JP2023548306A - セルロース系膨張性複合材を用いた保護材 - Google Patents
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Abstract
【要約】本発明は、第1及び第2壁を含む保護材に関する。壁のそれぞれは、その間に膨張スペースを囲む重ね合わせられた層、および膨張スペースに配置された膨張性複合材を含む。膨張性複合材は、生分解性マトリックスと複数のセルロース系膨張性ミクロスフェアを含む。膨張性ミクロスフェアは、膨張性ミクロスフェアの活性化により生分解性マトリックスが膨張するように構成される。本発明はさらに、第1層、第2層、および第1層と第2層との間に堆積された膨張性複合材を含む膨張性ウェブに関する。本発明はさらに、膨張性保護材を製造するための方法に関する。
Description
本開示は、概して、一度膨張すると、クッション性、断熱性、遮音性、またはそれらの組み合わせをもたらすセルロース系膨張性複合材に関するものである。さらに、本開示は、セルロース系膨張性複合材を製造するためのプロセスおよび装置、ならびにセルロース系膨張性複合材を使用する方法に関するものである。
従来の低密度な保護パッケージング材は、通常かさばる低密度な構成で製造されている。これらのかさばる低密度の構成は、例えば、予め形成され膨張した流体室(例えば、気泡シート(bubble wrap))、予め膨張した発泡体、詰め物の挿入等を含むことができる。これらのかさばる低密度の構成は、出荷時に包装のサポートを行うものである。しかし、これらを包装に使用する前に、包装および出荷場所に出荷する必要がある。
従来の保護パッケージング材は、かさばり、低密度の構成で既に製造されているため、そのような構成で輸送する必要がある。これにより、包装に使用される前からパッケージング材料の総体積が増し、包装および出荷場所へのパッケージング材料の輸送コストが増加し、それらの場所で使用時まで保管できる製品の量が減少してしまう。
少なくともこのような理由から、低容量、高密度の構成でパッケージング材を製造し、その後、後に拡張することができるシステムおよび方法が必要とされている。
本開示の様々な実施形態によれば、保護材が提供される。保護材は、第1および第2壁を含む。壁のそれぞれは、その間に膨張スペースを囲む重ね合わせられた層(ply)と、膨張スペースに配置された膨張性複合材とを含む。層は生分解性材料を含むことができ、保護材は全体として、少なくとも75重量%の生分解性材料で作られることができる。膨張性複合材は、生分解性マトリックスと、セルロース系膨張性ミクロスフェアの活性化により生分解性マトリックスが膨張するように構成された複数のセルロース系膨張性ミクロスフェアと、を含む。いくつかの実施形態では、ミクロスフェアは、生分解性マトリックスに内包されている。第1および第2壁は、出荷される製品をそこに収納するように構成され、かつ寸法を定められたコンテナキャビティをその間に規定するように互いに重ね合わされ、壁の膨張スペースは、コンテナキャビティについて互いに重ね合わされる。第1および第2壁は、コンテナキャビティの複数の側面で互いに連結されている。一対の膨張スペースに設けられた膨張性複合材は、コンテナキャビティに収容された製品にクッション性を付与するために十分な量が配置され、提供される。
様々な実施形態によれば、壁は、コンテナキャビティの開口側で互いに密封されないようにすることができ、この開口側は、そこを通ってコンテナキャビティに製品を挿入できるように寸法が決められている。保護材は、製品をキャビティ内に保持するために開口側を密封するために第1壁を第2壁に密封するように構成された、第1壁上のクロージャを更に含むことができる。
様々な実施形態によれば、保護材は、互いに分離されるように構成された複数の連結された保護パッケージングユニットを規定するウェブを横方向に横切る位置で互いに連結された第1及び第2壁を含むウェブを更に含み、パッケージングユニットの各々は、少なくとも一つのコンテナキャビティについて互いに重なり合った一対の膨張スペースを含む。
様々な実施形態によれば、生分解性マトリックスは、生分解性ポリマー、生分解性接着剤、またはそれらの組合せを含むことができる。生分解性ポリマーは、天然デンプン、合成デンプン、セルロース、バイオポリエステル、タンパク質、多糖類、またはそれらの組合せを含むことができる。生分解性ポリマーは、任意に、セルロースである。
様々な実施形態によれば、生分解性接着剤は、デンプン系接着剤、セルロース系接着剤、バイオポリエステル系接着剤、タンパク質系接着剤、多糖類系接着剤、またはそれらの組合せを含む。生分解性接着剤は、任意に、セルロース系接着剤またはデンプン系接着剤である。
様々な実施形態によれば、セルロース系膨張性ミクロスフェアは、発泡剤を含むことができる。他の実施形態では、ミクロスフェアは、反応性成分、化学触媒、またはそれらの組合せを含むことができる。セルロース系膨張性ミクロスフェアは、空気、二酸化炭素、窒素、メタン、エタン、プロパン、イソブタン、n-ブタン、ネオペンタン、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガス、またはそれらの組み合わせを含む発泡剤を含むことができる。セルロース系膨張性ミクロスフェアは、外殻及び内核材を含むことができ、外殻はセルロースを含む。セルロース系膨張性ミクロスフェアは、炭化水素、水、またはそれらの組合せを含むことができる。セルロース系膨張性ミクロスフェアは、熱的に活性化されるように構成される。活性化は、セルロース系膨張性ミクロスフェアを膨張させ、それによって生分解性マトリックスを膨張させることができる。生分解性マトリックスは、膨張後に固化するように構成することができる。
様々な実施形態によれば、保護材が提供される。保護材は、第1壁を含む。第1壁は、膨張領域を規定する第1層と、膨張領域内の膨張性複合材とを含む。膨張性複合材は、生分解性マトリックスと、セルロース系膨張性ミクロスフェアの活性化により生分解性マトリックスを膨張させるように構成された複数のセルロース系膨張性ミクロスフェアを含む。
様々な実施形態によれば、第1壁は、第1層に重ね合わされ、第1層に連結された第2層を含むことができ、第1層および第2層は、膨張領域を囲む第1膨張スペースをその間に規定するようにする。膨張性複合材の追加分は、第1膨張スペースに収納することができる。保護材は、第2壁をさらに含むことができる。第2壁は、互いに重ね合わされ、連結されて、その間に第2膨張スペースを規定する対向する基材層と、第2膨張スペースに含まれる追加分の膨張性複合材とを含む。第1および第2壁は、互いに重ね合わされて、出荷される製品をそこに収容するように構成され、かつ寸法を定められたコンテナキャビティをその間に規定し、壁の膨張スペースは、コンテナキャビティについて互いに重ね合わされる。第1および第2壁は、コンテナキャビティの複数の側面で互いに連結されている。
様々な実施形態によれば、膨張性ウェブが提供される。膨張性ウェブは、第1層、第2層、及び膨張領域における膨張性複合材を含む。膨張性複合材は、生分解性マトリックス、及びセルロース系膨張性ミクロスフェアの活性化により生分解性マトリックスが膨張するように構成された複数のセルロース系膨張性ミクロスフェアを含む。第1層および第2層のそれぞれは、少なくとも75重量%の生分解性材料で作ることができる。
様々な実施形態によれば、膨張性保護材を製造する方法が提供される。本方法は、第1層の表面上に膨張性複合材を塗布する工程を含む。膨張性複合材は、生分解性マトリックスと、セルロース系膨張性ミクロスフィアの活性化により生分解性マトリックスが膨張するように構成された複数のセルロース系膨張性ミクロスフェアを含む。本方法は、膨張性複合材が第1層と層との間に挟まれるように、第1層の上に第2層を施す工程をさらに含む。
本開示の前記および他の特徴は、添付の図面と合わせて解釈される、以下の説明および添付の請求項からより完全に明らかになるであろう。これらの図面は、本開示にしたがったいくつかの例を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものとみなされないことを理解した上で、本開示は、付属の図面を用いることにより、さらに具体的かつ詳細に説明され、その中で、以下のことが述べられる。
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を構成する添付の図面を参照するものとする。図面において、文脈がそうでないことを示さない限り、同様の記号は、概して、同様の構成要素を特定する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載された例示的な実施例は、制限することを意図していない。本明細書に提示された主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施例を利用することができ、他の変更を加えることができる。本明細書で概して説明され、図に示されるような本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置、置換、結合、分離、および設計されることができ、そのすべてが本明細書で暗に意図されていることが容易に理解されるであろう。
図1は、供給構造150において、連結された分離できる保護パッケージングユニット110の一連のものとして、保護材のウェブ100の実施形態を示す。保護材は、詰め物および/又は断熱材を設けるように選択することができる。例えば、一実施形態では、保護材は、構造体が詰め物材料によって機械的な力により耐えられるように、その構造体に構造的な安定性をもたらすために、構造体内に挿入される詰め物材料として設けられる。別の実施形態では、保護材は、構造物内に挿入される遮断材として設けられ、その構造物に熱および/または音の遮断の少なくとも一方を提供し、その遮断材が構造物を通る熱および/または音の伝搬を最低限に抑えることができる。
保護材は、複数の保護パッケージングユニットに分けることができる。各保護パッケージングユニットは、上述のように、詰め物および/又は断熱材を提供するために、詰め物の材料の単数ユニットとして提供することができる。例えば、一実施形態では、保護パッケージングユニットは、構造物内に挿入され、その構造物に構造的安定性を提供する、詰め物である。この実施形態では、詰め物は、構造物に構造的安定性をもたらす詰め物の壁である。別の実施形態では、保護パッケージングユニットは、その中に対象物(出荷用の製品など)を受け入れるために設けられたコンテナキャビティを規定する保護パッケージング壁を有するパッケージングコンテナである。パッケージングコンテナは、輸送中などに対象物を収納するために提供されるバッグ、メーラー、箱、または他のパッケージングコンテナであってもよい。他の実施形態では、パッケージングコンテナは、食品を受けるために設けられた食品コンテナキャビティを規定する断熱用の壁を有する食品コンテナであり、食品コンテナの外面の温度を過度に上昇させることなく食品コンテナキャビティに熱い食品又は飲料を入れることができ、熱いコンテナによる火傷のリスクを最低限にすることができるようにするものである。
保護材は、ウェブとして提供することができる。ウェブは、その表面領域に対して厚みが薄い大きな表面積を有する材料で、全体的に平坦な構成である。
例えば、図1に示す実施形態で示されるパッケージングユニット110は、パッケージングコンテナのウェブである。パッケージングユニット110は、保護パッケージングの壁部118、120で作られている。壁部118、120は、各壁部118、120の縦方向の側部124および横方向の側部128が一緒に密封されて内部にコンテナキャビティ198を規定するように、折り重なったウェブの広い壁の二つの部分である。側部124、128は、以下にさらに述べるように、それらの側部124、128に対応する壁118、120の内表面の少なくとも1つに適用されるシール材で一緒に密封される。壁118、120、側部124、128、端部126、および端部130は、その間にコンテナキャビティ198を規定する。特に、壁118、120は、コンテナキャビティ198の上部および下部の境界を規定し、一方、側部124、128、端部126、および端部130は、コンテナキャビティ198の外周を規定する。コンテナキャビティ198は、コンテナキャビティ198が開口197を通して挿入された対象物を受け取ることができるように、開口197と通じている。
壁118は、壁118、120、壁118の端部130、および縦方向の側部124、126の間に開口197が規定されるように端部130に沿って切断される。開口197は、コンテナキャビティ198と通じており、パッケージングユニット110内に対象物を挿入することができるように設けられている。このように、対象物は、トップローディング構造でパッケージングユニット110内に縦方向に挿入することができる。トップローディング構造とは、隣接するパッケージングユニットに面する開口に対象物を挿入することができる構造である。他の実施形態では、開口は、開口が隣接するパッケージングユニットから離れる方向を向いているサイドローディング構造で、対象物がパッケージングユニット内に横方向に挿入されるように、横方向の側部に隣接しかつ平行にパッケージングユニットの一部に沿って切断されている。さらに他の実施形態では、開口は、パッケージングユニットの端部または横方向の側部から距離を置いて壁に沿って切断される。この実施形態では、別の壁は、開口を越えて、後に開口が切り込まれた壁の上に閉じ、対象物を収容するフラップとして機能することを可能にする距離を延びている(例えば、図13に示すように、フラップ630など)。さらに、他の実施形態では、開口は、ミシン目のライン、スコアリングライン、または他の適切な構造である。
パッケージングユニット110は、弱い領域116に沿って隣接するパッケージングユニット110に固定される。弱い領域116は、ミシン目またはスリットのライン、スコアリングライン、または各パッケージングユニット110がウェブ100に沿って隣接するパッケージングユニット110から分離させられるようにする別の適切な構造である。
パッケージングユニット110は、横方向の側部124、126から端部130に沿って切断され、弱い領域116の各側面に沿って横方向のスリット122を形成する。そのような横方向のスリット122は、開口197の開口を容易にし、パッケージングユニット110の互いの分離をより容易にする。他の実施形態では、パッケージングユニットは横方向のスリットを有さず、その代わりに、パッケージングユニットの端部全体に沿って弱い領域を有する。
ウェブは、ウェブが後で供給構造から簡便に引き出せるように、供給構造を形成するように操作されることができる。例えば、一実施形態では、供給構造はロール構成の形態であり、ここでウェブはロール状に巻かれ、ウェブは後でロールから引き出すことができる。別の実施形態では、供給構造は、図1に示された供給構造150のようなファンフォールド構造の形態であり、ウェブがアコーディオンスタイルで折り畳まれて、ウェブのスタックを形成し、後にスタックから引き出される。
保護材は、膨張性複合材を収納するための膨張スペースを規定する壁を含むことができる。一実施形態では、膨張性複合材は、膨張性複合材が特定の条件(例えば、熱又は圧力)により膨張するように、活性化されることができるように、膨張可能であるように設けられる。この実施形態では、保護材は、膨張性複合材が活性化された後に膨張することができる膨張可能な形態を有する膨張性保護材である。別の実施形態では、膨張性複合材は、膨張性複合材が膨張性複合材からすでに活性化され、かつ壁内で膨張するように、膨張される。この実施形態では、保護材は、膨張性複合材が既に活性化された後に膨張した形態を有する膨張保護材である。この実施形態では、膨張した壁は、パッケージングコンテナの一部として、または詰め物のための詰め物の壁の一部として使用される。さらに他の実施形態では、保護材は、保護材が膨張可能でないような膨張性複合材を有さない。
例えば、図1に示す実施形態の保護材10は、まだ膨張していない膨張性複合材を有する膨張性保護材である。この実施形態では、壁118、120は、壁118、120が膨張した壁を形成するように後で膨張させることができる膨張性複合材を含むことができる。パッケージングユニット110がコンテナである場合、そのような膨張した壁は、コンテナの詰め物付き壁として機能し、コンテナ内に収納された対象物を衝撃から保護することを補助することができる。他の実施形態では、壁118、120のうちの1つだけが膨張可能であり、膨張性複合材が後に膨張されるとき、壁118、120のうちの1つだけが膨張されるようにすることができる。膨張性複合材については、以下でさらに詳細に説明する。
一実施形態では、供給構造は高密度の形態であってもよく、ここで、保護材のウェブの壁内の膨張性複合材は膨張可能であるが、膨張した形態では提供されず、したがって、供給構造内のウェブを高密度の形態にすることが可能である。この実施形態では、保護材の膨張性のウェブは、膨張可能で、連結され、分離可能な保護材ユニットのウェブである。この態様では、ユーザは、高密度の形態で受け取ったら、後で供給構造のウェブを膨張させることができる。別の実施形態では、供給構造は低密度構成であり、保護材のウェブの壁内の膨張性複合材が膨張され、その結果、供給構造内のウェブの密度が低い形態となる。この実施形態では、保護材の膨張したウェブは、膨張し、連結し、分離可能な保護材ユニットのウェブである。この態様では、ユーザは、供給構造のウェブを後で膨張させることなく、低密度の形態で受け取ることができる。
例えば、図1に示す実施形態で示される供給構造150は、保護材が膨張可能であるがまだ膨張していない高密度のファンフォールド構成である。パッケージングユニット110は、パッケージングユニット110が膨張可能な供給構造150において互いの上に積み重ねられるように、弱い領域116に沿って折り畳まれる。
図2および図3に示す実施形態を参照すると、システム200は、ストック材料を保護材のウェブに加工するように構成されており、この実施形態では、一連の連結した分離可能な保護材ユニット110の供給構造150として提供される。システム200は、基材供給部から基材を引き抜き、この実施形態では、ウェブとして提供されるそれぞれの基材106、108の基材ロール102、104である。各基材106、108は、下流方向210にウェブとしてその供給から引き出される。他の実施形態では、他の供給構造を使用することができ、別々のウェブをより少ないウェブに組み合わせ、互いに折り返して以下に説明する層を提供することができる。他の実施形態では、代わりに、追加のウェブを使用して、以下に説明する層を提供する。
本実施形態における基材は、紙製である。これらの紙製の基材は、空気または水に対して透過性であり、膨張性複合材が膨張する際に膨張性複合材から排出される蒸気を紙製の基材を通して排出することができるようにする。他の実施形態では、基材は、膨張性複合材からの蒸気を排出するために、基材の少なくとも1つの表面に沿って規定された通気孔を有する。紙基材は、段ボール、クラフト紙、繊維板、パルプ系紙、リサイクル可能な材料(例えば、リサイクル可能な紙又はプラスチック)、紙、新聞紙であってもよい。他の実施形態では、紙基材は、紙基材が空気または水に対して不透過性であるが、紙基材がヒートシール可能であることを可能にするように、基材に沿ったコーティングを含む。例えば、コーティングは、ワックス、プラスチック、耐水性材料、および/または耐汚染性材料であってもよい。そのような実施形態では、紙基材は、20~90ミクロン、好ましくは約30ミクロンの間の厚さを有することができる。さらに、紙基材は、20~90lbs/ream(または20~90lbs/基材500枚あたり)であってもよい。他の実施形態では、基材は、ポリマー(例えば、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、または他の適切なポリマー)、ホイル、ポリまたは合成材料、および/または適切な厚さ、重量、および寸法の他の適切な材料で作られることができる。基板はまた、生分解性材料(例えば、紙、天然デンプン、合成デンプン、セルロース、バイオポリエステル、タンパク質、多糖類、または他の適切な生分解性材料)で作ることができる。本明細書で使用する場合、「生分解性」という用語は、物質が光、空気、水、またはそれらの任意の組み合わせにさらされること、または細菌、真菌、藻類などの天然由来の微生物の作用によって分解されることを意味する。いくつかの実施形態では、紙基材は、主に生分解性材料で作られている。例えば、そのような実施形態では、紙基材は、少なくとも75重量%、85重量%、または95重量%、または実質的に完全に生分解性材料で作られている。いくつかの実施形態では、基材をパッケージングユニットに変換するために使用されるストック材料は、主に生分解性材料から作られている。さらに別の実施形態では、保護材は、全体として、主として生分解性材料で作られている。例えば、そのような実施形態では、保護材は、少なくとも75重量%、85重量%、又は95重量%、又は実質的に全体が生分解性材料で作られている。好ましくは、保護材は、リサイクル可能で
ある。例えば、そのような実施形態では、保護材は、保護材の少なくとも80重量%、8
5重量%、90重量%、95重量%、又は実質的に全体をリサイクル可能である。
ある。例えば、そのような実施形態では、保護材は、保護材の少なくとも80重量%、8
5重量%、90重量%、95重量%、又は実質的に全体をリサイクル可能である。
システム200は、基材106、108のウェブを層140として提供するために、基材106、108のウェブを処理する。膨張性複合材アプリケータ212は、基材140が下流に引っ張られるにつれて、膨張性複合材220を基材140に適用する。膨張性複合材220は、例えば、熱、圧力又は化学反応、又は他の適切な手段などの特定の膨張条件の適用により膨張するように構成されることができる。
膨張性複合材220は、概して、規則的な形状(例えば、円、楕円、正方形、長方形、三角形、多角形、線など)、不規則な形状(例えば、ランダムまたは確率論的な形状)、または基板に沿った膨張性複合材の提供に際しその他の所望のものを含むことができるパターンで適用される。例えば、膨張性複合材220は、膨張性複合材が後の工程で圧力が加えられると連続層を形成することを可能にするパターンを適用することができる。一実施形態では、膨張性複合材は、層に沿った膨張領域の大部分または全部を覆って適用され、後に、基材間の膨張スペース(図6に示すように、膨張スペース117など)を規定するようにする。例えば、膨張性複合材は、層の表面全体にわたって施される。他の実施形態では、膨張性複合材220は、層の大部分又は全部に沿った連続層として層に適用される。さらに別の実施形態では、膨張性複合材220は、膨張性複合材が層の端部から距離を置いて層に沿って適用されるように、層の一部上に適用される。いくつかの好適な実施形態では、膨張性複合材220は、プロセスの後の工程で自然なヒンジ領域に沿ったより容易な折り畳みを容易にするために、層に沿った膨張領域のいくつかの領域がより少ない、または膨張性複合材220を含まないように適用される。例えば、層の線状部分は、層の他の部分に対してより少ない膨張性複合材220を含み、又は膨張性複合材220はその部分に沿って存在しないことができ、したがって、膨張性複合材220が膨張したときに後の工程でより容易に折り畳むことができる自然領域(例えば、図7に示すように、エリア492)を形成する。また代替的に又は追加的に、膨張性複合材220の貼り付け後、膨張性複合材220の膨張前又は膨張後に、特定の線状領域に沿って圧力を加え、それらの領域に沿ってヒンジを形成する。さらに別の選択肢では、膨張性複合材220は、均一な又は変化する厚さ又は幅で適用される。
膨張性複合材220は、マトリックスを含むことができる。マトリックスは、ゲルまたは液体のような流体マトリックスであることができ、第1層140上にすぐに適用することができる。代替的に又は追加的に、マトリックスは、ゲル又は流体相を通過することができる固体マトリックスであってもよい。マトリックスは、ゲルまたは液体、および固体粒子がゲルまたは流体内に取り込まれるような固体の両方を含む混合マトリックスであってもよい。
マトリックスは、エマルジョン系ポリマーを含むポリマーで作ることができる。ポリマーは熱可塑性であることができる。ポリマーは、酢酸ビニルエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、酢酸ビニルコポリマー、ポリビニルアルコールコポリマー、デキストリン安定化ポリ酢酸ビニル、酢酸ビニルコポリマー、エチレンコポリマー、ビニルアクリル、スチレンアクリル、アクリル、スチレンブチルゴム、ポリウレタン、ポリオレフィン、生分解性材料(例えばセルロースおよびデンプン)、および/又は他の適切な膨張性複合物の少なくとも1つとすることができる。
いくつかの実施形態では、マトリックスはポリウレタンを含み、マトリックスは、マトリックスの総重量を基準として、50%、75%、90%または95%以上のポリウレタンを含む。
マトリックスは、あるいは、ポリオレフィン分散液を含むことができる。好ましくは、マトリックスは、マトリックスの総重量に基づいて、50%、75%、90%または95%より多くのポリオレフィンを含む。ポリオレフィン分散液は、ポリエチレンおよび/またはポリプロピレン、エチレン系熱可塑性ポリマー、プロピレン系熱可塑性ポリマー、ポリエチレンフィルムまたはフォーム、少なくとも1つの極性ポリマーを含むポリマー系安定剤、水、および/または他の適切なポリオレフィン分散液であってもよい。エチレン系熱可塑性ポリマーは、高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)またはそれらの組合せを含んでもよい。本明細書で使用される用語、「エチレン系ポリマー」は、(ポリマーの総重量に基づいて)大部分が重合したエチレンモノマーからなり、任意に少なくとも1つの重合したコモノマーを含んでいてもよいポリマーを示す。いくつかの実施形態において、エチレン系ポリマーは、ポリマーの総重量に基づいて、50%、75%、90%または95%以上のエチレン部分を含む。プロピレン系熱可塑性ポリマーは、任意に配向ポリプロピレン(OPP)である。本明細書で使用される「プロピレン系ポリマー」という用語は、重合体の形態で、大部分がプロピレンモノマー(ポリマーの総重量に基づく)を含み、任意に少なくとも1つの重合コモノマーを含んでいてもよいポリマーを示す。いくつかの実施形態において、プロピレン系ポリマーは、ポリマーの総重量に基づいて、50%、75%、90%または95%以上のプロピレン部分を含む。好ましいポリオレフィン分散液は、例えば、Dow ChemicalからのHYPODTM、または他の適切なポリオレフィン分散液であってもよい。
マトリックスは、あるいは、ポリオレフィン系接着剤を含むことができる。接着剤は、表面間のシールを形成するために、対向する表面が同じ材料または補い合う材料を有することに頼らずに、対向する表面に付着することができる材料である。接着剤は液体接着剤であってもよく、表面間のシールを形成するために通常水を必要とする。あるいは、接着剤は乾式接着剤とすることができ、通常、表面間のシールを形成するために水、溶剤、または熱による活性化を必要としないものである。さらに、接着剤は感圧接着剤であることができ、これは、わずかな、最初の、外圧を加えた後に、表面を共に密封することができる。このような例としては、水性、アクリル系、感圧接着剤、包装用テープに適用されるものと同様のものがあり、この材料は、往々にして、初期のわずかな外圧によって、表面接触のみで、二つの表面を互いに保持する。例えば、水、溶剤、熱による活性化を必要とせず、多くの異種表面に強固に接着するドライ接着剤を挙げることができる。感圧接着剤は、室温で強力な、および/または半永久的に粘着性のあるものを選択することができる。感圧接着剤の塗布と使用は、自動化することができる。組み立てに使用する場合、セットアップや長い硬化時間を必要としない感圧接着剤を使用することで、一般的な液体接着剤を使用する場合と比較して時間を節約することができる。感圧接着剤では、接着は好ましくは即効性があり、製造の進行を中断することなく続けることができ、その結果、時間と労力を大幅に節約することができる。水性、アクリル、感圧接着剤の例としては、RHOPLEX N-1031 Emulsion、RHOPLEX N-580 Emulsion、RHOPLEX N-619 Emulsion、または他の好適な種類の感圧接着剤として知られているものが挙げられる。他のエマルジョンポリマーまたはアクリルポリマーブレンド粘着剤も知られており、他の好適なタイプの粘着剤および/または接触粘着剤を使用することができる。
あるいは、マトリックスは、水性接着剤であり得る。水性接着剤は、水性ポリマーを含むことができる。さらに別の選択肢として、マトリックスは、天然または合成の形態のデンプンに基づくことができる。デンプンは、粉砕された微小デンプン粉末の形態とすることができる。粉砕されたデンプン粒子の直径は、約12ミクロンから約20ミクロンの間とすることができる。デンプン系マトリックスは、水または他の溶媒、界面活性剤、極性結合剤、または他の充填剤のうちの少なくとも1つを含むことができる。例えば、デンプン系マトリックスは、最大で50%の水を含むことができる。いくつかの実施形態では、マトリックスは、25%~80%または30~40%のデンプンを含む。このようなデンプン系マトリックスは、生分解性であってもよい。他の好適な実施形態では、生分解性マトリックスは、デンプン系接着剤を含む。
更に別の実施形態では、膨張性複合材は、互いに混合または接触すると、膨張性複合材を膨張した構成に膨張させるバリアによって分離された複数の材料で作ることができる。例えば、バリアは、米国仮出願第62/706,110号に開示されているようなミクロスフェア(microsphere)の外殻であってもよい。そのようなミクロスフェアは、例えば十分な熱の加え方によっては、膨張可能および/または破裂可能であってもよい。ミクロスフェアは、外殻と内核を有することができる。適切な外殻は、例えば、ポリアクリロニトリルまたはPVCに限定されない熱可塑性ポリマー、ならびにガラス、ゴム、デンプン、セルロース、セラミック、または他の適切な材料で作ることができる。他の好適な実施形態では、複数の熱膨張性ミクロスフェアは、ミクロスフェアの外殻を膨張または破裂させるために活性化することができる炭化水素、水、または他の適切な化学物質から作られた固体、液体またはガスコアを含む。他の好適な実施形態では、ミクロスフェアは、例えば、セルロースなどの生分解性材料で作られることができる。セルロースベースのミクロスフェアは、セルロースで作られることができる外殻を有する。本明細書で使用される用語、「セルロース系のミクロスフェア」は、ミクロスフェアの総重量に基づく大部分の量のセルロースを含むミクロスフェアを示す。いくつかの実施形態では、セルロース系ミクロスフェアは、ミクロスフェアの総重量に基づいて50%、75%、90%または95%より多いセルロースを含む。いくつかの実施形態において、膨張性複合材自体は、セルロース系膨張性複合材である。本明細書で使用される用語、「セルロース系膨張性複合材」は、膨張性複合材の総重量に基づくセルロースの大部分を含む膨張性複合材を示す。セルロースベースの膨張性複合材は、好ましくは、膨張性複合材の総重量に基づいて50%、75%、90%または95%より多くのセルロースを含む。
ミクロスフェアは、ウェブ上に適用する前にマトリックスと混合することができ、又はマトリックスがウェブに適用された後、例えば層が一緒にプレスされるときに、ミクロスフェアをウェブへの適用後マトリックスに混合又は強制的に供給することによってマトリックス上に提供される。
ミクロスフェアは、ミクロスフェアが膨張し始める膨張温度(Texp)と、ミクロスフェアがその温度を超えて加熱されると破裂する最高温度(Tmax)を有する。ミクロスフェアのTexpは特に限定されないが、一般に約60℃から約250℃までの間である。ミクロスフェアのTmaxは、一般に、約80℃から約300℃までの間である。他の好適な実施形態では、Tmaxは300℃より高い。ミクロスフェアは、ミクロスフェアが破裂することが求められるか否かに応じて、その最大膨張温度に基づいて選択される。Tmaxは、ミクロスフェアの物理的特性、マトリックスの物理的特性、ならびにマトリックスおよびミクロスフェアが堆積された層の物理的特性を含む、いくつかの特性に依存する。熱は、膨張装置に関してさらに後述するように、例えば、高周波放射などの適切な手段を介して発生させることができる。他の好適な実施形態では、高周波放射は、約10~45MHzの周波数で、またはミクロスフェアの組成およびマトリックスの材料に適した周波数で、膨張性複合材220に適用される。他の実施形態では、他の周波数が使用され得る。選択される加熱パラメータは、使用される膨張性複合材または材料220に依存する。このような技術では、膨張性複合材をバッグなどの入れ物に分注し、そこで膨張性複合材を活性化し、バッグの空隙を満たすように膨張させることができる。入れ物内に生成物が存在する場合、膨張性複合材料は活性化されると膨張し、生成物の周りにそれ自身を形成する。
システム200は、膨張性複合材220を膨張させるための膨張装置を含むことができる。膨張性複合材がエマルジョンポリオレフィン分散体を含む実施形態では、ミクロスフェアは、膨張性ミクロスフェアの活性化時にエマルジョンポリオレフィン分散体に膨張を起こさせる。いくつかの実施形態では、ミクロスフェアは、エマルジョンポリオレフィン分散液に内包される。膨張装置は、加熱素子、加熱コイル、熱風アプリケータ、高周波放射発生器、紫外線アプリケータ、化学反応アプリケータ、圧力機構、または膨張性複合材220を膨張させるための他の適切な装置を含むことができる。膨張性複合材は、発泡剤を含むことができる。そのような実施形態では、発泡剤を含む膨張性ミクロスフェアは、一旦活性化されると、それ自体で膨張し、エマルジョンポリオレフィン分散液の膨張を引き起こす。他の実施形態では、膨張性複合材は、反応性成分、化学触媒、および加熱剤(膨張性複合材に熱を加えることができ、および/・BR>ワたは膨張性複合材の温度上昇を引き起こす)および/または他の適切な膨張装置を含むことができる。この態様において、膨張装置は、熱工程、機械工程、化学工程、または膨張性複合材220を膨張させる活性化の他の適切な手段のうちの少なくとも1つを通じて、膨張性複合材220を活性化することができる。例えば、膨張装置は、熱、圧力、又は化学反応のうちの少なくとも1つを提供することができる。
発泡剤の例としては、空気、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウム、メタン、エタン、プロパン、イソブタン、n-ブタン、ネオペンタン、などが挙げられる。いくつかの実施形態において、発泡剤は、不活性ガスまたは一般的に任意の適切な材料であり得る。いくつかの実施形態では、ガスまたはガスの混合物は、機械的手段によって膨張性複合材料に加えられる。機械的手段の例としては、膨張性複合材をホイップしたり、泡立てたりして、空気または他の気体を膨張性複合材に叩き込み、その体積を増加させる。他の実施形態では、ガスまたはガスの混合物は、ミクロスフェアにカプセル化されることもできる。ミクロスフェアが活性化されると、それらは膨張する。ミクロスフェアの膨張は、膨張可能な複合体の膨張を引き起こす。
化学反応は、2つの反応性成分の混合を含むことができ、それらは反応して泡を生成する。いくつかの実施形態では、化学反応の速度を増加させるために触媒が使用される。いくつかの実施形態では、2つの反応性成分は、混合および膨張の前に、バリアによって分離される。反応性成分を分離するバリアは、ミクロスフェアの外殻とすることができ、ミクロスフェアの核は1つまたは複数種の反応性成分からなり、ミクロスフェアの破裂によりその内容物が1つまたは複数種の他の反応性成分に放出されて泡生成反応を引き起こす。また、壁、カプセル、または他のバリア形成容器のような他のバリアを使用することもできる。膨張を引き起こす反応性成分の例としては、液状のイソシアネートをポリウレタン樹脂と呼ばれる多成分の液体ブレンドと混合することが挙げられる。これらの成分を組み合わせると、二酸化炭素と水蒸気が放出され、ポリウレタンフォームが生成される。その他にも、混合することで発泡する反応性成分を使用することができる。
シール材アプリケータ214は、層140および/または層160の露出した表面にシール材216を適用する。シール材アプリケータ214は、両面テープなどのテープ、またはシール材を適用する他の適切な方法を使用して、シール材216を適用することができる。いくつかの実施形態では、シール材はポリエチレンを含む。
シール材216は、層140、160が一緒に接合されるとき、層140、160のシールされた部分が、膨張した材料がそれらのシールされた部分に沿って逃げることなく膨張性複合材220の膨張に耐えることができるように、十分に強いシールを提供するように構成される。シール材216は、層140、160を共に封止するためのストリップシール、コーティング、または他の適切な構成の構成にすることができる。シール材216は、連続層として、または不連続なストリップシールのパターンとして適用することができる。
シール材は、熱または圧力の適用時など、シールを形成するために特定の条件下で活性化されるように選択することができる。シール材は、コールドグルーで作ることができる。シール材は、シール面を提供する接着要素で作ることができる。接着要素は、接着面を提供する上述のような接着剤とすることができる。接着要素は、あるいは、凝集面を提供する凝集剤とすることもできる。凝集剤は、第1面上の1つの凝集剤が、対向面に沿って同じまたは補い合う凝集剤と接触することによって、第1面を対向面に密封することができる。一般に、凝集剤は他の物質と十分に接着しないか、他の適切な場合には、互いに接着して形成される結合に比べて非常に弱く接着するが、特定の凝集剤(例えば、ラテックス凝集剤)は水と混合して非凝集面に接着でき、乾燥時に凝集剤が非凝集面に付着したままになることができる。
図4を参照すると、層140は、縦方向の端部142に沿った縦方向の領域144に沿って塗布されたシール材216と、横方向の領域146とを含む。他の実施形態では、シール材216は、縦方向の端部142に隣接するが、縦方向の端部から距離を置いた縦方向の領域144に沿って適用することができる。図4に示す実施形態では、シール材216は、互いに縦方向に間隔をあけて配置された横方向の領域146に沿って、縦方向の領域144の間に適用されている。他の実施形態では、シール材216は、縦方向の領域144と平行に層140に沿って適用される。さらなる実施形態では、シール材216は、縦方向の領域144に沿ってのみ適用される。この実施形態では、層160は、シール材を含まない。層160は、層140、160が後に一緒に接合されるとき、シール材216を有する層140の領域144、146がシール材を含まない層160の対応する領域と接合するように、シール材216を含む層140の部分に対応するように構成される領域を規定する。特に、層160は、縦方向の領域144および端部142に対応するように構成された横方向の領域164および端部162、並びに層140、160が一緒に接合するときに横方向の領域146に対応するように構成された横方向の領域166を規定する。好ましい実施形態では、層140、160は生分解性材料であり、保護材は全体として生分解性である。生分解性保護材は、例えば、生分解性層、生分解性マトリックスおよび複数のセルロースベースの膨張性ミクロスフェアを含む生分解性複合材を含む。生分解性層は、ポリオレフィン、例えば、ポリエチレンフィルム又は発泡体などのプラスチック基材を含み得る。
他の実施形態では、第2層160は、層140、160の間のより強いシールを提供するために、領域164、166に沿ったシール材も含む。この実施形態では、縦方向のシール材が縦方向の領域164に沿って適用され、横方向のシール材が横方向の領域166に沿って適用され、層140、160が一緒に接合するとき、領域164、166に沿ったシール材が領域144、146に沿ったシール材と対応するようにする。例えば、1つ以上の縦方向のシールおよび1つ以上の横シールは、圧力活性化接着剤、低温接着剤(例えば、コラーゲン系接着剤、ポリ酢酸ビニル系接着剤、または他の適切な接着剤)、および/または他の適切なシール材を含むことができる。
膨張性複合材220は、層140上の膨張領域148に沿って適用される。膨張領域148は、膨張領域148の周りの周囲を規定するために、縦方向の領域144および横方向の領域146によって境界を規定される。層160は、層140、160が接合したときに膨張領域148に対応するように構成された膨張領域168を規定する。膨張領域168は、膨張領域168の周囲の周囲を規定するために、縦方向の領域164および横方向の領域166によって境界を規定される。層140、160が後に一緒に接合されるとき、膨張領域148、168は、膨張性複合材220をその間に収容するための膨張スペース(例えば、図6に示す膨張スペース117)をその間に規定できる。
他の実施形態では、層は、膨張領域が、膨張性複合材220が中で膨張するための縦方向又は横方向の周囲の一方に沿ってのみ拘束されるように、領域の一方に沿ってシール材を含むのみである。別の実施形態では、膨張性複合材220がシール材によって拘束されないように、層に沿った封止材は存在しない。他の実施形態では、膨張性複合材は、膨張領域の一部分のみに適用される。
他の実施形態では、層がシール材なしで互いに接合するように構成され得るので、シール材アプリケータは存在しない。例えば、一実施形態では、層を一緒に結合できる接着剤として膨張性複合材220が使用される。この実施形態では、膨張性複合材220は、層の間に膨張性複合材220を均一に広げるために層に圧力を加えることができるように、層に沿って適用される。例えば、膨張性複合材220は、層の端部に隣接して広がるように、層の間でプレスされる。別の実施形態では、層は、層を一緒に熱密封することができる、層に沿ったコーティングを含む。別の実施形態では、ロールは、加熱されたときに活性化される接着剤を含む。
再び図3~4を参照すると、システム200は、ここではローラーとして図示されている圧力アプリケータ222を含むが、他の適切な機構を使用することができる。膨張性複合材220およびシール材216が適用された後、圧力アプリケータ222は、シール材216が間に適用された層140、160の領域(例えば、領域144,146,164,166に沿って)で層140,160に圧力を加え、層140,160のウェブが累積して保護包装用壁170を形成するように層140,160を一緒に接合する。接合された層140,160は、膨張性複合材220(図6に示すように、膨張スペース117など)を収容するための膨張スペースをその間に規定する。いくつかの実施形態では、層を一緒にプレスすることにより、膨張性複合材220を広げて連続層を形成することができる。
システム200は、各々が異なるシール材を適用するシールアプリケータ224、226を含む。例えば、シールアプリケータ224は、シール材274、276を適用することができ、シールアプリケータは、異なるシール材278を壁170の外面に適用することができる。他の実施形態において、シールアプリケータは、シール材の任意の組合せを適用する。さらなる実施形態において、シールアプリケータの各々は、同じシール材を適用する。さらに別の実施形態では、シールアプリケータは1つだけであってよい。シールアプリケータ224、226は、シールアプリケータ214と同様であり、シール材274、276、278は、シール材216について記載されたものと同様のシール材であってもよく、または他の適切なシール材が使用されてもよい。
図5は、シールアプリケータ224、226がシール材274、276、278を壁170の外面に適用した後の壁170の実施形態を示す図である。シール材274は、縦方向の領域180に沿って塗布されることができる。この実施形態では、シール材274は、縦方向の端部172に隣接する縦方向の領域180に沿って適用されるが、他の実施形態では、シール材274は、縦方向の端部から距離を置いて縦方向の領域に沿って適用される。シール材276、278は、それぞれ、互いに縦方向に間隔をあけて、縦方向の領域180の間にある横方向の領域182、184に沿って適用される。しかし、他の実施形態では、シール材276、278のいずれかが、シール材と平行に塗布される。さらなる実施形態では、壁の縦方向の領域に沿ってのみ、シール材が適用される。シール材276、278は、距離188を有するギャップ186によって分離される。ギャップ186は、開口または弱い領域が切り込まれることができるスペースを提供するように構成され
てもよい。
てもよい。
シール材274、276、278が異なる条件(例えば、温度または圧力)を有する異なる条件のシール材である場合、シール材のうちの特定のものは、他の条件で活性化されるように選択された他のシール材とは異なる1つの条件で活性化されるように選択される。例えば、一実施形態では、シール材274、276は、シール278を活性化するのに必要な温度または圧力とは異なる温度または圧力でシールを形成するように活性化されるように選択され得る。このように、シール材274、276は、シール材278が領域184に沿ったシールを形成することなく、領域180、182に沿ったシールを形成することができる。しかしながら、他の実施形態では、シール材は、シールを作成するための同様の条件を有するように選択される。他の実施形態では、シール材は、各シール材の条件の他の組合せを有するように選択されることができる。
シール材274、276、278は、後の工程で折り畳みウェブ170から形成されるコンテナキャビティのサイズおよび形状を制御するために、同じ又は異なる幅又は長さで折り畳み壁190に沿って適用することができる。例えば、縦方向のシール材は、横方向のシール材に隣接してより厚い幅を有しながら、その間により薄い幅に滑らかに移行するように適用され得る。このような構成では、膨張スペースは、縦方向のシール材に隣接する湾曲した側を有するものとして規定することができる。
図2~3に示すように、システム200は、シール材174、276、278が壁170の外面に施した後、壁170をそれ自体の上に折り返して、その間にコンテナキャビティを囲む重ね合わせた保護壁を含む折り畳み壁190を形成するための、折り畳み装置228を含む(例えば、図6で示すところのコンテナキャビティ398など)。この実施形態では、折り畳み装置228は、折り畳み機構234について壁170を折り畳み、折り畳みプロセス中にテンション機構230壁170にテンションをかける。例えば、一実施形態では、折り畳み機構234は折り畳み用の棒であり、テンション機構230はホイールである。この実施形態では、ホイールは、縦方向の領域174が互いに対応するように壁170を折り畳むために、壁170を折り畳み用の棒の周りに引っ張ってテンションをかける。折り畳み機構234は、V字形状など、壁170を折り畳むのに適した形状を有することができる。折り畳み装置228は、折り畳み壁190を平らにするように構成された平坦化機構190を追加的に含む。平坦化機構190は、折り畳み壁190に圧力を加え、平坦化するように構成された平坦化棒であってもよい。当技術分野で知られているほかの適当な折り畳み機構を用いることができる。
次に、シール装置は、シール材174、276が領域180、182に沿ってシールを形成するように、壁170を密封する。シール装置は、シール材174、276を活性化する条件(例えば、熱、圧力、および/またはシール材174、276を活性化する他の適切な手段)を適用するように構成される。他の好適な実施形態では、平坦化機構190は、シール装置として機能する。他の実施形態では、システム200は、プロセスの異なる部分に沿った別のシール装置を組み込んでいる。
図5を参照すると、壁170は、壁170が折り畳み装置228によって折り畳まれる領域192を規定している。壁170は、壁170が折り畳まれたときに、壁部118が壁部120と合わさるように、壁部118、120を含む。特に、壁部118のシール領域180、182、184は、壁部120のシール領域180、182、184と合わさる。図6に示す実施形態を参照すると、折り畳み壁190は通常、実質的に平坦であるが、折り畳み壁190は、例示のために実質的に開いたコンテナキャビティ398を有するように示されている。以下にさらに説明するように、シール領域180、182、184のこの合わせ目は、壁部118、120のシール領域184がプロセスのこの時点で未シールである間に、シール材174、276を後の段階で一緒にシールして保護パッケージングユニットの境界を形成することができる。このような未シール領域は、シール材278がシール領域184に沿ってシールを形成した後、シール材278によるシール領域184がパッケージングユニットを閉鎖するためのクロージャとして機能する前に、パッケージングユニット(例えば、パッケージングユニット110)が物を受け入れるための開口として後で使用することができる。例えば、シール領域184は、シール材278の上に別の層がないフラップの一部とすることができる。この例では、シール材278は、ユーザがフラップを舐めて接着剤を活性化させることができるような、水によって活性化する接着剤である。さらに別の実施形態では、シール領域184は、ユーザが後でシール領域184に沿って接着剤を塗布するように、シール材がない状態である。図6に示す実施形態では、各壁部118、120の縦方向の端部172が合っている様子が示されているが、他の実施形態では、各壁部の縦方向の端部は合わず、一方の壁部の一方の端部が他方の壁部の端部を越えて延びている。
図6を参照すると、折り畳み壁190は、壁170が領域192に沿って折り畳まれた後に1つ以上の対象物を格納することができる、壁部118、120の間のコンテナキャビティ398を規定する。コンテナキャビティ398は、さらに、壁部118、120の領域180から形成されるシールによって片側を囲まれ、領域192について折り畳まれた層160によって別の側で囲まれる。以下でさらに説明するように、コンテナキャビティ398は、保護パッケージングユニット110がウェブ100に沿って規定されるにつれて、他のシールされた領域によってさらに境界を定められることになる。膨張性複合材220は、壁部118、120が膨張してキャビティ398内に収容された対象物を衝撃から保護する(例えば、対象物の出荷中)ように、(個々のパッケージングユニット110として又はかかるパッケージングユニット110を形成する前のいずれかの)折り畳まれた壁170を拡張するために後の段階において拡張できる。
他の実施形態では、システムは折り畳み装置を含まず、折り畳まれることなく、折り畳まれていない壁がプロセスの後の段階に供給されてよい。例えば、そのような実施形態では、各壁のシール領域が互いに一致し、その間にコンテナキャビティを規定できるように、別の壁が最初の壁の上に重ねられる。このような構成の例は、図11に見ることができ、保護材30のウェブ300は、互いに重ねられた2つの壁318、320からなり、コンテナキャビティ398を規定している。
図4は、壁170が折り畳まれることができる一つの領域192を有する壁170を示しているが、壁の他の実施形態は、複数の折り畳み領域を含むことができる。例えば、図7の実施形態は、膨張性複合材220の量が減少した、または、膨張性複合材220がない、線状領域55を有する壁470を有する。膨張複合材の減少、または、ないことにより、これらの領域は、詰め物部494、496よりも結果として小さい厚さおよび少ない内部構造を有し、それによって、壁470の隣接部494、496を互いの上に折り畳むことを容易にする自然なヒンジ線499をもたらす。特に、図8~9を参照すると、詰め物部494は、各詰め物部494のシール領域480(シール材474がシール領域480上に施されている)が詰め物部496上で互いに合わさり折り畳まれた壁490を形成するように線498に沿って詰め物部496の上に折り畳まれる。この実施形態では、各詰め物部494、496のシール領域480が合わさり、その後、詰め物部494上に折り畳まれて平らにされ、シール領域480が接合して詰め物部496の中央部上にウェブ490の長さに沿って折り畳まれたスパイン(spine)を形成するようにされる。しかしながら、他の実施形態では、1つの詰め物部のシール領域は、詰め物部の外面(例えば、その詰め物部の端部に沿って)にあり、1つの詰め物部の内面上のシール領域と別の詰め物部の外面との接合は、ウェブの長さに沿って中央の折り畳みスパインを形成せずに詰め物部を一緒に接合してコンテナキャビティを形成できるようにする。次いで、シール材174は、詰め物部494、496がその間にコンテナキャビティ498を形成するように、シール領域480を接合する、または他の方法で固定するシールを形成することができる。コンテナキャビティ498は、線499の間にさらに規定され、後の段階で、シール材276、278がシールを形成することによって、シール領域482、484が互いに接合されるか、または他の方法で固定されることによって、さらに規定することができる。
システム200は、折り畳み壁190に沿った弱い領域116と、コンテナキャビティ398の折り畳み壁190にアクセスするための開口(図1に示すように、開口117など)を形成するようにも構成される。本実施形態における弱い領域116は、縦方向の端部172の方向に対して横方向に折り畳み壁190に沿って延び、個々の保護パッケージングユニットの長さを規定し、次のユニットから1つのユニット110を破断することなどにより、パッケージングユニット110の互いからの切り離しを容易にする。
弱い領域116および開口は、ミシン目またはスリットの線、スコアリング線、または他の適切な構造として提供することができ、システム200は、ミシン目、スコアリング、および/または切断する切断装置240、または弱い領域を作るための他の適切なデバイスを含むことができる。弱い領域および開口は、説明したプロセスの他の部分の前、間、または後に適用することができる。切断装置240は、パッケージユニットの1つの壁から延びるフラップ(例えば、図13に示すようなフラップ630)を作るために、層のうちの1つの縦方向の長さを除去するためにも使用することができる。
図2、図3、図9、および図10を参照すると、システム200の切断装置240は、ブレード244を保持するブレードホルダ250と、ローラー242などのアンビルであって、ブレードを受けるために溝を設けられることができ、またはブレードによって貫通することができまたはブレードによって押しつけられて所望のカットおよび/またはスコアを形成できる、エラストマまたは他のバッキング材から作られるアンビルとを含む。他の切断装置は、固定ブレードまたは回転ブレード、ヒートカッター、および/または折り畳み壁190を切断するための既知の機構を含むことができる。図示の実施形態では、ブレード244は、折り畳み壁190の壁部118、120の全てを完全に貫通して穴を開けるように構成された間隔の空いた一連の歯246を含む。ブレード244は、壁部120を完全に切断して、折り畳み壁190の縦方向の端部に横切る壁部118に沿った開口197を形成する。しかし、ブレード244の歯246が各歯の間にギャップ248を含むため、ブレード244は壁部120を完全に切断することはない。歯246およびギャップ248は、折り畳み壁190の縦方向の端部に横切る壁部120に沿った弱い領域116として、ミシン目のラインを形成する。このように、折り畳まれたウェブ190は、連結された分離可能なパッケージングユニット110のカットウェブ100を形成するように切断される。
図10の実施形態では、切断装置240がギャップ186を通して開口117および弱い領域116を切断していることを示されているが、他の実施形態では、切断装置は、封止材がまだ活性化されておらず、パッケージングユニットの上面を形成することができるものとして、封止材を有する折り畳みウェブの一部に沿って(例えば、封止材278を有する折り畳みウェブ190に沿って)、折り畳みウェブの異なる部分を通して、開口および弱い領域を切断する。他の実施形態では、ブレードは、折り畳まれた壁全体を切断し、折り畳まれた壁をパッケージングユニットに分離することができる。さらに別の態様では、ブレードの歯は、壁の両部分に沿って弱い領域を形成するために、折り畳まれた壁全体を通るミシン目のラインを切断するように構成することができる。さらに別の実施形態では、切断装置は、プロセスにおける異なる時間または場所において、折り畳まれた壁の一部分に沿って開口を形成するための1つのブレードと、折り畳まれた壁の他の部分に沿って弱い領域を形成するための別のブレードとを含むことができる。
システム200は、切断されたウェブ100を、本実施形態におけるファンフォールド構造(又は図1におけるファンフォールド構造150)のような供給構造150に集約するように構成された集約装置252を含む。システムが各ユニットを次のユニットから分離する実施形態では、集約装置は、分離された保護パッケージングユニットを整理して積み重ね、任意で箱や包みのような容器に入れることができる。他の実施形態では、カットウェブ100内の膨張性複合材220は、供給構造に集約される前に、供給構造が膨張した保護パッケージングユニットを含むように、膨張することができる。他の実施形態では、集約装置252は、拡張装置を含む。
図11は、ファンフォールド構造350として供給構造の一例を示す。この例では、ファンフォールド構造350は、高密度の構成で、拡張可能で、連結された、分離可能なパッケージングユニット310のウェブ300を含む。パッケージングユニット310は、パッケージングユニット310の縦方向における側部324、326および横方向における側部328に沿って、保護パッケージング壁318、120が互いに重ね合わされたものである。側部324、326、328は、以下にさらに説明するように、それらの側部324、326、328に対応する壁318、320の内表面の少なくとも1つに適用されるシール材で壁318、320が合わさってシールされるパッケージングユニット310の一部分である。壁318は、壁318、320、壁318の端部330、および縦方向の側部324、326の間に開口397が規定されるように、端部330に沿って切断されている。開口397は、トップローディング構成でパッケージングユニット310内に物体を挿入することを可能にするために設けられる。パッケージングユニット310は、弱い領域316に沿って、隣接するパッケージングユニット310に固定される。パッケージングユニット310は、横方向の側部324、326から端部330に沿って切断され、弱い領域1316の各側面に沿って横方向のスリット322を形成する。このような横方向のスリット322は、開口397を簡単に開くことができ、パッケージングユニット310を互いから分離することが容易になる。他の実施形態では、ウェブは横方向のスリットを持たず、それに代わり、パッケージングユニットごとに端部全体に沿って弱い領域を有している。
図12は、ロール構造550としての供給構造の一例を示す。この例では、ロール構造550は、高密度の構成でウェブ100のロールを構成している。ロール構造550は、コア付きロール構造またはコアレスロール構造とすることができる。しかしながら、他の実施形態は、ウェブが拡張された、低密度な構成でロールされることを含む。ロール構造550は、コア付きロール構造またはコアレスロール構造とすることができる。
図13は、出荷用の対象物を支えるように構成された、郵便物のような包装容器の形態の例示的な保護パッケージングユニット610を示す。パッケージングユニット110とは対照的に、パッケージングユニット610の壁は、コンテナキャビティを規定するために互いに折り重ねられることはない。代わりに、保護パッケージングユニット610は、対象物を格納するためのコンテナキャビティ698を規定するために、領域624、626、628の内面に沿って互いにシールされた壁618、620から形成されている。例えば、壁618、620の領域624、626、628は、壁618、620の端部が互いに一致してパッケージングユニット610の周囲を規定するように、互いに密封される。しかし、他の実施形態では、1つの壁の縁部は、他の壁の端部を越えて延びることができる。
壁618の端部640、壁618に沿った対向領域628、および壁620は、対象物がコンテナキャビティ698にトップロードされることができるように、互いの間に開口697を規定する。壁620は、端部640を越えて延びるフラップ630を含む。本実施形態では、フラップ630は、接着面634と、接着面634が強く接着しない材料で作られた剥離層632とを含む。他の実施形態では、フラップは、接着面ではなく、フラップを閉じて密封するための粘着面をフラップおよび対向する短壁に有する。使用時には、物体が開口697を通ってコンテナキャビティ698に挿入された後、剥離層632を剥がし、フラップ630を開口697の上に折り畳んだ後、接着面634を壁620の外側に封止することができる。フラップ630が壁618にシールされた後、保護パッケージングユニット610は、コンテナキャビティ698に受け入れられた対象物の上に閉じられ、したがって、対象物が抜け出るのを防止する。
図14を参照すると、袋詰め機700は、膨張性複合材がまだ膨張可能な状態にある、図11のウェブ300などの、一連の連結したパッケージングユニットのウェブを受入れ可能なように構成される。袋詰め機700は、連結された保護パッケージングユニット310のファンフォールドスタック構造350からウェブ300を供給される。袋詰め機700は、ウェブ300を受け取り、ウェブ300を下流方向に移動させ、ウェブ300を膨らませて膨張ウェブ380を形成し、コンテナキャビティ388にアクセスするために開口387に沿って各膨張パッケージングユニット381を開き、コンテナキャビティ388内に対象物を挿入するように構成される。
袋詰め機700は、ウェブ300の壁318、320内に収容された膨張性複合材220を膨らませて膨張ウェブ380を形成するよう構成された膨張装置706を含む。図14は、ファンフォールドスタック構成350のすぐ下流に配置されるように膨張装置706を示しているが、他の実施形態では、膨張装置は、プロセス内の異なる位置(例えば、膨張パッケージングユニットの開封後、膨張パッケージングユニット内の対象物の挿入中、または膨張パッケージングユニット内の対象物の挿入に続いて)に配置される。他の実施形態では、袋詰め機は、供給構造からのウェブが既に膨張状態にある、膨張装置を含んでいない。さらに別の実施形態では、袋詰め機は膨張装置を含まず、ウェブは膨らまされることなく袋詰め機を通して供給される。
開口387を開くことを補助するために、袋詰め機700は、開口補助具を含むことができる。図14に示すように、開口補助具は、膨張パッケージングユニット381の一部を挟むための複数の指702、膨張パッケージングユニット381の一部を引っ張るように構成された伸縮突起704、膨張パッケージングユニット381の一部を吸引する吸盤712、および開口387に空気圧を加えるためのブロア714を含む。図10に示す実施形態では、開口補助具として指702、伸縮突起704、吸盤712、およびブロア714のすべてを含む袋詰め機700を示しているが、他の実施形態では、任意の開口補助具の組み合わせ、または1つの開口補助具のみを有することができる。
開口387が開かれると、対象物をコンテナキャビティ398にトップローディングすることができる。次いで、充填されたパッケージングユニットは、シール材274、276、278を作動させて対象物の周りに充填されたパッケージングユニットを閉じる、上述のようなシール装置716によってシールされることができる。シール装置716は、切断、溶融、引っ張り、破断、または弱い領域386に沿ってパッケージングユニットを分離する他の適切な手段によって、充填されたパッケージングユニットを隣接する膨張パッケージングユニット380から更に分離することができる。
図15~16は、供給構造950から膨張性壁のウェブ900が供給される他の例の袋詰め機800を示す。袋詰め機800は、ウェブ900を受け取り、ウェブ900を下流方向に移動させ、折り畳まれたウェブ900を膨らませて膨張ウェブ980を形成し、膨張ウェブ980を折って内部のコンテナキャビティ986を画定し、内部のキャビティ986内に対象物を挿入する構成である。
袋詰め機800は、ウェブ900の壁内に収容された膨張性複合材220を膨らませて膨張ウェブ980を形成するよう構成された膨張装置806を含む。図15は、膨張装置806が供給構造950のすぐ下流に配置されているように示しているが、他の実施形態では、膨張装置06は、プロセスの異なる位置(例えば、折り畳み後、コンテナキャビティ内の対象物の挿入中、またはコンテナキャビティ内の対象物の挿入に続いて)に配置できる。
図示したように、膨張ウェブ980は、それらの部分に沿って膨張ウェブ980の折り畳みを容易にするように構成された領域992を含む。領域992は、膨張性複合材220が少ない又は存在しないことにより、図7に示すように領域492と同様に、膨張ウェブ980の折り畳みを容易にするための自然なヒンジをもたらす膨張ウェブ980の一部とすることができる。別の実施形態では、袋詰め機は、ウェブの膨張中または膨張後にウェブに圧力を加え、膨張したウェブを沿って折り畳むことを容易にするために、より圧縮された膨張材料の領域を有する膨張ウェブの領域を形成する装置を含む。他の実施形態では、例えば、膨張スペースを横切って横方向に延びる均一量の膨張性複合材を備えた自然なヒンジが設けられ、装置は、単に壁ウェブをその中心又は他の所望の位置について折り畳んで壁部(例えば、図7に示すように詰め物部494、496)を互いの上に配置してコンテナキャビティを規定する。
袋詰め機800は、膨張ウェブ980を折り畳むように構成された折り畳み装置806を含む。折り畳み装置806は、バー808、810、又は他の別の適切な機構を含むことができ、膨張ウェブ980を折り畳んで膨張ウェブ980内に内部のコンテナキャビティ986を規定する。折り畳み装置806はウェブ980をC-折りにするが、他の既知のタイプの折り畳みを代わりに用いることもできる。袋詰め機800は、指814または他の適切な装置などのホールド-オープン部材を含み、折り畳まれた膨張ウェブの対向壁内でコンテナキャビティを開いて保持し、対象物を入れてサイドローディングするための横方向に面したコンテナ内部のキャビティ312を提供する。
袋詰め機100は、シール材274、278を作動させて膨張パッケージングユニット981を密封するシール装置816を含む。シール装置116は、熱、圧力、および/またはシール材274、278を設定する他の適切な手段を適用して、完成した袋を形成するように構成される。例えば、シール材がストリップ-シールの場合、シール装置は熱を加えてシール材を活性化させる。
シール装置816は、横方向のシール装置820および縦方向のシール装置818を含む。横方向のシール装置820は、膨張パッケージングユニット981が折り畳まれた後にシール材278を作動させて、コンテナキャビティ986の底部境界を規定する1つの膨張パッケージングユニット981の下側と、隣接する膨張パッケージングユニット981の上側を密封する構成になっている。縦方向のシール装置818は、シール材274を作動させて、膨張パッケージングユニット981の側部境界を密封し、コンテナキャビティ986の側部境界を規定するように構成される。このようにして、縦方向のシール装置818は、対象物がコンテナキャビティ986内に挿入された後、完成したバッグ999を密封して閉じる。
他の実施形態では、袋詰め機は、供給構造からのウェブが既に膨張している膨張デバイスを含まない。さらに別の実施形態では、袋詰め機は膨張装置を含まず、ウェブは膨張されることなく袋詰め機を通して供給される。
袋詰め機800は、袋詰め機700について上述したような分離手段と同様に、膨張ウェブ980からの完成した袋の分離を容易にするように構成された分離機構818を含む。一実施形態では、シール装置は完成した袋の上部境界を溶かすことができ、分離機構は完成した袋を隣接するパッケージングユニットから引き離すことができる。
袋詰め機700、800は、特定の膨張されていない高密度の構成(例えば、ファンフォールドスタック構成150またはロール構成550)から供給されるように描かれているが、いずれかの機700、800がいずれかのタイプの集約された構成から供給できることは理解される。他の実施形態では、ウェブは、膨張させることなく、袋詰め機700、800を通して完全に供給することができる。
本開示は、様々な態様の例示として意図される、本願に記載された特定の実施例の点で限定されるものではない。当業者には明らかなように、その趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの修正および実施例を行うことができる。本明細書に挙げたものに加えて、本開示の範囲内の機能的に相当する方法および装置は、前述の説明から当業者には明らかであろう。このような変更および実施例は、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれることを意図している。本開示は、添付の特許請求の範囲の条件によってのみ、そのような特許請求の範囲が権利を有するあらゆる等価の範囲とともに、制限されることになる。また、本明細書で使用する用語は、特定の実施例を説明するためのものであり、限定す
ることを意図するものではないことを理解されたい。
ることを意図するものではないことを理解されたい。
本明細書における実質的に任意の複数および/または単数の用語の使用に関して、当業者は、文脈および/または用途に適切であるように、複数から単数へ、および/または単数から複数へ変換することができる。様々な単数/複数の順番付けは、明確化のために本明細書で明示的に規定されることがある。
本明細書では様々な態様および実施例を開示したが、他の態様および実施例は当業者には明らかであろう。本明細書に開示された様々な態様および例は、説明のためのものであり、限定することを意図しておらず、実際の範囲および趣旨は、以下の請求項によって示される。
Claims (25)
- 第1および第2壁を含み、前記第1および第2壁のそれぞれは、
それらの間に膨張スペースを囲み重ね合わされた層、および
前記膨張スペースに配置された膨張性複合材、を含み、前記膨張性複合材は、
生分解性マトリックス、および
複数のセルロース系膨張性ミクロスフェア、を含み、前記セルロース系膨張性ミクロスフェアは前記セルロース系膨張性ミクロスフェアの活性化により前記生分解性マトリックスが膨張するように構成され、
前記第1および第2壁は、出荷される前記製品をそこに収納するように構成され、かつ寸法を定められたコンテナキャビティをその間に規定するように互いに重ね合わされ、前記壁の前記膨張スペースは、前記コンテナキャビティについて互いに重ね合わされ、前記第1および第2壁は、前記コンテナキャビティの複数の側面で互いに連結され、
一対の前記膨張スペースにおける前記膨張性複合材は、前記コンテナキャビティに収容された製品にクッション性を付与するために十分な量が配置され、提供される、保護材。 - 前記壁は、前記コンテナキャビティの開口側で互いに密封されておらず、前記開口側は、前記コンテナキャビティへの前記製品の挿入を可能にする寸法であり、および、
前記保護材は、前記製品を前記キャビティ内に保持するために前記開口側を密封するように前記第1壁を前記第2壁に密封するように構成された前記第1壁上のクロージャをさらに含む、請求項1に記載の保護材。 - 前記第1および第2壁が一連の位置で互いに連結され、互いに分離されるように構成された複数の連結された保護パッケージングユニットを規定するウェブをさらに含み、
前記パッケージングユニットの各々は、少なくとも1つの前記コンテナキャビティについて互いに重ねられた一対の前記膨張スペースを含む、請求項2に記載の保護材。 - 前記生分解性マトリックスは、生分解性ポリマー、生分解性接着剤、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の保護材。
- 前記生分解性ポリマーは、天然デンプン、合成デンプン、セルロース、バイオポリエステル、タンパク質、多糖類またはそれらの組み合わせを含む、請求項4に記載の保護材。
- 前記生分解性ポリマーは、セルロースを含む、請求項5に記載の保護材。
- 前記生分解性接着剤は、デンプン系接着剤、セルロース系接着剤、バイオポリエステル系接着剤、タンパク質系接着剤、多糖類系接着剤、またはこれらの組み合わせを含む、請求項4に記載の保護材。
- 前記生分解性接着剤は、セルロース系接着剤である、請求項7に記載の保護材。
- 前記生分解性接着剤は、デンプン系接着剤である、請求項7に記載の保護材。
- 前記セルロース系膨張性ミクロスフェアは、発泡剤を含む、請求項1に記載の保護材。
- 前記セルロース系膨張性ミクロスフェアが、反応性成分、化学触媒、またはそれらの組合せを含む、請求項1に記載の保護材。
- 前記セルロース系膨張性ミクロスフェアが、空気、二酸化炭素、窒素、メタン、エタン、プロパン、イソブタン、n-ブタン、ネオ-ペンタン、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガス、またはそれらの組み合わせを含む発泡剤を含む、請求項10に記載の保護材。
- 前記セルロース系膨張性ミクロスフェアは、外殻および内核材を含み、前記外殻はセルロースを含む、請求項1に記載の保護材。
- 前記セルロース系膨張性ミクロスフェアは、炭化水素、水、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の保護材。
- 前記セルロース系膨張性ミクロスフェアは、熱的に活性化されるように構成されている、請求項1に記載の保護材。
- 前記活性化によってセルロース系膨張性ミクロスフェアが膨張し、前記生分解性マトリックスを膨張させる、請求項1に記載の保護材。
- 前記生分解性マトリックスは、膨張後に固化するように構成される、請求項1に記載の保護材。
- 前記層は、生分解性材料を含み、前記保護材は全体として少なくとも75重量%の生分解性材料で作られている、請求項1に記載の保護材。
- 前記ミクロスフェアは前記生分解性マトリックスに内包されている、請求項1に記載の保護材。
- 膨張領域を規定する第1層および膨張領域の膨張性複合材を含有する第1壁を含み、前記膨張性複合材は、
生分解性マトリックス、および
複数のセルロース系膨張性ミクロスフェア、を含み、前記セルロース系膨張性ミクロスフェアは前記セルロース系膨張性ミクロスフェアの活性化により前記生分解性マトリックスが膨張するように構成される、保護材。 - 前記第1壁は、前記第1層に重ね合わされ連結された第2層を含み、前記第1層および前記第2層が、前記膨張領域を囲む第1膨張スペースをその間に規定し、前記膨張性複合材は前記第1膨張スペースに収納される、請求項20に記載の保護材。
- 以下を含む第2壁をさらに含み、前記第2壁は、
互いに重ね合わされ、連結され、その間に第2膨張スペースを規定する対向する基材層、および
前記第2膨張スペースに収納される追加分の前記膨張性複合材、を含み、
前記第1および第2壁が互いに重ね合わされ、出荷される製品をその中に収納するように構成されかつ寸法を定められたコンテナキャビティをその間に規定し、前記壁の膨張スペースが前記コンテナキャビティについて互いに重ねられ、前記第1および第2壁は前記コンテナキャビティの複数の側面で互いに連結される、請求項21に記載の保護材。 - 第1層、
第2層、および
前記膨張性領域における膨張性複合材、を含み、前記膨張性複合材は、
生分解性マトリックス、および
複数のセルロース系膨張性ミクロスフェア、を含み、前記セルロース系膨張性ミクロスフェアは前記セルロース系膨張性ミクロスフェアの活性化により前記生分解性マトリックスを膨張するように構成される、膨張性ウェブ。 - 前記第1層および前記第2層のそれぞれは、少なくとも75重量%の生分解性材料で作られる、請求項23に記載の膨張性ウェブ。
- 第1層の表面上に膨張性複合材を塗布すること、
前記第1層の上に第2層を、前記膨張性複合材が前記第1層と前記層との間に挟まれるように施すこと、を含み、前記膨張性複合材は、
生分解性マトリックス、および
複数のセルロース系膨張性ミクロスフィア、を含み、前記前記セルロース系膨張性ミクロスフィアは前記前記セルロース系膨張性ミクロスフィアの活性化により前記生分解性マトリックスが膨張するように構成される、膨張性保護材を製造する方法。
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