JPH04201838A - 耐ストレスクラッキング性と自立安定性とを有する耐圧プラスチックボトル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、改善された底部構造を有する耐圧プラスチッ
クボトルに関するもので、より詳細には、耐ストレスク
ラツキング性と自立安定性との組合せに優れた耐圧プラ
スチックボトルに関する。

［従来の技術］ ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のようなプラス
チックを延伸ブロー成形して成るボトルは、＠量で耐衝
撃性と透明性とに優れており、しかも耐気体透過性にも
成る程度優れていることから、各種飲料、特にビールや
炭酸系飲料を収容するための容器として広く使用される
に至っている。

このボトルにおいて耐圧性の点で最も問題となる部分は
底部であり、底部をほぼ球面状とすることにより、耐圧
性を試写することが既に行われているが、この場合には
ボトルに自立性を与えるために、ボトルとは側御に成形
されたハカマ部品をホットメルト接着剤等により接合し
なければならないという製造工程上及び外観特性上の問
題がある。

ボトル底部に耐圧性と同時に自立性を与える底部構造も
既に多く提案されており、例えば特公昭４８−５７０８
号公報には、底部の少なくとも外周に交互に配置された
ほぼ球面状の谷部と、谷部よりも軸方向外方に突出して
支持面と接触する山ＩＩ（中空脚）とを備えた耐圧プラ
スチックボトルが記載されている。

また、特公昭６１−９１７０号公報には、底面を、中心
から外側に向って上昇傾斜した谷線で奇数等分し、１１
合った谷線ではさまれた部分を、谷線を延長した稜線を
形成し且つ先端を切りとって平坦な底面を形成した三角
錐台状に突出させることが記載されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記先行技術における提案は、耐圧プラスチックボトル
の底部に耐圧性と自立性とを賦与したものとして意義深
いものと認められるが、実際に炭酸ガスを含有する内容
物を充填し、ビン詰製品を流通過程に供した場合には、
以下に述べる問題を生じることが判った。

一般に、プラスチック成形品は、成る状況下では環境応
力亀裂（ＥＳＣ）を発生することが知られている。この
環境応力亀裂とは、その成形品に応力が残留しており、
しかも水分や各種気体等がその環境に存在している場合
に成形品中に亀裂（クラック）が発生する現象であり、
このような亀裂が発生すると、ボトル底部の機械的強度
等が低下して、耐圧性の著しい低下を来たし、ボトル内
圧が高い場合にはバースト（破裂）等の事故迄をも招き
かねないものである。

従来技術にみられる、はぼ球面部の谷部と谷部よりも軸
方向外方に突出した山Ｓ（脚部）とを交互に配置した底
部構造では、底部に応力が残留し、しかも未配向の底部
壁が熱結晶化して白化し易いために加熱による応力緩和
手段等はとりにくいこと、及び炭酸ガス含有内容物では
、圧力が４ｋｇ／ｃｍ２ゲージと高くしかも夏場では温
度も４０℃にも達し環境応力亀裂の著しく発生し易い条
件下におかれることから、この環境応力亀裂は重要な問
題であることが了解されよう。

他の一つの問題は、自立性とも関連するが、内容物を充
填°した状態での自立安定性乃至ボトルのロッキング性
である。ロッキング性とはボトル自体が自゛立性を有す
るとしても、支持面に加わる振動や僅かの横方向の応力
でビン詰製品があたかもロッキングチエアのように横方
向に振動乃至揺動を生じる現象である。このロッキング
現象は、底の山部＋１部（脚部）が底中心部に近い程生
じ易く、しかもこの脚部は容器内の圧力によって４−議
にも達する伸びを生じることから、そのレベルにほんの
僅かの誤差を生じても発生し易い。しかも炭酸ガス含有
内容物のビン詰では、圧力で底部中心が軸方向外方に突
出変形したり、或いは更にこの突出変形に伴って脚部自
体も変形することにより、−層顕著に生じる。このロッ
キングを生じると、ビン詰が支持面の振動等により倒れ
易くなり、内容物の濡出や落下による破損等のトラブル
を招くことになる。

従って、本発明は耐圧プラスチックボトルにおける上記
欠点を改善することを課題とし、耐ストレスクラツキン
グ性と自立安定性乃至耐ロッキング性との優れた組合せ
を有する底部構造の耐圧プラスチックホトを提供するに
ある。

本発明の他の目的は、延伸ブロー成形に際して所定の形
状、寸法の底形状への成形が容易に行われると共に、樹
脂あ厚みの分布も比較的滑らかであり、残留応力の少な
い底部構造の耐圧プラスチックボトルを提供するにある
。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、プラスチックの延伸ブロー成形で形成
され、且２底部の少なくとも外周に交互に配置された径
方向断面がほぼ球面状の谷部と、谷部よりも軸方向外方
に突出して支持面と接触する山部とを備えた耐圧プラス
チックボトルにおいて、前記谷部は周方向に交互に配置
された深い谷部と浅い谷部とから成ることを特徴とする
耐圧プラスチックボトルが提供される。

上記ボトルの底部構造において、底面に投影したとき、
深い谷部が浅い谷部に比して大きな谷部投影面積を有す
ることが特に望ましく、また深い谷部の径方向中心線と
山部の径方向中心線とがなす角度（α）が、浅い谷部の
径方向中心線と山部の径方向中心線とがなす角度（β）
よりも大であることが望ましい。

一般に、底部はその中心にほぼ水平な小径の円周面を有
していて、深い谷部及び浅い谷部並びに山部はそれらの
中心側においてこの円周面に滑らかに接続され、一方山
部はその頂部が位置する面を底面とし且つ前記円周面を
頂面とする切頭円錐面上に位置してのがよい、また、深
い谷部が位置する球面部の中心と頂部の外側面との距離
は前記球面部曲事半径の１．２乃至１．５倍であり、頂
部径と胴径との比は０．６５乃至０．８５であることが
好ましい。

［作用］ 本発明の耐圧プラスチックボトルは、プラスチックの延
伸ブロー成形で形成され、且つ底部の少なくとも外周に
交互に配置された径方向断面がほぼ球面状の谷部と、谷
部よりも軸方向外方に突出して支持面と接触する山部と
を備えているが、先ず底部における谷部を、周方向に交
互に配置された深い谷部と浅い谷部とから形成したこと
が顕著な特徴である０本明細書において、深い谷部と浅
い谷部とを周方向に交互に配置するとは、文言通り、深
い谷部と浅い谷部とが周方向に必ず隣合って存在する意
味であり、従って、底部における谷部或いは足部の数は
必ず偶数個であり、深い谷部と浅い谷部と必ず同数存在
する。例えば、６本足のボトル底部では、深い谷部と浅
い谷部とは５ｆｌＩずつ存在する。

本発明によれば、径方向新面がほぼ球面状の谷部を深い
谷部と浅い谷部とで交互に形成したことにより、ボトル
に内圧を印加したときのｊＩｓ変形を著しく減少させ、
底部の耐圧力を向上させ、しかも底部中央部と山部（脚
部）との接続部における応力集中を１滅することが可能
となる。添付図面第１ＷＡは、後述する実施例１に従い
、３個の深い谷部と３個の浅い谷部を交互に形成したボ
トル（曲線Ａ）と、従来量も優れた耐圧性と自立安定性
が得られると言われている５１１の深い谷部のみを設け
たボトル（曲線Ｂ）とについて、ボトル内圧とボトル底
部中心部の高さの減少率（元の高さを１とした値）との
関係をプロットした結果を示している。この１１１図は
、深い谷部と浅い谷部を交互に形成したボトルは、深い
谷部のみを設けたボトルに比して、ボトル中心部の外方
への突出変形が著しく少ない量に抑制されていると言う
驚くべき事実が明かとなる。即ち、これらの例のボトル
では、深い谷部が底部の同一球面上に位置するように設
けられていることから、全ての谷部が同一球面上に位置
している場合の方が、ボトル底部の耐圧性が大きく、底
部の変形も少ないと予想されるにもかかわらず、上記球
面に達しない浅い谷部を一つおきに交互に配置すること
により、むしろ大きな耐圧性、特に優れた耐圧変形性が
得られるのであって、これは全く予想外の知見であった
。

また１本発明のボトル底部及び従来の上記比較ボトル底
部について応力状態を分析したところ、従来のボトル底
部では、谷部に応力集中の程度が著しいのに対して１本
発明のボトル底部では、底部中心部分と谷部との接続部
に応力集中の程度がやや高いものの、谷部における応力
集中の程度は低いことが確認された０本発明のボトル底
部では。

応力の集中し易い場所が上記接続部近傍であり、しかも
前記の通り、中心部の突出変形の程度が少ないことと相
俟って、この容器は自立安定性、耐ロッキング性に優れ
ていることが分かった。更に。

ボトル底部において、環境応力亀裂の発生し易い場所は
、谷部の径方向中心線近傍の位置であるが。

本発明では、深い谷部の間に浅い谷部を介在させて応力
分散を計っていることと、前記の通り応力集中が底部中
心部分と谷部との接続部であることとによって、環境応
力亀裂の発生が著しく低減されるものである。

本発明のボトルの底部構造において、底面に投影したと
き、深い谷部が浅い谷部に比して大きな投影面積を有す
るようにすることにより、ボトルの耐圧力を増大させる
ことが可能となると共に、谷部への応力集中を一層報減
して、環境応力亀裂の発生をｓｖＲすることが可能とな
る。また、深い谷部の径方向中心線と山部の径方向中心
線とがなす角度（α）を、浅い谷部の径方向中心線と山
部の径方向中心線とがなす角度（β）よりも大きくする
ことにより、ボトルの底部に深い谷部と浅い谷部を、ボ
トル成形時に無理なく、従って残留応力を可及的に少な
くして、成形可能とし、耐ストレスクラツキング性と自
立安定性乃至耐ロッキング性とをバランスよく両立させ
ることが可能となる。

本発明の好適態様によれば、底部の中心にほぼ水平な小
径の円周面を設け、この円周面に対して深い谷部及び浅
い谷部並びに山部、をそれらの中心側において滑らかに
接続させたことにより、この円周の部分にネッキングが
固定されて山部も両替部も一様に延伸乃至薄肉化されて
、肉厚分布が一様になり易く、底部に応力が残留しにく
くなり、そのため環境応力亀裂の発生が一層有効に防止
されることになる。即ち、延伸ブロー成形に使用される
プリフォームは試験管状の丸底形状をしており、この底
中心は殆ど延伸されることなく、プリフォームの厚みと
なっている。延伸ブロー成形に際し、底部でも中心から
周辺に向けて次第に強く延伸されることになるが、実際
の底部の厚みは、傾向として中心から周辺に向けて厚み
が減少するとしても、その厚みの変化の度合は決して一
様ではなく、一般にネッキングと呼ばれる現象のために
厚みが急激に変化する部分があり、底形状が複雑になれ
ばなるほど、このネッキングが生じる位置の分布はまち
まちになる傾向があるが、本発明のこの態様によれば上
記作用によりこの欠点が解消される。

本発明の耐圧プラスチックボトルでは、深い谷部はほぼ
球面状の回転体表面に位置しているが。

前記山部はその頂部を含む水平面を底面とし且つ前記円
周面を直面とする切頭円錐面上に位置していることが望
ましい、即ち、このタイプの耐圧プラスチックボトルで
は、谷部が耐圧強度に最も強くかつ形状も最も安定な球
面をなしており、しかも支持面に対して脚と成る山部が
、バックリングによる変形に対して耐性の有る構造とな
っているため、脚をつけたにも関わらず底部が耐圧性に
特に優れたものとなっている。しかも山部がその頂部を
含む面を底面とし且つ前記円周面を頂面とする切頭円錐
面上に位置していることから、この山部はたとい□圧力
により変形しても、頂部の支持面に対する座りを損なう
ことがなく、耐ロッキング性に特に優れたものとなる。

更に、深い谷部が位置する球面部の中心と頂部の外側面
との距離を前記球面部曲率半径の　１゜２乃至１．５倍
とし、頂部径と胴径との比を０゜６５乃至０．８５とす
ることが本発明の目的に好ましい、前記球面部の中心と
頂部との距離の前記球面部曲率半径当りの倍率及び頂部
径と胴径との比が上記範囲よりも低いときは耐ロッキン
グ性の点で問題があり、上記範囲よりも高いときは耐環
境亀裂性の点で問題がある。

本発明によれば、上記作用が総合されて自立安定性乃至
耐ロッキング性、耐環境亀裂性、耐圧強度等に優れた耐
圧プラスチックボトルが提供されるのである。

［実施例］ 本発明の耐圧プラスチックボトルの全体の配置を示す第
２ｒＭにおいて、この耐圧プラスチックボトルは、筒状
の胴部１、′胴部の上端に接続された釣鐘状の肩部２、
肩部上方のサポートリング３、及びリング上方のノズル
部４を備えている。情状の胴部１の下端には、以下に詳
細に説明する底部５が設けられている。尚胴部と肩部と
の間、及び胴部と底部との間には、胴部に貼着されるラ
ベルに擦り傷が入るのを防止するため１段差部６，７が
設けられている。

本発明の耐圧プラスチックボトルにおける底形状は、第
３図（底側面図）、第４図（底下面図）、１１５図（底
上面図）、第６図（Ｉ！３図のｖｘ−ｖｒ断面図）、第
７図（ＩＦ４図の悴大Ａ−Ｃ及びＢ−Ｃ断面図）及び第
８図（拡大等高線底面図）に示すとおり、大まかにいっ
て、はぼ水平でほぼフラットな小径の円周面からなる底
部中心部８と、底部中心部８の少なくとも外周に交互に
配置されたほぼ球面状の深い谷部９ａと浅い谷部９ｂと
から戒っており、これらの青谷部９ａ、９ｂ間には、谷
部よりも軸方向外方に突出して支持面と接触する山部１
ｏを備えている。この円周面状の膨部中心部８に対して
上記深い谷部９ａ、浅い谷部９ｂ及び山部１０がそれら
の中心側において滑らかに接続されている。深い谷部９
ａの各々は、単一あるいは複数の円からなる共通の回転
体面上に位置しており、一方浅い谷部９ｂの各々も曲率
半径の異なる単一あるいは複数の円からなる共通の回転
体面上に位置している。浅い谷部９ｂが位置する回転体
−が、深い谷部９ａが位置する回転体面よりも底部外方
に膨出しているのは当然である。

図面に示す具体例において、山部１ｏは、頂部１１、頂
部１１よりも内側の内周面部１２、及び頂部１１よりも
外側の外周面部１３からなっている。即ち、山部１０は
その頂部１１を底面とし且つ前記円周面８を頂面とする
切頭円錐面上に位置している。山部と谷部との中間には
両者を滑らかに接続する接続部１４が存在する。接続部
の形状は、特に制限されないが、樹脂の厚みが一様にな
るように、直線、曲線或はこらの組合せで滑らかに傾斜
していることが好ましい。本発明の耐圧プラスチックボ
トルにおける底形状の立体的配置は。

第８図の等高線での下面図から容易に了解されよう。か
くして、本発明の耐圧プラスチックボトルでは、かなり
大きい円孤に配置された頂部１１による線接触によって
のみ、ボトルの支持面による支持が行われると共に、底
部中心部８が切頭円錐体の頂面に位置していることから
、底部が内容物による圧力により変形を生じたとしても
、座りが悪くなったり、ロッキングを生じたりすること
がない。

図面に示す具体例において、山部１０と谷部９ａ及び９
ｂとは各々６個ずつ交互に配置されているが、深い谷部
９ａと浅い谷部９ｂとは各々３個ずつ交互に配置されて
いる。この配置が最も好ましいが、山部及び谷部の配置
は、この配置以外に、４個或いは８個であってもよい、
深い谷部９ａが位置する回転体面の曲率半径（Ｒａ）と
浅い谷部９ｂが位置する回転体面の曲率半径（Ｒｂ）と
は、底部中心部中心からの角度が４０乃至５０度の辺り
で最も異なっているが、この位置で両者の比（Ｒｈ／Ｒ
ａ）は、１．０５乃至１．３の範囲にあるのが好ましい
、また、深い谷部９ａの径方向中心線と山部の径方向中
心線とがなす角度（α）を、浅い谷部９ｂの径方向中心
線と山部の径方向中心線とがなす角度（β）よりも大き
くするのがよく、一般に、両者の比（α／β）は、１乃
至２の範囲にあるのがよい。

本発明において、容器本体を構成する樹脂としては、ブ
ロー成形可能で延伸により子配向可能な熱可塑性樹脂で
あれば任意のもの用いることができる。このような樹脂
として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ
ブチレンテレフタレート等の熱可塑性ポリエステル；ポ
リカーボネート類；アクリル−ブタジェン−スチレン共
重合体（ＡＢＳ樹脂）；ポリアセタール樹脂；ナイロン
６、ナイロン６６、それらの共重合ナイロン等のナイロ
ン類；ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂；ア
イツタクチイック・ポリプロピレン；ポリスチレン等を
挙げることができる。これらの樹脂の内でも、エチレン
テレフタレート単位を主体とする熱可塑性ポリエステル
が容器としての諸特性から好ましい。

本発明において、ブロー用プリフォームの成形及び延伸
ブロー成形は、前述した特徴とする点を除けば、それ自
体周知の方法で実施することができる。例えば、ブロー
用プリフォームは、射出型中に前述した樹脂を射出し、
これを過冷却状態（非晶質状態）に冷却することにより
得られる。

このプリフォームをブロー成形するには、プリフォーム
を延伸温度に予備加熱した後、ブロー型中で軸方向に引
張り延伸すると共に、周方向に膨張延伸させる手段が採
用される。ＰＥＴの場合、延伸温度は一般に８０乃至１
３０℃の範囲内である。勿論、本発明の耐圧プラスチッ
クボトルを製造するには、用いるブロー金型として前述
した底形状と一致する形状のものを用いるのは当然であ
るが、本発明の底の構造では、プリフォームやブロー金
型に格別の温度制御操作を行わなくても底の肉厚の分布
が−様なものとなり、環境応力亀裂を防止できることが
本発明の利点の一つである。

以上の説明は、本発明の一実施例を示すものであり、本
発明は如何なる意味でもこの例に限定されない。例えば
、延伸ブロー成形としては、同時延伸ブローや逐次延伸
ブローのいずれでもよく。

またブロー成形後の容器を熱固定しうることも富業者に
は自明であろう。更に底形状も、本発明の精神を損なわ
ない範囲で種々の変更が可能なことが理解されるべきで
ある。

実施例１ ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）ｍｌプリフ
ォームを延伸温度に加熱して二軸延伸ブロー成形し、第
２乃至８図に示す形状の内容積的１５００ｃｃのボトル
を得た。

このボトルは、６個の山部、６個の谷部（３個の深い谷
部と３個の浅い谷部とを交互に配置）及び底部の中心に
径が１４ｍｍの水平な円周面を有し、各部の諸寸法は次
の通りであった。

Ｒａ　＝　４６　　ａｍ、 Ｒｂ　＝　５１　　ａｍ、 α　　＝３４　度、 β　　＝２６　度、 深い谷部の球面部の中心から頂面までの距離が深い谷部
の球面部の曲率半径の１．３倍、頂面の接地径が最大胴
部径の７１％であった。

比較例１ 底部に深い谷部５と山部５個とを交互に且つ対称に設け
る以外は実施例１と同様に成形して内容積的１５００ｃ
ｃのボトルを得た。

各部の諸寸法は次の通りであった。

Ｒａ　＝　４６　　ｍｍ、 α　　＝３６　度、 β　　＝３６　度、 上記実施例及び比較例のボトルについて、ボトル内圧を
変化させて、底部中心の高さの変形量を測定した結果は
１１１図の通りであり、実施例のボトル底部は耐圧変形
性、自立安定性において顕著に優れていた。

（発明の効果） 本発明によれば、径方向新面がほぼ球面状の谷部を深い
谷部と浅い谷部とで交互に形成したことにより、ボトル
に内圧を印加したときの底部変形を著しく減少させ、底
部の耐圧力を向上させ。

しかも底部中央部と山部（脚部）との接続部における応
力集中を軽減することが可能となり、これにより耐スト
レスクラッキング性と自立安定性乃至耐ロッキング性と
の優れた組合せを有する底部構造の耐圧プラスチックホ
トを提供することが可能となった。また、延伸ブロー成
形に際して所定の形状１寸法の底形状への成形が容易に
行われると共に、樹脂の厚みの分布も比較的滑らかであ
り、残留応力の少ない底部構造の耐圧プラスチッ□クボ
トルが提供された。

本発明の耐圧プラスチックボトルは上記特性に優れてい
ることから、自生圧力を有する内容物、例えばビール、
炭−人り清涼飲料、炭酸入り果汁飲料や窒素充填内容物
を充填し保存する包装容器として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、後述する実施例１に従い、３個の深い谷部と
３個の浅い谷部を交互に形成したボトル（Ａ）と、従来
量も優れた耐圧性と自立安定性が得られると言われてい
る５個の深い谷部のみを設けたボトル（Ｂ）とについて
、ボトル内圧とボトル底部中心部の高さの減少率（元の
高さを１とした値）との関係をプロットした結果を示す
線図、Ｉ！２図は本発明の耐圧プラスチックボトルの全
体の配置を示す側面図、 第３図は第２図のボトルの底側面図、 第４図は１！２図のボトルの底下面図。 第５図は１！２図のボトルの底上面図、３１６図は第３
図のｖｔ−ｖｔ断面図、１！７図は第４図の拡大Ａ−Ｃ
及°びＢ−Ｃ断面図、及び Ｉ！８図は第４図の拡大等高線底面図である。 １は胴部、２は肩部、３はサポートリング、４はノズル
部、５は底部、６．７は段差部、８は底部中心部、９ａ
は深い谷部、９ｂは浅い谷部。 １０は山部、１１は頂部、１２は内周面部、１３は外周
面部、１４は接続部。。 ｈの変化量（初期りをＯ，Ｓとする） Ｆｌ＆１　内圧とｈの変化量の関係 箪２図 □５ 第３図　　　　　　第４図 第５図　　　　　　篇６図 ＼ 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラスチックの延伸ブロー成形で形成され且つ底
   部の少なくとも外周に交互に配置された径方向断面がほ
   ぼ球面状の谷部と、谷部よりも軸方向外方に突出して支
   持面と接触する山部とを備えた耐圧プラスチックボトル
   において、 前記谷部は周方向に交互に配置された深い谷部と浅い谷
   部とから成ることを特徴とする耐圧プラスチックボトル
   。
2. （２）底面に投影したとき、深い谷部が浅い谷部に比し
   て大きな谷部投影面積を有する請求項（１）記載の耐圧
   プラスチックボトル。
3. （３）深い谷部の径方向中心線と山部の径方向中心線と
   がなす角度（α）が、浅い谷部の径方向中心線と山部の
   径方向中心線とがなす角度（β）よりも大であることを
   特徴とする請求項（１）記載の耐圧プラスチックボトル
   。
4. （４）前記底部は、その中心にほぼ水平な小径の円周面
   を有していて、深い谷部及び浅い谷部並びに山部はそれ
   らの中心側においてこの円周面に滑らかに接続され、前
   記山部はその頂部が位置する面を底面とし且つ前記円周
   面を頂面とする切頭円錐面上に位置していることを特徴
   とする請求項（１）記載の耐圧プラスチックボトル。
5. （５）深い谷部が位置する球面部の中心と頂部の外側面
   との距離は前記球面部曲率半径の１．２乃至１．５倍で
   あり、頂部径と胴径との比は０．６５乃至０．８５であ
   ることを特徴とする請求項（１）記載の耐圧プラスチッ
   クボトル。