JP5428604B2

JP5428604B2 - プラスチックボトル

Info

Publication number: JP5428604B2
Application number: JP2009164681A
Authority: JP
Inventors: 根章智関; 田祐子高; 田美恵太
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-07-13
Also published as: JP2011020686A

Description

本発明は、例えばポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂からなるプラスチックボトルに係り、とりわけ耐圧性および耐衝撃性が高められたプラスチックボトルに関する。

近年、プラスチックボトルに使用されるプラスチック材料の使用量を減らすことにより、プラスチックボトルを軽量化することが望まれている。しかしながら、ボトルを軽量化した場合、ボトルの強度が弱くなってしまう。この為、軽量化ボトルは、ある一定の強度を維持する目的で、デザイン性や店頭販売(手売)に限定される等の制約がある。

また、ボトルを自動販売機で販売するときに、自動販売機内ではボトルが横倒しになって積載される事により、下段にあるボトルはボトル潰れを伴い易くなる傾向があり、自動販売機から正常に排出できなかったり、自動販売機内での保存中や排出時にボトルが凹む問題が生じやすい。これを解決するために、ボトル飲料を製造する工程において、ボトルに内容液を充填した直後に液体窒素等をボトル内に充填してボトル内圧を陽圧化させ閉栓する技術がある。これにより、ボトル内部は陽圧となり、ボトルの強度を高くすることが可能である。なお、このようにボトル内部を窒素等の不活性ガスで満たすことは、内容液（例えば緑茶）の酸化を防止する効果もある。

また、天然発泡水（スパークリングウォーター）や酸素水等をボトルに充填した場合、ボトル内はわずかに陽圧となる。あるいは緑茶またはコーヒー等の内容液をボトルに充填し、充填温度が販売時温度より低い場合、内溶液が販売時と充填時の差分昇温する事で内溶液の体積が膨張し、ボトル内が陽圧となる。

このように、ボトル内部が陽圧となる場合、図７に示すような一般的な形状の底部１０１を有するボトル１００を用いると、ボトル１００内が陽圧になることにより底部１０１が膨らんでボトル１００の全高が高くなってしまう。あるいは、底部１０１の凹凸が反転（バックリング）することにより、ボトル１００が自立しなくなってしまう。

このため、ボトルに耐圧性を持たせるために底部をペタロイド形状とする技術が知られている（特許文献１）。このほか、底部周縁の着底部のみを肉厚に成形し、底部変形および衝撃に対応する技術（特許文献２）や、底部に、内部に突出する側断面略逆Ｕ字形の複数のリブを形成する技術（特許文献３）が存在する。

実用新案登録第２５５１６９９号公報特開平１０−１３９０２９号公報特公平３−３９８９７号公報

特許文献１に示すように、ペタロイド形状の底部を有するプラスチックボトル（以下ペタロイドボトルともいう）は耐圧性に優れている。しかしながら、ペタロイドボトルを軽量化した場合底部も薄肉化する為、ボトル内部を加圧した状態であっても落下等により衝撃を受けた際特にその足先に凹みが発生しやすい。このような凹みが発生してしまうと、商品的な価値が無くなるだけではなく、運送時の荷崩れや自動販売機中での詰まりの原因にもなってしまう。

また軽量化したペタロイドボトルは、底部が薄肉化されていることにより、加圧により足先が変形して伸び易くなるため、無圧時に比べて全高が高くなってしまう。全高が高くなった場合、自動販売機のラックに入らなくなる、段ボールケースに入らなくなる、製品の重心が高くなり転倒し易くなる等のトラブルを起こし易くなる。

他方、特許文献２に示す技術をペタロイドボトルの底部に応用することは困難である。すなわち、着底部のみを厚肉に成形すると、ブロー成形時の冷却不良によりボトルの接地が不安定になるおそれがあり、またボトル底部のゲート部（中央部）に変形を伴い易く、その結果自立出来なくなる等、充分なボトル性能を得ることができないためである。

また、特許文献３に示すボトルは、耐圧性能に劣るため、ボトル内の圧力をあまり高くすることができない。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、軽量化を図るために薄肉とした場合であっても、高い耐圧性および耐衝撃性を有する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、円筒形の胴部と、ペタロイド形状をもつとともに下方から見て円形の底部とを備え、底部は、中央部と、中央部の周囲に配置されるとともに下方へ突出する複数の脚部とを有し、各脚部に、下方から見て円形の底部の半径方向に沿って延びるとともに内方へ引込む３本乃至６本の細長状の溝が形成され、各脚部は接地面を有し、この接地面における肉厚が０．０４ｍｍ乃至０．３ｍｍであり、各脚部は、接地面内側に設けられた脚部内側面と、接地部外側に設けられた脚部外側面とを有し、各細長状の溝は、それぞれ脚部内側面から接地面を経て脚部外側面まで延びていることを特徴とするプラスチックボトルである。

本発明は、底部は、５個乃至９個の脚部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、各溝の深さが０．０５ｍｍ乃至３ｍｍ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、各溝の長さが３ｍｍ乃至２５ｍｍ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、各溝の幅が０．２ｍｍ乃至５ｍｍ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、各脚部において、接地面、脚部内側面、および脚部外側面の合計面積（Ｓ_Ｔ）に対する、各溝の底面の合計面積（Ｓ_ｇ）の割合が、２％以上かつ５０％以下とな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、ガスバリア性および遮光性を有するバリア層が積層した構造からなっているか、又はガスバリア性および遮光性を有する樹脂をブレンドした構造からなっ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、底部の各脚部に、底部の半径方向に沿って延びるとともに内方へ引込む１本乃至６本の溝が形成されている。このことにより、軽量化を図るためにプラスチックボトルを薄肉とした場合であっても、プラスチックボトルの耐圧性および耐衝撃性を高めることができる。

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の底部を示す垂直断面図。図３は、本発明の一実施の形態によるプラスチックボトルの底部を示す斜視図。図４は、比較例１および比較例２によるプラスチックボトルの底部を示す斜視図。図５は、ボトルの内圧を高めていった場合における、プラスチックボトルの全高伸び率を比較するグラフ。図６は、ボトルの内圧を高めていった場合における、プラスチックボトルのゲート深さ伸び率を比較するグラフ。図７は、非耐圧ボトルの底部を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図３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、「上方」、「下方」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、下方のことをいう。

図１に示すように、ペタロイドボトルからなるプラスチックボトル１０は、口部１１と、口部１１下方に設けられた胴部１２と、胴部１２下方に設けられた底部２０とを備えている。

この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したものである。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。即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＋コバルト塩、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１２内に設けることが好ましい。また底部２０において、中央部２４（後述）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。

ところで図１乃至図３に示すように、プラスチックボトル１０の底部２０は、底面方向から見て略円形の中央部２４と、中央部２４の周囲に設けられ周方向に等間隔に配置されるとともに下方へ突出する複数個（図１乃至図３においては５個）の脚部２１とを有している。

この脚部２１の個数は、５個乃至９個とすることできる。ただし、プラスチックボトル１０を安定して正立させるという観点、および軽量化ボトルの成形性を良好にするという観点から、脚部２１の個数を５個乃至７個とすることが最も好ましい。

また図２および図３に示すように、各脚部２１は、接地面２１ａと、接地面２１ａから中央部２４側に向けて上方に延びる脚部内側面２１ｂと、接地面２１ａから底部２０の周縁部２０ｂ側に向けて上方に延びる脚部外側面２１ｃとを有している。このうち脚部内側面２１ｂは底面方向から見て略三角形形状を有している（図３参照）。また、脚部外側面２１ｃは胴部１２下端に連接し、胴部１２と同一面をなしている。

一方、各脚部２１間には、中央部２４から底部２０の周縁部２０ｂに向かって上方へ延びる曲面２２が形成されている。図２に示すように、各曲面２２は、下方へ向けて湾曲する略球状曲面の一部を構成する。

また、各脚部２１に、それぞれ底部２０の半径方向に沿って中央部２４側から周縁部２０ｂ側に延び、かつプラスチックボトル１０内方（略上方）へ引込む細長状の溝２３が形成されている。

図１および図３に示すように、溝２３は各脚部２１にそれぞれ３本ずつ形成されている。これら３本の溝２３は、脚部２１の中央に位置する溝２３ａと、この溝２３ａの両側に位置する一対の溝２３ｂ、２３ｂとからなっている（図３参照、以下これらの溝を単に溝２３という）。

なお、各脚部２１に形成される溝２３の本数は３本に限られず、１本乃至６本のいずれかとしても良い。なお溝２３の本数を７本以上とした場合、後述するように、プラスチックボトル１０をブロー成形により作製する際、底部２０の賦形不良を伴う問題が生じてしまう。

また各溝２３は、それぞれ脚部内側面２１ｂから接地面２１ａを経て脚部外側面２１ｃまで延びている。これにより、接地面２１ａを含む脚部２１全体の強度が高められている。なお、各溝２３の長さは３ｍｍ乃至２５ｍｍとすることが好ましく、各溝２３の幅は０．２ｍｍ乃至５ｍｍとすることが好ましい。

さらに各溝２３の深さは、０．０５ｍｍ乃至３ｍｍとすることが好ましく、０．８ｍｍ乃至１．２ｍｍとすることが更に好ましい。なお、各溝２３の深さを０．０５ｍｍ未満とした場合、各脚部２１の強度を高めるという本実施の形態の効果が得られにくい。他方、各溝２３の深さが３．０ｍｍを超えた場合、プラスチックボトル１０をブロー成形する際に賦形不良を起こすおそれがある。

また各脚部２１において、接地面２１ａ、脚部内側面２１ｂ、および脚部外側面２１ｃの合計面積（Ｓ_Ｔ）に対する、各溝２３の底面２３ｃ（図２参照）の合計面積（Ｓ_ｇ）の割合が、２％以上かつ５０％以下（すなわち０．０２≦（Ｓ_ｇ／Ｓ_Ｔ）≦０．５）となることが好ましい。なお、前記割合を２％未満とした場合、各脚部２１の強度を高めるという本実施の形態の効果が得られにくい。他方、前記割合を５０％超とした場合、プラスチックボトル１０をブロー成形する際に賦形不良を起こすおそれがある。

このようなプラスチックボトル１０のサイズは限定されるものではなく、どのようなサイズのボトルからなっていても良い。

本実施の形態においては、上述したように各脚部２１に３本の溝２３が形成されており、各脚部２１の強度が高められている。このことにより、とりわけプラスチックボトル１０を薄肉に形成したボトルであっても耐衝撃性に強く変形し難い。具体的には、各脚部２１の接地面２１ａにおける肉厚を０．０４ｍｍ乃至０．３ｍｍとすることができ、とりわけ０．０５ｍｍ乃至０．２５ｍｍとすることができる。

またプラスチックボトル１０に充填する対象物は問わないが、充填後にプラスチックボトル１０内部が陽圧となる炭酸飲料水、天然発泡水（スパークリングウォーター）、酸素水、液体窒素等によりボトル内圧を陽圧化した清涼飲料水が適している。ここでプラスチックボトル１０内部が陽圧になるとは、充填した内容液の液温が２０℃である場合に、プラスチックボトル１０の内圧が１ｋＰａ〜４００ｋＰａとなることをいう。とりわけプラスチックボトル１０の内圧が１ｋＰａ〜１５０ｋＰａとなる場合に、本実施の形態による効果が得られやすい。

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。

まずプラスチックボトル１０内に、例えば例えば炭酸飲料水、天然発泡水（スパークリングウォーター）、酸素水、緑茶、あるいはコーヒー等の内容液を充填し、その後、液体窒素をヘッドスペース内に充填して閉栓する。この際、充填された不活性ガスまたは内容液により、プラスチックボトル１０内部は陽圧（例えば内容液の液温が２０℃の場合に、充填直後の内圧が１ｋＰａ〜４００ｋＰａ）となる。

プラスチックボトル１０内部が陽圧となることにより、プラスチックボトル１０の内方から外方へ力が作用し、底部２０においては、およそ上方から下方へ向けて圧力が加わる。この状態で、内容物を充填したプラスチックボトル１０（以下、飲料製品ともいう）は出荷され、小売店に搬送もしくは自動販売機に投入されて消費者に販売される。

ところで本実施の形態において、各脚部２１に、底部２０の半径方向に沿って延びるとともに内方へ引込む３本の溝２３が形成されている。したがって、プラスチックボトル１０内が陽圧になり底部２０に略下方向の力が加わっても、各脚部２１の強度が高められ、プラスチックボトル１０の全高が大きく変化することがない。このことにより、プラスチックボトル１０が自動販売機のラックに入らなくなるトラブルや、段ボールケースに入らなくなる等のトラブルが生じることがない。

また、各脚部２１の強度が高められていることにより、プラスチックボトル１０内が陽圧になった状態で底部２０に衝撃が加わった場合であっても、各脚部２１に凹み等の変形が生じにくい。このことにより、内容物を充填したプラスチックボトル１０の商品価値が損なわれることを防止し、また運送時の荷崩れや自動販売機中での詰まりを防止することができる。

とりわけこのような効果は、プラスチックボトル１０を薄肉に形成した場合（すなわち、上述したように接地面２１ａの肉厚を０．０４ｍｍ乃至０．３ｍｍとした場合）に、より顕著に得られる。

このように本実施の形態によれば、各脚部２１に、底部２０の半径方向に沿って延びるとともに内方へ引込む１本乃至６本の溝２３を形成したので、軽量化を図るためにプラスチックボトル１０を薄肉とした場合であっても、プラスチックボトル１０の耐圧性および耐衝撃性を高めることができる。

また本実施の形態によれば、各溝２３は、それぞれ脚部内側面２１ｂから接地面２１ａを経て脚部外側面２１ｃまで延びているので、脚部２１全体の強度が高められている。

次に、本実施の形態における具体的実施例について、図４乃至図７を参照して説明する。

（実施例１）
まず、図１に示すように底部２０の脚部２１に３本の溝が形成された、５００ｍｌ用のプラスチックボトル１０（実施例１）を作製した。この場合、１８ｇのプリフォームを二軸延伸ブロー成形することにより、プラスチックボトル１０（実施例１）を作製した。このプラスチックボトル１０（実施例１）は、従来一般に用いられるプラスチックボトルよりも薄肉化されたものである。

（比較例１）
底部５１の脚部５２に溝を形成しなかったこと、以外は、実施例１と同様にして、実施例１と同じ肉厚を有する図４に示す５００ｍｌ用のプラスチックボトル５０（比較例１）を作製した。

（比較例２）
厚肉に形成したこと、以外は、比較例１と同様にして、図４に示す５００ｍｌ用のプラスチックボトル７０（比較例２）を作製した。この場合、２８ｇのプリフォームを二軸延伸ブロー成形することにより、プラスチックボトル７０（比較例２）を作製した。このプラスチックボトル７０（比較例２）は、実施例１のプラスチックボトル１０の１．５〜４倍の厚みを有している。

次に、これらの３種類のプラスチックボトル１０、５０、７０内に不活性ガスを注入し、それぞれその内圧を陽圧（５０ｋＰａ）として密栓した。

（ケース落下試験）
次に、上記３種類のプラスチックボトル１０、５０、７０をそれぞれ２４本ずつケース内に収容し、それぞれ５０ｃｍの高さからケースごと集合落下（ケース落下）させた。続いて各プラスチックボトル１０、５０、７０について、２４本のボトルのうち凹んだボトルの本数及び凹み箇所の面積を数値化して比較検証した（表１）。

この結果、実施例１のプラスチックボトル１０については、凹みが発生したボトルが１本も無かった。このように、脚部２１に３本の溝を形成することにより、比較例１〜２のプラスチックボトル５０、７０と比較して凹み本数および凹み面積が大幅に改善された。

（自動販売機による検証）
次に、上記３種類のプラスチックボトル１０、５０、７０をそれぞれ１２本ずつ自動販売機内に投入し、自動販売機からの排出適性およびボトルに生じた凹みの有無を検証した（表２）。

この結果、実施例１のプラスチックボトル１０については、搬出適性が不良となったボトルは１本も無く、かつ凹みが発生したボトルも１本も無かった。このように、脚部２１に３本の溝を形成することにより、比較例１のプラスチックボトル５０と比較して搬出適性および凹み面積が大幅に改善された。なお、従来一般に用いられているプラスチックボトル７０（比較例２）についても、搬出適性が不良となったボトルおよび凹みが発生したボトルは無かった。

（全高伸び率およびゲート深さ伸び率の測定）
次に、３種類のプラスチックボトル１０、５０、７０の内圧をそれぞれ０ｋＰａから１１０ｋＰａまで高めていった場合における、各プラスチックボトルの全高伸び率と、底部のゲート深さ伸び率を測定した。ここで、全高伸び率とは、内圧が０ｋＰａのときのプラスチックボトルの全高を基準とするプラスチックボトル全高の変化量を内圧が０ｋＰａのときのプラスチックボトルの全高にて割った値の事を指す。また、ゲート深さ伸び率とは、内圧が０ｋＰａのプラスチックボトルのゲート深さを基準とする変化量を内圧が０ｋＰａのときのプラスチックボトルのゲート深さにて割った値の事を指し、この値が大きい場合、プラスチックボトルの寸法変化が大きい事を指している。ゲート深さとは、各ボトルの底部の中央部（例えば実施例１においては中央部２４）とボトル接地面との高さ方向の距離のことを意味する。この結果を図５および図６に示す。

この結果、実施例１によるプラスチックボトル１０は、内圧が増加するに従ってその全高が増加していき（図５）、かつ底部２０のゲート深さが減少していった（図６）。しかしながら、実施例１によるプラスチックボトル１０は、プラスチックボトル７０（比較例２）より薄肉化が図られているにもかかわらず、全高伸び率及びゲート深さ伸び率は、プラスチックボトル７０（比較例２）と同程度もしくはそれ以上に改善することができた（図５および図６）。

一方、比較例１のプラスチックボトル５０については、プラスチックボトル１０と比較して、全高伸び率及びゲート深さ伸び率が大きくなった。

（溝本数とブロー成形性）
（比較例３）
Ｓ_g／Ｓ_t≧５０％となるように各脚部に溝を７本ずつ形成したこと、以外は、実施例１と同様にして、実施例１と同じ肉厚を有する５００ｍｌ用のプラスチックボトル（比較例３）を作製した。この場合、１８ｇのプリフォームを二軸延伸ブロー成形することにより、プラスチックボトル（比較例３）を作製した。

この結果、比較例３のプラスチックボトルについては、ブロー成形時に賦形不良が発生した。このことにより、溝の本数を７本以上とした場合に賦形不良を起こしてしまうと考えられる。

１０プラスチックボトル
１１口部
１２胴部
２０底部
２０ｂ周縁部
２１脚部
２１ａ接地面
２１ｂ脚部内側面
２１ｃ脚部外側面
２２曲面
２３溝
２３ｃ底面
２４中央部

Claims

プラスチックボトルにおいて、
口部と、
円筒形の胴部と、
ペタロイド形状をもつとともに下方から見て円形の底部とを備え、
底部は、中央部と、中央部の周囲に配置されるとともに下方へ突出する複数の脚部とを有し、
各脚部に、下方から見て円形の底部の半径方向に沿って延びるとともに内方へ引込む３本乃至６本の細長状の溝が形成され、
各脚部は接地面を有し、この接地面における肉厚が０．０４ｍｍ乃至０．３ｍｍであり、
各脚部は、接地面内側に設けられた脚部内側面と、接地部外側に設けられた脚部外側面とを有し、
各細長状の溝は、それぞれ脚部内側面から接地面を経て脚部外側面まで延びていることを特徴とするプラスチックボトル。
底部は、５個乃至９個の脚部を有す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。
各溝の深さが０．０５ｍｍ乃至３ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチックボトル。
各溝の長さが３ｍｍ乃至２５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のプラスチックボトル。
各溝の幅が０．２ｍｍ乃至５ｍｍであ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。
各脚部において、接地面、脚部内側面、および脚部外側面の合計面積（Ｓ_Ｔ）に対する、各溝の底面の合計面積（Ｓ_ｇ）の割合が、２％以上かつ５０％以下とな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。
ガスバリア性および遮光性を有するバリア層が積層した構造からなっているか、又はガスバリア性および遮光性を有する樹脂をブレンドした構造からなっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載のプラスチックボトル。