JP6168272B2 - 口部密封機構 - Google Patents

Description

本発明は、収容された液体等の内容物を注ぎ出す容器口部に設けられ、開閉可能かつ密封可能に構成された機構であって、中心部に注出孔を有し容器口部の上面開口部を覆う中栓部材と、容器口部を中栓部材とともに覆う着脱可能なキャップ本体とを有する口部密封機構に関する。

液体等の内容物を収容した容器においては、内容物保存のため、内容物の充填時に例えばホットパックなどの殺菌がなされ、保管時に容器内への外部菌の侵入を防止するために、充填後の最初のキャッピング時に密封性を有する口部密封機構が必要とされる。
また、この口部密封機構は、使用者により一旦開封された後も、衛生上や内容物の漏れ防止の観点から、リキャップ時に密封性を有する必要がある。

例えば、濃縮果汁等を収容するプラスチック容器の口部密封機構として、図７に示すような口部密封機構５００が提案されている。
この口部密封機構５００は、中心部に注出孔５２１を有し容器５１０の容器口部５１１の上面開口部を覆う中栓部材５２０と、容器口部５１１を中栓部材５２０とともに覆う着脱可能なキャップ本体５３０とを有している。
中栓部材５２０は、容器口部５１１の内側に挿入される挿入筒部５２６と、容器口部５１１の外側から嵌合する嵌合筒部５２７を有しており、容器口部５１１の上方から上面開口部に密着して固定されるように形成されている。
キャップ本体５３０は、容器口部５１１の外周に設けられた雄ネジ部５１２に螺合する雌ネジ部５５１を有する側壁部５５０と、容器口部５１１の上方を覆う天板部５４０とからなり、天板部５４０の下面側には、環状に突出し中栓部材５２０の注出孔５２１の内周面に密着する内コンタクトリング部５４１と、内コンタクトリング部５４１より外周側に環状に突出し中栓部材５２０の上面５２２に密着する外コンタクトリング部５４２とを有している。

容器５１０に内容物が充填された後、キャップ本体５３０を容器口部５１１に螺合することで、内コンタクトリング部５４１の外周面が中栓部材５２０の注出孔５２１の内周面に密着するとともに外コンタクトリング部５４２の端縁５４３が中栓部材５２０の上面５２２に密着して密封され、保管時に容器内への外部菌の侵入が防止される。
また、使用者により一旦開封された後のリキャップ時も、同様に使用者がキャップ本体５３０を容器口部５１１に螺合することで、密封性が確保される。

しかしながら、このような口部密封機構５００では、リキャップ時においても高い密封性を持つため、例えば、開封により侵入した菌や酵母により内容物が腐敗、発酵してガスを発生した場合、容器５１０内のガス圧力が上昇し、容器５１０がそのガス圧力に耐えることができずに破裂する危険性があった。
このような問題を解決するため、容器内のガス圧力が上昇した際にガスを容器口部から逃がす機能を持つ様々な態様の口部密封機構が提案されている（特許文献１−６等参照。）。

特開平０９−９５３４８号公報 特開平０７−２７７３５３号公報 特開２００６−６９５７４号公報 特開２００３−２３７８１３号公報 特開２００３−１７０９５２号公報 実公昭６０−２５４０９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された公知の口部密封機構は、キャップＣの頂板１７に、注出筒８の口部１４に係合する中央部の閉塞部１９と中央部より薄肉の環状の可撓部２０を形成し、頂板１７の閉塞部１９は、薄肉の可撓部２０があることにより移動可能になっている構造のため、最初のキャッピング時、一旦開封された後のリキャップ時ともに、高い密封性を得ることが困難であるという問題があった。
また、リキャップ時には、キャップＣの螺合の強さによって、密封性、ガスを逃がす圧力ともに一定しないという問題があった。

上記特許文献２に記載された公知の口部密封機構は、中栓１４が可動弁１５を内蔵しているため部品点数が多く複雑な構造となり、組立工数が増えるとともに、機構全体が大きくなってしまうという問題があった。
また、中栓１４は密封およびガスを逃がすために用いる部材で、使用時はキャップ本体１１とともに取り外されるため、前述の口部密封機構５００のような、中心部に注出孔５２１を有し容器５１０の容器口部５１１の上面開口部を覆う中栓部材５２０を持つ構造のものに適用することができないという問題があった。

上記特許文献３に記載された公知の口部密封機構は、キャップに設けられたシール部材５が、リキャップ時には中栓２に上方から密着するとともに、内圧上昇に伴い弾性変位してガスを逃がす構造のため、キャップの螺合の強さによって、密封性、ガスを逃がす圧力ともに一定しないという問題があった。
上記特許文献４、５に記載された公知の口部密封機構は、キャップによってパッキングを口部に密着させて密封するもので、キャップあるいはパッキングの形状、構造を工夫することで内圧が異常上昇した際にパッキングが変形してガスを逃がすものであるため、前述の口部密封機構５００のような、中心部に注出孔５２１を有し容器５１０の容器口部５１１の上面開口部を覆う中栓部材５２０を持つ構造のものに適用することができないという問題があった。
また、キャップの螺合の強さによって、密封性、ガスを逃がす圧力ともに一定しないという問題があった。

上記特許文献６に記載された公知の口部密封機構は、中栓１とキャップ２の間に弁体３を内蔵しているため部品点数が多く複雑な構造となり、組立工数が増えるという問題があった。
また、中栓１のリング部１４を本体部１ａと別体にした態様は、中栓１の本体部１ａが前述の口部密封機構５００の中栓部材５２０に相当するが、さらに部品点数が多くなるとともに、リキャップ時には、キャップ２の螺合の強さによって、密封性、ガスを逃がす圧力ともに一定しないという問題があった。

本発明は、前述の問題を解決するものであって、簡単な構造で、中心部に注出孔を有し容器口部の上面開口部を覆う中栓部材に対して密封性が高く、かつ、リキャップ時にも安定した密封性を維持しつつ所定の内圧上昇時に確実にガスを逃がして容器の破裂を確実に防止する口部密封機構を提供することを目的とする。

本請求項１に係る発明は、中心部に注出孔を有し容器口部の上面開口部を覆う中栓部材と、容器口部を中栓部材とともに覆う着脱可能なキャップ本体とを有する口部密封機構であって、前記中栓部材の注出孔より外周側には、上方に環状に突出する密封リング部を有し、前記キャップ本体は、容器口部の外周に設けられた雄ネジ部に螺合する雌ネジ部を有する側壁部と、前記容器口部の上方を覆う天板部とからなり、前記天板部の下面側には、環状に突出し前記中栓部材の密封リング部の内周面に密着する内コンタクトリング部と、前記内コンタクトリング部より外周側に環状に突出し前記中栓部材の上面に密着する外コンタクトリング部とを有し、前記密封リング部が、周方向の少なくとも１箇所に半径方向の厚みが薄く、容器の内圧上昇時に径方向に変形して前記内コンタクトリング部から離れる薄肉部を有することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された口部密封機構の構成に加えて、前記密封リング部の薄肉部が、外周側から半径方向に凹部を設けて形成されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された口部密封機構の構成に加えて、前記外コンタクトリング部の前記中栓部材の上面に密着する端縁が、前記天板部の下面からの高さを高く形成された高端縁と、該高端縁より低く形成された低端縁とを有することにより、前記課題を解決するものである。
本請求項４に係る発明は、請求項３に記載された口部密封機構の構成に加えて、前記高端縁が、周方向に３箇所以上形成されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４に記載された口部密封機構の構成に加えて、前記外コンタクトリング部の前記中栓部材の上面に密着する端縁が、前記高端縁と低端縁との間に、周方向に所定の長さで高さが変化する傾斜端縁を有することにより、前記課題を解決するものである。
本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された口部密封機構の構成に加えて、前記薄肉部の周方向両端の境界面が、径方向に対して傾斜した面で形成されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された口部密封機構の構成に加えて、前記キャップ本体がポリプロピレンからなり、前記中栓部材がポリエチレンからなることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明の口部密封機構によれば、密封リング部の内周面に密着する内コンタクトリング部と、内コンタクトリング部より中栓部材の上面に密着する外コンタクトリング部とを有することにより、簡単な構造で中栓部材に対して極めて高い密封性を確保することができるとともに、リキャップ時においても内コンタクトリング部が密封リング部の内周面に密着するため、キャップ本体の螺合の強さにかかわらず安定的な密封性を得ることができる。
また、密封リング部が周方向の少なくとも１箇所に半径方向の厚みが薄く、容器の内圧上昇時に径方向に変形して前記内コンタクトリング部から離れる薄肉部を有することにより、内圧上昇時に密封リング部の半径方向の外方に一定以上の力が加わった際に薄肉部が他の部分より外方に変形して円形が歪な環状形となり、円形のまま変形する内コンタクトリング部との間に隙間が発生し、ガスを逃がして容器の破裂を確実に防止することが可能となる。
また、内圧上昇時に、密封リング部は半径方向の力で変形し、キャップ本体の上下方向押し付け力にほとんど依存しないため、リキャップ時にキャップ本体の螺合の強さにかかわらず、一定の内圧の上昇で確実に変形してガスを逃がすことが可能となる。
さらに、中心部の注出孔には何らの部材も接触せず、注出孔は密封性やガスを逃がす機能に何ら関与しないため、密封リング部の内側であれば、その大きさ、形状、位置、個数に制約はなく、内容物に応じて自由に設定することが可能となる。

請求項２に記載の構成によれば、密封リング部の内周面が円形となり内コンタクトリング部が確実に密着して密封性が向上する。
請求項３に記載の構成によれば、外コンタクトリング部が高端縁と低端縁とを有することにより、その高低差を適宜に設定すると、最初のキャッピング時にキャップ本体を強く螺合することで高端縁と密着する中栓部材の上面が大きく変形して低端縁も中栓部材の上面に密着し、リキャップ時の使用者の力では高端縁と密着する中栓部材の上面の変形は小さく低端縁と中栓部材の上面の間に隙間が生じる。
このことで、最初のキャッピング時には高い密封性を確保することができるとともに、リキャップ時には内圧が上昇した際にガスを逃がす流路を確保でき、容器の破裂を確実に防止することが可能となる。
請求項４に記載の構成によれば、高端縁が周方向に３箇所以上形成されていることにより、リキャップ時にキャップ本体がやや斜めに螺合した場合であっても、周方向のいずれかの外コンタクトリング部の低端縁と中栓部材の上面に隙間が確実に形成されガスを逃がす流路を確保できる。

請求項５に記載の構成によれば、外コンタクトリング部の中栓部材の上面に密着する端縁が、高端縁と低端縁との間に、周方向に所定の長さで高さが変化する傾斜端縁を有することにより、キャップ本体を螺合して締め込んだ際に、外コンタクトリング部と中栓部材とをより確実に密着させることができる。
請求項６に記載の構成によれば、密封リング部の薄肉部が他の部分より外方に変形して歪な環状形となる際に、境界面に変形が集中して塑性変形や亀裂等が生じることが防止され、再度圧力が低下した際の密封性を損なうことがない。
請求項７に記載の構成によれば、キャップ本体がポリプロピレンからなり、中栓部材がポリエチレンからなることにより、内容物充填後のキャッピング時に硬いキャップ本体の外コンタクトリング部の高端縁が柔らかい中栓部材の上面を変形させるため、キャップ本体と中栓部材の密着性がさらに向上し、密封性がさらに向上するとともに、内圧が上昇した際の密封リング部の変形を容易とし、確実に変形してガスを逃がすことが可能となる。

本発明の一実施形態の口部密封機構の側面断面図。 図１の口部密封機構の中栓部材の平面図および一部拡大図。 図１の口部密封機構のキャップ本体の（ａ）側面断面図、（ｂ）側面図。 図１の口部密封機構のキャップ本体の底面図。 本発明の密封リング部の変形説明平面図。 本発明のガス逃し時の動作説明断面図。 従来の口部密封機構の側面断面図。

以下に、本発明の一実施形態である口部密封機構について、図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態である口部密封機構１００は、図１の側面断面図に示すように、中心部に注出孔１２１を有し容器１１０の容器口部１１１の上面開口部を覆う中栓部材１２０と、容器口部１１１を中栓部材１２０とともに覆う着脱可能なキャップ本体１３０とを有している。
中栓部材１２０は、容器口部１１１の内側に挿入される挿入筒部１２６と、容器口部１１１の外側から嵌合する嵌合筒部１２７を有しており、容器口部１１１の上方から上面開口部に密着して固定されるように形成されている。
また、中栓部材１２０の上面１２２の注出孔１２１より外周側には、上方に環状に突出する密封リング部１２３を有している。

中栓部材１２０の密封リング部１２３は、図２に示すように、上面１２２の中心部に注出孔１２１を有し、注出孔１２１より外周側には上方に環状に突出する密封リング部１２３を有している。
密封リング部１２３の周方向等間隔の３箇所に、外周側から半径方向に凹部を設けて形成された半径方向の厚みが薄い薄肉部１２４が設けられており、薄肉部１２４の周方向両端の境界面１２５が、図２の拡大図で示すように、径方向に対してａ°傾斜した面で形成されている。
この境界面１２５の径方向に対する傾斜は、５°〜６０°が望ましく、本実施形態では約３０°である。

キャップ本体１３０は、図１および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、容器口部１１１の外周に設けられた雄ネジ部１１２に螺合する雌ネジ部１５１を有する側壁部１５０と、容器口部１１１の上方を覆う天板部１４０とからなる。
天板部１４０の下面側には、環状に突出し中栓部材１２０の密封リング部１２３の内周面に密着する内コンタクトリング部１４１と、内コンタクトリング部１４１より外周側に環状に突出し中栓部材１２０の上面１２２に密着する外コンタクトリング部１４２とを有している。
また、側壁部１５０の外周側には、使用者による開封、リキャップが容易となるように凹凸形状のスベリ止め部１５２を有している。

外コンタクトリング部１４２の中栓部材１２０の上面１２２に密着する端縁１４３は、図４に示すように、天板部１４０の下面からの高さを高く形成された高端縁１４４と、該高端縁１４４より低く形成された低端縁１４５とを有しており、高端縁１４４と低端縁１４５との間には、それぞれ、周方向に所定の長さで高さが変化する傾斜端縁１４６を有している。
本実施形態では、高端縁１４４と低端縁１４５が３箇所ずつ周方向等間隔に設けられており、傾斜端縁１４６が、それぞれの間の６箇所に設けられている。

以上のように構成された本発明の一実施形態である口部密封機構１００の動作について説明する。
まず、容器１１０に高温に加温された内容物が充填され、容器口部１１１に中栓部材１２０が取り付けられ、キャップ本体１３０が容器口部１１１に螺合されて、最初のキャッピングが行われる。
この時、内コンタクトリング部１４１の外周面が中栓部材１２０の密封リング部１２３の内周面に密着するとともに、外コンタクトリング部１４２の端縁１４３が中栓部材１２０の上面１２２に密着する。
外コンタクトリング部１４２の端縁１４３は高端縁１４４と低端縁１４５が存在するが、最初のキャッピングが機械による強い力で行われるため、高端縁１４４と接する部分が大きく変形して低端縁１４５も確実に中栓部材１２０の上面に密着する。

このように、最初のキャッピングでは、内コンタクトリング部１４１と密封リング部１２３、および、外コンタクトリング部１４２と中栓部材１２０の上面１２２の両方で密着し、確実に密封されて保管時に容器内への外部菌の侵入が防止される。
このとき、キャッピング後の冷却で容器１１０の内部が陰圧となった場合であっても、内コンタクトリング部１４１と密封リング部１２３の密着性が低下することがなく、確実に密封することができる。

使用者により一旦開封された後のリキャップ時には、使用者がキャップ本体１３０を容器口部１１１に螺合することで、内コンタクトリング部１４１の外周面が中栓部材１２０の密封リング部１２３の内周面に密着し密封性が確保される。
外コンタクトリング部１４２の端縁１４３は高端縁１４４と低端縁１４５が存在し、使用者の力では外コンタクトリング部１４２の低端縁１４５と中栓部材１２０の上面１２２の間にはわずかに隙間が存在するように設定されているが、内コンタクトリング部１４１と密封リング部１２３の密着のみで実用上の密封性は充分担保される。

次に、開封により侵入した菌や酵母により内容物が腐敗、発酵してガスを発生した場合の動作について説明する。
リキャップ時にも、内コンタクトリング部１４１と密封リング部１２３の密着による密封性が高いため、発生したガスにより容器１１０の内圧が上昇し、この内圧によって内コンタクトリング部１４１および密封リング部１２３が外方に力を受け、それぞれ、その径が広がる方向に変形しようとする。
この時、密封リング部１２３は、周方向等間隔の３箇所に外周側から半径方向に凹部を設けて形成された半径方向の厚みが薄い薄肉部１２４が設けられているため、図５に示すように、密封リング部１２３の内周面が円形（点線で示す）から歪な非円形（実線で示す）となるように変形する（なお図面は、説明のため強調して示したものであり、実際の形状を正確に表すものではない。）。

この密封リング部１２３の内圧による変形により、薄肉部１２４の内周面の部分で内コンタクトリング部１４１との間に隙間が発生して、図６に示すように、容器１１０の内部のガスが当該隙間から密封リング部１２３の外周部に流出する。
なお、密封リング部１２３に薄肉部１２４が存在せず一様な厚みの場合は、円形のまま内コンタクトリング部１４１と一緒に径が広がる方向に変形するため、ガスが流出する隙間の発生が阻害される。

外コンタクトリング部１４２の低端縁１４５と中栓部材１２０の上面１２２の間にはわずかに隙間が存在するため、密封リング部１２３の外周部に流出したガスはさらに雌ネジ部１５１方向に流出する。
また、該雌ネジ部１５１（あるいは、容器口部１１１の雄ネジ部１１２）に上下方向の切欠き溝（図示せず）を設けた場合には、切欠き溝を通過してより確実に流出したガスを大気中に放出することができる。

以上のように、開封により侵入した菌や酵母により内容物が腐敗、発酵してガスを発生し、容器１１０の内圧が所定圧力以上に上昇した際には、密封リング部１２３が変形して密封が解除され、容器１１０の内部からガスが逃がされること、容器の破裂を確実に防止することができる。
また、ガスが逃がされて内圧が低下すると、密封リング部１２３が弾性によって元の形状に復帰するため、再び内コンタクトリング部１４１と密封リング部１２３が密着して密封性が回復する。

本実施形態では、使用者のリキャップ時の締め付けトルクは大きくても５０Ｎ・ｃｍ程度であり、このトルクで外コンタクトリング部１４２の低端縁１４５と中栓部材１２０の上面１２２の間にわずかに隙間が存在し、最初のキャッピングの締め付けトルクを２００Ｎ・ｃｍとして、内コンタクトリング部１４１と密封リング部１２３、および、外コンタクトリング部１４２と中栓部材１２０の上面１２２の両方で密着して十分な密封性が得られるように設定した。

各構成の諸元は、密封リング部１２３が変形して密封が解除される内圧が容器１１０の破裂する内圧より小さくなるように設定される。
また、菌や酵母により内容物が腐敗、発酵してガスが発生したことが目視できるよう、密封リング部１２３が変形して密封が解除される内圧が容器１１０の破裂する内圧より小さく、かつ、容器１１０の膨張する内圧よりも大きくなるように設定してもよい。
本実施形態では、破裂する内圧が約６５０ｋｐａである容器１１０に対して、密封リング部１２３が変形して密封が解除される内圧を３５０〜４５０ｋｐａとなるように、各構成の諸元を設定した。

なお、本実施形態では、薄肉部１２４を密封リング部１２３の周方向等間隔の３箇所に設けたが、２箇所以下や４箇所以上であってもよい。
ただし、寸法や材質等の条件にもよるが、１箇所の場合は密封リング部１２３の変形が不均等になり密封が解除される内圧にばらつきがでる虞があり、６箇所以上の場合は密封リング部１２３の変形が円形に近くなり効果的に隙間ができにくくなる虞があるため、２箇所から５箇所とするのが好適である。
また、外コンタクトリング部１４２の高端縁１４４を周方向の３箇所に設けたが、２箇所以下や４箇所以上としてもよい。
さらに、本実施形態では、中栓部材が、容器口部と別体に形成され容器口部の上面開口部に密着嵌合されるように形成された場合で説明したが、中栓部材が容器口部と一体に形成された場合にも適用できる。

本発明の口部密封機構は、開封により侵入した菌や酵母により内容物が腐敗、発酵してガスを発生する可能性がある濃縮果汁等を、変形や破損の虞があるプラスチック等の容器に収容する際の口部に採用するのに好適であるが、いかなる内容物であっても、いかなる材質、形状の容器であっても適用可能である。
また、本発明の口部密封機構は、中心部の注出孔が比較的小さいものに好適であるが、注出孔の大きさ、形状、位置、個数は密封リング部の内側であれば自由に設定することが可能である。

１００、５００ ・・・ 口部密封機構
１１０、５１０ ・・・ 容器
１１１、５１１ ・・・ 容器口部
１１２、５１２ ・・・ 雄ネジ部
１２０、５２０ ・・・ 中栓部材
１２１、５２１ ・・・ 注出孔
１２２、５２２ ・・・ 上面
１２３ ・・・ 密封リング部
１２４ ・・・ 薄肉部
１２５ ・・・ 境界面
１２６、５２６ ・・・ 挿入筒部
１２７、５２７ ・・・ 嵌合筒部
１３０、５３０ ・・・ キャップ本体
１４０、５４０ ・・・ 天板部
１４１、５４１ ・・・ 内コンタクトリング部
１４２、５４２ ・・・ 外コンタクトリング部
１４３、５４３ ・・・ 端縁
１４４ ・・・ 高端縁
１４５ ・・・ 低端縁
１４６ ・・・ 傾斜端縁
１５０、５５０ ・・・ 側壁部
１５１、５５１ ・・・ 雌ネジ部
１５２ ・・・ スベリ止め部

Claims (7)

1. 中心部に注出孔を有し容器口部の上面開口部を覆う中栓部材と、容器口部を中栓部材とともに覆う着脱可能なキャップ本体とを有する口部密封機構であって、
   前記中栓部材の注出孔より外周側には、上方に環状に突出する密封リング部を有し、
   前記キャップ本体は、容器口部の外周に設けられた雄ネジ部に螺合する雌ネジ部を有する側壁部と、前記容器口部の上方を覆う天板部とからなり、
   前記天板部の下面側には、環状に突出し前記中栓部材の密封リング部の内周面に密着する内コンタクトリング部と、前記内コンタクトリング部より外周側に環状に突出し前記中栓部材の上面に密着する外コンタクトリング部とを有し、
   前記密封リング部が、周方向の少なくとも１箇所に半径方向の厚みが薄く、容器の内圧上昇時に径方向に変形して前記内コンタクトリング部から離れる薄肉部を有することを特徴とする口部密封機構。
2. 前記密封リング部の薄肉部が、外周側から半径方向に凹部を設けて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の口部密封機構。
3. 前記外コンタクトリング部の前記中栓部材の上面に密着する端縁が、前記天板部の下面からの高さを高く形成された高端縁と、該高端縁より低く形成された低端縁とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の口部密封機構。
4. 前記高端縁が、周方向に３箇所以上形成されていることを特徴とする請求項３に記載の口部密封機構。
5. 前記外コンタクトリング部の前記中栓部材の上面に密着する端縁が、前記高端縁と低端縁との間に、周方向に所定の長さで高さが変化する傾斜端縁を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の口部密封機構。
6. 前記薄肉部の周方向両端の境界面が、径方向に対して傾斜した面で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の口部密封機構。
7. 前記キャップ本体がポリプロピレンからなり、前記中栓部材がポリエチレンからなることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の口部密封機構。

Images