JP2012509226A - 減圧による力に応答する容器ベース構造 - Google Patents

Abstract

プラスチック容器は、減圧の吸収に適応したベース部を有する。ベース部は、前記容器を支持する接触リングと、直立壁と、中央部とを含む。前記直立壁は、前記接触リングに隣接し、かつ、概ね取り囲む。前記中央部は、押上部と押上部を概ね取り囲む反転リングとによって、少なくともある程度規定される。前記押上部および前記反転リングは、前記容器内に発生した減圧による力に対応するように変位可能である。

Description

本発明は、概して、商品、特に液体の商品を保持するプラスチック容器に関連するものである。具体的には、本発明は、ベースにおいて優れた減圧の吸収性を有するベース構造を備えたパネルレスのプラスチック容器であって、前記ベース以外の他の部位において好ましくない変形が生じないプラスチック容器に関する。

環境その他の懸念事項を受けて、現在、プラスチック容器、具体的にはポリエステルおよびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の容器が、これまでガラス容器によって供給されてきた多数の商品の包装用として、ますます多く用いられるようになってきている。製造業者および充填業者は、消費者と同様、ＰＥＴ容器が、軽量、安価、リサイクル可能、大量生産可能であると認識している。

製造業者は、現在、ジュースやアイソトニック飲料などの様々な液体商品のために、ＰＥＴ容器を提供している。提供者は、多くの場合、液体製品を容器に充填する際、所定の温度まで加熱して前記容器中に充填する。前記所定温度は、大体１５５°Ｆ〜２０５°Ｆ（６８℃〜９６℃）であり、通常は１８５°Ｆ（８５℃）である。このような方法で包装すると、液体製品の高熱によって充填時に容器が殺菌処理される。充填業界は、この工程を加熱充填工程と呼び、前記容器は、加熱充填容器あるいはヒートセット容器として前記工程に耐え得るように設計されている。

前記加熱充填工程は、強酸性の内容物を含む商品に利用できるが、非強酸性の内容物の商品には通常適していない。それにもかかわらず、非強酸性の内容物の商品の製造業者および充填業者は、それらの商品をＰＥＴ容器へ強酸性の内容物と同じように充填することを望んでいる。

非強酸性の内容物の商品においては、低温殺菌とレトルトが好ましい殺菌工程である。低温殺菌とレトルトは、いずれも、ヒートセット容器が低温殺菌およびレトルトの実施に要求される温度および時間に耐えることができないという点で、ＰＥＴ容器の製造業者に非常に大きな課題となっている。

低温殺菌とレトルトは、いずれも、充填後における、容器の内容物の加熱工程あるいは殺菌工程である。両工程とも、容器の内容物を、特定の温度、通常は約１５５°Ｆ（約７０℃）で、特定の時間（２０〜６０分）加熱する工程を含む。レトルトは、低温殺菌より高い温度で、容器の殺菌および内容物の加熱を行う点で、低温殺菌とは異なる。また、レトルトは、容器内の圧力の影響を弱めるために、容器に外部から高圧エアを加える。容器に外部から加える圧力は、必要なものである。なぜなら、湯浴がよく用いられ、過圧によって、その熱水を、容器の内容物の液体と同様に、沸点以上となっても液体の形に保持するからである。

ＰＥＴは、結晶化可能なポリマーである、すなわち、アモルファス状態あるいは半結晶状態で利用可能である。ＰＥＴ容器の材質の完全性を維持する能力は、結晶状態のＰＥＴ容器の割合（ＰＥＴ容器の“結晶化度”として知られている）と関連している。次式は、結晶化度の割合を体積率として定義したものである。

結晶化度＝｛（ρ−ρ_ａ）／（ρ_ｃ−ρ_ａ）｝×１００（％）
ここで、ρはＰＥＴ材料の密度、ρ_ａは純粋なアモルファスＰＥＴ材料の密度（１．３３３ｇ／ｃｃ）、ρ_ｃは純粋な結晶材料の密度（１．４５５ｇ／ｃｃ）である。

容器の製造業者は、容器のＰＥＴポリマーの結晶化度を増大させるるために、機械的な処理工程と熱的な処理工程とを用いる。機械的な処理工程は、歪み硬化させるために、アモルファス材料の向きを合わせる工程を含む。この工程は、通常、ＰＥＴ容器を形成するために、縦方向の軸に沿ってＰＥＴ予備成型物の引き延ばす工程と、横方向あるいは径方向の軸に沿って膨張させる処理とを含む。この組み合わせは、製造業者が、容器における分子構造の２軸の配向として定義しているものを促進する。ＰＥＴ容器の製造業者は、現在、機械的な処理工程を用いて、容器の側壁における結晶化度が約２０％である、ＰＥＴ容器を製造している。

熱的な処理工程は、結晶の成長を促進するために、材料（アモルファスあるいは半結晶）を加熱する処理工程を含む。アモルファス材料においては、熱的な処理工程によって、ＰＥＴ材料が、光の透過を妨げる球顆状の構造となる。換言すると、結晶材料の結果物は、不透明な、そのため、通常は望ましくないものとなる。しかしながら、機械的な処理工程の後に、熱的な処理工程を用いると、２軸の分子配向を有する容器の部位が、結晶化度がより高く、優れた透明度を有するようになる。配向されたＰＥＴ容器の熱的な処理工程は、ヒートセット処理として知られており、通常は、約２５０°Ｆ〜３５０°Ｆ（約１２１℃〜１７７℃）の温度に加熱された型に対して、ＰＥＴ予備成型物をブロー成形する処理と、約２〜５秒間、ブロー成形後された容器を、加熱された型に保持する処理とを含む。ジュースのＰＥＴボトルの製造業者は、約１８５°Ｆ（８５℃）で加熱充填する必要があるが、現在、ヒートセット処理を使って、全体の結晶化度が約２５〜３５％であるＰＥＴボトルを製造している。

加熱充填した後、ヒートセットされた容器は、蓋がされ、約５分間、一般的には充填時の温度に維持される。この充填時の温度に維持されるのは、その後、容器が製品と一緒に、ラベル貼付、梱包、および、輸送のために搬送される前に、積極的に冷却される位置においてである。前記冷却によって容器内の液体量が減少する。この製品の収縮現象は、容器内の減圧をもたらす。一般的に、容器内の減圧は、大気圧（すなわち、７５９ｍｍＨｇ〜３８０ｍｍＨｇ）よりも小さい１〜３８０ｍｍＨｇの範囲である。これらの減圧は、仮に制御できないか、そうでなくても対応できない場合、容器の変形をもたらす。この容器の変形は、審美的に容認できない容器、あるいは、不安定な容器となる。通常、この業界では、側壁構造あるいは減圧パネルによって減圧に対応している。減圧パネルは、通常、容器の側壁における好ましくない変形を回避するため、減圧下では、制御された状態で内部に変形するようになっている。

容器は、減圧パネルによって加熱充填工程に耐えることができる一方で、前記パネルは、制限および欠点を有する。第１に、減圧パネルは、通常、滑らかでガラス様の外観を創り出すことはできない。第２に、梱包業者は、しばしば、腰巻き式のラベルあるいはスリーブ式のラベルを容器の減圧パネルの上に貼り付ける。側壁および減圧パネル上のこれらのラベルの外観は、しばしば、ラベルに皺が寄ったり滑らかでなくなったりする。さらに、その容器を握った人は、通常、ラベルの下にある減圧パネルの存在を感じたり、しばしば、ラベルを様々なパネルの裂け目や凹部に押し込んだりする。

さらに、減圧に起因する容器の変形の制御を補助するため、容器の側壁にピンチグリップの形状を用いるように改良されている。しかしながら、同様の制限および欠点が、減圧パネルと同様にピンチグリップの形状にも存在する。

加熱充填のプラスチック容器のために、構造的特徴を提供する減圧パネルを有することなく、前述の目的を達成する他の方法として、窒素を添加する技術の利用がある。しかしながら、この技術に伴う１つの欠点として、現在の技術を用いて達成できる最大のラインスピードが、１分間当たり容器およそ２００個に制限されるという欠点がある。そのような遅いラインスピードは到底受け入れられない。さらに、添加する処理の持続性が、効率的な工程を達成する技術レベルには未だ至っていない。

それゆえ、加熱充填に起因する減圧に対応でき、さらに、実質的な形状を有さない側壁を備え、滑らかで、ガラスのような外観を有する、ガラス容器の外観を模倣した、改良された容器が要求されている。したがって、本発明の目的は、そのような容器を提供することにある。

したがって、本発明は、加熱充填および自然放熱による冷却後に続く如何なる処理の間も、美的で機械的に完全な状態を維持するとともに、ベースにおいて優れた減圧の吸収性を有する一方、ベース以外の他の部位において好ましくない変形が生じないベース構造を備えるプラスチック容器を提供する。ガラス容器においては、容器は変位せず、その構造はいかなる圧力や力も制止しなければならない。バッグ容器においては、容器は簡単に変位し、製品にぴったり合う。本発明は、幾分かハイブリッドであり、変位し得る領域と変位しない領域とを有する。最後に、本発明に係るプラスチック容器のベース部が変位または変形すると、容器の残余部分の全体の構造は、破壊することなく、加えられ得る全ての圧力あるいは力を制止する。

本発明は、上部と、胴体部あるいは側壁部と、ベースとを有するプラスチック容器を含む。前記上部は、前記容器の口を規定する開口を含む。前記胴体部は、前記上部から前記ベースに延びる。前記ベースは、押上部および反転リングによって、少なくとも一部分が規定される中央部を含む。前記押上部は、断面において略円錐台形状を有し、前記反転リングは、断面において略Ｓ字形状を有するとともに、代替のヒンジ点を有する。

本発明の追加的な利点は、添付された図面とともに、好ましい実施形態および添付された特許請求の範囲の後述する記載から、当業者に理解されるであろう。

本発明に係るプラスチック容器の正面図であり、成型され、空のプラスチック容器を示す。 本発明に係るプラスチック容器の正面図であり、充填され、密封されたプラスチック容器を示す。 図１に示すプラスチック容器の一部を示す底面図である。 図２に示すプラスチック容器の一部を示す底面図である。 図３に示すプラスチック容器の５―５線矢視断面図である。 図４に示すプラスチック容器の６―６線矢視断面図である。 図５と同様、他の実施形態に係るプラスチック容器の断面図である。 図６と同様、他の実施形態に係るプラスチック容器の断面図である。 他の実施形態に係るプラスチック容器の底面図であり、成型され、空のプラスチック容器を示す。 図９に示すプラスチック容器の１０―１０線矢視断面図である。 図９に示すプラスチック容器の実施形態の底面図であり、充填され、密封されたプラスチック容器を示す。 図１１に示すプラスチック容器の１２―１２線矢視断面図である。 図５，図７と同様、他の実施形態に係るプラスチック容器の断面図である。 図６，図８と同様、他の実施形態に係るプラスチック容器の断面図である。 他の実施形態に係るプラスチック容器の底面図である。 図５，図７と同様、他の実施形態に係るプラスチック容器の断面図である。 図６，図８と同様、他の実施形態に係るプラスチック容器の断面図である。 他の実施形態に係るプラスチック容器の底面図である。

本出願は、同一出願人による、２００８年１１月１７日出願の米国出願１２／２７２，４００号を基礎とする優先権主張出願であり、２００５年６月１４日出願の米国特許７，４５１，８８６号の一部継続出願である。この米国特許７，４５１，８８６号は、２００３年５月２３日出願の米国特許６，９４２，１１６号の継続出願である、２００５年４月２８日出願の米国特許７，１５０，３７２号の一部継続出願である。上記の特許および出願の全開示内容は、それらを参照することにより、本出願に盛り込まれる。

以下に説明する好ましい実施形態は、本質的に単なる典型例にすぎず、本発明あるいはその適用あるいは効用を限定するものではない。

上述したように、ＰＥＴヒートセット容器内の内容物の冷却を行っている間の減圧による力に対応するため、容器は、通常、その側壁に、一連の減圧パネルあるいはピンチグリップを有する。減圧パネルおよびピンチグリップは、減圧による力の影響により内部に変形し、容器内の他の部位に生じる望ましくない変形を回避する。しかしながら、減圧パネルおよびピンチグリップがあると、容器の側壁は、滑らかあるいはガラス状ではなくなる。そのため、上に貼られたラベルが、しばしば皺がよったり滑らかではなくなったりし、最終消費者がその容器を握ったり持ち上げたりしたときに、ラベルの下にある減圧パネルおよびピンチグリップの存在を感じ得る。

減圧パネルの無い容器においては、制御された変形（すなわち、ベースや蓋における）と、容器の残余部分における減圧に対する抵抗力との組み合わせが要求される。したがって、本発明は、通常の加熱充填工程の条件下で、ベース部が容易に変形したり変位したりすることができる一方、容器の残余部分において堅牢な構造（すなわち、内部の減圧に抗して）を維持するプラスチック容器を提供する。一例としては、１６液量オンスの容量を有するプラスチック容器において、容器は、通常、約２０〜２４ｃｃの容量変化に対応すべきである。このプラスチック容器においては、ベース部は、この要求の大部分（すなわち、約１３ｃｃ）に対応する。プラスチック容器の残余部分は、直ちに大きな変形をすることなく、この容量変化の残りに容易に対応することができる。

図１、図２に示すように、本発明に係るプラスチック容器１０は、端部１２、ネックまたは細長ネック１４、ショルダー部１６、胴体部１８、ベース２０を含む。当業者は、ネック１４が、非常に背が低い、すなわち、端部１２から短い延設部となっていてもよいし、あるいは、図示されているように、端部１２とショルダー部１６との間で延びている細長ネックとなっていてもよいことを知っているし、理解できる。プラスチック容器１０は、熱的な処理工程、主に加熱充填工程の間でも商品を保持するように設計されている。加熱充填瓶詰めの用途のために、瓶詰め業者は、通常、約１５５°Ｆ〜約２０５°Ｆ（約６８℃〜約９６℃）の高温で、液体または製品を容器１０に充填し、冷却前に、蓋２８で容器１０を密封する。密封された容器１０が冷えると、僅かな減圧あるいは負圧が内部で生じ、容器１０、特に、ベース２０を変形させる。なお、プラスチック容器１０は、他の高温殺菌工程またはレトルト充填工程、あるいは他の熱的処理工程にも同様に適している。

本発明に係るプラスチック容器１０は、ブロー成型された、１層または複数層の材料からなる単一構造を有する２軸配向容器である。加熱充填可能なプラスチック容器１０を製造するための周知のストレッチ成型、ヒートセット工程は、ポリエステル材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の予備成形物（図示せず）の加工を一般的に含む。この予備成形物は、通常円筒形状を有する断面と、容器の高さの通常約５０パーセント（５０％）の長さとを有するテストチューブと同様の、当業者に周知の形状を有する。装置（図示せず）は、プラスチック容器１０と同様の形状を有する成型用キャビティ（図示せず）に、約１９０°Ｆ〜２５０°Ｆ（約８８℃〜１２１℃）の間の温度まで加熱された予備成形物を配置する。成型用キャビティは、約２５０°Ｆ〜３５０°Ｆ（約１２１℃〜１７７℃）の間の温度まで加熱される。ストレッチロッド装置（図示せず）は、加熱された予備成形物を、おおよそ容器の長さになるまで成型用キャビティ内で引き伸ばし、それによって、ポリエステル材料の分子を、中央縦軸５０と大体対応する軸方向に配向させる。ストレッチロッド装置が予備成形物を引き伸ばしている一方で、３００ＰＳＩ〜６００ＰＳＩ（２．０７ＭＰａ〜４．１４ＭＰａ）の間の圧力を有する空気によって、軸方向における予備成形物の引き伸ばしと、円周方向または輪状方向における予備成形物の膨張とをアシストし、その結果、ポリエステル材料を実質的に成型用キャビティの形状に合わせ、さらに、ポリエステル材料の分子を前記軸方向と略直交する方向に配向し、その結果、容器の大部分において、ポリエステル材料の２軸分子配向を確立する。一般的に、端部１２およびベース２０の副構成部分における材料は、実質的に分子が配向されていない。加圧空気が、成型用キャビティから容器が取り外される前、約２〜５秒間、大部分が２軸分子配向されたポリエステル材料を、成型用キャビティに対して保持する。ベース２０における材料の分布を適切にするために、本発明者は、参照によってここに組み込む米国特許第６，２７７，３２１号において提案された追加ストレッチ成型工程を採用する。

また、従来の他の材料を用いる他の製造方法は、例えば高濃度のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ＰＥＴ／ＰＥＮの混合物あるいは共重合体を含み、様々な多層構造がプラスチック容器１０の製造に適している。当業者は、プラスチック容器１０の代替の製造方法を直ちに理解するであろう。

プラスチック容器１０の端部１２は、開口または口２２、ネジ部２４および支持リング２６を規定する部位を含む。開口２２は、プラスチック容器１０が商品を受け入れるのを可能にし、一方、ネジ部２４が同様のネジ付き蓋またはキャップ２８（図２参照）の取り付け手段を提供する。また、プラスチック容器１０の端部１２を結合する他の好適な装置が含まれていてもよい。したがって、蓋またはキャップ２８は、端部１２と係合し、プラスチック容器１０を適切に密封する。蓋またはキャップ２８は、蓋産業には伝統的なプラスチック材料または金属材料で製造され、高温殺菌およびレトルトを含む、後続の熱的な処理工程に適している。支持リング２６は、種々の製造段階を通して、また種々の製造段階で、予備成型物（プラスチック容器１０の先駆体）（図示せず）を搬送したり方向を合わせたりするために用いられる。例えば、予備成形物は、支持リング２６によって搬送され、支持リング２６は、型における予備成形物の配置を補助するのに用いられるか、あるいは、最終消費者が、支持リング２６を使って、製造されたプラスチック容器１０を持ち運ぶ。

プラスチック容器１０の細長ネック１４は、プラスチック容器１０が求められる容量に対応することを、ある程度可能にする部分である。ショルダー部１６は、細長ネック１４に一体的に、そこから下方に広がるように形成されている。ショルダー部１６は、細長ネック１４と胴体部１８との間で次第に変化し、遷移部を構成する。胴体部１８は、ショルダー部１６からベース２０に向けて下方に延び、側壁３０を含む。容器１０のベース２０の特有の構造によって、ヒートセットされた容器１０に、追加的な減圧パネルあるいはピンチグリップが不要となり、その結果、略滑らかでガラス状の側壁３０が可能となる。しかしながら、非常に軽量な容器では、ベース２０に沿って、減圧パネル、リブ、および、ピンチグリップの少なくとも何れかを有する側壁を含むことはあり得る。

プラスチック容器１０のベース２０は、胴体部１８から内部に延び、通常、チャイム（chime）３２、接触リング３４および中央部３６を含む。図５〜図８，図１０，図１２〜図１８に示されているように、接触リング３４は、容器１０を支持する支持面３８に接触するベース２０の一部位である。また、接触リング３４は、平坦面あるいはベース２０をほぼ連続的あるいは断続的に全体を囲む接触線である。ベース２０は、プラスチック容器１０の底部分を閉塞する機能と、細長ネック１４、ショルダー部１６および胴体部１８ととともに、商品を保持する機能とを有する。

プラスチック容器１０は、好ましくは、前述した工程あるいは他の従来からあるヒートセット工程に従って、ヒートセットされるのが好ましい。容器１０の胴体部１８から減圧パネルおよびピンチグリップを省略しつつ、減圧の力に対応するために、本発明に係るベース２０は、新規で画期的な構造を採用する。概略的に、ベース２０の中央部３６は、押上部４０と、反転リング４２とを有する。反転リング４２は、上部５４と下部５８とを含む。断面図では（図５，図７，図１０，図１３および図１６参照）、反転リング４２は、略“Ｓ”字形状を成す。さらに、ベース２０は、反転リング４２と接触リング３４との間の遷移部を形成する、直立した円周状の壁あるいは縁４４を含む。

図１〜図８，図１０および図１２〜図１８に示すように、断面をみると、中央押上部４０は、概略、支持面３８に略平行な上面４６を有する略円錐台の形状である。側面４８は、断面が概ね平面であり、容器１０の中央縦軸５０の方向に向けて上方に傾斜する。中央押上部４０の正確な形状は、様々な設計基準に応じて大きく変化し得る。しかしながら、一般に、中央押上部４０（すなわち、円錐台）の全体の直径は、ベース２０の全体の直径の最大で略３０％である。中央押上部４０は、概して、予備成形物の湯口（gate）が型の中で捕捉される部分である。上面４６には、ベース２０の副構成部位が位置しており、ここは、実質的に分子が配向されていないポリマー材料を含む。

図３，図５，図７，図１０，図１３および図１６に示すように、最初形成されたとき、半径が徐々に変化する反転リング４２は、中央押上部４０を完全に囲み、外接する。形成されているように、反転リング４２は、仮にベース２０が平坦であれば、ベース２０が横たわるであろう平面の下に、外側へ突き出している。中央押上部４０と隣接する反転リング４２との間の遷移部は、中央押上部４０に近い程、できるだけ多くの配向を促進するように、急激である。これは、第１に、特にベース２０の下部５８で、反転リング４２の壁厚６６を最小にする働きをする。例えば、約２．６４inch（６７．０６ｍｍ）の直径を有するベースを備える容器では、通常は、反転リング４２の下部５８の壁厚６６は、約０．００８inch（０．２０ｍｍ）から約０．０２５inch（０．６４ｍｍ）まで、好ましくは、約０．０１０inchから約０．０１４inch（０．２５ｍｍから０．３６ｍｍ）までの厚みを有する。上面４６の壁厚７０は、正確な値によれば、０．０６inch(１．５２ｍｍ)あるいはそれ以上であるが、一方、反転リング４２の下部５８の壁厚６６に急激に変化する。反転リング４２の壁厚６６は、反転リング４２が柔軟かつ正確に機能を果たすのに十分に、相対的に一定で、薄い厚さである。また、反転リング４２は、その迂回する形状に沿った位置に、図示していないが周知の窪みであって、ラベル貼り工程の期間、前記中央縦軸５０周りの容器の回転を容易にするための、つめを受け止めるのに好適な小さな窪みを設けてもよい。

接触リング３４と反転リング４２との間の遷移部を規定する、円周状の壁または縁４４は、断面において、約０．０３０inch（０．７６ｍｍ）から約０．３２５inch（８．２６ｍｍ）の長さをもつ実質的に直立した壁である。好ましくは、２．６４inch（６７．０６ｍｍ）の直径を有するベースの容器では、円周状の壁４４は、約０．１４０inchから約０．１４５inch（３．５６ｍｍから３．６８ｍｍ）の間の長さを有する。５inch（１２７ｍｍ）の直径を有するベースの容器では、円周状の壁４４は、０．３２５inch（８．２６ｍｍ）程度の長さを有し得る。円周状の壁または縁４４は、概して、中央縦軸５０に対する角度６４が、約０°と約２０°との間、好ましくは約１５°である。したがって、円周状の壁または縁４４は、中央縦軸５０に正確に平行である必要は無い。円周上の壁または縁４４は、接触リング３４と反転リング４２との間において、明確に区別し得る構造となっている。円周状の壁または縁４４は、接触リング３４と反転リング４２との間の遷移部に強度を与えている。この遷移部は、幾何学的に強固な構造を形成するためだけでなく、局部的な強度を最大化するために、切り立った形状でなければならない。局部化された力が生じることによって、ベース２０に生じる皺に対する抵抗力を増す。接触リング３４は、２．６４inch（６７．０６ｍｍ）の直径を有するベースを持つ容器の場合、概して、約０．０１０inchから約０．０１６inch（０．２５ｍｍから０．４１ｍｍ）の壁厚６８を有する。好ましくは、壁厚６８は、反転リング４２の下部５８の壁厚６６と少なくとも等しいか、より好ましくは、反転リング４２の下部５８の壁厚６６よりも少なくとも約１０パーセント以上大きい。

最初形成されたとき、中央押上部４０および反転リング４２は、前述し、図１，図３，図５，図７，図１０，図１３および図１６に示されるような状態のままである。したがって、型成形されたように、反転リング４２の上部５４と支持面３８との間の寸法５２は、反転リング４２の下部５８と支持面３８との間の寸法５６より大きいか同じになる。充填の際、ベース２０の中央部３６と反転リング４２は、製品の温度および重量によって、わずかに沈下し、あるいは支持面３８に向けて下方に歪む。その結果、寸法５６は、ほとんど零となり、すなわち、反転リング４２の下部５８は、事実上、支持部３８に接触した状態となる。容器１０に充填し、蓋をし、密封し、そして、冷却する際、図２，図４，図６，図８，図１２，図１４および図１７に示すように、減圧による力は、容量変化によって、中央押上部４０および反転リング４２を、起き上がらせるか上方に押し上げさせる。この位置において、中央押上部４０は、概して、支持面３８に実質的に平行のままである、中央押上部４０の上面４６とともに、断面において円錐台形状に保持される。反転リング４２は、ベース２０の中央部３６に組み込まれ、より円錐形となって、実質的に見えなくなる（図８，図１４および図１７参照）。したがって、容器１０に蓋をし、密封し、冷却する際、ベース２０の中央部３６は、図６、図８、図１４および図１７に示すように、断面において、略平面と、容器１０の中央縦軸５０に向けて上方に向かう傾斜とを有する面６０を備えた、実質、円錐形状を成す。この円錐形状および略平行面６０は、水平面あるいは支持面３８に対して、約７°から約２３°まで、より典型的には、約１０°から約１７°までの角度６２によってある程度規定される。寸法５２が増大し、寸法５６が減少するほど、容器１０の潜在的な容量の変化が増大する。さらに、平面６０が実質的に略直立している（特に、図８および図１４に示されているように）一方、平面６０がしばしば、やや波形状の外観を有することを、当業者は理解するであろう。典型的な２．６４inch（６７．０６ｍｍ）の直径を有するベース２０を備えた容器１０は、上面４６から支持面３８までの成型時のベース間隙寸法７２が、約０．５００inch（１２．７０ｍｍ）から約０．６００inch（１５．２４ｍｍ）である（図７，図１３および図１６参照）。減圧による力に応答する時、ベース２０は、上面４６から支持面３８までの充填時のベース間隙寸法７４が、約０．６５０inch（１６．５１ｍｍ）から約０．９００inch（２２．８６ｍｍ）である（図８，図１４および図１７参照）。より小さい容器やより大きい容器では、成型時のベース間隙寸法７２および充填時のベース間隙寸法７４は、それに比例して異なる。

また、ベース２０の中央部３６が変位する容量の総量は、ベース２０の全体の投影された表面積と比べて、ベース２０の中央部３６の投影された表面積に依存する。容器１０の胴体部１８に減圧パネルやピンチグリップを設ける必要を無くすためには、ベース２０の中央部３６は、ベース２０の全体の投影された表面積の約５５％、より好ましくは７０％以上を要する。図５、図７、図１３および図１６に示されているように、ベース２０を横切る、関連がある投影された直線の長さをＡ，Ｂ，Ｃ_１，Ｃ_２とする。次式は、ベース２０の全体の投影された表面積ＰＳＡ_Ａを規定する。

ＰＳＡ_Ａ＝π・｛（１／２）・Ａ｝^２
したがって、２．６４inch（６７．０６ｍｍ）のベース直径を有する容器では、投影された全体の表面積ＰＳＡ_Ａは５．４７４ｉｎ^２（３５．３２ｃｍ^２）である。次式は、ベース２０の中央部３６の投影された表面積ＰＳＡ_Ｂを規定する。

ＰＳＡ_Ｂ＝π・｛（１／２）・Ｂ｝^２
ここで、Ｂ＝Ａ−Ｃ_１−Ｃ_２である。２．６４inch（６７．０６ｍｍ）のベース直径を有する容器では、チャイム３２（Ｃ_１およびＣ_２）の長さは、通常、約０．０３０inch（０．７６ｍｍ）から約０．３４inch（８．６４ｍｍ）の範囲となる。したがって、寸法Ｂは、通常、約１．９２inch（４８．７７ｍｍ）から約２．５８inch（６５．５３ｍｍ）の範囲となる。もし、例えば、Ｃ_１およびＣ_２が０．１２０inch（３．０５ｍｍ）である場合、ベース２０の中央部３６の投影された表面積（ＰＳＡ_Ｂ）は、約４．５２４ｉｎ^２（２９．１９ｃｍ^２）である。したがって、この例においては、２．６４inch（６７．０６ｍｍ）の直径のベース２０の中央部３６の投影された表面積（ＰＳＡ_Ｂ）は、ベース２０の全体の投影された表面積（ＰＳＡ_Ａ）の約８３％となる。比率がより大きければ、それだけ、より大きな減圧が生じても、容器１０の他のエリアにおいて望ましくない変形を生じることなく応答することができる。

減圧下においては、プラスチック容器の内部では、圧力が一様に作用する。しかしながら、力は、幾何学的形状（すなわち、表面積）に応じて異なる。次式は、環状断面を有する容器における圧力を規定する。

Ｐ＝Ｆ／Ａ
ここで、Ｆは力（ポンド）を示し、Ａは面積（inch^２）を示す。図１に示されるように、ｄ₁はベース２０の中央部３６の径であり、ｄ₂は胴体部１８の径である。引き続き図１に示すように、ｌはプラスチック容器１０の滑らかなラベルパネルの領域であり、ショルダー部１６の底からチャイム３２の上までの胴体部１８の高さを示す。上述したように、胴体部１８に付加された幾何学的形状（すなわち、リブ）は、硬くする効果をもたらすことを、当業者であれば知っているし理解できる。以下の分析では、そのような幾何学的形状をもたない容器の部位のみを考慮する。

前述によれば、次式は、ベース２０の中央部３６に関連する圧力（Ｐ_B）を規定する。

Ｐ_Ｂ＝Ｆ_１／Ａ_１
ここで、Ｆ_１はベース２０の中央部３６に働く力を表し、Ａ₁＝π・（ｄ_１）^２／４は、ベース２０の中央部３６に関連する面積を表す。同様に、次式は、胴体部１８に関連する圧力（Ｐ_BP）を規定する。

Ｐ_BP＝Ｆ_２／Ａ_２
ここで、Ｆ_２は胴体部１８に働く力を表し、Ａ_２＝π・（ｄ_２）・ｌは、胴体部１８に関連する面積を表す。したがって、次式は、ベース２０の中央部３６に働く力に対する、容器１０の胴体部１８に働く力の比を規定する。

Ｆ_２／Ｆ_１＝（４・ｄ_２・ｌ）／（ｄ_１）^２
最適な性能を発揮するためには、前述の力の比が１０未満となるようにすべきであり、より低い値ほど望ましい。

前述したように、容器１０のベース２０と胴体部１８との間の壁厚の相違もまた重要である。胴体部１８の壁厚は、反転リング４２が適切に屈曲できるように十分大きなものにすべきである。前述の力の比が１０に近づくと、容器１０のベース２０の壁厚は、胴体部１８の壁厚より大幅に薄いことが要求される。ベース２０の幾何学的形状、および、反転リング４２が適切に屈曲できる、すなわち変形容易さのために要求される力の総和に基づいて、胴体部１８の壁厚は、平均して少なくとも１５％、ベース２０の壁厚より厚くなければならない。好ましくは、胴体部１８の壁厚は、反転リング４２の下部５８の壁厚６６の２〜３倍の厚みである。最初に反転リング４２を屈曲させるため、および、ベース２０の変位が完了した時点で、さらに加えられる力に対応するためのいずれかによって要求される力から、もし容器がより大きな力に耐えなければならない場合には、より大きな相違が要求される。

次の表は、前述した原理や概念を表した多種の容器の例を示す表である。

表中の全ての例示において、容器のベースは、容器の主たる変形メカニズムとして機能する。ベース（２０）の壁厚に対する胴体部（１８）の壁厚の比較は、前記力の比および容器の幾何学的形状にある程度依存する。非円形断面（すなわち、長方形あるいは正方形）を有する容器についても、同様の分析によって同様の結果を得ることができる。

したがって、容器１０のベース２０の反転リング４２の、薄く、柔軟で、湾曲した、概ね“Ｓ”字の形状は、実質的に平坦なベースを有する容器と対比して、より大きな容量変化を可能とさせる。図１〜６は、中央部３６の投影された面積を増大させ、減圧による力に応答する能力を増大させる一手段として、炎形状（flared-out geometry）を有するベース２０を図示している。前記炎形状は、炎形状がわずかに内部に変形して、容量変化の受容量が増えるという点で、応答性がさらに増大する。しかし、本発明者は、前記炎形状が必須のものではないという知見を得た。図７、図８、図１０および図１２〜図１８は、炎形状をもたない本発明に係る好ましい実施形態を示す。すなわち、チャイム３２が側壁３０と直接結合し、それにより、容器１０により伝統的な外観を与えている。各実施形態においては、同様の構成要素を同じ参照番号で表している。

本発明者は、反転リング４２の“Ｓ”字形状は曲がるとより良好に機能するという知見を得た（図７，図１３および図１６参照）。すなわち、反転リング４２の上部５４は、断面において、下部５８に隣接するカーブの半径７８より大幅に小さい半径７６を持つカーブを有することを特徴とする。すなわち、半径７６は、半径７８の最大約３５％の大きさを有する。この曲がった“Ｓ”字形状は、応答の容易さを維持しつつ、容量変化の程度を最適化する傾向がある。この曲がった“Ｓ”字形状は、反転リング４２を変位させるのに必要な減圧による力の総和を最小化しつつ、大きな容量変化を発生する。したがって、半径７８より非常に小さい半径７６を有する容器１０に、減圧による力が働いているとき、平坦な表面６０は、しばしば、他の同様のものより概して大きい角度６２に達する。例えば、概して、２．６４inch（６７．０６ｍｍ）の直径のベースを有する容器１０では、半径７６は約０．０７８inch（１．９８ｍｍ）であり、半径７８は約０．４６０inch（１１．６８ｍｍ）であり、減圧による力が働いている状況では、角度６２は約１６°〜１７°である。特に異なる直径のベースを有する容器では、半径７６、半径７８および角度６２として相応しい値が他に存在することは、当業者であれば知っているし、理解している。

本発明者は、さらに、反転リング４２の“Ｓ”字形状は、追加の代替のヒンジまたはヒンジ点を与えられると、より良い機能を果たすことを見つけている（図１３〜図１８参照）。すなわち、図１３〜図１５に示すように、反転リング４２は、反転リング４２の上部５４と下部５８との間に位置する溝１００を含み得る。図示されているように（図１３〜図１５参照）、溝１００は、概して、中央押上部４０を完全に取り囲み、外接している。溝１００は、連続的あるいは断続的であることが考えられる。２つの溝１００が示されており（図１５参照）、好ましい実施形態であるが、当業者は、ある容器の構造には、例えば３つ、４つ、５つなどの他の溝１００の数を採用すれば適切となり得ることを知り得て、理解するであろう。

また、前述した代替のヒンジまたはヒンジ点は、一連の凹部または窪みの形状を採り得ることが考えられる。すなわち、図１６〜図１８に示されているように、反転リング４２は、その中の至る所に形成された、一連の凹部または窪み１０２を含み得る。図示されているように（図１６〜図１８参照）、一連の凹部または窪み１０２は、概して、環状を成している。凹部または窪み１０２は、概して、互いに等距離に離間して配置されており、また、反転リング４２を完全に覆う一連の行および列として配列されている。同様に、凹部または窪み１０２は、概して、中央押上部４０を完全に囲み、外接している（図１８参照）。凹部あるいは窪み１０２の一連の行および列は、連続的あるいは断続的となり得ることが同様に考えられる。凹部または窪み１０２は、断面で見ると、先端を切り取ったまたは丸みのある、最下面または最下点、および側面１０４を有する略円錐台形状を成す。側面１０４は、略平面かつ容器１０の中央縦軸５０の内側に向かう傾斜である。凹部または窪み１０２の正確な形状は、種々の設計基準に応じて大きく変化し得る。前述した凹部または窪み１０２の形状は好ましいが、他の形状へのアレンジが想定し得ることは、当業者にとって直ちに理解されるであろう。

したがって、前述した代替のヒンジまたはヒンジ点は、反転リング４２の変位の始動および活性化を、より簡単に引き起こす。さらに、代替のヒンジまたはヒンジ点は、反転リング４２をより容易に上方に起こすかまたは押し上げ、そのため、より大きな変位量で変位する。したがって、代替のヒンジまたはヒンジ点は、変位量を最適化する一方、反転リング４２の応答容易性を維持し、改善する。代替のヒンジまたはヒンジ点は、反転リング４２の変位を引き起こすのに必要な減圧量を最小化する一方で、非常に大きな変位をもたらす。したがって、容器１０が前述したような代替のヒンジまたはヒンジ点を有し、かつ、減圧による力が働いているとき、反転リング４２は、より大きく変位することによって、より簡単に変位し始め、平面６０は、他の同様のものより概して大きな角度６２にしばしば達することができる。

必ずしも必要ではないが、本発明者は、さらに、側面４８に実質的に平行な３つの溝８０を加えることによって、ベース２０の好ましい実施形態をさらに洗練した。図９および図１０に示すように、溝８０は、中央押上部４０において均一に配置されている。溝８０は、実質的に半円形状を有し、断面視では、隣接する側面４８と滑らかに連続する表面を有する。概して、２．６４inch（６７．０６ｍｍ）の直径のベースを有する容器１０、１６ｆｌから２０ｆｌ（オンス）の間の公称容量を有する容器においては、溝８０は、側面４８に対して、約０．１１８inch（３．００ｍｍ）の深さ８２を有する。本発明者は、伝統的なアプローチへの代替として、溝８０を有する中央押上部４０は、ラベル取付工程の間において、中央縦軸５０を回転中心として容器１０を回転させるための格納式の支軸（図示せず）を連結するのが好適であると見込んでいる。３つの溝８０が示されており、好ましい実施形態であるが、ある容器の構造には、例えば３つ、４つ、５つ、６つなどの他の溝１００の数を採用すれば適切となり得ることを、当業者は知り得て、理解するであろう。

前述したように相対的な壁厚の関係で、ベース２０は減圧による力に応答するので、溝８０は、反転リング４２の連続的な一定の変位を補助し得る。溝８０がなければ、特に、中央縦軸５０において、壁厚６６が不均一または一貫性がない場合、減圧による力に応答する反転リング４２は、一定に動かなかったり、一貫性のない動きをしたり、ねじれたり、一方に傾いたりする。したがって、溝８０とともに、放射部８４は、（少なくとも変位期間の初期において）反転リング４２内で形成し、中央縦軸５０（図１１参照）から径方向に隣接する各溝８０に向けて広がり、断面視で、角度６２（図１２参照）を有する実質的に連続した表面となる。換言すると、図１１に示すようにベース２０を見ると、放射部８４の形状は、反転リング４２内に谷のような窪みのように見える。その結果、２つの隣接する放射部８４の間に位置する反転リング４２の第２部８６は、（少なくとも変位期間の初期において）幾分、部分的に反転した形状を維持する（図１２参照）。実際には、図９および図１０に示すより好ましい実施形態は、最終形状として、しばしば、図１１および図１２に示される形状となる。しかしながら、減圧がさらに進むと、第２部８６は、最終的には図８に示すのと同様の角度６２で中央縦軸５０の方向に向けて傾斜する平面６０を有する略円錐台形状を成すようにまっすぐになる。この場合もやはり、当業者は、平面６０が波状のようなものになり得ることを理解するであろう。平面６０の正確な性質は、例えばベース２０および側壁３０の具体的な壁厚の関係、具体的な容器１０の大きさ（例えば径、高さ、容量）、特定の高温充填工程の状況、およびその他の変数に依存する。

前述においては、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は、請求項に示した適切な範囲や公正な意味から離れることなく、改良、変形、および変更を受け入れる余地があることが理解されるであろう。

Claims (22)

1. プラスチック容器であって、
   前記容器の内部に通じる開口を規定する口を有する上部と、
   前記上部から広がるネックと、
   前記ネックからベースに広がる胴体部とを備え、
   前記ベースは、前記容器の端部を閉塞し、
   前記上部、前記ネック、前記胴体部および前記ベースは、協働して、製品が充填される前記容器内の貯蔵室を規定し、
   前記ベースは、前記胴体部から、前記容器が支持される面を規定する接触リングに延びるチャイムを含み、
   さらに、前記ベースは、前記容器の縦軸に位置する断面において、略円錐台形状を有する押上部によって、少なくともある程度規定された中央部を含み、
   前記容器は、断面において略Ｓ形状を有するとともに、ヒンジ手段が形成され、前記押上部を取り囲む反転リングを備え、
   前記円錐台は、全体の直径が前記ベースの全体の直径の最大３０％であり、上面が支持面に対して略平行であることを特徴とするプラスチック容器。
2. 前記胴体部は、実質的に滑らかな側壁を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック容器。
3. 前記ヒンジ手段は、前記反転リングに形成された複数の溝を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック容器。
4. 前記ヒンジ手段は、前記反転リングに形成された一連のくぼみの行および列を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック容器。
5. 前記反転リングは、約０．００８inch（０．２０ｍｍ）から約０．０２５inch（０．６４ｍｍ）の間の壁厚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容器。
6. 前記反転リングは、上部および下部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容器。
7. 前記上部は、断面において第１の半径を有する曲線を一部分含み、
   前記下部は、断面において第２の半径を有する第２の曲線を一部分含み、
   前記第１の半径は、前記第２の半径の最大３５％であることを特徴とする請求項６に記載のプラスチック容器。
8. 前記反転リングと前記接触リングとの間には、前記縦軸に対して０°から２０°までの角度を有する、直立した円周状の壁部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容器。
9. 前記直立した円周状の壁部は、断面が、約０．０３０inch（０．７６ｍｍ）から約０．０３２５inch（８．２６ｍｍ）までの間の長さを有することを特徴とする請求項８に記載のプラスチック容器。
10. 前記上部と前記支持面との間の第１の距離は、前記下部と前記支持面との間の第２の距離よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のプラスチック容器。
11. 前記胴体部は、平均の壁厚を有し、
    前記ベースは、平均の壁厚を有し、
    前記胴体部の平均の壁厚は、前記ベースの平均の壁厚よりも少なくとも１５パーセント（１５％）以上大きいことを特徴とする請求項１に記載のプラスチック容器。
12. 前記胴体部は、平均の壁厚を有し、
    前記反転リングの前記下部は、平均の壁厚を有し、
    前記胴体部の平均の壁厚は、前記下部の平均の壁厚よりも少なくとも２倍以上大きいことを特徴とする請求項６に記載のプラスチック容器。
13. 前記反転リングの前記下部は、平均の壁厚を有し、
    前記接触リングは、平均の壁厚を有し、
    前記接触リングの平均の壁厚は、前記下部の平均の壁厚と少なくとも等しいことを特徴とする請求項６に記載のプラスチック容器。
14. 前記接触リングの平均の壁厚は、前記下部の平均の壁厚よりも少なくとも１０パーセント（１０％）以上大きいことを特徴とする請求項１３に記載のプラスチック容器。
15. 高温の液体が充填され、蓋によって密封され、冷却されて、その結果、内部に減圧が生じるプラスチック容器であって、
    前記容器の内部に通じる開口を規定する口と蓋を取り付ける端部とを有する上部と、
    前記上部から広がるネックと、
    前記ネックからベースに広がる胴体部とを備え、
    前記ベースは、前記容器の端部を閉塞し、
    前記上部、前記ネック、前記胴体部および前記ベースは、協働して、高温の液体が充填される前記容器内の貯蔵室を規定し、
    前記ベースは、減圧を吸収するように構成されるとともに、前記胴体部から、前記容器が支持される面を規定する接触リングに延びるチャイムを含み、
    さらに、前記ベースは、前記容器の縦軸に位置する断面において、略円錐台形状を有する押上部によって、少なくともある程度規定された中央部を含み、
    前記容器は、前記押上部を取り囲む反転リングを備え、
    前記円錐台は、全体の直径が前記ベースの全体の直径の最大３０％であり、上面が支持面に対して略平行であり、
    前記押上部および前記反転リングは、前記容器内に生じた減圧による力に対応するために変移可能であり、
    前記反転リングは、前記支持面に対して約７°から約２３°の範囲の角度で、前記容器の前記縦軸に向かって少なくとも一部分が傾斜している表面を有する、内側がドーム形状の部位を規定し、
    前記反転リングは、ヒンジ手段が形成されるとともに、前記容器から液体が除かれた後、断面において略Ｓ形状を有することを特徴とするプラスチック容器。
16. 前記液体の温度は、約１５５°Ｆ〜約２０５°Ｆ（約６８℃〜約９６℃）であることを特徴とする請求項１５に記載のプラスチック容器。
17. 前記ヒンジ手段は、前記反転リングに形成された複数の溝を含むことを特徴とする請求項１５に記載のプラスチック容器。
18. 前記ヒンジ手段は、前記反転リングに形成された一連のくぼみの行および列を含むことを特徴とする請求項１５に記載のプラスチック容器。
19. 前記角度は、前記支持面に対して約１０°〜約１７°までの範囲の角度であることを特徴とする請求項１５に記載のプラスチック容器。
20. プラスチック容器であって、
    前記容器の内部に通じる開口を規定する口を有する上部と、
    前記上部から広がるネックと、
    前記ネックからベースに広がる胴体部とを備え、
    前記ベースは、前記容器の端部を閉塞し、
    前記上部、前記ネック、前記胴体部および前記ベースは、協働して、製品が充填される前記容器内の貯蔵室を規定し、
    前記ベースは、前記胴体部から、前記容器が支持される面を規定する接触リングに延びるチャイムを含み、
    さらに、前記ベースは、前記容器の縦軸に位置する断面において、略円錐台形状を有する押上部によって、少なくともある程度規定された中央部を含み、
    前記容器は、上部および下部を含み、断面において略Ｓ形状を有するとともに、ヒンジ手段が形成され、前記押上部を取り囲む反転リングを備え、
    前記円錐台は、全体の直径が前記ベースの全体の直径の最大３０％であり、上面が支持面に対して略平行であり、
    前記反転リングの上部は、断面において第１の半径を有する曲線を一部分含み、
    前記反転リングの下部は、断面において第２の半径を有する第２の曲線を一部分含み、
    前記第１の半径は、前記第２の半径の最大３５％であることを特徴とするプラスチック容器。
21. 前記ヒンジ手段は、前記反転リングに形成された複数の溝を含むことを特徴とする請求項２０に記載のプラスチック容器。
22. 前記ヒンジ手段は、前記反転リングに形成された一連のくぼみの行および列を含むことを特徴とする請求項２０に記載のプラスチック容器。

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