JP5140847B2 - 合成樹脂製ボトルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、口部と、該口部の下方に連設された筒状の胴部と、該胴部の下部を閉塞する底部とを備える合成樹脂製ボトルの製造方法に関する。

この種の合成樹脂製ボトルとして、例えばポリエチレンテレフタレート製のブロー成形ボトル（ＰＥＴボトル）が知られている。この種のボトルは、充填ラインにより飲料等の内容物が充填される。充填ラインには、ボトルを搬送する搬送路に沿ってボトル内部に内容物を充填する充填装置や、内容物が充填されたボトルの口部をキャップにより封止する封止装置等の複数の装置が配設されている。一般に、この種のボトルは、その底部の外周側に周状の接地部が形成された脚部を備え、脚部に包囲される内方側がボトル内に凹入されていて安定した自立状態が維持できるので、充填ラインの搬送路においては正立状態で搬送することができる。

一方、近年においては、ボトルの底部の一部を凹凸反転自在とし、その反転部を外側に突出させた状態で液状内容物を充填し、ボトル口部をキャップによって封止した後に反転部をボトルの内方に凹入させるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。かかるボトルによれば、その底部をブロー成形時に外方に膨出させて十分に延伸させることができるので、底部を薄肉化してその材料使用量が削減でき、ボトルを軽量化することができる。また、ボトルを封止した後に反転部をボトルの内方に凹入させることで、内容物の冷却等に伴うボトルの減圧変形も防止できる。

しかし、前述した充填ラインの搬送路において安定した自立搬送を行なう場合には、ボトルの底部の一部を底部から突出させた状態では、ボトル底部が不安定となって自立させた状態で搬送することが困難となる。

そこで、ボトルの底部に、安定した接地部を有する筒状の自立補助具を装着して自立補助具内に底部の下方に突出する反転部を収容することにより、ボトルを自立させることができ、安定した自立搬送が行える。

しかし、上記のような自立補助具を装着する場合には、自立補助具を装着する工程を更に設けなければならず、工程数が増加して効率が悪化する不都合がある。また、加熱された高温（例えば約８５℃）の内容物を充填（所謂ホット充填）する場合には内容物充填後に冷却洗浄工程が行なわれるが、常温（例えば約２５℃）の内容物を充填（所謂アセプティック充填）する場合には、内外面が殺菌処理されたボトルが用いられて無菌状態での充填作業が行われ、このときボトルに自立補助具を装着しておくためには、自立補助具自体にも殺菌処理等を施さなければならず作業工数が一層増加する不都合がある。
特表２００６−５０１１０９

かかる不都合を解消して、本発明は、底部が十分に延伸され、また、胴部の減圧変形を防止することが可能であって、更に、自立補助具を用いることなく充填ラインにおける安定した自立搬送が行える合成樹脂製ボトルを容易に製造することができる合成樹脂製ボトルの製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、口部と、該口部の下方に連設された筒状の胴部と、該胴部の下部を閉塞する底部とを備え、前記底部は、前記胴部の下端に沿って連設された脚部と、該底部の中央部に形成された底部中央部と、前記脚部の内周端から底部中央部に向かって下方に傾斜するテーパ形状の傾斜部とを備え、前記脚部は、前記胴部の下端から下方に延びる外周壁部と、該外周壁部の下端に沿って周状に形成された接地部と、該接地部の内周端から立ち上がって傾斜部の外周端に連なる内周壁部とを備え、傾斜部及び底部中央部が前記接地部よりも上方に位置する形状の合成樹脂製ボトルを製造する方法であって、前記ボトル形状に対応する金型に取付けたプリフォームの内部に内圧を付与して前記胴部及び底部を延伸させると共に、少なくとも前記傾斜部を、その外周端から底部中央部に向かって下方に傾斜するテーパ形状に膨出させる第１ブロー工程と、該第１ブロー工程で形成された胴部及び底部に内圧を付与した状態で、前記脚部の内周壁部を接地部の内周端から胴部内方に向かって立ち上げつつ前記傾斜部の底部中央部に向かって下方に傾斜するテーパ形状を維持して該傾斜部及び底部中央部を接地部よりも上方に押し上げる底部押し上げ工程と、該底部押し上げ工程による底部の押し上げ状態を維持して該底部押し上げ工程より高い内圧を胴部及び底部に付与し、胴部及び底部を前記金型内面に密着させる第２ブロー工程とを備え、前記第２ブロー工程においては、前記傾斜部の外周端と内周端との夫々の全周に、傾斜部を胴部内方に反転凹入自在とするヒンジ部を成形することを特徴とする。

このとき、前記第１ブロー工程においては、前記内周壁部及び前記傾斜部を、前記接地部の内周端から前記底部中央部に向かって該接地部よりも下方に傾斜するテーパ形状に膨出させることが好ましい。

本発明によれば、先ず、第１ブロー工程により、金型に取付けたプリフォームの内部に加圧エア等を供給して内圧を付与する。これにより、プリフォームが膨張して延伸されたボトルの胴部及び底部が形成される。なお、この時点では胴部及び底部が金型内面に密着するまでは至らず、最終形状になる前段階の中間形状（金型の内面への密着が不完全な状態での形状）のボトルとなる。

次いで、底部押し上げ工程により、脚部の内周壁部を接地部の内周端から胴部内方に向かって立ち上げつつ傾斜部及び底部中央部を接地部よりも上方に押し上げる。このとき、第１ブロー工程で形成された胴部及び底部に内圧を付与した状態とする（好ましくは、第１ブロー工程において胴部及び底部に付与した内圧を維持する）ことで、傾斜部及び底部中央部を金型内面に密着させて精度良く押し上げることができ、脚部の内周壁部を確実に立ち上げることができる。また、このとき、前記傾斜部は、底部中央部に向かって下方に傾斜するテーパ形状が維持される。これにより、傾斜部及び底部中央部は、接地部よりも上方に位置して、脚部に包囲された内側に収容された状態となる。

続いて、第２ブロー工程により、底部の押し上げ状態を維持して第１ブロー工程より高い内圧を胴部及び底部に付与する。これにより、胴部及び底部が前記金型内面に密着し、ボトルの最終形状が形成される。

以上のように、第１ブロー工程において少なくとも傾斜部を下方に傾斜するテーパ形状に膨出させることにより傾斜部を十分に延伸させ、更に好ましくは、接地部よりも下方位置で内周壁部及び傾斜部を下方に傾斜するテーパ形状に膨出させることにより内周壁部及び傾斜部を十分に延伸させるので、底部を薄肉化して且つ高い強度を得ることができ、合成樹脂材料を削減して材料コストを低減することができる。しかも、底部押し上げ工程により傾斜部及び底部中央部が接地部よりも上方に位置する形状に形成されるので、傾斜部が底部中央部に向かって下方に傾斜するテーパ形状に形成されていても、接地部よりも下方に突出することはなく、例えば、充填ラインにおける搬送時に従来のような自立補助具を取付けることなく安定した自立搬送を行うことができる。

更に、前記第２ブロー工程においては、前記傾斜部の外周端と内周端との夫々の全周に、傾斜部を胴部内方に反転凹入自在とするヒンジ部を成形するので、ヒンジ部を介して傾斜部を胴部内方に反転凹入させることが容易に行なえ、例えば、ボトル内部に内容物を充填してキャップにより封止した後、傾斜部を胴部内方に反転凹入させてボトルの減圧変形を防止することができる。

また、本発明においては、前記第２ブロー工程の後に、前記ヒンジ部を介して前記傾斜部を胴部内方に反転凹入させる傾斜部凹入工程を設けてもよい。
これにより、金型からボトルを取り外す直前又は直後に傾斜部凹入工程を設けて傾斜部を胴部内方に反転凹入させ、底部が胴部内に凹入した形状で内容物の充填を行なうボトルとしても用いることができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の方法により得られる合成樹脂製ボトルの形状を示す説明的断面図、図２は本実施形態において採用する金型の説明的断面図、図３は本実施形態におけるブロー成形の各工程を示す説明図である。

本実施形態の方法により製造される合成樹脂製ボトル１は、図１に示すように、口部２と、該口部２の下方に連設された筒状の胴部３と、該胴部３の下部を閉塞する底部４とを備えている。ボトル１は、射出成形されたポリエチレンテレフタレート樹脂製のプリフォーム１ａ（図２参照）からブロー成形され、これによって、胴部３及び底部４が二軸延伸された状態で形成されている。また、口部２の外周にはキャップ５（図１においては仮想線示する）を螺着するための螺着部６が形成されている。

次に、ボトル１の底部４について詳しく説明する。底部４は、図１に示すように、胴部３の下端に連続して形成された環状の脚部７と、該脚部７に包囲された領域に形成された傾斜部８と、底部４の中央部に形成された中央凹部９（底部中央部）とを備えている。脚部７は胴部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、胴部３に連なる外側壁部１０と、該外側壁部１０の下端に連設されてボトル１を自立させるときに接地する接地部１１と、接地部１１の内周端から上方に立ち上がる内側壁部１２とによって構成されている。

前記傾斜部８は、内側壁部１２の上端から中央凹部９に向かってテーパ状に下方に傾斜しており、その外周端部（内側壁部１２の上端との境界）には、外周ヒンジ部１３が形成されている。また、前記傾斜部８の内周端部（中央凹部９の外周端との境界）には、内周ヒンジ部１４が形成されている。傾斜部８は、外周ヒンジ部１３と内周ヒンジ部１４との間で上下対称形状に反転自在とされている。傾斜部８は、中央凹部９に向かって下方に傾斜するテーパ形状であっても（即ち、下方に突出する形状であっても）、脚部７の接地部１１よりも上方に位置して脚部７に包囲された内方に収納される。

中央凹部９は、内周ヒンジ部１４から胴部３の軸線に向かって立ち上がって胴部３の内部に突出し（外側から見て凹入されている）、頂部が略平坦な大略円錐形状に形成されている。中央凹部９の頂部の中心はボトル１の軸心（即ち、底部４の中心）に略一致している。また、中央凹部９は、底部４の外径に応じて適宜大きさを選択することができる。

なお、傾斜部８は、外周ヒンジ部１３及び内周ヒンジ部１４により脚部７等に不用意な変形を波及させることなく正確且つ円滑に反転させることができるようになっているが、ボトル１の内方（上方向）に反転凹入させた後に不用意に戻り方向に反転しないように、傾斜部８の面形状、傾斜部８の傾斜角度、及び傾斜部８の大きさ等が適切に設定されている。

次に、本実施形態によるボトル１の製造方法を説明する。ボトル１は、図２及び図３に模式的に示すように、ブロー成形用の金型１５により成形される。該金型１５は、図２に示すように、胴部成形金型部１６と底部成形金型部１７とストレッチロッド１８とを備えている。

図３（ａ）に示すように、ストレッチロッド１８は、金型１５の内部に所定のストロークで侵入する。なお、ストレッチロッド１８は、図示しないが、中空の冷却空気流路を備えその周壁に冷却空気を送出する複数のエア噴出口１９を備えている。

図２に示すように、胴部成形金型部１６は、その内側に、胴部３に対応する胴部成形面２０と、胴部３の下端に連なる脚部７の一部である外側壁部１０と接地部１１とに対応する第１脚部成形面２１とを備えている。

底部成形金型部１７は、その内側に、接地部１１に連なる脚部７の他部である内側壁部１２に対応する第２脚部成形面２２と、傾斜部８に対応する傾斜部成形面２３と、中央凹部９に対応する中央突出部材２４とを備えている。更に、第２脚部成形面２２と傾斜部成形面２３との境界には外周ヒンジ成形面２５が設けられており、傾斜部成形面２３と中央突出部材２４との間には内周ヒンジ成形面２６が設けられている。

傾斜部成形面２３は、傾斜部８が胴部３の下方に向かって傾斜した状態（即ち傾斜部８が胴部３の外方向に突出した状態）に対応するテーパ形状とされている。また、中央突出部材２４は底部成形金型部１７の中央部に突没自在に設けられ、中央突出部材２４の下方には該中央突出部材２４を金型内方に突き出させるための突き上げロッド２７が連結されている。そして、底部成形金型部１７は、胴部成形金型部１６に対して昇降されるようになっている。

金型１５によるボトル１の成形においては、先ず、図３（ａ）に示すように、底部成形金型部１７を下降させて、底部成形金型部１７の最上部位（本実施形態においては第２脚部成形面２２と傾斜部成形面２３との境界頂部である外周ヒンジ成形面２５）を、胴部成形金型部１６の第１脚部成形面２１の下端より寸法Ｌを存して位置させ、底部４の傾斜部８が下方に傾斜するように位置させる。そして、加熱されたプリフォーム１ａの口部からの加圧エアの供給と、ストレッチロッド１８による押し下げ引き伸ばしにより、二軸延伸された中間形状（金型１５の内面への密着が不完全な状態での形状）のボトル１ｂが形成される（第１ブロー工程）。このとき、ボトル１ｂ内部に付与する圧力は、本実施形態においては、約１０barとした（６〜１３barが好ましい）。そして、底部成形金型部１７の傾斜部成形面２３が傾斜部８に対応した下方に向かって傾斜するテーパ形状に形成されていることにより、中間形状にあるボトル１ｂの傾斜部８が膨出して十分に延伸される。更に、底部成形金型部１７が、胴部成形金型部１６の下方に前記寸法Ｌを存して位置していることにより、この寸法Ｌによる空間において脚部７の内側壁部１２となる部分１２ｘが延伸された状態に形成される。

次いで、図３（ｂ）に示すように、ボトル１ｂに内圧を付与した状態で、ストレッチロッド１８を上昇させ、底部成形金型部１７を上昇させて底部４を胴部３の内部方向に押し上げる（底部押し上げ工程）。このとき、底部成形金型部１７の第２脚部成形面２２を、胴部成形金型部１６の第１脚部成形面２１に対向させ、底部成形金型部１７の最下部位（本実施形態においては傾斜部成形面２３と中央突出部材２４との境界底部である内周ヒンジ成形面２６）を、胴部成形金型部１６の第１脚部成形面２１の下端より上方に位置させる。これにより、脚部７の内側壁部１２が第２脚部成形面２２に沿って立ち上がった形状とされ、同時に、傾斜部成形面２３に沿って形成された傾斜部８がその膨出されたテーパ形状を維持して脚部７の内側壁部１２に包囲された内側に収容される。

そして、中間形状のボトル１ｂの内部に前記第１ブロー工程より高い圧力の加圧エアを供給し、図３（ｃ）に示すように、胴部３及び底部４を前記金型１５の内面（胴部成形面２０、第１脚部成形面２１、第２脚部成形面２２、傾斜部成形面２３、中央突出部材２４、外周ヒンジ成形面２５、内周ヒンジ成形面２６）に密着させる（第２ブロー工程）。このとき、ボトル１ｂ内部に付与する圧力は、本実施形態においては、約３０barとした（２０〜５０barが好ましい）。これにより、前記金型１５の内面に対応する最終形状のボトル１が形成される。このとき、外周ヒンジ成形面２５と内周ヒンジ成形面２６とにより外周ヒンジ部１３と内周ヒンジ部１４とが確実に形成される。

その後、図示しないが、金型１５が分割され、内部からボトル１が取り出される。金型１５から取り出されたボトル１は、胴部３、脚部７の外側壁部１０及び接地部１１が延伸されるだけでなく、前記第１ブロー工程により脚部７の内側壁部１２と傾斜部８とが十分に延伸されているので、高い強度を得てしかも薄肉に形成して合成樹脂材料を削減することができ、軽量化することができる。そして、図１に示すように、ボトル１は、傾斜部８が中央凹部９に向かって下方に傾斜するテーパ形状に突出して形成されていても、中央凹部９と傾斜部８とが脚部７の接地部１１の内周側に立ち上がる内側壁部１２の内側に収容されて接地部１１よりも上方に位置するので、次の工程（例えば、内容物を充填する工程）までのコンベア等による自立搬送を安定して行うことができる。

また、ボトル１は、図１に示すように、外周ヒンジ部１３と内周ヒンジ部１４とにより傾斜部８が反転自在となっているので、傾斜部８が下方に突出した状態で内部に内容物を充填してキャップ５により封止した後、図示しない凹入手段により中央凹部９と傾斜部８とを押し上げて、図１中仮想線で示すように傾斜部８を胴部３の内部方向に凹入させ（傾斜部凹入工程）、ボトル１の減圧変形を防止することができる。或いは、図３（ｃ）を参照すれば、金型１５からボトル１を取り外す直前に、突き上げロッド２７を金型１５内方に突き出させて中央突出部材２４を介して中央凹部９を押し上げ（傾斜部凹入工程）、これに伴って傾斜部８を反転凹入させることができ、底部４が胴部３内に凹入した形状でボトル１を金型から取り外して内容物の充填を行なうこともできる。

また、本実施形態の第１ブロー工程においては、図３（ａ）に示すように、底部成形金型部１７を、胴部成形金型部１６の下方に前記寸法Ｌを存して位置させた最も好ましい例を示したが、それ以外には、図示しないが、第１ブロー工程において、底部成形金型部１７の最上部位（上記の実施形態においては第２脚部成形面２２と傾斜部成形面２３との境界頂部である外周ヒンジ成形面２５）を、胴部成形金型部１６の第１脚部成形面２１の下端と略同等の高さ位置としてもよい。

本発明の一実施形態の方法により得られる合成樹脂製ボトルの形状を示す説明的断面図。 本実施形態において採用する金型の説明的断面図。 本実施形態におけるブロー成形の各工程を示す説明図。

符号の説明

１…合成樹脂製ボトル、１ａ…プリフォーム、２…口部、３…胴部、４…底部、７…脚部、８…傾斜部、９…中央凹部（底部中央部）、１０…外周壁部、１１…接地部、１２…内周壁部、１３…外周ヒンジ部（ヒンジ部）、１４…内周ヒンジ部（ヒンジ部）、１５…金型。

Claims (3)

1. 口部と、該口部の下方に連設された筒状の胴部と、該胴部の下部を閉塞する底部とを備え、前記底部は、前記胴部の下端に沿って連設された脚部と、該底部の中央部に形成された底部中央部と、前記脚部の内周端から底部中央部に向かって下方に傾斜するテーパ形状の傾斜部とを備え、前記脚部は、前記胴部の下端から下方に延びる外周壁部と、該外周壁部の下端に沿って周状に形成された接地部と、該接地部の内周端から立ち上がって傾斜部の外周端に連なる内周壁部とを備え、傾斜部及び底部中央部が前記接地部よりも上方に位置する形状の合成樹脂製ボトルを製造する方法であって、
   前記ボトル形状に対応する金型に取付けたプリフォームの内部に内圧を付与して前記胴部及び底部を延伸させると共に、少なくとも前記傾斜部を、その外周端から底部中央部に向かって下方に傾斜するテーパ形状に膨出させる第１ブロー工程と、
   該第１ブロー工程で形成された胴部及び底部に内圧を付与した状態で、前記脚部の内周壁部を接地部の内周端から胴部内方に向かって立ち上げつつ前記傾斜部の底部中央部に向かって下方に傾斜するテーパ形状を維持して該傾斜部及び底部中央部を接地部よりも上方に押し上げる底部押し上げ工程と、
   該底部押し上げ工程による底部の押し上げ状態を維持して該底部押し上げ工程より高い内圧を胴部及び底部に付与し、胴部及び底部を前記金型内面に密着させる第２ブロー工程とを備え、
   前記第２ブロー工程においては、前記傾斜部の外周端と内周端との夫々の全周に、傾斜部を胴部内方に反転凹入自在とするヒンジ部を成形することを特徴とする合成樹脂製ボトルの製造方法。
2. 前記第１ブロー工程においては、前記内周壁部及び前記傾斜部を、前記接地部の内周端から前記底部中央部に向かって該接地部よりも下方に傾斜するテーパ形状に膨出させることを特徴とする請求項１記載の合成樹脂製ボトルの製造方法。
3. 前記第２ブロー工程の後に、前記ヒンジ部を介して前記傾斜部を胴部内方に反転凹入させる傾斜部凹入工程を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の合成樹脂製ボトルの製造方法。

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