JP5817077B2 - 射出成形方法 - Google Patents

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Description

本発明は主体を形成する主材層の中に中間層を積層した合成樹脂製壜体を２軸延伸ブロー成形により成形するための試験管状のプリフォームの射出成形方法に関する。
射出成形による試験管状のプリフォームを２軸延伸ブロー成形したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製の壜体（ペットボトル）は、優れた透明性、機械的強度、ガスバリア性等の性質を有し、飲料用、食品用、化粧料等のさまざまな分野に使用されている。
内容液の品質の低下を抑制するため、さらに酸素等のガスバリア性が必要な用途では、主体を形成するＰＥＴ樹脂からなる主材層の中にガスバリア性の高いナイロン樹脂製等からなる中間層を積層した２種３層の積層構造とする場合が多い。
そして、この種の積層構造を有するペットボトルは、射出成形による２種３層の積層構造を有する試験管状のプリフォームを２軸延伸ブロー成形して得ることができる。
特許文献１には上記のような２種３層のプリフォームを射出成形するための、多層ノズルを有する成形装置に係る発明が記載されている。
ここで、図１０（ａ）はこの種のプリフォーム１０１の従来例を示すものであり、図１１はこのプリフォーム１０１を成形するための成形装置のノズル部１１の一例を概略的に示す断面図、図１２はこの装置を使用して上記プリフォーム１０１を成形するための射出パターンの一例を示す説明図、そして図１３はこの射出パターンにおける、金型キャビティへの溶融樹脂の充填過程を示す説明図である。
図１０（ａ）のプリフォーム１０１は中間層としてガスバリア性の高い樹脂から形成されるバリア樹脂層１０１ｂを積層することにより、このプリフォーム１０１を２軸延伸ブロー成形して、例えば外部からの酸素の進入量を極く小さくして内容物の酸化劣化の進行を抑制する等、ＰＥＴ樹脂単独では実現困難な機能を有した壜体を提供することができる。
そして、このような積層構造を有するプリフォーム１０１は、図１１に示される多層ノズル部１１を有する成形装置で、図１２に示されるような射出パターンにより成形される。
すなわち、図１１の装置で第１供給部Ｓａから供給されるＰＥＴ樹脂は外側流路１５ａと内側流路１５ｃから合流路１９に流動し、第２供給部Ｓｂから供給されるバリア樹脂は中流路１５ｂから合流路１９に流動し、外側流路１５ａと内側流路１５ｃの間に流入し、合流路１９では主材樹脂Raの中にバリア樹脂Rbが円筒状に積層した合流樹脂体が形成され、この合流樹脂体が金型１のキャビティ４内に射出、充填される。
図１２と図１３を参照して詳述すると、図１３（ａ）は図１２に示される射出パターンのＥ時点直前での状態であり、ＰＥＴ樹脂Ｒａのみが充填された状態を示す。
Ｅ時点でバリア樹脂Ｒｂの射出が開始し、Ｅ〜Ｆ時点間ではＰＥＴ樹脂Ｒａの間にバリア樹脂Ｒｂが挟まれた積層状態で金型キャビティに充填され（図１３（ｂ）参照）、Ｆ時点でバリア樹脂の射出が停止され再びＰＥＴ樹脂Ｒａのみの充填となり、射出工程を終了（図１３（ｃ）参照）、図１０（ａ）に示されるプリフォーム１０１を得ることができる。
特開２００４−３３０６７２
上記のように成形された、プリフォーム１０１では図１０（ａ）からも分かるように必ずしもプリフォーム１０１を形成する周壁のすべてでバリア樹脂層１０１ｂが積層しているわけでなく、多くの場合、口筒部１０２の上端部および底部１０６にはバリア樹脂層１０１ｂが積層されない構成とする場合が多い。
口筒部１０２の場合には、開放端であることも相俟って、異種の樹脂で形成されるバリア層１０１ｂをその上端にまで積層すると、成形収縮あるいは口筒部１０２の熱結晶化処理により円筒状の口筒部１０２が楕円状に変形する等の問題があるため、上端部にバリア層１０１ｂを積層しないようにする。
図１０（ａ）のプリフォーム１０１の例ではバリア樹脂層１０１ｂの先端縁ＬＥを、上記した変形、ガスバリア性、さらにはガスバリア樹脂の材料コスト等を考慮し、口筒部１０２の略中央高さに位置させており、バリア樹脂層１０１ｂの先端縁ＬＥの位置を高精度に制御することが求められている。
ただ、口筒部１０２は壜体への２軸延伸ブロー成形後も延伸変形することなく比較的肉厚で、上端部の限られた部分がＰＥＴ樹脂層１０１ａ単独であっても壜体全体のガスバリア性の低下は比較的小さく抑えることができる。
一方、底部１０６については、口筒部１０２と異なり、延伸されて薄肉化する部位であるため、壜体全体のガスバリア性の低下を抑制すると云う観点からは、図１０（ｂ）に示したように、底部１０６全体にバリア樹脂層１０１ｂを積層することが好ましい。
しかし、図１２の射出パターンのＦ時点、すなわちバリア樹脂の射出終了時点で、バリア樹脂のキャビティ４への流動が瞬時に止まらないと、所謂、切れが悪い状態となって、底部１０６の底面壁部分に、バリア樹脂層１０１ｂが、複数の層に積層する、バリア樹脂層１０１ｂの断片、所謂、スケールが積層する等、不均一な状態で積層されるため、壜体において底部が不均一に変形して接地状態が安定しない、さらには機械的強度が低下する等の問題も発生する。
また、多層ノズル部１１の先端部にバリア樹脂Ｒｂの断片が残留し、次のショットではこの断片がＰＥＴ樹脂Ｒａに混入してしまうと云う問題もある。
また、底部をカプセル化することができる成形方法によれば図１０（ｂ）にあるように、バリア樹脂層１０１ｂを底部１０６にカプセル状に分断することなく連続的な積層状態にすることが可能であるが、プリフォームの底部１０６の中央に位置するゲート痕のサイズが安定せず成形性が安定しない、さらには延伸ロッドによる縦延伸時に内面側のＰＥＴ樹脂層１０１ａが突き破られるという問題もある。
そこで、本発明は前述したように主材層の中に中間層として第２の樹脂層を積層したプリフォームの射出成形に係る従来技術における問題点を解消するためのものであり、その技術的課題はプリフォームの底部における中間層の積層態様を高い生産性で高精度に制御することにあり、もって、２軸延伸成形を高い生産性で実現でき、中間層によるガスバリア性等の機能が高度に発揮される壜体を提供することを目的する。
本発明は、プリフォーム射出成形装置を使用した射出成形方法に関し、以下、射出成形装置、射出成形方法、プリフォームの順に説明する。
まず、本発明で用いられる射出成形装置に係る主たる構成は、
主体を形成する主材層中に中間層として第２の樹脂層を積層した２軸延伸ブロー成形用の試験管状のプリフォームを射出成形する射出成形装置において、
主材層を形成する主材樹脂中に第２の樹脂層を形成する第２の樹脂を合流させて合流樹脂体を形成するノズル部と、このノズル部の先端に配設される金型を有し、
ノズル部は、外側から順に外側流路、中流路、内側流路、そしてこれら３つの流路に連通してノズル部の先端にまで延設される合流路を配設し
外側流路と内側流路に主材樹脂を、中流路に第２の樹脂を供給する構成とし、
内側流路の内側に摺動可能に挿入、配設される円柱状のシャットオフピンの先端の配置位置の制御により、内側流路の合流路への開口端部の遮断あるいは開放、さらには開度の調整が可能な構成とする、と云うものである。
また本発明で用いられる射出成形装置の他の構成は、上記主たる構成において、
主材樹脂を供給する第１供給部及び第２の樹脂を供給する第２供給部を有し、
ノズル部は、外側から順にそれぞれ円筒状の、外側流路、中流路、内側流路、そしてこれら３つの流路に連通してノズル部の先端にまで延設される円柱状の合流路を配設し、
第１供給部から主材樹脂を外側流路と内側流路に、また第２供給部から第２の樹脂を中流路に供給する構成とし、
合流路で円柱状に合流した合流樹脂体を、金型のキャビティの、プリフォームの底部底壁の中央に相当する位置に配設されるピンゲートを介してキャビティ内に射出、充填する構成とする、と云うものである。
上記構成の射出成形装置によれば、内側流路の内側に摺動可能に挿入、配設される円柱状のシャットオフピンの先端の配置位置の制御により、内側流路の合流路への開口端部の遮断あるいは開放、さらには開度の調整が可能な構成とすることにより、
このシャットオフピンの先端の配置位置の制御により、第１供給部および第２供給部からの樹脂の供給を継続しながら、外側流路、中流路、内側流路から合流路への樹脂の供給を次のように制御することができる。
１）先端を内側流路の合流路への開口端部より上流側に位置させて、内側流路を完全に開放することにより、合流路で、中流路を経て供給される第２の樹脂を、外側流路と内側流路からの主材樹脂の間に流動させて、合流路で形成される合流樹脂体の構成を、円柱状の主材樹脂の中に第２の樹脂を円筒状に積層したものとすることができる。
２）先端を内側流路の開口端部近傍の所定位置に位置させて、この開口端部の開度を小さくし、内側流路からの主材樹脂の供給速度を小さくすることにより、円柱状の主材樹脂の中での第２の樹脂の積層態様を、１）の場合に比較してより細円筒状とすることができる。
３）先端を内側流路の合流端部より下流側に位置させて、内側流路を完全に遮断することにより、内側流路からの主材樹脂の供給が完全に遮断されるため、中流路を経て供給され第２の樹脂を、外側流路だけから供給される主材樹脂中に流動させて、合流路で形成される合流樹脂体の構成を円柱状の主材樹脂の中心に第２の樹脂を細円筒状に積層したものとすることができる。
そして、上記２）に記載したように、中流路から合流路に第２の樹脂を供給中に内側流路からの主材樹脂の供給速度を制御することにより、合流樹脂体での主体樹脂中における第２の樹脂の積層態様を、所定の径を有する円筒状に高精度に制御することができ、特に従来の技術では困難であったプリフォームの底部における中間層の積層態様を高精度に制御することが可能となる。
ここで、上記構成によれば、シャットオフピンの直線的な摺動と云う単純な機構によるため、内側流路の開口端部の開度の調整は、所定のタイミングで高精度に実施することが可能である。
本発明で用いられる射出成形装置に係るさらに他の構成は、上記構成において、内側流路は、円筒状流路の先端部に合流路に向けてテーパー状に縮径する縮径流路を有する構成とする、と云うものである。
上記構成によれば、縮径流路を利用してシャットオフピンの先端による内側流路の開口端部の開度の調整をより高精度に実施することができる。
本発明で用いられる射出成形装置に係るさらに他の構成は、上記主たる構成において、サーボ機構により、シャットオフピンの摺動動作を制御する構成とする、と云うものである。
上記構成により、サーボ機構によりシャットオフピンの移動動作を制御することにより、内側流路の遮断と開放を所定のタイミングで高精度に実施でき、さらにシャットオフピンの先端の配置位置を高精度に制御することができるので、シャットオフピンの先端による内側流路の開口端部の開度の調整をより高精度に実施することができる。
次に、本発明のうちプリフォフォームの射出成形方法に係る主たる構成は、
主体を形成する主材層中に中間層として第２の樹脂層を積層した２軸延伸ブロー成形用の試験管状のプリフォームの射出成形方法において、
上述した射出成形装置を使用するものとし、
主材樹脂を外側流路と内側流路から合流路に所定の供給速度で所定時間供給し、
主材樹脂が供給される所定時間範囲内の一定時間、同時に第２の樹脂を中流路から合流路に所定の供給速度で供給し、
第２の樹脂が供給される前から、あるいは供給開始から所定時間後から少なくとも第２の樹脂の供給が終了するまでの間、シャットオフピンを摺動させてこのシャットオフピンの先端を内側流路の合流路への開口端部近傍の所定位置に配置させて、この開口端部の開度を調整し、内側流路から合流路への主材樹脂の供給速度を所定の速度まで小さくする、
と云うものである。
本発明のプリフォフォームの射出成形方法に係る他の構成は、上記主たる構成において、
まず、シャットオフピンの摺動位置の制御により内側流路の開口端部を完全に開放した状態として第１供給部から主材樹脂を外側流路と内側流路を経て合流路に供給し、
次に、主材樹脂の供給開始の所定時間後に、第２の樹脂を一定時間、第２供給部から中流路を経て合流に供給し、外側流路と内側流路からの主材樹脂の間に流動させ、
次に、第２の樹脂の供給の開始後から所定時間後に、シャットオフピンの先端を内側流路の合流路への開口端部近傍の所定位置に配置させて、内側流路からの主材樹脂の供給速度を所定の速度まで小さくし、
次に、第２の樹脂の供給の終了から所定時間後にシャットオフピンの摺動により内側流路を完全に開放して所定時間保圧する、と云うものである。
本発明のプリフォフォームの射出成形方法に係るさらに他の構成は、上記主たる構成において、
合流路内で主材樹脂と第２の樹脂から形成される合流樹脂体を順次金型のキャビティの、プリフォームの底部底壁の中央に相当する位置に配設されるピンゲートを介してキャビティ内に射出、充填し、
主材樹脂の供給速度、第２の樹脂の供給の開始時間、終了時間、供給速度を含めた射出パターン、さらには内側流路の開口端部の開度の調整に係るシャットオフピンの摺動時期および先端の配置位置の設定により、
プリフォームにおいて主材層中に中間層として積層する第２の樹脂層の終端縁を、半球弧殻状に形成される底部の中央に形成されるゲート痕を除く、底部の所定範囲内に位置させる、と云うものである。
上記の本発明の成形方法により合流路では次のような過程で円柱状の合流樹脂体が順次形成される。
（１）まず、合流路で外側流路と内側流路からの主材樹脂が合流して、主材樹脂からなる円柱状の合流樹脂体が形成される。
（２）次に、合流路で、中流路から第２の樹脂が外側流路と内側流路からの主材樹脂の間に流動し、円柱状の主材樹脂の中に第２の樹脂を円筒状に積層した合流樹脂体が形成される。
（３）ここで、シャットオフピンの先端による内側流路の開口端部の開度の調整により、内側流路からの主材樹脂の供給速度を所定の速度まで小さくし、第２の樹脂が所定の径を有する細円筒状に積層した合流樹脂体が形成される。
（４）中流路からの第２の樹脂の供給が停止し、最後には外側流路と内側流路からの主材樹脂が合流して主材樹脂からなる円柱状の合流樹脂体が再び形成される。
ここで、（３）はプリフォームの底部近傍における第２の樹脂層の積層態様を高度に制御するための過程であり、
上記成形方法によれば、第２の樹脂の供給が停止するまで内側流路からの主材樹脂の供給が少量であっても継続されるので、第２の樹脂はその終端縁まで円筒状の積層態様が保持され、プリフォームの底部でゲート痕も含む全領域を分断することなく連続的な積層状態になるカプセル化を防ぐことができ、カプセル化に伴う成形性の不良や、壜体における底部の変形等の問題を解消することが可能となる。
また、内側流路の開口端部の開度の調整により第２の樹脂を、少なくともその終端縁近傍で所定の径を有する円筒状の積層態様とすることができ、これによりプリフォームにおいて主材層中に中間層として積層する第２の樹脂層の終端縁を、底部底壁の中央に形成される円形のピンゲート痕を除く底部近傍の所定の範囲に位置させると云う、積層態様の高度な制御が可能となる。
なお、成形方法の主たる構成に、第２の樹脂が供給される前から、あるいは供給開始から所定時間後から少なくとも第２の樹脂の供給が終了するまで、と云う記載があるように、シャットオフピンの先端で内側流路の開口端部の開度を調整するタイミングは、第２の樹脂の供給開始時間の前とすることもできるし、供給時間帯の途中とすることもできる。
上記したように、底部近傍での第２の樹脂層の積層態様を高度に制御するためには、合流樹脂体中で第２の樹脂層の終端縁近傍で細円筒状の積層態様が保持されていることが必要であり、少なくとも第２の樹脂層の供給が終了するまで、内側流路の開口端部の開度を調整することが必要である。
本発明の射出成形方法に係るさらに他の構成は、上記主たる構成において、
第２の樹脂をガスバリア性に優れた合成樹脂とし、第２の樹脂層をガスバリア層とする、と云うものである。
次に、本発明の射出成形方法により成形されたプリフォームに係る主たる構成は、
主体を形成する主材層中に中間層として第２の樹脂層を積層した２軸延伸ブロー成形用の試験管状のプリフォームにおいて、
プリフォームの底面で、第２の樹脂層の終端縁が、底部の底面の中央に形成される円形のゲート痕の外周縁の外側から胴部の内周面に相当する周縁までの範囲内に位置する構成とする、と云うものである。
上記構成のプリフォームにおける、底部近傍におけるこのような第２の樹脂層の積層態様の実現は従来の成形技術では困難なものであったが、前述した本発明の射出成形方法により成形可能なものであり、
第２の樹脂層の終端縁を、ゲート痕を除く底部の限定された領域に位置させることにより、第２の樹脂層がゲート痕に積層することに起因する成形性の不良や、壜体の底部の変形等の問題を解消しながら、第２の樹脂層によるガスバリア性等の機能を十分に発揮させることが可能となる。
本発明の射出成形装置を使用した射出成形方法によれば、
内側流路の開口端部の開度の調整により第２の樹脂を、少なくともその終端縁近傍で所定の径を有する円筒状の積層態様とすることができ、これによりプリフォームにおいて主材層中に中間層として積層する第２の樹脂層の終端縁を、底部底壁の中央に形成される円形のピンゲート痕を除く底部近傍の所定の範囲に位置させると云う、積層態様の高度な制御ができ、第２の樹脂層がゲート痕に積層することに起因する成形性の不良や、壜体の底部の変形等の問題を解消しながら、第２の樹脂層によるガスバリア性等の機能を十分に発揮させることができる。
本発明の射出成形方法により成形されたプリフォームの（ａ）は部分縦断面図、（ｂ）は底面図である。 本発明で用いられる射出成形装置の一例の要部を縦断して示す概略説明図である。 図２の装置でのシャットオフピンの移動位置を示す説明図である。 金型の概略構造を示す縦断面図である。 本発明の射出成形方法における射出パターンの一例を示す説明図である。 図５中の射出パターンによる金型キャビティへの溶融樹脂の充填過程を示す概略説明図である。 他の射出パターンによる金型キャビティへの溶融樹脂の充填過程を示す概略説明図である。 シャットオフピンの先端の位置の５つの例について、第２の樹脂層の終端縁の位置等の測定結果をまとめた表である。 図１のプリフォームを２軸延伸ブロー成形した壜体を示す正面図である。 （ａ）は従来のプリフォームの一例を一部縦断して示す正面図であり、（ｂ）は他のプリフォーム例である。 従来の多重ノズルの一例を概略的に示す断面図である。 図１０のプリフォームを成形するための射出パターンの一例を示す説明図である。 図１２の射出パターンにおける、金型キャビティへの溶融樹脂の充填過程を示す説明図である。
以下、本発明の射出成形方法、この射出成形方法により成形されるプリフォーム、用いられる射出成形装置について実施例に沿って図面を参照しながら説明する。
図１は、後述する本発明の射出成形方法により成形されるプリフォーム１０１の一例を示すもので、全体的な形状は試験管状であり、主体を形成する主材層であるＰＥＴ樹脂層１０１ａ中に中間層として第２樹脂層であるバリア樹脂層１０１ｂを有する積層構造をしたものである。
なお、本実施例ではバリア樹脂としてＭＸＤ６ナイロンを使用している。
このプリフォーム１０１の全高さは１００ｍｍ、胴部１０５の外径は２０ｍｍ、胴部１０５の周壁の平均肉厚は２．５ｍｍ、重量は２２ｇである。
また、底部１０６の外周面の中央に直径が５ｍｍの円形のゲート痕１０７が残存形成されている（図１（ｂ）参照）。
また、バリア樹脂層１０１ｂのリーディングエッジと称される先端縁ＬＥは、口筒部１０２の天面から距離Ｌａが１９．３ｍｍの高さに位置する。
また、バリア樹脂層１０１ｂのトレーリングエッジと称される終端縁ＴＥは底部１０６の底面の中心からの距離Ｌｂが５ｍｍの位置、すなわちゲート痕１０７の外周縁の略２．５ｍｍ外側に周状に位置しており、図１（ｂ）の底面図で見ると、底部１０６の底面の中央に形成される円形のゲート痕１０７の外周縁の外側から胴部１０５の内周面１０５ｐに相当する周縁までの範囲内に位置していることが分かる。
なお、距離Ｌａ、Ｌｂ等はいずれも平均値である。
次に、図２、３、４は本発明で用いられる射出成形装置の一例を概略的に示すもので、図２はノズル部１１近傍の縦断面図で、下流側に金型１を取り付けた状態を示しており、図３は図２の装置でのシャットオフピン２０の先端２０ｐの位置を説明するための説明図、そして図４は金型１の概略構造を示す縦断面図である。
このノズル部１１は、内側から順に同中心軸状に配設される円筒状の第１マンドレル２１、第２マンドレル２２、第３マンドレル２３を有し、第１マンドレル２１の内側に円柱状のシャットオフピン２０が摺動可能に挿入、配設されている。
また、各マンドレルの先端部は下流側に向かって縮径したテーパー筒状となっている。
そして、第３マンドレル２３と第２マンドレル２２の間に主材樹脂Ｒａが流動する円筒状の外側流路１５ａが形成され、第２マンドレル２２と第１マンドレル２１の間に第２の樹脂Ｒｂが流動する円筒状の中流路１５ｂが形成され、さらに第１マンドレル２１とシャットオフピン２０の間に外側流路１５ａと同様に主材樹脂Ｒａが流動する円筒状の内側流路１５ｃが形成されている。
主材樹脂Ｒａは、スクリュー式の押出機、あるいは押出機の先端に付設されたプランジャを有したアキュムレータ等の第１供給部Ｓａから供給され、導入路１２ａを経てマニホールド１４ａ１と１４ａ２を介して外側流路１５ａと内側流路１５ｃに導入される。
また、第２の樹脂Ｒｂは第２供給部Ｓｂから供給され、導入路１２ｂを経てマニホールド１４ｂを介して中流路１５ｂに導入される。
次に、主材樹脂Ｒａは外側流路１５ａの先端部に配設される縮径流路１５ａｓおよび内側流路１５ｃの先端部に配設される縮径流路１５ｃｓから、また第２の樹脂Ｒｂは中流路１５ｂの先端部に配設される縮径流路１５ｂｓから円柱状の合流路１９に供給され、この合流路１９で主材樹脂Ｒａと第２の樹脂Ｒｂが合流して、合流樹脂体を形成する。
そして、この合流樹脂体を、金型１のコア金型２とキャビティ金型３で形成されるキャビティ４の、プリフォーム１０１の底部１０６底壁の中央に相当する位置に配設されるピンゲート５を介してキャビティ４内に射出、充填する。
本発明で用いられる射出成形装置ではシャットオフピン２０が、このシャットオフピン２０と共に内側流路１５ｃを形成する第１マンドレル２１の縮径した先端部の内周面に摺動するように構成されており、このシャットオフピン２０は、ノズル部１１の先端部を遮断あるいは開放すると云う通常の機能の他に、その先端２０ｐの位置を内側流路１５ｃの合流路１９への開口端部１７ｃ近傍の所定の位置に制御、位置させることにより、この開口端部１７ｃの開度を全開状態と遮断状態の間で調整し、内側流路１５ｃから合流路１９への主材樹脂Ｒａの供給量を調整すると云う機能を有する。
また、シャットオフピン２０による内側流路１５ｃから供給される主材樹脂Ｒａの供給速度の調整は上記したように、内側流路１５ｃの開口端部１７ｃと云う合流路１９に接する部分で実施されるため、従来のようにノズル部１１の上流側の合流路１９から離れた位置に配設されるチェックバルブやスプールバルブによる流量の調整機能に比較して、溶融樹脂の粘弾性的な性質による時間的な遅れを避けることができ、遮断と供給、さらには流量の調整に係る制御をより高精度に実施することができる。
ここで、図３は図２の装置でのシャットオフピン２０の先端２０ｐの位置を説明するための図であり、図中、シャットオフピン２０の先端２０ｐの任意の位置Ｌｓをノズル部１１の先端である位置Ｌｓ０からの距離で示すこととする。
ここで位置Ｌｓ１は縮径流路１５ｃｓの上流端に相当する位置であり、本実施例の装置では位置Ｌｓ０からの距離は１８ｍｍである。
次に、本発明の射出成形方法の一例について説明する。
図５は、図２に示した射出成形装置で図１に示したプリフォーム１０１を射出成形する際の射出パターンを、横軸を時間軸、縦軸を溶融樹脂の供給速度として概略的に示した説明図で、実線で主材樹脂であるＰＥＴ樹脂Ｒａの、破線でのバリア樹脂Ｒｂの射出パターンを示している。
なお、第１供給部ＳａからのＰＥＴ樹脂Ｒａの供給速度Ｖａは７．１ｇ／ｓｅｃ、第２供給部Ｓｂからのバリア樹脂の供給速度Ｖｂは０．５３ｇ／ｓｅｃである。
また上記射出パターンに併せて、二点鎖線で時間経過に沿ったシャットオフピン２０の先端２０ｐの位置を示しており、Ｓｐ（ＬＳ１）の時間帯では先端２０ｐが図３で示したＬｓ１すなわち１８ｍｍの位置に、またＳｐ（Ｌｓ）の時間帯では先端２０ｐが本実施例の場合１４．５５ｍｍの位置にあり、内側流路１５ｃの開口端部１７ｃの開度を絞って、ＰＥＴ樹脂Ｒａの供給が小さくなるように制御している。
また、時間軸について云うと、ＰＥＴ樹脂Ｒａの射出開始時間ｔａ１を基準にすると、ＰＥＴ樹脂Ｒａの射出終了時間ｔａ２は４．５秒、
バリア樹脂Ｒｂの射出開始時間ｔｂ１は１．６秒、終了時間ｔｂ２は３．４秒、
そしてシャットオフピン２０の先端２０ｐは、時間ｔｓ１（２．１秒）からｔｓ２（３．９秒）の間、１４．５５ｍｍの位置に配置される。
図５の射出パターンの、時間経過に沿った射出成形工程は次のようである。
（１）シャットオフピン２０の先端２０ｐの位置をＬｓ１として（図３参照）、内側流路１５ｃの開口端部１７ｃを完全に開放した状態とし、第１供給部ＳａからＰＥＴ樹脂Ｒａを、外側流路１５ａと内側流路１５ｃを経て合流路１９に供給する。
（２）時間ｔｂ１にバリア樹脂Ｒｂを第２供給部Ｓｂから中流路１５ｂを経て合流路１９に供給し、外側流路１５ａと内側流路１５ｃからのＰＥＴ樹脂Ｒａの間に流動させる。
（３）時間ｔｓ１にシャットオフピン２０の先端２０ｐの位置をＬｓとして（図３参照）、内側流路１５ｃからのＰＥＴ樹脂Ｒａの供給速度を所定の量まで小さくする。
（４）時間ｔｂ２に第２供給部Ｓｂからのバリア樹脂Ｒｂの供給を停止する。
（５）時間ｔｓ２にシャットオフピン２０の先端２０ｐの位置をＬｓ１に戻し、内側流路１５ｃからのＰＥＴ樹脂Ｒａの供給速度を元の速度に戻す。
（６）時間ｔａ２に金型圧力を所定圧力まで低下させて（この結果として第１供給部Ｓａからの供給速度が低下する。）、時間ｔａ３までを保圧工程とする。
図６は、図５の射出パターンによる上記したような工程での、金型１のキャビティ４への、ＰＥＴ樹脂Ｒａとバリア樹脂Ｒｂの充填過程を説明するための概略説明図であり、図６（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順にキャビティ４への充填が進行している。
なお、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）各図の右側にはそれぞれＪ１−Ｊ１、Ｊ２−Ｊ２、Ｊ３―Ｊ３線に沿った断面図を示している。
またここでは、外側流路１５ａから供給されるＰＥＴ樹脂をＲａ１、内側流路１５ｃから供給されるＰＥＴ樹脂をＲａ２とし、区別して示している。
本実施例では、上述したように中流路１５ｂからバリア樹脂Ｒｂを供給する際、内側流路１５ｃからのＰＥＴ樹脂Ｒａ２の供給量を小さくしているので、
図６（ａ）に見られるように、ピンゲート５でバリア樹脂Ｒｂは、ＰＥＴ樹脂Ｒａ１、Ｒａ２の中で、径の小さな細円筒状に積層される。
このようにバリア樹脂Ｒｂを細円筒状の積層状態とすることにより、図６（ｂ）の状態を経て、図６（ｃ）の状態で充填を完了すると、
図１のプリフォーム１０１のように、バリア樹脂層１０１ｂの終端縁ＴＥの底部１０６の中心からの距離Ｌｂは５ｍｍとなり、ゲート痕１０７の外周縁の近傍にまで近づけることができた。
次に、図７は図５の射出パターンにおいて、シャットオフピン２０の先端２０ｐの位置を移動することなく、ＬＳ１の位置すなわち１８ｍｍの位置に保持した状態で射出成形した際のＰＥＴ樹脂Ｒａとバリア樹脂Ｒｂの充填過程を説明するための概略説明図である。
この例は上記したＬｓを１４．５５ｍｍとした実施例の比較例に相当でするものであるが、図７（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順にキャビティ４への充填が進行している。
なお、図７でも図６と同様に（ａ）、（ｂ）、（ｃ）各図の右側にはそれぞれＫ１−Ｋ１、Ｋ２−Ｋ２、Ｋ３―Ｋ３線に沿った断面図を示している。
先端２０ｐの位置をＬＳ１すなわち１８ｍｍの位置に保持した射出パターンによる射出成形は、前述した図１１〜図１３に示される従来の成形方法と同様で、内側流路１５ｃからのＰＥＴ樹脂Ｒａ２の供給量を変えることなく大きなままで中流路１５ｂからバリア樹脂Ｒｂの供給がされるため、
図７（ａ）に見られるように、ピンゲート５ではバリア樹脂ＲｂはＰＥＴ樹脂Ｒａ１、Ｒａ２の中で、径の大きな円筒状に積層される。
そして、図７（ｂ）の状態を経て、図７（ｃ）の状態で充填を完了すると、図１０（ａ）のプリフォーム１０１のように、バリア樹脂層１０１ｂの終端縁ＴＥはかなり下流側（図１０では上方に）に位置し、底部１０６の中心からの距離Ｌｂは１９．４ｍｍとなった。
なお、ここで図６と図７を比較すると、図６に示される例のようにＬｓを１４．５ｍｍとして、ＰＥＴ樹脂Ｒａ２の供給量を小さくした場合は、図７に示される例に比較して、バリア樹脂Ｒｂの積層態様を細円筒状とした影響により、図６（ｃ）に示すようにバリア樹脂Ｒｂで形成されるバリア樹脂層１０１ｂは、プリフォーム１０１の内周面に近く位置することが分かる。
次に、図８は、図５に示される射出パターンにおいて、時間ｔｓ１〜ｔｓ２における、図３中に示されるシャットオフピン２０の先端２０ｐの位置Ｌｓを１４．００ｍｍ、１４．５５ｍｍ、１４．６０ｍｍ、１５．１０ｍｍ、１８．００ｍｍと５つの位置にして成形した例１〜例５のプリフォームについて、
先端縁ＬＥの距離Ｌａ、終端縁ＴＥの距離Ｌｂ、そして２軸延伸ブロー成形した壜体で測定した酸素透過速度（ＯＴＲ（ｃｃ／ｄａｙ））をまとめた表である。
ここで、例２〜例４の場合は、図５に示されるパターンで、位置Ｌｓだけを変えたものであるが、例１の場合は図５に示されるパターンで先端２０ｐを位置Ｌｓ（１４．００ｍｍ）にする時間ｔｓ１をバリア樹脂Ｒｂが供給される時間帯であるｔｂ１とｔｂ２の中間にしたパターンとして成形したものである。
なお、図９に２軸延伸ブロー成形した壜体の正面図を示す。この壜体２０１は口筒部２０２、ネックリング２０３、テーパー筒状の肩部２０４、円筒状の胴部２０５そして底部２０６を有し、全高さは１６０ｍｍ、胴部２０５の外径は７０ｍｍである。
また、壜体２０１の酸素透過速度はモダンコントロールズ社製のＯＸ−ＴＲＡＮ１０／５０という装置を用いて、２３℃、酸素分圧２１％という条件で測定した。
Ｌｓを１４．００ｍｍとした例１では、先端２０ｐを位置Ｌｓにしたる時間ｔｓ１以降、内側流路１５ｃからのＰＥＴ樹脂Ｒａ２の供給が遮断されるので、
バリア樹脂Ｒｂの終端縁近傍では、図６（ａ）に示される細円筒状の積層態様が細円柱状になっていまい、その結果、図１０（ｂ）のプリフォームに示されるように、プリフォーム１０１の底部１０６で終端縁ＴＥが連続化し、所謂、カプセル化した状態となってしまう。
この場合、ＯＴＲは０．００２６ｃｃ／ｄａｙと優れた酸素バリア性を有するが前述したように、特にゲート痕１０７にもバリア樹脂層１０１ｂが積層されていることに起因する、延伸ロッドによる内側のＰＥＴ樹脂層１０１ａの突き破れや、壜体２０１の底部２０６が変形する等の問題、歩留まりが低く生産性の低下と云う問題が発生する。
なお、プリフォーム１０１の底部１０６で終端縁ＴＥが連続化していない場合でも、ゲート痕１０７にバリア樹脂層１０１ｂが積層されていると同様な問題が生じるので、バリア樹脂層１０１ｂの終端縁ＴＥはゲート痕１０７の外周縁の外側に位置させる必要がある。
次に、Ｌｓを１４．５５とした例２は、前述した実施例で説明したもので、終端縁ＴＥの位置の平均値は５．０ｍｍで、図１（ｂ）に示されるようにゲート痕１０７の外周縁と胴部１０５の内周面１０５ｐに相当する周縁の間に位置している。ＯＴＲは０．００２８ｃｃ／ｄａｙで上記した、カプセル化構造を有する１４．００ｍｍの例と略同様であった。
次に、Ｌｓを１４．６０ｍｍとした例３では、終端縁ＴＥの距離Ｌｂは１１．５ｍｍで、ＯＴＲは０．００７５ｃｃ／ｄａｙであった。
また、Ｌｓを１５．１０とした例４では、終端縁ＴＥの距離Ｌｂは１５．９ｍｍであった。
また、Ｌｓを１８．００ｍｍとした例５は、図７で説明した比較例であるが、この場合は終端縁ＴＥの距離Ｌｂは１９．４ｍｍ、ＯＴＲは０．０２３６ｃｃ／ｄａｙで、上記したＬｓが１４．５５ｍｍの例と比較すると約８．５倍程度大きくなっており、大幅に酸素バリア性が低下していることが判る。
また、１４．６０ｍｍの例と比較してもＯＴＲは３倍程度大きくなっており、このことは逆にみると、Ｌｓが１４．６０ｍｍで、終端縁ＴＥの距離Ｌｂが１１．５ｍｍの場合でも、従来の成形方法によるものと比較すればかなり良好な酸素バリア性が得られることが判る。
ここで、バリア樹脂層１０１ｂの先端縁ＬＥについてみると、Ｌｓを１４．００から１８．００ｍｍにした場合、先端縁ＬＥの距離Ｌａは２１．７ｍｍから１７．６ｍｍまで徐々に小さくなっているのが見られるが、これらは図５の射出パターンで時間ｔａ１とｔｂ１の時間間隔等を調整することで制御が可能な要素である。
また、Ｌｓを１４．００から１８．００ｍｍにした５つの例を全体的に比較すると、シャットオフピン２０の先端２０ｐ位置の僅かな変位により、終端縁ＴＥの距離Ｌｂが大きく変化し、この変化に従って成形される壜体２０１の酸素バリア性が大きく変化することが分かる。
このことは、逆にみると本発明で用いられる射出成形装置によれば、シャットオフピン２０を僅かに摺動させるだけで、サーボ機構によりシャットオフピン２０の先端２０ｐの位置を高精度に制御することができることも相俟って、極く、短時間で流量の調整を高度に達成することができ、バリア樹脂層１０１ｂの終端縁ＴＥの位置を高精度に制御できることを示している。
以上、実施例に沿って本発明の実施形態を説明したが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、ＰＥＴ樹脂からなる主材層の中にバリア樹脂からなる第２の樹脂層を積層した２種３層の積層構造を有するプリフォーム、その射出成形方法及び成形装置について説明したが、本発明は２種３層の積層構造に限定されることなく、主材層と第２の樹脂層の積層態様を高い生産性で高精度に制御すると云う本発明の技術思想の範疇のなかで、たとえば、加飾のための着色樹脂層を中間層としてさらに積層する等、さまざまな積層構造とすることができる。
射出成形装置についても図２に示した装置は一例であり、詳細な構成についてはさまざまなバリエーションのものを使用することができる。
また射出成形方法についても、例えば図５に示した射出パターンは一例にすぎない。たとえば、図５のパターンではバリア樹脂Ｒｂの供給開始時間ｔｂ１の後にシャットオフピン２０の先端２０ｐを配置位置Ｌｓに移動しているが、バリア樹脂Ｒｂの供給開始時間ｔｂ１の前に移動することもできる。
また、プリフォームを形成する主材樹脂としてはＰＥＴ樹脂に限らず、ＰＰ樹脂等、従来から２軸延伸ブロー成形壜体に使用されている樹脂を使用することができるし、また第２の樹脂としてはバリア性樹脂に限らず他の機能を有する樹脂、あるいは加飾のための樹脂を使用することができ、さらにバリア性樹脂としてはＭＸＤ６ナイロン樹脂の他にも他のナイロン系樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）等の他のバリア性樹脂も使用することができる。
本発明の射出成形方法で形成したプリフォームにより、特に底部近傍でバリア樹脂層等の中間層の積層態様が高度に制御された壜体を提供することができ、幅広い使用展開が期待される。
１ ；金型
２ ；コア金型
３ ；キャビティ金型
４ ；キャビティ
５ ；ピンゲート
１１；ノズル部
１２ａ、１２ｂ；導入路
１４ａ１、１４ａ２、１４ｂ；マニホールド
１５ａ；外側流路
１５ｂ；中流路
１５ｃ；内側流路
１５ａｓ、１５ｂｓ、１５ｃｓ；縮径流路
１７ｃ；開口端部
１９；合流路
２０；シャットオフピン
２０ｐ；先端
２１；第１マンドレル
２２；第２マンドレル
２３；第３マンドレル
Ｌｓ０、Ｌｓ、Ｌｓ１；（シャットオフピンの先端の）位置
Ｒａ；主材樹脂（ＰＥＴ樹脂層）
Ｒｂ；第２の樹脂（バリア樹脂）
Ｓａ；第１供給部
Ｓｂ；第２供給部
１０１；プリフォーム
１０１ａ；主材層（ＰＥＴ樹脂層）
１０１ｂ；第２の樹脂層（バリア樹脂層）
１０２；口筒部
１０３；ネックリング
１０５；胴部
１０５ｐ；内周面
１０６；底部
１０７；ゲート痕
ＬＥ；先端縁
ＴＥ；終端縁
Ｌａ；（先端縁までの）距離
Ｌｂ；（終端縁までの）距離
２０１；壜体
２０２；口筒部
２０３；ネックリング
２０４；肩部
２０５；胴部
２０６；底部

Claims (4)

  1. 主体を形成する主材層(101a)中に中間層として第２の樹脂層(101b)を積層した２軸延伸ブロー成形用の試験管状のプリフォーム(101)の射出成形方法であって、
    前記主材層(101a)を形成する主材樹脂(Ra)中に第２の樹脂層(101b)を形成する第２の樹脂(Rb)を合流させて合流樹脂体を形成するノズル部(11)と、該ノズル部(11)の先端に配設される金型(1)を有し、
    前記ノズル部(11)は、外側から順に外側流路(15a)、中流路(15b)、内側流路(15c)、そして該３つの流路に連通してノズル部(11)の先端にまで延設される合流路(19)を配設し、
    前記外側流路(15a)と内側流路(15c)に主材樹脂(Ra)を、中流路(15b)に第２の樹脂(Rb)を供給する構成を有し、
    内側流路(15c)の内側に摺動可能に挿入、配設される円柱状のシャットオフピン(20)の先端(20p)の配置位置の制御により、内側流路(15c)の合流路(19)への開口端部(17c)の遮断あるいは開放、さらには開度の調整が可能な構成を有する射出成形装置を使用し、
    主材樹脂(Ra)を外側流路(15a)と内側流路(15c)から合流路(19)に所定の供給速度で所定時間供給し、
    前記、主材樹脂(Ra)が供給される所定時間範囲内の一定時間、同時に第２の樹脂(Rb)を中流路(15b)から合流路(19)に所定の供給速度で供給し、
    前記、第２の樹脂(Rb)が供給される前から、あるいは供給開始から所定時間後から少なくとも該第２の樹脂(Rb)の供給が終了するまでの間、シャットオフピン(20)を摺動させて該シャットオフピン(20)の先端(20p)を内側流路(15c)の合流路(19)への開口端部(17c)近傍の所定位置に配置させて、該開口端部(17c)の開度を調整し、内側流路(15c)から合流路(19)への主材樹脂(Ra)の供給速度を所定の速度まで小さく
    することを特徴とする射出成形方法。
  2. まず、シャットオフピン(20)の摺動位置の制御により内側流路(15c)の開口端部(17c)を完全に開放した状態として第１供給部(Sa)から主材樹脂(Ra)を外側流路(15a)と内側流路(15c)を経て合流路(19)に供給し、
    前記主材樹脂(Ra)の供給開始の所定時間後に、第２の樹脂(Rb)を一定時間、第２供給部(Sb)から中流路(15b)を経て合流路(19)に供給し、外側流路(15a)と内側流路(15c)からの主材樹脂(Ra)の間に流動させ、
    前記第２の樹脂(Rb)の供給の開始後から所定時間後に、シャットオフピン(20)の先端(20p)を内側流路(15c)の合流路(19)への開口端部(17c)近傍の所定位置に配置させて、内側流路(15c)からの主材樹脂(Ra)の供給速度を所定の速度まで小さくし、
    前記第２の樹脂(Rb)の供給の終了から所定時間後にシャットオフピン(20)の摺動により内側流路(15c)を完全に開放して所定時間保圧する
    ことを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
  3. 合流路(19)内で主材樹脂(Ra)と第２の樹脂(Rb)から形成される合流樹脂体を順次金型(1)のキャビティ(4)の、プリフォーム(101)の底部底壁の中央に相当する位置に配設されるピンゲート(5)を介して前記キャビティ(4)内に射出、充填し、
    主材樹脂(Ra)の供給速度、第２の樹脂(Rb)の供給の開始時間、終了時間、供給速度を含めた射出パターン、さらには内側流路(15c)の開口端部(17c)の開度の調整に係るシャットオフピン(20)の摺動時期および先端(20p)の配置位置の設定により、
    前記プリフォーム(101)において主材層(101a)中に中間層として積層する第２の樹脂層(101b)の終端縁(TE)を、半球弧殻状に形成される底部(106)の中央に形成されるゲート痕(107)を除く、該底部(106)の所定範囲内に位置させる
    ことを特徴とする請求項１または２記載の射出成形方法。
  4. 第２の樹脂(Rb)をガスバリア性に優れた合成樹脂とし、第２の樹脂層(101b)をガスバリア層とした請求項１、２または３記載の射出成形方法。
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