JP2013514239A - 変形可能な側面を有する容器 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの側面（９）がくぼんだ本体（２）を備える熱可塑性プラスチック材料製容器（１）であって、長手面の輪郭が凹状の中央領域（１２）と、中央領域（１２）の長手方向の延長線上にあり、長手面の輪郭が凸状の付属領域（１３）とを備える容器。中央領域（１２）および付属領域（１３）は補剛され、中央領域（１２）と付属領域（１３）との間の接合部は変形可能な膜（１６）を規定する。
【選択図】図１

Description

本発明は容器の分野に関し、特に、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）製の熱可塑性プラスチック容器で、壁が応力を受ける容器に関する。

容器は一般に、射出成形したプリフォームのブロー成形または延伸ブロー成形によって製造され、このプリフォームはまず、輻射式加熱素子を備えた炉内に並べられて加熱されたのち、容器の型を規定するキャビティを備えた金型に高温で注入される。

容器の製造に使用する原材料コストは、容器の最終コストの大部分を占める。コストを削減する包括的方針では、使用する材料の量を可能な限り削減することも望まれている。

しかしながら、この削減は機械的性能に跳ね返り、容器を軽減するだけでは、特にホット充填する際に剛性が不十分になりかねず、この過程で容器の壁が熱衝撃および静水圧の変動により内部応力を受ける。

例として、ホット充填する際の液体温度は６０℃を超えることが頻繁にあり、９０℃〜９５℃（つまり、頻繁に使用される材料であるＰＥＴのガラス転移温度を上回る温度）に達することがよくある。

次に容器は、（本質的には容器に含まれる空気の体積が収縮することにより）容器内に圧力降下が発生して冷却され、壁は以前の応力に対抗する新たな応力を受ける。

また、ホット充填（英語の「ｈｅａｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ（耐熱）」を表す頭字語ＨＲと称する）用の容器は、これに適応した方法で製造され、特殊な構造を備えているため変形しにくく、その全体形状を持続的に保持することができる。

製造過程では、ヒートセットにより容器の剛性に公知の有用な処理を施すが、これはブロー成形操作の最後に、加熱された金型の壁に容器を接触させた状態を一時的に維持する方法であり、これによって材料の結晶率が上昇する。

しかしながら、実験から、ホット充填により起こる変形に対して耐性のある容器にするにはヒートセットだけでは一般に不十分であること、さらに構造的に適合させる必要があることがわかった。

そのため、優先変形領域を容器に設ける方法が知られている。

この領域は容器の底に設けることができ、その例が特許文献１および特許文献２に記載されている。容器の底は凹状または凸状形状であるため、この底はホット充填の際に降下し、冷却すると再び上昇する。

理論的には、この変形が起こる位置は容器の底に特定され、離れている側壁は形状を特別な配置にする必要はない。しかし実際には、側壁が変形しないことは稀であるため、側壁に優先変形領域を設ける必要があることは明らかである。

この領域は一般に、剛性フレームで包囲されたパネル形状であり、このパネルは膜のように充填すると膨張して変形し、この後容器を冷却すると逆に収縮する。このようなパネルの例が特許文献３および特許文献４に記載されている。

国際公開第２００４／０２８９１０号 米国特許出願公開第２００６／０００６１３３号 国際公開第９９／２１７７０号 国際公開第００／６８０９５号

この種の容器は、性能の点では満足のいくものであることもあるが、剛性フレームで包囲されたこのようなパネルがあることには少なくとも２つの欠点がある。１つは、このパネルが材料の減量を抑制するものとなることであり、もう１つは、このパネルにより設計者の創造性の自由が制限されることであり、実際ＨＲ容器は飾り気がないとも言える形状をしていることが多い。

本発明の第１の目的は、容器のなかでもとりわけＨＲタイプの容器のさらなる軽減を、機械的性能を犠牲にせずに可能にすることである。

本発明の第２の目的は、優先する変形領域（または逆に補剛領域）のような構造上特別な配置をした容器の美観を改良できるようにすることである。

本発明の第３の目的は、人間工学性を改良した容器を提供し、消費者が容易に手に取れるようにすることである。

そのために本発明は、少なくとも１つの側面がくぼんだ本体を備える熱可塑性プラスチック材料製の容器であって、
− 長手面の輪郭が凹状の中央領域と、
− 中央領域の長手方向の延長線上にあり、長手面の輪郭が凸状の付属領域と
を備える容器を提供する。

中央領域および付属領域は補剛され、変形可能な膜が中央領域と付属領域との間の接合部に規定される。

この変形可能な膜の主機能は、ホット充填の際に変形の重要部分を集中させることである。その結果、容器の他の部分にかかる変形を最小にする。

側面は、応力がない状態では、変形可能な膜が横断面でほぼ平面となるように設計することが好ましい。

一実施形態によれば、付属領域は、横断面の輪郭が凸状である。

さらに、側面は、境界が尖角であることが好ましい。

このほか、付属領域は、付属領域を包囲する長手溝で補剛される。各溝はこの場合、アール部を介して本体の中間面と接合し、このアール部の半径は、溝と付属領域とを接合するもう１つのアール部の半径よりも小さいことが好ましい。

中央領域は、その幅が付属領域の幅よりも大きいことが好ましく、中央領域で突出して伸びる長手リブを用いて補剛することができる。

一実施形態によれば、本体は、補剛材を備えた中間面で隔てられた複数の側面を備える。

側面は、例えば中央領域を備え、この中央領域の長手方向の延長線上には、対称であってもよい２つの付属領域があり、両付属領域の中央領域との接合部はそれぞれ２つの変形可能な膜を規定する。

本発明のその他の目的および利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明文に照らし合わせれば明らかになるであろう。

第１の実施形態による３つの変形可能な側面を備える容器の斜視図である。 図１の容器を側面から見た側面図である。 図１の容器を側面の輪郭に沿って見た側面図である。 図１の容器の３／４図である。 線Ｖ−Ｖに沿った図２の容器の断面図である。 線ＶＩ−ＶＩに沿った図２の容器の断面図である。 線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った図２の容器の断面図である。 線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った図２の容器の断面図である。 図７の側面の輪郭に対する詳細図である。 図８の側面の輪郭の詳細図である。 第２の実施形態による３つの変形可能な側面を備える容器の斜視図である。 図１１の容器を側面から見た側面図である。 図１１の容器を側面の輪郭に沿って見た側面図である 図１１の容器の３／４図である。 線ＸＶ−ＸＶに沿った図１２の容器の断面図である。 線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿った図１２の容器の断面図である。 線ＸＶＩｌ−ＸＶＩＩに沿った図１２の容器の断面図である。 図１６の側面の輪郭に対する詳細図である。

図には、主軸３に沿って伸びる中央本体２を備える容器１を示している。

中央本体２の上には、一般に円錐形状の肩部４があり、この肩部は細くなって首部５に達し、この首部は、口べり６と、例ではとりわけ充填時に容器１を懸架できるフランジ７とを備えている。本体２は閉鎖され、首部５の反対側は底部８である。

簡略化および明瞭化のため、上、下、下方および上方という語は、本明細書では容器の自然な向きに対して使用した語であり、当然ながら通常の載置状態では、容器１は底部８を下にして置かれ、口べり６は上を向き、容器１の主軸３は垂直方向を向く。方向が容器１の軸３に平行に伸びる場合はいわゆる長手方向であり、面が軸３を含む場合はいわゆる長手面であり、面が軸３と直交する場合はいわゆる横断面である。

容器１は、例えばＰＥＴなどの熱可塑性プラスチック材料で作製され、予備加熱したビレットの延伸ブロー成形で知られる方法で得ることができる。

本体２は、一連の側面９がくぼんで凹部を形成し、この凹部は底部８側の下方溝１０と肩部４側の上方溝１１との間に伸びる。

各側面９は、凹状の中央領域１２と、少なくとも１つの凸状の付属領域１３とを備え、付属領域は中央領域１２と長手方向で隣接しているため、側面９は横から見ると起伏のある輪郭である。凹状およびその逆の凸状は、本明細書では容器１に対して規定し、凹状とは曲率半径が容器１の外側で測定されるという意味であり、逆に凸状とは曲率半径が内側で測定されるという意味である。

図には容器１の２つのバージョンを示した。図１から図１０の第１のバージョン、および図１１から図１７の第２のバージョンである。

第１のバージョンでは、容器１は、１２０°に分散した３つの側面９を備え、それぞれの側面は、凹状の中央領域１２と、底部８側に位置する単一の凸状の付属領域１３とを備える。側面９は、横断面が円弧状で全体形状が側面９の形状と嵌合する中間面１４で隔てられる。

中央領域１２の幅、すなわち横断方向の寸法は、付属領域１３の幅よりも大きい。図３を見ればよくわかるように、側面９は、中央領域１２の最大の凹部で最大の幅である。

中央領域１２の曲率は長手方向に変動する。中央領域１２の中央ではほぼ一定であり、付属領域１３の辺りで徐々に小さくなる。

そのため、人体解剖学と同じように、側面９は長手方向の輪郭が脊柱の輪郭と似ており、中央領域１２は脊椎の腰部に該当し、付属領域１３は仙骨に該当すると言える。

図５から図８の横断面図に示したように、側面９の曲率も横断方向に変動する。そのため、中央領域１２の頂点で、この領域は横断面がわずかに凹状に見える（図５）。中間の断面で、最も幅の広い箇所では、中央領域１２は逆にわずかに凹状（図６）である。中央領域１２と付属領域１３と間の接合部では、側面９はほぼ平坦である（図７）。最後に、付属領域１３では、側面９は凸状である（図８）。

つまり、付属領域１３には２つの凸部があり、長手面にも横断面にもある。

そのため、側面９は全体的に、外周が丸みのあるへらまたはスプーンの形状であり、中央領域１２はスプーンの凹部を形成し、付属領域１３は柄部分を形成する。

図のなかでもとりわけ図５の横断面を見ればわかるように、中央領域１２では各側面９の外周は、境界が側面９と中間面１４とを接合する単なる角１５、好ましくは尖角（つまり半径が小さい角）になっており、これはパネルの境界が支柱タイプの補剛材である従来の構造とは異なる点である。

中央領域１２と付属領域１３との間の接合部では、側面９は変形可能な膜１６を局地的に規定し、この膜は応力がない状態ではほぼ平面であるが、容器１の温度条件および静水圧条件に応じた曲率を採用することができる。

そのため、ホット充填の際は、膜１６は容器１の外側に向かって膨張して変形し、図９に実線で示したように、長手面でも横断面でも凸状形態を取り、側面９の付属領域１３の延長線上にくる。

逆に、容器１に入っている液体が（容器に蓋をしたのちに）冷却されると、容器に入っている空気の体積が収縮し、場合によっては液体が収縮することによって凹部が生じ、これによって変形可能な膜１６が反転するため、図９に鎖線で示したように、長手面でも横断面でも凹状形態を取り、側面９の中央領域１２の延長線上にくる。

その後、容器１が消費者に開封されると、均圧によって膜１６が再び反転し、膜は再び凸状形態になる。

複数の配置にすることによって、膜１６にかかる変形箇所をよりよく特定することができる。

まず、各側面９に、中央領域１２の底部から半径方向に突出する補剛材１７を設ける。補剛材１７は、中央領域１２の中央の長手線の両側に長手方向に伸び、隣接する３つのリブ１８、１９、すなわち１つの中央リブ１８と、この中央リブ１８の両側に隣接する２つのサイドリブ１９とを備える。中央リブ１８の高さおよび幅は、サイドリブ１９の高さおよび幅よりも大きい。図６を見ればわかるように、中央リブ１８はわずかに凹状の外面２０を備えているが、この外面の反りは側面９の中央領域１２の反りよりも小さい。

中央リブ１８は、中央領域よりも上にある縁２２から離れた上端部２１まで上に向かって伸び、中央領域１２と付属領域１３との間の接合部、つまり変形可能な膜１６に隣接する下端部２３まで下に向かって伸び、中央リブ１８の外面２０が変形可能な膜１６の外表面２４と同じ高さになるようにする。

補剛材１７は、２つの機能を有する。まず、ホット充填の際には、半径方向の湾曲に対する抵抗力によって、液体の温度および静水圧の作用で膨張する傾向にある中央領域１２の変形を制限する。次に、軸方向の圧縮に対する抵抗力によって、容器１を積層する際に本体２が破壊されるのを制限する。

次に、各側面９には、付属領域１３の両側に、底が丸みのあるＶ字型の輪郭をした長手方向の溝２５を局地的に設ける。溝２５は両サイドで、半径が大きいアール部２６を介して付属領域１３に、比較的半径が小さいアール部２７を介して隣の中間面１４に接合するため、半径が小さい方のアール部２７は尖角を形成する（図１０）。

溝２５は、ホット充填の際に、液体の温度および静水圧の作用で曲線が顕著になる傾向にある付属領域１３の変形を制限する機能を有する。

このような配置の結果、補剛材１７は中央領域１２の変形を制限し、溝２５は付属領域１３の変形を制限するため、ホット充填の際の側面９の変形は、補剛していない部分、すなわち中央領域１２と付属領域１３との間の接合部を形成する変形可能な膜１６に局地的に集中する。

図１から図５を見ればよくわかるように、補強手段（ここでは長手方向のリブ２８）を中間面１４に突出するように設けると、このリブ２８は、容器の積載によって軸方向に圧縮される際に本体２の変形を制限し、かつ／または３つのリブ（各中間面１４に１つ）があることによって３角形内にほぼ限定される前記壁の変形を、これらのリブ２８を含む断面で引き起こすことで、容器の壁の変形を誘導する効果がある。

図４を見ると、各２８はアーチ形であり、その端部２９、３０の幅は中央部３１の幅よりも大きいことがわかる。その結果、応力が中間面１４に沿ってよりよく分散される。

図によれば、中央領域１２は、ここでは容器１の口べり６の方を向き、付属領域１３は底部８の方を向いている。しかしながら、この配置は、側面９の機能および容器１の挙動に対する影響を変更しないかぎり逆にしてもよい。

第２のバージョンでは、容器１は、７２°に分散した５つの側面９を備え、それぞれの側面は、中央領域１２とこの中央領域１２の長手方向の両側にある２つの付属領域１３とを備える。第１のバージョンと同じく、中央領域１２の幅は付属領域１３の幅よりも大きく、幅が最も大きい箇所は中央領域１２の最大の凹部に相当する。

側面９は、中央領域の最大の凹部を通る横断軸に対して対称になっている。対称軸は中央本体２のほぼ中間の高さに設定することが有利である。

連続する２つの側面９の間には中間面１４を配置し、この中間面の横断方向の輪郭は、全体形状が円弧状の側面の形状と嵌合する。

中央領域１２の曲率は、長手方向に変動する。対称軸上にある最大の凹部で最大となり、付属領域１３の辺りで徐々に小さくなる。

図１５から図１７の横断面図に示したように、側面９の曲率は横断方向にも変動する。実際、付属領域１３の曲線は凸状であり（図１５）、この凸形状は中央領域１２から離れると顕著になる。中央領域１２に接近するにつれて曲率は小さくなり（図１６）、側面９の真ん中までくると曲率はほぼゼロになる。よって側面９はほぼ平坦である（図１７）。さらに正確には、中央領域１２の付近では、曲率が変動して側面９のほぼ真ん中で逆になる。よって横断方向の輪郭は軽い起伏を呈し（図１８）、真ん中の凹状起伏３２は両側が２つの凸状起伏３３で挟まれる。

第１のバージョンと同じように、各付属領域１３には２つの凸部があり、長手面にも横断面にもある。

第１のバージョンと同じように、側面９の中央領域１２は、尖角１５、つまり曲率半径が中間面の曲率半径よりもやや小さい角を介して中間面１４と接合する。

そのため、側面９は、中央領域１２と各付属領域１３との間の接合部に２つの変形可能な膜１６を有する。応力がない状態では、これらの変形可能な領域１６はほぼ平面であることが好ましいが、軽い曲線でもよいし、凹状でも凸状でもよい。温度条件および静水圧条件に応じた応力の作用により、これらの膜１６の曲率は前記応力を吸収するように変動する。

膜１６は、第１のバージョンとほぼ同じように機能する。つまりホット充填の際は、膜１６は付属領域１３の延長線上に動き、その後容器を充填し、冷却して蓋をする際は、膜１６は側面９の中央領域１２の延長線上に動く。

その後、容器１が消費者に開封されると、均圧によって膜１６が再び反転し、膜は再び凸状形態になる。

第１のバージョンに対してすでに記載した配置と同様の配置をこの第２のバージョンにも適用し、膜１６にかかる変形箇所をよりよく特定するようにする。

そのため、補剛材１７を側面９の中央領域１２にも突出させて設置する。補剛材１７は、側面９の中央の長手線の両側に長手方向に伸びる。図１１から図１８に示した好適な実施形態によれば、各補剛材１７は、Ｗ字型の輪郭を形成するように並置した同一の２つのリブ１８、１９を備える。リブ１８はさらに、わずかに凹状の外面を備えるが、この外面の反りは側面９の中央領域１２の反りよりも小さい。

リブ１８、１９は、側面９の２つの変形可能な膜１６の間に長手方向に伸び、外面は両端が斜面で終わり、膜１６の外表面と同じ高さである。

したがって、第１のバージョンの場合と同じく、補剛材１７は、半径方向の湾曲および半径方向の圧縮に対する容器１の耐性を補強する。

付属領域１３は、底が丸みのあるＶ字型の輪郭をした長手方向の溝２５で包囲される。溝２５は、溝２５と付属領域１３とを接合するアール部２６の半径よりも比較的小さい半径のアール部２７を介して、側面と隣接する中間面１４と接合する。

中央領域１２および付属領域１３を補強された側面９は、中央領域１２と付属領域１３との間の接合部、すなわち変形可能な領域１６で優先的に変形を受ける。

中間面１４は、この中間面を補強するための手段も有する。そのため、長手リブ２８および溝穴３４を側面９同士の間に設置する。前述の実施形態と同じく、これらのリブ２８は、容器１の積載によって軸方向に圧縮される際の本体２の変形を制限し、かつ／または容器１の壁の変形を誘導する効果がある。このようにするためにリブは、５つのリブ２８（各中間面１４に１つ）があることによって５角形内にほぼ限定される前記壁の変形を、これらのリブ２８を含む断面で引き起こす。

補強リブ２８は、中間面１４で突出している。各リブ２８の上端部２９および下端部３０は、両端が斜面で終わって中間面１４と一体化するため、中間面１４のリブ２８の高さは中央領域１２の近くで最大となり、付属領域１３の近くで最小となる。

溝穴３４は、各中間面１４に２つあり、各補強リブ２８の上端部２９および下端部３０の延長線上で、この両端部から離れて設置する。この溝穴は、全体的に楕円形状であり、中間面１４に適切な角度で設ける。

上記の第２のバージョンをもとに、中央領域１２および付属領域１３を単純に長手方向に沿って変化させることによって、３つまたはそれ以上の変形可能な膜１６を有する側面９を作製することができる。

図示していない一変形例によれば、側面９は中央領域１２を備え、この中央領域から３つまたはそれ以上の付属領域１３が星形に伸び、互いに３つまたはそれ以上の変形可能な膜１６を形成する。

側面９の外表面３５は、使用者が手に取った際に容器１が滑るのを制限するハニカム材３６を備えることが有利である。

２つのバージョンを通して記載した実施形態は限定的なものではなく、変形例を実施してもよい。

そのため、容器１は、前述のようにする代わりに、第１のバージョンのように１つの変形可能な膜を有する側面と、第２のバージョンのように２つまたはそれ以上の変形可能な膜を有する側面とを備えてもよい。

さらに、本明細書に記載した２つのバージョンでは、長手方向は本体２の主軸３に平行であるが、側面９はこの軸３に対して角度が９０°に及ぶまで傾斜していてもよいため、側面９は容器１の本体２の横断方向に伸びてもよい。

中央本体２の上下に、容器１は、半径方向の変形を防止するくびれ部などの補足的補剛手段を備えてもよい。底部８にも剛性構造を備えてよい。

変形可能な膜１６の変形箇所を特定することによって、生産ライン全長にわたって容器１の全体形状を確実に保持しつつ従来のパネルから脱却することが可能になる。

変形可能な膜１６の数は、必要に応じて調整してよい。そのため、変形可能な膜１６の数を増加すると、容器をその分さらに大きな応力にさらすか、または各膜が受ける変形の幅を軽減することができる。これは側面９、中間面１４、リブ２８および溝穴３４の数についても同じである。リブ２８は、辺の数がリブ２８の数によって決まる多角形内にほぼ限定される本体２の壁の変形を、これらのリブ２８を含む断面で引き起こす。

本体２に形成される側面９は、とりわけこの側面の境界が支柱のような補足的構造物ではないという点が従来のパネルとは異なる点であり、これによって材料の（よって重量の）節約を実現することと、美観を実現不可能なレベルまで可能にすることとを同時に可能にし、より確実に、より快適に手に取るという容器の人間工学性をも改良する

容量０．５ｌの容器１のサンプルに対して実施した試験から、公知の容器を約１５重量％軽減（２０ｇ軽減）した場合の機械的性能と同等であることが明らかになった。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの側面（９）がくぼんだ本体（２）を備える熱可塑性プラスチック材料製の容器であって、前記側面（９）は、
   − 長手面の輪郭が凹状の補剛した中央領域（１２）と、
   − 前記中央領域（１２）の長手方向の延長線上にあり、長手面の輪郭が凸状の補剛した付属領域（１３）と
   − 前記補剛した領域（１２、１３）の間の接合部に規定される変形可能な膜（１６）と
   を備えることを特徴とする、容器（１）。
2. 応力がない状態では、前記変形可能な膜（１６）は横断面でほぼ平面であることを特徴とする、請求項１に記載の容器（１）。
3. 前記付属領域（１３）は横断面の輪郭が凸状である、請求項１または２に記載の容器（１）。
4. 前記側面（９）は境界が尖角（１５、２７）である、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の容器（１）。
5. 前記付属領域（１３）は、前記付属領域（１３）を包囲する長手溝（２５）で補剛される、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の容器（１）。
6. 各溝（２５）は、アール部（２７）を介して前記本体（２）の中間面（１４）に接合し、前記アール部の半径は、前記溝（２５）と前記付属領域（１３）とを接合するアール部（２６）よりも小さい、請求項５に記載の容器（１）。
7. 前記中央領域（１２）は、前記中央領域（１２）で長手方向に突出して伸びる補剛材（１７）を用いて補剛される、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の容器（１）。
8. 前記中央領域（１２）は、その幅が前記付属領域（１３）よりも大きい、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の容器（１）。
9. 前記本体（２）は、補強手段（２８、３４）を備えた中間面（１４）で隔てられた複数の側面（９）を備える、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の容器（１）。
10. 前記側面（９）は、２つの付属領域（１３）の長手方向に延長線上にある中央領域（１２）を備え、前記付属領域と前記中央領域（１２）との接合部は、２つの変形可能な膜（１６）を規定する、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の容器（１）。

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