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KR20200037449A - 수지제 용기의 제조방법, 금형 유닛 및 성형기 - Google Patents

수지제 용기의 제조방법, 금형 유닛 및 성형기 Download PDF

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KR20200037449A
KR20200037449A KR1020207009339A KR20207009339A KR20200037449A KR 20200037449 A KR20200037449 A KR 20200037449A KR 1020207009339 A KR1020207009339 A KR 1020207009339A KR 20207009339 A KR20207009339 A KR 20207009339A KR 20200037449 A KR20200037449 A KR 20200037449A
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resin material
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료 가와무라
마나부 오기하라
준지 다카하시
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닛세이 에이. 에스. 비 기카이 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

사출성형공정(S1)과, 온도조절공정(S2)과, 블로우 성형공정(S3)을 갖는 수지제 용기(10)의 제조방법으로서, 온도조절공정(S2)에 있어서, 프리폼(11)을 캐비티 금형(31)에 수용하고, 프리폼(11)에 에어도입부재(32)를 기밀 가능하게 접촉시키고, 에어도입부재(32)의 송풍구로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내어서, 에어도입부재(32)의 배출구로부터 에어를 프리폼(11)의 외부로 배출함으로써, 프리폼(11)을 캐비티 금형(31)의 내벽에 밀착시켜서 프리폼(11)을 냉각시키는 수지제 용기(10)의 제조방법.

Description

수지제 용기의 제조방법, 금형 유닛 및 성형기{METHOD FOR PRODUCING RESIN VESSEL MADE OF RESIN, MOULD UNIT AND MOULDING APPARATUS}
본 발명은, 수지제(樹脂製) 용기의 제조방법, 금형 유닛 및 성형기(成形機)에 관한 것이다.
핫 패리슨식(hot parison type)의 블로우 성형방법(blow molding method)은 프리폼(preform)의 사출성형 시의 보유열을 이용하여 블로우 성형하는 방법으로서, 콜드 패리슨식(cold parison type)과 비교하여 다양하고 또한 미적 외관이 우수한 용기의 제조가 가능하다. 핫 패리슨식의 블로우 성형기에는, 사출성형부와 블로우 성형부의 사이에 온도조절부가 설치된 기종(4스테이션식)과 설치되지 않은 기종(2스테이션식과 3스테이션식)이 존재한다. 온도조절부가 존재하면, 일반적으로 블로우 전의 프리폼의 온도조건을 최종 용기의 부형(賦形)에 적합한 것으로 조정하기 쉽다. 또한 핫 패리슨식 블로우 성형기에 있어서, 성형 사이클의 단축을 목적으로 한 다양한 방법·장치가 개발되어 있다. 예를 들면 특허문헌1 및 특허문헌2에서는 사출성형금형의 개폐동작이나 연신장치(延伸裝置)의 승강동작에 관한 시간의 단축, 특허문헌3에서는 사출장치의 제어방법의 변경, 특허문헌4에서는 조기 이형(離型)이 가능한 프리폼 형상과 그 사출성형금형의 채용 등을 실시하여 성형 사이클의 단축을 도모하고 있다.
: 일본국 공개특허 특개2005―007797호 공보 : 국제공개 제2016―148189호 : 국제공개 제2017―002150호 : 국제공개 제2017―098673호
최근에는, 핫 패리슨식의 블로우 성형기의 생산성의 더 향상, 구체적으로는 성형 사이클 시간의 더 단축화가 갈망되고 있다. 성형 사이클 시간의 단축화에는, 특허문헌1∼3과 같이 기계측의 동작시간을 단축화시키는 것도 필요하지만, 특허문헌4와 같이 율속(律速)(전체의 처리속도가 결정됨) 단계인 프리폼의 사출성형시간(냉각시간)을 단축시키는 것이 긴요하다.
그러나 특허문헌4에서는, 특수한 프리폼 형상의 채용이 필수조건으로 되어 있다. 프리폼은 용기의 형상에 따른 최적의 형상(두께분포)으로 설계할 필요가 있기 때문에, 특허문헌4는 일부의 용기 성형밖에 대응할 수 없어, 범용성이 높다고는 말할 수 없다. 특히 특허문헌4의 방식에서는, 핫 패리슨식에 유리한 화장품 용기(두께가 두꺼운 용기)의 성형에 대응할 수 없다. 이와 같이 핫 패리슨식의 블로우 성형방법에서는, 다양한 성형의 양태를 근거로 한 범용성이 높은 사이클 단축화법은, 현재의 시점에서 고안되어 있지 않다.
그래서 본 발명은, 성형 사이클을 단축하면서 최종 성형품을 양호하게 성형할 수 있는 수지제 용기의 제조방법, 금형 유닛 및 성형기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결할 수 있는 본 개시의 수지제 용기의 제조방법은,
수지제이고 저면을 구비한 프리폼을 사출성형하는 사출성형공정과,
상기 사출성형공정에서 제조된 상기 프리폼을 온도조절하는 온도조절공정과,
온도조절된 상기 프리폼을 블로우 성형하여 수지제의 용기를 제조하는 블로우 성형공정을 갖는 수지제 용기의 제조방법으로서,
상기 온도조절공정에 있어서,
상기 프리폼을 캐비티 금형에 수용하고,
상기 프리폼에 에어도입부재를 기밀 가능하게 접촉시키고,
상기 에어도입부재의 송풍구로부터 상기 프리폼의 내부로 에어를 보내어서, 상기 에어도입부재의 배출구로부터 상기 에어를 상기 프리폼의 외부로 배출함으로써, 상기 프리폼을 상기 캐비티 금형의 내벽에 밀착시켜서 상기 프리폼을 냉각한다.
상기 구성에 의하면, 온도조절공정에 있어서 프리폼을 내측으로부터 냉각할 수 있어, 성형 사이클을 단축하면서 최종 성형품을 양호하게 성형할 수 있다.
본 개시의 수지제 용기의 제조방법에 있어서,
상기 캐비티 금형에는 온도조절매체가 흐르게 되어 있고,
상기 온도조절공정에서는 상기 캐비티 금형과의 밀착에 의하여 상기 프리폼을 외측으로부터 온도조절하고,
상기 에어도입부재로부터의 에어의 대류에 의하여 상기 프리폼을 내측으로부터 냉각하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 프리폼의 내측과 외측에서 상대적으로 냉각강도를 다르게 하여, 온도조절과 냉각을 양립할 수 있어, 더 효과적으로 성형 사이클을 단축하면서 최종 성형품을 양호하게 성형할 수 있다.
또한 상기 과제를 해결할 수 있는 본 개시의 수지제 용기의 제조방법은,
수지제이고 저면을 구비한 프리폼을 사출성형하는 사출성형공정과,
상기 사출성형공정에서 제조된 상기 프리폼을 온도조절하는 온도조절공정과,
온도조절된 상기 프리폼을 블로우 성형하여 수지제의 용기를 제조하는 블로우 성형공정을 갖는 수지제 용기의 제조방법으로서,
상기 사출성형공정에 있어서,
사출성형용 금형이 체결됨으로써 형성되는 상기 프리폼의 형상의 공간 내로 수지재료를 사출하고,
상기 수지재료의 사출이 완료된 후에 상기 공간 내에서 상기 수지재료를 냉각하고,
수지재료의 사출이 완료된 후에 상기 공간 내에서 상기 수지재료를 냉각하는 시간이, 상기 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 1/2 이하이다.
상기 구성에 의하면, 사출성형공정에서의 냉각시간을 단축할 수 있기 때문에, 사출성형부에서의 프리폼의 사출성형시간을 단축할 수 있어, 용기 자체의 성형 사이클 시간을 단축할 수 있다.
또한 상기 과제를 해결할 수 있는 본 개시의 금형 유닛은,
수지제이고 저면을 구비한 프리폼을 수용하는 캐비티 금형과,
상기 프리폼에 기밀 가능하게 접촉되어 에어를 상기 프리폼의 내부로 보내는 에어도입부재를 구비하는, 프리폼의 온도조절공정에 사용되는 금형 유닛으로서,
상기 에어도입부재는,
상기 에어를 상기 프리폼의 내부로 보내는 송풍구와,
상기 에어를 상기 프리폼의 외부로 배출하는 배출구를
구비한다.
상기 구성에 의하면, 온도조절공정에 있어서 프리폼을 내측으로부터 냉각할 수 있어, 성형 사이클을 단축하면서 최종 성형품을 양호하게 성형할 수 있다.
본 개시의 금형 유닛에 있어서,
상기 캐비티 금형은 분할 금형이 아니라 고정식의 구조인 것이 바람직하다.
또한 상기 과제를 해결할 수 있는 본 개시의 성형기는,
사출성형부와, 온도조절부와, 블로우 성형부를 구비하고,
상기 온도조절부가 상기 금형 유닛을 구비한다.
또한 상기 과제를 해결할 수 있는 본 개시의 수지제 용기의 제조방법은,
수지제이고 저면을 구비한 프리폼을 사출성형하는 사출성형공정과,
상기 사출성형공정에서 제조된 상기 프리폼을 온도조절하는 온도조절공정과,
온도조절된 상기 프리폼을 블로우 성형하여 수지제의 용기를 제조하는 블로우 성형공정을 갖는 수지제 용기의 제조방법으로서,
상기 프리폼이 2.0mm 이상 10.0mm 이하인 두께를 갖고,
상기 용기의 세로축 중심선을 포함하는 단면의 면적의, 상기 프리폼의 세로축 중심선을 포함하는 단면의 면적에 대한 면적배율이 1.2배 이상 10.0배 이하이고,
상기 온도조절공정에 있어서, 상기 프리폼을 내측으로부터 냉각한다.
본 발명에 의하면, 성형 사이클을 단축하면서 최종 성형품을 양호하게 성형할 수 있는 수지제 용기의 제조방법, 금형 유닛 및 성형기를 제공할 수 있다.
도1은, 성형기의 블록도이다.
도2는, 제1실시형태의 온도조절부에 있어서의 프리폼의 온도조절의 상태(냉각 블로우의 에어의 송풍방향)를 나타내는 단면 모식도이다.
도3은, 제1실시형태의 블로우 성형부에 있어서의 프리폼으로부터 용기를 제조하는 블로우 성형의 상태를 (a)부터 (b)에 걸쳐서 나타내는 단면 모식도이다.
도4는, 수지제 용기의 제조방법의 플로우 차트를 나타내는 도면이다.
도5는, 제1실시형태 및 참고예에 있어서의 프리폼의 시간에 대한 온도의 변화를 나타내는 도면으로서, (a)는 제1실시형태, (b)는 참고예를 나타내고 있다.
도6은, 제1실시형태의 온도조절부에 있어서의 프리폼의 온도조절의 변형예의 상태(냉각 블로우의 에어의 송풍방향)를 나타내는 단면 모식도이다.
도7은, 실시형태에서 적절하게 사용되는 프리폼과 참고예의 프리폼의 대비도로서, (a)는 2개의 프리폼(좌측은 얇은 두께, 우측은 통상의 두께)과, 그것에서 블로우 성형되는 용기의 이미지 도면를 나타내고 있고, (b)는 두께가 다른 프리폼의 열교환의 이미지 도면이다.
도8은, 제2실시형태의 온도조절부에 있어서의 프리폼의 온도조절의 상태를 (a)부터 (d)에 걸쳐서 나타내는 단면 모식도이다.
도9는, 제2실시형태의 블로우 성형부에 있어서의 프리폼으로부터 용기를 제조하는 블로우 성형의 상태를 (a)부터 (d)에 걸쳐서 나타내는 단면 모식도이다.
도10은, 제2실시형태 및 참고예에 있어서의 프리폼의 시간에 대한 온도의 변화를 나타내는 도면으로서, (a)는 제2실시형태, (b)는 참고예를 나타내고 있다.
(제1실시형태)
이하, 본 발명의 실시형태의 일례(제1실시형태)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 도면에 나타낸 각 부재의 치수는, 설명의 편의상 실제의 각 부재의 치수와 다른 경우가 있다. 우선 도1을 참조하여, 수지제(樹脂製)의 용기(10)를 제조하기 위한 성형기(成形機)(20)에 대하여 설명한다. 도1은 성형기(20)의 블록도이다.
도1에 나타내는 바와 같이 성형기(20)는, 프리폼(preform)(11)을 제조하기 위한 사출성형부(21)와, 제조된 프리폼(11)의 온도를 조정하기 위한 온도조절부(22)를 구비하고 있다. 사출성형부(21)에는, 원재료인 수지재료를 공급하는 사출장치(25)가 접속되어 있다. 또한 성형기(20)는, 프리폼(11)을 블로우하여 용기(10)를 제조하기 위한 블로우 성형부(blow 成形部)(블로우 장치의 일례)(23)와, 제조된 용기(10)를 꺼내기 위한 취출부(取出部)(24)를 구비하고 있다.
사출성형부(21)와 온도조절부(22)와 블로우 성형부(23)와 취출부(24)는, 반송수단(26)을 중심으로 하여 소정 각도(본 실시형태에서는 90℃)씩 회전된 위치에 설치되어 있다. 반송수단(26)은 회전판 등으로 구성되어 있고, 도2 및 도3에 나타내는 바와 같이 회전판에 부착되어 있는 넥 금형(neck mold)(27)에 의하여 넥부(12)가 지지된 상태의 프리폼(11) 또는 용기(10)가, 회전판의 회전에 따라 각 부로 반송되도록 구성되어 있다.
도1에 나타내는 사출성형부(21)는, 도면에 나타내는 것을 생략한 사출 캐비티 금형(injection cavity mold), 사출 코어 금형(injection core mold), 넥 금형 등을 구비하고 있다. 이들의 금형이 체결됨으로써 형성되는 프리폼 형상의 공간 내에, 사출장치(25)로부터 폴리에스테르계 수지(예를 들면 PET : 폴리에틸렌테레프탈레이트) 등의 합성수지재료를 유입시킴으로써, 저면을 구비한 프리폼(11)이 제조된다. 프리폼(11)은 용기(10)에 따라 최적의 두께분포(형상)를 갖고 있고, 그 몸통부의 두께(평균 두께, 두께)로서는 예를 들면 1.0∼5.0mm, 바람직하게는 1.5∼3.0mm로 설정된다.
온도조절부(22)는, 사출성형부(21)에서 제조된 프리폼(11)의 온도를 최종 블로우하기 위한 적합한 온도로 조정하도록 구성되어 있다.
여기에서 도2를 참조하여, 온도조절부(22)에 대하여 상세하게 설명한다. 도2에 나타내는 바와 같이 온도조절부(22)는 온도조절 블로우를 하기 위한, 프리폼(11)을 수용하는 캐비티 금형(온도조절용 캐비티 금형)(31)과, 프리폼(11)에 기밀(氣密) 가능하게 접촉되어 에어를 프리폼(11)의 내부로 보내는 제1에어도입부재(32)를 구비하는 금형 유닛(30)을 구비하고 있다. 캐비티 금형(31)은, 사출성형부(21)에서 제조된 프리폼(11)과 대략 동일한 형상의 공간을 규정하는, 개폐할 수 있는 분할 금형이 아니라 고정식(단일 유닛식)의 구조를 갖고 있다. 캐비티 금형(31)은, 상하로 2단으로 나누어진 구성으로서, 상단 금형(upper mold)(31a)과 하단 금형(lower mold)(3lb)을 갖고 있다. 또 도2에 나타내는 캐비티 금형(31)은, 하단 금형(3lb)의 하부에 지지대(37)를 구비하고 있다. 상단 금형(31a) 및 하단 금형(3lb)의 각각의 내부에 온도조절매체(냉각매체)가 흐르고 있어, 온도를 낮게 유지하고 있다. 상단 금형(31a) 및 하단 금형(3lb)의 각각의 내부에 흐르는 온도조절매체의 온도에 대해서는 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 5℃∼80℃, 바람직하게는 30℃부터 60℃ 사이의 범위 내에서 적절하게 선택하는 것이 가능하다. 또 프리폼(11)의 크기 및 형상에 맞추어서, 도2에 나타내는 캐비티 금형(31)의 하단 금형(3lb)을 중단 금형(intermediate mold)으로 하고, 지지대(37)에 프리폼에 대응한 캐비티를 형성하여 하단 금형으로 하고, 그 내부에 온도조절매체(냉각매체)를 흐르게 하여, 3단으로 나누어진 구성으로 하여도 좋다.
제1에어도입부재(32)는, 중공(中空)이고 내부에 에어류 관통구멍이 형성된 제1로드부재(33)와, 제1감합코어(第1 fitting core)(제1블로우 코어부재)(34)에 의하여 구성되어 있다. 제1로드부재(33)는 제1감합코어(34)의 내부에 상하이동할 수 있도록 수용되어 있다. 제1로드부재(33)의 선단(先端)에는 에어를 분출 또는 흡인할 수 있는 제1내측방향 유통구(35)가 형성되어 있다. 에어의 온도는 프리폼(11)이나 용기(10)의 두께에 따라, 예를 들면 약 0℃∼약 20℃(상온)의 범위 내에서 적절하게 설정된다. 제1감합코어(34)는, 제1에어도입부재(32)가 프리폼(11)에 삽입되면(기밀 가능하게 접촉되면), 넥부(12)에 끼워지도록(밀착되어 접하도록) 구성되어 있다. 이에 따라 프리폼(11)의 내부의 에어가 넥부(12)로부터 제1감합코어(34)의 외측으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 제1로드부재(33)와 제1감합코어(34) 사이의 간극은, 프리폼(11)에 대하여 에어를 급배(給排)하기 위한 에어유통경로이다. 제1감합코어(34)의 선단과 제1로드부재(33)가 형성하는 간극이, 에어를 분출 또는 흡인할 수 있는 제1외측방향 유통구(36)를 구성한다. 제1내측방향 유통구(35) 및 제1외측방향 유통구(36)는, 각각 송풍구 및 배출구가 될 수 있다.
다음에 도3을 참조하여 블로우 성형부(23)에 대하여 설명한다. 도3에 나타내는 바와 같이 블로우 성형부(23)는, 금형(40)과 제2에어도입부재(50)를 구비한다. 금형(블로우 금형)(40)은, 보톰 금형(bottom mold)(42)과, 개폐할 수 있는 1쌍의 분할 금형(블로우 성형용 캐비티 금형)(43)에 의하여 구성되어 있다. 보톰 금형(42) 및 분할 금형(43)이 체결됨으로써, 용기(10)의 측면 및 저면의 외형이 규정된다. 보톰 금형(42)은 분할 금형(43)의 성형공간의 하방 중심에 배치되어 있다.
블로우 성형부(23)가 구비하는 제2에어도입부재(50)는, 제2로드부재(51)와, 제2감합코어(제2블로우 코어부재)(52)에 의하여 구성되어 있다. 제2로드부재(51)는 제2감합코어(52)의 내부에 상하이동할 수 있도록 수용되어 있다. 제2로드부재(51)는 연신로드(延伸rod)이고, 선단에는 프리폼(11)의 내측 저면에 접촉되어 연신 시의 센터 편차(center deviation)를 방지하는 접촉부(55)가 형성되어 있다. 제2로드부재(51)의 외주면에는, 에어를 분출 또는 흡인할 수 있는 제2내측방향 유통구(53)가 형성되어 있다. 제2감합코어(52)는, 제2에어도입부재(50)가 프리폼(11)에 삽입되면(기밀 가능하게 접촉되면), 넥부(12)에 끼워지도록(밀착되어 접하도록) 구성되어 있다. 이에 따라 프리폼(11)의 내부의 에어가 넥부(12)로부터 제2감합코어(52)의 외측으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 제2로드부재(51)와 제2감합코어(52) 사이의 간극은, 프리폼(11)에 대하여 에어를 급배하기 위한 유통경로이다. 제2감합코어(52)의 선단과 제2로드부재(51)가 형성하는 간극이, 에어를 분출 또는 흡인할 수 있는 제2외측방향 유통구(54)를 구성한다.
제2에어도입부재(50)는, 제2외측방향 유통구(54)로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내어서, 제2내측방향 유통구(53)로부터 프리폼(11)의 외부로 배출할 수도 있도록 구성되어 있다. 제2내측방향 유통구(53) 및 제2외측방향 유통구(54)는, 각각 송풍구 및 배출구가 될 수 있다.
계속하여 제1실시형태에 관한 용기(10)의 제조방법에 대하여 설명한다. 도4는 수지제 용기의 제조방법의 플로우 차트를 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 용기(10)는, 프리폼(11)을 사출성형하는 사출성형공정(S1)과, 프리폼(11)을 온도조절하는 온도조절공정(S2)과, 온도조절된 프리폼(11)을 블로우 성형하여 용기(10)를 제조하는 블로우 성형공정(S3)을 거쳐서 제조되고, 넥부(12)를 넥 금형(27)으로부터 개방함으로써 용기(10)가 꺼내진다.
우선 사출성형공정(S1)에 대하여 설명한다. 사출성형공정(S1)에 있어서, 사출 캐비티 금형, 사출 코어 금형, 넥 금형 등이 체결됨으로써 형성되는 프리폼 형상의 공간 내에, 사출장치(25)로부터 수지재료를 유입시킴으로써 프리폼(11)을 제조한다. 수지충전공정의 종료 직후 또는 수지충전공정 후에 설정된 일정 시간(최소한)의 냉각공정 후에 사출성형부(21)로부터 온도조절부(22)로 프리폼(11)을 이동시킨다.
사출성형공정(S1)에서는, 시동시간(t10)(수지재료의 사출이 개시되는 시간)으로부터 제1시간(t11)까지의 사이에, 프리폼 형상의 공간 내로 수지재료를 사출한다(도5(a)). 제1시간(t11)(수지재료의 유입을 완료한 시간)으로부터 제2시간(t12)까지의 사이에, 프리폼(11)을 제1온도(T11)로부터 제2온도(T12)까지 냉각한다(도5(a)). 제1온도(T11)는 수지재료의 융점 이상의 온도로서, 예를 들면 PET수지에서는 270∼300℃로 한다. 시동시간(t10)으로부터 제1시간(t11)은 충전시간(사출시간), 제1시간(t11)으로부터 제2시간(t12)은 냉각시간, 시동시간(t10)으로부터 제2시간(t12)은 사출성형시간(IT11)(충전시간(압력유지시간(pressure holding time)을 포함한다)+냉각시간)이 된다. 또한 제2시간(t12)으로부터 제3시간(t13)(온도조절공정(S2)의 개시시간)까지의 사이에, 프리폼(11)은 제2온도(T12)로부터 제3온도(T13)까지 냉각된다(도5(a)). 제2시간(t12)으로부터 제3시간(t13)은 각 공정 사이의 프리폼(11) 또는 용기(10)의 반송시간(DT11)으로서, 도5에서는 사출성형부(21)로부터 온도조절부(22)로 프리폼(11)을 반송하는 시간을 나타내고 있다. 또 성형기(20)의 구조상 공정 사이의 반송시간(DT11)은 모두 동일한 값이 된다. 사출성형시간(IT11)과 반송시간(DT11)의 합계시간이 성형 사이클 시간(CT11)이다.
수지재료의 사출이 완료된 후에 수지재료를 냉각하는 시간(제1시간(t11)으로부터 제2시간(t12)까지의 시간)은, 수지재료를 사출하는 시간(시동시간(t10)으로부터 제1시간(t11)까지의 시간)에 대하여 1/2 이하인 것이 바람직하다. 또한 수지재료의 중량에 따라 사출성형공정에 있어서 수지재료를 냉각하는 시간은, 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 더 짧게 할 수 있다. 수지재료를 냉각하는 시간은, 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 1/3 이하이면 보다 바람직하고, 1/4 이하이면 더욱 바람직하고, 1/5 이하이면 특히 바람직하다.
다음에 도2를 참조하여 온도조절공정(S2)에 대하여 설명한다. 우선 프리폼(11)을 캐비티 금형(31)의 프리폼 형상의 공간 내에 수용한다. 계속하여 캐비티 금형(31)에 수용된 프리폼(11)의 내부에 제1에어도입부재(32)를 삽입한다(기밀 가능하게 접촉시킨다). 그리고 제1내측방향 유통구(35)를 닫은 상태에서 제1에어도입부재(32)의 제1외측방향 유통구(36)로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내어서, 프리폼(11)을 캐비티 금형(31)의 내벽에 밀착시키는 예비 블로우를 실시한다. 다음에 제1내측방향 유통구(35)를 열고, 제1내측방향 유통구(35)로부터 에어를 도입하면서, 제1외측방향 유통구(36)를 통하여 프리폼(11)의 외부로 에어를 배출하는 냉각 블로우(쿨링 블로우)를 실시한다(도2). 이와 같이 예비 블로우와 냉각 블로우에서는, 에어가 흐르는 방향을 반대로 설정하는 것이 바람직하다. 이 때에 제1내측방향 유통구(35)로부터 에어가 계속하여 분출되고 있기 때문에, 프리폼(11)은 내부를 흐르는 에어의 대류에 의하여 내측으로부터 냉각된다. 또한 프리폼(11)은 캐비티 금형(31)과 계속하여 접촉되기 때문에, 외측으로부터 블로우 성형에 적합한 온도 이하가 되지 않도록 온도조정되고, 또한 사출성형 시에 발생한 온도편차(temperature deviation)도 저감된다. 또 캐비티 금형(31)이 프리폼 형상의 공간을 갖고 있기 때문에, 프리폼(11)의 형상은 크게 변화되지 않는다. 일정 시간의 냉각의 후에, 냉각된 프리폼(11)을 블로우 성형부(23)로 이동시킨다.
또 제1에어도입부재(32)의 에어의 유통방향은 적절하게 바꿀 수 있다. 예를 들면 도6에 나타내는 바와 같이 냉각 블로우에 있어서, 제1외측방향 유통구(36)로부터 에어를 보내어서, 제1내측방향 유통구(35)로부터 배출되도록 하여도 좋다. 이때의 예비 블로우는, 제1외측방향 유통구(36)를 닫은 상태에서, 제1내측방향 유통구(35)로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내는 것이 바람직하다. 프리폼(11)의 하방측(저부측)의 냉각강도를 높이고 싶은 경우에는, 제1내측방향 유통구(35)로부터 제1외측방향 유통구(36)의 방향으로 에어를 흐르게 한다. 프리폼(11)의 상방측(몸통부측)의 냉각강도를 높이고 싶은 경우에는, 제1외측방향 유통구(36)로부터 제1내측방향 유통구(35)의 방향으로 에어를 흐르게 한다. 또 프리폼(11)의 특정부분을 강하게 냉각하여 용기(10)의 특정부분의 두께를 두껍게 하고 싶은 경우 등에는, 예비 블로우와 냉각 블로우의 에어의 송풍방향을 동일하게 설정하여도 상관없다.
여기에서 다시 도5를 참조하여, 프리폼의 시간에 대한 온도의 변화에 대하여 설명한다. 온도조절공정(S2)에서는, 제3시간(t13)으로부터 제4중간시간(t14')까지의 사이에, 프리폼(11)을 제3온도(T13)로부터 제4온도(T14)까지 냉각하고, 그 후 제4시간(t14)까지의 사이에 제4온도(T14)로 프리폼(11)의 온도를 유지한다(도5(a)). 제4온도(T14)는 블로우에 적합한 온도로서, 예를 들면 PET수지의 경우에는 90℃∼105℃로 한다. 제3시간(t13)으로부터 제4시간(t14)까지의 시간은 온도조절시간(TT11)이다. 또한 제4온도(T14)는 프리폼의 블로우에 적절한 온도를 나타낸다. 제4중간시간(t14') 후 제4시간(t14)까지의 사이에, 사출성형공정(S1)에서의 프리폼(11)의 성형(냉각)이 완료될 때까지 온도조절공정(S2)에서의 온도조절을 계속한다. 또 제4온도(T14)로의 도달시간이 짧아지게 되었을 때에는, 제4중간시간(t14')의 시점에서 냉각 블로우를 정지시켜도 좋다. 또 제4온도(T14)는 저온쪽이 프리폼(11)의 연신 배향성이 양호하게 되어 용기(10)의 강도(물성)를 높일 수 있기 때문에, 90∼95℃로 하는 것이 바람직하다.
다음에 도3을 참조하여 블로우 성형공정(S3)에 대하여 설명한다. 우선 보톰 금형(42)이 정지되어 있고, 분할 금형(43)이 열려 있는 상태인 금형(40)에 프리폼(11)을 수용한다. 계속하여 분할 금형(43)을 닫고(도3(a)), 제2에어도입부재(50)를 삽입한다(기밀 가능하게 접촉시킨다). 이때에 제2로드부재(51)에 의하여 프리폼(11)을 도3에 있어서의 하측방향으로 연신시킨다. 그리고 제2외측방향 유통구(54)로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내는 최종 블로우에 의하여, 프리폼(11)을 용기(10)의 형상까지 불룩하게 하여 용기(10)를 제조한다(도3(b)). 금형(40)과 프리폼(11)의 접촉만으로 냉각부족이 되는 경우에는, 제2내측방향 유통구(53)로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내어서, 제2외측방향 유통구(54)로부터 프리폼의 외부로 에어를 배출하는 쿨링 블로우를 최종 블로우 후에 하여도 좋다. 최종 블로우가 완료된 후에, 분할 금형(43)을 열어서 용기(10)를 금형(40)으로부터 개방한다.
금형(40)으로부터 뽑힌 용기(10)를 취출부(24)(도1)로 이동시키고, 넥부(12)를 넥 금형(27)으로부터 개방함으로써 용기(10)를 꺼낸다. 이상의 방법에 의하여 용기(10)가 제조된다.
그런데 핫 패리슨식의 프리폼(11)을 결정성의 열가소성 수지(투명의 비정질 상태와 백탁(白濁)된 결정질 상태가 될 수 있는 수지)를 재료로 하여 성형할 때에, 재료에 따라서는 냉각부족에 의하여 백화(白化)되어 버리는 경우가 있다. 예를 들면 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)를 재료로 한 경우에, 결정화가 촉진되는 온도대(120℃부터 200℃)에서 서냉(예를 들면 실온에서 수십초 냉각)하여 버리면, 구결정(球結晶)의 생성에 의한 결정화가 발생하여 백화(백탁)되는 경향을 나타낸다. 그 때문에, 종래에는 사출성형금형(사출 캐비티 금형이나 사출 코어 금형, 넥 금형)을 급랭(예를 들면 10℃에서 5초)시켜서, 상기 결정화 온도대의 통과시간을 짧게 하여 사출성형공정에 있어서 충분히 냉각시키는 수단을 취하여, PET제 프리폼(11)의 결정화(백화)를 억제하고 있었다. 즉 도5(b)에 나타내는 바와 같이 종래의 수지제 용기의 제조방법에서는, 사출성형공정에 있어서, 제1시간(t21)으로부터 제2시간(t22)까지의 사이에, 프리폼을 제1온도(T21)로부터 제4온도(T24)(블로우 성형을 위한 적절한 온도로 예를 들면 90∼105℃)보다 낮거나 대략 동일한 정도의 제2온도(T22)까지 냉각하고 있었다. 그리고 온도조절공정에 있어서, 제3시간(t23)으로부터 제4중간시간(t24')까지의 사이에, 프리폼을 제3온도(T23)로부터 제4온도(T24)까지 승온하고, 그 후 제4시간(t24)까지의 사이에 제4온도(T24)로 프리폼(11)의 온도를 유지하고 있었다(도5(b)). 이 때문에 사출성형공정에 있어서의 냉각시간이 길어지게 되고, 결과적으로 용기의 성형 사이클 시간(CT21)이 길어지게 되어 있었다. 또 두께가 두꺼운 용기를 성형하는 경우에는, 프리폼의 냉각에 시간이 더 필요하게 되어, 용기의 성형 사이클 시간(CT21)이 더 길어지게 되어 있었다(도5(b)). 또한 결정화되기 어렵도록 개질(改質)된 특수한 PET수지(코폴리에스테르 : 코폴리머)를 사용하면, 프리폼(11)의 사출성형부에서의 냉각시간을 어느 정도 단축시키면서, 백화가 억제된 프리폼이나 용기의 제조가 가능하다. 그러나 이 특수한 PET수지는 범용적인(통상의) PET수지에비하여 가격이 매우 높아서, 범용적인 용기를 대규모 생산하는 경우에는 바람직하지 않다.
본 실시형태의 수지제 용기(10)의 제조방법에 의하면, 사출성형공정(S1)에 있어서 프리폼(11)의 냉각공정을 전혀 없게 하고, 온도조절공정(S2)으로 프리폼(11)의 냉각공정을 이동시키고 있다. 온도조절공정(S2)에서는, 프리폼(11)을 캐비티 금형(31)에 밀착시켜서 프리폼(11)의 외면을 효과적으로 온도조절할 수 있다. 또한 에어가 프리폼(11)의 내부에 갇히지 않고 계속하여 흐르게 함으로써 대류가 발생하기 때문에, 프리폼(11)의 내면을 동시에 냉각할 수 있다. 온도조절공정(S2)에서 프리폼(11)의 온도조절과 냉각을 하기 때문에, 사출성형공정(S1)에 있어서 프리폼(11)을 고온의 상태에서도 이형(離型)할 수 있어, 다음의 프리폼(11)의 성형을 빨리 개시할 수 있다. 즉 성형 사이클 시간(CT11)을 단축하면서 최종 성형품을 양호하게 성형할 수 있다. 또한 특수한 PET수지를 사용하지 않고 범용적인 PET수지를 사용하더라도, 짧은 성형 사이클로 백화되지 않는 용기를 성형할 수 있다.
그런데 특허문헌4에서는, 사출성형공정에서의 조기 이형을 할 수 있도록 하기 위하여 프리폼의 몸통부 형상을 얇게 설계하고 있다. 이것은, 온도조절공정이 없는 블로우 성형기에 있어서 성형 사이클을 단축시키는 대책으로서는 효과적이다. 그러나 프리폼 형상을 얇게 하면, 용기(10)의 물성이나 외관이 나빠지게 될 우려가 있다. 그래서 동일한 중량이고 몸통부의 두께가 다른 프리폼으로부터 동일 형상의 용기를 제조하는 경우를 설명한다. 도7(a)는 40g의 2개의 프리폼(좌측은 얇은 두께, 우측은 통상의 두께)과, 각각의 프리폼에서 블로우 성형되는 용기의 외형(이점쇄선)의 이미지 도면을 나타내고 있다. 얇은 두께의 프리폼은 몸통부를 얇게 한 것, 세로축 방향으로 길어진다(도7(a)의 좌측). 이 결과, 얇은 프리폼의 세로축 방향의 연신배율은, 통상의 두께의 프리폼에 비하여 작아지게 된다. 일반적으로 연신배율(배향 연신도)이 높을수록 용기의 강도(낙하 등에 대한 충격강도, 강성도, 인장강도 등)나 배리어성은 높아지게 된다. 즉 얇은 두께의 프리폼으로부터 성형된 용기는, 통상의 두께의 프리폼으로부터 성형되는 용기에 비하여 물성이 나빠지게 된다. 또한 연신배율이 작아지게 되면 용기의 두께조정도 어렵게 되어, 용기의 두께 정도나 외관도 나빠지기 쉽다. 얇은 두께의 프리폼(도7(a)의 좌측)은 프리폼의 온도의 균일화의 면에서도, 통상의 두께의 프리폼(도7(a)의 우측)보다 떨어진다. 도7(b)는 두께가 다른 프리폼의 열교환의 이미지 도면이다. 통상의 두께의 프리폼에 비하여, 얇은 두께 프리폼의 내층부(코어부)의 열량은 작기 때문에, 온도가 낮은 표면층(스킨층)과의 열의 이동 정도(열교환성)가 나빠지게 된다. 이 결과, 얇은 두께 프리폼은 통상의 두께의 프리폼과 비교하여 온도의 균일화가 되기 어려워서, 용기의 두께 정도가 커지게 되어 쉽다.
이에 대하여 본 실시형태에서는, 온도조절부(22)에서 효율적으로 프리폼(11)을 냉각시킬 수 있기 때문에, 특허문헌4와 달리 용기 형상에 맞추어서 최적의 두께분포를 갖도록 설계된 프리폼을 사용하더라도, 성형 사이클 시간(CT11)을 단축시킬 수 있다. 또한 용기의 물성의 저하나 백화의 우려도 작아서 범용성이 높다.
또 본 발명에서 사용되는 프리폼(11)은, 몸통부의 평균 두께가 2.0mm 이상 10.0mm 이하(바람직하게는 2.0mm 이상 5.0mm 이하)가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한 용기(10)의 프리폼(11)에 대한 종연신배율(縱延伸倍率)이 1.1배 이상 4.0배 이하(바람직하게는 1.1배 이상 1.2배 이하 또는 1.9배 이상 4.0배 이하), 횡연신배율(橫延伸倍率)이 1.1배 이상 4.0배 이하(바람직하게는 1.1배 이상 1.8배 이하 또는 3.0배 이상 4.0배 이하)가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한 용기(10)의 세로축 중심선을 포함하는 단면의 면적의, 프리폼(11)의 세로축 중심선 포함하는 단면의 면적에 대한 면적배율(종단면의 면적배율)이 1.2배 이상 16.0배 이하(바람직하게는 1.2배 이상 10.0배 이하)가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 특히 종연신배율이 약 2.5배, 횡연신배율이 약 4.0배, 면적배율이 약 10.0배로 설정되면 더 바람직하다. 프리폼(11)의 성형조건의 값을 상기와 같이 설정함으로써, 범용적인(통상의) PET수지로부터 프리폼(11)을 성형하여 상기의 온도조절방법을 실시함으로써, 강도(물성)가 높고 백화(백탁화)가 억제된 용기(10)를 적절하게 제조하는 것이 가능하게 된다.
(제1실시형태의 실시예)
이하, 제1실시형태의 실시예에 대하여 설명한다. 또 본 발명의 기술적 범위는 본 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 범위는, 청구의 범위에 기재되어 있는 범위 또는 그것과 균등한 범위에서 정해진다.
제1실시형태에서 설명된 구성을 구비하는 성형기(20)를 사용하여, 예1, 예2 및 예3의 PET제의 용기의 제조시험을 실시하였다. 각각의 예에 있어서의 프리폼의 두께(몸통부의 평균 두께), 사이클 시간, 용기의 중량 및 용기의 내용량은, 표1에 나타내는 것과 같다. 각각의 예에 있어서의 사출성형공정의 수지재료를 사출하는 시간, 사출 완료 후에 금형 내에서 프리폼을 냉각시키는 시간 및 사출성형부의 사출 캐비티 금형 내의 칠러온도(chiller temperature)(냉각매체(칠러수(chiller water))의 온도)는, 표1에 나타내는 것과 같다. 각각 예에 있어서의 온도조절공정의 프리폼의 블로우 시간 및 캐비티 금형의 상단 온도조절 POT, 중단 온도조절 POT 및 하단 온도조절 POT의 온도는 표1에 나타내는 것과 같다. 또 예1에 있어서는 중단 온도조절 POT를 설치하지 않은 2단식의 캐비티 금형을 사용하고, 예2 및 예3에서는 3단식의 캐비티 금형을 사용하였다.
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예1, 예2 및 예3의 제조시험에 있어서, 프리폼의 백화는 발생하지 않아서, 양호한 형상의 용기를 제조할 수 있었다. 또한 온도조절공정에 있어서 예비 블로우 및 냉각 블로우에 의한 냉각을 실시하지 않는 조건에서, 프리폼의 백화가 발생하지 않도록 사출성형공정에서의 냉각을 실시한 경우와 비교하여, 예1에서는 24.3%, 예2에서는 13.0%, 예3에서는 37.5%의 사이클 시간의 단축을 실현할 수 있었다. 프리폼의 두께가 두껍고 중량이 큰 경우에는 사출성형공정에서의 냉각의 시간이 길어지게 되는 바, 예3에서는 특히 사이클 시간의 단축을 실현할 수 있었다.
(제2실시형태)
계속하여 본 발명의 실시형태의 다른 예(제2실시형태)에 대하여, 도1, 도4 및 도8∼도10을 참조하여 설명한다. 제2실시형태에 관한 성형기(120)(도1)는, 온도조절부(122)에 있어서의 금형 유닛(130)의 캐비티 금형(131)의 구성과, 블로우 성형부(123)가 구비하는 금형(140) 및 제2에어도입부재(150)의 구성이, 다른 것 이외에는 제1실시형태에 관한 성형기(20)와 동일하거나 또는 유사한 구성이다. 따라서 동일하거나 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그에 대한 설명을 생략한다. 이하에서는, 제1실시형태와 상이한 온도조절부(122)와 블로우 성형부(123)만을 발췌하여 설명한다.
우선 도8을 참조하여 온도조절부(122)에 대하여 상세하게 설명한다. 도8은, 온도조절부(122)에 있어서의 프리폼(11)의 온도조절의 상태를 (a)부터 (d)에 걸쳐서 나타내는 단면 모식도이다. 도8(a)∼도8(d)의 각 단계의 상세한 것에 대해서는 후술한다. 온도조절부(122)는 온도조절 블로우를 하기 위한, 프리폼(11)을 수용하는 캐비티 금형(131)과, 제1에어도입부재(32)를 구비하는 금형 유닛(130)을 구비하고 있다. 캐비티 금형(131)은, 사출성형부(21)에서 제조된 프리폼(11)보다 큰 공간을 규정하는 분할 금형이다. 캐비티 금형(131)은, 그 내부에 온도조절매체(냉각매체)가 흐르고 있어 온도를 낮게 유지하고 있다. 온도조절매체(냉각매체)의 온도에 대해서는 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 5℃∼80℃ 사이, 바람직하게는 5℃∼30℃ 사이, 보다 적합하게는 10℃±5℃ 범위 내에서 적절하게 선택하는 것이 가능하다. 제1에어도입부재(32)의 구성은 제1실시형태와 동일하다.
계속하여 도9를 참조하여 블로우 성형부(123)에 대하여 상세하게 설명한다. 도9는, 블로우 성형부(123)에 있어서의 프리폼(11)으로부터 용기(10)를 제조하는 블로우 성형의 상태를 (a)부터 (d)에 걸쳐서 나타내는 단면 모식도이다. (a)∼(d)의 각 단계의 상세한 것에 대해서는 후술한다. 블로우 성형부(123)가 구비하는 금형(블로우 금형유닛)(140)은, 어깨 금형(shoulder mold)(141)과, 보톰 금형(142)과, 베이스 금형(몸통부 금형(body part mold))(143)에 의하여 구성되어 있다. 보톰 금형(142) 및 베이스 금형(143)은 서로 연결되어 있어, 용기(10)의 측면 및 저면의 외형을 규정한다. 보톰 금형(142) 및 베이스 금형(143)은 그들의 하단부(下端部)에서 제2고정판(145)에 연결되어 있다. 베이스 금형(143)은 대략 원통모양의 성형공간을 갖는 분할 금형이 아니라 단일구조의 금형으로서 구성되어 있으며, 도9에 있어서의 상하방향으로 이동할 수 있다. 또한 베이스 금형(143)의 성형공간의 내벽면은 테이퍼 모양으로 되어 있으며, 상부공간의 직경이 하부공간의 직경보다 크다. 어깨 금형(141)은 1쌍의 분할 금형으로 이루어지고, 그들은 각각 도9에 있어서의 좌우 어느 하나의 단부(端部)에서 제1고정판(144)에 연결되어 있다. 제1고정판(144)은 도면에 나타내지 않은 금형 개폐기구에 연결되어 있으며, 어깨 금형(141)은 도9에 있어서의 좌우방향으로 이동할 수 있다. 어깨 금형(141)은, 닫힌 상태에서 넥 금형(27)에 감합(嵌合)되어 프리폼(11)의 어깨에 접하거나 또는 근접하여, 용기(10)의 어깨의 외형을 규정한다. 또한 어깨 금형(141)의 양측(도9에 있어서 지면(紙面)의 전방과 후방방향의 측)에는 도면에 나타내지 않은 압력수용부재가 배치되고, 각각 제1고정판(144)에 연결되어 있다.
블로우 성형부(23)가 구비하는 제2에어도입부재(150)는, 제2로드부재(151)를 제외하고 제1실시형태와 동일하다. 제2로드부재(151)는 내부에 에어류 관통구멍을 갖추고 있는 점은 제1실시형태와 같지만, 그 선단에는 프리폼(11)의 내측 저면과 접촉하는 접촉부가 없으며, 대신에 에어를 분출 또는 흡인할 수 있는 제2내측방향 유통구(153)가 형성되어 있다.
본 실시형태의 성형기(120)는, 바닥이 들어올려지고 두께가 두꺼운 용기(10)를 제조한다. 프리폼(11)으로부터 용기(10)에 대한 연신배율은 의도적으로 낮게 설정되어 있다. 제조되는 프리폼(11)은 두께가 두껍고, 그 몸통부의 두께로서는 예를 들면 3.0∼12.0mm, 바람직하게는 4.0∼8.0mm로 하여도 좋다. 또한 용기(10)의 충전용량은 예를 들면 30∼100mL로 하여도 좋다.
계속하여 제2실시형태에 관한 용기(10)의 제조방법에 대하여 설명한다. 제2실시형태에 관한 용기(10)의 제조방법은, 제1실시형태와 마찬가지로 프리폼(11)을 사출성형하는 사출성형공정(S101)과, 프리폼(11)을 온도조절하는 온도조절공정(S102)과, 온도조절된 프리폼(11)을 블로우 성형하여 용기(10)를 제조하는 블로우 성형공정(S103)을 거쳐서 제조되고(도4), 넥부(12)를 넥 금형(27)으로부터 개방함으로써 용기(10)가 꺼내진다.
사출성형공정(S101)은, 제1실시형태의 사출성형공정(S1)과 동일한 조작을 따른다. 여기에서 도10을 참조하여, 사출성형공정(S101)에 있어서의 프리폼의 시간에 대한 온도의 변화에 대하여 설명한다. 도10은 제2실시형태 및 참고예에 있어서의 프리폼의 시간에 대한 온도의 변화를 나타내는 도면으로서, (a)는 제2실시형태, (b)는 참고예를 나타내고 있다. 사출성형공정(S101)에서는, 제1시간(t31)(수지재료의 유입을 완료한 시간)으로부터 제2시간(t32)까지의 사이에, 프리폼(11)을 제1온도(T31)로부터 제2온도(T32)까지 냉각한다(도10(a)). 제1온도(T31)는 수지재료의 융점 이상의 온도로서, 예를 들면 PET수지에서는 270∼300℃로 한다. 시동시간(t30)으로부터 제1시간(t31)은 충전시간(사출시간), 제1시간(t31)으로부터 제2시간(t32)은 냉각시간, 시동시간(t30)으로부터 제2시간(t32)은 사출성형시간(IT31)(충전시간(압력유지시간을 포함한다)+냉각시간)이 된다. 또한 제2시간(t32)으로부터 제3시간(t33)(온도조절공정(S102)의 개시시간)까지의 사이에, 프리폼(11)은 제2온도(T32)로부터 제3온도(T33)까지 냉각된다(도10(a)). 제2시간(t32)으로부터 제3시간(t33)은 각 공정 사이의 프리폼(11) 또는 용기(10)의 반송시간(DT31)으로서, 도10에서는 사출성형부(21)로부터 온도조절부(121)로 프리폼(11)을 반송하는 시간을 나타내고 있다. 또 성형기(120)의 구조상 공정 사이의 반송시간(DT31)은 모두 동일한 값이 된다. 사출성형시간(IT31)과 반송시간(DT31)의 합계시간이 성형 사이클 시간(CT31)이다.
다음에 도8을 참조하여 온도조절공정(S102)에 대하여 설명한다. 우선 프리폼(11)을 열려 있는 캐비티 금형(131)의 사이로 이동시키고, 캐비티 금형(131)을 닫아서 캐비티 금형(131)에 프리폼(11)을 수용한다(도8(a)). 계속하여 캐비티 금형(131)에 수용된 프리폼(11)의 내부에 제1에어도입부재(32)를 삽입한다(기밀 가능하게 접촉시킨다)(도8(b)). 그리고 제1외측방향 유통구(36)를 닫은 상태에서 제1에어도입부재(32)의 제1내측방향 유통구(35)로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내어서, 프리폼(11)을 불룩하게 하여 캐비티 금형(131)의 내벽에 밀착시키는 예비 블로우를 실시한다. 다음에 제1외측방향 유통구(36)를 열어서, 제1에어도입부재(32)의 제1외측방향 유통구(36)로부터 에어를 프리폼(11)의 외부로 배출하여 냉각 블로우를 실시한다(도8(c)). 이 때에 제1내측방향 유통구(35)로부터 에어가 계속하여 분출되고 있기 때문에, 프리폼(11)은 내부를 흐르는 에어에 의하여 내측으로부터도 냉각된다. 일정 시간의 냉각 후에 캐비티 금형(131)을 열어서(도8(d)), 불룩하게 된 프리폼(11)을 블로우 성형부(123)로 이동시킨다.
여기에서 다시 도10을 참조하여, 프리폼의 시간에 대한 온도의 변화에 대하여 설명한다. 온도조절공정(S102)에서는, 제3시간(t33)으로부터 제4중간시간(t34')까지의 사이에, 프리폼(11)을 제3온도(T33)로부터 제4온도(T34)까지 냉각하고, 그 후 제4시간(t34)까지의 사이에 제4온도(T34)로 프리폼(11)의 온도를 유지한다(도10(a)). 제4온도(T34)는 블로우 성형에 적합한 온도로서, 예를 들면 PET수지의 경우에는 90℃∼105℃로 한다(제1실시형태와 마찬가지로 90∼95℃로 하는 것이 바람직하다). 제4시간(t34)의 후, 사출성형공정(S101)에서의 프리폼의 냉각이 완료될 때까지, 온도조절공정(S102)에서의 냉각을 계속한다.
다음에 도9를 참조하여 블로우 성형공정(S103)에 대하여 설명한다. 우선 보톰 금형(142) 및 베이스 금형(143)이 정지되어 있고, 어깨 금형(141)이 열려 있는 상태인 금형(140)에 프리폼(11)을 수용한다(도9(a)). 계속하여 어깨 금형(141)을 닫아서 넥 금형(27)에 감합시켜서, 제2에어도입부재(150)를 삽입한다(기밀 가능하게 접촉시킨다)(도9(b)). 그리고 제2외측방향 유통구(54)로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내는 최종 블로우에 의하여 프리폼(11)을 용기(10)의 형상까지 불룩하게 한다. 그 후에 제2내측방향 유통구(153)로부터 프리폼(11)의 내부로 에어를 보내어서, 제2외측방향 유통구(54)로부터 프리폼의 외부로 에어를 배출하는 쿨링 블로우에 의하여 용기(10)를 제조한다(도9(c)). 최종 블로우 및 쿨링 블로우가 완료된 후에, 보톰 금형(142)과 베이스 금형(143)을 약간 하강시키고, 이어서 어깨 금형(141)을 열어서 용기(10)를 금형(140)으로부터 뽑아낸다. 또 금형(140)과 프리폼(11)의 접촉만으로 냉각이 충분히 되는 경우에는, 쿨링 블로우를 생략하여도 좋다.
금형(140)으로부터 뽑힌 용기(10)를 취출부(24)로 이동시키고, 넥부(12)를 넥 금형(27)으로부터 개방함으로써 용기(10)를 꺼낸다. 이상의 방법에 의하여 용기(10)가 제조된다.
그런데 도10(b)에 나타내는 바와 같이 종래의 수지제 용기의 제조방법에서는, 사출성형공정에 있어서, 제1시간(t41)(수지재료의 유입을 끝낸 시간)으로부터 제2시간(t42)까지의 사이에, 프리폼을 제1온도(T41)로부터 제4온도(T44)보다 낮거나 대략 동일한 정도의 제2온도(T42)까지 냉각하고 있었다. 그리고 온도조절공정에 있어서, 제3시간(t43)으로부터 제4시간(t44)까지의 사이에 프리폼을 제3온도(T43)로부터 제4온도(T44)까지 승온하고 있었다. 이 때문에 사출성형공정에 있어서의 냉각시간이 길어지게 되고, 결과적으로 용기의 성형 사이클 시간(CT41)이 길어지게 되어 있었다. 또 두께가 두꺼운 용기를 성형하는 경우에는, 프리폼의 냉각에 시간이 더 필요되어, 용기의 성형 사이클 시간(CT41)이 더 길어지게 되어 있었다.
본 실시형태의 수지제 용기(10)의 제조방법에 의하면, 사출성형공정(S101)에서 프리폼(11)을 냉각할 뿐만 아니라 온도조절공정(S102)에서도 프리폼(11)을 냉각할 수 있다. 특히 온도조절공정(S102)에 있어서, 프리폼(11)의 내부로 에어를 보냄으로써 프리폼(11)을 불룩하게 하여 캐비티 금형(131)에 밀착시킬 수 있어, 프리폼(11)의 외면을 효과적으로 냉각시키면서, 적절한 외형의 프리폼(11)을 얻을 수 있다. 또한 에어가 프리폼(11)의 내부에 갇히지 않고 계속하여 흐르게 함으로써 대류가 발생하기 때문에, 프리폼(11)의 내면도 동시에 냉각할 수 있어, 종래에 비하여 빨리 프리폼(11)을 냉각할 수 있다. 그리고 온도조절공정(S102)에 있어서의 냉각에 의하여 사출성형공정(S101)에 있어서 프리폼(11)을 고온의 상태에서도 이형할 수 있어, 다음의 프리폼(11)의 성형을 빨리 개시할 수 있다. 즉 사출성형공정(S101)과 온도조절공정(S102)에 의하여 협동하여 프리폼(11)을 효과적으로 냉각할 수 있어, 성형 사이클 시간(CT31)을 단축하면서 최종 성형품을 양호하게 성형할 수 있다.
또한 두께가 두꺼운 프리폼(11)은, 한쪽으로부터 프리폼(11)의 외벽을 냉각하여도, 외벽의 내부 및 냉각되고 있는 측의 반대측이 냉각되기 어려워서, 블로우 성형을 위한 적절한 온도까지 냉각하기 위하여 긴 시간을 필요로 하고 있었다. 본 실시형태의 수지제 용기(10)의 제조방법에 의하면, 온도조절공정(S102)에서 프리폼(11)의 외면을 효과적으로 냉각시키면서, 적절한 외형(용기(10)에 가까운 외형)의 얇은 두께가 된 프리폼(11)을 얻을 수 있고 또한 프리폼(11)의 내면도 동시에 냉각할 수 있기 때문에, 종래에 비하여 두께가 두꺼운 프리폼(11)을 효과적으로 빨리 냉각할 수 있다. 그리고 온도조절공정(S102)에 있어서의 냉각에 의하여 사출성형공정(S101)에 있어서 프리폼(11)을 고온의 상태에서 이형하여 다음의 공정으로 이동시킬 수 있어, 다음 프리폼(11)의 성형을 빨리 개시하여 성형 사이클을 단축하면서 최종 성형품을 양호하게 성형할 수 있다.
또한 본 실시형태의 금형 유닛(130)에 의하면, 제1내측방향 유통구(35)와 제1외측방향 유통구(36)를 구비하는 제1에어도입부재(32)를 구비함으로써, 에어를 프리폼(11)의 내부에 가두지 않고 계속하여 흐르게 함으로써 대류를 발생시킬 수 있다. 이에 따라 프리폼(11)의 내면으로부터 효과적으로 프리폼(11)을 냉각할 수 있다. 또한 에어에 의하여 프리폼(11)을 불룩하게 하여 캐비티 금형(131)에 밀착시킬 수 있어, 프리폼(11)의 외면을 효과적으로 냉각시키면서, 적절한 외형의 프리폼(11)을 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태의 금형 유닛(130)에 의하면, 프리폼(11)의 외면을 효과적으로 냉각시키면서, 적절한 외형의 프리폼(11)을 얻을 수 있고 또한 프리폼(11)의 내면도 동시에 냉각할 수 있기 때문에, 종래에 비하여 두께가 두꺼운 프리폼(11)을 효과적으로 빨리 냉각할 수 있다.
또 본 발명은, 상기에서 설명한 실시형태에 한정되지 않으며, 적절한 변형, 개량 등을 할 수 있다. 이 이외에 상기에서 설명한 실시형태에 있어서의 각 구성요소의 재질, 형상, 치수, 수치, 형태, 개수, 배치장소 등은 본 발명을 달성할 수 있는 것이면 임의이며, 한정되지 않는다.
상기 실시형태의 블로우 성형부에 있어서, 쿨링 블로우에 사용되는 제2로드부재(51)를 설명하였지만, 프리폼(11)을 용기(10)에 적절하게 불룩하게 할 수 있는 태양의 블로우 장치이면 사용할 수 있다. 예를 들면 제2내측방향 유통구(53)와 제2외측방향 유통구(54)로 에어의 송풍과 배출이 교체되는 태양이 아니어도 좋다.
또 사출성형부의 금형의 개폐방향은 연직방향(세로방향)이 바람직하다. 가령 금형의 개폐방향이 수평방향(가로방향)이면, 사출성형부에서 이형되는 프리폼이 종래부터 고온에서 높은 연화상태에 있는 관계로부터, 온도조절부로의 반송 도중에 수평방향으로 연장되는 프리폼의 저부측이 무게중심의 관계에서 연직하방측으로 휘어져서, 정상의 형상으로 냉각 블로우가 실시될 수 없을 가능성이 있기 때문이다. 한편 사출성형부의 금형의 개폐방향이 연직방향(세로방향)인 경우에는, 이와 같은 휨변형이 생기지 않아서, 정상 형상의 프리폼에 대하여 냉각 블로우가 실시할 수 있다.
또 본원은, 2017년 10월 19일자에 출원된 일본국 특허출원(특원2017―202716)에 의거하고 있으며, 그 전체가 인용에 의하여 원용된다. 또한 여기에 인용되는 모든 참조는 전체로서 동일하다.
10 : 용기
11 : 프리폼
12 : 넥부
20, 120 : 성형기
21 : 사출성형부
22, 122 : 온도조절부
23,123 : 블로우 성형부
24 : 취출부
25 : 사출장치
26 : 반송수단
27 : 넥 금형
30, 130 : 금형 유닛
31, 131 : 캐비티 금형
32 : 제1에어도입부재
33 : 제1로드부재
34 : 제1감합코어(제1블로우 코어부재)
35 : 제1내측방향 유통구
36 : 제1외측방향 유통구
40, 140 : 금형
141 : 어깨 금형
42, 142 : 보톰 금형
43 : 분할 금형
143 : 베이스 금형
50, 150 : 제2에어도입부재
51, 151 : 제2로드부재
52 : 제2감합코어(제2블로우 코어부재)
53, 153 : 제2내측방향 유통구
54 : 제2외측방향 유통구

Claims (11)

  1. 적어도,
    수지제(樹脂製)의 저면(底面)을 구비한 프리폼(preform)을 사출성형 하는 사출성형공정과,
    상기 사출성형공정에서 제조된 상기 프리폼을 온도조절하는 온도조절공정과,
    온도조절된 상기 프리폼을 블로우 성형(blow molding) 하여 수지제의 용기를 제조하는 블로우 성형공정을
    구비하는 수지제 용기의 제조방법으로서,
    상기 사출성형공정에 있어서,
    사출성형용 금형이 체결됨으로써 형성되는 상기 프리폼의 형상의 공간내에 수지재료를 사출하고,
    상기 수지재료의 사출이 완료되고 나서 상기 공간내에서 상기 수지재료를 냉각하고,
    수지재료의 사출이 완료되고 나서 상기 공간내에서 상기 수지재료를 냉각하는 시간이, 상기 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 1/2 이하인 수지제 용기의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    수지재료의 사출이 완료되고 나서 상기 공간내에서 상기 수지재료를 냉각하는 시간이, 상기 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 2/5 이하인 수지제 용기의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    수지재료의 사출이 완료되고 나서 상기 공간내에서 상기 수지재료를 냉각하는 시간이, 상기 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 0.43배 이하인 수지제 용기의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사출성형용 금형은, 적어도 사출 캐비티 금형(injection cavity mold)과 사출 코어 금형(injection core mold)을 구비하고,
    상기 사출 캐비티 금형과 상기 사출 코어 금형에는 5℃∼15℃의 냉각매체가 흐르는 수지제 용기의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절공정에 있어서,
    상기 프리폼을 캐비티 금형에 수용하고,
    상기 프리폼에 에어도입부재를 기밀(氣密) 가능하게 접촉시키고,
    상기 에어도입부재의 송풍구로부터 상기 프리폼의 내부로 에어를 보내고, 상기 에어도입부재의 배출구로부터 상기 에어를 상기 프리폼의 외부로 배출함으로써 상기 프리폼을 상기 캐비티 금형의 내벽에 밀착시켜서 상기 프리폼을 냉각하는 수지제 용기의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캐비티 금형에는 온도조절매체가 흐르고 있고,
    상기 온도조절공정에서는 상기 캐비티 금형과의 밀착에 의하여 상기 프리폼을 외측으로부터 온도조절하고,
    상기 에어도입부재로부터의 에어의 대류에 의하여 상기 프리폼을 내측으로부터 냉각하는 수지제 용기의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캐비티 금형에는 5도∼80도의 온도조절매체가 흐르는 수지제 용기의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 캐비티 금형에는 30도∼60도의 온도조절매체가 흐르는 수지제 용기의 제조방법.
  9. 적어도,
    수지제의 저면을 구비한 프리폼을 사출성형 하는 사출성형부와,
    상기 사출성형부에 의하여 제조된 상기 프리폼을 온도조절하는 온도조절부와,
    온도조절된 상기 프리폼을 블로우 성형하여 수지제의 용기를 제조하는 블로우 성형부를
    구비하는 수지제 용기의 제조장치로서,
    상기 사출성형부는,
    사출성형용 금형이 체결됨으로써 형성되는 상기 프리폼의 형상의 공간내로 수지재료를 사출하고,
    상기 수지재료의 사출이 완료되고 나서 상기 공간내에서 상기 수지재료를 냉각하고,
    수지재료의 사출이 완료되고 나서 상기 공간내에서 상기 수지재료를 냉각하는 시간이, 상기 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 1/2 이하가 되도록 구성되어 있는 수지제 용기의 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사출성형부는, 수지재료의 사출이 완료되고 나서 상기 공간내에서 상기 수지재료를 냉각하는 시간이, 상기 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 2/5 이하가 되도록 구성되어 있는 수지제 용기의 제조장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 사출성형부는, 수지재료의 사출이 완료되고 나서 상기 공간내에서 상기 수지재료를 냉각하는 시간이, 상기 수지재료를 사출하는 시간에 대하여 0.43배 이하가 되도록 구성되어 있는 수지제 용기의 제조장치.
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