JP2019514728A - プリフォーム製造装置 - Google Patents

Abstract

熱可塑性樹脂フレークからプリフォームを製造するプリフォーム製造装置は、熱可塑性樹脂フレーク中の汚染物質を除去する除染機と、除染機から供給された熱可塑性樹脂を射出成形する射出成形機とを備える。

Description

本発明は、ＰＥＴフレークのような熱可塑性樹脂フレークからプラスチックボトル用のプリフォームを製造するためのプリフォーム製造装置に関する。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のプラスチック容器（ペットボトル）等のプラスチックボトルが飲料、食料等を収容するのに広く使用されている。プラスチックボトルは、試験管状のプリフォームを延伸ブロー成形で膨らませることによって成形される。

最近では、回収された使用済みプラスチックボトルからプラスチックボトルを製造するプラスチックボトルのリサイクルが行われるようになってきた。特に、使用済みプラスチックボトルを飲料用、食料用等のプラスチックボトルとして再利用するためには、消費者が安心して使用できるように、異物の完全除去を行うことが重要である。

例えば、特許文献１に記載されるように、汚染除去の方法としてケミカルリサイクル及びメカニカルリサイクルが知られている。ケミカルリサイクル及びメカニカルリサイクルでは、最初に、回収された使用済みプラスチックボトルを粉砕して洗浄することによって樹脂フレークを生成する。その後、ケミカルリサイクルでは、樹脂フレークを解重合反応させて樹脂の原料又は中間材料まで分解し、分解した樹脂を精製して再重合させることで汚染除去が行われる。一方、メカニカルリサイクルでは、樹脂フレークに含まれる不純物を高温下で揮発させることで汚染除去が行われる。メカニカルリサイクルは、ケミカルリサイクルに比べて、必要な設備を小規模にすることができるため、製造コスト及び環境負荷を低減することができる。

特開２０１４−１９８４２２号公報

図８は、従来技術に係る、メカニカルリサイクルを用いたプラスチックボトルのリサイクルプロセスの一部を示す。図示したリサイクルプロセスでは、使用済みプラスチックボトルから生成された樹脂フレークを用いてプリフォームが製造される。

工程Ｐ１０１では、樹脂フレークを準備する。樹脂フレークは、使用済みプラスチックボトルを粉砕して洗浄することによって生成される。工程Ｐ１０２では、除染機によって樹脂フレークを高温下で除染する。工程Ｐ１０３では、除染された樹脂を除染機内で溶融させる。工程Ｐ１０４では、溶融した樹脂を除染機から押し出す。このとき、樹脂をフィルタに通すことによって樹脂中の異物が除去される。工程Ｐ１０５では、押し出された非結晶樹脂を高温（約２２０℃）に加熱することによって結晶化させる。工程Ｐ１０６では、結晶化樹脂を梱包して輸送する。工程Ｐ１０７では、輸送された結晶化樹脂を約１６０℃で乾燥させる。工程Ｐ１０８では、乾燥した結晶化樹脂を射出成形のために溶融させる。すなわち、結晶化樹脂を可塑化させる。工程Ｐ１０９では、可塑化した樹脂を射出成形機で射出成形することによってプリフォームを製造する。

上述したように、従来のリサイクルプロセスでは、除染機から押し出された非結晶樹脂が輸送及び射出成形機への投入のために結晶化される。また、結晶化樹脂が輸送中に水分を吸収するため、結晶化樹脂の加水分解を防止すべく、輸送後に結晶化樹脂を乾燥させる必要がある。したがって、樹脂フレークからプリフォームを製造するのに多くの工程が必要となることから、プリフォームの生産性や品質を高めることに課題があった。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、メカニカルリサイクルを用いたプラスチックボトルのリサイクルプロセスにおいてプリフォームの生産性や品質を高めることを目的とする。

本願の発明者らは、鋭意検討の結果、除染された樹脂を除染機から押し出すときと、射出成形機の金型に樹脂を射出するときとの両方の工程において樹脂を溶融させていたことに着目し、除染機と射出成形機とを統合することに想到して本発明を完成するに至った。

上記課題を解決するために、第１の発明では、熱可塑性樹脂フレークからプリフォームを製造するプリフォーム製造装置であって、熱可塑性樹脂フレークの汚染を除去する除染機と、除染機から供給された熱可塑性樹脂を射出成形する射出成形機とを備える、プリフォーム製造装置が提供される。

第２の発明では、第１の発明において、プリフォーム製造装置は、除染機と射出成形機との間に配置されたフィルタを更に備える。

第３の発明では、第２の発明において、プリフォーム製造装置は、フィルタと射出成形機との間に配置されたギヤポンプを更に備える。

第４の発明では、第１から第３のいずれか一つの発明において、射出成形機は、複数の金型を備え、プリフォームを連続的に成形する。

第５の発明では、第４の発明において、射出成形機は、複数の金型を回転させる回転機構を備えたロータリー式射出成形機である。

本発明によれば、メカニカルリサイクルを用いたプラスチックボトルのリサイクルプロセスにおいてプリフォームの生産性や品質を高めることができる。

図１は、プラスチックボトル用のプリフォームを示す。 図２は、本発明の実施形態に係るプリフォーム製造装置を概略的に示す図である。 図３は、本発明の実施形態に係る除染機の別の例を概略的に示す図である。 図４は、本発明の実施形態に係る射出成形機を概略的に示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係るギヤポンプを概略的に示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係る射出成形機の別の例を概略的に示す図である。 図７は、本発明の実施形態に係るプリフォームの製造工程のフローチャートである。 図８は、従来技術におけるプリフォームの製造工程のフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

飲料、食料等を収容するのに用いられるプラスチックボトルは、試験管状のプリフォームを延伸ブロー成形で膨らませることによって成形される。なお、本明細書において、プラスチックボトルとは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレン（ＰＥ）のようなプラスチックから構成されるボトルを意味し、ペットボトルに限定されない。さらに、プラスチックボトルは、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、特にプラントから作られたプラントボトル等であってもよい。

図１は、プラスチックボトル用のプリフォーム１００を示す。プリフォーム１００は、プラスチックボトルのキャップと嵌合する口部１００ａと、口部１００ａと隣接する円筒状胴部１００ｂと、円筒状胴部１００ｂの一方の端部を閉塞する底部１００ｃとから成り、試験管のような形状を有する。口部１００ａの外周面には、プラスチックボトルのキャップの雌ネジと螺合する雄ネジが形成される。プリフォーム１００の口部１００ａ側の端部は開いている。

プリフォーム１００は、典型的には、石油等を原料とするバージン材、使用済みプラスチックボトルを原料とするリサイクル材、又はバージン材及びリサイクル材の混合物を材料として、射出成形機を用いて製造される。しかしながら、使用済みプラスチックボトルは不純物によって汚染されていることが多い。このため、リサイクル材を使用する場合には、射出成形機への投入の前に不純物による汚染を除染機で除去する必要がある。

図２は、本発明の実施形態に係るプリフォーム製造装置１を概略的に示す図である。プリフォーム製造装置１はリサイクル材からプリフォームを製造する。リサイクル材は、使用済みプラスチックボトルを粉砕して洗浄することによって生成された熱可塑性樹脂フレーク、例えばＰＥＴフレークである。ＰＥＴフレークは約８ｍｍ角の小片である。

プリフォーム製造装置１は除染機３及び射出成形機５を備える。除染機３は、熱可塑性樹脂フレーク中の汚染物質を除去し、除染された熱可塑性樹脂を射出成形機５に供給する。射出成形機５は、除染機３から供給された熱可塑性樹脂を射出成形することによってプリフォームを成形する。本実施形態では、プリフォーム製造装置１は、除染機３と射出成形機５との間に配置されたフィルタ７を更に備える。フィルタ７は、例えば、孔径３２μｍのスクリーンメッシュフィルタ、又は最小８０μｍの孔径を有する円筒型フィルタを回転させることによって異物を除去するメルトフィルタである。除染機３から押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂をフィルタ７を通過させることによって、熱可塑性樹脂中の微小な異物を除去することができる。

除染機３は、投入口３１、除染部３２及び供給部３３を有する。熱可塑性樹脂フレークが投入口３１から除染部３２に投入され、除染部３２において除染された熱可塑性樹脂が供給部３３によって射出成形機５に供給される。本実施形態では、除染部３２は二つの除染容器３４ａ、３４ｂを有する。除染容器３４ａ、３４ｂは同様の構成を有する。除染容器３４ａ、３４ｂの上端には二つのスライド弁３５が設けられている。二つのスライド弁３５は、それぞれ、複動シリンダ３６によって開位置と閉位置との間で移動可能である。

除染容器３４ａ、３４ｂはそれぞれ真空ポンプ３７に接続されている。したがって、除染容器３４ａ、３４ｂは真空ポンプ３７によって真空まで減圧される。また、除染容器３４ａ、３４ｂ内には、回転軸３８に連結された複数の回転体３９が配設されている。回転軸３８は回転軸駆動装置４０によって回転駆動される。回転軸３８を駆動して回転体３９を回転させることによって、除染容器３４ａ、３４ｂ内に投入された熱可塑性樹脂が流動化されて加熱される。除染機３は真空下で熱可塑性樹脂を加熱することによって熱可塑性樹脂中の汚染物質を揮発させて除去することができる。したがって、除染機３はいわゆるメカニカルリサイクルを実施する。

除染機３は除染容器３４ａと除染容器３４ｂとの間に転送部４１を有する。除染容器３４ａで除染された熱可塑性樹脂は、除染容器３４ａ内に設けられた排出口から転送部４１に入る。転送部４１には転送スクリュー４２が配置されている。転送スクリュー４２は転送スクリュー駆動装置４３によって回転駆動される。転送スクリュー４２を回転させることによって熱可塑性樹脂が除染容器３４ａから除染容器３４ｂに移動される。除染容器３４ｂに移動した熱可塑性樹脂は、除染容器３４ａと同様の方法で除染容器３４ｂにおいて再び除染される。除染容器３４ｂの下部に配置された供給部３３には、供給スクリュー４４が配置されている。供給スクリュー４４は供給スクリュー駆動装置４５によって回転駆動される。供給部３３は、供給スクリュー４４を回転させることによって、除染された熱可塑性樹脂をフィルタ７を介して射出成形機５に供給する。

供給スクリュー４４は、除染された熱可塑性樹脂を溶融させる。このため、除染された熱可塑性樹脂は、溶融された状態でフィルタ７に供給される。なお、プリフォーム製造装置１にフィルタ７が設けられない場合、又は射出成形機５にフィルタ７が設けられる場合、供給スクリュー４４は、除染された熱可塑性樹脂を固体状態で射出成形機５に供給する輸送スクリューであってもよい。

回転軸駆動装置４０、転送スクリュー駆動装置４３及び供給スクリュー駆動装置４５は例えば電動モータである。なお、除染機３は、図３に示される除染機３’のように、一つのみの除染容器３４ｃを有する構成であってもよい。また、除染機３は、メカニカルリサイクルによって熱可塑性樹脂フレーク中の汚染物質を除去するように構成されていれば、上述した構成に限定されない。

図４は、本発明の実施形態に係る射出成形機５を概略的に示す図である。図２及び図４に示されるように、射出成形機５は射出部５１及び金型部５２を有する。射出部５１は加熱シリンダ５３及び可塑化スクリュー５４を含む。加熱シリンダ５３上にはヒータ５５が設けられ、加熱シリンダ５３は、除染機３から射出部５１に供給された熱可塑性樹脂を加熱することができる。可塑化スクリュー５４は可塑化スクリュー駆動装置（図示せず）によって回転駆動されると共に可塑化スクリュー５４の軸線方向に移動可能である。射出部５１に供給された熱可塑性樹脂は、加熱シリンダ５３によって加熱されると共に、可塑化スクリュー５４の回転によって摩擦力が加えられることによって可塑化される。可塑化スクリュー駆動装置は、例えば、油圧シリンダ、油圧モータ、電動モータ又はこれらの組合せである。

可塑化された樹脂は、可塑化スクリュー５４の前方に保持され、可塑化スクリュー５４が軸線方向に前進することによって金型部５２の金型５６のキャビティ内に射出される。図４には、可塑化スクリュー５４が軸線方向に前進した状態が示されている。キャビティ内に射出された樹脂は冷却されて固化される。その後、金型５６が開かれ、成形されたプリフォームが金型５６から取り出される。図４の例では、一回の射出成形によって二つのプリフォームが成形される。

可塑化スクリュー５４は、樹脂を射出した後、軸線方向に後退し、除染機３から供給された樹脂を可塑化スクリュー５４の回転によって再び可塑化する。可塑化された樹脂は再び金型５６内に射出される。したがって、可塑化スクリュー５４は間欠的に回転して樹脂を可塑化し、射出成形機５はプリフォームを間欠的に成形する。このため、除染機３の供給スクリュー駆動装置４５は、可塑化スクリュー５４の後退のタイミングに合わせて樹脂が射出部５１に供給されるように供給スクリュー４４を駆動する。言い換えれば、供給スクリュー４４は可塑化スクリュー５４と協働するように制御される。

プリフォーム製造装置１は、フィルタ７と射出成形機５との間に配置されたギヤポンプを更に備えてもよい。図５は、本発明の実施形態に係るギヤポンプ９を概略的に示す図である。ギヤポンプ９は、互いに噛み合う二つの歯車９１ａ、９１ｂを反対方向に回転させることによって樹脂を移送する。歯車９１ａ、９１ｂのいずれか一方は電動モータによって回転駆動される。ギヤポンプ９は、歯車９１ａ、９１ｂの回転速度を制御することによって樹脂の移送量を制御することができる。このため、除染機３から射出成形機５に供給される樹脂の量を制御することができる。したがって、ギヤポンプ９は、フィルタ７が目詰まりした場合であっても、歯車９１ａ、９１ｂの回転速度を増大させることによってほぼ一定の量の樹脂を射出成形機５に供給することができる。

図６は、本発明の実施形態に係る射出成形機の別の例を概略的に示す図である。射出成形機５’は、複数の金型と、複数の金型を回転させる回転機構とを備えたロータリー式射出成形機であり、プリフォームを連続的に成形することができる。斯かる構成の射出成形機は、公知であり、例えば国際公開第２０１４／１１１９０２号に開示されている。このため、本明細書では、射出成形機５’の構成について簡単に説明する。

射出成形機５’は、押出部６１、樹脂移送部６２、回転機構６３及び金型部５２’を有する。押出部６１は加熱シリンダ５３’及び可塑化スクリュー５４’を含む。加熱シリンダ５３’にはヒータ５５’が設けられ、加熱シリンダ５３’は、除染機３から押出部６１に供給された熱可塑性樹脂を加熱することができる。可塑化スクリュー５４’は可塑化スクリュー駆動装置（図示せず）によって回転駆動される。押出部６１に供給された熱可塑性樹脂は、加熱シリンダ５３’によって加熱されると共に、可塑化スクリュー５４’の回転によって摩擦力が加えられることによって可塑化される。また、可塑化スクリュー５４’の回転によって、押出部６１に供給された樹脂が樹脂移送部６２に押し出される。可塑化スクリュー駆動装置は例えば電動モータである。

樹脂移送部６２内には移送路６４が形成される。樹脂移送部６２に押し出された樹脂は移送路６４を通って回転機構６３の樹脂分配部６５に移送される。回転機構６３は回転継手を介して樹脂移送部６２に回転自在に連結される。移送路６４の中心軸線は回転機構６３の回転軸線と同軸である。樹脂分配部６５は複数の第１径方向通路６６に接続される。したがって、樹脂分配部６５に移送された樹脂は樹脂分配部６５を介して複数の第１径方向通路６６に分配される。複数の第１径方向通路６６はそれぞれ第２径方向通路６７に接続される。第１径方向通路６６に分配された樹脂は、第１径方向通路６６及び第２径方向通路６７を通って、金型部５２’に形成された金型のキャビティ内に供給される。

キャビティ内に供給された樹脂は冷却されて固化される。その後、金型が開かれ、成形されたプリフォームが金型から取り出される。射出成形機５’は、周方向に連続的に配置された金型を有し、金型の数は例えば１４４個である。射出成形機５’では、複数の金型が回転機構６３と共に連続的に回転することで、各金型において成形されたプリフォームが周方向の同一位置において連続的に取り出される。

射出成形機５’では、プリフォームが成形される間、可塑化スクリュー５４’は連続的に回転する。このことによって、可塑化スクリュー５４’は、押出部６１に供給された樹脂を連続的に可塑化して樹脂移送部６２に押し出す。この場合、樹脂を押出部６１に連続的に供給すべく除染機３の供給スクリュー４４を連続的に回転駆動させるため、除染機３の処理能力が抑制されない。したがって、除染機３と射出成形機５’とを組み合わせることによって、リサイクルプロセスにおけるプリフォームの生産性をより一層高めることができる。なお、射出成形機５’は、可塑化スクリュー５４’が連続的に回転し、プリフォームを連続的に成形するように構成されていれば、上述した構成に限定されない。

以下、本実施形態におけるプリフォームの製造方法について説明する。図７は、本発明の実施形態に係るプリフォームの製造工程のフローチャートである。工程Ｐ１では、樹脂フレークを準備する。樹脂フレークは、使用済みプラスチックボトルを粉砕して洗浄することによって生成される。樹脂フレークは、熱可塑性樹脂フレークであり、例えばＰＥＴフレークである。工程Ｐ２では、除染機３によって樹脂フレークを高温下で除染する。工程Ｐ３では、除染された樹脂を溶融させる。樹脂は除染機３の供給スクリュー４４によって溶融されて射出成形機５の可塑化スクリュー５４又は射出成形機５’の可塑化スクリュー５４’に供給される。したがって、本実施形態では、除染された樹脂は除染機３から射出成形機５、５’に直接供給される。また、溶融状態の樹脂は可塑化スクリュー５４、５４’に供給される前にフィルタ７に通され、このことによって樹脂中の異物が除去される。可塑化スクリュー５４、５４’に供給された樹脂は可塑化スクリュー５４、５４’によって溶融された状態、すなわち可塑化された状態が維持される。工程Ｐ４では、可塑化した樹脂を射出成形機５、５’で射出成形することによってプリフォームを製造する。

なお、フィルタ７によって樹脂内の異物の除去を行わない場合又は射出成形機５、５’に設けられたフィルタによって樹脂内の異物を除去する場合、供給スクリュー４４は、除染された樹脂を固体状態で射出成形機５、５’に供給してもよい。

本実施形態によれば、図８に示された従来技術におけるプリフォームの製造方法に比べて、プリフォームの製造工程を大幅に短縮させることができる。このため、メカニカルリサイクルを用いたプラスチックボトルのリサイクルプロセスにおいてプリフォームの生産性を高めることができる。また、本実施形態によれば、図８に示された従来技術におけるプリフォームの製造方法に比べて、プリフォームの材料である樹脂を加熱し又は冷却する回数を少なくすることができる。このため、樹脂の熱負荷が低減され、リサイクル材を用いて製造されたプリフォームひいてはプラスチックボトルの品質を高めることができる。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、射出成形機５の可塑化スクリュー５４又は射出成形機５’の可塑化スクリュー５４’と除染機３の供給スクリュー４４とは、一体であり、一つの駆動装置によって駆動されてもよい。また、供給スクリュー４４によって溶融された樹脂の溶融状態が射出成形機５の射出部５１において維持される場合、射出部５１に加熱シリンダ５３及びヒータ５５が設けられなくてもよい。同様に、供給スクリュー４４によって溶融された樹脂の溶融状態が射出成形機５’の押出部６１において維持される場合、押出部５１に加熱シリンダ５３’及びヒータ５５’が設けられなくてもよい。

１ プリフォーム製造装置
３ 除染機
５、５’ 射出成形機
７ フィルタ
９ ギヤポンプ
４４ 供給スクリュー
５４、５４’ 可塑化スクリュー
１００ プリフォーム

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂フレークからプリフォームを製造するプリフォーム製造装置であって、
   熱可塑性樹脂フレーク中の汚染物質を除去する除染機と、
   前記除染機から供給された熱可塑性樹脂を射出成形する射出成形機と
   を備える、プリフォーム製造装置。
2. 前記除染機と前記射出成形機との間に配置されたフィルタを更に備える、請求項１に記載のプリフォーム製造装置。
3. 前記フィルタと前記射出成形機との間に配置されたギヤポンプを更に備える、請求項２に記載のプリフォーム製造装置。
4. 前記射出成形機は、複数の金型を備え、プリフォームを連続的に成形する、請求項１から３のいずれか１項に記載のプリフォーム製造装置。
5. 前記射出成形機は、前記複数の金型を回転させる回転機構を備えたロータリー式射出成形機である、請求項４に記載のプリフォーム製造装置。

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