JP5706407B2 - プリフォームの口部結晶化方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリフォームの口部結晶化方法等に関する。

広口容器は、一般の飲料容器に多用されているＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ボトルのような細口容器に対して、胴部の外径に対する口部の外径の比率が大きく、口部外径が例えば４５ｍｍ以上の容器は、広口容器と称されている。広口容器は、充填物の取り出しが容易であることから、充填物は液体に限らず、ジャム等の固形物の容器にも多用されている。

広口容器は、キャッピング時のシールを口部の天面にて行なう天面シールが採用される。よって、口部の天面の変形は、シール性を高めるために極力変形が小さいものでなければならない。

特に、高温充填される広口容器は、口部を結晶化させて高密度とし、耐熱性を確保する必要がある。口部を結晶化すると、高密度化に伴い体積が縮小するので、口部に変形が生じやすい。その変形が口部の天面に悪影響を及ぼすことを抑制する必要がある。

口部を内外から加熱する口部結晶化方法は特許文献１，２に、細口容器の口部の変形は特許文献３〜５に開示されている。

実用新案登録第３０６４４０３号公報 特開２００６−２９７７７５号公報 特開平１１−１５２１２２号公報 特開２００４−２６２０１号公報 特開２００４−１３１１７５号公報

特許文献１，２は、細口プリフォームの口部にコアを挿入して、細口プリフォームの口部を内外から加熱している。特許文献１では、口部を外部から加熱する第１加熱源（１２）に加えて、口部の外部に延在されたコアの一部である熱導体（２１）を加熱する第２加熱源（２２）を設け、第２加熱源（２２）からの熱をコアに伝達して口部を内側からも加熱している（図７参照）。特許文献２は、特許文献１の第２加熱源（２２）を排除し、特許文献１の熱導体（２１）の部分をフィン（１２ａ）に変更して、外部から口部を加熱すると共に、フィン（１２ａ）を介して内部加熱用コアの保有熱を放熱させて、内外加熱を調和させている（図４参照）。

しかし、コアに熱を供給する方式（特許文献１）でもコアからの放熱を促進する方式（特許文献２）でも、コアによる内側加熱は従属的であって、口部結晶化温度は口部の外側の加熱源の温度に支配的に依存することに他ならない。特許文献１では口部の内外壁間の温度勾配に関心があり（図５，６参照）、特許文献２では外側からの急速加熱とフィンによる放熱を組み合わせて内外壁間の温度を一定としている（００５８参照）。しかし、室温から結晶化温度維持に至る温度の経時的変化については、特許文献１，２共に無関心である。

本発明の幾つかの態様は、結晶化時間を短縮すると共に、口部を内外から加熱しながら口部が過加熱とならない適正な結晶化温度に制御できる口部結晶化方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、
口部、胴部及び底部を有するプリフォームの前記口部を結晶化する方法であって、
前記口部内にコアを挿入する工程と、
前記コアが前記口部に挿入された前記プリフォームを、自転させると共に搬送方向に沿って搬送しながら、前記搬送方向に沿って配置されたヒーター群により、前記口部を加熱する工程と、
前記プリフォームの前記口部を、前記コアを挿入した状態で冷却する工程と、
を有し、
前記加熱工程は、
前記ヒーター群のうち、前記搬送方向の上流側に位置する第１のヒーター群を第１のパワーで駆動する第１工程と、
前記ヒーター群のうち、前記第１のヒーター群よりも下流側に位置する第２のヒーター群を、前記口部が結晶化温度帯域に達するまで、前記第１のパワーよりも小さい第２のパワーで駆動する第２工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、急加熱の第１工程と緩加熱の第２工程とを組み合わせることで、結晶化時間を短縮すると共に、口部が結晶化温度帯域を超えて過加熱とならないようにすることができる。第１工程のみでは、結晶化時間は短縮できても加熱工程の後半で過加熱となってしまう。一方、第２工程のみでは、結晶化温度は制御可能であっても結晶化時間が延長されてしまう。特に、投入された直後のプリフォームの口部は室温の常温であるので、第１工程により結晶化温度帯域に至らない温度まで急加熱することで、結晶化時間を短縮できる。

本発明の一態様では、前記第１工程と前記第２工程との間に、前記プリフォームを非加熱で搬送する工程を含むことができる。

こうすると、プリフォームの口部の温度は、一旦は降下する傾向となる。よって、第２工程の開始時には、第１工程の急加熱の影響を抑制できる。これにより、第２工程の開始時から直ちに、プリフォームの口部の温度上昇特性を、第１工程よりも緩傾斜にさせ易くなる。

本発明の一態様では、前記ヒーター群のうち、前記第２のヒーター群よりも下流側に位置する第３のヒーター群を、前記第２のパワーよりも小さい第３のパワーで駆動して、前記口部の温度を前記結晶化温度帯域に維持する第３工程をさらに有することができる。

このように、口部の温度が一旦は結晶化温度帯域に到達した後は、ヒーター電力をさらにパワーダウンすることで、口部の温度を結晶化温度帯域に維持し易くなる。こうして、口部の過加熱を抑制できる。

本発明の一態様では、前記第３工程にて、前記第３のヒーター群の第３パワーを、前記搬送方向の上流側よりも下流側にてさらにパワーダウンすることができる。

このように、第３工程では下流側ほどパワーダウンすることで、昇温速度を維持するか、あるいは昇温速度をダウンさせるかして、口部の温度を結晶化温度帯域に維持させることができる。

本発明の一態様では、前記口部に前記コアを挿入する前に、前記コアを予備加熱する工程をさらに有することができる。

こうすると、第２工程の開始時には、口部の外表面温度とコアの温度とを実質的に等しくして、口部の内外温度差を充分に緩和することができ、第１工程の時間の短縮にも寄与する。

本発明の他の態様は、口部、胴部及び底部を有し、前記口部に取り付けられる蓋体によって前記口部の天面がシールされる合成樹脂製の広口容器において、
前記口部は、
口筒部と、
前記口筒部より外方に突出形成され、前記蓋体が係合される被係合部と、
前記天面側にて前記口筒部より外方に突出形成され、前記口筒部からの突出高さが前記被係合部よりも低いフランジと、
を含み、
前記口部の天面は、前記口筒部の第１天面と、前記第１天面と面一である前記フランジの第２天面とで面積が拡大形成され、
前記フランジの厚さは、前記口筒部の厚さよりも薄く、
前記口部は結晶化されていることを特徴とする。

本発明の他の態様では、拡大された天面によりシール面積が増大される上に、射出成形時の樹脂流れ方向の樹脂圧に起因して、フランジは、その天面側の樹脂の密度を高められる。よって、拡大された天面は、結晶化時の変形が低減されて、蓋体との密着シール性を高めることができる。また、このフランジは、プリフォームを搬送するチャックと係合されて、プリフォームの軸方向への位置ずれを防止する部材として利用することができる。

本発明の他の態様では、前記フランジは、前記第２天面と対向する対向面を有し、前記第２天面側での樹脂密度を前記対向面側での樹脂密度よりも高くすることができる。

こうして、口部結晶化時には密度の低い対向面側を変形させることで、シールに用いられるフランジ天面の変形を抑制できる。

本発明のさらに他の態様は、口部、胴部及び底部を有し、前記口部に取り付けられる蓋体によって前記口部の天面がシールされる合成樹脂製の広口容器において、
前記口部は、
口筒部と、
前記口筒部より外方に突出形成され、前記蓋体が係合される被係合部と、
前記被係合部よりも前記胴部側にて、前記口筒部に形成されたリング状凹部と、
を含むことを特徴とする。

本発明のさらに他の態様では、リング状凹部は口筒部よりも窪んで形成されるのでプリフォーム樹脂量を少なくできる。口部の体積が減少すれば、口部結晶化時の体積収縮量も減少するので、口部の天面の変形を抑制でき、天面シール性が向上する。また、このリング状凹部は、プリフォームを搬送するチャックと係合されて、プリフォームの軸方向への位置ずれを防止する部材として利用することができる。

上述した各態様の広口容器において、前記被係合部はＮ（Ｎは２以上の整数）個のねじ山を有し、前記Ｎ個のねじ山は、前記口筒部の周方向にてＮ分割された領域に各一列で配置され、前記Ｎ分割領域の各々にて３６０゜／Ｎ未満の範囲に形成することができる。

こうすると、口筒部の全周において、被係合部は一列のみ配置され、軸方向で２列以上とならないので、口筒部から突出される被係合部の体積は縮小される。口部の体積が減少すれば、口部結晶化時の体積収縮量も減少するので、口部の天面の変形を抑制でき、天面シール性が向上する。

上述した各態様の広口容器において、前記Ｎ個のねじ山の各々は、前記口筒部の軸方向にて、第１の高さ位置の始端から前記口部の天面側に向けて傾斜して延びた先の第２の位置を終端として有することができる。

このように、一列Ｎ個のねじ山はらせん状に繋がるのではなく、Ｎ分割領域の各々にて、それぞれ同一高さの始端及び終端を有するので、口筒部の高さを低くでき、よってその体積を縮小できる。口部結晶化時の体積収縮量も減少するので、口部の天面の変形を抑制でき、天面シール性が向上する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る広口容器の正面図である。 図２は、図１の広口容器の口部に装着される蓋体の断面図である。 図３は、図１に示す広口容器の口部とそれを支持するチャックの一例を示す断面図である。 図４は、図１に示す広口容器の口部とそれを支持するチャックの他の例を示す断面図である。 図５は、図１に示す広口容器のためのプリフォーム射出成形工程を示す部分の断面図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る広口容器の正面図である。 図７は、図６に示す広口容器の口部の断面図である。 図８は、図１及び図６に示す容器のねじ山を示す端面図である。 図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は、口部の結晶化方法の主要工程を示す図である。 図１０は、口部の表面温度とコアの温度の一サイクル中での推移を示す特性図である。 図１１は、口部結晶化装置を模式的に示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る広口容器の正面図であり、図２は図１の広口容器の口部に装着される蓋体の断面図であり、図３及び図４は口部とそれを支持するチャックの断面図である。図１において、合成樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート）製の広口容器１０Ａは、口部２０Ａ、胴部３０及び底部４０を有し、口部２０Ａに取り付けられる蓋体９０（図２参照）によって口部２０Ａの天面２１Ａがシールされる。

広口容器１０Ａの口部２０Ａに装着される蓋体９０は、例えばツイスト・オフ・キャップまたはラグキャップと称されるキャップを用いることができる。このキャップ９０は、図２に示すように有底筒状に形成され、筒部の内周面９１より突起する複数例えば４個の係合部（ラグ）９２と、底面に位置するシール部９３とを備えることができる。シール部９３は、例えば図２に示すように薄肉として弾性を有するにしてもよく、あるいは弾性を有するシール材を貼付して形成しても良い。

口部２０Ａは、口筒部２２と、口筒部２２より外方に突出形成され、蓋体９０の複数の係合部９２がそれぞれ係合される複数の被係合部２３を有する。被係合部２３は例えばねじ山で形成することができる。口部２０Ａにはさらに、天面２１Ａ側にて口筒部２２より外方に突出形成され、口筒部２２からの突出高さが被係合部２３よりも低いフランジ２４を有している。口部２０Ａはさらにサポートリング（ネックリングとも称される）２５を有することができるが、後述の通りサポートリング２５は必須の構成ではない。

口部２０Ａの天面２１Ａは、口筒部２２の第１天面２２Ａと、第１天面２２Ａと面一であるフランジ２４の第２天面２４Ａとで面積が拡大形成されている。なお、フランジ２４の第２天面２４Ａと対向する面（下面）を対向面２４Ｂと称する。フランジ２４の第２天面２４Ａと対向面２４Ｂとの間の厚さＴ２は、口筒部２２の厚さＴ１よりも薄い（Ｔ１＞Ｔ２）。また、口部２０Ａは白化結晶化されている。結晶化方法の一例については後述する。

この広口容器１０Ａの口部２０Ａは、細口容器には必要なロッキングリング（ビードリングとも称される）を不要とするので、天面２１Ａからサポートリング２５の下面までの口部２０Ａの全高を例えば１５ｍｍ以下に低くでき、その分、容器１０Ａをブロー成形するためのプリフォーム樹脂量を少なくできる。口部２０Ａの体積が減少すれば、白化結晶化時の体積収縮量も減少するので、口部２０Ａの天面２１Ａの変形を抑制できる。また、口筒部２２から突出するロッキングリングは、白化結晶化の際に収縮し易く、その収縮が天面２１Ａの変形を及ぼす可能性があるが、本実施形態ではロッキングリングによる悪影響を排除できる。

広口容器１０Ａの口部２０Ａは、天面２１Ａ側にフランジ２４を有しているので、天面シール性が改善される。天面シール性は、天面の平滑度と面積に依存するが、本実施形態ではその両者の特性を改善している。

先ず、天面２１Ａは、口筒部２２の第１天面２２Ａと、第１天面２２Ａと面一であるフランジ２４の第２天面２４Ａとで面積が拡大形成されている。これにより、図２に示す蓋体９０が装着されると、拡大された天面２１Ａによりシール面積が増大され、蓋体９０のシール部９３との密着シール性を高めることができる。これが、天面シール性が改善される第１の理由である。

次に、フランジ２４は、天面２１Ａ側の樹脂の密度を高め、天面２１Ａの変形を低減するのに寄与している。図５は、射出コア型５０とネックキャビティ型５１との間に形成されるキャビティに樹脂を流入させて口部２０Ａを射出成形する過程を示している。樹脂は、容器２０Ａをブロー成形するためのプリフォームの底部側から矢印Ａ方向に沿って所定の樹脂圧により流入される。この際、広い天面２１Ａの成形面には樹脂流れ方向Ａに沿った樹脂圧Ｂが直接作用するのに対して、狭い対向面２４Ｂの成形面に作用する樹脂圧Ｃは、樹脂流れ方向Ａとは逆向きとなるので、樹脂圧Ｂより小さいことが分かる。

さらに、天面２１Ａは広い面積にて射出コア型５０と接触するので冷却効率が高いのに対して、対向面２４Ｂは狭く、かつ、ネックキャビティ型５１の凸部と接触して冷却されるので、冷却効率は低い。

以上のことから、第２天面２４Ａ（天面２１Ａ）側での樹脂密度が対向面２４Ｂ側での樹脂密度よりも高くなる。口部２０Ａを結晶化すると樹脂密度はさらに高まるが、第２天面２４Ａ（天面２１Ａ）側での樹脂密度が対向面２４Ｂ側での樹脂密度よりも高いことに変わりはない。樹脂密度が高まると、天面２１Ａが収縮変形しにくく、天面２１Ａの平滑度が高まる。逆に、結晶化前の非晶質時にて密度が小さいと、熱処理時に収縮が大きい。本実施形態では、収縮変形を対向面２４Ｂ側にて許容しても、第２天面２４Ａ（天面２１Ａ）側では収縮変形を抑制するようにしている。これが、天面シール性が改善される第２の理由である。

フランジ２４のさらに他の用途は、図３及び図４に示すようにチャック部材６０Ａ，６０Ｂに対する軸方向での位置ずれ防止部材としての用途である。広口容器１０Ａまたはそのプリフォームは、口部２０Ａを上向きとした正立状態にて、ネックキャビティ型を用いない搬送時では、サポートリング２５の下面を支えるのが、それ以外では図３に示すチャック部材６０Ａまたは図４に示すチャック部材６０Ｂが用いられる。チャック部材６０は、被係合部（ねじ山）２３を両側から挟んで保持するが、容器１０Ａの軸方向へのずれを防止するために、被係合部（ねじ山）２３とフランジ２４との間に入り込む凸部６１を有することができる。図３の例では、サポートリング２５の代わりにフランジ２４を支えて容器１０Ａを正立状態で搬送するか、あるいは正立搬送せずに倒立搬送すれば、サポートリング２５を不要とすることができる。一方、図４に示すチャック部材６０Ｂは、容器１０Ａの軸方向へのずれを防止するために、フランジ２４に当接可能な凸６２と、サポートリング２５に当接可能な凸部６３を有することができる。

２．第２実施形態
図６は本発明の第２実施形態に係る広口容器の正面図であり、図７は口部の断面図である。図６において、合成樹脂製の広口容器１０Ｂは、口部２０Ｂ、胴部３０及び底部４０を有し、口部２０Ｂに取り付けられる蓋体９０（図２参照）によって口部２０Ｂの天面２１Ｂがシールされる。口部２０Ｂは、第１実施形態と同様に口筒部２２、被係合部（ねじ山）２３及びサポートリング２５を有するが、フランジ２４を有していない。ただし、第２実施形態でもフランジ２４を設けても良い。口部２０Ｂは、被係合部２３よりも胴部３０側にて、口筒部２２に形成されたリング状凹部２６を有する。なお、サポートリング２５が必須の構成ではない点は、第１実施形態と同じである。

この広口容器１０Ｂの口部２０Ｂもまた、細口容器には必要なロッキングリングを不要とし、代わりにロッキングリングの高さよりも縦幅を小さくできるリング状凹部２６を有する。そのため、天面２１Ｂからサポートリング２５の下面までの口部２０Ｂの全高を低くでき、その分、容器１０Ｂをブロー成形するためのプリフォーム樹脂量を少なくできる。口部２０Ｂの体積が減少すれば、白化結晶化時の体積収縮量も減少するので、口部２０Ｂの天面２１Ｂの変形を抑制できる。また、口筒部２２から突出するロッキングリングは、白化結晶化の際に収縮し易く、その収縮が天面２１Ｂの変形を及ぼす可能性があるが、本実施形態では口筒部２２にて窪むリング状凹部２６を有するので、体積収縮の影響は小さい。

リング状凹部２６のさらに他の用途は、図７に示すようにチャック部材７０の被係合部としての用途である。広口容器１０Ｂまたはそのプリフォームは、口部２０Ｂを上向きとした正立状態にて、ネックキャビティ型を用いない搬送時では、サポートリング２５の下面を支えるのが、それ以外ではチャック部材７０が用いられる。チャック部材７０は、被係合部（ねじ山）２３を両側から挟んで保持するが、容器１０Ｂの軸方向へのずれを防止するために、リング状凹部２６に入り込む凸部７１を設けることができる。また、正立搬送せずに倒立搬送すれば、サポートリング２５を不要とすることができる。

３．口部天面の変形を抑えるねじ山形状
図８は、図１及び図６に示す容器１０Ａ，１０Ｂの被係合部（ねじ山）２３を示す、天面２１Ａ，２１Ｂ側から見た端面図である。ただし、図１の例に対しては、図８ではフランジ２４を省略している。

本発明の第１，第２実施形態では、図１、図６及び図８に示すように、被係合部２３はＮ（Ｎは２以上の整数で、好ましくは４≦Ｎ≦６であり、実施形態ではＮ＝４）個のねじ山２３Ａ〜２３Ｄ（図１及び図６では３つを図示）を有する。Ｎ＝４個の多条のねじ山２３Ａ〜２３Ｄは、口筒部２２の周方向にてＮ分割された領域（θ１＝９０゜の領域）に各一列で配置され、Ｎ分割領域の各々に形成範囲θ２が３６０゜／Ｎ未満の範囲に形成されている。Ｎ＝４の本実施形態では、４個のねじ山２３Ａ〜２３Ｄの各々の形成範囲は９０゜未満である（θ２＜９０゜）。また、Ｎ＝４個のねじ山２３Ａ〜２３Ｄの各々は、口筒部２２の軸方向にて、第１の高さ位置Ｈ１の始端２３−１から口部２０Ａ（２０Ｂ）の天面２１Ａ（２１Ｂ）側に向けて傾斜して延びた先の第２の高さ位置Ｈ２を終端２３−２として有する。

多条のねじ山２３Ａ〜２３Ｄを備えた口部２０Ａ（２０Ｂ）に、図２に示すキャップ９０を装着する際には、キャップ９０の４個の係合部（ラグ）９２を、多条のネジ山２３Ａ〜２３Ｄに（４〜６条）のびんにキャッピングするもので、例えばキャップ９０を１／４〜１／６回転することで広口容器１０Ａ（１０Ｂ）を開閉できる。

図１及び図６に示す容器１０Ａ，１０Ｂの被係合部（ねじ山）２３は、口筒部２２より突出形成されるため、その体積が大きいほど、結晶化の熱処理時に被係合部（ねじ山）２３の収縮天面２１Ａ（２１Ｂ）に及ぶ悪影響が大きくなる。

ここで、本実施形態では、被係合部（ねじ山）２３は、４個のねじ山２３Ａ〜２３Ｄが口筒部２２の周方向にてＮ分割された領域（θ１＝９０゜の領域）に各一列で配置されている。従って、口筒部２２の軸方向にてねじ山列が２以上設けられるものと比較して、被係合部（ねじ山）２３の体積は充分に小さく、天面２１Ａ（２１Ｂ）が変形する要因となることを抑制できる。

次に、本実施形態では、被係合部（ねじ山）２３は、４個のねじ山２３Ａ〜２３Ｄの各々の形成範囲は９０゜未満である（θ２＜９０゜）。つまり、周方向にて不連続である４個のねじ山２３Ａ〜２３Ｄの隣接間には必ず隙間が形成される。こうして、被係合部（ねじ山）２３の体積をさらに小さくすることができ、天面２１Ａ（２１Ｂ）が変形する要因となることを抑制できる。

次に、特に第２実施形態に係る広口容器１０Ｂとの関係で奏することができる被係合部（ねじ山）２３の作用について説明する。図７に示すように、チャック部材７０の凸部７１は口部２０Ｂのリング状凹部２６に嵌って、チャック部材７０に挟まれた口部２０Ｂが落下しないようになっている。

ここで、リング状凹部２６の深さは、口筒部２２の肉厚との関係で上限が存在する。リング状凹部２６の深さを、その上限を超えて大きくすると、プリフォームの射出成形時に口筒部２２を成形する樹脂の流れが、リング状凹部２６の領域で阻害され、ショートショット等の不良が生ずるからである。樹脂量を少なくする意味からも口筒部２２の厚さにも上限があり、例えば口筒部２２の厚さを１．５ｍｍとすると、リング状凹部２６の深さ０．５ｍｍが限界である。このようにリング状凹部２６の深さに上限があるため、プリフォームの自重等により、図７に示すチャック部材７０がリング状凹部２６から外れる可能性が考えられる。

本実施形態では、Ｎ＝４個のねじ山２３Ａ〜２３Ｄの各々は、口筒部２２の軸方向にて、第１の高さ位置Ｈ１の始端２３−１から口部２０Ａ（２０Ｂ）の天面２１Ａ（２１Ｂ）側に向けて傾斜して延びた先の第２の高さ位置Ｈ２を終端２３−２として有する。つまり、４個のねじ山２３Ａ〜２３Ｄの各々は、口筒部２２の周方向にて離れた位置にて、しかもリング状凹部２６の直上にて、第１の高さ位置Ｈ１に突出にて始端２３−１を有する。

従って、図７に示すチャック部材７０がリング状凹部２６から外れることがあっても、チャック部材７０の凸部７１は、第１の高さ位置Ｈ１にて口筒部２２の周方向の４箇所にて突出している４つの始端２３−１に引っ掛り、チャック部材７０から口部２０Ｂが落下することを防止できる。このように、複数の始端２３−１をストッパーとして機能させることができる。

４．口部の結晶化方法
次に、上述した第１，第２実施形態に係る広口容器１０Ａ（１０Ｂ）や、他の広口容器及び細口容器にも適用できる口部の結晶化方法について説明する。図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は口部の結晶化方法の主要工程を示す図であり、図１０は口部の表面温度とコアの温度の一サイクル中での推移を示す特性図である。

図９（Ａ）において、例えば広口容器のためのプリフォーム１００が予め射出成形され、口部結晶化装置に搬入される。なお、口部結晶化装置は、ブロー成形前のプリフォームでなくブロー成形後の容器の口部を対象とすることもできるが、プリフォームよりも大型の容器の搬送は装置の大型化を招く。

プリフォーム１００は、口部１０１、胴部１０２及び底部１０３を有する。口部１０１はブロー成形されないので、プリフォーム１００の口部１０１は、図１に示す口部２０Ａまたは図６に示す口部２０Ｂのいずれか一方の構造としても良いし、それら以外の口部構造であってもよい。

図９（Ａ）は、プリフォーム１００の口部１０１内にコア１１０を挿入する工程を示している。コア１１０の挿入前では、プリフォーム１００は筒体１２０上に、倒立されて搬送される。コア１１０は、昇降ロッド１３０の途中に固定され、昇降ロッド１３０の上端にはパッド１３２が固定されている。図９（Ａ）では、昇降ロッド１３０が上昇され、プリフォーム１００の口部１０１内にコア１１０が配置されると共に、パッド１３２によりプリフォーム１００が僅かに押し上げられて筒体１２０と非接触となる。

コア１１０は、断熱体１１２の周面に、赤外線吸収、赤外線反射あるいはその両機能を持つ材質からなる外層体１１４を配置して形成される。外層体１１４は例えば金属であり、本実施形態ではアルミニウム（Ａｌ）にて形成している。このように、コア１１０はそれ自体が加熱源を待たず、後述するヒーター例えば赤外線ヒーター１４０からの赤外線を反射させて、あるいはコア１１０の保有熱により、口部１０１を内側から加熱するものである。コア１１０からの内側加熱と、赤外線ヒーター１４０からの外側加熱とを併用することで、口部１０１の内外温度差を緩和させると共に、結晶化時間を短縮することができる。しかも、プリフォーム１００と共に搬送されるコア１１０は加熱源を持たずに済むため、装置が複雑化することもない。

コア１１０は、上面に反射などにより遮熱する遮熱板１１６を有することができる。遮熱板１１６により、胴部１０２側に熱が伝達されることを防止できる。

図９（Ｂ）は、加熱工程を示している。図９（Ｂ）では、コア１１０が口部１０１に挿入されたプリフォーム１００を、自転させると共に搬送方向に沿って搬送しながら、口部１０１を赤外線ヒーター１４０にて加熱している。赤外線ヒーター１４０は、図１１に示すプリフォーム搬送方向Ａ１，Ａ２に沿って複数設けられて、これらを赤外線ヒーター群２００と称する。図９（Ｂ）では、赤外線ヒーター１４０は例えば搬送路を挟んで対向配置され、自転されるプリフォーム１００の口部１０１を外側から均一加熱する。この加熱工程は、図９（Ｂ）に示すように、プリフォーム１００の胴部１０２を遮熱のための筒体１５０により包囲して、赤外線ヒーター１３０から遮熱することができる。

図９（Ｃ）は、プリフォーム１００の口部１０１を、コア１１０を挿入した状態で冷却する工程を示している。冷却工程は、プリフォーム１００を自転させた自然空冷であっても良いし、あるいは冷媒を用いた強制冷却であっても良い。冷却工程での口部１０１の収縮変形は、コア１１０により規制される。

図９（Ｄ）は、プリフォーム１００の口部１０１内からコア１１０を離脱する工程を示している。その後、口部結晶化されたプリフォーム１００が筒体１２０上から取り出されることで、口部結晶化方法の一サイクルが終了する。

本実施形態の加熱工程を、図１０及び図１１を用いて説明する。図１１は、プリフォーム１００の搬送路と赤外線ヒーター群２００と模式的に示す平面である。位置Ｐ１にてプリフォームが投入され、搬送方向Ａ１，Ａ２に沿って連続または間欠搬送されて加熱され、さらに冷却ゾーン２２０にて冷却処理され、位置Ｐ２にて口部結晶化されたプリフォーム１００が搬出される。

加熱工程は、図１１に示す赤外線ヒーター群２００のうち、搬送方向の上流側に位置する第１の赤外線ヒーター群２００−１を第１のパワーで駆動する第１工程を有する。図１０に示す第１工程では、第１の赤外線ヒーター群２００−１を駆動する第１のパワーを、フルパワーの例えば７０％に設定している。図１０に示すプリフォーム１００の口部１０１の表面温度Ｔ_Ｓは、単位時間あたりの温度上昇特性が比較的急傾斜となって昇温される。

加熱工程はさらに、図１１に示す赤外線ヒーター群２００のうち、第１の赤外線ヒーター群２００−１よりも下流側に位置する第２のヒーター群２００−２を、第１のパワーよりも小さい第２のパワーで駆動して、口部１０１が白化結晶化温度帯域（例えば１７０〜１９０°Ｃ）に達するまで、口部１０１を赤外線ヒーター群２００−２とコア１１０とで加熱する第２工程とを含むことができる。図１０に示す第２工程では、第２の赤外線ヒーター群２００−２〜２００−４を駆動する第２のパワーを、フルパワーの例えば６０％に設定している。図１０に示すプリフォーム１００の口部１０１の表面温度Ｔ_Ｓは、単位時間あたりの温度上昇特性が第１工程よりも緩傾斜となって昇温される。

ここで、急加熱の第１工程と緩加熱の第２工程とを組み合わせた理由は、結晶化時間を短縮すると共に、口部１０１が過加熱とならないようにするためである。第１工程のみでは、結晶化時間は短縮できても加熱工程の後半で過加熱となってしまう。一方、第２工程のみでは、結晶化温度は制御可能であっても結晶化時間が延長されてしまう。特に、投入された直後のプリフォーム１００の口部１０１は室温の常温であるので、第１工程により結晶化温度帯域に至らない温度まで急加熱することで、結晶化時間を短縮できる。

図１０に示すように、第１工程と第２工程との間に、プリフォームを非加熱で搬送する工程を含むことができる。図１１には、第１のヒーター群２００−１と第２のヒーター群２００−２との間に、ヒーター群を設けないか、あるいは駆動停止されるヒーター群が配置される非加熱ゾーン２１０が設けられている。こうすると、図１０に示すようにプリフォーム１００の口部１０１の表面温度Ｔ_Ｓは、一旦は降下する傾向となる。よって、第２工程の開始時には、第１工程の急加熱の影響を抑制できる。これにより、第２工程の開始時から直ちに、プリフォーム１００の口部１０１の表面温度Ｔ_Ｓの温度上昇特性を、第１工程よりも緩傾斜にさせ易くなる。

加熱工程はさらに、図１１に示す赤外線ヒーター群２００のうち、第２の赤外線ヒーター群２００−２よりも下流側に位置する第３のヒーター群２００−３，２００−４を、第２のパワーよりも小さい第３のパワーで駆動して、口部１０１を白化結晶化温度帯域に維持して、口部１０１を赤外線ヒーター群２００−３，２００−４とコア１１０とで加熱する第３工程とを含むことができる。図１０に示す第３工程では、第３の赤外線ヒーター群２００−３，２００−４を駆動する第３のパワーを、フルパワーの例えば５０〜５５％に設定している。このように、口部１０１の温度が一旦は結晶化温度帯域に到達した後は、ヒーター電力をさらにパワーダウンすることで、口部１０１の温度を結晶化温度帯域に維持し易くなる。こうして、口部１０１の過加熱を抑制できる。

また、第３工程では、図１１に示す第３の赤外線ヒーター群２００−３，２００−４の第３パワーを、搬送方向の上流側よりも下流側にてさらにパワーダウンすることができる。図１０の例では、第３の赤外線ヒーター群２００−３，２００−４の各パワーを、上流側の赤外線ヒーター群２００−３ではフルパワーの５５％、下流側の赤外線ヒーター群２００−４ではフルパワーの５０％としている。このように、第３工程では下流側ほどパワーダウンすることで、図１０に示すように昇温速度を維持するか、あるいは昇温速度をダウンさせるかして、口部１０１の温度を結晶化温度帯域に維持させることができる。こうして、第３工程にて口部１０１が過加熱となることを防止できる。なお、第３工程は赤外線ヒーター群２００−３，２００−４の２分割でなく、パワーダウン分割を３分割以上に多分割してもよい。

ここで、赤外線ヒーター群２００−１にて複数のプリフォーム１００が通過している時間をＴ１とし、赤外線ヒーター群２００−２〜２００−４の各々にて複数のプリフォーム１００が通過している時間をＴ２とする。本実施形態では、Ｔ１＞Ｔ２とすることができる。なお、複数のプリフォーム１００は例えば連続搬送されるので、時間Ｔ１，Ｔ２の相違は、加熱ゾーンの長さの相違である。図１１では赤外線ヒーター群２００−１〜２００−４の加熱ゾーンの長さを一定にしているが、加熱ゾーンの長さを異ならせることで、各加熱ゾーンでの加熱時間を変更できる。なお、プリフォームを間欠搬送する場合も、同様に各過熱ゾーンの長さを異ならせることで、各加熱ゾーンでの加熱時間を変更できる。例えば、時間Ｔ１を連続搬送の３ステップ分としたとき、時間Ｔ２は２ステップ分とすることができる。第１工程の時間Ｔ１を長くすることで、室温から例えば１００℃を超える温度まで昇温するのに、過度に昇温スピードが速い赤外線ヒーターを用いることがない。逆に、第１工程の時間Ｔ１を時間Ｔ２より短くすると、第１工程での急速加熱が第２工程に悪影響して、結晶化温度帯域に維持する制御が困難となるか、あるいは結晶化温度帯域までに到達する時間が長くなる。

図１１には、コア１１０の温度Ｔ_Ｃが示されている。図１１では、コア１１０は口部１０１に挿入される前に、例えば図１１に示す位置Ｐ１，Ｐ２間にてコア１１０が予備加熱されている例を示している。つまり、この口部結晶化方法は、口部１０１にコア１１０を挿入する前に、コア１１０を予備加熱する工程をさらに有することができる。

図１１の第１工程では、コア１１０は、赤外線ヒーター１４０からの赤外線が口部１０１を介して入射されるが、常温の口部１０１と接触することで温度が降下している。第１工程またはその後の非加熱工程（第２工程開示時）では、コア１１０の温度と、口部１０１の表面温度とが実質的に等しくなるようにしている。つまり、口部１０１の内外温度が実質的に等しくなるまで、第１工程またはその後の非加熱工程が継続される。第２工程では、口部１０１よりも熱容量が大きいコア１１０の昇温速度は低いが、プリフォーム１００の口部１０１の表面温度Ｔ_Ｓの昇温と共にコア１１０の温度Ｔ_Ｃが緩やかに昇温しているので、口部１０１の内外温度差は所定の範囲に収まっている。なお、コア１１０の予備加熱工程は必ずしも要しないが、予備加熱によって第１工程時間の短縮にも寄与できる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例は全て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

１０Ａ，１０Ｂ 広口容器 ２０Ａ，２０Ｂ 口部、２１Ａ，２１Ｂ 天面、２２ 口筒部、２２Ａ 第１天面、２３、２３Ａ〜２３Ｄ 被結合部（ねじ山）、２４ フランジ、２４Ａ 第２天面、２４Ｂ 対向面、２５ サポートリング、２６ リング状凹部、２０
胴部、４０ 底部、５０ 射出コア型、５１ ネックキャビティ型、６０Ａ，６０Ｂ，７０ チャック部材、６１，７１ 凸部、９０ 蓋体、１００ プリフォーム、１０１ 口部、１０２ 胴部、１０３ 底部、１１０ コア、１１２ 絶縁体、１１４ 外層体、１１６ 遮熱板、１２０ 筒体、１３０ 昇降ロッド、１３２ パッド、１４０ 赤外線ヒーター（ヒーター）、２００ ヒーター群、２００−１ 第１のヒーター群、２００−２〜２００−４ 第２のヒーター群、２１０ 非加熱ゾーン、２２０ 冷却ゾーン

Claims (5)

1. 口部、胴部及び底部を有するプリフォームの前記口部を結晶化する方法であって、
   前記口部内にコアを挿入する工程と、
   前記コアが前記口部に挿入された前記プリフォームを、自転させると共に搬送方向に沿って搬送しながら、前記搬送方向に沿って配置されたヒーター群により、前記口部を加熱する工程と、
   前記プリフォームの前記口部を、前記コアを挿入した状態で冷却する工程と、
   を有し、
   前記加熱工程は、
   前記ヒーター群のうち、前記搬送方向の上流側に位置する第１のヒーター群を第１のパワーで駆動する第１工程と、
   前記ヒーター群のうち、前記第１のヒーター群よりも下流側に位置する第２のヒーター群を、前記口部が結晶化温度帯域に達するまで、前記第１のパワーよりも小さい第２のパワーで駆動する第２工程と、
   を含み、
   前記第１工程と前記第２工程との間に、前記プリフォームを非加熱で搬送する工程を含むことを特徴とするプリフォームの口部結晶化方法。
2. 口部、胴部及び底部を有するプリフォームの前記口部を結晶化する方法であって、
   前記口部内にコアを挿入する工程と、
   前記コアが前記口部に挿入された前記プリフォームを、自転させると共に搬送方向に沿って搬送しながら、前記搬送方向に沿って配置されたヒーター群により、前記口部を加熱する工程と、
   前記プリフォームの前記口部を、前記コアを挿入した状態で冷却する工程と、
   を有し、
   前記加熱工程は、
   前記ヒーター群のうち、前記搬送方向の上流側に位置する第１のヒーター群を第１のパワーで駆動する第１工程と、
   前記ヒーター群のうち、前記第１のヒーター群よりも下流側に位置する第２のヒーター群を、前記口部が結晶化温度帯域に達するまで、前記第１のパワーよりも小さい第２のパワーで駆動する第２工程と、
   前記ヒーター群のうち、前記第２のヒーター群よりも下流側に位置する第３のヒーター群を、前記第２のパワーよりも小さい第３のパワーで駆動して、前記口部の温度を前記結晶化温度帯域に維持する第３工程と、
   を含むことを特徴とするプリフォームの口部結晶化方法。
3. 請求項２において、
   前記第１工程と前記第２工程との間に、前記プリフォームを非加熱で搬送する工程を含むことを特徴とするプリフォームの口部結晶化方法。
4. 請求項３において、
   前記第３工程では、前記第３のヒーター群の第３パワーを、前記搬送方向の上流側よりも下流側にてさらにパワーダウンすることを特徴とするプリフォームの口部結晶化方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記口部に前記コアを挿入する前に、前記コアを予備加熱する工程をさらに有することを特徴とするプリフォームの口部結晶化方法。

Images