KR960014543B1 - 열고정플라스틱 중공용기의 제조장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

열고정플라스틱 중공용기의 제조장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 장치의 전체적 배치를 도시하는 평명도.

제2-a도는 맨드릴에 대한 붙이고 떼는 기구를 확대도시하는 도면.

제2-b도는 예비성형체를 도시하는 측면도.

제2-c도는 예비성형체를 도시하는 측면도.

제3도는 맨드릴의 확대측면단면도.

제4도는 예비가열기구의 확대측면단면도.

제5도는 성형열고정기구를 확대도시한 측면단면도.

제6도는 연신봉의 단면구조를 맨드릴과의 관계를 도시하는 확대단면도.

제7도는 연신블로우성형 열고정기구의 제어기구를 도시하는 계통도.

제8도는 용기뒤집음기구를 확대도시하는 상면도.

제9도는 본 발명 장치에 의하여 제조되는 용기의 한 예를 도시하는 정면도.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 열고정 플라스틱 중공용기의 제조장치에 관한 것으로, 상세히 말하면 연신에 의하여 축방향으로 분자배열되고 또 열고정된 플라스틱용기를 단일 주형내에서 능률적으로 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

[배경기술]

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 열가소성 폴리에스텔의 2축연신 블로우성형(blow molding)용기는 우수한 투명성이나 표면광택을 가지는 동시에 병에 필요한 내충격성, 강성, 가스방지성을 가지고 있고, 각종 액체의 병용기로서 이용된다.

그러나, 폴리에스텔용기는 내열성이 떨어지는 결점이 있고, 내용물을 열간충전하는 용도에 대해서는 열변형이나 용적의 수축변형이 발생하기 때문에 2축연신블로우 용기를 성형후에 열고정(히트,세트)하기 위하여 많은 제안이 나오고 있다.

열고정방법으로는 공통의 1개의 금형내에서 연신블로우성형과 열고정을 하는 이른바 단일성형법과, 연신블로우성형과 열고정을 별개의 금형내에서 실시하는 이른바 이중성형법이 실행되고 있다.

전자의 단일성형법에는 특공소 59-6216호 공보에서와 같이 블로우성형틀 속에서 연신블로우성형과 동시에 열공정을 실시하는 방법이 있으나, 연신블로우 조작후의 열고정과 중공성형체를 꺼내기 위한 냉각을 위해 비교적 긴 금형내에 체류시간이 필요하고, 생산속도가 아직껏 낮은 문제가 있다. 또 이 단일성형법으로서 금형의 온도를 최종 중공성형법을 실질상 비냉각하에서도 변형없이 꺼낼 수 있는 범위내에서 가급적 고온의 온도, 예를들면 100°C로 유지하고, 폴리에스텔 예비성형체에 고온고압공기를 불어넣는 동시에 2축 연신하는 것이 제안되고(특개소 54-95666호 공보)있으나, 이 방법에서는 금형의 온도상승 및 온도하강은 불필요해진다 할지라도 고온가스로부터의 전열에 의한 열고정에서는 전도열 경계막의 존재로 인해 열고정에 아직도 비교적 장시간을 필요로 하고 있는 동시에 얻어지는 내열수축성의 정도에 있어서도 아직 충분히 만족할 수가 없는 것이다.

또, 이중성형법에는 특공소 60-56606호 공보에서 볼 수 있듯이 연신블로우성형에 의하여 얻은 성형품을 성형 블로우 형틀에서 꺼낸 후 열고정용의 금형내에 유지하여 열고정을 하는 방법이나, 특개소 57-53326호 공보와 같이 일차 금형속에서 연신블로우성형과 동시에 열처리를 실시하고, 성형품을 1차 금형에서 꺼내서 이것을 냉각하지 않고, 2차 처리 금형속에서 재차 성형하는 방법 등이 알려져 있다.

그러나, 이 이중성형법으로는 성형용과 열고정용과의 2세트의 금형이 필요하고, 장치 원가가 비싸고, 또 공정 수가 많아지는 등 개선할 점이 많다.

[발명의 목적]

따라서, 본 발명의 목작은 상기한 단일성형법에 의하여 비교적 짧은 금형내 점유시간으로 연신되고 또 열고정되는 플라스틱용기를 연속적으로 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단일 금형내에서 예비성형체의 2축 연신블로우성형, 중공성형체의 열고정 및 금형에서 꺼내기 위한 냉각이 예정된 프로그램에 따라서 시간의 손실없이 효과적으로 실시되는 열고정 플라스틱 중공용기의 제조장치를 제공하는 것에 있다.

[발명의 구성]

본 발명에 의하면 연신되고 또 열고정된 플라스틱 중공용기의 제조장치로서, 플라스틱으로 구성되는 예비성형체 및 예비성형체로부터의 중공용기를 지지하는 맨드릴 : 그 맨드릴에 예비성형체를 장치시키는 공급구역 : 주위에 맨드릴을 지지하는 복수의 지지자리를 구비한 터릿과, 그 터릿의 외주를 따라서 맨드릴상의 예비성형체를 가열하기 위한 가열기구로 구성되는 예비가열구역 : 복수의 개폐가 가능한 블로우성형 및 열고정용의 금형과 그 금형에 대응하는 맨드릴지지부재를 주위에 구비한 회전부재로 구성되는 블로우성형 및 열고정구역 : 예비가열구역에서 예비가열된 예비성형체를 배치한 맨드릴을 블로우성형 및 열고정구역에 이송하는 이송역 : 블로우성형 및 열고정구역에서 블로우성형 및 열고정된 용기를 배치하는 맨드릴을 꺼내는 꺼냄구역 및 상기 공급구역, 예비가 열구역, 이송구역, 블로우성형 및 열고정구역 및 꺼냄구역을 이순서로 통과하는 맨드릴의 연속이송로로 구성되고, 상기 블로우성형 및 열고정구역에는 회전의 전과정을 통해서 열고정 온도로 가열되는 금형, 금형이 이송구역을 통과한후 금형을 닫고, 또 꺼냄역에 도달했을 때 금형을 여는 금형의 개폐기구, 맨드릴에 대하여 동심상으로 배치된 예비성형체에 대하여 왕복운동할 수 있도록 구성된 중공의 연신봉의 주위와 맨드릴과의 사이에 설치되고 또 예비성형체내로 통하는 제1의 기체통로, 연신봉의 내부에 설치되고, 연신봉이 길이방향으로 분포한 개구를 통해서 예비성형체내에 통하는 제2의 기체통로, 제1의 기체통로에 개폐 내지 전환밸브를 개재하여 통하는 고압의 열풍공급기구와 열풍배출기구, 제2의 기체통로에 개폐밸브를 개재하여 통하는 저압의 냉풍공급기구, 및 예비성형체에의 연신봉의 삽입과 같이 제1의 기체통로를 고압의 열풍공급기구와 접속하여 예비성형체의 연신블로우성형을 하는 동시에 열풍을 성형용기내에 밀폐하여 그 용기의 열고정을 하고, 이어서 열고정후 제1의 기체통로를 열풍배출기구와 접속하고, 또 제2의 기체통로를 냉풍공급기구와 접속해서 열풍의 배출과 용기의 냉각을 하는 개폐밸브의 제어기구가 구비되는 것을 특징으로 하는 열고정 플라스틱 중공용기의 제조장치가 제공된다.

[작용]

본 발명의 장치에 있어서도 공지의 장치와 동일하게 예비성형체 및 연신블로우성형중 및 성형후의 중공용기를 지지하는 맨드릴이 연신블로우성형을 위한 예비가열구역 및 연신블로우성형구역을 통과하는 연속의 이동로를 따라 이동하고, 또 연신블로우성형구역에서는 회전부재에 대하여 방사상으로 장치되고, 또 개폐가 가능하도록 설치된 금형내에서 예비성형체내에 삽입되는 연신봉과 고압유체의 취입을 협동작업으로 예비성형체의 연신블로우 성형이 실행된다. 그러나 본 발명에서는 단일의 금형내에서 예비성형체의 연신블로우성형, 성형된 중공용기의 열고정 및 열고정된 중공용기를 형틀에서 꺼내기 위한 냉각이 시간손실없이 일련동작으로 실행된다.

이 일련동작을 고능률로 실시하기 위하여 본 발명에서는 우선 금형의 회전의 전과정을 통해서 열고정온도로 가열되고 있는 금형을 사용하고, 또 예비성형체를 블로우연신하기 위한 유체로서 고온 및 고압의 가스를 사용한다.

연신봉에 의한 예비성형체의 축방향 연신 및 고온고압가스의 취입에 의한 주위방향 팽창연신에 의한 용기벽이 2축방향으로 분자배열된 중공용기가 형성되나 이 중공용기의 형성에 즉시 계속해서 성형된 용기벽은 그 내면이 용기내에 압입되는 고온고압가스와 접촉하고, 한편 그 외면이 고온으로 가열된 금형표면과 접촉해서 배열된 용기벽의 열고정이 실행된다. 이 열고정의 말기에 용기내에 가압되는 고온고압가스는 해방되고 대신에 용기내에는 냉풍이 취입되어 열고정된 중공용기를 꺼내기 위한 냉각이 실행된다. 마지막으로 금형이 열려서 2축분자 배향되고 열고정된 중공용기가 수축이나 변형없이 금형에서 꺼내진다.

본 발명에 의하면 고온고압의 기체 및 저압의 냉각용 기체의 공급을 다음과 같이 제어한다. 우선 연신봉의 주위와 맨드릴과의 사이에 예비성형체내에 통하는 제1의 기체통로를 설치하고, 연신봉의 내부에 연신봉의 길이방향으로 분포해서 설치된 개구를 통해서 예비성형체내에 통하는 제2의 기체통로를 설치한다. 제1의 기체통로에는 개폐밸브 내지 전환밸브를 개재하여 고압의 열풍공급기구와 열풍배출기구를 설치하고 제2의 기체통로에는 개폐밸브를 개재하여 저압의 냉풍공급기구를 설치한다. 각 개폐밸브 내지 전환밸브의 제어는 연신블로우성형 개시에 있어서 예비성형체에의 연신봉의 삽입몸체와 같이 제1의 기체통로와 고압의 공급기구가 접속되고, 열고정 종료후에는 제1의 기체통로와 고압의 열풍배출기구가 접속되고, 또 제2의 기체통로와 저압의 냉풍공급기구가 접속되게 된다.

즉, 우선 고온고압의 가스가 예비성형체내에 취입되고, 예비성형체의 연신블로우성형이 현저히 고속도로 실행될 뿐만아니라 성형된 중공의 용기내로 고온고압의 가스를 계속 가하므로써 중공용기벽의 열고정이 신속하고 능률적으로 진행된다. 열고정의 말기에는 연신봉 주위와 맨드릴과의 사이의 제1의 기체통로를 열풍배출기구와 접속하므로써 용기내에 밀폐된 고온고압가스가 효과적으로 배출되는 동시에 연신봉의 길이방향으로 분포해서 설치되던 다수의 개구를 통해서 용기의 내면 전면에 걸쳐서 균일히 냉풍이 닿아서 열고정된 중공용기를 형틀 밖으로 꺼내기 위한 냉각이 단시간내에 쉽게 실시되는 것이다.

본 발명에 따르면 이와같이 단일성형법에 의하여 비교적 짧은 금형내 점유시간으로 연신되고 열고정된 플라스틱용기를 연속적으로 제조할 수 있다.

실시예

본 발명의 장치의 전체적 배치를 평면도로서 도시하는 제1도에 있어서, 이 장치는 대체적으로 플라스틱으로 구성되는 예비성형체(1)을 맨드릴(10)에 장치하도록 공급하는 공급기구(뒤에서 상세히 설명한다)(30), 맨드릴상의 예비성형체(1)을 연신온도로 예비가열하는 예비가열기구(100), 예비가열된 예비성형체를 형틀내에서 연신 블로우성형하고 또 열고정하기 위한 성형열고정기구(200), 및 성형중공용기(20)를 맨드릴(10)에서 꺼내어서 배출하는 배출기구(뒤에 상세히 설명한다)(40)로 구성된다.

예비가열기구(100)의 예비성형체 도입측과 성형열고정기구(200)의 중공용기배출측과의 사이에는 예비성형체(1)를 맨드릴(10)에 배치하고, 또 맨드릴(10)에서 중공용기(20)를 분리하는 터릿형상의 맨드릴에의 붙이고 떼는 기구(50)가 설치된다. 또 예비가열기구(100)의 예비성형체 배출측과 성형열고정기구(200)의 예비성형체 도입측과의 사이에는 예비가열된 예비성형체를 성형고정기구(200)의 형틀내에 이송하기 위한 이송기구(60)가 설치된다. 또 터릿형상의 붙이고 떼는 기구(50)와 예비가열기구(100)와의 사이에는 예비성형체 지지맨드릴의 갈아타기기구(7)과, 또 성형열고정기구(200)와 터릿형상의 붙이고 떼는 기구(50)와의 사이에는 중공용기 지지맨드릴의 갈아타기기구(80)가 설치된다. 이와같이 맨드릴(10)의 연속 이송로(90)는 터릿형상의 붙이고 떼는 기구(50), 갈아타기기구(70), 예비가열기구(100), 이송기구(60), 성형열고정기구(200), 및 갈아타기기구(80)의 순서로 형성되고 있음을 알 수 있다. 또 예비가열기구(100)와 이송기구(60) 사이에는 예비성형체의 온도를 균일화 하기 위한 보온을 위한 터릿(170) 및 (180)이 설치되나, 그 작용에 대해서는 후기한다. 예비성형체(1)를 표시하는 제2-b도에 있어서 이 예비성형체(1)는 최종용기의 입구부에 대응하는 치수 및 형상을 가지는 통상의 입구부(2), 통상의 몸통부(3), 닫힌저부(4), 및 지지용링(5)을 구비하고 있다. 지지용링(5)은 입구부(2)의 바로 아래 설치되고 있다.

맨드릴(10)은 제3도에 있어서 선단에 예비성형체(1)의 입구부내에 끼워지는 삽입용(11)를 구비하고, 아래쪽에 통상의 샤프트부(12)를 구비하고 있다. 이 통상의 샤프트부(12)는 여러 가지의 이송기구나 예비가열기구 또는 성형열기구에 있어서 맨드릴을 지지하기 위한 부분이 되는 것이다. 맨드릴(10)의 중앙부분에는 2개의 플랜지부(13a) 및 (13b)사이에 기어(14)가 설치되고 있고, 이것은 예비가열기구에 있어서 맨드릴(10)을 회전하는데에 사용하는 것이다. 맨드릴(10)의 중심에는 중공통로(15)가 형성되어 있고, 이것은 성형열고정기구에 있어서 연신봉이 승강이동하기 위한 공간 및 연신블로우성형 및 열고정조작을 할 때의 유체통로로서의 작용을 하는 것이다. 또 삽입용 선단(1)의 외주하단에는 바리손입구부(2)의 선단과 밀봉결합하기 위한 밀봉용 O링(16)이 설치되고, 통상 샤프트부(12)의 하단에는 성형열고정기구의 블로우성형 승강부재(후에 설명)와 결합하는 결합면(17)이 있다.

또, 제1도에서 예비성형체 공급기구(30)는 공급슈트(31), 소터릿(30) 및 터릿으로 구성되고, 슈트(31)는 예비성형체(1)의 통상 몸통부(3)의 직경보다 크고, 또 지지용링(5)의 직경보다 작은 간격(d)으로 설치된 대향 슬라이드판(34,34)을 구비하고, 예비성형체(1)는 바로 세워진 상태로 그 지지용링(5)의 부분에서 대향 슬라이드판(34,34)위를 미끄러져서 소터릿(32)에 공급된다. 소터릿(32)은 상기 간격(d)의 예비성형체 받이용 요부(35)를 구비하고 가이드(36)와의 협동으로 요부(35)에 예비성형체(1)을 지지하고, 도면에서 시계방향으로 회전한다. 대터릿(33)도 소터릿과 동일한 예비성형체 받이용 요부(37)를 구비하고 있고, 소터릿(32)에서 받은 예비성형체를 지지하여 가이드(38)를 따라 반시계방향으로 회전한다. 또 소터릿(32) 및 대터릿(33)의 원주속도는 맨드릴에의 붙이고 떼는 기구(50)의 원주속도와 같도록 한 것이다.

맨드릴에의 붙이고 떼는 기구(50)는 시계방향으로 구동회전되는 회전체(51)와 그 주위에 동일한 간격으로 설치된 다수(도면에서는 8개)의 클램프기구(52)로 구성된다. 이 붙이고 떼는 기구(50)를 확대해서 도시하는 제2-a도에 있어서 이 클램프기구(52)는 선단에 약 1/4원주상의 절단부(53)를 구비한 개폐가능한 1쌍의 글리퍼(54,54)와 타단에 설치된 개폐용 구동기어기구(55) 및 추축(樞軸)(56)을 회전이 가능하도록 지지하는 브래킷(57)과 이 브래킷(57)을 회전시키거나 또는 승강시키기 위한 캠폴로워 및 기어기구(58)로 구성된다.

회전체(51)와 동축을 이루고, 또한 이것보다 하방에 회전체(51)보다 직경이 큰 맨드릴지지용 회전체(59)가 설치되고, 이 회전체(59)의 주위에는 맨드릴지지용 요부(61)가 클램프기구(52)에 대응해서 설치되어 있다. 글리퍼(54,54)가 닫힌 상태에 있을 때 예비성형체 지지용 절단부(53,53)의 중심축과 맨드릴 지지용 요부(61)의 중심축이 동일 수직축상에 위치하도록 구성된다. 맨드릴지지용 요부(61)에는 자석(62)이 설치되고(제2-C도 참조), 맨드릴(10)의 샤프트부(12)를 흡입하여 유지하도록 구성되어 있다. 제2-A도에는 클램프기구(52)가 8개의상태 A-H에 있는 상태가 도시되어 있다. 스테이션 A는 대터릿(33)으로부터의 예비성형체를 파지하는 위치이고, 이 위치에서는 맨들릴(10)은 맨드릴지지용 요부(61)에 자석(62)에 의하여 유지되고 있다. 글리퍼(54,54)는 닫히도록 기어기구(55)에 의하여 구동된다. 절단부(53,53)에 의하여 예비성형체(1)의 입구부(2)를 파지한다. 클램프기구(52)가 스테이션 A로부터 스테이션 B로 이동함에 따라 브래킷(57)은 기구(58)에 의하여 시계방향으로 회전을 시작하고, 이것에 따라 클램프되고 있는 예비성형체(1)도 회전된다. 제2-a도의 스테이션 b는 예비성형체(1)이 약 90도 회전한 상태를 도시하고 있다. 스테이션 b에서 스테이션 c로 클램프기구(52)가 이동하는 동안도 브래킷(57)은 회전을 계속하고, 예비성형체(1)이 180도 회전한 상태, 즉 예비성형체(1)이 거꾸로 세워진 상태에서 회전을 정지한다. 계속해서 캠기구(도시를 생략)에 의하여 브래킷(57)이 하강하여 예비성형체(1)과 동일수직축상에 위치하는 맨드릴(10)에 대하여 예비성형체(1)을 도입한 상태로 밀어넣는다. 이것으로 제2-C도의 도시와 같이 맨드릴(10)에 대하여 예비성형체(1)을 도입한 상태로 밀어넣는다. 이것으로 제2-C도의 도시와 같이 맨드릴(10)의 삽입용 선단부(11)가 예비성형체(1)의 입구부내에 밀어넣어져서 예비성형체(1)의 맨드릴(10)에의 고정이 실시되어 스테이션 C에 도달한다.

스테이션 C는 예비성형체 지지맨드릴을 갈아타기기구(70)(제1도 참조)로 갈아타는 위치이고, 글리퍼(54,54)는 기어기구(55)에 의하여 개방구동되고 예비성형체(1)를 개방한다. 이 스테이션 C에 있어서는 역시 자석을 구비한 갈아타기기구의 맨드릴지지부(71)가 예비성형체 지지맨드릴(10)과 근접해서 이 자석에 의한 흡인력이 맨드릴(10)에 작용한다. 맨드릴(10)의 진행방향으로는 맨드릴 박리용 가이드(63)가 설치되어 있고, 맨드릴(10)을 붙이고 떼는 기구(50)로부터 갈아타기기구(70)에 이동시킨다. 붙이고 떼는 기구(50)의 스테이션 C 하강의 동작에 대해서는 후기한다.

도면에 도시하는 구체적인 예에 있어서, 각 회전부재간에 있어서의 맨드릴의 이동은 상기 설명과 같이 자석에 의한 흡인 작용과 분리가이드와의 조합으로 실행된다.

예비성형체 예비가열기구(100)는 구동회전되는 터릿(101)과 터릿의 외주에 일정간격을 두고 설치된 맨드릴지지좌(102)와, 그 터릿의 외주를 따라 배치된 적외선 방사가열기구(103)와, 맨드릴을 회전시키기 위한 구동기구(104)(제4도 참조)로 구성된다. 그 예비가열기구를 확대해서 도시하는 제4도에 있어서, 예비성형체(1)를 지지하는 맨드릴(10)은 자석(도시를 생략)에 의하여 맨드릴지지좌(102)에 흡인되고 있으나, 슬라이더(105)에 의하여 회전이 가능하도록 지지되고 있다. 맨드릴전용의 구동기구(104)는 체인으로 구성되고 있고, 최상류의 적외선반사가열기구(103a)로부터 최하류의 적외선방사가열기구(103z)에서의 범위까지 맨드릴의 기어(스프로켓)(14)와 연결되어 있다. 이와같이 터릿(101)이 회전하므로써 예비성형체 지지맨드릴(10)은 공정하여 구동기구(104)가 구동되므로써 예비성형체 지지맨드릴(10)은회전되도록 구성된다.

적외선 방사가열기구(103)는 원주방향을 따라 연장되고, 또 수직방향으로 소간격을 두고 다수 배치되어 적외선 방사유닛(106)을 구비하고 있고, 이 적외선 방사유닛(106)의 열이 예비성형체(1)의 통상 몸통부 및 저부와 대응되는 위치관계를 가지고 기체틀체(107)에 장치되고 있다. 적외선 방사유닛(106)은 예비성형체(1)의 열의 외주측으로 위치하고 있으나, 예비성형체(1)의 열의 내주측에는 지지부재(108,109)를 개재하여 적외선 차폐판(110)이 설치되고, 또 예비성형체 저부의 상방에도 지지부재(111)를 개재하여 적외선 반사판(112)이 설치되고 있어서, 예비성형체(1)의 연신온도에 대한 예비가열이 효과적으로 실시되도록 구성된다.

예비성형체 지지맨드릴(10)은 갈아타기기구(70)에서 예비가열기구(100)에의 맨드릴지지시트(102)에 옮겨지며, 예비성형체(1)는 적외선 방사유니트(106)에 따라 이동하면서, 그 자체도 회전하여, 소정의 온도로 예비가열된다. 이 경우, 적외선 방사가열은 예비성형체(1)의 외면에서 주로 행해지므로, 예비성형체의 외면은 비교적 높고, 내면은 비교적 낮다고 하는 온도구배가 형성된다. 이 온도구배를 해소하고, 예비성형체의 외면은 비교적 높고, 내면은 비교적 낮다고 하는 온도구배가 형성된다. 이 온도구배를 해소하고, 예비성형체 내외면의 온도를 균일화하기 위한 터릿(170) 및 (180)이 설치된다.

제1의 온도균일화 터릿(170)은 맨드릴지지시트(171)를, 또 제2의 온도균일화 터릿(180)은 맨드릴지지시트(181)를 각기 구비하고 있다. 예비가열기구(100)로 소정온도로 가열된 예비성형체를 구비한 맨드릴은 제1의 터릿(170)의 지지시트(171)에 이행되고, 일정한 보온후 제2의 터릿(180)의 지지시트(181)로 이행되며, 다시 소정의 보온을 받는다. 이들 보온에 의해, 예비성형체(1)의 내면은 외면으로부터의 열전도에 의해 점차 고온으로 승온하는 동시에, 예비성형체(1)의 외면은 점차 냉각되어, 양자의 온도는 실질적으로 같은 온도로 된다. 온도가 균일화된 예비성형체를 구비한 맨드릴은 제2터릿(180)의 맨드릴시트(181)에서 이송기구(60)의 맨드릴지지부(65)에 이송되며, 다시 성형열고정기구(200)에 공급된다.

성형열고정기구(200)는 회전부재(201)와, 회전부재의 주위에 회전부재와 함께 회전할 수 있도록 설치된 개폐 가능한 금형(202)과, 이 금형에 대응하는 금형개폐부재(203)(제5도 참조)로 이루어진다. 금형의 원주이동로에는 예비성형체 지지맨드릴의 이송구역 I, 연신블로우성형 열고정구역 J, 냉각구역 K 및 용기지지맨드릴의 꺼냄구역 L이 이 순서로 배치되어 있으며, 연신블로우성형 및 열고정구역 J와 냉각구역 K에서는 금형(202)은 닫혀 있지만, 그 이외의 영역에서는 금형(202)은 개방되어 있다.

성형열고정기구(200)의 상세를 나타낸 제5도에 있어서, 회전부재(201)에는 금형개폐아암(206)이 방사형상으로 고착되어 있으며, 그 지지부에는 수직축(205)이 고정되어 있다. 이 수직축(205)을 중심으로 하여 수평방향으로 요동할 수 있도록 금형개폐아암(206)이 설치되며, 이 금형개폐아암(206)의 일단부에는 금형(202)이 부착되어 있으며, 그 타단부에는 금형(202)을 개폐구동하기 위한 유체압실린더(207)가 설치되어 있다. 금형(202)에는 맨드릴에 지지된 최종용기 형상에 대응하는 지수 및 형상의 공동(208)가 설치되어 있다.

수직축(205)의 아래쪽에는 맨드릴지지용 브래킷(209)이 고착되어 있다. 브래킷(209)의 선단부 윗쪽에는 맨드릴지지시트(210)가 있으며, 이 지지시트(210)에는 맨드릴(10)의 샤프트부(12)를 유지하기 위한 자석(211)이 설치되어 있다. 브래킷(209)의 선단부 아래쪽에는 블로우성형용 승강부재(212)를 상하이동 가능하게 지지하는 수용부(213)가 설치되어 있다. 블로우성형용 승강부재(212)는 맨드릴(10)의 하단면과 밀봉걸어맞춤되는 실면(214)을 가지고 있으며, 그 내부에는 수직방향으로 뻗는 통로(215)를 가지고 있다. 블로우성형용 승강부재(212)는 푸쉬스프링(216)에 의해 상시 하향으로 힘이 가해지고 있으며, 제7도의 전자밸브(245)의 작동에 의해 상승된다. 블로우성형용 승강부재(212)의 통로(215)내에 연신봉(127)이 상하이동 가능하게 설치되어 있다. 이 연신봉(217)의 승강운동도 제7도의 전자밸브(247)의 작동에 의해 행해진다.

블로우성형용 승강부재(212)의 통로(215)와 연신봉(217)과의 사이에는 개체통로로 되는 틈새가 있고, 이 통로는 통로(218)를 거쳐 기체원에 접속되어 있다. 또 연신틀(217)과 블로우성형용 승강부재(212)는 실(219)에 의해 밀봉되어 있다.

수직축(205)의 윗쪽에는 지지구(220)에 의해 바닥형(221)이 승강축(222)에 의해 승강동 가능하게 설치되어 있다. 승강축(222)의 구동은 지지구(220)에 설치된 바닥형 승강용 유체실린더(223)에 의해 행해진다.

금형(202)이 닫힌 상태에 있어서, 공동(208)의 중심, 바닥형(221)의 중심, 지지시트(210)에 지지된 맨드릴(10)의 중심, 블로우성형용 승강부재(212)의 중심 및 연신봉(217)은 모두 동일 수직축상에 위치하도록 정합되어 있다. 연신봉(217)은 걸어맞춤용 선단부(224)를 구비하고 있다. 연신봉(217)은 맨드릴(10)의 통로(15)내를 지나 예비성형체(1)내에 삽입되며, 그 걸어맞춤용 선단부(224)가 예비성형체(1)의 저부내벽과 걸어맞추어 예비성형체(1)을 축방향으로 연신시킬 수 있게 되어 있다.

연신봉의 단면구조를 맨드릴과의 관계로 나타낸 제6도에 있어서, 맨드릴(10)의 통로(15)내에서, 연신봉(217)의 주위에는 예비성형체 또는 용기의 내부공간(225)에 통하는 제1의 기체통로(226)가 설치되어 있다. 이 제1의 기체통로(226)는 승강부재의 통로(215)를 지나, 통로(218)에 접속되어 있다. 연신봉(217)은 중공이며, 제2의 기체통로(227)가 설치되고, 이 제2의 기체통로(227)는 연신봉의 길이방향으로 분포하여 설치된 개구(228)를 통해서 예비성형체 또는 용기의 내부공간에 통하고 있다. 제1의 기체통로(226)는 개폐밸브 내지 전환밸브를 통해 후술하는 고압의 열풍공급기구와 열풍 내지 냉풍배출기구에 접속되어 있다.

본 발명의 장치에 있어서는 먼저 금형(202)의 공동(208)의 표면온도는 금형(202)내에 설치된 전열기구(229)에 의해, 열고정온도로 되도록, 금형의 전회전 과정을 통해 가열되고 있다.

블로우성형 열고정기구(200)의 제어기구를 나타낸 제7도에 있어서, C는 체크밸브, R₁,R₂는 로터리 조인트이다. 고압의 공기원(예를들면 최대 40kg/㎠)(230)은 감압밸브(231)를 통해 상대적으로 고압의 블로우용 공기원(232)과, 감압밸브(233)를 통해 상대적으로 저아의 냉각용 공기원(234)으로 분리된다. 고압의 블로우용 공기원(232)은 전열기구(235)를 구비한 금속가열탱크(236)에 접속된다. 급속가열탱크(236)는 블로우용 전자밸브(239)를 통해 제1의 기체통로(226)에 접속된다. 또한, 제1의 기체통로(226)는 배출용 전자밸브(240)를 통해 배기구(241)에 접속되어 있다.

저압의 냉각용 공기원(234)은 용기냉각용 전자밸브(242)를 통해 제2의 기체통로(227)에 접속되어 있다.

고압의 공기원과는 별도로 각 유체실린더 구동용의 저압공기원(243)이 설치되고, 압력조절밸브(244) 및 로터리 조인트 R₂를 통해 각 유체실린더에 접속된다. 즉 맨드릴실용 전자밸브(245)를 통해 블로우성형용 승강부재의 승강용 실린더(246)에, 연신용 전자밸브(247)를 통해 연신봉의 승강용 실린터(248)에, 바닥형용 전자밸브(249)를 통해 바닥형용 실린더(223)에 각기 접속되어 있다.

또한 금형개폐용 실린더(251)는 개폐용 전자밸브(255)를 통해 실린더 구동용 저압공기원(243)에 각기 접속되어 있다.

또한, 바닥형(221)으로부터의 열고정 용기의 형분리를 좋게하기 위해, 바닥형(221)은 공기분사용 배관(256)이 설치되어 있으며, 이 배관(256)은 형분리용 전자밸브(257)를 통해 고압의 블로우용 공기원(232)에 접속되어 있다.

블로우성형 및 열고정은 다음 동작에 의해 정해진다.

(1)공급

제1도의 스테이션(1)에 있어서, 금형(202)은 열린 상태이며, 바닥형(221)은 하강위치, 블로우성형용 승강부재(212)도 하강위치에 있다. 연신온도로 예비가열된 예비성형체를 구비한 맨드릴(10)은 맨드릴지지시트(210)에 유지된다.

(2)성형준비

금형용 전자밸브(225)가 전환되어, 금형 개폐용 실린더(251)가 폐쇄 행정으로 이동하여, 금형(202)이 닫힌다.

이어서 맨드릴 실용전자밸브(245)가 전환되고, 승강용 실린더(246)가 블로우성형용 승강부재(212)를 상승시켜, 맨드릴(10)과의 실상태를 유지한다.

(3)블로우성형 및 열고정

제1도의 스테이션 J에서 연신용 전자밸브(247)가 온도(ON)으로 되어, 실린더(248)가 상승작동해서 연신봉(217)이 상승하여 예비성형체(1)을 축방향으로 연신한다.

그와 동시에 전자밸브(239)가 전환되어 고온 고압공기가 제1의 통로(220)를 거체 예비성형체내에 취입되어, 예비성형체의 원주방향으로의 팽창연신이 행해진다.

금형(202)은 열고정온도로 가열되어 있으며, 2축 방향으로 분자 배향된 용기벽은 금형(202)의 공동표면과 접촉하여 열고정이 행해진다. 또 용기(20)내에는 제1의 통로(226)를 통해 고온 고압의 공기가 가해진 상태이며, 용기(20)의 열고정이 조속히 행해진다.

(4)냉각

제1도의 스테이션 K에서 금형(202)내에서 소정의 시간 열고정된 연신블로우성형용기(20)는 금형에서 꺼내기 위한 냉각이 행해진다. 먼저, 블로우용 전자밸브(239)가 전환되고, 회로를 차단해서 배기용 전자밸브(240)가 열려 용기냉각용 전자밸브(242)가 열린다. 이것에 의해 제6도에 나타낸 바와같이 약간 저압인 냉각용 공기가 연신봉(217)내의 제2의 기체통로(227) 및 연신봉에 설치되는 개구(228)를 통해 분자배향되며 또한 열고정된 용기에 분무된다. 용기의 내부공간(225)에 갇혀 있었던 고온공기 및 기벽에 분무된 냉각용 공기는 연신봉 주위의 제1의 기체통로(226) 및 배기구(241)를 지나 재빨리 외부로 배출된다.

(5)꺼내기

용기벽의 변형이 방지될 정도로 냉각된 용기는 제1도 스테이션 L에서 최후에 틀에서 꺼내진다. 먼저 용기냉각용 전자밸브(242)가 닫히고, 이어서 맨드릴실용 전자밸브가 전환되어, 블로우성형용 승강부재(212)는 스프링(216)(제5도 참조)에 의해 하강위치로 되돌아간다. 마지막으로 금형개폐용 전자밸브(255)와 연신봉 전자밸브(247)가 전환되고, 실린더(251)가 작동하여 연신봉(217)이 하강해서, 제5도의 위치에서 정지한다. 이 경우, (4)의 용기 내부로부터의 냉각은 최소한 금형이 열리기 직전까지 속행하는 것이 바람직하다. 이어서 배기용 전자밸브(240)가 닫힌다.

바닥형용 전자밸브(249)가 전환되고, 실린더(223)가 상승작동하여, 바닥형(221)을 상승시킨다. 동시에 형분리용 전자밸브(257)가 전환되고, 고압공기가 용기 바닥에 분사되어 형분리가 원활하게 행해진다.

제1도에 나타낸 꺼내기 영역 L에 있어서, 연신되고 열고정된 용기(20)를 구비한 맨드릴(10)은 갈아타기기구(80)에 갈아타서, 맨드릴에의 붙이고 떼는 기구(50)에 공급된다.

다시 제2-a도로 돌아와서, 스테이션 C에 있어서, 그리퍼(54),(54)가 개방상태에 있는 클램프기구(52)는 스테이션 D 및 E를 지나 용기지지맨드릴을 받기 위한 스테이션 F에 이른다. 즉, 스테이션 F에 있어서, 용기지지멘드릴(10)은 맨드릴지지용 요부에 지지된다. 그리퍼(54),(54)는 폐쇄 구동되고, 노치부(53),(53)에 의해 용기(20)의 입구부(口頸部)(2)를 움켜 잡는다. 스테이션F에서 스테이션G로 이동함에 따라 클램프기구(52)가 상승이동하고, 이것에 의해 용기(20)가 맨드릴(10)에서 분리된다.

제1도에 있어서, 용기(20)의 배출기구(40)는 용기 뒤집기기구(41)와 용기 반송기구(42)로 이루어져 있다. 용기 뒤집기기구(41)는 거꾸로 세운상태에 있는 용기를 바로 세우기 위한 것이며, 맨드릴의 지지기구가 없는 점을 제외하면, 제2-a도에 나타낸 클램프기구와 같은 것이다.

이 용기 뒤집기기구를 나타낸 제8도에 있어서, 회전체(43)는 그 주위에 다수의 클램프기구(52A)를 가지고 있으며, 이 클램프기구(52A)의 각 부재는 제 2-A도의 각 부재와 공통의 참조수자에 A를 붙인 것으로 표시된다. 용기 뒤집기기구(41)에는 6개의 스테이션M-R이 있다. 스테이션 M은 용기클램프 위치이며, 붙이고 떼는 기구(50)인 스테이션G에 대응한다. 즉 붙이고 떼는 기구(50)의 스테이션G에 있어서, 아직 그리퍼(54),(54)가 닫혀 있는 상태에 있어서, 뒤집기기구(41)의 그리퍼(54A),(54A)가 닫혀, 용기(20)의 지지용링(5)의 아래쪽을 움켜 잡는다. 이어서, 붙이고 떼는 기구(50)인 그리퍼(54),(54)가 개방됨으로써, 용기(20)는 뒤집기기구(41)에 옮겨진다.

뒤집기기구(41)의 스테이션 M에서는 용기(20)는 거꾸로 세운 상태이다. 이어서 뒤집기기구(41)가 반시계방향으로 회전함에 따라, 브래킷(57A)은 시계방향으로 회전하기 시작한다. 스테이션 N에서는 용기(20)는 대략 30도 회전한 바로선 상태이다. 이 스테이션 O에서 그리퍼(54A),(54A)가 열리고, 용기(20)를 반송컨베이어(42)상에 방출하고, 용기(20)는 검사 및 포장등의 작업역으로 보내진다. 클램프기구(52A)는 스테이션 P,Q 및 R로 통과함에 따라 다시 180도 회전하여, 스테이션 M에 도달한다.

본 발명의 장치에서 제조되는 연신열고정 중공용기의 일례를 나타낸 제9도에 있어서, 이 용기(20)는 야채즙, 차등의 음료의 열간충전에 적합한 PET병이며, 나사부착 입구부(2), 지지용링(5), 원추형 어깨부(21), 원주상의 단차부(22)를 통해 어깨부분에 이어지는 테이퍼 형상의 몸통상부(23), 몸통상부에 원주상의 오목한 부분(24) 및 볼록한 부분(25)을 통해 이어지는 몸통하부(26) 및 저부(27)로 이루어져 있다.

몸통하부(26)에는 상대적으로 직경이 크고 원주길이가 짧으며, 높이방향으로 뻗어있는 볼록한 부분(28)과, 상대적으로 직경이 작고 또한 주상의 긴 패널형상여부(29)가 둘레방향으로 교대로 다수 설치되어 있다.

판넬형상요부(29)는 내압의 증대에 의해 바깥쪽으로 팽창하는 것, 및 내압의 감소에 의해 안쪽으로 수축하는 것에 의해 내압변화를 완화하는 작용을 갖는 것이며, 또한, 원주상요부(24) 및 원주상철부(25)는 용기축 방향으로의 약간의 변형을 허용하는 작용을 갖는다. 또한 저부(27)의 중앙에는 별모양의 안쪽으로의 오목한 부분(27A)이 있으며, 압력이나 열변형에 의한 바깥쪽으로의 역행을 방지하는 기능을 갖는다.

본 발명에 의하면, 용기에 있어서의 이들 각 부분이 유효하게 열고정되고, 열간충전시에 이들 각 부분의 열변형이 유효하게 방지되는 것에서, 각 부분의 기능이 열간충전시나 그후의 냉각 및 시간경과 후에도 유지되며, 용기의 보기 흉한 부정변형이 방지되는 것이다.

본 발명 장치는 여러가지 연신열고정 플라스틱용기의 제조에 사용할 수 있지만, 열가소성 폴리에스테르로 이루어진 연신열고정 플라스틱용기의 제조에 유리하게 적용시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 열가소성 폴리에스테르로서는 에틸렌 테레프탈레이트 단위를 주체로 하는 열가소성 폴리에스테르, 예를들면 PETY나 글리콜성분으로서 헥사히드록실리렌 글리콜 등의 다른 글리콜류의 소량을 함유시키거나 또는 2염기산성분으로서 이소프탈산이나 헥사히드로테레프탈산 등의 다른 2염기산성분의 소량을 함유시킨 이른바 개질 PET 등이 사용된다. 이들 폴리에스테르는 단독이나 또는 나일론류, 폴리카보네이트 또는 폴리아릴레이트 등의 다른 수지와의 브렌드물의 형태로도 사용할 수 있다.

사용하는 열가소성 폴리에스테르의 고유점도가 0.67dl/g 이상이며 또한 디에틸렌글리콜 단위의 함유량이 2.0중량% 이하의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

연신블로우성형에 사용하는 바닥을 가지는 예비성형체는 그 자체가 공지된 임의의 수법, 예를들면 사출성형법, 파이프압출성형법 등으로 제조된다. 전자의 방법에서는 용융 폴리에스테르를 사출하고, 최종 용기에 대응하는 입구부를 구비한 바닥을 가지는 예비성형체를 비정질의 상태로 제조한다. 후자의 방법은 에틸렌-비닐알콜 공중합체용의 가스방지성 중간수지층을 구비한 바닥을 가지는 예비성형체의 제조에 유리한 방법이며, 압출된 비정질 파이프를 절단하고, 한쪽 끝부분에 압축성형으로 입구부를 형성시키는 동시에, 타단부를 닫아 바닥을 가지는 예비성형체으로 한다. 고온하에서의 뚜껑과의 걸어맞춤, 밀봉상태를 양호하게 유지하기 위해, 용기입구부로 되는 부분만을 미리 열결정화시켜 놓을 수 있다. 물론, 이 열결정화는 다음의 임의의 단게에서 해도 된다.

예비성형체의 예비가열온도는 일반적으로 연신온도라도 불리우는 온도역이며, PET의 경우, 80 내지 120°C 특히 90 내지 110°C의 온도범위이다. 본 발명은 에비성형체의 고속연신성형 및 열고정에 유리하게 적용할 수 있는 장치이며, 이 경우 예비성형체 내면은 외면에 비해 연신 배율이 높아지는 것으로 해서 그다지 낮지 않은 것이 바람직하며, 양자의 온도차는 10°C이내, 특히 5°C이내일 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 금형의 온도는 2축연신용기의 열고정이 유효하게 행해지는 온도이다. 이 온도는 용기에 요구되는 내열성의 정도에도 크게 의존하지만, 비교적 짧은 냉각시간으로 변형없이 용기를 꺼낼 수 있는 범위내에서 가급적 고온일 것이 바람직하며, 일반적으로 100 내지 180°C 특히 120 내지 150°C의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

고온고압의 블로우용 공기로서는 예비성형체 온도 보다도 고온으로 가열된 공기가 사용되며, 고속연신과 열고정 효율상 100 내지 150°C, 특히 110 내지 140°C의 온도의 공기를 사용하는 것이 유리하다. 또 압력은 10 내지 50kg/㎠(게이지)특히 25 내지 30kg/㎠(게이지)의 범위내에 있는 것이 고속 연신성과 열고정의 효율면에서 바람직하다.

냉각용 공기로서는 실온의 공기를 10 내지 30kg/㎠(게이지), 특히 15 내지 25kg/㎠(게이지)의 압력으로 공급한다.

연신배율은 축방향 연신배율을 1.2 내지 3.0배, 특히 1.5 내지 2.5배, 원주방향 연신배율을 2 내지 5배, 특히 2.5 내지 4.5배로 하는 것이 좋다.

본 발명 장치를 사용하는 2축연신되고 또한 열고정된 중공용기를, 단일의 금형을 사용하여 비교적 짧은 형내체류시간으로 제조할 수 있다. 일례로서, 형내에 있어서의 연신블로성형시간은 일반적으로 0.5 내지 3초간, 특히 1 내지 2초간, 열고정시간은 3 내지 15초간, 특히 4 내지 8초간, 냉각시간은 3 내지 15초간, 특히 4 내지 8초간이다.

본 발명에 있어서, 축방향의 연신배율을 2.5배/초 이상, 특히 3.0배/초 이상의 속도에서, 또한 원주방향의 연신속도를 4.5배/초 이상, 특히 5.0배/초 이상의 속도에서, 파리손의 고속연신을 하는 것이 예비성형체의 내부 마찰을 유효하게 유리하기 위해 바람직하다.

[발명의 효과]

본 발명 장치에 의하면, 단일 성형법으로 2축연신되어 열고정된 용기를 짧은 형내점 유시간으로 효율 좋게 제조할 수 있다.

또 예비성형체의 온도가 비교적 높고 더구나 예비성형체 내부에 예비성형체의 온도보다도 고온의 열풍이 압입됨으로써, 고속연신블로가 가능해지는 동시에, 고속연신블로우에 의해, 폴리에스테르 내부 마찰 및 결정화에 의한 것으로 생각되는 자기발열이 있으며, 연신블로우 성형되고 있는 예비성형체의 온도가 더욱 고온으로 되어, 변형의 완화 및 결정화가 촉진되고, 열고정이 효율 좋게 단시간내에 행해진다.

단일성형법에 의해 열고정된 연신블로우 용기를 실질적으로 변형 없이 꺼낼 수 있는 최고 온도는 열고정온도가 높아질수록 높아지는 경향을 볼 수 있다. 본 발명에서는 열고정이 상술한 바와같이 비교적 고온으로 행해지고, 더구나 열고정 조작에서 냉각조작으로의 전환도 시간손실 없이 매우 신속하게 행해지는 것으로 해서, 열고정 용기의 냉각에 요하는 시간도 현저하게 짧아도 된다고 하는 이점이 얻어진다.

Claims (1)

1. 연신되고 또한 열고정된 플라스틱 중공용기의 제조장치로, 플라스틱으로 이루어진 예비성형체 및 에비성형체로부터의 중공용기를 지지하는 맨드릴과; 이 맨드릴에 예비성형체를 배치하는 공급 구역과; 주위에 맨드릴을 지지하기 위한 복수의 지지시트를 구비한 터릿과, 이 터릿의 외주를 따라서 맨드릴상의 예비성형체를 가열하기 위한 가열기구로 이루어진 예비가열구역과; 복수의 개폐가능한 블로우성형 및 열고정용의 금형과 이 금형에 대응하는 맨드릴지지 부재를 주위에 구비한 회전부재로 이루어진 블로우성형 및 열고정구역과; 예비가열구역에서 예비가열된 예비성형체가 배치된 맨드릴을 블로우성형 및 열고정구역에 이송시키는 이송구역과; 블로우성형 및 열고정구역에서 블로우성형 및 열고정된 용기가 배치되는 맨드릴을 꺼내는 꺼내기영역 및 상기 공급구역, 예비가열구역, 이송구역, 블로우성형 및 열고정구역과 꺼내기영역을 순서대로 지나는 맨드릴의 연속이송로로 이루어지며, 상기 블로우성형 및 열고정구역에는, 회전의 전과정을 통해 열고정온도로 가열되어 있는 금형과, 금형이 이송구역을 지나간 다음 금형을 닫으며, 또한 꺼내기 영역에 도달했을때 금형을 여는 금형개폐기구와, 맨드릴에 대해 동심형상으로 배치된 예비성형체에 대해 왕복운동이 가능한 중공의 연신봉과, 연신봉의 주의와 맨드릴과의 사이에 설치되며 또한 예비성형체내에 통하는 제1의 기체통로와, 연신봉의 내부에 설치되며, 연신봉의 길이방향으로 분포한 개구를 통해 에비성형체내에 통하는 제2의 기체통로와, 제1의 기체통로에 개폐밸브 내지 전환밸브를 통해서 통하는 고압의 열풍공급기구 및 열풍배출기구와, 제2의 기체통로에 개폐밸브를 통해서 통하는 저압의 냉풍공급기구 및 예비성형체의 연신봉의 삽입물에 동기해서 제1의 기체통로를 고압의 열풍공급기구와 접속하여, 예비성형체의 연신블로우성형을 하는 동시에 열풍을 성형용기내에 가두어 넣어 이 용기의 열고정을 하고, 이어서 열고정후 제1의 기체통로를 열풍배출기구와 접속하며 또한 제2의 기체통로를 냉풍배출기구와 접속하여, 열풍의 배출과 용기의 냉각을 하는 개폐밸브의 제어기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열고정 플라스틱 중공용기의 제조장치.

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