JP6675068B2 - ブロー成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型に挟み込んだパリソン内にエアーを吹き込んでブロー成形を行うブロー成形方法に関するものであり、特に、成形される成形体の厚さを均一化するための改良に関するものである。

プラスチック製の容器（ボトル）の成形方法としては、ブロー成形方法が広く行われており、射出成形されたプリフォームを金型内にセットし、エアーを吹き込んで金型キャビティの形状に成形する２軸延伸ブロー成形法等が知られている。

近年、プラスチック容器の分野においては、多様な機能、性能が求められることが多く、使用する材料や成形方法に工夫が求められている。例えば、ガスバリア性や遮光性、保温性等が要求される場合、使用する材料をガスバリア性を有するものとしたり、プラスチック材料に着色剤や紫外線吸収剤を添加すること等が行われている。

しかしながら、材料の工夫等にも限度があり、プラスチック容器を多層化することで様々な機能を付与することも行われている。各層の構成材料等を最適化すれば、ガスバリア性に優れた遮光容器等、複合的な機能を有するプラスチック容器を実現することができるものと期待される。

多層のプラスチック容器を成形するには、多層プリフォームを射出成形し、これをブロー成形すればよいものと考えられ、多層プリフォームの成形方法も種々提案されている。しかしながら、多層プリフォームの成形には高度な技術が必要であり、成形装置に多くの設備投資が必要となる等、コスト等の点で課題がある。

このような状況から、プリフォームの外側に別途成形したプリフォームカバーを装着し、これをブロー成形することで複合容器を成形することが提案されている（特許文献１や特許文献２等を参照）。プリフォームカバーを利用することで、多層プリフォームを成形する必要がなくなり、コストの削減等に繋がるものと考えられる。

特許文献１には、プリフォームの外側に外側収縮部材を設け、プリフォームと、プリフォームの外側に密着された外側収縮部材とを有する複合プリフォームを作製し、ブロー成形金型内で複合プリフォームに対してブロー成形を施すことにより、複合プリフォームのプリフォームおよび外側収縮部材を一体として膨張させるブロー成形方法が開示されている。外側収縮部材を、例えばガスバリア性や光線バリア性を有する材料で形成することで、これらの機能が付与された複合容器を成形することが可能である。

特許文献２には、プリフォームの外側に内側ラベル部材を設け、特許文献１と同様、プリフォームと内側ラベル部材を一体として膨張させるブロー成形方法が開示されている。これにより、ラベラーによってラベルを付与する工程を不要とすることが可能なブロー成形方法を実現することが可能である。

特開２０１５−９４９３号公報 特開２０１５−９４８７号公報

ところで、プリフォームの外側にプリフォームカバーを装着し、これをブロー成形することで複合容器を成形する方法では、プリフォームカバーを予めプリフォームの形状に合わせて成形しておく必要がある。このプリフォームカバーを射出成形により作製してもよいが、ブロー成形で形成することができれば、さらなる低コスト化を図ることができるものと期待される。

しかしながら、ブロー成形による成形では、厚さを均一化することが難しいという問題がある。ブロー成形の場合、エアー吹き込みのためにパリソンの両端をピンチオフして食い切る必要があるが、このピンチオフ（食い切り）の際にパリソンが扁平に潰れやすく、その結果、周方向において肉厚が不均一になる傾向にある。

前述のプリフォームの外側にプリフォームカバーを装着し、これをブロー成形した複合容器においては、プリフォームカバーの厚さの不均一さは、品質の低下につながり、好ましくない。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ブロー成形における厚さの不均一化を抑えることができ、周方向において肉厚の均一な製品を成形し得るブロー成形方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明のブロー成形方法は、押出機から押し出されるパリソンを一対の金型で挟み込んでブロー成形するブロー成形方法において、成形される製品が、プリフォームと重ねて成形されるプリフォームカバーであり、成形体の形態を複数の製品が連結された形態とし、両端の製品の連結されていない側の端部のみをピンチオフして、前記複数の製品を一括してブロー成形することを特徴とする。

ブロー成形においては、ピンチオフ部の近傍において、パリソンが扁平化し、厚さの不均一化に繋がる。１つの製品の両端をピンチオフすれば、厚さが不均一な領域が広がることになる。本発明のブロー成形方法では、複数の製品を連結した形態で一括して成形する、いわゆる複数個取りとしているので、各製品においてピンチオフ部の数が削減され、ピンチオフによる厚さの不均一化が最小限に抑えられる。

本発明のブロー成形方法によれば、厚さの不均一化を抑えることができ、周方向において肉厚の均一な製品を成形することが可能である。したがって、例えばプリフォームの外側にプリフォームカバーを装着し、これをブロー成形して複合容器を作製する際に、プリフォームカバーのブロー成形に本発明のブロー成形方法を適用することで、高品質な複合容器を製造することが可能である。

実施形態で成形される成形体の概略側面図である。 ブロー成形方法を示すものであり、パリソン押し出し工程を示す概略断面図である。 パリソン挟み込み工程を示す概略断面図である。 エアブロー後の状態を示す概略断面図である。 １個取りのブロー成形におけるパリソンの形態を模式的に示す縦断面図である。 図３ＡのＸ−Ｘ線ににおける横断面図である。 ２個取りのブロー成形におけるパリソンの形態を模式的に示す縦断面図である。 図３ＡのＹ−Ｙ線における横断面図である。 複合容器の製造工程の一例を示すものであり、プリフォームカバー装着工程を示す概略斜視図である。 プリフォームにプリフォームカバーを装着した状態を示す概略断面図である。 成形された複合容器を一部破断して示す概略側面図である。 実施例の評価において厚さ分布を測定した測定箇所を示す図である。 実施例により成形されたプリフォームカバーの縦方向厚さ分布を示す図である。

以下、本発明を適用したブロー成形方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明のブロー成形方法は、押出機から押し出されるパリソンを一対の金型で挟み込んでブロー成形するブロー成形方法において、成形体の形態を複数の製品が連結された形態とし、両端の製品の連結されていない側の端部のみをピンチオフして、前記複数の製品を一括してブロー成形するものである。

すなわち、本発明のブロー成形方法では、いわゆる複数個取りの状態で、複数の製品が直列に連結されるように結合してブロー成形を行う。一括して成形する製品の数は、２個でも３個でもよく、４個以上も可能であるが、一括して成形する製品の数が多くなればなるほど金型の大型化等が必要となる。また、３個以上を一括して成形する場合には、各製品の形状としては、両端が開放されるものに限られる。したがって、何個の成形体を一括して成形するかは、必要な製品の形状や、設備の規模等に応じて適宜設定すればよい。

以下においては、２個の製品を一括して形成する場合を例に、本発明の実施形態を説明する。２個取りの場合、２つの製品を一端側で連結した形態とし、各製品の連結されていない側の端部のみをピンチオフして、２つの製品を一括してブロー成形する。すなわち、各製品の連結されていない側の端部のみでパリソンが金型に挟み込まれるが、それ以外の部分においては、パリソンは金型に挟み込まれていない。

図１は、本実施形態で成形される成形体１の形態を示すものである。本実施形態において成形される成形体１は、２つのプリフォームカバー（製品）２，３が直列に連結された形態を有する。各プリフォームカバー２，３は、それぞれ一端側がピンチオフ部２ａ，３ａとされて閉塞されるとともに、他端側は開放された状態で連結部４を介して互いに一体に連結されて成形されている。

製品であるプリフォームカバー２，３間を連結する連結部４は、各プリフォームカバー２，３の胴部の径よりも若干小さな径で形成されている。ここで、連結部４の径をプリフォームカバー２，３の胴部の径よりも小さく設定するのは、この位置に吹き込み針を設置し、ブロー成形の際に、パリソンへの吹き込み針の差し込みを円滑に行うためである。

次に、図１の成形体のブロー成形方法について説明する。成形体１をブロー成形するには、図２Ａに示すように、円筒状のパリソン１１を押出機１２のダイより押し出し、図２Ｂに示すように、一対の分割金型１３，１４で挟み込む。

パリソン１１は、前記の通り、溶融混練した原料樹脂を押出機１２のダイより押し出すことにより形成されるが、原料樹脂としては、任意の熱可塑性樹脂を用いることができる。例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂や、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、商品名ナイロン等のポリアミド樹脂、ガスバリア性に優れるエチレン−ビニルアルコール樹脂等であるが、勿論これらに限定されるわけではなく、プリフォームカバー２，３の用途や要求される性能、機能等に応じて各種樹脂の中から適宜選択すればよい。また、原料樹脂には、着色剤や遮光剤、紫外線吸収剤、潤滑剤等の各種添加剤や、充填材等を添加することもでき、やはり、プリフォームカバー２，３の用途や要求される性能、機能等に応じて添加する材料を適宜選択すればよい。

分割金型１３，１４は、それぞれ製品であるプリフォームカバー２，３の形状に応じたキャビティ１３ａ，１４ａを２つずつ有しており、プリフォームカバー２，３の形状に応じたキャビティ１３ａ，１４ａの間には、やや小径の連結部４を形成するための突出部１３ｂ，１４ｂが形成されている。また、各キャビティ１３ａ，１４ａの連結部４により連結される側とは反対側の端部には、ピンチオフ部１３ｃ，１４ｃが設けられている。分割金型１３，１４を突き合わせた際には、前記ピンチオフ部１３ｃ，１４ｃが突き当たり、パリソン１１の両端が押し潰されて閉塞状態とされる。

図２Ｂに示すように、型閉じを行い、一対の分割金型１３，１４でパリソン１１を挟み込んだ後、連結部４に対応する突出部１３ｂにおいて、吹き込み針１５をパリソン１１内に差し込み、エアブローを行う。連結部４に対応する突出部１３ｂにおいては、パリソン１１と分割金型１３の距離が、プリフォームカバー２，３の形状に応じたキャビティ１３ａ，１４ａにおけるパリソン１１と分割金型１３の距離よりも小さく、吹き込み針１５のパリソン１１内への差し込みを容易に行うことができる。

エアーの吹き込みの際には、真空吸引によりパリソン１１を金型に密着させた状態で吹き込み針１５を差し込む必要がある。パリソン１１が金型に引き付けられて密着していない状態では、すなわちパリソン１１が金型から離間した状態では、パリソン１１に吹き込み針１５を差し込むことは難しい。したがって、パリソン１１を速やかに金型に引き付けるためには、パリソン１１と金型の距離が小さい方が有利である。連結部４をプリフォームカバー２，３の胴部の径よりも小さな径とすることで、連結部４に対応する金型部分が胴部に対応する金型部分よりも突出されることになり、その結果、連結部４に対応する金型部分とパリソン１１とが接近することになる。

連結部４に対応する金型部分の内径は、押し出したパリソンの外径と略等しくなることが好ましく、具体的には、当該金型部分の内径が、パリソン外径よりも０〜２ｍｍになることが好ましい。尚、パリソンが当該金型部分において挟み込まれることを確実に防ぐため、当該部分の内径は、パリソンの外径よりも０．５ｍｍ以上大きくすることが好ましい。

本実施形態においては、この連結部４に対応し突出した金型部分である突出部１３ｂに吹き込み針１５を設置し、吹き込み針１５のパリソン１１への差し込み、及びエアブローを行う。例えば、前記突出部１３ｂに吹き込み針１５を設置するとともに、吹き込み針１５の周囲に真空吸引孔を設けておく。吹き込み針１５をパリソン１１に差し込む際には、これら真空吸引孔により真空吸引を行う。この真空吸引により、パリソン１１を金型（突出部１３ｂ）に引き付ける。突出部１３ｂとパリソン１１の距離が近いことから、パリソン１１は速やかに突出部１３ｂに引き付けられて密着する。したがって、吹き付け針１５のパリソン１１への差し込みを円滑に行うことができる。

なお、連結部４に対応し突出した金型部分である突出部１３ｂに吹き込み針を突出させるための針孔を設ける場合に限らず、当該突出部１３ｂに、局所的に凹部を設け、その凹部に針孔を設け、当該凹部における針孔の周囲に、パリソンを吸引するための吸引孔を、当該針孔を囲むように複数並べて配置してもよい。例えば、突出部１３ｂに、直径４〜６ｍｍ程度の円形で、深さ２〜４ｍｍ程度の凹部を設け、凹部の中心に直径２〜３ｍｍの針孔を設け、当該針孔を中心に４５°の間隔で、当該針孔の周囲に吸引孔を８個配置してもよい。この場合、凹部の周囲が、パリソンに近接することで、凹部内の吸引孔にてパリソンを吸引すると、パリソンが部分的に凹部に入り込み、入り込んだ部分においてしっかりとパリソンを保持できる。これにより、吹き込み針をより確実にパリソンに差し込むことができる。

吹き込み針１５によるエアブローにより、図２Ｃに示すように、パリソン１１が分割金型１３，１４のキャビティ１３ａ，１４ａの内壁に押し付けられ、キャビティ１３ａ，１４ａの形状に成形される。次いで、型開きを行い、成形体を取り出す。成形される成形体は、図１に示す通りである。取り出した成形体１は、図１の破線位置で切断し、個々の製品（プリフォームカバー２，３）に分離する。

次に、本実施形態のブロー成形方法を採用した場合に、製品（プリフォームカバー２，３）の厚さが均一化される理由について説明する。

図３Ａ及び図３Ｂは、製品を、いわゆる１個取りとするブロー成形におけるパリソン１１の形態を示すものである。１個取りのブロー成形では、分割金型２１，２２には、１つの製品に対応してキャビティ２１ａ，２２ａが１つ形成されており、その両端にはピンチオフ部２１ｂ，２２ｂが設けられている。

１個取りとした場合、図３Ａに示すように、製品（すなわちキャビティ２１ａ，２２ａ）の両側にピンチオフ部２１ｂ，２２ｂが設けられることになり、ピンチオフ部２１ｂ，２２ｂ間の距離Ｌ１が小さい。ピンチオフ部２１ｂ，２２ｂでは、食い切りの際にパリソン１１に大きな力が加わり、パリソン１１の変形の原因となるが、前記距離Ｌ１が小さいと、その影響が製品全体に及ぶ。

図３Ｂは、分割金型２１，２２に挟み込まれた際のパリソン１１の断面を示すものであり、キャビティ２１ａ，２２ａの両側に設けられたピンチオフ部２１ｂ，２２ｂの影響により、パリソン１１が偏平に潰れるという現象が見られる。パリソン１１が偏平に潰れてしまうと、エアブローした時に均一に延伸されず、特に周方向における厚さのばらつきが大きくなる。

これに対して、実施形態のブロー成形方法のように、いわゆる２個取りでブロー成形する場合、図４Ａに示すように、２つ設けられたキャビティ１３ａ，１４ａにおいて、互いに連結されていない側の端部、すなわち連結部４を形成するための突出部１３ｂ，１４ｂが形成される側とは反対側の端部にのみピンチオフ部１３ｃ，１４ｃが設けられることになる。したがって、遠く離れた２つの製品の両側の端部のみピンチオフ（バリ噛み）され、連結部４はピンチオフされない。

ここで、両端のピンチオフ部１３ｃ，１４ｃ間の距離Ｌ２は、先の１個取りの場合に比べて概ね２倍となり、ピンチオフ部１３ｃ，１４ｃでの食い切りによる影響が大きく低減される。その結果、図４Ｂに示すように、分割金型１３，１４間に挟みこまれたパリソン１１の断面形態が円形に近いものとなる。パリソン１１が円形であれば、エアブローの際に全ての方向に均等に延伸され、均一な厚さで成形される。

このような金型設計の本実施形態のブロー成形方法で成形される製品（プリフォームカバー２，３）は、周方向での厚さの均一性に優れるものであり、これを利用して高品質な複合容器を製造することが可能である。

以下、複合容器の製造例について説明する。複合容器を作製するには、先ず、プラスチック材料製のプリフォーム４０を準備する。プリフォーム４０の成形方法としては、例えば射出成形機を用いた射出成形や、押し出し成形等を挙げることができる。

プリフォーム４０の構成材料としては、任意の熱可塑性樹脂が挙げられ、複合容器の用途や性能等に応じて適宜選択すればよい。熱可塑性樹脂の具体例としては、特にＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等を挙げることができる。

また、プリフォーム４０を多層構成とすることも可能である。例えば、２層のプリフォームや、商品名ナイロンＭＸＤ６、商品名ナイロンＭＸＤ６＋脂肪酸塩、ＰＧＡ（ポリグリコール酸）、ＥＶＯＨ（エチレンビニルアルコール共重合体）またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のガスバリア性や遮光性を有する樹脂を中間層とする３層以上からなるプリフォームとすることも可能である。

次に、図５Ａに示すように、プリフォーム４０の外側にプリフォームカバー２（３）を装着する。プリフォームカバー２，３は、全体として有底円筒形状を有しており、円筒状の胴部と、ピンチオフにより閉塞された底部とを有している。図５Ｂに示すように、プリフォームカバー２（３）は、プリフォーム４０の首部を除いてプリフォーム４０全体を覆うように装着される。

プリフォームカバー２，３をプリフォーム４０に装着した後、加熱処理を施すことも可能である。例えば５０℃〜１００℃程度の加熱処理を施すことにより、プリフォームカバー２，３が熱収縮し、プリフォーム４０とプリフォームカバー２，３の密着性を向上することができる。

次いで、プリフォームカバー２，３が装着されたプリフォーム４０を予備加熱し、成形金型にセットする。予備加熱の温度はプリフォーム４０の構成材料等に応じて適正な温度に設定すればよく、例えば９０℃〜１３０℃程度である。

予備加熱後、プリフォームカバー２，３が装着されたプリフォーム４０を金型にセットする。金型は、成形する複合容器の形状に応じたキャビティを有するものであり、加熱により軟化したプリフォーム４０内にエアブローすることにより、プリフォーム４０及びプリフォームカバー２，３が延伸され、金型のキャビティ形状に賦形される。

これにより、プリフォーム４０が延伸されることにより形成される容器本体５１の外側が、プリフォームカバー２，３が延伸されることにより形成される被覆層５２で覆われた複合容器５０が成形される。作製される複合容器５０においては、プリフォームカバー２，３がブロー成形により形成されるものであるので、プリフォームカバー２，３を射出成形する場合等に比べて、製造コストを削減することができる。また、プリフォームカバー２，３は、ブロー成形により形成されるものではあるが、前述の通り厚さの均一性に優れるものであるので、複合容器５０の被覆層５２も厚さの均一性に優れたものとなり、高品質な複合容器５０を成形することが可能である。

以上、本発明を適用した実施形態についてを説明してきたが、本発明が前述の実施形態に限られるものでないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

例えば、先の実施形態では、製品を２個取りするようにしたが、前述の通り、３個取り以上とすることも可能である。３個取り以上とする場合、適用し得る製品の形態としては両端が開放されたものに限られるが、例えば前述のプリフォームカバー等において、容器の胴部のみを被覆する形態での利用が可能である。厚さの均一化の観点から言えば、連結する製品の個数が多いほど有利であるが、金型の大型化を招くこと等から、何個取りとするかは、製品形態や要求される性能、設備の規模等に応じて適宜選定すればよい。

また、先の実施形態では、プリフォームカバーの成形を例にして説明したが、製品としてはプリフォームカバーに限定されるものではない。ブロー成形全般において、厚さの均一性が要求される場合に、本発明を適用することが可能である。

実施例
胴部が円筒形状で、一端が閉塞され、多端が開放されたプリフォームカバーをブロー成形した。成形したプリフォームカバーの胴部における設定肉厚は、０．５ｍｍである。

ブロー成形に際しては、先の実施形態で説明したように、２個取りとし、２つのプリフォームカバーを胴部よりも小径の連結部を介して連結された状態で一括して成形した。連結部はピンチオフされず、したがってピンチオフ（バリ噛み）されるのは、各プリフォームカバーの互いに連結されていない側の端部のみである。

比較例
実施例と同様、胴部が円筒形状で、一端が閉塞され、多端が開放されたプリフォームカバーをブロー成形した。成形したプリフォームカバーの胴部における設定肉厚は、実施例と同様、０．５ｍｍである。

ブロー成形は、いわゆる１個取りにて行った。したがって、ピンチオフ（バリ噛み）は、各製品（プリフォームカバー）において、閉塞される側の端部と、開放される側の端部の両方である。

評価
実施例及び比較例で成形したプリフォームカバーについて、厚さの分布を測定した。測定箇所は、高さ方向において、１０ｍｍ毎に設定した。図６は、製品（プリフォームカバー）Ｓの厚さ分布を測定した測定箇所を示す図であり、図中、１〜５で示す７箇所について測定を行った。

図７は、実施例で作製したプリフォームカバーの縦方向における厚さ分布を表したものである。図７から明らかなように、実施例で作製された製品（プリフォームカバー）では、各測定箇所において、パーティングライン位置（ＰＬ−１，ＰＬ−２）と、パーティングラインと直交する位置ＰＬ９０−１での厚さの差は０．０５ｍｍ以下である。

プリフォームの高さにおける上（開口側）から３分の２の範囲において、厚さのばらつきが、平均肉厚（３分の２の範囲の平均＝約０．５ｍｍ）に対して、好ましくは、プラスマイナス１０％の範囲内（約０．４５〜０．５５ｍｍ）である。前記実施例は、この条件を満たしている。

同様に、比較例で作製されたプリフォームカバー（両端をピンチオフしてブロー成形されたプリフォームカバー）についても同様の測定を行ったところ、いずれの測定箇所においても周方向での厚さの差が０．１ｍｍを越えており、前記条件を満たしていないことがわかった。

１ 成形体
２，３ 製品（プリフォームカバー）
４ 連結部
１１ パリソン
１３，１４ 分割金型
１３ａ，１４ａ キャビティ
１３ｂ，１４ｂ 突出部
１３ｃ，１４ｃ ピンチオフ部
１５ 吹き込み針

Claims (4)

1. 押出機から押し出されるパリソンを一対の金型で挟み込んでブロー成形するブロー成形方法において、
   成形される製品が、プリフォームと重ねて成形されるプリフォームカバーであり、
   成形体の形態を複数の製品が連結された形態とし、両端の製品の連結されていない側の端部のみをピンチオフして、前記複数の製品を一括してブロー成形することを特徴とするブロー成形方法。
2. ２つの製品を一端側で連結した形態とし、各製品の連結されていない側の端部のみをピンチオフして、前記２つの製品を一括してブロー成形することを特徴とする請求項１記載のブロー成形方法。
3. 連結される部分に吹き込み針を差し込み、エアーの吹き込みを行うことを特徴とする請求項１または２記載のブロー成形方法。
4. 連結される部分を成形する金型部分が突出しており、当該突出する金型部分にパリソンを吸引して保持し、保持されたパリソンに吹き込み針を差し込むことを特徴とする請求項３に記載のブロー成形方法。

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