JP4121832B2

JP4121832B2 - 成形容器の製造方法と製造装置及び成形容器

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Publication number: JP4121832B2
Application number: JP2002320467A
Authority: JP
Inventors: 和洋渡部; 淳渡邉; 敬吾黒野; 耕一石塚
Original assignee: Tokan Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokan Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: JP2004154959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形容器の製造方法と製造装置及び該方法により得られる成形容器、特に紙を主体とする素材で従来と比べて特段にしわの発生が極端に少なく且つ高い絞り率まで深絞り成形が可能な絞り成形容器の製造方法と製造装置及びそれにより得られる絞り成形容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に流通している開口面積に対してある程度以上の深さを有する紙容器は、胴部と底部が別体の２ピースからなる紙コップ形状のものが殆どである。しかしながら、２ピースの紙コップの場合、予めポリエチレン等の樹脂をラミネートした原紙を扇形に打ち抜いて形成した胴部ブランクと円形に打ち抜いて形成した底部ブランクを、成形機で成形して樹脂を加熱溶融させて胴部側面及び底部を融着させているため、工程数も多くまたコップ内面には原紙の端面が露出するため、内容物によっては原紙に強耐水性、耐油性等の特別な処理を施す必要がある。また、樹脂の融着により成形する為、ラミネート材として使用できる樹脂が限定される等の問題点がある。反面、一枚のブランクを絞り成形した絞り成形紙容器の場合、紙コップのように溶融接着を行わずに成形ができ、且つ原紙の端面が露出しないので、紙コップ状容器の欠点を克服できる利点がある。そのため、２ピースからなるコップ状紙容器に代わるワンピースからなる深絞り成形紙容器を得ることが、従来より種々提案されている。しかしながら、次のような紙の特性上から深絞りが困難であるため、絞り成形紙容器は、トレー等の浅い容器を除いて未だ実用化に至っていないのが実情である。
【０００３】
紙は伸縮性がなく且つ熱可塑性がないため、１枚のブランクから絞り成形して紙容器を製造すると、胴壁及びフランジに不規則に凹凸になったしわが多く発生し、発生したしわは圧力や熱をかけても消えず且つ平らにならないのでひだとなって目立ち、容器外観を損ねて見苦しくなる。紙容器の絞り成形は、絞り率が大きい程大きくしわ発生し、且つ紙に金属のような展性がないため、すぐに絞り限界に達し、亀裂や底抜けが発生する欠点がある。これらの問題点を解決するために、従来種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、従来、紙に展性や熱可塑性を付与するために、素材として木材パルプ繊維に合成樹脂を分散させ混抄した混抄シートや合成紙、又は合成フィルムと紙との多層構造の複合シートを使用して、熱プレス成形により樹脂を溶融させることにより、深絞り成形を可能する方法が多く提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。また、成形方法としては、上記原紙を使用し、多段プレスによって、まず底部のみを成形し、次に上縁部を成形し、最後に容器胴体部を成形する方法が提案されている（例えば文献１）。また１回又は複数回の絞りしごき成形により胴部の素材に対する密度比を１．０６以上にすることによって側壁部の剥離強度を高めることが提案されている（文献３参照）。しかしながら、深絞りにしわやひだの発生は避けられないため、従来一般に予めブランクに放射状にスコアを形成するか、ダイスやパンチにブリーツ形成用の溝を形成することによって、しわの発生均一化するようにしている（例えば、特許文献１、特許文献４参照）か、ブランクに予め接着剤を塗布しておき、成形時に生じるひだ同士を接着させて規則的なひだを有するようなカップを成形することが提案されている（特許文献５）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１７６１３０号公報（第２‐４頁、第１−２図）
【特許文献２】
特開平８−１１３２２７号公報（第２‐４頁、第１図）
【特許文献３】
特開昭６１−１１８２２５号公報（第２‐４頁、第１図）
【特許文献４】
特開平８−３１８９２６号公報（第４頁、第４−５図）
【特許文献５】
特開平９−５６３１９号公報（第１−３頁、第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来提案されている深絞り成形容器の素材として、合成樹脂との混抄紙や合成紙、あるいは合成樹脂層を多く含む多層紙を採用した容器の場合、合成樹脂の熱可塑性により深絞り成形性は増すが、使用済みの容器の資源としての再利用が難しく、紙容器としての利点を損なう欠点がある。また、従来の深絞り成形方法では、素材樹脂成分をかなり多く含む場合を除き、大きなしわの発生は避けられないので、予めブランクにスコア又はダイスやパンチにブリーツ形成用の溝を形成するか、あるいは文献５に記載のようにブランクに接着剤を塗布してひだやしわの発生を均一化しようとしているが、それだけ工程数が増えコスト高になると共に、大きなしわの発生による外観を損なっていることは依然として避けられない問題として残っている。
図１０は、ブランクにスコアを形成してから絞り成形された従来の市販の紙製深絞り容器の底面から高さ３５ｍｍの位置の断面を電子顕微鏡で３５倍に拡大して撮影したものであり、しわの発生状況が観察される。該写真において、ほぼ等間隔にループ状に屈曲している部分が罫線位置を中心に屈曲した部分であり、胴部壁内外周面から内方又は外方に突出して折り曲がっており、ひだの発生が目立つと共に、触感も違和感を与える欠点は解消されていない。
【０００７】
また、文献３には、しごき率が０．２〜２０％の範囲で絞りしごき加工を行なうことが提案されているが、樹脂層を多層含む素材の場合についての実施例が示されているだけであり、どの程度の深絞り成形を行ったか開示されてない。本発明者が、紙を主体とする素材での深絞りで、文献３に示されている方法でしごき率が０．２〜２０％の範囲で単に絞りしごき成形しても、しわの発生を目立ないように抑えることはできず、実用化に耐え得る深絞り紙容器を得ることはできなかった。
【０００８】
以上のように、従来提案されている絞り成形の紙容器の製造方法は、特に深絞り容器での大きなしわの発生は避けられず、外観を損ね美観・デザインの良さが求められる近年の包装容器への適用は困難で、トレー状の極めて浅い容器にしか実用化されてない。そこで、本発明は、従来の絞り成形紙容器で発生する上記問題点を解消して、深絞りしても目立つような大きなしわを発生させることなく、しぼり成形できる紙容器を製造する成形容器の製造方法と装置、及び絞り成形容器を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者らは絞り成形技術と素材について種々の観点から実験と研究を繰返した結果、絞り成形技術では絞りしごき加工が通常の深絞り成形よりもしわの発生を抑制でき、且つプレス中の紙の破断や底抜けが少なく紙容器の深絞りに有効であることが分かったが、従来提案されている通常の絞りしごき加工法では依然としてしわの発生や破断，及び成形後の開口部の波打ちと高さ方向の不揃いが発生し、未だ商品化に耐え得る美麗な絞り容器を得ることができなかった。しかしながら、さらに研究した結果、絞りしごき加工におけるフランジ押えとダイス上面のクリアランス、パンチ外周面とダイス内周面とのクリアランスを調整しながらしごき絞り成形する方法を見出し（本発明者はそれを「定厚フランジしごき絞り法」と名付けた）、従来の紙コップに適用される素材を使用しても、従来の方法と比べて特段にしわが目立たず美麗に絞り成形でき、また成形後の開口部の高さ方向の不揃いは、原紙の抄紙方向と密接な関係があり、抄紙方向に対応してブランク形状を予め調節することにより解決することができることを見出し本発明に到達したものである。
【００１０】
即ち、上記課題を解決する本発明の成形容器の製造方法は、紙を主体とする一枚のブランクから絞り加工により成形容器を製造する方法であって、フランジ押えとダイス上面とでブランクを定厚に押えながら、パンチ外周面とダイス内周面とでブランクを定厚に圧縮して絞り加工して、ブランクを有底で胴壁が垂直な容器に成形することを特徴とするものである。前記成形容器の製造方法において、フランジ押えとダイス上面とのクリアランスをブランク厚さの８０〜１３０％とし、且つパンチの外周面とダイス内周面とのクリアランスをブランク厚さの６０〜１１０％の範囲に調整し、フランジ押えとダイス上面とで１枚のブランクを定厚に押えながら、パンチ外周面とダイス内周面とでブランクを定厚に圧縮して絞り加工するのが望ましい。より望ましくは、フランジ押えとダイス上面とのクリアランスをブランク厚さの９０〜１１０％とし、パンチの外周面とダイス内周面とのクリアランスをブランク厚さの８０〜９０％の範囲に調整することによって、絞りしごき加工でより良好に深絞りすることができる。
【００１１】
前記ブランクは、ブランク原紙の抄紙方向の寸法が抄紙方向と直角方向の寸法より所定割合長くなるような異形形状（例えば断面円形の紙容器の場合は、楕円形状）に形成することにより、しごき成形加工中のブランク原紙繊維方向の相違による変形度合いの変化が調整され、絞りしごき加工後の容器開口端部の軸方向長さの不均一変形を抑制することができる。さらに、前記パンチの外周面を粗面加工して、絞りしごき加工中でのパンチとブランクとの摩擦力を高め、ブランクとパンチの滑りを確実に防止するようにすることがより望ましい。
【００１２】
また、上記課題を解決する本発明に係るテーパー状胴部を有する成形容器の製造方法は、フランジ押えとダイス上面とで紙を主体とするブランクを定厚に押えながら、パンチ外周面とダイス内周面とでブランクを定厚に圧縮して絞り加工して、ブランクを有底で胴壁が垂直な容器に成形する１次成形工程、該１次成形工程で得られた胴壁が垂直な容器を、オス、メスのテーパー型を用いてプレスすることにより、胴壁をテーパー状に拡張するテーパー加工工程、前記オス、メスのテーパー型で保持したまま、カール成型面によりカール加工を行うカール加工工程からなる２次成形工程からなることを特徴とするものである。
【００１３】
そして、上記課題を解決する本発明の成形容器製造装置は、胴壁が垂直な紙を主体とする容器を絞り成形する絞り成形容器の製造装置であって、相対的に上下駆動される絞り加工面が軸方向に互いに垂直面となっているパンチとダイス、該ダイス上面に対向配置されるフランジホルダー、及びプランジャーに固定された底部成形型とから構成され、前記ダイス上面に対向配置される前記フランジホルダーとダイス上面とは、成形加工するブランクの厚さ対応して絞り成形加工中一定高さのクリアランスを有するようにスペーサで調整するようにしてなることを特徴とするものである。
【００１４】
そして、本発明に係るテーパー状胴部を有する成形容器の製造装置は、紙を主体とする一枚のブランクから絞り加工により成形容器を製造する装置であって、相対的に上下駆動される絞り加工面が軸方向に互いに垂直面となっているパンチとダイス、該ダイス上面に成形加工するブランクの厚さに対応して成形加工中一定高さのクリアランスを有するように対向配置されるフランジホルダー、及びプランジャーに固定された底部成形型とから構成されてなる胴壁が垂直な容器を絞り成形する第１次成形装置と、内周面が末広がり状にテーパー面となっている雌型ブロック、該雌型ブロックのテーパー面とほぼ同角度のテーパー面を有する雄型ブロック、前記雌型ブロックに嵌合可能に配置されたノックアウトテーブル、開口端縁をカール加工するカール成形型面を有するカール成形型からなり、前記雌型ブロックと前記ノックアウトテーブルが下部フレーム側に設けられ、前記雄型ブロックと前記カール成形型が上部の昇降ヘッドに設けられて構成され、１次成形された胴壁が垂直な容器の胴壁をテーパー状に広げ、開口端縁をカール加工する第２次成形装置の組合せからなることを特徴とするものである。前記雌型ブロック上端縁には、テーパー面に続いて、昇降ヘッドに固定されている前記カール成形型の下端に形成されている上側カール成形面と協同して容器開口端をカールするための下側カール成形面が一体に形成されているのが望ましい。
【００１５】
また、本発明の紙を主体とする絞り成形容器は、請求項１〜３の何れか１項に記載の成形容器の製造方法で製造され、有底で垂直な胴壁からなることを特徴とするもの、又は請求項９に記載の有底で胴壁が垂直な絞り成形容器をオス、メスのテーパー型を用いてプレスすることにより得られた胴壁がテーパー状であることを特徴とするものである。上記製造方法で得られた本発明の絞り成形紙容器は、紙を主体とする絞り成形容器であって、胴壁に発生しているしわの殆どが、胴壁の内面又は外面から胴壁内方に向かう微小な線状窪みとなっていることを特徴とする。前記しわは、胴部の板厚方向に所定深さを有する線状（切れ目状）を呈し、該線状しわが胴部断面で胴部内面と胴部外面とで概ね交互に表れることにより、殆ど目立つことがなく、逆にしわが微細な模様となって独特の風合いを呈する容器を得ることができる。
【００１６】
また、上記製造方法で得られた本発明の絞り成形容器は、胴部の紙繊維密度が底部から上部に向けて次第に高くなっていることを特徴とするものであり、絞り率が２０％以上絞り成形されている。本発明に係る絞り成形容器は、紙を主体とする最大延び率７．５％以内の素材から成形されているものである。また、紙を主体とする素材とは、素材全体厚さに占める紙層厚さ又は紙繊維の占める割合が多い場合ばかりでなく、素材全体厚さに占める割合が５０％以下であっても、紙層が他の樹脂層等と比べて主層を構成している場合をいう。以上のような本発明の成形容器は、胴壁がほぼ垂直なカップ状容器ばかりでなく、胴部がテーパー状をし、且つその開口端部がカール加工されている容器にも適用できる。さらに、断面が円形に限らず楕円形状、四角状等の多角形、あるいは深絞りに限らず、トレー状等の浅い絞り紙容器にも適用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態では図４に示す胴壁１１が垂直となっていて、底部周縁にスタック用の環状突起１２を有する円筒状の１次成形容器１０を絞りしごき加工により深絞り成形する場合について説明する。図１は、絞りしごき加工方法を示す概略図であり、図２はその要部拡大図である。
【００１８】
絞りしごき加工は、パンチとダイス間のクリアランスをブランクの厚みよりも小さく設定してブランクをパンチ外周面とダイス外周面とで素材を強圧縮しながら、絞り成形する加工であるが、例えば円筒容器の場合、パンチとダイスが相対的に接近することによって円板状のブランクの中心部にまずパンチ底面が当たり、ついでパンチ外周縁肩部とダイス内周肩部とでブランクの挾み付けが開始され、その状態でパンチが降下することによって、パンチ外周縁肩部とダイス内周肩部の挾み付けが順次進行し、次第に円筒形に絞られていく。その場合、ブランク表面は、円形平面からその外周部が最終胴部径まで次第に縮径変形するが、金属のように展性がないため、金属の深絞り加工の場合のような縮みフランジにおける伸び−縮み変形がなく、縮径による周方向長さの縮小分は、他方向への伸びに変換されることがないので不規則なしわとなって発生する。フランジ部で発生したしわは、紙の特質上から胴部のしごき加工で圧縮あるい加熱されても是正されることなく、そのまま胴部に残ることになる。
【００１９】
しかしながら、本発明者は、このようなしわの発生に影響を及ぼす要因について種々研究した結果、しわの発生に影響を及ぼす要因として、▲１▼ブランク厚に対するしわ押えとダイス上面とのクリアランス、▲２▼ブランク厚に対するパンチ外周面とダイス内周面とのクリアランス、▲３▼ブランクとしわ押え・パンチ外周面及びダイス内周面との摩擦、▲４▼パンチとダイスの角度、及び▲５▼ブランキングがあり、これらの要因を適切に管理することによって、通常の紙容器のブランクであっても、しわの発生を細かく分散させ目立たないように成形でき、且つ深絞り成形ができることがわかった。
【００２０】
本実施形態の絞り成形紙容器の製造方法は、これらの要因に着目してなされたものであり、通常の紙容器のブランクであっても、しわの発生を細かく分散させ目立たないように成形できるようにしたものである。
本実施形態の絞り成形容器製造装置における絞りしごき加工装置は、主な構成として、図１に示すように、適宜の駆動装置により上下駆動されるパンチ２、ダイス３、ダイス上面に対向配置されるフランジホルダー４、及びプランジャー５に固定された底部成形型６とから構成されているが、本実施形態ではフランジホルダーが成形加工中、ブランクの厚さに対して所定の間隔、すなわちフランジ部クリアランスを維持するように、ダイス３とフランジホルダー４との間のブランク１０に邪魔にならない位置にスペーサ７を設けている。該スペーサ７はダイス３上面又はフランジホルダー４の下面の何れかに着脱可能に取付けてよく、特にその位置が限定されるものではない。
【００２１】
その要部を図２に拡大して示すように、ダイス上面とフランジホルダー下面とのクリアランス(以下、フランジ部クリアランスという)ＦＣは、ブランク１０の板厚の８０〜１１０％、望ましくは９０〜１１０％程度となるようにスペーサ７によって設定される。また、パンチ外周面とダイス内周面との隙間（以下、胴部クリアランスという）ＢＣは、ブランクの板厚の６０〜１１０％、望ましくは８０〜９０％となるように設定されている。フランジ部クリアランスＦＣ及び胴部クリアランスＢＣは、絞りしごき加工におけるしわの発生に影響を及ぼし、とりわけフランジ部クリアランスＦＣは、しわの発生に最も大きな影響を及ぼす。紙容器にける従来の絞りしごき加工の場合、例えば、特許文献３では、しごき率、すなわちブランク厚さに対するパンチ外周面とダイス内周面との胴部クリアランスのみに着目しているが、しわの発生はフランジ部で生じるので、ブランク厚に対するフランジ部クリアランスの影響が最も大きく、それが適切でないとしわの不規則な発生は避けられない。
【００２２】
従来、金属板の絞り成形では一般にしわ押えによってフランジを所定の力（しわ押え力）によって、フランジに伸びと縮み変形を促進させることによりしわの発生を押えている。しわ押えの機能は、しわ押え力によりフランジ押圧することによりしわの発生を押えると共にしわ押え力によりブランクとの摩擦力を発生さて成形に必要な張力を付与することにあり、そのしわ押え力を適性にコントロールすることが重要な技術的事項となっていて、例えば、しわ押え力を行程の進行に従って可変制御あるいはファージ制御することが提案されている。
【００２３】
しかながら、本発明者の実験によれば、紙ブランクの場合は、紙に展性がないためしわ押え力でブランクを所定圧力で押圧するよりも、むしろブランクを強く押圧しない程度の所定間隔（ブランク厚の８０〜１３０％、望ましく９０〜１１０％程度）に保ち、且つ後述するようにパンチ外周面とダイス内周面をブランクの厚さに対してブランクを所定厚さに圧縮する程度に一定間隔に保って、絞りしごき成形することによって、しわの発生が表裏面に微細化され、殆ど目立なくするようにできることが分かった。本発明者は、そのよう加工方法を「定厚フランジしごき絞り法」と定義した。
【００２４】
胴部クリアランスＢＣを、ブランクの厚さより狭い間隔に保つことによって、パンチ外周面とダイス内周面とに進入してくるブランクを所定圧力で圧縮して保持し、その状態でパンチが下降して順次しごきながら絞り成形が進むので、ブランクの繊維密度は高くなるがブランクには張力を掛けずに絞り成形ができる。従って、パンチ底部からブランクへの押圧力は殆ど作用しないので、底抜けや胴部が張力によって破断することなく成形できる。そのため、本発明で成形した成形容器は、胴部の紙繊維密度が底部から上部に向けて次第に高くなっている。
【００２５】
本発明者の実験によれば、ブランクが紙原紙のみか、片側ラミネート紙，又は両側ラミネート紙であるか、あるいはラミネート樹脂の種類により必ずしも一様でないが、フランジ部クリアランスＦＣをブランク厚さの８０〜１３０％で、胴部クリアランスＢＣをブランク厚さの６０〜１１０％の範囲にして、絞りしごき加工すると良好に成形できた。胴部クリアランスＢＣが、ブランク厚さの１１０％以上であるとラミネート有無にかかわらず原紙が破断し、絞り成形することができなかった。また、６０％以下では、パンチの噛合い抵抗が大きく絞り成形することができなかった。胴部クリアランスは、特に、紙厚の約８０〜９０％の範囲の場合が成形性が最も良好であった。
【００２６】
フランジ部クリアランスと絞り性の関係は、フランジ部クリアランスＦＣが広がるとフランジ部のしわ及び胴部の黒ずみが増加し、外観が悪くなる傾向が見られた。特に、紙厚の１３０％以上になると、しわ及び黒ずみが目立つ傾向にあり、外観上紙厚の８０〜１３０％、特に９０〜１１０％の範囲が良好であった。外観の黒ずみは、フランジの縮径による紙厚が圧縮力を受け、密度が高くなるが、クリアランスが大きいと縮径による圧縮力が不均一に作用したため、部分的に高密度部が発生し、高密度部が黒ずみとなって表れたものと考えられる。
【００２７】
また、本実施形態では、パンチ２の外周面をサンドブラスト処理して粗面加工をしてブランク内面との摩擦力を高めている。絞り成形中に、パンチ外周面とブランクとの間に滑りが発生すると、ブランクに張力が負荷され、ブランクが破裂する恐れがあるので、ダイス内周面とパンチ外周面で滑りが発生しないように強圧縮してしごき成形している。したがって、滑りを発生させないためには、しごき率を高めればよいが、しごき率をあまり高めると逆にブランクとダイス内周面との摩擦も強まり、しごき加工性を阻害することになる。本実施形態では、その問題を解決するために、パンチ２の外周面をサンドブラスト処理してある。それにより、ブランクとパンチの摩擦が大きくなり、ブランクとパンチ間で滑りが生じることなく、良好にしごき加工ができる。なお、ブランクとダイス内周面との間は摩擦がなく良好に滑るのが望ましいので、滑面加工してある。
【００２８】
以上は、装置面からの本発明の特徴であるが、本発明はブランクの形状にも特徴を有している。通常、絞り成形容器におけるブランクの形状は、容器の形状に合わせて打ちぬき形成される。例えば、円筒状容器の場合のブランク形状は円形であるが、本実施形態では図３に示すように、ブランク９を楕円形状にし、該ブランクから図４に示す胴壁が垂直な円筒状容器１１を絞り成形により得ている。ブランク１０は、原紙の抄紙方向を長軸とし、抄紙方向と直角方向を短軸とする楕円形状となる異形形状に形成されている。なお、上記実施形態は、円筒容器用のブランクの場合であるが、断面楕円状容器の場合は逆にブランクを円形に近い形状、矩形状容器の場合はブランクの縦横比を成形後の容器縦横と違う縦横比とする等、しごき成形加工中のブランク原紙の繊維方向の相違による変形度合いの変化が調整されるように、ブランク原紙の抄紙方向の寸法が抄紙方向と直角方向の寸法より所定割合長くなるような異形形状に形成する。
【００２９】
ブランクを異形形状に形成したのは次の理由による。
絞り成形、特に絞りしごき成形の場合、縮径変形によりフランジ部にしわが発生するため、最後の開口端部は、周方向のみならず軸方向にも波打ち、開口端が不揃いとなる傾向にある。そのため、従来金属缶の絞りしごき成形容器の場合、成形後にトリミングを行い開口端を切り揃えている。しかしながら、本発明者は紙ブランクの場合、開口端の不揃いが、紙の抄紙方向によって相違することを見出し、抄紙方向に対応してブランク形状を予め調節することによって、成形後の容器開口端の不揃いが殆どなくなり、トリミング加工を省くことができることが分かった。即ち、紙の場合、繊維が抄紙方向に配列される傾向にあるため、抄紙方向とそれと直角方向とで延び・引張強度が相違する。その性質を利用して、断面円形容器の場合、ブランクを構成する原紙の抄紙方向を長軸とし、抄紙方向と直角方向を短軸とする楕円形状にした結果、成形後の容器開口端の不揃いが殆どなくなり、トリミング加工を省くことができた。
【００３０】
次に、上記のようにして得られた円筒状の１次成形容器１０から、図５に示すような胴壁１１がテーパ状に傾斜し且つ開口端部にカール部１３を有する２次成形容器１５を成形する方法の実施形態について説明する。
【００３１】
図６〜図８は、本実施形態に係るテーパー・カール付け装置である２次成形装置１９を示している。なお、本発明の２次成形装置は以下の構造に限定されるものではない。
本実施形態の２次成形装置であるテーパー・カール加工装置は、雌型ブロック２０、雄型ブロック２１、ノックアウトテーブル２２、カール成形型２３からなり、雌型ブロック２０とノックアウトテーブルが下部フレーム２４側に設けられ、雄型ブロック２１とカール成形型２３が上方の昇降ヘッド２５に設けられている。雌型ブロック２０は、内周面が上広がり状にテーパー面２６となって、該テーパー面の下端内周縁には１次成形容器１０の環状突起１２を受ける環状受部２７が形成され、該環状受部２７とノックアウトテーブル２２とで、雌型に嵌合される１次成形容器１１を受けて保持するようになっている。また、雌型ブロック２０の上端縁には、昇降ヘッド２５に固定されているカール成形型２３の下端に形成されている上側カール成形面３０と協同して容器開口端をカールするための下側カール成形面２８が、テーパー面２６に続いて一体に形成されている。なお、雌型ブロックの環状受部２７は必ずしも設ける必要はなく、１次成形容器１１を直接ノックアウトテーブル２２で受けるようにしてもよい。
【００３２】
下端に上側カール成形面３０を有するカール成形型２３は、円筒状に形成されその上端が昇降ヘッド２５に取り付け固定され、その内周面に雄型ブロック２１の上部が上下方向に変位可能に嵌合している。該雄型ブロック２１の上面には、昇降ヘッド２５のフランジ部を貫通して設けられたボルト状のガイドピン３２が螺着されて、該ガイドピンを介して上下変位可能に支持され、常時は図６に示すように該ガイドピン３２に設けられたスプリング３３によって下方に付勢されている。該構成により、カール加工中にカール成形型の下方への変位量に対応してクッションするようになっている。雄型ブロック２１は、その下方外周面の下端が１次成形容器１１の開口部に嵌合する外径を有し、該下端から雌型ブロックのテーパー面２６とほぼ同角度のテーパー面３１となって、その上方部が垂直円柱面３２となっている。また、雄型ブロック２１は、その下面中央部にカール加工中一次成形容器の底面をノックアウトテーブルに押圧して固定する押圧パッド３４を有している。該押圧パッド３４は、雄型ブロック２１を貫通するガイドピン３５及びスプリング３６を介して、雄型ブロツクに対してクッション可能に取り付けられている。
【００３３】
本実施形態の２次成形装置は、以上のように構成され、円筒状に一次成形された一次成形容器１１は、図６に示す雌型２０に供給され、その下端外周縁部が雌型２０の環状受部２７に支持されると共にその中央部のパネル面がノックアウトテーブル面に支持される。この状態で昇降ヘッドが下降することによって、まず雄型２１のテーパー面３１下端が仮想線で示すように、一次成形容器１１の開口部に嵌合する。テーパー面３１の下端直径は一次成形容器の開口部の内径より僅かに小さく形成されているので容易に嵌合される。その後、昇降ヘッド２５がさらに下がることによって、雄型のテーパー面３１によって次第に胴部壁１１が拡げられてテーパー加工される。該テーパー加工は、一次成形容器が絞りしごき成形加工により成形されているので、胴部素材が圧縮されて高密度になっていることと微細なしわがあるため、最初からテーパー状に絞り加工する場合と比べて、テーパー加工に対して容易に拡がり、胴部が破断することがなく、且つ美麗にテーパー加工できる。以上のようにして、雄型底面が図７に示すように、一次成形容器１０の底面に当るまで下降することによって、フランジ加工が終了する。
【００３４】
図７に示す状態から昇降ヘッドがさらに下降することによってカール加工が開始される。カール成形型２３が下降して、上側カール成形面３０が容器開口端に突き当たってさらに下降することにより、容器開口端が上側カール成形面３０に沿って外側にＵ字状に曲げられ開口端縁が下側に向く。その状態からカール成形型２３がさらに下降することにより、容器の開口端縁が下側カール成形面２８に突き当り、さらに下降することによって下側カール成形面２８に沿って円弧状に曲げられ、最終的に図８に示すように円形カール状のカール部１３が成形され、２次成形容器１５が完成する。該カール加工行程中、２次成形容器は、底面が押圧パッド３４によって所定の押圧力によってノックアウトテーブル２２に押え付けられ、且つテーパー側壁は雄型ブロックのテーパー面３１がクッションしながら所定の圧力で容器の胴壁１１を雌型内周面に対して挾み付けているので、動くことがなく安定してカール加工ができる。しかも、カール加工は、テーパー加工と同様に、胴部素材が圧縮されて高密度になっていることと微細なしわがあるため、容易に且つ均一に美麗に形成できるという特徴を有する。
【００３５】
【実施例】
まず、本発明の定厚フランジしごき絞り法における、▲１▼ブランク厚さに対するフランジ部クリアランス、及び胴部クリアランスの影響、▲２▼ダイス肩部及びパンチ肩部のアール寸法の影響を調べる試験を行なったので、その結果を示す。
【００３６】
試験例１
ブランク厚さに対するフランジ部クリアランス、及び胴部クリアランスを表１及び表２に示すように変化させて、本発明の定厚フランジしごき絞り法による絞り成形性を評価した。また、胴部クリアランスを一定にしてフランジ部クリアランスを変化させた際のしわ、及び胴部黒ずみを観察した。
実験に供した素材は、▲１▼生原紙（坪量３４０ｇ／ｍ^２、最大伸び率６％）、▲２▼前記生原紙の片側に３０μｍのＰＰフィルムをラミネートしたもの（最大伸び率６％）、▲３▼前記生原紙の片側に３０μｍのＰＥフィルムをラミネートしたもの（最大伸び率６％）を使用した。加工条件は次の通りである。
（加工条件）
胴部クリアランス：表１参照
フランジ部クリアランス：表２参照
ダイス温度：３０℃、５０℃、７０℃
パンチ肩部アール径：１．０ｍｍ
ダイス肩部アール径：１．２５ｍｍ
絞り速度：３５ｍｍ／ｓ
【００３７】
【表１】

【表２】

【００３８】
その結果を表３〜表５に示す。
【表３】

【００３９】
【表４】

【００４０】
【表５】

【００４１】
以上の結果より、生原紙の場合、ダイス温度が３０℃の場合よりも７０℃の場合が成形性がよく、ダイス温度の成形性への影響はあるが、その影響は他の場合に比べて僅かであり、７０℃以上ではその後殆ど成形性には変化がなかった。素材▲２▼の場合は、ダイス温度５０℃〜７０℃の場合が成形性が良く、素材▲３▼の場合は、ダイス温度７０℃以上の場合が成形性が良かった。これは、素材に含まれる樹脂層の融点の相違によるものであり、融点が高い樹脂層を含む程高温での成形性がよくなるが、本発明の方法では従来の絞り成形におけるダイス加熱温度に比べてかなり低い温度で成形が可能であった。一方、胴部クリアランスの影響は、何れの場合もブランク厚以下の場合が成形性で加工が可能で、ブランク厚の約８０〜９８％での成形性が良好で、１１０％を超えるとラミネートの有無に関わらずブランクが破断し、絞ることはできなかった。また、フランジ部クリアランスは、胴部クリアランス以上での加工が可能であった。特に、ブランク以上のフランジ部クリアランスとなると、胴部の加工範囲が広がる傾向にあった。しかし、フランジ部クリアランスが１３０％以上になるとしわ、黒ずみが目立つ傾向にあり、ブランク厚の１００〜１１０％が最も良好であった。ブランクの材質との関係では、生原紙のまま、外側片側ラミネート紙の場合が成形性がよく、内側ラミネート紙の場合は、成形範囲が狭い傾向がみられた。これは、パンチとラミネートフイルム間で滑りが発生してしまい、ブランクを確実に挟みこむことができず、破れてしまうものと考えられる。
【００４２】
実施例１
上記試験例に基づき次のような条件で、筒状容器を製造した。
〔ブランク〕
素材：低密度ポリエチレン（１５μｍ）／カップ原紙（３４０ｇ／ｍ²）／低密度ポリエチレン（１５μｍ）
素材厚さ：０．４６６〜０．４８５ｍｍ
素材の最大伸び率：６％
ブランク形状：楕円形状（長軸（抄紙方向）：１５５．５ｍｍ，短軸（抄紙方向と直角方向）：１４９．５ｍｍ）
〔加工条件〕
フランジ部クリアランス：０．４５ｍｍ（９２．８％）
胴部クリアランス：０．４０ｍｍ（８２．３５％）
ダイス温度：１００ ℃
Ｒ形状：パンチ肩部１．０ｍｍ、ダイス肩部１．２５ｍｍ
〔成形目標容器形状〕胴壁が垂直な円筒状カップ：胴部直径８０ｍｍ、胴部高さ４０ｍｍ絞り率５０％
【００４３】
上記条件に基づき、本発明の定厚フランジしごき絞り法によって、カップを成形した。その結果、胴部や底部に破断が生じることなく目標とする寸法・形状の容器を成形することができた。成形後の容器を観察すると、容器開口部の周方向及び高さ方向の波打ちや傾斜がなく、トリミングをしなくても商品として実用化が可能なものが得られた。また、得られた容器の内外周面に大きなしわは観察されず、内外面に微小なしわが多く発生していることが観察された。その状況を電子顕微鏡で観察した結果を図９に示す。図１０（ａ）は、容器の底面から３５ｍｍの位置から採集した断面試料の反射電子像であり、（ａ）が倍率３５倍、（ｂ）がその要部を倍率１００倍に拡大したものである。これらの図において、上側が容器内面側、下側が容器外面側である。
【００４４】
この写真から明らかなように、胴部内外面から外側に向けて突出して折り重なってひだとなるようなしわは全く観察されず、胴部内外面から内側に向かって進む微小しわが観察されるのみである。しかも、前記しわは胴部の内周面と外周面に交互に現れている。したがって、外側から観察すると微小な線状の縦しわとしか観察されないので、外観を損なうことがなく、美観が要求される現在の容器として十分適用できる成形カップを得る事ができた。このように、本発明の方法によれば、従来の絞り成形では得ることができなかった開口直径に対する胴部高さの比（又は絞り率）が５０％以上で、図１０に示すような従来の絞り成形容器の場合のような胴部の内外面から外方に突出して折り重なるような形状のしわのない絞り成形容器を得ることができた。また、本実施例で得られた絞り成形容器は、胴部の繊維密度が底部から胴部の高さ方向にそって増大し、胴壁密度が傾斜している。それは、絞りしごき成形の結果、絞りしごき加工が進むにつれて繊維が圧縮される結果によるものである。そして、その繊維密度の増大によってしわの吸収分散効果がもたらされるものと推測される。
【００４５】
実施例２
実施例１で得られた胴壁が垂直な円筒状カップを、図６に示す２次成形装置により、次の条件でテーパー加工及びカール加工して、コップ状容器を製造した。
〔加工条件〕
テーパー角度：６°
開口端カール径：３ｍｍ
【００４６】
その結果、テーパー加工時やカール加工時の破断や不規則なしわの発生等のトラブルがなく、所望する形状にテーパー加工及びカール加工された絞り成形紙容器を得ることができ、本発明の方法及び装置が深絞り成形紙容器を得るのに有用であることが確認された。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、紙を主体とする絞り成形容器において、深絞りしても目立つような大きなしわを発生させることなく、従来と比べて特段にしわが目立ず、美麗に絞り成形でき、従来樹脂成分を多くした素材でしか実用化ができないとされていた深絞り紙容器を、紙を主体とする深絞り容器の実用化を可能とする。そして、請求項１及び２の発明によれば、定厚フランジしごき絞り法によって、生原紙のまま、あるいは薄い樹脂をラミネートした原紙でも、良好に深絞りができ、紙容器の製造工程を飛躍的に単純化でき、生産コスト低減することができる。特に、本発明によれば、絞りしごき加工により発生したしわが塞がれて微細な線状となり、より美麗な絞り成形紙容器を得ることができる。そして、液体内容物にも適用できる密封性を高めることができる絞り成形紙容器を得ることができる。
【００４８】
また、請求項３の発明によれば、さらに絞りしごき加工後の容器口端の上下方向の波打ち等の不均一変形を防ぐ事ができ、トリミング工程を省くことができるので、製造工程をより単純化することができる。請求項４によれば、パンチの外周面とブランクの滑りを確実に防止でき、良好にしごき加工ができる。
【００４９】
そして、請求項５に記載の本発明の絞り成形紙容器の製造方法によれば、１枚のブランクを絞りしごき成形してから、テーパー加工及びカール加工するので、素材が圧縮されて細かいしわが発生している状態でテーパー加工されることになり、素材の密度が基の状態に戻される傾向を受け、テーパー加工のときに胴部が拡がり易く、直接テーパー状に絞り加工する場合と比べてテーパー加工及びカール加工が容易にでき、且つ美麗にできる。
【００５０】
また、本発明の絞り成形紙容器の製造装置によれば、単純な構造で１枚の紙ブランクから、胴壁が垂直な絞りしごき成形容器を製造することができる。さらに、胴壁が垂直な絞りしごき成形容器を製造する一次成形加工と、且つその後にテーパー及びカール加工の２次成形加工とを組合せて製造でき、しわが目立ず、美麗に絞り成形できる絞り成形容器を確実に得ることができる。また、本発明で得られる絞り成形容器は、外側から観察すると微小な線状の縦しわ（窪み）としか観察されないので、外観を損なうことがなく、美観が要求される近年の容器として十分適用でき、従来の絞り成形では得ることができなかった開口直径に対する胴部高さの比が５０％以上の絞り成形容器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る胴部が垂直な絞り容器を絞りしごき成形する絞り成形紙容器の製造装置を示す概略図である。
【図２】その要部断面拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係るブランクの平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る絞り成形紙容器の断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るテーパー加工・カール加工した絞り成形紙容器の加工前と加工後の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るテーパー加工及びカール加工を行う２次成形加工装置の断面概略図である。
【図７】そのテーパー加工を終了した状態での断面概略図である。
【図８】そのカール加工を終了した状態での断面概略図である。
【図９】実施例の容器のしわの発生状況を示す容器の底面から３５ｍｍの位置から採集した容器胴部断面の反射電子像であり、（ａ）が倍率３５倍、（ｂ）がその要部を倍率１００倍に拡大したものである。
【図１０】従来の絞り容器の発生状況を示す容器胴部断面の倍率３５倍の反射電子像である。
【符号の説明】
２パンチ３ダイス
４フランジフォルダー５プランジャー
６底部成形型７スペーサー
９ブランク１０一次成形容器
１１胴壁１２環状突起
１３カール部１５二次成形容器
２０雌型ブロツク２１雄型ブロック
２２ノックアウトテーブル２３カール成形型
２４下部フレーム２５昇降ヘッド
２６テーパー面２７環状受部
２８下側カール成形面３０上側カール成形面
３１テーパー面

Claims

紙を主体とする一枚のブランクから絞り加工により成形容器を製造する方法であって、フランジ押えとダイス上面とでブランクを定厚に押えながら、パンチ外周面とダイス内周面とでブランクを定厚に圧縮して絞り加工して、ブランクを有底で胴壁が垂直な容器に成形することを特徴とする成形容器の製造方法。
フランジ押えとダイス上面とのクリアランスをブランク厚さの８０〜１３０％とし、且つパンチの外周面とダイス内周面とのクリアランスをブランク厚さの６０〜１１０％の範囲に調整し、フランジ押えとダイス上面とで１枚のブランクを定厚に押えながら、パンチ外周面とダイス内周面とでブランクを定厚に圧縮して絞り加工する請求項１に記載の成形容器の製造方法。
前記ブランクは、ブランク原紙の抄紙方向の寸法が抄紙方向と直角方向の寸法より所定割合長くなるような異形形状に形成することにより、絞り成形後の容器開口端部の軸方向長さの不均一変形を抑制したことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形容器の製造方法。
前記パンチの外周面が粗面加工され、絞りしごき加工中でのパンチとブランクとの摩擦力を高め、フランクとパンチの滑りを防止するようにしてなる請求項１、２又は３に記載の成形容器の製造方法。
フランジ押えとダイス上面とで紙を主体とするブランクを定厚に押えながら、パンチ外周面とダイス内周面とでブランクを定厚に圧縮して絞り加工して、ブランクを有底で胴壁が垂直な容器に成形する１次成形工程、該１次成形工程で得られた胴壁が垂直な容器を、オス、メスのテーパー型を用いてプレスすることにより、胴壁をテーパー状に拡張するテーパー加工工程、前記オス、メスのテーパー型で保持したまま、カール成型面によりカール加工を行うカール加工工程からなる２次成形工程からなることを特徴とする絞り成形容器の製造方法。
胴壁が垂直な紙を主体とする容器を絞り成形する絞り成形容器の製造装置であって、相対的に上下駆動される絞り加工面が軸方向に互いに垂直面となっているパンチとダイス、該ダイス上面に対向配置されるフランジホルダー、及びプランジャーに固定された底部成形型とから構成され、前記ダイス上面に対向配置される前記フランジホルダーとダイス上面とは、成形加工するブランクの厚さ対応して絞り成形加工中一定高さのクリアランスを有するようにスペーサで調整するようにしてなることを特徴とする絞り成形容器の製造装置。
紙を主体とする一枚のブランクから絞り加工により成形容器を製造する装置であって、相対的に上下駆動される絞り加工面が軸方向に互いに垂直面となっているパンチとダイス、該ダイス上面に成形加工するブランクの厚さに対応して成形加工中一定高さのクリアランスを有するように対向配置されるフランジホルダー、及びプランジャーに固定された底部成形型とから構成されてなる胴壁が垂直な容器を絞り成形する第１次成形装置と、内周面が末広がり状にテーパー面となっている雌型ブロック、該雌型ブロックのテーパー面とほぼ同角度のテーパー面を有する雄型ブロック、前記雌型ブロックに嵌合可能に配置されたノックアウトテーブル、開口端縁をカール加工するカール成形型面を有するカール成形型からなり、前記雌型ブロックと前記ノックアウトテーブルが下部フレーム側に設けられ、前記雄型ブロックと前記カール成形型が上部の昇降ヘッドに設けられて構成され、１次成形された胴壁が垂直な容器の胴壁をテーパー状に広げ、開口端縁をカール加工する第２次成形装置の組合せからなることを特徴とする絞り成形容器の製造装置。
前記雌型ブロック上端縁には、テーパー面に続いて、昇降ヘッドに固定されている前記カール成形型の下端に形成されている上側カール成形面と協同して容器開口端をカールするための下側カール成形面が一体に形成されている請求項７に記載の絞り成形容器の製造装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載の成形容器の製造方法で製造され、有底で垂直な胴壁からなることを特徴とする紙を主体とする絞り成形容器。
請求項９に記載の有底で胴壁が垂直な絞り成形容器をオス、メスのテーパー型を用いてプレスすることにより得られた胴壁がテーパー状であることを特徴とする紙を主体とする絞り成形容器。
前記紙を主体とする絞り成形容器において、胴壁に発生しているしわの殆どが、胴壁の内面又は外面から胴壁内方に向かう微小な線状窪みとなっていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の紙を主体とする絞り成形容器。
前記しわが、胴部の板厚方向に所定深さを有する線状を呈し、該線状しわが胴部断面で胴部内面と胴部外面とで概ね交互に表れている請求項１１に記載の紙を主体とする絞り成形容器。
前記紙を主体とする絞り成形容器において、胴部の紙繊維密度が底部から上部に向けて次第に高くなっていることを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項記載の紙を主体とする絞り成形容器。
前記胴壁の開口端部がカール加工されている請求項１０に記載の紙を主体とする絞り成形容器。