专利名称：在增厚区域上设有型纹的容器的成形方法
技术领域：
本发明涉及利用塑料材料如聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)的粗坯(通常是预成型坯，尽管可能涉及中间容器)成形来制造容器，特别是如细颈瓶、小瓶。
背景技术：
容器的制造包括两个主要步骤加热步骤，在其过程中，粗坯被暴露于红外发射源的电磁辐射；随后是成型步骤，在其过程中，加压气体被注入这样被加热的粗坯中，以赋予粗坯以最终的容器形状。许多容器不是回转对称的，具有凹陷的或凸出的局部型纹(empreinte)。这些型纹可单纯地是美观性的，或可具有特定的作用如手柄(例如参照以FISHER (飞世尔)名义提交的美国专利US4123217)或甚至加强支脚(例如参照以本申请人名义提交的法国专利FR2822804或其同族美国专利US7051889，其描述了一种花瓣形基底)。由于引起容器物理性能降低、或材料的不透明的和微白的外观的材料分布不佳，因而这些容器比常见的容器成形更加困难和更为复杂。这就是为什么形状上的自由度经常受制造商意愿限制以避免使材料局部地过度受应力的原因。
发明内容
本发明旨在便于设有凹陷或凸出的型纹的容器的成形。为此，本发明提出利用热塑性材料粗坯制造设有凹陷或凸出的局部型纹的容器的一种制造方法，所述方法包括一加热步骤，其中，粗坯暴露于单色或准单色红外辐射，辐射强度在与所述粗坯的局部区域直对处局部地具有极值，使得在所述局部区域中产生温度极值；一成型步骤，其中，加压流体被注入这样被加热过的粗坯中，凹陷或凸出的型纹形成于所述局部区域处。该方法允许(要么是凹陷的，要么是凸出的)型纹在局部区域处形成，局部区域的温度具有极值，即最大值或最小值。由此使得成型更为方便，容器的尺度稳定性更好，以及在容器的可能形状中的自由度更大。根据一实施方式，过度加热的区域同时轴向地和径向地在粗坯上、例如在粗坯的基底上定位。红外辐射例如通过单色或准单色辐射源矩阵发射，所述矩阵被细分为辐射源的主组集和辐射源的副组集，主组集发射基本相同的中等强度的辐射，副组集发射强度具有极值的辐射该极值要么是峰值，要么是谷值，相对于中等强度具有至少10%的差距。根据一实施方式，副组集包括一系列点状辐射源组，该系列点状辐射源组相互分开，形成一周期性图案，所述周期性图案例如具有这样一周期该周期等于在粗坯围绕其主轴线完整回转一周时所经过的距离。
辐射源例如是激光源，优选地是激光二极管，特别是VCSEL (垂直腔面发射激光器)类型的。
通过阅读下文参照附图进行的描述，本发明的其它目的和优点将得到展示，附图中一图1是透视图，局部地示出加热单元，加热单元包括被点状红外源铺覆的壁，预成型坯行进过该壁前面；—图2是图1的加热单元的正视图；一图3是图2的加热单元沿剖面II1-1II的竖直剖视图；一图4是图3的加热单元沿剖面IV-1V的水平剖视图；一图5是简图，在中心示出被选择性加热的预成型坯，在左侧示出表示由辐射源面对预成型坯辐照的强度的轮廓的线图，和在右侧示出表示预成型坯的温度变化的温度图；一图6是示出具有以灰色表示的过度加热区域的预成型坯的仰视透视图；一图7是示出通过使图6的预成型坯成形获得的具有花瓣形基底的容器的俯视透视图。
具体实施例方式在图1到图4上示意性地示出加热行进的容器粗坯2的加热单元I。粗坯2在此情形下是预成型坯，不过也可涉及已经受过临时成型作业和用于经受一个或多个最终作业以获得最终容器的中间容器。每个以热塑性材料如聚对苯二甲酸乙醇酯(PET)制的预成型坯2，包括一颈部3和一主体4，颈部3不经受(或略微)经受加热，颈部形状是最终的，主体4在与颈部3相对的方向上终止于一半球形基底5。在颈部3和主体4之间的接合处，预成型坯2具有环箍6，在多个制造容器的步骤，预成型还2通过环箍6被悬挂。但在加热单元I中，预成型坯2固定于枢转支架，枢转支架称为转盘，带动预成型坯2围绕其主轴线A转动，以将颈部以下的部分(整个主体4及基底)置于加热。每个转盘包括一个齿轮，该齿轮啮合于一固定的齿条，使得位于预成型坯2圆周上的每个点在预成型坯2的路径上描画出一条摆线C (在图4上以虚线画出)，其周期等于预成型坯2围绕其主轴线A完整回转一周(沿图4的箭头F2所指示的方向)所经过的距离。在图1到图3上，示出颈部向上的预成型坯2，不过这种表示是随意的和示意性的，预成型坯2可以颈部朝下地定向。加热单元I具有辐射壁7，预成型坯2面对该辐射壁行进。该壁7被铺覆有多个电磁辐射源8，所述多个电磁辐射源以同时单色(或准单色)且朝预成型坯2定向的方式在红外区域中进行发射。理论上，单色辐射源是发射单一频率正弦波的理想源。换句话说，其频谱由谱宽为零的单一谱线(Dirac (狄拉克))组成。
实际上，这类源并不存在，实际的源最好是准单色的，即其频谱在谱宽较小却非零的频带上延伸，所述频带定中心在辐射强度最大的主频率上。由于术语过度使用，而习惯将这类实际的源定性为单色源。此外，将以准单色的方式在离散频谱上发射的源定性为“准单色源”，所述离散频谱包括在不同的主频率上定中心的多个窄频带。又称多模源。 实际上，这些源8通过并置和叠置组织以形成一个矩阵9。这例如涉及激光源8，优选激光二极管。根据优选的一实施方式，矩阵9是垂直腔面发射激光二极管8矩阵(VCSEL)，每个二极管8例如发射一激光束10，激光束10的额定单位功率大约I毫瓦特，其波长位于短红外和中红外范围内，例如大约为Ιμπι。在预成型坯2的范围内，二极管8可被视作点源，每个点源发射一定向辐射，即呈锥形光束10的形式，锥形光束的顶部立体半角是封闭的，优选在10°到60°之间。光束10可以是回转对称的(即具有圆形截面)，或不是回转对称的(例如具有椭圆形截面)。本专利申请的目的不在于详细描述二极管8矩阵9的结构。这就是为什么以一板的形式简化表示矩阵9的原因，二极管8则以点的形式呈现。加热单元I被设计用以允许对由每个二极管8或由二极管组发射的辐射功率(又称为强度)进行调制。这类调制可通过电子方式实现，例如在监控器上观察到二极管8的功率。该监控器可以是触摸式的，对于一给定的二极管组显示一光标，滑动光标则引起将由该组的二极管8发射的辐射的功率调制到一数值，该数值在预定最小值P.、(例如零)和例如对应二极管8额定功率的最大值P之间。期望对每个预成型坯2进行差温加热、即选择性和非均匀的加热，以在预成型坯上局部地获得至少一个同时轴向地(即在预成型坯2的高度上)且径向地(即在预成型坯2的圆周上)定位的区域11，在所述区域中，温度相对于其邻近区域具有极值(最大值或最小值)。换句话说，期望将预成型坯2局部地过度加热、或相反地加热不足。根据一具体实施方式
，期望获得例如在基底5上定位的过度加热区域11，特别是以便在使具有花瓣形基底14的容器13形成时，方便支脚12的实现，如在下文中将看到的。这些区域11不仅轴向地而且还径向地定位在预成型坯2的基底5上。为此，矩阵9被细分为两个二极管组集，即:一关联的主二极管组集15，其二极管8发射强度Pl被调节到相同的中等值的辐射，强度Pl例如小于最大功率P特别是具有在10%到20%之间的减小)；一副二极管组集16，其由一系列点状的、固定的二极管8组17组成，这些二极管8发射强度被调节到极值P2 (在每组17中该极值都是恒定的和相同的)的辐射，P2相对值Pl具有为至少10%、可能直到20% (根据图5上所示的实施方式，其中，副二极管组集16的二极管被调节到强度峰值上，强度P2等于最大功率而中等强度Pl等于最大功率Pi*的大约80%)的差距。术语“点状”并不意味着每组17必定被减少到唯一一个二极管8 (不过这是可考虑的)或每组17包括可忽略数目的二极管8。其一方面意味着每组17是关联的，其二极管8是相邻的，另一方面意味着每个二极管8组17所占据的面积相对于矩阵9的总面积而言较小。副二极管组集16的二极管8组17沿着预成型坯2的路径是隔开的和分散的。这些二极管组相互分开，同时一起形成一个周期性图案，所述周期性图案取决于期望在预成型坯2上过度加热(或相反地不足加热)的该区域11 (或多个区域)的构型。因此，为将强度P2局限于在位于预成型坯2的基底5上的区域11上进行加热，副二极管组集16由与预成型坯2的基底5齐高且相面对的直线形的、水平的一系列的二极管8组17形成。每个二极管8组17限定一封闭轮廓，该封闭轮廓基本对应于局部区域11的轮廓。因此，在区域11是定位在预成型坯2的基底5上的角扇区的示例中，副二极管组集16的二极管8组17的轮廓基本呈三角形，其中，三角形顶角指向下方而相对的三角形边是水平的。在副二极管组集16中，一个二极管8组17子组集对应于每个局部区域11，该子组集中的二极管组沿预成型坯2的路径(在图4上通过箭头Fl指出)等距分布和相互间具有一间距，所述间距等于预成型坯2围绕其主轴线A完整回转一周所经过的距离，该距离本身等于预成型坯2在其上固定的转盘的齿轮的平均周长。但是，在图6和图7上所示的在预成型坯2的基底5上等距分布的五个角扇区11应进行一次差温加热的构型中，并不区分任何二极管8组17子组集，副二极管组集16实际上包括一规则系列的等距的具有三角形轮廓的二级管8组17，相邻两个二极管组17之间的间距等于齿轮周长的五分之一。对点状的二极管8组17的形状和尺寸的调节可根据多个因素进行调整，所述因素特别是一由二极管8发射的光束10的立体角实际上，光束10是辐散的，在预成型坯2上的对应的照射区域的面积大于二极管8组17的面积；一预成型坯2到矩阵9的距离与上文所述的立体角相结合，该距离对被二极管8组17照射的预成型坯2区域的尺寸大小有影响；一与矩阵9相对的反射器的可能存在，反射器可能对在预成型坯2上的辐射的分布上具有影响。此外，考虑到加热的不均匀的特征，需要注意，在加热结束后将预成型坯插入模具中时，所述预成型坯2的角度朝向要正确。为此，预成型坯2可配有一定向标记(例如呈在颈部3处设置的凹口的形式)，其能够由机械(或光学)监测部件探测到，从而保证在每个时刻预成型坯2都良好地角度定向。根据一具体实施方式
，预成型坯2通过夹钳从加热单元I被传送到模具，所述夹钳配有凸销，凸销容置在预成型坯2的凹口中，使得每个预成型坯2的正确定向完全沿着传送得以保持，直到将预成型坯2插入模具中。为加热预成型坯2，使预成型坯在加热单元I中行进，同时使预成型坯围绕其主轴线A转动，以使其颈部以下的部分(主体4和基底5)暴露于二极管8的辐射。考虑到上述的矩阵9的特定构型，定位于预成型坯2的基底5上的区域11重复地和周期性地暴露于副二极管组集16的二极管组17的差别辐射，因此经受差温加热(在此情形下是过度加热)，而预成型坯2的其它部分(即示例中的基底5的剩余部分和整个主体4)暴露于主二极管组集15的二极管8的辐射，因此经受中等强度的加热。在过度加热(或相反地加热不足)的区域11上和在正常加热的区域上测得的温度差异在图5 (右侧)的温度图上示出在此情形下可以看见，过度加热区域11的温度比正常加热区域的温度高至少10% (优选20%)。为此，注意在副二极管组集16的二极管8的功率与主二极管组集15的二极管8的功率之间保持为至少10%(优选20%)的差距，如在图5(左侦D的线图上所示的。当然，一方面由于光束10的辐散和另一方面由于热量在材料内部的扩散，因而预成型坯2内部的温度变化是连续的。不过这些变化是相对地突然的，这是由于激光二极管8所允许的功率集中。因此，在加热结束时，预成型坯2的主体4具有基本均匀的壁温度，预成型坯2的基底5具有正常加热的角扇区18与过度加热(或相反地加热不足)的角扇区11 (在图6上以灰色呈现)的交替，正常加热的角扇区18的温度基本等于主体4的温度。过度加热的局部区域11的变形性高，大于角扇区18的变形性，这方便在区域11处形成凸出的型纹。加热不足的区域11的变形性较小，这相反地允许在区域11周围形成凸出的型纹，因此允许在区域11中形成凹陷的型纹。在加热单元I的出口，预成型坯2被传送到模具中，预成型坯的角度定向如上文所指出的进行控制，以便已经受过差温加热的预成型坯2的角扇区11与凹陷的(或相反地，凸出的)模具部分相对或相齐。继而加压流体(例如气体，如空气)通过喷嘴被注入预成型坯2中，喷嘴密封地围绕颈部3紧贴在模具的上表面上。在容器包括配有周沿一系列凸出支脚12的花瓣形基底13的图7上的示例中，模具对应地包括配有周沿一系列凹陷预留区的底部，在这些预留区中，过度加热的角扇区11由于材料的局部较高的变形性，可以容易地进行拉伸。概括上文所述的方法的主要优点。通过定向单色源(如激光器)的红外辐射实施的对预成型坯2的加热足够精确，以获得在过度加热(或加热不足)的局部区域11与相比较而言加热程度更低(分别地，加热程度更高)的周围区域之间的显著温度变化。过度加热的局部区域11的高变形性，能方便凸出型纹(如在花瓣形基底14上的支脚12，如已看到的)或凹陷型纹(例如借助于活动的镶块，例如用以在容器的主体上形成手柄)的形成。由此一一方面，在高变形区域(例如花瓣形基底的支脚)中，避免了对材料的过度拉伸和其有害后果(出现裂纹，材料发白)；一另一方面，能以低于高变形区域的型纹的良好形成所需的常见压力(大约35巴)的压力(大约20巴或更小)实施一种优质成型。因此显著节能。
权利要求
1.利用热塑性材料的粗坯(2)制造设有局部的凹陷或凸出的型纹(12)的容器(13)的制造方法，所述制造方法包括: 一加热步骤，在所述加热步骤中，所述粗坯(2)暴露于红外辐射； 一成型步骤，在所述成型步骤中，加压流体被注入这样被加热过的所述粗坯(2)中； 其特征在于: 一在所述加热步骤中，所述红外辐射是单色或准单色辐射，辐射强度在与所述粗坯的局部区域(11)正对处局部地具有极值，使得在所述局部区域(11)中产生温度极值； 一所述局部区域(11)同时轴向地且径向地定位在所述粗坯(2)上； 一在所述成型步骤中，所述凹陷或凸出的型纹(12)形成于所述局部区域(11)处。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述粗坯(2)的其它部分暴露于中等强度的福射。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述局部区域(11)定位于所述粗坯(2)的基底(5)上。
4.根据权利要求1到3中任 一项所述的制造方法，其特征在于，所述红外辐射由单色或准单色辐射源(8)的矩阵(9)发射，所述辐射源的矩阵被细分为辐射源(8)的主组集(15)和辐射源(8)的副组集(16)，所述主组集发射中等强度的辐射，所述副组集发射与需过度加热的所述局部区域(11)正对的具有极值强度的辐射。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述极值强度相对所述中等强度具有为至少10%的差距。
6.根据权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，所述副组集(15)包括一系列点状的辐射源(8)组(17)，所述点状的辐射源组相互分开，形成周期性图案。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，由所述点状的辐射源(8)组(17)形成的所述周期性图案的周期等于一个粗坯(2)在围绕其主轴线(A)完整回转一周时所经过的距离。
8.根据权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述辐射源(8)是激光源。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述辐射源(8)是激光二极管。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述激光二极管(8)为垂直腔面发射激光器VCSEL类型。
全文摘要
利用热塑性材料粗坯(2)制造设有局部的凹陷或凸出的型纹的容器的制造方法，所述制造方法包括加热步骤，其中粗坯(2)暴露于红外辐射，其中所述红外辐射是单色的或准单色的，其强度在与所述粗坯的局部区域(11)正对处局部地具有极值，使得在所述局部区域(11)中产生温度极值；成型步骤，其中加压流体被注入这样被加热过的所述粗坯(2)中，并且其中凹陷或凸出的型纹形成于所述局部区域(11)处。
文档编号B29C49/64GK103079795SQ201180042669
公开日2013年5月1日 申请日期2011年9月14日 优先权日2010年9月30日
发明者G·弗约莱, M·德里安, C·贝勒克, I·马约 申请人:西德尔合作公司