生命科学関連特許情報

特許情報キャッシュ

菱沼 一夫 JP 2005010131 公開特許公報(A) 20050113 2003201370 20030620 ヒートシールの剥がれと破れの識別方法 菱沼 一夫 596177445 田中 政浩 100085109 菱沼 一夫 7 G01N19/04 G01N19/00 JP G01N19/04 D G01N19/00 J 1 3 書面 9 【０００１】【発明の属する技術分野】シート状プラスチックを圧着加熱によって溶着封緘や製袋に際してよく行われているヒートシールに要求される機能は物流中や使用中の衝撃や荷重によって容易に剥がれたり、破れたりしないようにすることであるこのためには、確実な溶着が必要であるが過加熱するとプラスチック材料は熱変性を起こしもろくなり、ヒートシール線のエッジで切断しり、ラミネーションでは張り合わせ面の剥がれが起こり、衝撃で破袋を起こし易くなるこのためには熱変性の少ない最も強い剥がれシールの状態を使用する加熱温度管理が必要である発明者は、溶着面温度の再現性の保証ができる「溶着面温度測定法」（第８回日本包装学会年次大会研究発表会要旨集Ｐ．１６〜等）で被加熱材を加熱する際に、引っ張り試験の引っ張り応力方向をヒートシール線の直角から中間の角度に変更し、ＪＩＳ法の直角のヒートシール強さの比較解析から溶着面の剥がれ、又はヒートシーラントの破れやラミネーションの張り合わせ面の剥がれかを溶着面温度をベースにした識別方法を見いだした本発明は、剥がれシールと破れシール（エッジ切れ）を容易に識別する方法に関するものである本明細書中に記載する溶着強さの表現で「ヒートシール強さ」、「引っ張り強さ」の２種を使う前者は主に［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］の定義に基づくもの、後者は本発明による表現とした【０００２】【従来の技術】従来のヒートシールの適否の判定は［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］の引っ張り試験法によるヒートシール強さと剥がれ面の状態観察によって行われているが、ＪＩＳの検査法では、過加熱によって発生するヒートシール線にはみ出してくる溶融したヒートシーラントによって見かけ上、ヒートシール強さが上昇したり、はみ出し玉によって発生するピンホールの識別は困難であり、剥がれ面の観察は人の感覚に頼るので定量性に難がある【０００３】【発明が解決しようとする課題】従来、ヒートシールの加熱圧着条件の決定には次のような課題がある（１）加熱条件の定量的な管理方法がなかった（２）被加熱材料の加熱条件と適正なヒートシール条件との関連が曖昧だった（３）破れやピンホールの発生の制御方法が明確でなかった（４）剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）と破れシール（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）の識別法がなかった（５）剥がれシール領域でのヒートシールを施す方法が確立されていない（６）安全を見て強めの材料の選択になりコストアップになっている従来はこれらの対策のためのヒートシールの適否の判定は［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］の引っ張り試験法によるヒートシール強さと剥がれ面の状態観察によって行われている【０００４】【課題を解決する手段】剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）と破れシール（Ｔｅｒａ Ｓｅａｌ）の識別方法を以下の手順で行う（１）ヒートシーラントを内側にして巾約２０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに被加熱材を試験片に切断する（２）溶着面温度ベースでヒートシール管理ができる加熱試験装置（例えば実用新案登録第３０５６１７２号のような）で試験片を加熱する（３）加熱は、加熱速度を減速して、加熱の均一化を図るために０．１〜０．１５ｍｍのテフロン（登録商標）シートで挟み、０．１〜０．２ＭＰａの圧着圧で３０〜４５度の角度になるように斜めにヒートシールを行う（４）圧着時間は予め溶着面温度測定法を用いて適正加熱時間を計測しておく（５）加熱後速やかに常温の金属片で圧接（０．０５ＭＰａ以下）冷却する（６）ヒートシール温度はヒートシーラントの溶着開始温度付近から被加熱材の大きな熱変性を起こす加熱上限温度付近まで３〜５℃おきに行う（７）加熱、冷却後の試験片の中央部分（左右をカット）を１５±０．１ｍｍの精度でカットする更に全面ヒートシール部分を約１０ｍｍになるようにカットする（８）試験片を引っ張り試験機のジョーに２０〜３０ｍｍ間隔で装着する（９）ジョー間隔を除き［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］の方法で引っ張り試験を行い、引っ張り強さの最大値を記録する（１０）各溶着面温度でヒートシールした試験片を同様に引っ張り試験を行う（１１）得られた引っ張り強さの最大値データ群を溶着面温度を横軸、ヒートシール強さを縦軸にしたグラフにプロットする（１２）溶着が発現した溶着面温度付近から引っ張り強さの最大値データ中のピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度までを剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）領域、ピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度の高温側を破れシール（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）領域と識別する【０００５】【発明の実施の形態】図１によって実施方法を説明する図１（ａ）は［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］の引っ張り試験のサンプル作成法である同（ｂ）は引っ張り試験機による応力の掛け方を示した［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］ではヒートシール巾の規定はない【０００６】［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］ では試験片（１）の引っ張り試験の応力間を１００ｍｍ以上とし一対のジョー（２，３）でヒートシール線（４）に直角に均一に掛けることを求めている（図１（ｂ）参照）これは１５ｍｍ巾に平均化された材料のもつ基本的な溶着力を計測しようとするためであるこの方法で引っ張り強さを測定した代表的な計測パターンを図１（ｃ）示した図１（ｃ）の（７）は溶着面の剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）の場合である引っ張り強さがある値に達してからは引っ張り距離に関係なくほぼ一定の引っ張り強さを示す【０００７】剥離距離と引っ張り強さの積の総和が剥離エネルギーとなる密封された袋に外力が加わると内部圧力が発生する内部圧力によって発生するヒートシール線（４）に該当するの単位長さ当たりの応力が溶着面の引っ張り強さより大きければ剥がれが起こり、剥離エネルギーに変換され内部発生エネルギーが消費され内部発生応力は低下するヒートシール巾（５）相当が剥がれ距離より大きければ、単位長さ当たりの引っ張り強さと内部発生応力が釣り合った時点で剥がれの進行は止まる【０００８】図１（ｃ）の（８）は溶着面が完全に溶着して剥がれが起こりにくい状態の場合でエッジ切れ（破断）起こした場合のパターンである内部圧力によって発生した応力が溶着面のヒートシール強さよりも大きくて、剥がれが起こらず溶着線が降伏点に達して一気に破断を起こした場合である主に落下等の大きな衝撃によって起こることが多い【０００９】図１（ｃ）の（１０）はヒートシーラントが高温で完全な液状化又は高い圧着圧で液状化したヒートシーラントがヒートシール線（４）に溶出した場合であるヒートシール線は溶出したヒートシーラントが加熱前のヒートシーラントの厚さより大きくなるので、引っ張り試験の結果は被加熱材の基本ヒートシール強さより大きくなり、引っ張りによって試験片はヒートシール以外の部位が伸長する一見、この状態はヒートシール強さが向上するように思われるが、ヒートシーラントの溶出は必ずしも均一にならないので溶出現象を利用するのは好ましくない【００１０】図１（ｃ）の（９）はヒートシーラントの溶出が不均一の場合のパターンを示したヒートシールされた実際の包装物に掛かるヒートシール線への応力は１５ｍｍ巾に均一掛かることは少なく、５ｍｍ以下の巾に内部発生応力が集中することもあるのでこのような現象は起こり易くなる【００１１】本発明の剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）と破れシール（Ｔｅｒａ Ｓｅａｌ）の識別方法を図２に示したヒートシーラントを内側にして約巾２０ｍｍ、長さ６０ｍｍに被加熱材を試験片（１１）に切断する溶着面温度ベースで管理できる加熱試験装置（例えば実用新案登録第３０５６１７２号のような）で図２（ａ）に示したように試験片（１１）に０．１〜０．２ＭＰａの圧着圧で３０〜４５度の角度になるように斜めのヒートシール（１２）を行う【００１２】加熱速度を減速して、加熱の均一化を図るために０．１〜０．１５ｍｍのテフロン（登録商標）シートを加熱体と試験片の両面に挟むことと、加熱後速やかに０．０５ＭＰａ以下の常温の金属片で冷却するのが好ましい（図示せず）【００１３】ヒートシール温度はヒートシーラントの溶着開始温度付近から被加熱材か大きな熱変性を起こす上限温度付近まで３〜５℃おきに行うこの試験片（１１）の中央部分（左右をカット）を１５±０．１ｍｍの精度でカットする（図２（ａ）参照）更に全面ヒートシール部分を約１０ｍｍになるようにカットする【００１４】これを図２（ｂ）のように引っ張り試験機のジョー（２，３）に装着するジョー間隔を２０〜３０ｍｍと狭くしたのは、被加熱材の伸びによる引っ張り試験強さに及ぼす影響を少なくするための考慮である【００１５】発明の方法で得られた代表的な引っ張り強さパターンを図２（ｃ）に示した図中の（７）、（１０）は図１のそれと同一である（１６）は剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）温度帯の引っ張り強さパターンである点から始まった剥がれは三角形状（１２）に剥離されるので、引っ張り強さはほぼ直線上に上昇し１５ｍｍ巾の線に到達するとＪＩＳ法と同一（７）の値で一定になる（図２（ｂ）の左側の図は剥離途中のヒートシール線（１２）を示した）【００１６】他方、破れ（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）温度帯の引っ張り強さパターンを（１７）に示したこの場合は、ヒートシール線（１２）にヒートシーラントの溶出はみ出しでポリ玉ができているのでヒートシール線（１２）のエッジには、ポリ玉によって部分的に集中応力が発生しやすくなっていて、容易に破れが起こる【００１７】三角形状の剥離過程では破断が確率的に発生して、その時点で引っ張り強さは下降を始め、ＪＩＳ法（１０）のヒートシール強さには到達しない破れシールが確実に発生する高温温度帯では下降開始点は低い引っ張り強さで始まり破れシールか容易に発見でき、その試験片（１１）の加熱温度からの発生温度が容易に同定できる【００１８】【実施例】被加熱材として、市販レトルト包装用のパウチを使った識別事例を示すパウチの材料構成は［ＰＥＴ１２μｍ／Ａ１７μｍ／ＣＰＰ７０μｍ］である被加熱材を図１、図２で示した要領で試験片を作成したヒートシール加熱試験装置（例えば実用新案登録第３０５６１７２号）を使い、本発明法とＪＩＳ法のヒートシールを溶着面温度ベースの加熱を行い、引っ張り試験機で引っ張り強さ測定した結果を、横軸に溶着面温度、縦軸に引っ張り強さのグラフに各データをプロットしたものを図３に示した【００１９】ヒートシール強さの値（１８）から、この材料は１４０℃付近から溶着が始まり１５３℃付近で溶融が完了していることが分かるＪＩＳ法では１７５℃付近までわずかに減少傾向があるものの高いヒートシール強さ（１８）を示している【００２０】本発明の方法（角度法）（１９）では１５３℃をピークに引っ張り強さは減少して、１５７℃付近では大きく減少している１５７℃付近では目視観察でも明かに破れが確認できた本発明の方法によって剥がれシールと破れシールの識別が可能であることを示した【００２１】食品衛生法ではレトルト包装のヒートシール強さは２５Ｎ／１５ｍｍ以上を要求しているが、この結果からこの包装材料の適正溶着面温度は１４９℃〜１５８℃を得ることができる大きな衝撃応力を防御するためには１４９℃〜１５５℃の剥がれシール帯を選択することが好ましいことが分かる【００２２】【発明の効果】ＪＩＳのヒートシール検査法を用いてヒートシール管理を行っていても破袋やピンホールの発生が起こり、包装の基本機能を満足できないことがあった特に過加熱による破袋やピンホールの発生原因対策が剥がれシールと破れシールの識別で定量的にできるようになった【００２３】衝撃荷重に対して、剥がれシールの剥離エネルギーによる荷重吸収能力を利用して破袋やピンホールの発生を防御することができるようになった【図面の簡単な説明】【図１】ＪＩＳ法の引っ張り試験方法の説明である【図２】本発明の引っ張り試験方法の説明である【図３】本発明の実施事例の説明である【符号の説明】１；ＪＩＳ法の試験片形状２；固定ジョー３；移動ジョー４；ヒートシール線５；ヒートシール巾６；フォースゲージ７；剥がれシールのヒートシール強さパターン８；破れシールのヒートシール強さパターン（１）９；破れシールのヒートシール強さパターン（２）１０；過加熱シールのヒートシール強さパターン１１；本発明の試験片形状１２；本発明のヒートシール線１３；試験片のカット線１４；デジタル記録計１５；パソコン１６；本発明（角度法）の剥がれシールの引っ張り強さパターン１７；本発明（角度法）の破れシールの引っ張り強さパターン１８；ＪＩＳ法のヒートシール強さパターン１９；本発明の引っ張り強さパターン 剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）と破れシール（Ｔｅｒａ Ｓｅａｌ）の識別方法を以下の手順で行う（１）ヒートシーラントを内側にして巾約２０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに被加熱材を試験片に切断する（２）溶着面温度ベースでヒートシール管理ができる加熱試験装置（例えば実用新案登録第３０５６１７２号のような）で試験片を加熱する（３）加熱は、加熱速度を減速して、加熱の均一化を図るために０．１〜０．１５ｍｍのテフロン（登録商標）シートで挟み、０．１〜０．２ＭＰａの圧着圧で３０〜４５度の角度になるように斜めにヒートシールを行う（４）圧着時間は予め溶着面温度測定法を用いて適正加熱時間を計測しておく（５）加熱後速やかに常温の金属片で圧接（０．０５ＭＰａ以下）冷却する（６）ヒートシール温度はヒートシーラントの溶着開始温度付近から被加熱材の大きな熱変性を起こす加熱上限温度付近まで３〜５℃おきに行う（７）加熱、冷却後の試験片の中央部分（左右をカット）を１５±０．１ｍｍの精度でカットする更に全面ヒートシール部分を約１０ｍｍになるようにカットする（８）試験片を引っ張り試験機のジョーに２０〜３０ｍｍ間隔で装着する（９）ジョー間隔を除き［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］の方法で引っ張り試験を行い、引っ張り強さの最大値を記録する（１０）各溶着面温度でヒートシールした試験片を同様に引っ張り試験を行う（１１）得られた引っ張り強さの最大値データ群を溶着面温度を横軸、ヒートシール強さを縦軸にしたグラフにプロットする（１２）溶着が発現した溶着面温度付近から引っ張り強さの最大値データ中のピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度までを剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）領域、ピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度の高温側を破れシール（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）領域と識別する 【課題】剥がれシールと破れシールの識別方法を提供する。【解決手段】溶着面温度ベースで試験片を３０〜４５度の角度になるように斜めにヒートシールを行う。ヒートシール温度はヒートシーラントの溶着開始温度付近から被加熱材の加熱上限温度付近まで３〜５℃おきに行う。加熱片を引っ張り試験を行い引っ張り強さの最大値を記録する。引っ張り強さデータの最大値を溶着面温度を横軸、引っ張り強さを縦軸にしたグラフにプロットする。溶着が発現した温度からグラフのピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度までを剥がれシール、これ以上の高温側を破れシール領域と識別する。【選択図】図３ 20030827 A16330 請求項１ 3 剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）と破れシール（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）の識別方法を以下の手順で行う（１）ヒートシーラントを内側にして巾約２０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに被加熱材を試験片に切断する（２）溶着面温度ベースでヒートシール管理ができる加熱試験装置（例えば実用新案登録第３０５６１７２号のような）で試験片を加熱する（３）加熱は、加熱速度を減速して、加熱の均一化を図るために０．１〜０．１５ｍｍのテフロン（登録商標）シートで挟み、０．１〜０．２ＭＰａの圧着圧で３０〜４５度の角度になるように斜めにヒートシールを行う（４）圧着時間は予め溶着面温度測定法を用いて適正加熱時間を計測しておく（５）加熱後速やかに常温の金属片で圧接（０．０５ＭＰａ以下）冷却する（６）ヒートシール温度はヒートシーラントの溶着開始温度付近から被加熱材の大きな熱変性を起こす加熱上限温度付近まで３〜５℃おきに行う（７）加熱、冷却後の試験片の中央部分（左右をカット）を１５±０．１ｍｍの精度でカットする更に全面ヒートシール部分を約１０ｍｍになるようにカットする（８）試験片を引っ張り試験機のジョーに２０〜３０ｍｍ間隔で装着する（９）ジョー間隔を除き［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］の方法で引っ張り試験を行い、引っ張り強さの最大値を記録する（１０）各溶着面温度でヒートシールした試験片を同様に引っ張り試験を行う（１１）得られた引っ張り強さの最大値データ群を溶着面温度を横軸、ヒートシール強さを縦軸にしたグラフにプロットする（１２）溶着が発現した溶着面温度付近から引っ張り強さの最大値データ中のピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度までを剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）領域、ピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度の高温側を破れシール（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）領域と識別する A16330 ０００４ 3 【０００４】剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）と破れシール（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）の識別方法を以下の手順で行う（１）ヒートシーラントを内側にして巾約２０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに被加熱材を試験片に切断する（２）溶着面温度ベースでヒートシール管理ができる加熱試験装置（例えば実用新案登録第３０５６１７２号のような）で試験片を加熱する（３）加熱は、加熱速度を減速して、加熱の均一化を図るために０．１〜０．１５ｍｍのテフロン（登録商標）シートで挟み、０．１〜０．２ＭＰａの圧着圧で３０〜４５度の角度になるように斜めにヒートシールを行う（４）圧着時間は予め溶着面温度測定法を用いて適正加熱時間を計測しておく（５）加熱後速やかに常温の金属片で圧接（０．０５ＭＰａ以下）冷却する（６）ヒートシール温度はヒートシーラントの溶着開始温度付近から被加熱材の大きな熱変性を起こす加熱上限温度付近まで３〜５℃おきに行う（７）加熱、冷却後の試験片の中央部分（左右をカット）を１５±０．１ｍｍの精度でカットする更に全面ヒートシール部分を約１０ｍｍになるようにカットする（８）試験片を引っ張り試験機のジョーに２０〜３０ｍｍ間隔で装着する（９）ジョー間隔を除き［ＪＩＳ Ｚ ０２３８］の方法で引っ張り試験を行い、引っ張り強さの最大値を記録する（１０）各溶着面温度でヒートシールした試験片を同様に引っ張り試験を行う（１１）得られた引っ張り強さの最大値データ群を溶着面温度を横軸、ヒートシール強さを縦軸にしたグラフにプロットする（１２）溶着が発現した溶着面温度付近から引っ張り強さの最大値データ中のピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度までを剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）領域、ピークから２０％程度低下した高温側のプロットに相当する溶着面温度の高温側を破れシール（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）領域と識別する A16330 ０００７ 3 【０００７】剥離距離と引っ張り強さの積の総和が剥離エネルギーとなる密封された袋に外力が加わると内部圧力が発生する内部圧力によって発生するヒートシール線（４）に該当する単位長さ当たりの応力が溶着面の引っ張り強さより大きければ剥がれが起こり、剥離エネルギーに変換され内部発生エネルギーが消費され内部発生応力は低下するヒートシール巾（５）相当が剥がれ距離より大きければ、単位長さ当たりの引っ張り強さと内部発生応力が釣り合った時点で剥がれの進行は止まる A16330 ００１１ 3 【００１１】本発明の剥がれシール（Ｐｅｅｌ Ｓｅａｌ）と破れシール（Ｔｅａｒ Ｓｅａｌ）の識別方法を図２に示したヒートシーラントを内側にして約巾２０ｍｍ、長さ６０ｍｍに被加熱材を試験片（１１）に切断する溶着面温度ベースで管理できる加熱試験装置（例えば実用新案登録第３０５６１７２号のような）で図２（ａ）に示したように試験片（１１）に０．１〜０．２ＭＰａの圧着圧で３０〜４５度の角度になるように斜めのヒートシール（１２）を行う

ページのトップへ戻る

生命科学データベース横断検索へ戻る