JP5524688B2 - 合成樹脂製ボトルのブロー成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブロー成形金型に取り付けたプリフォームに内圧を付与して合成樹脂製ボトルをブロー成形する合成樹脂製ボトルのブロー成形方法に関する。

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ボトル（ＰＥＴボトル）が知られている。従来、飲料用ＰＥＴボトルは、底部に胴部の内部に向かって隆起する底凹部と、底凹部の外周に連設された環状の接地部とが設けられている。

この種のボトルは、一般にブロー成形金型を用いてブロー成形される。ブロー成形金型は、ボトルに対応する形状の胴部成形部と、胴部成形部の下端に連続してボトルの底部に対応する形状の底部成形部とを備え、金型に取り付けた合成樹脂製プリフォームに内圧を付与することにより金型内部でプリフォームを延伸させるようになっている。

ブロー成形金型によりプリフォームをブロー成形すると、得られたボトルの底部は、その底凹部が延伸の少ない比較的厚肉に形成され、特に底凹部の中央部とその近傍はプリフォームの元の肉厚に近い厚肉となる。即ち、金型の底部成形部は、底凹部に対応して金型の胴部成形部の内部に突出する形状である。

このため、プリフォームの胴部が形成される部分ではブロー時に外方に引き伸ばされ十分に延伸されるが、プリフォームの底部が形成される部分は延伸途中に底部成形部に接して延伸が進まず、厚肉の状態で底部の形状に成形される。

そして、このように形成されたボトルの底部は、比較的厚肉とされることによりその強度が保持できるものの、十分に延伸されず結晶化度が低いために耐熱性が低く、例えば、飲料を高温充填するホットパック時や、飲料を充填したＰＥＴボトルを店頭などでホットウオーマー等により加熱保管した場合に、底部に白化或は熱変形が生じるおそれがある。

一方、近年では、ＰＥＴボトルにおける材料費の削減や省資源の観点から薄肉軽量化が求められている。そこで、従来の合成樹脂製ボトルにおける薄肉軽量化を行う場合には、プリフォームの底部が形成される部分を予め薄肉としておくことで、ボトル底部を薄肉に形成することが考えられる。

しかし、プリフォームの肉厚を調節して底部の薄肉軽量化を行った場合には、胴部の下端部や底部の接地部及びその近傍が過度に薄肉化され、底部全体を均一に薄肉化することが困難であった。そして、胴部の下端部や底部の接地部及びその近傍が過度に薄肉化されると、底部周縁部の強度が低下し、変形や破損が生じるおそれがある。

また、耐熱性を付与するために、プリフォームを一次ブロー成形して、最終ボトル形状よりも大きな形状の第１中間体を形成し、次いで第１中間体を熱収縮させて最終ボトル形状よりも小さな形状の第２中間体を形成し、この第２中間体を二次ブロー成形して最終ボトル形状とするブロー成形方法が知られている（下記特許文献１参照）。

しかし、この方法によると、一次ブロー成形用の金型と、二次ブロー成形用の金型とが必要となるだけでなく、工程数も多く、製造コストがかかる不都合がある。

特開平８−３９６５６

上記の点に鑑み、本発明は、合成樹脂製ボトルの底部を均一に延伸することができて薄肉化と強度及び耐熱性の向上とを両立させることができ、しかも、比較的少ない工程数で低コストの合成樹脂製ボトルを得ることができる合成樹脂製ボトルのブロー成形方法を提供することを目的とする。

本発明は、合成樹脂製ボトルを合成樹脂製プリフォームからブロー成形する合成樹脂製ボトルのブロー成形方法に関するものである。本発明のブロー成形方法により、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有し、前記底部は、前記胴部の内部に向かって椀状に隆起する底凹部と、該底凹部の中央部から該底凹部の周縁部に向かって放射状に延びる複数の底リブと、該底凹部の下端部に連設された環状の接地部と、該接地部の周縁部から湾曲して胴部の下端部に連なる湾曲周端部とを備える合成樹脂製ボトルが製造される。

本発明のブロー成形方法においては、前記ボトルの前記胴部及び前記湾曲周端部の形状に対応する胴部成形部を有する胴部金型と、該胴部金型の下端部に上下動可能に設けられ、前記底凹部及び前記接地部の形状に対応すると共に前記底リブに対応するリブ成形部が設けられた底部成形部を有する底部金型とを備え、該底部金型が第１の所定位置にあるとき胴部成形部と底部金型とにより形成される内部形状が前記ボトルの最終賦形形状に対応するブロー成形金型が用いられる。

そして、本発明は、前記底部金型を前記第１の所定位置よりも下方の第２の所定位置に位置させた状態で、前記胴部金型に取付けた前記プリフォームに内圧を付与して中間成形体を形成させると共に、胴部成形部の下端よりも下方に中間成形体の下部を膨出させることにより、前記底部成形部に非接触或いは前記リブ成形部の少なくとも一部を残して前記底部成形部に当接する底部膨出部を形成させる延伸膨出工程と、該延伸膨出工程に続いて前記中間成形体に内圧を付与した状態で、前記底部金型を第２の所定位置から第１の所定位置に移動させて前記底部膨出部を前記底部成形部に当接し、前記リブ成形部により底リブを成形しつつ前記底凹部及び接地部を形成させる底部成形工程とを備える。

本発明のブロー成形方法によれば、上記構成により、ブロー成形金型内に取り付けたプリフォームに内圧を付与し、胴部及び底部の一部である湾曲周端部を形成させ、更に、プリフォームに内圧を付与した状態のまま底部膨出部を突き上げて底部の他部である底凹部及び接地部を成形する。

底部金型が第１の所定位置に位置しているときには、胴部金型の胴部成形部と底部金型の底部成形部とが連続する成形面を形成し、この成形面がボトルの最終賦形形状に対応するものとなる。一方、底部金型が第２の所定位置に位置しているときには、底部金型の底部成形部が胴部金型の胴部成形部から離れて胴部成形部の下方に空間が生じる。そして、この空間を用いて底部膨出部を形成させる。底部膨出部は胴部の下方にドーム状に膨らみ、この際に延伸される。

前記延伸膨出工程においては、下方に膨らんだ底部膨出部が前記底部金型の前記底部成形部に非接触或いは前記リブ成形部の少なくとも一部を残して前記底部成形部に当接する位置である第２の所定位置に該底部金型を位置させておく。即ち、下方に膨らんだ底部膨出部がリブ成形部の全部を覆わないようにする。こうすることにより、底部膨出部は底部成形部に接しているものの、最終底部形状にはならない。従って、底部膨出部が底部成形部に接触することによる延伸の進行停止を抑えることができる。

前記底部成形工程では、底部金型を第２の所定位置から第１の所定位置に移動させ、底部膨出部を胴部の内方に突き上げる。これにより、底部膨出部は、胴部の内部に向かって椀状に隆起し底凹部が成形される。

そして、底部金型の第２の所定位置から第１の所定位置への移動時には、中間成形体に内圧を付与した状態を維持することで、内圧が凹入途中の底部膨出部に付与され、底部膨出部がリブ成形部の凹凸形状に沿うときに更に引き伸ばされる。

これにより、底凹部、底リブ、及び接地部が十分に且つ均一に延伸され、強度及び耐熱性が高く且つ薄肉化された底部を成形することができる。しかも、上記構成により中間成形体をブロー成形金型から取り外すことなく十分に延伸された胴部及び底部の成形が行えるので、工程数が少なく製造コストも低減することができる。

更に、前記延伸膨出工程は、前記底部膨出部を、前記リブ成形部の延設方向の長さの５０％以上を残して当接するように膨出させて形成する。

本発明者の知見によれば、前記延伸膨出工程で底部膨出部が前記リブ成形部の延設方向の長さの５０％を超えて覆った状態となると、底部膨出部の底部が形成される部分が底部成形部のリブ成形部に接触することにより延伸の進行が阻害され、底部金型を第２の所定位置から第１の所定位置に移動させても、その後のリブ成形部に沿った底部膨出部の延伸が比較的小となる場合がある。そこで、延伸膨出工程においては、前記底部膨出部を、前記リブ成形部の延設方向の長さの５０％以上を残して当接するようにすることで、底部膨出部の底部が形成される部分における延伸の進行が阻害されることを防止することができる。

また、本発明の前記底部成形工程においては、前記底部金型を第２の所定位置から第１の所定位置に移動させる際に前記中間成形体に内圧を付与して前記ボトルの最終賦形を行うことが適している。

底部金型が第１の所定位置に位置すると、胴部金型の胴部成形部と底部金型の底部成形部とが連続する成形面を形成し、この成形面がボトルの最終賦形形状に対応するものとなる。そして、底部金型の移動により中間成形体の内圧を上昇させることで、中間成形体の外周面をボトルの最終賦形形状に対応する成形面に確実に沿わせることができ、極めて容易に最終賦形形状のボトルを得ることができる。

また、前記底部成形工程を行った後、最終賦形形状の少なくとも前記底部をヒートセット（即ち熱処理による形状安定化）するヒートセット工程を行ってもよい。これにより、最終賦形形状の少なくとも前記底部の耐熱性を向上させることができる。

合成樹脂製ボトルを示す説明的断面図。 図１の合成樹脂製ボトルの底面図。 本発明の実施形態のブロー成形方法を示す説明図。 他の実施形態を示す説明的断面図。

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３参照）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において二点鎖線で示す）を螺着するための螺着部６が形成されており、胴部３には、複数の胴部ビード３ａ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。図１に示すように、底部４は、胴部３の内部に向かって椀状に隆起する底凹部７と、底凹部７の中央に位置する底中央部８と、底中央部８の近傍から底凹部７の周縁部に向かって放射状に延びる複数の底リブ９と、底凹部７の下端部に連設さてボトル１を自立させるときに接地させる環状の接地部１０と、接地部１０の周縁部から外側上方に湾曲して胴部３の下端部に連なる湾曲周端部１１とによって構成されている。

そして、本実施形態の方法によって製造されるボトル１は、底凹部７全体が実質的に二軸延伸されることにより薄肉化され軽量化されており、且つ、強度、耐久性が向上したものとなっている。

底凹部７の肉厚寸法は、０．１５〜０．７mmの範囲（０．１mm〜０．９mmの範囲内であればよい）の何れかとされている。発明者の知見によれば、底凹部７の肉厚寸法が０．１mm未満であると、底部４の強度が不足し変形しやすくなり、ボトル１に過剰な内圧がかかった場合、底部４が変形することがある。また、底凹部７の肉厚寸法が０．９mmを超えると底部４の延伸倍率を大きくすることが困難であり、柔軟性に欠け、底部４における樹脂材料の分量が多くなって全樹脂量を一定とした場合、胴部３等への樹脂の分配量が減少して全体としてのボトル強度設計上、胴部３の強度が低下する。このことから、底凹部７の肉厚寸法を０．１mm〜０．９mmの範囲内とし、好ましくは０．１５〜０．７mmの範囲の何れかとすることで、胴部３の肉厚配分を減少させることなく変形し難い底部４を形成することができる。

また、底凹部７は、プリフォーム１ａからブロー成形されたときの延伸倍率が、３〜２０倍の範囲（２倍以上であればよい）とされている。発明者の知見によれば、底凹部７の延伸倍率が２倍未満であると、延伸が不十分であるため、底部４の強度が低下し、耐熱性を付与するためにヒートセットした場合、底部４が白化して、底部４の透明性が低下するので外観上も好ましくない。このことから、底凹部７の延伸倍率を２倍以上とし、好ましくは３〜２０倍の範囲の何れかとすることで、底部４の強度の低下やヒートセットに伴う白化が確実に防止できる。

更に、底凹部７の傾斜角度θ（接地部１０の内縁側境界と底中央部８の外縁側境界とを結ぶ線Ｌと接地面Ｆとが交わる角度）は、４０°〜７０°の範囲（２０°〜７５°の範囲内であればよい）の何れかに設定されている。発明者の知見によれば、底凹部７の傾斜角度θが２０°未満であると、内容物充填後のボトル１の内圧が過剰になった場合、底凹部７が外方へ突出或は変形しやすくなる。また、底凹部７の傾斜角度θが７５°を超えると成形段階で底部４に大きな変形を強いることになり肉厚分布が不均一になり好ましくない。よって、底凹部７の傾斜角度θを２０°〜７５°の範囲内とし、好ましくは４０°〜７０°の範囲の何れかに設定することで、変形に対する強度が得られ且つ肉厚分布が均一な底凹部７を形成することができる。

また、底リブ９は、底凹部７の幅寸法（接地部１０側端縁と底中央部８の外縁側端縁との間の寸法）に対して５０〜１００％の長さを有して延設されており、底リブ９の深さ寸法は、１〜５mmの範囲の何れかに形成されている。更に、図２に示すように、底リブ９は６本（３〜１１本の何れかが好ましい）放射状に等間隔に配設されている。発明者の知見によれば、底リブ９の長さが底凹部７の幅寸法の５０％未満であるか、或いは、底リブ９が２本以下であると、底凹部７に変形しやすい平坦な部分が広く形成されて、底部４の強度が低下する。また、底リブ９が１１本以下であると、底リブ９の間隔が狭くなり、十分な深さに底リブ９を形成することができず、これによっても底部４の強度が低下する。よって、底リブ９を底凹部７の幅寸法に対して５０〜１００％の長さとし、３〜１１本設けることで、強度の高い底部４を形成することができる。

次に、本実施形態によるボトル１のブロー成形方法を説明する。ボトル１は、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、胴部金型１６と底部金型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、内部に中空の冷却空気流路を備え、その周壁には冷却空気を送出する複数のエア噴出口１９を備えている。

胴部金型１６は、その内側に、胴部３に対応する胴部成形面２０と、底部４の一部である湾曲周端部１１に対応する湾曲周端部成形面２１とを備えている。胴部成形面２０と湾曲周端部成形面２１とは連続して形成されており、本発明における胴部成形部を構成している。更に、胴部成形面２０には、胴部ビード３ａを成形するためのビード成形溝２０ａが形成されている。

底部金型１７は、外周部に接地部１０に対応する接地部成形面２２と、接地部成形面２２の内側に底凹部７に対応する底凹部成形面２３と、頂部に底中央部８に対応する平坦な底中央部成形面２４を備えている。接地部成形面２２、底凹部成形面２３、及び底中央部成形面２４は連続して形成されており、本発明における底部成形部を構成している。また、底凹部成形面２３には、底リブ９に対応して突出するリブ成形凸部２５（リブ成形部）が設けられている。

そして、底部金型１７は、図示しない昇降手段を備え、胴部金型１６に対して昇降（上下動）されるようになっている。

また、胴部金型１６及び底部金型１７には、図示しない加熱手段及び冷却手段が設けられており、適切に温度調節が行え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、底部金型１７を下降させて、底部金型１７の頂部（本実施形態においては底中央部成形面２４）を、胴部金型１６の湾曲周端部成形面２１の下端より下方に位置させる。このときの底部金型１７の下降位置は本発明における第２の所定位置に相当する。

次いで、図３（ｂ）に示すように、加熱されたプリフォーム１ａの口部２から加圧エアを供給し、加圧エアによる内圧上昇と、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）の中間成形体１ｂが形成される。

そして更に、中間成形体１ｂへの加圧エアの供給と共に、ストレッチロッド１８による押し下げを続けると、底部金型１７が上記位置に下降されていることにより、この空間において中間成形体１ｂの下部（底部４が成形される部分）がドーム状に下方に膨出して 延伸された底部膨出部１ｃが形成される（延伸膨出工程）。

底部膨出部１ｃは、最終形状の底部４の形状を考慮した所定の大きさに膨出させるが、底部金型１７の下降位置（本発明における第２の所定位置）は、所定の大きさに膨出した底部膨出部１ｃが、底部金型１７の底中央部成形面２４に接するように設定されている。

次いで、図３（ｃ）に示すように、中間成形体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、底部金型１７を上昇させて、底部金型１７の接地部成形面２２の外周縁と胴部金型１６の湾曲周端部成形面２１の内周縁とを同一位置に合致させる。このときの底部金型１７の上昇位置は本発明における第１の所定位置に相当する。

これにより、底部金型１７はその上昇に伴って底部膨出部１ｃを上方に突き上げ、底部４が成形される（底部成形工程）。このとき、底部金型１７は中間成形体１ｂの内圧に抗して上昇し、底部膨出部１ｃが胴部３の内部に向かって隆起して底凹部７が成形されると共に、接地部成形面２２により接地部１０が成形される。同時に、底部膨出部１ｃが内圧によりリブ成形凸部２５に押し付けられて延伸された底リブ９が成形され、肉厚が均一に延伸された底部４が成形される。

そして、底部金型１７を上昇させる工程時には、内圧が中間成形体１ｂの内部全体に付与されるので、金型１５の内面への密着が不完全な状態であった中間成形体１ｂの胴部３が成形される部分が胴部成形面２０に密着し、更に、中間成形体１ｂの胴部３がビード成形溝２０ａに沿った形状に確実に成形されて、胴部ビード３ａを有する胴部３の最終賦形が行われる。

その後、所望により金型１５を加熱し、好ましくは胴部３と共に底部４をヒートセットする（ヒートセット工程）。これにより、底部４の形状が安定すると共に耐熱性が向上する。しかも、底部４は二軸延伸されていることにより、ヒートセットによる熱処理時に良好な透明度を維持し、良好な外観が維持される。

なお、本実施形態の延伸膨出工程においては、図３（ｂ）に示すように、底部膨出部１ｃが底部金型１７の底中央部成形面２４に接するまで膨出させた例を示したが、底部膨出部１ｃと底部金型１７とは僅かに離間して非接触であってもよい。

また、それ以外に、底部膨出部１ｃは、リブ成形凸部２５の延設方向の長さの５０％以上を残して当接するまで膨出させることができる。このとき、底部膨出部１ｃは、最終形状の底部４の形状を考慮した大きさに膨出させる必要があるので、底部膨出部１ｃを底部金型１７の所望の位置まで当接させるときには、底部金型１７の下降位置（第２の所定位置）を適宜設定することにより行われる。即ち、図４（ａ）に示すように、所定の大きさに膨出された底部膨出部１ｃが、底部金型１７の底中央部成形面２４と底凹部成形面２３の上端の一部を僅かに覆う位置に、底部金型１７を下降させておいてもよく、また、図４（ｂ）に示すように、所定の大きさに膨出された底部膨出部１ｃが、底部金型１７のリブ成形凸部２５の延設方向の長さの５０％近傍まで覆う位置に、底部金型１７を下降させておいてもよい。これによっても、肉厚が均一に延伸された底部４を有するボトル１を成形することができる。

また、本実施形態においては、胴部成形面２０に胴部ビード３ａを成形するためのビード成形溝２０ａを備える胴部金型１６を示したが、胴部ビード３ａを形成しない胴部３を成形する場合には、図示しないが、ビード成形溝２０ａを備えない胴部金型１６を用いてもよい。

１…合成樹脂製ボトル、１ａ…プリフォーム、１ｂ…中間成形体、１ｃ…底部膨出部、２…口部、３…胴部、４…底部、７…底凹部、９…底リブ、１０…接地部、１１…湾曲周端部、１５…ブロー成形金型、１６…胴部金型、１７…底部金型、２５…リブ成形凸部（リブ成形部）。

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有し、前記底部は、前記胴部の内部に向かって椀状に隆起する底凹部と、該底凹部の中央部から該底凹部の周縁部に向かって放射状に延びる複数の底リブと、該底凹部の下端部に連設された環状の接地部と、該接地部の周縁部から湾曲して胴部の下端部に連なる湾曲周端部とを備える合成樹脂製ボトルを、合成樹脂製プリフォームからブロー成形する合成樹脂製ボトルのブロー成形方法であって、
   前記ボトルの前記胴部及び前記湾曲周端部の形状に対応する胴部成形部を有する胴部金型と、該胴部金型の下端部に上下動可能に設けられ、前記底凹部及び前記接地部の形状に対応すると共に前記底リブに対応するリブ成形部が設けられた底部成形部を有する底部金型とを備え、該底部金型が第１の所定位置にあるとき胴部成形部と底部金型とにより形成される内部形状が前記ボトルの最終賦形形状に対応するブロー成形金型が用いられ、
   前記底部金型を前記第１の所定位置よりも下方の第２の所定位置に位置させた状態で、前記胴部金型に取付けた前記プリフォームに内圧を付与して中間成形体を形成させると共に、胴部成形部の下端よりも下方に中間成形体の下部を膨出させることにより、前記底部成形部に非接触或いは前記リブ成形部の少なくとも一部を残して前記底部成形部に当接する底部膨出部を形成させる延伸膨出工程と、
   該延伸膨出工程に続いて前記中間成形体に内圧を付与した状態で、前記底部金型を第２の所定位置から第１の所定位置に移動させて前記底部膨出部を前記底部成形部に当接し、前記リブ成形部により底リブを成形しつつ前記底凹部及び接地部を形成させる底部成形工程とを備え、
   前記延伸膨出工程は、前記底部膨出部を、前記リブ成形部の延設方向の長さの５０％以上を残して当接するまで膨出させて形成することを特徴とする合成樹脂製ボトルのブロー成形方法。
2. 前記底部成形工程においては、前記底部金型を第２の所定位置から第１の所定位置に移動させる際に前記中間成形体に内圧を付与して前記ボトルの最終賦形を行うことを特徴とする請求項１記載の合成樹脂製ボトルのブロー成形方法。
3. 前記底部成形工程を行った後、最終賦形形状の少なくとも前記底部をヒートセットするヒートセット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ブロー成形方法。

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