JP5127243B2 - ブロー成形ボトル用プリフォーム - Google Patents

Description

本発明は、ブロー成形によりポリエチレンテレフタレート製ボトル（以下、ＰＥＴボトルと言う）を製造する際に用いるプリフォームに関し、詳しくは、ボトル底部の一部がボトル胴部の下方に膨出して形成されており、この膨出する部分が胴部内方に反転して凹入可能とされているＰＥＴボトルをブロー成形によって得るためのブロー成形ボトル用プリフォームに関する。

従来、飲料等の液状内容物を収容するＰＥＴボトルは、加熱されたポリエチレンテレフタレート製のプリフォームを、底部が凹入した形状の金型に装着して二軸延伸ブロー成形を行うことにより形成される。プリフォームは、射出成形により形成され、外周にキャップを螺着するためのネジ山が形成された円筒状の口部と、該口部の下縁に連設された有底筒状の胴部とを備えている。また、口部と胴部との境界位置の外周に、鍔状に張り出すサポートリングを備えている。プリフォームの胴部は、ブロー成形によりボトル胴部を成形する胴部形成部と、ボトル底部を成形する底部形成部とによって構成されている。

プリフォームによりＰＥＴボトルを形成するときには、先ず、プリフォームを加熱し、加熱により軟化されたプリフォームの胴部を、金型の上部に形成された装着孔を介して金型内部に挿入する。このとき、金型の装着孔にはサポートリングが掛止されて口部が金型から露出した状態となってる。次いで、プリフォームの口部からストレッチロッドを挿入し、プリフォームの胴部をその軸線方向に引き伸ばしつつプリフォームの口部から胴部内にブローエアを導入する。これにより、プリフォームの胴部の胴部形成部が延伸されて肉薄のボトル胴部が形成される。一方、プリフォームの胴部の底部形成部は、ボトル内方に凹入状態で金型内面に当接するので、殆ど延伸されず、比較的肉厚のボトル底部が形成される。

ところで、この種のＰＥＴボトルにおいては、材料コストの低減や軽量化のためにプリフォームに使用するＰＥＴ樹脂の量を削減することが望まれている。しかし、プリフォームの口部は、ボトルを形成した後にキャップによる封止を行うために十分な強度を確保しなければなず、樹脂の使用量を削減することができない。そこで、プリフォームの胴部の樹脂の使用量を削減することが考えられるが、前述した通りプリフォームの底部形成部は殆ど延伸されないために、ボトル底部の薄肉化が図れない不都合があった。

また、この種のＰＥＴボトルとして、ボトル底部の一部を外側に膨出させてブロー成形し、この膨出部を内方に凹入可能としたものが知られている（特許文献１参照）。このＰＥＴボトルによれば、ボトル底部に形成される膨出部がブロー成形時に延伸されるので、ボトル底部を薄肉化することができ、その分、樹脂の使用量を削減することができる。そして、ボトル底部に薄肉に形成された膨出部は、ボトル胴部内に液状内容物が充填されたときにボトル胴部内方に凹入反転した状態とすることで、肉厚のボトル底部を備えるボトルと同じ容量とすることができる。
特表２００６−５０１１０９公報

しかし、ボトル底部に前記膨出部を形成した場合には、ボトル胴部内に液状内容物を充填して一旦膨出部をボトル胴部内方に反転凹入させた後には、膨出部がボトル胴部内方に凹入した状態を強固に維持する必要がある。このため、プリフォームに用いるＰＥＴ樹脂の量を削減しただけでは、ブロー成形時にボトル底部の膨出部が過剰に薄肉化されるおそれがあり、ボトル胴部内の液状内容物の荷重や外部からの衝撃によって、凹入状態の膨出部が外方に突出反転してボトルの直立安定性が得られず、また、外観が低下する不都合がある。更に、ボトル底部の膨出部の外周には脚部が形成され、膨出部を凹入状態としたときに脚部の下端を接地面としてボトルを直立させるようになっているが、ボトルの直立安定性を得るためには、脚部に膨出部の反転凹入に伴う変形や不具合等が生じてはならず、脚部においては十分な肉厚を確保する必要がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ボトル底部の一部に下方に膨出する反転凹入自在の延伸された膨出部を備えたＰＥＴボトルに好適に用いることができ、樹脂の使用量を削減してしかも十分な強度を有するＰＥＴボトルを形成することができるプリフォームを提供することを目的とするものである。

かかる目的を達成するために、本発明は、ＰＥＴボトルのブロー成形に用いるプリフォームであって、ボトルは、延伸されたボトル胴部と、該ボトル胴部の上端に連設された未延伸のボトル口部と、ボトル胴部の下端に連設されて該ボトル胴部を閉塞するボトル底部と、該ボトル底部の一部に下方に膨出して反転凹入自在に延伸された肉厚寸法０．３〜０．７mmの膨出部とを備えるものであり、プリフォームは、筒状の口部と、該口部の下縁に連設された有底筒状のプリフォーム胴部とによって構成されて、該プリフォーム胴部は、前記ボトル胴部を成形する筒状の胴部形成部と、前記ボトル底部を成形する半球状の底部形成部と、該底部形成部の一部に同心に設けられて前記膨出部を成形する膨出部形成部とを備え、該膨出部形成部の肉厚寸法が１．５〜３．５mmであり、且つ、膨出部の肉厚寸法が膨出部形成部の肉厚寸法の１０〜４０％となる関係を有することを特徴とする。

本発明のプリフォームから得られるＰＥＴボトルは、ボトル底部の一部に下方に膨出する反転凹入自在の延伸された肉厚寸法０．３〜０．７mmの膨出部を備えることにより、ボトル胴部だけでなくボトル底部においても薄肉化が可能なものとなっている。そして、該ＰＥＴボトルは、膨出部を外側に膨出させた状態でボトル胴部の内部に飲料等の液状内容物を充填し、口部をキャップ等により封止した後、膨出部を内側に反転させて凹入する。これにより、該ＰＥＴボトルは、ボトル胴部の容量を減少させてボトルの内圧を上昇させることができ、内容物の冷却等に伴う内圧の低下が生じても、胴部の減圧変形を防止することができるものとなっている。

本発明のプリフォームは、プリフォーム胴部の胴部形成部によりボトル胴部を成形し、底部形成部によりボトル底部を成形する。このとき、本発明のプリフォームは、底部形成部の一部に膨出部形成部が設けられていることによって、ボトル底部において前記膨出部を成形することができる。そして、膨出部の肉厚寸法を０．３mm〜０．７mmとするとき、膨出部形成部の肉厚寸法を１．５〜３．５mmの範囲とし、且つ、膨出部の肉厚寸法が膨出部形成部の肉厚寸法の１０〜４０％となる関係を満たすことにより、ボトル底部の適正な延伸成形と飛躍的な軽量化が可能となるだけでなく、膨出部の反転凹入が容易であって且つ一旦凹入された膨出部の不用意な突出反転を確実に防止したＰＥＴボトルを形成することが可能となる。

即ち、膨出部形成部の肉厚寸法が１．５mmよりも小とされていると、ブロー成形時に過剰に肉薄化されるおそれがあり、膨出部形成部の肉厚寸法が３．５mmを越えていると、ブロー成形による膨出部の肉薄化が不十分となる。そして更に、膨出部の肉厚寸法が膨出部形成部の肉厚寸法の４０％より大であると、膨出部の延伸が不十分となり軽量化が難しいだけでなく膨出部の反転が円滑に行えず、膨出部の肉厚寸法が膨出部形成部の肉厚寸法の１０％より小であると、ボトル底部の強度が低下してその形状が保持できなくなる。そこで、膨出部形成部の肉厚寸法を１．５〜３．５mmの範囲とした上で、膨出部の肉厚寸法が膨出部形成部の肉厚寸法の１０〜４０％となる関係を満たすように膨出部形成部の肉厚寸法を設定することにより、軽量化と高い強度とを両立させた膨出部を形成することが可能となる。

また、本発明のプリフォームにおいて、前記膨出部形成部の肉厚寸法は、前記胴部形成部の肉厚寸法に対して３０〜８５％の範囲内に設定されていることが好ましい。これによれば、ボトル胴部の肉厚に対して好適な肉厚の膨出部を形成することができ、ボトル全体の強度を低下させることなく十分な軽量化を可能とすることができる。

更に、前記底部形成部のうち、前記膨出部形成部は、その周囲の他の底部形成部との境界位置で急激に肉厚が薄くなるように設定することが望ましく、こうすることにより、所望のボトル底部を薄肉化し、他の部分の無用な薄肉化を防止することができる。

なお、本発明のプリフォームにおいて、口径は２０〜４５mm、特に２８〜３８mmを含む範囲が好適である。また、本発明のプリフォームは、特に、ボトル底部の膨出部の反転に伴う容量変化がボトルの最大容量に対して１〜１０％（好ましくは２〜５％）とされるＰＥＴボトルの成形に用いることが好ましい。また、本発明のプリフォームは、飲料を内容物とする２００〜１５００ミリリットルの容量を有するＰＥＴボトルを形成する場合に特に好適である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態のプリフォームにより得られるボトルの説明図、図２は本実施形態のプリフォームの概略形状を示す説明的断面図、図３は本実施形態のプリフォームとボトルの関係を示す説明図、図４は本実施形態のプリフォームを用いたブロー成形の各工程を模式的に示す説明図、図５は図４に続くブロー成形の各工程を模式的に示す説明図である。

本実施形態においてブロー成形されるボトル１は、図１に示すように、ボトル口部２と、該ボトル口部２の下方に連設された筒状のボトル胴部３と、該ボトル胴部３の下部を閉塞するボトル底部４とを備えている。ボトル１は、本実施形態のプリフォーム５から二軸延伸ブロー成形され、これによって、ボトル胴部３及びボトル底部４が二軸延伸された状態で形成されている。プリフォーム５は、射出成形されたポリエチレンテレフタレート樹脂により形成されている。ボトル口部２は、その外周にキャップ（図示しない）を螺着するための螺着部６と、螺着部６から筒状に下方に延びる首部７と、首部７の外周に張り出すサポートリング８とが形成されている。ボトル口部２はプリフォーム５に形成された状態で、プリフォーム５からボトル１がブロー成形されてもその形状は殆ど変化しない。従って、以下の説明では、ボトル口部２、螺着部６、首部７、及びサポートリング８について、プリフォーム５においても同一の符号を付す。

ボトル底部４は、ボトル胴部３の下端に連続して形成された脚部９と、該脚部９に包囲された領域に形成された膨出部１０とによって構成されている。膨出部１０は、反転傾斜部１１と、底部中央部１２とを備えている。脚部９はボトル胴部３の下方に向かって突出するように湾曲した形状であり、その下方先端に、ボトル１を自立させるときに接地する接地面１３を備えている。反転傾斜部１１は、その外周縁（脚部９の内周縁との境界）に外周ヒンジ部１４を備え、その内周縁（底部中央部１２の外周縁との境界）に内周ヒンジ部１５を備えている。反転傾斜部１１は、外周ヒンジ部１４及び内周ヒンジ部１５の屈曲により、仮想線で示すようにボトル胴部３の内方に反転凹入可能とされている。膨出部１０の反転傾斜部１１、外周ヒンジ部１４及び内周ヒンジ部１５は、共に後述するブロー成形時に二軸延伸される。なお、反転傾斜部１１は、外周ヒンジ部１４及び内周ヒンジ部１５を介して反転するようになっているが、突出又は凹入させた後に不用意に戻り方向に反転しないように、反転傾斜部１１の面形状、反転傾斜部１１の傾斜角度、及び反転傾斜部１１の大きさ等が適切に設定されている。そして、本実施形態において、ボトル１は、膨出部１０の反転に伴う容量変化が３％（１〜１０％であればよく、好ましくは２〜５％）とされ、膨出部１０の肉厚が０．３〜０．７mmとされている。

本実施形態のプリフォーム５は、図２及び図３に示すように、筒状の口部２と口部２に連設された有底筒状のプリフォーム胴部１６とによって構成されている。口部２は前述したボトル１が形成された後にもその形状が略維持され、前述したように、螺着部６、首部７、及びサポートリング８を備えている。プリフォーム胴部１６は、ブロー成形により延伸されてボトル胴部３を形成する胴部形成部１７と、ブロー成形により延伸されてボトル底部４を形成する底部形成部１８とによって構成されている。また、底部形成部１８には、脚部９を形成する脚部形成部１９と、膨出部１０を形成する膨出部形成部２０とが設けられている。膨出部形成部２０は底部形成部１８と同心に形成されており、脚部形成部１９は膨出部形成部２０の外周に形成されている。更に、脚部形成部１９と膨出部形成部２０との境界位置においては、脚部形成部１９に対して膨出部形成部２０が急激に薄肉とされたことによる段差が形成されている。そして、プリフォーム５は、ブロー成形されるボトル１の容量に応じた好適な形状に設定されている。

ここで、本実施形態のプリフォーム５の設定内容を説明する。口部２の口径は一般的なもので、２８〜３８mmの範囲から選択されており、ブロー成形後においても維持される。サポートリング８直下のプリフォーム胴部１６外周面の直径はボトル１の容量に応じて２０〜４０mmの範囲から選択される。

そして、膨出部形成部２０の肉厚寸法が１．５〜３．５mmの範囲から選択される。このとき、膨出部形成部２０の肉厚寸法は、膨出部１０の肉厚寸法が膨出部形成部２０の肉厚寸法の１０〜４０％となる関係を満たすように設定される。また、膨出部形成部２０の肉厚寸法は、胴部形成部１７の肉厚寸法に対して３０〜８５％の範囲内に設定される。
膨出部形成部２０の肉厚寸法の範囲と膨出部１０の肉厚寸法との関係、及び膨出部形成部２０と胴部形成部１７との肉厚寸法の関係は、本発明者が各種試験によって知見したものであり、このように膨出部形成部２０の肉厚寸法を設定することにより、ボトル底部４を良好に延伸させてその強度を低下させることなく薄肉化が可能となる。しかも、脚部形成部１９においては、膨出部形成部２０に比べて肉厚が大とされているので、ブロー成形後においても強度の高い脚部９が形成される。

具体的には、容量が５００ミリリットル、ボトルの高さ寸法（サポートリング８直下から外側に突出した状態の膨出部１０の最下端までの長さ寸法）１９４mm、胴径（ボトル胴部３の最大外径）６８mmの飲料用ボトルの場合、プリフォーム５においては、例えば、胴部形成部１７の肉厚寸法を３．２mmとし、膨出部形成部２０の肉厚寸法を２mmに設定しする。これによれば、ブロー成形によって膨出部１０の肉厚寸法（特に反転傾斜部１１の肉厚寸法）を０．３〜０．７mmとする飲料用ボトルを容易に得ることができる。

なお、本実施形態において、ボトル容量（Ｖ）に応じたプリフォーム胴部１６の長さ寸法（Ｌ）は、関係式Ｌ＝ｃＶ＋ｄに基づいて設定されている。このとき、傾きｃを０．０６４とし且つ切片ｄを２１〜３１の範囲とする。具体的に設定されるプリフォーム胴部１６の長さ寸法の範囲は、容量が５００ミリリットルの飲料用ボトルの場合では５３〜６３mmとなる。これに基づき、本実施形態においては、ボトル容量が５００ミリリットルであるとき、プリフォーム５の長さ寸法を５９mmとした。関係式Ｌ＝ｃＶ＋ｄにおける傾きｃ及び切片ｄの範囲は、本発明者が各種試験によって知見したものである。更に、プリフォーム胴部１６の長さ寸法（Ｌ）とボトルの前記高さ寸法（Ｈ）との関係はＬ≦Ｈ／２．３を満たしている。前述したように、プリフォーム５の長さ寸法（Ｌ）を５９mmとし、ブロー成形後のボトルの高さ寸法（Ｈ）を１９４mmとするので、Ｌ≦Ｈ／２．３を満たすものとなっている。上記説明ではボトル容量が５００ミリリットルのものを例として具体的な寸法を挙げたが、他の容量のボトルであってもその容量に応じて各部の寸法が設定される。なお、他の容量のボトルの場合にも、膨出部１０の肉厚寸法（特に反転傾斜部１１の肉厚寸法）は０．３〜０．７mmとされ、軽量化されたものとなる。

以上のように構成されたプリフォーム５を用いたボトル１のブロー成形は、図４及び図５に模式的に示すように、ブロー成形用金型２１により行われる。金型２１は、胴部成形部２２と底部成形部２３とストレッチロッド２４とを備えている。胴部成形部２２は、ボトル胴部３の外形に対応し、底部成形部２３は、膨出部１０が下方に突出した状態のボトル底部４の形状（脚部９、底部中央部１２及び下方に向かって傾斜した状態の反転傾斜部１１）とに対応している。また、底部成形部２３の中央部には底部中央部１２に対応する形状の突き上げロッド２５が設けられている。突き上げロッド２５は上方に付勢されており、ストレッチロッド２４の下降時の押圧により下方に移動し、ストレッチロッド２４の上昇により突き上げ方向に移動する。

ブロー成形金型２１によるボトル１の成形においては、先ず、図示しない加熱手段を経て約１１０℃に加熱されたプリフォーム５を、図４（ａ）に示すように、金型２１の上部に形成された装着孔２６に装着する。このとき、プリフォーム５のサポートリング８が装着孔２６の上縁に掛止され、プリフォーム胴部１６のみが金型２１内部に挿入される。次いで、図４（ｂ）に示すように、プリフォーム５の口部２を介して下降するストレッチロッド２４がプリフォーム胴部１６を底部成形部２３に向かって引き伸ばし、その引き伸ばしと同時にプリフォーム５の口部２からのブローエア供給が行われる。これによって、プリフォーム胴部１６は金型２１の胴部成形部２２と底部成形部２３とに沿ってエアにより伸展し、延伸されたボトル底部４とボトル底部４とを備えるボトル１が形成される。

続いて、ストレッチロッド２４が上昇し、ボトル１内から抜き取られる。このとき、突き上げロッド２５が上昇し、図５（ａ）に示すように、膨出部１０を突きあげる。これにより、反転傾斜部１１が底部成形部２３から離反すると共にボトル胴部３の内方に反転して膨出部１０が凹入される。そして、膨出部１０が凹入されることにより、金型２１内部において、膨出部１０が脚部９の接地面１３よりも上方位置で脚部９に包囲された内方に収納された状態となる。その後、図５（ｂ）に示すように、金型２１が分割され、内部からボトル１が取り出される。

以上のようにしてブロー成形されたボトル１は、本実施形態のプリフォーム５がボトル１の容量に応じた好適な形状に設定されていることにより、ボトル胴部３からボトル底部４にかけて十分に軽量化されたものとなり、しかも、膨出部１０の反転傾斜部１１も確実に延伸されていることにより、ボトル底部４の強度が低下することなく薄肉に形成される。

本発明の一実施形態のプリフォームにより得られるボトルの説明図。 本実施形態のプリフォームの概略形状を示す説明的断面図。 本実施形態のプリフォームとボトルの関係を示す説明図。 本実施形態のプリフォームを用いたブロー成形の各工程を模式的に示す説明図。 図４に続くブロー成形の各工程を模式的に示す説明図。

符号の説明

１…ボトル、２…口部、３…ボトル胴部、４…ボトル底部、５…プリフォーム、１０…膨出部、１６…プリフォーム胴部、１７…胴部形成部、１８…底部形成部、２０…膨出部形成部。

Claims (2)

1. ポリエチレンテレフタレート製ボトルのブロー成形に用いるプリフォームであって、
   ボトルは、延伸されたボトル胴部と、該ボトル胴部の上端に連設された未延伸のボトル口部と、ボトル胴部の下端に連設されて該ボトル胴部を閉塞するボトル底部と、該ボトル底部の一部に下方に膨出して反転凹入自在に延伸された肉厚寸法０．３〜０．７mmの膨出部とを備えるものであり、
   プリフォームは、筒状の口部と、該口部の下縁に連設された有底筒状のプリフォーム胴部とによって構成されて、該プリフォーム胴部は、前記ボトル胴部を成形する筒状の胴部形成部と、前記ボトル底部を成形する半球状の底部形成部と、該底部形成部の一部に同心に設けられて前記膨出部を成形する膨出部形成部とを備え、
   該膨出部形成部の肉厚寸法が１．５〜３．５mmであり、且つ、膨出部の肉厚寸法が膨出部形成部の肉厚寸法の１０〜４０％となる関係を有することを特徴とするブロー成形ボトル用プリフォーム。
2. 前記膨出部形成部の肉厚寸法は、前記胴部形成部の肉厚寸法に対して３０〜８５％の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１記載のブロー成形ボトル用プリフォーム。

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