JP2002172681A - 延伸ブロー容器及びその成形方法 - Google Patents

延伸ブロー容器及びその成形方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 容器の壁部断面を結晶密度の上から多層化し
て表層の結晶密度を高密度となし、延伸ブロー容器の強
度向上と耐熱処理の容易性とを図る。 【解決手段】 有底のプリフォーム１を縦方向と横方向
とに延伸ブローして成形した薄肉のプラスチック容器２
である。壁部断面を結晶密度が延伸による高密度の内外
側の表層２ａと、表層２ａよりも低密度のコア層２ｂ
と、両層間２ａ，２ｂの結晶密度に勾配を有する中間層
２ｃとから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、射出成形した有
底のプリフォームを縦方向と横方向とに延伸ブローし
て、主たる部分を薄肉に形成したプラスチックの延伸ブ
ロー容器と、その成形方法とに関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】ボトル等の細口容器や
広口容器などの包装用プラスチック容器を、延伸ブロー
成形により成形する手段としては、予め成形してストッ
クして置いた有底のプリフォームを、ガラス転移点より
も高い温度に加熱軟化して、容器に延伸ブローするコー
ルドパリソン法と、射出成形した柔らかな有底のプリフ
ォームを、ガラス転移点よりも高い保有熱を有するうち
に、直ちに容器に延伸ブローするホットパリソン法とが
ある。
【０００３】コールドパリソン法では、室温のプリフォ
ームを外部熱により加熱して軟化していることから、プ
リフォーム温度が均一となり、延伸ブロー成形された容
器の壁部断面の結晶密度も均一化されて、耐熱処理も容
易な容器が得られるとされている。
【０００４】ホットパリソン法では、保有熱によりプリ
フォームが軟化しているうちに、延伸ブローを済ます必
要があることから、プリフォーム温度が不均一となりや
すく結晶密度もコールドパリソン法に比べて低密度であ
り、強度的には特に差はないが耐熱処理に難点があると
されている。
【０００５】この発明は上記事情から考えられたもので
あって、その目的は、延伸ブロー容器の壁部断面を結晶
密度の上から多層化して、表層の結晶密度を内部の結晶
密度よりも著しく高密度となすとともに、中間層の介在
により容器の更なる強度向上と耐熱処理の容易性とを図
り得る新たな延伸ブロー容器と成形方法とを提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明
の延伸ブロー容器は、有底のプリフォームを縦方向と横
方向とに延伸ブローして成形した薄肉のプラスチック容
器であって、その容器の壁部断面を結晶密度の上から、
高密度の内外側の表層と、その表層よりも低密度のコア
層と、両層間に勾配した結晶密度をもって介在した中間
層とからなる多層構造に構成してなるというものであ
り、容器の壁部断面における上記コア層の領域は、プリ
フォームの壁部断面の肉厚の増減に比例的に変動し、そ
のコア層の領域の大小にかかわらず上記中間層が勾配し
た結晶密度をもって介在する、というものでもある。
【０００７】また、この発明の延伸ブロー容器は、ポリ
エチレンテレフタレートからなり、上記内外の表層の結
晶密度は１．４前後以上、上記コア層の結晶密度は１．
３２〜１．３６と表層よりも低く、両層間に介在する中
間層の結晶密度は１．４前後以上から１．３２〜１．３
６に低く勾配を有する、というものである。
【０００８】この発明の成形方法は、有底のプリフォー
ムを射出成形時に配向温度以下に急冷して、そのプリフ
ォームの壁部内外の表層を冷却温度と時間との関連によ
り半硬化皮層に形成し、その半硬化皮層により形態を維
持してプリフォームを金型から離型したのち、プリフォ
ームの壁部中央の温度が非結晶温度領域又はその近傍に
あって、プリフォームの外側の表面温度が上昇中で半硬
化皮層が引張抵抗を十分に有するうちに延伸ブロー成形
し、壁部断面が結晶密度の上から高密度の内外側の表層
と、その表層よりも低密度のコア層と、両層間に勾配し
た結晶密度をもって介在した中間層とからなる多層構造
の容器に成形してなる、というものである。
【０００９】また上記成形方法において、上記プリフォ
ームはポリエチレンテレフタレートからなり、そのプリ
フォームの外側の表面温度が上昇中で９５°〜１１１５
℃、壁部中央の温度が１２５°〜１４０℃の範囲にあっ
て、３０℃前後の温度差があるうちに、該プリフォーム
を延伸ブロー成形する、というものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図において、１は熱可塑性プラス
チック、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）などによる有底のプリフォームで、口部１１とそれ
に連なる胴部１２及び底部１３からなり、溶融したプラ
スチックを金型に射出充填して成形することができる。
【００１１】２は上記プリフォーム１を延伸ブロー成形
して作られた広口の容器で、プリフォーム１の口部１１
による口部２１と、その口部下側から薄肉に延伸ブロー
された胴部２２及び底部２３とからなり、その壁部断面
は結晶密度が高密度の内外側の表層２ａ，２ａと、その
表層２ａ，２ａよりも低密度のコア層２ｂと、両層間２
ａ，２ｂに勾配した結晶密度をもって介在した中間層２
ｃとによる多層構造の壁部断面からなる。
【００１２】このような結晶密度の上から壁部断面を多
層化した容器２は、ホットパリソン法による延伸ブロー
形成により容易に製造することができる。しかし、内外
側の表層２ａ，２ａを結晶密度を高密度に、コア層２ｂ
を低密度に構成するには、プリフォーム１を射出成形時
に配向温度以下に急冷して、そのプリフォーム１の壁部
内外の表層を冷却温度と時間との関連により半硬化皮層
１ａ，１ｂに形成する必要がある。
【００１３】この半硬化皮層１ａは、プリフォーム１ａ
の射出成形時に、溶融プラスチックがキャビティ面と接
触したときに生ずる皮層によるもので、半硬化皮層１ａ
の厚みは冷却温度と時間との関連において制御すること
ができる。溶融プラスチックは先に生じた皮層の上を流
動してキャビティに充填され、その過程で皮層は厚みを
増しながら流動する溶融プラスチックに引張られて、そ
こに流動配向が生ずるようになる。この流動配向は皮層
が半硬化皮層１ａとしてプリフォーム１の表面を形成し
ている限り失われず、その流動配向が延伸による配向と
相俟って表層２ａの結晶化度が増すものと推測される。
【００１４】成形材料がポリエチレンテレフタレートで
あるとき、そのプリフォーム１の射出成形に際する金型
の冷却温度は１５℃前後に設定することが好ましい。ま
た冷却はプリフォーム１の内外側が、ガラス転移点以上
の温度を有する半硬化皮層１ａ，１ａにより形成され、
その半硬化皮層１ａによりプリフォーム１の形態が十分
に維持できる時間に制限することを必要とする。
【００１５】この冷却時間は、延伸ブローされる胴部１
１の壁部肉厚により異なり、傾向としては肉厚に比例し
て冷却時間（例えば５〜１０秒）が設定される。肉厚と
比べて冷却時間が短いと表面の半硬化皮層１ａが薄く生
じて、延伸ブローに至る時間内に保有熱により著しく軟
化して、半硬化皮層１ａによるプリフォーム表層の引張
抵抗が十分に得られず、また反対に長すぎると、半硬化
皮層１ａが必要以上に厚く生じて、延伸ブローに不都合
が生ずる。
【００１６】しかし、成形される容器の形態によって
は、プリフォーム１の壁部肉厚が同一のものであって
も、その容器の延伸ブロー成形に適合した保有熱量を内
部に温存するために異なった冷却時間を設定することも
ある。
【００１７】射出成形されたプリフォーム１は、周知の
手段により口部１１を保持してキャビティ金型とコア型
から離型され、そのまま中空の状態で直ちにブロー金型
に移送されて型閉じによりブローキャビティ内に設置さ
れる。そして通常のごとく、口部１１をブローコアによ
り閉塞したのち、その中央の延伸ロッドにより縦方向
に、またブローエアにより横方向に延伸ブローすると、
プリフォーム１の口部１１がそのまま口部２１となった
胴部２２が薄肉の容器２となる。
【００１８】この延伸ブローにより、結晶密度が高密度
の内外側の表層２ａ，２ａと、低密度のコア層２ｂとの
間に、結晶密度に勾配を有する中間層２ｃ，２ｃを有す
る壁部断面の容器２を得るには、プリフォーム１の壁部
中央の温度が非結晶温度領域又はその近傍にあって、プ
リフォーム１の外側の表面温度が上昇中で、少なくとも
外側の半硬化皮層１ａが引張抵抗を十分に有するうちに
延伸ブロー成形することを必要とする。
【００１９】上記プリフォーム１がポリエチレンテレフ
タレートからなるとき、延伸ブロー成形はプリフォーム
の外側の表面温度が上昇中で９５°〜１１５℃、壁部中
央の温度が１２５°〜１４０℃の範囲にあって、そこに
３０℃前後の温度差があるうちに、該プリフォームを延
伸ブロー成形するのが好ましい。表面温度が９５℃より
も低く、壁部中央の温度がそのような高温の領域にある
と、表層２ａ，２ａとコア層２ｂの結晶密度の差が著し
くなって、両者を結び付ける中間層２ｃが生じ難くな
る。このため薄肉に延伸した胴部を強く押圧すると外側
の表層が剥離することが多く、座屈強度も低下するよう
になる。
【００２０】また離型後の経過時間に伴う内部熱の放出
により、壁部中央と表面温度との温度差が２５℃よりも
低くなって温度勾配が小さくなると、表層２ａ，２ａと
コア層２ｂの結晶密度の差も小さくなって、その両方の
間の密度の勾配が消滅し、結晶密度も平均化するように
なる。
【００２１】下記実施例の成形条件により成形した厚肉
４．４mmのプリフォーム１から見ると、離型後の半硬化
皮層１ａの温度上昇による軟化は意外に速い。図２は２
５°〜３０℃の温度差があると推測される離型後６秒
で、プリフォーム１の延伸ブローを行って成形した容器
２の肉厚と結晶密度とを、図１に示す容器２のパネル部
Ａ、肩部Ｂ、胴部Ｃ、底部Ｄの各部位にて測定（ラマン
分光法による）した結果を示すものである。
【００２２】この離型後６秒は、肉厚４．４mmのプリフ
ォーム１の場合の放置時間といえるもので、その放置時
間は、プリフォームの内部熱量に著しい影響を与える肉
厚の厚さが異なれば、それなりに設定され得るものであ
り、また肉厚以外にもプリフォーム成形時の冷却によっ
て生ずる半硬化皮層１ａの成長度合いを、冷却時間によ
り制御して放置時間を設定し得るということでもある。
【００２３】上記容器２の壁部肉厚としては、横延伸倍
率が最も小さいパネル部Ａが１．２５mm、横延伸倍率が
最も大きい底部Ｄが０．４mm、肩部Ｂが０．４５mm、胴
部Ｃが０．５mmとなっており、平均肉厚は０．６５mmと
なっている。
【００２４】しかし、図２の結晶密度の各曲線から、上
記のように壁部に肉厚に差があっても、密度が上昇して
いる表層２ａの部分は、何れも０．２ｍｍ程度の厚さ範
囲にあり、また密度に勾配を持つ中間層２ｃも０．２ｍ
ｍ程度の厚さ範囲で介在し、そらを除く中央部がコア層
２ｃを形成していることが判る。
【００２５】また容器２のいずれの測定部位において
も、表層２ａは結晶密度１．４以上と高く、非結晶状態
にあると思われたコア層２ｂでも結晶密度１．３２以上
の結晶化度を示しており、各測定部位の対比から、表層
２ａに比べて低密度のコア層２ｂは、壁部断面の肉厚の
増減に比例的に変動するが、上記中間層２ｃはコア層２
ｂの領域の大小にかかわらず或る範囲での勾配した結晶
密度をもって介在している。
【００２６】これらのことから、容器胴部の全体的な肉
厚が上記容器２の一部をなす各部位のいずれかの肉厚と
同様に延伸ブロー成形された容器でも、その各部位と同
様な結晶密度分布による多層構造の容器となることが判
る。
【００２７】図３は、比較例として、プリフォーム１を
離型後１０秒あたりで延伸ブローして得た容器２の結晶
密度と分布で、これによれば各測定部位の結晶密度は、
或る程度の上下差はあるが、全体的に１．３６〜１．３
８の範囲に平均化して生じている。
【００２８】また図４も比較例として、離型後１５秒あ
たりでの延伸ブローにより得た容器２の結晶密度と分布
で、これによれば更に５秒を経過した後の延伸ブローに
おいても結晶密度には殆ど変動はなく、各測定部位の結
晶密度は更に平均化していることが分かる。
【００２９】これは時間の経過に伴い内部熱によりプリ
フォーム表層の温度が上昇して軟化し、反対に内部の温
度が放熱により低下して、プリフォーム温度が全体的に
均衡したことにより、延伸ブロー時の引張抵抗がプリフ
ォーム全体に均等に生じて、両表層２ａ，２ａとコア層
２ｂの密度差が無くなった結果、延伸による結晶化が全
体的に平均したことによると推察される。
【００３０】この結晶密度はコールドパリソン法により
延伸ブロー成形した容器の結晶密度とほぼ同等の結晶密
度といえるものであるが、この時間での延伸ブローでは
徐冷による結晶化が進行して、変肉や歪みが生じ易くな
る。
【００３１】したがって、離型後１０秒以後の延伸ブロ
ーでは、半硬化皮層１ａの温度上昇によりプリフォーム
成形時に生じた流動配向が消滅し、また引張抵抗の低下
から延伸による結晶化度も小さくなって、容器２におけ
る表層２ａとコア層２ｂの結晶密度が全体的に平均化す
るようになり、両層間に結晶密度が勾配した中間層２ｃ
が生ずる余地もなくなっている。
【００３２】図２において、表層２ａの結晶密度１．４
以上は、ポリエチレンテレフタレートによる容器として
は超高密度といえるもので、それ自体により或る意味で
の耐熱性を有するものとなる。しかし、そのような表層
２ａには強制的な延伸による成形歪みが多く残存する。
【００３３】これに対し、低密度のコア層２ｂは、延伸
ブロー時に非結晶状態にあって引張抵抗が極めて小さな
プリフォーム中央部が、容器２の表層２ａとなる半硬化
皮層１ａの延伸に伴って延伸形成されものであり、その
延伸の過程による温度低下により結晶化が生じたことか
ら、容器２のコア層２ｃには延伸による成形歪みは殆ど
ないに等しい状態にある。
【００３４】このような結晶密度の異なる表層２ａとコ
ア層２ｂとの間に、中間層ｃが密度勾配を持って介在す
る多層構造の壁部断面を有する容器２では、成形歪みに
よる表層２ａの衝撃力に対する脆さが、成形歪みのない
或いは少ないコア層２ｂによる内部緩衝により強化さ
れ、また中間層２ｃの介在による両者の結び付きの一層
の緊密性から、落下強度にもすぐれたものとなる。
【００３５】また表層２ａの成形歪みを加熱処理により
弛緩することによって耐熱性の向上を図ることができ
る。この弛緩処理は１１６℃前後の温度に設定されたブ
ロー金型内にて、通常に行われているように、延伸ブロ
ー成形後に直ちに型開を行わずに、そのまま１５秒ほど
ブロー圧を掛けて、成形された容器２をキャビティ面に
圧接し、加熱することにより簡単に行うとができる。
【００３６】また壁部断面として、結晶密度が高密度か
ら低密度に極端に急変する組織では、その結晶密度の急
変部位にて剥離が生じ易いが、表層２ａの高密度からコ
ア層２ｂの低密度への移行が、結晶密度に勾配を有する
中間層２ｃを介して生じている壁部断面では、結晶密度
の上から多層状態にあっても剥離は生じ難いものとな
る。これらのことから、この発明による延伸ブロー容器
は、これまでのものより強度が一段と向上し、また耐熱
性が向上したものとなる。
【００３７】上記実施形態は広口の容器についてのこと
であるが、細口のボトルにも適用できることは言うまで
もなく、したがって、この発明は広口の容器に限定され
るものではない。また成形材料についてもポリエチレン
テレフタレートに制限されず、包装用容器の成形材料と
して採用されている他の結晶性を有する熱可塑性プラス
チックにも適用できるものである。
【００３８】
【実施例】 （１） プリフォーム 成形材料 ポリエチレンテレフタレート 寸法 口径 φ５９mm 胴径（中央部）φ５６mm 延伸部の長さ ６３mm 肉厚 ４．４mm
【００３９】 （２） 成形条件（射出成形） 射出金型温度（チラー） １５℃ 樹脂温度 ２５４℃ 射出時間 １２．０sec 冷却時間 ７．０sec
【００４０】 （３） 成形条件（延伸ブロー） 離型後 ６．０sec 金型温度 １１６℃ プリフォーム表面温度 ９６．２℃ ブロー圧 ２４kgf/cm2 プリフォーム中心温度 １２５〜１４０℃ ブロー時間 １５．０sec 延伸倍率 （縦） ２．５３倍 （横） １．９５倍
【００４１】 （４） 成形品（広口容器） 寸法 口径（プリフォームと同じ） 胴径 φ９５mm 平均肉厚（口部，底面部を除く） ０．５８mm 平均密度 １．３４８mm 肉厚及び結晶密度分布（図２参照）
【００４２】 測定法及び使用機器 密度・配向度測定 ラマン分光法 ＪＥＯＬ；顕微鏡ラマンスペクトル・ＪＲＳ−ＳＹＳＴＥＭ２０００ 温度測定 赤外線サーモグラフ ＴＶＳ−２０００Ｍｋ２ 日本アオビオニクス株式会社製 中央温度の測定方法 壁部切断面を赤外線サーモグラフで測定 使用成形機 ＳＢ３−１００ＬＬ−２０ 株式会社青木固研究所製
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る延伸ブロー容器の形態及び部
分断面とプリフォームを縦断面で示す説明図である。
【図２】 同上の延伸ブロー容器の各測定部位における
肉厚と結晶密度との関連図である。
【図３】 プリフォームを離型後１０秒あたりで延伸ブ
ローして製造した容器の肉厚と結晶密度との関連図であ
る。
【図４】 プリフォームを離型後１５秒あたりで延伸ブ
ローして製造した容器の肉厚と結晶密度との関連図であ
る。
【符号の説明】 １ プリフォーム １ａ 半硬化皮層 １１ プリフォームの口部 １２ プリフォームの胴部 １３ プリフォームの底部 ２ 広口容器 ２ａ 表層 ２ｂ コア層 ２ｃ 中間層 ２１ 広口容器の口部 ２２ 広口容器の胴部 ２３ 広口容器の底部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 功武 長野県埴科郡坂城町大字南条4963番地３株 式会社青木固研究所内 (72)発明者 日向 尚通 長野県埴科郡坂城町大字南条4963番地３株 式会社青木固研究所内 (72)発明者 大石 仁 長野県埴科郡坂城町大字南条4963番地３株 式会社青木固研究所内 Ｆターム(参考） 4F208 AA24 AG07 AH55 AR06 AR15 LA02 LA05 LB01 LB22 LG03 LG28 LH03 LH06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有底のプリフォームを縦方向と横方向と
    に延伸ブローして成形した薄肉のプラスチック容器であ
    って、その容器の壁部断面を結晶密度の上から、高密度
    の内外側の表層と、その表層よりも低密度のコア層と、
    両層間に勾配した結晶密度をもって介在した中間層とか
    らなる多層構造に構成してなることを特徴とする延伸ブ
    ロー容器。
  2. 【請求項２】 容器の壁部断面における上記コア層の領
    域は、プリフォームの壁部断面の肉厚の増減に比例的に
    変動し、そのコア層の領域の大小にかかわらず上記中間
    層が勾配した結晶密度をもって介在することを特徴とす
    る請求項１記載の延伸ブロー容器。
  3. 【請求項３】 上記プラスチック容器は、ポリエチレン
    テレフタレートからなり、上記内外の表層の結晶密度は
    １．４前後以上、上記コア層の結晶密度は１．３２〜
    １．３６と表層よりも低く、両層間に介在する中間層の
    結晶密度は１．４前後以上から１．３２〜１．３６に低
    く勾配を有することを特徴とする請求項１記載の延伸ブ
    ロー容器。
  4. 【請求項４】 有底のプリフォームを射出成形時に配向
    温度以下に急冷して、そのプリフォームの壁部内外の表
    層を冷却温度と時間との関連により半硬化皮層に形成
    し、その半硬化皮層により形態を維持してプリフォーム
    を金型から離型したのち、プリフォームの壁部中央の温
    度が非結晶温度領域又はその近傍にあって、プリフォー
    ムの外側の表面温度が上昇中で半硬化皮層が引張抵抗を
    十分に有するうちに延伸ブロー成形し、壁部断面が結晶
    密度の上から高密度の内外側の表層と、その表層よりも
    低密度のコア層と、両層間に勾配した結晶密度をもって
    介在した中間層とからなる多層構造の容器に成形してな
    ることを特徴とする延伸ブロー容器の成形方法。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の成形方法において、上記
    プリフォームはポリエチレンテレフタレートからなり、
    そのプリフォームの外側の表面温度が上昇中で９５°〜
    １１１５℃、壁部中央の温度が１２５°〜１４０℃の範
    囲にあって、３０℃前後の温度差があるうちに、該プリ
    フォームを延伸ブロー成形することを特徴とする延伸ブ
    ロー容器の成形方法。
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