JP2009234228A - 加温ボトルの製造方法、ボトル製品の製造方法、および加温ボトル - Google Patents

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Abstract

【課題】耐熱性を有し、高品質であるとともに、生産コストを低減することが可能な加温ボトルの製造方法、ボトル製品の製造方法、および加温ボトルを提供する。
【解決手段】まずポリエチレンテレフタレート層12aを含むプリフォーム10を準備する。次にこのプリフォーム10を加熱し、次いで加熱されたプリフォーム10をブロー成形金型54aを用いてブロー成形する。この場合、プリフォーム10の加熱温度を105℃乃至125℃とし、ブロー成形金型54aの温度をポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度より10℃以上低くする。これにより耐熱性のある加温ボトル20を得ることができる。
【選択図】図6

Description

本発明は、加温した状態で販売されるPET飲料製品に用いられる加温ボトルの製造方法、このような方法を用いて製造された加温ボトル、およびボトル製品の製造方法に係り、とりわけ耐熱性を有し、高品質であるとともに、生産コストを安く抑えることが可能な加温ボトルの製造方法、ボトル製品の製造方法、および加温ボトルに関する。
従来より、コーヒーおよび紅茶等の清涼飲料をPETボトルに充填することにより、PET飲料製品が製造されている。このようなPET飲料製品は、小売店や自動販売機等において加温された状態で広く販売されている。
この際、PETボトルは最高70℃乃至75℃まで加温される。したがって、一般に加温用PETボトルとしては、ホット充填(85℃以上の高温充填)用の耐熱ボトルが使用されている。このような耐熱ボトルの製造方法として、例えば2段ブロー方式およびヒートセット方式という手法が存在する。
このうち2段ブロー方式は、加熱工程およびブロー成形工程を2回繰り返す方法である。すなわち図8に示すように、まずプリフォーム100を1回加熱した後、金型101および延伸ロッド102を用いて1回目のブロー成形を行なう。次に、1回目のブロー成形を行なった容器103をヒーター104により再度加熱し、その後金型105内で2回目のブロー成形を行なうことにより、耐熱ボトル106を作製する。
他方ヒートセット方式は、ブロー成形の際にブロー成形金型の温度を100℃以上にするものである。すなわち図9のグラフに示すように、まずプリフォームを加熱した後、金型内で低圧エアを用いてプリフォームを膨らませ(プリブロー工程)、次いで高圧エアでプリフォームを膨らませる(ハイブローヒートセット工程)。この間金型は100℃以上の温度を維持している。その後冷却エアを一定時間供給した後(フラッシング工程)、金型内を排気することにより(排気工程)、耐熱ボトルを得ることができる。
しかしながら、図8および図9に示す耐熱ボトルの製造方法を用いる場合、その生産スピードが、標準的なアセプティック(無菌充填用)ボトルの生産スピード(図9に示す標準方式)と比較して約30〜60%程度遅くなる。また、このような耐熱ボトルの製造方法の生産コストは、設備投資も含めて考えると、アセプティックボトルの生産コストの1.5倍以上に達する。
また従来より、PET飲料製品の製造方法として無菌(アセプティック)充填方式が存在する。この無菌充填方式は、主に冷却した状態で販売される清涼飲料を対象とするものである。具体的には、無菌環境下でPETボトル(アセプティックボトル)内を薬剤で滅菌し、次に滅菌されたアセプティックボトル内に常温で清涼飲料を充填する手法である。このような無菌充填方式を用いる場合、アセプティックボトルはその製造工程で高温に晒されることがないため、一般に耐熱性が低いものが用いられている。
このような無菌充填用のブロー成形機を用いて耐熱性のある加温ボトルを製造しようとすることも考えられる。しかしながら、この場合、成形サイクルをダウンし、ブロー成型用金型の温調配管を変更し、かつ延伸ロッドをフラッシングタイプに変更すること等が必要となる。このように製造条件を変更することは、加温ボトルの生産コストが上昇することに繋がる。このため、生産スピードおよび生産設備を従来と同等に維持したまま、耐熱性のある加温用ボトルを製造することが望ましい。
特開2006−264721号公報
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、耐熱性を有し、高品質であるとともに、生産コストを低減することが可能な加温ボトルの製造方法、ボトル製品の製造方法、および加温ボトルを提供することを目的とする。
本発明は、加温ボトルの製造方法において、ポリエチレンテレフタレート層を含むプリフォームを準備する準備工程と、プリフォームを加熱する加熱工程と、加熱工程で加熱されたプリフォームをブロー成形金型を用いてブロー成形するブロー成形工程とを備え、加熱工程におけるプリフォームの加熱温度を105℃乃至125℃とし、ブロー成形工程におけるブロー成形金型の温度をポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度より10℃以上低くしたことを特徴とする加温ボトルの製造方法である。
本発明は、成形工程におけるブロー成形金型の温度を30℃乃至50℃としたことを特徴とする加温ボトルの製造方法である。
本発明は、加熱工程の後、ブロー成形工程の前に、プリフォームの所望部分に円周方向に沿って冷却エアを吹き付けることを特徴とする加温ボトルの製造方法である。
本発明は、冷却エアを互いに高さが異なる2箇所以上の位置から吹き付けることを特徴とする加温ボトルの製造方法である。
本発明は、冷却エアが吹き付けられる間、プリフォームをその中心軸に沿って回転させることを特徴とする加温ボトルの製造方法である。
本発明の加温ボトルは、無菌充填用ボトルであることを特徴とする。
本発明は、加温ボトルの製造方法により加温ボトルを製造する製造工程と、加温ボトル内に内容物を充填する充填工程とを備え、製造工程と充填工程とが連続して行なわれることを特徴とするボトル製品の製造方法である。
本発明は、製造工程と充填工程との間において、加温ボトルは、エア搬送手段またはネック搬送手段により搬送されることを特徴とするボトル製品の製造方法である。
本発明は、加温ボトルの製造方法によって製造されたことを特徴とする加温ボトルである。
以上のように本発明によれば、加熱工程におけるプリフォームの加熱温度を105℃乃至125℃とし、ブロー成形工程におけるブロー成形金型の温度をポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度より10℃以上低くしている。これにより、耐熱性のある加温ボトルが得られるとともに、ブロー成形後の収縮によって首曲りと呼ばれる不具合が発生しないので、生産スピードおよび生産設備を従来と同等に維持したまま、高品質かつ低コストで加温ボトルを製造することができる。
また本発明によれば、加熱工程の後、ブロー成形工程の前に、プリフォームの所望部分に円周方向に沿って冷却エアを吹き付けるので、成形後の加温ボトルのうち肉厚としたい部分に重点的に冷却エアを吹き付けることにより、加温ボトルの肉厚をコントロールすることができる。さらに冷却エアが吹き付けられる間、プリフォームがその中心軸に沿って回転されるので、加温ボトルの肉厚を円周方向に対して均一にすることができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図1は、プリフォームを示す正面図であり、図2は、本実施の形態による加温ボトルを示す正面図である。図3は、本実施の形態による加温ボトルを示す底面図(図1のIII方向矢視図)であり、図4は、本実施の形態による加温ボトルを示す水平断面図(図1のIV−IV線断面図)である。図5は、プリフォームを作製する射出成形装置の概略図であり、図6(a)−(e)は、本実施の形態による加温ボトルの製造方法を示す図であり、図7は、加温ボトルおよびボトル製品の製造ラインを示す概略図である。
プリフォームの構成
まず、図1によりプリフォームの概要について説明する。
図1に示すプリフォーム10は、上端に円形の開口部11aが形成された口部11と、有底円筒状のプリフォーム本体12と、口部11とプリフォーム本体12との間に形成され、外方に突出するフランジ部13とを有している。また口部11の外周に雄ねじ部14が形成され、さらに口部11外周のうち雄ねじ部14とフランジ部13との間に、環状突部15が口部11全周にわたって設けられている。
このプリフォーム10は、アセプティック(無菌充填用)ボトルからなり、PET(ポリエチレンテレフタレート)製ペレットを射出成形することにより作製されたものである。
なおプリフォーム10は、複数の層を含む多層プリフォームからなっていても良い。すなわち図1に示すように、プリフォーム本体12のPET層12a、12a間に、MXナイロンまたはエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂等、ガスバリア性の高い熱可塑性樹脂を含むコア層12bが設けられていても良い。このコア層12bは、例えばMXナイロンにステアリン酸コバルトまたはネオデカン酸コバルトを添加した酸素吸収機能を有するバリア性材料から構成されていても良い。このようなコア層12bが設けられていることにより、加温ボトル20(後述)内に充填された飲料が、加熱により酸化されて劣化することを防止することができる。
加温ボトルおよびボトル製品の構成
次に、図2乃至図4により本実施の形態による加温ボトルおよびボトル製品の構成について説明する。
図2乃至図4に示す加温ボトル20は、上述したプリフォーム10を用いて二軸延伸ブロー成形することにより得られるものである。この加温ボトル20は、上端に円形の開口部21aが形成された口部21と、口部21に連なるボトル本体22と、口部21とボトル本体22との間に形成され、外方に突出するフランジ部23とを有している。
このうち口部21の外周に、図示しないキャップの雌ねじ部と係合する雄ねじ部24が形成されている。また口部21外周のうち雄ねじ部24とフランジ部23との間に、環状突部25が口部21全周にわたって設けられている。
またボトル本体22は、口部21から延びる肩部26と、肩部26に連続して設けられ、円周方向に等間隔に形成された複数の凹凸パネル部27aを有する胴部27と、胴部27に連続して設けられ、内方に窪む凹部28aとこの凹部28a外周に形成された環状の接地面28bとを含む底部28とを有している。このうち肩部26は、胴部27に隣接して形成され外方にわずかに突出する上側円周突部26aを有し、底部28は、胴部27に隣接して形成され外方にわずかに突出する下側円周突部28cを有している。また肩部26とフランジ部23との間に、首部30が形成されている。
なおボトル本体22の形状は、プリフォーム本体12を二軸延伸ブロー成形することにより形成されるものであればどのような形状であっても良く、図2乃至図4に示す形状に限定されない。
さらに加温ボトル20と、加温ボトル20内に充填された内容物と、加温ボトル20を密閉するキャップとにより、後述するボトル製品60が構成される。
加温ボトルの製造方法
次に、本実施の形態による加温ボトルの製造方法について図5乃至図7により述べる。なお便宜上、プリフォーム10として単層プリフォームを用いる場合を例にとって説明する。
まず図5に示すように、PET(ポリエチレンテレフタレート)製ペレット41aを収納したホッパ41と、ホッパ41に連結された射出成形機42と、射出成形機42に連結された射出成形金型43とによってプリフォーム用射出成形装置40が構成されている。図5において、ホッパ41内のペレット41aが射出成形機42により加熱溶融および加圧され、その後ペレット41aは射出成形金型43内に射出される。このような高温射出成形によって射出成形金型43内でプリフォーム10が得られる(準備工程:図6(a)参照)。
プリフォーム10は、次に図7に示すように、飲料充填工場50に設置された加熱装置52において加熱される(加熱工程:図6(b)参照)。図6(b)に示す加熱工程において、プリフォーム10は、口部11を下に向けた状態で回転しながら、加熱装置52のヒーター52aによって周方向に均等に加熱される。
この加熱工程におけるプリフォーム10の加熱温度は、105℃乃至125℃であり、好ましくは105℃乃至115℃となっている。一方、通常の(耐熱性がない)アセプティックボトルを生産する場合、プリフォームの加熱温度は90℃乃至95℃とするのが一般的である。しかしながら、この場合加熱温度が低いため、加温ボトル20の耐熱性が不足する。他方、加熱温度を高くして、例えば135℃以上にするとプリフォーム10の状態から結晶化が発生し、加温ボトル20に白化(結晶化)とよばれる不具合が発生する。
加熱工程の後、加熱されたプリフォーム10は、搬送装置53によってブロー成形装置54に送られる(図7)。搬送装置53により搬送される間、プリフォーム10は、エアーナイフからなる冷却エア装置53a、53bにより、その所望部分に円周方向に沿って冷却エアCが吹き付けられる(エア冷却工程:図6(c)参照)。
この冷却エアCは、ブロー成形後の加温ボトル20のうち肉厚としたい部分に重点的に吹き付けられる。これにより、加温ボトル20の肉厚をコントロールすることができる。すなわち冷却エアCを吹付けることにより、加熱されたプリフォーム10の温度が部分的に下降する。プリフォーム10のうち温度が下降した部分は、その後ブロー成形された際に相対的に延伸しにくいため、周囲より肉厚となる。なお、加温ボトル20のうち肉厚にする部分としては、例えば、販売時に他の加温ボトルと接触する部分(すなわち上述した上側円周突部26aおよび下側円周突部28c)等が挙げられる。
冷却エアCを吹き付ける冷却エア装置53a、53bは、1箇所に設けても良いが、図6(c)に示すように、互いに高さが異なる2箇所以上の位置に設けることが好ましい。
またプリフォーム10は、冷却エア装置53a、53bによって冷却エアCが吹き付けられる間、プリフォーム10の中心軸Aに沿って最低2周以上回転することが好ましい。このことにより、ブロー成形後の加温ボトル20の肉厚を円周方向に対して均一にすることができる。なお、冷却エア装置53a、53bの吹出し孔の径は、φ0.5mm以下とすることが好ましい。
次に、搬送装置53によってブロー成形装置54に送られたプリフォーム10は、ブロー成形装置54のブロー成形金型54a内に挿着される。その後、プリフォーム10内に挿入された延伸ロッド57からプリフォーム10内へ高圧エアGが供給され、二軸延伸ブロー成形が行なわれる(ブロー成形工程:図6(d))。このようなブロー成形によって、プリフォーム10から加温ボトル20が得られる(図6(e))。
ところで、図6(d)に示すブロー成形工程において、ブロー成形金型54aの温度は、ポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度(73℃)より10℃以上低くなっている(63℃以下)。とりわけブロー成形金型54aの温度を30℃乃至50℃とすることが好ましい。
他方、通常の(耐熱性がない)アセプティックボトルを生産する場合、ブロー成形金型54aの温度は70℃以上とするのが一般的である。これに対して、本実施の形態において、加熱工程(図6(b))でプリフォーム10の加熱温度を105℃乃至125℃まで高めている。一般に、このように高い温度でプリフォーム10を加熱した場合、プリフォーム10の首部30(すなわちプリフォーム10の非延伸部分と延伸部分との境目)周辺に熱エネルギーが溜まりやすく、ブロー成形後に加温ボトル20の口部21が斜めに曲がる不具合(以下、首曲りともいう)が発生しやすい。これに対して、本実施の形態においてブロー成形金型54aの温度をポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度(73℃)より10℃以上低くし、好ましくは30℃乃至50℃とすることにより、上述した首曲りを確実に防止することができる。
他方、一般にブロー成形装置54が設置される環境の温度が25℃程度であるため、ブロー成形金型54aの温度を30℃未満とすることは難しい。ブロー成形金型54aの温度を30℃以上とすることにより、仮に夏場にブロー成形装置54周囲の温度が上昇しても、成形条件を統一することが可能となる。
次に加温ボトル20は、エア搬送手段またはネック搬送手段56により、ブロー成形装置54(ブロー成形工程)から無菌充填機55内(充填工程)に搬送される。なおエア搬送手段とは、加温ボトル20の首部30をレールに引っ掛けることにより加温ボトル20を無菌充填機55内に搬送する手段であり、ネック搬送手段とは、円盤ホイールを介して加温ボトル20を無菌充填機55内に搬送する手段である。
その後、加温ボトル20は飲料充填工場50の無菌充填機55内において、その内部に殺菌剤が投入され、加温ボトル20内が無菌に保たれる。加温ボトル20はその後、無菌充填機55内で滅菌された飲料(内容物)が充填される(充填工程)。さらに滅菌されたキャップによって密閉され、さらにラベル等が付される。その後、このようにして製造されたボトル製品60は、飲料充填工場50から出荷される。このように、加温ボトル20を製造する製造工程(図6(a)−(e))と、加温ボトル20内に内容物を充填する充填工程とは、飲料充填工場50内で連続して行なわれる。
なお、上述した加熱装置52と、搬送装置53と、ブロー成形装置54とにより、ブロー成形機が構成される。また、このブロー成形機(加熱装置52、搬送装置53、およびブロー成形装置54)と、エア搬送手段またはネック搬送手段56と、無菌充填機55とにより、インライン成形充填装置が構成される。
このように本実施の形態によれば、加熱工程におけるプリフォーム10の加熱温度を105℃乃至125℃とし、ブロー成形工程におけるブロー成形金型54aの温度をポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度より10℃以上低くしているので、耐熱性のある加温ボトル20を得ることができる。また加温ボトル20に首曲りと呼ばれる不具合が発生しない。このようにして、通常のアセプティックボトルを製造するための生産設備を使用し、その生産スピードを維持したまま、耐熱性のある加温ボトル20を製造することができる。
(実施例)
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
まず図1に示すプリフォーム10を以下の条件に基づいて射出成形により作製した。
プリフォーム10の全高:85mm
プリフォーム本体12の外径:φ22.3mm
口部11の内径:φ20.6mm
プリフォーム10の重量:22.7g
射出成形機:IN−90(Kortec社製)
プリフォーム10は多層プリフォームとし、プリフォーム本体12の層構成を以下のようにした。
PET層12a:CB651G(遠東紡製)
コア層12b:MXナイロン(登録商標)S6007(三菱ガス化学製)にステアリン酸コバルト(和光純薬製)を混入したもの
次に、図1に示す各プリフォーム10を以下の条件に基づいてブロー成形することにより、加温ボトル20を作製した。
ブロー成形装置54:BLOMAX16D(SIG社製)
加温ボトル20の全高:132mm
胴部27の胴径:φ66mm
接地面28bの外径:φ45mm
凹部28aの深さ:20mm
(収縮量の測定)
まず、加熱工程におけるプリフォーム10の加熱温度を5通りに変化させ、それぞれの条件で加温ボトル20を作製した。次に各加温ボトル20を空の状態で90℃のお湯に10秒間浸漬させ、加温ボトル20全高の収縮量を測定した。また加温ボトル20に白化が生じたか否か、目視で確認した。
Figure 2009234228
この結果、プリフォーム10の加熱温度が95℃の場合には、加温ボトル20の全高が32%収縮するのに対し、プリフォーム10の加熱温度が105℃以上の場合には、加温ボトル20の全高は10%以下しか収縮しなかった。またプリフォーム10の加熱温度が135℃の場合に加温ボトル20に白化が生じたのに対し、プリフォーム10の加熱温度が125℃以下の場合には白化が生じなかった。
(首曲りの有無)
次に、加熱工程におけるプリフォーム10の加熱温度を115℃に固定し、ブロー成形工程におけるブロー成形金型54aの温度を変化させて加温ボトル20を作製した。加温ボトル20は、ブロー成形金型54aの各温度毎にそれぞれ50本ずつ作製した。
このようにして得られた各加温ボトル20の口部21に首曲りが生じたか否かを測定した。この際、デジマチックインジケータ(ミツトヨ製)を用いて、加温ボトル20の全高偏差を測定した。加温ボトル20の全高偏差とは、底部28の接地面28bを平坦面上に置いた状態で、加温ボトル20の口部11上端の各点と前記平坦面との間の距離を測定し、その最大値と最小値との差を加温ボトル20毎に求めたものをいう。
このようにして、加温ボトル20の全高偏差をブロー成形金型54aの温度毎に測定した結果を以下に示す。加温ボトル50本のうち、その全高偏差が0.5mm以上のものが1本でもあった場合にNG(首曲り発生)と判断した。
Figure 2009234228
この結果、ブロー成形金型54aの温度が70℃の場合には首曲りが発生し、ブロー成形金型54aの温度が60℃以下の場合には首曲りが発生しないと判断された。
(耐熱性の評価)
次に各加温ボトル20の耐熱性を評価した。この場合、各加温ボトル20に35℃の水を280ml充填してキャップで密閉し、75℃の恒温槽に入れて10時間加温した。その後、各加温ボトル20全高の変化量をハイトゲージ(ミツトヨ製)によって測定した。この場合、加温ボトル20全高が恒温槽に入れる前と比較して5mm以上変化した場合にNGと判断した。
Figure 2009234228
この結果、プリフォーム10の加熱温度が95℃および135℃のものがNGと判断された。一方、ブロー成形金型54aの温度に関しては、耐熱性に影響を及ぼさないと判断した。なおプリフォーム10の加熱温度が95℃の場合に加温ボトル20全高の変化量が大きいのは、胴部27の耐熱性が低いことにより胴部27の横方向に縮みが発生し、縦方向に伸びるためである。またプリフォーム10の加熱温度が135℃の場合に加温ボトル20全高の変化量が大きいのは、胴部27の耐熱性が高すぎることにより耐熱性の低い底部28のみが伸びてしまうためである。
(冷却エアの効果)
次に、エア冷却工程における冷却エアCの吹き付け位置(高さ)を変化させ、加温ボトル20の肉厚に変化が生じたか否かを測定した。
肉厚測定器:PA−2000(エビック製)
冷却エアCの圧力:0.6MPa
Figure 2009234228
この結果、冷却エアCにより、とりわけ上側円周突部26a(底からの位置が76mm付近)および下側円周突部28c(底からの位置が8mm付近)の肉厚を厚くできることが確認された。なお表中、「底からの位置」とは、ブロー成形後の加温ボトル20に対応する高さである。
プリフォームを示す正面図。 本発明の一実施の形態による加温ボトルを示す正面図。 本発明の一実施の形態による加温ボトルを示す底面図(図1のIII方向矢視図)。 本発明の一実施の形態による加温ボトルを示す水平断面図(図1のIV−IV線断面図)。 プリフォームを作製する射出成形装置の概略図。 図6(a)−(e)は、本発明の一実施の形態による加温ボトルの製造方法を示す図。 加温ボトルおよびボトル製品の製造ラインを示す概略図。 従来の耐熱ボトルの製造方法(2段ブロー方式)を示す図。 従来の耐熱ボトルの製造方法(ヒートセット方式)における、時間と金型内の圧力との関係を示すグラフ。
符号の説明
10 プリフォーム
11 口部
12 プリフォーム本体
12a PET層
12b コア層
20 加温ボトル
21 口部
22 ボトル本体
26 肩部
27 胴部
28 底部
30 首部
40 射出成形装置
52 加熱装置
53a、53b 冷却エア装置
54a ブロー成形金型
56 エア搬送手段またはネック搬送手段
57 延伸ロッド
60 ボトル製品

Claims (9)

  1. 加温ボトルの製造方法において、
    ポリエチレンテレフタレート層を含むプリフォームを準備する準備工程と、
    プリフォームを加熱する加熱工程と、
    加熱工程で加熱されたプリフォームをブロー成形金型を用いてブロー成形するブロー成形工程とを備え、
    加熱工程におけるプリフォームの加熱温度を105℃乃至125℃とし、ブロー成形工程におけるブロー成形金型の温度をポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度より10℃以上低くしたことを特徴とする加温ボトルの製造方法。
  2. 成形工程におけるブロー成形金型の温度を30℃乃至50℃としたことを特徴とする請求項1記載の加温ボトルの製造方法。
  3. 加熱工程の後、ブロー成形工程の前に、プリフォームの所望部分に円周方向に沿って冷却エアを吹き付けることを特徴とする請求項1または2記載の加温ボトルの製造方法。
  4. 冷却エアを互いに高さが異なる2箇所以上の位置から吹き付けることを特徴とする請求項3記載の加温ボトルの製造方法。
  5. 冷却エアが吹き付けられる間、プリフォームをその中心軸に沿って回転させることを特徴とする請求項3または4記載の加温ボトルの製造方法。
  6. 加温ボトルは、無菌充填用ボトルであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項記載の加温ボトルの製造方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項記載の加温ボトルの製造方法により加温ボトルを製造する製造工程と、
    加温ボトル内に内容物を充填する充填工程とを備え、
    製造工程と充填工程とが連続して行なわれることを特徴とするボトル製品の製造方法。
  8. 製造工程と充填工程との間において、加温ボトルは、エア搬送手段またはネック搬送手段により搬送されることを特徴とする請求項7記載のボトル製品の製造方法。
  9. 請求項1乃至6のいずれか一項記載の加温ボトルの製造方法によって製造されたことを特徴とする加温ボトル。
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