JPS59500701A - 硬質板紙容器及び同容器を製造する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 硬質板紙容器及び同容器を製造する 方法及び装置 （技術分野） この発明は一般に、紙製トレイや皿等プレス加工板紙製品を成形するための方法 及び装置の分野、並びに該方法によって成形された製品に関する。

（背景技術） 紙製の皿やトレー等繊維板製の成形容器は通常、・ぐルプのスラリーから得たフ ァイバーを所望形状の容器へ鋳型成形するか、あるいは板紙ブランク（半製品） を成型ダイの間で所望の形状へプレス加工することによって作られる。鋳型成形 したパルプ製容器は、乾燥後かなりの強度と剛性を有するが、一般に表面が粗く 、通常被覆されないため、水、油、その他の液体が浸透し易い。一方プレス加工 板紙製容器は、成形ダイにより所望の形状へ打抜かれる前に、耐液性のコーティ ングで装飾や被覆を施すことができる。毎年膨大な数の紙製皿や同様の製品が、 上記いずれかの方法によシ比較的低単価で生産されている。これらの製品は、四 角形、多角形、円形さらにはマルチ隔室構成等、異った様々の形状を有する。

プレス加工板紙製容器は、パルプを鋳型成形する方法で作った同等の容器と比べ 、強度と剛性が幾分劣るという傾向を持つ。どちらの方法によって作られた皿状 容器もその強度及び曲げ抵抗は、側壁と容器の中央つまり底部分を取り囲む縁領 域の中に存在する。パルプ鋳型成形法で作られた皿状構造では、側壁と皿の折返 し縁が一体状、結合性の構造で、破損したり、裂けない限り優れた曲げ抵抗を有 する。これに対し、板紙ブランクをプレス加工して容器を作るときは、ブランク を所望の３次元形状に成形するため、フラットなブランクを歪め面積を変えなけ ればならない。深プレス製品に成形されるブランクの外周にしばしば切込み線が 入れられ、その切込み線に沿って板紙を折り曲げ可能とし、プレス加工中に生じ る面積の減少を許容する。しかし、切込み線や溝、ひたをブランクに設けると、 成形製品がもともと欠陥ラインを含むことにな９、製品Ｆｉきすを入れられない 場合よシも小さい力でそれを中心として曲り易くなる。紙製の皿等浅−容器は切 込み線や溝の入れられてない板紙ブランクから形成されることもあるが、プレス 加工により容器の縁や側壁のランダムな位置で板紙素材中にしわや折り目が生ず る。そしてこれらの折り目は容器内の固有な脆弱線となり、ここから曲りが発生 する。

フラットなブランクから板紙製容器をプレス加工する一般の方法では、板紙のソ ート又はウェブがブランク−皿の場合は円形−に切断され、次いでこのブランク が最終容器の所望形状に一致したダイ表面を持った上下両ダイの間でプレス加工 される。板紙のウェブストックは通常その一面が耐液材で被覆され、この被覆の 下に装飾デザインをプリントすることもできる。上下ダイの両表面は一般に、成 形すべき板紙ブランクを両者間で圧縮し始めたとき、成形板紙の全表面積にわた ってダイ表面がほぼ一様に離間するように加工される。下側ダイはバネ式装着さ れ、両ダイ間の板紙に加わる最大力を制限し、両ダイ間の間隔が一様であればこ の力は板紙の全面積にわたって分布される。しかし実際のダイ加工では、通常ダ イ表面の上にランダムな高低スポットが形成されるため。

板紙のランダムな局部領域が強くプレスされる一方、残りの領域はそれほどプレ スされない。又、成形及びプレス作業を助長するため、ダイは一般に加熱される 。この方法で作られた板紙プレートは、表面コーティングによって優れた装飾性 と耐液性を持ち、比較的低単価で大量主意するのに適している。しかしながら上 述したように、この種のプレートは所望レベルより低い剛性を持ち、通常の家事 使用時に最適な度合よシも曲り易い。

プレス式板紙容器におけるこうした剛性の間頂は以前よシ知られていたが、これ ら製品の剛性を商業的に実用可能な方法で改善することにはこれまであまり成功 していない。プレス加工した紙製皿の剛性を増加することを意図した方法の一例 は、パー二−ア他の米国特許第３．３０５，４３４号に記載されている。この特 許に開示された方法では、非常に高い水分含有量、１５〜３５重量係の範囲を持 つ板紙が加熱した成形ダイの間でプレスされ、成形ダイはプレス作業時に生じる 水蒸気が逃げられるよう特別に設計されている。板紙のブランクスドックは比較 的柔く、所望の形状へ容易に成形される。柔く、流動的な繊維板の形状歪みは、 両ダイの表面が成形容器の所望厚とほぼ等しいか又はわずかに小はい距離たけ一 様に離間した地点で成形ダイを停止きせることによって防がれる。成形された繊 維板素材はダイから加わる熱と圧力の下で乾燥され、この乾燥につれて素材中の 繊維が内部結合を強め、板紙素材の変形部における強度と剛性の維持を助長する 。しかし、この方法にも次のような限界がある。つまり、プレスさ・れる繊維板 から生じる（ 水蒸気を逃すのに複雑なダイか必要で、水分の高い繊維板のため取扱上問題が生 じ、プレス時に板紙から水蒸気を除去する時間が必要なため製造に要する時間が 長びき、きらにこれら全てに原因して製造コストが上昇する。

（発明の開示） 本発明の板紙製容器は、容器の突出領域が従来の方法でプレス成形された板紙製 容器に見られるような欠陥ラインを実質土倉まない方法で、繊維質の基材原料か ら成形される。本発明に従って形成された製品の一例は、底壁と、底壁から上向 きに延びた側壁と、側壁から延びだリムとを有する容器である。成形容器の底壁 はブランクと実質上等しい厚さと密度を持つ一方、リムは全般的にブランクよシ やや高密度とするのが好ましく、特に初期の成形時に折り目が形成されるリム領 域は実質上高密度とする。板紙のうち成形時に折り曲げられる部分は容器の残部 と実質上同じ厚さであるが、より多くの繊維質素材を含み、リム領域の表面全体 はほぼ滑らかである。上向きの側壁又はその一部、特にそこに形成される折り目 領域を高密度化してもよい。容器は、プレス式板紙製品に合わせ各種の幾何学的 形状に形成できる。リムは圧縮され高密度化された下向きの縁部を有するのが好 ましく、こうすると容器構造の剛性を特に高められることが認められている。板 紙原材は従来の方法で被覆し、装飾と耐液性を付与可能である。空所やその他の 欠陥ラインが存在しないため、本発明の容器は同一の板紙原材からプレス成形し た従来の容器と比べ、少くとも４０チ、時には１００チ高い剛性を有する。

板紙のブランクを上記の容器へ成形する方法においては、まず成形前に、ブラン ク素材が８〜１２重量％、特に９．５〜１０．５重量％の水分含有量を持つよう に選択される。つぎに、成形皿の形状とほぼ一致したダイ表面を持つ一対の係合 ダイの間で、ブランクがプレスされる。但しグイ表面が接近したとき、リム領域 における両ダイの隣接表面は底壁におけるよりも近づけられる。成形作業の間、 両ダイの表面はそれらの間に位置した板紙ブランクと係合し、成形製品の全体形 状へとブランクを変形する。しかし、グイ表面が接近し続ける際、ブランクの底 壁部における板紙が堅くグイ表面と係合する前に、リムに対応した離間距離の近 いグイ表面がその間にあるリム領域の板紙と先に係合する。この結果、リム領域 特にリムの下方へ延びた部分に、極めて高い圧縮力が加わる。上向きの側壁にも 圧縮力が加えられ、容器の初期成荊時にそこに生じたシワや空所を取り除く。板 紙中の水分が内部の繊維結合を弱めるのを助長し、これによって繊維は相互に分 離し、リム領域特に折り目部分に加わる強い圧縮力の下で流動化する。圧力下で の繊維板中における繊維の流動は、リム内のシワやその他の欠陥ラインを実質上 取り除くため、ダイか板紙から取り外され各繊維間の結合が再形成されたとき、 成形容器のリム領域は実質上一体構造となる。好ましい条件下では、２５０〜３ ２０Ｔの温度にダイか維持される。この温度範囲は、ブランクを過剰加熱したり 且つ板紙に表面ぶくれや焦げを生ずることなく、ダイによって加えられる強い圧 力下における繊維の流動と変形に最適の条件をもたらすことが認められている。

加熱された板紙から水分が追い出されると、それぞれ圧縮きれた位置で繊維間の 再結合が生ずる。両ダイは従来法と同じく、グイ表面の相互に接近する移動が両 者間に位置する板紙素材の圧縮によってのみ停止されるように装着される。ダイ に加わる力は下側ダイのバネ式装着によって制限され、一般的な９〜１０インチ の直径範囲の容器では少くとも６，０００ポンド、好ましくは８，０００ポンド 以上の力に制限される。両ダイ間の力のほとんどは成形皿のリム領域に加えられ 、一般にリム領域には１平方インチ当り少くとも２００ポンドの力を生せしめ、 板紙が最初に折り曲げられる領域ではそれ以上の局部圧力を発生させる。

上記以外の目的、特徴及び利へは、添付の図面を参照した以下の詳細な説明から 明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による皿状板紙容器の斜視図：第２図は第１図の２−２線に沿っ た第１図の容器の断面図： 第６図は第１図の容器をプレス成形するのに用いる上下ダイの断面図で、両ダイ 間にフラットなブランクが位置した状態を示す図： 第４図は第３図の上下ダイ表面が近接し、両者間で板紙をプレス成形していると きの両表面間におけるクリアランスを示す簡略図； 第５図は従来商業的に生産されている板紙器の底壁部における断面の顕微鏡写真 （１４０Ｘ）：第６図は従来の市販板紙皿のリム部中央における断面の顕微鏡写 真（８０Ｘ）： 第７図は従来の市販板紙皿のリム部縁に隣接した位置における断面の顕微鏡写真 （８０Ｘ）：第８図は本発明に従って成形された板紙器の底壁部における断面の 顕微鏡写真（１４０Ｘ）：第９図は本発明に従って成形された板紙器のリム部中 央における断面の顕微鏡写真（１４０Ｘ）：及び第１０図は本発明に従って成形 された板紙器のリム部縁に近接した位置における断面の顕微鏡写真（１１・０× ）である。

（発明を実施するだめの最適態様） 図面を参照すると、皿状の板紙製容器１０が第１図に斜視図して示しである。り 下この容器構造を本発明の一例として説明するが、その他多くの容器形状も本発 明に含まれるのは明らかである。皿１０の形状は、現在商業的に生産され、大量 に販売されている皿の一般的なもので、はぼフラットで円形の底壁部１１と、皿 上に食物特にフユーズ（汁）を保つ役割を果す上向きの側壁部１２と、この側壁 部から延びた折返しリム部１３を有する。

皿の各部１１．１２．１３は、相互に一体状に形成される。各部の形状的な相違 は、第２図の断面図に最も解り易く示しである。皿のフラット底壁１１は図中１ ５で示した皿位置辺りまで延び、そこから側壁１２が上方へ延びている。上向き の側壁１２は第２図中１６で示した位置辺りで終了し、板紙はそこから小径の円 を描きながら上方次いで下方へ湾曲して折返しリム１３を形成する。

リム１３は、外周リム縁１７で終端している。

リム１３は、紙製の皿製品で多くの役割を持っている。

つまりリム１３は、縁部で終端する上向きの側壁だけを持った皿よりも美的に好 ましい外観を与える他、皿を運ぶときユーザーが摺めるほぼ横方向の領域も与え る。皿の構造的一体上の観点から見ると、リム１３の最も重要な機能は、ユーザ ーが持ったときの曲りに対する剛性と抵抗を皿に与えることにある。第２図の断 面図を見れば明らかなように、折返しリム１３がアーチ状のため、皿の中心から 延びるどんな半径方向軸回りでの曲げにも抵抗性を持つ構造が得られる。リム部 １３を形成する板紙が一体状且つ結合的であれば、皿に大きな負荷が加わり、リ ム部１３の板紙が曲ったシ歪むのに充分な引張応力下に置かれるまで、皿はユー ザーの手中における曲げに抵抗する。通常の負荷下における皿の最大引張応力は 、リム領域を通るはｙ半径方向の断面を横切って存在する。

紙製皿の理論的な最大負荷担持能力は皿の作られた板紙の引張強度と関連してい るが、従来のブランクプレス加工法で作ったプレートは、リムに形成される折り 目やシワのため、予期した値よりはるかに低い負荷担持能力を持つことが知られ ている。これらの折り目やしわは、上向きの側壁１２を成形する際半径方向内側 へ絞るときリム部における面積の減少を許容するために、成形特初期のリムに自 然に発生する。シワや折り目はリム部を半径方向に延び、通常同じく表面積がや や収縮した上向きの側壁１２の一部を貫いて延びている。リム素材におけるシワ や折り目の発生は各折り目において繊維板素材の分裂を引き起し、繊維間の多く の結合を破壊して、リム中に半径方向の欠陥ラインー自然のヒンノーを発生させ る。この欠陥ラインは、最初の板紙と比べ皿に加わる負荷によって生じる応力に 対する抵抗性がはるかに低い。

この上うなシワの発生は通常のプレス加工法で避けられないため、フラットな板 紙ブランクからプレス加″工、した皿の剛性を大巾に増加することは不可能と従 来見なされてきた。板紙ブランク、特に深プレス加工されるものは一般に、成形 品のシワの数や位置を制御するため、半径方向に延びた切込み線を複数備えてい るが、こうした切込み線は最終製品の剛性を増大させず、事実浅いプレス加工品 では切込みされない容器と比べ通常剛性を減少させる傾向を持っている。

本発明の板紙製器１０も、切込みされているか又はされていない板紙原材のフラ ットな一体状ブランクかう成形されるため、側壁１２とリム１３に折り目が生ず る。

こうして生じた折り目線は、第１図中２０で示しである。

但し本発明の皿１０は、リム部における折シ目２０近傍の板紙が堅く圧縮され相 互に結合する結果リム部の折り目２０が自然のヒンジ線又は脆弱線として存在せ ず、事実一体状の板紙とはソ同様の引張強度を持つように製作される。又後述す るように、リム１３中の板紙素材は折り目部分で高密度化され、プレス加工時に 折り目２０のあるリム領域に形成された空所や分裂が全て圧縮によって取り除か れ、これらの領域で堅く圧縮された繊維間で新たな結合が形成される。好ましく は、リム全体を高密度化し、皿の底壁部と比べて厚さをやや小さくする。図面を 見易くするため寸法を誇張して示した第２図の断面図から明らかなごとく、フラ ットな底壁１１と上向きの側壁１２における皿１０の厚さは、皿が作られるプレ ス前のブランクの公称厚と実質上等しい。しかし、図中１６で示した地点つまシ 側壁部１２とリム部１３の境界付近からリム縁１７へと、板紙の密度は増加する 一方、板紙の厚さは減少している。特にリムの下向きに延びている部分、すなわ ちリムの頂部２１から縁１７へ至る部分は、底壁の厚さよシや＼小さい厚さまで 全体的に圧縮するのが好ましい。これに対応して、リム部の素材は皿の残りの部 分における板紙素材より密度が高く、折９目２０の領域は底壁よりも実質上高密 度である。一般に板紙ブラックは、３．Ｄ［］０平カフィード当り約１００〜４ ００プントの範囲の重さを基準として、０．０１０〜０．０４０インチの範囲の 公称厚を有するのが好ましい。

底壁と側壁両部における板紙の密度は、一連（３，０００平方フイート）当ｐ０ ．００１インチ厚につき１０．３ポンド程度であるのが好ましい。

本発明に従って成形された容器は、同じ板紙ブラック素材を用い従来法に従って 形成された同等の容器と比べはるかに高い剛性を有する。皿１０の形状に成形さ れた各種皿の剛性を比較するため、標準のたわみ量に抵抗して皿に加わる力を測 定するテスト方法を用いた。使用したテスト装置、マークス（Ｍａｒｋｓ　）　 ＩＩ皿剛性テスターはクサビ状の支持台を持ち、この上に皿が載せられる。一対 の皿案内ポストが、クサビ状支持台の頂部から皿の半径とはソ等しい距離の位置 の支持台に取り付けられている。紙製皿はその縁が２本の案内？ストと当接する 状態で支持台上に置かれ、支持台は皿の中央部に延び゛る。次に、支持台と平行 に上下動するように取り付けられた直紳状のレベリングパーが、皿のいずれか一 力の側のリム頂部と接触するまで下方へ移動され、支持台と水平のレベリング・ く−の間に皿を軽く保持する。次いで、・・ンター・フォース・グーノ（Ｈｕｎ ｔｅｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｇａｕｇｅ　）等可動なカグージのプローブが、皿の支持 されてない側でレベリングパー下方のリム頂部とちょうど接触する位置まで移動 される。その状態からプローブを下げてリムを半インチ下刃へたまわせ、たわん だ皿からテストプローブへ加わる力が測定される。図示プレーＦ１０と同じ形状 で、従来一般に市販されている９イ／チの紙製皿の場合、上記のようにして得た 剛性読取値は平均約６０グラム以下（・・ンター・フォース・グーノを使用）だ ったのに対し、後述する方法で成形された第１．２図に示すような皿１０の平均 剛性読取値は少くとも９０グラムで、全般に１００グラム以上であった。

第６図は、フラットで円形の板紙ブランク２７を皿１０の形状へプレス成形する のに用いられる上側ダイ２５と下側ダイ２６の断面図を示している。両ダイ２５ ．２６とこれらダイがその上に取り付けられる装置の構造ははソ従来通りで、例 えばピーアレス・マニュファクチャリング社製のプレスで使われているのと同じ である。

ブランク２７の保持と成形を容易化するため、両ダイは図示の通り区分されてい る。つまり下側ダイ２６は、円形のベース部２９とこのベース部２９に対し可動 ゛に取り付けられた中央の円形台３０から成る。台３０は従来法と同じくカム作 動され、そのフラットな頂部形成面３１が初期状態でベース２９の成形面３２よ り上方にある通常位置へ付勢されている。台３０はペース２９に対し摺動自在に 装着され、ペース２９全体は従来通り・マネ（図示せず）上に装着されている。

ブランクは周辺リム領域で極めて緊密にプレスされるため、加熱グイでのプレス 成形時に追い出される板紙中の水分が逃げにくい。この水分の放出を可能とする ため、ベースの成形面３２に少くとも１ろの円形溝３３が設けられ、この円形溝 ３３が通路３４を介して大気へ連通する。

同じく上側グイ２５は、外側リング部３５、ベース部３６及びフラットな成形面 ３８を有する中央台３７に区分されている。ペース部３６は彎曲した対称形の成 形面３９を有し、外側リング部３５は彎曲した成形面４０を有する。従来市販の ものと同様、中央台３７と外側リング３５はペース３９へ摺動自在に装着され、 第６図に図示した平常位置へバネ（図示せず）によって付勢されている。グイ２ ５は、下側グイ２６に対し接近及び離反する方向に往復自在に装着されている。

プレス加工時には、まずブランク２７をフラットな成形面３１の上に置いて成形 すべき皿の底壁部１１のはソ下側に成形面３１を位置せしめた後、成形面３８を ブランク２７の頂面に接触させ、ブランクを成形作業の開始位置に保持する。上 側ダイ２５をさらに下げると、外側リング３５の・ｆ゛ネ付勢れた成形面４０が ブランク２７の縁部と接触し、最終皿製品の折返しリム１３を限定する領域で下 側の成形面３２上にブランクの縁部を成形する。しかしこの際リング３５はバネ 付勢されており、成形面４０によって加わる力は比較的軽くグイセグメント３５ にかかるバネ力に限定されているため、リム領域中の板紙素材は初期成形時にお いて実質上圧縮又は変形されない。次いで、グイ２５が充分下側まで移動すると 、台セグメント３０．３７とリングセグメント３５が充分に圧縮され、成形面３ ８．３９の隣接部分が同一面上に位置し且つ成形面３９．４０の隣接部分が同一 面上に位置し、さらに同じく成形面３１が成形面３２の隣接部分と同一面上に位 置する。上側ダイ２５はさらに下方へ下り続け、下側ダイ２６全体をそれを支持 するバネ（図示せず）の力に抗して下側へ駆動せしめる。上側ダイ２５の下降ス ）ａ−りが全長に達すると、上下グイは両者を分離している成形ブラ／り２７を 介して相互に力を及ぼし合い、この力は下側ダイ２６を支持する反縮バネで与え られる力に等しい。このように、成形ブラ／り２７へ加えられその成形領域にわ たって分布される力の大きさは、上側ダイ２５のス）ｏ−り長を変えることによ って調整できる。

従来法と同じく、両ダイ２５．２６は電気抵抗ヒータ（図示せず）によって加熱 され、グイの温度は成形面にできるだけ接近させてグイ中に取り付けられたサー ミスタ（図示せず）でグイ温度をモニターすることに′より、所定のレベルに制 御される。

従来の標準的な紙製皿のプレス成形では、上側ダイ２５の各成形面３８．３９． ４０がプレスすべきブランクの厚さとはソ等しい所定の間隔で下側ダイ２６の各 成形面３１．３２と実質上平行となるようにグイ２５．２６が加工されていた。

グイ表面の幾何学的形状から考察すると、グイ表面が平行に延びている所定の間 隔がブランクの厚さより小さいなら、上向きの側壁とリムの下向き部が最初に最 大の圧縮力を受ける一方、所定の平行間隔がプラックの厚さより大きいか又は等 しいなら、リムの頂部と底壁が実質上全ての圧縮力を受けることが解る。いずれ の場合にも、両ダイ間の力は、プレスする皿の半分以上の面積を占める底壁を含 め、グイ間に位置する板紙の全領域にわたって分布される。但し、グイ表面の加 工時における凹凸が高低のスポットを生じている箇所は除く。上述したように、 グイ成形面のクリアランスを一様にしてプレス成形した皿は、そのリムのンワ部 で繊維がひどく分裂することが主な原因となって、剛性カニ比較的低かった。

一方本発明によれば、上側ダイ２５の各成形面３８．３９．４０は、下側ダイ２ ６の各成形面３１．３２とどんな間隔においても全体的に平行でない。本発明に よるグイ表面間の好ましい間隔を第４図に示す。第４図は、相互に接近し、プレ ス加工の際両者間に板紙ブランク力（挾持されているような位置にある両ダイの 断面図゛を示している。勿論、グイ表面間の相対的な間隔は、成形すべき板紙ブ ランクの厚さに依存する。し力）しグイ表面の形状は一般に、皿の側壁が終って リムが始まるグイ表面の円周位置で、板紙ブランクの公称厚とはソ等しい厚さだ けグイ表面が離間していると特徴付けることができる。

グイ表面は、この標準位置からグイ間で成形される板紙製器のリム縁へ向って徐 々に且つ連続的に表面間隔が減少するように形成されるのが好ましい。グイ表面 においてリム縁と対応する位置は第４図中４２で、又成形皿のリム頂部と対応す る位置は第４図中４３でそれぞれ示しである。一般的な厚さ、つまり０．０１０ 〜０．０４０インチの範囲にある板紙皿ストックの場合、上側ダイの表面と下側 ダイの表面間隔は位置４１における公称板紙厚から連続的に減少し、位置４３で は公称厚より少くとも０．００２インチ薄く、又リム縁の位置４２では公称厚よ り少くとも０．００３インチ薄くなるようにするのが好ましい。側壁領域の中央 点４４、底壁と側壁間の彎曲部中間４′５、側壁の開始点４６及び底壁４７等リ ム上でない別の地点における上下グイ間の間隔は、板紙ブランクの公称厚と少く とも同じ大きさとするのが好ましい。

特に、底壁におけるグイ表面間の間隔は板紙ブランクの厚さより実質上火とし、 底壁領域が小さい圧力を受けるようにする。例えば、０．０１６インチの公称厚 を持つ板紙ブランクの場合、各地点における望ましいグイ表面の間隔は次の通り である；位置４２で０．０１３’インチ、位置４３で０．０１４インチ、位置４ １で０．０口１６インチ、位置４４で０．０１９インチ、及び位置４６、４７． ４８で少くとも０．０２インチ。実際のダイクリアランスは、下側ダイの表面を 横断して半径方向にハンダ片を載せ、両ダイを合わせてプレスし、その後ダイ表 面の各位置でハンダの高さをめることによって測定できる。

上記したグイクリアランスを考慮すれば明らかなように、上下ダイ２５．２６が 両者間の板紙ブランクと係合するとき、両ダイ間の力の全て又ははソ全てはプレ ス加ニブランクのリム、領域にかかり、これは第４図中の位置４１と４２間には ソ位置する。下側ダイ２６がその上に装着されるバネは一般に、上側ダイ２５が 全ストローク下降したとき、６，０００〜８，０００ポンドの力がダイ間に加わ るように構成される。平均的な（成形後）９インチ直径の紙製器の場合、グイ間 には約７，０００４ンドの力が生じ、これが皿の全面積にわたって一様に分布さ れると、皿の全面積には１平方インチ当り約１１０ポンドの圧力が加わる。しか し第４図に示したような、ダイ表面のリム領域がもつと近接して離間している本 発明のダイ形状では、皿に加わる力のほとんどがリムに集中１する。９インチ皿 におけるリムの一般巾一両位置４１．４２間の距離−は、約１／２インチである 。例えば、ダイに加わる７、０００ポンドの力がリム領域に集中されるなら、リ ム部の板紙に加わる圧力は１平・方１インチ蟲す約５２５ポンドとなる。上下ダ イ間でのわずかな不整合やグイ表面の高低ス？ット、板紙厚の変動が避けられな いため、リムの幾つかの地点で板紙に加わる圧力は上記の最大値より小さくなる が、１平カイ／チ当り少くとも２００ポンドとなるのは確実で、これは従来の板 紙プレス加工の場合のように圧縮力がプレス加工皿の全領域にわたって一様に分 布されたときリムに加わる圧力の２倍に相当する。

板紙の折り目部分では、この領域が板紙の残部より高められ、より多くの繊維質 素材を含むだめ、圧縮力がいっそう大きくなる。これらの折り目領域はリム領域 の小比率、例えば４〜５％しか占めないため、折り目領域に集中される圧縮力は １平方インチ当り数千ポンドに達する。この大きな圧力が、リム内の折り目領域 に繊維質の素材を大巾に高密度させる役割を果す。

上述したグイ表面の理想形状はダイの全周にわたって維持し、全てのグイ表面を 完全な対称形とするのが好ましい。勿論ダイ表面の実際の加工においては、完全 な対称形とするのは不可能で、又実際のダイのあらゆる半径方向断面において上 記したようなグイ表面の所望間隔を正確に得るのも不可能である。最も厳密な許 容差が必要なのは、位置４１から位置４２へかけてのリム領域である。リムにお けるグイクリアランスはリム付近のいずれの円周線に沿っても一様とし、リム内 の全ての折り目領域が強い圧縮力を受けるようにすることが極めて好ましい。位 置４１における板紙の公称層を／／　Ｎ　／′とじた場合、グイ表面の間隔の半 径方向に沿った望ましい傾斜は、位置４３でＮ−０，００２インチ、位置４２で Ｎ−０，００３インチである。１０．００２インチ内の誤差で上記の傾斜に従っ たダイを用いることによって良好な結果が得られ、１０．００１インチ内の誤差 のダイによって最良の結果が得られた。但し、位置４５〜４７におけるグイ間の 間隔は板紙の公称層Ｎと少くとも同じ大きさ、好ましくは公称層ＮよｐＯ，００ ３〜０．００８インチ大きい厚さとした。

上記したようなグイ表面の形状とすることにより、プレス加工のその他の条件、 特に成形すべきブランクの水分含有量及びダイの温度が満たされていれば、皿の リム領域で塑性変形を発生可能な大きさの圧縮力をリムへ加えることができる。

適当な加工条件下では、リム領域特に折り目部分の繊維がそれぞれ繊維間の結合 を破壊し、極めて高い印加応力下で一体状に圧縮し、そして繊維間の結合を再形 成することが明らかに可能である。上記のダイ間隔で高いダイ力（例えば６，０ ０口〜８，０００ポンド）を印加すると、リム領域はブランク厚の１５〜２０％ ないしはそれ以上圧縮される。但し繊維質の素材は、圧力が解かれるとプレスさ れる前の厚さへ弾発的に戻る傾向を持つ。それほど高い応力はリム領域中で板紙 の引裂きゃ局部的な裂開を引き起すと予測されるが、こうした事態は実際には生 ぜず、リム領域の器素材・はそれが延性を持ち圧縮可能な素材であるように挙動 する。このような板紙の延性つまり可塑的な挙動にとっては、板紙内の適切な水 分レベルが重要な必要条件であることが認められている。又、プレス加工を助長 するため、ダイは高温但し高過ぎない温度に維持される。

ブランク２７に形成される板紙は、従来通り湿式管の目製紙法によって製造され 、一般にロールに装着した連続ウェブの形で使われる。板紙用原材は、一連（３ ，０００平方フイート）当り１００〜４００ボンドの範囲の基本重量と、約０１ ロ１ｏ〜００ロ４ｏインチの範囲のキャリパつまり厚さとするのが好ましい。成 形の容易化及び経済的理由の点では、板紙の基本重量と厚さを上記の各範囲内で 低くする方が好ましい。紙製の皿を成形するのに用いる板紙ストックは、一般に 漂白したパルプｔｕｒｎｉｓｈから形成され、通常一方の面に粘土が２重に被覆 される。このような板紙ストックは普通、４．Ｑ〜８８口重量幅の湿気（水分） 含有量を有する。

リムにおける圧縮力の効果は、適切な水分条件すなわち少くとも８重量幅で１２ 重重量幅下、好ましくは９．５〜１０．５重量幅の水分が板紙内で維持されたと き最大となる。この範囲の板紙は圧力下で変形するのに充分な水分を有するが、 水分が過剰シてなると水蒸気が成形加工を妨害したり、板紙が柔くなり過ぎ印加 される高い圧縮力に抵抗できなくなってしまう。ロールから繰り出される板紙ス トック内で所望の水分レベルを得るために、王に水から成るが潤滑剤等その他の 成分を添加してもよい加湿溶液をスプレーするか又は溶液中でころがすことによ って板紙が処理される。又、所望の水分状態が維持されているかどうかを検証す るため、携帯式の容量型水分計で水分の含有量をモニターすることもできる。

板紙中の水分が平衡状態へ達するように１器用原材は加湿後少くとも６時間は成 形しない方が好ましい。

紙製皿の最終用途を考慮し、板紙用原材にはその一面に通常拒−又は複数の耐水 層が被覆される。さらに美観の目的上、板紙用原材は被覆を施す前にまずプリン トされることが多い。代表的な被覆材料の一例としては、ポリビニルアセテート の乳濁液から成る第１層がプリントした板紙上に施され、この第１層の上にニト ロセルロースラッカーの第２層が施される。器用原材は、全てのプリント及び被 覆工程が終了した後、被覆を施してない側が加湿される。

代表的な成形作業では、板紙原材のウェブが切断用ダイ（図示せず）を介しロー ルから連続的に供給されて円形ブランク２７を形成し１次いでこのブランクが上 下ダイ２５．２６間の位置へ供給される。プレス加工を助長するため、上述のと とくダイは加熱される。上下両ダイ２５．２６−特にそれらの表面−は２５０〜 ６２０Ｔの範囲、最も好ましくは３０００’Ｆ±１０下の温度に維持すると、最 良の結果が得られることが認められている。これらのグイ温度は、板紙が所望の 水分レベルを有するとき、リム領域における板紙の可塑変形を容易化させる。上 記の好ましいダイ温度では、ブランクに加わる熱量がリム部のブランク内におけ る水分を解放するのに充分となり、これによってブランクを過剰加熱し、蒸気の 解放によってふくれを発生させたりブランク素材を焦がすことなく、繊維の変形 を促進させる。板紙に加わる熱量が、板紙を一体状にプレス加工する位置にダイ が存在する時間量によって変化するのは明らかである。上記の好ましいグイ温度 は、毎分４０〜６０回の通常の生産速度における平均的な存在時間に基いており 、生産速度が高くなるか低くなればこれに対応してダイの温度もそれぞれ高める か低める必要がある。

本発明に従って作製した紙製容器の特性は、第５〜１０図の顕微鏡写真を検討す ることで、同じ素材から成形された従来の板紙製容器と最も解り易く比較できる 。

第５〜７図がダイ表面の一様に離間した従来の商業化方法に従って作られた板紙 製器の各種断面を示す一方、第８〜１０図は本発明に従って作られた紙製皿の各 断面を示している。どちらの紙製皿も、一連（３、８ＯＤ平方フィート）当り１ ７０７ンド、厚さＯ，［：１１６インチ、低密度の漂白した器用原材で、片側に 粘土を被覆し、一方の表面を標準インクでプリントし、ポリビニルアセテート乳 濁液の第１層を被覆した後その上にニトロセルロースラッカーを被覆したものか ら成形された。厚さ０．００１インチ当りの基本重量における板紙原材の密度は 平均的１０．５で、板紙のターバー（Ｔａｂｅｒ　）硬度は粒を含むと約１１［ ］〜３００．粒を避けると約５５〜１６５であった。

第５図の写真（１４［］Ｘ）は、従来の皿構造の中央断面を示している。繊維構 造中に多数の空所が認められ。

これは比較的一様に繊維が分布されているが、板紙は実質上緊密でないことを意 味する。断面の厚さは約０．０１６インチである。第６図（８０Ｘ）は、リムの はソ頂部で円周線に沿ってカットした、従来器のリム領域における断面写真を示 している。特に第６図は、内部に折り目又はシワを有するリム内の領域の１つの 写真である。第６図を見れば写真から明らかなように、シワ部における板紙はひ どく分裂し、繊維間に大きな空所が形成され、隣シの繊維が引き裂かされている 結果、欠陥ラインつまり非常に弱い領域が板紙内の折り目部分に存在する。又、 シワ地点における板紙の表面は不連続で、隣り合う部分間に大きなギャップが存 在することも明らかである。折り目における断面の厚さは約０．０２６インチで 、折り目からやや離れた地点では初期の厚さより大きい。第７図１’８０Ｘ）は 、リム縁に極めて接近した位置ではソ円周線に沿ってリムをカットした写真であ る。

この断面写真は、従来の皿のリムを通って延びたシワの１つが終端している所を 示している。こ＼でも、広い空所と粗く、不連続な表面構造がシワの領域内に存 在する。

折り目における厚さは、最大約０．０２０インチである。

第８図（１４ＤＸ）は、本発明だ従って作られた皿の丹ソ中央を通った断面図で ある。第８図を第５図と比較すると、プレス成形された皿の中央における板紙の 構造はどちらの場合にもはソ同じなことを示している。つまり、どちらも比較的 均等な表面と紙板内の繊維マトリックスを通じて分布されたかなシの空所を有し 、これはプレス加工皿がそこから作られるプレス前の低密度板紙原材の特徴であ る。平均の厚さは約０．０１６インチである。第９図（１４０Ｘ）は本発明に従 って作られた皿のリム頂部のカットに沿った断面写真で、カットはプレス成形皿 の折り目又はシワ領域の１つを通る円周線に沿って位置する。第９図と第６図と の対照は重要である。第９図の断面を取った領域の板紙は高く緊密化され、繊維 間の孕きスペスは非常にわずかしか残されていない。すなわち、折り目領域での この構造は、リムがその領域でひどく弱化したした状態にあることを意味する裂 は目窒所が繊維板中に存在する第６図の折り目領域と極立った対照を示している 。第９図に示したリム中の板紙は緊密化され、その密度が高められているため、 そこの板紙は第８図に示した中央領域よりも明らかに高密度となっている。図示 した２つの折り目が生じているこの断面の最大厚は約０．０１フインチで、底壁 とはド等しい。折り目領域から離れると、リムの厚さは底壁とはソ同しかそれよ りやや薄くなる。折シ重ねられた領域は板紙の残部よりも実質上堅い（はソ４０ 〜１００係以上）繊維質素材を含むため、折り目領域の密度は板紙の残部より実 質上大きい。

又、第６図の写真に示した表面の不連続性と対照的に。

第９図の板紙表面は実質上滑らか且つ連続的で、第９図の板紙中の折り目は相互 に折重ねられ、折重ね表面は緊密に押しつぶされている。特に第９図に示したス ライスの底面は、第６図に示したようにシワ線で分裂していす、滑らかで連続し ている。第９図では皿の頂面を覆うコーティングがはっきり見られ、このコーテ ィングは皿が成形されたとき皿のリム中に折り目が生じ始めた地点を明確に示し ている。しかし１皿のリムに加えられた非常に高い圧力が、一体状に紙繊維が結 合された板紙の底部で折り目のあらゆる形跡を実質上滑している一方、表面上の コーティングが繊維の絡み合いを妨げている板紙の頂部では折り目のわずかな形 跡だけを残している。ニトロセルロールの外側コーティングは熱と圧力に抵抗性 を持つが、成形加工時に加わる熱と圧力は折り目線に沿って位置する当接した被 覆表面の間である程度の融解と表面付着を引き起すのに充分であったと考えられ ゛る。

本発明による皿のリム縁のすぐ内側における断面を第１０図（１１０ｘ）に示す 。こ＼でも、皿中の繊維が緊密化され、成形加工時にリム領域に生じた折り目の 実質止金ての形跡が消えているのが解る。但し、折り目領域の外側被覆頂部が折 返されている小領域を除く。板紙の底面も同じく滑らかで切れ目がなく、第７図 に示した従来の皿の断面と鋭い対照を成している。第１０図にはっきり示されて るように、繊維は緊密に密接して相互に圧縮され、残された突所又はエアスイー スは極くわずかであり、構造全体が高密度化されている結果、皿のリムカニその 縁部へ近づくにつれ第２図に示すごとく次第に薄くなっていっても、繊維の緊密 化によりその領域における板紙の基本重量ははソ一様である。第１０図に示した 板紙の厚さは約０．０１５３インチで、底壁よシ約４〜５係薄い。リム領域にお ける皿の高密度化及び折られた表面領域の折り重ねによる実質上一体的な構造へ のリムの再成形が、前述したような皿の剛性の著しい増大をもたらす。

勿論１本発明の方法に従ってプレス成形容器を首尾よく製造するのには、優れた 製造技術に基くプレス工程の詳細に細心の注意を要する。特に、上下ダイ２５． ２６を挾持する必要がある。こうした位置合せ技術は、プレス保守の一般的な部 分に属する。ダイか正しく位置合せされているかどうかを確かめるため、ダイで プレスされる皿を観察することもでき、正しい位置合せは皿のリムにおける下向 き縁の外観が一様かどうかによって実証される。

本発明が上記した特定の構造や部品配置及び特定の方丈に限定されず、請求の範 囲に記載の範囲内における変更に様をも含むものであることは勿論である。

ＦＩＧ、１ ■ ロー 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　繊維質基材のフラットなブランクから容器を成形する方法において： （ａ）　底壁と、該底壁から上向きに延びた側壁と、該側壁から延びたリムとを 有し、成形時にリム面積の減少を許容するように成形されるとき折り目領域がリ ムに形成される成形容器へブランクを成形する段階；及び （ｂ）　ＩＪムに充分な熱と圧力を加え、リムの折シ目表面を折り重ね且つリム の折り目領域における繊維質素材の密度を高め、折り目領域を容器が成形された ブランクと実質上同じ厚さでブランクより実質上高い密度へ圧縮せしめる段階； から成る方法。 ２、　請求の範囲第１項に記載の方法において、ブランクを成形する段階の前に 、ブランクが８〜１２重量幅の水分を含むまでブランクを加湿する段階を更に含 む方法。 ３　請求の範囲第２項に記載の方法において、９．５〜１０．５重量−の水分を 含むまでブランクが加湿される方法。 ４、請求の範囲第１項に記載の方法において、リムへ熱を加える上記段階が約２ ５０〜３２０下の温度の加熱成形面全リムの反対両面へ当てることから成る方法 。 ５　請求の範囲第１項に記載の方法において、１平方インチ当り少くとも２００ ポンドの大きさの圧力がリムに加えられる方法。 ６　請求の範囲第１項に記載の方法において、リムがブランクより／ＪＸさい厚 さに圧縮された下向き部分を有する方法。 Ｚ　皿状のプレス成形容器を成形する方法において、（ａ）　厚さｏ、ｏｉｏ〜 口、０４０インチ、基本重量３．０００平方フィート肖り１００〜４００ポンド 。 水分含有量８〜１２重量係のフラットな繊維質素材を与える段階； （ｂ）　それぞれダイ表面を有し、両表面間で最終容器の所望形状を限定する上 下ダイを与え、これらり゛イ表面が各ダイ毎に底壁部と、該底壁部からその外周 に沿って上向きに延びた側壁部と、該側壁部から延びた折返しリム部とを含み、 グイ表面の両底壁部が上記ブランクの厚さにはソ等しい距離だけ離間していると き、両ダイのリム部間の間隔が上記ブランクの厚さより小さくなるように両ダイ 表面が形成される段階； （ｃ）　上下ダイを約２５０〜３２Ｄ下の温度に加熱する段階−及び （ｄ）　上下ダイの表面間で、プレス成形すべきブランクのリム部における繊維 質基材をブランクの初期厚より薄い厚さに圧縮する一方、プレス成形容器の底壁 部をブランクとはソ同じ厚さにとどまらせるのに充分な圧力下においてブランク をプレス成形する段階；から成る方法。 ８．請求の範囲第７項に記載の方法において、上下ダイのリム部が湾曲し、リム 部と側曽部の境界に対応した両ダイ表面の地点がブランクのプレス前の厚さと実 質上等しい距離だけ離れるように両ダイ表面が離間しているとき、リム部の頂部 における上下ダイ表面間の間隔がブランク厚より約０．００２インチ小さくなり 且つリム縁における上下表面間の間隔がブランク厚より約Ｑ、００３インチ小さ くなるように上下ダイの各表面が形成され、上下ダイ表面間の底壁と側壁に卦け る間隔がブランク厚に等しいか又はそれより大きくなるようにした方法。 ９　請求の範囲第７項に記載の方法において、ブランクをプレス加工する段階で 、少くとも６　、ＯＯ（］ポンドの力が上下ダイ間に加えられる方法。 １ｏ　請求の範囲第７項に記載の方法において、ブランクが９，５〜１０．５重 量係の水分含有量を有する方法。 １１、請求の範囲第７項に記載の方法において、ブランクを与える上記段階が、 ９重量係以下の水分含有量を持つｌＩｌ、維質基材のブランクを与える段階と、 その後ブランクの板紙が９．５〜１０．５重量係の水分含有量となるまでブラン クを加湿する段階とを含む方法。 １２、特許請求の範囲第７項に記載の方法において、上側ダイか区分されて同心 円状の外側リング部を有し、該リング部がブランクをプレス成形する際にまずブ ランクと接触し、上側ダイの残部が下降されブランクをプレスするにつれてブラ ンクのリム縁をまるめ込みブランクをリムに保持する方法。 １３、請求の範囲第７項に記載の方法において、ブランクを与える上記段階がそ の一方の面上に防液被覆を有するブランクを与えることを含む方法。 １４、請求の範囲第７項に記載の方法において、与えられる板紙が約０．０１６ インチの厚さと３，０００平方フイート尚シ約１７０ポンドの基本重量を持つ方 法。 １５、所定厚の円形板紙ブランクから皿状容器を形成する装置において： 実質上フラットで円形の底壁部と、該底壁から上側へ延びた円心状の側壁部と、 該側壁部から延びた同心円状の湾曲折返しリム部とを有する最終容器の所望形状 にはソ形成された保合するダイ表面を持った上下ダイを備え、側壁部とリム部の 境界位置における両ダイ表面が板紙ブランクの所定厚と実質上等しい距離だけ離 間しているとき、リム部の頂部におけるダイ表面が約０．００２インチだけ近づ き且つリム部縁におけるダイ表面が約０．００３インチだけ近づくような比率で 上下ダイ表面間の間隔がリム部に沿って外側へはソ連続的に減少するように上下 ダイの表面が形成され、側壁と底壁両部におけるダイ表面間の間隔が側壁とリム 両部の境界におけるダイ表面間の間隔と等しいか又はそれより大きくなるように した装置。 １６　請求の範囲第１５項に記載の装置において、側壁部と底壁部におけるダイ 表面間の間隔が、側壁部とリム部の境界におけるグイ表面間の間隔よシ少くとも ０．００２インチ大きい装置。 １Ｚ　請求の範囲第１５項に記載の装置において、選択した板紙ブランクが０． ０．１０〜０．０４０インチの範囲の厚さを有する装置。 １８、請求の範囲第１５項に記載の装置において、上記ダイが区分されて同心円 状の外側リング部を有し、該リング部がブランクを形成する際にまずブランクと 接触し、上側ダイの残部が下降されブランクをプレスするにつれてブランクのリ ム縁をまるめ込みブランクをリムに保持する装置。 １９　高い剛性を有する皿状板紙容器において：底壁と、該底壁からその外周に 沿って上向きに延びた側壁と、該側壁から延びた折返しリムとを備え、これら底 壁、側壁及びリムが板紙から一体状に成形され、該リムがリムを形成する板紙表 面が実質上滑らかで連続となるように板紙が折り込まれ閉じた複数の折シ目領域 を含み、該折り目領域が底壁と実質上同じ厚さで実質上高い密度を有する容器。 ２０、請求の範囲第１９項に記載の容器において、底壁の厚さがｏ、ｏｉｏ〜０ ．０４０インチの範囲で、・リム゛が底壁よシ約０．００１インチ薄い容器。 ２１、請求の範囲第１９項に記載の容器において、その表面上に防液被覆を有す る容器。 ２２、請求の範囲第１９項に記載の容器において、底壁が実質上フラットで円形 の外周を有し、リムが湾曲し底壁よシ薄く密度の高い下向き部分を有する容器。