JP6985478B1 - 取っ手付きボトルのブロー成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取っ手付きボトル製造の成形方法、特に取っ手の厚みとボトル本体の厚みとの差が大きな取っ手付きボトルの製造に有利なブロー成形方法を提供する。【解決手段】取っ手付きボトルのプリフォームには、ボトル本体部、及びボトル本体部と相連なった取っ手部を備えている。成形方法には、ボトル本体部及び取っ手部を形成する射出成形工程、赤外線ランプ管を延伸させボトル本体部に進入させる非接触式温調工程、及びボトル本体部を取っ手付きボトルの最終的なボトル形状になるように成形するブロー成形工程を含む。上記方法は、プリフォームに対する温調作業空間を増加させるため、取っ手付きボトルの取っ手とボトル本体との厚みの差を要因として発生する歩留まり率の低下を抑制する。【選択図】なし

Description

本発明は、取っ手付きボトル製造のブロー成形方法に関し、取っ手の厚みとボトル本体の厚みとの差が大きな取っ手付きボトルの製造に有利な取っ手付きボトル製造のブロー成形方法に関する。

ボトル製造のブロー成形機は、１ステージ式成形及び２ステージ式成形に分けられる。１ステージ式成形のブロー成形機の操作原理は、射出成形を利用したプリフォームがまだ冷却されていない間に、直ちに引き続いてブロー成形を行うことにあり、このため、構造が簡単で、かつボトルの肉厚が同じであるボトル構造にのみ適用可能である。

２ステージ式成形の射出装置とブロー成形装置は、通常分離され、かつ異なる生産ライン（又は位置）にあり、さらに温度調節により順にボトル各部（例えば、取っ手又はボトル本体）の成形を完成させる。この類のブロー成形機の射出装置とブロー成形装置の作業ステーションの間には、温調装置が設置され、比較的エネルギーを消費する。

上記の温調装置は、例を挙げて説明すると、温度調節により金型コアが延伸してプリフォームに進入し、かつプリフォームの内部に接触することでプリフォーム内部の温度を維持し、さらに、プリフォームが同時に保温ジャケット内に置かれることによりプリフォーム外部の温度を維持する。この類の温調装置は、プリフォームとの接触表面に抗粘着塗装が施される。これは主にテフロン（登録商標）、リン、耐高温酸化性ニッケル等の粒子材料を含むが、疎水性テフロンの耐熱性は２００℃より低く、かつ薄い塗装は、衝突により容易に機能を失ってしまう。

１ステージ式成形のブロー成形機を使用して取っ手付きボトルを生産する場合には、プリフォームを射出成形する段階でボトル本体のプリフォーム及び接続する取っ手を生産し、引き続き取っ手を露出させて冷却し、その表面を滑らかにしてから、プリフォームをブロー成形してボトルを形成する。しかし、取っ手とプリフォームの成形条件が異なるため、必ず、温調装置の位置を調整することにより、射出成形したプリフォームの温度が低下し過ぎて変形するのを防がなければならない。

１ステージ式成形のブロー成形機は、図１に示すとおり、作業ステーション１０を介して環状ターンテーブル１１が設置され、環状ターンテーブル１１の内部にはロータリージョイント５０が設けられ、環状ターンテーブル１１の環状の外側面は、円周方向にそれぞれ射出ステーション２０、温調ステーション３０、ブロー成形ステーション４０及び取出ステーション６０と定義される。環状ターンテーブル１１は、搬送プラットフォーム１２（サンプルホルダー１２１）を順に４つの作業ステーションへ送るのに用いられる。
対応する製造工程は順に次のとおりである。射出ステーション２０の段階で射出成形ユニット２１を通じて取っ手を備えるプリフォーム１２１Ａを形成する。プリフォーム１２１Ａを温調ステーション３０に送る。プリフォーム１２１Ａをブロー成形ステーション４０に送り、取っ手付きボトル１２１Ｂをブロー成形する。最後に、取出ステーション６０においてホルダー６１により完成品を移動させる。
この類のブロー成形機において、ロータリージョイント５０は液体又は気体を熱媒体として提供可能であり、熱媒体（流路を通じてもよい）を順に送って、環状ターンテーブル１１の環状の外側面を取り囲ませるようにし、プリフォーム１２１Ａの温度可制御性を高くする。この類の配置は、取っ手温度の冷却及びプリフォームの温度維持に有利である。

しかし、取っ手付きボトルの取っ手とボトル本体の厚みの差が大き過ぎる場合、取っ手を冷却した時、取っ手とプリフォームのボトル本体部の接続位置（図３の取っ手接続部１３５の位置を参照されたい）に収縮が生じ、取っ手が断裂しやすく、歩留まり率を低下させてしまう。

本発明は、取っ手付きボトルの成形方法を提供する。取っ手付きボトルのプリフォームには、ボトル本体部、及びボトル本体部と連なる取っ手部を備えている。成形方法には、ボトル本体部及び取っ手部を形成する射出成形工程、赤外線ランプ管を延伸させボトル本体部に進入させる非接触式温調工程、及びボトル本体部を取っ手付きボトルの最終的なボトル形状になるように成形するブロー成形工程を含む。

赤外線ランプ管でプリフォームの内壁に対し、温調又は加熱作業を行うため、広い作業空間を有することができ、かつ温度勾配による縞模様が生成されにくくなる。また、赤外線ランプ管は、プリフォームの一部区間の温度を加熱するのに用いることができ、温度差が大き過ぎることによって生じる取っ手の内部収縮現象を防止し、生産の歩留まり率を向上させることが可能である。上記の方法は、取っ手付きボトル生産の条件が、取っ手部の厚みをＸ、取っ手付きボトルのボトル本体の厚みをＹとして、ＸがＹの４倍から１５倍の時に用いることができる。

赤外線ランプ管の波長範囲は、０．７５μｍから１０００μｍの間にあることが望ましい。温調工程は、さらに取っ手部とボトル本体部の接続位置の被覆を含み、赤外線の照射を防ぐことにより、取っ手の材料注入口の材料の凝固層の破裂を減少させる。赤外線ランプ管の操作方法は、プリフォームのガラス転移温度を基準として、ボトル本体部をガラス転移温度より５℃から３０℃高い温度まで加熱し、上記接続位置が収縮して断裂するという状況を減少させるのに用いられる。

さらに、温調工程において、ボトル本体部を保温カバー内に入れ、保温カバーはボトル本体部と間隔が置かれ、かつ保温カバーには複数の温調区間を備えることが好ましい。これにより赤外線ランプ管の無効光放射区を補う。

より好ましくは、赤外線ランプ管の延伸方向と赤外線ランプ管のボトル本体部への進入方向とが夾角を有する。これにより赤外線ランプ管がボトル本体部の中へ進入した際の照射区間を調整することで、不均一な輪郭（例えば、楕円）の取っ手付きボトルの生産に応用可能である。

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。 プリフォーム各部分の位置の概略図である。 温調装置の第一操作の概略図である。 温調装置の第二操作の概略図である。

＜実施例＞
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たものである。
温調装置は、図１に示した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、環状ターンテーブル１１を備え、環状ターンテーブル１１の環状の外側面は円周方向に沿って４つの作業ステーション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、ブロー成形ステーション４０及び取出ステーション６０である。環状ターンテーブル１１は、搬送プラットフォーム１２（サンプルホルダー１２１）を順に４つの作業ステーション１０へ送るのに用いられ、プリフォームの射出、温調、ブロー成形、完成品の取り出しという少なくとも４つの工程を実施する。

本実施例は、温調装置の操作に基づくものであり、図３に示した取っ手付きボトルのプリフォームの処理に用いられる。取っ手付きボトルのプリフォーム１２１Ａは、射出成形の工程中において形成され、プリフォーム１２１Ａのボトル本体部１５は、ボトル口部１４、及びボトル口部１４から離れたボトル底部１６を含み、ボトル本体部１５はさらに取っ手部１３を有し、ボトル本体部１５と取っ手部１３との間は、取っ手接続部１３５によって互いに接続されている。射出成形の段階において、取っ手部１３のキャビティとボトル本体部１５のキャビティとは相連なっており、取っ手部１３の材料注入口は即ち取っ手接続部１３５である。

図２から図５までを参照されたい。取っ手付きボトル１２１Ｂの成形方法には以下の工程を含む。

Ｓ１０：射出成形工程
射出ステーション２０でボトル本体部１５及び取っ手部１３を形成し、引き続いてプリフォーム１２１Ａを冷却し、取っ手部１３を型にはめる。射出成形の後、プリフォーム１２１Ａのボトル口部１４の外側部分と取っ手部１３はサンプルホルダー１２１に位置決めされ、プリフォーム１２１Ａのボトル本体部１５は暫時ぶら下がっており、プリフォーム１２１Ａの取っ手部１３の一部分は空気中に露出させ温度を低下させることができる。

Ｓ２０：温調工程
温調ステーション３０はサンプルホルダー１２１の位置に基づいて温調装置が設置される。赤外線ランプ管３１は、伝動ユニット３２の下方に取り付けられ、その中でサンプルホルダー１２１は赤外線ランプ管３１の下方に位置決めされ、赤外線ランプ管３１をプリフォーム１２１Ａに相対して移動可能にし、プリフォーム１２１Ａのボトル口部１４からボトル本体部１５の内部に進入することで、熱エネルギーを提供する。ここにおける温調装置は、放射エネルギーを提供してプリフォームを直接照射するのであって、気体を加熱して熱源とするのではない。

Ｓ３０：ブロー成形工程
ボトル本体部１５をブロー成形し、これにより取っ手付きボトル１２１Ｂの最終的なボトル形状を形成する。

赤外線ランプ管３１の赤外線で、プリフォームに対し直接加熱することで、プリフォーム１２１Ａの加熱有効域を延伸でき、接触式加熱のコア温調と比較し、赤外線ランプ管３１を採用して非接触式加熱を行うため、比較的広い作業空間（作業ウィンドウ）を有し、そのプロセスパラメータの調整可能性はさらに広くなる。

このため、上記の方法で生産可能な取っ手付きボトルの条件は、取っ手部の厚みをＸ、取っ手付きボトルのボトル本体の厚みをＹとして、ＸがＹの４倍から１５倍の場合であり、かつ取っ手接続部１３５の収縮現象が発生しない。

本実施例において、温調工程は、さらに取っ手部１３とボトル本体部１５の接続位置の被覆、即ち取っ手接続部１３５の被覆を含む。射出成形工程の段階では材料の温度が１５０℃以上に達し、凝固層は非常に薄いため、ランプ管の輻射を受けて破裂しやすく、凝固層が破裂して変形を引き起こしてしまう。このため、温調工程を実施する際、必ず板金で接続位置を遮蔽し、赤外線照射を防がなければならない。

本実施例において、赤外線ランプ管３１の波長は、短波長赤外線（波長が０．７５μｍ〜１．５μｍ）、中波長赤外線（波長が１．５μｍ〜５．６μｍ）又は遠赤外線（波長が５．６μｍ〜１０００μｍ）のいずれであっても良いが、短波長赤外線ランプ管を選択し使用することが望ましい。また、赤外線ランプ管３１のランプ管の種類は、上記波長範囲に基づいて、ＩＲハロゲンランプ管、ＩＲ石英管又はＩＲ黒体管を選択して使用可能である。赤外線ランプ管３１の操作方法は、プリフォーム１２１Ａのガラス転移温度を基準として、赤外線ランプ管３１がボトル本体部１５をガラス転移温度より５℃から３０℃高い温度まで加熱するというものである。

このほか、温調工程は、さらにボトル本体部１５を保温カバー３５内に入れることを含む。サンプルホルダー１２１の下方に保温カバー３５が設けてあり、保温カバー３５は伝動ユニット３６の上方に設置され、保温カバー３５をプリフォーム１２１Ａに相対して移動させ、ぶら下がっているボトル本体部１５を保温カバー３５に収納し、かつ保温カバー３５と間隔をあけている。このため、保温カバー３５の保温／又は加熱によって、ボトル本体部１５又は／及びボトル底部１６を好ましい作業温度に維持できる。

さらに、保温カバー３５は、複数の温調区間３５１、３５２を有し、プリフォーム１２１Ａの一部区間の温度を保持又は加熱するのに用いられ、温度差が大き過ぎることにより生じる取っ手接続部１３５の内部収縮現象を防止する。
このほか、保温カバー３５底部の温調区間３５２は、赤外線ランプ管３１の末端とプリフォーム１２１Ａのボトル底部１６との間の無効光放射区の距離Ｌ３（約２０〜３０ｍｍ）を補うことができる。保温カバー３５の外側にはタングステン線を設置して熱源としているが、操作可能であれば、保温カバー３５の熱源は、別の赤外線加熱装置であっても良い。

本実施例において、赤外線ランプ管３１は垂直型のランプ管であり、伝動ユニット３２によりプリフォーム１２１Ａ中にまっすぐに伸びて入る。赤外線ランプ管３１と保温カバー３５はそれぞれ独立した伝動ユニットに位置し、プリフォームの上下移動に相対し、又は／及び加熱時間等に基づいて要件パラメータを調整し、これにより操作を簡素化できる。赤外線ランプ管３１は広い作業ウィンドウを提供可能なため、パラメータ調整を比較的簡単にすることができる。

また、赤外線ランプ管３１とプリフォーム１２１Ａの内壁との距離は、Ｌ１からＬ２の間にあり、Ｌ１は赤外線ランプ管３１がプリフォーム１２１Ａに対して加熱することで温度勾配の縞模様が生じる距離であり、これはプリフォームの材料の特性及び赤外線ランプ管の出力によって決まる。Ｌ２は、赤外線ランプ管３１が延伸しプリフォーム１２１Ａ内に置かれた時のランプ管とプリフォームの内壁との最大距離である。言い換えると、赤外線ランプ管３１はプリフォームの内部にあることができ、かつプリフォームの側壁よりおよそＬ１からＬ２の間の距離を隔てて加熱作業を行い、広い作業空間を有する。
これに対し、仮に（環状）赤外線ランプ管が保温カバーの外部に取り付けられている場合、保温カバーとプリフォームの側壁との距離が容易にＬ１より小さくなり、温度勾配による縞模様を生成しやすくなってしまう。

その他の実施例において、赤外線ランプ管が角度調整ユニット上に取り付けられることにより、赤外線ランプ管の延伸方向と赤外線ランプ管のボトル本体部への進入方向とが夾角を呈する。これにより赤外線ランプ管がボトル本体部の中へ進入した際の照射区間を調整し、又はプリフォーム１２１Ａの内部の特定区間の加熱程度を異なるようにすることで、不均一な輪郭の取っ手付きボトル（例えば、楕円形の容器、又は非円形の容器）の生産に応用可能である。

具体的な実施例において、共重合ポリエステル材料（ＰＥＴ、ＴＲＩＴＡＮ）を例にすると、射出成形の段階が終了した時、プリフォームと取っ手の温度を低下させ、その中で取っ手の温度を２１℃まで、取っ手の入口の温度も２１℃まで低下させ、引き続いて温調ステーションに移動させる。

赤外線ランプ管の使用電圧は２２０Ｖ〜３８０Ｖ、出力は５００ｗ〜３ｋｗとし、また共重合材料のガラス転移温度Ｔｇに基づいて、赤外線ランプ管の出力パワーを８０％（Ｐ＝ＩＶ）に制御する。出力パワーはランプ管が出力する赤外線の強度によって決まる。またプリフォームの温度をＴｇより約１０℃から３０℃高い温度の間（即ち、Ｔｇ＋１０℃〜Ｔｇ＋３０℃）に制御し、赤外線ランプ管を垂直にプリフォーム内壁に至るように入れ、赤外線ランプ管とプリフォームの間隔を保持し、保温カバーの温度を（Ｔｇ−１０℃〜Ｔｇ＋３０℃）に設定することで、ブローするボトルを軟化させる。引き続いて、ブロー成形工程を実施する。

上記の準備条件で、中実の取っ手の厚みが１０〜２５ｍｍ、ブロー成形のボトル本体の厚みが２ｍｍの取っ手付きボトルを生産可能であり、取っ手接続位置の収縮によって断裂するという状況は発生しない。また、技術者はその他の種類の結晶材料（例えば、ＰＥＴＧ、ＰＰ）を選択し使用することが可能であり、さらに赤外線ランプ管のパワー、ランプ管とプリフォームの距離を調整することにより生産の歩留まり率を向上させることができる。

１０ 作業ステーション
１１ 環状ターンテーブル
１２ 搬送プラットフォーム
１２１ サンプルホルダー
１２１Ａ プリフォーム
１２１Ｂ 取っ手付きボトル
１３ 取っ手部
１３５ 取っ手接続部
１４ ボトル口部
１５ ボトル本体部
１６ ボトル底部
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 赤外線ランプ管
３１１ 取付座
３２、３６ 伝動ユニット
３５ 保温カバー
３５１、３５２ 温調区間
４０ ブロー成形ステーション
５０ ロータリージョイント
６０ 取出ステーション
６１ ホルダー
Ｌ１、Ｌ３ 距離
Ｘ 厚み

Claims (7)

1. 取っ手付きボトルの成形方法であって、
   取っ手付きボトルのプリフォームは、ボトル本体部、及び前記ボトル本体部と相連なった取っ手部を備え、
   前記ボトル本体部及び前記取っ手部を一体に形成する射出成形工程、
   赤外線ランプ管を延伸させ、前記ボトル本体部に進入させる非接触式温調工程であって、前記赤外線ランプ管の延伸方向と前記赤外線ランプ管の前記ボトル本体部への進入方向とが夾角を呈し、前記ボトル本体部を保温カバー内に入れ、前記保温カバーが前記ボトル本体部と間隔をあけており、前記保温カバーが複数の温調区間を有し、前記複数の温調区間のうちの１つが前記プリフォームの底部に位置する非接触式温調工程、及び、
   前記ボトル本体部を前記取っ手付きボトルの最終的なボトル形状になるように成形するブロー成形工程、を含む、
   取っ手付きボトルの成形方法。
2. 前記射出成形工程が、さらに前記プリフォームを冷却する冷却工程を含み、冷却した前記ボトル本体部を前記赤外線ランプ管が加熱する、請求項１に記載の成形方法。
3. 前記非接触式温調工程が、さらに、前記取っ手部と前記ボトル本体部の接続位置を被覆することを含む、請求項１に記載の成形方法。
4. 前記赤外線ランプ管の波長範囲が０．７５μｍから１０００μｍの間にある、請求項１に記載の成形方法。
5. 前記赤外線ランプ管及び前記保温カバーはそれぞれ独立した伝動ユニットに位置する、請求項１に記載の成形方法。
6. 前記取っ手部の厚みをＸ、前記取っ手付きボトルのボトル本体の厚みをＹとして、ＸがＹの４倍から１５倍の厚みである、請求項１から５のいずれか一項に記載の成形方法。
7. 前記プリフォームのガラス転移温度を基準として、前記赤外線ランプ管が前記ボトル本体部をガラス転移温度より５℃から３０℃高い温度まで加熱する、請求項１から５のいずれか一項に記載の成形方法。

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