(57)【要約】  管状の食料包装材、特に、改良されたひだ寄せ食料包装材を提供する。ひだ寄せされた繊維性食料包装材は、管状繊維性包装材（１２）から形成されたひだ寄せスティック（３０）を形成する。ひだ寄せスティック（３０）は、ひだ寄せ除去された包装材の平均膨張時直径の少なくとも１２０％の平均外径を含む。更に、ひだ寄せスティック（３０）は、包装材膨張時直径の少なくとも７０％の平均内径と、ひだ寄せスティック（３０）がひだ寄せ除去された後に包装材上で測定される主ひだの隣接頂点間の距離として定義されるひだピッチとを含む。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひだ寄せスティックを形成し、該ひだ寄せスティックが、膨張時の直径を有する管状包装材から形成され、実質的に管状であり、かつひだ寄せ除去された状態で該包装材の縦軸線の周りに螺旋状のひだ稜を有する、ひだ寄せされた繊維性の食料包装材と、
前記包装材膨張時直径の少なくとも１２０％であり、かつ前記縦軸線に沿った前記ひだ寄せスティックの外側の平均直径であるひだ寄せスティック外径と、
前記包装材膨張時直径の少なくとも７０％であり、かつ前記ひだ寄せスティックの内側の平均直径であるひだ寄せスティック内径と、
前記ひだ寄せスティック内の前記包装材がひだ寄せ除去された時の主ひだの隣接頂点間の距離として定義されるひだピッチと、
を含むことを特徴とする物品。
【請求項２】
前記ひだ寄せスティック外径は、前記包装材膨張時直径の少なくとも１２５％であることを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記ひだ寄せスティック外径は、前記包装材膨張時直径の少なくとも約１３０％であることを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記ひだ寄せスティックの前記内径は、前記包装材膨張時直径の少なくとも７５％であることを特徴とする請求項２に記載の物品。
【請求項５】
前記ひだ寄せスティックの前記内径は、前記包装材膨張時直径の少なくとも８０％であることを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項６】
少なくとも約８０％のひだピッチ対乾燥平坦幅の比を更に含み、
前記乾燥平坦幅は、前記ひだ寄せ除去包装材が平たくした状態にある時に前記縦軸線と直角に測定された該ひだ寄せ除去包装材の幅として定義される、
ことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項７】
少なくとも約６７％のひだピッチ対乾燥平坦幅の比を更に含み、
前記乾燥平坦幅は、前記ひだ寄せ除去包装材が平たくした状態にある時に前記縦軸線と直角に測定された該ひだ寄せ除去包装材の幅として定義され、
前記ひだ寄せスティックの前記内径は、前記包装材膨張時直径の少なくとも７５％である、
ことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項８】
少なくとも約５６％のひだピッチ対乾燥平坦幅の比を更に含み、
前記乾燥平坦幅は、前記ひだ寄せ除去包装材が平たくした状態にある時に前記縦軸線と直角に測定された該ひだ寄せ除去包装材の幅として定義され、
前記ひだ寄せスティックの前記内径は、前記包装材膨張時直径の少なくとも８０％である、
ことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項９】
前記ひだピッチは、理論ひだピッチの少なくとも１２０％であり、
前記理論ひだピッチは、
ＰＰ＝２×ＤM（（（ＤI／ＤM）2−ＣＯＳ2θC）1/2−ＳＩＮθC）×１．３、
として定義され、ここで、
ＰＰは、前記ひだピッチ、
ＤMは、前記ひだ寄せスティックの前記内径、
ＤIは、前記膨張時直径、
θCは、前記ひだの円錐角、
である、
ことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
前記ひだピッチは、前記理論ひだピッチの２００％よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の物品。
【請求項１１】
前記ひだピッチは、前記理論ひだピッチの２５０％よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の物品。
【請求項１２】
前記包装材は、前記包装材膨張時直径の少なくとも７５％の平均直径を有するマンドレル上でひだ寄せされることを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項１３】
前記管状包装材を前記マンドレルに向けて推進させるように作動可能で該包装材に給送ロール速度を付与する１つ又はそれよりも多くの給送ロールを通じて平たくした状態の該包装材を導入し、
前記包装材を膨張時の包装材の縦軸線に対応する縦軸線を有する前記マンドレルの周りに管状状態に膨張させ、
前記マンドレルの周りに周方向に配置されたひだ寄せヘッドで前記包装材にひだを寄せ、該ひだ寄せヘッドが、複数のひだ寄せ歯を有する複数のひだ寄せロールを含み、各ひだ寄せ歯が、該マンドレルに近接した該歯の部分として形成された歯の根元を有し、該ひだ寄せロールの各々は、該マンドレルの前記縦軸線に直角のひだ寄せロール軸線上でひだ寄せロール速度で回転し、該ひだ寄せロール速度は、該ひだ寄せ歯が該マンドレルに近い時の該ひだ寄せ歯の根元の線速度であり、該包装材は、ひだ寄せロール歯の根元速度に対する給送ロール速度の比として計算される１５０％よりも小さいオーバーシャーによってひだ寄せされる、
工程から生成されることを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項１４】
請求項１３に記載の工程から生成され、
前記オーバーシャーは、１０５％よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項１５】
請求項１４に記載の工程から生成され、
前記給送ロールの速度は、前記ひだ寄せロール歯の速度と少なくとも等しい、
ことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項１６】
請求項１５に記載の工程から生成され、
前記ひだピッチは、前記ひだ寄せロール上の前記複数の歯の各々の間の円形距離を前記オーバーシャーで割算することによって判断される、
ことを特徴とする請求項１に記載の物品。
【請求項１７】
ひだ寄せスティックを形成し、該ひだ寄せスティックが、膨張時の直径を有する管状包装材から形成され、実質的に管状であり、かつひだ寄せ除去された状態の縦軸線の周りに螺旋状のひだ稜を有する、ひだ寄せされた繊維性の食料包装材と、
前記包装材膨張時直径の少なくとも１１５％であり、かつ前記縦軸線に沿った前記ひだ寄せスティックの平均直径であるひだ寄せスティック外径と、
前記包装材膨張時直径の少なくとも８０％であり、かつ前記ひだ寄せスティックの内側の平均直径であるひだ寄せスティック内径と、
前記ひだ寄せスティックがひだ寄せ除去された時の隣接する主ひだの間の距離として定義されるひだピッチと、
を含むことを特徴とする物品。
【請求項１８】
前記ひだ寄せスティック内径は、前記包装材膨張時直径の少なくとも８５％であることを特徴とする請求項１７に記載の物品。
【請求項１９】
前記ひだ寄せスティック内径は、前記包装材膨張時直径の少なくとも９０％であることを特徴とする請求項１７に記載の物品。
【請求項２０】
少なくとも約５６％のひだピッチ対乾燥平坦幅の比を更に含み、
前記乾燥平坦幅は、前記ひだ寄せ除去包装材が平たくした状態にある時に前記縦軸線と直角に測定された該ひだ寄せ除去包装材の幅として定義される、
ことを特徴とする請求項１７に記載の物品。
【請求項２１】
少なくとも約４４％のひだピッチ対乾燥平坦幅の比を更に含み、
前記乾燥平坦幅は、前記ひだ寄せ除去包装材が平たくした状態にある時に前記縦軸線と直角に測定された該ひだ寄せ除去包装材の幅として定義される、
ことを特徴とする請求項１８に記載の物品。
【請求項２２】
少なくとも約３１％のひだピッチ対乾燥平坦幅の比を更に含み、
前記乾燥平坦幅は、前記ひだ寄せ除去包装材が平たくした状態にある時に前記縦軸線と直角に測定された該ひだ寄せ除去包装材の幅として定義される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の物品。
【請求項２３】
前記ひだピッチは、理論ひだピッチの少なくとも１２０％であり、
前記理論ひだピッチは、
ＰＰ＝２×ＤM（（（ＤI／ＤM）2−ＣＯＳ2θC）1/2−ＳＩＮθC）×１．３、
として定義され、ここで、
ＰＰは、前記ひだピッチ、
ＤMは、前記ひだ寄せスティックの前記内径、
ＤIは、前記膨張時包装材直径、
θCは、前記ひだの円錐角、
である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の物品。
【請求項２４】
前記ひだピッチは、前記理論ひだピッチの少なくとも１５０％であることを特徴とする請求項２３に記載の物品。
【請求項２５】
包装材をひだ寄せする方法であって、
ひだ寄せしていない繊維性包装材を縦軸線とマンドレル径とを有するマンドレル上に少なくとも１つの給送ロールを通して該マンドレルの該縦軸線に沿って測定される給送ロール速度で給送する段階と、
ひだ寄せ中の前記マンドレルの前記縦軸線に実質的に対応する縦軸線を有する前記包装材を、前記マンドレル径が該包装材の膨張時直径の約６０％と７０％の間である該マンドレルの周りで膨張させる段階と、
前記ひだ寄せしていない包装材をひだ寄せヘッド内に向ける段階と、
を含み、
前記ひだ寄せヘッドは、
前記マンドレルに関して周方向に実質的に均一な変位で配置された複数のひだ寄せロール、及び
前記ひだ寄せロールの各々の周囲の周りに配置され、前記マンドレルに近接した根元を含み、前記包装材が前記ひだ寄せヘッド内に向けられる時に該包装材の移動の方向に回転するようになった複数のひだ寄せ歯であって、該ひだ寄せロールが、該複数のひだ寄せ歯のうちの１つが該マンドレルに近い時に該歯の根元で測定されるひだ寄せロール速度で回転する複数のひだ寄せ歯、
を含み、
前記ひだ寄せ歯を用いて前記包装材を引き込み、前記包装材膨張時直径の少なくとも１２０％のひだ寄せスティック外径を含み、かつ約１０５％よりも小さいオーバーシャーでひだ寄せされるひだ寄せスティックにする段階、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記ひだ寄せスティックは、該ひだ寄せスティックがひだ寄せ除去された時の隣接する主ひだの間の距離として定義されるひだピッチを含み、
前記包装材は、平たくしてひだ寄せ除去された状態の前記縦軸線に直角方向の該包装材の幅として定義される乾燥平坦幅を更に含み、
前記ひだピッチは、前記乾燥平坦幅の少なくとも約８０％である、
ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
包装材をひだ寄せする方法であって、
繊維性包装材を縦軸線とマンドレル径とを有するマンドレル上に少なくとも１つの給送ロールを通して該マンドレルの該縦軸線に沿って測定される給送ロール速度で給送する段階と、
ひだ寄せ中の前記マンドレルの前記縦軸線に実質的に対応する縦軸線を有する前記包装材を、前記マンドレル径が該包装材の膨張時直径の約７０％と７５％の間である該マンドレルの周りで膨張させる段階と、
前記ひだ寄せしていない包装材をひだ寄せヘッド内に向ける段階と、
を含み、
前記ひだ寄せヘッドは、
前記マンドレルに関して周方向に実質的に均一な変位で配置された複数のひだ寄せロール、及び
前記ひだ寄せロールの各々の周囲の周りに配置され、前記マンドレルに近接した根元を含み、前記包装材が前記ひだ寄せヘッド内に向けられる時に該包装材の移動の方向に回転するようになった複数のひだ寄せ歯であって、該ひだ寄せロールが、該複数のひだ寄せ歯のうちの１つが該マンドレルに近い時に該歯の根元で測定されるひだ寄せロール速度で回転する複数のひだ寄せ歯、
を含み、
前記ひだ寄せ歯を用いて前記包装材を引き込み、前記包装材膨張時直径の少なくとも１２０％のひだ寄せスティック外径を含み、かつ約１１５％よりも小さいオーバーシャーでひだ寄せされるひだ寄せスティックにする段階、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記ひだ寄せスティックは、該ひだ寄せスティックがひだ寄せ除去された時の隣接する主ひだの間の距離として定義されるひだピッチを含み、
前記包装材は、平たくしてひだ寄せ除去された状態の前記縦軸線に直角方向の該包装材の幅として定義される乾燥平坦幅を更に含み、
前記ひだピッチは、前記乾燥平坦幅の少なくとも約６７％である、
ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
包装材をひだ寄せする方法であって、
繊維性包装材を縦軸線とマンドレル径とを有するマンドレル上に少なくとも１つの給送ロールを通して該マンドレルの該縦軸線に沿って測定される給送ロール速度で給送する段階と、
ひだ寄せ中の前記マンドレルの前記縦軸線に実質的に対応する縦軸線を有する前記包装材を、前記マンドレル径が該包装材の膨張時直径の約７５％と８０％の間である該マンドレルの周りで膨張させる段階と、
前記ひだ寄せしていない包装材をひだ寄せヘッド内に向ける段階と、
を含み、
前記ひだ寄せヘッドは、
前記マンドレルに関して周方向に実質的に均一な変位で配置された複数のひだ寄せロール、及び
前記ひだ寄せロールの各々の周囲の周りに配置され、前記マンドレルに近接した根元を含み、前記包装材が前記ひだ寄せヘッド内に向けられる時に該包装材の方向に回転するようになった複数のひだ寄せ歯であって、該ひだ寄せロールが、該複数のひだ寄せ歯のうちの１つが該マンドレルに近い時に該歯の根元で測定されるひだ寄せロール速度で回転する複数のひだ寄せ歯、
を含み、
前記ひだ寄せ歯を用いて前記包装材を引き込み、前記包装材膨張時直径の少なくとも１２０％のひだ寄せスティック外径を含み、かつ約１２０％よりも小さいオーバーシャーでひだ寄せされるひだ寄せスティックにする段階、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記ひだ寄せスティックは、該ひだ寄せスティックがひだ寄せ除去された時の隣接する主ひだの間の距離として定義されるひだピッチを含み、
前記包装材は、平たくしてひだ寄せ除去された状態の前記縦軸線に直角方向の該包装材の幅として定義される乾燥平坦幅を更に含み、
前記ひだピッチは、前記乾燥平坦幅の少なくとも約５６％である、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
包装材をひだ寄せする方法であって、
繊維性包装材を縦軸線とマンドレル径とを有するマンドレル上に少なくとも１つの給送ロールを通して該マンドレルの該縦軸線に沿って測定される給送ロール速度で給送する段階と、
ひだ寄せ中の前記マンドレルの前記縦軸線に実質的に対応する縦軸線を有する前記包装材を、前記マンドレル径が該包装材の膨張時直径の約８０％と８５％の間である該マンドレルの周りで膨張させる段階と、
前記ひだ寄せしていない包装材をひだ寄せヘッド内に向ける段階と、
を含み、
前記ひだ寄せヘッドは、
前記マンドレルに関して周方向に実質的に均一な変位で配置された複数のひだ寄せロール、及び
前記ひだ寄せロールの各々の周囲の周りに配置され、前記マンドレルに近接した根元を含み、前記包装材が前記ひだ寄せヘッド内に向けられる時に該包装材の方向に回転するようになった複数のひだ寄せ歯であって、該ひだ寄せロールが、該複数のひだ寄せ歯のうちの１つが該マンドレルに近い時に該歯の根元で測定されるひだ寄せロール速度で回転する複数のひだ寄せ歯、
を含み、
前記ひだ寄せ歯を用いて前記包装材を引き込み、前記包装材膨張時直径の少なくとも１１５％のひだ寄せスティック外径を含み、かつ約１３０％よりも小さいオーバーシャーでひだ寄せされるひだ寄せスティックにする段階、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
前記ひだ寄せスティックは、該ひだ寄せスティックがひだ寄せ除去された時の隣接する主ひだの間の距離として定義されるひだピッチを含み、
前記包装材は、平たくしてひだ寄せ除去された状態の前記縦軸線に直角方向の該包装材の幅として定義される乾燥平坦幅を更に含み、
前記ひだピッチは、前記乾燥平坦幅の少なくとも約４４％である、
ことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
包装材をひだ寄せする方法であって、
繊維性包装材を縦軸線とマンドレル径とを有するマンドレル上に少なくとも１つの給送ロールを通して該マンドレルの該縦軸線に沿って測定される給送ロール速度で給送する段階と、
ひだ寄せ中の前記マンドレルの前記縦軸線に実質的に対応する縦軸線を有する前記包装材を、前記マンドレル径が該包装材の膨張時直径の約８５％と９０％の間である該マンドレルの周りで膨張させる段階と、
前記ひだ寄せしていない包装材をひだ寄せヘッド内に向ける段階と、
を含み、
前記ひだ寄せヘッドは、
前記マンドレルに関して周方向に実質的に均一な変位で配置された複数のひだ寄せロール、及び
前記ひだ寄せロールの各々の周囲の周りに配置され、前記マンドレルに近接した根元を含み、前記包装材が前記ひだ寄せヘッド内に向けられる時に該包装材の方向に回転するようになった複数のひだ寄せ歯であって、該ひだ寄せロールが、該複数のひだ寄せ歯のうちの１つが該マンドレルに近い時に該歯の根元で測定されるひだ寄せロール速度で回転する複数のひだ寄せ歯、
を含み、
前記ひだ寄せ歯を用いて前記包装材を引き込み、前記包装材膨張時直径の少なくとも１１５％のひだ寄せスティック外径を含み、かつ約１４０％よりも小さいオーバーシャーでひだ寄せされるひだ寄せスティックにする段階、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
前記ひだ寄せスティックは、該ひだ寄せスティックがひだ寄せ除去された時の隣接する主ひだの間の距離として定義されるひだピッチを含み、
前記包装材は、平たくしてひだ寄せ除去された状態の前記縦軸線に直角方向の該包装材の幅として定義される乾燥平坦幅を更に含み、
前記ひだピッチは、前記乾燥平坦幅の少なくとも約３１％である、
ことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、管状の食料包装材に関し、より具体的には、改良されたひだ寄せ食料包装材に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック包装材及びセルロース包装材を含む人工食料包装材は、食品が内部に製造かつ格納される容器として長年にわたり使用されてきた。商業用途においては、食料包装材は、ソーセージ、食肉、野菜、又は他の食品のような食品を包装材に詰めるために、一般的に人手により又は自動的に食料詰込機械に装填される。一度に利用することができる包装材の長さを増大させるために、包装材は、ひだ寄せスティック又はひだ寄せストランドと呼ばれる短くコンパクトな長さへと何年にもわたってひだ寄せ又は他の圧縮技術によって圧縮されてきた。
【０００３】
包装材は、天然であるか又は人工的に製造することができる。人工包装材は、一般的に、４つの種類、つまりスキンレスセルロース包装材（小径、純粋の再生セルロース）、コラーゲン包装材（食用、非食用、動物性）、プラスチック包装材（一般的に「ナイロン」及びＰＥ）、及び繊維性包装材（ヘンプ紙上のビスコースコーティング）のうちの１つに該当する。これらの包装材は、リールの形態、切片の形態、又はひだ寄せした（締め固めた）形態で使用することができる。
【０００４】
スキンレスセルロース包装材にひだ寄せするための既存技術は、Ａｒｎｏｌｄに付与された米国特許第３，４５４，９８２号によって全体的に開示されている。Ａｒｎｏｌｄは、ひだ寄せ方法及びそのシステムを開示しており、このひだ寄せシステムは、マンドレルの周りで膨張されてひだ寄せロールを通って給送される包装材に係合する複数のひだ寄せロール（ホイール又は歯車とも呼ばれる）を含む。ひだ寄せロールは、角度を付けた歯を有するので、それらが回転する時、連続したホイールの歯が螺旋状のひだを形成するために包装材と係合し、ひだ寄せマンドレルと平行でない方向にベクトル力を加える。典型的なスキンレス包装材は、１８−２３重量％の水分を含む状態でひだ寄せされるので、食品を詰める前に付加的に水浸する必要はない。
【０００５】
多くの場合に食べることができ、従ってスキンレスセルロース包装材よりも繊細であるコラーゲン包装材は、自動詰込み工程に対する適応性が低い。従って、この包装材のひだ寄せ及び締め固めにおいて追求された技術革新は少なかった。コラーゲン包装材をひだ寄せするための典型的な方法は、米国特許第３，２０９，３９８号及び第４，５５０，４７２号に開示されている。
人気を博している高分子プラスチック包装材は、詰込み前に何ら水浸することなく使用することができ、又はひだ寄せ後であるが詰込み前に水浸を要する場合がある。プラスチック包装材にひだ寄せするためのいくつかのひだ寄せ技術が存在しており、最も顕著な方法は、米国特許第３，９８８，８０４号、第３，４５４，９８２号、及び第４，３７７，８８５号に開示されている。
【０００６】
繊維性包装材は、一般的にヘンプ紙をビスコースで被覆することによって製造され、ビスコースは、次に更に再生されてセルロースになり、２つのタイプの包装材のうちの１つとして販売されている。大多数の繊維性包装材は、一般的にひだ寄せ前に１６−１８％まで事前加湿される。ヘンプに弾性を付与するために特に重要なことであるが、ひだ寄せ後に、包装材は、詰込み前にセルロース繊維を十分に湿らすことを可能にするために、含水量が約３５重量％から４５重量％になるまで水浸する必要がある。スキンレス包装材も繊維性包装材もセルロースであるが、繊維性包装材は、非常に厚く、一般的に１００ミクロン前後であり、これは、スキンレス包装材の厚みの約４倍である。繊維性包装材のこの大きな厚み及び剛性は、機能性のための弾性を付与するために適切の加湿を必要とする。ひだ寄せ技術は、水浸性を妨げるひだ寄せスティック内への包装材の過度の締め固めの影響のために、一般的にこのタイプの繊維性包装材に限定されてきた。過度な締め固めは、ひだ内の空間を低減し、従って、セルロースに吸収されるために水浸漕の水が十分な量でひだ寄せスティックの容積内に移動することを妨げる。ひだ寄せ後に付加的な水浸を必要とする繊維性包装材のための典型的なひだ寄せ技術は、米国特許第４，３７７，８８５号に開示されている。
【０００７】
第２のタイプの繊維性包装材は、ひだ寄せの前に事前加湿され、詰込み前に何の付加的水浸も必要としない。詰込み前に何の付加的水浸も必要とされないという事実により、水浸性に対する更なる要件がなく、従って、ひだ寄せ後のひだ間の間隔に対する要件がないので、ひだ寄せ機械からの取外しに先立つひだ寄せスティックのより大きな圧縮は、詰込機械内に装填することができる包装材の長さを増大させる典型的な方法である。それでも、米国特許第３，９８８，８０４号も選択された用途に使用されるが、米国特許第４，３７７，８８５号は、事前水浸された繊維性包装材をひだ寄せするために使用される最も典型的な包装材である。
【０００８】
従って、様々なひだ寄せ技術が存在している。一般的に、平坦化された包装材は、圧縮空気によって膨張され、それをリールから給送ロールを通じてひだ寄せ機械内へ給送させる。包装材が給送ロールを通って動く時、包装材は、マンドレルの周りで膨張され、ひだ寄せロールの一部であるネジ、ベルト、又は歯を含む機構によって係合されるが、これらのひだ寄せロールは、包装材を引っ張ってひだを付けるひだ寄せヘッドと呼ばれる取付具内に装着されている。様々なひだ寄せヘッドが存在している。新しいバージョンのひだ寄せヘッドは、各々が複数の歯を有する複数のひだ寄せロールを含む。ひだ寄せヘッドは、一般的に、ひだ寄せロール上のひだ寄せ歯の回転により包装材上へ連続的な螺旋ひだを付けることを試みる。この螺旋の形成を助けるために、ある一定のひだ寄せヘッドはまた、米国特許第４，３７７，８８５号のようにマンドレルの周りでひだ寄せヘッドを同時に回転させる。
【０００９】
ひだ寄せ技術に関連した様々な改良は、多年にわたって行われてきた。ひだ寄せスティック内への包装材の締め固めを増すことには有効であるが、得られる繊維性ひだ寄せスティックの直径は、一般的に包装材膨張時直径の９５％と１１２％の間である。包装材を詰め込むために利用可能なひだ寄せスティック内の容積は、米国特許第４，５９０，７４９号及び第５，３５８，７６５号に示すように、ひだ寄せスティックの外径、内径、及び長さによって決まる。これらの参考文献は、所定の包装材に対して、ひだ寄せスティックの寸法を使用して計算を行ない、ひだ寄せスティックに締め固められる包装材の密度を推定することができることを示している。
【００１０】
食肉詰込みの前に水浸を必要とする繊維性包装材の場合には、スティック内に水を浸透させて完全な水浸を可能にするために、異なるタイプの包装材は、ひだ寄せスティック内に異なる密度（パック効率）を必要とする。ひだ寄せスティックの長さ及び内径は、一般的に、使用される詰込み機器のタイプに従った値に設定されるので、ひだ寄せスティックの外径が、包装材を詰め込むことができる利用可能な容積を増大させる唯一の自由な変数として残される。様々なひだ寄せ技術は、様々なひだ寄せスティック外径を形成する方法で包装材を引っ張ることができる。所定のひだ寄せスティック長さ及び所定のひだ寄せスティック内径を有するスティックにひだ寄せされた所定のタイプの包装材に対して、ひだ寄せスティックのより大きな外径は、包装材を締め固めることができる利用可能な容積をより大きくすることを可能にし、これは、所定の包装材長さに対して自由空気容積をより大きくするか（より容易な水浸性）、又は逆により多くの包装材をスティック内に締め固める（等しい水浸性で又は水浸を要しない物品に対する長さの改善に対して）ことのいずれかを可能にする。
【００１１】
現在の技術の大きな限界は、従来の方法を用いて今日ひだ寄せされている包装材は、大きな長さの包装材をひだ寄せスティック内に締め固めて、しかもひだ寄せスティックの望ましい長さと内径を有する適切な水浸を達成することを可能にしないということである。スティック内に締め固められた包装材の過大な密度は、多くの場合に水浸中の包装材の十分な湿りを妨げる。
詰込機械がより大径の詰込チューブを使用することによって処理量を増すことを可能にするより大きなひだ寄せスティック内径をもたらすために、包装材の直径に対するひだ寄せマンドレルのサイズが増大すると、ひだ寄せスティック内のひだが幾何学的に短くなって引っ張ることが困難になり、包装材を把持するひだ寄せロール上の歯に対してひだ内で利用可能な表面積が小さくなる。包装材膨張時直径に対してより大きなマンドレル径を使用する現在の技術を使用した場合には、より短いひだを把持して引っ張るために、ひだ寄せロールは、ひだ寄せ機械の給送ロール内の包装材の速度に対して極めて高い歯速度で回転する必要がある。加えられる力は、速度の２乗に比例するので、ひだ寄せ歯と給送ロールの間のそのような高い速度差は、力を大きく増大させて包装材を適切に把持する。給送ロールでの包装材の速度に対するひだ寄せ歯の速度の差は、一般的に「オーバーシャー」と呼ばれる。
【００１２】
包装材を引っ張るためにひだ寄せロールの高いオーバーシャーを必要とする結果、多数の不均一又は「厄介な」ひだの形成を含む多数の比較的短いひだが形成され、これらの厄介なひだは、不規則な曲がりにより包装材に応力を生じさせ、毛管作用によってスティック内に水が浸透するための通路を塞ぐことにより吸水を妨げ、各ひだ又は曲がりが対応する厄介なひだを加えるので、長尺の包装材を損傷なしにひだ寄せスティックへと効率的に締め固めることを遅らせる。包装材が水を吸収する時にセルロース構造は膨張し、繊維性包装材の厚みが、多くの場合にその元の厚みの５０％から１００％だけ増大して、ひだ寄せスティックの内部への水の通過を更に制限するので、水の浸透が更に妨げられる。包装材の膨張によって通路が閉ざされた状態で、水の吸収が止まり、十分な濡れ性を達成するために必要とされる望ましい完全湿潤状態よりも低い何らかの最終水分レベルに包装材を制限する。繊維性包装材を従来技術によってひだ寄せする場合には、ひだ寄せしてスティックにすることができる包装材の長さは、何らかの望ましい値よりも低く制限され、締め固めを低減して水浸性を改善させ、ひだ寄せスティック内へ水を浸透させるためにひだの周りにより大きな自由空間を可能にしていた。
【００１３】
ひだ寄せスティックがひだ寄せ除去された時（すなわち、包装材材料を延伸させることなく、ひだ寄せスティックをその長さ一杯まで伸張することによってひだが伸ばされた時）、ひだ稜の螺旋パターンを見ることができる。縦軸線に沿った主ひだ間の距離は、ひだピッチと呼ぶことができる。更に、上述のように、既存の技術は、一般的に、膨張させた包装材直径に対するひだ寄せマンドレル径の比が６０％から８５％である従来のひだ寄せマンドレルを使用して、包装材の乾燥平坦幅の５０％から８０％に過ぎないひだ長又は「ひだピッチ」を繊維性包装材に生成する。ひだ寄せマンドレルの直径が増大すると、スティックの幾何学的形状により、ひだピッチは、一般的に短くなる。市販のひだ寄せマンドレルの直径は、ひだ寄せ除去された包装材の直径の６０％から８５％の範囲であり、この直径は、包装材を低い圧力の膨張を用いて測定するか、又は平たくした状態から数学的に判断される。
【００１４】
締め固めに関連する上述の問題に加えて、ひだ寄せロールと歯が、給送ロールから送り出される包装材の速度よりも遙かに大きな速度を有する時（すなわち、オーバーシャーが高い時）には、ピンホールが生じる過度な磨耗及び損傷が起こる。オーバーシャーが高い場合には、包装材の表面上の磨耗は、大きな問題であり、入ってくる包装材に対するひだ寄せ歯の過大な速度差によって悪化する。給送ロール速度に対して過度に高いひだ寄せ歯速度を作り出すことになる、所定の数の歯を用いてオーバーシャーが過度に高い場合には、  現在の技術を使用して減少されたオーバーシャーで作動させ、しかも望ましいひだピッチを得るための唯一の方法は、ひだ寄せロールにより多くのひだ寄せ歯を追加することであり、これは、理想的な幾何学形状要件に従うために所定の速度に対してひだ長を短くすることを助けることになるが、引っ張ることが困難である短いひだは、一般的に包装材を単に把持するためだけにより高いオーバーシャーを必要とするので、限定された引張り力しか持たない。すなわち、歯を追加することは、オーバーシャー要件を低減する結果になるが、ひだ寄せマンドレルの直径が包装材膨張時直径に対して増大する時に幾何学形状的に必要とされるようにひだピッチを短くするように働き、この作用はまた、ひだ寄せヘッドの引張り力を大きく低減する。
【００１５】
Ｋｏｌｌｒｏｓｓに付与された米国特許出願第１０／３９８，２４４号に開示された従来技術に代わる技術は、従来技術よりも大きなひだピッチ及びスティック外径を作り出すために真空の助けを借りているが、５０％から６０％のような包装材膨張時直径に対するひだ寄せマンドレル径の非常に小さな比を用いてこの技術を示したに過ぎない。Ｋｏｌｌｒｏｓｓの真空支援ひだ寄せ技術に関して、真空ひだ寄せに対する非常に大きな力の要件と相まって非常に低い生産性をもたらすひだ寄せ機械が全体的に作動する非常に遅い速度は、商業的に実行可能ではないひだ寄せ方法をもたらす。従って、従来の技術は、依然として全ての様々な包装材とマンドレルの組合せに対して包装材をひだ寄せする最も確実な方法である。
【００１６】
【特許文献１】米国特許第３，４５４，９８２号
【特許文献２】米国特許第３，２０９，３９８号
【特許文献３】米国特許第４，５５０，４７２号
【特許文献４】米国特許第３，９８８，８０４号
【特許文献５】米国特許第４，３７７，８８５号
【特許文献６】米国特許第４，５９０，７４９号
【特許文献７】米国特許第５，３５８，７６５号
【特許文献８】米国特許出願第１０／３９８，２４４号
【特許文献９】米国特許第３，４６１，４８４号
【特許文献１０】米国特許第４，２１０，９８１号
【特許文献１１】米国特許第２，９８３，９４９号
【発明の開示】
【００１７】
繊維性の食料包装材は、ひだ寄せされてひだ寄せスティックを形成する。ひだ寄せスティックは、膨張時の直径を有する管状の繊維性包装材から形成され、包装材がひだ寄せ除去された状態の時に包装材の縦軸線周りに螺旋状のひだ稜を有する実質的に管状である。ひだ寄せスティックは、縦軸線に沿って測定された時に、ひだ寄せ除去された包装材の平均膨張時直径の少なくとも１２０％の平均外径を含む。更に、ひだ寄せスティックは、包装材膨張時直径の少なくとも７０％の平均内径を含み、ひだ寄せスティックがひだ寄せ除去された時に包装材上の主ひだの隣接する頂点間の距離として定められるひだピッチを含む。ひだ寄せスティックの外径は、包装材膨張時直径の約１３０％とすることができる。更に、ひだピッチは、理論ひだピッチ（以下に定める）の少なくとも１２０％とすることができる。様々な実施形態では、ひだ寄せスティックの平均内径は、包装材膨張時直径の少なくとも８０％とすることができ、ひだ寄せスティックの外径は、包装材膨張時直径の少なくとも１１５％とすることができる。
【００１８】
包装材を１つ又はそれよりも多くの給送ロールを通して給送ロール速度でマンドレル上へ給送する段階を含む繊維性包装材をひだ寄せする方法が含まれる。マンドレルは、縦軸線とマンドレル径を有する。包装材は、マンドレルの周りで管状形態に膨張される。マンドレル径は、ひだ寄せ除去包装材膨張時直径の６０％と９０％の間であるが、ひだ寄せ中の包装材膨張時直径は、まだ収縮が起こっていないので、ひだ寄せ後の包装材膨張時直径よりも僅かに大きいであろう。包装材は、ひだ寄せロールがマンドレルの縦軸線の方向に回転するひだ寄せヘッド内へ向けられる。ひだ寄せヘッドは、マンドレルの周りで実質的に均等に変位して配置された複数のひだ寄せロールと、ひだ寄せロールの各々の周囲の周りに配置された複数のひだ寄せ歯とを含む。ひだ寄せロールは、ひだ寄せ歯がマンドレルに近い時にひだ寄せ歯上のひだ寄せ通路の根元で測定されるひだ寄せロール速度で回転する。膨張した包装材は、作成されたひだ寄せスティックが包装材膨張時直径の少なくとも１２０％の外径を有するように、ひだ寄せ歯により引っ張られてひだ寄せスティックになる。本発明の１つ又はそれよりも多くの実施形態の詳細を添付図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明と図面、及び特許請求の範囲から明らかであろう。
様々な図面において、同じ参照符号は、同じ要素を表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
ひだ寄せヘッドにおける改良は、ひだ寄せ技術を開示している米国特許第３，４５４，９８２号及び第３，４６１，４８４号に対する改良に見ることができる。例えば、イリノイ州ネイパービル所在の「ＦＣＴ、Ｉｎｃ．」は、改良されたひだ寄せロールを販売しており、このひだ寄せロールは、隣接するロール上の歯の縁部において縁部同士の完全な斜面接触をもたらす二軸湾曲した歯面を使用することにより、ひだ寄せロールの回転時に連続螺旋を形成するひだ寄せ歯を含む。米国特許第３，４５４，９８２号においてＡｒｎｏｌｄにより最初に開示された技術に従って、従来方法における２．７５から４ｍｍという通常の間隙に対して、これらのロールは、歯の根元とひだ寄せマンドレルの間に１．７５ｍｍの間隙を有してひだ寄せを行う。このより小さな間隙は、包装材をより良好に把持して、非常に低いオーバーシャーでの引張りを可能にするが、他の方法も有効に機能する。
【００２０】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、及び２を参照すると、ひだ寄せシステム１０は、包装材リール１４からひだ寄せシステム１０を通って給送される包装材１２を含む。給送ロール１６は、平坦な状態の包装材１２を軸線Ｘに沿ってマンドレル１８上へ案内する。給送ロール１６は、一定の角速度で回転して包装材１２に線速度ＶFRを与え、包装材１２をひだ寄せマンドレルに沿って押し進める。更に、包装材１２は、これがマンドレル１８上に給送される時、給送ロール１６を通過した後に圧縮空気により管状形態に膨張される。
【００２１】
図１Ａ、１Ｃ、及び２を参照すると、ひだ寄せロール２２は、少なくとも１つのひだ寄せ歯２４を含む。ひだ寄せ歯２４は、金属、プラスチック、セラミックで作ることができ、又はウレタン又はゴムのような高分子化合物で作ることができる。各歯２４は、歯面２５と、隣接したひだ寄せロール２２に近接する斜め縁部２８と、前部表面３８と、後部表面４４とを含む。更に、各歯２４は、歯の根元２７と歯先端２９とを含む。歯先端２９は、斜め縁部２８が歯面２５と交わる点に置かれる。前部表面３８は、前縁４０及び４２を含み、後部表面４４は、後縁４６及び４８を含む。歯面２５の曲率は、隣接するひだ寄せロール２２上のひだ寄せ歯２４の後縁４６及び４８に対応する斜め縁部２８を接触させることにより、ひだ寄せ歯２４の前縁４０及び４２に対応する斜め縁部２８が、ひだ寄せ歯２４が回転する時にマンドレルの周りで実質的に連続した螺旋を形成することを可能にする。
【００２２】
ひだ寄せロール２２は、各歯２４の斜め縁部２８がマンドレル１８と近接する時、１つのロール上のひだ寄せ歯２４の斜め縁部２８が隣接するひだ寄せロール２２上の歯２４の斜め縁部に当接するように位相調整される。従って、ひだ寄せ歯２４がそれぞれのひだ寄せロール２２の軸線の周りで回転する時、ひだ寄せ歯２４の歯面２５は、マンドレル１８の周りで螺旋パターンを作り出す。ひだ寄せヘッドは、方向矢印２７で示すように、更にマンドレル１８の周りで回転することができる。従って、包装材は、常にロールによって螺旋支持面で呈示される。ひだ寄せロールにより包装材に与えられるこの螺旋状渦巻パターンは、ひだ寄せスティックへの包装材の締め固めを大いに改善し、螺旋渦巻と厳密に適合する十分に角度を付けた歯の接触により、包装材が螺旋ひだへと向けられるので、改善された引張り力を有することを示している。
【００２３】
図１Ａ−２に関連して上述したように、様々なひだ寄せ機構の作用の全ては、ひだ寄せスティック３０のひだ稜３２によって形成される一連のひだを作り出す働きをする。図６に示すのは、ひだ寄せスティック３０の断面図であり、ひだ稜３２は、これに頂点を有する複数の主ひだ３３を形成する。従って、ひだ稜３２は、隣接する小ひだ３４と対応する主ひだ３３を形成してひだ円錐３６を形成する。
【００２４】
円錐角を不自然に増大させて、多くの場合にピンホールの悪化のような他の望ましくない結果を招くことのある過度な締め固めによる歪みを無視すれば、ひだ円錐３６は、対応する円錐角θCを有し、これは、一般的に約２０°−４０°、最も好ましくは２５°−３０°である。更に、ひだ寄せスティック３０は、外径Ｄesと内径Ｄisを有する。様々なひだ寄せ技術、様々な包装材、及び条件に応じて、また、包装材の厚み、ひだ寄せ前の水分含有量、及びひだ寄せスティックをマンドレルから外した後の復元という諸因子により、スティックの内径は、一般的に、ひだ寄せマンドレルの直径よりも２％から５％だけ小さい。図６の断面図は、締め固められた形態におけるアコーデオン状のひだ３２を示している。ひだ寄せスティック３０を図６に示すように断面斜視図で見た場合、アコーデオンのような形状を有する複数のひだ３２が見られるということに注意すべきである。
【００２５】
実際には、Ｋｕｋｏ製の軸方向ひだ寄せシステムにおけるように、ひだ寄せロールの歯がマンドレルに対して垂直である場合には、ひだ寄せヘッドは、必要とされる螺旋パターンをスティック上に与えるためにマンドレル軸線の周りで回転しなくてはならない。ひだ寄せ歯がマンドレルに対して斜めになっている場合は（Ａｒｎｏｌｄ特許のように）、ひだ寄せヘッドは、螺旋パターンを付与するためにマンドレル軸線の周りで回転する必要はないが、ひだ寄せに影響を与える他の因子のためにマンドレル軸線の周りで回転することができる。
【００２６】
図４を参照すると、ひだ寄せスティック３０がひだ寄せ除去される時（すなわち、包装材の材料を延伸させることなく、ひだ寄せスティックをその全長まで伸張することによりひだを伸ばした時）、ひだ稜３２の螺旋パターンが見られる。縦軸線に沿った主ひだ３３間の距離は、ひだピッチＰＰと呼ぶことができる。ひだ寄せ技術の以前の用途においては、ひだピッチは、平坦化されたひだ寄せ除去包装材の平坦幅にほぼ等しいか又はより一般的にはこれよりも小さかった。これは、一般的に乾燥平坦幅ＤＦＷと呼ばれており、図５に示されている。水浸される必要のないスキンレスセルロース包装材の場合には、ひだピッチは、一般的にＤＦＷの６０％から８０％までの範囲であり、時にはＤＦＷの１００％に達する。公知のひだ寄せ技術において繊維性包装材上に見られた最大ひだピッチは、「Ｋｕｋｏ  Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｂａｕ」による真空支援式ひだ寄せ技術の使用によるものであり、６５ｍｍのＤＦＷと６５ｍｍのひだピッチとを有する包装材に対しては、１００％のひだピッチ対ＤＦＷ比を示している。しかし、Ｋｕｋｏ製のひだ寄せシステムは、真空口を包装材に係合可能にして包装材にひだ寄せするために、非常に小さなひだ寄せマンドレル径を用いて非常に遅い速度で作動させなくてはならなかった。これは、ひだ寄せスティックの内径が不十分であり、かつ作動速度が遅いという理由で、商業的に受け入れることができなかった。これらの高いひだピッチ対ＤＦＷ比は、歯に対して包装材を保持することを助けて、通常の回転速度よりも遅い速度、典型的には１３０％という低いオーバーシャーに達する遅い速度で包装材を引っ張ることを可能にするために、ひだ寄せロールが真空の助けを借りるという事実が主な原因であった。この遅いオーバーシャーは、包装材が歯に対して滑ることを防止する真空によって助長された。更に、「Ｋｕｋｏ」工程において一層長いひだピッチを達成するために使用されるマンドレル径は、ひだ寄せ除去包装材膨張時直径の約５５％しかなく、一般的に、商業化するための最小値の７０％よりも遙かに小さかった。従って、この小さなマンドレル径設定は、ひだピッチを長くすることになるが、それはまた、商業的に使用できない製品を作り出し、ひだ寄せ機械の速度が非常に遅いことにより製造費を高くするものである。
【００２７】
給送ロール速度ＶFRに対する歯通路の根元において測定されるひだ寄せロール速度ＶSRの比は、オーバーシャーと呼ばれる。言い換えると、オーバーシャーは、入ってくる包装材に対するひだ寄せロール上の歯の超過速度の比である。オーバーシャーは、ひだピッチに対するひだ寄せロール上の歯間距離の比にもほぼ等しく、次式で表すことができる。
オーバーシャー＝前縁から前縁までの歯ピッチ（円形）距離／ＰＰ、    （１）
この式において、
歯ピッチ距離＝ロール歯の直径×π／歯の数    （２）
更に、理論ひだピッチは、次式で計算することができる。
ＰＰ＝２×ＤM（（（ＤI／ＤM）2−ＣＯＳ2θC）1/2−ＳＩＮθC）×１．３、    （３）
この式において、ＤMは、マンドレルの平均直径、ＤIは、包装材膨張時直径、θCは、上述のような、またＳｔｏｒｙに付与された米国特許第４，２１０，９８１号に明記されているような円錐角である。式（１）及び（２）において、歯ピッチ距離は、歯が運動する円弧に沿って計算されるという点に注意されたい。従って、１つの歯の根元から隣接する歯の根元までの距離は、ひだ寄せロールの周りのひだ寄せ歯の通路の根元の位置によって形成される理論円の円弧に沿って測定される。この歯ピッチの計算は、歯通路の根元からひだ寄せロール中心線までの直径×２πをロール上の歯の数で割ったものとして判断することができる。
【００２８】
包装材膨張時直径は、包装材内に最小限の空気圧を加えてひだ寄せ除去状態にある包装材の直径を測定することにより判断することができる。代替的に、包装材膨張時直径は、包装材の乾燥平坦幅に２πを掛けることによって判断することができる。係数１．３は、円錐の僅かな円弧形状及びシワを補正し、また実地経験によって導き出されたものである。従って、マンドレルの直径が包装材膨張時直径に近づく時、理論ひだピッチは、ゼロになる。計算のために、円錐角θCは、包装材の速度及びひだ寄せロールの直径に応じて約２７°である。一般的に、繊維性ひだ寄せ製品上の円錐角は、２５°と３５°の間である。円錐角θの実際の測定は、図６を参照して次式によって行うことができる。
ＡＲＣＴＡＮ［（Ｄes−Ｄis）／２］／Ｘ
上式において、Ｘは、スティックの外縁からひだ寄せスティック外径上の第１のひだ稜までのひだ寄せスティックの縦軸線に沿った距離であり、Ｄesは、ひだ寄せスティックの外径、Ｄisは、ひだ寄せスティックの内径であり、これらは、共に業界で一般的であるようにひだ寄せスティックの表面に軽い圧力を加えてノギスで行った数回の読取値の平均として測定される。
【００２９】
理論ひだピッチは、マンドレルの直径、包装材膨張時直径、及び普通に製造して得られる円錐角に基づいて期待されるひだピッチを示している。理論ひだピッチに関する詳しい説明は、Ｓｔｏｒｙに付与された米国特許第４，２１０，９８１号に見出すことができる。
ひだピッチを求めるための式（３）に基づいて、ひだ寄せ前の厚み８６ミクロン、ＤＦＷ＝６９．８ｍｍ、ＤI＝４３ｍｍという特性を有する繊維性包装材に対しては、マンドレル径ＤMのサイズが増大する時に、理論ひだピッチＰＰは、下記のグラフに示すように、長さ及びＰＰ対ＤＦＷの比の両方において減少する。
【００３０】
2008510487.tif 000003
【００３１】
すなわち、乾燥平坦幅よりも大きい理論ひだピッチは、理論ひだピッチに対する式に基づいて、包装材膨張時直径に対して非常に小さな直径を有するマンドレルによってのみ達成することができるが、得られるスティックは、生産性が非常に低い非常に小径の詰込チューブによる食肉処理において使用されるべきであるので、これらのマンドレルの商業的価値が小さいことを見ることができる。更に、従来の技術におけるひだピッチは、上式が表しているように、理論ひだピッチによって予測される値に近いままである。
【００３２】
ひだの端面図は、米国特許第２，９８３，９４９号に示すような円形断面を有することが期待されるであろう。ひだ寄せマンドレル径が包装材膨張時直径の７０％から８５％である時に典型的に適用可能であって包装材が円形のひだ形状を使用するひだ寄せスティックの最大外径を得るためのモデルは、［２×包装材膨張時直径−マンドレル径］として推定される。これを超えるあらゆる値は、同じく米国特許第２，９８３，９４９号に説明されているように、卵形のひだ形状を作り出すのに十分であるような高い引張り力を表している。驚くべきことに、螺旋ひだ寄せロールの引張り力は、包装材とひだ寄せ歯の間の摩擦を増大させる真空又は他の技術を必要とすることなしに、通常の円形断面から長楕円形又は楕円形の主ひだへと管状包装材を変形させるのに十分である。ひだの断面区域のこの変形は、以下の諸例によって分るように、最大外径を求めるための式によって予想されるよりも大きなひだ寄せスティックの外径の形成をもたらす。
【００３３】
実施例
３つの試験が行われ、その結果以下の実施例が得られた。最初の２つの試験は、従来の軸方向ひだ寄せロールを使用した試験と、同じ包装材タイプに対して螺旋ひだ寄せロールを使用した第２の試験を含み、両試験においては、同じ直径を有するマンドレルが使用された。第３の試験は、より大きな直径を有するマンドレルとより大きな包装材を用いて行われた。下記の実施例において使用された包装材の各々は、繊維性包装材であった。しかし、他のタイプの包装材を使用することもできる。最初の２つの試験のための包装材のタイプは、下記の特性を有するティーパック用の１Ｍ繊維性包装材であった。
ＤＦＷ＝６９．８ｍｍ（ひだ寄せ除去包装材）
ＤI＝４３ｍｍ
包装材の厚み＝水浸前の水分１８％で８６ミクロン
ＤM＝３５．５ｍｍ
ＤM／ＤI＝８２．５％
【実施例１】
【００３４】
実施例１−標準的なＫｕｋｏ製軸方向ひだ寄せヘッド
第１の試験は、図２に関連して上述したような軸方向ひだ寄せヘッドを使用して行われた。ひだ寄せ機械は、「Ｋｕｋｏ  Ｍａｃｈｉｎｅｎｂａｕ」（既に商業的活動はしていない）の「Ｋｕｋｏ  ５」であり、テフロン（登録商標）被覆された上述の３５．５ｍｍマンドレルを備えていた。包装材は、重量で包装材の平均１６％まで水を含むように事前に湿潤化され、ひだ寄せ後で詰込みの前に水浸を要するタイプのものであった。
【００３５】
包装材は、ＶFR＝１４５メートル／分の速度でひだ寄せ機械内へ給送され、ひだ寄せロール速度は、ＶSR＝３４６メートル／分、オーバーシャーは、２３８．６％であった。ひだ寄せ歯とマンドレルの間の間隙は、マンドレルに近いひだ寄せ歯において測定した時、２．５ｍｍであった。既存のひだ寄せ技術を使用する場合の標準的な間隙は、包装材がひだ寄せヘッドにおいてひだ寄せ機械内で束になること又は詰まることを防止するために、約２．５ｍｍから５ｍｍである。このオーバーシャーも、ひだ寄せスティックのひだピッチを測定し、測定値を上述の式（１）に挿入することにより判断することができ、この場合、歯距離（歯通路の根元からひだ寄せロール中心線までの直径に２πを掛け、次にロール上の歯数で割ったものとして判断される）は、同じひだ寄せロール上の歯の前方前縁から前方前縁まで８２．３ｍｍであった。従って、オーバーシャー＝８２．３ｍｍ／３４．４ｍｍ＝２３８．６％であった。従来の技術においては、オーバーシャーは、一般的に１５０％と２５０％の間である。
【００３６】
包装材の直径に対するマンドレルの比が大きい場合に典型的であるように、包装材を引っ張ってひだ寄せする軸方向ひだ寄せヘッドの比較的貧弱な機能を補償するために、非常に大きなオーバーシャーが必要である。従って、包装材膨張時直径の約８０％よりも大きな直径を有するマンドレルの場合には、従来技術の方法においては、包装材を引っ張ってひだ寄せするのに十分な引張り力を作り出すために、一般的に２００％又はそれよりも大きなオーバーシャーが必要である。上述の実施例に関連して示したような理論ひだピッチは、包装材膨張時直径の８２．５％の直径を有するマンドレルに対しては、３２ｍｍである。従って、試験のためのひだピッチは、理論ＰＰの１０６％、ＰＰ対ＤＦＷの比は、３４ｍｍ／６９．８ｍｍ＝４２．８％であった。従って、そのような高速度で動く軸方向ひだ寄せロールは、膨張した包装材の本来円形である断面に僅かな変形を与えることができた。ひだ寄せ後に、ひだ寄せスティックの外径は、約４９ｍｍであり、従って、ひだ寄せ後に測定された包装材膨張時直径の約１１４％であった。
【実施例２】
【００３７】
実施例２−改良されたひだ寄せ方法及び包装材
驚くべきことに、図２に示す連続螺旋ひだ寄せヘッド２０を使用し、ひだ寄せ歯２４とマンドレル１８の間の間隙を低減することにより、上述の理論ひだピッチよりも遙かに大きいひだピッチを有するひだ寄せスティックが得られることが分った。より長いひだピッチが有する最も重要な機能は、包装材膨張時直径の少なくとも７０％から８０％、及び更に９０％という大きな値の直径を有するマンドレル上で、包装材膨張時直径に比べて１５％よりも大きな百分率だけ大きな外径を備えたひだ寄せスティック３０が得られることである。ひだ寄せスティックの外径が大きいことは、後述するように包装材を詰め込むためのひだ寄せスティックの容積を達成するために、ひだ寄せ後に水浸されるように設計されている包装材を適切に湿らすことができるので有利である。従って、スティック外径が大きければ大きいほど、ひだ寄せ後に繊維性包装材の適切な水浸（２５から４０重量％の水浸後の水分レベル）を可能にするためにひだ寄せスティック内径を低減することなく、包装材密度を十分に低く保ったまま、より長い包装材をひだ寄せスティックの中に計量することができる。より大きなマンドレル直径は、より大きな内径を有するひだ寄せスティックを作り出し、これは、より大きな内径を有するひだ寄せスティックが、より大きな詰込みホーンで包装材に詰め込むことを可能にするので望ましいものである。詰込み技術が改善されると、より大径の詰込みホーンを使用して、大きな粘性を有する乳濁液（極めて低温の乳濁液のような）に対してより大きな圧力を利用可能にする。
【００３８】
歯とマンドレルの間の間隙を大きく低減するための従来の試みは、引張り力は増大されるが、包装材が給送ロールとひだ寄せロールの間で引っ掛かるか又は詰まることなく、ひだ寄せロールが歯の前方で形成されたひだをひだ寄せスティック円錐上に科学的に置くための幾何学形状を欠いている。本来は標準的な「Ｋｕｋｏ」製軸方向ひだ寄せロールを使用していたひだ寄せ機械上で使用するために開発された螺旋ひだ寄せロールは、オーバーシャーを低減し、かつその機械でひだ寄せされた包装材のひだピッチを増大させるように調節することができる。更に、包装材は、ひだ寄せロールによってひだ寄せすることができるが、この場合、ひだ寄せヘッドは、作業するためにマンドレル軸線の周りで回転すべきである「Ｋｕｋｏ」製軸方向ヘッドとは異なり、マンドレル軸線の周りで回転しない。螺旋ひだ寄せヘッドがマンドレル軸線の周りで回転しても、又は米国特許第３，４５４，９８２号に開示されたＡｒｎｏｌｄのひだ寄せロールの教示に従ってマンドレル軸線の周りで回転しなくても結果は同様である。Ａｒｎｏｌｄのシステムにおいては、螺旋ひだを完成することができるように歯が斜めにされているので、ひだ寄せスティック上での螺旋パターンの形成を助けるために、ひだ寄せヘッドは、必ずしもマンドレル軸線の周りで回転する必要はない。本発明に従って、包装材にひだ寄せする方法及びシステムの両方における改良と共に、改良されたひだ寄せ包装材そのものを示すために、例示的な試験が行なわれた。
【００３９】
上述の実施のために、実施例１、２、及び３においては、全て同一のひだ寄せヘッド２０を使用した。実施例２に関して言えば、ひだ寄せロールは、ひだ寄せ歯の歯の根元２７とマンドレルの間に１．７５ｍｍの間隙があり、また、ひだ寄せ歯２４の縁部４０−４６間及び縁部４２−４８間に２．０２ｍｍの間隙があるように設計され、それはまた、「Ｋｕｋｏ」製ひだ寄せロールが装着されていたのと同じ「Ｋｕｋｏ」製ひだ寄せヘッド内に装着された。実施例１においては、「Ｋｕｋｏ」製軸方向ひだ寄せロールがヘッド内に装着され、歯の根元において２．５ｍｍの間隙があった。実施例２における減少された間隙の使用は、歯の幅及び螺旋ひだ寄せロールの設計によって達成される増大された引張り力によって可能である。間隙を低減して配置された螺旋ひだ寄せロール２２は、ひだ寄せシステム１０が非常に低い、むしろ負のオーバーシャーで作動すること、言い換えると、１３５％よりも低い、また９５％という低いオーバーシャーで作動するのを可能にすることが予期せずに見出された。実施例２におけるオーバーシャーは、９８％であった。更に、この実施例におけるように、包装材膨張時直径の８０％であるマンドレル径に対して典型的なオーバーシャーの半分である約１３０％又はこれより低いオーバーシャーを用いて満足できる結果を得ることができる。従って、より低いオーバーシャー又は僅かに負ですらあるオーバーシャーは、ひだピッチを大いに長くすることを可能にし、ひだ寄せロールが給送ロールに対して非常にゆっくりと回転することを許し、しかもひだ寄せ歯２４によって主ひだ３３を引っ張ることを可能にする。従来はひだ寄せ中に詰まりを生じたひだ円錐上にひだ寄せ歯によってひだ表面の全てが接触及び向けられることはないので、１００％に近づくような低いオーバーシャーは希である。
【００４０】
実施例２においては、ひだ寄せロール２２は、ＶFR＝１４５メートル／分の給送ロール速度に対して、ＶSR＝１４２メートル／分の歯速度で作動した。その結果、オーバーシャーは、ＶSR／ＶFR＝９８％であった。得られたひだピッチは、理論ＰＰである３２ｍｍの２６９％であるＰＰ＝８６ｍｍであった。各ひだ寄せロール２２上の連続したひだ寄せ歯２４上の前縁４０間の距離は、８４．４ｍｍであった（ひだ寄せロール中心線までの通路の根元の直径×２πをロール上の歯数で割ったものとして判断される）。これは、上述の式（１）により９８％のオーバーシャーを確認するが、この場合、オーバーシャー＝歯距離／ひだピッチ＝８４．４ｍｍ／８６ｍｍ＝９８％である。
包装材膨張時直径に対するマンドレル径の極めて高い比率のために、１５０％よりも低いオーバーシャーを試みた当業者はなかったであろう。従って、実施例２の結果を上述の式に従う理論ひだピッチのグラフ上にプロットする。
【００４１】
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【００４２】
上述のグラフに見られるように、理論ひだピッチ及びＤＦＷに対するＰＰの比は、それぞれ１Ｍ包装材、直径３５．５ｍｍのマンドレルに対して描かれている。この表は、実施例２のひだ寄せ包装材の並外れた性能を、実施例１が理論値を確認しているひだピッチ及びひだピッチ対ＤＦＷ比に対する理論値とどのように比べられるかを示している。
理論ひだピッチに対する式（３）と実施例２の結果を示している上記グラフとに基づいて、マンドレル径が包装材膨張時直径に近づく時、理論ひだピッチは、ゼロまで減少することを理解すべきである。これは、ひだピッチの絶対長さが減少し、ＤＦＷに対するひだピッチの比率も同時に減少することを意味している。これは、本発明を実施してひだ寄せされた包装材に対しても当て嵌まるが、螺旋ひだ寄せロールの増大された一層効率的な引張り力により、本発明により作られるひだ寄せスティック３０の外径は、使用されるマンドレルのあらゆる商業的組合せを用いて製造されるひだ寄せスティックの外径よりも常に大きいことになる。
【実施例３】
【００４３】
実施例３−改良されたひだ寄せ方法及び包装材
第３の試験は、膨張時直径が４６．２ｍｍである包装材に対して行われた。この試験に関連した変数の値は、次の通りであった。
ＤM＝３７．５ｍｍ
ＤI＝４６．２ｍｍ
ＤM／ＤI＝８１．２％
この場合もまた、オーバーシャーを１２９％まで低減して得られたひだ寄せスティックの外径Ｄesは、５４ｍｍであり、従来技術の５１．５ｍｍよりも大きかった。実施例３の場合、包装材膨張時直径に対するマンドレル径の比は、８１．５％であった。式（３）によれば、この包装材に対する理論ひだピッチは、３７．９ｍｍであった。ひだ寄せ後に、ひだ寄せスティックは、６５ｍｍのひだピッチを有し、これは、理論ひだピッチの１７２％であった。また、ＤＦＷは、７２．５ｍｍであり、これは、９０％を超えるひだピッチ対乾燥平坦幅比であると言い換えられる。一層重要なことであるが、ひだ寄せスティックはまた、４６．２ｍｍのＤIに基づいて１１７％のひだ寄せスティック外径対膨張時包装材直径の比を有していた。
包装材は、約１８重量％の水分を含む状態でひだ寄せされ、３７．５ｍｍマンドレルから取り外した時、ひだ寄せスティックの内径は、低温詰込み用途のためには依然として十分に大きい３４．５ｍｍに復帰した。
【００４４】
結果の考察
図３及び４を参照すると、包装材の濡れ性は、ひだ寄せスティック内の包装材の密度及びひだ寄せ工程において採用されるひだ寄せ技術のタイプによって変わる。ひだ寄せスティック内に締め固められる包装材と空気の密度は、従来「パック効率」という呼称が公知である。ひだ寄せ後に、ひだ寄せスティック３０は、一般的に、ネット又は他の拘束装置によって縛られ、業界の標準では、一般的に１２０°Ｆで約３０分間水中に浸される。ただし、この温度と時間には様々な組合せがある。図３に示すように、包装材を詰め込んでひだ寄せスティック３０にするために利用可能な容積は、式（Ｄes2−Ｄis2）π／４×ＬSによって判断することができ、この式において、Ｄesは、ひだ寄せ包装材の外径、Ｄisは、ひだ寄せ包装材の内径、またＬSは、縦軸線に沿って測定されたひだ寄せスティックの長さである。様々な包装材は、水を吸収した時に膨張が異なるので、様々な包装材タイプは、水浸以前にひだ寄せスティックによって作られる異なる利用可能な容積を必要とする。上述のように、包装材膨張時直径に対するマンドレル径の比が７０％、８０％、又はこれよりも大きい大径のマンドレルをひだ寄せのために使用することは、より大きな値のひだ寄せスティック外径Ｄesを得る難しさを増す。上述の実施例１及び２によれば、１２９フィートの包装材がひだ寄せ機械内へ容易に供給され、次に連続的に水浸され、そして正しいひだ寄せスティック内径を維持したままで、ひだ寄せスティック３０の最終長さＬSは、約３８．１４ｃｍ又は１．２５ｆｔであった。
【００４５】
ひだ寄せスティック３０は、ひだ稜３２間の空間を通して毛管作用により水を吸収する。水浸は、小ひだ３４によって形成されるような円錐３６内の空間、及びひだ寄せスティック３０の外面上の主ひだ３３間の空間の両方から起こる。実施例２で使用された包装材においては、湿潤化は、商業的な詰込み用途のために作られている場合には、包装材１２の内側は外側よりも薄いビスコースコーティングを有するので、包装材の内側からの方がより急速である。従って、紙の繊維は、ビスコースから突き出して、ひだ３２の空間内へ水をしみ込ませることにより吸水を助ける。実施例２のより長いひだピッチ及びより大きな外径は、包装材の改善した水浸特性に対して非常に重要であった。この増大された水浸性は、より長いひだピッチによって変わり、より長いひだピッチは、より大きなスティック外径を作り出すことを助け、より大きなスティック外径は、より長い包装材が一層小さな締め固めによってひだ寄せされることを可能にするので、詰込み密度が低減された。ひだピッチがより長くなった結果、ひだの数が減り、厄介なひだが大きく低減し、また、望ましくない折曲げ及びシワを排除することによってもひだとひだの間を水分が移動するためのより大きな制限されない空間が形成され、より完全な水浸に影響を及ぼすと共にひだ寄せスティック外径の増大を助ける。
【００４６】
実施例２の方法で製造されたひだ寄せ包装材３０は、食料包装材に対して予期しない望ましい特性を提供した。例えば、８６ｍｍという長いひだピッチは、約５３．５ｍｍの外径Ｄesを有するひだ寄せスティック３０を発生させた。マンドレル１８からひだ寄せスティック３０を取り外す時、ひだ寄せスティック３０の内径Ｄisは、３３．５ｍｍであった。従って、ひだ寄せスティック３０は、［（スティック外径）2−（スティック内径）2］×π／４×スティック長さによって判断される包装材の詰め込みに利用可能な容積を有した。従って、実施例２に説明した方法によって製造されたひだ寄せスティック３０の容積は、従来技術の３８３ｃｍ3に対して５２１ｃｍ3であった。次表は、実施例１（従来の方法）と比較した実施例２（本発明の方法）によって示す実施の改善された特性を示している。
【００４７】
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【００４８】
包装材を詰め込むために利用可能なひだ寄せスティック３０における増大された容積は、増大された水浸特性を可能にする。商業的な詰込みを適切に行うために、繊維性包装材で作られたひだ寄せスティック３０は、水浸後及び／又はひだ寄せ後に、包装材重量の少なくとも３５％、好ましくは約４０％の水を保持できなければならない。一部の繊維性包装材は、約１６−１８％の水分含量を有してひだ寄せされた場合、その後、業界で従来から公知であるような水浸漕内の水に浸される。商業的な詰込み用途の包装材を水浸するために、１２０°Ｆの水浸漕温度で約２５−３５分間（上述の実施例においては、３０分間）というのが業界では典型的である。ひだ寄せスティック３０は、業界の標準に従って水浸され、包装材重量の少なくとも４０％の水が保持された。更に、実施例２においては、ひだの長さは、理論ひだの長さの少なくとも１２６％であり、また、実施例１の従来技術の方法で作られたひだピッチよりも１６３％大きい。
【００４９】
更に、従来技術の方法が５１．５ｍｍのひだ寄せスティック外径を達成したのに対して、１１０フィートの包装材を計量した僅かに大きいマンドレル上で僅かに大きい内径の包装材を使用する実施例３は、５４ｍｍのひだ寄せスティック外径を達成したが、これは、従来技術の３７９ｃｍ3に対して４５９ｃｍ3という包装材の詰込みに利用可能な容積に換算される。従来技術の包装材は、１１０フィートの包装材を適切に水浸させることはできないであろうが、実施例３の包装材は、良好に水浸された。
【００５０】
従来技術の方法を使用して製造されるひだピッチは、理論ひだピッチの約１２０％よりも大きくないひだピッチを製造することができ、また、理論ひだピッチの１３０％よりも大きなひだピッチを有する機械ひだ寄せ繊維性包装材は、一度も製造されなかったということが公知であるので、上述の両実施例のひだ寄せ繊維性包装材ひだピッチの値は、並外れている。例えば、実施例２において使用された方法に従って製造されるひだピッチは、理論ひだピッチの少なくとも２００％に達することができ、また、この実施例におけるように、理論ひだピッチの２５０％（２６９％）よりも大きい。更に、実施例３における包装材のひだピッチは、理論ひだピッチの１７２％であった。
【００５１】
３５．５ｍｍマンドレルを用いて、上述の実施例２において示したものと同じ材料及び設定を使用して追加試験が行われた。この実施例においては、１３８フィートの包装材が使用され、また、ひだ寄せヘッドは、ひだ寄せ中にそれがマンドレルの周りで回転しないように調節された。依然として、ひだ寄せスティックの直径は５４ｍｍであり、包装材は、水分が４０重量％を超えるまで適切に水浸された。
【００５２】
１Ｍと同じＤＦＷを有するが、ひだ寄せ以前には７６ミクロンの厚みを有する一層薄い包装材に対して同様な試験が行われた。この包装材は、ひだ寄せ時に同様な直径（５３．５ｍｍ）を達成し、また、１５０フィートの包装材をひだ寄せスティック内に計量して適切に水浸された。新しい技術以前には、いくつかの包装材製造業者によって製造されたこの同じ包装材は、同じひだ寄せスティック内径とスティック長さとを有し、かつ水浸性に対する要件を満たすスティックに１２８フィートよりも長い包装材をひだ寄せすることはできなかった。これらの実施例は、新しい方法の驚くべき結果を示している。従って、ここに開示された主題の精神及び範囲から逸脱することなく、他の包装材厚み及び膨張時直径を使用することができる。
【００５３】
実施例２における１２８％という乾燥平坦幅に対するひだピッチの比は、マンドレル径が包装材膨張時直径の約８３％であるとして、上述の実施の例証である。包装材膨張時直径に対するひだ寄せスティック外径の比を、包装材膨張時直径の７０％よりも大きな寸法を有するマンドレル径の１１５％よりも大きな値にまで増大させるために、ここに開示した概念を使用して、様々な包装材、オーバーシャー、及びマンドレル径を実施することができる。言い換えると、ここに開示した方法に従って実施することにより、包装材膨張時直径よりも少なくとも約５％、１０％、又は１５％だけ大きな外径を有し、包装材膨張時直径の少なくとも７０％の内径を有するひだ寄せスティックが得られる。上に示す結果を記した表は、ひだ寄せスティック内のひだ数が、実施例２において示した実施形態では従来技術におけるよりも大いに減ることを示しており、更に重要なことには、パック効率が大きく増大されるということも示している。従って、包装材の断面図において見られるひだの数は、従来の方法に従って包装材に形成されるひだの５０％よりも少ない。ひだ数が少なく、その結果一層長いひだが生じるので、厄介なひだの数も減り、より大きな外径が作り出され、その結果、包装材の詰込みに利用可能な容積が増大する。計量されたフィート数に比して包装材を詰め込むために増大された容積は、水浸中の水を吸収するためのより大きな容積を可能にする。
【００５４】
また、実施例１においては、従来の方法でひだ寄せ包装材に含まれるひだピッチは３４ｍｍであり、これは、上式（３）を用いて計算される理論ひだピッチの１０６％であり、公式に近い値を示している。従って、ひだ螺旋におけるより間隔の空いた頻度は、スティック内に締め固められた包装材のひだ寄せ除去時の長さに対する実際のひだ数を低減するので、ひだピッチが増大すると、包装材とマンドレルをどのように組み合わせてもひだ数は減少すると理解されるべきである。各折り目又はシワは、損傷の場所になり易く、ひだにおいて包装材内にピンホールが生じる傾向があるが、実施例２において、ひだ寄せ包装材は、理論ひだピッチを有するように、ひだ寄せされた包装材のひだ数の半分よりも少ないひだ数を有するので、従来技術に従って製造された包装材よりも信頼性を有する大きな見込みがある。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態について説明した。しかし、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができることが理解されるであろう。例えば、上述の実施例は、同じひだ寄せ機械により同一寸法の包装材に対して行われた。特許請求の範囲により規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、当業者が、異なる値のひだ寄せマンドレル径、包装材ＤＦＷ、ひだ寄せ歯の数、マンドレルヘッド中に含まれるひだ寄せロールの数、及びここに開示された概念に従う他の変形を実施することができることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】食料包装材をひだ寄せするためのシステムの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのひだ寄せシステムの一部分の詳細図である。
【図１Ｃ】図１Ｂに示すひだ寄せシステムの部分を９０°回転させて示した端面図である。
【図２】ひだ寄せヘッドの正面図である。
【図３】ひだ寄せされた包装材の斜視図である。
【図４】ひだ寄せ除去包装材の一部分を示す図である。
【図５】包装材の平坦化された部分を示す図である。
【図６】ひだ寄せされた包装材の一部分の断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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