JP5102177B2 - 耐座屈性を有する樹脂製容器及びそれを用いた飲料製品 - Google Patents

Description

本発明は、耐座屈性を有する樹脂製容器に関し、特に飲料・食品用のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）容器について、軽量・薄肉でも座屈変形し難い形状を提供する。

飲料を加熱殺菌した後に充填を行なう所謂ホット充填においては、密封後室温にて容器内が減圧状態となっているため、容器の肉厚を厚くする必要があった。ホット充填用容器は、簡単な構造で減圧変形を小とし、かつ、座屈強度の高い構造が求められている（例えば特許文献１を参照。）。ここで、容器に大きな耐座屈強度が求められるのは、倉庫等における荷積みや物流時における積載などにおいて一旦座屈すると、容器に座屈変形跡が残り、美観上の商品価値を低下させてしまうからである。

特開２００４−２６２５００号公報

現在、ホット充填から充填時に加熱殺菌を行なわない無菌充填が主流となりつつあり、容器の更なる軽量化・薄肉化が課題となっている。しかし、特許文献１に記載された技術はホット充填の場合を想定しており、その目的は簡単な構造で減圧変形を小とし、剛直性を高めることで耐座屈強度を高めることである。したがって、減圧変形を生じさせることが無い無菌充填を前提とする軽量化容器について、単純には適用できない。

飲料製造ラインにおいてコンベア上でボトル同士がぶつかると、そのボトルにはラインプレッシャーがかかるため、ボトルの変形（横潰れ）が生じやすい。本発明者らの検討によれば、軽量化・薄肉化した容器の肩部と胴部の間に環状溝構造を設けた場合、ラインプレッシャーに対するボトル剛性が向上し、ボトルの変形（横潰れ）が抑制される傾向が見られた。しかし、垂直荷重に対するボトルの耐座屈強度は著しく低減した。したがって、ボトルを軽量化・薄肉化しても、ラインプレッシャーに対する耐変形強度を確保しつつ、必要な耐座屈強度を有する構造の容器が望まれている。

そこで、本発明の目的は、無菌充填に用いる容器において、求められる軽量化・薄肉化を達成するとともに、美観を低下させる座屈変形跡の発生を抑制した耐座屈性を有する樹脂製容器を提供することである。また、この軽量化・薄肉化された容器にて無菌充填された飲料製品を提供することを目的とする。

本発明者らは、少なくとも肩部と胴部との境界部分に全周連続した環状のリブが設けられた樹脂製容器において、リブの底面の法線方向を水平方向とせずに、これよりも傾け、リブの底面をテーパー状とすることで、ラインプレッシャーに対する耐変形強度と耐座屈強度がともに向上することを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る耐座屈性を有する樹脂製容器は、熱可塑性合成樹脂をボトル状にブロー成形して得られ、口部と、該口部から拡径した肩部と、胴部と、底部とが順に連接されてなり、前記肩部と前記胴部との境界部分の側面に全周連続した環状のリブが設けられた樹脂製容器において、前記リブの底面の形状が鉛直上方方向に向かって拡径するテーパー状をなしていることを特徴とする。

本発明に係る耐座屈性を有する樹脂製容器では、前記樹脂製容器は、丸型容器であり、前記リブの直上の容器半径をφＡとし、前記リブの直下の容器半径をφＢとすると、数１の関係を満たしていることが好ましい。リブの底面の形状が鉛直上方方向に向かって拡径するテーパー状をなしていることから、φＡ＞φＢとすることで、テーパーの拡径の程度を大きくすることができ、かつ、リブ深さを確保することができる。これによって、熱収縮するフィルム状ラベル（シュリンクラベル）の上端側が引っかかりやすくなり、また、ラインプレッシャーに対する耐変形強度を充分に確保できる。
（数１）φＡ＞φＢ

本発明に係る耐座屈性を有する樹脂製容器では、前記容器主軸を通る縦断面における前記リブの直上部と前記リブの直下部とを結んだ仮想線と、前記縦断面における前記リブの底面がなす線とが平行関係にあり、かつ、前記リブの底面を挟んで立ち上がるリブの側面と前記底面とがなす角度が上下側面それぞれとも９０°よりも大きいことが好ましい。リブに応力が集中し過ぎずにリブにて多少のたわみが生じやすくなり、容器の座屈しない状態での垂直荷重方向への変位量を増やすことができる。

本発明に係る耐座屈性を有する樹脂製容器では、前記胴部と前記底部との境界部分の側面に全周連続した環状のリブをさらに有し、該リブの底面の形状が鉛直下方方向に向かって拡径するテーパー状をなしていることが好ましい。容器に垂直荷重をかけた場合、肩部と胴部の境界部分に設けた本発明の上記リブ構造によって、当該箇所における座屈の発生は抑制される。その場合、胴部と底部との境界部において垂直荷重による応力集中が生じやすくなり、座屈が発生しやすくなる。そこで、胴部と底部との境界部に設けたリブについても、上下で対称をなすようにリブの底面をテーパー状とすることで、いずれのリブにおいても座屈の発生を抑制し、耐座屈強度を高めることができる。

本発明に係る耐座屈性を有する樹脂製容器の形態としては、容量が２８０〜２０００ｍｌ充填用であり、質量が１０≦（容量（ｍｌ）／質量（ｇ））≦３４の式を満たす軽量ボトルである形態がある。上記リブ構造は、特に耐座屈強度が低下しやすくなる軽量化・薄肉化ボトルに設けた場合に有効である。

本発明に係る飲料製品は、本発明に係る耐座屈性を有する樹脂製容器に飲料が無菌充填されたことを特徴とする。

本発明は、無菌充填に用いる容器において、軽量化・薄肉化を実現できるとともに、美観を低下させる座屈変形跡の発生を抑制できる。また、この軽量化・薄肉化された容器にて無菌充填された飲料製品を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。

図１は、本実施形態に係る耐座屈性を有する樹脂製容器の一形態を示す概観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は容器主軸を通る面で切ったときの縦断面図である。図１（ｂ）の斜線部分は容器内壁である。図２及び図３は、肩部と胴部との境界部分に設けたリブを説明するための縦断面部分拡大図である。図１と図２に示した耐座屈性を有する樹脂製容器１００は、熱可塑性合成樹脂をボトル状にブロー成形して得られ、（飲料用容器であれば飲み口となる）口部１と、口部１から拡径した肩部２と、胴部３と、底部４とが順に連接されてなり、肩部２と胴部３との境界部分の側面に全周連続した環状のリブ５が設けられており、リブの底面１１の形状が鉛直上方方向に向かって拡径するテーパー状をなしている。リブ５は溝の形状をしている。

口部１は中身の飲料を注ぎやすいように通常、１．５〜４ｃｍの直径で形成されており、また肩部２は、胴径の大きい胴部３につながるように胴部３の上端部に向かって胴径を拡径させて錐体形状をしている。なお、図１に示した容器の肩部２は、曲面で形成されているが、複数のカット面から形成されていてもよい。胴部３又はその一部はその外側にシュリンクラベル又はロールラベル等の商品表示ラベルが装着される。また、胴部３は主として消費者に把持される箇所であり、図１に示すように、容器主軸方向における胴部３の中央が胴細に絞られた形状としてつかみやすいようにすることが好ましいが、同一径の寸胴としても良い。また、胴部３には、剛性向上を目的としてパネル９を設けても良い。底部４は、容器の底面及び底面から立ち上がりの部分までを含めている。図１の樹脂製容器１００は、肩部のトップと、底部のトップとがほぼ同一径を有しており、ラインプレッシャーをこの２箇所で受け止める。肩部２のトップと、底部４のトップとを同一径とすることで、コンベア上でラインプレッシャーによるせり上がりや容器倒れを抑制する。

樹脂製容器１００の材質は、ＰＥＴ樹脂が好ましいが、必要に応じて他の熱可塑性樹脂を用いてもよい。また、樹脂製容器は、例えば２８０ｍｌ〜２リットルの容量を対象とし、角型（不図示）又は丸型（図１）のいずれでも良いが、２８０ｍｌ〜１リットルの容量の場合には、図１に示したような容器主軸を中心として回転対称の丸型が好ましい。樹脂製容器は、例えば５００ｍｌ容量とする場合には、プラスチック容器の高さが２００〜２３０ｍｍ、胴径が６０〜７５ｍｍ、胴部肉厚が０．１５〜０．４０ｍｍである。無菌充填用のボトルの場合、胴部肉厚は０．１５〜０．３０ｍｍとすることが好ましい。また、ホット充填用の容器とすることも可能であり、この場合、胴部肉厚は０．２０〜０．４０ｍｍとすることが好ましい。本発明は、肉厚を薄くすることが求められる無菌充填用のボトルとして、胴部肉厚が０．１５〜０．３０ｍｍである場合に好適である。このとき、樹脂製容器が５００ｍｌ充填用であれば、質量が１５〜２４ｇ／本、好ましくは１８ｇ／本以下の軽量ボトルとなる。また、樹脂製容器が２８０ｍｌ充填用であれば、質量が１０〜２０ｇ／本、好ましくは１８ｇ／本以下の軽量ボトルとなる。また、樹脂製容器が２０００ｍｌ充填用であれば、質量が３０〜５０ｇ／本、好ましくは４０ｇ／本以下の軽量ボトルとなる。容量が２８０〜２０００ｍｌ充填用の場合、質量が１０≦（容量（ｍｌ）／質量（ｇ））≦３４の式を満たす軽量ボトルが好ましい。

樹脂製容器１００には、肩部２と胴部３との境界部分の側面に全周連続した環状のリブ５が設けられている。リブ５を全周連続した環状とすることで、円周方向における特定箇所での応力集中を避けることができる。さらに、リブ５を全周連続した環状としても、ブロー成形によれば、円周方向において微妙な肉厚の差異が生じることから、肉厚が薄い箇所において応力集中が生じる。本発明者らの研究によれば、ボトルにかける垂直荷重を増やしていくと、丸型ボトルであっても、座屈する寸前において、容器主軸を横断する断面形状が四角形を始めとする角形となる。この角形の角となる箇所は肉厚が他の箇所と比べて薄い箇所と一致することが多かった。そして、角形の角が座屈の起点となりやすかった。そこで、図１及び図２に示したように、リブ５の底面１１の形状を鉛直上方方向に向かって拡径するテーパー状とした。リブ５の底面１１をテーパー状とすることで、円周方向に沿って微妙な肉厚の差異が生じていたとしても、垂直荷重が増大したときに容器主軸を横断する断面形状が角形に変形し難くなった。このようなリブ構造を採用することで耐座屈強度の向上を図ることができた。

図１及び図２に示したように樹脂製容器１００が、横断面が略円形若しくは正六角形以上の正多角形の丸型容器である場合、リブ５の直上の容器半径をφＡとし、リブの直下の容器半径をφＢとすると、数１の関係を満たしていることが好ましい。リブ５の底面１１の形状が鉛直上方方向に向かって拡径するテーパー状をなしていれば、リブ５の上側の側面１０付近のリブ深さは、リブ５の下側の側面１２付近のリブ深さと比較して浅くなってしまう。リブの深さが小さいと、ラインプレッシャーに対する耐変形強度が確保できないおそれがある。また、シュリンクラベルの上端側が引っかかりにくくなる。そこで、φＡ＞φＢとすることで、テーパーの拡径の程度を大きくしても、リブ深さを確保することができる。リブ深さは、リブ５の直上のボトル外表面１３と、リブ５の直下のボトル外表面１４を結ぶ面を基準面とした場合、１〜３ｍｍ深さ、好ましくは１．５〜２．５ｍｍ深さである。リブ深さが１ｍｍ未満であれば、ラインプレッシャーに対する耐変形強度が確保しにくく、また、シュリンクラベルの上端側が引っかかりにくくなる。リブ深さが３ｍｍを超えると、容器に垂直荷重をかけたときに、リブに応力集中しやすくなり、また、外観上劣る場合がある。また、リブ５の底面１１の幅は、１．５〜４ｍｍ、好ましくは２〜３ｍｍである。
（数１）φＡ＞φＢ

図２及び図３に示すように、樹脂製容器１００では、樹脂製容器１００の容器主軸Ｘを通る縦断面におけるリブ５の直上部とリブ５の直下部とを結んだ仮想線１６と、縦断面におけるリブ５の底面１１がなす線とが平行関係にあり、かつ、リブ５の底面１１を挟んで立ち上がるリブ５の側面１０，１２と底面１１とがなす角度α，βが上下側面それぞれとも９０°よりも大きいことが好ましい。平行関係とすることでリブの深さが均一化すると共に、角度α，βをそれぞれとも９０°よりも大きくすることで、リブ５の側面１０，１２の高さを大きくとることができる。この結果、リブに応力が集中し過ぎずにリブにて多少のたわみが生じやすくなり、垂直荷重方向における容器の座屈しない状態での変位量を増やすことができる。なお、角度αを１８０°として、底面１１と側面１０とが同一平面をなすことと側面１０が無くなるが、このとき、リブ５におけるたわみが小さくなり、容器の胴部３と底部４との境界部分が最弱部として座屈しやすくなる。よって、角度α，βの上限は１８０°未満とする。角度αは、例えば好ましくは１２０〜１６５°、より好ましくは１３５〜１５５°であり、角度βは、例えば好ましくは１００〜１４０°、より好ましくは１１０〜１３０°である。

容器の胴部３と底部４との境界部分での座屈を抑制するため、樹脂製容器１００では、胴部３と底部４との境界部分の側面に全周連続した環状のリブ７をさらに設けることが好ましい。リブの本数は１本のみならず複数でも良く、例えば図１では２本のリブを設けている（リブ７とリブ８）。ここで、図４は、胴部３と底部４との境界部分に設けたリブ７，８を説明するための縦断面部分拡大図である。図４に示すように、本実施形態に係る樹脂製容器１００では、リブ７の底面２１の形状が鉛直下方方向に向かって拡径するテーパー状をなしていることが好ましい。容器に垂直荷重をかけた場合、胴部３と底部４の境界部分に設けたテーパー状のリブ構造によって、当該箇所における座屈の発生はより抑制される。リブ５とリブ７について、上下で対称をなすようにリブの底面１１，２１をテーパー状とすることで、いずれの箇所においても座屈の発生を抑制し、耐座屈強度を高めることができる。リブ７においても図４で示すようにリブ５における同様の理由からφＡ＞φＢの関係が成立していることが好ましい。また、リブ７の底面２１とφＡとφＢの起点を結ぶ外挿線とは平行関係を有していることが好ましい。容器鉛直方向に沿って適度なたわみを生じさせることができる。

図４では、リブ８は、その底面がテーパー状ではなく、垂直方向にたっている形態（底面の法線が水平方向を向いている形態）を示したが、底面をテーパー状としても良い。なお、リブ７とリブ８の間の外表面が容器主軸Ｘから遠いトップの位置であり、容器と容器がぶつかり合うところである。よって、当該箇所はその面が垂直方向にたっていることが好ましい。

本実施形態に係る耐座屈性を有する樹脂製容器１００では、実施例１として例えば図１と図２に図示した容器（５００ｍｌ容量）の形状とした。すなわち、容器高さ２１８ｍｍ、トップ位置の胴径６９．２１ｍｍ、胴部肉厚０．２１ｍｍ（場所により０．１９〜０．２４ｍｍと肉厚分布があり、平均的な厚さが０．２１ｍｍである）、ボトル質量１８．０ｇであり、肩部と胴部との境界部分に連続した環状のリブ５を１本、胴部内に連続した環状のリブ６を１本、底部に連続した環状のリブ７，８を２本設けた。なお、リブ６，７，８はいずれもリブ底面は垂直方向に起立させ、リブ５のみテーパー構造とした。リブ５の底面１１の幅は３．１２ｍｍとした。この容器に５００ｍｌの水を無菌充填で入れて蓋をして密封し、容器に垂直荷重を負荷した。図５に垂直方向の変位量と垂直荷重（圧縮荷重）との関係を示した。このとき、垂直方向の容器全体の変位量（たわみ量）が５．０ｍｍで、垂直荷重２８８Ｎの条件に至るまで座屈しなかった。また、リブにおける横断面の形状を確認したところ、垂直荷重が増加しても、円形が崩れることは無かった。以上のことから、飲料用の軽量ボトルでありながら高い耐座屈強度を確保することができた。さらに、コンベア上でラインプレッシャーによるボトル変形の有無を確認したところ、ボトル変形は生じないことが確認できた。

比較例１として、図１及び図２におけるリブ５の底面１１をテーパー状とせずに垂直方向に立て、リブの側面を上下とも水平面としたリブ構造とし、ボトル質量２０．５ｇとした以外は実施例１と同一形状の樹脂製容器を準備した。なお、リブ底面の幅は実施例１と同じとした。この容器に５００ｍｌの水を無菌充填で入れて蓋をして密封し、容器に垂直荷重を負荷した。図６に垂直方向の変位量と垂直荷重（圧縮荷重）との関係を示した。このとき、垂直方向の容器全体の変位量（たわみ量）が４．１ｍｍで、垂直荷重１６５Ｎの条件で座屈した。また、リブにおける横断面の形状を確認したところ、垂直荷重が増加すると、円形が崩れ、略四角形に変形したのち座屈した。以上のことから、実施例１と比較して、使用樹脂量を増やして容器の剛性を高めたにもかかわらず、満足な耐座屈強度が確保できなかった。なお、コンベア上でラインプレッシャーによるボトル変形の有無を確認したところ、ボトル変形は生じないことが確認できた。

実施例１と比較例１とを比べると、実施例１は、ボトル質量が約１２％軽量化されているにもかかわらず、耐座屈強度が約７５％向上していることがわかった。

本実施形態に係る耐座屈性を有する樹脂製容器の一形態を示す概観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は容器主軸を通る面で切ったときの縦断面図である。 肩部と胴部との境界部分に設けたリブを説明するための縦断面部分拡大図である。 肩部と胴部との境界部分に設けたリブを説明するための縦断面部分拡大図である。 胴部と底部との境界部分に設けたリブを説明するための縦断面部分拡大図である。 本実施形態に係るボトルについて、垂直方向の変位量と垂直荷重（圧縮荷重）との関係を示した。 比較例のボトルについて、垂直方向の変位量と垂直荷重（圧縮荷重）との関係を示した。

符号の説明

１口部
２肩部
３胴部
４底部
５，６，７，８リブ
９パネル
１０リブの上側の側面
１１，２１リブの底面
１２リブの下側の側面
１３リブの直上のボトル外表面
１４リブの直下のボトル外表面
１６仮想線
α，βリブの側面と底面とがなす角度
１００樹脂製容器
Ｘ容器主軸

Claims (6)

1. 熱可塑性合成樹脂をボトル状にブロー成形して得られ、口部と、該口部から拡径した肩部と、胴部と、底部とが順に連接されてなり、前記肩部と前記胴部との境界部分の側面に全周連続した環状のリブが設けられた樹脂製容器において、
   前記リブの底面の形状が鉛直上方方向に向かって拡径するテーパー状をなしていることを特徴とする耐座屈性を有する樹脂製容器。
2. 前記樹脂製容器は、丸型容器であり、前記リブの直上の容器半径をφＡとし、前記リブの直下の容器半径をφＢとすると、数１の関係を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の耐座屈性を有する樹脂製容器。
   （数１）φＡ＞φＢ
3. 前記容器主軸を通る縦断面における前記リブの直上部と前記リブの直下部とを結んだ仮想線と、前記縦断面における前記リブの底面がなす線とが平行関係にあり、かつ、前記リブの底面を挟んで立ち上がるリブの側面と前記底面とがなす角度が上下側面それぞれとも９０°よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の耐座屈性を有する樹脂製容器。
4. 前記胴部と前記底部との境界部分の側面に全周連続した環状のリブをさらに有し、該リブの底面の形状が鉛直下方方向に向かって拡径するテーパー状をなしていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の耐座屈性を有する樹脂製容器。
5. 容量が２８０〜２０００ｍｌ充填用であり、質量が１０≦（容量（ｍｌ）／質量（ｇ））≦３４の式を満たす軽量ボトルであることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の耐座屈性を有する樹脂製容器。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の耐座屈性を有する樹脂製容器に飲料が無菌充填されたことを特徴とする飲料製品。