JP7053144B2

JP7053144B2 - キャップ付き容器及びキャップ付き容器の製造方法

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Publication number: JP7053144B2
Application number: JP2016249581A
Authority: JP
Inventors: 毅中沢; 岳洋権正
Original assignee: PREMIUM WATER, INC.
Current assignee: PREMIUM WATER, INC.
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: JP2018104001A

Description

本発明は、液体を収容するためのキャップ付き容器、及びキャップ付き容器の製造方法に関するものである。

従来、キャップ付き容器が用いられている。特許文献１には、キャップを打栓により装着してなる容器が開示されている。特許文献１では、キャップに形成されているインナーリング部の外側面は、口部の内側面と接触している構成が開示されている。

特開平６－１４４４５３号公報

図７は、従来のキャップ付き容器のキャップと口部の形状が温度によって変化する状態を示す図である。図７（ａ）は、口部９２にキャップ８が打栓されている状態を示す図である。キャップ８と容器の口部９２の材質が異なる場合、キャップ８と容器の口部９２の熱膨張率が異なる。熱膨張率は、温度が上昇する際における体積が膨張する程度を示す。キャップ８の熱膨張率が容器の口部９２の熱膨張率よりも大きい場合、図７（ｂ）に示されるように、キャップ８が口部９２に装着された状態でキャップ付き容器の温度が上昇すると、容器の口部９２がキャップ８の熱膨張によって押圧されて押し広げられる。

その後、キャップ付き容器の温度が低下して常温になると、図７（ｃ）に示されるように、キャップ８及び口部９２は収縮して、図７（ａ）に示される元の形状に戻ろうとする。しかし、容器の口部９２は、元の口部９２の形状には戻らずに、元の口部９２の形状よりも大きな内径を有する形状となってしまうことが生じる。一方、キャップ８は、口部９２よりも収縮率が大きく、温度が上昇する前の初期状態よりも小さくなってしまうことが生じる。この結果、キャップ８の内筒８２の外周面８２１と容器の口部９２の内周面９２３との間に微小な隙間が生じてしまい、容器の内部に封入されている液体が漏れてしまう場合があるという問題が生じていた。

例えば、夏季に車内に長時間保管されたり、高温状態のトラックで家庭や事務所に搬送されたりしたＰＥＴボトル等の容器が涼しい場所に持ち込まれて温度が低下すると、液体が漏れてしまう。容器のサイズが大きくなればなるほど、大きな容量の液体が口部に与える圧力も大きくなり、液体漏れが生じやすくなる。現在、３５０ミリリットルから２リットルのＰＥＴボトルが普及し、中には１８リットルに及ぶ大型ＰＥＴボトルも急速に事務所向け、家庭向けに普及している。容器の大型化が進む中、上記の問題への対策の重要性が増している。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、封入されている液体の漏れが発生しづらい口部を有する容器を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、第１熱膨張率の材料により形成されたキャップと、前記第１熱膨張率よりも小さな第２熱膨張率の材料により形成され、前記キャップが打栓されることによって密封される口部を有する容器本体と、を有し、前記口部は、前記キャップに形成されている外筒の内周面と接する凸部を有する外周面と、前記キャップに形成されている内筒の外周面と接し、かつ、先端に面取り部を有する内周面と、を有することを特徴とするキャップ付き容器を提供する。

また、前記面取り部は、前記内周面と所定の角度で傾斜して、前記口部の上面と前記内周面とを接続する傾斜面を有していてもよい。また、前記面取り部は、前記口部の上面と直交する縦面と、前記縦面の下端と前記内周面とを接続する傾斜面とを有していてもよい。また、前記面取り部は、湾曲面を有していてもよい。また、前記第１熱膨張率の材料は、ポリエチレンであり、前記第２熱膨張率の材料は、ポリエチレンテレフタレートであってもよい。

本発明の第２の態様においては、第１熱膨張率の材料により形成されたキャップを準備する工程と、前記第１熱膨張率よりも小さな第２熱膨張率の材料により形成され、前記キャップに形成されている外筒の内周面と接する凸部を有する外周面と、前記キャップに形成されている内筒の外周面と接し、かつ、先端に面取り部を有する内周面と、を有する口部を備えるプリフォームを製造する工程と、前記プリフォームをブロー成形することにより容器本体を形成する工程と、前記容器本体に液体を注入する工程と、前記液体を注入した後に、前記容器本体に前記キャップを打栓する工程と、を有することを特徴とするキャップ付き容器の製造方法を提供する。

本発明によれば、容器の口部において、封入されている液体の漏れを発生しづらくすることができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係るキャップ付き容器の構成を示す。第１の実施形態に係るキャップ付き容器の口部からキャップを取外した状態におけるキャップ及び口部の構成を示す。第１の実施形態に係るキャップ付き容器の口部にキャップを装着した状態におけるキャップ及び口部の構成を示す。第１の実施形態に係るキャップ付き容器のキャップ及び口部の形状が温度によって変化する状態を示す。第２の実施形態に係るキャップ付き容器の面取り部の構成を示す。第３の実施形態に係るキャップ付き容器の面取り部の構成を示す。従来のキャップ付き容器のキャップと口部の形状が温度によって変化する状態を示す。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るキャップ付き容器Ｓの構成を示す図である。図２は、第１の実施形態に係るキャップ付き容器Ｓの口部２２からキャップ１を取外した状態におけるキャップ１及び口部２２の構成を示す図である。
キャップ付き容器Ｓは、キャップ１と容器２とを有する。キャップ１は、打栓式のキャップである。キャップ１は、第１熱膨張率の材料により形成されている。キャップ１の材料は、例えばポリエチレンである。キャップ１の材料は、低密度ポリエチレン又は直鎖状低密度ポリエチレンであることが好ましい。キャップ１は、外筒１１、内筒１２、及び上面部１３を有する。

外筒１１は、キャップ１の外周面を形成する部分である。外筒１１は、円環状である。外筒１１は、内周面１１１と凸部１１２とを有する。内周面１１１は、外筒１１の内側の面である。凸部１１２は、外筒１１の内周面１１１に形成されている突起部である。凸部１１２は、例えば丸みを帯びた凸形状である。

内筒１２は、外筒１１の内側に形成されている円環状の部分である。内筒１２は、外周面１２１を有する。外周面１２１は、内筒１２の外側の面である。外周面１２１は、接触面１２１１と傾斜面１２１２とを有する。接触面１２１１は、口部２２の内周面２２３と接触する面である。接触面１２１１は、外筒１１の内周面１１１と平行である。

上面部１３は、外筒１１及び内筒１２の上端に、外筒１１及び内筒１２と直交して設けられている。上面部１３は、円板形状を有する。傾斜面１２１２は、接触面１２１１の下端から接触面１２１１と所定の角度で傾斜して下向きに延伸している面である。

容器２は、容器本体２１と口部２２とを有する。容器２は、第１熱膨張率よりも小さな第２熱膨張率の材料により形成されている。容器２の材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレートである。容器２は、例えばプリフォームを金型に収容した状態でブロー成形することにより製造される。容器本体２１は、液体が封入される空間を有する部分である。容器本体２１は、例えば、直方体形状または円筒形状である。

口部２２は、キャップ１が取り付けられる部分である。口部２２は、キャップ１が打栓されることによって密封される。口部２２は、円環状であり、例えば、容器本体２１の上部に形成されている。

口部２２は、外周面２２１、凸部２２２、内周面２２３、上面２２４、及び面取り部２２５を有する。外周面２２１は、口部２２の外側の面である。凸部２２２は、口部２２の外周面２２１に設けられている突起部であり、例えば、丸みを帯びた凸形状をしている。内周面２２３は、口部２２の内側の面であり、キャップ１の内筒１２の外周面１２１と接する。上面２２４は、口部２２の上端の面であり、外周面２２１及び内周面２２３と直交する。図２（ａ）に示すようにキャップ１を口部２２から取り外した状態では、内筒１２の接触面１２１１の外径Ｒ１は、口部２２の内径Ｒ２よりも大きい。

面取り部２２５は、口部２２の内周面２２３の先端に形成されている凹部である。面取り部２２５は、傾斜面２２６を有する。傾斜面２２６は、内周面２２３と所定の角度で傾斜して、口部２２の上面２２４と内周面２２３とを接続する面である。図２（ｂ）に例示するように、傾斜面２２６は、上面２２４における、口部２２の内周面２２３から０．３５ｍｍの位置を起点として、内周面２２３における上面２２４から１．０ｍｍの位置を終点とする面である。

図３は、キャップ１が口部２２に装着されている状態を示す図である。
キャップ１は、口部２２に打栓されることによって、容器２の上方から押し込まれることにより、口部２２に装着されている。キャップ１が口部２２に装着された状態では、内筒１２は、内筒１２の接触面１２１１の外径が、口部２２の内径と同じ大きさになるように口部２２によって内側に押圧された状態となっている。

凸部２２２は、外筒１１の内周面１１１と接している。また、キャップ１の外筒１１の凸部１１２が、口部２２の外周面２２１の凸部２２２の下方に位置していることで、キャップ１は、口部２２から上方に抜けない。このようにして、外周面１２１の接触面１２１１が口部２２の内周面２２３と接触しているので、容器２内の液体は外部に漏れない。

図４は、第１の実施形態に係るキャップ１と口部２２の形状が温度によって変化する様子を示す図である。図４（ａ）は、キャップ付き容器Ｓの周囲が常温の状態における口部２２にキャップ１が装着されている状態を示す図である。図４（ｂ）は、キャップ付き容器Ｓの周囲の温度を上昇させたときの、キャップ１と口部２２の状態を示す図である。図４（ｃ）は、キャップ付き容器Ｓの周囲の温度を上昇させた後に温度を常温に戻したときの、キャップ１と口部２２の状態を示す図である。

図４（ａ）では、外周面１２１の接触面１２１１が口部２２の内周面２２３に接触している。温度が上昇すると、図４（ｂ）に示されるように、キャップ１と口部２２は、膨張する。この際に、キャップ１の熱膨張率が口部２２の熱膨張率よりも大きいと、口部２２は、キャップ１の膨張によって外側に押圧される。しかし、口部２２が面取り部２２５を有するので、キャップ１が膨張する際に、内筒１２が口部２２を押し広げる量（図４（ｂ）におけるＬ１）が、口部２２が面取り部２２５を有しない場合における内筒１２が口部２２を押し広げる量（図７（ｂ）におけるＬ２）と比べて、小さい。

この結果、その後、キャップ付き容器Ｓの周囲が常温に戻ると、図４（ｃ）に示されるように、キャップ１と口部２２は、収縮して図４（ａ）で示される元の形状と同じ形状に戻るので、内筒１２の接触面１２１１と口部２２の内周面２２３との間に隙間は生じない。したがって、図７に示した従来のキャップ付き容器と異なり、キャップ付き容器Ｓの内部の液体は漏れにくい。

［キャップ付き容器２の製造方法］
続いて、キャップ付き容器２の製造方法について説明する。まず、第１熱膨張率の材料により形成されたキャップ１を準備する工程を実行する。キャップ１を射出成形してもよく、キャップ１を外部から調達してもよい。

続いて、プリフォームを製造する工程を実行する。この工程においては、第１熱膨張率よりも小さな第２熱膨張率の材料により形成され、口部２２を備えるプリフォームを製造する。具体的には、プリフォームの金型に、加熱・溶融させた樹脂を充填した後に冷却することにより、プリフォームを成形する。

続いて、加熱したプリフォームを金型に挿入した後に、棒状の部材でプリフォームを長手方向に引き伸ばしながら空気を吹き込むブロー成形を実行することにより、容器本体を形成する。その後、容器本体に液体を注入し、液体を注入した後に、容器本体に前記キャップを打栓する。以上の工程により、液体が入った状態のキャップ付き容器２を製造することができる。

＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態に係るキャップ付き容器Ｓの面取り部２２５ａを示す図である。
第２の実施形態に係るキャップ付き容器Ｓは、第１の実施形態に係るキャップ付き容器Ｓと比べて、面取り部２２５ａの形状が面取り部２２５の形状と異なる。面取り部２２５ａは、縦面２２７ａと傾斜面２２８ａとを有する。縦面２２７ａは、口部２２の上面２２４と直交する面であり、例えば０．３５ｍｍの長さである。傾斜面２２８ａは、縦面２２７ａの下端と内周面２２３とを接続する面であり、縦面２２７ａにおける上面２２４と反対側を起点として、内周面２２３における上面２２４から１．０ｍｍの位置を終点とする面である。

＜第３の実施形態＞
図６は、第３の実施形態に係るキャップ付き容器Ｓの面取り部２２５ｂを示す図である。
第３の実施形態に係るキャップ付き容器Ｓは、第１の実施形態に係るキャップ付き容器Ｓと比べて、面取り部２２５ｂの形状が面取り部２２５と異なる。面取り部２２５ｂは、湾曲面２２９ｂを有する。面取り部２２５は、例えば、図６（ｂ）に示すように、平面状の縦面と湾曲面２２９ｂとを有してもよい。

（実験１）
従来の容器、第１の実施形態の容器Ｓ、第２の実施形態の容器Ｓ及び第３の実施形態の容器Ｓを用いて、水漏れの有無を確認する実験を行った。

［使用した容器の仕様］
・キャップインナーリング（内筒１２）の外径Ｒ１：４８．５ｍｍ
・口部２の内径Ｒ２：４７．６ｍｍ
・キャップインナーリングの形成材料：低密度ポリエチレン
・口部２の形成材料：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）

［実験方法］
キャップをした状態の１０本のプリフォームを６０℃の恒温槽に収容し、プリフォームの温度が安定するまで保管した。その後、キャップをしたプリフォームを恒温槽から取り出して外気に晒し、プリフォームの温度が２５℃になるまで待機した。プリフォームの温度が２５℃になった後に、プリフォームをブロー成形して容器を製造した。製造した容器に水を入れてキャップをした状態で横に倒して、水漏れが発生するか否かの確認を行った。

［実験結果］

表１に示すように、従来品では１０本中４本において水漏れが発生したが、第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態のいずれのプリフォームにおいても、水漏れが発生しなかった。このことから、本発明による効果を確認することができた。

（実験２）
実験例１と同じ容器を用いて、変形率を測定した。
［実験方法］
キャップをした状態のプリフォームを５０℃の恒温槽に保管し、３０分後、１時間後、２時間後、３時間後、４時間後のそれぞれのタイミングで恒温槽からプリフォームを取り出して、常温になるまで待機した。プリフォームが常温になった時点で、プリフォームからキャップを取り外して、キャップインナーリングの外径外径Ｒ１、及びプリフォームの口部の内径Ｒ２を測定した。測定結果に基づいて、キャップの中心位置からキャップインナーリング外壁までの距離の変化率、及びプリフォームの口部の中心位置からプリフォーム内壁までの距離の変化率を算出した。

以下の実験結果においては、キャップの中心位置からキャップインナーリング外壁までの距離の変化率（収縮率）を「キャップ変形率」と称し、プリフォームの口部の中心位置からプリフォーム内壁までの距離の変化率（膨張率）を「プリフォーム変形率」と称する。

［実験結果］
以下の表２から表４に実験結果を示す。表２は、従来の容器を用いた場合の変形率を示す。表３は、第１の実施形態の容器の変形率を示す。表４は、第２の実施形態の容器の変形率を示す。表５は、第３の実施形態の容器の変形率を示す。

［考察］
表２と表３，４，５とを比較すると、キャップ変形率には有意差がないが、プリフォーム変形率には有意差があり、本発明の実施形態に係る容器におけるプリフォーム変形率が、従来の容器のプリフォーム容器のプリフォーム変形率よりも小さいことが確認できた。第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態の間では、大きな差異は見られないが、第２の実施形態に係る容器Ｓのように、面取部が縦面と傾斜面とを有する形状である場合のプリフォーム変形率が最も小さい傾向があることが確認できた。

（実験３）
プリフォームの運搬時に生じる傷による水漏れの発生の有無を確認する実験を行った。
（実験３－１）
１つのダンボールに、ブロー成形前の２０本のプリフォームを入れた状態で１２０回上下に動かして、プリフォーム同士で衝突させた。その後、プリフォームをブロー成形して製造した容器に水を入れてキャップをした後に容器を横倒しにして、水漏れの有無を確認した。その結果、従来のプリフォームを成形した容器では２０本中２本において水漏れが発生した。これに対して、第１の実施形態の面取部を設けたプリフォームを成形した容器では１本も水漏れが発生しなかった。
（実験３－２）
１つのダンボールに、ブロー成形前の従来のプリフォームを６本、第１の実施形態の面取部を設けたプリフォームを４本入れた状態で、ランダムな方向に１０分間振動を加えてプリフォーム同士を衝突させた。その後、プリフォームをブロー成形して製造した容器に水を入れてキャップをした後に容器を横倒しにして、水漏れの有無を確認した。その結果、従来のプリフォームを成形した容器では６本中２本において水漏れが発生した。これに対して、第１の実施形態の面取部を設けたプリフォームを成形した容器では１本も水漏れが発生しなかった。
［考察］
従来のプリフォーム同士が衝突した場合、他のプリフォームの口部のエッジにより傷が生じてしまうために、水漏れが発生しやすいと考えられる。プリフォームに面取部を設けることにより、プリフォーム同士が衝突した時に傷がつきにくく、水漏れの発生を防ぐことができたと考えられる。

（実験４）
プリフォームの口部の内周面に面取部を形成したことによる打栓強度の変化を確認する実験を行った。キャップをプリフォームの口部に載置した状態で、３０ｍｍ／分の速度でキャップに荷重を加えて、プロフォームの口部にキャップが挿入される際に必要な荷重のピーク値（単位：Ｎ）を測定した。

表６から明らかなように、プリフォームの口部の内周面に面取部を形成したことにより、キャップがプリフォームに入りやすくなり、打栓強度が小さくなる。その結果、容器の製造効率が向上するという効果も生じることが確認できた。

［本実施形態に係るキャップ付き容器Ｓによる効果］
本実施形態に係るキャップ付き容器Ｓは、第１熱膨張率の材料により形成されたキャップ１と、第１熱膨張率よりも小さな第２熱膨張率の材料により形成され、キャップ１が打栓されることによって密封される口部２２とを有する。そして、口部２２は、キャップ１に形成されている外筒１１の内周面１１１と接する凸部２２２を有する外周面と、キャップ１に形成されている内筒１２の外周面１２１と接し、かつ、先端に面取り部２２５を有する内周面２２３と、を有する。

このように、本実施形態に係るキャップ付き容器Ｓは、口部２２が先端に面取り部２２５を有するので、キャップ１の熱膨張によって外側に押し広げられた容器２の口部２２とキャップ１との間に隙間が生じない。この結果、本実施形態に係るキャップ付き容器Ｓは、キャップ１と口部２２との隙間から、キャップ付き容器Ｓ内の液体が漏れないようにすることができる。

また、容器２の口部２２の内周面２２３に傾斜面２２６を形成したことにより、容器２を製造する間に容器２の口部２２の内周面２２３が他の容器２に衝突する際に、他の容器２に損傷を加えにくくなる。その結果、製造中に容器２に生じた傷によって液漏れが生じにくくなるという効果も生じる。このような効果があることから、容器２を搬送する際に、容器２の衝突を防ぐ措置を簡易にすることができるので、搬送コストを削減することも可能になる。

さらに、容器２の口部２２の内周面２２３に傾斜面２２６を形成したことにより、キャップ８が容器２の口部２２に入りやすくなり、キャップ８を口部２２に打栓する際に必要な強度が小さくなる。その結果、容器Ｓの製造効率が向上するという効果も生じる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Ｓ・・・キャップ付き容器
１・・・キャップ
１１・・・外筒
１１１・・・内周面
１１２・・・凸部
１２・・・内筒
１２１・・・外周面
１２１１・・・接触面
１２１２・・・傾斜面
１３・・・上面部
２・・・容器
２１・・・容器本体
２２・・・口部
２２１・・・外周面
２２２・・・凸部
２２３・・・内周面
２２４・・・上面
２２５、２２５ａ、２２５ｂ・・・面取り部
２２６・・・傾斜面
２２７ａ・・・縦面
２２８ａ・・・傾斜面
２２９ｂ・・・湾曲面
８・・・キャップ
８１・・・外筒
８１１・・・内周面
８２・・・内筒
８２１・・・外周面
９２・・・口部
９２１・・・外周面
９２３・・・内周面

Claims

第１熱膨張率の材料により形成されたキャップと、
前記第１熱膨張率よりも小さな第２熱膨張率の材料により形成され、前記キャップが打栓されることによって密封される口部を有する容器本体と、
を有し、
前記口部は、
前記キャップに形成されている外筒の内周面と接する凸部を有する外周面と、
前記キャップに形成されている内筒の外周面と接し、かつ、先端に面取り部を有する内周面と、
を有し、
前記内筒の外周面は、前記キャップが前記口部に装着された状態において、前記口部の前記内周面における前記面取り部の下端を起点とする円筒状の領域で前記口部の内周面に接触する接触面を有し、
前記キャップは、前記接触面の上端から前記外筒の内周面の上端にかけて設けられた曲線状に傾斜した曲面であって、前記接触面の上端を起点として前記外筒に近づくほど下方に向かい前記口部から離れる向きに向かって窪んだ凹状の前記曲面を有し、
前記キャップが前記口部に装着された状態において前記曲面が前記口部の外周面の上端に接することを特徴とするキャップ付き容器。
前記面取り部は、前記内周面と所定の角度で傾斜して、前記口部の上面と前記内周面とを接続する傾斜面を有することを特徴とする、
請求項１に記載のキャップ付き容器。
前記面取り部は、前記口部の上面と直交する縦面と、前記縦面の下端と前記内周面とを接続する傾斜面とを有することを特徴とする、
請求項１に記載のキャップ付き容器。
前記面取り部は、湾曲面を有することを特徴とする、
請求項１に記載のキャップ付き容器。
前記第１熱膨張率の材料は、ポリエチレンであり、前記第２熱膨張率の材料は、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載のキャップ付き容器。
第１熱膨張率の材料により形成されたキャップを準備する工程と、
前記第１熱膨張率よりも小さな第２熱膨張率の材料により形成され、前記キャップに形成されている外筒の内周面と接する凸部を有する外周面と、前記キャップに形成されている内筒の外周面と接し、かつ、先端に面取り部を有する内周面と、を有する口部を備えるプリフォームを製造する工程と、
前記プリフォームをブロー成形することにより容器本体を形成する工程と、
前記容器本体に液体を注入する工程と、
前記液体を注入した後に、前記容器本体に前記キャップを打栓する工程と、
を有し、
前記内筒の外周面は、前記キャップが前記口部に装着された状態において、前記口部の前記内周面における前記面取り部の下端を起点とする円筒状の領域で前記口部の内周面に接触する接触面を有し、
前記キャップは、前記接触面の上端から前記外筒の内周面の上端にかけて設けられた曲線状に傾斜した曲面であって、前記接触面の上端を起点として前記外筒に近づくほど下方に向かい前記口部から離れる向きに向かって窪んだ凹状の前記曲面を有し、
前記キャップが前記口部に装着された状態において前記曲面が前記口部の外周面の上端に接することを特徴とするキャップ付き容器の製造方法。