JP2010500192A - 熱可塑性材料プリフォームの吹き込み成型または引き抜き吹き込み成型とその底からなる中空体 - Google Patents

熱可塑性材料プリフォームの吹き込み成型または引き抜き吹き込み成型とその底からなる中空体 Download PDF

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Abstract

【課題】熱可塑性材料の吹き込み成型あるいは引き抜き吹き込み成型により得られる空洞体底であって、【解決手段】この底には横断方向支持面ならびにこの横断方向支持面の両側に、横断方向外側縁(7)、ならびに低結晶度材料のパッチ(12)を含んだ横断方向中央部分(11)付きの凹面内側仕切壁が含まれると同時に、この底には、該横断方向外側縁(7)の近傍に達するもののこの横断方向外側縁(7)自体には届かない外側縁(13)を有する補強リブ(1)が含まれ、これらの補強リブ(1)は該横断方向中央部分(11)の近傍に達するもののこの横断方向中央部分(11)自体には届かない内側縁(14)を有し、該横断方向支持面は補強リブ(1)により遮断される区間(6a,6b,6c,6d,6e)から形成され、この中空体底(4)にはさらにその末端部分(24)が隣接するものの底の外側縁(7)には届かない刻み目(2)が含まれ、該刻み目(2)の基端部分(25)は該横断方向支持面に接するようになるもののこの横断方向支持面には姿を見せない。
【選択図】図3

Description

本発明は熱可塑性中空体、特に、壺または瓶などの容器の技術分野に関する。
本発明はさらに特に、熱可塑性材料で注入されるプリフォームの吹き込み成型または引き抜き成型後の吹き込み(注入吹き込み)成型により得られる中空体に関する。
この数年来、予め注入されるプリフォームを元にした可塑性材料の容器製造は、特にポリエチレンテレフタレート(PET)の採用のおかげで相当に飛躍的な進歩を遂げた。
その間、他の材料も、非限定的な例としての、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリプロピレン(PP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、またはこれらの様々な材料の混合物または重畳物などが織り込まれ、および/または、利用され、ある程度成功した。
吹き込み成型や引き抜き吹き込み成型によりPETの構造上の硬化が起こることが知られている。この吹き込み成型や引き抜き成型によって変形による結晶化も誘導されて起こり、材料は半透明となる。従来の変形速度は、結晶度は変形速度が速いほど、また変形率が上がるほど高くなる。
しかしながら、従来は、中空体の中心に吹き込み成型や引き抜き吹き込み成型時に微弱にしか引き抜かれないプリフォームの一部となる「パッチ」と言われる極めて低い結晶度の区域が生じる。プリフォームの長手軸は実は最終的な容器の長手軸と一致する。吹き込み成型時や引き抜き成型時に、PETの引き抜き成型度合いは容器底の中央でほぼゼロであると同時に、容器の横仕切壁に近づくにつれて増すことになる。
従来の2方向性PET製容器はガラス遷移温度を越える温度になると応力の解放により大きな収縮を示す。
この問題を軽減するために、「熱固定」といわれる熱処理を行うことがずっと以前から知られており、この処理では、プリフォームの吹き込み直後であって、容器が相変わらず吹き込み成型鋳型仕切壁と接触している時に、およそ120〜250℃にある温度が材料に数秒間は加わる。その後、容器は圧力が維持されたまま冷却される。
熱可塑性材料による容器は、その製造方法がどのようなものであってもその底が示す強度が十分でなくてはならない。
2方向性PETの示す力学的及び耐熱強度は良好である。しかし、上述の通り、この容器底は引き抜きされる程度が容器本体よりもはるかに弱いので、この底は本体の示す力学的ならびに耐熱強度よりも低い。
同じ問題が首部についても存在する。首部の熱処理によりその結晶度を上げることができる。しかし、首部(非結晶PET製の)の熱処理により、等温性結晶化に至り小球状質量状態が形成されて、全く半透明ではない熱硬化PETが得られる。比較的厚い瓶の首部が半透明ではないことが許容される場合には、ほぼ半透明ではない瓶底では製品を詰めた体裁が悪くなろう。
容器の底は、例えば、中身の入った容器の落下時の衝撃に耐えなくてはならない。
容器の底は、特に、容器に炭酸飲料が含まれる時の内圧にも耐えなくてはならない。内部過圧により中身が詰まった瓶の貯蔵場所の温度上昇および/またはこれらの瓶プラスチック素材の収縮が生じ得るが、この収縮は通常、これらの製造ならびに充填後、2あるいは3週間の間に生ずる。
瓶はパレットに乗せたり、束ねて積まれて運搬される。従って、挿入板が利用される場合を除き、上層の瓶の底は下部瓶の栓上にのると同時に、打ち抜きや押し抜きの応力を受ける。
容器底は特に、容器が加熱充填された後、その内容物が冷えないうちに閉栓された後も、不意に起こりうる内部減圧に耐えなくてはならない。
容器底のすべての変形は製品の美観や立てて貯蔵される容器の安定性に影響する。
容器底はクリープに耐える強度がなくてはならない。
容器は、全体で、また特にその底は、加熱充填あるいは高温殺菌の時に遭遇する比較的厳しい熱条件に耐える強度がなくてはならない。
94℃以上の温度の液体の加熱充填時に、底は適切な変形能力を示さなくてはならない。その後の冷却時も同様であって、底は減圧(真空補償)にも耐えなくてはならない。
高温殺菌は炭酸ガスを含まない(非炭酸果物ジュース)あるいはガスを含む(ビール)ある一定種類の液体について行われる。高温加熱時に、閉栓済み容器に含まれる液体は、例えば、およそ20分から2時間の間に60〜80℃の温度になり、この温度は炭酸ガスの含有量に応じて変化する。高温殺菌する液体に加圧溶解ガスが含まれる(炭酸飲料、ビール)場合は、容器底材料は加熱液体容量の増量だけでなく、加熱ガスの圧力上昇にも耐えなくてはならない。冷却時には、高温殺菌液体により容量が縮小するので、この容器底はこの応力にも耐えなくてはならない。
ある一定の容器では加熱充填時に底が撓みを受けることは明らかである。この外側に向かう、特に容器の横仕切壁と底との接続部区域における底の撓みは容器周囲に一様には生じない。その結果、容器は不安定になる。この撓みは加熱収縮した下地の最終吹き込み時に導入される応力解放から生じうる。
容器底のあらゆる変形は製品の美観だけでなく立てて貯蔵される容器の安定性に影響する。
容器の底は、再使用可能な容器の場合には洗浄剤にも耐えなくてはならない場合もある。
不意に起こりうる問題を全体的あるいは部分的に軽減するために、花弁状底付きの容器の製造が提案された。それでは、底の仕切壁は外側の方に全体が凸形状で構成され、底の仕切壁は全体が外側に凸型形状であると同時に、底に規則的に割り当てられる突起により構成されると同時に、凸型底仕切壁の1部分により2つずつ切り離された通常は4本から6本の足からなる。これらの花弁状底は、炭酸飲料を含む容器に広く採用されている。足を分離する半径方向中空部は、充填時の加圧による応力を吸収すると同時に、容器軸にほぼ垂直な平面内で足の支持範囲を固定する。この解決策は必ずしも満足すべきものではない。内圧作用のもとで、花弁状底は破裂しうるからである。花弁状底は必ずしも高温殺菌時の瓶の内容物容量の増大による過圧に耐えられるとは限らない。
請求人の特許文書FR2822804に説明されるような底も考えられた。これによりその中央部分に多枝の十字形状圧痕を含む瓶底が説明されており、この底は花弁状タイプを越えるものであって、各足は十字状圧痕に対応する枝端部から半径方向に分かれた応力吸収刻み目を備えている。これらの応力吸収刻み目の配置によって、足が応力を受ける場合に生じ得る変形の刻み目領域内への限定化ができる。これらの刻み目の配置は各刻み目両側の両支持区域を越えるまで達し、これらの刻み目は部分的に瓶の基部区域内に配置される。
FR2822804
従来技術の底は、課題のある一部だけを解決したとしても、充填済みか否かにかかわらず、落下後ならびにそれに続く変形後にその最初の形状への回復が全くできないことは明らかである。本発明は、その個々の特性全体により現在知られる大部分の底の強度よりも高い強度が得られると同時に、変形後にその形状を回復できる瓶底の新たな構造を提案することを目的とする。
一様な仕切壁厚さの本発明による底は従来知られた大部分の瓶底よりも強度があろう。特に、真空時により十分な強度を有しよう。
所要強度の本発明による底は従来の大部分の既知の底よりも少ない素材量で製造が可能であろう。
本発明は、既知の構造と比べて必要に応じた全体容器の軽量化を考慮しつつ加熱充填時の十分な強度や高温殺菌時にも十分な強度を示す瓶を提供することも目的としている。すなわち、容器全体の5〜20%の軽量化が目論まれた。
本発明はその第一局面によると、熱可塑性材料プリフォームの吹き込み成型や引き抜き吹き込み成型により得られる中空体底に関するもので、この底は横断方向支持面ならびにこの横断方向支持面の両側の、
・横断方向外側縁、
・低結晶度材料のパッチからなる横断方向中央部分付きの凹面内側仕切壁
からなり、このパッチはプリフォームの注入地点に相当すると同時に、この底は横断方向外側縁の近傍には達するもののこの横断方向外側縁自体には届かない外側縁を有する補強リブからなるものであって、これらの補強リブはまた、横断方向中央部分の近傍には達するもののこの横断方向中央部分自体には届かない内側縁を有し、横断方向支持面はこれら補強リブにより遮られる区間から形成され、この中空体底はさらに、その末端部分が底の外側縁の近傍には達するもののこの底の外側縁自体には届かない刻み目からなり、刻み目の基端部分は横断方向支持面に接するもののこの横断方向支持面自体には姿を現わさない。
様々な実施例では、底は必要に応じて組み合わされる次のような性格を示す。すなわち、
・凹面内側仕切壁はその末端部分が横断方向支持面の区間近傍に達するもののこの区間自体には届かない補強溝を備え、この区間、すなわち、これらの補強溝の基端部分は横断方向中央部分の近傍に達するもののこの横断方向中央部分自体には届かない。
・これらの補強溝は底仕切壁ならびに両横翼からなると同時に対称面をなす。
・これらの刻み目は底仕切壁と両横翼からなると同時に対称面をなす。
・補強溝の底仕切壁は刻み目の底仕切壁と直線に並んでほぼ配置されるとともに、各補強リブの基端部分は2つの補強リブ間に延びる。
・刻み目の幅はおよそ2〜20ミリメートルの間にある。
・これらの刻み目の深さはおよそ1〜5ミリメートルの間にある。
・低結晶度のパッチ材料は横断方向中央部分の外側面に突き出る。
便利な実施例では、補強リブ、補強刻み目ならびに補強溝を除き、底は横断方向支持面にほぼ垂直な軸廻りの回転体形状を呈する。
特別な実施例では、中空体底は、外側縁と横断方向支持面間の鉛直半径方向断面で、
・外側縁の近傍では、横断方向支持面に垂直な方向にほぼ接する、
・横断方向支持面の近傍では、この横断方向支持面にほぼ接する
外形を示す。
底は外側縁と横断方向支持面間の鉛直半径方向断面でほぼ放物線の外形を呈する。
本発明は、第二局面によると、プリフォームの吹き込み成型あるいは引き抜き吹き込み成型により得られる、特に、PETなどのポリエステルの熱硬化性材料の中空体に関するもので、これらの中空体は横仕切壁ならびにこの横仕切壁につながる底からなり、前記底は上記で紹介されたものである。
これら瓶底の個々の特徴全体により従来の大部分の既知の底よりも高い強度が得られる。一様な仕切壁厚の本発明による底は従来の大半の既知の瓶底よりも強度があろう。所要強度の本発明による底は従来の既知の大半の底よりも薄い素材厚さで製造できる。
本発明による底からなる瓶は加熱充填時の十分な強度ならびに高温殺菌時の十分な強度を示す。中央通風道19は、補強リブ1ならびに補強溝3の存在により特にクリープおよび撓みに対して強度が強化されている。
本発明による底からなる瓶は横仕切壁により低い部分において十分な衝撃強度も示される。刻み目2の存在により容器の横仕切壁とその基部との間の接続部分に関する瓶の塑性変形の危険を減らすことができる。
加熱充填時(冷却時は真空作用)ならびに衝撃時の十分な強度を維持しながら従来の瓶底に比べて基部を脆化させることも基部表面も大きく減らすこともなく、この瓶底の形状により素材重量の低減が可能である。例をあげれば、32gの従来の加熱充填向けの瓶は、本発明による底を採用すれば26gのPETだけで製造可能であろう。
衝撃を十分に吸収するこの底は偶然の変形後にその形状は容易に復元する。
この示された実施形態では、補強リブ1の数は5本であると同時に、ほぼ一様でかつ等間隔である。その他の実施形態では、補強リブは特に底の直径を考慮するためある程度数が多くなる。補強リブの寸法は様々であって良く、最初の組のリブの底仕切壁を第二の組の底仕切壁よりも狭くしても良い。
示されたこの実施形態では、刻み目、リブならびに溝は数が5本であると同時にほぼ一様かつ等間隔である。刻み目、リブならびに溝の数は、特に、サイズの大きい中空体底向けには5本より多くても良い。この配置によってリブと刻み目は中空体底の補強に対してより十分に協働する。
本発明のその他の目的や利点は、非限定的な例として与えられるその実施形態に関する以下の説明の間に浮かび上がろう。この説明は付録の図面に照らして行われる。すなわち
本発明のある実施形態による例えば瓶などの中空体底の下面図である。 図1に示される底の横面図である。 図1および図2に示される底の透視図である。
5つの半径方向リブ1、5つの刻み目2ならびに5つの補強溝3を除き、底4は横断方向支持面6にほぼ垂直な軸5廻りの回転体の形状をなす。
この理由のため、ならびに単純化のため、底4はその詳細がこの後で説明の対象となる半径方向リブ1、刻み目2ならびに補強溝3を除外してまず、最初に説明される。
底4はその外側縁7から始めて半径方向に回転軸5に向かい説明される。
外側縁7は横断方向にあると同時に容器の底4と横仕切壁の交差部にほぼ一致する(図示されず)。この外側縁7は底4から(この瓶が立って貯蔵される場合にはこの底4を含む瓶から)横方向支持面6に対して高さh7に置かれる。
外側縁7と横方向支持面6との間で、底4は鉛直半径方向断面でほぼ放物線の外形8を示す。外側縁7の近傍では、この外形8は横方向支持面6に垂直な方向9にほぼ接する。横方向支持面6の近傍ではこの外形8がこの横方向支持面6にほぼ接する。外形8により、こうして容器の横仕切壁(図示されず)と横方向支持面6間の曲率を乱さずに連続性の解決が確保される。
底4は後で分かるような環状形状でかつ区分された横方向支持面6を呈する。底4は、この横方向支持面6から始まって回転軸5に向かいながら、鉛直半径方向断面でほぼ放物線の外形10をなした後、横方向中央部分11をなす。
横方向中央部分11は横方向支持面6に対して高さh11に置かれ、この高さh11は外側縁7の高さh7よりも高くても低くても良い。
軸方向パッチ12は横方向中央部分11で突き出て、軸方向のパッチ12はこの下方に突き出て、つまりは容器の外側が底4を備える。
次に半径方向補強リブ1が説明される。
これらの半径方向リブ1は、底4の外側縁7の近傍に達する外側縁13を有するがこの外側縁7自体には届かない。数ミリメートルの間隔によって外側縁13(リブ1の)ならびに外側縁7(底4の)が分離される。
これらの半径方向リブ1は横断方向中央部分11の近傍に達するもののこの横断方向中央部分11自体には届かない内側縁14を有する。
各半径方向リブ1は底仕切壁15とこの底仕切壁15の両側の翼16,17からなる。底仕切壁15の幅は外側縁13からリブ1の内側縁14まで減少する。図上でも分かるように、リブの底仕切壁15はこのリブの半径方向長さにわたってほぼ一定の曲率をなす。
各半径方向リブ1が鉛直半径方向の対称面18をなす。
半径方向リブ1はその中心でパッチ12部が下方に突き出る中央の通風道19にもたれかかり、この中央通風道19は横断方向中央部分11によって上方に向かっては制限される。
次は刻み目2について説明する。
これらの刻み目2は放射状に拡がる。これらは底仕切壁20と両横翼21,22からなる。各刻み目2は鉛直半径方向の対称面23をなす。これらの刻み目2の末端部分24は底4の外側縁7の近傍には届くがこれ自体には届かない。これらの刻み目2はこうして鉛直位置に近いもののつなぎ目からは離れた出発点を有する。刻み目の末端部24は横断方向支持面6に対して高さh24に置かれる。示された実施形態の刻み目高さh24は高さh7のほぼ半分に等しい。従って、外側縁7と刻み目末端部24の間の間隔は縁7と補強リブ1の外側縁13との間の間隔よりも極めて長い。
刻み目2の基端部25は基部と接する状態になるもののこの基部内には姿を見せない。刻み目の幅は通常、2〜20ミリメートルの間にある。これらの刻み目2の深さは瓶の容量に応じて変動すると同時に、普通は、0.5リットル瓶で1.5ミリメートルに等しい(1.5リットル瓶で3から4ミリメートル)。刻み目2の深さは、特に、図3で明らかであるように半径方向リブ1の深さより小さい。
刻み目2は底4全体の強度にかかわると同時に、特に、基部から上に位置する底部分の力学的補強を確保すると同時に、隣接する2つのリブ1により刻み目の境界が区切られる。
次に補強溝3を説明する。
これらの補強溝3は半径方向に延びる。これらは底仕切壁26と両横翼27,28からなる。各補強溝3は鉛直半径方向対称面29を呈する。これらの補強溝3の末端部分30は横断方向支持面6の近隣には達するもののこれ自体には届かない。補強溝3の基端部31は通風道19にもたれかかるものの横断方向中央部分11には届かない。
示されたこの実施形態では、各補強溝3の底仕切壁26は半径方向に刻み目2の底仕切壁20と並ぶまで拡がる。言いかえると、各刻み目2の対称面23は補強溝3の対称面29とはほぼ重なる。
横断方向支持面6はこうして5つの環状区間6a,6b,6c,6d,6eから形成され、これらの各環状区間6a,6b,6c,6d,6eは、
・基端部25が基部の環状区間上で重なることはない刻み目2の基端部25の一部、
・末端部30も基部の環状区間上で重なることはない補強溝3の末端部30の一部、
・半径方向リブ1により横断方向基部をこれらの環状区間に別々に分離している半径方向リブ1の翼16,17、
と隣り合う。
1補強(半径方向)リブ
2刻み目
3補強溝
4中空体底
5横断方向支持面にほぼ垂直な軸
6横断方向支持面を構成する補強リブにより遮断される区間
6a横断方向支持面を構成する補強リブにより遮断される区間
6b横断方向支持面を構成する補強リブにより遮断される区間
6c横断方向支持面を構成する補強リブにより遮断される区間
6d横断方向支持面を構成する補強リブにより遮断される区間
6e横断方向支持面を構成する補強リブにより遮断される区間
7横断方向外側縁
8外側縁と横方向支持面との間の底外形
9横方向支持面に垂直な方向
10横方向支持面から回転軸に向う底外形
11横断方向中央部分
12低結晶度材料のパッチ
13補強リブの外側縁
14補強リブの内側縁
15補強リブの底仕切壁
16補強リブの横翼
17補強リブの横翼
18補強リブのなす対称面
19中央通風道
20刻み目の底仕切壁
21刻み目の横翼
22刻み目の横翼
23刻み目がなす対称面
24刻み目の末端部分
25刻み目の基端部分
26補強溝の底仕切壁
27補強溝の横翼
28補強溝の横翼
29補強溝のなす対称面
30補強溝の末端部
31補強溝の基端部
h7外側縁の横断方向支持面に対する高さ
h11横断方向中央部分の横断方向支持面に対する高さ
h24刻み目の末端部の横断方向支持面6に対する高さ

Claims (13)

  1. 横方向支持面ならびにこの横断方向支持面の両側に
    ・横断方向外側縁(7)、
    ・プリフォームの注入地点に相当する低結晶度材料のパッチ(12)を含む横断方向中央部分(11)付きの凹面内側仕切壁
    が含まれると同時に、該横断外側縁(7)の近傍に達するもののこの横断方向外側縁(7)自体には届かない外側縁(13)を有する補強リブ(1)が含まれる熱可塑性材料プリフォームの吹き込み成型または引き抜き吹き込み成型により得られる中空体底であって、これらの補強リブ(1)が該横断方向中央部分(11)の近傍に達するもののこの横断方向中央部分(11)自体には届かない内側縁(14)を有し、該横断方向支持面が該補強リブ(1)により遮断される区間(6a,6b,6c,6d,6e)から構成され、この中空体底(4)にさらに、その末端部分(24)が底の該外側縁(7)の近傍に達するもののこれ自体には届かない刻み目(2)が含まれ、該刻み目(2)の基端部分(25)が該横断方向支持面に接するもののこの横断方向支持面には姿を現さないことを特徴とする中空体底
  2. 該凹面内側仕切壁はその末端部分(30)が該横断方向支持面(6)の区間(6a,6b,6c,6d,6e)の近傍に達するものこの区間(6a,6b,6c,6d,6e)自体には届かない補強溝(3)を備え、これらの補強溝(3)の基端部分(31)が該横断方向中央部分(11)の近傍に達するもののこの横断方向中央部分(11)自体には届かないことを特徴とする請求項1に記載の中空体底
  3. 該補強溝(3)が底仕切壁(26)と両横翼(27,28)を含むと同時に対称面(29)をなすことを特徴とする請求項2に記載の中空体底
  4. 該刻み目(2)が底仕切壁(20)と両横翼(21,22)を含む同時に対称面(23)をなすことを特徴とする請求項3に記載の中空体底
  5. 該補強溝(3)の該底仕切壁(26)が刻み目(2)の底仕切壁(20)とほぼ整列して配置され、各補強溝(3)の該基端部分(31)が2つの補強リブ(1)間に拡がることを特徴とする請求項4に記載の中空体底
  6. 刻み目(2)の幅がおよそ2から20ミリメートルの間にあることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の空洞体底
  7. 刻み目(2)の深さがおよそ1から5ミリメートルの間にあることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の空洞体底
  8. 低結晶度材料の該パッチ(12)が該横断方向中央部分(11)の外側面に突き出ることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の空洞体底
  9. 該外側縁(7)が該横断方向支持面に対してh7の高さに配置され、該横断方向中央部分(11)が該横断方向支持面に対して高さh11に配置されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の空洞体底
  10. 該補強リブ(1)ならびに補強刻み目(2)と補強溝(3)を除き、底(4)がその横断方向支持面にほぼ垂直な軸(5)廻りの回転体の形状をなすことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の空洞体底
  11. 鉛直半径方向断面での該外側縁(7)と該横断方向支持面との間で、
    ・該外側縁(7)の近傍で該横断方向支持面に垂直方向にほぼ接する、
    ・該横断方向支持面の近傍でこの横断方向支持面にほぼ接する
    外形をなすことを特徴とする請求項10に記載の中空体底
  12. 鉛直半径方向断面の該外側縁(7)と該横断方向支持面との間で、ほぼ放物線の外形をなすことを特徴とする請求項11に記載の中空体底
  13. 横仕切壁とこの横仕切壁に接続される底が含まれ、前記底が請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のものである、プリフォームの吹き込み成型あるいは引き抜き吹き込み成型により得られる熱可塑性材料、特に、PETなどのポリエステルの空洞体
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