JP2019010741A - 二重容器の成形方法 - Google Patents

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【課題】 積層剥離容器のような二重容器を簡単に作製することができ、所定の形状の大気導入孔を容器の成形に悪影響を与えることなく形成することが可能な二重容器の成形方法を提供する。【解決手段】 外層と内層を重ねた状態で二軸延伸ブロー成形を行う二重容器の成形方法である。外層に切り込みを入れておき、二軸延伸ブロー成形後に貫通孔とする。外層は、例えば射出成形されたプリフォームであり、内層は、例えばブロー成形されたチューブ状成形体である。外層に切り込みを入れておき、二軸延伸ブロー成形の過程で切り込みが引き伸ばされて貫通状態になるようにすることで、貫通孔の形状が鮮明なものとなり、容器の成形に及ぼす影響も最小限に抑えられる。【選択図】 図1

Description

本発明は、外層と内層を組み合わせて二軸延伸ブローを行う二重容器の成形方法に関するものであり、特に、外層に貫通孔を形成する技術に関する。
プラスチック製の容器(ボトル)の成形方法としては、ブロー成形方法が広く行われており、射出成形されたプリフォームを金型内にセットし、エアーを吹き込んで金型キャビティの形状に成形する2軸延伸ブロー成形法等が知られている。
近年、プラスチック容器の分野においては、多様な機能、性能が求められることが多く、使用する材料や成形方法に工夫が求められている。例えば、ガスバリア性や遮光性、保温性等が要求される場合、使用する材料をガスバリア性を有するものとしたり、プラスチック材料に着色剤や紫外線吸収剤を添加すること等が行われている。
しかしながら、材料の工夫等にも限度があり、プラスチック容器を多層化することで様々な機能を付与することも行われている。各層の構成材料等を最適化すれば、ガスバリア性に優れた遮光容器等、複合的な機能を有するプラスチック容器を実現することができるものと期待される。
多層のプラスチック容器を成形するには、多層プリフォームを射出成形し、これをブロー成形すればよいものと考えられ、多層プリフォームの成形方法も種々提案されている。しかしながら、多層プリフォームの成形には高度な技術が必要であり、成形装置に多くの設備投資が必要となる等、コスト等の点で課題がある。
このような状況から、プリフォームの外側に別途成形したプリフォームカバーを装着し、これをブロー成形することで複合容器を成形することが提案されている(特許文献1や特許文献2等を参照)。プリフォームカバーを利用することで、多層プリフォームを成形する必要がなくなり、コストの削減等に繋がるものと考えられる。
特許文献1には、プリフォームの外側に外側収縮部材を設け、プリフォームと、プリフォームの外側に密着された外側収縮部材とを有する複合プリフォームを作製し、ブロー成形金型内で複合プリフォームに対してブロー成形を施すことにより、複合プリフォームのプリフォームおよび外側収縮部材を一体として膨張させるブロー成形方法が開示されている。外側収縮部材を、例えばガスバリア性や光線バリア性を有する材料で形成することで、これらの機能が付与された複合容器を成形することが可能である。
特許文献2には、プリフォームの外側に内側ラベル部材を設け、特許文献1と同様、プリフォームと内側ラベル部材を一体として膨張させるブロー成形方法が開示されている。これにより、ラベラーによってラベルを付与する工程を不要とすることが可能なブロー成形方法を実現することが可能である。
特開2015−9493号公報 特開2015−9487号公報
近年、内層容器が内容物の吐出に伴って収縮し、外層容器が形状を維持する二重容器(いわゆる積層剥離容器)が提案されており、多層プリフォームや、プリフォームと外層部材、内層部材を組み合わせてブロー成形することで、この種の二重容器を成形することが検討されている。
この場合、内層容器と外層容器の間に空気を導入するための大気導入孔を外層容器に形成する必要があるが、大気導入孔をどのようにして形成するか、検討を要するところである。例えば透明性の高い容器とするためには、外層容器にポリエチレンテレフタレート等を使用する必要があるが、ポリエチレンテレフタレートは材質が硬いため、ブロー成形後に外層容器のみに孔を開けることは困難である。
多層プリフォームをブロー成形して前述の二重容器を形成する場合、多層プリフォームの外層に貫通孔を形成しておき、これを大気導入孔として利用する技術も知られているが、ブロー成形前に貫通孔を形成してしまうと、貫通孔の大きさや形状を制御することが難しく、また、成形される二重容器自体の形状にも悪影響を及ぼす可能性があり、大気導入孔や二重容器の形状が不鮮明なものとなる、という問題がある。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、積層剥離容器のような二重容器を簡単に作製することができ、所定の形状の大気導入孔を容器の成形に悪影響を与えることなく形成することが可能な二重容器の成形方法を提供することを目的とする。
前述の目的を達成するために、本発明の二重容器の成形方法は、外層と内層を重ねた状態で二軸延伸ブロー成形を行う二重容器の成形方法であって、外層に切り込みを入れておき、二軸延伸ブロー成形後に貫通孔とすることを特徴とする。
外層に予め貫通孔を形成し、その状態でブロー成形すると、最終的な貫通孔の形状が不鮮明になる傾向がある。また、予め貫通孔を形成してブロー成形すると、容器の成形にも悪影響を及ぼす。本発明では、外層に切り込みを入れておき、二軸延伸ブロー成形の過程で切り込みが引き伸ばされて貫通状態になるようにしているので、貫通孔の形状が鮮明なものとなり、容器の成形に及ぼす影響も最小限に抑えられる。
本発明の二重容器の成形方法によれば、積層剥離容器のような二重容器を簡単に作製することができ、所定の形状の大気導入孔を容器の成形に悪影響を与えることなく形成することが可能である。
複合容器の製造工程の一例を示すものであり、プリフォームへのチューブ状成形体の装着工程を示す概略斜視図である。 プリフォームにチューブ状成形体を装填した状態を示す概略断面図である。 成形された複合容器を一部拡大して示す概略断面図である。 プリフォームの開口端部にチューブ状成形体の開口端部を係止する方法の一例を示す図であり、(a)は治具による折り曲げ工程を示し、(b)はチューブ状成形体の係止状態を示すものである。 連結された状態で成形されるチューブ状成形体の概略側面図である。 チューブ状成形体のブロー成形方法の一例を示すものであり、パリソン押し出し工程を示す概略断面図である。 パリソン挟み込み工程を示す概略断面図である。 エアブロー後の状態を示す概略断面図である。 1個取りのブロー成形におけるパリソンの形態を模式的に示す縦断面図である。 図6AのX−X線ににおける横断面図である。 2個取りのブロー成形におけるパリソンの形態を模式的に示す縦断面図である。 図6AのY−Y線における横断面図である。
以下、本発明を適用した二重容器の成形方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の二重容器の成形方法では、プリフォームの内側にチューブ状成形体を重ねた状態で二軸延伸ブローを行うことで、二重容器が作製される。本実施形態の成形方法により二重容器を作製するには、先ず、プラスチック材料製のプリフォーム1を準備する。プリフォーム1の成形方法としては、例えば射出成形機を用いた射出成形や、押し出し成形等を挙げることができる。
プリフォーム1の構成材料としては、任意の熱可塑性樹脂が挙げられ、複合容器の用途や性能等に応じて適宜選択すればよい。熱可塑性樹脂の具体例としては、特にPE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等を挙げることができる。
また、プリフォーム1を多層構成とすることも可能である。例えば、2層のプリフォームや、商品名ナイロンMXD6、商品名ナイロンMXD6+脂肪酸塩、PGA(ポリグリコール酸)、EVOH(エチレンビニルアルコール共重合体)またはPEN(ポリエチレンナフタレート)等のガスバリア性や遮光性を有する樹脂を中間層とする3層以上からなるプリフォームとすることも可能である。
いわゆる積層剥離容器の場合、外層に大気導入孔を形成することが必要であり、本実施形態では、前述のプリフォーム1に大気導入孔の形成位置に円形の切り込み3を入れておく。この切り込み3は、外層となるプリフォーム1の厚さの中途位置までを切断するものであり、未切断部を残すことにより、切り込み3内の領域は、この段階ではプリフォーム1と結合された状態に維持されている。
次に、図2に示すように、プリフォーム1の内側にチューブ状成形体2を装着する。チューブ状成形体2は、全体として有底円筒形状を有しており、円筒状の胴部と、ピンチオフにより閉塞された底部とを有している。
チューブ状成形体2の装填に際しては、プリフォーム1の首部や口部を含め、プリフォーム1の内面全体にチューブ状成形体2が重なるように装着される。プリフォーム1の容器口部に対応する位置には、成形された容器にキャップを螺合するための螺子部やフランジ部等の凸部1aが形成されることがあるが、内面にはこれら螺子部やフランジ部等が突出形成されることはない。したがって、チューブ状成形体2をプリフォーム1の首部や口部にまで装填する上で、何ら支障となることはない。
前記チューブ状成形体2は、ブロー成形により予め成形しておくが、装填時の摩擦軽減のため、その外面は、若干粗度が高い方がよい。例えば、チューブ状成形体2を成形する際に用いる金型のキャビティ面に対してブラスト処理等を施しておけば、チューブ状成形体2の外面を粗面とすることができる。
また、チューブ状成形体2は、付与する機能性に応じて、適宜、材質や添加剤等を選定することができる。付与する機能性としては、例えば低吸着性、酸素バリア性、遮光性等が挙げられ、チューブ状成形体2の成形材料として環状ポリオレフィン樹脂等を用いることで、低吸着性を実現することができる。あるいは、チューブ状成形体2の成形材料としてEVOH(エチレンビニルアルコール共重合体)を用いることで、酸素バリア性を付与することができる。遮光性を付与するためには、チューブ状成形体2の成形材料に、着色材や紫外線吸収剤等を添加すればよい。最内層をEVOHとすれば、柑橘成分の吸着防止も可能である。
外層となるプリフォーム1と、内層となるチューブ状成形体2の厚さの比率は、例えば外層/内層=90〜80%/10〜20%である。
次いで、チューブ状成形体2が装着されたプリフォーム1を予備加熱し、成形金型にセットする。予備加熱の温度はプリフォーム1の構成材料等に応じて適正な温度に設定すればよく、例えば90℃〜130℃程度である。
予備加熱後、チューブ状成形体2が装着されたプリフォーム1を金型にセットする。金型は、成形する複合容器の形状に応じたキャビティを有するものであり、加熱により軟化したプリフォーム1(チューブ状成形体2)内にエアブローすることにより、プリフォーム1及びチューブ状成形体2が延伸され、金型のキャビティ形状に賦形される。
これにより、プリフォーム1が延伸されることにより形成される容器本体11の内側が、チューブ状成形体2が延伸されることにより形成される被覆層12で覆われた二重容器10が成形される。作製される二重容器10においては、チューブ状成形体2がブロー成形により形成されるものであるので、チューブ状成形体2を射出成形する場合等に比べて、製造コストを削減することができる。また、被覆層12は、二重容器10の首部や口部までも覆って形成されており、被覆層12が有する機能性を二重容器10全体に付与することができ、被覆層12が内容物の吐出によって収縮する積層剥離タイプの二重容器とすることができる。
前記ブロー成形においては、プリフォーム1の延伸に伴って円形の切り込み3の未切断部分も引き伸ばされ、成形後にはこの未切断部分も切断された状態となり、切り込み3内の切断片が脱落して、切込み3に対応して貫通孔13が形成される。この貫通孔13を大気導入孔として利用することにより、外層(容器本体11)と内層(被覆層12)の間に空気が導入され、内容物の吐出に伴って内層(被覆層12)が収縮し、一方、吐出後には外層(容器本体11)が元の形状に戻る。
本実施形態のようにプリフォーム1に切り込み3を入れておき、ブロー成形により引き伸ばして貫通状態とすることで、鮮明な形状で貫通孔13が形成される。一般的には、成形中に孔が開くと形状が不鮮明になるが、本実施形態の成形方法では、内層であるチューブ状成形体2が接しているため、金型通りの形状の貫通孔13が得られる。また、貫通孔13の形成が、二重容器10の成形に及ぼす影響も抑えられる。
なお、前述のブロー成形において、プリフォーム1とチューブ状成形体2を重ねた状態で二軸延伸ブローを行う際に、チューブ状成形体2の延伸に伴ってチューブ状成形体2の開口端部がプリフォーム1内に後退してしまう可能性がある。チューブ状成形体2の開口端部が後退してしまうと、プリフォーム1の内面全体をチューブ状成形体2で覆うことができなくなる。
このような不都合を解消するためには、二軸延伸ブローに際して、例えばプリフォーム1の開口端部でチューブ状成形体2の開口端部を支持するように重ねればよい。図4は、プリフォーム1の開口端部でチューブ状成形体2の開口端部を支持させるための工程例を示すものである。この例では、チューブ状成形体2の開口端部2aをプリフォーム1の開口端部よりも延長して成形し、図4(a)に示すように、プリフォーム1の開口端部の形状に合わせた凹部を有する治具20でチューブ状成形体2の開口端部2aを折り返し、くせ付けを行う。これにより、図4(b)に示すように、プリフォーム1の開口端部の天面で、折り返されたチューブ状成形体2の開口端部2aを支持する形になり、チューブ状成形体2の開口端部2aがプリフォーム1内に引き込まれるのを防止することができる。
さらに、チューブ状成形体2をブロー成形するに際しては、成形体の形態を複数のチューブ状成形体が連結された形態とし、両端のチューブ状成形体の連結されていない側の端部のみをピンチオフして、複数のチューブ状成形体を一括してブロー成形することが好ましい。これにより、周方向での厚さの均一性に優れたチューブ状成形体を成形することができ、チューブ状成形体を用いて成形される複合容器の信頼性を高めることが可能である。
すなわち、チューブ状成形体のブロー成形方法では、いわゆる複数個取りの状態で、複数のチューブ状成形体が直列に連結されるように結合してブロー成形を行う。一括して成形するチューブ状成形体の数は、2個でも3個でもよく、4個以上も可能であるが、一括して成形するチューブ状成形体の数が多くなればなるほど金型の大型化等が必要となる。また、3個以上を一括して成形する場合には、各チューブ状成形体の形状としては、両端が開放されるものに限られる。したがって、何個の成形体を一括して成形するかは、必要なチューブ状成形体の形状や、設備の規模等に応じて適宜設定すればよい。
以下においては、2個のチューブ状成形体を一括して形成する場合を例に説明する。2個取りの場合、2つのチューブ状成形体を一端側で連結した形態とし、各チューブ状成形体の連結されていない側の端部のみをピンチオフして、2つのチューブ状成形体を一括してブロー成形する。すなわち、各チューブ状成形体の連結されていない側の端部のみでパリソンが金型に挟み込まれるが、それ以外の部分においては、パリソンは金型に挟み込まれていない。
図5は、成形される成形体31の形態を示すものである。本例において成形される成形体31は、2つのチューブ状成形体32,33が直列に連結された形態を有する。各チューブ状成形体32,33は、それぞれ一端側がピンチオフ部32a,33aとされて閉塞されるとともに、他端側は開放された状態で連結部34を介して互いに一体に連結されて成形されている。
チューブ状成形体32,33間を連結する連結部34は、各チューブ状成形体32,33の胴部の径よりも若干小さな径で形成されている。ここで、連結部34の径をチューブ状成形体32,33の胴部の径よりも小さく設定するのは、この位置に吹き込み針を設置し、ブロー成形の際に、パリソンへの吹き込み針の差し込みを円滑に行うためである。
次に、図6の成形体のブロー成形方法について説明する。成形体31をブロー成形するには、図6Aに示すように、円筒状のパリソン41を押出機42のダイより押し出し、図6Bに示すように、一対の分割金型43,44で挟み込む。
パリソン41は、前記の通り、溶融混練した原料樹脂を押出機42のダイより押し出すことにより形成されるが、原料樹脂としては、任意の熱可塑性樹脂を用いることができる。例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂や、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、商品名ナイロン等のポリアミド樹脂、ガスバリア性に優れるエチレン−ビニルアルコール樹脂等であるが、勿論これらに限定されるわけではなく、チューブ状成形体2に要求される性能、機能等に応じて各種樹脂の中から適宜選択すればよい。
分割金型43,44は、それぞれチューブ状成形体32,33の形状に応じたキャビティ43a,44aを2つずつ有しており、チューブ状成形体32,33の形状に応じたキャビティ43a,44aの間には、やや小径の連結部34を形成するための突出部43b,44bが形成されている。また、各キャビティ43a,44aの連結部34により連結される側とは反対側の端部には、ピンチオフ部43c,44cが設けられている。分割金型43,44を突き合わせた際には、前記ピンチオフ部43c,44cが突き当たり、パリソン41の両端が押し潰されて閉塞状態とされる。
図6Bに示すように、型閉じを行い、一対の分割金型43,44でパリソン41を挟み込んだ後、連結部34に対応する突出部43bにおいて、吹き込み針45をパリソン41内に差し込み、エアブローを行う。連結部34に対応する突出部43bにおいては、パリソン41と分割金型43の距離が、チューブ状成形体32,33の形状に応じたキャビティ43a,44aにおけるパリソン41と分割金型43の距離よりも小さく、吹き込み針45のパリソン41内への差し込みを容易に行うことができる。
エアーの吹き込みの際には、真空吸引によりパリソン41を金型に密着させた状態で吹き込み針45を差し込む必要がある。パリソン41が金型に引き付けられて密着していない状態では、すなわちパリソン41が金型から離間した状態では、パリソン41に吹き込み針45を差し込むことは難しい。したがって、パリソン41を速やかに金型に引き付けるためには、パリソン41と金型の距離が小さい方が有利である。連結部34をチューブ状成形体32,33の胴部の径よりも小さな径とすることで、連結部34に対応する金型部分が胴部に対応する金型部分よりも突出されることになり、その結果、連結部34に対応する金型部分とパリソン41とが接近することになる。
連結部34に対応する金型部分の内径は、押し出したパリソンの外径と略等しくなることが好ましく、具体的には、当該金型部分の内径が、パリソン外径よりも0〜2mmになることが好ましい。尚、パリソンが当該金型部分において挟み込まれることを確実に防ぐため、当該部分の内径は、パリソンの外径よりも0.5mm以上大きくすることが好ましい。
本例においては、この連結部34に対応し突出した金型部分である突出部43bに吹き込み針45を設置し、吹き込み針45のパリソン41への差し込み、及びエアブローを行う。例えば、前記突出部43bに吹き込み針45を設置するとともに、吹き込み針45の周囲に真空吸引孔を設けておく。吹き込み針45をパリソン41に差し込む際には、これら真空吸引孔により真空吸引を行う。この真空吸引により、パリソン41を金型(突出部43b)に引き付ける。突出部43bとパリソン41の距離が近いことから、パリソン41は速やかに突出部43bに引き付けられて密着する。したがって、吹き込み針45のパリソン41への差し込みを円滑に行うことができる。
なお、連結部34に対応し突出した金型部分である突出部43bに吹き込み針45を突出させるための針孔を設ける場合に限らず、当該突出部43bに、局所的に凹部を設け、その凹部に針孔を設け、当該凹部における針孔の周囲に、パリソンを吸引するための吸引孔を、当該針孔を囲むように複数並べて配置してもよい。例えば、突出部13bに、直径4〜6mm程度の円形で、深さ2〜4mm程度の凹部を設け、凹部の中心に直径2〜3mmの針孔を設け、当該針孔を中心に45°の間隔で、当該針孔の周囲に吸引孔を8個配置してもよい。この場合、凹部の周囲が、パリソンに近接することで、凹部内の吸引孔にてパリソンを吸引すると、パリソンが部分的に凹部に入り込み、入り込んだ部分においてしっかりとパリソンを保持できる。これにより、吹き込み針45をより確実にパリソン41に差し込むことができる。
吹き込み針45によるエアブローにより、図6Cに示すように、パリソン41が分割金型43,44のキャビティ43a,44aの内壁に押し付けられ、キャビティ43a,44aの形状に成形される。次いで、型開きを行い、成形体を取り出す。成形される成形体は、図5に示す通りである。取り出した成形体31は、図5の破線位置で切断し、個々のチューブ状成形体32,33に分離する。
以下、チューブ状成形体のブロー成形に図6に示すブロー成形方法を採用した場合に、チューブ状成形体32,33の厚さが均一化される理由について説明する。
図7A及び図7Bは、チューブ状成形体を、いわゆる1個取りとするブロー成形におけるパリソン41の形態を示すものである。1個取りのブロー成形では、分割金型51,52には、1つのチューブ状成形体に対応してキャビティ51a,52aが1つ形成されており、その両端にはピンチオフ部51b,52bが設けられている。
1個取りとした場合、図7Aに示すように、チューブ状成形体(すなわちキャビティ51a,52a)の両側にピンチオフ部51b,52bが設けられることになり、ピンチオフ部51b,52b間の距離L1が小さい。ピンチオフ部51b,52bでは、食い切りの際にパリソン41に大きな力が加わり、パリソン41の変形の原因となるが、前記距離L1が小さいと、その影響がチューブ状成形体全体に及ぶ。
図7Bは、分割金型51,52に挟み込まれた際のパリソン41の断面を示すものであり、キャビティ51a,52aの両側に設けられたピンチオフ部51b,52bの影響により、パリソン41が偏平に潰れるという現象が見られる。パリソン41が偏平に潰れてしまうと、エアブローした時に均一に延伸されず、特に周方向における厚さのばらつきが大きくなる。
これに対して、本例のブロー成形方法のように、いわゆる2個取りでブロー成形する場合、図8Aに示すように、2つ設けられたキャビティ43a,44aにおいて、互いに連結されていない側の端部、すなわち連結部34を形成するための突出部43b,44bが形成される側とは反対側の端部にのみピンチオフ部43c,44cが設けられることになる。したがって、遠く離れた2つのチューブ状成形体の両側の端部のみピンチオフ(バリ噛み)され、連結部34はピンチオフされない。
ここで、両端のピンチオフ部43c,44c間の距離L2は、先の1個取りの場合に比べて概ね2倍となり、ピンチオフ部43c,44cでの食い切りによる影響が大きく低減される。その結果、図8Bに示すように、分割金型43,44間に挟みこまれたパリソン41の断面形態が円形に近いものとなる。パリソン41が円形であれば、エアブローの際に全ての方向に均等に延伸され、均一な厚さで成形される。
このような金型設計の本例のブロー成形方法で成形されるチューブ状成形体32,33は、周方向での厚さの均一性に優れるものであり、これを利用して高品質な複合容器を製造することが可能である。
本発明の二重容器の成形方法は、前述の通りプリフォームの内側にチューブ状成形体を重ねた状態で二軸延伸ブローを行うものであり、これにより、いわゆる積層剥離容器を簡単に作製することが可能である。また、大気挿入孔も簡単に形成することが可能である。
以上、本発明を適用した実施形態についてを説明してきたが、本発明が前述の実施形態に限られるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明は、外層と内層の双方を射出成形したプリフォームとした二重容器の成形方法に適用することも可能であり、さらには外層と内層を一体に成形した多層プリフォームによる二重容器の成形方法に適用することも可能である。
1 プリフォーム
2 チューブ状成形体
2a 開口端部
3 切り込み
10 二重容器
11 容器本体
12 被覆層
13 貫通孔(大気導入孔)
31 成形体
32,33 チューブ状成形体
34 連結部
41 パリソン
43,44 分割金型
43a,44a キャビティ
43b,44b 突出部
43c,44c ピンチオフ部
45 吹き込み針

Claims (3)

  1. 外層と内層を重ねた状態で二軸延伸ブロー成形を行う二重容器の成形方法であって、
    外層に切り込みを入れておき、二軸延伸ブロー成形後に貫通孔とすることを特徴とする二重容器の成形方法。
  2. 外層は、射出成形されたプリフォームであり、内層はブロー成形されたチューブ状成形体であることを特徴とする請求項1記載の二重容器の成形方法。
  3. 前記チューブ状成形体は、複数のチューブ状成形体が連結された形態とし、両端のチューブ状成形体の連結されていない側の端部のみをピンチオフして、前記複数のチューブ状成形体を一括してブロー成形することを特徴とする請求項2記載の二重容器の成形方法。
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