JP4577311B2 - 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 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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）。
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）。
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、プリフォーム搬送通路に沿って配列された複数個の近赤外線加熱装置によって、口頸部を加熱結晶化する結晶化方法の技術が提案されており、この技術によれば、口頸部の内外面を均一に加熱することができる（特許文献３）。
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線ヒータと、反射板とから構成されている。
この近赤外線ヒータは、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）。
この近赤外線ヒータは、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）。
さらに、延伸されていない口栓部を、下端の膨出部を除いて、白化部分とするとともに、口栓部の下端の延伸されていない膨出部を未白化部分としたポリエチレンテレフタレートボトルの技術が開示されている（特許文献５）。この技術によれば、口栓部の白化部分が、耐熱性が向上するとともに十分な耐衝撃性を有し、さらに、口栓部の下端の未白化部分によって、適度の柔軟性を得ることができ、充填作業等において、過度の力が加えられても破損するといった不具合を防止することができる。
特公平３−６７４９９号公報
特公平３−２６６４６号公報
特公平５−９２６１号公報
特公平６−２２８７６号公報
特公平４−７９９０１号公報
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ネック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、周方向に均一に加熱する必要もあった。
また、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。
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ネック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、周方向に均一に加熱する必要もあった。
また、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。
本発明は、上記諸問題を解決すべく、飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、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。
この目的を達成するために、本発明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、前記飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、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が、口頸部を加熱する加熱ランプと、この加熱ランプから照射された光を集光させる集光手段と、前記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てある。
このようにすると、口頸部に効率よく光を照射することができるので、加熱ランプ本体のエネルギーを有効に利用でき、消費電力を低減することができる。また、加熱したいポイントを重点的に加熱できるので、加熱条件を精度よく制御することができる。さらに、飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、光が照射されるので、周方向に均一な加熱を行うことができる。
このようにすると、口頸部に効率よく光を照射することができるので、加熱ランプ本体のエネルギーを有効に利用でき、消費電力を低減することができる。また、加熱したいポイントを重点的に加熱できるので、加熱条件を精度よく制御することができる。さらに、飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、光が照射されるので、周方向に均一な加熱を行うことができる。
また、本発明は、前記ヒータユニットが、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。また、結晶化度を精度よく制御することが可能となり、所望する特性を得ることができる。
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。また、結晶化度を精度よく制御することが可能となり、所望する特性を得ることができる。
また、本発明は、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。なお、
設置位置の調整は、通常、垂直方向及び／又は水平方向への移動によって行われる。
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。なお、
設置位置の調整は、通常、垂直方向及び／又は水平方向への移動によって行われる。
また、本発明は、前記ヒータユニットを、前記飽和ポリエステル中空体の搬送経路に沿って、複数個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。
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。
また、本発明は、前記複数のヒータユニットの照光する位置を、水平方向及び垂直方向に異ならせた構成としてある。
このようにすると、各ヒータユニットが、口頸部の所定の部分を加熱することができるので、口頸部の各部分の結晶化度を精度よくかつ容易に制御することができる。
このようにすると、各ヒータユニットが、口頸部の所定の部分を加熱することができるので、口頸部の各部分の結晶化度を精度よくかつ容易に制御することができる。
また、本発明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、前記飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、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からの光を、前記口頸部の所定位置に所定の光強度で集光させることにより、前記口頸部を加熱する方法としてある。
このように、本発明は、加熱方法としても有効であり、口頸部に効率よく光を照射することができるので、加熱ランプのエネルギーを有効に利用でき、消費電力を低減することができる。さらに、飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、光が照射されるので、周方向に均一な加熱を行うことができる。
このように、本発明は、加熱方法としても有効であり、口頸部に効率よく光を照射することができるので、加熱ランプのエネルギーを有効に利用でき、消費電力を低減することができる。さらに、飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、光が照射されるので、周方向に均一な加熱を行うことができる。
また、本発明は、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、前記光を照射する方法としてある。
このようにすると、飽和ポリエステル中空体の口頸部の形状等が複雑になっても、口頸部を効率よくかつ均一に結晶化することができる。また、結晶化度を精度よく制御することが可能となり、所望する特性を得ることができる。
このようにすると、飽和ポリエステル中空体の口頸部の形状等が複雑になっても、口頸部を効率よくかつ均一に結晶化することができる。また、結晶化度を精度よく制御することが可能となり、所望する特性を得ることができる。
また、本発明は、前記口頸部の軸中心に近い部分に集光の焦点を合わせ、次に、該焦点より手前の部分に焦点を合わせて加熱する方法としてある。
このようにすると、軸中心に近い部分から白化させることができ、光が遮られることによって、昇温特性が低下するといった不具合を防止することができる。
このようにすると、軸中心に近い部分から白化させることができ、光が遮られることによって、昇温特性が低下するといった不具合を防止することができる。
また、本発明は、前記口頸部のネックリング部に集光の焦点を合わせて加熱する方法としてある。
このように、光が届きにくいネックリング部に光を優先的に集光させることにより、効率よく加熱することができる。
このように、光が届きにくいネックリング部に光を優先的に集光させることにより、効率よく加熱することができる。
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、飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、光が照射されるので、周方向に均一な加熱を行うことができる。
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。また、口頸部の各部分の結晶化度を精度よくかつ容易に制御することもできる。
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。また、口頸部の各部分の結晶化度を精度よくかつ容易に制御することもできる。
１ 加熱結晶化装置
９ 照射光
１０ プリフォーム
１１ 口部
１２ ネックリング
１３ ねじ山
１４ 段付き部
２０ 搬送手段
２１ ターレット
２２ チェーンコンベア
２３ 供給機
２４ 排出機
２５，２６ 加熱領域
３０（３０ａ〜３０ｆ） ヒータユニット
３１ ハロゲンランプ
３２ 反射板
３３ 筐体
４０ 位置調整手段
４１ ベース板
４２ 垂直方向移動板
４３ａ，４５ａ，４７ａ ボルト
４３ｂ，４５ｂ ロックナット
４４ 水平方向移動板
４６ 連結部材
２１０ ホルダー
９ 照射光
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１１ 口部
１２ ネックリング
１３ ねじ山
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２２ チェーンコンベア
２３ 供給機
２４ 排出機
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３０（３０ａ〜３０ｆ） ヒータユニット
３１ ハロゲンランプ
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４３ａ，４５ａ，４７ａ ボルト
４３ｂ，４５ｂ ロックナット
４４ 水平方向移動板
４６ 連結部材
２１０ ホルダー
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。
［飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置］
図１は、本発明の実施形態にかかる飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置の概略平面図を示している。
図１において、加熱結晶化装置１は、飽和ポリエステル中空体であるペットボトルのプリフォーム１０を搬送する搬送手段２０と、飽和ポリエステル中空体の口頸部であるプリフォーム１０の口部１１に、照射光９を照射して加熱することにより、口部１１を結晶化させる複数のヒータユニット３０ａ〜３０ｆを備えた構成としてある。
また、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。
図１は、本発明の実施形態にかかる飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置の概略平面図を示している。
図１において、加熱結晶化装置１は、飽和ポリエステル中空体であるペットボトルのプリフォーム１０を搬送する搬送手段２０と、飽和ポリエステル中空体の口頸部であるプリフォーム１０の口部１１に、照射光９を照射して加熱することにより、口部１１を結晶化させる複数のヒータユニット３０ａ〜３０ｆを備えた構成としてある。
また、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。
（搬送手段）
搬送手段２０は、一対のターレット２１と、このターレット２１に掛けられたチェーンコンベア２２と、チェーンコンベア２２に自転自在に連結され、プリフォーム１０が挿入されるホルダー２１０とを備えた構成としてある。
ターレット２１は、モータ（図示せず）によって回転し、チェーンコンベア２２に連結されたホルダー２１０を連続的に搬送する。そして、供給機２３が、搬送されてくる空のホルダー２１０に、口部１１が露出した状態でプリフォーム１０を挿入し、排出機２４が、対向する加熱領域２５，２６を通過したプリフォーム１０を、ホルダーから取り出す。
搬送手段２０は、一対のターレット２１と、このターレット２１に掛けられたチェーンコンベア２２と、チェーンコンベア２２に自転自在に連結され、プリフォーム１０が挿入されるホルダー２１０とを備えた構成としてある。
ターレット２１は、モータ（図示せず）によって回転し、チェーンコンベア２２に連結されたホルダー２１０を連続的に搬送する。そして、供給機２３が、搬送されてくる空のホルダー２１０に、口部１１が露出した状態でプリフォーム１０を挿入し、排出機２４が、対向する加熱領域２５，２６を通過したプリフォーム１０を、ホルダーから取り出す。
また、搬送手段２０は、図示してないが、公知のものを用いている。例えば、ホルダー２１０にピニオンが設けられており、加熱領域２５，２６の所定位置にラックが設置されている。これにより、プリフォーム１０が加熱領域２５，２６を通過する際、ピニオンがラックと噛み合って回転するので、プリフォーム１０は、長手方向軸を中心に自転した状態で搬送され、周方向に均一に加熱される。なお、自転機構は、上記機構に限定されるものではない。
（ヒータユニット）
図２ａは、本発明の実施形態にかかる飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置のヒータユニットを説明するための概略正面図を示している。
また、図２ｂは、図２ａの部分断面Ａ−Ａを含むヒータユニットの概略側面図を示している。
図２ａ，２ｂにおいて、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を収納した構成としてあり、位置調整手段４０によって支持されている。なお、各ヒータユニット３０ａ〜３０ｆは、照光する位置が異なっており、その他の構成は、ほぼ同一である。
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。
図２ａは、本発明の実施形態にかかる飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置のヒータユニットを説明するための概略正面図を示している。
また、図２ｂは、図２ａの部分断面Ａ−Ａを含むヒータユニットの概略側面図を示している。
図２ａ，２ｂにおいて、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を収納した構成としてあり、位置調整手段４０によって支持されている。なお、各ヒータユニット３０ａ〜３０ｆは、照光する位置が異なっており、その他の構成は、ほぼ同一である。
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。
反射板３２は、図２ｂ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９を反射して、口部１１の任意のＦ点（照光点）に集光する形状としてある。したがって、三次元的には、図２ａ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９を、線状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、大部分の光を口部１１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。
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、大部分の光を口部１１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。
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９を口部１１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。
さらに、照射光９を口部１１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。
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。
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。
位置調整手段４０は、上方向に立設されたベース板４１と、ベース板４１に垂直方向にスライド可能に支持された垂直方向移動板４２と、垂直方向移動板４２の垂直方向の移動及び位置決めを行うボルト４３ａ及びロックナット４３ｂと、垂直方向移動板４２の上部に、水平方向にスライド可能に支持された水平方向移動板４４と、水平方向移動板４４の水平方向の移動及び位置決めを行うボルト４５ａ及びロックナット４５ｂと、水平方向移動板４４に上下方向へ回動可能に取り付けられた筐体３３を支持する連結部材４６と、連結部材４６の回動方向の位置決めを行うボルト４７ａとからなっている。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、上下方向の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３０ａ〜３０ｆは、上記構成の位置調整手段４０を備えており、この位置調整手段４０により筐体３３と口部１１の位置関係を容易に設定することができ、照射光９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。また、ヒータユニット３０ａ〜３０ｆは、構造が単純化されるので、製造原価のコストダウンを図ることができる。
なお、位置調整手段４０は、上記構成に限定されるものではなく、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を加熱することが可能な機構であればよい。また、光強度の調整はヒータユニットの位置関係だけでなく、たとえば、ハロゲンランプ３１の電圧を制御してもよい。
なお、位置調整手段４０は、上記構成に限定されるものではなく、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を加熱することが可能な機構であればよい。また、光強度の調整はヒータユニットの位置関係だけでなく、たとえば、ハロゲンランプ３１の電圧を制御してもよい。
加熱結晶化装置１は、図１に示すように、プリフォーム１０の搬送経路に沿った加熱領域２５，２６に、ヒータユニット３０ａ〜３０ｆを合計８個並設してある。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３０ａ〜３０ｆ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。
なお、本実施形態では、ヒータユニットの数を８個として説明するが、これに限定されるものではない。また、右側のターレット２１の外周部にヒータユニットを配設していないが、この領域を加熱領域として利用することも可能であり、省スペース化を図ることができる。
なお、本実施形態では、ヒータユニットの数を８個として説明するが、これに限定されるものではない。また、右側のターレット２１の外周部にヒータユニットを配設していないが、この領域を加熱領域として利用することも可能であり、省スペース化を図ることができる。
また、加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ａ〜３０ｆによる照光する位置を異ならせた構成としてある。このようにすると、各ヒータユニット３０ａ〜３０ｆが、口部１１の所定の部分を加熱することができるので、口部１１の各部分の結晶化度を精度よくかつ容易に制御することができる。
ここで、好ましくは、各ヒータユニット３０ａ〜３０ｆ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９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部１１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。また、部分的に結晶化度を異ならせたい場合には、結晶化度を精度よく制御することが可能となり、所望する特性を得ることができる。
また、「昇温特性」とは、口頸部に光を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、下部にネックリング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９が遮られる部分は、照射光９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。
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９が遮られる部分は、照射光９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。
次に、各ヒータユニット３０ａ〜３０ｆの照射条件及び加熱結晶化装置１の動作について、図面を参照して説明する。なお、本発明にかかる加熱結晶化装置の照射条件・動作はこれに限定されるものではない。
（第一のヒータユニット）
まず、図３ａは、第一のヒータユニット３０ａの照射状態を説明する概略側面図を示している。
図３ａにおいて、第一のヒータユニット３０ａは、照射光９が、口部１１の上部中央に集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ａは、水平方向を向いた状態で、口部１１の上方かつ口部１１に接近した位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ａから照射される照射光９によって、口部１１を全体的に加熱するとともに、特に、口部１１上方のねじ山１３を加熱する。
まず、図３ａは、第一のヒータユニット３０ａの照射状態を説明する概略側面図を示している。
図３ａにおいて、第一のヒータユニット３０ａは、照射光９が、口部１１の上部中央に集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ａは、水平方向を向いた状態で、口部１１の上方かつ口部１１に接近した位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ａから照射される照射光９によって、口部１１を全体的に加熱するとともに、特に、口部１１上方のねじ山１３を加熱する。
次に、図３ｂは、第二のヒータユニット３０ｂの照射状態を説明する概略側面図を示している。
図３ｂにおいて、第二のヒータユニット３０ｂは、照射光９が、口部１１の上部外周に集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｂは、ヒータユニット３０ａと比べて、口部１１から水平方向に離れた位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｂから照射される照射光９によって、口部１１のねじ山１３を重点的に加熱し、結晶化させる。
図３ｂにおいて、第二のヒータユニット３０ｂは、照射光９が、口部１１の上部外周に集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｂは、ヒータユニット３０ａと比べて、口部１１から水平方向に離れた位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｂから照射される照射光９によって、口部１１のねじ山１３を重点的に加熱し、結晶化させる。
次に、図３ｃは、第三のヒータユニット３０ｃの照射状態を説明する概略側面図を示している。
図３ｃにおいて、第三のヒータユニット３０ｃは、照射光９が、口部１１の中段部中央に集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｃは、ヒータユニット３０ｂと比べて、口部１１から水平方向に接近し、かつ、下方に移動した位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｃから照射される照射光９によって、口部１１を全体的に加熱するとともに、特に、口部１１の中段の段付き部１４を加熱する。
図３ｃにおいて、第三のヒータユニット３０ｃは、照射光９が、口部１１の中段部中央に集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｃは、ヒータユニット３０ｂと比べて、口部１１から水平方向に接近し、かつ、下方に移動した位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｃから照射される照射光９によって、口部１１を全体的に加熱するとともに、特に、口部１１の中段の段付き部１４を加熱する。
次に、図３ｄは、第四のヒータユニット３０ｄの照射状態を説明する概略側面図を示している。
図３ｄにおいて、第四のヒータユニット３０ｄは、照射光９が、口部１１の中段部外周に集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｄは、ヒータユニット３０ｃと比べて、口部１１から水平方向に離れた位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｄから照射される照射光９によって、口部１１の段付き部１４を重点的に加熱し、結晶化させる。
図３ｄにおいて、第四のヒータユニット３０ｄは、照射光９が、口部１１の中段部外周に集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｄは、ヒータユニット３０ｃと比べて、口部１１から水平方向に離れた位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｄから照射される照射光９によって、口部１１の段付き部１４を重点的に加熱し、結晶化させる。
次に、図３ｅは、第五及び第六のヒータユニット３０ｅの照射状態を説明する概略側面図を示している。
図３ｅにおいて、第五及び第六のヒータユニット３０ｅは、照射光９が、口部１１の下段部外周に斜め上方から集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｅは、ヒータユニット３０ｄと比べて、口部１１から水平方向に離れ、上方に移動し、かつ、下方向に回動した位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｅから照射される照射光９によって、
口部１１の下段のネックリング１２を重点的に加熱し、結晶化させる。なお、ヒータユニット３０ｅは、二つ並設されている。
図３ｅにおいて、第五及び第六のヒータユニット３０ｅは、照射光９が、口部１１の下段部外周に斜め上方から集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｅは、ヒータユニット３０ｄと比べて、口部１１から水平方向に離れ、上方に移動し、かつ、下方向に回動した位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｅから照射される照射光９によって、
口部１１の下段のネックリング１２を重点的に加熱し、結晶化させる。なお、ヒータユニット３０ｅは、二つ並設されている。
次に、図３ｆは、第七及び第八のヒータユニット３０ｆの照射状態を説明する概略側面図を示している。
図３ｆにおいて、第七及び第八のヒータユニット３０ｆは、照射光９が、口部１１の下段部中央に斜め上方から集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｆは、ヒータユニット３０ｅと比べて、口部１１から水平方向に接近した位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｆから照射される照射光９によって、口部１１の上面及び外周面を全体的に加熱し、結晶化を促進させる。なお、ヒータユニット３０ｆは、二つ並設されている。
図３ｆにおいて、第七及び第八のヒータユニット３０ｆは、照射光９が、口部１１の下段部中央に斜め上方から集光するように調整されている。すなわち、ヒータユニット３０ｆは、ヒータユニット３０ｅと比べて、口部１１から水平方向に接近した位置に設定されている。
加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０ｆから照射される照射光９によって、口部１１の上面及び外周面を全体的に加熱し、結晶化を促進させる。なお、ヒータユニット３０ｆは、二つ並設されている。
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、加熱対象である口部１１に効率よく照射光９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、口部１１の昇温特性に応じて、口部１１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、形状の複雑な口部１１に対しても、より均一な結晶化を実現することができる。
さらに、プリフォーム１０を自転させながら、口部１１に照射光９を照射することができるので、周方向に均一な加熱を行うことができる。
また、口部１１の昇温特性に応じて、口部１１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、形状の複雑な口部１１に対しても、より均一な結晶化を実現することができる。
さらに、プリフォーム１０を自転させながら、口部１１に照射光９を照射することができるので、周方向に均一な加熱を行うことができる。
次に、上記加熱結晶化装置１の第一実施例について説明する。
本実施例では、加熱結晶化装置１（ヒータユニットの数は２０個）を使用して、プリフォーム１０の口部１１を加熱し、口部１１を結晶化させた。この際、加熱結晶化装置１は、照光する位置が水平及び垂直の両方向に変化するよう最適に設定されており、口部１１のほぼ全体を、平均結晶化度が約３５体積パーセントとなるように結晶化させた。なお、プリフォームイニシャル温度は、約３５℃であり、加熱時間は約２分とした。
上記加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０の消費電力の合計が４０ＫＷであった。これに対し、従来の加熱結晶化装置を使用して、ほぼ同様の条件で、口部１１を結晶化させたところ、ヒータユニットの消費電力の合計は、１２０ＫＷであった。すなわち、加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０の消費電力を約６７％節電することができた。
本実施例では、加熱結晶化装置１（ヒータユニットの数は２０個）を使用して、プリフォーム１０の口部１１を加熱し、口部１１を結晶化させた。この際、加熱結晶化装置１は、照光する位置が水平及び垂直の両方向に変化するよう最適に設定されており、口部１１のほぼ全体を、平均結晶化度が約３５体積パーセントとなるように結晶化させた。なお、プリフォームイニシャル温度は、約３５℃であり、加熱時間は約２分とした。
上記加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０の消費電力の合計が４０ＫＷであった。これに対し、従来の加熱結晶化装置を使用して、ほぼ同様の条件で、口部１１を結晶化させたところ、ヒータユニットの消費電力の合計は、１２０ＫＷであった。すなわち、加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０の消費電力を約６７％節電することができた。
次に、上記加熱結晶化装置１の第二実施例について説明する。
本実施例では、照光する位置が水平方向に変化するよう最適に設定された、加熱結晶化装置１を使用して、プリフォーム１０の口部１１を加熱し、口部１１を結晶化させた。なお、その他の条件は、第一実施例とほぼ同様とした。
上記加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０の消費電力の合計が４５ＫＷであった。すなわち、加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０の消費電力を約６３％節電することができた。
また、本実施例の加熱結晶化装置１は、照光する位置が水平方向に変化するよう最適に設定されたが、この構成に限定されるものではなく、たとえば、照光する位置を垂直方向に変化するように設定した構成としてもよい。
本実施例では、照光する位置が水平方向に変化するよう最適に設定された、加熱結晶化装置１を使用して、プリフォーム１０の口部１１を加熱し、口部１１を結晶化させた。なお、その他の条件は、第一実施例とほぼ同様とした。
上記加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０の消費電力の合計が４５ＫＷであった。すなわち、加熱結晶化装置１は、ヒータユニット３０の消費電力を約６３％節電することができた。
また、本実施例の加熱結晶化装置１は、照光する位置が水平方向に変化するよう最適に設定されたが、この構成に限定されるものではなく、たとえば、照光する位置を垂直方向に変化するように設定した構成としてもよい。
［飽和ポリエステル中空体の加熱方法］
本実施形態の加熱方法は、プリフォーム１０を自転させながら、ヒータユニット３０からの照射光９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。
本実施形態の加熱方法は、プリフォーム１０を自転させながら、ヒータユニット３０からの照射光９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。
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９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。
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９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。
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部１１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。
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。
このため、口部１１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、複雑な形状の口部１１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。
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。
また、好ましくは、口部１１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、口部１１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。
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９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。
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。
たとえば、上記実施形態の加熱結晶化装置１は、プリフォーム１０の口部１１の形状に応じて、ヒータユニット３０ａ〜３０ｆを設定したが、上記設定に限定されるものではなく、ヒータユニット３０ａ，３０ｂとヒータユニット３０ｃ，３０ｄを入れ替えたり、各ヒータユニットの数を増減したりすることも可能である。
たとえば、上記実施形態の加熱結晶化装置１は、プリフォーム１０の口部１１の形状に応じて、ヒータユニット３０ａ〜３０ｆを設定したが、上記設定に限定されるものではなく、ヒータユニット３０ａ，３０ｂとヒータユニット３０ｃ，３０ｄを入れ替えたり、各ヒータユニットの数を増減したりすることも可能である。
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は、加熱対象が、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に対しても好適に利用することができる。
Claims (7)
- 飽和ポリエステル中空体の口頸部に、前記飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、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が、
加熱ランプと、
この加熱ランプから照射された光を集光させる集光手段と、
前記加熱ランプと前記集光手段を収納する筐体と、
前記筐体を、垂直方向にスライドさせる垂直方向移動板と、水平方向にスライドさせる水平方向移動板と、上下方向に回動させる連結部材とを備え、前記飽和ポリエステル中空体の口頸部に対する、前記加熱ランプ及び集光手段の水平方向及び垂直方向の距離と上下方向の照射角度を自在に調整する位置調整手段とを具備し、
かつ、前記ヒータユニットを、前記飽和ポリエステル中空体の搬送経路に沿って複数個配置し、これら複数個のヒータユニットにおける前記口頸部に対する照射位置を前記位置調整手段によって異ならせ、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照射を開始する構成と
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。 - 前記位置調整手段は、前記水平方向移動板が、前記垂直方向移動板に水平方向にスライド可能に支持され、前記筐体が前記連結部材を介して前記水平移動板に上下方向に回動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置。
- 前記複数個のヒータユニットを、前記各ヒータユニットの光が、前記口頸部の上部、中段部及び下部の順番で集光するように位置調整してあることを特徴とする請求項1又は２に記載の飽和ポリエステル中空体の加熱結晶化装置。
- 前記複数個のヒータユニットを、前記各ヒータユニットの光が、前記口頸部の中央、外周の順番で集光するように位置調整してある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、前記飽和ポリエステル中空体を自転させた状態で、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、
筐体に加熱ランプと集光手段を収納した前記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複数個配置するとともに、前記筐体を、垂直方向にスライドさせる垂直方向移動板と、水平方向にスライドさせる水平方向移動板と、上下方向に回動させる連結部材とを備えた位置調整手段によって、前記複数個のヒータユニットごとに位置調整し、前記加熱ランプと前記集光手段の前記口頸部に対する垂直方向の距離、水平方向の距離、上下方向の照射角度を設定し、前記加熱ランプと前記集光手段からの光を、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所定位置に所定の光強度で照射して前記口頸部を加熱す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。 - 前記口頸部の軸中心に近い部分に集光の焦点を合わせ、次に、該焦点より手前の部分に焦点を合わせて加熱する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。
- 前記口頸部のネックリング部に集光の焦点を合わせて加熱することを特徴とする請求項５に記載の飽和ポリエステル中空体の加熱方法。
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