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热灌装饮料瓶结构专利分析

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引言

热灌装是指将果蔬汁等饮料经高温杀菌后立即灌装到清洗过的瓶内，将瓶子封口后倒置10-30分钟，对瓶盖进行杀菌，然后迅速冷却至室温。热灌装封盖后，瓶内液体温度将由85℃降至室温，从而使体积缩减超过3%，形成瓶内真空，在大气压的作用下造成瓶子内陷变形[1]。针对瓶子因真空变形的问题，可通过选用性能更好的材料、改善加工工艺以及优化结构设计等方法克服[2]。从结构设计方面考虑，为防止瓶子变形，业内普遍使用的方法是设置真空板、可变形底壁、柔性盖、加强结构等。本文以热灌装饮料瓶结构相关的专利为对象，分析了该领域内的专利申请趋势、主要技术分支及重点申请人，归纳出了该领域的技术演进路线。

1 热灌装饮料瓶结构专利申请量年度发展趋势

基于专利数据库的检索，得到关于热灌装饮料瓶结构的专利申请量年度分布图，如图1所示。

从图1中可以看出，在全球范围内，对热灌装饮料瓶结构的研究始于20世纪70年代，1985年-2000年之间平稳发展，在2001-2013年期间高速发展，但近几年的申请量逐渐减少。2002年后，国外申请人向中国申请专利的数量开始增多，在过去15年期间有大量的国外申请人向国内申请；近几年，世界申请量和向中国申请的申请量越来越趋近，可见国外企业越来越重视中国市场，国外的多数专利申请都进入了中国；然而，国内在该领域的专利申请很少，从1995年至今，平均每年的申请量只有几件。

2 热灌装饮料瓶结构专利主要技术分支及重点申请人

图1 申请量年度分布

对于热灌装饮料瓶，在瓶盖、瓶颈、瓶侧壁或瓶底壁上均可设置可变形的压力补偿结构来抵消瓶内灌装后的负压；同时，也可通过加强瓶身和瓶底来防止灌装后负压导致的瓶体变形。因此，热灌装饮料瓶结构的专利主要分为瓶盖、瓶颈、瓶侧壁或瓶底壁压力补偿以及瓶身或瓶底加强共5个技术分支。在全球范围内，对排名前6位的申请人的申请文献进行人工标引后，得到图2所示的重要申请人的技术分布。

图2 重要申请人的技术分布

从单个申请人的角度分析，设置侧壁补偿结构的是解决瓶体变形的主要方式，其占比超过一半，其次是设置底壁补偿结构，而设置其余补偿结构以及设置加强结构等方式所占比例很都较小。从技术分支上分析，所有申请人都涉及侧壁补偿结构的研究，多数申请人对颈部补偿结构和底壁补偿结构有所研究，而对瓶盖补偿结构、瓶底加强和瓶身加强结构进行研究的主要公司是GRPK（GRPK为申请人在数据库中的代码，表示美国，Graham，格莱汉姆包装公司）和CONC（美国，Cont PET，大陆PET技术公司/大陆石油技术公司）。GRPK主要研究了侧壁补偿结构，相关专利占申请总量的57.4%，该公司对底壁补偿结构也有一定的专利申请，占17.2%；相对而言，AMCL（澳大利亚，Amcor，阿美科有限责任公司）公司对底壁补偿结构研究得较多，其申请的专利中有38.1%涉及底壁补偿结构。图2中其余公司名称：YOSK（日本，株式会社吉野工业所）；CONS-N（美国，Constar，康斯达国际公司/康星塑料股份有限公司）；PLTK（美国，普拉斯蒂派克包装公司）。

3 热灌装饮料瓶结构专利技术演进

热灌装饮料瓶结构领域的专利技术演进路线如图3所示，其中，图示专利均是各阶段、各分支中具有代表性的专利。

（1）横向分析。瓶盖压力补偿：总体而言，在瓶盖上设置压力补偿结构的申请文献很少，20世纪80年代出现柔性瓶盖的压力补偿结构，通过盖体向瓶内的收缩来补偿瓶内的压力；之后一段时间，很少有人对瓶盖结构进行改进，直到20世纪初，有少量关于瓶盖补偿结构的专利申请，并出现了使用柔性内盖配合外盖的压力补偿结构。申请量少的一个原因是，瓶盖上的压力补偿结构影响密封和美观。颈部压力补偿：在颈部设置压力补偿的方式出现较早，从20世纪80年代出现至今，不断有大量申请文献，这种补偿结构常与其他补偿结构相结合。侧壁压力补偿：在侧壁上设置压力补偿结构的几种方式中，沿瓶体轴线方向设置竖直的补偿板最早出现且应用最广泛，并且这种方式常与设置瓶体水平环形补偿槽的方式相结合，而沿瓶体轴线方向设置两个对称凹槽的压力补偿结构则大多单独设置。底壁压力补偿：20世纪90年代初便有底壁可向瓶内收缩变形的补偿结构，但在随后的一段时间内，与该技术相关的申请文献都很少；从21世纪初到现在，该技术得到了较大的发展，并出现了补偿作用更明显的底壁翻转（瓶底壁由向瓶体外凸变为向瓶体内凹）的补偿结构。瓶体加强：最早出现的加强方式是设置多层瓶身，随后在瓶底设置加强肋；最近十年的申请文献中，很少有关于多层瓶身加强的专利申请，因为这种加强方式从工艺、成本上来说都不占优势，而在瓶底设置加强肋的方式一直沿用至今，且可以与瓶侧壁和瓶颈的压力补偿方式相结合。

文章来源：《真空科学与技术学报》网址: http://www.zkkxyjsxb.cn/qikandaodu/2020/1009/343.html