JP7121692B2 - 液体ブロー成形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液体ブロー成形装置に関する。
ポリプロピレン(PP)製の壜体やポリエチレンテレフタレート(PET)製の壜体(ペットボトル)に代表されるような樹脂製の容器は、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内容液を収容するものとして使用されている。このような容器は、射出成形等により有底筒状に形成された樹脂製のプリフォームを、延伸効果を発現させることのできる温度にまで加熱し、この状態でブロー成形装置を用いて加圧流体を供給し、ブロー成形することで所定の形状に形成されるのが一般的である。
プリフォーム内に供給される加圧流体として、加圧エアに替えて加圧した液体を使用するようにした液体ブロー成形装置が知られている。この場合、加圧用の液体として最終的に製品として容器に充填される内容液を使用することにより、容器への内容液の充填工程を省略して、その生産工程や液体ブロー成形装置の構成を簡略化することができる。
例えば特許文献1には、開閉口を有する液体の流路を形成するノズルと、開閉口を開閉するとともに案内穴を有するシール体と、案内穴に案内されて軸方向に移動するロッドとを有し、金型に配置されたプリフォームの口部にノズルの先端を係合させ、シール体を作動させて開閉口を開くとともに加圧した液体を流路に供給することにより、ノズルからプリフォーム内に加圧された液体を供給してプリフォームを延伸させて、当該プリフォームを金型のキャビティに沿った形状の容器に成形する液体ブロー成形装置が記載されている。
特開2013-208834号公報
特許文献1に示されるような従来の液体ブロー成形装置では、ブロー成形後にノズルを上昇させ、ノズルを容器の口部から離脱させると、ノズルの表面やロッドの表面に付着している液体が下方に垂れ落ちることがある。特に、ブロー成形を行う液体としてシャンプーや液体洗剤等の比較的粘度の高い液体を用いた場合には、ブロー成形後にノズル等から液体が垂れ落ちるまでの時間が長く、また、当該液体が糸を引くように暫く垂れ続けることから、成形後の容器や容器が取り出された後の金型に液体が垂れ落ち易く、これらに当該液体が付着するおそれがあった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ブロー成形後にノズルからの液体の垂れ落ちを抑制することができる液体ブロー成形装置を提供することにある。
本発明の液体ブロー成形装置は、開閉口及び吐出口を有する液体の流路を形成するノズルと、前記開閉口を開閉するとともに案内穴を有するシール体と、前記案内穴に案内されて軸方向に移動するロッドとを有し、前記シール体が、前記開閉口を閉じたときに前記吐出口内に延びる筒状の延長部を有し、前記延長部の先端面が撥液性を有することを特徴とする。
本発明の液体ブロー成形装置は、上記構成において、前記ロッドの先端面及び外周面が撥液性を有するのが好ましい。
本発明の液体ブロー成形装置は、上記構成において、前記シール体の前記延長部の外周面と前記ノズルの前記吐出口を形成する内面との少なくとも一方が撥液性を有するのが好ましい。
本発明の液体ブロー成形装置は、上記構成において、前記液体を吸引する液体吸引部を有し、前記シール体の前記延長部が、該延長部の先端面に連なる吸引穴を有し、前記ノズルが、前記シール体が前記開閉口を閉じたときに前記吸引穴と前記液体吸引部とを連ねる吸引路を有するのが好ましい。
本発明によれば、ブロー成形後にノズルからの液体の垂れ落ちを抑制することができる液体ブロー成形装置を提供することができる。
本発明の一実施の形態に係る液体ブロー成形装置を待機状態で示す縦断面図である。 図1に示す液体ブロー成形装置をブロー成形時の状態で示す縦断面図である。 図1に示す液体ブロー成形装置をブロー成形後の容器からノズルユニットを離脱させた状態で示す縦断面図である。 図1に示す液体ブロー成形装置におけるシール体先端部材を示す縦断面図である。 図4に示すシール体先端部材の底面図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態をより具体的に例示説明する。
図1に示すように、本実施の形態の液体ブロー成形装置1は、口部2aを有する有底筒状のプリフォーム2を容器C(図2参照)にブロー成形する装置である。液体ブロー成形装置1は、プリフォーム2を配置可能な金型3を有している。図中においては一部のみを示すが、この金型3のキャビティ4は壜形状となっており、金型3の上面において開口している。プリフォーム2は、その口部2aを上側とした起立姿勢で金型3に配置される。プリフォーム2が金型3に配置されたとき、口部2aはキャビティ4から上方に突出する。詳細は図示しないが、金型3は左右に型開きすることができ、金型3を開くことで成形後の容器Cを金型3から取り出すことができる。
なお、本実施の形態において、上下方向とは、鉛直方向を意味している。また、本実施の形態では、金型3のキャビティ4、ノズル先端部材7、シール体11及びロッド16は、上下方向に沿って延びる共通の中心軸線Oを有している。本実施の形態において、縦断面とは、中心軸線Oを含む断面を意味し、横断面とは、中心軸線Oと垂直な断面を意味している。なお、中心軸線Oは上下方向に沿って延びていなくてもよく、例えば、上下方向に対して傾斜しつつ上下方向に延びていてもよい。
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)、ポリエチレン(PE)等の、加熱によって延伸性が発現する熱可塑性樹脂材料を、射出成形、圧縮成形、押出成形等によって有底筒状に形成したものを用いることができる。
金型3の上方には、金型3に対して上下方向に相対移動可能にノズルユニット5が設けられている。ノズルユニット5はノズル本体6を有している。ノズル本体6は複数の部材を組み合わせて構成されているが、その詳細についての図示及び説明は省略する。
ノズルユニット5には、プリフォーム2の口部2aに係合可能な筒状のノズル先端部材7が設けられている。ノズル先端部材7は、その外径がプリフォーム2の口部2aの内径よりも小径の円筒状に形成されたノズル先端7aを有しており、ノズル先端7aの下端面がプリフォーム2の口部2aの内面に形成された段部に当接される。なお、ノズル先端7aの外径をプリフォーム2の口部2aの内径と同等とし、ノズル先端7aの外周面が口部2aの内周面に当接するようにしてもよい。ノズル先端部材7は、このノズル先端7aをプリフォーム2の口部2aに挿入することで、口部2aに係合することができる。また、ノズル先端部材7は、外周面に設けられた挟持部7bにおいてノズル本体6の内面に挟持固定されている。なお、ノズル先端部材7は、例えば鋼材や樹脂材料等により形成することができる。
ノズル先端部材7は、金型3のキャビティ4と同軸に配置されている。したがって、ノズルユニット5が所定位置にまで下降することで、ノズル先端7aを金型3に配置されたプリフォーム2の口部2aに挿入することができる。
ノズル本体6及びノズル先端部材7の内部には中心軸線Oに沿って延びる液体の流路8が形成されている。流路8は、シール体11によって開閉される開閉口8aと、開閉口8aの下端に連なる吐出口8bとを有している。開閉口8aはノズル先端部材7の逆円錐面状の上面によって形成され、吐出口8bはノズル先端部材7の円柱面状の内周面によって形成されている。流路8における開閉口8aよりも上流側の部分には、配管9を介して加圧液体供給部10が接続されている。加圧液体供給部10は、ブロー成形時に、所定の圧力に加圧した液体を、配管9、開閉口8a及び吐出口8bを通してプリフォーム2の内部に供給することができる。
加圧液体供給部10としては、例えば加圧源としてプランジャーポンプを用いた構成のものを用いるのが好ましいが、流路8に所定の圧力にまで加圧した液体を供給することができるものであれば、他の構成のものを用いることもできる。
加圧液体供給部10が流路8つまりプリフォーム2に供給する液体としては、例えばシャンプーや液体洗剤等の比較的粘度の高い液体を用いることができる。本実施の形態は、ノズルユニット5からの液垂れの問題が顕著となる、プリフォーム2への供給時における粘度が10000mPa・s以上の高粘度液体や、プリフォーム2への供給時における粘度が1000mPa・s以上10000mPa・s未満の中粘度液体を用いる場合に好適であるが、プリフォーム2への供給時における粘度が1000mPa・s未満の低粘度液体を用いる場合にも適用可能である。
流路8の内部には開閉口8aを開閉するとともに案内穴11aを有する中心軸線Oに沿って延びる筒状のシール体11が配置されている。シール体11は、ノズル先端部材7に上方から当接して開閉口8aを閉じる閉位置とノズル先端部材7から離れて開閉口8aを開く開位置との間で上下方向に移動可能である。また、シール体11は、円筒状の軸体11bと、この軸体11bの下端に連結するとともに軸体11bより拡大した外径を備える円筒状の大径部11cと、この大径部11cの下端に連結するとともに大径部11cより縮小した外径を備える円筒状の延長部11dとを一体に有している。延長部11dは、シール体11が開閉口8aを閉じたときに吐出口8b内に延びるように構成されている。シール体11が下方のストローク端となる閉位置にまで移動して、大径部11cの下面に設けられた逆円錐面状の当接面12がノズル先端部材7の上面に設けられた逆円錐面状の開閉口形成面13に上方から当接することにより、流路8を開閉口8aにおいて閉塞する、すなわち開閉口8aを閉じることができる。また、シール体11が閉位置から上方に向けて開位置にまで移動して、当接面12が開閉口形成面13から上方へ離れることにより、流路8を開閉口8aにおいて開放する、すなわち開閉口8aを開くことができる。なお、当接面12及び開閉口形成面13(開閉口8a)の形状は適宜変更が可能である。また、ノズル先端部材7の内周面によって開閉口8aを形成し、延長部11dの外周面とノズル先端部材7の内周面との当接及び離脱によって開閉口8aを開閉するように構成してもよい。
大径部11cの一部と延長部11dとは、シール体先端部材14によって構成されている。なお、シール体先端部材14は、例えば鋼材や樹脂材料等により形成することができる。大径部11cの残りの一部と軸体11bとは、複数の部材からなるシール体基部15によって構成されている。なお、シール体基部15の詳細についての図示及び説明は省略する。シール体先端部材14は、シール体基部15に螺着されるねじ部14aを有している。なお、シール体基部15を単一の部材で構成してもよい。また、シール体11を単一の部材で構成してもよい。
ノズル先端7aが金型3に配置されたプリフォーム2の口部2aに挿入され、加圧液体供給部10が作動した状態でシール体11によって開閉口8aを開くことで、加圧液体供給部10から吐出口8bを通してプリフォーム2の内部に加圧された液体を供給して、当該プリフォーム2をブロー成形することができる。また、ブロー成形後にシール体11によって開閉口8aを閉じることで成形後の容器Cへの液体の供給を停止させることができる。
シール体11の案内穴11aの内部には、案内穴11aに案内されて軸方向に移動するロッド16が設けられている。つまり、ロッド16は、案内穴11aの内部でシール体11に対して相対的に中心軸線Oに沿って摺動するように構成されている。ブロー成形の際に、ロッド16をシール体11に対して相対的に下方に移動させることにより、金型3に配置されたプリフォーム2をキャビティ4の内部においてロッド16によって軸方向(縦方向)に延伸させることができる。つまり、液体ブロー成形装置1は、ロッド16を延伸ロッドとして用いてプリフォーム2を二軸延伸ブロー成形することができる。ロッド16は、中実の円柱状をなしている。
ノズル先端部材7の円柱面状の内周面は、吐出口8bを形成する吐出口形成面17とされている。吐出口形成面17には、ノズル先端7aよりも上方の部分において周方向に延びる円環状の周溝17aが設けられている。シール体11の延長部11dは、シール体11が閉位置にあるときに、延長部11dの外周面が吐出口形成面17と対向するように構成されている。また、延長部11dは、シール体11が閉位置にあるときに延長部11dの下端面がノズル先端7aの下端面と面一に配置されるように構成されている。延長部11dは、ノズル先端部材7の内周面に対する摺動抵抗を低減するために僅かな隙間を空けてノズル先端部材7の内周面と対向する外周面を有しており、この外周面には、周方向に延びる円環状の周溝18が設けられている。この周溝18は、シール体11が閉位置にあるときに、周溝17aと対向するように構成されている。
シール体先端部材14は、ロッド16の外周面と摺接可能な内周面を有している。なお、シール体先端部材14の内周面とロッド16の外周面との間には、これらの間の摺動抵抗を低減するために僅かな隙間を設けてもよい。
液体ブロー成形装置1は、液体の吸引機構を有している。この吸引機構は、延長部11dに設けられた複数の吸引穴19と、ノズル先端部材7に設けられた吸引路20と、この吸引路20に開閉弁21を介して接続された液体吸引部22とを有している。
吸引穴19は、図5に示すように、周方向に等間隔で20個設けられている。しかし、その個数は適宜変更が可能であり、吸引穴19を1個だけ設ける構成としてもよい。また、複数の吸引穴19は、周方向に等間隔で設けられていなくてもよい。図4に示すように、それぞれの吸引穴19は、延長部11dの下端面に開口する一端19aから延長部11dの外周面に開口する他端19bまで延びている。また、それぞれの吸引穴19は、上下方向に直線状に延びている。しかし、それぞれの吸引穴19は、例えば、上下方向に対して傾斜した直線状に延びていてもよい。それぞれの吸引穴19の横断面形状は円形であるが、これに限らず適宜変更可能である。それぞれの吸引穴19の他端19bは、延長部11dの外周面に設けられた円環状の周溝18に開口している。
図1に示すように、ノズル先端部材7の吸引路20は、周溝17aと、この周溝17aから径方向外側に延在する横穴23とを有し、シール体11が閉位置にあるときに複数の吸引穴19の他端19bと連通するように構成されている。横穴23には、開閉弁21を介して液体吸引部22が接続されている。このように、吸引路20は、シール体11が開閉口8aを閉じたときに複数の吸引穴19と液体吸引部22とを周溝18を介して連ねるように構成されている。開閉弁21は、ノズルユニット5の内部に設けることが好ましいが、ノズルユニット5の外部に設けてもよい。また、開閉弁21は、電動式の調節弁により構成されており、図示しない制御手段によって開閉制御可能である。しかし、開閉弁21は、例えば空気圧式または油圧式の調節弁等によって構成されてもよい。
液体吸引部22は、例えば真空ポンプによって構成され、開閉弁21が開かれたときに吸引路20から液体を吸引することができる。したがって、液体吸引部22は、シール体11が閉位置にあり、ロッド16の下端面がノズル先端7a及び延長部11dと略面一の位置にあるときに、これらの下端面に付着した液体を複数の吸引穴19及び吸引路20を介して吸引し、液体が垂れ落ちることを抑制することができる。
本実施の形態では、ノズル本体6とノズル先端部材7とにより、開閉口8aと吐出口8bとを有する流路8を形成するノズル5aが構成されている。また、本実施の形態では、シール体11とロッド16とにより、開閉口8aを開閉するノズルコア5bが構成されている。そして、ノズル5aとノズルコア5bとでノズルユニット5が構成されている。
ノズルユニット5は、シール体11が閉位置にあるときに、開閉口8aよりも下流側の液体通路に液体が付着することがあり、ブロー成形後に液体が付着して溜まると、そこから液体が垂れ落ち、成形後の容器Cや容器Cが取り出された後の金型3に当該液体が付着するおそれがある。そこで、本実施の形態では、ブロー成形後に付着した液体が速やかに落下し、液体が溜まることを抑制するため、液体が付着して溜まり易い箇所に撥液性を有する構成としている。
本実施の形態では、ブロー成形後にノズル5aからの液体の垂れ落ちを抑制するために、シール体11の延長部11dの下端面と、ロッド16の下端面及び外周面(延長部11dの下端面から下方に突出する部分)と、延長部11dの外周面と吐出口形成面17との少なくとも一方とが撥液性を有する構成とされている。
シール体11の延長部11dの下端面が撥液性を有することにより、液体との接触、案内穴11aに扱かれながら上昇するロッド16からの液体の移動、及びシール体11の下降による吐出口形成面17からの液体の移動によって液体が最も溜まり易い部分となる延長部11dの下端面から液体を速やかに落下させて、効率的に液体の垂れ落ちを抑制することができる。また、ロッド16の下端面及び外周面が撥液性を有することにより、ブロー成形後にロッド16の外面に付着する液体の量を低減することができる。さらに、延長部11dの外周面と吐出口形成面17との少なくとも一方(例えば、周溝17a及び周溝18よりも下方の部分)が撥液性を有することにより、ブロー成形後に延長部11dの外周面と吐出口形成面17との間の隙間から浸み出して垂れ落ちる液体の量を低減することができる。
なお、本願において「撥液性を有する」とは、純水との接触角が110°以上、且つ、純水(10μL)の転落角が30°以下となる撥液性(撥水性)を有することを意味している。ここで、接触角とは、撥液性を有する部分と同一材料からなる板に純水を滴下したときの接触角を意味しており、接触角測定装置(例えば、接触角計:CA-D、協和界面科学株式会社製)を用いて測定することができる。また、転落角は、撥液性を有する部分と同一材料からなる板に純水を滴下し、この板を傾け、水滴が滑り落ち始めるときの角度を意味している。
撥液性は、公知の適宜の手段によって付与することができる。撥液性は、基材の表面自体の材質または構造によって得られるものであってもよいし、基材の表面を被覆する被覆層の材質または構造によって得られるものであってもよい。材質としてはシリカ系材料、フッ素系材料、シリコーン系材料などを用いることができる。構造としては、微細凹凸構造、フラクタル構造、リエントラント構造などを用いることができる。被覆層を設ける手段は特に限定されず、例えば蒸着、塗布などを用いることができる。
次に、このような液体ブロー成形装置1によりプリフォーム2をブロー成形する手順の一例を示す。
まず、図1に示すように、シール体11が閉位置にあり開閉口8aが閉じられた状態で、プリフォーム2が金型3に配置される。次いで、ノズルユニット5が下降してノズル先端7aがプリフォーム2の口部2aに挿入される。このとき、ロッド16は、その下端面がシール体11の延長部11dの下端面と面一に配置された原点位置にある。
次に、シール体11が開位置にまで移動することで開閉口8aが開かれる。開閉口8aが開かれると、加圧液体供給部10から流路8を介してプリフォーム2の内部に加圧された液体が供給され、プリフォーム2が当該液体によってブロー成形(液体ブロー成形)される。また、ブロー成形の際には、ロッド16が下降することで、プリフォーム2はロッド16によって軸方向(縦方向)に延伸される。このような2軸延伸ブロー成形により、プリフォーム2は、図2に示すように、金型3のキャビティ4に沿った壜形状の容器Cに成形される。
ブロー成形が完了すると、シール体11が閉位置にまで下降し、開閉口8aが閉じられて液体の供給が停止され、ロッド16が、その下端面がシール体11の延長部11dの下端面と面一に配置される位置、つまり原点位置にまで上昇する。そして、図3に示すように、ノズルユニット5が上昇してノズル先端7aが容器Cの口部Caから上方へ離脱する。このとき、ロッド16が上昇して容器Cの内部の液体から引き抜かれることにより、容器Cの内部に引き抜かれた延伸ロッド体積分のヘッドスペースが形成される。しかし、他の方法でヘッドスペースを形成してもよい。なお、ロッド16を2軸延伸用のロッドとしてではなく、ヘッドスペース形成用のロッドとして用いてもよい。
また、ノズルユニット5が上昇してノズル先端7aが容器Cの口部Caから上方へ離脱したとき、シール体11の延長部11dの下端面と、ロッド16の下端面及び外周面と、延長部11dの外周面と吐出口形成面17との少なくとも一方とが撥液性を有していることにより、ノズル5aからの液体の垂れ落ちを抑制することができる。特に、この液体ブロー成形装置1によれば、液体として、シャンプーや液体洗剤などの比較的粘度の高い液体を用いた場合であっても、当該液体の垂れ落ちを抑制し、且つ、サイクルタイムの増加を抑制して効率良くブロー成形を行うことができる。
さらに、ブロー成形の完了後には、開閉弁21が開かれ、液体吸引部22が作動を開始し、ノズル先端7a、延長部11d及びロッド16の下端面に付着した液体が、図3に破線矢印で示すように、複数の吸引穴19及び吸引路20から吸引される。このとき、上昇するロッド16がシール体11の案内穴11aに扱かれることで、ロッド16の外周面に付着した液体がロッド16の下端面に移動したとしても、このロッド16の下端面に隣接して配置される延長部11dの下端面に設けられた複数の吸引穴19の一端19aから液体を効率的に吸引し、液体の垂れ落ちをより確実に抑制することができる。
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。
例えば、前記の実施形態では、ノズル先端7a及び延長部11dは円筒状をなしているが、これに限らず、例えば多角形または楕円等の断面形状を有する筒状をなしていてもよい。しかし、プリフォーム2の口部2aが円筒状をなしている場合は、ノズル先端7aの外周面は円筒状をなしていることが好ましい。
また、前記の実施形態では、ロッド16は中実の円柱状をなしているが、これに限らず、例えば、その内部に加圧液体供給部10に接続される流路を有していてもよい。この場合、ロッド16は、例えば、円筒状の外筒とこの外筒の下端面を開閉可能なポペット弁状の開閉ロッドとで構成してもよい。
さらに、前記の実施形態では、延長部11dは、シール体11が閉位置にあるときに延長部11dの下端面がノズル先端7aの下端面と面一に配置されるように構成されているが、これに限らず、シール体11が閉位置にあるときに延長部11dの下端面がノズル先端7aの下端面よりも上方または下方に配置されるように構成してもよい。さらに、前記の実施形態では、延長部11dの下端面は水平に延びているが、これに限らず、例えば、径方向内側に向けて上方または下方に傾斜していてもよい。
さらに、前記の実施形態では、シール体11の延長部11dの下端面と、ロッド16の下端面及び外周面と、延長部11dの外周面と吐出口形成面17との少なくとも一方とが撥液性を有しているが、これに限らず、例えば、延長部11dの下端面のみが撥液性を有していてもよい。
さらに、液体吸引部22、吸引穴19、周溝18、吸引路20及び開閉弁21を設けない構成としてもよい。
1 液体ブロー成形装置
2 プリフォーム
2a 口部
3 金型
4 キャビティ
5 ノズルユニット
5a ノズル
5b ノズルコア
6 ノズル本体
7 ノズル先端部材
7a ノズル先端
7b 挟持部
8 流路
8a 開閉口
8b 吐出口
9 配管
10 加圧液体供給部
11 シール体
11a 案内穴
11b 軸体
11c 大径部
11d 延長部
12 当接面
13 開閉口形成面
14 シール体先端部材
14a ねじ部
15 シール体基部
16 ロッド
17 吐出口形成面
17a 周溝
18 周溝
19 吸引穴
19a 一端
19b 他端
20 吸引路
21 開閉弁
22 液体吸引部
23 横穴
O 中心軸線
C 容器
Ca 口部

Claims (4)

  1. 開閉口及び吐出口を有する液体の流路を形成するノズルと、前記開閉口を開閉するとともに案内穴を有するシール体と、前記案内穴に案内されて軸方向に移動するロッドとを有し、
    前記シール体が、前記開閉口を閉じたときに前記吐出口内に延びる筒状の延長部を有し、
    前記延長部の先端面が撥液性を有することを特徴とする液体ブロー成形装置。
  2. 前記ロッドの先端面及び外周面が撥液性を有する、請求項に記載の液体ブロー成形装置。
  3. 前記シール体の前記延長部の外周面と前記ノズルの前記吐出口を形成する内面との少なくとも一方が撥液性を有する、請求項1または2に記載の液体ブロー成形装置。
  4. 前記液体を吸引する液体吸引部を有し、
    前記シール体の前記延長部が、該延長部の先端面に連なる吸引穴を有し、
    前記ノズルが、前記シール体が前記開閉口を閉じたときに前記吸引穴と前記液体吸引部とを連ねる吸引路を有する、請求項1~3の何れか1項に記載の液体ブロー成形装置。
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