プリフォーム用の保持治具および熱結晶化処理設備
【課題】 第2の輻射熱源を配設することなくコア部材により口筒部の内側からも安定して加熱でき、コア部材の抜き出し性に優れたプリフォーム保持治具および熱結晶化処理設備の開発を課題とし、もって生産性の高い口筒部熱結晶化処理工程、そして寸法精度に優れた耐熱性の口筒部を有する容器を提供することを目的とする。
【解決手段】 ２軸延伸ブロー成形用ＰＥＴ系樹脂製のプリフォームを装着して、このプリフォームの口筒部を熱結晶化処理するために使用する保持治具において、基体と、この基体に中心軸に沿ってプリフォームへの挿入が可能に起立配設した支持軸体と、この支持軸体に断熱部材を介して配設され、口筒部に挿入されてこの口筒部の熱収縮変形を規制するコア部材を有し、基体と支持軸体で熱導体を形成し、この熱導体を介して、プリフォームの内側から熱を外部に放散させて、プリフォームの温度の制御が可能に構成する。
【解決手段】 ２軸延伸ブロー成形用ＰＥＴ系樹脂製のプリフォームを装着して、このプリフォームの口筒部を熱結晶化処理するために使用する保持治具において、基体と、この基体に中心軸に沿ってプリフォームへの挿入が可能に起立配設した支持軸体と、この支持軸体に断熱部材を介して配設され、口筒部に挿入されてこの口筒部の熱収縮変形を規制するコア部材を有し、基体と支持軸体で熱導体を形成し、この熱導体を介して、プリフォームの内側から熱を外部に放散させて、プリフォームの温度の制御が可能に構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２軸延伸ブロー成形用ポリエチレンテレフタレート系樹脂製のプリフォームの口筒部を熱結晶化処理するために使用する保持治具および熱結晶化処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記す。）樹脂製の２軸延伸ブロー成形壜体、所謂ＰＥＴボトル等の合成樹脂製容器が飲料用等の用途に大量に使用されている。そして殺菌のため高温で内容物を充填するたとえばジュース、お茶等の用途では、２軸延伸ブロー成形工程で延伸結晶化のない口筒部の耐熱性を向上させるため、本願出願人による特許文献１に開示されたような方法により口筒部の熱結晶化処理を実施する。
【０００３】
また、キャップの螺合性、シール性の点で口筒部の寸法精度は重要であり、特許文献２には、熱結晶化処理後における口筒部の寸法精度を高くするため、上記した口筒部の加熱処理による密度の増加、収縮に伴う寸法変化や変形等を制御する目的で、プリフォームの口筒部に内径規制用のコアを挿入し、口筒部の内周面をコアで支持した状態で加熱処理する方法についての記載がある。
【０００４】
図５は特許文献２に記載される方法を概略的に示したものであり、ＰＥＴボトル用のプリフォーム１０１を、図示省略した搬送装置に組付く保持治具１０５にセットし、口筒部１０２に熱結晶化処理時における内径の変化を規制するためのコア部材１０６を挿入し、口筒部１０２の高さ位置に赤外線ヒータ１０７を配設した状態を示している。赤外線ヒータ１０７で加熱する際には、周方向に亘って温度を均一にするために保持治具１０５を回転（自転）させながら一般的にはＰＥＴの熱結晶化に適した１８０〜２３０℃程度の温度に口筒部を加熱する。
【０００５】
また、ＰＥＴボトルは大量生産品であり、生産性を向上するための各種の試みがなされており、上記した熱結晶化処理工程の時間短縮も大きな課題である。
その中で、いかに短時間で１８０〜２３０℃程度の温度に口筒部を加熱昇温するかがおおきな課題であるが、設備面の関係から多くの場合、図５に示したように基本的に加熱は赤外線ヒータ１０７で外部からのみ加熱するので、熱結晶化処理時間を短くするために赤外線ヒータ１０７の出力を大きくして急激に外側だけから加熱すると外面と内面の温度差が大きくなり、熱結晶化が内外で不均一になり、たとえば内面に皺が発生したり、内径規制しても後変形により楕円状になったりするという問題がある。
【０００６】
これに対して、口筒部の内側からも加熱する方法について各種の試みがなされているが、保持治具を搬送装置で移動させながら、あるいは自転させながら内側からも安定して加熱する必要があり、現実的には実用化が難しい。
【０００７】
たとえば、特許文献３にはコア部材を介して口筒部の内側から加熱するための結晶化設備に係る考案が記載されている。この基本的な技術思想は、「固定柱に一つの熱導体が設けられ、該熱導体に対応する位置に第２の輻射熱源が設けられ、熱導体が該第２の輻射熱源の発生する熱能を固定柱に伝導する」なる構成にあり、これにより口筒部の内側の熱収縮を減少させるとしたものである。すなわち、第２の輻射熱源からの熱を熱導体を介して伝えて、コア部材の温度を上昇させて、口筒部の内側からも加熱しようとしたものである。なお特許文献３では、口筒部を外部から加熱する第１の輻射熱源に対して、熱導体を加熱するためのもう一つの熱源を第２の輻射熱源としている。
【特許文献１】特公昭６１−３５０５６号公報
【特許文献２】特公昭６１−２４１７０号公報
【特許文献３】実用新案登録第３０６４４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載される方法では、加熱時間を短縮するため赤外線ヒータの出力を大きくしていくと、このコア部材による内側からの加熱も相俟って口筒部が過加熱状態になり熱結晶化処理を安定的に実施できない、あるいはネックリング１０３（図５参照）よりも下の部分についても結晶化が進行して白化してしまう等の問題が発生してしまう。また、第2の輻射熱源を配設する必要があり、設備設計の観点からも問題となる。
【０００９】
また、特許文献２に記載の方法のように内径規制用のコア部材を使用する場合には、口筒部の寸法精度を比較的高くすることができるが、口筒部１０２の口径の収縮に伴なって、コア部材１０６への締め付け力が大きくなり、挿入したコア部材１０６を抜き出すのが困難となり、このコア部材１０６の抜き出し工程で、抜き出せない、あるいは抜き出す際に口筒部１０２が変形してしまう等のトラブルが発生するという問題がある。
【００１０】
この問題に関してはいくつかの改良方法が実施されているが、たとえば冷却が進行して熱収縮が大きくなる前に、すなわち高温の未硬化状態でコア部材１０６を抜き出す方法では、樹脂がまだ粘弾性体であるため極めて大きな変形を発生し易いという問題を有し、また口筒部１０２の口径を予め相当大きくしておき、熱結晶化に伴なう収縮による締め付け力を小さくする方法では、寸法精度が十分でなくなる等の問題が依然残っている。
【００１１】
そこで本発明は、口筒部の熱結晶化処理工程における上記した問題を解消するためのものであり、第2の輻射熱源を配設することなくコア部材により口筒部の内側からも安定して加熱できるプリフォーム用の保持治具および熱結晶化処理設備の開発を課題とし、もって生産性の高い口筒部熱結晶化処理工程、そして寸法精度に優れた耐熱性の口筒部を有するＰＥＴ系樹脂製の容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記技術的課題を解決する方法のうち、請求項１記載の発明の手段は、
２軸延伸ブロー成形用ＰＥＴ系樹脂製のプリフォームを装着して、このプリフォームの口筒部を熱結晶化処理するために使用する保持治具において、
基体と、この基体に中心軸に沿ってプリフォームへの挿入が可能に起立配設した支持軸体と、この支持軸体に断熱部材を介して配設され、口筒部に挿入されてこの口筒部の熱収縮変形を規制するコア部材を有すること、
前記基体と支持軸体で熱導体を形成し、
この熱導体を介して、プリフォームの内側から熱を外部に放散させて、プリフォームの温度の制御が可能に構成すること、
にある。
【００１３】
本願発明者らは、内径規制のためのコア部材を用いる熱結晶化処理の加熱時間を短縮する検討の中で、コア部材を使用した場合、口筒部の外側に配設された加熱ヒータ（たとえば赤外線ヒータを使用）の出力を上げていくとコア部材に熱が蓄積され、内側から加熱するための第２の熱源を配設することなく口筒部の内側からの加熱が可能となり、さらに熱導体に対応する位置に第２の輻射熱源を配設するのとは逆に、熱導体を介して外部へ熱を放散させることにより、コア部材の温度を制御して、安定して熱結晶処理することが可能であることを見出し、本発明を創出するに至った。
【００１４】
請求項１記載の上記構成により、コア部材は断熱部材を介して支持軸体に配設されているので、吸熱機能が高く、また熱容量の高いコア部材を適宜選択し、昇温時間を短縮するため加熱ヒータの出力を高くすると、コア部材の温度をＰＥＴ樹脂の熱結晶化処理に適した温度まで短時間に昇温することができる。
【００１５】
なお、コア部材はたとえば筒状として、断熱部材を介して同軸心状に支持軸体
に配設することができる。
また、多くの場合ＰＥＴ形樹脂製のプリフォームは透明であるので、外側に配置された加熱ヒータを赤外線ヒータ等の輻射熱源とすることによりプリフォーム内部に位置するコア部材の温度を効率よく高温にすることができる。
【００１６】
そして一方、プリフォームの内側から、支持軸体および基体により形成された熱導体を介して熱を外部に放散させて、コア部材の過加熱を抑えることができ、プリフォームの内側からも安定して熱結晶化処理に適した温度での加熱が可能となり、加熱ヒータの出力の調整と協働させて、プリフォームの温度を、口筒部の肉厚方向での温度分布も含めて、熱結晶化処理に適した状態に制御することが可能となる。
【００１７】
すなわち、熱結晶化処理の対象領域である口筒部において外側と内側から加熱でき、外部から高い出力の加熱ヒータで加熱しても口筒部の全肉厚方向で温度分布を均一にすることができ、加熱（昇温）時間の短縮が可能となると共に、熱結晶化を内外で均一にすることができ、内面に皺が発生したり、内径規制しても後変形により楕円状になったりする問題を解消することができる。
【００１８】
また、加熱ヒータを高出力にしてコア部材が高温になると、加熱の影響が口筒部の下方にも及び、たとえば壜体の肩部に白化した領域が生じて外観を損なう等の問題が生じるが、このような領域に相当するプリフォームの部分に支持軸体の一部を内接させる、あるいは近接させることにより、当該部分の熱を熱導体を介して放散でき、当該問題も解消することができる。
【００１９】
なお、熱導体を介しての熱の放散（放熱）速度は、必要に応じて、たとえば基体を表面積の大きな形状とすることにより放熱効率を大きくする等して制御することができる。さらに放熱量を大きくするために基体に近接させて冷却パイプ等を敷設する、あるいは基体に冷却風を当てる等することもでき、系に応じて適宜制御することが可能となる。
【００２０】
以上記載したように、請求項１の構成の基本的な技術思想は、口筒部の外側に配置した加熱ヒータを高出力にすることにより、コア部材の温度を高温にして内側からも加熱できるようにすること、そして加熱ヒータによる加熱と熱導体による放熱をバランスさせてこのコア部材の温度を安定的に保持することにあり、熱導体を介してコア部材に熱を供給するという特許文献３に記載される考え方とは逆のものである。
そして、上記した請求項１の構成の基本的な技術思想により、第２の輻射熱源等を配設する必要もなく、また外側からの加熱を高出力で実施できるので昇温時間を短縮でき、生産速度を向上させることができるのである。
【００２１】
請求項２記載の発明の手段は、請求項１記載の発明において、支持軸体の一部がプリフォームのネックリングの直下近傍部分に略内接する構成とすること、にある。
【００２２】
プリフォームのネックリングの直下近傍部分は、本来非晶状態のままで２軸延伸ブロー成形される部分であるが、加熱ヒータの出力を大きくして急激に昇温する場合には蓄熱したコア部材の影響を受けて、プリフォーム内側からも熱が移動して当該部分で熱結晶化が進行して白化してしまい外観を損なうという問題が生じる。
【００２３】
ここで、請求項２記載の上記構成により、支持軸体を部分的にプリフォームのネックリングの直下近傍部分に略内接する構成とすることにより、この部分の熱を内側から効率的に放熱することができ、この問題を解消することができる。
なお、必ずしも密着状に内接する必要は無く、若干の隙間があっても支持軸体による放熱作用は機能するので請求項２中では略内接というように記載している。また、ネックリングの直下近傍部分には加熱ヒータによる加熱の影響も及ぶが、この点については、熱結晶化処理設備において遮蔽板や冷却ブロックを配設する等の別途の手段を採用することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明の手段は、請求項１または２記載の発明において、基体に冷却用のフィンを付設すること、にある。
【００２５】
請求項３記載の上記構成は、熱導体を介した放熱効率を大きくするための手段の一つであり、必要に応じてフィンの放熱面積等の形状を変えて放熱効率を制御することができ、ヒータの出力も調整しながら安定した状態で熱結晶化処理を達成することができる。また、放熱効率を向上させるために熱導体に無酸素銅等の熱伝導性の大きな材料を選択して使用することもできる。
【００２６】
請求項４記載の発明の手段は、請求項１、２または３記載の発明において、コア部材を、コア本体の外表面をプラズマＣＶＤ法による薄膜でコーティングした構成とすること、にある。
【００２７】
プラズマＣＶＤ法による薄膜は、たとえば炭素薄膜、ケイ素酸化物薄膜、炭化チタン薄膜、アルミナ薄膜、炭化ケイ素薄膜等があり、またこれらの中間的な元素組成を有する膜、これらの薄膜を積層した膜等を使用することができるが、滑り性が大幅に改良されると共に、コア部材に欠かせない耐熱性、耐久性等の性能を併せて十分備えている。
【００２８】
特に、滑り性が大幅に改良されたことにより、熱結晶化処理によってプリフォームの口筒部が収縮して、この収縮力によりコア部材を大きな締め付け力で締め付けるような状態になってもコア部材を容易に引き抜くことができる。
そしてこのため、口筒部の内径とコア部材の外径の差を極く小さく設定でき、これにより昇温過程のごく初期段階で口筒部の内周面が全周に亘ってコア部材に接触するので、外部ヒータによりコア部材を効率的に加熱できると共に、口筒部を内側から全周に亘って均一に加熱することができる。
【００２９】
また、プリフォームの口筒部は、口筒部に密閉状にキャップをして使用する場合、特に口筒部の天面の僅かな凹凸、真円から楕円状への僅かな変形、内周面上端部近傍における凹凸の形成により、シール性が損なわれてしまうが、口筒部の内径とコア部材の外径の差を極く小さく設定できるので、内径規制コアとしての機能が十分発揮され、熱結晶化処理に伴なう熱収縮を高い精度で制御することができ、シール性を高いレベルで維持することができる。
【００３０】
また、熱処理後、ＰＥＴ系樹脂のガラス転移温度以下の温度になってからの抜き出しが可能となって、熱結晶化処理工程をトラブル無くスムーズに実施でき抜き出しに伴なう変形もなく、高い寸法精度で、耐熱性を有し、あるいは時間経過による後変形のない成形品を提供することができる。
【００３１】
請求項５記載の発明の手段は、請求項４記載の発明において、コア本体をステンレス製とし、薄膜を炭素薄膜とすること、にある。
【００３２】
請求項５記載の上記構成により、反応ガスとしてｎ−ヘキサン、アセチレン等の炭化水素化合物を真空にしたチャンバーに導入し、プラズマＣＶＤ法によりコア部材の外表面を所謂ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）状に超硬質に炭素薄膜をコーティングすることができる。そしてこのＤＬＣ状の炭素薄膜は、耐熱性、滑り性に優れることは勿論のこと、アルミニウム、ステンレス等の金属製のコア部材の表面への密着力が強く、より優れた耐久性が発揮される。
【００３３】
そして、炭素薄膜は黒色系統の薄膜であり熱吸収機能を十分発揮でき、口筒部を外部から加熱する赤外線ヒータ等の輻射熱源の輻射熱を高い効率で吸収させることができる。
【００３４】
また、従来よりコア本体として、アルミニウム、ステンレス等の金属製のもの、セラミック製、あるいは耐熱樹脂製等のものが使用されているが、コア本体をステンレス製とすることにより、アルミニウム製等のものに比較して熱容量を大きくして、温度の変動を小さくして内側からの加熱を安定して実施することができる。
たとえば連続熱結晶化処理工程では加熱終了後、プリフォームを取り外して次のプリフォームを装着する際におけるコア部材の温度の下降を小さくすることができ、予備加熱の必要も無く、高い生産速度を維持しながら内側からの口筒部への加熱を安定して実施することができる。
【００３５】
請求項６は、２軸延伸ブロー成形用ポリエチレンテレフタレート系樹脂製のプリフォームの熱結晶化処理設備に係るものであり、その手段は、
基体と、この基体に中心軸に沿ってプリフォームへの挿入が可能に起立配設した支持軸体と、この支持軸体に断熱部材を介して配設され、口筒部に挿入されてこの口筒部の熱収縮変形を規制するコア部材を有し、基体と支持軸体とで熱導体を形成した保持治具を使用すること、
外側から口筒部を加熱する加熱ヒータを有すること、
加熱ヒータによる加熱と熱導体による放熱を調整し、コア部材の温度を制御して、口筒部の外側と内側から加熱する構成とすること、
にある。
【００３６】
請求項６記載の設備に係る構成の基本的な技術思想は、口筒部の外側に配置した加熱ヒータを高出力にすることにより、コア部材の温度を高温にして内側からも加熱できるようにすること、そして加熱ヒータによる加熱と熱導体による放熱をバランスさせてこのコア部材の温度を安定的に保持することにあり、熱導体を介してコア部材に熱を供給するという特許文献３に記載される設備に係る考え方とは逆のものである。
そして、上記した請求項６の構成により、第２の輻射熱源等を配設する必要もなく、また外側からの加熱を高出力で実施できるので昇温時間を短縮でき、生産速度を向上させることができるのである。
なお本設備には前述した請求項１〜５に係る保持治具を使用することができる。
【００３７】
なお、本発明に使用するＰＥＴ系樹脂としては、主としてＰＥＴ樹脂が使用されるが、ＰＥＴ樹脂の本質が損なわれない限り、エチレンテレフタレート単位を主体として、他のポリエステル単位を含む共重合ポリエステルも使用できると共に、たとえば耐熱性を向上させるためにナイロン系樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂等の樹脂をブレンドして使用することもできる。共重合ポリエステル形成用の成分としては、たとえばイソフタル酸、ナフタレン２，６ジカルボン酸、アジピン酸等のジカルボン酸成分、プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール等のグリコール成分を挙げることができる。
【００３８】
さらには、本発明のＰＥＴ系樹脂製壜体は、ＰＥＴ樹脂製壜体としての本質が損なわれない限り、たとえば耐熱性、ガスバリア性の向上のためにＰＥＴ樹脂／ナイロン樹脂／ＰＥＴ樹脂のようにナイロン樹脂等の中間層を有したものであっても良い。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は上記した方法であり、以下に示す効果を奏する。
請求項１記載の方法にあっては、加熱ヒータを高出力にして、コア部材の作用で内側からも加熱するので昇温時間を短縮でき、また熱導体によりコア部材の過加熱を抑えて、外側と共に内側からも安定して加熱を実施できる。
【００４０】
請求項２記載の発明にあっては、支持軸体がプリフォームのネックリングの直下近傍部分に略内接する構成とすることにより、この部分の熱を効率的に放熱することができ、当該部分の白化を防ぐことができる。
【００４１】
請求項３記載の発明にあっては、必要に応じてフィンの放熱面積等の形状を変えて放熱効率を制御することができ、加熱ヒータの出力の調整と協働させて安定した状態で熱結晶化処理を達成することができる。
【００４２】
請求項４記載の発明にあっては、コア部材の表面にプラズマＣＶＤ法による薄膜を形成してコーティングすることにより、滑り性が大幅に改良され、挿入時の口筒部とコア部材の隙間を極く小さく設定でき、昇温過程のごく初期段階で口筒部の内周面が全周に亘ってコア部材に接触するので、外部ヒータによりコア部材を効率的に加熱できると共に、口筒部を内側から全周に亘って均一に加熱することができる。
【００４３】
また、熱処理後に口筒部がガラス転移温度以下になってからでも容易に抜き出すことができ、熱処理工程をトラブル無くスムーズに実施できると共に、高い寸法精度で耐熱性を有し、後変形のない成形品を提供することができる。
【００４４】
請求項５記載の発明にあっては、炭素薄膜により赤外線ヒータ等の放射熱を高い効率で吸収させることができ、さらにコア本体をステンレス製とすることにより熱容量を大きくして、コア部材の温度を上下変動の少ない状態で維持でき、内側からの口筒部への加熱を安定して実施することができる。
【００４５】
請求項６記載の発明にあっては、加熱ヒータによる加熱と熱導体による放熱をバランスさせて、コア部材の温度を安定的に保持することにより、第２の輻射熱源等を配設する必要もなく、また外側からの加熱を高出力で実施できるので昇温時間を短縮でき、生産速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の保持治具１１の一実施例を示すものであり、プリフォーム１をセットした状態を示している。図２は図１中のコア部材２１の縦断面図であり、円筒状のコア本体２２はステンレス製であり、図２中で見て略下半分は外径D２を一定にした円筒状あるいは若干テーパー状の形状とし、プリフォーム１の口筒部２への挿入がスムーズにできるように、略中央高さ位置から先端に向けて緩やかに縮径した形状としている。
【００４７】
また、図２中の拡大図に示されるように、コア本体２２の外周面にはプラズマＣＶＤ法による炭素薄膜２３が所謂ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）状に形成されている。この膜厚は２〜３ミクロンであり、黒色系統の色を呈したものである。
【００４８】
図３はＰＥＴ樹脂製のプリフォーム１の一例を示す。コア部材２１の挿入性等を考慮して口筒部２の内径Ｄ１は、ビードリング６位置から上端面まで緩やかに拡径している。そして、口筒部２内径Ｄ１とコア部材外径Ｄ２の口径差は、コア部材２１がスムーズに挿入できる範囲で、極く小さな値になるようにしている。
【００４９】
次に図１に示す保持治具１１は、図示省略した搬送装置に組付き、外周面に放熱効率を向上するための冷却フィン１２ａを付設した有頂円筒状の基体１２を有し、この基体１２に螺合組付きして、先端部にプリフォーム１のネックリング５下方（図１中では上方となる）のテーパーに沿った形状のテーパー部１４ａを形成した支持軸体１４が中心軸に沿って起立配設されている。
ここで、基体１２および支持軸体１４は熱伝導性の高い無酸素銅製であり、両者は一体として熱導体ＨＣを形成する。
【００５０】
また、支持軸体１４と、この支持軸体１４に螺合により結合してプリフォーム１の円筒状の胴部３に内接する内接部１５と、プリフォーム１の底部４に内接状に当接する先端半球部１７により、プリフォーム１の姿勢を安定的に保持する支持体１３が形成されている。なお、内接部１５と先端半球部１７は連結棒１６により高さの調節が可能なように連結されている。
【００５１】
コア部材２１は断熱部材２４である円筒状の断熱筒体２４ａを介して、支持軸体１４に同軸心状に外嵌状にセットされ、さらに断熱カラー２４ｂを配設することによりこのコア部材２１に蓄積された熱が基体に直接、急激に移動しないようにしている。
【００５２】
そして、図１から判るように、上方からプリフォーム１を保持治具１１に装着した状態では、先端半球部１７がプリフォーム１の底部４の内面に内接状に当接すると共に、内接体１５が胴部３に内接して、口筒部２の天面と断熱カラー２４ｂの天面との間に間隙Ｇが形成された状態で、プリフォーム１の倒立姿勢を安定して維持するようにしている。
【００５３】
次に、図４は本発明の熱結晶化処理設備の一例を概略的に示す説明図である。
図１の保持治具１１を使用し、プリフォーム１をセットした状態で、保持治具１１は自転しながら図示省略した搬送装置によって、両側に設けられた仕切り壁３５の間を移動し、口筒部２の高さレベルに配設された赤外線ヒータ（熱ヒータ）３１により加熱される。
【００５４】
また、仕切り壁３５の上部には冷却ブロック３２を配設し、赤外線ヒータ３１による加熱がプリフォーム１のネックリング５の下方（図４では上方となる）の領域まで及ばないようにしている。
また、基体１２のフィン１２ａに対向する位置に冷却パイプ３３を配設し、支持軸体１４および基体１２から形成される熱導体ＨＣを介しての放熱の効率をさらに大きくするようにしている。そしてまた、赤外線ヒータ３１の下に遮蔽板３４を配設し、基体１２に輻射熱が及ばないようにしている。
【００５５】
図４の熱結晶化処理設備では、保持治具１１にプリフォーム１をセットして口筒部２を赤外線ヒータ３１で加熱して熱結晶化処理を施すが、赤外線ヒータ３１の輻射熱の一部が熱吸収機能の高い炭素薄膜２３を介して熱容量の大きなステンレス製のコア本体２２に、断熱部材２４の断熱効果も相俟って効率よく蓄熱される。
【００５６】
そして、口筒部２の内径Ｄ１とコア部材２１外径Ｄ２の口径差を、コア部材２１がスムーズに挿入できる範囲で、極く小さな値になるようにしているので、昇温の極く初期段階で収縮により口筒部２の内周面がコア部材２１に密着し、コア部材２１の温度をＰＥＴ樹脂の結晶化に適した温度まで短時間に昇温することができる。
【００５７】
また一方、無酸素銅製の熱導体ＨＣで、基体１２に付設したフィン１２ａの作用も付加して外部に効率良く放熱する構成としており、これによりコア部材２１に蓄熱された熱の一部を除去して、このコア部材２１の過加熱を抑えるようにしている。
このように、赤外線ヒータ３１による加熱と、熱導体ＨＣを介しての放熱をバランスするようにして、コア部材２１の温度を安定して保持することができ、第２の輻射熱源等の新たな熱源を配設することなくコア部材２１により内側から安定して加熱することができる。
【００５８】
たとえば、昇温時間を短くするために赤外線ヒータ３１の出力を大きくする際には、コア部材２１の過加熱を防ぐためにフィン１２ａの形状をさらに放熱効率の良い形状にしたり、さらには図４にあるように水冷パイプ３３を配設して、放熱速度を大きくして、ヒートバランスを調整することができる。
【００５９】
そして、口筒部２を外側から赤外線ヒータ３１で加熱する共に、コア部材２１により内側からも安定して加熱することができ、赤外線ヒータ３１の出力を大きくして口筒部２の温度を急激に上昇させても、口筒部２の全肉厚に亘って温度を均一にすることできるので、熱結晶化処理工程中の加熱時間をたとえば７０秒から４０秒程度にまで短縮する等、生産速度を大きく向上させることができた。
【００６０】
なお、連続工程では熱結晶化処理が終了すると、口筒部２をガラス転移温度以下の温度（ＰＥＴ樹脂では７０℃程度の温度）まで冷風等で冷却し、プリフォーム１を外して、次のプリフォーム１をセットするが、コア部材２１の熱容量が大きいとこの入れ替えの際においてもコア部材２１の温度が急激には下がらないので、コア部材２１を予備加熱しなくても、次のプリフォーム１の赤外線ヒータ３１による昇温も短時間に達成することができる。
【００６１】
また、上記のようにコア部材２１を高温にして口筒部２の内側からも加熱するようにすると、このコア部材２１の熱がプリフォーム１のネックリング５の直下近傍部分に（図１、４では直上近傍になる）に移動してこの部分が加熱され結晶化が進行し白化してしまう等の問題が発生するが、図１に示されるように支持軸体１４の先端部を、プリフォーム１のテーパー部１４ａに沿うような形状として、略内接させることにより当該部分の熱を除去して、このような問題を解消することができる。
なお、図４の水冷ブロック３２は赤外線ヒータ３１による当該部分の加熱を防ぐためのものである。
【００６２】
そして、本実施例の保持治具１１では、口筒部２の天面が断熱カラー２５の天面と接触することなくフリーな状態での熱結晶化による収縮が可能であり、さらにコア部材２１の内径規制に係る機能が発揮され設計基準どおりの口径の口筒部２を得ることができる。また、口筒部２の天面が接触しないことにより、白化後の天面仕上げ状態を良好にすることができる。
【００６３】
さらに詳述すると、後述するコア部材２１の引き抜き性に係る炭素薄膜２３の作用効果が発揮され、熱結晶化処理後に口筒部２からコア部材２１を容易に引き抜くことができるので、ＰＥＴ樹脂のガラス転移温度以下である７０℃程度の温度まで十分冷却することができ、取り外しに係る変形もなく、所定の設計基準どおりの口径の口筒部２を容易に得ることができる。
また、口筒部２内径Ｄ１とコア部材２１外径Ｄ２の口径差を極く小さな値にすることができ、すなわち口筒部２とコア部材２１間の間隙は極く小さくすることができ、口筒部２内径Ｄ１の収縮量は極く小さく抑えることができ、口筒部２の内周面での熱収縮による皺あるいは凹部の発生を防ぐことができるようになった。
【００６４】
なお、本実施例のコア部材２１と、比較例としての、形状は図２に示す実施例と同様でアルミニウム製のコア本体を用い、タフラム加工により表面を黒化処理したコア部材を、図１の保持治具１１にセットして、同様な条件で熱結晶化処理後、７０℃まで冷却した時点でのプリフォーム１を引き抜くために要する力を測定したところ、本実施例のコア部材では２５Ｋｇｆ、比較例のコア部材では３６Ｋｇｆの力を要し、炭素薄膜２３の優れた滑り性が数字で実証された。
【００６５】
以上、実施例により本願発明の保持治具、およびこの保持治具を使用する熱結晶化処理設備についてその構成および作用効果を説明したが、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。たとえば図１の保持治具はプリフォームを倒立姿勢でセットするタイプのものであるが、図５で示した起立姿勢でセットするタイプのものを使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、本発明の保持治具あるいはこの保持治具を使用した熱結晶化処理設備は、第２の熱源を配設する必要もなく、また外側からの加熱を高出力で実施できるので昇温時間を短縮でき口筒部の熱結晶化処理時間を大幅に短くすることができ、大幅なコスト削減が期待されると共に、寸法精度に優れ、高い耐熱性を有した口筒部を有するＰＥＴ系樹脂製の容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の保持治具の一実施例にプリフォームをセットした状態を示す縦断正面図である。
【図２】図１中のコア部材を示す縦断面図である。
【図３】図１中のプリフォームを一部破断して示す正面図である。
【図４】本発明の熱結晶化処理設備の一例を概略的に示す説明図である。
【図５】熱結晶化処理のための装置の配設状態を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ ；プリフォーム
２ ；口筒部
３ ；胴部
４ ；底部
５ ；ネックリング
６ ；ビードリング
１１；保持治具
１２；基体
１２ａ；フィン
１３；支持体
１４；支持軸体
１４ａ；テーパー部
１５；内接部
１６；連結棒
１７；先端半球部
２１；コア部材
２２；コア本体
２３；（炭素）薄膜
２４；断熱部材
２４ａ；断熱筒
２４ｂ；断熱カラー
３１；赤外線ヒータ（加熱ヒータ）
３２；水冷ブロック
３３；水冷パイプ
３４；遮蔽板
３５；仕切り壁
１０１；プリフォーム
１０２；口筒部
１０３；ネックリング
１０５；ホルダー
１０６；コア部材
１０７；赤外線ヒータ
ＨＣ；熱導体
Ｄ１；（口筒部）内径
Ｄ２；（コア部材）外径
Ｇ ；間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２軸延伸ブロー成形用ポリエチレンテレフタレート系樹脂製のプリフォームの口筒部を熱結晶化処理するために使用する保持治具および熱結晶化処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記す。）樹脂製の２軸延伸ブロー成形壜体、所謂ＰＥＴボトル等の合成樹脂製容器が飲料用等の用途に大量に使用されている。そして殺菌のため高温で内容物を充填するたとえばジュース、お茶等の用途では、２軸延伸ブロー成形工程で延伸結晶化のない口筒部の耐熱性を向上させるため、本願出願人による特許文献１に開示されたような方法により口筒部の熱結晶化処理を実施する。
【０００３】
また、キャップの螺合性、シール性の点で口筒部の寸法精度は重要であり、特許文献２には、熱結晶化処理後における口筒部の寸法精度を高くするため、上記した口筒部の加熱処理による密度の増加、収縮に伴う寸法変化や変形等を制御する目的で、プリフォームの口筒部に内径規制用のコアを挿入し、口筒部の内周面をコアで支持した状態で加熱処理する方法についての記載がある。
【０００４】
図５は特許文献２に記載される方法を概略的に示したものであり、ＰＥＴボトル用のプリフォーム１０１を、図示省略した搬送装置に組付く保持治具１０５にセットし、口筒部１０２に熱結晶化処理時における内径の変化を規制するためのコア部材１０６を挿入し、口筒部１０２の高さ位置に赤外線ヒータ１０７を配設した状態を示している。赤外線ヒータ１０７で加熱する際には、周方向に亘って温度を均一にするために保持治具１０５を回転（自転）させながら一般的にはＰＥＴの熱結晶化に適した１８０〜２３０℃程度の温度に口筒部を加熱する。
【０００５】
また、ＰＥＴボトルは大量生産品であり、生産性を向上するための各種の試みがなされており、上記した熱結晶化処理工程の時間短縮も大きな課題である。
その中で、いかに短時間で１８０〜２３０℃程度の温度に口筒部を加熱昇温するかがおおきな課題であるが、設備面の関係から多くの場合、図５に示したように基本的に加熱は赤外線ヒータ１０７で外部からのみ加熱するので、熱結晶化処理時間を短くするために赤外線ヒータ１０７の出力を大きくして急激に外側だけから加熱すると外面と内面の温度差が大きくなり、熱結晶化が内外で不均一になり、たとえば内面に皺が発生したり、内径規制しても後変形により楕円状になったりするという問題がある。
【０００６】
これに対して、口筒部の内側からも加熱する方法について各種の試みがなされているが、保持治具を搬送装置で移動させながら、あるいは自転させながら内側からも安定して加熱する必要があり、現実的には実用化が難しい。
【０００７】
たとえば、特許文献３にはコア部材を介して口筒部の内側から加熱するための結晶化設備に係る考案が記載されている。この基本的な技術思想は、「固定柱に一つの熱導体が設けられ、該熱導体に対応する位置に第２の輻射熱源が設けられ、熱導体が該第２の輻射熱源の発生する熱能を固定柱に伝導する」なる構成にあり、これにより口筒部の内側の熱収縮を減少させるとしたものである。すなわち、第２の輻射熱源からの熱を熱導体を介して伝えて、コア部材の温度を上昇させて、口筒部の内側からも加熱しようとしたものである。なお特許文献３では、口筒部を外部から加熱する第１の輻射熱源に対して、熱導体を加熱するためのもう一つの熱源を第２の輻射熱源としている。
【特許文献１】特公昭６１−３５０５６号公報
【特許文献２】特公昭６１−２４１７０号公報
【特許文献３】実用新案登録第３０６４４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載される方法では、加熱時間を短縮するため赤外線ヒータの出力を大きくしていくと、このコア部材による内側からの加熱も相俟って口筒部が過加熱状態になり熱結晶化処理を安定的に実施できない、あるいはネックリング１０３（図５参照）よりも下の部分についても結晶化が進行して白化してしまう等の問題が発生してしまう。また、第2の輻射熱源を配設する必要があり、設備設計の観点からも問題となる。
【０００９】
また、特許文献２に記載の方法のように内径規制用のコア部材を使用する場合には、口筒部の寸法精度を比較的高くすることができるが、口筒部１０２の口径の収縮に伴なって、コア部材１０６への締め付け力が大きくなり、挿入したコア部材１０６を抜き出すのが困難となり、このコア部材１０６の抜き出し工程で、抜き出せない、あるいは抜き出す際に口筒部１０２が変形してしまう等のトラブルが発生するという問題がある。
【００１０】
この問題に関してはいくつかの改良方法が実施されているが、たとえば冷却が進行して熱収縮が大きくなる前に、すなわち高温の未硬化状態でコア部材１０６を抜き出す方法では、樹脂がまだ粘弾性体であるため極めて大きな変形を発生し易いという問題を有し、また口筒部１０２の口径を予め相当大きくしておき、熱結晶化に伴なう収縮による締め付け力を小さくする方法では、寸法精度が十分でなくなる等の問題が依然残っている。
【００１１】
そこで本発明は、口筒部の熱結晶化処理工程における上記した問題を解消するためのものであり、第2の輻射熱源を配設することなくコア部材により口筒部の内側からも安定して加熱できるプリフォーム用の保持治具および熱結晶化処理設備の開発を課題とし、もって生産性の高い口筒部熱結晶化処理工程、そして寸法精度に優れた耐熱性の口筒部を有するＰＥＴ系樹脂製の容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記技術的課題を解決する方法のうち、請求項１記載の発明の手段は、
２軸延伸ブロー成形用ＰＥＴ系樹脂製のプリフォームを装着して、このプリフォームの口筒部を熱結晶化処理するために使用する保持治具において、
基体と、この基体に中心軸に沿ってプリフォームへの挿入が可能に起立配設した支持軸体と、この支持軸体に断熱部材を介して配設され、口筒部に挿入されてこの口筒部の熱収縮変形を規制するコア部材を有すること、
前記基体と支持軸体で熱導体を形成し、
この熱導体を介して、プリフォームの内側から熱を外部に放散させて、プリフォームの温度の制御が可能に構成すること、
にある。
【００１３】
本願発明者らは、内径規制のためのコア部材を用いる熱結晶化処理の加熱時間を短縮する検討の中で、コア部材を使用した場合、口筒部の外側に配設された加熱ヒータ（たとえば赤外線ヒータを使用）の出力を上げていくとコア部材に熱が蓄積され、内側から加熱するための第２の熱源を配設することなく口筒部の内側からの加熱が可能となり、さらに熱導体に対応する位置に第２の輻射熱源を配設するのとは逆に、熱導体を介して外部へ熱を放散させることにより、コア部材の温度を制御して、安定して熱結晶処理することが可能であることを見出し、本発明を創出するに至った。
【００１４】
請求項１記載の上記構成により、コア部材は断熱部材を介して支持軸体に配設されているので、吸熱機能が高く、また熱容量の高いコア部材を適宜選択し、昇温時間を短縮するため加熱ヒータの出力を高くすると、コア部材の温度をＰＥＴ樹脂の熱結晶化処理に適した温度まで短時間に昇温することができる。
【００１５】
なお、コア部材はたとえば筒状として、断熱部材を介して同軸心状に支持軸体
に配設することができる。
また、多くの場合ＰＥＴ形樹脂製のプリフォームは透明であるので、外側に配置された加熱ヒータを赤外線ヒータ等の輻射熱源とすることによりプリフォーム内部に位置するコア部材の温度を効率よく高温にすることができる。
【００１６】
そして一方、プリフォームの内側から、支持軸体および基体により形成された熱導体を介して熱を外部に放散させて、コア部材の過加熱を抑えることができ、プリフォームの内側からも安定して熱結晶化処理に適した温度での加熱が可能となり、加熱ヒータの出力の調整と協働させて、プリフォームの温度を、口筒部の肉厚方向での温度分布も含めて、熱結晶化処理に適した状態に制御することが可能となる。
【００１７】
すなわち、熱結晶化処理の対象領域である口筒部において外側と内側から加熱でき、外部から高い出力の加熱ヒータで加熱しても口筒部の全肉厚方向で温度分布を均一にすることができ、加熱（昇温）時間の短縮が可能となると共に、熱結晶化を内外で均一にすることができ、内面に皺が発生したり、内径規制しても後変形により楕円状になったりする問題を解消することができる。
【００１８】
また、加熱ヒータを高出力にしてコア部材が高温になると、加熱の影響が口筒部の下方にも及び、たとえば壜体の肩部に白化した領域が生じて外観を損なう等の問題が生じるが、このような領域に相当するプリフォームの部分に支持軸体の一部を内接させる、あるいは近接させることにより、当該部分の熱を熱導体を介して放散でき、当該問題も解消することができる。
【００１９】
なお、熱導体を介しての熱の放散（放熱）速度は、必要に応じて、たとえば基体を表面積の大きな形状とすることにより放熱効率を大きくする等して制御することができる。さらに放熱量を大きくするために基体に近接させて冷却パイプ等を敷設する、あるいは基体に冷却風を当てる等することもでき、系に応じて適宜制御することが可能となる。
【００２０】
以上記載したように、請求項１の構成の基本的な技術思想は、口筒部の外側に配置した加熱ヒータを高出力にすることにより、コア部材の温度を高温にして内側からも加熱できるようにすること、そして加熱ヒータによる加熱と熱導体による放熱をバランスさせてこのコア部材の温度を安定的に保持することにあり、熱導体を介してコア部材に熱を供給するという特許文献３に記載される考え方とは逆のものである。
そして、上記した請求項１の構成の基本的な技術思想により、第２の輻射熱源等を配設する必要もなく、また外側からの加熱を高出力で実施できるので昇温時間を短縮でき、生産速度を向上させることができるのである。
【００２１】
請求項２記載の発明の手段は、請求項１記載の発明において、支持軸体の一部がプリフォームのネックリングの直下近傍部分に略内接する構成とすること、にある。
【００２２】
プリフォームのネックリングの直下近傍部分は、本来非晶状態のままで２軸延伸ブロー成形される部分であるが、加熱ヒータの出力を大きくして急激に昇温する場合には蓄熱したコア部材の影響を受けて、プリフォーム内側からも熱が移動して当該部分で熱結晶化が進行して白化してしまい外観を損なうという問題が生じる。
【００２３】
ここで、請求項２記載の上記構成により、支持軸体を部分的にプリフォームのネックリングの直下近傍部分に略内接する構成とすることにより、この部分の熱を内側から効率的に放熱することができ、この問題を解消することができる。
なお、必ずしも密着状に内接する必要は無く、若干の隙間があっても支持軸体による放熱作用は機能するので請求項２中では略内接というように記載している。また、ネックリングの直下近傍部分には加熱ヒータによる加熱の影響も及ぶが、この点については、熱結晶化処理設備において遮蔽板や冷却ブロックを配設する等の別途の手段を採用することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明の手段は、請求項１または２記載の発明において、基体に冷却用のフィンを付設すること、にある。
【００２５】
請求項３記載の上記構成は、熱導体を介した放熱効率を大きくするための手段の一つであり、必要に応じてフィンの放熱面積等の形状を変えて放熱効率を制御することができ、ヒータの出力も調整しながら安定した状態で熱結晶化処理を達成することができる。また、放熱効率を向上させるために熱導体に無酸素銅等の熱伝導性の大きな材料を選択して使用することもできる。
【００２６】
請求項４記載の発明の手段は、請求項１、２または３記載の発明において、コア部材を、コア本体の外表面をプラズマＣＶＤ法による薄膜でコーティングした構成とすること、にある。
【００２７】
プラズマＣＶＤ法による薄膜は、たとえば炭素薄膜、ケイ素酸化物薄膜、炭化チタン薄膜、アルミナ薄膜、炭化ケイ素薄膜等があり、またこれらの中間的な元素組成を有する膜、これらの薄膜を積層した膜等を使用することができるが、滑り性が大幅に改良されると共に、コア部材に欠かせない耐熱性、耐久性等の性能を併せて十分備えている。
【００２８】
特に、滑り性が大幅に改良されたことにより、熱結晶化処理によってプリフォームの口筒部が収縮して、この収縮力によりコア部材を大きな締め付け力で締め付けるような状態になってもコア部材を容易に引き抜くことができる。
そしてこのため、口筒部の内径とコア部材の外径の差を極く小さく設定でき、これにより昇温過程のごく初期段階で口筒部の内周面が全周に亘ってコア部材に接触するので、外部ヒータによりコア部材を効率的に加熱できると共に、口筒部を内側から全周に亘って均一に加熱することができる。
【００２９】
また、プリフォームの口筒部は、口筒部に密閉状にキャップをして使用する場合、特に口筒部の天面の僅かな凹凸、真円から楕円状への僅かな変形、内周面上端部近傍における凹凸の形成により、シール性が損なわれてしまうが、口筒部の内径とコア部材の外径の差を極く小さく設定できるので、内径規制コアとしての機能が十分発揮され、熱結晶化処理に伴なう熱収縮を高い精度で制御することができ、シール性を高いレベルで維持することができる。
【００３０】
また、熱処理後、ＰＥＴ系樹脂のガラス転移温度以下の温度になってからの抜き出しが可能となって、熱結晶化処理工程をトラブル無くスムーズに実施でき抜き出しに伴なう変形もなく、高い寸法精度で、耐熱性を有し、あるいは時間経過による後変形のない成形品を提供することができる。
【００３１】
請求項５記載の発明の手段は、請求項４記載の発明において、コア本体をステンレス製とし、薄膜を炭素薄膜とすること、にある。
【００３２】
請求項５記載の上記構成により、反応ガスとしてｎ−ヘキサン、アセチレン等の炭化水素化合物を真空にしたチャンバーに導入し、プラズマＣＶＤ法によりコア部材の外表面を所謂ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）状に超硬質に炭素薄膜をコーティングすることができる。そしてこのＤＬＣ状の炭素薄膜は、耐熱性、滑り性に優れることは勿論のこと、アルミニウム、ステンレス等の金属製のコア部材の表面への密着力が強く、より優れた耐久性が発揮される。
【００３３】
そして、炭素薄膜は黒色系統の薄膜であり熱吸収機能を十分発揮でき、口筒部を外部から加熱する赤外線ヒータ等の輻射熱源の輻射熱を高い効率で吸収させることができる。
【００３４】
また、従来よりコア本体として、アルミニウム、ステンレス等の金属製のもの、セラミック製、あるいは耐熱樹脂製等のものが使用されているが、コア本体をステンレス製とすることにより、アルミニウム製等のものに比較して熱容量を大きくして、温度の変動を小さくして内側からの加熱を安定して実施することができる。
たとえば連続熱結晶化処理工程では加熱終了後、プリフォームを取り外して次のプリフォームを装着する際におけるコア部材の温度の下降を小さくすることができ、予備加熱の必要も無く、高い生産速度を維持しながら内側からの口筒部への加熱を安定して実施することができる。
【００３５】
請求項６は、２軸延伸ブロー成形用ポリエチレンテレフタレート系樹脂製のプリフォームの熱結晶化処理設備に係るものであり、その手段は、
基体と、この基体に中心軸に沿ってプリフォームへの挿入が可能に起立配設した支持軸体と、この支持軸体に断熱部材を介して配設され、口筒部に挿入されてこの口筒部の熱収縮変形を規制するコア部材を有し、基体と支持軸体とで熱導体を形成した保持治具を使用すること、
外側から口筒部を加熱する加熱ヒータを有すること、
加熱ヒータによる加熱と熱導体による放熱を調整し、コア部材の温度を制御して、口筒部の外側と内側から加熱する構成とすること、
にある。
【００３６】
請求項６記載の設備に係る構成の基本的な技術思想は、口筒部の外側に配置した加熱ヒータを高出力にすることにより、コア部材の温度を高温にして内側からも加熱できるようにすること、そして加熱ヒータによる加熱と熱導体による放熱をバランスさせてこのコア部材の温度を安定的に保持することにあり、熱導体を介してコア部材に熱を供給するという特許文献３に記載される設備に係る考え方とは逆のものである。
そして、上記した請求項６の構成により、第２の輻射熱源等を配設する必要もなく、また外側からの加熱を高出力で実施できるので昇温時間を短縮でき、生産速度を向上させることができるのである。
なお本設備には前述した請求項１〜５に係る保持治具を使用することができる。
【００３７】
なお、本発明に使用するＰＥＴ系樹脂としては、主としてＰＥＴ樹脂が使用されるが、ＰＥＴ樹脂の本質が損なわれない限り、エチレンテレフタレート単位を主体として、他のポリエステル単位を含む共重合ポリエステルも使用できると共に、たとえば耐熱性を向上させるためにナイロン系樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂等の樹脂をブレンドして使用することもできる。共重合ポリエステル形成用の成分としては、たとえばイソフタル酸、ナフタレン２，６ジカルボン酸、アジピン酸等のジカルボン酸成分、プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール等のグリコール成分を挙げることができる。
【００３８】
さらには、本発明のＰＥＴ系樹脂製壜体は、ＰＥＴ樹脂製壜体としての本質が損なわれない限り、たとえば耐熱性、ガスバリア性の向上のためにＰＥＴ樹脂／ナイロン樹脂／ＰＥＴ樹脂のようにナイロン樹脂等の中間層を有したものであっても良い。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は上記した方法であり、以下に示す効果を奏する。
請求項１記載の方法にあっては、加熱ヒータを高出力にして、コア部材の作用で内側からも加熱するので昇温時間を短縮でき、また熱導体によりコア部材の過加熱を抑えて、外側と共に内側からも安定して加熱を実施できる。
【００４０】
請求項２記載の発明にあっては、支持軸体がプリフォームのネックリングの直下近傍部分に略内接する構成とすることにより、この部分の熱を効率的に放熱することができ、当該部分の白化を防ぐことができる。
【００４１】
請求項３記載の発明にあっては、必要に応じてフィンの放熱面積等の形状を変えて放熱効率を制御することができ、加熱ヒータの出力の調整と協働させて安定した状態で熱結晶化処理を達成することができる。
【００４２】
請求項４記載の発明にあっては、コア部材の表面にプラズマＣＶＤ法による薄膜を形成してコーティングすることにより、滑り性が大幅に改良され、挿入時の口筒部とコア部材の隙間を極く小さく設定でき、昇温過程のごく初期段階で口筒部の内周面が全周に亘ってコア部材に接触するので、外部ヒータによりコア部材を効率的に加熱できると共に、口筒部を内側から全周に亘って均一に加熱することができる。
【００４３】
また、熱処理後に口筒部がガラス転移温度以下になってからでも容易に抜き出すことができ、熱処理工程をトラブル無くスムーズに実施できると共に、高い寸法精度で耐熱性を有し、後変形のない成形品を提供することができる。
【００４４】
請求項５記載の発明にあっては、炭素薄膜により赤外線ヒータ等の放射熱を高い効率で吸収させることができ、さらにコア本体をステンレス製とすることにより熱容量を大きくして、コア部材の温度を上下変動の少ない状態で維持でき、内側からの口筒部への加熱を安定して実施することができる。
【００４５】
請求項６記載の発明にあっては、加熱ヒータによる加熱と熱導体による放熱をバランスさせて、コア部材の温度を安定的に保持することにより、第２の輻射熱源等を配設する必要もなく、また外側からの加熱を高出力で実施できるので昇温時間を短縮でき、生産速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の保持治具１１の一実施例を示すものであり、プリフォーム１をセットした状態を示している。図２は図１中のコア部材２１の縦断面図であり、円筒状のコア本体２２はステンレス製であり、図２中で見て略下半分は外径D２を一定にした円筒状あるいは若干テーパー状の形状とし、プリフォーム１の口筒部２への挿入がスムーズにできるように、略中央高さ位置から先端に向けて緩やかに縮径した形状としている。
【００４７】
また、図２中の拡大図に示されるように、コア本体２２の外周面にはプラズマＣＶＤ法による炭素薄膜２３が所謂ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）状に形成されている。この膜厚は２〜３ミクロンであり、黒色系統の色を呈したものである。
【００４８】
図３はＰＥＴ樹脂製のプリフォーム１の一例を示す。コア部材２１の挿入性等を考慮して口筒部２の内径Ｄ１は、ビードリング６位置から上端面まで緩やかに拡径している。そして、口筒部２内径Ｄ１とコア部材外径Ｄ２の口径差は、コア部材２１がスムーズに挿入できる範囲で、極く小さな値になるようにしている。
【００４９】
次に図１に示す保持治具１１は、図示省略した搬送装置に組付き、外周面に放熱効率を向上するための冷却フィン１２ａを付設した有頂円筒状の基体１２を有し、この基体１２に螺合組付きして、先端部にプリフォーム１のネックリング５下方（図１中では上方となる）のテーパーに沿った形状のテーパー部１４ａを形成した支持軸体１４が中心軸に沿って起立配設されている。
ここで、基体１２および支持軸体１４は熱伝導性の高い無酸素銅製であり、両者は一体として熱導体ＨＣを形成する。
【００５０】
また、支持軸体１４と、この支持軸体１４に螺合により結合してプリフォーム１の円筒状の胴部３に内接する内接部１５と、プリフォーム１の底部４に内接状に当接する先端半球部１７により、プリフォーム１の姿勢を安定的に保持する支持体１３が形成されている。なお、内接部１５と先端半球部１７は連結棒１６により高さの調節が可能なように連結されている。
【００５１】
コア部材２１は断熱部材２４である円筒状の断熱筒体２４ａを介して、支持軸体１４に同軸心状に外嵌状にセットされ、さらに断熱カラー２４ｂを配設することによりこのコア部材２１に蓄積された熱が基体に直接、急激に移動しないようにしている。
【００５２】
そして、図１から判るように、上方からプリフォーム１を保持治具１１に装着した状態では、先端半球部１７がプリフォーム１の底部４の内面に内接状に当接すると共に、内接体１５が胴部３に内接して、口筒部２の天面と断熱カラー２４ｂの天面との間に間隙Ｇが形成された状態で、プリフォーム１の倒立姿勢を安定して維持するようにしている。
【００５３】
次に、図４は本発明の熱結晶化処理設備の一例を概略的に示す説明図である。
図１の保持治具１１を使用し、プリフォーム１をセットした状態で、保持治具１１は自転しながら図示省略した搬送装置によって、両側に設けられた仕切り壁３５の間を移動し、口筒部２の高さレベルに配設された赤外線ヒータ（熱ヒータ）３１により加熱される。
【００５４】
また、仕切り壁３５の上部には冷却ブロック３２を配設し、赤外線ヒータ３１による加熱がプリフォーム１のネックリング５の下方（図４では上方となる）の領域まで及ばないようにしている。
また、基体１２のフィン１２ａに対向する位置に冷却パイプ３３を配設し、支持軸体１４および基体１２から形成される熱導体ＨＣを介しての放熱の効率をさらに大きくするようにしている。そしてまた、赤外線ヒータ３１の下に遮蔽板３４を配設し、基体１２に輻射熱が及ばないようにしている。
【００５５】
図４の熱結晶化処理設備では、保持治具１１にプリフォーム１をセットして口筒部２を赤外線ヒータ３１で加熱して熱結晶化処理を施すが、赤外線ヒータ３１の輻射熱の一部が熱吸収機能の高い炭素薄膜２３を介して熱容量の大きなステンレス製のコア本体２２に、断熱部材２４の断熱効果も相俟って効率よく蓄熱される。
【００５６】
そして、口筒部２の内径Ｄ１とコア部材２１外径Ｄ２の口径差を、コア部材２１がスムーズに挿入できる範囲で、極く小さな値になるようにしているので、昇温の極く初期段階で収縮により口筒部２の内周面がコア部材２１に密着し、コア部材２１の温度をＰＥＴ樹脂の結晶化に適した温度まで短時間に昇温することができる。
【００５７】
また一方、無酸素銅製の熱導体ＨＣで、基体１２に付設したフィン１２ａの作用も付加して外部に効率良く放熱する構成としており、これによりコア部材２１に蓄熱された熱の一部を除去して、このコア部材２１の過加熱を抑えるようにしている。
このように、赤外線ヒータ３１による加熱と、熱導体ＨＣを介しての放熱をバランスするようにして、コア部材２１の温度を安定して保持することができ、第２の輻射熱源等の新たな熱源を配設することなくコア部材２１により内側から安定して加熱することができる。
【００５８】
たとえば、昇温時間を短くするために赤外線ヒータ３１の出力を大きくする際には、コア部材２１の過加熱を防ぐためにフィン１２ａの形状をさらに放熱効率の良い形状にしたり、さらには図４にあるように水冷パイプ３３を配設して、放熱速度を大きくして、ヒートバランスを調整することができる。
【００５９】
そして、口筒部２を外側から赤外線ヒータ３１で加熱する共に、コア部材２１により内側からも安定して加熱することができ、赤外線ヒータ３１の出力を大きくして口筒部２の温度を急激に上昇させても、口筒部２の全肉厚に亘って温度を均一にすることできるので、熱結晶化処理工程中の加熱時間をたとえば７０秒から４０秒程度にまで短縮する等、生産速度を大きく向上させることができた。
【００６０】
なお、連続工程では熱結晶化処理が終了すると、口筒部２をガラス転移温度以下の温度（ＰＥＴ樹脂では７０℃程度の温度）まで冷風等で冷却し、プリフォーム１を外して、次のプリフォーム１をセットするが、コア部材２１の熱容量が大きいとこの入れ替えの際においてもコア部材２１の温度が急激には下がらないので、コア部材２１を予備加熱しなくても、次のプリフォーム１の赤外線ヒータ３１による昇温も短時間に達成することができる。
【００６１】
また、上記のようにコア部材２１を高温にして口筒部２の内側からも加熱するようにすると、このコア部材２１の熱がプリフォーム１のネックリング５の直下近傍部分に（図１、４では直上近傍になる）に移動してこの部分が加熱され結晶化が進行し白化してしまう等の問題が発生するが、図１に示されるように支持軸体１４の先端部を、プリフォーム１のテーパー部１４ａに沿うような形状として、略内接させることにより当該部分の熱を除去して、このような問題を解消することができる。
なお、図４の水冷ブロック３２は赤外線ヒータ３１による当該部分の加熱を防ぐためのものである。
【００６２】
そして、本実施例の保持治具１１では、口筒部２の天面が断熱カラー２５の天面と接触することなくフリーな状態での熱結晶化による収縮が可能であり、さらにコア部材２１の内径規制に係る機能が発揮され設計基準どおりの口径の口筒部２を得ることができる。また、口筒部２の天面が接触しないことにより、白化後の天面仕上げ状態を良好にすることができる。
【００６３】
さらに詳述すると、後述するコア部材２１の引き抜き性に係る炭素薄膜２３の作用効果が発揮され、熱結晶化処理後に口筒部２からコア部材２１を容易に引き抜くことができるので、ＰＥＴ樹脂のガラス転移温度以下である７０℃程度の温度まで十分冷却することができ、取り外しに係る変形もなく、所定の設計基準どおりの口径の口筒部２を容易に得ることができる。
また、口筒部２内径Ｄ１とコア部材２１外径Ｄ２の口径差を極く小さな値にすることができ、すなわち口筒部２とコア部材２１間の間隙は極く小さくすることができ、口筒部２内径Ｄ１の収縮量は極く小さく抑えることができ、口筒部２の内周面での熱収縮による皺あるいは凹部の発生を防ぐことができるようになった。
【００６４】
なお、本実施例のコア部材２１と、比較例としての、形状は図２に示す実施例と同様でアルミニウム製のコア本体を用い、タフラム加工により表面を黒化処理したコア部材を、図１の保持治具１１にセットして、同様な条件で熱結晶化処理後、７０℃まで冷却した時点でのプリフォーム１を引き抜くために要する力を測定したところ、本実施例のコア部材では２５Ｋｇｆ、比較例のコア部材では３６Ｋｇｆの力を要し、炭素薄膜２３の優れた滑り性が数字で実証された。
【００６５】
以上、実施例により本願発明の保持治具、およびこの保持治具を使用する熱結晶化処理設備についてその構成および作用効果を説明したが、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。たとえば図１の保持治具はプリフォームを倒立姿勢でセットするタイプのものであるが、図５で示した起立姿勢でセットするタイプのものを使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、本発明の保持治具あるいはこの保持治具を使用した熱結晶化処理設備は、第２の熱源を配設する必要もなく、また外側からの加熱を高出力で実施できるので昇温時間を短縮でき口筒部の熱結晶化処理時間を大幅に短くすることができ、大幅なコスト削減が期待されると共に、寸法精度に優れ、高い耐熱性を有した口筒部を有するＰＥＴ系樹脂製の容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の保持治具の一実施例にプリフォームをセットした状態を示す縦断正面図である。
【図２】図１中のコア部材を示す縦断面図である。
【図３】図１中のプリフォームを一部破断して示す正面図である。
【図４】本発明の熱結晶化処理設備の一例を概略的に示す説明図である。
【図５】熱結晶化処理のための装置の配設状態を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ ；プリフォーム
２ ；口筒部
３ ；胴部
４ ；底部
５ ；ネックリング
６ ；ビードリング
１１；保持治具
１２；基体
１２ａ；フィン
１３；支持体
１４；支持軸体
１４ａ；テーパー部
１５；内接部
１６；連結棒
１７；先端半球部
２１；コア部材
２２；コア本体
２３；（炭素）薄膜
２４；断熱部材
２４ａ；断熱筒
２４ｂ；断熱カラー
３１；赤外線ヒータ（加熱ヒータ）
３２；水冷ブロック
３３；水冷パイプ
３４；遮蔽板
３５；仕切り壁
１０１；プリフォーム
１０２；口筒部
１０３；ネックリング
１０５；ホルダー
１０６；コア部材
１０７；赤外線ヒータ
ＨＣ；熱導体
Ｄ１；（口筒部）内径
Ｄ２；（コア部材）外径
Ｇ ；間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２軸延伸ブロー成形用ポリエチレンテレフタレート系樹脂製のプリフォーム(1)を装着して、該プリフォーム(1)の口筒部(2)を熱結晶化処理するために使用する保持治具であって、基体(12)と、該基体(12)に、中心軸に沿ってプリフォーム(1)への挿入が可能に起立配設した支持軸体(14)と、該支持軸体(14)に断熱部材(24)を介して配設され、前記口筒部(2)に挿入されて該口筒部(2)の熱収縮変形を規制するコア部材(21)を有し、前記基体(12)と支持軸体(14)で熱導体(HC)を形成し、該熱導体(HC)を介して、プリフォーム(1)の内側から熱を外部に放散させて該プリフォーム(1)の温度の制御が可能に構成したプリフォーム保持治具。
【請求項２】
支持軸体(14)の一部がプリフォーム(1)のネックリング(5)の直下近傍部分に略内接する構成とした請求項１記載のプリフォーム保持治具。
【請求項３】
基体(12)に冷却用のフィン(12a)を付設した請求項１または２記載の保持治具。
【請求項４】
コア部材(21)を、コア本体(22)の外表面をプラズマＣＶＤ法による薄膜でコーティングした構成とした請求項１、２または３記載の保持治具。
【請求項５】
コア本体(22)をステンレス製とし、薄膜を炭素薄膜(23)とした請求項４記載の保持治具。
【請求項６】
基体(12)と、該基体(12)に中心軸に沿ってプリフォーム(1)への挿入が可能に起立配設した支持軸体(14)と、該支持軸体(14)に断熱部材(24)を介して配設され、前記口筒部(2)に挿入されて該口筒部(2)の熱収縮変形を規制するコア部材(21)を有し、前記基体(12)と支持軸体(14)とで熱導体(HC)を形成した保持治具(11)を使用し、外側から口筒部(2)を加熱する加熱ヒータ(31)を配設し、前記加熱ヒータ(31)による加熱と前記熱導体(HC)による放熱を調整し、前記コア部材(21)の温度を制御して、口筒部(2)の外側と内側から加熱する構成とした２軸延伸ブロー成形用ポリエチレンテレフタレート系樹脂製プリフォームの熱結晶化処理設備。
【請求項１】
２軸延伸ブロー成形用ポリエチレンテレフタレート系樹脂製のプリフォーム(1)を装着して、該プリフォーム(1)の口筒部(2)を熱結晶化処理するために使用する保持治具であって、基体(12)と、該基体(12)に、中心軸に沿ってプリフォーム(1)への挿入が可能に起立配設した支持軸体(14)と、該支持軸体(14)に断熱部材(24)を介して配設され、前記口筒部(2)に挿入されて該口筒部(2)の熱収縮変形を規制するコア部材(21)を有し、前記基体(12)と支持軸体(14)で熱導体(HC)を形成し、該熱導体(HC)を介して、プリフォーム(1)の内側から熱を外部に放散させて該プリフォーム(1)の温度の制御が可能に構成したプリフォーム保持治具。
【請求項２】
支持軸体(14)の一部がプリフォーム(1)のネックリング(5)の直下近傍部分に略内接する構成とした請求項１記載のプリフォーム保持治具。
【請求項３】
基体(12)に冷却用のフィン(12a)を付設した請求項１または２記載の保持治具。
【請求項４】
コア部材(21)を、コア本体(22)の外表面をプラズマＣＶＤ法による薄膜でコーティングした構成とした請求項１、２または３記載の保持治具。
【請求項５】
コア本体(22)をステンレス製とし、薄膜を炭素薄膜(23)とした請求項４記載の保持治具。
【請求項６】
基体(12)と、該基体(12)に中心軸に沿ってプリフォーム(1)への挿入が可能に起立配設した支持軸体(14)と、該支持軸体(14)に断熱部材(24)を介して配設され、前記口筒部(2)に挿入されて該口筒部(2)の熱収縮変形を規制するコア部材(21)を有し、前記基体(12)と支持軸体(14)とで熱導体(HC)を形成した保持治具(11)を使用し、外側から口筒部(2)を加熱する加熱ヒータ(31)を配設し、前記加熱ヒータ(31)による加熱と前記熱導体(HC)による放熱を調整し、前記コア部材(21)の温度を制御して、口筒部(2)の外側と内側から加熱する構成とした２軸延伸ブロー成形用ポリエチレンテレフタレート系樹脂製プリフォームの熱結晶化処理設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２９７７７５（Ｐ２００６−２９７７７５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２３４６１（Ｐ２００５−１２３４６１）
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００６９０９）株式会社吉野工業所 (2,913)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００６９０９）株式会社吉野工業所 (2,913)
【Ｆターム（参考）】
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