WO2021029372A1 - 生分解性樹脂製容器の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
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Definitions
- Biodegradable resins generally have poor moldability as compared to ordinary resins. Therefore, there is a technique for making a medium to large size (capacity 500 ml or more) container made of 100% biodegradable resin satisfactorily manufactured by a stretch blow molding method (particularly an injection stretch blow molding method: a hot parison blow molding method). , Almost unestablished.
- the material cost of biodegradable resin is several times more expensive than the resin materials usually used in blow molding (usually resin materials: polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, etc.), so it is a wasteful material cost when stable production is not possible.
- the temperature of the injection molding mold must be set high and the preform must be released at a higher temperature than normal resin, and as a result, the preform cannot be sufficiently cooled in the injection molding process. It was found that the inner and outer skin layers (surface layers) of the preform did not solidify sufficiently and adhered to the injection molding mold due to the high temperature, and the mold could not be released normally and rolled up and deformed. did. On the contrary, if the preform is molded so as to be sufficiently cooled by an injection molding mold set to a low temperature similar to that of a normal resin (for example, polyethylene terephthalate), the amount of heat required for blow molding may be left in the preform. Can not.
- a normal resin for example, polyethylene terephthalate
- the inner and outer skin layers of the body 2 and the bottom 4 are cooled to a desired temperature described later by the cooling mechanism of the injection core type 100 and the injection cavity type 12 (or the injection cavity type main body 112).
- Preform 1 is molded.
- FIGS. 4A and 4B show an example of the cooling structure on the injection core type 100 side.
- a hollow portion 102 is formed in the axial direction inside the core pin 101 of the injection core type 100, and a cooling pipe 110 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the hollow portion 102 is inserted.
- the inner water channel 110a is formed inside the cooling pipe 110
- the outer water channel 110b is formed outside the pipe
- cold water is flowed from the inner water channel 110a to the outer water channel 110b in the direction of the arrow shown to form the core pin 101.
- it is cooled to 40 ° C. or lower, preferably 15 to 20 ° C.
- cold water is flowed through the cooling passage 112c and cooled so as to be 40 ° C. or lower, preferably 15 to 20 ° C.
- the inner and outer skin layers are heated to a temperature equal to or higher than the melting point (for example, 100 ° C to 230 ° C). Therefore, when the preform 1 was molded by setting the temperature of the injection molding die to a high temperature of about 70 ° C., the body portion 2 was compared with the mold (specifically, the injection core mold 11 or the injection cavity mold 12). It was confirmed that the mold tended to stick and could not be released well. For example, when the injection core mold 11 is raised to release the preform 1 from the injection core mold 11, the close contact between the body portion 2 and the injection core mold 11 is not eliminated, so that the body portion 2 is rolled up and deformed (lifting deformation). ) Frequently occurred (on the other hand, since the neck portion 3 is thinner than the body portion 2, it is easily affected by the cooling effect from the mold and solidified even under this condition).
- the melting point for example, 100 ° C to 230 ° C.
- the average thickness of the bottom 4 of the preform 1 is set to 1/2 or less of the average thickness of the body 2 (formed to be thin), and the bottom 4 (particularly the bottom 4 near the molten resin filling gate 112b) is set.
- the cooling effect of the central portion) may be enhanced, and the inner / outer skin layer of the bottom portion 4 may be solidified so as to be thicker than the inner / outer skin layer of the body portion 2. In this case, it is desirable that the inner and outer skin layers of the bottom 4 are also cooled and solidified until they become white.
- the heating rod type 221 has a rod-shaped first heater 222 (actually, only the lower half portion in the figure facing the heating pot type 226 is a heater portion) arranged in the center and a sleeve 223 for fitting and fixing the heater portion. And a heating core sleeve 224 fitted to the sleeve 223.
- the heating rod type 221 is housed in the core housing 225 and fixed by a locking member (set screw) 234.
- the heating rod type 221 is driven up and down via the core housing 225.
- the preform 1 is transferred to the plow molding section 30 by the neck mold 50 and accommodated in the blow mold 31 composed of a pair of split molds, and then the drawing rod and compressed air of a predetermined pressure (for example, 0. Blow molding is performed at 3 MPa to 2.0 MPa).
- a predetermined pressure for example 0. Blow molding is performed at 3 MPa to 2.0 MPa.
- the processing time of the outer heating step is 8 to 20 seconds
- the processing time of the inner heating step is 4 to 6 seconds
- the time of the outer heating step is at least twice the time of the content heating step. ..
- the processing times of the outer heating step and the inner heating step are made substantially the same, and the heating intensity of the outer heating step (output of the second heater) is set to the heating intensity of the inner heating step (output of the first heater). It may be higher.
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Abstract
本発明は、プリフォームが射出成形型から容易に離型し、且つブロー成形時に容器の引きちぎれ等が生じない生分解性樹脂製容器を製造する方法及びその装置を提供する。 射出成形型にて生分解性樹脂製のプリフォーム（１）を射出成形する射出成形工程と、該プリフォーム（１）を温調型にて温度調整する温調工程と、温調後の該プリフォーム（１）をブロー型にてブロー成形して容器を製造するブロー成形工程とを少なくとも有する生分解性樹脂製容器の製造方法において、前記射出成形型の温度を４０°Ｃ以下に設定する、製造方法である。
Description
本発明は、ホットパリソン式のブロー成形装置において、生分解性樹脂製容器を製造する方法、具体的には、プリフォームが射出成形型から容易に離型し、且つブロー成形時にプリフォームの引きちぎれ等が生じないよう温度調整し得る、生分解性樹脂製容器を製造する方法及びその装置に関する。
プラスチック（合成樹脂）は、樹脂製容器等の多くの分野で大量に使用されており、それらの廃棄物によって景観阻害、海洋生物への悪影響、及び地球環境の汚染等の深刻な環境問題を引き起こしており、その対策が急務になっている。この対策案として、（１）非生分解性樹脂（非生分解性プラスチック：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート等）の材料の使用量や廃棄量の低減、その材料より製造された物品の再使用、その廃棄材のリサイクル再生の推進、又は（２）生分解性樹脂（生分解性プラスチック）の利用拡大、等が挙げられている。上記（２）の生分解性樹脂の利用拡大については、樹脂製容器の製造の分野においては、容器の材料を従来の非生分解性樹脂から生分解性樹脂へ変えることが考えられる。（例えば、特許文献１参照）
ところで、従来の非生分解性樹脂（以下単に、通常樹脂という）の容器を製造するホットパリソン式ブロー成形装置は、プリフォームを射出成形する射出成形部と、射出成形部で成形したプリフォームを温度調整する温度調整部と、温度調整したプリフォームをブロー成形するブロー成形部とを備えたブロー成形装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。温度調整部を設ける理由は、射出成形部で成形されたばかりのプリフォームは、ブロー成形に適した温度分布を備えていないため、この温度調整部により、プリフォームをブロー成形に適した温度まで温度調整するためである。
ところで、従来の非生分解性樹脂（以下単に、通常樹脂という）の容器を製造するホットパリソン式ブロー成形装置は、プリフォームを射出成形する射出成形部と、射出成形部で成形したプリフォームを温度調整する温度調整部と、温度調整したプリフォームをブロー成形するブロー成形部とを備えたブロー成形装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。温度調整部を設ける理由は、射出成形部で成形されたばかりのプリフォームは、ブロー成形に適した温度分布を備えていないため、この温度調整部により、プリフォームをブロー成形に適した温度まで温度調整するためである。
また、ブロー成形に適した温度まで、より適切かつ短時間に温度調整するための温度調整部として、プリフォームを挿入コア（温調コアや加熱コア）及びポット部材（温調ポット型や加熱ポット型）の間にて適切な温度分布になるよう調節した後にブロー成形を行うブロー成形装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、従来のブロー成形装置により生分解性樹脂の容器を製造しようとするとき次の問題点があった。生分解性樹脂は通常樹脂に比して概して成形性が悪い。このため、生分解性樹脂１００％の中型乃至大型サイズ（容量５００ｍｌ以上）の容器を延伸ブロー成形法（特に射出延伸ブロー成形法：ホットパリソン式ブロー成形法）で良好に製造可能にする技術は、ほとんど確立できていない。また、生分解性樹脂の材料費はブロー成形で通常用いられる樹脂材料（通常樹脂材料：ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等）の数倍以上高価なため、安定的に製造できない場合に無駄な材料コストが嵩み、採算が取れない恐れがある。一般的に、ホットパリソン式ブロー成形法で容器を成形する場合、プリフォームはブロー成形で必要な熱量（要求されるスペックを備えた所定の容器形状にブロー成形（賦形）させることができる熱量）を内部層（コア層）に残した状態で射出成形型から離型しなければならない。また、特定の生分解性樹脂から成形されたプリフォームでは、ブロー成形に適した熱量を持つ温度帯が生分解性樹脂の溶融温度近辺になってしまうため、射出成形型からその温度近傍で離型する必要がある。これには、射出成形型の温度を高く設定してプリフォームを通常樹脂と比べて高温状態で離型しなければならず、この結果として上記射出成形工程でプリフォームを十分に冷却できずに高温のままのため、プリフォームの内外スキン層（表面層）が十分に固化せずに射出成形型に粘着的に貼り付いて、正常に離型できず、且つ巻き上がり変形を生ずることが判明した。逆に、通常樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート等）の場合と同様の低い温度に設定した射出成形型でプリフォームを十分に冷却させる様に成形すると、プリフォームにブロー成形に必要な熱量を残すことができない。また、ホットパリソン式ブロー成形法の温調工程では、プリフォームの偏温を解消しつつブロー成形に最適な温度分布が備わるように、プリフォームの内外スキン層や内部層を温度調整（冷却）する。しかし、生分解性樹脂のプリフォームを通常樹脂材料の場合と同様の温度で温度調整すると、プリフォームの内外スキン層は必要以上に冷却されて固化してしまい、このプリフォームをブロー成形工程でブロー成形して延伸したときにプリフォームにクラックが入ったり、ブローエア導入前の延伸ロッドによる伸長時にプリフォームが引きち切れて容器が成形できなかったりしてしまうことが判明した。
本発明は、ホットパリソン式のブロー成形装置において、プリフォームが射出成形型から確実かつ容易に離型し且つブロー成形においてプリフォームが引きち切れることのないように温度調整し得る生分解性樹脂製容器の製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
本発明の生分解性樹脂製容器の製造方法は、射出成形型にて生分解性樹脂製のプリフォーム（１）を射出成形する射出成形工程と、該プリフォーム（１）を温調型にて温度調整する温調工程と、温調後の該プリフォーム（１）をブロー型にてブロー成形して容器を製造するブロー成形工程とを少なくとも有する生分解性樹脂製容器の製造方法において、前記射出成形型の温度を４０°Ｃ以下に設定する、製造方法である。
好ましくは、前記射出成形型の温度を１５°Ｃ～２０°Ｃに設定する。
好ましくは、前記温調工程にてプリフォームの内外スキン層の温度を生分解性樹脂の融点又は融点近傍の加熱温度まで加熱する、製造方法である。
好ましくは、前記加熱温度は１００°Ｃ～１８０°Ｃである。
また好ましくは、前記温調工程にてプリフォームの内外スキン層の温度を生分解性樹脂の融点又はそれ以上の加熱温度まで加熱する。
更に好ましくは、前記射出成形工程の温度を１５°Ｃ～２０°Ｃである。
更に好ましくは、前記加熱温度は１００°Ｃ～２３０°Ｃである。
更に好ましくは、前記生分解性樹脂はポリブチレンサクシネートを成分として含む合成樹脂である。
更に好ましくは、前記射出成形工程では該プリフォームの前記内外スキン層が不透明の状態になるまで固化させ、前記温調工程で該プリフォームの前記内外スキン層が透明性を備えるまで加熱させる。
更に好ましくは、前記温調工程は、該プリフォームの少なくとも胴部を内側から加熱する内方加熱工程と、該プリフォームの少なくとも胴部を外側から加熱する外方加熱工程と、を備え、前記外方加熱工程の処理時間が前記内方加熱工程の処理時間より長い。
更に他の本発明の生分解性樹脂製容器の製造装置は、前記製造方法の何れかを適用した製造装置である。
好ましくは、前記射出成形型の温度を１５°Ｃ～２０°Ｃに設定する。
好ましくは、前記温調工程にてプリフォームの内外スキン層の温度を生分解性樹脂の融点又は融点近傍の加熱温度まで加熱する、製造方法である。
好ましくは、前記加熱温度は１００°Ｃ～１８０°Ｃである。
また好ましくは、前記温調工程にてプリフォームの内外スキン層の温度を生分解性樹脂の融点又はそれ以上の加熱温度まで加熱する。
更に好ましくは、前記射出成形工程の温度を１５°Ｃ～２０°Ｃである。
更に好ましくは、前記加熱温度は１００°Ｃ～２３０°Ｃである。
更に好ましくは、前記生分解性樹脂はポリブチレンサクシネートを成分として含む合成樹脂である。
更に好ましくは、前記射出成形工程では該プリフォームの前記内外スキン層が不透明の状態になるまで固化させ、前記温調工程で該プリフォームの前記内外スキン層が透明性を備えるまで加熱させる。
更に好ましくは、前記温調工程は、該プリフォームの少なくとも胴部を内側から加熱する内方加熱工程と、該プリフォームの少なくとも胴部を外側から加熱する外方加熱工程と、を備え、前記外方加熱工程の処理時間が前記内方加熱工程の処理時間より長い。
更に他の本発明の生分解性樹脂製容器の製造装置は、前記製造方法の何れかを適用した製造装置である。
本発明の生分解性樹脂製容器の製造方法及びその製造装置によれば、射出成形型の温度を４０°Ｃ以下、好ましくは１５～２０°Ｃに設定することにより生分解性樹脂材料のプリフォームが射出成形型から良好に離型され且つ巻き上がり変形が抑止され、しかも温調工程においてプリフォームの内外スキン層の温度をプリフォーム内部層と同様の溶融温度又はその近傍温度まで加熱することにより引き続いたブロー成形工程においてプリフォームにクラックが入ったり引きち切れたりすることを阻止し得る。なお、本明細書中では、例えば図２を参照して、プリフォーム１の中空形状胴部２の内周面２ａ及びその近傍部分を内側スキン層、外周面２ｂ及びその近傍部分を外側スキン層、内外スキン層に挟まれた中間部分を内部層（又はコア層）と呼ぶことにする。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の生分解性樹脂製容器の製造方法の一実施形態を適用したブロー成形装置の斜視図であり、また図２は、上記装置の射出成形工程で射出成形されているプリフォームの一例の斜視図である。
図１は、本発明の生分解性樹脂製容器の製造方法の一実施形態を適用したブロー成形装置の斜視図であり、また図２は、上記装置の射出成形工程で射出成形されているプリフォームの一例の斜視図である。
図１に示す如く、ブロー成形装置７０は、プリフォーム１の射出成形工程を行う射出成形部１０と、プリフォーム１の温調工程（温度調整工程）を行う温度調整部２０と、プリフォーム１から容器１１１を製造するブロー成形工程を行うブロー成形部３０と、容器を機外に搬出させる取出工程を行う取り出し部４０と、を備えている。
射出成形部１０、温度調整部２０、ブロー成形部３０、及び取り出し部４０は、上から見たときに正方形の４つの辺を形成するような配列で配置されている。これらの上方には、射出成形部１０で成形されたプリフォーム１のネック部３（図２参照）を保持するネック型５０（図３参照）が設けられた不図示の回転盤６０が設けられている。この回転盤６０は、上方から見たときに正方形の４つの辺を形成するような配列で４組のネック型５０が配置されている。これにより、回転盤が射出成形部１０、温度調整部２０、ブロー成形部３０、及び取り出し部４０上で垂直軸を中心に反時計回りに９０度ずつ回転することにより、ネック型５０に保持されたプリフォーム１に対して各工程が実施されるようになっている。
射出成形部１０は、射出コア型１１、射出キャビティ型１２、及び不図示の射出装置を備え、プリフォーム１を射出成形するように設けられている。
プリフォーム１は、図２に示すように、開放側のネック部３、中空状の胴部２及び閉鎖側の底部４を有して有底の試験管状に形成されている。胴部２の平均厚さは、ネック部３の平均厚さの２倍以上に設定される（厚く形成される）のが望ましい。また、底部４の平均厚さは、胴部２の平均厚さの１/２（より好ましくは１/３）以下に設定される（薄く形成される）のが望ましい。例えば、胴部３の平均厚さは２．０ｍｍ～７．０ｍｍ（好ましくは２．５ｍｍ～５．０ｍｍ）、底部４の平均厚は０．５ｍｍ～２．５ｍｍ（好ましくは０．８ｍｍ～１．５ｍｍ）に設定されても良い。プリフォーム１は、ブロー成形されることにより完成容器１１１（図１参照）になる。なお、上述の通り、以下では、プリフォーム１の中空形状胴部２の内周面２ａ及びその近傍部分を内側スキン層（又は表面層）、外周面２ｂ及びその近傍部分を外側スキン層、内外スキン層に挟まれた中間部分を内部層（又はコア層）と呼称する。
プリフォーム１は、図２に示すように、開放側のネック部３、中空状の胴部２及び閉鎖側の底部４を有して有底の試験管状に形成されている。胴部２の平均厚さは、ネック部３の平均厚さの２倍以上に設定される（厚く形成される）のが望ましい。また、底部４の平均厚さは、胴部２の平均厚さの１/２（より好ましくは１/３）以下に設定される（薄く形成される）のが望ましい。例えば、胴部３の平均厚さは２．０ｍｍ～７．０ｍｍ（好ましくは２．５ｍｍ～５．０ｍｍ）、底部４の平均厚は０．５ｍｍ～２．５ｍｍ（好ましくは０．８ｍｍ～１．５ｍｍ）に設定されても良い。プリフォーム１は、ブロー成形されることにより完成容器１１１（図１参照）になる。なお、上述の通り、以下では、プリフォーム１の中空形状胴部２の内周面２ａ及びその近傍部分を内側スキン層（又は表面層）、外周面２ｂ及びその近傍部分を外側スキン層、内外スキン層に挟まれた中間部分を内部層（又はコア層）と呼称する。
次に、図３に、本発明の生分解性樹脂製容器の製造方法に適用する射出成形部１０を示す。生分解性樹脂材料の一例としては、ポリブチレンサクシネート（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｓｕｃｃｉｎａｔｅ：ＰＢＳ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ：ＰＨＡ、例えばポリヒドロキシブチレート（Ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙｂｕｔｙｒａｔｅ）等）、ポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃａｃｉｄまたはｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ：ＰＬＡ）、等を成分として含む生分解性プラスチックが利用できる。バイオＰＢＳ（例えば三菱ケミカル社製のＢｉＯＰＢＳ（登録商標））は、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）を成分として含み、自然界の土中の微生物の力で水と二酸化炭素に自然に分解される性質を有し、一般的な生分解性樹脂の中では高い耐熱性を持ち、繊維などの相溶性も高いという特徴を有する。勿論、上記材料以外に種種の他の生分解性樹脂材料を使用し得る。射出成形部１０の金型構造は、射出コア型１００と射出キャビティ型１２の射出キャビティ型本体１１２とリップ型１１５とを含む。
同図において、リップ型１１５は、図において左右方向に型開き可能な一対の割型１１５ａ及び１１５ｂを有し、プリフォーム２のリップ部３の外壁を規定するキャビティ面１１５ｃを有する。また、射出キャビティ型本体１１２は、プリフォーム１の胴部２の外周面２ｂ（図２参照）を規定するキャビティ面１１２ａと、下端部の溶融樹脂充填用ゲート１１２ｂと、内部の冷却通路１１２ｃとを有する。これにより、射出コア型１００のコアピン１０１の外周面１０１ａとキャビティ型１１２のキャビティ面１１２ａおよびリップ型のキャビティ面１１５ｃとで形成される空間に、溶融状態（融点又はそれ以上の温度（溶融温度）の状態、例えばバイオＰＢＳの場合は１１５°Ｃ以上（例えば約１１５°Ｃ～１８０°Ｃ）であり、他の生分解性樹脂材料なら１００°Ｃ以上（例えば１００～２３０°Ｃ）でもよい）で射出された生分解性樹脂は、射出コア型１００と射出キャビティ型１２（または射出キャビティ型本体１１２）の冷却機構により後述する所望温度まで胴部２および底部４の内外スキン層が冷却されてプリフォーム１が成形される。
上述した射出成形部１０の金型構造自体は公知のものであるが、本発明においては、後述する如く、射出成形用の各金型１００、１１２及び１１５の温度が生分解性樹脂からなる物品（カップ形状やボトル形状の容器）を押出ブロー成形、射出成形または射出ブロー成形する場合の通常の場合の設定温度よりも低い４０°Ｃ以下に保たれている。
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）に、射出コア型１００側の冷却構造の一例を示す。同図中、射出コア型１００のコアピン１０１内部の軸方向に中空部１０２が形成され、この中空部１０２の内径よりも小さい外径を有する冷却パイプ１１０が挿入されている。こうして、冷却パイプ１１０の管内部に内水路１１０ａが形成され、管外部に外水路１１０ｂが形成されて、内水路１１０ａから外水路１１０ｂへ、図示矢印の方向に冷水を流すことにより、コアピン１０１が上述の如く４０°Ｃ以下、好ましくは１５～２０°Ｃになるように冷却される。また、射出キャビティ型本体１１２側においても、冷却通路１１２ｃに冷水が流されて、４０°Ｃ以下、好ましくは１５～２０°Ｃになるように冷却される。
ここで、従来の射出成形部１０では、生分解性樹脂以外の通常樹脂材料、例えばポリエチレンテレフタレートが使用される場合、射出成形金型の温度は１０°Ｃ程度の低温に設定される。従って、射出成形工程終了時のプリフォームの胴部２の厚さ方向の内外スキン層を十分に冷却して固化させることができ、しかも胴部２の内部層は所定の溶融温度（例えば２７０°Ｃ）以下かつブロー適温以上またはその近傍（例えば１４０°Ｃ）に設定させることができる。よって、ブロー成形に必要な熱量を確保しつつも射出成形金型から容易に離型させることができる。また、この樹脂の場合、ブロー成形に適したプリフォームの温度は１００～１２０°Ｃ程度であるため、温調工程でプリフォームの偏温解消や均温化に要する処理を行いつつ若干温度を低下させている（熱量を減少させている）。
しかしながら、種種の実験によれば、生分解性樹脂材料はこのような通常樹脂材料とは性質が大きく異なり、ブロー成形で必要な熱量をプリフォーム１に確保しようとすると、内部層が生分解性樹脂の融点又はそれ以上の温度（溶融温度）で、かつ、内外スキン層が生分解性樹脂材料の融点又は融点近傍の温度（例えば１００°Ｃ～１８０°Ｃ、好ましくは１１０°Ｃ～１８０°Ｃ、より好ましくは１１０°Ｃ～１４０°）もしくは後続のブロー成形工程のやり易さを考慮して内外スキン層の表面を溶融させて厚さを薄くするべく融点又はそれ以上の温度（例えば１００°Ｃ～２３０°Ｃ、好ましくは１１０°Ｃ～２３０°Ｃ、より好ましくは１１０°Ｃ～１８０°）の条件で、プリフォーム１を射出成形金型から離型させる必要があることが判明した。なお、融点近傍とは融点以下の温度を示し、例えば、融点－１５°Ｃ以内（好ましくは融点－１０°Ｃ以内、更に好ましくは融点－７°Ｃ以内）の温度である。従って、整理すると、本明細書では、内部層は融点又はそれ以上の温度（溶融温度）に加熱され、また内外スキン層は融点又は融点近傍の温度（例えば１００°Ｃ～１８０°Ｃ）に加熱され、しかも場合によっては内外スキン層は融点又はそれ以上の温度（例えば１００°Ｃ～２３０°Ｃ）に加熱される。よって、射出成形型の温度を７０°Ｃ程度に高温に設定してプリフォーム１を成形したところ、胴部２が該金型（具体的には射出コア型１１や射出キャビティ型１２）に対して粘着的に貼り付く傾向となって良好に離型できないことが、確認された。例えば、射出コア型１１を上昇させて射出コア型１１からプリフォーム１を離型させる際、胴部２と射出コア型１１の密着が解消されないため、胴部２の巻き上がり変形（連れ上がり変形）が多発した（一方、ネック部３は胴部２と比べて薄肉であるため金型からの冷却効果を受けやすく、この条件下でも固化した）。
しかるに、本発明の生分解性樹脂製容器の製造方法では、上記の実験結果を踏まえ、射出コア型１００及び射出キャビティ型本体１１２が共に温度管理された冷水（チラー水）により４０°Ｃ以下、好ましくは１５～２０°Ｃに冷却されている（低温に設定されている）。従って、各金型１００、１１２及び１１５が形成する空間に充填され溶融状態にある生分解性樹脂製のプリフォーム１は、金型１００及び１１２との熱伝導により、胴部２の内外スキン層が溶融状態の例えば１１０°Ｃ～１８０°Ｃ程度から例えば５０～９０°Ｃ（より好ましくは８０～９０°Ｃ）程度まで急速に冷却されて胴部２の内外スキン層の厚さが一時的に大きくなる。これにより、プリフォーム１（より具体的には胴部２）は射出成形部１０の金型、即ち、射出コア型１００と射出キャビティ型本体１１２に対して粘着的に貼り付くことなく良好に離型されしかも巻き上がり変形も抑止されることが確認できた。なお、プリフォーム１は、射出成形工程にて胴部２の内外スキン層が白色（不透明の状態）を呈するまで冷却させて固化させるのが望ましい。さらに、プリフォーム１の底部４の平均厚さを胴部２の平均厚さの１/２以下に設定して（薄肉に形成して）底部４（特に溶融樹脂充填用ゲート１１２ｂ近傍の底部４の中央部分）の冷却効果を高め、底部４の内外スキン層は胴部２の内外スキン層より厚くなるように固化させても構わない。この場合、底部４の内外スキン層も白色を呈するまで冷却させて固化させるのが望ましい。
次に、射出成形部１０で射出成形・冷却されてある程度固まったプリフォーム１は、ネック型５０に保持されたまま回転盤６０と共に上方に持ち上げられて射出キャビティ型本体１１２から引き抜かれ、図１に示すように、回転盤が反時計回りに９０度回転することにより温度調整部２０に搬送される。
温度調整部２０は、射出成形部１０の隣に配置されており、図５に示すように、上方の加熱ロッド型２２１及び下方の加熱ポット型２２６を備えている。加熱ロッド型２２１はプリフォーム１の胴部２（中空部）に挿入されてプリフォーム１の少なくとも胴部２を内側から加熱する工程（内側加熱工程）を担い、加熱ポット型２２６はプリフォーム１を収容してプリフォーム１の少なくとも胴部２を外側から加熱する工程（外方加熱工程）を担う。なお、必要に応じ、内方加熱工程および外方加熱工程は、底部４の内周面および外周面を加熱しても良い（例えば、射出成形工程で底部４の内外スキン層が固化し過ぎた場合や、賦形性を考慮して延伸ロッドが実質的に接触しない底部４の内外面を加熱したい場合、等）。
加熱ロッド型２２１は、中央に配されるロッド状の第一のヒーター２２２（実際には加熱ポット型２２６に相対する図中下方半分部分のみがヒーター部分）と、これを嵌合固定するスリーブ２２３と、該スリーブ２２３に嵌着された加熱コアスリーブ２２４とを備える。加熱ロッド型２２１はコアハウジング２２５内に収納されて係止部材（止めねじ）２３４により固定される。この加熱ロッド型２２１はコアハウジング２２５を介して昇降駆動される。加熱ポット型２２６は、断熱材２２７を介して積重した例えば３個の横断面リング形状のポット型２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃがハウジング２２８内に収納されて、上下の固定板２２９及び２３０間で固定部材（ボルト等）２３１により締め付け固定されている。加熱ポット型２２６は、キャビティ２２６ｄを有し、且つその外周を覆って設けたバンド状の第二のヒーター２３２を備える。なお、２３３は、第二のヒーター２３２を巻締め固定する第二のヒーター固定部材である。加熱ポット型２２６は、固定板２３０を介して昇降駆動される。
加熱ロッド型２２１は、中央に配されるロッド状の第一のヒーター２２２（実際には加熱ポット型２２６に相対する図中下方半分部分のみがヒーター部分）と、これを嵌合固定するスリーブ２２３と、該スリーブ２２３に嵌着された加熱コアスリーブ２２４とを備える。加熱ロッド型２２１はコアハウジング２２５内に収納されて係止部材（止めねじ）２３４により固定される。この加熱ロッド型２２１はコアハウジング２２５を介して昇降駆動される。加熱ポット型２２６は、断熱材２２７を介して積重した例えば３個の横断面リング形状のポット型２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃがハウジング２２８内に収納されて、上下の固定板２２９及び２３０間で固定部材（ボルト等）２３１により締め付け固定されている。加熱ポット型２２６は、キャビティ２２６ｄを有し、且つその外周を覆って設けたバンド状の第二のヒーター２３２を備える。なお、２３３は、第二のヒーター２３２を巻締め固定する第二のヒーター固定部材である。加熱ポット型２２６は、固定板２３０を介して昇降駆動される。
次に、生分解性樹脂材料から成形されたプリフォーム１を扱う温度調整部２０の動作について説明する。図５に示す如く、射出成形部１０から温度調整２０部に搬送され、ネック型５０によりネック部３が把持されて静止したプリフォーム１に対して、加熱ポット型２２６が上昇してキャビティ２２６ｄ内にプリフォーム１を収容し、加熱ロッド型２２１が下降してプリフォーム１内に挿入される。このとき、ネック型５０が、加熱ポット型２２６上に取り付けられた芯出しリング２６０に対して芯出しされる。また、プリフォーム１の内周面２ａ（図２参照）及び加熱コアスリーブ２５の外周面との間、及びプリフォーム１の外周面２ｂ（図２参照）及び加熱ポット型２６のキャビティ２６ｄの内周面との間に夫々、適宜寸法の隙間が形成される。ここで、射出成形部１０から移送されてきたプリフォーム１が、従来の通常樹脂材料であれば、この温調工程で、一般にプリフォームの胴部２の内外スキン層が冷却または所定温度に維持されるよう温度調整されていた。しかしながら、種種の実験により、生分解性樹脂から成形されたプリフォーム１の胴部２の内外スキン層を温調工程で通常樹脂の場合と同様に処理しても冷却した固化状態が解消されず、後続のブロー成形工程での延伸ロッドによる伸長時にプリフォームが引きち切れて容器に成形できないことが確認された。
従って、本発明では、温度調整部２０へ移送されてきた、生分解性樹脂製のプリフォーム１は、図５に示す如く、プリフォーム１内部に加熱ロッド型２２１が配置され、またプリフォーム１外部に加熱ポット型２２６が配置される。この時点では、生分解性樹脂材料のプリフォーム１の胴部２のa厚さ方向の内部層は溶融したままで融点以上の温度（溶融温度）であるが、胴部２の厚さ方向の内外スキン層は、上述の如く前工程の射出成形部１０の低温の金型１１及び１１２により冷却されて例えば５０～９０°Ｃ（より好ましくは８０～９０°Ｃ）程度になって白色（不透明の状態）を呈している。この内外スキン層が低温状態である生分解性樹脂製プリフォーム１をそのままブロー成形工程へ送ると上述の如くプリフォーム１が引きち切れるおそれがある。しかるに、本発明では、温調工程の第一のヒーター２２２及び第二のヒーター２３２が電気的に例えば２４５°Ｃ程度の高温に加熱されている。従って、ヒーター２２２及び２２３の熱がヒータースリーブ２２３及び加熱ポット型２２６を介してプリフォーム１へ短時間で伝達されて、プリフォーム１の胴部２の内外スキン層を上記隙間を介して輻射的に加熱せしめる。これにより、プリフォーム１の胴部２の内外スキン層の温度は上記５０～９０°Ｃ（より好ましくは８０～９０°Ｃ）程度から溶融状態である内部層に近い温度、具体的には、生分解性樹脂材料の融点又は融点近傍の温度（例えば１１０°Ｃ～１４０°Ｃ）、もしくは、融点又はそれ以上の温度（例えば１１０°Ｃ～１８０°Ｃ）まで加熱させる。これにより、プリフォーム１の胴部２を白色（不透明の状態）から透明性を備えた状態（射出成形工程の離型時よりも透明性が高まった状態、透明性が高まった状態では黄色みを帯びていても良い）へと変化させて、内外スキン層の温度を上昇させて射出成形工程で形成された内外スキン層の厚さを薄くし、高い固化状態（硬化状態）を解消して軟化状態にさせる。同時に、内部層に加えて内外スキン層をブロー適温である生分解性樹脂材料の融点又は融点近傍の温度、もしくは、融点又はそれ以上の温度に設定させる（ドローダウン直前の高温状態にさせる）。
続いて、このプリフォーム１はネック型５０により、プロー成形部３０へ移送されて一対の割型から構成されるブロー型３１に収容された後、延伸ロッドおよび所定圧の圧縮エア（例えば０．３ＭＰａ～２．０ＭＰａ）によりブロー成形される。このときプリフォーム１は胴部２の内部層及び内外スキン層共にほぼ溶融状態なので、生分解性樹脂であるに拘わらず、プリフォーム１にクラックが入ったり延伸ロッドによる伸長時にプリフォーム１が引きち切れることなく良好にブロー延伸成形され、生分解性樹脂製容器が良好に製造できる。また、プリフォーム１の底部４の平均厚さを胴部２の平均厚さの１/２以下に設定し射出成形工程で底部４を十分に固化させた場合は、プリフォーム１の伸長時、延伸ロッドによる底部４の突き破り（穿孔）を確実に抑止できる。さらに、延伸ロッドがプリフォーム１と接触する前に低圧（例えば０．３ＭＰａ～０．５ＭＰａ）の一次エアを遅い流速（例えば２００Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）以下）でプリフォーム１に導入してプリフォーム１をゆっくりかつ若干膨らませた後、延伸ロッドによる伸長と高圧の二次エア（例えば０．６ＭＰａ～３．５ＭＰａ）の導入を行い、プリフォーム１を容器１１１になるようにブロー成形させても良い。これにより、プリフォーム１がブロー成形される際に生じ易い破裂不良が低減できる。
上記実施形態においては、第一のヒーター２２２及び第二のヒーター２３２は共に、電気的加熱されるが、これに限らず、ガス燃焼加熱の温度が伝達されるものでもよい。なお、射出成形部１０から温度調整部２０にプリフォーム１が移送される際、放冷により胴部２の外周面２ｂが内周面２ａよりもより強く冷却され、外側のスキン層が内側のスキン層よりも厚く固化してしまう傾向がある。そのため、温調工程では、外方加熱工程の処理時間（加熱時間）を内方加熱工程の処理時間より長くさせるのが望ましい。例えば、外方加熱工程の処理時間を８～２０秒、内方加熱工程の処理時間を４～６秒とし、外方加熱工程の時間を内容加熱工程の時間の２倍以上をさせるのが望ましい。もしくは、外方加熱工程と内方加熱工程の処理時間を略同一にし、外方加熱工程の加熱強度（第二のヒーターの出力）を内方加熱工程の加熱強度（第一のヒーターの出力）より高めても良い。
さらに、射出成形部１０で低温にした生分解性プラスチックからなるプリフォーム１の内外スキン層を、温度調整部２０を高温にさせることで、生分解性容器を良好に製造可能にしている。よって、温度調整部を備えたホットパリソン式ブロー成形装置７０（温調工程を備えたホットパリソン式ブロー成形法）でのみ、本発明は好適に実施できる。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
例えば、高い生分解性を有する合成樹脂（生分解性プラスチック）の代わりに、生分解性の能力は低いものの環境負荷が小さい合成樹脂（バイオマスプラスチック）を用いても構わない。バイオマスプラスチックとしては、バイオマス由来のポリエチレン（バイオポリエチレン：バイオＰＥ、Ｂｉо－Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）等が利用できる。バイオポリエチレン製プリフォームのブロー適温も融点近傍（例えば１２０℃から１４０℃）であるため、上述した射出成形工程と温調工程が有効である。つまり本発明では、材料がバイオプラスチック（生分解性プラスチックとバイオマスプラスチックの総称）であっても、上述の製造方法（射出成形工程や温調工程）を実施することで、射出成形工程でバイオプラスチック製のプリフォームを射出成形型から良好に離型させ、且つブロー成形工程でプリフォームの引きちぎれ等を抑止して、バイオプラスチック製の容器を良好に製造（ブロー成形）することができる。
加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１・・・プリフォーム
２・・・プリフォーム胴部
２ａ・・・内周面
２ｂ・・・外周面
３・・・ネック部
４・・・底部
１０・・・射出成形部
１１・・・射出コア型
１２・・・射出キャビティ型
２０・・・温度調整部
３０・・・ブロー成形部
３１・・・ブロー型
４０・・・取出し部
５０・・・ネック型
７０・・・ブロー成形装置
１００・・・射出コア型
１０１・・・コアピン
１０１ａ・・・コアピン外周面
１０２・・・中空部
１１０・・・冷却パイプ
１１０ａ・・・内水路
１１０ｂ・・・外水路
１１１・・・完成容器
１１２・・・射出キャビティ型本体
１１２ａ・・・キャビティ面
１１２ｂ・・・溶融樹脂充填用ゲート
１１２ｃ・・・冷却通路
１１５・・・リップ型
１１５ａ、１１５ｂ・・・割型
１１５ｃ・・・キャビティ面
２２１・・・加熱ロッド型
２２２・・・第一のヒーター
２２３・・・スリーブ
２２４・・・加熱コアスリーブ
２２５・・・コアハウジング
２２６（２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃ）・・・加熱ポット型
２２６ｄ・・・ポットキャビティ
２２７・・・断熱材
２２８・・・ハウジング
２２９、２３０・・・固定板
２３１・・・固定部材
２３２・・・第二のヒーター
２３３・・・ポットヒーター固定部材
２３４・・・係止部材
２・・・プリフォーム胴部
２ａ・・・内周面
２ｂ・・・外周面
３・・・ネック部
４・・・底部
１０・・・射出成形部
１１・・・射出コア型
１２・・・射出キャビティ型
２０・・・温度調整部
３０・・・ブロー成形部
３１・・・ブロー型
４０・・・取出し部
５０・・・ネック型
７０・・・ブロー成形装置
１００・・・射出コア型
１０１・・・コアピン
１０１ａ・・・コアピン外周面
１０２・・・中空部
１１０・・・冷却パイプ
１１０ａ・・・内水路
１１０ｂ・・・外水路
１１１・・・完成容器
１１２・・・射出キャビティ型本体
１１２ａ・・・キャビティ面
１１２ｂ・・・溶融樹脂充填用ゲート
１１２ｃ・・・冷却通路
１１５・・・リップ型
１１５ａ、１１５ｂ・・・割型
１１５ｃ・・・キャビティ面
２２１・・・加熱ロッド型
２２２・・・第一のヒーター
２２３・・・スリーブ
２２４・・・加熱コアスリーブ
２２５・・・コアハウジング
２２６（２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃ）・・・加熱ポット型
２２６ｄ・・・ポットキャビティ
２２７・・・断熱材
２２８・・・ハウジング
２２９、２３０・・・固定板
２３１・・・固定部材
２３２・・・第二のヒーター
２３３・・・ポットヒーター固定部材
２３４・・・係止部材
Claims (11)
- 射出成形型にて生分解性樹脂製のプリフォーム（１）を射出成形する射出成形工程と、該プリフォーム（１）を温調型にて温度調整する温調工程と、温調後の該プリフォーム（１）をブロー型にてブロー成形して容器を製造するブロー成形工程とを少なくとも有する生分解性樹脂製容器の製造方法において、前記射出成形型の温度を４０°Ｃ以下に設定する、製造方法。
- 請求項１に記載の製造方法において、前記射出成形型の温度を１５°Ｃ～２０°Ｃに設定する、製造方法。
- 射出成形型にて生分解性樹脂製のプリフォーム（１）を射出成形する射出成形工程と、該プリフォーム（１）を温調型にて温度調整する温調工程と、温調後の該プリフォーム（１）をブロー型にてブロー成形して容器を製造するブロー成形工程とを少なくとも有する生分解性樹脂製容器の製造方法において、前記温調工程にてプリフォームの内外スキン層の温度を生分解性樹脂の融点又は融点近傍の加熱温度まで加熱する、製造方法。
- 請求項３に記載の製造方法において、前記加熱温度は１００°Ｃ～１８０°Ｃである、製造方法。
- 請求項１に記載の製造方法において、前記温調工程にて前記プリフォームの内外スキン層の温度を生分解性樹脂の融点又はそれ以上の加熱温度まで加熱する、製造方法。
- 請求項５に記載の製造方法において、前記射出成形工程の温度を１５°Ｃ～２０°Ｃとする、製造方法。
- 請求項５又は６に記載の製造方法において、前記加熱温度は１００°Ｃ～２３０°Ｃである、製造方法。
- 請求項１乃至７の何れかに記載の製造方法において、前記生分解性樹脂はポリブチレンサクシネートを成分として含む合成樹脂である、製造方法。
- 請求項１乃至７の何れかに記載の製造方法において、前記射出成形工程では該プリフォームの前記内外スキン層が不透明の状態になるまで固化させ、前記温調工程で該プリフォームの前記内外スキン層が透明性を備えるまで加熱させる、製造方法。
- 請求項１乃至７の何れかに記載の製造方法において、前記温調工程は、該プリフォームの少なくとも胴部を内側から加熱する内方加熱工程と、該プリフォームの少なくとも胴部を外側から加熱する外方加熱工程と、を備え、前記外方加熱工程の処理時間が前記内方加熱工程の処理時間より長い、製造方法。
- 請求項１乃至１０の何れかに記載の製造方法を適用した生分解性樹脂製容器の製造装置。
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- 2020-08-07 CN CN202080062850.8A patent/CN114340871B/zh active Active
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