JP2021187067A - プリフォームの加熱方法及びプリフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱時間を短縮しつつ加熱時のプリフォームの内側と外側の温度差の発生を抑制することのできるプリフォームの加熱方法及びプリフォームを創出することを課題とする。【解決手段】 有底円筒形状に成形され、ＰＥＴ樹脂製の外層（１１）と、所定の赤外線吸収性を有する内層（１２）とを備えて構成されるプリフォーム（１）を、壜体状に２軸延伸ブロー成形するために熱源により加熱するプリフォームの加熱方法であって、プリフォーム（１）を９７０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下のピーク波長を有する熱源で加熱する構成とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＰＥＴ樹脂製のプリフォームを2軸延伸ブロー成形する際に用いるプリフォームの加熱方法及びプリフォームに関する。

ＰＥＴ製射出成型品であるプリフォームを２軸延伸ブロー成形して所定形状のボトルとする際、一般的に外側からハロゲンヒータ等の熱源で加熱することで、プリフォームを２軸延伸ブロー成型に適した温度まで加熱することが行われる。

しかしながら、プリフォームを外側から加熱する場合には、外面が温まりやすい一方で内面側は温まりにくいため、内面と外面との間で温度差が生じやすく、外面がブロー成形に適した温度以上に加熱されて結晶化する一方で、内面がブロー成形に適した温度に到達せずにブロー成形時に十分に延伸されない等の問題が生じていた。

そこで、プリフォームの加熱時に内面と外面との温度差を少なくするため、例えば特許文献１に記載のプリフォームの加熱方法においては、まずプリフォームを１００〜１１０℃の温度の高温槽内に２〜４時間程度置いた後（第１の加熱工程）、更に１４０℃〜１６０℃の温度まで急速加熱すること（第２の加熱工程）が行われている。

また、特許文献２に記載のプリフォームでは、プリフォームを所定の形状及び所定の厚みに設定し、局所的な延伸や過延伸を防止しやすくすることで、プリフォーム加熱時の内面と外面の温度差に起因する問題の発生を防止することが行われている。

更に、プリフォームの加熱時間を短縮するため、プリフォームのＰＥＴ原料中に赤外線吸収剤を添加することも行われていた。

特開２００５−２５４７０５号公報 特開２００８−１０５１９９号公報

しかし、特許文献１に記載のプリフォームの加熱方法においては、プリフォームの加熱に長時間を要し、迅速な加工を行えないと共に、この加熱方法を既存設備に応用しようとすると、既存設備の大幅な改造が必要となるという問題があった。

また、特許文献２に記載のプリフォームにおいては、プリフォームの形状を厳密に管理する必要があるため、設計の自由度に制限が生じてしまうという問題があった。

更に、プリフォームのＰＥＴ原料中に赤外線吸収剤を添加する場合には、こうしたＰＥＴ原料を用いて製造したＰＥＴボトルは赤外線吸収剤の種類によってはリサイクルすることができないという問題や赤外線吸収剤の添加によるコストアップという課題があった。

本発明は、上記した従来技術における問題点を解消すべく、加熱時間を短縮しつつ加熱時のプリフォームの内側と外側の温度差の発生を抑制することが可能であり、既存の設備に大幅な改造を加えること無く実施をすることが可能であり、プリフォームの設計の自由度を制限すること無く、最終製品であるＰＥＴボトルの良好なリサイクル性を実現することのできるプリフォームの加熱方法及びプリフォームを提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段のうち、本発明の主たる手段は、
有底円筒形状に成形され、ＰＥＴ樹脂製の外層と、所定の赤外線吸収性を有する内層とを備えて構成されるプリフォームを、壜体状に２軸延伸ブロー成形するために熱源により加熱するプリフォームの加熱方法であって、
前記プリフォームを９７０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下のピーク波長を有する熱源で加熱することを特徴とする、と云うものである。

また、本発明の他の構成は、上記主たる手段において、内層はＤＬＣ膜である、と云うものである。

また、本発明の他の構成は、上記主たる手段において、内層はＤＬＣ膜が形成されたＰＥＴ樹脂のリサイクル品が含まれるＤＬＣ再生材層である、と云うものである。

また、本発明の他の構成は、上記何れかの発明において、熱源のピーク波長が１４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である、と云うものである。

また、本発明の他の構成は、上記何れかの発明において、熱源の前記ピーク波長が１０００ｎｍ以上１０４０ｎｍ以下である、と云うものである。

また、本発明の他の構成は、上記何れかの発明において、熱源がハロゲンヒータである、と云うものである。

また、上記課題を解決するための手段のうち、本発明の別の主たる手段は、有底円筒形状に成形され、ＰＥＴ樹脂製の外層と、所定の赤外線吸収性を有する内層とを備えて構成されることを特徴とするプリフォーム、と云うものである。

また、本発明の他の構成は、上記別の主たる手段において、内層はＤＬＣ膜が形成されたＰＥＴ樹脂のリサイクル品が含まれるＤＬＣ再生材層である、と云うものである。

本発明は、上記した構成となっているので、以下に示す効果を奏する。

本発明の主たる構成においては、プリフォームの内層を所定の赤外線吸収性を有する内層とすることで、熱源加熱時に通常であればプリフォームを透過してしまう波長をその内層で吸収することができる。それにより、こうした内層を備えていないプリフォームと比較して、プリフォームの内側を温まりやすくすることができ、２軸延伸ブロー成形時に要する加熱時間を短縮しつつ加熱時のプリフォームの内側と外側の温度差の発生を抑制することが可能である。また、熱源による加熱のピーク波長を最適化することで、プリフォームの加熱効率を向上することができる。また、既存の設備に大幅な改造を加えること無く実施をすることが可能である。更に、プリフォームの設計の面では、プリフォームに所定の赤外線吸収性を有する内層を形成するだけでよく、プリフォームの設計の自由度を制限することが無く実施をすることが可能である。更に、この加熱方法を用いてプリフォームから製造される製品であるＰＥＴボトルについてもリサイクル利用をすることができ、良好なリサイクル性を実現することができる。

また、上記他の構成にあっては、ＤＬＣ膜を用いた簡易な構成でプリフォームの内側の加熱効率を高めることが可能となる。

また、上記他の構成にあっては、ＤＬＣ膜が形成されたＰＥＴボトル等のリサイクル品であるＤＬＣ再生材のリサイクルと、プリフォームの内側の加熱効率の向上を同時に実現することが可能となる。

また、上記他の構成にあっては、熱源のピーク波長を調整することにより、プリフォームの所定の赤外線吸収性を有する内層を発熱しやすくすることが可能となる。

また、上記他の構成にあっては、熱源のピーク波長を調整することにより、プリフォームの所定の赤外線吸収性を有する内層を更に発熱しやすくすることが可能となる。

また、上記他の構成にあっては、ハロゲンヒータという簡易な構成でプリフォームの加熱を行うことが可能となる。

本発明の別の主たる構成においては、プリフォームの内層を所定の赤外線吸収性を有する内層とすることで、熱源加熱時にプリフォームのＰＥＴ層を透過する波長を吸収することができ、こうした内層を備えていないプリフォームと比較して、プリフォームの内側を温まりやすくすることができ、２軸延伸ブロー成形時に要する加熱時間を短縮しつつ加熱時のプリフォームの内側と外側の温度差の発生を抑制することが可能である。更に、プリフォームの設計の面では、プリフォームに所定の赤外線吸収性を有する内層を形成するだけでよく、プリフォームの設計の自由度を制限することが無く実施をすることが可能である。更に、このプリフォームから製造される製品であるＰＥＴボトルについてもリサイクル利用をすることができ、良好なリサイクル性を実現することが可能となる。

また、上記他の構成にあっては、広く一般的に用いられているＤＬＣ膜が形成されたＰＥＴボトル等のリサイクルと、プリフォームの内側の加熱効率の向上を同時に実現することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るプリフォームの加熱方法において用いられるプリフォームを示す、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るプリフォームの加熱方法において用いられるプリフォームを示す、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大断面図である。 本発明に係るプリフォームの加熱方法において赤外線のピーク波長を変化させた際のＰＥＴ樹脂層の裏側にＤＬＣ膜を形成した樹脂板の表側と裏側の経時的な温度変化を示すグラフであり、（Ａ）はピーク波長が９４０ｎｍである場合、（Ｂ）はピーク波長が９６０ｎｍである場合、（Ｃ）はピーク波長が９８０ｎｍである場合、（Ｄ）はピーク波長が１０２０ｎｍである場合、（Ｅ）はピーク波長が１０６０ｎｍである場合を示している。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示すプリフォーム１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂を射出成形により有底円筒形状に成形され、外層１１と、内層としてのＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜１２を備えて構成されている。プリフォーム１の形状は、２軸延伸ブロー成形に用いられるものであれば任意の形状を採用することができる。なお、プリフォーム１は、押出成形等、射出成形以外の任意の成形法によって製造されてもよい。

プリフォーム１の重量は３１ｇ、ネック下からの高さは８１ｍｍである。外層１１はＰＥＴ樹脂により形成されていて、層厚は４．２ｍｍである。

ＤＬＣ膜１２は、外層１１の内面に形成されている薄膜である。ＤＬＣ膜１２は、プラズマＣＶＤ法等の一般的な手法を用いてＰＥＴ樹脂の表面に形成される。ＤＬＣ膜１２の膜厚は１２０ｎｍである。ＤＬＣ膜１２は所定の赤外線吸収性を備えている。ここでいう所定の赤外線吸収性とは、ＰＥＴ樹脂とは異なる波長の赤外線を吸収する特性をいい、具体的には、ＰＥＴ樹脂に照射した場合には９０％程度透過してしまう波長の赤外線を吸収する特性をいう。

本発明の第１の実施形態に係るプリフォームの加熱方法においては、上述した構成を備えるプリフォーム１を、９７０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下のピーク波長を有する、熱源としてのハロゲンヒータを用いて赤外線Ｉで加熱することが行われる。なお、図示しないが、ハロゲンヒータはプリフォーム１の側方において、プリフォーム１の長手方向に沿って７本載置されている。また、本実施形態においては、ハロゲンヒータとしてウシオ電機製のハロゲンヒータ（色温度２６００Ｋ、色温度３０００Ｋ）を使用した。

このような第１の実施形態に係るプリフォームの加熱方法を実施した場合の、プリフォーム１の外面と内面の加熱の様子について説明する。表１は、ＤＬＣ膜１２が形成されていないプリフォーム１についてピーク波長が１４５０ｎｍであるハロゲンヒータにより加熱した場合（比較例）、ＤＬＣ膜１２が形成されたプリフォーム１についてピーク波長が１４５０ｎｍであるハロゲンヒータにより加熱した場合（実施例１）、及びＤＬＣ膜１２が形成されたプリフォーム１についてピーク波長が１０２７ｎｍであるハロゲンヒータにより加熱した場合（実施例２）のそれぞれについて、プリフォーム１の内面温度が９５℃に到達するまでに要する時間と、その時のプリフォーム１の外面温度、及び外面と内面の温度差を示す表である。

表１に示すように、比較例では、プリフォーム１の内面温度が９５℃に到達するまで６０秒を要し、このときのプリフォーム１の内面と外面の温度差は１８℃であった。

一方、実施例１では、プリフォーム１の内面温度が９５℃に到達するまで５６秒を要し、このときのプリフォーム１の内面と外面の温度差は１８℃であった。すなわち、比較例と比較して、内面温度が９５℃に到達するまでの時間が４秒短縮されている。このことから、ピーク波長が１４５０ｎｍであるハロゲンヒータにより加熱した場合には、内側にＤＬＣ膜１２が形成されているプリフォーム１の方が、ＤＬＣ膜１２が形成されていないプリフォーム１よりも、内面温度が上昇し易くなっていることがわかる。

また、実施例２では、プリフォーム１の内面温度が９５℃に到達するまで４０秒を要し、このときのプリフォーム１の内面と外面の温度差は１８℃であった。すなわち、比較例と比較して、内面温度が９５℃に到達するまでの時間が２０秒短縮されている。このことから、ピーク波長が１０２７ｎｍであるハロゲンヒータにより内側にＤＬＣ膜１２が形成されているプリフォーム１を加熱した場合には、ピーク波長が１４５０ｎｍであるハロゲンヒータにより内側にＤＬＣ膜１２が形成されていないプリフォーム１を加熱した場合、更にはピーク波長が１４５０ｎｍのハロゲンヒータにより内側にＤＬＣ膜１２が形成されているプリフォーム１を加熱した場合よりも、内面温度が上昇し易くなっていることがわかる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るプリフォームの加熱方法について説明する。

図２に示すプリフォーム２は、有底円筒形状に射出成形され、外層２１と、内層としてのＤＬＣ再生材層２２を備えて構成されている。プリフォーム２の形状は、２軸延伸ブロー成形に用いられるものであれば任意の形状を採用することができる。プリフォーム２は重量が２３ｇ、ネックからの高さが６５ｍｍとなっている。

外層２１はＰＥＴ樹脂により形成されていて、層厚は３．０ｍｍとなっている。

ＤＬＣ再生材層２２は、外層２１の内側に一体的に設けられ、ＤＬＣ膜が形成されたＰＥＴ樹脂のリサイクル品により形成されているＤＬＣ再生材層である。ＤＬＣ再生材層２２は、ＰＥＴ樹脂とＤＬＣ膜とが混然一体となって形成されている層である。ＤＬＣ再生材層２２は、ＤＬＣ膜に由来する所定の赤外線吸収性を備えている。本実施形態において、ＤＬＣ再生材層２２を構成する樹脂として、容量３Ｌサイズ、ボトル重量８０ｇのＰＥＴボトルに、膜厚が１５〜２０ｎｍのＤＬＣ膜を形成したものを粉砕し、再ペレット化した樹脂を利用している。成形されたＤＬＣ再生材層２２の層厚は１．２ｍｍとなっている。本実施形態では、まずＤＬＣ再生層２２のみのプリフォームを成形した後、外側にＰＥＴを射出成形によりオーバーモールドする所謂２色成形により形成したが、形成方法についてはこうした態様に限らず、射出成形でそれぞれ２種類のプリフォームを組み合わせて形成してもよいし、共射出成形によって形成してもよい。

本発明の第２の実施形態に係るプリフォームの加熱方法においては、上述した構成を備えるプリフォーム２を、９７０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下のピーク波長を有する、熱源としてのハロゲンヒータを用いて赤外線Ｉで加熱することが行われる。

このような第２の実施形態に係るプリフォーム２の加熱方法を実施した場合の、プリフォーム２の外面と内面の加熱の様子について説明する。表２は、ＤＬＣ再生材層２２が形成されていないプリフォーム２についてピーク波長が１４５０ｎｍであるハロゲンヒータにより加熱した場合（比較例）、ＤＬＣ再生材層２２が形成されたプリフォーム２についてピーク波長が１４５０ｎｍであるハロゲンヒータにより加熱した場合（実施例１）、及びＤＬＣ再生材層２２が形成されたプリフォーム２についてピーク波長が１０２７ｎｍであるハロゲンヒータにより加熱した場合（実施例２）のそれぞれについて、プリフォーム２の内面温度が９９℃に到達するまでに要する時間と、その時のプリフォーム２の外面温度、及び外面と内面の温度差を示す表である。

表２に示すように、比較例では、プリフォーム２の内面温度が９９℃に到達するまで４０秒を要し、このときのプリフォーム２の内面と外面の温度差は１４℃であった。

一方、実施例１では、プリフォーム２の内面温度が９９℃に到達するまで３８秒を要し、このときのプリフォーム２の内面と外面の温度差は１５℃であった。すなわち、比較例と比較して、内面温度が９９℃に到達するまでの時間が２秒短縮されている。このことから、ピーク波長が１４５０ｎｍであるハロゲンヒータにより加熱した場合には、内側にＤＬＣ再生材層２２が形成されているプリフォーム２の方が、ＤＬＣ再生材層２２が形成されていないプリフォーム２よりも、内面温度が上昇し易くなっていることがわかる。

また、実施例２では、プリフォーム２の内面温度が９９℃に到達するまで３１秒を要し、このときのプリフォーム２の内面と外面の温度差は１５℃であった。すなわち、比較例と比較して、内面温度が９９℃に到達するまでの時間が９秒短縮されている。このことから、ピーク波長が１０２７ｎｍであるハロゲンヒータにより内側にＤＬＣ再生材層２２が形成されているプリフォーム２を加熱した場合には、ピーク波長が１４５０ｎｍであるハロゲンヒータにより内側にＤＬＣ再生材層２２が形成されていないプリフォーム２を加熱した場合、更にはピーク波長が１４５０ｎｍのハロゲンヒータにより内側にＤＬＣ再生材層２２が形成されているプリフォーム２を加熱した場合よりも、内面温度が上昇し易くなっていることがわかる。

次に、本発明に係るプリフォームの加熱方法における最適なピーク波長について説明する。

本実験に用いる実験装置は、治具と、治具により支持された被試験体である樹脂板と、樹脂板に赤外線を照射する光源と、樹脂板の表面温度を測定する温度測定器を備えて構成されている。なお、光源として、ここではレーザ装置を使用した。

樹脂板（図示せず）は、ＰＥＴ樹脂層と、ＰＥＴ樹脂層の一面側に形成されたＤＬＣ膜を備えて構成されている。ＰＥＴ樹脂層の層厚は３ｍｍ、ＤＬＣ膜の層厚は２９ｎｍとなっている。

上述した樹脂板は、ＰＥＴ樹脂層を光源側に向けた状態で治具に支持され、光源から樹脂板のＰＥＴ樹脂層側に向けてレーザが照射される。なお、便宜上、ＰＥＴ樹脂層の表面を表、ＤＬＣ膜の表面を裏としている。

光源は、複数の異なるピーク波長のレーザを照射することができる光源であり、具体的には、少なくとも９４０ｎｍ、９６０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０２０ｎｍ、及び１０６０ｎｍの５つの波長のレーザを照射することができるように構成されている。

こうした実験装置を用いて、９４０ｎｍ、９６０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０２０ｎｍ、及び１０６０ｎｍの５つの波長のレーザをそれぞれ照射した場合の樹脂板３の表側と裏側の温度変化を調べた。

その結果、それぞれの波長について樹脂板の表側と裏側の温度は時間の経過と共に上昇していくが、特に図３（Ｄ）に示すようにピーク波長が１０２０ｎｍのレーザを用いた場合が、昇温のペースが速く、かつ表側と裏側とで各時間における温度差が少ないことが分かった。

この実験結果から、樹脂層と、樹脂層の内側にＤＬＣ膜を形成したプリフォームを用いる場合、すなわち上述した第１の実施形態に係るプリフォームの加熱方法においては、ピーク波長が１０２０ｎｍとなるような熱源から加熱を行うことで、２軸伸展ブロー成形時に要する加熱時間を最も短縮することが可能であり、かつ、加熱時のプリフォームの内側と外側の温度差の発生を抑制することが可能であることが確認された。

以上、実施例に沿って本発明の構成とその作用効果について説明したが、本発明の実施の形態は上記実施例に限定されるものではない。

本発明のプリフォームの加熱方法及びプリフォームは、ＰＥＴ製射出成形品であるプリフォームを２軸延伸ブローして所定形状のＰＥＴボトルを製造する分野における用途展開をさらに広い領域で図ることができる。

１、２ プリフォーム
１１、２１ 外層（ＰＥＴ層）
１２ 内層（ＤＬＣ膜）
２２ 内層（ＤＬＣ再生材層）
Ｉ 赤外線

Claims (8)

1. 有底円筒形状に成形され、ＰＥＴ樹脂製の外層（１１、２１）と、所定の赤外線吸収性を有する内層（１２、２２）とを備えて構成されるプリフォーム（１、２）を、壜体状に２軸延伸ブロー成形するために熱源により加熱するプリフォームの加熱方法であって、
   前記プリフォーム（１、２）を９７０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下のピーク波長を有する熱源で加熱することを特徴とするプリフォームの加熱方法。
2. 前記内層（１２）はＤＬＣ膜である請求項１に記載のプリフォームの加熱方法。
3. 前記内層（２２）はＤＬＣ膜が形成されたＰＥＴ樹脂のリサイクル品からなるＤＬＣ再生材層である請求項１に記載のプリフォームの加熱方法。
4. 前記熱源の前記ピーク波長が１４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である請求項１乃至３の何れか１項に記載のプリフォームの加熱方法。
5. 前記熱源の前記ピーク波長が１０００ｎｍ以上１０４０ｎｍ以下である請求項１乃至３の何れか１項に記載のプリフォームの加熱方法。
6. 前記熱源がハロゲンヒータである請求項１乃至５の何れか１項に記載のプリフォームの加熱方法。
7. 有底円筒形状に成形され、ＰＥＴ樹脂製の外層（１１、２１）と、所定の赤外線吸収性を有する内層（１２、２２）とを備えて構成されることを特徴とするプリフォーム（１、２）。
8. 前記内層（２２）はＤＬＣ膜が形成されたＰＥＴ樹脂のリサイクル品が含まれるＤＬＣ再生材層である請求項７に記載のプリフォーム。

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