WO2023171038A1 - 容器及び容器製造方法 - Google Patents

Abstract

容器は、筒状の胴部とフランジ部と底部とを有する。上記胴部は、熱可塑性樹脂で被覆された紙材が接着されて形成されたサイドシーム部を側面に有する。上記フランジ部は、上記胴部の一端に巻き込まれた紙材によって形成され、蓋材がヒートシールにより接着される。上記底部は上記胴部の他端に形成される。上記フランジ部は、その上面の外周端に、所定高さ及び所定幅の段差部を有する。

Description

容器及び容器製造方法

　本発明は、飲食料品のための容器及びその製造方法に関する。

　従来から、飲食料品のための容器（紙コップ）として、それぞれシート状材料からなりサイドシーム部（貼り合わせ部）を有する胴部と当該胴部の内側に取り付けられた底部とを有する容器の開口端がフィルム状の蓋材によって密封されたものが広く使用されている。

　上記容器の開口端には、容器の外側に向かうフランジ部が設けられており、容器内に飲料等の内容物が充填された後、当該フランジ部に、蓋材が例えばヒートシールによって接着される。

　下記特許文献１には、上記フランジ部（マウスロール）をその断面が円形（カール形状）となるように形成することが記載されている。

　下記特許文献２には、上記フランジ部（カップリム部）が、上下方向から押圧されて偏平に形成されることが記載されている。

特表２００８－５０７４５８号公報 特開２００４－０４２９８７号公報

　しかしながら、フランジ部が上記特許文献１に記載のようなカール形状である場合、蓋材のシール時にフランジ部が変形してしまい、口外径寸法が変化することで、当該フランジ部に嵌合させる蓋（オーバーキャップ）の嵌合性が悪くなってしまう場合がある。

　また、フランジ部が上記特許文献１に記載のようなカール形状である場合、及び、上記特許文献２に記載のような押圧偏平形状である場合には、蓋材の開封時にフランジ部が変形してしまうことで、安定して開封することができず、また上記と同じく上記蓋の嵌合性が悪くなってしまう場合がある。

　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蓋材のシール条件を変更することなく、蓋材のシール時及び開封時におけるフランジ部の変形を抑制可能な容器及び当該容器の製造方法を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る容器は、筒状の胴部とフランジ部と底部とを有する。上記胴部は、熱可塑性樹脂で被覆された紙材が接着されて形成されたサイドシーム部を側面に有する。上記フランジ部は、上記胴部の一端に巻き込まれた上記紙材によって形成され、蓋材がヒートシールにより接着される。上記底部は上記胴部の他端に形成される。上記フランジ部は、その上面の外周端に、所定高さ及び所定幅の段差部を有する。

　この構成により、フランジ部の上面外周端に段差部を設けることで、蓋材のシール時に、シールヘッドが段差部には接触せずフランジ部の内側にのみ接触することで、フランジ部の変形を防ぐことができ、また蓋材の開封時に、開封する力の支点（胴部とフランジ部の境界）に対する作用点がフランジ部の外周端よりも内側（段差部の開始点）になるため、力のモーメントが小さくなり、フランジ部の変形を抑制することができる。

　上記所定高さは、上記紙材の厚みの二分の一以上であってもよい。

　これにより、段差部の高さを最低限確保し、蓋材のシール時に段差部がシールされてしまうのを防ぐことができる。

　上記所定幅は、上記胴部と上記フランジ部との境界を上記蓋材の開封時の力の支点、上記段差部の開始点を上記力の作用点とした場合に、上記力のモーメントが６０Ｎ・ｍｍ未満となるような長さに設定されてもよい。

　これにより開封時の力のモーメントを６０Ｎ・ｍｍ未満とすることで、シール強度を維持しながらも開封時のフランジ部の変形を抑制することができる。力のモーメントが６０Ｎ・ｎｍ以上であると、開封時にフランジ部が変形してしまうおそれがある。なおこのような段差部の幅は、概ね、紙材の厚みの２倍以上となる。

　上記フランジ部は、上記段差部の下方に位置し上記胴部の半径方向における断面視で上記紙材が２枚重なった２層部と、上記２層部よりも内周側に位置し上記断面視で上記紙材が３枚重なった３層部と、を有してもよい。この場合上記２層部は上記２枚の紙を接着する１つの接着部を有し、上記３層部は上記３枚の紙を接着する２つの接着部を有してもよい。

　これにより、２層部においては段差部の強度を上げることができ、３層部においては蓋材のシール時に安定して高い強度でシールを行うことができる。

　上記フランジ部は、上記２層部の上記接着部と上記３層部の上記接着部との間に空間を有してもよい。

　これにより、蓋材のシール強度が高い３層部とシール強度が低い２層部との間に空間が形成されることで、シール強度が３層部３５よりも低く２層部３４よりも高い部分が形成され、フランジ部の外周側から内周側へかけてシール強度を段階的に高くすることができるため、蓋材の開封時にも外周側から内周側へ徐々に力のモーメントを大きくして開封性を向上させることができる。

　本発明の他の形態に係る容器製造方法は、
　熱可塑性樹脂で被覆された紙材を接着して側面にサイドシーム部を有する筒状の胴部を形成し、
　上記胴部の一端に底部を形成し、
　上記胴部の他端を巻き込み加工してカール状のフランジ部を形成し、
　上記フランジ部の外周端をプレス成型することで、所定高さ及び所定幅の段差部を形成する、ことを含む。

　これにより、従来のカール部の製造工程に、外周端のプレス成型工程を追加するだけで、蓋材のシール時及び開封時におけるフランジ部の変形を抑制可能な容器を製造することができる。

　以上説明したように、本発明によれば、蓋材のシール条件を変更することなく、蓋材のシール時及び開封時におけるフランジ部の変形を抑制可能な容器及び当該容器の製造方法を提供することができる。しかし、この効果は本発明を限定するものではない。

本発明の一実施形態に係る紙コップの正面外観を示す図である。 図１におけるフランジ部の拡大断面図である。 上記フランジ部の段差部の高さを決めるための検討結果を示した図である。 上記フランジ部の段差部の幅を決めるための実験結果を示した図である。 上記フランジ部のシール時の変形および口外径寸法変化についての実験結果を従来の丸カール状のフランジ部と比較して示した図である。 上記紙コップの製造工程を示したフローチャートである。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［紙コップの外観］
　図１は、本発明の一実施形態に係る容器としての紙コップの正面外観を示す図である。同図の一部は断面で示されている。

　同図に示すように、本実施形態に係る紙コップ１００は、胴部１と底部２とを有する。

　胴部１は、原料となる紙材（原紙）が例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂で被覆（ラミネート加工）されて扇形のブランクとして打ち抜かれ、円筒状の金型に巻きつけられて側端部同士が重ねられて接着されたものである。この側端部同士の接着により、胴部２の側面には、その上下にかけてサイドシーム部４が形成されている。

　底部２は、胴部１と同様の紙材から打ち抜かれた円形の底紙が絞り加工され、上記胴部１の接着と同時に、胴部１の下端の内側に接着されたものである。

　底部２が接着された胴部１の下端は、紙材が内側に折り込まれ圧着されている。また胴部１の上端には、紙材が外側に巻き込まれたフランジ部３が形成され、胴部１は当該フランジ部３において開口した状態となっている。

　当該フランジ部３に、紙コップ１００に飲料や氷等の内容物が充填された後、例えばポリエチレンフィルム等の蓋材がヒートシールにより接着されることで、紙コップ１００が密封される。

　上記胴部１及び底部２の原料としての紙材は、例えば複数層から構成されている。当該紙材には、上記熱可塑性樹脂によるラミネート層以外に、合成樹脂層や発泡層、金属層、無機蒸着フィルム等が積層されても構わない。

　内容物が氷等の硬い物体である場合に紙コップ１００を破れにくくするために、胴部１及び底部２はさらにポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムを積層してもよい。

［フランジ部の形状］
　図２は、上記フランジ部３（図１のＥ部分）の拡大断面図である。

　同図に示すように、フランジ部３は、上記蓋材が接着されるシール面３１と、上記胴部１が巻き込まれた巻き込み部３２と、段差部３３とを有する。

　フランジ部３の幅Ａは２～５ｍｍであり、フランジ部３の厚みＢは、紙材の厚みＴの３倍にほぼ等しい。

　段差部３３は、フランジ部３の上面の外周端に形成される。後述するが、当該段差部３３は、丸カール状のフランジ部の外周端をプレス成型することで形成される。

　当該段差部３３を設けることで、蓋材のシール時に、シールヘッドが段差部３３には接触せずフランジ部３の内側（シール面３１）にのみ接触することで、フランジ部３の変形を防ぐことができる。また蓋材の開封時に、開封する力（同図矢印）の支点Ｆ（胴部１とフランジ部３の境界）に対する作用点Ｗがフランジ部３の外周端よりも内側（段差部３３の開始点）になるため、力のモーメントが小さくなり、フランジ部３の変形を抑制することができる。

　またフランジ部３は、段差部３３の下方に位置し胴部１の半径方向（Ｘ方向）における断面視で紙材が２枚重なった２層部３４と、当該２層部３４よりも内周側に位置し上記断面視で紙材が３枚重なった３層部３５とを有する。すなわち段差部３３は、丸カール状のフランジ部のうち、内周側の紙材が３枚重なった部分はそのまま残し、外周端の紙材が２枚重なった部分をプレス加工することで形成される。

　２層部３４は、上記２枚の紙を融着等により接着する１つの接着部３４ａを有し、３層部３５は，上記３枚の紙を融着等により接着する２つの接着部３５ａ及び３５ｂを有する。これにより、２層部３４においては段差部３３の強度を上げることができ、３層部３５においては蓋材のシール時に安定して高い強度でシールを行うことができる。

　また上記２層部３４の接着部３４ａと上記３層部３５の接着部３５ａ及び３５ｂとの間には、空間Ｓが形成されている。これにより、蓋材のシール強度が高い３層部３５と、シール強度が低い２層部３４との間に空間Ｓが形成されることで、シール強度が３層部３５よりも低く２層部３４よりも高い部分が形成されることになる。したがって、フランジ部３３の外周側から内周側へかけてシール強度を段階的に高くすることができるため、蓋材の開封時にも外周側から内周側へ徐々に力のモーメントを大きくして開封性を向上させることができる。

　ここで段差部３３の高さＤ（シール面３１と段差部３３の底面との距離）は、上記紙材の厚みＴの二分の一以上とされる。

　図３は、当該段差部３３の高さＤを決めるための検討結果を示した表である。同図に示すように、本発明者等は、密度の異なる４種類の原紙（原紙Ａ～Ｄ）について、上記プレス成型時の圧縮後の原紙の厚みを計算した。

　紙コップ１００の原紙は、使用実績から密度0.75g/cm3以上であり、原紙の主成分であるセルロースの固有密度は1.5g/cm3であるから、圧縮比率は２以下となる。

　上述のように、段差部３３はカール状のフランジ部のうち内周側の原紙が３枚重なった部分（３層部３５に対応）はそのまま残し、外周端の原紙が２枚重なった部分（２層部３４に対応）をプレス加工することで形成されるところ、同図に示すように、３枚の紙の圧縮後の厚みと、２枚の紙の圧縮後の厚みとの差（段差部３３の高さに相当）は、0.15mm（原紙の厚みＴの二分の一）となる。したがって、段差部３３の高さＤは、Ｔ／２以上とすることが望ましい。

　また段差部３３の幅Ｃ（シール面３１と段差部３３との境界からフランジ部３の外周端までの距離）は、胴部１とフランジ部３との境界を上記蓋材の開封時の力の支点Ｆ、段差部３３の開始点を上記力の作用点Ｗとした場合に、当該作用点Ｗがフランジ部３の幅Ａ方向（Ｘ方向）のほぼ中央付近に位置するような長さに設定されている。

　図４は、段差部の幅Ｃを決めるための実験結果を示した表である。同図に示すように、本発明者等は、支点Ｆから作用点Ｗの距離（フランジ部３の幅－段差部３３の幅）を変更して、シールされた蓋材を開封する際のピール強度、力のモーメントを測定した。

　実験に使用した原紙の厚み約0.30ｍｍであり、フランジ部３の幅は3.0mmとした。また蓋材のシール時の条件は、シール時間1.2sec、シール温度130℃、シール圧力130kgfとした。

　同図に示すように、支点Ｆから作用点Ｗまでの距離を３．０ｍｍ未満とし、かつ開封時の力のモーメント６０Ｎ・ｍｍ未満とすることで、１５Ｎ～２０Ｎのピール強度を維持し、開封機能を保持する事が可能であったが、ピール強度が２０Ｎ以上(力のモーメントが６０Ｎ・ｍｍ以上）となる幅の場合にはフランジ部３が変形し（持ち上がってしまい）、開封できない場合があった。

　したがって段差部３３の幅Ｃは、蓋材の開封時に作用点Ｗにかかる力のモーメントが６０Ｎ・ｍｍ未満となるような長さに設定されるのが好ましい。当該幅Ｃは、概ね、紙材の厚みＴの２倍よりも大きくなる。

　図５は、以上のように構成されたフランジ部３のシール時の変形および口外径寸法変化についての実験結果を、従来の丸カール状のフランジ部と比較して示した表である。

　同図に示すように、従来の丸カール状のフランジ部と、本実施形態のフランジ部３について、蓋材のシール前後におけるＸ方向（サイドシーム部４を含まない外径）とＺ方向（サイドシーム部４を含む外径）（図１）の口外径寸法を計測し、その平均値、最大値、最小値、範囲（最大値と最小値の差）、標準偏差を算出した。

　従来の丸カール状のフランジ部では、平均値でＸ方向において＋０．７ｍｍ、Ｚ方向においても＋０．９ｍｍと、寸法変化が大きかったのに対して、本実施形態のフランジ部３においては、平均値でＸ方向において－０．１ｍｍ、Ｚ方向においても－０．１ｍｍと、寸法変化は極めて小さかった。

　したがって、本実施形態の段差部３３が、シール時の変形及び口外形寸法変化を防止できること実証された。

［紙コップの製造方法］
　次に、上記紙コップ１００の製造方法について説明する。図６は、紙コップ１００の製造工程の流れを示したフローチャートである。

　同図に示すように、まず、上記熱可塑性樹脂でラミネートされた紙材から扇形のブランクが打ち抜かれ、その両端部がガスバーナー等で溶融された状態で筒状の金型に巻きつけられて接着されることで胴部１が形成される（ステップ６１）。

　また、上記と同様の紙材から打ち抜かれた円形の底紙が絞り加工されて、上記円筒状の金型に真空吸着された状態で、上記胴部１の端部同士の接着と同時に胴部１の下端内側に接着される。そして、胴部１の下端が底部２側に折り込まれて圧着されることで、底部２が胴部１に接合される（ステップ６２）。

　続いて、カーリング処理によって、胴部１の上端がツールで回転されながら外側へ巻き込まれることで、胴部１の半径方向（Ｘ方向）における断面が円形となるフランジ部が形成される（ステップ６３）。

　続いて、上記断面円形のフランジ部が、上記図２で示したようにその外周端がプレス加工されることで、段差部３３が形成される（ステップ６４）。これにより上部が開口した紙コップ１００が製造される。

　そして、上記紙コップ１００に氷や飲料等の内容物が充填され、ヒートシールによって蓋材が開口部（フランジ部３のシール面３１）に接着されることで、紙コップ１００が密封される（ステップ６５）。

　このヒートシール時において、シールヘッドは先にシール面３１を押圧し、それに遅れて段差部３３を押圧することになるため、そのタイムラグの分だけ、シール面３１におけるシール強度は高く、段差部３３におけるシール強度は低くなる。

［まとめ］
　以上説明したように、本実施形態によれば、フランジ部３の上面外周端に段差部３３を設けることで、蓋材のシール時及び開封時におけるフランジ部３の変形を抑制することができる。これにより、蓋材のシール条件を変更することなく、シール時にフランジ部３の口外径寸法が変化するのを防ぎ、フランジ部３に嵌合させる蓋（オーバーキャップ）の嵌合性が悪くなってしまうのを防ぐことができるとともに、開封時に安定して開封することができる。

［変形例］
　本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更され得る。

　上記フランジ部３及び段差部３３の形状は、上記図２に示したものに限られない。例えば、図２に示した段差部３３は、シール面３１とほぼ平行な底面と、シール面３１と底面とを繋ぐ斜面とで構成されているが、当該斜面がより垂直に近い面とされ、底面がより広く形成されてもよい。

　上述の実施形態においては、胴部１と底部２とは異なるパーツとして製造されて胴部１に底部２が接着されることで紙コップ１００が製造されていた。しかし、１枚の紙材から胴部と底部とが一体に形成されて紙コップ等の容器が製造されてもよく、この場合でもフランジ部は上述の実施形態と同様に成形され得る。

　上述の実施形態では、容器として紙コップ１００が示されたが、容器の用途はコップに限られず、例えば菓子等の食品を収容するものであってもよい。

Claims (6)

1. 　熱可塑性樹脂で被覆された紙材が接着されて形成されたサイドシーム部を側面に有する筒状の胴部と、
   　前記胴部の一端に巻き込まれた前記紙材によって形成され、蓋材がヒートシールにより接着されるフランジ部と、
   　前記胴部の他端に形成された底部とを具備し、
   　前記フランジ部は、その上面の外周端に、所定高さ及び所定幅の段差部を有する
   　容器。
2. 　請求項１に記載の容器であって、
   　前記所定高さは、前記紙材の厚みの二分の一以上である
   　容器。
3. 　請求項１に記載の容器であって、
   　前記所定幅は、前記胴部と前記フランジ部との境界を前記蓋材の開封時の力の支点、前記段差部の開始点を前記力の作用点とした場合に、前記力のモーメントが６０Ｎ・ｍｍ未満となるような長さに設定される
   　容器。
4. 　請求項１に記載の容器であって、
   　前記フランジ部は、
   　前記段差部の下方に位置し前記胴部の半径方向における断面視で前記紙材が２枚重なった２層部と、
   　前記２層部よりも内周側に位置し前記断面視で前記紙材が３枚重なった３層部と、を有し、
   　前記２層部は前記２枚の紙を接着する１つの接着部を有し、
   　前記３層部は前記３枚の紙を接着する２つの接着部を有する
   　容器。
5. 　請求項４に記載の容器であって、
   　前記フランジ部は、前記２層部の前記接着部と前記３層部の前記接着部との間に空間を有する
   　容器。
6. 　熱可塑性樹脂で被覆された紙材を接着して側面にサイドシーム部を有する筒状の胴部を形成し、
   　前記胴部の一端に底部を形成し、
   　前記胴部の他端を巻き込み加工してカール状のフランジ部を形成し、
   　前記フランジ部の外周端をプレス成型することで、所定高さ及び所定幅の段差部を形成する
   　容器の製造方法。

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