(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板紙を扇状に切り取って胴部となるブランクを形成し、端面を重ね合わせて接合し、底部に板紙を挿入・接合し、上端部を全周にわたりカール巻き込み加工してカール部を形成してなるカール付紙製コップであって、前記板紙が非木材パルプから抄造された板紙からなり、前記非木材パルプは、竹パルプとケナフ全茎パルプの混合パルプであり、平均繊維長さが１．０１〜１．１６ｍｍであり、且つ繊維長さ４．０ｍｍ以上の繊維を少なくとも１％以上を含有していることを特徴とするカール付紙製コップ。
【請求項２】
前記板紙の平滑度は少なくとも１０以上である請求項１記載のカール付紙製コップ。
【請求項３】
前記カール付紙製コップの挟圧強度が０．２ｋｇｆ以上である請求項１又は２に記載のカール付紙製コップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙製コップ、特に森林保護の観点から木材パルプに代わるパルプを使用した紙製コップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙製コップ（以下、単に紙コップという）は、図１に示すように口部にカール部２を形成することによって飲み易さとコップの剛性を図っている。従来、該紙コップ１の製法は、一定厚みの板紙を扇状に切り取って胴部３となるブランクを形成し、円錐状のマンドレルに巻きつけ、端面を重ね合わせて接合して重ね合わせ部４を形成し、底部５に別に切り取った板紙を挿入・接合して立体容器となしている。その際、底部と対置する円錐体あるいは角形体の上端部を特殊治具を用いて全周にわたり「カール巻き込み」加工をして、カール状の口部を形成している。なお、図１において左半分は、カール巻き込み加工前の状態を示し、右半分はカール巻き込み加工後の状態を示している。
【０００３】
該「カール巻き込み加工」工程において、ブランクは引っ張り力を受けると共に折曲力と圧縮力を受ける。従って、コップ板紙材はそれらの力に対する強度が弱いと、カール加工時に破裂、座屈、しわ等が発生し、充分なカール加工ができなくなる。また、カール加工ができたとしてもそれが充分でないと、製造後にカール部が変形やサイズのバラツキが出てしまい、例えば自動販売機等で筒状に積み重ねられたコップ郡からコップを１個づつ切り出す際に、コップがスームズに落下することができなく等の問題が発生する。
【０００４】
そのため、紙コップを製造するための板紙材には、所定の引張強度、伸び率、破裂強度、圧縮強度、引裂強度、耐折強度、剛度等が要求される。また、紙コップ板紙材には、印刷特性や巻き込み加工速度に大きな影響を与える因子である、平滑度の良さが要求される。さらに、コップを把持して飲料を飲む際に、コップが潰れずに良好に飲めるような挟圧強度が要求される。これらの要求を満たす紙コップ製造用板紙材として、従来、針葉樹や広葉樹の木材パルプから抄造した板紙が専ら使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年森林資源の枯渇から自然災害の発生や自然環境の悪化が顕在化し、森林資源の枯渇につながる木材パルプの大量消費の抑制が求められている。
【０００６】
そこで本発明は、森林保護の観点から森林資源・自然環境の破壊をもたらさず自然にやさしく、しかも安価な材料による紙コップの出現を図ろうとするものものであって、従来の木材パルプに代わる非木材パルプ材から抄造された板紙により上記要求されるカール加工強度、潤滑性、挟圧強度を満たす紙コップを得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために、従来の木材パルプに代わる原料として、成長サイクルが早く且つ自然に群生しているコウゾ、ミツマタ、ケナフ、竹等の繊維質植物や、植物の残渣排物として殆ど有効利用されてないバガス、稲・麦わら等の繊維に着目して、これらの繊維から紙コップに利用できる板紙が得られないか、種々研究した結果本発明に到達したものである。上記観点での研究に当たって本発明者は、「カール巻き込み紙コップ」に必要な板紙の基本物性として、引張強度、伸び率、破裂強度、圧縮強度、引裂強度、耐折強度、剛度を選択し、これ等に大きな影響を与える因子として抄造板紙の繊維長さに着目して、各種非木材パルプの繊維長さ分布を求め、それらの組合せとして基本的な繊維長さ分布を構成することにより、カール巻き込み加工に耐えうる基本物性を構築することができたものである。
【０００８】
即ち、本発明のカール付き紙製コップは、板紙を扇状に切り取って胴部となるブランクを形成し、端面を重ね合わせて接合し、底部に板紙を挿入・接合し、上端部を全周にわたりカール巻き込み加工してカール部を形成してなるカール付紙製コップであって、前記板紙が非木材パルプから抄造された板紙からなり、前記非木材パルプは、竹パルプとケナフ全茎パルプの混合パルプであり、平均繊維長さが１．０１〜１．１６ｍｍであり、且つ繊維長さ４．０ｍｍ以上の繊維を少なくとも１％以上を含有していることを特徴とするものである。
繊維長さ４．０ｍｍ以上の長繊維が１％以下であると、高速カール巻き込み外力に対応できず、高速カール巻き込み加工ができなくなる。しかしながら、長繊維の割合が高いと平滑性が得られず、平滑度が１０以下であると、印刷適性が悪くなると共に、高速カール巻き込みする際にカール部亀裂の原因となる。従って、非木材パルプは繊維長さ４．０ｍｍ以上の繊維を少なくとも１％以上であって、且つ平板に抄紙した段階で平滑度１０以上を確保できる程度の繊維長さ割合を有することが望ましい。同様な理由で、前記非木材パルプは平均繊維長さが１．０１〜１．１６ｍｍであり、且つ繊維長さ４．０ｍｍ以上の繊維を少なくとも１％以上を含有しているものが望ましい。
【０００９】
さらに、前記カール付紙製コップは、その挟圧強度が０．２ｋｇｆ以上であることが望ましい。前記挟圧強度とは、全高８０．５ｍｍ、口外径７２．６ｍｍ、座径５１．３ｍｍの標準紙コップの全高の２／３の高さ位置の胴部を重ね部と９０°方向から９．５ｍｍ変形させる時の応力（ｋｇｆ）に換算した値で表す。挟圧強度が０．２ｋｇｆ以下であると、紙コップに内容物を充填して指で把持した場合、胴部が変形してしまい飲みにくくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
上記目的を達成するために、まず各種の非木材パルプ繊維分布調査並びに繊維形状観察から紙コップのカール巻き込み加工強度が得られるものとして、竹パルプとケナフ全茎パルプを研究対象にして、次の実験を行った。
先ず、竹パルプとケナフ全茎パルプをＪＩＳ  Ｐ−８１２１に基づく「ろ水度」を５００ｍｌと４００ｍｌにそれぞれ設定して叩解し、叩解後そのままの状態及び表１に示す混合比率で混合した状態の試料１〜５を調整し、各試料について繊維長分布を測定した。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
その結果、各試料の繊維長分布は、それぞれ図２〜図６に示す通りであった。図２は竹パルプ１００％（試料１）の場合であり、図３はケナフ全茎パルプ１００％（試料５）の場合であり、図４〜図５は、それらの混合パルプ（試料２〜試料４）の場合である。各図において、横軸は繊維長さ（ｍｍ）であり、左縦軸は線図（ａ）の縦軸で全体に対する割合（分布％）、右縦軸は線図（ｂ）の縦軸でその合計値（累積％）を示している。図から明らかなように、竹パルプ１００％は、０．５ｍｍ以下の短繊維を３０％以上含有する一方で、４．０ｍｍ以上の長繊維も３％以上含有している。一方、ケナフ全茎パルプ１００％（試料５）は、０．５ｍｍ以下の短繊維を約３０％含有し、４．０ｍｍ以上の長繊維は１．０％以下であり、繊維長分布のバラツキが少ない。
【００１３】
これに対して、上記のように異なった繊維長分布を示す竹パルプとケナフ全茎パルプを、表１に示す割合で混合した試料２〜４の場合、竹パルプ７０％、ケナフ全茎３０％の系（試料２）の繊維長分布は、０．５ｍｍ以下が３０％以上含有し、４．０ｍｍ以上も２％以上含有している。また、竹パルプ３０％、ケナフ全茎パルプ７０％系（試料４）では、４．０ｍｍ以上の長繊維が少なくとも１％以上含有している。
【００１４】
これらの試料１〜５の平均繊維長は、試料１が１．３４ｍｍ、試料２が１．１６ｍｍ、試料３が１．１２ｍｍ、試料４が１．０１ｍｍ、試料５が０．８９ｍｍであった。
【００１５】
次に、以上の繊維長分布を有する各試料を、ＪＩＳ  Ｐ−８２０９に準じて金網８０メッシュ、設定坪量１００ｇ／ｍ3で抄紙し、その後ならし環境温度２０℃、相対湿度６５％で１週間放置し、物性測定環境６５％ＲＨで、抄紙物性として、紙厚、坪量、緊度、引張強度、伸び率、破壊強度、圧縮強度、引裂強度、耐折強度、剛度及び平滑度をそれぞれ測定した。その結果、表２に示す結果が得られた。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
紙コップのカール巻き込み加工をする場合、外径７０ｍｍのもので６ｍｍ以上の長さが巻き込まれて図１（ｂ）に示すようにカール巻き込み部２が形成される。その際、紙に含まれる水分の影響は、最大の問題であるが、一般には６〜８％の含水率に調整されているので、ここではその他の板紙物性の影響について述べる。
【００１８】
カール巻き込み適正としての物性面では、一般に引っ張り強度、伸び率、破裂強度、圧縮強度、引裂強度、剛度、平滑度の数値が高い方が望ましい。また、繊維長さも４ｍｍ以上のものが含有していることが望ましい。
【００１９】
これらの物性値は、相互に影響を及ぼし合い各物性値が適正でない場合は、カール巻き込みが充分にできずカール強度が不足する。その結果、カール部に亀裂やシワが発生する外、カール形成加工時に座屈する等の不都合が生じる。また、所定のカール形状が形成できず、できた紙コップのカール径寸法、口部外径寸法にバラツキが生じる等の不具合となり、スタックされた紙コップを１個づつ切り離して供給する必要がある、飲料用自動販売機等で良好な切離しが出来なくなり、トラブルの原因となる。また、紙コップの用途によっては、カール部を圧着して平面部を形成し、この部分にプラスチックフィルム等でシールする場合があるが、上記のようにカール部の成形に不都合があると、平面のシール性を損なうことがある。
【００２０】
そのほか繊維長分布の影響として、板紙の平滑性に影響を与える長繊維の割合が高いと平滑性が得られず、印刷適性が悪くなると共に、高速でカール巻き込みする際にカール部亀裂の原因となる。また、紙コップの内面には、一般にポリエチレンフィルムがラミネートされているが、長繊維の割合が高いとラミネート適正を著しく損なうことがある。
【００２１】
かかる観点から表２に示すＪＩＳ Ｐ−８２０９に基づき抄紙した物性表において明らかなように、竹パルプ１００％の場合は平滑度において著しく劣るため、デンプン系等の添加剤を加えても、基本の繊維長分布から著しい改善は得られず、紙コップ適性を有してないことが予測できる。
【００２２】
一方、ケナフ全茎パルプ１００％の場合は、引裂強度及び耐折強度が著しく弱いため、例えば紙力増強材としてポリアクリルアミドを添加しても、繊維長分布で４．０ｍｍ以上が微小なためカール巻き込み長さ６ｍｍ以上に加えられる高速カール巻き込み外力に対応できないと予測される。従って、竹パルプ１００％又はケナフ全茎パルプ１００％の非木材パルプで抄紙した紙は、紙コップ特性、特にカール巻き込み加工特性が劣るため、紙コップ製造に適用できないことが判明した。
【００２３】
以上の結果から繊維長分布を基礎に、竹パルプ、ケナフ全茎パルプ、及びそれらの混合系について、工業的手法で板紙を抄造し、それらの板紙物性を測定すると共に、該板紙で紙コップを製造し、カール適性を検査した。また、比較例として、木材パルプから抄造した板紙で紙コップを製造した。その結果を表３に示す。なお、製造した紙コップの標準サイズは、全高８０．５ｍｍ、口外径７２．６ｍｍ、座径５１．３ｍｍである。物性値の測定方法は、それぞれＪＩＳによる方法で行ったものである。また、表中ＭＤは抄紙方向、ＣＤはそれと直角方向即ち幅方向を表している。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
その結果、表３から明らかなように、竹パルプ１００％の場合は、カール部形状にバラツキがあり、またケナフ全茎パルプ１００％の場合はカール部に亀裂が発生した。これに対し、混合パルプである試料２〜３の場合は、何れも良好にカール巻き込み加工を行うことができた。また、挟圧強度は、試料５を除いて木材パルプと同等又は近い強度を有しており、紙コップの実用性に充分耐えうる値であることが確認された。さらに、これらの非木材パルプの平滑度は、試料１を除いては何れも１０以上を有しており、比較例の木材パルプから抄造したものと比べてやや劣るが、実用に耐える値であり、また逆にＭＤ方向の剛度は木材パルプよりやや優れている。前記試料のうち試料２〜試料４から抄造された板紙は、全体として従来の木材パルプと同様な物性値、カール巻き込み加工強度を有しており、前記目的を達成する紙コップを得ることができることが確認された。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明が適用できる非木材パルプは、上記実施形態で使用した試料に限らず、コウゾ、ミツマタ、ワラ、麻、バカス等種々の非木材パルプが適用でき、これらの非木材パルプは、上記条件を満たす範囲内で単独又は複数種を混合して使用できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、各種非木材パルプの繊維長分布を調整することによって、木材パルプの板紙を使用した場合と同様なカール加工強度、及び挟圧強度を有する紙コップを得ることができた。それにより、従来専ら木材パルプより抄造された板紙から製造される紙コップを、成長サイクルが早くしかも従来有効利用されていない非木材パルプより抄造した板紙で製造することを可能にし、森林資源の保護と天然資源の有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は紙コップの製造過程における正面図であり、左半分がカール巻き込み加工及び底部折曲加工前の状態で、右半分がこれらの加工終了後の断面を示し、（ｂ）はカール部の拡大図である。
【図２】竹パルプの繊維長分布を示す線図である。
【図３】ケナフ全茎パルプの繊維長分布を示す線図である。
【図４】竹パルプ７０％、ケナフ全茎パルプ３０％の混合パルプの繊維長分布を示す線図である。
【図５】竹パルプ５０％、ケナフ全茎パルプ５０％の混合パルプの繊維長分布を示す線図である。
【図６】竹パルプ３０％、ケナフ全茎パルプ７０％の混合パルプの繊維長分布を示す線図である。
【符号の説明】
１  紙コップ              ２  カール部
３  胴部                  ４  重ね合わせ部
５  底部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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