(57)【要約】  注入軸（Ａ）に従って延在するプレフォーム（２）中に加圧液体を注入することで容器を同時に形成及び充填するための方法は、型（１６）中にプレフォーム（２）を設置する工程と、加圧液体をプレフォーム（２）中に注入する工程であって、液体が、プレフォーム（２）を膨張させ、プレフォームを容器の形状にして、前記容器が液体で充填されるように、成形キャビティ（２２）の壁に対して前記プレフォーム（２）の壁（１５）を押しやる工程とを含む。加圧液体が、プレフォーム（２）を形成及び充填する間にプレフォームの壁（１５）に遠心力を適用するように、注入流において延在する渦付与要素（５２）が、加圧液体に渦流を付与し、それによって、プレフォーム軸（Ａ）に実質的に垂直な半径方向の面においてプレフォーム（２）の半径方向の膨張を促進する。
2019501042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入ノズル（１８）と、前記注入ノズル（１８）の出口（２６）を通じて加圧液体を注入するように配置された加圧液体源（２０）とを含む形成ステーション（４）を使用して、プレフォーム軸（Ａ）に従って延在するプレフォーム（２）中に加圧液体を注入することで、容器を同時に形成及び充填するための方法であり、
製造されるべき前記容器の形状を画定している成形キャビティ（２２）を有する型（１６）中に前記プレフォーム（２）を設置する工程と、
前記注入ノズル（１８）の前記出口（２６）と液密接触して前記プレフォーム（２）を設置する工程と、
前記加圧液体源（２０）から前記注入ノズル（１８）の前記出口（２６）を通じて前記プレフォーム（２）中に前記加圧液体を注入する工程であって、前記加圧液体が、前記加圧液体源（２０）から注入流に沿って前記出口（２６）に流れ、前記液体が、前記プレフォーム（２）を膨張させて、前記成形キャビティ（２２）の壁に対して前記プレフォーム（２）の壁（１５）を押しやり、前記プレフォームが容器の形状にされて、前記容器が液体で充填される工程と
を含む方法であって、前記注入流において延在する前記注入ノズル（１８）の渦付与要素（５２）が、前記加圧液体源（２０）と前記出口（２６）との間で前記加圧液体に渦流を付与し、前記プレフォーム（２）を形成及び充填する間に、前記加圧液体が、前記プレフォームの前記壁（１５）上に遠心力を適用し、それによって、前記プレフォーム軸（Ａ）に実質的に垂直な半径方向の面において前記プレフォーム（２）の半径方向の膨張を促進することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記プレフォーム（２）が、前記プレフォーム軸（Ａ）に沿って延在する軸方向に従ってさらに膨張され、前記軸方向の膨張が、前記注入ノズル（１８）の延伸ロッド（５０）により少なくとも部分的に促進され、前記延伸ロッド（５０）が、前記プレフォーム軸（Ａ）に沿って延在し、かつ、前記軸（Ａ）に沿って前記プレフォーム（２）を延伸するように作動する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記出口（２６）が、前記プレフォーム軸（Ａ）と実質的に整列した注入軸に沿って延在し、前記加圧液体が渦傾斜（Ｓ）に従って前記注入軸（Ａ）周りで渦巻くように、前記加圧液体に付与される渦流が配置されている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記渦傾斜（Ｓ）が、前記注入軸（Ａ）と４０〜６０°に含まれる角度（α）を形成している、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記液体が前記プレフォーム（２）を充填している場合に前記液体が渦巻いているように、前記渦流が前記出口（２６）のごく近傍で前記加圧液体に付与される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記プレフォーム（２）の半径方向の膨張が、プレフォーム軸（Ａ）に従って測定した場合に、前記プレフォーム（２）の高さの主要部に沿って実質的に同時に発生するように、前記渦流が配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
プレフォーム軸（Ａ）に従って延在するプレフォーム（２）中に加圧液体を注入することで、容器を同時に形成及び充填するための形成ステーションであり、前記形成ステーションが、加圧液体源（２０）と、成形キャビティ（２２）を有する型（１６）と、注入軸に沿って延在する出口（２６）を含む注入ノズル（１８）とを含み、前記出口（２６）が、前記プレフォーム（２）と液密接触して設置されるように配置されており、前記形成ステーションが、前記加圧液体源（２０）から前記出口（２６）を通じて前記プレフォーム（２）中に加圧液体を注入するように配置されており、前記加圧液体が、注入流に沿って前記加圧液体源（２０）から前記出口（２６）に移動する形成ステーションであって、前記注入ノズル（１８）が、前記注入流において延在する渦付与要素（５２）をさらに含み、前記加圧液体が前記出口（２６）を通じて流れる場合に、前記プレフォーム軸（Ａ）周りに前記加圧液体が渦巻くように、前記渦付与要素（５２）が前記加圧液体に渦流を付与するように配置されていることを特徴とする、形成ステーション。
【請求項８】
前記渦付与要素（５２）が、前記出口（２６）の近傍に設置されている、請求項７に記載の形成ステーション。
【請求項９】
前記注入ノズル（１８）が、閉鎖バルブ（４１）及びバルブシート（４５）を含み、前記バルブシート（４５）が前記出口（２６）の近傍に延在しており、前記加圧液体が前記出口（２６）を通じて流れることを防止するように、前記閉鎖バルブ（４１）が前記バルブシート（４５）に対して液密で適用される閉位置と、液体が前記出口（２６）を通じて流れることが可能となるように、前記閉鎖バルブ（４１）が前記バルブシートと離間している開位置との間で、前記閉鎖バルブ（４１）が可動である、請求項７又は８に記載の形成ステーション。
【請求項１０】
前記閉鎖バルブ（４１）が、前記注入流において前記注入軸に沿って延在する制御ロッド（４２）を含み、前記制御ロッド（４２）が、前記閉鎖バルブ（４１）の前記閉位置において前記バルブシート（４５）と液密接触して設置されたシーリング部（４４）を含み、前記渦付与要素（５２）が、前記注入流の少なくとも一部を横切って前記制御ロッド（４１）周りに延在する複数のフィン（５４）を含み、前記フィン（５４）が、前記注入軸に対して角度（α）を形成している渦傾斜（Ｓ）に沿って配向されている、請求項９に記載の形成ステーション。
【請求項１１】
前記注入ノズル（１８）が、前記出口（２６）を画定しているノズル本体（３４）と、前記プレフォーム（２）中に注入されるべき前記加圧液体を一時的に収容するための前記出口（２６）の上流に延在するノズルチャンバー（２８）とを含み、前記制御ロッド（４２）が、前記ノズルチャンバー（２８）の内側で延在しており、かつ、前記ノズルチャンバー（２８）の内側で可動であり、前記フィン（５４）が、前記ノズル本体（３４）から前記制御ロッド（４２）に向けて延在しているか、又は前記制御ロッド（４２）から前記ノズル本体（３４）に向けて延在している、請求項１０に記載の形成ステーション。
【請求項１２】
各フィン（５４）の半径方向の面における断面が、前記制御ロッド（４２）から前記ノズル本体（３４）に延在しているか、又は前記制御ロッド（４２）と前記ノズル本体（３４）とを分離している距離の一部のみにわたって延在している、請求項１１に記載の形成ステーション。
【請求項１３】
前記渦付与要素（５２）が、前記制御ロッド（４２）の前記シーリング部（４４）の上流又は下流に延在している、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の形成ステーション。
【請求項１４】
各フィン（５４）が、上流端（５６）及び下流端（５８）を含み、前記上流端（５６）の接線が前記注入軸に実質的に平行であり、前記下流端（５８）の接線が前記渦傾斜（Ｓ）に沿って延在しており、前記フィン（５４）が、前記上流端（５６）と前記下流端（５８）との間で弓状である、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の形成ステーション。
【請求項１５】
２つの連続するフィン（５４）が、前記注入軸と２４〜７２°に実質的に含まれる角度（β）を形成している、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の形成ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレフォーム中に加圧液体を注入することで、容器を同時に形成及び充填するための方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、そのような方法に従って、プレフォーム中に加圧液体を注入することで、容器を同時に形成及び充填するための形成ステーションに関する。
【０００３】
本出願において、「液体」は物理的意味を有する。それは、非圧縮性であり、流れることが可能である任意の媒体を示す。液体は、低粘度（例えば、水又はアルコール）、中粘度（例えば、食用油又はスープ）、又は高粘度（例えば、液体洗剤、せっけん、シャンプー、ケチャップ、マスタード）を有することができる。液体は、均一であることができるか又は均一でないことができ（例えば、果肉又は食材の破片）、それはニュートン性であるか又は非ニュートン性であることができる。それは食材に限定されない。非圧縮性液体は、例えば、水又は他の飲料、食材、例えば、ケチャップ、マヨネーズ、食用油、ヨーグルト、家又は個人のケア用品、医薬流体、燃料、油圧オイル、作動流体などであることができる。
【背景技術】
【０００４】
「ハイドロフォーミング」として知られる分野において、型中に設置されたプレフォームの内側に注入される加圧液体を使用して、型の形状に従って容器を成形し、同時にその液体で前記成形容器を充填することが知られている。有利には、注入液体は、容器内に収容される最終製品、すなわち、容器を使用する消費者に提供されることが意図される製品である。
【０００５】
プレフォームを変形して容器にするために、プレフォームは、プレフォームの材料のガラス転移温度より高く、結晶化温度より低い温度で加熱され、プレフォームは可鍛状態で配置され、製造されるべき容器の形状まで膨張させることができる。
【０００６】
ある用途において、プレフォーム中に注入される液体は、一般的に、プレフォーム材料のガラス転移温度より低い温度で注入される。注入液体の温度は、例えば、周辺温度、典型的には５〜５０℃であり、一方、ガラス転移点は、例えばＰＥＴについては７５℃を超える。
【０００７】
プレフォームは、２配向比（ｂｉ−ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ）、又は伸張比に従って、軸方向において、すなわちプレフォームの軸に沿って、及び半径方向の面において、すなわち軸方向と垂直に膨張し、２配向比は以下の式：
【数１】
2019501042.tif 000003
で規定され、式中、ＢＯＲが２配向比であり、Ｄが製造されるべき容器の平均直径であり、ｄがプレフォームの平均直径であり、Ｌが製造されるべき容器の展開長さの半分であり、ｌがプレフォームの展開長さの半分である。
【０００８】
良好な機械的及び気／液バリア特性を有し、満足のいく形状を示す容器を得るために、２配向比は最適化されなければならない。
【０００９】
ハイドロフォーミングプロセスにおいて、プレフォームの軸方向の膨張は、その軸に沿ってプレフォームを伸長するように配置された延伸ロッドにより補助することができるが、半径方向の膨張は、注入液体でのみ促進され、プレフォーム内の幾らかの領域では不十分な場合がある。液体は、一般的に、プレフォーム軸、一般的には鉛直軸の方向に注入され、最初にプレフォームの底に到達する。その結果、プレフォームの底部は最初に膨張され、プレフォームの膨張が容器の底から頂部に向けて起こる。液体注入の間、膨張するプレフォームは冷却されるため、容器の上部は、液体注入の終わりで膨張が不十分である場合がある。
【００１０】
この場合、２配向比は最適化されず、製造される容器の形状は満足のいくものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的の１つは、２配向比を最適化し、容器の良好な形成を確実にするために、プレフォームの半径方向の膨張を改善することである。
【００１２】
形成性能における上記の問題とは別に、文献：米国特許出願公開第２０１３／００７４９７９号明細書では、ボトルを充填するための装置を記載している。装置は、液体弁、渦巻体、及び充填中にボトルの内側の液体充填レベルを決定するためのプローブを含む。渦巻体は、液体充填材料が容器の内面に沿って流れるように渦を与え、所望の充填レベルが達成される前に液体充填材料によりプローブが早期に濡れることを防止する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために、本発明は、注入ノズルと、注入ノズルの出口を通じて加圧液体を注入するように配置された加圧液体源とを含む形成ステーションを使用して、プレフォーム軸に従って延在するプレフォーム中に加圧液体を注入することで、容器を同時に形成及び充填するための方法であって、
製造されるべき容器の形状を画定している成形キャビティを有する型中にプレフォームを設置する工程と、
注入ノズルの出口と液密接触して、プレフォームを設置する工程と、
加圧液体源から注入ノズルの出口を通じてプレフォーム中に加圧液体を注入する工程であって、加圧液体が加圧液体源から注入流に沿って出口に流れ、液体がプレフォームを膨張させ、成形キャビティの壁に対して前記プレフォームの壁を押しやり、プレフォームが容器の形状にされて、前記容器が液体で充填される工程と、
注入流において延在する注入ノズルの渦付与要素が、加圧液体源と出口との間で加圧液体に渦流を付与し、プレフォームを形成及び充填する間に、加圧液体がプレフォームの壁上に遠心力を適用し、それによって、プレフォームの軸に実質的に垂直な半径方向の面においてプレフォームの半径方向の膨張を促進する工程と
を含む方法に関する。
【００１４】
本発明者らは、加圧液体で容器を同時に形成及び充填するための形成ステーションの注入ノズル内に渦付与要素を設置することが、全く予期されない極めて驚くべき効果をもたらすことを発見した。
【００１５】
米国特許出願公開第２０１３／００７４９７９号明細書に記載されるようなボトルを充填するための装置は、ボトルに空気又はガスが充填されている間に、既に形成されたボトルの内側で液体が滑らかに落ちる伝統的な充填装置である。容器中の内圧とノズル中の液圧の間には全く差がないか又はほとんど差がない。したがって、注入速度は極めて遅い。充填時間は、例えば、５〜２０秒間に含まれる場合がある。伝統的な充填装置の注入ノズル中に挿入される渦巻体は、極めて早くプローブが濡れるのを防止するために、液体流を半径方向に逸脱させるのみである。渦巻体によりもたらされた渦は、ノズルの出口に存在するのみである。注入液体は、ボトルの鉛直方向の壁に最初に到達し、次いで、ボトルの底に滑り落ちる。鉛直方向の壁に沿った液体の移動は、渦効果を低減するか又は停止させる。その結果として、ボトルの底の液体はほぼ動かず（ｑｕｉｅｔ）、安定である。充填の間、液体レベルは、プローブにより、その方向まで滑らかに上昇する。渦巻体を持つこの伝統的な充填装置は、飲料の入口流と空気又はガスの出口流とを分離するために、ビール又は炭酸飲料を充填するのに一般的に使用することができる。
【００１６】
形成及び充填ステーションにおいて、注入速度は極めて高い。プレフォームの温度がプレフォーム材料のガラス転移温度未満に低下する前に容器が形成されなければならないため、形成及び充填時間は０．２秒間であることができる。追加的に、プレフォームの内部容積は、容器の内部容積より極めて小さく、そのため、プレフォームは充填のほぼ開始直後に液体で充填される。本発明者らが発見した驚くべき効果は、成形キャビティまでプレフォームが半径方向に膨張する間に、プレフォームの内側の液体の容積全体は、注入ノズルの出口で生成される渦によりプレフォーム軸周りに回転して引張られる。したがって、プレフォームの内側で回転している液体の質量全体が、プレフォームの鉛直方向の壁上に大きな遠心力をもたらす。前述した伝統的な充填装置においては、回転する質量はないか又はほぼなく、極めて低い注入速度であり、そのため遠心力は存在しない。
【００１７】
本発明の方法において、前記遠心力の存在は、極めて興味深い技術的効果をもたらす。遠心力は、プレフォーム軸に実質的に垂直な面、すなわち半径方向の面において適用される。したがって、プレフォームの半径方向の膨張は、泡膨張のような、プレフォームの液体容積の増加によるものだけではない。軸方向の膨張に対する半径方向の膨張の割合は、大量の液体回転の存在により変更される。結果として、得られる容器の形状は、より満足のいくものになり、２配向比は最適化される。さらに、注入液体は、より均一にプレフォームに最初に衝突し、それはプレフォームの底だけにではない。その結果、プレフォームの膨張は、底から頂部に向けて起こらず、そして、前記膨張がプレフォームの材料が冷却される前に発生することができるため、プレフォームの上部の膨張が改善される。
【００１８】
本発明に係る方法の他の特徴によれば、
−プレフォームが、プレフォーム軸に沿って延在する軸方向に従ってさらに膨張され、前記軸方向の膨張が、注入ノズルの延伸ロッドにより少なくとも部分的に促進され、前記延伸ロッドが、プレフォーム軸に沿って延在し、前記軸に沿ってプレフォームを延伸するように作動する；
−出口が、プレフォーム軸と実質的に整列した注入軸に沿って延在し、加圧液体が渦傾斜に従って注入軸の周りで渦巻くように、加圧液体に付与される渦流が配置されている；
−渦傾斜が、注入軸と４０〜６０°に含まれる角度を形成する；
−液体がプレフォームを充填する場合に液体が渦巻いているように、渦流が出口のごく近傍で加圧液体に付与される。
【００１９】
出口の近くに渦流を付与することで、液体がプレフォームの内側で渦巻くことを確実にすることができる。さらに、出口は注入軸に従って延在するため、渦流を前記出口の近くに付与することが、注入軸周りで渦を正確に制御することを可能とし、それは、液体が注入軸と平行な方向に流れない領域で渦流が付与される場合は、この限りではない。
【００２０】
本発明に係る方法の別の特徴によれば、プレフォームの軸に従って測定される場合に、プレフォームの半径方向の膨張がプレフォームの高さの主要部に沿って実質的に同時に発生するように、渦流が配置されている。
【００２１】
上で説明したように、本発明に係る方法は、より均一に容器を形成することを可能とし、それにより得られる容器の最終形状を改善する。
【００２２】
本発明はまた、プレフォームの軸に従って延在するプレフォーム中に加圧液体を注入することで、容器を同時に形成及び充填するための形成ステーションであり、前記形成ステーションが、加圧液体と、成形キャビティを有する型と、注入軸に沿って延在する出口を含む注入ノズルとを含み、前記出口が、プレフォームに液密接触して設置されるように配置されており、前記形成ステーションが、加圧液体源から出口を通じてプレフォーム中に加圧液体を注入するように配置されており、加圧液体が、注入流に沿って加圧液体源から出口に移動する形成ステーションであって、注入ノズルが、注入流において延在する渦付与要素をさらに含み、加圧液体が出口を通じて流れる場合にプレフォーム軸周りに加圧液体が渦巻くように、前記渦付与要素が加圧液体へ渦流を付与するように配置されている、形成ステーションに関する。
【００２３】
本発明に係る形成ステーションは、上で説明した方法を実施することを可能とする。
【００２４】
本発明に係る形成ステーションの他の特徴によれば、
−渦付与要素が出口の近傍に配置されている；
−注入ノズルが、閉鎖バルブ及びバルブシートを含み、前記バルブシートが出口の近傍に延在しており、加圧液体が出口を通じて流れるのを防止するように、閉鎖バルブがバルブシートに対して液密に適用される閉位置と、液体が出口を通じて流れることが可能となるように、閉鎖バルブがバルブシートと離間している開位置との間で、前記閉鎖バルブが可動である；
−閉鎖バルブが、注入流において注入軸に沿って延在する制御ロッドを含み、前記制御ロッドが、閉鎖バルブの閉位置においてバルブシートと液密接触して設置されたシーリング部を含み、渦付与要素が、注入流の少なくとも一部を横切って制御ロッド周りに延在する複数のフィンを含み、前記フィンが、注入軸に対してある角度を形成する渦傾斜に沿って配向されている；
−注入ノズルが、出口を画定しているノズル本体と、プレフォーム中に注入されるべき加圧液体を一時的に収容するための前記出口の上流に延在するノズルチャンバーとを含み、制御ロッドが前記ノズルチャンバーの内側で延在し、かつ、前記ノズルチャンバーの内側で可動であり、フィンがノズル本体から制御ロッドに向けて延在しているか、又は制御ロッドからノズル本体に向けて延在している。
【００２５】
ある実施形態によれば、渦付与要素が閉鎖バルブに取り付けられおり、ノズル本体の壁に向けて延在しており、別の実施形態によれば、渦付与要素がノズル本体の壁に取り付けられており、閉鎖バルブに向けて延在している。
【００２６】
本発明に係る形成ステーションの別の特徴によれば、各フィンの半径方向の面における断面が、制御ロッドからノズル本体まで延在しているか、又は、制御ロッドとノズル本体とを分離する距離の一部のみにわたって延在している。
【００２７】
ある実施形態によれば、フィンが、ノズル本体の壁から閉鎖バルブを分離する距離善太を横切って延在しており、別の実施形態によれば、この距離の一部のみを横切って延在している。第１の場合において、渦流は、ノズル本体を流れる液体全体に付与される。第２の場合において、渦付与要素は、液体の流れに対して低い抵抗を提供し、それは、より粘性のある液体の場合に有利である。
【００２８】
本発明に係る形成ステーションの別の特徴によれば、渦付与要素が、制御ロッドのシーリング部の上流又は下流に延在している。
【００２９】
シーリング部の上流に渦付与要素を設置することにより、内側本体の半径方向の寸法がより大きくなる位置で渦流を付与することができる。この場合、液体がプレフォーム中に流れる場合、液体がより小さい半径方向の寸法を有する位置に移動し、それにより、液体がプレフォームに入る際に液体の回転に加速をもたらすことが可能となる。その結果として、液体により付与される遠心力を増加することができる。空間的要求及び渦付与デバイスへのアクセスの観点から、渦付与要素をシーリング部の下流に設置することが有利である場合がある。
【００３０】
本発明に係る形成ステーションの他の実施形態によれば、
−各フィンが、上流端及び下流端を含み、上流端の接線が注入軸と実質的に平行であり、下流端の接線が渦傾斜に沿って延在しており、フィンが上流端と下流端との間で弓状である；
−２つの連続するフィンが、注入軸と２４〜７２°に実質的に含まれる角度を形成している。
【００３１】
例として与えられ、添付の図面を参照してなされる以下の説明を読むことで、本発明の別の態様及び利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る形成ステーションの部分的な断面図である。
【図２】図１の形成ステーションの一部の断面図であり、閉鎖バルブが開位置にある。
【図３】本発明に係る形成ステーションで使用することができる渦付与要素の斜視図である。
【図４】本発明に係る形成ステーションの別の実施形態に係る注入ノズルの一部の部分的な断面図である。
【図５】本発明の形成ステーションの異なる実施形態に係る注入ノズルの半径方向の面における部分的な断面図である。
【図６】本発明の形成ステーションの異なる実施形態に係る注入ノズルの半径方向の面における部分的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下の説明において、「上」及び「下」という用語は、製造されるべき容器の軸に相当し、容器が底に設置された場合に実質的に鉛直に延びる軸Ａに対して規定される。
【００３４】
本出願において、「上流」及び「下流」という用語は、形成ステーションにおいて循環する液体の流れの方向に対して規定される。
【００３５】
本発明は、例えば、水、炭酸水、炭酸ソフトドリンク、ジュース、ティー、エナジードリンク、アルコール、ノンアルコール飲料を収容する飲料ボトル、又は他のタイプの液体、例えば、個人又はホームケア用品、薬、粘性食品及び非食料品、例えば、限定されないが、食用油、ケチャップ、ヨーグルト、モータ油を収容するボトルのような容器を形成する技術分野に関する。
【００３６】
より具体的には、本発明は、少なくとも形成ステーション４を含む形成装置においてプレフォーム２から容器を製造するための方法に関する。
【００３７】
装置は、それぞれが熱可塑性材料で作られている連続的なプレフォーム２を受けるように配置される。熱可塑性材料は、例えば、ポリエステル、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレン（ＰＥＮ）、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリアクリル酸（ＰＬＡ）、ポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）、又はポリオレフィン、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）又は高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、又はスチレン系材料、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、又は他のポリマー、例えば、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）、又はこれらの材料の混合物である。
【００３８】
各プレフォーム２は、例えば、試験管の一般形状を有する。その結果、各プレフォーム２は、図１に示されるように、長手軸又はプレフォーム軸Ａに沿って延在する管の形状を有し、かつ、長手断面、すなわちプレフォーム軸Ａを含有する軸方向の面においてＵ形状を有する本体６を含む。プレフォーム２は、開先端部８と、他方の端部に閉先端部１０とを有する。開先端部８は、例えば、成形されるべき容器のネック部１２の最終形状を有し、ネック部１２の形状は容器形成プロセスの間に変更されないことを意味する。ネック部１２は、長手軸Ａに沿って延在する内側開口１４を画定し、例えば、容器１がネジ締めによりキャップを受けることを可能とするネジ山を備えた外面を持つ壁により区切られる。閉先端部１０は、例えば、半球形状を有する。上述した形状は、非限定の例として与えられ、他の形状、例えば、ネジ山を持たず、長手軸Ａに実質的に垂直に半径方向に延びる外部肩部を含むか又は含まない別形状のネック部を予測することできる。プレフォーム２の内側容積は、プレフォームの内壁１５により区切られる。
【００３９】
プレフォーム２は、プレフォーム２を保管し、装置の位置に一緒に輸送することができるように、形成装置の位置とは別の位置で製造することができる。
【００４０】
次いで、プレフォームは、装置に連続的に設置され、加熱ステーションに移動される。加熱ステーションは従来のものであり、本明細書においては詳細に説明されない。加熱ステーションは、プレフォーム２の熱可塑性材料の結晶化温度とガラス転移温度との間に含まれる温度で連続的なプレフォームのそれぞれを加熱するように配置され、プレフォーム２は、それらが前記加熱されたプレフォーム２の内側に注入される圧力の影響下で変形することができる可鍛状態で設置される。代替的に、プレフォーム２は、形成装置の位置と同一の位置で製造することができ、注入されたプレフォームは形成装置の入口に移動される。これにより、形成工程の前にプレフォームを加熱するために要するエネルギーを低減することが可能となる。
【００４１】
次いで、それぞれの加熱されたプレフォーム２は、例えば、移動ホイールにより、形成ステーション４に移動される。
【００４２】
形成ステーション４は、例えば、長手軸Ａに実質的に平行な第１軸周りに回転する形成ホイールにより運ばれる。次いで、後で説明される形成及び充填工程は、形成ステーション４の回転の間に行うことができ、それにより、ホイール上に複数の形成ステーション４を提供することで同時に複数のプレフォーム２を形成及び充填することが可能になる。
【００４３】
各形成ステーション４は、図１及び２に示されるように、プレフォーム２を収容するように配置された型１６と、型１６により収容されたプレフォーム２中に形成液体を注入するように配置された注入ノズル１８とを含む。形成液体は、加圧液体源２０から出る加圧液体である。
【００４４】
後で説明される渦付与要素を除き、そのような形成ステーション４は、ハイドロフォーミング装置のための従来のものである。
【００４５】
型１６は、製造されるべき容器１の形状を有する成形キャビティ２２を画定する。型１６は、例えば、開位置と閉位置との間で互いに対して可動である少なくとも２つの部分を含む。その２つの部分は、例えば、蝶番で連結されており、プレフォーム軸Ａに実質的に平行な軸周りで互いに対して回転可能に可動である。型１６の各部分は、形成されるべき半分のボトルの形状を有する中空凹部を含む本体を含む。非限定の例によれば、一方の部分の中空凹部は、半円形状を有する底面により下端部で閉じられ、かつ、テーパー部により上端で終端する半円筒部を含み、次いで、形状の半円筒状のカラーは、プレフォーム２の本体６の半分の形状に実質的に相補的である。型の他方の部分の中空凹部は、上述した中空凹部と対称である。開位置において、型の部分は互いに離間しており、プレフォーム２は２つの部分の間に導入することができる。閉位置において、２つの部分は、主要部を形成するために互いに対して適用され、中空凹部は互いに対面しており、形成されるべき容器の形状を有する成形キャビティ２２を共に画定する。型１６は、２つ以上の部分を含むことができる。例えば、容器の底部の形状を有する第３の部分を、容器の本体の形状を有する２つの部分で成形キャビティ２２を画定するように提供することができる。型１６の２つの部分の２つの底面又は第３の部分は、型１６の底を画定する。
【００４６】
加圧非圧縮性液体をプレフォーム２中に注入するための注入ノズル１８をここで説明する。
【００４７】
注入ノズル１８は、入口２４、出口２６、及び、入口２４と出口２６との間に延在し、出口２６に流体連通して入口２４を設置するノズルチャンバー２８を含む。
【００４８】
入口２４は、加圧液体源２と流体連通して設置され、それは、非圧縮性形成液体源３０、例えば水リザーバと、加圧して、少なくとも１つの制御可能な所定の圧力で液体源３０から入口２４まで液体を輸送するのに適した加圧手段３２と、入口２４、加圧手段３２、及び液体源３０の間で延在する適切な管とを含む。図１に示される実施形態によれば、加圧手段３２はポンプにより形成される。代替的に、注入手段はまた、従来のピストンより、又はプレフォーム中に注入される液体圧力を制御することが可能な他の適切な手段により、形成することができる。ある実施形態によれば、注入手段により印加される圧力は、液体をプレフォーム２中に異なる圧力で注入することができるように可変である。加圧するとは、液体中の圧力を大気圧より高い圧力にすることを意味する。
【００４９】
出口２６は、形成及び充填ステーションの型１６により保持されるプレフォーム２のネック部１２により形成される開口１４と、したがって、プレフォーム２の内部容積と液密流体連通して設置されるように適合される。液密流体連通とは、出口２６がプレフォーム２の内部容積と流体連通である場合に、液体がプレフォーム２の内部容積のみに流れ、これはプレフォーム２の外側には流れないことを意味する。
【００５０】
出口２６は、例えば、ノズルチャンバー２８を画定する壁を含むノズル本体３４の開口により形成される。出口２６はノズルチャンバー２８と流体連通である。出口２６及びノズルチャンバー２８は、図１に示されるように、プレフォーム２が型１６中に配置される場合に注入軸Ａに実質的に整列される注入軸に沿って延在している。
【００５１】
図１及び２に示される実施形態によれば、ノズル本体３４は、格納位置（図１）と作動位置（図２）との間で注入軸Ａに沿って並進して、ノズル本体のハウジング３６の内側で可動な可動部３５を含む。格納位置において、可動部３５は、プレフォーム２を型１６中に設置するために、又は型１６から形成された容器１を回収するために、注入ノズル１８の下に空間を残す。作動位置において、可動部３５は、プレフォーム２のネック部１２とノズル本体３４との間で液密接触してプレフォーム２のネック部１２に対して設置され、出口２６はプレフォーム２の内部容積と流体連通している。ノズル本体３４のノズルチャンバー２８は、例えば、一定の円筒部と、注入ノズルの出口２６と一定の円筒部との間に延在するピラミッド部又は円錐台部とを含む。ノズルチャンバー２８の直径は、一定の円筒部の直径から円錐部における開口の直径まで徐々に減少する。
【００５２】
図中において示される実施形態において、ハウジング３６は、可動部３５を動かすための作動手段４０を受けるように配置された第１上側室３８をさらに含む。作動手段は、例えば空気駆動手段であり、例えば、可動部３５に取り付けられ、第１上側室３８を、それぞれを空気で充填することができる上部と下部とに、密封して分離するピストンを含む。格納位置と作動位置との間で駆動部を動かすため、空気を第１上側室３８の上部に注入して、前記上部の圧力を増加させ、ピストンを動かし、上部の容積を増加させて、一方、下部の容積を減少させる。反対に、格納位置と作動位置との間で駆動部３５を動かすために、空気を第１上側室３８の下部に注入して、前記下部の圧力を増加させ、ピストンを動かし、下部の容積を増加させ、一方、上部の容積を減少させる。ノズルチャンバー２８の内部容積は、適切なシーリング手段により第１上側室３８から密封して隔離される。
【００５３】
注入ノズル１８は、例えば、軸Ａに沿ってノズルチャンバー２８中に延在する中空制御ロッド４２により形成される閉鎖バルブ４１をさらに含む。中空制御ロッド４２は、その下端部において、ノズルチャンバー２８中に延在する、例えばシーリングリングにより形成されるシーリング部４４を含む。シーリング部４４は、ノズル本体３４の円錐部の一部の形状に相補的である形状を有し、シーリング部４４は円錐部の壁に対して適用される場合、シーリング部４４がノズルチャンバー２８を密封して閉じて、液体が出口２６を通じて流れることを防止する。したがって、円錐部は、液密でシーリング部４４を受けるために配置されるバルブシート４５を形成する。バルブシート４５は、出口２６の近傍に延在する。バルブシート４５は、例えば、出口２６からノズル本体３４の円筒部に向けて延在する。
【００５４】
制御ロッド４２は、シーリング部４４がバルブシート４５から離れ、出口２６がノズルチャンバー２８を通じて入口２４と流体連通している、図２に示される注入位置と、シーリング部４４がバルブシートの壁に対して適用され、ノズルチャンバー２８を密封して閉じる、図１に示されるシーリング位置との間でノズルチャンバー２８における注入軸Ａに沿って並進可能に可動である。
【００５５】
ハウジング３６は、制御ロッド４２を動かすための作動手段４８を受けるように配置される第２上側室４６をさらに含む。作動手段は、例えば空気作動手段であり、例えば、制御ロッド４２に取り付けられ、第２上側室４６を、それぞれを空気で充填することができる上部と下部とに、密封して分離するピストンを含む。注入位置とシーリング位置の間で制御ロッド４２を動かすために、空気を第２上側室４６の上部に注入して、前記上部の圧力を増加させ、ピストンを動かし、上部の容積を増加させ、一方、下部の容積を減少させる。反対に、シーリング位置と注入位置との間で制御ロッド４２を動かすために、空気を第２上側室４６の下部に注入して、前記下部の圧力を増加させ、ピストンを動かし、下部の容積を増加させ、一方、上部の容積を減少させる。第１上側室３８は、適切なシーリング手段により第２上側室４６から密封して隔離される。
【００５６】
図中において示される実施形態によれば、後で説明するように、延伸ロッド５０は、中空制御ロッド４２の内側に延在して、出口２６を通過し、プレフォーム２中に延在して、プレフォーム２が軸方向に変形して容器の形状になるのを補助する。延伸ロッド５０は、中空制御ロッド４２において軸Ａに沿って並進可能に可動であり、適切な作動手段、例えばサーボモータ又は磁気作動手段により作動する。延伸ロッド５０は、中空制御ロッド４２と延伸ロッド５０との間で延在する適切なシーリング手段のおかげで、シーリング部４４を通じて流体密で可動である。
【００５７】
後でより詳細に説明するように、液体源３０から出口２６まで流れる液体は、注入流に従って流れる。
【００５８】
本発明に係る形成ステーション４は、後で説明されるように、加圧液体源２０と出口２６との間で注入ノズル１８中に延在し、特定の流れを加圧液体に付与するように配置される渦付与要素５２をさらに含み、前記特定の流れが注入軸Ａに対して変更される。より具体的には、渦付与要素５２は、好ましくは、注入軸Ａに沿って延在する注入ノズル１８の一部に設置される。
【００５９】
この場合において、渦付与要素５２は、注入軸Ａ周りに延在する複数のフィン５４を含む。
【００６０】
各フィン５４は、上流端５６と下流端５８との間で延在し、上流端５６は、注入流に対して下流端５８の上流に延在する。上流端５６は、実質的に注入軸に沿って延在しており、これは上流端でのフィン５４の接線が注入軸と実質的に平行であることを意味する。下流端５８は、渦傾斜Ｓに沿って延在しており、これは、下流端のフィン５４の接線が3001図４に示されるように、注入軸Ａに対して非ゼロの角度αを形成する傾斜Ｓに沿って延在することを意味する。様々な実施形態において、角度αは例えば４０〜６０°に含まれる。上流端５６と下流端５８の間で、フィン５４は弓形状を有する。弓形状は、例えば、フィンに対する接線が、注入軸Ａに平行である上流端５６から、渦傾斜Ｓに沿って延在する下流端５８まで、徐々に変化する。
【００６１】
フィン５４は、図５及び６に示されるように、例えば注入軸Ａ周りに一定で配置され、２つの連続フィン５４と注入軸Ａとの間の角度βは一定であり、フィン５４は軸Ａに周りに一定に分布することを意味する。角度βは、例えば２４〜７２°に含まれる。特に、角度βは、例えば、渦付与要素が１２個のフィンを含む場合は３６°である。
【００６２】
図１〜３に示される第１の実施形態によれば、渦付与要素５２は制御ロッド４２に取り付けられ、フィン５４が制御ロッド４２からノズル本体３４に向けて延在する。この場合において、渦付与要素５２は制御ロッド４２で可動である。渦付与要素５２は、例えば、図３に示される形状を有し、フィン５４を運び、制御ロッド４２周りに設置されるように配置される中心口径６２を含む本体６０を含む。この場合において、必要に応じて、例えば渦傾斜Ｓを変更するために、渦付与要素５２を変えることができる。別の実施形態によれば、フィン５４は、制御ロッド４２と一体で作られ、渦付与要素は、制御ロッド４２自体により形成される。
【００６３】
第２の実施形態（図示せず）によれば、渦付与要素５２はノズル本体３４に取り付けられ、フィン５４はノズル本体３４から制御ロッド４２に向けて延在する。この場合において、フィン５４は、例えば、ノズル本体３４と一体で作られ、制御ロッド４２はフィンに対して可動である。
【００６４】
全ての上述の実施形態において、渦付与要素５２は、好ましくは、出口２６の近傍に延在し、前記出口２６にできるだけ近い。
【００６５】
ある実施形態において、渦付与要素５２は、制御ロッド４２のシーリング部４４の上流に延在する。この場合において、渦付与要素５２は、ノズルチャンバー２８において延在し、例えば、前記チャンバーの一定の円筒部において延在する。この場合において、渦付与要素５２は、出口２６の半径方向の寸法より大きいノズルチャンバー２８の円形の断面の場合は、半径方向の寸法、すなわち直径を有する部分において延在する。
【００６６】
別の実施形態において、渦付与要素５２は、制御ロッド４２のシーリング部４４の下流に延在する。この場合において、渦付与要素は、出口２６を形成し、バルブシート４５の下流に延在する管部６４において設置される。この場合において、渦付与要素５２は、出口２６の半径方向の寸法に実質的に等しい半径方向の寸法を有する部分において延在し、出口２６のごく近傍にある。渦付与要素５２が制御ロッド４２に取り付けられる場合において、制御ロッド４２は、管部６４においてシーリング部４４の下流に延在する部分を含むことができる。
【００６７】
図５に示される特定の実施形態によれば、フィン５４は、ノズルチャンバー２８の壁から又は中心口径６２の壁から制御ロッド４２を分離する半径方向の距離に実質的に等しい半径方向の寸法、すなわち半径方向の面における断面を有する。この場合において、フィン５４は、注入流全体を横切って半径方向に延在する。
【００６８】
図６に示される別の実施形態によれば、フィン５４は、ノズルチャンバー２８の壁から又は中心口径６２の壁から制御ロッド４２を分離する半径方向の距離より小さい半径方向の寸法を有する。この場合において、フィンは、注入流の一部のみを横切って半径方向に延在する。
【００６９】
変形態様において、フィンの半径方向の寸法は上流端５６と下流端５８との間で可変であり、フィンは、程度の差はあるが、注入流を横切って半径方向に延在する。
【００７０】
上述した実施形態は、前述した実施形態、すなわち、フィンが制御ロッド４２に取り付けられる場合又はフィンがノズル本体３４に取り付けられる場合及び／又は渦付与要素５２がシーリング部４４の上流又は下流に延在する場合と組み合わせて適用することができる。
【００７１】
渦付与要素５２を除き、上で説明した形成ステーション４は、単なる非限定的な例であり、変更を行うことができる。例えば、注入は、延伸ロッド５０又は可動部３５を含まないことができ、及び／又は作動手段は上で説明したものと異なることができる。
【００７２】
上で説明した形成ステーションを使用して、プレフォーム２から容器を同時に形成及び充填するための方法を以下で説明する。
【００７３】
加熱されたプレフォーム２が型１６に設置され、次いで、それは閉じられる。加熱とは、プレフォーム２が可鍛状態にあることを意味する。そのような可鍛状態がプレフォーム２の加熱無しで達成される場合は、そのような加熱を要さない。
【００７４】
次いで、注入ノズル１８の出口２６は、例えば、プレフォーム２のネック部１２と流体密接触して配置するように可動部３５を動かすことで、プレフォーム２の内側開口１４と流体密で設置される。
【００７５】
この工程の間、閉鎖バルブ４１は、液体が出口２６を通じて流れることができないように閉位置にある。加圧液体源２０は、加圧液体でノズルチャンバー２８を充填するように配置され、開位置においてシーリング部４４をバルブシート４５から離して動かすことで閉鎖バルブ４１が動かされた場合に、加圧液体が出口２６を通じてプレフォーム２中に流れる。
【００７６】
形成ステーション４が延伸ロッド５０を含む場合、方法は、延伸ロッド５０を使用してプレフォーム２を軸方向に延伸する工程を含む。この工程は、開位置において閉鎖バルブ４１を動かす前に又は同時に行うことができる。延伸ロッド５０は、それがプレフォーム２の閉先端部１０と接触するまでプレフォーム軸Ａに沿って並進して動かされ、次いで、プレフォームが成形キャビティ２２の底に接触するまでプレフォーム軸の方向において膨張され又は延伸されるように、プレフォームがさらに動かされる。
【００７７】
この工程の間又はこの工程が完了した後、閉鎖バルブ４１は、加圧液体が出口２６を通じてプレフォーム中に注入されるように開けられる。大気圧より高い圧力で加圧液体を収容するノズルチャンバー２８と、閉鎖バルブ４１を開ける前に大気圧であるプレフォーム内部容積との間の圧力の差のおかげで、液体がプレフォーム中に流れる。プレフォーム２及び注入ノズル１８は液密接触しており、閉鎖バルブ４１を開ける際に設立される圧力差により、液体がプレフォーム２中に流れる。
【００７８】
出口２６に向けて流れる場合、加圧液体は、渦付与要素５２のフィン５４を通じて流れ、したがって、それにより、フィン５４の渦傾斜Ｓのおかげで液体の流れが変更される。渦付与要素５２を通じて流れる前に、注入軸Ａに沿ってノズルチャンバー２８中に液体が流れる。渦付与要素５２は、図２の矢印に示されるように、液体を注入軸Ａ周りにさらに回転させる。その結果、液体は、注入軸に沿った動きと、注入軸Ａ周りの回転とを含む渦流を達成する。したがって、加圧液体は、注入軸Ａ周りの回転により遠心力を得る。渦付与要素５２は、液体がプレフォームを充填する場合に、注入軸Ａ周りに液体が渦巻くことを確実にするように配置される。
【００７９】
その結果、加圧液体がプレフォーム２の内部容積に入った際、半径方向の面並びに軸方向においてプレフォーム２を膨張させるプレフォーム２の壁１５に対して、加圧液体により遠心力が付与される。液体の遠心力がより重要になるにつれ、プレフォーム２の軸方向の膨張がより重要になる。渦傾斜Ｓを変更することで、すなわち角度αを調整することで、遠心力を調整することができ、遠心力は注入液体の圧力及び粘度に依存する。結果として、プレフォーム２中での液体の適切な流れを確実にしつつ、十分の遠心力を有するように、注入されるべき加圧液体に応じて角度αを選択することができる。同様に、注入流全体及び注入流の一部を横切って延在するフィン５４を有する選択は、上で説明したように、注入されるべき液体に応じてなされる。
【００８０】
したがって、この形成及び充填工程の間、プレフォームは、壁１５が成形キャビティの壁に接触し、それに対して押されるまで、図２に示されるように、軸方向及び半径方向の面の両方において膨張する。液体により適用される遠心力のおかげで、プレフォームは成形キャビティの壁に対して均一に適用され、容器上に付与されるべき詳細部、例えば、隆起部、リブ、又は他の詳細部を良好に画定する。
【００８１】
その結果として、得られる充填容器は良好に成形され、その２配向比は満足のいくものである。
【００８２】
液体の渦流のおかげで、実質的に同時にプレフォームの高さの主要部に沿って液体がプレフォームの壁に付与するため、従来のハイドロフォーミング法において通例であるように、底から頂部にかけて容器が形成されない。ある実施形態によれば、プレフォームの高さ全体に沿って液体がプレフォームの壁に同時に付与される。プレフォームの高さは、プレフォーム軸Ａに沿ったプレフォームの寸法として規定される。
【００８３】
容器の形成及び充填が完了した場合、シーリング部４４は、閉鎖バルブ４１に近づくようにバルブシート４５に対して動かされ、形成されかつ充填された容器が型１６から回収される。次いで、方法を、新規のプレフォーム２で再度行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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