WO2003002333A1 - Process and apparatus for producing bottle-shaped container made of synthetic resin - Google Patents

Process and apparatus for producing bottle-shaped container made of synthetic resin Download PDF

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Koji Yamanaka
Yoshihiro Iimura
Daisuke Uesugi
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Description

明 細 書 合成樹脂製ボトル型容器の製造方法及び装置 背景技術
技術分野
[0001] 本発明は、合成樹脂製ボトル型容器の製造方法及び装置に関し、特 に、力かる容器のネック部における結晶化処理を短時間で実行可能とした製造 技術を提案するものである。
従来の技術
[0002] 合成樹脂製のボトル型容器において、容器のネック部における耐熱性 および耐久性を向上させるため、対応するプリフォームのネック部を加熱して結 晶化させることが既知である。容器の胴部が二軸延伸ブロー成形により分子配 向され、透明性を維持しているのとは対照的に、結晶化処理が施されたネック 部は球晶が成長した結晶組織を有し、 白色又は乳白色に失透する。このような ボトル型容器の製造方法は、例えば、米国特許第 4,375，442 号に具体的に記 載されている。
[0003] 合成樹脂の結晶化は、合成樹脂がガラス転移温度以上の温度条件 下で加熱されたときに生じるものである。一般的に、ポリエチレンテレフタレート (PET)樹脂の場合には、プリフォームのネック部を約 120°C以上の温度で所定 時間に亙って加熱して結晶化を行っており、特に、約 170°C〜190°Cの温度域 で加熱することにより結晶化速度を高めることが可能である。
[0004] しかしながら、従来の結晶化方法にあっては、プリフォームのネック部を、 加熱開始直後から徐々に上記の結晶化温度域まで昇温させていたため、実際 に結晶化が始まるまでに比較的長時間が必要とされており、生産性の向上に は自ら限界があった。
発明の開示
[0005] 本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、容器のネック 部の結晶化処理を比較的短時間で実行可能な合成樹脂製ボトル型容器の製 造技術を提供することを主要な課題とするものである。
[0006] この課題を解決するため、本発明によるボトル型合成樹脂製容器の製 造方法は、該容器のネック部に相当するプリフォームのネック部を加熱して結晶 化させる熱処理工程を含み、該熱処理工程が、前記プリフォームのネック部を、 その合成樹脂の融点を下回る温度まで一時的に昇温させる第 1 段階と、引き 続いて該ネック部をその合成樹脂の結晶化が促進される範囲内の温度に維持 する第 2段階とを具えることを特徴とする。
[0007] また、本発明によるボトル型合成樹脂製容器の製造装置は、該容器の ネック部に相当するプリフォームのネック部を加熱して結晶化させる熱処理手段 を含み、該熱処理手段により、前記プリフォームのネック部を、第 1 段階でその 合成樹脂の融点を下回る温度まで一時的に昇温させ、引き続く第 2段階で該 ネック部をその合成樹脂の結晶化が促進される範囲内の温度に維持することを 特徴とする。
[0008] すなわち、本発明によれば、ボトル型合成樹脂製容器の製造に際して プリフォームのネック部を加熱して結晶化させるに当たり、プリフォームのネック 部を、その合成樹脂の融点を下回る温度、ポリエチレンテレフタレート樹脂の場 合には約 200〜230。Cまで一時的に昇温させ、引き続いてプリフォームのネック 部を、その合成樹脂の結晶化が促進される範囲内の温度、ポリエチレンテレフ タレート樹脂の場合には約 170〜： 195°C に維持するため、ネック部の雰囲気温 度が安定した状態で結晶化が促進される温度域に到達するまでの時間、ひい てはネック部の結晶化処理に必要とされる時間を短縮することができ、生産性 を大幅に向上することが可能である。
[0009] 本発明を実施するに当たり、熱処理を行うためのヒータの加熱出力を、 熱処理の第 1段階で比較的高レベルに制御すると共に、第 2段階では比較的 低レベルに制御するのが好適である。この場合には、ヒータの加熱出力の制御 によりネック部を比較的短時間で結晶化させるための最適な温度管理を容易 に実現することが可能である。
[0010] 熱処理の第 2段階で、プリフォームのネック部の外面にエアシャワーを 適用するのが好適である。この場合には、第 2段階におけるネック部の温度を、 ヒータの加熱出力制御に加えて、エアノズルからのエアの流量制御により容易 に最適値に維持することができ、むだ時間を最小化することが可能である。
[0011] エアシャワーの適用に際してプリフォームのネック部内へのエアの流入 を、ネック部の開口を遮蔽するシールドにより阻止するのが好適である。この場 合には、ネック部の外面及び内面の間の温度差を減少することができ、ネック部 の開口内におけるシヮ等の表面欠陥の発生を抑制することが可能である。
図面の簡単な説明
[0012] 以下、添付図面に示す好適な実施例を参照して、本発明をより具体 的に説明する。
[0013] 図 1 は、ボトル型合成樹脂製容器の製造に使用するプリフォームを一 部破断して示す正面図である。
[0014] 図 2は、本発明による製造方法を実施するに当たり、ネック部の結晶化 を行うための熱処理装置の一実施例を示す模式図である。
[0015] 図 3は、ネック部の温度変化を線図的に示すタイムチャートである。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 本発明は、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の結晶性を有する熱可塑 性合成樹脂からなるボトル型容器を製造するために、容器に対応するプリフォ ームを使用して胴部を金型内で二軸延伸ブロー成形すると共に、ネック部をカロ 熱して結晶化させるものである。このような製造方法は、前掲の米国特許第 4,375,442号に具体的に記載されており、その開示をここに援用する。
[0017] 図 1に示すように、プリフォーム 10は、熱可塑性合成樹脂の射出成形 又は押出し成形により形成されたものであり、ネック部 11と、胴部 12と、底部 13 とを有する。ネック部 11は、容器の注ぎ口となる開口 14が設けられており、外面 11aにネジが施され、内面 libは平滑に形成されている。
[0018] プリフォーム 10におけるネック部 11の結晶化処理は、例えばプリフォー ム 10の二軸延伸ブロー成形前に、図 2に示す熱処理装置 20により行う。熱処 理装置 20は略円筒形状のホルダ 21を具え、ホルダ 21は、図 2に矢印で示す ように垂直な中心軸線の周りで回動可能とされている。ホルダ 21は、プリフォー ム 10を着脱可能に保持するものであり、ネック部 11を露出させた状態でプリフ オーム 10の胴部 12及び底部 13を包囲する。ホルダ 21から突出するネック部 11に対向する位置で、一側にヒータ 22を配置し、他側にエアノズル 23を配置 する。ヒータ 22としては、例えば、近赤外線ヒータ又は遠赤外線ヒータを使用す ること力 Sできる。エアノズノレ 23は、好適には、プリフォーム 10の中心軸線と平行 に延在するリニア断面形状のオリフィスを有する。ヒータ 22及ぴエアノズル 23は、 コントローラ 24により自動制御可能とする。さらに、ホルダ 21から突出するネック 部 11 の真上に、ネック部 11の開口 14を遮蔽するシールド 25を配置する。シ 一ルド 25は、好適には、エアノズノレ 23からのエアシャワーの流れを適切に案内 するためのシュラウドとしても機能する。
[0019] 図 2に示した熱処理装置 20によれば、プリフォーム 10を保持したホル ダ 21を中心軸線の周りで回動させながらヒータ 22を作動させて、ホルダ 21力 ら突出するプリフォーム 10のネック部 11を加熱する。また、必要に応じてエアノ ズル 23力 エアシャワーを嘖出させてネック部 11の外面 11aに適用することに より、ネック部 11 の表面温度を後述する所定の範囲内に安定に維持可能とす る。なお、シールド 25はネック部 11の開口 14を遮蔽することにより、エアシャヮ 一の適用時にプリフォーム 10のネック部 11内へのエアの流入を阻止することに より、ネック部 11の外面 11a及び内面 libの間の温度差を減少するものである。
[0020] 図 3は、ネック部 11の表面温度 Tの変化を線図的に示すタイムチヤ一 トであり、実線 Ta は本発明による結晶化処理における温度変化を、一点鎖線 Tbは従来の結晶化処理における温度変化をそれぞれ示すものである。
[0021] 本発明においては、図 3の実線 Taで示すように、ネック部 11の加熱に 際してネック部 11の表面温度 Tを、加熱開始時点からの第 1段階（時間 t=0
〜 )において、プリフォームを構成する合成樹脂の融点直前の温度 τ3まで一 時的に上昇させる。引き続く第 2段階（時間
Figure imgf000006_0001
においては、ネック部 11 の表面温度 T を、合成樹脂の結晶化を効果的に促進することのできる温度域 R d ^ T Ts)まで降下させて当該温度域 R 内に維持することにより結晶化を 行レ、、かつ完了させるものである。
[0022] これに対し、従来は、図 3の一点鎖線 Tbで示すように、ネック部 11の 加熱に際してネック部 11の表面温度 Tを、加熱開始時点（t=0)から上記の温 度域 R内の温度まで徐々に、すなわち単調的に上昇させる結果、結晶化処理 の完了時点 t=t3は、本発明による完了時点 t=t2より遅れる。換言すれば、本発 明によれば、結晶化処理に要する時間を、従来技術と対比して At=t3-t2だけ短 縮することが可能である。
[0023] より具体的に説明すれば、プリフォーム 10がポリエチレンテレフタレート 樹脂よりなる場合、本発明においては、ネック部 11の表面温度 Tを、結晶化処 理の第 1段階（t=0〜 )で融点直前の T3 ^ 220°Cまで一時的に上昇させ、第 2 段階（t= 〜t2)では結晶化が効果的に促進される T2 190°Cと 1 170 と の間の温度域 R d ^ T ^ T まで降下させて当該温度域 R内に維持する。そ のために、例えば、コントローラ 24によりヒータ 22の加熱出力を、第 1段階で比 較的高レベル（最大出力が 2 kWのヒータの場合には、最大出力の約 95%)に 制御すると共に、第 2段階では比較的低レベル（最大出力が 2 kWのヒータの 場合には、最大出力の約 70%)に制御するのが好適である。この場合には、コ ントローラ 24によるヒータ 22の加熱出力の制御により、ネック部 11を比較的短 時間で結晶化させるための最適な温度管理を、容易に実現することが可能で ある。なお、ヒータ 22の加熱出力は、第 1段階から第 2段階にかけてステップ 的に変化させる代わりに、連続的に変化させても良い。
[0024] 結晶化処理の第 2段階でネック部 11の表面温度 Tを上記の温度域 R 内に安定に維持するため、ヒータ 22の加熱出力の制御に加え、必要に応じて、 エアノズル 23力らエアシャワーを噴出させてネック部 11の外面 11aに適用する ことができる。この場合には、シールド 25がネック部 11の開口 14を遮蔽するこ とにより、ネック部 11内へのエアの流入を阻止し、ネック部 11の外面 11a及び 内面 libの間の温度差を減少させて、ネック部 11の開口 14内におけるシヮ等 の表面欠陥の発生を抑制することが可能である。
[0025] ポリエチレンテレフタレ一ト樹脂よりなるプリフォーム 10にっき、ヒータ 22 及びエアノズル 23の作動を適切に制御する場合には、ネック部 11の結晶化に 要する時間を、上述した従来技術と対比して約 30%程度まで短縮できることを 実験的に確認した。
[0026] 上述したところから明らかなとおり、本発明によれば、容器のネック部の 結晶化処理を比較的短時間で実行可能な合成樹脂製ボトル型容器の新規な 製造技術が提供され、その結果として生産性の大幅な向上を達成することが可 能である。
[0027] なお、本発明が上記実施例に限定されるものでなく、多くの変形態様 をもって実施し得ることは言うまでもなレ、。例えば、上述した実施形態ではプリフ オーム 10の二軸延伸ブロー成形に先立ってネック部 11に結晶化処理を施して いるが、プリフォーム 10の二軸延伸ブロー成形後にネック部 11 に結晶化処理 を施しても良いことは、言うまでもない。

Claims

請 求 の 範 囲
1. ボトル型合成樹脂製容器の製造方法であって、該容器のネック部に相当 するプリフォームのネック部を加熱して結晶化させる熱処理工程を含み、該熱 処理工程が、前記プリフォームのネック部を、その合成樹脂の融点を下回る温 度まで一時的に昇温させる第 1段階と、引き続いて該ネック部をその合成樹脂 の結晶化が促進される範囲内の温度に維持する第 2段階とを具えることを特徴 とする方法。
2. 請求項 1 記載の方法であって、前記熱処理を行うためのヒータの加熱出 力を、熱処理の第 1段階で比較的高レベルに制御すると共に、第 2段階では 比較的低レベルに制御することを特徴とする方法。
3. 請求項 1記載の方法であって、熱処理の第 2段階でプリフォームのネック 部の外面にエアシャワーを適用することを特徴とする方法。
4. 請求項 3 記載の方法であって、エアシャワーの適用に際してプリフォーム のネック部内へのエアの流入を、ネック部の開口を遮蔽するシールドにより阻止 することを特徴とする方法。
5. 請求項 1 記載の方法であって、前記合成樹脂製容器が、結晶性の熱可 塑性合成樹脂よりなることを特徴とする方法。
6. 請求項 5記載の方法であって、前記合成樹脂製容器が、ポリエチレンテレ フタレート樹脂よりなることを特徴とする方法。
7. ボトル型のポリエチレンテレフタレート樹脂製容器の製造方法であって、該 容器のネック部に相当するプリフォームのネック部を加熱して結晶化させる熱処 理工程を含み、該熱処理工程が、前記プリフォームのネック部を約 200〜 230°Cの温度まで一時的に昇温させる第 1段階と、引き続いて該ネック部を約 170〜195°Cの温度に維持する第 2段階とを具えることを特徴とする方法。
8. 請求項 7 記載の方法であって、前記熱処理を行うためのヒータの加熱出 力を、熱処理の第 1段階で比較的高レベルに制御すると共に、第 2段階では 比較的低レベルに制御することを特徴とする方法。
9. 請求項 Ί記載の方法であって、熱処理の第 2段階でプリフォームのネック 部の外面にエアシャワーを適用することを特徴とする方法。
10. 請求項 9記載の方法であって、エアシャワーの適用に際してプリフォーム のネック部内へのエアの流入を、ネック部の開口を遮蔽するシールドにより阻止 することを特徴とする方法。
11. ボトル型合成樹脂製容器の製造装置であって、該容器のネック部に相 当するプリフォームのネック部を加熱して結晶化させる熱処理手段を含み、該 熱処理手段により、前記プリフォームのネック部を、第 1段階でその合成樹脂の 融点を下回る温度まで一時的に昇温させ、引き続く第 2段階で該ネック部をそ の合成樹脂の結晶化が促進される範囲内の温度に維持することを特徴とする
12. 請求項 11 記載の装置であって、前記熱処理手段が、ヒータと、該ヒータ の加熱出力を、熱処理の第 1 段階で比較的高レベルに制御すると共に、第 2 段階では比較的低レベルに制御する制御手段とを具えることを特徴とする装 置。
13. 請求項 11記載の装置であって、熱処理の第 2段階で王リフォームのネッ ク部の外面にエアシャワーを適用するエアノズルを更に具えることを特徴とする
14. 請求項 13 記載の装置であって、エアシャワーの適用に際してプリフォー ムのネック部内へのエアの流入を阻止すべく、ネック部の開口を遮蔽するシー ルドを更に具えることを特徴とする装置。
15. ボトル型のポリエチレンテレフタレート樹脂製容器の製造装置であって、 該容器のネック部に相当するプリフォームのネック部を加熱して結晶化させる熱 処理手段を含み、該熱処理手段により、前記プリフォームのネック部を、第 1段 階で約 200〜230°Cの温度まで一時的に昇温させ、引き続く第 2段階で該ネッ ク部を約 170〜195°Cの温度に維持することを特徴とする装置。
16. 請求項 15記載の装置であって、前記熱処理手段が、ヒータと、該ヒータ の加熱出力を、熱処理の第 1 段階で比較的高レベルに制御すると共に、第 2 段階では比較的低レベルに制御する制御手段とを具えることを特徴とする装 置。
17. 請求項 15記載の装置であって、熱処理の第 2段階でプリフォームのネッ ク部の外面にエアシャワーを適用するエアノズルを更に具えることを特徴とする
18. 請求項 17 記載の装置であって、エアシャワーの適用に際してプリフォー ムのネック部内へのエアの流入を阻止すべく、ネック部の開口を遮蔽するシー ルドを更に具えることを特徴とする装置。
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