JP3388761B2 - アモルファスなプラスチック物体の部分的結晶化方法及び装置 - Google Patents

アモルファスなプラスチック物体の部分的結晶化方法及び装置

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チャド，ロバート
マーティン，ローラ
シークス，ジェイムス
ダン，ストラコヴスキー
ブルース，カトアン
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ハスキー インジェクション モールディング システムズ リミテッド．
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、新たな成形プラスチック物体及びプラスチ
ック樹脂の溶融相から生成されるアモルファスな部分と
結晶化した部分とを有する射出成形プラスチック物体を
形成する方法及び装置に関する。より詳細には、本発明
は、特に結晶化されたネック領域とアモルファスな体部
部分とを有する新たなポリエチレンテレフタレート（PE
T）を完全に又は一部を金型内で処理することによる、
プレフォームの射出成形に利用することができる新たな
部分結晶化方法及び装置に関する。このタイプのプレフ
ォームは、さらに所望する結晶化領域における改良され
た強度特性を有する二軸配向された容器へとブロー成型
される。本発明は、単一の又は複数の材料から形成され
るプレフォームに利用することができる。前記のPETプ
レフォームの射出成型及びブロー成型は、局所加熱の後
に局所冷却することによってガラス相から生成される結
晶化部分を与える。本発明は、アモルファスな部分を迅
速な局所冷却によって形成し、かつ結晶化部分を比較的
ゆっくりした局所冷却によって形成することにより、溶
融相にある物体に適用される選択的な冷却温度のタイプ
を教示するものである。
本発明においては新たなタイプのPETプレフォーム金
型及びハンドリング装置を使用することが好ましい。本
発明は、また異なった物理的又は光学的特徴を有する領
域を備える、他の種類のプラスチック物体を形成するこ
とも可能である。この点に関する好ましい例としては、
読み出し可能な検索できる情報のない中央領域を有する
HD、CD、DVD、MOP及びCD−ROMのような、中央に穴のあ
る革新的な情報キャリア用プラスチックディスクを挙げ
ることができる。特にCD及びDVDの中央部は、使用中の
限界的な操作に耐え、強度及び剛性を向上させる必要が
ある。より一層高い強度及び剛性特性は、射出成形され
回転シャフトにより駆動される高精度、かつ高トルク耐
久性プラスチックギアにおいて必要となる。
ポリエチレンテレフタレート（PET）ブロー成型物体
は、二軸配向性を示すこと、及びそのために多くの用途
に適しているという優れた特性を示すことがよく知られ
ている。しかしながら、中空の形状を持った物体を二軸
配向させることにより、内部歪みが著しく上昇し、その
ため70℃より高く加熱されると、寸法安定性が低下する
という不都合もある。多くの容器用途において、極めて
重要な点は、ブロー成型プロセス中に二軸配向されない
ネック部分に生じ、このネック部分が他の部分よりも弱
いことにある。アモルファスなPETパリソン、すなわち
ボトルのネック部分を強化する共通の解決法の一つとし
ては、アモルファス材料に急速な球顆状の結晶化を生じ
させる140℃以上の温度で局所加熱することにより、ネ
ック領域を結晶化することである。ブロー成型されたPE
Tパリソンの射出成形後に、プレフォーム、すなわちボ
トルの局所再加熱を行うことにより、ブロー成型可能な
PETボトルの強度を改良するための多くの試みがなされ
てきた。この点については、オタ（Ota）の米国特許第
4,375,442号、ハヤシ（Hayashi）の米国特許第4,589,55
9号、コレット（Collette）の米国特許第4,928,835号、
ホールウエッジ（Horwege）の米国特許第4,933,135号、
スギヤマ（Sugiyama）の米国特許第5,180,893号、及び
スギウラ（Sugiura）の米国特許第5,248,533号を参照す
ることができる。これらの全ての手法では、熱源は、そ
の結晶化と熱硬化に必要な温度まで加熱された成形プレ
フォームのネック領域に向けられている。オリモト（Or
imoto）等のヨーロッパ特許503086号には結晶化された
ネック領域を有するプレフォームを形成するための別の
手法が開示されている。この場合には、成型されたネッ
ク仕上げは、まず成型を行い、次いで金型の外部で結晶
化を行い、その後にこれをインサートとして第２の金型
に配置させて、多重成型方法により完全なパリソンを形
成する。
ガラスからの成型パリソン又は成形ネック仕上げの結
晶化を熱耐性のブロー成型物体において形成するのは、
付加的なものであり、時間のかかる方法なので最適の方
法ではない。さらに、付加的な装置と場所を必要とする
ので、エネルギー効率が非常に悪い。ほとんどの場合に
おいて、再加熱され結晶化されたネックは、その公称特
性を保持しない。
過去には、冷却サイクルの間に熱可塑性材料への圧力
を制御させつつ変化させることにより、射出成型プロセ
スの間に、熱可塑性プラスチック材料中の結晶化を制御
するための試みがなされてきた。この方法は、例えばチ
ャン（Chang）の米国特許第4,150,079号に開示されてお
り、この方法は、プレフォームのネック領域のように物
体の限られた部位のみを結晶化するような場合には、ほ
とんど有効ではない。
部分的結晶化は、またクラーク（Clarke）のPCT出願
国際公開第88/09298号に開示されるように、真空熱成形
物体にも適用される。クラークによる'09298出願は、成
型PETのフラットブランクから補強領域を備えた食品容
器を形成するための真空成形又は真空プレスについて多
くの記述を行っている。クラークの成型法は、すでにフ
ラットブランクとされた部位の結晶化された領域及びア
モルファス領域を誘発するための局所加熱装置、局所冷
却装置及び局所断熱材を含むものである。クラークの'0
9298出願における成型法は、溶融PETに用いられるもの
ではなく、結晶化パターンを形成するために溶融材料を
選択的に冷却／加熱することを用いるものもない。従っ
て上述の方法は、溶融物からの選択的冷却によりPETプ
レフォームのような部分的に結晶化された物体の射出成
形には適用できるものではない。
通常の冷却過程における金型内局所結晶化は、オタの
米国特許第4,307,137号に開示されている。'137特許の
課題は、プレフォームを成形する際に、溶融PETの金型
内冷却過程においてオパールのような光彩を放つパター
ンを形成させて、ブロー成型プレフォームの本体に目視
できる差異を生じさせることにある。したがって'137特
許は、金型内結晶化によるプレフォーム強度の局所的増
強に関するものではない。また、'137特許は、金型内に
おいて局所的に冷却速度を変えるどのような新たな手段
も教示するものではない。オタによる開示（図５及び図
６参照）から明らかなのは、よく知られている標準的な
成型装置を用いて部分的結晶化を生じさせるため、成形
された部品そのものの形状を利用することである。オタ
の結晶化方法は、厚さが変わる領域を有する溶融状態の
PET物体の凝固には、同じ温度下では薄い領域より厚い
領域でより多くの時間を要するという本来的な事実に基
づいている。したがって、PET溶融物の通常の冷却過程
において、より速く冷却される薄い領域がアモルファス
になると共に、冷却に抗する厚い部位が結晶質とな
る。'137特許は、多段階過成形過程において薄い部位と
厚い部位とを形成する。厚さが変化した部位を有する第
１の物体が成形され、次いで２番目の相がこれに対応し
た厚い部位と薄い部位とを備える最終的複合物体を形成
するため、内側“金型”面として用いられる。通常の冷
却過程においては、第２の外側層の厚い部位はゆっくり
と冷却されるので結晶化するが、薄い部位はより速く冷
却されるのでアモルファスになる。結晶化された部位
は、設計パターンとして利用される。上述したよう
に、'137特許のこの選択的冷却過程は、通常の金型の中
で第２の形成層の厚さの変化のみによって達成されてい
る。
本発明の結晶化方法、装置、及び物体は、所定の選択
された部位のみで、実質的な成型段階で樹脂の冷却過程
の速度を低下させるための、革新的な成型装置によって
誘発される異なった冷却パターンを用いる点で、既存の
方法とは異なるものである。強度向上をもたらすこの局
所結晶化方法は、加熱下でのポリマーの挙動についての
後述する簡潔な説明により理解される。
発明の要約 したがって、本発明の主な目的は、改良された射出成
形されたプラスチック物体及びその製造方法並びにその
製造装置を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、向上した強度特性を有する
結晶化領域、及び特に結晶化されたネック領域を備えた
アモルファス部分を含む上述の材料、過程、及び装置を
提供することにある。
本発明のさらなる目的及び効果を以下に記載する。
本発明によれば、上述した目的及び効果は容易に達成
される。
本発明のプロセスは：射出金型内に溶融したプラスチ
ックを昇温下で射出することによってプラスチック物体
を形成し；上記射出金型内で固体状態へと前記溶融状態
から前記プラスチックを冷却して；前記プラスチックの
第１の部分を前記溶融状態から固体状態へと迅速に冷却
してアモルファスな部分を形成し、前記プラスチックの
第２の部分を前記溶融状態からゆっくりと冷却して前記
固体状態とすることで、結晶化した部分を形成する。こ
の物体は、閉塞された底部と、前記閉塞された底部から
延びる側壁部分と、前記側壁から延びるネック領域とを
備えており、さらに、前記ネック領域の少なくとも一部
を結晶化するステップを含むことが望ましい。好ましい
実施例においては、本願発明は、前記射出成型金型に前
記物体を冷却する冷却手段を設けるステップと、前記冷
却手段から前記ネック領域の少なくとも一部を断熱する
ステップとを有する。
本発明の装置は：内部に金型キャビティを備える射出
成型金型と、前記金型キャビティに溶融したプラスチッ
クを射出して内部にプラスチック物体を形成するための
手段と；前記溶融状態から前記プラスチックを固体状態
へと冷却するように前記金型キャビティと熱交換関係に
置かれる手段とを備え、前記冷却手段は、アモルファス
の部分を形成させるため前記固体状態へと前記溶融状態
から前記プラスチックの第１の部分を迅速に冷却させ、
結晶化部分を形成させるため前記固体状態へと前記溶融
状態から第２の部分をゆっくりと冷却するこの第２の部
分に隣接する第２の手段とを備える。前記物体は、閉塞
された底部と、前記閉塞された底部から延びる側壁部分
と、前記側壁から延びるネック領域とを備えており、さ
らに、前記第２の部分に隣接した前記手段は、前記ネッ
ク領域の少なくとも一部に隣接していることが望まし
い。好ましい実施例においては、前記第２の部分に隣接
する手段は、前記冷却手段からネック領域の少なくとも
一部を断熱している。
本発明の成型物体は：溶融したプラスチックを射出成
型金型に射出することによって形成された射出成型プラ
スチック物体であって、前記物体は、溶融したプラスチ
ックを固体状態へと迅速に冷却することにより形成され
るアモルファスな第１の部分、及び前記溶融状態から前
記溶融したプラスチックを前記固体状態へとよりゆっく
り冷却することにより形成される結晶化された部分を有
する。前記物体は、閉塞された底部と、前記閉塞された
底部から延びる側壁部分と、前記側壁から延びるネック
領域とを備えており、さらに、少なくとも前記ネック領
域の一部は、結晶化されていることが望ましい。好まし
い実施例においては、前記物体は、プレフォームとされ
る。
本発明に従って、上述の構成とすることで容易に本願
発明の目的及び効果が達成できる。本発明のさらなる特
徴及び効果は、後述する記載により明らかとなろう。
図面の簡単な説明 本発明は、後述する図面を参照することにより、より
容易に理解することが可能である。
図１は、プレフォーム金型の断面図である。
図２は、本発明の実施例によるプレフォーム金型の詳
細図であり、図2A〜図2Eは、その変形例を示した図であ
る。
図３は、図２に類似する本発明の別の実施例の詳細図
であり、図3Aはその変更例を示した図である。
図４は、本発明のさらなる実施例を示した詳細図であ
る。
図５は、本発明の別の実施例の部分図である。
図６は、本発明のコアの断面図である。
図７は、熱可塑性PETの示差走査熱量分析を示した図
である。
図８は、本発明を多層プレフォームに適用した場合の
図である。
図９は、本発明のプレフォームを示した図である。
図10は、プレフォームの体部及びネック領域のバルク
温度を変化させた図である。
好適な態様の詳細な説明 共通に用いることができるPETといったプラスチック
は、半結晶性ポリマーと考えることができる。用語、
“結晶性”とは、秩序だった局所的鎖配列のある領域の
ことを参照するこのであり、これは、“アモルファス”
と相反して用いられ、“アモルファス”においては、ポ
リマー鎖は、秩序を失っている。溶融されたポリマー樹
脂は、定義によればアモルファスである。通常の条件で
は、ポリマーは、約80％の結晶化度を超えない。
アモルファス状態では、ポリマーは、概ね透明で、透
過性を有する。結晶化したポリマーは、概ね不透明又は
散乱性である。微小な結晶領域（結晶化度）は、光を散
乱させ、この結果不透明性及び散乱性を生じさせる。こ
れに加えて、明らかにポリマーの多くの物理的特性、溶
解性、靭性、剛性、引張り強度は、物体の結晶性の程度
に依存する。
半結晶ポリマーがアモルファス状態にある場合には、
分子鎖の形状は、延ばされたスプリングの絡み合ったウ
エッブに例えることができる。ある種の条件では、ポリ
マー鎖は、秩序だった構造へとコイル状となり、結晶領
域を形成する傾向にある。ポリマー鎖の繰り返しユニッ
トは、互いに密接に適合してアモルファス状態よりも密
度の高い緊密にパックされたアレイを形成する。密度測
定は、結晶度を決定するため、共通して用いられる。
結晶構造は、アモルファス配置よりもエネルギーが低
いので、熱力学的に好ましい配置である。ポリマー分子
は、長くかつ絡み合っているが、アモルファス状態は、
アモルファスなポリマー溶融体を迅速に冷却することに
より“凍結”される。結晶化は、ポリマー鎖がそれ自身
を配列させる充分な移動度を有するいかなる温度におい
ても発生する。結晶化は、ガラス（加熱する）又は溶融
物（ゆっくりと冷却する）からでも発生する。
結晶化の温度範囲は、ガラス転移温度（Tg）と溶融温
度（Tm）との間にある。Tg以下では、樹脂は、ポリマー
鎖の移動度が著しく減少しているために“ガラス”状態
となり、本質的にアモルファス又は結晶状態にあるか否
かに拘わらず、本質的に固定される。Tm以上では、ポリ
マー鎖は、安定な秩序だった構造を形成するにはエネル
ギーが高すぎるので、溶融された樹脂は、アモルファス
となる。TgとTmの間において、ポリマー鎖は、最も熱力
学的に好ましい構造へと自らを再配列させる充分なエネ
ルギーを有しているので、樹脂が結晶化する。
等熱的核形成及び結晶成長は、Avrami式又は結晶化の
際に関連するハーフタイムにより説明することができ
る。結晶化のハーフタイムｔ1/2は、所定の温度におい
て、アモルファスサンプルがその最終的な結晶化度の50
％に達するに要する時間である。ポリマーの特定のグレ
ードについては、ｔ1/2は、結晶融点以上及びガラス転
移温度以下では無限に長く、これらの間の温度では、い
くつかの最小ポイントに達する。温度の関数としてｔ
1/2をプロットしたものは、ポリマーの種類、分子量、
コモノマー、核形成剤及び結晶防止剤といった添加剤と
いったポリマーの性質に依存したものとなる。
物体が半結晶性ポリマーから射出成型される場合に
は、付随する材料の特性を改善する効果を得るべく、概
ね物体には最大の結晶性が与えられる。ボトルへと後に
ブロー成型されるPETプレフォームの射出成型といった
ある種の用途においては、成型された部品の結晶化を防
止するために特定の尺度が採用される。冷却された成型
材料と加熱ランナノズルの依然として熱い加熱されたバ
ルブステムとの間が接触しているので、しばしば特にス
プレーゲートと呼ばれるプレフォームの底部部分につい
ては特に困難が生じる。
本発明は、選択された領域が結晶化され、他の部分に
ついてはアモルファスとなるように効果的に成型された
物体、成型システム及び溶融物から物体を製造するプロ
セスに関する。これは、部品を設計し、成型システムの
熱的特性を設計し、成型プロセスを設計して加熱された
プラスチックと成型システムの間に熱移動を制御するこ
とにより行われる。アモルファスとされる領域は、可能
な限り急速に冷却される。結晶化させる領域は、熱結晶
化温度領域を通してゆっくりと冷却される。適切な結晶
速度を有するポリマー樹脂を選択することがまた、必要
とされる。
本発明の用途としては、以下の用途を挙げることがで
きる。
−体部領域がアモルファスでネック領域が結晶化され、
ネック部分においてより高い引張り強度を有するボトル
を製造するための再加熱ブロー成型のためのプレフォー
ムの製造。ブロー成型されたプレフォームは、上述した
ように例えばネック領域が耐熱性を有するので加熱され
た内容物を用いる用途に良好に機能する。
−レンズ又はウインドウと、フレーム又はハンドルとが
一体となった物体。
−装飾的な効果を得るため、アモルファス領域及び結晶
領域の間における透明性を変えた物体。
−CDやDVDといった全領域が結晶化により強化される効
果のために用いられるアモルファス領域及び結晶領域に
ついて異なった特性を有する物体。
結晶化領域においては、ポリマー鎖がアモルファス状
態から結晶領域へとそれ自身を再配列されるために必要
な熱エネルギーは、射出成型プロセス内に含まれてお
り、したがって選択的に第１の時間を用いて所定の局所
的部分における強度を改善するために有効に用いること
ができる。この新規なプロセスは、予め成型された冷め
た物体におけるガラス状態から結晶化させるものではな
く溶融物からの局所的な結晶化を誘発する。
成型物体のアモルファス領域及び結晶化領域の最終的
な形状及び寸法は、金型の成型面に近接して制御され、
極めて良好な精度と再現性とが得られる。
加熱されたプラスチックと成型システムの間で熱移動
を生じさせるために用いる部品を設計する際の配慮とし
ては、厚さや、リブ又は表面構造の特性を挙げることが
できる。
加熱されたプラスチックと成型システムの間の熱移動
に影響を与えるために用いる金型設計において配慮する
こととしては、 −異なった領域において断熱性又は導伝性といった特性
を有する金型面のための材料を選択すること、 −その熱特性のための材料の選択と共に、熱伝導性流体
を介して金型の異なった領域を選択的に加熱し、冷却す
る加熱及び／又は冷却手段の設計、 −温度をシャープに変化させる熱的不連続性と、 −従来のように金型を冷却し、選択された領域内に加熱
要素を配置して、射出成型サイクルに一致する所定のパ
ターン及びポリマーの結晶化速度に応じて温度をサイク
ルさせるようにすること、である。
本発明は、射出成型プロセスの間に溶融した材料に蓄
積され、保持されている溶融材料の熱エネルギーを制御
しつつ用いることにより、好適に又は別々に冷却する装
置を装着した新規な装置を用いてアモルファス部分及び
結晶部分を有するプラスチック物体を製造するものであ
る。射出プロセス中に発生した熱エネルギーは、完全に
又は少なくとも一部（余った部分）に用いられ、アモル
ファス部分の間に結晶化部分を形成する。本発明による
アモルファス部分及び結晶化部分の同時的な形成は、い
くつかの新規な方法及び新規な手段を用いて行われる。
本発明の新規な成型プロセスは、少なくとも３つの新規
な処理方法及び各処理方法に対するいくつかの新規な設
計概念を含むものである。上述した３つの処理方法につ
いては少なくとも１つの共通する特徴を有しており、こ
の特徴は、結晶化ステップが金型の内側で開始されるこ
と、及び最初の熱エネルギーは、少なくとも一部が結晶
化を誘発させるために用いられることにある。本発明に
含まれるこれら３つの処理方法は、 ＊キャビティ金型を開く前に金型内においてアモルファ
ス部分と結晶部分との形成を開始させ完了させることを
含む。これを“インモールド”部分結晶化という。
＊キャビティ金型を開く前に金型内においてアモルファ
ス部分の形成を開始させ完了させることを含む。近景を
開いた後、射出中に発生した熱の一部（余剰の熱）を用
いて金型内部において開始される結晶部分の形成が少な
くとも１つの金型要素により部品が保持されている間に
完了される。このプロセスは、“ポストフォーム”部分
結晶化として参照される。金型要素としては、射出成型
プロセスにおいて含まれる金型のいかなる部分をもい
う。
＊キャビティ金型が開く前に金型内のアモルファス部分
の形成の開始及び完了を行う。射出中に発生した熱の一
部（余剰の熱）を用いる金型内で開始された結晶部分の
形成は、金型が開いた後でかつ、いかなる金型要素から
も成型物体が完全に分離された後に完了する。このプロ
セスは、“アウト−オブ−モールド”部分結晶化として
参照される。
これらの用語は、本発明においては下記の意味におい
て用いられる。
1.“金型”とは、金型面を形成する物理的な部品（コ
ア、キャビティ、ネックリング、ゲート、ロックリング
等）、金型面を保持し駆動するシュー（コアプレート、
キャビティプレート、ストリッパプレート、スライド
等）を意味する。
2.“射出成型システム”とは、樹脂を射出成型された物
体、特にプレフォームへと変換するための機械及び金型
の双方をいう。このような部品としては、射出成型機に
限られず、それに取り付けられた容体、金型及びそのす
べての部品、製品ハンドリングシステム、ロボット及び
それらの容体を含む。
3.本発明の目的においては、“射出成型の完了”とは、
部品の収縮が本質的に完了し、部品のバルク温度が本質
的に室温となる射出成型された部品の物理的及び熱力学
的状態をいう。
4.射出成型された部品の特定領域について引用する“結
晶化”とは、均一な部分的結晶化、物体内の結晶層又は
物体の表面又は完全な結晶化を意味する。
5.“インモールド”とは、物理的なモールド内で射出成
型中又は射出成型後、物理的な金型が開く前に発生する
プロセスをいう。
6.“ポストフォーム”とは、金型が開いた後に金型の内
部で発生するプロセスをいう。これは、連続する付加的
な処理により金型内の別のステーションへと部品を移動
させること、又は金型へと外部コンディショニングシス
テムを導入することを含むものである。金型は、その後
さらに成型された部品を処理するために再度閉じられ
る。
7.“アウトオブモールド”とは、物理的金型の外側で行
われるが、射出成型システム内で行われる処理のことを
いい、これは、ポスト射出成型冷却ステーション内又は
製品ハンドラで行われるが、射出成型された物体のバル
ク温度が本質的に室温となる前に行われる。
8.用語“マルチ−インジェクション”とは、同時又は連
続したコインジェクション、インジェクション−オーバ
ーインジェクション、又はインサート成型を含むプロセ
スをいう。
9.“ネック仕上げ”又は“ネック仕上げ領域”は、プレ
フォームの環状の開口又はその付近から開始するどのよ
うな部分及び螺子領域の終了部、支持突条の頂部、支持
突条に沿ったいかなる部分、又は支持突条の下側10mm内
のプレフォームのいかなる部分等の終端部といったどの
ような部分をも参照するものである。仕上げは、螺子、
インデックス又はプルアップマーク、子供用保護構造又
は開封目印構造、スナップ−ビーズ等の領域内に含まれ
るいかなる物理的形状をも含むものである。
インモールド結晶化 本発明の好ましい実施例においては、アモルファス部
分及び結晶部分を有する物体は、金型が開かれる前に完
全に形成される。これをインモールド結晶化プロセスと
いう。例えばプレフォームのネック領域等の特定の領域
のみにおいて結晶領域を通して転移する間熱量及び溶融
物の熱的特性を制御及び調節するために、いくつかの発
明性のある受動的及び／又は能動的手段が、よりゆっく
り冷却させるため、局所的に加熱するため、局所的な断
熱を行うため、又はこれらをいかなるようにでも組み合
わせて用いるために導入される。
＊ 好ましい実施例では、金型は、ヒートパイプ原理
（“ヒートパイプ科学及び技術”、A.Faghri監修:Taylo
r ＆ Francis,1995年）を用いて調温される。ヒートパ
イプは、当業界において知られているものであり、能動
的冷却器及び／又は加熱器として作用する。例えば、米
国特許第4,338,068号には、成型用途が開示されてお
り、本発明の一部として含ませることができる。ヒート
パイプは、所望する領域に作用するか、又はこれとは別
にネックリングモールド部品又は射出コア部品といった
選択された領域において熱を供給・抽出する。このよう
な交互的な熱源制御は、直接定熱源といった既知の手段
により、又はPLCや別のプログラマブルコントローラ又
はフィードバックにより行われるようにされている。本
発明によれば、ヒートパイプは、金型のネック部分の周
りに配置されており（図示せず）、この領域における冷
却プロセスを遅くするために用いられて結晶化したネッ
クを形成することができるようにされている。
＊本発明の別の好適な実施例によれば、ネックリング又
はコアの受動的な断熱は、金型面又はその付近のキャス
ト又は内側に敷かれた材料の形態において行うことがで
きる。この断熱は、セラミック又はマイカといった単一
の材料、又はセラミックス、マイカ、耐熱性プラスチッ
ク等といったいくつかの材料を用いることができ、これ
らは組合わせて0.1mm〜10mmの厚さとすることができ
る。断熱は、静的な断熱バルブにより行われていても良
く、又これとは別にその物理的、化学的特性を変更する
ことによって行われていても良い。
＊金型要素の構造における表面の不連続性は、また断熱
材単独で、又は別の断熱性材料を組み合わせたいずれか
の方法で行うことができ、このようにすることで付加的
な断熱性又は熱の消滅に対する制御されたチャンネルを
加えることが可能となる（すなわち、熱的不連続性は、
金型面の下側の溝又は制御された空間から形成され、こ
れらの溝又は空間は、金型面への又は金型面からの熱移
動における伝導経路を与えている）。
＊所望する領域内での温度プロファイルはまた、成型用
途についての適切な薄膜状ヒータを用いて調節すること
もできる。薄膜状ヒータは、一定の、又は制御された熱
特性を結晶化が行われる部分内部において一定、の又は
制御された熱特性を与えるために用いられる。PETプレ
フォームの場合には、これらは、ネックリング又はコア
領域の付近に配置される。射出された部品への熱供給を
調節することによって、結晶化プロセスを加速させるこ
とが可能となる。
＊熱伝導材は、また金型面を形成するために用いられ、
又は金型部品の金型面の下側に配置することもできる。
同様にして、ベリリウム−銅といった伝導材により、0.
1〜7.5mm厚の層を形成させて、結晶性を低下させたい領
域から熱を除去するように制御するか、又は別の手段に
よりさらに熱を供給するようにすることもできる。上述
の伝導性材料は、いくつかの技術により適用又は形成す
ることができ、例えば鋳造、プレスフィッティング、ロ
ール成型、化学結合又は機械的締結等を挙げることがで
きる。薄膜状ヒータ及び熱伝導体は、射出成型の間及び
それに続いたポスト−フォーム及びアウト−オブ−モー
ルド処理の間の双方において用いることができる。
＊プレフォームの熱的プロファイルの制御は、ネックリ
ング金型面の加熱／冷却サイクルを制御する能力により
得られる。この領域における熱プロファイルを制御する
別手段は、ネックリングに挿入される別体となった加熱
及び冷却サプライを提供することである。典型的には、
ネックリングの冷却は、通常では水といった冷たい流体
により行われ、この流体は、アクチュエータスライド又
は別のネックリング開デバイスを通じて流される。ネッ
クリングの加熱は、通常では行われないが、これは、サ
イクルタイムを延ばし、熱い内容物のための用途に対す
るプレフォームになんら有利な効果を与えないためであ
る。スライドを介してのネックリングの加熱のさらなる
問題は、アクチュエートしている間のスライドの熱変形
及び把持である。この問題に対処するために、ネックリ
ングのための熱源は、別の熱源を備えていなければなら
ない。上述したように、薄膜状のヒータは、一つの熱源
であるが、これとは別にネックリングへと直接鋳造でき
るか、又はネックリングに加工されたポケットに挿入で
きるか、又はネックリングにインサート成型される共通
のカートリッジヒータを使用することもできる。さらに
また、スライドには直接的には運ばれない水やオイルと
いった加熱された熱伝導性流体を用いることもできる。
上述の方法の実施例では、スライドのバックスピンに沿
ってスライド又はストリッパプレートから断熱してホー
ス又はパイプを配管することによる。
＊ネック領域の熱プロファイルを効果的に調節するの
は、ネックリングのヒータ及びコアのヒータを必要とす
る。コアの断熱及び加熱のためのいくつかの方法は、こ
れまで示されており、これらは主として金型面又は材料
をその下側から加熱する。コア部品内部には、典型的に
は、通常では水又はオイルの流体を運搬するバブラー又
は冷却チューブが設けられており、これらは、供給源か
らコアの先端（内側）まで及びコアの内径と冷却チュー
ブの外径又はこの逆とされて領域の下側にまで流体を運
搬させている。マルチ−流体−運搬冷却チューブといっ
た手段により、プレフォームの体部は、通常では冷却さ
れた水又は別の流体により内側から冷却されると共に、
ネック領域は、限定された領域へとオイル又は水といっ
た加熱された流体を導入することにより内側から熱的に
制御される（R.J.Abramo＆アソシエーツによる従来技術
ではオイル、水、空気である）。このようなバブラーチ
ューブは、またプレフォームに対して熱的に分離された
領域を与える断熱材を含むか、又は取付けられている。
バブラーチューブ、又はスリーブ又はダイアフラムとい
ったその一部は、コア内での流れ（加熱及び冷却）を制
御するために長手方向へと移動することができるように
されていても良い。このような方法において、又これと
は別に冷却流体により加熱性が増加又は減少又は交互化
できることになり、実質的な結晶化の後、所望する領域
に冷却サイクルを加えることが可能となる。この冷却
は、ネックの仕上がり形状の変形を防止するために必要
とされ、この形状は、仕上げられたボトルのクロージャ
機能を含む特性に影響する。このようなマルチ−流体冷
凍チューブ又はその部品は、またアウト−オブ−モール
ド又はポスト−フォームコンディショニングステーショ
ンと組合わせて用いることができる。この場合には、プ
レフォームは、内側面及び外側面の双方で熱的に制御を
受け、体部は付加的な冷却を受ける。
ポスト−フォームイン−モールド結晶化 本発明によれば、成型された部品における局所的な結
晶化レベルが所定の深度又はパーセンテイジレベルに合
致しない場合には、金型内で閉鎖された位置において開
始される結晶プロセスは、金型が開かれた後にも種々の
方法において続けられる。後述する方法は、金型が開か
れた後に結晶化を行うために用いることができる。
＊第１の方法は、プレフォームをインモールドコンディ
ショニングステーションへと移動させ、ネック領域の成
型面をプレフォームに接触させつつ移動させても良い
し、移動させなくとも良い。この成型プロセスにおける
この段階の間には、プレフォームボディは、そのバルク
温度を低下させるように冷却されるが、ネック仕上げ／
体部境界部に向かって局所的な冷却を受けて、ネック領
域からの廃熱による体部の結晶化を防止するためのヒー
トシンクとして作用する。このプロセスの第１の態様で
は、プレフォームがネックリングの位置替えにより移動
されるか、又はその成型面の位置を変えることにより移
動されて、金型内において平行な位置とされ、これは可
能な場合には、スライド又はストリッパプレートの位置
の位置替えにより行われる。この新しい位置では、加熱
／冷却回路は、ネックリング成型面への加熱源となるよ
うに駆動される。成型面の温度は、TCR領域内（図10参
照）でより高いポイントへと高められ、結晶化を加速す
るか、又は結晶化速度を連続的に維持させる。ネック領
域の完全な、又は部分的な結晶化に際しては、ネック仕
上げ領域は、寸法安定性のあるポイントまで冷却され、
その後プレフォームは、別体となった製品ハンドリング
デバイスにより金型から移動され、さらに結晶化及び冷
却が行われる。
＊このプロセスの下での第２の方法は、元の金型面に接
触させ続けずに金型内において別の位置へと移動される
プレフォームを含んでいる。新たなイン−モールド位置
としながら、加熱／冷却及び断熱を行うデバイスは、必
要に応じてネック領域と体部境界領域へと加えられて、
プレフォームに連結される。このデバイスは、可能な種
々の加熱／冷却方法を備える第２のネックリングのセッ
トのような金型に一体化された部品とすることができ、
又はロボットシステム又はその部品といった別体となっ
たデバイス、特に製品抜取りシステムを金型に配置する
ことも可能である。このデバイスは、所望するようにネ
ック領域の熱プロフィルを制御して、ネック領域の結晶
化を制御する。このデバイスは、プレフォームのための
冷却源として作用し、デバイスが金型に一体化されてい
なくとも良く、又結晶化されたプレフォームが除去され
た後、金型から取外されるようにされていても良い（上
述したEFIの従来例のように）。ネックリング移動を行
うか行わないに拘わらず、金型は、再度閉じられ、プレ
フォームネックが結晶化され、別のセットのプレフォー
ムの射出成型を行うことを可能とすると共に、結晶化が
それ以前の射出サイクルからのプレフォームについて行
われる。金型内において、いかなる特定のプレフォーム
でも移動するようにする、いくつかの別位置が可能であ
り、このようにすることにより、いくつかのサイクルに
わたって結晶化が可能となるようにすることができる。
＊ポスト−オープニングイン−モールド結晶化の別の実
施例は、元の金型キャビティにプレフォームを保持しつ
つ、コアとネックの金型面を取り外し、ネック仕上げを
露出させることを含むものである。金型に一体化される
か、又は金型に導入されたいずれかのデバイスは、ネッ
ク仕上げにわたって内側から外側へと延ばされていて、
加熱、冷却、断熱を必要に応じて制御して、ネック領域
を結晶化させ、加熱の悪影響から体部領域を保護してい
る。このデバイス（最も金型の外部にある）又は別のデ
バイスを金型へと挿入して、結晶化が少なくとも一部分
完了した時点でプレフォームを取り出す。このデバイス
は、その場所に残され、プレフォームのネック領域の結
晶化がいくつかの射出サイクルについて行われる。
＊上述したように、元のネック金型面により画成された
空間内で少なくとも一部が結晶化され、好ましいネック
仕上げ形状が得られることが好ましい。この方法を用い
るさらなる方法は、プレフォームに沿って製品ハンドリ
ングシステムといった金型外コンディショニングステー
ションへとネックリングの位置替え又は少なくともその
金型面の位置替えをするものである。この方法は、その
後体部領域の冷却を行わせ、ネックと体部領域との間を
熱的に遮断し、ネック領域に必要な加熱冷却処理を行
う。この結晶化システムの能力は、マルチプルプロダク
トハンドリングシステムを用いることによって向上され
る。
＊米国特許第5,728,409号に参照されるマルチフェース
可動プラテンといったいくつかの射出成型機に含まれる
いくつかの本来的なプロセス能力の効果及び連続コンベ
ヤシステムを用いることにより、ポスト−フォーム結晶
化が可能となる。特に射出成型機の可動プラテンがマル
チ−フェース（３又はより以上の面）とされている場合
には、第１のステーションを射出部分として用いて結晶
化を行わせ、第２の（可能である場合のより以上の）ス
テーションを冷却有り又は冷却無しの結晶化に用い、最
終的なステーションを部品冷却及び排出するために用い
る。ネックリング金型面が連続したステーションに対応
している実施例の場合には、上述したコンディショニン
グ技術（ヒートパイプ、断熱、バブラー−チューブ、そ
の他）は、ネック領域における結晶化を誘発させ、維持
させるために用いられる。ネック金型面がプレフォーム
と共に移動されない実施例では、成型機に一体とされる
か又は外部デバイスとして導入されるコンディショニン
グステーションは、必要に応じて数秒間及びそれに連続
するステーションについて上述したようにコンディショ
ニング処理を行う。コンベヤ型の射出成型システムを有
する実施例の場合には、プレフォームは、ネックリング
金型面を有しているかいないかに拘わらず、元の金型コ
ア上の通路に沿って搬送される。射出ステーションから
排出ステーションまで搬送される間には、プレフォーム
は、成型機の一部とされたコンディショニングステーシ
ョンにより作用を受ける。コンベヤの終端部では、部品
が製品貯蔵部へと排出されるか、又は部品ハンドリング
システムへと排出される。
＊射出成型機の一部又は製品ハンドリングシステム又は
外部手段として射出成型システムに導入されたコンディ
ショニングステーションは、プレフォームの内部及び外
部の双方からネック領域の熱的プロファイルを制御する
ための手段とされる。クオーツハロゲン又は別の加熱ラ
ンプ、バンド、又はデバイス又は電磁気的又はマイクロ
ウエーブ源は、上述のステーションに含ませることがで
きる。このような熱源が駆動されると、これらの熱源
は、所望する領域に熱を加え続け、結晶化を維持させる
か又は加速する。冷却源が同一のレベルに配置されてい
る場合、又は熱源の背後に配置されている場合には、上
述の熱源は、熱源が停止されるとすぐに所望する領域を
冷却し、このような冷却はまた、加熱デバイス自体を冷
却して加熱による損傷を防止する。
＊ポスト−フォームプロセスの別の機械の実施例は、プ
ラテン又はモールドシュー自体の運動のいずれかを可動
とした既知のシャトル金型を用いることを含む。この方
法においては、金型（加熱された半金型又は冷却された
半金型）は、射出及びアンクランプの後、位置替えされ
て、コンディショニングステーションを一体化させるか
又は金型へと導入して、プレフォームへと作用し、金型
を別のプレフォームセットを射出するために再度クラン
プするようにすることもできる。
アウト−モールド結晶化 本発明によれば、射出段階が完了した後結晶化が開始
され、金型内でのいかなるこれに続いたポスト−フォー
ムプロセスの完了と共に、結晶化は、さらに金型外で、
しかしながら射出成型システム内で持続される。特に、
プレフォームは、物理的金型の外側のいかなるステーシ
ョンへもいかなる元の金型面に伴われずに移動する。こ
のような移動は、製品ハンドリングシステムにより行わ
れるか、又は別の機械的又は油圧システムにより行われ
る。成型機内におけるアウト−オブ−モールドステーシ
ョン内で、プレフォームが局所的な加熱を上述した手段
により受け、ネック領域の結晶化が行われる。このステ
ーションはまた、プレフォームに対して体部及び必要に
応じて螺子領域のポスト−フォーム及びポスト−結晶化
を施すために用いられる。
マルチ−インジェクション及びインサート成型結晶化 PET（0.1〜2.5mm厚）の薄膜及びPETの特定のグレー
ド、例えばホモポリマーは、厚い層及びコポリマーより
も低い温度で概ね大きな結晶速度を有する。PETのこの
特性を効果的に用いて、別の成型方法、特にコインジェ
クション、リムゲーティング、インジェクト−オーバー
−インジェクト、インサート−オーバー−成型が可能で
ある。
＊本発明の１つの特徴によれば、連続的なコインジェク
ションプロセスは、ネック仕上げ領域に容易に結晶した
プラスチック領域を与えると共に、体部にゆっくりと結
晶するポリマーを充填させる。このようなシーケンス
は、最初に体部領域を充填してコポリマーの射出を行
い、金型面に接着させ、次いで最初に射出されたコポリ
マー内及び充填されたネック領域に層状にホモポリマー
の容積を移動させ、その後コポリマーの容積によりホモ
ポリマーを所望するネック領域へと押し出させて、プレ
フォームの充填及びパッキングを完了する。
＊本発明の別の特徴によれば、成型プロセスの間に発生
した熱エネルギーを用いる局所的結晶化方法を、いわゆ
るPET又は別のプラスチックプレフォームの“インジェ
クション−オーバー−インジェクション”方法と共にさ
らに用いることもできる。この場合、バージンペットと
いった第１の材料を１つのキャビティ空間に注入して第
１の層を形成する。金型が冷却された後、金型を開き、
第１の層を含むコア部分を第２のより大きなキャビティ
空間に移動させて、続けて例えばリサイクルPET樹脂と
いった材料を射出させる。ネック部分の局所的な結晶化
は、本発明に従い第１の材料を射出して第１の層を形成
する間に上述した方法のうちのいかなる方法を用いても
行うことができ、これに続く材料の射出の間に外側層を
形成させるか又は双方の射出ステップの間に形成され
る。
成型システムが、例えば米国特許第5,447,426号のよ
うに部品ハンドリングロボットといったポスト−モール
ド冷却ステージを含んでいる場合、又は米国特許4,439,
133号に開示されるようにタレットモールドの場合、又
は米国特許第5,728,409号のようにインデックスモール
ドの場合には、これらを本発明の一部として含むことが
でき、能動的な物体冷却と共に、結晶化ステップは、成
型ステップ中に開始され、随意に又は所望によりプレフ
ォームの結晶化部分を結晶化を行う間の金型温度に実質
的に等しくするか又はポスト−モールド冷却段階におけ
る充分な結晶化を行わせるようにして維持又は誘発させ
るようにすることができる。
１つの実施例では、体部領域においてアモルファス
で、ネック領域が溶融物から結晶化されたPETプレフォ
ームが射出成型される。このようなプレフォームは、そ
の後再加熱−ブロー成型といった従来の方法により、耐
熱性のネック仕上げを有するボトルを製造するために用
いることができる。
本質的にアモルファスのPETプレフォームを製造する
ための射出成型システムは、溶融したPETが結晶化する
前に高いシステムアウトプットにおいて冷却及び固化さ
せるという特徴を備えている。これらの特徴はまた、本
発明において用いられて、短いサイクル時間においてプ
レフォームの体部をアモルファス状態とすることを保証
する。
結晶化されていることが好ましいプレフォームのネッ
ク仕上げを形成する金型の領域は、ネックリング（又は
その部分）及びコアのセクション（図１参照）とされて
いる。これらの領域の熱特性は、多くの方法により設計
でき、物体を物体が排出される以前に溶融物から完全に
結晶化させることができる。サイクルタイムを低減させ
るための別の例では、金型から部品が排出された時点で
は、結晶化を始めているに過ぎず、最大の結晶性のレベ
ルは、部品ハンドリングロボット又はタレット又はイン
デックスタイプの金型内で達成される。したがって、図
１に示されるように、プレフォーム金型10は、コア冷却
チャンネル12と、コア冷却チューブ14と、ネックリング
冷却チャンネル16と、ネックリング18と、コア20と、金
型キャビティ22と、金型冷却チャンネル24とを備えてお
り、これらは、金型コアを取り囲むようにして周方向に
延びている。図１はまた、PETプレフォーム26と、金型
ゲートインサート28と、射出ノズル30とを示している。
コア冷却チャンネル12は、冷却インレット32と冷却アウ
トレット34とを備えている。
溶融したプラスチックは、金型キャビティ22へと射出
ノズル30を介してゲートインサート28を通って注入され
る。射出成型機10の冷却チャンネル16,24及びコア20の
冷却チャンネル12は、溶融したプラスチックを固体状態
へと冷却させて、射出金型内にプレフォーム26を形成さ
せている。プレフォーム26は、図９にその詳細が示され
ており、底部部分36と、底部部分36から延びた側壁部分
38と、側壁部分38から延びたネック領域40とを備えてお
り、ネック領域は、螺子部分42とネックリング44とを備
えていることが好ましい。
本発明の１つの実施例によれば、加熱されたプラスチ
ックは、結晶化が望ましい部分で熱的に金型面から及び
／又は冷却回路の冷媒から断熱されている。図２におい
て、コア冷却チューブ14は、本発明において用いられる
断熱性のスリーブ46をプレフォームネック領域40に隣接
したその外側面に有しており、このスリーブ46は、結晶
化させたい、すなわちネック領域の少なくとも一部にの
み隣接した領域にだけ延ばされている。断熱性スリーブ
手段46,48は、スリーブとされているか、又は絶縁性材
料から製造された層とされている。断熱手段46は、コア
の内側に配置されており、冷却流体により熱が失われる
ことによる冷却効果を制限するようになっている。断熱
手段46は、コア表面の一部とされており、また冷却チャ
ンネル表面の一部とされていても良く、又はそれら双方
の一部とされていても良い。これらの断熱手段46,48を
用いることにより、ネック部分における冷却プロセスを
減速させることができ、このため完全に又は部分的に金
型が閉じられた位置において結晶化が行われる。図２に
示されるように、断熱手段48は、コアの表面及び／又は
ネックリングのいずれかに適用されている。
図2Aは、冷却チューブ14内の断熱性スリーブ14'を示
し、図2Bは、金属チップ部分15を備える冷却チューブ14
と、断熱性体部部分17とを示している。
図2Cは、金属チップ部分15を備える冷却チューブ14
と、断熱性体部部分17とを示しており、これらは、薄膜
状ヒータとされていても良く、温度センサ100を有して
いても良い。コア20は、図2Dに示されるように内側溝10
2を有していても良く、これはまた１つ以上の開始部を
有する螺旋とされていても良い。これらの溝は、コアの
内側面に機械加工されて、コアの面積を増加させ、かつ
乱流フローを発生させることによって、より良好な冷却
がコアの上側部分上で達成されるようにさせている。詳
細には図2Eに示されるように薄膜状ヒータ104がコアの
外側に設けられていても良く、図2Eでは、正弦波状の構
成とされ、熱電対を備えていても良い。
コア20の金型面とネックリング18は、部品が結晶化さ
れる領域において断熱性材料48で形成されており、ネッ
ク領域40を金型コア冷却チャンネル12から断熱している
と共にネックリング冷却チャンネル16からも断熱させて
いる。断熱材料は選択でき、断熱性インサートの厚さ
は、射出成型サイクル中に熱の移動を制御すると共に、
ポリマーを結晶化させ又は結晶化を開始させるように設
計されている。図２は、本発明のプレフォーム金型10を
示しており、このプレフォームモールド10は、断熱層4
6,48と、コア冷却チューブ14とを備えている。図２に示
した実施例は、本発明の１つの態様を示したものであ
り、断熱性手段46,48は、ネックリングとコアとに用い
られ、すなわちコア内においては、断熱手段は、コアの
内部及び／又は外側とされていても良い。本発明におい
ては、図２の３つすべての断熱手段を用いることもでき
るし、少なくともそれらのうちの１つ又はいかなる２つ
を用いることもできる。断熱手段は、スリーブとするこ
とができ、例えば、セラミックス又はチタン製又はいか
なる好適な断熱製層とすることもできる。断熱層は、さ
らにダイアモンド状の薄膜といった摩擦抵抗層により保
護されていても良い。下記のものは、コア及び／又はネ
ックリングに適用することができる代表的な断熱材料を
示したものである。
スリーブについて： スリーブは、付加的な摩擦抵抗層を有している必要は
なく、損傷されれば交換することができる。スリーブ
は、通常1mm以下の厚さを有している。
1.ポリイミド 2.チタン又はチタン合金 3.ガラス−セラミックス 層として： 1.ポリマー性樹脂は、ポリイミド、ポリアミド、ポリス
ルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポ
リテトラフロロエチレン、ポリエーテルケトンから選択
される。その層は、スプレーすることができ、その厚さ
は、10〜1000ミクロンである。摩擦抵抗層が、さらにこ
の断熱層上に適用されていても良い。この層は、“ダイ
ヤモンド状フィルム”とされ、米国特許第5,112,025号
に開示されており、上記特許は本発明の一部として含ま
れるものである。この層は、５〜20ミクロンの厚さを有
している。
2.本発明の別の実施例では、厚さが20〜1,000ミクロン
の断熱層は、セラミックス、陶磁器性エナメル又はガラ
スからなる群から選択される。この層は、クロム又は他
の好適な金属の薄い金属層により保護されていても良
い。
3.本発明の別の実施例では、断熱層は、金属酸化物、シ
リコン酸化物、シリコン複合酸化物、またはプラズマ重
合されたプラスチックといった既知の材料から選択する
ことができる。上述したように、厚さは、1,000ミクロ
ン以下とされ、摩擦保護層がその上部に施されていても
良い。
4.本発明による、より高い摩擦抵抗性を有する好適な断
熱層は、ジルコニアセラミックスである。通常、これ
は、付加的な摩擦保護を必要としない。
これらは、少なくともプレフォームのネック領域40の少
なくとも一部に隣接されていて、冷却プロセスを減速さ
せることが必要である。図２は、また、プレフォーム金
型10のネックリングにおけるネックリング冷却チャンネ
ル16を示す。プレフォームのネック仕上げ領域は、この
ようにして、例えばスリーブ及び／又は層を含む上述し
た断熱手段により生じる冷却プロセスの減速を生じさせ
て射出成型後の溶融物からの結晶化を生じさせる。
本発明によれば、金型内の温度は、閉じられた位置に
おいていかなる既知の温度センサにより与えられる情報
に基づいて局所的に調節されても良い。別々のセンサ
は、溶融物がアモルファスとなり、冷却ステップの後結
晶化するような位置に隣接して配置されていることが好
ましい。最高の精度を得、部品にマークが入るのを避け
るために、本発明においては、当業界において既知の薄
膜温度センサ（米国特許第4,484,061号、米国特許第5,5
73,335号を参照することができ、これらは、本発明の一
部を構成するものである）を、プレフォーム金型のコア
及び／又はネックリング要素上に用いることを開示する
ものである。
金型面の局在化した領域、螺子又はネック仕上げにお
ける別の特徴を形成するネックリング部分には、本発明
の別の実施例に従えば、断熱手段に加えて所望により加
熱手段を取付けることができる。この領域の温度は、そ
の後局所的にサーモスタットにより制御されて、ポリマ
ーの結晶化又は結晶化の開始を可能とする。したがっ
て、図３は、本発明のプレフォーム金型10の別実施例の
詳細を示した図であり、このプレフォーム金型10は、金
型のネックリング18に配置されたプレフォーム26のネッ
ク領域40における加熱手段50を備えているのが示されて
いる。加熱手段50は、コイル、バンドヒータ、又は加熱
カートリッジ等といった電気的な加熱要素を含んでお
り、射出サイクル中にオン・オフ切換えができるように
されている。また、加熱手段50は、ネックリング上に堆
積された２つの薄膜層の間にサンドイッチされた薄膜状
のヒータとすることもでき、これらの層は、電気的に非
導電性、すなわち電気的絶縁対とされている。
本発明によれば、加熱要素をさらにコアに配置するこ
ともでき、冷却プロセスの間にネック部分の加熱を行わ
せ、この部分を結晶化したネックが形成されるように、
より高い温度にするように維持することができる。好適
な実施例では、加熱要素は薄膜状ヒータとされており、
ある場合には薄膜温度センサを含んでいても良い。した
がって、本発明によれば、薄膜ヒータは、PETプレフォ
ームを成型するために用いるコアの表面の少なくとも一
部に適用することができる。この点について、米国特許
第5,573,692号、米国特許第5,569,474号、米国特許第5,
155,340号、米国特許第4,396,899号を参照すると、PET
プレフォームを形成するための金型コアに組み込む用途
に用いることができる種々の薄膜ヒータが開示されてお
り、これらは、本発明の一部として含まれる。
本発明によれば、温度センサと加熱要素とは、既知の
薄膜技術を用いて製造することができ、図２に示すネッ
クリング18に組み合わせて用いることもできる。したが
って、本発明では、加熱手段、断熱手段、及び／又は温
度センサ手段を例えば結晶化したネック部分を有するPE
Tプレフォームといったブロー成型可能なプレフォーム
を形成する金型の一部であるネックリングに配置させる
ことを開示するものである。図3Aに示すように、ネック
リング部分18は、好適な実施例に従い、内側螺子部分21
と外側面23とを備える螺子の設けられたインサート19を
含んでいる。外側円筒部分23は、堆積された薄膜ヒータ
25を備えており、この薄膜状ヒータ25は、マイカ等いか
なる電気絶縁材料の２つの層の間にサンドイッチされた
薄い電気抵抗層とされている。インサート19は、高熱伝
導性の材料から形成されている。ある場合には、摩耗保
護層19'は、インサート19の螺子の設けられた部分に適
用されている。別の用途においては、薄膜ヒータ25は、
螺子部分21上に直接適用されている。この場合には、当
業界で知られている好適な摩擦抵抗性フィルムが、ヒー
タ上に適用される。
ネックリングは、典型的には冷媒フローの回路を有し
ており、本発明の別の実施例では、冷媒フローの代わり
に又は冷媒フローに加えて熱移動のための回路を備える
ように設計することもできる。本発明によれば、熱はま
た、加熱された流体（水、オイル等）により与えられて
も良く、これらの流体は、別のチャンネルを通して完全
なプレフォームの冷却ステップの間のみ、ネック部分に
供給されるようにされていても良い。熱的不連続手段
は、金型ネックリングの加熱される部分と冷却される部
分との間に含ませることができる。加熱される領域の温
度は、その後ポリマーを結晶化させるように又は結晶化
を開始させるように制御される。ここで、図４は、本発
明のプレフォーム金型の詳細図を示す。図４は、加熱流
体回路52を備えたネックリング18を示している。図４に
示された金型10のツーピースとなったネックリングは、
上側ネックリング部分18Aとその下側ネックリング部分1
8Bとを画成している。上側部分18Aと下側部分18Bの間に
は、第１の断熱手段56を備えた熱的不連続手段とされて
おり、第２の断熱手段54はまた、第１の断熱手段の上に
随意に配置できるのが示されている。断熱手段は、例え
ば、セラミック製スリーブ又はチタニウム製スリーブと
することができる。これとは別に、断熱手段すなわち熱
的不連続手段は、断熱層とすることもできる。
ネックリングは、サーモスタット的に制御されるヒー
タを含むように設計することもできる。金型の加熱され
る部分と冷却される部分の間に熱的不連続手段を加える
こともできる。加熱領域の温度は、その後ポリマーを結
晶化させるか又は結晶化を開始させるように制御され
る。図５は、本発明のプレフォーム金型10の別実施例の
部分図である。図５においては、ネックリング18は、別
実施例とされており、ネックリング18は、ネックリング
の加熱された部分62と冷却された部分62の間に配置され
た空気絶縁手段58を備えている。冷却された部分62は、
冷却回路64が配置されており、加熱された部分60には、
加熱回路66といった加熱手段が配置されている。加熱回
路は、成型サイクルの終了において冷却回路64に切り替
えられる。これとは別に、冷却チャンネル及び加熱チャ
ンネルは、加熱・冷却を行う既知のヒートパイプとする
ことができる。
図６は、コア20の断面図を示し、中心冷却パイプ70か
ら冷却チャンネル69内に流れる冷却流体68が示されてい
る。コア冷却制限部72は、プレフォームのネック領域に
隣接して配置されており、これが矢線Ａにより明瞭に示
されていて、これは、例えばスリーブ又はコアの内部又
は外部の層といった断熱手段とされている。
図７は、冷却プロセス中にけるPETの挙動を示した熱
可塑性PET材料の示差走査熱量分析（DSC）を示した図で
あり、溶融領域74と、再結晶領域76と、ガラス転移領域
78とを示している。本発明の好ましい実施例によれば、
プレフォームは、体部部分において、溶融状態から迅速
に冷却されてアモルファス状態となりネック領域におい
てはよりゆっくりと冷却される。
本発明は、例えば図８に示すような多層プレフォーム
に適用することができ、図８は、結晶化されるネック部
分82と、断熱スリーブ84と、第１の外側プラスチック層
86と、第２の中間プラスチック層88と、コア94内の冷却
チャンネル92を備えた第３の内側プラスチック層90を有
する多層プレフォーム80を示している。射出ノズル96
は、それらの間のゲート領域100を有する金型98に隣接
して配置されている。
図９には、結晶化されるネック領域40と、側壁部分38
と、底部部分36とを有するプレフォーム26が示されてい
る。プレフォーム部分45は、ネックリング44の直下流に
配置されており、本発明の１つの実施例にしたがって結
晶化することができる。上述したように、体部部分38
と、底部部分36は、アモルファス状態とされる。
図10は、金型に充填された後のプレフォームの体部部
分及びネック部分のバルク温度の変化を示した図であ
る。図10において、下記の符号は、次の意味を有する。
Tm−金型に充填されたときのプラスチック温度 Tcr−プラスチックが最も迅速に結晶化する温度領域 Teject−部品が排出され、部品が排出される最も高い
温度を含む温度領域 T1−実質的な結晶化が生じるには短すぎる時間間隔 T2−実質的な結晶化が生じるに充分長い時間間隔 図10に示されるように、ネック部分は、ネック領域に
おける結晶化を行わせるためにTcr内で多数の経路に従
う。
下記表１は、本発明におけるシーケンスとタイミング
について３つの変化を与えた場合のチャートである。こ
のチャートにおいては、符号は、上述したと同じ意味を
有しており、さらに以下の符号が追加されている。
S2−ステーション２ NR−ネックリング S3−ステーション３ S4−ステーション４ T0−部品を開放せずに金型から部品を取り出す、又は
抜き取り 上述の表１に示されるように、本発明のいくつかの変
更例は、本発明の特徴及び効果を容易に得ることができ
るようにされている。
アモルファスPET溶融物を結晶化させるために、射出
成型部品は、溶融温度から結晶領域まで冷却され、熱的
プロファイルが制御された下で結晶領域を通して転移が
行われる。結晶性の程度は、結晶化領域を通じた温度プ
ロファイル及び転移の間の時間に依存する。結晶化に続
いて（完全又は部分的）、射出成型された部品は、物理
的なモールドから取り出された時点での排出温度へと冷
却される。本発明によれば、結晶化は、少なくとも金型
が開かれる以前に金型内で開始される。元のネック金型
面内におけるネック仕上げを、最も安定なネック形状を
与える寸法を与えるように可能な限り結晶化させること
が望ましい。本発明の効果を与える所望のようにネック
領域を結晶化させるため、ネック領域の制御された冷
却、例えば、加熱、冷却、断熱又はこれらの受動的及び
／又は能動的な仕方によるこれらの組合せを用いること
ができる。このようにして、例えば、受動的及び能読的
断念及び熱的不連続性は、放射成型段階又はこれに続い
た金型内又はアウト−オブ−モールドの間における処
理、例えば製品ハンドリングシステムで容易に用いられ
る。これは、薄膜状のヒータと金型面を形成するか、又
は金型部品の金型面の下側に形成される熱伝導体とを使
用することにより行われる。射出された部品に対して熱
の供給を制御することによって、結晶化を加速すること
が可能となる。薄膜状ヒータは、ネックリング又はコア
に適用することにより、プレフォームネック領域内での
一定の又は制御された熱特性を与えるために用いること
ができる。同様に、ベリリウム−銅といった伝導体を、
例えば0.1〜7.5mm厚の層として形成して、所望する領域
から熱を制御しつつ除去するようにすることもできる。
本発明は、プレフォームのイン−モールドコンディシ
ョニングステーションへと移動させることもでき、ネッ
ク領域の金型面は、プレフォームに接触しながら移動さ
れるようにされていても良い。したがって、例えば、プ
レフォームをネックリング又はその金型面の位置替えを
金型内の平行な位置として、可能であればスライド又は
ストリッパプレート部分により移動させることもでき
る。この新たな位置においては、加熱／冷却回路は、ネ
ックリング金型面に熱を供給するように起動されても良
い。金型面の温度を結晶領域内のより高いポイントへと
上昇させて、結晶化を加速したり、又は結晶速度を持続
させることも可能である。所望するネック領域の完全又
は部分的な結晶化に際しては、ネック仕上げ領域は、寸
法安定性が得られるポイントまで冷却することができ、
これに続いてプレフォームを別体となった製品ハンドリ
ングデバイスにより金型から取り出して、結晶化及び冷
却を行うこともできる。本発明の第２の方法は、元の金
型面に接触させないで金型内の別位置へとプレフォーム
を移動させるものである。新たなイン−モールド位置で
は、加熱／冷却及び／又は断熱を行うためのデバイス
は、必要に応じてネック領域及びネック領域−体部境界
部を連結してプレフォームと連結させるために加えられ
る。このデバイスは、所望するネック領域を所望するよ
うに熱的に制御して、所望するネック領域の結晶化を制
御する。
ポスト−オープニングイン−モールド結晶化の別の実
施例では、プレフォームは、元の金型キャビティに保持
され、コア及びネック金型面が取り外され、ネック仕上
げが露出される。このデバイスは、金型に一体化するこ
ともできるし、所望するネック仕上げに延びるように金
型へと導入することもでき（所望するように内側及び外
側）、加熱、冷却及び／又は断熱を必要に応じて制御し
て所望するネック領域の結晶化を制御しながら加熱によ
る悪影響から体部領域を保護している。
上述したように、本発明によれば、元のネック金型面
の内部で少なくとも部分的に結晶化をさせることによ
り、好適なネック仕上げ形状を得ることを可能とする。
本発明のさらなる変更例では、ネックリング又は少なく
ともその金型面又はプレフォーム単独の製品ハンドリン
グシステムといった金型コンディショニングステーショ
ンの外側へと位置替えが行われる。この手法は、その後
体部領域を冷却し、所望するネック領域及び体部領域の
間を断熱し、必要な加熱、冷却及び／又はネック領域へ
の断熱を行う。
本発明は、本発明の利用性を向上させるために種々の
変更を加えることが可能である。
本発明は、示した図面に限定されることはなく、これ
らの図面は単に発明の最良のモードを例示的に示したも
のに過ぎず、形状、サイズ、部品配置、操作の詳細にわ
たって改良を加えることができることは理解されよう。
本発明は、上述したすべての改良を含むものであり、請
求項にその趣旨及び範囲が含まれるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 67:00 Ｂ２９Ｋ 67:00 (72)発明者 チャド，ロバート カナダ，オンタリオ エム６ジー ２ヴ ィー５，トロント，ウィックウッド パ ーク19 (72)発明者 マーティン，ローラ カナダ，オンタリオ エル６ズィー １ エヌ３，ブランプトン，バリングトン クレセント 22 (72)発明者 シークス，ジェイムス カナダ，オンタリオ エル６エス ４エ イチ９，ブランプトン，ハノーヴァー ロード ２ (72)発明者 ダン，ストラコヴスキー カナダ，オンタリオ エム９ビー ５エ ス１，エトビコーク，ビーヴァーベンド クレセント 128 (72)発明者 ブルース，カトアン カナダ，オンタリオ エル７ジー ５ケ イ６，ジョージタウン，ロアネ アヴェ ニュー 15 (56)参考文献 特開 平６−15643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−71166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−117567（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−276477（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−278196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−78944（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−53566（ＪＰ，Ａ) 実公 平４−3765（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 49/02 - 49/06 B29C 49/64 B29C 45/72 - 45/78 B29B 11/08 B29B 13/00 - 13/04

Claims (33)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】射出成型金型内に溶融したプラスチックを
    昇温下で射出することによってプラスチック物体を形成
    し、 前記射出成型金型内において固体状態へと前記溶融状態
    から前記プラスチックを冷却し、 前記溶融プラスチックの第１の部分を前記溶融状態から
    前記第１の部分に隣接した第１の手段により迅速に前記
    固体状態へと冷却することでアモルファスな第１の部分
    を形成し、前記プラスチックの第２の部分を前記第２の
    部分に隣接する第２の手段により前記溶融状態からゆっ
    くりと冷却して前記固体状態とすることで、結晶化した
    第２の部分を形成することを含むプロセスであって、 前記物体は、閉塞された底部と、前記閉塞された底部か
    ら延びる側壁部分と、前記側壁から延びるネック領域と
    を備えており、前記第２の部分は、前記ネック領域を含
    み、さらに、このプロセスは、前記ネック領域の少なく
    とも一部を結晶化してその結晶化した部分が体部領域よ
    りも強度が高くなる前記ネック領域を形成するステップ
    を含み、さらに、 前記射出成型金型の金型コアを配置するステップと、前
    記金型コアの内部に冷却チャンネルを設けるステップ
    と、この冷却チャンネルの中で前記第１および第２の部
    分を冷却するように冷媒の流れを機能させるステップ
    と、を含み、前記第２の手段は、前記冷媒から前記第２
    の部分の少なくとも一部を断熱する断熱手段を含むこと
    で、前記ネック領域の少なくとも一部に隣接する前記プ
    ラスチックをゆっくりと冷却して前記ネック領域に前記
    結晶化した第２の部分を形成し、一方、前記閉塞した底
    部および側壁部分を迅速に冷却して前記閉塞した底部お
    よび側壁部分に前記アモルファスな第１の部分を形成す
    る、ことを特徴とするプロセス。
  2. 【請求項２】前記射出成型金型内においてプラスチック
    プレフォームを製造するステップを含むことを特徴とす
    る請求項１に記載のプロセス。
  3. 【請求項３】前記プラスチックは、ポリエチレンテレフ
    タレートであることを特徴とする請求項１に記載のプロ
    セス。
  4. 【請求項４】前記射出成型金型に金型コアとこの金型コ
    ア内に配置された冷却チューブとを設けるステップと、
    前記ネック領域の少なくとも一部に隣接した前記冷却チ
    ューブを断熱するステップとを含むことを特徴とする請
    求項１に記載のプロセス。
  5. 【請求項５】前記射出成型金型に金型コアと少なくとも
    １つの冷却チャンネルを内部に有するネックリングとを
    設けるステップと、前記ネック領域の少なくとも一部に
    隣接した前記ネックリングを断熱するステップとを含む
    ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  6. 【請求項６】前記第２の部分の少なくとも一部に隣接し
    て加熱手段を配置して、前記第２の部分に少なくとも結
    晶化を生じさせるように前記第２の部分の少なくとも一
    部を加熱するステップを含むことを特徴とする請求項１
    に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】前記第２の部分に結晶化を少なくとも開始
    させるように前記第２の部分の少なくとも一部に隣接し
    て断熱手段を配置するステップを含むことを特徴とする
    請求項１に記載のプロセス。
  8. 【請求項８】前記ネック領域に隣接してネックリングを
    配置するステップと、前記ネックリングの第１の部分を
    加熱し、前記ネックリングの第２の部分を冷却するステ
    ップと、前記第２の部分から前記第１の部分を断熱する
    ステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載のプ
    ロセス。
  9. 【請求項９】多層プラスチック物体を形成するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】前記第２の部分のゆっくりとした冷却
    は、前記射出成型金型の外部で継続することを特徴とす
    る請求項１に記載のプロセス。
  11. 【請求項１１】前記ネック領域の少なくとも一部におい
    て充分な結晶化を行わせるステップを含むことを特徴と
    する請求項１に記載のプロセス。
  12. 【請求項１２】前記冷却チャンネル内の冷媒の流れを変
    化させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記
    載のプロセス。
  13. 【請求項１３】前記ネック領域に隣接して前記冷却チャ
    ンネル内に冷却制限部を設けるステップを含むことを特
    徴とする請求項１に記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】内部に金型キャビティを備える射出成型
    金型と、 前記金型に溶融したプラスチックを射出して内部にプラ
    スチック物体を形成するための手段と、 前記射出成型金型内において前記溶融状態から前記プラ
    スチックを固体状態へと冷却するように前記金型キャビ
    ティと熱交換関係に置かれる手段とを備え、 前記手段は、アモルファスの第１の部分を形成させるた
    め前記固体状態へと前記溶融状態から前記金型の少なく
    とも一部において前記プラスチックの第１の部分を迅速
    に冷却する前記プラスチックの前記第１の部分に隣接す
    る第１の手段と、結晶化した第２の部分を形成させるた
    め前記固体状態へと前記溶融状態から前記金型の少なく
    とも一部において前記プラスチックの第２の部分をゆっ
    くりと冷却する前記プラスチックの前記第２の部分に隣
    接する第２の手段とを備え、 前記物体は、閉塞された底部と、前記閉塞された底部か
    ら延びる側壁部分と、前記側壁から延びるネック領域と
    を備えており、前記第２の部分に隣接する前記手段は、
    前記ネック領域の少なくとも一部に隣接して、体部領域
    よりも強度の高い結晶化した部分を有する前記ネック領
    域を形成し、前記第２の部分に隣接する前記手段は、前
    記第１の部分より遅い速度で前記第２の部分の少なくと
    も一部を冷却させる断熱手段を前記第２の部分に隣接し
    て備える、 ことを特徴とする装置。
  15. 【請求項１５】前記第２の部分に隣接する前記手段は、
    前記冷却手段から前記第２の部分の少なくとも一部を断
    熱する断熱手段を備えることを特徴とする請求項14に記
    載の装置。
  16. 【請求項１６】前記金型キャビティは、プラスチックプ
    レフォームを形成することを特徴とする請求項14に記載
    の装置。
  17. 【請求項１７】前記射出成型金型は、金型コアと、ネッ
    クリングと、このックリング内に少なくとも１つの冷却
    チャンネルと、を備え、前記第２の部分に隣接する前記
    手段は、前記ネック領域の少なくとも一部に隣接した前
    記ネックリング上に断熱手段を備えることを特徴とする
    請求項14に記載の装置。
  18. 【請求項１８】前記第２の部分に隣接する前記手段は、
    前記第２の部分に結晶化を少なくとも開始させるように
    前記第２の部分の少なくとも一部を加熱する加熱手段を
    前記第２の部分の少なくとも一部に隣接して備えること
    を特徴とする請求項14に記載の装置。
  19. 【請求項１９】前記第２の部分に隣接する前記手段は、
    前記第２の部分に結晶化を少なくとも開始させるように
    前記第２の部分の少なくとも一部に隣接して熱的不連続
    手段を備えることを特徴とする請求項14に記載の装置。
  20. 【請求項２０】前記装置は、前記ネック領域に隣接する
    ネックリングを備え、このネックリングは、加熱される
    第１の部分と、この第１の部分から断熱されると共に、
    冷却される第２の部分と、を備えることを特徴とする請
    求項14に記載の装置。
  21. 【請求項２１】前記溶融したプラスチックを射出する手
    段は、多層プラスチック物体を形成するように駆動され
    ることを特徴とする請求項14に記載の装置。
  22. 【請求項２２】前記プラスチック物体は、ネック領域を
    備え、前記第２の手段は、前記ネック領域の少なくとも
    一部に隣接しており、さらに、前記第２の手段は、前記
    射出成型金型の外部で前記ネック領域の少なくとも一部
    の冷却をゆっくりと継続させることを特徴とする請求項
    14に記載の装置。
  23. 【請求項２３】少なくとも２つの部分からなる金型キャ
    ビティであって、このうち１つの部分が、成型プレフォ
    ームのネック部分に螺子部分を形成するための金型手段
    を備える、金型キャビティと； 前記金型キャビティと協動して加熱されたポリエチレン
    テレフタレート溶融物を収容する金型キャビティ空間を
    形成する金型コアと； 前記ネック部分を独立して温度調節して、前記ポリエチ
    レンテレフタレートが前記溶融状態から結晶及びガラス
    状態に転移する間に前記ネック部分を異なった温度で冷
    却するための手段を含む前記金型内の前記プレフォーム
    を冷却する手段と； を備え、前記ネック部分を冷却する前記手段は、前記ネ
    ック部分の少なくとも一部を前記プレフォームの残りの
    部分より遅い速度で冷却させる断熱手段を前記ネック部
    分に隣接して含むことを特徴とする、ブロー成型可能な
    PETプレフォーム物体形成用の金型。
  24. 【請求項２４】前記金型は、前記プラスチック物体を射
    出成型するのに用いるネックリングを備え、このネック
    リングは、前記プラスチック物体の前記ネック部分に隣
    接するネックリング部分と、前記ネックリングに備えら
    れた冷却及び加熱手段とを備えることを特徴とする請求
    項23に記載の金型。
  25. 【請求項２５】前記プラスチック物体の前記ネック部分
    の少なくとも一部に隣接して断熱部を備えることを特徴
    とする請求項24に記載の金型。
  26. 【請求項２６】前記加熱手段は、前記プラスチック物体
    の隣接する前記ネック部分及び前記ネックリングの少な
    くとも一部を加熱するように駆動されることを特徴とす
    る請求項24に記載の金型。
  27. 【請求項２７】前記プラスチック物体の前記ネック部分
    に隣接して薄膜状ヒータを備えることを特徴とする請求
    項24に記載の金型。
  28. 【請求項２８】前記金型は、前記プラスチック物体を射
    出成型するのに用いるコアを備え、このコアは、前記プ
    ラスチック物体に隣接するコア面と、前記コア内に冷却
    及び加熱手段とを備えることを特徴とする請求項23に記
    載の金型。
  29. 【請求項２９】少なくとも２つの材料で形成された前記
    コア内にコアチューブを含むことを特徴とする請求項28
    に記載の金型。
  30. 【請求項３０】前記コアは、その面の少なくとも一部に
    内部断熱部を備えることを特徴とする請求項29に記載の
    金型。
  31. 【請求項３１】前記コアは、その面の少なくとも一部に
    わたって加熱手段を有していることを特徴とする請求項
    29に記載の金型。
  32. 【請求項３２】前記加熱手段は、薄膜状ヒータであるこ
    とを特徴とする請求項31に記載の金型。
  33. 【請求項３３】前記コアの内側面は、前記コアの前記内
    側面を増加させると共に乱流を発生させるための溝を有
    していることを特徴とする請求項29に記載の金型。
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