JP2013505861A - 延伸ブロー成形された容器および方法 - Google Patents

Abstract

容器を作るための方法が開示されている。１つの実施例において、この方法は、プリフォームを用意（提供）するステップ、プリフォームの少なくとも一部に熱あるいはエネルギーを加えないし供給してこの部分の温度を上昇させてプリフォームの内面を加熱するステップ、およびプリフォームにエアフローを供給するステップを含んでいる。１つの実施例において、加熱されたプリフォームの一部における内面と外面との間の温度差を約２０°Ｆ以内に維持するためのエアフローは少なくとも約２，２００フィート／分である。プリフォームは次いでブロー成形され容器が形成される。本願発明の実施例では、ポリプロピレン製容器の高速製造のために、ポリプロピレン製のプリフォームが射出遠心ブロー成形（ＩＳＢＭ）技術と関連付けて使用される。

Description

（関連出願）
本願は、２００９年９月２４日に出願された米国予備出願第６１／２４５，５２２号の利益を主張するものであり、この出願に記載された全てのことは参照することで本明細書に組み込まれる。
（技術分野）

本願発明は、概略的には、ポリプロピレンから構成された容器を含む、延伸ブロー成形（延伸吹込成形）された容器、並びにこのような容器を作るための方法に関するものである。

射出延伸ブロー成形（射出延伸吹込成形）（ＩＳＢＭ）は、容器業界において公知の技術である。ＩＳＢＭ技術を使用することで、プラスチック容器を高速生産（高速度で製造）することが可能になる。ＩＳＢＭ技術はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の容器の製造において一般的に使用されている。ポリプロピレンないしポリプロペン（ＰＰ）は、プラスチック容器の分野において公知の熱可塑性ポリマーである。ポリプロピレンで作られた容器は丈夫であると共に様々な化学物質に耐性があり、またこのポリプロピレン製の容器には多くの用途があることが知られている。しかしながら、ポリプロピレン容器を製造するための従来の種々の方法（プロセス）は、一般的に、ＰＥＴと関連するＩＳＢＭ技術と組み合わせた場合には高速生産速度を達成できない、これはポリプロピレンの塑性的性質（可塑性）がＰＥＴとは大きく異なるためである。特に、ポリプロピレンは一般的にＰＥＴよりも密度や比熱が小さく、このため処理方法の範囲がより狭く（小さく）なる。さらに、ポリプロピレンはＰＥＴよりも一般的により不透明であり、これがその視覚／美的外観を損なう。この結果、ＰＥＴ技術をＰＰのプリフォームや容器に単に適用することはできず、また製品ないし製造の観点か同様ないし類似した結果を本質的に達成することを期待できない。

ＩＳＢＭプロセスでは、典型的には、プラスチックのプリフォームが形成されると共にブロー成形機まで移送ないし運ばれる。ブロー成形機に入れられる前に、プリフォームは、通常は、プロフォームがモールド（型）内部で伸張することができる段階までプラスチックの温度が上昇するために加熱される。プリフォームが加熱される時間とプリフォームがブロー成形されるモールド（型）に入る時間までの間にはある程度の時間ないし期間ｔがある。周囲の温度は通常は加熱されたプリフォームよりかなり低いことから、この時間期間ｔの間にプリフォームは必然的に熱を失う。これは課題を提示する。プリフォームを構成する材料の温度がブロー成形機内で低すぎる場合、プリフォームは正しく伸びることができなくなる。しかしながら、プリフォームの厚さにもよるが、プロフォームが高すぎる温度に加熱された場合には、プリフォームの外側が過度に加熱され、あるいは焼け（焦げ）てしまう。

プリフォームに熱を加えるには様々な方法がある。これらに限定されることはないが、プリフォームを加熱するための公知の方法としては、赤外線エネルギーや石英ランプ（石英水銀灯）を利用したものがある。しかしながら、従来は、熱源がプリフォームの外側に設けられており、エネルギーあるいは熱は外側から内側にプリフォーム本体を貫通ないし透過する必要がある。プリフォームの内部を十分な温度（高温）Ｔとすることが多くの場合は必要とされることから、このような方法で熱を単純に加えることは、一般的には、プリフォームの内部の温度Ｔに対して、プリフォームの外側の温度が例えばＴ＋１０°Ｆ（５．５６℃）になる結果を招くことになる。このような方法では、内側を所望の温度にしようとすれば外側の温度が望ましくない温度となる結果となり、ブロー成形で得られた容器に問題が生じる可能性が生じることになる。

いくつかの従来のＩＳＢＭ装置では、プリフォームの外側の温度を冷やすために通気装置ないし換気装置を組み込んでおり、プリフォームが加熱される時あるいはその前後において、プリフォームの内側と外側の温度のバランスをうまくとるようにしている。当業分野において公知の通気システムとして、毎分約８００フィートでエアフローを供給するものがある。このような通気装置は、標準的なＰＥＴボトルの場合には一般的には基準を満たしているが、ポリプロピレン製の容器を射出延伸ブロー成形するためには不十分なものである。さらに、高い配向性（方向性）を有するプリフォームは、通常は強いエアフロー（気流、空気流）を必要とする。これは、プリフォームの内側部分と外側部分との間の温度の平衡（均衡）が商業的に受けいれられる容器を作る際の要因となるからである。

ポリプロピレン製のプリフォームには、主としてＰＥＴ容器に適合させた標準的なＩＳＢＭ装置を用いることができる。しかしならが、このようなポリプロピレン製のプリフォームは加熱領域において一般的に機能しなくなる。典型的なプリプロピレン製のプリフォームは、このプリフォームを従来のＩＳＢＭ装置で使用した場合には約２３０°Ｆ（１１０℃）以上の温度で加熱する必要があり、プリフォームの内側温度はプリフォームの外側温度より一般的に約１０°Ｆ（５．５６℃）だけ低くなる。しかしながら、上記したように、温度のバランス（均衡）ないし平衡、つまり内側と外側の温度差が０°Ｆないしその付近であるプリフォームを提供することが望ましい場合が多い。

容器を作るための方法が開示されている。１つの実施例において、この方法は、プリフォームを用意（提供）するステップ、プリフォームの少なくとも一部に熱あるいはエネルギーを加えないし供給してこの部分の温度を上昇（昇温）させてプリフォームの内面を加熱するステップ、およびプリフォームにエアフロー（気流、空気の流れ）を供給するステップを含んでいる。１つの実施例において、加熱されたプリフォームの一部における内面と外面との間の温度差を約２０°Ｆ（１１．１℃）以内に維持するためのエアフローは少なくとも約２，２００フィート／分（６７０．５６ｍ／分）である。プリフォームは次いでブロー成形され容器が形成される。本願発明の実施例では、ポリプロピレン製容器の高速製造のために、ポリプロピレン製のプリフォームが射出遠心ブロー成形（ＩＳＢＭ）技術と関連付けて使用される。

プリフォームをブロー成形するためのプロセスに使用される遠心ブロワ（遠心式送風装置）を例示した斜視図である。 図１に示した形式のブロワに関連したエアフロー（気流、空気流）の線図を概略的に示した説明図である。 本願発明の実施例に関連して使用されるダクト付きブロワ（ダクト付き送風装置）を例示した説明図である。 複数のダクト付きブロワを有してなるブロワユニットを例示した斜視図である。 本願発明の実施例に従って作られたプリフォームを概略的に例示した説明図である。 本願発明の実施例に従って作られたプリフォームを概略的に例示した説明図である。 本願発明の教示に従って形成された容器を概略的に例示した説明図である。 本願発明の教示に従って形成された容器を概略的に例示した説明図である。 本願発明の教示に従って形成された他の容器を概略的に例示した説明図である。 本願発明の教示に従って形成された他の容器を概略的に例示した説明図である。 図９および図１０に関連した、概略的に例示された一部拡大図である。 図９および図１０に関連した、概略的に例示された一部拡大図である。

以下に、本願発明の一例としての実施例を添付図面を参照して説明する。
本願発明の実施例を詳細に説明する。これらの例は添付図面に例示されており、以下に説明する。なお、本願発明を実施例に関連して説明するが、本願発明はこれら実施例に限定されるものではない。逆に、本願発明は、添付の特許請求の範囲により規定される発明の趣旨および範囲内に含まれる全ての代替物、変形および同等物を含むことを意図している。

本願発明では、プリフォームについて、内側−外側温度のバランスないし均衡が０°Ｆに近似する加熱されたプリフォームをＩＳＢＭプロセスに供給ないし提供することが好ましいことが認識されている。本願発明の実施例において、このＩＳＢＭプロセスは、熱シールドの後ろに位置するブロワ（送風装置）を経たエアフローが少なくとも２，２００フィート／分（６７０．５６ｍ／分）で供給されるように、修正ないし変更される。特に、いくつかの実施例では、ブロワのエアフローは少なくとも３，０００フィート／分（９１４．４ｍ／分）で供給される。例えば、本願発明の実施例では、このようなエアフローは、プリフォームの面を通るエアフローを実質的に均一で調整可能な態様で分配する、比較的大きなダクト付きブロワを設けることで達成できる。

図１には、ＰＥＴ製プリフォームをブロー成形するためにＩＳＢＭプロセスに関連ないし連結させた態様で熱シールドの後部に配置される、遠心ブロワ１０の一例が概略的に例示されている。図２は、図１に示された形式のブロアに関連するエアフローの線図を概略的に示したものである。しかしながら、このような従来のブロワに関連したエアフローは、ポリプロピレンの処理用に使用するには一般的には少なすぎることが見出された。さらに、図２に概略的に例示したように、このような従来型のブロワは、そのファンのデザインにもよるが、不均一（一様ではない）流れを供給する場合がある。本願は、特に、少なくともプリフォームの外側に（例えば、プリフォームの内面または内部を間接的に加熱するために）、熱またはエネルギー（例えば、赤外線あるいは石英ヒータ／ランプを介して）を供給ないし提供すると共に、プリフォーム（ポリプロピレン製のプリフォームを含む）により均一に著しく増大したエアフロー（例えば、毎分２，２００フィート以上）を供給できるブロワを使用することを想定している。非限定的ではあるが（この例に限定されないが）、本願発明において使用される大型の、ダクト付きブロワ２０を図３に概略的に例示した。さらに、図４に概略的に例示したように、複数のダクト付きブロワ２０がブロワユニット３０内で結合ないし組み合わされている。各プリフォームは、次いで、後続の工程において延伸ブロー成形され、結果的に容器が形成される。

さらに、プリフォームを冷却するために採用した方法に関するこのような変更ないし修正は、当業分野において以前より使用されているものよりも著しく厚いプリフォームの使用を可能にすることが知得された。つまり、増大した通気力ないし通風力に基づいて、プリフォームをより高温および／またはより長時間の間だけ加熱できることから、プリフォームをより壁厚の大きなデザインとすることができる（壁厚が大きいとプリフォームの内側を所望の温度にするためにはより多くの熱あるいは長い時間が必要となる）。さらに、より大きな壁厚を利用できることで、少なくとも１リットルの容器、さらには２リットル以上の大きな容量の容器を含む、特定の容器形状、およびその各部における壁の配分ないし区分をより容易に行える。

図５および図６に、本願発明の教示に従って構成された、例えばポリプロピレンで構成される、プリフォーム１００を概略的に例示した。図５に例示された典型的なプリフォーム１００は、例えば、６ｍｍを超える壁厚と、約７０±２グラムの本体重量を有している。一例として、非限定的ではあるが、図５を参照して、プリフォームは全体の高さ、つまり長さＬが５．０５６インチ（１２８．４２ｍｍ）±０．０６インチ（１．５２４ｍｍ）であり、またプリフォームは側壁厚さＴ_１が０．２４３インチ（６．１７ｍｍ）±０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）であり、さらに底部厚さＴ_２が０．１９４インチ（４．９３ｍｍ）±０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）とすれば良い。図６に例示した典型的なプリフォーム１００（逆テーパ形状を含む）は、６ｍｍ未満（例えば５．９ｍｍ）の壁厚と、７５±２グラムの本体重量を有している。一例として、非限定的ではあるが、図６を参照して、プリフォームは、全体の高さ、つまり長さＬが５．０３１インチ（１２７．７９ｍｍ）±０．０６インチ（１．５２４ｍｍ）であり、またプリフォームは側壁厚さＴ_１が０．２３３インチ（５．９２ｍｍ）±０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）であり、さらに底部厚さＴ_２が０．１８６インチ（４．７２ｍｍ）±０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）とすれば良い。さらに、図６に概略的に例示したように、プリフォーム１００には、連結された支持用突出部１２０よりも広い（径が大きい）本体１１０を設けても良い。特に、本願発明は、ポリプロピレン製のプリフォームを含む、「より短い」プリフォームを製造および利用することができる。例えば、非限定的であるが、このようなプリフォーム１００は、２０４０ｍｌのポリプロピレン製容器を形成するために使用できるが、これは、６００ｍｌの容器や１０８０ｍｌの容器を形成するために使用されるプリフォームに関連した各長さと類似ないし同様な各長さＬ（それぞれ例えば、４．８６２±０．３０インチ、および．４．８４８±０．３０インチ）を有している。さらに、プリフォーム１００は例えばＬ方向に２倍以上引っ張られる。

さらに、ポリプロピレン製のプリフォームを含む、プリフォームの内側部分と外側部分における温度をより良く制御することで、得られた容器の品質を改善できる。１つの実施例において、プリフォームの外側面の温度は約２４０°Ｆ（１１５．６℃）から２４５°Ｆ（１１８．３℃）の範囲内に設定／維持される。この場合、外側面の温度を約２５０°Ｆ（１２１．１℃）以下に維持することがしばしば好ましいことが知得されている。このような実施例では、プリフォームの内面の温度は約２４０°Ｆ（１１．６℃）から約２８０°Ｆ（１３７．８℃）の範囲内に設定／維持される。

さらに、プリフォームの内側の温度と外側の温度（およびこれら温度間の差）を意図的に制御することで大きな利点が得られることが知得された。特に、このように加熱を制御して、プリフォームの過熱を防止することで、容器における曇り度が著しく少ない容器、つまり品質的により少ない「曇り」を有する容器を得ることができる。本願発明の教示に従って射出延伸ブロー成形されたポリプロピレン製の容器は、ヘイズ係数（つまり、ヘイズ透過率）が低減されている。例えば、多くの通常の容量の容器のヘイズ透過率は３５．０より小さい。さらに、関連するヘイズ係数は一般的には伸び率（得られた容器までのプリフォームの膨張度）が大きい程減少することが知得されている。例えば、非限定的であるが、６００ｍｌ、１０８０ｍｌ、および２０４０ｍｌの各容器の実施例では、ヘイズ透過率がそれぞれ３５．０未満、３３．０未満、および２５．０未満であった。このことは、ポリプロピレンがＰＥＴよりも曇りの度合いがより大きい樹脂であり、また業界において知られている従来のＰＰ容器の製造方法では容器のヘイズ値が多くの産業界や消費者には美的ないし美観的に許容できない程度になってしまうことから、非常に好ましいことである。「より透明な」ＰＰ容器の製造方法容器を提供できることで、多くの工業分野における製品のパッケージング（梱包ないし包装）用としての選択肢にできる。「ヘイズ透過率」は、伝達方向から見た、透明に近い試料の面からの光の前方散乱として表すことができる。ヘイズ透過率は、例えば、従来の装置、例えばＨｕｎｔｅｒＬａｂ Ｄ２５Ｐセンサ（上記のヘイズ透過率を測定するために使用した）を使用することで計測できる。ヘイズないしヘイズ値（曇り度）の測定についての他の情報としては、非限定的ではあるが、ＨｕｎｔｅｒＬａｂ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅの第９巻、第６（０６／０８）章（Ｉｎｓｉｇｈｔ ｏｎ Ｃｏｌｏｒ）がある。

非限定的ではあるが、本願発明の教示に従って形成されたポリプロピレン製の容器２００の例を図７および図８に例示した。概略的に例示したように、必要に応じて、このような容器２００は、符号２１０を付したグリップ部（把持部）を含んでいる。図７に例示したグリップ部２１０の形状ないし構造は、図８に例示された形状ないし構造と比較した場合、いくつかの追加の利点が提供できることが知得された。例えば、図８に概略的に示された水平リブ２２０を取り除くことはいくつかのデザインには有益である。さらに、拡張された楕円形の井戸状の窪み２３０は曲げや撓みを排除するために役立つ。ここで、これら上述した特長ないし特徴は特定のものであって、本願発明はこれらに限定されるものではなく、本願発明の範囲および技術思想の範囲内において種々の他の構造的な形状ないし形態とすることができる、

非限定的ではあるが、本願発明の教示に従って形成されたポリプロピレン製の容器３００の別の例を図９および図１０に例示した。一例として、図９に示した容器３００は、全体の高さ、つまり長さＬが９．４３２インチ（２３９．５７ｍｍ）±０．０６インチ（１．５２４ｍｍ）であり、また底部の幅Ｗが３．６５０インチ（９２．７１ｍｍ）±０．０６０インチ（１．５２４ｍｍ）である。同様に、図１０に示した容器３００は、全体の高さ、つまり長さＬが８．１００インチ（２０５．７４ｍｍ）±０．０６０インチ（１．５２４ｍｍ）であり、また底部の幅Ｗが３．０７１インチ（７８．００ｍｍ）±０．０６０インチ（１．５２４ｍｍ）である。

図１１および図１２はそれぞれ、図９および図１０において特定された側壁の一部の拡大断面を概略的に例示したものである。非限定的であるが例えば、図１１および図１２に示されたそれぞれの部分（つまりリブ部）について、リブの角度θは３０°±５°、リブの幅Ｄ_１とＤ_３はそれぞれ０．１００インチ（２．５４ｍｍ）±０．０５インチ（１．２７ｍｍ）と０．０５６インチ（１．４２ｍｍ）±０．０３インチ（０．７６２ｍｍであり）、およびリブの差し込み距離Ｄ_２とＤ_４はそれぞれ０．１００インチ（２．５４ｍｍ）±０．０５インチ（１．２７ｍｍ）である。

さらに、改善された品質のポリプロピレン製の容器を提供することに加えて、本願発明は生産時間を改善することが容易となる。例えば、従来のＩＳＢＭによるポリプロピレン容器の製造は、１つの金型について、１時間当たり約６００から６５０個の容器を作る速度で運転した場合には容器の品質が低い。本明細書に開示した本願発明の教示を実施することで、１つの金型について、１時間当たり９００個以上の容器を作成する速度で運転した場合でも容器の品質をより高くすることができ、効率が少なくとも３８％、おそらくは５０％以上も増大する。

本願発明の特定の実施例に関する上記の説明は、例示および説明のためのものである。これらの実施例は包括的なものではなく、また本願発明はこれら開示された通りの形態に限定されるものではなく、本願発明の教示に鑑みて種々の変更や変形が可能である。これらの実施例は本願発明の原理およびその実用的な応用を説明するために選択され説明することで、当業者が本願発明および特定の意図した用途に適したその種々な実施例を利用するためのものである。本願発明の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物により規定される。

Claims (20)

1. プリフォームを用意するステップ、
   プリフォームの少なくとも一部に外側から熱あるいはエネルギーを加えて温度を上昇させ、熱あるいはエネルギーによりプリフォームの内面を加熱するステップ、および、
   プリフォームに少なくとも約２，２００フィート／分でエアフローを供給し、加熱されたプリフォームの一部の内面と外面との間の温度差を約２０°Ｆ以内に維持するステップ、を有してなる容器を作るための方法。
2. プリフォームをブロー成形して容器を形成するステップを含む、請求項１記載の方法。
3. プリフォームがポリプロピレンから構成されている、請求項１記載の方法。
4. プリフォームに供給されるエアフローが少なくとも約３，０００フィート／分で提供される、請求項１記載の方法。
5. プリフォームに供給されるエアフローが、実質的に均一に提供され、およびプリフォームの表面にエアフローが調整自在に分配される、請求項１記載の方法。
6. 外部の熱あるいはエネルギーが赤外線ヒータあるいは赤外線灯により提供される、請求項１記載の方法。
7. 外部の熱あるいはエネルギーが石英ヒータあるいは石英灯により提供される、請求項１記載の方法。
8. プリフォームが、６ｍｍを超える側壁厚さと約７０±２グラムの本体重量を有している、請求項１記載の方法。
9. プリフォームが、逆テーパ形状、６ｍｍ未満の側壁厚さ、および約７５±２グラムの本体重量を有している、請求項１記載の方法。
10. プリフォームの本体の一部が、プリフォームの首部に設けられた支持縁よりもさらに放射状に外側に延在している、請求項１記載の方法。
11. プリフォームが２０４０ｍｌの容器を形成するために成形されたものであり、およびプリフォームが４．８４８±０．３０インチの長さを有している、請求項１記載の方法。
12. 得られた容器がプリフォームから形成され、およびこの得られた容器の長さがプリフォームの長さの２倍以上である、請求項１記載の方法。
13. プリフォームの外面の温度が約２５０°Ｆ未満に設定されあるいは維持される、請求項１記載の方法。
14. プリフォームの外面の温度が約２４０°Ｆから２４５°Ｆの範囲内に設定されあるいは維持される、請求項１記載の方法。
15. プリフォームの内面の温度が約２４０°Ｆから２８０°Ｆの範囲内に設定されあるいは維持される、請求項１記載の方法。
16. 容器がプリフォームを射出延伸ブロー成形することで形成され、および容器が３５．０未満のヘイズ透過率を有している、請求項１記載の方法。
17. 容器がプリフォームを射出延伸ブロー成形することで形成され、および容器が３３．０未満のヘイズ透過率を有している、請求項１記載の方法。
18. 容器がプリフォームを射出延伸ブロー成形することで形成され、および容器が２５．０未満のヘイズ透過率を有している、請求項１記載の方法。
19. 容器がプリフォームから形成され、および容器がグリップ部を含んでいる、請求項１記載の方法。
20. 容器が毎時９００個以上の割合で作られる、請求項１記載の方法。

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