容器
【課題】小さな力で潰せることから、容易に容積を減少させることのできる容器を提供する。
【解決手段】容器１の胴部３には、捩りが加えられることにより径方向に凹凸の生じた座屈パターンに変化する座屈パターン事前体８が設けられる。座屈パターン事前体８は、６本の峰線９及び谷線１０と、峰線９と谷線１０との間に交互に形成される凸面１１及び凹面１２とを有している。峰線９及び谷線１０は、これらの上端同士或いは下端同士を結ぶ胴部３の周回りの線Ｓ２に対して、それぞれ所定の傾斜角をもって胴部３の高さ方向に延びており、峰線９や谷線１０の傾斜角や数は、座屈パターンの発生位置における胴部３の内部が所定の多角形断面となるように調整される。この調整により、胴部３は、軸回りの捩りにより、しわが生じるときの歪みエネルギーが小さくなる。
【解決手段】容器１の胴部３には、捩りが加えられることにより径方向に凹凸の生じた座屈パターンに変化する座屈パターン事前体８が設けられる。座屈パターン事前体８は、６本の峰線９及び谷線１０と、峰線９と谷線１０との間に交互に形成される凸面１１及び凹面１２とを有している。峰線９及び谷線１０は、これらの上端同士或いは下端同士を結ぶ胴部３の周回りの線Ｓ２に対して、それぞれ所定の傾斜角をもって胴部３の高さ方向に延びており、峰線９や谷線１０の傾斜角や数は、座屈パターンの発生位置における胴部３の内部が所定の多角形断面となるように調整される。この調整により、胴部３は、軸回りの捩りにより、しわが生じるときの歪みエネルギーが小さくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小さな捩り力で潰せることから、容易に容積を減少させることのできる容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、飲料や食料の容器としてペットボトルなどの合成樹脂製容器やアルミ缶などの筒状容器が使用されている。
【０００３】
この筒状容器が、そのままの形状で回収ボックスなどに廃棄された場合には、回収ボックスがすぐに一杯になってあふれてしまうとともに、運搬の際の回収効率の悪化を招く。
【０００４】
このため、人力にて容積を減少させることが可能な筒状容器が開発されている。例えば特許文献１に開示される円筒状容器では、軸回りの捩りを加えた際に座屈パターンに変化するデザインとして、座屈パターン事前体が設けられている。座屈パターン事前体は、筒状容器の周方向に間隔をおいて高さ方向に延びる複数の峰線と、隣り合う２つの峰線の上下端を掛け渡す複数の谷線と、峰線と谷線との間に交互に形成される凹面及び凸面とから構成されており、捩りにより径方向に凹凸の生じた座屈パターンに変化する。そして、座屈パターン事前体が座屈パターンに変化することで、円筒状容器は、軸方向に潰されて、容積が減少する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１００７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、筒状容器を潰すためには、筒状容器が有する耐力以上の力を加える必要があるが、特許文献１の容器では、上記の耐力は、円筒構造特有の幾何学的条件(高さ・半径・壁厚)や材質などの他に、座屈パターン事前体の形状（具体的には、峰線・谷線の数や向き等）に応じて異なる。このことから、特許文献１の容器を小さな力で潰せるようになるためには、座屈パターン事前体の形状を調整する必要がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、円筒状の胴部を備え、該胴部に、捩りが加えられることにより径方向の凹凸の生じた座屈パターンに変化する座屈パターン事前体が設けられた容器であって、小さな力で潰せることから、容易に容積を減少させることのできる容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明にかかる容器は、円筒状の胴部を備え、該胴部に、捩りが加えられることにより径方向の凹凸の生じた座屈パターンに変化する座屈パターン事前体が設けられた容器であって、前記座屈パターン事前体は、前記胴部の周方向に間隔をおいて設けられ、それぞれ前記胴部の高さ方向に延びる複数の峰線と、隣り合う二つの前記峰線毎に設けられて、前記二つの峰線の上下端を掛け渡すように前記胴部の高さ方向に延びる複数の谷線と、前記峰線と前記谷線との間に交互に形成される凸面及び凹面とを有して、前記複数の峰線及び谷線は、これらの上端同士或いは下端同士を結ぶ前記胴部の周回りの線に対して、それぞれ所定の傾斜角をもって前記胴部の高さ方向に延びており、前記峰線や谷線の傾斜角や数は、前記座屈パターンの発生位置における前記胴部の内部が所定の多角形断面となるように調整され、前記所定の多角形は、前記捩りにより前記胴部にしわが発生するときに前記胴部に蓄積されている歪みエネルギーが最小となる形状であることを特徴とする。
【０００９】
また好ましくは、前記複数の峰線又は谷線のうち、いずれか一つの前記峰線又は谷線の前記傾斜角は、前記複数の峰線又は谷線の前記傾斜角の平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また好ましくは、前記胴部の径は、該胴部の高さ方向の一端側から他端側になるにつれて拡大することを特徴とする。
【００１１】
また好ましくは、前記座屈パターン事前体は、前記胴部の高さ方向に間隔をおいて複数形成されることを特徴とする。
【００１２】
また好ましくは、前記胴部の材料は、プラスチック樹脂、アルミニウム、スチール、又は紙によって構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、座屈パターン事前体における峰線及び谷線の傾斜角等の調整により、座屈パターンの発生位置における胴部の内部空間が所定の多角形断面となり、この結果、捩りにより胴部にしわが発生するときに胴部に蓄積されている歪みエネルギーは、最小となる。このため、本発明の容器は、初期不整（座屈パターン事前体に相当）の無い完全系の容器や、異なる初期不整が設けられた不完全系の容器に比して、捩りに抵抗する耐力が小さい。より具体的には、本発明の容器は、径方向の凹凸変位としてのしわが発生するとき（歪みエネルギーの勾配、或いは全ポテンシャルエネルギーの勾配が極値になるとき）のトルク荷重である最大トルクが、初期不整以外の幾何学的条件が同一である完全系の容器の臨界トルクや、他の不完全系の容器の最大トルクに比して小さい。これにより、本発明の容器は、小さな捩り力で座屈パターン事前体が座屈パターンに変化して径方向の凹凸変位が生じるため、容易に潰され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における容器の概略図である。
【図２】実施の形態１における容器の展開図である。
【図３】実施の形態１における容器の減容化手順を示す概略図である。
【図４】図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】実施の形態１における容器の減容化手順を示す概略図である。
【図６】軸回りの捩りが加えられることで、円筒体にしわが発生した状態を示す斜視図である。
【図７】円筒体に蓄積される歪みエネルギーと、円筒体に生じるしわの数との関係を例示するグラフである。
【図８】初期不整の有る円筒体と、初期不整の無い円筒体についてのトルク荷重と径方向の変位との関係を例示するグラフである。
【図９】径方向の凹凸発生位置における内部の断面形状が異なる三つの円筒体についてのトルク荷重と径方向変位との関係を例示するグラフである。
【図１０】径方向の凹凸発生位置における内部の断面形状が、六角形になる円筒体についてのトルク荷重と径方向変位との関係を例示するグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態２における容器の概略図である。
【図１２】実施の形態２における容器の展開図である。
【図１３】実施の形態２における容器の減容化手順を示す概略図である。
【図１４】図１３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１５】実施の形態２における容器の減容化手順を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態１について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。
【００１６】
図１に示すように、実施の形態１における容器１は、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料のブロー成形にて形成されたプラスチック容器であって、円筒状の胴部３と、胴部３よりも小径の筒状を呈し、胴部３の一端に連なる口部５とを備えている。この容器１では、口部５の先端に形成された開口７から胴部３内に飲料（内容物）を流入させたり、胴部３内の飲料を流出させることができる。
【００１７】
胴部３に形成される座屈パターン事前体８は、捩りによる座屈現象の解析や実験に基づき形状が設定されたものであって、峰線９（９Ａも含む）と、谷線１０と、凸面１１と、凹面１２とを有している。
【００１８】
図２の展開図に示すように、峰線９は、胴部３の周方向に間隔をおいて６本設けられており、それぞれ胴部３の高さ方向に延びている。谷線１０は、隣り合う２つの峰線９毎に形成された結果、６本設けられており、それぞれ２つの峰線９の上下端を掛け渡すように胴部３の高さ方向に延びている。凸面１１及び凹面１２は、峰線９と谷線１０との間に交互に形成されている。なお、峰線９や谷線１０の設置数は、上記の６本に限らず、任意に設定され得る。
【００１９】
峰線９及び谷線１０は、これらの上端同士或いは下端同士を結ぶ胴部３の周回りの線Ｓ１，Ｓ２に対して、それぞれ傾斜角α，βをもって延びている（図１では、峰線９が、線Ｓ２に対して傾斜角αをもって延び、谷線１０が、線Ｓ２に対して傾斜角βをもって延びる状態を示す）。
【００２０】
以上の構成を有する容器１は、捩りにより折り畳まれる胴部３の壁部分が、スナップスルー現象により折り返ることで体積が減少するとともに、胴部３の壁部分が折り返った後では、復元することなく、体積の減少した状態が安定するものである。以下、図３〜５を参照して、実施の形態１における容器１の減容化手順について説明する。
【００２１】
まず、容器１の両端部を把持して、容器１を軸回り（軸線Ｇ回り）に捩る。その結果、容器１は、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態になる。図３（ｂ）の状態では、座屈パターン事前体８は座屈パターン１３に変化しており、座屈パターン１３では、峰線９及び谷線１０に沿うしわＳ（９），Ｓ（１０）が生じるとともに、しわＳ（９），Ｓ（１０）を折目として凸面１１及び凹面１２が屈曲することで、径方向の凹凸が生じている。そして、座屈パターン事前体８が座屈パターン１３に変化した結果、容器１は、軸方向に潰されて容積が減少している。
【００２２】
図４は、図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。座屈パターン１３の発生位置における胴部３の内部は、屈曲した壁（凸面１１及び凹面１２に相当）によって輪郭が構成されており、本実施の形態１では、その断面が、六角形を呈している。
【００２３】
そして、座屈パターン事前体８が座屈パターン１３に変化した後においては、胴部３の他端側を一端側に向けて押し込む。この結果、胴部３に圧縮力が付加されて、座屈パターン１３は、径方向内側に突出する山折り形状になる（図５（ａ）参照）。
【００２４】
そして、さらに胴部３の他端側を一端側に向けて押し込むと、座屈パターン１３は、山折りの頂部１３ａが徐々に一端側に移動するように傾いていく。図５（ｂ）は、この傾斜の進行により、座屈パターン１３の傾きが、胴部３の径方向と略平行になった状態を示している。
【００２５】
そして、さらに胴部３の他端側を一端側に向けて押し込むと、座屈パターン１３が、座屈パターン１３の付根１３ｂ近傍の胴部３の壁によって内向きに押さえられる。この結果、座屈パターン１３には、付根１３ｂをヒンジとして反転しようとする力が働き、スナップスルー現象が生じる。すなわち、座屈パターン１３は、付根１３ｂをヒンジとして、頂部１３ａが徐々に一端側に向くように傾いていくことで、不安定な状態になった後、図３（ｃ），図５（ｃ）に示すように、軸方向一端側に折り返されて、安定状態に移行する。この折り返しにより、容器１は、さらに一層、容積が減少する。
【００２６】
そして、座屈パターン１３が折り返された後では、座屈パターン１３は、付根１３ｂ近傍の胴部３の壁によって内向きに押さえられるため、折り返されたまま復元することなく、その状態が維持される。
【００２７】
ここで本実施の形態１では、小さな捩り力で容器１を図３（ａ）から図３（ｂ）へと変化させて潰せるように、座屈パターン事前体８の形状が設定されている。以下、この形状の設定方法について説明する。
【００２８】
図６は、軸回りの捩りが加えられることで、円筒体にしわが発生した状態を示している。トルク荷重を徐々に増すように円筒体に軸回りの捩りを加えると、トルク荷重が小さい初期段階では、円筒体に変形は生じない。しかしながら、トルク荷重がある値（後述の臨界トルクや最大トルクに相当）に達すると、円筒体には、径方向の凹みである座屈セルＣが周方向に略等間隔で生じて、この座屈セルＣを起点として、径方向の凹凸変位であるしわＳが高さ方向に延びる。すなわち、トルク荷重がある値に達したときには、エネルギー勾配が極値になることで、円筒体に座屈が生じて、数ｎや傾斜角のしわＳが出現する。この際に現れるしわＳの数ｎや傾斜角は、それまでに円筒体に蓄積された歪みエネルギーＶｂに応じて定まる。
【００２９】
図７は、円筒体に蓄積される歪みエネルギーＶｂと、円筒体に生じるしわＳの数ｎとの関係を例示している。図７には、６の数のしわＳを生じさせる歪みエネルギーＶｂｓが、６以外の数のしわＳを生じさせる歪みエネルギーＶｂに比して小さな円筒体についての曲線が示されている。この円筒体では、６の数のしわＳを生じさせる歪みエネルギーＶｂｓは、他の数のしわＳを生じさせる歪みエネルギーＶｂに比して小さくなっており、歪みエネルギーＶｂがＶｂｓに達したときには、エネルギー勾配が極値となって、しわＳが生じて、その数は６になる。
【００３０】
図８は、初期不整の有る円筒体と、初期不整の無い完全系の円筒体についてのトルク荷重Ｔと径方向の凹凸変位との関係を示している。初期不整とは、断面が真円ではない部位であって、本実施の形態の容器１（図１参照）では、座屈パターン事前体８に相当する。
【００３１】
しわＳが生じるときに円筒体に蓄積されている歪みエネルギーＶｂｓ（図７参照：以下、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓ）は、捩りに抵抗する円筒体の耐力と比例する関係にあり、円筒体の耐力が小さいほど、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓも小さくなる。
【００３２】
初期不整の無い完全系の円筒体は、臨界トルク（図８参照）を超えるトルク荷重Ｔが加えられるまでは径方向の変位を生ぜず、トルク荷重Ｔが臨界トルクを超えた時から径方向の凹凸変位を生じるようになる。これに対して、初期不整の有る不完全系の円筒体は、トルク荷重Ｔが所定値に達するまでは、トルク荷重Ｔに比例した径方向の凹凸変位を生じる。そして、トルク荷重Ｔが所定値に達した時点において、円筒体に蓄積される歪みエネルギーＶｂがＶｂｓ（図７参照）に達して、歪みエネルギーＶｂの勾配（或いは全ポテンシャルエネルギーの勾配）が極値となる。この場合において、円筒体には、径方向の凹凸変位としてのしわＳが生じる。そして、トルク荷重Ｔが所定値を越えた以降では、単位荷重当たりの凹凸変位量が大きくなって、円筒体は、急激な凹凸変位を生じるようになる。上記の所定値は、最大トルク（図８参照）と称され、この値により、不完全系の円筒体の捩りに抵抗する耐力を示すことができる。
【００３３】
また、完全系の円筒体の捩りに抵抗する耐力は、上記の臨界トルクによって示すことができるが、上記不完全系の円筒体の最大トルクは、臨界トルクに比して小さい。このことから、初期不整を円筒体に設けた場合には、捩りに抵抗する耐力が小さくなることで、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓ（図７参照）も小さくなり、その結果、円筒体は、小さな捩り力で、座屈を起こし、しわＳが周期的に生じるようになる。
【００３４】
そして、円筒体にしわＳが生じた時点から、さらに円筒体に付加するトルク荷重を増していくと、円筒体には、しわＳを折目として壁が屈曲して径方向の凹凸が生じる。この際、凹凸の発生位置における円筒体の内部は、その断面形状が、先に生じていたしわＳの数ｎや傾斜角λに応じて定められる（しわＳの傾斜角λは、しわＳの延びる方向が、円筒体の周方向に対して傾斜する角度である）。
【００３５】
図９は、径方向の凹凸発生位置における内部の断面形状が異なる三つの円筒体についてのトルク荷重と径方向変位との関係を例示している。図９には、断面が正七角形になる円筒体についての釣合い曲線と、断面が正五角形になる円筒体についての釣合い曲線と、断面が正六角形になる円筒体についての釣合い曲線とが示されている。
【００３６】
上記の３つの円筒体は、それぞれ初期不整の有る不完全系の円筒体であって、これらの最大トルクは、それぞれ完全系の円筒体（初期不整以外の幾何学的条件が同一の円筒体）の臨界トルクに比して、小さくなっている。
【００３７】
また、円筒体は、その幾何学的条件に応じて、凹凸発生位置における内部の断面形状が、任意の多角形に階層的に対称性が低下する「力学的な対称性の破れ」を生じるが、上記の３つの円筒体は、幾何学的条件としての初期不整の形状が異なっていたことから、凹凸の発生位置における断面形状に相違が生じたものとなっている。これら断面形状が異なる円筒体では、図９に示すように、最大トルクの大きさが異なっており、最大トルクが小さな円筒体ほど、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓ（図７参照）が小さく、小さな捩り力で径方向の凹凸変位を生じ易い。図９に示す例では、断面が正七角形になる円筒体、断面が正五角形になる円筒体、断面が正六角形になる円筒体の順に、最大トルク・しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが小さく、径方向の凹凸変位が生じ易い。
【００３８】
以上に鑑み、本実施の形態１では、座屈パターン１３（図３（ｂ）参照）の発生位置における胴部３の内部が、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小になる多角形断面となるように、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，β（図１参照）が設定される。
【００３９】
具体的には、以下の式１，２に基づき、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小になるときのしわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminが取得される。そして、軸回りの捩りが胴部３に加えられた際に、数ｎminや傾斜角λminのしわＳが生じるように、峰線９及び谷線１０の数や傾斜角α，βが設定される。
【数１】
【数２】
【００４０】
式１は、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓの算出式である。式２は、仮定されたしわＳの数ｎやしわＳの傾斜角λを入力値とするものであって、数ｎや傾斜角λのしわＳが生じる状況下における（ｘ，ｙ）位置の径方向のたわみｗ（ｘ，ｙ）が算出される。式１，２において、Ｅは胴部３のヤング係数、νはポアソン比、Ｌは胴部３の高さ、Ｒは胴部３の半径、tは胴部３の壁厚であり、式２のＡiは、しわＳの傾斜角λ等に応じて設定される未知係数である。また、式２では、べき数ｍの数値（１或いは２）を選択することで、容器の端部の支持条件（境界条件）を、単純支持と両端支持とのいずれかに設定することができる。
【００４１】
式１，２によれば、式２により算出されるたわみｗ（ｘ，ｙ）が、式１に入力されることで、数ｎや傾斜角λのしわＳが生じるときに、胴部３に蓄積されているしわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが算出される。よって、式１の出力値が最小になるときの式２の入力値を求めることで、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小になるときのしわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminを取得することができる。
【００４２】
本実施の形態１では、峰線９や谷線１０の数や傾斜角α，βが、式１，２により取得される数ｎminや傾斜角λminのしわＳを生じさせるように設定された結果、座屈パターン１３の発生位置における胴部３内部の断面形状は、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最も小さくなる六角形（図４参照）に調整されている。つまり、断面が他の多角形になる場合に比して、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが小さくなるように調整されている。このため、本実施の形態の容器１は、初期不整（座屈パターン事前体に相当）の無い完全系の容器や、異なる初期不整が設けられた他の不完全系の容器に比して、捩りに抵抗する耐力が小さい。より具体的には、容器１の最大トルクは、初期不整以外の幾何学的条件が同一である完全系の容器の臨界トルクや、他の不完全系の容器の最大トルクに比して小さい。これにより、容器１は、小さな捩り力で座屈パターン事前体８が座屈パターン１３に変化して径方向の凹凸変位が生じるため、容易に潰され得る。なお、座屈パターン事前体８が座屈パターン１３に変化した後では、容器１は、捩り力の増加に応じて、径が縮小していく。
【００４３】
なお、式１，２によって取得されるしわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminは、胴部３の高さＬ、胴部３の半径Ｒ、胴部３の壁厚t、胴部３の材質に関する特性値（ヤング係数Ｅ・ポアソン比ν）に応じて異なる。よって本発明によれば、しわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminに基づき、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，βが設定されることで、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小になるときの胴部３内部の断面形状は、上記の六角形に限らず、任意の多角形に調整され得る。
【００４４】
そして本実施の形態１では、より小さな捩り力で、容器１を潰すことができるように、座屈パターン１３の発生位置における胴部３内部の断面形状が、さらに詳細に調整される。
【００４５】
図１０は、捩りにより径方向の凹凸が発生した位置における内部の断面形状が、六角形になる円筒体についてのトルク荷重と径方向変位との関係を例示している。
【００４６】
断面形状が正多角形になる第１の円筒体と、断面形状が第１の円筒体と同じ角数の多角形になるものの、この多角形の辺の長さが不均一である第２の円筒体との最大トルクを比較すると、図１０の例に示すように、断面形状が不均一な多角形となる第２の円筒体は、断面形状が正多角形となる第１の円筒体に比して、最大トルクが小さく、小さな捩り力で径方向の凹凸変位を生じる。
【００４７】
これに鑑み、本実施の形態では、不均一な多角形の断面形状を生じさせるように、座屈パターン事前体８のデザインが設定されている。すなわち、座屈パターン事前体８が備える６つの峰線９（図２参照）のうち、一の峰線９Ａの傾斜角αＡは、６つの峰線９の傾斜角αの平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定される。具体的には、峰線９Ａの傾斜角αＡは、６０°に設定され、他の５つの峰線９の傾斜角αは、６５°，６６°，６５°，６３°，６４°に設定されている。この設定によれば、６つの傾斜角αの平均値は、６３．３°であり（６３．３°＝（６５°＋６６°＋６５°＋６３°＋６０°＋６４°）／６）、この平均値に対して、峰線９Ａの傾斜角αＡ（＝６０°）は、５．２％の差をもっている（５．２％＝（６３．３°−６０°）／６３．３°×１００％）。
【００４８】
この結果、図４に示すように、座屈パターン１３の発生位置における胴部３内部の断面形状は、辺の長さが不均一な六角形状に調整されている。これにより、本実施の形態１の容器１は、断面形状が正六角形になる場合に比して、最大トルクが小さく、小さな捩り力で潰される。
【００４９】
なお、断面形状を不均一な多角形にするために、谷線１０の傾斜角βを調整するようにしてもよい。この場合、座屈パターン事前体８が備える６つの谷線１０（図２参照）のうち、いずれか１つの谷線１０の傾斜角βは、６つの谷線１０の傾斜角βの平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定される。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態２の容器２０について、図１１〜１５を参照して説明する。なお、図１１〜１５において、実施の形態１と同一の構成については同一の符号を付している。
【００５１】
図１１に示すように、容器２０では、胴部２１が高さ方向の一端側になるにつれて径が拡大する筒状に形成されており、この胴部２１の中央に、峰線９、谷線１０、凸面１１、及び凹面１２を有する座屈パターン事前体２２が形成されている。
【００５２】
そして本実施の形態においても、式１，２により取得される数ｎminや傾斜角λminのしわＳを胴部２１に生じさせるように、峰線９や谷線１０の数や向きが設定されており、この結果、峰線９や谷線１０は、５本ずつ設けられ、それぞれ胴部２１の周回りの線Ｓ２（峰線９や谷線１０の下端同士を結ぶ線）に対して傾斜角α，βをもって高さ方向に延びている。
【００５３】
そして、一の峰線９Ａの傾斜角αＡ（図１２参照）は、５つの峰線９の傾斜角αの平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定される。具体的には、図１２に示すように、峰線９Ａの傾斜角αＡは、７５．６°に設定され、他の５つの峰線９の傾斜角αは、それぞれ６７．９°，６７．９°，６０．９°，６１．８°に設定されている。この設定によれば、５つの傾斜角αの平均値は、６６．８°であり（６６．８°＝（６７．９°＋７５．６°＋６７．９°＋６０．９°＋６１．８°）／５）、この平均値に対して、峰線９Ａの傾斜角αＡ（＝７５．６°）は、１３．２％の差をもっている（１３．２％＝（７５．６°−６６．８°）／６６．８°×１００％）。
【００５４】
図１３は、実施の形態２における容器２０の減容化手順を示す概略図である。図１３〜１５を参照して、容器２０が潰されていく過程について説明する。
【００５５】
まず、容器２０の両端部を把持して、容器２０を軸回り（軸線Ｇ回り）に捩ると、容器２０は、図１３（ａ）の状態から図１３（ｂ）の状態に変化する。図１３（ｂ）の状態では、座屈パターン事前体２２が座屈パターン２３に変化することで、胴部２１に径方向の凹凸が生じており、この結果、容器２０は、軸方向に潰されて、容積が減少している。
【００５６】
図１４は、図１３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図であり、座屈パターン２３の発生位置における胴部２１の断面形状を示している。本実施の形態では、数ｎminや傾斜角λminのしわＳを生じさせるように、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，βが設定されることで、座屈パターン２３の発生位置における胴部２１内部の断面形状は、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小となる五角形に調整されている。これにより、容器２０は、最大トルク（捩りに抵抗する耐力）が小さく、小さな捩り力で、座屈パターン事前体２２から座屈パターン２３に変化して、径方向の凹凸変位を生じる。これにより、容器２０は、容易に潰され得る。
【００５７】
そして、峰線９Ａの傾斜角αＡが、５つの峰線９の傾斜角αの平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定されていることから、座屈パターン２３の発生位置における胴部３内部の断面形状は、辺の長さが不均一な五角形に調整されている。これにより、本実施の形態の容器２０は、断面形状が正五角形になる場合に比して、最大トルクが小さく、小さな捩り力で潰される。
【００５８】
そして図１３（ｂ）に示したように、座屈パターン事前体２２が座屈パターン２３に変化した後においては、胴部２１の他端側を一端側に向けて押し込む。この結果、胴部２１に圧縮力が付加されて、座屈パターン２３は、径方向内側に突出する山折り形状になる（図１５（ａ）参照）。
【００５９】
そして、さらに胴部２１の他端側を一端側に向けて押し込むと、座屈パターン２３は、その頂部２３ａが徐々に一端側に移動するように傾いていき、この結果、図１５（ｂ）に示すように、座屈パターン２３の傾きが胴部２１の径方向と略平行になる。
【００６０】
そして、さらに胴部２１の他端側を一端側に向けて押し込むと、座屈パターン２３は、スナップスルー現象により、図１３（ｃ）,１５（ｃ）に示すように、座屈パターン２３の付根２３ｂをヒンジとして軸方向一端側に折り返されて安定する。これにより、容器２０は、容積がさらに減少する。この状態において、座屈パターン２３は、付根２３ｂ近傍の胴部２１の壁によって内向きに押さえられるため、折り返されたまま復元することなく、その状態が維持される。これにより、容器２０は、容積が減少した状態が確実に維持される。
【００６１】
実施の形態２によれば、胴部２１の径が一端側になるにつれて拡大しているので、図１３（ｂ）の状態から胴部２１の他端側を一端側に押し込む際には、径差のギャップによって、胴部２１の他端側を一端側の内部の奥深くまで挿入することができる。これにより、座屈パターン２３は、確実に軸方向一端側に折り返され、また、折り返された後では、復元しにくくなる。
【００６２】
本発明は、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
【００６３】
例えば、実施の形態１，２では、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，βを設定するために、式１に代えて、後述の式３を用いるようにしてもよい。式３は、ｖｏｎ Ｋａｒｍａｎ−Ｄｏｎｎｅｌｌの方程式であり、第１項において、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓを算出する式１が含まれている。
【００６４】
式３が用いられる場合には、式３への入力値を算出するために、式２の他に、式４も使用される。式４は、式２と同様に、仮定されたしわＳの数ｎや傾斜角λを入力値とするものであって、数ｎや傾斜角λのしわλが生じる状況下における（ｘ，ｙ）位置の応力φ（ｘ，ｙ）が算出される。また、式４でも、式２と同様に、べき数ｍの数値（１或いは２）を選択することで、容器の端部の支持条件（境界条件）を、単純支持と両端支持とのいずれかに設定することができる。
【００６５】
そして、式３によれば、式２，４により仮定されたたわみｗ（ｘ，ｙ）や応力φ（ｘ，ｙ）が入力されることで、数ｎや傾斜角λのしわＳが生じるときに、胴部３，２１に蓄えられる力学エネルギーＶが算出される。よって、式３の出力値が最小になるときの式２，３の入力値を求めることで、力学エネルギーＶが最小になるときのしわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminを取得することができる。そして、数ｎminや傾斜角λminのしわＳを胴部３，２１に生じさせるように、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，βが設定されることで、座屈パターン１３，２３の発生位置における胴部３，２１内部の断面形状は、力学エネルギーＶｓが最小になるときの多角形に調整される。この結果、容器２０は、小さな捩り力で、座屈パターン事前体８，２２が座屈パターン１３，２３に変化して径方向の凹凸を生じるようになる。
【数３】
【数４】
【００６６】
また、実施の形態１，２における胴部３，２１の材料は、アルミニウム、スチール、あるいは紙によって構成されてもよい。この場合においても、容器１を軸回りに捩ることで、座屈パターン事前体８，２２を座屈パターン１３，２３に変化させて圧縮させることでより、容器１，２０の容積を減少させることができる。
【００６７】
また、実施の形態１，２における座屈パターン事前体８，２２は、容器１，２０の軸方向に複数設けられてもよい。このようにすれば、容器１，２０に軸回りの捩りを加えることによって、座屈パターン１３，２３が複数の箇所で生じる。これにより、容器１，２０の容積を、大きく減少させることができる。
【００６８】
また、本発明の容器は、上記実施形態で述べた飲料用容器の他、菓子等の食料を収容する容器としても適用され得る。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、飲料や食料を収容する容器としてのペットボトル(プラスチック樹脂から形成されたペットボトルを含む)、アルミ缶、スチール缶、紙缶に適用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１，２０ 容器
３，２１ 胴部
５ 口部
７ 開口
８，２２ 座屈パターン事前体
９ 峰線
１０ 谷線
１１ 凸面
１２ 凹面
１３，２３ 座屈パターン
１３ａ，２３ａ 座屈パターンの頂部
１３ｂ，２３ｂ 座屈パターンの付根
Ｓ しわ
Ｓ１，Ｓ２ 胴部の周回りの線
α 峰線の傾斜角
β 谷線の傾斜角
λ しわの傾斜角
Ｖｂ 歪みエネルギー
Ｖｂｓ しわ発生時の歪みエネルギー
Ｖ 力学エネルギー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小さな捩り力で潰せることから、容易に容積を減少させることのできる容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、飲料や食料の容器としてペットボトルなどの合成樹脂製容器やアルミ缶などの筒状容器が使用されている。
【０００３】
この筒状容器が、そのままの形状で回収ボックスなどに廃棄された場合には、回収ボックスがすぐに一杯になってあふれてしまうとともに、運搬の際の回収効率の悪化を招く。
【０００４】
このため、人力にて容積を減少させることが可能な筒状容器が開発されている。例えば特許文献１に開示される円筒状容器では、軸回りの捩りを加えた際に座屈パターンに変化するデザインとして、座屈パターン事前体が設けられている。座屈パターン事前体は、筒状容器の周方向に間隔をおいて高さ方向に延びる複数の峰線と、隣り合う２つの峰線の上下端を掛け渡す複数の谷線と、峰線と谷線との間に交互に形成される凹面及び凸面とから構成されており、捩りにより径方向に凹凸の生じた座屈パターンに変化する。そして、座屈パターン事前体が座屈パターンに変化することで、円筒状容器は、軸方向に潰されて、容積が減少する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１００７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、筒状容器を潰すためには、筒状容器が有する耐力以上の力を加える必要があるが、特許文献１の容器では、上記の耐力は、円筒構造特有の幾何学的条件(高さ・半径・壁厚)や材質などの他に、座屈パターン事前体の形状（具体的には、峰線・谷線の数や向き等）に応じて異なる。このことから、特許文献１の容器を小さな力で潰せるようになるためには、座屈パターン事前体の形状を調整する必要がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、円筒状の胴部を備え、該胴部に、捩りが加えられることにより径方向の凹凸の生じた座屈パターンに変化する座屈パターン事前体が設けられた容器であって、小さな力で潰せることから、容易に容積を減少させることのできる容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明にかかる容器は、円筒状の胴部を備え、該胴部に、捩りが加えられることにより径方向の凹凸の生じた座屈パターンに変化する座屈パターン事前体が設けられた容器であって、前記座屈パターン事前体は、前記胴部の周方向に間隔をおいて設けられ、それぞれ前記胴部の高さ方向に延びる複数の峰線と、隣り合う二つの前記峰線毎に設けられて、前記二つの峰線の上下端を掛け渡すように前記胴部の高さ方向に延びる複数の谷線と、前記峰線と前記谷線との間に交互に形成される凸面及び凹面とを有して、前記複数の峰線及び谷線は、これらの上端同士或いは下端同士を結ぶ前記胴部の周回りの線に対して、それぞれ所定の傾斜角をもって前記胴部の高さ方向に延びており、前記峰線や谷線の傾斜角や数は、前記座屈パターンの発生位置における前記胴部の内部が所定の多角形断面となるように調整され、前記所定の多角形は、前記捩りにより前記胴部にしわが発生するときに前記胴部に蓄積されている歪みエネルギーが最小となる形状であることを特徴とする。
【０００９】
また好ましくは、前記複数の峰線又は谷線のうち、いずれか一つの前記峰線又は谷線の前記傾斜角は、前記複数の峰線又は谷線の前記傾斜角の平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また好ましくは、前記胴部の径は、該胴部の高さ方向の一端側から他端側になるにつれて拡大することを特徴とする。
【００１１】
また好ましくは、前記座屈パターン事前体は、前記胴部の高さ方向に間隔をおいて複数形成されることを特徴とする。
【００１２】
また好ましくは、前記胴部の材料は、プラスチック樹脂、アルミニウム、スチール、又は紙によって構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、座屈パターン事前体における峰線及び谷線の傾斜角等の調整により、座屈パターンの発生位置における胴部の内部空間が所定の多角形断面となり、この結果、捩りにより胴部にしわが発生するときに胴部に蓄積されている歪みエネルギーは、最小となる。このため、本発明の容器は、初期不整（座屈パターン事前体に相当）の無い完全系の容器や、異なる初期不整が設けられた不完全系の容器に比して、捩りに抵抗する耐力が小さい。より具体的には、本発明の容器は、径方向の凹凸変位としてのしわが発生するとき（歪みエネルギーの勾配、或いは全ポテンシャルエネルギーの勾配が極値になるとき）のトルク荷重である最大トルクが、初期不整以外の幾何学的条件が同一である完全系の容器の臨界トルクや、他の不完全系の容器の最大トルクに比して小さい。これにより、本発明の容器は、小さな捩り力で座屈パターン事前体が座屈パターンに変化して径方向の凹凸変位が生じるため、容易に潰され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における容器の概略図である。
【図２】実施の形態１における容器の展開図である。
【図３】実施の形態１における容器の減容化手順を示す概略図である。
【図４】図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】実施の形態１における容器の減容化手順を示す概略図である。
【図６】軸回りの捩りが加えられることで、円筒体にしわが発生した状態を示す斜視図である。
【図７】円筒体に蓄積される歪みエネルギーと、円筒体に生じるしわの数との関係を例示するグラフである。
【図８】初期不整の有る円筒体と、初期不整の無い円筒体についてのトルク荷重と径方向の変位との関係を例示するグラフである。
【図９】径方向の凹凸発生位置における内部の断面形状が異なる三つの円筒体についてのトルク荷重と径方向変位との関係を例示するグラフである。
【図１０】径方向の凹凸発生位置における内部の断面形状が、六角形になる円筒体についてのトルク荷重と径方向変位との関係を例示するグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態２における容器の概略図である。
【図１２】実施の形態２における容器の展開図である。
【図１３】実施の形態２における容器の減容化手順を示す概略図である。
【図１４】図１３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１５】実施の形態２における容器の減容化手順を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態１について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。
【００１６】
図１に示すように、実施の形態１における容器１は、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料のブロー成形にて形成されたプラスチック容器であって、円筒状の胴部３と、胴部３よりも小径の筒状を呈し、胴部３の一端に連なる口部５とを備えている。この容器１では、口部５の先端に形成された開口７から胴部３内に飲料（内容物）を流入させたり、胴部３内の飲料を流出させることができる。
【００１７】
胴部３に形成される座屈パターン事前体８は、捩りによる座屈現象の解析や実験に基づき形状が設定されたものであって、峰線９（９Ａも含む）と、谷線１０と、凸面１１と、凹面１２とを有している。
【００１８】
図２の展開図に示すように、峰線９は、胴部３の周方向に間隔をおいて６本設けられており、それぞれ胴部３の高さ方向に延びている。谷線１０は、隣り合う２つの峰線９毎に形成された結果、６本設けられており、それぞれ２つの峰線９の上下端を掛け渡すように胴部３の高さ方向に延びている。凸面１１及び凹面１２は、峰線９と谷線１０との間に交互に形成されている。なお、峰線９や谷線１０の設置数は、上記の６本に限らず、任意に設定され得る。
【００１９】
峰線９及び谷線１０は、これらの上端同士或いは下端同士を結ぶ胴部３の周回りの線Ｓ１，Ｓ２に対して、それぞれ傾斜角α，βをもって延びている（図１では、峰線９が、線Ｓ２に対して傾斜角αをもって延び、谷線１０が、線Ｓ２に対して傾斜角βをもって延びる状態を示す）。
【００２０】
以上の構成を有する容器１は、捩りにより折り畳まれる胴部３の壁部分が、スナップスルー現象により折り返ることで体積が減少するとともに、胴部３の壁部分が折り返った後では、復元することなく、体積の減少した状態が安定するものである。以下、図３〜５を参照して、実施の形態１における容器１の減容化手順について説明する。
【００２１】
まず、容器１の両端部を把持して、容器１を軸回り（軸線Ｇ回り）に捩る。その結果、容器１は、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態になる。図３（ｂ）の状態では、座屈パターン事前体８は座屈パターン１３に変化しており、座屈パターン１３では、峰線９及び谷線１０に沿うしわＳ（９），Ｓ（１０）が生じるとともに、しわＳ（９），Ｓ（１０）を折目として凸面１１及び凹面１２が屈曲することで、径方向の凹凸が生じている。そして、座屈パターン事前体８が座屈パターン１３に変化した結果、容器１は、軸方向に潰されて容積が減少している。
【００２２】
図４は、図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。座屈パターン１３の発生位置における胴部３の内部は、屈曲した壁（凸面１１及び凹面１２に相当）によって輪郭が構成されており、本実施の形態１では、その断面が、六角形を呈している。
【００２３】
そして、座屈パターン事前体８が座屈パターン１３に変化した後においては、胴部３の他端側を一端側に向けて押し込む。この結果、胴部３に圧縮力が付加されて、座屈パターン１３は、径方向内側に突出する山折り形状になる（図５（ａ）参照）。
【００２４】
そして、さらに胴部３の他端側を一端側に向けて押し込むと、座屈パターン１３は、山折りの頂部１３ａが徐々に一端側に移動するように傾いていく。図５（ｂ）は、この傾斜の進行により、座屈パターン１３の傾きが、胴部３の径方向と略平行になった状態を示している。
【００２５】
そして、さらに胴部３の他端側を一端側に向けて押し込むと、座屈パターン１３が、座屈パターン１３の付根１３ｂ近傍の胴部３の壁によって内向きに押さえられる。この結果、座屈パターン１３には、付根１３ｂをヒンジとして反転しようとする力が働き、スナップスルー現象が生じる。すなわち、座屈パターン１３は、付根１３ｂをヒンジとして、頂部１３ａが徐々に一端側に向くように傾いていくことで、不安定な状態になった後、図３（ｃ），図５（ｃ）に示すように、軸方向一端側に折り返されて、安定状態に移行する。この折り返しにより、容器１は、さらに一層、容積が減少する。
【００２６】
そして、座屈パターン１３が折り返された後では、座屈パターン１３は、付根１３ｂ近傍の胴部３の壁によって内向きに押さえられるため、折り返されたまま復元することなく、その状態が維持される。
【００２７】
ここで本実施の形態１では、小さな捩り力で容器１を図３（ａ）から図３（ｂ）へと変化させて潰せるように、座屈パターン事前体８の形状が設定されている。以下、この形状の設定方法について説明する。
【００２８】
図６は、軸回りの捩りが加えられることで、円筒体にしわが発生した状態を示している。トルク荷重を徐々に増すように円筒体に軸回りの捩りを加えると、トルク荷重が小さい初期段階では、円筒体に変形は生じない。しかしながら、トルク荷重がある値（後述の臨界トルクや最大トルクに相当）に達すると、円筒体には、径方向の凹みである座屈セルＣが周方向に略等間隔で生じて、この座屈セルＣを起点として、径方向の凹凸変位であるしわＳが高さ方向に延びる。すなわち、トルク荷重がある値に達したときには、エネルギー勾配が極値になることで、円筒体に座屈が生じて、数ｎや傾斜角のしわＳが出現する。この際に現れるしわＳの数ｎや傾斜角は、それまでに円筒体に蓄積された歪みエネルギーＶｂに応じて定まる。
【００２９】
図７は、円筒体に蓄積される歪みエネルギーＶｂと、円筒体に生じるしわＳの数ｎとの関係を例示している。図７には、６の数のしわＳを生じさせる歪みエネルギーＶｂｓが、６以外の数のしわＳを生じさせる歪みエネルギーＶｂに比して小さな円筒体についての曲線が示されている。この円筒体では、６の数のしわＳを生じさせる歪みエネルギーＶｂｓは、他の数のしわＳを生じさせる歪みエネルギーＶｂに比して小さくなっており、歪みエネルギーＶｂがＶｂｓに達したときには、エネルギー勾配が極値となって、しわＳが生じて、その数は６になる。
【００３０】
図８は、初期不整の有る円筒体と、初期不整の無い完全系の円筒体についてのトルク荷重Ｔと径方向の凹凸変位との関係を示している。初期不整とは、断面が真円ではない部位であって、本実施の形態の容器１（図１参照）では、座屈パターン事前体８に相当する。
【００３１】
しわＳが生じるときに円筒体に蓄積されている歪みエネルギーＶｂｓ（図７参照：以下、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓ）は、捩りに抵抗する円筒体の耐力と比例する関係にあり、円筒体の耐力が小さいほど、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓも小さくなる。
【００３２】
初期不整の無い完全系の円筒体は、臨界トルク（図８参照）を超えるトルク荷重Ｔが加えられるまでは径方向の変位を生ぜず、トルク荷重Ｔが臨界トルクを超えた時から径方向の凹凸変位を生じるようになる。これに対して、初期不整の有る不完全系の円筒体は、トルク荷重Ｔが所定値に達するまでは、トルク荷重Ｔに比例した径方向の凹凸変位を生じる。そして、トルク荷重Ｔが所定値に達した時点において、円筒体に蓄積される歪みエネルギーＶｂがＶｂｓ（図７参照）に達して、歪みエネルギーＶｂの勾配（或いは全ポテンシャルエネルギーの勾配）が極値となる。この場合において、円筒体には、径方向の凹凸変位としてのしわＳが生じる。そして、トルク荷重Ｔが所定値を越えた以降では、単位荷重当たりの凹凸変位量が大きくなって、円筒体は、急激な凹凸変位を生じるようになる。上記の所定値は、最大トルク（図８参照）と称され、この値により、不完全系の円筒体の捩りに抵抗する耐力を示すことができる。
【００３３】
また、完全系の円筒体の捩りに抵抗する耐力は、上記の臨界トルクによって示すことができるが、上記不完全系の円筒体の最大トルクは、臨界トルクに比して小さい。このことから、初期不整を円筒体に設けた場合には、捩りに抵抗する耐力が小さくなることで、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓ（図７参照）も小さくなり、その結果、円筒体は、小さな捩り力で、座屈を起こし、しわＳが周期的に生じるようになる。
【００３４】
そして、円筒体にしわＳが生じた時点から、さらに円筒体に付加するトルク荷重を増していくと、円筒体には、しわＳを折目として壁が屈曲して径方向の凹凸が生じる。この際、凹凸の発生位置における円筒体の内部は、その断面形状が、先に生じていたしわＳの数ｎや傾斜角λに応じて定められる（しわＳの傾斜角λは、しわＳの延びる方向が、円筒体の周方向に対して傾斜する角度である）。
【００３５】
図９は、径方向の凹凸発生位置における内部の断面形状が異なる三つの円筒体についてのトルク荷重と径方向変位との関係を例示している。図９には、断面が正七角形になる円筒体についての釣合い曲線と、断面が正五角形になる円筒体についての釣合い曲線と、断面が正六角形になる円筒体についての釣合い曲線とが示されている。
【００３６】
上記の３つの円筒体は、それぞれ初期不整の有る不完全系の円筒体であって、これらの最大トルクは、それぞれ完全系の円筒体（初期不整以外の幾何学的条件が同一の円筒体）の臨界トルクに比して、小さくなっている。
【００３７】
また、円筒体は、その幾何学的条件に応じて、凹凸発生位置における内部の断面形状が、任意の多角形に階層的に対称性が低下する「力学的な対称性の破れ」を生じるが、上記の３つの円筒体は、幾何学的条件としての初期不整の形状が異なっていたことから、凹凸の発生位置における断面形状に相違が生じたものとなっている。これら断面形状が異なる円筒体では、図９に示すように、最大トルクの大きさが異なっており、最大トルクが小さな円筒体ほど、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓ（図７参照）が小さく、小さな捩り力で径方向の凹凸変位を生じ易い。図９に示す例では、断面が正七角形になる円筒体、断面が正五角形になる円筒体、断面が正六角形になる円筒体の順に、最大トルク・しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが小さく、径方向の凹凸変位が生じ易い。
【００３８】
以上に鑑み、本実施の形態１では、座屈パターン１３（図３（ｂ）参照）の発生位置における胴部３の内部が、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小になる多角形断面となるように、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，β（図１参照）が設定される。
【００３９】
具体的には、以下の式１，２に基づき、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小になるときのしわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminが取得される。そして、軸回りの捩りが胴部３に加えられた際に、数ｎminや傾斜角λminのしわＳが生じるように、峰線９及び谷線１０の数や傾斜角α，βが設定される。
【数１】
【数２】
【００４０】
式１は、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓの算出式である。式２は、仮定されたしわＳの数ｎやしわＳの傾斜角λを入力値とするものであって、数ｎや傾斜角λのしわＳが生じる状況下における（ｘ，ｙ）位置の径方向のたわみｗ（ｘ，ｙ）が算出される。式１，２において、Ｅは胴部３のヤング係数、νはポアソン比、Ｌは胴部３の高さ、Ｒは胴部３の半径、tは胴部３の壁厚であり、式２のＡiは、しわＳの傾斜角λ等に応じて設定される未知係数である。また、式２では、べき数ｍの数値（１或いは２）を選択することで、容器の端部の支持条件（境界条件）を、単純支持と両端支持とのいずれかに設定することができる。
【００４１】
式１，２によれば、式２により算出されるたわみｗ（ｘ，ｙ）が、式１に入力されることで、数ｎや傾斜角λのしわＳが生じるときに、胴部３に蓄積されているしわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが算出される。よって、式１の出力値が最小になるときの式２の入力値を求めることで、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小になるときのしわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminを取得することができる。
【００４２】
本実施の形態１では、峰線９や谷線１０の数や傾斜角α，βが、式１，２により取得される数ｎminや傾斜角λminのしわＳを生じさせるように設定された結果、座屈パターン１３の発生位置における胴部３内部の断面形状は、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最も小さくなる六角形（図４参照）に調整されている。つまり、断面が他の多角形になる場合に比して、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが小さくなるように調整されている。このため、本実施の形態の容器１は、初期不整（座屈パターン事前体に相当）の無い完全系の容器や、異なる初期不整が設けられた他の不完全系の容器に比して、捩りに抵抗する耐力が小さい。より具体的には、容器１の最大トルクは、初期不整以外の幾何学的条件が同一である完全系の容器の臨界トルクや、他の不完全系の容器の最大トルクに比して小さい。これにより、容器１は、小さな捩り力で座屈パターン事前体８が座屈パターン１３に変化して径方向の凹凸変位が生じるため、容易に潰され得る。なお、座屈パターン事前体８が座屈パターン１３に変化した後では、容器１は、捩り力の増加に応じて、径が縮小していく。
【００４３】
なお、式１，２によって取得されるしわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminは、胴部３の高さＬ、胴部３の半径Ｒ、胴部３の壁厚t、胴部３の材質に関する特性値（ヤング係数Ｅ・ポアソン比ν）に応じて異なる。よって本発明によれば、しわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminに基づき、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，βが設定されることで、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小になるときの胴部３内部の断面形状は、上記の六角形に限らず、任意の多角形に調整され得る。
【００４４】
そして本実施の形態１では、より小さな捩り力で、容器１を潰すことができるように、座屈パターン１３の発生位置における胴部３内部の断面形状が、さらに詳細に調整される。
【００４５】
図１０は、捩りにより径方向の凹凸が発生した位置における内部の断面形状が、六角形になる円筒体についてのトルク荷重と径方向変位との関係を例示している。
【００４６】
断面形状が正多角形になる第１の円筒体と、断面形状が第１の円筒体と同じ角数の多角形になるものの、この多角形の辺の長さが不均一である第２の円筒体との最大トルクを比較すると、図１０の例に示すように、断面形状が不均一な多角形となる第２の円筒体は、断面形状が正多角形となる第１の円筒体に比して、最大トルクが小さく、小さな捩り力で径方向の凹凸変位を生じる。
【００４７】
これに鑑み、本実施の形態では、不均一な多角形の断面形状を生じさせるように、座屈パターン事前体８のデザインが設定されている。すなわち、座屈パターン事前体８が備える６つの峰線９（図２参照）のうち、一の峰線９Ａの傾斜角αＡは、６つの峰線９の傾斜角αの平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定される。具体的には、峰線９Ａの傾斜角αＡは、６０°に設定され、他の５つの峰線９の傾斜角αは、６５°，６６°，６５°，６３°，６４°に設定されている。この設定によれば、６つの傾斜角αの平均値は、６３．３°であり（６３．３°＝（６５°＋６６°＋６５°＋６３°＋６０°＋６４°）／６）、この平均値に対して、峰線９Ａの傾斜角αＡ（＝６０°）は、５．２％の差をもっている（５．２％＝（６３．３°−６０°）／６３．３°×１００％）。
【００４８】
この結果、図４に示すように、座屈パターン１３の発生位置における胴部３内部の断面形状は、辺の長さが不均一な六角形状に調整されている。これにより、本実施の形態１の容器１は、断面形状が正六角形になる場合に比して、最大トルクが小さく、小さな捩り力で潰される。
【００４９】
なお、断面形状を不均一な多角形にするために、谷線１０の傾斜角βを調整するようにしてもよい。この場合、座屈パターン事前体８が備える６つの谷線１０（図２参照）のうち、いずれか１つの谷線１０の傾斜角βは、６つの谷線１０の傾斜角βの平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定される。
【００５０】
次に、本発明の実施の形態２の容器２０について、図１１〜１５を参照して説明する。なお、図１１〜１５において、実施の形態１と同一の構成については同一の符号を付している。
【００５１】
図１１に示すように、容器２０では、胴部２１が高さ方向の一端側になるにつれて径が拡大する筒状に形成されており、この胴部２１の中央に、峰線９、谷線１０、凸面１１、及び凹面１２を有する座屈パターン事前体２２が形成されている。
【００５２】
そして本実施の形態においても、式１，２により取得される数ｎminや傾斜角λminのしわＳを胴部２１に生じさせるように、峰線９や谷線１０の数や向きが設定されており、この結果、峰線９や谷線１０は、５本ずつ設けられ、それぞれ胴部２１の周回りの線Ｓ２（峰線９や谷線１０の下端同士を結ぶ線）に対して傾斜角α，βをもって高さ方向に延びている。
【００５３】
そして、一の峰線９Ａの傾斜角αＡ（図１２参照）は、５つの峰線９の傾斜角αの平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定される。具体的には、図１２に示すように、峰線９Ａの傾斜角αＡは、７５．６°に設定され、他の５つの峰線９の傾斜角αは、それぞれ６７．９°，６７．９°，６０．９°，６１．８°に設定されている。この設定によれば、５つの傾斜角αの平均値は、６６．８°であり（６６．８°＝（６７．９°＋７５．６°＋６７．９°＋６０．９°＋６１．８°）／５）、この平均値に対して、峰線９Ａの傾斜角αＡ（＝７５．６°）は、１３．２％の差をもっている（１３．２％＝（７５．６°−６６．８°）／６６．８°×１００％）。
【００５４】
図１３は、実施の形態２における容器２０の減容化手順を示す概略図である。図１３〜１５を参照して、容器２０が潰されていく過程について説明する。
【００５５】
まず、容器２０の両端部を把持して、容器２０を軸回り（軸線Ｇ回り）に捩ると、容器２０は、図１３（ａ）の状態から図１３（ｂ）の状態に変化する。図１３（ｂ）の状態では、座屈パターン事前体２２が座屈パターン２３に変化することで、胴部２１に径方向の凹凸が生じており、この結果、容器２０は、軸方向に潰されて、容積が減少している。
【００５６】
図１４は、図１３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図であり、座屈パターン２３の発生位置における胴部２１の断面形状を示している。本実施の形態では、数ｎminや傾斜角λminのしわＳを生じさせるように、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，βが設定されることで、座屈パターン２３の発生位置における胴部２１内部の断面形状は、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓが最小となる五角形に調整されている。これにより、容器２０は、最大トルク（捩りに抵抗する耐力）が小さく、小さな捩り力で、座屈パターン事前体２２から座屈パターン２３に変化して、径方向の凹凸変位を生じる。これにより、容器２０は、容易に潰され得る。
【００５７】
そして、峰線９Ａの傾斜角αＡが、５つの峰線９の傾斜角αの平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定されていることから、座屈パターン２３の発生位置における胴部３内部の断面形状は、辺の長さが不均一な五角形に調整されている。これにより、本実施の形態の容器２０は、断面形状が正五角形になる場合に比して、最大トルクが小さく、小さな捩り力で潰される。
【００５８】
そして図１３（ｂ）に示したように、座屈パターン事前体２２が座屈パターン２３に変化した後においては、胴部２１の他端側を一端側に向けて押し込む。この結果、胴部２１に圧縮力が付加されて、座屈パターン２３は、径方向内側に突出する山折り形状になる（図１５（ａ）参照）。
【００５９】
そして、さらに胴部２１の他端側を一端側に向けて押し込むと、座屈パターン２３は、その頂部２３ａが徐々に一端側に移動するように傾いていき、この結果、図１５（ｂ）に示すように、座屈パターン２３の傾きが胴部２１の径方向と略平行になる。
【００６０】
そして、さらに胴部２１の他端側を一端側に向けて押し込むと、座屈パターン２３は、スナップスルー現象により、図１３（ｃ）,１５（ｃ）に示すように、座屈パターン２３の付根２３ｂをヒンジとして軸方向一端側に折り返されて安定する。これにより、容器２０は、容積がさらに減少する。この状態において、座屈パターン２３は、付根２３ｂ近傍の胴部２１の壁によって内向きに押さえられるため、折り返されたまま復元することなく、その状態が維持される。これにより、容器２０は、容積が減少した状態が確実に維持される。
【００６１】
実施の形態２によれば、胴部２１の径が一端側になるにつれて拡大しているので、図１３（ｂ）の状態から胴部２１の他端側を一端側に押し込む際には、径差のギャップによって、胴部２１の他端側を一端側の内部の奥深くまで挿入することができる。これにより、座屈パターン２３は、確実に軸方向一端側に折り返され、また、折り返された後では、復元しにくくなる。
【００６２】
本発明は、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
【００６３】
例えば、実施の形態１，２では、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，βを設定するために、式１に代えて、後述の式３を用いるようにしてもよい。式３は、ｖｏｎ Ｋａｒｍａｎ−Ｄｏｎｎｅｌｌの方程式であり、第１項において、しわ発生時の歪みエネルギーＶｂｓを算出する式１が含まれている。
【００６４】
式３が用いられる場合には、式３への入力値を算出するために、式２の他に、式４も使用される。式４は、式２と同様に、仮定されたしわＳの数ｎや傾斜角λを入力値とするものであって、数ｎや傾斜角λのしわλが生じる状況下における（ｘ，ｙ）位置の応力φ（ｘ，ｙ）が算出される。また、式４でも、式２と同様に、べき数ｍの数値（１或いは２）を選択することで、容器の端部の支持条件（境界条件）を、単純支持と両端支持とのいずれかに設定することができる。
【００６５】
そして、式３によれば、式２，４により仮定されたたわみｗ（ｘ，ｙ）や応力φ（ｘ，ｙ）が入力されることで、数ｎや傾斜角λのしわＳが生じるときに、胴部３，２１に蓄えられる力学エネルギーＶが算出される。よって、式３の出力値が最小になるときの式２，３の入力値を求めることで、力学エネルギーＶが最小になるときのしわＳの数ｎminやしわＳの傾斜角λminを取得することができる。そして、数ｎminや傾斜角λminのしわＳを胴部３，２１に生じさせるように、峰線９及び谷線１０の数や、峰線９及び谷線１０の傾斜角α，βが設定されることで、座屈パターン１３，２３の発生位置における胴部３，２１内部の断面形状は、力学エネルギーＶｓが最小になるときの多角形に調整される。この結果、容器２０は、小さな捩り力で、座屈パターン事前体８，２２が座屈パターン１３，２３に変化して径方向の凹凸を生じるようになる。
【数３】
【数４】
【００６６】
また、実施の形態１，２における胴部３，２１の材料は、アルミニウム、スチール、あるいは紙によって構成されてもよい。この場合においても、容器１を軸回りに捩ることで、座屈パターン事前体８，２２を座屈パターン１３，２３に変化させて圧縮させることでより、容器１，２０の容積を減少させることができる。
【００６７】
また、実施の形態１，２における座屈パターン事前体８，２２は、容器１，２０の軸方向に複数設けられてもよい。このようにすれば、容器１，２０に軸回りの捩りを加えることによって、座屈パターン１３，２３が複数の箇所で生じる。これにより、容器１，２０の容積を、大きく減少させることができる。
【００６８】
また、本発明の容器は、上記実施形態で述べた飲料用容器の他、菓子等の食料を収容する容器としても適用され得る。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、飲料や食料を収容する容器としてのペットボトル(プラスチック樹脂から形成されたペットボトルを含む)、アルミ缶、スチール缶、紙缶に適用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１，２０ 容器
３，２１ 胴部
５ 口部
７ 開口
８，２２ 座屈パターン事前体
９ 峰線
１０ 谷線
１１ 凸面
１２ 凹面
１３，２３ 座屈パターン
１３ａ，２３ａ 座屈パターンの頂部
１３ｂ，２３ｂ 座屈パターンの付根
Ｓ しわ
Ｓ１，Ｓ２ 胴部の周回りの線
α 峰線の傾斜角
β 谷線の傾斜角
λ しわの傾斜角
Ｖｂ 歪みエネルギー
Ｖｂｓ しわ発生時の歪みエネルギー
Ｖ 力学エネルギー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴部を備え、該胴部に、捩りが加えられることにより径方向の凹凸の生じた座屈パターンに変化する座屈パターン事前体が設けられた容器であって、
前記座屈パターン事前体は、前記胴部の周方向に間隔をおいて設けられ、それぞれ前記胴部の高さ方向に延びる複数の峰線と、隣り合う二つの前記峰線毎に設けられて、前記二つの峰線の上下端を掛け渡すように前記胴部の高さ方向に延びる複数の谷線と、前記峰線と前記谷線との間に交互に形成される凸面及び凹面とを有して、
前記複数の峰線及び谷線は、これらの上端同士或いは下端同士を結ぶ前記胴部の周回りの線に対して、それぞれ所定の傾斜角をもって前記胴部の高さ方向に延びており、
前記峰線や谷線の傾斜角や数は、前記座屈パターンの発生位置における前記胴部の内部が所定の多角形断面となるように調整され、
前記所定の多角形は、前記捩りにより前記胴部にしわが発生するときに前記胴部に蓄積されている歪みエネルギーが最小となる形状であることを特徴とする容器。
【請求項２】
前記複数の峰線又は谷線のうち、いずれか一つの前記峰線又は谷線の前記傾斜角は、前記複数の峰線又は谷線の前記傾斜角の平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定されていることを特徴とする請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記胴部の径は、該胴部の高さ方向の一端側から他端側になるにつれて拡大することを特徴とする請求項１又は２に記載の容器。
【請求項４】
前記座屈パターン事前体は、前記胴部の高さ方向に間隔をおいて複数形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の容器。
【請求項５】
前記胴部の材料は、プラスチック樹脂、アルミニウム、スチール、又は紙によって構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の容器。
【請求項１】
円筒状の胴部を備え、該胴部に、捩りが加えられることにより径方向の凹凸の生じた座屈パターンに変化する座屈パターン事前体が設けられた容器であって、
前記座屈パターン事前体は、前記胴部の周方向に間隔をおいて設けられ、それぞれ前記胴部の高さ方向に延びる複数の峰線と、隣り合う二つの前記峰線毎に設けられて、前記二つの峰線の上下端を掛け渡すように前記胴部の高さ方向に延びる複数の谷線と、前記峰線と前記谷線との間に交互に形成される凸面及び凹面とを有して、
前記複数の峰線及び谷線は、これらの上端同士或いは下端同士を結ぶ前記胴部の周回りの線に対して、それぞれ所定の傾斜角をもって前記胴部の高さ方向に延びており、
前記峰線や谷線の傾斜角や数は、前記座屈パターンの発生位置における前記胴部の内部が所定の多角形断面となるように調整され、
前記所定の多角形は、前記捩りにより前記胴部にしわが発生するときに前記胴部に蓄積されている歪みエネルギーが最小となる形状であることを特徴とする容器。
【請求項２】
前記複数の峰線又は谷線のうち、いずれか一つの前記峰線又は谷線の前記傾斜角は、前記複数の峰線又は谷線の前記傾斜角の平均値に対して、５％以上１４％以下の差をもって設定されていることを特徴とする請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記胴部の径は、該胴部の高さ方向の一端側から他端側になるにつれて拡大することを特徴とする請求項１又は２に記載の容器。
【請求項４】
前記座屈パターン事前体は、前記胴部の高さ方向に間隔をおいて複数形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の容器。
【請求項５】
前記胴部の材料は、プラスチック樹脂、アルミニウム、スチール、又は紙によって構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２１９１０２（Ｐ２０１１−２１９１０２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７５１４（Ｐ２０１０−８７５１４）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００１７８８２６）日本山村硝子株式会社 (140)
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００１７８８２６）日本山村硝子株式会社 (140)
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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