JP5678555B2 - プラスチックボトル - Google Patents

Description

本発明は、口部と、首部と、胴部と、底部とを備えたプラスチックボトルに関する。

従来、プラスチックボトルの充填方法としては、無菌充填方法（常温充填方法）とホット充填方法（高温充填方法）とが存在する。このうちホット充填方法は、古くから缶飲料の充填方法として用いられてきたものである。

一般にホット充填用の容器は、耐熱性を有することが必要である。ホット充填においては、内容液の充填温度が高温であるため、充填後にボトルを常温まで冷却した際、内容液およびヘッドスペースの体積が減少し、ボトル内部の圧力が低下する。この結果、ホット充填品は、無菌充填品と比較してボトルの減圧による変形が大きくなる（図６参照）。このため、特にホット充填用の容器としてプラスチックボトルを用いる場合、ボトルをホット充填による熱と減圧吸収に耐えうるだけの肉厚に調整しなければならず、結果的にボトルを軽量化する事が難しいという問題がある。

これに対して、ホット充填後の減圧量を抑える為に、ホット充填後に液体窒素（ＬＮ２）を滴下する技術が開発されている（特許文献１）。

特開２００５−３５００９０号公報

ところで近年、ボトルに使用されるプラスチック材料の使用量を減らし、プラスチックボトルを更に軽量化することが望まれている。しかしながら、上述した液体窒素（ＬＮ２）を滴下する技術を、軽量化したプラスチックボトルに用いる場合、ホット充填による熱と充填直後の内圧上昇とにより、ボトルの底部が反転してしまうおそれがある（バックリングという）。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、内容液をホット充填し、内部を陽圧とした場合であっても底部の反転（バックリング）を防止することが可能な、プラスチックボトルを提供することを目的とする。

本発明は、口部と、首部と、胴部と、底部とを備えたプラスチックボトルにおいて、ボトル内部に内容液をホット充填し、液化ガスを添加し、底部は、中央に位置する中央部と、中央部から周縁部に放射状に延びる複数のペタロイド脚と、谷部とを有するペタロイド形状をもち、各ペタロイド脚は接地部を有し、各谷部のうち接地部に対応する幅をｔ１とし、各ペタロイド脚のうち接地部に対応する幅をｔ２とし、各ペタロイド脚の長さをｔ３とし、胴部の最大直径をｔ４とした場合、０．９０＜ｔ１／ｔ２＜１．４０かつ０．４５＜ｔ３／ｔ４＜０．５２となる構造を有することを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、底部は、５本〜９本のペタロイド脚を有することを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、ペタロイド脚の接地部における厚みが、０．０３ｍｍ〜０．４０ｍｍであることを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、内容液の充填温度が６０℃〜９５℃であることを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明によれば、各谷部のうち接地部に対応する幅をｔ１とし、各ペタロイド脚のうち接地部に対応する幅をｔ２とし、各ペタロイド脚の長さをｔ３とし、胴部の最大直径をｔ４とした場合、０．６０＜ｔ１／ｔ２＜１．９０かつ０．４０＜ｔ３／ｔ４＜０．６５となっている。このように、谷部の幅を従来のボトルより大きくするとともに、ペタロイド脚の長さを従来のボトルより長くしている。このことにより、内容液をホット充填し、液化ガスを添加することにより、ボトル内部を陽圧とした際に、ボトル内部の圧力を谷部によって受け止めることができ、底部の変形や反転（バックリング）を防止することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による充填した状態でのプラスチック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空の状態でのプラスチックボトルを示す垂直端面図（図１のＡ−Ａ線断面図）。 図３は、本発明の一実施の形態による空の状態でのプラスチックボトルを示す上面図。 図４は、本発明の一実施の形態による空の状態でのプラスチックボトルを示す底面図。 図５は、本発明の一実施の形態による空の状態でのプラスチックボトルの底部を示す拡大端面図。 図６は、無菌充填品とホット充填品との間で減圧量を比較する図。

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５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５により本実施の形態によるプラスチックボトルの概要について説明する。なお、本明細書中、「上方」、「下方」とは、それぞれプラスチックボトル１０を正立させた状態（図１および図２）における上方、下方のことをいう。

図１乃至図４に示すように、プラスチックボトル１０は、口部１１と、口部１１に連接する首部１２と、首部１２に連接する肩部１３と、肩部１３に連接する胴部２０と、胴部２０に連接する底部３０とを備えている。

このうち胴部２０は略円筒形状からなり、その表面は略平坦に構成されている。また、図１に示すように、プラスチックボトル１０内部には、内容液１５がホット充填され、内容液１５上のヘッドスペース１６内には、液化ガスが添加されている。さらに、口部１１にはキャップ１７が装着されている。

図２および図４に示すように、底部３０はペタロイド形状をもっている。すなわち底部３０は、中央に位置する中央部３１と、中央部３１から底部３０の周縁部３０ｂに向けて放射状に延びる複数（この場合は５本）のペタロイド脚３２とを有している。

図４に示すように、５本のペタロイド脚３２は、底部３０の周縁部３０ｂに沿って周方向に等間隔に配置されている。ペタロイド脚３２は、プラスチックボトル１０を安定して正立させるためには５本以上設けることが好ましいが、成形性の観点等から、その上限は９本程度とすることが好ましい。また、バックリングを効果的に防止するために、ペタロイド脚３２の本数を奇数本とすることが好ましく、とりわけ５本とすることが更に好ましい。

また図２および図４に示すように、各ペタロイド脚３２は、各々円周状に延びる接地部３２ａと、接地部３２ａから中央部３１側に向けて上方に延びる内側傾斜面３２ｂと、接地部３２ａから周縁部３０ｂ側に向けて上方に延びる外側傾斜面３２ｃとを有している。

一方、隣接する各ペタロイド脚３２間には、谷部３３が形成されている。各谷部３３は、中央部３１から周縁部３０ｂに向かって上方へ延びる湾曲面からなっている。各谷部３３は、中央部３１から周縁部３０ｂに向かう断面において、下方へ向けて湾曲する球面の一部を構成している（図２参照）。この場合、各谷部３３は、ドーム状曲面の一部からなっていても良い。

このようなプラスチックボトル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。例えばプラスチックボトル１０の容量が５００ｍｌである場合、胴部２０の直径ｔ４（図４参照）を６０ｍｍ乃至７０ｍｍとすることができる。また、プラスチックボトル１０の容量が１０００ｍｌの場合は、胴部２０の直径ｔ４を７０ｍｍ乃至９０ｍｍとし、１５００ｍｌの場合は、胴部２０の直径ｔ４を８０ｍｍ乃至１００ｍｍとすることができる。

また図４において、各谷部３３のうち接地部３２ａに対応する幅をｔ１とし、各ペタロイド脚３２のうち接地部３２ａに対応する幅をｔ２とした場合、０．６０＜ｔ１／ｔ２＜１．９０となっている。さらに、０．９０＜ｔ１／ｔ２＜１．４０とすることが更に好ましい。本実施の形態において、「谷部３３のうち接地部３２ａに対応する幅」とは、図４に示すように、互いに隣接するペタロイド脚３２の接地部３２ａ同士の間における、谷部３３の幅をいう。なお、ｔ１／ｔ２≦０．６０とした場合、谷部３３の幅が狭くなるため、ボトル内部を陽圧とした際に底部３０のバックリングを防止する効果が得られにくい。他方、ｔ１／ｔ２≧１．９０とした場合、ペタロイド脚３２の幅が狭くなり、ボトルの安定性が損なわれる。又、ペタロイド脚３２の幅が狭くなることにより底部３０の凹凸が大きくなる為、ブロー成形時にペタロイド脚３２の接地部３２ａに、過延伸による白化（薄肉化）が発生するおそれがある。

さらに、図５において、各ペタロイド脚３２の長さをｔ３とした場合、ペタロイド脚３２の長さｔ３の、胴部２０の最大直径ｔ４に対する比（ｔ３／ｔ４）は、０．４０＜ｔ３／ｔ４＜０．６５となっている。さらに、０．４５＜ｔ３／ｔ４＜０．５２とすることが更に好ましい。本実施の形態において、「ペタロイド脚３２の長さ」とは、ペタロイド脚３２の接地部３２ａからペタロイド脚３２の上端３２ｄ（あるいは谷部３３の上端３３ａ）までの垂直方向距離をいう。なお、ｔ３／ｔ４≦０．４０となる場合、ペタロイド脚３２および谷部３３の長さが短いため、ボトル内部を陽圧とした際に底部３０のバックリングを防止する効果が得られにくい。他方、ｔ３／ｔ４≧０．６５となる場合、ペタロイド脚３２の長さが長くなり、重心が高くなるためボトルの安定性が損なわれる。又、ペタロイド脚３２の長さが長くなることにより底部３０の凹凸が大きくなる為、ブロー成形時にペタロイド脚３２の接地部３２ａに、過延伸による白化（薄肉化）が発生するおそれがある。

なおプラスチックボトル１０のペタロイド脚３２の接地部３２ａの肉厚は、０．０３ｍｍ〜０．４０ｍｍとすることが可能である。このようにプラスチックボトル１０の肉厚を薄くすることにより、プラスチックボトル１０の軽量化を図ることができる。

プラスチックボトル１０は、合成樹脂材料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することにより作製することができる。なおプリフォームすなわちプラスチックボトル１０の主材料としては熱可塑性樹脂、特にＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）を主成分として使用する事が好ましい。

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、内部を洗浄した空のプラスチックボトル１０内に、緑茶またはコーヒー等の内容液１５を、例えば６０℃〜９５℃の温度で充填する（ホット充填）。

続いて、液体窒素等の液化不活性ガス（液化ガス）を内容液１５上のヘッドスペース１６内に充填し、キャップ１７により閉栓する。次にプラスチックボトル１０を例えば水平に傾けることにより、高温状態の内容液１５をキャップ１７の裏面に接触させ、これによりキャップ１７の裏面やプラスチックボトル１０の内部を殺菌する（転倒殺菌）。殺菌の方法は、内溶液１５の種類によってはパストライザーと呼ばれる熱水シャワーにしても良い。閉栓直後、充填された不活性ガスまたは内容液１５により、プラスチックボトル１０の内部は陽圧となる。

このようにプラスチックボトル１０内部が陽圧となることにより、プラスチックボトル１０の内方（上方）から外方（下方）へ力が作用し、底部３０においては、概ね内方から外方へ向けて圧力が加わる。この場合、底部３０の中央部３１が外方へ向けて膨らむように作用する。

本実施の形態においては、谷部３３の幅ｔ１の、ペタロイド脚３２の幅ｔ２に対する比（ｔ１／ｔ２）を０．６０＜ｔ１／ｔ２＜１．９０としている。すなわち、従来のペタロイドボトルと比較して、谷部３３の幅を広くするとともにペタロイド脚３２の幅を狭くしている。また本実施の形態においては、ペタロイド脚３２の長さｔ３の、胴部２０の最大直径ｔ４に対する比（ｔ３／ｔ４）を０．４０＜ｔ３／ｔ４＜０．６５としている。すなわち、従来のペタロイドボトルと比較して、谷部３３の長さを長くしている。これにより、閉栓したプラスチックボトル１０の内部が陽圧となり、プラスチックボトル１０の内方から外方へ力が作用した場合であっても、谷部３３がこの力を受け止めることができる。この結果、底部３０の変形（バックリング）を防止することができる。

その後、プラスチックボトル１０の温度は常温まで低下する。この際、内容液１５及びヘッドスペース１６の体積が減少する事によりプラスチックボトル１０の内部の圧力は低下するが、依然として無圧（０ｋＰａ）乃至陽圧を保持する。この場合、底部３０の変形は相対的に少なく抑えられており、底部３０にバックリングが生じることはない。

このように本実施の形態によれば、谷部３３の幅ｔ１の、ペタロイド脚３２の幅ｔ２に対する比（ｔ１／ｔ２）を０．６０＜ｔ１／ｔ２＜１．９０とし、かつペタロイド脚３２の長さｔ３の、胴部２０の最大直径ｔ４に対する比（ｔ３／ｔ４）を０．４０＜ｔ３／ｔ４＜０．６５としたので、従来のペタロイドボトルと比較して、底部３０の形状がより球に近い形状となっている。このことにより、ホット充填後に液体窒素（ＬＮ２）を滴下し、閉栓したプラスチックボトル１０の内部が陽圧となった際、底部３０の変形を少なくすることができ、底部３０のバックリングを防止することができる。

また本実施の形態によれば、底部３０のバックリングを防止することができるので、プラスチックボトル１０を薄肉に形成することが可能となり、プラスチックボトル１０を軽量化することができ、プラスチック材料の使用量を減らすことができる。

次に、本実施の形態における具体的実施例について説明する。

（ブロー成形性および耐熱耐圧性の評価）
以下に挙げる５種類のプラスチックボトル（実施例１、比較例１〜４）について、それぞれブロー成形性および耐熱耐圧性について評価した。

（実施例１）
図１乃至図５に示す構成からなる、５００ｍｌ用のプラスチックボトル１０（実施例１）を作製した。この場合、１８ｇのプリフォームを二軸延伸ブロー成形することにより、プラスチックボトル１０（実施例１）を作製した。谷部３３の幅ｔ１の、ペタロイド脚３２の幅ｔ２に対する比（ｔ１／ｔ２）は、１．００であった。またペタロイド脚３２の長さｔ３の、胴部２０の最大直径ｔ４に対する比（ｔ３／ｔ４）は、０．５０であった。このプラスチックボトル１０（実施例１）は、従来一般に用いられるプラスチックボトルよりも薄肉化されたものである。

（比較例１）
谷部３３の幅ｔ１の、ペタロイド脚３２の幅ｔ２に対する比（ｔ１／ｔ２）を０．６０としたこと、以外は、実施例１と同様にして、実施例１と同じ重量および肉厚を有する５００ｍｌ用のプラスチックボトル（比較例１）を作製した。

（比較例２）
谷部３３の幅ｔ１の、ペタロイド脚３２の幅ｔ２に対する比（ｔ１／ｔ２）を１．９０としたこと、以外は、実施例１と同様にして、実施例１と同じ重量および肉厚を有する５００ｍｌ用のプラスチックボトル（比較例２）を作製した。

（比較例３）
ペタロイド脚３２の長さｔ３の、胴部２０の最大直径ｔ４に対する比（ｔ３／ｔ４）を０．４０としたこと、以外は、実施例１と同様にして、実施例１と同じ重量および肉厚を有する５００ｍｌ用のプラスチックボトル（比較例３）を作製した。

（比較例４）
ペタロイド脚３２の長さｔ３の、胴部２０の最大直径ｔ４に対する比（ｔ３／ｔ４）を０．６５としたこと、以外は、実施例１と同様にして、実施例１と同じ重量および肉厚を有する５００ｍｌ用のプラスチックボトル（比較例４）を作製した。

比較例２、４はブロー成形時にペタロイド脚先の成形不良（過延伸による白化）が発生したが、それ以外の実施例１、比較例1、３は良好なブロー成形性を有していた。

次に、良好なブロー成形性を有していた３種類のプラスチックボトル（実施例１、比較例１、３）内に内容液を充填して閉栓した。この際、まず各プラスチックボトル内へ内容液を９０℃の温度で充填し（ホット充填）、次いで、各プラスチックボトル内へ液体窒素（ＬＮ２）を滴下した。その後、各プラスチックボトルの口部にキャップを装着することにより、閉栓したプラスチックボトルを得た。

次に、各プラスチックボトルについて、（１）脚先成形性、（２）冷却後、常温となった時の中央部の深さ（ｔ５´）、（３）冷却後の内圧、（４）接地安定性を測定した（表１参照）。なお、（４）接地安定性の検証方法としては、常温となったプラスチックボトルを勾配１５°の傾斜面上に正立させ、このときプラスチックボトルが転倒するか否かを検証した。

この結果、実施例１のプラスチックボトル１０は、冷却後も陽圧を維持した（冷却後内圧＞０ｋＰａ）状態で正立し（ｔ５´≧０ｍｍ）、接地安定性も良好であった。

一方、比較例１および３のプラスチックボトルは、冷却後に陰圧となり（冷却後内圧＜０ｋＰａ）、底部が反転した（ｔ５´＜０ｍｍ）。

結果として、０．６０＜ｔ１／ｔ２＜１．９０、かつ０．４０＜ｔ３／ｔ４＜０．６５とすることが好ましいといえる。

１０ プラスチックボトル
１１ 口部
１２ 首部
１３ 肩部
１５ 内容液
１６ ヘッドスペース
１７ キャップ
２０ 胴部
３０ 底部
３１ 中央部
３２ ペタロイド脚
３３ 谷部

Claims (4)

1. 口部と、首部と、胴部と、底部とを備えたプラスチックボトルにおいて、
   ボトル内部に内容液をホット充填し、液化ガスを添加し、
   底部は、中央に位置する中央部と、中央部から周縁部に放射状に延びる複数のペタロイド脚と、谷部とを有するペタロイド形状をもち、
   各ペタロイド脚は接地部を有し、
   各谷部のうち接地部に対応する幅をｔ１とし、各ペタロイド脚のうち接地部に対応する幅をｔ２とし、各ペタロイド脚の長さをｔ３とし、胴部の最大直径をｔ４とした場合、０．９０＜ｔ１／ｔ２＜１．４０かつ０．４５＜ｔ３／ｔ４＜０．５２となる構造を有することを特徴とするプラスチックボトル。
2. 底部は、５本〜９本のペタロイド脚を有することを特徴とする請求項１記載のプラスチックボトル。
3. ペタロイド脚の接地部における厚みが、０．０３ｍｍ〜０．４０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチックボトル。
4. 内容液の充填温度が６０℃〜９５℃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プラスチックボトル。

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