JP4985938B2 - プラスチックボトルに内容液が充填された製品の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ペットボトル等のプラスチックボトルに液体飲料等の内容液が充填された製品の製造方法及びその製造装置に係り、詳しくは、高さを縮めて内容積を低減させることのできるプラスチックボトルに内容液を充填してなる製品の製造方法及びその製造装置に関する。

従来、所定部位を変形させて、例えば、底部の押出し及び押戻しによる高さ方向の伸縮によって内容積を変化させることのできるプラスチックボトル（例えば、ペットボトル）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなプラスチックボトルを用いて液体飲料の充填された製品が次のようにして製造される。

底部が押出された状態（最大内容積の状態）のプラスチックボトルに茶飲料等の高温の液体飲料が充填され、その状態でキャップが巻締められて当該プラスチックボトルが密封される。その後、そのプラスチックボトルの底部が内方に押し戻される。このような方法によれば、充填された液体飲料が冷める過程での当該液体飲料の収縮及びプラスチックボトルのヘッドスペース（空間）における水蒸気の凝集により当該プラスチックボトルの内圧が低下しようとしても、底部が押戻されてプラスチックボトルの容積が強制的に低減されるので、当該プラスチックボトルは所定の内圧（例えば、大気圧）に維持されるようになる。
特表２００６−５０１１０９号公報

ところで、前述したプラスチックボトルの高さの縮め量（変形量）は、充填すべき液体の温度に見合った量に決められる。即ち、この縮め量は、高温液体の充填されたプラスチックボトルが密封された状態でその液体が所定温度まで冷める間に収縮することや水蒸気の凝集に起因して低減する当該プラスチックボトルの内圧を補償し得るものとして決められる。従って、その縮め量に見合った温度より低い温度の液体を充填する場合、その液体が所定温度まで冷める間にプラスチックボトルの内圧が低減する量は前記縮め量に見合った温度の液体を充填する場合に比べて少ない。そのため、そのプラスチックボトルをそのまま高さ方向に縮めると（底部を押戻すと）内圧が大きくなりすぎて、すぐ高さ方向に伸びてしまい（底部が押出されてしまい）、正常な製品とならないおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、所定部位を変形させて内容積を低減させることのできるプラスチックボトルに充填する内容液の温度がその変形量に見合った温度より低い温度であっても、正常な製品の製造が可能となるプラスチックボトルに内容液が充填された製品の製造方法及びその製造装置を提供するものである。

本発明に係るプラスチックボトルに内容液が充填された製品の製造方法は、所定部位を変形させて内容積を低減させることのできるプラスチックボトルに内容液を充填してなる製品の製造方法であって、最大内容積の状態の前記プラスチックボトルに内容液を充填する工程と、前記内容液の充填された前記プラスチックボトルの胴部を押して当該プラスチックボトルの容積を低減させる工程と、前記容積が低減させられた状態の前記プラスチックボトルを蓋にて密封する工程と、密封された前記プラスチックボトルの前記所定部位を変形させてその内容積を低減させる工程とを有し、前記プラスチックボトルの容積を低減させる工程は、前記プラスチックボトルに充填される内容液の温度に応じて前記プラスチックボトルの前記胴部の押し量を変える構成となる。

このような構成により、最大内容積の状態で内容液の充填されたプラスチックボトルは、その胴部が押されて容積が低減された状態で蓋により密封されるので、充填される内容液の温度が前記プラスチックボトルの所定部位の変形量に見合った温度より低くて密封後の冷める過程でその内容液の実際に収縮する量が少なくても見かけ上の収縮量が増大するようになる。従って、その密封されたプラスチックボトルの所定部位を変形させた際にその内圧が高くなりすぎることを防止することができる。

また、本発明に係るプラスチックボトルに内容液が充填された製品の製造装置は、所定部位を変形させて内容積を低減させることのできるプラスチックボトルに内容液を充填してなる製品の製造装置であって、最大内容積の状態の前記プラスチックボトルに内容液を充填する充填装置と、前記内容液の充填された前記プラスチックボトルの胴部を押して当該プラスチックボトルの容積を低減させる機構と、前記容器が低減させられた状態の前記プラスチックボトルを蓋にて密封する機構と、密封された前記プラスチックボトルの前記所定部位を変形させる機構とを有し、前記プラスチックボトルの容積を低減させる機構は、前記プラスチックボトルに充填される内容液の温度に応じて前記プラスチックボトルの前記胴部の押し量を変える構成となる。

本発明に係るプラスチックボトルに内容物が充填された製品の製造方法及びその製造装置によれば、プラスチックボトルに充填される内容液の温度がそのプラスチックボトルの所定部位の変形量に見合った温度より低くて密封後の冷める過程で十分な収縮等がなくても、その密閉前にプラスチックボトルの胴部を押して内容液の見かけ上の収縮量を増大させているので、密閉後にプラスチックボトルの所定部位を変形させても内圧が高くなりすぎることを防止することができ、その結果、正常な製品を製造することができるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の一形態にかかるプラスチックボトルに内容液の充填された製品の製造方法及びその製造装置について、図１乃至図３を参照して説明する。

所定部位を変形させて内容積を低減させることのできるプラスチックボトルは、例えば、図１（ａ）、（ｂ）、に示すように構成される。このプラスチックボトルは、底部を押し入れて変形させ、全体の高さを縮めることによりその内容積を低減させるようになっている。

このプラスチックボトル１０は、例えば、ＰＥＴ製のプリフォームをブロー成形することにより製造され、当初、図１（ａ）に示すように、底部１１が外方に向けて山形状に突出した状態となっている。この状態で、プラスチックボトル１０の高さが最大値ＨＨとなってその内容積が最大となる。この底部１１が外方に向けて突出した状態から、例えば、ロッド棒がその底部１１の外面を押して当該底部１１を押入れることにより、図１（ｂ）に示すように、プラスチックボトル１０の底部１１が内方に向けて引込んだ通常の状態となる。この状態で、プラスチックボトル１０は、底部１１の周縁部が接地して自立できるようになり、その高さが通常値ＨＬとなってその内容積が通常のものとなる。なお、図１（ａ）、（ｂ）において、プラスチックボトル１０の首部には外方にフランジ状に突出するネックリング１２が形成されている。

プラスチックボトル１０の当初の形状（ブロー成形直後の形状）は、図１（ａ）に示すように、底部１１が外方に突出したものではなく、図１（ｂ）に示すように、底部１１が内方に引込んだものであってもよい。この場合、例えば、ロッド棒がその底部１１の内面を押して当該底部１１を押出すことにより、図１（ａ）に示すように、その底部１１を外方に突出させた状態にすることができる。

前記プラスチックボトル１０の底部１１の押出し及び押戻し量Δ（ＨＨ−ＨＬ）、即ち、底部１１の変形量（高さ方向の伸縮量）は、比較的高い所定温度（例えば、８５℃）の液体を充填して密封した状態でその液体が比較的低い所定温度（例えば、常温）まで冷める間に収縮することや水蒸気の凝集に起因して低減する当該プラスチックボトル１０の内圧を補償するものとして決められる。以下、前記比較的高い所定温度（例えば、８５℃）をプラスチックボトル１０の縮み量（底部１１の変形量）に見合った温度という。

前述したような構造のプラスチックボトルを用いて、次のようにして飲料液の充填された製品が製造される。

図２（ａ）に示すように、底部１１が突出して最大内容積の状態（図１（ａ）参照）となった各プラスチックボトル１０は、そのネックとリング１２がガイドバー５０によってガイドされて吊り下げられた状態で搬送される（ネック支持搬送）。そして、このようにして搬送されるプラスチックボトル１０が充填装置（図示略）に至ると、その最大内容積の状態となるプラスチックボトル１０が充填装置にセットされる。充填装置では、図２（ｂ）に示すように、ノズル５１がプラスチックボトル１０の内部に挿入され、そのノズル５１から、当該プラスチックボトル１０の縮み量（Δ＝ＨＨ−ＨＬ）に見合った温度（例えば、８５℃）より低い温度（例えば、６０℃）の飲料液２０が噴出されてプラスチックボトル１０に溜まっていく（内容液充填）。飲料液２０が所定の量だけ溜まると飲料液２０のノズル５１からの噴出が止められ、図２（ｃ）に示すように飲料液２０の充填が完了する（内容液充填完了）。

次いで、飲料液２０の充填されたプラスチックボトル１０は、キャップ巻締め機（図示略）まで搬送される。このキャップ巻締め機は、プラスチックボトル１０の口部にキャップを巻締める機構のほか、そのプラスチックボトル１０の胴部を所定量だけ押してプラスチックボトル１１の容積を低減させる押し機構を有している。飲料液２０の充填されたプラスチックボトル２０がキャップ巻締め機にセットされると、まず、図３（ａ）に示すように、押し機構の押板６０ａ、６０ｂがプラスチックボトル１１の胴部を挟み込んでその胴部を押す（胴部押圧変形）。これにより、プラスチックボトル１１の容積が低減され、充填された飲料液２０の入り目線が相対的に上昇する。

この押し機構の押板６０ａ、６０ｂが胴部を押す量は、プラスチックボトル１０の縮み量に見合った温度（例えば、８５℃）と実際に充填される飲料液２０の温度（例えば、６０℃）との差を考慮して決められるものであって、プラスチックボトル１１の縮み量（Δ＝ＨＨ−ＨＬ）と、実際に充填される飲料液２０が密封されたプラスチックボトル１０内で常温まで冷める間に収縮し、また、水蒸気がその間に凝集して当該プラスチックボトル１０の容積が低減すると見込まれる量との差に基づいて決定される。

前述したように押板６０ａ、６０ｂにて胴部が挟まれてその容積が低減されたプラスチックボトル１０は、その状態を維持しつつ口部にキャップ（蓋）１５が巻締められて密封される（キャップ巻締め）。その後、飲料液２０が充填されて密封されたプラスチックボトル１０は、押板６０ａ、６０ｂによる胴部の挟み込みから開放され、冷却される（自然冷却であっても強制冷却であってもよい）。この冷却の過程で飲料液２０が収縮し、また水蒸気が凝集してプラスチックボトル１０の内圧が低減していく。

次いで、キャップ１５が巻締められて密封されたプラスチックボトル１０は、押戻し機まで搬送され、図３（ｃ）に示すように、押戻し機の基台５３にセットされる。基台５３には上下方向に延びる通孔が形成され、ロッド棒５２が該通孔内を摺動可能となり、ロッド棒５２の先端部が基台５３のセット面から出没するようになっている。密封されたプラスチックボトル１０が押戻し機の基台５３にセットされると、ロッド棒５２がそのセット面から突出し、ロッド棒５２の先端がプラスチックボトル１０の山形状となる底部１１の略中央部を押し込む。その結果、底部１１がプラスチックボトル１０内に押し入れられ（押戻され）、プラスチックボトル１０の高さが縮められる（底部押戻し）。このように底部１１が押し入られることにより、プラスチックボトル１０は自立可能な状態となり、プラスチックボトル１０に飲料液２０が充填された製品が完成する。

前述したような方法及び装置によれば、底部１１が外方に突出して最大内容積の状態で飲料液２０の充填されたプラスチックボトル１０は、その胴部が押されて容積が低減された状態でキャップ１５が巻締められて密封されるので、充填される飲料液２０の温度（例えば、６０℃）がプラスチックボトル１０の高さの縮め量（Δ＝ＨＨ−ＨＬ）に見合った温度（例えば、８５℃）より低くて密封後の冷める過程でその飲料液２０の実際に収縮する量が少なくても見かけ上の収縮量が増大するようになる。従って、その密封されたプラスチックボトル１０の底部１１が押し入れられてその高さが縮められた際にその内圧が高くなりすぎることを防止することができる。その結果、内圧の上昇によって底部１１が再び押出されてしまうこともなく、正常な製品を製造することができる。

更に、前述した方法及び装置において、充填される飲料液２０の温度（プラスチックボトル１０の縮み量に見合った温度より低い温度）に応じて、押し機構（押板６０ａ、６０ｂ）によるプラスチックボトル１０の密封前の胴部の押し量を変えることにより、充填される飲料液２０の温度がどのようなものであっても正常な製品を製造することができる。従って、同じ仕様のプラスチックボトル１０を充填に適した温度の異なる複数の種類の飲料液２０に対して共通的に使用することが可能となる。

以下に実験例を比較例とともに示す。

（比較例）
最大内容量が５３５ｍｌ、底部の押入れによる減容量が３０ｍｌに設計されたＰＥＴボトルを用いた。底部を押出して最大内容積の状態となる前記ＰＥＴボトルに高温（８５℃）の内容液を５００ｇ（５１６ｍｌ）充填し、プラスチックキャップによって密封し、２５℃に冷却した後（内容液５０１ｍｌ）、底部を押し入れた（密封後に胴部を押して容積を低減させることはしなかった）。
内容液の収縮分約１５ｍｌとヘッドスペースの水蒸気凝縮分約１４ｍｌが底部の押入れによってほとんど吸収され（＋１ｍｌ分の陽圧）、５℃（内容液５００ｍｌ）においてＰＥＴボトルの内圧が略大気圧と同じとなった。

（実験例）
前記比較例で用いたＰＥＴボトルと同じ仕様のＰＥＴボトルを用いた。底部を押出して最大内容積の状態となる前記ＰＥＴボトルに３０℃の内容液５００ｇ（５０２ｍｌ）を充填し、その胴部を両側からそれぞれ１０ｍｍずつ押して（合計２０ｍｍ）容積を２８ｍｌ低減させた状態（ＰＥＴボトルの内容積が５０７ｍｌの状態）でキャップを巻締めて密封し、その直後に底部を押し入れた（＋２ｍｌ分の陽圧）。
５℃（内容液５００ｍｌ）においてＰＥＴボトルの内圧が略大気圧と同じとなった。

なお、本発明は、前述した各例に限定されるものではない。容器（ボトル）の高さを変更して内容積を低減させる構造は、底部の押出し及び押入れによるものに限らず、胴部に蛇腹部分を形成し、その蛇腹部分を伸縮させることによるものでもよい。また、底部を上げ底構造とし、容器の全高を変化させることなく、その上げ底構造の底部を高さ方向に変形させることにより容器の内容積を変化させるようにすることもできる。更に、ボトルを密封する前に胴部を押して容積を低減させる機構も、前述したように２つの押板６０ａ、６０ｂが均等に胴部を押すものではなく、１つの押板が胴部を壁部等に押さえつけるような構成であってもよい。

以上、説明したように、本発明に係るプラスチックボトルに内容物が充填された製品の製造方法は、高さを縮めることのできるプラスチックボトルに充填する内容液の温度がその縮め量に見合った温度より低い温度であっても、正常な製品の製造が可能となるという効果を有し、ペットボトル等のプラスチックボトルに液体飲料等の内容液が充填された製品の製造方法及びその製造装置として有用である。

本発明の実施の一形態に係る製造方法及び製造装置に用いられるプラスチックボトルの最大内容積となる状態（ａ）と、通常の状態（ｂ）とを示す図である。 本発明の実施の一形態に係る製造方法に従った手順（その１）を示す図である。 本発明の実施の一形態に係る製造方法に従った手順（その２）を示す図である。

符号の説明

１０ プラスチックボトル
１１ 底部
１２ ネックリング
１５ キャップ
２０ 飲料液
５０ ガイドバー
５１ ノズル
５２ ロッド棒
５３ 基台
６０ａ、６０ｂ 押板

Claims (2)

1. 所定部位を変形させて内容積を低減させることのできるプラスチックボトルに内容液を充填してなる製品の製造方法であって、
   最大内容積の状態の前記プラスチックボトルに内容液を充填する工程と、
   前記内容液の充填された前記プラスチックボトルの胴部を押して当該プラスチックボトルの容積を低減させる工程と、
   前記容積が低減させられた状態の前記プラスチックボトルを蓋にて密封する工程と、
   密封された前記プラスチックボトルの前記所定部位を変形させてその内容積を低減させる工程とを有し、
   前記プラスチックボトルの容積を低減させる工程は、前記プラスチックボトルに充填される内容液の温度に応じて前記プラスチックボトルの前記胴部の押し量を変えることを特徴とするプラスチックボトルに内容物が充填された製品の製造方法。
2. 所定部位を変形させて内容積を低減させることのできるプラスチックボトルに内容液を充填してなる製品の製造装置であって、
   最大内容積の状態の前記プラスチックボトルに内容液を充填する充填装置と、
   前記内容液の充填された前記プラスチックボトルの胴部を押して当該プラスチックボトルの容積を低減させる機構と、
   前記容器が低減させられた状態の前記プラスチックボトルを蓋にて密封する機構と、
   密封された前記プラスチックボトルの前記所定部位を変形させる機構とを有し、
   前記プラスチックボトルの容積を低減させる機構は、前記プラスチックボトルに充填される内容液の温度に応じて前記プラスチックボトルの前記胴部の押し量を変えることを特徴とするプラスチックボトルに内容液が充填された製品の製造装置。

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