JP6494984B2 - 二軸延伸ブロー成形用のプリフォーム及び容器 - Google Patents

Description

本発明は、二軸延伸ブロー成形用のプリフォームであって、特にダイレクトブロー成形によって形作られるプリフォーム、及び二軸延伸ブロー成形によってこのプリフォームから形作られる容器に関する。

近年、軽量であって外観意匠性に優れる等の数多くの優れた特性を有することから、合成樹脂製ブロー成形容器が多方面で多量に使用されている。この種の容器は、試験管状の有底筒状に成形されたプリフォームを、延伸効果を発現させることのできる温度に加熱した状態で、延伸ロッドによる軸方向への縦延伸と、プリフォームの口筒部に密に嵌着したブローノズルからプリフォーム内に吹き込まれるエア（空気）による膨張状の横延伸とによる二軸延伸ブロー成形によって形成することができる。このような二軸延伸ブロー成形によれば、延伸させることによって樹脂の分子が延伸方向に沿って配向するため、機械的強度や透明性、ガスバリア性が向上するという利点がある。

ここで二軸延伸ブロー成形用のプリフォームは、例えば特許文献１に示されるように、溶融した樹脂を、プリフォームの外面を形成するキャビティ型とプリフォームの内面を形成するコア型とを有する金型に対して射出する射出成形（インジェクション成形）によって形成することが広く行われている。しかし、射出成形によってプリフォームを形成する場合は、金型を構成する部材が増えて構造が複雑になることからコストアップにつながっている。

また容器に、例えばガスバリア性や遮光性等の機能を持たせるには、例えば特許文献２に示されるように、これらの機能を有する樹脂を含む複数の樹脂が層状に設けられたプリフォームを用いることが一般的である。このような多層構造のプリフォームは、溶融した各樹脂の射出タイミングをずらすことによって形成することができる。しかし、射出成形によって多層構造のプリフォームを形成する場合、溶融した樹脂は、特許文献２の図４に示されるように、金型に接する両側部分（プリフォームの外面及び内面となる部分）から固化されるため、遅れて射出される溶融樹脂は、前の樹脂の厚み方向中央部分に流れ込むことになる。すなわち、射出成形によって形成される多層構造のプリフォームは、厚み方向に対称な層構造になるため、得られる容器の層構造は、厚み方向に対称なものに限定されることになる。

ところで容器を形成する手段としては、押出機から押し出されたチューブ状の溶融パリソンを金型で挟み込み、加圧した気体を吹き込んで、金型の内面に沿った形状に賦形させるダイレクトブロー成形が知られている（例えば特許文献３参照）。このようなダイレクトブロー成形では、上述した延伸の効果は得られないものの、溶融パリソンの層構造は厚み方向に対称なものに限定されないことから、多様な層構造を持つ容器を形成することができる。

このような背景のもと、本発明者は、二軸延伸ブロー成形とダイレクトブロー成形の利点を生かした新たな成形方法を着想した。すなわち、二軸延伸ブロー成形に用いるプリフォームをダイレクトブロー成形によって形成すれば、層構造の自由度が増すうえ、プリフォームの内面を形成するコア型が不要になるので、より安価に形成することができる。また、プリフォームを延伸することによって、容器の機械的強度や透明性、ガスバリア性を向上させることもできる。

特開平９−３００４３８号公報 特開２００４−１３０６５０号公報 特開平７−１７８８５４号公報

ところで、このようなダイレクトブロー成形によるプリフォームを用いたところ、横延伸に加圧した空気を使用する従来の二軸延伸ブロー成形では、プリフォームを容器に賦形する最中にプリフォームが破裂してしまうことがあった。特に、延伸倍率が大きな容器にあっては、その傾向が強く表れていた。

またダイレクトブロー成形では、成形される製品の軸線を境として左右に分かれる二つ割りの金型を用いることが一般的であって、金型の合わせ目となるパーティングライン付近での製品の肉厚は、他の部分の肉厚よりも厚くなる傾向がある。このため、通常のダイレクトブロー成形でプリフォームを形成する場合、パーティングライン付近での肉厚とパーティングラインから９０度ずれた所での肉厚の差が大きくなるため、二軸延伸ブロー成形による延伸の途中でプリフォームの破裂につながる恐れがある。特にプリフォームの底部は、延伸ロッドが直接作用する部分であるため、このような破裂を防止するためには、底部での周方向肉厚分布をできるだけ均等にする必要があった。

本発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、ダイレクトブロー成形によって形成されるプリフォームが、二軸延伸ブロー成形の最中で破裂することなく、安定的に容器に賦形される技術を提案することを目的とする。さらに、プリフォームの底部における周方向肉厚分布の均等化を図ることができる技術を提案する。

本発明は、ダイレクトブロー成形によって有底筒状のプリフォームを形成し、前記プリフォームを液体の加圧媒体を用いて二軸延伸ブロー成形することで容器に賦形する容器の製造方法であって、
前記プリフォームは、単層或いは多層構造をなすとともに、少なくとも一つの層は、ＪＩＳ Ｋ ６９２２に準拠した手法により測定したＭＦＲが１．０〜１．５ｇ／１０分であるポリエチレン樹脂で構成される容器の製造方法である。

前記容器の製造方法においては、前記プリフォームは、多層構造をなし、前記ポリエチレン樹脂で構成される外層の内側に、エチレンビニルアルコール共重合樹脂で構成される内層を備えるものであってもよい。

前記容器の製造方法においては、前記プリフォームは、前記外層と前記内層との相互間に、変性ポリオレフィン樹脂で構成され軸線方向に延在する帯状の接着層を備えるものであってもよい。

前記容器の製造方法においては、前記プリフォームは、前記内層の内側に、変性ポリオレフィン樹脂で構成される最内層を備えるものであってもよい。

また本発明は、ダイレクトブロー成形によって有底筒状のプリフォームを形成し、前記プリフォームを液体の加圧媒体を用いて二軸延伸ブロー成形することで容器に賦形する容器の製造方法であって、
前記プリフォームは、ＪＩＳ Ｋ ６９２１に準拠した手法により測定したＭＦＲが０．８〜２．３ｇ／１０分であるポリプロピレン樹脂で構成される容器の製造方法である。

前記容器の製造方法においては、前記プリフォームは、十字状のパーティングラインを底部に備えるものであってもよい。

本発明者が検討を重ねたところ、ダイレクトブロー成形によって形作られるプリフォームの二軸延伸ブロー成形での破裂は、プリフォームの横延伸に用いる加圧した空気が大きく係わっており、加圧媒体として液体を用いることで、破裂の頻度を大きく低減できることを見出した。そして、このプリフォームが、単層或いは多層構造をなすとともに、少なくとも一つの層はＭＦＲが１．０〜１．５ｇ／１０分であるポリエチレン樹脂で構成されるもの、或いはＭＦＲが０．８〜２．３ｇ／１０分であるポリプロピレン樹脂で構成されるものであれば、容器への賦形が安定的に行えることを見出した。

本発明によれば、ダイレクトブロー成形によって形成されるプリフォームを、二軸延伸ブロー成形によって安定的に容器に賦形することが可能になる。

本発明に従うプリフォームにつき、（ａ）は単層構造の一実施形態を示す半断面図であり、（ｂ）は多層構造の一実施形態を示す半断面図であり、（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）の下面図である。 加圧媒体に液体を用いた二軸延伸ブロー成形によって、図１のプリフォームを賦形させた容器につき、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は下面図である。 図１に示すプリフォームの底部における肉厚分布につき、（ａ）は測定位置を示す図であり、（ｂ）は肉厚の測定結果を示す図である。 図２に示す容器の底部における肉厚分布につき、（ａ）は実施例の測定位置を示す図であり、（ｂ）は参考例の測定位置を示す図であり、（ｃ）は、肉厚の測定結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に従うプリフォームの一実施形態をより具体的に説明する。

図１中、符号１は、本発明に従うプリフォームの一実施形態を示す。プリフォーム１は、図示を省略する押出機から押し出されたチューブ状の溶融パリソンを金型で挟み込み、加圧した気体を吹き込んで、金型の内面に沿った形状に賦形させるダイレクトブロー成形によって形成されるものである。

本実施形態のプリフォーム１は、全体として有底筒状になっていて、半球殻状の底部２と、底部２に連結する円筒状の胴部３と、胴部３の上部において開口する口部４とから構成されている。口部４には、円板状のネックリング５と、ネックリング５の上方に設けられた雄ねじ部６とが設けられている。またプリフォーム１は、図１（ａ）に示すような単層構造、或いは図１（ｂ）に示すような多層構造になっている。

またプリフォーム１を形成する金型は、口部４から胴部３に対応する金型部分が、プリフォーム１の軸線を含む一の平面を境として分かれる、二つ割り構造になっている。また底部２に対応する金型部分は、この一の平面と、プリフォーム１の軸線を含むとともに一の平面に対して直交する他の平面とを境として四つに分かれる、四つ割り構造になっている。すなわち、金型部分の合わせ目に形成されるパーティングラインは、底部２においては、図１（ｃ）に示すように、２つのパーティングライン２ａ、２ｂが互いに交差して十字状に延在していて、胴部３から口部４にかけては、２つのパーティングライン２ａ、２ｂの一つ（図示の例ではパーティングライン２ａ）が直線状に延在している。

図１（ａ）に示す単層構造の場合には、ＭＦＲ（メルトフローレート）が１．０〜１．５ｇ／１０分であるポリエチレン樹脂（ＰＥ）、或いはＭＦＲが０．８〜２．３ｇ／１０分であるポリプロピレン樹脂（ＰＰ）で構成されている。ここでポリエチレン樹脂は、低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）等を含むものであり、ＭＦＲは、ＪＩＳ Ｋ６９２２に準拠した手法により測定した値である。また、ポリプロピレン樹脂のＭＦＲは、ＪＩＳ Ｋ６９２１に準拠した手法により測定した値である。

また図１（ｂ）に示す多層構造の場合には、少なくとも一つの層は、ＭＦＲが１．０〜１．５ｇ／１０分であるポリエチレン樹脂で構成されている。本実施形態では、このポリエチレン樹脂を外層７とし、外層７の内側に、プリフォーム１の軸線方向に延在する帯状の接着層８を設け（接着層８は１本でも複数本でもよい）、さらに接着層８の内側に、内層９、最内層１０を順に設けている。本実施形態では、接着層８を変性ポリオレフィン樹脂（三井化学株式会社製「アドマー」（登録商標）等）で構成し、内層９をエチレンビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）で構成し、最内層１０を変性ポリオレフィン樹脂で構成している。

内層９に用いたエチレンビニルアルコール共重合樹脂は、外層７に用いたポリエチレン樹脂に対して相溶性が低いため、プリフォーム１を後述する容器に賦形した後は、内層９を、接着層８で接着された部分を除いて外層７から剥離させることができる。すなわち、このような層構造を採用したプリフォーム１は、容器に収容した内容物の抽出に伴い、外層７に対して内層９を減容させることができる二重容器を形成するものとして用いることができる。また、エチレンビニルアルコール共重合樹脂は酸素を透過させにくいため、ガスバリア機能を付与することができる。なお、エチレンビニルアルコール共重合樹脂は湿度が高くなるほど酸素を通しやすくなるが、最内層１０に用いた変性ポリオレフィン樹脂は、エチレンビニルアルコール共重合樹脂との相溶性が高いうえ、水分を透過しにくいので、ガスバリア性を維持することができる。なお多層構造は、上述した層や樹脂に限定されるものではなく、例えば接着層８や最内層１０を省略してもよく、また外層７の外側や最内層１０の内側に、さらに層を設けてもよい。

このような構成になるプリフォーム１を二軸延伸ブロー成形するにあたっては、プリフォーム１を横延伸させる加圧媒体として液体を用いるものとする。なお液体は、種々のものを用いることができる。例えば飲料用の容器においては、容器に充填される水、お茶、清涼飲料水等を用いることによって、またトイレタリー用の容器においては、化粧料やシャンプー、リンス等を用いることによって充填工程を省略することが可能になるので、生産ラインを簡略化することができる。

そして、延伸効果を発現させることのできる温度に加熱しておいたプリフォーム１を、図示を省略する成形金型に装着し、これもまた図示を省略するブロー成形装置の延伸ロッドによる縦延伸、及び口部４にあてがったノズルからプリフォーム１内に注入される加圧液体による横延伸によって、成形金型のキャビティに沿った形状にプリフォーム１を賦形して所望の容器を成形する。図２に示すように本実施形態の容器１１は、プリフォーム１の底部２及び胴部３を延伸させる一方、口部４は未延伸となるものであって、容器１１の内側に向けて中央部を凹ませた円板状の底部１２と、底部１２に連結するとともに上部が縮径した円筒状の胴部１３と、胴部１３の上部において開口する口部１４（ネックリング１５と雄ねじ部１６を有している）とから構成されている。なお、図２（ｂ）における１２ａ、１２ｂは、先に述べた２つのパーティングライン２ａ、２ｂに対応するパーティングライン痕を示す。なおパーティングライン痕１２ａ、１２ｂは、二軸延伸ブロー成形によってほぼ消えてしまうこともあり得る。

ダイレクトブロー成形によって、表１に示す層構造及び樹脂の種類となる種々のプリフォーム（プリフォームＡ〜Ｈ）を形成した。ここで、ポリエチレン樹脂及びポリプロピレン樹脂以外の樹脂のＭＦＲは、ＪＩＳ Ｋ７２１０に準拠した手法により測定した値である。なおプリフォームＡ〜Ｈの形状は、概略、図１、２に示す通りであり、底部を形成する金型は四つ割り構造になっている。

そして、これらのプリフォームＡ〜Ｈを用いて二軸延伸ブローを行って、安定的に容器に賦形できるか確認を行った。その結果を表２、３に示す。なお、表２、３中、「延伸倍率」とは、縦横のトータル延伸倍率をいう。また「延伸倍率が約３倍になる容器」とは、概略、図２に示す形状になる容器であり、「延伸倍率が約５倍になる容器」とは、概略、図２に示す形状容器よりも一回り大きな形状になる容器である。そして表２、３中、「○」は二軸延伸ブロー成形中にプリフォームが破裂せず、また成形条件の幅が広く、容器の肉厚は略均等であることを示し、「△」は二軸延伸ブロー成形中にプリフォームが破裂しないものの、図２に示すネックリング１５の下端部分における肉厚が他の部分よりも厚くなっていることを示し、「×」は二軸延伸ブロー成形中にプリフォームが破裂する、或いは成形条件の幅が狭いため安定的な成形が困難であることを示す。

表２、３から明らかなように、加圧媒体として空気を用いた二軸延伸ブロー成形（比較例３〜１０）では、成形中にプリフォームが破裂する、或いは破裂に至らなくても成形条件の幅が狭いため安定的な成形が困難であることが分かる。特に延伸倍率が大きな容器では、その傾向が強く表れることが分かる。これに対し、加圧媒体として水を用いる場合は、ＭＦＲが１．０〜１．５ｇ／１０分のポリエチレン樹脂で構成されるプリフォームを用いた容器（実施例１〜３）、又はＭＦＲが０．８〜２．３ｇ／１０分のポリプロピレン樹脂で構成されるプリフォームを用いた容器（実施例４〜６）であれば、延伸倍率を適宜選択することで、プリフォームを破裂させることなく安定的に成形できることが分かる。しかも、加圧媒体として水を用いる場合は、加圧媒体として空気を用いる場合では困難であった延伸倍率が大きな容器の成形が、延伸倍率が小さな容器よりも安定的に行えるうえ、容器の肉厚も略均等にできることが分かる。

また、ダイレクトブロー成形によって得られるプリフォーム、及びこのプリフォームを二軸延伸ブロー成形することによって得られる容器のそれぞれについて、底部の肉厚分布を調査した。その結果を図３及び図４に示す。ここで図３は、上述したプリフォームＡ〜Ｈのうち、代表としてプリフォームＢ、Ｆについて示したものであって、図３（ａ）に示すように、ネックリングからの所定距離ｈにおける肉厚ｗを、周方向に均等となる８箇所で測定し、図３（ｂ）にその測定結果を示している。また図４は、プリフォームＢ、Ｆを用いた実施例２、４の容器について示したものであって、図４（ａ）に示すように、容器の底部の肉厚を点Ａ〜Ｈの８箇所（点Ａ〜Ｈは、先に述べたプリフォームの測定点に対応している）で測定し、図４（ｃ）にその測定結果を示している。なお、図４（ｂ）は、二つ割りの金型を用いたダイレクトブロー成形によって、チューブ状の溶融パリソンから容器を直接的に形成した、実施例２と実施例４の容器に準じた形状になる容器（参考例）の下面図を示したものである。参考例についても、図４（ｂ）の点Ａ〜Ｈの８箇所で底部の肉厚を測定し、図４（ｃ）にその測定結果を示している。

図３（ｂ）に示した通り、プリフォームＢ、Ｆの底部での肉厚は、周方向においてそれ程大きく変化しておらず、底部の周方向肉厚分布は均等に近いといえる。また図４（ｃ）に示した通り、実施例２、４の底部での肉厚は、周方向においてそれ程大きく変化しておらず、底部の周方向肉厚分布は均等に近いといえる。一方、図４（ｃ）に示す参考例の底部での肉厚は、パーティングライン近傍で厚く、パーティングラインに対して９０度ずれた所で薄くなっていて、周方向肉厚分布は周方向で不均等になっている。すなわち、本実施例のように、プリフォームの底部を形成する金型を四つ割り構造にする（底部に形成されるパーティングラインが十字状になるようにする）ことによって、底部での周方向肉厚分布を均等に近づけることが可能になることが分かる。

以上、本発明の構成とその作用効果を説明したが、本発明に従うプリフォームは、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範囲で種々の変更が可能である。例えば上述の実施形態では、プリフォームから形成される容器が有底円筒状である場合について説明したが、有底角筒状のように他の形状でもよく、また図示した容器よりもより小型、より大型の容器についても適用することができる。

１：プリフォーム
２：底部
２ａ：パーティングライン
２ｂ：パーティングライン
３：胴部
４：口部
５：ネックリング
６：雄ねじ部
７：外層
８：接着層
９：内層
１０：最内層
１１：容器
１２：底部
１２ａ：パーティングライン痕
１２ｂ：パーティングライン痕
１３：胴部
１４：口部
１５：ネックリング
１６：雄ねじ部

Claims (6)

1. ダイレクトブロー成形によって有底筒状のプリフォームを形成し、
   前記プリフォームを液体の加圧媒体を用いて二軸延伸ブロー成形することで容器に賦形する容器の製造方法であって、
   前記プリフォームは、単層或いは多層構造をなすとともに、少なくとも一つの層は、ＪＩＳ Ｋ ６９２２に準拠した手法により測定したＭＦＲが１．０〜１．５ｇ／１０分であるポリエチレン樹脂で構成される容器の製造方法。
2. 前記プリフォームは、多層構造をなし、前記ポリエチレン樹脂で構成される外層の内側に、エチレンビニルアルコール共重合樹脂で構成される内層を備える請求項１に記載の容器の製造方法。
3. 前記プリフォームは、前記外層と前記内層との相互間に、変性ポリオレフィン樹脂で構成され軸線方向に延在する帯状の接着層を備える請求項２に記載の容器の製造方法。
4. 前記プリフォームは、前記内層の内側に、変性ポリオレフィン樹脂で構成される最内層を備える請求項２又は３に記載の容器の製造方法。
5. ダイレクトブロー成形によって有底筒状のプリフォームを形成し、
   前記プリフォームを液体の加圧媒体を用いて二軸延伸ブロー成形することで容器に賦形する容器の製造方法であって、
   前記プリフォームは、ＪＩＳ Ｋ ６９２１に準拠した手法により測定したＭＦＲが０．８〜２．３ｇ／１０分であるポリプロピレン樹脂で構成される容器の製造方法。
6. 前記プリフォームは、十字状のパーティングラインを底部に備える請求項１〜５の何れか一項に記載の容器の製造方法。

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