JP5979487B2 - ポリオレフィン系樹脂製のブロー成形壜体 - Google Patents

Description

本発明は、高温の内容液を充填した後の冷却等に起因する壜体内部の減圧によって生じる壜体の変形を側周壁の変形により吸収するようにしたポリオレフィン系樹脂製のブロー成形壜体に関する。

従来、飲料水、お茶、果汁飲料等の用途には、その優れた透明性、剛性、強度、耐熱性、生産性等の特徴からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製の２軸延伸ブロー成形による壜体（ペットボトル）が、幅広く使用されている。
また、内容液の殺菌を必要とする用途では、９０℃前後の温度で内容液を壜体に充填し、キャップをして密封後冷却する、所謂、高温充填と呼ばれる方法が採用されている。
この充填方法では壜体内がかなりの減圧状態となり、側周壁が局部的に陥没変形すると云う問題がある。特に、省資源あるいはコスト低減の観点から壜体を軽量化すると、その分、側周壁が薄肉化し、上記のような減圧時における局部的な変形の問題が顕著に発生するようになる。

このため、高温充填を伴う用途については、胴部に、所謂、減圧吸収パネルを形成し、この減圧吸収パネルを外観的に目立たないように陥没状に均一に変形させることにより、所謂、減圧吸収機能を発揮させて、局部的な変形を抑制するようにした壜体が用いられている。
たとえば特許文献１には胴部の側周壁に６ケの縦長矩形状の減圧吸収パネルを周方向に並列配設した壜体についての記載がある。
また特許文献２には、複数のパネルを周方向に稜線部を介して連結させて胴部の周壁を形成した正多角形筒状のペットボトルが記載されており、隣接するパネルの連結部である稜線部により壜体の柱部としての機能が発揮され、各パネルが左右に位置する稜線部を基端部として陥没状に変形し、減圧吸収機能が発揮されるとしている。

特開平１０−５８５２７号公報 特開２００７−２９７０８４号公報

一方、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン（ＰＯ）系樹脂製のダイレクトブロー成形による壜体についても、耐薬品性、柔軟性、耐衝撃性等の特徴を生かして、幅広い分野で使用されている。
ダイレクトブロー成形によれば、周壁の全体に亘って積層構造を有する壜体の成形を比較的容易に成形することが可能である。
たとえば、高いガスバリア性を有するエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）樹脂を中間層としてＰＥ樹脂製の外層と内層の間にサンドイッチ状に積層することにより、ペットボトルに比較して高いガスバリア性を有する壜体を提供することができる。また遮光性を有する層を周壁全体に積層することにより、高いレベルの遮光性を実現することが可能となる。

そして、上記ＰＯ系樹脂製のダイレクトブロー成形による壜体（以下、ブローボトルと略記する場合がある。）についても、前述した高温充填を伴う用途へ使用が展開されているが、ＰＯ系樹脂製のブローボトルの側周壁の剛性は、ＰＥＴ樹脂を２軸延伸により配向結晶化させたペットボトルの側周壁に比較すると低い。
このため、例えば前述した引用文献２に記載されるように、正多角形筒状の壜体を成形し、隣接するパネルの連結部である稜線部により壜体の柱部としての機能を発揮させ、この稜線部を基端としたパネルの陥没変形により減圧吸収機能を発揮させようとしても、柱部が局部的に座屈状に陥没変形してしまうと云う問題がある。
すなわち、ＰＯ系ブローボトルで減圧吸収機能を発揮させるにあたって、ペットボトルと同様な側周壁の形状設計では対応が難しく、ＰＯ系ブローボトルの特性を考慮した減圧吸収機能に係る形状設計を要する。

そこで、本発明はポリオレフィン系樹脂製のダイレクトブロー成形による壜体に適した減圧吸収機能に係る側周壁形状を創出することを技術的課題とする。

上記技術的課題を解決する本発明の主たる手段は、
ポリオレフィン系樹脂製のブロー成形壜体において、
胴部の側周壁が、前面側から側面にかけての部分を周方向に沿って湾曲状に形成する湾曲状部分と、背面側を平坦状に形成する平坦部分と、湾曲状部分と平坦部分を連結する角部から構成され、
平坦部分の外周縁の内側に、この外周縁に沿って環状の溝リブが形成され、
平坦部分の左右に位置する一対の溝リブの底部から角部に至る端部領域の壁厚の平均値が、一対の溝リブの間に位置する中央領域の壁厚の平均値に比較して薄肉である、と云うものである。

上記構成の壜体では湾曲状部分と平坦部分を連結する角部が胴部の上下方向に延設され壜体の柱部としての機能を担う。
ここで、ダイレクトブロー成形では、押出成形した円筒状の溶融状態にあるパリソンの端部をピンチ状にシールした状態で、このパリソンをブローエアにより膨張させて割金型のキャビティ形状に沿って賦形し、壜体を成形する。
割金型の壜体の背面側の平坦部分を形成する平坦キャビティ面での賦形の様子をみると、膨張するパリソンの周壁を形成する溶融樹脂は、まず平坦キャビティ面の左右中央位置に当接し、この当接が、左右方向に壜体の角部を形成するコーナー面に向かって進行し、壜体の賦形が進展していく。
ここで、平坦キャビティ面の左右端部近傍には高さ方向の溝リブを形成するための突条が配設されており、この突条を利用して賦形の進展の堰としての機能を発揮させることができ、これによりコーナー面方向への溶融樹脂の、所謂、肉周りを少なくすることができ、溝リブの底部から角部に至る端部領域の壁厚を薄肉化することができる。

そして壜体の内部の減圧度が上昇した際には、左右に位置する角部を基端、すなわち固定点として上記のように薄肉に形成された平坦部分の溝リブの底部から角部に至る端部領域が可動域として、壜体の内部方向に変形し、すなわち端部領域を起点として平坦部分全体を陥没状に変形させることが可能となり、十分に大きな減圧吸収機能を発揮させることが可能となる。

本発明の他の構成は、上記主たる構成において、胴部の中央高さ位置における平坦部分の左右に位置する一対の溝リブの底部間の寸法が、左右の角部間の寸法の６０％〜９０％の範囲である、と云うものである。

上記構成は、平坦部分における溝リブの配設位置に係るものであり、特に背面側の左右方向における溝リブの配設位置は、基本的には平坦部分の左右の周縁部を形成する角部近傍に配設するのが好ましい。このように溝リブを角部近傍に配設することにより、溝リブによる縦溝リブとしての作用効果が発揮され、角部の柱部としての機能を補強でき、壜体の座屈強度を高めることができ、その分、さらに減圧吸収機能を向上させることが可能となる。
但し、溝リブの配設位置を角部に近づけすぎると、平坦部分の陥没変形の起点となる端部領域を十分に確保できなくなり減圧吸収機能の向上効果が低減するため、全体的なバランスを考慮すると、胴部の中央高さ位置における平坦部分の左右に位置する一対の溝リブの底部間の寸法を、左右の角部間の寸法の６０％〜９０％の範囲とするのが好ましい。

本発明のさらに他の構成は、上記主たる構成において、胴部の中央高さ位置における端部領域の壁厚の平均値が、中央領域の壁厚の平均値の５０％以下である、と云うものである。

上記構成のように、胴部の中央高さ位置における端部領域の壁厚の平均値を、一対の溝リブの間に位置する中央領域の壁厚の平均値の５０％以下とすることにより、端部領域の可動域としての作用効果が十分に発揮され、減圧吸収機能を十分大きく発揮させることが可能となる。
端部領域の薄肉化は、溝リブの溝深さ等の形状やその配設位置によりブロー成形時に可能であるが、薄肉化の程度の下限は、減圧度が上昇した際における当該端部領域での座屈変形の発生し易さを考慮して決めることができる。

なお、本発明においてポリオレフィン系樹脂には、高密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、低密度ポリエチレン樹脂等のポリエチレン系樹脂や、
結晶性プロピレン単独重合体、結晶性プロピレン／エチレンランダム共重合体、結晶性プロピレン／α−オレフィンランダム共重合体、プロピレンと、エチレン及び／又はα−オレフィンとの結晶性ブロック共重合体等のポリプロピレン系樹脂、さらにはエチレン−酢酸ビニル共重合体等のオレフィン成分を主体とした共重合体、またポリオレフィン樹脂成分を主体としたブレンド樹脂が含まれる。
また、本発明においてポリオレフィン系樹脂製ブロー成形壜体は、上記したポリオレフィン樹脂からなる層を主体として、たとえばＥＶＯＨ樹脂やナイロン樹脂等のポリオレフィン系樹脂とは異なる合成樹脂製の層を積層した積層体とすることもできる。

本発明は上記した構成であり、以下に示す効果を奏する。
すなわち、パリソンのブロー成形に係る、所謂、溶融樹脂の肉周りのメカニズムを利用し、壜体の裏面側を形成する平坦部分の溝リブの底部から角部に至る端部領域の壁厚を薄肉化することができ、
壜体の内部の減圧度が上昇した際には、左右に位置する角部を基端、すなわち固定点として上記のように薄肉に形成された端部領域が可動域として壜体の内部方向に変形し、すなわち端部領域を起点として平坦部分全体を陥没状に変形させることが可能となり、十分に大きな減圧吸収機能を発揮させることができる。

本発明のブロー成形壜体の一実施例を示す正面図である。 図１の壜体の側面図である。 図１の壜体の背面図である。 図１の壜体の（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。 （ａ）は図１中のＡ−Ａ線に沿った平断面図、（ｂ）はその拡大図である。 ブロー成形におけるパリソンの膨張変形の態様を示す概略説明図である。 比較例の壜体の図１中のＡ−Ａ線に沿った平断面図である。 壜体の減圧吸収容量に係る解析結果を示すグラフである。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図５は本発明のブロー成形壜体の一実施例を示すもので、図１は正面図、図２は側面図、図３は背面図、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は底面図、図５（ａ）は図１中のＡ−Ａ線に沿った胴部４の中央高さ位置における平断面図、図５（ｂ）はその拡大図である。
この壜体１はポリプロピレン樹脂製のダイレクトブロー成形品（以下、単にブロー成形品と記載する。）であり、口筒部２、肩部３、胴部４、底部５を有し、全高さが９７ｍｍ、図１の正面図における胴部４の最大横幅が６９ｍｍ、重量が１５ｇ、容量が１００ｍｌの比較的小型のものである。
また、底部５の底面壁にはブロー成形中におけるパリソンのピンチオフによるシール部６が形成されている。

そして、図５（ａ）の平断面図から分かるように、胴部４の側周壁は前面４ｆ側から側面４ｓにかけての部分を周方向に沿って湾曲状に形成する湾曲状部分１１と、背面４ｂ側を平坦状に形成する平坦部分１２と、これら湾曲状部分１１と平坦部分１２を連結する角部１４から構成され、上下方向に延設される角部１４により壜体１の柱部としての機能が発揮される。
また、図３に示されるように平坦部分１２の外周縁１２ｐの内側近傍に、この外周縁１２ｐの形状に沿って側周壁を屈曲させて環状に溝リブ１３を形成している。
なお、溝リブ１３の溝深さは２ｍｍである。

胴部４の中央高さ位置における、左右の角部１４間の寸法Ｌａは４９ｍｍで、左右の溝リブ１３の底部１３ｂ間の寸法Ｌｂは３５ｍｍで、ＬｂはＬａの７１％である。（図３、図５（ｂ）参照）
また、左右に位置する一対の溝リブ１３の底部１３ｂから角部１４に至る端部領域Ｒｅの壁厚の平均値は０．４３ｍｍ、溝リブ１３の間に位置する中央領域Ｒｃの壁厚の平均値は１．２ｍｍで、端部領域Ｒｅの壁厚は中央領域Ｒｃの壁厚の３６％で、左右の端部領域Ｒｅは薄肉に形成されている。（図３、図５（ｂ）参照）

ここで、図６はブロー成形におけるパリソンの膨張変形の態様を示す概略説明図である。この図は割金型３１のキャビティ内の中央部にパリソンＰを配設した状態の平断面図であり、
割金型３１のキャビティ面３２の図中、上辺には平坦部分１２を形成する平坦キャビティ面３２ａが配設され、この平坦キャビティ面３２ａの左右端部には角部１４を形成するコーナー部３４、またこのコーナー部３４の近傍には溝リブ１３を形成するための突条３３が配設されている。

そして、ブロー成形工程ではパリソンＰは変形態様Ｐ１まで略等方的に膨張変形し、さらに膨張変形が進行すると図中、上下位置でキャビティ面３２の左右中央部分に当接し、この当接が左右方向に進展する。
ここで、パリソンＰを形成する溶融樹脂の平坦キャビティ面３２ａへの当接が左右に進展する際には、突条３３により樹脂の変形を留める、堰としての機能が発揮され（変形態様Ｐ２参照）、突条３３の頂部から基部、そしてコーナー部３４への賦形の進行、所謂、肉周りを少なくすることができ、その結果、図５（ｂ）に示したように端部領域Ｒｅを薄肉化することができる。

そして、壜体１の内部の減圧度が上昇した際には、
図５（ｂ）に示すように、左右に位置する角部１４を基端、すなわち固定点として上記のように薄肉に形成された平坦部分１２の端部領域Ｒｅが可動域として、
図中、二点鎖線で示したように壜体１の内部方向に変形し、すなわち端部領域Ｒｅを起点として平坦部分１２全体を、図中、黒矢印で示したように陥没状に変形させることができ、十分に大きな減圧吸収機能を発揮させることが可能となる。
なお、このように胴部４の背面４ｂ側の平坦部分１２で十分に大きな減圧吸収機能を発揮させることができると、胴部４の前面４ｆ側から側面４ｓにかけての湾曲状部分１１は壜体１内の減圧度の上昇により変形する心配がなく、この広い面積を有する湾曲状部分１１をラベルの貼付面として活用することができる。

次に図８は、上記した実施例の１５ｇの壜体（実施例１の壜体とする。）と、形状は同様で重量を１３ｇと軽量化した実施例２の壜体、さらに溝状リブ１３が形成されていないことを除き、他は実施例１の壜体と同様の形状で重量を１５ｇとした比較例１の壜体、１３ｇとした比較例２の壜体、計４種の壜体について、壜体の減圧吸収容量に係る解析を実施した結果を示すグラフである。
横軸を壜体内の減圧度（ｋＰａ）、縦軸を体積変化量（吸収容量）（ｍｌ）としたグラフであり、実施例１、２の壜体の測定結果をＴ１、Ｔ２の線で示し、比較例１、２の壜体の測定結果をＣ１、Ｃ２の線で示している。
なお、図７は比較例の壜体の図１中のＡ−Ａ線に沿った平断面図である。

減圧度を上昇させていき、最終的に不正変形が発生する点、図中、Ｐｔ１、Ｐｔ２，Ｐｃ１、Ｐｃ２で示した点における減圧度である減圧強度と、減圧吸収容量は次のようであった。
・実施例１の１５ｇの壜体；８８．９ｋＰａ、１４．１ｍｌ
・実施例２の１３ｇの壜体；６６．１ｋＰａ、１１．７ｍｌ
・比較例１の１５ｇの壜体；５７．９ｋＰａ、９．９ｍｌ
・比較例２の１３ｇの壜体；３１．０ｋＰａ、６．６ｍｌ

なお、実施例１、２の壜体では不正変形が発生するＰｔ１、Ｐｔ２で示した点で、図３中、平坦部分１２の下部のハッチングで示した領域で局部的な陥没状の変形が発生する。
一方、比較例１、２の壜体において不正変形が発生するＰｃ１、Ｐｃ２で示した点では、図７中、白抜き矢印示した位置、すなわち壜体１の側面４ｓで、二点鎖線で示したように局部的な陥没状の変形が発生する。
また、図１に示した形状の壜体での８５℃の水を充填する高温充填試験によれば、実用上必要とされる減圧吸収量は７ｍｌ程度であり、上記解析結果によれば、実施例１の１５ｇの壜体は勿論のこと、実施例２の１３ｇの壜体でも実用上、十分な減圧吸収機能が発揮されることが判った。
一方、溝リブ１３のない比較例１の１５ｇの壜体では、上記条件での使用は可能であるが、さらに厳しい条件下での使用は難しいものと推定され、さらに比較例２の解析結果が６．６ｍｌであることから分かるように壜体の軽量化は困難である。

以上、実施例に沿って本発明のブロー成形壜体の実施態様とその作用効果について説明したが、本発明の実施態様はこれら実施例に限定されるものではない。
たとえば、実施例では容量が１００ｍｌのＰＰ樹脂製のブロー成形壜体について説明したが、さらに大きな容量の壜体とすることもできる。
また壜体の形状についても、背面側を平坦状に形成する平坦部分とする等の範疇のなかで、外観デザイン等を考慮してさまざまなバリエーションのものとすることが可能である。

また、樹脂についてもさまざまな種類のポリポレフィン系樹脂の中から、使用目的に応じて適宜選択することができる。
さらに、本発明のブロー成形壜体は、ポリオレフィン樹脂からなる層を主体として、たとえばＥＶＯＨ樹脂やナイロン樹脂等のポリオレフィン系樹脂とは異なる合成樹脂製の層を積層した積層体とすることもできる。

本発明のポリオレフィン樹脂製のブロー成形壜体は、減圧吸収機能を高いレベルで発揮できるものであり、ペットボトルにはない特徴を生かし高温充填用途向けでの幅広い利用展開が期待される。

１ ；壜体
２ ；口筒部
３ ；肩部
４ ；胴部
４ｂ；背面
４ｆ；前面
４ｓ；側面
５ ；底部
６ ；シール部
１１；湾曲状部分
１２；平坦部分
１２ｐ；外周縁
１３；溝リブ
１３ｂ；底部
１４；角部
Ｌａ、Ｌｂ；寸法
Ｒｃ；中央領域
Ｒｅ；端部領域

３１；割金型
３２；キャビティ面
３２ａ；平坦キャビティ面
３３；突条
３４；コーナー部
Ｐ ；パリソン
Ｐ１、Ｐ２；変形態様

Claims (3)

1. 胴部(4)の側周壁が、前面(4f)側から側面(4s)にかけての部分を周方向に沿って湾曲状に形成する湾曲状部分(11)と、背面(4b)側を平坦状に形成する平坦部分(12)と、前記湾曲状部分(11)と平坦部分(12)を連結する角部(14)から構成され、前記平坦部分(12)の外周縁(12p)の内側に該外周縁(12p)に沿って環状の溝リブ(13)が形成され、前記平坦部分(12)の左右に位置する一対の溝リブ(13)の底部(13b)から角部(14)に至る端部領域(Re)の壁厚の平均値が、前記一対の溝リブ(13)の間に位置する中央領域(Rc)の壁厚の平均値に比較して薄肉であることを特徴とするポリオレフィン系樹脂製のブロー成形壜体。
2. 胴部(4)の中央高さ位置における平坦部分(12)の左右に位置する一対の溝リブ(13)の底部(13b)間の寸法(Lb)が、左右の角部(14)間の寸法(La)の６０％〜９０％の範囲である請求項１記載のポリオレフィン系樹脂製のブロー成形壜体。
3. 胴部(4)の中央高さ位置における端部領域(Re)の壁厚の平均値が、中央領域(Rc)の壁厚の平均値の５０％以下である請求項１または２記載のポリオレフィン系樹脂製のブロー成形壜体。
   

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