JP5944410B2 - 浸出小包を熱成形する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、小包の製造に関しており、より詳細には、所定の3次元形状を有するティーバッグなどの浸出小包に関する。
長年の間、ティーバッグなどの浸出小包は、通常、紙から作られた四角形または円形の浸透性のフィルタ材料から作られ、茶葉などの浸出性材料が間に挟まれた2層シートとして、主に市販されてきた。このような小包は、小包内での浸出性材料の流れを実質的に2次元に制限してしまう。その結果、このような小包の浸出能力が制限されてしまう。
したがって、過去数十年間に、より3次元的な形状で浸出性物質がより大きな空間で動ける大量生産用の浸出小包の開発があった。特に成功したものは、国際公開第95/01907号(Unilever)および国際公開第2004/033303号(I.M.A. SPA)として公開された国際特許出願に記載されたものなど、4面体形状の小包であった。
4面体の小包の製造では、4面体の形状は、従来から、フィルタ材料の管部材において互いに垂直に横断するように封止することによって形成されており、この製造用に設計された装置は、他の3次元形状の製造には向いていない。
そのため、様々な3次元形状を製造できる方法を開発することが望まれる。
定義
値の任意の範囲を明確にする場合、具体的な任意の上限値は、具体的な任意の下限値と関連してもよいことに留意されたい。
誤解を避けるために、単語「備える(comprising)」は、「含む(including)」を意味するが、「成る(consisting of)」または「構成される(composed of)」を必ずしも意味するものとは限らないように意図される。換言すれば、列記されるステップまたは選択肢は、包括的である必要はない。
本明細書で理解されるように、本発明の開示は、請求項が多数従属性または冗長性なしに理解され得るという事実とは関係なく、互いに多数従属している請求項で理解されるときすべての実施形態を網羅すると見なされるものである。
国際公開第95/01907号 国際公開第2004/033303号
本発明者らは、知られている熱成形のプロセスは、様々な3次元形状を作ることができる一方で、浸出小包材料で用いるには適していないことを認識した。
第1に、浸出小包は、最も一般的には、熱成形できない紙から作られる。第2に、浸出小包は、熱成形できる材料から作られても、浸出小包の気孔率および材料の薄さのために、熱成形するのに適していないはずである。
知られている熱成形のプロセスは、材料を加熱する第1のステップと、それに続いて材料を熱成形する第2のステップとを含む。浸出小包材料の熱容量が非常に小さいため、加熱しても熱がすぐに失われてしまい、この手法はうまくいかない。
加熱の問題を解決する方法が見つけ出されたとしても、材料の気孔率が、材料を形成するための空気圧の利用を妨げてしまう。知られている熱成形の技術は、通常、材料を形成するのに空気圧を利用している。しかしながら、浸出小包材料の気孔率は、材料を隔てた空気圧の差がすぐになくなってしまうため、この手法を非現実的なものとさせている。
空気圧が用いられず、型が材料に押し付けられる場合には、浸透性（porous）で薄い任意の浸出小包材料の脆弱性のため、限られた数の3次元形状しか形成することができない。
そのため、熱成形は、多種多様な3次元形状を浸出小包材料から作り出す実用的な方法ではないと思われる。
しかしながら、驚いたことに、本発明者らは、これらの障害を克服し、浸出小包材料から3次元形状を作り出すことができる熱成形方法を開発した。
したがって、本発明は、1.0mm未満の平均厚さの、熱可塑性材料の気体及び液体浸透性層を熱成形する方法に関し、この方法は、熱成形に必要とされる温度よりも低い温度の熱可塑性材料の層を、熱可塑性材料の熱成形温度を超える温度の型に接触させるステップと、型を熱可塑性材料の層に接触させて押圧するステップとを含み、型と熱可塑性材料との接触は、熱を型から熱可塑性材料へと伝達させ、熱可塑性材料の温度を熱成形可能な温度へと上昇させ、それによってそのような押圧は、熱可塑性材料を型の形状と一致するように熱成形させる。
したがって、熱可塑性材料の加熱は、熱成形が始まるまで行われない。熱可塑性材料は熱を蓄える容量が非常に小さいため、このことは、熱可塑性材料が加熱された型に接触すると素早く温度上昇することを意味する。したがって、本発明は、熱容量が非常に小さいというデメリットを利用し、その特徴を利用して、そのような材料に非常に効果的な熱成形方法を開発する。
熱可塑性材料の温度は、型からの加熱を起因として、間接的にのみ制御されるため、温度の変動は、熱成形の最中にあることになる。そのため、熱可塑性材料は、広い温度範囲にわたって、好ましくは少なくとも20℃の温度範囲にわたって、より好ましくは少なくとも40℃の温度範囲にわたって塑性変形の挙動を示すことが好ましい。
熱可塑性材料は、様々な材料から作ることができるが、ポリエチレンテレフタラート(PET)またはポリ乳酸(PLA)が好ましい。ポリ乳酸(PLA)は、広い温度範囲にわたって塑性変形を示すため、特に好ましい。
方法が効果的であるために、型は、熱可塑性材料より相当に熱いのが好ましい。したがって、好ましくは、型と、型に接触する前の熱可塑性材料との温度差は、40℃より大きく、好ましくは60℃より大きく、より好ましくは80℃から200℃である。
好ましい実施形態では、熱可塑性材料は、加熱された型と接触する前は、室温となっている。そのため、型と接触する前の熱可塑性材料は、15℃から35℃の温度である。
形成される材料の主な用途は浸出小包であるため、典型的には、材料は非常に薄い。そのため、好ましくは、熱可塑性材料は、0.5mm未満の、より好ましくは0.20mm未満の、最も好ましくは0.01mmから0.10mmの平均厚さである。
熱可塑性材料は、様々な設計から作ることができるが、好ましくは、熱可塑性材料の繊維、より具体的には、織って作られた熱可塑性繊維から作られる。このような繊維は、0.5mm未満の、好ましくは0.25mm未満の、より好ましくは0.10mm未満の、最も好ましくは0.001から0.05mmの直径であってもよい。
熱成形の温度は、熱可塑性材料が熱成形の応力のもとで変形できるに十分である。そのため、型の温度は、好ましくは少なくとも100℃、より好ましくは120℃から210℃であり、その結果出来上がった材料は、元々のシート形状へと収縮して戻ることなく、この高さの温度まで耐えることができる。
形成された材料の主な用途は浸出小包であるため、熱成形された熱可塑性材料は、気体/液体浸透性であるのが好ましい。具体的には、熱成形された熱可塑性材料は、水性液体に対して透過性であるのが好ましい。
本発明による方法は、浸出小包材料として次いで用いることができる3次元形状を作り出すことができる。例えば、4面体、半球形などの形状が可能である。
したがって、この方法は、概して、茶葉などの浸出体を典型的には含む粒子状製品を、熱成形された熱可塑性材料内に配置するステップが後に続く。次いで、このステップには、封止された浸透性の浸出小包を作るために、熱成形された材料を封止するステップが典型的には後に続く。
ここで、本発明は、例を用いて、また、以下の図面を参照して示される。
本発明による方法を実施するのに適した熱成形装置の概略図である。 本発明による方法を実施している間の、図1に示す同じ装置の概略図である。
図面を見ると、図1には、50ミクロンの厚さのポリ乳酸の織物シート10が、所定位置に、上方締め具12および下方締め具14によって締め付けられているのが示される。織物シート10は、20℃となっている。
織物シートの上に配置されるのは、120℃の温度の雄型成形具16である。
使用の際、雄型成形具16は、下方へと移動して、織物シート10に接触するようになる。接触すると、雄型成形具16に接触する織物シート10の部分は、織物シートの熱容量が非常に小さいため、120℃まで素早く温度上昇する。
雄型成形具は、下方へと移動し続け、雄型成形具が図2に示す位置となるまで、織物シートの加熱と熱成形とを同時に行う。
織物シート10が十分に熱成形されると、雄型成形具は後退し、ここでもまた織物シートの熱容量が非常に小さいため、織物シートは素早く冷めて固まる。
10 織物シート
12 上方締め具
14 下方締め具
16 雄型成形具

Claims (21)

1.0mm未満の平均厚さの、熱可塑性材料の気体及び液体浸透性層を熱成形する方法であって、熱成形に必要とされる温度よりも低い温度の熱可塑性材料の前記層を、前記熱可塑性材料の熱成形温度を超える温度の型に接触させるステップと、前記型を熱可塑性材料の前記層に接触させて押圧するステップとを含み、型と熱可塑性材料との前記接触は、熱を前記型から前記熱可塑性材料へと伝達させ、前記熱可塑性材料の温度を熱成形可能な温度へと上昇させ、それによって前記押圧は、前記熱可塑性材料を前記型の形状と一致するように熱成形させ、粒子状製品を前記熱成形された熱可塑性材料内に配置するステップが後に続き、
前記熱可塑性材料は、前記型に接触する前に、15℃から35℃の温度である、方法。
前記熱可塑性材料は、少なくとも20℃の温度範囲にわたって、塑性変形の挙動を示す、請求項1に記載の方法。
前記熱可塑性材料は、少なくとも40℃の温度範囲にわたって塑性変形の挙動を示す、請求項2に記載の方法。
前記熱可塑性材料は、ポリエチレンテレフタラートまたはポリ乳酸を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
前記型と、前記型に接触する前の前記熱可塑性材料との温度差が、40℃より大きい、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
前記型と、前記型に接触する前の前記熱可塑性材料との温度差が、60℃より大きい、請求項5に記載の方法。
前記型と、前記型に接触する前の前記熱可塑性材料との温度差が80℃より大きい、請求項6に記載の方法。
前記熱可塑性材料は、0.5mm未満の平均厚さである、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
前記熱可塑性材料は、0.20mm未満の平均厚さである、請求項8に記載の方法。
前記熱可塑性材料は、0.10mm未満の平均厚さである、請求項9に記載の方法。
前記熱可塑性材料は、熱可塑性材料の繊維から作られる、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
前記繊維は、織って作られた熱可塑性繊維である、請求項11に記載の方法。
前記繊維は、0.5mm未満の直径である、請求項12に記載の方法。
前記繊維は、0.25mm未満の直径である、請求項13に記載の方法。
前記繊維は、0.10mm未満の直径である、請求項14に記載の方法。
前記繊維は、0.05mm未満の直径である、請求項15に記載の方法。
前記型の温度は、少なくとも100℃である、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
前記型の温度は、少なくとも120℃である、請求項17に記載の方法。
前記熱可塑性材料は、4面体形状または半球形状に形成される、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
前記粒子状製品は、茶葉を含む、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
封止された浸透性の浸出小包を作るために、前記熱成形された材料を封止するステップが後に続く、請求項20に記載の方法。
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