JP5926998B2 - 薄肉プラスチックボトル - Google Patents

Description

本発明は、液体を内容物とし、薄肉軽量でかつ外力に対する反発復元力を備えた薄肉プラスチックボトルに関する。

近年、生活者の環境意識の高揚、法的な仕組みの整備により、日用品の販売数量の大半で詰替え専用の包装形態の商品が採用されるに至っている。特に、液体を内容物とした場合、詰替え専用の包装形態として、アルミ等の袋状のパックよりも、薄肉で軽量化したボトルの方が詰替え作業が容易であることから、利用者の要望も高い。こうした薄肉で軽量化した詰替え用のボトルは、一般にＰＥＴ・ＰＰなどの素材をブロー成形法などにより成形し、リブ・ディンプル・微小平面などの立体構造を部分的ないし全体に適用することで剛性を高めている。なお、商品として店頭に配列される場合には、その商品名や用途等を印字したラベルとして熱収縮フィルムを用いて表装されている。

また、ポリエチレン製またはポリプロピレン製の薄肉プラスチックボトル（以下、必要に応じて、単に「ボトル」と称する。）は、その成形後は、空ボトルの状態での保管や輸送、液体充填時や充填後の製品の輸送、保管、店頭陳列、消費者における使用、等でさまざまな外力を受けて変形する虞がある。

一方、ボトルの厚みは、できるだけ薄肉とするのが樹脂材料の使用量が少なく経済的に有利であるが、強度の点で限界があり、材質や容量によっても変化するが、一般には０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍの厚みが採用されている。

そこで、上述した薄肉軽量化を実現しつつ剛性や復元性を確保するため、例えば、図６に示すように、洗剤詰め替え用の薄肉プラスチックボトル１にあっては、胴部２が外力により大きく変形しても復元が可能となるように、複数の波型リブ３を形成したものが知られている（特許文献１，２参照）。なお、図６に示したボトル１は、胴部の断面形状が正八角形であり、上下方向に延びる稜線からなる八つの角部４と、各角部４の間に位置する面部５とを備えている。

特開２００５−２９８０３９号公報 特開平０９−２４０６４７号公報

しかしながら、上述した薄肉プラスチックボトル１にあっても、胴部２の把持剛性を充分高く確保したとは言い切れず、例えば、成形後から液体充填に至る過程において、胴部２に外力等によって変形が発生した場合、そのまま放置されてしまうため、液体充填工程の前段階で形状復元工程（形状復元装置や加圧復元装置を利用）を行なうことでラインの安定化を図らないとならなかった。また、詰替え用のボトルである薄肉プラスチックボトル１の内容物を本体ボトルに詰替える時、胴部２を安易に手指でつまんで把持すると、内溶液が注ぎ口から溢れそうになる。このため、使用者に対し、手全体で丁寧に把持しなければならないという不安感を与えやすかった。即ち、従来の薄肉プラスチックボトルは、詰替え時の操作性に問題があった。

そこで、本発明は、把持剛性を向上することができ、生産ラインの安定化及び短縮化に貢献すると共に、内容物の詰替え時の操作性の向上を図れる薄肉プラスチックボトルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の薄肉プラスチックボトルは、注入部、肩部、胴部及び底部を備えた多角形の薄肉プラスッチックボトルにおいて、前記胴部に形成された複数の水平リブと、前記胴部の多角形断面における角部と隣接する角部との間に形成された凹パネル部と、を備えていることを特徴とする。
このような構成の薄肉プラスチックボトルによれば、復元性及び剛性を向上することができる。

また、本発明の薄肉プラスチックボトルは、請求項１に記載の薄肉プラスチックボトルにおいて、前記胴部に形成された複数の前記水平リブの隣接するリブ間ピッチが、８．０ｍｍ〜２０．０ｍｍ、好ましくは１２．０ｍｍ〜１５．０ｍｍであることを特徴とする。
このような構成の薄肉プラスチックボトルによれば、復元性及び剛性を容易に確保することができる。

また、本発明の薄肉プラスチックボトルは、請求項１又は請求項２に記載の薄肉プラスチックボトルにおいて、前記凹パネル部を形成する際の最大凹み度合いは、隣接する前記角部の間が平らな状態からボトル内側に凹の場合の金型割り時の抜き可能最大曲率を基準値１．０とした場合、前記凹パネル部の最適な曲率を、０．１２５〜１．０としたことを特徴とする。
このような構成の薄肉プラスチックボトルによれば、復元性及び剛性を容易に確保することができる。

さらに、本発明の薄肉プラスチックボトルは、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の薄肉プラスチックボトルにおいて、前記胴部は、４〜１２の多角形であることを特徴とする。
このような構成の薄肉プラスチックボトルによれば、復元性及び剛性を容易に確保することができるばかりでなく、設定値を容易に算出することができる。

また、本発明の薄肉プラスチックボトルは、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の薄肉プラスチックボトルにおいて、成形時に使用する樹脂質量／満注内容量（ｇ／ｍｌ）が０．０３０〜０．０１４であることを特徴とする。
このような構成の薄肉プラスチックボトルによれば、復元性及び剛性を容易に確保することができるばかりでなく、薄肉・軽量化にも貢献することができる。

本発明の薄肉プラスチックボトルは、把持剛性を向上することができ、生産ラインの安定化及び短縮化、並びに詰替え時の操作性の向上に貢献することができる。

本発明の一実施形態に係る正六角形の薄肉プラスチックボトルの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る正八角形の薄肉プラスチックボトルの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る正十角形の薄肉プラスチックボトルの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る正八角形の薄肉プラスチックボトルを示し、（Ａ）は薄肉プラスチックボトルの正面図である。（Ｂ）は要部の拡大説明図である。（Ｃ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の一実施形態の薄肉プラスチックボトルと従来の薄肉プラスチックボトルとの剛性を比較した図表である。 従来の正八角形の薄肉プラスチックボトルを示し、（Ａ）は薄肉プラスチックボトルの正面図、（Ｂ）は要部の拡大説明図、（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う拡大断面図、（Ｄ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

次に、本発明の一実施形態に係る薄肉プラスチックボトルについて、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の薄肉プラスチックボトルにおける好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は本発明の一実施形態に係る正六角形の薄肉プラスチックボトルの斜視図、図２は本発明の一実施形態に係る正八角形の薄肉プラスチックボトルの斜視図、図４は本発明の一実施形態に係る正八角形の薄肉プラスチックボトルを示し、図４（Ａ）は薄肉プラスチックボトルの正面図、図４（Ｂ）は要部の拡大説明図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は本発明の一実施形態に係る正十角形の薄肉プラスチックボトルの斜視図、図５は本発明の一実施形態の薄肉プラスチックボトルと従来の薄肉プラスチックボトルとの剛性を比較した図表である。

図１に示す薄肉プラスチックボトル１０は、正立した状態で上から順に、注入部１１、肩部１２、胴部１３、底部１４が一体に成形されている。注入部１１は液体の内容物を注出する管体であって、その側面には図面では略したがキャップ取付ネジが形成され、肩部１２は注入部１１の基部から下方に向けてボトルの最大径まで断面円形に漸次拡径している。胴部１３には、上下方向に延びる外向きの稜線によって角部１５が形成されているとともに、その隣接する各角部１５の間の面は上下方向に延びる内向きの稜線によって凹んだ凹パネル部１６が形成されている。底部１４はボトルの最大径から下方に向けて断面円形に漸次縮径するように成形され、その底面部分は外周から中央に向って上向きに凹んでいる。また、胴部１３には、水平で内側に向けて凹んだ複数の水平リブ１７が形成されている。

ところで、図１に示した薄肉プラスチックボトル１０は、胴部１３が断面正六角形とされているため、計六箇所の角部１５と凹パネル部１６とを備えている。同様に、図２に示した薄肉プラスチックボトル２０は、注入部２１、肩部２２、胴部２３、底部２４、角部２５、凹パネル部２６、水平リブ２７、が形成されており、胴部２３が断面正八角形とされているため、計八箇所の角部２５と凹パネル部２６とを備えている。さらに、図３に示した薄肉プラスチックボトル３０は、注入部３１、肩部３２、胴部３３、底部３４、角部３５、凹パネル部３６、水平リブ３７、が形成されており、胴部３３が断面正十角形とされているため、計十箇所の角部３５と凹パネル部３６とを備えている。なお、各胴部１３，２３，３３に形成された水平リブ１７，２７，３７は、何れも六本である。

以下、図２に示した正八角形の薄肉プラスチックボトル２０の場合について、その寸法関係等の詳細を示した図４を参照して説明する。薄肉プラスチックボトル２０の寸法は、容量が５００ｍｌの場合、例えば、全高Ｈ１は２０８ｍｍ、最大径Ｗ１が６４．２ｍｍ（底部２４の外径）である。また、胴部２３の高さＨ２は１０２ｍｍ、最大幅（対向する角部２５の間）Ｗ２は６２．６ｍｍ、角部２５の曲率Ｒ１は８ｍｍ、凹パネル部２６の曲率Ｒ２は３２．３ｍｍ、ボトル２０の肉厚は０．１ｍｍ〜０．２ｍである。

胴部２３の周面に形成された環状に巻回する水平リブ２７は、図４（Ｂ）に拡大して示すように、内側（内径側）から外側に向って拡開しており、深さＤ１は１．５ｍｍ、最大溝幅（高さ）Ｈ３は４ｍｍ、上下に隣接するピッチＨ４は１４．５ｍｍである。この胴部２３には、公知の熱収縮性のフィルムが巻き付けられる。このフィルムはＯＰＳ（二軸延伸ポリスチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの熱収縮性樹脂からなり、表面に印刷などによって商品名の表示や絵柄、模様、あるいはバーコードなどの各種情報が印刷される。

なお、胴部２３に熱収縮性のフィルム（図示せず）が巻回された状態で張られると、フィルムは角部２５を介して張力を与えられた状態で胴部２３に張り付けられるので、フィルムは角部２５には接触するが、角部２５に挟まれた領域の凹曲面状の凹パネル部２６には触れないので、隣接する角部２５の間に位置する水平リブ２７の段差部分の形がフィルムの面に現れる虞はない。したがって、薄肉プラスチックボトル２０は、フィルムを胴部２３に張力を持たせた状態で装着した場合であっても、水平リブ２７の形状に起因する凹凸模様等が表面に現れることなくフィルムを被着させることができる。

ここで、上述した各ボトル１０，２０，３０と従来技術で示したボトル１とを評価サンプルで比較した。評価サンプルは、インジェクションピースをポリプロピレン樹脂にて射出成形し、評価内容容器形状金型にて二軸延伸ブロー成形することにより、従来品と同様の波型リブ３を備えた正八角形のボトル１、本願発明の水平リブ１７，２７，３７を備えた正六角形，正八角形，正十角形の各ボトル１０，２０，３０を作成した。なお、これらの各樹脂質量は９ｇで統一している。

これら各ボトル１，１０，２０，３０をスクイズ実験として、圧縮実験機のテーブル上に寝かせて載置し、上から胴部２，１３，２３，３３の略中央部分の角部４，１５，２５，３５をアタッチメント（ロードセル付）で圧縮し、各リブ３，１７，２７，３７が座屈（２０ｍｍ）するまで押し込んだ後、アタッチメントによる圧縮を開放するまでの各形状変化を観察した。

図５は、その際の結果を比較した一覧の図表である。１０ｍｍ変位時の剛性（反力）と変形後の復元性について比較し、６００ｇ以上を最適（図の◎）、４００ｇ以上６００ｇ未満を適（図の○）、２００ｇ以上４００ｇ未満を通常（図の△）、２００ｇ未満を不適、としたところ、特に、正六角形のボトル１０で最適、正八角形及び正十角形のボトル２０，３０で適の結果を得ることができた。

なお、シュミレーション技術を活用し、スクイズ実験相当のシュミレーションを実施しパラメータの最適値を図った。なお、ここでは、ベースとなる角数が従来技術と同じ正八角形について、角部２５の曲率Ｒ１、凹パネル部２６の曲率Ｒ２、水平リブ２７のピッチＨ４、について検討した。

角部２５の曲率Ｒ１に関するパラメータは、４ｍｍ，６ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍ，１２ｍｍで検討した。その結果、４〜１０ｍｍでは略同等であったが、最適な曲率は１０ｍｍであり、１２ｍｍでは変形が残ってしまった。隣接する角部２５の間の凹パネル部２６の凹凸の方向性と度合いについて、角部２５の曲率Ｒ１の値が１０ｍｍのものを用い、内側に凹の場合の最大曲率Ｒ２は金型から成形品が抜ける限界Ｒ値、外側に凸の場合の最大曲率はボトル２０の軸線を中心として角部２５を通る円で比較した。その結果、隣接する角部２５の間が平ら（平面）な状態からボトル内側に凹の場合の金型割り時の抜き可能最大曲率を基準値「１．０（凹み量１．６２ｍｍ）」とした場合、最適な曲率Ｒ２は０．２５（凹み量０．４１ｍｍ）であることが判明した。

次に、胴部２３に配置する水平リブ２７のピッチＨ４を８．５〜１６．５ｍｍで検討した。肉厚最大化やラベル皺の最小化を考慮すると、１６．５ｍｍの間隔でも波型リブ３の比較案に比べて良好であるが、強度だけで着目した場合、８．５ｍｍ間隔で水平リブ２７を配置することが最適であることが判明した。

したがって、これらの各最適値から得られる最適形状パラメータ（ただし、リブ間隔Ｈ４は１４．５ｍｍ）を元に正多角形の角数の検討をした。この際、検討角数を四角，六角，八角，十角とした場合のスクイズ反力は四角が最も高反力であった。また、十角ではスクイズの復元性が他のものと比べてやや低かった。スクイズ以外にも使用性能を総合的に考慮した場合、四角は内溶液充填後の高温状態（夏季を想定）になったときに胴部の膨張が大きくなり易いため、ラベルのこすれや店頭での陳列等に難を有することが予測される。

このように、本発明の薄肉プラスチックボトル１０，２０，３０にあっては、把持時などのスクイズ荷重による変形を除いたとき（除荷）の復元性を考慮して、水平リブと凹パネル部とを組み合わせたことにより、従来技術で説明した波型リブ３の場合のように、生産ラインの充填機前で活用していた形状復元装置（加圧復元装置）を利用する必要が無くなり、生産性を向上することが可能となる。また、形状復元装置を活用し、容器樹脂質量を０．８倍で成形しても、従来技術と同等の把持剛性を確保することができる。加えて、本体ボトルへの詰替え時の安定性が高まった。

上記の実験結果を踏まえて、本発明によるボトルにおいて、リブ間ピッチは８．０ｍｍ〜２０．０ｍｍの範囲が適切であり、好ましくは１２．０ｍｍ〜１５．０ｍｍの範囲である。
８．０ｍｍ未満であると、水平リブの最大溝幅よりパネル幅の方が狭くなって、蛇腹容器のように、縦軸方向の安定性が低くなりすい。胴部が蛇腹容器のように軟弱になると、詰替え時の操作性が低下したり、店頭に陳列した際に自立安定性が損なわれるおそれがある。２０．０ｍｍを超えると、水平リブを形成したことによる剛性が低下して、復元性が低下するおそれがある。

また、凹パネル部を形成する際の最大凹み度合いは、隣接する前記角部の間が平らな状態からボトル内側に凹の場合の金型割り時の抜き可能最大曲率を基準値１．０とした場合、前記凹パネル部の最適な曲率を、０．１２５〜１．０の範囲とすることが適切であり、好ましくは０．２５〜０．５の範囲である。
０．２５未満であると、パネルを凹ませたことの効果が得られにくく、復元性が低下するおそれがあり、０．５を超えると、胴部を把持した際の剛性が低下するおそれがある。

また、胴部は、４〜１２の範囲の多角形が適切であり、好ましくは６〜１０の正多角形である。３角形では、製造ラインの新たな設計が必要となる。例えば、製造ラインでの移送が不安定になって、充填装置やキャッピングマシンの出入口での姿勢の調整が困難になったり、段ボール箱へ収納作業の自動化が困難になる。１２角形を超えると、凹パネルの面積が小さくなりすぎて、復元性が損なわれるおそれがある。

また、成形時に使用する樹脂量／満注内容量（ｇ／ｍｌ）は、０．０３０〜０．０１４の範囲が適切であり、好ましくは０．０２２〜０．０１８の範囲である。
０．０３０を超えると、剛性は向上するものの、コスト面での不利益があり、０．０１４未満であると、厚さが薄くなりすぎて剛性が失われ、自立できなくなるおそれがある。

１０ 薄肉プラスチックボトル
１１ 注入部
１２ 肩部
１３ 胴部
１４ 底部
１５ 角部
１６ 凹パネル部
１７ 水平リブ
２０ 薄肉プラスチックボトル
２１ 注入部
２２ 肩部
２３ 胴部
２４ 底部
２５ 角部
２６ 凹パネル部
２７ 水平リブ
３０ 薄肉プラスチックボトル
３１ 注入部
３２ 肩部
３３ 胴部
３４ 底部
３５ 角部
３６ 凹パネル部
３７ 水平リブ

Claims (4)

1. 注入部、肩部、胴部及び底部を備え、前記胴部の断面が四〜十角の正多角形の薄肉プラスチックボトルにおいて、
   樹脂量／満注内容量（ｇ／ｍｌ）が０．０３０〜０．０１４であり、
   前記胴部に形成された複数の水平リブと、
   前記胴部の多角形断面における角部と隣接する角部との間に形成された凹パネル部と、
   を備えていることを特徴とする薄肉プラスチックボトル。
2. 請求項１に記載の薄肉プラスチックボトルにおいて、
   前記胴部に形成された複数の前記水平リブの隣接するリブ間ピッチが、８．０ｍｍ〜２０．０ｍｍであることを特徴とする薄肉プラスチックボトル。
3. 請求項１又は請求項２に記載の薄肉プラスチックボトルにおいて、
   前記凹パネル部を形成する際の最大凹み度合いは、隣接する前記角部の間が平らな状態からボトル内側に凹の場合の金型割り時の抜き可能最大曲率を基準値１．０とした場合、前記凹パネル部の最適な曲率を、０．１２５〜１．０としたことを特徴とする薄肉プラスチックボトル。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の薄肉プラスチックボトルにおいて、
   ポリプロピレン製であることを特徴とする薄肉プラスチックボトル。

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