JP2005187053A - 合成樹脂製壜体 - Google Patents

Abstract

【課題】氷結において、シュリンクフィルムの破断のない、かつ氷結による体積の増加を吸収し得る壜体形状を創出することを課題として、氷結しても安全に保存および使用でき、外観的にも問題のない合成樹脂製壜体を提供することを目的とする。
【解決手段】 胴部をシュリンクフィルムで外装した壜体において、シュリンクフィルムで外装される部分の全高さ範囲において前記胴部の平断面の周長を外装された状態のシュリンクフィルムの周長とほぼ等しくし、かつ前記胴部のシュリンクフィルムで外装される部分において所定の高さ範囲に亘って平断面形状を非真円形とし、水を主成分とした内容液を氷結させて使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、胴部にシュリンクフィルムを外装し、水を主成分とした内容液を氷結させて使用する合成樹脂製壜体に関するものである。

ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記す。）樹脂製等の合成樹脂製壜体は水、スポーツ飲料水、お茶、ジュース等の飲料用として幅広く使用されている。このような壜体は、商品名等の表示あるいは意匠の観点から胴部を、印刷したシュリンクフィルムで外装した状態で製品化される。たとえば特許文献１には胴部をシュリンクフィルムで外装した壜体に関する発明が記載されている。
特開２００１−３２２６１６号公報

一方このような壜体は夏季等においては冷凍庫で内容液を氷結させた状態のものを徐々に解かしながら飲用に供する等の使用のされ方もしている。

水を氷結した場合にはその体積が略１．０９倍となるので、密封した壜体では氷結に伴う体積増加により内圧が上昇して壜体が破損する恐れがあるし、破損まで至らなくとも壜体が大きく変形してしまう。

たとえば図５に示した減圧吸収パネル６のように胴壁に凹状部分を形成しておけば、この部分の膨出状の変形により氷結に伴う体積増加を吸収することができるが、シュリンクフィルムで外装したものでは、上記凹状部分の膨出により、シュリンクフィルムの破断が発生して商品として提供できなくなる等の問題がある。

本発明は上記したような問題点を解消すべく創案されたものであり、氷結において、シュリンクフィルムの破断のない、かつ氷結による体積の増加を吸収し得る壜体形状を創出することを課題として、氷結しても安全に保存および使用ができ、外観的にも問題のない合成樹脂製壜体を提供することを目的とする。

上記技術的課題を解決する請求項１記載の発明の手段は、
胴部をシュリンクフィルムで外装した壜体であること、
シュリンクフィルムで外装される部分の全高さ範囲において前記胴部の平断面の周長を外装された状態のシュリンクフィルムの周長とほぼ等しくすること、
かつ前記胴部のシュリンクフィルムで外装される部分において所定の高さ範囲に亘って平断面形状を非真円形とすること、
水を主成分とした内容液を氷結させて使用することを目的とすること、
にある。

氷結により体積が膨張し、壜体に内圧状の力が及び、胴壁の周方向に所謂フープストレスが発生するのであるが本願発明者らは氷結の際における壜体の変形様式を観察、考察して、氷結温度近傍の温度ではＰＥＴ樹脂等の壜体を形成する合成樹脂自体の延伸はほとんどないので、胴部の平断面形状がその周長を維持しながら断面積を増加するように変形すると共に、平断面で見てたとえば減圧吸収パネル等の凹部を有する壜体の場合には、まずこの凹部が壜体の外側に向かって膨出変形することを見出して本発明の手段を見出すに至った。

請求項１記載の上記構成において、シュリンクフィルムで外装される部分の全高さ範囲において前記胴部の平断面の周長を外装された状態のシュリンクフィルムの周長とほぼ等しくすると云う構成要件は、シュリンクフィルムの破断を防止するための要件であり、たとえ氷結によって胴部の平断面形状が変形したとしても、胴部の平断面の周長が外装するシュリンクフィルムの周長とほぼ等しければ、シュリンクフィルムはフィルム状であるので、胴部の変形した平断面形状に沿ってその形状を変化させるが、周方向に力がかかることがなく破断を防ぐことができる。該シュリンクフィルムは一般に分別廃棄を目的としたミシン目が縦方向に形成されており、前記破断は、このミシン目に沿って起こり易くなっている。

たとえば、減圧吸収パネルのように胴部の平断面形状に凹状部分を有する場合には、シュリンクフィルムは凹状部分の両基端部を直線的に結ぶように胴部を外装するため、凹状部分の底と隙間を形成した状態となる。このような状態では胴部の平断面の周長はシュリンクフィルムの周長より長くなり、氷結による体積膨張により凹部部分が膨出、シュリンクフィルムを周方向に引っ張る力が働いて破断が発生してしまう。

次に、請求項１の、胴部のシュリンクフィルムで外装される部分において所定の高さ範囲に亘って平断面形状を非真円形とすると云う構成要件は、胴部平断面の周長を一定に保持しながら氷結に伴う体積増加を吸収するための手段を示すものである。飲料用の壜体の製品では多くの場合シュリンクフィルムで胴部の略全高さから略１／２の高さ範囲を外装するので、このシュリンクフィルムで外装された高さ範囲で氷結に伴う体積増加を吸収するための機能を発揮せしめる必要がある。

シュリンクフィルムで外装した部分において所定の高さ範囲に亘って平断面形状を非真円形とすることにより、この平断面形状を非真円形から真円形に近づけることにより、平断面で考えると一定の周長という条件下では真円形が最も大きな面積を有するので、周長を一定に維持しながらその断面積を大きくすることができ、氷結による体積増加をこの断面積の増加により吸収することが可能となる。内圧状の力により壜体の軸方向へも引っ張り応力が作用するが周方向の応力（フープストレス）の略１／２であるので、壜体の高さ方向への変化は考慮せず、略断面積の増加のみで吸収できる体積増加の量を決めることができる。

一方、壜体胴部の断面積の増加により吸収すべき体積増加分は、氷結による内容液の体積増加と壜体製品における内容液面上のヘッドスペース等を考慮して略決めることができ、これにより壜体の全体的な外観を考慮しながら、平断面形状を非真円形とする高さ範囲と、非真円形の程度をどの程度にするかを決めることができる。商品性と云う観点からヘッドスペースには許容範囲があり氷結による体積増加をすべてこのヘッドスペースにより吸収することは多くの場合できないし、また氷結による体積増加によってヘッドスペースの空気が圧縮されて、キャップのシールが損なわれないようにする必要があり、このヘッドスペースの全体積を利用できるわけでもない。

なお、シュリンクフィルムで外装された全高さ範囲を必ずしもすべて非真円形にする必要はなく、また、高さ方向に沿って非真円形の形状（非真円形の程度）を変化させることもできる。

ここで非真円形の程度の表し方にはたとえば楕円形における扁平率等があるが、本発明の技術思想に関連して、胴部の任意の高さにおける平断面積Ｓａとこの断面の周長と同じ長さの周長を有する真円の面積Ｓｃの比であるＳｃ／Ｓａ（以下Ｒｓ値と記す。）を非真円形の度合いを示す指標とするのが良い。このＲｓ値は胴部の任意高さにおける平断面形状が真円形であれば１であるので、たとえばＲｓ値が１．２であれば真円形に変形させることにより面積が１．２倍になることを示すことができ、この値を目安にしてどの程度体積増加分を吸収できるか予測することができる。

因みに、いくつかの形状についてのＲｓ値を示す。正多角形では、正３角形１．６２、正４角形１．２７、正６角形１．０８、正８角形１．０５である。楕円形では長径／短径１．５の楕円で１．０６、長径／短径２．０の楕円では１．１９の値を示す。もちろんこれらは幾何学的に算出された値であり、実際の壜体では、形状により胴部壁の周方向における壁厚の分布等もあるので、円形への変形のし易さについても考慮する必要がある。一方水の氷結による体積増加は、０℃における氷の密度は０．９１７ｇ／ｃｍ^３であり、２０℃の水の密度は０．９９８ｇ／ｃｍ^３であるので１．０９倍である。

請求項２記載の発明の手段は、請求項１の発明において、胴部の平断面形状を外側に向かって凸状の円弧を複数接続した形状とすること、にある。

非真円形である胴部の平断面形状は限定されるものでなく、たとえば楕円状、長円状、４角形等の多角形状、多角形の角部を円弧状に角取りした形状等の形状にすることができるが、冷凍庫における温度分布、壜体の姿勢、向きにより氷結は必ずしも壜体内部で均一に進行するわけではないので、氷結による体積増加を効率良く吸収するためには、前述したＲｓ値の大小だけでなく、胴部の平断面形状が氷結の際にスムーズに円形に近づけるように変形させる必要がある。

請求項２載の上記構成により、平断面形状を緩やかな形状の円弧で構成するようになり、容易に円形に変形可能とすることができる。また変形がスムーズに進行するので、シュリンクフィルムもスムーズに変形し、皺の発生を小さく抑えることができる。また、変形による外観的な影響も小さいので氷結により商品性を大きく低下させることがない。

請求項３記載の発明の手段は、請求項１または２記載の発明において、胴部の形状を、上端部および下端部から中央高さ位置にかけて緩やかに縮径された形状とすることにある。

請求項３記載の上記構成により、胴部の中央高さ位置部分は変形が起こりやすい部分であるが、この部分を縮径しておくことにより、円形状への変形が起こっても外観上目立たないようにすることができ、また肩部の幅、底部の幅から出っ張らないようにすることも可能であり、氷結状態での壜体の整列状の保管、あるいは運搬を効率よく実施できる。

請求項４記載の発明の手段は、請求項１、２または３記載の発明において、ＰＥＴ系樹脂製の２軸延伸ブロー成形品とすること、にある。

飲料用ボトルとして幅広く使用され、低温でもすぐれた機械的特性を発揮する
ＰＥＴ系樹脂製の２軸延伸ブロー成形の壜体を、シュリンクラベルを巻いた状態で氷結させて使用する用途に幅広く使用できる。

なお、ＰＥＴ系樹脂としては、主としてＰＥＴが使用されるが、ＰＥＴ樹脂の本質が損なわれない限り、エチレンテレフタレート単位を主体として、他のポリエステル単位を含む共重合ポリエステルも使用できると共に、たとえばガスバリア性や耐熱性を向上させるためにナイロン系樹脂、ポリエチレンテレナフタレート樹脂等の樹脂をブレンドして使用することもできる。共重合ポリエステル形成用の成分としては、たとえばイソフタル酸、ナフタレン２，６ジカルボン酸、アジピン酸等のジカルボン酸成分、プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール等のグリコール成分を挙げることができる。

さらには、ＰＥＴ系樹脂製壜体は、ＰＥＴ樹脂製壜体としての本質が損なわれない限り、たとえば耐熱性、ガスバリア性の向上のためにＰＥＴ樹脂／ナイロン樹脂／ＰＥＴ樹脂のようにナイロン樹脂等の中間層を有したものであっても良い。

本発明は上記した構成であり、以下に示す効果を奏する。
請求項１記載の発明にあっては、シュリンクフィルムで外装される部分の全高さ範囲において胴部の平断面の周長をシュリンクフィルムの周長とほぼ等しくすること、かつ胴部のシュリンクフィルムで外装される部分において所定の高さ範囲に亘って平断面形状を非真円形とすることにより、氷結による内容液の体積増加を吸収しながら、シュリンクフィルムの破断を防ぐことができ、氷結状態でシュリンクフィルムを外装した合成樹脂製の壜体を安全に、また商品性を低下させることなく保存および使用することができる。

請求項２記載の発明にあっては、胴部の平断面形状を外側に向かって凸状の円弧を複数接続した形状とすることにより容易に真円形に近づくように変形可能とすることができ、シュリンクフィルムの皺の発生を抑えることができ、また変形による外観的な影響も小さいので氷結により外観を大きく低下させることがない。

請求項３記載の発明にあっては、中央部にかけて緩やかに縮径された形状とすることにより、氷結による変形を外観上目立たないようにすることができ、氷結状態での壜体の整列状の保管、あるいは運搬を効率よく実施できる。

請求項４記載の発明にあっては、ＰＥＴ系樹脂製の２軸延伸ブロー成形の壜体を、シュリンクラベルを巻いた状態で氷結させて使用する用途に幅広く使用できる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１〜図４は本発明の合成樹脂製壜体の一実施例を示すものであり、２軸延伸ブロー成形の内容量３５０ｍｌ用のＰＥＴボトルである。壜体１の形状は全体として扁平状であり、口部２、肩部３、胴部４そして底部５を有し、高さ方向でみると胴部４の上端部および下端部から中央高さ位置にかけて緩やかに縮径した形状である。

なお、図３にはこの壜体１の平断面図（図３（ａ）、（ｂ））および底面図（図３（ｃ））を示しているが、図３（ａ）には２つの平断面形状を合せて示しており、平断面ＢＢは図１中のＢ−Ｂ線における胴部４上端部の平断面形状であり、平断面ＣＣは図１中のＣ−Ｃ線における肩部３の平断面形状である。また、シュリンクフィルム９は胴部４の平断面の全周に亘り隙間なく外装した状態であるので図３では胴部４の平断面形状とシュリンクフィルム９を同一線で表した。

図３から判るように、胴部４の平断面形状はその上端部と下端部では角部を角取して円弧状とした長方形状であり（図３（ａ）、（ｃ）参照）、この上端部および下端部から中央高さ位置に向けて緩やかにその形状を変えて、中央高さ位置の最も縮径した部分では、曲率半径Ｒ１の円弧部分と比較的大きな平坦に近い曲率半径Ｒ２の円弧部分からなる形状である（図３（ｂ）参照）。また平断面の全周に亘って局部的に凹んだ部分がないように形成している。

また、本実施例の壜体１では胴部４の全高さに亘りその平断面形状を非真円形とすると共に、その非真円形に係るＲｓ値を中央高さ位置における１．０６から上端部および下端部における１．０９の範囲としている。

シュリンクフィルム９は肩部３の略中央高さ位置から底部５の上端部にかけての範囲を外装しており、またその上端部および下端部はそれぞれ傾斜部に位置しており上下方向へのずれが生じないように配置している。また平断面形状は図３に示したように全周に亘って凹んだ部分のないものであるので、シュリンクフィルム９による外装は全周に亘って実質的に隙間のないものとなっている。

シュリンクフィルム９で上記のように外装した本実施例の壜体１に２０℃の水３５０ｍｌを充填してヘッドスペースを１７ｍｌとして正立状態で−２０℃の冷凍庫内に入れて中の水を氷結させる実験を行なったが、シュリンクフィルム９の破断はなく、皺の発生も極く限られたものであった。

また壜体１の胴部４の形状は全体的に扁平部分が膨出した状態となり、中央高さ位置における断面形状は図４中、２点鎖線で示した変形前の平断面形状と同じ周長を有する真円形に近づいた形状であった。

なお、本実施例において壜体１の胴部４の平断面形状を設計するにあたっての体積増加等の概略計算は次のようである。
（１）内容液の氷結による体積増加分の概算
３５０ｍｌ×０．０９＝３１．５ｍｌ
（２）体積増加の吸収に利用できるヘッドスペースの概算
２０℃でのヘッドスペースは１７ｍｌであるが、氷結による内容液の体積増加に伴うヘッドスペース内の圧力上昇の許容値を、最大１９６．１ＫＰａ（２ｋｇｆ／ｃｍ^２）（大気圧の３倍）までとすると、ボイル・シャルルの法則より氷結による体積増加の吸収に利用できる体積は１１．３ｍｌとなる。
（３）胴部４で吸収することを要する体積の概算
（１）および（２）より３１．５−１１．３＝２０．２ｍｌ
（４）Ｒｓ値の概算
本実施例では壜体の体積（内容積）３６７ｍｌの略８０％である２９３．６ｍｌを体積吸収部と設定したので、必要とされる平均的なＲｓ値は次のように概算される。
（２９３．６＋２０．２）／２９３．６＝１．０７

上記した、壜体１の胴部４の平断面形状の設計に係る概算は一つの例にすぎないが、このようにして壜体１の容量あるいは許容されるヘッドスペースの体積および充填温度等によって、氷結による体積増加のうち胴部４の変形により吸収する必要のある体積が分かるので、Ｒｓ値を目安にして非真円形の断面形状と非真円形とする高さ範囲を外観等を考慮しながら決めることができる。

図５および図６の壜体１は比較例として示すものであり、２軸延伸ブロー成形した丸型の内容量３５０ｍｌ用のＰＥＴボトルであり、胴部４の略全高さ範囲に亘り中心軸対称の６箇所に胴壁を凹ますようにして減圧吸収パネル６を形成したものである。そしてシュリンクフィルム９はその上端部および下端部をそれぞれ胴部４の上端と下端に形成された周溝７に位置して上下方向へのずれが生じないように胴部４を外装している。

また図６に示される平断面形状でみると、減圧吸収パネル６の部分では、胴部４の外表面とシュリンクフィルム９の間に隙間ができている。

この比較例についても実施例と同様に２０℃の水を３５０ｍｌ充填してヘッドスペースを１７ｍｌとして正立状態で−２０℃の冷凍庫内に入れて中の水を氷結させる実験を行なったが、凹部である減圧吸収パネル６が外側方向（図６の白抜き矢印方向）に膨出した状態（図６中の２点鎖線参照）となり、シュリンクフィルム９は破断していた。

以上説明したように本発明の壜体は、シュリンクフィルムで外装し、内容液を氷結した状態で、安全に、シュリンクフィルムを破断することなく良好な形状を維持しつつ保存および使用することができ、氷結して使用する分野でさらに幅広い使用が期待される。

本発明の壜体の一実施例を示す正面図である。 図１の壜体の側面図である。 図１の壜体の、（ａ）図１中のＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃに沿っての平断面図、（ｂ）図１中のＡ−Ａ線に沿っての平断面図、（ｃ）底面図である。 図３（ｂ）の平断面図に、同じ周長を有する円形を比較して示す説明図である。 比較例の壜体を示す正面図である。 図５中のＤ−Ｄ線に沿っての平断面図である。

符号の説明

１ ；壜体
２ ；口部
３ ；肩部
４ ；胴部
５ ；底部
６ ；減圧吸収パネル
７ ；周溝
９ ；シュリンクフィルム
ＢＢ；平断面
ＣＣ；平断面
Ｒ１；曲率半径
Ｒ２；曲率半径

Claims (4)

1. 胴部(4)をシュリンクフィルム(9)で外装した壜体(1)であって、シュリンクフィルム(9)で外装される部分の全高さ範囲において前記胴部(4)の平断面の周長を外装された状態のシュリンクフィルムの周長とほぼ等しくし、かつ前記胴部(4)のシュリンクフィルム(9)で外装される部分において所定の高さ範囲に亘って平断面形状を非真円形として、水を主成分とした内容液を氷結させて使用することを目的とした合成樹脂製壜体。
2. 胴部(4)の平断面形状を外側に向かって凸状の円弧を複数接続した形状とした請求項１記載の合成樹脂壜体。
3. 胴部(4)の形状を、上端部および下端部から中央高さ位置にかけて緩やかに縮径された形状とした請求項１または２記載の合成樹脂製壜体。
4. ポリエチレンテレフタレート系樹脂製の２軸延伸ブロー成形品とした請求項１、２または３記載の合成樹脂製壜体。

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