(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部と底部とが結合されているカップの上端開口部周縁を外側にカールさせるカール成形装置において、
潤滑剤を収納する潤滑剤タンクと、
前記潤滑剤を霧化する霧化装置と、
前記カップの上端開口部周縁の内側に配置され、当該カップの内側面との間に所定の隙間を形成するためのガイド部と、
このガイド部の周面に設けられ、前記霧化装置から供給される霧化された潤滑剤を前記カップの上端開口部周縁の内側面に噴霧するとともに、噴霧されなかった余剰潤滑剤を溜める潤滑剤たまり部を含む、ノズル装置と、
このノズル装置によって潤滑剤が噴霧された後、前記カップの上端開口部周縁を成形金型に形成された曲面状の溝部に沿って外側にガイドさせながら巻き込むことによりトップカールを成形するカール成形手段と、
前記潤滑剤タンクに収納された潤滑剤を霧化装置へ送るとともに、前記潤滑剤たまり部から余剰潤滑剤を吸い出し前記潤滑剤タンクへ戻すポンプと、
を具備したことを特徴とするカール成形装置。
【請求項２】
前記ノズル装置は、前記潤滑剤たまり部へ潤滑剤を供給する潤滑剤供給流路と、前記ポンプにより吸い出される潤滑剤が流れる余剰潤滑剤回収流路と、を具備したことを特徴とする請求項１記載のカール成形装置。
【請求項３】
胴部と底部とが結合されているカップの上端開口部周縁を外側にカールさせるカール成形方法において、
前記カップの上端開口部周縁の内側に、当該内側面との間に所定の隙間を形成するためのガイド部を配置する工程と、
潤滑剤タンクから霧化装置へ潤滑剤を送る工程と、
前記霧化装置が潤滑剤を霧化する工程と、
前記ガイド部の周面に設けられたノズル装置に対し霧化された潤滑剤を供給することにより、前記カップの上端開口部周縁の内側面に前記霧化された潤滑剤を噴霧する工程と、
霧化された潤滑剤を噴霧した後、前記カップの上端開口部周縁を成形金型に形成された曲面状の溝部に沿って外側にガイドさせながら巻き込むことによりトップカールを成形する工程と、
噴霧されなかった余剰潤滑剤を溜める前記ノズル装置の潤滑剤たまり部から余剰潤滑剤を吸い出し、前記潤滑剤タンクへ戻す工程と、
を具備したことを特徴とするカール成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、紙製もしくは樹脂製のカップの製造において、胴部材および底部材の打ち抜きブランクを成形機によりヒートシールあるいは高周波シール等により接着してなるカップの上端開口部周縁にトップカールを成形するカール成形装置およびカール成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、紙製もしくは樹脂製のカップは、コールド飲料やホット飲料などの飲料用カップ、納豆やヨーグルト、ラーメンやアイスクリームなどの食品用カップ、尿検査などに使われる検査用カップなどの医療用カップ等、様々な分野で使用されている。いずれの紙製もしくは樹脂製カップにおいても、カップの上端開口部周縁を外側にカールさせるトップカール成形加工を行っている。
【０００３】
このようなトップカール成形加工を行うには、潤滑剤をカップの上端開口部周縁の内側面またはカール成形治具のカール成形部曲面状の溝部に塗布し、カール成形治具を上方からカップの上端開口部周縁部へ押圧することで、カール成形治具のカール成形部曲面状の溝部の形に沿ってカール形状を形作る加工法が従来から多く行われている。
【０００４】
潤滑剤をカップの上端開口部周縁の内側面またはカール成形治具のカール成形部曲面状の溝部に塗布せずにカール成形治具を押圧する場合、紙製もしくは樹脂製のカップの胴体部分に座屈が発生する等の問題があり、正常にトップカール成形を行うことは困難である。
【０００５】
また、たとえば、カップの強度を強くするために基材の坪量を上げ、基材の厚さを厚くするといったことが行われているが、カップの成形時の機械適正が悪くなるという問題がある。このため、カップの基材によりトップカール成形の成形性は大きく異なるという問題がある。
【０００６】
さらに、カップの形状によってもトップカール成形性が異なり、カップの側面が底面に対して垂直な形状のカップの上端開口部周縁にトップカールを成形する場合、座屈などの成形不良が発生しやすく、正常にトップカール成形を行うことは困難である。
【０００７】
上記したように、紙製もしくは樹脂製のカップの上端開口部周縁にトップカールを成形する際の機械適正を上げるためには潤滑剤は不可欠である。このため、従来からトップカール成形を行う前に潤滑剤をカップ上端開口部周縁の内側面またはカール成形治具のカール成形部曲面状の溝部に塗布し、トップカール成形を行う際の機械適性を向上させることが多く行われている。
【０００８】
図４は、従来のカップのカール成形装置およびカール成形工程の一例を示したものである。図４において、１はトップカールを成形する略円錐台形のカップ、２はカップ１の上端開口部周縁、３は潤滑剤を塗布するための略円柱状の潤滑剤塗布ノズル、４は潤滑剤塗布ノズル３の周面に設けられ潤滑剤を塗布する環状のフェルト、５は潤滑剤塗布ノズル３内に設けられ外部から供給される潤滑剤をフェルト４に導く潤滑剤流路、６はカップ固定冶具、７はカール成形用の１段目成形金型、７ａは１段目成形金型７に環状に形成された曲面状の溝部、８はカール成形用の２段目成形金型、８ａは２段目成形金型８に環状に形成された曲面状の溝部、９はカール成形用の３段目成形金型、９ａは３段目成形金型９に環状に形成された曲面状の溝部である。
【０００９】
従来のカール成形工程では、図４（ａ）に示すように、潤滑剤塗布ノズル３をカップ１の上端開口部周縁２の内側に配置した後、潤滑剤塗布ノズル３に液状の潤滑剤を供給し、潤滑剤塗布ノズル３に付随しているフェルト４に潤滑剤を浸透させ、潤滑剤を浸透させたフェルト４をカップ１の上端開口部周縁２の内側面のカール成形を行う部分に押し当てることにより、潤滑剤をカップ１の上端開口部周縁２の内側面に塗布する。
【００１０】
その後、図４（ｂ）に示すように、カップ固定治具６によりカップ１を固定した状態で、カップ１の上端開口部周縁２にカップ１の上方から１段目成形金型７を押圧することで、カップ１の上端開口部周縁２をカールさせる。
【００１１】
その後、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、同様に２段目成形金型８、３段目成形金型９を順次押圧することで、カップ１の上端開口部周縁２をカールさせる。このカール成形は、座屈防止のため、１段目成形金型７、２段目成形金型８、３段目成形金型９の順に、カールさせる角度を大きくしていくようになっている。  
図４には、成形金型が１〜３段目の３つある場合を示しているが、この段数は必ずしも３である必要はなく、適宜の数を選択可能である。
【００１２】
このような工程を得ることにより、図４（ｅ）に示すように、カップ１の上端開口部周縁２にトップカール１０が成形されるものである。
【００１３】
このように、従来の潤滑剤を塗布する方法として、たとえば、トップカール成形前に潤滑剤塗布用のノズル３を設置し、ノズル３に潤滑剤を液体で供給し、ノズル３に設置されているフェルト４に潤滑剤を浸透させ、前記フェルト４をカップ１のカール成形部分に押し付けて潤滑剤を塗布するという方法が用いられてきた。この場合、フェルト４には常に潤滑剤を浸透させておかなければならないため、潤滑剤を適時フェルト４へと供給する必要がある。
【００１４】
しかし、フェルト４の状態を把握し、供給する潤滑剤の量を管理するのは難しく、たとえば、潤滑剤を必要な量より多く供給してしまった場合、過剰な潤滑剤がフェルト４から垂れ落ちるといった問題や、過剰に塗布された潤滑剤がカップ１の内面に残留してしまうといった問題が発生することがある。逆に、潤滑剤を必要な量より少なく供給してしまった場合、トップカール加工に必要な潤滑剤が充分に供給されず、トップカール加工の際に座屈などの問題が発生することがある。
【００１５】
上記のような問題を解決するため、カール成形不良を防止する装置の一例として、以下の機構を持つ装置が公知である（たとえば、特許文献１参照）。すなわち、カール１段目成形工程において、カップの上端開口部周縁から所定幅だけホルダ肩とパンチとで挟みながら外方に折り曲げて折曲縁部を形成し、カール２段目成形工程において、１段目成形工程において折り曲げた折曲縁部を内側に位置するように巻き込んでカール部を成形するトップカール成形方法である。
【００１６】
特許文献１に記載されている装置の特徴として、プレカール成形工程において雄型冶具および雌型冶具にてカップを挟み込みながら、カップの上端開口部周縁に対し強制的にカール成形加工を行うため、座屈やしわの発生を抑制しながらトップカール成形加工を行うことができることがあげられる。
【００１７】
また、トップカール成形工程をプレカール成形工程と仕上げカール成形工程の２工程に分けて行うことで、従来のトップカール成形方法では困難であった伸縮性のある材料を用いたトップカール成形工程を行うことが可能であることがあげられる。
【００１８】
その他の例として、以下の機構を持つヒートシール装置が公知である（たとえば、特許文献２参照）。すなわち、金型に潤滑剤を塗布する装置であって、潤滑剤供給タンクや潤滑剤を帯電する帯電ガン、各エアの制御を行うコントローラ、潤滑剤を金型内に噴射するためのノズル等の各種機構を備えた金型潤滑剤塗布装置である。
【００１９】
特許文献２に記載されている装置の特徴として、摩擦帯電方式の帯電ガンを使用し、エアの圧力調整を行うことで帯電ガンに輸送する潤滑剤の量を高精度に調整することを可能とし、金型内に付着する潤滑剤の量を均一にできることがあげられる。
【００２０】
また、噴出手前にエアの供給により開閉を行う分割ブロックを備え、噴射されなかった潤滑剤は潤滑剤供給タンクに戻すようにされた回路を設けることで、潤滑剤の塗布装置を停止することなく潤滑剤を潤滑剤供給タンクに戻すことができるようになり、潤滑剤供給タンク内の潤滑剤の量の変動を減らして供給量安定させることで、塗布する潤滑剤の量を均一にできることがあげられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００６−１６８８１１号公報
【特許文献２】特開２００１−２２０６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかし、特許文献１に記載されている装置においては、開口部先端を複雑な形状にカール成形をする必要があるため、多くの成形金型を必要とし、そのため成形金型や成形装置のコストが高くなるという問題点がある。また、成形金型の数が多くなることでカール成形に時間がかかる、装置構造が複雑となり、サイズも大きくなるという問題点がある。
【００２３】
また、特許文献２に記載されている装置においては、潤滑剤の塗布にスプレーを用いているため、塗布する潤滑剤の粒径が一定でなく、潤滑剤が場所により付着量に偏りがあるという問題点がある。また、ノズル直前に分割回路を設ける必要があるため、ノズル部分のサイズが大きくなり、成型を行う加工物のサイズによっては使用できないという問題点がある。
【００２４】
そこで、本発明は、紙製もしくは樹脂製のカップ上端開口部周縁にトップカールを成形する際、座屈やシワ等の発生がなく、トップカールの成形を行うことが可能となり、かつ、潤滑剤の使用によるカップ内部への潤滑剤残留等の問題を解決することのできるカール成形装置およびカール成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明のカール成形装置は、胴部と底部とが結合されているカップの上端開口部周縁を外側にカールさせるカール成形装置において、潤滑剤を収納する潤滑剤タンクと、前記潤滑剤を霧化する霧化装置と、前記カップの上端開口部周縁の内側に配置され、当該カップの内側面との間に所定の隙間を形成するためのガイド部と、このガイド部の周面に設けられ、前記霧化装置から供給される霧化された潤滑剤を前記カップの上端開口部周縁の内側面に噴霧するとともに、噴霧されなかった余剰潤滑剤を溜める潤滑剤たまり部を含む、ノズル装置と、このノズル装置によって潤滑剤が噴霧された後、前記カップの上端開口部周縁を成形金型に形成された曲面状の溝部に沿って外側にガイドさせながら巻き込むことによりトップカールを成形するカール成形手段と、前記潤滑剤タンクに収納された潤滑剤を霧化装置へ送るとともに、前記潤滑剤たまり部から余剰潤滑剤を吸い出し前記潤滑剤タンクへ戻すポンプと、を具備している。
【００２６】
また、本発明のカール成形方法は、胴部と底部とが結合されているカップの上端開口部周縁を外側にカールさせるカール成形方法において、前記カップの上端開口部周縁の内側に、当該内側面との間に所定の隙間を形成するためのガイド部を配置する工程と、潤滑剤タンクから霧化装置へ潤滑剤を送る工程と、前記霧化装置が潤滑剤を霧化する工程と、前記ガイド部の周面に設けられたノズル装置に対し霧化された潤滑剤を供給することにより、前記カップの上端開口部周縁の内側面に前記霧化された潤滑剤を噴霧する工程と、霧化された潤滑剤を噴霧した後、前記カップの上端開口部周縁を成形金型に形成された曲面状の溝部に沿って外側にガイドさせながら巻き込むことによりトップカールを成形する工程と、噴霧されなかった余剰潤滑剤を溜める前記ノズル装置の潤滑剤たまり部から余剰潤滑剤を吸い出し、前記潤滑剤タンクへ戻す工程と、を具備している。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、紙製もしくは樹脂製のカップ上端開口部周縁にトップカールを成形する際、座屈やシワ等の発生がなく、トップカールの成形を行うことが可能となり、かつ、潤滑剤の使用によるカップ内部への潤滑剤残留等の問題を解決することのできるカール成形装置およびカール成形方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るカール成形装置の構成を概略的に示す模式図。
【図２】ノズル装置の構成を模式的に示す縦断側面図。
【図３】ノズル装置の他の構成を模式的に示す縦断側面図。
【図４】従来のカール成形装置およびカール成形工程の一例を模式的に示す縦断側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。  
図１は、本発明の実施の形態に係るカール成形装置の構成を概略的に示すものである。図１において、潤滑剤タンク１１には液状の潤滑剤１２が収納される。潤滑剤タンク１１には、パイプ１３，１４，１５を介してポンプ１６および霧化装置１７が接続されている。ポンプ１６は、潤滑剤タンク１１内の潤滑剤１２をパイプ１３を介して吸い出し、パイプ１５を介して霧化装置１７へ供給するものである。
【００３０】
霧化装置１７は、外部からパイプ１８を介して供給されるエアを用いて、ポンプ１６からパイプ１５を介して供給される液状の潤滑剤１２を霧化するものである。
【００３１】
霧化装置１７およびポンプ１６には、パイプ１９，２０を介してノズル装置２１が接続されている。ノズル装置２１は、トップカールを成形する筒状のカップ２２の上端開口部の内側に配置されることで、霧化装置１７からパイプ１９を介して供給される霧化された潤滑剤をカップ２２の上端開口部周縁２３の内側面に噴霧するものである。
【００３２】
ノズル装置２１において、噴霧されないで残った余剰潤滑剤は、パイプ２０を介してポンプ１６により吸い出されて潤滑剤タンク１１内に戻されるようになっている。
【００３３】
カップ２２は、たとえば、紙製もしくは樹脂製の胴部材および底部材の打ち抜きブランク２２ａ，２２ｂを成形機によりヒートシールあるいは高周波シール等により接着することにより略円錐台形に形成されている。  
なお、カップ２２の形状は、円錐台形に限らず、たとえば、円筒状、角筒状、略角錐台形などであってもよい。
【００３４】
ノズル装置２１は、たとえば、図２に示すように、カップ２２の上端開口部周縁２３の内側面との間に所定の隙間を形成するための略円柱状のガイド部２４、このガイド部２４の周面に設けられ、霧化された潤滑剤をカップ２２の上端開口部周縁２３の内側面に噴霧する複数のノズル２５、複数のノズル２５と連通する潤滑剤溜まり部２６、パイプ１９を介して供給される霧化された潤滑剤を潤滑剤溜まり部２６を介して複数のノズル２５へ供給する潤滑剤供給流路２７、潤滑剤溜まり部２６内に溜まった余剰潤滑剤をパイプ２０へ導く余剰潤滑剤回収流路２８を有して構成される。複数のノズル２５は、たとえば、ガイド部２４の周面に等間隔に設けられている。
【００３５】
このような構成において実施の形態に係るカール成形方法について説明する。まず、あらかじめ潤滑剤タンク１１に液状の潤滑剤１２を供給しておく。液状の潤滑剤１２を霧化するタイミングは霧化装置１７により管理されていて、霧化された潤滑剤はパイプ１９を介してノズル装置２１へと送られ、複数のノズル２５からカップ２２の上端開口部周縁２３の内側面に噴霧される。このとき、ノズル装置２１を所定の速度で回転させながら潤滑剤を噴霧するようにしてもよい。
【００３６】
液体から霧への霧化は必要なときに適時自動で行われ、ただちに噴霧されるため、必要なとき以外は潤滑剤を霧化する必要はないために潤滑剤タンク１１内の潤滑剤１２の残量に変化はなく、潤滑剤を無駄に使用することはない。また、必要なとき以外は動作しないため、装置の動作時間が少なくなり、装置の稼働コストの削減、寿命の長期化にも役立つ。
【００３７】
また、従来のようにフェルトに浸透させる液体の量を管理することは難しいが、本実施の形態では必要なときにだけ霧化装置１７を動作させて液体の潤滑剤１２を霧化していて、常に一定の濃度の霧になるように動作をさせることで潤滑剤の使用量を管理することが容易になる。
【００３８】
ノズル装置２１へ送られた霧化された潤滑剤が全てノズル２５から噴霧されればよいが、実際には噴霧されない余剰潤滑剤が発生する。これらの余剰潤滑剤は霧から液体に戻り、ノズル装置２１内の潤滑剤溜まり部２６内に溜まるようになる。潤滑剤溜まり部２６内に溜まった余剰潤滑剤は、余剰潤滑剤回収流路２８およびパイプ２０を介してポンプ１６により吸い出され、吸い出された余剰潤滑剤はパイプ１４を介して潤滑剤タンク１１へと戻される。
【００３９】
なお、カップ２２の上端開口部周縁２３の内側面に潤滑剤を噴霧（塗布）した後の成形金型によるカール成形工程については、前述した図４（ｂ）〜（ｅ）に示した従来のトップカール成形工程と同じであるので、その説明は省略する。本実施の形態においても成形金型の段数は、必ずしも図４に示した３である必要はなく、適宜選択可能である。
【００４０】
図３は、ノズル装置２１の他の構成例を示したものである。本実施の形態では、カップ２２の上端開口部周縁２３の内側面に潤滑剤を噴霧するノズルと、カップ２２の上端開口部周縁２３に対しカール加工する成形金型とを一体化したものである。
【００４１】
すなわち、ノズル装置２１は、図２に示した構成に対し更にカール成形用の成形金型２９が設けられている。成形金型２９は、ガイド部２４の上部に一体的に形成されていて、カール成形用の環状に形成された曲面状の溝部２９ａを有している。この成形金型２９として、たとえば、図４（ｂ）のカール成形用の１段目成形金型７として用いることで、カール成形用の成形金型の個数を減らし、費用の削減につながるほか、製造時間の短縮に有効である。
【００４２】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、胴部と底部が結合されているカップの上端開口部周縁をカール成形用の成形金型に施されている曲面状の溝部に沿って外側にガイドさせながら巻き込むことによりトップカールを成形するトップカール成形装置において、トップカール成形前のカール成形の機械適正を向上させるための潤滑剤塗布の工程において、液体で供給された潤滑剤を霧化する霧化装置を備え、この霧化装置により霧化された潤滑剤をノズル装置に供給し、このノズル装置から噴霧された霧化潤滑剤をカップ内側面のトップカール成形部に付着させることで、座屈やシワ等の発生がなく、トップカールの成形を行うことが可能となる。
【００４３】
また、霧化された潤滑剤をノズル装置から噴霧し、ノズル装置から直接カップの内側面に付着させるため、従来のトップカール成形で発生していた液状の潤滑剤が垂れてくるという問題が発生しない。また、ノズルのフェルトに潤滑剤を常に浸透させておくといった従来の方法と異なり、ノズル外側のフェルトに潤滑剤が常に浸透させていることがなくなり、ノズル動作により液状の潤滑剤が飛び散るといった問題が発生しない。
【００４４】
また、霧化装置を用いることで、潤滑剤を液体から霧にすることが随時可能であり、必要なときに必要な量だけ潤滑剤を液体から霧にしてノズル装置へと供給することができるようになり、潤滑剤の使用量の管理が容易に行えるようになる。さらに、必要なときに必要な量だけ潤滑剤を液体から霧にしてノズル装置へと供給することで、不必要な潤滑剤の供給を減らし、潤滑剤の使用量を削減することが可能となり、コスト削減にも有用である。
【００４５】
また、ノズル装置の内部に潤滑剤溜まり部を設けることで、霧化装置で霧化された潤滑剤がノズル装置にパイプを通して供給され、ノズル装置から噴霧されるまでの間に霧から液体に戻ったり、使用されなかった分がノズル装置の内部の潤滑剤溜まり部に溜まり、潤滑剤溜まり部からポンプを用いて溜まった余剰潤滑剤をノズルから回収し、回収された潤滑剤は再度供給側の潤滑剤タンクへと戻される。このため、霧化されたものの有用に利用されない潤滑剤の量を大幅に減らすことができ、無駄な潤滑剤の使用を抑えることができる。
【００４６】
さらに、従来のトップカール成形においては、座屈やシワの防止のために成形金型による押圧を複数回に分けて行うことが多かったが、本実施の形態によれば機械適性の向上によりカール成形が容易にできるようになり、成形金型による押圧の回数を減らすことが可能となるため、成形時間の短縮をすることが可能である。
【００４７】
なお、本発明で用いる紙製もしくは樹脂製のカップは、トップカール成形を行うものであれば何でもよい。また、トップカール成形を行うための潤滑剤の塗布を行うものであれば、潤滑剤の使用量の削減および飛散を防止する目的として、本発明は有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１…カップ、２…上端開口部周縁、３…潤滑剤塗布ノズル、４…フェルト、５…潤滑剤流路、６…カップ固定治具、７…１段目成形金型、８…２段目成形金型、９…３段目成形金型、７ａ，８ａ，９ａ…曲面状の溝部、１０…トップカール、１１…潤滑剤タンク、１２…潤滑剤、１３，１４，１５…パイプ、１６…ポンプ、１７…霧化装置、１８…エア用パイプ、１９，２０…パイプ、２１…ノズル装置、２２…カップ、２３…上端開口部周縁、２４…ガイド部、２５…ノズル、２６…潤滑剤溜まり部、２７…潤滑剤供給流路、２８…余剰潤滑剤回収流路、２９…成形金型、２９ａ…曲面状の溝部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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