JP6802631B2 - 液体容器 - Google Patents

Description

本発明は、点眼容器などの液体容器に関し、特にバイオマスプラスチック製の液体容器に関する。

近年、地球温暖化対策としてバイオマスプラスチックの利用範囲の拡大が注目されている。バイオマスプラスチックスは未だ世界的に統一された定義はないが、日本バイオプラスチック協会においては、「原料として再生可能な有機資源由来の物質を含み、化学的又は生物学的に合成することにより得られる分子量（Ｍｎ）１０００以上の高分子材料（科学的に未修飾な非熱可塑性天然有機高分子材料は除く）」と定義されている。

かかるバイオマスプラスチックの原料となるバイオマスは、潤沢に均一な品質のものが得られるトウモロコシやサトウキビなどから取り出される糖類が主である。バイオマスは燃焼させると炭酸ガスが発生するが、その炭素はもともと大気中に存在していたものを植物が体内に吸収したものであるため、バイオマスが燃焼しても大気中の炭酸ガスは増加しない。したがって、プラスチック製品を化石燃料由来のものからバイオマス由来のものへ転換していくことは、地球温暖化対策に有用であると考えられている。

しかし、現状において植物由来のバイオマスポリエチレンやバイオマスポリプロピレンの生産量は世界的にみても限られている。中南米最大の石油化学メーカーであるBraskem S.A.の主要製品生産量は、化石燃料由来ポリエチレンが約３００万トンであるのに対し、植物由来ポリエチレンは僅か２０万トン程度に過ぎない。

生産量が少ないが故に、市場に供給されている植物由来ポリエチレンのグレードの選択肢も限られており、化石燃料由来ポリエチレンと同等性能の植物由来ポリエチレンを入手することができない場合が多い。

本願出願人は、従前より点眼容器の開発・製造を行っているところ、点眼容器は薬効を維持するために高いレベルでの空気バリア性および水蒸気バリア性が求められるとともに、キャップ封止時の密封性、内用液の目視確認のための透明性、内用液の投与のための良好なスクイズ性など、さまざまな物性が高いレベルで求められることから、従来は比較的ストレスに強い化石燃料由来プラスチックを用いていた。

なお、本願出願前に本願出願人及び代理人が知っている文献を下記に示す。

特開平１１−１６９２３０号公報 実開昭６２−４２５４８号公報 特開２０１５−１６８７１号公報 特開２０１２−１１０５９１号公報

特許文献１は、育毛剤などのアルコール含有量６０％以上の揮発性液剤用の容器であって、口部を有する容器本体と、口部に内嵌されるとともに吐出用ノズルを有する中栓と、口部外周に着脱自在に螺着されるキャップとを備えている。キャップには、キャップを口部に螺着したときにノズルの先端開口に嵌まり込む凸部（１２）と、中栓のフランジ部の上面に当接して容器口部を水密に封止する液漏れ防止用の筒状のコンタクトリング（１３）とが設けられている。このコンタクトリングは、フランジ部を水密に押さえつけることによって、容器本体が倒れたりした時の液漏れ防止と、内用液剤中のアルコールなどの揮発成分の容器外への蒸発防止とを行うために設けられている。すなわち、特許文献１に開示された容器では、コンタクトリングとフランジ部との接触によって液漏れ防止が行われるものであり、凸部（１２）は、ノズル先端のスリット（８）を開くためにノズルに嵌まり込むようになされている。

特許文献２は、容器本体の口部に、ゴム製の中栓を内嵌するとともに、外周にキャップが螺着された液体容器が開示されている。中栓にはガラス管などからなるノズル（透明細管）が設けられており、このノズルを中栓で弾性的に保持している。したがって、キャップ天面に設けた凸部（１６）によってノズル先端を押し込むようにキャップを螺着すると、ゴムの反発力によりノズル先端とキャップの凸部とが押圧されて、液漏れが防止されるようになっている。また、中栓にはフランジ部が設けられており、キャップがフランジ部上面に当接することによってこの部分における液漏れ防止が図られている。

特許文献３は、容器本体と、容器本体の口部に装着される中栓と、口部に着脱自在に装着されるキャップとを備えた点眼容器が開示されている。中栓は、ノズル部と、フランジ部とを備えている。キャップは、ノズル部の先端開口を閉じる突栓部と、フランジ部を押圧して口部の上端面に圧接させる押圧部とを有しており、容器本体に液剤を充填して、中栓及びキャップを口部に装着して高圧蒸気滅菌を施すと、フランジ部が口部の上端面に接着されるようになっている。

特許文献４は、本願出願人の従前の化石燃料由来プラスチックを用いた点眼容器が開示されており、容器本体の口部にはノズル孔を有する中栓が内嵌されるとともに、口部外周にキャップが螺着される。キャップは、口部に螺合する筒状部と、該筒状部の上端部に一体的に設けられた円錐状部とを備え、この円錐状部の頂部下面に、ノズル孔に嵌合する凸部が設けられている。中栓は鍔部を有し、キャップは、図面に記載した構造では、所定の締め付けトルクでキャップを締め付けることによりキャップの上記凸部によりノズル孔の先端開口を液密状に封止した状態で鍔部から大きく離間させている。これは、従来の化石燃料由来プラスチックの場合、ノズル孔の液密性確保を優先して凸部がノズル孔先端部に強く押し付けられるようにするためである。なお、キャップを鍔部上面に密着させてもよい旨を記載しているが（段落番号００２９）、特許文献４の出願時はノズル部の弾性変位は考慮しておらず、凸部がノズル孔先端部に密着するのと同時にキャップが鍔部上面に密着するようにしてもよい旨の記載である。

本願出願人は、点眼容器などの液体容器をバイオマスプラスチック製に転換するために種々の試験研究を行っているところ、化石燃料由来ポリエチレンを用いて製造していた構造のままバイオマスポリエチレンを用いて点眼容器の中栓及びキャップを試作して、キャップを所定の締め付けトルクで締め付け後に長期保管試験を行ったところ、中栓のノズル先端部及び／又はキャップ天面の中央部及び／又はコーナー部に脆性破壊によるストレスクラックが発生した。

本発明は、液体容器としての機能性を従来の化石燃料由来ポリエチレン製のものと同等としつつも、上記ストレスクラックを改善したバイオマスプラスチック製液体容器を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、次の技術的手段を講じた。

すなわち、本発明は、口部を有する容器本体と、前記口部に取り付けられる中栓と、前記口部に着脱自在に螺着されるキャップとを備え、前記中栓は、前記口部の開口端面に係合するフランジ部と、前記口部の軸方向に沿って先端側に延びるノズルとを備え、該ノズルはその軸心部に液体流通孔が設けられ、前記キャップは、前記口部に完全に螺着された状態で前記ノズルの前記液体流通孔の先端開口部に当接して該先端開口部を液密状に封止する凸部を備える液体容器において、
前記キャップは、前記口部に完全に螺着された状態で前記フランジ部に先端側から係合する係合部をさらに備えており、
前記キャップを前記口部に螺着していく際に前記凸部が前記先端開口部に丁度当接した不完全螺着状態のとき前記係合部と前記フランジ部との間に所定のクリアランスが生じるように前記係合部が形成されており、
前記キャップが前記口部に完全に螺着された状態は、前記不完全螺着状態から前記キャップをさらに追加的に締め込むことにより前記係合部が前記フランジ部に圧接した状態であるとともに、前記凸部により基端側へ押圧されることにより前記ノズルの前記先端開口部に前記クリアランスに相当する変位量の基端側への弾性変位が生じた状態であることを特徴とするものである。

かかる本発明の液体容器によれば、キャップを完全に螺着した状態とするための所定の締め付けトルクでキャップを締め込んでも、不完全螺着状態以降はフランジ部に対する係合部の押圧力の上昇によって追加的な締め込みによって生じる応力を主として負担し、不完全螺着状態以降はノズル先端部に対するキャップの凸部の押圧力は殆ど上昇しない。したがって、ノズル先端部に生じる応力をクリアランスの量によって調整でき、完全螺着状態でノズル先端部に生じる応力をバイオマスプラスチックにおける許容応力範囲内に抑えることによって、長期保管時のノズル先端部のストレスクラック発生を防止できる。

なお、上記特許文献２に開示された容器では、ゴム製中栓にガラス製ノズルを保持させた構成であり、ゴム製製品の成形精度はプラスチック製製品ほどには高くないとともに、ゴム製中栓の比較的大きな変形によって弾性反発力を生じさせようとするものであるから、キャップは、ノズル先端部とフランジ部とにほぼ同時に係合するという技術的思想に立脚するものである点で、上記クリアランスを厳密に設計して当該クリアランスに相当する変位量のバイオマスプラスチックにおける許容応力範囲内での弾性変形をノズルに生じさせる本発明とは技術的思想を異にするものである。すなわち、特許文献２に開示された容器では、キャップの締め込みトルクが大きくなればなるほどゴム製中栓が変形量が大きくなってノズル先端部の応力は上昇していく。

上記本発明の液体容器において、前記キャップは、内面がドーム状に湾曲する頂部を有し、該頂部の中央部に前記凸部が設けられており、これにより前記凸部に作用する外力による前記凸部周辺の応力集中が緩和されるものであってよい。これによれば、キャップの凸部周辺の応力集中を緩和して、完全螺着状態での長期保管時にキャップ天面の中央部やコーナー部にストレスクラックが生じることを回避できる。

また、前記中栓及び／又は前記キャップはバイオマスプラスチック製とすることができる。中栓及びキャップの両方をバイオマスプラスチック製とする場合、キャップを比較的硬質のバイオマスプラスチックで構成することによって、キャップの操作感とノズル先端開口部の密封性能の安定性を確保することができる。

前記クリアランスは、中栓及びキャップの各部の寸法に応じて設計できるが、例えば、一般的なサイズの点眼容器の場合、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満とすることができる。なお、比較的大きな容器の場合には、クリアランスは０．３ｍｍ以上であってよく、上記した本発明の作用が生じるのであれば１ｍｍを超えていてもよい。

上記本発明の液体容器の容器本体内に液体を充填するとともに、前記容器本体の口部にキャップを所定の締め付けトルクで螺着することにより前記口部に前記キャップが完全に螺着された状態で保管することを特徴とする液体容器の保管方法によれば、締め付けトルクが大きくても中栓及び／又はキャップに生じる内部応力が低減され、中栓及び／又はキャップをバイオマスプラスチック製とした場合でも、長期保管時のストレスクラックが生じることを防止できる。

本発明によれば、従来の化石燃料由来ポリエチレン製のものと同等の密封性能および操作感が得られるものでありながら、中栓及び／又はキャップをバイオマスプラスチック製とした場合においても長期保管時のストレスクラックが生じることを防止できる。

本発明の一実施形態に係る点眼容器のキャップ完全螺着状態の縦断面図である。 同点眼容器のキャップ不完全螺着状態の縦断面図である。 クリアランス０．１ｍｍ、締め付けトルク５０Ｎ・ｃｍの場合の応力状態図である。 クリアランス０．２ｍｍ、締め付けトルク５０Ｎ・ｃｍの場合の応力状態図である。 クリアランス０．３ｍｍ、締め付けトルク５０Ｎ・ｃｍの場合の応力状態図である。 比較例の応力状態図である。 本発明の別の実施形態に係る点眼容器の縦断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る液体容器としての点眼容器を示している。該点眼容器は、上端部に口部１を有するボトル２（容器本体）と、口部１内に上方から嵌め込まれる中栓３と、口部１に着脱自在に螺着されるキャップ４とを備えている。口部１外周には雄ねじ部が形成されている。

中栓３は、植物由来のバイオマスポリエチレン製（例えば低密度ポリエチレン製）であって、口部１に内嵌される筒状基部３ａと、口部１の開口端面（口上面）に係合するフランジ部３ｂと、軸心部に液体流通孔を有する管状に構成されたノズル部３ｃとを備えて一体成形されている。ノズル部３ｃは口部１の軸方向に沿って先端側へ向けて延設されている。ノズル部３ｃの液体流通孔は、先端側に至るにしたがって徐々に大径となされており、ノズル部３ｃの先端開口部における孔径が最も大きい。ノズル部３ｃの先端部の外周縁はなだらかな曲面に形成されている。また、ノズル部３ｃは、その軸中央部が接続部３ｄを介してフランジ部３ｂに一体に接続されており、該接続部３ｄはダイアフラムのように径方向内方に至るにしたがって先端側へ突出された構造を有している。

キャップ４は、中栓３を構成するバイオマスポリエチレンよりも硬質の植物由来のバイオマスポリエチレン製（例えば高密度ポリエチレン製）であって、口部１の外周を覆う筒状部４ａと、該筒状部４ａの上端部に一体的に設けられたドーム状部４ｂ（頂部）とからなる。筒状部４ａの内周面には、口部１の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が設けられている。筒状部４ａとドーム状部４ｂの接続部位の内側には、中栓４のフランジ部３ｂの上面に対向する係合面を有する係合段部４ｃ（係合部）が設けられている。この係合段部４ｃは、キャップ４を所定の締め付けトルクで口部１に対して締め込んだ完全螺着状態で、フランジ部３ｂに対して圧接される。

ドーム状部４ｂはその内面がドーム状に湾曲するものであり、本発明においては外周面形状はドーム状でなくともよい。また、ドーム状部４ｂの最頂部の内面中央には、完全螺着状態でノズル部３ｃの先端開口部に当接して該先端開口部を液密状に封止する凸部４ｄが設けられている。この凸部４ｄは、液体流通孔の先端開口径よりも大きな丘状の湾曲部によって形成されており、液体流通孔に内嵌されるものではなく、液体流通孔の先端開口縁に全周にわたって圧接することによって先端開口を液密状に密封するものである。

キャップ４の係合段部４ｃは、図２に示すように、キャップ４を口部１に螺着していく過程で、凸部４ｄがノズル部３ｃの先端開口部に丁度当接した不完全螺着状態のとき、係合段部４ｃとフランジ部３ｂとの間に所定のクリアランスｄが生じるように凸部４ｄに対する位置関係が設定されている。

上記クリアランスｄの量は、本願発明者らの試験研究によれば、フランジ３ｂから先端側へのノズル３ｃの突出量が数ｍｍ程度の一般的なサイズの点眼容器の場合、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満とすることが好ましく、より好ましくは、０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ未満とするのが良い。

図１に示すキャップ完全螺着状態は、図２に示す不完全螺着状態からキャップ４をさらに追加的に所定の締め付けトルクで締め込むことにより係合段部４ｃがフランジ部３ｂに圧接した状態である。さらに、キャップ完全螺着状態は、凸部４ｄにより基端側へ押圧されることによりノズル部３ｃの先端開口部を基端側へ弾性変位させた状態であって、その弾性変位量は、実質的に上記クリアランスｄと等しい。好ましくは、所定の下限トルク（例えば２０Ｎ・ｃｍ）未満でキャップを締め込んでも、係合段部４ｃがフランジ部３ｂに圧接されないようにし、この下限トルクでキャップを締め込んだときに係合段部４ｃがフランジ部３ｂに丁度密着して、この状態からさらに追加的に下限トルクを超える締め付けトルクで締め込むことによって、係合段部４ｃがフランジ部３ｂに圧接した状態とする。

図３〜図５は、５０Ｎ・ｃｍの締め付けトルクでキャップを締め込んだ場合であって、上記クリアランスｄを０．１ｍｍ、０．２ｍｍ及び０．３ｍｍに設定した場合の、それぞれの応力解析シミュレーション結果を示している。また、図６は、係合段部を設けない場合の同様の解析結果を対比のために示している。なお、当該シミュレーションにおいては、ねじ部の構造を簡素化し、キャップ４の筒状部４ａに、締めトルク５０Ｎ・ｃｍによって筒状部４ａに生じる荷重を下方に向けて作用させるとともに、口部１にその反力として上方に向く荷重を作用させている。

図６から明らかなように、係合段部を設けない場合には、締め付けトルクのほぼすべてがノズル先端に作用し、ノズル部に作用する荷重は１００Ｎを超え、その最大応力値は２７．０ＭＰａとなった。

一方、クリアランスｄを０．１ｍｍに設定した本実施形態に係る点眼容器では、図３に示すように、ノズル部の荷重は２５Ｎまで低下するとともに、その最大応力値（この場合は筒状基部３ａとフランジ部３ｂとの接続部付近の応力）も１７．９ＭＰａに抑えられた。ただし、この場合、ノズル部３ｃの先端部とキャップの凸部４ｄとの接触圧が若干不足ぎみとなり、液剤の浸透性や粘性によってはノズル先端開口からの液剤漏れが危惧される状態となった。

また、クリアランスｄを０．２ｍｍに設定した本実施形態に係る点眼容器でも、図４に示すようにキャップ４及び中栓３のいずれの部位にも過大な応力集中は見られず、ノズル部荷重は５０Ｎ、最大応力値（この場合は筒状基部３ａとフランジ部３ｂとの接続部付近の応力）は１４．７ＭＰａとなった。この場合、ノズル部３ｃの先端部とキャップの凸部４ｄとの接触圧も必要十分であり、ノズル先端開口の密封性も良好なものとなった。

また、クリアランスｄを０．３ｍｍに設定した場合でも、図５に示すようにキャップ４及び中栓３のいずれの部位にも係合段部を設けない場合のような過大な応力集中は見られなかったが、ノズル部荷重は７２Ｎまで上昇し、この場合はノズル部３ｃの先端部に最大応力が生じ、その最大応力値も２０．９ＭＰａまで上昇した。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、キャップ及び係合部の形状ないし構造は適宜のものであってよく、図７に示すように、キャップ４は、全体にわたってほぼ円筒構造とされるとともに外装筒部とねじ筒部の二重筒構造とされ、ねじ筒部の内側で天板部から係合筒部４ｅ（係合部）が突設されて、この係合筒部４ｅが、二段構造とされたフランジ部３ｂの上段に上方から係合されていてよい。また、ねじ筒部と天板部との接合部における応力集中を緩和するため、ねじ筒部の内側で天板部とねじ筒部との接続部の内面を図７に示すようにドーム状に湾曲させることができる。

また、キャップ及び／又は中栓の成形材料として、適宜の植物由来のバイオマスプラスチックを用いることができる。

Claims (6)

1. 口部を有する容器本体と、前記口部に取り付けられる中栓と、前記口部に着脱自在に螺着されるキャップとを備え、前記中栓は、前記口部の開口端面に係合するフランジ部と、前記口部の軸方向に沿って先端側に延びるノズルとを備え、該ノズルはその軸心部に液体流通孔が設けられ、前記キャップは、前記口部に完全に螺着された状態で前記ノズルの前記液体流通孔の先端開口部に当接して該先端開口部を液密状に封止する凸部を備える液体容器において、
   前記キャップは、前記口部に完全に螺着された状態で前記フランジ部に先端側から係合する係合部をさらに備えており、
   前記キャップを前記口部に螺着していく際に前記凸部が前記先端開口部に丁度当接した不完全螺着状態のとき前記係合部と前記フランジ部との間に所定のクリアランスが生じるように前記係合部が形成されており、
   前記キャップが前記口部に完全に螺着された状態は、前記不完全螺着状態から前記キャップをさらに追加的に締め込むことにより前記係合部が前記フランジ部に圧接した状態であるとともに、前記凸部により基端側へ押圧されることにより前記ノズルの前記先端開口部に前記クリアランスに相当する変位量の基端側への弾性変位が生じた状態であり、
   前記凸部は、前記液体流通孔の先端開口径よりも大きな丘状の湾曲部によって形成されており、前記液体流通孔に内嵌されるものではなく、前記液体流通孔の先端開口縁に全周にわたって圧接することによって前記先端開口部を液密状に密封するものであり、
   前記中栓はバイオマスプラスチック製であり、完全螺着状態で前記ノズルの前記先端開口部に生じる応力をバイオマスプラスチックにおける許容応力範囲内に抑えるよう前記クリアランスの量が調整されている
   ことを特徴とする液体容器。
2. 前記キャップは、内面がドーム状に湾曲する頂部を有し、該頂部の中央部に前記凸部が設けられており、これにより前記凸部に作用する外力による前記凸部周辺の応力集中が緩和されることを特徴とする請求項１に記載の液体容器。
3. 前記キャップはバイオマスプラスチック製であることを特徴とする請求項１に記載の液体容器。
4. 前記キャップは、前記中栓よりも硬質のバイオマスプラスチックからなることを特徴とする請求項３に記載の液体容器。
5. 前記クリアランスは、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体容器。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の液体容器の容器本体内に液体を充填するとともに、該容器本体の口部にキャップを所定の締め付けトルクで螺着することにより前記口部に前記キャップが完全に螺着された状態で保管することを特徴とする液体容器の保管方法。

Images