JP3644215B2 - ガラスびん - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐ウォータハンマ強度を向上させた包装に用いるガラスびんに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスびんは、輸送の際の衝撃によってウォータハンマ現象が発生し、破壊してしまうことがある。ウォータハンマ現象は、びんの急激な落下によって生ずるキャビテーションでびん内表面に傷（衝撃痕）が入ってガラス材料強度が劣化するのが一次要因となり、内容物の落下による動圧でびん内表面に応力が集中することが二次要因となり、びんが破壊する現象であることが知られている。ウォータハンマ現象による破壊を防ぐために、従来は、内圧により生じる内表面軸方向最大応力をなるべく小さくなるようなびんの肉厚分布、すなわち、上記の内表面軸方向最大応力が発生する位置の肉厚をなるべく厚くすることが行われている。これは、上記の二次要因によるびん破壊の対策であるといえる。従来のびんの形状においては、上記の内表面軸方向最大応力が発生する位置は、びん内面底最深部付近である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ガラスびんには、なるべく軽量化しなければならないという命題があり、従来の内表面軸方向最大応力が発生する位置の肉厚をなるべく厚くすることで耐ウォータハンマ強度を向上させるには限界があった。本発明は、従来の視点と全く異なる発想によりガラスびんの耐ウォータハンマ強度をさらに向上させることを目的とするものである。
【０００４】
本発明は、びん内面底最深部がびん内面底の周囲部分にあるびんにおいて、内圧による内表面軸方向最大応力発生位置を、ウォータハンマ現象による衝撃痕の数が最大となるびん内面底最深部から垂直方向で３ｍｍ以上上方に離したびん周壁部内表面としたことを特徴とする耐ウォータハンマー強度の大きなガラスびんである。
【０００５】
出願人は、種々の形状のびんを作成して落下実験を繰り返し、キャビテーションによってびん内表面に生じる衝撃痕について解析を行った結果、衝撃痕が生じるのはびん内面底の最深部付近が最大であることを発見した。したがって、内圧による内表面軸方向最大応力発生位置をびん内面底最深部から離隔させることによって、衝撃痕が多く発生する部分における発生応力が小さくなり、びんが破壊される可能性も小さくなるのである。内圧による内表面軸方向最大応力発生位置をびん内面底最深部から垂直方向で３ｍｍ上方に離すと、びん底最深部付近の応力は最大応力よりも４０〜５０％程度小さい応力となり、耐ウォータハンマ強度は１．７〜２倍程度に向上することなる。これは、上記のウォータハンマ現象の一次要因に着目したもので、画期的なものである。内圧による内表面軸方向最大応力発生位置をびん底最深部から離すことは、具体的には、底最深部をなるべくびんの中央側に寄せることであり、これはパリソンの形状や仕上げブロー時のパリソン温度分布を調整するなどして実現できる。
【０００６】
参考のために、キャビテーションでびん内表面に生じた衝撃痕の実験結果の一部を記載する。図１の下方に示す２種類の底形状を有するびんのアルミニウムモデル（衝撃痕を確認しやすいように）を作成した。形状１は底最深部が中心から２０ｍｍの位置、形状２は底最深部が中心から１４ｍｍの位置である。それぞれのモデルについて１００回の落下衝撃を与え、衝撃痕の１平方ｃｍ当たりの個数を数えた結果、図１の上方に示すグラフのようになった。このグラフにおいて、縦軸は衝撃痕の個数（個／平方ｃｍ）、横軸は底中央からの距離（ｍｍ）である。いずれの形状においても、底最深部において衝撃痕の個数が最大になっている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図２は実施例のびんの底形状（図の左側に表示）と内表面軸方向応力の分布（図の右側に表示）を示している。このびんは内容量２５０ｍｌのびんで、外径（直径）６１ｍｍ、高さ１４２ｍｍである。内表面軸方向応力は内圧として１（ＭＰａ）を負荷した場合を示している。びん内面底最深部は中心から約１８ｍｍ外側の位置にしてある。最大応力は、びん内面底最深部から約４．５ｍｍ上方の位置で、その値は約２１．８（ＭＰａ）である。びん内面底最深部における応力は約８（ＭＰａ）である。
【０００８】
図３は比較例として従来のびんの底形状（図の左側に表示）と内表面軸方向応力の分布（図の右側に表示）を示している。このびんの内容量、外径、高さ及び重量は実施例と全く同じである。びん内面底最深部は中心から約２２ｍｍ外側の位置にしてある。最大応力は、ほぼびん内面底最深部の位置で、その値は約２１．５（ＭＰａ）である。
【０００９】
実施例と比較例のびんは、それぞれびん内面底最深部において衝撃痕の数が最大となるが、最深部付近における応力は実施例のびんが比較例に比べて約５０％も小さい値となっており、ウォータハンマ現象の二次要因による耐破壊強度は最深部付近において約１００％大きくなっているといえる。一方内表面軸方向応力が最大となる位置における衝撃痕の数は、実施例のびんは比較例のびんに比べて４分の１程度の数であり、当該位置のウォータハンマ現象の一次要因が発生する可能性は、実施例のびんの方が著しく少ないといえる。これらの要素を総合すると、実施例のびんの耐ウォータハンマ強度は、比較例のびんの少なくとも２倍以上あるといえる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明は、びん底の内面形状における最深部の位置を中心寄りにすることで、内表面軸方向最大応力発生位置をびん底最深部から離隔し、耐ウォータハンマ強度を著しく改善するものであるから、びんのガラス量（重量）は従来のままで、ウォータハンマ現象によってびんが破壊されることを効率的に防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】びんに発生する衝撃痕の説明図である。
【図２】実施例のびんの底形状と内表面軸方向応力との関係を示す説明図である。
【図３】比較例のびんの底形状と内表面軸方向応力との関係を示す説明図である。

Claims (1)

1. びん内面底最深部がびん内面底の周囲部分にあるびんにおいて、内圧による内表面軸方向最大応力発生位置を、ウォータハンマ現象による衝撃痕の数が最大となるびん内面底最深部から垂直方向で３ｍｍ以上上方に離したびん周壁部内表面としたことを特徴とする耐ウォータハンマー強度の大きなガラスびん

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