特表2023-534428容器をブロー成形するためのモジュール式ブロー成形システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-09
(54)【発明の名称】容器をブロー成形するためのモジュール式ブロー成形システム
(51)【国際特許分類】
B29C 49/48 20060101AFI20230802BHJP
B65D 1/00 20060101ALI20230802BHJP
B29C 33/38 20060101ALI20230802BHJP
B29C 49/42 20060101ALI20230802BHJP
【ＦＩ】
B29C49/48
B65D1/00 120
B29C33/38
B29C49/42
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023501299
(86)(22)【出願日】2021-07-15
(85)【翻訳文提出日】2023-01-06
(86)【国際出願番号】 US2021041798
(87)【国際公開番号】W WO2022015962
(87)【国際公開日】2022-01-20
(31)【優先権主張番号】16/932,151
(32)【優先日】2020-07-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】591235706
【氏名又は名称】ペプシコ・インク
(74)【代理人】
【識別番号】100106518
【弁理士】
【氏名又は名称】松谷 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100131808
【弁理士】
【氏名又は名称】柳橋 泰雄
(72)【発明者】
【氏名】バット，アドバイト ラシク
(72)【発明者】
【氏名】ジュリアーニ，ステファノ
(72)【発明者】
【氏名】ロドリゲス，マクシミリアノ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァインヤード，エリー
【テーマコード（参考）】
3E033
4F202
4F208
【Ｆターム（参考）】
3E033AA01
3E033BA13
3E033FA03
4F202AA49
4F202AC05
4F202AG07
4F202AH55
4F202AJ03
4F202AJ09
4F202CA15
4F202CB01
4F202CD18
4F202CD27
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4F202CK42
4F202CK90
4F202CN05
4F202CR06
4F208AG07
4F208AH55
4F208LA07
4F208LB01
4F208LD16
(57)【要約】
容器をブロー成形するためのモジュール式システムが提供される。システムは、第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を含み得る。第１の部分及び第２の部分はそれぞれ、シェルと、シェルに取り外し可能に結合された金型と、トッププレートとを含み得る。第３の部分は、ベース及びベース金型を含み得る。金型は３Ｄ印刷され得る。金型は集まって、ブロー金型キャビティを画定し得る。モジュール式システムは、実験室規模、パイロット規模、又はフル生産規模で使用されてもよい。金型は、フル生産規模を行うのに十分な程度に、耐久性を有しかつ平滑であり得る。いくつかの実施形態は、容器をブロー成形するためのモジュール式システムを作製するための方法に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
容器をブロー成形するためのモジュール式システムであって、前記システムが、第１の部分であって、
第１のシェルと、
前記第１のシェルに取り外し可能に結合された第１の金型と、
前記第１のシェルに取り外し可能に結合された第１のトッププレートと、
前記第１のシェル、前記第１の金型、及び前記第１のトッププレートによって画定される容積部内に配設された第１の充填材料と、
を備える第１の部分と、
前記第１の部分に取り外し可能に結合された第２の部分であって、
第２のシェルと、
前記第２のシェルに取り外し可能に結合された第２の金型と、
前記第２のシェルに取り外し可能に結合された第２のトッププレートと、
前記第２のシェル、前記第２の金型、及び前記第２のトッププレートによって画定される容積部内に配設された第２の充填材料と、を備える第２の部分と、
ベース及びベース金型を含む第３の部分であって、前記ベースが、前記第１のシェル及び前記第２のシェルに取り外し可能に結合される、第３の部分と、
を備え、
前記第１の部分が前記第２の部分に結合されるときに、前記第１の金型、前記第２の金型、及び前記ベース金型が一体になってブロー金型キャビティを画定する、システム。
【請求項2】
前記第１のシェルに取り外し可能に結合された第１のキャビティリテーナと、前記第２のシェルに取り外し可能に結合された第２のキャビティリテーナとを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１の金型、前記第２の金型、及び前記ベース金型の各々が３Ｄ印刷される、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記第１のシェル、前記第１のトッププレート、前記第２のシェル、及び前記第２のトッププレートは、ＣＮＣ機械加工された金属で作られる、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記第１の金型、前記第２の金型、及び前記ベース金型の各々が等方性である、請求項３に記載のシステム。
【請求項6】
前記第１の充填材料及び前記第２の充填材料の各々が、少なくとも６３００ＭＰａの弾性率を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記第１の金型、前記第２の金型、及び前記ベース金型は、シアン酸エステルを含むポリマーから作製される、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記第１の金型及び前記第２の金型のそれぞれの内部に、少なくとも１つの冷却チャネルを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記第１のシェルに、取り外し可能に結合された係止リングを更に備え、前記ベースは、前記第３の部分を固定するために、前記係止リングと解放可能に係合するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記第３の部分の前記垂直方向位置が調整され得るように、前記係止リングを受容するように構成された、垂直方向に位置揃えされた複数の凹部を更に備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
容器をブロー成形するための交換可能な金型であって、第１の３Ｄ印刷された金型部分と、
第２の３Ｄ印刷された金型部分と、
３Ｄ印刷されたベース金型部分と、
を備え、
前記第１の３Ｄ印刷された金型部分、前記第２の３Ｄ印刷された金型部分、及び前記３Ｄ印刷されたベース金型部分は、一体となって、ブロー金型キャビティを画定するように構成され、
前記第１の３Ｄ印刷された金型部分、前記第２の３Ｄ印刷された金型部分、及び前記３Ｄ印刷されたベース金型部分が等方性であり、
前記第１の３Ｄ印刷された金型部分、前記第２の３Ｄ印刷された金型部分、及び前記３Ｄ印刷されたベース金型部分は、シェルと係合するように構成され、前記シェルは、前記ブロー金型キャビティ内でブロー成形容器を形成するためのブロー成形システムと適合する、金型。
【請求項12】
前記第１の３Ｄ印刷された金型部分、前記第２の３Ｄ印刷された金型部分、及び前記３Ｄ印刷されたベース金型部分が、シアン酸エステルを含むポリマーから作製される、請求項１１に記載の金型。
【請求項13】
前記第１の３Ｄ印刷された金型部分の背面と接触する第１の側面と、前記シェルの内側と接触するように構成された第２の側面とを有する第１の充填材部分、及び前記第２の３Ｄ印刷された金型部分の背面と接触する第１の側面と、前記シェルの前記内側と接触するように構成された第２の側面とを有する第２の充填材部分、
を更に備える、請求項１１に記載の金型。
【請求項14】
前記第１の充填材料及び前記第２の充填材料が、両方ともプラスターである、請求項１３に記載の金型。
【請求項15】
前記第１の充填材部分及び前記第２の充填材部分をそれぞれ固定するための第１のキャビティリテーナ及び第２のキャビティリテーナを更に備える、請求項１３に記載の金型。
【請求項16】
前記第１の３Ｄ印刷された金型部分及び前記第２の３Ｄ印刷された金型部分はそれぞれ、冷却チャネルを備える、請求項１１に記載の金型。
【請求項17】
モジュール式ブロー成形システムを作製する方法であって、第１の金型部分、第２の金型部分、及びベース部分を３Ｄ印刷するステップと、
前記第１の金型部分を第１のシェルに結合して第１の半体を形成するステップであって、前記第１の半体は、前記第１の金型部分及び前記第１のシェルによって画定される第１の容積部を含む、ステップと、
前記第２の金型部分を第２のシェルに結合して第２の半体を形成するステップであって、前記第２の半体は、前記第２の金型部分及び前記第２のシェルによって画定される第２の容積部を含む、ステップと、
前記第１の容積部内に充填材料を注入するステップと、
前記第２の容積部内に前記充填材料を注入するステップと、
前記充填材料を冷却して固体充填材を形成するステップと、を含む、方法。
【請求項18】
前記第１の金型部分、前記第２の金型部分、及び前記ベース部分は、シアン酸エステルを含むポリマーから作製される、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記充填材料がプラスターを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記プラスターが、冷却までは液体である、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記冷却することは、前記充填材料を室温で冷却することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項22】
前記３Ｄ印刷ステップが、前記第１の金型部分及び前記第２の金型部分に、少なくとも１つのチャネルを形成することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項23】
前記第１の半体及び前記第２の半体を結合して、前記第１の金型部分と前記第２の金型部分とによって画定されるブロー金型キャビティを含むブロー金型を形成することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、容器をブロー成形するためのブローシステムに関する。より詳細には、実施形態は、容器をブロー成形するためのモジュール式システム及びそれを作製するための方法に関する。
【発明の概要】
【0002】
いくつかの実施形態は、第１の部分、第２の部分、及び第３の部分を備える容器をブロー成形するためのモジュール式システムを対象とする。第１の部分は、第１のシェルと、第１のシェルに取り外し可能に結合された第１の金型と、第１のシェルに取り外し可能に結合された第１のトッププレートと、第１のシェル、第１の金型、及び第１のトッププレートによって画定される容積部内に配設された第１の充填材料を備えてもよい。第２の部分は、第２のシェルと、第２のシェルに取り外し可能に結合された第２の金型と、第２のシェルに取り外し可能に結合された第２のトッププレートと、第２のシェル、第２の金型、及び第２のトッププレートによって画定される容積部内に配設された第２の充填材料を備えてもよい。第１の金型及び第２の金型は、３Ｄ印刷されてもよい。第３の部分は、ベース及びベース金型を備えてもよい。ベースは、第１のシェル及び第２のシェルに取り外し可能に結合されてもよい。第１の部分が第２の部分に結合されるとき、第１の金型、第２の金型、及びベース金型が一体となって、ブロー金型キャビティを画定してもよい。
【0003】
本明細書に開示される様々な実施形態のいずれかにおいて、システムは、第１のシェルに取り外し可能に結合された第１のキャビティリテーナと、第２のシェルに取り外し可能に結合された第２のキャビティリテーナとを更に備える。
【0004】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、第１の金型、第２の金型、及びベース金型のそれぞれは、３Ｄ印刷される。
【0005】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、第１のシェル、第１のトッププレート、第２のシェル、及び第２のトッププレートは、ＣＮＣ機械加工された金属から作製される。
【0006】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、第１の金型、第２の金型、及びベース金型のそれぞれは、等方性である。
【0007】
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、充填材材料は、少なくとも６３００ＭＰａの弾性を有する。
【0008】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、第１の金型、第２の金型、及びベース金型は、シアン酸エステルを含むポリマーから作製される。
【0009】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、システムは、第１の金型及び第２の金型のそれぞれの内部に少なくとも１つの冷却チャネルを更に備える。
【0010】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、システムは更に、第１のシェルに取り外し可能に連結される係止リングを更に備える。本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、ベースは、係止リングと解放可能に係合し、第３の部分を固定するように構成される。
【0011】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、システムは、第３の部分の垂直位置が調節され得るように、係止リングを受容するように構成された、垂直方向に位置揃えされた複数の凹部を更に備える。
【0012】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、第１のシェル、第１のトッププレート、第２のシェル、及び第２のトッププレートは、ＣＮＣ機械加工された金属から作製される。
【0013】
いくつかの実施形態は、容器をブロー成形するための交換式金型を対象とする。金型は、第１の３Ｄ印刷された金型部分と、第２の３Ｄ印刷された金型部分と、３Ｄ印刷されたベース部分とを備えてもよい。第１の３Ｄ印刷された金型部分、第２の３Ｄ印刷された金型部分、及び３Ｄ印刷されたベース金型部分は、一体となって、ブロー金型キャビティを画定してもよい。第１の３Ｄ印刷された金型部分、第２の３Ｄ印刷された金型部分、及び３Ｄ印刷されたベース部分は、等方性であってもよい。第１の３Ｄ印刷された金型部分、第２の３Ｄ印刷された金型部分、及び３Ｄ印刷されたベース部分は、シェルと係合するように構成され、シェルは、ブロー金型キャビティ内でブロー成形容器を形成するためのブロー成形システムと適合する。
【0014】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、第１の充填材部分は、第１の３Ｄ印刷された金型部分の背面と嵌合するように構成される第１の側面と、シェルの内側側面と嵌合するように構成される第２の側面とを備える。本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、第２のフィラー部分は、第２の３Ｄ印刷された金型部分の背面と嵌合するように構成された第１の側面と、シェルの内側と嵌合するように構成された第２の側面とを備える。
【0015】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、第１の３Ｄ印刷された金型部分、第２の３Ｄ印刷された金型部分、及び３Ｄ印刷されたベース金型部分は、シアン酸エステルを含むポリマーから作製される。
【0016】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、金型は、第１の充填材部分及び第２の充填材部分を更に備える。本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、第１の充填材部分は、第１の３Ｄ印刷された金型部分の背面と接触する第１の側面と、シェルの内側側面と接触するように構成される第２の側面とを有し、第２の充填材部分は、第２の３Ｄ印刷された金型部分の背面と接触する第１の側面と、シェルの内側側面と接触するように構成される第２の側面とを有する。
【0017】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかでは、第１の充填材料及び第２の充填材料は、両方ともプラスターである。
【0018】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、第１の金型部分及び第２の金型部分はそれぞれ、冷却チャネルを備える。
【0019】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、金型は、第１の充填材部分及び第２の充填材部分をそれぞれ固定するための、第１のキャビティリテーナ及び第２のキャビティリテーナを更に備える。
【0020】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、金型は、第１の充填材部分及び第２の充填材部分をそれぞれ固定するための、第１のキャビティリテーナ及び第２のキャビティリテーナを更に備える。
【0021】
いくつかの実施形態は、モジュール式ブロー成形システムを作製する方法を対象とし、その方法は、第１の金型部分、第２の金型部分、及びベース部分を３Ｄ印刷するステップと、第１の金型部分を第１のシェルに結合して第１の半体を形成するステップであって、第１の半体は、第１の金型部分及び第１のシェルによって画定される第１の容積部を含む、ステップと、第２の金型部分を第２のシェルに結合して第２の半体を形成するステップであって、第２の半体は、第２の金型部分及び第２のシェルによって画定される第２の容積部を含む、ステップと、第１の容積部内に充填材料を注入するステップと、充填材料を第２の容積部内に注入するステップと、充填材料を冷却して固体充填材を形成するステップと、を含む方法。
【0022】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、第１の金型部分、第２の金型部分、及びベース部分は、シアン酸エステルを含むポリマーから作製される。
【0023】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、充填材料は、プラスターを含む。
【0024】
本明細書に開示される種々の実施形態のうちのいずれかでは、プラスターは、冷却前では液体である。
【0025】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、冷却することは、充填材料を室温で冷却することを含む。
【0026】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、３Ｄ印刷ステップは、第１の金型部分及び第２の金型部分内に少なくとも１つのチャネルを形成することを含む。
【0027】
本明細書に開示される種々の実施形態のいずれかにおいて、方法は、第１の金型部分及び第２の金型部分によって画定されるブロー金型キャビティを含むブロー金型を形成するために、第１の半体及び第２の半体を結合することを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】ベース部分に結合されたモジュール式ブロー成形システムの半分を示す。
【発明を実施するための形態】
【0029】
いくつかのブロー成形システム（例えば、シェル鋳型、ホットフィル鋳型、フルボディ鋳型、及び小キャビティ鋳型システム）は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）／コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）システムを使用して生成された構成要素を使用する。これらのシステムは、複雑な設計の特徴部のためにレーザ彫刻又はエッチングを使用することができる。これらのシステムは高価であり、設計後に製造を行うのにかなりの時間を要する可能性がある。これらのシステムは、プリフォームを金型内に配置することを含むブロー成形プロセスを使用して飲料容器を作製するために使用され得る。プリフォームは加熱され、次いで、空気がプリフォーム内に吹き込まれて、加熱されたプリフォーム材料にブロー（吹き込み）して、金型の形状に一致する容器を形成する。
【0030】
しかし、新しい容器設計を開発することは、反復プロセスであり得る。この設計プロセスは、設計が着想され、開発され、洗練されるにつれて、複数の新しい金型を作成することを伴い得る。この反復プロセスを適応させることは、既存のブロー成形システムにとって長く高価なプロセスであり得る。そして、次の反復を生成するために必要とされる時間は、複数の反復が経済的に実行可能でない可能性があるように、生成サイクルを遅延させる可能性がある。したがって、既存のブロー成形システムでは、コスト及び時間のために、１つ又は２つ以上の金型を生産してからフルスケール生産モデルが生産されることが妨げられ得る。
【0031】
ブロー成形システムにおいて３Ｄ印刷を使用する試みがなされてきたが、これらの既存のシステムは、実験室規模のプロセスにのみ適しており、表面品質が低く、強度が低いために短いライフサイクル（典型的には破損するまでに数百本のボトルしか生産できない）を結果的にもたらすものである。この低い強度と劣った表面品質とは、これらの系を、消費者又は機械試験のための非常に早い段階での小規模生産にのみ適したものにしてしまう。また、ブロー成形システム用の既存の３Ｄ印刷は、ポリマーベースの構成要素を製造するために、付加技術を使用し、アクリロニトリルブタジエンスチレン（「ＡＢＳ」）のような材料を使用する。しかし、使用される付加技術は、製造される容器の表面品質が劣る金型をもたらす結果を招く。これらの問題のために、これらの３Ｄ印刷された成形システムは、実験室規模のプロセスを超えてスケールアップするのには適していない。したがって、既存の３Ｄ印刷による成形システムは、一般に、初期設計試験中の、少量での実行に適している。
【0032】
したがって、費用効率が高く、得られる容器の表面品質を改善し、高温及び高圧に耐えることができ、より大規模な用途（例えば、パイロット規模又はフル生産規模）に信頼性高く使用するのに十分な耐久性がある３Ｄ印刷ブロー成形システムが必要とされている。更に、これらの利点を有し、モジュール式で交換可能であり、既存の生産ラインに組み込むことができるシステムが必要とされている。
【0033】
本明細書に開示される実施形態によるブロー成形システムを使用すれば、ツーリングコストを低減し、設計プロセスの各容器設計及び各反復に対するリードタイムを最小限に抑えるモジュール式ブロー成形システムを製造することが可能である。更に、本明細書に開示されるブロー成形システムは、パイロット規模及び生産規模のプロセスにおいて使用することができる。更に、本明細書に開示される実施形態は、交換可能な金型を含み、新しいボトル設計が使用されるたびに、ブロー成形システムの一部を再利用することができる。これらの成形システムは、強度、可撓性、及び表面品質が改善されている一方で、新しいボトル設計のための原型作製の反復も可能にする。
【0034】
開示されるシステムのモジュール性はまた、システム（例えば、モジュール式ブロー成形システム１００）が、最終設計が固定される前に、設計の迅速な切り替えを提供するように、種々のボトルサイズ及び概念に適応することを可能にする。加えて、本明細書に開示される成形システムは、パイロット規模又はフル生産規模にさえ十分な表面品質を伴うボトルを生産することが可能であるが、数百万個のボトルを生産する能力をも有し得る。同じシステム（例えば、モジュール式ブロー成形システム１００）が、実験室規模からフル生産規模まで、異なるプラットフォームにわたって使用されることができる。
【0035】
これらの利点の全ては、その結果として、加速された生産時間及びはるかにより柔軟なブロー成形システムをもたらすことができる。例えば、新しい容器が設計された後、既存のシステムが使用できる状態になるのに４～５週間かかるのと比較して、新しい金型は１～２週間以内に使用できる状態になり得る。また、各金型の製造コストを８０～９０％も削減することができる。
【0036】
全ての図を通して示されるように、モジュール式ブロー成形システム１００は、第１の部分１０５、第２の部分１１０、及びベース１１５を含み得る。いくつかの実施形態では、第１の部分１０５及び第２の部分１１０は、互いの鏡像である（場合によっては、ボトル設計に応じて金型キャビティ内に差異がある）。本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、第１の部分１０５を参照して説明されるが、第１の部分１０５の全ての説明は、第２の部分１１０に適用されることを理解されたい。例えば、第１の部分１０５に存在する全ての構成要素は、第２の部分１１０上に対応する構成要素を有してもよく、第２の部分１１０は、第１の部分１０５と同じ機能を有してもよい。
【0037】
図１は、ベース部分９００に結合されたモジュール式ブロー成形システム１００の第１の部分１０５を示す。第１の部分１０５は、外側シェル２００と、金型部分３００と、リテーナプレート４００と、トッププレート５００と、キャビティリテーナ７００と、係止リング８００とを含み得る（例えば、図３参照）。第２の部分１１０は、対応する部品（例えば、図２に示される外側シェル２１０及びトッププレート５１０、並びに金型部分、リテーナプレート、キャビティリテーナ、及び係止リング）を含んでもよい。ベース１１５は、ベース部分９００及びベース金型部分３１０を含むことができる。
【0038】
図２は、第１の部分１０５、第２の部分１１０、及びベース１１５が組み立てられたときのモジュール式ブロー成形システム１００を示す。図２に示すように、組み立てられると、金型部分（例えば、金型部分３００及びベース金型部分３１０）は、モジュール式ブロー成形システム１００の内部に開口部１０００及びブロー金型キャビティを形成する。開口部１０００は、プリフォーム（例えば、プリフォーム１２００、図４参照）を受容するようにサイズ決めされてもよい。ブロー金型キャビティは、ブロー成形される容器の形状に対応してもよい。
【0039】
図３は、モジュール式ブロー成形システム１００の第１の部分１０５の分解図を示す。これらの構成要素の各々は、以下で詳細に論じられる。図４は、図１に示される線４－４に沿ったモジュール式ブロー成形システム１００の、第１の部分１０５、ベース金型部分３１０、及びベース部分９００の断面図を示す。図５は、線５－５に沿ったモジュール式ブロー成形システム１００の、第１の部分１０５、ベース金型部分３１０、及びベース部分９００の断面図を示す。
【0040】
開示されたシステムの利点の一つは、システムの汎用性である。本明細書に開示されるモジュール式ブロー成形システム（例えば、モジュール式ブロー成形システム１００）は、任意の種々の容器形状又はサイズに対応することが可能であり得るが、既存のブロー成形システムとの互換性も有し得る。例えば、モジュール式ブロー成形システム１００は、組み立てられたときに、従来のブロー成形システムと同じサイズであってもよい。加えて、モジュール式ブロー成形システム１００は、実験室規模、パイロット規模、又はフル生産規模で使用され得る。
【0041】
本明細書に開示されるモジュール式システム（例えば、モジュール式ブロー成形システム１００）はまた、可撓性を改善する。例えば、容器金型の形状又はサイズに関わらず、特定の構成要素を再利用することができる。例えば、外側シェル２００及び２１０、リテーナプレート（例えば、リテーナプレート４００）、トッププレート５００及び５１０、係止リング（例えば、係止リング８００）、並びにベース部分９００は、再利用可能な構成要素であってもよい。これらの再利用可能な構成要素は、金属製であってもよい。いくつかの実施形態では、再利用可能な構成要素は、コンピュータ数値制御（「ＣＮＣ」）機械加工された金属である。
【0042】
金型部分（例えば、金型部分３００及びベース金型部分３１０）及びキャビティリテーナ（例えば、キャビティリテーナ７００）などの他の構成要素は、交換可能であってもよい。交換可能な構成要素は、再利用可能な構成要素と互換性を有していてもよい。例えば、金型部分（例えば、金型部分３００）及びベース金型部分３１０が一体となって、ボトル形状に対応する金型を形成してもよい。任意のボトル形状は、単に金型部分（例えば、金型部分３００及びベース金型部分３１０）を、再利用可能な構成要素と互換性を有する異なる金型と交換することによって作製されてもよい。いくつかの実施形態では、交換可能な構成要素は、ポリマーを使用して３Ｄ印刷される。例えば、交換可能な構成要素は、シアン酸エステルを使用して３Ｄ印刷されてもよい。いくつかの実施形態では、交換可能な構成要素は、金属を使用して３Ｄ印刷される。例えば、交換可能な構成要素は、３Ｄ印刷されたアルミニウム合金、青銅合金、又はステンレス鋼で作られてもよい。３Ｄ印刷された構成要素は、完全に等方性のものであってもよい。各層において破損点を引き起こし得る層状３Ｄ印刷方法とは異なり、完全に等方性の構成要素は、強度を増加し、表面品質を向上させ得る。本明細書で使用するとき、「等方性」は、機械的特性及び熱的特性（例えば、弾性率、圧縮強度）が全ての材料方向において同じである材料を指す。３Ｄ印刷後、交換可能な構成要素は更に処理されてもよい。いくつかの実施形態では、交換可能な構成要素は、温度制御されたチャンバ内で洗浄及び硬化される。
【0043】
外側シェル２００は、金型接触面２０３と、トッププレート接触面２０４と、内面２０５と、外面２０６とを有し得る。外側シェル２００はまた、凹部２０１及び凹部２０２をも有し得る。
【0044】
金型部分３００は、容器金型３０２及びフランジ３０３を含み得る。フランジ３０３は、外側シェル２００上の金型接触面２０３と接触してもよい。フランジ３０３と金型接触面２０３とがぶつかる外側シェル２００に金型部分３００を、ねじを使用して固定することができる。金型部分３００が外側シェル２００に結合されると、内面２０５と容器金型３０２との間に空間が形成される。容器金型３０２は、容器特有の形状であってもよく、異なる容器設計及びサイズに対応するために必要に応じて再設計されてもよい。金型接触面２０３に接触するフランジ３０３の部分の形状及びサイズは、容器金型３０２のサイズ及び形状が調整されても同じままであってよい。これは、金型部分３００が外側シェル２００と容易に係合することを可能にする。いくつかの実施形態では、リテーナプレート４００及びトッププレート５００は、金型部分３００を外側シェル２００に固定するために使用される。例えば、リテーナプレート４００は、フランジ３０３上に配置されてもよく、外側シェル２００、金型部分３００、及びリテーナプレート４００を、ねじが一体に固定するために使用されてもよい。次に、ねじ５０１を使用して、トッププレートを固定することができる。
【0045】
トッププレート５００は、外側シェル２００のトッププレート接触面２０４に着座するような形状になっていてもよい。トッププレート５００は、ねじを使用して外側シェル２００に結合され得る。外側シェル２００、金型部分３００、及びトッププレート５００は共に、容積部１１００を形成する（例えば、図４及び図５参照）。いくつかの実施形態において、容積部１１００は、使用中に空のままである。いくつかの実施形態では、容積部１１００を充填するために充填材が使用される。例えば、充填材は、以下でより詳細に説明する充填材材料６００であってもよい。
【0046】
キャビティリテーナ７００は、容積部１１００を囲む（かつ、充填材料６００が使用される実施形態では、充填材料６００を容積部１１００内に確保する）ように配置されてもよい。例えば、キャビティリテーナ７００は、外側シェル２００に結合され得る。いくつかの実施形態では、キャビティリテーナ７００は、対応する凹部２０１と嵌合するフランジ７０１を含む。係止リング８００は、外側シェル２００に結合されてもよい。結合されると、係止リング８００は、凹部２０２のうちの１つと係合し、ベース金型部分３１０及びベース部分９００を第１の部分１０５に結合する方法を提供する。キャビティリテーナ７００及び係止リング８００は、異なる高さを有する容器のための金型を収容するために上下に移動され得る。例えば、より短い容器に対して、キャビティリテーナ７００及び係止リング８００は、それぞれ、最上凹部２０１及び２０２を使用して結合してもよい。
【0047】
いくつかの実施形態では、第２の部分１１０は、第１の部分１０５と同じ部品を有する。いくつかの実施形態では、第２の部分１１０の構成部品の全てが、第１の部分１０５の対応する部品の鏡像である。例えば、第２の部分１１０は、外側シェル２１０と、トッププレート５１０と、金型部分と、リテーナプレートと、充填材料と、キャビティリテーナと、係止リングとを含み得るが、これらはそれぞれ、外側シェル２００と、金型部分３００と、リテーナプレート４００と、トッププレート５００と、充填材料６００と、キャビティリテーナ７００と、係止リング８００とのそれぞれの鏡像である。いくつかの実施形態では、第２の部分１１０は、ボトル設計に応じた金型キャビティ内の違いを除いて、第１の部分１１０の鏡像である。第２の部分１１０は、第１の部分１０５及びベース１１５に結合することができる。
【0048】
モジュール式ブロー成形システム１００のベース１１５は、ベース部分９００及びベース金型部分３１０を含むことができる。ベース金型部分３１０は、容器のベースに対応する金型であり得る。ベース金型部分３１０は、所望の容器ベース形状に基づいて、交換可能であってもよい。ベース金型部分３１０は、ピン（例えば、ピン３１１）を使用してベース部分９００に結合して、ベース１１５を形成することができる。ベース１１５は、第１の部分１０５及び第２の部分１１０に結合されて、モジュール式ブロー成形システム１００を形成することができる。第１の部分１０５、第２の部分１１０、及びベース１１５が結合されると、金型部分（例えば、金型部分３００及びベース金型部分３１０）は、容器の形状に対応するブロー金型キャビティを形成する。
【0049】
ブロー成形システム１００は、開口部１０００を含んでもよい。いくつかの実施形態では、開口部１０００は、図４に示すように、容器用のプリフォーム（例えば、プリフォーム１２００）を受け入れるように構成される。プリフォームは、ブロー成形容器を製造するための標準的なプリフォームであってもよい。プリフォームは、任意の種類のブロー成形可能なプラスチック（例えば、ＰＥＴ）から作製されてもよい。
【0050】
金型部分（例えば、金型部分３００及びベース金型部分３１０）及びキャビティリテーナ（例えば、キャビティリテーナ７００）は、任意の好適な３Ｄ印刷材料から作製されてもよい。金型の安定性及び熱的特性を改善するために、３Ｄ印刷された材料は、高い弾性率及び高い熱変形温度を有し得る一方で、一貫した高品質の容器表面を提供するのに十分に滑らかで耐久性のある表面も提供する。金型部分（例えば、金型部分３００及びベース金型部分３１０）は、少なくとも５０ＭＰａ（例えば、少なくとも７５ＭＰａ又は少なくとも９０ＭＰａ）の引張強度、少なくとも２５００ＭＰａ（例えば、少なくとも３０００ＭＰａ又は少なくとも３５００ＭＰａ）の弾性率、及び少なくとも２００℃（例えば、少なくとも２２５℃又は少なくとも２５０℃）の熱変形温度を有する材料から作製され得る。いくつかの実施形態では、３Ｄ印刷材料はシアン酸エステルである。いくつかの実施形態では、３Ｄ印刷材料は、金属である。いくつかの実施形態では、金型部分（例えば、金型部分３００及びベース金型部分３１０）及びキャビティリテーナ（例えば、キャビティリテーナ７００）は、同じ材料から作製される。いくつかの実施形態では、金型部分（例えば、金型部分３００）は、ベース金型部分３１０とは異なる材料で作られる。例えば、３Ｄ印刷材料は、ポリマー又は金属であり得る。いくつかの実施形態では、３Ｄ印刷材料はシアン酸エステルである。
【0051】
充填材料６００は、モジュール式ブロー成形システム１００の強度を更に高めることができる。ブロー成形プロセス中、金型はブロー金型キャビティ内からの圧力を受ける。既存のシステムは、圧力変化に耐えることができる金属（例えば、鋼）で作られた金型、又はブロー成形中に撓むもしくは圧縮される傾向がある３Ｄ印刷された金型を使用し、これらは金型の全体的な寿命及び品質を低下させていた。本明細書に開示される実施形態は、圧力に耐えるために強い３Ｄ印刷材料（例えば、上述の等方性材料）を使用する。充填材料（例えば、充填材料６００）は、比較的非圧縮性であり、金型が撓むことなく内部圧力を支持するのを助けるので、金型の強度を更に向上させることができる。
【0052】
いくつかの実施形態では、充填材料６００はまた、モジュール式ブロー成形システム１００の熱的特性を改善する。充填材料６００は、容積部１１００内に注ぎ入れられる、注入可能なプラスターであり得る。充填材料は、高い弾性率及び高い圧縮強度を有し得る。注入後、充填材料６００は凝固し得る。いくつかの実施形態では、充填材料６００は、９００ｋｇ／ｍ３～１５００ｋｇ／ｍ３の密度を有するプラスターである。いくつかの実施形態では、充填材料６００は、約１２００ｋｇ／ｍ３の密度を有するプラスターである。充填材料６００は、弾性率を有し得る。いくつかの実施形態では、充填材料６００は、少なくとも５６００ＭＰａ（例えば、少なくとも６３００ＭＰａ、少なくとも７０００ＭＰａ）の弾性率を有してもよい。いくつかの実施形態では、充填材料６００は、５６００ＭＰａ～８４００ＭＰａ（例えば、６３００ＭＰａ～７７００ＭＰａ）の弾性率を有する。いくつかの実施形態では、充填材料６００は、約７０００ＭＰａの弾性率を有する。
【0053】
操作条件が高温を含み得るので、温度を調節することは、ブロー成形中に有益であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、金型部分（例えば、金型部分３００又はベース金型部分３１０）の温度は、冷却効率を改善するために任意選択的に設けられる内部冷却チャネルを含むことによって調節されてもよい。いくつかの実施形態では、各金型部分（例えば、金型部分３００）は、少なくとも１つの冷却チャネル（例えば、チャネル３０１）を含む。いくつかの実施形態では、金型部分（例えば、金型部分３００）は、冷却流体を受容するように構成される、少なくとも３つの冷却チャネル（例えば、冷却チャネル３０１）を含む。いくつかの実施形態では、冷却チャネル（例えば、チャネル３０１）は、図５に示される断面によって示されるように、垂直方向に配向された、順応型冷却チャネルである。使用時には、金型部分（例えば、金型部分３００）の冷却を向上させるために、冷却チャネルを通してガス又は液体を流すことができる。いくつかの実施形態では、冷却剤が冷却チャネルを通って流される。いくつかの実施形態では、冷却チャネルを通して冷却剤を流すことは、ブロー成形システム１００の生産性を改善する。
【0054】
本明細書に開示されるモジュール式ブロー成形システム（例えば、モジュール式ブロー成形システム１００）は、パイロット規模で使用されるのに十分な耐久性があり、少なくとも５０００個の容器（例えば、少なくとも７５００個の容器、少なくとも１０，０００個の容器、少なくとも１５，０００個の容器）相当のライフサイクルを有し得る。いくつかの実施形態では、モジュール式ブロー成形システム１００は、生産規模で使用されるのに十分な耐久性があり、少なくとも１００，０００個の容器（例えば、少なくとも２５０，０００個の容器、少なくとも５００，０００個の容器、少なくとも１，０００，０００個の容器、又は少なくとも２，０００，０００個の容器）相当のライフサイクルを有する。
【0055】
モジュール式ブロー成形システム１００は、容易に組み立て及び分解し得る。ブロー成形システム１００を組み立てるステップが、図６のフローチャートによって示されている。第１の部分１０５は、ステップ３０００～３４００で組み立てられ得る。ステップ３０００において、金型部分３００は、金型部分３００のフランジ３０３が、外側シェル２００の金型接触面２０３と位置揃えするように配置される。次に、ステップ３１００において、リテーナプレート４００が金型部分３００のフランジ３０３を上から覆うように配置される。ねじを使用して、外側シェル２００、金型部分３００、及びリテーナプレート４００を結合することができる。ステップ３２００において、トッププレート５００は、トッププレート接触面２０４においてねじを用いて、外側シェル２００に固定される。次に、係止リング８００は、凹部２０２の１つにおいて外側シェル２００に結合される。係止リング８００の位置は、ブロー成形される容器の高さに応じて調整されてよい。充填材料が使用される場合、充填材は任意選択のステップ３３００で作製されてもよい。充填材料６００を作製するための方法は、以下のステップ４２００において詳細に論じられる。いくつかの実施形態では、充填材料は使用されない。ステップ３４００において、キャビティリテーナ７００は、凹部２０２において外側シェル２００に結合される。ステップ３０００～３４００を繰り返して、第２の部分１１０を組み立てることができる。
【0056】
ステップ３５００において、ベース金型部分３１０をベース部分９００に結合して、ベース１１５を形成することができる。次に、ステップ３６００において、ベース１１５は、係止リング８００によって第１の部分１０５に結合される。ベース部分９００が第１の部分１０５に結合された後、ステップ３７００において、第２の部分１１０が第１の部分１０５に結合されて、組み立てられたモジュール式ブロー成形システム１００を形成してもよい。第１の部分１０５及び第２の部分１１０が結合されると、モジュール式ブロー成形システム１００は、金型部分（例えば、金型部分３００及びベース金型部分３１０）の各々によって画定される、ブロー金型キャビティを形成する。
【0057】
モジュール式ブロー成形システムの構成要素は、様々な方法を使用して作製することができる。例えば、ステップ４０００において、再利用可能な構成要素は、ＣＮＣ機械加工を使用して金属で作られてもよい。再利用可能な構成要素は、外側シェル２００及び２１０と、対のキャビティリテーナプレート（例えば、リテーナプレート４００）と、トッププレート５００及び５１０と、係止リング（例えば、係止リング８００）と、ベース部分９００とを含んでもよい。ステップ４１００において、交換可能な構成要素（例えば、金型部分３００、ベース金型部分３１０、及びキャビティリテーナ７００）は、３Ｄ印刷法を使用して作製され得る。いくつかの実施形態では、交換可能な構成要素は、ポリマー（例えば、シアン酸エステル）から作製される。いくつかの実施形態では、交換可能な構成要素は、金属から作製される。例えば、交換可能な構成要素は、３Ｄ印刷されたアルミニウム合金、青銅合金、又はステンレス鋼で作られてもよい。
【0058】
ステップ４２００において、充填材料６００を形成することができる。充填材料６００を形成することは、上記のステップ３０００～３３００で説明したように、外側シェル２００、金型部分３００、リテーナプレート４００、及びトッププレート５００を最初に結合することを含むことができる。これらの部品が組み立てられると、組み立てられた部品は、トッププレート５００が下に向けられるように反転され得る。次いで、液体充填材料６００は、外側シェル２００、金型部分３００、及びトッププレート５００によって画定される容積部１１００内に注入され得る。いくつかの実施形態では、液体充填材料６００は、容積部１１００が充填されるまで注がれる。容積部１１００が充填された後、液体充填材料６００は、固体を形成する（例えば、硬化する）ことが可能にされ得る。例えば、充填材料は、自然に（例えば、室温条件で）冷却されてもよく、その間に、固体形態に遷移することによって自然に硬化する。いくつかの実施形態において、硬化は、温度制御されたチャンバ（例えば、オーブン）内で行われてもよい。いくつかの実施形態では、充填材料６００は、固体（例えば、硬化）プラスターに移行する（例えば、充填材料６００が硬化されて、固体プラスターが形成される）、液体プラスターである。いくつかの実施形態では、充填材料は高温では硬化されないが、室温で冷却される。
【0059】
本明細書で使用されるとき、「トップ」、「内側」、「外側」などの用語は、示される飲料栓の方向に関して添付図面を参照しながら本開示の実施形態の理解を支援することを意図しており、本開示の範囲を限定することも、本開示の範囲を図に表されている実施形態に限定することも意図していない。方向を表す用語は、説明の便宜のために使用されており、栓も容器も、様々な方向のうちのいずれかに位置付けられ得ることが理解される。
【0060】
本明細書で使用される場合、「３Ｄ印刷」という用語は、印刷された材料を、ある物理的物体の形状に接合又は固化することによって、デジタルモデルを使用してその物理的物体を作成する方法を指す。
【0061】
本明細書において使用される場合、「約」という用語が、範囲の値又は端点を記載する際に使用される場合、本開示は、言及される特定の値又は端点を含むと理解されるべきである。ある範囲の数値又は端点に、「約」と記載しているかどうかにかかわらず、その範囲の数値又は端点は、「約」によって修飾されたものと、修飾されていないものとの２つの実施形態を含むことが意図されている。本明細書で使用される場合、「約」という用語は、±１０％を含み得る。
【0062】
「発明の概要」及び「要約書」の項ではなく、「発明を実施するための形態」の項は、特許請求の範囲を解釈するために使用されることが意図されていることを理解されたい。「発明の概要」及び「要約書」の項は、本発明者によって考えられるように、本開示の１つ以上であるが全てではない例示的な実施形態を示し得るが、決して本開示及び添付の特許請求の範囲を限定するものではない。
【0063】
本開示は、特定の機能の実施及びこれらの関係を例示する機能的ビルディングブロックの支援を使って、上記で説明してきた。これらの機能的ビルディングブロックの境界は、説明の便宜上、本明細書において任意に定義されている。特定の機能及びこれらの関係が適切に行われる限り、代替の境界を定義することができる。
【0064】
特定の実施形態の前述の説明は、当業者が知識を適用することにより、他の人もかかる特定の実施形態を種々の用途に容易に変更及び／又は適合させることができ、過度の実験をすることなく、本開示の一般的な概念から逸脱することなく、本開示の一般的な性質を完全に明らかにするであろう。したがって、そのような適合及び修正は、本明細書で提示した教示及び指導に基づいて、開示された実施形態の等価物の意味及び範囲内にあることが意図される。本明細書の表現法又は用語法は、説明を目的とするものであって、限定するものではないことを理解されたく、その結果、本明細書の用語法又は表現法は、教示及び指導の観点から当業者によって解釈されるべきである。
【0065】
「一実施形態（one embodiment）」、「一実施形態（an embodiment）」、「例示的な実施形態（an example embodiment）」、「いくつかの実施形態（some embodiments）」などの本明細書での言及は、説明される実施形態が、特定の特徴、構造、又は特性を含み得るが、全ての実施形態が、特定の特徴、構造、又は特性を必ずしも含まなくてもよいことを示す。更に、このような句は、必ずしも同じ実施形態を言及するものではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性がある実施形態と関連して記載される場合、明確に記載されているかどうかに関わりなく、他の実施形態と関連するこのような特徴、構造、又は特性への影響は、当業者の知見内であるものとする。
【0066】
本開示の広がり及び範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではないが、続く特許請求の範囲及びそれらの等価物に従ってのみ規定されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】