JP5113113B2 - 断熱容器の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は一般には容器、特に、ホットドリンク等の断熱容器の製造方法及び装置に関する。

コーヒー、ティー、スープ等の熱い飲料に用いられる、断熱機能をもつ容器の従来技術として、ＵＳ２２６６８２８Ａ、ＵＳ４００７６７０Ａ、ＵＳ５１４５１０７Ａ、ＵＳ５４６０３２３Ａ、ＵＳ５５２４８１７Ａ、ＵＳ５６８５４８０Ａ、ＵＳ６６６３９２６Ａ等に多くの具体例を見出すことができる。これ等の容器は何れも、空隙で分離される内側のカップと外側のシェルを備えている。この種の最新の容器では、内側をポリエチレン樹脂等で被覆した薄いボール紙でカップが作られている。カップとシェル同士の固着は、上部と下部の有利な位置での相互接着、最近の例では熱間接着によって行われる。カップ本体壁とシェル間の空隙は、種々の形状のスペーサにより維持することができる。

米国特許第２２６６８２８号明細書 米国特許第４００７６７０号明細書 米国特許第５１４５１０７号明細書 米国特許第５４６０３２３号明細書 米国特許第５５２４８１７号明細書 米国特許第５６８５４８０号明細書 米国特許第６６６３９２６号明細書 特開２０００−１０３４７９号公報

本発明の目的は、融着を簡単に行える改良方法によりカップとシェル間の融着をより良くできるようにした、断熱容器の製造方法及び装置を提供することにある。

上記目的及び他の目的は、請求項１に記載の特徴をもつ断熱容器の製造方法と、請求項６に記載の特徴をもつ断熱容器の製造装置によって達成される。

熱融着性プラスティックコーティングは、前記シェルの内側と前記カップ本体の外側の少なくとも一方に付設され、コーティングを加熱し、カップをシェル内に着座させた後、プラスティックコーティングにより前記シェルを前記カップ本体に融着するための融着点及び／又は融着部の少なくとも一つが対応接触路内に専ら局部的に形成される。この「接触路」とは一般に、カップをシェル内に着座させたときカップ本体の外面とシェルの内面とが接触状態となり得る仮想的接触路である。だが、シェルとカップ本体の両壁が夫々の全周に亘って実際に接触している必要は無く、接触路は、接触路内に対応する融着点及び／又は融着部が有る場合、周に沿って部分的に延びるものでも良い。これ等融着点及び／又は融着部は、シェルとカップを、両者が前記接触路内に局部的に形成されるかかる融着点及び／又は融着部で一体となるように、加圧する方法により局部的に形成される。

カップがシェルに挿入される前に熱融着性プラスティックコーティングの溶融がなされるので、両者は夫々の融着点及び／又は融着部にて、硬化後このコーティングにより融着されることになる。

接触路が環状路であって、これがカップ本体とシェルを完全に一周するものでも良く、各周囲方向に対して直角を意味する垂直方向に或る程度拡がりを有するものでも良いことは勿論である。

融着点又は融着部を一つのみ用いることも、アセンブリ、パッケージング、ネスティング等のための容器の取り扱い中に内側のカップ喪失を防ぐのに用いるのに限るなら、これで足りる。ホットドリンク等を容器に満たした後、内部のカップは主としてドリンクの重量を受けてシェル内に残るため、融着点や融着部は接着力をさほど要しない。

だが、カップ本体とシェルをより強固に固定するため、多数の融着点及び／又は融着部を接触路の非融着部により全て互いに離して設けることもできる。更に、融着点及び／又は融着部を接触路内で水平及び／又は垂直方向に並べて、且つ互いに分離して配置することもできる。これは、個別の融着点又は融着部を水平又は垂直方向に配置させたり、そのような融着点又は融着部の群を形成し、これ等を例えば垂直方向に配置し、かかる群を水平又は周囲方向に並べて配置したりすることを意味する。

融着点及び／又は融着部を、これ等が周囲方向に不均一に分布するように配置することもできる。容器の組み立て及びその製造方法の改善のためは、融着点や融着部は均一に分布させるのが有利であろう。

各断熱容器はその下部においてカップ壁とシェル壁の間に空隙があり、一般にはこの空隙は熱伝達連結部を有さずに維持されるべきである。従って、カップ本体の環状上部壁部とシェルの上部、略円筒部との間に接触路を成形するのが有利であろう。容器のこの部分では、接触路が容器内に満たされた飲料の高さより高く位置するので、上記の空隙は不要であるからである。

前記融着点及び／又は融着部を、上部肩部が形成されているカップ本体の前記環状上部壁部の下縁部に直近接して配置することもできる。この上部肩部の下で、前記空隙が始まる。

シェルやカップに対して種々の材料が可能であり、これ等の少なくとも一方が相応のプラスティック材料から成るようにしても良い。リサイクルの理由で、カップ及び／又はシェルがボール紙（ｐａｐｅｒ ｂｏａｒｄ）から成るようにすることができる。少なくともカップの十分な流体密度を得るため、カップを形成するボール紙を前記のポリエチレン樹脂等で被覆する。勿論、ボール紙に熱融着性プラスティックコーティングを被覆しても良い。この場合、カップ壁の外側又はシェル壁の内側又は両壁に被覆する。

融着点、融着部は種々の形状を取ることができる。例えば、融着点は円形、矩形又は他の断面を有しても良い。融着部は短いストライプであって、これ等が水平方向に配置されるか、円周方向に対して傾斜したものでも良い。

上記プラスティックコーティングの溶融のためには、それを局部的に加熱するだけ十分だが、環状ストリップとしてプラスティックコーティング全体を加熱することもできる。

熱融着性プラスティックコーティングが再度硬化するまでカップ壁とシェル壁を一体化加圧する十分な力を得るため、半径方向に移動自在な又は突出するプレス部材少なくとも一つを備える環状の第１の部材をカップ本体の内側に位置付け、上記プレス部材が外部の第２の部材に逆らって圧力を作用し、これ等両部材により本体とシェルの両壁が一体に加圧され、一つ又は複数の融着点及び／又は融着部を形成する。上記プレス部材が上記外部の第２部材の一部であっても、両部材によって提供されるものであっても良い。

かかるプレス部材が容器の両壁の一方に直接接触するのではなく、例えば環状の可撓性リングを内側から変形するようにし、このリングがその外側に変形部を有して、本体壁とシェル壁を他の部材との協力で一体化加圧するようにすることもできる。

外側のシェルと内側のカップを接着して熱い液体等用の断熱容器を形成する本発明装置においては、第１の部材が内側のカップ内に配置され、第２の部材が上記第１の部材と同心状に、且つ外部のシェルの外側に配置され、半径方向に突出する又は移動自在なプレス部材が備わり、このプレス部材は対向するシェルとカップの両壁を一体に加圧して、シェルとカップの周に沿って融着点及び／又は融着部を形成する。

上記第１の部材は、カップ本体に挿入される環状リング又はディスクでよい。この環状リング又はディスクはプレス部材を、プレス部材が半径方向に移動自在に支持するようにしてよい。

移動自在なプレス部材の簡単な一実施具体例は、前記第１及び／又は第２の部材に移動自在に支持されるようにしたプランジャである。

均一に分布する融着点又は融着部を得るため、半径方向に移動可能なプレス部材対応数を、第１又は第２の部材の周囲に沿って均一に分布させる。

カップ本体の挿入前にシェルを配置するため、スカート部と上部フランジを少なくとも備える受け部材を装置が備え、これ等をシェルの保持に用いるようにすると有利である。

かかる受け部材を第２の、即ち外部部材としても用いるため、受け部材の上部フランジから略垂直方向に延びるカウンタプレス延長部を設けことができる。その場合、夫々移動可能なプレス部材を第１の部材の一部とすると、第２の部材も、別の部材も要しない。

受け部材を、カップ本体を所定位置に保持するために用い、そのため、カウンタプレス延長部をカップ本体の外向きの着座部として用いこともできる。

本発明によれば、融着を簡単に行える改良方法によりカップとシェル間の融着をより良くできるようにした、断熱容器の製造方法及び装置を提供することができる。

内側のカップと外側のシェルを有し、本発明の第１の態様を具現する断熱容器の側面図である。 図１の容器の下部平面図である。 図１の容器の側面図であって、容器の要素を縦断面で示す。 図１の容器のシェルの上部の拡大縦断面図であって、第１の容器組み立て工程を示す。 シェルへのカップの挿入を示す、図４と類似の図である。 容器の更なる組み立て工程におけるシェルとカップの点溶接を示す、図４と類似の図である。 容器と、点溶接のための対応工具及び装置の上部平面図である。 本発明による点溶接のための、図７の工具を被せた容器の斜視図である。 本発明の第２の態様を具現する断熱容器の、図３と類似の図である。 第１の組み立て工程を示す、第２の容器態様の、図４と類似の図である。 更なる組み立て工程における第２の容器態様の、図５と類似の図である。 更なる組み立て工程における第２の容器態様の、図６と類似の図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明を容器の構成、その製造方法及び装置に付き、より具体的に説明する。

さて、図面、特に図１〜３を参照して、本発明の第１態様の特徴を具現するホットドリンク容器が一般に符号１０で示されている。この容器は、入れ子式に嵌合し、本発明に従って互いに点融着された内側のカップ１２と外側のシェル１４を含んで成る。

図３によれば、内側カップ１２は、従来方式にてボール紙で別個に形成されるカップ本体２２とカップ底部２４を含む。製造に入る前、このボール紙は片側にポリエチレン等の熱融着性のプラスティック材料が被覆される。その結果、製造後、カップ１２はその内面の全体又は一部にポリエチレンの内部コーティング１５を有する。

カップ本体２２の円錐台状の壁２９にはその内側に向かって環状の肩部３１が、カップ底部２４近傍に形成されている。肩部３１は、カップの積み重ね時に、次のカップを係止する働きをする。

カップ底部２４は図示のように、本体２２に着座している。カップ壁２９の下縁部のセグメント２６は内側及び上方に折り曲げられ、カップ底部２４の、環状で下方に延びるスカート部２８を捕捉している。

カップ本体２２にはまた上部に、その円錐台状側壁２９の外側に向かって、本体の上縁部を構成する外向きカール３４から下方に５ｍｍ以上離れた位置に、環状の肩部３２が形成されている。肩部３２とカール３４の間には、外面３８が環状の上部壁部３７（図５も参照）が配置され、この面の下部３９は肩縁４１において、前記のようにシェル１４の環状内面が接着される融着点１又は融着部２となる。

外側のシェル１４はカップ壁２９と同様に、円錐台形状である。シェル１４は、熱融着性プラスティック材料の内部コーティング４２を有するボール紙から形成される。この内部コーティングは、シェル１４の対応する接触路３（図７も参照）全体に亘るものでも、それに沿う融着部又は融着点に限るものでも良い。シェル１４にはその下部縁に内向きカール４４（図３参照）が形成され、この内向きカールはカップ１２の下端の上方の、カップ底部２４の高さに略対応する位置で、カップ本体の外面に係合している。

図５も参照して、シェル１４の環状上縁９又は５１はカップ本体２２のカール部３４に直近接しており、それに下から当接するようにしても良い。シェル１４はそこから下方に延びて、狭い環状面に至り、そこで、肩部３２の下縁部４１の若干上方で、上部壁部３７及び環状外面３８に少なくとも部分的に係合する。

シェル１４の内側の熱融着性プラスティックコーティング４２は、カップ１２とシェル１４の組み立て前に、局部的に融解される。組み立て後、シェル１４は、一つ又は複数の融着点１又は融着部２で、例えば図６に示すスポット溶接部５３として熱的に接着し、そこでカップ本体肩部３２に、又はその下縁４１、即ちカール部３４から約５ｍｍ離れた位置に近接する環状外面３８に接着される。スポット溶接部５３は等間隔で離間する、ここでは三つを用いるとしているが、一つと少なくても良く、三つ以上でも良く、複数個用いる場合には、等間隔に離間しなくても良い。

また、多数のかかる融着点又は融着部を、垂直方向上下に（図３参照）、或いは水平方向６又は円周方向８に並べて（図２参照）、配置することもできる。

図４〜８を参照して、容器１０は本発明に従って、以下の工程で製造される。
○ ポリエチレン等の熱融着性プラスティック材料で内側が選択的に被覆されたボール紙を円錐台形状のマンドレルに巻き、成形してシェル１４を作製する。
○ 次いで、シェルをマンドレルから取り外し、対応する形状の受け器又は受け部材２０の内部に着座させる（図４参照）。この受け部材２０は、シェル壁１６の外面に当接する円錐台状のスカート部２１を備える（図５参照）。受け部材２０はスカート部２１の上端に、半径方向外側に延びる上部フランジ２３を有する。

次の工程では、環状の加熱素子をシェル１４の内側に押し付けて位置付け、ポリエチレンコーティングのストリップをその融点まで加熱する（図６参照）。

次いで、前もって組み立てられたカップ１２を吸引によりシェル内に引き入れ、上部肩部３２の環状の周囲をシェルに対して、対応接触路３に沿って溶融ストリップに着座させる（図７も参照）。

次いで、対応する容器１０を製造するための対応装置１１の第１の部材として環状ディスク１７を、カップ本体２２の内側に位置付け、上部肩部３２の上方で、カップ本体の内面にぴったりと係合させる（例えば、図６〜８参照）。

次いで、三つの半径方向に延びるプランジャをプレス部材１９として組み込んだ対応装置１１の第２の部材として環状リング１８を、溶融ストリップの高さで、シェル１４の周りに位置付け、これ等プランジャを延ばしてシェルとカップ壁を一体に押圧し（例えば、図６参照）、両者を、例えば三つのスポット溶接部５３、即ち融着点１又は融着部２にて互いに融着する。このようなスポット溶接部を以下、「点溶接部」と云う（図７及び８参照）。

次いで、ディスクとリングを取り外し、組み立てられた容器を受け部材２０から排出する。

図６によれば、上部壁部３７にシェル壁１６の上端部全体が接触する必要が無く、外向きカール３４下の両者の間に小間隙が設けられても良い。例えば上部環状肩部３２に近接して配置される接触路３（図７参照）に沿ってのみ、対応融着点又は融着部が第１部材１７と第２の部材１８の一体化プレスにより生成されるようにする（図６及び７参照）。

図８及び更に図７において、プランジャ１９を備えるリング状第２部材が示されており、受け部材２０の上部フランジ２３の上面と外向きカール３４の下端の間に配置されている（再度、図６参照）。

図７はまた、プレス部材１９として夫々対応するプランジャが容器１０の周りの円周方向８に沿って均等に分布し、三つの融着点又は融着部が形成されるのを示している。各プレス部材は変位方向２４に移動可能である。

次に図１０〜１２を参照して、本発明の第２の実施態様の特徴を具現する容器を一般参照符号１０で表し、その組み立ての種々の段階において示す。容器１０は構成において、一特徴を除き、記述の容器と同じである。この容器のカップ１２は記述のカップと同じだが、シェル１４はその上端に短い円頭部５０が形成されている。シェル１４のこの円筒部５０は上部壁部３７の外面３８に当接している（前図も参照）。カップ１２とシェル１４は、一つ又は複数の点５３で、カップ１０内のものに対応する融着点１又は融着部２として、即ちその下縁４１に直近接する肩部３２の周りで、互いにスポット接着される。円筒部５０は肩部３２の上でカップ１２に当接するが、この円筒部は点融着部５３のリングの上でカップ本体に融着されないこと、そして、対応する点融着部又は点溶接部５３が対応する接触路３の非融着部により互いに離れていることが理解されるべきである。

また、第２の実施態様の受け部材２０も第１の実施態様のものとは、第２部材１８が、受け部材２０の上部フランジ２３の上面から垂直に延びるカウンタプレス延長部２５で形成される一体形成のものである点で異なる。この延長部２５の上端２７は、下からカール３４に当接している。

カップ１０は本発明によれば、下記の工程で製造される。
○ ポリエチレン等の熱接着性プラスティック材料で内側が選択的に被覆されたボール紙を、上部円筒部のある円錐台形状のマンドレルに巻き、成形してシェルを作製する。
○ 次いで、シェル１４をマンドレルから取り外し、対応する形状受け部材２０の内部に着座させる（図１０参照）。
○ 環状の加熱素子をシェル１４の内側に位置付け、ポリエチレンコーティングのストリップをその融点まで加熱する。
○ 次いで、前もって組み立てられたカップ１２を吸引によりシェル１４内に引き入れ、肩部３２の環状の周囲をシェルに対して、溶融ストリップに着座させる（図１１参照）。
○ 次いで、例えば三つの半径方向に延びるプランジャをプレス部材１９として組み込んだ第１部材１７としての環状リング（図１２参照）を、カップ本体２２内溶融ストリップの高さに位置付け、これ等プランジャを延ばして、外部の受け部材２０、特に対応するカウンタプレス延長部２５に対しシェルとカップ壁を一体に押圧し、両者を、例えば三つのスポット又は点溶接部５３にて互いに融着する。
○ 次いで、リング１７を取り外し、容器を受け部材２０から排出する。

以上記載の各容器実施態様は、シェル１４の内側にある熱融着性プラスティックコーティングが、融着点１又は融着部２となる複数の点溶接部５３で熱と圧力によりカップ１２の外面に融着されると云う特徴がある。夫々の点溶接部はその相互間及び周りに拡がる。これ等の点溶接部、カップ本体の上部壁部３７又はシェル１４の上部円筒部の底部縁に隣接する環状路（接触路３）内にある。何れの容器実施態様も、本発明を逸脱すること無く、上部壁部３７でカップ本体の外側に熱融着性プラスティック融着材料を局部的に塗布して設けることにより作製できる。その場合、融着材料の加熱は、カップをシェル内に挿入する前に、カップの外側からなされることは勿論である。

１ 融着点
２ 融着部
３ 接触路
６ 水平方向
７ 垂直方向
８ 円周方向
９ シェル１４の上縁
１０ 容器
１１ 容器製造装置
１２ 内側のカップ
１３ カップ壁
１４ 外側のシェル
１６ シェル壁
１７ 第１の部材
１８ 第２の部材
１９ プレス部材
２０ 受け部材
２２ カップ本体
２３ 上部フランジ
２４ カップ底部
２５ カウンタプレス延長部
２７ その上端
２８ スカート部
３２ 上部肩部
３１ 環状肩部
３４ 外向きカール
３７ 環状上部壁部
４１ 環状上部壁部３７の下縁
４２ 熱融着性プラスティックコーティング
４４ 内向きカール
５０ 上部略円筒状部

Claims (10)

1. ホットドリンク等用の断熱容器を製造する方法であって、
   （ａ）略円錐台状のシェル（１４）を形成する工程と、
   （ｂ）上記シェル（１４）の内側及び／又は略円錐台状のカップ（１２）の外側に付設された熱融着性のプラスティックコーティング（４２）をその融点まで加熱して溶融する工程と、
   （ｃ）上記カップ（１２）を、カップ壁（１３）の外側が接触路（３）に沿って溶融プラスティックに着座するまで、上記シェル（１４）に挿入する工程と、
   （ｄ）シェル壁及びカップ壁（１６、１３）を、上記接触路（３）内に位置する複数の融着点（１）及び／又は融着部（２）において一体になるように加圧する工程と、を有し、
   （ｅ） 前記加圧する工程において、半径方向に移動自在な又は突出する複数のプレス部材（１９）を備える環状又は第１の部材（１７）を上記カップ（１２）の内側に位置付け、上記プレス部材（１９）が外部又は第２の部材（１８）に逆らって圧力を作用し、これら両部材により前記カップ（１４）と前記シェル（１４）の両壁（１３、１６）における上部側が一体に加圧されるようにして、
   （ｆ）上記複数の融着点（１）及び／又は融着部（２）を、上記接触路（３）に沿うとともに上記接触路（３）内で、非融着部を間に挟んで互いに離れて前記複数のプレス部材（１９）に対応する位置に配置されるように局部的に形成する方法。
2. 前記プラスティックコーティング（４２）が環状のストリップであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ストリップ（４２）の部分が加熱され、この加熱された部分が前記融着点（１）及び／又は融着部（２）を形成するか、又は少なくともその一部を構成するようにして成ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 外側のシェル（１４）を内側のカップ（１２）に接着してホットドリンク等用の断熱容器（１０）を形成する装置（１１）であって、
   （ａ）内側のカップ（１２）内に配置される第１の部材（１７）と、
   （ｂ）上記第１の部材（１７）と同心状に、且つ外部のシェル（１４）の外側に配置される第２の部材（１８）と、
   （ｃ）半径方向に突出する又は移動自在な複数のプレス部材（１９）であって、対向する上記シェルと上記カップの両壁（１６、１３）を一体に加圧して、これら両壁（１６、１３）が互いに接触する接触路（３）に沿うとともに該接触路（３）内で、複数の融着点（１）及び／又は融着部（２）を、非融着部を間に挟んで互いに離れるように前記複数のプレス部材（１９）に対応する位置に配置して局部的に形成するためのプレス部材（１９）を備えて成る装置。
5. 前記第１の部材（１７）が環状リング又はディスクであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記半径方向に移動自在なプレス部材（１９）が、前記第１及び／又は第２の部材（１７，１８）により移動自在に支持されたプランジャであることを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記半径方向に移動自在なプレス部材（１９）多数が、前記第１又は第２の部材（１７、１８）の周に沿って均一に配置されて成ることを特徴とする請求項４〜６の何れか一つに記載の装置。
8. 前記シェル（１４）を保持するために用いられるスカート部（２８）と上部フランジ（２３）を少なくとも備える受け部材（２０）を、更に装置が含んで成ることを特徴とする請求項４〜７の何れか一つに記載の装置。
9. 前記第２の部材（１８）として、カウンタプレス延長部（２５）が前記上部フランジ（２３）から略垂直方向に延びるようにして成ることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記カウンタプレス延長部（２５）の上端（２７）が、カップ本体（２２）の外向きカール（３４）の着座部として用いられるようにして成ることを特徴とする請求項９記載の装置。

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