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【発明の名称】 カップ状容器に耐熱性を付与する方法および耐熱性カップ状容器の製造方法
【発明者】 【氏名】中村 喜則
【住所又は居所】長野県上田市大字小島３２２ 株式会社フロンティア内

【氏名】折元 宏行
【住所又は居所】長野県上田市大字小島３２２ 株式会社フロンティア内

【氏名】谷口 康
【住所又は居所】長野県上田市大字小島３２２ 株式会社フロンティア内
【要約】 【課題】カップ状容器に耐熱性を付与する方法を提案すること。

【解決手段】プラスチック製の耐熱性カップ状容器１１の内面形状に対応した成形面５１を備えた雄型５０に一次容器１１を装着する。この状態で、一次容器１１を外側から石英管ヒータなどにより加熱する。加熱により一次容器１１は熱収縮を起こし、雄型５０の成形面５１に密着状態になる。雄型５０は内部に熱媒体が循環してその成形面温度が所定温度に保持されているので、雄型５０により一次容器１１が冷却される。一次容器１１の平坦な底面部分を底型により立体形状にプレス成形して、最終形状の耐熱性カップ状容器１１が得られる。耐熱性カップ状容器１１を雄型５０から外して自然放冷させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック製のカップ状容器の内面形状に対応した成形面を備えた雄型に、当該カップ状容器を装着する装着工程と、
前記カップ状容器を外側から加熱し、熱収縮により前記雄型の前記成形面に密着させる加熱処理工程と、
密着した前記雄型により前記カップ状容器を冷却する冷却工程と、
前記雄型から前記カップ状容器を外す離型工程と、
を含むカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記カップ状容器の内面と前記雄型の成形面との隙間が６ｍｍ以下となるように、前記成形面が形成されているカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項３】
前記加熱処理工程における加熱温度は８０〜２３０℃の範囲であるカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
前記加熱処理工程では、石英管ヒータ、加熱空気、加熱加圧水蒸気、または中心波長が１０．６ミクロンの炭酸ガスレーザを用いるカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記加熱処理工程では、前記カップ状容器における筒状胴部の開口縁から外側に広がっているフランジを覆い隠した状態で外側から加熱するカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
前記加熱処理工程では、前記雄型により前記カップ状容器をその中心軸線回りに回転させながら加熱するカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のうちのいずれかの項において、
少なくとも前記加熱処理工程および前記冷却工程では、前記雄型の前記成形面の温度を５０〜１２０℃の温度範囲となるように調節するカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のうちのいずれかの項において、
前記離型工程では、前記カップ状容器のフランジを、当該カップ状容器の軸線方向に押すことによりカップ状容器を雄型から取り外すカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のうちのいずれかの項において、
前記離型工程では前記雄型の前記成形面から空気を吹き出すカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記雄型の前記成形面に形成した０．０５〜１ｍｍ幅のスリットまたは内径が１ｍｍ以下の穴から空気を吹き出すカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のうちのいずれかの項において、
前記カップ状容器としてその底面が平坦なものを用意し、
前記加熱処理工程から前記冷却工程に亘る期間において、前記カップ状容器の底面を立体形状となるようにプレス成形する成形工程を含むカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のうちのいずれかの項において、
前記カップ状容器の素材がＰＥＴ、ＰＰまたはＰＥＮであるカップ状容器に耐熱性を付与する方法。
【請求項１３】
プリフォームを二軸延伸ブローしてカップ状容器を成形する成形工程と、
前記カップ状容器に対して請求項１ないし１２に記載の方法により耐熱性を付与する耐熱化工程と、
を含む耐熱性カップ状容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック製のカップ状容器に耐熱性を付与するための方法、および当該方法を利用した耐熱性カップ状容器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
乳製品などの飲料容器として広口のカップ状容器が利用されている。カップ状容器は、底の付いた筒状胴部と、この筒状胴部の開口縁から外側に広がっているフランジとを備えた形状をしている。また、一般に、筒状胴部は開口縁に向けて広がった円錐台形状をしている。
【０００３】
カップ状容器は圧空成形法や真空成形法によってポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリスチレン（ＰＳ）などの熱可塑性樹脂からなるプラスチックシートから成形されている。すなわち、プラスチックロールシートから繰り出されたプラスチックシートを成形適温まで加熱する。次に、カップ状容器に対応する凹部あるいは凸部がマトリックス状に形成されている金型を用いてプラスチックシートを立体成形する。次いで、プラスチックシートから個々のフランジ付きカップ状容器を打ち抜く。しかし、このような方法は深さのあるカップ状容器を成形するには不適切である。
【０００４】
そこで、二軸延伸ブロー成形法を用いてカップ状容器を製造する方法が、下記の特許文献１などにおいて提案されている。二軸延伸ブローにより成形されたカップ状容器は薄肉・透明で高い強度を持っているので、一般の飲料容器や食品容器として利用可能である。
【０００５】
しかしながら、従来におけるカップ状容器は耐熱性に乏しいので、内容物を充填するまでに高温で殺菌する必要のある容器として用いるには適していない。例えば、コーヒーなどの飲料容器として使用するためには、１６８℃で数秒間の蒸気殺菌を行う必要があり、かかる高温殺菌によりカップ状容器が熱変形を起こす可能性がある。
【特許文献１】実公平４−２００１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、熱変形が起きないようにカップ状容器に耐熱性を付与する方法を提案することにある。
【０００７】
また、本発明の課題は、かかる新たな方法を用いた耐熱性カップ状容器の製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明のカップ状容器に耐熱性を付与する方法は、
プラスチック製のカップ状容器の内面形状に対応した成形面を備えた雄型に、当該カップ状容器を装着する装着工程と、
前記カップ状容器を外側から加熱し、熱収縮により前記雄型の前記成形面に密着させる加熱処理工程と、
密着した前記雄型により前記カップ状容器を冷却する冷却工程と、
前記雄型から前記カップ状容器を外す離型工程と、
を含む。
【０００９】
本発明の方法では、カップ状容器を外側から加熱して雄型に密着させながらヒートセットを行っている。従って、雄型によりカップ状容器を目標とする形状に成形できると同時にカップ状容器に耐熱性を付与することができるので、耐熱性を備えた目標とする形状のカップ状容器を得ることができる。
【００１０】
ここで、カップ状容器と雄型の隙間が広すぎるとカップ状容器が熱収縮しても雄型に密着しない場合がある。密着しないと、カップ状容器に凹凸や皺が発生して、不良品となってしまう。そこで、前記カップ状容器の内面と前記雄型の成形面との隙間を６ｍｍ以下となるようにすることが望ましい。２ｍｍ以下とすればより望ましい。
【００１１】
次に、前記加熱処理工程における加熱温度は８０〜２３０℃の範囲であることが望ましい。下限値よりも低い場合には・耐熱性が低いという弊害があり、上限値よりも高い場合には結晶化して白濁するという弊害が発生するからである。
【００１２】
また、前記加熱処理工程では、石英管ヒータ、加熱空気、加熱加圧水蒸気、または中心波長が１０．６ミクロンの炭酸ガスレーザを用いてカップ状容器を加熱することができる。
【００１３】
さらに、カップ状容器は、内容物を充填した後にシール材をそのフランジ面に熱融着して封止される場合がある。この場合にはフランジ面を結晶化して耐熱性を付与しておくと、シール材を確実に熱融着できない。そこで、このような場合には、前記加熱処理工程では、前記カップ状容器における筒状胴部の開口縁から外側に広がっているフランジを覆い隠した状態で外側から加熱すればよい。
【００１４】
さらにまた、カップ状容器の加熱を均一に行うためには、前記加熱処理工程において、前記雄型により前記カップ状容器をその中心軸線回りに回転させながら加熱することが望ましい。
【００１５】
次に、少なくとも前記加熱処理工程および前記冷却工程では、前記雄型の前記成形面の温度を５０〜１２０℃の温度範囲となるように調節することが望ましい。耐熱度の高いカップ状容器を得るためには雄型温度を高くする必要があるが、１２０℃を超えるとオリゴマーが雄型表面（成形面）に徐々に堆積して、そこに密着するカップ状容器の内面の光沢や透明度が損なわれる。逆に、雄型温度が５０℃未満と低すぎる場合には、カップ状容器の熱処理が不十分になり、カップ状容器の歪が除去できず、カップ状容器の耐熱性が不足する。
【００１６】
次に、前記離型工程では、前記カップ状容器のフランジを、当該カップ状容器の軸線方向に押すことによりカップ状容器を雄型から取り外せばよい。
【００１７】
また、雄型の温度が高い程、カップ状容器の離型性が悪くなるので、前記離型工程では前記雄型の前記成形面から空気を吹き出すようにすればよい。
【００１８】
この場合、前記雄型の前記成形面に０．０５〜１ｍｍ幅のスリットまたは内径が１ｍｍ以下の穴を形成し、ここから空気を吹き出すようにすればよい。
【００１９】
次に、本発明の方法においては、前記カップ状容器としてその底面が平坦なものを用意しておき、前記加熱処理工程から前記冷却工程に亘る期間において、前記カップ状容器の底面を立体形状となるようにプレス成形する成形工程を含むようにしてもよい。
【００２０】
また、前記カップ状容器の素材としては、ＰＥＴ、ＰＰまたはＰＥＮを挙げることができる。
【００２１】
次に、本発明は耐熱性カップ状容器の製造方法に関するものであり、プリフォームを二軸延伸ブローしてカップ状容器を成形する成形工程と、前記カップ状容器に対して上記の方法により耐熱性を付与する耐熱化工程とを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の方法では、雄型に装着した状態のカップ状容器を外側から加熱して熱収縮させ、密着した雄型によりカップ状容器を冷却して、当該カップ状容器の耐熱性を付与している。したがって、目標とする形状に成形された耐熱性のあるカップ状容器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したカップ状容器の製造方法を説明する。
【００２４】
図１は、カップ状容器を二軸延伸ブロー成形するために用いるプリフォームを倒立状態で示す側面図である。プリフォーム１は円環状の口部フランジ２と、この口部フランジ２の内周縁から裏面側に直角に延びている円筒状の首部３と、この首部３に連続している椀状胴部４を備えている。本例では、この形状のプリフォーム１を二軸延伸ブローして、最終製品であるカップ状容器に近似の形状をした一次容器を成形する。
【００２５】
図２はプリフォーム１を二軸延伸ブローして得られた一次容器を倒立状態で示す側面図である。一次容器１１は、プリフォーム１の口部フランジ２が延伸されずにそのままの状態で残っている口部フランジ１２と、プリフォーム１の首部３が二軸延伸ブローされて得られた首部１３と、プリフォーム１の椀状胴部４が二軸延伸ブローされて得られた平坦な底面部分１５を備えた円錐台状の筒状胴部１４とを備えている。
【００２６】
図３は、一次容器１１を成形することにより得られる最終形状の耐熱性カップ状容器を倒立状態で示す側面図である。耐熱性カップ状容器２１は、一次容器１１の口部フランジ１２がそのままの状態で残っている口部フランジ２２と、同じく一次容器１１の首部１３がそのままの状態で残っている円筒状の首部２３と、一次容器１１の筒状胴部１４よりも一回り小さな寸法の筒状胴部２４と、中心部分が内側に凸となるように立体成形された底面部分２５とを備えている。
【００２７】
図４ないし図７は、一次容器１１を耐熱性カップ状容器２１に成形するために用いる成形装置の構成および動作を示す概略構成図である。成形装置３０は、所定の搬送ラインに沿って一定のピッチで搬送されるキャリア４０と、各キャリア４０に同軸状態に担持されている雄型５０とを有している。また、搬送ラインに沿って配置された加熱ステーション６０を有しており、加熱ステーション６０においては、搬送ラインの一方の側に複数本の石英管ヒータ６１などの熱源が配置されている。さらに、加熱ステーション６０の下流側の部位の上方位置には底型７０が配置されている。
【００２８】
雄型５０は、最終形状の耐熱性カップ状容器２１の内面に対応した成形面５１を備えている。雄型５０の内部中心には軸線方向に雄型温度調整用の熱媒体循環路５２が形成されている。また、雄型５０の内部には圧縮空気供給路５３が形成されており、圧縮空気供給路５３は、成形面５１に所定の間隔で形成した空気吹き出し穴５４に連通している。空気吹き出し穴５４は内径が1ｍｍ以下の穴である。空気吹き出し穴５４の代わりに０．０５〜１ｍｍ幅の所定長さのスリットを所定間隔で形成してもよい。
【００２９】
雄型５０を担持しているキャリア４０は、雄型の担持面４１を備え、ここを貫通して延びる中心穴４２には熱媒体供給管４３が挿入されている。熱媒体供給管４３は雄型５０の熱媒体循環路５２内に挿入されている。また、キャリア４０には圧縮空気供給路４４が形成されており、これが雄型５０の圧縮空気供給路５３に連通している。さらに、雄型５０の下端外周面を取り囲む状態でエジェクトリング４５が配置されており、雄型５０に装着された一次容器１１のフランジ１２がエジェクトリング４５の円環状の上端面４５ａに乗るようになっている。さらには、エジェクトリング４５は不図示の昇降機構によって昇降可能である。このエジェクトリング４５を取り囲む状態でフランジカバー４６が配置されている。フランジカバー４６により、雄型５０に装着された一次容器２１のフランジ２２が覆い隠されるようになっている。フランジカバー４６は不図示の開閉機構によって開閉可能である（図７参照）。
【００３０】
キャリア４０の底面には同軸状態で従動側歯車４７が取り付けられており、加熱ステーション６０を搬送されるキャリア４０は従動側歯車４７に回転駆動軸４８の側から回転力が伝達され、その中心軸線４０ａの回りを回転しながら搬送される。したがって、雄型５０もその中心軸線５０ａを中心に回転しながら搬送される。
【００３１】
この構成の成形装置３０による動作を説明する。図４に示すように、キャリア４０に担持されている雄型５０に一次容器１１が装着される。ここで、一次容器１１の内面と雄型５０の成形面５１の隙間が６ｍｍ以下となるように、一次容器１１が二軸延伸ブロー成形されている。この隙間は２ｍｍ以下であることが望ましい。一次容器１１が装着された後は、加熱ステーション６０に送り込まれ、側方に配置されている石英管ヒータ６１によって一次容器１１が加熱される。雄型５０はその中心軸線５０ａを中心に回転するので、一次容器１１もその中心軸線回りに回転しながら、石英管ヒータ６１によって全周が均一に加熱される。加熱温度は、８０〜２３０℃の範囲内とすればよい。
【００３２】
一次容器１１は加熱されて熱収縮を起こし、図５に示すように、雄型５０の成形面５１に密着状態になる。一次容器１１の底部分１５は平坦面であるので、この部分のみが雄型５０の凹状の底型部分から離れている。また、一次容器１１のフランジ１２は、フランジカバー４６によって覆い隠されているので、所定温度以上に加熱されることはない。
【００３３】
一次容器１１が熱収縮して雄型５０の成形面に密着すると、雄型５０によって一次容器１１が冷却される。一次容器１１は、その内部に熱媒体が循環しており、熱媒体によって成形面が所定温度状態に保持される。この温度は５０℃ないし１２０℃の範囲内の値、さらには、５０℃ないし１００℃の範囲内の値が望ましい。
【００３４】
一次容器１１が熱収縮して雄型５０に密着した後は、図６に示すように、底型７０を下降させて、一次容器１１の平坦な底面部分を雄型５０の成形面に押し付けて、立体状の底面部分をプレス成形する。これによって、最終形状の耐熱性カップ状容器２１が得られる。
【００３５】
この後は、図７に示すように、底型７０を上昇させて退避させた後に、フランジカバー４６を開き、エジェクトリング４５により耐熱性カップ状容器２１を押し上げて雄型５０から取り外す。ここで、離型が容易に行われるように、雄型５０の成形面５１に形成されている圧縮空気吹き出し穴５４から圧縮空気を吹き出す。離型後の耐熱性カップ状容器２１は、大気中で法令されて自然収縮して形状が安定化する。
【実施例１】
【００３６】
ロータリ式二軸延伸ブロー成形機を用いて、フランジ径７１ｍｍ、重量１２ｇ、内容積２５０ｍｌの一次容器１１を成形した。この一次容器に対して最大隙間が凡そ１ｍｍの雄型５０を用いて石英管ヒータにより加熱処理を行い、耐熱性カップ状容器２１を成形した。
【００３７】
得られた耐熱性カップ状容器２１に熱水を充填して耐熱性を評価した。評価方法として、充填前後の容積を測定して算出した収縮率と、目視による外観変化を採用した。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】


【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一次容器を二軸延伸ブロー成形するために用いるプリフォームを倒立状態で示す側面図である。
【図２】一次容器を倒立状態で示す側面図である。
【図３】最終形状の耐熱性カップ状容器を倒立状態で示す側面図である。
【図４】本発明の方法により耐熱性を付与する成形装置の例を示す概略構成図である。
【図５】雄型に一次容器が熱収縮により密着した状態を示す説明図である。
【図６】底型により底面部分をプレス成形した状態を示す説明図である。
【図７】耐熱性カップ状容器の離型動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ プリフォーム
１１ 一次容器
１２ フランジ
１３ 首部
１４ 胴部
１５ 底面部分
２１ 耐熱性カップ状容器
２２ フランジ
２３ 首部
２４ 胴部
２５ 底面部分
３０ 成形装置
４０ キャリア
４５ エジェクトリング
４６ フランジカバー
５０ 雄型
５１ 成形面
５２ 熱媒体循環路
５４ 圧縮空気吹き出し穴
６０ 加熱ステーション
６１ 石英管ヒータ
７０ 底型
【出願人】 【識別番号】５９４０８２６４８
【氏名又は名称】株式会社フロンティア
【住所又は居所】長野県上田市大字小島３２２
【出願日】 平成１５年７月１６日（２００３．７．１６）
【代理人】 【識別番号】１０００９０１７０
【弁理士】
【氏名又は名称】横沢 志郎
【公開番号】 特開２００５−３５１９１（Ｐ２００５−３５１９１Ａ）
【公開日】 平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【出願番号】 特願２００３−２７５３５３（Ｐ２００３−２７５３５３）