JP5370835B2 - 耐圧用ボトル - Google Patents

Description

本発明は、内部を陽圧とした状態で使用される例えばポリエチレンテレフタレート製の耐圧用ボトルに係り、とりわけボトル内部を陽圧とした際に高い強度を有する耐圧用ボトルに関する。

近年、プラスチックボトルに使用されるプラスチック材料の使用量を減らすことにより、プラスチックボトルを軽量化することが望まれている。しかしながら、ボトルを軽量化した場合、ボトルの強度が弱くなってしまう。このため、ボトルを段ボール箱内に梱包し、段ボール箱を積載して倉庫内に保存する際に、段ボール箱の段積み数を減らす必要が生じる。

また、ボトルを自動販売機で販売するときに、自動販売機から正常に排出できなかったり、自動販売機内での保存中や排出時にボトルが凹む問題が生じやすい。これを解決するために、ボトル飲料を製造する工程において、ボトルに内容液を充填した直後に窒素等の不活性ガスをボトル内に充填してボトルを閉栓する技術がある。これにより、ボトル内部は陽圧となり、ボトルの強度を高くすることが可能である。なお、このようにボトル内部を窒素等の不活性ガスで満たすことは、内容液（例えば緑茶）の酸化を防止する効果もある。

また、天然発泡水（スパークリングウォーター）や酸素水等をボトルに充填した場合、ボトル内はわずかに陽圧となる。あるいは緑茶またはコーヒー等の内容液をボトルに充填し、このボトルを加温すると、内容液や内部の空気の熱膨張により、ボトル内が陽圧となる。

このように、ボトル内部が陽圧となる場合、図８に示すような一般的な形状の底部１０１を有するボトル１００を用いると、ボトル１００内が陽圧になることにより底部１０１が膨らんでボトル１００の全高が高くなってしまう。あるいは、底部１０１の凹凸が反転（バックリング）することにより、ボトル１００が正立しなくなってしまう。

このため、ボトルに耐圧性を持たせるために底部をペタロイド形状とすることが一般的に行われている。また、底部をペタロイド形状とする技術のほか、図９に示すように底部１０１へ補強溝１０２を設けたり、底部を特公平３−３９８９７（特許文献１）に示す形状とする技術が存在する。

特公平３−３９８９７号公報

ペタロイド形状の底部を有するプラスチックボトルは耐圧性に優れているため、その多くは炭酸飲料を充填して販売するために使用されている。このため消費者には、ペタロイド形状の底部を有するプラスチックボトルには炭酸飲料が充填されている、というイメージが強い。したがって、消費者が内容物を誤解することを避けるため、このようなペタロイド形状の底部を有するプラスチックボトルを緑茶またはコーヒー等の容器として用いることは事実上困難となっている。またぺタロイド形状の底部は、複数の脚部が突出した形状であるため、外力により凹み等の変形が生じやすいという問題もある。

また、図９および特公平３−３９８９７（特許文献１）に示すボトルは、耐圧性能に劣るため、ボトル内の圧力をあまり高くすることができない。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ボトル内部を陽圧にした際の変形を少なくすることができ、更に外力によっても変形しにくく、かつ消費者が内容物を誤解しないように、外観を一般的なボトルの外観に近くした耐圧用ボトルを提供することを目的とする。

本発明は、耐圧用ボトルにおいて、口部と、胴部と、底部とを備え、底部は、中央部から周縁部に延びるとともに下方へ突出し、かつ各々接地面を含む複数の脚部を有し、各脚部間に中央部から周縁部に向かって上方へ延びる平坦面が形成され、各脚部の周縁部は、胴部から半径方向内方に引っ込んで各平坦面の周縁部とともに底部の全周にわたって周縁段部を形成し、各脚部の突出高さが胴部の径の１０％〜２０％であり、少なくとも１つの脚部に、中央部側から接地面を通り周縁部側に向かう溝を形成したことを特徴とする耐圧用ボトルである。

本発明は、各脚部に形成された溝の本数は、１本乃至６本であることを特徴とする耐圧用ボトルである。

本発明は、各溝の深さは、０．０５ｍｍ乃至３ｍｍであることを特徴とする耐圧用ボトルである。

本発明は、各脚部に少なくとも２本の溝が形成され、各溝同士の間隔は各溝の幅以上であることを特徴とする耐圧用ボトルである。

本発明は、各溝の長さは、接地面最下点から周縁部側へ向かう長さをＬ₁とし、接地面最下点から中央部側へ向かう長さをＬ₂とした場合、１ｍｍ≦Ｌ₁≦１０ｍｍかつ０．５ｍｍ≦Ｌ₂≦７ｍｍとなることを特徴とする耐圧用ボトルである。

本発明は、各平坦面は、中央部から周縁部に向かう断面において下方へ向けて湾曲するドーム状曲面の一部を構成することを特徴とする耐圧用ボトルである。

本発明は、底部は、奇数個の脚部を有することを特徴とする耐圧用ボトルである。

本発明は、底部の中央部に上方へ引っ込む凹部が形成されていることを特徴とする耐圧用ボトルである。

本発明によれば、底部は、中央部から周縁部に延びるとともに下方へ突出する複数の脚部を有し、各脚部間に中央部から周縁部に向かって上方へ延びる平坦面が形成され、少なくとも１つの脚部に、中央部側から接地面を通り周縁部側に向かう溝を形成している。このことにより、耐圧用ボトル内部を陽圧にした際の変形を少なくすることができる。また、耐圧用ボトルを薄肉とした場合であっても、底部の強度を高くすることができる。このため、ボトルの底部に外力が加わっても凹み等の変形が生じにくい。

また本発明によれば、各脚部の周縁部は、胴部から半径方向内方に引っ込んで各平坦面の周縁部とともに周縁段部を形成している。このことにより、耐圧用ボトル外方から見て底部の脚部が目立たないため、外観が一般的なボトルの外観に似ており、消費者が耐圧用ボトルの内容物を誤解するおそれがない。

図１は、本発明の一実施の形態による耐圧用ボトルを示す正面図。 図２は、本発明の一実施の形態による耐圧用ボトルの底部を示す斜視図。 図３は、本発明の一実施の形態による耐圧用ボトルの底部を示す底面図（図１のIII方向矢視図）。 図４は、本発明の一実施の形態による耐圧用ボトルの底部を示す垂直断面図（図３のIV−IV線断面図）。 図５は、本発明の一実施の形態による耐圧用ボトルの脚部を示す部分断面図（図３のＶ−Ｖ線断面図）。 図６は、本発明の一実施の形態による耐圧用ボトルの脚部を示す拡大側面図（図３のVI方向矢視図）。 図７は、本発明の一実施の形態の変形例による耐圧用ボトルの底部を示す斜視図（図２に対応する図）。 図８は、従来のボトルの底部を示す図。 図９は、従来のボトルの底部を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図７は本発明の一実施の形態を示す図である。

まず、図１乃至図６により本実施の形態による耐圧用ボトルの概要について説明する。なお、本明細書中、「平坦面」とは、表面に凹凸を有していない滑らかな面という意味で用いている。ただしシボ等の微細な凹凸を有していても、「平坦面」とみなす。また本明細書中、「上方」、「下方」とは、それぞれ耐圧用ボトル１０を正立させた状態（図１）における上方、下方のことをいう。

図１に示すように耐圧用ボトル１０は、口部１１と、口部１１下方に設けられた胴部１２と、胴部１２下方に設けられた底部２０とを備えている。

この耐圧用ボトル１０は、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する）を射出成形して製作したプリフォームを二軸延伸ブロー成形したものである。なおプリフォームすなわち耐圧用ボトル１０の材料としては、ＰＥＴの他、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、または他の様々な熱可塑性樹脂を用いることも可能である。

また、プリフォームを多層構造とし、そのうちの少なくとも１つの層をガスバリヤー層としても良い。ガスバリヤー層としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体ケン化物（以下、ＥＶＯＨと略記する）やＭＸＤ６（ポリメタキシリレンアジパミド）などのガスバリヤー性樹脂層を積層した構成を採ることができる。二種以上の合成樹脂のブレンド成形の場合は、例えば、ＰＥＴにＭＸＤ６などのガスバリヤー性樹脂をブレンドしてプリフォームを射出成形することにより、ガスバリヤー性を向上させることができる。また、合成樹脂のほかに酸素吸収剤をＰＥＴにブレンドすることによっても、酸素バリヤー性を向上させることができる。

さらに、ボトル容器内壁にシリカ、アルミナなどの無機酸化物や非晶性カーボンを蒸着することにより、透明性を維持しながらガスバリヤー性を向上させることができる。コーティング手段を用いる場合は、メタキシレンジアミンとエピクロルヒドリンを反応させた芳香族系多価エポキシ化合物と多価アミンとの熱硬化型架橋塗膜や、ＥＶＯＨなどをコーティングすることにより、ガスバリヤー性を向上させることができる。ＥＶＯＨをコーティングした場合は、吸湿によりガスバリヤー性が低下するため、その上にポリオレフィン系樹脂などの防湿性樹脂をコーティングすることが好ましい。このようなガスバリヤー性向上手段は、いずれか一種を用いてもよいが、二種以上の手段を組み合わせて用いることにより、一層ガスバリヤー性を向上させることができる。

図１乃至図６に示すように、底部２０は、中央部２０ａから周縁部２０ｂに延びるとともに下方へ突出する７個（複数個）の脚部２１を有している。

この脚部２１は、耐圧用ボトル１０を安定して正立させるためには３個以上設けることが好ましいが、成形性の観点から、その上限は１５個程度となる。また、バックリングを効果的に防止するために、脚部２１の個数を奇数個とすることが好ましく、７個または９個とすることが更に好ましい。

図２および図３に示すように、７個の脚部２１は、底部２０の周縁部２０ｂに沿って等間隔に配置されている。

また図３および図４に示すように、各脚部２１は、接地面２１ａと、接地面２１ａから中央部２０ａ側に向けて上方に延びる内側傾斜面２１ｂと、接地面２１ａから周縁部２０ｂ側に向けて上方に延びる外側傾斜面２１ｃとを有している。このうち内側傾斜面２１ｂは、底面方向から見て略三角形形状を有している（図３参照）。

一方、各脚部２１間には、中央部２０ａから周縁部２０ｂに向かって上方へ延びる平坦面２２が形成されている。各平坦面２２は、中央部２０ａから周縁部２０ｂに向かう断面において、下方へ向けて湾曲するドーム状曲面の一部を構成する（図４参照）。この場合、各平坦面２２は、球面の一部からなることが好ましい。

さらに各脚部２１に、中央部２０ａ側（内側傾斜面２１ｂ）から接地面２１ａを通り周縁部２０ｂ側（外側傾斜面２１ｃ）に向かう溝５１が形成されている。本実施の形態において、全ての脚部２１に２本ずつ溝５１が形成されているが、これに限らず、特定の（１または複数の）脚部２１にのみ溝５１を設けても良い。

溝５１の本数は限定しないが、１つの脚部２１に対して１本乃至６本とすることが好ましい。但し、各脚部２１に形成された溝５１が１本であると、後述する本実施の形態の効果が薄くなり、５本以上とすると、脚部２１の成形性がやや悪くなるおそれがある。このため、各脚部２１に形成される溝５１の数を２本乃至４本とすることが更に望ましい。

さらに、各脚部２１の周縁部２１ｄは、胴部１２から半径方向内方に引っ込んで各平坦面２２の周縁部２２ａとともに周縁段部２６を形成している。すなわち周縁段部２６は、底部２０の全周にわたって円環状に設けられており（図３参照）、また周縁段部２６の垂直断面は、下方に突出する円弧形状を有している（図４参照）。

このような耐圧用ボトル１０のサイズは限定されるものではなく、どのようなサイズのボトルからなっていても良い。例えば図４において、耐圧用ボトル１０の容量が５００ｍｌである場合、胴部１２の径φを６０ｍｍ乃至７０ｍｍとし、底部２０の底深さ（すなわち各脚部２１の接地面２１ａと底部２０の中央部２０ａとの距離）ｈ₁を２ｍｍ乃至６ｍｍとすることが好ましい。また、各脚部２１を目立たなくするため、各脚部２１の突出高さｈ₂は、底部２０の強度を損なわない限度で低くすることが好ましい。具体的には、各脚部２１の突出高さｈ₂を胴部の径の１０％〜２０％とすることが好ましい。

なお例えば耐圧用ボトル１０の容量が３５０ｍｌ以下である場合は、胴部１２の径φが５０ｍｍ乃至６８ｍｍ、１０００ｍｌの場合は胴部１２の径φが７０ｍｍ乃至９０ｍｍ、１５００ｍｌの場合は胴部１２の径φが８０ｍｍ乃至１００ｍｍであり、脚部２１の突出高さｈ₂はそれぞれの胴部１２の径φの１０％から２０％とすることが好ましい。

また、中央部２０ａから周縁部２０ｂに向かう断面において、各脚部２１の接地面２１ａの曲率半径Ｒ₁を３ｍｍ乃至７ｍｍとし、周縁段部２６の曲率半径Ｒ₂を１ｍｍ乃至３ｍｍとすることが好ましい。さらに、胴部１２の肉厚ｔ₁を０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍとし、周縁段部２６の水平方向の幅ｗを１ｍｍ乃至２ｍｍとすることが好ましい。

図５において、各溝５１の深さｄは、０．０５ｍｍ乃至３ｍｍとすることが好ましく、０．８ｍｍ乃至１．２ｍｍとすることが更に好ましい。溝５１の深さｄが浅すぎる場合、溝５１を設けることによる効果が薄れ、溝５１の深さｄが深すぎる場合、脚部２１の成形性がやや悪くなるおそれがある。

また図５において、各溝５１の長さは、接地面２１ａの最下点２１ｅから周縁部２０ｂ側（外側傾斜面２１ｃ側）へ向かう長さをＬ₁とし、接地面２１ａの最下点２１ｅから中央部２０ａ側（内側傾斜面２１ｂ側）へ向かう長さをＬ₂とした場合、１ｍｍ≦Ｌ₁≦１０ｍｍかつ０．５ｍｍ≦Ｌ₂≦７ｍｍとすることが好ましい。溝５１の長さが短すぎると、溝５１を設けることによる効果が薄れる。他方、溝５１の長さが長すぎると、脚部２１の成形性がやや悪くなるおそれがある。

図６において、各溝５１の幅ｂは、０．２ｍｍ乃至５ｍｍとすることが好ましい。また本実施の形態のように各脚部２１に２本以上の溝５１が形成されている場合、各溝５１同士の間隔ａを、各溝５１の幅ｂ以上とすることが望ましい（ｂ≦ａ）。これは、仮に各溝５１同士の間隔ａを、各溝５１の幅ｂより小さくした場合（ｂ＞ａ）、成形性が悪くなるおそれがあり、また接地面２１ａの面積が少なくなって、耐圧用ボトル１０の自立性に悪影響を与えるおそれがあるからである。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

まず耐圧用ボトル１０内に、例えば緑茶等の内容液を充填し、その後、窒素等の不活性ガスをヘッドスペース内に充填して閉栓する。この際、充填された不活性ガスまたは内容液により、耐圧用ボトル１０内部は陽圧（たとえば２０〜９０ｋＰａ）となる。

耐圧用ボトル１０内部が陽圧となることにより、耐圧用ボトル１０の内側から外側への力が作用し、底部２０においては、およそ上方から下方へ向けて圧力が加わる。

これに対して本実施の形態において、底部２０は、中央部２０ａから周縁部２０ｂに延びるとともに下方へ突出する７個の脚部２１を有し、各脚部２１間に中央部２０ａから周縁部２０ｂに向かって上方へ延びる平坦面２２が形成されている。この各平坦面２２は、中央部２０ａから周縁部２０ｂに向かう断面において下方へ向けて湾曲するドーム状曲面の一部を構成する。したがって、耐圧用ボトル１０内が陽圧になり底部２０に下方向の力が加わっても、底部２０に応力が集中しにくい形状となっているため、底部２０が変形しにくい。さらに、隣り合う脚部２１と、各脚部２１間に位置する平坦面２２とがリブ構造を形成するため、これによっても底部２０の変形を防止するように作用する。

さらに、耐圧用ボトル１０内が陽圧になったとき、脚部２１の接地面２１ａの曲率半径Ｒ₁が大きくなるように変形させようとする力が働くが、脚部２１に設けた溝５１により曲率半径Ｒ₁の変形を抑えることができる。その結果、耐圧用ボトル１０の全高変化量はより小さく抑えられる。また耐圧用ボトル１０の全高の変化を抑えるだけでなく、陽圧になることによって脚部２１が変形してしわが生じることを防止することもできる。

すなわち、平坦面２２が下方へ突出するドーム形状からなっているため、耐圧用ボトル１０内の圧力が増加することにより底部２０の平坦面２２が下方に変形しはじめても、底部２０全体が反転することがない（すなわちバックリング現象が生じない）。また耐圧用ボトル１０内の圧力が高まった場合、胴部１２が半径方向に広がるように作用するが、周縁段部２６が形成されていることにより、胴部１２が半径方向へ広がりにくい。

ところで、この耐圧用ボトル１０を小売店の販売棚に置いた場合、またはテーブルの上に置いた場合を考える。この場合、底部２０と胴部１２との間に周縁段部２６が形成されており、各脚部２１の周縁部２１ｄが、胴部１２から半径方向内方に引っ込んでいる。このことにより、外観上脚部２１が見えにくく、目立たない。すなわち、耐圧用ボトル１０の底部２０は、一般的なペタロイド形状の底部と同様に、下方へ突出した脚部２１を有しているが、この脚部２１が目立たないようになっている。この結果、底部２０は、外観上あたかも図８または図９に示すような通常の底部であるかのように見える。

さらに本実施の形態においては、図４に示すように、胴径φが６０ｍｍ乃至７０ｍｍであるのに対し、脚部２１の突出高さｈ₂を８ｍｍ乃至１２ｍｍと短くしていることも、脚部２１を目立たなくすることに寄与している。

このように本実施の形態によれば、底部２０は、中央部２０ａから周縁部２０ｂに延びるとともに下方へ突出する複数の脚部２１を有し、各脚部２１間に中央部２０ａから周縁部２０ｂに向かって上方へ延びる平坦面２２が形成されている。また各平坦面２２は、中央部２０ａから周縁部２０ｂに向かう断面において下方へ向けて湾曲するドーム状曲面の一部を構成する。さらに、各脚部２１の周縁部２１ｄは、胴部１２から半径方向内方に引っ込んで各平坦面２２の周縁部２２ａとともに周縁段部２６を形成している。また脚部２１に、中央部２０ａ側から接地面２１ａを通り周縁部２０ｂ側に向かう溝５１が形成されている。このことにより、底部２０の強度が高められ、耐圧用ボトル１０の内部を陽圧にした際、底部２０の変形（バックリング等）を防止することができる。

さらに、各脚部２１に設けた溝５１によって、ボトル内部を陽圧にしたとき脚部２１が変形してしわが生じることを防止することができる。また、内容液を充填した耐圧用ボトル１０を輸送するときの振動や、耐圧用ボトル１０を誤って落下させたり、自動販売機で販売するときの落下衝撃等により、脚部２１に凹み等の変形が生じる事があるが、溝５１によって脚部２１が補強されるため、このような変形を防止することができる。仮に脚部２１に変形が生じた場合であっても、溝５１があるため変形が目立ちにくいという効果もある。

また本実施の形態によれば、耐圧用ボトル１０外方から見て底部２０の脚部２１が目立ちにくいため、耐圧用ボトル１０の外観形状が一般的なボトルの外観形状に近く、消費者が耐圧用ボトル１０の内容物を誤解するおそれがない。

なお耐圧用ボトル１０は外観形状が一般的なボトルの外観形状に近いため、耐圧用ボトル１０内部を非陽圧として用いる事も可能である。たとえば、ある時は緑茶を充填した後に窒素を充填して耐圧用ボトル１０内を陽圧にして自動販売機用の商品とし、別のときは同じ耐圧用ボトル１０に緑茶のみを充填し非自動販売機用の商品とする事も可能である。そのためボトル用の金型を２種類用意する必要が無く、したがってボトルの生産工場においては金型を交換する必要も無いため、金型投資費用や交換時間を節約できる、という副次効果もある。

（変形例）
なお、図７に示すように、底部２０の中央部２０ａに、上方へ引っ込む凹部２４を形成しても良い。この場合、図１乃至図４に示す耐圧用ボトル１０と同様の効果を得ることができる。さらに、凹部２４が設けられていることにより、底部２０の強度が更に増加し、耐圧用ボトル１０内の圧力によって底部２０が変形することをより効果的に防止することができる。

また、耐圧用ボトル１０は、プリフォーム（図示しない）を二軸延伸ブロー成形することにより成形され、プリフォームは射出成形法により製造される。このプリフォームの底部（耐圧用ボトル１０の底部２０に相当する部分）には、射出成形装置の注入ゲートに対応するゲート部が形成される。図７に示す変形例において、耐圧用ボトル１０の底部２０に凹部２４を形成したことにより、このゲート部を目立ちにくくする効果もある。

１０ 耐圧用ボトル
１１ 口部
１２ 胴部
２０ 底部
２０ａ 中央部
２０ｂ 周縁部
２１ 脚部
２１ａ 接地面
２１ｂ 内側傾斜面
２１ｃ 外側傾斜面
２１ｄ 周縁部
２２ 平坦面
２２ａ 周縁部
２４ 凹部
２６ 周縁段部
５１ 溝

Claims (8)

1. 耐圧用ボトルにおいて、
   口部と、
   胴部と、
   底部とを備え、
   底部は、中央部から周縁部に延びるとともに下方へ突出し、かつ各々接地面を含む複数の脚部を有し、各脚部間に中央部から周縁部に向かって上方へ延びる平坦面が形成され、
   各脚部の周縁部は、胴部から半径方向内方に引っ込んで各平坦面の周縁部とともに底部の全周にわたって周縁段部を形成し、
   各脚部の突出高さが胴部の径の１０％〜２０％であり、
   少なくとも１つの脚部に、中央部側から接地面を通り周縁部側に向かう溝を形成したことを特徴とする耐圧用ボトル。
2. 各脚部に形成された溝の本数は、１本乃至６本であることを特徴とする請求項１記載の耐圧用ボトル。
3. 各溝の深さは、０．０５ｍｍ乃至３ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の耐圧用ボトル。
4. 各脚部に少なくとも２本の溝が形成され、各溝同士の間隔は各溝の幅以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の耐圧用ボトル。
5. 各溝の長さは、接地面最下点から周縁部側へ向かう長さをＬ₁とし、接地面最下点から中央部側へ向かう長さをＬ₂とした場合、１ｍｍ≦Ｌ₁≦１０ｍｍかつ０．５ｍｍ≦Ｌ₂≦７ｍｍとなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の耐圧用ボトル。
6. 各平坦面は、中央部から周縁部に向かう断面において下方へ向けて湾曲するドーム状曲面の一部を構成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の耐圧用ボトル。
7. 底部は、奇数個の脚部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の耐圧用ボトル。
8. 底部の中央部に上方へ引っ込む凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の耐圧用ボトル。

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