JP2016083797A - 積層フィルム体の立体成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層フィルムの材料構成に限定されず、また、クラックや破断を生じさせることなく、実用的な張出量を得ることができる、積層フィルム体の立体成形方法を提供する。
【解決手段】少なくとも最内面の伸びの大きい内面フィルム１１と外面側の伸びの小さいフィルム１２から成る積層フィルム体１を、前記積層フィルム体の元厚みに対する圧縮量を順次増加させて冷間で多段圧縮成形を行い、当該圧縮成形部を外面側に張り出させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、積層フィルム体の立体成形方法に関し、より詳細には、積層フィルム、積層フィルムから成るパウチなどの積層フィルム体を、冷間で多段圧縮成形をする積層フィルム体の立体成形方法に関する。

従来、食料品や飲料、洗剤、接着剤等の内容物を充填する容器として、パウチが用いられてきた。一般に、パウチには液体や粘稠物などの流動性を有する内容物が充填されており、かかる内容物を別の容器に移し替えて使用するための注出口が設けられている。注出口は、立体成形により両外側に張り出すようにして形成されており、かかる形状によって流路を確保することで内容物の移し替えを容易としている。

立体成形によりパウチに注出口を設ける方法として、特許文献１には、プラスチックフィルムを加熱した後、該プラスチックフィルムを冷却しながら注出機能部の成形を行う、包装袋の製造方法が開示されている。しかしながら、特許文献１の方法によれば、加熱して押圧加工し、成形状態が戻らないように冷却する必要があるため、加熱及び冷却に時間が必要となるとともに、上下の加工型を用いるプレス式加工装置のため連続加工ができず、加工速度に限界があり、高速加工が難しいという問題があった。

かかる問題を解決するため、本特許出願人は、先に、柔らかい内面フィルムと強度の高い外面フィルムとがラミネートされた積層フィルムを冷間で厚み方向に圧縮成形し、当該圧縮成形部を外面側に張り出させる積層フィルムの立体成形方法を提案した（特許文献２参照）。この特許文献２の立体成形方法によれば、加熱や冷却をすることなく立体成形を行うことができ、加工に要するエネルギーの低減、及び加工時間の短縮を実現することができる。

特開２００１−１８９９６号公報 特開２０１４−４６６５５号公報

しかしながら、特許文献２の立体成形方法の適用に際しては、積層フィルムを構成する内面フィルムと外面フィルムの成形時の圧縮成形による伸び、圧縮成形後の厚みの復元時の挙動におけるフィルムの復元の差、外面フィルムの剪断変形的な伸びの残留等が影響する。このため、前記伸びや変形挙動等の差が小さい内面フィルムと外面フィルムから成る積層フィルムを、冷間で圧縮成形する場合は加工後の張出量が小さくなり、その積層フィルムの材料構成が限定される場合が有る。

従って、本発明の目的は、積層フィルムの材料構成に限定されず、また、クラックや破断を生じさせることなく、積層フィルム体に実用的な張出量を得ることができる、積層フィルム体の立体成形方法を提供することである。

本発明の積層フィルム体の立体成形方法によれば、少なくとも最内面の伸びの大きい内面フィルムと外面側の伸びの小さいフィルムから成る積層フィルム体を、前記積層フィルム体の元厚みに対する圧縮量を順次増加させて冷間で多段圧縮成形を行い、当該圧縮成形部を外面側に張り出させることを特徴とする積層フィルム体の立体成形方法が提供される。

本発明の積層フィルム体の立体成形方法においては、
（１）前記多段圧縮成形を二段で行うこと、
（２）前記圧縮量を３０％〜５０％の範囲とすること、
（３）前記多段圧縮成形の一段目以後の次段の圧縮成形に用いる加工型の表面積を、順次８０％〜１００％未満とすること、
（４）前記積層フィルム体の内面フィルムがポリエチレンフィルム、外面フィルムがナイロンフィルムであること、
（５）前記積層フィルム体の内面フィルムがポリエチレンフィルム、中間フィルムがナイロンフィルム、及び外面フィルムがポリエステルフィルムであること、
が好ましい。

本発明の積層フィルム体の立体成形方法によれば、積層フィルムの材料構成に限定されず、また、クラックや破断を生じさせることなく、積層フィルム体に実用的な張出量を得ることができる。

本発明の積層フィルム体の立体成形方法により得られるパウチの具体例を示す概略図である。（ａ）は、本発明の積層フィルム体の立体成形方法により得られるパウチの概略平面図である。（ｂ）は、Ｘ−Ｘ断面図である。 積層フィルム体の冷間での多段圧縮成形を二段で行う場合の概略図である。 本発明の積層フィルム体の立体成形方法に用いられる回転ロール加工装置と、形成された張出部を示す概略図である。 本発明の積層フィルム体の立体成形方法に用いられるプレス式加工装置の概略図である。 第二加工型を第一加工型よりも小さくした場合の張出部の概略図である。

本発明の積層フィルム体の立体成形方法は、積層フィルム体として、少なくとも最内面の伸びの大きい内面フィルムと外面側の伸びの小さいフィルムから成る積層フィルム、前記積層フィルム同士を重ねた形態、或いは前記積層フィルムから成るパウチを用い、その積層フィルム体を、冷間で厚み方向に多段圧縮成形し、当該圧縮成形部を外面側に張り出させるものである。例えば図１に示すように、パウチ１において、注出口２を両外側に張り出させて、流路３を確保するための張り出し成形に適用できる。また、図示しないが、パウチ１の注出口２に連通する連通路を張り出させる立体成形や、模様の立体成形、文字・点字などを張り出させる立体成形に適用でき、さらに、立体成形による滑り止めなどの成形にも適用することができる。

（積層フィルム）
本発明の積層フィルム体の立体成形方法に用いられる積層フィルム１０は、伸びが異なる少なくとも２種類のフィルムを用意し、伸びの大きいフィルムを内面フィルム１１に、伸びの小さいフィルムを外面フィルム１２とした積層構成を有する。伸びの大きい内面フィルム１１としては、ヒートシール性を有するフィルム、例えばポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムなどが用いられる。一方、伸びの小さい外面フィルム１２としては、延伸フィルムを用いればよく、具体的には、ナイロンフィルムやＰＥＴフィルムなどのポリアミドやポリエステルから成る延伸フィルムが用いられる。好適な積層フィルム１０の層構成としては、内側から外側に向かって、ポリエチレン／ナイロン、ポリエチレン／ナイロン／ＰＥＴ、ポリプロピレン／ナイロン、ポリプロピレン／ナイロン／ＰＥＴを挙げることができる。特に好適な積層フィルム１０の層構成としては、本発明の効果が最大限に発揮されるという観点から、内面フィルムと外面フィルムとで伸びの差が小さい構成のもの、即ち、内面フィルムがポリエチレンフィルム、外面フィルムがナイロンフィルム、または、内面フィルムがポリエチレンフィルム、中間フィルムがナイロンフィルム、且つ外面フィルムがポリエステルフィルムの積層フィルムを挙げることができる。
さらに、積層フィルム１０の外面フィルム１２の外側には、本発明の効果を妨げない条件下で、さらに他の層が設けられていても良い。

そして、積層フィルム１０の厚みは、特に制限はないが７０〜３００μｍの厚みが好適であり、内面フィルム１１が６０〜２００μｍ、外面フィルム１２が１０〜２０μｍが好適である。また、内面フィルム１１の厚さは外面フィルム１２の厚さより厚く、内面フィルム１１が外面フィルム１２の３〜２０倍厚いことが、後述する積層フィルム１０を冷間で多段圧縮成形し、外側に張り出させる立体成形を行う点で好ましい。

（冷間多段圧縮成形）
冷間による多段圧縮成形は、積層フィルム体として、前述した積層フィルム１０、積層フィルム１０同士を重ねた形態、或いは積層フィルムから成るパウチ１を用い、その積層フィルム体の外面側に張り出させる圧縮成形部１３を、冷間で（常温で）多段により厚み方向に圧縮して圧力を解放し、積層フィルム体を外側に張り出させる。この冷間による圧縮成形によって発現する張出現象は必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように推察している。即ち、伸びの大きい内面フィルム１１と、伸びの小さい外面フィルム１２から成る積層フィルム１０を厚み方向に圧縮すると、その圧縮変形が専ら伸びの大きい内面フィルム１１で起こり、圧縮された領域から押し出されるように大きく伸びるとともに、伸びの小さい外面フィルム１２は内面フィルム１１の変形に応じて伸ばされる。そして、圧縮力を除いた後、内外面フィルム１１、１２の厚みが復元する際に、内面フィルム１１の復元が大きい一方、外面フィルム１２の復元が僅かであるため、外面フィルム１２に前述した内面フィルム１１の変形に応じた伸びが残るためと考えられる。

冷間での多段圧縮成形は、前述した積層フィルム体を、その積層フィルム体の元厚みに対する圧縮量を順次増加させて冷間で多段圧縮成形を行い、当該圧縮成形部１３を外面側に張り出させて張出部１４を形成する。尚、前記張出部１４の形成に際し、前述した多段圧縮成形において、前記積層フィルム体の元厚みｔ_０に対する圧縮量を均等、或いは順次、減少させて冷間で多段圧縮成形を行うと、前段の圧縮成形によって外側に張り出した圧縮成形部１３の張出部１４を、次段の圧縮成形によって消滅させてしまう虞がある。これは前記した圧縮量を均等、或いは順次、減少させると、前段で形成された張出部１４が、次段の圧縮成形によって、積層フィルム体における積層フィルム１０の内外面フィルム１１、１２の厚みが復元する際に、外面フィルム１２から内面フィルム１１の変形に応じた伸びが消滅してしまうためと考えられる。
従って、積層フィルム体を冷間で多段圧縮成形を行い、当該圧縮成形部１３を外面側に張り出させて張出部１４を形成する際は、順次、積層フィルム体の元厚みｔ_０に対する圧縮量を増加させることが重要である。

また、多段圧縮成形のそれぞれの圧縮成形における圧縮量は、積層フィルム体の元厚みｔ_０の３０％（１／３程度）〜５０％（１／２程度）の範囲で適宜選択し、順次、圧縮量を増加させて多段圧縮成形を行い、圧縮成形部１３を外面側に張り出させる。また、積層フィルム体の元厚みｔ_０は、積層フィルム体が積層フィルム１０の場合はその厚み、積層フィルム１０同士を重ねた形態、或いは積層フィルムから成るパウチ１の場合は、その積層フィルム１０同士を重ねた厚みをそれぞれ元厚みｔ_０とする。そして、前記圧縮量が３０％未満であると、積層フィルム１０の圧縮成形部１３に十分な張出量を確保できない虞があり、一方、５０％を越えると前記圧縮成形部１３にクラックや破断が生じやすくなる。

尚、前記張出部１４の形成に際し、冷間での圧縮成形の回数は、積層フィルム体を構成する積層フィルム１０の層構成、形成する張出部１４の形態といった条件に応じて適宜決定すればよいが、製造工程の簡素化、生産効率、製造コストの低減から二段で行うことが好ましい。また、この場合の、積層フィルム体の元厚みｔ_０に対するそれぞれの圧縮量は、前段が３０％〜３５％、後段が４０〜４５％とするのが好ましく、後段の圧縮成形を前段よりも多い圧縮量で行う。

図２は、積層フィルム体の冷間での多段圧縮成形を二段で行う場合の概略図であって、本発明においては、図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、冷間で圧縮と圧力の解放を行う圧縮成形を、積層フィルム体である積層フィルム１０の圧縮成形部１３に対して繰り返し多段で行い、順次、積層フィルム１０の元厚みｔ_０に対する圧縮量を増加させて行う。即ち、この積層フィルム１０の立体成形方法は、まず、第一加工装置に装着した第一加工型２０を、圧縮成形部１３に押し付けて冷間で圧縮成形し、圧力を解放して積層フィルム１０の圧縮成形部１３を外面側に張り出させる｛図２（ａ）〜（ｃ）参照｝。

次いで、第二加工装置に装着した第二加工型３０を、圧縮成形部１３に押し付けて、冷間により、前記第一加工装置の第一加工型２０の積層フィルム１０の元厚みｔ_０に対する圧縮量よりも多い圧縮量で圧縮成形する。その後、圧力を解放して、更に圧縮成形部１３を外面側に張り出させ｛図２（ｄ）〜（ｅ）参照｝、冷間による二段での多段圧縮成形を行う。その結果、図２（ｅ）に示すように、積層フィルム１０の圧縮成形部１３において、外側に張り出す現象が、積層フィルム１０の材料構成によらず、また、積層フィルム１０にクラックや破断を生じることなく起こり、張出部１４が形成される。

そして、冷間で多段圧縮成形を二段で行う場合、積層フィルム１０の一段目の圧縮量Ｐ_１と二段目の圧縮量Ｐ_２の元厚みｔ_０に対する圧縮量はＰ_１＜Ｐ_２であり、さらに、一段目と二段目のそれぞれの圧縮成形における圧縮量を、積層フィルム１０の元厚みｔ_０の３０％（１／３程度）〜５０％（１／２程度）の範囲の圧縮量とする。このような圧縮量で積層フィルム１０の圧縮成形部１３を冷間で多段圧縮成形することにより、積層フィルム１０に張出部１４を、前記積層フィルム１０の材料構成に限定されず、クラックや破断を生じさせることなく容易、確実に形成することができる。特に、前述したように、伸びと変形挙動等の差が小さい内面フィルム１１と外面フィルム１２から成る積層フィルム１０を用いた場合でも、冷間で積層フィルム１０に張出部１４を容易、確実に形成することができる。
また、前述した冷間での多段圧縮成形による積層樹脂フィルム１０の圧縮成形部１３の厚みは、積層樹脂フィルム１０の元厚みｔ_０、一段目の圧縮成形後の圧縮成形部１３厚みｔ_１、二段目の圧縮成形後の圧縮成形部１３の厚みｔ_２は、ｔ_０＞ｔ_１＞ｔ_２と変化するが、冷間による圧縮成形のため、積層フィルム１０の内外面フィルム１１、１２の厚みが復元し、その変化は少ない。

図３は、積層フィルム体として積層フィルム１０同士を重ねた形態、或いは積層フィルムから成るパウチ１を用い、回転ロール加工装置４０によって冷間で圧縮成形する場合の概略図であって、前記積層フィルム体に形成された張出部１４を示す。図３（ａ）に示すように回転ロール加工装置４０の一方のロールに加工型５０を装着して積層フィルム体を搬送し、図示しないが複数の回転ロール加工装置４０で連続的に成形することにより、装置を簡素化して好適に多段圧縮成形を行うことができる。この場合の積層フィルム体の元厚みｔ_０は、図に示すように積層フィルム１０同士を重ねた厚みとなる。また、この多段圧縮成形によれば、図３（ｂ）に示すように、加工型５０を押し付けられた表側の積層フィルム１０だけでなく、裏側の積層フィルム１０においても、圧縮成形後に圧力を解放すると圧縮成形部１３が外側に張り出す現象が生じる。
尚、図示しないが、回転ロール加工装置４０の上下の回転ロールＲに加工型５０を装着して、複数の回転ロール加工装置４０を用いて多段圧縮成形を行うことも可能である。

図４は、同様に、積層フィルム体を、冷間でプレス式加工装置によって圧縮成形する形態を示し、このようなプレス式加工装置を複数用いることによって多段圧縮成形を行うことも可能である。そして、この圧縮成形は、図４（ａ）に示すように、重ね合わせた積層樹脂フィルム１０、１０のうち表側に、或いは図４（ｂ）に示すように、表裏側に加工型を押し付けて圧縮成形して立体成形が行われる。この場合、いずれの圧縮成形おいても、表裏の積層フィルム１０、１０の圧縮成形部１３が外側に張り出す現象が生じる。
尚、表裏側に加工型を押し付けて圧縮成形する場合、即ち、前述した回転ロール加工装置４０の上下の回転ロールＲに加工型５０を装着して押し付けて、或いは図４（ｂ）に示すプレス式加工装置の上下側の加工型を押し付けて多段圧縮成形を行う場合、前述した一段目、二段目の積層樹脂フィルム体の元厚みｔ_０に対する圧縮量Ｐ_１と圧縮量Ｐ_２は、上下の加工型のトータルの圧縮量となる。

さらに、前述した多段圧縮成形に用いる加工型の表面積については、積層フィルム体に形成される張出部１４を明瞭にし、他の部位との境界を明確にするため（図５参照）、多段圧縮成形の一段目以後の次段の圧縮成形に用いる加工型の表面積を、順次８０％〜１００％未満とすることが好ましい。即ち、多段圧縮成形を二段で行う場合であれば、二段目の圧縮成形に用いる第二加工型の表面積（Ｓ２）を、一段目の圧縮成形に用いる第一加工型の表面積（Ｓ１）の８０％以上１００％未満とすることが好ましい。また、多段圧縮成形を三段で行う場合であれば、二段目の圧縮成形に用いる第二加工型の表面積を、一段目の圧縮成形に用いる第一加工型の表面積の８０％以上１００％未満とし、更に、三段目の圧縮成形に用いる第三加工型の表面積を、二段目の圧縮成形に用いる第二加工型の表面積の８０％以上１００％未満とすることが好ましい。

内面ポリエチレンフィルム（１３０μｍ）、外面延伸ナイロンフィルム（２０μｍ）、（厚み：１５０μｍ）の積層フィルムを用い、充填口を除いてヒートシールした幅：１０５ｍｍ、長さ：２００ｍｍ、総厚み（重ねた厚み）ｔ_０：３００μｍの図１に示すパウチを作成した。
そして、このパウチを、図３に示す加工型を装着した上方回転ロールと下方回転ロールから構成された第１、第２回転ロール加工装置に供給し、下記条件にて冷間で二段の多段圧縮成形を行った。
（条件）
１．第１、第２回転ロール加工装置。
上方及び下方回転ロールの直径：１３０ｍｍ。
回転数：２００ｒｐｍ（周速度Ｖ：８１．７ｍ／分）。
２．一段目（第１回転ロール加工装置）、二段目（第２回転ロール加工装置）の圧縮成形の圧縮量。
（１）一段目の冷間による圧縮成形のクリアランス：０．２ｍｍ
圧縮量Ｐ_１（％）：（０．３ｍｍ−０．２ｍｍ）／０．３ｍｍ×１００＝３３％
第一加工型の表面積Ｓ１：４ｃｍ^２
（２）二段目の冷間による圧縮成形のクリアランス０．１８ｍｍ
圧縮量Ｐ_２（％）：（０．３ｍｍ−０．１８ｍｍ）／０．３ｍｍ×１００＝４０％
第二加工型の表面積Ｓ２：３．２ｃｍ^２、（Ｓ２／Ｓ１×１００＝８０％）
３．観察
前記冷間で二段よる多段圧縮成形後のパウチの注出口を観察した結果、クラックや破断を生じさせることなく、パウチの注出口を両外側に張り出させて流路を確保する実用的な張出量が得られることが確認できた。

以上、本発明を実施形態に基づいて添付図面を参照しながら説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、更に変形あるいは変更が可能である。

１ パウチ（積層フィルム体）
２ 注出口
３ 流路
１０ 積層フィルム（積層フィルム体）
１１ 内面フィルム
１２ 外面フィルム
１３ 圧縮成形部
１４ 張出部
２０ 第一加工型
３０ 第二加工型
４０ 回転ロール加工装置
Ｒ 成形ロール

Claims (6)

1. 少なくとも最内面の伸びの大きい内面フィルムと外面側の伸びの小さいフィルムから成る積層フィルム体を、前記積層フィルム体の元厚みに対する圧縮量を順次増加させて冷間で多段圧縮成形を行い、当該圧縮成形部を外面側に張り出させることを特徴とする積層フィルム体の立体成形方法。
2. 前記多段圧縮成形を二段で行う請求項１に記載の積層フィルム体の立体成形方法。
3. 前記圧縮量を３０％〜５０％の範囲とする請求項１または２に記載の積層フィルム体の立体成形方法。
4. 前記多段圧縮成形の一段目以後の次段の圧縮成形に用いる加工型の表面積を、順次８０％〜１００％未満とする請求項１〜３に記載の積層フィルム体の立体成形方法。
5. 前記積層フィルム体の内面フィルムがポリエチレンフィルム、外面フィルムがナイロンフィルムである請求項１〜４の何れかに記載の積層フィルム体の立体成形方法。
6. 前記積層フィルム体の内面フィルムがポリエチレンフィルム、中間フィルムがナイロンフィルム、及び外面フィルムがポリエステルフィルムである請求項１〜４の何れかに記載の積層フィルム体の立体成形方法。