JP7259044B2 - 金型ユニット、ブロー成形装置およびブロー成形方法 - Google Patents
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Description
周方向に大きな偏温を有するプリフォームをブロー成形すると、プリフォームの周方向の保有熱の差によって製造される容器の肉厚分布や外観のばらつきが大きくなり、容器の品質に悪影響を及ぼす。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。
図1は、第1実施形態のブロー成形装置20の構成を模式的に示す図である。本実施形態のブロー成形装置20は、プリフォーム11を室温まで冷却せずに射出成形時の保有熱(内部熱量)を活用して容器をブロー成形するホットパリソン方式(1ステージ方式とも称する)の装置である。
搬送機構26は、図1の紙面垂直方向の軸を中心に回転する回転板(不図示)を備える。回転板には、プリフォーム11または樹脂製容器(以下、単に容器と称する)の首部12を保持するネック型27(図1では不図示)が、所定角度ごとにそれぞれ1以上配置されている。搬送機構26は、回転板を回転させることで、ネック型27で首部12が保持されたプリフォーム11(または容器)を、射出成形部21、温度調整部22、ブロー成形部23、取り出し部24の順に搬送する。なお、搬送機構26は、回転板を昇降させることもでき、射出成形部21におけるプリフォームの型閉じや型開き(離型)に係る動作も行う。
射出成形部21は、それぞれ図示を省略する射出キャビティ型、射出コア型を備え、図2に示すプリフォーム11を製造する。射出成形部21には、プリフォーム11の原材料である樹脂材料を供給する射出装置25が接続されている。
ここで、プリフォーム11の全体形状は、一端側が開口され、他端側が閉塞された有底円筒形状である。プリフォーム11の開口側の端部には、首部12が形成されている。
温度調整部22は、射出成形部21で製造されたプリフォーム11の均温化や偏温除去を行い、プリフォーム11の温度をブロー成形に適した温度(例えば約90℃~105℃)に調整する。また、温度調整部22は、射出成形後の高温状態のプリフォーム11を冷却する機能も担う。
なお、キャビティ型31の温度調整媒体の温度は特に限定されるものではないが、例えば、5℃~80℃、好ましくは30℃から60℃の間の範囲内で適宜選択することが可能である。
コアピン34は、プリフォーム11に挿入される有底筒状の棒状部材であり、プリフォーム11の内部形状と略同じ形状の外形を有する。また、コアピン34の内部には、温度調整媒体を流すための円筒状の内部空間が軸方向に沿って形成されている。
冷却パイプ36の外径は、コア金型32の内部空間よりも小径であり、冷却パイプ36の軸方向長さは、コア金型32の内部空間の軸方向長さと略同じ寸法に設定される。
なお、コア金型32の温度調整媒体の温度は特に限定されるものではないが、例えば、5℃~80℃、好ましくは30℃から60℃の間の範囲内で適宜選択することが可能である。
図3は、偏温の調整に用いられる冷却パイプである偏温調整パイプ37の一例を示す図である。偏温調整パイプ37は、コア金型32の周方向の一部に第1の流路43を形成するように構成されている。
図1に戻って、ブロー成形部23は、温度調整部22で温度調整されたプリフォーム11に対してブロー成形を行い、容器を製造する。
ブロー成形部23は、容器の形状に対応した一対の割型であるブローキャビティ型と、延伸ロッドを兼ねるエア導入部材(いずれも不図示)を備える。ブロー成形部23は、プリフォーム11を延伸ブロー成形することで容器を製造する。
取り出し部24は、ブロー成形部23で製造された容器の首部12をネック型27から開放し、容器をブロー成形装置20の外部へ取り出すように構成されている。
次に、第1実施形態のブロー成形装置20によるブロー成形方法について説明する。
図6は、ブロー成形方法の工程を示すフローチャートである。本実施形態では、ブロー成形方法の後述の各工程(S101~S104)が実施される前に、テスト運転の結果に基づいて温度調整部22を調整する偏温調整工程(S100)が行われる。
偏温調整工程は、テスト運転で射出成形されたプリフォーム11の温度分布や、あるいはテスト運転でブロー成形された容器の肉厚分布に応じて、温度調整部22におけるコア金型32の温度分布や位置を調整する工程である。
また、上記のテスト運転のときには、偏芯機構50は、例えば、図5(A)に示すように、キャビティ型31の軸芯Z1とコア金型32の軸芯Z2の位置が一致する状態にする。上記の状態でブロー成形装置20を運転し、調整前におけるプリフォーム11の温度分布または容器の肉厚分布の情報を得る。
プリフォーム11の肉厚を部分的に薄くすると、薄くした部分におけるプリフォーム11の保有熱が小さくなる。つまり、プリフォーム11の肉厚を部分的に薄くすることで、プリフォーム11の周方向における保有熱の偏りを調整できるので、製造される容器の肉厚分布を調整することが可能である。さらに、プリフォーム11の高温部分(薄肉化部位)と実質的に相対させるように37の切り欠き37bを配置させた偏温調整パイプ37を備えたコア金型32を用いることで、プリフォーム11の周方向における保有熱の偏りを一層効率的に調整できる。
したがって、容器の肉厚分布に基づいて偏温調整工程での各種調整を行う場合、容器の肉厚が薄い部分はプリフォーム11の温度の高い部分とみなし、容器の肉厚が厚い部分はプリフォーム11の温度の低い部分とみなして上記と同様に調整を行うことができる。
上記の偏温調整工程が完了すると、以下に示すブロー成形方法の各工程が実行される。
まず、射出成形部21において、射出キャビティ型、射出コア型および搬送機構26のネック型27で形成されたプリフォーム形状の型空間に射出装置25から樹脂を射出し、プリフォーム11が製造される。
なお、ブロー温度は、ブロー成形に適した温度であり、例えばPET樹脂では90℃~105℃に設定される。ただし、ブロー温度は低温の方がプリフォーム11の延伸配向性が良好になり容器の強度(物性)を高めることができる。そのため、ブロー温度は、例えばPET樹脂では90℃~95℃に設定することが好ましい。
比較例では、射出成形部21の金型内でプリフォーム11をブロー温度よりも低いか略同程度の温度まで冷却する。その結果として、比較例では射出成形工程の時間が本実施形態よりも長くなる。そうすると、各工程の時間は最も長い射出成形工程の時間に合わせて設定されることから、結果的に容器の成形サイクルの時間も長くなってしまう。
続いて、温度調整部22において、プリフォーム11の温度を最終ブローに適した温度に近づけるための温度調整が行われる。
温度調整工程においては、プリフォーム11がキャビティ型31およびコア金型32と接触することで、プリフォーム11はブロー成形に適した温度以下にならないように温度調整され、さらに射出成形時に生じた偏温も低減される。なお、キャビティ型31およびコア金型はプリフォーム11の形状に対応しているため、プリフォームの形状は温度調整工程においても所望の形状のまま維持される。
続いて、ブロー成形部23において、容器のブロー成形が行われる。
まず、ブロー成形金型を型閉じしてプリフォーム11を型空間に収容し、プリフォーム11の首部12にエア導入部材が挿入される。そして、延伸ロッドおよびブローコア型を少なくとも有するエア導入部材を降下させつつ、エア導入部材からプリフォーム11内にブローエアーを導入する。これにより、プリフォーム11は、ブロー成形金型の型空間に密着するように膨出して賦形され、容器にブロー成形される。
ブロー成形が終了すると、ブロー成形金型が型開きされる。これにより、ブロー成形部23から容器が移動可能となる。
続いて、搬送機構26の回転板が所定角度回転し、容器が取り出し部24に搬送される。取り出し部24において、容器の首部12がネック型27から開放され、容器がブロー成形装置20の外部へ取り出される。
ホットパリソン式のプリフォームを結晶性の熱可塑性樹脂(透明の非晶質状態と白濁した結晶質状態とになりうる樹脂)を材料として成形すると、材料によっては冷却不足により白化(白濁)してしまう場合がある。例えば、PET樹脂を材料とした場合、結晶化が促進される温度帯(120℃~200℃)でプリフォームを徐冷(例えば室温で十数秒冷却)すると、球晶生成による結晶化が生じ、白化する傾向を示す。
そのため、従来は、プリフォームの射出成形型を急冷(例えば10℃で5秒)することで上記の結晶化温度帯の通過時間を短くし、射出成形工程で十分に冷却させてプリフォームの白化を抑制していた。
また、偏温調整工程(S100)においては、偏芯機構50でキャビティ型31の軸芯Z1とコア金型32の軸芯Z2をずらして偏芯させて、プリフォーム11の肉厚分布を調整してもよい。これによっても、プリフォーム11の周方向における保有熱の偏りが調整され、ブロー成形で容器を良好に成形できる。
第2実施形態は、第1実施形態の変形例である。
以下の第2実施形態の説明では、第1実施形態と同様の要素には同一符号を付し、重複説明はいずれも省略する。第2実施形態のブロー成形装置20においては、温度調整部22の金型ユニット30の構成が相違する。
コアピン34は、プリフォーム11に挿入される有底筒状の棒状部材であり、プリフォーム11の内部形状と略同じ形状の外形を有する。また、コアピン34の内部には、温度調整媒体を流すための円筒状の内部空間が軸方向に沿って形成されている。
図11(B)に示すように、第1の環状溝35aには、内部空間に連通する第1の貫通孔35bが周方向に90度の間隔を空けて4つ形成されている。第1の環状溝35aは、図示しない導入路から温度調整媒体を受け、第1の貫通孔35bを介してコア金型32の内部へ温度調整媒体を導く機能を担う。
冷却パイプ36の外周は、コア金型32の内部空間を軸方向に沿って仕切り、温度調整媒体の第1の流路43aと第2の流路43bを形成する。
なお、第1の溝36a、第2の溝36bは、溝の形状に対応する止栓60を嵌合させて塞ぐことが可能である。止栓60は、例えばゴム材などで形成される。
また、図9に示すように、冷却パイプ36の軸方向において、封止部36cの近傍には、第1の溝36aと第2の溝36bを周方向に接続する領域36dが設けられている。
第1の流路43aと第2の流路43bは、封止部36cの近傍にある領域36dで接続され、コア金型32の先端で温度調整媒体の流れが折り返すように構成されている。本実施形態では、第1の流路43aと第2の流路43bをいずれも冷却パイプ36の外周に形成することで、冷却パイプ36における温度調整媒体の流路の加工を容易にできる。
なお、止栓60を配置する流路は図10(C)の例に限定されず、周方向の任意の流路において温度調整媒体の流れを規制できる。また、止栓60を配置する流路の数は複数であってもよい。
まず、ブロー成形装置20のテスト運転のときには、コア金型32において温度調整媒体の流れを規制しない状態(図10(B))でブロー成形装置20を運転し、調整前におけるプリフォーム11の温度分布または容器の肉厚分布の情報を得る。
上記の調整により、コア金型32の周方向において、プリフォーム11の温度の低い部分の近傍では温度調整媒体の流れが選択的に規制される。これにより、プリフォーム11の周方向においてテスト運転時に温度の低い部分は、コア金型32の表面と温度調整媒体との熱交換が行われにくくなり、コア金型32の温度は低下しにくくなる。したがって、プリフォーム11の周方向における温度分布の偏りを小さくできる。
第2実施形態の温度調整工程においては、プリフォーム11がキャビティ型31およびコア金型32と接触することで、プリフォーム11はブロー成形に適した温度以下にならないように温度調整され、さらに射出成形時に生じた偏温も低減される。なお、キャビティ型31およびコア金型はプリフォーム11の形状に対応しているため、プリフォームの形状は温度調整工程においても所望の形状のまま維持される。
また、第2実施形態では、コア金型32の先端部には、コア金型32の内部の排気路41を介してプリフォーム11内から空気を排出する排気口40が設けられている。これにより、コア金型32をプリフォーム11に挿入するときにプリフォーム11内の空気を外部に排出することができる。コア金型32とプリフォーム11の接触が空気で妨げられる領域がなくなることで、プリフォーム11の内周面とコア金型32との接触面積が広がり、コア金型32による高温状態のプリフォーム11の追加冷却や偏温調整の効率を一層向上させることができる。上記の効果は、プリフォーム11の形状に拘わらず同様であるため、例えば、脱気がしにくい細長い形状のプリフォーム11であっても追加冷却や偏温調整の効率を向上させることができる。
図13は、第3実施形態の射出成形装置70の構成を模式的に示す図である。本実施形態の射出成形装置70は、プリフォーム11を高速で製造するために使用される装置であって、第1実施形態または第2実施形態のブロー成形装置20からブロー成形部23を除いたものに相当する。そのため、第3実施形態において、第1実施形態または第2実施形態と同様の構成については同一符号を付して重複説明を省略する。
第3実施形態の射出成形装置70では、回転板71の回転により、ネック型27で首部12が保持されたプリフォーム11が、射出成形部21、温度調整部22、取り出し部24の順に搬送される。
また、第3実施形態においても、第1実施形態または第2実施形態で説明した温度調整部22の効果を同様に得ることができる。なお、第3の実施形態では、取り出し部24でプリフォーム11が機外へ排出された後、室温下で白化(白濁)やヒケ、不規則変形が生じないよう、温度調整部22でプリフォーム11が完全に固化するまで冷却させる必要がある(プリフォーム11の温度をブロー適温以下の温度(例えば50℃以下)まで冷却させる必要がある)。よって、金型ユニット30およびキャビティ型31は低温(例えば0~20℃)の温度調整媒体により低温に設定される。
Claims (11)
- 射出成形された有底形状の樹脂製のプリフォームを冷却するための金型ユニットであって、
前記プリフォームの内部形状に対応する外形を有し、前記プリフォームの内部に挿入可能なコア金型と、
前記プリフォームを収容するキャビティ型と、
前記キャビティ型の軸芯と前記コア金型の軸芯の位置関係を調整する偏芯機構と、を備え、
前記コア金型の内部には、前記コア金型の軸方向に延びる温度調整媒体の流路が形成され、
前記流路は、前記コア金型の周方向において偏った位置に形成され、
前記流路の位置は、前記周方向に調整可能である
金型ユニット。 - 前記コア金型の内部には、前記周方向の部分領域に前記流路を形成する切り欠きが設けられた偏温調整パイプが配置される
請求項1に記載の金型ユニット。 - 前記偏温調整パイプは、前記コア金型に対して交換可能である
請求項2に記載の金型ユニット。 - 射出成形された有底形状の樹脂製のプリフォームを冷却するための金型ユニットであって、
前記プリフォームの内部形状に対応する外形を有し、前記プリフォームの内部に挿入可能なコア金型を備え、
前記コア金型は、それぞれ前記コア金型の内部で軸方向に延び、前記コア金型の周方向に沿って並列に配置される複数の温度調整媒体の流路を有し、
前記温度調整媒体の流れを規制する止栓を少なくとも一以上の前記流路に選択的に取り付けることで、前記温度調整媒体が流れる流路の位置を周方向に調整可能である
金型ユニット。 - 前記プリフォームの底部に臨む前記コア金型の先端部には、前記コア金型の内部を介して前記プリフォーム内から空気を排出する排気口が設けられ、
前記温度調整媒体の流路は、前記排気口に接続された排気路の外周側に形成される
請求項4に記載の金型ユニット。 - 前記金型ユニットは、前記プリフォームを収容するキャビティ型をさらに備える
請求項4または請求項5に記載の金型ユニット。 - 有底形状の樹脂製のプリフォームを射出成形する射出成形部と、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の金型ユニットを有し、前記射出成形部で製造された前記プリフォームの温度調整を行う温度調整部と、
温度調整された前記プリフォームをブロー成形して樹脂製容器を製造するブロー成形部と、
を備えるブロー成形装置。 - 有底形状の樹脂製のプリフォームを射出成形する射出成形工程と、
金型内で周方向の偏った位置に温度調整媒体の流路が配置され、前記プリフォームの内部に挿入可能なコア金型を用いて、前記射出成形工程で製造された前記プリフォームの温度調整を行う温度調整工程と、
温度調整された前記プリフォームをブロー成形して樹脂製容器を製造するブロー成形工程と、
を備え、
前記プリフォームの温度分布また容器の肉厚分布の情報に基づき、前記コア金型の周方向における前記温度調整媒体の流路の位置を調整する偏温調整工程をさらに有し、
前記偏温調整工程の後に、前記射出成形工程、前記温度調整工程および前記ブロー成形工程が行われる、
ブロー成形方法。 - 有底形状の樹脂製のプリフォームを射出成形する射出成形工程と、
金型内で周方向の偏った位置に温度調整媒体の流路が配置され、前記プリフォームの内部に挿入可能なコア金型を用いて、前記射出成形工程で製造された前記プリフォームの温度調整を行う温度調整工程と、
温度調整された前記プリフォームをブロー成形して樹脂製容器を製造するブロー成形工程と、
を備え、
前記射出成形工程において、樹脂材料の射出が完了してから型空間内で前記樹脂材料を冷却する時間は、前記樹脂材料を前記型空間に射出する時間に対して1/2以下である、
ブロー成形方法。 - 前記コア金型は、前記周方向の部分領域に切り欠きを設けた偏温調整パイプの交換によって前記流路の範囲が調整可能である
請求項8または請求項9に記載のブロー成形方法。 - 前記コア金型は、それぞれ前記コア金型の内部で軸方向に延び、前記コア金型の周方向に沿って並列に配置される複数の温度調整媒体の流路を有し、
前記温度調整媒体の流れを規制する止栓を少なくとも一以上の前記流路に選択的に取り付けることで、前記温度調整媒体が流れる流路の位置が周方向に調整される
請求項8または請求項9に記載のブロー成形方法。
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