JP6079288B2 - 合成樹脂製容器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブロー成形型の内面形状を賦形して所定の容器形状とされた合成樹脂製容器を成形するにあたり、容器の底部付近の肉厚分布をより均一に制御することを可能とし、その成形性が改善された合成樹脂製容器の製造方法に関する。

従来、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂を用いて有底筒状のプリフォームを形成し、次いで、このプリフォームをブロー成形などによってボトル状に成形してなる合成樹脂製の容器が、各種飲料品をはじめとして、醤油、食用油、液体洗剤などの液状物を内容物とする容器として広い分野で一般的に利用されている。そして、この種の合成樹脂製容器の利用が広い分野でより一般的なものとなってきた近年の状況下にあっては、他の商品との差別化、ユーザビリティの向上などの観点から様々な形状の容器が望まれるようになってきている。

このような容器形状の多様化に対応するために、本出願人は、プリフォームをブロー成形によって第一成形中間体とし、この第一成形中間体内のブローエアー圧を除圧させて、最終製品用のブロー成形型のキャビティ空間に納まる大きさに収縮させた第二成形中間体を最終製品にブロー成形することで、ブロー成形型の内面形状を良好に賦形して、成形性よく所定の容器形状に成形された合成樹脂製容器を効率よく量産することができる合成樹脂製容器の製造方法を先に提案した（特許文献１及び２参照）。

特開２００３−１０３６１２号公報 国際公開第２０１０／０７０８４６号公報

しかしながら、特許文献１及び２で提案した方法について、本出願人が更なる鋭意検討を重ねたところ、容器の底部付近の肉厚分布を均一にするために、特に、横断面矩形状又は楕円状の偏平容器において、長径側と短径側の肉厚差を小さくするためには、未だ改善すべき余地があるという知見を得るに至った。

本発明は、上記の知見に鑑みてなされたものであり、容器の底部付近の肉厚分布をより均一に制御することができ、厚肉によるヒケや、薄肉による白化及び強度不足なども軽減させることを可能とし、ブロー成形型の内面形状を良好に賦形して、成形性よく所定の容器形状に成形された合成樹脂製容器を効率よく量産することができる合成樹脂製容器の製造方法の提供を目的とする。

本発明に係る合成樹脂製容器の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる有底筒状のプリフォームを、型開き状態で待機するブロー成形型の型閉め位置に固定し、前記プリフォームをフリーブロー成形によって第一成形中間体としてから、前記第一成形中間体内のブローエアー圧を除圧するとともに、前記ブロー成形型が備えるキャビティ型を型開き状態で待機させたまま、前記ブロー成形型が備えるベース型を前記第一成形中間体の底部に押圧させつつ型閉め位置まで移動させて容器底部の形状を賦形し、前記ブロー成形型内に納まる大きさまで収縮した第二成形中間体を形成し、次いで、前記キャビティ型を型閉めして前記第二成形中間体をブロー成形する方法としてある。

本発明に係る合成樹脂製容器の製造方法によれば、容器の底部付近の肉厚分布をより均一に制御することができ、厚肉によるヒケや、薄肉による白化及び強度不足なども軽減させることを可能とし、ブロー成形型の内面形状を良好に賦形して、成形性よく所定の容器形状に成形された合成樹脂製容器を効率よく量産することができる。

本発明の実施形態に係る合成樹脂製容器の製造方法を好適に実施するためのブロー成形装置の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る合成樹脂製容器の製造方法における一次ブロー工程及び収縮工程の一例を示す工程図である。 ベース型の移動に伴って長手方向に短縮可能としたストレッチロッドの一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る合成樹脂製容器の製造方法における二次ブロー工程の一例を示す工程図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すブロー成形装置は、キャビティ型３ａ，３ｂとベース型４とを備えるブロー成形型１と、プリフォーム１０を支持するとともに、支持したプリフォーム１０の内部にブローエアーを吹き込むためのブローノズルとして機能するマンドレル５と、このマンドレル５に支持されたプリフォーム１０をブロー成形型１の型閉め位置に固定するための固定型２ａ，２ｂと、プリフォーム１０の延伸方向を案内するプレスロッド６と、プリフォーム１０を縦方向に延伸するストレッチロッド７とを備えている。

本実施形態では、このようなブロー成形装置を成形ステーションに設置し、成形ステーションに供給されてきたプリフォーム１０が、型閉め位置（ブロー成形型１を型閉めしたときに在るべき位置）に固定されるようにする。

ここで、プリフォーム１０は、熱可塑性樹脂を使用して射出成形や圧縮成形などにより、図示するような有底筒状に成形される。熱可塑性樹脂としては、ブロー成形が可能であれば、任意の樹脂を使用することができる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンナフタレート，ポリカーボネート，ポリアリレート，ポリ乳酸又はこれらの共重合体などの熱可塑性ポリエステル，これらの樹脂あるいは他の樹脂とブレンドされたものなどが好適である。特に、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂が、好適に使用される。また、アクリロニトリル樹脂，ポリプロピレン，プロピレン−エチレン共重合体，ポリエチレンなども使用することができる。これらの樹脂材料には、公知の結晶核剤，酸素吸収剤などの機能性材料を適宜添加してもよい。

プリフォーム１０を成形ステーションに供給するにあたり、通常は、ブロー成形によって延伸させようとする部位が、ガラス転移点以上の延伸可能な温度となるようにプリフォーム１０を加熱しておく。プリフォーム１０が、射出成形や圧縮成形によって成形された直後の状態にあれば、成形時の余熱で上記温度となっていることもあり、この場合には、プリフォーム１０を加熱することなく、そのままの状態で成形ステーションに供給してもよい。

そして、本実施形態にあっては、成形ステーションに供給され、型閉め位置に固定されたプリフォーム１０に対して、次に説明する一次ブロー工程、収縮工程、二次ブロー工程の順に各工程を１ステーションで行う。
これにより、２モールド成形のように各工程間で成形途中の成形中間体を搬送する手間を省略するとともに、装置の簡素化、省スペース化などを図りつつ、所定の容器形状に成形された合成樹脂製容器を製造することができる。

［一次ブロー工程］
一次ブロー工程では、ブロー成形型１による賦形をせずにブロー成形を行う、いわゆるフリーブロー成形によって、プリフォーム１０を縦方向及び横方向に延伸させて第一成形中間体１１を形成する。

図２に示す例では、まず、フリーブロー成形に先だって、プリフォーム１０を、その開口部側が下方に位置するようにしてマンドレル５に支持し、型開き状態にあるキャビティ型３ａ，３ｂの間に配置させている（図２（ａ）参照）。

次いで、キャビティ型３ａ，３ｂの間に配置されたプリフォーム１０は、その開口部側が固定型２ａ，２ｂによって狭持されて、型閉め位置に固定される（図２（ｂ）参照）。これと同時に、又はこれと前後して、ベース型４の内部を貫通して上下動可能に設けられたプレスロッド６を、その先端がプリフォーム１０に近接又は当接する位置まで下動させる。（図２（ｃ）参照）。

なお、本実施形態において、固定型２ａ，２ｂは、プリフォーム１０をブロー成形型１の型閉め位置に固定するためのものであるが、プリフォーム１０を型閉め位置に固定することに加え、キャビティ型３ａ，３ｂとともに最終製品のキャビティ空間を形成するものであってもよい。その場合、第一成形中間体１１の一部分が固定型２ａ，２ｂによって賦形されてもよい。

そして、キャビティ型３ａ，３ｂ及びベース型４を型開きの状態で待機させたまま、図示しないブローエアー供給源に接続されたマンドレル５から、プリフォーム１０の内部にブローエアーを吹き込んでフリーブロー成形を開始する。

この際、図２（ｄ）に示すように、マンドレル５の内部を貫通して上下動可能に設けられたストレッチロッド７を上動させて、プリフォーム１０の縦方向の延伸を促すことができる。これとともに、延伸されるプリフォーム１０の先端側をプレスロッド６とストレッチロッド７とで挟持して、その延伸方向を案内するように、ストレッチロッド７と同期させてプレスロッド６を上動させるようにしてもよい。これにより、プリフォーム１０の延伸方向を規制して、延伸方向が傾いてしまうのを抑止することができる。

第一成形中間体１１の大きさは、第一成形中間体１１に偏肉が生じないようにするという観点から、第一成形中間体１１の縦方向の延伸倍率を１．６〜５．０倍、好ましくは２．４〜３．０倍、横方向の延伸倍率を１．６〜５．０倍、好ましくは２．０〜４．５倍とし、十分に延伸された大きさに成形するのが好ましい。

特に、本実施形態では、ベース型４を型閉め位置よりも上方に待機させて、フリーブロー成形によってプリフォーム１０を延伸させており、その分だけプリフォーム１０の縦方向の延伸長を長くすることができ、高延伸が可能となる。このため、プリフォーム１０の底部側も十分に延伸させて、より均一な肉厚分布とされた第一成形中間体１１を形成することができる。さらに、縦方向の高延伸が可能な分だけ横方向の延伸倍率を必要に応じて低くすることもでき、より広い範囲で好適な成形条件を設定することが可能になる。
これらのことを考慮して、プリフォーム１０を延伸させる際の延伸倍率は、第一成形中間体１１の縦方向の延伸倍率と横方向の延伸倍率との積が３〜２５倍、好ましくは５〜１３倍になるように適宜調整するのが好ましい。

また、本実施形態では、図２（ｅ）に示すように、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部よりも縦方向及び横方向に大きくなるようにプリフォーム１０を延伸させて、第一成形中間体１１を形成している。第一成形中間体１１の延伸倍率は、プリフォーム１０の内部に吹き込むブローエアーの圧力、及び延伸速度などによって調整することができるが、縦方向の延伸倍率は、型閉め位置よりも上方で待機するベース型４の位置によっても調整することができる。

［収縮工程］
収縮工程では、第一成形中間体１１内のブローエアー圧を除圧するとともに、キャビティ型３ａ，３ｂを型開きの状態で待機させたまま、ベース型４を第一成形中間体１１の底部に押圧させつつ型閉め位置まで移動させる（図２（ｆ）参照）。これにより、ベース型４によって容器の底部形状が賦形され、キャビティ型３ａ，３ｂ（ブロー成形型１）の製品姿部に納まる大きさまで収縮した第二成形中間体１２を形成する。

一次ブロー工程において形成された直後の第一成形中間体１１は、通常、ブロー成形の際にプリフォーム１０が有していた熱と、延伸速度などの条件によっては延伸により生じる樹脂の剪断発熱とにより、材料として用いた樹脂のガラス転移点以上の温度を暫時保っている。そして、このような温度下で、プリフォーム１０を延伸した際に発生した残留応力に起因する収縮力につり合って形状を保つのに十分な圧力が、第一成形中間体１１内に残っている。

本実施形態では、このような第一成形中間体１１内に残っている圧力を除圧することにより、第一成形中間体１１を高温の状態で収縮させているので、第一成形中間体が無理なく自然に収縮していく。このため、ブロー成形により第一成形中間体１１に生じた残留歪みを低減させて、そのような残留歪みがそのまま第二成形中間体１２に引き継がれないようにすることが可能となる。

第一成形中間体１１内を除圧するには、一次ブロー工程の直後に陽圧状態となっている第一成形中間体１１の内部を、図示しない弁機構を介して大気解放するのが好ましいが、必要に応じて、第一成形中間体１１内を強制的に排気するようにしてもよい。

また、本実施形態では、第一成形中間体１１を、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部に納まる大きさまで収縮させる際に、ベース型４を第一成形中間体１１の底部に押圧させつつ型閉め位置まで移動させる。このとき、第一成形中間体１１は、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部よりも縦方向及び横方向に大きくなるように形成されているところ、その縦方向の大きさは、除圧による収縮に加え、底部側がベース型４に押し潰されるように変形して当該製品姿部に納まる大きさとされる。このようにして第二成形中間体１２を形成するにあたり、好ましくは、外方に凸となるドーム状の形状に成形された第一成形中間体１１の底部が、ベース型４で押圧されて内方に反転して、その底部形状が最終製品と同様に内方に凸となる上げ底状の形状となるように第二成形中間体１２を成形する。

このような収縮工程では、第一成形中間体１１の収縮を妨げないようにストレッチロッド７を退避させるが、ストレッチロッド７の位置制御の簡略化のために、ストレッチロッド７は、ベース型４の移動に伴って長手方向に短縮可能となるように構成することができる。ストレッチロッド７を長手方向に短縮可能とするには、例えば、図３（ａ）に示すように、ストレッチロッド７がプリフォーム１０の延伸を促す際の応力に抗するのに十分な弾性力を発揮するが、ベース型４の移動に伴って押し縮められる弾性部材７ｂによって付勢された伸縮部材７ａをストレッチロッド７の先端部に設けるなどすればよい。また、図３（ｂ）に示すように、弾性部材７ｂによって短縮方向に附勢された伸縮部材７ａをストレッチロッド７の先端側に設けておき、プリフォーム１０を延伸する際にはストレッチロッド７内にエアーを導入して伸縮部材７ａが伸張した状態を維持し、ベース型４の移動に際してはエアーを解除することにより伸縮部材７ａが短縮した状態となるようにしてもよい。特に図示しないが、エアーシリンダなどを利用して、ストレッチロッド７を短縮可能に構成することもできる。

このように、本実施形態にあっては、ベース型４を型閉め位置よりも上方で待機させておき、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部よりも大きくなるように第一成形中間体１１を形成してから、この第一成形中間体１１を収縮させるようにしている。そして、ベース型４を型閉め位置まで移動させて容器底部の形状を賦形することにより、収縮工程において形成された第二成形中間体１２の容器底部に相当する部位は、最終製品とほぼ同じ形状となるように成形され、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部内に確実に収まるようにすることができる。

これにより、後述する二次ブロー工程において、第二成形中間体１２をブロー成形する際の容器底部に相当する部位付近の加工量を少なくすることができ（図４（ａ）及び（ｂ）参照）、二次ブロー工程終了後の容器底部及びその付近におけるヒケの発生を抑制することもできる。特に、最終製品の底部形状と同様に内方に凸となる形状に第二成形中間体１２の底部を反転させるようにすることで、二次ブロー工程における底部の加工量をさらに少なくすることができる。
さらに、本実施形態によれば、容器底部の賦形性を向上させて、ベース型４による良好な形状賦形をすることができる範囲を広くすることができる。その結果、容器底部及びその付近の肉厚がより均一となるように、底部付近の肉厚分布をより均一に制御することができ、厚肉によるヒケや、薄肉による白化及び強度不足なども軽減させることが可能になり、特に、横断面矩形状又は楕円状の偏平容器にあっても、その長径側と短径側の肉厚差を小さくすることができる。

また、二次ブロー工程における第二成形中間体１２の加工量を少なくすることで、新たな残留歪みが発生してしまうのを抑止することができる。このため、第二成形中間体１２の横方向の大きさは、第二成形中間体１２の最大周長部の周長が、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部の最大周長に対し僅かに小さくなっているのが好ましい。より具体的には、第二成形中間体１２の最大周長部の周長は、これに対応するキャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部の最大周長の８５〜９９％とするのが好ましい。
なお、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部がビードやエンボスを含む場合は、これらも考慮して第二成形中間体１２の横方向の大きさを決定する。

また、第一成形中間体１１内を除圧させる際に、あまりにも急激に圧力を低下させると、第二成形中間体１２の表面にしわが生じてしまうことがある。このため、第一成形中間体１１内を除圧させる際には、圧力を低下させる速度（単位時間当たりに圧力が低減する割合）を適宜調整する。一般に、ブローエアーの排気出口には消音マフラーが備えられていて排気速度を低下させているので、特段の調整弁などを追加する必要はないが、例えば、第二成形中間体１２の表面にしわが生じてしまうのを防止するためには、成形時間が許容範囲を超えて長くなってしまわないようにするなど、他の動作・工程に支障が生じない範囲で圧力が低下する速度を遅くするように調整してもよい。このような速度調整は、残留歪みを低減させる上でも好ましい。

また、収縮工程において、第一成形中間体１１を収縮させるに際しては、第一成形中間体１１に対して外部から熱を加えることなく、第一成形中間体１１内を除圧させるだけで、第一成型中間体１１を収縮させて第二成形中間体１２とするのが好ましい。外部からの加熱により収縮させると、第二成形中間体１２の結晶化度が高くなり、第二成形中間体１２が硬くなってしまう。外部から熱を加えることなく収縮させることでこれを防止して、次工程の二次ブロー工程において、ブロー成形型１の内面形状を賦形する際の成形面に対する追従性が良好となり、外部からの加熱を省略することで、エネルギー的にも効率的である。

［二次ブロー工程］
二次ブロー工程では、キャビティ型３ａ，３ｂを型閉めすることにより、ブロー成形型１内に第二成形中間体１２を納めて、その状態で改めてブロー成形することにより、ブロー成形型１の内面形状を賦形して所定の容器形状に成形する。

図４に示す例では、キャビティ型３ａ，３ｂが互いに近接する方向に移動することによって型閉めされるようになっている。ベース型４は既に型閉め位置に移動しているので、これによりブロー成形型１の型閉め動作がなされ、第二成形中間体１２がブロー成形型１内に納められる。
また、キャビティ型３ａ,３ｂの内面には、例えば、容器胴部に深く窪ませた把持用凹部などのように、容器胴部に深く窪んだ形状を形成するために、キャビティ空間内に突出する突状部３０が形成されている。そして、この突状部３０が、型閉め動作がなされる際に第二成形中間体１２に当接して、第二成形中間体１２を押圧変形させるようになっている。

前述したように、収縮工程において、第一成形中間体１１に対して外部から熱を加えないようにすることで、ブロー成形型１の内面形状を賦形する際の成形面に対する追従性を良好となるようにすることができる。したがって、ブロー成形型１の型閉め動作がなされる際には、ブロー成形型１の内面に形成された突状部３０が当接して第二成形中間体１２を押圧変形させるときの追従性についても良好なものとすることができる。
なお、突状部３０は、可動入子として第二成形中間体１２を押圧変形させるときの追従性をより良好にすることもできる。

また、ブロー成形型１の型閉め動作がなされる際には、第二成形中間体１２の内部を密閉するのが好ましい。このようにすれば、第二成形中間体１２が押圧変形する際に、第二成形中間体１２内が適度に加圧されるので、その加圧とキャビティ型３ａ，３ｂの移動とが相乗的に功を奏し、突状部３０以外の箇所にも好適に第二成形中間体１２の肉が回り込むこととなり、成形面に対する追従性がより良好になる。

型閉め動作が完了すると、図示しないブローエアー供給源に接続されたマンドレル５から第二成形中間体１２の内部にブローエアーを吹き込み、第二成形中間体１２をブロー成形型１の内面に密着させて、ブロー成形型１の内面形状を賦形して容器Ｍとする（図４（ｂ）参照）。

次いで、ストレッチロッド７を退避させて、クーリングブローなどの後処理を経てから容器Ｍ内を排気する（図４（ｃ）参照）が、クーリングブローに際しては、ストレッチロッド７を介して冷却エアーを導入することもできる。その後、固定型２ａ，２ｂ、キャビティ型３ａ，３ｂ、ベース型４をそれぞれ型開き位置に移動してブロー成形型１の型開きを行ってから、成形された容器Ｍを取り出す（図４（ｄ）参照）。

本実施形態によれば、上記したようにして、一次ブロー工程、収縮工程、二次ブロー工程の各工程を経ることで、特に、収縮工程において、ベース型４を型閉め位置よりも上方で待機させておき、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部よりも大きくなるように形成された第一成形中間体１１を、キャビティ型３ａ，３ｂの製品姿部に納まる大きさに収縮させる際に、ベース型４を第一成形中間体１１の底部に押圧させつつ型閉め位置まで移動させることにより、第一成形中間体１１の底部側がベース型４に押し潰されるように変形して当該製品姿部に納まる大きさとされる。このため、第二成形中間体１２は、その底部側が十分に延伸されながらもブロー成形型１内に支障なく納めることができ、容器底部及びその付近の肉厚がより均一となるように、底部付近の肉厚分布をより均一に制御することが可能になる。

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

例えば、前述した実施形態では、容器胴部に深く窪んだ形状が形成された合成樹脂製容器Ｍの例を示したが、本発明は、このような容器形状に限らず、種々の容器形状の合成樹脂製容器を製造する場合であっても、容器の底部付近の肉厚分布をより均一に制御することを可能とし、ブロー成形型１の内面形状を良好に賦形して、成形性よく所定の容器形状に成形することができる。この場合、窪みを形成するためのキャビティ型３ａ，３ｂの突状部３０による押圧がない分、加工量が低減するため、残留歪みが更に低減し耐熱性により優れた合成樹脂製容器が形成可能となる。

本発明は、ブロー成形型の内面形状を賦形して所定の容器形状とされた合成樹脂製容器を製造するための方法として、各種の製品分野に広く利用することができる。

１ ブロー成形型
３ａ，３ｂ キャビティ型
４ ベース型
６ プレスロッド
７ ストレッチロッド
１０ プリフォーム
１１ 第一成形中間体
１２ 第二成形中間体
Ｍ 容器

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂からなる有底筒状のプリフォームを、型開き状態で待機するブロー成形型の型閉め位置に固定し、前記プリフォームをフリーブロー成形によって第一成形中間体としてから、
   前記第一成形中間体内のブローエアー圧を除圧するとともに、前記ブロー成形型が備えるキャビティ型を型開き状態で待機させたまま、前記ブロー成形型が備えるベース型を前記第一成形中間体の底部に押圧させつつ型閉め位置まで移動させて容器底部の形状を賦形し、前記ブロー成形型内に納まる大きさまで収縮した第二成形中間体を形成し、
   次いで、前記キャビティ型を型閉めして前記第二成形中間体をブロー成形することを特徴とする合成樹脂製容器の製造方法。
2. 前記第一成形中間体の底部を外方に凸となる形状に成形し、
   前記ベース型を前記第一成形中間体の底部に押圧させることにより、当該底部を内方に反転させて、前記第二成形中間体の底部を内方に凸となる形状に成形する請求項１に記載の合成樹脂製容器の製造方法。
3. 前記第一成形中間体の縦方向の延伸倍率と横方向の延伸倍率との積を３〜２５倍とする請求項１又は２に記載の合成樹脂製容器の製造方法。
4. 前記プリフォームをフリーブロー成形によって前記第一成形中間体とするにあたり、同期させたストレッチロッドとプレスロッドとによって前記プリフォームの延伸方向を案内するとともに、
   前記ストレッチロッドを前記ベース型の移動に伴って長手方向に短縮可能とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の合成樹脂製容器の製造方法。

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