JP4876145B2

JP4876145B2 - ガラスびん

Info

Publication number: JP4876145B2
Application number: JP2009148288A
Authority: JP
Inventors: 伸二斎藤
Original assignee: Toyo Glass Co Ltd
Current assignee: Toyo Glass Co Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: JP2011006069A

Description

本発明は、びん底の外周縁に沿って複数個のナーリング（突条）が周方向に並列して施されているガラスびんに関する。

ガラスびんの底面には通常ナーリングと呼ばれる突条が形成されている。これは、主に、成形直後のガラスびんがコンベア上に置かれるときのサーマルショックやその後の工程での機械的衝撃によって発生する欠点（微小なクラック）を少なくするためである。すなわち、コンベア面にはナーリングが接触し、接触面積が小さくなるので、欠点の発生が少なくなる。
ナーリングには種々の形状があるが、ほとんどは底面の外周部に所定間隔で放射状（半径方向又は半径方向からやや傾いた方向）に並列して形成したものである（図４，５）。
このようなナーリングは、例えば下記特許文献１に記載されている。

また、ガラスびんは、液体の内容物（飲料、調味料など）を充填して流通する場合、ウォータハンマ現象により破壊するおそれがある。これは、例えばガラスびんを詰めたカートンの移動に際してカートンを下方に降ろすとき、ガラスびんが急激に下降すると内溶液は慣性で留まるからびん底部が負圧になって真空泡が発生し、その後内溶液が急激に落下して底部に衝突し、その衝撃でびんが破壊するものである。
このようなウォータハンマの衝撃に強いびん形状が下記特許文献２に記載されている。

特開２００６−２６４７１５号公報特許第３６４４２１５号公報

図８の破線は、裾部の曲率半径Ｒ５のびん５本体（ナーリング以外の部分）形状とナーリング５１形状（いずれも半径方向縦断面における外郭線）を重ね合わせたもの、実線は裾部の曲率半径をＲ１に大きくした場合のびん４本体形状とナーリング４１形状である。
ナーリング５１は曲率半径Ｒ５（曲率中心Ｏ５）の曲線部分に、ナーリング４１は曲率半径Ｒ１（曲率中心Ｏ１）の曲線部分に形成されている。
裾部の曲率半径Ｒ５の場合、Ａ５はびん本体の最下部、Ｂ５はナーリングの最下部であり、Ａ５及びＢ５からびん中心までの距離（半径）ａは等しくなっている。
裾部の曲率半径Ｒ１の場合、Ａ４はびん本体の最下部、Ｂ４はナーリングの最下部であり、Ａ４及びＢ４からびん中心までの距離（半径）ｂは等しくなっている。
このように、従前は、ナーリング最下部とびん本体最下部の半径方向の位置は等しくなるように設計されていた。
図８に明らかなように、裾部の曲率半径を大きくすると、ナーリング最下部位置の半径（接地半径）が小さくなる（ｂ＜ａ）。

図５は、左側に外径に対して比較的背の高い（縦横比の大きな）びん、右側に比較的背の低いびんを示している。転倒角度は、びんを徐々に傾けていって転倒し始めるときの垂直線に対するびん軸線の角度で、転倒角度が小さいとびんが倒れやすくなる。
背の高いびんは倒れやすいので、裾部の曲率半径は比較的小さくして、接地半径がなるべく大きくなり、転倒角度がなるべく大きくなるようにしている。
背の高いびんとして、外径５２ｍｍ、高さ約１５１ｍｍの或るびん、背の低いびんとして外径５８ｍｍ、高さ１２０ｍｍの或るびんを例にとる。
背の高いびんは、裾部の曲率半径が５ｍｍで転倒角度は１７°である。
背の低いびんは、裾部の曲率半径が７ｍｍで転倒角度は２１°である。

ウォータハンマに対する強度は、一般的に、びん裾部曲面の縦断面における曲率半径を大きくすることで大きくすることができる。裾部の曲率半径が小さいと、ウォータハンマの衝撃で内面に発生する微細な傷が、ウォータハンマで大きな応力が発生する個所に多くできる。ガラスびんは、微細な傷により大幅に強度が弱くなる。さらに、裾部の曲率半径が小さいと、ウォータハンマで発生する内部応力自体も大きくなるので、びんは非常に割れやすくなるのである。
背の高いびんは、裾部の曲率半径が小さいので、ウォータハンマ現象が起きたときに傷が多くでき、大きな内部応力が発生して、破壊されやすくなる。
仮に、背の高いびんの裾部の曲率半径を５ｍｍから６ｍｍに大きくすると、裾部ないし底部のガラス肉厚が０．３ｍｍ厚くなり発生する内部応力が小さくなると共に、傷が減少して割れにくくなる。
ウォータハンマ現象で、内溶液の動圧２ＭＰａがかかったときの最大発生応力を計算すると、裾部の曲率半径５ｍｍの場合１１４．４ＭＰａで、裾部の曲率半径６ｍｍの場合９２．１ＭＰａとなる。最大発生応力は１００ＭＰａよりも大きいとウォータハンマ破壊の危険性が大きいとされているので、裾部の曲率半径５ｍｍの場合はウォータハンマ破壊の危険性が高く、６ｍｍの場合は危険性が低い。

ところが、図８のようにして、裾部の曲率半径を大きくすると、ナーリング最下部位置の半径ｂが小さくなるので、転倒角度が１７°から１５．５°に小さくなってしまい、生産ラインや充填ライン上でのびんの転倒が多くなり、実用的ではないという問題がある。

そこで、本発明者らは、ナーリングの最下部を、びん本体（ナーリングが形成されていない部分）のびん底最下部よりも半径方向外側に位置させることを考案した。

ナーリングの最下部がびん本体の最下部よりも外側にあるので、裾部の曲率半径を大きくしてびん本体最下部が内側に移動しても、ナーリングの最下部は従前のままとし、転倒角度が小さくなるのを防ぐことができる。

図６は、ナーリングの最下部を、びん本体の最下部よりも半径方向外側に位置させたガラスびん３の例である。
図６において、実線は、ガラスびん３の裾部付近の本体形状（曲率半径Ｒ１）とナーリング形状の外郭線（半径方向断面）を示している。太い破線は、従来のガラスびん５の本体形状（曲率半径Ｒ５）を示している。
従来のガラスびん５は、外径５２ｍｍ、高さ約１５１ｍｍの丸びんで、裾部の曲率半径Ｒ５は５ｍｍである。びん本体（ナーリング以外の部分）の最下部Ａ５、及びナーリング５１の最下部Ｂ５（図８）は、いずれも裾部の円弧曲線の中心Ｏ５の真下に位置し、これはびんの軸心からａ＝２０．８５ｍｍ外側である。したがって、びんの接地半径は２０．８５ｍｍであり、転倒角度は約１７°である。

ガラスびん３は、従来のガラスびん５の裾部の曲率半径Ｒ５＝５ｍｍをＲ１＝６ｍｍに大きくしたものである。びん本体の最下部Ａ３は、裾部の円弧曲線の中心Ｏ１の真下に位置し、これはびんの軸心からｂ＝１９．９ｍｍ外側である。これは、従来のびん本体の最下部Ａ５よりも０．９５ｍｍ内側に移動している。
従前の考え方によれば、このようなガラスびんに施すナーリングは、細い破線（符号４１）に示すように、その最下部Ｂ４が裾部の円弧曲線の中心Ｏ１の真下に位置するように設けられる（図８のガラスびん４）。Ｂ４はびんの軸心からｂ＝１９．９ｍｍ外側であるから、びんの接地半径は１９．９ｍｍとなり、従来のガラスびん５に比べて接地半径が０．９５ｍｍ小さくなり、倒れやすくなる（転倒角度１５．５°）。

しかし、ガラスびん３のナーリング３１は、その最下部（接地部）Ｂ３が、従来ガラスびん５の裾部の曲率中心Ｏ５の真下（ガラスびん３本体の最下部Ａ３よりも半径方向外側）に設けられているので、接地半径は従来びん５と同じａ＝２０．８５ｍｍとなり、転倒角度は約１７°で倒れやすくなっていない。

このように、ナーリングの最下部がびん本体の最下部よりも外側にあるガラスびん３は、転倒角度が従来のガラスびんと同じになるのであるが、他の問題点を有していることが判明した。これを図７により説明する。
図７において、実線はガラスびん３の本体形状及びナーリング形状、破線は従来のガラスびん５の本体形状及びナーリング形状を示す。
ガラスびん３のナーリング３１の最下部Ｂ３は、従来のガラスびん５のナーリング５１の最下部Ｂ５と中心からの距離（接地半径）が等しいが、ナーリング３１の外端はナーリング５１の外端よりも外側に張り出し、さらに張出角度θ（ナーリング外端の接線角度）も大きくなっている。
このため、ガラスびん３は、製造ラインや充填ラインにおけるコンベア乗り換えなどの際にナーリング外端がコンベアに接触し、ふらつきを生じやすいことが判明した。したがって、転倒角度は従来のガラスびん５と同じでも、ふらつきを生じやすいことで倒れやすくなるという問題がある。

本発明は、ウォータハンマ強度を上げるために裾部の曲率半径を大きくしても、転倒角度が小さくならないようにすると共に、ふらつきを生じにくくして、比較的背の高いびんのウォータハンマ強度の向上を実現することを課題とするものである。

本発明は、びん底の外周縁に沿って複数個の放射状ナーリングが周方向に沿って並列して施されており、びん本体の半径方向縦断面における裾部から底部にかけての外面形状が、曲率半径Ｒ１の部分と、その内側に連続するＲ１よりも大きい曲率半径Ｒ２の部分を有し、該Ｒ２の曲率中心Ｏ２と前記Ｒ１の曲率中心Ｏ１の、びん中心からの距離が等しく、前記ナーリングの少なくとも一部が前記曲率半径Ｒ２の部分に形成されていると共に、該ナーリングの最下部がびん本体の最下部よりも半径方向外側に位置していることを特徴とするガラスびんである。（請求項１）

さらに、びん本体の半径方向縦断面における裾部から底部にかけての外面形状において、曲率半径Ｒ１の部分の内側に連続して、Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２の部分を形成し、ナーリングを、その少なくとも一部が曲率半径Ｒ２の部分に位置するように形成することで、ナーリング外端の張り出し量を小さくし、張出角度θも小さくでき、ふらつきが生じにくくなる。

ナーリングの最下部位置の半径と、びん本体の最下部位置の半径の差（図２のａ−ｂ）は、０．７５〜１．５ｍｍ程度が適当である。
Ｒ２の大きさは、Ｒ１の１．２〜２倍程度が適当である。
ナーリングは、その少なくとも一部が曲率半径Ｒ２の部分に形成されていればよいが、その全体が曲率半径Ｒ２の部分に形成されていることが最も好ましい。

本発明では、ナーリングの長手方向に沿った中央縦断面において、その外郭線の曲率半径が、外側部分よりも内側部分が大きくなるように構成することができる。（請求項２）

ナーリングの最下部がびん本体の最下部よりも外側になるようにすると、ナーリングの最下部の位置（接地部）がナーリングの長手方向の内側寄りに大きく寄ってしまい、衝撃により欠点（欠け、クラック）が生じやすくなる。ナーリングの外郭線の曲率半径を外側部分よりも内側部分が大きくなるようにすると、最下部の位置がナーリングの中央付近に近づき、衝撃による欠点の発生が少なくなる。

また本発明は、図３に示すように、ナーリングの原形状が請求項１又は２のガラスびんのナーリング形状であり、該原形状の底部を水平に切欠して底面を形成したナーリングを有することを特徴とするガラスびんである。（請求項３）

請求項１又は２のガラスびんのナーリング形状を原形状とし、その底部を水平に切欠して底面を形成したナーリング形状とすることで、接地半径が大きくなり、転倒角度も大きくなって倒れにくくなる。

ナーリングの長手方向はガラスびんの半径方向を向いている場合（請求項４）のみならず、半径方向に対して傾いていてもよい。（請求項５）
この場合、ナーリングの半径方向に対する傾きは、４５°以内程度である。

本発明のガラスびんは、ナーリングの外面最下部が、ナーリングが形成されていないびん本体外面最下部よりも半径方向外側に位置しているので、ウォータハンマ強度を上げるためにびん裾部の曲率半径を大きくしても、転倒角度が小さくならないようにできる。
さらに、びん本体の半径方向縦断面における裾部から底部にかけての外面形状において、曲率半径Ｒ１の部分の内側に連続して、Ｒ１よりも大きい曲率半径Ｒ２の部分を形成し、ナーリングを、その少なくとも一部が曲率半径Ｒ２の部分に位置するように形成することで、ナーリング外端の張り出し量を小さくし、張出角度θも小さくでき、ふらつきも生じにくくなる。
したがって、びんの裾部の曲率半径を大きくしてもびんが倒れやすくならないので、比較的背の高いびんの裾部の曲率半径を大きくしてウォータハンマ強度の向上を実現できる。

実施例のガラスびん１の底面図及びその部分拡大図である。図１におけるＡ−Ａ線断面説明図である。実施例のガラスびん２の要部断面説明図である。実施例のガラスびん１’の底面図及びその部分拡大図である。ガラスびんの側面図である。ガラスびん３の説明図である。ガラスびん３のナーリング説明図である。従来のガラスびん５の説明図である。

図１に示すように、実施例のガラスびん１のナーリング１１は、その長手方向がガラスびんの半径方向を向いて設けられている。なお、図１においては、上側にガラスびんの底面全体、下側にその一部を拡大して示している。

図２は図１におけるＡ−Ａ線断面（半径方向断面）説明図である。図２において、実線は、実施例のガラスびん１の裾部付近の本体形状とナーリング形状の外郭線（半径方向断面）を示している。破線は、比較例として、前記のガラスびん３の本体形状及びナーリング形状を示している。
比較例のガラスびん３は、外径５２ｍｍ、高さ約１５１ｍｍの丸びんで、裾部ないし底部にかけて曲率半径Ｒ１（＝６ｍｍ）の、外側に凸の曲線となっており、変曲点Ｄ３を境にしてその内側は、外側に凹の曲線となっている。ナーリング３１は、曲率半径Ｒ１の曲線部分に形成されている。
びん本体（ナーリング以外の部分）の最下部Ａ３は裾部の円弧曲線の中心Ｏ１の真下に位置し、ナーリング３１の最下部Ｂ３は、本体の最下部Ａ３よりも０．９５ｍｍ外側になっている。
また、ナーリング３１の長手方向断面の外郭線において、最下部Ｂ１を境にした内側部分の曲率半径Ｒ４（中心Ｏ４′）は、外側部分の曲率半径Ｒ３（中心Ｏ３′）よりも２ｍｍ大きくなっている。このため、ナーリング１３の最下部Ｂ１は、ナーリングの長手方向の中央付近に位置している。

実施例のガラスびん１も、外径５２ｍｍ、高さ約１５１ｍｍの丸びんで、裾部ないし底部にかけての曲線は、裾部から変曲点Ｃ１までが曲率半径Ｒ１（＝６ｍｍ）の外側に凸の曲線、その内側方向に続いて、変曲点Ｃ１からＤ１までがＲ１よりも大きな曲率半径Ｒ２（＝１０ｍｍ）の外側に凸の曲線、Ｄ１よりも内側部分が、外側に凹の曲線となっている。曲率半径Ｒ２の曲率中心Ｏ２は、曲率半径Ｒ１の曲率中心Ｏ１の真上にある。ナーリング１１はその全体が曲率半径Ｒ１の部分、すなわちＣ１〜Ｄ１の間に形成されている。
びん本体の最下部Ａ１の半径方向位置、ナーリング最下部Ｂ１の半径方向位置は、ガラスびん３のＡ３、Ｂ３と同じで、ナーリング１１の最下部Ｂ１は、本体の最下部Ａ１よりも０．９５ｍｍ外側になっている。したがって、ガラスびん１とガラスびん３の接地半径及び転倒角度は同じである。

図２に明らかなように、大きな曲率半径Ｒ２の部分を設けたことにより、ガラスびん１の本体最下部Ａ１及びナーリング最下部Ｂ１は、それぞれガラスびん３の本体最下部Ａ３、ナーリング最下部Ｂ３よりも上方に位置するようになり、これに伴いナーリング１１はナーリング３１に比較して、その外端が内側に位置し（張り出し量が小さく）、張出角度も小さくなる。
これにより、ガラスびん１はガラスびん３に比較して、製造ラインや充填ラインにおいてナーリング外端がコンベアに接触した際のびんのふらつきが小さくなり、転倒しにくくなる。

また、ナーリング１１の、最下部Ｂ１を境にした内側部分の曲率半径Ｒ４（曲率中心Ｏ４）と、外側部分の曲率半径Ｒ３（曲率中心Ｏ３）は、ガラスびん３のＲ４、Ｒ３と同じであるが（Ｒ４＞Ｒ３）、ナーリング最下部Ｂ１がＢ３よりも上方に位置していることにより、Ｏ４、Ｏ３はそれぞれＯ４′、Ｏ３′よりも上方に位置している。
ナーリング１１も、ナーリング３１と同様に、内側部分の曲率半径Ｒ４が外側部分の曲率半径Ｒ３よりも大きいので、ナーリング１１の最下部Ｂ１は、ナーリングの長手方向の中央付近に位置している。

図３のガラスびん２のナーリング２１は、図２のナーリング１１の形状を原形状２２とし、その底部を水平面ｓで切欠して底面２３を形成した形状となっている。底面２３の最も外側の位置Ｂ２から中心までの距離が接地半径となるので、ガラスびん１に比べて接地半径及び転倒角度が大きくなり、さらに倒れにくくなる。
ただし、底面２３の面積が大きくなりすぎると、成形直後のガラスびんがコンベア上に置かれるときのサーマルショックやその後の工程での機械的衝撃が大きくなってナーリングが損傷するおそれがあるので、水平面ｓの高さと原形状２２の最下点Ｂ１の高さの差は０．２ｍｍ以内程度とすることが好ましく、０．０５〜０．１ｍｍが最も良い。

図４は、他の実施例のガラスびん１′の底面を示し、ナーリング１１′はその長手方向がガラスびんの半径方向に対して傾いて設けられている。
このように、本発明のナーリングは、半径方向に対して傾いていても良い。
ナーリング１１′の断面形状及びびん本体に対する位置関係は、ガラスびん１のナーリング１１の場合と同様である。
また前記実施例と同様に、ナーリング１１’の長手方向に沿った中央縦断面（Ｂ−Ｂ線断面）において、その外郭線の曲率半径が外側部分よりも内側部分が大きくなっている。

１ガラスびん
１１ナーリング
１′ ガラスびん
１１′ ナーリング
２ガラスびん
２１ナーリング
２２原形状
２３底面
３ガラスびん
３１ナーリング
４ガラスびん
４１ナーリング
５ガラスびん
５１ナーリング

Claims

びん底の外周縁に沿って複数個の放射状ナーリングが周方向に沿って並列して施されており、びん本体の半径方向縦断面における裾部から底部にかけての外面形状が、曲率半径Ｒ１の部分と、その内側に連続するＲ１よりも大きい曲率半径Ｒ２の部分を有し、該Ｒ２の曲率中心Ｏ２と前記Ｒ１の曲率中心Ｏ１の、びん中心からの距離が等しく、前記ナーリングの少なくとも一部が前記曲率半径Ｒ２の部分に形成されていると共に、該ナーリングの最下部がびん本体の最下部よりも半径方向外側に位置していることを特徴とするガラスびん。
前記ナーリングの長手方向に沿った中央縦断面において、その外郭線の曲率半径が外側部分よりも内側部分が大きくなっている請求項１に記載のガラスびん。
ナーリングの原形状が請求項１又は２のガラスびんのナーリング形状であり、該原形状の底部を水平に切欠して底面を形成したナーリングを有することを特徴とするガラスびん。
前記ナーリングの長手方向がガラスびんの半径方向を向いている請求項１〜３のいずれかに記載のガラスびん。
前記ナーリングの長手方向がガラスびんの半径方向に対して傾いている請求項１〜３のいずれかに記載のガラスびん。