WO2023157863A1 - 温度調整用金型、温度調整方法および樹脂製容器の製造装置 - Google Patents

温度調整用金型、温度調整方法および樹脂製容器の製造装置 Download PDF

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preform
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temperature adjustment
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智一 小宮山
淳 長崎
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日精エー・エス・ビー機械株式会社
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    • B29B11/00Making preforms
    • B29B11/06Making preforms by moulding the material
    • B29B11/08Injection moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C49/00Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
    • B29C49/02Combined blow-moulding and manufacture of the preform or the parison
    • B29C49/06Injection blow-moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C49/64Heating or cooling preforms, parisons or blown articles

Definitions

  • the present invention relates to a temperature adjusting mold, a temperature adjusting method, and a resin container manufacturing apparatus.
  • a hot parison type blow molding machine has been known as one of the machines for manufacturing resin containers.
  • the hot parison type blow molding machine is configured to blow mold resin containers using the heat retained during injection molding of the preform. is advantageous in that it is possible to manufacture
  • the rate-limiting preform injection molding time (preform cooling time in the injection mold) is shortened, and high heat is applied in the temperature adjustment process after injection molding. Additional cooling of the preform has also been proposed.
  • a method for additional cooling of the preform there is also known a method in which the outer peripheral surface of the preform is brought into contact with the cooling mold in the temperature adjustment process to exchange heat, and compressed air is flowed into the preform to cool it. (See Patent Documents 1 to 3).
  • An object of the present invention is to provide an adjustment mold.
  • the temperature control mold includes a first mold that accommodates the preform inside and contacts the outer peripheral surface of the preform, and a second mold that is inserted into the preform and comes into close contact with the neck of the preform. , and a third mold that is inserted into the preform integrally with the second mold and receives the bottom of the preform on the mold surface.
  • a third mold has openings to introduce compressed air into the preform.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a blow molding apparatus 20 of this embodiment.
  • the blow molding apparatus 20 of the present embodiment is a hot parison type (also referred to as a one-stage type) apparatus that blow molds a container by utilizing the heat (internal heat) during injection molding without cooling the preform to room temperature. is.
  • the blow molding device 20 includes an injection molding section 21 , a temperature adjustment section 22 , a blow molding section 23 , an ejection section 24 and a transport mechanism 26 .
  • the injection molding section 21, the temperature adjustment section 22, the blow molding section 23, and the ejection section 24 are arranged at positions rotated by a predetermined angle (for example, 90 degrees) around the transport mechanism 26.
  • a predetermined angle for example, 90 degrees
  • the transport mechanism 26 includes a transfer plate 28 (not shown in FIG. 1) that moves so as to rotate about an axis perpendicular to the paper surface of FIG.
  • One or more neck molds 27 (not shown in FIG. 1) for holding the preform 10 or the neck portion 11 of the container are arranged on the transfer plate 28 at predetermined angles. By moving the transfer plate 28 by 90 degrees, the transport mechanism 26 transfers the preform 10 (or container) with the neck 11 held by the neck mold 27 to the injection molding section 21, the temperature adjustment section 22, and the blow molding section. 23 and take-out section 24 in that order.
  • the conveying mechanism 26 further includes a mold opening mechanism for the neck mold 27 and the like.
  • the injection molding section 21 includes an injection cavity mold and an injection core mold (not shown), and manufactures a preform 10 shown in FIG. 2 which will be described later.
  • the injection molding unit 21 is connected to an injection device 25 that supplies molten resin material, which is the raw material of the preform 10 .
  • the injection cavity mold, the injection core mold, and the neck mold 27 of the transport mechanism 26 are closed to form a preform-shaped mold space. Then, the preform 10 is manufactured in the injection molding section 21 by pouring a molten resin material from the injection device 25 into the mold space of such a preform shape.
  • the overall shape of the preform 10 is a bowl-like shape with a bottom that is convex downward.
  • a tubular neck portion 11 opening upward is formed on the upper side of the preform 10
  • a bottom portion 12 faces the lower side of the preform 10 .
  • a trunk portion 13 connects the neck portion 11 and the bottom portion 12 .
  • the ratio of the diameter of the neck portion 11 to the total length of the preform 10 is 0.5 or more and 4.0 or less (preferably 1.0 or more and 3.0 or less, more preferably 1.1 or more and 1.1 .5 or less), and the shape of the body portion 13 may be substantially conical.
  • the preform 10 may have a diameter of the neck portion 11 of 40 mm or more and 150 mm or less (preferably 60 mm or more and 130 mm or less, more preferably 80 mm or more and 110 mm or less) and a length of the body portion 13 shorter than that of the neck portion 11 .
  • the above-described shape of the preform 10 is merely an example, and the preform 10 may be, for example, a cylindrical shape with a bottom extending in the longitudinal direction.
  • the material of the container and the preform 10 is a thermoplastic synthetic resin, which can be appropriately selected according to the application of the container.
  • specific types of materials include, for example, PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PCTA (polycyclohexanedimethylene terephthalate), Tritan (Tritan (registered trademark): copolyester manufactured by Eastman Chemical Co.).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PC polycarbonate
  • PES polyethersulfone
  • PPSU polyphenylsulfone
  • PS polystyrene
  • COP/COC cyclic olefin polymer
  • PMMA polymethacrylic acid methyl: acryl
  • PLA polylactic acid
  • the neck mold 27 of the transport mechanism 26 is not opened and the preform 10 is held and transported as it is.
  • the number of preforms 10 simultaneously molded in the injection molding section 21 (that is, the number of containers that can be molded simultaneously in the blow molding device 20) can be appropriately set.
  • the temperature adjustment unit 22 equalizes and removes temperature variations in the preform 10 manufactured by the injection molding unit 21, and adjusts the temperature of the preform 10 to a temperature suitable for blow molding (for example, about 90° C. to 105° C.) and It is adjusted to have a temperature distribution suitable for the shape of the container to be shaped.
  • the temperature control unit 22 also has a function of cooling the preform 10 (specifically, the trunk portion 13 and the bottom portion 12) in a high temperature state after injection molding.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing configuration examples of the temperature adjustment unit 22.
  • FIG. The temperature control unit 22 shown in FIGS. 2 and 3 includes a cavity mold (temperature control pot) 31 that can accommodate the preform 10 (specifically, the body portion 13 and the bottom portion 12) as an example of a mold for temperature control. , and a temperature control core mold 32 .
  • the cavity mold 31 is an example of a first mold, and is a mold having a temperature control space having substantially the same shape as the preform 10 manufactured in the injection molding section 21 .
  • the mold surface of the cavity mold 31 is in the shape of a downwardly convex bowl with a bottom, and contacts the outer peripheral surface of the preform 10 (specifically, the body portion 13 and the bottom portion 12).
  • a channel (not shown) through which a temperature control medium (coolant) flows is formed. Therefore, the temperature of the cavity mold 31 is kept at a predetermined temperature by the temperature control medium.
  • the temperature of the temperature control medium of the cavity mold 31 is not particularly limited, it can be appropriately selected within a range of, for example, 5°C to 80°C, preferably 30°C to 60°C. .
  • the temperature control core mold 32 has a fitting core 41 and an air introduction member 42 and is inserted inside the neck mold 27 and the preform 10 .
  • the temperature control core mold 32 is in airtight contact with the neck portion 11 of the preform 10 while being inserted into the neck mold 27 .
  • Both the fitting core 41 and the air introducing member 42 are hollow cylindrical bodies, and the air introducing member 42 is concentrically arranged inside the fitting core 41 .
  • the fitting core 41 is an example of a second mold, and when the temperature control core mold 32 is inserted into the neck mold 27 , the fitting core 41 is brought into close contact with the inner circumference or the upper end surface of the neck portion 11 , so that the preform 10 and the fitting core 41 are in close contact with each other. It has the function of maintaining airtightness. Between the fitting core 41 and the air introduction member 42, a channel for exhausting air from inside the preform 10 is formed along the axial direction.
  • the air introduction member 42 is fixed to the fitting core 41 and has a channel for supplying compressed air (air, gaseous refrigerant) to the preform 10 .
  • a female thread 42a is formed on the inner circumference of the tip of the air introduction member 42, and a tip core 44 is detachably attached thereto.
  • the tip of the air introduction member 42 is an example of the base.
  • the tip core 44 is an example of a third mold, and is a mold component attached to the tip side of the air introducing member 42 .
  • the tip core 44 has, on the tip side, a curved surface portion 45 which is a mold surface having a shape corresponding to the inner peripheral shape of the preform 10 .
  • the curved surface portion 45 of the tip core 44 faces the bottom portion 12 of the preform 10 and receives the inner peripheral bottom surface of the shrinking preform 10 .
  • the tip core 44 is formed with an opening 46 that axially penetrates the member from the center of the curved surface portion 45 and communicates with the flow path of the air introducing member 42 .
  • the tip core 44 is preferably made of a material having high thermal conductivity, such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the surface of the curved surface portion 45 may be roughened so as to make it difficult for the preform 10 to stick thereto.
  • the surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the curved surface portion 45 is set, for example, within a range of 0.6 ⁇ m to 1.0 ⁇ m.
  • a male thread 44 a is formed on the upper end side of the tip core 44 .
  • the tip core 44 is attached to the air introduction member 42 by screwing the male thread 44 a of the tip core 44 with the female thread 42 a of the air introduction member 42 .
  • the tip core 44 moves integrally with the fitting core 41 and the air introduction member 42 .
  • a spacer 47 for positioning the curved surface portion 45 in the axial direction is arranged between the air introduction member 42 and the tip core 44 .
  • the spacer 47 is a ring-shaped shim plate through which the male screw 44 a of the tip core 44 can be inserted. You can adjust the direction position.
  • the shape and the like of the spacer 47 are not limited to those described above, and multiple types of spacers 47 having different thicknesses may be exchanged.
  • the spacers 47 may be circumferentially spaced columns, washers, or the like.
  • the mold surface of the cavity mold 31 from the curved surface portion 45 is greater than the thickness th of the bottom portion 12 of the preform 10 (L>th).
  • blow molding part 23 performs stretch blow molding on the preform 10 whose temperature has been adjusted by the temperature adjustment section 22 to manufacture a container.
  • the blow molding section 23 includes a blow cavity mold that is a pair of split molds corresponding to the shape of the container, a bottom mold, an extension rod, and an air introducing member (blow core mold, none of which are shown).
  • the blow molding section 23 blow molds the preform 10 while stretching it.
  • the body portion 13 and the bottom portion 12 of the preform 10 that are stretched in the biaxial directions (longitudinal direction and horizontal direction) have reduced residual heat due to the thinning, and the thinned body portion 13 and the bottom portion 12 are blown. It cools on contact with the cavity mold and solidifies in the shape of the container.
  • the preform 10 can be formed into a blow-cavity shape to manufacture a container.
  • the removal section 24 is configured to release the neck of the container manufactured in the blow molding section 23 from the neck mold 27 and remove the container to the outside of the blow molding apparatus 20 .
  • FIG. 4 is a flow chart showing the steps of the blow molding method.
  • Step S101 Injection molding step
  • a molten resin is injected from the injection device 25 into a preform-shaped mold space formed by the injection cavity mold, the injection core mold, and the neck mold 27 of the conveying mechanism 26, thereby forming a preform. 10 are produced.
  • the injection mold of the injection molding part 21 is opened after the injection of the resin material (filling and holding pressure) is completed, or after the minimum cooling time provided after the injection is completed.
  • step S101 after the injection of the resin material (filling and holding pressure) is completed, the mold opening should be performed without providing a cooling time for the preform 10 in the injection mold. is preferred.
  • the time (cooling time) for cooling the resin material after the injection of the resin material is completed in the injection molding section 21 is It is preferably 1/2 or less of the time (injection time). Also, the cooling time can be made shorter than the time for injecting the resin material according to the weight of the resin material. For example, the cooling time is more preferably 2/5 or less, more preferably 1/4 or less, and particularly preferably 1/5 or less of the injection time of the resin material.
  • the preform's skin temperature is reduced compared to fully cooling the preform in the injection mold.
  • the layer (the surface layer in which the resin material is cooled and solidified) is thin, and the core layer (the inner layer in which the resin material is not sufficiently cooled and is in a softened or molten state) is formed thick.
  • the preform 10 having a large thermal gradient between the skin layer and the core layer and high temperature and high potential heat is molded.
  • step S101 When the injection mold is opened in step S101, the preform 10 is released from the injection cavity mold and the injection core mold in a high temperature state where the outer shape can be maintained. After that, the transfer plate 28 of the transfer mechanism 26 is rotated by a predetermined angle, and the hot preform 10 held by the neck mold 27 is transferred to the temperature control section 22 .
  • Step S102 temperature adjustment step
  • the temperature adjustment unit 22 cooling and temperature adjustment are performed to bring the temperature of the preform 10 close to a temperature suitable for the final blow (blow temperature).
  • the temperature of the preform 10 is lowered to the blow temperature, and thereafter the temperature of the preform 10 is maintained at the blow temperature until blow molding is performed.
  • whitening (clouding) due to spherulite generation crystallization that can occur when a preform formed of a crystalline resin material (for example, PET) is slowly cooled is prevented. Suppressed.
  • the preform 10 is first accommodated in the cavity mold 31. Subsequently, the temperature control core mold 32 is inserted into the neck portion 11 of the preform 10 housed in the cavity mold 31 . At this time, the neck portion 11 of the preform 10 and the fitting core 41 are brought into close contact with each other to keep airtightness therebetween. Also, the tip core 44 of the temperature control core mold 32 is inserted into the preform 10 so that the curved surface portion 45 of the tip core 44 faces the bottom portion 12 of the preform 10 .
  • the preform 10 conveyed to the temperature adjustment unit 22 is at a high temperature, it takes a short time until the cooling blow described later (for example, immediately after the injection molding unit is released from the mold to be conveyed to the temperature adjustment unit). During this time), the preform 10 is allowed to cool and is contracted and deformed. Specifically, the contraction of the body portion 13 and the bottom portion 12 deforms the preform 10 such that the bottom portion 12 is lifted inward. Then, as shown in FIG. 2 , the preform 10 comes into contact with the curved surface portion 45 of the tip core 44 , and the bottom portion 12 of the preform 10 contacts (contacts) the curved surface portion 45 .
  • the bottom portion 12 of the preform 10 Due to the close contact between the bottom portion 12 of the preform 10 and the curved surface portion 45, heat is exchanged between the bottom portion 12 of the preform 10 and the tip core 44, and the bottom portion 12 of the preform 10 is effective until the cooling blow is performed. effectively cooled. Further, the bottom portion 12 of the preform 10 may be held in a shape following the curved surface portion 45 by closely contacting the curved surface portion 45 with the bottom portion 12 of the preform 10 . Thereby, it is possible to suppress irregular shrinkage of the preform 10 before the cooling blow.
  • the preform 10 is subjected to a cooling blow.
  • a cooling blow of the present embodiment as shown in FIG. 3, compressed air is introduced into the preform 10 from the opening 46 through the flow path of the air introduction member 42 and the tip core 44, and the fitting core 41 and the air introduction member Compressed air is exhausted from the flow path between 42 .
  • a flow of compressed air is generated inside the preform 10 from the bottom 12 side toward the neck 11 side, and the preform 10 is cooled from the inside by contact with the compressed air.
  • the preform 10 during the cooling blow continues to be in contact with the cavity mold 31 which is kept at a predetermined temperature by receiving the pressure of the compressed air from the inside, and heat is exchanged between the preform 10 and the cavity mold 31 (that is, cooling and temperature conditioning of the preform 10).
  • the temperature of the preform 10 is adjusted from the outside so that the temperature does not fall below the temperature suitable for blow molding, and the uneven temperature that occurs during injection molding is also reduced.
  • the shape of the preform 10 during cooling blowing is maintained by the cavity mold 31 and does not change significantly.
  • the transfer plate 28 of the transfer mechanism 26 is rotated by a predetermined angle, and the temperature-adjusted preform 10 held by the neck mold 27 is transferred to the blow molding section 23 .
  • Step S103 blow molding step
  • the blow molding of the container is performed in the blow molding section 23 .
  • the blow cavity mold is closed to accommodate the preform 10 in the mold space, and the air introduction member (blow core) is lowered so that the neck portion 11 of the preform 10 is brought into contact with the air introduction member.
  • the stretching rod (longitudinal axis stretching member) is lowered to hold the bottom 12 of the preform 10 from the inner surface, and the preform is supplied with blow air from the air introduction member while performing longitudinal axis stretching as necessary. 10 is transversely stretched.
  • the preform 10 is expanded and shaped so as to be in close contact with the mold space of the blow cavity mold, and is blow-molded into a container.
  • the bottom mold waits at a lower position where it does not contact the bottom of the preform 10, and quickly rises to the molding position before or after closing the mold.
  • Step S104 container take-out step
  • the blow cavity mold and the bottom mold are opened. Thereby, the container can be moved from the blow molding section 23 . Subsequently, the transport plate 28 of the transport mechanism 26 is rotated by a predetermined angle, and the container is transported to the pick-up section 24 . At the take-out station 24 , the neck of the container is released from the neck mold 27 and the container is taken out of the blow molding apparatus 20 .
  • the time during which the transfer plate 28 is stopped in the injection molding section 21, the temperature adjustment section 22, the blow molding section 23, and the ejection section 24 is the same length.
  • the transfer time of the transfer plate 28 between each section is also the same length.
  • the high-temperature preform 10 with no cooling time (or very short cooling time) in the injection mold is accommodated in the cavity mold 31, and the preform from the temperature control core mold 32 is cooled. Cooling and temperature control of the preform 10 are performed by a cooling blow that blows compressed air into the interior of the preform 10 .
  • the bottom 12 of the shrunk preform 10 is in close contact with the curved surface 45 of the tip core 44 and the bottom 12 of the preform 10 is cooled by the tip core 44 .
  • the bottom of the preform tends to be insufficiently cooled. Insufficient cooling of the bottom of the preform may cause problems (defective appearance) such as thinning of the bottom of the container and transfer traces of the stretching rod.
  • the preform when the preform is molded from a crystalline resin material such as PET, spherulite crystallization (whitening) is likely to occur at the bottom of the container due to insufficient cooling.
  • the bottom portion 12 of the preform 10 is locally cooled by the temperature adjusting portion 22, so the above-described problems can be avoided.
  • the bottom portion 12 of the shrunk preform 10 is in close contact with the curved surface portion 45 of the tip core 44, thereby suppressing irregular shrinkage of the preform 10 before the cooling blow.
  • the bottom 12 is locally cooled. Therefore, insufficient cooling of the preform 10 before the cooling blow and variations in adjustment of the temperature distribution are less likely to occur.
  • the preform 10 in close contact with the tip core 44 is pressed against the cavity mold 31 by compressed air.
  • the inner peripheral side of the preform 10 is cooled by compressed air, and the outer peripheral side of the preform 10 is cooled and temperature-controlled by contact with the cavity mold 31 .
  • the shrunk preform 10 can be restored to the shape and position before shrinkage, and the preform 10 can be cooled and the temperature distribution can be adjusted satisfactorily.
  • the bowl-shaped preform 10 with a relatively shallow bottom tends to separate from the cavity mold 31 when it shrinks both before and after the cooling blow, making temperature control relatively difficult.
  • the temperature adjustment unit 22 of the present embodiment cools the bowl-shaped preform 10 as described above and adjusts the temperature distribution even when the preform shrinks (especially when the degree of shrinkage of the preform is large). Good adjustment is possible.
  • the tip core 44 of the temperature control core mold 32 is detachable, and the axial position of the curved surface section 45 can be adjusted by interposing a spacer 47 .
  • the degree of cooling of the preform 10 by contact with the tip core 44 and the flow of compressed air between the preform 10 and the tip core 44 can be adjusted, so that the cooling of the preform 10 and the temperature distribution can be adjusted more appropriately. It becomes possible to go to
  • blow molding apparatus As an example of the blow molding apparatus, a hot parison type 4-station type apparatus configuration has been described.
  • the blow molding apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, and may be applied to other blow molding apparatuses other than the 4-station type as long as it has an injection molding section, a temperature control section, and a blow molding section. good.
  • the area of the curved surface portion 45 of the tip core 44 may be reduced so that the tip core 44 contacts a limited portion of the bottom of the preform 10 pinpointally. Further, a mechanism for maintaining the temperature of the tip core 44 may be provided in the temperature control core mold 32 .
  • the opening 46 is formed at the lower end of the tip core 44 .
  • the position of the opening 46 of the tip core 44 is not limited to the above embodiment, and the opening 46 may be formed in the inclined surface of the tip core 44, for example.

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Abstract

射出成形された有底形状の樹脂製のプリフォームの温度を調整するための温度調整用金型は、プリフォームを内側に収容し、プリフォームの外周面と接触する第1の金型と、プリフォーム内に挿入され、プリフォームの首部と密着する第2の金型と、第2の金型と一体にプリフォーム内に挿入され、プリフォームの底部を型面で受ける第3の金型と、を備える。第3の金型は、プリフォーム内に圧縮空気を導入する開口を有する。第3の金型がプリフォームに挿入されたときに、第3の金型の型面から第1の金型までの間隔はプリフォームの厚さよりも大きい。

Description

温度調整用金型、温度調整方法および樹脂製容器の製造装置
 本発明は、温度調整用金型、温度調整方法および樹脂製容器の製造装置に関する。
 従来から樹脂製容器の製造装置の一つとして、ホットパリソン式のブロー成形装置が知られている。ホットパリソン式のブロー成形装置は、プリフォームの射出成形時の保有熱を利用して樹脂製容器をブロー成形する構成であり、コールドパリソン式と比較して多様かつ美的外観に優れた樹脂製容器を製造できる点で有利である。
 ホットパリソン式の成形サイクルの短縮化のために、例えば、律速段階であるプリフォームの射出成形時間(射出金型でのプリフォームの冷却時間)を短縮し、射出成形後の温度調整工程で高熱のプリフォームの追加冷却を行うことも提案されている。
 また、プリフォームの追加冷却の一手法として、温度調整工程においてプリフォームの外周面を冷却金型と接触させて熱交換を行うとともに、プリフォーム内に圧縮空気を流し当てて冷却する方式も知られている(特許文献1~3参照)。
特許第6505344号公報 国際公開2020/158918号公報 特許第2509042号公報
 この種のプリフォームの追加冷却では、温度調整工程での冷却や温度分布の調整が不十分になる可能性がある。
 そこで、本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、温度調整工程で空冷を行うときに、プリフォームの収縮を利用してプリフォームの冷却や温度分布の調整を良好に行える温度調整用金型を提供することを目的とする。
 本発明の一態様は、射出成形された有底形状の樹脂製のプリフォームの温度を調整するための温度調整用金型である。温度調整用金型は、プリフォームを内側に収容し、プリフォームの外周面と接触する第1の金型と、プリフォーム内に挿入され、プリフォームの首部と密着する第2の金型と、第2の金型と一体にプリフォーム内に挿入され、プリフォームの底部を型面で受ける第3の金型と、を備える。第3の金型は、プリフォーム内に圧縮空気を導入する開口を有する。第3の金型がプリフォームに挿入されたときに、第3の金型の型面から第1の金型までの間隔はプリフォームの厚さよりも大きい。
 本発明の一態様によれば、温度調整工程で空冷を行うときに、プリフォームの収縮を利用してプリフォームの冷却や温度分布の調整を良好に行える温度調整用金型を提供できる。
本実施形態のブロー成形装置の構成を模式的に示す図である。 温度調整部の構成例を示す図である。 図2からプリフォームに圧縮空気を導入した状態を示す図である。 ブロー成形方法の工程を示すフローチャートである。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
 実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。
(ブロー成形装置の説明)
 図1は、本実施形態のブロー成形装置20の構成を模式的に示す図である。本実施形態のブロー成形装置20は、プリフォームを室温まで冷却せずに射出成形時の保有熱(内部熱量)を活用して容器をブロー成形するホットパリソン方式(1ステージ方式とも称する)の装置である。
 ブロー成形装置20は、射出成形部21と、温度調整部22と、ブロー成形部23と、取り出し部24と、搬送機構26とを備える。射出成形部21、温度調整部22、ブロー成形部23および取り出し部24は、搬送機構26を中心として所定角度(例えば90度)ずつ回転した位置に配置されている。
 搬送機構26は、図1の紙面垂直方向の軸を中心に回転するように移動する移送板28(図1では不図示)を備える。移送板28には、プリフォーム10または容器の首部11を保持するネック型27(図1では不図示)が、所定角度ごとにそれぞれ1以上配置されている。搬送機構26は、移送板28を90度分ずつ移動させることで、ネック型27で首部11が保持されたプリフォーム10(または容器)を、射出成形部21、温度調整部22、ブロー成形部23、取り出し部24の順に搬送する。なお、搬送機構26は、ネック型27の型開き機構などもさらに備える。
(射出成形部21)
 射出成形部21は、それぞれ図示を省略する射出キャビティ型、射出コア型を備え、後述の図2に示すプリフォーム10を製造する。射出成形部21には、プリフォーム10の原材料である溶融状態の樹脂材料を供給する射出装置25が接続されている。
 射出成形部21においては、上記の射出キャビティ型、射出コア型と、搬送機構26のネック型27とを型閉じしてプリフォーム形状の型空間を形成する。そして、このようなプリフォーム形状の型空間内に射出装置25から溶融状態の樹脂材料を流し込むことで、射出成形部21でプリフォーム10が製造される。
 ここで、プリフォーム10の全体形状は、図2に示すように、下向きに凸となる有底椀状である。プリフォーム10の上側には、上側に開口する筒状の首部11が形成され、プリフォーム10の下側には底部12が臨む。また、首部11と底部12の間は胴部13によって接続されている。なお、プリフォーム10は、例えば、プリフォーム10の全長に対する首部11の直径の比が0.5以上4.0以下(好ましくは1.0以上3.0以下、より好ましくは1.1以上1.5以下)で、胴部13の形状が略円錐形状であってもよい。また、プリフォーム10は、首部11の直径が40mm以上150mm以下(好ましくは60mm以上130mm以下、より好ましくは80mm以上110mm以下)で胴部13の長さが首部11より短くてもよい。
 なお、プリフォーム10の上記形状はあくまで一例であって、例えばプリフォーム10は、長手方向に延びる有底筒状などであってもよい。
 また、容器およびプリフォーム10の材料は、熱可塑性の合成樹脂であり、容器の用途に応じて適宜選択できる。具体的な材料の種類としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PCTA(ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート)、Tritan(トライタン(登録商標):イーストマンケミカル社製のコポリエステル)、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、PC(ポリカーボネート)、PES(ポリエーテルスルホン)、PPSU(ポリフェニルスルホン)、PS(ポリスチレン)、COP/COC(環状オレフィン系ポリマー)、PMMA(ポリメタクリル酸メチル:アクリル)、PLA(ポリ乳酸)などが挙げられる。
 なお、射出成形部21の型開きをしたときにも、搬送機構26のネック型27は開放されずにそのままプリフォーム10を保持して搬送する。射出成形部21で同時に成形されるプリフォーム10の数(すなわち、ブロー成形装置20で同時に成形できる容器の数)は、適宜設定できる。
(温度調整部22)
 温度調整部22は、射出成形部21で製造されたプリフォーム10の均温化や偏温除去を行い、プリフォーム10の温度をブロー成形に適した温度(例えば約90℃~105℃)かつ賦形される容器形状に適した温度分布を備えるように調整する。また、温度調整部22は、射出成形後の高温状態のプリフォーム10(具体的には胴部13および底部12)を冷却する機能も担う。
 図2、図3は、温度調整部22の構成例を示す図である。図2、図3に示す温度調整部22は、温度調整用金型の一例として、プリフォーム10(具体的には胴部13および底部12)を収容可能なキャビティ型(温調ポット)31と、温調コア金型32とを有している。
 キャビティ型31は、第1の金型の一例であって、射出成形部21で製造されたプリフォーム10と略同じ形状の温調空間を有する金型である。キャビティ型31の金型表面は下向きに凸となる有底椀状をなし、プリフォーム10の外周面(具体的には胴部13および底部12)と接触する。図2、図3に示すキャビティ型31の内部には、温度調整媒体(冷媒)の流れる流路(不図示)が形成されている。そのため、キャビティ型31の温度は、温度調整媒体により所定の温度に保たれる。
 なお、キャビティ型31の温度調整媒体の温度は特に限定されるものではないが、例えば、5℃~80℃、好ましくは30℃から60℃の間の範囲内で適宜選択することが可能である。
 温調コア金型32は、嵌合コア41と、エア導入部材42とを有し、ネック型27およびプリフォーム10の内側に挿入される。温調コア金型32は、ネック型27に挿入された状態においてプリフォーム10の首部11に気密可能に当接される。
 嵌合コア41およびエア導入部材42はいずれも中空の筒状体であり、エア導入部材42は嵌合コア41の内側に同心状に配置されている。
 嵌合コア41は、第2の金型の一例であって、温調コア金型32がネック型27に挿入されたときに首部11の内周または上端面と密着し、プリフォーム10との気密を保つ機能を担う。また、嵌合コア41とエア導入部材42の間には、プリフォーム10内からエアを排気する流路が軸方向に沿って形成される。
 エア導入部材42は、嵌合コア41に固定されており、プリフォーム10に圧縮空気(エア、気体状の冷媒)を供給する流路を備える。エア導入部材42の先端には、内周に雌ねじ42aが形成され、先端コア44が着脱可能に取り付けられている。エア導入部材42の先端は、基部の一例である。
 先端コア44は、第3の金型の一例であって、エア導入部材42の先端側に取り付けられる金型部品である。先端コア44は、プリフォーム10の内周側形状に対応する形状の型面である曲面部45を先端側に有する。先端コア44の曲面部45は、プリフォーム10の底部12に臨み、収縮するプリフォーム10の内周側底面を受ける。また、先端コア44には、曲面部45の中心から部材を軸方向に貫通し、エア導入部材42の流路と連通する開口46が形成されている。
 ここで、先端コア44は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などの熱伝導性が高い材料で形成されることが好ましい。また、曲面部45は、プリフォーム10を貼りつきにくくするために表面が粗面化されていてもよい。曲面部45の表面の粗さ(算術平均粗さRa)は、例えば、0.6μm~1.0μmの範囲で設定される。
 また、先端コア44の上端側には雄ねじ44aが形成されている。先端コア44の雄ねじ44aをエア導入部材42の雌ねじ42aと螺合させることで、先端コア44はエア導入部材42に取り付けられる。これにより、先端コア44は、嵌合コア41およびエア導入部材42と一体に移動する。
 また、エア導入部材42と先端コア44の間には、曲面部45の軸方向位置を位置決めするスペーサー47が配置されている。例えば、スペーサー47は、先端コア44の雄ねじ44aが挿通可能なリング状のシムプレートであり、エア導入部材42と先端コア44の間に挟むスペーサー47の枚数を調整することで曲面部45の軸方向位置を調整できる。なお、スペーサー47の形状等は上記に限定されず、厚さの異なる複数種類のスペーサー47を交換してもよい。あるいは、スペーサー47は、周方向に間隔を空けて配置される柱状の構成や、ワッシャなどであってもよい。
 また、温調コア金型32がプリフォーム10(具体的には胴部13と底部12の内面とで形成する凹部空間)に挿入された状態において、曲面部45からキャビティ型31の金型表面の間隔Lは、プリフォーム10の底部12の厚さthよりも大きい(L>th)。これにより、温調コア金型32がプリフォーム10に挿入された状態において、図3に示すように、曲面部45とプリフォーム10の底部12との間に圧縮空気を流す隙間を確保することができる。
(ブロー成形部23)
 図1に戻って、ブロー成形部23は、温度調整部22で温度調整されたプリフォーム10に対して延伸ブロー成形を行い、容器を製造する。
 ブロー成形部23は、容器の形状に対応した一対の割型であるブローキャビティ型と、底型と、延伸ロッドおよびエア導入部材(ブローコア型、いずれも不図示)を備える。ブロー成形部23は、プリフォーム10を延伸しながらブロー成形する。二軸方向(縦軸方向および横軸方向)に延伸されたプリフォーム10の胴部13と底部12は、薄肉化により保有熱が減少し、さらに、薄肉化した胴部13と底部12はブローキャビティ型との接触により冷却され、容器の形状で固化する。これにより、プリフォーム10がブローキャビティ型の形状に賦形されて容器を製造できる。
(取り出し部24)
 取り出し部24は、ブロー成形部23で製造された容器の首部をネック型27から開放し、容器をブロー成形装置20の外部へ取り出すように構成されている。
(ブロー成形方法の説明)
 次に、本実施形態のブロー成形装置によるブロー成形方法について説明する。図4は、ブロー成形方法の工程を示すフローチャートである。
(ステップS101:射出成形工程)
 まず、射出成形部21において、射出キャビティ型、射出コア型および搬送機構26のネック型27で形成されたプリフォーム形状の型空間に射出装置25から溶融状態の樹脂が射出され、これによりプリフォーム10が製造される。
 そして、樹脂材料の射出(充填および保圧)の完了後、または射出の完了後に設けられた最小限の冷却時間後に射出成形部21の射出金型が型開きされる。
 高速な成形サイクルで容器を製造する観点からは、ステップS101において、樹脂材料の射出(充填および保圧)の完了後に射出金型内でプリフォーム10の冷却時間を設けずに型開きを行うことが好ましい。
 一方、射出金型内でプリフォーム10の最小限の冷却を行う場合、射出成形部21で樹脂材料の射出が完了してから樹脂材料を冷却する時間(冷却時間)は、樹脂材料を射出する時間(射出時間)に対して1/2以下であることが好ましい。また、上記の冷却時間は、樹脂材料の重量等に応じて、樹脂材料を射出する時間に対してより短くすることができる。例えば、冷却時間は、樹脂材料の射出時間に対して2/5以下であるとより好ましく、1/4以下であるとさらに好ましく、1/5以下であると特に好ましい。
 本実施形態では、射出金型でのプリフォーム10の冷却時間がない(あるいは冷却時間が非常に短い)ため、射出金型内でプリフォームを十分に冷却する場合と比べて、プリフォームのスキン層(樹脂材料が冷却され固化状態にある表面層)は薄く、コア層(樹脂材料が十分に冷却されず軟化状態または溶融状態にある内部層)は厚く形成される。つまり、本実施形態では、スキン層とコア層の間の熱勾配が大きく、高温で保有熱が高いプリフォーム10が成形される。
 ステップS101で射出金型が型開きされると、外形が維持できる程度の高温状態でプリフォーム10が射出キャビティ型、射出コア型から離型される。その後、搬送機構26の移送板28が所定角度分回転するように移動し、ネック型27に保持された高温状態のプリフォーム10は温度調整部22に搬送される。
(ステップS102:温度調整工程)
 次に、温度調整部22において、プリフォーム10の温度を最終ブローに適した温度(ブロー温度)に近づけるための冷却および温度調整が行われる。
 温度調整部22では、プリフォーム10の温度がブロー温度まで低下され、その後、ブロー成形が行われるまでプリフォーム10の温度はブロー温度に維持される。温度調整部22で高温のプリフォームを急冷することで、結晶性の樹脂材料(例えばPET)から形成されたプリフォームを徐冷した場合に生じうる球晶生成結晶化による白化(白濁化)が抑制される。
 温度調整部22では、まず、プリフォーム10がキャビティ型31に収容される。続いて、キャビティ型31に収容されたプリフォーム10の首部11に温調コア金型32が挿入される。このとき、プリフォーム10の首部11と嵌合コア41が密着して両者の気密が保たれた状態となる。また、温調コア金型32の先端コア44はプリフォーム10内に挿入され、先端コア44の曲面部45がプリフォーム10の底部12に臨む状態となる。
 ここで、温度調整部22に搬送されるプリフォーム10は高温であるため、後述の冷却ブローが行われるまでの僅かな時間(例えば、射出成形部の離型直後から温度調整部への搬送にかかる時間)にもプリフォーム10は放冷されて収縮変形する。具体的には、胴部13および底部12が収縮することで、プリフォーム10は底部12が内側に持ち上がるように変形する。すると、図2に示すように、プリフォーム10が先端コア44の曲面部45と接触し、プリフォーム10の底部12が曲面部45と密着(当接)する。
 プリフォーム10の底部12と曲面部45の密着により、プリフォーム10の底部12と先端コア44の間で熱交換が行われ、冷却ブローが行われるまでの間にプリフォーム10の底部12が効果的に冷却される。また、プリフォーム10の底部12が曲面部45と密着することで、プリフォーム10の底部12が曲面部45に倣った形状に保持されてもよい。これにより、冷却ブローの前にプリフォーム10が不規則に収縮することを抑制できる。
 その後、プリフォーム10の冷却ブロー(クーリングブロー)が行われる。本実施形態の冷却ブローでは、図3に示すように、エア導入部材42および先端コア44の流路を経て開口46からプリフォーム10内に圧縮空気が導入され、嵌合コア41とエア導入部材42の間の流路から圧縮空気が排気される。
 冷却ブローにおいて、先端コア44の開口46から圧縮空気が導入されると、プリフォーム10の底部12は、図2の状態から圧縮空気によって押されて先端コア44の曲面部45から離れる。そして、図3に示すように、プリフォーム10の外周面(具体的には胴部13および底部12)は、キャビティ型31の金型表面に押し付けられる。これにより、プリフォーム10の内周面と先端コア44の曲面部45の間には、圧縮空気の流れる隙間が形成される。
 したがって、冷却ブロー時のプリフォーム10は、プリフォーム10内では底部12側から首部11側に向けて圧縮空気の流れが生じ、圧縮空気との接触によってプリフォーム10は内側から冷却される。
 また、冷却ブロー時のプリフォーム10は、内側から圧縮空気の圧力を受けて所定の温度に保たれたキャビティ型31と接触し続け、プリフォーム10とキャビティ型31の間でも熱交換(すなわち、プリフォーム10の冷却および温度調整)が行われる。これにより、プリフォーム10は外側からブロー成形に適した温度以下にならないように温度調整され、さらに射出成形時に生じた偏温も低減される。なお、冷却ブロー時のプリフォーム10の形状は、キャビティ型31で維持されて大きく変化することはない。
 温度調整工程の後、搬送機構26の移送板28が所定角度分回転するように移動し、ネック型27に保持された温度調整後のプリフォーム10がブロー成形部23に搬送される。
(ステップS103:ブロー成形工程)
 続いて、ブロー成形部23において、容器のブロー成形が行われる。
 まず、ブローキャビティ型を型閉じしてプリフォーム10を型空間に収容し、エア導入部材(ブローコア)を下降させることで、プリフォーム10の首部11にエア導入部材が当接される。そして、延伸ロッド(縦軸延伸部材)を降下させてプリフォーム10の底部12を内面から抑えて、必要に応じて縦軸延伸を行いつつ、エア導入部材からブローエアを供給することで、プリフォーム10を横軸延伸する。これにより、プリフォーム10は、ブローキャビティ型の型空間に密着するように膨出して賦形され、容器にブロー成形される。なお、底型は、ブローキャビティ型の型閉じ前はプリフォーム10の底部と接触しない下方の位置で待機し、型閉前または型閉後に成形位置まで素早く上昇する。
(ステップS104:容器取り出し工程)
 ブロー成形が終了すると、ブローキャビティ型および底型が型開きされる。これにより、ブロー成形部23から容器が移動可能となる。
 続いて、搬送機構26の移送板28が所定角度回転するように移動し、容器が取り出し部24に搬送される。取り出し部24において、容器の首部がネック型27から開放され、容器がブロー成形装置20の外部へ取り出される。
 以上で、ブロー成形方法の一連の工程が終了する。その後、搬送機構26の移送板28を所定角度回転するように移動させることで、上記のS101からS104の各工程が繰り返される。ブロー成形装置20の運転時には、1工程ずつの時間差を有する4組分の容器の製造が並列に実行される。
 なお、ブロー成形装置20の構造上、射出成形部21、温度調整部22、ブロー成形部23および取り出し部24で移送板28が停止している時間はそれぞれ同じ長さになる。同様に、各部間における移送板28の搬送時間もそれぞれ同じ長さになる。
 以下、本実施形態の作用効果を述べる。
 本実施形態の温度調整部22では、射出金型での冷却時間がない(あるいは冷却時間が非常に短い)高温のプリフォーム10をキャビティ型31に収容し、温調コア金型32からプリフォーム10内に圧縮空気を吹き込む冷却ブローによって、プリフォーム10の冷却と温度調整を行う。
 冷却ブローの前には、収縮したプリフォーム10の底部12が先端コア44の曲面部45と密着し、プリフォーム10の底部12が先端コア44で冷却される。これにより、冷却ブローの前に、プリフォーム10の底部12を他の部位よりも冷却できる。
 例えば、カップ容器や広口容器を形成する場合、プリフォーム全体がブロー温度以下にならないように温度を調整するとプリフォームの底部が冷却不足になりやすい。プリフォームの底部が冷却不足になると、容器底部に、薄肉化や延伸ロッドの転写痕が残るなどの不具合(外観不良)が生じうる。また、プリフォームがPET等の結晶性樹脂材料から成形される場合、容器底部に冷却不足に起因する球晶結晶化(白化)の不具合も生じ易い。これに対し、本実施形態では、温度調整部22でプリフォーム10の底部12が局所的に冷却されるので、上記した不具合を避けることができる。
 また、本実施形態によれば、収縮したプリフォーム10の底部12が先端コア44の曲面部45と密着することで、冷却ブローの前にプリフォーム10の不規則な収縮が抑制され、さらに、底部12が局所的に冷却される。そのため、冷却ブローの前のプリフォーム10の冷却不足や温度分布の調整のばらつきが生じにくくなる。
 そして、冷却ブローの際には、先端コア44と密着したプリフォーム10が圧縮空気でキャビティ型31に押し付けられる。そして、プリフォーム10の内周側は圧縮空気で冷却され、プリフォーム10の外周側はキャビティ型31との接触により冷却と温度調整が行われる。冷却ブローにより、プリフォーム10がキャビティ型31に押し当てられることで、収縮したプリフォーム10を収縮前の形状や位置に復元でき、プリフォーム10の冷却や温度分布の調整を良好に行える。
 特に、比較的に底浅の形状である有底椀状のプリフォーム10は、冷却ブロー前や冷却ブロー後のいずれにおいても収縮するとキャビティ型31から離れやすく、温度調整が比較的に困難であった。本実施形態の温度調整部22は、上記のような有底椀状のプリフォーム10に対して、プリフォームが収縮する場合(特に、プリフォームの収縮度合いが大きい場合)でも冷却や温度分布の調整を良好に行うことが可能となる。
 また、本実施形態の温度調整部22では、温調コア金型32の先端コア44は着脱可能であり、スペーサー47を介在させることで曲面部45の軸方向位置を調整できる。これにより、先端コア44との接触によるプリフォーム10の冷却度合いや、プリフォーム10と先端コア44の間の圧縮空気の流れを調整できるので、プリフォーム10の冷却や温度分布の調整をより適切に行うことが可能となる。
 本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
 上記実施形態ではブロー成形装置の一例として、ホットパリソン式の4ステーション型の装置構成を説明した。しかし、本発明のブロー成形装置は上記実施形態に限定されず、射出成形部、温度調整部、ブロー成形部を備えるものであれば、4ステーション型以外の他のブロー成形装置に適用してもよい。
 上記実施形態において、先端コア44の曲面部45の面積を小さくし、先端コア44がプリフォーム10の底部の限定された部位とピンポイントに接触するようにしてもよい。また、温調コア金型32において、先端コア44の温度を維持する機構を設けてもよい。
 上記実施形態では、先端コア44の下端部に開口46が形成される例を説明した。しかし、先端コア44の開口46の位置は上記実施形態に限定されず、例えば、先端コア44の傾斜面などに開口46が形成されていてもよい。
 加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
10…プリフォーム、11…首部、12…底部、20…ブロー成形装置、21…射出成形部、22…温度調整部、23…ブロー成形部、31…キャビティ金型、32…温調コア金型、41…嵌合コア、42…エア導入部材、44…先端コア、45…曲面部、46…開口、47…スペーサー

 

Claims (7)

  1.  射出成形された有底形状の樹脂製のプリフォームの温度を調整するための温度調整用金型であって、
     前記プリフォームを内側に収容し、前記プリフォームの外周面と接触する第1の金型と、
     前記プリフォーム内に挿入され、前記プリフォームの首部と密着する第2の金型と、
     前記第2の金型と一体に前記プリフォーム内に挿入され、前記プリフォームの底部を型面で受ける第3の金型と、を備え、
     前記第3の金型は、前記プリフォーム内に圧縮空気を導入する開口を有し、
     前記第3の金型が前記プリフォームに挿入されたときに、前記第3の金型の前記型面から前記第1の金型までの間隔は前記プリフォームの厚さよりも大きい
    温度調整用金型。
  2.  前記第3の金型は、前記圧縮空気が導入される前に、収縮する前記プリフォームの底部を前記型面で受け、
     前記第1の金型は、前記開口から導入された前記圧縮空気で押し付けられた前記プリフォームの外周面を受ける
    請求項1に記載の温度調整用金型。
  3.  前記第3の金型と、前記第1の金型に押し付けられた前記プリフォームの内周面の間には、前記開口から導入された前記圧縮空気が流れる
    請求項2に記載の温度調整用金型。
  4.  前記第1の金型に対する前記第3の金型の間隔を調整する調整部をさらに備える
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の温度調整用金型。
  5.  前記第3の金型は、前記第2の金型に固定された基部に着脱可能に取り付けられ、
     前記調整部は、前記基部に対する前記第3の金型の取付位置を調整するスペーサーである
    請求項4に記載の温度調整用金型。
  6.  温度調整用金型を用いて、射出成形された有底形状の樹脂製のプリフォームの温度を調整する温度調整方法であって、
     前記温度調整用金型は、
     前記プリフォームを内側に収容し、前記プリフォームの外周面と接触する第1の金型と、
     前記プリフォーム内に挿入され、前記プリフォームの首部と密着する第2の金型と、
     前記第2の金型と一体に前記プリフォーム内に挿入され、前記プリフォームの底部を型面で受ける第3の金型と、を備え、
     前記第3の金型は、前記プリフォーム内に圧縮空気を導入する開口を有し、
     前記第1の金型に前記プリフォームを収容し、前記プリフォーム内に前記第2の金型および前記第3の金型を挿入する第1の工程と、
     前記圧縮空気が導入される前に、前記第3の金型の型面で収縮する前記プリフォームの底部を受ける第2の工程と、
     前記第3の金型の前記開口から前記圧縮空気を導入し、前記第1の金型に前記圧縮空気で前記プリフォームの外周面を押し付けるとともに、前記圧縮空気で前記プリフォームを冷却する第3の工程と、
    を含む温度調整方法。
  7.  樹脂製のプリフォームを射出成形する射出成形部と、
     請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の温度調整用金型を有し、前記射出成形部で製造された前記プリフォームの温度調整を行う温度調整部と、
     温度調整された前記プリフォームをブロー成形して樹脂製容器を製造するブロー成形部と、を備える
    樹脂製容器の製造装置。

     
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WO (1) WO2023157863A1 (ja)

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