JP6184851B2 - ブロー成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、プリフォームを容器として成形するにあたって、加圧流体として液体を使用するブロー成形装置を用いるブロー成形用金型に関する。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製やポリプロピレン（ＰＰ）樹脂製のボトルに代表されるような合成樹脂製の容器は、飲料用、食品用、化粧料用等の様々な用途に使用されている。このような容器は、射出成形等により有底筒状に形成されたプリフォームをブロー成形用金型に装着し、ブロー成形装置からプリフォーム内に加圧流体を供給することで所定形状に形成されるのが一般的である。

ブロー成形装置としては、プリフォーム内に充填される加圧流体として、空気や液体を用いるものが知られている。この場合、液体として飲料、化粧品、薬品等の最終的に製品に充填される内容液を使用することにより、容器への内容液の充填工程を省略して、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。例えば特許文献１には、所定の温度に加熱されたプリフォームをブロー用金型にセットするとともにブロー用金型内で延伸ロッドによりプリフォームを延伸させ、しかる後延伸したプリフォーム内に所定の温度に加熱した液体を充填してプリフォームを膨張させ、ブロー用金型の内周面に倣った外形のプラスチック容器を形成するプラスチック容器の成形方法が示されている。

特開２０００−０４３１２９号公報

特許文献１のように加圧流体として液体を用いる場合は、ブロー成形用金型から容器を取り出す際に容器内の液体が溢れるのを防止するため、容器の上部にヘッドスペースを形成する必要がある。そのためには、例えば容器を成形した後、容器内に充填した液体の一部を液体の供給側に引き戻すこと（サックバック）、或いは、プリフォームを延伸させる延伸ロッドを液体を充填した容器内から引き抜くことによって、容器内を減圧状態にして容器の胴部を減容変形させ、その後、容器内に空気を導入して元の形状に復元させる手段がある。

ところで、容器の形状や肉厚によっては、胴部のみならず肩部や底部も減容変形することがあり、空気を導入しても元の形状に復元できずに窪み状に変形したままになることがあった。このような窪み状の変形は、内容液の量がばらつく原因になる他、見栄えの上でも好ましいものではない。このような問題に対し、容器の胴部に減容変形しやすい減圧吸収パネルを設けることも検討されたが、デザイン上の要請から減圧吸収パネルを設けることができない場合も多く、新たな解決手段が望まれていた。

本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、加圧流体として液体を使用するブロー成形装置によってプリフォームを容器として成形するにあたり、ヘッドスペースを設けるために容器を減容変形させる場合でも、容器が窪み状に変形したままになる不具合を防止することができる、新たなブロー成形用金型を提案するところにある。

本発明は、その内側にキャビティ面を有するとともに有底筒状のプリフォームを装着可能としてなり、該プリフォームの口筒部に接続されるブローノズルから加圧した液体を供給して該プリフォームを該キャビティ面に向けて延伸させて容器を成形する加圧液体供給機能と、該容器内に充填した液体の一部を該ブローノズルから引き戻す、或いは該プリフォームを縦方向に延伸させる延伸ロッドを液体を充填した容器内から引き抜くことで該容器内にヘッドスペースを形成するヘッドスペース形成機能とを有するブロー成形装置に用いられるブロー成形用金型であって、
前記キャビティ面は、容器の底部、胴部、肩部、及び口部の外形に対応する底部形成面、胴部形成面、肩部形成面、及び口部形成面を備え、
該胴部形成面は、横断面形状が扁平状をなす扁平部を備え、
前記底部形成面と前記胴部形成面との境界部分、及び前記胴部形成面と前記肩部形成面との境界部分の横断面形状は、ともに正方形状であるブロー成形用金型である。

本発明のブロー成形用金型は、キャビティ面が、底部形成面、胴部形成面、肩部形成面、及び口部形成面を有し、胴部形成面は、横断面形状が扁平状をなす扁平部を備えるものであるので、キャビティ面の扁平部に対応して形成される容器の扁平部では、容器の中心軸線から近い側での対向する面同士が、相互に近づく向きに変形しやすくなる。このため、ヘッドスペースを形成すべく、容器内に充填した液体の一部をブローノズルから引き戻す、或いはプリフォームを縦方向に延伸させる延伸ロッドを液体を充填した容器内から引き抜くことによって、容器内が減圧状態になっても、容器の扁平部が優先して変形することになるので、肩部や底部へ及ぶ減容変形が抑制され、窪み状の変形を防止することができる。

底部形成面と胴部形成面との境界部分、及び胴部形成面と肩部形成面との境界部分の横断面形状がともに正方形状であって、且つ胴部形成面の横断面形状が縦方向に亘って全て正方形状である場合は、容器の胴部における正方形の角部同士や面同士では、何れも剛性が略同一となるため、意図しない部位での減容変形が特に起こりやすくなる。一方、底部形成面と胴部形成面との境界部分、及び胴部形成面と肩部形成面との境界部分の横断面形状がともに正方形状であっても、上述したキャビティ面の扁平部を設ける場合は、この扁平部に対応して形成される容器の扁平部が優先して変形することになるため、窪み状の変形防止に特に有効となる。

本発明に従うブロー成形用金型の一実施形態につき、その要部をプリフォーム及びブロー成形装置とともに示す断面図である。 図１に示すＡ−Ａに沿う断面図である。 （ａ）は、図１に示すブロー成形用金型のキャビティ面に対し、これに対応する外形を持つ容器の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に対して容器の中心軸線を中心として９０度ずれた向きからの側面図である。 （ａ）は図３に示す容器の平面図であり、（ｂ）はその下面図である。 図３（ａ）、（ｂ）に示すＢ−Ｂに沿う断面図である。 図１に示すブロー成形装置の全体を示す概略図である。 図６に対して、加圧した液体をプリフォームに供給した状態を示す概略図である。 図７に対して、容器内に充填した液体の一部を引き戻し、また、延伸ロッドを液体を充填した容器内から引き抜くことによって、容器を減容変形させた状態を示す概略図である。 図８に対して、容器内に気体が導入されヘッドスペースが形成された状態を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態についてより詳細に例示説明する。なお、本願において「縦」方向とは、図１に示すブロー成形用金型におけるキャビティ面の中心軸線Ｍに沿う向きであり、「横」方向とは、中心軸線Ｍに対する垂直面に沿う向きである。

図１に示す符号１は、本発明の一実施形態であるブロー成形用金型（以下、「金型」と称する）を示す。金型１の内側には、所望する容器の外形となるキャビティ面２が形成されている。

本実施形態のキャビティ面２は、図３〜図５に示す容器３の外形に対応する形状をなしている。容器３は、中央部分が容器３の内側に向けて凹をなすとともに平面視にて全体が正方形状となる底部３ａと、この底部３ａの外縁から上方に向けて容器３の内側に湾曲しながら延在する胴部３ｂと、胴部３ｂから縮径しながら上方に向かうとともに平面視にて全体が正方形状になる肩部３ｃと、肩部３ｃから上方に向かう円筒状の口部３ｄと、口部３ｄから径方向外側に向けて延在するネックリング３ｅとからなる。なお、ともに正方形状となる底部３ａと肩部３ｃは、容器３の中心軸線ｍに対して周方向にねじれることなく配置されるものである。また、胴部３ｂは、正方形状となる底部３ａの各辺とこれに対向する肩部３ｃの各辺との間を、容器３の内側に湾曲しながら延在する４つの胴部壁３ｂ１〜３ｂ４でつないだ形態をなすものである。なお、対向する胴部壁（例えば胴部壁３ｂ１と３ｂ３）同士は同一形状となっているが、隣り合う胴部壁（例えば胴部壁３ｂ１と３ｂ２）は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、容器３の内側に最も近づく部分の縦方向位置や、湾曲度合いが相互に異なっていて、これにより胴部３ｂには、図５に示すように、横断面形状が扁平状をなす扁平部３ｂ５が形成される。

そして、図１に示すようにこのような容器３の外形に対応するキャビティ面２は、容器３の底部３ａ、胴部３ｂ、肩部３ｃ、口部３ｄにそれぞれ対応する底部形成面２ａ、胴部形成面２ｂ、肩部形成面２ｃ、及び口部形成面２ｄで構成されている。また胴部形成面２ｂは、容器３の４つの胴部壁３ｂ１〜３ｂ４に対応する胴部形成面部分２ｂ１〜２ｂ４で構成されている。そして、容器３の扁平部３ｂ５に対応して、キャビティ面２の扁平部２ｂ５が形成されている。

また、金型１は、キャビティ面２を分割するように形成される複数の金型部分によって構成され、これらの金型部分は相互に離反する向きに移動可能になっている。本実施形態の金型１は、図２に示すように、中心軸線Ｍを含む垂直面で合わさる２つの金型部分１ａ、１ｂと、図示は省略するが、金型部分１ａ、１ｂに対して下方で合わさる１つの金型部分の合計３つで構成されている。

また、図１に示すように金型１の上面には、開口１ｃが設けられている。開口１ｃには、例えばポリプロピレン（ＰＰ）等の合成樹脂によって形成される有底筒状のプリフォーム４が装着される。本実施形態のプリフォーム４は、試験管形状となる本体部４ａの上端に円筒状の口筒部４ｂが一体に設けられるとともに、口筒部４ｂの下端部にネックリング４ｃが一体に設けられた形状のものを用いている。

上記のような構成になる金型１は、例えば図６に示す構成になるブロー成形装置１０に取り付け可能となっている。本実施形態のブロー成形装置１０は、隔壁部材１１、ブローノズル１２、シール体１３、延伸ロッド１４を備えていて、付属設備として加圧液体供給部２０、液体調整部２２を接続している。

隔壁部材１１は、その下端部をプリフォーム４のネックリング４ｃに対して上方から当接し、プリフォーム４の装着姿勢を保持するようにしている。

ブローノズル１２は、筒片１５と供給筒部１６から構成されている。筒片１５は、中空状をなしていて、プリフォーム４の口筒部４ｂに液密に接続される。また供給筒部１６も中空状をなしていて、下方において筒片１５と連結するとともに、上方にはプリフォーム４を延伸させるための液体Ｌの導入路１６ａが設けられている。また、供給筒部１６の下部内周面には、下方に向かって縮径するテーパー状のシール段部１６ｂが設けられている。また、このシール段部１６ｂの下には供給筒部１６の外部と内部を連通するための通気孔１６ｃが設けられていて、この通気孔１６ｃはバルブＶ３により開閉される。更にブローノズル１２には、液体Ｌを循環させる為の流出路１６ｄが設けられている。

シール体１３は、供給筒部１６の内部に配置され、上下方向に移動可能となっている。シール体１３は、細長い筒状の筒体１７の先端部に円筒状のシール筒片１８を同軸心状に組み付けたものである。筒体１７とシール筒片１８は、一体となって上下方向に移動することができる。なお、シール筒片１８の下端面の外周縁部は、角取りしてテーパー縁部１８ａとなっている。

延伸ロッド１４は、シール体１３の筒体１７及びシール筒片１８を貫くとともに、シール体１３に対して独立して上下方向に移動することができるようになっている。

ここで、ブローノズル１２とこのシール体１３によって、ブローノズル１２の内部には、プリフォーム４内に連通する円筒状のノズル内供給路Ｆｓが形成される。そして、図６に示すようにシール体１３を下降させ、シール筒片１８のテーパー縁部１８ａが供給筒部１６のシール段部１６ｂに当接することによって、ノズル内供給路Ｆｓのプリフォーム内部への連通が閉状態とされ、また、シール体１３を図７に示すように上昇させることによって、開状態とすることができる。

加圧液体供給部２０は、内部にプランジャー２１ａを挿入したプランジャーポンプ２１を備えていて、プランジャー２１ａの動作を、サーボモータ（図示省略）を配設したサーボ機構Ｓｖで制御するようにしている。加圧液体供給部２０は、配管Ｐ１を介してブローノズル１２の導入路１６ａに接続されていて、プランジャー２１ａを下方に移動させることでノズル内供給路Ｆｓに液体Ｌを供給し、プランジャー２１ａを上方に移動させることでノズル内供給路Ｆｓの液体Ｌを引き戻すことができる。また配管Ｐ１には、流路を開閉するバルブＶ２が設けられている。

また液体調整部２２は、流出路１６ｄにつながる配管Ｒ３を通してノズル内供給路Ｆｓ内の液体Ｌを導入し、必要に応じて配管Ｒ１から新たな液体Ｌを補給して、所要の温度に加温した上で配管Ｒ２により加圧液体供給部２０に液体Ｌを供給する機能を有する。これにより、ノズル内供給路Ｆｓ内の液体Ｌを、温度を一定に保った状態で循環させることができる。また配管Ｒ２、Ｒ３には、流路を開閉するバルブＶ１、Ｖ４が設けられている。

次に、このような構成となる金型１及びブロー成形装置１０を用いたプリフォーム４のブロー成形工程を、図６〜図９を参照しつつ説明する。

まず、図６に示すように、金型１にプリフォーム４を装着し、型締めするとともに、ブロー成形装置１０の筒片１５をプリフォーム４の口筒部４ｂに接続する。なお、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ４は閉状態にしておく。そして、図中、二点鎖線で示すように、延伸ロッド１４を下降させてプリフォーム４を縦方向に延伸する。

次に、図７に示すように、シール体１３を上昇させてノズル内供給路Ｆｓを開状態にするとともにバルブＶ２を開状態とし、プランジャーポンプ２１のプランジャー２１ａを下方に移動させる。これによって加圧した液体Ｌをプリフォーム４の内部に供給し、縦方向に延伸したプリフォーム４を、金型１のキャビティ面２に向けて延伸させて容器３を成形する（加圧液体供給機能）。

そして、上記のように容器３を成形した後、図８に示すようにプランジャー２１ａを上昇させて（この状態でシール体１３は、図７のように上昇していてノズル内供給路Ｆｓは開状態であるとする）、容器３内に充填した液体の一部をブローノズル１２を通してプランジャーポンプ２１内に引き戻すことで容器３を減容変形させる。更に、シール体１３を下降させてノズル内供給路Ｆｓを閉状態とし、延伸ロッド１４を上昇させることで容器３を更に減容変形させる。

ここで金型１には、図２に示すように横断面形状が扁平状をなす扁平部２ｂ５が設けられているので、容器３には、図５に示すようにこの扁平部２ｂ５に対応する扁平部３ｂ５が形成されることになる。これにより、扁平部３ｂ５では、容器３の中心軸線ｍに近い胴部壁３ｂ１、３ｂ３が、相互に近づくように優先して変形することになるので、意図しない部位の減容変形を防止することができる。

その後、図９に示すようにバルブＶ３を開状態とし、大気開放することで容器３を復元させる。なお、通気孔１６ｃから加圧気体を導入して復元させても良い。これにより容器３にはヘッドスペースＨｓが形成される（ヘッドスペース形成機能）。なお、容器３は、金型１から取り出すことで最終的な形状になる（金型１から取り出す前後で容器３の内容積が多少変化する）ので、この時のヘッドスペースＨｓは、最終的な形状を見越した容積に調整している。

しかる後は、図示は省略するが、ブローノズル１２上方に移動させて容器３から切り離し、更に金型１を型開きして液体Ｌが充填された容器３を取り出す。その後は、口部３ｄをキャップ等で閉塞して製品とする。

以下、図３〜図５に示す容器を成形するための金型（実施例）と、図３〜図５に示す容器と同様な正方形状となる底部と肩部とを有する一方、胴部は垂直状になる金型（比較例）を準備し、所定の数の容器を成形して、窪み状に変形したままになる容器が成形される頻度について調査を行った。なお、実施例の金型、及び比較例の金型を取り付けるブロー成形装置は同一のものを用いた。その結果、比較例の金型で成形した場合は、胴部と肩部の境界付近で窪み状に変形したままになる容器が９０％以上の頻度で発生したが、実施例の金型ではこの変形が生じなかった。この結果から、胴部形成面に横断面形状が扁平状をなす扁平部を設けることは、窪み状の変形の防止に有効であることが分かる。

本発明に従うブロー成形用金型は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範囲で種々の変更が可能である。例えば、図２に示すキャビティ面２の扁平部２ｂ５は角部に丸みを持たせた矩形状になるものであるが、楕円状であってもよい。また、上述したブロー成形装置１０では、ヘッドスペースＨｓを形成するにあたり、プランジャー２１ａを上昇させて、容器３内に充填した液体の一部をブローノズル１２を通してプランジャーポンプ２１内に引き戻し、更に、液体Ｌを充填した容器３内から延伸ロッド１４を上昇させて容器３を減容変形させたが、何れか一方のみでもよい。また、延伸ロッド１４での縦方向の延伸を省略して、加圧した液体Ｌをプリフォーム４の内部に供給することのみでプリフォーム４を延伸させてもよい。

本発明によれば、加圧流体として液体を使用するブロー成形装置を用いてプリフォームを容器として成形するにあたり、ヘッドスペースを設けるために容器を減容変形させる場合でも、窪み状の変形を防止することができる、新たなブロー成形用金型を提供できる。

１ 金型
１ａ、１ｂ 金型部分
１ｃ 開口
２ キャビティ面
２ａ 底部形成面
２ｂ 胴部形成面
２ｃ 肩部形成面
２ｄ 口部形成面
２ｂ１〜２ｂ４ 胴部形成面部分
２ｂ５ キャビティ面の扁平部
３ 容器
３ａ 底部
３ｂ 胴部
３ｃ 肩部
３ｄ 口部
３ｅ ネックリング
３ｂ１〜３ｂ４ 胴部壁
３ｂ５ 容器の扁平部
４ プリフォーム
４ａ 本体部
４ｂ 口筒部
４ｃ ネックリング
１０ ブロー成形装置
１１ 隔壁部材
１２ ブローノズル
１３ シール体
１４ 延伸ロッド
１５ 筒片
１６ 供給筒部
１６ａ 導入路
１６ｂ シール段部
１６ｃ 通気孔
１６ｄ 流出路
１７ 筒体
１８ シール筒片
１８ａ テーパー縁部
２０ 加圧液体供給部
２１ プランジャーポンプ
２１ａ プランジャー
２２ 液体調整部
Ｆｓ ノズル内供給路
Ｈｓ ヘッドスペース
Ｌ 液体
Ｍ キャビティ面の中心軸線
ｍ 容器の中心軸線
Ｐ１ 配管
Ｒ１ 配管
Ｒ２ 配管
Ｒ３ 配管
Ｓｖ サーボ機構
Ｖ１ バルブ
Ｖ２ バルブ
Ｖ３ バルブ
Ｖ４ バルブ

Claims (1)

1. その内側にキャビティ面を有するとともに有底筒状のプリフォームを装着可能としてなり、該プリフォームの口筒部に接続されるブローノズルから加圧した液体を供給して該プリフォームを該キャビティ面に向けて延伸させて容器を成形する加圧液体供給機能と、該容器内に充填した液体の一部を該ブローノズルから引き戻す、或いは該プリフォームを縦方向に延伸させる延伸ロッドを液体を充填した容器内から引き抜くことで該容器内にヘッドスペースを形成するヘッドスペース形成機能とを有するブロー成形装置に用いられるブロー成形用金型であって、
   前記キャビティ面は、容器の底部、胴部、肩部、及び口部の外形に対応する底部形成面、胴部形成面、肩部形成面、及び口部形成面を備え、
   該胴部形成面は、横断面形状が扁平状をなす扁平部を備え、
   前記底部形成面と前記胴部形成面との境界部分、及び前記胴部形成面と前記肩部形成面との境界部分の横断面形状は、ともに正方形状であるブロー成形用金型。

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