JP2004502602A - 構造用リブを備えた容器 - Google Patents

Abstract

容器（１０）は、上方部分（１２）と、下方部分（１６）と、上方部分（１２）と下方部分（１６）とを連結する中央部分（１４）とを有するシェルで形成されている。中央部分（１４）の少なくとも大部分の領域には、その周囲を繞って複数の構造用リブ（２２）が設けられている。リブ（２２）は、中央部分（１４）を繞って非連続的に延びている。この構造は、容器が内圧または外圧による変形に耐えることができる。

Description

【０００１】
本出願は、２０００年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／２１５７５４号の恩恵を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、内圧または外圧による変形に耐えるための構造用リブを備えた容器に関するものである。特に本発明は、内圧または外圧による変形に耐えるために、不連続なリブを外周に備えたボトルのような飲料容器に関するものである。
【０００３】
発明の背景
加圧された飲料（例えば炭酸飲料）および加圧されない飲料のような液体を封入するために種々の容器が用いられている。普通に用いられている容器は、種々の形状および大きさに製造されてきたポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）ボトルである。ＰＥＴボトルは、安価、軽量で、多くの気体および液体を通さず、かつ種々のデザインおよび大きさに容易に成形することができるので普及している。しかしながら、ガラスのような、より硬い材料で形成された容器と異なり、ＰＥＴ容器は、特に容器の壁が薄い場合に、低い内圧または外圧により容易に変形してしまう。
【０００４】
あるＰＥＴ容器またはボトルは、幾分かの剛性を持たせるために、連続的な複数本のリブを備えている。しかしながら、これらのリブは、穏やかな外圧が加えられたときには十分に機能するものの、ある炭酸飲料の炭酸ガスによる内圧（５０〜１００ｐｓｉ ）（３５〜７０×１０^４Ｐａ）が加えられたときには容易に変形してしまう。例えば、瓶詰め水用の容器は、ラベル貼付け領域に複数本の連続的なリブを備えている。ボトルが軽量化のために比較的薄いＰＥＴで形成されていても、上記連続的なリブは、利用者が掴む領域においては、構造的な支持力を付加する。すなわち、容器の壁が薄くても、連続的なリブによって提供される補強のために、利用者が掴むことによって生じる圧力によって容器が変形することはない。しかしながら、これらの水ボトルは、ある場合には、流通寿命を延ばすための液体窒素の添加によって圧力を受ける（約４０ｐｓｉ まで）（約２８×１０^４Ｐａまで）。この内圧は、長い間には上記連続的なリブを変形させる傾向があることが判明している。ある場合には、ボトルが連続的なリブを崩壊させるように変形することがあった。隅肉半径を備えた連続的なリブを設けるようなことによってこの構造の改良が図られている。これらの改良により適度な成果は得られたが、内圧による変形を防止するには不十分であった。
【０００５】
ある用途に用いるプラスチックボトルに対しては不連続なリブも提案されている。米国特許第６，０３６，０６７号明細書には、減圧パネルと、この減圧パネルの上下の帯とを備えたプラスチックボトルが記載されている。この特殊なボトルは、適切な滅菌のために、液体が熱いうちに容器内に蓄えられかつ封止される「熱間充填」に用いられる。この容器は、通常僅かな正圧と、蓋がされるときに水の沸点に達する温度で充填される。しかしながら、ボトル内の液体が冷えると、ボトルを部分的に潰す可能性のある負の内圧が発生する。したがって、ボトルは、ラベルによって覆われる中央領域に、周方向に離れて配置された６個の減圧パネル３を備えている。ボトル内の熱い液体が冷える間に収縮すると、減圧パネルの表面が内方へ引っ張られて、圧力の減少を補償し、ボトルの他の部分の変形を防止する。これに加えて、円筒状の帯６が減圧パネル３の領域の上下に配置されている。これらの帯６は、１本または２本の周方向のたが状リブ７からなり、各たが状リブ７は６個の窪んだリブ部分８を備えている。これらのリブは、補強たがを構成して、ラベルが貼られる減圧パネルの領域の上下に完全に円筒状の表面を確保する。しかしながら、これらの周方向のたが状リブは、減圧パネルに関連する負の内圧を補償するためのもので、正の内圧に耐えるために設けられているものではない。
【０００６】
発明の概要
したがって、本発明の目的は、容認し得る側壁剛性を備えた軽量容器を提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、容認し得る側壁剛性を備え、かつ容認し得ない変形を伴わずに内圧に耐えることができる容器を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、容器の機能および使用者の満足を犠牲にすることなしに、容器の重量を低減することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、美的にも快い外観を呈することができる構造用要素を備えた容器を提供することである。
【００１０】
一つの態様によれば、本発明は、上方部分と、下方部分と、前記上方部分と下方部分とを連結する中央部分とを有するシェルを備えた容器に関するものである。上記中央部分の少なくとも大部分の領域には、その周囲を繞って複数の構造用リブが設けられ、これらリブは、上記中央部分を繞って周方向に非連続的に延びている。
【００１１】
別の態様によれば、本発明は、上方部分と、下方部分と、前記上方部分と下方部分とを連結する中央部分とを有するシェルを備えた容器に関するものである。上記中央部分の少なくとも大部分の領域には、その周囲を繞って複数の構造用リブが設けられ、これらリブは、上記中央部分を繞って非連続的に延びている。
【００１２】
さらに別の態様によれば、本発明は、上方部分と、下方部分と、前記上方部分と下方部分とを連結する中央部分とを有するシェルと、このシェルを外圧および内圧に対して補強する手段とを備えた容器に関するものである。
【００１３】
好ましい実施の形態の詳細な説明
本発明の第１の実施の形態による容器が図１〜図３に示されている。本実施の形態において、この容器１０は、中央部分１４によって連結された上方部分１２と下方部分１６とを備えたボトルの形をしている。上方部分１２は、肩部１８と首部２０とを備えている。首部２０には、ねじ溝が切られ、肩部１８が連接している。キャップ（図示せず）が首部２０を閉じて容器１０を封止する。
【００１４】
下方部分１６および上方部分１２は、垂直に整列した類似の断面形状を有する。図示の実施の形態において、中央部分１４は、上方部分および下方部分よりも小径の断面を有する。しかしながら、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、上方部分、中央分および下方部分が類似の断面を有していてもよい。
【００１５】
中央部分１４は、構造用支持のための複数のリブ２２を備えている。本実施の形態においては、リブ２２が、中央部分全体に亘って複数の列をなして整列した線対称の窪みの形をしている。中央部分を繞ってリブ２２が周方向に連続しないように、水平方向に隣合うリブ間には、水平の平坦部２４が設けられている。さらに、リブの列間には垂直の平坦部２６が設けられている。中央部分１４のリブが設けられた領域が、図１に示されているように、中央部分の周囲全体をカバーしている場合が最も効果的ではあるが、本発明は、これに限定されるものではない。リブを備えた領域が中央部分１４の周囲の大部分をカバーしている容器であれば、十分に機能する。
【００１６】
図２に示されているように、各リブ２２は、深さが変化する態様でこのボトルの中心軸線に向かって内方へ突出している。すなわち、各リブ２２の深さは、水平方向の各端から中間の最大深さに向かって滑らかに増大している。この構造により、リブによって支えられる応力はその長さ全体に拡散する。これに加えて、図３に示されているように、各リブ２２の垂直方向の曲率半径２８が滑らかで円を描いているのが好ましい。
【００１７】
容器１０の中央部分１４の高さに応じて、かつ容器１０の用途に応じて、リブ列の数と、リブの数および形状が異なる。第１の実施の形態において、０．５リットルボトルに適用された場合、各列に５個のリブを備えた１３列のリブからなる。各リブは、約１．２インチ（約３０ｍｍ）の長さと、０．０４インチ（１ｍｍ）の最大深さとを備えている。一つの列中のリブは、隣の列中のリブに対して垂直方向に整列していないことが好ましい。図１に示されているように、一つおきの列中のリブが垂直方向に整列している。この千鳥状の配列は、容器が押し潰されるとき、少なくとも１個のリブが常に機能していることを保証することによって、容器の構造を向上させる。
【００１８】
この第１の実施の形態は、内圧による側壁の変形に対する十分な抵抗力のみでなく、十分なたが剛性、すなわち、側圧による潰れに対する抵抗力の双方を備えている。内圧に関して、内圧のかかった容器に関する採用された基本デザインコンセプトは、丁度圧力のかかった風船のような、壁に生じる膜（ミッドプレーン）応力の概念を用いている。これら膜応力に加えて、シェルの厚さに応じて生じる曲げ応力も存在する。かくして、内圧による全応力実態は、膜（すなわちミッドプレーン）応力と曲げ応力との総和である。曲げ応力は通常、容器の外表面および内表面上の応力の大きさに影響を及ぼす。長期間内圧を受けるＰＥＴで形成された容器内では、応力実態のミッドプレーン（すなわち膜）成分を最小にしてクリープ破壊問題を取り除くことが重要である。このことは、本実施の形態のリブの配列および寸法の設計にも組み込まれ、壁厚の薄いＰＥＴ製シェルにおいてミッドプレーン応力が、延伸され結晶化されたＰＥＴの降伏強さよりも低く保たれるように、パラメータが選択されている。
【００１９】
これに加えて、本実施の形態では、たが剛性が十分に大きいので、容器を形成するプラスチックの厚さを薄くすることができる。通常のＰＥＴボトルにおけるプラスチックの厚さは約０．０１２インチ（０．３ｍｍ）であるが、本発明の構成では、少なくとも中央部分において、なおも同様のたが剛性を保ちながら、ボトルを形成するプラスチックの厚さを０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）未満まで薄くすることができる。例えば図４のグラフにおいて、０．００８インチ（０．２ｍｍ）のＰＥＴで形成され、かつ中央部分において２．３インチ（５８ｍｍ）の公称直径を有する、連続したリブを備えた従来の０．５リットルボトルでは、比較的低い外部負荷においてボトルの直径変化（すなわち側壁の変位）が観察された。これに対し、第１の実施の形態によるリブを備えた同様の寸法のボトルにおいては、ずっと高い負荷においても直径変化が遥かに小さい。中間帯がリブ部分の剛性を支え、かつ一つのリブ列から次のリブ列に軸線方向の応力を伝達するのに役立っている。
【００２０】
第１の実施の形態の構造によれば、連続したリブを備えた従来のボトルと比較して、ミッドプレーン応力および曲げ応力が著しく低いことが判明している。
【００２１】
リブの配置は、第１の実施の形態に示された配置に限定されるものではない。例えば、図５に示された容器１００においては、リブ１２２の大体の形状は第１の実施の形態のリブの形状に類似しているが、リブの大きさが縮小され、リブ列の数および１列当りのリブの数が増大している。例えば０．５リットルのＰＥＴボトルに関しては、１列当り１６個のリブを備えた列が２５列ある。各リブは、約０．５インチ（１２．７ｍｍ）の長さと０．０４インチ（１ｍｍ）の最大深さとを有する。図４のグラフに示されているように、第２の実施の形態においては、容器の剛性がさらに向上している。
【００２２】
リブの数、大きさおよび形状は、所望の軸線方向剛性ならびに外圧および内圧に対する抵抗力を得るために変えることができる。意図される容器の用途に応じて、リブの配置を決定することができる。
【００２３】
リブの延伸方向は第１および第２の実施の形態に示された方向に限定されるものではない。すなわち、第１および第２の実施の形態に示されたリブは、水平方向に対して平行であるが、水平方向に対して１８０度まで回転させても、所望の結果を得ることができる。例えば、図６に示された容器２００においては、リブ２２２が水平方向に対して４５度回転している。この第３の実施の形態においては、垂直方向にも水平方向にもずらす必要なしに所望の結果を得ている。
【００２４】
図７に示された第４の実施の形態の容器３００においては、リブ３２２が垂直方向に配置されるように、水平方向に対して９０度回転している。本実施の形態においては、第１および第２の実施の形態におけるものと同様に、リブ３２２の列が交互にずれている。
【００２５】
上述のように、容器はＰＥＴで形成されるのが好ましいが、例えば、高密度ポリエチレンおよび低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ポリビニールを含む他の材料でも形成することもできる。ＰＥＴ容器は、通常ブロー成形で作成される。ブロー成形法は当業者に良く知られており、プリフォームが従来の態様でブロー成形される工程をここで説明する必要はないと思われる。
【００２６】
現在好ましいと思われる実施の形態について本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではないことを理解すべきである。それとは反対に、本発明は、添付の請求の範囲の精神および目的の範囲内での種々の変形および等価の組合せをカバーすることを意図するものである。請求の範囲は、かかる変形および等価の構造および機能のすべてを含むように広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施の形態による容器の正面図
【図２】
図１の２−２線に沿った断面図
【図３】
図１の３−３線に沿った断面図
【図４】
第１および第２の実施の形態による容器の剛性を従来の容器の剛性と比較したグラフ
【図５】
本発明の第２の実施の形態による容器の正面図
【図６】
本発明の第３の実施の形態による容器の正面図
【図７】
本発明の第４の実施の形態による容器の正面図
【符号の説明】
１０，１００，２００，３００　　容器
１２　　上方部分
１４　　中央部分
１６　　下方部分
１８　　肩部
２０　　首部
２２，１２２，２２２，３２２　　リブ
２４，２６　　平坦部

Claims (32)

1. 上方部分と、下方部分と、前記上方部分と下方部分とを連結する中央部分とを有するシェルを備え、前記中央部分の少なくとも大部分の領域には、その周囲を繞って複数の構造用リブが設けられ、該リブは、前記中央部分を繞って周方向に非連続的に延びていることを特徴とする容器。
2. 前記リブが、複数の水平な周方向の列に整列していることを特徴とする請求項１記載の容器。
3. 前記複数の列のうちの１列中のリブが、前記複数の列のうちの隣接する列中のリブに対して垂直方向には非整列状態にあることを特徴とする請求項２記載の容器。
4. 前記複数の列のそれぞれ中のリブが、前記複数の列の一つおきの列中のリブに対して垂直方向に整列していることを特徴とする請求項３記載の容器。
5. 前記複数の列のそれぞれに、５ないし１６個のリブが含まれていることを特徴とする請求項２記載の容器。
6. さらに、１３ないし２５列のリブを備えていることを特徴とする請求項２記載の容器。
7. 前記リブが、前記中央部分における細長い窪みからなることを特徴とする請求項１記載の容器。
8. 前記リブのうちの少なくとも一つが、深さが変化する態様で前記容器の中心軸線に向かって突出していることを特徴とする請求項７記載の容器。
9. 前記リブの深さが、該リブの各端から該リブの中央まで滑らかに増大していることを特徴とする請求項８記載の容器。
10. 前記シェルが、ＰＥＴからなることを特徴とする請求項１記載の容器。
11. 前記シェルが、０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）未満の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の容器。
12. 前記シェルが、約０．５リットルの容量を有することを特徴とする請求項１記載の容器。
13. 前記シェルが、ブロー成形により形成されていることを特徴とする請求項１記載の容器。
14. 前記中央部分の大部分の領域が前記中央部分の全体を構成していることを特徴とする請求項１記載の容器。
15. 上方部分と、下方部分と、前記上方部分と下方部分とを連結する中央部分とを有するシェルを備え、前記中央部分の少なくとも大部分の領域には、その周囲を繞って複数の構造用リブが設けられ、該リブは、前記中央部分を繞って非連続的に延びていることを特徴とする容器。
16. 前記リブが複数の列をなして配置され、かつ垂直軸線に対して９０°以下の角度で延伸されていることを特徴とする請求項１５記載の容器。
17. 前記リブが垂直軸線に対して３０°の角度で延伸されていることを特徴とする請求項１６記載の容器。
18. 前記リブが垂直軸線に対して４５°の角度で延伸されていることを特徴とする請求項１６記載の容器。
19. 前記リブが垂直軸線に対して６０°の角度で延伸されていることを特徴とする請求項１６記載の容器。
20. 前記リブが垂直軸線に対して９０°の角度で延伸されていることを特徴とする請求項１６記載の容器。
21. 前記複数の列のうちの１列中のリブが、前記複数の列のうちの隣接する列中のリブに対して垂直方向には非整列状態にあることを特徴とする請求項１６記載の容器。
22. 前記複数の列のそれぞれ中のリブが、前記複数の列の一つおきの列中のリブに対して垂直方向に整列していることを特徴とする請求項２１記載の容器。
23. 前記リブが、前記中央部分における細長い窪みからなることを特徴とする請求項１５載の容器。
24. 前記リブのうちの少なくとも一つが、深さが変化する態様で前記容器の中心軸線に向かって突出していることを特徴とする請求項２３記載の容器。
25. 前記リブの深さが、該リブの各端から該リブの中央まで滑らかに増大していることを特徴とする請求項２４記載の容器。
26. 前記シェルが、ＰＥＴで形成されていることを特徴とする請求項１５記載の容器。
27. 前記シェルが、０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）未満の厚さを有することを特徴とする請求項１５記載の容器。
28. 前記シェルが、約０．５リットルの容量を有することを特徴とする請求項１５記載の容器。
29. 前記シェルが、ブロー成形で形成されていることを特徴とする請求項１５記載の容器。
30. 前記中央部分の大部分の領域が前記中央部分の全体を構成していることを特徴とする請求項１５記載の容器。
31. 上方部分と、下方部分と、前記上方部分と下方部分とを連結する中央部分とを有するシェルと、
    該シェルを外圧および内圧に対して補強する手段と、
    を備えていることを特徴とする容器。
32. 前記シェルを軸線方向の応力に対し補強する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３１記載の容器。

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