(57)【要約】【課題】  エネルギー効率性が高い方法で、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムにヒートシール性を付与させ、それを利用して紙カップを作り、紙カップのバリア性など高機能性を向上させる。【解決手段】  少なくとも胴部（１）と底部（２）からなり、紙を基材とする積層シートからなる紙カップであって、積層シート表面の融着層として２軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂層を設け、少なくとも、それらが融着する表面を、非晶化したことを特徴とする紙カップ。【選択図】図２
2017043388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも胴部と底部からなり、紙を基材とする積層シートからなる紙カップであって、
積層シート表面の融着層として２軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂層が設けられ、
少なくとも、それらが融着する表面が非晶化されていることを特徴とする紙カップ。
【請求項２】
融着させる２軸延伸ポリエチレンテレフタレート層の融着裏面側にアルミニウムによる形状保持層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の紙カップ。
【請求項３】
融着させる２軸延伸ポリエチレンテレフタレート層の融着表面に、平坦でない微細構造が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の紙カップ。
【請求項４】
微細構造として、連続線状、断続線状および点状の少なくとも一つの凸形状又は凹形状が複数形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の紙カップ。
【請求項５】
微細構造を形成した領域の光反射率が、他の領域の光反射率よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップ。
【請求項６】
微細構造を形成した領域の表面分子配向性が、他の領域の表面分子配向性よりも部分的に低下又は消失していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の紙カップ。
【請求項７】
微細構造を形成した領域同士がヒートシールされて形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の紙カップ。
【請求項８】
少なくとも胴部と底部からなる紙カップの製造方法であって、
紙カップに用いる積層シートを融着させる表面層と内層に２軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂層を用い、
少なくとも、それらが融着する表面を走査しながらレーザー照射することによって非晶化したことを特徴とする紙カップの製造方法。
【請求項９】
少なくとも積層シート内にアルミニウム層を設けたことを特徴とする請求項８に記載の紙カップの製造方法。
【請求項１０】
少なくとも積層シート内に透明蒸着層を設けたことを特徴とする請求項８に記載の紙カップの製造方法。
【請求項１１】
少なくとも積層シート内に流動性を持つポリエチレン層を設けたことを特徴とする請求項８に記載の紙カップの製造方法。
【請求項１２】
非晶化させるレーザー光は、炭酸ガスレーザー光を用いたことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の紙カップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙カップにおいて、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、及びその製造方法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、長期間保存のできるバリア性の高い紙カップや、内容物の風味や味などが損なわない高機能の紙カップが求められて来ている。
このような紙カップを製造するには、バリア性が高く、かつ、溶出性の低いバリア性フィルムを容器内側に設けた紙カップが有効である。
そのようなバリア性フィルムとして、ポリエチレンテレフタレートフィルムが考えられる。
ポリエチレンテレフタレートフィルムは、そのフィルム性を向上する為に、通常、２軸延伸したフィルムが用いられている。
しかしながら、２軸延伸したポリエチレンテレフタレートフィルムは、融着性が低いので、融着性を高める方法が考え出されて来た。
例えば、特許文献１では、２軸配向ポリエステルフィルムに電磁照射の短パルスをあてて得られたフィルムを用いることを提案している。
このような短パルスの電磁照射で対応するには、キセノンガスランプ等を使用して、高出力の短パルスを発生させる必要がある。
しかしながら、短パルスを発生させるような高出力を発生装置は、エネルギー効率が低く、また、安全性の確保が困難である為、このような装置を用いた方法は実用化に向けて取り組みがなされていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平４−２６３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、エネルギー効率性が高い方法で、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムにヒートシール性を付与させ、それを利用して紙カップを作り、紙カップのバリア性など高機能性を向上させることが、本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る紙カップは、
少なくとも胴部と底部からなり、紙を基材とする積層シートからなる紙カップであって、積層シート表面の融着層として２軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂層を設け、
少なくとも、それらが融着する表面を、非晶化したことを特徴とする紙カップである。
そして、その非晶化には、融着する表面をレーザー照射によって非晶化させるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の紙カップは、最内面にポリエチレンテレフタレート樹脂層を有しているので、内容物の吸着性が低く、バリア性が高くて内容物の保存性が良い。
その上、容器の融着部における融着強度が高いので、カップ全体の剛性や、座屈などの強度が高い紙カップになっている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の紙カップの斜視図と、それを構成するブランクの形状とそのブランクに施すレーザー照射処理パターンの一例である。
【図２】本発明の実施形態に係る方法を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る方法を示す図である。
【図４】本発明の実施携帯に係るフィルムの微細構造の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の紙カップ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１−１は、紙カップの外観を示す斜視図である。
紙カップは、紙を基材とする積層シートからなる胴部材１０と底部材からなる。
それらには、胴部積層シートが巻き合わせた胴部貼り合わせ部１１と胴部貼り合わせ部の他方の端部１１１との貼り合せ融着部、底部と胴部１０の積層シートが貼り合わされた胴部材下部折り返し部１２の貼り合せ融着部、及び、胴部上端口部のトップカール部１３における貼り合わせ融着部の３箇所の貼り合せ融着部が形成されている。
【００１０】
図１−２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。
それぞれ、ブランク１００の貼り合せる融着面には、融着しやすい処理を施す。すなわち、従来では単に低密度ポリエチレンなどで構成され、融着していた面なので、表面処理などの必要は無かったが、本発明のように保存性能を上げる為、融着面に２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを使用する場合には、融着性を出す為に、図１−２で示すように表面処理が必要になる。
すなわち、底部材２０には周囲の折り曲げ融着部２１は表裏両面処理を施す。
胴部材１０では、巻いて貼り合せる胴部貼り合わせ部１１は表面処理、対する胴部貼り合わせ部の他方の端部１１１は裏面処理、底部との貼り合せる胴部材下部折り返し部１２は裏面処理、トップカール部１３における巻き終わり近傍には表裏両面処理を施す。
【００１１】
図２は本発明の実施形態に係る方法を示す一例の図で、表面に２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム層があり、基材の紙を挟んだ状態で積層された積層シーから出来ている。
図２−１は、その積層シートの融着領域３３をレーザー光３で走査して照射する例を示している。この例では、レーザー光の照射スポットが所定の間隔の複数の平行な直線状の軌跡３１を描くように照射される。
図２−２は、図２−１のＡ−Ａ断面で、レーザー光４が照射された部分のみ、配向していたポリエチレンテレフタレートが一端加熱され、配向が解けて、無秩序な分子配向に変化している。
この処理に使用されるレーザー光は、エネルギーが効率的にポリエチレンテレフタレートに吸収されやすい赤外線波長を有する炭酸ガスレーザー光を用いることが望ましい。
すなわち、赤外線波長の１９７５ｃｍ−１、１７７４ｃｍ−１、１６２４ｃｍ−１、１４８４ｃｍ−１、１３５０ｃｍ−１など、ポリエチレンテレフタレート樹脂特有の伸縮振動や変角振動の吸収領域に発光スペクトルを有するレーザー光であれば、他のレーザー光を用いることができる。
【００１２】
レーザー光が照射されたポリエチレンテレフタレート層は、レーザー光のエネルギーによって一時的に励起され、エネルギー準位が上がり、瞬時に溶解する。溶解すると、配向されて隣り合わせた分子同士の結合が解除されるので、照射軌跡に応じて、平坦さが失われ、凹部又は凸部を有する微細構造が形成される。しかも、周囲は高温ではないので、赤外線を放出、あるいは熱伝導するなどして、瞬時にエネルギー準位が下がって冷却され、上記微細構造が保持される。
図２に示す例では、断面図２−２に示すように、微細構造として、複数の連続した線状の凸条３２が所定の間隔で平行に形成される。
微細構造は、レーザー光の出力や照射スポット内のエネルギー密度、走査軌跡の形状、走査速度等に応じて多用な形態をとりうる。また、このような微細構造が生じない場合もありうる。また、微細構造の形成とともにあるいは微細構造の形成の代わりに、照射された箇所が微細結晶を生じて白化し、光の反射率が、他の領域より大きくなる場合もありうる。
【００１３】
このように、レーザー光が照射された箇所には、変質によってヒートシール性が発現する。変質の内容として、例えば、ポリエチレンテレフタレート層の分子配向性の少なくとも部分的な低下又は消失が考えられる。
また、これ以外の要因が関係している可能性も考えられる。
そして、領域２３全体を走査照射することにより、融着領域３３へのヒートシール性の付与が完了する。
【００１４】
図３は、表裏両面から一度にレーザー光を照射処理している状態を示す第２の実施形態例で、図３−１は平面図で、そのＢ−Ｂ断面を図３−２に示した。
外側ポリエチレンテレフタレート層１０３は図２と同じように照射されているが、内側ポリエチレンテレフタレート層１０２はその融着裏面側にアルミニウムによる形状保持層を設けている。
【００１５】
一般に２軸延伸ポリエチレンテレフタレート層は、２０μｍ以下の比較的薄い単体のフィルムである場合、レーザー光の照射に伴いポリエチレンテレフタレート層が融解、収縮してフィルム状態を維持することが困難になりやすい。しかし、アルミニウム層１０５を積層することにより、レーザー光が照射されたポリエチレンテレフタレート層の収縮を抑制することができる。また、アルミニウム層１０５は、レーザー光３を反射させ、温度上昇しにくい。特に金属の中でもアルミニウムは熱を伝導しやすく、かつ、熱を放射する特性が高いので、ポリエチレンテレフタレート層の近傍にアルミニウム層があると、局部的に必要以上の加熱を防ぐことができる。
また、アルミニウム層１０５が光を遮断するため、レーザー光が照射された側の反対側のポリエチレンテレフタレート層は変質されず、積層シートの片面のみにヒートシール性を付与することができる。
【００１６】
積層シート１００には、アルミニウム層の両面にサンド熱可塑性樹脂層１０４を形成させたが、レーザー光が透過し易く、過熱されにくい。サンド熱可塑性樹脂層１０４としてポリエチレンやアイオノマー樹脂などを通常用いるが、それら熱可塑性樹脂の代わりに接着材を介して接着させてもかまわない。
また、アルミニウム層の代わりに他の金属箔を適宜用いることも可能であるし、金属箔の代わりに、ポリエチレンテレフタレート層に酸化金属層やアルミニウムを融着面の内側に蒸着して形成したものであってもかまわない。
【００１７】
レーザー光の種類、出力、照射スポット径、走査軌跡、走査速度等は、ポリエチレンテレフタレート層及びアルミニウム層の有無など材質等に応じて、好適にヒートシール性が
発現できるよう、適宜設定すれば良い。
【００１８】
このように、第２の実施形態に係る方法によれば、２層のポリエチレンテレフタレート層の間に積層されたレーザー光を反射するアルミニウム層を含む積層体からなるシートの所定の領域において、レーザー光を走査しながら照射することで、レーザー光の照射により融解、収縮を防ぎながら一方のポリエチレンテレフタレート層の所定領域にヒートシール性を付与することができる。
【００１９】
また、第２の実施形態に係る方法によれば、一定出力のレーザー光を連続的に描画照射するため、高出力の電磁波を短パルスで照射する場合に比べて、エネルギー効率が高く、また、安全性を確保しやすくすることができ、例えば、２軸配向ポリエチレンテレフタレートフィルム同士をヒートシールして形成した包装袋の実用化を推進することができる。
【００２０】
図４は、微細構造の変形例を示す平面図である。第１、第２の実施形態で説明した微細構造は、図２、図３で示したような複数の凸条が所定の間隔で平行に形成された連続線状以外の構造とすることもできる。
微細構造として、連続線状、点状、断続線状の少なくとも一つの凸形状又は凹形状が複数形成された構造が挙げられる。例えば、点状の凸形状（図４−１）、断続線状の凸形状（図４−２、図４−３）又は、それらが混じって凸形状または凹形状が形成された微細形状であってもよい。
このような微細形状のパターンは、レーザー光を走査しながら照射する際の出力、走査軌跡等に応じて多様に形成されうる。あるいは、微細形状が、丸い点状ではなく、四角や星形、六角形など、任意で多彩な形状の点状のものであっても良いし、一定の面積を有する面的な形状単位が配列した構造であっても良い。このような構造は、レーザー光のスポット径、スポット形状を適宜設定して、面的にレーザー光を照射することによって形成されうる。
【００２１】
＜実施例１＞
実施例１に係る積層シートは、外側から
２軸延伸ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）／接着剤／紙（厚さ２００ｇ／ｍ２）／接着剤／アルミニウム箔（厚さ７μｍ）／ポリエチレン（３０μｍ）／２軸延伸ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）の積層シート。
図１−２の形状でブランクを抜き、折り罫を付け、表面処理、裏面処理を、炭酸ガスレーザー光を使用して行った。（底部直径５２ｍｍ、開口部直径７４ｍｍ、高さ９２ｍｍ）
レーザー光照射は、直径０．１４ｍｍの照射スポットを、走査速度４０００ｍｍ／秒、走査間隔０．１ｍｍで、複数の平行な直線になるように、図３に沿って走査して行った。
このようなレーザー光照射処理を行った後、図３に沿って底部の折り曲げ融着部を曲げ、胴部材を曲げて胴部貼り合わせ部と端部とをヒートシールして、円錐台の側面形状を作成し、トップカール部を変形させながら丸めて融着し、折り曲げ融着部を曲げた底部を、胴部材下部に挿入し、胴部材下部折り返し部を折り返して、底部の折り曲げ融着部と胴部材下部折り返し部とを融着した。その後、上端開口部周縁をトップ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してから加熱固定し、紙カップを作成した。
蓋は胴部と同じブランクの積層シートを単に開口部よりも外形５ｍｍ大きく抜いて、蓋材とした。
胴部、底部との融着には、１４０℃、圧力０．２ＭＰａの熱と圧力を加えた。
内容物として、焼酎を１８０ｃｃ充填し、蓋を融着した。
【００２２】
＜実施例２＞
実施例２に係る積層シートは、外側から
２軸延伸ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）／接着剤／紙（厚さ２００ｇ／ｍ２）／接着剤／酸化珪素蒸着層（１００ｍμｍ）／２軸延伸ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）の積層シート。
その他は実施例１と同様に作成した。
【００２３】
＜比較例＞
比較例に係る積層シートは、外側から
２軸延伸ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）／接着剤／紙（厚さ２００ｇ／ｍ２）／接着剤／アルミニウム箔（厚さ７μｍ）／低密度ポリエチレン（厚さ２０μｍ）の積層シート。
容器の作成、内容物の充填は、実施例と同じ形状、工程に沿って作成、充填した。
【００２４】
＜評価方法＞
実施例１、実施例２、比較例の紙カップに充填した焼酎を４０℃７０％ＲＨにて、１ヶ月保存し、保存後、ガスクロマトグラフィー／質量分析計分析器によって脂肪酸エステルの濃度変化と、官能評価を行った。
＜ガスクロマトグラフィー／質量分析計分析器による脂肪酸エステルの濃度変化＞
マイクロピペットで、内容物を１ｍｌ採取し、バイアル瓶に入れ、固相マイクロ抽出ファイバーを差し込み、６０℃２０分間加熱した。
加熱後、固相マイクロ抽出ファイバーをガスクロマトグラフィー／質量分析計分析器の注入口に差し込み、焼酎成分である脂肪酸エステルの残存量をピーク面積値から求めた。
ガスクロマトグラフィー／質量分析計分析器として、Ａｇｉｌｅｎｔ社製ＧＣ６８９０／ＭＳＤ５９７３機を使用。
＜官能試験＞  
１０人のモニターに、実施例１、実施例２と比較例をそれぞれ１カップずつ提供し、どちらの香りが高いのか、官能評価行った。
【００２５】
＜評価結果＞
実施例１の内面にポリエチレンテレフタレート、その内側にアルミニウム箔を使用した紙容器は脂肪酸エステルの残存量が８８９３、実施例２の内面にポリエチレンテレフタレート、その内側に酸化珪素蒸着を使用した紙容器は脂肪酸エステルの残存量が８８９３、比較例の内面にポリエチレンを使用した紙容器は脂肪酸エステルの残存量が２９９１だった。
官能試験では、１０人中、香りの高いのは実施例１と実施例２の方で同じだという人が８人。実施例１や実施例２と比較例との差がないという人が２人。比較例の方が香りが高いという人はいなかった。よって、実施例の保存性能が高いことが有意と判断した。
【００２６】
【表１】
2017043388.tif 000003
【００２７】
本発明の紙カップに使用する積層シートに使用する紙基材は、カップ原紙と呼ばれる、坪量１５０〜４００ｇ／ｍ２の板紙が用いられる。
内表面層や外表面層に用いる２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムは別工程で製造したフィルムで、紙基材との間にサンドする熱可塑性樹脂を挟み込んでエクストラミネーション機で積層するか、接着剤を塗布して、ドライラミネーション機やウエットラミネーション機で貼り合せる。
この時、金属箔などを同時に、あるいは別工程で貼り合わしても良い。
熱可塑性樹脂をサンドするには、基材の紙と２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムとの間に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をサンドする。このサンド熱可塑性樹脂層１０４の厚さは、１２〜４０μｍとするが、エッジプロテクトする場合には、内面側の熱可塑性樹脂層を４０〜６０μｍまで厚目にする。
【００２８】
本発明は、以上のようなもので、本発明の紙カップは、バリア性が良いので内容物の保存性が高い。また、紙カップ内面や外面への内容物の吸着性が低く、紙カップから内容物をきれいに取り出すことが出来る。
その上、紙カップを構成する積層シートに腰があり、かつ、容器の融着部における融着強度が高いので、カップ全体の剛性や、座屈などの強度が高い。
また、融着部の融着性を上げるのに、レーザー加工で高速で加工できる。また、レーザー加工を従来の製造ラインに投入する前に組み込むだけで対応できるので、生産性も高く、過大な設備投資もせずに対応できるなど、本発明のメリットは大きい。
【符号の説明】
【００２９】
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
１００・・・・・・・ブランク
１０１・・・・・・・紙基材層
１０２・・・・・・・内側ポリエチレンテレフタレート層
１０３・・・・・・・外側ポリエチレンテレフタレート層
１０４・・・・・・・サンド層（サンド熱可塑性樹層）
１０５・・・・・・・アルミニウム層（金属箔）
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・・・・・・・・折り曲げ融着部（底部）
２００・・・・・・・積層シート
３・・・・・・・・・レーザー光
３１・・・・・・・・軌跡
３２・・・・・・・・凸条
３３・・・・・・・・融着領域
【図１】
2017043388.tif 000004
【図２】
2017043388.tif 000005
【図３】
2017043388.tif 000006
【図４】
2017043388.tif 000007