JP2015199012A - プリフォームコーティング装置、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

Abstract

【課題】プラスチックボトル用のプリフォームの外周面に塗布されるコーティング液の膜厚を薄く均一にすることで、プリフォーム又はプラスチックボトルの不良品の発生を低減する。
【解決手段】本発明は、中心軸１１１回りに回転する円柱形状の転写ローラ１１と、転写ローラ１１の外周面にコーティング液を所定の厚みで塗布する塗布装置とを備え、転写ローラ１１の外周面がプリフォーム１の外周面に回転接触することによって、コーティング液が転写ローラ１１の外周面からプリフォーム１の外周面に転写される、プリフォームコーティング装置１０を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラスチックボトル用のプリフォームをコーティング液でコーティングするためのプリフォームコーティング装置、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する。

今日、ポリエチレンテレフタレート製のプラスチック容器（ペットボトル）等のプラスチックボトルが飲料又は食料を収容するのに広く使用されている。プラスチックボトルは、試験管状のプリフォームを延伸ブロー成形で膨らませることによって成形される。

特許文献１に開示されるように、酸素及び二酸化炭素のようなガスがプラスチックボトルの内外に透過することを低減すべく、プリフォームの外周面にバリアコーティングを形成することが知られている。バリアコーティングの形成は、コーティング液をプリフォームの外周面に塗布し、プリフォームの外周面を乾燥させることによって行われる。

特開２０１２−２５０７７１号公報

しかしながら、コーティング液の塗布は、典型的には、図６に示されるように、プリフォームをコーティング液に鉛直方向に浸漬することによって行われる。この場合、プリフォームの外周面において、重力によってコーティング液の膜厚が鉛直方向下向きに向かって次第に厚くなる。

このため、ガスの透過を低減するバリア性能がプリフォームひいてはプラスチックボトルの外周面において不均一になる。また、膜厚が不均一な状態でコーティング液を完全に乾燥させようとすると、膜厚が薄い部分が過剰に加熱されて白化することがある。特に、プリフォームをコーティング液に鉛直方向に浸漬すると、プリフォームの底部にもコーティング液が塗布されるので、コーティング液の乾燥時間が長くなる。このため、膜厚が厚い底部のコーティング液を乾燥させようとすると、膜厚が薄いプリフォームの円筒状胴部が、過剰に加熱されることになり、白化する傾向にある。これらの白化したプリフォーム又はプラスチックボトルは、最終的な検査工程において不良品と見なされて使用不可能であることが多い。また、プラスチックボトルをブロー成型する際、プリフォームが白化していると、ブロー工程において延伸不良となり、所定の大きさのプラスチックボトルができなかったり、割れてしまったりすることがある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、プラスチックボトル用のプリフォームの外周面に塗布されるコーティング液の膜厚を薄く均一にすることで、プリフォーム又はプラスチックボトルの不良品の発生を低減することを目的とする。

本発明の第１態様では、中心軸回りに回転する円柱形状の転写ローラと、転写ローラの外周面にスロットからコーティング液を所定の厚みで塗布する塗布装置と、を備え、転写ローラの外周面がプリフォームの外周面に回転接触することによって、コーティング液が転写ローラの外周面からプリフォームの外周面に転写される、プリフォームコーティング装置が提供される。

本発明の第１態様では、塗布装置が、スロットが形成され且つ転写ローラの外周面にスロットからコーティング液を吐出するように構成されたダイコータであることが好ましい。

本発明の第１態様では、プリフォームコーティング装置が、さらに、プリフォームを搬送する搬送装置を備え、プリフォームの搬送経路が、転写ローラの外周面に沿った略円弧状の経路を含むことが好ましい。

本発明の第１態様では、コーティング液が転写ローラの外周面からプリフォームの円筒状胴部のみに転写されることが好ましい。

本発明の第１態様では、プリフォームコーティング装置が、さらに、プリフォームの外周面に転写されなかったコーティング液を転写ローラの外周面から掻き取るように構成されたスクレーパを備えることが好ましい。

本発明の第１態様では、プリフォームコーティング装置が、さらに、スクレーパで掻き取られたコーティング液を回収する液回収タンクと、回収されたコーティング液を脱泡する脱泡装置とを備えることが好ましい。

本発明の第２態様では、中心軸回りに回転する円柱形状の転写ローラの外周面に塗布装置でコーティング液を所定の厚みで塗布するステップと、プリフォームを転写ローラの外周面上に搬送し、転写ローラの外周面からプリフォームの外周面にコーティング液を転写するステップと、プリフォームの外周面を乾燥させるステップとを含む、プリフォームの製造方法が提供される。

本発明の第２態様では、コーティング液が転写ローラの外周面からプリフォームの円筒状胴部のみに転写されることが好ましい。

本発明の第２態様では、プリフォームが転写ローラの外周面上に連続的に搬送されることが好ましい。

本発明の第２態様では、プリフォームの外周面に転写されなかったコーティング液が、回収され、脱泡されて、再び転写ローラの外周面に塗布装置で塗布されることが好ましい。

本発明の第２態様では、コーティング液がの粘度が１００ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

本発明の第３態様では、本発明の第２態様によって製造されたプリフォームを延伸ブロー成形することを含む、プラスチックボトルの製造方法が提供される。

本発明によれば、プラスチックボトル用のプリフォームの外周面に塗布されるコーティング液の膜厚を薄く均一にすることができ、ひいてはプリフォーム又はプラスチックボトルの不良品の発生を低減することができる。

図１は、プラスチックボトル用のプリフォームを示す。 図２（ａ）〜（ｄ）は、プリフォームからプラスチックボトルを成形するための延伸ブロー成形法を示す。 図３は、プリフォームから成形されたプラスチックボトルを示す。 図４は、本発明の実施形態に係るプリフォームコーティング装置の概略図である。 図５は、ダイコータの概略斜視図である。 図６は、プリフォームにコーティング液を塗布する従来の方法を示す。 図７は、転写ローラの外周面にコーティング液を供給する別の方法を示す。 図８は、図７のプリフォームコーティング装置において、余分なコーティング液をブレードで液浸漬タンクに落としている状態を示す。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、これら実施形態は、本発明を限定するものではない。また、上記実施形態の構成要素には、当業者が置換可能且つ置換容易なもの、及び実質的に同一のものが含まれる。

最初に、図１〜図３を参照して、プラスチックボトルを成形する方法について説明する。なお、本明細書において、プラスチックボトルとは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレン（ＰＥ）のようなプラスチックから成るボトルを意味し、ＰＥＴボトルに限定されない。

図１は、プラスチックボトル用のプリフォーム１を示す。プリフォーム１はインジェクション（射出）成形法又はＰＣＭ（プリフォームコンプレッションモールディング）成形法によって樹脂から成形される。プリフォーム１は、プラスチックボトルのキャップと嵌合する口部１ａと、口部１ａと隣接する円筒状胴部１ｂと、円筒状胴部１ｂの一方の端部を閉塞する底部１ｃとから成り、試験管のような形状を有する。口部１ａの外周面には、キャップの雌ネジと螺合する雄ネジが形成される。プリフォーム１の口部１ａ側の端部は開いている。

プリフォーム１の成形後、プリフォーム１の外周面にはバリアコーティングが形成される。バリアコーティングの形成は、コーティング液をプリフォーム１の外周面に塗布し、プリフォーム１の外周面を乾燥させることによって行われる。このことによって、酸素及び二酸化炭素のようなガスが、プリフォーム１から成形されたプラスチックボトルの内外に透過することを低減し、収容された飲料等の保存寿命を延ばすことができる。また、プラスチックボトルの引掻耐性、防湿性等も向上させることができる。

プラスチックボトルは延伸ブロー成形によってプリフォーム１から成形される。図２（ａ）〜（ｄ）は、プリフォーム１からプラスチックボトル３を成形するための延伸ブロー成形法を示す。

最初に、図２（ａ）に示されるように、プリフォーム１がヒータ４０で加熱される。次いで、図２（ｂ）に示されるように、プリフォーム１が金型２に挿入され、金型２が閉じられる。次いで、図２（ｃ）に示されるように、プリフォーム１が延伸ロッド（図示せず）で縦方向に延伸され且つ加圧空気で横方向に延伸される。次いで、図２（ｄ）に示されるように、プリフォーム１が所望の形状まで膨らむと、冷却空気でプラスチックボトル３の内面が冷却され、最終的に、プラスチックボトル３が金型２から取り出される。図３は、プリフォーム１から成形されたプラスチックボトル３を示す。

以下、図４及び図５を参照して、本発明の実施形態に係るプリフォームコーティング装置について説明する。

図４は、本発明の実施形態に係るプリフォームコーティング装置１０の概略図である。プリフォームコーティング装置１０はプリフォーム１の外周面にコーティング液を塗布する。プリフォームコーティング装置１０は、転写ローラ１１と、転写ローラ１１の外周面上にプリフォーム１を搬送する搬送装置１２と、転写ローラ１１の外周面にコーティング液を吐出するダイコータ１３と、ダイコータ１３に供給するコーティング液を収容する液収容タンク１４と、液収容タンク１４からダイコータ１３にコーティング液を供給するポンプ１５とを備える。

転写ローラ１１は、円柱形状を有し、その中心軸１１１回りに回転する。転写ローラ１１の回転は、中心軸１１１に連結されたハンドルを手で回すことによって、又はモータ等で転写ローラ１１を中心軸１１１回りに回転させることによって行われる。

プリフォーム１の搬送経路が図４において矢印で示される。搬送装置１２によるプリフォーム１の搬送経路は、転写ローラ１１の外周面に沿った略円弧状の経路を含む。プリフォーム１が搬送装置１２によって転写ローラ１１の外周面上に搬送されると、プリフォーム１の外周面は、転写ローラ１１の外周面に沿った略円弧状の経路に沿って、コーティング液が塗布された転写ローラ１１の外周面に連続的に回転接触する。このことによって、プリフォーム１を移動させながらコーティング液を転写ローラ１１の外周面からプリフォーム１の外周面に転写することができる。コーティング液がプリフォーム１の全周に亘って転写されるように、プリフォーム１に接触する部分の転写ローラ１１の周方向長さはプリフォーム１の周方向長さ以上である。この例では、プリフォーム１の外周面は転写ローラ１１の略半周に亘って転写ローラ１１の外周面に回転接触する。なお、転写ローラ１１上のプリフォーム１の搬送経路は、プリフォーム１が転写ローラ１１に連続的に回転接触することができれば、転写ローラ１１の外周面に沿った略円弧状以外の経路であってもよい。

搬送装置１２はプリフォーム１を回転自在に固定することができる。図４の矢印で示されるように、プリフォーム１は搬送装置１２によって一つずつ転写ローラ１１の外周面上に搬送される。また、複数のプリフォーム１が、一定の間隔で搬送装置１２に回転自在に固定され、搬送装置１２によって転写ローラ１１の外周面上に連続的に搬送されてもよい。さらに、プリフォーム１を一つずつ手作業で転写ローラ１１の外周面に沿って回転移動させてもよい。

ダイコータ１３は、その先端が転写ローラ１１の外周面に隣接し又は近接するように配設される。図５は、ダイコータ１３の概略斜視図である。図５に示されるように、ダイコータ１３には細長のスロット１３１が形成され、細長のスロット１３１から転写ローラ１１の外周面にコーティング液が面状に吐出される。なお、プリフォームコーティング装置１０は、ダイコータ１３の代わりに、転写ローラ１１の外周面にコーディング液を所定の厚みで塗布するように構成された他の塗布装置を備えてもよい。

転写ローラ１１の外周面にコーティング液を供給する方法として、別の方法も考えられる。例えば、図７に示されるように、コーティング液が注入された液浸漬タンク３１を転写ローラ１１の下に配設して、転写ローラ１１をコーティング液に直接浸漬させてもよい。この場合、ハンドル３２等によって転写ローラ１１を回転させると、転写ローラ１１の外周面にコーティング液が付着し、その後、転写ローラ１１の外周面がプリフォーム１の外周面に回転接触すると、コーティング液が転写ローラ１１の外周面からプリフォーム１の外周面に転写される。

しかしながら、この方法では、図８に示されるように、転写ローラ１１の外周面に供給されたコーティング液の膜厚を一定にするために余分なコーティング液をブレード３３で液浸漬タンク３１に落とすとき、コーティング液が、空気を巻き込み、液浸漬タンク３１内で泡立つことがある。この場合、泡５０が混入したコーティング液が液浸漬タンク３１から転写ローラ１１の外周面に供給されてプリフォーム１の外周面に転写されるので、プリフォーム１の外周面においてコーティング液の膜厚が不均一になる。この問題は、特に高粘度のコーティング液を使用するとき、泡がコーティング液から除去されにくいので、発生しやすい。

一方、本実施形態では、常にダイコータ１３の細長のスロット１３１から最小限のコーティング液が所定の膜厚になるように直接転写ローラ１１の外周面に吐出されるので、コーティング液の泡立ちが生じにくい。したがって、プリフォーム１の外周面に塗布されるコーティング液の膜厚を薄く均一にすることができ、ひいてはプリフォーム１又はプラスチックボトルの不良品の発生を低減することができる。

図４に示されるように、ダイコータ１３は第１ホース１６を介してポンプ１５に連結され、ポンプ１５は第２ホース１７を介して液収容タンク１４に連結される。コーティング液の泡立ちをより一層低減するために、ポンプ１５は無脈動ポンプであることが好ましい。液収容タンク１４には、コーティング処理の開始前に所望のコーティング液が注入される。また、後述するように、プリフォーム１の外周面に転写されなかったコーティング液が液収容タンク１４に戻されて再利用される。液収容タンク１４内のコーティング液の量が所定の量よりも少なくなると、コーティング液が液収容タンク１４に補充される。

一般的に、プリフォーム１の口部１ａ及び底部１ｃはコーティング無しでもガスの透過性が十分に低い。また、底部１ｃは他の部分に比べて擦れやすいので、底部１ｃにコーティングが形成されると、底部１ｃのコーティングにクラックが生じるおそれがある。

コーティング液として、例えば、ガスバリア性を有するポリビニルアルコール（ＰＶＡ）溶液と、それを保護する非水溶性のコーティング剤とを使用し、プリフォーム１の外周面に最初にＰＶＡコーティングを形成し、その後、保護コーティングでＰＶＡコーティングを覆うことが多い。この場合、ＰＶＡが親水性であるため、底部１ｃの保護コーティングにクラックが生じると、露出したＰＶＡコーティングが水に再溶解してしまうという問題が起こりうる。

したがって、コーティング液は転写ローラ１１の外周面からプリフォーム１の円筒状胴部１ｂのみに転写されることが好ましい。このことによって、プリフォーム１に塗布されたコーティング液の乾燥時間を短くすることもできる。また、円筒状胴部１ｂは、単純な円筒形状を有するので、転写ローラ１１によるコーティング液の塗布が他の部分よりも容易である。

図４に示されるように、プリフォームコーティング装置１０は、さらに、転写ローラ１１から落下するコーティング液を受け取る液受けタンク１８と、プリフォーム１の外周面に転写されなかったコーティング液を転写ローラ１１の外周面から掻き取るスクレーパ１９と、スクレーパ１９で掻き取られたコーティング液を回収する液回収タンク２０とを備える。

スクレーパ１９は転写ローラ１１の軸線方向全体に亘って転写ローラ１１と接触する。このことによって、プリフォーム１の外周面に転写されなかったコーティング液の大部分を回収することができる。また、スクレーパ１９は転写ローラ１１の外周面から液回収タンク２０に向かって斜め下方に延在する。このことによって、スクレーパ１９によって掻き取られたコーティング液は重力によって液回収タンク２０に流れ込む。このとき、コーティング液が、空気を巻き込んで、液回収タンク２０内で泡立つことがある。

図４に示されるように、プリフォームコーティング装置１０は、さらに、回収されたコーティング液を脱泡する脱泡装置２１を備える。脱泡装置２１は第１配管２２を介して液回収タンク２０に連結され且つ第２配管２３を介して液収容タンク１４に連結される。脱泡装置２１によって、液回収タンク２０内で生じた泡５０が除去される。脱泡されたコーティング液は、液収容タンク１４に戻され、ポンプ１５によってダイコータ１３に再び供給される。

以下、プリフォーム１及びプラスチックボトル３の製造方法について説明する。

最初に、インジェクション成形法又はＰＣＭ成形法によって樹脂からプリフォーム１を成形する。次いで、成形されたプリフォーム１の外周面にコーティング液を塗布する。なお、プリフォーム１へのコーティング液の接着性を高めるために、コーティング液の塗布の前にプリフォーム１の外周面を表面処理してもよい。表面処理は、例えばプラズマ処理、コロナ処理又は電子線処理である。

コーティング液の塗布は、中心軸１１１回りに回転する円柱形状の転写ローラ１１の外周面にコーティング液をダイコータ１３のスロット１３１から吐出することと、プリフォーム１を転写ローラ１１の外周面上に搬送し、転写ローラ１１の外周面からプリフォーム１の外周面にコーティング液を転写することと、によって行われる。プリフォーム１の外周面に転写されなかったコーティング液はスクレーパ１９で回収される。その後、回収されたコーティング液は、脱泡装置２１で脱泡されて、再び転写ローラ１１の外周面にダイコータ１３のスロット１３１から吐出される。なお、転写ローラ１１の外周面上へのコーティング液の供給は、ダイコータ１３の代わりに、転写ローラ１１の外周面にコーディング液を所定の厚みで塗布するように構成された他の塗布装置によって行われてもよい。

前述したように、コーティング液は転写ローラ１１の外周面からプリフォーム１の円筒状胴部１ｂのみに転写されることが好ましい。また、プリフォーム１に接触する部分の転写ローラ１１の周方向長さはプリフォーム１の周方向長さ以上であり、プリフォーム１は搬送装置１２によって転写ローラ１１の外周面上に連続的に搬送されることができる。このことによって、多数のプリフォーム１の外周面の全周にコーティング液を短時間で効率的に塗布することができる。

コーティング液の塗布後、プリフォーム１の外周面を搬送装置１２上で乾燥させる。乾燥は二段階で行われる。第１段階では、プリフォーム１はカーボンヒータで急速に加熱される。第２段階では、プリフォーム１は遠赤外線ヒータで熱風乾燥されて温度が保持される。この結果、プリフォーム１の外周面にはコーティングが形成される。

コーティング液として、例えば、ガスバリア性を有するＰＶＡ溶液と、それを保護する非水溶性のコーティング剤とが使用される。この場合、プリフォーム１の外周面に最初にＰＶＡコーティングを形成し、その後、ＰＶＡコーティングが露出しないように、保護コーティングでＰＶＡコーティングを覆う。二層のコーティングの形成は、コーティング液を交換することで一つのプリフォームコーティング装置１０を使用し、又は二つのプリフォームコーティング装置１０を使用してもよい。なお、ＰＶＡを保護する非水溶性のコーティング剤は、例えば、ポリオレフィン分散溶液、各種変性ポリオレフィン分散溶液、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）溶液等である。

また、ＰＶＡを保護する非水溶性のコーティング剤は、典型的には、粘性が低く、ＰＶＡ溶液よりも薄く塗布されるので、その乾燥時間はＰＶＡ溶液よりも短い。このため、過剰な加熱によってプリフォーム１が白化することが少ない。したがって、ＰＶＡを保護する非水溶性のコーティング剤の塗布は、従来のようにプリフォーム１を鉛直方向に浸漬すること等によって行われてもよい。この場合、プリフォーム１の底部１ｃにも保護コーティングが形成されうるが、ＰＶＡコーティングが底部１ｃに形成されていなければ、底部１ｃの保護コーティングのクラックが生じても、親水性であるＰＶＡが水に再溶解するという問題は発生しない。

コーティング液の他の例は、水溶性ポリアミド、水溶性ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリアクリロニトリル、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリグリコール酸等のバリア樹脂の溶液、及びこれらに無機物、酸化吸収剤等を混合した溶液と、エポキシ系、ウレタン系又はフェノール系のような熱硬化性接着剤と、ホットメルト樹脂等の熱可塑性接着剤と、水性インキ又は溶剤系インキのような塗料とである。

上述したように、プリフォーム１の外周面においてコーティング液の膜厚が不均一になるという問題は、特に高粘度のコーティング液を使用するときに発生しやすい。このため、高粘度のコーティング液を使用するときに本実施形態を適用することで、より顕著な作用効果を奏することができる。例えば、本実施形態に用いられるコーティング液の粘度は、好ましくは１ｍＰａ・ｓ以上であり、より好ましくは１００ｍＰａ・ｓ以上である。

プラスチックボトル３は、上記の製造方法によって製造されたプリフォーム１を延伸ブロー成形することによって製造される。

１ プリフォーム
１ａ 口部
１ｂ 円筒状胴部
１ｃ 底部
２ 金型
３ プラスチックボトル
１０ プリフォームコーティング装置
１１ 転写ローラ
１１１ 中心軸
１２ 搬送装置
１３ ダイコータ
１３１ スロット
１４ 液収容タンク
１５ ポンプ
１６ 第１ホース
１７ 第２ホース
１８ 液受けタンク
１９ スクレーパ
２０ 液回収タンク
２１ 脱泡装置
２２ 第１配管
２３ 第２配管
３１ 液浸漬タンク
３２ ハンドル
３３ ブレード
４０ ヒータ
５０ 泡

Claims (12)

1. 中心軸回りに回転する円柱形状の転写ローラと、
   前記転写ローラの外周面にコーティング液を所定の厚みで塗布する塗布装置と、
   を備え、
   前記転写ローラの外周面がプリフォームの外周面に回転接触することによって、前記コーティング液が該転写ローラの外周面から該プリフォームの外周面に転写される、プリフォームコーティング装置。
2. 前記塗布装置が、スロットが形成され且つ前記転写ローラの外周面に該スロットからコーティング液を吐出するように構成されたダイコータである、請求項１に記載のプリフォームコーティング装置。
3. さらに、前記プリフォームを搬送する搬送装置を備え、
   前記プリフォームの搬送経路が、前記転写ローラの外周面に沿った略円弧状の経路を含む、請求項１に記載のプリフォームコーティング装置。
4. 前記コーティング液が前記転写ローラの外周面から前記プリフォームの円筒状胴部のみに転写される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリフォームコーティング装置。
5. さらに、前記プリフォームの外周面に転写されなかったコーティング液を前記転写ローラの外周面から掻き取るように構成されたスクレーパを備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリフォームコーティング装置。
6. さらに、前記スクレーパで掻き取られたコーティング液を回収する液回収タンクと、該回収されたコーティング液を脱泡する脱泡装置とを備えた、請求項５に記載のプリフォームコーティング装置。
7. 中心軸回りに回転する円柱形状の転写ローラの外周面に塗布装置でコーティング液を所定の厚みで塗布するステップと、
   プリフォームを前記転写ローラの外周面上に搬送し、該転写ローラの外周面から該プリフォームの外周面に前記コーティング液を転写するステップと、
   前記プリフォームの外周面を乾燥させるステップと
   を含む、プリフォームの製造方法。
8. 前記コーティング液が前記転写ローラの外周面から前記プリフォームの円筒状胴部のみに転写される、請求項７に記載のプリフォームの製造方法。
9. 前記プリフォームが前記転写ローラの外周面上に連続的に搬送される、請求項７又は８に記載のプリフォームの製造方法。
10. 前記プリフォームの外周面に転写されなかったコーティング液が、回収され、脱泡されて、再び前記転写ローラの外周面に前記塗布装置で塗布される、請求項７〜９のいずれか１項に記載のプリフォームの製造方法。
11. 前記コーティング液の粘度が１００ｍＰａ・ｓ以上である、請求項７〜１０のいずれか１項に記載のプリフォームの製造方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか１項に記載のプリフォームの製造方法によって製造されたプリフォームを延伸ブロー成形することを含む、プラスチックボトルの製造方法。

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