JP6000691B2 - 容器内部の陽圧化方法及び充填容器 - Google Patents

Description

本発明は、液体を密封充填した容器の内部を陽圧化する方法、及び内部に液体を収納し、陽圧状態にある充填容器に関するものである。

従来から、ブロー成形によるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製のペットボトル等の合成樹脂製容器が幅広く使用され、内容液を充填後、口部をキャップで密封した状態で、飲料等の液体を充填した製品として販売される。
（以降、上記のように容器に飲料等の液体を充填し、口部を密封した状態の製品を充填容器と総称する。）
この種の容器では、省資源、省エネルギーの観点からさらなる軽量化が求められており、軽量化には周壁を薄肉化する必要があり、充填容器の内部が特に減圧状態である場合には座屈強度が低下し、搬送時にかかる荷重により容器が変形したり、潰れてしまったりすると云う問題が生じる。

特許文献１には、壜体状の容器中に内容液を充填し、キャップで密封するにあたって、容器内に液体窒素を滴下し、その蒸気圧により容器内を加圧状態、所謂、陽圧状態にし、上記のような容器の変形や潰れを防ぐ方法についての記載がある。

一方、特許文献２には加圧媒体としてエアの替わりに液体を使用してプリフォームをブロー成形する方法に係る発明が記載されている。
このような成形方法では、液体として容器に最終的に充填される内容液を使用し、充填工程を省略することができ生産ラインを簡略化することが可能となる。

図６は加圧流体として液体を使用してプリフォームをブロー成形する、ブロー成形装置の概略説明図である。
この装置の主部Ａは金型１０１、ブローノズル１０４、ブローノズル１０４に挿通しプリフォームを縦延伸するための延伸ロッド１０８を有し、この主要部Ａに隣接して加圧流体を供給するための付属設備として加圧液体供給部１２２と液体供給部１２３を配置している。

加圧液体供給部１２２はプランジャーポンプ状で、加圧ポンプやコンプレッサー等の加圧装置１２１から配管Ｐ１を介して供給される加圧流体Ｆｐを動力源として作動し、加圧した液体Ｌを配管Ｐ２、電磁バルブＶ１０２を介してブローノズル１０４を経て、ブローノズル１０４の先端部に密に外嵌するプリフォーム３１の内部に供給することができる。
液体供給部１２３からは、所定の温度に調温した液体Lを配管Ｒ１０１を介して加圧液体供給部１２２へ供給する。
そして、延伸ロッド１０８による縦延伸と加圧した液体Ｌによる膨張状の延伸により、プリフォーム３１を金型１０１のキャビティ１０２の形状に沿って賦形し、容器４１を成形する。

特開２００２−２６４９１２号公報 特開２０００−４３１２９号公報

ここで、引用文献１に記載のある、液体窒素を滴下して容器内部を陽圧化する方法では、液体と共に液体窒素を充填するための設備を配設する必要があり、設備が煩雑化する問題、液体窒素の購入費用の等の問題がある。

そこで本発明は、液体窒素の滴下等の付加的な手段を使用することなく、従来の圧力媒体として液体を使用するブロー成形方法の中で、生産性を損なうことなく容器内部を陽圧化する方法を創出することを技術的課題とするものである。

本発明は液体を密封充填した容器内部の陽圧化方法、及び内部に液体を収納し、陽圧状態にある充填容器に関するものであるが、
以下、まず陽圧化方法について、次に充填容器について説明する。
まず、上記課題を解決するための、容器内部の陽圧化方法に係る本発明のうち、主たる構成は、
加圧媒体として液体を使用したブロー成形により容器を成形し、
このブロー成形後に液体が充填された状態で容器の口部を密封し、
密封後の容器の周壁の後収縮による容積の減少により容器の内部を陽圧化して該容器(41)の座屈強度を５０．６Ｎ以上、６８．５Ｎ以下とする、と云うものである。

上記方法は、加圧媒体として、容器内に充填される内容液を使用したブロー成形方法を利用するものであり、
容器のブロー成形後に、内容液を充填した状態で容器の口部を密封することにより、密封後の容器の周壁の後収縮による容積の減少により容器の内部を陽圧化することが可能となる。
なお、従来の方法ではブロー成形後に、一旦成形された容器を保管し、改めて内容液を充填するため、容器の後収縮が飽和した段階で口部を密封することになり、上記のように容器の周壁の後収縮を陽圧化に利用することができない。

ここで、陽圧化の程度は、使用する合成樹脂、使用する液体の温度、ブロー成形に使用する金型の型温、ブロー成形における縦横の延伸倍率、充填容器におけるヘッドスペースの量等の複数の要件を調整することにより決めることができる。
この中で、容器の後収縮の大きさは使用する合成樹脂と、ブロー成形条件により調整することができるが、一般的に、後収縮は成形直後に急速に進行し、そのあと長期間をかけて一定の大きさに飽和するため、この後収縮を陽圧化に最大限利用するためには、ブロー成形直後に口部を密封することが好ましい。

また、使用する液体の温度を高くすると、密封後、温度の低下により容器内部が減圧化し、その分、容器の後収縮による陽圧化効果が減じることになるので、陽圧化の程度を大きくすると云う観点からは、液体の温度をなるべく低くすることが有利となる。
一方で、高温の液体の充填による殺菌の必要性や、ブロー成形性等も考慮する必要があり、液体の温度は必要とされる陽圧化の程度の他に、これら要因も考慮して決める必要がある。

陽圧化方法に係る本発明の他の構成は、上記主たる構成において、
液体の温度とブロー成形に用いる金型の型温度の設定により陽圧化の程度を調整する、というものである。

前述したように、陽圧化の程度はいくつかの要件によるものであるが、たとえば、容器の形状、使用する合成樹脂、ヘッドスペースの量等の他の要件が制約される場合にも、液体の温度とブロー成形に用いる金型の型温度は、ある程度の許容範囲で自由に変更することができ、陽圧化の程度を調整することができる。
なお、合成樹脂、特に結晶性合成樹脂の場合には金型温度を低めに設定すると、結晶化が十分に進行していない状態で成形が終了し、その後の時間経過による結晶化の進行により、後収縮を大きくすることが可能となる。

陽圧化方法に係る本発明のさらに他の構成は、上記主たる構成において、容器をポリプロピレン（ＰＰ）系樹脂製とする、と云うものであり、ＰＰ系樹脂は２軸延伸ブロー成形が可能で、またＰＰ系樹脂の成形品では、成形後の後収縮が比較的大きく、また時間をかけて進行するため、容積の減少による陽圧化を十分に、また容易に達成することができる。

ここで本発明で用いるＰＰ系樹脂は特に限定されるものではないが、
収縮性を考慮すると結晶性ポリプロピレン系樹脂が好ましく、好ましく使用しうるポリプロピレン系樹脂の例として、結晶性プロピレン単独重合体、結晶性プロピレン／エチレンランダム共重合体、結晶性プロピレン／α−オレフィンランダム共重合体、プロピレンと、エチレン及び／又はα−オレフィンとの結晶性ブロック共重合体が挙げられる。上記α−オレフィンとしては、ブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−１、オクテン−１、デセン−１等の炭素数４〜１０のα−オレフィンが挙げられる。

陽圧化方法に係る本発明のさらに他の構成は、上記主たる構成において、容器をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製とする、と云うものであり、
ＰＥＴ樹脂は２軸延伸ブロー成形性に優れ、延伸結晶化に伴う成形後の後収縮により、容積の減少による陽圧化を十分に、また容易に達成することができる。

次に、本発明の充填容器の製造方法は前述した本発明の陽圧化方法により実現可能なものであり、その主たる構成は、
内部に液体を収納した充填容器を製造する充填容器の製造方法において、
口部(42)が密封された合成樹脂製の容器と、この容器に充填された液体とを有し、容器の内部が陽圧化状態にあるとともに該容器(41)の座屈強度が５０．６Ｎ以上、６８．５Ｎ以下である、充填容器を製造すると云うものである。

本発明の容器内部の陽圧化方法は上記した構成となっており、
加圧媒体として、容器内に充填される内容液を使用したブロー成形方法を利用するものであり、成形と同時に内容液を充填することができ、そして成形後、特に成形直後に内容液を充填した状態で、容器の口部を密封することにより、液体窒素の滴下等の付加的な手段を使用することなく、従来の圧力媒体として液体を使用するブロー成形方法の中で、生産性を損なうことなく、密封後の成形後の容器の周壁の後収縮による容積の減少により容器の内部を陽圧化することができる。

容器の一例を示す正面図である。 加圧媒体を液体としたブロー成形装置の例を示す概略説明図である。 本発明の陽圧化方法の工程を示す概略説明図である。 時間経過による、収縮率と容器内圧力の推移を示すグラフである。 時間経過による、容器内圧力の推移を示すグラフである。 加圧媒体を液体としたブロー成形装置の他の例を示す概略説明図である。

以下、本発明の実施形態を実施例に沿って図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の容器内部の陽圧化方法において、ブロー成形された容器の一例を示す正面図である。
この容器１は、ＰＰ系樹脂のプロピレン／エチレンランダム共重合体樹脂（プライムポリマー社製Ｊ２４６Ｍ）製で、胴部の直径が７３．５ｍｍ、公称容量が３６０ｍｌ、重量が５ｇの壜体である。

図２は、本発明の容器内部の陽圧化方法に用いる、圧力媒体に液体を用いたブロー成形装置の一例を示す概略説明図であり、金型１にプリフォーム３１を装着し、ブローノズル４の先端をこのプリフォーム３１の口部３２に嵌入した状態を示している。
使用するプリフォーム３１の形状は全体として有底円筒の試験管状で、上端部に口部３２を起立設したもので、この口部３２の下端部にはネックリング３３が配設されており、口部３２を外部に（図２中では上方に）突出させた状態で金型１内に装着されている。

この装置の主部は金型１、隔壁部材１１、ブローノズル４を有し、付属設備として加圧装置２１、加圧液体供給部２２、液体供給部２３を配置している。
隔壁部材１１は、図２に示されるように金型１の上方に突出したプリフォーム３１の口部３２の外周面を、空間を介して囲繞するように金型１の上方に配設されている。
また隔壁部材１１の下端をプリフォーム３１のネックリング３３に上方から密に当接させて、プリフォーム３１の装着姿勢を保持するようにしている。

ブローノズル４は全体として筒状で、嵌入筒片５と供給筒部６から構成されており、嵌入筒片５の円筒状の先端部がプリフォーム３１の口部３２に嵌入し、ブローノズル４と口部３２が密に連通するようにしている。

供給筒部６は全体として内部が円柱状の中空部を有する部材で、上端部に周壁を横方向に貫通して液体Ｌの導入路６ａが配設されている。
また、供給筒部６の下端部の内周面には下方に向かって縮径状に傾斜したシール段部６ｓが周設されている。

嵌入筒片５と供給筒部６から構成されるブローノズル４の中には、軸方向（図２中では上下方向）に細長い棒状のシール体９が挿通、配設されている。
ここで、シール体９は、細長い円筒棒状の軸体９ａに液密状に摺動可能に細長い円柱状のロッド８を挿通したものであり、軸体９ａの先端部には、短円筒状のシール筒片９ｔが同軸心状に嵌合組み付けされている。そして、このシール筒片９ｔの下端面の外周縁部は角取りしてテーパー縁部９ｔａとなっている。

また、ブローノズル４とこのシール体９によりブローノズル４内に、このブローノズル４の軸方向に沿って、プリフォーム３１内に連通する円筒状の供給路Ｆｓが形成され、
シール体９を下降変位させることにより図２に示されるようにシール筒片９ｔのテーパー縁部９ｔａが供給筒部６の下端部の内周面に周設されるシール段部６ｓに当接して供給路Ｆｓのプリフォーム内部への連通を閉状態とし、またシール体９を上昇変位させることにより開状態とすることができ、このテーパー縁部９ｔａのシール段部６ｓへの当接と、脱当接によりバルブ機構Ｖｍが構成される。

また、ロッド８は後述するようにブロー成形に加圧流体として使用した液体Ｌを賦形と同時に内容液として充填した容器４１におけるヘッドスペースを所定の量に制御する機能を発揮させるためのものである。
なお、ロッド８を、プリフォーム３１を縦延伸するための延伸ロッドとして利用することもできる。

次に、付属設備についてみると、
加圧装置２１、加圧液体供給部２２、液体供給部２３が配設されているが、加圧装置２１から配管Ｐ１を介して供給される加圧流体Ｆｐが、加圧した液体Ｌを供給するプランジャーポンプ状の加圧液体供給部２２の動力源となる。
また、液体供給部２３からは、所定の温度に調整した液体Lが電磁バルブＶ１を介して加圧液体供給部２２へ供給される。
そして加圧液体供給部２２で加圧された液体Ｌは配管Ｐ２、電磁バルブＶ２を介してブローノズル４を経て、ブローノズル４の先端部に密に外嵌するプリフォーム３１の内部に供給される。

次に、図３は本発明の陽圧化方法の工程の一例を示す概略説明図であり、本発明の陽圧化方法は次の（１）〜（４）に記載した工程を順次、実施する。
ここで、図３（ｄ）は本発明の充填容器の実施例に相当する。
（１）まず、図２に示すように、口部３２を除く部分をブロー成形に適した温度に加熱したプリフォーム３１を、口部３２を上方に突出させた状態でブロー成形用の金型１に装着し、嵌合筒片５の先端部を口部３２に嵌入した状態とする。
ここで、シール体９の先端部を構成するシール筒片９ｔのテーパー縁部９ｔａを供給筒部６のシール段部６ｓに当接させて、バルブ機構Ｖｍを閉状態とし、さらにロッド８を下降変位させてその先端部を所定の長さ分、プリフォーム３１内に挿入した状態としている。
この際、バルブＶ１は開状態、Ｖ２は閉状態となっている。

（２）次に、図２の状態から図３（ａ）に示されるようにシール体９を構成する軸体９ａに伴ってシール筒片９ｔを上昇変位させてバルブ機構Ｖｍを開状態とし、バルブＶ１を閉、バルブＶ２を開状態として（図３（ａ）、図３(b)ではバルブＶ１とバルブＶ２を図示省略している。）、加圧液体供給部２２から加圧した液体Ｌを、供給路Ｆｓと口部３２を経てプリフォーム３１の内部に供給し、プリフォーム３１を膨張状に延伸し、金型１のキャビティ２に沿って容器４１を賦形する。

（３）次に、上記のように容器４１が賦形され後に、図３（ｂ）に示されるように軸体９ａと共にシール筒片９ｔを下降変位させてバルブ機構Ｖｍを閉状態とし、バルブＶ１を開、Ｖ２を閉状態としてロッド８の先端部を容器４１内から脱挿入する。
ここで、ロッド８の先端部の脱挿入に伴って、バブル機構Ｖｍより下方の供給路Ｆｓに残存する液体Ｌは全て容器４１内に流入し、さらに容器４１内で液面Ｌｓが下降し、ヘッドスペースＨｓを予め設定した量に調整することができる。

（４）そして、図３（ｃ）にあるように金型１から液体Ｌが充填した容器４１を取り出した直後に、図３（ｄ）に示されるように口部４２をキャップ４７で密封して充填容器とする。

次に、液体Ｌとして水を使用し上記説明した陽圧化方法に沿って、ブロー成形し、成形直後にキャップ４７で密封した実施例１、２、３の充填容器について、キャップ４７で密封した後の時間経過による容器４１内圧力（ｋPa）の推移を測定し、２４時間経過後の座屈強度を測定した。
各実施例の成形条件は次のようである。
・実施例１；液体Ｌの温度２０℃、金型温度２０℃
・実施例２；液体Ｌの温度２０℃、金型温度８０℃
・実施例３；液体Ｌの温度７０℃、金型温度２０℃

なお、実施例１、２、３の容器４１のブロー成形において、プリフォームの予熱温度は１２０〜１５０℃とし、図３（ｂ）における、液体Ｌの充填圧力は４ＭＰａとし、ヘッドスペースＨＳの量は１０ｍｌとした。
また、実施例１の場合には、時間経過に沿って、圧力と共に胴部４４の直径Ｄ（図３（ｄ）参照）の収縮率も測定した。
また、容器内圧力、および座屈強度の測定は室温である２３℃で実施し、それぞれの測定方法は次の通りである。
・容器内圧力の測定方法；容器４１の内部の圧力の測定は、キャップ４７の上部にシール機能を発揮するゴム栓を装着し、このゴム栓を介して、キャップ４７の頂壁を貫通して圧力センサーを容器４１内部に差込んで測定する。
・座屈強度の測定方法；２４時間経過後、島津製作所製オートグラフ（ＡＧＳ−Ｘ）を使用し、５０ｍｍ／分の速度で、キャップ４７で密封した状態で容器４１の中心軸にそって圧縮させ、座屈変形した時点の荷重を座屈強度とする。

図４は、実施例１の充填容器についての測定結果を、横軸を時間、縦軸を収縮率（％）および圧力（ｋPa）として示すグラフで、実線が容器内圧力、破線が収縮率である。
なお、容器内圧力は大気圧との差で示している。
また、収縮率（％）は、キャップ４７で密封した直後の直径Ｄと、経過時間ｔにおける直径Ｄｔから次の式に従って算出したものである。
（Ｄｔ−Ｄ）／Ｄ×１００
このグラフから分かるように、胴部４４の直径Ｄは最初急激に収縮し、６時間程度でほぼこの収縮が飽和し、−３．４％程度となる。
一方、容器内圧力は上記した直径Ｄの収縮挙動に対応するように、最初急激に上昇し、６時間程度でほぼ飽和して１２ｋＰａ程度の値となり、容器４１の成形後の後収縮により、容器内部を陽圧化できることが確認された。

図５は、実施例１、２、３の容器４１内圧力の変化を比較したもので、それぞれの変化を実線Ｔ１、破線Ｔ２、一点鎖線Ｔ３で示している。
Ｔ１とＴ２を比較すると、液体Ｌの温度を２０℃とし、金型温度を２０℃から８０℃と高くすると、内圧は若干低下し、飽和した状態では１２ｋＰａから９．７ｋＰａ程度に低下する。ＰＰ系樹脂で金型温度を高くすると、結晶化がより進行した状態で、金型で冷却固化され、後収縮が小さくなり、その分、陽圧化の程度が小さくなったものと考えられる。

一方、Ｔ１とＴ３を比較すると、金型温度を２０℃として、液体Ｌの温度を２０℃から７０℃と高くすると、内圧は飽和した状態では１２ｋＰａから７．３ｋＰａ程度にまで低下する。これは液体Ｌの温度を高くすると、密封後の温度の低下に起因する減圧化効果が生じ、その分、容器４１の後収縮による陽圧化の程度が減じられたものと考えられる。
これらＴ1、Ｔ２、Ｔ３の内圧力の測定結果により、ブロー成形の成形条件である、液体Ｌの温度と金型温度により、陽圧化の程度を調整できることが分かった。

そして、実施例１、２、３の充填容器の座屈強度はそれぞれ、６８．５（Ｎ）、５９．３（Ｎ）、５０．６（Ｎ）であり、座屈強度の大きさは、陽圧化の程度に対応している。
また、実施例１の充填容器において、成形後、液体Ｌを充填した状態で、キャップ４７で密封することなく２４時間放置し、その後キャップ４７で密封した比較例の充填容器について同様に測定した座屈強度は４４．６（Ｎ）であり、上記した実施例１、２、３程度の陽圧化により、液体Ｌを充填した充填容器の座屈強度を、陽圧化の程度に応じて高くできることが確認された。

以上、実施例に沿って本発明の容器内部の陽圧化方法の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上記した実施例に限定されるものではない。
図２に示したブロー成形装置はその一例として示したものであり、たとえばロッド８を、プリフォーム３１を縦延伸するための延伸ロッドとして利用し、このロッド８による縦延伸と加圧した液体Ｌによる膨張状の延伸を合わせた２軸延伸ブロー成形とすることもできる。
また、図２の装置ではシール軸体９を配設し、プリフォーム内への液体Ｌの供給路Ｆｓを開閉する構成としたが、この開閉機構についてもさまざまな態様の中から生産性、ヘッドスペースの量の精度等を考慮して選択することができる。
さらに、液体Ｌの温度を一定に保持するため、付属設備としてブローノズル４内の供給路Ｆｓに滞留する液体Ｌを循環する液体循環装置を配設する等、必要に応じて付属設備を適宜付加、配設することもできる。

また、上記実施例ではＰＰ系樹脂製の容器を成形する例について説明したが、優れた２軸延伸ブロー成形性と十分な後収縮性を有するＰＥＴ樹脂も本発明の陽圧化方法に適した合成樹脂の一つである。
また、ＰＰ系樹脂やＰＥＴ樹脂の他にも、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリ乳酸（ＰＬＡ）樹脂等、従来から２軸延伸ブロー成形に使用されている合成樹脂であれば、本発明の陽圧化方法に適した合成樹脂として使用することができる。
また、液体（Ｌ）の温度については充填容器に要求される殺菌のための温度等も考慮して適宜選択することができるものである。
また、金型温度は、必要とされる後収縮の大きさの他にも生産性や表面光沢等を考慮して適宜選択できるものである。

以上説明したように、本発明の容器内の陽圧化方法は、液体窒素の滴下等の付加的な手段を使用することなく、従来の圧力媒体として液体を使用するブロー成形方法の中で、生産性を損なうことなく容器内部を陽圧化することができるものであり、容器への内容液の充填方法として幅広い利用展開が期待される。

１ ；金型
２ ；キャビティ
４ ；ブローノズル
５ ；嵌入筒片
６ ；供給筒部
６ａ；導入路
６ｓ；シール段部
８ ；ロッド
９ ；シール体
９ａ；軸体
９ｔ；シール筒片
９ｔａ；テーパー縁部
１１；隔壁部材
２１；加圧装置
２２；加圧液体供給部
２３；液体供給部
Ｆｓ；供給路
Ｈｓ；ヘッドスペース
Ｌ ；液体
Ｌｓ：液面
Ｐ１、Ｐ２；配管
Ｒ１；配管
Ｖ１、Ｖ２；バルブ
Ｖｍ；バルブ機構
３１；プリフォーム
３２；口部
３３；ネックリング
４１；容器
４２；口部
４４；胴部
４５；底部
４７；キャップ
１０１；金型
１０２；キャビティ
１０４；ブローノズル
１０８；ロッド
１２１；加圧装置
１２２；加圧液体供給部
１２３；液体供給部
Ｒ１０１；配管
Ｖ１０２；バルブ

Claims (5)

1. 加圧媒体として液体(L)を使用したブロー成形により容器(41)を成形し、該ブロー成形後に前記液体(L)が充填された状態で容器(41)の口部(42)を密封し、該密封後の容器(41)の周壁の後収縮による容積の減少により該容器(41)の内部を陽圧化して該容器(41)の座屈強度を５０．６Ｎ以上、６８．５Ｎ以下とすることを特徴とする容器内部の陽圧化方法。
2. 液体(L)の温度と、ブロー成形に用いる金型(1)の型温度の設定により陽圧化の程度を調整するようにした請求項１記載の容器内部の陽圧化方法。
3. 容器(41)をポリプロピレン系樹脂製とした請求項１または２記載の容器内部の陽圧化方法。
4. 容器(41)をポリエチレンテレフタレート樹脂製とした請求項１または２記載の容器内部の陽圧化方法。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の容器内部の陽圧化方法を用い、
   口部(42)が密封された合成樹脂製の容器(41)と、該容器(41)に充填された液体(L)とを有し、該容器(41)の内部が陽圧化状態にあるとともに該容器(41)の座屈強度が５０．６Ｎ以上、６８．５Ｎ以下である、内部に液体を収納した充填容器を製造することを特徴とする充填容器の製造方法。

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