JP2017206309A - 破断可能な容器 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉性があり、容器の構造的な完全性を低減させることなく、開封時は破断線に沿って容易に開封可能な容器を提供する。【解決手段】破断線１６の周囲の壁厚が概して一定である容器２であって、本体の前記壁の中間部分の両側に所定のレベルを超える力が付与されると、それに沿って前記本体が破断する屈曲部と、前記本体の幅を減少させ、前記屈曲部の両側に力が付与された時にその減少された幅に沿って応力を集中させる構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は一般に容器に関し、より詳細には、開けるために破断可能な容器に関するものである。

容器は、ガラス、金属、プラスチックをはじめとする様々な材料で製作される。近年、プラスチック容器が、その軽量な構造と低コストから好まれている。具体的には、プラスチック容器は公知の成形および熱成形工程で製造される。出荷、取扱、保管に耐えられるように、プラスチックは丈夫であるべきである。今日好まれているプラスチックとしては、ＰＥＴおよびハイインパクトポリスチレン等がある。具体的には、プラスチックは、予期される力や予期されない力が付与された時の破断に耐えるように選択される。

公知の密閉容器の多くは、材料を受けるための空洞を画定する本体と、その空洞を密閉する蓋またはカバーとを含む。ある容器では、カバーは機械的相互接続手段、たとえばスナップフィット式接続手段またはねじ式接続手段等によって本体に接続される。また、ある容器では、カバーは接着剤やヒートシールによって本体に接続される。このような容器の中には、格納されている物質にアクセスするために、カバーを本体から容易に取り外せるものがある。しかしながら、小型の容器の場合、カバーの取り外しは難しいことがある。

他の容器は、カバーが本体に接続されたままであるように構成され、その本体は力を付与すると破断し得る。ＰＥＴまたはハイインパクトポリスチレンから製造される容器の全体的な強度を保持しながら破断可能な開口部を提供するために、容器の壁のうちの１つに脆弱部、たとえばその壁の薄壁部または目打ちが設けられる。

成形工程中に壁厚を変化させることができるため、脆弱部を含むプラスチック容器は、基本的な成形工程によって製造されることが多い。脆弱部を有する他のプラスチック容器は熱成形され、その脆弱部は切削または穿孔によって設けられる。熱成形による容器では壁厚が減少されるため、最小限の壁厚を保持し得るように、脆弱部は容器の概して平坦な部分に設けられ、その結果、ある程度の構造的安定性が提供され、その一方で、一部分の強度が十分に弱められて破断可能となる。

脆弱部により、そのパッケージは、容器本体の大部分に沿って、ＰＥＴまたはハイインパクトポリスチレン固有の望ましい構造的完全性を保持し得る。しかしながら、容器本体の一部分を弱くすると、容器は、好ましくないことに、容器本体に力が付与されることによって、または容器の内圧の結果として損傷を受け、それにより容器の密閉性が損なわれることがある。

脆弱部を利用した際の影響を軽減するために、公知の熱成形による容器においては、脆弱部が容器の角またはその他のより小さな部分に沿って延びるように配置される。このように脆弱部をなるべく小さくすることから得られる小さな開口部では、空洞内に格納された製品が重力の影響を受けて自由に流動しない。これは、空洞からの意図しない吐出を減少させるのに役立つものの、使用者は内容物を吐出させるために、単純に容器を傾けるのではなく、容器を絞るかまたはその他の方法で変形させなければならない。

多くの容器は、内容物をさらに保護するために、内側コーティングまたは内層を含んでいる。このようなコーティングは、特定の材料を容器内に格納するため、または特定の環境には有効であるものの、壁の脆弱部によって容器本体の完全性が損なわれることに対処しようと意図されたものではない。

本発明にかかる容器は、吐出可能な内容物を格納するための少なくとも１つの空洞を画定する少なくとも１つの壁を有する本体と、前記空洞を充填するための開口部を画定する前記本体の上縁部と、前記本体の前記上縁部に沿って延びるフランジと、前記フランジに固定され、前記空洞内に吐出可能な内容物を密封するカバーと、前記本体の前記壁の中間部分の屈曲部であって、前記屈曲部の両側に所定のレベルを超える力が付与されると、それに沿って前記本体が破断する屈曲部と、前記本体の幅を減少させ、前記屈曲部の両側に力が付与された時にその減少された幅に沿って応力が集中するようになっている、前記本体の前記中間部分の先細り形状と、前記容器の中立軸を前記フランジに向かって推移させ、前記屈曲部の両側に力が付与された時に前記屈曲部に沿って応力を増大させる、前記屈曲部における前記フランジの拡張部分と、前記中間部分に沿った前記本体の前記壁の概して一定である厚みと、を含む。

容器の斜視図である。 図１の容器の中間部分の拡大斜視図である。 使用者によって握られている、図１の容器の斜視図である。 図１の容器の側面図と、容器の長さに沿った容器の中立軸の相対的な位置を示すグラフである。 図１の容器の中間部分の拡大側面図である。 部分的に破断した本体を示す、図１の容器の中間部分の拡大側面図である。 図１の容器の中間部分の側面図の拡大断面図である。 容器に力が付与されている、図１の容器の中間部分の側面図の拡大断面図である。 容器に力が付与された結果として破断した下面を示す、図１の容器の中間部分の側面図の拡大断面図である。 図１の容器の側面図である。 図１０Ａの容器の端面図の断面図である。 図１の容器の側面図である。 図１１Ａの容器の端面図の断面図である。 図１の容器の側面図である。 図１２Ａの容器の端面図の断面図である。 図１の容器の側面図である。 図１３Ａの容器の端面図の断面図である。 図１の容器の側面図である。 図１４Ａの容器の端面図の断面図である。 図１の容器の側面図である。 図１５Ａの容器の端面図の断面図である。 図１の容器の平面図である。 図１６Ａの容器の側面断面図である。 角張った先細り形状と中立軸を示す、図１の容器の屈曲部に沿った端面断面図である。 代替的な丸い先細り形状と中立軸を示す、図１の容器の屈曲部に沿った端面断面図である。 乳頭状部を有する代替的な丸い先細り形状と中立軸を示す、図１の容器の屈曲部に沿った端面断面図である。 応力と中立軸からの距離ｙの比例関係を比較するグラフである。 張力低減リブを有する容器本体における、応力と中立軸からの距離ｙの関係を比較するグラフである。 他の壁部分と摩擦係合するある壁部分の突起の摩擦係合によって再び閉じられた破断した本体を示す、図１の容器の中間部分の側面図の拡大断面図である。

図１に、吐出可能な商品を空洞内に密封するための容器２が示されている。容器２は、吐出可能な商品を受けるための空洞を画定する本体４を含む。本体４の上縁部６は、空洞の開口部を画定する。容器２のフランジ８が、本体４の上縁部６から延びる。フランジ８の上面１０は、そこにカバー１２が固定されるための概して平坦な面を有する。本体４とカバー１２によって、吐出可能な商品を格納するための密閉環境が提供される。商品に容易にアクセスするために、容器２は、その幅１４にわたり、特定の破断線１６に沿って破断可能である。容器内の密閉環境の完全性を確保するために、本体４は、破断線１６に沿った部分でさえも、概して一定の壁厚１８を有する。

図１〜３に示されるように、本体４は長い構造を含むが、他の構成も想定される。本体４は、反対側の端部２０と２２を含み、相対する端部２０と２２の間に中間部分２４が配置される。図１〜９に示されるように、破断線１６は、本体４の中間部分２４の中に配置される。図３に示されるように、本体４は、第一の端部２０から破断線１６まで延びる取手部分２６と第二の端部２２から破断線１６まで延びる遠位部分２８を含む。取手部分２６は、使用者が握るように構成され、容器２を片手で操作して使用することができる。遠位部分２８の指掛け面３０は、たとえば使用者の親指でもって使用者が指を掛けて、開くための力を本体４の遠位部分２８に付与することにより、本体４が破断線１６に沿って破断するように構成される。図３に示されるように、指掛け面３０は、取手部分２６の下面３１からオフセットされ、たとえば指の形に沿うようにアーチ状であり、人間工学的に指を掛けることができる。

図１０Ａ〜１６Ｂに示されるように、破断線１６の周囲の壁厚１８が概して一定であることにより、充填、取扱、保管中に容器２の完全性が意図せずに損なわれる傾向が小さくなる。構造的な完全性を向上させるために、容器２は、本体４の遠位部分２８の指掛け面３０に力が付与された時に、容器２の破断線１６に沿ったベース面３２での応力が最大になるように構成される。

具体的には、図１、２、４〜９に示されるように、本体４は、本体４の幅１４にわたって延び、破断線１６を画定する屈曲部３４を含む。更に、図１および２に示されるように、容器２は、本体４の中間部分２４における先細り形状３６と、破断線１６に隣接するフランジ８のフランジ拡張部分３８とを含む。

本体４の屈曲部３４は、熱成形工程によって提供される。同様の屈曲部は、予備成形された本体を折り曲げて折り目を付けることによって提供される。しかしながら、折り曲げは、それによって屈曲線に沿った応力が発生する可能性があり、これが本体４の全体的な強度を低下させるかも知れず、望ましくない破断に繋がるかも知れないため、好まれない可能性がある。それに対して、熱成形による屈曲部３４は、本体４に追加の応力を付与しない。

遠位部分２８の指掛け面３０に力が付与されると、本体４の屈曲部３４により、本体４の外面３３に沿って屈曲部３４のベース面３２に追加の応力がかかる。図７〜９に示されるように、指掛け面３０に力が付与されると、屈曲部３４はまっすぐになる。具体的には、図７は、力が付与されていない状態の本体４の断面を示したものである。図８に示されるように、指掛け面３０に力が付与されると、屈曲部３４のベース面３２が張力を受け、これによって本体４に応力が発生する。図９に示されるように、ベース面３２に沿った応力が屈曲部３４をまっすぐにするのに必要な張力を超えると、屈曲部３４がまっすぐになり、屈曲部３４のベース面３２に沿って裂け目４０が形成される。破断すると、屈曲部３４が破断線１６を画定し、これに沿って亀裂が進展する。裂け目が形成され始めるのに必要な力は、破断線１６に沿って亀裂が進展するのに必要な力よりも大きい。その結果、容器２はより大きな応力に耐えて、密閉状態を保持することができるものの、容器２が一旦破断すると容易に開けられる。

屈曲部３４は、屈曲部３４の両側にある本体４の壁部分４２および４４によって画定される角度αを含む。角度αは、屈曲部３４に沿った破断を促進するように構成される。具体的には、角度αがより大きいと、屈曲部３４がまっすぐになる時の屈曲部３４に沿った応力が増大する。望ましい程度に応力を増大させるために、角度αは少なくとも約７０度である。場合により、角度αは約７０から約９０度までの範囲である。

上述のように、本体４は、屈曲部３４のベース面３２の応力の大きさを増大させるための他の特徴を含む。屈曲部３４のベース面３２における応力は、ベルヌーイ・オイラー梁の応力の方程式により特徴付けられる。

σ＝梁部材にかかる平均応力
Ｍ＝面３０に付与される力により提供される中立軸５８周りのモーメント
ｙ＝破断していない容器２における中立軸５８から屈曲部３４のベース面３２によって表される降伏点までの垂直距離
Ｉ_ｘ＝中立軸５８周りの断面二次モーメント

本体４は、中立軸５８と屈曲部３４のベース面３２の間の距離ｙを増大させると共に、特に望ましい破断または破断線１６における断面二次モーメント（Ｉ_ｘ）を減少するための特徴を含む。破断線１６の周囲の本体４の先細り形状３６により、中立軸５８から離れた位置にある材料の量が減少する。さらに、本体４の高さを破断線１６において低くすることにより、特に断面二次モーメント（Ｉ_ｘ）が減少される。

図４〜６に示されるように、容器２は、その点に沿って長手方向に応力が生じない中立軸５８を含む。より具体的には、指掛け面３０に力が付与されると、中立軸５８からフランジ８までにわたる容器２の部分６０に圧縮応力が作用する。さらに、中立軸５８からベース面３２までにわたる容器２の部分６２に引張応力が作用する。中立軸５８の位置は、容器２の形状と質量分布に基づいて決定される。図４に示されるように、中立軸５８の位置は、本体４の形または形状の変化に伴い、容器２の長さに沿って変化する。前述のように、ベルヌーイ・オイラーの方程式は、指掛け面３０に力が付与される時、容器２のある点における応力が、中立軸５８からその点までの距離ｙに比例することを表している。

本体４の破断を破断線１６に沿って案内するために、容器２のフランジ８は、破断線１６に隣接する中間部分２４に沿ったフランジ拡張部分３８を含む。フランジ拡張部分３８により、本体４に対する破断線１６に隣接するフランジ８の質量が増加する。フランジ８に沿って質量が増加すると、図４に示されるように、容器２の中間部分２４における中立軸５８はフランジ８に向かってかつ屈曲部３４のベース面３２から遠ざかる方向に推移する。その結果、ベース面３２は中立軸５８からさらに離間し、それによって破断線１６に沿ったベース面３２における応力が比例的に増大し、本体４の引張強度に打ち勝つのに必要な力の大きさが減少する。

ベース面３２が破断して本体４が破損すると、中立軸５８がフランジ８に向かって推移し、最終的に破損がフランジ８に到達する。具体的には、フランジ拡張部分３８に関連する質量の増加によって、中立軸５８はフランジ拡張部分３８に向かって推移する。中立軸５８のこの移動が破断線１６に沿った亀裂を案内する。

図１、２、１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂに示されるように、本体４の上縁部６は、破断線１６の端部において内側に延びる部分６３を含む。内側に延びる部分６３はフランジ８の拡張部分３８に対応し、その結果、フランジ拡張部分３８間にわたる本体４の幅が減少する。

あるいは、フランジ拡張部分３８を提供する上記以外の構成も想定され、これには、破断線１６に隣接するフランジ８の厚さを変化させることや、フランジ８をさらに外側に延ばすことが含まれる。さらに、フランジ８を本体４の上縁部６から内側に、または内側または外側を組み合わせて延ばすことも想定される。

破断線１６に沿った応力をさらに集中させるために、図１、２、１７〜１９に示されるように、本体４は先細り形状３６を含む。その先細り形状３６によってベース面３２の幅４６が減少し、指掛け面３０に力が付与されることによって生じる応力がより小さな領域に集中する。その結果、本体４の屈曲部３４をまっすぐにするのに十分な応力を発生させるために必要な力の大きさが、より広い本体を有する容器と比較して減少する。

先細り形状３６には、破断線１６に沿ったベース面３２の頂点４８が含まれる。この頂点４８は、図１７に示されるように、幅４６を狭くするために角張った形状４９を含んでいてもよく、その結果、さらに小さな領域に応力が集中する。あるいは、図１８に示されるように、頂点４８は丸い形状５０を含んでいてもよい。丸い形状５０でも、幅４６は減少するが、角張った形状４９の幅よりも若干広い。これにより本体４を破断するのにより大きな力を必要とするものの、その結果としてできる開口部はより大きくなり、空洞の内容物をより早くかつより容易に吐出させることができる。

本体４のベース面３２の幅４６が減少することに加えて、先細り形状３６は、中立軸５８の位置にも影響を及ぼすが、これは、より四角に近い形状の場合と比較して、先細り形状３６を提供するのに使用される材料が減少するからである。その結果、中立軸５８はフランジ８に向かってベース面３２から遠ざかるように推移し、その結果、指掛け面３０に力が付与された時のベース面３２に沿った応力がさらに増大する。

頂点４８はさらに、本体４の丸い形状５０上に乳頭状部５２を含んでいてもよい。図２および１９において最もよく示されているように、乳頭状部５２は丸い形状５０から延び、角張った又はほとんど角張った乳頭状部ベース面５４を提供する。この乳頭状部ベース面５４によって提供される乳頭状部の幅５６は、丸い形状５０の幅４６よりも狭いものの、角張った形状４９よりも広くなる。乳頭状部５２を加えることにより、中立軸５８はフランジ８から離れる方向に推移し得るものの、ベース面３２と中立軸５８の間の距離ｙの増加量が大きくなる。その結果、乳頭状部５２によってより小さな領域に沿って応力が集中し、これは角張った形状４９の場合と同様であるが、丸い形状５０に関連する開口部の大きさはより大きくなる。

図１および２に示されるように、容器２は、本体４の取手部分２６の内側に突出するリブ６４を含む。リブ６４は、本体４の凹部７０へと開放する一対の離間した縁部６６および６８と、それに対応するフランジ８の幅広部７２とを含む。リブ６４によって、指掛け面３０に力が付与された時の本体４に沿った引張応力が緩和される。具体的には、本体４にかかる応力の増大により、離間した縁部６６および６８が相互に離れるように付勢され、その結果、リブ６４の凹部７０が平坦になる。

リブ６４がない場合、本体４に沿った個々の位置における応力は、図２０に示されるように、中立軸５８からの距離ｙに概して正比例する。本体４への平均応力は、本体４の幅にわたる個々の位置での応力の平均である。しかしながら、リブ６４を含めることは、フランジ８に隣接する本体４に沿った応力を軽減させるように作用する。本体４の部分に沿った応力が減少する結果、本体４のその他の部分に沿った応力が増大し、それによって本体４に沿った平均応力は変化しない。図２１に示されるように、リブ６４を含めることにより、距離ｙとともに曲線に沿って応力が増大し、これは、図２０に示される直線的な関係よりも指数曲線により近い。その結果、フランジ８に隣接する本体４の応力は減少し、その一方でベース面３２における応力は大幅に増大する。

図１０Ｂに示されるように、リブ６４の凹部７０は、リブ６４に隣接するフランジ８の幅広部７２が破断線１６に隣接するフランジ８の拡張部分３８よりも広くならないように構成される。幅広部７２の方が広いと、中立軸５８が影響を受け、裂け目は、破断線１６に沿った滑らかな所定の線ではなく、リブ６４に向かってぎざぎざの線を辿るであろう。

リブ６４はさらに、容器２に容器２のつぶれに抵抗するような構造的強度を提供する。

本体４とフランジ８は好ましくは、図１〜４に示されるように一つの部材として形成される。本体４とフランジ８は、公知の工程、特に熱成形によって形成される。本体４とフランジ８は好ましくは、取扱、充填、輸送されるのに十分な強度を持つ材料で構成される。さらに、その材料は、本体４が屈曲部３４に沿って破断できるのに十分に脆くなければならない。好ましくは、材料の亀裂伝播強度が低く、それによって、屈曲部３４が初めに破断した後は、過剰な力を加えなくても亀裂が入り続ける。具体的には、例示的な材料として、天然またはローインパクトポリススチレン、ミディアムインパクトポリスチレン、二軸延伸ポリスチレンがある。

本体４の壁厚１８は、充填、流通、取扱時の過酷さに耐え得る丈夫な容器を提供するように選択される。前述のように、壁厚１８は、破断線１６の周囲で概して一定のままである。ある場合には、壁厚１８は約０．３ｍｍから約６ｍｍまでの範囲であってもよい。他の場合には、壁厚１８は約０．６ｍｍから約１ｍｍまでの範囲であってもよい。さらにまた、ある場合には、本体４の全体に沿って壁厚を概して一定として、容器２に沿って一定の保護レベルを提供することが望ましいかもしれない。

容器２に格納される特定の材料を収容するため、または保護レベルを高めるために、機能的な内側コーティングまたは内層を本体４の内面７４に塗布することができる。内側コーティングによって追加の安全手段が得られ、たとえばシーリング材または酸素バリアとしての役割を果たす。本体４の外面３３で破断が発生し、そこから開始されるため、本体４の内面７４にコーティングを追加しても破断工程に影響を受けない。そのため、コーティングは、構造的支持手段を提供するためではなく、機能的特性を提供するための量だけ塗布される。

外側カバー１２は柔軟な材料で製造される。外側カバー１２は、空洞が永久的接着剤シール、熱溶接または超音波ボンディングによって充填された後に本体４に固定されてもよい。外側カバーの材料は、屈曲部３４が破断した後に取手部分２６と遠位部分２８の間のヒンジとしての役割を果たし得るように選択される。そのため、外側カバー１２は、本体４が破断した時に破断またはその他の破損をしないように選択される。外側カバー１２は、本体４と同じ材料でも、異なる材料でもよい。たとえば、カバー１２は、ポリプロピレン等の単層のポリマシート、あるいはたとえばポリマ、紙またはアルミ箔の層の組合せを含む積層材料から製造してもよい。カバー１２には、容器２の中に格納される製品または内容物を特定するための印刷を施すことができる。

フランジ８は、本体が破断した時に無傷なままであるように構成され、カバー１２とともに、取手部分２６と遠位部分２８の間のヒンジとしての役割を果たす。ある場合には、本体４は２００７年６月２９に出願された米国特許出願第１１／７７１，３７２号明細書において開示されているように、再び閉じることが可能となるように構成され、同出願の全体が本願に援用される。

たとえば、壁部分４２および４４は、本体４が破断された後に、それらの間で摩擦嵌合するように構成される。具体的には、図２２に示されるように、壁部分４４は、その外面３０に沿って延びる突起７６を含んでいてもよい。突起７６は空洞内に受けられ、壁部分４２の内面７４と係合するように構成され、その結果、ヒンジ周りの遠位部分２８の旋回に抵抗する。

特定の方法と製品の実施形態を特に参照しながら本発明を具体的に説明したが、当然のことながら、この開示に基づく各種の改変、改良、適応が可能であり、これらも以下の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲に含まれるものとする。

Claims (14)

1. 吐出可能な内容物を格納するための少なくとも１つの空洞を画定する少なくとも１つの壁を有する本体と、
   前記空洞を充填するための開口部を画定する前記本体の上縁部と、
   前記本体の前記上縁部に沿って延びるフランジと、
   前記フランジに固定され、前記空洞内に吐出可能な内容物を密封するカバーと、
   前記本体の前記壁の中間部分の屈曲部であって、前記屈曲部の両側に所定のレベルを超える力が付与されると、それに沿って前記本体が破断する屈曲部と、
   前記本体の幅を減少させ、前記屈曲部の両側に力が付与された時にその減少された幅に沿って応力が集中するようになっている、前記本体の前記中間部分の先細り形状と、
   前記容器の中立軸を前記フランジに向かって推移させ、前記屈曲部の両側に力が付与された時に前記屈曲部に沿って応力を増大させる、前記屈曲部における前記フランジの拡張部分と、
   前記中間部分に沿った前記本体の前記壁の概して一定である厚みと、を含む容器。
2. 前記屈曲部が丸い形状を含む、請求項１に記載の容器。
3. 前記屈曲部が概して少なくとも約７０度の角度を画定している、請求項１に記載の容器。
4. 前記屈曲部が概して約７０度から約９０度までの範囲の角度を画定している、請求項１に記載の容器。
5. 前記本体が前記屈曲部から離間した窪みを含み、前記屈曲部の反対側に力が付与された時に前記本体への応力を減少させるようになっている、請求項１に記載の容器。
6. 前記フランジが前記本体の前記上縁部から外側へ延びている、請求項１に記載の容器。
7. 前記フランジが概して一定の厚さを有している、請求項１に記載の容器。
8. 前記本体の前記上縁部が、前記フランジの前記拡張部分に対応する一対の内側に延びる部分を含む、請求項１に記載の容器。
9. 前記先細り形状が角張った部分を含み、前記中間部分における幅が減少されている、請求項１に記載の容器。
10. 前記先細り形状が下面の丸い部分を含む、請求項１に記載の容器。
11. 前記先細り形状が、前記丸い部分の減少された幅よりも狭い幅を有する乳頭状部を含み、該乳頭状部に沿って応力を集中させるようになっている、請求項１０に記載の容器。
12. 前記本体がスチレンを含む、請求項１に記載の容器。
13. 前記本体が、ローインパクトポリスチレン、ミディアムインパクトポリスチレン、二軸延伸ポリスチレンからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の容器。
14. 前記本体の前記壁全体が概して一定の厚さを有している、請求項１に記載の容器。

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