JP3986667B2 - ポリエチレンテレフタレート樹脂製ボトルの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエチレンテレフタレート樹脂製ボトルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＥＴ樹脂と略記する）からなるボトルは、耐熱性、機械的強度、ガスバリア性、軽量性、透明性等の諸物性に優れているので、近年、果汁飲料、茶類、スポーツ飲料、炭酸飲料等のボトルとして広く利用されている。従来、前記ＰＥＴ樹脂製ボトルは、例えば図６（ａ）示のように首部２１の外周面にねじ部２２とサポートリング２３とを備え、首部２１の下方に形成された円筒状の胴部２４とを備える有底筒状のＰＥＴ樹脂製プリフォーム２５から製造されている。従来のＰＥＴ樹脂製ボトルは、図６（ａ）示のプリフォーム２５をブロー成形することにより、図６（ｂ）示のように首部２１と、首部２１直下の首下部２６と、首下部２６に連なり外方に大きく膨出した肩部２７と、肩部２７の下方に連なる胴部２８と、さらに胴部２８の下方に連なる底部２９とからなる。
【０００３】
前記ＰＥＴ樹脂製ボトルの優れた諸物性は、ＰＥＴ樹脂が前記ブロー成形により２軸延伸されて配向結晶化することによって得られる。しかし、通常のブロー成形は前記プリフォーム２５の首部２１を把持して行われるために、ボトル形成後にも図６（ｂ）示の首部２１は未延伸で非晶状態のままであり、また前記首部２１直下の首下部２６は延伸が不十分で結晶化の程度が低いままになっている。
【０００４】
非晶状態のＰＥＴ樹脂は、一般に耐熱性及び機械的強度が低く、そのガラス転移温度（約７０℃）以上では軟化して変形しやすくなってしまう。例えば、前記果汁飲料等をＰＥＴボトルに充填するときには、殺菌のために該果汁飲料を８０〜９０℃、例えば８５℃に加熱して、充填後さらに該温度に１０分間保持する高温充填によるホットパック処理が行われているが、このような処理を行うと前記非晶状態の首部２１が熱により軟化して変形することがある。また、結晶化度が低い首下部２６も前記非晶状態の首部２１と同様の傾向を示し、前記ホットパック処理等の際に熱変形を起こすことがある。
【０００５】
そこで、前記ＰＥＴボトルの前記非晶状態の首部２１または結晶化度の低い首下部２６の耐熱性及び機械的強度を改善するために、種々の方法が提案されている。
【０００６】
まず、特公昭５９−３３１０１号公報には、白化結晶化させた首部を備え首部の下方の一部に未白化部を備えたＰＥＴボトルの製造方法が記載されている。ＰＥＴ樹脂は、加熱して白化結晶化させることにより化学的に安定化して耐熱性が付与されるので、これにより前記首部の熱変形やクレージングを防止することができる。しかし、かかるＰＥＴボトルは首部下方に未白化部があるため耐熱性が不十分である。
【０００７】
また、特公平２−３６４５５号公報には、首部直下の部分が胴部の他の部分より薄肉に形成されると共に、首部のみを加熱処理して白化結晶化せしめたプリフォームを、最終的なボトルの外面形状を備える金型に収容して２軸延伸ブロー成形するＰＥＴボトルの製造方法が開示されている。前記公報記載の製造方法によれば、前記のようにプリフォームの首部のみを白化結晶化させて、２軸延伸ブロー成形することにより、胴部と首部との間に位置する首下部及び肩部の全域が胴部と略同厚になるように延伸されるので、これにより、前記首下部及び肩部の全域が配向結晶化され、優れた耐熱性、耐クレージング性が付与されるとされている。
【０００８】
しかしながら、前記公報記載の製造方法では、白化首部の直下の延伸部は首部に比べて相対的に薄肉となり、機械的強度が劣り、更に延伸された肩部、胴部の耐熱性が前記のホットパック処理に対応するほど十分とはならない。一般的に、プリフォームの首部を白化結晶化させる際に、他の部分を遮蔽したとしても、前記首部の加熱に伴う伝熱により首部直下の部分も加熱され、首部のみを白化させることは困難であり、通常は下方が弱白化されることが避けられない。そして、このように首部直下の部分が弱白化されたプリフォームを前記最終的なボトルの外面形状を備える金型に収容して、一段階で２軸延伸ブロー成形すると、前記弱白化された部分は延伸が不十分になり、結晶化度が低いまま残される。この結果、図６（ｂ）示のような形状に形成されたボトルの首下部２６では十分な耐熱性及び機械的強度が得られず、前記高温充填によるホットパック処理を行うと該首下部１１が熱変形を起こすことがあるとの不都合がある。
【０００９】
そこで、首部を白化結晶化させたプリフォームを最終的なボトルの外面形状を備える金型に収容して２軸延伸ブロー成形した後、図６（ｂ）示のような形状に形成されたボトルの肩部２７及び胴部２８を加温された金型の内面に接触させた状態で保持してヒートセットを施し、耐熱性を向上させる製造方法が一般に実用化されている。前記製造方法によれば、前記ヒートセットにより前記肩部２７及び胴部２８が応力緩和されると共に結晶化度が高められ、耐熱性が付与されると考えられている。しかし、前記肩部２７と首部２１との境界に位置する首下部２６では前記ヒートセットの効果が十分に得られず、前記のように延伸され、ヒートセットされた肩部２７に比して耐熱性及び機械的強度に劣るので、高温充填によるホットパック処理等の際にこの首下部２６が熱変形し首部２１が歪む等の原因となることがある。
【００１０】
また、前記の加温された金型内でヒートセットする製造方法によると、製造時間が長くなり、生産性が低減されるという問題もある。
【００１１】
一方、白化結晶化等により首部の耐熱性を向上させたプリフォームをブロー成形して一次ボトルを形成し、前記一次ボトルを熱風オーブン内等で加熱して自由収縮させて二次ボトルを形成すると共に結晶化度を増大させた後、前記二次ボトルを再度ブロー成形して最終的なボトル形状とする２段階のブロー成形を行う製造方法も実用化されている。しかしながら、前記２段階のブロー成形を行う製造方法においても、首下部は延伸が不十分で結晶化度が低く、十分な耐熱性及び機械的強度を得ることができない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、首部と共に首下部にも、ホットパック処理が可能な優れた耐熱性と機械的強度とを付与することができるポリエチレンテレフタレート樹脂製ボトルの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の製造方法は、白化結晶化された首部と、該首部の下方に形成された円筒状の胴部とを備える有底筒状体であって該首部と該胴部との間に該胴部より薄肉の弱白化部を備えるポリエチレンテレフタレート樹脂製プリフォームを延伸温度に加熱する工程と、加熱されたプリフォームを第１のブロー成形に付し、前記弱白化部及び該弱白化部に連なる前記胴部を延伸し、該胴部を外方に膨出させて最終的なボトル形状より大きな形状の一次ボトルを形成する工程と、前記一次ボトルを加熱し、前記弱白化部を軟化させると共に前記工程で外方に膨出した部分を自由収縮させ、最終的なボトル形状より小さな形状であって、前記弱白化部と前記自由収縮した部分との境界部の内外面に凹状段部を備え、前記自由収縮した部分の結晶化度が増大されていて、しかも全体が延伸温度に加熱されている二次ボトルを形成する工程と、前記二次ボトルが延伸温度に加熱されている状態で、最終的なボトルの外面形状を備える加温された金型に収容して第２のブロー成形に付し、前記弱白化部と前記自由収縮した部分とを再延伸し、前記境界部外面側の凹状段部が消失した首下部を形成すると共に、該首下部、肩部及び胴部を前記金型内面に接触させた状態でヒートセットして最終的なボトル形状に成形する工程とからなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の製造方法によれば、予め白化結晶化された首部と、該首部の下方に形成された胴部との間に該胴部より薄肉の弱白化部を備えているプリフォームを製造し、これを延伸温度に加熱して第１のブロー成形に付すことにより、主として前記胴部が延伸されて外方に膨出し最終的なボトル形状より大きな形状の一次ボトルを形成するとともに、前記薄肉に形成された弱白化部も延伸を受ける。このとき、前記一次ボトルは前記プリフォームの首部以外をなるべく厚さにむらのないように厚肉部をできるだけ少なくするために、最終的なボトル形状より大きな形状とすることが必要である。
【００１５】
次に、前記一次ボトルを加熱すると、前記弱白化部が加熱により軟化する。またこれと同時に、前記工程で外方に膨出した部分は応力緩和により自由収縮し、加熱により結晶化度が増大する。この結果、最終的なボトル形状より小さな形状であり、しかも前記弱白化部と前記自由収縮した部分との境界部の内外面に凹状段部を備える二次ボトルが形成される。
【００１６】
前記二次ボトルは、最終的なボトルの外面形状を備える金型に収容可能で、しかも該金型内で第２のブロー成形に付すことにより、さらに延伸配向をかけることができるように、最終的なボトル形状より小さな形状とすることが必要である。また、前記一次ボトルの加熱は、前記二次ボトルにおいて前記弱白化部と前記自由収縮した部分との境界部の内外面に凹状段部が形成されるように行う必要がある。前記凹状段部は、前記弱白化部が加熱された結果として生じる応力緩和と、前記外方に膨出した部分の結晶化の進行の結果として形成されるものである。前記凹状段部が形成されないときには、加熱が不十分で前記結晶化が進行しておらず、また一次ボトルの収縮も不十分で、形成された二次ボトルが最終的なボトルの外面形状を備える金型に収容できないことがある。さらに、前記凹状段部が形成されないときには、前記二次ボトルを前記金型内で第２のブロー成形に付して得られる最終的なボトルの各部で十分な耐熱性が得られないことがある。
【００１７】
前記二次ボトルは前記加熱により全体が延伸温度に加熱され、この状態で最終的なボトルの外面形状を備える金型に収容して第２のブロー成形に付される。このとき、前記弱白化部は、前記のように加熱されて軟化しているので、前記第２のブロー成形により再延伸される。その際、前記自由収縮した部分との境界部外面の凹状段部が消失するように再延伸された首下部が形成される。また、前記自由収縮した部分は前記第２のブロー成形により再延伸され、前記首下部に連なり外方に膨出した肩部、その下方に連なる胴部、さらにその下方に連なる底部が形成される。
【００１８】
前記首下部は、前記第２のブロー成形の結果、前記のように再延伸されているので、前記自由収縮した部分の再延伸により形成された肩部及び胴部と共に、前記金型の内面に接触した状態となる。そこで、前記金型を加温しておくことにより、前記首下部、肩部及び胴部を該金型内面に接触させた状態でヒートセットすることができ、前記各部の結晶化をさらに進行させることができる。
【００１９】
この結果、本発明の製造方法によれば、予め白化結晶化により耐熱性及び機械的強度が付与されている首部と共に、前記首下部にも優れた耐熱性及び機械的強度が付与されたＰＥＴボトルを得ることができる。
【００２０】
尚、前記第１のブロー成形は、延伸温度に加熱したプリフォームを金型内で延伸ブローしてもよく、金型を使用しない所謂フリーブローにより行ってもよい。ただし、一次ボトルの形状は、プリフォームの形状、加熱温度、その温度分布、ブロー圧力等の諸条件の変動によって変化するので、最終ボトル形状が凹凸の多い複雑な形状の場合は、一次ボトルの段階である程度の形状管理をしておいた方が有利であり、前記形状管理のために金型を用いることが好ましい。
【００２１】
前記一次ボトルの加熱は、熱風または赤外線に代表される輻射加熱により行うことができる。比較的透明な非結晶のＰＥＴ樹脂を加熱する手段として、赤外線は樹脂の内部まで浸透するため効率が良く、樹脂表面からの熱伝導だけに頼る熱風方式に比べ有利である。しかし、赤外線は熱源と被加熱面との角度により被加熱面に与えられる熱量が大きく変化するので、立体的で複雑な形状を有するボトルの胴部や肩部を加熱するときには著しく不均一に加熱される部分ができないように配慮するとともに、加熱を必要としない部分には遮蔽を施す必要がある。
【００２２】
前記一次ボトルの加熱は、従来の加温金型内にボトルを保持する熱処理のようにボトル内部を加圧状態にして長時間保持する必要がないので、加熱処理に要する金型数を削減できることで設備に要するコストを低減し、生産性を向上できる点でより優れたものとなる。
【００２３】
また、本発明の製造方法では、前記のようにして得られた最終ボトルにおいて、延伸された部分の結晶化度が３０％以上であることを特徴とする。前記結晶化度が３０％未満であると、耐熱性が不十分になり、高温処理時に圧力がかかると変形する虞がある。また、前記結晶化度は、十分な耐熱性を得るために、４０％以上とすることが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１（ａ）乃至図１（ｄ）は本実施形態の製造方法を示す説明図であり、図２乃至図５はそれぞれ図１（ａ）乃至図１（ｄ）の要部拡大図である。
【００２５】
本実施形態の製造方法では、まず、ＰＥＴ樹脂の押出成形により、図１（ａ）示のように、首部１の外周面にねじ部２とサポートリング３とを備え、首部１の下方に形成された円筒状の胴部４とを備える有底筒状のプリフォーム６を形成した。プリフォーム６は図２示のように、首部１と胴部４との境界部に胴部４より薄肉の部分５を備えている。
【００２６】
次に、プリフォーム６を加熱して、首部１の上端からサポートリング３の直下までの部分を白化結晶化させると共に、白化部５ａと胴部４との間を低結晶化させて、首部１の下方に胴部４より薄肉の弱白化部５ｂを形成した。首部１を白化結晶化させると共に弱白化部５ｂを形成する前記加熱は、公知の方法により行うことができる。
【００２７】
次に、プリフォーム６を赤外線ヒータを用いてその外面から延伸温度に加熱し、首部１を把持して図示しない金型に装着し、第１のブロー成形に付した。この結果、図１（ｂ）示のように、主として胴部４が延伸されて外方に膨出し、図１（ｂ）に仮想線示する最終的なボトル形状７より大きな形状の一次ボトル８を形成した。一次ボトル８において、胴部４は、図３に示すように、弱白化部５ｂの末端部から急激に延伸されているが、前記薄肉に形成された弱白化部５ｂもわずかに延伸を受けている。
【００２８】
次に、一次ボトル８の首部１を開口状態で把持して回転させながら、オーブン中で赤外線ヒータを用いて加熱して、弱白化部５ｂを軟化させると共に、外方に膨出した胴部４を応力緩和により自由収縮させた。前記自由収縮の結果、図１（ｃ）に示すように、最終的なボトル形状７より小さな形状の二次ボトル９が得られた。二次ボトル９では、図４に示すように、弱白化部５ｂと前記自由収縮した胴部４境界部の内外面に凹状段部１０ａ，１０ｂが形成されている。また、このとき自由収縮した部分は前記一次ボトル成形時（図３）よりも厚肉となる。
【００２９】
二次ボトル９は、前記応力緩和により前記自由収縮した胴部４の配向歪みが緩和されると共に、前記加熱により胴部４は結晶化度が３０％以上に高められ強靱なシート状になっていた。また、二次ボトル９は、前記加熱により全体が延伸温度に加熱されていた。
【００３０】
そこで、次に、二次ボトル９が前記延伸温度に保持されている間に、二次ボトル９を図示しない加温金型に装着して高圧エアを吹き込み、第２のブロー成形を行った。
【００３１】
前記第２のブロー成形により、前記のように加熱され軟化されている二次ボトル９の弱白化部５ｂは再延伸されて図１（ｄ）示の首下部１１が形成された。また、前記のように加熱されている二次ボトル９の胴部４も再延伸され、図１（ｄ）示の肩部１２、胴部１３及び底部１４が形成された。
【００３２】
前記首下部１１、肩部１２及び胴部１３は、前記延伸により前記加温金型の内面に接触した状態でヒートセットされ、図１（ｄ）に示す最終的ボトル１５が得られた。
【００３３】
ボトル１５では、弱白化部５ｂが再延伸され、胴部１３の延伸倍率に比較して首下部１１は大きく延伸されており、図５に示すように、首下部１１（二次ボトル９の弱白化部５ｂ）と肩部１２（二次ボトル９の胴部４）との境界部の外面側の凹状段部１０ｂが消失していた。
【００３４】
この結果、ボトル１５は首下部１１、肩部１２及び胴部１３の結晶化度が３０％以上に増大して、前記白化結晶化された首部１と共に十分な耐熱性及び強度が付与されており、高温充填によるホットパック処理によっても熱変形を起こすことがなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）乃至図１（ｄ）は本実施形態の製造方法を示す説明図。
【図２】図１（ａ）の要部拡大図。
【図３】図１（ｂ）の要部拡大図。
【図４】図１（ｃ）の要部拡大図。
【図５】図１（ｄ）の要部拡大図。
【図６】従来の製造方法を示す説明図。
【符号の説明】
１…首部、 ４…胴部、 ５…弱白化部、 ６…プリフォーム、 ８…一次ボトル、 ９…二次ボトル、 １０ａ，１０ｂ…凹状段部、 １１…首下部、 １２…肩部、 １３…胴部、 １４…底部、 １５…最終的ボトル。

Claims (2)

1. 白化結晶化された首部と、該首部の下方に形成された円筒状の胴部とを備える有底筒状体であって該首部と該胴部との間に該胴部より薄肉の弱白化部を備えるポリエチレンテレフタレート樹脂製プリフォームを延伸温度に加熱する工程と、
   加熱されたプリフォームを第１のブロー成形に付し、前記弱白化部及び該弱白化部に連なる前記胴部を延伸し、該胴部を外方に膨出させて最終的なボトル形状より大きな形状の一次ボトルを形成する工程と、
   前記一次ボトルを加熱し、前記弱白化部を軟化させると共に前記工程で外方に膨出した部分を自由収縮させ、最終的なボトル形状より小さな形状であって、前記弱白化部と前記自由収縮した部分との境界部の内外面に凹状段部を備え、前記自由収縮した部分の結晶化度が増大されていて、しかも全体が延伸温度に加熱されている二次ボトルを形成する工程と、
   前記二次ボトルが延伸温度に加熱されている状態で、最終的なボトルの外面形状を備える加温された金型に収容して第２のブロー成形に付し、前記弱白化部と前記自由収縮した部分とを再延伸し、前記境界部外面側の凹状段部が消失した首下部を形成すると共に、該首下部、肩部及び胴部を前記金型内面に接触させた状態でヒートセットして最終的なボトル形状に成形する工程とからなることを特徴とするポリエチレンテレフタレート樹脂製ボトルの製造方法。
2. 延伸された部分の結晶化度が３０％以上であることを特徴とする請求項１記載のポリエチレンテレフタレート樹脂製ボトルの製造方法。

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