JP7235961B2

JP7235961B2 - Ｐｅｔ製二重構造容器

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Publication number: JP7235961B2
Application number: JP2019021011A
Authority: JP
Inventors: 弦薦田
Original assignee: Tiger Corp
Current assignee: Tiger Corp
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2039-02-07
Also published as: JP2020128225A

Description

本発明は、樹脂製の二重構造を有する容器に関するもので、具体的な応用例の１つとして二重構造を有するＰＥＴボトルといった断熱効果を有する容器に関する。

樹脂製のボトルは、コストの安さや運搬のしやすさ、また携帯する際にも軽量であるといった特徴を有している。また、ＰＥＴボトルは再利用が可能であり、リサイクルという観点からも好適な材料といえる。しかし、樹脂製ボトルは、高・低温の液体を充填した際の保温性が低く、外気温より低い液体を充填した際には、ボトル表面に結露する、いわゆる汗かきによる濡れといった問題があった。これは、樹脂製の容器は断熱性が低いためである。

断熱性を高める方法として、魔法瓶のように容器を二重にし、内外容器の間に真空層を設けるといった手法がある。しかし、樹脂製ボトルの場合は、大気圧に対する強度を確保するには、相当の厚さが必要となり、実用的であるとはいえない。

そこで、特許文献１には、容器を二重構造とし、内外容器の間に空気層を設けた二重構造のＰＥＴボトルが開示されている。このＰＥＴボトルは、さらに外容器の表面を凹凸面で形成することで、断熱性と外容器の強度を確保している。

特開２００５－１４５４８８号公報

特許文献１のように、容器を二重構造にして断熱性を持たせるには、内外容器の接続点をできるだけ少なくすることが求められる。そして、容器の大部分に保温性を持たせるためには、入り口に近い部分で内外容器を気密に溶着し、接合部分以外では、内外容器間に隙間が空くように形成する。

しかし、液体を充填した内容器は重くなる。したがって、二重構造の容器を携帯等し、容器に振動を与えてしまうと、内容器は外容器との隙間の間で揺動する。この揺動は、内外容器の接合部分に不要な応力を加える。結果、内外容器の接合部分が破損してしまうという課題があった。

上記実情に鑑み、本発明は、樹脂製の二重構造容器において、内外容器を気密に溶着する箇所以外に、容器の底部で内外容器が掛止する掛止部を設け、液体が充填された際にも不用な振動が生じにくい樹脂製の二重構造容器を提供することを目的とする。

本発明のＰＥＴ製二重構造容器は、
第１肩部２６ａと第２肩部２６ｂと前記第１肩部と前記第２肩部の間に形成されたくびれ部２６からなる肩部を有する内容器と、
前記内容器の口部を液密に封止する脱着可能な蓋と、
前記内容器より大きく、嵌合用突起を有する外容器と、
前記内容器と前記外容器が気密に溶着された接合部と、
前記内容器と前記外容器が前記接合部以外で掛止する掛止部を有し、
前記接合部は前記内容器の前記くびれ部に前記外容器の嵌合用突起が嵌合されて形成されることを特徴とする。

本発明によると、内外容器の接合部以外でも内外容器が掛止しているので、内容器に液体が充填されて、質量が増大しても、内容器に不要な揺動が加わらない。その結果接合部への応力集中が回避され、接合部の破損を防止することができる。

上記構成において、
掛止部は、容器底部に設けられると好適である。

本構成によれば、容器の口部の近辺に設けられる接合部と、接合部から最も遠い容器の底部で内容器を保持することになるため、液体が充填され質量が重くなった内容器を好適に保持することができる。

上記構成において、
掛止部は、内容器の底面外側に設けた位置決め凸部と、前記位置決め凸部が掛止する外容器の底面内側に設けられた環状凸部で形成されると好適である。

本構成によれば、どちらの構造も樹脂型で比較的簡単に成型できる上に、確実に内容器を掛止することができる。

上記構成において、
掛止部は、内容器の底面外側に設けた位置決め凸部と、前記位置決め凸部が掛止する前記外容器の底面内側に設けられた回り止めリブで形成されると好適である。

本構成によれば、内容器が外容器に対して回転することが抑制されるので、より確実に内容器を保持することができる。

上記構成において、
環状凸部の中心には、ガス注入孔が設けられ、環状凸部には環状の内側から外側に向かう流路溝が設けられる。

本構成によれば、ガス注入孔からガスが注入される際に、ガスは流路溝を通って内外容器の隙間に流入するので、ガスの注入に抵抗が生じない。また、流路溝は、外容器の底面外側に突出するリブともなり、底面の強度向上に寄与する。

上記構成において、
ガス注入孔の周囲には、外容器底面の外側に向かって円形リブが形成されていると好適である。

本構成によれば、ガス注入後、円形リブを溶融させることで、ガス注入孔を塞ぐ充填材となる。したがって、ガス注入孔を塞ぐための別途栓材料が不要となる。

上記構成において、
内外容器の間には、断熱性の高い断熱性ガスを充填すれば好適である。

本構成によれば、熱伝導率の小さなガスを内外容器の間の空間に封止することで、断熱効果を向上させることができる。

上記構成において、
外容器は断面が楕円形状で形成されていると好適である。

本構成によれば、内外容器の間の断熱ガスの膨張を外容器の側壁部直角方向への変形に変えることができ、接合部への応力集中を抑制し、気密接合部の破損を防止することができる。

樹脂二重構造容器の縦断面を見た斜視図である。蓋と内容器と外容器を別々に示した図である。内容器と外容器の底面を斜め下から見た図である。外容器の底面だけを内側から見た斜視図（図４（ａ））と、その断面図（図４（ｂ））である。外容器の底面に回り止めリブを設けた場合を示した斜視図（図５（ａ））と、その一部拡大図（図５（ｂ））である。内容器を外容器に挿設した図（図６（ａ））と、接合部を溶着した図（図６（ｂ））である。樹脂二重構造容器の底部分に構成される掛止部の断面図（図７（ａ））と、上方からの平面図（図７（ｂ））である。内容器と外容器の間に断熱性のガスを注入する手順を示す図である。外容器の断面を楕円にした場合の効果を説明する模式図である。

以下、本発明の一例である実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、方向については、図１等に示すように、本容器１の口部２８がある方を「上」とし、本容器１の底面３２がある方を「下」とする。また、「高さ方向」は上下方向を言う。また、内容器２０および外容器３０とも、口部２８若しくは開口３８を閉ざした状態で、底面と側壁部に囲われた側を「内側」といい、底面および側壁部で囲われていない側を「外側」と呼ぶ。

図１は、樹脂製二重構造容器（以下「本容器１」と呼ぶ）の縦断面を見た斜視図である。図２は、蓋１２と、内容器２０と、外容器３０を別々に示した図である。図３は、内容器２０と外容器３０を斜め下から見た図である。図４（ａ）は、外容器３０の底面３２の内側を外容器３０の側壁部３４を取った状態で見た斜視図である。図４（ｂ）は、底面３２の断面図である。図５（ａ）は外容器３０の底面３２の他の形態を示す斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の一部拡大図である。

図１～図３で示すように、本容器１は、内容器２０と外容器３０とで構成される容器本体１０と、蓋１２で構成される。内容器２０および外容器３０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＭＰ（ポリメチルペンテン）といった樹脂材が利用できる。中でも、ＰＥＴは好適に利用できる。ＰＥＴは成型しやすく、素材としての強度も高い。また、軟化点が１００℃以上あり、熱湯の温度によって変形することはない。もちろん、氷を入れた冷水による温度でも変形しない。

蓋１２は、ポリエチレンやポリプロピレンが好適に利用できる。ある程度柔らかいので、液密に本容器１を着脱可能に封止しやすい。ただし、本容器１はこれらの材料に限定されない。

内容器２０と外容器３０は、断面略円形で構成されているが、これに限定されるものではない。特に後述するように外容器３０の断面は楕円であると好ましい場合がある。内容器２０は底面２２と、それに続く側壁部２４と、肩部２６と、口部２８を有する。肩部２６は側壁部２４の外径よりも大きな外径を有している。また、肩部２６は複数個あってもよい。図では、肩部２６は第１肩部２６ａと第２肩部２６ｂを有する場合を示す。第１肩部２６ａと第２肩部２６ｂの間にはくびれ部２６ｃが形成されている。したがって、肩部２６は、第１肩部２６ａと第２肩部２６ｂとくびれ部２６ｃで構成されている。

内容器２０の口部２８は、側壁部２４の内径と同じ若しくは側壁部２４の内径より小さい径の開口２８ｏで構成されている。内容器２０の口部２８は高さ方向に所定の距離だけ延設されている。そして内容器２０の口部２８の外側には、雄ネジ２８ｓが形成されている。

内容器２０の底面２２には、位置決め凸部２２ａが設けられている。位置決め凸部２２ａは、複数個設けられていてもよい。

蓋１２は、内側に雌ネジ１２ｓが形成されており、内容器２０の口部２８に形成された雄ネジ２８ｓと螺合することで、内容器２０を液密に封止することができる。

外容器３０は、底面３２とそれに続く側壁部３４で形成されている。底面３２は、断面が上側に凸形状に形成される。側壁部３４の上側の端部は、そのまま開口３８が形成されている。外容器３０の側壁部３４の内径は、内容器２０の側壁部２４の外径よりも大きい。そして、外容器３０の側壁部３４の内径は、内容器２０を外容器３０に挿入した際に、内容器２０の肩部２６の外径と摺接する程度に同一に形成される。この部分で内容器２０と外容器３０を溶着し、接合部４０を形成するためである。

外容器３０側の壁部３４は、内容器２０の肩部２６を覆うまで延設される。開口３８近傍の側壁部３４において、内容器２０の肩部２６と摺接する部分を外容器３０の肩部３６と呼ぶ。肩部３６には、外容器３０の内側に向かって嵌合用突起３６ａが形成されている。この嵌合用突起３６ａは、内容器２０を外容器３０に挿着した際に、内容器２０のくびれ部２６ｃと嵌合することで、内容器２０と外容器３０の接合部４０の位置決めに利用される。

外容器３０の底面３２中央には、ガス注入孔３３が設けられている。底面３２外側のガス注入孔３３の周囲には、ガス注入孔３３から延設して形成される円周リブ３３Ｌが設けられている。この円周リブ３３Ｌは、ガス注入後にガス注入孔３３を塞ぐ際に利用される。

図４に示すように、外容器３０の底面３２内側には、ガス注入孔３３の周囲を囲むように、環状凸部３２ｒが形成されている。環状凸部３２ｒは、内容器２０の底面２２外側の位置決め凸部２２ａと掛止することで、掛止部４２（図１参照）を形成する。また、環状凸部３２ｒには、ガス注入孔３３から環状凸部３２ｒの外側に向かって流路溝３２ｎが形成されている。流路溝３２ｎは複数個形成されていてもよい。

また、図５に示すように環状凸部３２ｒの内側でガス注入孔３３の周囲に回り止めリブ３２ｐが設けられていてもよい。回り止めリブ３２ｐは回り止めリブ３２ｐ１と回り止めリブ３２ｐ２が対になって構成される。この回り止めリブ３２ｐ１と回り止めリブ３２ｐ２の間に、内容器２０の底面２２外側の位置決め凸部２２ａを挿入することで、内容器２０の回転が抑制される。回り止めリブ３２ｐは、位置決め凸部２２ａの数だけ備えれば望ましい。しかし、少なくとも１つあればよい。

また、回り止めリブ３２ｐは、環状凸部３２ｒと同時に設けられていてもよいし、環状凸部３２ｒがない場合に、回り止めリブ３２ｐだけが設けられていてもよい。回り止めリブ３２ｐが位置決め凸部２２ａと同じだけ設けられ、位置決め凸部２２ａが回り止めリブ３２ｐに掛止されていれば、内容器２０は外容器３０に対して、横方向の振動および回転方向の振動も抑制することができるように構成することが可能だからである。

環状凸部３２ｒは外側からみれば、外容器３０内面に向かった凹部３２ｒｒとなる。一方、流路溝３２ｎは、外側からみると外容器３０外面に向かった凸部３２ｎｒとなる。これらの凹凸形状は外容器３０の底面３２の補強構造ともなっている。

次に、図６～図８も加えて、本容器１の組み立てについて説明する。まず、図６（ａ）に示すように内容器２０の底面２２が、外容器３０の開口３８から挿入される。外容器３０の肩部３６は、内容器２０の肩部２６を覆う程度の位置まで延設されているので、外容器３０に内容器２０を挿入すると、内容器２０の底面２２外側と外容器３０の底面３２内側は当接し、内容器２０の肩部２６が外容器３０の肩部３６と摺接する。また、内容器２０の肩部２６にあるくびれ部２６ｃに外容器３０の嵌合用突起３６ａが嵌合し、掛止部４２を形成する。

次に互いに摺接している外容器３０の肩部３６と内容器２０の肩部２６を接合し、接合部４０を形成する（図６（ｂ））。接合されることで、接合部４０は、気密に接合される。なお、ここで、「接合」とは、両部分が気密に固定されることをいい、熱や超音波を用いた溶着、接着剤を用いた接着といった方法を含む。また、外容器３０の側壁部３４の内径が内容器２０の側壁部２４の外径より大きいので、外容器３０と内容器２０の側壁部３４、２４間には空間が形成される。この空間を遮熱空間４４と呼ぶ。

図７に掛止部４２の拡大図を示す。本容器１の底部分では、内容器２０の底面２２外側に設けた位置決め凸部２２ａが外容器３０の内側に設けられた環状凸部３２ｒの内側に当接し掛止部４２を構成している。すなわち、内容器２０は外容器３０の接合部４０で溶着固定され、掛止部４２で外容器３０に当接支持される。なお、回り止めリブ３２ｐを設けた場合は、回り止めリブ３２ｐ１と回り止めリブ３２ｐ２および環状凸部３２ｒの内側に位置決め凸部２２ａの先端部分が入り込むことで、内容器２０と外容器３０が掛止される（図７（ｃ））。

次に、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ガス注入孔３３から遮熱空間４４の空気を抜き、断熱性の高いガスを注入する。断熱性の高いガスとは、熱伝導率の低い気体である。これを「断熱ガス」と呼ぶ。遮熱空間４４の空気を抜くと、外容器３０と内容器２０は互いに接近しあう。つまり、外容器３０は内容器２０に向かって凹み、内容器２０は外容器３０に向かって膨らむ。このとき、内容器２０の底面２２と外容器３０の底面３２が互いに接近し、ガス注入孔３３を塞ぐようになる（図８（ｂ））。

しかし、外容器３０の底面３２内側には、ガス注入孔３３の周囲に環状凸部３２ｒが形成されており（図４参照）、内容器２０の底面２２には、位置決め凸部２２ａが形成されているので、ガス注入孔３３を完全に塞ぐのを回避する。さらに、環状凸部３２ｒには、ガス注入孔３３の中心から外側に向かって流路溝３２ｎが形成されている。そのため、断熱ガスは、ガス注入孔３３から注入されると、流路溝３２ｎを通って遮熱空間４４に流れる。その結果、遮熱空間４４の空気を断熱ガスと置換することができる。

断熱ガスとしては、キセノン若しくはクリプトンが好適に利用できる。断熱ガスは塩素ガス等他にもあるが、人体に対して無害であり、また入手もし易いガスとしてこれらのガスは、好適に利用できる。なお、断熱ガスを封止した後の遮熱空間４４中の断熱ガスと空気の比率は、少なくとも５０：１以上が好ましく、１００：１以上であればより好ましい。これは断熱ガスと窒素との割合としてよい。

次にガス注入孔３３の周囲に設けられた円周リブ３３Ｌを溶融し、ガス注入孔３３を塞ぐ。円周リブ３３Ｌを溶融してガス注入孔３３を塞ぐため、ガス注入孔３３を塞ぐための部材を別途用意する必要はない。したがって、完成した本容器１の底面３２外側には、溶封痕３３ｒが残る（図８（ｃ））。

次に本容器１に液体を注いだ場合を説明する。液体が注ぎ込まれた内容器２０は質量が重くなる。この重量は外容器３０の接合部４０と本容器１の底（外容器３０の底面３２）の掛止部４２によって支持されている。仮に、内容器２０が外容器３０の接合部４０だけで支持されていたとすると、重い内容器２０は、接合部４０を支点にして揺動し、接合部４０に大きな応力がかかる。これは接合部４０の破損の原因となり得る。

しかし、外容器３０の肩部３６に位置する接合部４０と、底部３２の掛止部４２の２カ所で支持されることによって、内容器２０は外容器３０の中で揺動することはない。したがって、接合部４０の破損は生じない。

次に本容器１に高温の液体を入れた場合について説明する。本容器１は１００℃の熱湯を注ぐことができる。断熱ガスを充填された遮熱空間４４が内容器２０の側壁部２４から外容器３０の側壁部３４への熱伝導を抑制しているので、外容器３０の側壁部３４は素手で持てる程度の温度にしか上昇しないからである。

一方、遮熱空間４４中の断熱ガスは膨張し外容器３０を膨らませる。図９にこの様子を模式的に示す。外容器３０の断面が内容器２０の断面と同じ円形であると（図９（ｃ））、断熱ガスの膨張は外容器３０を側壁部３４に直角方向に均等に膨らませる。本容器１は、接合部４０と掛止部４２によって固定されているので、外容器３０は、上下に縮もうとする。したがって、接合部４０に大きな応力がかかる（図９（ｄ））。

一方、外容器３０の断面が楕円であると（図９（ａ））、断熱ガスの膨張は、外容器を円形にする方向に働く。これを長軸に沿った断面で見ると、長軸方向の側壁部２４を内側にへこませる方向に歪の力が働く。結果、外容器３０の縦方向の応力は緩和される。したがって、外容器３０の断面を楕円にしておくと、断熱ガスが膨張した時の接合部４０への応力を緩和し、本容器１の寿命を長くすることができる。

本発明の樹脂製二重構造容器は、断熱性を有する簡易的で軽量な液体携帯容器として好適に利用できる。

１：本容器
１２：蓋
２０：内容器
３０：外容器
３２：底面
３２ｒ：環状凸部
３２ｎ：流路溝
３３：ガス注入孔
４０：接合部
４２：掛止部
４４：遮熱空間

Claims

第１肩部と第２肩部と前記第１肩部と前記第２肩部の間に形成されたくびれ部からなる肩部を有する内容器と、
前記内容器の口部を液密に封止する脱着可能な蓋と、
前記内容器より大きく、嵌合用突起を有する外容器と、
前記内容器と前記外容器が気密に溶着された接合部と、
前記内容器と前記外容器が前記接合部以外で掛止する掛止部を有し、
前記接合部は前記内容器の前記くびれ部に前記外容器の嵌合用突起が嵌合されて形成されることを特徴とするＰＥＴ製二重構造容器。
前記掛止部は前記内容器および前記外容器の底面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたＰＥＴ製二重構造容器。
前記掛止部は、
前記内容器の底面外側に設けた位置決め凸部と、
前記位置決め凸部が掛止する前記外容器の底面内側に設けられた環状凸部で形成されることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載されたＰＥＴ製二重構造容器。
前記掛止部は、
前記内容器の底面外側に設けた位置決め凸部と、
前記位置決め凸部が掛止する前記外容器の底面内側に設けられた回り止めリブで形成されることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載されたＰＥＴ製二重構造容器。
前記環状凸部の中心には、ガス注入孔が設けられ、
前記環状凸部には中心から外側に向かう流路溝が設けられることを特徴とする請求項３または４の何れかに記載のＰＥＴ製二重構造容器。
前記ガス注入孔の周囲には、前記外容器の底面の外側に向かって円周リブが形成されていることを特徴とする請求項５に記載のＰＥＴ製二重構造容器。
前記内容器と前記外容器の間には、断熱性ガスが充填されることを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載されたＰＥＴ製二重構造容器。
前記外容器は、断面が楕円形状で形成されていることを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載されたＰＥＴ製二重構造容器。