JP6925204B2 - 耐圧ボトル - Google Patents

Description

本発明は、耐圧ボトルに関する。

従来から、口部、肩部、胴部、および底部が、ボトル軸方向に沿って上方から下方に向けてこの順に連設されるとともに、合成樹脂材料で一体に形成され、正圧状態で密封される耐圧ボトルが知られている。この種の耐圧ボトルとして、例えば下記特許文献１に示されるように、胴部が、肩部の下端部および底部の上端部より小径に形成され、胴部と、肩部および底部と、の各接続部分に段部が形成された構成が知られている。胴部において、前記各接続部分同士の間に位置する部分に、ラベルが装着される場合がある。

特許第３６１６６８７号公報

しかしながら、前記従来の耐圧ボトルでは、薄肉になると、内容物を充填する前の段積み状態での保管時に、前記段部に応力が集中する等して、座屈変形するおそれがある。
このような問題を解決するために、胴部と、肩部および底部と、を段差なく接続すると、例えば、胴部に配設したラベルが、位置ずれしたり、他の耐圧ボトル、若しくは搬送ライン等と接触して擦れたりする等のおそれがある。後者の場合、ラベルに汚れ、若しくは損傷等が生ずる。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、胴部に配設したラベルの位置ずれ等を抑えつつ、内容物を充填する前の段積み状態での保管時に座屈変形するのを抑制することができる耐圧ボトルを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明の耐圧ボトルは、口部、肩部、胴部、および底部が、ボトル軸方向に沿って上方から下方に向けてこの順に連設されるとともに、合成樹脂材料で一体に形成され、正圧状態で密封される耐圧ボトルであって、前記胴部と、前記肩部および前記底部と、がボトル軸方向に段差なく連なり、前記胴部に、ボトル内圧の上昇時に拡径変形する拡径部が全周にわたって形成され、前記拡径部は、周方向に沿って複数配置された窪み部を備え、前記拡径部における前記窪み部の非形成部分の外周面は、前記胴部における前記拡径部の非形成部分の外周面に、段差なく連なり、前記胴部の直径は、ボトル軸方向の全長にわたって同等になっており、前記拡径部は、前記胴部における上端部および下端部に各別に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、拡径部における窪み部の非形成部分の外周面が、胴部における拡径部の非形成部分の外周面に、段差なく連なるとともに、胴部と、肩部および底部と、がボトル軸方向に段差なく連なっているので、ボトル軸方向の圧縮力が加えられたときに、耐圧ボトルにおいて応力が集中する箇所を生じにくくすることが可能になり、内容物を充填する前の段積み状態での保管時に耐圧ボトルが座屈変形するのを抑制することができる。
胴部に、ボトル内圧の上昇時に拡径変形する拡径部が形成されているので、耐圧ボトルが正圧状態で密封された時に、拡径部が拡径変形することとなる。したがって、拡径変形した拡径部に、胴部に配設したラベルを支持させることが可能になり、胴部に配設したラベルが、位置ずれしたり、擦れて汚損したりするのを抑制することができる。

ここで、前記窪み部は、ボトル軸方向に延びる縦溝となってもよい。
この場合、窪み部が、ボトル軸方向に延びる縦溝となっているので、耐圧ボトルが正圧状態で密封された時に、窪み部を径方向の外側に向けて変形させやすくなり、拡径部を確実に拡径変形させることができる。

また、径方向の外側から見た正面視で、前記窪み部における上端部および下端部はそれぞれ、ボトル軸方向の外側に向けて突の曲線状を呈してもよい。
この場合、前記正面視で、窪み部における上端部および下端部がそれぞれ、ボトル軸方向の外側に向けて突の曲線状を呈するので、耐圧ボトルが正圧状態で密封された時に、拡径部における窪み部の開口周縁部に応力が集中するのを抑えて、拡径部を円滑に拡径変形させることができる。

また、前記底部は、ボトル軸上に位置する中央壁部と、前記中央壁部の外周縁と前記胴部とを連結する連結周壁部と、を備え、前記連結周壁部に、周方向に間隔をあけて３つ以上の縦溝部が形成され、前記連結周壁部において周方向に隣り合う前記縦溝部同士の間に位置する各部分に、前記中央壁部よりも下側に向けて突出する脚部が形成されてもよい。

この場合、底部が、いわゆるペタロイド形状となっていて高い剛性を具備しているので、耐圧ボトルが正圧状態で密封された時に、拡径部をより一層確実に拡径変形させることができる。

この発明によれば、胴部に配設したラベルの位置ずれ等を抑えつつ、内容物を充填する前の段積み状態での保管時に座屈変形するのを抑制することができる。

本発明に係る一実施形態として示した耐圧ボトルを径方向の外側から見た図である。 図１に示す耐圧ボトルの拡径部の一部拡大横断面図である。 図１に示す耐圧ボトルであって、正圧状態で密封された状態を示す図である。 図３に示す耐圧ボトルの拡径部の一部拡大横断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る耐圧ボトル１は、図１に示されるように、口部１１、肩部１２、胴部１３、および底部１４が、ボトル軸Ｏ方向に沿って上方から下方に向けてこの順に連設されるとともに、合成樹脂材料で一体に形成されている。口部１１、肩部１２、胴部１３および底部１４はそれぞれ、円筒状に形成されるとともに、ボトル軸Ｏと同軸に配置されている。
以下、ボトル軸Ｏ方向から見て、ボトル軸Ｏに交差する方向を径方向といい、ボトル軸Ｏ周りに周回する方向を周方向という。

耐圧ボトル１は、例えば試験管形状のプリフォームの二軸延伸ブロー成形等により形成される。耐圧ボトル１は、内容物が充填された後に、正圧状態で密封される。耐圧ボトル１には、密封された状態で内圧を上昇させる例えば炭酸飲料等が充填されてもよい。
耐圧ボトル１のボトル軸Ｏ方向の長さは、例えば１９８ｍｍ以上２２０ｍｍ以下とされ、図示の例では約２０５ｍｍとなっている。耐圧ボトル１の内容量は、例えば４００ｍｌ以上６００ｍｌ以下とされ、図示の例では、耐圧ボトル１は５００ｍｌ用となっている。

口部１１の外周面には、図示しないキャップが着脱可能に螺着される雄ねじ部が形成されている。肩部１２は、上側から下側に向かうに従い漸次、拡径している。胴部１３の直径は、ボトル軸Ｏ方向の全長にわたって同等になっている。胴部１３の直径は、肩部１２の下端部、および底部１４の上端部の各直径と同じになっている。胴部１３の外径は、例えば６２．０ｍｍ以上６８．５ｍｍ以下とされ、図示の例では約６６．０ｍｍとなっている。胴部１３の肉厚は、例えば０．１５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下となっている。胴部１３と、肩部１２および底部１４と、がボトル軸Ｏ方向に段差なく連なっている。
口部１１と肩部１２との間に、口部１１よりわずかに直径が大きい首部２５が配設されている。首部２５は、円筒状に形成され、ボトル軸Ｏと同軸に配設されている。首部２５と口部１１との接続部分に、全周にわたって連続して延びるネックリング２６が配設されている。なお、首部２５およびネックリング２６を有しない耐圧ボトルを採用してもよい。

底部１４は、ボトル軸Ｏ上に位置する中央壁部１５と、中央壁部１５の外周縁と胴部１３とを連結する連結周壁部１６と、を備える。

中央壁部１５は、ボトル軸Ｏと同軸に配置された円板状に形成されている。
連結周壁部１６に、周方向に間隔をあけて３つ以上の縦溝部１７が形成されている。連結周壁部１６において周方向に隣り合う縦溝部１７同士の間に位置する各部分に、中央壁部１５よりも下側に向けて突出する脚部１８が形成されている。縦溝部１７および脚部１８はそれぞれ、図示の例では５個ずつ形成されている。複数の縦溝部１７は、互いに同じ形状および大きさで形成され、周方向に同等の間隔をあけて配置されている。複数の脚部１８は、互いに同じ形状および大きさで形成され、周方向に同等の間隔をあけて配置されている。底部１４は、いわゆるペタロイド形状に形成されている。

そして本実施形態では、胴部１３に、ボトル内圧の上昇時に拡径変形する拡径部２１が全周にわたって形成されている。拡径部２１は、周方向に沿って複数配置された窪み部２２を備える。拡径部２１における窪み部２２の非形成部分の外周面は、胴部１３における拡径部２１の非形成部分の外周面に段差なく連なっている。
複数の窪み部２２は、互いに同じ形状および大きさで形成され、ボトル軸Ｏ方向における同等の位置に配置されている。窪み部２２の上端部は、拡径部２１の上端部に位置し、窪み部２２の下端部は、拡径部２１の下端部に位置している。図示の例では、拡径部２１は、窪み部２２を６０個備えている。なお、窪み部２２の個数は適宜変更してもよい。窪み部２２は、周方向に間隔をあけて複数配置されている。窪み部２２は、周方向に等間隔をあけて複数配置されている。なお例えば、周方向で互いに隣り合う窪み部２２同士の間に隙間を設けずに、窪み部２２を周方向に連ねて配置する等してもよい。

窪み部２２は、ボトル軸Ｏ方向に延びる縦溝となっている。窪み部２２の溝幅は、周方向で互いに隣り合う窪み部２２同士の間の間隔より狭くなっている。なお、窪み部２２の溝幅を、周方向で互いに隣り合う窪み部２２同士の間の間隔より広くしてもよいし、同じにしてもよい。
窪み部２２の深さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となっている。図示の例では、窪み部２２の深さは約０．３ｍｍとなっている。窪み部２２の溝幅は、２．０ｍｍ以上３．５ｍｍ以下となっている。図示の例では、窪み部２２の溝幅は約２．５ｍｍとなっている。窪み部２２の長さは、５．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下となっている。図示の例では、窪み部２２の長さは約６．０ｍｍとなっている。
径方向の外側から見た正面視で、窪み部２２における上端部および下端部はそれぞれ、ボトル軸Ｏ方向の外側に向けて突の曲線状を呈する。なお、窪み部２２における上端部および下端部をそれぞれ、径方向の外側から見た正面視で周方向に直線状に延びるように形成してもよい。

窪み部２２は、胴部１３の外周面を径方向の内側に向けて窪ませ、かつ胴部１３の内周面を径方向の内側に向けて膨出させている。図２に示されるように、窪み部２２を画成する内面のうち、周方向を向き、ボトル軸Ｏ方向に延びる一対の側面２２ａは、径方向の内側から外側に向かうに従い漸次、周方向に互いに離間する向きに延びている。窪み部２２の溝幅は、径方向の内側から外側に向かうに従い漸次、広くなっている。なお、ボトル軸Ｏに直交する横断面視において、一対の側面２２ａが延びる向きは、適宜変更してもよい。また、窪み部２２の溝幅を、径方向の全域にわたって同等にしてもよい。

窪み部２２を画成する内面のうち、一対の側面２２ａにおける径方向の内端部同士を連結する溝底面２２ｂは、径方向の内側に向けて窪む凹曲面状に形成されている。一対の側面２２ａは、互いが接近する周方向の内側に向けて突の曲面状に形成されている。前記横断面視において、溝底面２２ｂの曲率半径は、側面２２ａの曲率半径より小さくなっている。
なお、側面２２ａおよび溝底面２２ｂは、前記横断面視で直線状に延びるように形成してもよい。また、前記横断面視において、溝底面２２ｂの曲率半径を、側面２２ａの曲率半径以上としてもよい。

拡径部２１は、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された時に、図１の２点鎖線、および図３に示されるように、径方向の外側に向けて突の曲面状となるように拡径変形する。この際、図２の２点鎖線、および図４に示されるように、窪み部２２の深さが浅くなり、拡径部２１の外径が、図１の２点鎖線、および図３に示されるように、胴部１３のうち拡径部２１の非形成部分の外径より大きくなる。

図示の例では、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された際、拡径部２１の外周面が全域にわたって面一とはならず、図２の２点鎖線、および図４に示されるように、窪み部２２のうち少なくとも溝底面２２ｂにおける径方向の内端部は、径方向の内側に向けて窪んだままに保たれる。また、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された際、耐圧ボトル１のうち、拡径部２１にボトル軸Ｏ方向に連なる部分が、図１の２点鎖線に示されるように、拡径部２１とともに一体に、径方向の外側に向けて突の曲面状となるように拡径変形する。

ここで、拡径部２１は、胴部１３の上端部および下端部に各別に形成されている。これにより、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された際、図１の２点鎖線、および図３に示されるように、胴部１３の上端部および肩部１２の下端部が一体に、径方向の外側に向けて突の曲面状となるように拡径変形し、かつ胴部１３の下端部および底部１４の連結周壁部１６が一体に、径方向の外側に向けて突の曲面状となるように拡径変形する。またこの際、拡径部２１の外径が、胴部１３におけるボトル軸Ｏ方向の中央部の外径より大きくなる。胴部１３の上端部および下端部に各別に形成された窪み部２２は、同じ形状、および同じ大きさで形成されるとともに、同じ周方向の間隔で配置されている。
なお、拡径部２１は、胴部１３に１つ形成してもよいし、３つ以上形成してもよい。窪み部２２の形状、大きさ、若しくは周方向の間隔を、胴部１３の上端部および下端部で互いに異ならせてもよい。

以上説明したように、本実施形態による耐圧ボトル１によれば、拡径部２１における窪み部２２の非形成部分の外周面が、胴部１３における拡径部２１の非形成部分の外周面に、段差なく連なるとともに、胴部１３と、肩部１２および底部１４と、がボトル軸Ｏ方向に段差なく連なっているので、ボトル軸Ｏ方向の圧縮力が加えられたときに、耐圧ボトル１において応力が集中する箇所を生じにくくすることが可能になり、内容物を充填する前の段積み状態での保管時に耐圧ボトル１が座屈変形するのを抑制することができる。
胴部１３に、ボトル内圧の上昇時に拡径変形する拡径部２１が形成されているので、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された時に、拡径部２１が拡径変形することとなる。したがって、拡径変形した拡径部２１に、胴部１３に配設したラベルを支持させることが可能になり、胴部１３に配設したラベルが、位置ずれしたり、擦れて汚損したりするのを抑制することができる。また、拡径部２１に、耐圧ボトル１を把持した手を支持させることにより、持ち上げ時に手から耐圧ボトル１が滑落しやすくなるのを抑制することができる。

また、窪み部２２が、ボトル軸Ｏ方向に延びる縦溝となっているので、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された時に、窪み部２２を径方向の外側に向けて変形させやすくなり、拡径部２１を確実に拡径変形させることができる。
また、前記正面視で、窪み部２２における上端部および下端部がそれぞれ、ボトル軸Ｏ方向の外側に向けて突の曲線状を呈するので、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された時に、拡径部２１における窪み部２２の開口周縁部に応力が集中するのを抑えて、拡径部２１を円滑に拡径変形させることができる。
また、底部１４が、いわゆるペタロイド形状となっていて高い剛性を具備しているので、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された時に、拡径部２１をより一層確実に拡径変形させることができる。

次に、以上説明した作用効果についての検証試験について説明する。

解析モデルとして３種類の耐圧ボトルを作成した。
モデル１として、図１および図２で示した耐圧ボトル１を採用した。
モデル２として、図１および図２で示した耐圧ボトル１に対して、拡径部２１を有しない耐圧ボトルを採用した。
モデル３として、モデル２の耐圧ボトルに対して、胴部が、肩部の下端部および底部の上端部より１．２ｍｍ小径に形成され、胴部と、肩部および底部と、の各接続部分に段部が形成された耐圧ボトルを採用した。

そして、各モデル１〜３のボトル軸Ｏ方向の圧縮変形量を増大する過程における、ボトル軸Ｏ方向の圧縮力の最大値（以下、座屈強度という）と、そのときの圧縮変形量と、を数値解析により算出した。
その結果、モデル３の座屈強度および圧縮変形量をそれぞれ１００とした場合、モデル２では、座屈強度および圧縮変形量がそれぞれ、３０２および１９８となり、モデル１では、座屈強度および圧縮変形量がそれぞれ、２４９および１６１となることが確認された。これにより、モデル１の座屈強度が、モデル３の座屈強度の約２．５倍に高められたことが確認された。

次に、モデル１、３について、胴部におけるボトル軸方向の中央部の外径と、胴部と肩部との接続部分における最大外径と、の差の、内圧に対する変化を数値解析により算出した。
その結果、内圧の上昇に伴い、モデル３では前記差が小さくなる一方、モデル１では前記差が大きくなることが確認された。
以上より、内容物を充填する前の空状態での座屈強度の向上を目的として、モデル３の前記差を単に小さくするのではなく、モデル１のような構成とすることで、内容物を充填する前の空状態では前記差を生じさせず座屈強度を確保することが可能になり、正圧状態で密封された時にはじめて前記差を生じさせることができることが確認された。

なお、本発明の技術範囲は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前記実施形態では、窪み部２２としてボトル軸Ｏ方向に延びる縦溝を示したが、径方向の外側から見た正面視で円形状、若しくは矩形状を呈する構成を採用する等、適宜変更してもよい。
窪み部２２の形状、大きさ、および周方向の間隔等の形態は、前記実施形態に限らず、例えば耐圧ボトルの形状、内容量、若しくは内容物等に応じて、適宜変更してもよい。
前記実施形態では、耐圧ボトル１が正圧状態で密封された際、拡径部２１の外周面が全域にわたって面一とはならず、図２の２点鎖線、および図４に示されるように、窪み部２２のうち少なくとも溝底面２２ｂにおける径方向の内端部が、径方向の内側に向けて窪んだままに保たれる構成を示したが、例えば、窪み部の形状、および内圧等によっては、拡径部２１の外周面が全域にわたって面一になる場合がある。
底部１４としていわゆるペタロイド形状を示したが、これに限らず例えば、中央壁部１５に上方に向けて窪むドーム部が形成された構成を採用する等、適宜変更してもよい。

耐圧ボトル１を形成する合成樹脂材料は、例えばポリエチレンテレフタレートや、ポリエチレンナフタレート、非晶性ポリエステル等、またはこれらのブレンド材料等、適宜変更してもよい。
耐圧ボトル１は、単層構造体に限らず中間層を有する積層構造体としてもよい。この中間層としては、例えばガスバリア性を有する樹脂材料からなる層、再生材からなる層、酸素吸収性を有する樹脂材料からなる層、若しくはこれらの層の組み合わせ、または蒸着層等が挙げられる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 耐圧ボトル
１１ 口部
１２ 肩部
１３ 胴部
１４ 底部
１５ 中央壁部
１６ 連結周壁部
１７ 縦溝部
１８ 脚部
２１ 拡径部
２２ 窪み部
Ｏ ボトル軸

Claims (4)

1. 口部、肩部、胴部、および底部が、ボトル軸方向に沿って上方から下方に向けてこの順に連設されるとともに、合成樹脂材料で一体に形成され、正圧状態で密封される耐圧ボトルであって、
   前記胴部と、前記肩部および前記底部と、がボトル軸方向に段差なく連なり、
   前記胴部に、ボトル内圧の上昇時に拡径変形する拡径部が全周にわたって形成され、
   前記拡径部は、周方向に沿って複数配置された窪み部を備え、
   前記拡径部における前記窪み部の非形成部分の外周面は、前記胴部における前記拡径部の非形成部分の外周面に、段差なく連なり、
   前記胴部の直径は、ボトル軸方向の全長にわたって同等になっており、
   前記拡径部は、前記胴部における上端部および下端部に各別に形成されていることを特徴とする耐圧ボトル。
2. 前記窪み部は、ボトル軸方向に延びる縦溝となっていることを特徴とする請求項１に記載の耐圧ボトル。
3. 径方向の外側から見た正面視で、前記窪み部における上端部および下端部はそれぞれ、ボトル軸方向の外側に向けて突の曲線状を呈することを特徴とする請求項１または２に記載の耐圧ボトル。
4. 前記底部は、ボトル軸上に位置する中央壁部と、前記中央壁部の外周縁と前記胴部とを連結する連結周壁部と、を備え、
   前記連結周壁部に、周方向に間隔をあけて３つ以上の縦溝部が形成され、
   前記連結周壁部において周方向に隣り合う前記縦溝部同士の間に位置する各部分に、前記中央壁部よりも下側に向けて突出する脚部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の耐圧ボトル。

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