JP2019112093A - 液体用紙容器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の解決しようとする課題は、従来のポリエチレン樹脂内層の紙容器では不適合であった内容物にも適用でき、しかも連続成形法にも適用可能な液体用紙容器、及びその製造方法を提案するものである。【解決手段】紙層１２の内外面に熱可塑性樹脂層を有する積層体１０の左右端面が重ねられて熱シールされた縦シール部８を有し、底面７および天面２が熱シールされて、成形されてなる直方体形状の紙容器であって、前記内面側の熱可塑性樹脂層がポリエチレンテレフタレート樹脂層１５であり、前記縦シール部の内面側に、表裏面にポリエチレンテレフタレート樹脂層を有する端面保護テープ２０が溶着されて、前記積層体の端面が覆われて保護されていることを特徴とする液体用紙容器である。【選択図】図１

Description

本発明は、飲料を始めとする各種液体を収納する液体用紙容器に関し、特に内容物に含まれる芳香成分などの微量成分の移行が少なく、長期保存に適した液体用紙容器並びにその製造方法に関する。

紙を基材として、その表裏面に熱可塑性樹脂層を設けた積層体を、折罫線に沿って折り畳み、成形して周縁を熱シールした紙容器が、さまざまな用途に用いられている。液体を収納するための液体用紙容器としては、上部が切妻屋根型に成形された、いわゆるゲーブルトップ型紙容器や、直方体形状に成形されたブリック型紙容器が多く用いられている。

中でも特許文献１に示されたようなブリック型紙容器は、所定の幅に幅裁ちした原反ロールから繰り出した帯状の積層体を、連続的に筒状に成形したところに内容物を注入し、空気の混入が無い状態で密封シールすることが可能であり、無菌包装を容易に実現できるため、長期保存を前提とした液体用紙容器として広く普及している。

従来、この用途に用いられる積層体としては、紙の表裏面に、熱シール性に優れたポリエチレン樹脂層を設けた積層体が使用されていたが、ポリエチレン樹脂は、液体に含まれる芳香成分等の微量成分を吸着ないしは透過する性質がある他、ポリエチレン樹脂特有の臭気を有するため、内容物によっては、これが問題となる場合があった。

また構造上、筒状に丸めた積層体の端面が内容物に接触するため、内容物によっては端面に露出した紙層に内容物が浸み込んで不具合を生じることがあった。このような内容物の代表は、酒類などのアルコールを含む液体であり、表面張力が低いため紙層に浸み込み易い。このため、紙層の端面が露出しないように、何らかの端面保護処理を必要としていた。

ゲーブルトップ型の紙容器は、連続成型ではなく、１個１個個別に成形されるものであるため、端面を保護する方法として、端面を薄く削って折り返す、いわゆるスカイブ−ヘミング加工が可能であるが、この方法は、ブリック型紙容器の連続成形には適用することが出来なかった。

実開昭６２−９３０２３号公報

本発明の解決しようとする課題は、従来のポリエチレン樹脂内層の紙容器では不適合であった内容物にも適用でき、しかも連続成形法にも適用可能な液体用紙容器、及びその製造方法を提案するものである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、紙層の内外面に熱可塑性樹脂層を有する積層体の左右端面が重ねられて熱シールされた縦シール部を有し、底面および天面が熱シールされて、成形されてなる直方体形状の紙容器であって、前記内面側の熱可塑性樹脂層がポリエチレンテレフタレート樹脂層であり、前記縦シール部の内面側に、表裏面にポリエチレンテレフタレート樹脂層を有する端面保護テープが溶着されて、前記積層体の端面が覆われて保護されていることを特徴とする液体用紙容器である。

本発明に係る液体用紙容器は、積層体の内面側にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂層を有し、さらに容器内側に露出する積層体の端面を表裏面にＰＥＴ樹脂層を有する端面保護テープで保護したことにより、内容物が接触する面がすべてＰＥＴ樹脂となり、内容物の成分の移行が低減される。

また、請求項２に記載の発明は、前記積層体の紙層と内面側の熱可塑性樹脂層との間、および前記端面保護テープに、水蒸気および酸素の透過を抑制するガスバリア層が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の液体用紙容器である。

また、請求項３に記載の発明は、紙層の内外面に熱可塑性樹脂層を有する帯状の積層体を連続的に供給し、積層体の左右の端部を重ねて熱シールして縦シール部を形成して筒状に成形し、次いで底面および天面を成形してなる直方体形状の紙容器の製造方法において、縦シール部を形成するに先立って、縦シール部の容器内面側となる積層体端部に端面保護テープを連続的に溶着することを特徴とする請求項１または２に記載の液体用紙容器の製造方法である。

また、請求項４に記載の発明は、前記積層体端部に端面保護テープを連続的に溶着する方法、および前記縦シール部を熱シールする方法として、超音波ホーンとアンビルの組合わせからなる超音波溶着装置であって、少なくともアンビルが回転する超音波溶着装置を用いることを特徴とする請求項３に記載の液体用紙容器の製造方法である。

本発明に係る液体用紙容器は、紙層の内外面に熱可塑性樹脂層を有する積層体の左右端面が重ねられて熱シールされた縦シール部を有し、底面および天面が熱シールされて、成形されてなる直方体形状の紙容器であって、前記内面側の熱可塑性樹脂層がポリエチレンテレフタレート樹脂層であり、前記縦シール部の内面側に、表裏面にポリエチレンテレフタレート樹脂層を有する端面保護テープが溶着されて、前記積層体の端面が覆われて保護されているため、内容物である液体が接触する部分はすべてポリエチレンテレフタレート樹脂である。このため、内容物に含まれる成分の移行が低減され、広範な内容物に対して適用可能である。

請求項２に記載の発明のように、積層体の紙層と内面側の熱可塑性樹脂層との間、および前記端面保護テープに、水蒸気および酸素の透過を抑制するガスバリア層が含まれている場合においては、内容物の長期保存性が確保されると共に、内容物に含まれる成分の移行もさらに低減される。

請求項３に記載の液体用紙容器の製造方法によれば、積層体を連続的に供給しながら、内側端面が保護された紙容器の前成形、内容物の充填、紙容器の成型を連続的に実施可能であり、液体用紙容器に内容物である液体が充填された包装体が能率良く製造できる。

さらに請求項４に記載の液体用紙容器の製造方法によれば、容器内面にＰＥＴ樹脂層を有する紙容器であっても、従来と同様に能率よく液体用紙容器に内容物である液体が充填された包装体が製造できる。

図１は、本発明に係る液体用紙容器の実施態様を示した斜視図である。 図２は、図１に示した液体用紙容器の横断面を模式的に示した断面説明図である。 図３は、本発明に係る液体用紙容器に用いる本体積層体の基本的な層構成を模式的に示した断面説明図である。 図４は、本発明に係る液体用紙容器に用いる本体積層体の他の例における層構成を模式的に示した断面説明図である。 図５は、本発明に係る液体用紙容器に用いる端面保護テープの層構成の一例を模式的に示した断面説明図である。 図６は、本発明に係る液体用紙容器を成形し、さらに内容物を充填する充填機の例を模式的に示した斜視図である。 図７は、縦シール部における本体積層体端部のシール方法について模式的に示した斜視図である。 図８は、図６に示した充填機の工程フローを模式的に示した説明図である。 図９は、本体積層体の端部に端面保護テープを溶着する方法を模式的に示した斜視説明図である。 図１０は、本体積層体に端面保護テープを溶着する超音波溶着装置や、縦シール部に用いる超音波溶着装置の構造を模式的に示した断面説明図である。 図１１は、本体積層体に端面保護テープを溶着する超音波溶着装置や、縦シール部に用いる超音波溶着装置の他の例における構造を模式的に示した断面説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る液体用紙容器並びにその製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明に係る液体用紙容器１の実施態様を示した斜視図である。また、図２は、図１に示した液体用紙容器１の横断面を模式的に示した断面説明図である。

本発明に係る液体用紙容器１は、図２に示したように、紙層１２の内外面に熱可塑性樹脂層１３、１５を有する積層体１０（以下本体積層体と称する）の左右端面１６、１７が重ねられて熱シールされた縦シール部８を有し、底面７および天面２が熱シールされて、成形されてなる直方体形状の紙容器である。

本発明に係る液体用紙容器１は、天面２、正面３、背面４、側面５、６、底面７の６面からなる直方体形状の紙容器である。図１では、縦シール部８が見えるように背面４の側から見た状態を示している。通常、紙容器の表面には何らかの印刷表示がなされる関係上、紙容器の正面は縦シール部８の見えない側が正面となる。

天面２、および底面７は、横シール部９によって密封されて、左右の余った部分が３角形に折畳まれて、側面５、６または底面７に融着されている。
本発明に係る液体用紙容器１は、内面側の熱可塑性樹脂層が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂層１５であり、縦シール部８の内面側に、表裏面にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂層を有する端面保護テープ２０が溶着されて、積層体の端面１６が覆われて保護されていることを特徴とする。

従来この種の液体用紙容器は、紙層の内外面にポリエチレン樹脂層を設けた積層体を使用したものが一般的であった。ポリエチレン樹脂は、熱シール性が良好である反面、内容物に含まれる芳香成分を吸着したり透過させたりする性質が大きいため、内容物によっては、適用できないという問題があった。

また、構造上、紙容器の内側に本体積層体の端面が露出するため、内容物によっては、紙層の端面から浸み込んで、場合によっては液漏れや紙容器の破壊をもたらすこともあった。このため、内容物としては、牛乳や豆乳など浸透性の高くない液体に限られていた。

本発明に係る液体用紙容器においては、少なくとも内面の熱可塑性樹脂層を吸着性の小さいＰＥＴ樹脂層とし、さらに容器内面に露出する積層体の端面を、表裏面にＰＥＴ樹脂層を有する端面保護テープ２０によって覆って保護したことにより、接液面全体をＰＥＴ樹脂とすることが可能となった。

その結果、本発明に係る液体用紙容器１においては、酒、焼酎のようにアルコールを含む浸透性の高い液体や、ナチュラルオレンジジュース、いも焼酎などのような微量の芳香成分を含む食品にも適用することが可能となった。

図３は、本発明に係る液体用紙容器１に用いる本体積層体１０の基本的な層構成を模式的に示した断面説明図である。紙層１２の表面には、紙容器の外面となるポリエチレン樹脂層１３が設けられている。紙層１２の裏面には、紙容器の内面となるＰＥＴ樹脂層１５が設けられている。

ポリエチレン樹脂層１３としては、熱シール性に優れた低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂（ＬＬＤＰＥ）が一般的に使用される。

ＰＥＴ樹脂層１５としては、熱溶着性の良い無延伸ＰＥＴを使用する。非晶質ＰＥＴ（Ａ−ＰＥＴ）や、グリコール変性したＰＥＴ樹脂（ＰＥＴ−Ｇ）が使用できる。特にＰＥＴ−Ｇは、熱溶着性が良好であり、本発明の液体用紙容器には最も適している。一般的に包装材料として使用される２軸延伸ＰＥＴフィルムは熱シール性にとぼしいため、使用することはできない。

図４は、本発明に係る液体用紙容器１に用いる本体積層体１０の他の例における層構成を模式的に示した断面説明図である。この例では、紙層１２と内面側の熱可塑性樹脂層であるＰＥＴ樹脂層１５との間に、水蒸気や酸素の透過を抑制するガスバリア層１４が設けられている。
この例では紙層１２とガスバリア層１４をポリエチレン樹脂層１３によって接着している。ガスバリア層１４とＰＥＴ樹脂層１５とは、予め接着剤を用いたドライラミネート法によって一体化しておくことができる。なお図４では接着剤層は省略されている。

ガスバリア層１４が存在することにより、積層体全体のガスバリア性が向上すると共に、内容物の浸透も抑制され、内容物の選択幅が広がると共に、内容物の長期保存が可能となる。

ガスバリア層１４としては、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレンビニルアルコール共重合体フィルム、ガスバリア性ナイロンフィルム、ガスバリア性ＰＥＴフィルム等のガスバリア性フィルムや、ＰＥＴフィルム等にアルミニウム等の金属を蒸着した金属蒸着フィルムや、ＰＥＴフィルムに酸化アルミニウムや酸化珪素等の無機酸化物を蒸着させた無機酸化物蒸着フィルム、あるいは、ポリ塩化ビニリデン
コーティング、水溶性樹脂と無機層状化合物を含有する被膜や金属アルコキシドあるいはその加水分解物とイソシアネート化合物を反応させた被膜からなる樹脂層などのガスバリアコーティング層、あるいはアルミニウム箔等の金属箔などを用いることができる。

図５は、本発明に係る液体用紙容器１に用いる端面保護テープ２０の層構成の一例を模式的に示した断面説明図である。この例では、ガスバリア層２２の表裏面をＰＥＴ樹脂層２１で挟んだ層構成をとっている。本体積層体１０として、ガスバリア層１４を含むような構成の積層体を用いた場合には、端面保護テープ２０もガスバリア層２２を含む構成とするのが、好ましい。

ここに用いるＰＥＴ樹脂層２１としては、本体積層体１０の最内面のＰＥＴ樹脂層１５に用いるのと同様に、熱溶着性を有するＰＥＴ樹脂を用いる。端面保護テープ２０としては、ＰＥＴ樹脂単体フィルムでも良い。

図６は、本発明に係る液体用紙容器１を成形し、さらに内容物を充填する充填機の例を模式的に示した斜視図である。図７は、縦シール部における本体積層体端部のシール方法について模式的に示した斜視図である。また図８は、図６に示した充填機の工程フローを模式的に示した説明図である。

原反巻出部３１から所定の幅に幅裁ちした本体積層体１０を連続的に巻き出し、ＰＥＴ樹脂層１５の面が内側になるように丸めて、端面１６と端面１７を重ね合わせ、縦シール装置部３４において連続的にシールする。内側となる端面１６には、端面保護テープ溶着部３３において端面保護テープ巻出部３２から巻き出した端面保護テープ２０を予め溶着しておき、端面同士のシールと同時に端面保護テープの溶着も行う。

筒状となった本体積層体の中に、充填部において内容物を充填し、横シール装置部３６において、横シール部９を形成する。横シールは、内容物液中において行われるため、空気が混入しない状態で密封シールすることができる。このため、無菌充填が比較的容易に行われる。

次いで横シール部９を、その中心線で切断し、左右の端を折込んで、底面ないしは側面に溶着することにより、個々の包装体１８が完成する。

図９は、本体積層体１０の端部に端面保護テープ２０を溶着する方法を模式的に示した斜視説明図である。本体積層体１０の端部のＰＥＴ樹脂層１５の面に端面保護テープ２０を半分ほどはみ出した状態で熱溶着する。熱溶着は、超音波溶着装置３７を用いることにより連続的に行うことができる。

図１０、図１１は、本体積層体１０に端面保護テープ２０を溶着する超音波溶着装置や、縦シール部８を溶着する超音波溶着装置の構造を模式的に示した断面説明図である。超音波溶着装置は、超音波振動を与える超音波ホーン３９と冷却装置でもあるアンビル３８の間に被溶着物を挟み、超音波振動を与えることによって自己発熱させて溶着するものである。

超音波溶着装置は、加熱と停止（冷却）を電気的に瞬時に制御できるため、従来のホットエアーによる溶着ではうまく溶着できなかったＰＥＴ樹脂などのような溶着可能時間が短い素材を使用した場合でも確実に溶着することが出来る。

超音波溶着を連続的に行うためには、図１０の例のように、アンビル３８を回転体とし、超音波ホーン３９を固定とするか、あるいは図１１の例のように、アンビル３８と超音波ホーン３９の両方を回転体とすることが、円滑な溶着を行う上で必要である。以下実施例に基いて本発明に係る液体用紙容器ならびにその製造方法について具体的に説明する。

坪量２００ｇ／ｍ^２の紙パック原紙を用いて、本体積層体を作成した。外面の熱可塑性樹脂層として厚さ２０μｍの低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）を用いた。内面の熱可塑性樹脂層として厚さ４０μｍのＰＥＴ−Ｇを用いた。ＰＥＴ−Ｇは、予めガスバリア層として、厚さ１２μｍのＰＥＴフィルムに酸化ケイ素を蒸着した無機蒸着フィルム（凸版印刷社製ＧＬフィルム）と接着剤を用いてドライラミネートした貼合体を準備し、紙と貼合体のガスバリア層側とを、厚さ２０μｍのＬＤＰＥを用いた押し出しラミネート法によって、貼り合せた。

端面保護テープとして、本体積層体に用いたのと同様のガスバリア層を用い、両面に厚さ３０μｍのＰＥＴ−Ｇをドライラミネートした積層体を準備した。

図６に示したような充填機を用いて、水を充填した。縦シールおよび端面保護テープの事前溶着には、図１１に示したような構造の超音波溶着装置を使用した。

＜比較例＞
縦シールおよび端面保護テープの事前溶着に従来のホットエアーを用いた以外は、実施例に用いたのと同じ材料を用いて、包装体を作成した。

実施例、比較例ともそれぞれ３０個の包装体を作成し、液漏れの有無を確認したところ、実施例では液漏れの発生が認められなかったのに対して、比較例では全数に液漏れが認められた。

１・・・液体用紙容器
２・・・天面
３・・・正面
４・・・背面
５、６・・・側面
７・・・底面
８・・・縦シール部
９・・・横シール部
１０・・・本体積層体（原反）
１１、１３・・・ポリエチレン樹脂層
１２・・・紙層
１４、２２・・・ガスバリア層
１５・・・ＰＥＴ樹脂層
１６、１７・・・端面
１８・・・包装体
２０・・・端面保護テープ
２１、２３・・・ＰＥＴ樹脂層
３０・・・充填機
３１・・・原反巻出部
３２・・・端面保護テープ巻出部
３３・・・端面保護テープ溶着部
３４・・・縦シール装置部
３５・・・充填部
３６・・・横シール装置部
３７・・・超音波溶着装置
３８・・・アンビル
３９・・・超音波ホーン

Claims (4)

1. 紙層の内外面に熱可塑性樹脂層を有する積層体の左右端面が重ねられて熱シールされた縦シール部を有し、底面および天面が熱シールされて、成形されてなる直方体形状の紙容器であって、前記内面側の熱可塑性樹脂層がポリエチレンテレフタレート樹脂層であり、前記縦シール部の内面側に、表裏面にポリエチレンテレフタレート樹脂層を有する端面保護テープが溶着されて、前記積層体の端面が覆われて保護されていることを特徴とする液体用紙容器。
2. 前記積層体の紙層と内面側の熱可塑性樹脂層との間、および前記端面保護テープに、水蒸気および酸素の透過を抑制するガスバリア層が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の液体用紙容器。
3. 紙層の内外面に熱可塑性樹脂層を有する帯状の積層体を連続的に供給し、積層体の左右の端部を重ねて熱シールして縦シール部を形成して筒状に成形し、次いで底面および天面を成形してなる直方体形状の紙容器の製造方法において、前記縦シール部を形成するに先立って、縦シール部の容器内面側となる積層体端部に端面保護テープを連続的に溶着することを特徴とする請求項１または２に記載の液体用紙容器の製造方法。
4. 前記積層体端部に端面保護テープを連続的に溶着する方法、および前記縦シール部を熱シールする方法として、超音波ホーンとアンビルの組合わせからなる超音波溶着装置であって、少なくともアンビルが回転する超音波溶着装置を用いることを特徴とする請求項３に記載の液体用紙容器の製造方法。

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