JP5378989B2 - 板紙または紙のローエッジの保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、紙または板紙のローエッジの保護方法に関する。

食品用パッケージには良好なシーリングが必要である。つまり、これらは、水分、微生物やそのほかの汚染物質がその中にある製品のほうに入り込まないように、そして、製品がパッケージからはみ出されないように、されていなければならない。一般的に用いられるパッケージ材として板紙（paperboard）を挙げることができるが、このような板紙の障壁特性（barrier property）は、前記板紙の表面に様々な被覆層（本明細書では、『コート』とも呼ぶ。）を設けることで改善させることができる。食品用パッケージでは、プリスチック層が一般的に使用されており、そのような材料として、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、または、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）がある。板紙パッケージブランク（package blank）を製造する際に、被覆された板紙ウェブからシートを切断するので、その切断されたエッジがパーケージの観点から弱点を形成する。そのような切断されたエッジのことを、被覆層を有しないローエッジ（"untrimmed edge" or "raw edge"）とも呼ぶ。このようなローエッジはシールされて、パッケージに十分な不浸透性を与えなければならない。また、中に包装されている物質は板紙へ吸収されてはならず、汚染物質などがその中に包装されている物質と接触しないようにしなければならない。ローエッジをシールするために一般的に用いられる方法として、テープを利用するか、熱でシールするか、または、スカイビング仕上げ（skiving）をするなどの方法がある。スカイビング仕上げは、フライス盤による切削加工を行ってエッジ部をより細くするもので、このローエッジを２重に折り曲げて（double-bending）シールすることである。

ＥＰ０１５２６１６には紙積層体（paper laminate）でローエッジを保護する方法及び装置が記載されている。かかる方法によれば、紙積層体のエッジは、レーザービームで処理されるが、ここで、紙積層体（laminate layer）間に設けられた開放された板紙層（open paperboard layer）の一部はレーザービームによって除去される。その後、そのエッジに残された紙積層体をなす複数の層（laminate layer）同士をプレスし、熱をかけて前記エッジをシールする。このような方法は連続的にも用いられるし、単一のシートに対しても用いられる。

ＵＳＰ５，８０１，２４３及びＵＳ４，９３１，０３１には、スカイビング仕上げに基づいて、被覆された板紙のローエッジ（raw edge）を保護する方法が記載されている。かかる方法によれば、エッジを薄くし、フェザーエッジ（feather edge）を折り曲げる。このようは板紙のエッジは、薄いスライスを切り落とすことによって薄く処理（加工）され、その結果、板紙の薄層と、被覆層が残る。その後、前記フェザーエッジは折り畳まれ、板紙のエッジは保護されるようになる。このＵＳ４，９３１，０３１に記載された方法は、ローエッジの連続的なシーリングに適している。

国際公報ＷＯ９９／２５５４８には、保護されたローエッジを有するパッケージブランクを製造する方法が記載されている。この方法によれば、板紙の被覆、及び、エッジの保護が連続的なウェブにおいて開始され、その後、前記ウェブがシート単位で切断される。板紙シートのすべてのエッジは保護されて、シートの表面上に設けられた被覆層は、保護すべきエッジ上に広がっており、このようなストリップ（strip）はエッジ上で折り畳まれて、エッジ上にシールされる。最後に、パッケージブランクは、シートのエッジ同士をシールすることによって、板紙シートから形成される。

ＧＢ１０１３６５６には、互いに隣接する２つのエッジに対して、板紙の表面上に被覆層を設けて、熱を用いて、それを隣接した板紙の表面上にシールすることで、前記エッジ同士を（当接した状態で）つなぎ合せること（seaming）について記載されている。

前記方法によれば、板紙または紙のローエッジは、板紙又は紙の表面上に予め設けられた被覆層を用いて保護される。板紙または紙のエッジは加工されて（trimmed）、前記ローエッジは、折り畳まれて、保護すべきローエッジ上に被覆層を設けること（即ち、シールすること）によってクローズされる。そのような方法は、ローエッジが保護される前に、いくつかの異なる作業ステップを必要とする。

本発明の目的は、板紙または紙のローエッジを保護する方法を提供することである。この方法によれば、ローエッジの連続的、かつ、迅速なシーリングが可能となると共に、２つの隣接したエッジ同士を付着させることが可能となる。このような目的を達成するために、本発明に係る方法は、板紙または紙の２つの隣接したローエッジを保護し、それらのエッジ同士を（当接した状態で）付着させることを主たる特徴とする。ここで、前記保護、及び付着は、超音波によって、前記エッジの迫台（abutment）の両側に別々のプロファイルをシールすることで行われる。

そのような方法において、別途のプロファイルを、所定の幅を有するバンドの形態で、または、予め定められた形状を有するプロファイルの形態で、シールすべき箇所に導入して、ローエッジのシーリングを連続的に行う。ここで、連続的な超音波シーリングとは、シーリングが、シールすべき全長に亘って連続的な方式で行われることを意味する。細長いバンドまたはプロファイルが材料（物質）上にシールされる箇所は、そのエッジの長手方向に沿って移動される。概して、これは、板紙または紙が超音波シーリング装置に対して前方に移動する方式で行われる。ここで、バンド又はプロファイルはシーリング箇所に供給される。

前記板紙または紙は、コート板紙（coated paperboard）またはコート紙（coated paper）である。エッジをシールするために用いられるプロファイルは、超音波シーリングに適した任意の材料、特に、任意の熱可塑性材料であり得る。

板紙または紙を超音波シーリング装置に導入する際に、板紙または紙は連続的なウェブまたはブランクの形態を有する。また、プロファイルは適当な幅および形状を有する連続的なバンドの形態で導入される。その超音波シーリングは、溶接される材料の溶融、及び、付着しようとする片の圧縮（compression）程度に基づいて、不浸透性で、かつ、均一な継ぎ手（seam）を形成する。本発明に係る方法は、特に２つの隣接したエッジを保護するとき、及び、１つまたは２つのプロファイルによってそれらを付着させるとき、または、パッケージブランクを形成するときに用いられる。本発明に係る方法は、連続的なウェブのローエッジをシールする際にも用いられる。２つの隣接したエッジは突き合わせ継手によって互いに付着される。

本発明によって、板紙または紙のローエッジは、外部（outside）だけでなく、内部（inside）に対しても露出されないように保護される。

超音波シーリングは迅速な方法である。この方法は特に、ローエッジの連続的なシーリング、及び、パッケージブランクの連続的なシーリングに適しており、産業的な包装プロセスにも容易に用いられる。超音波シーリングでは、その厚さ、幅、シールされるプロファイル材料のタイプ、または、パッケージブランクのサイズなどを容易に変更することができる。パッケージの外面および内面では、パッケージに付与しようとする所定の特性によって、異なる材料で構成されたプロファイルを用いることができる。さらに、突き合わせ継手（butt joint）の各面における継ぎ手（seam）を別途のプロファイルで保護した場合、パッケージは強化される。

購入価格に関しても、超音波装置はレーザー装置に比べてより安価であり、使用するにあたってもより安全なものである。まずエッジを薄くしてから、それを折り畳むというスカイビング仕上げ（skiving line）などに比べても、超音波装置はそのサイズが大変小さく、また、その方法として、超音波シーリングはより少ない作業ステップを必要とする。さらには、超音波シーリングは、小エネルギーを実現するが、それは継ぎ目のところに余分の熱を加える必要が無いからである。

本発明については、添付した図面に基づいて、より詳しく説明する。

本発明に係る方法は、１つ又は２つのプロファイル（profile）によって、連続的なウェブのローエッジ（untrimmed edge）をシールするか、又は、２つの隣接したエッジを保護して、それらのエッジ同士を付着させる際に用いられる。さらに、本発明は、例えば、折り畳まれたウェブ（folded web）、又は、パッケージブランク（package blank）のエッジ同士をシールすることによって、パッケージブランクを形成する場合にも用いられる。突き合わせ継手（butt joint）はこれらのエッジ同士を付着させるために用いられる。

図１は、保護層（protective layer）２を有しない（板紙または紙１の）ローエッジ４を、エッジの超音波シーリングによって、保護する方法について示したものである。ここで、別途のプロファイル３はエッジ４を囲むように折られる。板紙または紙は連続的なウェブ、又は、パッケージブランクのエッジを形成することができる。

図２は、その両面に被覆層２が設けられた、２つの隣接した板紙または紙１および５を示す。このように隣接した２つのローエッジ４は、エッジの迫台（abutment）４の両側に対してプロファイル３を超音波シーリングすることによって、保護され、かつ、互いに付着される。したがって、その方法は、迫台４の両側に対して、２つの別々のプロファイル３が要る。

図２と同様に、図３も、２つの隣接したローエッジを保護し、かつ、それらの同士を付着させる方法を示したものであるが、図３においては、２つのローエッジ４の間に小さなギャップが残る。これは、エッジ４が迫台の両面上で別々のプロファイル３と共に締め付けられた後（または、固定された後）、その継ぎ目（seam）を半分に切ることを可能にする。したがって、その継ぎ目が半分に切断された後に、ローエッジ４をシールするに十分な程度のプロファイル３が存在すべきである。エッジを切り取る（cut off）のに適当な方法として超音波処理があるが、それは、前記ギャップにおいて板紙または紙のエッジ４の上下に残存するプロファイル・ストリップ（profile strip）が、保護すべきエッジ４に対して同時にシールされるので、更なるシーリングステップが不要だからである。この方法によって、２つのエッジ又はパッケージブランクは、そのローエッジが保護された状態で生産される。

図４は、両面に被覆層２を設けた２つの隣接した板紙また紙１および５を示す。ローエッジ４は、プロファイル３によって両方のエッジ４が別々に保護されて、ストリップはエッジで形成される。これは、図７ａおよび７ｂに示した方法によって製造される。まず、図７ａに示すように、一部のプロファイル３を板紙または紙１のエッジ４の上にシールする。それによって、プロファイル３はエッジ４の周りにルーズなバック（loose bag）を形成する。ここで、エッジ４とプロファイル３との間にフリースペース（free space）が生じる。その後、プロファイル３は、図７ｂに示すように、ガイド１０によってエッジ４に対して、所定の形状を形成するように加圧される。ストリップが、付着されるエッジ４の端部に形成された後に、２つの隣接したエッジ４は、超音波によって、隣接した板紙または紙１，５のエッジにこれらのストリップをシールすることによって、互いに当接した状態で付着される。その他の方法として、予め前記ストリップを設けた、予め成形された（ready-shaped）タイプのプロファイル３を、板紙または紙のエッジ４に対してシールし、その後、これらの予め成形されたタイプのプロファイルによって、隣接したエッジ同士をシールするという方法がある。プロファイルのデザイン（形状）は、プロファイルの形状が隣接したエッジを共にシールできるようなものであれば、図４に示したようなストリップ以外のものでも良い。

図５は、両面に被覆層２を設けた２つの隣接した板紙または紙１および５を示す。ローエッジ４は、プロファイル３の中間部（middle part）がシールすべき２つのエッジ４の間に存在するように、単一のプロファイル３と共にシールされる。シーリング装置のアンビルの傾斜（inclination）によって、溶融されたプロファイル３は板紙または紙のエッジ４の周りにある継ぎ目に対して（に関連して）ガイドされ、図５に示すように、プロファイル３が迫台の一面に向けて曲がった場合であっても、そのプロファイル３は迫台の両側に設けられた板紙または紙のエッジを保護することができる。したがって、図５に示したように、プロファイル３とエッジ４の連結部（connection point）には弱い箇所（weak point）６はまったく生じない。また、不浸透性のシーリングが形成されて、ローエッジを保護することができる。この実施例は、幅が十分なプロファイルを使用することが必要で、それにより、溶融されたプロファイルは迫台の両面上に形成される。

前述した図２〜５において、２つの隣接したエッジは突き合わせ継手（butt joint）によって接続される。ここで、突き合わせ継手は特にパッケージ、または、パッケージブランクのエッジ同士を付着させるのに用いられる。突き合わせ継手は、例えば、ＷＯ９９／２５５４８に記載された方法（参考までに、こちらの方法は、重なり合った継ぎ目（joint）を用いて、パッケージブランクをシールし、エッジ同士を付着させることからなる。）に比べて、より薄くて、かつ、より不浸透性に優れた継ぎ目（seam）を有するパッケージを提供することができる。前記ＷＯ公報に記載された方法によれば、重なり合った継ぎ目（１overlapped joint）において、エッジがそれぞれの上部に配されて、互いにシールされるが、ここで継ぎ目は、パッケージ、特に、端部の継ぎ目（end seam）において不浸透性の面から問題を引きす可能性がある。その問題は、パッケージの端部がシールされる時に、シールすべき２層の板紙または紙が存在するが、重なり合った継ぎ目が用いられた場合には、それにより、側面の継ぎ目（side seam）には板紙または紙からなる３層が存在するということに起因する。３層から２層に向けてシフトが起こった領域ではパッケージの不浸透性に問題が起こるだろう。このような問題は、パッケージの側面継ぎ目（side seam）に突き合わせ継手を用いることで防止することができる。

２つの隣接するエッジは、図６に示したように、板紙または紙１および５の２つのエッジを平行線９上に導入し（ここで、２つのエッジを平行線９の方向に沿って異なる位置に導入する。）、また、その迫台の両面（両側）上に２つの別々のプロファイル３を導入する。プロファイル３は単一の超音波装置で締め付けられるか、または、固定されるが、製品の質および有効性を改善させるためには、エッジの方向で２つの連続的なシーリング装置を用いたほうが好ましい。ここで、ソノトロード（「超音波金型」ともよぶ；sonotrode）７およびアンビル８は逆の位置（inverse position）にそれぞれ配される。シーリングが終わると、プロファイル３はパッケージブランクまたはウェブのエッジで切断されるが、その後、パッケージブランクまたはウェブに更なる処理（加工）を行うことができる。図６に示したプロセスの段階は、単一のウェブまたはパッケージブランクのローエッジをシールする場合にも適用することができるが、単に１つのプロファイル３だけが必要となり、それがシーリングに先立ってＵ字状に曲げられて、図１に示したエッジのシーリングを提供する。このプロファイルは、図６に示したように、２つのシーリング装置を用いることで、エッジのシーリングを提供する。まず、Ｕ字状に曲げられたプロファイルはエッジの一面に対してシールされて、その反対側（板対面）は部分的にエッジに付着し、その後、プロファイルの反対側（板対面）は、第２の超音波装置によってシールされる。この装置において、ソノトロード７およびアンビル８は第１の装置とは別の方式で配置され得る。または、バンドの形態をしたプロファイルは、まずエッジの一面にシールされた後、ガイドなどによって、エッジの他面のほうに曲げられて、シールされる。いずれにせよ、２つの超音波装置が必要となり、この超音波装置においてソノトロード７、および、アンビル８はそれぞれ逆の位置に設けられるが、プロファイルは異なるステップで曲げられる。

図２および３に示した合端（abutment joint)は、互いに向けて曲げられた前記パッケージブランクまたはウェブのエッジを互いに付着させる際に用いられる。これらは、例えば、いわゆるチューブを形成するために、曲げられたウェブまたはパッケージブランクのエッジを付着させるときにも用いられる。シールすべきウェブまたはパッケージブランクは、シーリング装置の前でチューブの形状で曲げられる。ここで、シーリング装置のアンビル、および、シールすべき前記プロファイルのうち１つがチューブの内部に残る。シーリング装置のソノトロード、および、別途のプロファイルはチューブの外側に存在する。シーリングが終わると、それによって形成されたチューブは所定のサイズのパッケージブランクに切断され得る。

実際では、超音波溶接（ultrasound welding）がそのようなものとして知られている。超音波溶接は概してプラスチック部品をつなぐときに用いられているが、それは、超音波溶接によって強固な継ぎ目が形成されることや、シンプルなハードウェア（simple hardware）に起因する。超音波シーリングでは、被覆層を有する板紙または紙のエッジにプロファイルをシールすることは、振動音波源（vibrating sonic source）によるシール表面の急速な加熱に基づく。前記振動音波源は溶接すべき継ぎ目において内部摩擦によって熱を発生させる。そのような音波源は１５ないし４０ｋＨｚの周波数で振動する。これと、シーリング箇所に加えられた圧縮力（compression force）とに起因して、シーリング表面の物質は溶融し、その後、シールすべき複数の片が、（冷却される間の）短時間だけ共にプレスされて、不浸透性の強固な継ぎ目を形成する。シーリングに所要された時間は最大数秒に過ぎない。

シーリングに必要とされる圧縮力は、エンボス加工されたアンビルを用いることで提供されるので、溶接エネルギーは、形成すべき継ぎ目のほうに可能な限り上手く伝達され得る。そのほか、ソノトロードもエンボス加工され得る。しかしながら、エンボス加工は継ぎ目が形成すべき（または、シーム処理を行うべき）プロファイルの表面に対しては何ら影響を与えてはならない。アンビルまたはソノトロードのエンボス加工は、放電加工、または、それに相当するそれ以外の方法によって行われる。アンビル、または、ソノトロードに対する適当な平均表面粗度（roughness；Ra）は、例えば、３〜１５μｍであるが、それはシールすべき材料によって大きく変わってくる。この方法に用いられるアンビルは概して回転自在であるが、それは、アンビルが延伸ローラ（または、引き上げローラ；pulling roller）として用いられると共に、シールすべきエッジを前方に移動させて、エッジの連続的なシーリングを可能にするからである。この理由で、特にアンビルのエンボス加工は、シールすべきエッジを一定の速度で移動させるという点から重要である。アンビルの回転速度を調節することで、シールすべき材料のタイプ、および、その厚さによって、適当なシーリング速度に調整することが可能となる。例えば、シーリング速度は５ｍ／分であり得る。シーリングはシールすべきエッジの全長に亘って連続的に行われ、シーリングが終わると、シールされるプロファイルバンドがシールすべきパッケージブランク、または、ウェブのエッジで切断（cut off）される。

連続的な超音波シーリングにおいて、延伸カウンター素子（pulling counter element）として用いられたアンビル８は概して回転し、そして、ソノトロード７は静止している（stationary）。しかしながら、シーリングの際に、ソノトロード７およびアンビル８の両方が回転することも可能であり、さらには、ソノトロード７が回転し、アンビル８が静止していることも可能である。特にソノトロードが回転する際には、表面がエンボス加工されるが、それは、ソノトロードが延伸素子（pulling element）として用いられるからである。

板紙または紙はプロスチックで被覆された板紙または紙からなるが、それによって、ローエッジを保護するプロファイルが、超音波によって、板紙または紙のエッジに締め付けられるか、または、固定される。使用可能なプロファイルは、超音波シーリングに適した任意の材料からなり得るが、特に、多くの熱可塑性材料（thermoplastic material）、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ），ポリエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ），または、ポリアミド（ＰＡ）などがある。しかしながら、十分な保護特性および付着特性を得るためには、製造するパッケージの用途ないし目的によって、シーリングに用いられる材料に制限が課される。また、そのような用途およびシーリング方法によって、使用するプロファイルの厚さおよびその幅が変わってくる。パッケージに付与したい特性によっては、パッケージの内面（inside）および外面（outside）に対して、異なる材料からなるプロファイルを使用しても良い。例えば、パッケージの内面に用いられるプロファイルでは、食品への適合性（food compatibility）を考慮することができる。パッケージの視覚的外観は、プロファイルが迫台の両面上に継ぎ目を形成するような場合に、改善され得る。

この方法によって、ガス、液体、グリース（grease）、および、蒸気に対して不浸透性であり、かつ、概して食品を包装するために用いられるパッケージを製造することができる。本発明は、それ以外の製品、例えば、製品から環境へ蒸発しやすい成分を含む製品や、その水分を失わないようにしたい製品などを包装する際にも有効に用いられる。

本発明は、例示した上記実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって定められた技術的思想の範囲内であると解釈すべきである。

別途のプロファイルによって板紙または紙の処理されていないエッジ（いわゆるローエッジを保護することを、その断面図を持って、示している。 本発明に基づいて、１つまたは２つのプロファイルを用いて、２つの隣接するエッジを保護し、かつ、互いに当接した状態で付着させる方法を示す図面である。 本発明に基づいて、１つまたは２つのプロファイルを用いて、２つの隣接するエッジを保護し、かつ、互いに当接した状態で付着させる方法を示す図面である。 本発明に基づいて、１つまたは２つのプロファイルを用いて、２つの隣接するエッジを保護し、かつ、互いに当接した状態で付着させる方法を示す図面である。 本発明に基づいて、１つまたは２つのプロファイルを用いて、２つの隣接するエッジを保護し、かつ、互いに当接した状態で付着させる方法を示す図面である。 ２つの隣接するエッジ同士を付着させるプロセスチャートを示す。 板紙または紙のエッジでプロファイルストリップを形成することを、断面図をもって、説明する図面である。

符号の説明

１，５ 板紙または紙
２ 被覆層（コート）
３ プロファイル
４ 迫台

Claims (9)

1. 別途の２つのプロファイル（３）をシールすべき箇所に導入し、２つの隣接した板紙または紙（１，５）の保護層を有しないローエッジ（４）同士を前記２つのプロファイルで連続的にシールすることによる、隣接した板紙または紙のローエッジの保護方法において、
   前記２つのプロファイルの中間部を、シールすべき前記エッジの間に残し、
   前記２つの隣接した板紙または紙の前記エッジ各々を前記２つのプロファイル各々でそれぞれシールして、２つの前記エッジのうち一方のエッジおよび他方のエッジそれぞれにストリップを形成させ、そして、
   超音波によって、前記一方のエッジに形成された前記ストリップを前記他方のエッジに対してシールするとともに、前記他方のエッジに形成された前記ストリップを前記一方のエッジに対してシールすることで、隣接した２つの前記エッジ同士を付着させる
   ことを特徴とするローエッジの保護方法。
2. 前記プロファイルを、所定の幅を有するバンドの形態で、または、予め定められた形状を有するプロファイルの形態で、シールすべき箇所に導入することを特徴とする請求項１に記載のローエッジの保護方法。
3. 前記シーリングが終わった後に、切断されたエッジを前記プロファイルで同時に保護する方法によって、継ぎ目を半分に切断することを特徴とする請求項１に記載のローエッジの保護方法。
4. 折り畳まれたウェブまたはパッケージブランクのエッジを互いに付着させるために前記２つの隣接したエッジの合端を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のローエッジの保護方法。
5. 前記プロファイル用材料が、ＰＥ，ＰＰ，ＰＥＴ，ＰＢＴ，ＥＶＯＨ，ＥＶＡ，または、ＰＡのような熱可塑性材料であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のローエッジの保護方法。
6. 前記板紙または紙が、コート板紙またはコート紙であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のローエッジの保護方法。
7. 前記コートが、プラスチックコートであることを特徴とする請求項６に記載のローエッジの保護方法。
8. 前記コート板紙またはコート紙が、ウェブ、パッケージ、または、パッケージブランクであることを特徴とする請求項６または７に記載のローエッジの保護方法。
9. 前記方法を、ガス、液体、グリース、および、蒸気に対して不浸透性のパッケージまたはパッケージブランクを製造するのに用いることを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
   か一項に記載のローエッジの保護方法。

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