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JP4210901B2 - ボトル状容器の製造方法 - Google Patents

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  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Containers Having Bodies Formed In One Piece (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボトル状容器の製造方法に関し、特にポリエステル樹脂であるポリエチレンテレフタレート(PET)のプリフォームをブロー成形するボトル状容器で、樹脂の使用量の削減と軽量化を図ることができるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
従来からポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂等を用いて有底のプリフォームを射出成形し、得られたプリフォームを加熱昇温後、二軸延伸ブロー成形を行ってボトル状容器を製造することが行われており、得られたボトル状容器は、透明性、表面光沢、耐衝撃性、ガスバリア性等に優れ、各種飲料、食品、液体洗剤などの容器として広く使用されている。
【0003】
このようなボトル状容器を飲料用容器として用いるペットボトルは、通常、その平均肉厚が0.25〜0.3mm程度とされており、リサイクル法の施行にともない使用樹脂量の削減や軽量化の要求が高まっている。
【0004】
そこで、薄肉化したボトル状容器として、例えば特開平7−257534号公報に開示されたものがあり、胴部の平均肉厚を0.25mm以下とし、平均延伸倍率を10倍以上となるようにブロー成形するようにし、例えば5000mlのボトル状容器を成形している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなボトル状容器によれば、大容量の容器の場合には、軽量化を図ることができるとしても、飲料用ペットボトルなどの2000ml以下の比較的容量の小さい容器の場合では、必ずしも容器の軽量化を図ることが難しいという問題がある。
【0006】
また、二軸延伸ブロー成形での平均延伸倍率を10倍以上とするようにしているが、縦延伸倍率については、通常の2〜2.7倍の範囲であり、これ以上に縦延伸倍率を高めようとすると、過延伸による白化が起こったり、積層剥離(デラミ)や破裂などの問題があり、成形することが難しいという問題がある。
【0007】
また、容器の一部分を薄肉化して軽量化を図ることができる超薄肉ボトルとして、特開2001−122237号公報に開示されたものがあり、例えば500ml程度のボトルで肩部の平均肉厚を0.2〜0.3mmとし、胴部の平均肉厚を0.02〜0.05mmとし、胴部に変形強度を高める横リブを形成するようにしている。
【0008】
しかし、このような肉厚の変化量が大きいボトルを延伸ブロー成形する場合には、予めプリフォームを射出成形する場合に肉厚に変化をつけるようにする必要があったり、プリフォームを延伸ブロー成形する場合の成形条件の設定などが難しいという問題がある。
【0009】
この発明は上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、樹脂の使用量の削減と軽量化を図ることができ、しかもプリフォームの形状などの設計や延伸ブロー成形の成形条件なども容易に設定できるボトル状容器の製造方法を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためプリフォームの延伸ブロー成形について種々検討を重ねた結果、加熱条件と延伸方法を適正に設定することで、これまでの縦延伸倍率をさらに高めることができるとともに、過延伸による白化がなく、自立可能な薄肉のボトル状容器を成形できることを見出だしこの発明を完成したもので、その具体的な構成は以下の通りである。
【0011】
すなわち、この発明の請求項1記載のボトル状容器の製造方法は、ポリエステル樹脂製のプリフォームの肉厚方向の温度を均一化するように加熱昇温し、この加熱昇温後の前記ブロー成形を、前記プリフォームを約2倍程度縦延伸したところでプリブローを開始し、その後縦延伸を途中で停止してメインブローを行うようにしたことを特徴とするものである。
【0012】
このボトル状容器の製造方法によれば、プリフォームの肉厚方向の温度を均一化して加熱昇温し、加熱昇温後のブロー成形を、プリフォームを約2倍程度縦延伸したところでプリブローを開始し、その後縦延伸を途中で停止してメインブローを行うようにしており、これまでのボトル状容器に比べ、縦延伸倍率を高めて平均肉厚を薄くすることができ、樹脂の使用量を大幅に削減できるとともに、軽量化を図ることができるようになる。
【0013】
また、この発明の請求項2記載のボトル状容器の製造方法は、請求項1記載の構成に加え、前記プリフォームの加熱昇温を、均一加熱による予備加熱と、ブロー成形温度まで加熱する本加熱とで行うことを特徴とするものである。
【0014】
このボトル状容器の製造方法によれば、プリフォームの加熱昇温を、均一加熱による予備加熱と、ブロー成形温度まで加熱する本加熱とで行うようにしており、これまでのボトル状容器に比べ、均一に延伸して平均肉厚を薄くすることができ、樹脂の使用量を大幅に削減できるとともに、軽量化を図ることができるようになる。
【0015】
さらに、この発明の請求項3記載のボトル状容器の製造方法は、請求項1記載の構成に加え、前記プリフォームの加熱昇温を、ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うことを特徴とするものである。
【0016】
このボトル状容器の製造方法によれば、プリフォームの加熱昇温を、ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うようにしており、これまでのボトル状容器に比べ、部分加熱で初期延伸部分の延伸倍率を高めて均一に延伸して平均肉厚を薄くすることができ、樹脂の使用量を大幅に削減できるとともに、軽量化を図ることができるようになる。
【0017】
また、この発明の請求項4記載のボトル状容器の製造方法は、前記請求項1記載の構成に加え、前記プリフォームの加熱昇温を、均一加熱による予備加熱と、ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うことを特徴とするものである。
【0018】
このボトル状容器の製造方法によれば、プリフォームの加熱昇温を、均一加熱による予備加熱と、ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うようにしており、これまでのボトル状容器に比べ、加熱を3段階に分けて行うことで一層延伸倍率を高めて均一に延伸して平均肉厚を薄くすることができ、樹脂の使用量を大幅に削減できるとともに、軽量化を図ることができるようになる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1はこの発明のボトル状容器の一実施の形態にかかり、2000ml用の飲料用のペットボトルに適用した説明図である。
【0030】
このボトル状容器としてのペットボトル10は、ポリエチレンテレフタレートのプリフォームを射出成形し、これを加熱昇温した後、延伸ブロー成形して得られるものであり、未延伸の口部11およびサポートリング12と、延伸された肩部13、胴部14および底部15とからなり、底部15に設ける凹部16により自立可能な形状に成形されるとともに、胴部14の中央に内側に凹んだ補強用リブ14aが環状に形成してある。
【0031】
このペットボトル10は、軽量化を図るとともに、使用樹脂の削減を図ったものであり、延伸された肩部13、胴部14および底部15の平均肉厚が0.1〜0.2mmの範囲内、好ましくは0.1〜0.15mmの範囲内とされ、これにより、その肉厚変化量は0.1mm以内、好ましくは0.05mm以内となっており、大幅な軽量化が図られ、軽量化・薄肉化に伴なう剛性や強度を補強するための補強部として補強用ビード14aが設けてある。
【0032】
すなわち、従来のペットボトルでは、延伸された各部の肉厚が延伸成形状態により、通常0.25〜0.4mmの範囲とされ、これによりその肉厚変化量が0.15mm程度あり、肩部13の肉厚を厚くして剛性を確保したり、胴部14と底部15との境界付近の肉厚を厚くして座屈変形を防止するようにするとともに、胴部14の中央の補強用ビード14aもこれらを補うものである。
【0033】
このような従来の飲料用のペットボトルにおける肉厚は、必要とされる剛性や座屈強度からはさらに薄くすることも可能であったが、これまでのプリフォームからの延伸ブロー成形の成形条件からは、プリフォームの最低厚みを2.5〜3.0mmとする必要があり、これを延伸ブロー成形すると延伸倍率がこれまでの適正縦延伸倍率の2〜2.7を越えてしまい、過延伸白化、積層剥離(デラミ)、破裂などの要因となって成形不能となり、これ以上薄肉にすることは難しいとされていた。
【0034】
一方、この発明のペットボトル10では、プリフォームの加熱条件および延伸方法を改良することで、高延伸倍率としても過延伸白化などを招くこと無く自立可能な薄肉に成形可能とすることで得られたものである。
【0035】
したがって、得られる薄肉化および軽量化を図ったペットボトル10としては、平均肉厚が0.1〜0.2mmであるもののほか、プリフォームに対する縦延伸倍率が3倍以上かつ面積倍率が15倍以上であるものや、プリフォームの口部を除く内容積に対して体積変化倍率が95〜125倍であるものである。
【0036】
そこで、このような薄肉のペットボトル10を成形する製造方法について、図2および図3により説明する。
【0037】
まず、このペットボトル10の製造方法におけるプリフォームの加熱条件は、プリフォームの加熱を、図2に示すように、1次〜3次の3段階の加熱で行うようにしている。
【0038】
これまでのプリフォームの加熱は、常温のプリフォームを赤外線ヒータおよび内面加熱ヒータを組み合わせて本加熱を行い、プリフォームの搬送に伴う冷却を考慮してブロー成形時に110℃となるように115℃程度に加熱している。
【0039】
一方、プリフォームの延伸ブロー成形を可能とする最高温度は、125±3℃とされており、これ以上の高温では加熱による結晶化が起こってしまうことが知られている。
【0040】
また、近年、ペットボトルの製造のマシンスピードの上昇にともない短時間でプリフォームを加熱昇温することが行われており、例えば3〜5秒程度で加熱昇温する場合には、プリフォームの加熱昇温状態を見ると、プリフォームの肉厚方向についてはプリフォームの外表面と内表面とが高く、中央部が低くなっており、かなりの温度差が生じており、プリフォームの軸方向については、赤外線ヒータを軸方向に間隔をあけて複数設置してあるため隣接する赤外線ヒータで重複加熱される部分とそうでない部分とで温度差が生じ、フリフォームに加熱むらが生じている。
【0041】
このようなプリフォームの加熱むらを無くすことがペットボトル10の薄肉化を図るために重要であり、この発明では、プリフォームの肉厚方向の温度差を無くすため、図2(a)に示すように、1次加熱(予備加熱)として均熱装置17を用いて予め65〜75℃まで加熱する。これにより、プリフォーム20の外表面と内表面と肉厚中央部との温度差がほとんど無い状態にする。
【0042】
こうしてプリフォーム20を予熱して全体の温度を常温から65〜75℃まで上昇した後、同図(b)に示すように、2次加熱として本加熱を行い、赤外線ヒータを熱源としたパネルによるヒータボックス18aおよび内面加熱ヒータ18bを組み合わせてプリフォーム20を、搬送に伴う冷却を考慮してブロー成形時に125℃となるように130℃程度に加熱する。これにより、予備加熱によって既に65〜75℃まで昇温した状態からさらにヒータボックス18aにより加熱むらを生じないように加熱することで短時間に昇温できるとともに、肉厚方向の温度差も極力小さくでき、プリフォーム20の軸方向の加熱むらも抑えることができる。
【0043】
このプリフォームの本加熱後、同図(c)に示すように、ブロー成形の金型に入れ延伸ブロー成形を行うが、ブロー成形直前に3次加熱として部分加熱を行う。この3次加熱としての部分加熱は、ブロー成形の際に、まずプリフォーム20の延伸すべき部分のうちペットボトル10の肩部13および胴部14の上部に相当する部分を延伸するために行うもので、プリフォーム20の搬送に伴う冷却分を補うように赤外線ヒータを備えた温風ヒータ19で加熱し、例えば125℃に加熱する。
【0044】
これにより、ブロー成形直前、すなわちブロー金型に入れる直前には、プリフォーム20のうち、ペットボトル10の肩部13および胴部14の上部に相当する部分が125℃とされて最も高く、他の部分は搬送に伴う冷却の影響でこれよりも僅かに低い温度でほぼ均一に加熱された状態になっている。
【0045】
次に、このように均一かつ高温に加熱したプリフォームの延伸ブロー成形について、図3に示す工程図にしたがって説明する。
【0046】
このブロー成形に用いられるブロー金型21には、ペットボトル10の胴部14の中央部に形成する補強ビード14aを形成するための環状の突出部21aが形成されている。
【0047】
まず、プリフォーム20がブロー金型21に入れられた同図(a)の状態から、同図(b)に示すように、ストレッチロッド22によってプリフォーム20をその軸方向(縦)に延伸を開始し、約2倍程度に延伸する。このストレッチロッド22による延伸では、プリフォーム20の最も高く加熱してあるペットボトル10の肩部13に相当する部分が延伸されるとともに、これに続く胴部14の上部に相当する部分が延伸され、プリフォーム20のペットボトル10の胴部14の下部および底部15に相当する部分はほとんど延伸されない状態となる。
【0048】
次に、このストレッチロッド22により縦に2倍程度プリフォーム20が延伸されると、プリブローが開始され、ブローエアによってプリフォーム20のペットボトル10の肩部13に相当する部分が急激に横方向にも延伸されてブロー金型21に沿うペットボトル10の肩部13が成形される。
【0049】
これに引き続いてストレッチロッド22による延伸とブローエアの供給によりプリフォーム20が延伸され、同図(c)に示すように、ペットボトル10の肩部13に近い部分に続く胴部14の上部に相当する部分が急激に延伸されてブロー金型21に沿うよう成形され、プリフォーム20のペットボトル10の胴部14の下部および底部15に相当する部分も胴部14の上部に続く部分からストレッチロッド22による縦方向とブローエアによる横方向の延伸が組み合わされて延伸される。
【0050】
このようなストレッチロッド22による縦方向の延伸はペットボトル10の底部15まで行わず途中までで停止し、例えばペットボトル10の軸方向の3/4程度までとし、縦延伸倍率で約3倍程度まで延伸して停止する。
【0051】
すると、プリフォーム20は、ブロー金型21の突出部21aによって樹脂の流れが抑えられ、この突出部21aの上方に位置する部分の樹脂が高延伸され、均一に薄肉化される一方、突出部21aより下方に位置する樹脂は延伸されずに厚肉のままの状態となる。
【0052】
このストレッチロッド22による延伸の停止の後、同図(d)に示すように、ブローエアによるプリブローに替えてブローエアによるメインブローが行われてブロー成形される。
【0053】
このようにしてストレッチロッド22による延伸と、プリブローによる延伸と、ストレッチロッド22による延伸を停止した後のメインブローによる延伸とを組み合わせてプリフォーム20を延伸ブロー成形することで得られるペットボトル10は、延伸された肩部13、胴部14および底部15の平均肉厚が0.1〜0.2mmの範囲内の0.1〜0.15mmの範囲内となり、その肉厚変化量は0.1mm以内の0.05mm以内となり、大幅な軽量化が図られるとともに、使用樹脂の削減を図ることができる。
【0054】
また、底部15の肉厚がごく薄くなることが防止できるので、自立性を確保することができる。
【0055】
さらに、このブロー成形では、ブロー金型21に補強用ビード14aを形成する突出部21aが設けてあるので、プリフォーム20の樹脂の流れを制御することができ、肩部13や胴部14の上部を高延伸状態としながら底部15の薄肉化を防止し、ペットボトル全体の肉厚の均一化を図ることができる。
【0056】
また、ペットボトル10の胴部14の中央部に形成した補強用ビード14aによって剛性及び強度を確保することができ、特に薄肉・軽量化に伴って蓋を開けた状態の容器を持ったときに内容物が飛び出してしまうようなこともない。
【0057】
なお、図4は2000mlのペットボトルの肉厚を実測した一例を示すものである。
【0058】
また、ペットボトル10の胴部14に形成する補強部としては、中央部に1本の補強用ビード14aを形成する場合に限らず、例えば図5に示すように、横ビードを複数本形成するマルチビード14bを設けるようにすれば、一層ペットボトル10の胴部14の剛性や強度を向上することができる。
【0059】
さらに、補強部として、例えば図6に示すように、直線や曲線の多角形状などの凹面または凸面で単位補強面を構成し、この単位補強面を周方向に凹凸面が繰り返されるように連続して形成し、上下には補強ユニットを位相差をもって凹凸面が繰り返されるように連続して形成することで構成されるダイヤカット状凹凸14cを設けるようにしても良く、図6では、単位補強面を略ひし形状の4辺形の凹面または凸面で中央部に完全な折り目を形成して構成したものである。
【0060】
このような面状の補強部を設けるようにすれば、なお一層ペットボトル10の胴部14の剛性や強度を向上することができる。
【0061】
また、このペットボトルの製造方法では、延伸する部分の平均肉厚を0.1〜0.2mmの範囲内の0.1〜0.15mmにでき、この延伸ブロー成形によるプリフォームの延伸倍率は、縦延伸倍率が3倍以上でしかも面積倍率が15倍以上となっており、プリフォームの加熱条件と延伸ブロー成形条件とを改良するようにしたので、これまでの延伸ブロー成形では難しいとされていた縦延伸倍率を2.7倍以上にすることができ、例えば縦延伸倍率を3.62倍としても過延伸白化、デラミ(積層剥離)、破裂などの問題を生じること無く延伸ブロー成形することができ、しかも面積倍率で15倍以上、例えば面積倍率で約18倍としても良好なペットボトルを成形することが可能である。
【0062】
このようなプリフォームの縦延伸倍率は、3倍以上として延伸ブロー成形するが、成形条件などを考慮すると、4倍以下が好ましく、面積倍率も15倍以上として延伸ブロー成形するが、成形条件などを考慮すると20倍以下が好ましい。
なお、ここで面積倍率とは、縦延伸倍率と横延伸倍率の積をいう。
【0063】
さらに、この延伸ブロー成形のプリフォーム20の口部を除く内容積に対してペットボトル10の体積変化倍率が95〜125倍となっており、プリフォーム20の加熱条件と延伸ブロー成形条件とを改良するようにしたので、このような体積変化倍率でも良好なペットボトル10を成形することができるが、ブロー成形条件からは体積変化倍率を95〜115倍の範囲内とすることが最も好ましい。例えば2000ml用の容器の延伸ブロー成形の場合、ボトル内容積が2100ml、プリフォーム内容積は19.19mlとしたので、体積変化倍率が109.4倍であり、この場合でも良好なペットボトルを得ることができた。
【0064】
これにより、これまでに比べ小さなプリフォーム20にでき、プリフォーム20の射出成形を効率的に行うことができるとともに、ペットボトル10の薄肉化を図って軽量化や使用樹脂量の削減を図ることができる。
【0065】
また、このペットボトルの製造方法では、プリフォーム20の加熱昇温を、プリフォーム20の肉厚方向の温度を均熱化する予備加熱と、この予備加熱後ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うようにしたので、高温かつ均一にプリフォーム20を加熱することができるとともに、初期延伸部分を一層高温に加熱でき、延伸倍率を高めて薄肉化した成形を行うことができる。
【0066】
これら発明のペットボトルでは、プリフォームの肉厚を限界まで延伸ブロー成形して薄肉化するようにしているので、プリフォームの肉厚を調整して製品の肉厚を調整制御する必要がなく、プリフォームの肉厚をほぼ一定に射出成形すれば良く、これまでのプリフォームの射出成形に比べ、一層容易に成形することができる。
【0067】
また、これらペットボトル10では、薄肉になっているので、廃棄する場合に簡単に押し潰すことができ、リサイクルなどのための回収も容易となる。
【0068】
なお、上記実施の形態では、2000mlのペットボトルを例に説明したが、これに限らず、他の容積の場合にも同様に適用することができる。
【0069】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項1記載のボトル状容器の製造方法によれば、プリフォームの肉厚方向の温度を均一化して加熱昇温し、加熱昇温後のブロー成形を、プリフォームを約2倍程度縦延伸したところでプリブローを開始し、その後縦延伸を途中で停止してメインブローを行うようにしたので、これまでのボトル状容器に比べ、縦延伸倍率を高めて平均肉厚を薄くすることができ、樹脂の使用量を大幅に削減できるとともに、軽量化を図ることができる。
【0070】
また、この発明の請求項2記載のボトル状容器の製造方法によれば、プリフォームの加熱昇温を、均一加熱による予備加熱と、ブロー成形温度まで加熱する本加熱とで行うようにしたので、これまでのボトル状容器に比べ、均一に延伸して平均肉厚を薄くすることができ、樹脂の使用量を大幅に削減できるとともに、軽量化を図ることができる。
【0071】
さらに、この発明の請求項3記載のボトル状容器の製造方法によれば、プリフォームの加熱昇温を、ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うようにしたので、これまでのボトル状容器に比べ、部分加熱で初期延伸部分の延伸倍率を高めて均一に延伸して平均肉厚を薄くすることができ、樹脂の使用量を大幅に削減できるとともに、軽量化を図ることができる。
【0072】
また、この発明の請求項4記載のボトル状容器の製造方法によれば、プリフォームの加熱昇温を、均一加熱による予備加熱と、ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うようにしたので、これまでのボトル状容器に比べ、加熱を3段階に分けて行うことで一層延伸倍率を高めて均一に延伸して平均肉厚を薄くすることができ、樹脂の使用量を大幅に削減できるとともに、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のボトル状容器の一実施の形態にかかり、2000ml用の飲料用のペットボトルに適用した説明図である。
【図2】この発明のボトル状容器の製造方法の一実施の形態にかかり、プリフォームを加熱する工程の説明図である。
【図3】この発明のボトル状容器の製造方法の一実施の形態にかかり、プリフォームを延伸ブロー成形する工程の説明図である。
【図4】この発明のボトル状容器の製造方法の一実施の形態にかかり、製造されたペットボトルの肉厚分布の説明図である。
【図5】この発明のボトル状容器の他の一実施の形態にかかり、2000ml用の飲料用のペットボトルに適用した説明図である。
【図6】この発明のボトル状容器のさらに他の一実施の形態にかかり、2000ml用の飲料用のペットボトルに適用した説明図である。
【符号の説明】
10 ペットボトル(ボトル状容器)
11 口部
12 サポートリング
13 肩部
14 胴部
14a 補強用ビード(補強部)
14b マルチビード(補強部)
14c ダイヤカット状凹凸(補強部)
15 底部
16 凹部
17 均熱装置
18a ヒータボックス
18b 内面ヒータ
19 温風ヒータ
20 プリフォーム
21 ブロー金型
21a 突出部
22 ストレッチロッド

Claims (4)

  1. ポリエステル樹脂製のプリフォームの肉厚方向の温度を均一化するように加熱昇温し、この加熱昇温後の前記ブロー成形を、前記プリフォームを約2倍程度縦延伸したところでプリブローを開始し、その後縦延伸を途中で停止してメインブローを行うようにしたことを特徴とするボトル状容器の製造方法。
  2. 前記プリフォームの加熱昇温を、均一加熱による予備加熱と、ブロー成形温度まで加熱する本加熱とで行うことを特徴とする請求項1記載のボトル状容器の製造方法。
  3. 前記プリフォームの加熱昇温を、ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うことを特徴とする請求項1記載のボトル状容器の製造方法。
  4. 前記プリフォームの加熱昇温を、均一加熱による予備加熱と、ブロー成形温度まで加熱する本加熱と、初期延伸部分を加熱する部分加熱とで行うことを特徴とする請求項1記載のボトル状容器の製造方法。
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