JP2010215242A

JP2010215242A - 螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器

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Publication number: JP2010215242A
Application number: JP2009061275A
Authority: JP
Inventors: Masaki Miura; 正樹三浦; Takanori Okabe; 高規岡部; Yuka Ogasawara; 由佳小笠原
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP5321814B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、複数の螺旋パネルを周方向に設けた螺旋型プラスチックボトルにおいて、減圧吸収の際に生じる応力を分散させると共に、圧力が集中する部分の強度を減圧吸収機能を低下させないように補強して柱部の陥没や座屈を効果的に防止できる螺旋型プラスチックボトルを提供することにある。
【解決手段】本発明の螺旋型プラスチックボトルは、螺旋パネルの柱部を中央断面近傍で最小幅であり、上下に行くに従って連続的に広がる形状とすると共に、上下環状部と螺旋パネル本体との境界がパネル幅と柱の幅と略等しい円弧状の斜面で区切った略正多角形状となるように形成されるものとし、減圧吸収パネル部の横断面の曲率が中央断面で最大となり、上下に行くに従って曲率が小さくなることで螺旋パネルの深さの差が小さくなるように形成されるものとした。
【選択図】図２

Description

本発明は各種飲用の容器として用いられる合成樹脂製の瓶体の構造に関する。

各種飲用の容器として、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、各種飲料用の容器として現在広く利用されているところである。この種の壜体では材料コスト低減のために胴壁の薄肉化が求められるが、それに伴う壜体としての剛性と強度の低下を十分に防止し、また壜体内の圧力変動による胴壁の変形をいかに吸収するかが壜体の形状設計における大きな課題となっている。

その課題を解決するものとして複数の螺旋パネル(傾斜パネルとも呼ばれる。)を周方向に設けた螺旋パネル型プラスチックボトルが知られている（例えば、特許文献１参照）。果汁飲料、ウーロン茶、コーヒ、紅茶等の飲料の充填・密封後に生じるプラスチックボトル内の減圧は、上記螺旋パネルの径方向内方への変形及び周方向への捻れ変形と、上記螺旋パネル間の傾斜柱部の周方向へ捻れ変形によって効果的に減圧吸収される。しかし、この複数の螺旋パネルを周方向に設けた螺旋型プラスチックボトルは図１における従来例に模式的に示すように、減圧度が大きくなると捻じり状の縮径変形に際して、略平行四辺形形状となる上記螺旋パネルにおいて長対角線方向に引張り力が作用し、傾斜パネルの角部に大きな応力集中が起こる。その結果、角部において柱の陥没や座屈などの変形を生じやすいという問題があった。

特許文献２には、上記の問題、すなわち、傾斜パネルと柱部で減圧吸収機能部分を構成する丸型ボトルにおけるこの捻れ変形に伴う柱部を含む傾斜パネルの周縁の壁部が局部的に座屈変形と、形状復元ができなくなるという問題に着目し、この問題を解決してより大きな減圧強度を有する合成樹脂製丸型ボトルを提供することが提示されている。この発明は図５に示されるように、円筒形状をした胴部に、複数の一定方向に傾斜した傾斜パネルを周囲を段部で囲うようにして、陥没状に周方向に並列形成すること、隣接する傾斜パネル間を傾斜した柱部とすること、傾斜パネルの、上下計４ケの角部の中の少なくとも応力が集中する鋭角の角部において段部の基端部に隣接させて凹溝を形成することを提案している。この凹溝を形成することにより、応力集中する角部近傍における柱部を含む周縁壁部の局部的な座屈変形をより効果的に抑制することができるとしている。しかし、この発明は凹溝によって変形が抑制される反面、本来の捻れ変形による減圧吸収効果が減少されてしまうという欠点がある。

特許文献２の発明は応力が集中する箇所の強度を単に補強しようという思想であるため、そもそもの減圧吸収機能を低下させてしまう問題が生じた。変形の原因となっている応力集中を避けること、すなわち応力を分散させる手法を取り入れて、柱部の陥没や座屈を効果的に防止することができないかと研究が進められた。
本発明の課題は、複数の螺旋パネルを周方向に設けた螺旋型プラスチックボトルにおいて、減圧吸収の際に生じる応力を分散させると共に、圧力が集中する部分の強度を減圧吸収機能を低下させないように補強して柱部の陥没や座屈を効果的に防止できる螺旋型プラスチックボトルを提供することにある。

本発明の胴部に螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器は、螺旋パネル本体両脇の柱部の幅が、高さ略中央で最小であり、上下に行くに従って連続的に広がる形状とする。
また、本発明の螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器は、螺旋パネル本体及び柱部の横断面が、容器内方に向かって凸状に湾曲することを特徴とする。
また、本発明の螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器は、胴部の上下少なくとも一方に環状部と、この環状部と螺旋パネルとを接続する斜面とが備わっており、この斜面と螺旋パネルとが接触する境界稜線が螺旋パネル本体の高さ中央に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする。
また、本発明の螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器は、上下少なくとも一方環状部と螺旋パネル本体との境界近傍の横断面において螺旋パネル本体の幅と柱部の幅とが略等しい略正多角形状となるように形成した。
さらに、本発明の螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器は、螺旋パネル本体の横断面の曲率半径が容器略中央断面で最大となり、上下に行くに従って曲率半径を小さくすることで螺旋パネルの深さの差が小さくなるように形成されるものとした。

本発明の螺旋型プラスチックボトルは、螺旋パネル本体両脇の柱部の幅が、高さ略中央で最小であり、上下に行くに従って連続的に広がる形状となっているため、軸荷重や横からの荷重によって座屈しやすい柱部の上端および下端が、柱部の中央近傍から連続的に太くなることで荷重に対する支え強度が増す。また、減圧吸収が進むに従って柱部の上下端部付近の左右両側の稜線がその輪郭に沿って曲がりやすくなることで柱部の稜線による輪郭がいっそう際だち柱強度が増していく。また、螺旋パネル本体及び柱部の横断面が容器内方に向かって凸状に湾曲していることにより、減圧強度に優れた容器となる。また、螺旋パネル本体と斜面との境界稜線が、螺旋パネル本体の高さ中央に向かって凸状に湾曲しているので、減圧変形の際、この境界稜線の先端頂部によってパネルが安定して撓み曲がる。また、柱部の左右両側から分散して応力が掛かりやすくなっていることで減圧吸収が進んでも柱部が折れたり、陥没しにくくなるという効果を奏する。
さらに、上下の環状部と、螺旋パネル本体および柱部との境界近傍においてパネル幅と柱幅とが略等しい略正多角形状となるように形成したので、この境界近傍の横断面形状はパネル数の２倍の辺の数を備え真円に近づいた略正多角形状となるため、自動販売機内での転がり性を従来の螺旋ボトルと比べて向上させることが出来る。

また、本発明の螺旋型プラスチックボトルは、減圧吸収パネル部の横断面は、容器内方へ湾曲する凹状曲線であって、その曲率半径がパネル高さ略中央での横断面で曲率半径は最大となり、上下に行くに従って曲率半径が小さくなることで螺旋パネルの深さの差が小さくなるように形成したものであるから、減圧吸収パネル部は、凹状曲線の底部（図１の太線谷部）を中心にして柱部へ逸れることなく撓み曲がる減圧吸収動作をパネルの上下に渡りスムーズに進めることが出来る。また、同一曲率半径のパネル設計に比べてパネル部の上方および下方の域でパネルの容器外方への反転に対する抗力が増す。

本発明の螺旋型プラスチックボトルと従来型ボトルとの減圧吸収時の応力形態を対比した図である。本発明の螺旋型プラスチックボトル形状を説明する図である。本発明の減圧吸収パネル形状を展開図で示したものである。異なる本発明の螺旋型プラスチックボトルの形状を示した図である。減圧吸収時の応力形態を考慮した従来の螺旋型プラスチックボトル形状を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図２と図３を参照しながら詳細に説明する。この螺旋型プラスチックボトル１の特徴点はボトル胴部の減圧吸収パネルの形状にある。２は螺旋パネル本体、３はパネルの柱部、４は胴部の上下端に設けられた環状部、５は該環状部４と胴部との境界に設けられた円錐台の側面状の斜面である。この実施形態例の螺旋型プラスチックボトルの材料としては、熱可塑性樹脂であれば種類や、単層，多層，ブレンドなど特に問わないが、ポリエステル樹脂であって飲料容器によく用いられるＰＥＴの単層が好ましい。この螺旋型プラスチックボトルには７つの螺旋パネル本体２が周方向に設けられている。螺旋パネル本体２同士の間に設けられた柱部３は、柱部３の高さ略中央の箇所で幅が最小になるようにし、中央の横断面［水平断面であって図２におけるＢ−Ｂ断面（切断部形状）］もしくはその近傍の横断面での柱部切断切り口幅も最小となっており、上下に行くに従って連続的に広がる形状としている。
これが本発明の第１の特徴点である。また、螺旋パネル本体２及び柱部３の横断面は容器内方に向かって凸状に湾曲しており、この実施形態例では、円弧状に湾曲している。さらに、環状部４と減圧吸収パネルとの境界近傍［Ａ−Ａ断面（切断部形状）およびＣ−Ｃ断面（切断部形状）］で柱部３と螺旋パネル本体２の幅がほぼ同一となっている。

上記の構造を採用したことにより、軸荷重や横からの荷重によって座屈しやすい柱部の上端および下端が中央近傍から連続的に太くなり応力集中が緩和され荷重に対する支え強度が増す。また、従来の螺旋パネルの柱部では、上下に渡って一定幅の柱部が上下端部で急激に円弧状曲線等にて広げられているので減圧吸収変形時、上下端部の柱稜線は無理に曲げられ座屈的に変形しやすいが、本発明の形態では柱部３の幅が中央で細く、上下端部に行くに従って次第に連続的に太くなっている構造のため、柱部３の上下端部付近の左右両側は減圧吸収が進むに従って稜線の輪郭に沿って撓み曲がりやすくなっている。この部分は図１に示すように減圧吸収時の応力集中箇所になっているが、この変形により柱部３の稜線による輪郭がいっそう際だち柱の強度が増していくため、その応力に十分耐えることができるのである。また柱部３の左右両側から力が掛かるという現象は、図１の従来例に示すような柱部の片側からのみ応力集中することなく、応力が分散されることを意味しており、減圧吸収が進んでも柱部が折れたり、陥没しにくくなる作用効果を生じるのである。さらに、螺旋パネル本体２及び柱部３の横断面が容器内方に向かって凸状に湾曲しているため、螺旋パネル本体２だけでなく柱部３も減圧吸収変形しやすくなっており、さらに両者をつなぐ稜線も際だつので強度的にも優れている。

本発明に係るボトル形状の第２の特徴点は、上下の環状部４と、螺旋パネル本体および柱部との境界部の形状にある。図１の従来例では、螺旋パネル本体の上端または下端は水平になっており、その左右両端がＲで丸められている。これに対し、本発明では上下の環状部と、螺旋パネル本体２および柱部３との境界に斜面５が設けられ、螺旋パネル本体２と斜面５との境界は略円弧状（厳密には楕円に近い形状）で螺旋パネル本体の高さ中央に向かって凸状に湾曲した境界稜線が備わっており、この略円弧状境界稜線の先端頂部（；最もＢ−Ｂ断面の切断位置に近い箇所）が螺旋パネル本体２の谷部に連結される構造となっている。したがって、捻れ変形によって減圧吸収が行われる際、螺旋パネル本体２の谷部は上下の略円弧状境界稜線の先端頂部によっても谷部の位置決めされているので、減圧が進むにつれて螺旋パネル本体２が谷部に沿ってしっかりと撓み曲げられていく。先の柱部３の構造とこの位置決めされた谷部によって、捻れ変形による減圧吸収が安定して行われることとなる。

また、本実施形態例では上記の斜面５から螺旋パネル本体２に連結される略円弧状の境界稜線と同じ形態で斜面５と柱部３との境界にも円弧状に湾曲した境界稜線を形成するものとした。そして、その周方向の幅は螺旋パネル本体２と同じとし、螺旋パネル本体２および柱部３と、環状部４との境界稜線部はパネル数の２倍の数の辺と頂点を備えた略正多角形状となるように形成されるものとした。
図１の従来例のような柱部とパネル部の形状が採られるとボトルの中央断面位置からパネル上下端までの横断面形状はおおよそパネル数と同一の辺の数で、柱部を略頂点とした、円形にはほど遠い略正多角形状（正八角形）となるため、ボトルが自動販売機内に装填され転がる際、自動販売機のガイド板などにボトルの最外径部（本発明の環状部４に相当する箇所）の他に柱部上端近傍または下端部近傍も当たって転がり性が悪くなってしまうという問題があるが、本発明の構造を採用すれば上下の柱幅を広くすることで少なくともパネルの上下端部近傍の横断面形状はパネルの数の２倍に相当する辺の数を備え、螺旋パネル本体２と柱部３との境（稜線）がほぼ等間隔に配置される頂点とした略正多角形状（辺の形はいびつの、略正１４角形）とすることが出来るため、形状がより真円に近づくこととなり、ベンダー内での転がり性を従来型の螺旋ボトルと比べて向上させることが出来る。また、柱幅は前述の通り連続的に徐々に変化しているので、柱部３の上下端部から少し離れた箇所でも略正多角形状に近い横断面形状であるため、転がり性をより向上させることが出来る。

また、本発明の螺旋型プラスチックボトルは、第３の特徴点としてパネル部の幅の変化に合わせ、減圧吸収パネル横断面の曲率半径を変化させるようにした。すなわち、減圧吸収パネル部の横断面の容器内方へ湾曲する略円弧状凹状曲面の曲率半径がパネル横断面幅の高さ方向の変化（；略中央が最長で、上下に行くのに従って短くなる）に合わせて変化し、中央断面で最大となり、上下に行くに従って曲率半径が小さくなることで螺旋パネル本体２の深さの差が中央部と上下端部とで小さくなるようにして上下でも減圧吸収パネルの横断面が円弧状である凹状曲線の底部深さを維持し、図１の本発明ボトルに描写された太線を中心にして柱部へ逸れることなく撓み曲がる減圧吸収動作をパネルの上から下に渡ってスムーズに進めることが出来る。また、同一曲率半径のパネル設計に比べて本発明の当該構成はパネル部の上方および下方のパネルの容器外方への反転に対する抗力が増すため、容器内に内圧（陽圧）が加わったときに対する膨らみを抑える事が出来、また容器が減圧して内部に陰圧がかかり、パネルが捻れ変形を起こす際にも、パネルの外方への反転膨出を抑えることが出来る効果をも奏する。

図２に示した数値により、本発明の１実施例を説明する。この螺旋型プラスチックボトル１は、素材にＰＥＴが使用され、図３に展開図で示されるように７つの螺旋パネル本体２が周方向に設けられている。プラスチックボトル１の肩部に直径６７．５ｍｍの上側環状部４が、底部から１／８程の位置に直径６７．５ｍｍの下側環状部４が設けられ、その間の胴部に螺旋型減圧吸収パネル部が形成されている。ボトル１の中央部Ｂ−Ｂ断面の位置では螺旋パネル本体２は円弧状の凹状曲線で、その曲率半径はＲ５２である。柱部３の頂面も円弧状の凹状曲線で、その曲率半径はパネル本体２と同じＲ５２である。１つの螺旋パネル幅のなす角は４７°、螺旋柱幅のなす角は約４．４３°（１組のパネルと柱部のなす角が３６０°÷７組≒５１．４３°）、螺旋パネル本体２の水平幅は直線距離で２６．９ｍｍそして柱部３の水平幅は直線距離で２．６ｍｍである。上側環状部４と螺旋パネルとの境界近傍のＡ−Ａ断面では螺旋パネル本体２も円弧状の凹状曲線で、その曲率半径はＲ４２、柱部３も円弧状の凹状曲線で、その頂面の曲率半径はＲ５２、１つの螺旋パネル幅および螺旋柱幅のなす角はそれぞれ３６０°÷（７パネル面＋７柱部）≒２５．７１°、螺旋パネル本体２の水平幅は直線距離で１５ｍｍそして柱部３の水平幅も直線距離で１５ｍｍである。図２に示すようにＡ−Ａ断面形状は、辺の湾曲度合いはパネルと柱の曲率半径の差により互い違いに異なるが、辺の水平幅（直線距離）が等しく、頂点の配置が等間隔の略正１４角形状で真円に近い形状となっている。また、下側環状部４と螺旋パネルとの境界位置のＣ−Ｃ断面はＡ−Ａ断面と同形状である。また、螺旋パネル本体２の谷部に連結される略円弧状の境界稜線は（厳密には楕円状であるが）、曲率半径で表すとおおよそ１２ｍｍ、そして環状部４と柱部３との境界の略円弧状の境界稜線は（厳密には楕円状であるが）、の曲率半径で表すとおおよそ１５ｍｍとなっている。
なお、本発明の実施は主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。柱部３の幅が最小になる箇所は、柱部の高さ１／３〜２／３の範囲であれば、高さ中央から外れていてもよい。また、環状部４は上または下の一方だけにあってもよいし、図４のように両側略してもよい。また、図１〜３の本実施形態において環状部４の上また下に環状ビード（；環状溝）が設けられているが、この環状ビードを略してよい。斜面５も上または下の一方だけにあってもよいし、両側略してもよい。また、環状部４と螺旋パネル本体２との境界近傍の横断面において、上下両方とも略正多角形状となるのが好ましいが、上下どちらか一方が略正多角形状となっていてもよいし、両方とも略正多角形状となっていなくてもよい。また、図２におけるＡ−Ａ断面とＣ−Ｃ断面の形状は異なっていてもよい。さらに、螺旋パネル本体２の横断面、または斜面５との境界稜線は直線状、または、容器外方に凸状に湾曲してもよいが、好ましくは前述のように容器内方に向かって凸状に湾曲しているものがよい。その際、前述の円弧状の凹状曲線などに限らず、曲線状であれば略円弧状（前述の楕円弧状の他、放物線状など）でもよいし、これらに近い形であるＵ字状、Ｖ字状でもよい。

本発明の減圧吸収パネルを備えた包装用容器は、常温充填飲料に用いてもよいが、その特性上、好ましくは高温充填による殺菌を必要とする飲料、たとえば果汁飲料、ウーロン茶、コーヒ、紅茶等の内容液を８５〜９５℃程度の高温で充填する所謂高温充填向け用途に使用が見込まれる。本発明の合成樹脂製包装用容器は、減圧吸収機能が十分に発揮され、横荷重に対する高剛性化、高強度化を樹脂量を増やすことなく達成したものであり、搬送ライン、積重保管、自販機等、横荷重に対する変形が問題となる場所で、安心して使用できる容器として幅広い用途展開が期待される。

１螺旋型プラシチックボトル２螺旋パネル本体
３パネル柱部４環状部
５円弧状斜面

特開２０００−１４２６５４号公報「プラスチックボトル」平成１２年５月２３日公開特開２００７−２６９３５９号公報「合成樹脂製丸形ボトル」平成１９年１０月１８日公開

Claims

胴部に螺旋状の減圧吸収パネルを備えた包装用容器であって、
前記螺旋パネル本体両脇の柱部の幅が、高さ略中央で最小であり、上下に行くに従って連続的に広がる形状とすることを特徴とする、螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器。
前記螺旋パネル本体及び柱部の横断面が、容器内方に向かって凸状に湾曲することを特徴とする、請求項１に記載の、螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器。
前記胴部の上下少なくとも一方には、
環状部と、
該環状部と胴部を接続する斜面とが備わっており、
該斜面と螺旋パネル本体とが接触する境界稜線が、螺旋パネル本体の高さ中央に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする、請求項１または２に記載の螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装容器。
上下少なくとも一方の環状部と螺旋パネル本体との境界近傍の横断面において螺旋パネル本体の幅と柱部の幅とが略等しい略正多角形状となるように形成した請求項１から３のいずれかに記載の螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器。
螺旋パネル本体の横断面の曲率半径が該螺旋パネル高さ略中央断面で最大となり、上下に行くに従って曲率半径を小さくすることで螺旋パネルの深さの差が小さくなるように形成されるものとした請求項１から４のいずれかに記載の螺旋状減圧吸収パネルを備えた包装用容器。