熱灌裝飲料瓶結構專利分析

顧志平

摘? 要：文章從專利分析的角度對國內外熱灌裝飲料瓶的結構方面的專利進行統計分析，對專利申請量年度發展趨勢、主要技術分支和重點申請人、以及熱灌裝飲料瓶結構專利技術的發展演進等方面進行了分析，為國內相關企業進行熱灌裝飲料瓶結構的專利技術開發和布局提供一定的參考。

關鍵詞：熱灌裝;熱填充;飲料;瓶;真空;壓力補償

中圖分類號：T-18? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）27-0027-03

Abstract： From the point of view of patent analysis， this paper makes a statistical analysis on the patents of hot fill beverage bottle structure at home and abroad. The annual development trend of patent application， the main technical branches and key applicants， and the development and evolution of patent technology for hot fill beverage bottle structure are analyzed. This provides a certain reference for domestic enterprises to develop and layout the patent technology of hot fill beverage bottle structure.

Keywords： hot fill; beverage; bottle; vacuum; pressure compensation

引言

熱灌裝是指將果蔬汁等飲料經高溫殺菌后立即灌裝到清洗過的瓶內，將瓶子封口后倒置10-30分鐘，對瓶蓋進行殺菌，然后迅速冷卻至室溫。熱灌裝封蓋后，瓶內液體溫度將由85℃降至室溫，從而使體積縮減超過3%，形成瓶內真空，在大氣壓的作用下造成瓶子內陷變形[1]。針對瓶子因真空變形的問題，可通過選用性能更好的材料、改善加工工藝以及優化結構設計等方法克服[2]。從結構設計方面考慮，為防止瓶子變形，業內普遍使用的方法是設置真空板、可變形底壁、柔性蓋、加強結構等。本文以熱灌裝飲料瓶結構相關的專利為對象，分析了該領域內的專利申請趨勢、主要技術分支及重點申請人，歸納出了該領域的技術演進路線。

1 熱灌裝飲料瓶結構專利申請量年度發展趨勢

基于專利數據庫的檢索，得到關于熱灌裝飲料瓶結構的專利申請量年度分布圖，如圖1所示。

從圖1中可以看出，在全球范圍內，對熱灌裝飲料瓶結構的研究始于20世紀70年代，1985年-2000年之間平穩發展，在2001-2013年期間高速發展，但近幾年的申請量逐漸減少。2002年后，國外申請人向中國申請專利的數量開始增多，在過去15年期間有大量的國外申請人向國內申請;近幾年，世界申請量和向中國申請的申請量越來越趨近，可見國外企業越來越重視中國市場，國外的多數專利申請都進入了中國;然而，國內在該領域的專利申請很少，從1995年至今，平均每年的申請量只有幾件。

2 熱灌裝飲料瓶結構專利主要技術分支及重點申請人

對于熱灌裝飲料瓶，在瓶蓋、瓶頸、瓶側壁或瓶底壁上均可設置可變形的壓力補償結構來抵消瓶內灌裝后的負壓;同時，也可通過加強瓶身和瓶底來防止灌裝后負壓導致的瓶體變形。因此，熱灌裝飲料瓶結構的專利主要分為瓶蓋、瓶頸、瓶側壁或瓶底壁壓力補償以及瓶身或瓶底加強共5個技術分支。在全球范圍內，對排名前6位的申請人的申請文獻進行人工標引后，得到圖2所示的重要申請人的技術分布。

從單個申請人的角度分析，設置側壁補償結構的是解決瓶體變形的主要方式，其占比超過一半，其次是設置底壁補償結構，而設置其余補償結構以及設置加強結構等方式所占比例很都較小。從技術分支上分析，所有申請人都涉及側壁補償結構的研究，多數申請人對頸部補償結構和底壁補償結構有所研究，而對瓶蓋補償結構、瓶底加強和瓶身加強結構進行研究的主要公司是GRPK（GRPK為申請人在數據庫中的代碼，表示美國，Graham，格萊漢姆包裝公司）和CONC（美國，Cont PET，大陸PET技術公司/大陸石油技術公司）。GRPK主要研究了側壁補償結構，相關專利占申請總量的57.4%，該公司對底壁補償結構也有一定的專利申請，占17.2%;相對而言，AMCL（澳大利亞，Amcor，阿美科有限責任公司）公司對底壁補償結構研究得較多，其申請的專利中有38.1%涉及底壁補償結構。圖2中其余公司名稱：YOSK（日本，株式會社吉野工業所）;CONS-N（美國，Constar，康斯達國際公司/康星塑料股份有限公司）;PLTK（美國，普拉斯蒂派克包裝公司）。

3 熱灌裝飲料瓶結構專利技術演進

熱灌裝飲料瓶結構領域的專利技術演進路線如圖3所示，其中，圖示專利均是各階段、各分支中具有代表性的專利。

（1）橫向分析。瓶蓋壓力補償：總體而言，在瓶蓋上設置壓力補償結構的申請文獻很少，20世紀80年代出現柔性瓶蓋的壓力補償結構，通過蓋體向瓶內的收縮來補償瓶內的壓力;之后一段時間，很少有人對瓶蓋結構進行改進，直到20世紀初，有少量關于瓶蓋補償結構的專利申請，并出現了使用柔性內蓋配合外蓋的壓力補償結構。申請量少的一個原因是，瓶蓋上的壓力補償結構影響密封和美觀。頸部壓力補償：在頸部設置壓力補償的方式出現較早，從20世紀80年代出現至今，不斷有大量申請文獻，這種補償結構常與其他補償結構相結合。側壁壓力補償：在側壁上設置壓力補償結構的幾種方式中，沿瓶體軸線方向設置豎直的補償板最早出現且應用最廣泛，并且這種方式常與設置瓶體水平環形補償槽的方式相結合，而沿瓶體軸線方向設置兩個對稱凹槽的壓力補償結構則大多單獨設置。底壁壓力補償：20世紀90年代初便有底壁可向瓶內收縮變形的補償結構，但在隨后的一段時間內，與該技術相關的申請文獻都很少;從21世紀初到現在，該技術得到了較大的發展，并出現了補償作用更明顯的底壁翻轉（瓶底壁由向瓶體外凸變為向瓶體內凹）的補償結構。瓶體加強：最早出現的加強方式是設置多層瓶身，隨后在瓶底設置加強肋;最近十年的申請文獻中，很少有關于多層瓶身加強的專利申請，因為這種加強方式從工藝、成本上來說都不占優勢，而在瓶底設置加強肋的方式一直沿用至今，且可以與瓶側壁和瓶頸的壓力補償方式相結合。

（2）縱向分析。瓶蓋與瓶體是兩個獨立的結構，兩者的壓力補償或加強結構可以結合使用，但專利申請時通常將兩者分開申請。瓶頸、瓶側壁和瓶底壁之間相對獨立，可在不同區域設置不同的壓力補償結構或者加強結構。從圖3中可以看出，瓶頸補償結構與其余補償結構相結合是普遍采用的方法，其次是瓶底與瓶側壁或瓶頸結合的結構，如瓶底加強肋與瓶頸壓力補償結構相結合，可伸縮或可變形的瓶底與瓶頸相結合的結構。

（3）總結。在瓶頸和側壁上設置補償結構是熱灌裝飲料瓶最常用的結構設計，兩者從20世紀80年代出現至今，都有廣泛的應用和相當多的專利文獻，兩者可以相互結合來增強壓力補償的效果，同時與瓶底加強結構結合，從而提高瓶底的強度，方便瓶的放置。在底壁上設置壓力補償結構方式大量出現在21世紀初，直到現在也是改進的重點。側壁補償雖然是本領域中最常用的方式，但側壁上的真空板不利于貼標簽，且影響瓶體的外觀設置，因此Amcor包裝公司、Graham包裝公司、Ball和Constar等大多數主要的國際熱成型PET瓶制造商都已開發出不同形式的無板條技術塑料瓶[3]，即將補償結構設置在瓶底，而側壁上不設置補償結構。圖3中也體現了這種趨勢，20世紀初出現的瓶底補償結構能得到廣泛的應用，這也得益于新材料、新工藝和新設備的使用;并且各大公司也在不斷改進瓶體結構，在結構和外觀上都取得了不小的進步[4，5]。

4 結束語

本文對熱灌裝飲料瓶結構的相關專利進行了檢索、整理和分析，包括專利申請量年度發展趨勢、主要技術分支和重點申請人以及熱灌裝飲料瓶結構專利技術的發展演進。由以上分析可知，雖然熱灌裝飲料瓶結構的專利技術發展已經比較成熟，但在保證瓶體壓力補償的基礎上，如何優化結構設計使得瓶體質量更輕、結構更美觀，仍是當前值得研究的。

參考文獻：

[1]余曉輝.PET瓶在茶飲料包裝的應用及發展[J].聚酯工業，2002，15（5）：5-6.

[2]區少梅，黃冠賓.BOPP瓶與PET瓶在熱灌裝果汁及飲料應用上之比較[J].飲料工業，2001，4（2）：12-16.

[3]劉圣濤.聚焦熱灌裝OPP和無真空板的PET瓶[J].塑料包裝，2008，18（1）：56-60.

[4]鄭寧來.新型熱灌裝PET瓶[J].聚酯工業，2016（1）：23-23.

[5]佚名.熱吹塑PET容器獲2016年度杜邦包裝鉆石獎[J].流程工業，2016（16）：55-55.