JP3361813B2 - ヒンジデンプン結合気泡質マトリックスを含む物品を成形する方法 - Google Patents

ヒンジデンプン結合気泡質マトリックスを含む物品を成形する方法

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    • B65D65/00—Wrappers or flexible covers; Packaging materials of special type or form
    • B65D65/38—Packaging materials of special type or form
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    • B65D65/466—Bio- or photodegradable packaging materials
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    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
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    • C04B2111/00612—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as one or more layers of a layered structure
    • C04B2111/0062—Gypsum-paper board like materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J2201/05—Elimination by evaporation or heat degradation of a liquid phase
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2303/00—Characterised by the use of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
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    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、軽量の気泡質マトリックスを有するデンプ
ン結合物品の製造に関するものである。さらに特に、本
発明は、物品内に一体に成形されたヒンジ物品を含むデ
ンプン結合物品並びにこのようなヒンジ物品を成形する
ため方法および装置に関するものである。
2.関連技術 紙、熱可塑性プラスチック、ポリスチレンまたは種々
の１回の使用のための金属、主に使い捨て物品、例えば
容器および他の包装用材料の使用についての負の環境的
影響の知見から自制する政治的および他の圧力のため
に、一層環境的に受け入れられる代替の包装用材料を見
いだすことが、急速に必要になっている（当業者により
認識されて以来長期にわたり）。デンプンが天然、豊富
かつ回復可能な資源であるため、デンプン含有組成物か
ら物品を製造する試行が、若干行われた。デンプンをベ
ースとする物品を製造するのに用いられた、１つの明ら
かに簡単な方法は、デンプンを水中でゲル化し、次にデ
ンプンを乾燥するために加熱して、固化した材料を得、
これは、「劣化」プロセスとして特徴づけられる。他の
比較的成功度が低い方法は、デンプンを熱可塑性材料と
同様に、溶融させ、次に冷却して、固化した材料を得る
ことを含む。
ゲル化／劣化プロセスにおいて、デンプン含有混合物
は、代表的には、加熱した型の間で、まずデンプンをベ
ースとするバインダーをゲル化し、次に水の大部分を蒸
発により除去して、固化したかまたは半硬化材料を得る
のに十分な時間にわたり、適切な物品に成形する。デン
プン含有混合物は、代表的には、ゲル化されていないデ
ンプン粒子を、随意の混合物、例えば無機鉱物充填材お
よび繊維と共に、所望のレオロジーを有する混合物を形
成するのに十分な水と共に含む。デンプン含有混合物中
のおよび最終的に成形したデンプン結合気泡質マトリッ
クス中の種々の成分の濃度に依存して、このような組成
物から成形されたデンプン結合物品は、広範囲の密度お
よび強度特性を有することができる。このような物品
は、高度にデンプンに結合しており，認識しうる量の人
工のプラスチックまたは他の成分を含まないため、これ
らは容易に生分解可能である。
デンプン含有混合物は、種々の異なる形状に容易に成
形して、多種の物品および容器を形成することができ
る。これらには、プレート、ボール、カップおよび「ク
ラムシェル（clam shell）」型サンドイッチ容器が含ま
れる。クラムシェルサンドイッチ容器は、二部構成物品
の一例であり、これは、好ましくはヒンジであって、ク
ラムシェル容器内のサンドイッチまたは他の成分の包装
および消費中にレストラン経営者または消費者により、
最も容易に用いられる。
Tiefenbacher等による米国特許第5,376,230号明細書
には、クラムシェル型容器においてヒンジを形成する従
来技術の試行が示されている。特に、図１〜４を参照す
ると、２つの容器部分またはボール１および２は、一緒
に「くぼみ５、６内に受けられ、物体を構成する容器ボ
ールと共にベークされた、ストリップ等のシート材料か
ら成るストリップヒンジ７」を含むことが示されている
（第17欄第38〜42行）。Tiefenbacher等は、さらに、ヒ
ンジを形成するのに用いられるシート材料の種類の例を
記載している。実施例７においては、木材非含有紙が用
いられており；実施例８においては、長さ方向に予め折
り畳まれた綿／セルロースの不織布が用いられており；
実施例９においては、長さ方向に予め折り畳まれたガラ
ス繊維の不織布が用いられている。
前述のストリップヒンジ材料を有利に用いて、クラム
シェル容器の部分を一緒に接合することができる一方、
これらを用いると、クラムシェル容器を製造するのに用
いる成形手順が大いに複雑になる。特に、第17欄第42行
に始まり、第18欄第６行に至る記載により、次のことが
明らかにされている：ストリップヒンジ材料を、成形プ
ロセス中に容器ボールに注意深く成形して、「これらを
一緒に折り畳む際に２つの容器ボールの転位を防止」し
なければならず、「水蒸気連続的発生へのベーキング組
成物の供給に関して中心に挿入されていないシート材料
を、転位させ、所定の位置に結合させない」（第17欄第
62〜66行）。従って、成形プロセス中に位置の不整合お
よびその後の使用の不整合を防止するためにデンプンを
ベースとする組成物にシート材料を適切に挿入するの
に、十分に注意する必要がある。前述の予備注意は、ク
ラムシェル型容器をデンプンをベースとする組成物から
大量生産する困難および特に費用を大いに増大させる。
プラスチック材料から製造したクラムシェル容器、例
えばポリスチレンフォームの多くは十分知られており、
これには、発泡ポリスチレン構造内に一体に成形される
ヒンジが含まれる。ポリスチレンフォームは適切に可撓
性かつ耐久性であり、２つのクラムシェル部分間の接合
を規定するヒンジ領域への単純な成形は、２つのポリス
チレンクラムシェル部分間で合理的に耐久性であるヒン
ジを形成するのに適する。ポリスチレンに対して、デン
プン結合気泡質マトリックスは、代表的には一層硬質で
あり、脆い。このために、Tiefenbacher等は、特に、必
須の「状態調節」工程を教示し、請求の範囲としてお
り、ここでは、新たに型から取り外したデンプン結合物
品を、高湿度の室中に置き、物品に水を再吸収させて、
さもなければ堅い劣化したデンプンバインダーを軟化さ
せ、可塑化させる。（第15欄第36〜59、請求の範囲第１
項）。
Tiefenbacher等により製造された物品は、ある範囲内
の水分を有するように状態調節され、この範囲は、下限
が約６重量％の水であり、上限が約22重量％の水であ
る。Tiefenbacher等は、この状態調節工程は、機械的安
定性を維持しながら所要の靭性および変形能を得るため
に必要であることを教示している。状態調節工程にもか
かわらず、Tiefenbacher等は、特に、ヒンジストリッ
プ、例えば紙または不織布を用いて、クラムシェル型容
器の２つの部分の間でヒンジを形成することを教示して
いる。当業者のうちの１人は、Tiefenbacher等の特許出
願における発明者は、ポリスチレンをベースとする物品
のように一体に形成したヒンジを有するデンプンをベー
スとする物品を製造するのは不可能であったと結論付け
るであろう。問題は、容器の二分した部分の機械的変形
またはワーピング（これは、デンプンマトリックスが過
剰に状態調節されて多すぎる水分を含む場合に生じる）
を回避するのに十分に堅く、なおかつ、クラムシェル容
器の開閉によりヒンジの破損または破壊を回避するのに
十分可撓性である、デンプン結合マトリックスを得るこ
とが不可能であるためであると考えられた。
前述のことから、必要なのは、デンプン結合気泡質マ
トリックス内に一体に形成したヒンジを製造するための
方法およびシステムである。
本発明のさらなる改善は、物品全体の製造中にデンプ
ン結合マトリックス内にヒンジを形成するための方法お
よびシステムを提供して、物品およびヒンジが単一の工
程で製造できるようにすることである。
本発明の他の改善は、一体に形成したヒンジが、デン
プンをベースとする組成物を所望の物品に成形する間に
成形装置中に挿入する必要がある、全く異なる材料、例
えば紙ストリップを導入する必要性を解消することであ
る。
本発明における尚他の利点は、デンプン形成マトリッ
クスの顕著な破壊を伴わずに、物品を繰り返し開閉する
ことができる、デンプン結合物品における一体に形成し
たヒンジを製造するための方法およびシステムを提供す
ることにある。
一体のヒンジをデンプン結合気泡質マトリックス中に
形成するこのような方法およびシステムは、本出願にお
いて、これにより形成したヒンジデンプン結合マトリッ
クスとして開示し、請求の範囲とする。
発明の概説 本発明は、デンプン結合気泡質マトリックスを有する
物品内に耐久性ヒンジを形成することを含む。このよう
な物品を、成形した物品に折り目を形成するように特別
に設計された加熱した型を用いて成形された、デンプン
をベースとした混合物から製造する。この折り目は、局
所的な折り畳みまたは彎曲に対するヒンジ領域を提供
し、これにより、ヒンジの内面または内部スキンが圧縮
され、一方ヒンジの外面または外部スキンは、伸長す
る。また、特定に配置された型により、ヒンジの領域に
おける内側および外側スキンまたは表面の厚さを最適に
する結果、一層容易に彎曲し、一層弾力性が高いヒンジ
が得られる。
一般的に、デンプン結合気泡質マトリックスは、比較
的多孔質の内部を包囲する比較的高密度の外面または外
側スキンを含む。このスキンは、一対の雄型および雌型
を用い、デンプンをベースとする組成物を加熱して「ベ
ーク」し、これによりデンプンをベースとする混合物か
ら水を蒸発により除去するプロセスの結果得られる。加
熱した型は、熱の良好な導体であり、比較的高い比熱を
有する金属製であるのが好ましい。デンプンバインダー
を乾燥すると、これは、固化し、結合マトリックスを形
成する。型からデンプンをベースとする混合物への熱の
伝導が、型と混合物との間の表面界面においてのみ生じ
るので、スキンは、内部よりも迅速に乾燥される。これ
により、内部は、最初のスキンの形成の後の時間にわた
り、さらに膨張し、気泡形成することができる。従っ
て、内部は、一層多孔質であり、密度が低い。
金属は、このような良好な熱の導体であるため、入熱
は、型中に迅速に平衡になり、これにより、型の温度
は、型対の各部分を通してほぼ均一である。次に、この
結果、型からデンプンをベースとする混合物への熱の移
動は、ほぼ均一になる。このために、スキンは、成形し
た物品を通しておよびこれらの両側に顕著に一定の厚さ
を有することが観察された。しかし、成形プロセス中に
熱移動の速度を変化させると、スキンの厚さが変化しう
る。若干の場合において、スキンの厚さを最適にするの
が望ましい。その理由は、スキンの厚さが増大する結
果、比較的大きい表面強度を有する物品が得られるから
である。しかし、増大した厚さのスキンはまた、機械的
に変形した場合に、一般的に比較的硬質であり、比較的
破損しにくい。
一般的に、スキンの厚さは、型からデンプンをベース
とする混合物への熱の移動の速度に正比例する。熱移動
の速度が上昇すると、一般的に、スキンの厚さが増大
し；熱移動の速度が低下すると、一般的にスキンの厚さ
は低下する。同様に、型からデンプンをベースとする混
合物への熱の移動の速度は、型の温度に正比例する。型
の温度が上昇すると、熱移動の速度は上昇し、一方型の
温度が低下すると、熱移動の速度は低下する。従って、
一般的に、型の温度が上昇する結果、スキンの厚さは増
大し、一方型の温度が低下すると、一般的にスキンの厚
さは減少する。しかし、一体に形成した金属型の種々の
部分を種々の温度に加熱して、これにより成形した物品
中にわたりスキンの厚さが変化することは、事実上不可
能である。
従って、ヒンジ領域の内部スキン部分が低下した厚さ
を有するように物品を成形するために、本発明は、ヒン
ジの内部スキン部分に対応する型表面の部分が、単位時
間あたり、型の残りの部分よりも少ない熱を伝導するよ
うに、特別に設計された型を用いるのが好ましい。好ま
しい実施態様において、ヒンジの内部スキン領域に対応
する型領域は、比較的低い熱拡散率を有する材料、例え
ばポリエーテルエーテルケトン（「PEEK」）を含む。し
かし、耐熱性であり、耐久性を有し、比較的小さい厚さ
を有するヒンジの内部スキン部分を得るすべての材料
は、本発明の範囲内である。他の材料には、シリコーン
ゴム、Al2O3、ガラス繊維で補強したテフロン、磁器お
よび他のセラミックスが含まれる。さらに、成形した物
品内のヒンジ領域の内部スキン部分への熱の流れの速度
を低下させて、内部スキン部分が、物品の他の部分のス
キンの厚さよりも小さい厚さを有するようにすることが
できる、すべての型の形態は、本発明の範囲内である。
本発明のヒンジ構造を得る広範囲の種々の型材料および
形状構成を、以下に記載する。
ヒンジ構造において、ここで、ヒンジ領域の「内部ス
キン」部分および「外部スキン」部分が何を意味するか
を、一層正確に説明する。型の２つの部分を最初に、こ
れらの間の最初の角度に配向させるとすると、「内部ス
キン」は、２つの型が２つの部分を閉じる間に一緒にな
る方向の、物品の側に位置する。従って、「外部スキ
ン」は、「内部スキン」とは反対の物品の側に位置す
る。従って、「内部スキン」は、閉じる間に２つの部分
の間の最初の角度が減少する物品の側であり、一方「外
側スキン」は、閉じる間に２つの部分の間の最初の角度
が増大する物品の側である。閉じる間に２つの部分の間
の角度が減少するために、内部スキンは圧縮、つぶれお
よび座屈をうけ、一方外側スキンは、ひずみおよび伸長
をうける。圧縮によるヒンジの内部スキン部分の変形お
よび伸長または延伸による外部スキン部分の変形は、ヒ
ンジ領域におけるデンプン形成マトリックスの破裂、さ
らには破損を生じうる。
従って、本発明は、ヒンジの内部スキン部分が、閉じ
る間に圧縮される際につぶれるかまたは座屈する傾向を
増大させ、また開く間にほとんど破損することなく再び
伸長する能力を高める、種々の方法を含む。この結果を
提供する最も重要なヒンジの特徴は、ヒンジの内部スキ
ン部分の厚さが、外部スキン部分よりも小さいことであ
る。内部スキン部分の厚さが一層小さい結果、内部スキ
ン部分が一層硬質ではなくなり、一層可撓性となり、こ
れはしばしば半硬質材料が比較的薄くなる。さらに、ヒ
ンジの内部スキン部分の長さ方向に沿って内側に突出す
る折り目は、クリーンラインを提供し、これにより、ヒ
ンジは彎曲し、内部スキンは、物品を閉じる間につぶれ
るかまたは座屈する。ヒンジの内部スキン部分のコラプ
シビリティ（collapsibility）、弾力性および耐久性
は，内部スキン部分をグリセリン、グリセリンと水との
混合物またはデンプン結合マトリックスに吸収され、こ
れを軟化することができる他のすべての類似するポリア
ルコールで処理することにより、さらに改善することが
できる。以下に記載するように、グリセリンおよび他の
ポリオールは、成形したデンプンに対する可塑剤および
保湿剤として作用する。
同様に、本発明は、ヒンジの外部スキン部分のひずみ
または伸長の量を低下させるための能力および外部スキ
ン部分がひずみおよび伸長の後にも不変のままである能
力を低下させて、ヒンジの可撓性、耐久性および弾力性
を改善する相補的方法を含む。内部スキン部分の厚さに
対して厚いスキンを有するヒンジの外部スキン部分を成
形する結果、引張破損に対する強度および耐性が一層大
きくなる。ほとんどの場合において、ヒンジの外部スキ
ン部分は、一般的に物品スキンの厚さに類似するかまた
はこれと同一の厚さを有する。さらに、内部スキン側の
折り目は、ヒンジの彎曲半径を顕著に低下させ、これに
より、物品を閉じる間のヒンジの外部スキン部分に対す
るひずみが、比例的な量で大幅に低下する。一層容易に
つぶすことができる内部スキン部分を導入すると、ヒン
ジの彎曲半径が、両側に等しいスキン厚さを有する折り
目のあるヒンジと比較して、さらに低下することが見い
だされた。ヒンジの外部スキン部分をエラストマーの被
膜（例えばポリビニルアルコール）で塗布すると、外部
スキン部分の強度および耐性が大いに増大する。また、
外部スキン部分は、内部スキン側上の主要な折り目の反
対側に小さい折り目または溝を有し、これは、外部スキ
ン部分が彎曲作用中に均一に、かつ内部スキン部分のつ
ぶれまたは座屈と同一の一般的領域において伸長するの
を確実にする、彎曲開始部分として作用する。
ヒンジにおける機械的応力を低下させる他の方法は、
単に複数のヒンジまたはヒンジ単位を用いて、各個別の
ヒンジまたはヒンジ単位の全体の彎曲角度を低下させる
ことである。複数のヒンジを用いると、機械的応力をヒ
ンジ領域の内部スキンおよび外部スキンの広範囲にわた
り分布させることにより、ヒンジの耐彎曲性が大幅に増
大する。各ヒンジ単位は、全体的な彎曲の一部をうける
にすぎない。例えば、閉鎖またはヒンジング作用の間に
物品の２つの部分を180゜彎曲させると推定すると、単
一のヒンジ自体は、ほぼ完全に180゜彎曲する。しか
し、２つ１組のヒンジを用いる場合には、各ヒンジ単位
は、約90゜彎曲されるにすぎず、これにより、２つのヒ
ンジ単位の間のヒンジング作用の均一な分布が推定され
る。３つ１組のヒンジを用いる場合には、各単位は、約
60゜彎曲されるべきであり;4つ１組のヒンジを用いる場
合には、各単位は、約45゜彎曲されるべきであり、以降
同様である。
複数のヒンジを成形するには、型装置が、所望のヒン
ジ単位の数と同数の折り目を、ヒンジ領域の内部スキン
部分内に形成するように配置することが必要であるにす
ぎない。２つ１組のヒンジには、２つの平行な折り目が
必要であり、３つ１組のヒンジには、３つの平行な折り
目が必要であり、以降同様である。内部スキン部分上の
各折り目について、随意に、外部スキン部分上に対応す
る彎曲開始折り目を成形することができる。
図面の簡単な説明 前述のおよび他の利点および目的を得るために、前に
記載した本発明の一層特定的な記載を、添付した図面に
例示する本発明の特定の実施態様を参照して記載する。
これらの図面は、本発明の代表的な実施態様を示すのみ
であり、本発明の範囲を限定するものではないことを理
解するべきであり、本発明を、以下に示す添付図面を用
いる事により、さらに特定的かつ詳細に記載し、説明す
る。
図１は、ヒンジ物品を大量生産するための型装置の斜
視図である。
図２は、図１に示す成形装置の充填位置における型の
斜視図である。
図３は、相対する外部スキンよりも薄い内部スキンの
断面を有するヒンジを有するように成形された混合物を
示す、図２に示す型の断面図である。
図４は、２つ１組のヒンジを有する開放クラムシェル
容器の斜視図である。
図５は、ヒンジが折り畳まれるように閉じた後の、２
つのヒンジから成るクラムシェル容器の斜視図である。
図６は、図４に示す折り畳んでいないヒンジの図式断
面図および斜視図の拡大図である。
図７は、図５に示す折り畳んでいないヒンジの図式断
面図および斜視図の拡大図である。
図８は、デンプンをベースとする混合物から形成した
折り畳んでいないヒンジの断面の走査型電子顕微鏡画像
である。
図９は、折り畳んだ後の、図８に示すヒンジの断面の
走査型電子顕微鏡画像である。
図10は、シリコーン部材を有するアルミニウム型にお
いて成形した物品の断面の走査型電子顕微鏡画像であ
る。
図11は、厚い内部スキンを有するヒンジの断面の走査
型電子顕微鏡画像である。
図12は、内部スキンの大まかなトレースを輪郭付けし
て折り畳みパターンを強調する白線を有する，図11に示
す画像の一層高倍率での拡大図である。
図13は、厚い内部スキンおよび局所的な折り畳みにつ
いての２つの平行なくぼみの断面の走査型電子顕微鏡画
像である。
図14は、図13に示す画像の図式図である。
図15は、彎曲後の図13および14に示すヒンジの断面の
走査型電子顕微鏡画像である。
図16は、デンプン結合マトリックス試料の彎曲能を試
験するのに用いた装置の図式図である。
図17は、デンプン結合気泡質マトリックスの破損前の
最大の可能な彎曲角度に対する、種々の量のグリセリン
および種々の相対湿度を用いた効果を示すグラフであ
る。
図18は、40％の相対湿度において測定した、ヒンジの
圧縮側対伸長側に対するグリセリンの種々の量の効果を
示すグラフである。
図19は、２対についての破損における平均彎曲角度対
用いたポリビニルアルコールの合計量を示すグラフであ
る。
図20は、被膜中のグリセリン含量の関数としての、図
19に示すデータと同一のデータを示すグラフである。
好適な実施態様の詳細な説明 1.一般的検討 A.導入 本発明は、ヒンジデンプン結合物品並びにこのような
物品を製造するための装置および方法に関するものであ
る。さらに特に、本発明は、弾力性および耐久性が向上
したヒンジを製造するための方法および装置を包含す
る。このようなヒンジは、特に、底部およびふたを、ヒ
ンジ構造と共に有する、閉鎖可能な容器、例えば「クラ
ムシェル」サンドイッチ容器の製造に特に有用である。
これにより、デンプン結合気泡質マトリックス中に全く
異なる物質を導入して、ヒンジを形成する必要性が解消
される。このような全く異なるヒンジ物質は、従来技術
において用いられる紙またはプラスチックストリップと
同様に、一般的には、物品を廃棄した後にデンプン結合
気泡質マトリックスと同様に迅速には分解または崩壊し
ない。また、これらは、容易にリサイクル可能ではな
い。
デンプンをベースとする組成物から形成した物品は、
内部よりも高密度であり、多孔質でないスキンにより包
囲された多孔質の内部を有する。一般的に、スキンが厚
くなると、スキンおよび増大したスキンの厚さの領域に
おける物品は一層硬質になる。さらに、スキンが厚くな
ると、スキンおよび物品の強度は増大する。逆に、スキ
ンが薄くなると、物品またはこの部分は、一層可撓性と
なり、彎曲させるのが容易になる。本発明は、ヒンジの
内部スキン部分内の低下したスキンの厚さと共に折り目
を用いて、ヒンジの可撓性を上昇させる。以下に一層十
分に記載するように、本発明は、成形プロセス中に物品
の特定の領域に熱を移動させる速度を低下させると、減
少したスキンの厚さの局所的な領域が得られるという事
実を利用する。
一般的に、デンプンをベースとする組成物を成形し
て、広範囲の物品を得ることができ、これには、容器、
プレート、カップ、「クラムシェル」サンドイッチ容
器、大皿、カートン、箱および従来の材料を用いて製造
された物品とほぼ同様であるかまたは優れた機械的特性
を有する他の種類の容器および物品、例えば紙、ポリス
チレンフォーム、プラスチック、金属およびガラスが含
まれる。デンプン結合物品は、通常、材料投入の費用が
一般的に比較的低く、全体的なエネルギーの必要性が比
較的低いために、従来の材料を用いる費用と比較して、
著しく低い費用で製造することができる。
製造方法および得られた物品は、従来の材料および方
法と比較して、環境に対する害が少ない。理論的に、製
造方法に関連するすべての廃棄物を、生産系統に、充填
材料として直接リサイクルして戻すことができる。一般
的に廃棄可能な物品がその目的とする用途を満たした
後、デンプン結合物品を、最小の加工で、他の物品また
は類似する材料に容易にリサイクルする。環境中に廃棄
する場合には、デンプンをベースとするバインダーまた
は物品の他の有機成分は、水分の存在下で迅速に溶解
し、および／または生分解される状態にある一方、無機
充填材は、これが廃棄されるべき土と、すでに大いに親
和性である。本発明の物品は、一般的に、質量が小さ
い。
B.定義 本明細書中および添付した請求の範囲中で用いる「デ
ンプンをベースとする組成物」または「成形組成物」と
いう用語は、加熱した型中で成形してデンプン結合気泡
質マトリックスを有する物品を得ることができる、適切
なレオロジーを有するデンプン含有組成物を意味する。
このような組成物は、代表的には増粘剤、例えばゲル化
されたデンプン、加熱した型を用いて組成物を成形する
事によりゲル化することができる、ゲル化されていない
デンプン成分、実質的に均一に分散した繊維、水、無機
充填材および随意に離型剤、ガム、有機充填材、分散
剤、架橋剤、可塑剤、保湿剤、および一体塗布材料を含
むことができる。
本明細書中および添付した請求の範囲中で用いる「ゲ
ル化されていないデンプン」という用語は、成形組成物
中に加えることができるが、成形プロセス中に、混合物
を、ゲル化していないデンプンのゲル化温度よりも高い
温度に加熱するまでゲル化されない、本来的であるかま
たは他の方法でゲル化されていないデンプンまたはデン
プン誘導体を意味する。デンプンをベースとする組成物
中の「合計のデンプン」は、予めゲル化したデンプンお
よびゲル化していないデンプンの組み合わせを含み、こ
れらが一緒に、一部またはほとんどすべての遊離の（ま
たは結合していない）水を成形組成物から除去すること
により「デンプンバインダー」を構成する。
本明細書中および添付した請求の範囲中で用いる「全
体的固体」という用語は、最初には「流体部分」中に溶
解するが、成形プロセス中または成形プロセスの後に蒸
発により水を除去することにより固体を形成する、デン
プンをベースとする組成物に加えることができるすべて
の混合物と共に実際の固体を含む。「流体部分」は、水
および水中に溶解したすべての液体または固体（例え
ば、予めゲル化したデンプン、ステアリン酸マグネシウ
ム等）を含む組成物の部分である。「固体部分」は、水
に溶解しない固体（例えば、繊維、無機充填材等）を含
む組成物の部分である。
本明細書中および添付した請求の範囲中で用いる「繊
維補強気泡質マトリックス」、「デンプン結合気泡質マ
トリックス」または「デンプン結合マトリックス」とい
う用語は、本発明において製造される物品のほぼ硬化し
た構造を意味する。
本明細書中および添付した請求の範囲中で用いる「硬
化」または「乾燥」という用語は、水を成形した混合
物、特にデンプンをベースとするゲルから除去して、形
状安定の物品を得るプロセスを意味する。しかし、「硬
化」という用語は、ゲル化していないデンプン成分のゲ
ル化の程度または実際に除去された水の量により限定さ
れない。
本明細書中および添付した請求の範囲中で用いる「形
状安定の」という用語は、新たに離型した物品のデンプ
ン結合マトリックスが、型から取り外し、それ自体の重
量を重力に対して支持し、破壊的水蒸気膨張に耐久し、
その後加工および取扱の際に顕著な変形に耐久すること
ができるのに十分な強度および構造的完全性を有する状
態を意味する。
本明細書中および添付した請求の範囲中で用いる「成
形した物品」、「デンプン結合物品」または「製造の物
品」という用語は、開示した組成物および方法を用いて
形成することができる、すべての物品を含むことを意図
する。本発明の組成物および方法を用いて得られる容器
および他の物品には、次のものが含まれるが、これらに
は限定されない：カートン、箱、サンドイッチ容器、ヒ
ンジまたは二部構成「クラムシェル」容器、乾燥穀物
箱、冷凍食品箱、牛乳カートン、フルーツジュース容
器、飲料容器用の支持体、アイスクリームカートン、カ
ップ（使い捨て飲用カップおよびコーンカップを含むが
これらには限定されない）、フレンチフライ用のひしゃ
く、ファストフード持ち帰り用箱、包装、支持トレー
（クッキーおよび棒キャンディー等の製品を支持するた
めの）、缶、ヨーグルト容器、スリーブ、タバコ用の
箱、菓子類用箱、化粧品用箱、プレート、販売用プレー
ト、パイプレート、トレー、ベーキングトレー、ボー
ル、朝食用プレート、マイクロ波下に置くことができる
（microwavable）ディナートレー、「TV」ディナートレ
ー、卵用カートン、肉包装大皿、容器例えばカップまた
は食品容器、緩衝材料（即ち「ピーナッツ」）、瓶、ジ
ャー、ケース、果物類運搬用かご、皿、ふた、ストロ
ー、間仕切、ライナー、アンカーパッド、コーナーブレ
ース（corner braces）、コーナープロテクター、クリ
アランスパッド、ヒンジシート、トレー、炉、緩衝材
料、並びに物体を容器内に包装、貯蔵、輸送、分割、供
給または分配するのに用いられる他の物体、並びに極め
て多種の他の対象物と共に用いることができる、使い捨
ての一回の使用のためのライナーが含まれる。
「ヒンジ」、「ヒンジ領域」または「ヒンジ構造」と
いう用語は、本発明において製造された特定の製造を意
味し、これには、少なくとも、物品の残りの厚さよりも
小さい厚さを有する折り目および内部スキン部分が含ま
れる。「ヒンジ」は、１つのヒンジまたは複数のヒンジ
部分を含みうる。ヒンジは、360゜の角度まで折り畳む
ことができるように設計することができる。ヒンジ領域
は、随意に、軟化剤（例えばグリセリン）および／また
はエラストマーの被膜で処理して、ヒンジの可撓性およ
び耐久性を増大させることができる。
2.デンプンをベースとする組成物 以下に、成形組成物に加えることができる各成分の確
認、特性および好ましい割合についての一般的な検討
を、各成分が、加工パラメータ、成形可能な組成物の特
性および最終的なデンプン結合物品の特性とどのように
相互に関連しているかと共に示す。
A.デンプン デンプン結合物品を製造するのに用いられる成形組成
物は、最初のバインダーとしてのデンプンを含み、これ
は、デンプンゲルの形成およびその後の水の蒸発による
デンプンゲルからの除去を通して、バインダーとして作
用する。デンプンは、植物中に顆粒形態で蓄えられる。
一次的に凝縮したグルコース分子の天然の炭水化物鎖で
ある。
一般的に、デンプン粒子は、冷水に不溶性であり、水
温をデンプン顆粒のゲル化温度より高い温度に上昇させ
ることによりゲル化する。デンプン顆粒を熱水に曝す
と、顆粒壁は軟化し、膨潤し、その後破裂して、デンプ
ン鎖を放出し、この結果、混合物の液体部分はゲル化す
る。特定のデンプン顆粒が膨潤し、ゲル化する。正確な
温度は、デンプン自体の種類による。例えば、コーンス
ターチは、ポテトスターチよりも高い温度でゲル化す
る。未変性デンプン顆粒は、外膜を、例えばデンプン顆
粒を粉砕することにより破壊した場合に、冷水中でゲル
化する。あるいはまた、デンプンを化学的に変性させ
て、これが冷水中でゲル化するようにすることができ
る。ゲル化したかまたは硬化したデンプンは、物品の所
望の形状に成形した組成物内の個別の充填材粒子および
繊維に結合する。
デンプンは、多くの植物において生産されるが、重要
な給源は、穀物顆粒の種子（例えばトウモロコシ、ろう
質トウモロコシ、小麦、モロコシ属植物、米およびろう
質米）である。他の重要な給源には、塊茎状の農作物、
例えばジャガイモ、根菜類、例えばタピオカ（即ち、カ
サバおよびマニオク（manioc））、スイートポテト、お
よびクズウコン並びにサゴヤシの髄が含まれる。
「デンプン」という用語には、変性していないデンプ
ンと変性したデンプンとが共に含まれる。「変性」とい
う用語は、業界において知られている代表的な方法、例
えば置換、エステル化、エーテル化、酸化、酸性加水分
解、架橋および酵素転化により、デンプンを誘導体化す
るかまたは変性することができることを意味する。代表
的な変性したデンプンには、エステル、例えば酢酸エス
テルおよびジカルボン酸／酸無水物の半エステル、特に
コハク酸アルケニル／無水物；エーテル、例えばヒドロ
キシエチルデンプンおよびヒドロキシプロピルデンプ
ン；酸化デンプン、例えば次亜塩素酸塩で酸化された酸
化デンプン；架橋剤、例えばオキシ塩化リン、エピクロ
ロヒドリン、疎水性陽イオン系エポキシド、およびオル
トリン酸ナトリウムまたはオルトリン酸カリウムあるい
はトリポリリン酸ナトリウムまたはトリポリリン酸カリ
ウムとの反応により生成したリン酸塩誘導体と反応した
デンプン並びにこれらの混合物が含まれる。また、変性
したデンプンには、シーゲル（seagel）、長鎖アルキル
デンプン、デキストリン、アミンデンプンおよびジアル
デヒドデンプンが含まれる。
成形組成物内の小量のデンプンをゲル化して、成分の
組成物、特に繊維中への分散を助けるのが好ましい。さ
らに、ゲル化されたデンプン部分は、固体成分が組成物
内に沈殿するのを防止する。デンプンを、水の存在下で
変性していないデンプンを加熱するか、または水性組成
物に変性したデンプンを加えることにより、ゲル化する
ことができる。
しかし、変性していないデンプン成分は、一般的に
は、成形組成物内に全体のデンプンの大部分を含む。変
性していない顆粒状の状態において、変性していないデ
ンプンは、冷水中でゲル化せず、成形組成物の液体部分
のレオロジーに、認識可能には影響しない。従って、変
性していないデンプンを、成形組成物のレオロジーに大
きく影響せずに、顕著に多い量で導入することができ
る。その理由は、システムレオロジーに対するこれらの
一次的な影響が、組成物を成形プロセス中に加熱するま
では無視できる程度であるからである。デンプンをベー
スとする組成物を、加熱した型内に適切に配置した後
に、新たにゲル化した、変性していないデンプン成分に
より与えられた、増大した粘度および生強度が、有利で
ある。
費用の観点から有利なのは、全体のデンプンのうちの
大部分が、代表的には変性したデンプンよりもはるかに
低価格である変性していないデンプン顆粒を含むことで
ある。実際に、ポテトスターチから得られた変性してい
ないデンプン顆粒は、極めて安価であり、しばしば無用
の廃棄生成物として処理される。若干の国においては、
これは廃棄されるか、または安価な飼育材料として家畜
に供給される。従って、変性していないデンプンを用い
ると、他の材料と比較して、著しく大きい経済的利点が
得られ、またこのようなかつては廃棄されていた材料に
ついての有用なアウトレットが得られる。
好ましいデンプンはポテトスターチであり、これは、
迅速にゲル化し、約65℃において最大の粘度および降伏
応力に達する。ゲル化したポテトスターチおよび水を含
む混合物の粘度および降伏応力は、次に、水が蒸発する
まで温度をさらに上昇させるに従って低下し、その後粘
度および降伏応力は、急激に上昇する。ろう質コーンス
ターチは、同様に作用し、これも好ましい。ポテトスタ
ーチおよびろう質コーンスターチもまた好ましい。その
理由は、これらのスターチが単一の工程で容易に膨潤
し、ゲル化するからである；しかし、同様の膨潤特性を
有するすべてのデンプンが、２つまたは３つ以上の工程
で膨潤するデンプンよりも、好ましい。
B.水 水は、デンプン結合物品を成形するのに用いる、デン
プンをベースとする組成物内で、重要な成分である。水
は、繊維状成分が、デンプンをベースとする組成物中に
分散するのを助ける。水は、容易に混合し、輸送し、成
形装置中に注入することができる組成物を得るための全
体的な成形組成物レオロジーに重要である。水は、固体
粒子を潤滑させ、可溶性成分またはゲル化可能な成分を
溶解し、組成物の適切な粘度および降伏応力を得るのに
重要である。水は、加熱した型におけるプロセス中にゲ
ル化していないデンプン顆粒をゲル化するゲル化剤とし
て、作用する。後にデンプンから蒸発により水を除去す
る結果、デンプンは固化し、固体成分を成形した物品内
で互いに結合させる。最後に、水は、気泡質構造を形成
するのを助ける。
少なくとも、十分な量の水を加えて、成形したデンプ
ンをベースとする組成物内で、デンプンを分散させ、均
一にゲル化する必要がある。また、水分は、用いる特定
の加工装置を機能させるのに十分である必要がある。
水分が増加すると、構造マトリックスにおける気泡ま
たは気孔の数および大きさが増大し、得られた粒子の密
度が低下する。理論的に、混合物中に水が一層多量にな
ると、生成する蒸気が一層多量になり、これにより、内
部における気泡が一層多くなり、形成する表面における
ピンホールが一層多くなる。対照的に、一層小量の水を
用いると、一層小さい気泡を有する一層密度が高い製品
が得られる。
デンプン結合物品を製造するのに用いる成形組成物に
加える水の量は、混合物の約15重量％〜約80重量％の範
囲内であるのが好ましく、一層好ましくは、約30重量％
〜約70重量％である。一般的に、水の量は、組成物の所
望のレオロジー並びに最終製品の所望の多孔度および密
度により、決定される。
C.繊維 「繊維」および「繊維状材料」という用語には、無機
繊維と有機繊維とが共に含まれる。繊維を用いると、多
くの有用な利点が得られることが見いだされた。繊維
は、成形した物品の構造的マトリックスを補強する作用
を有する。さらに特に、繊維は、部分的に硬化した物品
の凝集を増大させ、該粒子に増大した形状安定性を与え
る作用を奏し；繊維はまた、物品の伸び、撓み、靭性、
破損エネルギー、曲げ強さおよび引張強さを増大させ
る。また、繊維は、新たに成形した物品内の残留水の小
量を、水の軟化効果による気泡質構造マトリックスのつ
ぶれまたは過剰な膨張を防止することにより、維持す
る。従来技術においては、物品は、過剰に乾燥して、好
都合に離型させ、次に水分を再び与え、脆さを低下させ
るように調和する必要があった。
最大の利点は、長さが好ましくは約1.5mmより長い繊
維を用いる場合および／またはアスペクト比が少なくと
も約25対１の繊維を用いる場合に得られる、ことが見い
だされた。さらに好ましくは、繊維は約2mmを超える長
さを有する。最も好ましくは、繊維は約3.5mmを超える
長さおよび少なくとも約100対１のアスペクト比を有す
る。繊維の分散の程度は、同等に、または一層重大であ
る。繊維の分散が一層均一である結果、最終製品の強さ
および靭性は、はるかに大きくなる。他方、分散が乏し
いかまたは凝集した繊維は、しばしば繊維を用いない組
成物と比較して、強度の低下を生じる。成形組成物中で
予めゲル化したデンプンを顕著な量で用いると、剪断を
混合装置から繊維レベルに移動させる事により、組成物
中にわたる繊維の均一な分散が助けられる。
用いることができる繊維は、好ましくは、天然に存在
する有機繊維、例えばアサ、綿、植物の葉、サイザル、
マニラアサ、バガス、木材（硬質木材または軟質木材の
両方、例には、それぞれサザンハードウッド（southern
hardwood）およびサザンパイン（southern pine）が含
まれる）または茎、殻、外皮および果実から抽出された
セルロース系繊維、あるいはガラス、グラファイト、シ
リカ、セラミックまたは金属材料からの無機繊維が含ま
れる。強度および可撓性を付与するすべての同等の繊維
もまた、本発明の範囲内である。リサイクルされた紙繊
維を用いることができるが、最初の紙製造プロセス中に
生じる繊維の破裂のために、若干望ましくない。
成形組成物に加えられる繊維の量は、最終的な成形し
た物品の所望の特性に依存して変化する。曲げ強さ、靭
性、可撓性および費用は、組成物に加えるべき繊維の量
を決定するための原理的な基準である。繊維の濃度は、
成形組成物の約１重量％〜約40重量％の範囲内であるの
が好ましく、一層好ましくは約２重量％〜約20重量％の
範囲内、最も好ましくは約３重量％〜約10重量％の範囲
内である。
D.固体充填材 本明細書中および添付した請求の範囲中で用いる「充
填材」という用語には、無機充填材粒子と不活性有機充
填材粒子とが共に含まれるが、極めて低いアスペクト比
を有し、強化効果をほとんどまたは全く与えない繊維材
料は例外として、繊維は、代表的には含まれない。一般
的に、充填材は、構造マトリックスを強化せず、単に質
量を加え、デンプンの必要性を低下させるのみである。
しかし、無機鉱物充填材は、一般的に、物品の堅さを上
昇させ、このことは、一層堅い物品が望ましい場合に
は、有利である。また、鉱物充填材は、周囲水分の変化
をうけると、物品が機械的変形から耐えるのを助ける。
無機材料は、一般的に、紙産業において用いられ、同
様に、コンクリート産業において用いられる一層微細に
粉砕された充填材を、成形組成物において用いることが
できる。有用な無機充填材の例には、真珠岩、蛭石、
砂、砂利、岩、石灰岩、砂岩、ガラスビーズ、エーロゲ
ル、キセロゲル、シーゲル、マイカ、クレー、合成クレ
ー、アルミナ、シリカ、フライアッシュ、溶融シリカ、
ゼオライト、平板状アルミナ、カオリン、微小球、中空
ガラス小球、多孔質セラミック小球、石膏（硫酸カルシ
ウム二水和物）、炭酸カルシウム、アルミン酸カルシウ
ム、軽量ポリマー、キソノトライト（xonotlite）（結
晶質ケイ酸カルシウムゲル）、軽量発泡クレー、水和し
たかまたは水和していない水硬セメント粒子、軽石、剥
離した岩および他の地質学的材料が含まれる。
乾式粉砕した炭酸カルシウムは、好ましい無機凝集体
である。その理由は、これが、湿式粉砕により得られた
炭酸カルシウムの費用の３分の１の費用で得られるから
である。好ましい炭酸カルシウムは、R040であり、これ
は、約10〜150μの範囲内の粒子の大きさを有し、平均
の粒子の大きさは約42μであり、低い比表面積を有す
る。クレーと石膏とは、共に、容易に入手でき、価格が
極めて安く、加工性があり、成形が容易であり、これら
が十分多量に加えられた場合にはある程度の結合および
強度を提供することができる（半水石膏の場合）ため、
特に重要な凝集材料である。
軽量特性および比較的高い絶縁を成形した物品に加え
ることができる充填材の例には、真珠岩、蛭石、ガラス
ビーズ、中空ガラス小球、合成材料（例えば多孔質セラ
ミック小球、平板状アルミナ等）、コークス、軽石、お
よび軽量発泡クレー、砂、砂利、岩、石灰岩、砂岩、お
よび他の地質学的材料が含まれる。
無機充填材は、好ましくは、デンプンをベースとする
組成物中の固体の約20重量％〜約80重量％の範囲内、好
ましくは約30重量％〜約70重量％の範囲内、一層好まし
くは約40重量％〜約60重量％の範囲内の量で、導入す
る。不活性有機充填材は、導入する場合には、好ましく
は合計固体の約５重量％〜約60重量％の範囲内の量で導
入する。約1g/cm3未満の密度を有するものとして定義さ
れる軽量充填材は、導入する場合には、好ましくは無機
充填成形組成物の重量の約５重量％〜約85重量％の範囲
内、一層好ましくは約15重量％〜約65重量％、最も好ま
しくは約25重量％〜約55重量％の範囲内の量で導入す
る。
E.離型剤 新たに形成した粒子の離型を助けるために、離型剤を
成形可能な組成物に加えることができる。中鎖および長
鎖脂肪酸、これらの塩およびこれらの酸誘導体を，離型
剤として用いることができる。本発明において用いるの
に好ましい離型剤には、疎水性特性を有し、水に可溶で
ないステアリン酸塩が含まれる。ステアリン酸塩は、ス
テアリン酸の塩であり、一般式CH3（CH2）16COO-X+（式
中のX+はAl,Mg,Na,KまたはCaのイオンとすることができ
る）で表される。ステアリン酸アルミニウムは、米国食
品医薬品局により認可された好ましい離型剤の１種であ
る。
また，シリコーンを、離型剤として用いることができ
る。フォスファチドとグリセリドとの混合物であるレシ
チンは、成形組成物の粘着性の低下、離型特性の付与に
寄与することができ、成形した物品の可撓性を改善する
ことができる。種々のろう、例えばパラフィンおよび蜜
ろう、並びにテフロンをベースとする材料もまた、離型
剤として用いることができる。物品を型から取り外すの
をさらに助けるために、型を研磨するか、クロムめっき
するか、あるいは例えばニッケル、テフロンまたは物品
が型に粘着する傾向を低下させる他の全ての材料で塗布
することができる。
F.随意の混合物および成形後の処理 デンプンをベースとする組成物は、随意に他の混合物
を含んで、混合物のレオロジーを変化させ、および／ま
たは最終的に成形した製品の機械的特性を改善すること
ができる。有用なレオロジー修正剤の例には、多糖類ガ
ム、例えばアルギン酸、フィココロイド、寒天、アラビ
アガム、グアーガム、イナゴマメのさやのガム、カラヤ
ガム、トラガカントガム、およびこれらの混合物が含ま
れる。好ましいガムはグアーガムであり、これは、混合
物から繊維が凝離するのを防止するのを助け；またこれ
は、ポンプ装置内の繊維の凝集または遮断を防止するこ
とにより、ポンプ輸送助剤として作用する。
他の混合物には、保湿剤、可塑剤、架橋剤、防水剤、
追加の結合剤等が含まれる。
成形した物品を、種々の異なる方法で処理して、物品
の機械的特性および／または化学的特性を改善すること
ができる。例えば、デンプン結合気泡質マトリックスの
表面を、ポリオール、例えばグリセリン、好ましくは水
性グリセリンで処理して、浸透性を増大させることがで
きる。グリセリンは、可塑剤、保湿剤、および周囲湿度
が変化する際のワーピングを低下させるための安定剤と
して作用する。また、表面を、水分に対する物品の耐久
性を増大させるための被膜材料で処理し、および／また
は強化させ、特に、デンプン結合気泡質マトリックスの
彎曲中の破損の影響を防止するかまたは低下させること
ができる。
3.デンプンをベースとする組成物の調製および成形 製造のデンプン結合物品は、代表的には、多数の工程
を有するプロセスにより得られ、このプロセスは、混合
物を調製し、次にこの組成物を高温で、所望の物品に成
形することを含む。追加の随意の加工工程には、グリセ
リンおよび／または局所的なまたは一般的なエラストマ
ーの被覆に加えて、例えば、印刷、被覆、調和および最
終物品の包装を含むことができる。
A.混合物の調製 本発明の組成物を得るのに用いることができる、多数
の種々の混合装置および混合順序がある。唯一の基準
は、混合手段が、すべての成分、特に繊維状材料が、組
成物中にほぼ均一に混合される、デンプンをベースとす
る組成物を得ることができることである。高剪断混合装
置と低剪断混合装置とが、共に、混合プロセスの段階に
依存して好ましい。代表的には、プレゲル配合物の形成
およびさらに繊維の分散を、高剪断混合装置を用いて実
施する。しかし、追加のゲル化していないデンプン成分
およびさらに一層容易に破壊されうる脆い無機充填剤を
混合する際には、一般的に、低剪断混合装置を用いて、
デンプン顆粒の早すぎるゲル化を防止し、さらに脆い凝
集体充填材が破壊するのを防止するのが好ましい。
好適な実施態様において、水およびデンプンの一部
を、繊維および随意に無機充填材と配合して、プレブレ
ンド混合物を形成する。これを、高剪断において実施す
る。ガム、例えばグアーガムを、一般的にプレブレンド
混合物に加える。その後、残りの水およびゲル化してい
ないデンプンを、プレブレンド混合物に加え、低剪断に
おいて混合して、デンプンの早すぎるゲル化を伴わずに
デンプンを配合する。離型剤を、代表的にはこの第２の
混合段階中に加える。比較的弱い軽量の凝集体充填材も
また、低剪断混合を用いて混ぜ合わせる必要がある。
高剪断ミキサーの例には、オーストリア国Franz Haas
Waffelmaschinen Industriegesellschaft M.B.H.of Vi
enna,から入手できるTMNターボバターミキサーが含まれ
る。代替の高剪断ミキサーは、米国特許第4,225,247号
明細書、発明の名称「Mixing and Agitating Devic
e」；米国特許第4,552,463号明細書、発明の名称「Meth
od and Apparatus for Producing a Colloidal Mixtur
e」；米国特許第4,889,428号明細書、発明の名称「Rota
ry Mill」；米国特許第4,944,595号明細書、発明の名称
「Apparatus for Producing Cement Building Material
s」；および米国特許第5,061,319号明細書、発明の名称
「Process for Producing Cement Building Material」
中に開示され、請求の範囲とされている。開示の目的の
ために、前述の特許明細書を、特定の参照のために本明
細書中に加入する。あるいはまた、可変速度ミキサーを
用いて、高剪断混合と低剪断混合とを共に提供すること
ができる。可変速度ミキサーには、アイリッヒ（Eiric
h）Rv−11が含まれる。低剪断ミキサーの例には、ホバ
ート ミキサー（Hobart Mixer）がある。
成分を、デンプンをベースとする組成物中に適切に分
散させた後に、デンプンをベースとする組成物は、成形
できる状態にある。この段階では、水分を増加させて、
成形組成物の粘度を所望のレベルに調整するのが望まし
い。
B.混合物の所望の物品への成形 成形装置を準備した後には、これを、加熱した型を用
いることにより、所望の形状の物品に成形するのが好ま
しい。本発明の物品を成形するのに用いることができる
成形装置の種類の詳細な記載は、前述の出願第08/353,5
43号明細書中に記載されている。また、出願第08/353,5
43号明細書には、開示された装置を用いた、デンプンを
ベースとする組成物の一般的な成形のための好ましい方
法の詳細な記載が述べられている。
成形装置を、成形装置内のデンプンをベースとする組
成物の迅速な膨張を生じ、蒸発により水の大部分を除去
するのに十分高い温度に加熱する必要がある。好ましく
は、成形装置を、約145℃よりも高い温度、一層好まし
くは約175℃よりも高い温度、最も好ましくは約195℃よ
りも高い温度に加熱する必要がある。しかし、この温度
は、デンプンバインダーの焼失、スコーチ、カーメライ
ゼーション（carmelization）を生じるために、高すぎ
ない必要がある。このことは、一般的に、約250℃より
も高い温度で生じる。ほとんどの場合において、一方の
型成分を、他方の型成分よりもわずかに高い温度、例え
ば５℃〜10℃高い温度に維持するのが好ましい。成形し
た物品を、比較的高い温度に保持された型成分から一層
容易に取り外し、これにより、物品を最後に取り外す型
成分を指定することが見いだされた。
型は、鋼、真鍮およびアルミニウム等の金属製である
のが好ましい。クロムおよびニッケルを含む、テフロン
被膜と共に研磨した金属により、物品を型から取り外
し、一層平滑な仕上げをするのが容易になる。型の材料
は、製造プロセス中に遭遇する温度および圧力に耐えら
れる必要がある。
型を、種々の加熱手段により加熱することができる。
型の少なくとも表面を加熱するための加熱手段の例に
は、次のものがある：外部発熱体、例えばガスバーナ
ー、赤外線光線、および電気的発熱体。これらの手段
を、型に接続するかまたは型の方向に向けることができ
る。加熱手段の他の代替の例には、加熱された液体、例
えば油または加熱されたガス、例えば水蒸気があり、こ
れらを、型を通してパイプ輸送して、型を加熱すること
ができる。種々の種類の加熱もまた用いて、型の温度を
型の長さと共に変化させて、成形した物品内で硬化した
マトリックスの特性を変化させることができる。また、
この混合物を、型を加熱せずに加熱することもできる。
例えば、型をセラミックから製造し、マイクロ波を用い
て混合物を加熱することができる。
温度およびプロセス時間を変化させることにより、表
面層またはスキンの密度、多孔度および厚さに影響を与
えることができる。一般的に、比較的薄いが比較的密度
が高い表面層を有する成形物品を得るために、成形温度
を比較的低く、型が比較的少ない排気口を有し、成形可
能な混合物が比較的高い粘度を有する。混合物の粘度
を、比較的小量の水を含むレオロジー修正剤、例えばチ
ロース（Tylose）（商標）を加えるか、または比較的高
い比表面積を有する凝集材料を用いることにより、上昇
させることができる。
図１は、成形したデンプン結合物品の大量生産に用い
る成形装置の１つの実施態様の斜視図を示し、この装置
は、ドイツ国キール所在のWalterwerk Kiel GmbH.＆ C
o.KG社から、バイオマット（BIOMAT）32フォーム発泡ユ
ニットとして市場で入手できる。図１に示すように、成
形装置10は、連続プロセスにおいて機能して、この実施
態様においてはヒンジ「クラムシェル」容器である所望
の物品20を大量生産する。
物品20を、成形装置10の異なる成分により同時に実施
するいくつかの段階において形成する。成形装置10は、
加熱ステーションまたは加熱装置40に連結され、これと
連通している形成ステーション30を有する。加熱装置40
は、加熱室44を規定する絶縁壁42を有する。加熱装置40
はさらに、加熱室44内に配置され、加熱室に熱を供給す
るための発熱体46を備える。加熱室40およびさらに特に
絶縁壁42、加熱室44および発熱体46を含む加熱装置40の
要素は、加熱手段が少なくとも１つの型と熱的に接続さ
れている型または少なくとも１つの型を加熱するための
加熱手段の一例である。
トラックシステム50は、形成ステーション30と加熱室
44との両方を貫通して、連続的な円形の方式で延在す
る。トラックシステム50は、上方のトラック52および下
方のトラック54を有する。複数の相互に連結された加熱
された型60が、ホイール56により、トラックシステム50
の上に載置されている。
図２に最良に示すように、各型は、最上部プレート62
および底部プレート64を有する２つの要素を有する。最
上部プレート62および底部プレート64は、それぞれ雄型
66および雌型68を有する。最上部プレート62および底部
プレート64は、一方の端部においてヒンジ70により相互
に連結されている。雄型66および雌型68を配置して、雄
型66および雌型68が、組成物を物品に成形するのに十分
近いオフセット距離で、互いに連結できるようにする。
図１〜２に示す例において、最上部プレート62および雄
型66は、一体に連結されており、底部プレート64および
雌型68も同様に、一体に連結されている。
ヒンジ70は、雄型66と雌型68との間のオフセット距離
を、最上部プレート62および底部プレート64を一緒にま
たは個別に動かすことにより、増大および減少させるた
めの移動手段の一例である。ヒンジ70は、雄型66および
雌型68が、雄型66と雌型68との間に配置された組成物を
製造の物品に成形することができ、これによりその後雄
型66と雌型68との間の距離を増大させることにより物品
を取り外すことができるのに、互いに十分近接すること
ができるようにする。
図２において、最初の段階において、加熱した型60を
開放させ、充填スパウト82からの成形可能な混合物80を
受けるように配置する。成形可能な混合物80を、ミキサ
ー（図示せず）から、押出機により、分配パイプ84を通
って充填スパウト82にポンプ輸送する。充填スパウト8
2、分配パイプ84および押出機または同等のものは、成
形可能な混合物を加熱した型60に送達するための手段の
一例である。加熱された型60を、上方のトラック52およ
び下方のトラック54を分離させることにより開放し、そ
の上にそれぞれ最上部プレート62および底部プレート64
を載置する。充填スパウト82を用いて、選定された量の
成形可能な混合物80を、雌型68中に排出するが、このシ
ステムを、大幅に異なるレオロジーを有する組成物に適
合するように、修正することができる。例えば、粘度が
高い混合物または高収量混合物を押し出して、異なる容
積の材料を形成し、これを次に分離し、切断手段により
型中に落下させることができる。雌型68を満たした後、
加熱された型60は、互いに近接する上方のトラック52お
よび下方のトラック54の結果前進し、閉鎖される。従来
の閉鎖機構を用いて、型の二分した部分を、これらの部
分が、５バールまでの、加熱された混合物により生じた
圧力に耐えることができる限りは、閉鎖することができ
る。
図１において、加熱された型60は、加熱装置40の長さ
方向に移動し、逆の位置に回転し、次に形成ステーショ
ン30に戻る。発熱体46を、加熱室44内に配置して、加熱
された型60を、これらの型が加熱室を貫通して移動する
際に加熱する。加熱された型60が加熱装置40を通って移
動する速度は、加熱された型60が満たされるための所要
時間により、部分的に制限される。充填時間は、当然、
成形される物品の寸法に依存する。成形時間および温度
を、加熱された型60が形成ステーション30に戻る際に、
成形された物品を型から形状安定な状態で取り外すこと
ができるように、選定する。型が形成ステーション30に
戻った後、加熱された型60は再び、上方のトラック52お
よび下方のトラック54を分離させることにより、開放さ
れる。次に、スクレーパーブレード88を、雌型68上に通
して、加熱プロセス中の排気口を通して排出される過剰
の材料を除去する。
形成した物品を、雌型68から、形成した物品を型から
取り外すための手段により、取り外す。取り外し手段の
一例を、図１に示し、この例は、複数の回転アーム92を
有する回転ドラム90を有する。アーム92を、回転ドラム
90または回転ドラム90の心棒に接合し、ドラム90の心棒
の回転速度に随伴させる。回転アーム92を、形成した物
品20を雌型68から取り外すように設計された真空吸引カ
ップ94に連結する。真空吸引カップ94は、シリコーンゴ
ム製であり、約250℃まで耐熱性を有する。ドラム90の
移動を、トラックシステム50により制御し、ドラム90
は、下方トラック54の内側に位置する。ドラム90が回転
するに従って、アーム92は、開放された加熱された型の
方向に彎曲して、形成した製品20を吸引カップ94で取り
上げる。次に、アーム92は、ドラム90の外の方向に彎曲
し、コンベヤーベルト98を用いて、形成した製品20をそ
の後の加工、例えばこれに被膜を塗布するために捕ら
え、移動させる。加熱された型60から取り外された形成
した製品20と共に、型は充填スパウト82に戻り、プロセ
スが繰り返される。
成形装置10を用いる本発明の物品を形成するための代
替のプロセスにおいて、成形可能な混合物80を、ホバー
トミキサー、アイリッヒミキサーまたは80ガロンの容量
を有する同様のミキサーを用いて調製する。このような
ミキサーは、１時間あたり少なくとも約3000個から、１
時間あたり14,000個までの物品を生産するのに十分に材
料を提供する。成形可能な混合物を、次に真空ホッパー
に輸送し、分配パイプ84を通って充填スパウト82までの
１つのオーガーを有する単一ポンプを用いてポンプ輸送
する。単一ポンプは、分配パイプ84および充填スパウト
82と共に、成形可能な混合物を加熱された型60に送達す
るための他の例の手段を提供する。単一ポンプは、材料
を、加圧下で約6kg/分の速度で押す。ギロチン機構を用
いて、充填スパウト82を、特定の時間、好ましくは約0.
3秒間開閉する。これにより、約30gの成形可能な混合物
を、雌型68中に分配することができる。次に、満たされ
た型は、加熱装置40を、毎秒35cmの速度で貫通し、約30
〜35秒間加熱される。次に、形成した物品を型から、前
述のように真空吸引カップ94により取り外し、コンベヤ
ー98上に配置する。本発明の形成した物品のその後の調
和は、用いるのに適する前には、必要でない。
本明細書中に開示された組成物および方法を用いるこ
とにより、離型して後に所望の目的地に、その後の長い
調和工程を必要とせずに輸送するのに適する強度および
構造的完全性を有する広範囲の種々の物品を、成形する
ことができる。調和工程を伴わずに、または単に極めて
短い調和工程で物品を製造する能力は、従来技術と比較
して、顕著に改善された。さらに、成形した物品を処理
してこれらの可撓性および耐久性を増大させることもま
た、本発明の範囲内である。
C.スキンの厚さ 一般的に、デンプン結合気泡質マトリックスは、比較
的密度が高い外面または比較的多孔質の内部を包囲する
スキンを有する。スキンは、デンプンをベースとする組
成物を加熱して「ベーク」し、これにより水を蒸発によ
りデンプンをベースとする組成物から除去する、一対の
雄型と雌型とを用いるプロセスの結果、得られる。加熱
された型は、熱の良好な導体であり、比較的高い比熱を
有する金属製であるのが好ましい。デンプンバインダー
を乾燥すると、これは、固化し、結合マトリックスを形
成する。型からデンプンをベースとする混合物への熱の
移動が、型と混合物との間の表面界面においてのみ生じ
るので、スキンは、内部よりも迅速に乾燥する。これに
より、内部は、最初のスキンの形成の後の時間にわた
り、さらに発泡し、気泡形成することができる。従っ
て、内部は、比較的多孔質であり、密度が比較的低い。
金属がこのような熱の良好な導体であるので、熱の投
入は、型中に迅速に平衡になり、これにより、型の温度
は、型の対のそれぞれの二分した部分を通して、ほぼ均
一である。次に、この結果、型からデンプンをベースと
する混合物への熱のほぼ均一な移動が生じる。このため
に、スキンは、成形した物品を通して、およびこの物品
の両側において、顕著に定常的な厚さを有することが観
察された。しかし、成形プロセス中の熱移動の速度を変
化させると、スキンの厚さを変化させることができる。
若干の場合においては、増大したスキンの厚さの結果、
一層大きい表面強度を有する物品が得られるので、スキ
ンの厚さを最適化するのが望ましい。しかし、増大した
厚さを有するスキンはまた、一般的に比較的硬質であ
り、機械的に変形させた場合に破損する傾向が比較的高
い。
一般的に、スキンの厚さは、型からデンプンをベース
とする混合物への熱の移動の速度に正比例する。熱移動
の速度を上昇させると、一般的に、スキンの厚さが増大
し；熱移動の速度が低下すると、一般的にスキンの厚さ
は低下する。同様に、型からデンプンをベースとする混
合物への熱の移動の速度は、型の温度に正比例する。型
の温度が上昇すると、熱移動の速度は上昇し、一方型の
温度が低下すると、熱移動の速度は低下する。従って、
一般的に、型の温度が上昇する結果、スキンの厚さは増
大し、一方型の温度が低下すると、一般的にスキンの厚
さは減少する。しかし、一体に形成した金属型の異なる
部分を、異なる温度に加熱して、成形した物品中を通し
てスキンの厚さを変化させることは、ほとんど不可能で
ある。
D.比較的薄い内部スキン部分を成形するための型装置 物品を、ヒンジ領域の内部スキン部分が比較的薄い厚
さを有するように成形するために、本発明においては、
特別に設計された型を用いるのが好ましい。この型にお
いては、ヒンジの内部スキン部分に対応する型表面の部
分は、型の残りの部分と比較して、単位時間あたり少な
い熱を伝導する。好ましい実施態様において、ヒンジの
内部スキン部分に対応する型領域は、周囲の型の熱拡散
性よりも低い熱拡散性を有する材料を含む。
加熱された型60は、熱を比較的迅速に伝導することが
できる、金属等の材料から形成されているのが好まし
い。好適な材料の例には、アルミニウム、鋼および流延
した鉄が含まれるが、これらには限定されない。ヒンジ
の内部スキン部分に対応する型表面の部分は、周囲の型
よりも比較的低速で熱を伝導する高温プラスチックまた
はセラミックから形成されているのが好ましい。また、
型の部分は、機械加工性があり、耐久性である材料から
形成されているのが好ましい。周囲の型よりも少ない熱
を伝導するのに適する材料の例には、ポリエーテルエー
テルケトン（PEEK）、Al2O3、ガラス繊維補強テフロ
ン、磁器、シリコーン、ゴムまたはセラミックスが含ま
れるが、これらには限定されない。しかし、材料から、
低下した厚さを有するヒンジの内部スキン部分が得られ
る、すべての組み合わせの材料は、本発明の範囲内であ
る。
低下した厚さの内部スキン部分を有するヒンジを形成
するために設計された型の形態の一例を、図２に示し、
図３に最良に示し、これは、雄型66および雌型68を組み
合わせて混合物80を物品20に成形した後の、図２に示す
型60の１つの断面図である。比較的低い熱拡散性を有す
る成形ストリップ100を、雄型66と接触させて、雄型66
に近接して示す。さらに特に、成形ストリップ100は、
雄型66に連結され、雄型66から延在する。
成形ストリップ100は、雄型66内に固定された底部お
よび雄型66の表面から延在し、これを越えて延在する最
上部を有する。最上部は、雌型68の方向に延在する２つ
のほぼ平行な突出部または隆起部102aおよび102bを有す
る。突出部102aおよび102bは、それぞれ先端部104aおよ
び104bにおいて終わる。先端部104aおよび104bは、雌型
68から延在する２つの小さいほぼ平行な突出部またはニ
ブ108aおよび108bと一列になっている。先端部104aおよ
び104bは、示すように型が閉じた位置にある際には、こ
れらが互いにセット距離からオフセットにあるので、ニ
ブ108aおよび108bには接触しない。
成形ストリップ100を、雄型66と雌型68との間に成形
された物品において成形された印象を生じるような形状
とするかまたは配置とする。成形ストリップ100は、雄
型66の熱拡散性よりも低い熱拡散性を有し、これによ
り、物品に、折り目および折り目における少なくとも１
つの薄いスキン部分を形成し、薄いスキン部分を、物品
の反対側におけるスキンよりも薄いスキンの部分または
薄い部分に隣接する部分とすることができる。成形スト
リップ100に沿った熱伝導が一層低速になると、デンプ
ンをベースとする混合物を、一層低速で形成することが
でき、これにより、反対の成形ストリップ100を形成す
る物品の領域における物品において一層薄いスキンが得
られる。
雄型66および雌型68を、同一の材料製とするのが好ま
しい一方、成形ストリップ100は、雄型66または雌型68
よりも熱拡散性が低い材料、例えばポリエーテルエーテ
ルケトン（PEEK）、Al2O3、ガラス繊維補強テフロン、
磁器、シリコーン、ゴムまたはセラミックス製とするの
が好ましい。材料が硬くなると、材料を機械加工して、
成形ストリップ100内に隆起部を形成する所望の溝を一
層容易に形成することができ、成形物品に用いる際に一
層耐久性となる。成形ストリップ100は、雄型66および
／または雌型68のいずれかよりも少ない熱を、デンプン
をベースとする混合物に移動させることにより、薄いス
キンを形成する手段の一例である。多くの場合におい
て、成形プロセス中に、成形ストリップ100にシリコー
ンまたは他の付着性を低下する液体を噴霧して、成形さ
れたデンプンをベースとする物品の成形ストリップ100
への付着性を低下させるのが好ましい。
しかし、成形した物品内のヒンジの内部スキン部分に
熱を流すかまたは移動させる速度を低下させて、内部ス
キン部分が、物品の他の部分におけるスキンの厚さより
も小さい厚さを有するようにすることができる、すべて
の型の形態は、本発明の範囲内である。例えば、ヒンジ
の内部スキン部分への熱の流れを低下させる他の方法
は、均一な材料の型装置内に、低下した厚さを有する成
形ストリップ100を導入することである。型装置材料の
比熱および熱拡散性が、型中にわたり均一であるので、
成形ストリップ100は、その厚さが比較的小さいために
比較的小さい熱容量を有する。このために、成形ストリ
ップ100は、比較的低い熱のたくわえを有し、これによ
り、成形ストリップ100は、最初のスキン形成段階中
に、型の比較的厚い部分よりも少ない熱を移動させる。
実際の効果は、成形ストリップ100が、水の蒸発の結
果、型の残りよりも迅速に冷却されることである。
ヒンジ領域の内部スキン部分への熱の流れを低下させ
る他の方法は、成形ストリップ100を、比較的低い熱拡
散性または熱伝導性を有する材料で被覆または積層し
て、熱の流れを妨げることである。このような被膜に
は、ネドックス（Nedox）（ニッケルを含浸させたテフ
ロン）およびトゥフラム（Tufram）（テフロンを浸透さ
せた酸化アルミニウム）が含まれるが、これらには限定
されない。
ヒンジ領域の内部スキン部分への熱の流れを低下させ
る尚他の方法は、成形ストリップ100を、型の残りから
熱的に絶縁し、次に別個の加熱手段を提供して、成形ス
トリップ100を、型の残りよりも低い程度に選択的に加
熱することである。
4.本発明のヒンジのデザインおよび特徴 本発明の範囲内のヒンジ物品のデザインは、前述の材
料を、所望の最終的特性に基づくヒンジデザインの選択
と組み合わせて特定の混合物を選定することを含む。所
望の最終的特性は、主に、物品の目的とする用途に基づ
いて決定される。ヒンジは、特定の物品の所望の彎曲お
よび性能の基準によって、単一のヒンジまたは複数のヒ
ンジを含むことができる。単一のヒンジは、ヒンジの彎
曲角度全体にわたり、応力をうける。２つ１組のヒンジ
において、各ヒンジ単位は、ヒンジの全体の彎曲角度の
距離の約半分彎曲するにすぎず、一方３つ１組のヒンジ
における各ヒンジ単位は、ヒンジの全体の彎曲角度の距
離の約３分の１彎曲するにすぎない。約180゜彎曲する
ことが必要であるクラムシェル容器について、現実に２
つ１組のヒンジを用いて、各ヒンジ単位が約90゜、また
はヒンジの全体の彎曲角度または距離の半分彎曲させる
ことが必要であるようにするのが好ましい。
ヒンジまたはヒンジ要素を、彎曲作用中に一層小さく
彎曲させることが必要であるに従って、特に彎曲作用中
のヒンジの内部スキン部分の圧縮および外部スキン部分
の伸長において、ヒンジに加えられる応力は、一層小さ
くなる。一般的に、複数のヒンジは、単一のヒンジより
も耐久性が高い。その理由は、各単位は、全体の彎曲角
度の一部にわたり彎曲する必要があるにすぎないからで
ある。このようにして、機械的応力を、ヒンジの一層大
きい領域にわたり分布させる。複数のヒンジを有する物
品を製造するための型装置の変更は、単に、ヒンジ構造
内に１つまたは２つ以上の追加の折り目を形成する、１
つまたは２つ以上の追加の型構造を含む問題である。
所望の複数のヒンジ単位を選定することは、彎曲作用
に関連して機械的応力を分布させるのに十分なヒンジ単
位を有する問題である一方、ヒンジが不体裁になるかま
たは彎曲角度がヒンジ単位間に不均一に分布してヒンジ
単位の１つまたは２つ以上が何の目的に対しても機能ま
たは作用しない程度の多数のヒンジ単位を有しない。ヒ
ンジ物品のデザインおよび目的とする用途は、特定のデ
ザインを選定する因子である。殆どのヒンジ容器は、少
なくとも、閉じた後に損傷せずに閉じたままとするのに
十分耐久性である必要がある。１回閉じたにすぎないヒ
ンジが、若干の用途に対して十分耐久性である一方、ヒ
ンジは、繰り返しの開閉に対して、十分耐久性であるの
が好ましい。
図４〜７は、本発明の１つの実施態様を示し、この実
施態様は、２つの折り目を有するヒンジ構造を有する容
器である。図４は、二重に折り目が付いたヒンジ構造を
示す、開放クラムシェル容器の斜視図である。図５は、
閉じた状態の図４のクラムシェル容器の斜視図である。
図１〜５の物品20は、クラムシェル容器20であり、これ
は、１回閉じた後に損傷を伴わずに閉じたままであるの
に少なくとも十分に耐久性である必要があり、好ましく
は損傷を伴わずに少なくとも１対開放することができ
る、ヒンジ容器の例である。しかし、本明細書中に開示
されているこの容器および他の容器は、数回開閉するこ
とができるように、十分に耐久性であるのが好ましい。
クラムシェル容器20は、ヒンジ構造または単位200を
有する。ヒンジ構造200は、最上部アーム204と底部アー
ム206との間の可撓性彎曲領域202を含む、３つの一体部
分を有する。最上部アーム204および底部アーム206は、
可撓性彎曲部分202よりも硬質である。また、最上部ア
ーム204は、容器20の最上部214の一体部分であり、底部
アームは、底部216の一体部分である。従って、容器20
の最上部214および容器20の底部216は、ヒンジ構造200
により、一体に連結されている。このヒンジ構造は、最
上部および底部を互いに相対させて彎曲角度にわたりヒ
ンジ手段において旋回させることにより、開閉するため
のヒンジング手段の一例である。
図６は、図４に示すヒンジ構造200の、開放状態での
断面の拡大図式図である。図７は、ヒンジ構造200の断
面の、図２に示すように閉じた状態に折り畳んだ後の拡
大図式図である。
図６および図７に示す断面図は、ヒンジ構造10のデン
プン結合気泡質マトリックスを示す。デンプン結合気泡
質マトリックスは、内部気泡核220を、内部スキン部分2
24と外部スキン部分226との間に有する。内部気泡核220
は、内部スキン部分224と外部スキン部分226とは区別不
能である。その理由は、内部気泡核220は、内部スキン
部分224および外部スキン部分226の多孔度よりも顕著に
大きい多孔度を有するからである。従って、内部スキン
部分224および外部スキン部分226は、内部気泡核220よ
りも、顕著に密度が高い。
２種のほぼ平行なくぼみまたは折り目230aおよび230b
は、ヒンジ構造200内に位置する。折り目230aおよび230
bを、ヒンジ構造200の内部スキン部分224と同一の側
に、デンプン結合気泡質マトリックス中に成形する。従
って、折り目230aおよび230bは、内部スキン部分224内
に直接配置される。折り目230aおよび230bは、ヒンジ20
0が彎曲し、内部スキン部分224が、容器20を閉じる最中
につぶれるかまたは座屈することにより、きれいな彎曲
線を提供する。
折り目230aおよび230bは、膨潤部232により離間して
おり、これはまた、内部スキン部分224内にある。折り
目230aおよび230bと、折り目230aおよび230bを包囲する
ヒンジ構造200の領域、例えば膨潤部232とは、彎曲領域
202を定める。
内部スキン部分224は、外部スキン部分226の厚さより
も小さい厚さ、特に反対の折り目230aおよび230bである
外部スキン226の部分を、折り目230aおよび230bにおい
て、またはこの周囲において有する。一般的に、彎曲領
域202全体内の内部スキン部分224の厚さは、彎曲領域20
2における外部スキン部分226よりも小さい厚さを有す
る。
また、各折り目は、ベースポイントを有する。折り目
230aおよび230bのベースポイントは、234aおよび234bで
規定される。反対のベースポイント234aおよび234bは、
折り目230aおよび230bよりもはるかに浅い外部スキン部
分226内の２つのほぼ平行な浅い溝236aおよび236bであ
る。溝236aおよび236bは、彎曲作用中には、外部スキン
部分226の所望の局所的領域における伸長分布を提供す
ることにより、彎曲開始部分として作用する。
ヒンジ構造200の彎曲性は、図７に最良に示し、図７
は、閉じた状態に折り畳んだ後のヒンジ構造200の断面
を図式的に示す。彎曲領域202の大部分は、ヒンジ構造2
00を、アーム204および206を互いに旋回させることによ
り折り畳む際に、圧縮または伸長のいずれかを受ける。
彎曲領域202のほとんどが、折り畳み中に移動する
が、最も大きい移動は、ネック240aおよび240bであるベ
ースポイント234aおよび234bと溝236aおよび236bとの間
のそれぞれの領域において、またはこの領域の周囲にお
いて、生じる。さらに特に、内部スキン部分224の最も
顕著な圧縮および外部スキン部分226の伸長は、ネック2
40aおよび240bの領域において生じる。ネック240aおよ
び240bの厚さは、混合物およびヒンジに基づいて最適に
して、内部気泡核220が、ヒンジを折り畳む間に圧縮で
き、外部スキン226が、破壊せずに伸長できるようにす
るのが好ましい。彎曲領域202において受ける圧縮およ
び応力を最小にするために、ネック240aおよび240bは、
隣接する部分、例えばアーム204または206または膨潤部
232よりも顕著に薄いのが好ましい。
ネック240aおよび240bの相対的厚さは、他のヒンジ構
造10の部分、例えばアーム204および206における内部気
泡核220の厚さよりも、内部気泡核220のネック240aおよ
び240bにおける厚さを基準として、最良に記載する。ネ
ック240aおよび240bにおける内部気泡核220の厚さは、
アーム204および206における内部気泡核220の厚さより
も顕著に小さく、一般的には彎曲領域202の他の領域よ
りも顕著に小さい。アーム204および206における内部気
泡核220対ネック240aおよび240bにおける内部気泡核220
の厚さの比率はすべて、本発明の範囲内である；しか
し、約１対10〜約１対1.5の範囲内であるのが好まし
く、一層好ましくは約１対４〜約１対２であり、最も好
ましくは約１対３である。
図６および７に示すように、外部スキン部分226によ
り生じる彎曲半径は、折り目230aおよび230bのために大
幅に低下する。また、彎曲半径は、彎曲領域202におい
て、折り目のあるヒンジよりも顕著に小さい内部スキン
部分224のと厚さの結果、さらに低下し、ここで、内部
スキン部分は、外部スキン部分226より小さい厚さを有
しない。ヒンジの彎曲半径を低下させると、外部スキン
部分226により受ける全体のひずみまたは伸長は低下す
る。彎曲領域202、さらに特に折り目230aおよび230bに
おける内部スキン部分224の低下した厚さは、内部スキ
ン部分224が圧縮される能力を向上させ，次にこれはヒ
ンジ構造を彎曲させる際に外部スキン部分226に対する
ひずみを低下させる。
一般的に、ヒンジ構造の彎曲の半径は、約0.005イン
チ〜約0.050インチの範囲内であるのが好ましく、一層
好ましくは約0.010インチ〜約0.035インチの範囲内であ
り、最も好ましくは約0.015インチ〜約0.025インチの範
囲内である。
ヒンジ構造10の一般的形状は、ヒンジ構造10を形成す
るのに用いる型の形状から得られ、一方スキンの厚さ
は、比較的薄いスキン、例えばヒンジの内側が望ましい
場合の領域において、一層緩徐に水を除去する型を用い
る結果得られる。
図４〜７に示すように、少なくとも２つのほぼ平行な
折り目を用いることに加えて、単一の折り目または追加
の折り目を用いることもできる。１つの折り目または複
数の折り目を有するヒンジは、容器20の底部216に対す
る容器20の最上部214の移動を見る際の彎曲角度の屈曲
線または頂点を決定する。頂点の位置は、用いられる屈
曲線の特定のデザインおよび数に依存する。複数の折り
目を用いる際には、屈曲線または頂点の位置は、アーム
が２つの位置において旋回することができるので、少な
くとも２つの転心の位置に関連する。図６および図７
は、例えば２つの転心領域242aおよび242bを示し、これ
は、それぞれのネック中およびアームが旋回するそれぞ
れの折り目のベースの周囲に位置する。
３つの折り目とと有してヒンジ構造200に類似するよ
うに成形されたヒンジ構造は、追加の膨潤部234を有し
て、各折り目の間にスペーサーを提供し、３つの転心領
域を有する。また、隣接する位置において折り目を配置
することにより、複数の折り目を有し、折り目の対の間
に膨潤部を有しないヒンジ構造を形成することも、本発
明の範囲内である。
5.成形後処理 A.ヒンジ領域の内部スキン部分のグリセリンまたは他の
ポリオールでの処理によるコラプシビリティの改善 内部スキンは、圧縮するか、つぶれるかまたは座屈す
る内部スキンの能力を高めるための軟化手段を含むのが
好ましい。軟化手段の一例は、内部スキンと接触するポ
リオールである。従って、ヒンジの内部スキン部分を、
水性グリセリン等のポリオール溶液を含むポリオールで
処理するのが好ましい。現実に好ましいポリオールは、
有効性、低価格、水への可溶性および適用の容易さによ
り、グリセリンである。しかし、ヒンジの内部スキン部
分を軟化させる作用を奏しうる、他のすべてのポリオー
ルは、本発明の範囲内である。他の有用なポリオールに
は、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、
ポリプロピレングリコールおよびソルビトールが含まれ
るが、これらには限定されない。エチレングリコール
は、作用すると予測されるが、有毒性のために、食品ま
たは飲料と接触する容器においては、用いるべきではな
い。
グリセリン等のポリオールは、内部スキン部分または
他のすべての処理された部分を軟化させる作用を有し、
これは、内部スキンが、圧縮するか、折り畳まれるかま
たはつぶれる能力を高める。ポリオール処理の軟化およ
び可塑化効果は、不揮発性ポリオールを用いる場合に
は、容器を後に広範囲の周囲の相対湿度に曝す場合にさ
えも、永久的である。ヒンジの内部スキン部分の高めら
れた圧縮およびつぶれは、これを、一層弾力性および耐
久性にし、これにより、内部スキン部分を、繰り返しつ
ぶすかまたは座屈させ、次に内部スキン部分の破壊を伴
わずに再び伸長することができる。
さらに、一層容易につぶすことができる内部スキン部
分を製造することは、外部スキン部分に、内部スキンの
伸長を減少させることにより利点を与える。その理由
は、一層容易につぶすことができる内部スキン部分は、
外部スキン部分に一層短い彎曲半径を与えるからであ
る。これは、外部スキン部分に対するひずみを低下さ
せ、これにより、外部スキン部分が破損する傾向が低下
し、ヒンジの寿命が延長される。
ポリオールは、一般的に吸湿性であり、デンプンをベ
ースとする物品を処理した後にデンプン内の水分を調節
することにより、保湿剤として作用する。さらに特に、
ポリオールは、物品を処理するのに用いるポリオールの
量に依存して、デンプンをベースとする物品が、周囲条
件下で所望の量の水分を吸収し、および／または保持す
ることができる。一般的に、すべてのポリオールは、デ
ンプンをベースとする物品、さらに特にデンプン結合気
泡質マトリックスのスキンが、周囲条件下で、ポリオー
ルで処理していない物品よりも多量の水分を保持するこ
とができるようにする。
また、ポリオールは、デンプン結合気泡質マトリック
スの構造を安定化させる作用を有する。デンプン結合物
品を、ポリオールで処理した後に、該物品は、表面をさ
らに水分、例えば水蒸気または液体の水に曝す場合に、
ワーピングまたは他の寸法の変化に対して、一層確実に
耐性を有する傾向がある。表面水分へのさらなる暴露
は、高い相対湿度、食品または飲料との接触あるいは水
をベースとする被膜の塗布により生じうる。
100％グリセリンまたは他のポリオールを用いること
が、本発明の範囲内である一方、グリセリンを、水で希
釈し、これにより、ポリアルコールがデンプンをベース
とする物品中に浸透する能力を高めるのが好ましい。一
般的に、最適な浸透は、グリセリン溶液の粘度が、グリ
セリンを水で希釈することにより、約10cps未満に低下
する際に生じる。さらに、水は、デンプン結合マトリッ
クスの水分を増大させるのに直ちに有用である。従っ
て、好ましい水性グリセリン組成物は、水性溶液の少な
くとも約15重量％のグリセリン、一層好ましくは水性溶
液の少なくとも約25重量％のグリセリンを含む。グリセ
リンが、少なくとも約15重量％の量で導入されている限
りは、物品は、物品のワーピングを生じる水の傾向に対
して、安定化される。
業界において知られているすべての被覆手法は、本発
明の範囲内であり、これを用いて、グリセリンまたは他
のポリオールを、デンプンをベースとする物品、特にヒ
ンジの内部スキン部分に塗布することができる。グリセ
リンを、例えば、表面上にグリセリンを噴霧するかまた
はペイントすることにより塗布するか、または物品をグ
リセリンを含むバット中に浸漬することができる。
一般的に、成形されたデンプン結合物品、特にヒンジ
の内部スキン部分の表面に塗布されるグリセリンの量
は、約１×10-4g/cm2〜約4.5×10-4g/cm2の範囲内であ
り、一層好ましくは約1.5×10-4g/cm2〜約2.5×10-4g/c
m2の範囲内である。従って、ハンバーガーを供給するの
に用いられるクラムシェル容器に関しては、現実にグリ
セリンと水との50/50の混合物約0.05gを、ヒンジの内部
スキン部分に塗布して、これを、正味約0.025gのグリセ
リンで処理するのが好ましい。
グリセリンは、周囲条件において液体として最も経済
的に用いられる；しかし、これを、高温で用いることも
できる。本発明の１つの実施態様において、グリセリン
を、デンプンをベースとする物品に、物品を成形する温
度とほぼ同一の温度で塗布する。また、成形し、周囲条
件まで放冷したデンプンをベースとする物品を、再び加
熱することも、本発明の範囲内である。前述の好ましい
組成物および方法を用いて成形した、デンプンをベース
とする物品について、グリセリンの浸透は、物品を約80
℃〜約90℃の範囲内の温度を有する際、およびグリセリ
ンを約80℃〜約90℃の範囲内の温度に加熱する際に、最
適化される。
一般的に、処理した物品は、使用可能な状態にある
か、またはグリセリンで処理した後直ちにまたは短時間
後に、さらに処理することができる。しかし、一層高い
濃度の水を含む水性溶液を用いる場合には、物品を、さ
らなる処理または使用の前に、さらに乾燥するのが望ま
しい。
B.エラストマー被膜を塗布して、ヒンジ構造の外部スキ
ン部分を強化する ヒンジの外部スキン部分は、好ましくは、外部スキン
が、破損を伴って伸長する能力を高めるための強化手段
を含む。強化手段の一例は、ヒンジの外部スキン部分上
の、エラストマー被膜、例えばポリビニルアルコールで
ある。ポリマー被膜は、デンプン結合気泡質マトリック
スのひずみおよび伸長のためにヒンジが破損する傾向を
低下させるための補強を提供する。これは、ヒンジの寿
命を増大させる。またエラストマー被膜は、小さい破損
が、デンプン結合気泡質マトリックス中に実際に生じる
場合に、ヒンジの外部スキン部分を保持する作用を有す
る。エラストマー被膜を、業界において知られているす
べての塗布装置または手段を用いて塗布することができ
る。
さらに、ポリマー被膜は、水分の外部スキン部分中へ
の進入を遮断し、これにより、ヒンジ物品が曝されうる
破壊的レベルの水分の結果、変形するか、つぶれるかま
たは破損することから構造および表面保護を提供する。
さらに、エラストマー被膜は、デンプン結合マトリック
ス内の水分を保持して、所望のレベルの柔軟性および耐
久性を維持して、ヒンジが、長時間にわたり過剰に乾燥
され、脆くなることがないようにするのを助ける。
エラストマー被膜は、水をベースとし、合成ポリマー
または天然ポリマーを含むのが好ましい。エラストマー
被膜は、食品または飲料と接触する容器および包装材料
において用いる場合には、無毒性であるのが好ましい。
本発明の範囲内のエラストマー被膜材料の例には、ポリ
ビニルアルコール、ポリ乳酸、天然ラテックスおよびこ
れらの混合物が含まれる。エラストマー被膜は、水溶性
または水によって運ばれた乳濁液であって、これによ
り、エラストマー被膜を、水性溶液または乳濁液により
塗布することができるようにするのが好ましい。水をベ
ースとするエラストマー被膜材料は、随意にポリオー
ル、例えばグリセリンを含んで、エラストマー被膜を塗
布するべきデンプン結合マトリックスの安定性を高める
ことができる。また、無機充填材、例えばカオリン、シ
リカフューム、炭酸カルシウムまたはタルクを導入し
て、被膜の光沢を低下させることも、本発明の範囲内で
ある。シリカフュームは、導入する場合には、被膜組成
物の約0.25重量％〜約３重量％の範囲内の濃度、一層好
ましくは約0.5重量％〜約1.5重量％の範囲内の濃度を有
するのが好ましい。
ハンバーガーを供給するのに用いるクラムシェル容器
について、60％のポリビニルアルコール、20％の可塑剤
（例えば尿素）および20％の水を含む水性ポリビニルア
ルコール被膜材料を用いて、約0.2g〜約1.8gの範囲内、
一層好ましくは約0.3g〜約1.2gの範囲内、最も好ましく
は約0.4g〜約0.8gの範囲内の被膜材料を、物品に塗布す
るようにするのが好ましい。実際に、プラネットポリマ
ー（Planet Polymer）から得られる未知の可塑材を含む
専売のポリビニルアルコール被膜材料を用いるのが好ま
しい。被膜材料を、約20％の水で希釈するのが好まし
い。
6.好適な実施態様の例 以下に概説するのは、ヒンジまたは可撓性領域を有す
るデンプン結合気泡質マトリックスを有する物品につい
ての実験の結果を示す、本発明の実施例および比較例で
ある。実施例は、種々の物理的形態、並びに例えばヒン
ジの内部スキン部分のグリセリン処理またはヒンジの外
部スキン部分へのポリマー被膜の塗布の成形後処理の影
響の試験を含む。
実施例１ ヒンジを、デンプンをベースとする混合物をアルミニ
ウム製の２部構成の型中で成形することにより、形成し
た。２部構成の型は、ヒンジ構造の内面に対応するポリ
エーテルエーテルケトン成形ストリップを有するアルミ
ニウム製雄型を有していた。成形ストリップは、２つの
90゜「Ｖ」型延長または「Ｗ」型延長を有していた。
「Ｗ」型延長は、実質的に２つの平行な隆起部である。
アルミニウム製雌型は、「Ｗ」の先端に配列した２つの
小さい突出部を有していたが、型を閉じた際に先端には
接触しなかった。
デンプンをベースとする混合物から形成したヒンジの
断面の走査型電子顕微鏡画像を、図８に示す。ヒンジ
を、折り畳む前の真っ直ぐな状態で示す。ヒンジの内部
スキンである、図８のヒンジの最上表面は、「Ｗ」型ポ
リエーテルエーテルケトンの延長により、形成されてい
る。ポリエーテルエーテルケトンが、型のアルミニウム
表面よりも、熱伝導性が低いかまたは絶縁特性が高いた
めに、ヒンジの内部スキン部分は、図８におけるヒンジ
の外部スキン部分よりも、薄い。
ヒンジを成形したのち、ヒンジの外部スキンを、ポリ
ビニルアルコールの薄層で被覆した。少量のグリセリン
を、ヒンジの内部スキンに塗布した。次に、ヒンジを、
図９に示すように彎曲した。図９は、彎曲したヒンジの
断面の走査型電子顕微鏡画像である。図９は、ヒンジを
折り畳む際に最も圧縮および伸長を受けた物品の領域30
0の輪郭を大まかに示す点線を有する。部分300は、大ま
かに、彎曲領域202に対応する。
図９における彎曲したヒンジの形状は、部分300にお
ける内部スキンを、顕著な破損を伴わずに圧縮すること
ができること、および外部スキンが、伸長する際に破壊
されないことを示す。グリセリンは、明らかに、薄い内
部スキンが圧縮する能力をさらに増大する可塑剤または
軟化剤として作用する一方、ポリビニルアルコールは、
外部スキンが破壊されずに伸長する能力を増大させる。
ヒンジを、損傷せずに数回開閉させ、これにより、ヒン
ジが、繰り返しの使用に十分に耐久性を有することが例
証される。従って、試験により次のことが確認された：
金属型中のヒンジデンプンベース物品を成形することに
関連する問題は、型中の熱の移動の速度を変化させて、
一層薄いスキンを有するヒンジの部分を形成し、次にヒ
ンジの彎曲能を、内部スキンをグリセリンで処理し、ポ
リビニルアルコール被膜を外部スキンに塗布することに
より高めることにより、解消した。
実施例２ デンプンをベースとする混合物を、シリコーンゴム製
の彎曲した部分を有するアルミニウムから成る型中で成
形して、２つの異なる表面材料を有する型中で混合物を
成形するスキンの厚さに対する結果を確認した。型中で
成形された物品の断面の走査型電子顕微鏡画像を、図10
に示す。アルミニウムと接触する物品のスキン310の厚
さを測定し、約250μｍであると見いだされた。シリコ
ーンと接触する物品のスキン312の厚さを測定し、約100
μｍであると見いだされた。成形中のシリコーン部材の
位置を、符号314で示す。実験により、アルミニウムと
シリコーンゴムとの熱伝導性の差異により、約2.5対１
の壁の厚さの比率が得られたことが示された。
比較例１ デンプン結合気泡質マトリックスを有し、外部スキン
とほぼ同一の厚さを有する内部スキンを有するストリッ
プまたはシートについて実験を実施して、内部スキンを
グリセリンで被覆した後のストリップにおけるヒンジの
彎曲性を観察した。ストリップの内部スキンおよび外部
スキンは、アルミニウム表面のみを有し、くぼみまたは
溝を形成するための構造を何も有しない型中で成形され
たストリップの厚さに匹敵する厚さを有していた。グリ
セリンを、デンプンをベースとするストリップの内部ス
キン上にブラシで塗布し、約１時間浸漬して、内部スキ
ンが座屈する能力を高めた。
ストリップの内部スキンを、グリセリンで処理した
後、これを、図11に示すように彎曲させた。図11は、彎
曲したストリップの断面の走査型電子顕微鏡画像であ
る。図11は、ストリップを折り畳む際に最も圧縮および
伸長を受けたストリップの部分320の輪郭を大まかに示
す点線を有する。グリセリンが座屈を高めた一方、内部
スキンの厚さにより十分な座屈を生じるのに必要なグリ
セリンの量は、ヒンジが特にマイクロ波下に置いた際に
過剰に湿潤状態になる際のヒンジの機能と事実上矛盾し
たことが見いだされた。
図12は、図11に示す画像、特にヒンジの内部スキンを
一層高倍率で拡大したものであり、白線は、内部スキン
を大まかに示して、過剰の折り畳みが生じたことを強調
する。図12は、彎曲が局所的ではなく、広範囲にわたる
傾向があり、これにより領域の不整合を生じることを示
す。従って、グリセリンの必要性は、内部スキンの厚さ
を低下させることにより、解消したか、または少なくと
も最小になったと結論付けることができる。また、ヒン
ジのくぼみにより、彎曲は、焦点または転心を伴わずに
十分には制御されなかったと結論付けることができる。
比較例２ 局所的な彎曲点を有し、ヒンジの外部スキンとほぼ同
一の厚さを有する内部スキンを有するように設計された
容器におけるヒンジについて、実験を実施して、外部ス
キンをポリビニルアルコールで被覆した後のヒンジの彎
曲性を観察した。局所的な彎曲点を、内部スキン中に２
つの平行なくぼみを形成することにより、得た。容器の
ヒンジの内部スキンおよび外部スキンは、すべてアルミ
ニウム表面を有する型中で成形した物品に匹敵する厚さ
を有していた。ポリビニルアルコールを、デンプンをベ
ースとするヒンジの外部スキン上に被覆した。
図13は、彎曲前のヒンジの断面の走査型電子顕微鏡画
像である。図14は、図13における画像の図式図であり、
ここで内部スキン224またはその一部は、明らかにヒン
ジ200の外部スキン226と同一であるかまたは同一に近い
厚さである。また、図13は、内部気泡核220がベース234
aおよび234bの下のネックにおいて、比較的薄いことを
示す。図15は、彎曲後のヒンジの断面の走査型電子顕微
鏡画像である。
図15は、折り畳みが局所的であったことを示す；しか
し、ヒンジの性能は乏しかった。図15に示すように、破
損380が、外部スキン中に発生した。この破損は、内部
スキンの相対的厚さのために、最も生じる傾向が大き
く、これは大きい彎曲角度を生じ、これにより、過剰な
ひずみが外部スキン上に発生した。過剰なひずみは、折
り目の一方または両方のベースにおいて気泡核220が圧
縮不能であるために、破損を生じる。その理由は、気泡
核はベースの下で比較的薄いかまたは密度が高く、これ
により、この気泡核が圧縮する能力が低下するからであ
る。
厚い内部スキンは、これをつぶすことが困難であるた
めに、ヒンジの彎曲能力を低下させると結論付けること
ができる。さらに、ヒンジが折り畳まれる能力は、折り
畳み点が、気泡核が圧縮される能力が付与される程度に
薄く、密度が高いネックを形成しない際に、局所的折り
畳みの点を形成することにより、高められると結論付け
ることができる。
実施例３ 彎曲角度試験を実施して、デンプンをベースとするヒ
ンジの可撓性に対するグリセリンの効果を定量的に測定
した。図16は、デンプンをベースとするヒンジの可撓性
を測定するのに用いた試験装置の図式図である。この試
験は、クランプ400を用いて、発泡したデンプンシート
のデンプンをベースとするストリップ412を、一方の端
部414において保持し、次にストリップ412をピン416の
周囲に、ストリップ412の他方の端部418において、ピン
420を円形トラック422において滑らせることによってモ
ーメントを加えることにより、彎曲させることを含む。
円形トラック422は、彎曲角度の測定のための階級を有
する。亀裂が、各ストリップのヒンジ部分の引張面また
は外面において視覚的に観察される前に、ストリップが
彎曲した彎曲角度を、次に手で記録した。
ストリップを、デンプン結合マトリックスを有する２
部構成クラムシェル容器の底部から切り取った。ストリ
ップの寸法は、15mm×80mmであった。ストリップに、４
種のレベルのグリセリン−水の溶液を噴霧し、３種の異
なる相対湿度条件において、放置して平衡にした。スト
リップは、０、0.3g、0.6gおよび0.8gの溶液を有し、15
％、40％および80％の相対湿度において、調和させた。
試料を、ストリップを彎曲させる際に内面となる圧縮に
おける被覆した側で試験した。
試験の結果を、図17における図表に示す。ストリップ
の可撓性は、すべての相対湿度レベルにおいて、グリセ
リンによって高められたことが見いだされた。また、１
部あたり0.45gのグリセリンが、わずか15％の相対湿度
条件においてさえも、ストリップに最大の可撓性を付与
するのに十分であることが見いだされた。ストリップ
を、１部あたり0.45gのグリセリンで処理した後、スト
リップを、損傷させずに、最大可能な角度である135゜
に彎曲させた。
グリセリンによる水分の増加は、可撓性を増大させる
唯一の要因ではないことは、明らかであった。グリセリ
ンによる一層高い相対湿度レベルにおける水分の吸収
は、ストリップの可撓性をさらに増大させたが、極めて
低い相対湿度レベルにおいても、可撓性は顕著に増大し
た。従って、グリセリンは、発泡ヒンジの特性を、単に
給湿による以外の方法で改善するのを助けると結論付け
ることができる。グリセリンは、それ自体、可塑剤また
は軟化剤として作用することは、明らかである。
さらに、試験により、純粋なグリセリンの粘度に関連
する問題が、60重量％のグリセリンを含む水性溶液を用
いることにより解消し、これは、デンプンをベースとす
るヒンジのスキンの孔を浸透するのに適切であるためで
ある、ことが確認された。
実施例４ 図16に示す試験装置を用いて、デンプン結合マトリッ
クスを有するストリップ中のヒンジの内面または圧縮側
を処理した結果と、デンプン結合マトリックスを有する
ストリップ中のヒンジの外面または引張側を処理した結
果とを比較した。ストリップに種々のレベルのグリセリ
ン−水の溶液を噴霧し、約40％の相対湿度において放置
して平衡にした。
試験の結果を、図18に図表で示す。内面を処理したス
トリップの可撓性は、１部あたり約0.2gを超えるグリセ
リンで処理した後に、大幅に増大し、この際ストリップ
は、損傷せずに、最大可能な角度である135゜に彎曲し
た。可撓性は、引張側を処理し、次に引張の状態に置い
た際に、同一のストリップと同程度に顕著には改善され
なかった。これらの引張側において処理したストリップ
についての彎曲角度は、約80゜に過ぎなかった。また、
表面の処理に対する可撓性の依存性は、比較的低いグリ
セリン被膜重量について、最も明らかであったことが見
いだされた。従って、内面の処理は、同一のヒンジの外
面の処理と比較して、比較的低いレベルのグリセリンに
おいてさえも、はるかに効果的であった。
実施例５ エラストマー被膜を有するデンプンをベースとする物
品の被膜から得られる可撓性の増大を、被覆したデンプ
ンをベースとする物品の彎曲角度を図16に示す試験装置
を用いて試験することにより、定量的に測定した。各々
の重量が約20gの２部構成のヒンジクラムシェル容器
を、ポリエーテルエーテルケトンストリップを有するア
ルミニウム型中で成形し、次に約1.5g〜約3.5gの範囲内
の重量の組成物を塗布した。この被膜は、ポリビニルア
ルコール17％、グリセリン28％および水55％のプラネッ
トポリマーポリビニルアルコール（PVA）配合物であっ
た。この被膜を、ノードソン（Nordson）ホットメルト
システムおよびライナースライドを用いて、塗布した。
この被膜組成物を、それぞれ90℃および150℃のポット
およびガン／ホース温度（pot and gun/hose temperatu
re）で、塗布した。塗布後、クラムシェル容器を、周囲
条件において数日にわたり、放置して乾燥した。
ストリップを、デンプン結合マトリックスを有する２
部構成クラムシェル容器の底部から切り取った。ストリ
ップの寸法は、7cm×2cmであり、厚さは、約2.5mmであ
った。このストリップを、湿潤室中で、約２時間、約30
％の相対湿度において平衡にした。このストリップを、
室から除去し、直ちに図16に示す彎曲試験装置を用いて
彎曲させた。ストリップのうち２つには、内面である圧
縮にある側にPVA被膜を設け、ストリップのうち２つに
は、外面である引張の位置にある側にPVA被膜を設け
た。損傷を、亀裂形成の明らかな形跡があった点におい
て、手で記録した。
試験の結果を、図19の図表に示す。図19は、２つの対
の破壊における平均彎曲角度対塗布した被膜の合計量を
示す。図20は、同一のデータを、被膜中のグリセリン含
量のみの関数として示す。損傷における彎曲角度は、被
膜の量が増大するに伴って増大し、彎曲角度は、PVAを
塗布した側を圧縮している際には、常に比較的高かっ
た。このことは、材料を圧縮下でひずませ、これにより
彎曲点の圧縮側において材料をつぶし、引張側において
応力の形成を最小にする、グリセリン（および水）の軟
化および可塑化効果のためであるのがもっともらしい。
圧縮状態にあるPVAで試験したすべての試料の損傷にお
ける彎曲角度は、55゜よりも大きく、これは、調和した
被覆していない試料について観察された角度である。
前述のことから、ヒンジの外面にエラストマー被膜を
塗布するのが、ヒンジを強化するにあたって最も効果的
であると結論付けることができる。ヒンジの内面を被覆
することは、ヒンジ耐久性および弾力性に対しては、は
るかに驚異的ではない効果を有していた。
7.まとめ 前述のことから、本発明は、デンプン結合気泡質マト
リックス内で一体に成形されたヒンジを製造するための
方法および装置を提供する。
本発明はさらに、完全な物品を製造している間にデン
プン結合マトリックス内でヒンジを形成して、物品およ
びヒンジを単一の工程で製造するようにする、方法およ
び装置を提供する。
さらに、本発明は、デンプンをベースとする組成物を
所望の物品に成形する間に成形装置中に挿入する必要が
ある全く異なる材料、例えば紙ストリップを導入する必
要性を解消する方法および装置を提供する。
本発明はまた、物品を、デンプン結合マトリックスを
顕著に破壊せずに、繰り返し開閉することができる、デ
ンプン結合物品中に一体に形成したヒンジを製造する方
法および装置を提供する。
従って、本発明は、いかにしてコラプシビリティ、ま
たはヒンジの内部スキン部分が物品の二分した部分を閉
じる間に弱らせる破損を伴わずに座屈して、物品の二分
した部分を開く間に弱らせる破損を伴わずに再び延長す
る能力を高めるかを開示する。
同様に、本発明は、物品の二分した部分を閉じる間
に、引張力を受ける際に、いかにしてひずみを低減し、
外部スキン部分の強度を増大して、外部スキン部分が弱
らせる損傷を有しないようにするかを開示する。
本発明は、さらに、ヒンジ領域の広い領域にわたって
機械的応力および変形を分布させ、一層耐久性が高いヒ
ンジを得る、複数のヒンジまたはヒンジ部分を有するヒ
ンジ構造を製造する方法およびシステムを提供する。
本発明を、本発明の思想または本質的な特徴から逸脱
せずに、他の特定の形態で具体化することができる。記
載した実施態様は、すべての点において、例示的なもの
であるにすぎず、限定的なものではない。従って、本発
明の範囲は、前述の記載によってではなく、添付した請
求の範囲により示される。請求の範囲と同等のものの意
味および範囲内にあるすべての変更は、本出願の請求の
範囲内に包含されるべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｊ 9/00 Ｃ０８Ｊ 9/00 Ｂ２９Ｋ 96:00 Ｂ２９Ｋ 96:00 105:04 105:04 Ｂ２９Ｌ 22:00 Ｂ２９Ｌ 22:00 31:22 31:22 (72)発明者 ホドソン サイモン ケイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 93110 サンタ バーバラ ヴィア ロ ブラダ 4621 (56)参考文献 特開 平５−213343（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−80968（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−118708（ＪＰ，Ｕ) 特表 平５−505104（ＪＰ，Ａ) 米国特許4154784（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B65D 1/00 B65D 1/22 - 1/30 B65D 43/16 B29C 39/02 - 39/36 B29C 43/02 - 43/52 B29C 33/38 - 33/42 B29D 22/00 A21D 8/00 - 8/08 A21D 13/00

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】デンプン結合気泡質マトリックスを有する
    一体として成形された物品から成る加工物品であって、
    前記物品はヒンジ構造の手段により後半部と連結された
    前半部を含み、前記ヒンジ構造は前半部と後半部を有し
    て一体として形成され、かつデンプン結合気泡質マトリ
    ックスもまた含んでおり、前記ヒンジ構造は前半部と後
    半部を前記ヒンジ構造において互いに旋回させる手段を
    付与するものであり、前記ヒンジ構造は内部気泡核によ
    って外部スキン部分から分離された内部スキン部分を含
    み、前記内部スキン部分の厚さが前記外部スキン部分の
    厚さよりも薄く、前記内部スキン部分はくぼみを有して
    前記ヒンジ構造が前記くぼみにおいて減少した横断面を
    有するような、加工物品。
  2. 【請求項２】一体として成形された物品がクラムシェル
    容器から成る、請求項１記載の加工物品。
  3. 【請求項３】前記ヒンジ構造が外部スキン部分中に少な
    くとも一つの彎曲開始溝を含む、請求項１記載の加工物
    品。
  4. 【請求項４】加工物品であって、内部スキン部分は複数
    のくぼみを有し、前記ヒンジ構造は複合的なヒンジ構造
    であって、かつ複数のくぼみのそれぞれにおいて減少し
    た横断面を有し、外部スキン部分はある厚さを有してい
    て、内部スキン部分の厚さが外部スキン部分より薄いよ
    うな、請求項１記載の加工物品。
  5. 【請求項５】前記内部スキン部分が軟化剤で処理されて
    おり、それによってヒンジ構造が屈曲する間の内部スキ
    ン部分の屈曲性又はコラプシビリティ（collapsibilit
    y）が増加している、請求項１記載の加工物品。
  6. 【請求項６】前記軟化剤がポリオールから成る、請求項
    ５記載の加工物品。
  7. 【請求項７】前記ポリオールがグリセリンから成る、請
    求項６記載の加工物品。
  8. 【請求項８】前記ポリオールが、ポリエチレングリコー
    ル、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコー
    ル、ソルビトールおよびこれらの混合物から成る群から
    選択された、請求項６記載の加工物品。
  9. 【請求項９】前記外部スキン部分がエラストマー被膜処
    理されており、ヒンジ構造が屈曲する間の外部スキン部
    分の伸長による破砕に対する抵抗性が増加している、請
    求項１記載の加工物品。
  10. 【請求項１０】前記エラストマー被膜がポリビニルアル
    コールから成る、請求項９記載の加工物品。
  11. 【請求項１１】前記エラストマー被膜が、ポリ乳酸、天
    然ラテックス、これらの誘導体およびこれらの混合物か
    ら成る群より選択された、請求項９記載の加工物品。
  12. 【請求項１２】前記くぼみにおいて減少した横断面によ
    りヒンジの彎曲角度が減少し、ヒンジ構造が彎曲する間
    の外部スキン部分上のひずみが減少したような、請求項
    １記載の加工物品。
  13. 【請求項１３】前記ヒンジ構造が一つ又はそれ以上の付
    加的なくぼみをさらに有し、前記一つ又はそれ以上の付
    加的なくぼみが前記くぼみに対して実質的に平行であっ
    て複数のヒンジ構造を形成する、請求項１記載の加工物
    品。
  14. 【請求項１４】前記ヒンジ構造が、前記くぼみと前記一
    つ又はそれ以上の付加的なくぼみの間にさらに膨潤部を
    含む、請求項13記載の加工物品。
  15. 【請求項１５】前記物品がヒンジ構造のいづれかの側に
    一体として連結された最上部と底部を含む、請求項１記
    載の加工物品。
  16. 【請求項１６】前記クラムシェル容器がろう被覆処理さ
    れている内側を含み、それによって前記内側の湿気に対
    する耐性が増している、請求項２記載の加工物品。
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