KR20060056859A - 이중벽 판지 컵 - Google Patents

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KR20060056859A
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스타흐레커 베르너
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미카엘 회라우프 마쉬넨파브리크 게엠베하+체오.카게
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Abstract

적층가능한 (stackable) 단열 판지(paperboard) 컵이 개시되어 있고, 이 컵은 내측 슬리이브와 외측 슬리이브를 갖고, 내측 슬리이브와 외측 슬리이브 사이는 간극을 갖는다. 감긴 립(rolled lip)이 외측 슬리이브의 하단부에 적용되고, 감긴 립은 내측 슬리이브 상에 배치된다. 어깨부(shoulder)가 또 다른 판지 컵의 감긴 립이 적층되도록 내측 슬리이브 상에 형성된다. 어깨부 아래의 내측 슬리이브 직경은 불연속적으로 감소된다. 내측 슬리이브의 외부면 상에 있는 하부에 감긴 립의 지지체(support)는 컵 바닥부와 동일 레벨로 또는 동일 레벨 이하로 배치된다.
컵, 판지, 이중, 벽,

Description

이중벽 판지 컵{DOUBLE-WALLED PAPERBOARD CUP}
도 1은 적층 가능한 보온 컵의 제 1 실시예의 종단면도.
도 2는 도 1에 도시된 보온 컵의 적층된 4개의 컵을 보여주는 종단면도.
도 3은 25°의 경사각을 갖는 정지면의 실시예를 보여주는 종단면도.
도 4는 5°의 경사각을 갖는 정지면의 실시예를 보여주는 종단면도.
도 5는 보온 컵 바닥부의 레벨에서 하부 감긴 립의 적용을 보여주는 종단면도.
도 6은 보온 컵 바닥부의 레벨 이하에서 하부 감긴 립의 적용을 보여주는 종단면도.
도 7은 상부 감긴 립의 구역에 어깨부가 없는 컵의 실시예의 종단면도.
도 8은 상부 감긴 립의 구역에 어깨부가 있는 컵의 실시예의 종단면도.
도 9는 개방된 빈 성형 스테이션(open, empty forming station)을 보여주는 일부 종단면도.
도 10은 내측 컵이 장착되고, 가압 공정이 아직 실행되지 않은 개방된 빈 성형 스테이션을 보여주는 일부 종단면도.
도 11은 가압 링, 내측 컵 및 코어 맨드렐 사이의 제 1접촉부를 보여주는 종단면도.
도 12는 완전히 밀폐된 성형 스테이션을 보여주는 일부 종단면도.
도 13은 가압공정 후 내측 컵을 제거한 완전히 개방된 성형 스테이션을 보여주는 일부 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 내측 슬리이브 2: 외측 슬리이브
3: 상부 감긴 립 4: 컵 바닥부
5: 정지면 7, 8: 원통형 구역
9: 상부 지지체 11: 하부의 감긴 립(rolled lip)
12: 상부 어깨부 13, 14: 성형 스테이션
15: 대칭축 17: 컵 권취기
18: 코어 맨드렐 19: 가압 링
20, 21: 원통형 구역 22, 23: 불연속 직경
24: 하부의 감긴 립 25, 26: 상부 변부
p: 만입 깊이 α: 경사각
본 발명은 컵 바닥부를 갖춘 내측 슬리이브(inner sleeve)를 포함하고 또한 외측 및 내측 슬리이브 사이에 간극을 갖는 외측 슬리이브(outer sleeve)를 포함하고, 또한 외측 슬리이브의 하단부에 적용되고 내측 슬리이브 상에 배치된 감긴 립 (rolled lip)을 포함하고, 또한 적층될 또 다른 판지 컵의 감긴 립에 대해 내측 슬리이브 상에 형성된 정지면(stopping face)을 포함하는 이중벽의 적층 가능하고(stackable) 그리고 적층해제 가능한(unstackable) 판지 컵에 관한 것이다.
본 발명은 이중벽의 적층 가능하고(stackable) 그리고 적층해제 가능한(unstackable) 판지 컵을 제공하고자 하는 것이다.
이와 같은 목적은 정지면(stopping face)이 어깨부로 설계되고 이 어깨부 하부의 내측 슬리이브 직경은 불연속적으로 감소되는 본 발명에 의해 달성되고, 그리고 하부의 감긴 립 지지체가 컵 바닥부와 동일 레벨로 또는 동일 레벨 이하로 내측 슬리이브의 외측면에 적용되는 본 발명에 의해 달성된다.
정지면은 내측 슬리이브 직경에서 불연속적으로 감소에 의해 형성되고, 내측 슬리이브 하부에서 컵의 직경은 특정 레벨에서 일정하게 유지된다. 내측 슬리이브의 본래 형태(original conus)는 원통형 구역 아래에서 다시 연속된다. 직경 감소는 특정 성형 공정(special forming process)에 의해 달성되고, 이 성형 공정은 이하에서 설명된다. 정지면의 특정 성형공정에 의해서 재료 강화 및 재료를 두껍게 하는 것이 정지면 바로 직하부의 원통형 구역에서 달성되고, 이 정지면은 이 구역에 증가된 안전성을 제공한다. 정지면은 변형에 더욱 견디게 하고, 이에 의해 큰 내압력(耐壓力))(high resistance to pressure)이 달성된다. 그밖에 도 3 및 도 4에 도면부호 α로 표시된 정지면의 경사각(angle of inclination) 및 만입 깊이 (p)(the depth of the indentation)는 내측 슬리이브의 안정성에 그리고 컵의 전반적인 적층성에 영향을 준다. 실제 실시예에서, 만입 깊이(p)는 0.4 내지 1mm 사이의 범위이고, 정지면의 경사각(α)은 20°내지 50° 범위에 있다. 따라서 아주 안정된 내측 슬리이브 들이 형성되고, 이는 컵의 축방향에 작용하는 200N 이상의 극도의 부하(extreme load)에 견뎌서 함께 적층되는 컵들의 끼임을 방지한다.
컵의 디자인이 더욱 복잡해질 때 0°내지 20°사이 범위의 경사각(α)들이 가능하다. 대부분의 성형 안정성이 있는 정지면들은 이들 경사각에서 달성된다. 그러나 이들 실시예의 경우에서, 가압은 증가된 온도에서 발생되어야 하는데, 이는 내측 슬리이브의 내부 층(inner layer)이 이와 달리 찢어지기 때문이다. 이와 같은 형식의 컵들의 내측 슬리이브는 판지로 통상 제조되고, 이에 의해 (내측 슬리이브의) 내측면은 합성재료의 얇은 층으로 보호된다. 대부분의 경우에 (합성재료는) 폴리에틸렌이 사용된다.
내측면이 찢어지는 경우, 이는 컵을 불안정하게 하고, 이는 액체와의 접촉에 의해 찢어지는 구역이 습해지기 때문이다. 성형 스테이션에서 내부 층의 소위 유리 전이 온도(glass transition temperature)(연화(softening) 온도) 이하로의 온도 증가는 내부 층을 유연하게 만드는 조건을 충족시켜서 0°내지 20°사이의 범위에서 정지면의 경사각(α)들이 내부 층의 찢어짐 없이 가능하다.
그 밖에, 내측 슬리이브의 성형 안정성은 하부의 감긴 립의 지지체가 컵 바닥부 레벨에서 또는 컵 바닥부 하부 레벨에서 내측 슬리이브의 외측면에 적용되므로 증가된다.
컵은 개구부의 구역에서 어깨부를 갖추거나 어깨부가 없이 생산될 수 있다. 상부 어깨부의 적용은 내측 슬리이브와 외측 슬리이브 사이에 더 큰 간극을 갖게 하고, 이에 의해 더 큰 보온성(higher thermal insulation)을 준다. 그러나 상부 어깨부는 컵의 적층 특성에 영향을 주지 않는다.
적층 특성들에서 또 다른 개선은 정지면의 기하학적인 형태를 갖는 하부의 감긴 립의 능동적인 끼워맞춤(positive fitting)을 통해 달성된다. 외측 슬리이브의 생산에서의 특정 단계에서 하부의 감긴 립의 형태는 가압요소에 의해 정지면의 형태에 적합해진다. 각각의 적층된 컵은 하부의 감긴 립의 형태의 적합성 때문에 매우 정밀한 끼워맞춤(very exact fit)이 달성되어서, 내용물을 비우지 않은 컵들의 매우 높은 적층이 가능하며, 이는 이들의 중력 중심이 세운 표면에서 벗어나지 않기 때문이고, 그 결과 예컨대 매거진(magazine)(컵 저장소)의 충진 경우에 (매거진으로부터)일시적인 내려 놓음(세워둠)(setting down)이 어떠한 위험 없이 달성될 수 있다.
특히 컵에 충진되는 액체의 온도가 컵의 단열 특성들에 기본이다. 내측 슬리이브와 외측 슬리이브 사이의 간극과 외측 슬리이브의 재질 두께의 크기(size)에 수반하는 내측 슬리이브의 재질 두께는 모두 컵의 액체와 컵을 잡는 손 사이의 온도 감소를 결정한다. 내측 및 외측 슬리이브의 판지의 기본 구역(unit area)당 통상 질량의 경우, 내측 슬리이브와 외측 슬리이브 사이의 간극은 대개 약 1.2mm이다. 따라서 컵이 80℃의 온도를 갖는 액체로 충전될 때, 이는 60℃ 이하의 외부 온도를 가능하게 하고, 이는 고통 없이 더 긴 시간 동안 컵이 손에 유지될 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 컵의 내측 슬리이브의 최적화된 강성(stiffness)의 결과, 주목할 정도의 컵 강성의 손실 없이 대략 15%의 재료 절감이 이루어졌다. 재료 절약에 기인한 감소된 단열 특성들은 내측 슬리이브와 외측 슬리이브 사이의 간극을 대략 0.2mm 증가시킴에 의해 보충될 수 있다.
본 발명은 또한 컵을 제조하는 공정에 관한 것이다. 내측 컵은 다음 스테이지(stage)로의 예비 절차 단계(여기에서 기술되지 않음)들에서 생산되고, 이 단계에서 상부 감긴 립과 컵 바닥부가 장착된다.
정지면의 적용은 내측 컵을 제조하는 공정 라인으로 집약되며 용기 권취기(take-up), 코어 맨드렐 및 가압 링의 요소들로 구성되는 성형 스테이션에서 생성된다.
코어 맨드렐(core mandrel)은 원통형 부분과 불연속적인 직경 변화의 크기에 의해 정지면의 형상과 특성들을 결정한다. 정지면을 적용하기 위해, 내측 슬리이브는 성형 스테이션이 개방될 때 컵 권취기(cup take-up) 속으로 이동된다. 코어 맨드렐과 가압 링은 내측 슬리이브가 컵 권취기에 장착될 수 있을 정도로 이격되게 이동된다. 성형 스테이션은 순차적으로 다시 전방으로 이동하고, 즉 코어 맨드렐과 가압 링은 서로를 향해 이동하고, 이와 같은 이동은 도 10에서 화살표로 도시됐다. 성형 스테이션은 가압 링이 코어 맨드렐의 원통형 부분에 도달할 때까지 함께 이동될 때, 가압 링, 내측 슬리이브 및 코어 맨드렐의 능동적인 끼워맞춤이 달성된다. 가압 링과 코어 맨드렐의 기하학적인 특성들은 적합해져서 가압 링이 내측 슬리이 브의 원통형 부분을 형성하는 반면에 성형 스테이션은 계속하여 함께 이동하고, 따라서 정지면을 향해 컵 슬리이브 재료의 작은 량(small percentage)이 가압한다. 따라서 성형 스테이션의 폐쇄 위치에서 본질적으로 원추형인 내측 컵의 원통형 부분에서 재질의 두터움(material thickening) 및 정지면에서 재질의 강화(material strengthening)가 달성된다. 이는 내측 컵의 벽의 섬유 정렬이 가압 링의 이동 방향과 동일하기 때문에, 사용된 재질이 압축가능하기 때문에, 그리고 재질의 섬유가 신장될 수 있기 때문에 가능하다.
경사각이 20°미만인 극도로 제한된 정지면들을 위해, 성형 스테이션은 합성 층의 유동성(flowability)을 개선하도록 가열될 수 있다. 대략 70℃ 내지 90℃ 사이의 온도는 따뜻한 기류(airstream)에 의해 또는 전기적으로 성형 스테이션을 가열함으로써 생성될 수 있고, 이에 의해 내부 층의 양호한 연성(ductility) 및 유동성(flowability)이 발생된다.
다음의 제조단계에서 성형 스테이션은 다시 이격되게 이동되고 내측 컵은 다른 스테이션으로 이동되며, 외측 슬리이브와 끼워맞춤되고, 결합되고, 최종가공된다.
본 발명의 이들 및 기타 목적들, 특성들 및 장점들은 다음의 첨부도면과 관련한 상세한 설명으로부터 더욱 용이하게 이해될 것이다.
도 1에 종단면도로 도시된 보온 컵은 내측 슬리이브(1)와 컵 바닥부(4)를 포함하는 내측 컵 및 외측 슬리이브(2)로 구성된다. 감긴 립(3)은 내측 슬리이브(1)에 적용되고 컵 바닥부(4)가 삽입된다. 보온 컵의 적층 특성은 정지면(stopping face)(5)에 의해 경사 깊이(p)(도 3 참조)에 의해, 그리고 정지면(5) 아래에 위치한 원통형 구역(7, 8)에 의해 결정된다. 보온 컵의 대칭 축(15)은 정지면(5)의 경사각(α)(도 3 및 도 4 참조)을 예시하는 역할을 하고 단지 가상선이다. 외측 슬리이브(2)는 상부 감긴 립(3) 하부의 보온 컵 개구부의 구역에서 내측 슬리이브(1)의 외측에 부착된다. 외측 슬리이브(2)는 하단부에 내측으로 감긴 하부 감긴 립(11)이 제공된다. 상부 지지체(9), 잠재적인 상부 어깨부(12)(도 8 참조) 및 하부의 감긴 립(11)의 실시예는 보온 컵의 단열 특성들을 한정한다.
도 2는 적층된 4개의 컵을 보여주며, 또 다른 도면에서 확대도로 예시되는 3개의 구역들이 표시됐다. 표시된 "X"구역은 2개의 정지면(5)들의 실시예를 예시하도록 도 3 및 도 4에 도시됐다. 표시된 "Y"구역은 하부의 감긴 립(11)의 지지부(13)의 실시예를 예시하도록 도 5 및 도 6에 도시됐다. 표시된 "Z"구역은 컵 개구부의 실시예를 예시하도록 도 7 및 도 8에 도시됐다.
보온 컵의 적층(stacking) 및 적층 해제(unstacking) 특성들은 정지면(5)의 경사각(α), 경사(p)깊이, 및 원통형 구역(7, 8)에 의해 결정된다. 도 3은 25°의 경사각을 갖는 한 정지면(5)에서 컵의 적층구조를 보여준다. 도 4는 5°의 경사각(α)을 갖는 정지면(5)에서 컵의 적층구조를 보여준다.
도 5 및 도 6은 보온 컵 바닥부(4)의 레벨(도 5 참조)에서 또는 보온 컵 바닥부(4)의 레벨 하부에서(도 6 참조) 하부의 감긴 립(11)의 적용에 의해 내측 슬리이브(1)의 안정성 개선을 예시한다. 보온 컵이 하부의 감긴 립(11)의 구역에서 잡혀지는 경우 상당량의 가압력은 내측 슬리이브(1)의 변형 없이 하부의 감긴 립(11) 에 작용될 수 있고, 지지체(13)에 의해 하부의 감긴 립(11)이 보온 컵 바닥부(4) 또는 감긴 립(24)에 가압력을 전달하기 때문이다. 하부의 감긴 립(11)이 컵 바닥부(4) 상부에 적용된 경우, 내측 컵의 횡단면은 하부의 감긴 립(11)으로부터 내측 슬리이브(1)로의 부하전달 때문에 변형될 수 있고, 이 하부의 감긴 립(11)이 너무 큰 압력으로 잡히는 경우 예컨대 매거진(magazine)(컵 저장소)으로부터 제거될 때 보온 컵 후방의 보온 컵 외측에 보온 컵이 끼이게 한다.
컵의 상부 구역은 다양한 디자인을 갖는 것이 가능하고, 이는 보온 컵으로 충전될 액체의 온도 또는 형식에 좌우된다. 상부 어깨부(12)는 매우 뜨거운 액체용으로 추천되며, 이 상부 어깨부(12)는 내측 슬리이브(1)와 외측 슬리이브(2) 사이의 단열구역을 증가시키고, 그리고 이 상부 어깨부(12)는 내측 슬리이브(1)에 적용된다. 이 상부 어깨부(12)는 적절한 액체 온도가 필요하지 않다. 상부 어깨부(12)가 없는 실시예가 도 7에 도시됐다. 상부 어깨부(12)가 있는 실시예가 도 8에 도시됐다.
정지면(5)의 형성은 성형 스테이션(forming station)(14)에서 발생 된다. 보온 컵 바닥부(4)를 포함하는 내측 컵은 성형 스테이션(14)( 도 9 참조)의 테이크-업(take-up)으로 이송된다. 성형 스테이션(14)은 순차적으로 함께 밀폐된다. 성형스테이션(14)의 코어 맨드렐(18)은 내측 컵으로 이동되고 가압 링(19)은 도 10에 도시된 바와 같이 외측으로부터 내측 컵 위로 이동한다. 코어 맨드렐(18)은 원통형 구역(20, 21)(도 11 참조) 및 불연속 직경(22, 23)을 포함하고, 이는 내측 슬리이브(1)의 정지면(5)의 형태 및 원통형 구역(7, 8)의 높이를 결정한다. 가압 링(19) 의 상부 변부(26)는 코어 맨드렐(18)의 원통형 구역(21)의 시작부분에 도달하고, 그 다음 내측 슬리이브(1)의 성형이 시작된다. 이와 같은 상황은 도 11에 예시됐다. 성형 스테이션(14)의 폐쇄상태로의 이동(도 12 참조)은 정지면(5)의 성형을 종결시킨다. 가압 공정의 마지막 진행 단계(도 13 참조)에서, 성형 스테이션은 다시 완전히 개방되고 내측 컵이 배출된다.
본 발명의 적층 및 적층 해제 가능한 이중 벽 판지 컵은 내측 및 외측 슬리이브로 이루어진 이중벽 구조로서 상부 감긴 립과 하부 감긴 립에 의해 적층된 또는 적층 해제되는 보온 컵의 끼임이 방지되게 하는 효과를 갖는다.

Claims (6)

  1. 컵 바닥부를 갖는 내측 슬리이브;
    외측 슬리이브와 내측 슬리이브 사이에 간극을 갖는 외측 슬리이브;
    상기 외측 슬리이브의 하단부에 적용되고 상기 내측 슬리이브에 배치된 감긴 립(rolled lip);
    또 다른 판지 컵의 감긴 립이 유사하게 적층되도록 상기 내측 슬리이브에 형성된 정지면으로 구성되되,
    상기 정지면(5)은 어깨부 하부의 내측 슬리이브(1) 직경이 불연속적으로 감소되는 어깨부로 설계되고,
    하부의 감긴 립(11)은 컵 바닥부(4)의 레벨에서 또는 컵 바닥부(4)의 하부에서 내측 슬리이브(1)의 외측면(25)에 적용되는 것을 특징으로 하는 적층가능하고 적층 해제 가능한 이중 벽 판지 컵.
  2. 제1항에 있어서,
    정지면(5)은 0° 내지 70°의 범위 내의 경사각(α)을 갖고,
    바람직하게는 5° 내지 25°의 범위 내의 경사각(α)을 갖는 것을 특징으로 하는 이중 벽 판지 컵.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    컵은 상부 어깨부(12)를 갖는 것을 특징으로 하는 이중 벽 판지 컵.
  4. 제 4항에 있어서, 하부의 감긴 립(rolled rip)(11)은 정지면(5)으로 된 틀에빈틈없이 끼워맞춤되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 벽 판지 컵.
  5. 상부 감긴 립(3)이 적용되고 컵 바닥부(4)가 삽입되는 내측 슬리이브를 코어 맨드렐(18), 컵 권취기(17) 및 가압 링(19)으로 구성되는 성형 스테이션(14)으로 이송하는 단계;
    상기 코어 맨드렐(18)을 내측 컵으로 삽입하는 단계;
    상기 가압 링(19)을 내측 컵과 상기 코어 맨드렐(18) 상으로 슬라이드 시킴으로써 성형 스테이션(14)에서 정지면(5)을 성형하는 단계;
    상기 성형 스테이션(14)을 개방하고 이중벽 컵의 완성을 위해 내측 컵이 외측 슬리이브(2)에 결합되는 처리 공정들로 내측 컵을 이송하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 4에 따른 판지 컵의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    정지면(5)을 성형하기 위한 가압 공정은 증가된 온도에서 실행되는 것을 특징으로 하는 판지 컵 제조방법.
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