JP2004501842A - 材料の折曲げにおける応力減少方法 - Google Patents

Abstract

包装容器（１）の１以上の壁（２）を延在するシール代（３）を一般に備えた柔軟な紙／プラスチック積層材料から製造された１回使用の使い捨て形式の包装容器。平行六面体の包装容器では、さらに三角形の隅部折曲げ代（４）が形成され、その上を知る代（３）が延在する。隅部折曲げ代は包装容器の最終形成においてその側面に対して折り曲げられて固定される。しかしながらこれにより複数倍の厚さを有する材料が二重折曲げされねばならなくなり、これにより変形および引き伸ばしが生じて、もはや完全な液密および緊密状態を保持できないような損傷を包装材料に与えることになる。本発明により、上述で概要を説明した欠点は、材料に含まれる繊維層が折曲げ領域で８０〜２５０゜Ｃの温度に加熱され、これによりシール代（３）の下側部分と一緒の隅部折曲げ代の下方へ向けての折曲げ材料がその材料に損傷を与えずに行えるように軟化されることで、解消される。例えば液体食品の包装において極めて重要な完成された包装容器の液密および気密は、従ってかなり改善される。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は紙／プラスチック積層材料の二重折曲げにおける材料応力の減少方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
例えばミルクを包装する周知の一般的に頭に浮かぶ包装容器は、中芯コアーすなわちキャリヤ層が紙で、その両面を熱シール可能なプラスチック材料、例えばポリエチレンの薄い液密層で覆われた柔軟でウェブ形状の積層材によって製造されている。この積層材はリール形状にて充填機械に供給され、リールから繰出される間に長手方向縁を互いに液密状態にシールされると同時にチューブ形状に成形され、そのチューブが充填機械を通して実質的に垂直下方へ送られる。このチューブは、その上端部の中に下方へ延在された充填パイプを経て内容物を連続的に供給される。その後、加熱されたシーリング顎により等間隔位置にてチューブを圧迫することでチューブの内面上に位置する熱シール可能なプラスチック層がチューブの両側面を液密状態の横断シールとして結合するチューブ横断シール作業が繰返して行われる。その結果、帯形状の連続した実質的に枕形状の包装容器が実際に形成され、上述したシール領域において切離すことによって包装容器が互いに分離され、その後、充填された枕形状の容器の付随的な成形工程によって最終的な実質的に平行六面体の形状が与えられる。この最終成形工程では、４つの二重壁の隅部折曲げ代（フラップ）が形成され、これらの折曲げ代は幾何形状の理由によって平行六面体の容器本体を形成するのに使用できない材料で形成される。邪魔にならないように、また正規の平行六面体形状を歪めないようにするために、それらの平坦に圧搾された隅部折曲げ代は包装容器の隣接面に向けて折り曲げられて密着される。このようにして包装容器は完成される。
【０００３】
前述の説明から明白となるように、枕形状の包装容器は充填済み材料チューブを横断方向にシールして切断することで形成され、その容器は上端および下端にシール代が現れる。その枕形状の容器を平行六面体形状に再形成した後、それらのシール代は包装容器の上端壁および下端壁の実質的に中央を延在することになり、またそれらの端部に隣接した隅部折曲げ代の上を延在することになる。従って、シール代は端部壁に連結した隅部折曲げ代の２つの自由隅部の間で包装容器の端部壁上を横方向へ延在することになる。平行六面体の包装容器の形成に関して、これらのシール代はそれが連結されている材料面に当接するように折曲げられる。先に留意したように、平坦な圧搾された隅部折曲げ代は隅部壁で、また隅部壁の付近で折り曲げられ、連結される。包装容器の下端に位置する両方の隅部折曲げ代は包装容器の底端へ向けて一般に折り曲げられるが、底端と両方の隅部折曲げ代との上を延在するシール代が邪魔になる。従って、包装容器の底端に当接させるように隅部折曲げ代を内方へ向けて折り曲げることで、隅部折曲げ代を適正に形成する両方の材料層のみならず、２つの材料層で形成されるシール代も１８０゜にわたり折り曲げられなければならず、これは折曲げ作業後に折曲げ部の「外側」に位置する材料層（すなわち、初期中立面の外側に位置する材料層）が極度に大きな引張応力の作用を受け、その結果として引き伸ばしや、亀裂形成の危険を生じることになる。このような引張応力は、積層材に含まれる熱可塑性層に亀裂が発生して漏れを生じる危険があるほどに非常に大きくなり得る。多くの場合そうであるように、積層材料はアルミニウム箔（アルフォイル（登録商標））の層も含んでいるので、亀裂の形成される危険が増大する。何故なら、アルミニウム箔は熱可塑性材料よりもかなり劣る引張特性を示すからである。
【０００４】
上述で概略説明した欠点を解消するために、これまで積層材料の製造においてできるだけ好ましい弾性率の材料種を選定する試みがなされてきた。これは含まれる熱可塑性層に関して比較的好ましい結果を与えたが、例えば積層材料に含まれるであろうアルミニウムの層において固有の問題を完全に解決することはできない。また、積層材料の製造に関連して、例えば折り曲げることを意図される領域をさまざまな方法、例えば、折曲げ作業に関連して引張応力を減少させるように重要な領域での積層材料の全厚を減少させるために、その折曲げ領域における繊維層の厚さを減少させるか、またはその部分を完全に除去することによって、処理する試みがなされてきた（ヨーロッパ特許第３７４号参照）。
【０００５】
上述した欠点を軽減するか解消するためのその他の初期の試みは、スウェーデン国特許明細書第４２４１７７号に記載されている。その解決法によれば、材料の製造時に重要な折曲げ領域内に特別なパターンの複数の折曲げ線を形成することで、重要な折曲げ領域の材料が軟化される。この場合、積層材料、および特にその繊維層は、含まれる積層された層が亀裂の形成が生じるほどの引張応力を受けることなく折曲げが行える程度に軟化、または破壊される。スウェーデン国特許明細書第４３２９１８号もこの問題に対する類似の解決法を記載している。
【０００６】
しかしながら、本明細書で考慮する問題解決のための従来法の全ては、包装積層材の製造に関連して適用される対策に関する。形成される亀裂の基本的な原因は複数の層で構成される比較的厚い包装積層材の二重折曲げの難しさにある一方、亀裂形成の危険は積層材料が個々の包装容器に再形成される時点での積層材料の条件によって大きく影響されるということをその後の経験が示した。従って、例えば、製造時点から、包装容器に変える充填機械に装填される時点までの製造容易な包装積層材の保管および取り扱いに関してのそのような条件は、最終的な結果に関して非常に重要である。素材（特に含まれる繊維層に関しては特に非常に生の状態での材料）、ならびに積層材料に含まれる各種材料層の間の接着において相違するそのようなパラメータも、材料が包装容器に再形成される時点で非常に重要である。それらの因子の多くは例えば保管期間および保管条件（湿度、温度など）によって影響されるので、材料の製造時に実施された亀裂形成の危険を軽減するそれらの方法は、材料が包装容器に再形成されるまでの日数（多分、数カ月の保管後）によって非常に異なる結果を与えることになる。
【０００７】
それ故に、包装容器の底部における最も重要な折曲げ領域に亀裂が形成される危険を伴うことなく、予め製造した包装積層材を所望の形状の包装容器に再形成できるという確たる保証を与えるいかなる技術や方法も、これまでは、見い出すことができなかった。
【０００８】
従って、この技術分野においては、材料の二重折曲げで有害な亀裂形成が確実に発生しないという程度に、紙／プラスチックの積層材料の二重折曲げにおける材料応力の減少を信頼できるやり方で可能にする方法の実現が必要である。
【０００９】
（発明の目的）
従って本発明の１つの目的は、有害な亀裂形成が生じる危険を伴わずに材料を二重折曲げできる程度に紙／プラスチックの積層材料の二重折曲げにおける材料応力を減少させる方法を、包装容器への再形成に関連して実現することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、包装積層材の材料層に亀裂形成が生じるいかなる危険も伴わずに、隅部折曲げ代と、隅部折曲げ代の上を延在するシール代（すなわち、相互に交差し出合う折曲げ線に沿う１８０゜の２つの折曲げ箇所）の内方へ向かう折曲げの実現を可能にする、紙／プラスチックの積層材料の二重折曲げにおける材料応力を減少させる方法を実現することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、包装積層材の初期処理および取り扱いに関係することなく、関連する折曲げ工程に関して紙／プラスチックの積層材料の二重折曲げにおける材料応力が実際に減少される材料応力の減少方法を実現することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、実施が簡単且つ安価であり、また平行六面体の包装容器を製造する従来技術の方法および装置によく適合する紙／プラスチックの積層材料の二重折曲げにおける材料応力の減少方法を最終的に実現することである。
【００１３】
（解決方法）
上述および他の目的は、冒頭に開示した形式の方法に、特許請求の範囲の欄に記載した特徴を与えた本発明によって達成された。
【００１４】
本発明による好ましい実施例は、従属請求項に記載した特徴をさらに与えられた。
【００１５】
本発明による方法の１つの好ましい実施例が底部プレートの模式図を特に参照して以下に詳細に説明される。
【００１６】
（好ましい実施例の説明）
本発明による方法は、実施的に平行六面体の包装容器、例えばスウェーデン国特許明細書第４０６１７７号に記載の形式の包装容器、に適用されて以下に説明されるが、本発明は冒頭にて留意したような特徴を示すいずれの包装容器に対しても当然ながら適用できる。
【００１７】
図１に示された周知の包装容器は平行六面体の形式の容器であり、実質的に長方形の４つの側壁１（図では１つのみ見られる）と、同様に実質的に長方形の２つの端壁２（図中では１つの、すなわち底壁のみ見られる）とを含んで構成される。この包装容器は柔軟で比較的形状のしっかりした積層材料（図４を参照して以下に非常に詳細に説明する）から製造されており、積層材料はチューブとして形成され、このチューブは等間隔位置での平坦プレスおよび横断方向のシーリングによって横方向の狭い幅の区域において密閉される。上述の区域で同様に横方向に切断した後、頂端および下端にシール代３を備えた枕形状の包装容器が形成され、このシール代は包装容器を実質的に平行六面体に再形成した後包装容器の両方の端壁２の上を横断方向に延在される。シール代３は、図１に示した包装容器では、全長に亘ってそれらが連結されている材料の隣接面（端壁２）の一方に当接するように折り曲げられる。
【００１８】
枕形状の包装容器を図示した平行六面体の形状に再形成するために要求される成形工程では、実質的に長方形の４つの二重壁の隅部折曲げ代４がさらに形成される（包装容器の底壁に位置する２つの隅部折曲げ代のみ図示されている）。隅部折曲げ代は、包装容器の長方形部分に適切に連結された真直な壁縁部のまわりに折り曲げられて、熱シールにより包装容器の端壁に固定される。明瞭にするために、１つの隅部折曲げ代のみ最終的な下方へ向けて折り曲げた状態で図１に示されている。端壁２の反対端部に位置する隅部折曲げ代は部分的に折り曲げた状態で示されており、端壁２と反対側へ向いた隅部折曲げ代の自由隅部にて終端するように、端壁２の上を延在するシール代３が隅部折曲げ代４の片側を超えて延在する様子が明確に示されている。
【００１９】
図１はまた、材料ウェブをチューブ形状に再形成した後にその材料ウェブの長手方向縁のシーリングによって生じる長手方向の結合部５の一部も示している。長手方向の結合部５は包装容器の一方の側壁１および隣接する端壁２の部分の上を延在し、そこでは長手方向の結合部５はフット・ライン６（端壁２からシール代３を画成する）を横切り、シール代３の自由縁ライン７で終端している。
【００２０】
先に留意したように、包装容器の端壁２の上を延在するシール代３は、包装容器を形成する材料層の、互いに対して位置されて熱シールにより内面どうしを互いにシールされた部分によって構成される。このように形成されたシール代３は障害とならないように、図１に示すように下側の材料層に押圧させて折り曲げられなければならない。その後の内方へ向けての隅部折曲げ代４の折曲げでは、隅部折曲げ代を形成する材料層だけでなく、隅部折曲げ代の上を延在するシール代３も折り曲げられなければならない。従って、内方へ向かって折り曲げられた隅部折曲げ代の下側の二重に折り曲げられたシール代３は縁ライン８に沿って１８０゜に折り曲げられた包装材料の部分が実際の材料厚さよりも３倍も大きい全厚を有することになる。既に留意したように、これは実際の折曲げ作業の障害となる以上に、その厚い部分と、隣接する通常厚さの部分、すなわちフット・ライン６および縁ライン８の交差箇所の部分との間の横断方向の領域の材料が強力な応力作用を実質的に受けるようにさせる。このような応力は、特に、折曲げ作業において折曲げ中立面の外側に位置する材料層に発生し、それらの材料層はそのような場合、材料を変形させるだけでなく、極限破壊点を超えて材料層を引っ張って亀裂を生じさせるような引張応力に曝されることになる。先に留意したように、包装積層材９（図４）が繊維材料の中心コアーすなわちキャリヤ層１０および熱可塑性材料の外層１１，１２に加えて、キャリヤ層１０の片側に位置されるアルミニウム箔の層１３も含んでいる場合に特に重大である。何故なら、アルミニウム箔の引張特性は熱可塑性層１１，１２の引張特性よりもかなり劣るからである。
【００２１】
図２および図３は図１に示した包装容器の端壁２の、一点鎖線によって示した面積部分１４を拡大して示しており、シール代３は最初にフット・ライン６に沿って端壁２に当接するように下方へ折り曲げられ、その後、下方に折り曲げられたシール代は関連する隅部折曲げ代とともに最初の壁の縁ライン８に沿って１８０゜に折り曲げられる様子が明白に示されている（図２）。図３では、矢印１５は２つの折曲げ部分が互いに交差すなわち出合う特に重要な領域を示している。この領域内で、材料応力は特に高く、従って亀裂形成の危険が最大となる。
【００２２】
本発明によれば、材料、特に矢印１５で示された重要領域での二重折曲げによる材料応力の発生を減少させる観点により、材料は折曲げ作業に関連して加熱される。材料の紙層は本明細書においては、例えば図１に模式的に示すように高温空気ノズル１６が折曲げ領域へ向けられ、約１秒までの時間で約３００゜Ｃの集中空気噴流に当てられて、折曲げ領域を８０〜２５０゜Ｃの温度に加熱されることが好ましい。この加熱は折曲げ作業の前、または折曲げ工程の実施中、例えばシール代３が端壁２の隣接面に対して部分的に折り曲げられ、また例えば上述の端壁に対して約４５゜の角度になったならば行われ、このことは、下方へ部分的に折り曲げられたシール代とともに端壁２が壁の縁ライン８と交差するフット・ライン６に隣接した所望の領域へ加熱空気を「ガイド」して集中させるので、さらなる加熱空気の集中を可能にする。関連する折曲げ領域の集中的な加熱は紙層およびプラスチック層の両方を当然ながら加熱するが、基本的な因子は、紙層が繊維材料のガラス転移温度（Ｔｇ）に加熱されることである。繊維材料のガラス転移温度（すなわち、ガラス点）は材料の湿度含有量で変化するが、一般に例えばリグニンは７２〜１２８゜Ｃのガラス転移温度、ヘミセルロースは５４〜１６７゜Ｃおよび紙パルプは約２４０゜Ｃのガラス転移温度を有している。実際の経験によれば、約８０〜２５０゜Ｃの温度に折り曲げ領域を加熱することで、繊維材料は明かに柔軟になり、これによりしなやかになり、これは一方において隣接する熱可塑材およびアルミニウム箔の層が高い応力の作用を受けて繊維材料の座屈および破壊を生じることなく容易に折り曲げることができるようにすることを示している。包装積層材に使用されている全ての重合体も高温度で柔軟になるので、積層材料は全体として過度の応力を発生することなく一層柔らかく折り曲げやすくなる。加熱の付随的な効果は、材料に含まれる層の間の密着または接着が多少弱まり、これが層間の或る程度の「滑り」を可能にすることであり、その因子は亀裂の形成される危険を減少させるように応力の発生をさらに減少し分散させる。
【００２３】
本発明による方法を遂行するために記載した温度範囲は、関連する折曲げ領域、すなわち実質的には図３に矢印１５で示した領域における材料の平均温度に関する。温度範囲における下限の８０゜Ｃは、この点よりも低い温度では材料に対するよいとされる作用が明確に全く示されないことから、選ばれた。８０゜Ｃよりも高い温度では、包装積層材に含まれる熱可塑性層の軟化が次第に増大し、それ自体が材料を一層柔軟に、折り曲げやすくすると同時に、実質的に中央に位置する繊維層１０は含まれる繊維質の種類のガラス転移温度領域に次第に達し、これにより一層剛性的で脆い状態から一層柔らかく可撓性の状態へと進み、これが曲げ特性を改善して、その結果として引き続く折曲げ工程に関連して応力を低下させる。これにより包装材料は全体として柔らかくなり、これにより仕上げられた包装容器の密閉性に有害となる亀裂の発生の影響および危険を減少させる。
【００２４】
この温度範囲内で、材料の或る種の「緩み」、すなわち繊維材料に含まれる個々のセルロース繊維の間、およびセルロース繊維と隣接する熱可塑性材料の層との間の両方における接着が多少弱化し、これもまた折曲げの観点からよい。温度範囲における上限（２５０゜Ｃ）に達すると、濃度的な効果は多少減少し、それと同時に加熱に関して材料の外面が悪影響を受ける。さらに正確に説明すれば、ノズル１６からの高温空気噴流に直接に曝される折曲げ領域の部分は変色される。何故なら、繊維層は黄色または茶色となるような高温に曝されるからである。繊維層の外面に位置する熱可塑性材料の層１１も、上限温度よりも高い温度で、または約１秒よりも長い時間に亘って加熱されると、損傷（燃焼または溶融）を受ける。しかしながら、所望される効果は上限より低い温度で達成されるので、包装の完成において「燃えた」領域が包装容器の端壁２に対して下方へ折り曲げられた隅部折曲げ代４によって隠され、これにより使用者に見えないことから、これが実際的に何かの大きな欠点とされることはない。
【００２５】
必要な加熱は高温空気以外の他の熱源によって与えることもできる。例えば、試験によれば、紫外線熱（ＩＲ輻射）、レーザーまたは誘電加熱が使用でき、良好な結果を収めることが示されている。他の加熱方法、または加熱方法の組合せも考えられ、熱源の最終的な選択は個々の例に関する基本的なパラメータ、例えば材料の種類、時間消費、加熱点（使用性）の設計による。
【００２６】
先に留意したように、本発明による方法は周知の形式の包装容器に関する通常の製造工程の当然の部分として実施される。加熱が包装の製造における最終状態、すなわち隅部折曲げ代の内方への折曲げのわずか前、または実施中に行われるので、個々の包装容器の重要な製造、充填およびシーリングは影響を受けず、本発明による方法を実際的にまとめる装置は、包装容器のいわゆる最終的な折曲げが行われる、すなわち枕形状から平行六面体形状に最終的に形成する充填機械のその部分に簡単に取り付けることができる。この方法が良好な結果を達成することがこれまで実施された試行によって示されており、特に通常方法で製造されて本発明による方法で加熱された包装容器における有害な亀裂形成を全体的に減少できることが実際に立証された。本発明による方法は、ここで問題としている材料に不適当な条件のもとで意図的に保管され、従って包装容器再形成するうえで一般に重大な亀裂形成を確実に生じるであろう水分含有量に達している包装積層材料からの包装容器の製造に対して、良好な効果を有することを立証している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
下方から見た周知の形式の包装容器の斜視図である。
【図２】
隅部折曲げ代を内方へ折り曲げる前の、図１の包装容器の底面の一部を示す。
【図３】
隅部折曲げ代を内方へ折り曲げた後の、図２に示した包装容器の一部を示す。
【図４】
図１による包装容器の製造に使用される形式の積層包装材料の一部を通る断面図である。

Claims (10)

1. 折曲げ領域における材料（９）の紙層（１０）が８０〜２５０゜Ｃの温度に加熱されることを特徴とする紙／プラスチック積層材料の二重折曲げにおける材料応力の減少方法。
2. 折曲げ前に加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. 折曲げ工程時に加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載された方法。
4. ２つの折曲げ線（６，８）が相互に交差するまたは出合う領域で加熱を行うことを特徴とする請求項３に記載された方法。
5. 第２の折曲げ線（８）に沿って折曲げを行う前に加熱を行うことを特徴とする請求項４に記載された方法。
6. 紙層（１０）およびプラスチック層（１１，１２）の両方を加熱することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された方法。
7. 紙層（１０）をその繊維材料のガラス転移温度に加熱することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された方法。
8. 加熱が最長約１秒間の限られた時間内で行われることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された方法。
9. 高温空気で加熱を行うことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載された方法。
10. 包装材料（９）の外面に向けて高温空気が集中した流れとして供給されることを特徴とする請求項９に記載された方法。