JP5019547B2

JP5019547B2 - ガラスびん

Info

Publication number: JP5019547B2
Application number: JP2010033068A
Authority: JP
Inventors: 伸二斎藤
Original assignee: Toyo Glass Co Ltd
Current assignee: Toyo Glass Co Ltd
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-02-18
Also published as: JP2011168296A

Description

本発明は、内容物を加熱殺菌する際の耐熱衝撃性に優れたガラスびんで、特に、繰り返し使用するリターナブルびんとして用いて好適なガラスびんに関する。

内容物を加熱殺菌する際の熱衝撃は、内面急熱の場合と外面急冷の場合がある。
内面急熱は、ほぼ常温のガラスびん内に高温（７０〜８０℃）の内容物を充填する、いわゆるホットパックの場合である。
外面急冷は、加熱殺菌後にガラスびんに冷水をかけて冷やす場合である。

図８は、一般的な形状を有するガラスびんの裾部付近の形状と熱衝撃（温度差６０℃）によりびんに発生する外面応力の関係を表したものである。同図中符号「ａ」は内面急熱、符号「ｂ」は外面急冷の場合である。
外面急冷は、同一温度差であれば、内面急熱に比べて外面最大応力が約１．８倍大きくなる。同図中符号「ｙ」は、外面応力が３０ＭＰａ以上となる大応力が発生する部分で、これは高さがほぼ４〜１０ｍｍの範囲である。

ガラスびんの一般的な裾部の形状は、例えば下記特許文献１等に開示されている。なお、裾部とは、縦断面が垂直線状のびん胴部下端から、底面に至るまでの、径が縮小する部分である。
従来の殆どのガラスびんの裾部形状は、図９又は図１０に示すようになっている。
図９は、縦断面が垂直線状のびん胴部２下端から、曲率半径Ｒ2の上Ｒ面部５に続き、その下端から曲率半径Ｒ3の下Ｒ面部６となっている場合である。Ｒ2はＲ3よりも相当大きく設定される。
図１０は、縦断面が垂直線状のびん胴部２下端から、曲率半径Ｒ2の上Ｒ面部５に続き、その下端から断面直線状の直線部７に続き、さらにその下端から曲率半径Ｒ3の下Ｒ面部６となっている場合である。この場合もＲ2はＲ3よりも相当大きく設定される。

特開２００５−４７５３７号公報

ガラスびんは、製造工程・充填工程でコンベア上を移動するとき互いに接触し、表面に微細な傷が付く。また、運搬時や使用時にも相互に接触して表面に微細な傷がつく。
図１１，１２は、従来のガラスびんがコンベア移動時などで互いに接触する場合の模式図である。同図に示すように、ガラスびん１は相互に傾いた状態で接触する場合があり、このような場合、大応力発生部ｙが隣のびんに接触し、表面が傷つく。

熱衝撃時の無傷のガラス破壊強度は６０〜７０ＭＰａ程度あるが、１０トリップ程度のリターナブルびんの場合、裾部のガラス強度は約半分程度に低下する。
リターナブルガラスびんは、内容物を充填して販売された後、回収され、アルカリ洗浄を行い、再度内容物を充填して販売され、これが繰り返されるが、内容物の充填、販売、回収、アルカリ洗浄の１サイクルを１トリップという。

図１３は、ガラスびんの耐熱温度差とびんのガラス厚みの関係を示している。同図に示されるように、びんの肉厚が厚いほど、耐熱衝撃強度は弱くなる。
リターナブルびんは、トリップを繰り返す度に表面の傷が増えるので、耐熱以外の強度を維持するために通常３．５ｍｍ以上の肉厚が必要になるので、耐熱衝撃強度は比較的弱いものである。

本発明は、特にリターナブルガラスびんの耐熱衝撃強度を大きくし、内容物の加熱殺菌時にびんが割れて歩留まりが悪くなるのを防止することを課題とするものである。

本発明は、ガラスびんの裾部外周に、縦断面形状が凹曲線となる環状凹部を設け、該環状凹部の凹み量が０．１５〜１．０ｍｍであり、前記環状凹部にナーリングを施したことを特徴とするガラスびんである。

図２は、本発明ガラスびん１の裾部付近の外形形状の模式図（中央縦断面図）である。同図において、一点鎖線はびんの軸線である。
本発明ガラスびん１の裾部３は、上Ｒ面部５、その下に続く環状凹部４、及びその下に続く下Ｒ面部６からなる。上Ｒ面部５及び下Ｒ面部６は共に外側に凸の曲線、環状凹部４は外側に凹の曲線である。

環状凹部の凹み量とは、びんの軸線を通る縦断面において、環状凹部４の直上部（上Ｒ面部５）と直下部（下Ｒ面部６）に共通な接線ｓを引き、接線ｓと環状凹部表面の距離の最大値ｘである。

環状凹部の凹み量は、０．１５〜１．０ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．３〜０．５ｍｍである。ガラスびんの裾部に環状凹部を設けることで、当該部分が傷つきにくくなる。凹み量を０．１５ｍｍ以上にすると、当該部分に付く傷は環状凹部がない場合に比べて概ね６０％以下になり、従ってガラスの強度低下も６０％以下程度になる。凹み量を０．３ｍｍ以上にすると、当該部分に付く傷は環状凹部がない場合に比べて概ね３０％以下になり、従ってガラスの強度低下も３０％以下程度になる。

図７は、ガラスびんの裾部に発生する熱衝撃による最大応力と環状凹部の凹み量の関係を示している。
同図に示されるように、環状凹部の凹み量が大きくなるほど、最大応力も大きくなるが、凹み量が０．５ｍｍ以下であれば、最大応力の増加は概ね１０％以下となり、凹み量が１．０ｍｍ以下であれば、最大応力の増加は概ね２０％以下となり、凹み量は１．０ｍｍ以下が適当である。

本発明によれば、環状凹部を設けることで、当該部分に付く傷の量が著しく減少し、ガラスの強度低下が大きく抑制されるのに対し、環状凹部に発生する応力の上昇は僅かであるので、結果的にガラスびんの耐熱衝撃強度が大きくなる。

本発明において、環状凹部の下端の高さは３〜５ｍｍ、上端の高さは８〜１５ｍｍが適当である。
このようにすることで、環状凹部をびんの大応力発生部に設け、当該部分の傷を防止してガラスの強度低下を抑制し、ひいてはガラスびんの耐熱衝撃強度を大きくできる。

図３に示すように、環状凹部４の下端の高さは、環状凹部４の凹曲線と下Ｒ面部６の凸曲線の境目の高さＨ1、上端の高さは環状凹部４の凹曲線と上Ｒ面部５の凸曲線の境目の高さＨ2である。
図４は、本発明ガラスびん１の形状と外面応力の関係を示している。同図において符号「ａ」は内面急熱、符号「ｂ」は外面急冷の場合である。
同図に示されるように、最大応力は６〜７ｍｍの高さ位置に発生している。環状凹部の下端の高さを３〜５ｍｍ、上端の高さを８〜１５ｍｍにすると、どのようなガラスびんであっても、環状凹部の位置を大応力発生部に一致させることができる。

本発明において、環状凹部の縦断面における曲率半径は、環状凹部の直上部にある凸の上Ｒ面部の縦断面における曲率半径よりも小さいことが望ましい。

図５，６は、本発明ガラスびん１が相互に接触した状態の模式図である。環状凹部４の曲率半径Ｒ1を、上Ｒ面部５の曲率半径Ｒ2よりも小さくすることで、びんがどのように接触しても、絶対に環状凹部４と上Ｒ面部５が接触することがなく、環状凹部４が傷つく可能性が非常に小さくなる。

本発明において、環状凹部にナーリングを施すことができる。ナーリングは、多数の微小突起で、通常はびん底面に設けられ、主に、成形直後のガラスびんがコンベア上に置かれるときのサーマルショックやその後の工程での機械的衝撃によって発生する欠点（微小なクラック）を少なくするためのものである。
本発明において環状凹部にナーリングを施すことにより、万一環状凹部に物体が接触しても、その接触はナーリングの表面であって接触面積が小さくなり、ガラス強度への影響はきわめて小さくなる。

本発明は、熱衝撃による大応力発生部に発生する傷を低減して熱衝撃強度を大きくするものであるから、傷による強度低下が著しいリターナブルびんに特に適している。

本発明のガラスびんは、環状凹部を設けることで、当該部分に付く傷の量が著しく減少し、ガラスの強度低下が大きく抑制されるのに対し、環状凹部に発生する応力の増加は僅かであるので、結果的にガラスびんの耐熱衝撃強度が大きくなる。

実施例ガラスびんの側面図である。本発明ガラスびんの裾部付近の外形形状の模式図である。図２の要部拡大図である。実施例ガラスびんの高さ位置と外面応力の関係説明図である。実施例ガラスびんの接触の模式図である。図５の要部拡大図である。熱衝撃により発生する最大応力と環状凹部の凹み量の関係説明図である。従来ガラスびんの高さ位置と外面応力の関係説明図である。従来ガラスびんの裾部付近の外形形状の模式図である。従来ガラスびんの裾部付近の外形形状の模式図である。従来ガラスびんの接触の模式図である。図１１の要部拡大図である。ガラスびんの耐熱衝撃温度と肉厚の関係説明図である。

図１の実施例ガラスびん１は、ジュース等の飲料を包装するリターナブルガラスびんで、垂直な円筒状の胴部２の下方に、底面に向かって徐々に縮径する裾部３が形成され、胴部の上には口部に向かって縮径する肩部が形成されている。
環状凹部４にはナーリング８を設けることができる。ナーリングは、例えば、突出量０．１ｍｍ、半径０．５ｍｍ、ピッチ（中心距離）２ｍｍ程度の円形ドーム状とすることができる。
裾部３の形状は、図２，３の中央縦断面に示すように、垂直線状の胴部２から曲率半径Ｒ2の凸曲線の上Ｒ面部５が続き、その下に曲率半径Ｒ1の凹曲線の環状凹部４、さらにその下に曲率半径Ｒ3の下Ｒ面部６が続いている。
例えば、環状凹部４の幅を５ｍｍとすると、環状凹部４のＲ1，上Ｒ面部５のＲ2，下Ｒ面部６のＲ3と凹み量ｘの関係は表１のようになる。

環状凹部４の下端位置を５ｍｍ、上端位置を１０ｍｍとし、環状凹部４のＲ1＝１０ｍｍ、上Ｒ面部５のＲ2＝５０ｍｍ、下Ｒ面部６のＲ3＝５ｍｍ、凹み量ｘ＝０．３９ｍｍのガラスびんの熱衝撃時（温度差６０℃）の外面応力を求めたところ、図４のようになった。最大応力は約３７．５ＭＰａで、従来の裾部形状に比べて約１０％大きくなっている。
加傷試験を行った結果、環状凹部の傷の量は、従来の裾部の大応力発生部の傷の量に比べて２０％程度であり、この結果、当該部分のガラス強度は、従来に比べて８０％程度向上し、耐熱温度は６０％程度向上した。

１ガラスびん
２胴部
３裾部
４環状凹部
５上部Ｒ面部
６下部Ｒ面部
７直線部
８ナーリング

Claims

ガラスびんの裾部外周に、縦断面形状が凹曲線となる環状凹部を設け、該環状凹部の凹み量が０．１５〜１．０ｍｍであり、前記環状凹部にナーリングを施したことを特徴とするガラスびん。
ガラスびんの裾部外周に、縦断面形状が凹曲線となる環状凹部を設け、該環状凹部の凹み量が０．１５〜１．０ｍｍであり、前記環状凹部の下端の高さが３〜５ｍｍ、上端の高さが８〜１５ｍｍであることを特徴とするガラスびん。
ガラスびんの裾部外周に、縦断面形状が凹曲線となる環状凹部を設け、該環状凹部の凹み量が０．１５〜１．０ｍｍであり、前記環状凹部の縦断面における曲率半径が、該環状凹部の直上部にある凸の上Ｒ面部の縦断面における曲率半径よりも小さいことを特徴とするガラスびん。
前記環状凹部にナーリングを施した請求項２又は３に記載のガラスびん。
前記ガラスびんがリターナブルびんである請求項１〜４のいずれかに記載のガラスびん。