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JP2019172350A - 耐圧容器 - Google Patents

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JP2019172350A
JP2019172350A JP2018065357A JP2018065357A JP2019172350A JP 2019172350 A JP2019172350 A JP 2019172350A JP 2018065357 A JP2018065357 A JP 2018065357A JP 2018065357 A JP2018065357 A JP 2018065357A JP 2019172350 A JP2019172350 A JP 2019172350A
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将大 鈴木
Masahiro Suzuki
将大 鈴木
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

【課題】従来よりも耐圧性の高い耐圧容器を提供することを課題とする。【解決手段】脚部と高さ方向に半球状の谷部とを交互に配する底部と、環状の胴部と、縮径した肩部及び首部を有し、ポリエステル系樹脂からなる容器において、首下までの高さに対する容器の最大直径の比が0.38以上1.0以下であり、最大直径に対する接地直径の比が0.50以上0.70未満であり、前記肩部の全ての面が曲率半径20mm以上であることを特徴とする耐圧容器。【選択図】図1

Description

本発明は、ポリエステル系樹脂からなる耐圧容器に関する。
ガラス瓶や金属缶がプラスチック容器に代替されるようになって久しく、特に飲料用途ではPETボトルが広く普及している。炭酸飲料用耐圧PETボトルの開発も各種行われており、ペタロイド形状と呼称される脚部と谷部とを有する底部形状により、内圧に耐え自立性の維持が図られている。また、一方で、環境および省資源の観点から、PETボトルの軽量化が著しく進んでいるため、耐圧性に有効な肉厚増大化は行うことができない。
従前、一般に使用されている炭酸飲料用ボトルのガスボリューム(GV)は2〜3.5の範囲であった。
ガスボリュームとは、飲料中の炭酸ガスの溶解量を表す単位で,標準状態で1L(リットル)の液体に1Lの炭酸ガスの溶けている場合を1ガスボリューム(GV)と云い、炭酸飲料やビールの炭酸ガス量の表記に用いられており、その数値が大きいほど容器の耐圧性が必要となる。
特許文献1には、底部に足部と谷部とを交互に有し、谷部の密度が所定未満である耐圧性ポリエステルボトルが記載されている。また、特許文献2には、所定の形状を有する耐圧包装容器の底部構造が記載されている。
特開2001−72032号公報 特開2011−57263号公報
本発明は、従来よりも耐圧性の高い耐圧容器を提供することを課題とする。
以下、参考のために図中の参照符号を括弧内に付記するが、本発明は図示した形態には限定されない。
第1の本発明は、脚部と高さ方向に半球状の谷部とを交互に配する底部(40)と、環状の胴部(30)と、縮径した肩部(20)及び首部(10)を有し、ポリエステル系樹脂からなる容器において、首下までの高さに対する容器の最大直径の比が0.38以上1.0以下であり、最大直径に対する接地直径の比が0.50以上0.70未満であり、前記肩部(20)の全ての面が曲率半径20mm以上であることを特徴とする耐圧容器(100)である。
第1の本発明において、前記容器の最大直径を有する部位が垂直方向に延在しており、該部位の上端高さが、首下までの高さに対して0.35以上0.70以下であることが好ましい。
なお、最大直径部は、金型接続箇所(パーティングライン)の凸形状(凸高さ1mm以下)が存在する場合は、該箇所を除いて設定される。
第1の本発明において、前記ポリエステル系樹脂はポリエチレンテレフタレートを95質量%以上含んでいることが好ましい。
本発明の耐圧容器は、所定の形状を備えていることにより、汎用のホモPETで主に構成されていても良好な耐圧性を発揮することができる。
第1の本発明において、前記胴部の密度は、1355.0kg/m以上1364.0kg/m未満であることが好ましい。
通常、高延伸や熱固定による高結晶化により密度を高めることで、容器の耐圧性を向上可能であるが、本発明の耐圧容器においては、密度が1364.0kg/m未満であっても、所定の形状を有することにより、耐圧性を向上できる。
第1の本発明の耐圧容器は、さらにガスバリア膜を有することが好ましい。
第1の本発明の耐圧容器は、4.0以上5.0未満ガスボリュームの内圧条件で、38℃、5日間保管しても変形しない。
ここでいう変形しないとは、肩部、胴部、および、底部の三箇所において評価した結果であり、肩部において局所的な突出が発生せず、かつ、胴部において最大直径部の上端と下端との中央高さ位置において、耐圧試験前後の最大直径の増大率が2.5%未満であり、かつ、底部において、底部中央部の底高さが容器設置部より下方に突出しないことをいう。
また、本発明においては、38℃、5日間保管という過酷な条件にて耐圧性を評価しているが、過酷さが低い条件では、より高いGVにも対応し得る耐圧容器である。
本発明によれば、シャンパン、スパークリングワインや強炭酸ジュース等の飲料用、また高発酵の飲食料用のボトル等、より高耐圧が必要な用途に使用可能な耐圧容器を提供できる。
本発明の耐圧容器100の模式図である。
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態によって何ら限定されるものではない。
また、以下の実施の形態においては、「X〜Y」(X、Yは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」及び「好ましくはYより小さい」の意を包含するものとする。また、以下の実施の形態においては、「X以上」(Xは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り、「好ましくはXより大きい」の意を包含し、「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り、「好ましくはYより小さい」の意を包含するものとする。
<耐圧容器>
本発明の耐圧容器は、脚部と高さ方向に半球状の谷部とを交互に配する底部と、環状の胴部と、縮径した肩部及び首部を有し、ポリエステル系樹脂からなる容器である。図1に本発明の耐圧容器100の模式図を示す。
(容器を構成する材料)
本発明の耐圧容器は、ポリエステル系樹脂からなる。ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンナフタレート、および、これらの混合物を用いることができる。層構成は単層でも複層でもよいが単層が好ましい。中でも、汎用性、経済性の点からポリエチレンテレフタレートを用いることが好ましく、容器を構成する材料全体として、ポリエチレンテレフタレートを95質量%以上含むことが好ましく、98質量%以上含むことがより好ましい。本発明において、ボトルが耐圧性能を発揮するのに好ましい形状を有しているので、耐圧性を出すために樹脂組成に工夫する必要がなく、汎用、安価のポリエチレンテレフタレートを使用して良好な耐圧性能を発揮することが可能となる。
(首部10)
首部10は、開口部12を有し、公知のネジ式や打栓式のキャップや蓋を受ける箇所である。首部は、一般規格の直径および高さを有することが好ましく、これにより規格サイズのキャップや蓋を用いることができる。また、首部10の下部には公知のサポートリング15を有することにより、容器成型工程および搬送工程において利便性が高くなる。
本発明において、首下までの高さとは、容器を水平面上に置いた際における、容器の接地部からサポートリング15までの垂直距離を意味する。
(肩部20)
肩部20とは、首部10から拡径し胴部30へと繋ぐ部位であり、拡径の形状は外側へ凸の曲率半径を有する。
本発明の容器は、肩部20の全ての面が曲率半径20mm以上である。言い換えると、肩部20に曲率半径20mm未満の凹部および/または凸部を有さない。
例えば、クラフトビールやラムネ飲料などのガラス瓶の肩部形状を模して肩部の途中に内側へ局所的な凹部を形成すると、消費者へそれら商品のイメージを連想させ易いという利点があるが、樹脂容器であるため、容器の内圧が高くなるとそれらの箇所が外側へ突出しやすく外観不良となる恐れがある。同様に、曲率半径20mm未満のような局所的な凸部が存在すると超高圧に耐え難く、特別な肉厚設計や延伸条件設定が必要となってしまう。
なお、サポートリング15から肩部20へ繋がる箇所には、例えばサポートリング15の下部に容器搬送用の支持治具を差し込むための垂直方向に延在する箇所を設けその位置から下方へ拡径するなど、製造工程上、何らかの凹部および/または凸部(曲率半径10mm以下)が形成されることがあるが、ここでいう肩部20の全ての面とは、サポートリング15から肩部20へ繋がる箇所、すなわちサポートリング直下の箇所は除く意味である。また、肩部20から胴部30への繋がる箇所には、製造工程における金型接続箇所(パーティングライン)に起因する凸形状(凸高さ1mm以下)や、胴部外装ラベルが他のボトルのラベルと擦れ合うことを防ぐためのリセスの凹形状(段差1mm以下)が存在する場合があるが、ここでいう肩部20の全ての面とは、これらの箇所をも除く意味である。
(胴部30)
胴部30とは、肩部20と底部40とをつなぐ環状の部位であり、環状とは、容器の中心軸に直交する断面が閉じた周形状であることを意味する。例えば円形状、楕円形状、略多角形状等の形状を含む。耐圧性の点で円形状が好ましい。
本発明の耐圧容器は、最大直径が胴部30に存在することが好ましい。なお、胴部30に金型接続箇所(パーティングライン)に起因する凸形状(凸高さ1mm以下)が存在する場合は、当該最大直径はその箇所は除いたところの直径である。
また、胴部30は、デザイン上の凹凸や、強度向上のため等のリブを有していても良い。
本発明の容器の首下までの高さに対する容器の最大直径の比は、0.38以上1.0以下である。例えば、市販の内容量300mL程度用から2L程度用までの容積の飲料容器は細長いが、それらに比べ本発明の容器は、高さに対して最大直径が大きく、全体的に丸みを帯びた形状であり、内圧を容器の肩部、胴部、底部の全体で比較的均等に受けることができ、耐圧性を向上させることができる。下限は、耐圧性向上の点で0.40以上がより好ましく、0.42以上が更に好ましい。上限は、商品陳列棚に本数を多く陳列する点から0.80以下がより好ましく、0.70以下が更に好ましい。
最大直径の箇所は垂直方向に1か所であってもよく、あるいは、垂直方向に延在しており、連続して円筒状に存在してもよい。
連続して円筒状に存在する場合は、最大直径を有する上端高さが、首下までの高さに対する比として0.35以上0.70以下であることが好ましい。下限は0.40以上がより好ましく、0.45以上が更に好ましい。上限は0.65以下がより好ましく、0.60以下が更に好ましい。この範囲であることによって、容器が球状に近づき耐圧性が向上する。
他方、最大直径部の下端高さは、首下までの高さに対する比として0.10以上0.30以下が好ましく、下限は0.15以上がより好ましく、上限は0.25以下がより好ましい。また、最大直径部の下端高さが、胴部と底部との境界位置の高さであるようにすると、容器の強度や正立安定性などの点で好ましい。
(底部40)
本発明の容器の底部40は、一般に「ペタロイド」と呼称される形状であり、接地する複数の脚部と高さ方向に半球状の谷部とを交互に配し、耐圧性と自立性とを有する。
底中央高さは、底面中央部の接地水平面からの垂直高さである。
接地直径は、複数の脚部が円弧上に接地する円の直径である。
最大直径に対する接地直径の比は、0.50以上0.70未満である。下限は0.55以上が好ましく、0.60以上がより好ましい。上限は0.68以下がより好ましい。0.50以上により振動や容器の傾きに対して転倒し難くなり、0.70未満により耐圧性が高まる。
また、底部40には、強度向上のため等のリブを有していてもよい。
(容積)
本発明の耐圧容器100の容積は、特に限定されない。一般消費者が個人消費する用途では、例えば飲料の内容量として一般に2L、1L、400〜600mLの500mL程度、300〜400mLの350mL程度を収容できる容積の容器が用いられている。ここで、容積とは容器の首部上端の開口部までの容器全容積を意味し、内容量とは容器に収容する飲料の量を意味する。一般に、容積は、内容量の1.03〜1.10倍程度である。
本発明の耐圧容器は、首下までの高さに対する容器の最大直径の比が0.38以上1.0以下であり、全体的に丸みを帯びた形状で、市販の容器に比べ容器高さに対して太い。そのため、片手で持つ観点では容積350mL程度から500mL程度が扱いやすく、350mL程度がより好ましい。
(重量)
プラスチック製容器は、一般に、容積に対して全体の重量、すなわち使用する樹脂の重量が大きいほど、全体的に容器の厚みが増し耐圧性が高まる。しかしながら、環境資源の観点や、輸送・保管に要する省エネルギーの観点から、世界的にプラスチック製容器の軽量化が進められており、軽量でありかつ高耐圧性を備える容器が求められている。その観点から、容積(mL)に対する重量(g)の比は小さいことが望ましく、本発明の容器は0.02以上0.09以下であることが好ましい。下限は0.04以上がより好ましく、上限が0.08以下であることがより好ましく、0.075以下であることがさらに好ましい。
(密度)
ポリエステル系樹脂容器の胴部30の密度は、一般に、1355.0kg/m以上1369.0kg/m未満であり、また、密度は、ポリエステル系樹脂の配向や熱による結晶化によって増大し、耐圧性の点では結晶化度が高く密度が高いことが望ましい。しかしながら、結晶化を高めるには、後述のプリフォームを専用に作製してブロー成形による延伸倍率を高めたり、熱固定工程を設けたりする必要があり、生産効率ひいては経済性が低下してしまう。それに対し、本発明の容器はより低い密度、例えば1355.0kg/m以上1364.0kg/m未満であっても、上述の所定の形状の容器を形成することで、専用のプリフォームを製作したり熱固定工程を設けたりせずとも、効果的に耐圧性を向上させることができる。
(耐圧性)
炭酸飲料用等の容器では、容器の耐圧性をガスボリューム(GV)で表し、例えば、従前は炭酸ジュースでは2GV程度、ビールでは2.5〜3.5GV程度が求められ、近年はより高い耐圧性の市場要求もある。
本発明の容器は、所定の形状を有することにより、4.0GV以上の内圧であっても容器が変形し難い。強炭酸飲料、スパークリングワイン、発酵などの発ガス食品を封入するためには、耐圧性は4.5GV以上が好ましく、5.0GV以上がより好ましく、6.0GV以上がさらに好ましく、7.0GV以上が特に好ましい。
耐圧性が不十分であると、容器の変形に現れ、例えば、肩部の局所的な突出や、胴部の膨張、底中央部の底落ち等が発生し、外観不良により商品価値が低下する、正立が不安定になる、搬送・保管のための収容や積載が出来なくなる等の問題が発生してしまう。
また、耐圧性は、商品流通の環境変化を想定し、高温下でも維持されることが好ましい。本発明の耐圧容器は、夏場の商品流通、保管状況を想定した過酷な条件、例えば38℃、5日間という状況下においても、変形せず、良好な耐圧性を示す。
また、下記に示す耐圧試験において、胴部の最大直径部の耐圧試験前後の増大率を測定しているが、該増大率は好ましくは5.5%以下、より好ましくは3.5%以下、さらに好ましくは2.5%以下である。
(容器製造方法)
容器の製造方法は、インジェクションブロー成形、ダイレクトブロー成形等の公知の方法を採用することができる。中でも、上記のような熱可塑性樹脂を射出成型して試験管状のプリフォームを作製し、これをガラス転移温度以上、昇温時結晶化温度未満に加熱して、ブロー成形型内で高圧流体を吹き込むことによる、インジェクションブロー成形(二軸延伸ブロー成形)により製造する方法が好ましい。なお、ブロー成形型は、本発明の容器の形状を満たすよう設計したものである。
二軸延伸ブロー成形による延伸倍率は、特に限定されない。一般に、延伸倍率が高いと配向が増し、耐圧性向上に好ましい。そのため、所定の大きさの容器を製造するには、直径および長さがより小さいプリフォームを作製し、より高い延伸倍率でブロー成形をすることが望ましい。但し、一方では、多種多用のプリフォームを用意するには、それらプリフォーム用の金型製作が必要となり、経済性が悪くなってしまう。この点において、本発明の耐圧容器は、上記の特定の形状を有することによって耐圧性を向上させるので、汎用のプリフォームを用いても効率的に耐圧性を向上させることができる利点がある。
(ガスバリア膜)
本発明の耐圧容器は、公知の化学蒸着法を用いてガスバリア膜を形成し、ガスバリア性を付与することができる。
ガスバリア膜としては、例えば、エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)から構成される薄膜や無機薄膜を挙げることができる。無機薄膜としては、例えば、ダイアモンド・ライク・カーボン(DLC)膜や、SiC、SiO、SiN、SiOC、SiON、SiONC等のSi含有膜が挙げられる。
ガスバリア膜は、ポリエステル系樹脂容器の内面側(内容物側)に設けてもよいし、外面側に設けてもよいが、内容物の保存性やガスバリア膜の損傷防止の点から、内面側(内容物側)に設けることが好ましい。
(ガスバリア性)
本容器がガスバリア性薄膜を備える場合、温度23℃、相対湿度50%における酸素透過率(OTR:Oxygen Transmission Rate)が0.02cc/pkg/24h/atm・air以下が好ましい。より好ましくは0.015cc/pkg/24h/atm・air以下であり、さらに好ましくは0.010cc/pkg/24h/atm・air以下である。例えば、炭酸飲料やアルコール飲料等の用途にはより低い酸素透過率、すなわち高いガスバリア性を備えることが適している。
容器の酸素透過率が0.02cc/pkg/24h/atm・air以下であることにより、内容物の酸化、腐食、腐敗、炭酸等のガス抜け、及び、香味抜けの抑制することができる。
また、本容器は高い耐圧性を備えるため、ポリエステル系樹脂からなる容器が膨張したり変形したりすることでガスバリア性薄膜が劣化する可能性が低く、高い内圧を保持したまま、上記した内容物の酸化等を抑制することができる。
以下に、実施例および比較例を用いて説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。
<実施例1〜2、比較例1〜3>
実施例1〜2および比較例1〜3の容器は、固有粘度IV値0.8のポリエチレンテレフタレート樹脂を用いて、インジェクションブロー成形により作製し、評価した。
<参考例1〜7>
また、参考例1〜7は、耐圧性を有する参考対象品として、内容物が炭酸飲料である市販品を購入し、評価に用いた。
各評価方法を以下に示す。結果を表1、表2に纏めた。なお、「−」は未測定を意味する。
表1中の「容積」は容器の首部上端の開口部までの全容積であり、「内容量」は容器に収容する飲料の量である。
(形状計測)
ミツトヨ社製コントレーサCV−3000(条件:触針径25μm、走査速度0.1mm/秒)を用いて測定した。また、得られた容器を用いて以下の試験を行い、形状や評価を表1、2に示した。
(密度測定)
密度勾配管法(JIS K 7112)、溶媒:四塩化炭素とn−ヘプタン、温度23±0.5℃の方法および条件で、測定した。
(耐圧性;実施例1〜2、比較例1〜3)
耐圧試験として、1.0ガスボリュームごとに適宜調整したクエン酸水溶液を容器に注入し、ネジ式キャップで巻締め角度230°以上として密封した。次いで、温度38℃の恒温機で5日間保管し、容器形状の変化を観察した。
肩部は、局所的な突出が発生しない場合を「〇」、発生した場合を「×」と判定した。
胴部は、最大直径部の上端と下端の中央高さ位置において、耐圧試験前後の直径の増大率が2.5%以下の場合を「〇」、2.5%超の場合を「×」と判定した。
底部は、底面中央部の底高さが容器接地部より下方に突出しない場合を「〇」、突出した場合を「×」と判定した。
肩部、胴部、底部の何れの判定とも「〇」であった場合のガスボリュームをもって、変形しないガスボリューム値、耐圧値として表1に示した。
また、表2に、実施例1〜2、および、比較例1〜3における、肩部、底部の評価結果、および、胴部の直径の増大率を示した。なお、耐圧性評価は、1.0GV毎に行っているので、例えば、実施例2の場合は、耐圧値が4GVとなっているが、これは、4.0GVでは、肩部、胴部、底部いずれも「〇」であるが、5.0GVでは少なくともいずれかが「×」であるという意味である。よって、耐圧値としては、「4GV以上5GV未満」であることを意味する。
(耐圧性;参考例1〜7)
未開封の市販品を、キャップを開けずに炭酸飲料を収容したままの状態で、ガスボリュームテスター(DGV−1;ビクスル社製)を用いてガスボリューム値を測定し、当該容器の耐圧値とした。
(ガスバリア性:実施例1〜2、比較例1〜3)
実施例および比較例で得た容器を、公知の高周波プラズマ化学蒸着法で、容器内側全面に、ダイアモンド・ライク・カーボン膜を成膜し、MOCON社製OX−TRAN2/61機を用い、成膜前後のプラスチック容器の開口部に当該装置用のアダプターヘッドを装着して、23℃相対湿度50%条件下で、容器当たりの酸素透過率(cc/pkg/24h・atm)を測定した。何れの容器とも、0.004cc/pkg/24h・atm以下であった。酸素透過率が0.01cc/pkg/24h・atm以下の場合を「〇」と評価した。
Figure 2019172350
Figure 2019172350
実施例1は、参考例4に比べ胴部密度が低いものの、高い耐圧値(6GV以上7GV未満)を示した。
また、表2に示したように、実施例2は、比較例2と比べ肩部の曲率半径20mm未満の凹部を有さず、5GV条件(5GV以上6GV未満)においても肩部の変形は起きなかった。
また、実施例2は、参考例1、参考例2に比べ胴部密度が低いものの、参考例1,2程度の耐圧値(4GV以上5GV未満)を示した。
比較例1は、最大直径に対する接地直径の比が大きく、4GV条件で底落ちが発生した。
比較例2は、肩部に曲率半径20mm未満の凹部を有し、5GV条件で肩部の突出も発生した。
比較例3は、首下までの高さに対する最大直径の比が小さくて細長であり、5GV条件での胴部最大直径の増大率が大きかった。
耐圧性を有する容積が約300〜530mLの市販品の参考例1〜7を調べたところ、底部がペタロイド形状である参考例1〜6は、何れも最大直径に対する接地直径の比が0.70以上と大きく、また参考例3〜6は、首下までの高さに対する容器の最大直径の比が0.37以下と小さかった。参考例7は、底部形状が、底面の外周側全面が円状に接地する丸底形状であった。
本発明の耐圧容器は、炭酸ガス入り飲料、または、窒素ガスを充填する飲料や、調味料、コーヒー豆、発酵品等の内容物からガスが発生する食品を収容する耐圧容器として使用できる。

Claims (6)

  1. 脚部と高さ方向に半球状の谷部とを交互に配する底部と、環状の胴部と、縮径した肩部及び首部を有し、ポリエステル系樹脂からなる容器において、
    首下までの高さに対する容器の最大直径の比が0.38以上1.0以下であり、
    最大直径に対する接地直径の比が0.50以上0.70未満であり、
    前記肩部の全ての面が曲率半径20mm以上であることを特徴とする耐圧容器。
  2. 前記容器の最大直径を有する部位が垂直方向に延在しており、該部位の上端高さが、首下までの高さに対して0.35以上0.70以下である請求項1に記載の耐圧容器。
  3. 前記ポリエステル系樹脂がポリエチレンテレフタレートを95重量%以上含む請求項1または2に記載の耐圧容器。
  4. 前記胴部の密度が、1355.0kg/m以上1364.0kg/m未満である請求項1〜3の何れかに記載の耐圧容器。
  5. ガスバリア膜を有する請求項1〜4の何れかに記載の耐圧容器。
  6. 4.0以上5.0未満ガスボリュームの内圧条件で、38℃、5日間保管しても変形しない請求項1〜5の何れかに記載の耐圧容器。
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