KR100524282B1 - 합성수지제 보틀형 용기의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

합성수지제 보틀형 용기의 제조 방법 및 장치 Download PDF

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가부시키가이샤 요시노 고교쇼
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Abstract

폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 등의 합성수지제 보틀형 용기의 제조 방법은, 그 용기의 넥부에 상당하는 프리폼의 넥부를 가열하여 결정화시키는 열처리 공정을 포함한다. 열처리 공정의 제 1 단계에서는, 프리폼의 넥부를 그 합성수지의 융점 근방의 온도, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에서는 약 200∼230℃의 온도까지 일시적으로 승온(昇溫)시킨다. 이어서 제 2 단계에서는, 프리폼의 넥부를 그 합성수지의 결정화가 촉진되는 범위 내의 온도, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에서는 약 170∼195℃의 온도로 유지한다.

Description

합성수지제 보틀형 용기의 제조 방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING BOTTLE-SHAPED CONTAINER MADE OF SYNTHETIC RESIN}
본 발명은 합성수지제 보틀형 용기의 제조 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 이러한 용기의 넥부에서의 결정화 처리를 단시간에 실행할 수 있도록 한 제조 기술을 제안하는 것이다.
합성수지제 보틀형 용기에 있어서, 용기의 넥부에서의 내열성 및 내구성을 향상시키기 위해, 대응하는 프리폼(preform)의 넥부를 가열하여 결정화시키는 것이 이미 알려져 있다. 용기의 몸통부가 2축 연신(延伸) 블로(blow) 성형에 의해 분자 배향되어 투명성을 유지하고 있는 것과는 대조적으로, 결정화 처리가 실행된 넥부는 구정(球晶)이 성장된 결정 조직을 가져 백색 또는 유백색으로 실투(失透)된다. 이러한 보틀형 용기의 제조 방법은, 예를 들어, 미국특허 제4375442호에 구체적으로 기재되어 있다.
합성수지의 결정화는, 합성수지가 유리 전이 온도 이상의 온도 조건하에서 가열되었을 때에 생기는 것이다. 일반적으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지의 경우에는, 프리폼의 넥부를 약 120℃ 이상의 온도에서 소정 시간에 걸쳐 가열하여 결정화를 행하고 있으며, 특히 약 170℃∼190℃의 온도역에서 가열함으로써 결정화 속도를 높이는 것이 가능하다.
그러나, 종래의 결정화 방법에서는, 프리폼의 넥부를 가열 개시 직후로부터 서서히 상기의 결정화 온도역까지 승온시키고 있었기 때문에, 실제로 결정화가 시작될 때까지 비교적 장시간이 필요하게 되어, 생산성의 향상에는 스스로 한계가 있었다.
도 1은 보틀형 합성수지제 용기의 제조에 사용하는 프리폼을 일부 파단하여 나타내는 정면도.
도 2는 본 발명에 의한 제조 방법을 실시함에 있어서, 넥부의 결정화를 행하기 위한 열처리 장치의 일 실시예를 나타내는 모식도.
도 3은 넥부의 온도 변화를 선도적(線圖的)으로 나타내는 타임차트.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 용기의 넥부의 결정화 처리를 비교적 단시간에 실행할 수 있는 합성수지제 보틀형 용기의 제조 기술을 제공하는 것을 주요한 과제로 하는 것이다.
이 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 보틀형 합성수지제 용기의 제조 방법은, 상기 용기의 넥부에 상당하는 프리폼의 넥부를 가열하여 결정화시키는 열처리 공정을 포함하고, 상기 열처리 공정이, 상기 프리폼의 넥부를 그 합성수지의 결정화 온도를 초과하고 융점을 하회하는 온도까지 일시적으로 승온시키는 제 1 단계와, 이어서 상기 넥부를 그 합성수지의 결정화가 촉진되는 범위 내의 온도로 강하시켜 유지하는 제 2 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 보틀형 합성수지제 용기의 제조 장치는, 상기 용기의 넥부에 상당하는 프리폼의 넥부를 가열하여 결정화시키는 열처리 수단을 포함하고, 상기 열처리 수단에 의해, 상기 프리폼의 넥부를 제 1 단계에서 그 합성수지의 결정화 온도를 초과하고 융점을 하회하는 온도까지 일시적으로 승온시키고, 이어서 제 2 단계에서 상기 넥부를 그 합성수지의 결정화가 촉진되는 범위 내의 온도로 강하시켜 유지하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 의하면, 보틀형 합성수지제 용기의 제조 시에 프리폼의 넥부를 가열하여 결정화시킴에 있어서, 프리폼의 넥부를 그 합성수지의 결정화 온도를 초과하고 융점을 하회하는 온도, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 경우에는 약 200∼230℃까지 일시적으로 승온시키고, 이어서 프리폼의 넥부를 그 합성수지의 결정화가 촉진되는 범위 내의 온도, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 경우에는 약 170∼195℃로 강하시켜 유지하기 때문에, 넥부의 분위기 온도가 안정된 상태에서 결정화가 촉진되는 온도역에 도달할 때까지의 시간, 더 나아가서는 넥부의 결정화 처리에 필요한 시간을 단축시킬 수 있어, 생산성을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
본 발명을 실시함에 있어서, 열처리를 행하기 위한 히터의 가열 출력을 열처리의 제 1 단계에서 비교적 높은 레벨로 제어하는 동시에, 제 2 단계에서는 비교적 낮은 레벨로 제어하는 것이 매우 적합하다. 이 경우에는, 히터의 가열 출력 제어에 의해 넥부를 비교적 단시간에 결정화시키기 위한 최적의 온도 관리를 용이하게 실현할 수 있다.
열처리의 제 2 단계에서, 프리폼의 넥부의 외면에 에어 샤워(air shower)를 적용하는 것이 매우 적합하다. 이 경우에는, 제 2 단계에서의 넥부 온도를 히터의 가열 출력 제어와 함께 에어 노즐로부터의 에어의 유량 제어에 의해 용이하게 최적의 값으로 유지할 수 있어, 시간 낭비를 최소화할 수 있다.
에어 샤워의 적용 시에 프리폼의 넥부 내로의 에어 유입을 넥부의 개구를 차폐하는 실드에 의해 저지하는 것이 매우 적합하다. 이 경우에는, 넥부의 외면 및 내면 사이의 온도차를 감소시킬 수 있어, 넥부의 개구 내에서의 주름 등의 표면 결함 발생을 억제할 수 있다.
이하, 첨부도면에 나타낸 매우 적합한 실시예를 참조하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 등의 결정성을 갖는 열가소성 합성수지로 이루어진 보틀형 용기를 제조하기 위해, 용기에 대응하는 프리폼을 사용하여 몸통부를 금형 내에서 2축 연신 블로 성형하는 동시에, 넥부를 가열하여 결정화시키는 것이다. 이러한 제조 방법은 상술한 미국특허 제4375442호에 구체적으로 기재되어 있고, 그 개시를 여기에 원용한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 프리폼(10)은 열가소성 합성수지의 사출 성형 또는 압출 성형에 의해 형성된 것이며, 넥부(11)와, 몸통부(12)와, 저부(底部)(13)를 갖는다. 넥부(11)는 용기의 주입구로 되는 개구(14)가 마련되어 있으며, 외면(11a)에 나사가 부가되고, 내면(11b)은 평활하게 형성되어 있다.
프리폼(10)에서의 넥부(11)의 결정화 처리는, 예를 들어, 프리폼(10)의 2축 연신 블로 성형 전에, 도 2에 나타낸 열처리 장치(20)에 의해 행한다. 열처리 장치(20)는 대략 원통 형상의 홀더(21)를 구비하고, 홀더(21)는 도 2에 화살표로 나타낸 바와 같이 수직인 중심 축선의 둘레로 회동 가능하게 되어 있다. 홀더(21)는 프리폼(10)을 착탈 가능하게 파지(把持)하는 것이며, 넥부(11)를 노출시킨 상태에서 프리폼(10)의 몸통부(12) 및 저부(13)를 포위한다. 홀더(21)로부터 돌출되는 넥부(11)에 대향하는 위치에서, 한쪽에 히터(22)를 배치하고, 다른쪽에 에어 노즐(23)을 배치한다. 히터(22)로서는, 예를 들어, 근적외선 히터 또는 원적외선 히터를 사용할 수 있다. 에어 노즐(23)은, 매우 적합하게는, 프리폼(10)의 중심 축선과 평행하게 연장되는 리니어 단면 형상의 오리피스를 갖는다. 히터(22) 및 에어 노즐(23)은 컨트롤러(24)에 의해 자동 제어할 수 있도록 한다. 또한, 홀더(21)로부터 돌출되는 넥부(11)의 바로 위에 넥부(11)의 개구(14)를 차폐하는 실드(25)를 배치한다. 실드(25)는, 매우 적합하게는, 에어 노즐(23)로부터의 에어 샤워의 흐름을 적절히 안내하기 위한 슈라우드로서도 기능한다.
도 2에 나타낸 열처리 장치(20)에 의하면, 프리폼(10)을 파지한 홀더(21)를 중심 축선의 둘레로 회동시키면서 히터(22)를 작동시켜, 홀더(21)로부터 돌출되는 프리폼(10)의 넥부(11)를 가열한다. 또한, 필요에 따라 에어 노즐(23)로부터 에어 샤워를 분출시켜 넥부(11)의 외면(11a)에 적용함으로써, 넥부(11)의 표면 온도를 후술하는 소정의 범위 내로 안정되게 유지할 수 있도록 한다. 또한, 실드(25)는 넥부(11)의 개구(14)를 차폐함으로써, 에어 샤워의 적용 시에 프리폼(10)의 넥부(11) 내로의 에어 유입을 저지함으로써, 넥부(11)의 외면(11a) 및 내면(1lb) 사이의 온도차를 감소시키는 것이다.
도 3은 넥부(11)의 표면 온도 T의 변화를 선도적으로 나타내는 타임차트이며, 실선 Ta는 본 발명에 의한 결정화 처리에서의 온도 변화를, 1점쇄선 Tb는 종래의 결정화 처리에서의 온도 변화를 각각 나타내는 것이다.
본 발명에서는, 도 3의 실선 Ta로 나타낸 바와 같이, 넥부(11)의 가열 시에 넥부(11)의 표면 온도 T를, 가열 개시 시점으로부터의 제 1 단계(시간 t=0∼tl)에 있어서, 프리폼을 구성하는 합성수지의 결정화 온도를 초과하고 융점 직전의 온도 T3까지 일시적으로 상승시킨다. 이어서 제 2 단계(시간 t=t1∼t2)에 있어서는, 넥부(11)의 표면 온도 T를 합성수지의 결정화를 효과적으로 촉진시킬 수 있는 온도역 R(T1≤T≤T2)까지 강하시켜 상기 온도역 R 내로 유지함으로써 결정화를 행하며, 완료시키는 것이다.
이것에 대하여, 종래에는, 도 3의 1점쇄선 Tb로 나타낸 바와 같이, 넥부(11)의 가열 시에 넥부(11)의 표면 온도 T를 가열 개시 시점(t=O)으로부터 상기의 온도역 R 내의 온도까지 서서히, 즉, 단조롭게 상승시키는 결과, 결정화 처리의 완료 시점 t=t3은 본 발명에 의한 완료 시점 t=t2보다 지연된다. 환언하면, 본 발명에 의하면, 결정화 처리에 필요한 시간을 종래 기술에 비하여 Δt=t3-t2만큼 단축시킬 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 프리폼(10)이 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 이루어진 경우, 본 발명에서는, 넥부(11)의 표면 온도 T를 결정화 처리의 제 1 단계(t=0∼t1)에서 융점 직전의 T3≒220℃까지 일시적으로 상승시키고, 제 2 단계(t=tl∼t2)에서는 결정화가 효과적으로 촉진되는 T2≒190℃와 T1 ≒170℃ 사이의 온도역 R(T1≤T≤T2)까지 강하시켜 상기 온도역 R 내로 유지한다. 그를 위해, 예를 들어, 컨트롤러(24)에 의해 히터(22)의 가열 출력을 제 1 단계에서 비교적 높은 레벨(최대 출력이 2㎾인 히터의 경우에는, 최대 출력의 약 95%)로 제어하는 동시에, 제 2 단계에서는 비교적 낮은 레벨(최대 출력이 2㎾인 히터의 경우에는, 최대 출력의 약 70%)로 제어하는 것이 매우 적합하다. 이 경우에는, 컨트롤러(24)에 의한 히터(22)의 가열 출력 제어에 의해, 넥부(11)를 비교적 단시간에 결정화시키기 위한 최적의 온도 관리를 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 히터(22)의 가열 출력은, 제 1 단계로부터 제 2 단계에 걸쳐 단계적으로 변화시키는 대신에, 연속적으로 변화시킬 수도 있다.
결정화 처리의 제 2 단계에서 넥부(11)의 표면 온도 T를 상기의 온도역 R 내로 안정되게 유지하기 위해, 히터(22)의 가열 출력 제어와 함께, 필요에 따라, 에어 노즐(23)로부터 에어 샤워를 분출시켜 넥부(11)의 외면(11a)에 적용할 수 있다. 이 경우에는, 실드(25)가 넥부(11)의 개구(14)를 차폐함으로써, 넥부(11) 내로의 에어 유입을 저지하고, 넥부(11)의 외면(11a) 및 내면(11b) 사이의 온도차를 감소시켜, 넥부(11)의 개구(14) 내에서의 주름 등의 표면 결함 발생을 억제할 수 있다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 이루어진 프리폼(10)에 대하여, 히터(22) 및 에어 노즐(23)의 작동을 적절히 제어할 경우에는, 넥부(11)의 결정화에 필요한 시간을 상술한 종래 기술에 비하여 약 30% 정도까지 단축시킬 수 있음을 실험적으로 확인했다.
상술한 바로부터 명확히 알 수 있듯이, 본 발명에 의하면, 용기의 넥부의 결정화 처리를 비교적 단시간에 실행할 수 있는 합성수지제 보틀형 용기의 신규 제조 기술이 제공되고, 결과적으로 생산성의 대폭적인 향상을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형 형태로 실시할 수 있다. 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는 프리폼(10)의 2축 연신 블로 성형에 앞서 넥부(11)에 결정화 처리를 실시하고 있으나, 프리폼(10)의 2축 연신 블로 성형 후에 넥부(11)에 결정화 처리를 실시할 수도 있다.

Claims (18)

  1. 보틀형 합성수지제 용기의 제조 방법으로서,
    상기 용기의 넥부에 상당하는 프리폼의 넥부를 가열하여 결정화시키는 열처리 공정을 포함하고, 상기 열처리 공정이, 상기 프리폼의 넥부를 그 합성수지의 결정화 온도를 초과하고 융점을 하회하는 온도까지 일시적으로 승온(昇溫)시키는 제 1 단계와, 이어서 상기 넥부를 그 합성수지의 결정화가 촉진되는 범위 내의 온도로 강하시켜 유지하는 제 2 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보틀형 합성수지제 용기의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리를 행하기 위한 히터의 가열 출력을 열처리의 제 1 단계에서 제 2 단계보다 높은 레벨로 제어하는 동시에, 제 2 단계에서는 제 1 단계보다 낮은 레벨로 제어하는 것을 특징으로 하는 보틀형 합성 수지제 용기의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    열처리의 제 2 단계에서 프리폼의 넥부 외면에 에어 샤워(air shower)를 적용하는 것을 특징으로 하는 보틀형 합성 수지제 용기의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    에어 샤워의 적용 시에 프리폼의 넥부 내로의 에어 유입을 넥부의 개구를 차폐하는 실드에 의해 저지하는 것을 특징으로 하는 보틀형 합성 수지제 용기의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성수지제 용기가 결정성의 열가소성 합성수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 보틀형 합성 수지제 용기의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 합성수지제 용기가 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 보틀형 합성 수지제 용기의 제조 방법.
  7. 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 방법으로서,
    상기 용기의 넥부에 상당하는 프리폼의 넥부를 가열하여 결정화시키는 열처리 공정을 포함하고, 상기 열처리 공정이, 상기 프리폼의 넥부를 200∼230℃의 온도까지 일시적으로 승온(昇溫)시키는 제 1 단계와, 이어서 상기 넥부를 170∼195℃의 온도로 유지하는 제 2 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열처리를 행하기 위한 히터의 가열 출력을 열처리의 제 1 단계에서 제 2 단계보다 높은 레벨로 제어하는 동시에, 제 2 단계에서는 제 1 단계보다 낮은 레벨로 제어하는 것을 특징으로 하는 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    열처리의 제 2 단계에서 프리폼의 넥부 외면에 에어 샤워를 적용하는 것을 특징으로 하는 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    에어 샤워의 적용 시에 프리폼의 넥부 내로의 에어 유입을 넥부의 개구를 차폐하는 실드에 의해 저지하는 것을 특징으로 하는 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 방법.
  11. 보틀형 합성수지제 용기의 제조 장치로서,
    상기 용기의 넥부에 상당하는 프리폼의 넥부를 가열하여 결정화시키는 열처리 수단을 포함하고,
    상기 열처리 수단은 히터와, 상기 히터의 가열 출력을 열처리의 제 1 단계에서 제 2 단계보다 높은 레벨로 제어하는 동시에, 제 2 단계에서는 제 1 단계보다 낮은 레벨로 제어하는 제어 수단을 구비하며,
    상기 열처리 수단에 의해, 상기 프리폼의 넥부를 제 1 단계에서 그 합성수지의 결정화 온도를 초과하고 융점을 하회하는 온도까지 일시적으로 승온시키고, 이어서 제 2 단계에서 상기 넥부를 그 합성수지의 결정화가 촉진되는 범위 내의 온도로 강하시켜 유지하는 것을 특징으로 하는 보틀형 합성수지제 용기의 제조 장치.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    열처리의 제 2 단계에서 프리폼의 넥부 외면에 에어 샤워를 적용하는 에어 노즐을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보틀형 합성수지제 용기의 제조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    에어 샤워의 적용 시에 프리폼의 넥부 내로의 에어 유입을 저지하도록 넥부의 개구를 차폐하는 실드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보틀형 합성수지제 용기의 제조 장치.
  15. 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 장치로서,
    상기 용기의 넥부에 상당하는 프리폼의 넥부를 가열하여 결정화시키는 열처리 수단을 포함하고,
    상기 열처리 수단은 히터와, 상기 히터의 가열 출력을 열처리의 제 1 단계에서 제 2 단계보다 높은 레벨로 제어하는 동시에, 제 2 단계에서는 제 1 단계보다 낮은 레벨로 제어하는 제어 수단을 구비하며,
    상기 열처리 수단에 의해, 상기 프리폼의 넥부를 제 1 단계에서 200∼230℃의 온도까지 일시적으로 승온(昇溫)시키고, 이어서 제 2 단계에서 상기 넥부를 170∼195℃의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 장치.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    열처리의 제 2 단계에서 프리폼의 넥부 외면에 에어 샤워를 적용하는 에어 노즐을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    에어 샤워의 적용 시에 프리폼의 넥부 내로의 에어 유입을 저지하도록 넥부의 개구를 차폐하는 실드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보틀형 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지제 용기의 제조 장치.
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