(57)【要約】      （修正有）【課題】バリやエッジは最小限にとどめると共に、バリやエッジが生じたとしても、それらの外側にトップカール上型が接しておらず、バリをめくれ上がらせないで、飲み易いトップカール部を有する紙カップを成形できる製造装置を提供する。【解決手段】胴部と底部が結合されている紙カップの上端開口部周縁をトップカール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部１３を成形する紙カップのトップカール成形用金型において、上型と下型とで構成され、かつ、曲面状の前記溝部が上型の溝部と下型の溝部に分割されていて、上型と下型を互いに密着させることにより曲面状の前記溝部が形成されるように構成されており、成形するトップカールの位置におけるトップカールの最大外径部分３２の直ぐ下方に、上型と下型とのパーティング５０を設けたことを特徴とするトップカール成形金型。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部と底部が結合されている紙カップの上端開口部周縁をトップカール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部を成形する紙カップのトップカール成形用金型において、
上型と下型とで構成され、かつ、曲面状の前記溝部が上型の溝部と下型の溝部に分割されていて、上型と下型を互いに密着させることにより曲面状の前記溝部が形成されるように構成されており、
成形するトップカールの位置におけるトップカールの最大外径部分の直ぐ下方に、上型と下型とのパーティングを設けたことを特徴とするトップカール成形金型。
【請求項２】
トップカール成形金型の上型と下型に分割された溝部パーティングにおいて、製品側の上型の端部は、下型の端部よりも内側としたことを特徴とする請求項１に記載のトップカール成形金型。
【請求項３】
トップカール成形金型の上型と下型に分割された溝部パーティングの外側に、パーティング面に対して垂直な上型と下型とを合わせる摺動面を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトップカール成形金型。
【請求項４】
トップカール成形金型の上型と下型とのパーティングにおいて、製品部の下型端部に曲面を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトップカール成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙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底部と胴部が接着され、胴部開口部がトップカールされる紙カップの加工に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、紙カップは用途によって飲料用カップ、食品用カップ、医療用カップ等に大別され、さらにジュース、炭酸飲料などのコールド飲料とコーヒーなどのホット飲料用が飲料用カップとして使用されている。さらに、ポップコーンなどの製菓用にも、紙カップの内側にポリエチレン樹脂やバリア層を設け、紙カップの開口部に蓋を融着する紙カップも製造されている。
【０００３】
これらの紙カップにおいて、上端の開口部は、切った端面がそのまま残っていると、口を付けた時に痛いばかりだけではなく、強度が低いので、変形し易く飲みにくい、蓋をすることもできない、などの問題がある。その為、従来から、開口部先端のトップ部分を巻いて、トップカールを設け、強度のある端部を形成するようにしている。
例えば、特許文献１では、
胴部と底部が結合されている紙カップの上端開口部周縁をカール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部を成形する紙カップのトップカール成形加工において、曲面状の溝部が第一カール部と第二カール部から構成され、第一カール部で紙カップの上端開口部周縁に対して外側にプレカールし、しかる後第二カール部で開口周縁をさらに曲面状の溝部に沿ってガイドさせながら略一巻きと３０度まで巻き込むと同時に第二カール部の曲面状の溝部周縁を縮径し開口周縁部をさらに捲回させ、強化されたトップカール部を成形することを特徴とする紙カップのトップカール成形方法を提案している。
【０００４】
この成形方法では、プレカールの成形後、第二カール部を成形する金型で、上型と下治具の当たり面が水平面で当たっているので、その隙間に紙カップの表面に積層された熱可塑性樹脂層が、挟まれたり、押し込められて、当たり面の隙間に流れてはみだし、バリを生じる事があった。
この不良は、口を紙カップに当てて食す時などに、怪我をしてしまったり、痛みを感じるなどの恐れもあって、改善が求められていた。
【０００５】
また、特許文献２では、
超音波ホーンならびにカップ受け金型を用いて、紙カップのトップカール部を扁平なフランジ状に成形する超音波溶着装置であって、該超音波ホーンは、先端の外周部に前記紙カップのトップカール部を挿入可能な深さを有する円形の溝部を有し、該溝部の外側円筒面は前記超音波ホーンの可動方向に対して平行であり、かつ内周寸法がカップフランジの仕上がり外径寸法に等しい外径規制つばを形成し、前記カップ受け金型は、紙カップ本体を収納、保持する空間と、上端がドーナツ状のカップ受けとを有し、該カップ受けは、上端部の内径が、紙カップのトップカール部直下の外径にほぼ等しく、また該カップ受けの外周面は、前記超音波ホーンの可動方向に対して平行であり、かつ外径は、前記超音波ホーンの溝部の外側円筒面に嵌合可能な寸法であり、前記超音波ホーンの溝部の底面と前記カップ受け金型のカップ受け上面とで、紙カップのトップカール部を圧締してカップフランジ部を成形する際に、前記超音波ホーンと前記カップ受け金型とが直接接触しないことを特徴とする超音波溶着装置を提案している。
【０００６】
例えば、図２−１のような金型になる。しかし、図２−２にトップカールを成形した状態を示したように、この装置では、外形部分に当たる超音波ホーンである金型はトップカール下型４の可動方向に平行で、紙カップ上端で構成されるトップ面に対して垂直方向で当たる形状になる。ただ、胴部材１０が勾配を持って巻いてあるので、その勾配によってトップカール部１３が上型溝部５２に対して押し広げられるように押し付けられる。そして、紙カップの表面に積層された熱可塑性樹脂層が、擦れられながら型締めし、トップカール部分が成形されるので、挟まれたり、押し込められて、はみだし、これでバリやエッジは生じる。
生じたバリやエッジは、図３−１のように、トップカール上型５が、これらのバリ３１やエッジの直ぐ外側に位置しているので、トップカール下型４が下降して製品を取出そうとすると、トップカール上型５の摺動面５００に擦られ、バリ３１やエッジはめくれ上がり、図３−２のように、外側に飛び出てしまう。
金型の摺動面５００は、どうしても、金属同士なので、平らできれいな面で保持できない。そのような鏡面化できない摺動面５００に擦られると、バリ３１やエッジがめくれ上がってしまう。
この為、口を紙カップに当てて食す時などに、トップカール３のバリやエッジで、怪我をしたり、痛みを感じるなどの問題が発生していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３３０４２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１８４１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の課題は、バリやエッジは最小限にとどめると共に、バリやエッジが生じたとしても、それらの外側にトップカール上型が接しておらず、バリをめくれ上がらせないで、飲み易いトップカール部を有する紙カップを成形できるトップカール成形金型を提供する事とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る紙カップのトップカール成形金型は、
胴部と底部が結合されている紙カップの上端開口部周縁をトップカール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部を成形する紙カップのトップカール成形金型において、
上型と下型とで構成され、かつ、曲面状の前記溝部が上型の溝部と下型の溝部に分割されていて、上型と下型を互いに密着させることにより曲面状の前記溝部が形成されるように構成されており、
成形するトップカールの位置におけるトップカールの最大外径部分の直ぐ下方に、上型と下型とのパーティングを設けたことを特徴とするトップカール成形金型である。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る紙カップのトップカール成形金型は、
トップカール成形金型の上型と下型に分割された溝部パーティングにおいて、製品側の上型の端部は、下型の端部よりも内側としたことを特徴とする請求項１に記載のトップカール成形金型である。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る紙カップのトップカール成形金型は、
トップカール成形金型の上型と下型に分割された溝部パーティングの外側に、パーティング面に対して垂直な上型と下型とを合わせる摺動面を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトップカール成形金型である。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る紙カップのトップカール成形金型は、
トップカール成形金型の上型と下型とのパーティングにおいて、製品部の下型端部に曲面を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトップカール成形金型である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の紙カップのトップカール成形金型は、バリが発生し難く、かつ、バリや突起が発生しても、それらが起き上がることも無いので、口先を紙カップに接触しても、怪我をしたり、痛くなったりせず、安心して使用可能な紙カップを生産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の紙カップのトップカール成形金型で、紙カップのトップカールを成形始める状態の縦断面図と、トップカールの成形をしている状態の部分拡大図である。
【図２】従来の紙カップのトップカール成形金型で、紙カップのトップカールを成形始める状態の縦断面図と、トップカールの成形をしている状態の部分拡大図である。
【図３】従来のトップカール成形金型で紙カップのトップカールを成形して、リムにバリが発生している状態と、そのバリが、ホーンの上昇によって、メクレている状態を示す、部分拡大断面図である。
【図４】紙カップを構成するブランクの形状を示す平面図である。
【図５】ブランクを作る積層シートを模式的に表す断面図である。
【図６】本発明のトップカール加工工程を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の紙カップ製造における実施の形態例について、図を用いて詳細に説明する。
図４は、紙カップを構成する、扇状の胴部材１０と、円形の底部材２０からなるブランク１００を図示したものである。
これらの紙カップの製造に用いられるブランクは、図５で示すような構成の積層シートからなる。
すなわち、本例の紙カップのブランクは、紙基材層と、少なくとも内側熱可塑性樹脂層との積層シートからなっている。例えば、図５−１のように、紙基材層１０１と内側熱可塑性樹脂層１０２が積層された積層シート２００からなっている。あるいは、図５−２のように、外側熱可塑性樹脂層１０３と紙基材層１０１と内側熱可塑性樹脂層１０２とが積層された積層シート３００からなっている。
【００１６】
また、外側熱可塑性樹脂層１０３と紙基材層１０１の間や、紙基材層１０１と内側熱可塑性樹脂層１０２の間に他の層を設けてもよい。例えば、意匠性の点からアルミニウム蒸着フィルムを外側熱可塑性樹脂層１０３と紙基材層１０１の間に設けることもできる。その他、アルミニウム箔などの金属箔などを貼り合わせたり、酸化珪素などの蒸着層を設けたり、エチレン・酢酸ビニル共重合体鹸化物やポリアミドフィルムなどのバリア性の高いバリア層を積層することで、酸素ガスや水分、香料、外気の匂いなどの透過を抑えることができる。
これらは、ドライラミネート機やウエットラミネート機、エクストルーダーラミネート機などで貼り合わせられる。
【００１７】
紙基材層１０１には、カップ原紙と呼ばれる、坪量１５０〜４００ｇ／ｍ２の板紙が好ましく用いられる。内側熱可塑性樹脂層１０２や外側熱可塑性樹脂層１０３としては、低密度ポリエチレンなどのエチレン系の熱可塑性樹脂やポリプロピレン系の熱可塑性樹脂が用いられる。内側熱可塑性樹脂層１０２の厚さは、２０〜６０μｍが好ましく、外側熱可塑性樹脂層１０３の厚さは、１０〜４０μｍが好ましい。
【００１８】
紙基材層１０１に内側熱可塑性樹脂層１０２や外側熱可塑性樹脂層１０３を積層するには、押し出しラミネート機が用いられる。積層する直前に、紙基材層１０１の表面を、コロナ処理などによって、易接着処理を行っておくことが望ましい。
内側に来るエッジ処理の為、紙基材が厚くエッジをなだらかにしにくい場合などの為に、内側熱可塑性樹脂層１０２を厚くしたい場合には、別工程で製造したシーラントフィルムを、溶融樹脂を挟み込んで積層してもよい。
【００１９】
胴部材１０の一方の端部に設けられた胴部貼り合わせ部１１は、側面に直線的に設けられており、加熱された後、エッジプロテクトされるなどしてから、全体を丸め、他方の端部１１１の内面と貼り合わせられ、胴部材１０は円錐台の側面形状に予備成形される。
又、底部材２０は、その周縁部２１を、プレス機で絞り込まれ、下方に折り曲げられるように予備成形される。
そのように、予備成形された胴部材１０と底部材２０を用意し、それらを円錐台形状のマンドレルに挿入して、底部材の周縁部２１を胴部材１０の下部で覆いながら巻き締めるようにして、底部が成形される。
【００２０】
底部が成形された紙カップは、次に、トップカール３の成形を行う。
トップカールは、図１−１で示すように、紙カップの下部全体の形状に合わせたトップカール下型４と、紙カップ開口部近傍の形状に合わせたトップカール上型５からなる。
【００２１】
トップカール下型４は、紙カップを挿入し、上方から圧力を掛けても、紙カップの腰が有効に作用し、変形しないような形状を持たせると共に、上方先端に、トップカールの下方の形状を有する凹部となった下型溝部４２を設けている。
【００２２】
トップカール上型５は、先端が紙カップ開口部の内部形状に合わせ、内側にトップカール部近傍の材料が逃げないように設計されていると共に、トップカールの上方の形状を有する凹部となった上型溝部５２を設けている。
【００２３】
トップカール部の成形は、上記、胴部と底部が結合されている紙カップの上端開口部周縁をトップカール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部を成形する。（図１−２）
トップカール成形用金型は、成形するトップカールの位置におけるトップカールの最大外径部分３２の直ぐ下方に、トップカール上型５とトップカール下型４とのパーティング５０を設けている。
そして、パーティング５０の長さを最小にし、その外側に、パーティング面に対して垂直な上型と下型とが合わさる摺動面５００を設けている。
【００２４】
また、トップカール成形金型の上型と下型とのパーティング５０において、成形する製品側の上型端部５１は、下型端部４１よりも内側に設けてある。
さらに、上記下型端部４１には、曲面を設けた。
【００２５】
この、トップカールの加工工程を、図６−１、図６−２に記載した。
図６−１で示すように、トップカール下型４が上昇する当初、紙カップのトップは、先端が上型溝部５２に当たり、その曲面形状に沿って上型溝部５２表面を滑り、外側に開くように押し広げられる。
さらに、図６−２のように、トップカール下型４を引き続き押し上げると、紙カップのトップは上型溝部５２の曲面に沿って滑りながら変形して行き、徐々に丸まって行く。
この工程によって、上型のパーティング近傍において、トップは丸まる癖がついていると、同時に、最大外径部分３２からわずか下方にパーティング５０が設けられている。
その為、最大外径部分３２から下側のパーティング５０近傍において、トップカール部は、製品側の上型端部５１から離れるように、当たる圧力が無くなった状態で下降していく。しかも、上型端部５１が下型端部４１よりも内側に設けてあるので、下型端部４１にカールしているトップが接触しないので、トップカール部先端側は擦られたりせずに丸まって行き、トップカール部にメクレやバリが発生することが無い。
もし、多少でも、トップのカールが戻って伸びていても、下型端部４１先端に曲面４４を設けているので、削られたりする恐れが無い。
【００２６】
また、パーティング５０は、最小の長さに設けてある。
かつ、そのパーティングの外側に、パーティング面に対して垂直な上型と下型との合わせる金型の摺動面５００を設けている。
従って、摺動面５００は、トップカールの最大外径部分３２から、さらに、パーティング５０の長さ分だけ、外側に離れた位置に設定していることになる。
その為、たとえバリやエッジが発生しても、それが型開きによって、めくれ上がる恐れも無い。
最終的には、図１−３のようにトップカールの先端は、トップカールの内部に内蔵する形になる。
【００２７】
トップカールされた紙カップは、そのまま使用されることもあるが、内容物を充填後、上記カールされたトップカール部には、内面側にシーラント層を有する蓋材を別の工程で作成した蓋材を貼って密閉したりされる。
蓋材のシーラント層は、エチレン・酢酸ビニル共重合体や、エラストマー・タックファイヤーなどを、低密度ポリエチレンなどのオレフィン系樹脂などを混合させ、低温で融着しやすく、かつ、剥離も可能なフィルムにしたもので製造される。
【００２８】
本発明による、紙カップのトップカールに使用される金型は、一定の温度に調整して製造することが好ましい。
下型は、ジュラルミンのようなアルミ合金や黄銅、ステンレス鋼、プリハードンのような合金工具鋼、などを使用して製造する。金型の表面に亀裂を設け、そこに、すべり性の高いフッ素樹脂などを含浸させたようなものでも良い。
上型は、ジュラルミンのようなアルミ合金や、チタン合金などで製造され、超音波ホーンとして超音波機に取り付けて使用される場合が多い。
【００２９】
本発明は、以上のようなもので、本発明の紙カップのトップカール成形金型は、バリがほとんど発生し難く、かつ、バリや突起が発生しても、それらが起き上がることも無いので、口先を紙カップに接触しても、怪我をしたり、痛くなったりせず、安心して使用可能な紙カップを生産できる。
このように、安全な紙カップを安定して生産できるので、良品率も高く、高速で紙カップを製造可能であり、本発明のメリットは大きい。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・・・・・・・胴部
１０・・・・・・・・胴部材
１１・・・・・・・・胴部貼り合わせ部
１２・・・・・・・・胴部材下部折り返し部
１３・・・・・・・・トップカール部
１３１・・・・・・・巻き込み始め線（トップカール部）
１００・・・・・・・ブランク
１０１・・・・・・・紙基材層
１０２・・・・・・・内側熱可塑性樹脂層
１０３・・・・・・・外側熱可塑性樹脂層
１１１・・・・・・・端部（胴部貼り合わせ部の他方の端部）
２・・・・・・・・・底部
２０・・・・・・・・底部材
２１・・・・・・・・周縁部（底部）
２００・・・・・・・積層シート（２層）
３・・・・・・・・・トップカール
３１・・・・・・・・バリ（トップカール）
３２・・・・・・・・最大外径部分（トップカール）
３００・・・・・・・積層シート（３層）
４・・・・・・・・・トップカール下型
４１・・・・・・・・下型端部（曲面、製品側端部）
４２・・・・・・・・下型溝部
４４・・・・・・・・曲面（下型端部先端）
５・・・・・・・・・トップカール上型
５０・・・・・・・・パーティング
５００・・・・・・・摺動面
５１・・・・・・・・上型端部（製品側端部）
５２・・・・・・・・上型溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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