JPH11235751A - プラスチック成形体の結晶化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ねじ部等の形状を正常に保ったまま、極く短
時間に、熱可塑性ポリエステル樹脂よりなるプラスチッ
ク成形体の口頚部を結晶化する。 【解決手段】 熱可塑性ポリエステル樹脂よりなるプラ
スチック成形体１の口頚部２の内外面に赤外線を放射し
て、口頚部２を結晶化温度に加熱する。その後加熱を止
めて結晶化を進行させ、次いで口頚部２を急冷する。ま
たは口頚部２の内外面に赤外線を放射して、口頚部２を
熱可塑性ポリエステル樹脂のガラス転移点以上の温度に
加熱する。その後マイクロ波空洞共振器３０の中で結晶
化温度に誘電加熱し、その後加熱を止めて結晶化を進行
させ、次いで口頚部２を急冷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック成形
体の口頚部の結晶化方法に関し、さらに詳しくは熱可塑
性ポリエステル樹脂よりなるプラスチック成形体の口頚
部に赤外線を放射するプラスチック成形体の口頚部の結
晶化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリエチレンテレフタレート等の熱可塑
性ポリエステル樹脂よりなるプラスチック成形体の口頚
部は成形されたままの状態では透明で、大部分が非結晶
部であるため、比較的軟らかく、そのため端面に異物が
当たって傷が付いたり、あるいは充填、封緘の際に口頚
部全体もしくはねじ部等が変形して、密封性が損なわれ
易い。この欠点を解消するため、口頚部に外部から赤外
線を照射するか、あるいは熱風を吹き付けるか、もしく
は口頚部の外面に加熱体を接触させて、口頚部を約１１
０〜１８０℃に加熱して口頚部を結晶化する方法が提案
されている（例えば特開昭６０−１５９００８号公報、
特開昭６１−７９６２７号公報）。しかしながら従来の
方法の場合、結晶化に１分以上の時間がかかり、生産性
が悪く、またエネルギーコストが高いという問題があっ
た。結晶化の時間を短くしようとして口頚部と赤外線照
射体を接近させたり、あるいは赤外線照射体や熱風また
は加熱体の温度を高くすると、外面が過熱状態になって
ねじ部等の形状が崩れて、キャップによる封緘が困難に
なるという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ねじ部等の
形状を正常に保ったまま、極く短時間に、ポリエチレン
テレフタレート等の熱可塑性ポリエステル樹脂よりなる
プラスチック成形体の口頚部を結晶化する方法を提供す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
熱可塑性ポリエステル樹脂よりなるプラスチック成形体
の口頚部の内外面に赤外線を放射して、口頚部を結晶化
温度に加熱した後、加熱を止めて結晶化を進行させ、次
いで口頚部を急冷することを特徴とするプラスチック成
形体の結晶化方法である。熱可塑性ポリエステル樹脂と
しては、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレ
ンテレフタレートを主成分とするポリエステル樹脂が好
ましく用いられる。 プラスチック成形体としては、プ
リフォーム（細長い有底円筒状の予備成形体）や、パリ
ソンからブロー成形または延伸ブロー成形等によって形
成されたボトル等が挙げられる。結晶化温度は、すなわ
ち結晶化が進行する温度はある温度領域を有する。ポリ
エチレンテレフタレートの場合、この温度領域は約１６
０〜２００℃であり、１９０℃までは温度が高くなる程
結晶化速度が大きくなり、１９０℃を越えると結晶化速
度が低下する。温度が高くなり過ぎると、部分的溶融が
進行するのと、その温度まで加熱するのに要する時間が
長くなる。ポリエチレンテレフタレートの場合、部分的
溶融が起こらないで、しかも結晶化速度が最も大きい温
度（最適結晶化温度とよぶ）は、約１８０℃、すなわち
１８０℃±５℃、より好ましくは１８０℃±３℃であ
る。

【０００５】口頚部の内外面に赤外線を放射する、すな
わち口頚部の内面と外面に同時に赤外線を放射するので
あるから、結晶化温度が高い場合でも、すなわち最適結
晶化温度の場合でも、口頚部の全厚を急速に結晶化温度
に加熱できる。結晶化温度が高い場合、特に最適結晶化
温度の場合、加熱を止めても短時間の間は口頚部は結晶
化温度領域内にあるので、この間結晶化が進行する。従
ってねじ部等の形状を正常に保ったまま、極く短時間に
口頚部を結晶化することができる。結晶化温度に短時間
保持し、その後直ちに口頚部を急冷する。この場合ガラ
ス転移温度より低い温度まで急冷することにより、後工
程で異物が当たったりしても口頚部が傷付いたり、変形
するおそれがなくすることができる。

【０００６】請求項２に係る発明は、熱可塑性ポリエス
テル樹脂よりなるプラスチック成形体の口頚部の内外面
に赤外線を放射して、口頚部を当該熱可塑性ポリエステ
ル樹脂のガラス転移点以上の温度に加熱した後、マイク
ロ波空洞共振器の中で結晶化温度に誘電加熱し、その後
加熱を止めて結晶化を進行させ、次いで口頚部を急冷す
ることを特徴とするプラスチック成形体の結晶化方法で
ある。赤外線放射加熱による温度上昇速度は、プリフォ
ームすなわち口頚部の温度が高くなる程小さくなる。一
方誘電加熱による温度上昇速度は、ガラス転移点以上の
温度において口頚部の温度が高くなる程大きくなる。そ
のため請求項２に係る発明の場合、請求項１に係る発明
の場合よりも急速に結晶化温度、好ましくは最適結晶化
温度に加熱することができる。

【０００７】請求項３に係わる発明は、口頚部の外側
を、内面が回転面よりなる中空赤外線ヒータで包囲し、
口頚部の内部に円筒形の赤外線ヒータを挿入して口頚部
に赤外線を放射する、請求項１、２記載のプラスチック
成形体の結晶化方法である。口頚部の外側を、内面が回
転面よりなる中空赤外線ヒータで包囲し、口頚部の内部
に円筒形の赤外線ヒータを挿入して口頚部に赤外線を放
射するのであるから、外側の赤外線ヒータと内部の赤外
線ヒータを口頚部と同軸に配設することにより、また回
転面の高さ方向形状を適当に定めることにより、静止し
た状態で口頚部を均一に、特に周方向均一に加熱するこ
とができる。

【０００８】請求項４に係わる発明は、口頚部の外側の
一部分に赤外線ヒータを配設し、口頚部の内部に円筒形
の赤外線ヒータを挿入した状態において、口頚部を自転
させて口頚部に赤外線を放射する、請求項１、２記載の
プラスチック成形体の結晶化方法である。口頚部の外側
の一部分に赤外線ヒータを配設しているが、口頚部の内
部に円筒形の赤外線ヒータを挿入し、口頚部を自転させ
て口頚部に赤外線を放射するので、口頚部を均一に、特
に周方向均一に加熱することができる。

【０００９】請求項５に係わる発明は、口頚部の外側の
赤外線ヒータの表面温度が、口頚部の内部の赤外線ヒー
タの表面温度より高い、請求項３、４記載のプラスチッ
ク成形体の結晶化方法である。口頚部の内面は、赤外線
ヒータとの間の間隙を通って、加熱された内面部分から
放射される赤外線により加熱し合うので、外面よりも加
熱速度が速い。従って口頚部の外側の赤外線ヒータの表
面温度が、口頚部の内部の赤外線ヒータの表面温度より
高い場合は、口頚部の内面と外面をほぼ同一速度で加熱
する、すなわちほぼ均等に加熱することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態を示す図１にお
いて、ポリエチレンテレフタレートよりなる、射出成形
により形成されたプリフォーム１は、口頚部２、円筒形
の胴部３および半球面状の底部４よりなっている。口頚
部２には、上方にねじ部２ａが、最下部に保持リング２
ｂが形成されている。保持リング２ｂは、プリフォーム
１から形成されたボトル（図示されない）のねじ部２ａ
にキャップ（図示されない）を封緘する際に、保持体
（図示されない）と係合してプリフォーム１を支持する
ために設けられるものであり、ねじ部２ａより大きい外
径を有する。プリフォーム１は、コイルスプリング６を
介して保持板５の上に着設された、底部４の外面と同形
の上面を有する支持体７の上に、軸心を垂直にして載置
されている。保持板５は、シャフト５ａによって支持さ
れている。１０は、胴部３の上部、すなわち保持リング
２ｂ近傍部が赤外線によって加熱されるのを防ぎ、かつ
プリフォーム１が大きく傾くのを妨げるための、赤外線
ヒータ８と同軸に保持板５に着設された、金属例えばア
ルミニウムよりなる遮蔽筒である。遮蔽筒１０の上部の
細径部１０ａの内径は、プリフォーム１の挿入が容易に
行なわれ、かつプリフォーム１が大きく傾かない程度
に、胴部３の外径より僅かに大きい。保持板５およびシ
ャフト５ａ等は、間欠回転するターレット（図示されな
い）の各ポケットに設けれている。

【００１１】８は、電熱線９がスパイラル状に内設され
た、高さおよび内径が口頚部２より若干大きい中空円筒
形の赤外線セラミックヒータであって、口頚部２と同軸
に口頚部２を包囲している。赤外線セラミックヒータ８
の内面８ａの温度は、約５００〜１０００℃であること
が好ましい。１１は、口頚部２の内側にあって、口頚部
２と同軸の赤外線カートリッジヒータであって、外径が
口頚部２の内径より若干小さい有底中空の真鍮製円筒体
の内部に、セラミックロッド１３に巻付けられた電熱線
１２が設けられている。赤外線カートリッジヒータ１１
の外面温度は、約３００〜８００℃であり、かつ赤外線
セラミックヒータ８の内面８ａの温度より低いことが好
ましい。赤外線ヒータ８とカートリッジヒータ１１は、
前記ターレットの加熱ステーションの上方の定位置に、
停止したプリフォーム１と同軸に配設されるようになっ
ている。なお赤外線ヒータ８の内面は、例えば８’ａに
示されるような適宜の形状の回転面であってよい。口頚
部２が均一に加熱されるためには、赤外線ヒータ８の内
面と口頚部２との半径方向間隔は、保持リング２ｂの部
分がねじ部２ａの部分より小さいことが好ましい。保持
リング２ｂの単位高さ当たりの体積、すなわち熱容量
は、ねじ部２ａのそれよりも大きいからである。

【００１２】以上の装置により、プリフォーム１の口頚
部２の結晶化は次のようにして行なわれる。前記ターレ
ットのプリフォーム送入ステーション（図示されない）
において、シャフト５ａが下降、停止している状態にお
いて、プリフォーム１を支持体７の上に落下、載置す
る。コイルスプリング６は落下の際に緩衝の役目をす
る。ターレットの回転に伴ない、プリフォーム１が加熱
ステーション（図示されない）に達して停止した時、図
１に示すように、同軸に定位置に配設された赤外線ヒー
タ８とカートリッジヒータ１１の間に口頚部２が来るま
でシャフト５ａを上昇させる。赤外線ヒータ８の内面温
度は例えば８００±１０℃に、カートリッジヒータ１１
の外面温度は例えば５００±５℃に保たれている。この
場合ターレットが極く短時間例えば約１３秒間停止して
口頚部２が約１８０℃に加熱される。この間プリフォー
ム１を停止したままにおく。しかし図示されない回転機
構によってシャフト５ａを回転して、プリフォーム１を
軸心の周りに自転させてもよい。直ちにシャフト５ａを
下降して、口頚部２の加熱を停止し、プリフォーム１は
ターレットと共に回動して、整形ステーションまで移動
する。この間口頚部２は自然放冷により約５〜１０℃温
度が低下するが、その温度は結晶化温度内にあるので、
結晶化が進行する。整形ステーションにおいて、停止し
た口頚部２内に室温の整形金具（図示されない）を挿入
して、結晶化により僅かに収縮変形した口頚部２を整形
すると同時にガラス転移温度（通常約７５〜８０℃）よ
り低い温度まで急冷する。

【００１３】第２の実施の形態を示す図２において、図
１と同一符号の部分は同様の部分を示す。但しカートリ
ッジヒータ１１は上下動可能になっており、シャフト５
ａは直線方向への移動および回転が可能になっている。
１５は図面に直角方向に延びる近赤外線ランプ（クオー
ツヒータ）であって、口頚部２の上部と下部に対向する
位置に２本配設されている。１６は断面Ｕ字形の反射鏡
であって、近赤外線ランプ１５が口頚部２の近赤外線ラ
ンプ１５側の面に集光する位置に、図面に直角方向に延
びて配設されている。１７は図面に直角方向に延びる赤
外線遮蔽板である。シャフト５ａは図示されない移動機
構により図面に直角方向に移動可能になっており、従っ
てプリフォーム１も図面に直角方向に移動可能になって
いる。カートリッジヒータ１１もシャフト５ａに連動し
て、プリフォーム１と同軸を保ったまま、移動機構（図
示されない）によってプリフォーム１と共に移動するよ
うになっている。さらにシャフト５ａは、少なくとも移
動中回転機構（図示されない）によって回転するように
なっており、従ってプリフォーム１は移動中自転する。

【００１４】以上の装置により、プリフォーム１の口頚
部２の結晶化は次のようにして行なわれる。支持体７の
上にプリフォーム１を落下、載置した後、カートリッジ
ヒータ１１を口頚部２に挿入し、シャフト５ａを回転し
ながらカートリッジヒータ１１と共に移動させて、赤外
線ランプ１５により口頚部２の外面を、またカートリッ
ジヒータ１１により口頚部２の内面を急速に約１８０℃
になるまで加熱する。その後カートリッジヒータ１１を
上昇させて、口頚部２から離隔し、同時に口頚部２を赤
外線放射域から離脱させ、口頚部２を短時間自然放冷し
て、約１６０〜１８０℃の温度で結晶化を進行させる。
結晶化終了後、口頚部２内に成形金具（図示されない）
を挿入して、結晶化により僅かに収縮変形した口頚部２
を整形すると同時に急冷する。

【００１５】図３において、図２と同一符号の部分は同
様の部分を示す。２０は、円筒形セラミック２２で被覆
された鉄（鋼）芯２１よりなり、保持ロッド２０ａを介
して上下動される、プリフォーム１の口頚部２の内径よ
り外径が若干小さい赤外線内部ヒータである。２３は、
赤外線ランプ１５の入口部において停止するプリフォー
ム１および赤外線内部ヒータ２０と同軸に、かつプリフ
ォーム１の上方定位置に配設された、赤外線内部ヒータ
２０を包囲して加熱する、高周波誘導コイルである。高
周波誘導コイル２３は、高周波発振器２４に接続し、高
周波発振器２４の出力は、放射温度計２５に接続する温
度調節器２６によって制御され、赤外線内部ヒータ２０
の外面温度が所定値に保たれるようになっている。移動
してきて赤外線ランプ１５の入口部において停止したプ
リフォーム１の口頚部２内に、保持ロッド２０ａを介し
て赤外線内部ヒータ２０が挿入される。挿入された赤外
線内部ヒータ２０は、プリフォーム１と同軸にプリフォ
ーム１と共に移動するようになっている。図２のカート
リッジヒータ１１が赤外線内部ヒータ２０に代わっただ
けであるから、図３の装置によるプリフォーム１の口頚
部２の結晶化は段落番号００１４に記載の方法とほぼ同
様である。

【００１６】第３の実施の形態を示すための図４におい
て、図２と同一符号の部分は同様の部分を示す。３０は
マイクロ波空洞共振器であり、右端のフランジ部３１側
からマイクロ波３２が伝送され、先端部３０ａに１個の
高電界域（図示されない）が形成されるようにサイズが
定められている。プリフォーム１の口頚部２が、空洞共
振器３０に直角方向に移動して高電界域を通過し得るよ
うに、先端部３０ａの両側部に方形のスロット３３が形
成されている。

【００１７】空洞共振器３０を併用する口頚部２の結晶
化は、例えば次のようにして行なわれる。段落番号００
１４（図２）に記載したようにして、先づ口頚部２を、
１８０℃より低く、ポリエチレンテレフタレートのガラ
ス転移点以上の温度例えば約１２０℃まで急速に加熱し
た後、口頚部２を空洞共振器３０の入口側スロット３３
を通って空洞共振器３０の高電界域に、極く短時間例え
ば約３秒間停止させ、口頚部２を約１８０℃に誘電加熱
する。その後空洞共振器３０の出口側スロット３３を通
って空洞共振器３０から出し、大気中に例えば約２０秒
間置いて放冷し、約１６０〜１８０℃で結晶化を進行さ
せる。結晶化終了後、口頚部２内に成形金具（図示され
ない）を挿入して、結晶化により僅かに収縮変形した口
頚部２を整形すると同時に急冷する。

【００１８】

【実施例】実施例１：図１に示す、内径が４５ｍｍ、高
さが４０ｍｍの赤外線セラミックヒータ８（内面温度８
５０℃）および外径が８ｍｍ、長さが５０ｍｍのカート
リッジヒータ１１（外面温度５００℃）を用いて、口頚
部２の高さが２５ｍｍ、内径が２０ｍｍ、支持リング２
ｂの外径が３４ｍｍの、ポリエチレンテレフタレートよ
りなるプリフォーム１の口頚部２を加熱した。遮蔽筒１
０の端面と支持リング２ｂの下面との間隔は５ｍｍであ
った。段落番号００１２に記載の方法で、口頚部２を１
３秒加熱して、口頚部２の温度が１８０℃になった後、
１７０℃になるまで２０秒間自然放冷した。直ちに口頚
部２に室温の整形金具を１０秒間挿入して口頚部２を急
冷した。この場合の時間と温度との関係を図５に示す。
温度測定は放射温度計によって行なった。口頚部２は全
体が白化して結晶化した。結晶化度を測定した所、４１
％であった。ねじ部２ａおよび支持リング２ｂの形状は
正常であった。

【００１９】実施例２：カートリッジヒータ１１の外面
温度を８００℃にし、加熱時間を１０秒にして口頚部２
の温度を１８０℃に加熱した点以外は、実施例１と同様
にして口頚部２の結晶化を行なった。口頚部２は全体が
白化して結晶化した。結晶化度を測定した所、４０％で
あった。ねじ部２ａおよび支持リング２ｂの形状は正常
であった。

【００２０】実施例３：図２に示すように、近赤外線ラ
ンプ１５（２ｋｗ／１本）とセラミック製反射鏡１６を
用い、プリフォーム１を自転させながらランプ１５に沿
って移動させた点以外は、実施例１と同様の加熱条件
で、すなわち図５に示す加熱、放冷、急冷速度で口頚部
２の結晶化を行なった。なお近赤外線ランプ１５と口頚
部２との間隔は、３．５ｃｍであった。口頚部２は全体
が白化して結晶化した。結晶化度を測定した所、３８％
であった。ねじ部２ａおよび支持リング２ｂの形状は正
常であった。

【００２１】実施例４：図３に示す赤外線内部ヒータ２
０（外面温度５００℃；外径８ｍｍ）をカートリッジヒ
ータ１１の代わりに用いた点以外は、実施例３と同様に
して口頚部２を加熱した。口頚部２は全体が白化して結
晶化した。結晶化度を測定した所、３８％であった。ね
じ部２ａおよび支持リング２ｂの形状は正常であった。

【００２２】実施例５：加熱時間以外は実施例１と同様
にして、口頚部２を６秒加熱した。加熱後の口頚部２の
温度は１２０℃であった。直ちに口頚部２を、図４に示
すマイクロ波空洞共振器３０で３秒間誘電加熱して、口
頚部２の温度を１８０℃に上昇させた。マイクロ波空洞
共振器３０には、周波数２４５０ＭＨｚ、出力５ｋｗの
マイクロ波発振器（図示されない）が接続し、マイクロ
波空洞共振器３０の出力は２．７ｋｗであった。マイク
ロ波誘電加熱後２０秒大気中で自然放冷し１６０〜１８
０℃で結晶化を進行させた後、直ちに口頚部２に室温の
整形金具を１０秒間挿入して口頚部２を急冷した。口頚
部２は全体が白化して結晶化した。結晶化度を測定した
所、４０％であった。ねじ部２ａおよび支持リング２ｂ
の形状は正常であった。

【００２３】比較例：カートリッジヒータ１１を用いな
かった点以外は実施例１と同様にして、口頚部２の加熱
を行なった。しかし口頚部２は１２０℃までしか温度上
昇しなかったので、口頚部２の結晶化は行なわれなかっ
た。

【００２４】

【発明の効果】請求項１に係わる発明は、ねじ部等の形
状を正常に保ったまま、極く短時間にプラスチック成形
体の口頚部を結晶化することができるという効果を奏す
る。従って生産性が高く、かつエネルギーコストが低い
という利点を有する。請求項２に係わる発明は、ねじ部
等の形状を正常に保ったまま、更に極く短時間にプラス
チック成形体の口頚部を結晶化することができるという
効果を奏する。 請求項３に係わる発明は、請求項１、
２の効果に加えて、中空赤外線ヒータおよび円筒形の赤
外線ヒータとプラスチック成形体を同軸にすることによ
り、プラスチック成形体を静止した状態で口頚部を均一
に加熱することができるという利点を有する。請求項４
に係わる発明は、請求項１、２の効果に加えて、プラス
チック成形体を自転させることにより、口頚部を均一に
加熱することができるという利点を有する。請求項５に
係わる発明は、請求項３、４の効果に加えて、口頚部の
内外面をほぼ均等に加熱することができるというメリッ
トを有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図面であっ
て、プリフォームの口頚部を加熱している状態を示す縦
断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図面であっ
て、プリフォームの口頚部を加熱している状態を示す縦
断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す他の態様の図
面であって、プリフォームの口頚部を加熱している状態
を示す縦断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の一部を示す図面で
あって、プリフォームの口頚部を誘電加熱している状態
を示す正面図である。

【図５】本発明の方法により結晶化する場合の、口頚部
の温度と時間の関係の例を示す線図である。

【符号の説明】

１ プリフォーム（プラスチック成形体） ２ 口頚部 ８ セラミック赤外線ヒータ（中空赤外線ヒー
タ） １１ カートリッジヒータ（円筒形の赤外線ヒー
タ） １５ 赤外線ランプ（赤外線ヒータ） ２０ 赤外線内部ヒータ（円筒形の赤外線ヒータ） ３０ マイクロ波空洞共振器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性ポリエステル樹脂よりなるプラ
   スチック成形体の口頚部の内外面に赤外線を放射して、
   口頚部を結晶化温度に加熱した後、加熱を止めて結晶化
   を進行させ、次いで口頚部を急冷することを特徴とする
   プラスチック成形体の結晶化方法。
2. 【請求項２】 熱可塑性ポリエステル樹脂よりなるプラ
   スチック成形体の口頚部の内外面に赤外線を放射して、
   口頚部を当該熱可塑性ポリエステル樹脂のガラス転移点
   以上の温度に加熱した後、マイクロ波空洞共振器の中で
   結晶化温度に誘電加熱し、その後加熱を止めて結晶化を
   進行させ、次いで口頚部を急冷することを特徴とするプ
   ラスチック成形体の結晶化方法。
3. 【請求項３】 口頚部の外側を、内面が回転面よりなる
   中空赤外線ヒータで包囲し、口頚部の内部に円筒形の赤
   外線ヒータを挿入して口頚部に赤外線を放射する、請求
   項１、２記載のプラスチック成形体の結晶化方法。
4. 【請求項４】 口頚部の外側の一部分に赤外線ヒータを
   配設し、口頚部の内部に円筒形の赤外線ヒータを挿入し
   た状態において、口頚部を自転させて口頚部に赤外線を
   放射する、請求項１、２記載のプラスチック成形体の結
   晶化方法。
5. 【請求項５】 口頚部の外側の赤外線ヒータの表面温度
   が、口頚部の内部の赤外線ヒータの表面温度より高い、
   請求項３、４記載のプラスチック成形体の結晶化方法。