JP2006051718A - 高さ方向に伸縮可能な樹脂ボトルの製造方法。 - Google Patents

高さ方向に伸縮可能な樹脂ボトルの製造方法。 Download PDF

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Abstract

【課題】蛇腹状樹脂ボトルにもっとも適した樹脂とその蛇腹形状の利点を活かす構造を提供する。
【解決手段】上端部の飲み口部3の縦幅を除いて、縦方向の一部或いは全部が水平方向の蛇腹状となっているPET樹脂ボトル本体にあって、反復その縦幅(高さ)を縮小させてなることに耐えうる形状とその製造にもっとも適したテレフタル酸ジメチル又はテレフタル酸とエチレングリコールを反応させて得られるポリエステルを用いる。
【選択図】図4

Description

本発明は主にプリフォームを用いた、一般的には樹脂ブローなどと呼ばれているブロー成形方法を用いて、ジュースやミネラルウォーターの容器を造形するものであり、特に内容物が充填されているときと、空のときでは高さが異なる樹脂ボトルの製造方法に関する。
合成樹脂ボトルの生産量は、近年膨大なものになっている。
合成樹脂製ボトルはその利便さから使用消費が増え続けて、膨大なボトルのごみ処理は近年大きな社会問題となっている。一方合成樹脂製ボトル製造工場からジュースなどを充填する工場まで樹脂製ボトルを搬送するに当たってはまるで空気を搬送するかのごとく広いスペースが必要であり無駄な物流コストがかかった。
また、合成樹脂製ボトルを圧縮可能な形状にしたものはあった(特許文献1参照)がそれは、ミネラルウオーターなどの飲料水を充填する前の樹脂製ボトルの搬送において嵩み、それはまるで空気を運んでいるのと同様で多くの樹脂製ボトルを搬送することができるのである。さらに従来のこの種の蛇腹状合成樹脂ボトルは、激しい振動を伴う自動車やその他の搬送手段や、店頭での積み重ね展示の際の、振動に対応できる強度が未だ充分とは言えないものがあった。また、使用済みになる前に複数回の圧縮伸展を繰り返した場合にも復元力と強度が未だ充分とはいえなかった。(特許文献2参照)
また、従来これらの材料にはポリオレフィン系合成樹脂を基本層としてナイロン、エチレンビニルアルコールコポリマー、ポリ塩化ビニリデンなどの樹脂を積層し、多層となし、蛇腹形状としたものやポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリエチレンを単層として蛇腹形状した合成樹脂製ボトルなど種々みられた。しかしながらいずれもその強度やコスト等の点で問題が多かった
つまり蛇腹形状となったボトル容器の利点を活かし、かつ上述の問題点をすべてクリアーするには従来の蛇腹状合成樹脂製ボトルの材料とその形状に工夫が必要であった。
実開平5−46752(要約書) 実開昭55−156031(要約書)
そこで本願発明者は蛇腹状合成樹脂ボトルにもっとも適した材料と形状を創意研究した結果、遂に蛇腹状ボトルとしての最適な製造方法を提唱できその液体容器を提供できたのである。
この結果いずれも上記目的即ち、蛇腹状合成樹脂ボトル本体を押し潰した際その高さ,及び容器をより縮小させ、その状態を保たせるに充分対処できたのである。
いいかえれば本発明の主な目的は、合成樹脂ボトル本体内に内容物が充填されているときに比し、実質的にその縦幅(高さ)を複数回の圧縮及び伸展が可能なPET樹脂製の蛇腹状合成樹脂ボトル(以下PET樹脂ボトルという)を製造する方法を提唱することにある。
本発明はPET樹脂(ポリエチレンテレフタレートポリマー)はテレフタル酸ジメチル又はテレフタル酸とエチレングリコールを反応させて得られるポリエステルの一種であり、手軽な手段で単層ブロー成形をしてボトルを製造できる点に注目している。
またこの樹脂を用いボトル本体を成型する金型は、上記PET樹脂ボトル本体を多量に製造するのに最適で、しかも蛇腹部分及び各蛇腹を構成する各襞の形成が確実でその結果、当該PET樹脂ボトル本体を潰したとき、その潰された状態を保つことができるようにしたPET樹脂ボトルとその製造方法を提唱することができたのである。
而して本発明の特徴は、上端部の飲み口部の縦幅を除いて、縦方向の一部或いは全部が水平方向の蛇腹状となっているPET樹脂ボトル本体にあって、その製造過程にあっては内容物が充填されている時の縦幅(高さ、容積)より実質的に低い状態で成型されたPET樹脂ボトルを製造する方法を提供できたことである。
この結果このPET樹脂ボトル本体に所謂「飲み残し」が生じた場合でも、これをハンドバックのような鞄に入れて携帯することが可能となり、かつ飲み終えて破棄する場合はこれを押し潰して、その容量、高さを頗る縮小させてからゴミ箱などに捨てられるPET樹脂ボトルを提供できたことである。
総じて本発明の特徴はテレフタル酸ジメチル又はテレフタル酸とエチレングリコールを反応させて得られるポリエステルを用いプリフォームを製造する工程と、このプリフォームを一対の金型内に誘導し流体を送り膨らませる工程と、上端部の飲み口部と該飲み口部の高さ方向の幅と、底部の高さ方向の幅とを除いて高さ方向の一部或いは全部が水平方向の蛇腹状となっている樹脂ボトル本体を成型加工する工程よりなる手段があることである。
なお、上記のボトル本体は、上端部の飲み口部と、該飲み口部の高さ方向の幅と、底部の高さ方向の幅とを除いて高さ方向の一部或いは全部が水平方向の蛇腹状となっているPET樹脂ボトル本体を成型加工する工程がありこの成型されたPETボトル本体を縦方向に圧縮させ、上記PET樹脂ボトル本体の蛇腹状部分がその長手方向の一方或いは両方からPET樹脂ボトル本体の中心方向に押し圧された際、上記蛇腹状部分が重なり合う潰された状態を保つことができるようになしたPET樹脂ボトルの製造手段にあって、該蛇腹状を構成する各部の肉厚が同山部の肉厚との比較に於て、厚く造型したことがその実施の態様である。
即ち該ボトル本体を圧潰させる際などに高さ方向から押すと先ず、その肉厚の薄い山部が押され襞の上面と下面が重なり合う方向に移動する。さらに継続して高さ方向からの力が加える結果、その力は徐々に谷部方向に移行し緩和されるものであり、この肉厚の厚い谷部の存在でPET樹脂ボトル本体の全体は、複数回の圧縮伸展に亘る高さ方向の伸縮作用でも、襞の一部が破れたり損傷して内容物が洩出するような不祥事の発生を未然に防止できる成果がある。
この場合上記蛇腹を構成する襞の谷部の肉厚は実質的に0.4乃至0.5mmが好しく山部の肉厚は0.2乃至0.35mmが好ましい、それは、この範疇以外であると、ボトル本体の伸縮作用が充分でなく、かつ縮んだ状態を保つことなく復元力が働いて元の状態となる虞れがあること、その他なによりも度々の伸縮作用では山部、あるいは谷部に損傷部分が発生する虞れがあるためである。
また他の実施の態様としては発明を実施するに当って、ボトル本体を圧縮させる手段としては、PET樹脂ボトル本体を縦方向に圧縮させる機械的機構を用いてもよい。
他に上記PET樹脂ボトル本体を成型加工する他の実施の態様として上記その金型内にプリフォームを自動的に供給し、約40キロの高圧エアーで蛇腹状のPET樹脂ボトル本体を成型することであり、欺くなすことによって本発明PET樹脂ボトル本体を成型工場から内容物の充填工場に搬送する際及び、かかる充填工場で再び引き伸し、その容積を拡大する作業さらには内容物を飲み干し、その分だけ容積を縮小する動作、そして完全に押し潰して捨てる作業の伸縮作動にあっても、当該PET樹脂ボトルにヒビが入ったり、破れたり折れ曲ったりするような虞れのないPET樹脂ボトルを製造し得たのである。
なお本発明にはその他に優れた発明の目的、特徴、作用効果を有するが、これらは以下の実施例の説明で明らかにする。
総して本発明の効果は上端部の飲み口部と、底部の小さい高さ方向の幅と、この飲み口部と高さ方向の幅とを除いて長手方向の全部或いは一部が水平方向の蛇腹状となしPET樹脂ボトル本体に、該PET樹脂ボトル本体内のジュースやミネラルウォーターを飲み干して、該PET樹脂ボトル本体を破棄する時、その容積を頗る小さくすることが出来る容器を簡単に大量に製造できるようにしたことである。
次に本発明の一実施例を述べると、先ずこの実施例ではテレフタル酸ジメチル又はテレフタル酸とエチレングリコールを反応させて得られるポリエステルを用いプリフォームを製造する一般的にPET樹脂ボトルはPET樹脂を二軸延伸ブロー成形法にて製産されるが、先ずプリフォーム(パリソン)と呼ばれる試験管状の成形品を射出成形を作り、これをブローにてボトルを成形するときに所謂「延伸」がかけられ外観の良い強いボトルが得られる。これを同一の機械で行うか、別々の機械でやるかによって「2段法(コールドパリソン法)」、「1段法(ホットパリソン)」法の違いがある。本発明はこのいずれの方法でも良い。
而して図11で(a)は、本発明PET樹脂ボトル本体(1)を造形する以前に続いて図1に示すようにこのプリフォーム(a)を金型(b)内に挿入する。このときのプリフォーム(a)の厚さ(V)は2.03mmのものを用いた。
而してPET樹脂ボトルを造形するに当り一般的に金型内のプリフォーム(a)の外側は、その内側に比べて温度が高い。これはプリフォーム(a)を再加熱する工程においてその外側に設置されたヒーターにより過熱するためでもある。
続いてブロー成型の時膨んだプリフォーム(a)は、先ずペット本体(1)の金型の谷部(P)を造形する金型の山部に接するようにするため、その肉厚が厚く(多く)なり逆にペット本体(1)の山部(Q)は、比較的遠くなるので肉厚が薄くなるように造形できるのである。
次に図1は該プリフォームをブロー成形する概略図をあらわす。すなわち射出成形された(図略)PET樹脂プリフォームを金型(b)内でブロー成形し蛇腹状PET樹脂ボトルを得る。これを圧縮成形機(c)内に移し圧縮することにより圧縮形状の蛇腹蛇腹状PET樹脂ボトルを得るのである。
即ち図5で(1)はPET樹脂ボトル本体で、上端部の飲み口部を除いたその高さ(長さ)方向の外周と内周は蛇腹状(2)となっている。
図6では上記PET樹脂ボトル本体(1)内の、内容液を一部飲み干してから高さ(長さ)方向にその一方からあるいは両方から一部押し潰した状態を示した。図6はさらに押しつぶした状態で内容液を全部飲み干したか、あるいは未だ充填していない時の状態である。
即ち本発明はこのようなPET樹脂ボトル本体(1)を押し潰した状態とするため及び潰れた状態を保つため秀れた構成を有し、秀れた作用を発揮するのである。
そのPET樹脂ボトル本体(1)の構成の一例として図5で示したように(3)は飲み口部であり、それは直径約28mm,高さ23mm程度で、その直下方は下方が直径約51mmに拡大された高さ5〜10mmの喇叭状連結部(5)が、飲み口部(3)の軸線上に接続されている。
上記PET樹脂ボトル本体(1)の肩部(C)には、その内端が水平な『U』字状の環状溝(6)があり、上記喇叭状連結部(5)の末端と環状溝(6)の内側の辺とは連結している。
またU字形状の溝(6)の外側の辺は下方に向う割球状(4)となっており、第1段の蛇腹状(2A)の外径(d1)、即ち上記蛇腹状(2)の最上段の外径(d1)は、PET樹脂ボトル本体(1)の外径(d)より小さい径とする。
続いて第1段の蛇腹状(2A)に対し第2段の蛇腹状(2B)の外径(d2)は、上記第1段の蛇腹状(2A)の外径(d1)より大きくPET樹脂ボトル本体(1)の外径(d)より小さい。
さらにこれと連なりかつ上記第2段の蛇腹状(2B)の外径(d2)より大きく、PET樹脂ボトル本体(1)の第3段の蛇腹状(2C)、即ち外径(d3)となるように側面からみて階段状となっているが、勿論これは上記のように3段とすることに限らず適宜の複数段でもよいが図の実施例では3段とした。
また以下の第5段乃至第12段の蛇腹状(2E〜2L)の外径は第4段の蛇腹状(2D)の外径(d)と同じであり、それぞれの間の内径もまた上記第3段の蛇腹状(2C)と第4段の蛇腹状(2D)との間のそれと同一である。
より具体的に本発明ではこれら襞の断面形状を特に肉厚が重要な構成のポイントとなっておりそれは図10で示している。
即ち上記蛇腹状(2)を構成する谷部(P)の肉厚が、同山部(Q)の肉厚との比較に於て、厚く造型されていることであり、具体的な例としては谷部(P)の肉厚(S)は、0.49mmであり、山部(P)の肉厚(R)は0.27mm,この谷部(P)と山部(Q)との略中間部の厚さ(T)は0.39mmとした。
さらに図4にみられるように、上記第1段乃至3段の襞(2A〜2C)の寸法の例であるが、上記巾広のそろばん球形状の上面(m)の形状は、外方向に突出したこの実施例では20mmRの湾状となっており、これに対して下面(n)は0.8mmRの山部(Q)を介して直線状となっていることも重要なポイントである。
本実施例のこの構成をその作用と併せて説明すると、概略図2及び図3での状態のPET樹脂ボトル本体(1)は、中央部及び下部を含む胴部(A)と上方の肩部(C)に2分され、それぞれの部位(A)(C)は、それぞれの比較に於いて、その径が大径と小径の2つの径からなっていることから、安定した垂直状態を保っている。
即ち上記中央部と下部を含む胴部(A)は内外径が同一の襞で形成され、肩部(C)は外観的に飲み口部(3)方向が緩傾斜の凸状に湾曲され、特にこの肩部(C)は中央部から飲み口部(3)までの間で、襞を形成する谷部(P)の内径を徐々に減少させると共に、その傾斜角度も胴部(A)より差を大きくしたから、この中央部が伸張している状態にあっては襞を形成する山部(Q),谷部(P)の内径及び傾斜面は材料の持つ強度と弾性で伸長・伸展状態を保つことができるのである。
なお底部(B)を急傾斜の凹状とすることで、所謂「すわり」がよくなること当然である。
今上記の本発明の一実施例としてボトル本体(1)の組成がテレフタル酸ジメチル又はテレフタル酸とエチレングリコールを反応させて得られるポリエステルを用いたものであり、これらの物性は、その強靭であり乍ら展性に富んでいることである。
その基本物性は表1の通りであるが、ここで特に注目すべき機械的性質は「引張伸び」度であり250〜400%である。これは他の透明樹脂のAS樹脂3%、メタクリル樹脂6%、ポリカーボネート100〜150%、TPX40%と比較しはるかに大きい。結果本発明に最も適した樹脂はPET樹脂である所以である。
さて、PET樹脂ボトル本体(1)の成型が完了して、これを充填工場に搬送する時あるいは内容物を飲み干しPET樹脂ボトル本体(1)を図7のように両手(G)(H)の平(ひら)間に垂直に置き、PET樹脂ボトル本体(1)の中間方向に両手(G)(H)で押圧すると、図8のようにPET樹脂ボトル本体(1)は押し潰されたような状態の胴部(A)となる。
この時点で襞の山部(Q)の頂点からみた状態では、両側の谷部(P)がこの山部(Q)の頂点側に押し寄せられたことに相当しこの際、襞の上面(m)は下面(n)に対して緩傾斜側の圧縮分力は傾斜が少ない為に、下面(n)の急傾斜側の圧縮分力より大きいことから、急傾斜側の谷部(P)が山部(Q)の頂点側に移動したことになる。
この時PET樹脂ボトル本体(1)には2つの大きな変化が生じている。
即ちその第1は、上記襞を構成する山部(Q)の内径が拡大圧力で増加、あるいは谷部(P)の内径が圧縮圧力で減少すること、その第2は、襞を構成する下面(n)の急傾斜面が屈曲することである。
続いてこの急傾斜側が山部(Q)直下を通過して、さらに図でみられるように上面(m)の緩傾斜側の内側に潜り込んで、PET樹脂ボトル本体(1)の高さを短縮状態まで移動させると、山部(Q)の内径及び谷部(P)の内径が復元する力が働き、または下面(n)が上記の操作で屈曲状態となっていたものを伸展状態に復元して安心した状態となる。
従って常に圧縮力を加えておかなくとも、この短縮状態を保つようになることができたのである。
そして内径の小さい谷部(P)は圧縮圧力を受けて、さらに内径が小さくなり、圧力応力が発生している。
圧縮圧力が無くなると応力が開放されるように作用し、伸長状態に復元する。
そして圧力状態でキャップ(12)を締め、大気圧を作用させるとPET樹脂ボトル本体(1)は短縮状態を保持し、谷部(P)の内径の差によって圧縮応力が発生しない場合には短縮状態を保持することとなるのである。
この結果PET樹脂ボトル本体(1)は度重なる実験では、その高さ(容積)が1/3乃至1/4以下となり、このPET樹脂ボトル本体を成型工場から充填工場に運ぶときはその容量を小さく、その飲み量に応じて縮められ、かつ破棄するときはその容量を0に近い状態に縮めるなどの度々の伸縮作用や湾曲折り曲げ作用に耐えられる構造となっているのである。
それは上記本発明PET樹脂ボトル本体(1)を構成する襞の上面(m)に力が加わるとまずその力はその肉厚が薄い山部(Q)が押れ、次いで上面(m)と下面(n)が重なり合う方向に移動するもその力は徐々に肉厚の厚い谷部(P)方向に移行し緩和され、その所在によってPET樹脂ボトル本体(1)の上記の伸縮作用はスムーズに行われかつ、毎重なる伸縮や折り曲げの衝撃があってもこれに十分対処できる。
なお本発明のこの実施例では、この状態になった後も更に飲み口部(3)を、PET樹脂ボトル本体(1)の底部(B)方向に押圧する。
このときPET樹脂ボトル本体(1)の胴部(A)及び肩部(C)はそれぞれの襞が密着して折り重なっているため、これ以上押し上げても下降しない。
ここでさらに飲み口部(3)を下方に押圧すると、先ず喇叭状の連絡部(5)の末端辺が、U字形状の溝(6)の内側を下方に押圧する。
この結果かかる溝(6)はその外側上端の辺と、肩部(C)とが連結され固着された状態となっているから、そのU字形状が崩れ内側が下方に押された状態で、喇叭状連絡部(5)の末端部を下方に押圧しつつ拡大する方向に進み、ついには図7に示すようにPET樹脂ボトル本体(1)内に飲み口部(3)と共に押し込まれる状態となるのである。
これを図で説明すると、PET樹脂ボトル本体(1)の襞は巾広のアダムスキー型のUFOのような形状をしており、従って水平方向の上下に2分されていること上述の通りである。
即ち図において(m)は巾広のアダムスキー型のUFO形状の内面も含む上面であり、(n)は巾広のアダムスキー型のUFO形状の内面も含む下面であるが、上面(m)の形状は外方向に突出したこの実施例では20mmRの湾状となっており、これに対して下面(n)の形状は0.8mmRの山部(Q)を介して直線状となっていることが重要なポイントである。
そして内径の小さな谷部(P)は圧縮圧力を受けて圧力応力が発生している。この圧縮圧力が無くなると応力が開放されるように作用し、ジュースのような内容物が充填されると伸長状態に復元する。
そしてこの圧力状態で図示しないキャップ(12)を締め、大気圧を作用させるとPET樹脂ボトル本体(1)は短縮状態を保持し、谷部(P)の内径の差によって圧縮応力が発生しない場合には短縮状態を保持することとなるのである。
この実施例は前記のようにPET樹脂ボトル本体(1)の肩部(C)の襞の径が下方に向うに従い大径とした場合で、その結果押し潰された各襞はその外周辺が内周辺に対して上方となる傾斜上に重ね合わせられる。
その後飲み口部(3)の上面部and/or肩部の割球状(4)を押圧すると、その押し下げる力は各襞の外周辺にも押し下げる力が働き、その結果中央部及び下部を含む胴部(A)の襞は、その外周辺が内周辺に対して下方となる上記肩部(C)とは逆方向の傾斜状に重ね合わせられる。
而してこの押し潰されたPET樹脂ボトル本体(1)にあって肩部(C)の襞の上方の傾斜部を形成する割球状(4)と、胴部(A)の襞の下方の傾斜部が所謂「つりあって」PET樹脂ボトル本体(1)はキャップ(12)を再び被冠させなくとも潰された状態を保つことができるようになる所以である。
この結果蛇腹状PET樹脂ボトル本体(1)は、度重なる実験ではその高さ(容積)が1/5乃至1/8以下となり、これをゴミ箱などに放棄してもそのスペースを格段に少なくすることができたのである。
なお、上記に加え本発明の他の実施例では飲み口部(3)を押圧することで、該飲み口部(3)をPET樹脂ボトル本体(1)内に埋入させ、同時にPET樹脂ボトル本体(1)の底部(B)周辺も、上記PET樹脂ボトル本体(1)の肩部(C)を反転させたのと同等の作用で、PET樹脂ボトル本体(1)内に埋入させたから、結果空のPET樹脂ボトル本体(1)をそのまま捨てる部分に比べその容積(高さ)を1/10程度にコンパクト化することができたのである。
すなわち本発明の容器はその形状と材質から飲み干されて空となった部分を比較的弱い子供や女性の場合にも縮めることが可能である。
以上述べた蛇腹状PET樹脂ボトル本体(1)の主な効果は、PET樹脂からなるためにボトル本体を破棄する時、その容積を頗る小さくすることが出来るようにしたことであり、ゴミ箱などに収容できる個数を頗る増大させたことである。
またかかる縮小させた蛇腹状PET樹脂ボトル本体は、その搬送量を同時に多量に成しできるから、その回収費や清掃回収の為の人件費を、頗る軽減できたことである。
Figure 2006051718
蛇腹状ボトルブロー成形の概略図 ブロー成形後の蛇腹状ボトルを圧縮する過程 圧縮成形機により圧縮された蛇腹状ボトル 圧縮された状態の蛇腹状ボトルの断面説明図 一本件装置方法で造られたPET樹脂ボトル本体全体の正面図 潰された状態の容器全体の正面説明図 押し潰している段階のPET樹脂ボトル本体の説明図 さらに潰された状態の容器全体の正面説明図 完全に潰し終えたPET樹脂ボトル本体の一部切欠断面説明図 蛇腹状襞の拡大断面説明図 プリフォームの断面説明図厚
符号の説明
a プリフォーム
b 蛇腹形状金型
c 圧縮成形機
A 中央部及び下部を含む胴部
C 肩部
G 両手
H 両手
P 谷部
Q 山部
R 山部(Q)の肉厚
S 谷部(P)の肉厚
T 谷部(P)と山部(Q)との略中間部の厚さ
V プリフォーム(a)の厚さ
d 第4段の蛇腹状の外径(PET樹脂ボトル本体(1)の外径)
d1 最上段の外径(第1段の蛇腹状の外径)
d2 第2段の蛇腹状の外径
d3 第3段の蛇腹状の外径
h1 第1段の襞の上
h2 第1段の襞の下
1 PET樹脂ボトル本体
2 蛇腹状
3 飲み口部
4 割球状
5 喇叭状連結部
6 環状溝
2A 第1段の蛇腹状
2B 第2段の蛇腹状
2C 第3段の蛇腹状
2D 第4段の蛇腹状
m そろばん球形状の上面
n そろばん球形状の下面

Claims (1)

  1. テレフタル酸ジメチル又はテレフタル酸とエチレングリコールを反応させて得られるポリエステルを用いプリフォームを製造する工程と、
    このプリフォームを一対の金型内に誘導し流体を送り膨らませる工程と、
    上端部の飲み口部と該飲み口部の高さ方向の幅と、底部の高さ方向の幅とを除いて高さ方向の一部或いは全部が水平方向の蛇腹状となっている樹脂ボトル本体を成型加工する工程と、
    よりなりこの成型された樹脂ボトル本体を縦方向に圧縮させ、上記樹脂ボトル本体の蛇腹状部分がその長手方向の一方或いは両方から樹脂ボトル本体の中心方向に押し圧された際、上記蛇腹状部分が重なりあい潰された状態を保つことができるようになしたことを特徴とする高さ方向に伸縮可能な樹脂ボトルの製造方法。
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