JP2018069448A - 紙容器の成形方法および成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、紙容器の底部に相当するブランクシートの中心付近へ材料を十分に集めることができ、破れや成形不良が発生することがない紙容器の成形方法及び成形装置を提供すること。【解決手段】コア１２２とキャビティ１１２とで原紙Ｐを挟み、圧縮成形する紙容器の成形方法及び成形装置１００であって、コア１２２には、内底面形成部１２３と、内壁面形成部１２６とが設けられ、内底面形成部１２２は、キャビティ１１２方向へ内壁面形成部１２６と相対的に駆動可能に構成され、原紙Ｐをおさえた後に、内底面形成部１２３によって、原紙Ｐを前記キャビティ１１２方向へ押し出すように構成されていること。【選択図】図２

Description

本発明は、紙容器の成形方法および成形装置に関するものであって、特に、プレス成形による紙容器の成形方法および成形装置に関する。

従来より紙容器は、包装容器の分野で汎用され、冷凍食品等の収納や、レンジ調理時の容器や調理後に配膳するための皿等の用途に使用されている紙容器が公知である。
また、製造品質が安定する紙容器の成形方法として、以下のようなコアとキャビティとで原紙をプレス成形して紙容器を成形する製造方法及び製造装置が公知である。

特許文献１には、帯状の原紙を供給する工程と、原紙の対応する位置に、成形時の皺を吸収するための罫線を形成し、移送する工程と、罫線が形成されて移送された原紙から、罫線の少なくとも一部を含む所望の形状のブランクシートを連続的に打ち抜く工程と、打ち抜かれたブランクシートの各々を、その位置でプレス成形する工程とを備えたことを特徴とする紙容器の製造方法及び製造装置が開示されている。
また、この紙容器の製造装置は、帯状の原紙を供給する原紙供給手段と、供給された原紙の対応する位置に、成形時の皺を吸収するための罫線を形成した後、移送する罫線形成手段と、移送された原紙から、罫線の少なくとも一部を含む所望の形状のブランクシートを打ち抜くブランクシート打抜手段と、打ち抜かれたブランクシートを、その位置でプレス成形するプレス手段とで構成されたものである。
このように構成したことにより、帯状の原紙からブランクシートを打ち抜いた位置でそのままプレス成形されるため、ブランクシートを打ち抜き後にプレス位置まで移載する場合に比べて位置ずれを抑制でき、製造品質が安定するようになる。
また、ブランクシートには罫線が形成されるため、プレス成形時に圧縮されたブランクシートの表面に無秩序に発生する皺を、罫線に沿って形成された凹凸に吸収することができ、さらに紙容器の製造品質を安定できる。

特開２０１４−１１１３９１

ところが、特許文献１の帯状の原紙から打ち抜いたブランクシートをプレス成形して製造する紙容器の従来の製造方法及び製造装置は、プレス成形するための成形型であるコア及びキャビティによって、プレス成形後の紙容器の底部に相当するブランクシートの中心付近方向へブランクシートの外周部を引き込むことで、材料を集めながら形成しているが、プレス成形前のブランクシートと成形型との接触箇所が多いため、ブランクシートの中心付近に十分に材料が集まらず、プレス成形後の紙容器の底面や壁部が局所的に薄くなったり、破れるなどの成形不良が発生する虞があった。
また、紙容器の使用時に底面の変形を抑制するために、紙容器の底面に凹凸を設けることが有効であるが、特許文献１の紙容器の製造方法及び製造装置では、ブランクシートに大きな引張力を与えながらブランクシートの中心方向へブランクシートの外周部を引き込んでプレス成形するため、紙容器の底部に凹凸を設けるための材料を十分に集めることが困難であり、成形不良が発生する虞があった。
また、紙容器の底面と壁部との接続位置であり、筒状の壁部が立ち上がり始める外周縁部の円弧を小さく形成すると、プレス成形前に外周縁部から底面側へ集められる材料が減り、成形不良が発生する虞があった。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、簡単な構成で、紙容器の底部に相当するブランクシートの中心付近へ材料を十分に集めることができ、破れや成形不良が発生することがない紙容器の成形方法及び成形装置を提供することを目的とするものである。

本発明の紙容器の成形方法は、底面と、前記底面から立ち上がった筒状の壁部とを有した紙容器を成形するものであり、紙容器の外面を成形するキャビティと前記紙容器の内面を成形するコアとの間に置いた平板状の原紙の周囲をおさえ、前記キャビティと前記コアとを接近する方向に相対的に移動させて前記原紙を周囲から変形させつつ引き込んだ後、前記コアと前記キャビティとで変形した前記原紙を挟み、さらに圧縮成形する紙容器の成形方法であって、前記コアには、内底面形成部と、内壁面形成部とが設けられ、前記内底面形成部は、前記キャビティ方向へ前記内壁面形成部と相対的に駆動可能に構成され、前記原紙をおさえた後に、前記内底面形成部によって、前記原紙を前記キャビティ方向へ押し出すことにより、前記課題を解決するものである。
本発明の紙容器を成形する成形装置は、底面と、前記底面から立ち上がった筒状の壁部とを有した紙容器を成形する成形装置であって、該成形装置は、平板状の原紙を押圧して紙容器の内面を形成するコアと、前記原紙を押圧して紙容器の外面を形成するキャビティと、前記原紙の周囲をおさえる原紙ホルダーとを有し、前記コアは、内底面形成部と、内壁面形成部とを有し、前記内底面形成部は、前記内壁面形成部から離脱して前記キャビティ方向へ相対的に前後駆動可能に構成されており、前記キャビティは、前記コア方向へ相対的に前後駆動可能に構成されていることにより、前記課題を解決するものである。

請求項１に係る紙容器の成形方法によれば、コアの内底面形成部は、キャビティ方向へ内壁面形成部と相対的に駆動可能に構成され、原紙をおさえた後に、内底面形成部によって、原紙をキャビティ方向へ押し出すことで、原紙を余分に引き出した状態で工程が進むため、紙容器の底部に相当するブランクシートの中心付近へ材料を十分に集めることができる。
また、原紙が内壁面形成部と密着しないため、原紙を内壁面形成部と密着させている場合に比べて、原紙に大きな引張力を与えることなくキャビティ側へ引き込むことができ、紙容器の底面の形成に必要な材料を供給できる。
また、プレス成形した紙容器がコアに張り付いた場合、内底面形成部をキャビティ方向へ移動させることで、コアからの紙容器の取り外しを容易にできる。

請求項２に記載の構成によれば、キャビティと内底面形成部とで原紙を挟みながら、圧縮成形直前に内底面形成部を内壁面形成部方向へ移動するため、内底面形成部側からの原紙への引張力を弱めた状態で紙容器の底面のプレス成形を行えるため、成形不良を防止できるとともに、原紙への引張力が弱まっているので、紙容器の底面の形成に必要な材料をより引き込むことができ、複雑な底形状の紙容器でも破れや成形不良の発生を防止できる。
請求項３に記載の構成によれば、外底面形成部が外壁面形成部からコア方向へ突出したまま原紙を引き込みつつ、原紙を外底面形成部と内底面形成部とで挟むため、原紙とコア及びキャビティとの接触箇所が少ない状態で原紙を外底面形成部と内底面形成部とで挟むことで、原紙の位置ずれを抑制できる。
また、内底面形成部を内壁面形成部方向へ移動する直前、直後、あるいは同時に、外底面形成部が外壁面形成部側に相対的に移動するため、コア及びキャビティ全体がほぼ同時に原紙を挟み込むことができ、原紙に大きな引張力を与えることがなく、紙容器全体の形成に必要な材料を供給でき、紙容器の成形不良を防止できる。
さらに、プレス成形した紙容器がキャビティに張り付いた場合、外底面形成部をコア方向へ移動させることで、キャビティからの紙容器の取り外しを容易にできる。

請求項４に係る紙容器を成形する成形装置によれば、コアと、キャビティと、原紙ホルダーとを有し、コアは、内底面形成部と内壁面形成部とを有し、内底面形成部は、内壁面形成部から離脱してキャビティ方向へ相対的に前後駆動可能に構成されており、キャビティは、コア方向へ相対的に前後駆動可能に構成されているため、原紙を内底面形成部でキャビティ方向へ押し出すことで原紙を余分に引き出した状態で工程を進めることができる。
このため、原紙に大きな引張力を与えることなく紙容器の底面の形成に必要な材料を供給でき、紙容器の成形不良を防止できる。
また、プレス成形した紙容器がコアに張り付いた場合、内底面形成部をキャビティ方向へ移動させることで、コアからの紙容器の取り外しを容易にできる。

請求項５に記載の構成によれば、外底面形成部は、外壁面形成部から離脱してコア方向へ相対的に前後駆動可能に構成されているため、外底面形成部が外壁面形成部からコア方向へ突出したまま原紙を引き込みつつ、原紙を外底面形成部と内底面形成部とで挟むことで、原紙とコア及びキャビティとの接触箇所が少ないうちに原紙を外底面形成部と内底面形成部とで挟むことができ、原紙の位置ずれを抑制できる。
また、内底面形成部が内壁面形成部方向へ移動する直前、直後、あるいは同時に、外底面形成部が外壁面形成部側に相対的に移動することで、コア及びキャビティ全体が同時に原紙を挟み込むことができ、原紙に大きな引張力を与えることがなく、紙容器全体の形成に必要な材料を十分に供給でき、紙容器の成形不良を防止できる。
さらに、プレス成形した紙容器がキャビティに張り付いた場合、外底面形成部をコア方向へ移動させることで、キャビティからの紙容器の取り外しを容易にできる。
請求項６に記載の構成によれば、内底面形成部には、駆動部としてエアシリンダが設けられているため、エアシリンダの設定を変更することで、タイミングや圧力、速度を容易に調整可能であり、内底面形成部の移動距離や、内底面形成部と外底面形成部とで原紙を挟む際の圧力調整等を行うことで、様々な形状の容器に最適に対応することができる。

本発明の一実施形態に係る紙容器成形装置１００でプレス成形した紙容器２００の上面図及び側面断面図。 本発明の一実施形態に係る紙容器成形装置１００の断面図。 本発明の一実施形態に係る紙容器の成形方法の手順１乃至手順４を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る紙容器の成形方法の手順５乃至手順８を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る紙容器の成形方法の手順９乃至手順１２を示す断面図。

以下に、本発明の一実施形態に係る紙容器成形装置１００について、図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態に係る紙容器成形装置１００によって成形される紙容器２００は、図１に示すように、円形の底面２０１と、底面２０１から立ち上がった筒状の壁面２０３とを有しており、底面２０１には、紙容器２００に重量物を載せた際に底面２０１の変形を抑制する変形防止溝２０２が底面２０１の中心から半径方向外方に向かって放射状に設けられている。
また、壁面２０３の上端には、半径方向外方に向かって円筒状に丸められたカール部２０４が全周に渡って形成されている。

紙容器成形装置１００は、図２に示すように、上部ユニット１１０と、下部ユニット１２０とを有している。
上部ユニット１１０には、上部フレーム１１１と、平板状の原紙Ｐを押圧して紙容器２００の外面を形成するキャビティ１１２とが設けられ、下部ユニット１２０には、下部フレーム１２１と、原紙Ｐを押圧して紙容器２００の内面を形成するコア１２２と、下部移動部材１２７とが設けられている。
上部フレーム１１１と下部移動部材１２７は上下方向に移動可能に構成され、上部フレーム１１１の下端と下部移動部材１２７の上端とには、互いに接近し原紙Ｐの周囲を挟んでおさえる原紙ホルダー１３０が設けられている。

キャビティ１１２は、紙容器２００の底面２０１の外面形状を形成する外底面形成部１１３と、紙容器２００の壁面２０３の外面形状を形成する外壁面形成部１１６とを有している。
外底面形成部１１３は、変形防止溝２０２の外面形状を形成する凹部１１４を有しているとともに、外底面駆動エアシリンダ１１５を介して上部フレーム１１１に接続され、コア１２２方向へ前後移動可能に構成されている。
また、外壁面形成部１１６は、スプリング１１７によってコア１２２方向へ付勢されている。

コア１２２は、紙容器２００の底面２０１の内面形状を形成する内底面形成部１２３と、紙容器２００の壁面２０３の内面形状を形成する内壁面形成部１２６とを有している。
内底面形成部１２３は、変形防止溝２０２の内面形状を形成する凸部１２４を有しているとともに、内底面駆動エアシリンダ１２５を介して下部フレーム１２１に接続され、キャビティ１１２方向へ前後移動可能に構成されている。
原紙ホルダー１３０には、紙容器２００のカール部２０４を形成するカーリング部材１３１が設けられている。

次に、上記紙容器成形装置１００を用いた本発明の一実施形態に係る紙容器２００の成形方法について、図３乃至図５を用いて説明する。
まず、図３の手順１に示すように、プレス成形用の所定のサイズにカットされた原紙Ｐをコア１２２の位置に合わせて下部ユニット１２０の上に載せる。このとき、外底面駆動エアシリンダ１１５は外底面形成部１１３をコア１２２方向へ付勢しており、外底面形成部１１３は外壁面形成部１１６との隣接部分よりもコア１２２側へ張り出している。
次に、図３の手順２に示すように、上部ユニット１１０を下降して下部ユニット１２０と当接させ、原紙ホルダー１３０によって原紙Ｐをおさえた後、図３の手順３に示すように、内底面駆動エアシリンダ１２５によって内底面形成部１２３を上方へ付勢し、内底面形成部１２３とともに原紙Ｐを上方へ押し出す。
このとき、原紙ホルダー１３０が原紙Ｐを挟み込む力よりも、内底面形成部１２３が原紙Ｐを上方へ押し出す力が強いため、原紙Ｐは内底面形成部１２３に押し出された分、原紙ホルダー１３０側からキャビティ１１２内へ材料が引き込まれていく。

さらに、図３の手順４に示すように、上部ユニット１１０を押し下げると、下部移動部材１２７も下方へ下がるため、相対的にコア１２２がキャビティ１１２方向へ移動する。そのため、原紙Ｐは内底面形成部１２３によってさらにキャビティ１１２方向へ押し出される力を受ける。このとき、内壁面形成部１２６から内底面形成部１２３が離脱するように移動して原紙Ｐを押し出しているため、原紙Ｐは内底面形成部１２３以外にコア１２２及びキャビティ１１２との接触箇所を少なくできるため、原紙Ｐは余計な摩擦抵抗を受けることがなく、キャビティ１１２内へ、特に外底面形成部１１３側へより多くの材料を引き込むことができる。

さらに上部ユニット１１０を押し下げると、図４の手順５に示すように、外底面形成部１１３と内底面形成部１２３とで原紙Ｐを挟む。なお、予め外底面駆動エアシリンダ１１５よりも内底面駆動エアシリンダ１２５の方が強い力で内底面形成部１２３を押し出すように設定、あるいは、タイミングを合わせて外底面駆動エアシリンダ１１５の付勢力を低下させることで、外底面形成部１１３は上方へ押し戻されて、内底面形成部１２３は外壁面形成部１１６が内底面形成部１２３と原紙Ｐを挟む位置まで移動する。

その後、内底面駆動エアシリンダ１２５を下方に付勢し、内底面形成部１２３を内壁面形成部１２６方向へ引き戻すことで、原紙Ｐにかかっていた引張力を一度取り除く。
次に、キャビティ１１２を下げることで、図４の手順６に示すように、キャビティ１１２と内底面形成部１２３とで原紙Ｐを挟み込み、容器の底面２０１が成型されはじめる。
このように、容器の底面２０１を成型する直前に原紙Ｐにかかっていた引張力を一度取り除いてから原紙Ｐをキャビティ１１２と内底面形成部１２３とで挟み込むことによって、原紙Ｐの底面２０１形成部付近へ材料が集まりやすくなるため、底面２０１に凹凸を有した変形防止溝２０２が設けられている場合であっても、原紙Ｐが破れることなく成型できる。

この状態で上部ユニット１１０をさらに押し下げると、図４の手順７に示すように、上部フレーム１１１によってキャビティ１１２全体が下方へ押し下げられ、原紙Ｐのコア１２２とキャビティ１１２とに挟み込まれた箇所がほぼ同時にプレス成形されるとともに、原紙Ｐが原紙ホルダー１３０から抜け、内壁面形成部１２６の側面へ完全に引き込まれる。このとき、外底面駆動エアシリンダ１１５と内底面駆動エアシリンダ１２５はどちらも力を発生していない。
このように、原紙Ｐを容器形状に挟み込む直前に、外底面形成部１１３及び内底面形成部１２３が移動することで、コア１２２及びキャビティ１１２全体がほぼ同時に原紙Ｐを挟み込むことができ、原紙Ｐに大きな引張力を与えることがなく、紙容器２００全体の形成に必要な材料を供給でき、その後のプレス成形の際に紙容器２００の底面や壁部が局所的に薄くなったり、破れるなどの成形不良を防止できる。
プレス成形後、下部移動部材１２７を上方へ移動させる。これによって、上部フレーム１１１及びカーリング部材１３１を下部移動部材１２７に押し上げられるように上方へ移動させると、カーリング部材１３１に原紙Ｐの外周端が入り込み、図４の手順８に示すように、上部ユニット１１０の移動に合わせてカール部２０４を形成していく。

このとき、外底面駆動エアシリンダ１１５は外底面形成部１１３を付勢しておらず、外壁面形成部１１６のみスプリング１１７によって下方へ付勢されるため、上部ユニット１１０が上方へ移動するに従って、図５の手順９に示すように、プレス成形された原紙Ｐ（紙容器２００）から外底面形成部１１３が離脱する。
上部ユニット１１０が十分に上方へ移動し、上部ユニット１１０と下部ユニット１２０とが離れた状態で、図５の手順１０に示すように、外底面駆動エアシリンダ１１５によって外底面形成部１１３を下方へ付勢すると、図５の手順１１に示すように、外底面形成部１１３がプレス成形された原紙Ｐ（紙容器２００）を外壁面形成部１１６から離脱させることによって、図５の手順１２に示すように、キャビティ１１２からプレス成形された原紙Ｐ（紙容器２００）を簡単に取り出すことができる。

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
なお、上述した実施形態では、紙容器は円形の底面及び外周面を有しているものとして説明したが、紙容器の形状はこれに限定されず、例えば、底面の外周の一部が直線状に形成されていてもよく、外周面の一部が半径方向外方に鍔状に張り出して形成されていてもよい。
また、上述した実施形態では、底面の外面側に張り出した変形防止溝が底面の中心から半径方向外方に向かって放射状に設けられているものとして説明したが、変形防止溝の形状はこれに限定されず、例えば、底面の内面側に張り出す渦巻き型の溝状に設けられていてもよく、変形防止溝がなくてもよい。

また、上述した実施形態では、原紙ホルダーからキャビティ内へ原紙を引き込む際、内底面駆動エアシリンダによって内底面形成部を上方へ付勢し、内底面形成部とともに原紙を上方へ押し出すものとして説明したが、原紙をキャビティ内へ引き込む手順はこれに限定されず、例えば、予めキャビティ方向へ付勢された内底面形成部と同じ高さで原紙を原紙ホルダーでおさえてから、原紙ホルダーとともにキャビティを内底面形成部方向へ移動させることで、原紙を内底面形成部に押し付けながら相対的にキャビティ内へ引き込んでもよく、さらに、内底面駆動エアシリンダによって内底面形成部をキャビティ側へ移動させるとともにキャビティを内底面形成部側へ移動させることで、原紙をキャビティ内へ引き込んでもよい。
また、上述した実施形態では、プレス成形用の所定のサイズにカットされた原紙を供給しているものとして説明したが、原紙の供給時の状態はこれに限定されず、例えば、原紙ホルダーの外周面にカッターを設け、紙容器成形装置に連続して供給される帯状の原紙を原紙ホルダーでおさえながらカッターでプレス成形用の所定のサイズにカットしてもよい。
また、上述した実施形態では、外底面形成部及び内底面形成部はエアシリンダによって付勢され、外壁面形成部はスプリングによって付勢されるものとして説明したが、付勢する方法はこれに限定されず、例えば、油圧シリンダを用いて付勢してもよく、サーボモータとスライダを用いて位置決め制御を行って各部を移動させてもよい。

また、上述した実施形態では、キャビティは別体として設けられた外底面形成部と外壁面形成部とによって構成されているものとして説明したが、キャビティの構成はこれに限定されず、例えば、外底面形成部と外壁面形成部とが一体に形成されていてもよく、外底面形成部と外壁面形成部との間に、別体として外周縁形成部を設けて構成してもよい。
また、上述した実施形態では、下部移動部材が上下方向移動可能に構成されているものとして説明したが、下部ユニットの構成はこれに限定されず、例えば、下部移動部材が位置固定され、コア全体が下部移動部材に対して相対的に上下方向移動可能に構成されていてもよい。

１００ ・・・ 紙容器成形装置
１１０ ・・・ 上部ユニット
１１１ ・・・ 上部フレーム
１１２ ・・・ キャビティ
１１３ ・・・ 外底面形成部
１１４ ・・・ 凹部
１１５ ・・・ 外底面駆動エアシリンダ
１１６ ・・・ 外壁面形成部
１１７ ・・・ スプリング
１２０ ・・・ 下部ユニット
１２１ ・・・ 下部フレーム
１２２ ・・・ コア
１２３ ・・・ 内底面形成部
１２４ ・・・ 凸部
１２５ ・・・ 内底面駆動エアシリンダ
１２６ ・・・ 内壁面形成部
１２７ ・・・ 下部移動部材
１３０ ・・・ 原紙ホルダー
１３１ ・・・ カーリング部材
２００ ・・・ 紙容器
２０１ ・・・ 底面
２０２ ・・・ 変形防止溝
２０３ ・・・ 壁面
２０４ ・・・ カール部

Claims (6)

1. 底面と、前記底面から立ち上がった筒状の壁部とを有した紙容器を成形するものであり、
   紙容器の外面を成形するキャビティと前記紙容器の内面を成形するコアとの間に置いた平板状の原紙の周囲をおさえ、前記キャビティと前記コアとを接近する方向に相対的に移動させて前記原紙を周囲から変形させつつ引き込んだ後、前記コアと前記キャビティとで変形した前記原紙を挟み、さらに圧縮成形する紙容器の成形方法であって、
   前記コアには、内底面形成部と、内壁面形成部とが設けられ、
   前記内底面形成部は、前記キャビティ方向へ前記内壁面形成部と相対的に駆動可能に構成され、
   前記原紙をおさえた後に、前記内底面形成部によって、前記原紙を前記キャビティ方向へ押し出すことを特徴とする、紙容器を成形する成形方法。
2. 前記キャビティと前記内底面形成部とで前記原紙を挟みながら、圧縮成形直前に前記内底面形成部を前記内壁面形成部方向へ移動することを特徴とする、請求項１に記載の紙容器を成形する成形方法。
3. 前記キャビティには、外底面形成部と、外壁面形成部とが設けられ、
   前記外底面形成部が前記外壁面形成部から前記コア方向へ突出したまま前記原紙を引き込みつつ、前記原紙を前記外底面形成部と前記内底面形成部とで挟み、
   前記内底面形成部を前記内壁面形成部方向へ移動する直前、直後、あるいは同時に、前記外底面形成部が前記外壁面形成部側に相対的に移動することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の紙容器を成形する成形方法。
4. 底面と、前記底面から立ち上がった筒状の壁部とを有した紙容器を成形する成形装置であって、
   該成形装置は、平板状の原紙を押圧して紙容器の内面を形成するコアと、前記原紙を押圧して紙容器の外面を形成するキャビティと、前記原紙の周囲をおさえる原紙ホルダーとを有し、
   前記コアは、内底面形成部と、内壁面形成部とを有し、
   前記内底面形成部は、前記内壁面形成部から離脱して前記キャビティ方向へ相対的に前後駆動可能に構成されており、
   前記キャビティは、前記コア方向へ相対的に前後駆動可能に構成されていることを特徴とする、紙容器を成形する成形装置。
5. 前記キャビティは、外底面形成部と、外壁面形成部とを有し、
   前記外底面形成部は、前記外壁面形成部から離脱して前記コア方向へ相対的に前後駆動可能に構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の紙容器を成形する成形装置。
6. 前記内底面形成部には、駆動部としてエアシリンダが設けられていることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の紙容器を成形する成形装置。

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