(57)【要約】飲料又は食料用断熱性容器又はスリーブは、紙素材の内側表面上に発泡層を配し製造される。ポリマー収縮フィルム層は、飲料容器の内側表面沿った位置に配される。発泡層は、ポリマー収縮フィルム層と紙素材との間に挟まれ、そのような容器は飲料とユーザーの手との間の熱伝達を抑え、ユーザーが不快感や痛みを感じることなく容器を持ち続けることのできる時間を延ばす。ポリマー収縮フィルム層は、収縮率３０％以下、好ましくは５〜１０％の収縮率の収縮フィルムポリマーから製造される。
2004530602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙素材層と、紙素材層の内面に沿って配された発泡層と、収縮率３０％以下のポリマー収縮フィルム層とから成る、断熱性容器素材材料。
【請求項２】
さらに追加のポリマーフィルム層から成り、前記発泡層が前記追加ポリマーフィルム層と前記ポリマー収縮フィルム層との間に挟まれていることを特徴とする、請求項１記載の断熱性容器素材材料。
【請求項３】
前記発泡層が前記紙素材層と前記ポリマー収縮フィルム層との間に挟まれていることを特徴とする、請求項１記載の断熱性容器素材材料。
【請求項４】
前記紙素材材料が１０ｍｍ以上２６ｍｍ以下の厚みを有し、さらに素材材料が食料又は飲料用容器に利用されることを特徴とする、請求項１記載の断熱性容器素材材料。
【請求項５】
前記発泡層が高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、及び延伸ポリプロピレンの少なくともひとつから形成された、積層又は押出収縮フィルム発泡体であることを特徴とする、請求項１記載の断熱性容器素材材料。
【請求項６】
前記ポリマー収縮フィルム層が高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、及び延伸ポリプロピレンの少なくともひとつから形成された、積層又は押出収縮フィルムポリマーであることを特徴とする、請求項１記載の断熱性容器素材材料。
【請求項７】
前記ポリマー収縮フィルム層の前記収縮率が５〜１０％の間にあることを特徴とする、請求項１記載の断熱性容器素材材料。
【請求項８】
前記発泡層が溶融押出、積層、発泡押出により、前記紙素材層に接着されることを特徴とする、請求項４記載の断熱性容器素材材料。
【請求項９】
前記ポリマー収縮フィルム層の前記収縮率が５〜１０％の間にあることを特徴とする、請求項６記載の断熱性容器素材材料。
【請求項１０】
内面及び外面を有する容器壁となる紙素材層と、その下方側部に沿って前記容器壁と契合する底部と、容器壁の内面に沿って配された発泡層と、収縮率が３０％以下であるポリマー収縮フィルム層とから成る、断熱性容器。
【請求項１１】
内面及び外面を有する容器壁となる紙素材層と、その下方側部に沿って前記容器壁と契合する底部と、容器壁の内面に沿って配された発泡層と、ポリマー収縮フィルム層とから成り、前記発泡層が前記ポリマー収縮フィルム層と前記紙素材層との間に挟まれていることを特徴とする、断熱性容器。
【請求項１２】
前記ポリマー収縮フィルム層が収縮率３０％以下であり、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、及び延伸ポリプロピレンの少なくともひとつから形成された、積層、溶融又は押出ポリマーであることを特徴とする、請求項１１記載の断熱性容器。
【請求項１３】
さらに前記発泡層と前記紙素材層との間に挟まれた断熱コーティングから成り、容器素材が食料又は飲料用容器に利用されることを特徴とする、請求項１１記載の断熱性容器。
【請求項１４】
前記発泡層が高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、及び延伸ポリプロピレンの少なくともひとつから形成された、積層、溶融又は押出発泡ポリマーであることを特徴とする、請求項１１記載の断熱性容器。
【請求項１５】
前記ポリマー収縮フィルム層の前記収縮率が５〜１０％の間にあることを特徴とする、請求項１２記載の断熱性容器。
【請求項１６】
さらに前記発泡層と前記紙素材層との間に挟まれた追加のポリマーフィルム層から成る、請求項１２記載の断熱性容器。
【請求項１７】
内面となる紙素材層と、その紙素材層の内面に沿って配された発泡層と、収縮率が３０％以下であるポリマー収縮フィルム層とから成り、前記発泡層が前記紙素材層と前記ポリマー収縮フィルム層との間に挟まれていることを特徴とする、食料又は飲料用断熱性容器スリーブ。
【請求項１８】
さらに前記紙素材層と前記発泡層との間に挟まれた追加のポリマーフィルム層から成ることを特徴とする、請求項１７記載の食料又は飲料用断熱性容器スリーブ。
【請求項１９】
内部空間を取り囲む容器壁となる紙素材と、容器の底部とを供する工程と、発泡性ポリマー層に発泡剤を混合する工程と、内部空間の内面に沿って発泡層を形成する工程と、前記発泡層にポリマー収縮フィルム層を接着する工程と、収縮率３０％以下のポリマー収縮フィルム層を収縮させるために容器を熱処理する工程とから成る、断熱性容器の製造方法。
【請求項２０】
さらに、前記発泡層と前記紙素材層との間に追加のポリマーフィルム層を設ける工程から成る、請求項１９記載の断熱性容器の製造方法。
【請求項２１】
さらに、前記発泡層と前記紙素材層との間に断熱コーティングを設ける工程から成る、請求項１９記載の断熱性容器の製造方法。
【請求項２２】
前記収縮率の範囲が５〜１０％の間にあることを特徴とする、請求項１９記載の断熱性容器の製造方法。
【請求項２３】
前記発泡層が高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、又は延伸ポリプロピレンから形成された、積層、溶融又は押出発泡層であり、前記熱処理工程が加熱処理及び冷却処理を含むことを特徴とする、請求項１９記載の断熱性容器の製造方法。
【請求項２４】
さらに、食料又は飲料用に容器を形成する工程から成り、その内部空間は食料又は飲料が入る空間であることを特徴とした、請求項１９記載の断熱性容器の製造方法。
【請求項２５】
前記ポリマー収縮フィルム層が高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、又は延伸ポリプロピレンから形成された、積層又は押出ポリマーであることを特徴とする、請求項１７記載の食料又は飲料用断熱性容器スリーブ。
【請求項２６】
前記発泡層が溶融押出、積層、発泡押出により、前記紙素材層に接着されることを特徴とする、請求項１７記載の食料又は飲料用断熱性容器スリーブ。
【請求項２７】
内面に沿ってポリマー収縮フィルム層及び発泡層を配した内部空間を有した断熱性容器又はスリーブを供する工程と、ポリマー収縮フィルム層を収縮するために内面を加熱する工程と、加熱工程中に発泡層及びポリマー収縮フィルム層に沿って発生した皺を取り除く工程とから成り、これにより内部空間への皺の発生による影響を防ぐことを特徴とする、食料又は飲料用断熱性容器又はスリーブの製造方法。
【請求項２８】
さらに、前記発泡層と前記紙素材層との間にポリエチレンフィルム層を設ける工程から成る、請求項２７記載の食料又は飲料用断熱性容器又はスリーブの製造方法。
【請求項２９】
前記加熱工程が、食料又は飲料用容器の搬送及び積み重ねるために供給される空気を加熱する、食料又は飲料用容器を形成するためのマンドレルを加熱する、及び食料又は飲料用容器をトンネルヒーターを介して搬送することのうちの少なくともひとつを含むことを特徴とする、請求項２７記載の食料又は飲料用断熱性容器又はスリーブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明者らは、２００１年６月１８日付出願の米国特許出願第６０／２９８，３８６号（代理人管理番号：００１１−０３７２Ｐ）「飲料又は食料用断熱性容器」の優先権を主張し、この出願の全ての内容をここに参照として包含する。また、本発明者らは、２００１年８月８日付出願の米国特許出願第０９／９２３，３３２号（代理人管理番号：００１１−０３７７Ｐ）「飲料又は食料用断熱性容器」の優先権を主張し、この出願の全ての内容をここに参照として包含する。
【０００２】
本発明は、容器及び容器の素材材料を断熱するための方法に関する。特に本発明はまた、断熱特性が改善された断熱性の紙飲料容器や紙食料容器又は素材材料及びこれら断熱性容器とその材料を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在の標準的な紙コップの素材では、断熱性飲料容器の壁部を介して過剰に熱が伝達してしまう。従って、熱が過度に容器壁を伝達すると、ユーザーは手に不快感を感じ、時には痛みさえ感じる。このようなことにより、ユーザーには容器の内容物が持つ過度の熱が原因で容器を放さなければならない不自由さが生じる。従って、使用者はそのような容器を長時間保持することができない。ユーザーの手の熱が容器の内容物に急速に伝達するような場合が、これには類似するが正反対の状況がとても冷えた飲料で起こり得る。
【０００４】
Iokaによる下記特許文献１には、胴体部材と底部材を持った断熱性複合紙容器の製造方法について記載されている。その胴体部材は、熱可塑性合成樹脂フィルムを塗布又は積層させた紙で形成されている。胴体部材の表面はそれから容器の胴体部材の内側及び外側のどちらか又は両方に発泡ポリエチレン断熱層を形成するために加熱される。断熱された胴体部材はそれから底部材に取り付けられる。
【特許文献１】
米国特許第4,435,344号
【０００５】
Geddesらによる下記特許文献２及び下記特許文献３には、断熱性飲料容器又はコップ、素材材料及びそこから製せられる容器の製造方法について記載されている。素材材料は基板層、基板層の一部に形成した断熱層、及びその断熱層に印字された模様又は断熱層に塗布された鉱油から成る。その断熱層は熱可塑性合成樹脂フィルムを使って形成される。下記特許文献２ではまた、紙コップの外側表面上のポリエチレン発泡材について記載されている。
【特許文献２】
米国特許第6,030,476号
【特許文献３】
米国特許第5,840,139号
【０００６】
下記特許文献４では、印刷物を有する領域の断熱を意図した断熱性紙コップについて記載されている。そのコップの胴体部材の外側表面には発泡性合成樹脂が塗布され、内側表面には液体の浸透を防ぐ合成樹脂積層体が塗布されている。底のパネル部材には、任意に上表面を発泡又は非発泡合成樹脂が塗布されている。印刷物は、その合成樹脂の発泡より前に水性インクによりコップの外側表面上に配される。さらに、低密度ポリエチレンは紙素材中に含まれている水の蒸発により発泡する。
【特許文献４】
欧州特許出願EP0940240  A2
【０００７】
下記特許文献５では、外側表面を発泡低密度ポリエチレンで、そして内側表面を非発泡の改質低密度ポリエチレンで、部分的に又は全体的に塗布した胴体部材を有する断熱性紙コップについて記載されている。
【特許文献５】
欧州特許出願EP1060879  A2
【０００８】
しかしながら、本発明の発明者は、従来の装置や方法には以下の不都合があると考えた。これまでの紙コップでは、断熱性を得るためにコップの外側の印刷性を犠牲にするか、又は充分な断熱特性を得られない。
【０００９】
従来のものでは、容器の内容物と外面との間の熱伝達を効果的に妨げることができる断熱性紙素材はまだ得られていない。加えて、費用効果の優れた方法による十分な断熱性は従来のものでは達成されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は従来のもの及び方法の欠点を克服し、従来の装置や方法では実現できなかった別の利点を達成する。
【００１１】
本発明は、容器壁を介したエネルギー伝達を減少させ、機能性及び有用性に優れた断熱性飲料容器、スリーブ又は素材材料を供給することを目的としている。
【００１２】
本発明はまた、熱伝達を長時間抑えることができ、高品質の字及び図柄を予め配された断熱性飲料容器、スリーブ又は素材材料を供給することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、印刷能力／画質を高められた白い紙コップ、スリーブ又は素材材料を製造する能力が望まれているという認識に基づいてなされている。この発明では、より断熱性の優れたコップを標準的な製造工程で製造することができる。
【００１４】
本発明のこれら及び他の目的は、紙素材層と、紙素材層の内面に沿って配された発泡層と、収縮割合が３０％以下のポリマー収縮フィルム層とから成る、断熱性容器素材材料により達成される。
【００１５】
本発明の上述の及び他の目的はまた、外面及び内面となる容器壁と、容器壁の下方側部に沿って契合する底部と、この容器壁の外面に沿って配した紙素材層と、この容器の内面に沿って配した発泡層と、収縮割合が３０％以下のポリマー収縮フィルム層とから成る断熱性容器により達成される。
【００１６】
本発明の上述の及び他の目的はまた、外面及び内面となる容器壁と、容器壁の下方側部に沿って契合する底部と、容器壁の外面に沿って配した紙素材層と、容器壁の内面に沿って配した発泡層と、ポリマー収縮フィルム層とから成り、発泡層がポリマー収縮フィルム層と紙素材との間に挟まれた断熱性容器により達成される。
【００１７】
本発明の上述の及び他の目的はまた、外面となる紙素材層と、紙素材層の内面に沿って配した発泡層と、収縮割合が３０％以下のポリマー収縮フィルム層とから成り、発泡層が紙素材層とポリマー収縮フィルム層との間に挟まれた食料又は飲料用断熱性容器スリーブにより達成される。しかしながら、このポリマー収縮フィルム層は、例えば飲料容器スリーブが収縮フィルム層を必要としないように、本発明のすべての態様において必ずしも必要ではない。
【００１８】
本発明の上述の及び他の目的はまた、内部空間を取り囲む容器壁となる紙素材層と、底部とを供する工程と、発泡性ポリマー層に発泡剤を混合する工程と、内部空間の内面に沿って発泡層を形成する工程と、ポリマー収縮フィルム層を発泡層に接着する工程と、収縮割合の範囲が３０％以下のポリマー収縮フィルム層を収縮させるために容器を加熱処理する工程とから成る断熱性容器の製造方法により達成される。
【００１９】
本発明の上述の及び他の目的はまた、内面に沿ってポリマー収縮フィルム層及び発泡層が配された内部空間を持つ断熱性容器又はスリーブを供する工程と、ポリマー収縮フィルム層を収縮させるために内部空間の内面を加熱する工程と、内部空間に影響する皺を減じ又は除去する上記加熱工程中に発泡層及びポリマー収縮フィルム層に沿ってできた皺を取り除く工程とから成る食料又は飲料用断熱性容器又はスリーブの製造方法により達成される。
【００２０】
本発明のさらなる用途の範囲を以下の詳細な説明で明らかにする。しかしながら、ここでの説明及び具体例はあくまで好ましい態様を示すものであって、例示に過ぎず、この詳細な説明から当業者であれば本発明の範囲内で種々の変形及び変更が可能であることを理解されたい。
【００２１】
本発明の理解をより明確にするために以下の詳細な説明及び添付の図面を参照して説明するが、これらはあくまでも例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００２２】
本発明は食料又は飲料が接する面に押出又は積層により形成したポリエチレン発泡層を利用した、飲料又は食料用断熱性容器、コップ又はスリーブと、これらの容器素材材料の製造方法に関する。本発明を、添付図を参照し以下に具体的に説明する。
【００２３】
図２から図６は、本発明の種々の態様による断熱性飲料容器壁１の断面図である。当業者であれば、図２から図６に示したすべての飲料容器壁が、どれでも図１に示した断熱性容器１０に容易に組み込めることは理解できるであろう。以下の説明はコップについて説明したものであるが、この発明の技術は多くの容器又は表面に応用でき、例えば飲料容器や断熱性飲料スリーブ又は素材材料は、添付図で示したどの態様からでも構成することができる。
【００２４】
図１は本発明による断熱性飲料容器１０の縦断面図である。その断熱性飲料容器は、上側部７と下側部８と底部９とを有する容器壁１を含む。飲料の入る空間１１は、容器壁１の上側部７と下側部８と底部９との間で形成される。
【００２５】
前述のように、標準的な紙コップ素材では、熱が容器壁を介して過剰に伝達してしまう。これにより、ユーザーの手は熱い物が入っている容器又は冷たい物が入っている容器を掴んだ際の熱さや冷たさで、不快感を感じ、時には痛みさえ感じる。飲料の入っている空間と、容器の外側表面との間にある紙素材の熱伝達抵抗能力の定量測定値は、しばしば保持時間と呼ばれる。本発明は従来のものと比べ、紙を基板素材とした飲料容器の保持時間を著しく改善することができる。
【００２６】
本発明は、紙素材の表面に接着又は選択的に接着した、ガスを含有するフィルムを利用する。そのガス含有フィルム層により容器は容器壁１を介する熱伝達に対して抵抗性を有する。本発明は、容器壁を介したエネルギー伝達を減少させ、機能性かつ有用性に優れた断熱性容器構造及びこの構造の製造方法を提供する。
【００２７】
図２は本発明の第１の態様による断熱性飲料容器壁又はスリーブ1の断面図である。飲料容器壁又はスリーブ１は、紙素材２及び押出又は積層により形成された発泡層３を含む。紙素材２は、構造上頑丈で且つ容器１０又はスリーブ壁の一部を所望の形状に形成することができる。押出又は積層により形成された発泡層３は、紙素材２の内側表面（例えば飲料を含む空間１１に面している）に接着され、ガス含有フィルム層としての機能を果たす。発泡層３は容器に断熱特性を付与するよう設計されている。
【００２８】
紙素材２は飲料コップ及び他の食料容器を製作する際使用される標準的な紙である。紙素材２は、コップ構造のために最適化された物理的特性を供するような厚みのものが選択される。重要な物理的特性は折り曲げ強度、剛性、引き裂き強度及び引っ張り強度を含む。
【００２９】
紙の厚さは、製品として仕上がったコップ壁１の厚みが加工、取扱い又は最終的なコップ特性に悪影響を与えないようなものが選択される。飲料及び食料用容器のための典型的な紙素材２の厚みは１０〜４０ｍｍの範囲にあり、本発明のための好ましい態様では特に１０〜２６ｍｍの厚みが望ましい。本発明を断熱性飲料スリーブに適用する場合は、紙素材２は図１に示したような飲料容器１０の周りを囲むスリーブを構成するために相応な、例えば強度といった物理的特性を供する厚みが選択される。
【００３０】
ここで重要な物理的特性は折り曲げ強度、剛性、引き裂き強度及び引っ張り強度を含む。スリーブ及びコップ壁の紙の厚さは、使用者が取扱いや配布の際又は扱いにくくなるといった悪影響を与えない程度のものが選択される。紙素材を選択する際に影響を与える更なる基準としては、外観や価格等が挙げられる。滑らかで漂白された白い紙は印刷画質やコップの魅力を向上させるために選択してもよく又、褐色のクラフト紙を経済性を考慮して選択してもよい。スリーブ素材として好ましく利用できる紙の厚みは、断熱性飲料スリーブに利用する場合は２〜１０ｍｍの範囲にある。
【００３１】
押出又は積層により形成された発泡層３は、押出又は積層することで紙素材２に施される。押出又は積層により形成された発泡層３の目的は、断熱性を付与し、液体を保持することである。押出又は積層により形成された発泡層３は水分浸透に対するバリアとして利用でき、さらに容器製造時に継ぎ目を密封する補助としても機能する。断熱性飲料スリーブの場合には、発泡層３はスリーブ壁を介して伝わる熱伝達に対し抵抗を供するガス含有層である。
【００３２】
押出又は積層により形成された発泡層３は、以下に例示する材料、高密度ポリエチレン（HDPE）、低密度ポリエチレン（LDPE）、線形低密度ポリエチレン（LLDPE）、延伸ポリプロピレン（OPP）等から形成されるが、これらには限定されない。HDPE及びLDPEは本発明の好ましい態様には望ましい材料である。必ずしも必要は無いが、製造中に伸びたり広がったりしないPEFS類、LDPE類又はHDPE類を含み、そして／又はそれらから形成される発泡ポリマーを使用しても良い。
【００３３】
種々の材料性状を向上させ又は製造工程を補助するために添加剤を加えても良い。これらの添加剤は、次に例示する材料、エチレンビニルアセテート（EVA）、エチレンビニルアルコール（EVOH）、及び可塑剤等のいずれであっても良いが、これらには限定されない。
【００３４】
発泡層３は製造工程の間に紙素材に均一に接着される。発泡層３のフィルム中に閉じ込められたガスは、容器壁に高い断熱性を付与する。ガス含有発泡層３の重要な目的は、エネルギー伝達に対する抵抗性を供することである。閉じ込められたガスの量は目的に応じて変更することができ、一般的なユーザーが保持するのに快適な容器の外側が得られる体積により変化する。それゆえ、閉じ込められた気体の必要量は容器の使用目的に従って通常変えられる。
【００３５】
例えば、コーヒー（通常１９０°Ｆ）を出すために使用される容器は、比較的冷めたスープ（通常１６５°Ｆ）を出すために使用する同様の容器と比べ、エネルギー量に対する抵抗はさらに必要となる。断熱層のさらなる利点は、今までよりも長い時間食料や飲料を供する温度に維持することができることである。
【００３６】
発泡層３は紙素材２の上に積層又は押出により形成できる。発泡層３を紙素材層２に積層により形成する場合、ガス含有フィルムは例えばSealed  Air  Corporation製のCA-20又は別製のものを使用しても良い。そのフィルムを紙素材２の上に押出により形成する場合、発泡剤が押出より前にポリマー中に混合される。混合された発泡剤は、その押出工程の間にフィルム内部にガスポケットを発生させる。この押出法は、一回の作業工程で製品を製造できるというさらなる利点がある。
【００３７】
断熱性発泡層３の坪量は、２〜３０ｌｂｓ／３３００ｆｔ2が好ましく、さらに好ましいのは５〜１５ｌｂｓ／３３００ｆｔ2である。フィルム密度は、１．０〜３．０ｌｂｓ／ｆｔ3が好ましい。断熱性ガス含有発泡層３の厚みは、５〜３０ｍｍが好ましく、さらに好ましいのは１０〜２０ｍｍである。発泡層３はフィルム及び発泡層の連続的な単一層又はこれらの積層体により形成できるガス含有フィルム層である。
【００３８】
図３は本発明の第２の態様による容器壁の断面図である。ポリマー収縮フィルム層４は容器１０中の発泡含有層３と飲料の入る空間１１との間の位置で押出、積層又は塗布される。従って発泡層３は、紙素材２とポリマー収縮フィルム層４との間に挟まれる。ポリマー収縮フィルム層４は以後ＰＥ層４とする。ＰＥ層４は、水分浸透に対するバリア及び容器製造時に継ぎ目を密封する補助として使用される。
【００３９】
好ましい態様において、発泡層３は最初に形成され、それから紙素材２の表面に溶融押出、積層、又は溶融融着される。当業界において通常利用される紙素材２の内部に残留する水分は、発泡層３を製造する際の機構としては利用できない。その発泡層は紙素材２に押出できるがしかし、その場合は常に押出又は発泡を生じる前に発泡剤をポリマー中に混合することで発泡を生じさせる。混合した発泡剤は、押出工程の間にフィルム内部にガスポケットを発生させる。この押出法により一回の作業工程で製品を直接製造できるというさらなる利点がある。
【００４０】
発泡層３はまた、種々の印刷インクと馴染みを良くする目的で処理しても良い。発泡層３は、コロナ処理、フレーム処理、オゾン処理、塗布などといった当業界においてよく知られている様々な手段によって処理することができるが、これらに限定されるものではない。
【００４１】
図４は本発明の第３の態様による容器壁の断面図である。ＰＥ層４は、発泡層３と紙素材２との間に挟まれた位置で、押出、積層又は塗布される。しかしながら、ＰＥ層４は、水分浸透に対するバリア及び容器製造時に継ぎ目を密封する補助として使用することができる。図５に示すように、例えば第４の態様において、発泡層３を２枚のＰＥ層４の間、例えば最も内側のＰＥ層が紙素材層２に直接接着されるように、挟むこともできる。
【００４２】
ＰＥ層４は以下に例示する材料、高密度ポリエチレン（HDPE）、低密度ポリエチレン（LDPE）、線形低密度ポリエチレン（LLDPE）、延伸ポリプロピレン（OPP）等のいずれかから形成できるが、これらには限定されない。HDPE及びLDPEは本発明の好ましい態様には望ましい材料である。追加的に利用できる収縮性を示す熱可塑性樹脂としては、PVC、PTFE、FEP、PVDF、PET、LDPE、LLDPE、HDPE、ポリオレフィン等が挙げられ、これらは本発明に容易に組み込める。
【００４３】
ＰＥ層４は形状記憶と呼ばれる特性を発現させるために製造できる。ＰＥ層４が製造中に軸方向に張力及び引っ張りを受け又は張力を受けている間加熱され、それから冷却されると、ＰＥ層４は形状記憶特性を発現する。形状記憶特性はＰＥ層の収縮を引き起こし、例えば再加熱時にポリマー分子が元の形状に戻ろうとする。本発明者らは、特定のＰＥ層が持つ形状記憶特性を紙素材層に利用することによって、以下に詳述する、皺の発生を減少させ又は除去するポリマー収縮フィルム層４を製することを発見した。
【００４４】
種々の材料性状を向上させ又は製造工程を補助するために添加剤を加えても良い。これらの添加剤は、次に例示する材料、エチレンビニルアセテート（EVA）、エチレンビニルアルコール（EVOH）、及び可塑剤等のいずれであっても良いが、これらには限定されない。
【００４５】
図６は本発明の第５の態様による容器壁の断面図である。ＰＥ層４はコップの外側表面又は内面、例えば紙素材２に配された、発泡層３の反対側の表面に施される。ＰＥ層４は紙素材表面上に積層、押出又は塗布できる。ＰＥ層４はまた容器内部の飲料又は食料に対するバリアとしての機能を果たし、また密封機構としての役割も果たす。これとは別に、ＰＥ層４は最も奥の層、例えば飲料の入る空間１１に最も近い層として施すことができる。さらに、追加のＰＥ層４及び／又は発泡層３を、容器内の液体又は容器から発生する熱に対する追加的なバリア及び／又は熱抵抗を付加したい時に、容器壁１の内側又は外側表面のいずれかに施すことができる。ＰＥ層４は直接紙素材に又は間接的に発泡層３に施すことができる。
【００４６】
本発明の更なるコーティング層のための好ましい材料は膨張性発泡剤である。この膨張性発泡剤は高分子殻中にカプセル化されたイソブタンである。その膨張発泡カプセルは、小さい、例えば発泡していない径でコーティング剤に加えられる。発泡層を乾燥させ、一定の温度で加熱していくと、カプセル化されたイソブタンは、液体からガスに変化し、適切な体積変化を伴って高分子殻が膨張する。
【００４７】
このように膨張した球体又は空洞は、低密度で低い熱伝導率を持つ。このように膨張して発泡することにより、容器壁の層間の接触面積を減らし、それゆえ熱の伝達を抑えることのできる粗い表面が得られるという利点もある。紙素材の外側に塗布された膨張性発泡剤の薄膜層は、容器をつかむ際に助けとなる粗い表面や手触りが得られるということで、特に有用である。
【００４８】
発泡コーティングも好ましいコーティングとして挙げられる。発泡コーティングは、連行空気を利用したコーティングである。コーティング中に分散した空気は、低いコーティング密度及び低い熱伝導率を提供する。また、発泡コーティングは表面を改良でき、それは簡単に処理できる。従って型押機、プレス機又はその他の機械装置を使って発泡コーティングに粗い表面や穴の開いた表面を形成できる。
【００４９】
発泡コーティングは単一コーティングとして利用することが可能であるが、用途やエンドユーザーの要求により、断熱性コーティング及び印刷コーティングとして同時に機能させても良い。
【００５０】
断熱性コーティングとして選択したコーティング剤は、処理及び適用を簡単にするために必要な追加成分を加え水系中に分散されている。コーティング剤にはシリカ、炭酸カルシウム、粘土などの顔料又は人工顔料を使用しても良い。
【００５１】
紙基質に断熱性コーティングを接着させるためにバインダーを加える。代表的なバインダーは、ポリビニルアルコール、ＳＢＲラテックス、デンプン、ポリアクリレート及び当業界の中で良く知られている他のバインダーから選択されるが、これらには限定されない。分散、レオロジー及びコーティングを扱いやすくするためにコーティング中に別の添加剤を加えても良い。これらの添加剤には消泡剤、分散剤、湿潤剤、導電性ポリマー、スチレン無水マレイン酸、増粘剤などが挙げられるが、これらには限定されない。
【００５２】
断熱性コーティングとして好ましい坪量は、２〜３０ｌｂｓ／３３００ｆｔ2の間で、さらに好ましいのは５〜１５ｌｂｓ／３３００ｆｔ2の間である。断熱性コーティングとして好ましい厚みは、１〜１５ｍｍの間で、さらに好ましいのは３〜１５ｍｍの間である。
【００５３】
Shihらによる下記特許文献６、Grischchenkoらによる下記特許文献７、Sadlierによる下記特許文献８では、本発明とは異なった断熱性飲料容器コーティング及び製作工程について開示されているが、紙コップ／容器業界で共通して利用されるコーティング製造、加熱及び組立工程が記載されている。これらのコーティング製造、加熱及び組立工程の全体の詳細は、本出願の参照としてここに包含した。
【特許文献６】
米国特許第5,911,904号
【特許文献７】
米国特許第5,993,705号
【特許文献８】
米国特許第6,085,970号
【００５４】
添付図に示した好ましい態様は、容器壁の内面（例えば容器の飲料側）に対して又は沿って発泡層３を施したものを示した。しかしながら、当業者には理解されるように、発泡層３をＰＥフィルム層４に変えて、又は組み合わせて容器の外面に沿って設けても良い。
【００５５】
本発明の発明者らは、本発明の様々な好ましい態様をテストした所、とても良好で、これまで予期していなかった結果を発見した。例えば、図３に示した構造を持つ容器壁１で構成された飲料容器１０は、通常のものよりもかなり良好な保持時間、水分抑制及び蒸気移動に対する抵抗を示した。さらに本発明の発明者は、Georgia  Pacific社（Georgia  Pacific（登録商標））から販売されているPerfecTouch（登録商標）コップのような、紙素材２の外側表面上に吹き込み形成された水分発泡層３を持つものと比較すると、図３に示した態様のものは保持時間が著しく長くなることを証明した。
【００５６】
上述したように、飲料の入る空間と容器の最も外側の表面との間の紙素材が持つ熱伝達抵抗についての量的な測定は、しばしば保持時間と呼ばれる。発泡層３が紙素材２の外面に設けられることにより、飲料（例えばコーヒー）の熱は紙素材中の残留水分を加熱し蒸発させてしまう。従って、熱い容器１０を不自由なく保持できる時間、例えば保持時間は著しく減少する。
【００５７】
図３に示した好ましい態様は、紙素材２への熱伝達を防ぐのに最も適したものであり、コップの最も内側の表面に透湿度を抑えるバリアを設けることにより、コップ素材を蒸気が大量に通過するために起こる加熱が防がれ、その結果熱伝達が減少した。保持時間は本発明の好ましい態様において著しく長くなった。
【００５８】
図７は本発明の態様及び市販製品の保持時間を比較した実際の実験データを表すグラフであり、以下にさらに詳述する。図８は本発明による断熱性飲料容器スリーブ１２の断面図である。図９は本発明の別の態様による断熱性飲料容器壁１又は飲料容器スリーブ壁１の断面図である。
【００５９】
断熱性飲料容器スリーブ１２は、添付図に示した飲料容器素材材料（容器壁）１のすべての態様を容易に組み込むことができるということが理解されるはずである。断熱性飲料容器スリーブ１２は図１に示したような飲料容器の外側表面を滑らせ嵌め込んで使用する場合がある。図９に示すように、中間層５を紙素材２と発泡層３の間に設けても良い。中間層５は押出、積層又は塗布により紙素材に設けられる。中間層５の目的は、紙素材２にガス含有フィルム層３を接着することである。
【００６０】
しかしながら、中間層５は水分浸透に対するバリア及びスリーブ製造時に継ぎ目を密封する補助として利用することもできる。中間層５に使用される代表的な材料としては、高密度ポリエチレン（HDPE）、低密度ポリエチレン（LDPE）、線形低密度ポリエチレン（LLDPE）、延伸ポリプロピレン（OPP）及び熱溶融型接着剤、水系接着剤及び溶剤系接着剤などの接着剤が挙げられるが、これらには限定されない。
【００６１】
当業界で知られている添加剤を、特定の特性を高るために又は処理を補助するために加えても良く、このような添加剤としては、エチレンビニルアセテート（EVA）、エチレンビニルアルコール（EVOH）及び可塑剤等が挙げられるが、これらには限定されない。外側の層４はそれぞれの用途によって次の特性を持つ表面得るために紙素材に設けられ、高画質印刷及び印刷インクが馴染む材料、手触りの良い材料、温度と共に色が変化する材料、継ぎ目を密封できる材料、及びよりしっかり掴める表面が得られる材料等が挙げられるが、これらには限定されない。スリーブ１２の構造は、コップ１０の面に発泡材料３を向け、かつユーザーに見られるように紙表面２，４が外に向くように配向されている。しかしながら、スリーブ構造はその発泡材料を外面に、そして紙表面２，４をコップ／容器１０表面に向かって面するように、逆の構造であっても良い。前述したように、ＰＥ層は、例えば図９の態様を容器１０に組み込んだ際、発泡層３と飲料の入る空間１１の間に配されるよう、容器の内面に沿って施すこと（図９には示さず）もできる。
【００６２】
図７は本発明の態様及び市販製品の保持時間を比較した実際の実験データを表すグラフである。図７はそれぞれ異なったサンプルによって得られた実験的保持時間（測定は秒）を示す。種々の飲料容器サンプルには、約９０℃（注水温度１９４°F）の湯を約２３０ｍｌ満たした。
【００６３】
表１においてサンプルＳ２は、基板紙／波形紙／基板紙から成る各部の厚さ１５／１５／１５ｐｔ（ｐｏｉｎｔ）（１ｐｔ＝１／１０００ｉｎｃｈ）を有する製品／容器サンプルである。サンプルＳ５、Ｓ６、Ｓ７は図３に似た構造を持った容器壁１を有する本発明のテストサンプルである。サンプルＳ５は発泡層１０ｐｔ、基板紙１８ｐｔの積層体である。サンプルＳ６は発泡層２０ｐｔ、基板紙１８ｐｔの積層体である。サンプルＳ７は発泡層３０ｐｔ、基板紙１８ｐｔの積層体である。サンプルＳ９は、Fort  Jamesより入手可能な、PerfecTouch（登録商標）容器である水分を吹き込んで形成したポリエチレン外面を持つ紙素材である。サンプルＳ１２は２０ｐｔのポリエチレン発泡層と、１８ｐｔの発泡基板層との発泡積層体である。
【００６４】
試験を何度も繰り返した後、それぞれのサンプルで平均保持時間を決定した。ばらつきのないデータを得るために、１人の試験者に多くの試験を行わせた。別の試験において、数名の違った試験者が試験を行った。
【００６５】
表１は約２３０ｍｌ、９０℃の湯を注いで行われた断熱性コップの保持時間調査の実験結果を示す。表１はこれらの異なるサンプルの試験結果を示す。
【表１】
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【００６６】
紙を基板素材とした積層体では、製造後の最終製品の最も内側の層に皺が発生することがある。例えば、内面に沿って発泡層３を利用した飲料容器１０又はスリーブ１２では、特に問題となる皺が発生する場合がある。コップの製造工程中に、コップのブランクは多くの場合打ち抜きされ、それから円筒形マンドレルのまわりに形作られる。よって、コップの直径は基板の厚み又は積層体の各層のキャリパー（caliper）、層の数及び各層に使用される材料の種類により変わる。従って、カップ直径の変化量ΔDは、次のような関係、すなわち基盤の厚み又はキャリパーをCとした場合、ΔD＝２Cにより定量化される。しかしながら、図１に示すように、直径は、例えば上側部７で測定した直径が下側部８で測定した直径より大きいように、測定する場所により異なる。
【００６７】
従って、基板の厚みが厚ければ厚いほど、最も内側と最も外側の直径は大きく違ってくる。加工前の基板の両表面は同じ長さを有しているので、コップ形成後の直径の違いにより、内側の面に応力が生じる。紙素材２のようなコップ形成後の基板は、相対的にキャリパーが大きい。コップの内面に沿って形成された発泡層３は、相対的に柔軟で可撓性を有する。従って、カップの内面に沿って形成されたその発泡層は、直径の変化を伴い、相対的により小さい直径に合わせようとして発生した応力（この発泡層が抵抗できない程度の応力）により皺を発生する。
【００６８】
図３は、ＰＥ層４を持つ容器１０の断面図であるが、発泡層３は紙素材層２とＰＥ層４との間に挟まれている。図４は、断熱性発泡層３が、上述のような皺が発生しやすいＰＥ層４により板紙素材層２に接着された例を示す断面図である。図５に示すような別の態様では、少なくとも２枚のＰＥ層４を含んでおり、この場合ＰＥ層４を飲料の入る空間１１に最も近い層として有している。
【００６９】
図１０は本発明の別の態様による飲料容器又はスリーブ壁の内側及び外側の平面図である。図１１は本発明の別の態様による飲料容器又はスリーブ壁の内側及び外側の平面図である。これらの皺２０は、完成コップ又はスリーブにとって望ましくなく、問題になる。皺２０のひだは、コップ中で飲料がたまる傾向があり、汚れ及び／又は製品の損失を引き起こす。皺の影響はまた、最終製品の美観を損なう。
【００７０】
図１０と１１はまた、容器の内側３０に沿って発生した皺を除去し又は実質的に皺の量を減らした飲料容器又はスリーブの製造方法について示す。図１０及び１１はそれぞれ本発明の態様によるポリマー収縮フィルム層（ＰＥ層）４を加熱及び収縮させる前後の容器の内面３０及び外面４０を示している。図１０では、発泡層３には、より小さい直径に対応することによって生じた応力により、皺が発生している。加熱処理を行った後発泡層は収縮し、図１１に示すように張りがあり滑らかな層となる。
【００７１】
高速カップ形成工程中、打ち抜きされた紙を、マンドレルに巻きつけて、円筒形の容器を形成する。上述の外面と内面との直径の違いにより、内面３０には応力が加わっている。収縮特性を持つ発泡層３を選択することにより、皺を加熱によって除去できる。内側に皺のある状態で形成されたコップは加熱し、発泡層を収縮させて、皺２０を除去することができる。フィルムを分解させることなく皺を伸ばすのに十分な温度である限り、熱を加える方法の詳細はここでは重要ではない。理想的な態様のひとつとしては、その加熱方法及び／又は加熱装置は、既存のコップ製造装置に組み込むことができる。
【００７２】
加熱工程は、加熱された処理空気が内面３０に沿ってのみ通過するような、例えば内面のみが加熱処理の対象となる、局部加熱処理や局部収縮処理を含む。しかしながら、当業者であれば明らかなように、容器全体を加熱しても良く、又は例えば外面の加熱量に対する内面の加熱量を内面と外面の比が通常１：１よりも高くなるように増加させるような、異なる比の制御加熱を行っても良い。
【００７３】
皺２０は加熱及び／又は発泡層３のポリマー及び所望の加熱収縮特性を有するポリマー収縮フィルム層のポリマーの使用の組み合わせにより除去される。完成コップを搬送し積み重ねるために使用される空気で加熱しても良く、形成するマンドレルで加熱しても良く、コップをトンネルヒーター又は他の加熱装置を通過させることで加熱しても良く、そして／又は加熱された空気流をコップの内面３０を通過させて加熱しても良い。
【００７４】
収縮フィルムは市販のポリマーから製造することができ、その範囲は多岐にわたる。表２は米国内で市販されている利用可能な収縮フィルムを示している。しかしながら、これら以外の市販フィルムが入手可能で又開発途中のものもあることは当業者にとって自明であろう。従って、本発明にとって望ましい収縮フィルム特性を有するすべての収縮フィルムは、本発明の範囲内にある。ポリマーの選択及びポリマーの処理履歴は、発泡層の収縮特性に影響を及ぼす２つの大きな要因である。ポリマーの種類及び処理方法は、発泡層の結合性を維持しながら必要な収縮量を確保できるものが選択されるべきである。１９９７年、John Wiley and Sons社刊、Aaron L. Brody, Kenneth S. Marsh著「The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology」第２版には、適当な収縮フィルム及びそれらの関連特性が追加として記載されており、参照としてここに全体を包含した。
【００７５】
【表２】
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【００７６】
特にポリエチレンフィルム及び／又は改質ポリエチレンフィルム等の本発明にとって好ましい収縮フィルムは、それらの特性及び価格により決定される。本発明の発泡層３に適用する収縮フィルムの具体例としては、高密度ポリエチレン（HDPE）又は例えば重量比３０％以下の低密度ポリエチレン（LLPDE）を混合したHDPE等が挙げられる。これら収縮フィルムは温めたフィルムを延伸し、張力を保ったまま冷却することで製造される。それからポリマー鎖は内部に応力を蓄えたまま保持される。その収縮フィルムを融点近くまで加熱処理すると、ポリマー鎖の応力が開放され、フィルムが収縮する。
【００７７】
好ましい態様において、求められる「収縮率」は、この収縮フィルムの分野で取引されている市販品の中では比較的低い。代表的な収縮フィルムでは、もし制御されていなければ、収縮率は７０〜８０％程度である。本発明の発明者らは、発泡層３の収縮が高すぎると、フィルムが容器壁１から引き離されたり、離層したりするであろうと確認した。さらに発泡層が過度に収縮すると、コップの内部空間に望ましくない損失が生じ、よって積み重ねる効率が低下することになる。本発明の発明者らは、発泡層３の収縮率が０〜３０％の間で、さらに好ましいのが５〜１０％の間であることが、最も良い製品が製造できる収縮率であると確認した。他に考慮すべき点がある場合、高い収縮速度を有するフィルムを、挿入したマンドレル又は他の物理的に制限された装置を使用して収縮を制御するなどして容器の収縮を制御するのに使用しても良い。
【００７８】
収縮開始温度は、好ましい収縮フィルムのもうひとつの重要な特性である。収縮フィルムは１９０°Fで収縮するよう設計でき、熱いコーヒーがその温度で容器に注がれることによって、応力が開放され皺２０が引っ張られ又は滑らかになる。さらに収縮フィルムは、比較的高い製造工程温度のような１９０°F以上の温度で収縮するものが選択でき、これによって皺は容器を実際に使用する前に除去される。もし、収縮開始温度が低い場合、総収縮量もまた小さくなる。例えば、もし収縮開始温度が１９０°Fであって２００°Fのコーヒーをコップに注いだ場合、収縮量はコップの体積が減少するので、コップ体積の損失及び熱いコーヒーがこぼれるのを防止するために、小さくなければならない。
【００７９】
断熱性容器の製造方法は、内部空間１１の周りを取り囲む容器壁１となる紙素材２と、底部９を供する工程と、発泡性ポリマー層３に発泡剤を混合する工程と、内部空間１１に面した内面３０に沿って発泡層３を形成する工程と、発泡層３にポリマー収縮フィルム層４、例えばＰＥ層４を接着する工程と、収縮率３０％以下の間でポリマー収縮フィルム層を収縮させるために容器を熱処理する工程とから成る。発泡層３は直接的に又は、例えば追加的なＰＥ層４のような別の中間層５を介して間接的に紙コップ素材２に接着される。
【００８０】
飲料又は食料用断熱性容器又はスリーブの上述の製造方法には、内面３０に沿って配されたポリマー収縮フィルム層４及び発泡層３を含んだ内部空間１１を有した断熱性容器又はスリーブを供する工程も含まれる。内面３０は加熱され、これによってポリマー収縮フィルム層４は収縮し、かつこの加熱工程中に発泡層３及びポリマー収縮フィルム層４に沿って発生した皺は取り除かれ、これにより内面３において皺になる望ましくない影響が防がれる。
【００８１】
加熱処理工程は製造工程間か又は製品使用時かのどちらか一方で行われ、製品使用時には、例えば熱いコーヒーが収縮率３０％以下で皺を取り除くために、発泡層を収縮するような望ましい収縮を生じさせる。また、加熱処理工程は当業界で利用可能なポリマー収縮フィルムを収縮するための、従来から行われているいかなる加熱処理工程であっても良い。従来の処理には加熱処理と冷却処理とを両方含み、それらを組み合わせた処理も含んでいる。１９９７年、John Wiley and Sons社刊、Aaron L. Brody, Kenneth S. Marsh著「The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology」第２版には、フィルムの収縮を実施するための加熱処理方法の具体例が記載されており、参照としてここに全体を包含した。特に、本発明にはテンタープロセス、バブルプロセス、それらの組み合わせ処理及び／又はそれらと同等の処理等の従来の加熱処理工程が利用できる。
【００８２】
以上、本発明を説明したが、多くの方法で本発明の態様を変形できることは明らかである。このような変形は本発明の範囲を逸脱するものではなく、当業者にとって自明なこのような全ての変形例は添付の特許請求の範囲内で含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明による飲料又は食料用断熱性容器の縦断面図である。
【図２】本発明の第１の態様による断熱性飲料容器壁又はスリーブの断面図である。
【図３】本発明の第２の態様による断熱性飲料容器壁の断面図である。
【図４】本発明の第３の態様による断熱性飲料容器壁の断面図である。
【図５】本発明の第４の態様による断熱性飲料容器壁の断面図である。
【図６】本発明の第５の態様による断熱性飲料容器壁の断面図である。
【図７】本発明の態様及び市販製品の保持時間の比較を表す実験データのグラフである。
【図８】本発明による断熱性飲料容器スリーブの断面図である。
【図９】本発明の第６の態様による断熱性飲料容器壁又は飲料容器スリーブ壁の断面図である。
【図１０】本発明による飲料容器又はスリーブ壁の内側及び外側を示す平面図である。
【図１１】本発明による飲料容器又はスリーブ壁の内側及び外側を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１……容器壁
２……紙素材層
３……発泡層
４……ポリマー収縮フィルム層
５……中間層
７……上側部
８……下側部
９……底部
１０……容器
１１……飲料の入る空間
１２……スリーブ
２０……皺
【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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