから最終的なびん形状にする仕上げ型の金型を型開きする工程で、金型の型開き速度が速いと“ビリ”とも称するマイクロクラックが発生する。このマイクロクラックが発生するとびんの強度は著しく低下し、破損原因となる。
マイクロクラックは、詳しく後述するように、金型の型開き時に当該金型の成形内壁とパリソンあるいは成形びんの外面との不均等剥離など、金型の型開き速度が速すぎることに起因することが本発明者等の研究で判明した。
なお、ここでは、パリソンを成形する粗型、仕上げ型共に金型であり、「金型」との表記は粗型、仕上げ型共に共通する。

本発明の目的は、製びん機の金型の型開きに伴うマイクロクラックの発生を低減した製びん機の金型制御システムとその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、製びん機の粗型及び仕上げ型を構成する金型の型開きシステムを段階的に作動させる金型制御システムに係り、下記の代表的構成としたことを特徴とする。

（１）ゴブからパリソンを成形する粗型と、前記パリソンをびんに成形する仕上げ型とからなる金型を備えた製びん機の金型制御システムであって、前記金型は、びん成形空間部を閉鎖し、開放する一対の金型部材からなる割り型であり、前記一対の金型部材からなる割り型で構成される前記金型のびん成形空間部の閉鎖と開放を行うための金型開閉駆動手段を備え、前記粗型と仕上げ型の少なくとも一方の前記金型開閉駆動手段は、前記びん成形空間部を相対的に低速から相対的に高速に２段階の速度で開放する開放速度可変駆動機構を具備し、前記一対の金型部材から成る割り型を開放する初動時の開放速度は相対的に低速であり、前記初動時の経過後は相対的に高速で開放することを特徴とする製びん機の金型制御システム。
（２）前記開放速度可変駆動機構は、第１のエアーチャンバーと、第２のエアーチャンバー及び前記第１のエアーチャンバーと、前記第２のエアーチャンバーの間で往復運動するピストンとを備える双方向作動の型開閉エアーシリンダと、前記第１のエアーチャンバーにエアーを注入して前記びん成形空間部を開放するためのエアーを注入し、前記びん成形空間部の閉鎖のため金型を型閉じする時に前記第１のエアーチャンバー内のエアーを排気するための第１のエアー源と、第１の方向制御弁と、第１の方向制御弁を制御するための第１の電磁弁制御器と、前記第２のエアーチャンバーにエアーを注入して前記びん成形空間部を閉鎖するためのエアーを注入し、前記びん成形空間部の開放のために金型を型開きする時に前記第２のエアーチャンバー内のエアーを排気するための第２のエアー源と、第２の方向制御弁と、第２の方向制御弁を制御するための第２の電磁弁制御器と、前記びん成形空間部の開放のために金型を型開きする時に前記第２のエアーチャンバーの前記第２の方向制御弁に接続して排気速度を２段階で制御する第３の方向制御弁と、第３の方向制御弁を制御する第３の電磁弁制御器とを具備することを特徴とする

（３）前記第１の方向制御弁は排気口に排気量を制御するためのニードルバルブを有し、前記第２の方向制御弁の排気口には、前記第３の方向制御弁が接続され、前記第３の方向制御弁を制御するための第３の電磁弁制御器が備えられていることを特徴とする。
（４）前記第３の方向制御弁が、排気口に排気量を制御するための一対のニードルバルブを備えてなることを特徴とする。
（５）前記びん成形空間部の前記初動時の相対的低速開放は、前記びん成形空間部を瞬間開放する相対的高速開放の速度より低速で実行されるものであることを特徴とする。
（６）前記開放速度可変駆動機構が、前記一対の金型部材からなる割り型の前記びん成形空間部を開放する初動時の開放速度は相対的に低速であり、前記初動時の経過後は相対的に高速で開放するサーボモーター機構で構成されたものであることを特徴とする。

本発明は、上記の構成及び後述する実施の形態に記載した構成に限定されるのではなく、特に、本発明を特徴づける前記開放速度可変駆動機構は、電磁バルブとエアーシリンダを組み合わせた駆動機構、サーボモーターを用いた駆動機構に限るものではなく、２段階又は３以上の多段階、あるいは低速から漸次高速に遷移する既知の機構を採用でき、本発明の技術思想の範囲を逸脱することなく種々の変更が可能なことは言うまでもない。

本発明によれば、パリソンを成形する金型や、パリソンから最終的なびん形状に仕上げる金型を型開きする工程で生じるマイクロクラックを大幅に低減することができる。

本発明を適用する製びん機を備えた製びんシステムを説明する模式側面図である。 図１に示した本発明を適用する製びん機を備えた製びんシステムの上面図である。 本発明に用いる金型の概略図である。 本発明に係る製びん機の粗型におけるパリソン成形工程の説明図である。 本発明に係る製びん機の粗型で成形されたパリソンを仕上げ型に渡してびんに成形するための型間移送装置を説明する模式図である。 仕上げ型でのガラスびんの成形工程を説明する模式図である。 金型を型開きするときの問題点を説明する模式図である。 びんを２本成形する場合の金型の粗型、仕上げ型が型開きしている状態の説明図である。 金型開閉駆動手段で金型を型閉じする場合の型開閉シリンダとその制御システムの説明図である。 図９に示した制御システムにおいて金型を型開きの初期時のみ通常速度よりも遅くする金型開閉駆動手段による制御方法の説明図である。 図１０で説明した型開きの初期時の遅い型開き状態から早い型開き動作に移行する金型開閉駆動手段による制御方法の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。以下に説明する実施例１は開放速度可変駆動機構として電磁バルブとエアーシリンダを組み合わせた駆動機構を用いたものであるが、この実施例１の技術思想に基づくことでサーボモーターを用いた駆動機構の実施例についても説明が可能である。

図１は、本発明を適用する製びん機を備えた製びんシステムを説明する模式側面図、図２は図１の上面図である。図２は、製びん機を１０基備えたものを例示している。

図１において、製びん機１００は、ゴブ供給装置１から供給され、シャー３で切断されたゴブ（ガラス塊）Ｇを下方に導くためのファンネル５、ゴブデフレクタ７、スクープ１１、トロー１３、デフレクタ１５等を備えている。 このデフレクタ１５の下方には粗型１７が配置され、ゴブＧは前記粗型１７に導かれ、下方からエアーを吹き込まれ、パリソンＰを成形する。

粗型１７で成形されたパリソンＰは、その口部が口型１９に掴まれ、口型１９ごとに反転装置２１により図中時計方向に回動され、仕上げ型２３にインバートされる。

図２に示したように、仕上げ型２３では、ブロー成形によってガラスびん２５が成形され、成形されたガラスびん２５は、テイクアウトメカニズムを介して搬送され、冷却用のデッドプレート２９上に移載される。
そして、押し出し装置３０でデッドプレート２９上から押し出されてマシンコンベア３１上に移載される。

その後、成形されたガラスびん２５は、マシンコンベア３１からエクステンションコンベア２０１、ウェアートランスファー２０２で方向転換されてクロスコンベア２０３に移載される。
前記クロスコンベア２０３で搬送されたガラスびん２５は、スタッカー２０４で所定数に纏められ、徐冷炉２００に搬入される。

図３は、本発明に用いる金型の概略図で、同図（ａ）は粗型を、同図（ｂ）は仕上げ型を示す。粗型１７はＢＭ（Blank Mold）と称するもので、図示したものはブローアンドブロー方式である。なお、この他に、プレスアンドブロー方式やナロー・ネック・プレスアンドブロー方式もある。本発明は、いずれの方式にも適用できる構成となっている。

図３（ａ）の粗型１７は割り型で、導入されたゴブが投入され、プランジャ１７３側からエアーを吹き込んで中空のパリソンＰを形成する。
粗型１７の上部（パリソンの底部、びんの底に対応）にはバッフル１７１が配設される。また、前記粗型１７の下部には口部外表面を成形するための割り型である口側１９と口部天面を成形するためのガイドリング１７２、及び口内を成形するプランジャ１７３が取り付けられる。

図３（ｂ）の仕上げ型２３も割り型であり、ＦＭ（Finish Mold）とも称する。
仕上げ型２３は下部に底型２３１が、上部にブローキャップ２３２が取り付けられる。粗型１７で成形されたパリソンＰを上下反転した状態で挟み、ブローキャップ２３２からエアーを吹き込んでびん型に仕上げる。

図４は、本発明に係る製びん機の粗型におけるパリソン成形工程の説明図である。
図４のＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの順でパリソンＰが成形される。先ず、粗型１７が閉鎖した状態でゴブＧが粗型１７の成形空間部に落下し（Ａ）、下端が口型１９に接して成形空間部の内部にはまる（Ｂ）。
そして、粗型１７の上端に配置されたファンネル１７４の上部にバッフル１７１が下降して成形空間部を閉止し、バッフル１７１側からエアー（太矢印）を吹き込みパリソンＰの下端のプランジャ１７３に密接させ、下端に充填させ、パリソンの口部を形成する（Ｃ）。

次に、バッフル１７１が一度上昇し、ファンネル１７４が粗型１７から離され、再びバッフル１７１が下降し、粗型１７の上部に配置され、成形空間部を閉止する。その後、プランジャ１７３がガイドリング１７２まで下降する。この状態でプランジャ１７３からエアーを注入し（吹き込み）、パリソンＰを形成する（Ｄ）。
そして、プランジャ１７３がガイドリング１７２からさらに下降し、粗型１７が型開きされる（Ｅ）。このようにしてパリソンＰが成形され、成形されたパリソンＰは仕上げ型２３に渡されてびんに成形される。

図５は、本発明に係る製びん機の粗型で成形されたパリソンを仕上げ型に渡してびんに成形するための型間移送装置を説明する模式図である。
製びん機の機枠４０には、粗型１７、仕上げ型２３を開閉（型閉じと型開き）させるスプラインシャフト４１ａ、４１ｂと、型開閉シリンダ４２で構成された金型開閉駆動手段が設置されている。
この金型開閉駆動手段の型開閉シリンダ４２によってスプラインシャフト４１ａ、４１ｂを回転させて、粗型１７、仕上げ型２３を開閉する構成となっている。

パリソンＰを成形して保持した口型１９は、反転装置２１で上下反転されて仕上げ型２３にパリソンＰを渡す。この動作では、前記金型開閉駆動手段が粗型１７、仕上げ型２３共にその金型を型開きの状態にしている。
パリソンＰは、粗型１７での成形姿勢から上下ひっくり返して仕上げ型２３の成形空間部に投入される。前記仕上げ型２３は、パリソンＰをその成形空間部に受け取った後、前記金型開閉駆動手段を構成するスプラインシャフト４１ｂの回転で型閉じし、当該成形空間部を閉鎖して所定のガラスびんの成形作業を実行する。

図６は、仕上げ型での、びんの成形工程を説明する模式図である。
図６中、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順でパリソンＰからびん２５が成形される。
型開きした状態での仕上げ型２３の成形空間部にパリソンＰが投入されると（Ａ）、前記金型開閉駆動手段により仕上げ型２３が型閉じされ（Ｂ）、ブローキャップ２３２が当該金型の上部を閉鎖し、パリソンＰにエアー（太矢印）が注入される。これにより、パリソンＰは仕上げ型２３の成形空間の形状に倣って成形される（Ｃ）。その後、仕上げ型２３は型開きされる（Ｄ）。

図７は、金型が型開きするときの問題点を説明する模式図で、同図（ａ）は粗型、同図（ｂ）は仕上げ型を示す。
図７（ａ）において、粗型１７はパリソンＰの成形後に前記金型開閉駆動手段によって型開き（割り型で形成されていたビン成形空間部が開放されること、以下同様）されるが、この型開き速度が速いとパリソンの表面が粗型１７に引っ張られて、成形した表面にマイクロクラック（“ビリ”）が発生する場合がある。
このマイクロクラックは図７（ａ）にＡで示した口部に特に多く発生する。

図７（ｂ）において、上記した粗型と同様に仕上げ型２３がびん成形後に型開きする際に、型開き速度が速いと、びんの表面が型の内面に引っ張られてマイクロクラックが発生する。特に、同図にＢで示したびんの肩部に多く発生する。

これらの問題点に対し、粗型１７、仕上げ型２３の型開き速度を遅くすれば、このようなマイクロクラックの発生を回避できることが分かった。しかし、型開き速度を遅くすることは生産速度の低下をもたらす。
そのため、生産速度の低下なしにマイクロクラックの発生を抑制することが本発明の目的とするところである。図８〜図１１で本発明の実施例を説明する。

図８は、びんを２本成形する場合の金型の粗型、仕上げ型が型開きしている状態の説明図で、同図（ａ）は仕上げ型と粗型を開閉する金型開閉駆動手段を構成するシリンダ機構の構成図、同図（ｂ）は粗型周りの上面図、同図（ｃ）は仕上げ型周りの上面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）の拡大図を示す。
図８（ａ）において、粗型開閉シリンダ４２１は、粗型開閉シリンダシャフト４２１１を介して粗型開閉シリンダ駆動機構４２３を駆動する。
同様に、仕上げ型シリンダ４２２は、仕上げ型開閉シリンダシャフト４２２１を介して仕上げ型開閉シリンダ駆動機構４２４を駆動する。

図８（ｂ）は粗型１７の平面図、同図（ｃ）は仕上げ型２３の平面図である。これらの型の構造を同図（ｄ）に示す拡大した仕上げ型２３で代表して説明する。
仕上げ型２３は回動軸２３０ｃで回動可能に枢支された一対のホルダ２３０４で支持された金型部材２３０ａ、２３０ｂと、これを駆動するスプラインシャフト２３０１、レバー２３０２、リンク２３０３で構成される。
スプラインシャフト２３０１が太矢印方向に回転することで、そのレバー２３０２とホルダ２３０４を連結するリンク２３０３が一対の金型部材２３０ａ、２３０ｂを開いてびん成形空間部を開放する。
パリソンＰを収容して仕上げのためにびん成形空間部を閉鎖する場合には、スプラインシャフト２３０１を上記とは逆に回転させる。

図９は、金型開閉駆動手段で金型を型閉じする場合の型開閉シリンダとその制御システムの説明図である。図９は粗型と仕上げ型に共通の構成である。
この型開閉シリンダ４２は、第１のエアーチャンバー４２ａと第２のエアーチャンバー４２ｂがピストン４２ｃを介して対峙している。ピストン４２ｃはシリンダシャフト４３で図の左右方向に移動可能にされている。
図９中、第１のエアーチャンバー４２ａは、コンジット４６３で第１の方向制御弁４５２に接続され、コンジット４６４を介してエアー源４４２に接続されている。
第１の方向制御弁４５２には排気のためのニードルバルブ４５２１が備えられている。なお、第１の方向制御弁４５２は、第１の電磁弁制御器４７２で制御される。
金型を型閉めする金型開閉駆動手段の動作では、シリンダ４２の第１のエアーチャンバー４２ａ内のエアーを、第１の方向制御弁４５２のニードルバルブ４５２１を開として排気する。同時に、第２の方向制御弁４５１を通してエアー源４４１からのエアーを第２のエアーチャンバー４２ｂに注入する。

第２のエアーチャンバー４２ｂは、コンジット４６２で第２の方向制御弁４５１に接続され、コンジット４６１を介してエアー源４４１に接続されている。
第２の方向制御弁４５１は、第２の電磁弁制御器４７１で制御される。
そして、第２の方向制御弁４５１の排気口には、第３の方向制御弁４５３が接続されており、この第３の方向制御弁４５３には一対のニードルバルブ４５３１、４５３２が備えられている。第３の方向制御弁４５３は第３の電磁弁制御器４７３で制御される。

図１０は、図９に示した制御システムにおいて金型を型開きの初期時のみ通常速度よりも遅くする金型開閉駆動手段による制御方法の説明図である。
図９に示したシステムで金型を閉じた状態から型開きの動作に移る際に、エアー源４４２から第１の方向制御弁４５２を介し、コンジット４６３からシリンダ４２の第１のエアーチャンバー４２ａに型開きのためのエアーが注入される。
同時に、第２のエアーチャンバー４２ｂのエアーは、コンジット４６２から第２の方向制御弁４５１を経由して第３の方向制御弁４５３に至り、ニードルバルブ４５３１から通常よりも少量のエアーが排気される。この際、ニードルバルブ４５３２は閉止している。
この排気操作によって、金型は型開きの初期時のみ通常速度よりも遅い型開き動作をする。すなわち、型開き速度は通常よりも遅い動作となる。
その後、通常の型開き動作とするため、第１のエアー源４４２から第１の方向制御弁４５２を通して第１のエアーチャンバー４２ａにエアーを注入する。
これらの動作は電磁弁制御器４７１、４７２、４７３により制御されて行われる。

図１１は、図１０で説明した金型開閉駆動手段による型開きの初期時の遅い型開き状態から早い型開き動作に移行する制御方法の説明図である。
図１０の状態を所定の時間実行した後、第２のエアーチャンバー４２ｂのエアーを、第２の方向制御弁４５１と第３の方向制御弁４５３のニードルバルブ４５３２から通常よりも多いエアーを排気する。このとき、ニードルバルブ４５３１は閉止している。排気量の大小は、図中の太矢印の大きさで示している。

上記の図１０及び図１１で説明した手順を用いることで、金型は一気に型開きせず、型開きの初期時に通常より遅く開き、その後通常の速度で開くので、パリソンＰを成形する金型や、パリソンＰから最終的なびん形状に仕上げる金型を型開きする工程で生じるマイクロクラックの発生が大幅に低減されるとともに、生産速度を低下させることなく、品質の高いガラスびんを製造することができる。
なお、当該実施例は、粗型及び仕上げ型のいずれも、型開きの初期時に通常より遅く開き、その後通常の速度で開く開放速度可変駆動機構により構成されるものであったが、本発明にかかる金型制御システムは、粗型のみ当該開放速度可変駆動機構による構成をとることもできるし、仕上げ型のみ当該構成をとることもできる。

１００ 製びん装置
１ ゴブ供給装置
３ シャー
Ｇ ゴブ
５ ファンネル
７ ゴブデフレクタ
１１ スクープ
１３ トロー
１５ デフレクタ
１７ 粗型
１７１ バッフル
１７２ ガイドリング
１７３ プランジャ
１７４ ファンネル
１９ 口型
Ｐ パリソン
２１ 反転装置（インバート機構）
２３ 仕上げ型
２３０ 金型
２３０ａ 金型部材
２３０ｂ 金型部材
２３０ｃ 回動軸
２３０１ スプラインシャフト
２３０２ レバー
２３０３ リンク
２３０４ ホルダ
２３１ 底型
２３２ ブローキャップ
２５ ガラスびん
２７ テイクアウトメカ
２９ デッドプレート
３０ 押し出し装置
３１ マシンコンベア
４０ 機枠
４１ スプラインシャフト
４２ 型開閉シリンダ
４２ａ 第１のエアーチャンバー
４２ｂ 第２のエアーチャンバー
４２ｃ ピストン
４２１ 粗型開閉シリンダ
４２１１ 粗型開閉シリンダシャフト
４２２ 仕上げ型開閉シリンダ
４２２１ 仕上げ型開閉シリンダシャフト
４２３ 粗型開閉シリンダ駆動機構
４２４ 仕上げ型開閉シリンダ駆動機構
４３ シリンダシャフト
４４１ エアー源
４４２ エアー源
４５１、４５２、４５３ 方向制御弁
４５２１、４５３１、４５３２ ニードルバルブ
４６１、４６２、４６３、４６４ コンジット
４７１、４７２、４７３ 電磁弁制御器
２００ 徐冷炉
２０１ エクステンションコンベア
２０２ ウェアートランスファー
２０３ クロスコンベア
２０４ スタッカー

Claims (6)

1. ゴブからパリソンを成形する粗型と、前記パリソンをびんに成形する仕上げ型とからなる金型を備えた製びん機の金型制御システムであって、
   前記金型は、びん成形空間部を閉鎖し、開放する一対の金型部材からなる割り型であり、前記一対の金型部材からなる割り型で構成される前記金型のびん成形空間部の閉鎖と開放を行うための金型開閉駆動手段を備え、
   前記粗型と仕上げ型の少なくとも一方の前記金型開閉駆動手段は、前記びん成形空間部を相対的に低速から相対的に高速に２段階の速度で開放する開放速度可変駆動機構を具備し、
   前記一対の金型部材から成る割り型を開放する初動時の開放速度は相対的に低速であり、前記初動時の経過後は相対的に高速で開放することを特徴とする製びん機の金型制御システム。
2. 前記開放速度可変駆動機構は、第１のエアーチャンバーと、第２のエアーチャンバー及び前記第１のエアーチャンバーと、前記第２のエアーチャンバーの間で往復運動するピストンとを備える双方向作動の型開閉エアーシリンダと、
   前記第１のエアーチャンバーにエアーを注入して前記びん成形空間部を開放するためのエアーを注入し、前記びん成形空間部の閉鎖のため金型を型閉じする時に前記第１のエアーチャンバー内のエアーを排気するための第１のエアー源と、第１の方向制御弁と、第１の方向制御弁を制御するための第１の電磁弁制御器と、
   前記第２のエアーチャンバーにエアーを注入して前記びん成形空間部を閉鎖するためのエアーを注入し、前記びん成形空間部の開放のために金型を型開きする時に前記第２のエアーチャンバー内のエアーを排気するための第２のエアー源と、第２の方向制御弁と、第２の方向制御弁を制御するための第２の電磁弁制御器と、
   前記びん成形空間部の開放のために金型を型開きする時に前記第２のエアーチャンバーの前記第２の方向制御弁に接続して排気速度を２段階で制御する第３の方向制御弁と、第３の方向制御弁を制御する第３の電磁弁制御器とを具備することを特徴とする請求項１に記載の製びん機の金型制御システム。
3. 前記第１の方向制御弁は排気口に排気量を制御するためのニードルバルブを有し、
   前記第２の方向制御弁の排気口には、前記第３の方向制御弁が接続され、前記第３の方向制御弁を制御するための第３の電磁弁制御器が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の製びん機の金型制御システム。
4. 前記第３の方向制御弁が、排気口に排気量を制御するための一対のニードルバルブを備えてなることを特徴とする請求項２又は３に記載の製びん機の金型制御システム。
5. 前記びん成形空間部の前記初動時の相対的低速開放は、前記びん成形空間部を瞬間開放する相対的高速開放の速度より低速で実行されるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の製びん機の金型制御システム。
6. 前記開放速度可変駆動機構が、前記一対の金型部材からなる割り型の前記びん成形空間部を開放する初動時の開放速度は相対的に低速であり、前記初動時の経過後は相対的に高速で開放するサーボモーター機構で構成されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の製びん機の金型制御システム。

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