JP6160895B2 - プラスチックボトル - Google Patents

Description

本発明は、主として飲食品等の内容液を収容するプラスチックボトルに関する。

近時、飲食品等の内容液を収容するボトルとして、プラスチック製のものが一般化してきており、このようなプラスチックボトルは内容液を収容したのち積載される。

このような内容液を収容するプラスチックボトルは、全体として軽量化が求められている。また、一般に、プラスチックボトルに内容液を充填した後、内容液の比重が変化したり、内容液がプラスチックボトルの空寸部に存在する酸素を吸収したりするため、ボトル内部が減圧する現象が知られている。しかしながら、プラスチックボトルを軽量化した場合、その厚みが薄くなるため、このような減圧が生じた場合にプラスチックボトルが変形しやすくなってしまう。

特開２００２−１９３２２９号公報 特開２００３−２８５８１４号公報

一方、プラスチックボトルの胴部に減圧吸収パネルを設けることにより、プラスチックボトル内部の減圧を吸収する技術も知られている（特許文献１）。しかしながら、このような減圧吸収パネルを設けた場合、減圧吸収パネルの大きさの分、プラスチックボトルの容量が減少してしまうという問題がある。

また、プラスチックボトルの胴部に周状リブを等間隔に配置したものも知られているが（特許文献２）、このようなプラスチックボトルを軽量化した場合、ボトル内部の減圧を十分に吸収することは難しい。一方、周状リブを大きくすることも考えられるが、この場合、プラスチックボトルの容量が減少してしまうおそれがある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、プラスチックボトルを軽量化した場合であっても、その容量を確保するとともに、ボトル内部の減圧による変形を防止することが可能なプラスチックボトルを提供することを目的とする。

本発明は、プラスチックボトルにおいて、口部と、肩部と、胴部と、底部とを備え、胴部は、中央部の中央水平方向溝を介して上半部と下半部とに区画され、胴部の上半部と下半部とに、それぞれ複数の水平方向溝が形成され、上半部および下半部にそれぞれ形成された複数の水平方向溝は、少なくとも２種類の深さの水平方向溝を含むことを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、上半部および下半部にそれぞれ形成された複数の水平方向溝は、最大の深さをもつ第１水平方向溝と、中間の深さをもつ第２水平方向溝と、最小の深さをもつ第３水平方向溝とを含むことを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、中央水平方向溝の深さは、第１水平方向溝の深さと同一であることを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、中央水平方向溝、第１水平方向溝、第２水平方向溝および第３水平方向溝の開き角は、全て同一であることを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、中央水平方向溝、第１水平方向溝、第２水平方向溝および第３水平方向溝の開き角は、４０°〜９０°であることを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、胴部のうち水平方向溝が形成されていない領域は、肩部直下から底部直上まで均一の径を有することを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、胴部の上半部と下半部とに形成された複数の水平方向溝は、中央水平方向溝を基準として上下対称に配置されていることを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明によれば、胴部は、中央部の中央水平方向溝を介して上半部と下半部とに区画され、胴部の上半部と下半部とに、それぞれ複数の水平方向溝が形成され、上半部および下半部にそれぞれ形成された複数の水平方向溝は、少なくとも２種類の深さの水平方向溝を含む。このためプラスチックボトルを軽量化した場合であっても、その容量を確保するとともに、ボトル内部の減圧による変形を防止することができる。

図１は、本発明の一実施の形態によるプラスチックボトルを示す正面図。 図２は、本発明の一実施の形態によるプラスチックボトルを示す底面図。 図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ胴部の第１水平方向溝、第２水平方向溝および第３水平方向溝を示す垂直断面図。 図４（ａ）〜（ｂ）は、それぞれプラスチックボトル内部を減圧する前と後とにおける、水平方向溝の垂直断面図。 図５は、比較例としてのプラスチックボトルを示す正面図。 図６は、比較例としてのプラスチックボトルを示す底面図。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１乃至図４は本発明の一実施の形態を示す図である。

まず、図１乃至図３により、本実施の形態によるプラスチックボトルの概要について説明する。なお、本明細書中、「上」および「下」とは、それぞれプラスチックボトル１０を正立させた状態（図１）における上方および下方のことをいう。

図１乃至図３に示すプラスチックボトル１０は、射出成形により得られるプリフォームを準備し、このプリフォームに対して二軸延伸ブロー成形を施すことにより作製される。このようなプラスチックボトル１０は、例えば４５０ｍｌ〜６５０ｍｌの容積をもつ軽量のボトルからなっている。

プラスチックボトル１０は、口部１１と、口部１１下方に設けられた肩部１２と、肩部１２下方に設けられた胴部２０と、胴部２０下方に設けられた底部３０とを備えている。

このうち胴部２０は、全体として円筒形状を有しており、その上下方向中央部に位置する中央水平方向溝２１を介して上半部２０Ａと下半部２０Ｂとに区画されている。これら上半部２０Ａと下半部２０Ｂとには、それぞれ複数の水平方向溝２２〜２４が形成されている。

また、複数の水平方向溝２２〜２４は、少なくとも２種類の深さの水平方向溝を含んでいる。具体的には、水平方向溝２２〜２４は、最大の深さをもつ第１水平方向溝２２と、中間の深さをもつ第２水平方向溝２３と、最小の深さをもつ第３水平方向溝２４とを含んでいる。なお、中央水平方向溝２１の深さは、第１水平方向溝２２の深さと同一である。

これら水平方向溝２１〜２４は、それぞれ胴部２０の円周方向全周に延びており、その上下方向の幅は、それぞれ円周方向全周にわたって均一である。

この場合、胴部２０の上半部２０Ａには、肩部１２側から中央水平方向溝２１側に向けて、第２水平方向溝２３、第３水平方向溝２４、第３水平方向溝２４、第１水平方向溝２２、第２水平方向溝２３がこの順に形成されている。

一方、胴部２０の下半部２０Ｂには、底部３０側から中央水平方向溝２１側に向けて、第２水平方向溝２３、第３水平方向溝２４、第３水平方向溝２４、第１水平方向溝２２、第２水平方向溝２３がこの順に形成されている。

このように、胴部２０の上半部２０Ａと下半部２０Ｂとに形成された第１水平方向溝２２、第２水平方向溝２３および第３水平方向溝２４は、中央水平方向溝２１を基準として（位置関係及び間隔の両方とも）上下対称に配置されている。これにより、プラスチックボトル１０の内部が減圧した際、各水平方向溝２１〜２４によって、この減圧を上半部２０Ａと下半部２０Ｂとで均等に吸収することができる。

なお、胴部２０の上半部２０Ａおよび下半部２０Ｂに形成された水平方向溝２１〜２４のうち、中央水平方向溝２１および２本の第１水平方向溝２２は、主として、プラスチックボトル１０の内部が減圧した際、上下方向に収縮することにより、減圧を吸収する機能を発揮する。また、中央水平方向溝２１および２本の第１水平方向溝２２は、変形しやすい部分である胴部２０の中央部周辺の強度を高める役割も果たしている。

中央水平方向溝２１の上下に位置する２本の第２水平方向溝２３は、主として、変形しやすい部分である胴部２０の中央部周辺の強度を高める役割を果たす。また、この２本の第２水平方向溝２３は、補助的に、上下方向に収縮することにより減圧を吸収する機能も発揮する。

４本の第３水平方向溝２４は、主として、上半部２０Ａおよび下半部２０Ｂのうち、上半部２０Ａおよび下半部２０Ｂの中央領域周辺の強度を高め、この部分が水平方向に凹むことを防止する役割を果たす。また、この４本の第３水平方向溝２４は、補助的に、上下方向に収縮することにより減圧を吸収する機能も発揮する。なお、第３水平方向溝２４の深さが（例えば第１水平方向溝２２又は第２水平方向溝２３程度に）大きすぎないことにより、プラスチックボトル１０の容量が減少することを防止することができる。

肩部１２および底部３０の近傍に各々設けられた２本の第２水平方向溝２３は、主として、胴部２０のうち比較的変形しやすい部分である肩部１２および底部３０周辺領域の強度を高める役割を果たす。

一方、胴部２０のうち、水平方向溝２１〜２４が形成されていない領域は、円筒面２５からなっている。すなわち、各水平方向溝２１〜２４同士の間には、円筒面２５が形成されている。このように、胴部２０は、各水平方向溝２１〜２４および円筒面２５のみから構成されている。

この水平方向溝２１〜２４が形成されていない領域（円筒面２５）は、肩部１２の直下から底部３０の直上まで均一の径を有している。これにより、プラスチックボトル１０を自動販売機内で横向きに収納した際、隣接する他のプラスチックボトル１０に対して広い面積で接触させることができるので、自動販売機内で胴部２０が変形することを防止することができる。

一方、図２に示すように、底部３０は、中央に位置する円形状の凹部３１と、この凹部３１から放射状に延びる放射状リブ３２とを有している。なお、図２において、放射状リブ３２の本数は７本であるが、これに限らず、例えば５本〜１１本の範囲で設定しても良い。このように放射状リブ３２を配置したことにより、底部３０の強度を高め、底部３０に変形が生じにくいようになっている。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、水平方向溝２１〜２４の形状について更に説明する。なお、図３（ａ）は、中央水平方向溝２１および第１水平方向溝２２の垂直断面図であり、図３（ｂ）は、第２水平方向溝２３の垂直断面図であり、図３（ｃ）は、第３水平方向溝２４の垂直断面図である。

図３（ａ）に示すように、中央水平方向溝２１および第１水平方向溝２２は、複数の水平方向溝２１〜２４の中で最大の深さｄ_ａをもつとともに最大の上下方向幅ｗ_ａを有している。

また、図３（ｂ）に示すように、第２水平方向溝２３は、第１水平方向溝２２と第３水平方向溝２４との中間の深さｄ_ｂをもつとともに中間の上下方向幅ｗ_ｂを有している。なお、第２水平方向溝２３の深さｄ_ｂは、中央水平方向溝２１および第１水平方向溝２２の深さｄ_ａの２０％〜９０％とすることが好ましい。また、第２水平方向溝２３の上下方向幅ｗ_ｂは、中央水平方向溝２１および第１水平方向溝２２の上下方向幅ｗ_ａの２０％〜９０％とすることが好ましい。

さらに、図３（ｃ）に示すように、第３水平方向溝２４は、複数の水平方向溝２１〜２４の中で最小の深さｄ_ｃをもつとともに最小の上下方向幅ｗ_ｃを有している。なお、第３水平方向溝２４の深さｄ_ｃは、中央水平方向溝２１および第１水平方向溝２２の深さｄ_ａの５％〜７０％とすることが好ましい。また、第３水平方向溝２４の上下方向幅ｗ_ｃは、中央水平方向溝２１および第１水平方向溝２２の上下方向幅ｗ_ａの５％〜７０％とすることが好ましい。

これら水平方向溝２１〜２４は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、断面において平坦な垂直面からなる底面４１と、底面４１に連接する内側湾曲面４２と、内側湾曲面４２に連接するとともに円筒面２５に対して傾斜する側面４３と、側面４３と円筒面２５とを連結する外側湾曲面４４とを有している。

この場合、底面４１の上下方向の長さＬ_ｘは、水平方向溝２１〜２４の間で全て同一となっている。底面４１の上下方向の長さＬ_ｘを全て同一にしたことにより、側壁荷重時の応力を全体的に平均化し、より安定的に形状を維持する事が容易であるという効果が得られる。

また、水平方向溝２１〜２４の開き角Ｒ_ｘは、水平方向溝２１〜２４の間で全て同一となっている。水平方向溝２１〜２４の開き角Ｒ_ｘを全て同一にしたことにより、垂直荷重時に応力の局所集中が生じづらく、均一に負荷が掛かる為、容器全体の剛性が増すという効果が得られる。

なお、水平方向溝２１〜２４の開き角Ｒ_ｘとは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、その垂直断面において上下の側面４３によって形成される角度をいう。この水平方向溝２１〜２４の開き角Ｒ_ｘは、例えば４０°〜９０°（４０°以上９０°以下をいう。以下同様）の範囲の所定角度としても良く、５５°〜６５°の範囲の所定角度とすることが更に好ましい。水平方向溝２１〜２４の開き角Ｒ_ｘをこの範囲にした場合、減圧時に上下方向の変形が容易であり、且つ垂直荷重、側壁荷重時の強度が優れているという効果が得られる。

また胴部２０の円筒面２５におけるプラスチックボトル１０の厚みは、これに限定されるものではないが、例えば５０μｍ〜２５０μｍ程度に薄くすることができる。さらに、プラスチックボトル１０の重量についても、これに限定されるものではないが、１０ｇ〜２０ｇとすることができる。このようにプラスチックボトル１０の肉厚を薄くすることにより、プラスチックボトル１０の軽量化を図ることができる。

このようなプラスチックボトル１０は、合成樹脂材料を射出成形して製作したプリフォームを二軸延伸ブロー成形することにより作製することができる。なおプリフォーム、すなわちプラスチックボトル１０の材料としては熱可塑性樹脂、特にＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）を使用する事が好ましい。

また、プラスチックボトル１０は、２層以上の多層成形ボトルとして形成することもできる。すなわち押し出し成形または射出成形により、例えば、中間層をＭＸＤ６、ＭＸＤ６＋脂肪酸塩、ＰＧＡ（ポリグリコール酸）、ＥＶＯＨ（エチレンビニルアルコール共重合体）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等のガスバリア性及び遮光性を有する樹脂（中間層）として３層以上からなるプリフォームを押出成形後、吹込成形することによりガスバリア性及び遮光性を有する多層ボトルを形成しても良い。なお、このような中間層は、プラスチックボトル１０のうち少なくとも胴部２０内に設けることが好ましい。また底部３０において、底部３０の中央部を除く領域に中間層を設けることが好ましい。ケース落下等の衝撃を受けた際この部分がデラミ（層間剥離）を起こすおそれがあるからである。ガスバリア性及び遮光性を有する為に、多層にするだけでなく熱可塑性樹脂同士をブレンドしたブレンドボトルを形成しても良い。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

まず、空のプラスチックボトル１０を準備し、このプラスチックボトル１０内に例えば飲料等の内容液を充填する。続いて、口部１１を図示しないキャップにより閉栓する。プラスチックボトル１０を閉栓した後、内容液の比重が変化したり、内容液がプラスチックボトル１０の空寸部（ヘッドスペース）に存在する酸素を吸収したりするため、プラスチックボトル１０の内部が減圧された状態となる。このようにプラスチックボトル１０の内部に負圧が生じると、プラスチックボトル１０の内方に向かって応力が発生する。

これに対して本実施の形態においては、胴部２０に複数の水平方向溝２１〜２４が形成されている。これら水平方向溝２１〜２４は、プラスチックボトル１０の内部が減圧された際、それぞれ上下方向に変形する。

すなわち、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、水平方向溝２１〜２４が上下方向に圧縮されるように変形する。なお、図４（ａ）はプラスチックボトル１０の内部が減圧される前の水平方向溝２１〜２４の垂直断面図であり、図４（ｂ）はプラスチックボトル１０の内部が減圧された後の水平方向溝２１〜２４の垂直断面図である。

プラスチックボトル１０の内部が減圧された際（図４（ｂ））、水平方向溝２１〜２４の開き角Ｒ_ｙは、減圧される前（図４（ａ））の開き角Ｒ_ｘと比べて小さくなる（Ｒ_ｘ＞Ｒ_ｙ）。また、水平方向溝２１〜２４の上下方向幅ｗ_ｙは、減圧される前の上下方向幅ｗ_ｘ（ｗ_ａ、ｗ_ｂ、ｗ_ｃ）と比べて小さくなる（ｗ_ｘ＞ｗ_ｙ）。一方、水平方向溝２１〜２４の底面４１の長さＬ_ｙは、減圧される前（図４（ａ））の底面４１の長さＬ_ｘと比べてほとんど変化しない（Ｌ_ｘ＝Ｌ_ｙ）。

このように水平方向溝２１〜２４が上下方向に変形するので、プラスチックボトル１０が高さ方向に減縮する。この結果、プラスチックボトル１０の体積が全体として減少し、ボトルの減圧分を吸収することができる。一方、プラスチックボトル１０には、外観上大きな変形は生じない。具体的には、密閉したプラスチックボトル１０に内容物を充填し、この充填した内容物をプラスチックボトル１０の容量の２％抜き取った際に、胴部２０の高さが１％以上低くなることが好ましい。

その後、内容液が充填されたプラスチックボトル１０は、横向きにされた状態で自動販売機内に収容される。この場合、胴部２０は水平方向溝２１〜２４によって補強されているので、自動販売機内で胴部２０に変形が生じることが防止される。

また、本実施の形態においては、胴部２０は、各水平方向溝２１〜２４および円筒面２５のみから構成されているので、胴部２０に減圧吸収パネルを設ける必要が無い。このため、減圧吸収パネルによってプラスチックボトル１０の容量が大きく減少することもない。

なお、本実施の形態においては、胴部２０の上半部２０Ａおよび下半部２０Ｂは、それぞれ３種類の深さの水平方向溝２１〜２４を含んでいる。しかしながら、これに限られるものではなく、胴部２０の上半部２０Ａおよび下半部２０Ｂは、それぞれ２種類又は４種類以上の深さをもつ水平方向溝２１〜２４を含んでいても良い。

次に本発明の具体的実施例について説明する。

（実施例）
まず、図１乃至図４に示す構成からなる、容量６１５ｍｌのプラスチックボトル１０を作製した。

この場合、射出成形により１８．３ｇおよび２８ｇのＰＥＴ単層プリフォームを作製し、このプリフォームに対して二軸延伸ブロー成形することにより容量６１５ｍｌのプラスチックボトル１０を作製した。

得られたプラスチックボトル１０に水を６００ｍｌ充填し、ゴム栓付のキャップにてキャッピングを行った。

その後、注射器を用いて、内容物である水を１２．３ｍＬ（容量の２％）だけ抜き取り、抜き取った前後でプラスチックボトル１０の全高を測定して比較した（表１）。なお、表中、全高収縮量（率）とは、プラスチックボトル１０に充填された水を抜き取る前後でその全高が収縮した量（割合）を示している。

また、プラスチックボトル１０の内圧を測定したまま、内容物である水を抜き取ることにより、負圧最低到達点を測定した（表２）。なお、負圧最低到達点とは、プラスチックボトル１０に充填された水を抜き取ることにより、プラスチックボトル１０を大気圧（約１０１ｋＰａ）から徐々に減圧していった際に、ボトル内の圧力波形がピークとして確認された圧力をいう。一般に、負圧最低到達点に達した場合、プラスチックボトル１０の外観には、陥没変形、楕円変形、屈曲変形等の大きな変形が生じる。

（比較例）
他方、比較例として、図５および図６に示す、容量６１５ｍｌのプラスチックボトル１０を作製した。図５および図６に示すプラスチックボトル１００は、口部１１１と、肩部１１２と、胴部１２０と、底部１３０とを備え、胴部１２０は水平方向溝１２３によって、上半部１２１と下半部１２２とに区画されている。

このうち上半部１２１には、円周方向全周に延びる複数の円周方向溝１３５が設けられている。また胴部１２０の下半部１２２には、垂直方向に延びる柱状リブ１３７と、柱状リブ１３７間に形成され、垂直方向に延びる減圧吸収パネル１３６とが設けられている。また胴部１２０の下半部１２２の下方部には円周方向に延びる補強リブ１２４が設けられている。

この場合、射出成形により１８．３ｇおよび２８ｇのＰＥＴ単層プリフォームを作製し、このプリフォームに対して二軸延伸ブロー成形することにより容量６１５ｍｌのプラスチックボトル１００を作製した。

得られたプラスチックボトル１００に水を６００ｍｌ充填し、ゴム栓付のキャップにてキャッピングを行った。

その後、注射器を用いて、内容物である水を１２．３ｍＬ（容量の２％）だけ抜き取り、抜き取った前後でプラスチックボトル１００の全高を測定して比較した（表１）。

また、プラスチックボトル１００の内圧を測定したまま、内容物である水を抜き取ることにより、負圧最低到達点を測定した（表２）。

表１に示すように、実施例のプラスチックボトル１０においては、密閉した容器に充填した内容物をその容量の２％だけ抜き取った際、プラスチックボトル１０の全高が１％以上低くなることが判明した。一方、比較例のプラスチックボトル１００においては、密閉した容器に充填した内容物をその容量の２％抜き取った際に、プラスチックボトル１０の全高が１％未満しか低くならなかった。

また、表２に示すように、実施例によるプラスチックボトル１０は、比較例によるプラスチックボトル１００よりも負圧最低到達点が低かった。すなわち、実施例によるプラスチックボトル１０は、内部が負圧になっても大変形（陥没変形、楕円変形、屈曲変形等）が生じにくい形状であることが確認できた。

このように、実施例によるプラスチックボトル１０は、比較例によるプラスチックボトル１００と比べて、内部が減圧された際に大きな変形が生じることなく、高さ方向により大きく減縮した。このため、プラスチックボトル１０の体積が全体として減少し、その減圧分を吸収することができると考えられる。

なお、上記については、プラスチックボトルの重量が１８．３ｇのものと２８ｇのものとの両方について当てはまる。

１０ プラスチックボトル
１１ 口部
１２ 肩部
２０ 胴部
２０Ａ 上半部
２０Ｂ 下半部
２１ 中央水平方向溝
２２ 第１水平方向溝
２３ 第２水平方向溝
２４ 第３水平方向溝
２５ 円筒面
３０ 底部
３１ 凹部
３２ 放射状リブ

Claims (6)

1. プラスチックボトルにおいて、
   口部と、
   肩部と、
   胴部と、
   底部とを備え、
   胴部は、中央部の中央水平方向溝を介して上半部と下半部とに区画され、
   胴部の上半部と下半部とに、それぞれ複数の水平方向溝が形成され、
   上半部および下半部にそれぞれ形成された複数の水平方向溝は、少なくとも３種類の深さの水平方向溝を含み、
   上半部および下半部にそれぞれ形成された複数の水平方向溝は、最大の深さをもつ第１水平方向溝と、中間の深さをもつ第２水平方向溝と、最小の深さをもつ第３水平方向溝とを含み、
   胴部の上半部には、肩部側から中央水平方向溝側に向けて、第２水平方向溝、第３水平方向溝、第３水平方向溝、第１水平方向溝、第２水平方向溝がこの順に形成され、
   胴部の下半部には、底部側から中央水平方向溝側に向けて、第２水平方向溝、第３水平方向溝、第３水平方向溝、第１水平方向溝、第２水平方向溝がこの順に形成されていることを特徴とするプラスチックボトル。
2. 中央水平方向溝の深さは、第１水平方向溝の深さと同一であることを特徴とする請求項１記載のプラスチックボトル。
3. 中央水平方向溝、第１水平方向溝、第２水平方向溝および第３水平方向溝の開き角は、全て同一であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラスチックボトル。
4. 中央水平方向溝、第１水平方向溝、第２水平方向溝および第３水平方向溝の開き角は、４０°〜９０°であることを特徴とする請求項３記載のプラスチックボトル。
5. 胴部のうち水平方向溝が形成されていない領域は、肩部直下から底部直上まで均一の径を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のプラスチックボトル。
6. 胴部の上半部と下半部とに形成された複数の水平方向溝は、中央水平方向溝を基準として上下対称に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載のプラスチックボトル。

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