JP6930263B2 - ポリエステル系樹脂製容器の製造方法、及びブロー成形型 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリエステル系樹脂製容器の製造方法、及びブロー成形型に関する。
従来、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を用いて、射出成形や圧縮成形などによって有底筒状のプリフォームを作製し、このプリフォームを二軸延伸ブロー成形によってボトル状に成形してなるポリエステル系樹脂製容器が、各種飲料品、各種調味料等を内容液とする容器として広い分野で利用されている。
そして、この種の容器に内容液を充填する際には、容器の殺菌処理を兼ねて、加熱殺菌された内容液を高温（例えば、約８５℃程度）のまま充填（ホット充填）するか、薬液で滅菌処理した容器に、無菌状態に管理された環境下で内容液を常温で充填（アセプティック充填）するかして、充填後の菌の繁殖を抑えて安全性を確保している。
また、この種の容器にあっては、従前より、その軽量化や、使用樹脂量の削減による低コスト化のために、可能な限り容器を薄肉に成形する試みがなされている。内容液の充填方法としてアセプティック充填を採用すれば、ホット充填の場合のような耐熱性が容器に要求されないため、より一層の軽量化、薄肉化を図ることが可能であるが、薄肉化が進むほど容器の剛性が低下してしまう。そうすると、例えば、容器に内容液を充填して出荷した後、その搬送や、保管の際に積み重ねられることが多々あるが、そのときに軸方向に荷重が加わると、その荷重に耐えきれずに容器が座屈変形して、商品価値を著しく損ねてしまう虞がある。
このため、例えば、特許文献１には、底部中央に位置する底板部と、底部周縁に位置して接地部が形成された周縁部とを有し、接地部を分割する複数の溝部が放射状に形成された底部を備える容器が開示されており（図２参照）、このような底部を備えることで、軸方向に加わる荷重に対する縦圧縮強度を確保することができる。
ところで、アセプティック充填により内容液を充填する場合には、容器を薬液で滅菌処理した後に、通常、約６０℃程度の温水によって、数秒程度の時間をかけて薬液を洗い流すリンス工程を経てから内容液が充填されるが、容器の薄肉化が進むと、そのような温水処理に耐えられずに収縮してしまう虞がある。このため、アセプティック充填に用いる容器に高い耐熱性は求められないが、リンス工程の温水処理によって、容器が過度に収縮してしまわない程度の適度の耐熱性（リンス適性）が求められる。ブロー成型時の成形型の温度を比較的高め（例えば、約１００℃程度）に設定することで、さらに薄肉化された容器であっても、そのようなリンス適性を付与することができる。
しかしながら、比較的高めの温度に設定された成形型によってブロー成形を行うと、ブロー成形後の型開きに際して離型不良が生じてしまうことがある。例えば、ブロー成形により成形された容器の底部中央は十分に延伸されずに、未延伸部分が残存する傾向にあり、未延伸部分は延伸部分と比較し分子配向されていないため、配向結晶化された部分が少ない状態となっている。よって、成形型の温度を高くすると、配向結晶化されていない部分が柔らかくなり、成形型に貼り付き易くなって離型不良が生じてしまう。
一方、例えば、図３に示すように、特許文献１に開示された前述したような底部を備える容器を成形するブロー成形型１０１は、その型開きを考慮して、底部中央と底部周縁とを一体に賦形する底部型１０３を備える構造とされる。このため、離型不良を避けるために底部型１０３の設定温度を低くすると、ブロー成形された容器の底部周縁のリンス適性が損なわれてしまい、リンス工程の温水処理によって、底部周縁に形成された接地部が収縮して自立不能になるなどの問題が生じる虞がある。
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、底部中央と底部周縁とを一体に賦形する底部型を備えるブロー成形型を用いて、有底筒状のプリフォームを二軸延伸ブロー成形によって、底部中央に位置する底板部と、底部周縁に位置して接地部が形成された周縁部とを有する底部を備える所定の容器形状に成形するにあたり、成形後の型開きに際して離型不良が生じないようにしつつ、アセプティック充填により内容液を充填する際のリンス工程における温水処理に対する耐熱性が付与されたポリエステル系樹脂製容器の製造方法、並びにそのようなポリエステル系樹脂製容器を製造するのに好適なブロー成形型の提供を目的とする。
本発明に係るブロー成形型は、有底筒状のプリフォームを二軸延伸ブロー成形によって、底部中央に位置する底板部と、底部周縁に位置して接地部が形成された周縁部とを有する底部を備える所定の容器形状に成形するブロー成形型であって、開閉可能に構成された一対の分割型からなる側部型と、前記側部型の底部側に組み入れられる底部型とを備え、前記底部型が、前記底板部を含む底部中央を賦形する底部中央型と、前記周縁部を含む底部周縁を賦形する底部周縁型とを有し、別体に形成された前記底部中央型と前記底部周縁型とが、断熱部材を介して組み合わされて、低温の温調媒体が循環する温調媒体流路が内部に形成された支持体に接合されるとともに、前記底部周縁型の周面に発熱体が巻回されて、前記底部中央型を冷却しつつ、前記底部周縁型を加熱することで、前記底部中央型と前記底部周縁型のそれぞれを所定の温度に調整する温調機構を有する構成としてある。
また、本発明に係るポリエステル系樹脂製容器の製造方法は、上記のブロー成形型を用いたポリエステル系樹脂製容器の製造方法であって、前記ブロー成形型にセットされた前記プリフォームを二軸延伸ブロー成形するに際し、前記底部中央型を冷却しつつ、前記底部周縁型を加熱することで、前記周縁部を含む底部周縁を選択的にヒートセットする方法としてある。
また、本発明に係るポリエステル系樹脂製容器の製造方法は、前記底板部を含む底部中央の結晶化度が１〜５％の範囲にあり、前記周縁部を含む底部周縁の結晶化度が１０〜３５％の範囲にあるように、前記底部中央型と前記底部周縁型のそれぞれの温度を調整する方法とすることができる。
本発明によれば、底板部を含む底部中央の底部中央型への貼り付きを抑制して、成形後の型開きに際して離型不良が生じないようにしつつ、アセプティック充填により内容液を充填する際のリンス工程における温水処理に対する耐熱性を付与することができる。
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。
［ブロー成形型］
本発明に係るブロー成形型の一実施形態として、その概略を図１に示す。
図１に示すブロー成形型１は、有底筒状のプリフォームＰを二軸延伸ブロー成形によって、所定の容器形状に成形するためのものであり、開閉可能に構成された一対の分割型からなる側部型２と、側部型２の底部側に組み入れられる底部型３とを備えている。このようなブロー成形型１は、通常、ステンレス鋼、アルミニウム合金などを用い形成される。
本発明に係るブロー成形型の一実施形態として、その概略を図１に示す。
図１に示すブロー成形型１は、有底筒状のプリフォームＰを二軸延伸ブロー成形によって、所定の容器形状に成形するためのものであり、開閉可能に構成された一対の分割型からなる側部型２と、側部型２の底部側に組み入れられる底部型３とを備えている。このようなブロー成形型１は、通常、ステンレス鋼、アルミニウム合金などを用い形成される。
なお、図１は、側部型２のパーティング面を含む面でブロー成形型１を切り取った断面を示す断面図であり、ブロー成形型１にセットされたプリフォームＰを一点鎖線で示している。従来例を示す図３も同様である。
また、ブロー成形型１は、図２に示すような容器Ｃ１を成形対象とし、かかる容器Ｃ１は、底部中央に位置する底板部Ｃ５１と、底部周縁に位置して接地部Ｃ５３が形成された周縁部Ｃ５２とを有し、接地部Ｃ５３を分割する複数の溝部Ｃ５４が放射状に形成された底部Ｃ５を備えている。そして、ブロー成形型１は、これを型閉じすると、容器Ｃ１の容器形状に対応するキャビティが型内に形成されて、底板部Ｃ５１を含む底部中央を賦形する底部中央型３１と、周縁部Ｃ５２を含む底部周縁を賦形する底部周縁型３２とを有する底部型３によって底部Ｃ５が賦形され、側部型２によって肩部Ｃ３と胴部Ｃ４とが賦形されるようになっている。
また、底部Ｃ５を賦形する底部型３は、底部中央型３１と底部周縁型３２のそれぞれを所定の温度に調整する温調機構を有している。このような温調機構の具体的な構成は特に限定されないが、本実施形態において、底部中央型３１と底部周縁型３２とは別体に形成され、これらは断熱材３３を介して組み合わされて、低温の温調媒体（例えば、冷却水）が循環する温調媒体流路３４ａが内部に形成された支持体３４に接合されている。そして、底部周縁型３２の周面には、バンドヒータなどの発熱体３２ａが巻回されている。
これによって、底部中央型３１を冷却しつつ、底部周縁型３２を加熱することで、底部中央型３１と底部周縁型３２のそれぞれを所定の温度に調整し、底部型３の温度分布を好適に制御することを可能にしている。
これによって、底部中央型３１を冷却しつつ、底部周縁型３２を加熱することで、底部中央型３１と底部周縁型３２のそれぞれを所定の温度に調整し、底部型３の温度分布を好適に制御することを可能にしている。
なお、温調媒体を循環させる温調媒体流路の取り回しに支障がなければ、別体に形成された底部中央型３１と底部周縁型３２のそれぞれの内部に温調媒体流路を形成することによって、底部中央型３１と底部周縁型３２のそれぞれを所定の温度に調整する温調機構を構成するようにしてもよい。また、特に図示しないが、側部型２の内部に温調媒体流路を形成して、側部型２を所定の温度に調整するようにしてもよい。
［ポリエステル系樹脂製容器の製造方法］
本発明に係る合成樹脂製容器の製造方法は、上記したようなブロー成形型１を用いて実施することができ、その一実施形態について説明する。
本発明に係る合成樹脂製容器の製造方法は、上記したようなブロー成形型１を用いて実施することができ、その一実施形態について説明する。
本実施形態では、まず、加熱、軟化させてブロー成形が可能な状態とされたプリフォームＰを側部型２に支持させて、ブロー成形型１を型閉じすることによって、ブロー成形型１にプリフォームＰをセットする（図１参照）。
プリフォームＰは、ポリエステル系樹脂を材料樹脂として射出成形や圧縮成形などにより、一端側が開口する有底筒状に成形されおり、その開口部近傍は、そのまま容器Ｃ１の口部Ｃ２となるように成形される。材料樹脂としては、例えば、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挙げられ、特に、ポリエチレンテレフタレート等のエチレンテレフタレート系熱可塑性ポリエステルが好適であるが、これらに限定されない。
ブロー成形型１にセットされたプリフォームＰは、そのネックリングＮＲよりも下側の部位が、図示しない延伸ロッドにより軸方向（高さ方向）に延伸されつつ、高圧流体ブローにより軸方向及び周方向（幅方向）に延伸される。このとき、延伸された部位にブロー成形型１のキャビティ形状が転写されることによって、図２に示すように、口部Ｃ２、肩部Ｃ３、胴部Ｃ４、及び底部中央に位置する底板部Ｃ５１と、底部周縁に位置して接地部Ｃ５３が形成された周縁部Ｃ５２とを有し、接地部Ｃ５３を分割する複数の溝部Ｃ５４が放射状に形成された底部Ｃ５を備えた所定の容器形状に成形される。
このようにしてプリフォームＰを二軸延伸ブロー成形するに際し、本実施形態にあっては、前述したようにして、底部中央型３１を冷却しつつ、底部周縁型３２を加熱することで、周縁部Ｃ５２を含む底部周縁を選択的にヒートセットする。このとき、底部中央型３１が、好ましくは、材料樹脂として用いたポリエステル系樹脂のガラス転移温度よりも低くなるように冷却しつつ、底部周縁型３２が、好ましくは、材料樹脂として用いたポリエステル系樹脂のガラス転移温度以上、１６０℃以下に加熱されるように、底部中央型３１と底部周縁型３２のそれぞれの温度を好適な条件に制御する。
より具体的には、上記のようにしてプリフォームＰを二軸延伸ブロー成形することによって製造された容器Ｃ１において、底板部Ｃ５１を含む底部中央の結晶化度が１〜５％の範囲にあり、周縁部Ｃ５２を含む底部周縁の結晶化度が１０〜３５％の範囲にあるように、底部中央型３１と底部周縁型３２のそれぞれの温度を調整する。
ここで、結晶化度Ｘ［％］は、測定対象部位から試験片を切り出して、密度勾配管法により試験片の密度ρ（ｇ／ｃｍ３）を測定し、密度法により次式から算出することができる。
Ｘ＝（ρｃ（ρ−ρa））／（ρ（ρｃ−ρa））
ρa：非晶密度（ｇ／ｃｍ３）
ρc：結晶密度（ｇ／ｃｍ３）
なお、材料樹脂としてポリエチレンテレフタレートを使用した場合には、ρｃ＝１．４５５（ｇ／ｃｍ３）、ρａ＝１．３３５（ｇ／ｃｍ３）として、結晶化度Ｘ［％］を算出することができる。
Ｘ＝（ρｃ（ρ−ρa））／（ρ（ρｃ−ρa））
ρa：非晶密度（ｇ／ｃｍ３）
ρc：結晶密度（ｇ／ｃｍ３）
なお、材料樹脂としてポリエチレンテレフタレートを使用した場合には、ρｃ＝１．４５５（ｇ／ｃｍ３）、ρａ＝１．３３５（ｇ／ｃｍ３）として、結晶化度Ｘ［％］を算出することができる。
このようにすることで、本実施形態によれば、底部中央に位置する底板部Ｃ５１と、底部周縁に位置して接地部Ｃ５３が形成された周縁部Ｃ５２とを有し、接地部Ｃ５３を分割する複数の溝部Ｃ５４が放射状に形成された底部Ｃ５を備える容器Ｃ１を二軸延伸ブロー成形によって製造するにあたり、底部中央型３１を冷却することで、底板部Ｃ５１を含む底部中央の底部中央型３１への貼り付きを抑制して、ブロー成形後の型開きに際して離型不良が生じないようにすることができる。その一方で、周縁部Ｃ５２を含む底部周縁を選択的にヒートセットして、熱結晶化により結晶化度を高めることで、アセプティック充填により容器Ｃ１に内容液を充填する際のリンス工程における温水処理によって、周縁部Ｃ５２に形成された接地部Ｃ５３が収縮して自立不能になってしまわない程度の適度の耐熱性（リンス適性）を付与することができる。
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いうまでもない。
例えば、前述した実施形態では、底部中央に位置する底板部Ｃ５１と、底部周縁に位置して接地部Ｃ５３が形成された周縁部Ｃ５２とを有し、接地部Ｃ５３を分割する複数の溝部Ｃ５４が放射状に形成された底部Ｃ５を備える容器Ｃ１を成形対象としているが、これに限定されない。本発明は、型開きなどとの関係から、底板部Ｃ５１を含む底部中央と周縁部Ｃ５２を含む底部周縁とが底部型３によって一体に賦形されるように型設計がなされる場合に有用な技術である。このため、周縁部Ｃ５２に形成された接地部Ｃ５３は、放射状に形成された複数の溝部によって分割されていなくてもよく、容器Ｃ１の底部５を除く部位の具体的な形態も特に限定されない。
１ ブロー成形型
２ 側部型
３ 底部型
３１ 底部中央型
３２ 底部周縁型
３２ａ 発熱体
３３ 断熱材
３４ 支持体
３４ａ 温調媒体流路
Ｃ１ 容器
Ｃ５ 底部
Ｃ５１ 底板部
Ｃ５２ 周縁部
Ｃ５３ 接地部
Ｃ５４ 溝部
２ 側部型
３ 底部型
３１ 底部中央型
３２ 底部周縁型
３２ａ 発熱体
３３ 断熱材
３４ 支持体
３４ａ 温調媒体流路
Ｃ１ 容器
Ｃ５ 底部
Ｃ５１ 底板部
Ｃ５２ 周縁部
Ｃ５３ 接地部
Ｃ５４ 溝部
Claims (6)
- 有底筒状のプリフォームを二軸延伸ブロー成形によって、底部中央に位置する底板部と、底部周縁に位置して接地部が形成された周縁部とを有する底部を備える所定の容器形状に成形するブロー成形型であって、
開閉可能に構成された一対の分割型からなる側部型と、
前記側部型の底部側に組み入れられる底部型と
を備え、
前記底部型が、前記底板部を含む底部中央を賦形する底部中央型と、前記周縁部を含む底部周縁を賦形する底部周縁型とを有し、
別体に形成された前記底部中央型と前記底部周縁型とが、断熱部材を介して組み合わされて、低温の温調媒体が循環する温調媒体流路が内部に形成された支持体に接合されるとともに、前記底部周縁型の周面に発熱体が巻回されて、前記底部中央型を冷却しつつ、前記底部周縁型を加熱することで、前記底部中央型と前記底部周縁型のそれぞれを所定の温度に調整する温調機構を有することを特徴とするブロー成形型。 - 前記接地部が、放射状に形成された複数の溝部によって分割されている請求項１に記載のブロー成形型。
- 請求項１又は２に記載のブロー成形型を用いたポリエステル系樹脂製容器の製造方法であって、
前記ブロー成形型にセットされた前記プリフォームを二軸延伸ブロー成形するに際し、
前記底部中央型を冷却しつつ、前記底部周縁型を加熱することで、前記周縁部を含む底部周縁を選択的にヒートセットすることを特徴とするポリエステル系樹脂製容器の製造方法。 - 前記底部中央型の温度を、材料樹脂として用いたポリエステル系樹脂のガラス転移温度よりも低くする請求項３に記載のポリエステル系樹脂製容器の製造方法。
- 前記底部周縁型の温度を、材料樹脂として用いたポリエステル系樹脂のガラス転移温度以上、１６０℃以下とする請求項３又は４に記載のポリエステル系樹脂製容器の製造方法。
- 前記底板部を含む底部中央の結晶化度が１〜５％の範囲にあり、前記周縁部を含む底部周縁の結晶化度が１０〜３５％の範囲にあるように、前記底部中央型と前記底部周縁型のそれぞれの温度を調整する請求項３〜５のいずれか一項に記載のポリエステル系樹脂製容器の製造方法。
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