JP4341280B2

JP4341280B2 - 飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置及びその加熱方法

Info

Publication number: JP4341280B2
Application number: JP2003105256A
Authority: JP
Inventors: 祐樹鷲崎; 悟根本; 昌広石川
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: JP2004306510A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置及びその加熱方法に関し、さらに詳しくは、ポリエチレンテレフタレート等の飽和ポリエステルよりなる有底プリフォームもしくはボトル，カップ等の、キャップ等で密封されるべき口頸部を加熱結晶化する、飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置及びその加熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飽和ポリエステルよりなるボトルは、通常射出成形等による形成された無定形組織の有底プリフォームを、口頸部となるべき部分を残して、２軸延伸ブロー成形することによって製造される。
この種のボトルは、肩部，胴部及び底部が分子配向されており、透明性，ガスバリヤー性，強度，耐衝撃性等の容器特性に優れ、さらに、これらの肩部，胴部及び底部をヒートセットしたボトルは、熱間充填した場合に、これらの部分が収縮による変形が起こり難いという利点を有している。
【０００３】
ところで、容器の口頸部は無定形組織のままであるので、熱間充填の際に口頸部全体もしくはねじ部等は変形し、密封性が損なわれやすい。
この欠点を解消するため、プリフォーム又は容器の口頸部を加熱して結晶化することにより、口頸部の硬度や耐熱性を向上させる技術が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、口頸部の変形を起こさずにしかも効率的に結晶化させるために、口頸部を第１段階で低い温度で加熱した後、引き続き加熱温度を高めて加熱・結晶化させることが提案されている（特許文献２）。
さらに、他の加熱手段に比べ、近赤外線ヒータを採用することにより口頸部の内外面が均一に加熱することができることが提案されている（特許文献３）。
【０００５】
また、従来のヒータユニットは、反照射側半面にセラミックコーティングの施された近赤外ヒータと、反射板とから構成されている。
この近赤外ヒータは、反射板の曲面領域のほぼ中央部の、上下方向の二箇所に併設してある。また、反射板は、円筒を中心軸に沿って二つ割りした曲面とこの曲面の両端部から接線方向に延長されたトンネル形状を採用していた。
このような形状とすることにより、近赤外線ヒータから照射された照射光は、セラミックコーティングや反射板に反射され、又は反射されることなく直接に被加熱部に放射されていた（特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平３−６７４９９号公報
【特許文献２】
特公平３−２６６４６号公報
【特許文献３】
特公平５−９２６１号公報
【特許文献４】
特公平６−２２８７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のヒータユニットは、セラミックコーティングや反射板が照射光を反射しているものの、照射側に向かってほぼ放射状に照射しているので、口頸部から外れて照射される照射光が多く、照射光を加熱・結晶化が必要な部分のみに集光することが困難であった。
また、飽和ポリエステル中空体の口頸部は、口頸部の下部外周にねじ山やリング等が設けられており、肉厚が一定でない複雑な形状を有しており、前記問題がより顕在化していた。
さらに、エネルギーの有効利用の点からも改良が求められていた。
【０００８】
本発明は、上記諸問題を解決すべく、照射光を加熱・結晶化させようとする部分に集光することにより、口頸部の形状、肉厚、物性及び光吸収率に起因する昇温特性に応じて加熱して均一な結晶化を可能とする、飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置及びその加熱方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項１記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置は、飽和ポリエステル中空体の口頸部に、ヒータユニットからの光を照射して加熱することにより、前記口頸部を結晶化させる飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置であって、前記ヒータユニットを、加熱ランプと、この加熱ランプから照射された光を集光する集光手段と、この集光手段から照射された光を前記口頸部の所定位置に所定の光強度で照射する照射光制御手段とを具備した構成とし、かつ、このような構成からなるヒータユニットを、最初に前記口頸部を照射する前部エリアと、最後に前記口頸部を照射する後部エリアと、前記前部エリア及び後部エリアの中間で前記口頸部を照射する中部エリアに配置し、前記照射光制御手段によって、前記前部エリア、中部エリア及び後部エリアにおけるヒータユニットからの照射光の焦点位置が、順次、前記口頸部の奥側となるように設定した構成としてある。
このようにすると、口頸部の手前側から奥側に向けて順次効率よく光を照射することができるので、均一な加熱が可能となり、加熱ランプ本体のエネルギーも有効に利用でき、消費電力を低減することができる。
【００１０】
また、本発明の請求項２記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置は、前記前部エリア、中部エリア及び後部エリアにおけるヒータユニットが、前記口頸部の形状，肉厚及び光吸収率に起因する昇温特性に応じて、前記光を照射する構成としてある。
このようにすると、ほぼ均一な光強度の光を照射しただけでは結晶化にむらが発生する口頸部に対して、昇温特性にもとづいて加熱したいポイントを重点的に加熱できるので、より均一な結晶化を実現することができる。
【００１１】
また、本発明の請求項３記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置は、前記前部エリア、中部エリア及び後部エリアにおけるヒータユニットを、前記飽和ポリエステル中空体の搬送経路に沿って、並設した構成としてある。
このようにすると、飽和ポリエステル中空体の口頸部を、複数のヒータユニットの前を連続して通過させることにより連続的に加熱することができ、飽和ポリエステル中空体の連続結晶化が可能となり生産効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の請求項４記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置は、前記集光手段を一定の焦点距離を有する反射板とし、かつ、前記照射光制御手段を、前記加熱ランプ及び集光手段の設置位置及び／又は設置方向を調整可能な位置調整手段とした構成としてある。
このようにすると、ヒータユニットの構造を単純化することができるとともに、照射光を口頸部の所定位置に所定の光強度で容易に照射することができる。
【００１３】
また、本発明の請求項５記載の飽和ポリエステル中空体の加熱方法は、飽和ポリエステル中空体の口頸部に、ヒータユニットからの光を照射し加熱することにより、前記口頸部を結晶化させる飽和ポリエステル中空体の加熱方法であって、前記ヒータユニットを複数配置し、これら複数のヒータユニットにおける光の焦点位置を異ならせ、前記口頸部の昇温しにくい部分から加熱を開始させる方法としてある。
【００１４】
また、本発明の請求項６記載の飽和ポリエステル中空体の加熱方法は、前記口頸部の最も昇温しにくい部分から加熱を開始し、次に昇温しにくい部分を加熱する際、既に加熱した部分の保温も行う方法としてある
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置］
図１は、本発明にかかる飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置の実施形態における要部の構成を説明するための概略図であり、（ａ）は正面図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図を示している。
同図において、加熱結晶化装置１は、飽和ポリエステル中空体の口頸部であるペットボトルのプリフォーム１０の口部１１に、照射光２０を照射して加熱することにより、口部１１を結晶化させるヒータユニット３０を備えた構成としてある。
また、本実施形態の加熱結晶化装置１は、通常、プリフォーム結晶化装置（図示せず）の加熱部として使用される。なお、本発明にかかる加熱結晶化装置１は、プリフォーム結晶化装置に用いられる場合に限定されるものではない。
【００１７】
ヒータユニット３０は、細長い矩形箱状の筐体３３に、加熱ランプとして棒状のハロゲンランプ３１と反射板３２を収納してある。
また、「ハロゲンランプ」とは、封入ガスに不活性ガスおよび微量のハロゲン物質を添加した赤外線電球をいい、本実施形態では、近赤外線を照射するハロゲンランプ３１を使用している。
なお、使用する加熱ランプは、ハロゲンランプ３１に限定されるものではなく、たとえば、光照射により加熱する一般的な赤外線ランプ等を使用することもできる。また、加熱ランプは、棒状の形状に限定されるものではない。
【００１８】
反射板３２は、同図（ｂ）に示すように、一定の焦点距離を有する湾曲状に形成されており、二次元的には、ハロゲンランプ３１から照射された照射光２０を、照射側の任意の一点（Ｆ点）に反射し集光する形状としてある。したがって、三次元的には、同図（ａ）に示すように、棒状のハロゲンランプ３１から照射された照射光２０を、照射側の任意の線（ｆ線）上に反射することになる。
このようにすることにより、ヒータユニット３０は、ハロゲンランプ３１から照射される一部の光を除いて、大部分の光を口頸部に照射することができエネルギー効率が改善され、消費電力を低減することができる。
【００１９】
また、消費電力を低減することにより、たとえば、ヒータユニット３０を水冷しなくてもすみ、構造を単純化することができ、設備費用のコストダウンを図ることができる。
さらに、照射光２０を口頸部に効率よく照射することにより、たとえば、熱風による加熱をしなくてもすむので、構造をより単純化することができる。
なお、図示してないが、反射板３２に冷却フィンを形成するとよく、これにより、冷却効率を向上させることができる。
【００２０】
筐体３３は、細長い四角柱状の形状としてあり、照射側の側面から反射板３２及びハロゲンランプ３１を収納する構造としてある。なお、筐体３３の形状は、本例に限定されるものではない。
この筐体３３は、ハロゲンランプ３１の両端部を支持し、図示してないが、ハロゲンランプ３１の電源ケーブルが、両端面から引き出される。
【００２１】
また、筐体３３は、背面に固定板３５が突設されており、この固定板３５がボルト３６により固定手段３４と連結されている。このボルト３６を緩めると、ヒータユニット３０を上下方向に回動させることができ、ヒータユニット３０の傾きを調整することができる。さらに、この固定手段３４は、スタンド３１１に上下方向に移動自在に連結されている。また、スタンド３１１は、ホルダー２１０に向って進退可能な構造としてある。これにより、ヒータユニット３０は、プリフォーム１０の口部１１に対して、水平及び垂直方向の距離と、照射角度を自在に調整することができる。
このように、ヒータユニット３０は、照射制御手段として、固定手段３４及びスタンド３１１からなる位置調整手段３７を備えており、位置調整手段３７により筐体３３と口部１１の位置関係を調整することによって、照射光２０を口部１１の所定位置に所定の光強度で照射することができる。
【００２２】
また、上記構成のヒータユニット３０は、図示してないが、プリフォーム結晶化装置の移送装置に沿って、複数個並設されている。
このようにすると、プリフォーム１０の口部１１を、複数のヒータユニット３０の前を連続して通過させることにより連続的に加熱することができ、口部１１の連続結晶化が可能となり生産効率を向上させることができる。
【００２３】
ここで、好ましくは、各ヒータユニット３０が、プリフォーム１０の口部１１の形状，肉厚及び光吸収率に起因する昇温特性に応じて、照射光２０を口部１１の所定位置に所定の光強度で照射するとよく、このようにすると、ほぼ均一な光強度の光を照射しただけでは結晶化にむらが発生する口頸部に対して、昇温特性にもとづいて加熱したいポイントを重点的に加熱できるので、より均一な結晶化を実現することができる。
【００２４】
また、「昇温特性」とは、光を口頸部に照射して加熱したとき、口頸部の各部の温度上昇率をいう。たとえば、ペットボトルのプリフォーム１０は、口部１１の上部にねじ山１３が形成され、中段部に段付き部１４が形成され、下部にリング１２が形成されている。このため、肉厚が厚い部分の昇温特性は小さくなり、温度が上昇しにくくなる。
また、結晶化前のプリフォーム１０は、無色透明であるのに対し、結晶化されると白色に変化し光吸収率が変化する。このため、無色透明状態から白化した部分は、昇温特性が大きくなり急激に温度上昇する、一方、白化した部分により照射光２０が遮られる部分は、照射光２０による昇温特性が急激に小さくなる。
すなわち、「昇温特性に応じて」とは、「昇温特性を考慮して、均一な結晶化を可能とする照射条件にて」といった意味である。
【００２５】
具体的には、上記移送装置を、前部エリア，中部エリア，後部エリア（図示せず）に分けて、各エリアに対応するヒータユニット３０の固定位置を調整してある。
図２は、プリフォーム１０の口部１１への照射例を説明するための概略側面図を示している。
同図において、前部エリアに対応するヒータユニット３０は、リング１２の奥部Ｆ１点を焦点とする位置に配設してあり、最も昇温しにくいポイントから加熱を開始する。通常、結晶化する前の口部１１は無色透明であるが、照射光２０が透過すると加熱され、たとえば、Ｆ１´点における口部１１の表面部分も加熱される。
【００２６】
また、焦点に近づくほど照射面積が小さくなり、照射面積に反比例するように光強度が強くなるので、リング１２は、強い光強度の光で加熱される。すなわち、リング１２は、他の部分に比べ温度が上がりにくいので、昇温しやすい部分とほぼ同じタイミングで白化できるように、予備加熱として加熱する。
ただし、加熱方法は、これに限定されるものではなく、たとえば、加熱によりＦ１点付近を白化させてもよく、このようにすると、白化した部分の照射面側の昇温特性が大きくなり、口部１１の奥側から手前側に向かって効率よく光加熱することができる。
【００２７】
次に、中部エリアに対応するヒータユニット３０は、リング１２の奥部Ｆ１点より奥側に位置するＦ２点，Ｆ３点，Ｆ４点を焦点とする位置に順番に配設してある。
すなわち、Ｆ２点への照射により、段付き部１４を重点的に加熱し、Ｆ３点及びＦ４点への照射により、ねじ山１３を重点的に加熱してある。これにより、昇温しにくいねじ山１３や段付き部１４を予備加熱として加熱するとともに、既に加熱したリング１２を保温する。
このように、中部エリアのヒータユニット３０は、口部１１の段付き部１４やねじ山１３といった肉厚の厚い部分を重点的に加熱することができるので、肉厚にかかわらず、均一な結晶化を実現することができる。
【００２８】
次に、後部エリアに対応するヒータユニット３０は、Ｆ４点より奥側に位置するＦ５点を焦点とする位置に配設してあり、口部１１の最上部を含めて口部１１全体を加熱し、全体的に均一な結晶化を実現する。
なお、本実施形態では、ヒータユニット３０を水平方向に移動させることにより、焦点位置（Ｆ１点，Ｆ２点，Ｆ３点，Ｆ４点，Ｆ５点）を変更しているが、この構成に限定されるものではなく、たとえば、口部１１の形状等によっては、ヒータユニット３０を垂直方向に移動させたり、ヒータユニット３０の照射方向を変更してもよい。このようにすると、ヒータユニット３０による加熱条件をより自由に設定することができる。
【００２９】
このように、本実施形態の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置１は、ハロゲンランプ３１から照射される光を集光することができるので、加熱対象である口頸部に効率よく照射光２０を照射することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
また、口頸部の昇温特性に応じて、口頸部の所定位置に所定の光強度の照射光を照射するので、たとえば、肉厚が異なり、形状の複雑な口頸部に対しても、より均一な結晶化を実現することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、一定の焦点距離を有する反射板３２と、反射板３２及びハロゲンランプ３１の設置位置を調整する位置調整手段３７により、口頸部の所定位置に所定の光強度の照射光を照射しているが、この構成に限定されるものではない。
たとえば、図３に示す加熱結晶化装置１ａは、反面がセラミックコーティングされた近赤外線ヒータ４１と、反射板４２と、焦点（Ｆ点）に集光するレンズ４３，４４とからなっており、レンズ位置を変更することにより、又は、近赤外線ヒータ４１を電圧制御することにより、所定位置への光強度を制御することができる。
【００３１】
［飽和ポリエステル中空体の加熱方法］
本発明は、飽和ポリエステル中空体の加熱方法としても有効である。
また、本実施形態の飽和ポリエステル中空体の加熱方法は、上記加熱結晶化装置１によって、実施される加熱方法である。
本実施形態の加熱方法は、ヒータユニット３０からの光を、プリフォーム１０の口部１１に照射して加熱することにより、口部１１を結晶化させる飽和ポリエステル中空体の加熱方法であって、ヒータユニット３０からの光を、口部１１の所定位置に所定の光強度で集光させることにより、口部１１を加熱する方法としてある。
【００３２】
このように、ハロゲンランプ３１から照射された光を口部１１に集光することにより、口部１１に入射しない光を低減することができるので、エネルギー効率を改善することができ、消費電力を低減することができる。
また、口部１１に対する焦点距離を調整することにより、光強度を調整することができる。すなわち、照射光２０の照射面積が小さくなるように焦点距離を調整すると、光強度が強くなり、逆に、照射面積が大きくなるように焦点距離を調整すると、光強度が弱くなる。このようにして、口部１１の所定位置における光強度を容易に調節することができ、加熱エネルギーを精度よく制御することができる。
【００３３】
また、一般的に、複雑な形状，肉厚が異なる又は光吸収率が異なる口頸部は、各部における昇温特性が異なる。たとえば、太陽光のように均一な光強度の光により加熱される場合、肉厚が厚い部分は、熱源に近い部分が昇温しやすく、熱源から離れるほど昇温しにくくなる。
このように、加熱条件が安定しないと、結晶化が不十分な部分は、機械的強度が低くなり、また、結晶化が進みすぎた部分は、もろくなり変形することから、より均一に結晶化させることが要求される。
【００３４】
このため、口頸部の各部における昇温特性に応じて、各部に照射する光の光強度を制御するとよく、このようにすると、たとえば、複雑な形状の口頸部に対しても、各部の温度プロファイルを合わせることができるので、均一に結晶化させることができる。
たとえば、熱源に対して、手前の部分が白化すると、光が遮られた後方の部分は、熱伝導により昇温することとなり、昇温特性が小さくなる。このような場合には、光が遮られないように、まず、後方の部分に集光の焦点距離を合わせて、後方から手前に向かって徐々に加熱するとよい。
この際、白化により光吸収率が増加するので、手前の部分は光強度が低い光でも効率よく加熱することができる。
【００３５】
また、好ましくは、口頸部の光が届きにくい部分に、光を優先的に集光させるとよく、これにより、口頸部が加熱により白色化又は変色して光吸収率が変化する場合に、光吸収率の変化に応じて又はこの変化を利用して、効率よく加熱することができる。
【００３６】
さらに、好ましくは、上述したように、集光手段として一定の焦点距離を有する反射板３２を用い、ハロゲンランプ３１及び反射板３２の設置位置及び／又は設置方向を調整する方法とするとよく、このようにすると、照射光２０を口部１１の所定位置に所定の光強度で容易に照射することができる。
【００３７】
以上、本発明の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置及びその加熱方法について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
また、加熱対象は、ペットボトルのプリフォーム１０の口部１１に限定されるものではなく、たとえば、ペットボトル以外の容器等の口頸部であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明における飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置及びその加熱方法によれば、口頸部に効率よく光を照射することができるので、エネルギー効率を改善することができる。
さらに、口頸部の形状，肉厚及び光吸収率に起因する昇温特性にもとづいて、光強度を容易に調整することができるので、口頸部をより均一に結晶化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置の実施形態における要部の構成を説明するための概略図であり、（ａ）は正面図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図を示している。
【図２】図２は、本実施形態にかかるプリフォームの口部への照射例を説明するための概略側面図を示している。
【図３】図３は、集光手段としてレンズを用いた応用例を説明するための概略断面図を示している。
【符号の説明】
１，１ａ加熱結晶化装置
１０プリフォーム
１１口部
１２リング
１３ねじ山
１４段付き部
２０照射光
３０ヒータユニット
３１ハロゲンランプ
３２反射板
３３筐体
３４固定手段
３５固定板
３６ボルト
３７位置調整手段
４１近赤外線ヒータ
４２反射板
４３，４４レンズ
２１０ホルダー
３１１スタンド

Claims

飽和ポリエステル中空体の口頸部に、ヒータユニットからの光を照射して加熱することにより、前記口頸部を結晶化させる飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置であって、
前記ヒータユニットを、加熱ランプと、この加熱ランプから照射された光を集光する集光手段と、この集光手段から照射された光を前記口頸部の所定位置に所定の光強度で照射する照射光制御手段とを具備した構成とし、
かつ、このような構成からなるヒータユニットを、最初に前記口頸部を照射する前部エリアと、最後に前記口頸部を照射する後部エリアと、前記前部エリア及び後部エリアの中間で前記口頸部を照射する中部エリアに配置し、
前記照射光制御手段によって、前記前部エリア、中部エリア及び後部エリアにおけるヒータユニットからの照射光の焦点位置が、順次、前記口頸部の奥側となるように設定した、
ことを特徴とする飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置。
前記前部エリア、中部エリア及び後部エリアにおけるヒータユニットが、前記口頸部の形状，肉厚及び光吸収率に起因する昇温特性に応じて、前記光を照射することを特徴とする請求項１記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置。
前記前部エリア、中部エリア及び後部エリアにおけるヒータユニットを、前記飽和ポリエステル中空体の搬送経路に沿って、並設したことを特徴とする請求項１又は２記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置。
前記集光手段を一定の焦点距離を有する反射板とし、かつ、前記照射光制御手段を、前記加熱ランプ及び集光手段の設置位置及び／又は設置方向を調整可能な位置調整手段としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置。
飽和ポリエステル中空体の口頸部に、ヒータユニットからの光を照射して加熱することにより、前記口頸部を結晶化させる飽和ポリエステル中空体の加熱方法であって、
前記ヒータユニットを複数配置し、これら複数のヒータユニットにおける光の焦点位置を異ならせ、前記口頸部の昇温しにくい部分から加熱を開始させることを特徴とする飽和ポリエステル中空体の加熱方法。
前記口頸部の最も昇温しにくい部分から加熱を開始し、次に昇温しにくい部分を加熱する際、既に加熱した部分の保温も行うことを特徴とする請求項５記載の飽和ポリエステル中空体の加熱方法。