JP6437379B2 - 液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製のプリフォームを液体によりブロー成形して所定形状の容器を成形する液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法に関するものである。

樹脂製のプリフォームをブロー成形して容器を成形するブロー成形装置として、例えば、特許文献１には、ブロー成形用の金型（ブロー成形型）と、プリフォームを延伸させる延伸ロッドと、プリフォームの底部をプリフォームの外側から支持する支持ピンとを備えたブロー成形装置が開示されている。このブロー成形装置は、支持ピンでプリフォームの底部を支持しながら、プリフォームの内部に挿入した延伸ロッドでプリフォームを軸方向に延伸させ、さらに加圧した気体をプリフォーム内に供給して径方向に延伸（膨張）させるものである。

プリフォームをブロー成形して容器を成形する方法としては、特許文献１に記載されたブロー成形装置のようにプリフォームの内部に加圧気体を供給してプリフォームを延伸させる方法以外にも、プリフォームの内部に液体を供給することによりプリフォームを延伸させる方法（液体ブロー成形）も知られている。このような液体ブロー成形によって容器を成形する場合、プリフォーム内に供給された液体のプリフォーム内における挙動（流れの方向やその強さ）に起因してプリフォームの延伸変形の方向が不安定となり易いという問題がある。そのため、液体ブロー成形装置においては特に、上記特許文献１の支持ピンのような構成により、液体ブロー成形における延伸変形の際の安定性を高めることが必要とされている。

特開２００４−１２２４５７号公報

しかしながら、このような液体ブロー成形装置において、予め加熱したプリフォームをブロー成形型にセットした状態で、支持ピンがプリフォームの底部に常に接触していると、支持ピンとの接触によってプリフォームの底部の温度が低下して硬化が早まり、ブロー成形時に底部が十分に延伸されず、成形後の容器の底部の厚さが所期したものにならない等の成形不良が発生する虞がある。また、プリフォームをブロー成形型にセットした後、プリフォームの底部に支持ピンを接触させた状態でブロー成形型を閉じる構成とした場合には、型閉めの際にプリフォームが所期した位置からずれてしまうことがあり、その結果、流体供給用のノズルが下降する過程でプリフォームの口部等に接触して、プリフォームに変形、損傷等が生じてしまう虞がある。

それゆえ、本発明は、プリフォームを液体ブロー成形する際のプリフォームの部分的な温度の低下やブロー成形型に対する位置ずれを防止するとともに、支持ピンでプリフォームを支持する際の芯ずれを防止し、液体ブロー成形における成形不良の発生を抑制した液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法を提案することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされものであり、本発明の液体ブロー成形装置は、有底筒状に形成されたプリフォームをブロー成形型内で液体ブロー成形して容器を成形する液体ブロー成形装置において、
前記ブロー成形型内に支持ピンが配置され、
前記支持ピンは、前記プリフォームの底部を前記プリフォームの外側から支持するヘッドと、前記ヘッドに接続され前記プリフォームの軸方向に昇降可能なシャフトと、を備え、
前記支持ピンは、前記プリフォームを前記ブロー成形型にセットし、該支持ピンを上昇させた上昇姿勢において、前記ヘッドと前記プリフォームの底部との間に隙間が形成されるように構成されており、且つ、成形過程のタイミングで前記プリフォームの底部を支持し、液体ブロー成形による前記プリフォームの変形に応じて下降するように構成されており、
前記隙間とプリフォームのネックリング下面から底部の先端までの軸方向の長さであるネック下長さとの関係が、次の式（Ａ）を満たすことを特徴とするものである。
０＜隙間≦０．４４×ネック下長さ ・・・式（Ａ）

また、前記ヘッドは、前記プリフォームの底部を支持する一端に、前記プリフォームの底部の少なくとも一部を受容するための凹部を有するとともに、前記凹部の外側に、他端に向かって末広がりに延びる傾斜面を備えることが好ましい。

また、本発明の液体ブロー成形装置にあっては、前記ブロー成形型にセットされた前記プリフォームの内部に挿入され、該プリフォームを軸方向に延伸する延伸ロッドを備えることが好ましい。

また、本発明の液体ブロー成形装置にあっては、前記プリフォーム内に液体を供給している間、前記支持ピンおよび前記延伸ロッドのうち少なくとも一方が常に前記プリフォームの底部に接触しているよう構成されていることが好ましい。

また、本発明の液体ブロー成形装置にあっては、前記延伸ロッドと前記支持ピンとで前記プリフォームの底部を挟持した後で液体の供給を行うよう構成されていることが好ましい。

本発明の液体ブロー成形方法は、有底筒状に形成されたプリフォームをブロー成形型内で液体ブロー成形して容器を成形する液体ブロー成形方法において、
前記ブロー成形型内に支持ピンが配置された液体ブロー成形装置であって、
前記支持ピンは、前記プリフォームの底部を前記プリフォームの外側から支持するヘッドと、前記ヘッドに接続され前記プリフォームの軸方向に昇降可能なシャフトと、を備え、
前記支持ピンは、前記プリフォームを前記ブロー成形型にセットし、該支持ピンを上昇させた上昇姿勢において、前記ヘッドと前記プリフォームの底部との間に隙間が形成されるように構成されている液体ブロー成形装置を用い、
前記支持ピンにより、成形過程のタイミングで前記プリフォームの底部を支持し、液体ブロー成形による前記プリフォームの変形に応じて前記支持ピンを下降させ、
前記隙間とプリフォームのネックリング下面から底部の先端までの軸方向の長さであるネック下長さとの関係が、次の式（Ａ）を満たすことを特徴とするものである。
０＜隙間≦０．４４×ネック下長さ ・・・式（Ａ）

また、本発明の液体ブロー成形方法にあっては、前記液体ブロー成形装置に設けられた延伸ロッドにより前記プリフォームの軸方向の延伸を行うことが好ましい。

また、本発明の液体ブロー成形方法にあっては、前記プリフォーム内に液体を供給している間、前記支持ピンおよび前記延伸ロッドのうち少なくとも一方が常に前記プリフォームの底部に接触していることが好ましい。

また、本発明の液体ブロー成形方法にあっては、前記延伸ロッドと前記支持ピンとで前記プリフォームの底部を挟持した後で液体の供給を行うことが好ましい。

本発明によれば、プリフォームを液体ブロー成形する際のプリフォームの部分的な温度の低下やブロー成形型に対する位置ずれを防止するとともに、支持ピンによりプリフォームの芯ずれを防止することにより、液体ブロー成形における成形不良の発生を抑制した液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法を提供することができる。

本発明の液体ブロー成形装置の一例について、プリフォームを取り付けた状態を示す図である。 本発明の液体ブロー成形装置の一例について、プリフォームを液体ブロー成形した状態を示す図である。 本発明の液体ブロー成形装置の支持ピンの一部拡大図である。 本発明の液体ブロー成形装置の支持ピンの各種変形例を示す図である。 本発明の液体ブロー成形装置を用いて行った実験に関する説明のための図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、飲料用の容器（ボトル）を成形する液体ブロー成形装置として説明するが、この実施の形態に限られることはなく、本発明の液体ブロー成形装置は、例えば化粧品、薬品、洗剤、シャンプー等の種々の内容液を収容する容器を成形することができる。

図１および図２は、プリフォームを液体ブロー成形により延伸して容器を成形する液体ブロー成形装置の一例を示す図である。図１は液体ブロー成形装置１１に、有底筒状（試験管状）に予備形成され、加熱されたプリフォームＰを取り付けた状態を示すものであり、図２は、図１の状態から液体ブロー成形により容器Ｂを成形した状態を示すものである。

液体ブロー成形装置１１は、ブロー成形型として本体割金型１および底部金型３を備え、さらに、ブロー成形型内に支持ピン５を備えている。本体割金型１は、プリフォームＰのネックリングＰ２の下方かつ胴部Ｐ３の上端を挟持している。なお、図示例の本体割金型１および底部金型３は一例であり、その他の構成、例えば、本体割金型１および底部金型３を一体とすることもできる。

支持ピン５は、底部金型３の中央に配置されている。支持ピン５は、プリフォームＰの底部Ｐ４をプリフォームＰの外側から支持するヘッド６と、ヘッド６に接続されプリフォームＰの軸方向に昇降可能なシャフト７と、を備えている。

図３に、支持ピン５の一部拡大図を示すように、ヘッド６は、上側の一端６ａでプリフォームＰの底部Ｐ４を支持し、下側の他端６ｂでシャフト７に接続されている。ヘッド６は、その中央に、プリフォームＰの底部Ｐ４に対応した形状を有し、プリフォームＰの底部Ｐ４の少なくとも一部を受容するための凹部８が形成されている。凹部８の表面は、プリフォームＰの底部Ｐ４の湾曲する外表面に一致するよう構成されている。さらに、ヘッド６は、凹部８の径方向外側に、他端６ｂに向かって末広がりに延びる傘状の傾斜面９が形成されている。なお、この実施の形態では、ヘッド６とシャフト７とは一体に構成されているが、別体とすることもできる。支持ピン５の形状は適宜変更可能であり、例えば、上面が平坦な円柱状、又は上面が凸となる形状とすることも可能である。また、支持ピン５の形状は、プリフォームＰの底部Ｐ４の形状に一致しても、一致しなくてもよい。

図１に示すように、支持ピン５は、プリフォームＰをブロー成形型にセットし、支持ピン５を上昇させた上昇姿勢において、ヘッド６とプリフォームＰの底部Ｐ４との間に隙間Ｃが形成されるように構成されている。支持ピン５は、図１の状態から、プリフォームＰが軸方向に隙間Ｃの分だけ延伸された時にプリフォームＰの底部Ｐ４に接触して、当該底部Ｐ４の支持を開始する。すなわち、支持ピン５は、成形過程（延伸途中）のタイミングでプリフォームＰの底部Ｐ４を支持するよう構成されている。さらに支持ピン５は、液体ブロー成形によるプリフォームＰの軸方向の延伸変形に応じて下降するように構成されている。

ここで、本発明において、プリフォームＰを延伸させる際には、図２に示すような延伸ロッドＲを用いることが好ましい。延伸ロッドＲを用いる場合、ブロー成形型の上方に設けられた延伸ロッドＲを軸方向に下降させ、口部Ｐ１を通してプリフォームＰの内部に挿入し、底部Ｐ４を内面側から押し下げることでプリフォームＰを軸方向に延伸させる。延伸ロッドＲと支持ピン５でプリフォームＰの底部Ｐ４を挟み込むことで、芯ずれの防止効果を高めることができる。延伸ロッドＲによる軸方向の延伸の後、又は、延伸ロッドＲによる軸方向の延伸とともに、所定の圧力に加圧した液体をプリフォームＰの口部Ｐ１を通して内部に供給することにより、プリフォームＰは、軸方向の延伸とともに径方向にも延伸（膨張）されて、図２に示す状態までブロー成形される。

なお、延伸ロッドＲを用いない場合には、所定の圧力に加圧した液体をプリフォームＰの内部に供給することにより、プリフォームＰを軸方向、径方向に延伸させ、図２に示す状態までブロー成形することができる。

支持ピン５は、ブロー成形によるプリフォームＰの軸方向への変形（延伸）に応じて、すなわち、延伸ロッドＲの圧力、又はプリフォームＰ内の液体の圧力により、底部金型３の方向に下降される。ここで、液体ブロー成形装置１１は、支持ピン５の下降時にプリフォームＰに抵抗を付与する抵抗付与手段（図示省略）を備えることが好ましい。抵抗付与手段としては、例えば、サーボモータ、油圧、ばね、エアシリンダ等が挙げられる。このように、抵抗付与手段を設けることにより、延伸ロッドＲを用いない場合において、軸方向および径方向の延伸を調整することができる。なお、容器Ｂは図２の状態から、成形金型内での所定のヒートセット、冷却等の熱処理操作後、本体割金型１の開放等の型開き、離型工程を経て製品として取り出される。

本発明では、プリフォームＰをブロー成形型にセットし、支持ピン５を上昇姿勢とした状態で、ヘッド６とプリフォームＰの底部Ｐ４との間に隙間Ｃが形成される構成としたことにより、ブロー成形型にセットされたプリフォームＰの局所的な温度低下を抑制することができる。その結果、成形後の容器Ｂの肉厚を所期した厚さに形成することができ、成形不良を抑制することが可能となる。ここで、プリフォームＰをブロー成形型にセットした際に支持ピン５がプリフォームの底部に接触する場合には、当該接触状態で型閉めを行った時に金型でプリフォームを噛み込む虞がある。また、型閉めを行った後で当該接触状態とした場合には、プリフォームが金型の外方に突出し流体供給用のノズルが下降する過程でプリフォームＰの口部Ｐ１等に接触して、プリフォームＰに変形、損傷等が生じる虞がある。しかしながら、本発明によれば、前記隙間Ｃを設けることでプリフォームの軸方向による位置ずれを防止することができ、上記の金型によるプリフォームＰの噛み込み、ノズルの接触による変形、損傷等の虞が生じない。

また本発明では、支持ピン５のヘッド６に、プリフォームＰの底部Ｐ４を受容するための凹部８を形成することにより、プリフォームＰが延伸される際に中心位置が径方向に変位する芯ずれを防止することができる。また、支持ピン５のヘッド６に、末広がりに延びる傘状の傾斜面９を形成することにより、支持ピン５をシャフト７のみから構成した場合に問題となりうるプリフォームＰの樹脂がシャフト７の側面に回り込む（巻き込まれる）ことを防止することができ、容器Ｂの底部における肉厚のばらつき（偏肉）、破れ、皺等の成形不良の発生を抑制できる。

なお、プリフォームＰの成形上の寸法ばらつきや、プリフォームＰの加熱による寸法変化等を考慮した上で、ブロー成形型にセットしたプリフォームＰと支持ピン５との接触を確実に防止可能な距離に設定するとともに芯ずれを防止する観点から、隙間Ｃは、可能な限り０mmに近いことが好ましい。また、隙間Ｃが大きくなり過ぎると、プリフォームＰの延伸変形時に底部Ｐ４を支持ピン５で支持するタイミングが遅くなり、芯ずれ防止の効果が発揮され難くなるため、隙間Ｃは、それぞれのプリフォームＰにおける、ネックリングＰ２から底部Ｐ４の先端までの軸方向の長さ（ネック下長さ）Ｌ１（ｍｍ）（図５参照）の０．４４倍以下であることが好ましい。

また、本発明の液体ブロー成形装置にあっては、プリフォームＰ内に液体を供給している間は、支持ピン５および延伸ロッドのうち少なくとも一方が常にプリフォームＰの底部Ｐ４に接触している構成とすることが好ましい。プリフォームＰの内部に供給する液体の充填速度、量、及びタイミング等の条件によっては、液体ブローの過程で延伸ロッドＲとプリフォームＰの底部Ｐ４内面とが離れる場合があり、この様な場合でも、支持ピン５が常にプリフォームＰの底部Ｐ４に接触していることで、芯ずれを防止することができる。同様の観点から、延伸ロッドＲを用いる場合、延伸ロッドＲと支持ピン５とでプリフォームＰの底部Ｐ４を挟持した後で液体の供給を行うことが好ましい。このような構成とすることで、延伸ロッドＲと支持ピン５との間に底部Ｐ４を挟み込んだ状態でプリフォームＰを延伸変形し易くなり、芯ずれ防止効果をさらに高めることができる。

また、プリフォームＰ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Ｂに収容される内容液を使用することにより、容器Ｂへの内容液の供給工程を省略して、その生産工程やブロー成形装置の構成を簡略化することができる。

さらに、本発明の液体ブロー成形装置１１においては、延伸ロッドＲを用いなくてもブロー成形が可能である。延伸ロッドＲを用いる場合、プリフォームＰの口部Ｐ１の開口面積から延伸ロッドＲの断面積を引いた面積で、ブロー流体をプリフォームＰの口部Ｐ１から流入させるが、延伸ロッドＲを用いない場合、プリフォームＰの口部Ｐ１の全開口面積で、ブロー流体を流入させることができる。それゆえ、昇圧スピードを上げることができ、その結果、成形時間を短縮することができる。

また、図３を参照すると、傾斜面９の、他端６ｂ側の縁部の直径Ｄは、シャフト７の直径Ｄ７より大きいことが好ましい。この構成により、プリフォームＰの樹脂が、シャフト７の側面に回り込むことをより一層防止することができる。

また、ヘッド６には、凹部８と傾斜面９との間に、円環状の平坦部１０が形成されていることが好ましい。この構成により、鋭角に突出する部分がヘッド６に形成されなくなるとともに、ヘッド６を用いて成形した容器Ｂの底部にも鋭角に窪む部分がなくなるため、ブロー成形時にプリフォームＰの底部Ｐ４を滑らかにヘッド６の上面に追従させることができ、ブロー成形した容器Ｂの底部の形状を安定させることができるとともに容器Ｂの底部の強度を向上させることができる。

次に、図４を参照しながら、支持ピン５の各種変形例を説明する。図４（ａ）に示すように、支持ピン５のヘッド６を伏椀形状として、傾斜面９を、ヘッド６の内側に中心が存在する曲率を有する曲面とすることもできるし、図４（ｂ）に示すように、傾斜面９を、ヘッド６の外側に中心が存在する曲率を有する曲面とすることもできる。また、ヘッド６は、上述した例のように円錐形状の頂部を除いた形状（円錐台形状）の他、図４（ｃ）に示すように、角錐形状の頂部を除いた形状（角錐台形状）とすることもできる。なお、図４（ｃ）では、六角錐を示しているが、側面は任意の数にすることができる。また、図４（ｄ）に示すように、傾斜面９をかさ歯車のような形状とすることもできる。

また、上述した例では、凹部８はヘッド６の中央に形成されているが、図４（ｅ）に示すように、凹部８はヘッド６の中央から偏芯した位置に形成することもできる。すなわち、プリフォームＰと、凹部８およびシャフト７の中心軸が一致していれば、図４（ｅ）に示すような傾斜面９を偏芯させて設けることもできる。

次に、本発明における隙間Ｃの好適な範囲を確認するために行った実験について説明する。本発明の液体ブロー成形装置を用いて、複数の条件でプリフォームＰから液体ブロー成形により容器Ｂを成形して、成形後の容器Ｂが所期した通りの寸法に成形されているかを確認した。表１に、成形後の容器Ｂの内容量（ｍｌ）、それぞれのプリフォームＰにおける、ネックリングＰ２から底部Ｐ４の先端までの軸方向の長さ（ネック下長さ）Ｌ１（ｍｍ）（図５参照）、ブロー成形型にセットした状態での支持ピン５との隙間Ｃ（ｍｍ）、長さＬ１と隙間Ｃを合計した長さＬ２（ｍｍ）（図５参照）、軸方向の延伸倍率、及び液体ブロー成形後の確認結果を示す。なお、軸方向の延伸倍率とは、ブロー成形前の長さＬ１と、長さＬ１と隙間Ｃを合計した長さＬ２との割合であり、プリフォームＰが支持ピン５に接触するまでにどれだけ軸方向に延伸するかを表している。また、表１に示す結果は、製品レベルとして許容可能な範囲で僅かに寸法のばらつきや芯ずれが生じているが概ね所期した通りの寸法に成形されている場合は「良い」とし、さらに高い寸法精度で成形された場合を「非常に良い」と表している。

表１の結果から、隙間Ｃを０＜Ｃ≦０．４４×Ｌ１とした場合には、液体ブロー成形時の支持ピン５による芯ずれ防止効果がより発揮され易く、高い寸法精度で所期した形状の容器Ｂを成形できることが確認できた。

本発明により、プリフォームがブローされる際の芯ずれを防止し、さらに、プリフォームの部分的な温度の低下やブロー成形型に対する位置ずれを防止することにより成形不良を抑制した液体ブロー成形装置および液体ブロー成形方法を提案することが可能となった。

１ 本体割金型
３ 底部金型
５ 支持ピン
６ ヘッド
７ シャフト
８ 凹部
９ 傾斜面
１０ 平坦部
１１ 液体ブロー成形装置
Ｂ 容器
Ｃ 隙間
Ｐ プリフォーム
Ｐ１ 口部
Ｐ２ ネックリング
Ｐ３ 胴部
Ｐ４ 底部
Ｒ 延伸ロッド

Claims (9)

1. 有底筒状に形成されたプリフォームをブロー成形型内で液体ブロー成形して容器を成形する液体ブロー成形装置において、
   前記ブロー成形型内に支持ピンが配置され、
   前記支持ピンは、前記プリフォームの底部を前記プリフォームの外側から支持するヘッドと、前記ヘッドに接続され前記プリフォームの軸方向に昇降可能なシャフトと、を備え、
   前記支持ピンは、前記プリフォームを前記ブロー成形型にセットし、該支持ピンを上昇させた上昇姿勢において、前記ヘッドと前記プリフォームの底部との間に隙間が形成されるように構成されており、且つ、成形過程のタイミングで前記プリフォームの底部を支持し、液体ブロー成形による前記プリフォームの変形に応じて下降するように構成されており、
   前記隙間とプリフォームのネックリング下面から底部の先端までの軸方向の長さであるネック下長さとの関係が、次の式（Ａ）を満たすことを特徴とする液体ブロー成形装置。
   ０＜隙間≦０．４４×ネック下長さ ・・・式（Ａ）
2. 前記ヘッドは、前記プリフォームの底部を支持する一端に、前記プリフォームの底部の少なくとも一部を受容するための凹部を有するとともに、前記凹部の外側に、他端に向かって末広がりに延びる傾斜面を備える、請求項１に記載の液体ブロー成形装置。
3. 前記ブロー成形型にセットされた前記プリフォームの内部に挿入され、該プリフォームを軸方向に延伸する延伸ロッドを備える、請求項１または２に記載の液体ブロー成形装置。
4. 前記プリフォーム内に液体を供給している間、前記支持ピンおよび前記延伸ロッドのうち少なくとも一方が常に前記プリフォームの底部に接触しているよう構成されている、請求項３に記載の液体ブロー成形装置。
5. 前記延伸ロッドと前記支持ピンとで前記プリフォームの底部を挟持した後で液体の供給を行うよう構成されている、請求項３または４に記載の液体ブロー成形装置。
6. 有底筒状に形成されたプリフォームをブロー成形型内で液体ブロー成形して容器を成形する液体ブロー成形方法において、
   前記ブロー成形型内に支持ピンが配置された液体ブロー成形装置であって、
   前記支持ピンは、前記プリフォームの底部を前記プリフォームの外側から支持するヘッドと、前記ヘッドに接続され前記プリフォームの軸方向に昇降可能なシャフトと、を備え、
   前記支持ピンは、前記プリフォームを前記ブロー成形型にセットし、該支持ピンを上昇させた上昇姿勢において、前記ヘッドと前記プリフォームの底部との間に隙間が形成されるように構成されている液体ブロー成形装置を用い、
   前記支持ピンにより、成形過程のタイミングで前記プリフォームの底部を支持し、液体ブロー成形による前記プリフォームの変形に応じて前記支持ピンを下降させ、
   前記隙間とプリフォームのネックリング下面から底部の先端までの軸方向の長さであるネック下長さとの関係が、次の式（Ａ）を満たすことを特徴とする液体ブロー成形方法。
   ０＜隙間≦０．４４×ネック下長さ ・・・式（Ａ）
7. 前記液体ブロー成形装置に設けられた延伸ロッドにより前記プリフォームの軸方向の延伸を行う、請求項６に記載の液体ブロー成形方法。
8. 前記プリフォーム内に液体を供給している間、前記支持ピンおよび前記延伸ロッドのうち少なくとも一方が常に前記プリフォームの底部に接触している、請求項７に記載の液体ブロー成形方法。
9. 前記延伸ロッドと前記支持ピンとで前記プリフォームの底部を挟持した後で液体の供給を行う、請求項７または８に記載の液体ブロー成形方法。

Images