JP7046785B2 - 液体入り容器の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プリフォームから内容液を収容した液体入り容器を製造する液体入り容器の製造方法に関する。
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合成樹脂製の容器は、飲料、化粧品、薬品、洗剤、シャンプー等のトイレタリーなどの様々な液体を内容液として収容する用途に使用されている。このような容器は、上記したような熱可塑性を有する合成樹脂材料によって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。
プリフォームを容器に成形するブロー成形としては、プリフォームの内部に供給する加圧媒体として、加圧エアーに替えて加圧した液体を用いるようにした液体ブロー成形が知られている。
例えば特許文献1には、予め延伸性を発現する温度にまで加熱しておいた合成樹脂製のプリフォームをブロー成形用の金型に装着し、このプリフォームの内部にブローノズルを通してポンプ等の加圧手段により所定圧力にまで加圧した液体を供給することにより、当該プリフォームを金型のキャビティに沿った所定形状の容器に成形するようにした液体ブロー成形方法が記載されている。
上記のような液体ブロー成形方法では、プリフォームに供給する液体として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、容器の成形と当該容器への内容液の充填とを同時に行って、内容液を収容した液体入り容器を製造することができる。したがって、このように液体ブロー成形を利用した液体入り容器の製造方法によれば、成形後の容器への内容液の充填工程を省略して、液体入り容器を低コストで製造することができる。
上記従来の液体ブロー成形方法では、通常、成形後の容器に所望の大きさのヘッドスペースを形成することが求められる。ヘッドスペースを形成する方法としては、例えば、液体入り容器の成形直後にポンプによりブローノズルを介して容器の内部の液体を吸引し、容器の内部を負圧化した後に容器の内部を大気開放して、容器の内部に空気を導入することでヘッドスペースを形成することが考えられる。しかし、成形直後の容器の内部に存在する液体は、プリフォームの内部に存在していた空気を巻き込んだ状態になっている。したがって、上記のような方法では、この空気を巻き込んだ液体をブローノズルに通じる液体の供給路に導入することになるので、当該供給路に空気が混入し、成形条件の安定性や容器の成形性等が低下するという問題が生じる虞がある。
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、液体入り容器を所定の内容量及び形状を有するように精度よく且つ低コストで製造することができる液体入り容器の製造方法を提供することにある。
本発明の液体入り容器の製造方法は、ノズルユニットと金型とを用いて有底筒状のプリフォームから内容液を収容した液体入り容器を製造する液体入り容器の製造方法であって、前記ノズルユニットは、加圧液体供給源に接続された液体供給路の終端に位置する液体供給口を形成するブローノズルと、液体吸引源に排出経路によって接続された排出口を有する排出ロッドと、前記ブローノズルに設けられるとともに加圧気体供給源に接続された気体供給口と、を有し、前記液体供給口から前記プリフォームの内部に前記加圧液体供給源によって加圧した液体を供給することにより、前記プリフォームを前記金型の内面に沿った形状の前記液体入り容器に成形する液体ブロー成形工程と、前記液体供給路を閉塞した状態で、前記液体供給口より下方に位置する前記排出口を通して、前記液体吸引源による吸引によって前記液体入り容器の内部から液体を排出することにより、前記液体入り容器にヘッドスペースを形成するヘッドスペース形成工程と、を有し、前記ヘッドスペース形成工程において、前記気体供給口を通して前記加圧気体供給源から前記液体入り容器の内部に加圧した気体を供給することにより、吸引による前記排出口を通した前記液体入り容器の内部からの液体の排出を支援するとともに、前記排出経路の圧力が設定値まで上昇したときに前記加圧気体供給源による加圧した気体の供給を停止するものである。
本発明の液体入り容器の製造方法は、上記構成において、前記ヘッドスペース形成工程において、前記排出経路に設けた圧力計の検出値が前記設定値まで上昇したときに前記加圧気体供給源による加圧した気体の供給を停止するのが好ましい。
本発明の液体入り容器の製造方法は、上記構成において、前記加圧液体供給源は、加圧方向と吸引方向との両方に作動可能なポンプによって構成されており、前記液体ブロー成形工程と前記ヘッドスペース形成工程との間に、前記液体供給路を開いた状態で前記ポンプを吸引方向に作動させることによって前記液体入り容器の内部の圧力を低下させる脱圧工程を有するのが好ましい。
本発明の液体入り容器の製造方法は、上記構成において、前記加圧液体供給源及び前記液体吸引源は、加圧方向と吸引方向との両方に作動可能な共通のポンプによって構成されており、前記液体ブロー成形工程を、前記ポンプを加圧方向に作動させることによって行い、前記ヘッドスペース形成工程を、前記ポンプを吸引方向に作動させることによって行うのが好ましい。
本発明の液体入り容器の製造方法は、上記構成において、前記排出経路の圧力に応じて前記ヘッドスペース形成工程における前記ポンプの吸引方向への作動を停止するのが好ましい。
本発明の液体入り容器の製造方法は、上記構成において、前記排出ロッドは、前記排出口を開閉可能に構成されており、前記液体ブロー成形工程を、前記排出口を閉じた状態で行い、前記ヘッドスペース形成工程を、前記排出口を開いた状態で行うのが好ましい。
本発明の液体入り容器の製造方法は、上記構成において、前記液体ブロー成形工程の最中又は前記液体ブロー成形工程より前に前記排出ロッドを延伸ロッドとして用いて前記プリフォームを軸方向に延伸させるロッド延伸工程を有するのが好ましい。
本発明の液体入り容器の製造方法は、上記構成において、前記液体ブロー成形工程より前に前記プリフォームの内部に液体を供給することにより、前記プリフォームの内部の空気を外部に排出させる空気排出工程を有するのが好ましい。
本発明の液体入り容器の製造方法は、上記構成において、前記ノズルユニットは、前記液体供給路を開閉するシール体を有し、前記排出ロッドは、前記シール体を貫通するとともに前記シール体に対して相対的に移動可能であり、前記液体ブロー成形工程を、前記シール体で前記液体供給路を開くことによって行い、前記ヘッドスペース形成工程を、前記シール体で前記液体供給路を閉じた状態で行うのが好ましい。
本発明によれば、液体入り容器を所定の内容量及び形状を有するように精度よく且つ低コストで製造することができる液体入り容器の製造方法を提供することができる。
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。
本発明の一実施形態である液体入り容器の製造方法は、例えば図1に示す構成の液体入り容器の製造装置1を用いて実施することができる。
図1に示す液体入り容器の製造装置1は、合成樹脂製のプリフォーム2から内容液を収容した液体入り容器C(図9参照)を製造するものである。液体入り容器Cに収容される液体(内容液)Lとしては、例えば飲料、化粧品、薬品、洗剤、シャンプー等のトイレタリーなどの様々な液体Lを採用することができる。
プリフォーム2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)等の熱可塑性を有する合成樹脂材料によって、開口端となる円筒状の口部2aと、口部2aに連なる円筒状の胴部2bと、胴部2bの下端を閉塞する底部2cと、を有する有底筒状に形成されたものを用いることができる。
詳細は図示しないが、口部2aの外壁面には、成形後の液体入り容器Cの口部2aに閉塞キャップ(不図示)を打栓(アンダーカット係合)によって装着するための係合突起が設けられている。なお、口部2aの外壁面に係合突起に替えて雄ネジを設けて閉塞キャップを口部2aにねじ結合により装着する構成とすることもできる。
液体入り容器の製造装置1は、ブロー成形用の金型10を有している。金型10は、例えばボトル形状などの液体入り容器Cの最終形状に対応した形状のキャビティ11を有している。キャビティ11は金型10の上面において上方に向けて開口している。プリフォーム2は、胴部2b及び底部2cが金型10のキャビティ11の内部に配置されるとともに口部2aが金型10から上方に突出した状態となって金型10に装着される。
金型10は左右に型開きすることができるようになっており、プリフォーム2を液体入り容器Cに成形した後に金型10を左右に開くことで、当該液体入り容器Cを金型10から取り出すことができるようになっている。
金型10の上方には、プリフォーム2の内部に加圧した液体Lを供給するためのノズルユニット20が設けられている。ノズルユニット20は本体ブロック21を有している。
本体ブロック21の下端には支持ブロック22が設けられ、この支持ブロック22により支持されて本体ブロック21の下端にはブローノズル23が装着されている。ブローノズル23は略円筒状に形成されており、その下端部は液体供給口23aとなっている。本体ブロック21、支持ブロック22及びブローノズル23によって、ノズルユニット本体20aが構成されている。ノズルユニット本体20aは金型10に対して上下方向に相対移動自在となっている。ノズルユニット本体20aが下方側のストローク端にまで下降すると、ノズルユニット本体20a(より具体的には、ブローノズル23)は、金型10に装着されたプリフォーム2の口部2aに上方側から密封状態で係合する。
ノズルユニット本体20a(より具体的には、本体ブロック21及びブローノズル23)の内部には、ブローノズル23の液体供給口23aで終端する縦流路24が設けられている。この縦流路24は上下方向に延びている。本実施形態では、液体供給口23aで終端する液体供給路は、当該縦流路24と、後述する液体供給ポート25、第3液体配管PL3及び第2液体配管PL2とで構成されている。すなわち、当該液体供給路の終端と縦流路24の終端とは、共に液体供給口23aである。
ノズルユニット本体20a(より具体的には、本体ブロック21)には、縦流路24の上端に連通する液体供給ポート25が設けられている。
ブローノズル23の上面には、下向き円錐状のシール面23bが設けられている。なお、シール面23bの形状は適宜変更が可能である。シール面23bは、ブローノズル23の内周面によって構成してもよいし、ブローノズル23の上面及び内周面によって構成してもよい。縦流路24の内部には、シール面23bに着座可能なシール体26が配置されている。シール体26は円筒状に形成されており、シール体26の下端には、下向き円錐状のテーパ面26aが設けられている。なお、テーパ面26aの配置及び形状は、適宜変更が可能である。シール体26は、下方側のストローク端位置である閉塞位置まで移動したときに、テーパ面26aにおいてシール面23bに着座して縦流路24を閉塞する。一方、シール体26が閉塞位置から上方に向けて移動すると、シール体26のテーパ面26aがシール面23bから離脱して縦流路24が開放される。
図1に示すように、シール体26はノズルユニット本体20aに対して相対的に上下方向に移動自在に設けられた軸体27に固定され、縦流路24の内部で上下方向に移動自在となっている。なお、シール体26は、軸体27と一体に形成してもよい。
ノズルユニット20は、液体Lの排出口28aを有する排出ロッド28を有している。排出ロッド28は、排出口28aを開閉可能な開閉体28bを有している。本実施形態では、排出ロッド28は、排出口28aを下端に形成する円筒状の外筒29と、外筒29に対して上下方向に相対移動自在な開閉体28bとを有している。開閉体28bは、外筒29の径方向内側で外筒29の軸心に沿って延びる円柱状の開閉ロッド30と、開閉ロッド30より拡径するとともに排出口28aに対して上下方向に当接、離脱が可能な拡径部31とを有している。外筒29と開閉体28bとの間には、筒内流路28cが形成されている。外筒29は円筒状以外の筒状(楕円筒状又は多角形筒状等)をなしていてもよい。また、開閉ロッド30は、円柱状以外の柱状(楕円柱状又は多角柱状等)をなしていてもよい。外筒29及び開閉ロッド30は、例えば鋼材等によって形成することができる。本実施形態では、排出口28aは外筒29の下端に設けられているが、下端に代えて又は加えて、外筒29の外周面に設けてもよい。また、排出ロッド28に設ける排出口28aの数及び形状は適宜変更が可能である。本実施形態では排出ロッド28は排出口28aを開閉可能に構成されているが、排出ロッド28は、常時開放された排出口28aを有するように構成されてもよい。
排出ロッド28は、シール体26を貫通するとともにシール体26及び軸体27の軸心に沿って延びている。排出ロッド28は、シール体26に対して相対的に上下方向に移動することができる。外筒29及び開閉体28bは、図示しない駆動源により個々に又は互いに連携して駆動される。
排出ロッド28は、下方に向けて移動することによってプリフォーム2を軸方向に延伸させる延伸ロッドとして用いられる。しかし、排出ロッド28を延伸ロッドとして用いない構成としてもよい。また、開閉体28bのみを延伸ロッドとして用いてもよい。
排出口28aは、排出ロッド28の中空部によって形成された筒内流路28cを介して第1液体配管PL1の一端に接続されている。第1液体配管PL1には、第1液体配管弁VL1が設けられ、この第1液体配管弁VL1により第1液体配管PL1を開閉することができる。この第1液体配管弁VL1は、電磁弁により構成され、図示しない制御手段によって開閉制御される。第1液体配管PL1には第1液体配管圧力計32が設けられ、この第1液体配管圧力計32の計測データは、前記の制御手段に入力されるようになっている。第1液体配管PL1の他端は、第2液体配管PL2を介して液体吸引源33に接続されている。このように、本実施形態では、排出口28aは、筒内流路28c、第1液体配管PL1及び第2液体配管PL2で構成される排出経路によって、液体吸引源33に接続されている。
本実施形態では、液体吸引源33及び後述する加圧液体供給源34は、加圧方向(正方向)と吸引方向(逆方向)との両方に作動可能な共通のポンプ35によって構成されている。ポンプ35は、本実施形態ではシリンダ35aとピストン(プランジャー)35bとを備えたプランジャーポンプとして構成されているが、他の形式のポンプであってもよい。
第1液体配管PL1の他端は、第3液体配管PL3を介して液体供給ポート25にも接続されている。第3液体配管PL3には第3液体配管圧力計36が設けられ、この第3液体配管圧力計36の計測データは、前記の制御手段に入力されるようになっている。このように、加圧液体供給源34は、液体供給口23aで終端する縦流路24、液体供給ポート25、第3液体配管PL3及び第2液体配管PL2で構成される液体供給路に接続されている。
本実施形態では、液体吸引源33と加圧液体供給源34とは共通のポンプ35によって構成されているが、液体吸引源33と加圧液体供給源34とは別々のポンプによって構成されてもよい。この場合、液体吸引源33を排出口28aに接続する排出経路と、加圧液体供給源34に接続する液体供給路とは、互いに独立した経路を構成することになる。
加圧液体供給源34は、第4液体配管PL4を介してタンク37に接続されている。タンク37は、液体Lを収容するとともに当該液体Lを所定温度にまで加熱して当該温度に保持する構成とすることができる。第4液体配管PL4には、第4液体配管弁VL4が設けられ、この第4液体配管弁VL4により第4液体配管PL4を開閉することができる。この第4液体配管弁VL4は、電磁弁により構成され、前記の制御手段によって開閉制御される。
ブローノズル23におけるシール面23bより下流側の部分には、加圧気体供給源38に接続された気体供給口23cが設けられている。本実施形態では、気体供給口23cはブローノズル23の内周面に設けられているが、気体供給口23cはブローノズル23の内周面以外の部分(例えばブローノズル23の下端面)に設けられてもよい。ブローノズル23及び支持ブロック22の内部には、気体供給路39が設けられており、気体供給路39の一端は気体供給口23cで終端している。本実施形態では、気体供給路39は、水平方向に延びている。しかし、気体供給路39の形状は適宜変更が可能である。気体供給路39の他端には、第1空気配管PA1を介して第2空気配管PA2の一端が接続されている。第2空気配管PA2の他端には、加圧気体供給源38が接続されている。第2空気配管PA2の一端には、第3空気配管PA3を介して第4空気配管PA4の一端が接続されている。第4空気配管PA4の他端には、吸引源40が接続されている。第4空気配管PA4の一端には、第5空気配管PA5の一端が接続されている。第5空気配管PA5の他端は大気開放されている。吸引源40は、例えば吸引ポンプ等で構成することができる。加圧気体供給源38は、例えば加圧ポンプ等で構成することができる。吸引源40及び加圧気体供給源38は、吸引ポンプと加圧ポンプを一体型とした吸引・加圧ポンプ(例えば、ポンプ35のようなプランジャーポンプ)で構成してもよい。
第1~5空気配管PA1~5には、それぞれ、第1~5空気配管弁VA1~5が設けられており、これら第1~5空気配管弁VA1~5により、第1~5空気配管PA1~5を開閉することができる。第1~5空気配管弁VA1~5は、それぞれ、電磁弁により構成され、前記の制御手段によって開閉制御される。
気体供給路39と第1~5空気配管PA1~5とで構成される気体流路は、第1~5空気配管弁VA1~5の開閉により、図7に示すような加圧状態と、図3~図6及び図8に示すような閉塞状態と、図2に示すような大気開放状態と、図1及び図9に示すような吸引状態と、の間でその状態を切替えることができる。すなわち、気体流路は、第1~2空気配管弁VA1~2が開き、第3~5空気配管弁VA3~5が閉じることにより、加圧状態とされる。また、気体流路は、第1~5空気配管弁VA1~5が閉じることにより、閉塞状態とされる。気体流路は、第1、第3及び第5空気配管弁VA1、VA3及びVA5が開き、第2及び第4空気配管弁VA2及びVA4が閉じることにより、大気開放状態とされる。気体流路は、第1、第3及び第4空気配管弁VA1、VA3及びVA4が開き、第2及び第5空気配管弁VA2及びVA5が閉じることにより、吸引状態とされる。気体流路は、その一部又は全体をノズルユニット20(のノズルユニット本体20a)の内部に設けることができる。
図1及び図9に示すように、気体流路を吸引状態とすることで、ブローノズル23におけるシール面23bよりも下方の部分に残留している液体の液だれを防止することができる。液体Lが液だれを生じ難いものである場合や液だれを生じても構わない場合などにおいては、気体流路を吸引状態にする必要はなく、第4空気配管PA4及び吸引源40を設けない構成としてもよい。
図2に示すように、金型10に装着されたプリフォーム2の口部2aにブローノズル23が密封状態で係合するとともにシール体26が縦流路24を閉塞した状態において、排出ロッド28の排出口28aをプリフォーム2の底部2cで開放し、ポンプ35(加圧液体供給源34)を加圧方向に作動させることにより、加圧液体供給源34から第2液体配管PL2、第1液体配管PL1、筒内流路28c及び排出口28aを介してプリフォーム2の内部に液体Lを供給することができる。このとき、第4液体配管弁VL4は閉じられ、第1液体配管弁VL1は開かれ、気体流路は大気開放状態とされる。気体流路を大気開放状態とすることにより、プリフォーム2の内部への液体Lの供給に伴って、プリフォーム2の内部から空気が気体流路を介して大気へと排出される。なお、このように空気の排出のために気体流路を大気開放状態とする構成に代えて、気体流路を吸引状態とする構成としてもよい。この場合、プリフォーム2の内部からの空気の吸引は、プリフォーム2の内部への液体Lの供給より前に開始してもよいし、当該供給と同時又は当該供給の最中に開始してもよい。
図4に示すように、金型10に装着されたプリフォーム2の口部2aにブローノズル23が密封状態で係合するとともにシール体26が縦流路24を開放した状態において、ポンプ35(加圧液体供給源34)を加圧方向に作動させることにより、第2液体配管PL2、第3液体配管PL3、液体供給ポート25及び縦流路24を介してプリフォーム2の内部に加圧した液体Lを供給することができる。このとき、第4液体配管弁VL4は閉じられ、第1液体配管弁VL1は閉じられ、排出口28aは閉じられ、気体流路は閉塞状態とされる。このような加圧した液体Lの供給により、プリフォーム2を金型10のキャビティ11に沿った形状の液体入り容器Cに成形することができる。
図6に示すように、液体入り容器Cが成形され、シール体26が縦流路24を開放した状態において、ポンプ35(加圧液体供給源34)を吸引方向に作動させることにより、液体入り容器Cの内部の液体Lを液体供給口23aから加圧液体供給源34に向けて排出し、液体入り容器Cの内部及び液体供給路の内部の高圧状態を速やかに解消することができる。このとき、第4液体配管弁VL4は閉じられ、第1液体配管弁VL1は閉じられる。また、気体流路は、このような液体Lの排出によって液体入り容器Cの内部の高圧状態が解消されるまでは閉塞状態とされ、気体流路への液体Lの侵入が抑制される。
図7に示すように、液体入り容器Cの口部Caにブローノズル23が密封状態で係合するとともにシール体26が縦流路24を閉塞した状態において、排出ロッド28の排出口28aを液体入り容器Cの底部Ccで開放し、ポンプ35(液体吸引源33)を吸引方向に作動させることにより、液体入り容器Cの内部の液体Lを排出口28aから液体吸引源33に向けて排出することができる。このとき、第4液体配管弁VL4は閉じられ、第1液体配管弁VL1は開かれる。また、気体流路は、加圧状態とされる。したがって、気体供給口23cからプリフォーム2の内部に加圧した気体(加圧気体)を供給することにより、排出口28aを介した液体Lの排出を促進又は支援し、ヘッドスペースHの形成に要する時間を短縮することができる。このような加圧気体による支援は、内容液としての液体Lの粘度が高い場合に特に有効である。
ここで、気体流路を加圧状態にすることによるプリフォーム2の内部への加圧気体の供給は、その供給量が少なすぎると規定量の液体Lをプリフォーム2の内部から排出できずに液体入り容器Cの内容量にバラつきが生じてしまう。また、加圧気体の供給量が多すぎると、液体入り容器Cの内部の圧力が高くなり、ノズルユニット20の上昇時に口部Caから液体Lが噴出してしまう虞がある。そこで、気体流路は、排出経路の圧力(第1液体配管圧力計32の検出値)が設定値(例えば、加圧気体供給源38による加圧気体の供給圧の約10%の値)まで上昇したときに加圧状態から閉塞状態に切り替わることにより、加圧気体供給源38による加圧気体の供給を停止するように構成されている。
ノズルユニット本体20a、シール体26、排出ロッド28、ポンプ35(プランジャー35b)、第1液体配管弁VL1、第4液体配管弁VL4、第1~5空気配管弁VA1~5、加圧気体供給源38及び吸引源40等の作動は、前記の図示しない制御装置によって統合的に制御される。
次に、このような構成の液体入り容器の製造装置1を用いて、合成樹脂製のプリフォーム2から所定形状の容器の内部に液体(内容液)Lが収容されてなる液体入り容器Cを成形する方法(本実施形態に係る液体入り容器の製造方法)について説明する。
図10に示すように、本実施形態では、待機工程S1、空気排出工程S2、液体ブロー成形工程S3、脱圧工程S4、ヘッドスペース形成工程S5及びロッド上昇・吸引工程S6がこの順に行われる。
まず、待機工程S1が行われる。待機工程S1においては、ノズルユニット20は、図1に示すように、金型10に対して上方に離れた位置にあり、シール体26は縦流路24を閉塞し、排出ロッド28の排出口28aは閉じた状態となっている。また、気体流路は吸引状態となっている。
この待機工程S1では、予めヒーター等の加熱手段(不図示)を用いて延伸性を発現する程度の所定の温度(例えば80℃~150℃)にまで加熱しておいたプリフォーム2を金型10に装着し、型締めする。このとき、プリフォーム2の口部2aは開放されているので、プリフォーム2は、その内部に空気が充満した状態である。
次に、本実施形態では、空気排出工程S2が行われる。空気排出工程S2においては、図2に示すように、ノズルユニット20を下降させてプリフォーム2の口部2aにブローノズル23を係合させ、気体流路を大気開放状態とし、シール体26で縦流路24を閉塞したままで排出ロッド28を下降させてプリフォーム2の底部2cにおいて排出口28aを開いた状態で、プランジャー35bを第1速度で(すなわち、第1圧力で)加圧方向に作動させ、排出口28aからプリフォーム2の内部に液体Lを供給することにより、プリフォーム2の内部の空気を、気体流路を通して大気(外部)に排出させる。すなわち、プリフォーム2の内部に液体Lを供給することで、プリフォーム2の内部に充満している空気の大部分を液体Lによって外部に押し出して排出させる。排出口28aの開放は、具体的には、開閉体28bの下端が底部2cに当接又は近接した状態で、外筒29が開閉体28bに対して上昇することによって行われる。この空気の排出が完了すると、図3に示すように、排出口28aを閉じ、気体流路を閉塞状態とする。なお、気体流路を通して空気を排出する代わりに、プリフォーム2の口部2aにブローノズル23を係合させないことによって空気の排出経路を確保するようにしてもよい。空気排出工程S2における第1速度は、プリフォームを実質的に延伸(膨張)させない程度に設定することが好ましい。
このように、空気排出工程S2において、シール体26で縦流路24を開いて液体Lを供給するのではなく、排出ロッド28の排出口28aから液体Lを供給することにより、ブローノズル23の内周面に設けられた気体供給口23cへの液体Lの侵入を抑制し、プリフォーム2の内部から気体流路を通じて空気をスムーズに排出することができる。また、空気排出工程S2において、排出口28aをプリフォーム2の底部2cに位置させた状態で液体Lを供給することにより、排出口28aを液体Lの供給後直ぐに液中に浸して、液中から液体Lを供給できるため、プリフォーム2の内部に充填された液体Lにおける泡立ち等の原因となる空気の巻き込みを効果的に抑制することができる。この巻き込み抑制により、液体ブロー成形工程S3によって形成される液体入り容器Cの内部の液体Lへの空気の混入が抑制されるため、ヘッドスペース形成工程S5において所望の大きさのヘッドスペースHを安定して形成することができる。また、この巻き込み抑制により、ヘッドスペース形成工程S5においてノズルユニット20の内部に戻される液体Lに含まれる気泡の量が低減するため、液体供給路への空気の混入も抑制され、成形条件の安定性や容器の成形性等を向上することができる。
しかし、空気排出工程S2は、このように排出ロッド28の排出口28aから液体Lを供給することによって行う代わりに、シール体26で縦流路24を開いて液体Lを供給することによって行ってもよい。また、空気排出工程S2を行わないようにしてもよい。
空気排出工程S2が完了すると、次に、液体ブロー成形工程S3が行われる。液体ブロー成形工程S3においては、図4に示すように、ブローノズル23をプリフォーム2の口部2aに係合させた状態で、シール体26で縦流路24を開放し、液体供給口23aからプリフォーム2の内部に加圧液体供給源34によって第1圧力より大きい第2圧力に加圧した液体Lを供給することにより、プリフォーム2が、図5に示すように金型10のキャビティ11に沿った形状の液体入り容器Cに成形される。なお、本実施形態では、液体ブロー成形工程S3においては排出口28aを閉じた状態としているが、開放状態として排出口28aからも液体Lを充填することが可能である。このように液体入り容器Cを成形した後は、後述する脱圧工程S4が行われる。
本実施形態では、図3及び図4に示すように、液体ブロー成形工程S3の最中にロッド延伸工程が行われる。ロッド延伸工程においては、下方に向けて進出移動する排出ロッド28(延伸ロッド)により、プリフォーム2の胴部2bを軸方向(縦方向)に延伸させる。本実施形態では、排出ロッド28は、排出口28aを閉じた状態で下降する。液体ブロー成形工程S3より前にロッド延伸工程を行う構成とすることもできる。ロッド延伸工程の後又は最中に液体ブロー成形工程S3を行う(液体ブロー成形工程S3の開始後にロッド延伸工程を開始してもよい)ことにより、プリフォーム2を延伸ロッドにより軸方向に延伸させつつブロー成形を行う二軸延伸ブロー成形を行うことができるので、プリフォーム2をより精度よく所定形状の液体入り容器Cに成形することができる。しかし、ロッド延伸工程を行わずに液体ブロー成形工程S3を行うようにしてもよい。図1には、排出ロッド28が原位置にある状態が示されている。排出ロッド28の下端は、原位置において、図1に示された高さに位置する必要はなく、当該高さより上方又は下方に位置してもよい。
液体ブロー成形工程S3は、空気排出工程S2においてプリフォーム2の内部の空気の大部分が外部に排出された状態で行われるので、プリフォーム2の内部に加圧した液体Lを供給したときに当該液体Lが空気を巻き込むことがなく、これにより、液体入り容器Cの内部の液体Lへの空気の混入が抑制される。
液体ブロー成形工程S3が完了すると、次に、脱圧工程S4が行われる。図6に示すように、本実施形態では、脱圧工程S4においては、シール体26で縦流路24を開放した状態でポンプ35を吸引方向に作動させることによって液体入り容器Cの内部の圧力を低下させる。このとき、気体流路は閉塞状態に維持される。この脱圧工程S4によって液体入り容器Cの内部の高圧状態を解消することで、その後のヘッドスペース形成工程S5において液体入り容器Cの内部に加圧された気体をスムーズに導入することができる。例えば、液体ブロー成形工程S3の完了時点での液体入り容器Cの内部の圧力は、+3MPa(ゲージ圧)とすることができる。また、このような高圧状態を、脱圧工程S4によって液体供給路に設けられた第3液体配管圧力計36の検出値が-0.5MPa~+0.5MPa(より好ましくは、-0.1MPa~+0.1MPa)となるまで液体入り容器Cの内部の圧力を低下させることにより、解消することができる。
本実施形態では、脱圧工程S4は、液体供給口23aを通した吸引によって行われるので、速やかに完了することができる。なお、液体吸引源33と加圧液体供給源34とを別々のポンプ等で構成し、排出経路と液体供給路とを独立した系によって構成する場合には、脱圧工程S4は、例えば、シール体26で縦流路24を閉じながら、排出ロッド28の排出口28aを開いて当該排出口28aから液体吸引源33に液体入り容器Cの内部の液体Lを排出することによって行ってもよい。また、脱圧工程S4を行わないようにしてもよい。
脱圧工程S4が完了すると、次に、ヘッドスペース形成工程S5が行われる。図7及び図8に示すように、本実施形態では、ヘッドスペース形成工程S5においては、排出ロッド28の排出口28a及び第1液体配管弁VL1を開き、ポンプ35を吸引方向に作動させることによって、液体入り容器Cの内部から液体Lを排出口28aを通して排出するサックバックにより、液体入り容器Cの内部に所望の大きさのヘッドスペースHが形成される。このサックバックは、本実施形態では、排出口28aが液体入り容器Cの底部Ccに位置する状態で行われる。これにより、排出経路への空気の混入を抑制し、もって、液体供給路への空気の混入を抑制することができる。しかし、排出口28aを液体入り容器Cの底部Ccより上方に位置させた状態で、排出口28aから液体Lを吸い出すようにしても構わない。この場合でも、液体供給口23aより下方に位置する排出口28aを通して液体Lを吸い出すことにより、液体供給口23aを通して液体Lを吸い出す場合よりも、液体供給路への空気の混入を抑制することができる。
また、本実施形態では、このポンプ35の吸引方向への作動による排出口28aを通したサックバックに要する時間を短縮するために、加圧気体による支援を行う。すなわち、ヘッドスペース形成工程S5においては、気体流路が閉塞状態から加圧状態に切替えられる。本実施形態では、前述した脱圧工程S4によって液体入り容器Cの内部の高圧状態が解消していることにより、気体流路を速やかに加圧状態に切替えて加圧気体を速やかに気体供給口23cから液体入り容器Cの内部に導入することができる。したがって、サックバックによる排出口28aからの液体Lの排出を速やかに支援し、ヘッドスペース形成工程S5の所要時間を効果的に短縮することができる。ポンプ35の吸引方向への作動と気体流路の加圧状態への切替えとは、どちらを先に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
なお、このような脱圧工程S4を行わない場合には、排出口28aを通したサックバックによって液体入り容器Cの内部の圧力が加圧気体の圧力より小さくなってから、気体流路を加圧状態に切替え、気体の導入を開始すればよい。
ヘッドスペース形成工程S5においては、液体入り容器Cの内部への加圧気体の供給量の制御が重要となる。すなわち、前述したように、液体入り容器Cの内部への加圧気体の供給量が少なすぎると、規定量の液体Lをプリフォーム2の内部から排出できずに液体入り容器Cの内容量にバラつきが生じてしまう。また、加圧気体の供給量が多すぎると、液体入り容器Cの内部の圧力が高くなり、後述するロッド上昇・吸引工程S6において、ノズルユニット20の上昇時に口部Caから液体Lが噴出してしまう虞がある。
そこで、本実施形態では、第1液体配管圧力計32の検出値が設定値まで上昇したときに気体流路が加圧状態から閉塞状態に切り替えられ、加圧気体供給源38による加圧気体の供給が停止される。このとき、加圧気体の供給は、即座に停止してもよいし、徐々に停止してもよい。この設定値は、液体Lの粘度や排出経路の流路抵抗等に応じた適切な値に予め設定される。当該設定値は、液体入り容器Cの製造に先立つ試験運転等により、予め設定することができる。このように、排出経路の圧力を監視し、当該圧力に応じて加圧気体の供給を停止することにより、例えば予め設定した時間に応じて加圧気体の供給を停止するようにした場合よりも、加圧気体の供給量を安定させることができ、それにより、サックバックによる液体Lの排出量(ヘッドスペースHの体積)も安定させることができる。
加圧気体の供給を停止することに加え、第1液体配管圧力計32の検出値が設定値まで変化したときにポンプ35の吸引方向の作動(サックバック動作)を停止してもよい。この場合、サックバックによる液体Lの排出量(ヘッドスペースHの体積)を、より安定させることができる。また、サックバック後の液体入り容器Cの内部の圧力をより安定させることができるので、例えば、液体入り容器Cの内部が過剰な減圧状態になり液体入り容器Cが塑性変形してしまう等の不具合を抑制することができる。なお、ポンプ35のサックバック動作を停止させる閾値となる設定値(第2設定値)は、加圧気体の供給を停止させる閾値となる設定値(第1設定値)と同じでもよいし、異なってもよい。第2設定値は、第1設定値より小さくてもよい。第2設定値は、加圧気体の供給の停止後にポンプ35のサックバック動作が停止される範囲で設定してもよい。なお、第2設定値は、この範囲で設定するものに限らない。第1設定値及び第2設定値は、ヘッドスペース形成工程S5の開始時(つまり、脱圧工程S4の直後)の第1液体配管圧力計32の検出値をAとしたときに、A≦第2設定値≦第1設定値、且つ、A<第1設定値となる範囲で設定してもよい。なお、第1設定値及び第2設定値は、この範囲で設定するものに限らない。第1液体配管圧力計32とは別の圧力計を排出経路に設け、当該圧力計の検出値が第2設定値まで変化したときにポンプ35のサックバック動作を停止させてもよい。
なお、本実施形態では、気体流路を加圧状態から閉塞状態に切り替える際には、第1~2空気配管弁の両方が閉じられるが、いずれか一方のみを閉じるようにしてもよい。
本実施形態では、ヘッドスペース形成工程S5が完了すると、ロッド上昇・吸引工程S6が行われる。ロッド上昇・吸引工程S6においては、図9に示すように、排出口28a及び第1液体配管弁VL1を閉じて排出ロッド28を上昇させ、原位置に戻す。また、気体流路を吸引状態とし、ブローノズル23からの液垂れを抑制し、ノズルユニット20を上昇させる。このとき、ノズルユニット20は、液体入り容器Cの内部が減圧されすぎないタイミングで上昇させることが好ましい。ノズルユニット20を上昇させてから気体流路を吸引状態にしてもよい。次いで、第4液体配管弁VL4を開き、ポンプ35(加圧液体供給源34)のプランジャー35bを吸引方向に作動させて加圧液体供給源34を充填する。そして、液体入り容器Cを金型10から取出し、図1に示す待機工程S1へと移行する。
本発明は前記の実施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。
前記の実施形態では、図1に示す構成の液体入り容器の製造装置1を用いて本発明の液体入り容器の製造方法を行う場合を示したが、他の構成の液体入り容器の製造装置等を用いて本発明の液体入り容器の製造方法を行うこともできる。また、排出ロッド28を有さない(ただし、延伸ロッドを有していてもよいし、有していなくてもよい)液体入り容器の製造装置を用い、ブロー成形後にシール体がブローノズルを開いた状態でポンプを吸引方向に作動させることでブローノズルを介したサックバックを行い、このサックバックによってヘッドスペースを設けるようにした場合であっても、液体供給路等に設けた圧力計の数値によりポンプの吸引方向への作動を制御(停止)し、液体入り容器の内部が過剰な減圧状態になることを抑制することができる。このとき、ポンプの吸引方向への作動は、即座に停止してもよいし、徐々に停止してもよい。
プリフォーム2として、成形後の液体入り容器Cの形状等に応じて種々の形状のものを用いることができる。
1 液体入り容器の製造装置
2 プリフォーム
2a 口部
2b 胴部
2c 底部
10 金型
11 キャビティ
20 ノズルユニット
20a ノズルユニット本体
21 本体ブロック
22 支持ブロック
23 ブローノズル
23a 液体供給口
23b シール面
23c 気体供給口
24 縦流路(液体供給路)
25 液体供給ポート(液体供給路)
26 シール体
26a テーパ面
27 軸体
28 排出ロッド
28a 排出口
28b 開閉体
28c 筒内流路(排出経路)
29 外筒
30 開閉ロッド
31 拡径部
32 第1液体配管圧力計
33 液体吸引源
34 加圧液体供給源
35 ポンプ
35a シリンダ
35b ピストン
36 第3液体配管圧力計
37 タンク
38 加圧気体供給源
39 気体供給路
40 吸引源
C 液体入り容器
Ca 口部
Cc 底部
L 液体(内容液)
PL1 第1液体配管(排出経路)
PL2 第2液体配管(排出経路、液体供給路)
PL3 第3液体配管(液体供給路)
PL4 第4液体配管
PA1~5 第1~5空気配管
VL1 第1液体配管弁
VL4 第4液体配管弁
VA1~5 第1~5空気配管弁
H ヘッドスペース
2 プリフォーム
2a 口部
2b 胴部
2c 底部
10 金型
11 キャビティ
20 ノズルユニット
20a ノズルユニット本体
21 本体ブロック
22 支持ブロック
23 ブローノズル
23a 液体供給口
23b シール面
23c 気体供給口
24 縦流路(液体供給路)
25 液体供給ポート(液体供給路)
26 シール体
26a テーパ面
27 軸体
28 排出ロッド
28a 排出口
28b 開閉体
28c 筒内流路(排出経路)
29 外筒
30 開閉ロッド
31 拡径部
32 第1液体配管圧力計
33 液体吸引源
34 加圧液体供給源
35 ポンプ
35a シリンダ
35b ピストン
36 第3液体配管圧力計
37 タンク
38 加圧気体供給源
39 気体供給路
40 吸引源
C 液体入り容器
Ca 口部
Cc 底部
L 液体(内容液)
PL1 第1液体配管(排出経路)
PL2 第2液体配管(排出経路、液体供給路)
PL3 第3液体配管(液体供給路)
PL4 第4液体配管
PA1~5 第1~5空気配管
VL1 第1液体配管弁
VL4 第4液体配管弁
VA1~5 第1~5空気配管弁
H ヘッドスペース
Claims (9)
- ノズルユニットと金型とを用いて有底筒状のプリフォームから内容液を収容した液体入り容器を製造する液体入り容器の製造方法であって、
前記ノズルユニットは、
加圧液体供給源に接続された液体供給路の終端に位置する液体供給口を形成するブローノズルと、
液体吸引源に排出経路によって接続された排出口を有する排出ロッドと、
前記ブローノズルに設けられるとともに加圧気体供給源に接続された気体供給口と、を有し、
前記液体供給口から前記プリフォームの内部に前記加圧液体供給源によって加圧した液体を供給することにより、前記プリフォームを前記金型の内面に沿った形状の前記液体入り容器に成形する液体ブロー成形工程と、
前記液体供給路を閉塞した状態で、前記液体供給口より下方に位置する前記排出口を通して、前記液体吸引源による吸引によって前記液体入り容器の内部から液体を排出することにより、前記液体入り容器にヘッドスペースを形成するヘッドスペース形成工程と、を有し、
前記ヘッドスペース形成工程において、前記気体供給口を通して前記加圧気体供給源から前記液体入り容器の内部に加圧した気体を供給することにより、吸引による前記排出口を通した前記液体入り容器の内部からの液体の排出を支援するとともに、前記排出経路の圧力が設定値まで上昇したときに前記加圧気体供給源による加圧した気体の供給を停止する、
液体入り容器の製造方法。 - 前記ヘッドスペース形成工程において、前記排出経路に設けた圧力計の検出値が前記設定値まで上昇したときに前記加圧気体供給源による加圧した気体の供給を停止する、
請求項1に記載の液体入り容器の製造方法。 - 前記加圧液体供給源は、加圧方向と吸引方向との両方に作動可能なポンプによって構成されており、
前記液体ブロー成形工程と前記ヘッドスペース形成工程との間に、前記液体供給路を開いた状態で前記ポンプを吸引方向に作動させることによって前記液体入り容器の内部の圧力を低下させる脱圧工程を有する、
請求項1又は2に記載の液体入り容器の製造方法。 - 前記加圧液体供給源及び前記液体吸引源は、加圧方向と吸引方向との両方に作動可能な共通のポンプによって構成されており、
前記液体ブロー成形工程を、前記ポンプを加圧方向に作動させることによって行い、
前記ヘッドスペース形成工程を、前記ポンプを吸引方向に作動させることによって行う、
請求項1~3のいずれか一項に記載の液体入り容器の製造方法。 - 前記排出経路の圧力に応じて前記ヘッドスペース形成工程における前記ポンプの吸引方向への作動を停止する、請求項4に記載の液体入り容器の製造方法。
- 前記排出ロッドは、前記排出口を開閉可能に構成されており、
前記液体ブロー成形工程を、前記排出口を閉じた状態で行い、
前記ヘッドスペース形成工程を、前記排出口を開いた状態で行う、
請求項1~5のいずれか一項に記載の液体入り容器の製造方法。 - 前記液体ブロー成形工程の最中又は前記液体ブロー成形工程より前に前記排出ロッドを延伸ロッドとして用いて前記プリフォームを軸方向に延伸させるロッド延伸工程を有する、
請求項1~6のいずれか一項に記載の液体入り容器の製造方法。 - 前記液体ブロー成形工程より前に前記プリフォームの内部に液体を供給することにより、前記プリフォームの内部の空気を外部に排出させる空気排出工程を有する、
請求項1~7のいずれか一項に記載の液体入り容器の製造方法。 - 前記ノズルユニットは、前記液体供給路を開閉するシール体を有し、
前記排出ロッドは、前記シール体を貫通するとともに前記シール体に対して相対的に移動可能であり、
前記液体ブロー成形工程を、前記シール体で前記液体供給路を開くことによって行い、
前記ヘッドスペース形成工程を、前記シール体で前記液体供給路を閉じた状態で行う、請求項1~8のいずれか一項に記載の液体入り容器の製造方法。
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