利用预拉伸杆组件和金属座密封销控制液体流的吹嘴

摘要

一种用于由容器预制坯形成容器的设备。该设备包括壳体、模具型腔以及布置在壳体中并可操作地连接到模具型腔的喷嘴系统。该喷嘴系统可定位在沿接触界面接合壳体、防止加压液体注入容器预制坯中的第一位置和与壳体间隔开、允许加压液体注入容器预制坯中的第二位置之间。在一些实施例中，该喷嘴系统还包括具有第一表面的密封部，该第一表面在第一位置接合从壳体延伸的第二表面。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月14日提交的美国实用新型申请No.13/372575 的优先权和于2011年2月16日提交的美国临时申请No.61/443282的权益。 上述申请的全部内容作为引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于使用比如液体商品的商品来填充容器的模具。更 确切地说，本公开涉及一种利用预拉伸杆组件来控制用于填充/形成吹塑的塑 料容器的液体流的吹嘴。

背景技术

这部分提供了与本公开有关的、未必是现有技术的背景信息。

出于环境和其它方面的考虑，现今比以往更多地使用塑料容器、更确切 地聚酯容器，进一步确切地聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器来包装以前以 玻璃容器供给的多种商品。制造商和装填者以及消费者已经意识到，PET容 器是轻质廉价的，并且是可大量再生利用和制造的。

吹塑成型的塑料容器在包装多种商品方面已变得司空见惯。PET是可结 晶的聚合物，意味着其能以非晶态形式或半结晶形式获得。PET容器维持其 材料完整性的能力涉及PET容器处于结晶形式的百分比，也称为PET容器 的“结晶度”。以下方程式以体积分数定义出结晶度的百分比：

其中，ρ是PET材料的密度；ρ_a是纯非晶态PET材料的密度(1.333g/cc)； 而ρ_c是纯晶态材料的密度(1.455g/cc)。

容器制造商使用机械处理和热处理来增加容器的PET聚合物结晶度。 机械处理涉及使非晶态材料定向以获得应变硬化。该处理通常涉及沿纵轴拉 伸注塑成型的PET预制坯，并使PET预制坯沿横轴或径向轴膨胀，以形成 PET容器。该组合有助于制造商所定义的容器中分子结构的双轴取向。PET 容器的制造商目前使用机械处理来生成在容器的侧壁中具有约20%的结晶 度的PET容器。

热处理涉及加热材料(非晶态或半晶态)以促进晶体生长。对于非晶态材 料，PET材料的热处理得到妨碍光透过的球状晶形态。换言之，得到的晶态 材料是不透明的，因此基本上是不希望的。然而，在机械处理后使用，热处 理会对于容器的具有双轴分子取向的那些部分而言导致较高的结晶度和优 异的透明度。取向后的PET容器的热处理，亦称作热定型，通常包括将PET 预制坯靠在加热至约250℉-350℉(约121℃-177℃)温度的模具上吹塑成型， 并将吹塑的容器保持在加热的模具上约两(2)至五(5)秒。必须在约185℉(85℃) 进行热填充的PET果汁瓶的制造商目前使用热定型来生成具有约为 25%-35%范围内的整体结晶度的PET瓶。

通常，将高压空气吹进例如注塑成型预制坯或挤压坯管的软化塑料形式 中来完成吹塑成型容器。通常，吹嘴被引入容器的颈部，气压通过将软化塑 料吹制成贴着模具来形成容器。另外，尽管设计用于填充预吹塑的容器，但 是液体填充喷嘴不包含拉伸杆。

发明内容

这部分提供了公开内容的一般概要，并不是对其全范围或所有特征的全 面公开。

根据本公开的原理，提供了一种由容器预制坯形成容器的设备。该设备 包括壳体、模具型腔以及布置在壳体中并可操作地连接到模具型腔的喷嘴系 统。该喷嘴系统可定位在沿接触界面接合壳体、防止加压液体注入容器预制 坯中的第一位置和与壳体间隔开、允许加压液体注入容器预制坯中的第二位 置之间。在一些实施例中，该喷嘴系统还包括具有第一表面的密封部，该第 一表面在第一位置接合从壳体延伸的第二表面。

通过本文中提供的说明，适用范围的其它领域会变得明显。发明内容中 的说明和特定示例仅用于说明之目的，并不意在限定本公开的范围。

附图说明

本文中描述的附图仅用于解释选定的实施例之目的，并不用于解释所有 可能的实施方式，并且不意在限制本公开的范围。

图1是示出使用拉伸杆和加压液体形成容器的设备的部分下部横截面 视图，其中，中心线左侧示出延伸位置，中心线右侧示出收缩位置；

图2是示出图1的使用拉伸杆和加压液体形成容器的设备的部分上部横 截面视图，其中，中心线左侧示出延伸位置，中心线右侧示出收缩位置；

图3是示出根据本教导的原理具有密封界面的设备的部分横截面视图， 其中，中心线左侧示出收缩位置，中心线右侧示出延伸位置；以及

图4A-4C是根据本教导的原理的替代密封销形状，用于限定出随后填 充容器的期望产品预留空间(或产品水平(product level))。

在附图的几个视图中，相应的标号代表相应的部件。

具体实施方式

现在参见附图更全面地描述示例性实施例。提供示例性实施例以便本公 开充分地全面地将范围传达给本领域技术人员。阐明了许多特定细节，比如 特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的充分理解。本领 域技术人员应当明白的是：不需要采用特定细节；示例性实施例可体现为许 多不同形式；以及不应被理解为限制本公开的范围。

本文中使用的术语仅用于描述特定示例性实施例的目的，并不意在限 制。如本文中所使用的，单数形式“一个”可意在也包括复数形式，除非文 中明确指出为另外的情况。术语“包括”及其变体是包含性的，并由此明确 说明提及的特征、数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除额外 的一个或多个其它特征、数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在。 本文中描述的方法步骤、过程和操作不应理解为必需以讨论或说明的特定顺 序要求它们的性能，除非明确地确定为性能的顺序。还应理解的是，可以使 用额外或替代步骤。

当一元件或层被提及为“在…上”、“接合到”、“连接到”或“联接到” 另一元件或层时，其可以直接在…上、接合到、连接到或联接到另一元件或 层，或者可以存在中间元件或层。相反，当一元件被提及为“直接在…上”、 “直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可不存 在中间元件或层。其它用于描述元件之间关系的词语应当理解为类似的方式 (例如，“介于…之间”与“直接介于…之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。 如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关所列物品的一个或多个的任何和 所有组合。

尽管本文中可使用术语第一、第二、第三等来描述各元件、部件、区域、 层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的 限制。这些术语可仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、 层或部分。比如在本文中使用的“第一”、“第二”和其它数值项的术语并不 意味着次序或顺序，除非上下文中清楚说明为其它情况。因此，在不脱离示 例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分 可以称为第二元件、部件、区域、层或部分。

为了便于说明，本文中可以使用空间相对术语，比如“内部”、“外部”、 “在下方”、“在下面”、“下部”、“在上方”、“上部”等来描述附图中所示的 一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相对术语可意在包含装置 在使用中或操作中除了附图所示方位之外的不同方位。例如，如果附图中的 装置翻转，那么描述为“在其它元件或特征下面或下方”的元件将取向为“在 其它元件或特征之上”。因此，示例性术语“在下方”能够包含上方和下方 的方位。装置可另外取向(旋转90度或其它方位)，相应地解释本文中使用的 空间相对描述符。

本教导提供一种吹塑装置和喷嘴系统以允许在形成过程期间使用液体 作为注射剂，以及使用该吹塑装置和喷嘴系统的方法。这些液体可以是一次 性液体，或者在一些实施例中，可包括液体商品。因此，在一些实施例中， 用于形成容器的液体可保持在其中以用于最终包装。吹塑装置和喷嘴系统提 供对液体的可控制使用，以使产生污染的可能最小，并防止在周期期间发生 泄漏。根据这些原理，可以以单个步骤来形成并填充容器，而不用牺牲清洁 和卫生状况。

如本文中更详细所讨论的，可根据许多变型例中的任一来形成本教导的 模具装置和喷嘴系统以及随其形成的容器的形状。以非限制性示例来说，本 公开的模具可构造成保持多个容器中的任一，并可与比如饮料、食物的许多 流体和商品或者其它热填充型材料一起使用。

应当明白的是，模具装置和喷嘴系统的尺寸和确切形状取决于容器的尺 寸和所需的操作参数。因此，应当认识到的是，目前所描述的设计中存在变 型。根据一些实施例，还应当认识到的是，模具可包括与容器一起使用的各 种特征，该容器具有真空吸收特征或区域，比如面板、肋、狭缝、凹陷等。

本教导涉及使用液体形成一体塑料(one-piece plastic)的容器。通常，在 形成后，这些容器通常限定出一主体，其包括具有形成终止部(finish)的柱形 侧壁的上部。与终止部一体形成并从其向下延伸的是肩部。肩部并入并在终 止部和侧壁部之间提供过渡区。侧壁部从肩部向下延伸到具有基底的基部。 在一些实施例中，上过渡部可限定在肩部和侧壁部之间的过渡区上。在一些 实施例中，下过渡部可限定在基部和侧壁部之间的过渡区上。

示例性容器可还具有颈部。颈部可具有非常短的高度，即变成从终止部 起的短延伸部，或者具有在终止部和肩部之间延伸的纵长高度。上部能够限 定出一开口。尽管容器显示为饮用容器和食品容器，但是应当明白的是，可 以根据本教导的原理制成具有比如侧壁和开口的不同形状的容器。

塑料容器的终止部可包括具有螺纹的螺纹区域、下密封脊(lower sealing  ridge)和支撑环。螺纹区域提供了类似于螺纹盖或帽(未示出)的连接方式。替 代实施例可包括与塑料容器的终止部接合的其它适合的装置，比如压配合帽 或卡扣帽。相应地，盖或帽(未示出)接合终止部以优选地提供塑料容器的与 外界隔绝的密封。盖或帽(未示出)优选地由制盖工业常用的适于后续热处理 的塑料或金属材料制成。

可根据本教导的原理形成容器。容器的预制坯形式包括支撑环，其可用 于在制造过程的不同阶段支承或定向预制坯。例如，预制坯可由支撑环支承， 支撑环可用于协助将预制坯定位在模具型腔中，或者一旦模制成，可使用支 撑环来携带中间容器。起初，预制坯可放置在模具型腔中，使得支撑环占据 在模具型腔的上端。总体而言，模具型腔具有与吹塑成的容器的期望外轮廓 对应的内表面。更确切地说，本教导的模具型腔限定出主体形成区域、可选 的污点(moil)形成区域和可选的开口形成区域。一旦形成得到的结构，下文 中称为中间容器，可以切断和丢弃任何由污点形成区域产生的污点。应当明 白的是，使用污点形成区域和/或开口形成区域在所有形成方法中并不是必需 的。

在一个示例中，机器将被加热到约190℉至250℉(约88℃至121℃)之 间温度的预制坯100(见图1)放置在模具型腔中。模具型腔可被加热到约250 ℉至350℉(约121℃至177℃)之间的温度。内拉伸杆设备20(见图1和2)拉 伸或延伸模具型腔内的受热预制坯，从而使聚酯材料分子取向为大体与容器 的中心纵轴相对应的轴向方向。在拉伸杆使预制坯延伸的同时，液体协助沿 轴向方向延伸预制坯以及沿圆周或环方向使预制坯膨胀，从而使聚酯材料大 致符合模具型腔的形状，并进一步使聚酯材料分子取向为大体垂直于轴向方 向的方向，从而在大部分中间容器中确立聚酯材料的双轴分子取向。在一些 实施例中，在从模具型腔中取出中间容器之前，加压液体使主要为双轴分子 取向的聚酯材料保持在模具型腔上一段时间。

特别参见图1-3，所提供的模具装置和喷嘴系统10包括内拉伸杆设备 20和随其一起形成的喷嘴系统22，内拉伸杆设备和喷嘴系统能够分别独立 地操作。然而，应注意，本教导的内拉伸杆设备20是可选的。已发现在一 些实施例中，内拉伸杆设备20不是必需的。因此，应明白，尽管连同本教 导一起讨论内拉伸杆设备20，但是其不应被认为是必需元件。

内拉伸杆设备20包括可滑动地布置在壳体26内的拉伸杆组件24。内 拉伸杆组件24和喷嘴系统22显示为处于延伸位置和收缩位置(分别位于图1 和2中的中心线CL的左侧，以及图1和2中的中心线CL的右侧；分别位 于图3中的中心线CL的右侧，以及图3中的中心线CL的左侧)。拉伸杆组 件24可包括可滑动地布置在壳体26的中心孔30内的拉伸杆28。拉伸杆28 通常是柱形的，具有位于远端的接合顶部32和位于近端的活塞部34。顶部 32的形状做成在制造、成型和/填充期间接合预制坯100。活塞部34容纳在 活塞室36内，以紧密地符合活塞室，从而限定出活塞组件(例如气动、液压、 伺服、机械等)。活塞部34响应于活塞室36A和36B内的气动、液压、伺服、 机械等压力的变化，从而导致活塞部34沿大致与中心线CL对准的方向在延 伸位置(左侧)和收缩位置(右侧)之间移动。活塞部34的移动由此导致拉伸杆 28和顶部32相应地移动。

此外，在一些实施例中，喷嘴系统22包括可滑动地布置在壳体26内的 密封杆50。即，喷嘴系统22可包括可滑动地布置在壳体26的中心孔30中 的密封杆50。密封杆50包括位于远端的接合密封部52和位于近端的活塞部 66。密封部52的形状做成接合中心孔30的变窄的远端部56。如此，密封部 52可定位在收缩位置，在该位置，密封部52与中心孔30的扩大的中间部 31间隔开，以允许液体流过。密封部52可还定位在延伸和就位位置，在该 位置，密封部52密封地接合变窄的远端部56。在一些实施例中，密封部52 和远端部56能够大致彼此平行，并平行于中心线CL。

然而，在一些实施例中，如图3所示，密封部52能够与远端部56互补 地成型，以在两者间限定出密封接合。在一些实施例中，该密封接合可调整 为当暴露于环形空间60内的增加流体压力时，提供增加的密封能力。即， 如图3和4A-4C所示，密封部52能够限定出具有至少大致倾斜表面72的大 致锥形。大致倾斜表面72可相对于中心线CL成一角度，并进一步相对于从 远端部56延伸并与其一起形成的大致倾斜接收器表面74互补地成型。在一 些实施例中，大致倾斜表面72和大致倾斜接收器表面74接合成限定出接触 界面76(图3的右侧)。接触界面76可以足够紧密，以当密封部52处于延伸 和就位位置时，在其间限定流体密封。在一些实施例中，接触界面76限定 出足够的流体密封，而不需要可污染填充过程的额外的密封构件，例如O型 环。在一些实施例中，接触界面76可以是金属-金属密封。

在一些实施例中，密封杆50的密封部52和/或中心孔30的远端部56 可由有助于耐用、密封和/或其它操作参数的材料制成，或者限定出有助于耐 用、密封和/或其它操作参数的属性。例如，在一些实施例中，密封部52和 远端部56可由不同材料制成。在一些实施例中，这些材料可包括不锈钢、 特氟纶等。在一些实施例中，密封部52和远端部56可由相同材料制成，但 是限定出不同的硬度。例如，在一些实施例中，密封部52可限定出小于远 端部56的材料硬度的材料硬度，反之亦然。

应注意，在一些实施例中，密封部52可包括大致面向流体流方向的上 游表面78。上游表面78的形状可以做成(例如垂直于流体流)限定出作用表 面，流体力可施加在作用表面上，从而迫使密封部52进入延伸和就位位置。 该布置可用于进一步确保沿接触界面76的可靠密封接合。因此，在延伸和 就位位置，密封部52防止液体从流体入口58流过中心孔30的环形空间60， 到达中心孔30的扩大的中间部31。

然而，在收缩位置，密封部52与变窄的远端部56间隔开，从而允许液 体从流体入口58流过中心孔30的环形空间60，到达中心孔30的扩大的中 间部31，并流出流体注射器62进入预制坯100。预制坯100内的流体压力 使预制坯100膨胀，并被模制为与模具型腔一致的预定形状。为了获得期望 的最终形状，流体压力通常需要选择成足够高以迫使预制坯抵靠模具型腔的 所有部分。在完成模制过程时，密封部52可返回延伸和就位位置，从而密 封流体注射器62，并防止液体进一步从喷嘴流出。

密封部52响应于活塞部66的移动而移动。喷嘴系统22的活塞部66容 纳在活塞室68内，以紧密地符合活塞室，从而限定出活塞组件。活塞部66 响应于活塞室68A和68B内的压力的变化，从而导致活塞部66沿大致与中 心线CL对准的方向在延伸和就位位置(左侧)与收缩位置(右侧)之间移动。由 此，活塞部66的移动使密封杆50和密封部52相应地移动。然而，应当明 白的是，尽管已参考本教导讨论了加压液体，但是在一些实施例中，可使用 加压空气或加压空气和液体的组合。而且，应当明白的是，加压液体可以是 仅用于模制的成形液体(forming liquid)，或者可以是用于在完成时保持在容 器内的液体商品。

特别参见图1、3和4A-4C，应注意，在从收缩位置向延伸和就位位置 致动密封部52期间，远端80的尺寸可以变化，以突伸进预制坯100中一预 定距离和/或体积。即，当密封部52定位在延伸和就位位置时，密封部52 的远端80可延伸进预制坯100中。远端80的顶部82的体积尺寸可用于取 代布置在最终成型容器内的预定体积液体，使得在移除最终成型和填充的容 器时，能够在容器中简单可靠地确立预留空间或产品水平。通过增加顶部82 的体积尺寸，会取代更多的液体，从而在最终填充容器内产生更大的预留空 间。该布置可进一步改进填充容器内的液体的填充精度。另外，在一些实施 例中，顶部82的尺寸和/或形状可做成在注入预制坯100期间促进液体的预 定流动模式。即，所述流动可根据流体流动模式调节成改变湍流、通气、混 合、冷却等。

在一些实施例中，如图1所示，壳体26可包括沿壳体26的底侧形成的 环形凹陷70，以沿螺纹区域、下密封脊和/或支撑环密封地接收预制坯100。

或者，其它制造方法可适于制造塑料容器，所述其它制造方法使用包括 例如热塑性塑料、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、 PET/PEN混合物或共聚物、以及各种多层结构的其它常规材料。本领域技术 人员将会容易地知道并更理解塑料容器的制造方法的替代方案。

提供实施例的前述说明仅用于说明和描述的目的。本文的具体实施方式 部分并不意欲穷举或限定本发明。特定实施例的单独元件或特征通常不限制 特定实施例，而在应用时，是可互换的，并可用在选定的实施例中，即使未 明确显示或描述时也如此。同样也可以以许多方式变化。这样的变化不应被 认为脱离本发明，所有这些变型例应包含在本发明的范围内。