JP2010520829A - プレプリント歪みを用いる熱成形物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

熱成形物品は、画像を伴う。グリッド画像（１２）を伴う第１のシート（１０）と、少なくとも２つのキャビティを有する金型とを使用して、キャビティごとにグリッド歪みパターン（１６、１８）を伴う成形が行われる。初期画像（２０、２２）が、対応するグリッド歪みパターンと所望の画像とに基づいてキャビティごとに計算される。初期画像は、第２のシート（２４）に適用される。第２のシート（２４）と金型とを使用して、各物品が所望の画像に実質的に類似した歪んだ画像を伴う、少なくとも２つの物品が製造される。

Description

本発明は、熱成形物品及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、市販製品用の包装など、言葉と画像とを伴う熱成形物品の製造に関する。

材料の平らなシートに３次元プロファイルを形成するプロセスは、周知である。そのようなプロセスは、注意を引くために定型化された言葉及び画像を含むことのできる、しばしば「ブリスタ」包装と呼ばれるプラスチック包装を生産するために使用されることが多い。その言葉及び画像は、包装とは別個に作り出して包装内若しくは包装上に配置すること、又は包装上に直接作り出すこともできる。

裏刷りの技術は、画像を透明な層の表面上に配置するものであり、その層を通して見たときに陽画像が現れる。画像は、最大１０色までの異なる色を用いる従来の印刷技術、例えば、ＵＶフレキソ印刷又はグラビア印刷方法を使用して、裏刷りされる。印刷される画像は、簡素なデザイン、又は見る人の注意を引くグラフィックを伴うものであってよい。ハーフトーン技術を用いて、写真に近い画像品質を達成することができる。

画像は、３次元プロファイルを成形する前にブリスタ包装上に裏刷りされることがある。成形は画像を伸展させるので、一部のプロセスは、成形後、歪んだ画像（すなわち、初期画像からの歪んだ画像）が所望の画像に似るように、初期画像（すなわち、所望の画像からの歪んだ画像）をシートに適用する。

一プロセス例は、所望の形状に熱成形されたサンプルシート上にグリッドを印刷する。初期画像は、熱成形によって引き起こされるグリッドの歪みと所望の画像とに基づいて計算される。初期画像は、透明な熱可塑性フィルムの表面上に裏刷りされる。フィルムは、熱可塑性シートに積層されて、フィルムとシートとの間に初期画像を閉じ込め、それが熱成形時の画像内のひび割れを防ぐのに役立つ。積層体は、その上に所望の画像を備えた所望の形状へと熱成形される。

他の例では、膨張可能な発泡体の層が、片側ではライクラ（Lycra）（登録商標）の層によって、他の側ではポリエチレンの層によって覆われて、積層体を形成する。所望の画像の歪み前の形態が、外側のライクラ（Lycra）（登録商標）表面に適用される。次いで、積層体は、所望の画像を有する３次元プロファイルへと熱成形され、その間に発泡体層が膨張する。

他の例では、回転又は移動する電子デジタルスキャナを使用して、金型内に平らなグリッドを形成することによって作り出される歪んだグリッドをスキャンする。２次元画像が圧縮されなければならない領域及び程度を表す数値が収集される。数値と２次元画像のスキャンされたコピーとを比較すると、２次元画像及び数値を特定の基準点で互いに位置合わせさせるために必要な変化が決定される。２次元画像に変更が適用されて、変化した又は圧縮された２次元画像を形成する。変化した画像は、プラスチックストック上に印刷され、それが金型と位置合わせされ、擬似３次元画像へと成形される。

本発明は、熱成形物品及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、市販製品用の包装など、画像を伴う深絞り熱成形物品の製造に関する。所望の画像とは異なる初期画像が、熱成形可能な材料上に印刷される。材料は、熱成形され、それによって初期画像を所望の画像へと歪ませる。

一態様では、本発明は一般に、画像を伴う熱成形物品を製造する方法を特徴とする。グリッド画像を伴う第１のシートと、少なくとも２つのキャビティを有する金型とを使用して、キャビティごとにグリッド歪みパターンを伴う深絞り成形を実施する。キャビティごとの初期画像が、対応するグリッド歪みパターンと所望の画像とに基づいて計算される。初期画像は、第２のシートに適用される。第２のシートと金型とを使用して、少なくとも２つの深絞り物品が製造される。各物品は、所望の画像に実質的に類似した歪んだ画像を伴う。

本発明の特定の実装形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。物品のＬ／Ｄ比は、約４：１未満である。Ｌ／Ｄ比は、約３：１である。Ｌ／Ｄ比は、約２：１である。初期画像は、裏刷りによって適用される。初期画像は、画像のひび割れを防ぐために、高歪み領域でインクのパターンを選択的に適用することによって適用される。初期画像は、以下の技術、すなわち、グラビア印刷、ＵＶフレキソ印刷、リソグラフ印刷、又はオフセット印刷のうちの少なくとも１つによって適用される。第１のシートは、金型と見当合わせされる。第２のシートは、金型と見当合わせされる。コーティングが、適用された初期画像上に選択的に適用される。コーティングは、スリップ剤を含有するＵＶ抵抗性のワニスである。シートは、約５４℃（１３０°Ｆ）に予熱される。グリッド画像は、第１のシートが相対的に多くの変形を起こすことになる場所に配置された、相対的に多くの線を含む。初期テスト画像がキャビティごとに作成される。初期テスト画像がテストシートに適用される。歪んだテスト画像がキャビティごとに形成される。各初期画像の計算は、対応する歪んだテスト画像に基づく。

本明細書で使用するとき、「画像（image）」は、消費者製品包装上に見出すことのできる、言葉、画像、絵、文字、又はグラフィックスとして定義される。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の好ましい実施形態の説明及び特許請求の範囲から明らかになる。

グリッドを伴う成形可能シートの一実施形態の斜視図。 ２つの物品へと成形されたシートの斜視図。 ２つの画像を伴う成形可能シートの一実施形態の斜視図。 インクドット列を伴う成形可能シートの部分上面図。 それぞれ画像を伴う２つの物品へと成形されたシートの斜視図。 グリッドを伴う成形可能シートの一実施形態の上面図。

マルチキャビティ熱成形は、多量のブリスタ包装構成要素を製造する周知のプロセスである。しかし、多数のキャビティ（例えば、１２又は１６個）にわたって比較的厳しい寸法公差を維持することは、困難で費用がかかる。キャビティ間のばらつきのいくつかの原因は、いくつかのキャビティをまたぐ材料のウェブを横切る温度プロファイル（例えば、材料は、縁部のキャビティに向かう温度とは異なる、中央のキャビティに向かう温度を有する）、並びに異なる熱成形機械及びキャビティ寸法を使用する、サイクル間プロセス（例えば、温度、圧力）変動である可能性がある。

成形された構成要素が許容可能な寸法を有するときでも、成形された構成要素が所望の画像を伴うように予め成形された材料を印刷すること（すなわち、プレプリンティング）は、さらなる問題をまねくおそれがある。２つ以上の成形された構成要素上の同じ場所の材料は、予め成形された材料上の異なる場所に由来することがあり、許容しがたいキャビティ間画像歪みをまねくことがある。いわゆる「深絞り」を有する構成要素は、高歪みが原因で画像内に許容しがたいひび割れを発達させるおそれがある。

全体的に図１〜４を参照して、ほぼ同一の画像を備える多量のブリスタ包装構成要素を製造する方法の一例について説明する。シート１０は、精密に印刷されたグリッドパターン１２を伴う。マルチキャビティ熱成形プロセスは、シート１０内に２つのブリスタ包装シェル１４を形成し、それによって、シェル１４ごとにグリッドパターン１２を固有の歪みパターン１６及び１８へと歪ませる。パターン１６及び１８と所望の画像とに基づいて、初期画像２０及び２２が計算され、シート２４上に裏刷りされる。同じマルチキャビティ熱成形プロセスにより、初期画像２０及び２２が所望の画像にそれぞれ実質的に類似した歪んだ画像２８へと成形された、シェル２６が形成される。特定の熱成形プロセスのキャビティごとに初期画像を計算することによって、キャビティ間の画像のばらつきを最小限に抑えることができる。

図１を参照すると、グリッドパターン１２がシート１０上に印刷される。好ましくは、一部の実施例では、グリッドパターン１２は、グリッド線３０と成形線３２との両方を含む。グリッド線３０は、シート１０の上に一様に離隔されているが、成形線３２は、代わりに、成形時に高い歪みを受けることになる領域に配置されており、それによってそれらの領域での歪み及び変形のより精確な計算が可能になる。他の実施例では、グリッド線３０又は成形線３２を省略することができる。グリッドは、後述のように初期画像を印刷するために使用されるのと同じ印刷プロセスを使用して印刷される。

グリッドパターン１２は、見当合わせマーク３４を含む。初期画像２０及び２２は、熱成形後に歪んだ画像２８が所望の画像に実質的に類似したものになるように、熱成形金型と見当が合わなければならない。シート１０は、初期画像２０及び２２がどのように歪むことになるかをグリッドパターン１２の歪みが精確に表すように、同じように見当が合わなければならない。さもなければ、歪んだ画像２８は、所望の画像とは異なるものになる。一部の実施例では、熱成形機械インデックスは、シート１０を熱成形金型と見当合わせするために、見当合わせマーク３４によって示されるシート１０上のセット位置にリンクされる。一部の実施例では、光電セルを使用して、マーク３４を読み取り、リンクを確立することができる。

グリッドパターン１２を精密に設置すると、熱成形工具のキャビティごとに１つ以上の長期製造ランにわたって精確なデータの収集が可能になり、したがって、キャビティごとにより精確なプロセス性能が可能になる。データは、次には、熱成形プロセスにおいてよりロバストな初期画像２０及び２２の計算に寄与し、それによって歪んだ画像２８の生成をより有能なものにする。ゆえに、プロセス及び工具が、十分なユニット体積を生み出し、キャビティごとに初期画像を計算する前に許容可能なプロセス性能を維持することが可能であることが重要である。

シート１０の好ましい一例は、少なくとも約０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）の厚さを有するクロックナーＴＨ ２８０（Klockner TH 280）などの印刷グレードＰＶＣ材料である。シート１０の代替例は、少なくとも約０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）の厚さを有するクロックナーＰＥＴＧリリースＴＲ（Klockner PETG Release TR）などのＰＥＴ材料である。両方の例が、バージニア州ルーラルリトリート（Rural Retreat）のクロックナー・ペンタプラスト・オブ・アメリカ（Klocnker Pentaplast of America）から入手可能である。一部の実施例では、シート１０は、当該技術分野において周知のように、印刷及び熱成形プロセスに送り込まれる材料のウェブの一部分とすることができる。他の実施例では、シート１０は、やはり当該技術分野において周知のように、個々に送り込むことができる。

図２を参照すると、シェル１４は、熱成形プロセスによってシート１０内に形成される。一実施例では、シート１０は、シート１０を約５４℃（１３０°Ｆ）まで徐々に温める、補助予熱ステーションを通じて割り出し（indexed）される。シート１０は、次いで、熱成形オーブンシステムに進入し、そこで、３１５．６℃（６００°Ｆ）〜５２６．７℃（９８０°Ｆ）に設定された最上部及び最下部加熱セクションによってそのガラス転移状態まで加熱される。シート１０は、成形ステーションへと進み、そこで、マーク３４が熱成形金型と見当合わせされる。シェル１４は、金型プレート及び補助プレートが、金型側を真空にして補助側を加圧した状態で一体となって、シート１０を金型と共形させるときに形成される。シート１０は、次いで、材料を使用可能なサイズへと精密に切断するトリムステーションに割り出しされる。他の熱成形プロセスを使用して、シェル１４を形成することができる。

シェル１４は、深絞り熱成形プロセスによって形成される。一般に、熱成形された部品における絞りの深さは、長さ対深さ比（Ｌ／Ｄ）として表すことができる。長さは、部品の短辺の長さＬであり、深さは、画像を伴うための領域における部品の厚さＤである。本明細書で使用するとき、「深絞り」熱成形部品は、約４：１未満のＬ／Ｄを有する。一実施例では、領域４０において、シェル１４は、約９．５３ｃｍ（３．７５インチ）のＬと、約２．５ｃｍ（１インチ）のＤとを有していて、約３．７５：１のＬ／Ｄ比をもたらす。他の実施例では、シェル１４は、約２．３：１のＬ／Ｄ比で、約９．５３ｃｍ（３．７５インチ）の長さと、約４．１３ｃｍ（１．６２５インチ）の深さとを有してもよい。

熱成形前から熱成形後への領域３８におけるグリッド線３０の相対変位に基づいて、初期画像２０を計算することができる。一実施例では、グリッド線３０は、ペンシルバニア州ブリストル（Bristol）のアートワーク・システムズ社（Artwork Systems Inc.）から入手可能なグリッドワープ（Grid Warp）ソフトウェアプログラムによって生成された、コンピュータ化されたグリッドに関連する。グリッドパターン１２がスキャンされ、グリッドワーププログラムを使用して、コンピュータ化されたグリッドとスキャンとを比較する。コンピュータ化されたグリッドの各正方形が、スキャン上の等価位置に合致するようにマッピングされる。コンピュータ化されたグリッド全体をマッピングした後、所望の画像が位置決めされ、次いで、グリッドワーププログラムの「ワープ（warp）」機能を使用して修正されて、初期画像２０をもたらす。同様の方式で、領域４０内のグリッド線の変位に基づいて初期画像２２が計算される。

図３〜５を参照すると、初期画像２０及び２２は、シート２４の下面４２上に裏刷りされる。好ましくは、一部の実施例では、初期画像２０及び２２は、ＵＶフレキソ印刷プロセスを使用して印刷される。硬化インクフィルムは、シート２４への高レベルのインクキーを有し、熱成形されたパックの輪郭に沿うことができるように可撓性であり、ひび割れを呈することなく熱成形プロセスの間にインクフィルムをその初期の印刷された表面積の最大２倍まで伸展させることができるように十分に弾性であるべきである。他の実施例では、グラビア又はリソグラフィプロセスを使用することができる。更に他の実施例では、オフセット印刷プロセスを、個々のシート供給部とともに使用することができる。

成形時に高い歪みを生じる領域では、インクがひび割れする、又はインクが割れて伸展方向に垂直な複数の線になる可能性がある。インク印刷パターンは、歪んだ画像２８の形成を改善することができる。一実施例では、単色（solid colors）が、線５２に沿ってシート２４の部分５８上に第１のスクリーン５０として（すなわち、全体的なべた塗り被覆ではなく一連の平行線ドットとして）印刷され、第１の印刷された層に対して相補的な角度にあるスクリーン角度で第２のスクリーン５４として（すなわち、ドットの整列として）印刷される。そのような相補的な角度の一例は、９０及び１０５度である。部分５８が方向Ａ及びＡ’に伸展するときには、インクは、成形とともにひび割れすることなく伸展することができ、また相補的なドットであるので、デザインは、別個のドット線へと割れないようである。

好ましくは、一部の実施例では、印刷プロセスは、最終「色」として初期画像２０及び２２上にワニス（図示せず）を適用する。あるいは、ワニスは、印刷後に専用プロセスによって適用することもできる。ワニスは、画像に傷が付かないように、及び／又は画像が他の表面に移らないように保護する。例えば、シェル１４は、材料のウェブ内に繰り返し形成することができ、そのウェブが、その後の包装プロセスのためにロール上に送り込まれる。ワニスは、インクがあるシェル１４の内側表面４４から別のシェル１４の外側表面４６へと移るのを防ぐ。ワニスはまた、組立てのためにシェル１４を入れ子状態から外す（de-nesting）ためのスリップ剤の役割を果たすことができる。一例は、サウスカロライナ州フォートミル（Fort Mill）のウィコフ・カラー・コーポレーション（Wikoff Color Corp）から入手可能なＵＶＣ ８７８５である。

図４を参照すると、前述したのと同じ熱成形プロセスは、シート２４内にシェル２６を形成する。各シェル２６は、所望の画像に実質的に類似した歪んだ画像２８を備える。歪んだ画像２８と所望の画像との間の類似性を評価するいくつかの基準は、例えば、色、透明度、画像サイズ及び位置、フォントサイズ、並びに画像の適正な比率（proportioning）とすることができる。

一部の実施例では、シェル２６は、製品が包装されることになるまでシート２４に取り付けられて保管されたままである。一部の実施例では、包装プロセスは、熱成形プロセスと直列にすることができる。

図３及び４を参照すると、一部の実施例では、画像２０及び２２は、印刷及び熱成形プロセスの全体的な性能を高めるように調整される。調整は、画像２０及び２２をシート２４上に単色で印刷し、シェル１４を形成することを伴う。得られる単色画像２８が画像仕様に対して評価され、必要に応じて画像２０及び２２に調節が加えられる。

図６を参照すると、前述の実施例は、２つのキャビティだけに限定されない。一部の実施例では、シート８０は、シェルの１２個のキャビティを形成するグリッドパターン８２を伴うことができる。熱成形品目のデザイン及び熱成形プロセス自体によってのみ限定される、他のキャビティ数の他の実施例が企図される。

「発明を実施するための形態」で引用した全ての文献は、関連部分において本明細書に参照により組み込まれるが、いずれの文献の引用も、それが本発明に対する先行技術であることを容認するものと解釈されるべきではない。この文書における用語のいずれかの意味又は定義が、参考として組み込まれる文献における用語のいずれかの意味又は定義と対立する範囲については、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義を適用するものとする。

以上、本発明の特定の実施形態を図示、説明したが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び改変を行うことが可能である点は当業者には自明であろう。したがって本発明の範囲に含まれるすべてのこうした変更及び改変を付属の特許請求の範囲において網羅するものである。

Claims (10)

1. 画像を伴う熱成形物品を製造する方法であって、
   グリッド画像を伴う第１のシートと、少なくとも２つのキャビティを有する金型とを使用して、キャビティごとにグリッド歪みパターンを伴う深絞り成形を行う工程と、
   前記対応するグリッド歪みパターンと所望の画像とに基づいて、キャビティごとに初期画像を計算する工程と、
   前記初期画像を第２のシートに適用する工程と、
   前記第２のシートと前記金型とを使用して、各物品が前記所望の画像に実質的に類似した歪んだ画像を伴う、少なくとも２つの深絞り物品を製造する工程と、を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記物品のＬ／Ｄ比が、約４：１未満である、請求項１に記載の方法。
3. 前記初期画像を適用する工程が、前記画像を裏刷りすることを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記初期画像を適用する工程が、画像のひび割れを防ぐために高歪み領域でインクのパターンを選択的に適用することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記初期画像を適用する工程が、以下の技術：グラビア印刷、ＵＶフレキソ印刷、リソグラフ印刷、又はオフセット印刷のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
6. 第１のシートを前記金型と見当合わせする工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第２のシートを前記金型と見当合わせする工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記適用された初期画像上にコーティングを選択的に適用する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
9. キャビティごとに初期テスト画像を作成する工程と、前記初期テスト画像をテストシートに適用する工程と、キャビティごとに歪んだテスト画像を形成する工程と、各初期画像の前記計算の基礎を対応する歪んだテスト画像におく工程と、を更に含む、請求項１に記載の方法。
10. 画像を伴う熱成形物品を製造する方法であって、
    第１のシートが相対的に多くの変形を起こすことになる場所に配置された相対的に多くの線を含むグリッド画像を伴う前記第１のシートを予熱する工程と、
    前記第１のシートを、少なくとも２つのキャビティを有する金型と見当合わせする工程と、
    キャビティごとにグリッド歪みパターンを伴う深絞り成形を行う工程と、
    前記対応するグリッド歪みパターンと所望の画像とに基づいてキャビティごとに初期画像を計算する工程と、
    キャビティごとに初期テスト画像を作成し、前記初期テスト画像をテストシートに適用し、キャビティごとに歪んだテスト画像を形成し、各初期画像の前記計算の基礎を対応する歪んだテスト画像におく工程と、
    画像のひび割れを防ぐために高歪み領域でインクのパターンを選択的に適用することを含む、前記初期画像を第２のシートにＵＶフレキソ印刷で裏刷りする工程と、
    前記初期画像上にＵＶワニスを選択的に適用する工程と、
    前記第２のシートを予熱する工程と、
    前記第２のシートを金型と見当合わせする工程と、
    各物品が前記所望の画像に実質的に類似した歪んだ画像を伴う、少なくとも２つの深絞り物品を、前記第２のシート内に製造する工程と、を含むことを特徴とする、方法。

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