JP6012312B2 - 合成樹脂製キャップ - Google Patents

Description

この発明は、容器口部を密封するための合成樹脂製キャップに関する。

ペットボトル等の容器の口部を密封するための合成樹脂製キャップとして、キャップ天壁の内面から垂下し容器口部の内側に差し込まれる中足を有するものが周知である。斯かるキャップでは、容器の気密のために、閉栓状態下で中足が容器口部の内周面の全周にわたって密着（シール）していることが肝要である。

特開２００９−２９４９８号公報（特に図７、［００４１］）

ところで、上記キャップのシール性能を上げるための一手法として、特許文献１に開示されているように、自然状態における中足の外周面が、その上部（基部）及び下部（先端部）から中央部に近づくにつれて外方に大きく迫り出すようにすることが考えられる。この場合、容器口部内に差し込まれた中足の中央部は、容器口部に対して強力に当接することになる。

しかし、斯かるキャップでは、シール性能の向上が開栓トルクの増大にそのまま反映されてしまうという傾向が顕著となる。従って、このキャップにおいて、中足の中央部の外方への迫り出し量を抑え、閉栓状態下で容器口部に密着する中足の中央部の面積の縮小を図って開栓トルクを減少させようとすると、シール性能の低下が大きくなるのであって、製造誤差等も考慮すると、シール性能と開栓トルクの両方を満足する上記迫り出し量の範囲は極めて限られたものとなっていた。

つまり、上記キャップには、その構造上、高いシール性能を維持することができる範囲で開栓トルクのさらなる低減を図る余地が殆ど残されていなかった。

本発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、高いシール性能を維持しつつ、開栓トルクの低減を図ることができる合成樹脂製キャップを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る合成樹脂製キャップは、天壁と、該天壁の外周部から垂下するスカート壁とが設けられ、容器口部に螺着される合成樹脂製キャップであって、
前記天壁の内面には環状の中足が連設され、該中足の外周面が前記容器口部の内周面に密着可能に構成され、かつ、該中足の外周面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均高さ（Ｒａ）で周方向において３〜７μｍであるよう構成され、
さらに、中足の内側に連なる天壁の下面の高さが、中足のすぐ外側を占める天壁の下面の高さ以下になるように構成されていることを特徴としている（請求項１）。

上記合成樹脂製キャップにおいて、前記中足の外径が該中足の中央部において最大となるように、該中足の上部の外周面は下方に向かって拡径し、かつ、該中足の下部の外周面は下方に向かって縮径し、前記中央部の外周面は、垂下するか、前記上部の外周面よりも緩やかな度合で下方に向かって拡径するか、あるいは前記下部の外周面よりも緩やかな度合で下方に向かって縮径していてもよい（請求項２）。

上記合成樹脂製キャップにおいて、前記中足の上部及び前記下部の肉厚は下方に向かって小さくなり、前記中央部の肉厚は、上下にわたって同一であるか、あるいは前記上部及び前記下部の肉厚よりも緩やかな度合で下方に向かって小さくなっていてもよい（請求項３）。

上記合成樹脂製キャップにおいて、前記中足の上部の最小外径は前記容器口部の内径以下であり、前記中央部の最大外径と前記中足の上部の最小外径との半径差は０．８ｍｍ以下とすることができる（請求項４）。

上記合成樹脂製キャップにおいて、前記中央部の上下方向の長さは０．５〜２．０ｍｍとすることができる（請求項５）。

上記合成樹脂製キャップにおいて、前記中足の上部には内方に膨出する膨出部が形成されていてもよい（請求項６）。

本願発明では、高いシール性能を維持しつつ、開栓トルクの低減を図ることができる合成樹脂製キャップが得られる。

すなわち、本願の各請求項に係る発明の合成樹脂製キャップでは、高いシール性能を維持するために容器口部の内周面に対する中足の外周面の当接力を高めたり接触面積を増やしたりした場合でも、中足の外周面を粗面化することにより、開栓トルクの低減を図ることができる。

請求項２に係る発明の合成樹脂製キャップでは、中足の中央部の外周面によって容器口部の内周面に良好に密着するシール面が得られ、斯かるシール面によってシール性能を上げることができる。しかも、中足の上部及び下部は容器口部に密着しないので開栓トルクが過剰に増大することはなく、ひいては開栓トルクの低減を図ることができる。また、外周面が下方に向かって縮径する中足下部により、閉栓時に中足が容器口部にスムーズに差し込まれることになる。

閉栓状態下では、中足には自身の弾性復元力により強いストレスがかかる。しかし、請求項３に係る発明の合成樹脂製キャップでは、中足のシール面を形成する中央部は、その肉厚が上下にわたって大きく変化しないので、歪みの力が全体に略均一に分散してシール面（外周面）の全面で容器口部を良好に密封することができる。

請求項４に係る発明の合成樹脂製キャップでは、容器口部に対するキャップの巻締め完了時に大きな抵抗が発生することがなく、閉栓トルク及び開栓トルクの増大を防止することができると共に、アンダーカット量を抑えることにより、離型が困難となるのを確実に防止することができる。

請求項５に係る発明の合成樹脂製キャップでは、シール性能の発揮に必要なシール面の面積が確保され、ひいては高いシール性能が確保されることになる。

請求項６に係る発明の合成樹脂製キャップでは、中足の上部（根元部）に膨出部を設けることにより、中足の上部において膨出部が設けられた部位はそれより下方の部位よりも膨出している分だけ肉厚かつ高剛性となり、特に中足の肉厚が全体として下側ほど小となっていれば、結果として中足の中央部及び下部の金型内における離型時の変形スペース及び上部よりも高い可撓性は確保されるので、離型性が良好となる。また、冷却固化後の中足の上部は膨出部によって撓み難くなるので、シール性能の向上を図ることができる。そのため、シール性能を向上させるためにアンダーカット量をそれほど大きくする必要はなく、また、ある程度大きなアンダーカット量であっても上述のように優れた離型性により、成形のための金型を余分に分割する必要はないので、低コストで本キャップを成形・製造することができる。

本発明の一実施の形態に係る合成樹脂製キャップの構成を概略的に示す断面図である。 図１のＡ部詳細図である。 容器口部に嵌合した状態の前記合成樹脂製キャップの構成を概略的に示す断面図である。 自然状態の前記合成樹脂製キャップを容器口部に重ねて示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、表面粗さが異なる４種の中足の外周面の表面状態を示す写真である。 中足の表面粗さと開栓時のトルクの関係を示すグラフである。 中足の表面粗さと閉栓時の抵抗値の変化との関係を示すグラフである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら以下に説明する。

本発明の一実施の形態に係るキャップは、図１に示すように、キャップ本体１の下端に複数のブリッジ２を介して環状のバンド（タンパーエビデンスバンド）３が連結された合成樹脂製のピルファープルーフキャップであり、ペットボトル等の容器の口部Ｍ（図３、図４参照）に螺着される。また、本キャップは、キャップ本体１とバンド３とが一体成形されてなり、他にパッキン等を有していない所謂１ピースキャップである。

容器口部Ｍからキャップ本体１を離脱（螺脱）させる開栓の際にバンド３が容器口部Ｍから離脱しないようにするために、バンド３の内側には容器口部Ｍの環状突起Ｍ１に係合するフラップ４が設けられている。従って、開栓の際に、容器口部Ｍから離脱するキャップ本体１と離脱しないバンド３とをつなぐブリッジ２は破断する。尚、ブリッジ２の破断が適切に行われるようにするために、キャップ本体１とバンド３との境界の外周部分にはスリットＳが設けられている。

キャップ本体１は、平面視略円形状の天壁５を有し、この天壁５の外周部から略円筒状のスカート壁６が垂下する。また、天壁５の内面には、キャップ本体１を容器口部Ｍに螺着したときに、容器口部Ｍ内に差し込まれ容器口部Ｍの内周面に外周面が密着する環状の中足７と、容器口部Ｍの環状の上端面に密着する環状リブ８と、容器口部Ｍの外周面に密着する環状の外足９とが連設されている（図３、図４参照）。

図２において斜線で示す部分（天壁５の下面より下方に突出する部位のうち、容器口部Ｍの内周面に密着する一繋ぎまたは一塊の部分）が中足７であり、自然（無負荷）状態では中足７の外径が中央部１０において最大となるように、中足７の上部１１の外周面は下方に向かって拡径し、かつ、中足７の下部１２の外周面は下方に向かって縮径している。また、この中央部１０の上端から下端までの外径は同一となっており、中央部１０の外周面が容器口部Ｍの内周面に密着するシール面となる。斯かるシール面を設けたことによりシール性能を上げることができ、しかも、中足７の上部１１及び下部１２は容器口部Ｍに密着しないので開栓トルク（開栓時にキャップ本体１を回動するのに必要なトルク）が過剰に増大することもなく、さらに、閉栓時にキャップ本体１が閉まった感触も得られる。

尚、中央部１０の上下方向の幅（長さ）ｗは例えば０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができ、本例では１ｍｍである。また、中足７の上端から中央部１０の上端までの距離ｈは、０．８ｍｍ〜２．５ｍｍとすることができ、本例では１．６ｍｍである。一方、容器口部Ｍの内径が２１．７４ｍｍのとき、中央部１０の外径（最大外径）Ｄ１（図２参照）は例えば２２．０ｍｍ〜２２．５ｍｍとすることができ、本例では２２．２ｍｍである。

中足７の上部１１の外周面は、上部１１の下端からその上側にある上部１１の最小外径部位に向けて漸次縮径するように構成され、上部１１の上側にある最小外径Ｄ２（図２参照）は容器口部Ｍの内径より小さくしている。そして、上部１１の最小外径Ｄ２と中央部１０の外径（最大外径）Ｄ１との半径差ｄが０．８ｍｍ以下（好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）となるようにしてある。上記半径差ｄが０．８ｍｍ超となると、容器口部Ｍに対するキャップ本体１の巻締め完了時に大きな抵抗が発生して閉栓トルク及び開栓トルクが増大化し、かつ、過大なアンダーカットとなって離型が困難化する傾向が顕著となるためである。尚、上部１１の上下方向の幅は、例えば１．６ｍｍとすることができる。また、容器口部Ｍの内径が２１．７４ｍｍのとき、上部１１の最小外径Ｄ２は例えば２１．４ｍｍ〜２１．７ｍｍとすることができ、本例では２１．６ｍｍである。

中足７の下部１２の外周面は、閉栓時に中足７が容器口部Ｍにスムーズに差し込まれるように、下方に向かって縮径している。尚、下部１２の上下方向の幅は、例えば１．４ｍｍとすることができる。

一方、中足７の上部１１には内方に膨出する膨出部１３が形成されている。ここで、中央部１０及び上部１１における膨出部１３よりも下方の部分の肉厚は０．８５〜０．９５ｍｍ（本例では０．８５ｍｍ）とすることができ、これに対して、膨出部１３の膨出方向の幅ｅは０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ（本例では０．４ｍｍ）とすることができる。また、中足７において膨出部１３（あるいは膨出部１３の下面１３ａ）よりも上方の部位は、上側ほど肉厚が大となっている。

そして、中足７の内周面は、膨出部１３の下面１３ａを除き、下方に向かって漸次拡径するのであり、中足７の内周面において膨出部１３の下面１３ａを形成する部位が下方に向かって拡径する度合は、中足７の内周面において膨出部１３の下面１３ａの上側及び下側に連なる部位の同度合よりも大きく、本例では、膨出部１３の下面１３ａに水平に延びる領域が含まれている。

斯かる膨出部１３を設けることにより、中足７の上部１１において膨出部１３が設けられた部位はそれより下方の部位よりも膨出している分だけ肉厚かつ高剛性となり、特に中足７の肉厚が全体として下側ほど小となっているので、結果として中足７の中央部１０及び下部１２の金型内における離型時の変形スペース及び上部１１よりも高い可撓性は確保され、離型性が良好となる。また、冷却固化後の中足７の上部１１は膨出部１３によって撓み難くなるので、シール性能の向上を図ることができる。そのため、シール性能を向上させるためにアンダーカット量をそれほど大きくする必要はなく、また、ある程度大きなアンダーカット量であっても上述のように優れた離型性により、成形のための金型を余分に分割する必要はないので、低コストで本キャップを成形・製造することができる。

ところで、中足７の中央部１０の外周面が容器口部Ｍの内周面に密着するシール面となることは上述した通りであるが、このシール面が鏡面であると、容器口部Ｍの内周面に対する接触面積の大きさがそのまま開栓及び閉栓時の摩擦抵抗の増加に繋がり、その結果、開栓及び閉栓に大きなトルクが必要になる。

そこで、本キャップでは、中央部１０の外周面を含む中足７全体の外周面に微細凹凸を形成するためのシボ加工を施し、粗面化している。具体的には、中足７の外周面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）で周方向において３〜７μｍとなるようにすることができる。あるいは、中足７の外周面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される最大高さ（Ｒｙ）で周方向において１８〜５３μｍとなるようにすることができる。中足７の外周面の周方向における表面粗さが、Ｒｙ、Ｒａに関して上記各数値範囲を下回ると開栓及び閉栓に必要なトルクが大きいままとなり、逆に上回るとシール性能に支障を来す恐れがある。

上記シボ加工（粗面化）は、キャップ本体１を成形する金型の対応姿面域に、エッチング加工、放電加工、ブラスト加工等で微細な凹凸を無数に形成するいわゆるシボ加工を施しておき、キャップ本体１を型成形したときにその微細な凹凸が逆転写してなる無数の微細凹凸を中足７の外周面の領域に得ることで行うことができる。

図５（Ａ）〜（Ｄ）には、表面粗さが異なる４種の中足７の外周面の表面状態を示してあり、同図（Ａ）はシボ加工を施していないもの、同図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は互いに異なる表面粗さとなるようにシボ加工を施したものを示す。また、下記表１〜表２は、図５（Ａ）〜（Ｄ）の各中足７の外周面を測定して得られた表面粗さを示す。測定にはレーザー顕微鏡（接眼レンズ１０倍）を用い、中足７の周方向（水平方向）で測定し、基準長さを０．８ｍｍとした。表１は算術平均粗さ（Ｒａ）を、表２は最大高さ（Ｒｙ）を示す。そして、各表には、平均値（ＡＶＥ）、最大値（ＭＡＸ）、最小値（ＭＩＮ）を示してある。

上記シボ加工（粗面化）により、中足７の外周面と容器口部Ｍの内周面との接触面積は減少し、開栓時に必要なトルクは減少する。実際に、上記４種のキャップについて開栓時のトルクを測定したところ、図６に示す結果が得られたのであり、この結果から、粗面化が開栓トルクの減少に寄与していることが理解される。

さらに、上記シボ加工（粗面化）により、閉栓（キャッピング）する際の摩擦抵抗も小さくなるため、巻締めし易くなる。実際に、図５（Ａ）、（Ｂ）のキャップについて閉栓時のトルクを測定したところ、図７に示す結果が得られたのであり、この結果から、粗面化が閉栓トルクの減少にも寄与していることが理解される。

また、下記表３は、上記４種のキャップをそれぞれ１０個ずつ用意し、巻締め角度（容器口部の雄ねじとキャップの雌ねじの端部どうしが合致した状態から巻締め終了までに要した回転角度（度）であり、表中では巻締角と表記）と開栓トルク（巻締め終了状態から開栓するときのトルク（Ｎ・ｃｍ）であり、表中では１ｓｔと表記）とを測定して得られた結果を示し、この結果から、シボ加工（粗面化）は巻締め角度に影響を殆ど及ぼさないことが理解される。尚、表中において、「Ｒ」は最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）との差、√Ｖは標準偏差を示す。

上記のように算術平均粗さ（Ｒａ）または最大高さ（Ｒｙ）が上記数値範囲に収まる粗面化であれば必要な密封性能は損なわれないことを本発明者らは瞬間耐圧試験（ＳＳＴ）により確認している。すなわち、この瞬間耐圧試験では、上記４種のキャップをそれぞれ２０個ずつ用意し、試験によって漏れが生じたキャップの個数を調べたのであり、その評価結果を表４に示す。

そして、本キャップでは、上記の各効果の他に、以下の効果も奏する。すなわち、閉栓状態下では、中足７には自身の弾性復元力により強いストレスがかかるが、中足７のシール面を形成する中央部１０は、断面がストレートとなる外周面と下方に向かって漸次縮径する内周面とを有し、その肉厚が上下にわたって大きく変化しないので、歪みの力が全体に略均一に分散してシール面（外周面）の全面で容器口部Ｍを良好に密封することができる。

しかも、本キャップでは、容器口部Ｍに密着する中央部１０の薄肉化を図り、この薄肉化によって中央部１０の可撓性を上げ、キャップ本体１の開栓トルクを小として操作性を向上させることも可能である。

本キャップは上記の各機能（作用）を発揮するように構成されていればよいのであり、斯かる本キャップは、例えば、柔軟性に優れると共に摩擦抵抗が小さい合成樹脂としてのポリプロピレン（ホモ、ブロック、ランダム等）、ポリエチレン（高密度（ＨＤ）、ＬＬ（Ｌｉｎｅａｒ Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ）、低密度（ＬＤ）等）をベース樹脂として、通常のインジェクション成形またはコンプレッション成形により成形することができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に何ら限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々に変形して実施し得ることは勿論である。例えば、以下のような変形例を挙げることができる。

上記実施の形態のキャップは、中足７と環状リブ８と外足９とによる３点シール構造を具備しているが、これに限らず、例えば環状リブ８または外足９の何れか一方または両方を設けないようにしてもよい。

上記実施の形態では、中足７の中央部１０の外周面は垂下しているが、これに限らず、例えば、中足７の上部１１の外周面よりも緩やかな（小さい）度合で下方に向かって拡径していてもよいし、中足７の下部１２の外周面よりも緩やかな（小さい）度合で下方に向かって縮径していてもよい。

上記実施の形態では、図２に示すように、膨出部１３が中足７の上部１１の上端から中央部分にまで延びている（上部１１の下端には至っていない）が、これに限らず、例えば、膨出部１３を中足７の上部１１の下端部にまで延ばしてもよい。また、中足７の上部１１に、膨出部１３を二段以上設けてもよく、この場合も、上部１１の内周面は上方に向かって縮径するようにしてあることが離型性の点から好ましい。

本発明では、シール性能の向上を図る目的で、冷却固化後の中足７が内側に撓み難くなるようにするために、中足７の内側に連なる天壁５の内面（下面）が、中足７と環状リブ８との間を占める天壁５の内面（下面）よりも例えば０．１ｍｍ程低くなるようにして（換言すれば天壁５において中足７の内側を占める部分の肉厚を中足７のすぐ外側を占める部分の肉厚よりも０．１ｍｍ程度厚くするようにして）いるが、これに限らず、例えば上記のような高低差（肉厚差）を設けなくてもよい。

上記実施の形態では、中足７の上部１１及び下部１２の肉厚は下方に向かって小さくなるのに対して、中央部１０の肉厚は、上部１１及び下部１２の肉厚よりも緩やかな度合で下方に向かって小さくなるようにしてあるが、これに限らず、中央部１０の肉厚が上下にわたって同一となるようにしてあってもよい。

なお、上記変形例どうしを適宜組み合わせてもよいことはいうまでもない。

１ キャップ本体
２ ブリッジ
３ バンド
４ フラップ
５ 天壁
６ スカート壁
７ 中足
８ 環状リブ
９ 外足
１０ 中央部
１１ 上部
１２ 下部
１３ 膨出部
１３ａ 下面
ｄ 半径差
ｅ 幅
Ｍ 容器口部
Ｍ１ 環状突起
ｗ 幅

Claims (6)

1. 天壁と、該天壁の外周部から垂下するスカート壁とが設けられ、容器口部に螺着される合成樹脂製キャップであって、
   前記天壁の内面には環状の中足が連設され、該中足の外周面が前記容器口部の内周面に密着可能に構成され、かつ、該中足の外周面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均高さ（Ｒａ）で周方向において３〜７μｍであるよう構成され、
   さらに、中足の内側に連なる天壁の下面の高さが、中足のすぐ外側を占める天壁の下面
   の高さ以下になるように構成されていることを特徴とする合成樹脂製キャップ。
2. 前記中足の外径が該中足の中央部において最大となるように、該中足の上部の外周面は下方に向かって拡径し、かつ、該中足の下部の外周面は下方に向かって縮径し、
   前記中央部の外周面は、垂下するか、前記上部の外周面よりも緩やかな度合で下方に向かって拡径するか、あるいは前記下部の外周面よりも緩やかな度合で下方に向かって縮径する請求項１に記載の合成樹脂製キャップ。
3. 前記中足の上部及び前記下部の肉厚は下方に向かって小さくなり、前記中央部の肉厚は、上下にわたって同一であるか、あるいは前記上部及び前記下部の肉厚よりも緩やかな度合で下方に向かって小さくなる請求項２に記載の合成樹脂製キャップ。
4. 前記中足の上部の最小外径は前記容器口部の内径以下であり、前記中央部の最大外径と前記中足の上部の最小外径との半径差は０．８ｍｍ以下である請求項２に記載の合成樹脂製キャップ。
5. 前記中央部の上下方向の長さは０．５〜２．０ｍｍである請求項２に記載の合成樹脂製キャップ。
6. 前記中足の上部には内方に膨出する膨出部が形成されている請求項１に記載の合成樹脂製キャップ。