JP7103121B2

JP7103121B2 - プリフォーム

Info

Publication number: JP7103121B2
Application number: JP2018181253A
Authority: JP
Inventors: 量哉広瀬
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: JP2020049779A

Description

本発明は、加温用のブロー成形プラスチックボトルを成形するためのプリフォームに関する。

従来より、射出成形またはその他の成形法により作製されたＰＥＴ等からなるプリフォーム（予備成形体）を二軸延伸ブロー成形することにより、プラスチックボトルを製造することが行なわれている。このようなプラスチックボトルには各種のものが存在するが、例えば、ホットウォーマーまたは自動販売機において加温される飲料等が充填されるプラスチックボトルが挙げられる。

このような飲料等を収容するプラスチックボトルは、近年、ボトルに使用されるプラスチック材料の使用量を減らし、軽量化することが求められている。

しかしながら、プラスチックボトルの軽量化に伴い、プラスチックボトルが加温されて内部圧力が上昇した場合、プラスチックボトルの内圧が増加して膨張してプラスチックボトルが変形し、ボトルの外観を損ねたり、ボトルの起立性が維持できなくなるという問題が生じる。このため、一般にプラスチックボトルにおいては、ボトルの変形に対する耐久性を高めることが求められている。また、プリフォームをブロー成形してプラスチックボトルを作製する際に、ブロー成形性が良好であることが求められている。

特開２０１５－１９９５２１号公報

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、加温適性があるプラスチックボトルをブロー成形する際の成形性を良好にすることが可能なプリフォームを提供することを目的とする。

本発明は、プラスチックボトル用のプリフォームにおいて、前記プリフォームのサポートリングを有する口部と、前記口部に連結された胴部とを備え、前記胴部は、前記口部側のサポートリング下部と、胴中部と、前記サポートリング下部と前記胴中部との間に設けられた接続部と、前記胴中部に連結された底部とを有し、前記底部は、前記胴中部の外径をＤ ₁ としたとき、外径Ｄ ₁ より細い外径からなり、前記胴中部の外径Ｄ₁に対する、前記胴部の長さＬ₁の割合は、２．０＜Ｌ₁／Ｄ₁＜２．６であり、前記接続部の外面と内面とのなす角度をＡとしたとき、４．５°＜Ａ＜６．５°であることを特徴とするプリフォームである。

本発明によれば、加温適性があるプラスチックボトルをブロー成形する際の成形性を良好にすることができる。

図１は、本発明の一実施の形態によるプリフォームを示す正面図。図２は、本発明の一実施の形態によるプリフォームを示す断面図。図３は、本発明の一実施の形態によるプリフォームにより作製されるプラスチックボトルを示す正面図。図４は、プリフォームが加熱されている状態を示す概略断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図４は本発明の一実施の形態を示す図である。

まず、図１および図２により本実施の形態によるプリフォームの概要について説明する。なお、本明細書中、「上」および「下」とは、それぞれプリフォーム１０の底部３０またはプラスチックボトル４０の底部４２ｃを鉛直方向下方に向けた状態（図１、図３）における上方および下方のことをいう。

図１に示すプラスチックボトル用プリフォーム１０は、開口部１５を有する口部１１と、口部１１に連結された胴部２０とを備えている。

このうち口部１１は、円筒状の口部本体１２と、口部本体１２の外周に設けられたねじ部１３と、ねじ部１３の下方に設けられたサポートリング１４と、を有している。この口部本体１２は、外径Ｄ₃と内径Ｄ₄とを有している。口部本体１２の外径Ｄ₃は、２３ｍｍ以上２７ｍｍ以下としても良く、口部本体１２の内径Ｄ₄は、２０ｍｍ以上２２ｍｍ以下としても良い。また口部１１の長さＬ₂は、例えば１５ｍｍ以上２５ｍｍ以下としても良い。ねじ部１３は、プリフォーム１０を二軸延伸ブロー成形してプラスチックボトル４０（図３）を作製した後、図示しないキャップを螺合するためのものである。また、サポートリング１４は、口部１１の下部に設けられており、全周にわたって円環状に突設されている。サポートリング１４の下方には、胴部２０が連結されている。

胴部２０は、サポートリング１４側のサポートリング下部２１と、底部３０側の胴中部２３と、サポートリング下部２１と胴中部２３との間に設けられ、サポートリング下部２１側から胴中部２３側とをつなぐ接続部２２とを有している。

サポートリング下部２１は、サポートリング１４の下部に連結されており、長さＬ３を有している。サポートリング下部２１の長さＬ３は、例えば１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下としても良い。サポートリング下部２１は、全体として略円筒形状であり、外径Ｄ５と内径Ｄ₆とを有している。このサポートリング下部２１の外径Ｄ₅は、２５ｍｍ以上２６ｍｍ以下としても良い。また、サポートリング下部２１の内径Ｄ₆は、上述した口部本体１２の内径Ｄ₄と略同一である。なお、プリフォーム１０を射出成形により作製するとき、金型から抜き取りやすくするための抜き勾配を設けるため、内径Ｄ６は、内径Ｄ４よりも若干細くなるように作られていても良い。また、胴中部２３の外径Ｄ１に対する、サポートリング下部２１の外径Ｄ₅の割合（Ｄ₅／Ｄ₁）は、１．００以上１．１８以下としても良い。なお胴中部２３は抜き勾配のため、サポートリング下部２１側よりも底部３０側の胴径が若干細くなるように作られているので、胴中部２３の位置によって外径が若干変化するため、胴中部２３の最も下端である底部３０との境界部の外径をＤ₁とする。

接続部２２は、サポートリング下部２１の下部に連結されており、サポートリング下部２１側から胴中部２３側に向けて徐々に肉厚Ｔ３が変化する形状からなっている。接続部２２の内面は、それぞれプリフォーム１０の中心軸線に対して傾斜している。接続部２２の水平断面は、上下方向全体にわたって円形状である。この接続部２２の内径Ｄ₈は、それぞれサポートリング下部２１側から胴中部２３側に向けて徐々に細くなっている。

また、接続部の外面と内面とのなす角度をＡとしたとき、４．５°＜Ａ＜６．５°であり、５．０°＜Ａ＜６．０であることが好ましい。上記の範囲内であると、プリフォーム１０をブロー成形してプラスチックボトルとしたとき、肉厚が薄くなりすぎず、過延伸による白化が生じる不具合を抑えることができる。この場合、角度Aが４．５°以下であると、プリフォームをブロー成形してプラスチックボトルとしたとき、プラスチックボトルの肩部の肉厚が薄くなりすぎ、底部の肉厚が厚くなりすぎてしまう。他方、角度Aが６．５°以上であると、プラスチックボトルの肩部の肉厚が厚くなりすぎ、底部の肉厚が薄くなりすぎてしまう。

また、接続部２２の厚みＴ₃は、サポートリング下部２１側から胴中部２３側に向けて徐々に厚くなっている。すなわち、接続部２２の厚みＴ₃は、サポートリング下部２１の厚みＴ₂から胴中部２３の厚みＴ₁まで徐々に厚くなるように変化している。

胴中部２３は、接続部２２の下部に連結されている。胴中部２３は、全体として略円筒形状である。この胴中部２３の外径Ｄ₁は、２２．３ｍｍ以上、２６ｍｍ以下とすることが好ましく、２３ｍｍ以上２５．５ｍｍ以下が好ましい。外径Ｄ₁は上記の範囲内であることにより、ブロー成形時にプリフォーム１０が適切に延伸され、加温性能に優れるボトルを得ることができる。

また、胴中部２３の厚みＴ₁は、胴中部２３の上下方向にわたって略均一であり、２．５ｍｍ以上３．８ｍｍ以下としても良い。

また、底部３０は、胴中部２３の下部に位置しており、全体として略半球形状である。また、底部３０の最下部の厚みＴ₄は、胴中部２３の厚みＴ₁よりも小さい方が好ましく、Ｔ₁×０．５５≦Ｔ₄≦Ｔ₁×０．９としても良い。上記関係が成立することにより、プリフォーム１０をブロー成形してプラスチックボトル４０を作製する際に、ブロー成形性を良好にすることができる。なお底部３０は図１では略半球形状であるが、たとえば円錐形状であったり、円柱状であったり、その他の形状であっても良い。

さらに、胴部２０の長さ（すなわちプリフォーム１０のうちサポートリング１４より下の部分の長さ）はＬ₁であり、この長さＬ₁は、５０ｍｍ以上、５８ｍｍ以下とすることが好ましい。Ｌ₁は、上記の範囲内であると、ブロー成形時にプリフォーム１０が適切に延伸され、加温性能に優れるボトルを得ることができる。また、胴中部２３の外径Ｄ₁に対する、胴部２０の長さＬ₁の割合（Ｌ₁／Ｄ₁）は、２．０＜Ｌ₁／Ｄ₁＜２．６であり、２．１＜Ｌ₁／Ｄ₁＜２．６であることが好ましい。上記割合（Ｌ₁／Ｄ₁）を上記の範囲内とすることにより、ブロー成形時にプリフォーム１０が適切に延伸され、加温性能に優れるボトルを得ることができる。Ｌ₁／Ｄ₁を２．０を超えると、ブロー成形時の過延伸による白化が生じる不具合を抑えるを抑えることができるので好ましい。また、Ｌ₁／Ｄ₁を２．６未満とすると、ボトル加温時の起立性の面で好ましい。

このようなプリフォーム１０の全長は、Ｌ₇であり、この全長Ｌ₇は、上述した長さＬ₁とＬ₂との合計である（Ｌ₇＝Ｌ₁＋Ｌ₂）。また、プラスチックボトル４０の容量に対するプリフォーム１０全体の重量（プリフォーム１０全体の重量／プラスチックボトル４０の容量）の値は、０．０３０ｇ／ｍｌ以上０．１１１ｇ／ｍｌ以下であることが好ましい。

なお、プリフォーム１０の主材料としては熱可塑性樹脂、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）を使用することが好ましく、植物由来のバイオマス系プラスチック、例えばＰＬＡ（ポリ乳酸）を用いることも可能である。あるいは、上述した各種樹脂をブレンドした樹脂を用いても良い。また、プリフォーム１０は、２層以上の多層成形プリフォームとして形成することもできる。すなわち射出成形により、例えば、中間層をＭＸＤ６、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）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のガスバリア性を有する樹脂（中間層）として３層以上からなるプリフォーム１０として形成しても良い。

次に、図３により、このようなプリフォーム１０を二軸延伸ブロー成形することにより作製された、丸型のプラスチックボトルの一例について説明する。なお、上述したプリフォーム１０を用いて作製されるプラスチックボトルは、これに限定されない。

図３において、プラスチックボトル４０は、口部４１と、口部４１下方に設けられた本体部４２とを備えている。さらに本体部４２は、肩部４２ａ、胴部４２ｂ、底部４２ｃから構成されている。また口部４１の下方、肩部４２ａの上部には、首部４４が形成されている。

さらに口部４１外周には、キャップを螺合するためのねじ部４６（上述したプリフォーム１０のねじ部１３に対応する）が設けられ、口部４１外周のうちねじ部４６下方部分には、外方に突出する環状のサポートリング４７（上述したプリフォーム１０のサポートリング１４に対応する）が設けられている。

胴部４２ｂは、略円筒状であり、周囲には複数の圧力吸収パネル４３が設けられている。胴部４２ｂの圧力吸収パネル４３を有さない部分の水平断面は、略円形状である。さらに、肩部４２ａは、略半球形状であり、この肩部４２ａの水平断面は略円形状であり、その面積は、首部４４側から胴部４２ｂ側へ向けて徐々に大きくなっている。

このようなプラスチックボトル４０は、容量（満柱容量）２００ｍｌ～６００ｍｌのプラスチックボトルである。

次に、このような構成からなるプラスチックボトルの製造方法について述べる。

まず図１および図２に示すプリフォーム１０を準備する。この場合、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂製ペレットを射出成形機に投入し、このペレットが射出成形機によって加熱溶融および加圧される。その後、ペレットは加圧された溶融プラスチックとなって、プリフォーム１０に対応する内部形状を有する射出成形金型内に射出される。所定時間の経過後、射出成形金型内で溶融プラスチックが硬化し、プリフォーム１０が形成される。その後、射出成形金型を分離し、射出成形金型内から図１および図２に示すプリフォーム１０を取り出す。なお、プリフォーム１０の製作は射出成形法に限定するものではなく、例えば圧縮成形法等の他の成形法であっても良い。

次に、プリフォーム１０は、加熱装置によって加熱される。このとき、プリフォーム１０は、口部１１を下方に向けた状態で回転しながら、加熱装置によって周方向に均等に加熱される。この加熱工程におけるプリフォーム１０の加熱温度は、例えば９０℃～１３０℃としても良い。

続いて、加熱装置によって加熱されたプリフォーム１０は、ブロー成形金型に送られ、このブロー成形金型を用いてプラスチックボトル４０が成形される。この場合、ブロー成形金型は互いに分割された一対の胴部金型と、底部金型とからなる。これらの金型内にプリフォーム１０が装着される。次に図示しないストレッチロッドにてプリフォーム１０が長手方向に伸ばされ、更にプリフォーム１０内に空気が圧入され、プリフォーム１０に対して二軸延伸ブロー成形が施される。

このことにより、ブロー成形金型内でプリフォーム１０からプラスチックボトル４０が得られる。この間、胴部金型は２０℃～７５℃に温度調整され、底部金型は８℃～２０℃に温度調整される。この際、ブロー成形金型内では、プリフォーム１０が膨張され、ブロー成形金型の内面に対応する形状に賦形される。このようなブロー成形によって、図３に示すプラスチックボトル４０が得られる。

次に、本実施の形態の具体的実施例を説明する。

まず、以下に挙げる７種類のプリフォーム１０（実施例１～実施例２、および比較例１～比較例５）を射出成形により作製した。各プリフォーム１０の胴部２０の重量、胴部２０の長さＬ₁、胴中部２３の外径Ｄ₁、及び胴部の接続部２２の外面と内面とのなす角度Ａの値は、それぞれ表１に示すとおりである。なお、各プリフォーム１０の口部１１の形状は、外径Ｄ₃が２５．６ｍｍ、内径Ｄ₄２１．７ｍｍ、長さＬ₂が２１ｍｍ、重量が５．４ｇであるものを用いた。

〔ブロー成形性１〕
次に、各プリフォーム１０について、ブロー成形性を評価した。具体的には、４種類のプリフォーム１０（実施例１～実施例２、および比較例１～比較例５）をブロー成形することにより、内容量５００ｍｌの円筒形状のプラスチックボトル４０（図３参照）を作製した。このプラスチックボトル４０は、高さが１７３ｍｍであり、最大胴径が７３ｍｍであった。

この場合、１個取りのブロー成形機（ドイツ国、ＳＩＧＣｏｒｐｏｐｌａｓｔ社製、ＬＢ０１）を使用した。各プリフォーム１０をブロー成形機に設けられた複数の棒状のヒーターＬ１～Ｌ５で１１３℃にて加熱した。なおヒーターＬ１～Ｌ５は、図４に示すようにプリフォーム１０の高さ方向に沿って間隔を空けて配置されていた。ヒーターＬ１～Ｌ５の出力は、ヒーターＬ１が２５００Ｗで、ヒーターＬ２～Ｌ５が２０００Ｗである。

上記で得られたプラスチックボトル４０の口部４１及び肩部４２ａ、胴部４２ｂ、底部４２ｃにそれぞれ切断して分割し、それぞれの部分の重量を計測したデータである。それぞれ表２に示すとおりである。

ここで、プラスチックボトルの底部重量が４．１ｇ未満であると、ブロー成形の過延伸による白化現象が発生しやすかった。また４．９ｇを超えると、ブロー成形の延伸が不足するため、耐熱性が不十分となり、後述する加温耐性試験における起立保持時間が短くなることがあった。

上述したプラスチックボトルの底部重量は、４．１ｇ～４．９ｇであることが好ましく、４．３ｇ～４．７ｇであることが更に好ましいため、ブロー成形性の評価基準は、底部重量が４．１ｇ～４．９ｇの範囲外を「不可」とし、底部重量が４．１ｇ～４．９ｇの範囲内を「良」とし、底部重量が４．３ｇ～４．７ｇの範囲内を「優」と設定した。

上述した実施例１～２および比較例１～５に係るプリフォームについて、ブロー成形性の結果をまとめると、表３のとおりであった。

比較例３以外はブロー成形性の評価基準を満たし、実施例１～実施例２及び比較例４～比較例５は、さらに良好な結果となった。

〔ブロー成形性２〕
次に、ブロー成形性１の結果で成形性が良好であった実施例１～２のプリフォーム１０と、胴部２０の長さＬ₁、胴中部２３の外径Ｄ₁が異なる比較例４～５のプリフォームについて、上記と異なる方法によりブロー成形性を評価した。

実施例１～２のプリフォーム１０および比較例４～５のプリフォームを用いて、ブロー成形を行う際に、プラスチックボトル４０の底部４２ｃの重量が４．３～４．７ｇになるようにヒーターＬ１～Ｌ５の条件を調整した。ヒーターＬ１～Ｌ５による加熱時間は全て１８秒である。このときのヒーターＬ１～Ｌ５の出力を表４に示す。

実施例１～２のプリフォーム１０については、ヒーターＬ１～Ｌ５の出力が最も高いものでも８０％に抑えられたため、加熱時間を短縮するためにヒーターＬ１～Ｌ５の出力を高める余裕が大きかった。しかしながら、比較例４～５のプリフォームについては、最も高いヒーターＬ１～Ｌ５の出力は９５％となり、ヒーターＬ１～Ｌ５の出力を高めて加熱時間を短縮する余裕が少ないことが判明した。また、各ヒーターＬ１～Ｌ５の出力の最大と最小の差（Ｌ１～Ｌ５のｍａｘ－ｍｉｎ）は、実施例１～２については３０％であるのに対し、比較例４～５については６５％～７５％と差が大きい事が判った。これは比較例４～５のプリフォームに関しては、ヒーターＬ１またはＬ２の出力の出力が低く、ヒーターＬ３またはＬ４の出力が高いためであった。このため、実施例１～２のプリフォーム１０は、比較例４～５のプリフォームより、ヒーターの出力を高めて加熱時間を短縮できるので、製造効率が向上する可能性があると言えた。

〔加温耐性〕
上記で得られたプラスチックボトル４０のうち、ブロー成形性１の結果で成形性が良好であった実施例１～実施例２、および比較例４～比較例５について、内容液として水を充填した後密栓した後、それぞれ７５℃の湯に容器の底面から首部４４の位置まで浸漬し、ボトルの起立姿勢を保持できなくなるまでの時間を計測した。このときの計測結果を表５に示す。

実施例１～実施例２および比較例４～比較例５のプラスチックボトル４０については、いずれも平均値が４５分以上の起立姿勢を保持しており、いずれも良好であったが、実施例１～２は平均値が６０分以上の起立姿勢を保持しており、より加温耐性があると言えた。

上述をまとめると、実施例１及び実施例２は、胴中部の外径Ｄ₁に対する、胴部および底部の合計の長さＬ₁の割合が、２．０＜Ｌ₁／Ｄ₁＜２．６の範囲内にあり、胴部の接続部の外面と内面とのなす角度をＡとしたとき、４．５°＜Ａ＜６．５°の範囲内にあるため、ブロー成形性および加温適性が良好な結果となったと言えた。

１０プリフォーム
１１口部
１２口部本体
１３ねじ部
１４サポートリング
１５開口部
２０胴部
２１サポートリング下部
２２接続部
２３胴中部
３０底部
４０プラスチックボトル

Claims

プラスチックボトル用のプリフォームにおいて、
前記プリフォームのサポートリングを有する口部と、
前記口部に連結された胴部と、
を備え、
前記胴部は、前記口部側のサポートリング下部と、胴中部と、前記サポートリング下部と前記胴中部との間に設けられた接続部と、前記胴中部に連結された底部とを有し、
前記底部は、前記胴中部の外径をＤ ₁ としたとき、外径Ｄ ₁ より細い外径からなり、
前記胴中部の外径Ｄ₁に対する、前記胴部の長さＬ₁の割合は、２．０＜Ｌ₁／Ｄ₁＜２．６であり、
前記接続部の外面と内面とのなす角度をＡとしたとき、４．５°＜Ａ＜６．５°であることを特徴とするプリフォーム。
前記胴中部の外径Ｄ₁は、２２．３ｍｍ以上、２６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のプリフォーム。
前記胴部の長さＬ₁は、５０ｍｍ以上、５８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のプリフォーム。