JPH072371B2 - 高温の液体を充填するためのポリエチレンテレフタレート製容器の製造方法 - Google Patents

高温の液体を充填するためのポリエチレンテレフタレート製容器の製造方法

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JPH072371B2
JPH072371B2 JP2171313A JP17131390A JPH072371B2 JP H072371 B2 JPH072371 B2 JP H072371B2 JP 2171313 A JP2171313 A JP 2171313A JP 17131390 A JP17131390 A JP 17131390A JP H072371 B2 JPH072371 B2 JP H072371B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、使用時に例えば高温の液体を詰める時のよう
な比較的厳しい温度条件に耐えて著しく変形することの
ないポリエチレンテレフタレート（PET）製容器を、一
端が開放された中空プリフォームから製造する方法に係
わる。
包装分野では現在、炭酸飲料、非炭酸飲料、ジュース、
ソース等の包装に二軸延伸（配向）PETが広く使用され
ている。これは、二軸延伸PETが優れた機械的強度と美
しい外観を有し、容器に詰められる製品に対して大きな
化学的不活性を示し、且つ液体中に含まれるガス及び空
気中の酸素を効果的に遮蔽するからである（中に詰めら
れた物質を酸化させずに貯蔵することができる）。
周知のように、プリフォームをPETの二軸配向温度に加
熱して延伸及び吹込みを行うことにより製造した二軸延
伸PET容器は、PETのガラス転移温度Tgより高い温度に加
熱すると著しく収縮するため、高温での充填には適さな
い。
この収縮は、二軸配向（長手方向延伸と吹込みによる横
断方向延伸）時に材料中に生じた内部応力が、容器をそ
の材料のガラス転移温度Tgより高い温度に加熱した時に
緩和されるために生じる。
延伸−吹込みによって製造した二軸延伸PET容器の熱安
定性は、一般に熱固定（thermofixation）という呼称で
知られている熱処理によって大幅に改善できることが良
く知られている。この方法では、予め配向に適した温度
まで加熱したプリフォームを吹込型内で二軸延伸して容
器を製造する。
次いで、形成した容器を吹込型の壁面に接触させたまま
適当な時間にわたって更に高い温度に加熱すると、容器
が熱固定される。
最後に、温度に起因する収縮に耐えるように加圧下に維
持した容器を、圧力を除去しても容器がその形状を維持
するような温度まで冷却する。熱固定に関する多くの文
献によれば、この熱処理の実施に適した温度は140℃〜2
50℃である。
その他、二軸配向温度まで加熱したプリフォームを高温
の金型内で吹込みにかけ、金型の壁面に接触させておく
方法も知られている。金型壁面の温度は最低配向温度よ
り40℃高くし得る。この方法の第１実施態様では、得ら
れた容器の中に冷却流体を導入して温度を10〜30℃下げ
ることにより、容器を軽く冷却する。次いで、冷却した
容器を吹込型から取出す。第２実施態様では、吹込流体
を部分的又は全体的に減圧させて容器を金型内で自由に
収縮させ、次いで同じ高温の金型か又は別の冷却した金
型でもう一度吹込みにかける。その後容器を金型から取
出す。この公知の方法の実施態様では、ポリエチレンテ
レフタレート（PET）のプリフォームの延伸−吹込みを
高温の金型で95℃で行う。金型の温度は必ずプリフォー
ムの温度より高く、110℃〜140℃である。成形した容器
と高温の金型と壁面との接触時間は約10秒である。
これらの公知の方法には、金型を高温（250℃以下）で
使用する、吹込型内での滞留時間が長い、複数の金型を
順次使用する、高価な冷却流体を使用するといった欠点
がある。そのため、これらの方法は工業的使用が難し
く、容器生産率が低い。
本発明の目的は、前述のごとき欠点を解消して、著しい
変形を起こさずに熱に耐えるPET容器を工業的に製造せ
しめる方法を実現することにある。
そこで本発明は、例えば高温の液体を充填する時のよう
な比較的厳しい温度条件に著しい変形を起こさないで耐
えることができるポリエチレンテレフタレート（PET）
容器の製造方法を提供する。本発明の製造方法は下記の
ごとき一連のステップを含む： ａ） 非晶質PETプリフォームの本体を、長手方向延伸
及び横断方向延伸によって容器構成材料中に応力が発生
することのないような温度まで急速に加熱する。既に最
終的形状及び寸法を有するプリフォームのネックは加熱
しない。
ｂ） 成形キャビティの壁面をプリフォームの本体より
低い温度に加熱し且つ維持した金型に、前記加熱したプ
リフォームを移す。
ｃ） プリフォームを長手方向で延伸し、それと同時に
通常は空気からなる圧縮気体流で吹込みを行ってプリフ
ォームを押し広げ、金型のキャビティの形態に合致した
容器を成形する。
ｄ） 成形した容器から圧縮気体流を迅速に排除する。
ｅ） 最後に、得られた容器を金型から取出す。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に基づく以下の
非限定的実施例で明らかにされよう。
前述のごとく、二軸延伸飽和ポリエステル樹脂で製造し
た容器は、その樹脂のガラス転移温度Tgより高い温度に
なると著しく収縮する。この収縮は、二軸配向時にポリ
エステル樹脂中に発生した内部応力が、容器をTgより高
い温度に加熱した時に緩和されるために生じる。
本発明の方法の基本は、プリフォームから容器を製造す
る時に容器構成材料が二軸配向されないようにすること
にある。そうすれば、収縮の原因になる内部応力は実質
的に発生しない。従って、本発明の方法で製造した容器
は、特に85℃を超える液体を充填した時にTgより高い温
度になっても著しい変形を起こさないことになる。
容器構成材料の二軸配向を回避するためには下記の措置
をとる： ａ） プリフォームを、長手方向延伸及び吹込みによっ
て二軸配向が生じないような、従って容器構成材料中に
応力が発生しないような十分に高い温度に予め加熱して
から、長手方向延伸及び吹込みを行う。
ｂ） プリフォームを延伸−吹込みによって容器に加工
する時に比較的小さい二軸延伸比を使用する（二軸延伸
比＝長手方向延伸比ｘ吹込みによる横断方向延伸比。） ｃ） 長手方向延伸の速度を、成形時に材料中に生じる
応力が最小限に抑えられるように調整する。
より特定的には、PETのような飽和ポリエステル樹脂の
場合には、種々の値を下記のように選択する： − 既に最終形態及び寸法を有するネック部分以外のプ
リフォーム本体を赤外線輻射炉によって120〜140℃の温
度まで急速に加熱する。加熱時間は１分未満、好ましく
は約40秒である。
更に、プリフォーム構成材料の温度が延伸及び吹込み時
に下がり過ぎないように、吹込型のキャビティの壁面を
70〜120℃に維持する。この金型キャビティ壁面温度は
また、キャビティ内に閉じ込められたプリフォームの材
料の温度より常に低くなるように調整する。
このようにして、成形中に容器構成材料がガラス転移温
度Tgより低い温度に冷却されるのを防止する。
但し正確には、容器の最も厚い部分と接触する金型底部
の中央部分を10〜50℃の温度に冷却し、容器のショルダ
とネックとの間の接続部分に対応する金型キャビティ壁
面部分も同様に（10〜50℃に）冷却し得る。
− 二軸延伸比は７〜９にする。これは、PETの場合に
一般的に使用されている延伸比（10〜13）より小さい。
− 長手方向延伸の速度は500mm/sec以下にする。これ
は、一般的に使用されている速度（650〜850mm/sec）を
遥かに下回る。
ここで、プリフォームから容器を成形する操作を説明す
る。
予め120〜140℃に加熱したプリフォームを金型のキャビ
ティに導入し、ネックを介して定位置に維持する。金型
キャビティの壁面は、プリフォームの温度より低い70〜
120℃に維持する。
第１実施態様（第１図参照）では、ネックを介してプリ
フォーム内に延伸ロッドを挿入し、プリフォームの長手
方向軸線に従って移動させて、プリフォームの本体を長
手方向で延伸する。延伸ロッドの移動は、プリフォーム
の閉鎖端部が金型キャビティの底面と接触するまで行
う。この延伸と同時に、圧縮空気をプリフォーム内に吹
込んで容器構成材料を金型キャビティの壁面と接触さ
せ、キャビティと同じ形状を有するようにする。成形容
器内の吹込み終了時の圧力は20〜40バールである。この
圧力は製造すべき容器の比較的大きい形状の複雑さに応
じて異なる。
次いで、容器を大気と連通させることにより吹込み空気
を急速に排除して、容器内の残留圧力を０〜６バールに
する。
その後、金型キャビティ内の容器にもう一度圧縮空気を
吹込む。この２回目の吹込みの終了時の圧力は20〜40バ
ールである。
最後に容器を大気と連通させてその内部圧力を大気圧に
戻すことにより、２回目の吹込みに使用した容器内の空
気を急速に排除し、完成した容器を吹込型から取出す。
容器内の圧縮空気の急激な膨張によって容器内部が冷却
されるため、金型から取出す時の容器の温度は70〜80℃
である。
プリフォームから容器を製造する場合に必要な金型内滞
留時間は４〜5.5秒である。
本発明の方法の第２実施態様（第２図参照）では、延伸
操作を第１実施態様の場合と同様に行い、吹込み操作を
下記のように行う。即ち、延伸と同時に圧縮空気をプリ
フォーム内に吹込んで容器構成材料を金型キャビティの
壁面に接触させ、該キャビティと同じ形状を与える。吹
込み終了時の成形容器内の圧力は20〜40バールであ
る。。次いで、吹込ノズルを介して圧縮空気を容器内に
吹込み続けながら、中空延伸ロッドを介して金型内の成
形された容器を大気と連通させる。このようにして、形
成された容器を大気圧より大きい圧力（15〜30バール）
に維持しながら、容器内部で空気を循環させる。次い
で、この空気の循環を停止し、容器内の空気を急速に排
出させる。最後に、完成した容器を金型から取出す。
容器内での空気の循環及び圧縮空気の最終的膨張によっ
て容器が冷却され、金型から取出す時には70〜80℃にな
る。
プリフォームから容器を得るのに必要な金型内滞留時間
は４〜5.5秒である。
本発明の方法の第３実施態様（第３図参照）では、延伸
及び吹込み操作を前述の第１実施態様の場合と同様に行
う。但し、最終圧力20〜40バールで２回目の吹込みを終
了したら、吹込ノズルを介して容器内に圧縮空気を吹込
み続けながら、中空延伸ロッドを介して金型内の成形容
器を大気と連通させる。
このようにして、形成された容器を大気圧より大きい圧
力（15〜30バール）に維持しながら、その内部に空気の
循環を発生させる。次いで、この空気の循環を停止し、
空気の排出によって容器内の圧力を大気圧まで急速に下
げる。最後に、完成した容器を金型から取出す。
この場合も、プリフォームから容器を得るのに必要な金
型内滞留時間は４〜5.5秒である。
本発明の方法の利点は、温度が85℃に達し得、それより
少し高く（87℃）なることもある高温の液体を充填した
時に著しい変形を起こさない耐熱性を示すポリエチレン
テレフタレート容器を工業的生産速度（サイクル）で製
造できることにある。実際、プリフォームから容器を製
造するのに必要な金型内滞留時間は４〜5.5秒に過ぎな
い。ちなみに、低温の液体を充填するための容器の製造
における滞留時間は２〜３秒である。
以下に非限定的実施例を挙げて、本発明の方法の種々の
実施態様を説明する。
これらの実施例では、容積1.5リットル、重量57gの壜を
射出によって形成した非晶質PETプリフォームから製造
する。使用するPETはAKZO社から商品名D02.300で市販さ
れているものであり、その内部粘度は0.75dl/gである。
前記プリフォームを赤外線加熱炉で加熱して、プリフォ
ーム構成材料の温度を130℃にする。次いでこれらのプ
リフォームを、成形キャビティの壁面を105〜110℃に維
持した金型に移し、125℃で吹込みにかける。
長手方向延伸速度は360mm/秒にする。
延伸−吹込み時の材料の延伸比は、長手方向延伸で2.2
1、横断方向延伸で3.61である。これは7.98の総延伸比
に相当する。
本発明の方法の前記第１実施態様に対応する第１実施例
では、プリフォームを延伸ロッドによって延伸し、且つ
圧縮空気によって吹込み処理する。圧力を1.10秒で39バ
ールに到達させる。延伸した材料を39バールの圧力下で
0.64秒にわたり成形キャビティの高温壁面に接触させて
おく。次いで、容器と大気と連通させて、圧力を0.58秒
で39バールから６バールまで下げる。容器内に再び圧縮
空気を導入し、圧力を0.88秒で６バールから39バールに
上げ、39バールの圧力を1.05秒間維持する。次いで、容
器を大気と連通させ、圧力を0.6秒で39バールから大気
圧まで下げ、その後容器を金型から取出す。
吹込みを２回行ってプリフォームから容器を製造する前
記サイクルの所要時間は合計で4.84秒である。
本発明の方法の前記第２実施態様に対応する第２実施例
では、プリフォームを延伸ロッドで延伸し且つ圧縮空気
で吹込み処理する。圧力は1.23秒で38.5バールに到達さ
せる。延伸した材料を38.5バールの圧力下で1.06秒にわ
たって成形キャビティの高温壁面に接触させておく。次
いで、容器内に圧縮空気を吹込みながら容器を大気と連
通させる。その結果、容器内に圧縮空気又は掃気用空気
の循環が生じる。1.5秒に及ぶ掃気の間に圧力が38.5バ
ールから25バールに降下する。次いで、掃気用空気の吹
込みを停止して、圧力を0.45秒で25バールから大気圧ま
で下げる。最後に、容器を金型から取出す。
掃気を伴う単一の吹込み処理によってプリフォームから
容器を製造する前記サイクルの所要時間は合計で4.24秒
である。
本発明の方法の前記第３実施態様に対応する第３実施例
では、プリフォームを延伸ロッドで延伸し且つ圧縮空気
で吹込み処理する。圧力は1.10秒で39バールに到達させ
る。延伸した材料は39バールの圧力下で0.64秒にわたっ
て成形キャビティの高温壁面に接触させておく。次い
で、容器を大気と連通させて圧力を0.58秒で39バールか
ら６バールまで下げる。その後、圧縮空気を再び容器内
に導入し、圧力を0.88秒で６バールから39バールまで上
げ、39バールの圧力を1.05秒間維持する。容器内に圧縮
空気を吹込みながら容器を大気と連通させる。その結
果、容器内に圧縮空気又は掃気用空気の循環が生じる。
0.68秒に及ぶ掃気の間に圧力が低下して39バールから29
バールになる。掃気用空気の吹込みを停止して、29バー
ルの圧力を0.5秒で大気圧まで下げる。最後に、容器を
金型から取出す。
掃気を行いながら吹込みを２回繰り返してプリフォーム
から容器を製造する前記サイクルの所要時間は合計で4.
74秒である。
これら３種類の吹込みモードを使用して製造した壜の特
性を表Ｉに示す。
延伸−吹込み時のプリフォーム温度及び成形キャビティ
壁面温度の重要性を立証すべく、第４及び第５の実験を
行った。
これらの実施例では、プリフォームを赤外線乾燥炉で10
0℃に加熱し、次いで壁面を（105〜110℃ではなく）118
〜120℃に維持した成形キャビティ内で（125℃ではな
く）90℃で延伸及び吹込みにかける。前記実施例１〜３
と異なり、これらの実施例では金型キャビティの壁面の
温度がプリフォームの温度より高い。
但し、その他のパラメータ、即ちプリフォーム及び容器
の重量及び形態、材料、延伸速度、延伸比、製造サイク
ルの所要時間は前記実施例と同じである。
第４及び第５実施例で製造した壜の特性を表IIに示す。
表Ｉ及びIIから明らかなように、プリフォームの温度及
び成形キャビティ壁面の温度は、高温の液体を充填する
時に著しく変形しない壜を得る上で重要な役割を果た
す。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図及び第３図は本発明の方法の３つの実施
態様における吹込み圧力の変化を時間の関数として示す
グラフである。
フロントページの続き (72)発明者 ジヤン―ミツシエル・ルイ フランス国、76290・マネグリズ、レ・ボ オ・シトウ、シユマン・ビシナル・ヌメ ロ・２ (56)参考文献 特開 昭57−12617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−36420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−22466（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一端が開放されており且つ他端が閉鎖され
    ている中空プリフォームから、例えば高温の液体を充填
    する時のような比較的厳しい温度条件に著しい変形を起
    こさずに耐えることができるポリエチレンテレフタレー
    ト（PET）製容器を製造するための方法であって、 ａ） 非晶質PETプリフォームの本体を、長手方向延伸
    及び横断方向延伸によって容器構成材料中に応力が発生
    することのないような温度まで急速に加熱し、既に最終
    的形状及び寸法を有するプリフォームのネックは加熱し
    ないでおき、 ｂ） この加熱したプリフォームを、成形キャビティの
    壁面をプリフォームの本体より低い温度に加熱し且つ維
    持した金型に移し、 ｃ） このプリフォームを長手方向で物質中に発生する
    応力を最小限におさえるように調整された弱い延伸速度
    で延伸し、それと同時に通常は空気からなる圧縮気体流
    で吹込みを行いながらプリフォームを押し広げて、金型
    のキャビティの形状に合致した容器を形成せしめ、 ｄ） 成形した容器から圧縮気体流を迅速に排除し、 ｅ） 最後に、得られた容器を金型から取出す一連のス
    テップを含むことを特徴とする製造方法。
  2. 【請求項２】ステップａ）でプリフォームの本体を120
    〜140℃の温度に加熱することを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】プリフォームの本体の加熱時間を１分以
    下、好ましくは約40秒にすることを特徴とする請求項１
    又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】成形キャビティの壁面の温度を、この温度
    が必ずプリフォーム本体の温度より低くなるように考慮
    して70〜120℃に維持することを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】ステップｃ）でプリフォームを容器に加工
    するために使用する二軸延伸比が７〜９であることを特
    徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】ステップｃ）の長手方向延伸速度を500mm/
    秒以下にすることを特徴とする請求項１から５のいずれ
    か一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】ステップｃ）で、プリフォームに圧縮空気
    を吹込み、吹込み終了時の圧力が20〜40バールになるよ
    うにし、次いで吹込み空気を急速に排除して成形容器内
    の残留圧力を０〜６バールにし、その後もう一度圧縮空
    気を吹込み、この２回目の吹込みの終了時の圧力が20〜
    40バールになるようにすることを特徴とする請求項１か
    ら６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】ステップｃ）で、プリフォームに圧縮空気
    を吹込み、この吹込みの終了時の圧力が20〜40バールに
    なるようにし、次いで成形容器内に圧縮空気を循環さ
    せ、この空気の循環を15〜30バールの圧力下で行い、最
    後にこの空気の循環を停止することを特徴とする請求項
    １から６のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】ステップｃ）で、プリフォームに圧縮空気
    を吹込み、この吹込みの終了時の圧力が20〜40バールに
    なるようにし、次いで吹込み空気を急速に排除して成形
    容器内の残留圧力を０〜６バールにし、その後もう一度
    圧縮空気を吹込み、この２回目の吹込みの終了時の圧力
    が20〜40バールになるようにし、次いで成形容器内に圧
    縮空気を循環させ、この空気の循環を15〜30バールの圧
    力下で行い、最後にこの空気の循環を停止することを特
    徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】プリフォームから成形した容器を得るの
    に必要な金型内滞留時間が４〜5.5秒であることを特徴
    とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
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