JP2015013407A - カップ型紙容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレヒート時に気泡を生じ難く、ガスバリア性の高いカップ型紙容器を安定して製造することのできるカップ型紙容器の製造方法を提案するものである。
【解決手段】マンドレル６３の先端に、ボトムブランク１０３を成型してなる底部材１０５を保持し、これに供給ステージから供給されたサイドブランク１０２を巻き付けて一体化して胴部材１０４を形成するシール工程と、シール工程において形成された胴部材の底面部に内側から熱風を当てて加熱するプレヒート工程と、胴部材の下端部を底部材周縁部に折り込むインカール工程と、折り込まれた胴部材の下端部を圧着して熱シールして環状脚部を形成するローレット工程を含み、前記シール工程に先立って、サイドブランクの、前記プレヒート工程においてプレヒートされるべき部位の表面側の合成樹脂層９３に、微細孔１０２ｃを形成しておくことを特徴とするカップ型紙容器の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、カップ型紙容器の製造方法に関し、特に紙層の表裏面に合成樹脂フィルム層やガスバリア層を有し、ガスバリア性に優れたカップ型紙容器を安定して製造することができるカップ型紙容器の製造方法に関する。

カップ型紙容器は、使い捨ての紙カップを初めとして、各種容器として広く用いられている。一般的なカップ型紙容器は、図６に示したように、扇形のサイドブランク（１０２）を円錐形に丸めて胴部シール部（Ａ）を接着して胴部材（１０４）を形成し、円形のボトムブランク（１０３）の周縁部（１０３ａ）を下方に折り曲げて成形した底部材（１０５）と一体化して、胴部材のトップ部分（１０２ｄ）をカールさせた構造を持っている。

近年、カップ型紙容器を、食品などを収納して長期間保存が可能な容器として用いるために、材料である積層シートとして、紙層の表裏面に合成樹脂フィルム層やガスバリア層を備えたものを用い、さらに積層シートの切断面に紙層が露出しないように、端部を保護した構造の紙容器が製造されるようになってきた。

特許文献１に記載されたボトム二重巻き容器用インカール金型は、カップ状紙容器の底面部において、胴部材の下端部端面が露出しないように、胴部材下端部を二重に内側に巻き込むために用いるインカール金型に関するものである。

このように、容器の密封性や耐水性を高めようとする傾向が強まるにつれて、積層シート自体のガスバリア性もより高めようとする結果、カップ型紙容器の製造工程において、いくつかの新たな問題が生じるようになって来た。

図１は、本発明に係るカップ型紙容器の製造方法に使用する紙カップ成型装置の例である。サイドブランク供給部（４０）から供給されたサイドブランク（１０２）は、第１処理ステーション（１０）においてプレヒートされながらシールステージ（１７）に移動する。サイドブランク（１０２）は、シールステージ（１７）において、マンドレル（６３）の先端に保持された底部材（１０５）と接着され、マンドレル（６３）に巻き付けられる。

一体化された胴部材と底部材は、マンドレルに保持された状態で、次のプレヒートステージ（６４）において底面部が熱風ヒーター（６２）によって加熱され、次のインカールステージ（６５）とローレットステージにおいて底面部が溶着成形される。

プレヒートステージ（６４）において熱風ヒーター（６２）によって加熱される際に、積層シートの紙層に含まれていた水分が急激な加熱によって蒸発し、表面樹脂層に気泡となって生じることがある。これは、積層シートのガスバリア性を高めたことにより、より生じ易くなってきている。

特開２０１２−４５７１９

底面成形時に、気泡が発生すると、溶着不良を生じて、液漏れの原因となったり、ガスバリア性の低下を引き起こしたりする。

本発明の解決しようとする課題は、ガスバリア性の積層シートを用いても、プレヒート時に気泡を生じ難く、ガスバリア性の高いカップ型紙容器を安定して製造することのできるカップ型紙容器の製造方法を提案するものである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、紙層の表裏面に合成樹脂層を有する積層シートからなるサイドブランクとボトムブランクを成型し、一体化してなるカップ型紙容器の製造方法であって、マンドレルの先端に、ボトムブランクを成型してなる底部材を保持し、これに供給ステージから供給されたサイドブランクを巻き付けて一体化して胴部材を形成するシール工程と、シール工程において形成された胴部材の底面部に内側から熱風を当てて加熱するプレヒート工程と、胴部材の下端部を底部材周縁部に折り込むインカール工程と、折り込まれた胴部材の下端部を圧着して熱シールして環状脚部を形成するローレット工程を含み、前記シール工程に先立って、サイドブランクの、前記プレヒート工程においてプレヒートされるべき部位の表面側の合成樹脂層に微細孔を形成しておくことを特徴とするカップ型紙容器の製造方法である。

本発明に係るカップ型紙容器の製造方法によれば、環状脚部を形成する前のプレヒート工程において、紙層中の水分が急激に加熱されて水蒸気が発生しても、表面側の合成樹脂層（表面樹脂層）に形成された微細孔から放出されるため、合成樹脂層が発泡したりすることがない。

また、請求項２に記載の発明は、サイドブランクを供給する供給ステージと前記シール工程を行うシールステージの中間にレーザー光照射装置を設置し、サイドブランクの搬送過程においてサイドブランク表面にレーザー光を照射して前記微細孔を形成することを特徴とする請求項１に記載のカップ型紙容器の製造方法である。

本発明に係るカップ型紙容器の製造方法によれば、環状脚部を形成する前のプレヒート工程において、紙層中の水分が急激に加熱されて水蒸気が発生しても、表面側の合成樹脂層に形成された微細孔から放出されるため、合成樹脂層が発泡したりすることがない。このため、合成樹脂層が発泡することに起因するシール不良や外観不良が発生せず、安定した生産が可能となる。

請求項２に記載の発明のように、サイドブランクを供給する供給ステージとシール工程を行うシールステージの中間にレーザー光照射装置を設置し、サイドブランクの搬送過程においてサイドブランク表面にレーザー光を照射して前記微細孔を形成するようにした場合には、予めサイドブランクに微細孔を設ける工程などを付加する必要が無く、従来の搬送過程にレーザー光照射装置を設置するだけで、容易に実施することができる。

図１は、本発明に係るカップ型紙容器の製造方法に使用する紙カップ成型装置の一例を示した平面模式図である。 図２は、サイドブランクに微細孔を形成する方法を示した断面説明図である。 図３は、微細孔が形成されたサイドブランクの平面説明図である。 図４は、プレヒートステージにおいて、熱風ヒーターを用いて底面部の内側から熱風を当てて底面部を加熱する状態を示した断面説明図である。 図５は、ローレットステージにおいて、環状脚部の形成が完了した状態を示した断面説明図である。 図６は、カップ型紙容器の部分断面説明図である。

以下図面を参照しながら、本発明に係るカップ型紙容器の製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明に係るカップ型紙容器の製造方法に使用するカップ成型装置（１）の一例を示した平面模式図である。

サイドブランク供給部（４０）のブランクフィード部（４３）に送り込まれた積層シート（サイドブランクウェブ）（４１）から、カッティングダイ（４５）によって打ち抜かれたサイドブランク（１０２）が、供給ステージ（４２）から送り出されて、第１処理ステーション（１０）の把持ステージ（１４）において把持部（１３）によって把持され、回転テーブル（１１）の回転に伴って、矢印で示した搬送方向（Ｒ１）の方向に搬送される。この段階でサイドブランク（１０２）は、容器の外側となる側が下面になるように把持されている。

第１処理ステーション（１０）の、ヒーティングステージ（１５、１６）において、サイドブランク（１０２）は、支持機構（１９、１９）に載置された状態で、ヒータ機構（１８、１８）によって上面から加熱され、シールステージ（１７）に搬送される。

図１に示した実施態様においては、把持ステージ（１４）とヒーティングステージ（１５）の間にレーザー光照射装置（１２）が設置されており、サイドブランクの通過にタイミングを合わせて、下から上に向かってレーザー光を間歇的に照射する。その結果、サイドブランク（１０２）の下面（容器の外面側）に、微細孔（１０２ｃ）が形成される。

図２は、この第１処理ステーション（１０）において、サイドブランク（１０２）に微細孔（１０２ｃ）を形成する方法を示した断面説明図である。この例では、積層シート（１０１）は、容器の内側になる面から順にシーラント層（９０）、ガスバリア層（９１）、紙層（９２）、表面樹脂層（９３）が積層されており、微細孔（１０２ｃ）は、表面樹脂層（９３）を貫通して紙層（９２）に達する微細な孔であり、レーザー光照射装置（１２）から照射されたレーザー光によって形成される。

サイドブランク（１０２）は、図示しない把持部（１３）によって把持されて、Ｒ１方向に搬送されるので、レーザー光を間歇的に照射することにより、独立した微細孔（１０２ｃ）を形成することができる。レーザーの種類としては、透明な表面樹脂層（９３）にも吸収されるＣＯ_２（炭酸ガス）レーザーが適している。ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーや、ＹＶＯ_４（イットリウムバナデート）レーザーは、透明樹脂層を透過してしまうため、適当でない。

図３は、微細孔（１０２ｃ）が形成されたサイドブランク（１０２）の平面説明図である。微細孔は（１０２ｃ）は、扇形のブランク形状に対して、同心円状に形成されており、後に説明する胴部材（１０４）が、内側から熱風ヒーター（６２）によって加熱されるべき部分の外側に形成される。

なお、サイドブランク（１０２）の扇形の中心は、必ずしもサイドブランク（１０２）を搬送する回転テーブル（１１）の中心とは一致しないので、微細孔（１０２ｃ）を扇形に対して同心円状に形成するためには、単純にレーザー光をＯＮ−ＯＦＦするだけでは、だめな場合が多い。この場合には、扇形のサイドブランクの移動に同期させてレーザー光の照射位置を半径方向に振ってやる必要がある。このためには、レーザー光照射装置として、レーザーマーキング装置などのように、レーザー光の走査が可能な照射装置を用いれば良い。

図１に示した実施態様においては、サイドブランク（１０２）を供給する供給ステージ（４２）とシール工程を行うシールステージ（１７）の中間にレーザー光照射装置（１２）を設置し、サイドブランク（１０２）の搬送過程においてサイドブランク表面にレーザー光を照射して微細孔（１０２ｃ）を形成するようにしたものであるが、予め打ち抜いたサイドブランクに微細孔を形成しておき、これをサイドブランク供給部（４０）から供給するようにしても良い。また微細孔を形成する方法としては、レーザーに限らず、針を用いる方法などでもよい。

微細孔（１０２ｃ）の直径については、５μｍ〜１ｍｍ程度が好ましい。微細孔の直径が大きすぎると、容器の外観を損なうので好ましくない。また小さすぎると、蒸気を排出する効果が薄れる。また、微細孔の密度については、円周長１ｃｍ当たり１０個〜１０００個程度が好ましい。レーザーの場合、連射することで横長の溝状の微細孔を形成することもできる。この場合累積の長さとして、１０μｍ〜７５０μｍ／１ｃｍ程度が適当である。微細孔の密度を上げすぎると、生産性が低下する。また密度が低すぎると、蒸気を排出する効果が薄れる。

一方、底部材（１０５）は、底部材供給部（５０）において、ウェブ状の積層シートから円形に打ち抜かれてボトムブランク（１０３）（図示せず）が形成され、これがさらに皿状に成型されて底部材（１０５）となる。

底部材（１０５）は、第２処理ステーション（６０）の底部材保持ステージ（６８）において、マンドレル（６３）の先端に吸着されて保持される。底部材（１０５）は、回転テーブル（６１）が搬送方向（Ｒ２）に回転することにより、シールステージ（１７）に移送され、ここで既に加熱処理が終了したサイドブランク（１０２）上の所定位置にセットされる。

シールステージ（１７）では、サイドブランク（１０２）が、シール機構（２２）によって、底部材（１０５）に融着されて、さらにマンドレル（６３）の表面に巻き付けられ、胴部シール部（Ａ）が融着されることにより、胴部材（１０４）が成形される。

胴部材（１０４）は、次いでプレヒートステージ（６４）において、熱風ヒーター（６２）の先端から噴射される熱風によって底面部が内側から加熱される。この時、従来は急激な加熱により、積層シートの紙層中の水分が水蒸気となり、しばしば表面樹脂層やシーラント層の膨れ発生の原因となっていたが、本発明の方法によれば、プレヒートされる部位の表面側の合成樹脂層（表面樹脂層）（９３）に、微細孔（１０２ｃ）が設けられているため、発生した水蒸気は、この微細孔から放出され、膨れの発生が防止される。

図４は、プレヒートステージ（６４）において、熱風ヒーター（６２）を用いて底面部の内側から熱風を当てて底面部を加熱する状態を示した断面説明図である。胴部材（１０４）と底部材（１０５）が一体化した状態でマンドレル（６３）に保持され、回転テーブル（６１）の間歇的な回転に伴って水平に回転する。熱風ヒーター（６２）は、マンドレルの軸方向に進入、退避するようになっており、マンドレルがプレヒートステージに到着すると底面部に進入して３００℃〜４００℃の熱風を吹き付けて加熱する。

この時、図４に示したように、加熱位置に対応した表面位置に微細孔（１０２ｃ）が存在することにより、紙層から発生した水蒸気（９４）が微細孔から放出される。

図１において、胴部材（１０４）は、次にインカールステージ（６５）に移動し、インカール機構（６９）によって下縁部（１０２ｂ）が内側に折り込まれる。さらにローレットステージ（６６）に移動し、ローレット機構（７１）によってかしめられて図（５）に示した状態となる。この状態では、胴部材（１０４）の下縁（１０２ｂ）は、底部材（１０５）の周縁部（１０３ａ）と融着して完全に一体化され、環状脚部が形成される。

このローレットステージ（６６）において印加されるかしめ圧力により、微細孔（１０２ｃ）は、潰されて開口が閉じるため、耐水性やガスバリア性において、不都合が生じることはない。

なお、図５では、胴部材の下縁（１０２ｂ）は、１回折り込まれているだけであるが、引用文献１に記載されたようなインカール金型を用いて、さらにもう１回折り込むことにより、下縁部（１０２ｂ）の端部が外部に露出しなくなるので、カップ型紙容器は、外部からの耐水性に対しても優れたものとなる。

再び図１に戻って、ローレットステージ（６６）において底部材（１０５）と完全に一体化した胴部材（１０４）は、エアシュータステージ（６７）において、エアシュータ（７２）によって第３処理ステーション（８０）に移送される。

第３処理ステーション（８０）においては、胴部材（１０４）は、搬送方向Ｒ３に回転する回転テーブル（８１）上に設けられた起立保持機構（８３）に保持され、まず塗布ステージ（８４）において、塗布機構（８７）によって、上端部のトップ部分（１０２ｄ）に流動パラフィンが塗布される。

次にプレカールステージ（８５）において、胴部材のトップ部分（１０２ｄ）がプレカール機構（８８）によってプレカールされ、さらにフィニッシュカールステージ（８６）のフィニッシュカール機構（８９）によって開口部のカール加工が完了する。

以上によって完成したカップ型紙容器（１００）には、内容物が充填されて、最後に開口部に蓋材が熱シールされて密封される。当然のことながら、蓋材についても、ガスバリア性の高い蓋材を使用することが望ましい。

本発明に係るカップ型紙容器に使用する材料について説明する。
紙基材（紙層９２）としては通常のカップ原紙として用いられるものであればよく、特に限定はされないが、印刷適性と紙力を有し、成形性に優れ、且つ表面強度が強いカップ原紙の坪量１００〜５００ｇ／ｍ^２程度のものが適当である。

表面樹脂層（９３）としては、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）等の透明熱可塑性樹脂が用いられる。ガスバリア層（９１）としては、アルミニウム箔などの金属箔や、シリカ、アルミナなどの無機酸化物やアルミニウム等の金属を、ポリエステル樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム等に蒸着した蒸着フィルムを用いることが出来る。

シーラント層（９０）としては、一般的に表面樹脂層（９３）と同じ材質の熱可塑性樹脂が用いられ、ＰＥ樹脂またはＰＰ樹脂が一般的である。

本発明に係るカップ型紙容器の製造方法によれば、胴部材下縁部のプレヒート部分に相当する部分に微細孔（１０２ｃ）を設けたことにより、急激な加熱によって紙層中に水蒸気が発生したとしても、円滑に外部に放出されるため、表面樹脂層やシーラント層に膨れが発生することが防止される。このため、ガスバリア性の高いカップ型紙容器の安定した生産が可能となった。

１・・・カップ成型装置
１０・・・第１処理ステーション
１１、６１、８１・・・回転テーブル
１２・・・レーザー光照射装置
１３・・・把持部
１４・・・把持ステージ
１５、１６・・・ヒーティングステージ
１７・・・シールステージ
１８・・・ヒータ機構
１９・・・支持機構
２２・・・シール機構
４０・・・サイドブランク供給部
４１・・・サイドブランクウェブ
４２・・・供給ステージ
４３・・・ブランクフィード部
４５・・・カッティングダイ
５０・・・底部材供給部
６０・・・第２処理ステーション
６２・・・熱風ヒーター
６３・・・マンドレル
６４・・・プレヒートステージ
６５・・・インカールステージ
６６・・・ローレットステージ
６７・・・エアシュータステージ
６８・・・底部材保持ステージ
６９・・・インカール機構
７１・・・ローレット機構
７２・・・エアシュータ
８０・・・第３処理ステーション
８３・・・起立保持機構
８４・・・塗布ステージ
８５・・・プレカールステージ
８６・・・フィニッシュカールステージ
８７・・・塗布機構
８８・・・プレカール機構
８９・・・フィニッシュカール機構
９０・・・シーラント層
９１・・・ガスバリア層
９２・・・紙層
９３・・・表面樹脂層
９４・・・水蒸気
１００・・・カップ型紙容器
１０１・・・積層シート（シート材）
１０２・・・サイドブランク
１０２ａ・・・側縁
１０２ｂ・・・下縁
１０２ｃ・・・微細孔
１０２ｄ・・・トップ部分
１０３・・・ボトムブランク
１０３ａ・・・周縁部
１０４・・・胴部材
１０５・・・底部材
Ａ・・・胴部シール部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・搬送方向

Claims (2)

1. 紙層の表裏面に合成樹脂層を有する積層シートからなるサイドブランクとボトムブランクを成型し、一体化してなるカップ型紙容器の製造方法であって、マンドレルの先端に、ボトムブランクを成型してなる底部材を保持し、これに供給ステージから供給されたサイドブランクを巻き付けて一体化して胴部材を形成するシール工程と、シール工程において形成された胴部材の底面部に内側から熱風を当てて加熱するプレヒート工程と、胴部材の下端部を底部材周縁部に折り込むインカール工程と、折り込まれた胴部材の下端部を圧着して熱シールして環状脚部を形成するローレット工程を含み、前記シール工程に先立って、サイドブランクの、前記プレヒート工程においてプレヒートされるべき部位の表面側の合成樹脂層に微細孔を形成しておくことを特徴とするカップ型紙容器の製造方法。
2. サイドブランクを供給する供給ステージと前記シール工程を行うシールステージの中間にレーザー光照射装置を設置し、サイドブランクの搬送過程においてサイドブランク表面にレーザー光を照射して前記微細孔を形成することを特徴とする請求項１に記載のカップ型紙容器の製造方法。
   
   
   
   
   

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