JP2005522383A - プラスチックバリヤクロージャおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、（１）上壁と、側壁と、固定手段と、上壁から延在する少なくとも１つの同心円状のシーリング部材を有するシールとを備えた本体、および（２）上壁に組み込まれたバリヤを有するものであって、ボトルなどのためのプラスチックバリヤクロージャ（即ちキャップ）に関する。バリヤ層は、（１）予め成形されたキャップ本体に溶融したバリヤポリマーを付着させてから、それを機械的な手段で所定の位置に成形するか、あるいは（２）バリヤポリマーからバリヤ層を形成し、予め成形されたキャップ本体内に挿入することによって、上壁に組み込むことができる。

Description

本発明は、ガラス瓶およびＰＥＴボトルなどの容器のためのプラスチッククロージャ（即ちキャップ）に関する。該クロージャは、二酸化炭素および酸素などの気体の透過に対するバリヤをもたらすと共に、包装された製品から香気成分を「剥奪（ｓｃａｌｐ）」する傾向の減少も示す。このようなクロージャの製造方法についても記載される。

ガラスおよびプラスチックのボトルを含む容器を包装するためのプラスチッククロージャは、長年にわたって市販されている。プラスチックキャップの最も一般的な例は、炭酸ソフトドリンクを含む様々な飲料の包装のために使用されるＰＥＴボトルのネック部にねじ込むことができるように内側にネジが切られている。炭酸ソフトドリンク用の最も一般的なキャップは、エチレン酢酸ビニルポリマー化合物から通常製造されるライナー材料を有する成形ポリプロピレン外殻を含む。殻は、射出成形または圧縮成形のいずれかで製造される。ライナーは、１）予め成形した材料ディスクを殻内に機械的に配置する「ピックアンドプレース」、および２）少量の溶融材料を殻内に付着させてから、プランジャにより所定の位置に成形する「殻内成形」の２つの方法のうちの１つを用いて設置される。キャップライナーは機械的なガスケットまたはシールの役割を果たし、キャップから二酸化炭素ガスが漏出するのを防止できる。これらのキャップは「ツーピース」キャップと呼ばれる。

ごく最近、もう一種類のキャップ設計が市場に発表された。「ワンピース」または［ライナーレス］キャップと呼ばれ、これらは、単一のポリマー、最も一般的にはＨＤＰＥから製造される射出成形または圧縮成形キャップである。このようなクロージャの例は、次の特許、すなわち、米国特許公報（特許文献１）、米国特許公報（特許文献２）、米国特許公報（特許文献３）および米国特許公報（特許文献４）に記載されており、これらは参照によって援用される。幾何学設計および材料の適切な組み合わせによって、これらのキャップは、例えば炭酸飲料からのＣＯ_２の漏出に対する適切なメカニカルシールを提供することができる。

上記のようなキャップ設計はガス漏れに対して良好なメカニカルシールを提供することができるが、通常使用されるポリオレフィンポリマーはガスバリヤ特性が比較的悪いので、これらは、キャップ壁を通り抜けるガスの浸透を防止するには有効ではない。いくつかの包装用途では、ガスの浸透に対してより良好なバリヤが所望される。

バリヤが改良されたプラスチッククロージャに対する多数のアプローチが先行技術において記載されている。１つのアプローチは、ツーピースキャップで使用されるライナーをバリヤ材料から形成されるライナーで置き換えることである。（特許文献５）は、少なくとも１つの層がガスの浸透に対するバリヤを提供し、少なくとも１つの他の層がメカニカルシール層の役割を果たす多層構造の使用を教示する。（特許文献６）は、バリヤ層およびシール層を有する多層ライナーを含み、ライナー上にクロージャ本体が成形されたクロージャを記載する。（特許文献７）は、マトリックス材料およびバリヤ材料の交互層から本質的になるシーリングライナーを記載する。（特許文献５）および（特許文献７）の両方において、記載されたライナーは、ガス漏れに対するメカニカルシールと、ガスの浸透に対するバリヤ層との両方の役割を果たす。（特許文献８）に開示されるようなバリヤクロージャに対する別のアプローチは、従来のプラスチックキャップ（おそらく、ワンピースまたはツーピース）を「蒸気が浸透しない材料」のコーティングで被覆し、これを硬化させて固体を形成し、キャップに永久的に接着させることである。

バリヤキャップのもう１つの概念は、好ましいＨＤＰＥよりも良好なバリヤ特性を示す材料からライナーレス設計のキャップを製造することである。しかしながら、最も一般的なバリヤポリマーは剛性および硬質の傾向があるので、ガス漏れに対する良好なメカニカルシールを達成するのが困難である。

米国特許第３，９４８，４０５号明細書 米国特許第４，５２６，２８４号明細書 米国特許第４，７３９，８９３号明細書 米国特許第５，７４３，４２０号明細書 ＥＰ６２３４０ 特開平０７−１３７７５４号公報 ＥＰ９２６０７８ ＥＰ２３３４１４

本発明は、容器、特に、外側にネジ山が切られたネック部を有し、そこから容器を充填したり空にしたりすることができるボトルなどの容器のためのプラスチッククロージャ（即ちキャップ）を提供する。容器のネック部または容器開口部は、一方の端部が容器に接続され、反対の端部（上端または縁部）が開放された管状部材である。縁部は、内側端部および外側端部が付いている。管状部材は、内面および外面を有する。好ましくは、外面にはネジ山があり、ネジ山は、上端と、部材の上端から底部の間の場所との間に延在する。好ましくは、クロージャ内側のネジ山がボトル開口部の外側のネジ山と係合すると、クロージャは、ボトル上に固定される（または、ねじ込まれる）。クロージャをボトルに固定するための他の手段が用いられてもよい。

クロージャは、ガスの透過に対する良好なバリヤと、包装された製品からの香気成分を吸収する傾向の減少を示す。クロージャは、本体およびバリヤ層を含む。

本体は、
ａ ネック部に係合されるとき容器のネック部の縁部と接触する、またはほぼ接触するように配設された内面を有するディスク形状の上壁と、
ｂ 上壁に取り付けられ延在する円筒形側壁と、
ｃ ネック部の外面の対応するネジ山と係合する雌ネジを円筒形側壁に含むのが好ましい、本体をネック部と固定するための手段と、
ｄ クロージャが容器に設置されるとき、ガス漏れに対して良好なメカニカルシールを提供するように配設されるシールと、
を備える。

シールは、上壁の内面に取り付けられ延在する少なくとも１つのシーリング部材を含み、円筒形側面と同心円状にあり、本体がネック部と係合されるとき容器のネック部（縁部の上部、縁部の内側または外側端部、またはネック部の側壁）と連続的に接触するように配設される。

あるいは、シールは、
ｉ 上壁の内面に取り付けられ延在し、本体がネック部と係合されるとき容器のネック部の縁部の外側上端と連続的に接触するように円筒形側壁の内面とボトル開口部の外側端部との間に配設される外側シーリング部材と、
ｉｉ 外側シーリング部材と同心円状にあり、本体がネック部と係合されるとき縁部の内側端部と連続的に接触するように本体の上壁の内面から延在する内側シーリング部材と、
を含むことができる。

本体は、成形されたプラスチック、最も好ましくはＨＤＰＥから製造される。

本体の上壁に組み込まれたバリヤ層は、ガスの浸透に対して良好なバリヤをもたらすと共に、包装された製品から香気成分を吸収する傾向が低いことも知られる材料から選択される。バリヤ材料は、ＥＶＯＨ、ナイロン、およびポリエステル（２ＧＴ、３ＧＴ、および２ＧＴと３ＧＴポリエステルのブレンドを含む）を含む多数のバリヤポリマーのどれでもよい。アモルファスナイロンまたは３ＧＴポリエステルが好ましい。またバリヤ層は、アルミニウムなどの金属でもよい。

別の実施形態は、上壁の内面に取り付けられ延在し、本体が容器のネック部と係合されるとき容器縁部の外側端部と連続的に接触するように配設される単一のシーリング部材を有するシールを備えた本体を含む。外側シーリング部材だけがシールとして使用される場合、クロージャが容器のネック部と係合されるとき、バリヤ材料は容器の縁部と接触するのが好ましい。

バリヤ層は２つの方法のうちの１つによって、キャップ本体に組み込まれる。
ａ．予め成形されたキャップ本体内に溶融したバリヤポリマーを付着させてから、機械的手段によって所定の位置に成形する。この方法は「殻内成形」と呼ばれる。
ｂ．バリヤ層を別個のステップで形成してから、予め成形されたキャップ本体内に設置する。この方法は「ピックアンドプレース」と呼ばれる。

本発明は、ガスの透過に対する優れたバリヤと、密封容器内に包装された製品から香気成分を吸収する傾向の減少とを提供するように、容器のネック部の開放端部を密封するための略円筒形のプラスチッククロージャ（即ちキャップ）を提供する。このようなクロージャは、炭酸ソフトドリンク、ビールおよび他の飲料のために使用されるようなガラス瓶およびＰＥＴボトルのキャップとして特に有用である。クロージャは、任意で、保証リングまたは不正開封防止片を含むことができる。このクロージャは、ボトル−キャップ形状（すなわち、略ディスク形状の上壁を有し、円筒形または管状の側面部材が上壁から実質的に垂直に延在している）の本体と、クロージャの上壁に組み込まれたバリヤ層とを含む。

本明細書の開示の一部である図面を参照することにより更に明確に理解できるクロージャの本体は、クロージャを容器へ固定するための手段と、クロージャが容器に固定されるときメカニカルシールを提供するための手段とを有する。

図１に示されるように、クロージャの固定手段は、通常、容器のネック部の雄ネジと係合する雌ネジである。本発明のクロージャは容器のネック部とのねじ込み係合を利用すると記載されたが、王冠またはスナップオン型のクロージャ設計が利用される場合のような他の固定手段でも、付随した利益を実現できることが理解される。

メカニカルシールを提供するための手段は、好ましくは、クロージャが容器に固定されるとき容器のネック部と接触するようにクロージャの内側上部に取り付けられ延在する１つまたは複数のシーリング部材を含む。

図１および図２は容器のネック部に適用された本発明に従うクロージャを示す。クロージャの本体１は、上壁２、内側にネジ山が切られた側壁３、およびシール４を備える。シールは、内側同心円状リング４ａ、外側同心円状リング４ｂ、または両方からなることができる。シールは上壁の内面から下方向に延在し、クロージャがボトルにねじ込まれるときガス漏れに対して良好なメカニカルシールを提供するために、容器のネック部と係合するように配設される。クロージャの本体１は異なる構造を有してもよいことは認識されるであろう。クロージャ本体の部分（単数または複数）が容器のネック部と係合するように配設されてガス漏れに対する良好なメカニカルシールがもたらされるこのようなプラスチッククロージャのために、先行技術は多くの設計を含む。シールは、縁部７上、または内壁８上、または外壁９上において、容器のネック部と係合するように配設され得る。この種のクロージャは、「ワンピース」または「ライナーレス」と呼ばれる。

本体は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ならびにポリエステルを含む多数のプラスチック材料から製造することができる。一般に、熱硬化性ポリマーも使用できるが、熱可塑性ポリマーが好ましい。多くの包装用途では、特に炭酸ソフトドリンクを包装するためには、ＨＤＰＥが、本体のために好ましい構成材料である。ＨＤＰＥは、容器縁部に対する有効なメカニカルシールを製造するのに適した機械特性（特に、曲げ弾性率および硬さ）の組み合わせを示す。ホットフィルまたはレトルトプロセスを含む包装用途では、圧力および温度によっては、ＨＤＰＥは、本体材料として適切な耐熱性を提供することができない可能性がある。これらの用途では、ＨＤＰＥよりも高い耐熱性を示す材料、例えばポリプロピレンまたはナイロンなどが好ましい。本体は、圧縮成形および射出成形などの一般的な熱可塑性樹脂の加工方法を用いて製造することができる。

クロージャのバリヤ層５は、アモルファスナイロン、半結晶性ナイロン、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、２ＧＴ、３ＧＴおよび２ＧＴと３ＧＴポリエステルのブレンドを含むポリエステル（ＰＥ）、ならびにポリアクリロニトリルを含む多数の一般的なバリヤ材料から製造することができる。またバリヤ層は、アルミニウムなどの金属で製造することもできるが、一般には、プラスチックバリヤ材料が好ましい。クロージャのバリヤ層は、クロージャを通り抜ける二酸化炭素および酸素などのガスの浸透を防止する働きをする。また、包装された製品から香気成分を吸収または「剥奪」する、あるいは望ましくない成分を製品に付与する傾向の減少を示すことができる。バリヤ層のために好ましい材料は、本願特許出願人から得られるシーラー（Ｓｅｌａｒ（登録商標））ＰＡなどのアモルファスナイロンである。液体の包装では、一般的なバリヤ材料の中でもアモルファスナイロンが、ガスバリヤ特性と非スカルピング性能との最良の組み合わせを提供する。もう１つの好ましい材料は３ＧＴポリエステルであり、これは良好なバリヤ特性と加工の容易性を提供する。特に、３ＧＴは、他の一般的なバリヤポリマーよりも低い溶融温度で加工することができる。

バリヤ層は、以下の方法を含む様々な方法によってクロージャ本体に組み込むことができる。

１）予め形成された本体の上壁の内面上に溶融したバリヤ材料が付着され、次に作動プランジャによって所定の位置に成形されて、完成バリヤ層を形成する。このプロセスは「殻内成形」と呼ばれる。溶融材料は従来のポリマーメルトでもよいし、あるいは溶融材料は、化学的または物理的発泡剤を用いて発泡させてもよい。付着されるバリヤ材料の量は、バリヤ層の完成寸法が許容限界内に保持されるように調節される。成形プランジャの面は、バリヤ層の露出面に所望の輪郭を与えるように設計される。

図２において、バリヤ層５は平坦である。図３および図４では、バリヤ層５は、容器縁部７のストップの役割を果たす隆起領域を提供するように輪郭がつけられている。プランジャが溶融バリヤ材料を本体内へ押し付けるときプランジャとシールリングとの間に最小クリアランスが存在するように、プランジャの直径は、本体の最も内側のシールリングの最小直径よりもわずかに小さいサイズである。この殻内成形プロセス（インシェルモールドプロセス）を用いる装置は、サクミ・アンド・オーバーブルグ・エンジニアリング社（Ｓａｃｍｉ ａｎｄ Ｏｂｅｒｂｕｒｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＡＧ）を含む会社から市販されている。バリヤ層５は、本体への直接的な接着によって、機械的な保持によって、あるいはその両方によって、クロージャの本体１内に保持される。機械的な保持を達成するために、バリヤ層５がシーリングリング４ｂの最小内径よりもいくらか大きい外径を有することができるように、クロージャ本体１は、図３および図４に示されるように、シールリング４ｂの根元にアンダーカット６を有するように設計されるのが好ましい。

２）バリヤ層５は別個のプロセスで形成された後、予め形成された本体１内に機械的な手段によって設置され、完成したクロージャを製造することができる。このプロセスは「ピックアンドプレース」プロセスと呼ばれる。バリヤ層５は機械的な保持によって本体１内に保持される。

図３および図４に示されるように、本体１はシールリング４ｂの根元にアンダーカット６を有するように設計され、したがって、予め形成されたバリヤ層５と本体１との間に締りばめが形成される。予め形成されたバリヤ層は、クラッキングを起こさずに設置プロセスを切り抜けるために十分に柔軟性でなければならない。この設置方法は、特に、金属バリヤ層および熱硬化性プラスチックバリヤ層に適するが、バリヤ層が熱可塑性材料から形成される場合にも使用することができる。

本発明の設計のプラスチックバリヤキャップを作製するための別の方法は、同時押出射出成形プロセスの使用による。このプロセスでは、２つの押出機を使用して溶融材料が生成される。１つの押出機は本体材料用であり、第２の押出機はバリヤ材料用である。溶融材料は、同時にまたは順次、モールドキャビティ内に導入されて、完成プラスチックキャップを形成する。このプロセスで使用される装置および工具は、「殻内成形」プロセスまたは「ピックアンドプレース」プロセスのどちらで使用される装置および工具よりも複雑かつ費用がかかる傾向にある。

本発明の利点は、バリヤ層材料のガスバリヤ特性が本体材料よりも少なくとも１桁高い場合、好ましくは少なくとも２桁高い場合に、最も伴われる。例えば、本発明の１つの好ましい実施形態はＨＤＰＥ本体およびアモルファスナイロンバリヤ層を含み、アモルファスナイロンはＨＤＰＥよりも約１００倍高いＣＯ_２バリヤを示す。

本発明の１つの実施形態では、図２に示されるように、本体１のシールは、クロージャが容器に設置されるとき容器のネック部の縁部の内側端部７ａと係合するように配設された上壁２から下方に延在する内側同心円状シール部材４ａのみを含む。あるいは、内側同心円状シールリング４ａは、容器のネック部の内壁８と係合するように配設することもできる。内側シール部材４ａはガス漏れに対するメカニカルシールを提供し、バリヤ層５はガスの浸透に対する主要なバリヤをもたらす。

本発明の好ましい実施形態では、図３および図４に示されるように、本体１のシールは、キャップが容器にねじ込まれるとき容器のネック部の縁部の外側端部７ｂと係合するように配設された上壁２から下方に延在する外側同心円状シーリング部材４ｂのみを含む。あるいは、外側同心円状シーリング部材４ｂは、容器のネック部の外壁９と係合するように配設することもできる。バリヤ層５はキャップの本体１に組み込まれ、好ましくは、２８ｍｍキャップでは通常１４〜１８インチ−ポンドの禁止された設置トルクを用いてねじ込まれることによって、キャップがネック部にねじ込まれるときボトルの縁部上端７（図３）、または縁部の内側端部７ａ（図４）と接触するように設計されるのが好ましい。バリヤ層の設計は、縁部上端７と接触するビーズ７ｃ（図３）を有してもよいし、あるいはバリヤが内側端部７ａだけと接触するようにテーパー（図４）を有してもよい。この実施形態では、バリヤ層５は、クロージャが容器上に設置されるときポジティブストップの役割を果たす。本体１の外側シール部材４ｂはガス漏れに対する主要なメカニカルシールを提供し、バリヤ層５は第２のメカニカルシールを提供し、ガスの浸透に対する主要なバリヤの役割を果たす。この好ましい実施形態では、クロージャが容器上に適切に設置されると、包装された製品は、本体材料と直接的な接触を有することができず、最適なガスバリヤおよび非スカルピング性能を達成することができる。

本体およびバリヤライナーの両方の製造において使用される材料は、任意で、キャップおよびクロージャ産業で一般に使用されるような他の材料で変更され得ることが認識される。これらの変更には、とりわけ、顔料、スリップ剤、および脱酸素剤が含まれる。

本発明の一般的な有用性はＰＥＴボトル用クロージャに対するものであるが、これらのクロージャは、例えば、ガラス、プラスチックまたは金属から製造されるボトルまたは缶など、略円筒形のネック部を有する任意の種類の容器において使用できることが認識される。

容器のネック部に適用された本発明に従うクロージャを示す垂直断面図である。 容器上に設置された本発明に従うクロージャを示す垂直断面図であり、内側同心円状リングがメカニカルシールを提供する。 容器上に設置された本発明に従うクロージャを示す垂直断面図であり、外側同心円状リングがメカニカルシールを提供し、バリヤ層がポジティブストップの役割を果たす。 容器上に設置された本発明によるクロージャを示す垂直断面図であり、図３の代替構造を有し、外側同心円状リングがメカニカルシールを提供し、バリヤ層がポジティブストップの役割を果たす。

Claims (11)

1. 外壁と、内壁と、内側端部および外側端部付きの開口縁部とを有する円筒形のネック部を備えた容器のための、本体およびバリヤ層を含むクロージャであって、
   ａ．前記本体は、
   （ｉ）前記容器のネック部と係合されるとき前記容器のネック部の縁部と接触する、またはほぼ接触するように配設された内面を有するディスク形状の上壁と、
   （ｉｉ）前記ネック部と係合されるとき前記容器のネック部と接触する、またはほぼ接触するように内面を有し、前記上壁に取り付けられ実質的に垂直に延在する円筒形側壁と、
   （ｉｉｉ）前記本体を前記容器のネック部と固定するための手段と、
   （ｉｖ）前記上壁の内面に取り付けられ延在する少なくとも１つのシーリング部材を含み、前記円筒形側壁と同心円状にあり、前記本体が前記容器のネック部と係合されるとき前記容器のネック部と連続的に接触するように配設されるシールとを含み、
   ｂ．前記バリヤ層が、前記本体の上壁に組み込まれ、前記本体が前記容器のネック部に固定されるとき、ガスの浸透と、容器の内容物の香気成分の吸収とに対するバリヤをもたらすように選択されるバリヤ材料から製造されるクロージャ。
2. 前記シールは、内側シーリング部材および外側シーリング部材を含み、
   ａ．前記上壁の内面に取り付けられ延在する前記外側シーリング部材は、前記円筒形側面と同心円状にあり、前記本体が前記容器のネック部と係合されるとき前記容器のネック部の外側上端と連続的に接触するように配設され、
   ｂ．前記本体の上壁の内面に取り付けられ延在する前記内側シーリング部材は、前記外側シーリング手段と同心円状にあり、前記本体が前記容器のネック部と係合されるとき前記容器のネック部の内側端部と連続的に接触するように配設される請求項１に記載のクロージャ。
3. 前記固定手段は、前記容器のネック部の外面の対応するネジ山と係合する雌ネジを前記円筒形側壁に含む請求項１または請求項２に記載のクロージャ。
4. 前記シールは、前記容器のネック部の外側端部または外壁と係合するように配設された外側シーリング部材を含み、前記バリヤ層は、前記クロージャが前記容器上に設置されるとき、前記容器のネック部の上端または内側端部と係合するように配設される請求項１に記載のクロージャ。
5. 前記本体が、ポリオレフィン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、およびポリエステルからなる群から選択される熱可塑性材料から製造される請求項１または請求項２に記載のクロージャ。
6. 前記ポリオレフィンが、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群から選択される請求項５に記載のクロージャ。
7. 前記バリヤ層が、殻内成形プロセス（インシェルモールドプロセス）またはピックアンドプレースプロセスを用いて、前記クロージャ本体の上壁に組み込まれる請求項１に記載のクロージャ。
8. 前記バリヤが、アモルファスナイロン、半結晶性ナイロン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、およびポリアクリロニトリルからなる群から選択される材料から製造される請求項１または請求項２に記載のクロージャ。
9. 前記本体が、高密度ポリエチレンから製造される請求項５に記載のクロージャ。
10. 前記バリヤが、アモルファスナイロンまたは３ＧＴポリエステルから製造される請求項８に記載のクロージャ。
11. 前記容器がＰＥＴボトルである請求項１に記載のクロージャ。

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