专利名称：盛装充碳酸气饮料的自立式聚酯容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及盛装充碳酸气饮料用的带花瓣状基底的自立式容器(尤其是瓶子)。具体地说，这种容器包括双轴向聚酯、最好是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的饮料瓶(尽管不是唯一的，)并采用吹塑成形工艺制成。
“花瓣状”是了解与本发明有关技术的人们所熟知的术语。但是，为了清楚起见，本文中所用的“花瓣状”一词的意思是“一种自立式容器的多脚基底的形状，在这种容器中有一组瓶脚设置在它的基底部分，大致形成一般的多个花瓣(有如一朵花中的花瓣)的样子，以便为该容器提供一种稳定的自立式多点支承”。
在现有技术中已知有具有整体结构的、带有花瓣状基底以提供自立能力的盛装充碳酸气饮料用的聚酯瓶，并且在市场上可以买到。这种现有枝术的饮料瓶采用已知的吹塑成形工艺由双轴向PET制成。这些现有技术的整体饮料瓶结构允许工业上可大量生产自立式饮料容器而不必像早期的结构那样采用独立的模压基底，在这种早期的结构中，瓶子的基底是串球形的，然后用粘结剂将一个独立的基底附件粘到半球形基底上而使其具有自立能力。这种两件式结构不能使瓶子得到回收并且材料和生产成本较昂贵。
生产成本，更具体地说是材料成本的问题导致最近几年大量的研究和发展工作，以图能够大量生产一种能够自立的、整体的充碳酸气饮料瓶，这种饮料瓶能够经济地生产并且能够可靠地储存和运输，而且在使用中具有可靠和稳定的自立性能。
虽然现有技术的研究和发展工作已经使工业上能够生产出这种可用的制品，但是，这种制品的耐用性是建立在增加材料以便在商业应用中达到所需的瓶子的整体性和稳定性的高成本基础上的。材料的增加是为了设计具有自立能力的整体饮料瓶的基底所必需的，这样便取消了现有技术中的简单、轻便且强度较高的半球状基底形状。
现有技术中采用半球状基底的、由双轴向PET制成的结构(例如现有商业市场上可买到的那种)，其2升瓶子的一般重量为46—48克(对于这种瓶子，必须在其半球状基底上粘上13—16克聚乙烯或其它塑料制成的独立的基底附件、以使其具有自立能力)。比较起来，最近商业上出现的自立式花瓣状基底的双轴向PET制的2升饮料瓶的重量为50—56克，平均重量约为53.5克。根据保守的估计，每年要生产50亿个瓶子，每磅PET的价格为0.7美元，如果一个瓶子增加1克PET的话，每年约花费770万美元。因此，虽然取消了独立的聚乙烯基底，但是要得到能满足工业上所需的整体性和稳定性的要求的整体自立式2升PET饮料瓶(如现在市场上已有的)，将要增加PET材料的成本，按每年生产50亿个瓶子计算，约增加成本5000万美元。
本发明的一个目的是提供一种装充碳酸气饮料用的自立式花瓣状基底的双轴向聚酯饮料瓶，这种饮料瓶比现有的商业上可买到的花瓣状基底的饮料瓶结构重量显著减轻，而生产成本则没有明显增加，同时又能满足有关贮存、运输和使用过程中的整体性和稳定性的工业要求。
本发明的另一个目的是提高饮料瓶基底的应力开裂抗力。
本发明的轻重量双轴向聚酯饮料瓶通过采用有关其花瓣状基底的独特设计概念使其比现有的同容量的自立式饮料结构减轻聚酯材料的重量。采用本发明的独特的设计特色，能够在工业上生产出重量小于50克(可能低至48.0克甚至47.5克)且能满足整体性和稳定性的工业要求的双轴向PET制的2升自立式聚酯饮料瓶。47.5克的重量值正好是处在现有技术的半球状基底的双轴向PET制的盛装充碳酸气饮料用的2升瓶的材料重量范围内，并且，每个瓶子的重量比现有商业上可买到的花瓣状基底自立式双轴向PET饮料瓶轻6克。这样，按每年生产50亿个瓶子、每磅PET为0.7美元计算，每年便可节约材料费5000万美元左右。这将使工业上可以生产不存在现有市场上可买到的花瓣状基底的自立式2升饮料瓶其结构材料又较重的缺点的2升PET饮料瓶，同时又取消了采用半球状基底结构时所必需的生产和使用不符合环境要求的独立的聚乙烯基底。
本发明提供了一种用来盛装充碳酸气饮料的、具有一条纵向轴线的吹塑成形的自立式聚酯容器，这种容器含有一个与颈部过渡部分形成整体并与其端接的瓶颈保护件，上述的过渡部分与侧壁部分形成整体并与其端接，上述的侧壁部分与封闭基底形成整体并与其端接，上述的瓶颈部分、侧壁部分以及基底部分都是双轴向由聚酯制成；并且上述的基底是花瓣形的，它至少带有3个设置在纵向轴线周围的瓶脚，因此，该容器是自立式的，其特征在于，沿圆周相邻的多对瓶脚之间形成并支承一个具有相当刚性的凹部且由它将瓶脚隔开，上述的每个凹部从基底(以纵向轴线为中心)的中央部位沿大致径向的方向延伸至一个位于瓶脚径向向外处的相对地可变形的延伸部位，因此，当容器开始承受内压时，立即可使上述的延伸部位发生离开纵向轴线的向外变形，结果便使上述的凹部绕其支承件瓶脚而转动，从而使基底的中央部分沿纵向轴线向瓶颈保护件方向移动。
本发明还提供一种生产吹塑成形的自立式聚酯容器的方法，上述容器用于盛装充碳酸气饮料，它具有一条纵向轴线，且带有一个与颈部过渡部分形成整体并与其端接的瓶颈保护件，上述的颈部过渡部分与侧壁部分形成整体并与其端接，上述的侧壁部分与一个封闭基底形成整体并与其端接；上述的颈部、侧壁部分和基底是双轴向由聚酸制成；并且上述的基底是花瓣形的，它至少带有3个环绕上述的纵向轴线设置的瓶脚，因此该容器是自立式的，其特征在于a)在相邻的各对瓶脚之间设置由该瓶脚支承的、径向延伸的、具有相当的刚度的凹部；b)在邻接上述凹部的径向外端处设置相对地可变形的部位；c)在以上述的纵向轴线(上述的凹部由此径向延伸)为中心的基底上设置一个具有相当刚度的中央部位；d)选择上述凹部和中央部位的相对刚性、用瓶脚提供的支承以及上述部位的相对可变形性，从而使上述容器一旦承受内压时上述的可变形部位便立即发生变形而使上述的凹部绕其支承件瓶脚转动而使上述的中央部位克服上述的内压力沿上述的纵向轴线向瓶颈保护件的方向移动。
下面参考附图举例说明本发明，附图中；
图1是沿图2中的1—1剖线的本发明的饮料瓶的部分正视剖面图；图2是图1所示的饮料瓶的底视图；图3A—7A是分别沿图1和2中的3—3～7—7线的、反向的部分剖视(相对于图1)图；图3B—7B是图3A—7A中分别示出的材料壁厚的中心线的示意图，其中，投影线分别表示图3A—7A所示横截面的有效凹部宽度；图8是沿图1中的8—8线的部分剖视图；图9是本发明的饮料瓶基底的变形与瓶子所受内压的关系的曲线图10是类似于图3A—6A所示的瓶子部位但增加了纵向延伸的增强凸脊的凹部部分剖视图；本发明容器的最佳实施例的基底具有花瓣状结构，每个瓶子带有一组至少是3个(最好为5个)均匀分布于瓶子纵向轴线周围、并且从瓶子的半球状基底处凸出来的瓶脚，从而使瓶子具有稳定的自立支承性能。在每对相邻的瓶脚之间带有径向延伸的凹部，凹部的底部的横截面最好是弯曲的(在一种实施例中，凹部底部带有二次褶曲或径向延伸的凸脊以提高该处的刚度)。凹部的宽度随着距离瓶子纵向轴线的径向距离的增加而逐渐减小，从而使凹部的两壁可延伸而汇集到位于瓶子直径径向之外的聚点上。凹部底部的形状大致与半球形的基底形状相同并且向位于瓶脚径向向外的基底延伸部位敞开。
凹部和延伸部位的形状、尺寸和材料厚度等都经过选择，以便在瓶子开始受压时便能使上述的延伸部位向外膨胀和变形从而使位于纵向轴线处的基底的中央部位升高而离开支承表面。当瓶子的内压进一步增高时则发生与此相反的情况，瓶子基底的中央部位可以回到至少是它的未受压时的位置。这种作用可使基底的中央部位比现有的花瓣状基底结构减少向下的不稳定化变形并可使结构重量减轻，同时又仍能满足工业性能的要求。
首先参见图1和2。一个用双轴向PET制成的水平横截面为圆形的自立式2升饮料瓶1带有一个通过颈部支环4与颈部过渡部分3相连接的瓶颈保护件2。瓶颈过渡部分3通过瓶子的上部分5与基本上是圆柱形的侧壁部分6相连接，侧壁部分6的下端端接一个封闭基底7，基底7的下部形状是半球形的。饮料瓶1具有一个纵向轴线8。
有5个空心瓶脚9从基底7的半球状部分向下凸出，它们一起组成了一个花瓣状的支脚结构，支脚结构的各个瓶脚对称地并且均匀地分布在纵向轴线8周围，从而使饮料瓶获得具有自立式稳定性所必需的稳定的支承。瓶脚9的最低端端接饮料瓶支垫10。每一个瓶脚9都含有从其支垫10延伸到与半球形的下部结构相连接处的斜壁11(图2中只示出一个瓶脚的斜壁的标号11，但是所有的瓶脚都是一样的)。
在每对相邻的瓶脚9之间设置有径向延伸的凹部12。这些凹部12各含有一个表面曲率大致与基底7的下部半球状部位相同且与延伸部位13端接并向其敞开的凹面(见图8)。虽然在图2中为简单起见用实线示出斜壁11和凹部12及支垫10之间的连接部位，但是，这些部位相交处的横截面是弯曲的以便使各凹部沿其长度圆滑过渡并具有结构上的刚度。
所有的凹部12是大致相同的，并且，每一个凹部的有效宽度都向着一个位于饮料瓶1的直径之外的聚点14减小(见图2)。
轴线8延伸穿过如基底7的中央部位通过与斜壁11两侧相连接的刚性通道15(大致上是平的)与每一个支垫10相连接。
所示的饮料瓶含有一个环形小凸缘16，设置这一凸缘主要是为了美观，同时也可在生产过程中对齐商标。该凸缘位于从侧壁6到基底7的过渡部位附近。
下面仔细参见图1，可以看到，尽管饮料瓶是以剖面形式示出，并且瓶子的材料一般是基本透明的，但是为了清晰起见，在本发明的图例中，有关饮料瓶的内部细节及剖面之外的结构一律省略。
下面参见图3A/B～图7A/B说明5个相同的凹部口中的一个的结构。在5个剖面图中每一个的A图表示有关的凹部的部分剖面图，而B图则代表A图中所示的相应材料厚度的中心，其中，投影线示出有关剖面图所示凹部的有效结构宽度。
图3A是沿图1和2中的剖线3—3的剖面图，它示出了凹部口最靠近瓶子的纵向轴线8处的剖视图，从图中可以看出，在纵向轴线8处和紧靠该轴线的凹部，瓶子的材料厚度增大。基底厚度沿凹部长度方向的这种变化从图1中纵向轴线8的右侧部分可以看得很清楚。瓶子基底中央部位厚度增大是为了防止当压入充碳酸气饮料后在使用(贮存、运输和与各种活动有关的饮料的消耗)时基底中央部位发生反向变形。图4A、5A和6A分别是沿图1和2中的剖线4—4、5—5和6—6的凹部的部分剖视图，它表示随着离纵向轴线8的径向距离的增加，所示凹部的深度和宽度逐渐减小。图3B至图6B的设计线17示出了斜壁11向凹部底部延伸的情况，以表明凹部的有效宽度随着与轴线8的径向距离的增加而减小。宽度的减小分别由图3B、4B、5B和6B中的尺寸x、x—1n、x—2n和x—3n表示，其中x代表在剖面3—3上凹部的相应宽度，n代表凹部有效宽度从所示的一个剖面到另一个剖面所减小的系数。
图7A和7B是位于图6A所示的横截面径向之外的延伸部位13处(即凹部向其敞开的地方)饮料瓶基底的横截面图。该延伸部位13就是基底上最大直径附近且紧靠从基底向侧壁部分的过渡区处的区域，它环绕基底圆周的实体部位延伸而形成了基底的一个邻接每一凹部的径向外端并与其相连通的相对地可变形的区域。除了已经说明的各图之外，还应参考图8，该图示出了每一凹部与有关的基底的延伸部位间的关系。
相对地可变形的延伸部位13和由具有相当刚性的瓶脚9支承的较有刚性的凹部11相结合使本发明的结构可以满足工业上的整体性和稳定性的要求，并且，与现有的用双轴向PET制的装充碳酸气饮料用的花瓣形基底的自立式2升饮料瓶相比，重量有显著的减小(一个2升的瓶子的重量从平均53.5克减至47.5克左右)。
上述本发明的各个部位具有下列优良的功能。当饮料瓶开始压入饮料时，延伸部位向外变形，结果便产生一个使由凹部12形成的大致上是刚性的杆区绕由大致上是刚性的瓶脚9形成的基本上是刚性的枢轴区转动的力，从而使位于纵向轴线8处的瓶子基底的中央区、即当瓶子受到内部压力时其基底最易反向变形(严重的向下变形)的区域升高。上述效应在瓶子中的内压开始升高时逐渐增加，直到到达延伸部位13的变形范围以及凹部12和瓶脚9的刚性极限值时才能出现瓶子中的内压力克服基底中央部位的向上偏移而阻止上述的向上变形，并且在瓶子所受内压力为零时，邻近纵向轴线8的中央部位向下变形而到达并超过它原先的位置。因此，在基底中央部位开始向下变形到低于其零压力位置之前，瓶子可承受相当大的内压力，故有利于使瓶子获得所需的有关整体性和稳定性的性能，且材料重量比现有技术的花瓣状饮料瓶轻得多，而现有技术的花瓣状饮料瓶在受到内压时基底的相应中央区处立即发生向下的变形。
下面参见图9，图中示出了代表瓶子基底中央部位的各种变形特征的曲线a)本发明的饮料瓶(实线18)；b)一种典型的现有技术的花瓣状基底的饮料瓶(点划线19)，其重量比本发明的饮料瓶约重6克；c)瓶子基底区的重量减小与本发明的瓶子一样多的、但未采用本发明基底区的革新设计特征的、类似于现有技术已有的双轴向PET制2升花瓣形基底饮料瓶的变形特征(虚线20)。如图所示，本发明饮料瓶基底的中央部位在瓶子的内压从零开始增加时向上变形，然后随着内压的增加又回到其零压力位置并在内压进一步增加时通过该位置而向下变形。由变形曲线19所代表的现有技术的较重的饮料瓶的特征则是自受到内压开始，瓶子基底中央区便发生连续的向下变形。由变形曲线18和19代表的本发明的和现有技术的两种瓶子都能够满足整体性和稳定性的工业标准，但是，重量减轻了的现有技术的瓶子的特征曲线20更类似于具有性能曲线19的瓶子，这表明瓶子基底区的变形明显增加而将使瓶子过早破裂或严重变形，因此，这种饮料瓶将不可能满足上述的工业标准。变形曲线18和19是实测结果的图示表达，而变形曲线20则是从现有技术上已有的饮料瓶的已知变形特性及基底重量减小的这种瓶子的应力分析推知的有关瓶子的特征变形图。
图10是图1—8所示实施例的改型。在这一实施例中，每一个凹部12的底部带有一个凸脊或二次褶曲21，这种凸脊沿其长度延伸而进一步提高凹部的刚度，并且它们可以大致沿凹部的整个长度从图3A中所示的横截面延伸到图6A中所示的横截面。
权利要求
1.一种用来盛装充碳酸气饮料的具有一条纵向轴线(8)的吹塑成形的自立式聚酯容器(1)含有一个与颈部过渡部分(3)形成整体并与其端接的瓶颈保护件(2)，上述的过渡部分(3)与侧壁部分(6)形成整体并与其端接，上述的侧壁部分(6)与封闭基底(7)形成整体并与其端接，上述的瓶颈部分、侧壁部分以及基底部分都是双轴向聚酯制的；并且上述的基底是花瓣形的，它至少带有3个设置在纵向轴线周围的瓶脚(9)，因此，该容器是自立式的，其特征在于沿圆周相邻的多对瓶脚(9)之间形成并支承一个具有相当刚性的凹部(12)，且由它将瓶脚隔开，上述的每个凹部(12)从基底(以纵向轴线为中心)的中央部位(8a)沿大致径向的方向延伸至一个位于瓶脚径向向外处的并相对地可变形的延伸部位(13)，因此，当容器开始承受内压时，可使上述的延伸部位(13)发生离开纵向轴线(8)的向外变形，结果便使上述的凹部绕其支承件瓶脚而转动，从而使基底的中央部位(8a)沿纵向轴线向瓶颈保护件的方向移动。
2.根据权利要求1的容器，其特征在于，上述基底的中央部位(8a)的厚度比其余部位厚，因此，中央部位起到一个具有相当刚性的膜片的作用。
3.根据权利要求2的容器，其特征在于，上述的基底(7)的下部形状是半球形的，并且上述的中央部位、凹部底面和延伸部位与上述的半球形大致吻合。
4.根据权利要求3的容器，其特征在于，上述的凹部(12)具有一个与上述的瓶脚斜壁形成圆滑过渡的凹状圆弧形横截面。
5.根据权利要求4的容器，其特征在于，有5个基本相同的上述的瓶脚(9)，并由其支承及隔开5个基本相同的上述的凹部(12)，上述的瓶脚和凹部是相对于上述的纵向轴线(8)对称且均匀分布的。
6.根据权利要求5的容器，其特征在于，上述的每个凹部都带有沿凹部的纵向延伸的增强凸脊(21)。
7.根据权利要求6的容器，其特征在于，上述的凸脊延伸进入每个凹部底面中。
8.根据权利要求1的容器，其特征在于，上述的每个凹部的宽度都向着一个位于瓶子直径之外的聚点(14)减小。
9.根据权利要求1的容器，其特征在于，上述的中央部位(8a)的材料厚度比上述的延伸部位大，并且中央部位比延伸部位不易变形。
10.根据权利要求1的容器，其特征在于，它具有2升的容量并且重量小于50克。
11.根据权利要求10的容器，其特征在于，其重量小于48克。
12.一种生产自立式吹塑成形的聚酯容器的方法，上述容器用于盛装充碳酸气饮料，它具有一条纵向轴线，且带有一个与颈部过渡部分形成整体并与其端接的瓶颈保护件，上述的颈部过渡部分与侧壁部分形成整体并与其端接，上述的侧壁部分与一个封闭基底形成整体并与其端接；上述的颈部、侧壁部分和基底是双轴向由聚酯制成；并且上述的基底是花瓣形的，它至少带有3个环绕上述的纵向轴线设置的瓶脚，因此该容器是自立式的，其特征在于a)在相邻的各对瓶脚之间设置由该瓶脚支承的、径向延伸的、具有相当的刚度的凹部；b)在邻接上述凹部的径向外端处设置相对地可变形的部位；c)在以上述的纵向轴线(上述的凹部由此径向延伸)为中心的基底上设置一个具有相当刚度的中央部位；d)选择上述凹部和中央部位的相对刚性、用瓶脚提供的支承以及上述部位的相对可变形性，从而使上述容器一旦承受内压时上述的可变形部位立即发生变形而使上述的凹部绕其支承件瓶脚转动而使上述的中央部位克服上述的内压力，沿上述的纵向轴线向瓶颈保护件的方向移动。
全文摘要
一种吹塑成型的2升充碳酸气饮料瓶重量小于50克并带有独特的花瓣状基底且能够自立于支承表面上。其基底的花瓣状结构至少含有3个瓶脚。在每对相邻的瓶脚之间设置有一径向延伸的凹部，其宽度随着距饮料瓶的纵向轴线的径向距离的增加而减小；并可收敛至一位于瓶子直径径向之外的聚点处。凹部的底部大致为半球形、并且向瓶脚径向向外的基底延伸部位敞开。当瓶子开始受压时，延伸部位发生向外的变形而使瓶子基底中部升高而离开支承面。
文档编号B65D1/00GK1114625SQ95102460
公开日1996年1月10日 申请日期1995年3月9日 优先权日1994年3月10日
发明者马丁·H·贝克, 乔治·F·罗伦德, 约翰·H·马斯齐恩斯·基 申请人:哈沃龙尼岛瑟公司