JP4222462B2

JP4222462B2 - 耐熱ｐｅｔボトル用プリフォーム

Info

Publication number: JP4222462B2
Application number: JP2001044105A
Authority: JP
Inventors: 靖佐藤; 正範高塚; 康一仲筋
Original assignee: 金森藤平商事株式会社
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: JP2002240136A

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（以下ＰＥＴボトルという）の製造に供されるプリフォーム（パリソン）に関し、特に大容量の耐熱ＰＥＴボトルをコールドパリソン方法により一段法（シングルブロー）にて２軸延伸ブロー成形を可能にした耐熱ＰＥＴボトル用のプリフォームに係る。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＥＴボトルは、飲料水等のボトルとして広く利用されている。
このＰＥＴボトルの基本的な製造工程は粒状等のペレットを溶融して射出成形機を用いて、口栓部及び口栓部の下方に肩部を介して円筒状の胴部を備えるとともに、底部を有する筒状体からなるいわゆる試験管状のプリフォームを形成し、その後このプリフォームをガラス転移温度以上に加熱して２軸延伸ブロー成形にてボトル形状に成形生産されている。
そして、このブロー成形の製造方法としては大きく分けて１段法（シングルブロー）と２段法（ダブルブロー）があり、１段法は図４に示すように、ＰＥＴボトルの最終製品形状に合わせてキャビティを設計した金型を用いてプリフォームから直接１段にてＰＥＴボトルの製品形状にブロー成形する方法で、２段法は図５に示すように、まず最終製品形状よりも大きい１次ボトルを金型を用いてブロー成形し、これを熱風炉内等で加熱して、自然収縮させて２次ボトルを形成し、この２次ボトルを金型を用いて再度ブロー成形し、最終製品形状にする方法である。
従って１段法（シングルブロー）に比較して２段法（ダブルブロー）の方が工程が複雑で設備が多く必要であり、エネルギーを多く使用することになるが以下説明するような理由により、従来、耐熱ＰＥＴボトルは２段法にてブロー成形される場合が多かった。
ＰＥＴ樹脂は延伸により配向結晶化されることで引張降伏強さが向上し、飲料水の品質劣化を防止するための酸素透過係数が小さくなる特性を有し、加熱結晶化されることにより耐熱性が向上するが、ガラス転移温度（約７０℃）以上に加熱されると急激に軟化寸法収縮し、形状変形してしまう性質を有している。
一方、ＰＥＴボトルはその使用目的により非耐熱（一般）ボトルと耐熱ボトルの２種類あり、一般ボトルにはＰＥＴのガラス転移温度以下の飲料水が充填されるので耐熱性が要求されず、従来からシングルブロー成形にて製造されている。
【０００３】
最近は、ＰＥＴボトルに飲料水を充填する際に生じる口栓内部のエアー溜り部等を加熱殺菌する目的で８５℃以上に加熱された飲料水を充填し、ボトルを下向きにし、一定時間保持されるようになって来たが、従来の一般ボトル（非耐熱ボトル）では上記ＰＥＴ樹脂の性質によりガラス転移温度７０℃以上の高温の飲料水を充填すると軟化、変形してしまうことになるため、予め耐熱処理した耐熱ＰＥＴボトルのニーズが高くなって来た。
ここで耐熱ＰＥＴボトルの製造方法としてはコールドパリソン法にてペレットを溶融射出成形して成形したプリフォームの口栓部を加熱白化結晶化して耐熱性を向上させ、その後に上記２段法（ダブルブロー）にて成形すれば胴部分が再加熱により耐熱性が向上するので従来は耐熱ＰＥＴボトルの製造方法としてはダブルブロー成形が一般的であった。
【０００４】
しかし、やはり、シングルブロー成形の方がダブルブロー成形より工程が短く、設備費等も少ない等の理由により耐熱ＰＥＴボトルもシングルブロー成形出来るように種々検討されて来た結果、次のような方法が採用されている。
ＰＥＴ樹脂ペレットを射出成形してプリフォームを成形後に、プリフォームの口栓部を加熱白化結晶化処理し、このプリフォームを熱風炉等の加熱ゾーンにてガラス転移温度以上に加熱した後、図４（イ）に示すように約１４０〜１５０℃の所定の温度に加熱した金型内にセットし、製品形状にブローイングし、一定時間ヒートセットする。
ここでヒートセットとは、熱固定ともいい、加熱された金型の表面に一定時間（約３秒）接触させることにより、ＰＥＴの表面の密度を高め耐熱性を向上させることをいう。
その後に図４（ハ）に示すように冷却して型開きし、製品を取り出す。
【０００５】
ところが、ダブルブロー成形が製品以上の大きさに延伸させて１次ボトルを得ることにより実質的なＰＥＴ樹脂の延伸倍率を大きくとることが出来るのに対して、このシングルブロー成形ではプリフォームの形状と製品形状の比で延伸倍率が決定するので延伸倍率不足による製品の強度不足、酸素透過係数が大きくなる恐れがあること、また、ヒートセットの際にガラス転移温度以上に加熱されるので外形が変形しやすい恐れがあることから、これまで３５０、５００、７５０ｍｌの比較的小容量のしかも円筒形に近いボトル形状においてのみ一部実用化されているにすぎず、２０００ｍｌ等の大容量の耐熱ＰＥＴボトルはそのＰＥＴボトルの強度及び耐酸素透過性確保の困難性、特にボトル形状が略方形になっているので形状の安定性が難しく、これまでシングルブロー成形が出来ないとされていた。
【０００６】
また、ＰＥＴボトルの口栓部の強度、耐熱性を確保するためにプリフォームの口栓部のみが加熱白化結晶化処理がされるが、この場合に一般的には、図６に示す従来のダブルブロー成形用のプリフォーム１０１の口栓部拡大断面図（ａ部拡大図）に基づいて説明すると、口栓部ａを下にした倒立状態にて、プリフォームを連結的に加熱炉に誘導し、口栓部ａの部分のみが加熱されるが、この加熱により口栓部外径が収縮するとともに、プリフォームの口栓部に上部に位置するプリフォームの胴部の自重にて、加熱され軟化している口栓部の肉厚が厚くなるように変形しようとする。
しかし、口栓部はＰＥＴボトルのキャップとの嵌合シール性が重要であることから、加熱時にプリフォーム口栓部のねじ部及びカプラ部の寸法変化のバラツキを小さく抑える必要があるとともに、プリフォームに約３５気圧の高圧エアーを吹き込んでブローイングする際には、ブローイングマンドルに安定して嵌着できるように口栓部内径相当部をストレートに成形する必要があるが、従来のプリフォームはストレート部を長くとっているため、カプラ部１１１の肉厚が薄くなり、加熱時のねじ部及びカプラ外径寸法の寸法変化が大きくなりやすい欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みて、大容量の耐熱ＰＥＴボトルをコールドパリソン法を用いてシングルブロー成形により２軸延伸ブロー成形が安定して可能なプリフォームの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
ダブルブロー成形法では、上記のように、図５（ロ）に示す１次ボトルを図５（ニ）に示す最終製品ボトル形状より大きくするため、実質延伸倍率を大きく稼ぐことが出来るが、シングルブロー成形法では１回のブローのみで最終製品のボトル形状になるため実質延伸倍率がボトル形状とプリフォームの比で決定されることになる。
しかし、ＰＥＴ樹脂の特性上、所定の強度及び耐酸素透過性を確保するためには所定以上の実質延伸倍率を確保する必要があり、特に２０００ｍｌ等の大容量のＰＥＴボトルは製品形状が略方形になっていて、より高い引張降伏強さが要求されるとともに、充填物である飲料水の品質劣化を防止するために酸素透過係数を小さくする必要があった。
【０００９】
そこで、今回、詳細に検討した結果、２軸延伸ブロー成形時に略方形のボトル形状にＰＥＴ樹脂が均一に延伸され、特にブロー成形時に形状の異常変形が発生しにくいプリフォームの形状を考慮しつつ、プリフォームの首下長さを従来のダブルブロー成形用プリフォームの首下長さより短くすることが出来たことにより、シングルブロー成形時の延伸倍率を大きくとることができたものである。
具体的には、ポリエチレンテレフタレート樹脂を用いた容量の大きい２軸延伸ブロー成形容器をコールドパリソン法にてシングルブロー成形する場合に供される、口栓部及び口栓部の下方に肩部を介して円筒状の胴部を備える有底筒状体からなるプリフォームにおいて、縦方向延伸倍率が１．８５以上になるように口栓部下の首下長さを設定し、横方向延伸倍率が３．５以上になるように胴部外径を設定した。
ここで望ましくは、縦方向延伸倍率１．８５以上、横方向延伸倍率が３．５以上にて、かつ、面積延伸倍率（縦方向延伸倍率×横方向延伸倍率）が７．０以上に設定するのがよい。
また、横方向延伸倍率も容量２０００ｍｌ等の略方形ボトルの場合に寸法の短い、短胴部の横方向延伸倍率を３．５以上にするのが望ましい。
ここで、縦方向及び横方向の延伸倍率が大きければそれだけ、強度及び耐酸素透過性は向上するがブロー成形時のボトル製品形状の安定性を維持するためには縦方向の延伸倍率が２．３以下、横方向の延伸倍率が４．０以下が望ましい。
【００１０】
また、２０００ｍｌの大容量で略方形ＰＥＴボトルの場合には、より強度向上を図り、ヒートセット時の熱影響による形状変形防止を図るには、従来のプリフォームの目付重量６７ｇに対して、重く設定し、製品の胴部の肉厚を厚くした方がよく、２リットル容量耐熱ＰＥＴボトル用プリフォームの目付重量６７．５〜７０．５ｇの範囲に設定し、胴部肉厚が４．０ｍｍ以上になるように形状設定した。
ここで、プリフォームの胴部の肉厚は延伸倍率との相対的な値になるが肉厚４．２ｍｍ以上を確保するのが望ましく、安定してボトル製品形状を維持するには５．０ｍｍ以下が望ましい。
【００１１】
プリフォームを倒立させて口栓部を加熱白化処理する際に、カプラ部内側に厚肉部を設けることにより、プリフォーム加熱時のねじ部及びカプラ外径部の寸法変化のバラツキを小さく抑え、かつ、ブローイングマンドルへの装着安定性を向上し、品質を安定させるべく、ポリエチレンテレフタレート樹脂を用いた容量の大きい２軸延伸ブロー成形容器をコールドパリソン法にてシングルブロー成形する場合に供される、口栓部及び口栓部の下方に肩部を介して円筒状の胴部を備える有底筒状体からなるプリフォームにおいて、カプラ部の位置に対応する口栓部内側に厚肉部を設け、口栓部内側ストレート部長さを８〜１２ｍｍの範囲に設定したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を図３に示す、容量２０００ｍｌの略方形ＰＥＴボトルに適用した場合の実施の形態について以下に説明するが、これに限定されるものでなく、１０００ｍｌ以上の各種ボトル製品形状に合わせて設定変更できる。
ＰＥＴボトルの製品形状は全長２ｇ：３０５ｍｍ、首下長さ２ｂ：２８２．５７ｍｍ、口栓部ネックリング外径２ｈ：３３ｍｍ、口栓部ねじ山外径２ｉ：２７．５６ｍｍ、口栓部長さ２ａ：２２．４３ｍｍ、短胴部幅２ｅ：８８．５ｍｍ、長胴部幅２１ｅ：１０６ｍｍに対する本発明に係るプリフォームの形状を図１に示し、全長１ｇ：１７０．４３ｍｍ、首下長さ１ｂ：１４８ｍｍ、口栓部ネックリング外径１ｈ：３３ｍｍ、口栓部ねじ山外径１ｉ：２７．５６ｍｍ、口栓部長さ１ａ：２２．４３ｍｍ、胴部外径１ｅ：２８．９ｍｍ、肉厚１ｆ：４．４ｍｍ、肩部長さ１ｃ：１９ｍｍ、目付重量６９ｇに設定した。
なお、分かりやすくするために、図３の製品形状の中に２点鎖線にてプリフォーム１の大きさを示してある。
【００１３】
これにより、縦方向延伸倍率２ｂ÷１ｂ＝２８２．５÷１４８＝１．９１、製品形状の短胴部幅に対して横方向延伸倍率２ｅ÷（１ｅ−１ｆ）＝８８．５÷（２８．９−４．４）＝３．６１になり、その結果として面積延伸倍率７．１２を確保している。
また、目付重量を６９ｇと従来のダブルブロー成形用プリフォーム目付重量６７ｇより重く設定したので、製品ボトルの引張降状強さが向上し、ヒートセット時の形状変化がおさえられていて、連続的に安定して２０００ｍｌの大容量のＰＥＴボトルが生産出来るようになった。
【００１４】
その工程を図４に基づいて説明すると、図４（イ）に示すように１４０〜１５０℃に加熱した金型３に本発明に係るプリフォーム１をセットし、図４（ロ）に示すように延伸ロッド４で上方に延伸させながらブロー口５からエアブローする。
その後、金型にてヒートセットするために数秒間保持し、図４（ハ）に示すように冷却エアー供給口６からエアーを吹き込み冷却する。
この時のブロー口から排気６ａされる。
次に図４（ニ）に示すように金型を開き、ＰＥＴボトル製品２を取り出す。
【００１５】
なお、参考までに従来のダブルブロー成形用のプリフォーム１０１の形状を図６に示し、プリフォームの首長さｂ：１５５．９３ｍｍと長く、その分、胴部の肉厚４．０ｍｍと薄くなっている。
また、実質上の延伸倍率はプリフォームと図５（ロ）に示す１次ボトルとの比になるがプリフォームと最終製品ボトル形状との見掛け上の値は、縦方向延伸倍率１．８１、横方向延伸倍率３．６４、面積延伸倍率６．５９となっている。
また、本発明に係るプリフォームの肩部長さ１ｃを１９ｍｍと従来のプリフォームの肩部長さｃ１８ｍｍより少し長く設定し、肩部の延伸調整を図っている。
【００１６】
次に、プリフォームの口栓部の形状について図２に示すプリフォームの口栓部の拡大断面図に基づいて説明する。
キャップとのシール性を確保するために、口栓部カプラ径１ｊ：２７．９７ｍｍ、口栓部カプラ高さ１ｄ：１４．１ｍｍ、口栓部ねじ山外径１ｉ：２７．５６ｍｍ、及び口栓内径１ｋ：２０．６ｍｍは規格化されている。
従って、本発明における口栓部形状の特徴は口栓厚肉部内径１ｐを１９ｍｍとなる口栓部内側に厚肉部１１を設け、口栓部カプラ高さ１４．１ｍｍに対して、口栓ストレート部１ｎの長さを８〜１２ｍｍの範囲とした点である。
この、カプラ部分の口栓部内側に厚肉部を設けて口栓部の強度を維持しつつ、加熱処理時の寸法変化を抑え、口栓部ストレート部の長さを所定の範囲に設定したので、プリフォームのブローイング時にブローイングマンドルに安定的に嵌着できるようになった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明による、プリフォームを用いれば、大容量の耐熱ＰＥＴボトルにおいても、首下長さを短くすることにより所定の延伸倍率を確保することが出来、プリフォーム全体の形状を考慮しつつ、胴部の肉厚を従来に比較して厚くしたので、製品ボトルの強度確保及びヒートセット時の熱影響をおさえることが出来、口栓部内側に厚肉部を設けるとともにストレート部を所定の範囲に設定したのでコールドパリソン法にて安定的に連続してシングルブロー成形が可能になった。
その結果、従来のダブルブロー成形にては２回ブロー成形するのでブロー成形機、ブロー金型が各２セット必要であり、さらに１次ボトルの加熱炉も必要であったが、シングルブローが可能になったことによりブロー成形機、ブロー金型が１セットで済み、工程がシンプルとなり、設備費用及びエネルギー費等のランニングコストも大巾に低減出来、ダブルブロー成形における再ブローが無くなりこれに伴う品質トラブルが無くなり製品品質が向上する。
また、設備がシンプルになったことにより、設備故障の低減が期待でき、設備稼働率の向上も期待できる。
さらには、設備の占有面積が半分以下になり建屋面積も少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２０００ｍｌＰＥＴボトル用プリフォームの例を示す。
【図２】図１の口栓部拡大断面図を示す。
【図３】本発明に係るプリフォームを用いて、シングルブロー成形したＰＥＴボトルの製品形状の例を示し、（イ）正面図、（ロ）側面図である。
【図４】シングルブロー成形の工程図を示す。
【図５】ダブルブロー成形におけるボトル形状の変化を示す。
【図６】従来のダブルブロー成形用の２０００ｍｌＰＥＴボトル用プリフォームの例の断面図を示す。
【符号の説明】
１本発明に係るプリフォーム
１ａプリフォームの口栓部長さ
１ｂプリフォームの首下長さ
１ｃプリフォームの肩部長さ
１ｄプリフォームのカプラ高さ
１ｅプリフォームの胴部外径
１ｆプリフォームの胴部肉厚
１ｇプリフォームの全長
１ｈプリフォームの口栓部ネックリング外径
１ｉプリフォームの口栓部のねじ山外径
１ｊプリフォームのカプラ径
１ｋプリフォームの口栓部内径
１ｎプリフォームの口栓部ストレート部長さ
１ｐプリフォームの口栓部厚肉部内径
１１プリフォームの口栓部内側厚肉部
２本発明に係るプリフォームを用いてシングルブロー成形したＰＥＴボトルの例を示す。
２ａＰＥＴボトルの口栓部長さ
２ｂＰＥＴボトルの首下長さ
２ｅＰＥＴボトルの短胴部幅
２１ｅＰＥＴボトルの長胴部幅
２ｇＰＥＴボトルの全長
２ｈＰＥＴボトルの口栓部ネックリング外径
２ｉＰＥＴボトルのねじ山外径

Claims

ポリエチレンテレフタレート樹脂を用いた容量２０００ｍｌの２軸延伸ブロー成形容器をコールドパリソン法にてシングルブロー成形する場合に供される、口栓部及び口栓部の下方に肩部を介して円筒状の胴部を備える有底筒状体からなるプリフォームにおいて、口栓部が加熱白化結晶化処理されるものであり、縦方向延伸倍率が１．８５以上になるように口栓部下の首下長さを設定し、横方向延伸倍率が３．５以上になるように胴部径を設定したことを特徴とする耐熱ＰＥＴボトル用プリフォーム。