用于自站立容器的花瓣状基部以及该容器的制作方法

专利名称：用于自站立容器的花瓣状基部以及该容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及自站立容器，更明确地涉及这种容器的花瓣状基部。这种容器可由例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等塑料材料吹塑成型。
背景技术：
如本领域中理解的，通用术语“PET”包括的成分主要包含聚对苯二甲酸乙二酯，但也可包括其它材料。例如，合适的成分可包括约95%的聚酯合成纤维和5%的尼龙。如领域中公知的，这些材料可混合，或者例如经由多层注塑和二次成型(overmoulding)设置成不同的层。吹塑成型的PET容器长期被用作饮料瓶。近来，它们更被建议用作运输、储藏和分配例如啤酒等饮料的小桶。这种小桶的示例在W02007/064277中公开。W02007/064277的示例仅作为背景技术给出本发明的广义概念不局限于容器的任何具体用途、材料或制造方法。然而，本发明在这种薄壁的吹塑成型的容器的情况下的特定优点倾向于由PET制造。本说明书中将在这种情况下来描述本发明。早期PET容器具有平坦的半球状基部，并通过将单独的基部模块附接到基部而得以自站立。虽然半球形基部简单、轻便且隔离能力强，但是添加单独的基部模块增加了材料和生产成本,并会妨碍回收。为了使PET容器自站立而无需依靠单独的基部模块，现在广为人知的是提供具有一体成型的花瓣状基部的容器。术语“花瓣状”指的是将其支脚(feet)布置成围绕基部按角度间隔开的多支脚基部形状，在使用过程中从容器的下方观察时，所形成的形状类似于花的花瓣。容器通常具有圆形水平截面的圆筒形侧壁，在此情况下，支脚通常位于与侧壁的圆形截面同心但直径小于圆形截面直径的接触圆上。支脚一起发挥作用以对容器提供稳定的多点支撑。在容器的技术领域中，一直具有降低材料和生产成本并易于回收的压力。这不但导致采用具有花瓣状基部的一件式容器，而且仍继续努力改良花瓣状基部，使得能够更经济地生成容器，同时在储藏、运输和使用期间仍然可靠地执行。尤其期望的是，在为商业应用而使容器具有充分的完整性和稳定性的情况下减少必须的材料量。当每年潜在地重新制造几千万到几百亿个容器时，每个容器的甚至很小的材料节约都会对生产成本造成巨大影响。当容器被用作压力器皿时，使用的材料量与容器的整体性之间的恰当权衡就尤其重要。例如，容器可被用于储藏、运输和分配诸如啤酒等起泡饮料。饮料本身可以是碳酸饮料，或者可以将气体推进剂以超大气压注射到容器中，以迫使饮料离开容器。这种容器需要在一定范围的环境条件下承受这些内部压力。除了承受这些内部压力，容器还需要在容器运输期间幸免于粗暴操作
发明内容
针对该背景技术，提出了本发明。从一个方面，本发明涉及自站立容器的花瓣状基部，该基部具有球形的下基部轮廓和多个球形的支脚成型部，所述球形支脚成型部中断下基部并从下基部伸出，以限定对应的多个支脚。因为支脚是球形，所以应理解，它们经由凸面与能够搁置基部的平面接触。因此优选地，给定的支脚与该平坦表面之间经由该支脚的曲面上的点接触。为了在材料使用量最小化的同时使容器的容量和强度最大化，下基部轮廓优选为大致半球形。例如，轮廓可以是其极轴线与基部的中心轴线重合的扁球形。基于类似的原因，支脚成型部被适当地延长，例如呈局部椭圆或扁长球体。在本发明的优选实施例中，支脚成型部呈卵形(部分蛋形)，在此情况下，支脚的接触点最便利地由每个支脚成型部朝向支脚成型部的内端向内偏置的截面的最宽部分限定。换言之，支脚成型部相对于基部的中心轴线线在支脚成型部的径向外部处比支脚成型部的径向内部处更大程度地逐渐变细。优选地，基部包括成型部，例如支脚成型部，它们的形状是围绕轴线大致旋转对称。例如，限定支脚成型部的诸如球形、椭球形和卵形等形状优选地围绕轴线大致旋转对称。有利地，如果形成基部的这些形状旋转对称，则能够使得用于形成这些结构的材料最少化。同时，能够使基部的内部容量及其强度最大化。为了限定使用最少材料的支脚，延长的支脚成型部优选地具有各自的纵轴线，所述纵轴线位于从基部的中心轴线沿径向延伸的平面。支脚成型部的所述轴线从基部的中心轴线成圆锥关系地向外、向上适当延伸。每个支脚成型部可具有椭圆形的、优选卵形的与下基部轮廓相交的相交部。为了减少应力集中，相交部优选为凹形截面。为了加固基部，支脚成型部优选从中心突出部辐射。该突出部可以是近似多边形，侧部的数量对应于支脚成型部的数量。支脚成型部被沟谷适当地分开，所述沟谷例如可以从多边形突出部的顶点辐射。为了使材料使用量最少，沟谷优选越过基部向外移动时变宽。例如，每个沟谷均可具有内部区段和外部区段，沟谷的壁可在外部区段比在内部区段发散得更急剧。然而，沟谷的壁可在沟谷的内部区段和外部区段都发散。在俯视图中，每个支脚成型部可具有放大中心区，支脚成型部从放大中心区越过内部到内端向内逐渐变小。在此情况下，支脚成型部的内部适当地成分段关系的围绕基部。为了使材料使用量最少，优选在俯视图中，每个支脚成型部从放大中心区越过支脚成型部的外部到外端向外逐渐变小。本发明的概念扩展到例如具有本发明的基部的小桶或瓶子的容器。优选地，容器通过对理想地由PET制成的预制件进行吹塑成型来构建。优选地，使用的材料是PET，容器的平均压阻与材料使用量的比率大于3MPa/kg。更优选地，平均压阻与材料使用量的比率大于3. 75MPa/kg。而且，优选容器的容量与材料使用量的比率大于40升/kg。更优选，容器的容量与材料使用量的比率大于80升/kg。


为了更容易地理解本发明，现在将参照作为示例的附图，其中图1是具有根据本发明的花瓣状基部的容器的仰视图2是图1所示的容器的花瓣状基部的侧视图3是图1所示的容器的花瓣状基部的侧向剖视图4 (a)、4 (b)和4 (C)分别是具有如图1至图3所示的基部的容器的仰视图、 侧视图和立体图，在该示例中的容器实施为O. 33升容量的瓶；
图5 (a)、5 (b)和5 (C)分别是具有如图1至图3所示的基部的另一容器的仰视 图、俯视图和立体图，在该示例中的容器实施为20升容量的小桶；
图6 (a)、6 (b)和6 (C)分别是具有根据本发明的基部的另一容器的仰视图、侧 视图和立体图，在该示例中的容器实施为1. 5升容量的瓶，该示例的基部是具有七个支脚 的变型。
图7是标记有涉及图8和图9中的截面线的、如图1所示的容器的仰视图8是沿截面线VII1-VIII截取的图7的容器的花瓣状基部的放大局部侧向剖视 图9是沿截面线IX-1X截取的图7的容器的花瓣状基部的放大局部侧向剖视图10是如图1至图3所示的具有五个支脚的花瓣状基部的容器的侧视图，在该示 例中的容器实施为具有非圆筒形侧壁和18升容量的小桶；
图11是吹塑成型为如图10所示的18升容量的小桶的塑料预制件的侧视图；以及
图12是如图3所示的容器基部以及位于容器内的饮料分配管的放大侧向剖视图。
具体实施方式
首先参照附图中的图1和图2，本发明的该示例中的容器10包括吹塑成型的PET 的空心体。容器10的本体具有圆形水平截面，该圆的半径从中心纵轴线12垂直地延伸，中 心纵轴线12居中地延伸通过容器10的封闭基部14。在基部14的上方(但未在图1和图2 中示出)是颈部居于其上的大致圆筒形侧壁。侧壁与基部14 一体成型，而且侧壁的下端终 止于基部14 ;进而，侧壁与容器10顶端的颈部一体成型，而且侧壁的上端终止于颈部。
基部14的基部形状或下部形状是稍稍变平的半球体，该半球体围绕容器10的中 心纵轴线12旋转对称。更通常地，基部14的下部形状是扁球体，是极轴线(与中心纵轴线 12重合)上的直径比赤道圆(该赤道圆的平面将该极轴线二等分)的直径小的旋转对称的椭 圆体。该近似半球形使得对内部压力的压阻最大化、减少应力集中以阻止开裂并且还使得 在材料使用量最小化的同时内部体积最大化。
根据本发明，基部14还包括布置成围绕基部按花瓣状排列的一体成型的气泡状 支脚，所述支脚在该示例中由五个空心的卵形支脚成型部16限定，支脚成型部16从中心纵 轴线12上的相对浅显的大体五边形的凸形突出部18等角度地向外辐射。更通常地，支脚 成型部16是扁长的椭球体形式的延长椭圆球，扁长的椭球体是沿其极轴线的直径大于其 赤道直径的椭球体。
椭球体的支脚成型部16的极轴线20在等角度间隔开的径向布置的平面中从容器 10的中心纵轴线12向外、向上延伸。因此，支脚成型部16的极轴线20 (见图2)位于围绕 中心纵轴线12的虚拟截头圆锥表面上。
几对沿周向相邻的支脚成型部16被沟谷22分开，所述沟谷22从五边形中心突出 部18的顶点24等角度地向外辐射。沟谷的底部跟随基部14的椭球形，并在它们的外端向基部14的位于径向向外超出支脚成型部16的外部开放。此外，中心突出部18和每个支脚 成型部16经由过渡部分联结，过渡部分光滑弯曲，而没有明显的过渡或不连续。因此，如图 3所示，支脚成型部16、光滑弯曲的过渡部分和中心突出部18共同限定波形截面。
同样如图3所示，凸形中心突出部18的曲率半径r小于椭球体基部14的总曲率 半径R :因此R>r。此外，凸形中心突出部18延伸超出(因而在使用中低于)下基部轮廓的 最低顶点的水平面。而且，凸形中心突出部18延伸到位于支脚成型部16的范围以内(因此 在使用中高于支脚成型部16的范围)的水平面。
支脚成型部16依靠卵形凸壁从基部14的下部椭球轮廓向外胀大。每个支脚成型 部16的凸壁被卵形环的形状的凹形过渡区26围绕。过渡区26光滑延伸到具有大曲率半 径的基部的椭球壁，以减小应力集中，因此使应力开裂的可能最小。沿周向相邻的支脚成型 部16的过渡区26部分限定那些支脚成型部16之间的沟谷22。
每个支脚成型部16在仰视图中为大体椭圆形(在该示例中为卵形)，在其内端30 与外端32之间的放大中心区28达到最大宽度。因此，每个支脚成型部16沿从中心区28 的最宽部分的反方向逐渐变小沿内部34朝向中心纵轴线12向内移动到内端30 ;以及沿 外部36从中心纵轴线12向外移动到外端32。
在仰视图中，支脚成型部16的向内逐渐变小的内部34像橘子瓣一样围绕圆形基 部14紧密地配合在它们的邻居(相邻的内部)之间。支脚成型部16的这些内部34与沟谷 22的狭窄内区段38相交替，并被沟谷22的狭窄内区段38分开，所述狭窄内区段可近似平 行，但在该示例中，当狭窄内区段从五边形中心突出部18向外延伸时会稍微变宽。然而，当 它们向外延伸超出支脚成型部16的最宽部分而进入它们的外部区段40中时，支脚成型部 16的逐渐变小的外部36之间的沟谷22近似按指数律地变宽，直到它们到达相邻支脚成型 部16的外端32之间的最大宽度。
因此，从中心纵轴线12沿沟谷22朝向基部14的外径移动时，支脚成型部16之间 的间隙增大。与之相反，在先前公知(例如EP 0671331中公开)的花瓣状基部中，该间隙减 小。
现在从侧面观察，支脚成型部16延伸到超出(因此在使用中低于)中心五边形突出 部18限定的基部14的最下顶点的水平面。支脚成型部16均延伸到相同的水平面。因此， 在该水平面，每个支脚成型部16限定接触点42，接触点42将稳定位于与容器10的中心纵 轴线12正交的平坦支撑表面(图中未示)上。
图3示出支脚成型部呈一定程度的蛋形，其截面的最宽部分朝向其内端30稍微地 向内、向下偏置。
支脚成型部16的接触点42围绕以容器10的中心纵轴线12为中心的接触圆并在 该接触圆上等距地间隔开。接触圆的直径(X)相对于容器10的侧壁直径(Dy)的比率如下Dy
根据本发明，k优选在3. 6与5. 5之间，更优选地在4. O与5. 3之间，又更优选地 在4. 2与5. O之间，典型地为4. 7。这可以与市场上典型的PET瓶对比，其对应比率k通常 为2. 5到3. 5。本发明中的k值相对大是源于X值相对小。由于小的接触圆会在接触点42之间形成小并因而本质刚硬的隔膜(diaphragm)，所以本发明中的小的K值是有利的。
结果是支脚成型部16的接触点42之间的接触圆内的中心区域非常刚硬，并因此能够阻挡内部压力直到破裂压力期间的运动。接触圆内的区域的刚性通过支脚成型部16 的内部34、它们之间的沟谷22和中心突出部18限定的波形壁区段而得以增强。
接触圆内的刚性不但对于高破裂压力而言是重要的，而且对于稳定性而言也是重要的。这是因为中心纵轴线上的最低点(中心五边形突出部18限定的基部14的最下顶点) 在内部压力下将趋于被按下。如果最下部点移动的距离达到接触使用中的接触表面，容器将不能稳定地搁置在支脚成型部16的接触点42上。本发明的基部形状的刚性意味着，与先前公知的设计相比，从基部的中心顶点到支撑表面的距离相对小，从而相对于容器的高度有利于稳定性和容量。
一端向前地观察任何一个支脚成型部16 (B卩，从容器10的侧面朝向中心纵轴线 12向内看)，该支脚成型部16的轮廓描绘了过渡区26的凸面半径到每一侧之间的大致恒定的凸面半径。传统的花瓣状基部通常具有限定支脚之间的V形沟谷的较平表面，其不利于材料使用量和应力集中。应力集中造成容器的特别易损的区域在高内部压力条件下发生破 ο
本发明的基部14的配置方案特别适合分配处于压力下的液体的容器。具体地，增大的k值使基部更坚固，因此在容器受到高内部压力的同时更适于保持稳定性。此外，对于承受高内部压力的容器而言，通过增大k值，可以将凸形中心突出部18定位成沿轴向低于可能的其它情况。这能够使从容器10实际分配的饮料的量最大。该优点将参照图12讨论， 图12中示出与图3的容器基部14相同的侧向剖视图，以及饮料分配管120。
在本文中，容器用作设有封闭组件的啤酒小桶10，所述封闭组件以推入配合的配置方式密封到小桶10的管状颈部上。管120联接到封闭组件(图中未示)，并从封闭组件沿中心纵轴线12延伸到小桶10的基部中。管120的轴向下端延伸到中心突出部18中。管 120的端部安置在中心突出部18内，并·刚好悬置在中心突出部18的顶点内侧，由此提供环形间隙，饮料能够从小桶10穿过环形间隙进入管120或反之亦然。中心突出部18的形状还能够使管120的轴向下端在装配和使用期间正确地定位并保持在中心突出部内。
在使用中，当分配饮料时，小桶10维持在直立位置。封闭组件允许加压气体被引入小桶10的顶部空间中，以迫使饮料通过管120出来。因为管120的轴向最下端位于中心突出部18内，并且中心突出部18布置在小桶10内的相对低的轴向位置处，所以这样确保能够吸取小桶10内的几乎全部饮料。
通过将管120延伸到其中一个支脚成型部16中，可以进一步增加能够从小桶10 实际吸取的饮料的量。在这种配置方案中，管120将需要在下端远离中心纵轴线12弯曲。 尽管这样可以少量地增加能够从小桶10分配的饮料的量，但是这会使将封闭组件和管120 装配到小桶10的过程复杂化。具体地，将弯曲管120插入小桶10中需要复杂的自动装配过程。此外，管120远离中心纵轴线12弯曲会使管120的轴向上端附接的封闭组件承受不均匀的力。这将降低封闭组件的可靠性，当小桶10承受高内部压力时，将尤其如此。
本发明的花瓣状基部可应用于宽范围的容器，例如瓶子和小桶。图4(a)、4(b)和 4 (c)以及图5 (a)、5 (b)和5 (c)示出了本发明的分别应用于O. 33升容量的瓶44 (通常可用于碳酸软饮料)和20升容量的小桶46 (通常可用于啤酒)的五支脚基部。这些图示出了图1和图2省略的特征，即颈部50居于其上的大致圆筒形侧壁48。侧壁48与基部14 一体成型并在下端终止于基部14 ;进而，侧壁48与容器顶部的颈部50 —体成型并在上端终止于颈部50。
图10示出本发明的应用于具有非圆筒形侧壁108的18升容量的小桶104的另一五支脚基部。在该示例中，侧壁108是凸形，围绕小桶104的中心纵轴线旋转对称，所以通常遵循卵形。在其轴向下端部处，侧壁光滑地弯曲成本发明的基部的球形下轮廓。在其轴向上端部(该轴向上端部逐渐变小的程度大于轴向下端部逐渐变小的程度)处，侧壁光滑地弯曲成小桶104的凸形颈部。凸形侧壁108成形的方式使得对内部压力的压阻最大化、 使得小桶104的内部容量最大化并使得材料使用量最小化。图11是吹塑成型为图10所示的容器的塑料预制件的放大侧视图。
在不背离本发明的原理的情况下，可以对本发明进行其它变型。例如，图6 (a)、6 (b)和6 (c)所示的本发明的基部的变型应用于1. 5升容量瓶52。该变型具有七个(而非五个)支脚成型部54，在它们之间具有大体七边形的中心突出部56。与五支脚基部的变型相似，七支脚基部的变型能够应用于任何尺寸的容器，例如O. 33升、O. 5升、I升、1. 5升或更大的瓶，20升或其它容量的小桶。
奇数个支脚对于最佳稳定性而言是优选的，至少有三个支脚(在此情况下，中心突出部大体为三角形)，但优选不多于七个支脚；五个或七个支脚被认为最佳。
为了将本发明放入应用环境但不会限制如权利要求书所限定的最宽范围，下面将以示例的方式给出各种尺寸特性。
首先，下表展现了传统基部与根据本发明的基部之间的体积比较，在此情况下，假设基部限定五个支脚。表中的容积用毫升(ml)表达。容积指的是基部的内部容积，限定为容器的圆筒形侧壁以下的容器部分。应注意，为了有利于给定容器容量的紧凑性和材料使用量，本发明的基部的容积比传统花瓣状容器基部的容积约大五倍。
具有五个支脚的容器传统基部本发明的基部20升小桶，直径235mm128(20%)634O. 33升瓶子，直径60mm2. 7(18%)15O. 5升瓶子，直径65mm3. 5(18%)191. O升瓶子，直径80mm6. 5(18%)361. 5升瓶子，直径95mm11(20%)55
其次，以下尺寸有助于限定每个上述容量的容器的基部形状。
权利要求
1.一种自站立容器的花瓣状的基部，所述基部具有球形下基部轮廓和多个球形的支脚成型部，所述支脚成型部中断所述下基部轮廓并从所述下基部轮廓伸出，以限定对应的多个支脚。
2.如权利要求1所述的基部，其中所述下基部轮廓呈扁球体形，所述扁球体的极轴线与所述基部的中心轴线重合。
3.如权利要求1或2所述的基部，其中所述下基部轮廓呈大致半球形。
4.如权利要求1或2所述的基部，其中所述支脚成型部呈细长的椭球形。
5.如权利要求4所述的基部，其中所述支脚成型部呈扁长的球形。
6.权利要求4或5所述的基部，其中所述支脚成型部呈卵形。
7.如权利要求6所述的基部，其中每个支脚成型部的截面的最宽部分朝向所述支脚成型部的内端向内偏置。
8.如权利要求4至7中任一项所述的基部，其中所述支脚成型部具有各自的纵轴线，所述纵轴线位于从所述基部的中心轴线沿径向延伸的平面中。
9.如权利要求8所述的基部，其中所述支脚成型部的轴线与所述基部的中心轴线呈圆锥关系地向外延伸。
10.如权利要求9所述的基部，其中所述支脚成型部从所述基部的中心轴向外、向上延伸。
11.如权利要求10所述的基部，其中所述多个支脚成型部的轴线在所述基部的下方的轴向位置处、在所述基部的中心轴线处会合。
12.如任一前述权利要求所述的基部，其中每个支脚成型部均具有与所述下基部轮廓相交的椭圆形的相交部。
13.如权利要求12所述的基部，其中所述相交部呈卵形。
14.如权利要求12或13所述的基部，其中所述相交部具有凹形截面。
15.如任一前述权利要求所述的基部，其中所述支脚成型部从中心突出部向外辐射。
16.如权利要求15所述的基部，其中所述中心突出部的曲率半径小于所述下基部的曲面的曲率半径。
17.如权利要求15或16所述的基部，其中所述中心突出部延伸到超出所述下基部轮廓的最下顶点的水平面。
18.如权利要求15至17中任一项所述的基部，其中所述支脚成型部和所述中心突出部经由光滑弯曲的过渡部联结。
19.如权利要求18所述的基部，其中所述支脚成型部、所述光滑弯曲的过渡部和所述中心突出部一起限定波形截面。
20.如权利要求18或19所述的基部，其中所述过渡部限定的曲面的曲率与所述支脚成型部和所述中央突出部中的至少一者的曲率相反。
21.如权利要求15至20中任一项所述的基部，其中所述中心突出部基本上相对于所述容器的外部凸出。
22.如权利要求15至21中任一项所述的基部，其中所述中心突出部限定相对于所述容器的内部的凹部，所述凹部被设置成将流体输送管的自由端定位并保持在所述容器内。
23.如权利要求15至22中任一项所述的基部，其中所述中心突出部大体呈多边形，所述多边形的侧边的数量对应于所述支脚成型部的数量。
24.如任一前述权利要求所述的基部，其中所述支脚成型部被沟谷分开。
25.如引用权利要求23时的权利要求24所述的基部，其中所述沟谷从所述多边形突出部的顶点向外辐射。
26.如权利要求24或25所述的基部，其中所述沟谷在越过所述基部向外移动时变宽。
27.如权利要求26所述的基部，其中每个沟谷均具有内部区段和外部区段，而且所述沟谷的壁在所述外部区段比在所述内部区段发散得更急剧。
28.如权利要求27所述的基部，其中所述沟谷的壁在所述沟谷的内部区段和外部区段都发散。
29.如任一前述权利要求所述的基部，其中在俯视图中，每个支脚成型部具有越过所述支脚成型部的内部到内端向内逐渐变小的放大中心区。
30.如权利要求29所述的基部，其中所述支脚成型部的内部围绕所述基部呈分段关系排布。
31.如权利要求29或30所述的基部，其中在俯视图中，每个支脚成型部从所述放大中心区向外越过所述支脚成型部的外部到所述支脚成型部的外端逐渐变小。
32.—种具有任一前述权利要求所限定的基部的自站立容器。
33.如权利要求32所述的容器，其中所述基部的支脚成型部限定各自的接触点，所述接触点共同围绕接触圆被间隔开，所述接触圆的直径(X)与所述容器的侧壁直径(Dy)的关系为O.Sxk在3. 6与5. 5之间。
34.如权利要求33所述的容器，其中k在4.O与5. 3之间。
35.如权利要求34所述的容器，其中k在4.2与5. O之间。
36.如权利要求32至35中任一项所述的容器，平均破裂压阻与材料使用量的比率大于 3MPa/kg。
37.如权利要求32至36中任一项所述的容器，所述容器的容量与材料使用量的比率大于40升Ag0
38.如权利要求32至37中任一项所述的容器，包括与所述容器的中心纵轴线对齐的流体输送管，所述流体输送管在所述容器的基部与所述容器的开口之间延伸。
全文摘要
一种自站立容器(10)的花瓣状基部(14)具有近似半球形的下基部轮廓和多个卵形的支脚成型部(16)，支脚成型部中断下基部轮廓并从下基部轮廓伸出，以限定对应的多个支脚。与等效的公知设计相比，该花瓣状基部的形状抵抗应力开裂、使得相对于容器高度的容量最大化、减小了基部的表面积并因而减少了材料使用量。
文档编号B65D1/02GK103003161SQ201180027895
公开日2013年3月27日 申请日期2011年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者迈克尔·夸斯特斯 申请人:派特纳立德雪平股份有限公司