JP7355185B2 - プリフォーム、プリフォームの製造方法及びプラスチックボトルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリフォーム、プリフォームの製造方法及びプラスチックボトルの製造方法に関し、より詳細には、多層のプラスチックボトルの製造方法、プリフォーム、及びプリフォームの製造方法に関する。

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、ＰＥＴボトルの基材のポリエチレンテレフタレートでは不足する機能を補うための別の材料が積層された多層ボトルも市場の広がりを見せている。

特許文献１には、エチレンテレフタレート系ポリエステル樹脂から成る内外層、及び少なくとも低結晶性エチレンテレフタレート系ポリエステル樹脂及び芳香族ポリアミド系ガスバリア性樹脂から成る中間層を少なくとも１層有し、低結晶性エチレンテレフタレート系ポリエステル樹脂がジカルボン酸成分中７．５～１５モル％のイソフタル酸を含有すると共に、多層構造が形成されている部分のヘイズが５％以上である多層プリフォームが開示されている。更に、特許文献１には、多層プリフォームを二軸延伸ブロー成形してなり、胴部のヘイズが３％以下である多層延伸ブロー成形容器が開示されている。

特開２０１５－１５７４６９号公報 特開平１－２５４５３９号公報 特開２０１０－１２６０５号公報

特許文献１によれば、内外層を結晶性のエチレンテレフタレート系ポリエステル樹脂から構成することにより、延伸特性に劣る低結晶性ポリエステル樹脂を用いた中間層に均一な延伸倍率を付与することが可能になり、優れた機械的強度を有する多層延伸ブロー成形容器を提供できるとされている。更に、特許文献１の多層プリフォームから得られる多層延伸ブロー容器は落下衝撃等による層間剥離（デラミネーション）なども防止することができるとされている。

特許文献２には、共出射法を用いることによる、プリフォームの口部及び底部が実質上ポリエステルから成り、それ以外の部分がポリエステルの内外層及びガスバリア性熱可塑性樹脂の積層体から成るプリフォームの製造方法が開示されている。さらに、口部及び底部中心部からガスバリア性熱可塑性樹脂層を取り除き、これらの部分をポリエステル単層から形成したことにより、これらの部分の熱結晶化を十分に行わせることが可能となり、熱水殺菌乃至滅菌に際してこれらの部分の変形や膨張をほぼ完全に抑制することができるとされている。

特許文献３には、主材樹脂による基体層に、少なくとも１層の中間層を積層した試験管状の合成樹脂製積層プリフォームであり、口筒部と底部は中間層が積層しない領域とすることにより、口筒部におけるキャップによるシール性、あるいは底部において壜体の起立性が損なわれるという問題を効果的に防ぐことができるとされている。

しかし、ガスバリア性の中間層が口部の飲み口上端の部分に施されている場合、割れが発生し、飲用に適さないという不具合があった。また、底面に中間層が施されている場合にも同様に、割れが発生しやすい不具合があった。底面は、延伸成形する際の倍率が低いので、相対的に厚いため、ガスバリア性中間層が不要であるという理由もあった。

そこで本発明の目的は、胴部にガスバリア性を持たせ、低コストで可能となるプリフォーム、及びそのプリフォームの製造方法、またそのプリフォームをブロー成型して成るプラスチックボトルの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、口部、胴部、底部を備え、前記口部に外側に向かって突出する環状のサポートリングを有する多層構造のプリフォームにおいて、中間層は、前記口部の上端から１０ｍｍの位置から始まり、前記底部から３～２０ｍｍの位置まで、基材層に囲まれ、かつ連続して設けられ、前記中間層は、ガスバリア性、耐熱性、または光の遮断性を有することを特徴とする。

また、前記プリフォームは、前記サポートリングの上方に外側に向かって突出する環状のカブラを有し、前記中間層は、前記サポートリングと前記カブラの中間位置から前記胴部において、設けられていることを特徴とする。

更に、前記中間層は前記ガスバリア性を有するガスバリア層からなることを特徴とする。

更に、前記中間層の重量は、前記プリフォーム全体の重量に対し、２重量パーセント～７重量パーセントであることを特徴とする。

更に、前記中間層は、さらに耐熱層を含み、前記プリフォームは、５層構造（前記基材層／前記ガスバリア層／前記耐熱層／前記ガスバリア層／前記基材層）とすることを特徴とする。

更に、本発明は、本発明に係るプリフォームの製造方法として、一つの材料を射出するとともに他の材料を射出する共射出成形によるプリフォームの製造方法において、第一の成形材料を射出開始時から射出終了時まで始終射出しており、前記第一の成形材料の射出開始の後、あらかじめ定められた時間の間第二の成形材料が射出され、該第二の成形材料は前記第一の成形材料に挟まれて射出されることを特徴とする。

さらに、上記記載のプリフォームをブロー成形により成形したことを特徴とするプラスチックボトルの製造方法を提供する。

本発明は、口部、胴部、底部を備え、口部に外側に向かって突出する環状のサポートリングを有する多層構造のプリフォームにおいて、中間層は、口部の上端から１０ｍｍの位置から始まり、底部から３～２０ｍｍの位置まで、基材層に囲まれ、かつ連続して設けられ、中間層は、ガスバリア性、耐熱性、または光の遮断性を有することを特徴とするので、口部および底部に中間層が無いので、このそれぞれの部分に割れの発生しないプラスチックボトルを提供することができる。このように、中間層がブロー成形時の延伸する箇所に施されているが、後述の射出成形法によって、延伸の際の材質の偏りによる形崩れがおこりにくい、優れたプリフォームを提供することができる。さらに、紫外線等の光の遮断性や、水蒸気等のガスバリア性や、耐熱性に優れたプリフォームを提供することができる。

また、プリフォームは、サポートリングの上方に外側に向かって突出する環状のカブラを有し、中間層は、サポートリングとカブラの中間位置から胴部において、設けられていることを特徴とするので、口部および底部に中間層が無いので、このそれぞれの部分に割れの発生しないプラスチックボトルを提供することができる。

更に、中間層はガスバリア性を有するガスバリア層からなることを特徴とするので、プラスチックボトルに収容した飲料等の酸化及び炭酸ガスが減少していく事を防止し、優れた保管性を有するプラスチックボトルを提供することができる。

更に、このような構成を有することで、口天面には中間層が露出していない構成となる。言い換えれば、口天面は、基材層で覆われており、口天面から１０ｍｍ離隔した位置から底部に向けて、中間層が設けられることとなっている。このような構成を有することで、本発明のプリフォームをプラスチックボトルに成形した場合に、安全な飲料用プラスチックボトルとすることができる。
また、口天面を基材層で覆う構成とすることで、中間層が口天面に露出する構成とする場合よりも、基材層と中間層の剥離を防ぐことができる。口部に対する衝撃等で、口部に剥離が起きた場合、例えば飲料用ペットボトルに本発明のプリフォームを用いる場合には、口部と人の口が接触することとなる。このことから、基材層が口天面を覆っている構成とすることにより、さらに安全性の高いプラスチックボトルの元となる、プリフォームを提供することができる。

また、口部から中間層の端部までの１０ｍｍは、口部の高さの２１ｍｍより小さいので、少なくとも口部の下の肩部全体に中間層があり、ブロー成形時の周方向の延伸性偏りを無くす効果がある。

更に、底部から３～２０ｍｍまでの範囲は中間層が無い構成であるので、より安定なペットボトルとなる。すなわち、底部に中間層があると、運搬の際の衝撃などにより、中間層がきっかけとなって、割れが発生することがある。底部に割れができると、ペットボトルは安定に起立することが出来なくなる。したがって、本発明では、底部に中間層が無い構成であるので、底部に割れが出来にくいため、安定性の高いペットボトルを提供することができる。

更に、中間層の重量は、プリフォーム全体に対し、２重量パーセント～７重量パーセントである構成であるので、中間層のガスバリア性材料の量が少なく、リサイクル性に優れたプラスチックボトルの元となるプリフォームを提供することができる。

更に、中間層は、さらに耐熱層を含み、プリフォームは、５層構造（基材層／ガスバリア層／耐熱層／ガスバリア層／基材層）とすることを特徴とするので、ガスバリア性及び耐熱性を有し、中間層の機能をより高めた、プリフォームを提供することができる。

さらに本発明の製造方法は、一つの材料を射出するとともに他の材料を射出する共射出成形によるプリフォームの製造方法において、第一の成形材料を射出開始時から射出終了時まで始終射出しており、第一の成形材料を射出開始時の後、あらかじめ定められた時間の間第二の成形材料が射出され、第二の成形材料は第一の成形材料に挟まれて射出されることを特徴とする。この方法により、本発明のプリフォームの効率的な製造を行うことができる。

更に、本発明のプリフォームをブロー成形してプラスチックボトルを成形するので、ガスバリア性に優れ、安全性が高く、変形や口部からの液漏れの少ない、優れたプラスチックボトルの製造方法を提供することができる。

本実施形態に係るプリフォームの一例が示された断面図である。 プリフォームの製造装置の一例として、射出成形装置のホットランナーノズルの概略が示された断面図である。 共射出される各成形材料の射出率と時間との関係が模式的に示されたグラフである。 ホットランナーノズルからキャビティへと各成形材料が流動する状態（ステップＳ１）の概略が示された断面図である。 ホットランナーノズルからキャビティへと各成形材料が流動する状態（ステップＳ３）の概略が示された断面図である。 ホットランナーノズルからキャビティへと各成形材料が流動する状態（ステップＳ３）の概略が示された断面図である。 ホットランナーノズルからキャビティへと各成形材料が流動する状態（ステップＳ５）の概略が示された断面図である。 プリフォームと、ブロー成形後のＰＥＴボトルとが模式的に示された断面図である。 本実施形態に係るプリフォームから形成されたＰＥＴボトルが示された正面図である。 図９のＰＥＴボトルの断面図である。 図９のＰＥＴボトルの底面側から見た斜視図である。

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は本実施形態に係るプリフォーム１の一例が示された断面図である。プリフォーム１は、有底筒状であって、口部１０、胴部１６、及び底部１７が軸方向に順次設けられる。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。この際公知のブロー成形技術を用いるのが好適である。図１には、口部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の状態のプリフォーム１において底部１７に対する口部１０の方向を上とする。

口部１０は、軸方向の上端に、円形に開放された開口部１１を有している。開口部１１は、環状の口天面１５と円形の穴部１１ａを有している。そして、口部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。一方で、サポートリング１４よりも下側の最大２０ｍｍの範囲でもボトル状に成形される際にほとんど延伸されない。この範囲は１０ｍｍである事が好ましい。したがってここでは、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ほとんど変化しない範囲を口部１０と定義することとする。そして、口部１０は、図１に例示されるように、サポートリング１４よりも軸方向下側の箇所の内径、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であっても良い。

このように、口部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。

胴部１６は、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。ただし、胴部１６には、プリフォーム１の作製の際に用いられる型からの取り出し、すなわち離型を容易にするための傾斜である抜き勾配が設けられていても良い。更に、胴部１６の内径、及び外径が軸方向の上下でわずかに変化していても良い。更に、軸方向の上下において、胴部１６の特に外径を略同寸に構成することもできる。

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。

なお、胴部１６の外径は、１２ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることが既存の装置を用いることができる点で好ましい。更に、サポートリング１４の下面から底部１７の下端までの長さが３５ｍｍ以上、１０５ｍｍ以下であることが、既存の装置、特にブロー成形機を用いることができる点で好ましい。

プリフォーム１は、胴部１６が多層に構成されて、外層１８ａと内層１９ａとの間に中間層２０ａを有する。図１に例示されるプリフォーム１はサポートリング１４の近傍から、底部１７の手前までの領域に中間層２０ａを有している。口天面１５から高さＨ１の領域（Ｈ１＝５～２０ｍｍ）、および、底部１７の底から高さＨ２の領域（Ｈ２＝３～２０ｍｍ）は、中間層２０aを有さない構成となっている。このように口部のサポートリングより上の領域に中間層を有さない構成とすることで、口部の割れを防ぐことができる。また、底部に中間層を有さない構成とすることで、割れを防止することができる。底部は、延伸成形する際の倍率が低く、厚いため、例えばガスバリア性が担保されているという特徴もある。

プリフォーム１は、中間層２０ａと、外層１８ａ、及び内層１９ａのそれぞれとの間に接着層や接着剤を有していない。このため、プリフォーム１は使用後に、再資源化が妨げられることがない。一方で、各層の間が固く接着されているわけではないので外力によって層間剥離が起きてしまう可能性がある。そこで、中間層２０ａが口部１０の端まで延びずに構成されていることによって破壊の起点になりやすい各層の界面の端が口天面１５にて露出せず層間剥離が生じにくくされている。

プリフォーム１は、図１に例示されるように、中間層２０ａが、口部１０のサポートリング近傍の高さＨ１から底部の高さＨ２までの領域にかけて連続して設けられている。このとき、中間層２０ａが例えばガスバリア性を有すると、優れたガスバリア性のプラスチックボトルを提供することができる。

中間層２０aの厚みは、均一に設けられている。均一に設けられていることにより、熱が加わり基材層が変形する場合であっても、ゆがむことが少ない。ただし、口部１０のサポートリング１４の基材層中に、中間層２０ａが、口部１０から径方向に突出して設けられていてもよい。このようにするほうが容易にプリフォーム１を製造することができる。口部１０の構成としては、基材層に囲まれて、中間層がフランジのように、サポートリング１４の基材層中に突出して設けられ、そのほかの部分の中間層２０ａの厚みは、均一であるとの構成を有していてもよい。

中間層２０ａは、全体の重量から中間層２０ａの重量を除した値に対して、２８０ミリリットルペットボトル用のプリフォーム１においては、２重量パーセント～７重量パーセントであることが好ましい。これにより、プリフォーム１をブロー成形などにより成形したペットボトル２のリサイクル性が向上する。ペットボトルのサイズによってこの比率は異なりうる。２リットルペットボトル用においても、３重量パーセントであればリサイクル性としては、上記の２８０ミリリットルペットボトル用のプリフォーム１と、異なるところはない。

中間層２０ａには、各種機能を発揮する材料を選択することができる。例えば、中間層２０ａには、紫外線等の光の遮断性や、水蒸気等のガスバリア性を付与する材料を用いることができる。ここでの中間層２０ａは、ガスバリア性材料を用いることが好適である。ここでガスバリア性材料とは、ナイロンと金属錯体の混合材料であり、ナイロンと金属錯体の比率が、１１：１から２０：１の材料を用いてもよい。また、熱可塑性ポリエステル樹脂で耐熱性に優れたものも、本発明の中間層２０ａの材料に用いることができる。

例示されたプリフォーム１の基材層２０の外層１８ａ、及び内層１９ａの材料としては、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンや、エチレン－ビニルアルコール共重合体、植物等を原料としたポリ乳酸等のブロー成形が可能な種々の熱可塑性樹脂を用いることができる。しかしながら、外層１８ａ、及び内層１９ａは、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等のポリエステル、特に、ポリエチレンテレフタレートが主成分のＰＥＴ層とされることが好ましい。なお、上述された樹脂には、成形品の品質を損なわない範囲で種々の添加剤、例えば着色剤、紫外線吸収剤、離型剤、滑剤、核剤、酸化防止剤、帯電防止剤を配合することができる。

プリフォーム１の外層１８ａ、及び内層１９ａ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７０ｍｏｌ％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。

プリフォーム１の全体に対する中間層２０ａの量が多すぎるとプリフォーム１の使用後に再資源化が妨げられてしまう。一方で、プリフォーム１の全体に対する中間層２０ａの量は少なすぎると、射出成形性が低下してしまう。より詳細には、プリフォーム１の成形の際に中間層２０ａが充填されにくくなり、これを無理やり押し込むと変質や偏肉が生じて好ましくない。したがって、プリフォーム１の全体に占める中間層２０ａの割合は少なくとも０．５重量パーセント以上必要である。さらに言えば、２重量パーセント～７重量パーセントであることが好ましい。

なお、中間層２０ａは単層に限らず多層で構成されていても良く、例えば酸素吸収素材を含むガスバリア層の他に、耐熱層を複数含んで構成されていても良い。例えば、プリフォーム１は、５層構造（ＰＥＴ層（外層１８ａ）／酸素バリア層／耐熱層／酸素バリア層／ＰＥＴ層（内層１９ａ））とされていても良い。中間層２０ａの層数が更に増やされていても良く、プリフォーム１を最大で、７層構造とすることもできる。中間層２０ａが多層で構成されることによって、中間層２０ａの機能をより高めたり、中間層２０ａに複数の機能を持たせたりすることができる。

そこで、次に、プリフォーム１の製造方法の一例を詳細に説明する。図２は、プリフォーム１の製造装置の一例として、射出成形装置３０のホットランナーノズル３１の概略が示された断面図である。射出成形装置３０は、内部にスクリュを備える図示せぬ加熱シリンダと、ホットランナーノズル３１と、金型３２とを備えている。射出成形装置３０は、成形材料が、加熱シリンダで、例えば２７０℃～３００℃に加熱されることによって溶融可塑化され、スクリュによって、ホットランナーノズル３１を介して金型３２に送り出されるように構成されている。

ホットランナーノズル３１は軸方向に長い構成である。ホットランナーノズル３１は、直線状流路３３ａと、第１の円筒状流路３３ｂと、第２の円筒状流路３４と、開閉弁の一例であるチェック弁３５とを有している。各流路は、略軸方向に延びている。ホットランナーノズル３１は、第１の注入口３６と、第２の注入口３７と、射出口３８とを更に有している。

射出口３８は、ホットランナーノズル３１の一端の中心に形成されている。そして、射出口３８は金型３２と連通している。一方で、第１の注入口３６、及び第２の注入口３７はホットランナーノズル３１の他端寄りの側面にそれぞれ形成されている。そして、第１の注入口３６、及び第２の注入口３７のそれぞれは別々の加熱シリンダと接続されている。すなわち、ホットランナーノズル３１は、第１の注入口３６、及び第２の注入口３７からそれぞれ第１の成形材料、及び第２の成形材料を注入することができるように構成されている。成形材料は、第１の注入口３６、及び第２の注入口３７から射出口３８に向かって流れる。

直線状流路３３ａは、第１の注入口３６から径方向に延びる流路と連通し、ホットランナーノズル３１の中央部を射出口３８まで直線状に延びている。第１の円筒状流路３３ｂは、直線状流路３３ａから分岐した後に、直線状流路３３ａの径方向外方を通り、射出口３８に近い第１の合流点３９ａで直線状流路３３ａと合流している。第２の円筒状流路３４は、第２の注入口３７から径方向に延びる流路と連通し、直線状流路３３ａと、第１の円筒状流路３３ｂとの間に延びて第１の合流点３９ａよりも上流の第２の合流点３９ｂで直線状流路３３ａと合流している。

ホットランナーノズル３１は、第２の合流点３９ｂに、第２の円筒状流路３４を閉鎖するチェック弁３５を有している。チェック弁３５は、第２の合流点３９ｂにおける直線状流路３３ａを通過する第１の成形材料と第２の円筒状流路３４を通過する第２の成形材料との射出圧の差に応じて軸方向に動くように構成されている。そして、チェック弁３５は、第２の成形材料の射出圧が高い場合には第２の円筒状流路３４を開放するように構成されている。このような作用を果たすのであればチェック弁３５は、他の構成であっても構わない。

複数に分割されて構成される金型３２は、プリフォーム１に対応する形状の空隙であるキャビティ３２ａ、及びプリフォーム１の底部１７に対応する位置にゲート３２ｂを有している。キャビティ３２ａは、ゲート３２ｂを介して、ホットランナーノズル３１の射出口３８に連通している。金型３２には、金型３２を加熱する図示せぬヒータと、金型３２を冷却する図示せぬ冷却機とが設けられている。金型３２は、ヒータによって加熱されたキャビティ３２ａに溶融した成形材料が注入、及び加圧された後に冷却機によって冷却され、プリフォーム１が成形されるように構成されている。

図３は、共射出される各成形材料の射出率と時間との関係が模式的に示されたグラフである。射出率は、単位時間［ｓ］当たりに射出される各成形材料の質量［ｇ］で示されている。図３において、第１の成形材料ａは実線で示され、第２の成形材料ｂは破線で示されている。そして、ここでは、第１の成形材料には、ポリエチレンテレフタレート（以下では、ＰＥＴ樹脂ａと称す）が注入され、第２の成形材料には、ナイロンと金属錯体の混合物（以下では、ガスバリア性樹脂ｂと称す）が注入される例が示されている。そして、例えば、プリフォーム１の製造方法は、図３に示されるように、第１の成形材料を射出する工程（ステップＳ１）と、第１の成形材料より高い射出率で第２の成形材料を射出する工程（ステップＳ３）と、第２の成形材料より高い射出率で第１の成形材料を射出する工程（ステップＳ５）とを有する。そして、この方法によれば、製造されたプリフォーム１の中間層２０ａの延伸後においてもその機能を確保しつつ、中間層２０ａの成形材料の量を減少することができる。この図の射出タイミングに従い射出成形を行うことで、サポートリング近傍から胴部において中間層２０aが存在する、本発明のプリフォームの一形態を成形することができる。

まず、ＰＥＴ樹脂ａが射出される（ステップＳ１）。図４は、ホットランナーノズル３１からキャビティ３２ａへと各成形材料が流動する状態（ステップＳ１）の概略が示された断面図である。ＰＥＴ樹脂ａは、第１の注入口３６（図２参照）から、直線状流路３３ａ（ＰＥＴ樹脂ａ１）、及び第１の円筒状流路３３ｂ（ＰＥＴ樹脂ａ２）のいずれかを経由して第１の合流点３９ａで合流し、その後、射出口３８、ゲート３２ｂの順に流動してキャビティ３２ａに充填される。図４に例示されるように、直線状流路３３ａ（ＰＥＴ樹脂ａ１）、及び第１の円筒状流路３３ｂ（ＰＥＴ樹脂ａ２）のそれぞれを経由したＰＥＴ樹脂ａの流れがＰＥＴ樹脂層Ａ１、及びＰＥＴ樹脂層Ａ２を構成し、ＰＥＴ樹脂層Ａとしてキャビティ３２ａに充填されている。

この段階では、ガスバリア性樹脂ｂは射出されておらず、ＰＥＴ樹脂ａ１の射出圧を受けるチェック弁３５によって第２の円筒状流路３４は閉鎖されている。

次に、ＰＥＴ樹脂ａが、予め定められた射出率まで下げられて射出される（ステップＳ２）。この下げられた射出率は、次の段階において射出されるガスバリア性樹脂ｂの射出率との兼ね合いで決まる。ここで、この予め下げられた射出率でＰＥＴ樹脂ａが射出された場合に口部１０の寸法不良やヒケ等の賦形不良が生じないのであれば、ステップＳ２が省略されても良い。

次に、ＰＥＴ樹脂ａより高い射出率でガスバリア性樹脂ｂが射出される（ステップＳ３）。図５は、ホットランナーノズル３１からキャビティ３２ａへと各成形材料が流動する状態（ステップＳ３）の概略が示された断面図である。ガスバリア性樹脂ｂが射出される圧力によってチェック弁３５が動き、第２の円筒状流路３４は開放される。そして、図５に例示されるように、直線状流路３３ａを経由したＰＥＴ樹脂層Ａ１と、第１の円筒状流路３３ｂを経由したＰＥＴ樹脂層Ａ２との間にガスバリア性樹脂層Ｂが形成されている。ガスバリア性樹脂層Ｂは、成形型に接触せずに流動して温度の低下が少なく粘度が高まらないのでＰＥＴ樹脂層Ａ１、及びＡ２よりも高い速度で流動している。

次に、ガスバリア性樹脂ｂの射出率が同程度に保たれながら射出される（ステップＳ３）。図６は、ホットランナーノズル３１からキャビティ３２ａへと各成形材料が流動する状態（ステップＳ３）の概略が示された断面図である。

次に、ガスバリア性樹脂ｂの射出率が漸減して零となるまで射出されるとともにＰＥＴ樹脂ａの射出率が漸増するように射出される（ステップＳ４）。ガスバリア性樹脂ｂの射出率が漸減することによってガスバリア性樹脂層Ｂが徐々に薄くなるように射出された後に途切れる。そして、ガスバリア性樹脂ｂの射出率が零となることによってチェック弁３５が動き、第２の円筒状流路３４が閉鎖される。

次に、ＰＥＴ樹脂ａが予め定められた射出率に維持されて射出される（ステップＳ５）。図７は、ホットランナーノズル３１からキャビティ３２ａへと各成形材料が流動する状態（ステップＳ５）の概略が示された断面図である。図７に例示されるように、ガスバリア樹脂層ＢがＰＥＴ樹脂層Ａによって押し込まれていく。

最後に、キャビティ３２ａの内部が充満されるまでＰＥＴ樹脂ａが射出される。ＰＥＴ樹脂ａの射出率が漸減し、そして、キャビティ３２ａの内部が充満されるとＰＥＴ樹脂ａの射出率が零となり、その後は、ＰＥＴ樹脂ａが逆流しないように保圧が行われる（ステップＳ６）。そして、キャビティ３２ａの内部で成形材料が冷却された後に、金型３２が開き、成形されたプリフォーム１が取り出される。

なお、各成形材料を射出する圧力や、射出率はそれぞれの粘度の差等に応じて適宜設計される。

以上のように、本実施形態に係るプリフォーム１の製造方法は、中間層２０ａを均一に成形する手順を含んで構成される。

なお、製造方法は、他の方法であっても構わない。例えば、ＰＥＴ樹脂ａ、ガスバリア性樹脂ｂ、ＰＥＴ樹脂ａの順に可塑化して押し出してガスバリア性樹脂ｂがＵ字状に内包された溶融樹脂塊（ビレット）を生成し、これを圧縮成形することでプリフォーム１が製造される方法であっても良い。

成形されたプリフォーム１は、箱積み、いわゆるパレタイジングされて倉庫等でいったん保管されても良く、そのまま、引き続き、次の工程へと進められても良い。すなわち、プリフォーム１の成形と、ブロー成形とが別の場所や装置で行われる、いわゆるコールドパリソン方式（２ステージ方式）であっても良く、プリフォーム１の成形と、ブロー成形とが同じの場所や装置で行われる、いわゆるホットパリソン方式（１ステージ方式）であっても良い。更に、プリフォーム１の成形から内容物の充填等に至るまでの製造工程がインラインで連続的なものであっても良い。

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。

加熱装置は、搬送装置と、ヒータとを備えている。搬送装置は、プリフォームを周方向に均等に加熱するために、プリフォーム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℃にプリフォームを加熱するように構成されている。更に、加熱装置は、ヒータからの熱をプリフォームに反射させるための反射板や、ヒータからの熱を加熱装置の外方へ逃がさないようにするための遮蔽部材等を備えていても良い。

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８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８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、上部３０と、胴部７０と、底部８０とを有する。ブロー成形の前後においておおよそ、プリフォーム１の口部１０がＰＥＴボトル２の上部３０に対応し、プリフォーム１の底部１７がＰＥＴボトル２の底部８０に対応する。

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おり、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、温度調節された高圧エアｈが吹き出されるように構成される。高圧エアｈ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。高圧エアｈは、プリフォーム１の胴部１６を横（径）方向に延伸するとともに、延伸の後に胴部１６の表面温度を下げるように構成される。

加熱されたプリフォーム１は、二軸延伸ブロー成形装置５０の金型５１に装着される。その後には、金型５１に装着されたプリフォーム１の胴部１６が延伸ロッド５２によって縦方向に延伸される。この際のプリフォーム１からＰＥＴボトル２への縦延伸倍率は１．８倍以上、４．０倍以下であることが好ましい。

ここで、縦延伸倍率とは、プリフォーム１のサポートリング１４の下面から底部１７の下端までの長さに対するＰＥＴボトル２のサポートリング１４の下面から底部８０の下端までの長さの比である。非晶部と、結晶部との集合体であるアモルファス構造を有するプリフォーム１の分子は延伸によって配向結晶化がおこり、その結果として、ＰＥＴボトル２の強度や、剛性、耐熱性等が上がる。縦延伸倍率が１．８未満の場合にはＰＥＴボトル２（プリフォーム１）の分子の配向性が上がらず、一方で、縦延伸倍率が４．１以上の場合にはＰＥＴボトル２が成形しにくくなる。

更に、縦方向に延伸されたプリフォーム１の胴中部１６が高圧エアｈによって横方向に、金型５１に当たるまで延伸される。この際のプリフォーム１からＰＥＴボトル２への横延伸倍率は１．５倍以上、６．０倍以下であることが好ましい。

ここで、横延伸倍率とは、プリフォーム１の胴中部１６における胴径に対するＰＥＴボトル２の胴部７０における胴径の比である。なお、胴部７０の対向するそれぞれの壁面における肉厚の中心間の距離が胴部７０の胴径とされる。プリフォーム１の分子は横方向の延伸によっても同様に配向結晶化がおこり、その結果として、ＰＥＴボトル２の強度や、剛性、耐熱性等が上がる。横延伸倍率が１．５未満の場合にはＰＥＴボトル２（プリフォーム１）の分子の配向性が上がらず、一方で、横延伸倍率が６．１以上の場合にはＰＥＴボトル２が成形しにくくなる。

このように、二軸延伸ブロー成形装置５０による成形が、縦方向の延伸倍率が１．８倍以上、４．０倍以下、横方向の延伸倍率が１．５倍以上、６．０倍以下の二軸延伸ブロー成形である構成によれば、プリフォーム１からより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。

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。

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、耐圧性や酸素バリア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９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９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、上部３０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の上部３０の構成はプリフォーム１の口部１０の構成と同様である。

上部３０は、内容物の充填口、及び注出口となり、上部３０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。

胴部７０は、上部と隣接する部分が上方から下方に向かって拡径する略円錐台の形状を有している。胴部において、該略円錐台の形状の部分と底部の間の部分は、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。図１１に例示された底部８０はいわゆるペタロイド形状である。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１１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。

図１０は、ＰＥＴボトル２の断面図である。更に、図１０では、上部３０の領域Ａが拡大されて示されている。ＰＥＴボトル２は、サポートリング１４近傍から胴部７０にかけて多層に構成されて、外層１８と内層１９との間に中間層２０を有する。口天面より１５ｍｍ下のサポートリング１４近傍からから中間層が始まり、胴部まで中間層が存する構成である。

胴部にガスバリア性の中間層を設けることにより、内容物の酸化を抑制することができるＰＥＴボトルとすることができ、好適である。

なお、中間層２０の種類や、材料、量、層構成等については上述されたプリフォーム１と同様である。

ＰＥＴボトル２の特にサポートリング１４よりも下の形状は、図９等の例示に限らず、プリフォーム１がブロー成形されることによって形成されるものであればどのような形状であっても良い。例えば、本実施形態においては、図９に示された丸ボトルを好適に形成することができる。しかしながら、本実施形態において形成されるプラスチックボトルは丸ボトルには限定されず、角ボトルであっても良い。更に、胴部７０の幅が下方に向けて拡開する形状であっても良い。そして、胴部７０に形成される圧力吸収パネルや、横溝、縦溝の形状についても自由に設計することができる。

本実施形態に係るＰＥＴボトル２にはサイズによる限定はなく、種々のサイズに対して適用することができる。例えば、ＰＥＴボトル２の容積が１００ｍｌ以上、１０００ｍｌ以下であっても良く、特に、容積が２００ｍｌ以上、７００ｍｌ以下であるＰＥＴボトル２に対して好適である。ＰＥＴボトル２の全高は１２０ｍｍ以上、２６０ｍｍ以下であっても良く、胴部７０の胴径は４０ｍｍ以上、７５ｍｍ以下であっても良い。

更に、本実施形態に係るＰＥＴボトル２は軽量化ボトルを対象として好適に用いることができる。ＰＥＴボトル２の質量は例えば、２００ｍｌの内容積に対しては８ｇ以上、１６ｇ未満、５５０ｍｌの内容積に対しては１０ｇ以上、２０ｇ未満であると良い。そして、特に、軽量性を有し、中間層２０の機能を確保しながらＰＥＴボトル２の強度を保つ観点から、ＰＥＴボトル２の内容積に対する質量の比の値が０．０１８０ｇ／ｍｌ以上、０．０８００ｇ／ｍｌ以下であることが好ましい。

上述された材料が射出成形されたプリフォーム１がブロー成形されることによってプラスチックボトルを作製することができる。そして、材料として、ポリエチレンテレフタレートが用いられることによって、本実施形態に係るプラスチックボトルの一例としてのＰＥＴボトル２が作製される。そして、ＰＥＴボトル２と、充填される液体とによって充填体が構成される。充填体は、ＰＥＴボトル２の上部３０から飲料や調味料等の液体が充填され、上部３０に装着される図示せぬ蓋によって密封されることによって製造される。

なお、ＰＥＴボトル２への内容物の充填方法についても限定されない。したがって、ＰＥＴボトル２は、ホット充填に用いられても、アセプティック充填に用いられても良い。

以上のように、ＰＥＴボトル２は、上部３０、胴部７０、及び底部８０を軸方向に順次有し、胴部７０が多層に構成されて、外層１８と内層１９との間に中間層２０を有する。このような構成によれば、中間層２０の機能を確保しつつ、中間層２０の成形材料の量を減少することができる。

以下に、実施例を示して、本開示を更に詳細、かつ具体的に説明する。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。

＜材料、及び製造方法＞
［実施例１］
外層１８、及び内層１９にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ樹脂ａ）が用いられ、中間層２０には、ナイロンと金属錯体の混合物（ガスバリア性樹脂ｂ）が用いられ、全体で２２ｇのプリフォーム１が図３等本明細書に示される方法によって作製された。プリフォーム１の全体に占めるガスバリア性樹脂ｂの割合は３重量パーセントとされた。プリフォームの重量は２２ｇであった。

そして、プリフォーム１から、図９等に示される満注容量が２９５ｍｌのＰＥＴボトル２がブロー成形によって作製された。ＰＥＴボトル２には、２８０ｍｌの水が充填された後に蓋が装着され、充填体が作製された。

実施例１に係るプリフォーム１の中間層２０は、口天面から約１０ｍｍの位置から、胴部７０にかけて、連続して設けられていた。

［比較例１］
比較例１では、ガスバリア性樹脂ｂを使用せず、PET樹脂ａのみを用いて単層のプリフォームが作製された。プリフォームの重量は２２ｇであった。そして、図９等に示される満注容量が２９５ｍｌのＰＥＴボトル２がブロー成形によって作製された。ＰＥＴボトル２には、２８０ｍｌの水が充填された後に蓋が装着され、充填体が作製された。

［比較例２］
比較例２では、ガスバリア性樹脂ｂを使用し、その割合は２５重量パーセントであった。中間層２０は、口天面１５から約１０ｍｍの位置から、胴部７０にかけて、連続して設けられた。

［比較例３］
比較例３では、ガスバリア性樹脂ｂを使用し、その割合は３重量パーセントであった。中間層２０は、口天面１５から約２ｍｍの位置から、胴部７０にかけて、連続して設けられた。

＜評価方法＞
（ガスバリア層の材料の使用量）
実施例１、並びに比較例１～３の各ＰＥＴボトルに使用されたガスバリア層の材料の質量によって使用量の削減が達成できているか否かが判定された。使用量の削減の判定には、各ＰＥＴボトル（各プリフォーム）の全体に占めるガスバリア性樹脂ｂの割り合いが２０ｗｔ％より大か、以下か、が閾値として設定された。表１には、各ＰＥＴボトルにおけるガスバリア層の材料使用量の削減率についての評価の結果が示され、◎：削減率が極めて高い、○：削減率が高い、×：削減率が低い、で表記されている。

（ガスバリア性）
実施例１並びに比較例１～３の各ペットボトルで、ガスバリア性が十分に達成できているか否かが判定された。ガスバリア性の判定には、各ペットボトルに緑茶を充填し、キャップをしめ、４０度で保温庫に１ヵ月保存した。その後、その色差ΔＥを測定した結果を表１に示す。色差が５以上の場合×、５未満の場合〇、で表記されている。

（口部の割れ）
実施例１、並びに比較例１～３の各ＰＥＴボトル１００本に緑茶を充填し、キャッパーで巻き締めし、口部の割れを判定し、結果を表１に示した。割れが０本の場合は〇、１本以上の場合は×、で表記されている。

（総合評価）
上述されたガスバリア層の材料の使用量、ガスバリア性に基づいて、実施例１並びに比較例１～３の各ＰＥＴボトル（各充填体）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、◎：極めて良好、○：良好、×：適性なし、で表記されている。実施例１、並びに比較例１～３についての評価の結果を示す。wt%はガスバリア層の使用量で重量パーセントである。ｔはガスバリア層の口部からの位置でｍｍ単位である。

本発明は、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、本発明は、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。本発明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。また、本開示では特に、内容物の酸化を防止するためのガスバリア性中間層を設けてあり、内容物の酸化防止に優れた、生産性の高いプラスチックボトルの製造方法を提供することができる。

１ プリフォーム
２ ＰＥＴボトル（プラスチックボトル）
１０ 口部
１４ サポートリング
１５ 口天面
１６ 胴部
１７ 底部
１８ ＰＥＴボトル２の外層
１８ａ プリフォーム１の外層
１９ ＰＥＴボトル２の内層
１９ａ プリフォーム１の内層
２０ ＰＥＴボトル２の中間層
２０ａ プリフォーム１の中間層
３０ 上部
３１ ホットランナーノズル
３２ 金型
３２ａ キャビティ
３２ｂ ゲート
３３ａ 直線状流路
３３ｂ 第１の円筒状流路
３４ 第２の円筒状流路
３５ チェック弁（開閉弁）
３６ 第１の注入口
３７ 第２の注入口
３８ 射出口
３９ａ 第１の合流点
３９ｂ 第２の合流点
７０ 胴部
８０ 底部

Claims (7)

1. 口部、胴部、底部を備え、
   前記口部に外側に向かって突出する環状のサポートリングを有する多層構造のプリフォームにおいて、
   中間層は、前記口部の上端から１０ｍｍの位置から始まり、前記底部から３～２０ｍｍの位置まで、基材層に囲まれ、かつ連続して設けられ、前記中間層は、ガスバリア性、耐熱性、または光の遮断性を有することを特徴とする、プリフォーム。
2. 前記プリフォームは、前記サポートリングの上方に外側に向かって突出する環状のカブ
   ラを有し、
   前記中間層は、前記サポートリングと前記カブラの中間位置から前記胴部において、設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム。
3. 前記中間層は前記ガスバリア性を有するガスバリア層からなることを特徴とする請求項２に記載のプリフォーム。
4. 前記中間層の重量は、前記プリフォーム全体の重量に対し、２重量パーセント～７重量パーセントであることを特徴とする、請求項３に記載のプリフォーム。
5. 前記中間層は、さらに耐熱層を含み、
   前記プリフォームは、５層構造（前記基材層／前記ガスバリア層／前記耐熱層／前記ガスバリア層／前記基材層）とすることを特徴とする、請求項４に記載のプリフォーム。
6. 請求項１～４のいずれかに記載のプリフォームにおける、
   一つの材料を射出するとともに他の材料を射出する共射出成形によるプリフォームの製造方法において、
   第一の成形材料を射出開始時から射出終了時まで始終射出しており、
   前記第一の成形材料の射出開始の後、あらかじめ定められた時間の間第二の成形材料が射出され、
   該第二の成形材料は前記第一の成形材料に挟まれて射出されることを特徴とする、
   プリフォームの製造方法。
7. 請求項１～５のいずれかに記載のプリフォームを、ブロー成形により成形したことを特徴とする、プラスチックボトルの製造方法。