JP3210674B2 - 熱可塑性容器、特にボトルを製造するための方法および装置 - Google Patents

熱可塑性容器、特にボトルを製造するための方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、後で熱い液体を充填したり内容物を低温殺
菌したりする処理の間に遭遇する比較的厳しい温度条件
に対して大きく変形することなく耐えることができるボ
トルなどの容器を、熱可塑性材料のプレフォームから製
造する方法および装置に適用される改良に関し、この方
法においては、本体が少なくとも熱可塑性材料の軟化温
度に加熱された熱可塑性材料のプレフォームを、ブロー
成形または引伸ばしブロー成形によって成形して得られ
る最終容器の寸法よりも大きな寸法の中間容器を形成
し、次に、前記中間容器を熱処理して本体が熱収縮した
ブランクを得て、このブランクを成形して最終容器を形
成する。
そのような方法および装置は、文献FR−Ａ−2658119
（EP−Ａ−0442836）により既知である。
この既知の方法は、提供する利点に関しては、以前の
方法と比べて十分な満足を得られるが、その方法を実施
することにより得られる容器は、高温充填の間に底が変
形を受け、前記変形は、特に底が本体の側壁と合う部分
において底部が外側に膨出することにあることが判明し
ている。この膨出は、通常、容器の周囲には発生せず、
そのため底部の形状が制御できない様式で変化し、容器
が不安定になり、また、膨出が明らかな部分で容器の底
が弱体化され、それにより、最終的に容器の容積が変化
する。
底の膨出は、容器の壁の上記部分における過度の局部
的引伸ばしの結果、ならびに熱収縮したブランクを最終
的にブロー成形する間に生じる応力が、高温の液体を充
填することによって行われる加熱のために解放される結
果であることがわかる。
実現可能性に関する明らかな理由から、熱収縮したブ
ランクは、最終ブロー成形を行う中空金型の型空間５の
寸法よりも小さな横方向と縦方向の寸法を有し（添付図
面の第1A図を参照）、これにより、中空金型を閉じたと
きにブランクが締めつけられることがない。高圧下（た
とえば、３〜４×106Paの範囲）での前記ブランクの最
終ブロー成形の間に半加工品３の本体の上部６が中空金
型の型空間の壁に対して最初の場所に押しつけられて最
終容器の肩が形成され、その後、そのブランクが金型空
間の壁に対して肩から底の方向に連続的に変化するよう
に押しつけられ、したがって、容器の底が最後に形成さ
れることが示されている。残念ながら、この漸進的な成
形工程の間、容器の本体を成形する前に肩が成形される
ことは、ぞれぞれの直径が増加することを意味し、ある
部分から別の部分に熱可塑性材料が引き伸ばされない場
合、これは、ブランクの長さの漸進的な減少によって実
施される。この結果、容器を形成するとき、ブランクの
未形成の底７が、金型空間５の底８から相当な距離にな
り（第1B図を参照）、それによりブランクの底の最終的
な成形は、材料の二つの軸（縦方向と横方向）に沿って
相当な引伸ばしによって実施され、この引伸ばしが材料
の膨張によって行われるため、最終的に得られた容器４
（第1C図を参照）は、形成が完了した底部分９に相当に
大きな引伸ばしが生じ、したがって厚さが薄くなり、ま
た、容器の残りの部分にはよりも大きな応力が生じ、こ
の応力は、次に加熱充填によって引き起こされるような
加熱の間に解放される。
EP−Ａ−0559103は、この欠点を改善し、機械的に強
い底を備えた容器を得るための解決策を提案した。しか
しながら、この既知の方法は、移動する中空金型の底が
変形する底の中央部分を内側に押し戻し、熱収縮したブ
ランクの底を型プレス「凹みづけ（boxage）」すること
により容器を製造するように設計され、このブランク
は、得られる最終容器の長さよりも短いが、ボトルの首
のオリフィスと最終容器の凸状の底の上部との間の距離
よりも長い。さらにまた、収縮したブランクの底を凹み
づけし、次にブロー成形して最終容器を形成する処理の
作業には、収縮したブランクを中央に置いてそれを適切
な位置に保持するために、ブランクの内側にロッドがな
くてはならない。
その結果、その明細書で述べられた既知の方法は、機
械的な意味で実施するのは容易ではなく、ユーザが必ず
しも必要としない内側に凹んだ底を有する容器を製造す
ることに制限される。
したがって、本発明の重要な目的は、高温に十分に耐
える底を有し、生じた応力をあまり受けることがない材
料からなり、それにより、後で、高温充填によって生じ
るような相当な加熱にかけても見て分かるほどの変形を
受けずに耐えられる容器を得ることができる方法および
装置を提案することであり、前記方法および装置は、文
献FR−Ａ−2658119（EP−Ａ−0442836）に記載された方
法および装置で実施できるほど簡単である。
これらの目的のため、本発明は、第一の態様におい
て、本発明にしたがって実施されるとき、前文に明記さ
れたような方法を提供し、その方法は、本質的に、 ａ） 中間容器を使って、得られる最終容器の本体の長
さよりも大きい所定の長さの熱収縮した本体を有するブ
ランクを作る点と、 ｂ） 次に、熱収縮した本体を有するブランクを、予備
ブロー成形にかけて、得るべき最終容器の本体をその底
部分を除いて形成し、このようにして得られた未成形の
底部分を有する容器の長さが、得るべき最終容器の長さ
とほぼ等しくなるようにする点と、 ｃ） 未成形の底部分を有する容器の最終ブロー成形を
行って、その間に本体と底部分を最終的な形状と寸法に
し、それにより最終的な容器を得る点とを特徴とする。
低圧ブロー成形（たとえば、105Pa〜1.5×106Paの範
囲）によって都合よく形成された熱収縮したブランクの
予備成形の間に肩と本体の膨張部が金型空間の側壁と接
触するため、ブランクの高さは減少する。しかしなが
ら、この膨張の圧力は低いので、前記ブランクの底部分
を構成する材料を引き伸ばして長くすることはできな
い。この予備成形の作業は、低圧ブロー成形によるもの
は特に、表面積を変化させずにブランクの形状を変化さ
せると考えることができる。そのような条件下では、半
加工品の底部分は引き伸ばされず、厚さが減少せず、材
料には応力が生じない。
このようにして得られた未形成の底を有する容器は、
得られる最終容器の長さとほぼ同じ長さであり、前記容
器の未形成の底は、金型空間の底と接触するかまたはほ
とんど接触した状態であり、その金型空間の中で、高圧
ブロー成形（たとえば、106Pa〜４×106Pa）によって都
合よく行われる最終成形が実行される。その結果、容器
の底は、横方向にのみ引き伸ばされ、縦方向にはまった
くまたはほとんど引き伸ばされない。また、熱収縮した
ブランクの底の直径、さらに未形成の底を有する容器の
直径は、金型空間の直系よりもほんの少しだけ小さいた
め、底部分の厚さはあまり減少せず、特に底部分では大
きな応力が生じない。これにより、高温充填などの次の
加熱に変形することなしに耐えることができる最終容器
が得られる。
さらに、この方法は、文献FR−Ａ−2658119（EP−Ａ
−0442836）に記載された方法が大きく逸脱することな
く実行され、その結果、以下に説明する条件下で実行す
るためには、成形装置およびその動作条件にわずかな追
加しか必要としない。
本発明の好都合な好ましい実施例において、二つの位
置、すなわち、 ・金型空間の長さが、最終容器の本体の長さよりも大
きく、金型空間が、熱収縮した本体を有する上記ブラン
クを収容することができる予備成形用の低い位置と、 ・金型空間の長さが最終容器の本体の長さと同じであ
る最終成形用の高い位置と をとることができる移動する底を備え、同一の中空金型
内で予備成形と最終成形の作業を実行するための設備が
提供され、 中空金型の底は、未成形の底を有する容器の成形中ま
たはその後で、未成形の底部分を有する容器の底に対し
て実質上スラストを及ぼさないように、低い位置から高
い位置に移動される。
ここで重要なことは、中空金型の可動底がその上昇中
に、未形成の底を有する容器の底を押さないことであ
り、それにより、文献EP−Ａ−0559103の開示とは対照
的に、前記底に「凹みづけ」作用を起こさない。したが
って、中空金型の底に与えられる移動性は単に、処理を
行っている間、金型空間の量を、成形する物体の実際の
量と極めて近い量に適合させるのに役目をするだけであ
る。
第二の態様において、本発明は、上記方法を実施する
装置を提供し、本発明にしたがって例示するとき、この
装置は、本質的に、 ・熱収縮した本体を有する容器ブランクを製造する前
記手段が、得られる最終容器の本体よりも長い収縮した
本体を有する半加工品を作成するように構成される点
と、 ・成形手段が、二つの位置、すなわち得られる最終容
器の本体と横方向の寸法は同じであるが、縦方向の寸法
はそれよりも長い金型空間を母型が画定する予備成形用
の低い位置と、得られる最終容器の本体と横方向と縦方
向の寸法が両方とも同じ金型空間を母型が画定する最終
成形用の高い位置との間で変位できる可動底を有する成
形母型を含む点とを特徴とし、 前記装置がさらに、 ・成形母型の底が前記低い位置にあるときに、金型空
間内に配置された熱収縮した本体を有するブランクをブ
ロー成形して、底部分以外を成形し、得られる最終容器
の長さとほぼ等しい長さの本体を有する容器を形成する
低圧ブロー成形手段と、 ・成形母型の底が前記高い位置にある間に、金型空間
内に配置された未形成の本体を有する容器をブロー成形
し、得るべき最終容器を形成する高圧ブロー成形手段
と、 ・未形成の底を有する容器の底部以外の本体の形成の
間またはその後で、未形成の底を有する前記容器の底に
対して中空金型の可動底が知覚できるほどのスラストを
及ぼすことがないように、低い位置からその高い位置ま
での母型の可動底の変位を制御する手段とを有すること
を特徴とする。
低圧ブロー成形手段は、およそ105Pa〜1.5×106Paの
範囲の圧力でブローするように構成され、高圧ブロー成
形手段は、およそ106Pa〜４×106Paの範囲の圧力でブロ
ーするように構成されることが好ましい。
好ましい実施例において、中空金型の可動底は、その
前記低い位置からその前記高い位置までの変位のため
に、ブロー成形用の高い圧力を受ける空気アクチュエー
タのピストンに固定される。
可動底は、最終容器の底を型から取り出しやすくする
ために、ほぼ中央にあって低圧に結合された少なくとも
一つのオリフィスによって金型空間に通じて開口する導
管を有すると好都合である。
本発明は、残りの添付図面を参照して以下の詳細な説
明を読めばより良く理解されるであろう。
・第2A図から第2D図は、本発明により構成された装置に
おける中空金型の概略図であり、それぞれ、熱収縮した
ブランクから容器を形成する際の連続した主な段階を示
す。
・第３図は、実施される方法の主な段階に対応する容器
の形状を概略的に示す図である。
最初に第３図を参照すると、最初のプレフォーム１
が、ポリエチレンテレフタレート（PET）からなるプレ
フォームの場合は、側壁が約５℃〜約90℃の範囲の温度
で、端壁が約５℃〜約40℃の範囲の温度の中空金型内
で、ブロー成形または引伸ばしブロー成形による既知の
方法で成形され、縦方向と直径方向の両方の寸法が大き
すぎる中間容器が作成される。その後、寸法が大き過ぎ
る容器２は、引伸ばしブロー成形によって生じた応力を
解放するために加熱され、それにより横と縦の両方向に
収縮された本体を有する高温のブランク10が提供され
る。上記段階は、得られる最終容器の長さよりも前記収
縮ブランク10が長くなるように動作条件を調節する必要
があること以外は、文献FR−Ａ−2658119（EP−Ａ−044
2836）においてその目的のために指定された一般的な条
件の下で実行される。当業者の従来の知識の範囲内にあ
るすべての様々な解決策を使用したり組み合わせたりす
ることにより、所望の結果を達成することができ、した
がって、当業者は、使用される材料の機能および最終容
器の寸法として適切な機械的操作または温度的操作を完
全に指定することができる。
熱収縮したブランク10は、次に、150℃〜240℃の範囲
の温度に加熱され、壁の温度が110℃〜160℃の範囲の中
空金型11内のブロー成形によって処理される。第2A図か
ら第2D図に示したように、ブロー成形の中空金型は、右
側半金型11a、左側半金型11b、および可動底12を有する
３部品タイプのものである。二つの半金型11aと11bは一
緒に、得られる最終容器の本体の形状を有する型空間13
を画定する。
可動底12は、中空金型のベース16の中で画定されたチ
ャンバ15によって可動式かつ気密に結合されたピストン
14に固定される。ベースは、それ自体が動く基台であ
り、金型空間の縦軸に沿って、高い位置と低い位置の間
で移動可能である。ベースは、高い位置では、半金型11
aと11bの底部分の間に収まり、金型空間の一部分を構成
する。低い位置では、成形した容器を型から取り出すこ
とができる。このように構成されたアクチュエータは、
以下に説明する条件下で、容器をブロー成形するために
利用される圧力下の流体（圧縮空気）によって直接作動
できるように、空気型のものが好ましい。また、空気ア
クチュエータは、複動型のものであり、２本の導管17お
よび18が、ベース16を貫通し、ピストン14の反対側のチ
ャンバ15に開口している。最後に、完成した最終的な容
器の型から外しやすくするために、可動底12は、可動底
の中を特に軸方向に通り、少なくとも一つのほぼ中央の
オリフィス21によって、好ましくは第2A図から第2D図に
示したように複数のオリフィスによって底の成形面20に
開口する導管19を有する。導管19は、型から外すために
圧力をかけて流体を送り、この流体は、この場合も、ア
クチュエータの変位を制御してアクチュエータを低い位
置に戻するために使用される圧力下の流体（圧縮空気）
で構成することができ、このため、導管19は、ピストン
14の上面（図では）と隣り合い、導管18も開口している
チャンバ15と流通している。
装置は、以下のように動作する。
可動底12が（図では）その低い位置にあって、金型空
間の長さが最大のときに、高温（150℃〜240℃）の収縮
したブランク10を、中空金型11の中に導入する。可動底
12の面20はブランク10の底と同じ高さであるが、その底
には力を加えない（第2A図）。
次に、流体（圧縮空気）を、第2B図の矢印Ppsによっ
て示したように、ブランク10内に、たとえば105Pa〜106
Paの比較的低い圧力で、たとえば0.2〜0.6秒間の短時間
吹き込むことにより予備成形を行う（第2B図）。
この段階の間、ブランクは、金型空間13の側壁と接触
する肩および本体の膨張のため、高さが低くなる。しか
しながら、この段階では、ブロー圧力は、特に底部分に
おいて、ブランクの材料を引き伸ばして長くするのには
不十分である。この最初のブロー成形あるいは「予備ブ
ロー成形」は、最初の表面積を変えないままブランクの
形状を変化させ、それにより、ブランクのすべての部分
の壁の厚さを一定に保つ。
この段階で、未形成の底22（第2B図）を有するブラン
クまたは容器は、得られる最終容器とほぼ同じ長さがあ
るために縦方向に収縮しており、このとき、その底は、
金型空間の内側において、最終容器の底が占めることに
なる高さと極めて近い高さにあることが分かるであろ
う。
次に、中空金型の可動底12は、第2C図に示したよう
に、第2C図の矢印Psで表したように、導管17を介して圧
力をかけた流体をピストン14に適用することによって可
動底12を高い位置にするために上昇される。実際には、
以下に説明するように、容器の最終ブロー成形に使用さ
れることになるものと同じ高圧圧縮空気が利用される。
可動底12は、高い位置において、未成形の底22を有する
容器の底にぴったり付くかあるいはそのすぐ近くにある
が、それにもかかわらず、容器の底を押し戻してその底
に力を及ぼすことはない。この段階で、金型空間は、特
に長さにおいて、得られる最終容器の形状と寸法を有す
る。したがって、中空金型の底14は、容器の長さの減少
を補償するために、その低い位置からその高い位置に移
動される。
この点において、ブランク22が縦方向に収縮している
間に行われる予備ブロー成形作業と同時に可動底14を移
動させることができ、これにより実際には、可動底14が
ブランクの上昇する底に力を及ぼすことなくそれに従っ
て、サイクル継続時間を減少させることができることが
分かるであろう。
最後に、所望の最終容器23（第2D図を参照）を得るた
めに、たとえば106Pa〜４×106Paの高圧下で、最終ブロ
ー成形作業（矢印Pa）を行う。金型空間内の未成形の底
を有する容器22の所与の形状が、高い位置において（第
2C図を参照）中空金型の底12と対応する場合には、容器
の底は径方向にだけ引き伸ばされ、軸方向には引き伸ば
されない。さらに、未形成の底を有する容器22の底の直
径は、金型空間の底の直径よりも少しだけ小さいので、
径方向の引伸ばしは少しか残らず、その結果、底部分の
材料の厚さは、わずかしか変化せず、そこに生じた応力
は少しか残らない。したがって、最終容器23は、大きく
変形することなしに後の高温（たとえば、高温充填の
間）に耐えることができる。
最終のブロー成形を行った後で、導管17を介して吹き
込まれる高圧の空気によって可動底12をその高い位置に
維持している間に、導管18を介して、５〜６×105Paの
低圧の空気を吹き込む。低圧の空気は、導管19から可動
底12の表面20にあるオリフィス21に流れ、それにより、
成形した容器の底を可動底から引き離す（剥がす）。
次に、導管17に送られる高圧の空気を断ち、導管18に
低圧の空気を送りつづけ、それにより可動底12をその低
い位置に戻す。
最後に、二つの半金型11aと11bを分離し、可動ベース
16をその低い位置に下げ、容器23を型から外す。
当然のことながら、以上の説明から分かるように、本
発明は、より具体的に考察した応用例および実施例に、
いかなるかたちでも限定されるものではなく、そのあら
ゆる変形に拡張される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 49/00 - 49/80

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】後で高温の液体を充填したり内容物を低温
    殺菌したりする処理の間に遭遇する比較的厳しい温度条
    件に対して大きく変形することなく耐えることができる
    ボトルなどの容器を、熱可塑性材料のプレフォームから
    製造するために、本体が熱可塑性材料の少なくとも軟化
    温度に加熱された熱可塑性材料からなるプレフォーム
    （１）を、ブロー成形または引伸ばしブロー成形によっ
    て成形して、得られる最終容器の寸法よりも大きな寸法
    の中間容器（２）を形成し、次に、前記中間容器を熱処
    理して、熱収縮した本体を有するブランクを得て、この
    ブランクを成形して、最終容器（23）を形成する方法で
    あって、 ａ） 中間容器（２）を使って、得られる最終容器（2
    3）の本体の長さよりも長い所定の長さの熱収縮した本
    体（10）を有するブランクを作成し、 ｂ） 次に、熱収縮した本体（10）を有するブランク
    を、予備のブロー成形にかけて、得られる最終容器の本
    体を、その底部分を除いて形成して、得られる未成形の
    底部分を有する容器（22）の長さが、得られる最終容器
    の長さとほぼ等しくなるようにし、 ｃ） 未成形の底部分を有する容器（22）の最終的なブ
    ロー成形を行って、その間に、本体と底部分を最終的な
    形状と寸法にし、それにより最終的な容器（23）を得る
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】底部分以外が成形された本体を有する容器
    （22）を提供する予備成形が、熱収縮した本体（10）を
    有するブランクの低圧ブロー成形によって行われること
    を特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】完全に成形された本体を有する最終容器
    （23）を作成する最終成形が、未成形の底部分を有する
    容器（22）の高圧ブロー成形によって行われることを特
    徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
  4. 【請求項４】予備成形と最終成形の作業が、二つの位
    置、すなわち、 金型空間（13）の長さが、最終容器（23）の本体の長さ
    よりも大きく、金型空間（13）が、熱収縮した本体（1
    0）を有する上記ブランクを収容することができる予備
    成形用の低い位置と、 金型空間（13）の長さが最終容器（23）の本体の長さと
    同じである最終成形用の高い位置と をとることができる可動底（12）を備えた同じ中空金型
    （11）の中で行われ、中空金型の底（12）は、未成形の
    底を有する容器（22）の形成中またはその後で、成形し
    ない底部分を有する容器の底に対して実質上スラストを
    及ぼさないように、低い位置から高い位置に移動される
    ことを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれ
    か一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】低圧ブロー成形が、およそ105Pa〜1.5×10
    6Paの範囲の圧力で行われることを特徴とする請求の範
    囲第２項から第４項のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】高圧ブロー成形が、およそ106Pa〜４×106
    Paの範囲の圧力で行われることを特徴とする請求の範囲
    第３項から第５項のいずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】後で高温の液体を充填したり内容物を低温
    殺菌したりする処理の間に遭遇する比較的厳しい温度条
    件に対して大きく変形することなしに耐えることができ
    るボトルなどの容器を、熱可塑性材料のプレフォーム
    （１）から製造するために、熱可塑性材料からなる容器
    のプレフォーム（１）から、熱収縮した本体を有する容
    器のブランク（10）を製造する手段と、熱収縮した本体
    を有するブランク（10）から、本体が最終的形状と寸法
    を有する最終容器（23）を形成する成形手段（11）とを
    含む装置であって、 熱収縮した本体（10）を有する容器ブランクを製造する
    前記手段が、得られる最終容器の本体よりも長い収縮体
    を有するブランクを作成するように構成された点と、 成形手段（11）が、二つの位置、すなわち、得られる最
    終容器（23）の本体と横方向の寸法は同じであるが縦方
    向の寸法はそれよりも長い金型空間（13）を母型が画定
    する予備成形用の位置と、得られる最終容器（23）の本
    体と横方向と縦方向の寸法が両方とも同じ金型空間（1
    3）を母型が画定する最終成形用の高い位置との間で変
    位する可動底（12）を有する成形母型を含む点とを特徴
    とし、 前記装置がさらに、 成形母型の底（12）が、前記低い位置にあるときに、金
    型空間（13）内に配置された熱収縮体を有するブランク
    （10）をブロー成形して底部分以外を成形し、得られる
    最終容器の長さとほぼ等しい長さの本体を有する容器
    （22）を形成する低圧ブロー成形手段（Pps）と、 成形母型の底（12）が前記高い位置にある間に、金型空
    間（13）内に配置された未成形の本体を有する容器（2
    2）をブロー成形し、得るべき最終容器（23）を形成す
    る高圧ブロー成形手段（Ps）と、 未形成の底を有する容器の底部以外の本体の形成の間ま
    たはその後で、未形成の底を有する前記容器の底に対し
    て、中空金型の可動底で、大きなスラストを及ぼすこと
    なしに、低い位置からその高い位置までの母型の可動底
    の変位を制御する手段（14〜18）とを含むことを特徴と
    する請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載
    の方法を実施するための装置。
  8. 【請求項８】低圧ブロー成形手段が、およそ105Pa〜1.5
    ×106Paの範囲の圧力でブローするように構成された点
    と、高圧ブロー成形手段が、およそ106Pa〜４×106Paの
    範囲の圧力でブローするように構成された点を特徴とす
    る請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】中空金型の可動底（12）が、前記低い位置
    からその前記高い位置までの変位のために、ブロー成形
    の高い圧力（Pa）を受ける空気アクチュエータ（14、1
    5）のピストン（14）に固定されたことを特徴とする請
    求の範囲第７項または第８項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】可動底が、最終容器の底を型から取り外
    しやすくするために、ほぼ中央にあって低圧（Pps）の
    流体を送り込む少なくとも一つのオリフィス（21）を介
    して金型空間に開口する貫通導管（19）を有することを
    特徴とする請求の範囲第７項から第９項のいずれか一項
    に記載の装置。
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