JPH0571028B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプリフオームの加熱方法に関し、特に
有底円筒状の胴部と口部とからなる熱可塑性プラ
スチツクのプリフオームから吹込成形によりびん
を製造するにあたり前記プリフオームの胴部を肉
厚及び円周方向に均一に短時間で加熱する方法、
および胴部の長さ方向に吹込成形に適した温度を
付加する様に加熱する方法に関する。

〔従来の技術〕

ポリエステルのごとき２軸延伸吹込成形びんは
今日では一般化しており、コーラ、サイダー等の
炭酸飲料や果汁、コーヒー、ミネラルウオータ等
の他の飲料容器に広く用いられている。この様な
プラスチツクびんの成形に際しては、射出成形に
よつて製造されたプリフオームを加熱し、適温に
加熱されたプリフオーを金型内で延伸用の棒で軸
方向に延伸すると同時に、周方向にブロー延伸す
る方法が広く用いられている。

このプリフオームの加熱には、外部に配置され
た赤外線ヒータによつて非接触で加熱する方法が
一般的に採用されているが、近年容器が大型化お
よび、その製法が高速化するに従いプリフオーム
の肉厚が厚くなり、厚さ方向に均一に加熱するの
に時間を要し、成形速度にも限界が生じてきてい
る。そのため、従来の外部ヒータに加え、プリフ
オームの内側に中ヒータを入れる方法（特開昭61
−261024）や延伸用の棒を高周波誘導加熱によつ
て加熱しプリフオームを内外面から加熱成形する
治具（特公昭62−43852）が知られており、ある
いは、ヒートパイプをプリフオーム内に入れる方
法（特開昭61−163828）が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記プリフオームを外部から赤外線ヒータで加
熱する方法においてはいずれもプリフオームの胴
部は外部から加熱され、熱はプラスチツク樹脂の
管壁を外部から内部へと伝えられる。この場合プ
ラスチツク樹脂の熱伝導率は低く、特に肉厚のプ
リフオームでは、内部を充分に昇温するためには
長時間を要する。また、内部を所望の温度まで急
速に昇温させるためには、外表面の温度を高めな
ければならず、外部が過加熱となり、材料の性質
が悪化してしまう。さらに、内外にわたり均一な
温度分布を得ることが困難である。

また、プラスチツクびんはびんの強度や形状を
保つのに最適な軸方向の肉厚分布を持つ様に成形
されるが、そのためにはプリフオームの加熱温度
を軸方向に沿つて調整することが必要である。こ
のため赤外線ヒータで加熱する方法においては複
数個のヒータをプリフオームの軸方向の各位置に
配置し、個々のヒータにかける電力を調整するこ
とが行なわれている。しかしながらこの様な方法
では、ヒータどうしの熱干渉によつて任意の場所
を目的の温度にすることが困難であつた。

また特開昭61−261024の方法および特開昭61−
163828の方法では軸方向の温度分布を付加するこ
とが困難であつた。

また特公昭62−43852に示す方法では金属棒は
プリフオームの内部で誘導加熱をされるため誘導
加熱時または誘導加熱直前の金属棒の温度を測る
ことができず、金属棒の加熱を制御することがで
きない。従つてプリフオームの供給がうまくいか
ず、プリフオームが抜けた場合など個々の金属棒
の温度を制御することが困難であつた。

本発明は上記問題点を解決するためになされた
もので熱可塑性樹脂よりなるプリフオームを短時
間に、しかも厚さ方向及び円周方向に均一に加熱
する方法、及び、プリフオームの軸方向の温度分
布を任意に制御する方法を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するために本発明は、プリフオ
ームをその外部及び内部より熱を供給し加熱する
方法に於いて、実質的に等間隔で多数個の金属棒
が巡回する巡回路に少くとも金属棒にプリフオー
ムが被着されている状態のプリフオーム加熱ゾー
ンと、プリフオームが抜出されている金属棒加熱
ゾーンを設け、該金属棒加熱ゾーンでは、金属棒
の個々の温度を測定し、その測定値に応じて該金
属棒を順次に高周波誘導加熱し、前記プリフオー
ム加熱ゾーンでは加熱された前記金属棒に自転す
るプリフオームを被着し、プリフオームの内部よ
り熱を供給すると共にプリフオームの外部からも
熱を供給することを特徴とする。

前記金属棒の誘導加熱には少なくとも金属棒の
上部、中部、及び下部を各々加熱する誘導加熱コ
イルを設け、上部、中部、下部の測定された温度
に応じて各々の加熱コイルの電力を制御する。ま
た、金属棒を誘導加熱する誘導加熱コイルの巻線
ピツチまたは金属棒の直径を金属棒の長さ方向で
変化させ、金属棒の長さ方向に所定の温度分布を
付与すると、プリフオームを吹込成形するために
適した温度分布にプリフオームを加熱することが
できる。

また、前記金属棒は300〜600℃の範囲で加熱さ
れることが好ましい。

〔作用〕

熱可塑性プラスチツクの管壁は内外の表面から
加熱されるので管壁の肉厚方向の温度分布は中央
部が最も低く両表面が高くなる。熱は両表面から
中央部へと伝えられるが伝熱距離が1/2と短くな
るために伝熱に要する時間が短くなる。また内外
の両表面から熱が伝えられるため外部からのみ加
熱する場合に較べ２倍の熱伝達面積が利用され
る。上記の理由から本発明による場合は外部から
のみ加熱する方法による場合に較べ被加熱体を所
定の温度に迄昇温するために要する時間が1/3程
度に短縮される。

また内部から加熱する金属棒は温度センサーで
１本ずつ金属棒の長さ方向の数個所の位置で測温
され、その測温値に応じて金属棒の各位置が誘導
加熱されるので金属棒の軸方向に沿つて所定の温
度分布を付加することができる。従つて、金属棒
の個々の温度が何らかの原因で異なつていても、
プリフオームは所望の温度に加熱され、成形品の
品質向上が図られる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明
する。第１図に示すようにプリフオーム１を支持
するマンドレル３，３…は各回転テーブルの間を
矢印で示す順序で巡回する。すなわちプリフオー
ム受渡しテーブル４から移送テーブル５、加熱ス
テーシヨンテーブル６、アニーリングステーシヨ
ンテーブル７，８、移送テーブル９、ブロー成型
ステーシヨンテーブル１０、移送テーブル１１、
を経て再びプリフオーム受渡しテーブル４へマン
ドレル３，３…が巡回されるが各テーブルでのマ
ンドレルの保持機構や受渡し機構は従来公知の方
法で行われるので図示していない。このように巡
回されるマンドレル３，３…の上に従来公知の供
給装置から供給テーブル１２，１３を経てプリフ
オーム１，１…が装着される。プリフオーム１は
第２図に示す断面形状をしており有底円筒状の胴
部１５とねじ山や環状突起部を有する口部１６よ
り成つている。このプリフオーム１がマンドレル
３に装着されて上記順路を巡回する間に加熱ステ
ーシヨンテーブル６で胴部が加熱されブロー成型
ステーシヨンテーブルで従来公知の方法で吹込成
型され、第３図に示す熱可塑性プラスチツクびん
２が製造される。製造された熱可塑性プラスチツ
クびん２は受渡しテーブル４に保持されているマ
ンドレル３上から従来公知の装置で抜き取られ送
出テーブル１４を経て送出される。マンドレル３
は第４図に示す断面形状であり各テーブルで保持
するための周溝１７，１７、と回転駆動するため
のスプロケツト１８，１８が一体に設けられてい
る。加熱ステーシヨンテーブル６およびアニーリ
ングステーシヨンテーブル７，８のマンドレル
３，３…の通過する部分にはチエーンが順次段違
いとなるように張り回らされて上または下のスプ
ロケツト１８，１８と噛み合いマンドレルに自転
運動を付与するように駆動される。但しチエーン
は図示していない。

次に加熱ステーシヨンテーブル６に付属する装
置と加熱動作について第４図〜第１５図を参照し
て説明する。加熱ステーシヨンテーブル６には保
持装置１９、金属棒２１を断熱体２２を介して保
持し上下方向に駆動するピストンロツド２３およ
びエアシリンダ２０が周方向位置を一致させて等
間隔に取付けられている。加熱ステーシヨンテー
ブル６は一定方向に回転しながら定位置でマンド
レル３を保持装置１９で受け取りまた定位置で保
持装置から送り出す。従つて加熱ステーシヨンテ
ーブル６の周囲にはマンドレル３の通過する部分
と通過しない部分がある。マンドレル３の通過す
る部分には加熱ユニツト２６，２６…が、またマ
ンドレルの通過しない部分には誘導加熱で金属棒
を加熱する金属棒加熱ゾーン２７が配置されてい
る。加熱ユニツト２６は複数個の赤外線ヒータ２
４と反射鏡２５及びプリフオーム口部１６を加熱
しない様に赤外線をしや断する反射鏡２５′とか
ら構成されておりマンドレル３と共に自転するプ
リフオーム１に向けて赤外線を照射してこれを外
部から加熱する装置である。

また、複数個のヒータは各々電力調整ができる
様になつている。金属棒２１は誘導加熱され易い
金属で作られており、加熱された金属棒が加熱ユ
ニツト２６と共に内外面からプリフオームを加熱
するプリフオーム加熱ゾーンでは、エアシリンダ
２０によりプリフオーム１内に挿入された状態を
とり、金属棒加熱ゾーンでは誘導加熱コイルを通
過する状態をとる。すなわち、金属棒は２つの位
置をとる様に駆動される。

また、金属棒２１は断熱体２２を介し、ピスト
ンロツド２３と連結されているが、第５図に示す
ように、この断熱体はプリフオームの口部１６及
びマンドレルコア３７に相対する位置に取りつけ
られている。従つて断熱体は金属棒の熱をピスト
ンロツドに伝熱させない役目をもつと同時に、マ
ンドレルコアの加熱を押さえる効果を持つてい
る。

加熱ステーシヨンテーブルでは第１図に示され
るように、多数のプリフオーム１が順次に送られ
て加熱されるが、ある場合には、プリフオーム１
が送られない状態、すなわち、多数のマンドレル
３のうち一つのものにはプリフオーム１が供給さ
れない場合が生じることがある。そのような場合
には、金属棒２１は直接、赤外線ヒータ２４に曝
されるので他のものに比べ温度の低下が少い。金
属棒加熱ゾーン２７では全ての金属棒を所定温度
にまで加熱しなければならない。そのために金属
棒加熱ゾーンは定量加熱のための誘導加熱コイル
２８と加熱を制御するための加熱コイル２９，３
０，３１の２つの区分に構成されている。

誘導加熱コイル２８は第６図に示す様に、金属
棒の移動経路を覆うように円弧状に細長く形成さ
れた多層巻ヘアピン状のものであり、その両端は
金属棒の移動を妨げないように上方へ偏倚されて
いる。

誘導加熱コイル２９，３０，３１は第８図に示
す様に、金属棒２１の上部、中部、下部をそれぞ
れ、加熱制御するもので、金属棒の上部、中部、
下部の温度を測定する様に配置された３個の赤外
放射温度計３２，３２…からの出力がそれぞれの
加熱コイルへ与える電力制御装置に入力されて金
属棒を所定の温度に加熱するためのものである。
この場合、赤外放射温度計３２の検出温度と金属
棒２１の設定温度との温度差と金属棒を設定温度
に加熱するための電力との関係をあらかじめ求め
ておき、この関係から定まる電力を加熱コイルへ
供給し、金属棒を所定の温度に加熱するものであ
る。

誘導加熱コイル２９，３０，３１はそれぞれ、
上部、中部、下部を加熱するためのもので、第９
図あるいは第１１図に示す様な形状をしており、
どちらも使用可能であるが、効率の点で第１１図
のコイルの方が望ましい。第１１図および第１２
図における銅板３６は加熱コイル部分によつて銅
板に面している部分の金属棒が加熱されるのを防
ぐためのものであり、金属棒の加熱領域を限定す
る場合には必要である。さらに望ましいコイル形
状として第１３図に示す様なものがあり、このコ
イルは軸方向の上に行くほどせばまり、やがて折
り返す形状を重ね合わせた２つのうずまき状コイ
ルで構成されている。加熱領域では第１３，１４
図に示す様に、コイル辺の間隔がせばめて巻いて
あり、加熱を押えたい部分ではコイル辺の間隔が
広がる様に折り返した頂点をずらして巻いてあ
る。この様な形状にすると、金属棒２１とコイル
とが完全に電磁結合していると、金属棒の各コイ
ル辺に対応する部分に入る電力は電流密度の２乗
に比例するので、金属棒の軸方向にはコイル辺の
間隔の２乗に概略反比例した温度分布がつき、加
熱領域を限定できる。しかもコイル辺の間隔が広
げられた部分にも弱い電力が入るので加熱効率が
良い。また、このコイルは２つのうずまきコイル
の間隔が金属棒が触れない程度にせばめられてい
るので、磁束がコイル外部では打ち消し合い、金
属棒がコイルからわずかに抜け出た状態では、ほ
とんど加熱されない。従つてコイル内を金属棒２
１が通過するとき、金属棒が実質的に加熱される
コイルの有有効長さを明確にできる。また、２つ
のうずまきコイルのうち、一方だけのコイルでも
加熱コイルとして使用できるが、加熱効率が悪
く、有効長さが明確でない。第９図に示したコイ
ル３４は２枚の磁性コアー３３に巻かれた多層巻
ヘアピン状のものであり、第１１図に示したコイ
ル３５は第６図の長さを短かくしたものと相似の
コイルで、それぞれ金属棒２１の通過を妨げない
ように開口した構造をとつている。

また誘導加熱コイル２９，３０，３１の個々の
コイル内を金属棒２１が通過するとき、金属棒が
実質的加熱されるコイルの有効長さは連続して流
れてくる金属棒の間隔にほぼ等しくなるように定
められている。

３個の加熱コイルは金属棒の間隔にほぼ等しい
距離をあけて配置されている。それぞれの加熱コ
イルによつて生じる磁束はお互いに干渉し合わな
い。

金属棒加熱ゾーン２７の加熱コイル２８，２
９，３０，３１は第７，１０，１２，１４図に示
す様に金属棒をはさんで向い合つたコイルに流れ
る高周波電流の向きが、お互いに逆方向であるよ
うに設計されている。

金属棒２１は第６図、第８図、第１５図に示す
ように誘導加熱コイル２８，２９，３０，３１内
を通過するとき誘導加熱コイル２８，２９，３
０，３１を流れる高周波電流により誘導加熱され
高温となり輻射熱を放射するようになる。第１図
に示されるように、誘導加熱コイル２８を通過直
後の金属棒２１の温度は上部、中部、下部に設け
られた３個の放射温度計３２，３２，３２により
検出され、３個の誘導加熱コイル２９，３０，３
１へ高周波電力を供給する図示されていない３台
の高周波発振器の出力を、誘導加熱コイル２９，
３０，３１を通過後の金属棒２１の温度が決めら
れた値になるように自動的に設定する。

プリフオームの先端部は通常、半球殻となつて
おりプラスチツク樹脂の質量が集中しているた
め、この部分を充分に加熱するためには金属棒の
先端部分を覆う誘導加熱コイルの巻線ピツチを密
にし金属棒の先端部を高温に加熱すること、また
は金属棒の先端部を太くして加熱容量を大きくす
ること等が有効である。

また、この半球殻となつている先端部の形状に
合せて金属棒の先端を半球状にしたり、金属棒の
径をプリフオームの内径に相似となるように軸方
向に変化させることも有効である。さらに断熱体
で金属棒の一部を覆うことにより輻射熱を押える
ことができ、その部分のプリフオームの温度上昇
を押えることができる。

従つて金属棒２１は３個の加熱コイルにより、
全体を均一にもできるし、又、金属棒の上部、中
部、下部に所望の熱分布を付加することも、コイ
ルの巻きピツチやコイルに与える電力を調整する
ことで容易に行なうことができる。

また、加熱を制御するための加熱コイルに３個
の加熱コイルを使わず、１対の加熱コイルと温度
センサーで行なう場合のコイルは第９図、第１１
図、第１３図のいずれかに示すコイルを金属棒の
下部まで伸ばして巻いた形状となるが、この場
合、金属棒に所定の熱分布を付加することはコイ
ルの巻きピツチだけを微細に調整しなければなら
ず非常に困難であつた。

また成形機の運転開始時には室温状態にある金
属棒２１を短時間に所望の温度にしなければなら
ない。この場合、金属棒の各部は一巡して戻つて
くる間に放熱の程度が異なり、特に下部は断熱体
２２、及びピストンロツド２３に連結されている
ので放熱が大きい。従つて最初の一巡は各部のコ
イルに供給する電力を大きくし放熱の程度に合わ
せて徐々に電力を変えてやる必要があるが、その
程度は金属棒の各部で異なる。この様に金属棒の
各部の温度の経時変化が異なる場合でも３個の加
熱コイルを使用すれば、金属棒をすばやく所望の
温度にすることができる。この様な理由から、３
個の加熱コイルを使うことが望ましい。

誘導加熱コイル２９，３０，３１の加熱能力を
大きくすれば一定加熱のための誘導コイル２８を
省くことも可能である。また金属棒２１は300℃
〜600℃の範囲で加熱することが望ましい。この
理由は300℃以下では放射される輻射熱が小さす
ぎて厚肉のプリフオームでは内部から加熱する効
果がほとんどなく、600℃以上では外面や厚みの
中央部に比較し内面だけが温度が上りすぎてしま
い、均一加熱ができないからである。また、外径
の細い金属棒を600℃以上に加熱した場合には酸
化劣化が激しく実用に耐えなかつた。

このようにして、加熱された金属棒２１がプリ
フオーム１内に挿入されるとプリフオーム１は加
熱体２１と加熱ユニツト２６により内外から同時
に加熱される。このようにしてプリフオーム加熱
ステーシヨン６で加熱されたプリフオームはアニ
ーリングステーシヨン７，８で均熱化されブロー
成型ステーシヨンでびんに吹込成形される。

以上述べた様に本発明は高速加熱および均一加
熱の点で非常に有効であるが、内表面に接近して
加熱体２１を挿入するため第１６図に示す様にマ
ンドレルコアー部３７に差し込まれたプリフオー
ム１が、大きく偏心しながら自転すると円周方向
に不均一が加熱を生じてしまう。このようなふれ
回りはプリフオーム口部の内径のバラツキとコア
ー径との関係あるいは、プリフオームの差し込み
方法によつて生じるものであり偏心の程度も各マ
ンドレル毎に異なる。そこでこの欠点を補うため
第１７図に示す様にマンドレルコア部３７′をプ
リフオームの挿入前は外側にわずかにひらく様に
弾力を持たせた四つ割りにしたバネ材を用いて作
製した上で、さらにプリフオームを差し込む方法
もマンドレルの軸と一致するようにプリフオーム
の向を保ちながら前記弾力に抗して強制的に差し
込む方法をとつた。その結果、プリフオームの偏
心は殆んどなくなり、第１６図に示す偏心直径ｅ
がプリフオーム２の内径1/5以内となるようにで
きた。そしてそのような場合には円周方向に略均
一な加熱ができた。

偏心直径ｅの望ましい値はプリフオーム２の内
径の1/10以下であり、その条件が満たされればプ
リフオームと金属棒との間の偏心に基づく不均一
加熱を実質的になくすことができる。

上記のふれ回りは他の方法、例えばプリフオー
ムの頭の動きをガイドにより規制しても小さくで
きる。

本実施例ではプリフオームを外部から加熱する
加熱装置はマンドレルの通路の外周に配置されて
いるが、発明はこれに限らず、加熱装置をマンド
レルの通路の外周および内周に配置することがで
きる。この場合プリフオームの被せられない金属
棒は加熱装置で昇温させられることもあるがこの
ような場合はエアー吹付等で冷却すればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように熱可塑性プラスチツクびん
を成形するためのプリフオームの胴部は内外より
同時に加熱され、プリフオームを内部から加熱す
る金属棒は測温され、その加熱が制御されている
ため加熱に要する時間が短縮され生産性が向上
し、また、プリフオームの各部分をプラスチツク
びんの吹込成形に適した所定の温度に加熱するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概略を示す平面図、
第２図は本実施例において加熱されるプリフオー
ム１の断面図、第３図はプリフオーム１から吹込
成形によつて製造される熱可塑性プラスチツクび
んの断面図、第４図はプリフオーム１を支持する
マンドレル３の断面図、第５図は第１図における
Ａ−Ａ方向断面図、第６図は誘導加熱コイル２８
を示す斜視図、第７図は第６図のＣ−Ｃ方向断面
図、第８図は加熱コイル２９，３０，３１の配置
図、第９図は加熱コイル２９，３０，３１の一例
を示す斜視図、第１０図は第９図のＣ−Ｃ方向断
面図、第１１は加熱コイル２９，３０，３１の一
例を示す斜視図、第１２図は第１１のＣ−Ｃ方向
断面図、第１３図は本発明の実施例の誘導加熱コ
イルを示す斜視図、第１４図は第３図におけるＣ
−Ｃ断面図、第１５図は第１図におけるＢ−Ｂ方
向断面図、第１６図はプリフオーム１のふれ回り
状態を示す図、第１７図は改良したマンドレルコ
アー部を示す断面図である。 １……プリフオーム、２……熱可塑性プラスチ
ツクびん、３……マンドレル、４……受渡しテー
ブル、５，９，１１……移送テーブル、６……加
熱ステーシヨンテーブル、７，８……アニーリン
グステーシヨンテーブル、１０……ブロー成型ス
テーシヨンテーブル、１２，１３……供給テーブ
ル、１４……送出テーブル、１５……胴部、１６
……口部、１７……周溝、１８……スプロケツ
ト、１９……保持装置、２０……エアシリンダ、
２１……金属棒、２２……断熱体、２５，２５′
……反射鏡、２６……加熱ユニツト、２７……金
属棒加熱ゾーン、２８，２９，３０，３１……誘
導加熱コイル、３２……赤外放射温度計、３３…
…磁性コアー、３４，３５……誘導加熱コイル、
３７，３７′……マンドレルコアー部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱可塑性プラスチツクびんのブロー成形に先
   だち、プリフオームをその外部及び内部より熱を
   供給し加熱する方法に於いて、実質的に等間隔で
   多数個の金属棒が巡回する巡回路に少くとも金属
   棒にプリフオームが被着されている状態のプリフ
   オーム加熱ゾーンと、プリフオームが抜出されて
   いる金属棒加熱ゾーンを設け、該金属棒加熱ゾー
   ンでは、金属棒の個々の温度を測定し、その測定
   値に応じて該金属棒を順次に高周波誘導加熱し、
   前記プリフオーム加熱ゾーンでは加熱された前記
   金属棒に自転するプリフオームを被着し、プリフ
   オームの内部より熱を供給すると共にプリフオー
   ムの外部からも熱を供給することを特徴とするプ
   リフオームの加熱方法。 ２ 金属棒の誘導加熱に際しては、少なくとも金
   属棒の上部、中部、及び下部を各々加熱する誘導
   加熱コイルを設け、各々の加熱コイルの電力を制
   御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のプリフオームの加熱方法。 ３ プリフオームが被着される金属棒の外径を長
   さ方向に変化させることにより、あるいは高周波
   加熱コイルの巻きピツチを該金属棒の長さ方向に
   沿つて変化させ、該金属棒に温度分布を付加する
   ことによりプリフオームに熱分布を付与する、特
   許請求の範囲第１項または第２項の方法。 ４ プリフオームの加熱ゾーンにおける前記金属
   棒の温度が300〜600℃である特許請求の範囲第１
   項記載のプリフオームの加熱方法。