(57)【要約】【課題】筒状胴部２の一端開放部をボトム材１で塞いで構成されるカップ状容器であって、ガスバリア性に優れたカップ状容器を提供すること。【解決手段】ボトム材を基材１１とガスバリア層１２とを備えて構成し、このガスバリア層を多価金属の化合物とリン化合物とが反応して形成されたガスバリア性複合構造物を含む層とする。この複合構造物は、多価金属原子をＭで表わすと、金属原子Ｍとリン原子とがＭ−Ｏ−Ｐ−Ｏ−Ｍ又はＭ−Ｏ−（Ｐ−Ｏ−Ｐ）ｎ−Ｏ−Ｍで表される共有結合によって結合された複合構造物であり、金属原子Ｍを中心として多数のリン原子Ｐが配位し、一方、リン原子Ｐを中心として多数の金属原子Ｍが配位する。このため、複合構造物は網目状に共有結合した緻密な構造物となり、この結果、高いガスバリア性を発揮する。しかも、この複合構造物は屈曲や熱に対する耐性に優れている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状胴部の一端開放部をボトム材で塞いで構成されるカップ状容器において、
ボトム材が、基材とガスバリア層とを備えて構成されており、このガスバリア層が多価金属の化合物とリン化合物とが反応して形成されたガスバリア性複合構造物を含む層であることを特徴とするカップ状容器。
【請求項２】
ボトム材の周縁を下方向に折り曲げ、この折り曲げ部分に胴部下端を圧着することにより、胴部の一端開放部をボトム材で塞いで構成していることを特徴とする請求項１に記載のカップ状容器。
【請求項３】
基材が紙の層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のカップ状容器。
【請求項４】
基材がプラスチックの層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカップ状容器。
【請求項５】
筒状胴部がガスバリア層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカップ状容器。
【請求項６】
筒状胴部のガスバリア層が多価金属の化合物とリン化合物とが反応して形成されたガスバリア性複合構造物を含む層であることを特徴とする請求項５に記載のカップ状容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカップ状容器に関するもので、特にガスバリア性を有するカップ状容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カップ状容器は、図１及び図２に示すように、胴部用シートを丸めてその両側端部を接合することにより、筒状胴部２を作製し、この筒状胴部の一端（下端）２ａをボトム材１で塞いで構成されるものである。ボトム材１はその周縁を下方向に折り曲げて筒状胴部の下端２ａに挿入され、この折り曲げ部分１ａを巻き込むように筒状胴部２の下端２ａを内側に折り曲げて、この両者を圧着して固定する。なお、図１において、２ｃは胴部用シートの両端を接合した接合部分を示しており、ｘは折り曲げ部分１ａと筒状胴部下端２ａとを固定した固定部分を示している。
【０００３】
また、図１に示すように、筒状胴部の上端２ｂを外側にカールさせた後、このカール部分を押し潰してフランジ２ｄとすることもある。このフランジ２ｄは、容器開口部に蓋材をヒートシールする際のシール部分として利用される（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、収容する内容物に応じてカップ状容器にガスバリア性が求められることがある。この場合には、ボトム材１及び筒状胴部２のいずれもガスバリア性を有することが必要である。そして、このガスバリア性の要求を満たすため、胴部用シート及びボトム材１として、金属蒸着層や無機蒸着層を有するシートが利用されてきた。
【０００５】
しかしながら、前述のように、筒状胴部２の下端２ａをボトム材１で塞ぐときには、ボトム材１の周縁を下方向に折り曲げる必要があり、また、この折り曲げ部分１ａを筒状胴部２の下端２ａと共に圧着する必要がある。このとき、ボトム材１の周縁に加えられるダメージにより、蒸着層にクラックが発生してガスバリア性が低下するという問題があった。
【０００６】
なお、ガスバリア性を有する胴部用シート及びボトム材１として、無機層状物質（例えば、モンモリロナイト、雲母、層状タルクなど）を樹脂（例えば、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂など）に分散させたコーティング層を有するものも知られているが、この場合にも、ボトム材１の周縁でガスバリア性が低下することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１２６３６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、本発明は、筒状胴部の一端開放部をボトム材で塞いで構成されるカップ状容器であって、ガスバリア性に優れたカップ状容器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、筒状胴部の一端開放部をボトム材で塞いで構成されるカップ状容器において、
ボトム材が、基材とガスバリア層とを備えて構成されており、このガスバリア層が多価金属の化合物とリン化合物とが反応して形成されたガスバリア性複合構造物を含む層であ
ることを特徴とするカップ状容器である。
【００１０】
次に、請求項２に記載の発明は、ボトム材の周縁を下方向に折り曲げ、この折り曲げ部分に胴部下端を圧着することにより、胴部の一端開放部をボトム材で塞いで構成していることを特徴とする請求項１に記載のカップ状容器である。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、基材が紙の層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のカップ状容器である。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、基材がプラスチックの層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカップ状容器である。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、筒状胴部がガスバリア層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカップ状容器である。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、筒状胴部のガスバリア層が多価金属の化合物とリン化合物とが反応して形成されたガスバリア性複合構造物を含む層であることを特徴とする請求項５に記載のカップ状容器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、ボトム材が基材とガスバリア層とを備えて構成されており、しかも、ガスバリア層が、多価金属の化合物とリン化合物とが反応して形成されたガスバリア性複合構造物を含む層である。このような複合構造物は、多価金属原子をＭで表わすと、金属原子Ｍとリン原子とがＭ−Ｏ−Ｐ−Ｏ−Ｍ又はＭ−Ｏ−（Ｐ−Ｏ−Ｐ）ｎ−Ｏ−Ｍで表される共有結合によって結合された複合構造物である。しかも、金属原子Ｍは多価金属原子であるため、この金属原子Ｍを中心として多数のリン原子Ｐが配位し、一方、リン原子Ｐも多価原子であるため、このリン原子Ｐを中心として多数の金属原子Ｍが配位する。このため、複合構造物は網目状に共有結合した緻密な構造物となり、この結果、高いガスバリア性を発揮するのである。しかも、この複合構造物は屈曲や熱に対する耐性に優れているため、この複合構造物を含むガスバリア層を備えるボトム材の周縁を折り曲げても、また、この折り曲げ部分を胴部と共に圧着しても、高いガスバリア性を維持することができる。そして、このため、ガスバリア性に優れたカップ状容器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）はカップ状容器の例を示す斜視図、図１（ｂ）はその断面図である。
【図２】図２はカップ状容器組み立て工程を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明のボトム材の例を示す断面図である。
【図４】図４は比較例に係るボトム材の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、具体例に基づいて本発明を説明する。図１及び図２に示すように、本発明のカップ状容器はボトム材１と筒状胴部２とを必須の構成要素とするものである。筒状胴部２は、胴部用シートを丸めてその両側端部を接合することにより作製することができる。そして、この筒状胴部２の一端開放部をボトム材１で塞ぐことにより、本発明のカップ状容器を製造することができる。図１及び図２から分かるように、ボトム材１の周縁を下方向に折り曲げて筒状胴部２の下端２ａに挿入し、この折り曲げ部分１ａを巻き込むように筒状胴部２の下端２ａを内側に折り曲げて、この両者を圧着して固定することにより、胴部２の一端開放部をボトム材１で塞ぐことができる。そして、必要に応じて、筒状胴部２の上端を外側にカールさせた後、このカール部分を押し潰してフランジ２ｄとすることもできる。なお、このフランジ２ｄは、図示しない蓋材をヒートシールしてカップ状容器を密封する際に利用できる。
【００１８】
本発明のカップ状容器は、ボトム材１の層構成を特徴とするものである。すなわち、このボトム材１は基材１１とガスバリア層１２とを備えて構成されており、このガスバリア層１２が特定の複合構造物を含んで構成されている。基材１１は紙の層１１１を有することが望ましい。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、基材１１は紙の層１１１に加えて、プラスチックの層１１２を有していてもよい。また、ボトム材１は基材１１とガスバリア層１２に加えてその他の層を有していてもよい。いずれの場合にも、ガスバリア層１２は基材１１よりもカップ状容器の内面側に配置して使用する。図３（ａ）のボトム材１は、基材１１として紙の層１１１の外面側にプラスチックの層１１２を積層したシートを使用し、その内面側にガスバリア層１２と樹脂層１３とをこの順に積層したものである。また、図３（ｂ）のボトム材１は、基材１１として紙の層１１の外面側にプラスチックの層１１２を積層したシートを使用し、その内面側に、樹脂層１４、ガスバリア層１２、樹脂層１３をこの順に積層したものである。なお、カップ状容器の内面に露出する樹脂層１３は、筒状胴部２と熱融着できる材質から構成することが望ましい。例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどである。
【００１９】
ところで、前記複合構造物は、多価金属の化合物とリン化合物とが反応して形成されたガスバリア性複合構造物である必要がある。このようなガスバリア性複合構造物を含むガスバリア層は、多価金属の化合物を含む溶液又は分散液と、リン化合物を含む溶液とを混合してコーティング液とし、このコーティング液を基材に塗布し、乾燥して溶剤を除去した後、これら多価金属の化合物とリン化合物とを反応させて形成することができる。多価金属原子をＭで表わすと、この反応によって、金属原子Ｍとリン原子との間にＭ−Ｏ−Ｐ−Ｏ−Ｍで表される結合又はＭ−Ｏ−（Ｐ−Ｏ−Ｐ）ｎ−Ｏ−Ｍで表される結合が生成される。なお、式中、ｎは任意に整数を意味する。前述のとおり、この複合構造物は高いガスバリア性を有し、しかも、屈曲耐性や耐熱性に優れているため、この複合構造物を含むガスバリア層を備えるボトム材１の周縁を折り曲げても、また、この折り曲げ部分１ａを胴部２の下端２ａと共に圧着しても、高いガスバリア性を維持することができる。
【００２０】
多価金属元素としては、リン化合物の２分子以上が反応できる金属元素であれば、任意の元素を使用できる。半金属元素であってもよい。例えば、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウムなどの元素である。中でも、アルミニウムが望ましい。
【００２１】
また、これら金属元素の化合物としては、リン化合物とを反応して複合構造物を形成できるものなら任意の化合物を使用できる。一般に、水酸基を有する化合物である。また、この金属化合物は、溶剤に溶解した溶液の形式で供給されても良いし、金属化合物の微粒子を溶剤に分散した分散液の形式で供給されてもよい。
【００２２】
例えば、硝酸アルミニウムを金属化合物として、その水溶液の形式で供給することができる。
【００２３】
また、金属酸化物の微粒子を水又は水性溶剤中に分散して、分散液の形式で供給することもできる。望ましくは、酸化アルミニウム微粒子の分散液である。一般に、金属酸化物の微粒子はその表面に水酸基を有しており、この水酸基の存在によって前記リン化合物と反応して前記結合を生成する。この金属酸化物微粒子は、例えば、加水分解可能な特性基が金属原子に結合した化合物を原料として、これを加水分解し、この加水分解性生物を縮合させることで合成することができる。原料として使用できる化合物は、例えば、塩化ア
ルミニウム、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムイソプロポキシドなどである。ガスバリア性を高めるため、金属酸化物微粒子の大きさとしては平均粒径が１〜１００ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【００２４】
次に、リン化合物としては、多価金属の化合物と反応して前記結合を生成できるものであれば任意のリン化合物を使用できる。その代表例はリン酸系化合物及びその誘導体である。例えば、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、ホスホン酸などである。なお、ポリリン酸としては、ピロリン酸、三リン酸、あるいは４以上のリン酸が縮合したポリリン酸を使用することができる。また、リン酸系化合物の誘導体としては、その塩、エステル（例えば、リン酸トリメチル）、あるいははハロゲン化物であってもよいし、脱水物（例えば、５酸化リン）、ハロゲン化物を例示できる。
【００２５】
このリン化合物は溶液の形式で供給することができる。例えば、水を溶剤とする水溶液である。また、親水性の有機溶剤の溶液の形式で供給することもできる。例えば、低級アルコールの溶液である。
【００２６】
そして、前述のように、多価金属化合物の溶液又は分散液と、リン化合物の溶液とを混合してコーティング液とすることができる。このコーティング液には、その他の成分を添加することもできる。例えば、高分子化合物、金属錯体、粘土化合物、架橋剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤などである。なお、高分子化合物としては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルの部分けん化物、ポリヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、多糖類（例えば、でんぷんなど）、アクリル系ポリマー（例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸−メタクリル酸共重合体など）及びそれらの塩、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸交互共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体のけん化物などを挙げることができる。
【００２７】
このコーティング液を塗布し、溶剤を除去乾燥して得られた塗布膜を、例えば、加熱処理することにより、多価金属化合物とリン化合物とを反応させて前記結合を生成させ、本発明に係るガスバリア性複合構造物を含むガスバリア層１２を形成することができる。塗布膜の厚さは０．１μｍ以上であればよい。例えば、０．２μｍ以上である。また、４．０μｍ以下でよい。好ましくは２．０μｍ以下である。
【００２８】
次に、加熱処理温度としては、１１０℃以上であることが望ましく、より望ましくは１４０℃以上である。加熱処理温度が低いと十分な結合を生成するために必要な時間が長くなり、生産性が低下する。また、加熱処理の時間は５〜３００秒の間でよい。この加熱処理は、例えば、オーブンによって可能である。
【００２９】
なお、この加熱処理によって多価金属化合物とリン化合物との反応が不十分であっても、カップ成型時にボトム材１を加熱することにより、両者を十分に反応させることが可能である。例えば、ボトム材周縁の折り曲げ部１ａを胴部下端２ａに圧着する際に、その圧着に先立ってボトム材１に２００〜３００℃のホットエアーを当てることにより、表面の樹脂層を溶融すると同時に、前記反応を促進することができる。なお、この場合、ボトム材周縁の折り曲げ部１ａと胴部下端２ａとを互いに熱融着することが可能である。
【００３０】
次に、筒状胴部２を構成する胴部用シートとしては、紙を基材として、この基材にガスバリア層を積層したシートを使用することが望ましい。ガスバリア層としては、ボトム材のガスバリア層と同様に、価金属の化合物とリン化合物とが反応して形成されたガスバリア性複合構造物を含む層が利用できる。このほか、金属箔、あるいは金属蒸着層や無機蒸着層をガスバリア層として利用することもできる。また、その他の層を有するものであっ
てもよい。望ましくは、表裏両面にヒートシール性の樹脂層を有する胴部用シートである。
【００３１】
なお、本発明のカップ状容器は、上面開口部の周囲にフランジ部２ｄを形成することにより、蓋材をヒートシールして密封することができる。もちろん、蓋材もガスバリア性を有するものを使用することが望ましい。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
この例は、ボトム材と胴部のいずれにも、図３（ａ）の層構成を有する積層シートを使用した例である。そこで、その製造工程を追って説明する。
【００３３】
まず、紙１１１として王子エフテック社製ＭＣカップ原紙（片面コート紙、坪量２６０ｇ／ｍ２）を使用した。そのコート面をコロナ放電処理した後、酸化アルミニウム微粒子とリン化合物とを含有するコーティング液を塗布乾燥した。塗布量は０．４ｇ／ｍ２である。また、塗布方法はグラビアコーティングで、塗布版は１５０ライン／インチ、深さ５５μｍの斜線版である。次に、１４０℃のオーブンで約３０秒間加熱して、塗布膜に含まれる酸化アルミニウム微粒子とリン化合物とを反応させて、ガスバリア性複合構造物を含むガスバリア層１２を形成した。
【００３４】
次に、このガスバリア層１２の上に低密度ポリエチレン樹脂を３０μｍの厚さに溶融押し出しコーティングして、内面側樹脂層１３を形成した。また、紙１１１の上に印刷した後、このインキ被膜を被覆して、低密度ポリエチレン樹脂を２０μｍの厚さに溶融押し出しコーティングして、外面側樹脂層１１２とした。
【００３５】
次に、こうして得られた積層シートを胴部用シートとして使用し、これを丸めてその両側端部を接合することにより、筒状胴部２を作製した。なお、接合部２ｃには、周知のスカイヘミング加工を施して、紙の端面がカップ状容器の内面に露出しないようにした。
【００３６】
また、同じ積層シートをボトム材１として使用した。そして、周縁を下方に折り曲げた後、筒状胴部２の下端２ａに挿入し、ホットエアーをボトム材１と筒状胴部下端２ａの両者にあてて表面のポリエチレン樹脂１３を溶融し、折り曲げ部分１ａを巻き込むように筒状胴部２の下端２ａを内側に折り曲げて、この両者を熱融着して固定した。
【００３７】
そして、筒状胴部２の上端を外側にカールさせた後、このカール部分を押し潰してフランジ２ｄを形成した。
【００３８】
こうして得られたカップ状容器の酸素透過度をモコン法により測定したところ、０．００４ｃｃ／ｐｋｇ・ｄａｙであった。
【００３９】
また、このカップ状容器に、酸素に触れると青色に変色するゲルを充填し、ガスバリア性の蓋材を開口部にヒートシールして密封した後、１週間放置して、変色する部位の有無を調べた。なお、前記ゲルは、寒天末に蔗糖脂肪酸エステル、苛性ソーダ、メチレンブルー、Ｄ−グルコースを混合したものである。この結果、胴部２とボトム材１との固定部分ｘを含めて、青色に変色した部分は観察できなかった。
【００４０】
（実施例２）
この例は、ボトム材１と胴部２のいずれにも、図３（ｂ）の層構成を有するシートを使用した例である。その製造工程を追って説明する。
【００４１】
まず、紙１１１として大昭和板紙社製カップ原紙（坪量２５０ｇ／ｍ２）を使用した。そして、ツインの押し出しラミネート機を使用して、その両面に低密度ポリエチレンを溶融押し出しコーティングした。カップ状容器の外面側に位置するポリエチレン層１１２は厚さ２０μｍ、その反対側に位置するポリエチレン層１４は厚さ１７μｍである。
【００４２】
次に、厚さ１７μｍの前記ポリエチレン層１４の表面をコロナ放電処理した後、酸化アルミニウム微粒子とリン化合物とを含有するコーティング液を塗布乾燥した。塗布量は０．３ｇ／ｍ２である。また、塗布方法はグラビアコーティングで、塗布版は２００ライン／インチ、深さ３０μｍの斜線版である。次に、１１０℃のオーブンで約３０秒間加熱して、塗布膜に含まれる酸化アルミニウム微粒子とリン化合物とを反応させて、ガスバリア性複合構造物を含むガスバリア層１２を形成した。
【００４３】
そして、このガスバリア層１２の上に低密度ポリエチレン樹脂を３０μｍの厚さに溶融押し出しコーティングして、内面側樹脂層１３を形成した。
【００４４】
次に、こうして得られた積層シートを胴部用シート及びボトム材１として、実施例１と同様にカップ状容器を製造した。モコン法による酸素透過度は０．００４ｃｃ／ｐｋｇ・ｄａｙであった。
【００４５】
また、実施例１と同様に、酸素に触れると青色に変色するゲルを充填し、密封した後、１週間放置し、変色する部位の有無を調べたところ、胴部とボトム材との固定部分ｘを含めて、青色に変色した部分は観察できなかった。
【００４６】
（比較例）
この例は、ボトム材と胴部のいずれにも、図４の層構成を有する積層シートを使用した例である。すなわち、この積層シートは、まず、ポリエステルフィルムに酸化ケイ素の蒸着膜を形成して蒸着フィルム１６１とし、この表裏に低密度ポリエチレン層を積層した蒸着積層フィルム１６を使用している。なお、なお、これら表裏の低密度ポリエチレン層のうち、一方を内面側樹脂層１３とし、他方を中間層１６２としている。そして、この蒸着積層フィルム１６と紙１１１とをポリエチレン層１５を介して積層すると共に、紙１１１の反対側（外面側）に外面側樹脂層１４を積層して構成したものである。以下、その製造工程を追って説明する。
【００４７】
すなわち、まず、前記蒸着フィルム１６１の両面に低密度ポリエチレンを溶融押し出しコーティングして、内面側樹脂層１３，中間層１６２を形成した。内面側樹脂層１３の厚さは３０μｍ、中間層１６２の厚さは１５μｍである。
【００４８】
次に、紙１１１として王子エフテック社製ＭＣカップ原紙（片面コート紙、坪量２６０ｇ／ｍ２）を使用した。そしてこの紙１１１と蒸着積層フィルム１６の中間層１７２との間に、低密度ポリエチレンを溶融押し出しコーティングし、この溶融ポリエチレン１５によって紙１１１と蒸着積層フィルム１６とを接着した。そして、紙１１１の外面側に低密度ポリエチレン樹脂を２０μｍの厚さに溶融押し出しコーティングして、外面側樹脂層１１２を形成した。
【００４９】
次に、こうして得られた積層シートを胴部用シート及びボトム材１として、実施例１と同様にカップ状容器を製造した。モコン法による酸素透過度は０．０１０ｃｃ／ｐｋｇ・ｄａｙであり、実施例１〜２の数倍の酸素透過度を示した。
【００５０】
次に、このように酸素透過度が高い原因を探るため、実施例１と同様に、酸素に触れると青色に変色するゲルを充填し、密封した後、１週間放置して、変色する部位の有無を調
べたところ、胴部とボトム材との固定部分ｘが局所的に青く変色した。この結果から、この固定部分ｘにおいて酸化ケイ素の蒸着膜にクラックが生じ、このクラックのため、酸素バリア性が低下していると推測できる。
【符号の説明】
【００５１】
１：ボトム材    １１：基材    １１１：紙    １１２：樹脂層  １２ガスバリア層    １３：樹脂層  １４：樹脂層
１ａ：折り曲げ部
２：筒状胴部    ２ａ：胴部下端    ２ｂ：胴部上端    ２ｃ：接合部    ２ｄ：フランジ
ｘ：ボトム材と筒状胴部との固定部
【図１】
2016078907.tif 000003
【図２】
2016078907.tif 000004
【図３】
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【図４】
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