熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)專利分析

顧志平

摘? 要：文章從專利分析的角度對(duì)國內(nèi)外熱灌裝飲料瓶的結(jié)構(gòu)方面的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)專利申請(qǐng)量年度發(fā)展趨勢(shì)、主要技術(shù)分支和重點(diǎn)申請(qǐng)人、以及熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)專利技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)等方面進(jìn)行了分析，為國內(nèi)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)的專利技術(shù)開發(fā)和布局提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：熱灌裝;熱填充;飲料;瓶;真空;壓力補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：T-18? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jīng)高溫殺菌后立即灌裝到清洗過的瓶內(nèi)，將瓶子封口后倒置10-30分鐘，對(duì)瓶蓋進(jìn)行殺菌，然后迅速冷卻至室溫。熱灌裝封蓋后，瓶內(nèi)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(nèi)真空，在大氣壓的作用下造成瓶子內(nèi)陷變形[1]。針對(duì)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(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法克服[2]。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面考慮，為防止瓶子變形，業(yè)內(nèi)普遍使用的方法是設(shè)置真空板、可變形底壁、柔性蓋、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等。本文以熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)相關(guān)的專利為對(duì)象，分析了該領(lǐng)域內(nèi)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)、主要技術(shù)分支及重點(diǎn)申請(qǐng)人，歸納出了該領(lǐng)域的技術(shù)演進(jìn)路線。

1 熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)專利申請(qǐng)量年度發(fā)展趨勢(shì)

基于專利數(shù)據(jù)庫的檢索，得到關(guān)于熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)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(nèi)，對(duì)熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)的研究始于20世紀(jì)70年代，1985年-2000年之間平穩(wěn)發(fā)展，在2001-2013年期間高速發(fā)展，但近幾年的申請(qǐng)量逐漸減少。2002年后，國外申請(qǐng)人向中國申請(qǐng)專利的數(shù)量開始增多，在過去15年期間有大量的國外申請(qǐng)人向國內(nèi)申請(qǐng);近幾年，世界申請(qǐng)量和向中國申請(qǐng)的申請(qǐng)量越來越趨近，可見國外企業(yè)越來越重視中國市場(chǎng)，國外的多數(shù)專利申請(qǐng)都進(jìn)入了中國;然而，國內(nèi)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)很少，從1995年至今，平均每年的申請(qǐng)量只有幾件。

2 熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)專利主要技術(shù)分支及重點(diǎn)申請(qǐng)人

對(duì)于熱灌裝飲料瓶，在瓶蓋、瓶頸、瓶側(cè)壁或瓶底壁上均可設(shè)置可變形的壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來抵消瓶內(nèi)灌裝后的負(fù)壓;同時(shí)，也可通過加強(qiáng)瓶身和瓶底來防止灌裝后負(fù)壓導(dǎo)致的瓶體變形。因此，熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)的專利主要分為瓶蓋、瓶頸、瓶側(cè)壁或瓶底壁壓力補(bǔ)償以及瓶身或瓶底加強(qiáng)共5個(gè)技術(shù)分支。在全球范圍內(nèi)，對(duì)排名前6位的申請(qǐng)人的申請(qǐng)文獻(xiàn)進(jìn)行人工標(biāo)引后，得到圖2所示的重要申請(qǐng)人的技術(shù)分布。

從單個(gè)申請(qǐng)人的角度分析，設(shè)置側(cè)壁補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的是解決瓶體變形的主要方式，其占比超過一半，其次是設(shè)置底壁補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，而設(shè)置其余補(bǔ)償結(jié)構(gòu)以及設(shè)置加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等方式所占比例很都較小。從技術(shù)分支上分析，所有申請(qǐng)人都涉及側(cè)壁補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的研究，多數(shù)申請(qǐng)人對(duì)頸部補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和底壁補(bǔ)償結(jié)構(gòu)有所研究，而對(duì)瓶蓋補(bǔ)償結(jié)構(gòu)、瓶底加強(qiáng)和瓶身加強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的主要公司是GRPK（GRPK為申請(qǐng)人在數(shù)據(jù)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(shù)公司/大陸石油技術(shù)公司）。GRPK主要研究了側(cè)壁補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，相關(guān)專利占申請(qǐng)總量的57.4%，該公司對(duì)底壁補(bǔ)償結(jié)構(gòu)也有一定的專利申請(qǐng)，占17.2%;相對(duì)而言，AMCL（澳大利亞，Amcor，阿美科有限責(zé)任公司）公司對(duì)底壁補(bǔ)償結(jié)構(gòu)研究得較多，其申請(qǐng)的專利中有38.1%涉及底壁補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。圖2中其余公司名稱：YOSK（日本，株式會(huì)社吉野工業(yè)所）;CONS-N（美國，Constar，康斯達(dá)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(jié)構(gòu)專利技術(shù)演進(jìn)

熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的專利技術(shù)演進(jìn)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(bǔ)償：總體而言，在瓶蓋上設(shè)置壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的申請(qǐng)文獻(xiàn)很少，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)柔性瓶蓋的壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，通過蓋體向瓶內(nèi)的收縮來補(bǔ)償瓶內(nèi)的壓力;之后一段時(shí)間，很少有人對(duì)瓶蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，直到20世紀(jì)初，有少量關(guān)于瓶蓋補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)，并出現(xiàn)了使用柔性內(nèi)蓋配合外蓋的壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。申請(qǐng)量少的一個(gè)原因是，瓶蓋上的壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)影響密封和美觀。頸部壓力補(bǔ)償：在頸部設(shè)置壓力補(bǔ)償?shù)姆绞匠霈F(xiàn)較早，從20世紀(jì)80年代出現(xiàn)至今，不斷有大量申請(qǐng)文獻(xiàn)，這種補(bǔ)償結(jié)構(gòu)常與其他補(bǔ)償結(jié)構(gòu)相結(jié)合。側(cè)壁壓力補(bǔ)償：在側(cè)壁上設(shè)置壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的幾種方式中，沿瓶體軸線方向設(shè)置豎直的補(bǔ)償板最早出現(xiàn)且應(yīng)用最廣泛，并且這種方式常與設(shè)置瓶體水平環(huán)形補(bǔ)償槽的方式相結(jié)合，而沿瓶體軸線方向設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱凹槽的壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)則大多單獨(dú)設(shè)置。底壁壓力補(bǔ)償：20世紀(jì)90年代初便有底壁可向瓶內(nèi)收縮變形的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，但在隨后的一段時(shí)間內(nèi)，與該技術(shù)相關(guān)的申請(qǐng)文獻(xiàn)都很少;從21世紀(jì)初到現(xiàn)在，該技術(shù)得到了較大的發(fā)展，并出現(xiàn)了補(bǔ)償作用更明顯的底壁翻轉(zhuǎn)（瓶底壁由向瓶體外凸變?yōu)橄蚱矿w內(nèi)凹）的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。瓶體加強(qiáng)：最早出現(xiàn)的加強(qiáng)方式是設(shè)置多層瓶身，隨后在瓶底設(shè)置加強(qiáng)肋;最近十年的申請(qǐng)文獻(xiàn)中，很少有關(guān)于多層瓶身加強(qiáng)的專利申請(qǐng)，因?yàn)檫@種加強(qiáng)方式從工藝、成本上來說都不占優(yōu)勢(shì)，而在瓶底設(shè)置加強(qiáng)肋的方式一直沿用至今，且可以與瓶側(cè)壁和瓶頸的壓力補(bǔ)償方式相結(jié)合。

（2）縱向分析。瓶蓋與瓶體是兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，兩者的壓力補(bǔ)償或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以結(jié)合使用，但專利申請(qǐng)時(shí)通常將兩者分開申請(qǐng)。瓶頸、瓶側(cè)壁和瓶底壁之間相對(duì)獨(dú)立，可在不同區(qū)域設(shè)置不同的壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)或者加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。從圖3中可以看出，瓶頸補(bǔ)償結(jié)構(gòu)與其余補(bǔ)償結(jié)構(gòu)相結(jié)合是普遍采用的方法，其次是瓶底與瓶側(cè)壁或瓶頸結(jié)合的結(jié)構(gòu)，如瓶底加強(qiáng)肋與瓶頸壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可伸縮或可變形的瓶底與瓶頸相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。

（3）總結(jié)。在瓶頸和側(cè)壁上設(shè)置補(bǔ)償結(jié)構(gòu)是熱灌裝飲料瓶最常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兩者從20世紀(jì)80年代出現(xiàn)至今，都有廣泛的應(yīng)用和相當(dāng)多的專利文獻(xiàn)，兩者可以相互結(jié)合來增強(qiáng)壓力補(bǔ)償?shù)男Ч?，同時(shí)與瓶底加強(qiáng)結(jié)構(gòu)結(jié)合，從而提高瓶底的強(qiáng)度，方便瓶的放置。在底壁上設(shè)置壓力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)方式大量出現(xiàn)在21世紀(jì)初，直到現(xiàn)在也是改進(jìn)的重點(diǎn)。側(cè)壁補(bǔ)償雖然是本領(lǐng)域中最常用的方式，但側(cè)壁上的真空板不利于貼標(biāo)簽，且影響瓶體的外觀設(shè)置，因此Amcor包裝公司、Graham包裝公司、Ball和Constar等大多數(shù)主要的國際熱成型PET瓶制造商都已開發(fā)出不同形式的無板條技術(shù)塑料瓶[3]，即將補(bǔ)償結(jié)構(gòu)設(shè)置在瓶底，而側(cè)壁上不設(shè)置補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。圖3中也體現(xiàn)了這種趨勢(shì)，20世紀(jì)初出現(xiàn)的瓶底補(bǔ)償結(jié)構(gòu)能得到廣泛的應(yīng)用，這也得益于新材料、新工藝和新設(shè)備的使用;并且各大公司也在不斷改進(jìn)瓶體結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)和外觀上都取得了不小的進(jìn)步[4，5]。

4 結(jié)束語

本文對(duì)熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)的相關(guān)專利進(jìn)行了檢索、整理和分析，包括專利申請(qǐng)量年度發(fā)展趨勢(shì)、主要技術(shù)分支和重點(diǎn)申請(qǐng)人以及熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)專利技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)。由以上分析可知，雖然熱灌裝飲料瓶結(jié)構(gòu)的專利技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但在保證瓶體壓力補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，如何優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得瓶體質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更美觀，仍是當(dāng)前值得研究的。

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