JP4814726B2 - 内容物充填ボトルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂製ボトルの内部に液状内容物が密封されてなる内容物充填ボトルの製造方法に関する。

従来、飲料等を内容物とする合成樹脂製ボトルとして、例えばポリエチレンテレフタレート製のブロー成形ボトル（ＰＥＴボトル）が知られている。

この種のボトルにおいて、内部に液状内容物が充填された内容物充填ボトルを製造するときには、先ず、加熱殺菌のために高温（例えば約８５℃）に加熱された飲料を充填する充填工程（一般にホット充填と言われる）を行い、次いで、キャップにより口部を封止する封止工程を行い、その後、ボトルに充填された内容物を冷却する冷却工程を行う。これによると、冷却工程による飲料の体積減少に伴ってボトル内が減圧状態となり、この影響からボトルの胴部が変形して外観上好ましくない。

そこで、ボトルの底部に、一部を凹凸反転自在とする傾斜部を設けておき、内容物充填ボトルを製造するときに、その傾斜部を底部の外側に凸出させた状態で内容物の充填工程を行い、封止工程によりボトル口部をキャップによって封止し、内容物の冷却工程を行った後に、底部の傾斜部をボトルの内方に凹入させる凹入工程を行うようにしたものが知られている（特許文献１参照）。

これによって、冷却工程によりボトル内部が減圧して胴部が一時的に縮径方向に変形した状態となっても、その後の凹入工程により傾斜部がボトルの内方へ凹入加圧されるのでボトル内部の減圧状態が相殺され、胴部の減圧変形が解消される。このように、ボトル底部に凹凸反転自在の傾斜部を設け、内容物を封止した後に傾斜部を反転させるようにすれば、ボトルの減圧変形が解消でき、また、凹凸反転自在とする傾斜部により底部の薄肉化が可能となるので、ボトルの材料コストを低減することができる。
特表２００６−５０１１０９

しかし、底部に凹凸反転自在とする傾斜部を設けても、前記冷却工程の後に前記凹入工程を行うので、冷却工程を経て凹入工程が行われるまでの間、胴部が一時的に変形することを防止することができない。そして、特に、ＰＥＴボトルのように比較的薄肉の胴部を備えるものにおいては、凹入工程によりボトルの減圧変形が解消されても、冷却工程で一時的に変形した部分が変形痕となって胴部に残るおそれがある。

また、前記充填工程においてボトルの底部の傾斜部を外側に凸出させた状態で充填作業を行うために、凹入工程が行われるまでは、ボトルの底部の傾斜部を外側に凸出させた状態が維持される。このため、例えば、少なくとも冷却工程を行う装置への投入及び排出等のような凹入工程を行う装置までの装置間の搬送においてはコンベアによるボトルの自立搬送が行えず、搬送経路の装置構成が複雑化する不都合がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、冷却工程を経て凹入工程が行われるまでの間に生じる胴部の変形を抑制することができ、更に、少なくとも冷却工程を行う装置への投入及び排出においてボトルの自立搬送を可能とすることができる内容物充填ボトルの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、口部と、該口部の下方に連設された胴部と、該胴部の下部を閉塞する底部とを備える合成樹脂製ボトルの内部に液状内容物が密封されてなる内容物充填ボトルの製造方法に関するものである。本発明においては、前記底部に、胴部の下端に連設された接地面を有する脚部と、該脚部に包囲された領域に形成されて胴部内方乃至胴部外方に向かって反転自在に傾斜する傾斜部と、該傾斜部に包囲された底部中央部とを備えると共に、前記傾斜部の外周縁に沿って環状に形成されて該傾斜部の反転時に外周側のヒンジとなる外周ヒンジ部と、該傾斜部の内周縁に沿って環状に形成されて該傾斜部の反転時に内周側のヒンジとなる内周ヒンジ部と、該傾斜部の外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間に環状に形成されて該傾斜部を外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間で屈曲自在とする中間ヒンジ部とを備えるボトルを採用する。

前記目的を達成するために、本発明は、先ず、前記外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部を胴部外方に向かって反転凸出させた状態でボトルの内部に液状内容物を充填する充填工程を行い、次いで、該充填工程により液状内容物が充填されたボトルの口部にキャップを嵌着して封止する封止工程を行う。なお、該充填工程においては、前記ボトルに高温（例えば約８５℃）に加熱された内容物が充填（所謂ホット充填）される。続いて、前記封止工程により内部に液状内容物が封止されたボトルの凸出状態とされている傾斜部のうち外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間をボトル内方に反転凹入させて、外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって上方に傾斜し、且つ、中間ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって下方に傾斜する形状に底部を形成する第１凹入工程を行う。次いで、該第１凹入工程により外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部が凹入されたボトル内部の液状内容物を冷却する冷却工程を行う。そして、該冷却工程により内部の液状内容物が冷却されたボトルの凸出状態とされている中間ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部をボトル内方に反転凹入させて、外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって上方に傾斜する形状に底部を形成する第２凹入工程を行う。

本発明の方法によれば、封止工程の後に第１凹入工程を行う。第１凹入工程においては、外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって上方に傾斜し、且つ、中間ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって下方に傾斜する形状となるように、外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部を反転凹入させる。これにより、傾斜部が中間ヒンジ部を介して屈曲され、凸出状態とされていた傾斜部のうち中間ヒンジ部の外側のみが胴部の内方に凹入された状態となる。そして凹入された傾斜部によりボトルの容積減少が生じ、続いて行われる冷却工程に先立ってボトル内部が加圧状態（陽圧）となる。しかもこのとき、外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部全体を凹入した場合に比べて、ボトルの容積減少は小さいので、胴部が著しく膨出変形することはない。

そして、第１凹入工程を行った後に冷却工程を行う。冷却工程では、ボトル内部の液状内容物が冷却され、内容物の体積減少に伴ってボトル内の圧力が著しく減少するが、第１凹入工程によってボトルの容積が予め適度に減少されている（ボトル内部が適度に加圧状態となっている）分の圧力低下が相殺され、ボトル内の圧力低下を小とすることができる。これによって、冷却工程における胴部の極度な減圧変形を抑えることができ、胴部の減圧変形を小として変形痕の発生を確実に防止することができる。

その後、第２凹入工程により、外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって上方に傾斜する形状となるように、外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部を反転凹入させる。これにより、冷却工程によって生じたボトル内部の減圧状態を確実に解消することができる。

また、本発明においては、前記合成樹脂製ボトルの底部は、前記第１凹入工程により外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部がボトル内方に反転凹入されたとき、該傾斜部及び底部中央部は前記脚部の接地面よりも上方位置で該脚部に包囲された内方に収納されることが好ましい。これによれば、前記第１凹入工程を行った後には、中間ヒンジ部を介して屈曲された外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部が接地面よりも下方に凸出することがないので、少なくとも冷却工程を行う装置への投入及び排出においてボトルの自立搬送を可能とすることができる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態における内容物充填ボトルの製造工程を示すブロック図、図２は本実施形態において採用するボトルの断面説明図、図３は図２のボトルの底部を拡大して示す断面説明図、図４は本実施形態の第１凹入工程を示す説明図、図５は本実施形態の第２凹入工程を示す説明図である。

本実施形態における内容物充填ボトルの製造ラインは、図１に示すように、上流側から順に、洗浄工程を行う洗浄装置１、充填工程を行う充填装置２、封止工程を行う封止装置３、第１凹入工程を行う第１凹入装置４、殺菌工程を行う殺菌装置５、冷却工程を行う冷却装置６、及び、第２凹入工程を行う第２凹入装置７を備えている。各装置間には搬送路８が設けられており、該搬送路８に沿って後述する合成樹脂製のボトル９（図２参照）が搬送される。

ここで先ず、本実施形態において採用するボトル９について説明する。このボトル９は、図２に示すように、ブロー成形され、所望により耐熱性を付与するためにヒートセットされたポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）製であって、口部１０と、該口部１０の下方に肩部１１を介して連設された筒状の胴部１２と、該胴部１２の下部を閉塞する底部１３とを備えている。口部１０の外周にはキャップ１４（図２において仮想線示する）を螺着するための螺着部１５が形成されている。

ボトル９の底部１３は、図２及び図３に示すように、胴部１２の下端に連続して形成された環状の脚部１６と、該脚部１６に包囲された領域に形成された傾斜部１７と、底部１３の中央部に形成された内方突出部１８（底部中央部）とを備えている。脚部１６は胴部１２の下方に向かって突出するように湾曲した形状であり、その下方先端に、ボトル９を自立させるときに接地する接地面１９を備えている。

前記傾斜部１７の外周縁（脚部１６の内周縁との境界）には、外周ヒンジ部２０が形成されている。また、前記傾斜部１７の内周縁（内方突出部９の外周縁との境界）には、内周ヒンジ部２１が形成されている。更に、外周ヒンジ部２０と内周ヒンジ部２１との間には中間ヒンジ部２２が形成されている。傾斜部１７は、外周ヒンジ部２０と中間ヒンジ部２２との間で反転自在に傾斜する第１反転部２３と、中間ヒンジ部２２と内周ヒンジ部２１との間で反転自在に傾斜する第２反転部２４とによって構成されている。

内周ヒンジ部２１は、傾斜部１７よりも薄肉に形成されている。外周ヒンジ部２０と中間ヒンジ部２２とは、傾斜部１７よりも薄肉に形成されており、更にボトル９の内方に窪んだ断面視湾曲形状とされている。これによって、外周ヒンジ部２０と中間ヒンジ部２２と内周ヒンジ部２１とは、ヒンジとしての折り曲げ易さを確保しながら第１反転部２３及び第２反転部２４の反転動作に対する高い折り曲げ強度を得ている。

内方突出部１８は、内周ヒンジ部２１から胴部１２の軸線に向かって立ち上がって胴部１２の内部に突出し（外側から見て凹入されている）、頂部が略平坦な大略円錐形状に形成されている。内方突出部１８の頂部の中心はボトル９の軸心（即ち、底部１３の中心）に略一致している。なお、内方突出部１８は、底部１３の外径に応じて適宜の大きさに形成されている。

また、ボトル９の底部１３は、図３に示すように、中間ヒンジ部２２を介して傾斜部１７を屈曲させることで、第１反転部２３が胴部３中央に向かって上方に傾斜し、且つ、第２反転部２４が胴部１２の中央に向かって下方に傾斜するようにして、第２反転部２４のみを外側に凸出状態とすることができるようになっている。更に、このとき、第２反転部２４が外側に凸出状態にあっても、第２反転部２４は脚部１６の接地面１９よりも上方に位置して脚部１６に包囲された内方に収納されるようになっている。また、底部１３は、第１反転部２３と第２反転部２４とが共に胴部１２の中央に向かって下方に傾斜した凸出状態とすることができる。このときには、第２反転部２４が脚部１６の接地面１９よりも下方に張り出される。

更に詳しくは、第１反転部２３と第２反転部２４とが共に下方に傾斜したとき、中間ヒンジ部２２は、接地面１９から外周ヒンジ部２０までの範囲ａ内に位置するように設けられている。そして、傾斜部１７における中間ヒンジ部２２の位置は、外周ヒンジ部２０を介して第１反転部２３が反転するときの中間ヒンジ部２２の移動距離ｂと、第１反転部２３と第２反転部２４とが共に下方に傾斜したときに接地面１９から下方への張り出した第２反転部２４の張り出し量ｃとの関係がｂ≧ｃとなるように設定されている。

本実施形態において採用するボトル９は、第１反転部２３と第２反転部２４とが共に凹入されている状態が内容物充填ボトルとして製品となる形状であり、その容量（充填する液状内容物の量）は５００ミリリットルとされるものである。そして、第１反転部２３と第２反転部２４とが共に凸出する状態では、ボトル９の容積が約２５ミリリットル増加した状態（略最大容積）となり、この状態から、第２反転部２４が外側に凸出した状態で、第１反転部２３のみを内側に凹入させると、前記の略最大容積よりも約１０ミリリットル減少する。

なお、本実施形態で採用するボトル９は、外周ヒンジ部２０、中間ヒンジ部２２、及び内周ヒンジ部２１を介して第１反転部２３と第２反転部２４とが各別に反転するようになっているが、第１反転部２３と第２反転部２４とは、夫々において凹入又は凸出させた後に不用意に戻り方向に反転しないように、傾斜部１７の面形状、傾斜部１７の傾斜角度、及び傾斜部１７の大きさ等が適切に設定されている。

次に、本実施形態における内容物充填ボトルの製造方法を説明する。ボトル９は、図１を参照して、先ず、洗浄装置１に投入され、内部及び外部の洗浄が行われる。次いで、充填装置２に搬送された洗浄済みのボトル９は、その内部に約８５〜８７℃に加熱された飲料（液状内容物）が充填される（充填工程）。なお、充填装置２に搬送されるボトル９は、その底部１３の第１反転部２３と第２反転部２４とが共に外側に凸出状態に形成されている。

続いて、内部に飲料が充填されたボトル９が封止装置３に投入され、ボトル９の口部１０にキャップ１４が螺着される。これによって、ボトル９は底部１３の第１反転部２３と第２反転部２４とが共に外側に凸出した状態で、ボトル９の内部に飲料が封止される（封止工程）。その後、封止装置３から搬出されたボトル９は、第１凹入装置４に投入される。

第１凹入装置４においては、ボトル９の第１反転部２３が反転凹入される（第１凹入工程）。即ち、先ず、図４（ａ）に示すように、封止装置３から搬出されたボトル９がボトル投入ターレット２５に保持されて投入される。ボトル投入ターレット２５は、その回転によりボトル９を円弧状に搬送するので、搬送中にボトル９の外れを防止するための規制板２６を備えている。次いで、図４（ｂ）に示すように、ボトル９の肩部１１を把持するボトルチャック２７にボトル９が受け渡される。ボトル９の受け渡しが完了した後、図４（ｃ）に示すように、ボトル９を載置して支持するボトル支持テーブル２８が上昇し、ボトル支持テーブル２８上にボトル９が載置される。これにより、ボトル９は、ボトルチャック２７とボトル支持テーブル２８とに上下方向から挟持された状態となり、上動不能に位置決めされる。ボトル支持テーブル２８は、ボトル９の底部１３に対応する下方が開放されている。

そして、この位置決め状態を維持して、図４（ｄ）に示すように、第１アクチベータパンチ２９が上昇し、突出状態の第１反転部２３と第２反転部２４との間の中間ヒンジ部２２を押し上げる。これによって、中間ヒンジ部２２が内方に屈曲して第１反転部２３のみが反転凹入される。このとき、第１アクチベータパンチ２９は、第２反転部２４の凸出形状に略対応する形状をその先端に備えており、第１アクチベータパンチ２９の先端により中間ヒンジ部２２を押し上げることで第２反転部２４の凸出を維持しつつ傾斜部１７の一部である第１反転部２３のみを凹入させる。

その後、図示しないが、第１アクチベータパンチ２９をボトル支持テーブル２８の下方に下降させ、ボトル支持テーブル２８を下降させてボトル９から離反させて、ボトルチャック２７による保持状態とする。そして、ボトルチャック２７による保持を解除してボトル９を、図示しないボトル排出ターレット等に受け渡し、更に排出コンベア等により排出搬送する。このとき、ボトル９は第１反転部２３のみが凹入されていることにより、脚部１６の接地面１９より下方に凸出されていないので、自立搬送を行うことができる。また、第１凹入装置４において第１反転部２３が反転凹入されたボトル９は、第１反転部２３が凹入した分の容積が減少され（本実施形態においては第１反転部２３が凹入したことによりボトル９の容積が約１０ミリリットル減少し）、内部が加圧された状態となる。

第１凹入装置４から排出されたボトル９は、図１を参照して、殺菌装置５によるボトル９の殺菌処理を経て、冷却装置６に投入される。冷却装置６においてはボトル９に冷却水或いは冷却用エアが吹き付けられることによってボトル９の内部に充填された飲料の温度を低下させる。このときの冷却過程において、ボトル９の内部に充填された飲料が放熱収縮し、それに伴ってボトル９の内圧が減少する。一方、ボトル９は、冷却装置６に投入されるのに先立って第１凹入装置４により、第１反転部２３のみが凹入されて内部が加圧状態とされている。これによって、冷却によりボトル９の内圧が減少しても、それに伴って胴部１２が著しく変形することもなく冷却装置６から排出される。

冷却装置６から排出されたボトル９は、続いて、第２凹入装置７に投入され、ボトル９の第２反転部２４が反転凹入される（第２凹入工程）。第２凹入装置７は、第１凹入装置４と同様に構成されており、第２アクチベータパンチ３０の先端形状のみが第１アクチベータパンチ２９と異なっている。従って、第２凹入装置７の作動も第１凹入装置４と略同様である。即ち、先ず、図５（ａ）に示すように、冷却装置６から搬出されたボトル９がボトル投入ターレット３１に保持されて投入される。ボトル投入ターレット３１は、搬送中にボトル９の外れを防止するための規制板３２を備えている。次いで、図５（ｂ）に示すように、ボトル９の肩部１１を把持するボトルチャック３３にボトル９が受け渡され、図５（ｃ）に示すように、ボトル支持テーブル３４上にボトル９が載置される。

そして、図５（ｄ）に示すように、第２アクチベータパンチ３０が上昇し、突出状態の第２反転部２４を押し上げ反転凹入させる。このとき、第２アクチベータパンチ３０は、内方突出部１８に略対応する形状をその先端に備えており、第２アクチベータパンチ３０の先端により内方突出部１８を押し上げることで第２反転部２４が反転凹入される。これにより、中間ヒンジ部２２の屈曲状態が解除され、外周ヒンジ部２０と内周ヒンジ部２１との間の傾斜部１７全体である第１反転部２３から第２反転部２４にかけてが胴部１２の内方に凹入された状態となる。そして、第１反転部２３から第２反転部２４にかけての傾斜部１７が凹入状態となったことで、その分の容積が更に減少し、それに伴ってボトル９内部の減圧状態が相殺されるので、胴部１２の減圧変形を確実に防止することができる。

その後、図示しないが、第２アクチベータパンチ３０をボトル支持テーブル３４の下方に下降させ、ボトル支持テーブル３４を下降させてボトル９から離反させて、ボトルチャック３３による保持状態とし、更に、ボトルチャック３３による保持を解除してボトル９を、図示しないボトル排出ターレット等に受け渡し、更に排出コンベア等により排出搬送する。

以上のように、本実施形態においては、第１凹入装置４における第１凹入工程により第２反転部２４の胴部１２の外側への凸出を維持して第１反転部２３のみを反転凹入させるので、冷却装置６における冷却工程により冷却されたボトル９の内圧減少を適度に緩和することができ、第２凹入装置７における第２凹入工程によりボトル９内部の減圧状態が相殺されるまでの間の胴部１２の減圧変形を小とすることができる。しかも、第１凹入装置４から排出されたボトル９は、第１反転部２３のみの凹入により自立搬送が可能とされるので、例えば第１凹入装置４以降の各装置間の搬送路８においてコンベア等を採用することができ、製造ラインの搬送装置の構成が複雑化するのを防止することができる。

本発明の一実施形態における内容物充填ボトルの製造工程を示すブロック図。 本実施形態において採用するボトルの断面説明図。 図２のボトルの底部を拡大して示す断面説明図。 本実施形態の第１凹入工程を示す説明図。 本実施形態の第２凹入工程を示す説明図。

符号の説明

９…合成樹脂製ボトル、１０…口部、１２…胴部、１３…底部、１６…脚部、１７…傾斜部、１８…内方突出部（底部中央部）、１９…接地面、２０…外周ヒンジ部、２１…内周ヒンジ部、２２…中間ヒンジ部、２３…第１反転部（外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部）、２４…第２反転部（中間ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部）。

Claims (2)

1. 口部と、該口部の下方に連設された胴部と、該胴部の下部を閉塞する底部とを備える合成樹脂製ボトルの内部に液状内容物が密封されてなる内容物充填ボトルの製造方法において、
   前記ボトルは、前記底部に、胴部の下端に連設された接地面を有する脚部と、該脚部に包囲された領域に形成されて胴部内方乃至胴部外方に向かって反転自在に傾斜する傾斜部と、該傾斜部に包囲された底部中央部とを備えると共に、前記傾斜部の外周縁に沿って環状に形成されて該傾斜部の反転時に外周側のヒンジとなる外周ヒンジ部と、該傾斜部の内周縁に沿って環状に形成されて該傾斜部の反転時に内周側のヒンジとなる内周ヒンジ部と、該傾斜部の外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間に環状に形成されて該傾斜部を外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間で屈曲自在とする中間ヒンジ部とを備えるものであって、
   前記外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部を胴部外方に向かって反転凸出させた状態でボトルの内部に液状内容物を充填する充填工程と、
   該充填工程により液状内容物が充填されたボトルの口部にキャップを嵌着して封止する封止工程と、
   該封止工程により内部に液状内容物が封止されたボトルの凸出状態とされている傾斜部のうち外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間をボトル内方に反転凹入させて、外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって上方に傾斜し、且つ、中間ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって下方に傾斜する形状に底部を形成する第１凹入工程と、
   該第１凹入工程により外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部が凹入されたボトル内部の液状内容物を冷却する冷却工程と、
   該冷却工程により内部の液状内容物が冷却されたボトルの凸出状態とされている中間ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部をボトル内方に反転凹入させて、外周ヒンジ部と内周ヒンジ部との間の傾斜部が胴部中央に向かって上方に傾斜する形状に底部を形成する第２凹入工程とを備えることを特徴とする内容物充填ボトルの製造方法。
2. 前記合成樹脂製ボトルの底部は、前記第１凹入工程により外周ヒンジ部と中間ヒンジ部との間の傾斜部がボトル内方に反転凹入されたとき、該傾斜部及び底部中央部は前記脚部の接地面よりも上方位置で該脚部に包囲された内方に収納されることを特徴とする請求項１記載の内容物充填ボトルの製造方法。

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