JP6242366B2

JP6242366B2 - プラスチックボトル

Info

Publication number: JP6242366B2
Application number: JP2015102540A
Authority: JP
Inventors: 松岡　建之; 建之松岡
Original assignee: Coca Cola Co
Current assignee: Coca Cola Co
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: JP2015171913A

Description

本発明は、二軸延伸ブロー成形されてなるプラスチックボトルの底部構造に関するものである。

飲料用のＰＥＴボトルなどのプラスチックボトルとして、射出成形等により成形したプリフォームを二軸延伸ブロー成形等することで製造したものが知られている。近年では、環境への配慮の観点から、ボトル素材資源である樹脂の使用量をできるだけ少なくし、それによりボトルを軽量化することが進められている（例えば、特許文献１及び２参照。）。しかし、軽量化によって薄肉化したボトルは、機械的強度が低下する。このため、軽量ボトルに商品価値としての強度を持たせる様々な工夫が施されている。また、落下強度の向上を図ったボトルも知られている（例えば、特許文献３〜６参照。）。

特開２００６−３１５７２６号公報特開２００９−１８８４０号公報特開２００７−３０８９４号公報特開２００５−１３２４５８号公報特開平１１−２２７７３４号公報特開２００９−１３７６３６号公報

意匠登録第１２５４７２５号

ところで、本発明者は、非特許文献１に記載のようなボトルに内容物が冷えて充填されている場合に、ボトルが落下すると、まれにボトル底部の中心部にクラックが発生する現象を見い出した。また、この現象は、ボトルが傾斜して落下した場合に発生することを確認した。この現象を検討したところ、図６（Ａ）に示すように、ボトル１´が傾斜して落下した際、最初に接地するボトル底部６´の外周縁に加わる負荷が、放射状の凹状溝２７´を介してボトル底部６´の中心部２５´に伝わり、中心部２５´にて応力集中が起きることが原因であろうとの知見を得た。特に、この中心部２５´は、二軸延伸ブロー成形を用いた場合にはボトル内へとドーム状に突出しているが、配向結晶されていない部分であるため、ボトル底部６´の他の部分に比べて強度が低い。それゆえ、応力集中によるクラックが発生し易い箇所となっており、さらなる改善が求められた。

そこで、本発明は、軽量化した場合であっても落下衝撃に対する強度を高めることが可能なプラスチックボトルを提供することをその目的としている。

上記目的を達成するべく、本発明のプラスチックボトルは、二軸延伸ブロー成形されてなる、底部及び胴部を有する筒状のものにおいて、底部が、プラスチックボトルを自立させた場合に接地される周縁部と、周縁部から隆起するように形成された中央部と、周壁部と該周壁部の上端に連続する頂部とからなり、中央部の中心部にてさらに一段高く隆起するように突出形成されたドーム部と、各々が、少なくとも周縁部及び中央部に亘って形成されるがドーム部の前記周壁部及び前記頂部には形成されていない複数の凹状溝と、を備え、前記複数の凹状溝の少なくも一つは、前記胴部の下端と前記周縁部の外縁とをつなぐ湾曲した下部周壁部にも形成されているものである。

本発明によれば、ボトルが傾斜して落下した際の衝撃によって、底部の周縁部に負荷が加わっても、この負荷が凹状溝を伝ってドーム部の周壁部及び頂部に伝播されることが抑制される。これにより、ドーム部での応力集中及びそれに起因するクラックの発生を回避することができる。よって、軽量化した場合にも、落下衝撃に対する強度を高めることを可能にしつつ、一方で底部の強度を複数の凹状溝で補強することができる。また、複数の凹状溝の少なくも一つが下部周壁部にも形成されているので、凹状溝による補強効果を下部周壁部にももたらすことができ、強度をより高めることができる。

このような本発明のプラスチックボトルの構成は、いわゆる軽量ボトルであるほど好適なものである。ここで、軽量ボトルを定義すると、例えば、プラスチックボトルの容量Ｖ（ｍｌ）とプラスチックボトルの成形で使用される樹脂使用量Ｗ（ｇ）との関係Ｗ/Ｖが、０．０１５以上０．０３５以下である。Ｗ/Ｖが０．０３５を超えるボトルは、もはや“軽量”のボトルとは言えず、また、Ｗ/Ｖが０．０１５未満のボトルは、肉厚が薄くなり過ぎてボトルとして機能し得ないからである。

本発明の好ましい一態様によれば、複数の凹状溝は、全体としてドーム部を中心とした放射状となるように延在するとよい。こうすることで、ボトル底部の強度を局所的ではなく全体的に効率良く補強することができる。

好ましくは、各凹状溝におけるドーム部側の一端とドーム部の下端との間（以下、本段落において、この間にある部分を「非凹状溝部分」という。）の距離は、１ｍｍ以上であり、且つ、各凹状溝の長さよりも短いとよい。１ｍｍ未満であると、凹状溝を伝播する負荷がドーム部の下端の直近にまで達するため、ドーム部での応力集中を効果的に抑制できない可能性がある。一方、非凹状溝部分の長さが凹状溝の長さを越えると、凹状溝による本来の補強効果が期待できない可能性がある。したがって、非凹状部分の長さを上記のとおりとすることで、ドーム部での応力集中の抑制と凹状溝による補強効果とを両立することができる。

好ましくは、各凹状溝は、ドーム部側の一端部の深さ及び幅の少なくとも一つがドーム部側にかけて徐々に小さくなるように形成されるとよい。この構成とは逆に、当該一端部の深さ又は幅が大きいと、それだけ例えばプリフォームの底部（成形後に、ボトルの底部の一部となる。）から延伸させるのが困難となる。しかし、上記構成とすることで、凹状溝を含む底部の成形性に配慮した強度の確保が可能となる。

本発明に係る他のプラスチックボトルは、二軸延伸ブロー成形されてなる、底部及び胴部を有する筒状のプラスチックボトルにおいて、前記底部は、当該プラスチックボトルを自立させた場合に接地される周縁部と、前記周縁部から隆起するように形成された中央部と、前記中央部の中心部にてさらに一段高く隆起するように突出形成されたドーム部と、各々が、少なくとも前記周縁部及び前記中央部に亘って形成されるが、前記ドーム部には形成されていない複数の凹状溝と、を備え、前記各凹状溝における前記ドーム部側の一端と当該ドーム部の下端との間の距離は、１ｍｍ以上であり、且つ、当該各凹状溝の長さよりも短く、これにより前記中央部の中心周辺部分に、凹状溝が存在しない非凹状溝部分が形成されており、前記複数の凹状溝の少なくも一つは、前記胴部の下端と前記周縁部の外縁とをつなぐ湾曲した下部周壁部にも形成されているとよい。
この構成によれば、ボトルが傾斜して落下した際の衝撃によって、底部の周縁部に負荷が加わっても、この負荷が凹状溝を伝ってドーム部に伝播されることが抑制される。これにより、ドーム部での応力集中及びそれに起因するクラックの発生を回避することができる。よって、軽量化した場合にも、落下衝撃に対する強度を高めることを可能にしつつ、一方で底部の強度を複数の凹状溝で補強することができる。とりわけ、非凹状部分の長さを上記のとおりとし、中央部の中心周辺部分に、凹状溝が存在しない非凹状溝部分が形成することで、ドーム部での応力集中の抑制と凹状溝による補強効果とを両立することができる。また、複数の凹状溝の少なくも一つが下部周壁部にも形成されているので、凹状溝による補強効果を下部周壁部にももたらすことができ、強度をより高めることができる。

実施形態に係るプラスチックボトルの斜視図である。図１のプラスチックボトルのプリフォームを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はハッチングを省略した正面断面図である。図１のプラスチックボトルの底部まわりを示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は斜視図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図３（Ｂ）のＶＩａ−ＶＩａ線及びＶＩｂ−ＶＩｂ線で切断した縦断面図であり、いずれもハッチングを省略して切断箇所の輪郭を示すものである。比較例に係るプラスチックボトルの底部まわりを示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は斜視図である。プラスチックボトルを傾斜して落下した際の負荷の伝播について示す図であり、（Ａ）は比較例に係る図５のプラスチックボトルの底部まわりの斜視図であり、（Ｂ）は実施形態に係る図１のプラスチックボトルの底部まわりの斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係るプラスチックボトルを説明する。
以下の説明では、ボトル底部が存在する方を下側とし、ボトル口部が存在する方を上側とする。高さとは、ボトルの中心軸の方向（上下方向）に沿った長さを意味する。横断面とは、ボトルの中心軸に直交する平面における断面形状を意味する。

図１に示すように、プラスチックボトル（以下、「ボトル１」という。）は、口部２及び本体部３からなり、本体部３は、上側から順に、肩部４、胴部５及び底部６を有する。口部２及び本体部３は、一体に形成されており、内部に飲料を貯留するための有底筒状のボトル壁を構成する。飲料としては、水、緑茶、ウーロン茶又は果汁等の非炭酸飲料を挙げることができる。ただし、他の実施態様では、ボトル１に貯留される内容物は、炭酸飲料、ゼリー飲料又はソース等の食品を用いることもできる。

口部２は、上端が開口しており、飲料の注ぎ口として機能する。口部２の開口は、図示省略したキャップにより開閉される。肩部４は、横断面が下方にかけて徐々に拡大してなり、ボトル１において最小径の口部２を、ボトル１において最大幅を構成する胴部５の上端に連続させる。口部２、肩部４及び胴部５の形状は、特に限定されるものではなく、適宜設計することができる。例えば、持ち易さ向上のためのくびれ、強度向上のための凹リブ、及び減圧吸収のためのパネルの少なくともいずれかを胴部５に形成することができる。

ボトル１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いて、二軸延伸ブロー成形法により成形される。ただし、他の実施態様では、ボトル１の樹脂材料として、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの他の可塑性樹脂を用いることもできる。

ボトル１の製造工程の一例を説明する。先ず、金型内にポリエチレンテレフタレートを射出し、プリフォームを射出成形する。図２に示すように、プリフォーム１０は、口部２と全く同じ形状の口部１２と、口部１２の下側に連なる有底の筒状部１４と、で構成される。プリフォーム１０を二軸延伸ブロー成形機にセットし、筒状部１４のみを加熱する。そして、延伸ロッドを口部１２から挿入して筒状部１４の底部に突き当て、この延伸ロッドによって筒状部１４を縦方向に延伸させると共に、エアブローによって筒状部１４を横方向に延伸させる。延伸させた筒状部１４の部位を金型の内面に押し付け、その後固化させる。この金型の内面をボトル１の本体部３に対応した形状に作製しておくことで、本体部３が成形される。これにより、ボトル１の一連の成形が完了する。

図３及び図４に示すように、底部６は、ボトル１を自立させた場合に接地される周縁部２１と、周縁部２１からボトル内方へと隆起するように形成された中央部２３と、中央部２３の中心部にてさらに一段高く隆起するように突出形成されたドーム部２５と、を備える。また、底部６には、底部６の強度を補強するリブとして機能する凹状溝２７が複数形成される。

周縁部２１は、円環状からなる平坦な幅狭の部位で構成される。ボトル１を設置面２８に自立させた場合に、ボトル１が接触する唯一の部分が周縁部２１である。周縁部２１の外縁２１ａは、所定の高さを有する下部周壁部２９によって胴部５の下端５ａに連続する。下部周壁部２９は、互いにサイズの異なる胴部５と底部６とをなめらかに連ねるために、下方にかけて徐々に縮径するように湾曲形成される。なお、下部周壁部２９によって、全体として底面視円形の底部６を横断面円形の胴部５につなぐことができることはもちろん、横断面方形の胴部５にもなめらかにつなぐことができる。

中央部２３は、周縁部２１の内縁２１ｂから上向きに延在する全体としてドーム状にせりあがった部位であり、周縁部２１よりも大きな面積を有する。別の観点で換言すると、中央部２３は、全体として底面視円形からなり、その中心部が設置面２８から最も離れるように、設置面２８に対して凹部となる。なお、別の実施態様によっては、中央部２３及び周縁部２１からなる部分を全体として底面視方形とすることも可能である。

ドーム部２５は、中央部２３のせり上がり頂点部に形成された部位であり、中央部２３と同心で且つ中央部２３よりも小さい径で形成される。ドーム部２５は、ボトル１内に突出する頂部３１及び周壁部３３からなる。頂部３１は、底部６において最も上方に位置し、周壁部３３の上端３３ａに連続する。周壁部３３は、上端３３ａから下端３３ｂにかけて僅かに拡開するように形成され、下端３３ｂが中央部２３の内縁に連続する。

複数の凹状溝２７は、全部で８個あり、全体としてドーム部２５を中心とした放射状となるように延在する。凹状溝２７の数は、底部６の強度の観点などから適宜変更することができるが、少なくとも２個、好ましくは４個以上であるとよい。また、複数の凹状溝２７は、均等の間隔で延在するとよい。各凹状溝２７は、中央部２３、周縁部２１及び下部周壁部２９に亘って形成されるが、いずれの凹状溝２７もドーム部２５には形成されない。すなわち、各凹状溝２７は、中央部２３にある一端２７ａから下部周壁部２９にある他端２７ｂにかけて延在し、その途中で周縁部２１を横断するが、一端２７ａはドーム部２５に対して非連続となる。

他端２７ｂは、下部周壁部２９の高さ方向の途中に形成される。他端２７を下部周壁部２９にも形成することで、下部周壁部２９の強度はもちろんのこと、下部周壁部２９と底部６とのコーナー部（すなわち、周縁部２１の外縁２１ａ）の強度を補強することができる。ただし、他の実施態様では、他端２７ｂを下部周壁部２９と胴部５との境界に位置させてもよい。あるいは、他端２７ｂを下部周壁部２９に位置させず、周縁部２１に位置させてもよい。例えば、複数の凹状溝２７の全部を周縁部２１及び中央部２３にのみ形成してもよいし、あるいは、複数の凹状溝２７の一部を周縁部２１及び中央部２３にのみ形成して、残りの少なくとも一つの凹状溝２７を下部周壁部２９にも形成してもよい。

各凹状溝２７の長さ、幅、深さ及び断面形状は、適宜設計することができる。例えば、凹状溝２７の幅及び深さは、長さ方向に亘って一定とすることができる。ただし、軽量ボトルにおける二軸延伸ブロー成形のし易さの観点からすれば、凹状溝２７の幅及び深さの少なくとも一つは長さ方向において可変することが好ましい。その理由を説明すると、先ず、軽量ボトルではプリフォーム１０のための樹脂量が少なくなる。凹状溝２７の一端２７ａ側の部分の幅又は深さが大きい場合、少ない樹脂量のプリフォーム１０の筒状部１４を延伸させるのは困難となる。そこで、本実施形態では、軽量ボトルにおける成形のし易さを確保するために、凹状溝２７の一端２７ａ側の部分の幅及び深さの少なくとも一つ、好ましくは両方を、一端２７ａにかけて徐々に小さくしている。より詳細には、凹状溝２７は、一端２７ａを含む一端部２７ｃが尖塔状からなり、周縁部２１に存在する部位２７ｄにかけて幅及び深さが徐々に大きくなるように形成される。

ここで、軽量ボトルとは、一般に、ボトルの容量Ｖ（ｍｌ）に対してボトルで使用される樹脂使用量Ｗ（ｇ）を低減したボトルをいう。本明細書では、Ｗ/Ｖが０．０１５以上０．０３５以下であるものを軽量ボトルとして定義する。Ｗ/Ｖが０．０３５を超えるボトルは、樹脂使用量が多いために、もはや“軽量”のボトルとは言えないからである。また、Ｗ/Ｖが０．０１５未満のボトルは、樹脂使用量が少ないために、肉厚が薄くなり過ぎてボトルとして機能し得ないからである。本実施形態のボトル１は軽量ボトルに適したものであり、このボトル１として好適な一例を示すと、容量Ｖが５００ｍｌ、樹脂使用量Ｗが１２ｇ、Ｗ/Ｖが０．０２４である。

このような好適な一例における凹状溝２７及びドーム部２５の寸法の一例を挙げる。
先ず、凹状溝２７の幅及び深さは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍであることがより好ましい。１ｍｍ未満であると、凹状溝２７の本来の補強効果が期待できない。一方、５ｍｍを超えたのでは、成形上、凹状溝２７の角部の肉厚が薄くなり、その結果、凹状溝２７において肉厚に差が生じ、部分的な強度低下を招く。これに対し、１ｍｍ以上５ｍｍ未満であれば、補強効果及び良成形性を両立し易い。凹状溝２７の幅及び深さが上記のように可変する場合には、最も大きい部分についてこれらの寸法とすればよく、凹状溝２７の一端２７ａは中央部２３の平面部分にほぼ段差なく連なるとよい。

次に、ドーム部２５の直径（周壁部３３の上端３３ａ側又は下端３３ｂ側の直径）は、７ｍｍ以上であることが好ましい。ドーム部２５の頂部３１は、二軸延伸ブロー成形の際の延伸ロッドが接触される部分となるが、その部分の長さが７ｍｍ未満であると、成形がし難くなるからである。
ドーム部２５の高さ（すなわち、頂部３１と周壁部３３の下端３３ｂとの距離）は１ｍｍ以上であることが好ましい。１ｍｍ以上であれば、ドーム部２５に応力集中が起こりにくいからである。
ドーム部２５の頂点と設置面２８との距離、すなわち頂部３１と周縁部２１との間の上下方向の長さＬ_１は、６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍであることがより好ましい。６ｍｍ未満であると、飲料を充填したボトル１の内圧により、中央部２３が下側に膨らんでしまい、ボトル１の自立安定性が低下する。一方、１５ｍｍを越えると、二軸延伸ブロー成形の際に頂部３１から延伸させる距離が長くなるため、周縁部２１の肉厚（特に外縁２１ａの肉厚）が薄くなり、強度が低下してしまう。これに対し、６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であれば、自立安定性及び良成形性を両立し易い。

また、ドーム部２５の下端３３ｂと凹状溝２７の一端２７ａとの距離Ｌ_２（参照：図３(Ｂ)）については、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍであることがより好ましい。１０ｍｍを超えると、凹状溝２７が存在しないために補強されていない中央部２３の中心周辺部分が大きくなり、上記同様にボトル１の内圧によって膨出変形し、ボトル１の自立安定性が低下する。一方、１ｍｍ未満であると、後述する凹状溝２７を伝播する負荷がドーム部２５の下端３３ｂにまで達するため、ドーム部２５での応力集中を効果的に抑制できない可能性がある。これに対し、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であれば、自立安定性及びドーム部２５での応力集中の抑制を両立し易い。なお、凹状溝２７による補強効果の観点からすれば、距離Ｌ_２は、凹状溝２７の長さよりも短いことが好ましい。

以上説明したボトル１の作用効果について説明する。

図５は、比較例に係るボトルの底部まわりを示したものであり、本実施形態のボトル１と同一の構成要素について同一の符号に「´」が付けられている。ボトル１との主な相違点は、凹状溝２７´がドーム部２５´にも形成されている点と、凹状溝２７´の深さ及び幅が長さ方向に亘って一定である点である。

図６は、冷えた飲料が貯留されているボトル１、１´が傾斜して落下した場合を示したものである。図６（Ａ）に示すボトル１´の場合には、設置面２８´に最初に接触した底部６´の衝突点４０´からの衝撃負荷は、矢印４３´のように衝突点４０´に近い凹状溝２７´を伝播して、最終的にドーム部２５´に伝わる。その結果、ドーム部２５´で応力集中が起きる。この応力集中の影響は、例えば容量が５００ｍｌといったサイズが小さいボトル１´ほど大きくなる。ドーム部２５´は、二軸延伸ブロー成形の際に配向結晶されていない部分であるゆえに比較的強度が低いため、応力集中によってドーム部２５´にクラックが発生し、ボトル１´の商品価値を下げることがある。

これに対し、図６（Ｂ）に示すボトル１の場合には、底部６の衝突点４０からの衝撃負荷は、その衝突点４０に近い凹状溝２７を伝わるものの、ドーム部２５には直接伝わらない。これは、凹状溝２７がドーム部２５に達しないように形成されているからである。この場合には、凹状溝２７が存在しない中央部２３の中心周辺部分（非凹状溝部分）の全体で衝撃負荷が緩和されるため、ドーム部２５での応力集中が抑制される。これにより、応力集中に起因したクラックの発生が抑制される。

以上説明したように、本実施形態のボトル１によれば、軽量ボトルにした場合にも、凹状溝２７による底部６の補強効果を奏しながら、落下衝撃に対する耐久性を向上することができる。特に、本実施形態の上記した構成は、容量が小さいボトル１であるほど、ドーム部２５への衝撃負荷の伝播を抑制するのに有用である。

本実施形態の変形例について説明する。
凹状溝２７の一端２７ａをドーム部２５に形成しない限り、中央部２３の態様を変更することができる。例えば、ドーム部２５を除く中央部２３の部分を段付きに形成してもよい。また、中央部２３に環状の凹状リブを形成してもよく、この凹状リブが凹状溝２７の一部を横切るようにしてもよい。

複数の凹状溝２７については、３個以上あれば放射状の態様をとり得るが、放射状の態様をとらなくてもよい。また、各凹状溝２７は、直線的に延びる態様のみならず、一部が湾曲して延びる態様、例えば底面視三日月状に延びる態様として形成してもよい。

１：ボトル、５：胴部、６：底部、２１：周縁部、２３：中央部、２５：ドーム部、２７：凹状溝、２７ａ：一端、２７ｂ：他端、２７ｃ:一端部、２８：設置面、２９：下部周壁部、３１：頂部、３３：周壁部

Claims

二軸延伸ブロー成形されてなる、底部及び胴部を有する筒状のプラスチックボトルにおいて、
前記底部は、
当該プラスチックボトルを自立させた場合に接地される周縁部と、
前記周縁部から隆起するように形成された底面視円形の中央部と、
前記中央部の中心部にてさらに一段高く隆起するように突出形成されたドーム部と、
各々が、少なくとも前記周縁部及び前記中央部に亘って形成されるが、前記ドーム部には形成されていない複数の凹状溝と、を備え、
前記底部の強度を補強するリブとして機能するために前記周縁部及び前記中央部に形成されている溝は、前記複数の凹状溝だけであり、
当該プラスチックボトルは例えば５００ｍｌ程度の容量が小さいものであり、当該プラスチックボトルの容量Ｖ（ｍｌ）と当該プラスチックボトルの成形で使用される樹脂使用量Ｗ（ｇ）との関係Ｗ/Ｖが、０．０１５以上０．０３５以下であり、前記各凹状溝における前記ドーム部側の一端と当該ドーム部の下端との間の距離は、１ｍｍ以上であり、且つ、当該各凹状溝の長さよりも短く、これにより前記中央部の中心周辺部分に、凹状溝が存在しない非凹状溝部分が形成されており、
前記複数の凹状溝の少なくも一つは、前記胴部の下端と前記周縁部の外縁とをつなぐ湾曲した下部周壁部にも形成されている、プラスチックボトル。
前記複数の凹状溝は、全体として前記ドーム部を中心とした放射状となるように延在する、請求項１に記載のプラスチックボトル。
前記各凹状溝は、前記ドーム部側の一端部の深さ及び幅の少なくとも一つが当該ドーム部側にかけて徐々に小さくなるように形成されている、請求項２に記載のプラスチックボトル。