JP6913567B2 - 電動式インジェクションブロー成形装置 - Google Patents

Description

本発明はブロー成形法の一つであるインジェクションブロー成形のための電動式インジェクションブロー装置に関し、特にインジェクションブロー成形装置を構成する射出成形金型、プランジャおよび押出ヘッドの運動制御機構に関する。

ブロー成形法（中空成形法または吹き込み成形法）にはダイレクトブロー成形法、プリフォームの延伸を行うインジェクションストレッチブロー成形法、シート成形法等の方法があり、さらにダイレクトブロー成形法とインジェクションストレッチブロー成形法との中間に位置付けられる成形法としてインジェクションブロー成形法がある。

このインジェクションブロー成形法は、特許文献１に記載されているように、例えばボトル状の中空成形品の成形に際して、その中空成形品のネック部（口部）を押出ヘッドと突き合わせた射出成形金型で射出成形し、成形後のネック部を射出成形金型とともに押出ヘッドから離間させながらネック部に連続するパリソンを押出ヘッドからチューブ状に押し出し、続いてそのパリソンを半割り構造のブロー成形金型で挟み込んでエアブローすることにより、ネック部に連続するかたちで中空成形品の胴部を成形するものである。このインジェクションブロー成形法によれば、ダイレクトブロー成形法に比べネック部側に「ばり」が発生しない利点があるほか、予備成形体としてのプリフォームを成形するインジェクションストレッチブロー成形法に比べ射出成形金型がきわめて小さくて済む利点があるとされている。かかるインジェクションブロー成形法においては、一般的にパリソンを押出ヘッドから上向きに押し出すかたちを基本としている。

インジェクションブロー成形法を具現する成形装置には従前、特許文献２に記載されている油圧式のものがあったが、この油圧式成形装置においては、押出ヘッドに相当するダイランドとダイボディを備えたダイと、プランジャを備えた押出装置と、射出成形金型に相当して押出プロセス中にダイから出現する管状プラスチック体を案内する、ダイと隣り合う初期位置からダイから離れる方向に運動できる取出ユニットとを有している。

特許文献２記載の油圧式成形装置においては、取出ユニットの運動は取出ユニットのパス（位置）に亘って自由に調整可能な速度プロファイルに従って行われ、プランジャの運動はプランジャのパス（位置）に亘って自由に調整可能な速度プロファイルに従って行われ、ダイのダイボディの運動は取出ユニットのパスまたはプランジャのパスに亘って自由に調整可能な位置プロファイルに従い、ダイボディの運動が取出ユニットまたはプランジャの運動と同一時間継続して行われるように制御されるようになっている。

特許第２６８５２９２号公報 特許第４９５６２６４号公報

かかる油圧式成形装置においては、プランジャおよび取出ユニットそれぞれの速度ならびにダイボディの位置の実際は、たとえば取出ユニットの運動経路に沿って複数のパスセンサを配置し、これらパスセンサからのパス信号が検出されて制御ユニットに送られ、制御ユニットが、管状体の壁厚をその長さに亘って調整するため、予め設定可能なプログラムに従ってダイボディ、プランジャおよび取出ユニットの運動を制御するという構造であった。そのため、これらパスセンサを設けるスペースが必要となり、成形装置におけるスペース配分の余裕性が狭まるという空間的問題、及び部品や配線のコストがかかるという課題があった。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、複数のパスセンサを設けることなく、電子的プログラムを配設し、その電子的プログラムを時間に関連して構成するようにして、パリソンおいて必要となる頻繁な肉厚変化を所要な精度をもって成形できる電動式インジェクションブロー成形装置を提供するものである。

本発明は、成形すべき中空状の成形品のネック部形状のキャビティを有する射出成形金型と押出ヘッドとを同一軸線上に対向配置するとともに、前記軸線を挟んで対称的に半割り構造のブロー成形金型を配置し、前記射出成形金型と前記押出ヘッドとを突き合わせて前記押出ヘッドから前記射出成形金型の前記キャビティに溶融合成樹脂を充填することによって前記成形品のネック部を射出成形し、該ネック部を前記射出成形金型とともに前記押出ヘッドから離間させながら、前記押出ヘッドの一部を成すプランジャの上下運転の作用によって前記押出ヘッドから溶融合成樹脂を筒状に、かつ肉厚を変化させながら押し出して前記ネック部に連続したパリソンを形成し、前記ブロー成形金型を前記射出成形金型に案内させつつ型締めして前記パリソンを挟み込み、このパリソン内に圧縮エアを吹き込むことにより前記成形品を成形する電動式インジェクションブロー成形装置において、前記射出成形金型の運動が、縦軸を該射出成形金型の運動時間および横軸を該射出成形金型の前記軸線上における運動速度としたグラフにおいて前記射出成形金型の運動時間に基づいた曲線に則っており、前記プランジャの運動が、縦軸を該プランジャの運動時間および横軸を該プランジャの前記軸線上における運動速度としたグラフにおいて前記プランジャの運動時間に基づいた曲線に則っており、前記押出ヘッドを成す押出ダイの運動が、縦軸を該押出ダイの運動時間および横軸を該押出ダイの前記軸線上の位置としたグラフにおいて前記押出ダイの運動時間に基づいた曲線に則っており、予め設定したプログラムによって前記プランジャ、前記押出ヘッドおよび前記射出成形金型の制御信号をそれぞれ独立して決定する制御装置と、該制御装置によって前記プランジャ、前記押出ヘッドおよび前記射出成形金型のそれぞれを制御駆動する電動式の駆動装置と、を具備する電動式インジェクションブロー成形装置である。

かかる電動式インジェクションブロー成形装置によれば、複数のパスセンサを設けることもなく、電子的プログラムを配設し電子的プログラムを時間に関連して構成するようにしてパリソンおいて必要となる頻繁な肉厚変化を所要な精度をもって成形できる。

さらに、前記電動式インジェクションブロー成形装置は、前記射出成形金型の運動時間と前記プランジャの運動時間とが等しいように調整されているものが望ましい。かかる構成によれば、例えば、パリソンの押出時間とパリソンの引き上げ時間が一致し、成形条件の修正をより効率化できる。

さらにまた、前記電動式インジェクションブロー成形装置は、前記射出成形金型と前記プランジャの運動が同時に開始するよう調整されているものが好ましい。かかる構成によれば、成形がしやすいからである。例えば、パリソン押出の際、パリソン自体の薄肉化の不良を解消できる。

本発明によれば、複数のパスセンサを廃止できるだけでなく、電子的なプログラムを時間に関連して構成することにより、パリソンにおいて必要となる頻繁な肉厚変化を所要な精度をもって成形することができる。

本発明に係る電動式インジェクションブロー成形装置の一実施の形態を示す概略断面図。 図１の装置のための制御装置を示すブロック図。 図２の制御装置による押出ダイの運動のためのプログラムフロー図。 図２の制御装置によるプランジャの運動のためのプログラムフロー図。 図２の制御装置による射出成形金型の運動のためのプログラムフロー図。 図２の制御装置による押出ダイの運動のダイヤグラムを示す縦軸を時間、横軸を位置値としたグラフ。 図２の制御装置によるプランジャの運動のダイヤグラムを示す縦軸を時間、横軸を速度としたグラフ。 図２の制御装置による射出成形金型の運動のダイヤグラムを示す縦軸を時間、横軸を速度としたグラフ。 図１の装置により成形された成形品を示す正面図。

本発明に係るインジェクションブロー成形装置の一実施形態を、図１ないし図９に従って詳述する。

このインジェクションブロー成形装置によれば、図９に示すような蛇腹状かつ中空状の成形品Ｗを成形できるようになっている。成形品Ｗは、小径な筒状のネック部Ｗ１と、ネック部Ｗ１に連続する大径の胴部としてのベローズ部Ｗ２を有している。

このインジェクションブロー成形装置は、大別して、図１に示すように、溶融合成樹脂であるパリソンＰの押出方向を上向きとした押出ヘッド１と、その上方に押出ヘッド１に対向配置した昇降動作可能な射出成形金型２と、射出成形金型２と押出ヘッド１との間に押出ヘッド１上方に配置したブロー成形金型３とからなる。

射出成形金型２は、パリソンＰに成形品Ｗの前記ネック部Ｗ１を形成するもので、押出ヘッド１と同一軸線上に配置し、マンドレル４とマンドレル４を挟んで水平方向に型締め・型開き動作が可能な半割り構造の一対の金型要素２ａ，２ｂを備えている。これら金型要素２ａ，２ｂは、図示を省略した駆動機構により型閉、型締および型開が行えるようになっている。射出成形金型２は、パリソンＰに圧縮エアを送るエア供給路２ｃを形成している。

押出ヘッド１は、上部円錐状のダイボディ５と、ダイボディ５内を昇降する上部円錐状の押出ダイ６とを備えている。ダイボディ５と押出ダイ６とは、それら間に環状の通路１ａを形成し、通路１ａ上端に環状のダイ開口を形成し、押出ダイ６がダイ開口の断面変更のため、ダイボディ５に対して２個の第１サーボモータ７およびそれぞれの第１サーボモータ７に対応した第１ボールねじ機構８により駆動されて昇降動できるようになっている。これら第１サーボモータ７および第１ボールねじ機構８は、押出ダイ６、言い換えれば押出ヘッド１の駆動装置を構成する。押出ヘッド１の押出ダイ６にも、パリソンＰに圧縮エアを送るエア供給路１ｂが形成されている。

押出ヘッド１はまた、溶融合成樹脂ＰＯを前記ダイ開口から吐出するため、直線運動可能なプランジャ９を備えている。プランジャ９は、その上部を円錐状となし、環状の通路１ａ内の溶融合成樹脂ＰＯを前記ダイ開口に向かって押し上げるよう、プランジャ９に対して２個の第２サーボモータ１０およびそれぞれの第２サーボモータ１０に対応した第２ボールねじ機構１１により駆動されて昇降動できるようになっている。これら第２サーボモータ１０および第２ボールねじ機構１１は、プランジャ９の駆動装置を構成する。

ブロー成形金型３は、射出成形金型２と押出ヘッド１との軸線を挟んで対称的に配置されて、水平方向に型締め、型開き動作が可能な半割り構造の一対の金型要素３ａ，３ｂを備えている。これら金型要素３ａ，３ｂは、パリソンＰに成形品Ｗのベローズ部Ｗ２を形成するようキャビティを形成している。これら金型要素３ａ，３ｂの各背後にはプラテン１２が設けられて、これらプラテン１２が、図示を省略した型締機構により型閉め、型締めおよび型開きが行われるようになっている。

一方、射出成形金型２は、射出成形金型２に対して１個の第３サーボモータ１３および第３ボールねじ機構１４により駆動されて昇降動できるようになっている。これら第３サーボモータ１３および第３ボールねじ機構１４は、射出成形金型２の駆動装置を構成する。

これら第１，第２，第３サーボモータ７，１０，１３および第１，第２，第３ボールねじ機構８，１１，１４からなる駆動装置の制御装置は、図２に示すように、操作者による操作される操作ディスプレイ２０と、操作ディスプレイ２０に接続したプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）２１と、プログラマブル・ロジック・コントローラ２１に接続したサーボコントローラ２２とからなる。プログラマブル・ロジック・コントローラ２１は、インジェクションブロー成形装置の駆動系統全体を電気的制御するものであり、その一部としてサーボコントローラ２２を制御するようになっている。すなわち、プログラマブル・ロジック・コントローラ２１とサーボコントローラ２２は、プランジャ９、押出ヘッド１および射出成形金型２の制御信号を決定する制御装置として機能する。

サーボコントローラ２２は、第１サーボアンプ２３に接続し、第１サーボアンプ２３が押出ダイ６の駆動系統ＤＤの一部を成す第１サーボモータ７に接続して、第１ボールねじ機構８を介して押出ダイ６を昇降動させるようになっている。

サーボコントローラ２２はまた、プランジャ９の駆動系統ＰＤである第２サーボアンプ２４に接続し、第２サーボアンプ２４が第２サーボモータ１０に接続して、第２ボールねじ機構１１を介してプランジャ９を昇降動させるようになっている。

さらに、サーボコントローラ２２は、射出成形金型２の駆動系統ＭＤである第３サーボアンプ２５に接続し、第３サーボアンプ２５が第３サーボモータ１３に接続して、第３ボールねじ機構１４を介して射出成形金型２を昇降動させるようになっている。

図９に示した蛇腹状かつ中空状の成形品Ｗの成形開始時には、射出成形金型２は、押出ヘッド１と隣り合う初期位置にあり、ついでプランジャ９がプランジャ９の駆動系統ＰＤによって溶融合成樹脂ＰＯを押出ヘッド１から吐出方向に駆動されることにより所定量の溶融合成樹脂ＰＯが前記ダイ開口を通して強制的に押出されるようになっている。この際、成形品Ｗのネック部Ｗ１が射出成形によって射出成形金型２の金型要素２ａ，２ｂのキャビティにおいてまず成形されるようになっている。

成形品Ｗのネック部Ｗ１が成形された後、溶融合成樹脂ＰＯの押出が始まり、射出成形金型２がその駆動系統ＭＤにより押出ヘッド１から離れる方向へ動き、パリソンＰを形成するようになっている。

溶融合成樹脂ＰＯの押出工程においては、成形品Ｗの胴厚に応じて前記ダイ開口の断面を変更するため、押出ダイ６がその駆動系統ＤＤによってダイボディ５に対し動かされるようになっている。押出工程が終わると、パリソンＰの端部は押出ダイ６がダイボディ５に寄りかかって切り離されるようになっている。

これら工程を実施するための押出ダイ６、プランジャ９および射出成形金型２の運動のための制御プログラムは、プログラマブル・ロジック・コントローラ２１に記憶されている。

押出ダイ６の動作制御プログラムフローを図３に示す。図６に示される押出ダイ６動作の基準値曲線に則り説明する。この際、押出タイマの数値として例えば５秒がインプットされている。パリソンＰの押出開始（ステップＳ１１）と同時にパリソン押出タイマが開始した後（ステップＳ１２）、押出タイマがカウントアップする０〜５秒の間、基準値曲線をなぞるよう動作を行う（ステップＳ１３）。すなわち、押出タイマ開始直後（０秒）、押出ダイ６は基準値曲線の時間０秒に当たる位置−４ｍｍに移動する。タイマ開始後１秒前後から下方向（−方向）へ移動し、タイマ開始後１秒後には−５ｍｍ位置に移動する。タイマ開始後２〜４秒時、基準値曲線に従い−４〜−６ｍｍ位置を交互に移動する。５秒後、−２ｍｍ位置に移動すると共に押出タイマがカウントアップ（ステップＳ１４）し、パリソン押出動作が完了する（ステップＳ１５）。

プランジャ９の動作制御プログラムフローを図４に示す。図７に示されるプランジャ９動作の基準値曲線に則り説明する。この際、押出タイマの数値として例えば５秒がインプットされている。パリソンＰの押出開始（ステップＳ２１）と同時にパリソン押出タイマが開始した後（ステップＳ２２）、押出タイマがカウントアップする０〜５秒の間、基準値曲線に則り動作を行う（ステップＳ２３）。すなわち、押出タイマ開始後、プランジャ９は基準値曲線の時間０秒に当たる速度２０ｍｍ／秒にて移動を開始する。タイマ開始後１秒前後から移動速度を増加し、タイマ開始後１秒後には２５ｍｍ／秒にて移動する。以降も基準値曲線に従い速度を変化させ、５秒後、速度２０ｍｍ／秒から速度ゼロとなり、押出タイマのカウントアップ（ステップＳ２４）と共に停止し、パリソン押出動作が完了する（ステップＳ２５）。

射出成形金型２の動作制御プログラムフローを図５に示す。図８に示される射出成形金型２動作の基準値曲線に則り説明する。この際、押出タイマの数値として例えば５秒がインプットされている。パリソンＰの引上開始（ステップＳ３１）と同時にパリソン押出タイマが開始した後（ステップＳ３２）、押出タイマがカウントアップする０〜５秒の間、基準値曲線に則り動作を行う（ステップＳ３３）。すなわち、押出タイマ開始後、射出成形金型２は基準値曲線の時間０秒に当たる速度１５ｍｍ／秒にて移動を開始する。徐々に移動速度が増加し、タイマ開始後０．５秒後には２０ｍｍ／秒にて移動する。５秒後、速度２０ｍｍ／秒から速度ゼロとなり、押出タイマのカウントアップ（ステップＳ３４）と共に停止し、パリソン引上動作が完了する（ステップＳ３５）。

押出ダイ６、プランジャ９および射出成形金型２の運動のための基準値曲線は、図２に示したプログラマブル・ロジック・コントローラ２１に記憶されている。それらの例を図６ないし図８に示す。

図６のダイヤグラムが示すように、押出ダイ６の運動のための基準値曲線は、位置プロファイルＰ１として所定時間に亘って設定されている。すなわち、押出ダイ６は、所定時間に亘ってその位置が予め設定されている。

一方、図７のダイヤグラムが示すように、プランジャ９の運動のための基準値曲線は、速度プロファイルＰ２として所定時間に亘って設定されている。すなわち、この速度プロファイルＰ２は、所定時間に亘ってプランジャ９の基準速度を表わしている。

同様に、図８のダイヤグラムが示すように、射出成形金型２の運動のための基準値曲線は、速度プロファイルＰ３として所定時間に亘って設定されている。すなわち、この速度プロファイルＰ３は、所定時間に亘って射出成形金型２の基準速度を表わしている。

射出成形金型２とプランジャ９との運動のための各速度プロファイルＰ３，Ｐ２は、自由に調整可能であって、互いに独立している。

射出成形金型２とプランジャ９との運動のための各速度プロファイルＰ３，Ｐ２は、図７および図８に示すように、射出成形金型２の運動時間とプランジャ９の運動時間が等しいように調整してもよいが、また射出成形金型２の運動時間とプランジャ９の運動時間が等しくないよう調整してもよい。

射出成形金型２とプランジャ９との運動のための各速度プロファイルＰ３，Ｐ２は、図７および図８に示すように、射出成形金型２とプランジャ９の運動が同時に開始するよう調整してもよいが、射出成形金型２とプランジャ９とは、同時に作動される必要もない。

プランジャ９の速度プロファイルＰ２、射出成形金型２の速度プロファイルＰ３および押出ダイ６の位置プロファイルＰ１は、成形品Ｗの成形に当たり所望の胴厚分布が達成されるように調整される。

次に、この実施形態による成形品Ｗの成形工程を説明する。

まず、型締めした射出成形金型２の底面を押出ヘッド１の上端面に押し当て、押出ヘッド１側から射出成形金型２に対して溶融合成樹脂ＰＯを押し出して、金型要素２ａ，２ｂとマンドレル４とから形成される空間に溶融合成樹脂ＰＯを充填し、最初に図９に示した成形品Ｗのネック部Ｗ１を射出成形する。

そして、成形されたばかりのネック部Ｗ１を射出成形金型２ごと上昇させながら押出ヘッド１のダイ開口から溶融合成樹脂ＰＯの押し出し動作を続けると、図１に示すように、ネック部Ｗ１に連続して所定肉厚のチューブ状のパリソンＰを形成する。

続いて、パリソンＰをブロー成形金型３の金型要素３ａ，３ｂ間に挟み込み、射出成形金型２を型閉および型締めした上で、押出ヘッド１のエア供給路１ｂ、あるいは射出成形金型２のエア供給路２ｃからパリソンＰ内に圧縮エアを吹き込み、パリソンＰを膨張させながら金型要素３ａ，３ｂのキャビティ面に密着させると、金型要素３ａ，３ｂのキャビティ面の形状を転写させるかたちで、先に成形したネック部Ｗ１に連続する形にて成形品Ｗの胴部としてのベローズ部Ｗ２を一体に成形する。エア供給路は成形品Ｗの形状に応じて選択することができる。例えば、ネック部Ｗ１が小径の場合、射出成形金型にエア供給路２ｃを設けることは困難のため、押出ヘッド１のエア供給路１ｂを使用する。

この状態では、ネック部Ｗ１とベローズ部Ｗ２とからなる中間の成形品Ｗは、なおも押出ヘッド１側の溶融合成樹脂ＰＯに繋がったままであることから、射出成形金型２およびブロー成形金型３をそれぞれ型開き動作させるとともに、押出ヘッド１側の溶融合成樹脂ＰＯから切り離して中間の成形品Ｗを射出成形金型２およびブロー成形金型３から取り出す。

ついで、中間の成形品Ｗのうちベローズ部Ｗ２の端部に付帯している非製品部領域である余剰部を、図示を省略したカッターにて切断除去することにより図９に示した蛇腹状の完成した成形品Ｗを製造する。

１…押出ヘッド
２…射出成形金型
２ａ，２ｂ…金型要素
３…ブロー成形金型
３ａ，３ｂ…金型要素
５…ダイボディ
６…押出ダイ
７…第１サーボモータ（押出ヘッドの駆動装置）
８…第１ボールねじ機構（押出ヘッドの駆動装置）
９…プランジャ
１０…第２サーボモータ（プランジャの駆動装置）
１１…第２ボールねじ機構（プランジャの駆動装置）
１３…第３サーボモータ（射出成形金型の駆動装置）
１４…第３ボールねじ機構（射出成形金型の駆動装置）
２１…プログラマブル・ロジック・コントローラ(制御装置)
２２…サーボコントローラ(制御装置)
Ｐ…パリソン
Ｗ…成形品
Ｗ１…ネック部

Claims (3)

1. 成形すべき中空状の成形品のネック部形状のキャビティを有する射出成形金型と押出ヘッドとを同一軸線上に対向配置するとともに、前記軸線を挟んで対称的に半割り構造のブロー成形金型を配置し、
   前記射出成形金型と前記押出ヘッドとを突き合わせて前記押出ヘッドから前記射出成形金型の前記キャビティに溶融合成樹脂を充填することによって前記成形品のネック部を射出成形し、
   該ネック部を前記射出成形金型とともに前記押出ヘッドから離間させながら、前記押出ヘッドの一部を成すプランジャの上下運転の作用によって前記押出ヘッドから溶融合成樹脂を筒状に、かつ肉厚を変化させながら押し出して前記ネック部に連続したパリソンを形成し、
   前記ブロー成形金型を前記射出成形金型に案内させつつ型締めして前記パリソンを挟み込み、このパリソン内に圧縮エアを吹き込むことにより前記成形品を成形する電動式インジェクションブロー成形装置において、
   前記射出成形金型の運動が、縦軸を該射出成形金型の運動時間および横軸を該射出成形金型の前記軸線上における運動速度としたグラフにおいて前記射出成形金型の運動時間に基づいた曲線に則っており、
   前記プランジャの運動が、縦軸を該プランジャの運動時間および横軸を該プランジャの前記軸線上における運動速度としたグラフにおいて前記プランジャの運動時間に基づいた曲線に則っており、
   前記押出ヘッドを成す押出ダイの運動が、縦軸を該押出ダイの運動時間および横軸を該押出ダイの前記軸線上の位置としたグラフにおいて前記押出ダイの運動時間に基づいた曲線に則っており、
   予め設定したプログラムによって前記プランジャ、前記押出ヘッドおよび前記射出成形金型の制御信号をそれぞれ独立して決定する制御装置と、
   該制御装置によって前記プランジャ、前記押出ヘッドおよび前記射出成形金型のそれぞれを制御駆動する電動式の駆動装置と、
   を具備する、ことを特徴とする電動式インジェクションブロー成形装置。
2. 前記射出成形金型の運動時間と前記プランジャの運動時間とが等しいよう調整されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式インジェクションブロー成形装置。
3. 前記射出成形金型と前記プランジャの運動とが同時に開始するよう調整されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式インジェクションブロー成形装置。

Images