制造纸成型体的方法及其装置制造方法

制造纸成型体的方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明的课题在于提供在利用冲头与凹模对一张以纸为主体的坯件进行拉深加工的纸成型体的加工中，不使纸成型体的立起形状部分产生能够识别的折皱的纸成型体的加工方法以及实施该方法的制造装置。本发明的制造纸成型体的方法的特征在于，在使用冲头(7)与凹模(3)对以纸为主体的片状坯件(9)进行拉深加工时，在所述坯件被加工部的外周缘部区域，将第一防皱部件(1)与凹模的间隙维持为恒定，并且在其内周区域，经由第二防皱部件(2)而施加压力，从而通过在两区域作用于坯件的作用综合，来抑制折皱的产生。
【专利说明】制造纸成型体的方法及其装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及折皱产生较少的纸成型体的制造方法以及实施该方法的制造装置。

【背景技术】
[0002] 以往以来，纸成型体通用于包装容器的领域，被成型为各种容器形态。有纸盘、纸 碟等由单构件构成的纸成型体、由主体部件与底部部件的双构件构成的纸杯等容器。
[0003] 对于对以纸为主体的坯件进行拉深加工的纸成型体而言，由于不具有金属那样的 延展性，所以在其加工中，缩径引起纸材聚集从而在周端部的立起形状部分产生折皱。在图 6中示出了由主体部件（4 )与底部部件（口）构成的双构件的纸杯的一般构造。作为纸 成型体的底部部件通过拉深加工而成型，并且如图所示以主体部件的下端部翻折，在该部 分夹持底部部件的侧壁的方式粘合一体化。此时，若该侧壁存在折叠的较深的折皱，则粘合 面会产生间隙而导致粘合状态不完整。若是供给内置液并马上消耗而被扔掉那样的纸杯的 话，则即使如此地粘合不完整也不会出现问题，但是经不住作为长期的容器来使用。为了保 证良好的粘合状态，作为抑制纸成型体的折皱的技术，以往提出了如下的手法。
[0004] 在专利文献1中，公开了一种纸杯用底的制造方法，其目的在于，制造仅具有在压 缩底部的边时不到折叠那种程度的褶皱的杯底，其特征在于，具有：向圆形厚纸原纸的外周 部施加合模力的工序；为了防止外周部移动而维持合模力，并将原纸的中央部压入具有比 原纸小的直径的圆形的开口部之中，由此拉伸原纸的工序；继前工序中拉伸原纸之后缓缓 地减弱合模力，使外周部进入开口部并且弯曲而在中央部形成实质上直角地延伸的边的工 序。
[0005] 另外，在专利文献2中提出了一种底纸的成型装置及成型方法，其目的在于，提供 嵌入纸杯的主体部并与其接合而漏水等较少的底纸，作为实现该目的的结构，在型模部形 成贯通孔（阴型），并且将被螺旋弹簧施力的环形的按压部件设置为能够将底纸的折弯部 按压于型模部的阶部面，因此，在折弯部被按压部件按压的状态下，压模部（阳型）对底纸 进行拉深加工。通过这样地构成，对于底板而言，由于折弯部的外侧被压住而缓缓地集中， 所以在折弯部形成宽度较小且呈折皱状并且容易被压扁的折叠部。其结果是，通过按压接 合，能够得到底板与主体部良好地紧贴而使水密性较高的纸杯。
[0006] 专利文献1 :日本特开2000 - 238150号公报的"纸杯底以及纸杯底的制造方法及 其装置"平成12年9月5日公开
[0007] 专利文献2 :日本特开2001 - 270013号公报的"纸杯底纸的成型装置以及成型方 法"平成13年10月2日公开
[0008] 对于以向圆形坯件的外周部施加按压力而进行拉深加工的现有的方法制造的纸 成型体而言，提出有如下方案，即，形成有成型有细小的折皱且容易被压扁的折叠部，或者 在拉深加工时穿过厚度比坯件的厚度窄的间隙从而破坏细小的折皱而使折皱不显眼等。然 而，在目前的加工方法中，无法到达完全消除折皱的程度。
[0009] 另外，对于在饮料食品的容器领域中比通常的保存时间长的所谓的长期使用的纸 容器而言，通常进行基于药剂的杀菌处理。若在底部部件的侧壁存在折皱的状态下进行与 主体部件的粘合加工，则在内置物侧且在底部部件侧壁与主体部件的接点附近会产生间 隙，从而存在药剂难以到达该部分而导致杀菌不充分、药剂残留的问题、内置物泄漏的担 忧。所以寻求提供解决上述问题的加工方法以及能够实施该方法的制造装置。


【发明内容】

[0010] 本发明的目的在于提供在利用冲头与凹模对一张以纸为主体的坯件进行拉深加 工的纸成型体的加工中，解决上述问题、即不使纸成型体的立起形状部分产生可识别的折 皱的纸成型体的加工方法以及实施该方法的制造装置。
[0011] 本发明的制造纸成型体的方法的特征在于，在使用冲头与凹模对以纸为主体的片 状坯件进行拉深加工时，在上述坯件被加工部的外周缘部区域，将第一防皱部件与凹模的 间隙维持为恒定，并且在其内周区域，经由第二防皱部件而施加压力，从而通过在两区域作 用于坯件的作用综合，来抑制折皱的产生。
[0012] 对于本发明的制造纸成型体的装置而言，在利用冲头与凹模对以纸为主体的片状 坯件进行拉深加工的装置中，在上述坯件被加工部的外周缘部区域配置第一防皱部件，在 其内周区域配置具备按压机构的第二防皱部件，并且具备在拉深加工中将第一防皱部件的 下表面与凹模上表面的间隙S保持为恒定的间隙的机构，在不存在片状坯件的状态下，第 二防皱部件的下表面相对于上述第一防皱部件的下表面凸出，其阶梯差量Z相对于坯件的 厚度T，形成如下关系：
[0013] S - T ^ Z < S
[0014] 另外，对于本发明的制造纸成型体的装置而言，除了上述结构之外，使上述第一防 皱部件的外周端部锐利以便兼作为切断坯件的刀具。
[0015] 并且，对于本发明的制造纸成型体的装置而言，与第一防皱部件的下端面相对地 在凹模上表面配置润滑油供给部件。
[0016] 对于本发明的制造纸成型体的方法而言，通过采用在坯件被加工部的外周缘部区 域将防皱部件与凹模的间隙维持为恒定的结构，从而对于最初与坯件的表面形成为非接触 的第一防皱部件的下端面而言，随着拉深加工的进行，坯件的外周缘部缩径，从而在坯件上 折皱增多表面弯曲、厚度增加，但此时坯件也会与第一防皱部件的下端面接触，由此有效地 防止折皱产生，特别是防止较大的折皱产生。即，虽然该坯件被加工部的外周缘部区域在加 工后的成型体中作为侧壁部处于直径压缩最多的部分，而容易产生折皱，但是在该第一防 皱部件防止加工初期所产生的折皱这点上具有较大的技术意义。而且，对于在与主体部件 的粘合、接点附近的间隙抑制方面较重要的纸成型体的立起形状部分，使处于于其内周区 域的第二防皱部件施加压力，从而防止加工中的折皱的产生。本发明通过综合上述两个防 皱部件的功能来抑制折皱的产生，因此在进行拉深加工时，即使在坯件中存在厚度、纤维方 向的差别，也能够通过施加压力的内周区域的防皱部件的作用，抑制在收缩凸缘变形时由 坯件外周缘部区域所产生的周向的压缩应力引起的压弯（折皱）的产生。另外，与向外周 缘部区域的整体施加压力的现有的方法相比，本发明具有如下效果，即，由于仅第二防皱部 件施加压力，所以有利于摩擦力的降低，其结果是，降低纸成型体所受到的加工负载而不易 产生断裂事故。
[0017] 因此，能够有效地防止由施力不足引起的折皱的产生、由施力过度引起的断裂事 故从而制造希望的纸成型体。
[0018] 本发明的制造纸成型体的装置采用如下结构，即，在坯件被加工部的外周缘部区 域具备片状坯件的按压机构，该片状坯件的按压机构配置有如上述那样在拉深加工中将其 下表面与凹模上表面的间隙S保持为恒定的间隙的第一防皱部件、以及在其内周区域配置 有在与凹模上表面之间向片状坯件施加压力的第二防皱部件，在不存在片状坯件的状态 下，第二防皱部件的下表面相对于上述第一防皱部件的下表面凸出，其阶梯差量Z相对于 坯件的厚度T，形成如下关系 ：
[0019] S - T ^ Z < S〇
[0020] 上式成为拉深加工时由第二防皱部件施加防皱力且该第二防皱部件不与凹模顶 面碰撞的条件。若在第二防皱部件与凹模顶面碰撞的设定下进行加工，则压薄、纸丝?纸屑 的产生风险会升高，并且由于在加工之后、空转时反复碰撞，所以使工具的耐久性变差，因 此，本发明赋予这种条件从而避免该问题。
[0021] 另外，对于本发明的制造纸成型体的装置而言，在拉深加工的最初时，仅第二防皱 部件通过压力而按压坯件被加工部的外周缘部区域，但是若随着拉深加工的进行，外周缘 部的直径变窄而聚集，则表面弯曲、其厚度增加，并在越过间隙S的时刻，施加基于第一防 皱部件的防皱效果、按压力。由于将第一防皱部件的下表面与凹模上表面的间隙S保持为 恒定的间隙，所以该第一防皱部件防止加工初期所产生的折皱。而且，若进一步进行加工， 则坯件材料从第一防皱部件的区域脱离，从而在加工后半期，仅基于第二防皱部件的按压 力发挥作用。本发明的制造纸成型体的装置通过起到上述那样的作用，能够有效地实施不 使纸成型体的立起形状部分产生可识别的折皱的纸成型体的加工。
[0022] 另外，对于本发明的制造纸成型体的装置而言，除了上述结构之外，还使上述第一 防皱部件的外周端部锐利，因此，使其兼作切断坯件的刀具，从而实现装置的小型化。
[0023] 并且，对于本发明的制造纸成型体的装置而言，通过与第一防皱部件的下端面相 对地在凹模上表面配置润滑油供给部件，从而在坯件的下表面涂覆适量的润滑油，因此，能 够减少凹模与坯件表面间的摩擦力而顺畅地进行拉深加工。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 图1是表示本发明装置的实施方式的图。
[0025] 图2是对本发明的加工工序进行说明的图。
[0026] 图3是从CD方向解析本发明的加工品的说明图。
[0027] 图4是从⑶方向解析现有产品⑴的说明图。
[0028] 图5是从⑶方向解析现有产品⑵的说明图。
[0029] 图6是对双构件纸杯的构造进行说明的图。
[0030] 附图标记的说明
[0031] 1…第一防皱部件；la…第一防皱部件的下端面；lb…第一防皱部件的阶部；2… 第二防皱部件；2a…第二防皱部件的下端面；2b…第二防皱部件的阶部；3…凹模；3a…凹 模上表面；4…加压机构；4S···弹簧；5…接受部件；6…刀具；7…冲头；8…推出部件；9…片 状纸材；9a···?件；10···润滑油供给毛毡；50···现有装置的恒间隙保持部件。

【具体实施方式】
[0032] 图1是以剖视图表示本发明的制造纸成型体的装置的加工部的构造的图，其中， 中央部左侧表示加工前的状态，右侧表示加工中的状态。左右下排所示的图分别是主要部 分的放大图，左侧上排的图是表示恒间隙式现有装置的局部构造的图。1是第一防皱部件， 2是第二防皱部件。第二防皱部件2配置于第一防皱部件1的内侧，两部件的下端面与凹模 3的上表面3a相对。而且，以向该第二防皱部件施加恒定的抑制力的方式配置有加压机构 4。在此处所示的方式例中，该加压机构4形成为弹簧4s，配置于与第一防皱部件1形成为 一体的接受部件5、和该第二防皱部件2之间。此外，在本结构中，使用弹簧作为加压机构， 但是也可以与加压能力、装置尺寸对应地，使用气压缸、液压缸以及橡胶等弹性体。
[0033] 载置于凹模3的上表面外侧的6是与第一防皱部件1配合地将片状纸材截取为坯 件的环形的刀具。为了完美地切断纸材而使第一防皱部件1的外周端部形成为锐利的形 状。7是拉深成型用冲头，嵌合于其下方内侧的部件8是将成型后的加工品从凹模3取下的 推出部件。在第一防皱部件1和第二防皱部件2的下端面la、2a、与纸材9处于非接触状态 的加工前的状态下，如图的中央部左侧所示，构成为通过配置于与第一防皱部件1形成为 一体构造的接受部件5、和第二防皱部件2之间的弹簧4s的作用，以规定的力向下方按压 第二防皱部件2,而使第一防皱部件1的阶部lb与第二防皱部件2的阶部2b成为卡合的 状态，并且从左下排所示的放大图可知，第二防皱部件2的下端面2a位于以阶梯差Z的距 离比第一防皱部件1的下端面la更靠下方的位置。另外，在为了从片状纸材9上截取作为 被加工部件的坯件9a而使第一防皱部件1向下方位移的状态下，从右下排所示的放大图可 知，第一防皱部件1的下端面la相对于凹模3的上表面保持恒定的间隔S。通过使第一防 皱部件1与第二防皱部件2采用以上的结构，能够不改变图的左侧上排所示的恒间隙式现 有装置中的恒间隙保持部件50的外形形状地进行设计，从而能够不大幅度地改造现有的 装置地得到希望的纸成型体。
[0034] 在图中，10是润滑油供给毛毡，其上表面与凹模3的上表面3a以相同的高度连续， 在环形的刀具6的内侧同样环形地配置。此外，在本结构中，使用毛毡作为润滑油供给部 件，但是例如也能够使用多孔质体（金属、陶瓷、塑料等）、环形油槽等。
[0035] 另外，希望将润滑油供给部件的宽度设定为比第一防皱部件1的宽度小。这是因 为存在如下担忧，即，在润滑油供给部件的宽度比第一防皱部件1的宽度大的情况下，在毛 毡之类的软性的部件中，由第二防皱部件2产生的压力损耗，而无法发挥防皱效果，而且润 滑油供给部件本身可能会受到损伤。
[0036] 参照图2对本发明的动作进行说明。（1)所示的状态是初始状态，是在刀具6的上 表面供给并载置有片状纸材9的状态。第一防皱部件1、第二防皱部件2以及拉深加工用 冲头7与推出部件8设置于比片状纸材9靠上方位置。（2)所示的状态是将片状纸材9截 取为作为被加工部件的坯件9a的状态。该状态是第一防皱部件1与第二防皱部件2形成 为一体而进行下降位移、并且刀具6与第一防皱部件1配合地将片状纸材9截取为圆形的 坯件9a的状态。此时构成为，第一防皱部件1的下端面la如上述那样相对于凹模3的上 表面保持恒定的间隔S(参照图1)，并且第二防皱部件2的下端面2a位于以阶梯差Z的距 离比第一防皱部件1的下端面la更靠下方的位置，由于将片状纸材9的厚度设为T而设定 为S彡T+Z的关系（参照图1)，所以第一防皱部件1的下端面la与坯件9a的表面形成为 非接触，第二防皱部件2的下端面2a向坯件9a的表面赋予由弹簧4s施加的按压力。以该 第二防皱部件2的按压力作用于圆形的坯件9a的周缘部的状态过渡至（3)所示的拉深加 工初始阶段。此时，拉深加工用冲头7与推出部件8形成为一体而进行下降位移，从而边将 坯件9a的中央部分压入凹模3的内周面边开始进行拉深加工。由于最初第一防皱部件1 的下端面la与坯件9a的表面形成为非接触，所以不会对坯件9a产生任何作用，但是随着 拉深加工的进行，坯件9a的外周缘部还会由于缩径引起折皱增多表面弯曲、厚度增加而与 第一防皱部件1的下端面la接触。该接触有效地防止折皱产生，特别是防止较大的折皱产 生。
[0037] 另外，此时，润滑油供给毛毡10与坯件9a的外周缘部的下表面接触，并对该区域 涂覆润滑油。随着拉深加工的进行，坯件9a的外周缘部一边缩径一边从第一防皱部件1的 下端面la区域向第二防皱部件2的下端面2a的区域移动，并且润滑油遍及凹模3与坯件 9a接触的整个区域，降低接触摩擦。
[0038] (4)所示的状态是拉深加工中期阶段。冲头7与推出部件8形成为一体而进一步 向凹模3内进行下降位移而在两者之间加工底部件的侧壁部。此时，以由弹簧4s施加的恒 定的按压力经由第二防皱部件2的下端面2a而作用于凹模3的上表面部的状态，对坯件9a 的外周缘部进行拉深加工。由该弹簧4s产生的作用力不受坯件9a的厚度影响而形成为恒 定的作用力这点是本发明的一大特征。在防皱部件与凹模上表面之间的间隙恒定的现有装 置中，由于坯件9a的材料本身的厚度不均、加工中的厚度变动而导致作用于坯件9a的外周 缘部的按压力变动，从而产生断裂事故、按压力不足之类的问题。在本发明中，由于例如形 成为即使坯件9a的厚度变动也利用加压机构4、在本实施方式中利用弹簧4s来施加恒定的 按压力的机构，所以能够通过第二防皱部件2位移来吸收厚度的变动。（5)所示的状态为 拉深加工的最终阶段。坯件9a的外周缘部脱离第二防皱部件2的下端面2a，并缩进于凹 模3的内周面而形成于底部侧壁，从而结束拉深加工。（6)所示的状态表示将拉深加工后 的纸成型体（本实施方式中为底部件）从凹模拔出的方式。嵌合在冲头7内的状态下的推 出部件8此时从冲头7脱离并独自进行下降位移，从而拔出形成于凹模3的内侧的纸成型 体。本发明所得到的纸成型体在拉深加工后，插入筒状的主体部件内，并能够通过将纸成型 体壁部与主体部件侧壁接合而制造纸容器，但未对此进行图示。
[0039] 实施例
[0040] 比较基于现有的制造方法的已流通的纸成型体"现有产品（1)"、通过日本特开 2001 - 270013号公报所记载的方法而成型的纸成型体"现有产品（2) "、以及基于本发明的 制造方法的纸成型体。
[0041] 作为坯件使用在基重为200g/m2的原纸双面层压聚乙烯而得到的原材料，并且成 型时使用石蜡油系润滑剂。该润滑剂通常在纸杯成型中使用。另外，作为用于在向坯件9a 的外周缘部施加恒定的按压力的状态下能够相对于凹模1的顶面位移的机构，采用弹簧机 构。另外，下面示出了共用条件。
[0042] (共用条件）
[0043] 坯件直径：(p65mm
[0044] 述件厚度：T = 0· 37mm
[0045] 凹模孔径：cp47.1mm
[0046] 凹模肩半径：1. 5mm
[0047] 冲头外径：(p46.0mm
[0048] 冲压速度：约 36〇mm/sec
[0049] 接下来在表1中示出了本发明、现有产品（1)、以及现有产品（2)的实施条件。此 处，所谓防皱压力是指在加工初始阶段第二防皱部件作用于坯件的压力。
[0050] 表 1
[0051] ..................................................................................................... - -k明 「有产品历______|现有产品（2) ΙΓΤΓ-T 第一防皱部件 有 无 .L 防皱万式 ............................................i...............................................-体 第一雜部件尺寸 __：-- 第二防皱部竹尺寸 -SJ|--f56_^56mm--- __I - 内径__0 48mm <p48mm 048mm 凹模上表面与第一防部件的间隙S - 0. 38mm - I.OOmm W'雜差量Z O. 05mm__-__-_ 防鮍压力 3. 3MPa 3. 3MPa -
[0052] 在对坯件材料进行拉深加工的情况下，因纸纤维的方向而导致机械性能不同。由 于在造纸机中边使纸浆沿恒定方向流动边制造纸，所以纤维容易在行进方向上汇聚而能够 形成"纸的流向"。在本发明中，沿纸的流向、即沿纤维的汇聚方向供给片状纸材9,而将该 方向称为MD方向，并将与其正交的方向称为CD方向。作为纸的特性，在MD方向上难以伸 展且比较结实，而在CD方向上容易伸展，但却容易产生破裂、折皱。
[0053] 图3的A是从CD方向拍摄本发明的纸成型体的照片。如上述那样，考虑纸的特性， 仅拍摄容易产生折皱的CD方向上的照片。在该照片中，无法用肉眼观察到折皱的产生而光 滑地完成。于是，以更详细地进行评价为目的，实施了基于扫描式电子显微镜的观察。观察 倍率为50倍。
[0054] 如图3的B所示，在C、D、E中示出了距离底面2mm的位置的侧壁剖面（CD_2)、5mm 的位置的侧壁剖面（CD_5)、以及距离上端1mm的位置的侧壁剖面（CD_ml)的显微镜照片。 它们都是从上端侧观察剖面的照片。在CD_2、CD_5中未发现折皱的产生，而且在CD_ml中 也未产生翻折，仅能够确认到微小的凹陷。
[0055] 图4的A是从⑶方向拍摄现有产品（1)的照片。能够用肉眼观察到折皱的产生。 并且在同样地进行观察时，在CD_5中产生细小的凹陷，在CD_ml的位置上，与本发明的纸成 型体的相同的位置相比，发展成较大的折皱。
[0056] 图5的A是从⑶方向拍摄现有产品（2)的照片。能够用肉眼观察到明显且较大 的折皱。在除了将图3中的CD_ml形成为距离底面8mm的位置（CD_8)的侧壁剖面以外同 样地进行观察时，在全部剖面均产生明显且较大的折皱。
[0057] 根据上述结果，本发明的纸成型体与现有产品相比，不仅能够完美地完成，还能够 使折皱的产生显著减少，在与主体部件之类的其他部件粘合时，能够稳定地粘合而不会在 粘合层产生空洞部等，从而能够提供经受住长期使用的理想的纸容器。
[0058] 产业上的利用可行性
[0059] 在本说明书中，以纸杯等纸容器的底部成型为例进行了说明，但是本发明并不限 定于双构件的纸容器的底部，还能够适用于纸碟、纸盘、单构件的纸容器等侧壁的高度不十 分高的容器。作为收纳于本发明的纸成型体或者纸容器的内置物，有牛奶、伴侣用奶、咖啡 等饮料；以及果酱、酸奶、奶酪、黄油、冰激凌、零食等食品。
【权利要求】
1. 一种制造纸成型体的方法，其特征在于， 在使用冲头与凹模对以纸为主体的片状坯件进行拉深加工时，在所述坯件被加工部的 外周缘部区域，将第一防皱部件与凹模的间隙维持为恒定，并且在其内周区域，经由第二防 皱部件而施加压力，从而通过在两区域作用于坯件的作用综合，来抑制折皱的产生。
2. -种制造纸成型体的装置，其是在利用冲头与凹模对以纸为主体的片状坯件进行拉 深加工的装置，其特征在于， 在所述坯件被加工部的外周缘部区域配置第一防皱部件，在其内周区域配置具备按压 机构的第二防皱部件，并且具备在拉深加工中将第一防皱部件的下表面与凹模上表面的间 隙S保持为恒定的间隙的机构，在不存在片状坯件的状态下，第二防皱部件的下表面相对 于所述第一防皱部件的下表面凸出，其阶梯差量Z相对于坯件的厚度T，形成如下关系： S - T ^ Z < So
3. 根据权利要求2所述的制造纸成型体的装置，其特征在于， 使所述第一防皱部件的外周端部锐利以便兼作为切断坯件的刀具。
4. 根据权利要求2所述的制造纸成型体的装置，其特征在于， 与第一防皱部件的下端面相对地配置凹模上表面润滑油供给部件。
5. 根据权利要求3所述的制造纸成型体的装置，其特征在于， 与第一防皱部件的下端面相对地配置凹模上表面润滑油供给部件。
【文档编号】B31B49/00GK104125881SQ201380007327
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年1月10日 优先权日:2012年1月30日
【发明者】高尾健一, 国广一郎, 小川真弘, 冈部诚司 申请人:东洋制罐集团控股株式会社, 东罐兴业株式会社