WO2018079080A1 - 液体ブロー成形装置及び液体ブロー成形方法 - Google Patents

Abstract

液体ブロー成形装置は、プリフォーム（２）が配置される金型（４）と、金型（４）に配置されたプリフォーム（２）の内部に上方から液体を供給可能な供給口（９）を有するノズルユニット（６）と、を備え、ノズルユニット（６）は、供給口（９）を通じた液体の供給を阻止する閉塞位置と、供給口（９）の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容する第１開放位置と、供給口（９）の周方向の全部を通じた液体の供給を許容する第２開放位置と、の間で移動可能なシール体（１３）を備える。

Description

液体ブロー成形装置及び液体ブロー成形方法

　本発明は、液体ブロー成形装置及び液体ブロー成形方法に関する。

　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有底筒状に形成されたプリフォームを金型に配置し、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プリフォームを金型にセットし、このプリフォームの口部を密封する位置にまでノズルユニットを下降させ、当該ノズルユニットを通してプリフォームの内部に所定圧力で液体を供給することにより、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。このような液体ブロー成形方法によれば、プリフォームに供給する液体として飲料等の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容易に成形することができる。したがって、成形後の容器への内容液の充填工程を省略して、その生産工程や生産ライン（装置）の構成を簡略化することができる。

　また、ブロー成形用の金型に配置される前のプリフォームの温度分布を調整し、ブロー成形される容器の特定の部分のみの肉厚を大きくする技術が知られている。例えば、特許文献１では、プリフォームの所定の部分のみを冷却することにより、当該所定の部分を肉厚部に成形するようにしている。

特開２０１３－２０８８３４号公報 特開２００５－２１２４０３号公報

　ところで、容器の周方向の一箇所又は複数箇所に、容器の口部から底部に向けて延びる縦帯状の肉厚部を設けることができれば、そのような肉厚部によって、当該容器に耐座屈性を付与したり、肉厚部に隣接する薄肉部を減圧吸収部（温度変化に伴う容器内部の負圧化を容器内側への変形によって吸収する部分）として利用したりすることが可能となる。しかしながら、このような縦帯状の肉厚部を設けることは、装置の煩雑化を招くという問題があった。

　本発明は、このような問題に鑑み開発されたもので、装置の煩雑化を招くことなく、縦帯状の肉厚部を有する容器を成形することができる、液体ブロー成形装置及び液体ブロー成形方法を提供することを目的とする。

　本発明に係る液体ブロー成形装置は、
　有底筒状のプリフォームを所定形状の容器に成形する液体ブロー成形装置であって、
　前記プリフォームが配置される金型と、
　前記金型に配置された前記プリフォームの内部に上方から液体を供給可能な供給口を有するノズルユニットと、を備え、
　前記ノズルユニットは、前記供給口を通じた液体の供給を阻止する閉塞位置と、前記供給口の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容する第１開放位置と、前記供給口の周方向の全部を通じた液体の供給を許容する第２開放位置と、の間で移動可能なシール体を備えることを特徴とする。

　また、本発明に係る液体ブロー成形装置では、
　前記シール体は、前記第１開放位置において前記供給口の内側に位置するとともに前記供給口の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容する部分開放部を備え、
　前記部分開放部の外周面と前記供給口の内周面との少なくとも一方は、前記第１開放位置において液体を通過させる隙間を形成する溝を有することが好ましい。

　また、本発明に係る液体ブロー成形方法は、
　有底筒状のプリフォームを所定形状の容器に成形する液体ブロー成形方法であって、
　前記プリフォームが配置される金型と、
　前記金型に配置された前記プリフォームの内部に上方から液体を供給可能な供給口を有するノズルユニットと、を備え、
　前記ノズルユニットは、前記供給口を通じた液体の供給を阻止する閉塞位置と、前記供給口の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容する第１開放位置と、前記供給口の周方向の全部を通じた液体の供給を許容する第２開放位置と、の間で移動可能なシール体を備える液体ブロー成形装置を用い、
　前記シール体を前記閉塞位置から前記第１開放位置まで移動させて、液体を前記プリフォームの内周面に沿って縦帯状に流下させることで、前記プリフォームを縦帯状に冷却するプリフォーム冷却工程と、
　前記プリフォーム冷却工程の後に前記シール体を前記第２開放位置に移動させて、前記プリフォームの内部に液体を供給することで、前記プリフォームを所定形状にブロー成形するブロー成形工程と、
を有することを特徴とする。

　本発明によれば、装置の煩雑化を招くことなく、縦帯状の肉厚部を有する容器を成形することができる、液体ブロー成形装置及び液体ブロー成形方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液体ブロー成形装置を示す断面図であり、シール体が閉塞位置にある状態を示す。 図１に示す液体ブロー成形装置の断面図であり、シール体が第１開放位置にある状態を示す。 図１に示す液体ブロー成形装置の断面図であり、シール体が第２開放位置にある状態を示す。 図１に示す液体ブロー成形装置の断面図であり、容器の成形が完了した状態を示す。 本発明の他の実施形態に係る液体ブロー成形装置の断面図であり、シール体が第１開放位置にある状態を示す。

　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る液体ブロー成形装置及び液体ブロー成形方法について、詳細に例示説明する。なお、本明細書において、金型に配置された有底筒状のプリフォームの中心軸線に沿う方向を縦軸方向という。

　図１に示す本実施形態に係る液体ブロー成形装置１は、本実施形態に係る液体ブロー成形によって、有底筒状のプリフォーム２を所定形状の容器３（図４参照）に成形して、当該容器３を製造するためのものである。なお、液体ブロー成形とは、プリフォーム２に供給する加圧流体として加圧エアーに替えて加圧した液体を用いたブロー成形のことである。

　液体ブロー成形装置１は、プリフォーム２が配置される、例えば金属製等の金型４を有している。図１においては一部のみを示すが、この金型４のキャビティ５はボトル形状となっており、金型４の上面において上方に向けて開口している。詳細は図示しないが、金型４は左右に型開きすることができるようになっており、金型４を開くことで成形後の製品を金型４から取り出すことができる。

　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）等の加熱により延伸性が発現する樹脂材料を、射出成形、圧縮成形、押出成形等の手段により、口部２ａと本体部２ｂとを備えた有底筒状（略試験管状）に形成したものを用いることができる。なお、口部２ａの外周面の下端には、ネックリング２ｃが設けられている。このようなプリフォーム２は、延伸性を発現する所定の温度にまで予め加熱され、その状態で口部２ａをキャビティ５から上方に突出させた起立姿勢で金型４に配置される。

　なお、プリフォーム２は、１種類の樹脂材料のみで形成された単層構造に限らず、複数種類の樹脂材料を積層した積層構造のものとすることもできる。この場合、複数の樹脂層が互いに接着された構成とすることができるが、それ以外にも、外側層と内側層とを互いに接着しない異材質で形成して積層した積層構造や、当該積層構造において外側層と内側層との間に接着層を縦帯状に設けた積層構造のものとすることもできる。このようにプリフォーム２を互いに接着しない異材質で形成した積層構造とした場合には、当該プリフォーム２を液体ブロー成形装置１により、所定形状の積層剥離容器に形成することができる。なお、積層構造のプリフォーム２としては、上記のものに限らず、どのような層構成としてもよい。

　金型４の上側には、金型４に対して上下方向に相対移動自在にノズルユニット６が設けられている。ノズルユニット６は本体ブロック７とブローノズル８とを有している。ブローノズル８は、プリフォーム２の口部２ａの内径よりも小径の円筒状をなす内周面を有するノズル本体８ａと、このノズル本体８ａと一体に形成された大径の挟持部８ｂとが、例えば鋼材や樹脂材料等により一体に形成された構成となっており、挟持部８ｂが本体ブロック７の内面に嵌め込まれることにより本体ブロック７に固定されている。ノズル本体８ａは挟持部８ｂから下方に突出する部分が円筒状に形成されている。

　本実施形態では、ノズル本体８ａは、金型４のキャビティ５と同軸に配置されており、ノズルユニット６が図１に示す密封位置にまで下降すると、金型４に配置されたプリフォーム２の口部２ａの内面に形成された上向き段部にノズル本体８ａの下端面が軸方向で当接し、口部２ａを密封するようになっている。なお、ノズル本体８ａの外径をプリフォーム２の口部２ａの内径と等しくし径方向で密封する構成や、ノズル本体８ａの下端をプリフォーム２の口部２ａの上端面に当接させて密封する構成としてもよい。また、ノズルユニット６におけるノズル本体８ａ以外の部分を、例えば口部２ａの内周面又は上端面に係合させて口部２ａを密封し、ノズル本体８ａを口部２ａに係合させない構成としてもよい。この場合、ノズル本体８ａは、図１に示したように、ノズルユニット６が密封位置に下降したときにプリフォーム２の口部２ａの内部に挿入される構成に限られず、例えば、ノズル本体８ａの下端面がプリフォーム２の口部２ａの上方に位置するように構成してもよい。

　本実施形態では、金型４に配置されたプリフォーム２の内部に上方から液体を供給可能な供給口９が、ノズル本体８ａの円筒状の内周面によって形成されており、当該円筒状の供給口９の下端が液体を吐出する吐出口となっている。しかしながら、供給口９の形状は、このような円筒状に限られない。

　本体ブロック７の内部にはノズル本体８ａと同軸となって上下方向に延びる供給路１０が設けられており、この供給路１０はその下端において供給口９に接続されている。供給路１０には配管１１を介して加圧液体供給部１２が接続されている。加圧液体供給部１２は、所定の圧力ないし流速で、液体を配管１１と供給路１０とを介して供給口９に供給することができる。

　加圧液体供給部１２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、プリフォーム２の内部に所定の圧力に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。

　ノズルユニット６の内部には供給口９を通じた液体の供給を制御するためのシール体１３が配置されている。シール体１３は、供給路１０の軸心に沿って延びる円筒棒状に形成され、供給路１０の内部で上下方向に移動自在となっている。一方、ブローノズル８の挟持部８ｂの上面は逆円錐状の閉塞面８ｃとなっており、シール体１３が下方のストローク端にまで移動して、シール体１３における先端側部分に設けられた逆円錐状の当接面１３ａが閉塞面８ｃに当接すると、供給路１０と供給口９との連通がシール体１３によって遮断されて、供給口９を通じたプリフォーム２の内部への液体の供給が阻止されるようになっている。すなわち、シール体１３は、本実施形態では、下方のストローク端にまで移動してテーパー面１３ａが閉塞面８ｃに当接することによって、供給口９を通じた液体の供給を阻止する「閉塞位置」に移動した状態となる。

　また、シール体１３は、当接面１３ａより先端側に、円筒状の供給口９に摺接可能な円筒状の部分開放部１３ｂを有している。本実施形態では、部分開放部１３ｂの外周面に、上下方向（より具体的には、縦軸方向）に延びる１本の溝１４が形成されている。したがって、シール体１３が、図２に示すように、閉塞位置よりも上方に移動し、当接面１３ａが閉塞面８ｃから離れるとともに、部分開放部１３ｂの外周面が供給口９の内周面に密接した状態となることで、溝１４のみを通じたプリフォーム２の内部への液体の供給が可能となる。このように、シール体１３は、供給口９の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容する「第１開放位置」に移動することができる。ここで、「周方向」とは、金型４に配置された有底筒状のプリフォーム２の中心軸線を周回する方向を意味している。そして、溝１４は、第１開放位置において液体を通過させる隙間を形成するようになっている。また、このような第１開放位置は、肉厚部の形状に合わせて、複数の段階ないし他段階に設けてもよい。例えば、本実施形態では、溝１４の幅及び深さは上流側から下流側に向けて一定であるが、溝１４を、その幅及び／又は深さが上流側から下流側に向けて大きくなるように変化する形状に構成し、第１開放位置を、溝１４の幅及び／又は深さが変化する変化部分ごとに多段階に設定するようにしてもよい。この場合、他段階に設定された第１開放位置のうち、所望の肉厚部の形状に適した段階の第１開放位置を選択することができる。

　また、部分開放部１３ｂの外周面に設ける溝１４の数、配置、大きさ、形状等は、成形される容器３に設けるべき肉厚部の数、配置、大きさ、形状等に応じて、適宜、設定することができる。例えば、溝１４は、縦軸方向に延びる形状に限らず、上下方向に螺旋状に延びる形状等であってもよい。また、溝１４は、上流側よりも下流側の幅が狭い形状であってもよいし、その逆に、上流側よりも下流側の幅が広い形状であってもよい。また、部分開放部１３ｂの外周面に代えて、供給口９の内周面に、所望の数、配置、大きさ、形状等の溝１４を設けてもよい。また、部分開放部１３ｂは、第１開放位置において供給口９の内側に位置するとともに供給口９の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容することができればよく、溝１４に代えて、例えば、部分開放部１３ｂの内部を通る流路を設けてもよい。このような溝１４又は流路等を通った液体は、ノズル本体８ａの内周面に沿って流下し、プリフォーム２の本体部２ｂの内周面に沿って、プリフォーム２の口部２ａから底部に向かう縦帯状に流下し、プリフォーム２を縦帯状に冷却することになる。

　さらに、シール体１３は、図３に示すように、第１開放位置よりも上方に移動し、部分開放部１３ｂが供給口９から離れることで、供給口９の周方向の全部を通じた液体の供給を許容することができる。このように、シール体１３は、供給口９の周方向の全部を通じた液体の供給を許容する「第２開放位置」に移動することができる。

　本実施形態では、シール体１３の内側に、延伸ロッド１５が摺動自在に装着されている。延伸ロッド１５はシール体１３に対して上下方向（より具体的には、縦軸方向）に相対移動可能となっており、延伸ロッド１５をシール体１３に対して下方に向けて移動させることにより、金型４に装着されたプリフォーム２の本体部２ｂをキャビティ５の内部において縦軸方向に延伸させることができる。つまり、この液体ブロー成形装置１は、プリフォーム２の内部に加圧した液体を供給する前あるいは供給と同時に延伸ロッド１５を用いてプリフォーム２を縦軸方向に延伸させることで該プリフォーム２に対して二軸延伸ブロー成形を行うことができる。なお、液体ブロー成形装置１は、延伸ロッド１５を設けない構成とすることもできる。

　次に、このような構成の液体ブロー成形装置１を用いてプリフォーム２を所定形状の容器３に成形する方法（本実施形態に係る液体ブロー成形方法）について説明する。

　まず、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４に装着、型締めし、ノズルユニット６を密封位置にまで下降させることにより、図１に示す状態とする。

　次に、プリフォーム冷却工程が行われる。プリフォーム冷却工程においては、図２に示すように、シール体１３を閉塞位置から第１開放位置まで移動させて、液体をプリフォーム２の内周面に沿って縦帯状に流下させることで、プリフォーム２を縦帯状に冷却する。このとき、加圧液体供給部１２によって液体を加圧してもよいし、加圧しなくてもよい。加圧液体供給部１２による加圧を行う場合には、プリフォーム２の内部に流入する液体からの圧力によってプリフォーム２が変形しない程度の圧力ないし流速となるように、加圧液体供給部１２による加圧を制御するのが好ましい。

　プリフォーム冷却工程が完了すると、次に、ブロー成形工程が行われる。ブロー成形工程においては、図３に示すように、加圧液体供給部１２を作動させるとともにシール体１３を第２開放位置に移動させることによって、プリフォーム２の内部に液体を供給し、プリフォーム２を、金型４のキャビティ５に沿った所定形状にブロー成形する。このとき、プリフォーム２における縦帯状に冷却された部分は、残りの部分よりも延伸しにくくなり（延伸する際の流動性が低下し）、その分、肉厚に成形されることになる。すなわち、プリフォーム２における縦帯状に冷却された部分が、液体ブロー成形された容器３における縦帯状の肉厚部１６（図４参照）となる。したがって、本実施形態によれば、成形される容器３の所望の周方向位置に縦帯状の肉厚部１６を形成することで、所望の耐座屈性や減圧吸収機能を付与することができる。しかも、液体ブロー成形に用いる液体によって肉厚部１６を形成できるため、装置の煩雑化を招くこともない。さらに、本実施形態によれば、シール体１３に部分開放部１３ｂを設けるという簡単な構成によって、肉厚部１６を形成することができる。

　なお、ブロー成形工程においては、延伸ロッド１５によりプリフォーム２を縦軸方向へ延伸させた後、又は延伸ロッド１５によりプリフォーム２を縦軸方向へ延伸させつつ液体による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。また、前述したプリフォーム冷却工程は、延伸ロッド１５による延伸前に行っていたが、延伸ロッド１５による延伸中又は延伸後に行うようにしてもよい。なお、プリフォーム冷却工程及びブロー成形工程のいずれにおいても延伸ロッド１５による延伸を行わないようにしてもよい。

　図４に示すように、ブロー成形工程が完了すると、プリフォーム２は内部に液体を収容した所定形状の容器３となる。詳細は図示しないが、ブロー成形工程が完了すると、ノズルユニット６が上方に移動し、ブローノズル８との係合が解除された口部２ａにキャップが装着され、次いで金型４が開かれて完成した液体入りの容器３が金型４から取り出される。なお、液体入りの容器３を金型３から取り出した後に当該液体入りの容器３の口部２ａにキャップを装着するようにしてもよい。

　図１～図４に示した実施形態では、部分開放部１３ｂの外周面に溝１４を設けていたが、このような構成に代えて、図５に示すように、供給口９の内周面に１本以上の溝１７を設けた構成としてもよい。図５は、本発明の他の実施形態に係る液体ブロー成形装置１’の断面図であり、シール体１３’が第１開放位置にある状態を示す。本実施形態では、シール体１３’の部分開放部１３ｂ’に溝１４（図２参照）を設ける代わりに、供給口９’
の内周面（ノズル本体８ａ’の内周面）に、互いに対向するように配置されるとともにそれぞれ縦軸方向に延びる一対の溝１７を設けている。その他の構成は、前述した実施形態の場合と同様となっている。したがって、図５に示す第１開放位置において、一対の溝１７を流下する液体を、それぞれ、プリフォーム２の本体部２ｂの内周面に沿って縦帯状に流下させ、プリフォーム２を縦帯状に冷却することができる。なお、溝１７の数、配置、大きさ、形状等は、前述した実施形態の場合と同様に、成形される容器３（図４参照）に設けるべき肉厚部の数、配置、大きさ、形状等に応じて適宜設定することができる。また、溝１７に代えて、例えば、ノズル本体の内部を通る流路を設けてもよい。例えば、一対の溝１７に代えて、互いに対向するように配置されるとともに、それぞれ、ノズル本体の内部を縦軸方向に延びる一対の流路を設けてもよい。この場合、シール体が第１開放位置に移動すると、ノズル本体の内周面と当該一対の流路の内周面とによって構成される供給口の周方向の一部のみを通じて、液体がプリフォームの内部に供給されることになる。ここで、「周方向」とは、前述したように、金型に配置された有底筒状のプリフォームの中心軸線を周回する方向を意味している。

　以上、本発明の様々な実施形態について説明したが、前述したところは本発明の実施形態の一例を示したにすぎず、発明の要旨を逸脱しない限り、種々の変更を加えてよいことは言うまでもない。

　１、１’　液体ブロー成形装置
　２　　プリフォーム
　２ａ　口部
　２ｂ　本体部
　２ｃ　ネックリング
　３　　容器
　４　　金型
　５　　キャビティ
　６　　ノズルユニット
　７　　本体ブロック
　８　　ブローノズル
　８ａ、８ａ’　ノズル本体
　８ｂ　挟持部
　８ｃ　閉塞面
　９、９’　供給口
　１０　供給路
　１１　配管
　１２　加圧液体供給部
　１３、１３’　シール体
　１３ａ　当接面
　１３ｂ、１３ｂ’　部分開放部
　１４　溝
　１５　延伸ロッド
　１６　肉厚部
　１７　溝

Claims (3)

1. 　有底筒状のプリフォームを所定形状の容器に成形する液体ブロー成形装置であって、
   　前記プリフォームが配置される金型と、
   　前記金型に配置された前記プリフォームの内部に上方から液体を供給可能な供給口を有するノズルユニットと、を備え、
   　前記ノズルユニットは、前記供給口を通じた液体の供給を阻止する閉塞位置と、前記供給口の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容する第１開放位置と、前記供給口の周方向の全部を通じた液体の供給を許容する第２開放位置と、の間で移動可能なシール体を備えることを特徴とする液体ブロー成形装置。
2. 　前記シール体は、前記第１開放位置において前記供給口の内側に位置するとともに前記供給口の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容する部分開放部を備え、
   　前記部分開放部の外周面と前記供給口の内周面との少なくとも一方は、前記第１開放位置において液体を通過させる隙間を形成する溝を有する、請求項１に記載の液体ブロー成形装置。
3. 　有底筒状のプリフォームを所定形状の容器に成形する液体ブロー成形方法であって、
   　前記プリフォームが配置される金型と、
   　前記金型に配置された前記プリフォームの内部に上方から液体を供給可能な供給口を有するノズルユニットと、を備え、
   　前記ノズルユニットは、前記供給口を通じた液体の供給を阻止する閉塞位置と、前記供給口の周方向の一部のみを通じた液体の供給を許容する第１開放位置と、前記供給口の周方向の全部を通じた液体の供給を許容する第２開放位置と、の間で移動可能なシール体を備える液体ブロー成形装置を用い、
   　前記シール体を前記閉塞位置から前記第１開放位置まで移動させて、液体を前記プリフォームの内周面に沿って縦帯状に流下させることで、前記プリフォームを縦帯状に冷却するプリフォーム冷却工程と、
   　前記プリフォーム冷却工程の後に前記シール体を前記第２開放位置に移動させて、前記プリフォームの内部に液体を供給することで、前記プリフォームを所定形状にブロー成形するブロー成形工程と、
   を有することを特徴とする液体ブロー成形方法。

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