JP2000506078A

JP2000506078A - 熱可塑性樹脂製パリソン及び関連する製造方法の改良

Info

Publication number: JP2000506078A
Application number: JP53139597A
Authority: JP
Inventors: バレル，モレノ; ベロット，フランコ
Original assignee: シパソシエタペルアチオニ
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2000-05-23
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: CA2247446C; AU709519B2; EP0885107A1; PL182411B1; RU2174465C2; PL328729A1; WO1997032711A1; IT1289367B1; JP3946258B2; TR199801651T2; BR9707828A; AU1874897A; CA2247446A1; ITPN960016A1; US6248413B1; ITPN960016A0

Abstract

(57)【要約】上方部（Ｈ）と、中央部（Ｌ）と、末端部（Ｎ）とを備えた、特に次工程でプラスチック材料製のボトルにブロー成形される熱可塑性樹脂製パリソンである。前記中央部の下方側において、下方副次部（Ｍ）を前記末端部の近くに設ける。前記下方副次部の壁厚は可変であり、前記中央部（Ｌ）の壁厚に対して異なる厚みを有する。前記下方副次部は、特に、下向きに縮径した円錐台形の断面を有する。好ましくは、前記下方副次部（Ｍ）の肉厚は、前記パリソンの残りの前記中央部の肉厚に対して少なくとも１２％縮小される。また、前記円錐台形の縦断面の側面と、前記パリソンの対称軸との間の角度（ａ）は、５°ないし１０°の範囲にある。効果：製造工程の公差(process tolerance)を拡大することができる。温度調整処理を省略することができる。樹脂の使用量を減らすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】熱可塑性樹脂製パリソン及び関連する製造方法の改良この発明は、高温の液体、あるいは炭酸化されている液体、すなわちＣＯ₂（二酸化炭素）ガスを含む液体、若しくは炭酸化された高温の液体を充填するための熱可塑性樹脂製容器、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリプロピレン（ＰＰ）製容器を工業的スケールで製造するのに適用されうるパリソン及びそれと関連した製造方法に関する。そのような容器を製造する技術及び装置を包含する産業分野においては、製造方法及び製造装置に関して多くの開発や改良が行われてきた。例えば、上述したような容器を、信頼できて、コストに見合うとともに、応用に富む方法で、また、晶質レベルを高めつつ、且つ競争力を有する大規模生産で製造することができるようにしてきた。一般にそのような製造方法は、大きく二つのタイプに、すなわち、１ステージ方式と、２ステージ方式とに分類することができる。本発明は、前記両方式による製造方法、及びそれぞれの方式を用いた方法により製造されるパリソンに関する。１ステージ方式の製造方法では、いわゆるプリフォーム、またはパリソンを成形し、（適当な温度まで冷却させた後に、）前記パリソンを射出成形型あるいは押出ダイから調整ステーションへ搬送することができる。パリソンは、この調整ステーションで好ましい分子配向が得られる温度に均一に保たれる。その後、プリフォームまたはパリソンは、ブロー成形型へ搬送され、そこで最終的に所望の形状に成形される。１ステージ方式の製造方法に固有の問題は、パリソンが射出成形型または押出ダイから搬送される際に、パリソンの肉厚の断面部に不均一な熱分布が発生することである。そこで、関連するサイクルタイムを最適化するために、パリソンを射出成形型から取り出す際の時間及び温度に関して、多くの製造方法が特許されてきた。１ステージ方式の方法に関する特許文献は、全て、調整ステーションにおいて樹脂の最適な分子配向が得られる温度に容器の壁部の断面部を均一に熱して、その熱可塑性樹脂製の容器を最終的に成形または形成する方法を開示したものである。２ステージ方式の製造方法では、ブロー成形されるボトルは、互いに相当間隔をおいた二つの独立した工程で製造される。製造工程全体が互いに空間的にも時間的にも相当離れて実施されること自体が、実質的にこの方式の特徴ともいえる。つまり、この方式を用いた場合、技術性、生産性、及び市場性などの観点から、柔軟な対処ができるというメリットがある。個々のパリソンは、上記製造方法の第一の工程で成形される。通常、このパリソンは、元の場所に保存されるか、あるいは最終ユーザまたは加工業者のもとへ輸送されるかの経路をたどる。上記製造方法の第二の工程において、パリソンは所望の温度に再調整される。そして、その直後にブロー成形されて所望の最終製品、すなわちボトルが形成されるのである。上述したような柔軟性の大きさのほかにも、２ステージ方式を実施することによりかなりのスケール−メリットが期待できる。つまり、同一の製造業者が、同一かつ単一の製造装置において、様々なタイプのボトルを製造するのに利用できるパリソンを成形することができるからである。しかし、この２ステージ方式にも特有の大きな欠点がある。第二の工程において、パリソンを十分に再調整、すなわち、ブロー成形することのできる適温に再加熱する必要が生じるため、相当量のエネルギーを消費することである。上記１ステージ方式及び２ステージ方式による中空プラスチック製ボトルの製造方法及び製造装置では、熱可塑性樹脂の流動物、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を連続的に押し出して、複数の型に流し込むことでパリソンを製造する。しかし、実際には、パリソンの成形工程を後続のブロー成形の方法や、製造されたボトルの使用態様と切り離して考えることは不可能で、以下に示すような因子を全て考慮に入れなければならない。 −ボトルの形状 −ボトルの内容量 −充填される液体の種類。液体は、非常に炭酸化されている液体と、通常程度に炭酸化されている液体と、あるいは「プレーン」、すなわち無炭酸である液体とに分類されうる。 −液体の状態。液体は、充填の際に高温でも低温でもありうる。 −ボトル自体の使用方法。ボトルを使用後に捨てることを目的として設計することも、あるいは再使用すべく、つまり、回収し、洗浄して消毒等を実施した後に何回か再充填することを目的として設計することも可能である。再利用可能なボトル、またはこの技術分野で一般に「再充填可能」といわれるボトルの形状を参照した結果、ボトルの底部または基部を「花弁状」ではなくて、「シャンパン用ボトル」の形状に設けた方が、特に再利用に適していることが分かった。ちなみに、ボトルのこのような二つの呼び方は、当業者にはよく知られたもので、一般的であるとともに間違いようのないものである。これには二つの理由があげられる。つまり、連続的に実施される処理により、花弁状の基部に亀裂や破損（ストレスクラッキングによる問題）が発生することが多いからである。また、ボトルを再利用することを考慮すると、花弁状の深い凹部が特徴的な花托状であるため、明らかに洗浄しにくいという点もあげられる。再充填可能なボトルを製造するにあたっての最大の課題は、特にボトルの静置基部付近の材料を最適な状態に分配することであり、つまり、ボトルの壁厚、ひいてはパリソンの厚みパターンを変化させることである。実際、様々な圧力状態及び温度状態における適切な力学強度を考慮すると、厳密に決定された厚み分布を底部の材料に持たせる必要が生じるであろう。花弁状底部を有するボトルの内部からの圧力に対する強度は、ボトルの形態、すなわち底部の実際の形状により得られるもので、特にそのつなぎ梁(tie-beam) によるものであることが一般に知られている。しかし、シャンパン用ボトル型の底部を有するボトルにおいては、適正且つ適宜な量の材料を分配することによってのみ、花弁状に構成されたボトルと同様の機能を確保することができるのである。例えば、シャンパン用ボトル型の底部を有する２リットルのボトルの場合、− ６０℃の２５％ＮａＯＨ溶液を三時間用いた後に、３８℃で４体積(four volume s)のＣＯ₂を２４時間用いた処理に耐えうる性能を確保することができた。上記の試験と同様の条件下においた場合、再充填可能なボトルの底部は次のような機能を発揮しなければならない。１）外反り(everting)、すなわち外向きに湾曲するのを防ぐ。２）ストレスクラッキングや、その他の破損の発生を防ぐ。３）ボトルの静置基部または静置平面が不安定にならない。４）ボトルの軸線が静置基部または静置平面に対して完全に垂直な状態を保つ。上述のような機能性をもたせるために、「シャンパン用」ボトルの底部は、図１に示すように、以下の特定の性質を有する必要がある。１）無定形領域(amorphous zone)１の配向を最大限に高める。この無定形領域は、明らかに配向が最小に抑えられる傾向にある箇所であるが、一方で、材料の密度(concentration)は最大となる箇所でもある。材料が事実上ほとんど配向していないため、その力学強度は肉厚のみによって保たれているのである。しかし、無定形領域を過剰に厚くすることは、単に材料を無駄にすることを意味する。実際、ボトルの底部（領域１＋領域２）の重みは、再充填可能なボトルの全重量の２５％にまで達するものである。従って、非常に困難を伴うだろうが、無定形領域１の配向を最大に高める必要が生じるのである。２）無定形領域２の配向を最大限高める。材料の配向及び分布が底部の力学強度を決定づけるため、この無定形領域は、最も重要(critical)な領域である。内部からの圧力が加わるシャンパン型底部は全て、一般にＡ及びＡ１で表される位置で最小厚さとなり、その最小厚さ以下では底部は間違いなく破れてしまう。この不可欠な要件のほかにも、底部を成形する際に満足すべき基本的な要件がある。それは、領域２に当たる周囲の厚みパターンをほぼ均一に設ける必要があるというものである。つまり、直径を挟んで相対向する二つの点の厚みの差を最小限に留めなければならない。例えば、再充填可能な２リットルのシャンパン型底部において、上述した厚みの差を、最大でも０．２ないし０．２５ｍｍ以内に留める必要がある。厚みの差をできる限り最小に留めることで、ボトルが垂直でなくなるような状況が発生するのを極力抑えることができる。配向の強弱は非常に重要であるが、前記領域における材料の分布の仕方の方が重要であるといえよう。そして、上記両方法において、材料の分布の仕方は、パリソンがブロー成形される前に受ける温度調整処理に強く依存するものである。しかし、この調整処理には、二つの欠点があることが知られている。まず、パリソンの壁は、ほぼ均一な状態にまで熱せられ、材料はブロー成型時にかなり均一な状態に延伸されてしまうので、厳密に決定された厚みパターンに従ってボトルの各部位に適するように材料の分布を変化させるという要件を満たすことができない。他方、工程中のそのような調整処理は、１ステージ方式においては、当業者によく知られた様々な技術的及び経済的な理由により、製造工程全体を遅れさせ、複雑にする要因となる。２ステージ方式及び関連するパリソンに固有の特徴は、製造設備に特有の制限があるため、パリソンをほぼ均一な温度に調整する必要がある一方で、同パリソンの底部を全く異なる厚みパターンに延伸する必要があるということである。従って、一般に相当延伸されるボトル基部または着底箇所に十分な強度を持たせるためには、適切な厚みのあるパリソンを使用する必要がある。しかし、相当延伸される箇所が必要とする厚みは、底部及びパリソン胴部等のそれほど延伸を要さない箇所にとっては余計なものなので、このように厚みを制限することは、あまり延伸されない箇所や、中程度の延伸を受ける箇所においてプラスチック材料を無駄に消費させるだけのものであることが理解されよう。上述したような材料の無駄な使用を削減するために、調整温度を非常に厳密に制御する努力がなされてきた。しかし、このような工程パラメータを制御することは、必ずしも容易なことではなく、また、経済的に可能であるとも言い難い。現在のパリソン製造技術の基本的な問題点を以下に要約する。ａ）ほぼ一定の壁厚を有するパリソンをブロー成形する際に、「プロセスウインドウ(process window)」とも呼ばれる製造工程の公差(process tolerance)が重要(criticalness)となる。これは、成形開始時の温度が単一であるパリソン材を、相当異なる壁厚に延伸する必要があるとともに、ボトルの静置基部の最も重要な領域(critical zone)を予め決定された最小限の厚みに保つ必要があることに起因する。ｂ）一定の壁厚を有するパリソンを用いた場合、最終的に製造されるボトルの厚みの一部は、実際に加わる圧力や荷重に耐えるのに必要な厚みを超過してしまうため、少なくともその部分に使用されている材料を無駄にしていることになる。ｃ）１ステージ方式の製造設備において、実際のブロー成形工程の前に温度調整工程を設ける場合、いくつかの問題が生じる。そして、その問題を解消するために、相当なコストがかかるだけでなく、関連する製造設備や、製造設備における製造工程が相当複雑なものになる。上述の問題点を全て踏まえて、本発明の主な目的を以下に示す。ａ）高温且つ炭酸化された液体を充填することができ、また、何度も再利用することができるとともに、「シャンパン用」ボトルの底部を有し、上述した機能性を提供することができる熱的に安定な熱可塑性樹脂製容器を１ステージ方式で製造するのに適するパリソンを提供することである。ｂ）上記１ステージ方式に係る容器と類似の特徴を有するとともに、材料の使用量を最小限に抑えた容器を２ステージ方式で製造するのに適するパリソンを提供することである。上記両方式に係るプリフォームを扱う際に、簡単且つ経済的で、現時点で実施可能な技術を用いるとともに、１ステージ方式に関しては、ブロー成形工程の前のパリソンを調整する工程を省略することを目的とする。また、「花弁状」ボトル及び使い捨てボトル、すなわち再利用することのできないボトルを製造するのに使用することができ、且つ上記の特色及び特性を有するパリソンを提供することを本発明の更なる目的とする。本発明の上記目的及びこれ以外の目的は、以下の説明を読み、理解することにより、当業者にとって容易に且つ明確に分かるものである。また、本発明のこれらの目的は、基本的にパリソンの壁厚の特定の断面及び分布と、１ステージ方式にあっては、温度調整工程を排除しつつパリソンの冷却時間とを組み合わせて制御することにより達成される。限定を意図しない本発明の実施例を、添付の図面を参照して以下に詳細に示す。 −図１は、代表的な再充填可能なボトルである「シャンパン用」ボトルの底部の断面図である。 −図２は、１ステージ方式の製造設備によりブロー成形されうる本発明に係るパリソンの中央垂直断面図である。 −図３は、本発明に係るパリソンの底部の変形線を示した中央垂直断面図である。 −図４は、射出成形型から取り出されたときに検出された本発明に係る代表的なパリソンの熱分布を表した図である。 −図５は、図２に示したパリソンの壁の特定箇所を拡大して表した中央垂直断面図である。 −図６は、２ステージ方式の製造設備によりブロー成形されうる本発明に係るパリソンの中央垂直断面図である。 −図７は、２ステージ方式でブロー成形される際の本発明に係るパリソンの底部の変形線を示した中央垂直断面図である。 −図８は、図６に示したパリソンの壁の特定箇所を拡大して表した中央垂直断面図である。以下に説明する両解決方法の実際の目的は、パリソン本体のうち、最も激しく延伸されて容器の基部に変形される箇所は、同時に、容器の基部に変換された後に最も力が加わる箇所、すなわち最も荷重される箇所であるため、可能な限りの力学的性能が確保されなければならない、という実用上の考察に基づいている。このような基本的な考察は、全ての種類のパリソンに、すなわち、１ステージ方式の製造設備においてブロー成形されるパリソンや、２ステージ方式の製造設備においてブロー成形されるパリソンに実際に関するものである。そしてこれは、前記箇所がパリソンの他の部分に関して変更され、特に実際のブロー成形の条件に「適応する」パリソンを特徴づけるものである。このような目的は、パリソンの延伸性に影響を与える二つの基本的な変数を、すなわち、パリソンの壁厚及び延伸時の温度を組み合わせて制御することにより達成される。しかし、延伸工程中の温度は、温度処理及び延伸工程の前にパリソンが保持されていた状況全般に依存するもので、しかもパリソンの保持状況は、１ステージ方式と２ステージ方式とでは互いに相当異なるものなので、問題を解決するために提案された方法、すなわち壁厚及び温度処理の最適な組み合わせ条件が、二つの方式において互いに全く異なることが必然的に理解されよう。従って、以降の説明は、二つの個別の構成部分に分かれ、それぞれの構成部分では、上記二つの方式のうちいずれか一方について述べた。１ステージ方式の製造設備及び製造方法に用いるパリソン本発明が達成すべき第一の目的は、射出成形工程とブロー成形工程との間の温度調整手段及び処理を必要とすることなく、１ステージ方式でブロー成形される際にプラスチック材料が底部の領域１及び領域２に自動的に分配されるように、パリソンの断面及び壁厚分布または厚みパターンを決定することである。説明を容易に且つ明確にするために、パリソンを互いに重ね合わされた三つの個別の部分に、すなわち、上方部またはネックＨと、中央部Ｌと、半球形に縮径し閉塞した末端部Ｎとに分けて図２に示した。中央部Ｌの下方部分に下方副次部Ｍを末端部の近くに設けた。パリソンのこの部分は、パリソンがブロー成形された後にボトルの基部の静置部Ａ及びＡｌ並びにこの基部と隣接する領域２を形成する部分である（図１参照）。このため、特に「シャンパン用」ボトルに関しては、図２及び図３に示すように、前記下方副次部分Ｍの厚みパターンが変化する特殊なパリソンが開発されテストされてきた。パリソンに特定の熱分布をもたせて、ボトルをブロー成形する際に材料を所望の分布あるいは厚みパターンに分配することが根本的に重要なのであるという基本的な考えから、このような厚み断面を得るに至った。上述したように、この場合、ボトルの静置基部に隣接する領域２及び静置基部に対応する点４が最も重要な領域(critical zone)である。従って、底部の領域２（実際、領域２は単一の環状部分である）を低温に保つことができるようにパリソンの熱分布を設定して、材料が余計に延伸して着底点４が薄くなるのを防ぐ必要がある。従来の１ステージ方式のブロー成形工程においては、パリソンは、その全体の温度が軸線に沿って均一な状態で射出成形型から取り出されるので、パリソンの温度を改めて調整して最適な熱分布を持たせるために、ブロー成形する前にパリソンを処理する必要があった。本発明に係るパリソンを用いた場合、従来とは全く異なり、上記のごとく考察されたブロー成形に適する理想的な熱分布を射出成形型から取り出された段階でパリソンに直接もたせることができるのである。本発明の基本的な特徴としては、パリソンの前記下方副次部Ｍの外径Ｄ１及び内径Ｄ２が、円錐台の形状をたどって段々と小さくなり、壁厚が変化する短い部分を経た後、最終的にそれぞれＤ３及びＤ４に、すなわち再び末端部Ｎの通常の半球形の断面となる点があげられる。このように壁の直径を減少させることにより、次のような効果が得られる。まず、半径が漸減している箇所における壁厚ＳＰ２を、パリソン胴部の壁厚ＳＰ１よりも小さくしたので、壁厚がＳＰ２である部分を隣接する箇所よりも素早く冷却することができるため、この部分をより低い温度に保つことが可能となる。引き続いて実施されるブロー成形工程において、円錐台形の前記下方副次部Ｍの温度が低く保たれているため、相当高い延伸率(stretching ratio)にも関わらず、その部分の材料が余計に延伸されたり、隣接する他の部分の材料と同程度に延伸されたりすることはない。副次部に隣接する部分の材料は、高温に保たれているため、射出点(injection point)に隣接する無定形領域と同様に延伸率は小さいにも関わらず、相当延伸されることが知られている。従って、パリソンの前記下方副次部Ｍの内径及び外径を適切に縮小することにより、パリソン全体の冷却パターンを異ならせることができるので、次のブロー成形工程を即座に実施することが可能であるとともに、あいだに調整工程を設けなくてもボトルの底部に所望の厚みをもたせることができるように、パリソンの熱分布あるいは熱分布パターンを最適に設定することが可能であることが実験的に証明された。各タイプのボトルには、それぞれ専用のパリソンが必要であることは明らかなので、以上の観察結果に基づいて、各ボトルの、ひいてはそれぞれのパリソンの理想的な厚み断面を実験的に決定することができるとともに、本発明が目的とする上述したような結果を得ることができる。様々な種類のパリソンにはいくつかの共通の特徴が存在し、これらの特徴を個別にあるいは組み合わせて備えさせることにより、得られる結果が改善されたり、より容易に所望の結果を得ることができたりすることが特に観察された。そのような特徴としては、基本的に以下に示すようなものがあげられる。 −円錐台形の前記下方副次部Ｍの内壁及び外壁の傾斜角ａは、パリソンの軸線に対して不変である。この傾斜角は、５°ないし１０°の範囲内にある。 −壁厚の上限であるＳＰ１から、下限の前記下方副次部ＭのＳＰ２までパリソンの壁厚が減少する。これにより、対応する壁の質量を確実に減らすことができるとともに、壁の冷却速度を速めることができる。 −前記下方副次部Ｍの壁厚ＳＰ２は、他の中央部Ｌの壁厚ＳＰ１に対して５％ないし１０％薄い。これは、前記下方副次部Ｍの壁が内向きに曲げられることに起因する。 −下方副次部Ｍの直下に位置する部分Ｐの壁厚ＳＰ４は、その全長に亘り、ＳＰ１と同等か、またはＳＰ１より５％以上薄くならない厚みに保たれる。これにより、底部の領域１において最大限の二軸配向を得ることができる。 −末端部Ｎの最下点の壁厚ＳＰ３の値は、およそ０．７×ＳＰ１である。 −前記下方副次部Ｍの長さは、底部の材料をどのように分配するかに応じて実験的に決定される。 −図１の断面図において一般にＡ及びＡ１で表される「シャンパン用」ボトルの底部の着底箇所の厚みを効果的に保持するためには、その形態、すなわちパリソン及びブロー成形に用いる工具の形状が、基部の着底箇所と、前記下方副次部Ｍの中点４とをほぼ対応させるようなものでなければならないことが実験的に確認されている。上記のような中点は、多少ではあるが、冷却されやすいといわれているため、延伸されにくく且つ壁厚が薄くなりにくい傾向にあると考えられるからである。射出成形型から取り出された本発明に係るパリソンの熱分布を実験的に検出して示した図４を参照すると、点７及び８では、パリソンのその他の部分よりも温度勾配(thermal gradient)が小さいことが分かる。ブロー成形の際、図４に示した点７及び８は、底部の領域２（図１参照）から生じるものであり、すなわち、点７及び８に存在し、前記下方副次部Ｍに対応する位置にある材料は、ブロー成形される際に、自動的に流動して底部の領域２の点Ａ及びＡ１（図１参照）を形成するのである。本発明の利点及び長所は、以下に示すように、体系的に実験することにより明らかにされたものである。１）二軸方向の配向が強められた。パリソンの下方副次部Ｍの直径Ｄ３及びＤ４は、それぞれＤ１及びＤ２よりも小さいので、ボトルの(重要領域(critical z one)の)静置状態における直径(resting diameter)をφとした場合、延伸率は大きく、すなわち、φ：Ｄ４＞φ：Ｄ２及びφ：Ｄ３＞φ：Ｄ１となる。延伸率が増大することにより、配向は、ボトルのサイズ及び形状に応じておよそ１０％ないし１５％強化される。このように配向を強化することにより、力学的パフォーマンスを向上させることができるとともに、再充填可能なボトルを取り扱う際に最も注意を要するといわれるストレスクラッキングが点４において発生するのを抑制することができる。２）１ステージ方式でパリソンを処理する場合、再充填可能なボトルに発生するストレスクラッキングの問題を解決することが最も重要な課題であるといえよう。そして、ストレスクラッキングが発生することを考えた場合、湿気が最大の要因である。本発明によれば、パリソンは、射出成形型から取り出された後、即座にブロー成形されるので、大気中の湿気を吸収する時間が全くなく、従って湿気を吸収するという危険性を完全に排除することができる。最も延伸される箇所、すなわち前記下方副次部Ｍの温度をより効果的に「誘導」(guidance)して、パリソンの壁厚を縮小させるためには、パリソンを上述した傾斜角ａに沿って単に内向きに縮径させるだけではなく、パリソンの内径及び外径のそれぞれについて、パリソンの底部と、傾斜し始める点及び傾斜し終わる点との距離を互いに違えるのが特に有効であることが実験的に見いだされた。図５は、図２において下方副次部Ｍとして表されたパリソンの壁を拡大して示した中央垂直断面図であるが、この図からも分かるように、ｈ₁は、パリソンの外径Ｄ１が縮径し始める高さであるが、その高さは、パリソンの内径Ｄ２が縮径し始める高さｈ₂よりも僅かに高い位置にある。一方、ｈ₃は、パリソンの外径Ｄ３が縮径し終わる高さであるが、その高さは、パリソンの内径Ｄ４が縮径し終わる高さｈ₄よりも僅かに高い位置にある。これらの高さの違いは、前記傾斜角ａと、前記下方副次部Ｍに求められる肉厚の縮小量とにより決定されるものである。図５を更に詳しく説明すると、上述した高さｈは、それぞれ、パリソンの下方の位置でパリソンの軸線Ｘと直交する単一の基準水平面Ｚからの距離である。２ステージ方式による製造設備及び製造方法に用いるパリソン２ステージ方式によりブロー成形されるパリソンを示した図６、７及び８の理解を助けるために、１ステージ方式で既に使用され、且つ、２ステージ方式の条件の下でもそのまま用いることのできる参照符及び考え方をいくつか使用する。前記と同様に、パリソンを互いに重ね合わされた三つの個別の部分に、すなわち上方部Ｈと、中央部Ｌと、半球形に縮径し閉塞した末端部Ｎとに分けて図６に示した。中央部Ｌの下方部分に、前記と同様に、下方副次部Ｍを末端部の近くに設けた。パリソンのこの部分は、パリソンがブロー成形される際にボトルの基部の静置部Ａ及びＡ１並びにこの基部と隣接する領域２を形成する部分である（図７参照）。このため、特に「シャンパン用」ボトルの底部に関しては、図６及び７に示すように、前記下方副次部分Ｍの厚みパターンが変化する特殊なパリソンが開発されテストされてきた。パリソンに特定の熱分布をもたせて、ボトルをブロー成形する際に材料を所望の分布あるいは厚みパターンに分配することが根本的に重要なのであるという基本的な考察から、このような厚み断面を得るに至った。上述したように、この場合、ボトルの静置基部に隣接する領域２及び静置基部に対応する点４が最も重要な領域(critical zone)である。従って、底部の領域２（実際、領域２は単一の環状部分である）を低温に保つことができるようにパリソンの熱分布を設定して、材料が余計に延伸して着底点４が薄くなるのを防ぐ必要がある。従来の２ステージ方式のブロー成形工程においては、パリソンは、その工程の始めの段階で冷却状態にあるので、ブロー成形を実施する前にパリソン胴部の全長に亘って均一に熱を分布させるために、パリソンを調整、すなわち、軸線全体に沿って均一な温度に熱する必要があった。本発明に係るパリソンを用いた場合、従来とは全く異なり、上記のごとく考察されたブロー成形に適する理想的な熱分布をパリソンにもたせることができるので、パリソンを調整工程から直接取り出して、ブロー成形工程の始めから用いることができるのである。本発明の基本的な特徴としては、パリソンの前記下方副次部Ｍの外径Ｄ１’及び内径Ｄ２’が、円錐台の形状をたどって段々と小さくなり、最終的にそれぞれＤ３’及びＤ４’に、すなわち再び末端部Ｎの通常の半球形を形成する大きさになる点があげられる。しかし、このような二重の縮径にも関わらず、壁厚ＳＰ１’は、より厚い壁厚ＳＰ２’に実質的に増大するのである。外径Ｄ１’及び内径Ｄ２’がそれぞれ縮小し始める高さｌ₁及びｌ₂を互いに違えるとともに、外径Ｄ３’及び内径Ｄ４’ がそれぞれ再び末端部Ｎにおける一定の大きさになる高さｌ₃及びｌ₄を互いに違えることで、壁厚を増大させることができるのである。図８は、図６において下方副次部Ｍとして表されたパリソンの壁を拡大して示した中央垂直断面図であるが、この図からも分かるように、高さｌ₁、ｌ₂、ｌ₃ 、ｌ₄は、それぞれ、パリソンの下方の位置でパリソンの軸線Ｘと直交する単一の基準水平面Ｈからの距離である。ｌ₁は、パリソンの外径Ｄ１’が縮径し始める高さであるが、その高さは、パリソンの内径Ｄ２’が縮径し始める高さｌ₂よりも低い位置にある。一方、ｌ₃は、パリソンの外径Ｄ３’が縮径し終わる高さであるが、その高さは、パリソンの内径Ｄ４’が縮径し終わる高さｌ₄よりも僅かに低い位置にある。これらの高さの違いは、前記傾斜角ａと、前記下方副次部Ｍに求められる肉厚の縮小量とにより決定されるものである。パリソン壁をこのような独特の形態に設けることにより、まず、下方副次部Ｍにおいて、その内径及び外径が小さくなる一方で、その壁厚が増大されて、パリソン胴部の厚みＳＰ１’よりも厚い壁厚ＳＰ２’が実現される。従って、この下方副次部Ｍの熱容量(thermal capacity)が増大し、２ステージ方式の過程のそれぞれに必要な調整工程における加熱量が少なくて済むので、パリソンの前記副次部の温度を、それと隣接する箇所よりも低く保つことができるのである。温度を低く保って、当該箇所における材料の延伸を少なくすることにより得られる効果は、両方式に共通するものなので、上述したように当該箇所を低温に保つことは、パリソンを１ステージ方式でブロー成形する際にも目標とされてきたことであることが理解されよう。２ステージ方式の話に戻すと、円錐台形の前記下方副次部Ｍは低温に保たれているので、引き続き実施されるブロー成形工程において、相当高い延伸率にも関わらず、当該部の材料が余計に延伸されたり、隣接する他の部分の材料と同程度に延伸されたりすることはない。副次部に隣接する部分の材料は、高温に保たれているため、射出点(injection point)に隣接する無定形領域と同様に延伸率が小さいにも関わらず、相当延伸されることが知られている。従って、２ステージ方式の方法でブロー成形されるパリソンの前記下方副次部Ｍの内径及び外径を適度に増大させることにより、パリソン全体の冷却パターンを分化することができるので、最適な熱分布または熱分布パターンをパリソンに自動的にもたせて、ボトルの底部を所望の厚みに設けることができることが実験的に証明された。各タイプのボトルには、それぞれ専用のパリソンが必要であることは明らかなので、以上の観察結果に基づいて、各ボトルの、ひいてはそれぞれのパリソンの理想的な厚み断面を実験的に決定することができるとともに、本発明が真に目的とする上述したような結果を得ることができる。様々な種類のパリソンにはいくつかの共通の特徴が存在し、これらの特徴を個別にあるいは組み合わせて備えさせることにより、得られる結果が改善されたり、より容易に所望の結果を得ることができたりすることが特に観察された。そのような特徴としては、基本的に以下に示すようなものがあげられる。 −円錐台形の前記下方副次部Ｍの内壁及び外壁の傾斜角ａをパリソンの軸線に対して不変とする。この傾斜角は、５°ないし１０°の範囲内にある。 −パリソンの外径及び内径が縮径し始める点と、縮径し終わる点とがそれぞれ異なるために、前記副次部Ｍの厚みＳＰ２’は中央部Ｌのその他の部位の厚みＳＰ１’よりも少なくとも１０％以上厚くなる。 −下方副次部Ｍの直下に位置する部分Ｐの壁厚ＳＰ４’を、その全長に亘って、ＳＰ１’と同程度か、またはＳＰ１’より５％以上薄くならないように保つ。これにより、底部の領域１において最大限の二軸配向の効果を得ることができる。 −末端部Ｎの最下点の壁厚ＳＰ３’の値は、およそ０．７×ＳＰ１’である。 −前記下方副次部Ｍの長さは、底部の材料をどのように分配するかに応じて実験的に決定される。 −図５の断面図において一般にＡ及びＡ１で表される「シャンパン用」ボトルの底部の着底箇所の厚みを効果的に保持するためには、その形態、すなわちパリソン及びブロー成形に用いる工具の形状が、基部の着底筒所と、前記下方副次部Ｍの中点４とをほぼ対応させるようなものでなければならないことが実験的に確認されている。上記のような中点は、多少ではあるが、冷却されやすいといわれているため、延伸されにくく且つ壁厚が薄くなりにくい傾向にあると考えられるからである。体系的に実験した結果、二軸方向の配向がより強められることにより、本発明の更なる利点が得られることが分かった。実際、パリソンの下方副次部Ｍの直径Ｄ３’及びＤ４’は、それぞれＤ１’及びＤ２’よりも小さいので、ボトルの（重要領域(critical zone)の）静置状態における直径をφとした場合、延伸率がそれぞれより大きくなることが理解されよう。延伸率が増大することにより、配向は、実際のボトルの大きさ及び形状に応じておよそ１０％ないし１５％強化される。このように配向を強化することにより、力学的パフォーマンスを向上させることができるとともに、再充填可能なボトルを取り扱う際に最も注意を要するといわれるストレスクラッキングが点４において発生するのを抑制することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年１１月２４日（１９９７．１１．２４）【補正内容】請求の範囲１．特に、次工程でプラスチック材料製のボトルまたは中空体にブロー成形されるのに用いられる熱可塑性樹脂製のパリソンであって、上方部またはネック部（Ｈ）と、中央部（Ｌ）と、末端部（Ｎ）とを備え、前記中央部の下方側には、ブロー成形により延伸されてボトルの静置領域（Ａ、Ａ１）と、隣接箇所（２）とを形成する下方副次部（Ｍ）が前記末端部の近くに設けられ、その下方副次部（Ｍ）の肉厚は、パリソンの他の部分の壁厚に対して少なくとも１０％縮小されるパリソンにおいて、前記円錐台形の縦断面の側面と、前記パリソンの対称軸との間の角度（ａ）は、５°ないし１０°の範囲にあることを特徴とするパリソン。２．前記末端部（Ｎ）において、最下点（Ｏ）に対応する前記パリソンの肉厚（ＳＰ３）は、前記中央部の肉厚（ＳＰ１）の６０％ないし８０％の厚みに縮小されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のパリソン。３．前記パリソンは、円錐台形の前記下方副次部（Ｍ）の下方で再びほぼ円筒形の断面となり、その壁厚（ＳＰ４）は、前記中央部（Ｌ）の壁厚（ＳＰ１）の９５％ないし１００％の厚みであることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のパリソン。４．前記副次部（Ｍ）の中点４は、基部の静置領域（Ａ、Ａ１）とほぼ対応することを特徴とし、「シャンパン用型」の底部を備えたボトルを製造するのに適用されうる請求の範囲第３項に記載のパリソン。５．前記パリソンの外径（Ｄ１）が縮径し始める高さ（ｈ₁）は、前記パリソンの内径（Ｄ２）が縮径し始める高さ（ｈ₂）よりも高く、一方、外径（Ｄ３）が縮径し終わる高さ（ｈ₃）は、内径（Ｄ４）が縮径し終わる高さ（ｈ₄）よりも高いことを特徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載のパリソン。６．前記パリソンの前記下方副次部（Ｍ）の壁厚は、前記パリソンの前記中央部（Ｌ）のほぼ全体を占める厚みよりも大きいことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のパリソン。７．前記下方副次部（Ｍ）の肉厚は、前記パリソンの残りの前記中央部の壁厚に対して少なくとも１０％増大されることを特徴とする請求の範囲第６項に記載のパリソン。８．前記円錐台形の縦断面の側面と、前記パリソンの対称軸との間の角度（ａ）は、５°ないし１０°の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載のパリソン。９．前記末端部（Ｎ）において、最下点（Ｏ）に対応する前記パリソンの肉厚（ＳＰ３’）は、前記中央部の肉厚（ＳＰ１’）の６０％ないし８０％の厚みに縮小されることを特徴とする請求の範囲第７項または第８項に記載のパリソン。１０．前記パリソンの断面は、円錐台形の前記下方副次部（Ｍ）の下方で再びほぼ円筒形の断面となり、その壁厚（ＳＰ４’）は、前記中央部（Ｌ）の壁厚（ＳＰ１’）の９５％ないし１００％の厚みであることを特徴とする請求の範囲第８項または第９項に記載のパリソン。１１．前記副次部（Ｍ）の中点４は、基部の静置領域（Ａ、Ａ１）とほぼ対応することを特徴とし、「シャンパン用型」の底部を備えたボトルを製造するのに適用される請求の範囲第６項から第１０項のいずれかに記載のパリソン。１２．前記パリソンの外径（Ｄ１’）が縮径し始める高さ（ｌ₁）は、前記パリソンの内径（Ｄ２’）が縮径し始める高さ（ｌ₂）よりも低く、一方、外径（Ｄ３’）が縮径し終わる高さ（ｌ₃）は、内径（Ｄ４’）が縮径し終わる高さ（ｌ₄ ）よりも低いことを特徴とする請求の範囲第６項から第１１項に記載のパリソン。２ステージ方式及び関連するパリソンに固有の特徴は、製造設備に特有の制限があるため、パリソンをほぼ均一な温度に調整する必要がある一方で、同パリソンの底部を全く異なる厚みパターンに延伸する必要があるということである。従って、一般に相当延伸されるボトル基部または着底箇所に十分な強度を持たせるためには、適切な厚みのあるパリソンを使用する必要がある。しかし、相当延伸される箇所が必要とする厚みは、底部及びパリソン胴部等のそれほど延伸を要さない箇所にとっては余計なものなので、このように厚みを制限することは、あまり延伸されない箇所や、中程度の延伸を受ける箇所においてプラスチック材料を無駄に消費させるだけのものであることが理解されよう。上述したような材料の無駄な使用を削減するために、調整温度を非常に厳密に制御する努力がなされてきた。しかし、このような工程パラメータを制御することは、必ずしも容易なことではなく、また、経済的に可能であるとも言い難い。米国特許第５１５８８１７号によるプリフォームの形状は、楕円形または長方形の断面を有する一般に直方体状の容器に適するものである。しかし、そのような種類のプリフォームは、円筒形状で且つ「シャンパン用」型の底部を有するボトルには適さない。国際特許出願公開第９０／０４５４３号により、独特の形状を有するプリフォームが知られている。しかし、この文献は、使い捨て用（すなわち一度だけの使用に供される）ワンピースボトルに関するものなので（当該明細書の二列目を参照）、そのようなプリフォームは、本特許出願が目的としている「再充填可能または返却可能」なボトルに適するものとはいえない。また、欧州特許出願公開第０４４５４６５号により、返却可能なプリフォームの構造が知られている。しかし、周知のように、１ステージ方式と２ステージ方式とでは温度要件が互いに異なり、従って当該プリフォームを異なる形状に成形しなければならないため、そのようなプリフォームは、一般的な用途及び製造方法に用いられるものである。現在のパリソン製造技術の基本的な問題点を以下に要約する。ａ）ほぼ一定の壁厚を有するパリソンをブロー成形する際に、「プロセスウインドウ(process window)」とも呼ばれる製造工程の公差(process tolerance)が重要(criticalness)となる。これは、成形開始時の温度が単一であるパリソン材を、相当異なる壁厚に延伸する必要があるとともに、ボトルの静置基部の最も重要な領域(critical zone)を予め決定された最小限の厚みに保つ必要があることに起因する。各タイプのボトルには、それぞれ専用のパリソンが必要であることは明らかなので、以上の観察結果に基づいて、各ボトルの、ひいてはそれぞれのパリソンの理想的な厚み断面を実験的に決定することができるとともに、本発明が目的とする上述したような結果を得ることができる。様々な種類のパリソンにはいくつかの共通の特徴が存在し、これらの特徴を個別にあるいは組み合わせて備えさせることにより、得られる結果が改善されたり、より容易に所望の結果を得ることができたりすることが特に観察された。そのような特徴としては、基本的に以下に示すようなものがあげられる。 −円錐台形の前記下方副次部Ｍの内壁及び外壁の傾斜角ａ（図２参照）は、パリソンの軸線に対して不変である。この傾斜角は、５°ないし１０°の範囲内にある。 −壁厚の上限であるＳＰ１から、下限の前記下方副次部ＭのＳＰ２までパリソンの壁厚が減少する。これにより、対応する壁の質量を確実に減らすことができるとともに、壁の冷却速度を速めることができる。 −前記下方副次部Ｍの壁厚ＳＰ２は、他の中央部Ｌの壁厚ＳＰ１に対して５％ないし１０％薄い。これは、前記下方副次部Ｍの壁が内向きに曲げられることに起因する。 −下方副次部Ｍの直下に位置する部分Ｐの下方部Ｈ全体の壁厚ＳＰ４は、その全長に亘り、ＳＰ１と同等か、またはＳＰ１より５％以上薄くならない厚みに保たれる。これにより、底部の領域１において最大限の二軸配向を得ることができる。 −末端部Ｎの最下点の壁厚ＳＰ３の値は、【図２】

Claims

【特許請求の範囲】１．特に、次工程でプラスチック材料製のボトルまたは中空体にブロー成形されるのに用いられる熱可塑性樹脂製のパリソンであって、上方部またはネック部（Ｈ）と、中央部（Ｌ）と、末端部（Ｎ）とを備え、前記中央部はその下方側で前記末端部の近傍に、ブロー成形により延伸されてボトルの静置領域（Ａ、Ａ１）と、その隣接箇所（２）とを備える下方副次部（Ｍ）を有するパリソンにおいて、前記パリソンの前記下方副次部（Ｍ）の肉厚は、前記中央部（Ｌ）の壁厚に対して変動可能であるとともに、それと異なることを特徴とするパリソン。２．前記下方副次部（Ｍ）は、下向きに縮径した円錐台形の縦断面を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のパリソン。３．前記下方副次部（Ｍ）の壁厚は、前記パリソンの前記中央部（Ｌ）のほぼ全体を占める壁厚よりも小さいことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のパリソン。４．前記下方副次部（Ｍ）の肉厚は、前記パリソンの残りの前記中央部の壁厚に対して少なくとも１０％縮小されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のパリソン。５．前記円錐台形の縦断面の側面と、前記パリソンの対称軸との間の角度（ａ）は、５°ないし１０°の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載のパリソン。６．前記末端部（Ｎ）において、最下点（Ｏ）に対応する前記パリソンの肉厚（ＳＰ３）は、前記中央部の肉厚（ＳＰ１）の６０％ないし８０％の厚みに縮小されることを特徴とする請求の範囲第３項から第５項のいずれかに記載のパリソン。７．前記パリソンは、円錐台形の前記下方副次部（Ｍ）の下方で再びほぼ円筒形の断面となり、その壁厚（ＳＰ４）は、前記中央部（Ｌ）の壁厚（ＳＰ１）の９５％ないし１００％の厚みであることを特徴とする請求の範囲第３項から第６項のいずれかに記載のパリソン。８．前記副次部（Ｍ）の中点４は、基部の静置領域（Ａ、Ａ１）とほぼ対応することを特徴とし、「シャンパン用型」の底部を備えたボトルを製造するのに適用される請求の範囲第３項から第７項のいずれかに記載のパリソン。９．前記パリソンの外径（Ｄ１）が縮径し始める高さ（ｈ₁）は、前記パリソンの内径（Ｄ２）が縮径し始める高さ（ｈ₂）よりも高く、一方、外径（Ｄ３）が縮径し終わる高さ（ｈ₃）は、内径（Ｄ４）が縮径し終わる高さ（ｈ４）よりも高いことを特徴とする請求の範囲第３項から第８項に記載のパリソン。１０．前記下方副次部（Ｍ）の壁厚は、前記パリソンの前記中央部（Ｌ）のほぼ全体を占める厚みよりも大きいことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のパリソン。１１．前記下方副次部（Ｍ）の肉厚は、前記パリソンの残りの前記中央部の壁厚に対して少なくとも１０％増大されることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のパリソン。１２．前記円錐台形の縦断面の側面と、前記パリソンの対称軸との間の角度（ａ）は、５°ないし１０°の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第１０項または第１１項に記載のパリソン。１３．前記末端部（Ｎ）において、最下点（Ｏ）に対応する前記パリソンの肉厚（ＳＰ３’）は、前記中央部の肉厚（ＳＰＩ’）の６０％ないし８０％の厚みに縮小されることを特徴とする請求の範囲第１０項から第１２項のいずれかに記載のパリソン。１４．前記パリソンの断面は、円錐台形の前記下方副次部（Ｍ）の下方で再びほぼ円筒形の断面となり、その壁厚（ＳＰ４’）は、前記中央部（Ｌ）の壁厚（ＳＰ１’）の９５％ないし１００％の厚みであることを特徴とする請求の範囲第１０項から第１３項のいずれかに記載のパリソン。１５．前記副次部（Ｍ）の中点４は、基部の静置領域（Ａ、Ａ１）とほぼ対応することを特徴とし、「シャンパン用型」の底部を備えたボトルを製造するのに適用される請求の範囲第１０項から第１４項のいずれかに記載のパリソン。１６．前記パリソンの外径（Ｄ１’）が縮径し始める高さ（ｌ₁）は、前記パリソンの内径（Ｄ２’）が縮径し始める高さ（ｌ₂）よりも低く、一方、外径（Ｄ３’）が縮径し終わる高さ（ｌ₃）は、内径（Ｄ４’）が縮径し終わる高さ（ｌ₄ ）よりも低いことを特徴とする請求の範囲第１０項から第１５項のいずれかに記載のパリソン。１７．特に、次工程でプラスチック材料製のボトルまたは中空体にブロー成形されるような熱可塑性樹脂製パリソンを、１ステージ方式で製造する方法であって、 −溶融樹脂を複数の多数個取型に注入する工程と、 −前記請求項のいずれかに記載のパリソンをそれぞれ冷却し、硬化させる工程と、 −硬化した前記パリソンを前記射出成形型からそれぞれ取り出す工程と、 −前記パリソンを適切なブロー成形手段に搬送する工程と、 −予め調整された前記パリソンをブロー成形する工程とを備え、溶融熱可塑性樹脂を複数の適切な型に注入して、請求の範囲第１項から第９項までのいずれかに記載の前記パリソンを製造することのできる装置と、前記パリソンをそれぞれの型から取りだし、前記パリソンを最終製品に加工するための適切なブロー成形型に搬送することのできる装置とを少なくとも備えた１ステージ方式の製造設備を用いた方法において、前記パリソンは、前記射出成形型から取り出され、前記ブロー成形手段に搬送される前に、ボトルのネックの真下に位置する部分以外は、温度調整処理されないことを特徴とする方法。