JP4801408B2 - カップ状紙容器 - Google Patents

Description

この発明は、ポリエステル系樹脂をラミネートした原紙を材料としたカップ状紙容器の液洩れを防止する構造に関する。

従来、ポリエステル系樹脂をラミネートした原紙を材料とした紙カップは、グラタン、ケーキなどオーブン、電子レンジで使用されてきた。
この種の紙カップは、耐熱性以外にも樹脂自体の臭気が少ない、液体の香り成分の吸着が少ないという利点があり、液体を入れる容器としても求められている。
しかし、紙カップは、図５に示すように、胴部縦方向のサイドシール個所（胴サイドシーム部１１）と、底部７の円周方向のボトムシール個所１２との貼合個所がある。
そして、図６に示すように、胴サイドシーム部１１は胴部ブランクの端部を重ねるように巻いて貼り合わせているため内側に段差が形成される。
胴部５の内側には底部７を嵌め込んでボトムシールしているので、胴サイドシシーム部１１の段差とボトムシール個所１２とが交差する底段差部８には隙間９を生じてしまい、紙カップに充填した液体が隙間から洩れ出すおそれがある。
液体を洩れないようにするには、紙カップの成型に際して、上記底段差部を埋める必要がある。
従来のポリエチレンをラミネートした原紙を材料とした紙カップでは、ポリエチレンの融点が１１０℃程度であり、ヒートシール性が良くて流動しやすいので、ボトムシール時に前記底段差部８の隙間９にポリエチレンが流れ込んで埋めることができた。
しかし、ポリエステル系樹脂の場合は、融点が２００℃以上であり、ボトムシール時に前記底段差部８の隙間を十分に埋めることができず、洩れ経路が生じてしまう欠点があった。
この洩れ経路は、胴部の下端を折り返して底部の周壁を包み込むことによりある程度解消しうるが、根本的な解決とはならなかった。
特開平１０−５３２３８号

この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、ポリエステル系樹脂をラミネートした原紙を材料としたカップ状紙容器において、胴サイドシーム部と底部のボトムシール個所とが交差する部分に形成される底段差部の隙間を埋めて洩れ経路を生じさせないようにしたカップ状紙容器を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
原紙からなる紙層と、該紙層の内面側に積層される内面第２層と、該内面第２層の内面側に積層された内面第１層とを有するカップ状紙容器の胴部ブランクを用いたカップ状紙容器において、
内面第１層が、Ｈｏｍｏ−ＰＥＴ樹脂または共重合ＰＥＴ樹脂からなるポリエステル樹脂層、又はポリエステル樹脂より融点の低い低融点樹脂を添加したポリエステル樹脂層からなり、
内面第２層が内面第1層より融点の低い低融点樹脂からなっており、
胴部ブランクが、胴部形成時に縦方向にヒートシールした胴サイドシーム部の内側となる端部に、内面側の面を所定の厚みに切り欠き、残った部分を折り返して切り欠かれた部分に重ねて端面を塞ぎ内面第１層の内側に内面第２層が覆われるスカイバー処理部、または前記胴部形成時に内面側となるブランク端部の端面を覆って塞ぐようにポリエステル系樹脂を塗布してポリエステル系樹脂で前記端面が露出しないように塞ぐ樹脂被覆部を形成してなり、
前記胴サイドシーム部の内側でカップ状紙容器の底部のボトムシール個所に形成される隙間を、ボトムシール時に前記内面第２層が内面第１層又は樹脂被覆部のポリエステル系樹脂より先に溶融させて隙間を塞ぐように流動させ、前記内面第１層又は前記樹脂を連動させ、前記内面第２層が内面第１層に覆われた状態で露出しないようにしたことを特徴とする。
また、請求項２の発明では、
内面第２層が、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、またはＥＭＡからなることを特徴とする。
更に、請求項３の発明では、
前記内面第１層が、ポリエステル樹脂より低融点であって、融点が９０〜１４０℃の低融点樹脂を１〜３０重量％の範囲で混合したポリエステル樹脂層からなることを特徴とする。
また、請求項４の発明では、
前記内面第１層のポリエステル樹脂層に添加する低融点樹脂がアイオノマー樹脂であることを特徴とする。
また、請求項５の発明では、
前記紙層の外面側に、Ｈｏｍｏ−ＰＥＴ樹脂又は共重合ＰＥＴ樹脂からなるポリエステル樹脂またはコート材からなる外面層を積層してなることを特徴とする。
更に、請求項６の発明では、
前記カップ状紙容器が、胴部の両端部が互いに重なるように巻き付けて結合する際に、マンドレルを移動して加熱するムービングマンドレルを用いており、
前記胴部の底部を塞ぐ底紙が平板部と該平板部の外周縁から一体的に折れ曲がって環状で幅狭なのりしろ部とからなっており、該底紙ののりしろ部が胴部の下端を折り返して挟み込んでボトムカールし、ボトムシールした個所を圧着して胴部に底紙を一体に結合してなり、
前記圧着方式が、内周面に沿って回転しながら加圧する回転圧着式または径方向に加圧するエキスパンダ方式からなっていることを特徴とする。

この発明では、ポリエステル系樹脂をラミネートした原紙であっても、紙層とポリエステル樹脂層との間に低融点樹脂層を設けることで、低温で溶融した低融点樹脂層を介してポリエステル樹脂層を動かし、底段差部の隙間を埋めて洩れ経路を塞ぎ、容器内の液体の洩れを防止することができる。

以下に、この発明のカップ状紙容器を紙カップに適用した場合の好適実施例について図面を参照しながら説明する。
紙カップ１０は、図５に示すように、胴部ブランク６の端部を縦方向にヒートシールして胴サイドシーム部１１を有する筒状の胴部５と、該胴部５の下部に嵌合した底部７をヒートシールしたボトムシール個所１２を有する形状からなっている。

図２（ａ）に示すように、胴部ブランク６の端部を重ねてサイドシールして胴サイドシーム部１１を形すると内側に段部が生じ、断面チャンネル状の底部を嵌め込むと上記胴サイドシーム部１１と交差する個所に底段差部８が形成される。
そこで、ボトムシールにより底部７を溶着する際に、前記底段差部８の近傍が加熱され、後述のように、底段差部８の隙間９は樹脂によって埋まり、洩れ経路が無くなる。

紙カップ１の原材料構成として、胴部ブランク６の材料構成を以下のようにする（図１参照）。
ポリエステル樹脂層１（内面第１層）／低融点樹脂層２（内面第２層）／紙層３／外面層４
（１）ポリエステル樹脂層１（内面第１層）
ポリエステル樹脂であればよいが、本実施例では、Ｈｏｍｏ−ＰＥＴ（ホモポリマーのポリエチレンテレフタレート）、または共重合ＰＥＴ（コポリマーのポリエチレンテレフタレート）のいずれかを使用することができる。

このポリエステル樹脂層１は、前記ポリエステル樹脂に、９０〜１４０℃の低融点樹脂を１〜３０重量％の範囲で混合すれば、低温ヒートシール性が優れ、洩れ防止効果が高くなり好ましい。
ここで、混合する低融点樹脂は、前記ポリエステル樹脂より低融点の樹脂であり、これを混合することでポリエステル樹脂層１の融点をやや下げることができ、加熱時における流動性を高めることができる。

（２）低融点樹脂層２（内面第２層）
ポリエステル樹脂層１より融点の低い樹脂を使用する。
例えば、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、またはＥＭＡ（エチレン・メタアクリル酸共重合樹脂）を使用することが実用上好ましく、特にＬＬＤＰＥが好ましい。
融点は、７０〜１４０℃の範囲が望ましい。
この低融点樹脂層２は、ボトムシールなどの加熱時にポリエステル樹脂層１より先に溶けて動きだし、ポリエステル樹脂層１を連動させて、底段差部８の隙間９を埋めて、洩れ経路を塞ぐものである（図２（ｂ）参照）。

（３）紙層３
紙層３は、紙器用の公知の板紙（一例として坪量１００〜５００ｇ／ｍ^２）が用いられる。

（４）外面層４
外面層は、設けても、設けなくてもよい。
外面層４を設ける場合は、ポリエステル樹脂またはコート材が用いられる。
ここでポリエステル樹脂としては、Ｈｏｍｏ−ＰＥＴ、または共重合ＰＥＴを使用することが好ましい。

上記胴部５を形成すべく扇状に形成された胴部ブランク６は、サイドシーム時に内面側となる端面をスカイブ処理するか、端面に樹脂を塗布して断面を密閉することが好ましい。
これらはカップの用途に応じて、適宜設計することができる。
これにより、前記胴部ブランクの端面を露出することがなく、衛生上有益である。

図３はスカイブ処理を説明する断面図である。
符号１５は、スカイバー処理部であり、胴部ブランク６の端部を重ねてサイドシールする際に内面側となる端部６ａを、略半分の厚みに切り欠き、略半分の厚みになって残った部分を外側に折り返して切り欠かれた部分に隙間無く重ねて接着し、端面が露出しないよう塞ぐ構造とする。

また、図４は樹脂の塗布処理を説明する断面図である。
符号１６は、樹脂被覆部であり、胴部ブランク６をサイドシールする際に内面側となる端部の端面を覆って塞ぐように樹脂の塗料を塗布して端面が露出しない構造とする。
この際に、内面側サイドシーム端面に樹脂があることが必要となる。

底部７を形成する底部ブランクの材料構成は、上記胴部ブランク６と同一の構成でもよいし、低融点樹脂層２を省略したポリエステル樹脂層１／原紙３／外面層４の３層構造であってもよい。

次に、胴部ブランクと底部ブランクを用いて対照品と実施品のテスト１〜７の紙カップをそれぞれ成型し、それらの紙カップに界面活性剤を含む洩れ検査液を紙カップの８分目まで入れ、２０分間放置した後、洩れを確認した。

［テスト１］
胴部ブランク構成（対照品１）
ポリエステル樹脂層１ ｅｘＨｏｍｏ−ＰＥＴ
低融点樹脂層２ 無し
紙層３ 坪量２５０ｇ／ｍ^２
外面層 無し
底部ブランク構成 胴部ブランクと同じ
端面処理 無し
洩れ検査結果（洩れ数／検査数） ７０／５００

［テスト２］
胴原紙構成（対照品２）
ポリエステル樹脂層１ ｅｘＨｏｍｏ−ＰＥＴ
低融点樹脂層２ 無し
原紙３ 坪量２５０ｇ／ｍ^２
外面層 無し
底部ブランク構成 胴部ブランクと同じ
端面処理 スカイバー処理
洩れ検査結果（洩れ数／検査数） １０／５００

［テスト３］
胴部ブランク構成（対照品３）
ポリエステル樹脂層１ ｅｘＣｏ−ＰＥＴ
低融点樹脂層２ 無し
原紙３ 坪量２５０ｇ／ｍ^２
外面層 無し
底部ブランク構成 胴部ブランクと同じ
端面処理 スカイバー処理
洩れ検査結果（洩れ数／検査数） ５／５００

［テスト４］
胴部ブランク構成（対照品４）
ポリエステル樹脂層１ Ｃｏ−ＰＥＴ（低融点樹脂添加）
低融点樹脂層２ 接着剤
原紙 坪量２５０ｇ／ｍ^２
外面層 無し
底部ブランク構成 胴部ブランクと同じ
端面処理 ポリエステル系樹脂塗布
洩れ検査結果（洩れ数／検査数） ２／５００

［テスト５］
胴部ブランク構成（実施品１）
ポリエステル樹脂層１ Ｃｏ−ＰＥＴ（低融点樹脂添加）
低融点樹脂層２ ＬＬＤＰＥ
紙層３ 坪量２５０ｇ／ｍ^２
外面層 無し
底部ブランク構成 テスト４の胴部ブランクと同じ
端面処理 ポリエステル系樹脂塗布
洩れ検査結果（洩れ数／検査数） ０／１０００

［テスト６］
胴部ブランク構成（実施品２）
ポリエステル樹脂層１ Ｃｏ−ＰＥＴ（低融点樹脂添加）
低融点樹脂層２ ＬＬＤＰＥ
紙層３ 坪量２５０ｇ／ｍ^２
外面層４ ｅｘＨｏｍｏ−ＰＥＴ
底部ブランク構成 テスト４の胴部ブランクと同じ
端面処理 ポリエステル系樹脂塗布
洩れ検査結果（洩れ数／検査数） ０／１０００

［テスト７］
胴部ブランク構成（実施品３）
ポリエステル樹脂層１ Ｃｏ−ＰＥＴ（低融点樹脂添加）
低融点樹脂層２ ＬＬＤＰＥ
原紙 坪量２５０ｇ／ｍ^２
外面層 ｅｘＨｏｍｏ−ＰＥＴ
底部ブランク構成 テスト４の胴部ブランクと同じ
端面処理 スカイバー処理
洩れ検査結果（洩れ数／検査数） ０／１０００

上記実施品のテストにおいて、ポリエステル樹脂層１にブレンドする低融点樹脂としてアイオノマー樹脂を使用した。具体的には「ハイミラン（登録商標）」（三井・デュポンポリケミカル社販売）を使用した。混合量は１〜３０重量％の範囲内であるが、１８〜２０％の範囲で使用することが好ましい。
また、低融点樹脂層２の素材としては、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、またはＥＭＡのいずれでもよいが、ＬＬＤＰＥはネックイン現象が出にくい。

次に、紙カップの成形に際しては、公知の手法で胴部ブランクをマンドレルに沿わせて胴部成形器により筒状に成形してサイドシール部となる縁部をヒートシールする。
そして、胴部の内周面と底部とが加熱されてボトムシール部となる個所をヒートシールする。

また、前記実施品のテストにおいて、高温のホットエアーを照射するヒートシール時に、マンドレル（ムービングマンドレル）を移動させておくと、ポリエステル樹脂層や低融点樹脂層を効率的に加熱し、低融点樹脂層に、あるいはＰＥＴ樹脂を確実に溶融することができ、洩れ検査結果を０／１００００まで向上させることができた。

このカップの成型方法について、図７〜９を参照しながら説明する。
本実施例では、カップの成型装置として前記のようにムービングマンドレルを使用することが好ましい。
通常のマンドレルの場合、図７（ａ）に示すように、ボトムシール個所で底紙を介して複数回（図示例では３回）の熱風による加熱を行う（ａ−１〜ａ−３）。 図７で、２０は胴部原紙、３０はカップの底部となる底紙であり、３１は平坦部、３２は平板部３１の外周縁から一体的に折れ曲がって環状で幅狭に設定されたのりしろ部、矢印は加熱の位置を示す。

これに対して、ムービングマンドレルでは図７（ｂ）に示すように、底紙３０の位置が胴部原紙２０の上方にセットされ、胴部２０のボトムシール対応個所１２’に複数回（図示例では２回）の加熱を行い（ｂ−１、ｂ−２）、次いで胴部原紙２０が上昇し相対的に底紙３０が下降した位置（図７（ａ）の位置）で底紙３０を介して加熱を行う（ｂ−３）。
そして、図７（ｃ）に示すように、胴部原紙２０の下端を折り返して、のりしろ部３１を挟み込んでボトムカールし、ボトムシールが行われる。

次ぎに、上記ボトムシール個所を圧着する。
圧着方式には、ロールアウト（回転圧着）方式とエキスパンダ方式とがある。
ロールアウト方式は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、カップ底部のボトムシール部１２となる内周面に沿ってローラ状の加圧子４０を回転させながら加圧して結合する。

エキスパンダ方式の場合は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、複数分割（図示例では４分割）された断面が略扇状のブロックからなる加圧子４０’を中心から径方向外側に放射状に進めてカップ底部のボトムシール部１２を加圧する（ａ−１）。
図示例では、上記加圧子４０’を４５度回転させ（胴部を回転させてもよい）、隙間無く加圧するようにしている（ａ−２）。
圧着方式はいずれでもよいが、エキスパンダ方式の場合は圧着個所に回転方向の力を加えることがないので好ましい。

この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その他、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

胴部ブランクの一例を示す断面図である。 底段差部が埋まり、洩れ経路が無くなった状態を示す要部断面図である。 スカイバー処理を説明する図であり（ａ）は胴部ブランクの正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は端部を拡大した断面図である。 樹脂で被覆する処理を説明する図であり（ａ）は胴部ブランクの正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は端部を拡大した断面図である。 紙カップの斜視図である。 従来の紙カップの底段差部の隙間を示す要部拡大図である。 マンドレルを用いた加熱方式であって、（ａ）は通常のマンドレル、（ｂ）はムービングマンドレル、（ｃ）はボトムカールを説明する図である。 （ａ）はロールアウトによる圧着方式を示す平面図、（ｂ）は同断面図である。 （ａ）はエキスパンド方式を示す平面図、（ｂ）は同断面図である。

符号の説明

１ ポリエステル樹脂層（内面第１層）
２ 低融点樹脂層（内面第２層）
３ 紙層
４ 外部層
５ 胴部
６ 胴部ブランク
７ 底部
８ 底段差部
１０ 紙カップ
１１ 胴サイドシーム部（胴サイドシール個所）
１２ ボトムシール個所
１５ スカイバー処理部
１６ 樹脂被覆部
２０ 胴部原紙
３０ 底紙
３１ 平坦部
３２ のりしろ部
４０、４０’ 加圧子

Claims (6)

1. 原紙からなる紙層と、該紙層の内面側に積層される内面第２層と、該内面第２層の内面側に積層された内面第１層とを有するカップ状紙容器の胴部ブランクを用いたカップ状紙容器において、
   内面第１層が、Ｈｏｍｏ−ＰＥＴ樹脂または共重合ＰＥＴ樹脂からなるポリエステル樹脂層、又はポリエステル樹脂より融点の低い低融点樹脂を添加したポリエステル樹脂層からなり、
   内面第２層が内面第1層より融点の低い低融点樹脂からなっており、
   胴部ブランクが、胴部形成時に縦方向にヒートシールした胴サイドシーム部の内側となる端部に、内面側の面を所定の厚みに切り欠き、残った部分を折り返して切り欠かれた部分に重ねて端面を塞ぎ内面第１層の内側に内面第２層が覆われるスカイバー処理部、または前記胴部形成時に内面側となるブランク端部の端面を覆って塞ぐようにポリエステル系樹脂を塗布してポリエステル系樹脂で前記端面が露出しないように塞ぐ樹脂被覆部を形成してなり、
   前記胴サイドシーム部の内側でカップ状紙容器の底部のボトムシール個所に形成される隙間を、ボトムシール時に前記内面第２層が内面第１層又は樹脂被覆部のポリエステル系樹脂より先に溶融させて隙間を塞ぐように流動させ、前記内面第１層又は前記樹脂を連動させ、前記内面第２層が内面第１層に覆われた状態で露出しないようにしたことを特徴とするカップ状紙容器。
2. 内面第２層が、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、またはＥＭＡからなることを特徴とする請求項１に記載のカップ状紙容器。
3. 内面第１層が、ポリエステル樹脂より低融点であって、融点が９０〜１４０℃の低融点樹脂を１〜３０重量％の範囲で混合したポリエステル樹脂層からなることを特徴とする請求項１に記載のカップ状紙容器。
4. 内面第１層のポリエステル樹脂層に添加する低融点樹脂がアイオノマー樹脂であることを特徴とする請求項１、２または３に記載のカップ状紙容器。
5. 紙層の外面側に、Ｈｏｍｏ−ＰＥＴ樹脂又は共重合ＰＥＴ樹脂からなるポリエステル樹脂またはコート材からなる外面層を積層してなることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかのカップ状紙容器。
6. カップ状紙容器が、胴部の両端部が互いに重なるように巻き付けて結合する際に、マンドレルを移動して加熱するムービングマンドレルを用いており、
   前記胴部の底部を塞ぐ底紙が平板部と該平板部の外周縁から一体的に折れ曲がって環状で幅狭なのりしろ部とからなっており、該底紙ののりしろ部が胴部の下端を折り返して挟み込んでボトムシール個所を圧着して胴部に底紙を一体に結合してなり、
   前記圧着方式が、内周面に沿って回転しながら加圧する回転圧着式または径方向に加圧するエキスパンダ方式からなっていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のカップ状紙容器。

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