JP2022054787A - 温調装置及びブロー成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】取っ手とボトル体との厚さの差が大きな取っ手付きボトルを製造するのに寄与するブロー成形ステーションの温調装置を提供する。【解決手段】円周面に射出装置、温調装置及びブロー装置が順次設けられているターンテーブルを備えているブロー成形機に取付けられる温調装置において、該温調装置は、ボトルプリフォームに延出し進入するとともに該ボトルプリフォームの内壁から離れている赤外線ランプを含む、ことを特徴とする温調装置である。これにより、ボトルプリフォームを射出成形した後、ボトルプリフォームの温調作業空間を拡大し、取っ手付きボトルの取っ手とボトル体との間の厚さの差により生じる歩留まり悪化を低減することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、取っ手とボトル体との厚さの差が大きな取っ手付きボトルを製造するのに寄与するブロー成形ステーションの温調装置に関する。

ボトル体を製造するブロー成形機は一段式成形と、二段式成形に分けることができる。一段式成形のブロー成形機の動作原理は、射出成型したボトルプリフォームが冷却される前に直ちにブロー成形するというものである。このため、構造が簡単で且つボトル体の厚さが一致しているボトル体構造にしか適用できない。

二段式成形の射出装置とブロー装置とは通常独立して且つ異なる製造ライン（又は位置）上に位置しており、さらに温調により順次成形してボトル体の各部分、例えば取っ手又はボトル体を完成する。この種のブロー成形機の射出装置及びブロー装置の作業位置の間には温調装置が設置されるため、エネルギーを消費してしまう。

上記の温調装置は、例えば、温調コアロッドがボトルプリフォームに延出して進入するとともにボトルプリフォームの内部に接触することでボトルプリフォーム内部温度を維持することができ、しかも、ボトルプリフォームは同時に保温ポット中に入れられることで、ボトルプリフォームの外部温度を維持することができる。この種の温調装置では、ボトルプリフォームと接触する表面に、主にテフロン（登録商標）、リン、耐高温酸化ニッケル等の粒子材料を含む粘着防止コーティング層が設けられることがあるが、疎水性テフロンの耐熱性は２００℃未満であり、しかもコーティング層は衝撃により機能が失われてしまう恐れがある。

もし一段式成形のブロー成形機に合わせて取っ手付きボトルを製造するならば、ボトルプリフォームを射出成形する段階でボトル体のボトルプリフォーム及び結合する取っ手を形成して、続いて取っ手を露出させて冷却して表面を滑らかにして、更にボトルプリフォームに対してブロー成形を行ってボトル体を形成することができる。しかしながら、取っ手とボトルプリフォームとの塑性成形条件が異なることから、射出成形したボトルプリフォームの温度が低くなり過ぎて変形するのを防止するために、温調装置の位置を調整しなければならない。

ある種の一段式成形のブロー成形機は、図１に示すように、ワークステーション１０に設置されているリング状ターンテーブル１１によるものであり、リング状ターンテーブル１１の内部には回転ジョイント５０が設けられており、リング状ターンテーブル１１の外環面の周方向にはそれぞれ射出ステーション２０、温調ステーション３０、ブローステーション４０及び取り出しステーション６０がそれぞれ定義されている。ターンテーブル１１は、搬送テーブル１２（サンプルホルダ１２１）を四つのワークステーションに順次供給するのに用いられる。
この装置による製造工程は、順次、射出ステーション２０の段階にて射出成形ユニット２１により、取っ手付きボトルプリフォーム１２１Ａを形成し、ボトルプリフォーム１２１Ａを温調ステーション３０に送り、ボトルプリフォーム１２１Ａをブローステーション４０に供給して取っ手付きボトル１２１Ｂを形成し、最後に取り出しステーション６０にてクランプ６１により完成品を移動させる、というものである。
この種のブロー成形機では、回転ジョイント５０は液体又は気体を熱媒体として提供して、熱媒体（流路を介してもよい）をターンテーブル１１の外環面を囲むように供給して、ボトルプリフォーム１２１Ａの温度制御性を高めることができ、この配置によって取っ手温度を下げて、及びボトルプリフォームの温度を維持するのに寄与する。
しかしながら、取っ手付きボトルの取っ手とボトル体との厚さの差が大きすぎると、取っ手を冷却するとき、取っ手とボトルプリフォームの本体部との結合位置（図３の取っ手結合部１３５の位置を参照されたい）に収縮が生じて、取っ手が破断して、歩留まりが低下しやすくなってしまう。

本発明は、円周面に射出装置、温調装置及びブロー装置が順次設けられているターンテーブルを備えているブロー成形機に取付けられる温調装置において、該温調装置は、ボトルプリフォームに延出し進入するとともに該ボトルプリフォームの内壁から離れている赤外線ランプを含む、ことを特徴とする温調装置を提供するものである。

赤外線ランプにより該ボトルプリフォームの内壁に対して温調又は加熱する作業を行うことで、広めの作業空間を有することができ、しかも温度勾配ムラが生じにくい。上記温調装置を用いて取っ手付きボトルを製造するとき、赤外線ランプはボトルプリフォームの一部領域を加熱して、温度差が大きすぎることで生じる取っ手の内縮現象を防止し、製造での歩留まりを向上させることができる。

好ましくは、該赤外線ランプは波長範囲が０．７５μｍないし１０００μｍであり、短波長の赤外線ランプを選択するのが好ましく、該赤外線ランプは角度調整装置に取付けられることで、不規則なボトルプリフォームに対して温調作業を行うことができる。これ以外に、温調装置は、該温調装置とともに該ボトルプリフォームの内壁と外壁とにそれぞれ設けられる保温カバーを更に含み、該保温カバーは該ボトルプリフォームの外壁から離れており、複数の温調セクションを提供することで、赤外線ランプの光照射無効領域を補う。

本発明は更に、取っ手部を有するボトルプリフォームを移動させるための複数の搬送テーブルが設けられているターンテーブルを備えており、該ターンテーブルの円周面には射出ステーション、放射熱源を提供し、熱源としての加熱気体を提供しない上記した温調装置を備える温調ステーション及びブローステーションが順次設けられている、ブロー成形機を提供する。

ブロー成形機の概略図である。 温調装置の各素子の概略図である。 ボトルプリフォームの各部分の位置概略図である。 温調装置の第１の動作概略図である。 温調装置の第２の動作概略図である。

図２はブロー成形機の温調ステーションの温調装置の各素子の配置関係を図示しており、温調装置は図１に示すブロー成形機の温調ステーション３０に取り付けられている。ブロー成形機はリング状ターンテーブル１１を備え、リング状ターンテーブル１１の外環面は周方向に四つのワークステーション１０が定義されており、それぞれ射出ステーション２０、温調ステーション３０、ブローステーション４０及び取り出しステーション６０である。ターンテーブル１１は、搬送テーブル１２（サンプルホルダ１２１）を四つのワークステーション１０に順次供給して、ボトルプリフォームの射出、温調、ブロー成形、完成品取り出しの少なくとも四つのプロセスを実行するのに用いられる。

図３及び図４を合わせて参照されたい。本実施形態において、ブロー成形機は取っ手付きボトルを製造するのに用いられる。このため、ボトルプリフォーム１２１Ａを射出成形するプロセスの後、ボトルプリフォーム１２１Ａの口部１４の外側部分と取っ手部１３とをサンプルホルダ１２１に位置決めして、ボトルプリフォーム１２１Ａの本体部１５が一次的に宙吊りとなり、また、ボトルプリフォーム１２１Ａの取っ手部１３のうちの一部を空気中に露出させて温度を下げることができる。

温調ステーション３０はサンプルホルダ１２１の位置に基づいて温調装置を設けており、本実施形態において、赤外線ランプ３１が駆動ユニット３２の下方に取り付けられており、このうち一つのサンプルホルダ１２１は赤外線ランプ３１の下方に位置決めされている。これにより、赤外線ランプ３１はボトルプリフォーム１２１Ａに対して移動して、ボトルプリフォーム１２１Ａの口部１４から進入して底部１６に向けて延出することで、ボトルプリフォーム１２１Ａの内壁に対して熱エネルギーを提供することができる。ここでの温調装置は熱源としての加熱気体を提供しない。

赤外線ランプ３１の赤外線がボトルプリフォームを直接加熱することにより、ボトルプリフォーム１２１Ａの内壁の加熱有効範囲を拡大することができる。接触式加熱の温調コアロッドに比べて、赤外線ランプ３１を用いて非接触式加熱を行うものでは、広い作業空間（作業ウィンドウ）を有しており、そのプロセスパラメータの調整可能性はより広がる。

図２ないし図５を参照されたい。本実施形態において、サンプルホルダ１２１の下方には保温カバー３５が更に設けられており、保温カバー３５は駆動ユニット３６の上方に設けられることで、保温カバー３５はボトルプリフォーム１２１Ａに対して移動して、宙吊りとなっているボトルプリフォーム１２１Ａの本体部１５を保温カバー３５中に収容することができる。このため、保温カバー３５の保温又は加熱により、本体部１５又は／及び底部１６を好適な作業温度に維持することができる。

更には、赤外線ランプ３１の末端とボトルプリフォーム１２１Ａの底部１６との間の光照射無効領域距離Ｌ３（約２０～３０ｍｍ）に対して、保温カバー３５の温調セクション３５２により底部１６を保温することができる。保温カバー３５はまたボトルプリフォーム１２１Ａの外壁から離れていることから、保温カバー３５の外側には保温の熱源としてのタングステン線を設けて、ボトルプリフォーム１２１Ａの外壁の温度を維持するのに用いる。しかしながら、操作可能であるという前提において、保温カバー３５の熱源は別の赤外線加熱装置とすることが可能である。

本実施形態において、赤外線ランプ３１と保温カバー３５とは個別に独立した駆動ユニットに位置しており、ボトルプリフォームに対して上下移動するか、又は、及び加熱時間等の所望のパラメータに基づいて調整することができる。このため、保温カバー３５は複数個の温調セクション３５１、３５２を定義して、ボトルプリフォーム１２１Ａの一部領域の温度を保持するか、又は加熱するのに用いて、温度差が大きすぎることで生じる取っ手の内縮現象を防止することもできる。

更に説明すると、本実施形態において、赤外線ランプ３１とボトルプリフォーム１２１Ａの内壁との距離はＬ１とＬ２との間となっている。このうち、Ｌ１は赤外線ランプ３１がボトルプリフォーム１２１Ａを加熱して温度勾配ムラが生じる距離であり、ボトルプリフォーム材料の特性及び赤外線ランプの照射電力により決定されるものであり、Ｌ２は赤外線ランプ３１が延出してボトルプリフォーム１２１Ａ中にまで進入したときのランプとボトルプリフォームの内壁との最大距離である。言い換えるならば、赤外線ランプ３１はボトルプリフォームの内部にて、しかもボトルプリフォームの側壁からＬ１ないしＬ２の間の距離で加熱作業を行うことができ、広めの作業空間を有しているということである。
これに対し、仮に（環状）赤外線ランプを保温カバーの外部に取り付けた場合、保温カバーとボトルプリフォームとの間の距離はＬ１未満となり、温度勾配ムラが生じやすくなる。

赤外線ランプは波長を近赤外線（波長が０．７５μｍ～１．５μｍにある）、中赤外線（波長が１．５μｍ～５．６μｍにある）、又は遠赤外線（波長が５．６μｍ～１０００μｍにある）とすることができるが、近赤外線ランプを選択するのが好ましい。また、赤外線ランプは垂直型ＩＲランプであり、ランプの種類は上記波長範囲に基づいてＩＲハロゲンランプ、ＩＲ石英管又はＩＲブラックヒータを選択することができる。

上記したブロー成形機は取っ手付きボトル製造の領域に用いることができるものであって、射出成形した取っ手の厚さをＸとし、ブロー成形した後のボトル体の厚さをＹとすると、ＸはＹの４～１５倍である。

本実施形態において、温調装置は図１に示すブロー成形機の温調ステーション３０に取付けられるか、又は、製造プロセスに影響がないという前提において、温調ステーション３０は回転ジョイント５０に関する温度制御ユニットに直接取って代わることができる。このほか、温調装置はその他の一段式成形のブロー成形機に取り付けてもよい。上記したブロー成形機は取っ手付きボトルの製造に限定されるものではなく、例えば、楕円形容器、非円形容器など、ボトルプリフォームの温度を特別に制御する必要があるブロー成形機に応用してもよい。

温調装置が楕円形容器、非円形容器に応用される場合、赤外線ランプ３１の取り付けホルダ３１１には更に角度調整装置を設けるとともに、角度調整装置によって赤外線ランプ３１がボトルプリフォーム１２１Ａに進入するときの角度を調整して、赤外線ランプ３１が一部領域のみを照射加熱するようにするか、又はボトルプリフォーム１２１Ａの内壁の特定領域の加熱度合いに相違性を持たせることで、輪郭が非均一な取っ手付きボトルの製造に応用することができる。赤外線ランプ３１は広めの作業窓を提供できることから、パラメータの調整を相対的に簡単にすることができる。

本実施形態において、ボトルプリフォームを形成した後、ボトルプリフォーム１２１Ａの取っ手部１３と口部１４との結合位置（つまり取っ手結合部１３５は、射出成形時の取っ手材料注入口に対応する）には板金シールドを更に設ける。この領域の材料は射出成形時の温度が１５０℃以上まで達して、凝固層が非常に薄くなり、ランプ放射を受けやすく、破断をもたらし、凝固層が破断して変形しやすくなる。このため、赤外線照射を回避するために、温調プロセス時に板金シールドが必要となるものである。

具体的な実施形態において、ポリエステル共重合体材料（ＰＥＴ、ＴＲＩＴＡＮ）を例とすると、射出成形の段階が終了したとき、ボトルプリフォーム及び取っ手の温度を下げる。このうち、取っ手温度が２１℃にまで下がると、取っ手入口の温度もまた２１℃にまで下がり、続いて温調装置に移行する。

赤外線ランプは電圧２２０Ｖ～３８０Ｖ、電力５００ｗ～３ｋｗを使用するとともに、ポリエステル共重合体材料のガラス転移温度Ｔｇに基づいて、赤外線ランプが８０％の電力（Ｐ＝ＩＶ）を出力するように制御する。出力電力はランプが赤外線を出力する強度により決定され、しかもボトルプリフォームの温度をＴｇよりも約１０℃ないし３０℃高く制御し（つまり、Ｔｇ＋１０℃～Ｔｇ＋３０℃）、赤外線ランプを垂直にボトルプリフォームの内壁に入れて、赤外線ランプとボトルプリフォームとに間隔を持たせて、保温カバーの温度を（Ｔｇ－１０℃～Ｔｇ＋３０℃）に設定することで、軟化吹き込みを行う。続いてブロー成形ステップを行う。

上記した製造条件では、中実の取っ手の厚さが１０～２５ｍｍ、ブロー成形されたボトル体の厚さが２ｍｍである取っ手付きボトルを製造して、且つ取っ手結合位置に収縮現象が生じないようにすることができる。また、当業者は、その他の種類の結晶性材料（例えば：ＰＥＴＧ、ＰＰ）を選択するとともに、赤外線ランプの電力、ランプとボトルプリフォームとの距離を調整することで、製造での歩留まりを向上させることができる。

１０ ワークステーション
１１ リング状ターンテーブル
１２ 搬送テーブル
１２１ サンプルホルダ
１２１Ａ ボトルプリフォーム
１２１Ｂ 取っ手付きボトル
１３ 取っ手部
１３５ 取っ手結合部
１４ 口部
１５ 本体部
１６ 底部
２０ 射出ステーション
２１ 射出成形ユニット
３０ 温調ステーション
３１ 赤外線ランプ
３１１ 取り付けホルダ
３２、３６ 駆動ユニット
３５ 保温カバー
３５１、３５２ 温調セクション
４０ ブローステーション
５０ 回転ジョイント
６０ 取り出しステーション
６１ クランプ
Ｌ１、Ｌ２ 距離
Ｘ 厚さ

Claims (10)

1. 円周面に射出装置、温調装置及びブロー装置が順次設けられているターンテーブルを備えているブロー成形機に取付けられる温調装置において、
   該温調装置は、ボトルプリフォームに延出し進入するとともに該ボトルプリフォームの内壁から離れている赤外線ランプ、を含むことを特徴とする、
   温調装置。
2. 前記赤外線ランプと前記ボトルプリフォームの内壁との距離がＬ１からＬ２の間にあり、Ｌ１は前記赤外線ランプで前記ボトルプリフォームに温度勾配ムラが生じる距離であり、Ｌ２は前記赤外線ランプが延出して前記ボトルプリフォーム中に進入したときの、前記赤外線ランプと前記ボトルプリフォームの内壁との最大距離である、ことを特徴とする請求項１に記載の温調装置。
3. 前記赤外線ランプの波長範囲が０．７５μｍないし１０００μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の温調装置。
4. 前記赤外線ランプは角度調整装置に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の温調装置。
5. 前記温調装置とともに前記ボトルプリフォームの内壁と外壁とにそれぞれ設けられ、前記ボトルプリフォームの外壁から離れている保温カバーを更に含む、ことを特徴とする請求項１に記載の温調装置。
6. 前記保温カバーは複数の温調セクションを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の温調装置。
7. 前記保温カバーは前記ボトルプリフォームの底部に位置する温調セクションを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の温調装置。
8. 前記ボトルプリフォームは取っ手部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の温調装置。
9. 前記取っ手部の厚さをＸとし、前記ボトルプリフォームをブロー成形した後のボトル体の厚さをＹとすると、ＸはＹの４ないし１５倍である、ことを特徴とする請求項８に記載の温調装置。
10. 取っ手部を有するボトルプリフォームを移動させるための複数の搬送テーブルが設けられているターンテーブルを備えており、
    該ターンテーブルの円周面には、射出ステーション、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の温調装置を備える温調ステーション、及び、ブローステーション、が順次設けられていることを特徴とする、
    ブロー成形機。

Images