JP6386681B1 - フィルター成型品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、レーザーによる切断と溶着の両立を達成し、製造効率が高いフィルター成形品の製造方法を提供する。また、製造効率が高いフィルター成形品の製造方法を活かし、従来に無い新たな楽しみ方が付随したフィルター成型品を提供する。【解決手段】フィルター成型品の製造方法であって、２枚以上のフィルターを重ね、前記２枚以上のフィルターに熱を加えて溶着する熱溶着工程と、レーザーを用いて、前記熱溶着工程後のフィルターの切断及び溶着を同時に行う成型工程を備える、フィルター成型品の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー加工技術を用いたフィルター成型品の製造方法に関するものである。

茶、コーヒー、出汁等の原料を抽出用フィルター内に封入し、湯に浸出するだけで簡易的に抽出液を得ることができる、いわゆるティーバッグは、成形の簡便性及び抽出効率の観点から、大半が矩形状、又は三角錐状である。

一方で、特許文献１には、特異な形状のフィルター成型品として、ハート型、星型、フルーツを模した形状、動物を模した形状のティーバッグが開示されている。
特許文献１には、このような特異な形状のフィルター成型品を製造する方法として、基盤と金型にフィルターをはさみこみ、超音波を発する融着切断具を用いて所定の形状に切断及び溶着を行う方法が開示されている。

しかし、特許文献１に記載の方法は、未だに自動化されておらず、手動で行う必要があり、製造効率が悪いという問題がある。
また、特許文献１に記載の融着切断具のような接触式のものは、フィルターの重なりのずれやほつれが発生し、また、思い通りの正確な形状に切断と溶着を同時に行うことは困難であるという問題がある。
さらに金型は高価なものであり、それぞれの形状毎に金型を用意すると、多大なコストがかかってしまう。

また、超音波溶着は、従来のティーバッグ等のフィルター成型品のように、直線的で簡素な形状であれば、フィルターを切断と同時に溶着することができるが、ハート型の曲線や、星形の先端部のような複雑な形状に対しては、十分な溶着や切断が行えず、中身の流失の原因となることが知られている。また、綺麗で正確な溶着が行えないことから、形状不良の原因となる。

特許文献２には、特異な形状のフィルター成型品での製造方法として、予め所定の外形形状にフィルターを裁断し、当該フィルターを２枚重ね合わせて、茶葉が流出しない程度の所定ピッチで縫い合わせる方法が記載されている。

しかし、特許文献２に記載の方法のように、フィルターを糸で縫い合わせるのみであると、糸が経時的に緩んでしまうため、個人的に製造・使用するには問題がないものの、大量生産には向かない。
さらに、予め所定の外形形状にフィルターを裁断すると、手間やコストが余分にかかってしまうという問題があった。

実用新案登録第３１１６５０３号公報 特開２０１３−１３３１０８号公報

ところで、特異的な形状のフィルター成型品を製造する際に、フィルターの安定性を確保するためには、フィルターを重ねて厚みを出せばよいことは自明である。

しかし、従来の方法を用いてフィルターに厚みを持たせ、安定化を図ろうとすると、製造効率及び成型品の見栄えに問題があった。

本発明者らは、従来よりも製造効率が高く、かつフィルターを特異的な形状であっても容易に製造可能なフィルター成型品の製造方法を確立すべく、レーザー加工技術に着目した。

本発明者らは、レーザー加工技術を用いれば、フィルターの切断と溶着を同時に行うことができ、加工速度も速いため、製造効率が向上すると考え、鋭意研究を重ねた。

しかし、予想に反して、レーザー加工技術を用いるのみでは、フィルターの切断と溶着を両立することは困難であった。
フィルターを綺麗に切断するためには、レーザーの焦点を絞る必要があるが、焦点を絞るとフィルターが上手く溶着せず、すき間が空いてしまうことがわかった。
一方で焦点を広くすれば、すき間なく溶着をすることができるが、綺麗に切断できず、歪な形状となってしまうことがわかった。

このような新たな課題に鑑み、本発明は、レーザーによる切断と溶着の両立を達成し、製造効率が高いフィルター成形品の製造方法を提供することを課題とする。
また、製造効率が高いフィルター成形品の製造方法を活かし、従来に無い新たな楽しみ方が付随したフィルター成型品を提供することをさらなる課題とする。

上記課題を解決する本発明のフィルター成型品の製造方法は、
２枚以上のフィルターを重ね、前記２枚以上のフィルターに熱を加えて溶着する熱溶着工程と、
レーザーを用いて、前記熱溶着工程後のフィルターの切断及び溶着を同時に行う成形工程を備える、フィルター成型品の製造方法である。
本発明によれば、まず、２枚以上のフィルターに熱を加えることで、手で簡単にはがせる程度にフィルター同士が溶着する。
そして、その状態のフィルターにレーザーを用いることで、切断及び溶着が同時に行うことができ、所定の形状のフィルター成型品を容易に製造することができる。

本発明の好ましい形態では、前記熱溶着工程後、成型工程前に、縫合及び／又は超音波により、所定の外形に画定するように仮止めする仮止め工程を備える。
熱溶着工程を行うのみでも、切断及び溶着の両立が可能であるが、フィルター成型品をより綺麗な仕上がりにする場合には、上述の仮止め工程を備えることが好ましい。

本発明の好ましい形態では、前記熱溶着工程後、フィルターの一部を剥がし、原料を投入する原料投入工程を備える。
フィルター成型品をティーバッグとして用いる場合には、熱溶着工程前に原料を挟み込んでいると、熱溶着工程、成形工程中に振動で原料がずれてしまい、製品毎に原料の質量が変動してしまうという問題が生じる。
本発明の好ましい形態を採用することで、上述した問題を解決することができる。

前記フィルターは、お湯又は水等の液体を用いて、封入されている原料の成分を抽出可能なフィルターであればよく、好ましくは、紙、不織布、ナイロン紗、ポリエステル紗、植物由来の生分解性繊維から選択される少なくとも１種以上である。

また、上記課題を解決する本発明は、上記製造方法により製造されるフィルター成型品を構成部品とする、組立式フィルター成型品である。
このような形態のフィルター成型品は、使用前に、消費者が自力で組み立てる工程を楽しむことができる。また、組立て後のフィルター成型品を、鑑賞して楽しむことができる。

本発明の好ましい形態では、前記組立式フィルター成型品は、ランナー部と、ゲート部と、パーツ部とを備える、プラモデル様組立式フィルター成型品である。
このような形態のフィルター成型品は、使用前に、消費者が自力で組み立てる工程を楽しむことができる。また、組立て後のフィルター成型品を、鑑賞して楽しむことができる。

また、本発明の好ましい形態では、前記組立式フィルター成型品は、所定の立体形状の展開図形状となっている、組立式フィルター成型品である。
このような形態のフィルター成型品は、使用前に、消費者が自力で組み立てる工程を楽しむことができる。また、児童の教材として使用することもできる。

また、本発明の好ましい形態では、前記組立式フィルター成型品は、外形がパズルのピース状である、組立式フィルター成型品である。
このような形態のフィルター成型品は、使用前に、消費者がパズルを完成させる工程を楽しむことができる。また、児童が教養を身に着けるのに役立つことができる。

本発明の製造方法によれば、フィルター成型品を効率よく製造することができる。
本発明のフィルター成型品は、新たな楽しみ方が付随されている。

フックタグの使用状態の参考図である。 ２枚のフィルターを重ね、熱溶着工程を経ずに、レーザーを用いて切断及び溶着を行って製造したハート型のフィルター成型品（比較例１）の図面代用写真である。 ２枚のフィルターを重ね、熱溶着工程を経ずに、レーザーを用いて切断及び溶着を行って製造したハート型のフィルター成型品（比較例１）の図面代用写真である。 ２枚のフィルターを重ね、熱溶着工程を経ずに、レーザーを用いて切断及び溶着を行って製造したハート型のフィルター成型品（比較例１）の図面代用写真である。 ２枚のフィルターを重ね、熱溶着工程を経て、レーザーを用いて切断及び溶着を行って製造したハート型のフィルター成型品（実施例１）の図面代用写真である。 ２枚のフィルターを重ね、熱溶着工程を経て、レーザーを用いて切断及び溶着を行って製造したハート型のフィルター成型品（実施例１）の図面代用写真である。 ２枚のフィルターを重ね、熱溶着工程を経て、レーザーを用いて切断及び溶着を行って製造したハート型のフィルター成型品（実施例１）の図面代用写真である。 本実施形態に係るプラモデル様組立式フィルター成型品の図面代用写真である。 本実施形に係るプラモデル様組立式フィルター成型品を組み立てた完成品の図面代用写真である。 本実施形態に係る、立方体を形成可能な展開図様組立式フィルター成型品を示す模式図である。 本実施形態に係る、八面体を形成可能な展開図様組立式フィルター成型品を示す模式図である。 本実施形態に係る、差し込み部を備えた、立方体を形成可能な展開図様組立式フィルター成型品を示す模式図である。 本実施形態に係る、パズル様組立式フィルター成型品を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態にフィルター成形品、及びフィルター成型品の製造方法に関して詳細に説明するが、本発明はこれに限られない。

（１）フィルター成型品
本明細書中において、フィルター成型品とは、フィルターを加工、成形したものの総称を意味する。
フィルター成型品としては、例えば、ティーバッグ等の抽出用フィルター、又はコップの縁に掛けるタイプのタグ部分（フックタグ）を挙げることができる（図１参照）。

フックタグは、従来、抽出用フィルター部分とは別に、厚紙を用いて製造されてきたが、本発明のフィルター成型品の製造方法によれば、抽出用フィルター部分と、タグ部分とを同一の素材、同一のラインにて製造することができ、製造工程の簡略化及びコストの削減が可能となる。

本発明のフィルター成型品に用いるフィルターの素材は、特に限定されないが、紙、不織布、ナイロン紗、ポリエステル紗及び植物由来の生分解性繊維から選択される１種以上であることが好ましい。

本発明の実施の形態によっては、複数の素材のフィルターを用いたフィルター成型品であっても良い。

（２）フィルター成型品の製造方法
本発明のフィルター成型品の製造方法は、２枚以上のフィルターを重ね、前記２枚以上のフィルターに熱を加えて溶着する熱溶着工程を備える。

熱を加える方法は特に限定されず、超音波溶着、熱風式溶着、熱板式溶着、インパルス式溶着及びコテ式溶着等を用いることができる。

上記熱を加える方法及び加える熱の温度は、フィルターの種類により異なるが、当業者であれば、適宜変更、調整を行うことが可能である。
例えば、フィルターが不織布であれば、１４０〜２４０℃の熱を加えることで、溶着が可能である。
好ましくは、１６０〜２００℃の熱を加えて溶着する。このような温度範囲の熱を加えることで、より綺麗に溶着することが可能となる。

重ねるフィルターの枚数は、特に限定されず、必要な強度に応じて適宜変更することが可能である。
フィルター成型品が、抽出用フィルターである場合には、抽出効率の観点から、重ねるフィルターの枚数は、好ましくは１０枚以下、より好ましくは８枚以下、さらに好ましくは６枚以下である。

熱溶着工程は、フィルターの面全体に対して実施してもよく、後述するレーザーの切断を行う予定箇所にのみ実施してもよい。

フィルターが不織布である場合には、目が粗い面（表面）と目が細かい面（裏面）が存在し、フィルターの表面同士を合わせて熱を加えると、人の手で容易にはがせない程度に溶着し、フィルターの表面と別のフィルターの裏面を合わせて熱を加えると、人の手で容易にはがせる程度に溶着する。

製造するフィルター成型品が上述したフックタグである場合には、フィルターの表面同士を合わせて熱を加えて溶着するのが好ましい。
このような形態とすることで、フィルター同士が容易にはがれることがなく、安定性の高いフックタグを製造することができる。

フィルター成型品がティーバッグ等の抽出用フィルターである場合には、フィルターの表面と別のフィルターの裏面同士を合わせて熱を加えて溶着するのが好ましい。
このような形態とすることで、後述する原料の封入が容易な抽出用フィルターを製造することができる。

本発明のフィルター成型品の製造方法は、レーザーを用いて、上述した熱溶着工程後のフィルターの切断及び溶着を行う成型工程を備える。
前記熱溶着工程後にレーザーを用いることで、フィルターの切断及び溶着を同時に行うことができ、結果として製造効率が格段に向上する。また、切断後の仕上がりが綺麗となり、複雑な形状のフィルター成型品であっても、容易に製造することができる。

本発明のフィルター成型品の製造方法に用いるレーザーとしては、一般的に加工・溶着に使われる固体レーザー及び気体レーザーを用いることができ、ＣＯ_２レーザーを用いることが好ましい。

レーザーの出力の上限及び下限は、フィルターの種類により異なるが、当業者であれば、適宜調整が可能である。
例えば、フィルターが不織布である場合には、レーザーの出力の下限は、好ましくは１０Ｗ以上、より好ましくは１５Ｗ以上、特に好ましくは２０Ｗ以上である。また、レーザーの出力の上限は、好ましくは１５０Ｗ以下、より好ましくは１４０Ｗ以下、さらに好ましくは１３０Ｗ以下である。

本発明の実施形態の一つでは、前記熱溶着工程後、成型工程前に、縫合及び／又は超音波により、所定の外形に画定するようにフィルターを仮止めする仮止め工程を備える。

この仮止め工程により仮止めされた位置の内外２ｍｍをレーザーにより切断及び溶着することで、さらに複雑な形状のフィルター成型品を製造することが容易となる。また、フィルター同士のズレが抑制されるため、切断面が綺麗となり、見栄えが良くなる。

縫合は、手縫い又はミシンにより行うことができる。製造効率の観点から、縫合を行う場合には、所定の形状に縫合するようにプログラミングが可能なミシンを用いることが好ましい。

超音波溶着は、一般にフィルターの溶着に使用される装置を用いることでき、例えば、シーラー型のもの、ペン型のもの、プログラミング可能な超音波ペン及び超音波ミシン等が挙げられる。

本発明の実施形態の一つでは、前記熱溶着工程後に、溶着したフィルターの一部を剥がすことで投入口を形成し、その投入口から原料を投入する原料投入工程を備える。

熱溶着工程後のフィルターは、わずかな力でフィルター同士を剥がすことが可能であるため、このような構成とすることで、製造中に原料が振動等によりずれることで、製品毎に原料の質量が異なるという問題を防ぐことができる。

ここで、本明細書中において原料とは、フィルター内に入れることで効果を発揮するもののことであり、例えば、茶葉、コーヒー、漢方、及びみそ汁、スポーツ飲料、スープ等のインスタント類等の、溶解又は抽出するための原料や、アロマ及びポプリ等の雑貨に含まれる成分、浴槽に入れることで温泉効能的用途を有する石、鉱石、又は脱臭剤及び防臭剤等に用いられる成分等が挙げられる。
本発明のフィルター成型品の製造方法は、上記原料投入工程は必須の工程ではなく、例えば、使用者が好みの原料を投入できるように、中身が空の状態のフィルター成型品を製造することも可能である。

フィルターを３枚以上重ね、抽出用途のフィルター成型品を製造する場合、原料は最も外側のフィルターとその次のフィルターに封入することが好ましい。
このような形態とすることで、フィルターを複数枚重ねることによる抽出効率の低下を抑制することができる。

図２〜４に、フィルターを２枚重ね、上記熱溶着工程を経ずに、レーザーを用いて切断及び溶着を行って製造したハート型のフィルター成型品（比較例１）を示す。
図５〜７に、フィルターを２枚重ね、上記熱溶着工程を経て、レーザーを用いて切断及び溶着を行って製造したハート型のフィルター成型品（実施例１）を示す。

図３に示す通り、比較例１は、ハート上側のくぼみ部が溶着されなかった。
また、図４に示す通り、比較例１は、ハートの右側面部が溶着されなかった。

一方で、図６及び図７に示す通り、実施例１は、フィルター同士が上手く溶着され、穴が空いている部分が無かった。

これらの結果から、本発明のフィルター成型品の製造方法によれば、レーザーによる切断と溶着の両立を達成することができ、結果として高い製造効率でフィルター成型品を製造できることがわかった。

上述した製造方法により製造されるフィルター成型品を構成部品とする、組立式フィルター成型品も、本発明である。
以下、本発明の組立式フィルター成型品の一例について詳細に述べる。

（３）組立式フィルター成型品
本発明のフィルター成型品の実施形態の一つは、鶴１４を製造可能な、不織布からなるプラモデル様組立式フィルター成型品１０である（図８及び９参照）。

本実施形態に係るプラモデル様組立式フィルター成型品１０は、ランナー部１１と、ゲート部１２と、パーツ部１３を備える。

ランナー部１１とは、プラモデル様組立式フィルター成型品１０の枠部分である。
ゲート部１２とは、プラモデル様組み立て式フィルター成型品１０の、ランナー部１１とパーツ部１３、又はパーツ部１３同士を繋ぐ部分である。
パーツ部１３とは、鶴１４を構築するための部品である。

本実施形態に係るプラモデル様組立式フィルター成型品１０は、胴体部１３ａに、使用者が自ら好みの茶葉を入れる、抽出用フィルターである。

本実施形態に係るプラモデル様組立式フィルター成型品１０は、パーツ部１３をゲート部１２から切り離し、各パーツ部１３を所定の形状に折り込むことで、鶴１４を完成させることができる。

本発明のプラモデル様組立式フィルター成型品１０は、本実施形態に限定されず、鶴の形状以外に、他の動物、乗り物、植物、建物及び衣服等を模した様々な形状となるような、パーツ部を備える構成とすることができる。

本発明のプラモデル様組立式フィルター成型品１０は、本実施形態のように使用者が好みの原料を封入できるように中身が空の形態であってもよく、パーツ部の１つ又は２つ以上に原料が封入されている形態であっても良い。

本発明のプラモデル様組立式フィルター成型品１０は、パーツ部が折り込みを前提とする構成である必要はなく、例えば、フィルターを重ねる枚数を増やし、厚みを出して、パーツを差し込むことで組立が可能な形態であってもよい。

また、本発明のプラモデル様組立式フィルター成型品１０は、各パーツ部１３同士を熱溶着することで、所定の形状を完成させる形態であってもよい。

本発明のフィルター成型品の実施形態の一つは、外形が、所定の立体形状の展開図形状である、展開図様組立式フィルター成型品２０である（図１０、図１１参照）。

図１０には、組み立てることで立方体２１を形成することができる展開図様組立式フィルター成型品２０ａ及び２０ｂの模式図が記載されている。

図１１には、組み立てることで八面体２２を形成することができるよう展開図様組立式フィルター成型品２０ｃ及び２０ｄの模式図が記載されている。

本発明の展開図様組立式フィルター成型品２０は、これらに限定されず、例えば、角柱、角錐、円柱、円錐、多面体等を形成する展開図の形状とすることができる。
また、立方体、八面体の展開図の形状についても、図１０、図１１に記載の形状に限定されず、様々な形状とすることができる。

展開図様組立式フィルター成型品２０は、組立を容易にするために、差し込み部２３を備えていても良い（図１２参照）。
また、展開図様組立式フィルター成型品２０は、所定の箇所に差し込み口を備え、前記差し込み部２３を挿入するような形態であってもよい（図示せず）。

本発明の展開図様組み立て式フィルター成型品２０は、使用者が、立体形状を組み立てることで生じる内部空間に好みの原料を封入する形態であっても、展開図様組立式フィルター成型品２０における複数枚重なったフィルターの間に原料が封入されている形態であってもよい。
フィルターの間に原料が封入されている形態について、例えば、立方体の展開図様組立式フィルター成型品においては、立方体の各面に相当する箇所の何れか１か所以上に原料が封入されている形態が例示できる。

本発明のフィルター成型品の実施形態の一つは、パズルのピース状の形態を有する、パズル様組立式フィルター成型品３０である（図１３）。

パズル様組立式フィルター成型品３０は、それぞれを組み合わせることでパズル３１とすることができる。

パズル様組立式フィルター成型品３０の形状は、図１３に示すように、パズルの様にはめ込むことが可能な形状であれば、特に限定されない。
また、パズル様組立式フィルター成型品３０を組み立てることで、完成するパズル３１の形状も、特に限定されない。
例えば、パズル３１の形状として、動物、乗り物、植物、建物及び衣服等を模した形状が例示できる。

また、パズル様組立式フィルター成型品３０は、使用者が好みの原料を封入できるように中身が空となっている形態のものであっても、原料が封入されている形態であってもよい。

原料が封入されている形態にあっては、例えば、色つきの原料をパズル様組立式フィルター成型品３０に封入し、完成したパズル３１に所定の絵が現れる形態とすることも可能である。

前記パズル様組立式フィルター成型品３０は、ピース状のものを一つずつ製造してもよいが、フィルターを組立後のパズル３１の外形となるようにレーザーを用いて切断及び溶着した後に、ピース状に分かれるように切断及び溶着することで製造することが好ましい。
この方法を用いることで、簡便にパズル様組立式フィルター成型品を製造することができる。

本発明の組立式フィルター成型品は、上述したプラモデル様組立式フィルター成型品、展開図様組立式フィルター成型品、及びパズル様組立式フィルター成型品の１種又は２種以上を組み合わせたものであってもよい。

本発明は、バリエーションに富んだ様々なフィルター成型品の製造に応用することができる。

１０ プラモデル様組立式フィルター成型品
１１ ランナー部
１２ ゲート部
１３ パーツ部
１３ａ 胴体部
１３ｂ 羽部
１３ｃ 顔部・尾部
１４ 鶴
２０ 展開図様組立式フィルター成型品
２０ａ 立方体を形成する展開図様組立式フィルター成型品
２０ｂ 立方体を形成する展開図様組立式フィルター成型品
２０ｃ 八面体を形成する展開図様組立式フィルター成型品
２０ｄ 八面体を形成する展開図様組立式フィルター成型品
２１ 立方体
２２ 八面体
２３ 差し込み部
３０ パズル様組立式フィルター成型品
３１ パズル

Claims (8)

1. フィルター成型品の製造方法であって、
   ２枚以上のフィルターを重ね、前記２枚以上のフィルターに熱を加えて溶着する熱溶着工程と、
   レーザーを用いて、前記熱溶着工程後のフィルターの切断及び溶着を同時に行う成型工程を備える、フィルター成型品の製造方法。
2. 前記熱溶着工程後、成型工程前に、縫合及び／又は超音波により、所定の外形に画定するように仮止めする仮止め工程を備える、請求項１に記載のフィルター成型品の製造方法。
3. 前記熱溶着工程後、仮止めされたフィルターの一部を剥がし、原料を投入する原料投入工程を備える、請求項１又は２に記載のフィルター成型品の製造方法。
4. 前記フィルターが、紙、不織布、ナイロン紗、ポリエステル紗及び植物由来の生分解性繊維から選択される少なくとも１種以上であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のフィルター成型品の製造方法。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の製造方法により製造されるフィルター成型品を構成部品とする、組立式フィルター成型品。
6. ランナー部と、ゲート部と、パーツ部とを備えるプラモデル様であることを特徴とする、請求項５に記載の組立式フィルター成型品。
7. 外形が、所定の立体形状の展開図形状であることを特徴とする、請求項５に記載の組立式フィルター成型品。
8. 外形がパズルのピース状であることを特徴とする、請求項５に記載の組立式フィルター成型品。