CN220843429U - 一种具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及灌装液体的容器，旨在提供一种具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶。其主体为塑料瓶，在瓶身部设有数条环向凹槽型加强筋，且在竖直方向上彼此保持间距；加强筋的横截面呈梯形，其顶边为凹槽底部，两侧边构成张角；沿加强筋的长度方向，张角在一定区间范围内按照由大到小再由小到大的规律循环往复地连续渐变，使瓶身部外表面区域的边线呈现上下起伏的波浪曲线。本实用新型从力学角度合理地在垂直方向负载的分力和沿瓶体径向的分力之间寻找平衡点，在提高瓶身的强度和挺度的同时，保持瓶体抵抗手握持瓶体时的握力。产品结构强度高、手感强并且耐真空度高，适用于减薄塑料材料的瓶身，能够节省原材料的用量，降低能耗。

Description

一种具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶

技术领域

本实用新型涉及灌装液体的容器，具体涉及一种具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶。

背景技术

由于PET包装在饮料生产成本中占有很高的比重，其成本的增加也会导致饮料企业生产成本大幅增加，因而降低瓶子的成本尤为关键。鉴于PET材料特性以及成型工艺的复杂性，PET包装的设计要综合考虑到瓶坯的重量与尺寸、瓶体外观、包装的力学性等多方面的因素，涉及机械、材料、力学、美学等多个学科。为了降低生产成本，在包装PET瓶符合各项性能指标的前提下，要尽量通过优化瓶型的结构来减少PET瓶的重量。

在瓶体设计中，加强筋的设计尤为关键。现有的PET材料饮用水瓶，为了实现减薄瓶身的同时保证强度要求，在瓶体制造过程中通常会增加加强筋的设计。但是，现有产品通常是将加强筋赋予更多外观方面的设计要求，为了迎合产品外在观感的独创性而随意设计加强筋在业内十分常见。这样的产品往往忽略了瓶体材料细节部位的受力情况，导致实际存在的结构强度低、握感差、不能耐真空度的问题。

因此，如何在减少饮用水瓶材料消耗和生产能耗的情况下，设计出一种结构强度高、握感强、耐真空度高的饮用水瓶，是符合市场需求的研究方向。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种带有加强筋的饮用水瓶。

为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其主体为塑料瓶，包括依次连接过渡的瓶口部、瓶肩部、瓶身部和瓶底部；其特征在于，在瓶身部沿其圆周环向设有数条加强筋，加强筋是相对于瓶身部外表面内陷的凹槽；各加强筋在竖直方向上彼此保持间距；

所述加强筋的横截面呈梯形，其顶边为凹槽底部，两侧边构成张角α，开口侧的宽度为W；沿加强筋的长度方向，张角α和宽度W在一定区间范围内按照由大到小再由小到大的规律循环往复地连续渐变，使各加强筋之间瓶身部外表面区域的边线呈现上下起伏的波浪曲线。

作为一种改进的方案，相邻两条加强筋的开口侧宽度之和保持不变，使得该两条加强筋之间的瓶身部外表面区域中不同位置的宽度保持一致。

作为一种改进的方案，在各加强筋中，不同横截面上梯形顶部中心的连线形成环形的对称轴线；不同加强筋的环形对称轴线相互之间保持平行。

作为一种改进的方案，所述加强筋的数量为6～10条。

作为一种改进的方案，所述瓶身部为圆柱形结构。

作为一种改进的方案，加强筋的侧边与瓶身部外表面的连接处为倒圆角，半径为1～2.5mm；凹槽底部的两个顶角处为圆弧角，半径为0.5～1.5mm；加强筋的张角α为50～110度，深度为1.2～2.0mm。

作为一种改进的方案，加强筋的侧边与瓶身部外表面的连接处为倒圆角，半径为1.5mm；加强筋的侧边与瓶身部外表面的连接处为倒圆角，半径为0.5mm；加强筋的张角α为70～90度，深度为1.5mm。

作为一种改进的方案，所述加强筋中包括相邻布置的第一加强筋和第二加强筋；在第一加强筋的环形方向上，具有6个第一截面和6个第二截面，第一截面的张角为70度，第二截面的张角为90度；两种截面间隔30度交替布置，两种截面之间的张角呈连续渐变的过渡；在第二加强筋的环形方向上，具有与第一加强筋相同数量和布置方式的第一截面和第二截面；同时，第二加强筋上的第二截面与第一加强筋上第一截面对应地组配，第二加强筋上的第一截面与第一加强筋上第二截面对应地组配，且各组配截面的连线均与瓶身部的中轴线平行。

作为一种改进的方案，所述加强筋具有下述任意一种形状：(1)加强筋是连续的环形凹槽结构；(2)加强筋是具有中断部位的开口环形凹槽结构，所述中断部位是瓶身部外表面；(3)加强筋由不连续的多根弧形凹槽结构组成，各弧形凹槽结构均位于同一个圆环上；相邻弧形凹槽结构之间的中断部位是瓶身部外表面。

技术原理说明：

为了兼顾加强筋结构的各项性能，本实用新型从瓶体受力分析出发，提出全新结构的瓶体加强筋结构的设计思路。

瓶体在使用过程中会受到各种力，这些力将通过瓶体的各局部层层传导。如说明书图5所示，从瓶体纵向局部截面进行分析，这种传导的力可以用力学的原理分成局部表面法向的力和表面切表面方向的力。法向的力积聚后会带来瓶体表面的形变。切表面方向的力，即沿瓶体走向传导的力，这部分力才能产生有效的机械性能。

基于以上的力学分析，对加强筋上传导的力集中在表面切表面上的分力进行进一步的分析。

表面切表面上的分力也就是加强筋产生有效机械性能的力,为了方便描述这里将其称为力Fr。如图6所示，对瓶体上的梯形凹槽形状的加强筋结构的关键尺寸进行描述，将梯形加强筋的深度命名为D，张角为α，宽度为W。聚焦梯形加强筋的侧面局部进行力学分析，进一步将Fr进行分解，可以将它分为垂直方向负载的分力Fv，和沿瓶体径向的分力Fh。根据三角函数进行计算：

Fv＝Sin(α/2)Fr，Fh＝Cos(α/2)Fr

当α在0到180度区间内进行变化时，根据函数可以得出：在Fr一定的情况下，α越大，Fv越大，也意味着垂直承载性能越好，但同时Fh会下降，也意味着瓶体抵抗手握持瓶体时的握力会下降。另外，当加强筋深度D一定的时候，宽度W会随着张角α增大而增大，加强筋宽度W增加会减少瓶体表面平直面的面积，这便会影响贴标外观。所以张角α变大不一定就好，变小也不一定就好。

基于以上分析，本实用新型提出创新的加强筋设计方案：

在瓶身的外圆周上设多条加强筋，加强筋的张角α和宽度W在一定区间范围内，按照由大到小再由小到大的规律循环往复地连续渐变；并且在垂直方向上相邻两条加强筋的宽度之和保持不变，使得相邻加强筋之间的瓶身外表面区域中不同位置的宽度d1和d2保持一致。由于d1和d2的错位，从而使该外表面区域的上下边线呈现出完全一致的上下起伏变化。这样的设计方案，不仅从力学角度能加强瓶身材料垂直承载性能，也兼顾了握感和顶压；同时，由于瓶身外表面部分同时还需要满足饮料瓶标贴的附着用途要求；因此每个单条外圆周表面区域保持宽度不变，可以平稳衔接以保证标贴黏附的牢固性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过将凹槽型加强筋的张角设计为在一定区间范围内的规律地循环往复渐变，能够从力学角度合理地在垂直方向负载的分力和沿瓶体径向的分力之间寻找平衡点，在提高瓶身的强度和挺度的同时，保持瓶体抵抗手握持瓶体时的握力。

2、本实用新型的产品结构强度高、手感强并且耐真空度高，适用于减薄塑料材料的瓶身，能够节省原材料的用量，降低能耗。

3、在本实用新型的产品上，相邻加强筋之间的瓶身外圆周表面部保持宽度不变，可以平稳衔接；各加强筋保持间距一致的情况下，能够保证饮料瓶标贴的黏附位置均衡布置，确保粘贴后的牢固性。

附图说明

图1为本实用新型产品的主视图。

图2为本实用新型产品的立体图。

图3为加强筋的截面放大图。

图4为一种加强筋实例的示意图。

图5为局部瓶体截面的力学分析图。

图6为本实用新型加强筋的截面示意图和局部力学分析图。

图中的附图标记为：1塑料瓶；2瓶口部；3瓶肩部；4瓶身部；5瓶身部外表面区域；6瓶底部；7加强筋。

具体实施方式

本申请中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1、2所示，本实用新型提供的具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其主体为塑料瓶1，包括依次连接过渡的瓶口部2、瓶肩部3、瓶身部4和瓶底部5；瓶身部4为圆柱形结构。

在瓶身部4沿其圆周环向设有数条加强筋7，加强筋7是相对于瓶身部4外表面内陷的凹槽；加强筋7的数量为6～10条，且在竖直方向上彼此保持间距。加强筋7可选是具有下述任意一种形状：(1)加强筋7是连续的环形凹槽结构；(2)加强筋7是具有中断部位的开口环形凹槽结构，所述中断部位是瓶身部外表面；(3)加强筋7由不连续的多根弧形凹槽结构组成，各弧形凹槽结构均位于同一个圆环上；相邻弧形凹槽结构之间的中断部位是瓶身部外表面。

加强筋7的横截面呈梯形，其顶边为凹槽底部，两侧边构成张角α，开口侧的宽度为W；沿加强筋7的长度方向，张角α和宽度W在一定区间范围内按照由大到小再由小到大的规律循环往复地连续渐变，使各加强筋之间瓶身部外表面区域5的边线呈现上下起伏的波浪曲线。瓶身部外表面区域5通常会用于粘贴产品标签。

在各加强筋7中，不同横截面上梯形顶部中心的连线形成环形的对称轴线；不同加强筋7的环形对称轴线相互之间保持平行。相邻两条加强筋7的开口侧宽度之和保持不变，使得该两条加强筋之间的瓶身部外表面区域5中不同位置的宽度保持一致。

可选地，加强筋的侧边与瓶身部外表面的连接处为倒圆角，半径为1～2.5mm；凹槽底部的两个顶角处为圆弧角，半径为0.5～1.5mm；加强筋的张角α为50～110度，深度为1.2～2.0mm。作为更优选的方案，所述倒圆角的半径为1.5mm，倒圆角的半径为0.5mm，张角α为70～90度，深度为1.5mm。

一个更为具体的实例：

在瓶身部4的外圆周上设有8条加强筋7，其中包括相邻布置的第一加强筋和第二加强筋。在第一加强筋的环形方向上，具有6个第一截面和6个第二截面，第一截面的张角为70度，第二截面的张角为90度；两种截面间隔30度交替布置，两种截面之间的张角呈连续渐变的过渡；在第二加强筋的环形方向上，具有与第一加强筋相同数量和布置方式的第一截面和第二截面；同时，第二加强筋上的第二截面与第一加强筋上第一截面对应地组配，第二加强筋上的第一截面与第一加强筋上第二截面对应地组配，且各组配截面的连线均与瓶身部的中轴线平行。可以简单理解为：

加强筋7的凹槽横截面是以6个张角70度和6个张角90度的梯形以每30度交替形成，并且上下两条加强筋7之间的截面张角70度和张角90度也同时交替出现，以保证加强筋之间的表面区域d1和d2宽度一致。d1和d2的适当错位，能够保证外围表面上下边线同步地呈上下起伏波浪形状，这能保持瓶身部外表面区域5的面积不变(意味着标贴的黏贴部位面积不变)，从而加强标贴在上下区域之间的衔接和一致性。同时，这样的设计也同时兼顾了握感和顶压。

以同样采用截面梯形的环状加强筋塑料瓶产品作为比对对象，申请人进行了吹瓶打样测试。在瓶体结构重量是原来92％的情况下，本实用新型产品采用渐变张角加强筋的瓶子的顶压能达到是原来瓶子的96.8％，即新的结构在减重8％的情况下顶压降幅更小，实际测量装0.55kg水的瓶子，采用新设计后的瓶子顶压可达93kg。

PET瓶子在仓储后，瓶子内部的水分会慢慢挥发。在实验里，申请人也模拟了水分挥发后的极端状态。将瓶子正常灌水后，抽出8ml的水，瓶子内部会产生8ml的真空，于是瓶子会产生椭圆。椭圆值越小，则耐真空性能越好。作为比对对象的瓶子，在抽出8ml的水后平均椭圆度为9.86mm。在瓶体结构减重8％的情况下，采用渐变张角加强筋的瓶子椭圆度更小为8.05mm。抗椭圆性能反而提升了18.4％。由此说明本实用新型所述的渐变张角加强筋能提升径向的加强作用。对于消费者来讲，瓶子握在手里的握感更强。

综上，本实用新型通过改变加强筋的分布以及其截面形状以提高瓶身的强度和挺度，提供了结构强度高、手感强并且耐真空度高的饮用水瓶，从而节省了原材料的用量，相应的瓶坯生产成型时间减少，降低了单只瓶子的能耗。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其主体为塑料瓶，包括依次连接过渡的瓶口部、瓶肩部、瓶身部和瓶底部；其特征在于，在瓶身部沿其圆周环向设有数条加强筋，加强筋是相对于瓶身部外表面内陷的凹槽；各加强筋在竖直方向上彼此保持间距；

所述加强筋的横截面呈梯形，其顶边为凹槽底部，两侧边构成张角α，开口侧的宽度为W；沿加强筋的长度方向，张角α和宽度W在一定区间范围内按照由大到小再由小到大的规律循环往复地连续渐变，使各加强筋之间瓶身部外表面区域的边线呈现上下起伏的波浪曲线。

2.根据权利要求1所述具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其特征在于，相邻两条加强筋的开口侧宽度之和保持不变，使得该两条加强筋之间的瓶身部外表面区域中不同位置的宽度保持一致。

3.根据权利要求1所述具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其特征在于，在各加强筋中，不同横截面上梯形顶部中心的连线形成环形的对称轴线；不同加强筋的环形对称轴线相互之间保持平行。

4.根据权利要求1所述具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其特征在于，所述加强筋的数量为6～10条。

5.根据权利要求1所述具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其特征在于，所述瓶身部为圆柱形结构。

6.根据权利要求1所述具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其特征在于，加强筋的侧边与瓶身部外表面的连接处为倒圆角，半径为1～2.5mm；凹槽底部的两个顶角处为圆弧角，半径为0.5～1.5mm；加强筋的张角α为50～110度，深度为1.2～2.0mm。

7.根据权利要求1所述具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其特征在于，加强筋的侧边与瓶身部外表面的连接处为倒圆角，半径为1.5mm；加强筋的侧边与瓶身部外表面的连接处为倒圆角，半径为0.5mm；加强筋的张角α为70～90度，深度为1.5mm。

8.根据权利要求1所述具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其特征在于，所述加强筋中包括相邻布置的第一加强筋和第二加强筋；

在第一加强筋的环形方向上，具有6个第一截面和6个第二截面，第一截面的张角为70度，第二截面的张角为90度；两种截面间隔30度交替布置，两种截面之间的张角呈连续渐变的过渡；

在第二加强筋的环形方向上，具有与第一加强筋相同数量和布置方式的第一截面和第二截面；同时，第二加强筋上的第二截面与第一加强筋上第一截面对应地组配，第二加强筋上的第一截面与第一加强筋上第二截面对应地组配，且各组配截面的连线均与瓶身部的中轴线平行。

9.根据权利要求1所述具有渐变张角的凹槽型加强筋的饮用水瓶，其特征在于，所述加强筋具有下述任意一种形状：

(1)加强筋是连续的环形凹槽结构；

(2)加强筋是具有中断部位的开口环形凹槽结构，所述中断部位是瓶身部外表面；

(3)加强筋由不连续的多根弧形凹槽结构组成，各弧形凹槽结构均位于同一个圆环上；相邻弧形凹槽结构之间的中断部位是瓶身部外表面。