JP5556040B2 - 耐圧熱可塑性ポリエステル容器及びその製造方法 - Google Patents

耐圧熱可塑性ポリエステル容器及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、容器底部に生じる環境応力破壊を抑止した耐圧熱可塑性ポリエステル容器及びその製造方法に関する。
近年、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂をブロー成形などによってボトル状に成形してなる合成樹脂製容器が、各種飲料品を内容物とする飲料用容器として急速に普及、浸透してきている。このような合成樹脂製容器の多くは、射出成形や圧縮成形などによって作製された有底筒状のプリフォームを加熱、軟化させて型内にセットし、次いで、必要に応じて延伸ロッドを用いて縦方向に延伸しつつ、ブローエアーによって横方向にも延伸することにより、所定の容器形状に成形される（例えば、特許文献１など参照）。
また、このような合成樹脂製容器のうち、炭酸飲料を内容物とするものは、炭酸ガスによる容器内の加圧状態に耐え得るだけの耐圧性を備えるとともに、自立可能であることが要求される。さらに、内容物が充填された後は常に容器内が加圧された状態となっているため、経時変化による環境応力破壊（ＥＳＣ）が生じないように種々の検討がなされている（例えば、特許文献２など参照）。
特開平９−１６３９号公報 特開平９−３１５４１９号公報
ところで、この種の合成樹脂製容器に対しては、その軽量化や、使用樹脂量の削減による低コスト化が強く求められており、このため、可能な限り薄肉に成形することが望まれる。
しかしながら、炭酸飲料を内容物とする合成樹脂製容器について薄肉化の検討を進めていく過程で、薄肉化の程度が大きくなるにしたがって容器底部に著しい環境応力破壊が認められるようになってくることを本発明者らは見出した。
そこで、このような容器底部に生じる環境応力破壊に着目して、さらなる鋭意検討を重ねたところ、容器底部に生じる環境応力破壊は、プリフォームを成形する際の成形型のパーティングラインの痕跡に起因しているとの結論に至った。
すなわち、射出成形や圧縮成形によってプリフォームを成形するには、通常、複数に分割可能とされた成形型が用いられ、かかる成形型は、図５及び図６に示すように、プリフォーム１１０の内側面を成形するコア型１３１からなる雄型と、軸方向に沿ってスライド型１３２、胴型１３３及び底型１３４に分割されたプリフォーム１１０の外側面を成形する雌型とを有している。そして、加工上の都合から、胴型１３３と底型１３４との分割面が、筒状とされたプリフォーム１１０の胴部１１２と半球状とされたプリフォーム１１０の底部１１３との境界に位置するようになっており、プリフォーム１１０の外側面には、胴型１３３と底型１３４との分割面に相当する部位に周方向に沿ってパーティングラインＰＬが形成される。このような部位に形成されたパーティングラインＰＬは、通常のブロー成形では、ボトル状の容器１２０に成形したときに、図４に示すように、容器底部１２３の接地部位１２４よりも底部中心寄りとなる内側の領域に、０．１ｍｍにも満たない程度の微少な段差として痕跡Ｖが確認できるに過ぎないが、そのような領域は比較的に延伸加工を受けにくく、延伸による強度の向上が期待できない。このため、ある程度の肉厚があればよいが、薄肉化されるとパーティングラインＰＬの痕跡Ｖに応力が集中してしまい、当該痕跡Ｖに起因する環境応力破壊が顕著になってくると考えられる。
ここで、図４は、従来のプリフォームと、かかるプリフォームをブロー成形してなる合成樹脂製容器との関係を示す説明図であり、図中二点鎖線で示すブロー成形型ＢＭにセットされたプリフォーム１１０と、当該ブロー成形型ＢＭのキャビティ形状が転写されて所定の容器形状に成形された容器１２０の輪郭とを各々の中心軸Ｃが重なるように示している。また、図５及び図６は、従来のプリフォームを射出成形で成形する例を示す説明図であり、図５は、従来のプリフォームを成形する射出成形型ＩＭを型閉めした状態を示しており、図６は、射出成形を終えて型開きした状態を示している。通常、底型１３４側には、型閉めされて成形されたキャビティ１３０内に熱可塑性樹脂を充填するためのゲートが形成されるが、図５及び図６では、そのようなゲートの図示を省略している。
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、ブロー成形によって所定の容器形状に成形されるプリフォームを成形するにあたり、プリフォームに形成されるパーティングラインの位置を変更して、パーティングラインの痕跡が容器底部の内側に位置しないようにすることで容器底部に生じる環境応力破壊を抑止した耐圧熱可塑性ポリエステル容器及びその製造方法の提供を目的とする。
本発明に係る耐圧熱可塑性ポリエステル容器は、プリフォームの胴部及び底部を含む外側面を成形する雌型が軸方向に沿って複数に分割された成形型を用いて成形され、前記外側面に周方向に沿って少なくとも一つのパーティングラインが形成された有底筒状のプリフォームを一段ブロー成形によって所定の容器形状に成形してなり、最もプリフォームの底部側に形成された前記パーティングラインの痕跡が、成形された容器底部の接地部位を越えた容器側面側に位置するとともに、当該痕跡が位置する部位の肉厚が０．２０〜０．３０ｍｍである構成としてある。
このような構成とすることで、プリフォームを成形した際のパーティングラインの痕跡に起因する環境応力破壊が、当該プリフォームをブロー成形してなる容器の底部に生じてしまうのを有効に回避することができる。
本発明に係る耐圧熱可塑性ポリエステル容器の製造方法は、口部、胴部及び底部を有する有底筒状のプリフォームをブロー成形によって所定の容器形状の合成樹脂製容器に成形する合成樹脂製容器の製造方法であって、前記プリフォームが、前記胴部及び前記底部を含む外側面を成形する雌型が軸方向に沿って複数に分割された成形型を用いて成形され、少なくとも一つのパーティングラインが前記外側面に周方向に沿って形成されているとともに、前記底部の先端から最も前記底部側に形成された前記パーティングラインまでの軸方向に沿った長さが、前記口部を除く延伸される部位の軸方向に沿った長さの２０〜４０％であり、前記パーティングラインの痕跡が位置する部位の肉厚が０．２０〜０．３０ｍｍとなるように、前記プリフォームを一段ブロー成形によって所定の容器形状に成形する方法としてある。
本発明に係る耐圧熱可塑性ポリエステル容器の製造方法は、前記プリフォームを一段ブロー成形法によって所定の容器形状に成形する方法とすることができる。
このような本発明によれば、プリフォームを成形した際のパーティングラインの痕跡に起因する環境応力破壊が、当該プリフォームをブロー成形してなる容器の底部に生じてしまうのを有効に回避することができる。
本発明の実施形態において成形に供されるプリフォームと、かかるプリフォームをブロー成形してなる合成樹脂製容器との関係を示す説明図である。 本発明の実施形態において成形に供されるプリフォームを成形する射出成形型を示す説明図である。 本発明の実施形態において成形に供されるプリフォームを成形する射出成形型を型開きした状態を示す説明図である。 従来のプリフォームと、かかるプリフォームをブロー成形してなる合成樹脂製容器との関係を示す説明図である。 従来のプリフォームを成形する射出成形型を示す説明図である。 従来のプリフォームを成形する射出成形型を型開きした状態を示す説明図である。
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態においてブロー成形に供されるプリフォームと、かかるプリフォームをブロー成形してなる合成樹脂製容器との関係を示す説明図であり、図中二点鎖線で示すブロー成形型ＢＭにセットされたプリフォーム１０と、当該ブロー成形型ＢＭのキャビティ形状が転写されて所定の容器形状に成形された容器２０の輪郭とを各々の中心軸Ｃが重なるように示している。
本実施形態では、熱可塑性樹脂からなる有底筒状のプリフォーム１０を射出成形し、このプリフォーム１０をブロー成形型ＢＭ内にセットした後に、必要に応じて延伸ロッドを用いて縦方向に延伸しつつ、ブローエアーによって横方向にも延伸してブロー成形型ＢＭ内のキャビティ形状を転写する。これにより、ブロー成形型ＢＭ内のキャビティ形状が転写された所定の容器形状の容器２０がブロー成形される。
なお、プリフォーム１０をブロー成形型ＢＭ内にセットする際には、必要に応じてプリフォーム１０を加熱、軟化させてブロー成形が可能な状態としておく。
ここで、プリフォーム１０は、口部１１、胴部１２及び底部１３を有しており、口部１１と胴部１２との境にはネックリング１４が形成されている。プリフォーム１０の口部１１は延伸されずに、そのまま容器２０の口部となり、図示しない蓋体を取り付けるためのねじ山が形成されている。そして、ブロー成形される際には、プリフォーム１０のネックリング１４よりも下方（底部１３側）の部位が縦方向及び横方向に延伸されて、容器２０の胴部２２及び底部２３となるように成形される。
プリフォーム１０を成形する熱可塑性樹脂としては、この種の合成樹脂製容器に用いられる種々の熱可塑性樹脂を使用することができる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンナフタレート，ポリアリレート，ポリ乳酸又はこれらの共重合体などの熱可塑性ポリエステル，これらの樹脂あるいは他の樹脂とブレンドされたものなどが例示されるが、特に、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂が好適に使用される。
本実施形態において、プリフォーム１０は、図２及び図３に示すような射出成形型ＩＭを用いて成形される。射出成形型ＩＭは、プリフォーム１０の内側面を成形するコア型３１からなる雄型と、軸方向に沿ってスライド型３２、胴型３３及び底型３４に分割されたプリフォーム１０の外側面を成形する雌型とを有している。
なお、図２は、射出成形型ＩＭを型閉めした状態を示す説明図であり、図３は、射出成形を終えて型開きした状態を示す説明図である。通常、底型３４側には、型閉めされて成形されたキャビティ３０内に熱可塑性樹脂を充填するためのゲートが形成されるが、図２及び図３では、そのようなゲートの図示を省略している。
これらの図に示すように、スライド型３２は中心軸Ｃに直行する方向にスライドするようになっており、このスライド型３２によってプリフォーム１０の口部１１の外側面が成形される。そして、筒状とされたプリフォーム１０の胴部１２と半球状とされたプリフォーム１０の底部１３の外側面が、同軸に配された胴型３３と底型３４とによって成形される。
このように、本実施形態においてプリフォーム１０を射出成形するために用いる射出成形型ＩＭは、プリフォーム１０の胴部１２及び底部１３を含む外側面を成形する雌型が軸方向に沿って複数に分割されている。このため、プリフォーム１０の外側面には、射出成形型ＩＭの分割面に相当する部位に周方向に沿ってパーティングラインＰＬが形成される。
なお、パーティングラインＰＬは、射出成形型ＩＭの分割面の数に応じて形成されるが、図示する例では、最も底部１３側に形成されるパーティングラインＰＬだけを示している。
このような射出成形型ＩＭを用いてプリフォーム１０を射出成形するにあたり、本実施形態にあっては、プリフォーム１０の底部１３の先端から、最もプリフォーム１０の底部１３側に形成されるパーティングラインＰＬまでの軸方向に沿った長さｈが、口部１１を除いたプリフォーム１０の延伸される部位の軸方向に沿った長さ（図示する例では、ネックリング１４よりも下方に位置する部位の長さ）Ｈの２０〜４０％となるように、胴型３３と底型３４との分割面の位置を調整する。
このようにすることで、通常の条件下（例えば、プリフォーム１０の胴部１２が、縦方向に１．７〜２．７倍、横方向に２．３〜４．６倍の倍率で延伸される条件）で、プリフォーム１０をブロー成形によって所定の容器形状に成形したときに、図１に示すように、プリフォーム１０に形成された最も底部１３側のパーティングラインＰＬの痕跡Ｖが、成形された容器２０の底部２３の接地部位２４を越えた容器側面側に位置するようになる。これにより、パーティングラインＰＬの痕跡Ｖが、接地部位２４よりも底部中心寄りとなる底部２３の内側の領域に現れなくなるため、容器２０の底部２３の中心肉厚が１．５〜２．０ｍｍとなるように薄肉に成形して軽量化を図った場合であっても、プリフォーム１０を射出成形した際のパーティングラインＰＬの痕跡Ｖへの応力集中に起因する環境応力破壊が生じるのを有効に回避して、底部２３の強度を高めることができる。
なお、パーティングラインＰＬの痕跡Ｖが上記領域に現れないようにするには、当該パーティングラインＰＬがプリフォーム１０の底部１３からできるだけ離れた位置に形成されるようにするのが好ましい。しかしながら、そのような型構造にすると、底型３４をより深く切削しなければならず、型加工が困難となりコストも増大してしまう。このような型加工上の不具合とのバランスを考慮すると、上記長さｈの上限を上記長さＨの４０％とするのが好ましい。
ところで、ブロー成形には、プリフォームをそのまま最終成形品の大きさとなるようにブローする一段ブロー成形法と、プリフォームを一旦最終成形品より大きくなるようにブローして中問品を成形し、この中間品を熱収縮させた後に最終成形品の形状にブローするという二段ブロー成形法とがある。二段ブロー成形法によれば、容器２０の底部２３を比較的大きく延伸させることが可能であり、延伸によって底部２３の強度を高めることが可能であるが、一段ブロー成形法では、容器２０の底部２３を延伸させ難いため、延伸による底部２３の強度の向上が期待できない。
このことから、本発明は一段ブロー成形法により容器２０をブロー成形する場合に好適である。
また、通常の条件下で、一段ブロー成形法により容器２０の底部２３の肉厚が上記の範囲となるようにすると、最もプリフォーム１０の底部１３側に形成されたパーティングラインＰＬの痕跡Ｖが位置する部位の肉厚は０．２０〜０．３０ｍｍになる。このような薄肉に成形しても、パーティングラインＰＬの痕跡Ｖが容器側面側に位置していれば、当該痕跡Ｖへの応力集中に起因する環境応力破壊が生じるのを有効に回避することができる。
すなわち、従来にあっては、環境応力破壊を抑止するために容器底部の肉厚をある程度確保する必要があり、このため、本実施形態においてパーティングラインＰＬの痕跡Ｖが位置する部位に相当する部位の肉厚も０．３５〜０．４５mm程度となってしまい、容器を薄肉化するには限界があったが、本実施形態では、その必要がないため、環境応力破壊を抑止しながらも、さらなる容器の薄肉化を図ることが可能である。
次に、具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
［実施例］
図２及び図３に示すような射出成形型ＩＭにおいて、プリフォーム１０の底部１３の先端から、最もプリフォーム１０の底部１３側に形成されるパーティングラインＰＬまでの軸方向に沿った長さｈが、ネックリング１４よりも下方に位置する部位の長さＨの３４．２％となるように、胴型３３と底型３４との分割面の位置を調整した。
次に、このような射出成形型ＩＭを用いて、重量が２３ｇのプリフォーム１０を成形し、縦方向の延伸倍率が２．３倍、横方向の延伸倍率が３．９倍となるようにして、図１に示すような容量５００ｍｌの所定の容器形状の容器２０を一段ブロー成形法により成形した。
成形された容器２０の底部２３には、パーティングラインＰＬの痕跡Ｖが認められず、当該痕跡Ｖは、図１に示す例と同様に、底部２３の接地部位２４を越えた容器側面側に位置していた。
上記のようにして成形された５本の容器２０を用意して、それぞれに４．５ＧＶ（ガスボリューム）相当のクエン酸重曹水溶液を５００ｍｌ充填・密封した後に、０．２％の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬して１５分間放置して環境応力破壊試験を行った。その結果、いずれの容器にも環境応力破壊は認められなかった。
［比較例］
図５及び図６に示すような射出成形型ＩＭにおいて、プリフォーム１１０の底部１１３の先端から、最もプリフォーム１１０の底部１１３側に形成されるパーティングラインＰＬまでの軸方向に沿った長さｈ０が、ネックリング１１４よりも下方に位置する部位の長さＨ０の１１．４％となるように、胴型１３３と底型１３４との分割面の位置を調整した以外は、実施例と同様にしてプリフォーム１１０を射出成形し、図４に示すような容量５００ｍｌの所定の容器形状の容器１２０を一段ブロー成形法により成形した。
成形された容器１２０の底部１２３には、図４に示す例と同様に、接地部位１２４よりも底部中心寄りとなる内側の領域に、パーティングラインＰＬの痕跡Ｖが認められた。
実施例と同様の環境応力破壊試験を行ったところ、試験した５本の容器２０のうち、３本の容器２０に環境応力破壊が認められた。そのうち、パーティングラインＰＬの痕跡Ｖに起因すると思われるものは２本であった。
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前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。
例えば、前述したようなプリフォーム成形型は、プリフォームの射出成形に単独で使用されるようにしてもよいが、複数のプリフォーム成形型を母型に取り付けて、一度の射出成形工程で多数のプリフォームが同時に成形できるようにすることも可能である。
また、前述した実施形態では、プリフォームＰＬを射出成形で成形する例を示したが、圧縮成形によってプリフォームを成形する場合のように、前述した実施形態と同様に分割された型構造の成形型を用いることが考えられる他の成形手段によってプリフォームを成形する場合にも本発明を適用することができるのはいうまでもない。
また、本発明における合成樹脂製容器は、必要に応じて容器内への外部からの酸素の透過を抑制するバリヤー層や、酸素吸収層などを備える多層構造とすることもできる。
以上説明したように、本発明は、薄肉化しても容器底部に環境応力破壊が生じにくい合成樹脂製容器を提供する。
１０ プリフォーム
１１ 口部
１２ 胴部
１３ 底部
２０ 容器
２２ 胴部
２３ 底部
２４ 接地部位
３３ 胴型
３４ 底型
ＩＭ 射出成形型
ＰＬ パーティングライン

Claims (3)

  1. プリフォームの胴部及び底部を含む外側面を成形する雌型が軸方向に沿って複数に分割された成形型を用いて成形され、前記外側面に周方向に沿って少なくとも一つのパーティングラインが形成された有底筒状のプリフォームを一段ブロー成形によって所定の容器形状に成形してなり、
    最もプリフォームの底部側に形成された前記パーティングラインの痕跡が、成形された容器底部の接地部位を越えた容器側面側に位置するとともに、当該痕跡が位置する部位の肉厚が０．２０〜０．３０ｍｍであることを特徴とする耐圧熱可塑性ポリエステル容器。
  2. 口部、胴部及び底部を有する有底筒状のプリフォームをブロー成形によって所定の容器形状の合成樹脂製容器に成形する合成樹脂製容器の製造方法であって、
    前記プリフォームが、前記胴部及び前記底部を含む外側面を成形する雌型が軸方向に沿って複数に分割された成形型を用いて成形され、少なくとも一つのパーティングラインが前記外側面に周方向に沿って形成されているとともに、
    前記底部の先端から最も前記底部側に形成された前記パーティングラインまでの軸方向に沿った長さが、前記口部を除く延伸される部位の軸方向に沿った長さの２０〜４０％であり、前記パーティングラインの痕跡が位置する部位の肉厚が０．２０〜０．３０ｍｍとなるように、
    前記プリフォームを一段ブロー成形によって所定の容器形状に成形することを特徴とする耐圧熱可塑性ポリエステル容器の製造方法。
  3. 前記プリフォームを一段ブロー成形法によって所定の容器形状に成形する請求項２に記載の耐圧熱可塑性ポリエステル容器の製造方法。
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