JP6651590B1 - ダイレクトブロー発泡容器 - Google Patents

Abstract

【課題】接着等の手段を採用することなく、ダイレクトブロー成形によりノズル部及びこれに連なる胴部が一体に成形されていると同時に、ノズル部での発泡が有効に抑制されているダイレクトブロー発泡容器を提供する。【解決手段】少なくとも発泡剤を含有する発泡性樹脂を用いてのダイレクトブロー成形によりノズル部１１と胴部１３とが一体に形成されており、且つノズル部１１及び胴部内に発泡セルが分布しているダイレクトブロー発泡容器１０において、ノズル部１１での気泡率が、胴部１３での気泡率の７０％以下であることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイレクトブロー成形により得られた発泡容器に関する。

現在、プラスチックの発泡成形体は、軽量性、断熱性に優れ、さらには剛性等の機械的特性も高められており、種々の用途に適用されている。特に、最近では、不活性ガスを発泡剤として用いた物理発泡（所謂マイクロセルラー技術による発泡）によって微細な発泡セルを成形体の内部に形成し得るようになったため、その用途はさらに拡大し、例えば包装容器などの分野にも適用されるようになった（特許文献１参照）。即ち、炭酸ソーダやアゾ化合物などを発泡剤として使用し、発泡剤の熱分解により生成する炭酸ガスや窒素ガスなどで発泡させる所謂化学発泡では、発泡セルが粗大なものとなってしまい、この結果、発泡によるガスバリア性の低下、外観特性の低下、さらには強度の低下が著しくなってしまうため、包装容器の分野での使用が困難であったが、物理発泡では、発泡セルの大きさを微細にしたり、或いは発泡セルの大きさに分布を持たせることが可能となったため、包装容器の分野にも適用が可能となったものである。

ところで、ダイレクトブロー成形により形成される容器についても上記の物理発泡の技術は検討されており、例えば特許文献２には、発泡剤である不活性ガスが混合されている発泡性樹脂を溶融押出し、引き続いてブロー成形にすることにより容器、即ち、ダイレクトブロー発泡容器を成形することが提案されている。

しかしながら、ダイレクトブロー成形に発泡を適用した場合、螺子やサポートリング等が形成されるノズル部までもが発泡してしまい、ノズル部の強度低下などの問題を引き起こしてしまうことが問題となる。
例えば、射出成形により容器用のプリフォームを成形し、このプリフォームをブロー成形することにより得られる容器に発泡技術を適用する時には、発泡剤（不活性ガス）を含む発泡性樹脂の溶融物が閉じられた射出金型内に充填されるため、金型への過充填により保圧をかけることによって金型内の発泡を制限することができるため、ノズル部での発泡を抑制することができる。しかし、ダイレクトブロー成形では、発泡剤を含む発泡性樹脂の溶融物が開放系に押し出されるため、押出時の発泡を抑制することができず、どうしてもノズル部を含む容器全体が発泡してしまい、ノズル部での発泡による強度低下を抑制することができない。特に、ノズル部は胴部と比較して延伸倍率が低い上、胴部のようにブローエアーによる気泡圧縮の影響を受けづらいため、特別な措置を講じない場合、その気泡率は胴部と比較して同等かそれ以上の値となってしまう。

また、ダイレクトブロー発泡容器におけるノズル部での発泡の問題を回避するためには、発泡剤を含まない非発泡性樹脂により別個成形されたノズル部を、接着等の手段により発泡容器に固定するという手段を採用することができる。しかしながら、このような手段では、一回の成形により容器を成形することができず、製造コストが高くなってしまう。

特開２００８−０９４４９５号公報 特許第４７７８１４１号

従って、本発明の目的は、接着等の手段を採用することなく、ダイレクトブロー成形によりノズル部及びこれに連なる胴部が一体に成形されていると同時に、ノズル部での発泡が有効に抑制されているダイレクトブロー発泡容器を提供することにある。

本発明者等は、発泡剤を含有する発泡性樹脂を用いてのダイレクトブロー成形により発泡容器を製造するに際し、ブローノズルをブロー金型内に挿入し、該ノズルとブロー金型とのクリアランスを微細に調整することにより、ノズル部での成形が圧縮成形となり、これにより、ノズル部での発泡を有効に抑制し得るという知見を見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明によれば、少なくとも発泡剤を含有する発泡性樹脂を用いてのダイレクトブロー成形によりノズル部と胴部とが一体に形成されており、且つ該ノズル部及び胴部内に発泡セルが分布しているダイレクトブロー発泡容器において、
前記ノズル部での気泡率が、前記胴部での気泡率の７０％以下であることを特徴とするダイレクトブロー発泡容器が提供される。

本発明のダイレクトブロー発泡容器においては、
（１）前記ノズル部での気泡率が１０％以下であること、
（２）前記容器の外面は、発泡剤を含有していない非発泡樹脂により形成された非発泡外面層となっており、該非発泡外面層の内面側に、前記発泡セルが分布している発泡層が設けられていること、
（３）前記発泡層の内面側に、前記非発泡樹脂により形成された非発泡内面層が設けられていること、
（４）前記非発泡樹脂として、前記発泡性樹脂の形成に使用されているものと同種の熱可塑性樹脂が使用されていること、
が好適である。

本発明のダイレクトブロー発泡容器は、発泡剤を含有する発泡性樹脂を用いてのダイレクトブロー成形によりノズル部と胴部と一体に形成されているものであり、ノズル部を別個に成形するものではない。このため、生産性が高く、製造コストの増大を回避することができる。
しかも、本発明の最も重要な特徴は、ノズル部も、胴部と同様、発泡剤を含む発泡性樹脂を用いて成形されていながら、ノズル部の気泡率が、胴部の気泡率の７０％以下に大きく低減されていることにある。即ち、本発明では、ノズル部の気泡率が胴部に比して大きく低減されていることから、ノズル部での発泡による強度低下が有効に抑制されている。

本発明のダイレクトブロー発泡容器の全体の形態を示す概略図。 図１の容器のノズルでの発泡セルの分布形態を示す概略側断面図（ａ）及び胴部での発泡セルの分布形態を示す概略側断面図（ａ）。 本発明のダイレクトブロー発泡容器を成形するためのブロー工程を説明するための図。 図３のブロー工程において、ノズル部での発泡を抑制するための手段を説明するための図。 実施例１における実験結果が示すノズル部圧縮率とノズル部気泡率との関係を示す図。 実施例１における実験結果が示すノズル部気泡率とノズル部圧縮強度との関係を示す図。 実施例２における実験結果が示す胴部気泡率とボトル縦圧縮強度との関係を示す図。

図１において、本発明のダイレクトブロー発泡容器は、全体として１０で示されており、ノズル部１１と、ノズル部１１に連なる胴部１３とを有しており、胴部１３の下端は、底部１５によって閉じられた形態を有している。

図１から理解されるように、ノズル部１１は、ブローされておらず、ストレートな外面に、キャップ等の蓋体（図示せず）を固定するための螺条等の突起１１ａが形成されている。一方、胴部１３は、ブローされた部分であり、全体として膨らんだ滑らかな外面を有している。

本発明において、この発泡容器１０は、発泡剤を含む発泡性樹脂を用いて成形されているため、図２に示されているように、ノズル部１１及び胴部１３内の何れにも発泡セル２０が分布している。

しかるに、本発明では、ノズル部１１での発泡が有効に抑制されており、このノズル部１１での気泡率（発泡セル２０の存在割合）が、胴部１３での気泡率の７０％以下、特に５０％以下に抑制されている。
この気泡率は、比重計を使用して測定される比重より算出される。特に胴部１３では、胴部１３のハイトＨの中心部分Ｈｏから上１０ｍｍの中心部領域Ｏを切り出して、測定および計算して胴部１３の気泡率とすればよい。

即ち、本発明では、胴部１３に比して、大きく抑制されているため、ノズル部１１の強度低下を有効に回避されている。
また、胴部１３の気泡率は、強度を損なわずに、発泡による軽量化、遮光性等の利点を確保するという観点から、通常、１０〜３０％程度の範囲にあることが好適である。

＜ダイレクトブロー発泡容器１０の製造＞
本発明において、上記の発泡容器１０は、発泡剤を含む発泡性樹脂を用いてのダイレクトブロー成形により製造される。
このダイレクトブロー成形は、基本的に、図３に示されているように、上記の発泡性樹脂を溶融押出してチューブ状のパリソン３１を成形し、このパリソン３１を直ちに、冷却されているブロー型３３，３３内に移動させ、パリソン３１内にブローノズル３５を挿入した状態でブロー型３３，３３を閉じ、パリソン３１の底部を閉じる。このとき、ブロー型３３，３３の上部内面には、ノズル部１１形成用の面３３ａが形成されており、その下方には、胴部１３形成用の面３３ｂが形成されている。
尚、ノズル部１１形成用の面３３ａには、図３では省略されているが、図１における突起１１ａに対応する凹部３３ｃ（図４参照）が形成されている。

上記の状態で、パリソン３１内にブローノズル３５を挿入し、エア等のブロー流体が供給され、これにより、図１に示されているような容器１０の形態に賦形され、この過程で、発泡が行われることとなる。

本発明において、発泡性樹脂は、押出機内で溶融混練されている熱可塑性樹脂に発泡剤を供給することにより調製される。

上記の熱可塑性樹脂としては、ダイレクトブロー成形が可能な種々の熱可塑性樹脂を使用することができる。一般的には、これに限定されるものではないが、各種ポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＮＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステルなどが好適に使用されるが、特にダイレクトブロー容器に要求される柔軟性などの観点から、ポリオレフィンが好適に使用される。
このようなポリオレフィンとしては、例えば低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、線状超低密度ポリエチレン（ＬＶＬＤＰＥ）等のポリエチレンや、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブテン−１、エチレン−ブテン−１共重合体、プロピレン−ブテン−１共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン−１共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、イオン架橋オレフィン共重合体（アイオノマー）等を例示することができ、所謂押出グレードのメルトフローレート（ＭＦＲ；ＡＳＴＭ−Ｄ−１２３８，２３０℃）を有するもの、例えば、０．１〜０．７ｇ／１０ｍｉｎのＭＦＲを有するものが好適に使用される。

また、上記のような熱可塑性樹脂に混合される発泡剤としては、各種炭酸化合物やアゾ化合物などの化学発泡剤や、窒素、二酸化炭素等の不活性ガスに代表される物理発泡剤を使用することができるが、特に発泡をコントロールするという観点から、不活性ガスが好適に使用される。
溶融状態のダイレクトブロー成形用熱可塑性樹脂に供給する発泡剤量は、溶融押出からブロー成形にかけて、胴部１３に適度な量の発泡セルが生成する程度の量であればよく、具体的には、その種類によっても異なるが、不活性ガスである窒素を発泡剤として用いる場合には樹脂１００質量部当り、０．０５〜０．１質量部程度の量とすることが好適である。

ところで、本発明においては、胴部１３に比して、ノズル部１１での発泡を抑制しなければならない。このために、先に述べたように、パリソン３１内にブローノズル３５を挿入するという手法が採用される。このような手法は、打込み式と呼ばれている。例えば、ブローノズル３５をパリソン３１内に挿入せず、パリソン３１の上部から針状のブローノズル３５を挿入し、パリソン３１内にブロー流体を導入してブロー成形を行うニードル式と呼ばれる手法が知られているが、ニードル式では、ノズル部１１もブローエアーにより賦形されることとなるため、有効に発泡を抑制することができない。

本発明で採用する打込み式によるブロー方式を説明する図４を参照して、エア等のブロー流体の供給路を有するブローノズル３５の先端部分は、ストレートな直胴外面３５ａと、先端に行くに従い漸次縮径したテーパー外面３５ｂとを有しているが、この直胴外面３５ａが、ブロー型３３，３３の上部内面３３ａ（ノズル部１１形成用の面３３ａ）に対面するように、ブローノズル３５が挿入されている。
この図４から理解されるように、このような打込み式では、ブローノズル３５の直胴部３５ａとブロー型３３の内面３３ａとの間にクリアランスＣＬが形成されており、このクリアランスＣＬの大きさにしたがって、ブロー型３３，３３を閉じたときにパリソン３１が圧縮成形され、パリソン３１の上部にノズル部１１が形成されることとなり、次のブローによって、その下方が膨張し、薄肉化されて胴部１３の形態に賦形されることとなる。

本発明では、上記のクリアランスＣＬを微細に調節することにより、ノズル部１１での発泡を抑制し、ノズル部１１での発泡が胴部１３に比して大きく抑制され、ノズル部１１の気泡率を所定の範囲に設定することができる。即ち、溶融押出に際して、樹脂中の不活性ガスもしくは発泡剤の分解により生じたガスは膨張するが、ブロー型による冷却によって樹脂が固化し、この結果として、発泡セル３０が生成するのであるが、上記のノズル部１１では、ブローノズル３５とブロー型の内面３３ａとのクリアランスＣＬの調整により、大きな圧縮力を印加することができ、このような圧縮力によって、ガスの膨張を制限し、ノズル部１１での発泡を抑制することができるわけである。

例えば、溶融押出により形成されるパリソン３１の厚みｔに際して、クリアランスＣＬが小さい程、ノズル部１１には大きな圧縮力が加わることとなり、発泡を大きく抑制することができる。

上記のクリアランスＣＬの具体的な数値は、用いる樹脂の溶融粘度や発泡剤量によっても異なり、一概に規定することはできないが、一般的には、上記のクリアランスＣＬとパリソン３１の厚みｔとの比ＣＬ／ｔが０．５以下、特に０．４以下にあることが、ノズル部１１の気泡率を前述した範囲に設定する上で好適である。

このように、本発明においては、打込み式によりダイレクトブロー成形を行い、この際に、ブローノズル３５の直胴部３５ａとブロー型３３の内面３３ａとの間のクリアランスＣＬを、パリソン３１の厚みに応じて微細な範囲に設定しておくことにより、胴部１３に比してノズル部１１での気泡率が大きく抑制することができ、これにより、ノズル部１１での強度低下を有効に回避することができる。

上述した本発明において、発泡剤が混合されている発泡性樹脂を用いてダイレクトブロー成形により発泡容器１０が成形されているが、本発明では、発泡剤を含有していない非発泡性樹脂を併用して発泡容器１０を成形することもできる。

具体的には、発泡性樹脂と非発泡性樹脂とを用いての共押出により、発泡セル２０が分布している発泡層の表面に発泡セル２０が分布していない非発泡層をスキン層として設けることができる。このようなスキン層は、通常、発泡層の外面側に設けられるが、発泡層の内面側にも設けることができる。
即ち、本発明では、以下の層構造を採用することができる。
容器内面側：発泡層／スキン層（非発泡層）：容器外面側
容器内面側：スキン層（非発泡層）／発泡層／スキン層（非発泡層）：容器外面側
容器内面側：スキン層（非発泡層）／発泡層：容器外面側

本発明においては、上記のようなスキン層の形成により、発泡による表面凹凸の形成を有効に回避することができる。例えば、容器の外面側にスキン層が形成されているときには、発泡による容器の外観低下を回避し、また、容器の印刷特性を高めることができ、本発明では、外面側にスキン層を設けることが最も好適である。また、容器の内面側にスキン層を設けた場合には、容器内容物の種類によっては、内面の平滑性により、内容物の排出性を高めることができるという利点がある。

本発明において、上記のようなスキン層を形成する非発泡性樹脂としては、発泡層を形成している発泡性樹脂に使用されている樹脂を使用することが好ましい。即ち、このような樹脂を使用することにより、発泡層とスキン層との間に接着剤層などを設けることなく、両層が強固に接着した層構造を確保することができる。

また、本発明において、上記のスキン層の厚みは特に制限されるものではないが、発泡の利点を確保するため、胴部１３での気泡率が前述した範囲（１０〜３０％）に維持されるようにスキン層の厚みを設定することが好ましい。これにより、発泡の利点を損なうことなく、スキン層による外観特性等の利点を享受することができる。

上述した本発明のダイレクトブロー容器１０は、発泡による軽量化や高い遮光性を有しており、しかも、発泡によるノズル部１１の強度低下を有効に回避されており、さらに寸法精度も高い。このような本発明は、これに限定されるものではないが、ダイレクトブロー成形により得られる容器に特有の柔軟性を活かして、粘稠な内容物、例えば化粧液、液体洗剤、医薬品、液体調味料等を収容する容器に好適に適用される。

本発明を次の実験例で説明する。

（実施例１）
ブロー金型とブローノズルによる圧縮成形部に螺子やサポートリング等の凹凸形状を有さないブロー金型を用いて、ブロー金型とブローノズルのクリアランスＣＬは１．３ｍｍで一定とし、パリソン厚みｔを２．８ｍｍ〜３．４ｍｍとすることでクリアランスＣＬとパリソン厚みｔとの比ＣＬ／ｔを変化させた発泡ボトルを作製した。パリソン厚みの変更に際しては、押出機の回転数および発泡剤の添加量は一定のまま、ダイ出口部分のクリアランスを変更することで実施した。

作製したボトルについてブロー前のパリソンおよびボトルノズル部の気泡率とノズル部の圧縮強度を測定した。
気泡率の測定には電子比重計（アルファミラージュ社製 ＭＤＳ−３００）を用いて比重を測定し、非発泡ボトルの比重と比較して算出した。
ノズル部の圧縮強度は、ノズル部の圧縮成形部をノズル部天面より１０ｍｍ範囲で切出し、万能試験機テンシロン（オリエンテック社製 ＵＣＴ−５Ｔ）を用い、周方向から圧縮荷重を付加し、４ｍｍ押下時の荷重を測定した。

実験結果を表１に示す。また、この実験結果に基づいて、ノズル部における圧縮率（金型クリアランスＣＬとパリソン厚みｔとの比ＣＬ／ｔ）と気泡率の関係を図５のグラフに示し、図６のグラフには、気泡率とノズル部の圧縮強度の関係を示した。
図５より圧縮率が大きくなるほど、気泡率が低下することが確認でき、図６より気泡率が低いほうがノズル部の圧縮強度が強いことが分かる。このため、ノズル部の気泡率を抑えることは、蓋との勘合性や、螺子を締める際のオーバーラン抑制などに効果的であると言える。

（実施例２）
ブロー時の圧力を調整し、気泡の圧縮度合いを変化させることで、胴部気泡率の異なる発泡ボトルを作製した。
作製したボトルを万能試験機テンシロン（オリエンテック社製 ＵＣＴ−５Ｔ）を用いて垂直方向に圧縮し、ボトルが座屈する際の最大荷重を縦圧縮強度として測定した。

実験結果を図７に示す。
図７より、気泡率の増加に伴い縦圧縮強度が向上することが確認できる。特に気泡率１０％以上で非発泡と比較して顕著な強度向上効果が見られる。このため、強度向上や軽量化の効果を得るためには胴部の気泡率を高くすることが有効であるといえる。

実施例１および実施例２より、ノズル部の強度向上にはノズル部の気泡率を低くする必要があり、ボトルの縦圧縮強度には胴部の気泡率を高くする必要があるといった、相反する特徴を１つのボトル内に付与することの重要性が示された。本発明のように、ノズル部と胴部とに気泡率分布を持たせることで、ノズル部強度およびボトルの縦圧縮強度を高いレベルで両立することが可能となる。

１０：発泡ダイレクトブロー容器
１１：ノズル部
１３：胴部
１５：底部
２０：発泡セル
３１：パリソン
３３：ブロー型
３５：ブローノズル

Claims (5)

1. 少なくとも発泡剤を含有する発泡性樹脂を用いてのダイレクトブロー成形によりノズル部と胴部とが一体に形成されており、且つ該ノズル部及び胴部内に発泡セルが分布しているダイレクトブロー発泡容器において、
   前記ノズル部での気泡率が、前記胴部での気泡率の７０％以下であることを特徴とするダイレクトブロー発泡容器。
2. 前記ノズル部での気泡率が１０％以下である請求項１に記載のダイレクトブロー発泡容器。
3. 前記容器の外面は、発泡剤を含有していない非発泡樹脂により形成された非発泡外面層となっており、該非発泡外面層の内面側に、前記発泡セルが分布している発泡層が設けられている請求項１または２に記載のダイレクトブロー発泡容器。
4. 前記発泡層の内面側に、前記非発泡樹脂により形成された非発泡内面層が設けられている請求項３に記載のダイレクトブロー発泡容器。
5. 前記非発泡樹脂として、前記発泡性樹脂の形成に使用されているものと同種の熱可塑性樹脂が使用されている請求項３または４に記載のダイレクトブロー発泡容器。