JP5944411B2 - 浸出小包を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、小包の製造に関し、より詳細には、所定の３次元形状を有するティーバッグなどの浸出小包（infusion packets）に関する。

長年の間、ティーバッグなどの浸出小包は、通常、紙から作られた四角形または円形の浸透性のフィルタ材料から作られ、茶葉などの浸出性材料が間に挟まれた２層シートとして、主に市販されてきた。このような小包は、小包内での浸出性材料の流れを実質的に２次元に制限してしまう。その結果、このような小包の浸出能力が制限されてしまう。

したがって、過去数十年間に、より３次元的な形状で浸出性物質がより大きな空間で動ける大量生産用の浸出小包の開発があった。特に成功したものは、特許文献１（Unilever）および特許文献２（I.M.A. SPA）として公開された国際特許出願に記載されたものなどの、４面体形状の小包であった。

４面体の小包の製造では、４面体の形状は、従来から、フィルタ材料の管部材において互いに垂直に横断するように封止することによって形成されており、この製造用に設計された装置は、他の３次元形状の製造には向いていない。

そのため、浸出小包材料を様々な３次元形状に製造できる方法を開発することが望まれる。

[定義]
値の任意の範囲を明確にする場合、具体的な任意の上限値は、具体的な任意の下限値と関連してもよいことに留意されたい。

誤解を避けるために、用語「備える（comprising）」は、「含む（including）」を意味するが、「成る（consisting of）」または「構成される（composed of）」を必ずしも意味するものとは限らないように意図される。換言すれば、列記されるステップまたは選択肢は、包括的である必要はない。

本明細書で理解されるように、本発明の開示は、請求項が多数従属性または冗長性なしに理解され得るという事実とは関係なく、互いに多数従属している請求項で理解されるときすべての実施形態を網羅すると見なされるものである。

国際公開第９５／０１９０７号パンフレット 国際公開第２００４／０３３３０３号パンフレット 英国特許出願公開第７３９，４３６号明細書 英国特許出願公開第８９９，６４６号明細書

本発明者らは、知られている熱成形のプロセスは、様々な３次元形状を作ることができる一方で、浸出小包材料で用いるには適していないことに気付いた。

第１に、浸出小包は、最も一般的には、熱成形できない紙から作られる。第２に、浸出小包は、熱成形できる材料から作られても、浸出小包の気孔率および材料の薄さのために、熱成形するのに適していないはずである。

知られている熱成形の技術には、通常、材料を形成するのに空気圧を使用することが必要である。しかしながら、浸出小包材料の気孔率は、材料を隔てた空気圧の差がすぐになくなってしまうため、この手法を実用的でないものにしている。

空気圧が用いられず、型が材料に押し付けられる場合には、浸透性で薄い任意の浸出小包材料の脆弱性のため、限られた数の３次元形状しか形成することができない。

しかしながら、脆弱性および気孔率の問題が解決されたとしても、他により重大な問題が存在している。知られている熱成形のプロセスは、材料を加熱する第１のステップと、それに続いて材料を熱成形する第２のステップと、を含む。浸出小包材料は浸透性がありかつ非常に薄いため、熱を蓄える容量が非常に小さい。浸出小包材料の熱容量が非常に小さいため、あらゆる熱がすぐに失われてしまい、そのため、熱成形温度を任意の長さの時間保つことができない。したがって、この手法はうまくいかない。

例えば、特許文献３および特許文献４には、第１の加熱するステップに続いて熱成形するステップを含む熱成形材料が、開示されている。そのため、開示されたプロセスは、熱成形が始まる前に冷えてしまう浸出小包材料での使用には向いていない。

したがって、熱成形は、多種多様な３次元形状を浸出小包材料から作り出す実用的な方法ではないと思われる。

しかしながら、驚くべきことに、本発明者らは、上記の問題をなんとか解決し、多種多様な３次元形状を浸出小包材料から作り出すことができる熱成形方法を開発した。

したがって、本発明は、０．５０ｍｍ未満の平均厚さの、気体および液体浸透性の熱可塑性材料の層を熱成形する方法に関し、この方法は、この層を、変形可能な気体不浸透性材料の層に接触させて、この２つの材料の分離可能な積層体を形成するステップと、熱可塑性材料が熱成形温度となるように構成するステップと、分離可能な積層体を熱成形することにより熱可塑性材料を熱成形するステップと、を含む。

分離可能な積層体を、変形可能であるとともに気体不浸透性である材料で形成することにより、材料の温度が熱成形の間に熱成形温度に保たれていれば、薄くかつ浸透性のある浸出小包材料を熱成形することができる。

したがって、変形可能な材料の気体不浸透性の性質は、熱成形を実施するのに空気圧を用いることを可能にする。加えて、気体不浸透性材料の変形可能な性質は、多種多様な３次元の段差（steps）を備えた型を用いることを可能にするが、これは、変形可能な層が、応力、具体的には熱成形の間に、熱可塑性層に引き起こされる局所的な応力を軽減するためである。したがって、変形可能な気体不浸透性の層は、空気圧および型を、浸出小包材料を熱成形するのに用いることを可能にする。

先に述べたように、熱可塑性材料は熱を蓄える容量が小さいため、熱成形の間に加熱された状態に確実にとどまるようにステップ（steps）が取られなければならない。

熱可塑性材料の熱容量が小さいことは、熱成形の間に過熱してしまう危険性も提起する。そのため、本発明者らは、熱成形の間、高温ガス流を熱可塑性材料に向かわせることを含む、効果的な加熱方法を見出した。

形成される材料の主な用途は浸出小包であるため、典型的には、材料は非常に薄い。そのため、好ましくは、熱可塑性材料は、０．３０ｍｍ未満の、より好ましくは０．２０ｍｍ未満の、最も好ましくは０．０１ｍｍから０．１０ｍｍの、平均厚さを有する。

熱可塑性材料は、様々な設計から作ることができるが、好ましくは、熱可塑性材料の繊維、より具体的には、織って作られた熱可塑性繊維から作られる。このような繊維は、０．２５ｍｍ未満の、好ましくは０．１５ｍｍ未満の、より好ましくは０．１０ｍｍ未満の、最も好ましくは０．００１から０．０５ｍｍの、直径を有することができる。

熱可塑性材料は、様々な熱成形材料から作ることができるが、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）またはポリ乳酸（ＰＬＡ）が好ましい。

先に述べたように、熱成形は、多くの手法で実施することができる。例えば、雄型または雌型を含む真空法を用いることができる。あるいは、正圧のガス圧力を、材料を形成するために用いることができ、オプションとして型を必要とする。

他には、型をシート積層体に衝突させるように移動させることによって、移動する型を分離可能な積層体に接触させて積層体を熱成形することで、熱成形を実施することができる。この構成において、変形可能な気体不浸透性材料は、型と接触しており、熱可塑性材料における応力の発生を軽減する。

変形可能な気体不浸透性材料は、典型的には、弾性変形可能となっており、熱成形の応力が除かれると層状の状態に戻る。好ましい実施形態では、変形可能な材料はエラストマーである。

気体不浸透性材料は、熱成形の間、局所的な応力を防ぎかつ吸収するように十分な厚さでなければならない。しかしながら、任意の型の形状に適合するという浸出小包材料の能力を低下させるような厚さであってはいけない。したがって、０．１から４．０ｍｍ、より好ましくは、０．２から２．０ｍｍの範囲の厚さが好ましい。

熱成形の温度は、熱可塑性材料が熱成形の応力のもとで変形できるに十分である。しかしながら、温度は、結果的に出来上がった材料が、元々のシート形状へと収縮して戻ることなく、そのレベルの温度まで耐えることができるように、１００℃を超えているのが好ましい。温度は、より好ましくは１２０℃を超え、さらに好ましくは１５０℃を超え、最も好ましくは１７０℃から２１０℃である。

形成された材料の主な用途は浸出小包であるため、熱成形された熱可塑性材料は、気体および液体浸透性であるのが好ましい。具体的には、熱成形された熱可塑性材料は、水性液体に対して透過性であるのが好ましい。

本発明による方法は、浸出小包材料として次いで用いることができる多種多様な３次元形状を作り出すことができる。例えば、４面体、半球形などの形状が可能である。

したがって、前記方法は、概して、茶葉などの浸出体を典型的には含む粒子状製品を、熱成形された熱可塑性材料内に配置するステップが後に続く。次いで、このステップには、封止された浸透性（porous）の浸出小包を作るために、熱成形された材料を封止するステップが典型的には後に続く。

ここで、本発明は、例を用いて、また以下の図面を参照して示される。

本発明による方法によって熱成形される前の分離可能な積層体の概略図である。 本発明によって熱成形される、図１に示される分離可能な積層体の概略図である。 本発明による別の方法によって熱成形される前の分離可能な別の積層体の概略図である。

図面を参照すると、図１には、エラストマーの膜１０と、５０ミクロンの平均厚さのポリエチレンテレフタラートの織物シート１２と、を備える分離可能な積層体が示される。

分離可能な積層体は、締め具１４により、積層体へと貫通する通路１８を有する基台１６に締め付けられている。

１９０℃に加熱された空気が、織物シート１２の表面に、矢印２０の方向に吹き付けられ、織物シート１２を熱成形可能な温度まで上昇させる。同時に、熱成形する空気が、通路１８を通して矢印２２の方向に吹き付けられる。

膜は弾性変形することができ、かつ織物シートは熱成形可能温度であるため、積層体は図２に示される形状に変形する。

所望の形状が得られると、高温の空気流２０を停止し、その結果、織物材料は熱成形可能温度未満へと低下し、また、ガス供給２２も停止して、図２に示される３次元の材料を形成する。

図３には、エラストマーの膜３０と、５０ミクロンの平均厚さのポリエチレンテレフタラートの織物シート３２と、を備える別の分離可能な積層体が示される。分離可能な積層体は、締め具３４によって基台３６に締め付けられている。

また、雄型部材３８も設けられる。

１９０℃に加熱された空気が、織物シート３２の表面に、矢印４０の方向に吹き付けられ、織物シート３２を熱成形可能な温度まで上昇させる。

同時に、雄型部材３８は下方へと移動され、エラストマーの膜３０に接触して押圧する。下方へと移動し続けると、熱可塑性の織物シート３２は熱変形して、おおよそ雄型部材３８の形状となる。熱可塑性シートが非常に薄かったとしても、エラストマーの膜３０は、熱成形の圧力による負荷を受け、その結果、熱可塑性シートは、失敗することなく多種多様な形状を取ることができる。

１０ エラストマーの膜
１２ 織物シート
１４ 締め具
１６ 基台
１８ 通路
２２ ガス供給
３０ エラストマーの膜
３２ 織物シート
３４ 締め具
３６ 基台
３８ 雄型部材

Claims (19)

1. ０．５０ｍｍ未満の平均厚さの、気体および液体浸透性の熱可塑性材料の層を熱成形する方法であって、前記層を、変形可能な気体不浸透性材料の層に接触させて、２つの材料の分離可能な積層体を形成するステップと、前記熱可塑性材料が熱成形温度となるように構成するステップと、前記分離可能な積層体を熱成形することにより前記熱可塑性材料を熱成形するステップと、次いで前記分離可能な積層体から前記変形可能な気体不浸透性材料の層を除去するステップと、その後に続く前記熱成形された熱可塑性材料内に粒子状製品を配置するステップと、を含む方法。
2. 前記熱可塑性材料は、０．３０ｍｍ未満の平均厚さを有する請求項１に記載の方法。
3. 前記熱可塑性材料は、０．２０ｍｍ未満の平均厚さを有する請求項２に記載の方法。
4. 前記熱可塑性材料は、０．１０ｍｍ未満の平均厚さを有する請求項３に記載の方法。
5. 前記熱可塑性材料は、熱可塑性材料の繊維から作られる請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記繊維は、織って作られた熱可塑性繊維である請求項５に記載の方法。
7. 前記繊維は、０．２５ｍｍ未満の直径を有する請求項５または６に記載の方法。
8. 前記繊維は、０．１５ｍｍ未満の直径を有する請求項７に記載の方法。
9. 前記繊維は、０．１０ｍｍ未満の直径を有する請求項８に記載の方法。
10. 前記繊維は、０．０５ｍｍ未満の直径を有する請求項９に記載の方法。
11. 前記熱可塑性材料は、熱成形の間、高温ガス流を前記熱可塑性材料に向かわせることで加熱される請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 熱成形が、前記変形可能な気体不浸透性材料が型と接触する状態で、前記型をシート積層体に衝突させるように移動させることによって、前記移動する型を前記分離可能な積層体に接触させて前記積層体を熱成形することで実施される請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記変形可能な気体不浸透性材料は弾性変形可能である請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記変形可能な材料はエラストマーである請求項１３に記載の方法。
15. 熱成形の温度は、１００℃を超える請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 熱成形の温度は、１２０℃を超える請求項１５に記載の方法。
17. 前記熱可塑性材料は、４面体形状または半球形状に形成される請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記粒子状製品は、茶葉を含む請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 封止された浸透性の浸出小包を作るために、前記熱成形された材料を封止するステップが後に続く請求項１８に記載の方法。

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