WO2015151559A1 - ボトルの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、有底筒状に形成され、底壁部（１９）に、外周縁部に位置する接地部（１８）と、接地部（１８）に立設され接地部（１８）の内側を閉塞する多段有頂筒状の変形筒部と、が備えられたボトル（１０）を形成するボトルの製造方法であって、プリフォームを２軸延伸ブロー成形して一次中間成形品に成形する一次ブロー成形工程と、一次中間成形品を加熱して二次中間成形品に強制的に収縮成形する加熱処理工程と、二次中間成形品をブロー成形してボトル（１０）に成形する二次ブロー成形工程と、を有している。

Description

ボトルの製造方法

　本発明は、ボトルの製造方法に関する。
本願は、２０１４年３月３１日に、日本に出願された特願２０１４－０７３２６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来から、例えば下記特許文献１に示されるような、有底筒状に形成されたボトルが知られている。このボトルの底壁部には、外周縁部に位置する接地部と、接地部に立設され接地部の内側を閉塞する多段有頂筒状の変形筒部と、が備えられている。
　このボトルでは、例えば高温の内容物がこのボトル内に充填された後、冷却される等してボトル内が減圧したときに、変形筒部がボトル軸方向の内側に向けて変形することで、減圧吸収性能が発揮される。

国際公開第２０１０／０６１７５８号

　ところで、この種のボトルを、２軸延伸ブロー成形によってプリフォームから形成する場合、多段有頂筒状の変形筒部において、例えば肉だまりが形成される等して材料の使用量が多くなり易い。
　ここで、材料の使用量を抑えるためには、変形筒部の薄肉化を図ることが考えられるものの、単に変形筒部の薄肉化を図るだけでは、変形筒部の耐熱性が確保できない。その結果、例えば、前述のように高温の内容物をこのボトルに充填したときに、変形筒部が内容物の熱の影響を受けて、この変形筒部が、ボトル軸方向の外側に向けて反転変形していわゆる底落ちする等の可能性がある。
　この問題を解決する手段として、例えば、ボトルを形成する金型のうち、ボトルの底壁部を形成する底型の温度を上昇させ、高温の底型によってボトルを成形する方法がある。
　しかしながらこの場合、変形筒部が硬くなり易く、変形筒部による減圧吸収性能が確保できない可能性がある。

　本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、変形筒部による減圧吸収性能および変形筒部の耐熱性を確保しつつ、変形筒部の薄肉化を図ることを目的とする。

　本発明に係るボトルの製造方法は、有底筒状に形成され、底壁部に、外周縁部に位置する接地部と、前記接地部に立設され前記接地部の内側を閉塞する多段有頂筒状の変形筒部と、が備えられたボトルを形成するボトルの製造方法であって、前記変形筒部は、前記接地部にボトル径方向の内側から連なり、ボトル軸方向の内側である上方に向けて延びる立ち上がり周壁部と、前記立ち上がり周壁部の上端部からボトル径方向の内側に向けて突出する環状の可動壁部と、前記可動壁部のボトル径方向の内端部から上方に向けて延びる陥没周壁部と、を備え、前記可動壁部は、前記立ち上がり周壁部との接続部分を中心に前記陥没周壁部とともに上方に向けて移動自在に配設され、プリフォームを２軸延伸ブロー成形して一次中間成形品に成形する一次ブロー成形工程と、前記一次中間成形品を加熱して二次中間成形品に強制的に収縮成形する加熱処理工程と、前記二次中間成形品をブロー成形して前記ボトルに成形する二次ブロー成形工程と、を有している。

　この場合、ボトル内が減圧すると、変形筒部が変形し、可動壁部が陥没周壁部とともに上方に向けて移動する。これにより、変形筒部による減圧吸収性能が発揮される。
　ここで、前記ボトルの製造方法によれば、一次ブロー成形工程、加熱処理工程および二次ブロー成形工程を有するいわゆるダブルブロー成形によりボトルを形成する。したがって、ボトルを、１回の２軸延伸ブロー成形によってプリフォームから形成するいわゆるシングルブロー成形を採用した場合に比べて、変形筒部の密度を向上させることができる。
　これにより、変形筒部を薄肉にしても、例えば可動壁部の密度を維持すること等が可能になり、変形筒部の耐熱性を確保することができる。
　またこのように、ダブルブロー成形を採用して変形筒部の密度を向上させることで、変形筒部の耐熱性を確保することができる。したがって、シングルブロー成形を採用した上で変形筒部に同等の耐熱性を具備させたボトルを形成する場合に比べて、底型の温度を低く抑えることができる。これにより、変形筒部による減圧吸収性能も確保することができる。

　前記可動壁部の密度は、１．３７４ｇ／ｃｍ^３以上であってもよい。

　この場合、可動壁部の密度が、１．３７４ｇ／ｃｍ^３以上であり、変形筒部のうち、積極的に移動し易い部分である可動壁部の密度が、一定以上に高められている。これにより、変形筒部の耐熱性を効果的に確保することができる。

　本発明によれば、変形筒部による減圧吸収性能および変形筒部の耐熱性を確保しつつ、変形筒部の薄肉化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るボトルの製造方法により形成されるボトルの側面図である。 図１に示すボトルの底面図である。 図２に示すボトルのＸ－Ｘ断面矢視図である。

　以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係るボトルを説明する。
　本実施形態に係るボトル１０は、図１に示すように、有底筒状に形成されている。ボトル１０は、口部１１、肩部１２、胴部１３及び底部１４を備え、これらがそれぞれの中心軸線を共通軸上に位置させた状態でこの順に連設された概略構成とされている。
　以下、前記共通軸をボトル軸Ｏといい、ボトル軸Ｏ方向に沿って口部１１側を上側、底部１４側を下側という。また、ボトル軸Ｏ方向から見た平面視において、ボトル軸Ｏに直交する方向をボトル径方向といい、ボトル軸Ｏ回りに周回する方向をボトル周方向という。

　なおボトル１０は、例えばポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂材料で一体に形成されている。このボトル１０は、例えば７５℃～８７℃、具体的には約８５℃以上の内容物を充填するいわゆる耐熱ボトルとして用いることができる。

　口部１１は筒状に形成され、口部１１に図示されないキャップが装着される。さらに、口部１１、肩部１２、胴部１３及び底部１４はそれぞれ、ボトル軸Ｏに直交する横断面視形状が円形状とされている。
　肩部１２は、口部１１の下端に連なり下方に向かうに従い漸次拡径している。肩部１２には、その外周面に沿ってボトル軸Ｏ方向に延びる縦溝１２ａが、周方向に間隔をあけて複数形成されている。

　胴部１３は筒状に形成されている。胴部１３には、全周にわたって連続して延びる区画溝１６ａ、１６ｂが、ボトル軸Ｏ方向に間隔をあけて複数配置されている。区画溝１６ａ、１６ｂとしては、第１区画溝１６ａと、第２区画溝１６ｂと、が備えられている。

　第１区画溝１６ａは、ボトル軸Ｏ方向に間隔をあけて一対設けられている。第１区画溝１６ａは、ボトル軸Ｏ方向の上端部１３ａおよび下端部１３ｂと、これらの両端部同士の間に位置する中間部１３ｃと、を各別に区画している。第２区画溝１６ｂは、中間部１３ｃのボトル軸Ｏ方向の中央部に１つ配置されている。第２区画溝１６ｂは、中間部１３ｃをボトル軸Ｏ方向に区画する。第２区画溝１６ｂは、第１区画溝１６ａよりも深い。

　胴部１３のボトル軸Ｏ方向の両端部１３ａ、１３ｂにはそれぞれ、全周にわたって連続して延びる細溝１６ｃが、ボトル軸Ｏ方向に間隔をあけて複数形成されている。
　胴部１３のボトル軸Ｏ方向の中間部１３ｃには、全周にわたって連続して延びる周溝１６ｄがボトル軸Ｏ方向に間隔をあけて複数形成されている。周溝１６ｄは、中間部１３ｃにおいて第２区画溝１６ｂにより区画された部分（以下、「区画部分」という）それぞれに複数ずつ、図示の例では同数ずつ形成されている。

　周溝１６ｄの溝幅は、細溝１６ｃの溝幅よりも広く、周溝１６ｄは、細溝１６ｃよりも深い。複数の周溝１６ｄは、胴部１３の中間部１３ｃの前記区画部分それぞれにおけるボトル軸Ｏ方向の全域にわたって、ボトル軸Ｏ方向に間隔をあけて配置されている。各周溝１６ｄは、胴部１３の側面視でボトル軸Ｏ方向に屈曲しながら周方向に沿って周期的に延びる互いに同形同大の波形状を呈している。ボトル軸Ｏ方向で隣り合う周溝１６ｄ同士は、全周にわたってボトル軸Ｏ方向に互いに離間している。ボトル軸Ｏ方向で隣り合う周溝１６ｄの各位相が互いにずれている。

　底部１４は、胴部１３の下端部１３ｂに連なり胴部１３の下端開口部を閉塞するカップ状に形成されている。具体的には、底部１４は、上端開口部が胴部１３の下端開口部に接続されたヒール部１７と、ヒール部１７の下端開口部を閉塞し、かつ外周縁部が接地部１８とされた底壁部１９と、を備えるカップ状に形成されている。

　図２および図３に示すように、底壁部１９の接地部１８は、ボトル軸Ｏと同軸に配置された環状に形成され、ボトル周方向の全周にわたって連続して延びている。接地部１８には、この接地部１８の内側を閉塞する多段有頂筒状の変形筒部２０が立設されている。
　変形筒部２０は、この変形筒部２０を構成する筒状部のうち、上側（ボトル軸方向の内側）に位置する筒状部が、下側（ボトル軸方向の外側）に位置する筒状部に対して、上側に向けて相対的に変位するように変形することで、減圧吸収性能を発揮する。

　図３に示すように、変形筒部２０は、接地部１８にボトル径方向の内側から連なり上方に向けて延びる立ち上がり周壁部２１と、立ち上がり周壁部２１の上端部からボトル径方向の内側に向けて突出する環状の可動壁部２２と、可動壁部２２のボトル径方向の内端部から上方に向けて延びる陥没周壁部２３と、を備えている。
　立ち上がり周壁部２１には、凹凸部２１ａが全周に亘って形成されている。凹凸部２１ａは、ボトル径方向の内側に向けて突の曲面状に形成された複数の突部が、ボトル周方向に間隔をあけて配設された構成となっている。

　可動壁部２２は、下方に向けて突の曲面状に形成されるとともに、ボトル径方向の外側から内側に向かうに従い漸次下方に向けて延在している。可動壁部２２と立ち上がり周壁部２１とは、上方に向けて突の曲面部（立ち上がり周壁部との接続部分）２５を介して連結されている。可動壁部２２は、陥没周壁部２３を上方に向けて移動させるように、曲面部２５を中心に移動自在となっている。

　図２および図３に示すように、可動壁部２２には、複数のリブ２９がボトル軸Ｏを中心に放射状に配設されている。リブ２９は、上方に向けて曲面状に窪む複数の凹部２９ａがボトル径方向に沿って断続的に配設された構成となっている。なお、リブ２９におけるボトル径方向の内側の端部は、可動壁部２２内に位置していてもよく、陥没周壁部２３内に位置していてもよい。
　ここで本実施形態では、可動壁部２２の密度は、１．３７４ｇ／ｃｍ^３以上であり、可動壁部２２のうち、密度が最も低い部分の密度が、１．３７４ｇ／ｃｍ^３以上である。

　陥没周壁部２３は、ボトル軸Ｏと同軸に配設されるとともに、陥没周壁部２３の上端部には、ボトル軸Ｏと同軸に配置された頂壁２４が接続されており、これらの陥没周壁部２３及び頂壁２４は全体で有頂筒状をなしている。陥没周壁部２３は円筒状に形成されている。頂壁２４は平板状に形成されている。

　図３に示すように、陥没周壁部２３は、上方から下方に向かうに従い漸次拡径された多段筒状に形成されている。陥没周壁部２３は、可動壁部２２のボトル径方向の内端部から上方に向かうに従い漸次縮径された下筒部２３ａと、頂壁２４の外周縁部から下方に向かうに従い漸次拡径され下筒部２３ａより小径の上筒部２３ｂと、これらの両筒部２３ａ，２３ｂ同士を連結する環状段部２３ｃと、を備えている。

　下筒部２３ａおよび上筒部２３ｂは、変形筒部２０の縦断面視において、直線状に延在していて、ボトル軸Ｏに対して傾斜している。前記縦断面視において、下筒部２３ａの傾斜角度は、上筒部２３ｂの傾斜角度よりも大きくなっている。
　下筒部２３ａは、可動壁部２２のボトル径方向の内端部に、下方に向けて突の曲面部２６を介して連結されている。曲面部２６は、ボトル径方向の内側を向く斜め下方に向けて突出している。曲面部２６は、可動壁部２２と下筒部２３ａとを段差なく滑らかに連結している。上筒部２３ｂと頂壁２４との接続部分は、ボトル径方向の外側を向く斜め上側に向けて突の曲面状に形成されている。

　環状段部２３ｃは、表裏面がボトル軸Ｏ方向を向く板状に形成されている。環状段部２３ｃは、立ち上がり周壁部２１の上端部とボトル軸Ｏ方向に同等の高さに位置している。
　環状段部２３ｃにおける外周縁部には、上側に向けて窪む凹条部２７が設けられている。凹条部２７は、周方向の全周にわたって連続して延びている。凹条部２７は、上側に向けて突の曲面状に形成されている。凹条部２７において、ボトル径方向の内側を向く外周面は、下筒部２３ａに段差なく滑らかに連なっている。環状段部２３ｃと上筒部２３ｂとの接続部分は、ボトル径方向の内側を向く斜め下側に向けて突の曲面状に形成されている。

　前記ボトル１０では、ボトル１０の内圧が変動したときに、可動壁部２２を上側に向けて回動させその内圧変動を吸収させることができる。これにより、肩部１２及び胴部１３それぞれのボトル径方向の変形を抑えることができる。

　次に、前記ボトル１０の製造方法の一例について説明する。この製造方法は、プリフォームを２軸延伸ブロー成形して一次中間成形品に成形する一次ブロー成形工程と、一次中間成形品を加熱して二次中間成形品に強制的に収縮成形する加熱処理工程と、二次中間成形品をブロー成形してボトル１０に成形する二次ブロー成形工程と、を有している。

　一次ブロー成形工程は、例えば、通常の２軸延伸ブロー成形と同様に実施する。このとき、前記プリフォームにおいて口部となる部分を除く部分、つまり肩部１２、胴部１３および底部１４となる部分である本体部を延伸して成形する。

　加熱処理工程では、前記一次中間成形品内に生じる内部残留応力を強制的に消滅させるとともに前記一次中間成形品の結晶化を促進させる。なおこの加熱処理工程では、一次ブロー成形工程用の金型を使用することができる。このとき、前記一次中間成形品において、前記プリフォームの本体部を延伸して成形された各部分（以下、「延伸成形部分」という）内に発生している内部残留応力に従って、延伸成形部分を自由に収縮変形させ、内部残留応力を強制的に消滅させる。これにより、前記二次中間成形品が成形される。

　なお、前記二次中間成形品における延伸成形部分は、前記ボトル１０において肩部１２、胴部１３および底部１４を含むボトル本体１５と同等の大きさまたは僅かに小さい大きさとなる。前記二次中間成形品における延伸成形部分の大きさの調整は、例えば、前記プリフォームから前記一次中間成形品への延伸成形の倍率や、前記一次中間成形品の寸法を設定すること等により実施することができる。

　二次ブロー成形工程は、例えば、通常の２軸延伸ブロー成形と同様に実施する。このとき、前記二次中間成形品における延伸成形部分の一次ブロー成形工程に比べて延伸倍率は小さくなる。
　以上により、前記プリフォームから前記ボトル１０が形成される。

　以上説明したように、本実施形態に係るボトルの製造方法によれば、一次ブロー成形工程、加熱処理工程および二次ブロー成形工程を有するいわゆるダブルブロー成形によりボトル１０を形成する。したがって、ボトル１０を、１回の２軸延伸ブロー成形によってプリフォームから形成するいわゆるシングルブロー成形を採用した場合に比べて、変形筒部２０の密度を向上させることができる。これにより、変形筒部２０を薄肉にしても、例えば可動壁部２２の密度を維持すること等が可能になり、変形筒部２０の耐熱性を確保することができる。
　また可動壁部２２の密度が、１．３７４ｇ／ｃｍ^３以上であり、変形筒部２０のうち、積極的に移動し易い部分である可動壁部２２の密度が、一定以上に高められている。これにより、変形筒部２０の耐熱性を効果的に確保することができる。

　また前述のように、ダブルブロー成形を採用して変形筒部２０の密度を向上させることで、変形筒部２０の耐熱性を確保することができる。したがって、シングルブロー成形を採用した上で変形筒部２０に同等の耐熱性を具備させたボトル１０を形成する場合に比べて、底型の温度を低く抑えることができる。これにより、変形筒部２０による減圧吸収性能も確保することができる。

　なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

　縦溝１２ａ、区画溝１６ａ、１６ｂ、細溝１６ｃおよび周溝１６ｄがなくてもよい。
　立ち上がり周壁部２１は、例えばボトル軸Ｏ方向に沿って平行に延在させたり、ボトル軸Ｏに対して傾斜するように延在させたりする等、適宜変更してもよい。
　可動壁部２２は、例えばボトル径方向に沿って平行に突出させる等、適宜変更してもよい。

　ボトル１０を形成する合成樹脂材料は、ポリエチレンテレフタレートに限らず、例えばポリエチレンナフタレート、非晶性ポリエステル等、またはこれらのブレンド材料等、適宜変更してもよい。
　ボトル１０は単層構造体に限らず中間層を有する積層構造体としてもよい。この中間層としては、例えばガスバリア性を有する樹脂材料からなる層、再生材からなる層、若しくは酸素吸収性を有する樹脂材料からなる層等が挙げられる。
　前述した実施形態では、肩部１２、胴部１３及び底部１４それぞれのボトル軸Ｏに直交する横断面視形状を円形状としたが、これに限らず例えば、多角形状にする等適宜変更してもよい。

　その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

　次に、以上説明した作用効果を検証する検証試験について説明する。

　この検証試験では、比較例１～４および実施例１として、前記実施形態に示す構造を有する５つのボトルを、成形条件を互い異ならせて形成した。各ボトルの成形条件などを以下の表１に示す。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（成型方法、底型温度、変形筒部の肉厚の平均値および変形筒部の重量）
　表１に示すように、比較例１～４では、シングルブロー成形により、つまりプリフォームから１回の２軸延伸ブロー成形によりボトルを形成した。実施例１では、前記実施形態で説明したボトルの製造方法によりボトルを形成した。
　比較例１～３では、底型の温度を５０℃とし、比較例４では、底型の温度を１２０℃とした。実施例１では、２次ブロー成形工程における底型の温度を５０℃とした。
　なお、変形筒部の肉厚の平均値および変形筒部の重量（質量）は、それぞれ表１に示す通りである。比較例１～４および実施例１に係る各ボトルは、同様の構造を有するものの、変形筒部の肉厚や重量などにおいて互いに異なっている。

（可動壁部の密度、耐熱温度）
　比較例１～４および実施例１それぞれについて、可動壁部の外周部における密度、可動壁部の内周部における密度および耐熱温度は、表１に示す通りである。なお耐熱温度とは、ボトル内に内容物を充填するときに、ボトルの変形筒部が変形せず、冷却時に減圧吸収することができる内容物の温度の上限値を意味する。
　この結果から、比較例１～３と比較例４との可動壁部の外周部における密度を比較することで、底型の温度を高めると、可動壁部の密度を高めることができることが確認された。またその結果として、耐熱温度も高められることが確認された。
　そして、比較例１～３および比較例４に実施例１を加えた上で、それぞれの可動壁部の外周部における密度を比較することで、ダブルブロー成形によりボトルを形成することで、底型の温度を上昇させなくても、可動壁部の密度を高めることができることが確認された。またその結果として、耐熱温度も高められることが確認された。

（減圧吸収性能）
　比較例１～４および実施例１それぞれについて、減圧吸収性能（表１には未記載）を確認した。その結果、比較例１～３と実施例１とは同等の減圧吸収性能を発揮していたものの、比較例４は、比較例１～３や実施例１よりも減圧吸収性能について劣っていた。この結果から、ダブルブロー成形によりボトルを形成し底型の温度を低く抑えることで、減圧吸収性能が確保されることが確認された。

本発明によれば、変形筒部による減圧吸収性能および変形筒部の耐熱性を確保しつつ、変形筒部の薄肉化を図ることができる。

１０　ボトル
１８　接地部
１９　底壁部
２０　変形筒部
２１　立ち上がり周壁部
２２　可動壁部
２３　陥没周壁部
２５　曲面部（立ち上がり周壁部との接続部分）
Ｏ　ボトル軸

Claims (2)

1. 　有底筒状に形成され、底壁部に、外周縁部に位置する接地部と、前記接地部に立設され前記接地部の内側を閉塞する多段有頂筒状の変形筒部と、が備えられたボトルを形成するボトルの製造方法であって、
   　前記変形筒部は、前記接地部にボトル径方向の内側から連なり、ボトル軸方向の内側である上方に向けて延びる立ち上がり周壁部と、前記立ち上がり周壁部の上端部からボトル径方向の内側に向けて突出する環状の可動壁部と、前記可動壁部のボトル径方向の内端部から上方に向けて延びる陥没周壁部と、を備え、
   　前記可動壁部は、前記立ち上がり周壁部との接続部分を中心に前記陥没周壁部とともに上方に向けて移動自在に配設され、
   　プリフォームを２軸延伸ブロー成形して一次中間成形品に成形する一次ブロー成形工程と、
   　前記一次中間成形品を加熱して二次中間成形品に強制的に収縮成形する加熱処理工程と、
   　前記二次中間成形品をブロー成形して前記ボトルに成形する二次ブロー成形工程と、を有しているボトルの製造方法。
2. 　前記可動壁部の密度は、１．３７４ｇ／ｃｍ^３以上である請求項１に記載のボトルの製造方法。

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