JPH08506310A - 高温充填用のプラスチック・ボトル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 下部で底部（Ｆ）に組み込まれ、上部でボトルの首部（Ｇ）に組み込まれた、円周方向の横壁（１０）を含むタイプの高温充填用のプラスチック・ボトルにおいて、前記ボトルが、横壁（１０）に沿って組み込まれ、ボトルの長手方向軸に対してわずかに傾斜し前記底部（Ｆ）および首部に対して離間して配設された、複数の溝（２０）を備え、前記溝（２０）が、実質的に平行であり、前記壁（１０）のパネル（１１）によって相互に離間され、かつ前記溝が、それぞれの対称的な長手方向平面に対して対称的であり、前記溝が垂直方向の補強を与えて冷却後に円周方向の熱収縮および機械的収縮を均一に吸収し知覚できないものにするような寸法の壁厚さを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 高温充填用のプラスチック・ボトル ［技術分野］ 本発明は、全般的には、高温充填用のボトルに関し、詳細には、高温の液体が 充填される一方向プラスチック・ボトルに関する。 ［背景技術］ 十分なコンディショニングを施すべき、天然フルーツ・ジュース、牛乳、野菜 オイルなどの液体食品、医療溶剤および懸濁液剤、ならびに人間が経口摂取する その他の液体製品は、通常、ｐａｕｓｔｅｒｉｚａｔｉｏｎなどの熱処理によっ て、瓶詰めの前または瓶詰め時に殺菌すべきである。 このようなプロセスでは、高温殺菌されて、同様に殺菌された複数の容器に瓶 詰めされ、あるいは、開放された容器によってまとめて瓶詰めされ殺菌される。 続いて、まだ熱いアセンブリにキャップが装填される。 液体が冷却されて室温になるまで、液体の容積は減少し続ける。容器が密封さ れているので、液体の収縮によって生成された真空が、前記容器の壁を引っ張っ て破壊する傾向がある。 ボトル製造業者にとって、製品が消費者によって購入されるまで、製品の良い イメージを維持すること、すなわち、容器とラベルの両方を完全な状態で提供す ることは実質的なことである。したがって、壁が変形したためにしわができ、か つ破れたたラベルを含むゆがんだボトルを提供することは受け入れられない。 従来、人間が経口摂取する液体のコンディショニングに使用されるボトルは、 その目的に必要とされる、透明度など、多数の機械的特性および視覚的特性を提 供する材料であるガラスから成る。それにもかかわらず、ガラスが割れやすく重 量がかさむため、ボトルが取扱い中に頻繁に割れるので、ガラスのコストが高く なっている。さらに、ガラスを輸送することによって、製品のコストは大幅に増 大する。 石油化学産業が発展し、その結果新しい熱可塑性材料が開発されたので、高温 充填すべきボトルの製造に適しており、かつ透明度、非変形性、ラベルを完全に 固定できる性質など典型的なガラス特性を前記ボトルに提供する、材料を得よう として多大な努力がなされている。 ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ポリビニル（ＰＶＣ） など第１世代熱塑性プラスチックで試してみたところ、破壊抵抗がほとんどなく 、透明度が不十分であり、あるいは、前記の不都合を共に与えるボトルがもたら された。 ナイロンなど第２世代熱塑性プラスチックでは、機械的抵抗は優れているが、 白濁しており、ほぼ不透明で、かつ高価な容器がもたらされた。エンジニアリン グ・プラスチック世代として知られる第３世代の熱塑性プラスチック、すなわち 、歯車、構造的要素などエンジニアリング部品で使用するのに適したプラスチッ クの技法では、透明度が高く、かつ機械的特性が優れ、液体の一方向容器の製造 に使用できる可能性がある材料、すなわち、通常シグラＰＥＴとして知られるポ リエチレン・テレフタラートがもたらされた。上記の特性のために、ＰＥＴは、 低温の液体が充填されるボトルの製造でますます広く使用されるようになってい る。それにもかかわらず、ＰＥＴボトルでは、高温の液体を充填されたときに、 冷却後の壁の破壊に関する問題が発生している。 業界では、いくつかの面で上述の問題に直面している。第１に、より即効的な 解決策として、容器の重量を増加させることが試みられた。壁の厚さを増大させ る試みは、上述の機械的変 形、すなわち、冷却時の液体の収縮によるボトルの破壊の問題を解決するうえで 効果的であることが分かった。それにもかかわらず、前記ボトルの変形の第２の 因子が観測されている。これは、瓶詰め製品の冷却プロセス中のボトルの構成材 料の収縮によって発生する熱変形である。 ブロー成型されたボトルの壁に沿った材料の分布が不均一であるため、材料の 質が多ければ多いほど、より壁の厚い領域が存在し、したがって、より収縮しや すくなるために、前記材料がますます収縮することを考慮すると、ボトルの横壁 は長手方向に著しく収縮し、それによって、容器がゆがみ、外観を損なう。 さらに、この熱塑性ポリマーは比較的コストが高いので、ボトルの材料の重量 がわずかに増加しただけでもコストが過度に増大し、ガラス・ボトルと比べて競 争力が低くなり、それによって、この問題に対するそのような解決策は明らかに 実施不可能になる。 低温の液体を充填するために製造され、美的な目的のためだけに製作された異 なる壁設計を有する、ＰＥＴボトルは、高温の液体を充填した後の冷却のために 収縮する際、異なる動作を 示すことが分かった。このことが検証されたので、ブロー成型業界は、ボトルの 壁を変更し、所与の厚さの場合についての破壊抵抗を増大させることに関心を集 中させている。 一般に、これまで実施された調査によって、壁に加えられた変更のために、高 温充填されたボトルは冷却後に以下の動作を示すことが分かった。 −リング、すなわち、円周方向の溝またはリブを壁に沿って離間させて設けた ことの結果、直径方向または円周方向の収縮に対する良好な抵抗が得られ、それ によって、ボトルはつぶれなくなった。それにもかかわらず、垂直方向の収縮に 対する抵抗がなかったので、ボトルの最も厚い領域におけるボトルの材料の強い 熱収縮のための長手方向の変形によってボトルの首部が長手方向軸から変位し、 言い換えると、前記ボトルがゆがんだ。 −壁の周りで傾斜させ離間させた垂直方向の溝またはリブを設けた結果、垂直 抵抗に対する良好な抵抗が得られ、それによって、ボトルのゆがみがなくなった が、このタイプの形状をもっボトルは、真空によって発生する機械的な円周方向 の変形のためにつぶれた。 それぞれの垂直端縁によって結合されたファセット壁、すなわち、平坦な面を 示す壁を設けたことによって、機械的特性が改善されたが、前述のように、ブロ ー成型された容器では壁の厚さが不均一なので、前記ボトルの収縮が不均一であ るためにボトルがつぶれた。 そのような結果のために、技術者たちは、円周方向の溝またはリブと、垂直方 向の溝またはリブとの組合せである、明確な解決策を試み、前記解決策を別々に 適用するときは、それらの欠点を補おうとした。そのような構成では、ボトル収 縮の問題が完全に解決されたが、新しい問題が発生し、この構成を適用すること は実際上、不可能になった。前記ボトルでは、四角形の凸領域が非常に狭く、製 品のラベルがうまく貼れないので、前記ラベルは必然的に、ボトルの取扱い時に 損傷を受けた。これは通常、ボトルが市場に出回るずっと前に発生し、市場に現 れる時には消費者が製品を識別することが困難になっている。 最終的に、業界は実施可能な解決策を発見し、この解決策は現在、高温充填用 のボトルの製造において世界で幅広く使用されている。このボトルは、その通常 の輪郭から外側に突き出ており、液体の収縮のかなりの部分を吸収し、凸形状か ら凹形状 へ変化する、パネルまたは「泡」の形の横壁の部分を備える。壁の残りの部分は 、前記ボトルがその長手方向軸に対する熱変形を受けないようにするだけでなく 、ボトルがパネルによって吸収されない液体収縮の残りの部分に耐えられるよう に、過度の寸法をもつ非常に強靭な構造を有する。それにもかかわらず、この場 合も、ラベルは、パネルの凸形状のために十分に固定されず、したがって、ボト ルの取扱い時に変形し、部分的に破れる。 このため、収縮可能なパネルと共に構成された高温充填用のボトルは、製品の イメージを意識するボトル製造業者にはますます受け入れられなくなっている。 ［発明の開示］ したがって、本発明の一般的な目的は、機械的抵抗力が高く、しかも構成材料 をほとんど必要としない、高温充填用のボトルを提供することである。 本発明の具体的な目的は、ボトルの壁の厚さの分布とは独立に、容易に知覚で きる大きな変形を示さないように、冷却のために収縮したときに制御された機械 的変形に従う、上述のボトルを提供することである。 本発明の具体的な他の目的は、ボトルの取扱い時にラベルが変形することも、 あるいは、破けることもない、上述のボトルを提供することである。 本発明の他の目的は、ボトルに含まれる製品の輸送費の低減に効率的に寄与す るように低重量を有する上述のボトルを提供することである。 本発明の、上記およびその他の目的および利点は、下部で底部に組み込まれ、 上部でボトルの首部に組み込まれた、円周方向の横壁を含むタイプの高温充填用 ボトルにおいて、横壁に沿って組み込まれ、ボトルの長手方向軸に対してわずか に傾斜しボトルの底部および首部に対して離間して配設された、複数の溝を備え る高温充填用ボトルを提供することによって達成される。前記溝は、実質的に平 行であり、前記壁のパネルによって相互に離間され、前記溝はさらに、それぞれ の対称的な長手方向平面に対して対称的であり、前記溝が垂直方向の補強を与え て冷却後に円周方向の熱収縮および機械的収縮を均一に吸収し知覚できないもの にするような寸法の壁厚さを有する。本発明の高温充填用ボトルは、構成に必要 とされる熱塑性プラスチック材料が最小限であり、したがって、極めて軽量で低 コストで あるが、プラスチックの冷却によって発生する収縮のための変形と、（液体の冷 却によって発生する収縮によって発生する真空のための）機械的変形とを受容す るようにする、大きな寸法の構造配列を有する。前記変形は、制御され、視覚的 に知覚できる変形のない最終態様と、ボトルの壁上にラベルを完全に固定できる ようにする実質的に円筒形の形状とを与える。 透明度に関連する上述の特性のために、提案したボトルは、瓶詰め業者が製品 の競争力を高める極めて廉価で効率的な手段であり、したがって、市場での自社 の良好なイメージの強化に寄与する。 ［図面の簡単な説明］ 本発明を以下に添付の図面に関して説明する。 第１図は、本発明の高温充填用ボトルの側面図である。 第２図は、第１図の線ＩＩ−ＩＩに従って取った直径方向断面図である。 第３図は、第１図の線ＩＩＩ−ＩＩＩに従って取った、ボトルの壁に設けられ た１つの壁の概略断面図を実線で示し、ボトルの熱変形状態での同じ溝を破線お よび点線で示す、図である。 第４図は、第３図の線ＩＶ−ＩＶに従って取った、提案した ボトルの壁に設けられた１つの溝の拡大断面図である。 第５図は、第３図の図に類似の図であるが、ボトルの機械的に変形した状態で の溝を破線および点線で示す。 第６図は、第５図の線ＩＶ−ＩＶに従って取った、第４図の図に類似の図であ る。 ［発明の好ましい実施例］ 上述の図によれば、ポリエチレン・テレフタラート（ＰＥＴ）などの熱塑性ポ リマーでブロー成型された高温充填用のボトルは、わずかに凸状であり、下部で 底部Ｆに組み込まれ上部で前記ボトルの首部Ｇに組み込まれ、溝２０の形の複数 の機械的構造補強物を備える、壁１０を含む。前記溝は、傾斜させても、あるい は、らせん状でもよく、壁に沿って延びる、前記壁１０のそれぞれのパネル１１ によって区切られ、前記溝の端部は、ボトルの底部Ｆおよび首部Ｇに対して離間 して配設され、前記溝は、キャップを締めた高温のボトルの冷却時に、上述のよ うに働く。溝２０の動作は、ａ）前記溝が、成型されたピースにおける応力を累 積させ、前記ピースによって受ける物理的変化から発生するすべての仕事を集中 させる点であり、ｂ）前記溝が常に、材料の濃度の高い点を示し、ｃ）高濃度の 材料が、熱 変動の影響下で、寸法のより激しい変動を受けるなど、プラスチック成形技術分 野で知られている事実に基づくものである。したがって、ａ）に基づいて、液体 の収縮によって発生する真空のためのボトルの機械的収縮の結果として発生する すべての仕事が、溝２０の領域で発生することが理解されよう。また、ｂ）およ びｃ）は、したがって、前記溝２０が、ボトルの構成材料の冷却のための収縮の 結果として発生する熱収縮の仕事が収束する点であることを示す。機械的収縮お よび熱収縮がどのように発生するかについて以下で説明する。 第３図に示したように、各溝２０は、大きい方の基部で開放された実質的に台 形の断面を有し、台形の辺は、等しく、溝横壁２１を形成し、溝横壁は、その１ つの端部によってそれぞれの外側曲線２２を介して隣接するパネル１１に組み込 まれ、前記横壁２１の開放端部は、前記溝２０の底部壁２４を形成する台形の小 さい方の基部によって結合されたそれぞれの内側曲線２３を備える。ボトルの壁 １０の所与の公称厚さでの各溝２０中のポリマーの分布に関しては、外側曲線２ ２は、ボトルの材料の伸びが最大限になる点、すなわち、最も少ない量の材料が 堆積する点を形成する。溝においては、ボトルの底部壁２４の 領域で最大堆積点に到達するまで、横壁２１に沿って、堆積する材料の量が増加 し続け、実質的に壁部１１よりも厚い材料の量が堆積する。ボトルの熱収縮およ び機械的収縮を各溝２０によって均一に吸収できるようにするには、前述のよう に、前記ボトルの構造を完全に対称的にすることが重要である。 あらゆるブロー成型材料は、収縮した最初の形に戻る傾向を有し、いわゆるプ ラスチック・メモリを構成する。材料の堆積が多く、かつブロー成型ピースの冷 却が低速であればあるほど、前記プラスチック・メモリの感度が高くなる。 高温瓶詰めプロセスでは、ボトルは、充填されキャップを装着された後、冷却 水の噴射による強制冷却を受け、再び冷気による乾燥を受け、次いでラベル付け される。したがって、瓶詰めラインの空間のより高い生産性および経済性を得る ために、ボトルは、急激に収縮する状態にされる。 したがって、本発明のボトルの設計によれば、前記ボトルは、溝２０の底部壁 ２４に極めて感度の高いプラスチック・メモリを有し、前記溝２０の内側曲線２ ３からの横壁２１と、壁１０のパネル１１に感度の高いプラスチック・メモリを 有するが、溝２０の外側曲線２２の領域にはより感度の低いメモリを有す る。 上述の急冷条件では、熱収縮の大部分が、溝２０の底部壁２４で発生し、前記 壁がよりへこみ、前記収縮の残りの部分が前記溝２０の横壁２１と壁１０のパネ ル１１とに沿って分散し、前記横壁およびパネルがわずかにへこみ、それによっ て、熱収縮によるボトルの全体的な変形は知覚できないものになる。 溝２０の傾斜のために、溝の補強のパラメータは、それぞれ、前記ボトルの機 械的収縮とわずかな熱収縮のためのボトルの破壊に対抗して働き、熱収縮によっ て発生するボトルの長手方向軸の偏りに対抗して働く、円周方向構成要素と垂直 方向構成要素とに分解することができる。第１図によれば、溝２０は、後述のよ うに、ボトルの長手方向軸の垂直平面に対する傾斜よりも、前記長手方向軸に対 する傾斜の方が小さく、したがって、前記ボトルに対してより多くの垂直方向の 補強を与え、したがって、ボトルがつぶれなくなると共に、制御された円周方向 の収縮を可能にする。 冷却を行い、その結果ボトルが熱収縮した後、ボトルに含まれる液体も冷却し 収縮して、真空を発生させ、そのため、ボトルが機械的に変形する。 以下から分かるように、低温ボトル条件では、壁の分布は、上述のように、熱 収縮を受ける高温ボトル条件の補強効果とは逆の補強効果を有する。 ボトルが機械的に収縮している間、壁１０のパネル１１が引っ張られ、この引 張りによって、前記パネルが半径方向に、ボトルの長手方向軸の方へ移動する傾 向がある。パネル１１のこの動作は、ボトルの最も薄壁の領域、すなわち、外側 曲線２２が相互に接近しする部分で吸収され、溝２０の横壁２１において溝２０ の開口部が小さくなり、前記溝が前記壁に隣接する位置でわずかに変形し、裸眼 では知覚できないように、前記領域に小さな湾曲部が形成され、かつ壁１０のパ ネル１１がわずかに変形する。 以上から分かるように、そのような解決策では、ボトルの寸法の減少の大部分 は、前記ボトルの内側で発生し、したがって、裸眼ではまったく知覚できない。 上記で定義したように、外側の寸法の減少は、最小限のものなので、これも知覚 することはできない。したがって、提案した解決策は、高温充填されたプラスチ ック・ボトルの冷却のための大きな変形の問題を新規の完全な方法で解決すると 結論することができる。前述のように、 高温充填用のボトルで解決すべき２番目に重要な問題は、製品のラベルを貼るの に適した表面を提供することに関する。市場においてラベルが良好な状態であれ ば、消費者が製品を容易に識別することができると共に、製品と製造業者の両方 の良好なイメージを伝達することができる。 上述のプラスチック・ボトルでは、最初は円筒形であるボトルが、使用準備が できたときには壁がわずかにへこむように、機械的収縮と、明らかに直径をある 程度減少させる熱収縮の両方を壁１０の溝２０に集中させ、その結果、受け入れ られるが、ラベルを貼るのには十分でない表面が得られる。 ラベルを完全にボトルに貼るうえで理想的な表面は実質的に円筒形である。そ のような円筒度を得るには、壁１０のパネル１１が、ボトルの冷却によって発生 する機械的変形を溝２０が受けたときに、知覚できる機械的変形がなくなるよう な厚さ／幅関係を示すことが重要である。さらに、ラベルの所望の視覚態様を維 持するために、各溝２０の幅は、ラベルの表面とボトルの壁１０との接触を最大 にするような寸法にすべきである。したがって、キャップを締めたボトルの冷却 状態では、隣接するパネル１１間は可能な限り接近すべきである。 溝２０は、端部から中心部へ向かって深さが増加していく。上記で定義し第５ 図に示した応力および材料の濃度および分布の機構によって、ボトルが機械的に 収縮するとき、ボトルの壁が円筒形になり、各溝２０が変形することによって、 底部壁２４のへこみが大きくなる。 意外なことに、提案したボトルの垂直方向の変形にはある程度のねじれが伴う ことも分かった。したがって、前記ボトルの長手方向軸に沿った実質的に均一の 垂直方向変形を保証するベローズ効果がもたらされる。 本発明をＰＥＴボトルに適用するものとして説明したのは、前述のように、こ のポリマーが顕著な機械的特性および光学特性を有するからである。それにもか かわらず、ボトルの重量パラメータにかんがみ、物理的要件が少ないために、当 該のボトルがＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣなどの材料で構成でき、しかも、同じ材料を使 用するが、知られている技法によって製作されたボトルと比べて改良された熱機 械特性を示すことも分かった。 本発明の要素の寸法は、所望の機械的要件のボトルの一般的寸法および容量と 、各ケースで構成材料に対して決定される分子配向に応じて変化することができ る。 本発明の実施例の例示として、濃縮フルーツ・ジュースを充填するように設計 された５００ｍ１のＰＥＴボトルの関連寸法を以下に列挙する。 壁の厚さ ０．２５ｍｍないし０．４０ｍｍ 壁の高さ ９５．７４ｍｍ 壁のふくらみのアロー １ｍｍ リブの傾斜 ５５゜ リブの最小深さ １．５ｍｍ リブの最大深さ ２．５ｍｍ リブ間の間隔 １７．１ｍｍ 弛緩した壁の大直径 ６７．３ｍｍ 収縮した壁の大直径 ６５．３ｍｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．下部で底部（Ｆ）に組み込まれ、上部でボトルの首部（Ｇ）に組み込まれた 、円周方向の横壁（１０）を含むタイプの高温充填用のプラスチップ・ボトルに おいて、前記ボトルが、横壁（１０）に沿って組み込まれ、ボトルの長手方向軸 に対してわずかに傾斜し前記底部（Ｆ）および首部に対して離間して配設された 、複数の溝（２０）を備え、前記溝（２０）が、実質的に平行であり、前記壁（ １０）のパネル（１１）によって相互に離間され、かつ前記溝が、それぞれの対 称的な長手方向平面に対して対称的であり、前記溝が垂直方向の補強を与えて冷 却後に円周方向の熱収縮および機械的収縮を均一に吸収し知覚できないものにす るような寸法である、壁厚さを有することを特徴とするプラスチック・ボトル。 ２．壁（１０）が、前記ボトルが完全に充填される前に前記ボトルの高さの方向 にわずかにへこんでおり、溝（２０）が、その端部から中心部に向かって増加す る深さを有し、前記深さが、完全にキャップを締められたボトルが冷却された後 に前記溝を変形させ、前記横壁を、実質的に直線的な母量をもつ構成にさ せるような寸法であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック・ボトル 。 ３．各溝（２０）が、大きい方の基部で開放された実質的に台形の断面を有し、 台形の辺が相等しく、溝横壁（２１）を形成し、溝横壁が、その１つの端部によ ってそれぞれの外側曲線（２２）を介して隣接するパネル１１（１１）に組み込 まれ、前記横壁（２１）の開放端部が、前記溝（２０）の底部壁（２４）を形成 する台形の小さい方の基部によって結合されたそれぞれの内側曲線（２３）を備 えることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック・ボトル。 ４．溝（２０）の外側曲線（２２）が、ボトルの最小熱収縮・最大機械的収縮領 域を形成する、最小材料堆積量を有し、壁（１０）のパネル（１１）および前記 溝（２０）の横壁（２１）が、中間熱収縮・機械的収縮領域を形成する中間材料 堆積量を有し、前記溝の（２０）の前記底部壁（２４）が、前記ボトルの最大熱 収縮・最小機械的収縮領域を形成する最大材料堆積量を有することを特徴とする 請求項３に記載のプラスチック・ボトル。 ５．前記横壁（１０）のパネル（１１）が、キャップを締めら れたボトルを冷却したために前記溝（２０）が機械的に変形したとき、前記パネ ル（１１）が機械的に変形していないように知覚させるのに適した厚さ／幅関係 を有することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック・ボトル。 ６．各溝（２０）の幅が、ボトルの取扱い時に、前記横壁（１０）に貼られたラ ベルの所望の視覚的態様を維持できるような寸法であることを特徴とする請求項 １に記載のプラスチック・ボトル。