JP7006101B2 - プリフォーム及びプラスチックボトルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軽量のプリフォーム及びこれを二軸延伸ブロー成形してなるプラスチックボトルに関する。

飲料等が充填される容器として、プラスチックボトル、中でも、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）ボトルが多く用いられる。そして、プラスチックボトルの製造にはプリフォームを二軸延伸ブロー成形する方法が一般的に用いられている。

従来よりプリフォームを二軸延伸ブロー成形ＰＥＴボトルに成形することが一般に行われている。そして、ＰＥＴボトルを軽量化すべく、プリフォームの形状を工夫して重量を削ることが行われてきた。ただ、口栓部は対応するキャップとの関係で規格が決まっており、重量を削減する余地が少ない。

そこで、従来より口栓部を除いた部分の重量の軽量化の方法が模索されているところである。しかし、プリフォームを軽量化することにより、白化あるいは芯ズレの現象が起きることが課題であった。

そこで本発明の目的は、白化や芯ズレを防ぎつつ、プリフォームの口栓部を除いた部分である胴部の軽量化を実現することにある。

そこで本発明は、口栓部、胴部、底部を軸方向に順次有する、内容量９０ミリリットル～３００ミリリットルプラスチックボトル用のプリフォームにおいて、前記胴部の肉厚が１．９ｍｍ以上２．１ｍｍ以下であり、かつ前記胴部の前記口栓部との境から、前記底部の端までの最短の長さが３８．０ｍｍ以上４０．０ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明は、前記プラスチックボトルの高さが１１０～１３６ｍｍで、ボトル胴径が４２～６８ｍｍであることを特徴とする。

更に、本発明は、上記のプリフォームを成形することにより作成された、プラスチックボトルの製造方法であることを特徴とする。

本発明によれば、口栓部、胴部、底部を軸方向に順次有する、内容量９０ミリリットル～３００ミリリットルプラスチックボトル用のプリフォームにおいて、胴部の肉厚が１．９ｍｍ以上２．１ｍｍ以下であり、かつ胴部の口栓部との境から、底部の端までの最短の長さが３８．０ｍｍ以上４０．０ｍｍ以下であることを特徴とするので、二軸ブロー成形によりプリフォームを延伸した際に、軽量であり、底部が過延伸による白化（ボイド）が生じず、かつ芯ズレの少ないプリフォームを提供することができる。

また、本発明は、プラスチックボトルの高さが１１０～１３６ｍｍで、ボトル胴径が４２～６８ｍｍであることを特徴とするので、二軸ブロー成形によりプリフォームを延伸した際に、軽量であり、底部が過延伸による白化（ボイド）が生じず、かつ芯ズレの少ないプリフォームを提供することができ、また需要の高い小型プラスチックボトルに軽量プリフォームを用いることで、小型のプラスチックボトルを軽量なものとすることができる。

更に、本発明は、上記のプリフォームを成形することにより作成された、プラスチックボトルの製造方法であることを特徴とするので、口栓部を除いた部分の重量が５．３グラム前後の超軽量なプラスチックボトルを製造することができ、プリフォームの製造に必要な樹脂量を減らすことができ、ブロー成形後に、手で持つ場合にも軽いプラスチックボトルを製造することができる。

本実施形態に係るプリフォームの一例が示された斜視図である。 本実施形態に係るプリフォームの一例が示された断面図である。 本実施形態に係るプラスチックボトルの一例が示された底面図である。 加熱装置と本実施形態に係るプリフォームの断面図である。 二軸延伸ブロー成形機と本実施形態に係るプリフォームの断面図である。 本実施形態に係るプリフォームの一例が示された正面図である。 本実施形態に係るプラスチックボトルの一例が示された正面図である。 本実施形態に係るプラスチックボトルの他の例が示された正面図である。 本実施形態に係るプラスチックボトルの底面方向からの斜視図である。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の詳細を説明する。まず、本実施形態に係るＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）ボトル成形用のプリフォーム１（予備成形体）の構成を詳細に説明する。図１、図６は本実施形態に係るプリフォーム１の一例が示された斜視図及び正面図である。プリフォーム１は、有底筒状であって、口栓部１０、胴部１６、及び底部１７を軸方向に順次有する。プリフォーム１が延伸されることによってボトル状に成形される。図２には、口栓部１０から底部１７までが軸方向と平行にプリフォーム１の中心で切断された面が示されている。

なお、以下では、説明の便宜上、図１、図６の状態のプリフォーム１において底部１７に対する口栓部１０の方向を上とする。

口栓部１０は、軸方向の上端に、円形に開放された開口栓部１１を有している。そして、口栓部１０は、その外周面に、おねじ１２と、カブラ１３と、サポートリング１４とを有している。図示せぬ蓋を取り付けるためのおねじ１２は口栓部１０の外周面から、プリフォーム１の径方向の外側に向かってらせん状に突出している。カブラ１３は、おねじ１２の下方で、径方向外側に向かって周回状に突出している。サポートリング１４は、カブラ１３の下方で周回状に、カブラ１３よりも径方向外側まで突出している。

一般的に、サポートリング１４から軸方向の上側の箇所ではプリフォーム１からボトル状に成形される際にその形状が変化しない。このサポートリング１４を含めた、サポートリングより上の部分を口栓部１０とする。口栓部１０の重量は５．１ｇであるがこれに限定するものではない。

このように、口栓部１０は、ブロー成形機による成形後もその形状が変化しない。ここで、プリフォーム１の口栓部１０の内径や外径（ねじ谷径に相当）、ねじ山径といった各部の寸法に特に限定はない。しかしながら、飲料用ボトルで標準的に用いられている寸法とされることが、既存の蓋の汎用性や、飲料用ボトルの密封性を確保できる点で好ましい。このため、口栓部１０は例えば、ＰＣＯ１８１０規格や、ＰＣＯ１８８１規格に対応した寸法とされると良い。

口栓部１０から下は、胴部１６となっている。胴部１６は、途中まで逆テーパー状に構成されている。

また、胴部１６は、先に述べた途中より下が、内径、及び外径が、軸方向の上下において略同寸の略真円筒形状に構成されている。

底部１７は、外方に湾曲した略半球状に構成されている。底部１７は、円錐形状であったり、角に丸みを持った円柱形状であったり、その他の形状であっても良い。

図２を示しながら本発明のプリフォーム１を詳述する。L０はプリフォーム１の高さ、全高を示す。口栓部１０を除いたプリフォーム１の胴部１６の長さをL１とする。L１は、胴部１６の口栓部１０との境から、底部１７の端までの最短の長さと言い換えることもできる。そして胴部１６の内径をDiと示し、胴部１６の肉厚をｔとしている。胴部１６の長さL１が３８．０ｍｍ以上４３．０ｍｍ以下であることが白化、芯ズレなどの問題のない軽量なペットボトルの成形上好ましい。
さらに、本発明のプリフォーム１ は胴部の長さL1が３８．０ｍｍ以上４０．０ｍｍ以下であり、胴部の内径Diが１３.０ｍｍ以上であることが白化、芯ズレが起きず、かつ軽量なペットボトルを成形するためのプリフォームとしては、より好ましい。

また、図２に示すようなプリフォーム１の胴部の肉厚ｔは、１．９ｍｍ以上２．１ｍｍ以下であることがボトルの軽量性、及び成形性の点で好ましい。これ以上肉厚ｔが薄いと芯ズレが発生する。
芯ズレとは、図３に示すように、底部１７の中心の円Xのなかに、図示しないゲート痕が入っていない場合のことをいう。ゲート痕は射出成形によりプリフォーム１が成形される場合に、プリフォーム１の底部１７の先端に、射出成形機のゲートの痕跡がのこっているその痕跡のことをいう。ゲート痕が円Xの中に入っていない、すなわち芯ズレが起こっている場合、商品性に問題があるばかりか、二軸ブロー成形による延伸が適切に行われていないことをも意味するため好ましくない。

また、白化（ボイド）とは、ここでは白みがかったプラスチックボトルとなってしまうことをいう。白化は、商品性に問題があり、好ましくない。また白化は過延伸が原因であり、二軸ブロー成形により、適切な延伸が行われていない点で、好ましくない。

プリフォーム１を構成するエチレンテレフタレート系熱可塑性樹脂としては、エステル反復部分の大部分、一般に７０ ｍｏｌ％以上をエチレンテレフタレート単位が占めるものであり、ガラス転移点（Ｔｇ）が５０ ℃以上、９０ ℃以下であり、融点（Ｔｍ）が２００ ℃以上、２７５ ℃以下の範囲にあるものが好適である。エチレンテレフタレート系熱可塑性ポリエステルとして、ポリエチレンテレフタレートが耐圧性等の点で特に優れているものの、エチレンテレフタレート単位以外に、イソフタル酸や、ナフタレンジカルボン酸等の二塩基酸と、プロピレングリコール等のジオールからなるエステル単位を少量含む共重合ポリエステルも使用することができる。

ポリエチレンテレフタレートは熱可塑性の合成樹脂の中では生産量が最も多い。そして、ポリエチレンテレフタレート樹脂は、耐熱性、耐寒性や、耐薬品性、耐摩耗性に優れる等の種々の特性を有する。更に、ポリエチレンテレフタレート樹脂はその原料に占める石油の割合が他のプラスチックと比べて低く、リサイクルも可能である。このように、ポリエチレンテレフタレートを主成分とする構成によれば、生産量の多い材料を用いることができ、その優れた種々の特性を活用することができる。

ポリエチレンテレフタレートは、エチレングリコール（エタン－１，２－ジオール）と、精製テレフタル酸との縮合重合によって得られる。ポリエチレンテレフタレートの重合触媒として、ゲルマニウム化合物、チタン化合物、及びアルミニウム化合物の少なくとも一つが用いられることが好ましい。これらの触媒が用いられることによって、アンチモン化合物が用いられるよりも、高い透明性を有し、耐熱性に優れた容器を形成することができる。

次に、本実施形態に係るプリフォーム１からボトル状に成形する方法の一例を詳細に説明する。プリフォーム１がボトル状に成形されるにあたってまず、プリフォーム１の加熱が行われる。図４は、プリフォーム１の加熱装置４０の一例が示された断面図である。なお、図４は、プリフォーム１の搬送方向に対して垂直方向の断面を示す。

加熱装置４０は、搬送装置４１と、ヒータ４２とを備えている。搬送装置４１は、プリフォーム１を周方向に均等に加熱するために、プリフォーム１の軸を中心に回転させながら搬送するように構成されている。ヒータ４２は、複数の例えばハロゲンランプによって構成され、ブロー成形に適した温度例えば８０ ℃～１４０ ℃にプリフォーム１を加熱するように構成されている。更に、加熱装置４０は、ヒータ４２からの熱をプリフォーム１に反射させるための反射板４３や、ヒータ４２からの熱を口部１０に伝わらないようにするための遮蔽部材４４等を備えていても良い。なお、図４の加熱装置４０では、プリフォーム１は口栓部１０が下側を向いた状態で搬送、及び加熱されている。

加熱されたプリフォーム１は次に、ブロー成形機によって、プラスチックボトル例えばＰＥＴボトル２に成形される。図５は、プリフォーム１と、ブロー成形後のＰＥＴボトル２とが模式的に示された断面図である。ブロー成形機の一例としての二軸延伸ブロー成形装置５０は、金型５１と、延伸ロッド５２と、図示せぬ高圧エア供給装置と、これらを制御する図示せぬ制御装置とを備えている。なお、図５には、下向きのブロー成形方法が例示されているものの、材料が重力の影響を受けにくい上向きのブロー成形方法が用いられても良い。

ここで、ＰＥＴボトル２は、図７に示すように、口栓部１０と、肩部６０と、胴部７０と、底部８０とを有する。

図５において、金型５１は、形成されるＰＥＴボトル２に対応した形状を有して例えば、胴部７０に対応して半割りで構成される胴金型５１ａと、底部８０に対応した底金型５１ｂとを有する。金型５１の表面の温度は、ＰＥＴボトル２の用途、特に耐熱性に応じて例えば３０ ℃～１３０ ℃に制御されるように構成されている。

延伸ロッド５２は金型５１内を伸縮自在に構成される。そして、延伸ロッド５２は、金型５１に口栓部１０の取り付けられたプリフォーム１の胴部１６を縦（軸）方向に延伸するように構成される。高圧エア供給装置からは、高圧エアが吹き出されるように構成される。高圧エアは、金型５１に取り付けられたプリフォーム１の内部に供給されれば良く、延伸ロッド５２から吹き出されても良く、延伸ロッド５２とは別の部材から吹き出されても構わない。

加熱されたプリフォーム１は延伸ロッド５２で縦方向、つまり図５のｚ方向に延伸されると同時に、高圧エアによりｙ方向及びｚ方向へ、金型５１に接するまで延伸される。

以上のように、本実施形態に係るＰＥＴボトル２はプリフォーム１が、二軸延伸ブロー成形装置５０でボトル状に成形される。そして、二軸延伸ブロー成形装置５０が用いられることによって効果的に、本実施形態に係るプリフォーム１から良好なブロー成形性で軽量化されたＰＥＴボトル２を成形することができる。成形されたＰＥＴボトル２の一例を図７に示している。

なお、本実施形態においては、成形されるＰＥＴボトル２の用途が限定されない。したがって、ＰＥＴボトル２は、耐圧性や耐熱性等を有するように成形されても良い。

次に、本実施形態に係るプリフォーム１から形成されるＰＥＴボトル２の構成を詳細に説明する。図７は、本実施形態に係るプリフォーム１から形成されたＰＥＴボトル２が示された正面図である。図７に例示されたＰＥＴボトル２は軸方向とは垂直方向の断面視が略円形の丸ボトルである。上述されたように、ＰＥＴボトル２は、口栓部１０と、肩部６０と、胴部７０と、底部８０とを有する。そして、上述されたように、ＰＥＴボトル２の口栓部１０の構成はプリフォーム１の口栓部１０の構成と同様である。

口栓部１０は、中身の充填口、及び注出口となり、口栓部１０に、図示せぬ蓋が取り付けられることによってＰＥＴボトル２が密閉される。口栓部１０は、高温での中身の充填に必要な耐熱性を有するようにいわゆる結晶化装置での加熱によって白く着色されるまで結晶化されていても良い。結晶化は、ＰＥＴボトル２の成形前に行われても良く、ＰＥＴボトル２の成形後に行われても良い。

肩部６０はその上側が、サポートリング１４の下方で口栓部１０に連なり、一方で、その下側が、胴部７０に連なる。肩部６０は、上方から下方に向かって拡径する略円錐台の形状を有する。

胴部７０は、円筒の形状を有している。胴部７０は、圧力吸収パネルや、横溝、縦溝を有していても良い。

底部８０はその上側が、胴部７０の下側に連なる。底部８０は、凹部８１や、脚部８２、谷部８３等を有している。底部８０の径方向中央に位置する凹部８１は、ＰＥＴボトル２の内側（軸方向上側）に向かって突出するように構成されている。脚部８２は、凹部８１から径方向外側に放射状に、軸方向の下側に向かって延びている。脚部８２は、ＰＥＴボトル２の接地面となる。隣り合う脚部８２の間には谷部８３が形成されている。谷部８３は、凹部８１から、径方向外側、かつ軸方向の上側に向かって延びている。底部８０の構成は、図９の例示に限らず、内容物に対応した形状、例えば放射状にリブが設けられた形状であっても良い。

本実施形態に係るＰＥＴボトル２は、ボトルの全高が１１０～１３６ｍｍ、ボトル胴径が４２～６８ｍｍ、ボトル内容量が、９０ｍｌ～３００ｍｌの範囲であることが好適である。このように構成することで、適度な剛性と軽量性を併せ持ったプラスチックボトルとすることができる。本実施形態に係るＰＥＴボトル２の図３以外の例として、図８を示す。図８は満注容量１２１ｍｌ、ボトルの全高が１２０ｍｍ、ボトル胴径が４４ｍｍの小型ボトルである。

以下に、実施例を示して、本開示をさらに詳細に説明する。しかしながら、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例]
ポリエチレンテレフタレートが用いられ、口栓部を除いた重量が重量５．３グラム、胴部長さL1が３９．０ｍｍ、胴部の内径Diが１３．０ｍｍ、胴部の肉厚ｔが２．０ｍｍのプリフォームが、射出成形により成形された。
[比較例１]
ポリエチレンテレフタレートが用いられ、口栓部を除いた重量が重量５．３グラム、胴部長さL1が３１．０ｍｍ、胴部の内径Diが１３．０ｍｍ、胴部の肉厚ｔが２．６ｍｍのプリフォームが、射出成形により成形された。
[比較例２]
ポリエチレンテレフタレートが用いられ、口栓部を除いた重量が重量５．３グラム、胴部長さL1が３４．０ｍｍ、胴部の内径Diが１３．０ｍｍ、胴部の肉厚ｔが２．３ｍｍのプリフォームが、射出成形により成形された。
[比較例３]
ポリエチレンテレフタレートが用いられ、口栓部を除いた重量が重量５．３グラム、胴部長さL1が４４．０ｍｍ、胴部の内径Diが１３．０ｍｍ、胴部の肉厚ｔが１．８ｍｍのプリフォームが、射出成形により成形された。これをまとめたものが表２である。

そして、プリフォーム１から、図７に示される、内容量２８０ｍｌ、満注容量が２９５ｍｌのＰＥＴボトル２を、ブロー成形によって実施例、比較例ともに各５個作製が試みられた。

その結果、実施例、比較例２と３はブロー成形可能であった。比較例１はブロー成形時にボトルの底部が破れてしまうため、ブロー成形不可であった。表１には、各ＰＥＴボトルにおけるブロー成形の結果が示されており、〇：成形可能であった、×：成形不可であった、で表記されている。

＜評価方法＞
（ボトルの芯ズレ）
実施例１、並びに比較例２、及び比較例３の各ＰＥＴボトルにつき、図３に示す円Xの中にゲート痕が収まっているか否かが目視で判定された。表１には、各ＰＥＴボトルにおける評価の結果が示され、○：すべてペットボトルにおいて円Xの中にゲート痕が収まっている、△：１つ以上、４つ以下、円Xの外にゲート痕がはみ出ている、×：ペットボトルが、５つとも円Xの外にゲート痕がはみ出ている、で表記されている。

（ボトルの白化発生）
実施例１、並びに比較例２、及び比較例３の各ＰＥＴボトルの白化（ボイド）が発生しているかが目視で測定された。表１には、各ＰＥＴボトルにおける評価の結果が示され、○：１つも白化が発生していない、△：１つ以上、４つ以下、白化が発生している。×：５つとも白化が発生している、で表記されている。

(ボトルの肉厚の簡易評価)
実施例１、並びに比較例２、及び比較例３の各ＰＥＴボトルの口栓部・肩部、胴部、ヒール・底部をハサミで切断し、各部位の重量を電子天秤で測定した。その結果が表３である。

(ボトルの肉厚の接地面での評価)
実施例１、並びに比較例２、及び比較例３の各ＰＥＴボトルの接地面における肉厚が測定された。測定方法としては、Panametrics社のMagna-Mike 8500を用いて測定された。その結果が表４である。

（総合評価）
上述された評価方法に基づいて、実施例１、並びに比較例１、比較例２、及び比較例３の各ＰＥＴボトルの総合評価がなされた。表１には、総合評価の結果が示されている。総合評価は、○：良好、△：難あり、×：適性なし、で表記されている。

上述された実施例から以下の点が導き出された。実施例１に係るＰＥＴボトル２では、芯ズレ、白化が起きず、またペットボトルの接地面の肉厚も０．１０ｍｍと充分に有していた。

一方で、比較例１では二軸延伸ブロー成形により底部が破れてしまったため、ブロー成形不可であったため、総合評価としては×とした。

比較例２は芯ズレは起きなかったものの、全てのボトルに底部に白化（ボイド）が確認された。これは、底部の過延伸によるものと考えられた。

一方比較例３は、芯ズレをした個体があったので芯ズレの評価は×とした。また、底部が芯ズレしたものに限りボイドも起こったので白化（ボイド）は△とした。この現象は約半分の確率で起きている。これは、底部が芯ズレをしたものは偏って延伸が行われ、結果過延伸の部分が出てきたものと推測された。

表３で比較例２と実施例１を比較すると、比較例２のヒール・底部の重量が１．０グラムであるのに対し、実施例は１．２グラムであった。ここから実施例のほうが肉厚が多いと簡易的に示される。そこで表４を見ると、接地面における実施例の肉厚は、０．１０ｍｍである。これに対し、比較例２は０．０９ｍｍである。少なくとも０．１０ｍｍ以上でないと剛性、自立性の点から問題があることからすると、比較例２は白化（ボイド）だけでなく、この点でも問題であることとなる。

以上の実施例の結果から、本実施形態に係るプリフォーム１、及びＰＥＴボトル２（充填体）では、芯ズレや白化（ボイド）の起こらない、ＰＥＴボトルとして問題がなく、かつ重量が著しく軽いこととされたＰＥＴボトル２、プリフォーム１を提供することができることが示された。

本開示は、中身として液体が充填される種々のプラスチックボトルに好適に利用することができる。しかしながら、本開示は、上述された実施形態や実施例に限定されるものではない。本開示のプラスチックボトルは、例えば、水、緑茶、ウーロン茶、紅茶、コーヒー、果汁、清涼飲料等の各種非炭酸飲料や、炭酸飲料、あるいはしょうゆ、ソース、みりん等の調味料、食用油、酒類を含む食品等、洗剤、シャンプー、化粧品、医薬品、その他のあらゆる中身の収容に有用である。

１ プリフォーム
２ ＰＥＴボトル（プラスチックボトル）
１０ 口栓部
１４ サポートリング
１６ 胴部
１７ 底部
６０ 肩部
７０ 胴部
８０ 底部

Claims (3)

1. 口栓部、胴部、底部を軸方向に順次有する、内容量９０ミリリットル～３００ミリリットルプラスチックボトル用のプリフォームにおいて、前記胴部の肉厚が１．９ｍｍ以上２．１ｍｍ以下であり、かつ前記胴部の前記口栓部との境から、前記底部の端までの最短の長さが３８．０ｍｍ以上４０．０ｍｍ以下であることを特徴とする、プリフォーム。
2. 前記プラスチックボトルの高さが１１０～１３６ｍｍで、ボトル胴径が４２～６８ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム。
3. 請求項１又は２に記載のプリフォームを成形することにより作成された、プラスチックボトルの製造方法。
   

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