(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙の片面にポリプロピレン樹脂製のコート層が設けられた素材から第１の部材と第２の部材とを形成し、前記第１の部材の端部が前記第２の部材の前記コート層に接しつつ前記第２の部材にて包み込まれるように前記第２の部材を折り曲げて、前記第１の部材と前記第２の部材とを、ポリプロピレン樹脂同士が接する第１の接合部分と、ポリプロピレン樹脂と紙とが接する第２の接合部分とで接合し、前記第１の接合部分はホットエアにて加熱し、前記第２の接合部分はフレームにて加熱する紙容器の成形方法であって、
前記第１の接合部分は、前記第１の部材の前記コート層が設けられた側の接合面と前記第２の部材の前記コート層が設けられた側の接合面とを含み、これらの接合面の少なくともいずれか一方の接合面をホットエアにて加熱し、その後に接合面同士を相互に押し付け、
前記第２の接合部分は、前記第１の部材の紙が露出した側の接合面と前記第２の部材の前記コート層が設けられた側の接合面とを含み、これらの接合面の少なくともいずれか一方の接合面をフレームにて加熱し、その後に接合面同士を相互に押し付けることを特徴とする紙容器の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙を樹脂にてコートした素材を接合した紙容器の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙を樹脂にてコートした素材を接合して各種の容器を形成する場合、樹脂コート層を加熱して溶融させた状態で接合面同士を圧着する方法が多用されている。樹脂コート層の加熱方法としては、接合面にホットエアを吹き付けるホットエア加熱、又は接合面を炎（フレーム）で炙るフレーム加熱がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、紙カップを電子レンジ用の容器として使用することが検討されている。そのような用途に向けられた紙カップにおいては、従来の紙カップよりも高い耐熱性、耐水性が必要となり、そのために、素材の紙にコートされる樹脂材料も従来品よりも融点の高い材料が使用される。例えばポリプロピレン樹脂が紙カップの内面のコート材として検討されている。
【０００４】
しかしながら、ポリプロピレン樹脂がコートされた素材を従来の成形機にて成形した場合、樹脂コート層にて覆われた面同士、又は樹脂コート層にて覆われた面と紙素材が露出した面との間で接合不良やシール不良が生じることがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、ポリプロピレン樹脂製のコート層が設けられた素材に適した紙容器の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】
【０００６】
本発明は、以下に述べるような成形方法により上述した課題を解決する。なお、ここにおいて、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００７】
本発明の紙容器の成形方法は、紙の片面にポリプロピレン樹脂製のコート層（１２、１４）が設けられた素材から第１の部材（６）と第２の部材（３）とを形成し、前記第１の部材の端部（６ａ）が前記第２の部材の前記コート層に接しつつ前記第２の部材にて包み込まれるように前記第２の部材を折り曲げて、前記第１の部材と前記第２の部材とを、ポリプロピレン樹脂同士が接する第１の接合部分と、ポリプロピレン樹脂と紙とが接する第２の接合部分とで接合し、前記第１の接合部分はホットエアにて加熱し、前記第２の接合部分はフレームにて加熱する紙容器の成形方法であって、前記第１の接合部分は、前記第１の部材の前記コート層が設けられた側の接合面と前記第２の部材の前記コート層が設けられた側の接合面とを含み、これらの接合面の少なくともいずれか一方の接合面をホットエアにて加熱し、その後に接合面同士を相互に押し付け、前記第２の接合部分は、前記第１の部材の紙が露出した側の接合面と前記第２の部材の前記コート層が設けられた側の接合面とを含み、これらの接合面の少なくともいずれか一方の接合面をフレームにて加熱し、その後に接合面同士を相互に押し付けることを特徴とするものである。
【０００８】
この成形方法によれば、第１の部材と第２の部材との接合面の状態に応じてホットエア加熱とフレーム加熱とが使い分けられるので、例えば、紙カップの胴部と底板との接合部分はもとより、それ以外のカップ素材同士の接合部分を確実に接合できる。これにより、信頼性の高い紙容器のシール構造を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の成形方法によれば、ポリプロピレン樹脂同士の接合部分と、ポリプロピレン樹脂と紙との接合部分とが混在する紙容器に対して、接合部分の組み合わせに適した加熱処理を施して各接合面を確実に接合し、それにより信頼性の高い容器のシール構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一形態である紙カップの成形方法の概要を示している。図１において、少なくとも片面にポリプロピレンからなる樹脂コート層が設けられたカップ原紙がカップの胴部の展開形状に打ち抜かれてブランク１が形成される。そのブランク１は不図示のマンドレル上で樹脂コート層が内面となるように筒状に巻かれてその両側縁が所定幅で重ね合わされる。その重ね合わせ部１Ａはガスノズル２から吹き出す燃焼ガスに着火して生成したフレーム２ａにて炙られ、それにより樹脂コート層がその融点以上に加熱される。その加熱状態で不図示のこてが重ね合わせ部１Ａに押し当てられ、それにより胴部３が成形される。一方、ブランク１と同一材料の連続帯材４から円板５を打ち抜き、この円板５の外周を筒状に曲げ加工して折り返し部６ａを有する底板６を成形する。なお、折り返し部６ａは、ポリプロピレンからなる樹脂コート層が形成されていない側に向かって曲げられる。
【００１３】
この底板６を胴部３の底端部３ａの内側に配置し、底端部３ａの内周面のうち、折り返し部６ａの外周面と接合される部分にホットエア７を吹き付けて樹脂コート層を加熱する。続いて、底端部３ａの内周面のうち、折り返し部６ａの内周面と接合される部分をガスノズル８から吹き出す燃焼ガスに着火して生成したフレーム８ａにて炙って樹脂コート層を加熱する。次いで、所定の型により胴部３の底端部３ａを、底板６の折り返し部６ａが包み込まれるように内方に折り曲げる。その後、折り曲げられた底端部３ａの外側を不図示の雌型にて保持し、雄型としてのローラ９を底端部３ａの内側に押し当てて底端部３ａを半径方向に締め付けつつ、そのローラ９を周方向に旋回させて底端部３ａと底板６の折り返し部６ａとを接合させる。さらに、胴部３の上端部３ｂを外側にカールさせる。以上の処理により紙容器としての紙カップ１０が成形される。
【００１４】
図２は以上のようにして成形される紙カップ１０の接合部分を示し、（ａ）は胴部３の重ね合わせ部１Ａの拡大図、（ｂ）は糸尻部分の拡大図である。図２（ａ）に示すように、重ね合わせ部１Ａにおいては、外周側に配置されるカップ原紙１１の樹脂コート層１２と、内周側に配置されるカップ原紙１１とが接合される。一方、図２（ｂ）に示すように、糸尻部分においては、底板６のカップ原紙１３の内面側に樹脂コート層１４が設けられているため、折り返し部６ａの外周には樹脂コート層１４が露出し、折り返し部６ａの内周にはカップ原紙１３が露出する。一方、胴部３の底端部３ａの折り返し部６ａとの接合部分には、折り返し部６ａの内外いずれの側においても樹脂コート層１２が露出する。従って、折り返し部６ａの外周側では樹脂コート層１２，１４が接合され、折り返し部６ｂの内周側では樹脂コート層１２とカップ原紙１３とが接合される。この形態において、底板６が第１の部材に、胴部３が第２の部材に、折り返し部６ａが第１の部材の端部に、それぞれ相当する。また、樹脂コート層１２，１４が接合される部分が第１の接合部分に、樹脂コート層１２とカップ原紙１３とが接合される部分が第２の接合部分に、それぞれ相当する。
【００１５】
発明者らの検討によれば、ポリプロピレンを樹脂コート層１２，１４に使用した場合、樹脂コート層１２とカップ原紙１１，１３との接合部分と、樹脂コート層１２，１４の接合部分とでは適切な加熱方法が異なることが見出された。すなわち、樹脂コート層１２とカップ原紙１１，１３との接合部分に関してはフレームにてその接合部分を加熱することが望ましく、樹脂コート層１２，１４の接合部分に関してはホットエアにてその接合部分を加熱することが望ましい。従って、図１の手順においては、胴部３の重ね合わせ部１Ａの貼り合わせの際にフレーム２ａを利用して接合部分を加熱している。また、胴部３と底板６との接合部分に関しては、胴部３の底端部３ａの内周面のうち、折り返し部６ａの外周との接合部分はホットエア７にてその接合部分を加熱し、折り返し部６ａの内周との接合部分はフレーム８ａにてその接合部分を加熱している。
【００１６】
図３は、上述した紙カップの成形方法に使用する成形機２０の一例を示している。図３の成形機２０は、胴部３と底板６との接合を行うために設けられている。成形機２０は水平に設置されたターレット２１を有している。ターレット２１上には複数（図では８つ）のマンドレル２２が周方向に等しいピッチで設けられている。図４及び図５に示すように、マンドレル２２は、胴部３を上下に反転させた状態で保持可能な逆円錐型の本体２２ａと、その本体２２ａの中心に上下方向へ移動可能に配置されたスライダ２２ｂとを有している。
【００１７】
ターレット２１は、不図示の駆動装置により、マンドレル２２のピッチ（図示例では４５°）ずつ間欠的に回転駆動される。なお、図３では、各マンドレル２２の停止位置をＰ１〜Ｐ８にて示す。停止位置Ｐ１には、不図示の底板成形装置にて成形された底板６を、その折り返し部６ａが上を向くようにしてマンドレル２２の上端に供給する底板供給装置３１が設けられている。また、停止位置Ｐ３には、不図示の胴部成形装置にて成形された胴部３を、底板６が供給されたマンドレル２２に対して上下に反転した状態で被せる胴部供給装置３３が設けられている。この胴部供給装置３３にて胴部３がマンドレル２２に被せられることにより、胴部３の底端部３ａの内側に底板６が配置される。
【００１８】
停止位置Ｐ４には第１の加熱装置３５が設けられている。図４に示すように、第１の加熱装置３５は、胴部３の底端部３ａの内側にエアノズル３６を挿入し、そのエアノズル３６から底端部３ａの内周面の全周にホットエア７を吹き付けるものである。エアノズル３６からのホットエア７の吹き付け位置は、底端部３ａの内周面のうち、折り返し部６ａの外周面に対する接合部分Ａに設定される。接合部分Ａへのホットエアの吹き付けを可能とするため、第１の加熱装置３５においてマンドレル２２のスライダ２２ｂは本体２２ａ内に格納され、それにより底板６は図４に想像線６′で示す本来の取付位置よりも胴部３の上端側（図４において下側）に後退した位置に保持されている。なお、第１の加熱装置３５にて吹き付けるホットエアの温度（但し、エアノズル３６内部のヒーターの直後で測った値）は、５００°Ｃ〜６５０°Ｃの範囲が好ましい。
【００１９】
図３に示すように、停止位置Ｐ５には第２の加熱装置３７が設けられている。図５に示すように、第２の加熱装置３７は、胴部３の底端部３ａの内側にガスノズル８を挿入し、そのガスノズル８から吹き出すフレーム８ａにて底端部３ａの内周面をその全周に亘って炙るものである。フレーム８ａによる加熱位置は、底端部３ａの内周面のうち、折り返し部６ａの内周面に対する接合部分Ｂに設定される。なお、接合部分Ｂは、胴部３の底端部３ａのうち折り返し部６ａを包むように曲げ返される部分に相当する。
【００２０】
第２の加熱装置３７への搬入時においてマンドレル２２のスライダ２２ｂは本体２２ａから所定量上方へ突出する。それにより、底板６は図４に想像線６′で示す本来の取付位置に押し上げられ、その折り返し部６ａの外周面は第１の加熱装置３５にて加熱された底端部３ａの内周面の接合部分Ａ（図４参照）と対向する。こうしたスライダ２２ｂの動作は、例えば停止位置Ｐ５にスライダ２２ｂが乗り上げるカムを配置して実現することができる。図７（ａ）に示すように、ノホットエアを供給するエアノズル３６にフランジ状の押し込み部３６ａを設け、接合部分Ａの加熱後に同図（ｂ）に示すようにエアノズル３６を底板６側に押し込んで胴部３の底端部３ａを押し込み部３６ａにて接合部分Ｂの幅相当だけ押し込むようにしてもよい。エアノズル３６に代え、ガスノズル８に同様の押し込み部を設け、ガスノズル８を底端部３ａの内側に挿入する際にその押し込み部を底端部３ａと接触させて胴部３を押し込むようにしてもよい。
【００２１】
なお、第２の加熱装置３７の発熱量は例えば６０００ｋｃａｌ／時に設定される。この発熱量は電熱ヒータにして７ＫＷに相当する。ガスノズル８に供給する燃焼ガスは例えばプロパンガスを使用することができる。そのプロパンガスの圧力は０．３ｋＰａに設定できる。ガスノズル８には燃焼用のエアが併せて供給されるが、そのエア圧は例えば２ｋＰａに設定される。
【００２２】
図３に戻って、第２の加熱装置３７に続く停止位置Ｐ６，Ｐ７にはそれぞれ曲げ加工装置４１及び締め付け装置４３が設けられている。曲げ加工装置４１は、胴部３の底端部３ａを不図示の型により内側に曲げ返す装置である（図１参照）。この曲げ加工装置４１の処理により、底板６の折り返し部６ａが包み込まれるようにして胴部３の底端部３ａが折り曲げられる。また、締め付け装置４３は、図１のローラ９を利用して底端部３ａをその全周に亘って半径方向に締め付ける装置である。なお、ローラ９を利用した締め付け装置に代え、チャックを利用して底端部３ａの全周を同時に締め付けるタイプの締め付け装置を設けてもよい。ローラを利用した締め付け装置と、チャックを利用した締め付け装置とを併設してもよい。
【００２３】
締め付け装置４３による締め付けが行われた胴部３及び底板６は、ターレット２１の回転により、図３の停止位置Ｐ８に移送される。その停止位置Ｐ８にはマンドレル２２から胴部３及び底板６を抜き取る取り出し装置４５が設けられている。取り出し装置４５にてマンドレル２２から取り出された成形途中のカップは不図示のカール装置に送られ、そこで胴部３の上端部３ｂにカール加工が施される。
【００２４】
以上のように、成形機２０においては、底端部３ａの内周の接合部分Ａをホットエアにて加熱する第１の加熱装置３５と、底端部３ａの内周の接合部分Ｂをフレームにて加熱する第２の加熱装置３７とが設けられているので、図２（ｂ）に示した糸尻部分のうち、ポリプロピレン製の樹脂コート層１２，１４同士が接する底端部３ａの内周面と折り返し部６ａの外周面とがホットエア加熱に基づいて接合され、ポリプロピレン製の樹脂コート層１２とカップ原紙１３とが接する底端部３ａと折り返し部６ａの内周面とがフレーム加熱に基づいて接合される。これにより、接合面の組み合わせに応じた適切な加熱方法を選択して各面を確実に接合し、それにより信頼性の高いシール構造を得ることができる。
【００２５】
以上の実施形態においては、マンドレル２２のスライダ２２ｂを操作して底板６の位置を第１の加熱装置３５と第２の加熱装置３７とで変化させたが、本発明はそのような例に限らない。例えば図６に示すように、折り返し部６ａを底端部３ａの内周面よりも内側に僅かに大きく折り曲げておき、第１の加熱装置３５において、底端部３ａと折り返し部６ａとの間に生じている隙間に向かってホットエア７を吹き付けるようにしてもよい。
【００２６】
上記の実施形態では、隣接する停止位置Ｐ４及びＰ５に加熱装置３５，３７を並べて設けたが、本発明はそのような形態に限らない。例えば、同一の停止位置にエアノズルとガスノズルを併置し、両ノズルを選択的に加熱部分に差し込んでホットエア加熱とフレーム加熱とを一箇所で済ませるようにしてもよい。つまり、第１の加熱装置と第２の加熱装置とは同一位置に配置されて一部（例えばカップを支持する部分）を共用する構成としてもよい。
【実施例】
【００２７】
本発明に従ってホットエア加熱及びフレーム加熱を順次行って紙カップの胴部と底板とを接合した。使用した紙カップの胴部及び底板はいずれも内面にポリプロピレン樹脂製のコート層が形成されたものであり、底板の折り返し部の外周面と胴部内面との接合部分は樹脂コート層同士の接合面であり、底板の折り返し部の内周面と胴部の底端部の折りし返し部分との接合部は樹脂コート層とカップ原紙との接合面である。ホットエア加熱時に供給するエアの圧力及び温度、フレーム加熱時に供給するエア、燃焼ガス、混合ガスの圧力をそれぞれ変化させて底板の接合を実施し、各条件について１００個ずつ紙カップを製造して底板接合部から内容物の漏れが確認できた個数を計数した。その結果を次表に示す。
【００２８】
【表１】
0004566212.tif 000002
【００２９】
この結果からみて、ホットエア加熱及びフレーム加熱のそれぞれの条件を適切に設定することにより、底板と胴部とを確実に接合できることが確認された。特にホットエアの温度としては、５００°Ｃ以上、６５０°Ｃの範囲が好適であることが確認された（サンプルＡ，Ｆを参照）。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一形態に係る紙カップの成形方法の概略手順を示す図。
【図２】図１の方法により成形される紙カップの接合部分を示し、（ａ）は胴部の重ね合わせ部の拡大図、（ｂ）は糸尻部分の拡大図。
【図３】図１の方法を実現するために使用される紙カップの成形機の概略的な平面図。
【図４】図３の成形機に含まれる第１の加熱装置の概要を示す断面図。
【図５】図３の成形機に含まれる第２の加熱装置の概要を示す断面図。
【図６】第１の加熱装置の変形例を示す図。
【図７】ホットエアによる加熱後に胴部と底板とを相対的に移動させる構成に関する他の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
３  胴部
３ａ  底端部
６  底板
６ａ  折り返し部
１０  紙カップ
【図１】
0004566212.tif 000003
【図２】
0004566212.tif 000004
【図３】
0004566212.tif 000005
【図４】
0004566212.tif 000006
【図５】
0004566212.tif 000007
【図６】
0004566212.tif 000008
【図７】
0004566212.tif 000009