JP2016083802A - 紙カップの製造方法、およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環状脚部成形用ヒーターノズルで加熱した時に、胴部貼り合わせ部が反ることもなく、かつ、熱で剥がれたり、融着部近傍が発泡したりしないで、安定した紙容器を製造可能にする製造方法とその装置を提供する。【解決手段】紙基材（１０１）の両面を融着可能な熱可塑性フィルムで覆った積層シートを用いた紙カップを製造する工程において、下方に折り曲げられた周縁部を有する底部材（２０）と、前記積層シートを丸めて端部同士を貼り合わせて予備成形した胴部材（１０）と、を用意し、それらを組み合わせて、成形用のマンドレル（５）に挿入し、上記底部材の周縁部と予備成形した胴部材の下部とを、熱風で加熱し、胴部材下部を巻き込むように折り返しながら融着して底部を成形するに、上記加熱時に、胴部下部折り返し融着部近傍の外側に胴部冷却リング（３）を押し当てて、胴部外側を冷却することを特徴とする紙カップの製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、紙基材の両面を融着可能な熱可塑性フィルムで覆った積層シートを用いた紙カップを製造する製造方法、およびその製造装置に関する。

紙基材の両面を融着可能な熱可塑性フィルムで覆った積層シートを用いた紙カップは、下記のように製造される。
すなわち、まず、積層シートを抜いて、胴部ブランクと底部ブランクとを作り、胴部ブランクは端部同士を貼り合わせて倒立した円錐台の側面形状を有する胴部材に予備成形する。他方、底部ブランクは周縁部を下方に折り曲げて予備成形した底部材を作る。それらを合わせて成形用のマンドレルに組み込んで、上記底部材の周縁部と予備成形した胴部材下端とを熱風で加熱し、胴部材下端を巻き込みながらそれらを圧着して一体化しながら底部を成形する。
しかし、基材の紙は融着性がないだけでなく、水分や酸素などを透過し易いこと、バリア性を有するバリアフィルムを基材の内面側に用いる等の時に、それらは水分を吸収し易く、加熱で発泡し、著しく融着部や接着部の強度を損ねる問題があった。

このような問題に対し、特許文献１では、
下方に折り曲げられた周縁部を有する底部材を、胴部貼り合わせ部を有する筒状の胴部材の内側に挿入し、該胴部材と接した前記周縁部と、該胴部材の下端部内面とを、環状脚部成形用ヒーターノズルから噴き出す熱風でそれぞれ加熱した後、該胴部材の下部を内側に折り返すことにより下部折返し部を設け、折り返された該胴部材の端部を更に内側に折り返して上部折返し部を設けて、該上部折返し部より先端側の部分が前記周縁部に重なるようにして、前記胴部材の下端部と前記上部折返し部と前記底部材の周縁部とを、押圧して密着させ環状脚部を成形することを特徴とする紙カップの製造方法を提案している。
さらに、上記紙カップの製造方法に用いる環状脚部成形用ヒーターノズルであって、
送風路からの熱風を上下２段のヒーターノズルに分け、上段ヒーターノズルは前記胴部材と接した前記周縁部に熱風が当たる位置に、下段ヒーターノズルは前記胴部材の下端部内面に熱風が当たる位置に、来るように配置され、前記上段ノズルと前記下段ノズルはそれぞれ、送風路からの熱風を胴部材の内周面側に向かうように設けられていることを特徴とする環状脚部成形用ヒーターノズルを提案している。

しかしながら、図３で示すように、このような環状脚部成形用ヒーターノズル４２で加熱すると、胴部貼り合わせ部１１の下部近傍の胴部材下部折り返し部１２が、再加熱で内側のみ加熱される。その加熱は、表裏で受ける加熱状況が異なる為、胴部貼り合わせ部１１は反りやすく、かつ、熱で融着強度が低下する。その為、せっかく予備成形で融着した胴部貼り合わせ部１１下部近傍の胴部材下部折り返し部１２は、剥がれてしまったり、さらに、吸湿した融着部近傍の樹脂が発泡して剥離を促進させてしまうなどの問題が発生していた。

特開２０１３−２２０５９４号公報

そこで、本発明は、環状脚部成形用ヒーターノズルで加熱した時に、胴部貼り合わせ
部が反ることもなく、かつ、熱で剥がれたり、融着部近傍が発泡したりしないで、安定した紙容器を製造可能にする製造方法とその装置を提供する事を課題とする。

本発明の請求項１に係る紙カップの製造方法は、
紙基材の両面を融着可能な熱可塑性フィルムで覆った積層シートを用いた紙カップの製造方法において、
下方に折り曲げられた周縁部を有する底部材と、
前記積層シートを丸めて端部同士を貼り合わせて予備成形した胴部材と、を用意し、
それらを組み合わせて、成形用のマンドレルに挿入し、
底部材の周縁部と予備成形した胴部材の下部とを、熱風で加熱し、胴部材下部を巻き込むように折り返しながら融着して底部を成形する工程を備え、
前記加熱時に、胴部材下部折り返し融着部近傍の外側に胴部冷却リングを押し当てて、胴部材外側を冷却することを特徴とする紙カップの製造方法である。

また、本発明の請求項２に係る紙カップの製造装置は、
紙基材の両面を融着可能な熱可塑性フィルムで覆った積層シートを用いた紙カップを製造するために、
下方に折り曲げられた周縁部を有する底部材と、
前記積層シートを丸めて端部同士を貼り合わせて予備成形した胴部材と、を用意し、
それらを組み合わせて、成形用のマンドレルに挿入し、
底部材の周縁部と予備成形した胴部材下部とを熱風で加熱し、胴部材下部で底部材の周縁部を巻き込むように折り返しながら融着して底部を成形する製造装置において、
前記底部材の周縁部と胴部材下部を、加熱時、ならびに融着時に、胴部材下部折り返し融着部外側に押し当てる胴部冷却リングを有することを特徴とする紙カップの製造装置である。

本発明の紙カップは、胴部の貼り合わせ部における剥がれや跳ね上がり、胴部融着部の発泡などは発生せず、安定して紙カップが生産できる。

本発明の紙カップを製造する工程で、胴部材下部の加熱状態を示す縦断面図である。 紙カップを製造するブランクの形状を示す平面図である。 従来の紙カップを製造する工程で、胴部材下部折り返し部の加熱状態を示す縦断面図である。 本発明の紙カップに使用する積層シートを模式的に示した断面図である。 紙カップを製造する工程で、胴部材下部を、加熱後に巻き締めする工程を示す縦断面図である。

以下、本発明の紙カップ製造における実施の形態例について、図を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の紙カップを製造する工程で、胴部材下部折り返し部１２の加熱状態を示す縦断面図である。
紙カップは、図２で示すように、扇状の胴部材１０と、円形の底部材２０からなるブランク１００からなる。

本例の紙カップは、紙基材層と、少なくとも内側熱可塑性樹脂層との積層シートからな
っている。例えば、図４−１のように、紙基材層１０１と内側熱可塑性樹脂層１０２が積層された積層シート２００からなっている。あるいは、図４−２のように、外側熱可塑性樹脂層１０３と紙基材層１０１と内側熱可塑性樹脂層１０２とが積層された積層シート３００からなっている。

また、外側熱可塑性樹脂層１０３と紙基材層１０１の間や、紙基材層１０１と内側熱可塑性樹脂層１０２の間に他の層を設けてもよい。例えば、意匠性の点からアルミニウム蒸着フィルムを外側熱可塑性樹脂層１０３と紙基材層１０１の間に設けることもできる。その他、アルミニウム箔などの金属箔などを貼り合わせたり、酸化珪素などの蒸着層を設けたポリエチレンテレフタレートフィルムを積層したり、エチレン・酢酸ビニル共重合体鹸化物やポリアミドフィルムなどのバリア性の高いバリア層を積層することで、酸素ガスや水分、香料、外気の匂いなどの透過を抑えることができる。

紙基材層１０１には、カップ原紙と呼ばれる、坪量１５０〜４００ｇ／ｍ^２の板紙が好ましく用いられる。内側熱可塑性樹脂層１０２や外側熱可塑性樹脂層１０３としては、低密度ポリエチレンなどのエチレン系の熱可塑性樹脂やポリプロピレン系の熱可塑性樹脂が用いられる。内側熱可塑性樹脂層１０２の厚さは、２０〜６０μｍが好ましく、外側熱可塑性樹脂層１０３の厚さは、１０〜４０μｍが好ましい。

紙基材層１０１に内側熱可塑性樹脂層１０２や外側熱可塑性樹脂層１０３を積層するには、押し出しラミネート機が用いられる。積層する直前に、紙基材層１０１の表面を、コロナ処理などによって、易接着処理を行っておくことが望ましい。
内側に来るエッジ処理の為、紙基材が厚くエッジをなだらかにしにくい場合などの為に、内側熱可塑性樹脂層１０２を厚くしたい場合には、別工程で製造したシーラントフィルムを、溶融樹脂を挟み込んで積層してもよい。

胴部材１０の一方の端部に設けられた胴部貼り合わせ部１１は、側面に直線的に設けられており、加熱された後、エッジプロテクトされるなどしてから、全体が丸められ、他方の端部１１１の内面と貼り合わせられ、胴部材１０は円錐台の側面形状に予備成形される。
又、底部材２０は、その周縁部２１を、プレス機で絞り込まれ、下方に折り曲げられるように予備成形される。
そのように予備成形された胴部材１０と底部材２０を用意し、それらを図１で示す円錐台形状をしたマンドレル５に挿入する。

胴部材１０は、マンドレル５の側面５１を覆うように挿入され、底部材２０はマンドレルの先端平面５２と胴部材１とで囲まれた凹部に挿入する。
また、底部材２０の底面と周縁部２１とで囲まれた凹部に、ボトムヒーター４が配置される。
さらに、胴部材１０の下部外周には、胴部冷却リング３が接している。

胴部冷却リング３は、アルミニウムや黄銅などの金属でできていて、内部には冷却水管３１が通っており、温度調節可能になっている。胴部冷却リング３の温度調節は、胴部冷却リング３の表面が結露しない温度で、かつ、胴部材１０に使用している樹脂の融点を充分に下回る温度を保っておく。
胴部貼り合わせ部１１の胴部材下部折り返し部１２は、内側から加熱されても、外側に胴部冷却リング３が接触しているので、一定の温度以上に上がらないので、反り返ったり、貼り合わせの剥離が発生することはない。

ボトムヒーター４には円周方向に、熱風４０が吹き出る孔４１、あるいはスリットが設
けられていて、底部材２０の周縁部２１と、胴部材下部折り返し部１２に熱風４０を吹き付け、加熱する仕組みになっている。ボトムヒーター４の天面は熱く熱せられているので、底部材２０などに接触しないような距離を保つことが必要である。
又、ボトムヒーター４を回転させるようにして、熱風４０による加熱を均一になるようにしても良い。

図５−１は、加熱された胴部材下部折り返し部１２を、巻き込み治具６によって折り返し、底部材周縁部２１を包み込むように成形している工程を示している。
この時、胴部冷却リング３が外側にあるので、貼り合わせ部が広がるなどの変形を抑えることができると共に、高速で折り返し加工することができる。
また、胴部冷却リング３によって、必要以上に加熱する範囲を広がらないようにする効果もある。

図５−２は、胴部材下部折り返し部１２を折り返した後、まだ胴部材下部折り返し部１２が高温の状態で、回転プレス治具７で、圧着し、冷却する工程を示している。
ちょうど、胴部冷却リング３と回転プレス治具７とで挟み込むようになっており、冷やしながら強くシールすることができるので、強く加圧して、強固に融着することができる。
特に胴部貼り合わせ部１１部分が強く加圧され易く、その部分の厚みが低減される。その為、胴部貼り合わせ部１１の胴部材下部折り返し部１２に発生し易い発泡を、抑えることができるなどの効果もある。

紙カップの上部は、通常、胴部材１０の上端部分を巻き込み始め線１３１より上を外側にカールさせ、トップカール部１３を形成する。カールするときに熱をかけて、トップカール部１３の熱可塑性樹脂を軟化させると共に、癖を付けながら巻いて、トップカールを形作る。
内容物を充填後、上記カールされたトップカール部には、内面側にシーラント層を有する蓋材を別の工程で作成した蓋材を貼って密閉することもできる。
シーラント層は、エチレン・酢酸ビニル共重合体や、エラストマー、タックファイヤーなどを、低密度ポリエチレンなどのオレフィン系樹脂などと混合させ、低温で融着しやすく、かつ、剥離も可能なフィルムにしたもので製造される。

本発明は、以上のようなもので、本発明による胴部冷却リング３によって、胴部貼り合わせ部の剥離や発泡などを回避し、安定して、かつ、高速で紙カップを製造可能であり、本発明のメリットは大きい。

１・・・・・・・・・胴部
１０・・・・・・・・胴部材
１１・・・・・・・・胴部貼り合わせ部
１２・・・・・・・・胴部材下部折り返し部
１３・・・・・・・・トップカール部
１３１・・・・・・・巻き込み始め線（トップカール部）
１００・・・・・・・ブランク
１０１・・・・・・・紙基材層
１０２・・・・・・・内側熱可塑性樹脂層
１０３・・・・・・・外側熱可塑性樹脂層
１１１・・・・・・・端部（胴部貼り合わせ部の他方の端部）
２・・・・・・・・・底部
２０・・・・・・・・底部材
２１・・・・・・・・周縁部（底部）
２００・・・・・・・積層シート（２層）
３・・・・・・・・・胴部冷却リング
３１・・・・・・・・冷却水管
３００・・・・・・・積層シート（３層）
４・・・・・・・・・ボトムヒーター
４０・・・・・・・・熱風
４１・・・・・・・・孔（熱風が出る孔）
４２・・・・・・・・環状脚部成形用ヒーターノズル
５・・・・・・・・・マンドレル
５１・・・・・・・・側面（マンドレル）
５２・・・・・・・・先端平面（マンドレル）
６・・・・・・・・・巻き込み治具
７・・・・・・・・・回転プレス治具

Claims (2)

1. 紙基材の両面を融着可能な熱可塑性フィルムで覆った積層シートを用いた紙カップの製造方法において、
   下方に折り曲げられた周縁部を有する底部材と、
   前記積層シートを丸めて端部同士を貼り合わせて予備成形した胴部材と、を用意し、
   それらを組み合わせて、成形用のマンドレルに挿入し、
   底部材の周縁部と予備成形した胴部材の下部とを、熱風で加熱し、胴部材下部を巻き込むように折り返しながら融着して底部を成形する工程を備え、
   前記加熱時に、胴部材下部折り返し融着部近傍の外側に胴部冷却リングを押し当てて、胴部材外側を冷却することを特徴とする紙カップの製造方法。
2. 紙基材の両面を融着可能な熱可塑性フィルムで覆った積層シートを用いた紙カップを製造するために、
   下方に折り曲げられた周縁部を有する底部材と、
   前記積層シートを丸めて端部同士を貼り合わせて予備成形した胴部材と、を用意し、
   それらを組み合わせて、成形用のマンドレルに挿入し、
   底部材の周縁部と予備成形した胴部材下部とを熱風で加熱し、胴部材下部で底部材の周縁部を巻き込むように折り返しながら融着して底部を成形する製造装置において、
   前記底部材の周縁部と胴部材下部を、加熱時、ならびに融着時に、胴部材下部折り返し融着部外側に押し当てる胴部冷却リングを有することを特徴とする紙カップの製造装置。

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