EP3013703B1

EP3013703B1 - Recipient à fond petaloïde et rainuré

Info

Publication number: EP3013703B1
Application number: EP14727867.5A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Hermel
Original assignee: Sidel Participations SAS
Current assignee: Sidel Participations SAS
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2018-01-03
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: MX366634B; US10246210B2; CN105339274B; CN105339274A; MX2015017114A; FR3007392A1; WO2014207331A1; FR3007392B1; EP3013703A1; US20160144992A1

Description

L'invention a trait au domaine des récipients, notamment bouteilles ou pots, fabriqués par soufflage ou étirage soufflage à partir d'ébauches en matière plastique telle que du polyéthylène téréphtalate (PET).
Un récipient comprend généralement un col ouvert, par lequel on introduit le contenu (ordinairement un liquide), un corps, qui confère au récipient son volume, et un fond, qui ferme le corps à l'opposé du col et forme un socle destiné à assurer la tenue et le maintien du récipient lorsqu'il repose sur une surface.
Les récipients destinés aux boissons carbonatées, dans lesquelles la pression du gaz dissous dans le liquide induit des contraintes mécaniques importantes, sont majoritairement pourvus de fonds de forme pétaloïde de grande hauteur : le fond comprend des pieds en saillie, en forme de pétales, séparés par des portions de paroi convexe, appelées creux ou vallées, qui s'étendent radialement depuis une zone centrale du fond. Les pieds, de grande hauteur (c'est-à-dire dans un rapport d'environ 1/2 avec le diamètre du récipient), sont destinés à assurer le maintien du récipient posé sur une surface ; les vallées sont destinées à absorber les efforts (thermiques, mécaniques) exercés par le contenu. On trouvera un exemple illustratif de ce type de fond dans la demande internationale WO 2012/069759 (SIDEL).
Le fond pétaloïde apparaît comme une solution relativement aboutie présentant une bonne résistance aux fortes pressions internes dans le récipient (notamment grâce à la forme hémisphérique des vallées).
Cependant le fond pétaloïde requiert une quantité de matière importante (un récipient de 0,5 l à fond pétaloïde classique, ayant un poids supérieur ou égal à 18 g environ), de même qu'une pression de soufflage relativement élevée (de l'ordre de 2,2 à 3,0 MPa (22 à 30 bars)), pour assurer une prise d'empreinte correcte des pieds et vallées.
Ces contraintes tendent à disqualifier le fond pétaloïde pour les applications de type liquide plat (typiquement l'eau de table ou les boissons non gazeuses), pour lesquelles on minimise tant la pression de soufflage que la quantité de matière employée (aujourd'hui de l'ordre de 10 g tout au plus pour un récipient de 0,5 l).
Il devient courant, pour certaines applications de liquides plats sensibles à l'oxydation (notamment les jus de fruit, mais également certaines eaux plates), de chasser l'air surmontant le liquide plat et le remplacer par un gaz inerte (typiquement de l'azote). En pratique, cette opération est réalisée par versement d'une goutte de gaz inerte liquéfié sur la surface du liquide plat, précédant immédiatement le bouchage du récipient. Cette opération induit une surpression dans le récipient. Même légère en apparence (de l'ordre de 500 à 1000 hPa (0,5 à 1 bar)), cette surpression suffit à accroître de manière importante les contraintes qui s'exercent sur le fond, sans que ces contraintes justifient toutefois le recours à des fonds pétaloïdes classiques (c'est-à-dire de grande hauteur).
Le document WO 03/091117 A divulgue un récipient selon le préambule de la revendication 1, comprenant un fond pétaloïde pourvu d'une simple voûte concave avec des pieds de faible hauteur. Bien qu'il réponde a priori aux exigences d'économie de matière et de soufflabilité aisée, il n'est cependant pas en mesure de supporter sans déformation notable les contraintes dues à la pression hydrostatique doublée de la pression du gaz neutre ajouté. Le document WO 2014/170115 A , à considérer en vue de l'article 54(3) CBE, divulgue un autre récipient selon le préambule de la revendication 1.
Il existe donc un besoin pour un récipient dont le fond offre une résistance accrue aux contraintes internes par rapport aux fonds voûtés ordinaires, tout en ne nécessitant pas autant de matière, ni une pression de soufflage aussi élevée, qu'un fond pétaloïde ordinaire.
A cet effet, il est proposé un récipient selon la revendication 1, en matière plastique comprenant un corps et un fond pétaloïde prolongeant le corps, le fond comprenant une paroi de fond de forme générale convexe vers l'extérieur, dont saillent des pieds formés par des excroissances, séparés deux à deux par des portions de la paroi de fond formant des vallées en creux qui s'étendent radialement jusqu'à une périphérie du fond, le fond comprenant en outre une série de rainures d'extension radiale qui s'étendent au moins partiellement au fond des vallées :

les pieds s'étendent axialement sur une hauteur inférieure ou égale à 1/5 d'une extension radiale du fond ;
le fond comprend un dôme central à concavité tournée vers l'extérieur du récipient ;
chaque rainure présente une section interne qui dépasse radialement de la vallée et chevauche le dôme, et une section externe qui s'étend radialement dans la continuité de la section interne, au fond de la vallée respective, et chaque vallée se termine intérieurement à une extrémité interne écartée du dôme.

Ce fond, qui peut être qualifié de « mini-pétaloïde » compte tenu du rapport entre la hauteur des pieds et l'extension transversale du fond, comparativement faible au regard d'un fond pétaloïde classique, peut être soufflé à des pressions plus faibles (de l'ordre de, ou inférieures à, 2,5 MPa (25 bars)), tout en offrant de bonnes performances mécaniques qui le rendent adapté à l'adjonction d'un gaz inerte sous pression (typiquement formé par vaporisation d'une goutte d'azote liquide).
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison :

la section interne de la rainure présente une largeur supérieure à la section externe ;
chaque rainure présente un contour effilé de l'intérieur vers l'extérieur du fond ;
chaque rainure se termine extérieurement par une extrémité externe pointue ;
les extrémités externes des rainures sont inscrites dans un cercle qui présente un diamètre inférieur à une extension radiale d'un plan de pose défini par des sommets des pieds ;
les rainures présentent une profondeur qui va décroissant de l'intérieur vers l'extérieur du fond ;
le dôme présente une extension radiale supérieure ou égale au cinquième de l'extension radiale du fond ;
le dôme présente une flèche supérieure ou égale à la moitié d'une hauteur du fond ;
les pieds présentent des flancs qui bordent les vallées et qui présente une ouverture angulaire allant décroissant de l'intérieur vers l'extérieur du fond.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une vue de dessous en perspective d'un récipient muni d'un fond pétaloïde de faible hauteur ;
la figure 2 est une vue en perspective, à échelle agrandie et selon un autre angle de vue, montrant le fond du récipient de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en plan de dessous du fond du récipient des figures précédentes ;
la figure 4 est une vue en coupe du fond du récipient de la figure 3, selon le plan de coupe IV-IV ;
la figure 5 est une vue de détail en coupe du fond du récipient de la figure 3, selon le plan de coupe V-V ;
la figure 6 est une vue de détail en coupe transversale selon le plan de coupe VI-VI de la figure 3 ;
la figure 7 est une vue de détail en coupe transversale selon le plan de coupe VII-VII de la figure 3.

Sur la figure 1 est représenté, en perspective de dessous, un récipient 1 - en l'occurrence une bouteille - obtenu par soufflage ou étirage soufflage à partir d'une préforme en matière thermoplastique, par exemple en polyéthylène téréphtalate (PET), préalablement chauffée.
Le récipient 1 s'étend selon un axe X principal et comprend une paroi 2 latérale appelée corps, et un fond 3 qui prolonge et ferme le corps 2 à une extrémité inférieure de celui-ci.
Le fond 3 est pétaloïde, et comprend une paroi 4 de fond de forme générale convexe vers l'extérieur du récipient 1 (c'est-à-dire vers le bas lorsque le récipient 1 est posé à plat), qui s'étend à partir d'un dôme 5 central à concavité tournée vers l'extérieur du récipient 1. Au centre du dôme 5 s'étend en saillie axiale une pastille 6 venue d'injection, dont la matière est demeurée sensiblement amorphe au cours du formage du récipient 1. Le dôme 5 a notamment pour fonction d'étirer la matière au centre du fond, de façon à en accroître la cristallinité et donc la résistance mécanique.
Le fond 3 comprend par ailleurs une série de pieds 7 formés par des excroissances en saillie axiale à partir de la paroi 4 de fond vers l'extérieur du récipient 1. Les pieds 7 s'étendent radialement à partir du dôme 5 central, jusqu'à une périphérie 8 du fond 3 où celui-ci se raccorde au corps 2. On note A l'extension radiale hors tout du fond 3, mesurée perpendiculairement à l'axe X au niveau de sa périphérie 8 (figure 4). Dans le cas d'un récipient 1 à corps 2 cylindrique (comme dans l'exemple illustré), l'extension A radiale est son diamètre. On note par ailleurs B l'extension radiale (en l'espèce le diamètre) du dôme 5. Cette extension B radiale est de préférence supérieure ou égale au cinquième de l'extension A radiale du fond 3. Selon un mode de réalisation préféré, illustré sur les figures, le diamètre B du dôme est de l'ordre du quart du diamètre A du fond 3 : $B ≅ 0,25 \cdot A$
Les parties les plus saillantes ou sommets 9 des pieds 7 sont coplanaires et forment conjointement un plan 10 de pose par lequel le récipient 1 peut reposer sur une surface plane (par exemple une table). Comme cela est visible sur les figures 2 et 3, le plan 10 de pose (matérialisé sur la figure 3 par un cercle en trait mixte), est situé radialement en retrait par rapport à la périphérie 8. On note C l'extension radiale (c'est-à-dire, dans l'exemple illustré, le diamètre) du plan 10 de pose, et D la hauteur totale du fond 3 (qui correspond à celle des pieds 7), mesurée axialement depuis le plan 10 de pose jusqu'à la périphérie 8 du fond 3.
Comme cela est bien visible sur les figures 2 et 3, les pieds 7 vont s'amincissant de l'intérieur vers l'extérieur du récipient 1 (c'est-à-dire vers le bas), et en s'élargissant depuis le dôme 5 central vers la périphérie 8.
Chaque pied 7 présente une face 11 d'extrémité qui s'étend en pente douce du dôme 5 vers le sommet 9 et qui, comme cela est visible sur la figure 3, présente une largeur sensiblement constante.
On note E l'extension axiale de la face 11 d'extrémité (également dénommée flèche ou garde du fond), mesurée entre le plan 10 de pose et le centre du dôme 5, en l'espèce la pastille 6. La flèche E est inférieure à la hauteur D du fond 3, mais sans être négligeable par rapport à celle-ci. Plus précisément, la flèche E est supérieure ou égale à la moitié de la hauteur D du fond 3 : $E \geq \frac{D}{2}$
Selon un mode de réalisation préféré illustré sur les figures, la flèche E du fond est d'environ 60% de la hauteur D du fond 3 : $E ≅ 0,6 \cdot D$
La valeur importante de la flèche E au regard de la faible hauteur du fond 3 résulte de la présence du dôme 5. Cette flèche E importante accroît la résistance mécanique du fond 3.
Comme cela est bien visible sur les figures 2 et 3, les pieds 7 sont séparés deux à deux par des portions 12 de la paroi 4 de fond appelées vallées, qui s'étendent radialement en étoile depuis la pastille 6 centrale jusqu'à la périphérie 8.
Les vallées 12 s'étendent en creux entre les pieds 7 qu'elles séparent deux à deux. Les vallées 12 sont sensiblement droites en section transversale (c'est-à-dire selon un plan perpendiculaire à la direction radiale, cf. figures 6 et 7). Par ailleurs, comme cela est également visible sur les sections des figures 6 et 7, les vallées 12 présentent une largeur (mesurée transversalement) sensiblement constante depuis une zone interne voisine du dôme 5 (figure 6) jusqu'à une zone externe voisine de la périphérie 8 (figure 7).
Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, les vallées 12 ne se raccordent pas directement au dôme 5 mais se terminent intérieurement à une extrémité 13 interne écartée de celui-ci, un espace 14 intermédiaire étant ainsi défini entre l'extrémité 13 et un bord 15 externe du dôme 5.
On voit bien sur les figures 2 et 3 que les pieds 7 sont en nombre égal aux vallées 12. Dans l'exemple illustré, le fond 3 comprend six pieds 7 et six vallées 12, régulièrement alternés et répartis en étoile. Ce nombre constitue un bon compromis ; il pourrait toutefois être inférieur (mais supérieur ou égal à trois), ou supérieur (mais de préférence inférieur ou égal à neuf).
Chaque pied 7 présente deux flancs 16 sensiblement plans qui bordent chacun latéralement une vallée 12. Comme cela est visible sur la figure 4, les flancs 16 ne sont pas verticaux (car le fond 3 serait alors difficile, voire impossible à souffler), mais inclinés en s'ouvrant depuis la vallée 12 vers l'extérieur. On note F l'ouverture angulaire entre les flancs 16 au voisinage du dôme 5 (figure 6), et G l'ouverture angulaire entre les flancs 16 au voisinage de la périphérie 8 (figure 7), sans tenir compte des congés de raccordement entre les flancs 16 et la vallée 12 ou la face 11 d'extrémité du pied 7.
Comme on peut le constater sur les figures 6 et 7, l'ouverture angulaire des flancs 16 est variable. Plus précisément, l'ouverture angulaire des flancs 16 va décroissant de l'intérieur vers l'extérieur du fond 3 (c'est-à-dire de l'axe X vers la périphérie 8), l'ouverture angulaire F étant supérieure à l'ouverture angulaire G, ce qui signifie que les flancs 16 vont en se refermant depuis le dôme 5 vers la périphérie 8. Selon un mode de réalisation particulier (illustré sur les figures 6 et 7), l'ouverture angulaire F est environ double de l'ouverture angulaire G.
Cette variation d'ouverture angulaire permet d'élargir les pieds 7 vers la périphérie 8, au bénéfice de la stabilité du récipient 1, et de la résistance des pieds 7, notamment lors de la palettisation du récipient 1.
Le fond 3 peut être dénommé « pétaloïde » en raison de sa structure faite d'une alternance de pieds 7 en saillie et de vallées 12 en creux. Toutefois, son faible rapport hauteur D / diamètre A le disqualifie pour les applications carbonatées (typiquement pour les boissons gazeuses). Ce rapport est en effet inférieur ou égal à 1/5 : $\frac{D}{A} \leq \frac{1}{5}$
Un fond pétaloïde classique aurait un tel rapport d'environ 1/2. Le présent fond 3, que l'on peut dénommer « mini pétaloïde » en raison de son faible rapport hauteur D / diamètre A, se destine plutôt aux applications de type liquide plat associées à l'adjonction, immédiatement après le remplissage et avant le bouchage, d'une goutte d'azote liquide dont la vaporisation met le contenu du récipient en surpression.
Les vallées 12 sont en outre relativement plates, leur rayon R de courbure, mesuré radialement (figure 4) étant important au regard du diamètre A du fond 3. Plus précisément, le rayon R de courbure des vallées 12 est de préférence supérieur ou égal au diamètre A du fond 3 : $R \geq A$
Selon un mode de réalisation préféré illustré sur les figures, le rayon R de courbure des vallées est sensiblement égal au diamètre A du fond 3 : $R ≅ A$
On note par ailleurs H la profondeur axiale moyenne de chaque vallée 12, c'est-à-dire la distance, mesurée parallèlement à l'axe X, entre le sommet 9 des pieds 7 et le point de la vallée 12 situé au diamètre C, à la verticale du sommet 9 (cf. figure 4). H est de préférence inférieur ou égal à la flèche E : $H \leq E$
Par ailleurs, la profondeur H est inférieure ou égale à environ 1/8 de l'extension A radiale du fond 3 : $\frac{H}{E} \leq \frac{1}{8}$
Avec, de préférence (comme dans l'exemple illustré) : $H ≅ \frac{A}{10}$
Ce rapport est plus faible que celui d'un fond pétaloïde classique, pour lequel il est de l'ordre de 1/5.
Afin d'offrir une meilleure résistance mécanique aux déformations résultant des contraintes dues à une telle surpression (qui s'ajoute à la pression hydrostatique du liquide), le fond 3 comprend une série de rainures 17 d'extension radiale, qui s'étendent au moins partiellement au fond des vallées 12. Pour une meilleure visibilité on a, sur les figures 1 à 4, grisé les rainures 17 par un motif à points.
Plus précisément, chaque rainure 17 présente une section 17A interne, qui dépasse radialement de la vallée 12 et chevauche le dôme 5, et une section 17B externe qui s'étend radialement dans la continuité de la section 17A interne, au fond de la vallée 12 respective. Comme on le voit bien sur les figures 2 et 3, les rainures 17 sont centrées par rapport aux vallées 12, c'est-à-dire que chaque rainure 17 s'étend le long d'une ligne radiale médiane de la vallée 12 respective. La section 17A interne couvre l'espace 14 séparant l'extrémité 13 interne de la vallée 12 et le dôme 5.
Chaque rainure 17 est creusée vers l'intérieur du récipient 1 et présente, en section transversale (figures 5 et 6), un profil courbe à concavité tournée vers l'extérieur. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, chaque rainure 17 présente, lorsque vue de dessous (cf. figure 3) un profil effilé depuis l'intérieur vers l'extérieur du fond 3, c'est-à-dire depuis le dôme 5 vers la périphérie 8, la section 17A interne étant plus large que la section 17B externe.
Selon un mode de réalisation préféré illustré sur les figures, chaque rainure 17 présente, lorsque vue de dessous, un contour en fer de lance. Chaque rainure 17 se termine, vers la périphérie 8, par une extrémité 18 externe pointue, à une distance de l'axe X inférieure ou égale au rayon du plan de pose (c'est-à-dire C/2). En d'autres termes, les extrémités 18 externes des rainures 17 sont inscrites dans un cercle (en pointillés sur la figure 3) qui présente un diamètre, noté J, inférieur ou égal au diamètre C du plan de pose : $J \leq C$
Selon un mode particulier de réalisation, le diamètre J du cercle dans lequel sont inscrite les extrémités 18 externes des rainures 17 est de l'ordre de 70% du diamètre A hors tout du fond : $J ≅ 0,7 \cdot A$
En outre, comme illustré sur les figures 5 et 6, la profondeur des rainures 17, mesurée axialement, va en décroissant depuis l'intérieur vers l'extérieur du fond 3, la profondeur de la section 17A interne étant supérieure à celle de la section 17B externe.
Les rainures 17 ont pour fonction de rigidifier le fond 3. Sous l'effet des contraintes mécaniques exercées sur le récipient 1 (notamment sous l'effet de la pression régnant dans le récipient 1 rempli d'un liquide plat surmonté d'un gaz neutre à une pression relative comprise typiquement entre 1000 et 2000 hPa (1 et 2 bars)), le fond 3 se déforme peu, les rainures 17 assurant une répartition des efforts depuis le dôme 5 vers les vallées 12.
Grâce à la connexion qu'elles opèrent entre le dôme 5 et les vallées 12, les rainures 17 :

limitent l'affaissement du dôme 5, celui-ci étant suspendu aux vallées 12 par l'intermédiaire des rainures 17 ; en d'autres termes, la flèche E est maintenue sensiblement constante sous l'application des contraintes précitées, les rainures 17 remplissant une fonction de bras de suspension du dôme 5 ;
assurent une répartition des contraintes sur l'ensemble du fond 3, et en particulier un transfert au moins partiel des contraintes subies par le dôme 5 central vers les vallées 12, elles-mêmes rigidifiées latéralement par les flancs 16 et radialement par leur propre profil sphérique.

Sous l'effet d'une pression dans le récipient 1, on note une légère accentuation (c'est-à-dire une diminution) du rayon R de courbure des vallées 12, qui provoque un léger basculement de la section 17B externe des rainures 17 vers l'extérieur autour de l'extrémité 13 interne de la vallée 12, cette extrémité 13 jouant ainsi le rôle d'axe d'articulation des rainures 17. Il en résulte, par effet de levier, un basculement inverse de la section 17A interne vers l'intérieur du récipient 1, ce qui tend à déplacer axialement le dôme 5 vers l'intérieur du récipient 1. Il en résulte une bonne tenue mécanique du fond 3 soumis aux contraintes de pression précitées.

Claims

Récipient (1) en matière plastique comprenant un corps (2) et un fond (3) pétaloïde prolongeant le corps (2), le fond (3) comprenant une paroi (4) de fond de forme générale convexe vers l'extérieur, dont saillent des pieds (7) formés par des excroissances, séparés deux à deux par des portions de la paroi de fond formant des vallées (12) en creux qui s'étendent radialement jusqu'à une périphérie (8) du fond (3), les pieds (7) s'étendant axialement sur une hauteur (C) inférieure ou égale à 1/5 d'une extension (A) radiale du fond (3) ;
le fond (3) comprenant un dôme (5) central à concavité tournée vers l'extérieur du récipient (1),
dans lequel
- le fond (3) comprend en outre une série de rainures (17) d'extension radiale qui s'étendent au moins partiellement au fond des vallées (12) ;

- chaque rainure (17) présente une section (17A) interne qui dépasse radialement de la vallée (12) et chevauche le dôme (5), et une section (17B) externe qui s'étend radialement dans la continuité de la section (17A) interne, au fond de la vallée (12) respective, et

- caractérisé en ce que :

- chaque vallée (12) se termine intérieurement à une extrémité interne (13) écartée du dôme.
Récipient (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section (17A) interne de la rainure (17) présente une largeur supérieure à la section (17B) externe.
Récipient (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque rainure (17) présente un contour effilé de l'intérieur vers l'extérieur du fond (3).
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque rainure (17) se termine extérieurement par une extrémité (18) externe pointue.
Récipient (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les extrémités (18) externes des rainures (17) sont inscrites dans un cercle qui présente un diamètre (J) inférieur à une extension (C) radiale d'un plan (10) de pose défini par des sommets (9) des pieds (7).
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rainures (17) présentent une profondeur qui va décroissant de l'intérieur vers l'extérieur du fond (3).
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dôme (5) présente une extension radiale supérieure ou égale au cinquième de l'extension radiale du fond (3).
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dôme (5) présente une flèche supérieure ou égale à la moitié d'une hauteur du fond.
Récipient (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pieds (7) présentent des flancs (16) qui bordent les vallées (12) et qui présentent une ouverture (F, G) angulaire allant décroissant de l'intérieur vers l'extérieur du fond (3).