JP5524493B2 - プリフォーム成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、ポリエチレンテレフタレート製ボトルのブロー成形用プリフォームを射出成形するプリフォーム成形金型に関する。

飲料等の液状内容物を収容するポリエチレンテレフタレート製ボトルは、プリフォームに対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ボトルの口部とされる円筒状のボトル口部形成部と、ボトルの胴部とされる円筒状のボトル胴部形成部と、ボトルの底部とされるドーム状のボトル底部形成部とを備えている。

プリフォームを成形する際に用いられる金型は、プリフォームに対応する形状の型壁面を有するキャビティと、プリフォームのボトル底部形成部に対応する位置のキャビティに連通して溶融ポリエチレンテレフタレートの射出ノズルが接続されるゲートインサートとを備えている。

プリフォームの射出成形においては、加熱された射出ノズルから低温の金型のキャビティに溶融ポリエチレンテレフタレートを射出する。これにより、溶融ポリエチレンテレフタレートは、プリフォームのボトル底部形成部に対応する位置のキャビティからプリフォームのボトル胴部形成部乃至ボトル口部形成部に対応する位置のキャビティにわたり流動する。そして、キャビティに充填されたポリエチレンテレフタレート樹脂が金型内で冷却され、固化したプリフォームが金型から取り出される。

こうして射出成形されたプリフォームにより、ポリエチレンテレフタレート製ボトルを形成するときには、プリフォームを加熱し、この加熱により軟化されたプリフォームのボトル胴部形成部とボトル底部形成部とをストレッチロッドにより軸線方向に引き伸ばすと共にプリフォーム内部にブローエアを導入する。これにより、プリフォームのボトル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。

しかし、プリフォームのボトル底部形成部は殆ど延伸されず、ブロー後であってもボトル底部が比較的肉厚になるため、薄肉化による材料費削減や軽量化が不十分となる。

そこで、従来、プリフォームのボトル底部形成部をボトル胴部形成部より薄肉としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のプリフォームは、図４に一部を示すように、ボトル底部形成部Ｐ３とボトル胴部形成部Ｐ２との境界部分にボトル底部形成部Ｐ３からボトル胴部形成部Ｐ２にかけて外径が急激に拡径してその肉厚が増加する肉厚増加部Ｐ４を備えている。

このような形状のプリフォームを用いることで、ブロー成形時に殆ど延伸されないボトル底部形成部のポリエチレンテレフタレート樹脂の使用量を削減してボトルの軽量化が可能となる。

特開平４−３６６６０４号公報（図２）

しかし、前記形状のプリフォームを射出成形すると、図４に示すように、プリフォームのボトル底部形成部Ｐ３とボトル胴部形成部Ｐ２との境界部分からボトル胴部形成部Ｐ２にかけての外面に、スジ状の皺Ｘが発生する場合がある。

このような皺Ｘは、次のようにして発生すると考えられる。即ち、この形状のプリフォームを成形する金型のキャビティにおいては、プリフォームのボトル底部形成部の外面形状に対応する型壁面とボトル胴部形成部の外面形状に対応する型壁面との境界部分に、肉厚増加部の外面形状に対応してキャビティの内径が急激に拡径する形状の型壁面が設けられる。

プリフォームを射出成形する際、高温の射出ノズルから溶融ポリエチレンテレフタレートが射出されると、この溶融ポリエチレンテレフタレートがゲートインサートを経てキャビティ内を流動する。このとき、キャビティにおいては、ボトル底部形成部に対応する位置のキャビティの肉厚相当幅よりもボトル胴部形成部に対応する位置のキャビティの肉厚相当幅が広いために、プリフォームの肉厚増加部に対応するキャビティを通過するとき溶融ポリエチレンテレフタレートの流動面積が急激に拡大されて溶融ポリエチレンテレフタレートの流速が低下する。

また、キャビティ内を流れている溶融ポリエチレンテレフタレートは、金型が低温であることによりキャビティの型壁面に接する表層部にスキン層と言われる比較的高い粘度の層が形成される。一方、スキン層の内側層では未だ粘度が低い状態の溶融ポリエチレンテレフタレートが流動するので、キャビティ全体にポリエチレンテレフタレート樹脂が充填される。

ここで、溶融ポリエチレンテレフタレートの流速が高い状態から低い状態に変化する肉厚増加部に対応する位置のキャビティでは、その型壁面に接した溶融ポリエチレンテレフタレートのスキン層の内側層の溶融ポリエチレンテレフタレートの流動速度の低下が少ない。しかも肉厚増加部に対応する位置のキャビティの下流端では、その型壁面により拡径する方向に案内されていた溶融ポリエチレンテレフタレートの流動方向がプリフォームの軸線方向に強制的に曲げられる。

このため、従来の金型においては、肉厚増加部に対応する位置のキャビティの型壁面で形成されたスキン層の一部が、その内側層の溶融ポリエチレンテレフタレートの流動により引きずられて型壁面に沿って滑り、引き延ばされながらボトル胴部形成部の外面形状に対応する型壁面に沿って移動する。このときに生じるのスキン層の引きずられた痕が図４に示すように皺Ｘとなってプリフォームのボトル胴部形成部Ｐ２の外面に形成される。

そして、このような皺Ｘが発生したプリフォームによりボトルをブロー成形すると、外観不良となり、ボトルの強度が低下することもある。

以上の点に鑑み、本発明は、ボトル胴部形成部に皺を発生させることなくプリフォームを射出成形することができるプリフォーム成形金型を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本発明は、ポリエチレンテレフタレート製ボトルのブロー成形用プリフォームを射出成形するプリフォーム成形金型であって、ボトルの口部とされる円筒状のボトル口部形成部と、ボトルの胴部とされる円筒状のボトル胴部形成部と、ボトルの底部とされるドーム状のボトル底部形成部とを備えてボトル底部形成部がボトル胴部形成部より薄肉とされ、ボトル底部形成部とボトル胴部形成部との境界部分にその外周がボトル底部形成部からボトル胴部形成部に向かって拡径する肉厚増加部を備えるプリフォームを成形すべく、該プリフォームに対応する形状の型壁面からなる空間であるキャビティと、プリフォームのボトル底部形成部に対応する位置のキャビティに連通して溶融ポリエチレンテレフタレートの射出ノズルが接続されるゲートインサートとを備えるものにおいて、前記キャビティの、前記プリフォームの肉厚増加部の外面形状に対応する型壁面に、表面粗さ（Ｒａ値）が０．０５〜１．０μｍである粗面加工が施されていることを特徴とする。

本発明のプリフォーム成形金型により成形するプリフォームは、ボトル底部形成部がボトル胴部形成部より薄肉とされている。また、ボトル底部形成部とボトル胴部形成部との境界部分には、ボトル底部形成部とボトル胴部形成部との肉厚の差に伴う肉厚増加部が設けられている。そして、この肉厚増加部は、ボトル底部形成部からボトル胴部形成部に向かって外径が急激に拡径する形状に形成されている。

プリフォーム成形金型の前記キャビティにおいては、前記プリフォームの形状に対応しているため、ボトル底部形成部の外面形状に対応する型壁面とボトル胴部形成部の外面形状に対応する型壁面との境界部分に、肉厚増加部の外面形状に対応してキャビティの外径が急激に拡径する形状の型壁面が設けられる。

本発明においては、前記キャビティの、少なくとも前記プリフォームの肉厚増加部の外面形状に対応する型壁面に粗面加工が施されている。これにより、肉厚増加部に対応する位置のキャビティの型壁面で形成されたスキン層は、粗面加工が施された型壁面により滑りが抑制され、内側層を流動する溶融ポリエチレンテレフタレートによるスキン層の引きずりが防止される。従って、プリフォームのボトル胴部形成部の表面に皺を発生させることなくプリフォームを射出成形することができる。

なお、本発明において前記型壁面に施される粗面加工は、該型壁面に接して形成される溶融ポリエチレンテレフタレートのスキン層の滑りが抑制できる最小限の粗面加工であって、表面粗さ（Ｒａ値）が０．０５〜１．０μｍとされ、一般にシボ或いは梨地と言われるような微細な凹凸面による。これにより、成形後のプリフォームの表面に粗面加工の凹凸が転写されることがないか、或いは転写されても極めて僅かであってブロー成形後のボトルの外面に凹凸が現れないものとすることができる。

本発明のプリフォーム成形金型を示す説明的断面図。 プリフォームの外形を示す説明図。 図２の金型の要部を拡大して示す説明図。 従来のプリフォーム成形金型により成形されたプリフォームの一部の破断説明図。

本実施形態のプリフォーム成形金型１は、図１に要部を断面視して示すように、外型２と内型３とにより構成され、外型２と内型３とによって形成される空間が、成形品である後述するプリフォームＰ（図２参照）の形状に対応するキャビティ４とされている。また、外型２の下端部にはキャビティ４に連通するゲートインサート５が形成されており、このゲートインサート５には、射出ノズル６が接続される。なお、外型２は適宜位置で複数に分割可能に構成されている。

プリフォームＰは、ポリエチレンテレフタレート製ボトル（図示せず）をブロー成形するものであり、図２に示すように、外周にキャップを螺着するためのネジ山が形成されたボトルの口部とされる円筒状のボトル口部形成部Ｐ１と、ボトルの胴部とされる円筒状のボトル胴部形成部Ｐ２と、ボトルの底部とされるドーム状のボトル底部形成部Ｐ３とを備えている。

また、このプリフォームＰは、ボトル底部形成部Ｐ３がボトル胴部形成部Ｐ２より薄肉とされており、ブロー成形時に殆ど延伸されないボトル底部形成部Ｐ３のポリエチレンテレフタレート樹脂の使用量を削減することでボトルの軽量化が可能となっている。なお、本実施形態のプリフォーム成形金型１により成形するプリフォームＰにおいては、ボトル胴部形成部の厚みが約４．０mmとされているのに対し、ボトル底部形成部の厚みが約２．５mmとされている。

更に、プリフォームＰには、ボトル底部形成部Ｐ３とボトル胴部形成部Ｐ２との境界部分にボトル底部形成部Ｐ３からボトル胴部形成部Ｐ２にかけて外径が急激に拡径してその肉厚が増加する肉厚増加部Ｐ４が設けられている。

そして、図１に示すように、前記キャビティ４は、プリフォーム成形金型１の内型３の外側面と外型２の内側面とに備える型壁面により包囲される空間により形成される。

キャビティ４を構成する型壁面について説明すれば、内型３の外側面は、プリフォームＰの全長にわたる内側形状に対応する第１型壁面７となっている。また、外型２の内側面には、プリフォームＰのボトル口部形成部Ｐ１の外側形状に対応する第２型壁面８と、ボトル胴部形成部Ｐ２の外側形状に対応する第３型壁面９と、肉厚増加部Ｐ４の外側形状に対応する第４型壁面１０と、ボトル底部形成部Ｐ３の外側形状に対応する第５型壁面１１とが連続して形成されている。

また、図３に示すように、第４型壁面１０には、ショットブラスト等による粗面加工が施されている。この粗面加工は、溶融ポリエチレンテレフタレートのスキン層の滑りを抑制するものであり、梨地と言われる微細な凹凸面による。そして、この粗面加工は、プリフォームＰの表面にシボ加工の凹凸が転写されることがないか、或いは転写されても極めて僅かであってブロー成形後のボトルの外面に凹凸が現れないものとする。

ここで、本発明者は、溶融ポリエチレンテレフタレートのスキン層の滑りと型壁面の表面粗さとの関係を確認する各種試験を行った。その結果によれば、粗面加工による表面粗さがＲａ値（算術平均粗さ）０．０５μm未満であると、第４型壁面１０から第３型壁面９にかけて溶融ポリエチレンテレフタレートのスキン層の滑りが顕著に現れ、粗面加工による表面粗さがＲａ値１．０μmを超えると、溶融ポリエチレンテレフタレートのスキン層の滑りがない反面、プリフォームＰの表面に粗面加工の凹凸が比較的大きく転写され、外観上好ましくないことが明らかとなった。これに基づき、第４型壁面１０に施す粗面加工による表面粗さを、Ｒａ値０．０５〜１．０μmとした。

射出ノズル６は、ゲートインサート５に接続するノズルチップ１２を備え、ゲートインサート５を介してキャビティ４に溶融ポリエチレンテレフタレートを射出注入する。ノズルチップ１２は先端に開口部１３を備え、開口部１３の軸心には、棒状のバルブステム１４が進退自在に設けられている。

バルブステム１４とノズルチップ１２の内壁との間には、図示しないランナーから供給される溶融ポリエチレンテレフタレートが流動する樹脂流路１５が形成されている。バルブステム１４の進退は、図示しない進退駆動手段によって行なわれ、該進退駆動手段によりバルブステム１４が前進されたとき、該バルブステム１４の先端がノズルチップ１２の開口部１３及びゲートインサート５の一部を閉鎖し、該進退駆動手段によりバルブステム１４が後退されたとき、該バルブステム１４の先端がノズルチップ１２の開口部１３を開放してゲートインサート５を介してキャビティ４への溶融ポリエチレンテレフタレートの射出注入が行なわれる。

なお、図示しないが、射出ノズル６のノズルチップ１２には、樹脂流路１５内のポリエチレンテレフタレート樹脂を溶融状態に維持するために保温するヒータが設けられている。これにより、本実施形態においては、射出ノズル６から射出する溶融ポリエチレンテレフタレートの樹脂温度が２８０〜３１０℃とされる。そして、本実施形態における射出ノズル６による溶融ポリエチレンテレフタレートの射出圧は１２〜６５ＭPaに設定されている。

また、プリフォーム成形金型１の外型２及び内型３には、キャビティ４へ充填された溶融ポリエチレンテレフタレートを硬化させるべく冷却水路が設けられている。これにより、本実施形態においては、プリフォーム成形金型１の金型温度が５〜２０℃に設定されている。

上記構成のプリフォーム成形金型１によってプリフォームＰの射出成形を行うとき、射出ノズル６からゲートインサート５を介してキャビティ４に送り出された溶融ポリエチレンテレフタレートは、キャビティ４内全部に充填され、低温とされた外型２及び内型３に冷却されてプリフォームＰの形状に固化する。

ここで、キャビティ４内を流動する溶融ポリエチレンテレフタレートは、キャビティ４を構成する各型壁面７，８，９，１０，１１に接触する表層部には早期に高い粘度のスキン層が生じる。更に、キャビティ４内を流動する溶融ポリエチレンテレフタレートは、第１型壁面７と第４型壁面１０との間を通過して第１型壁面７と第３型壁面９との間に入ると、第４型壁面１０と第３型壁面９との境界で流動方向が曲げられると共に、流速が変化する。このときの、流動の変化に伴い、第４型壁面１０に密着して形成された溶融ポリエチレンテレフタレートのスキン層には、比較的大きな流動力が付与される。しかし、第４型壁面１０には、図３に示すように、粗面加工が施されており、この粗面加工によって溶融ポリエチレンテレフタレートのスキン層の滑りが抑制されている。これにより、第４型壁面１０に接するスキン層が引きずられて第３型壁面９に沿って移動するといった事態が防止できるので、ボトル胴部形成部Ｐ２に、図４に示した従来のような皺Ｘが形成されることなく、良好なプリフォームＰを射出成形することができる。

なお、上述した通り、最小限第４型壁面１０にのみ粗面加工を施しておけば、第４型壁面１０に接するスキン層が引きずられて第３型壁面９に沿って移動することはなく、プリフォームＰのボトル胴部形成部Ｐ２における皺の発生を防止できるが、第４型壁面１０に隣接する第５型壁面１１や第３型壁面９に粗面加工が施されていても全く支障はない。特に、ショットブラストにより第４型壁面１０にのみ粗面加工を施す場合、第５型壁面１１や第３型壁面９にマスキング等を施す必要があるが、こうしたマスキング等を施す手間を省き作業効率を向上させるために、第４型壁面１０と共に第５型壁面１１や第３型壁面９に粗面加工を施してもよい。

Ｐ…プリフォーム、Ｐ１…ボトル口部形成部、Ｐ２…ボトル胴部形成部、Ｐ３…ボトル底部形成部、Ｐ４…肉厚増加部、１…プリフォーム成形金型、４…キャビティ、５…ゲートインサート、１０…第４型壁面（肉厚増加部の外面形状に対応する型壁面）。

Claims (1)

1. ポリエチレンテレフタレート製ボトルのブロー成形用プリフォームを射出成形するプリフォーム成形金型であって、ボトルの口部とされる円筒状のボトル口部形成部と、ボトルの胴部とされる円筒状のボトル胴部形成部と、ボトルの底部とされるドーム状のボトル底部形成部とを備えてボトル底部形成部がボトル胴部形成部より薄肉とされ、ボトル底部形成部とボトル胴部形成部との境界部分にその外周がボトル底部形成部からボトル胴部形成部に向かって拡径する肉厚増加部を備えるプリフォームを成形すべく、該プリフォームに対応する形状の型壁面からなる空間であるキャビティと、プリフォームのボトル底部形成部に対応する位置のキャビティに連通して溶融ポリエチレンテレフタレートの射出ノズルが接続されるゲートインサートとを備えるものにおいて、
   前記キャビティの、前記プリフォームの肉厚増加部の外面形状に対応する型壁面に、表面粗さ（Ｒａ値）が０．０５〜１．０μｍである粗面加工が施されていることを特徴とするプリフォーム成形金型。