(57)【要約】【課題】充填装置に供給する前に予め貫通穴等のピンホールなどのバブリング現象が生じないヒートシール条件を評価するバブリング現象評価装置を提供する。【解決手段】加熱風を送出する細孔１１を有する熱風ノズル１０と、加熱風が当たる位置を通過する方向に移動可能であって、評価対象として紙基材の両側に樹脂層を有するサンプル紙材（紙容器用積層材料）２２を支持して固定する紙材ホルダー２１とを備え、サンプル紙材２２を、熱風ノズルの細孔１１から送出された熱風を部分的にあてることにより加熱し、加熱領域におけるバブリング現象の発生を評価する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
１００℃以上の加熱風を噴出する噴出口を備えた噴出ノズルと、
紙基材の両側に少なくとも一層の樹脂層を有する紙容器用積層材料を固定する固定部材を備え、前記加熱風の噴出方向と交差する方向に往復動することにより紙容器用積層材料を移動させる材料移動手段と、
を備え、前記噴出方向との交差位置に配置された前記紙容器用積層材料に前記噴出口から前記加熱風を部分的に与えて加熱し、加熱領域におけるバブリング現象の発生を評価するバブリング現象評価装置。
【請求項２】
前記噴出口は、孔又はスリットであることを特徴とする請求項１に記載のバブリング現象評価装置。
【請求項３】
前記加熱風は、前記噴出口と前記紙容器用積層材料との間の距離を１５０ｍｍ以下とし、前記噴出口での温度を３００℃以上として与えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバブリング現象評価装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、紙基材を有する紙容器用積層材料のヒートシート時に水分が気化して生じるバブリング現象の発生の有無を評価するバブリング現象評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙基材を主材とする紙容器として、例えば、図４に示すような屋根型の構造を有する液体容器などが広く使用されている。
【０００３】
一般に、液体用の紙容器は、内容物の保存性や容器としての強度等を確保するため、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）／紙基材／ＰＥ、ＰＥ／紙基材／ＰＥ／アルミニウム（Ａｌ）／ＰＥ、ＰＥ／紙基材／ＰＥ／Ａｌ／ポリエステル（ＰＥＴ）／ＰＥ、ＰＥ／紙基材／ＰＥ／シリコーン（Ｓｉ）／ポリエステル（ＰＥＴ）／ＰＥ等の構成からなる積層体が広く使用されている。
【０００４】
このような紙容器は、一般に、内容物を充填する充填装置内で底部及び頂部（天部）となる部分を熱風加熱や火炎加熱等によりヒートシールすることにより作製される。ところが、ヒートシールした際、その熱で紙基材等に含まれる水分が急激に体積膨張を起こし、膨張した水蒸気が、紙基材の上に積層されている樹脂層を押し上げて膨らみ層間剥離を発生させたり、極端には紙基材上の層を貫通してしまう現象（これらの現象を称して「バブリング現象」という。）が生じることがある。このバブリング現象は、最終的に容器とした場合にピンホールや層の剥離の発生を来しやすく、外観を損なうばかりか、内容物の漏れを招来することにもなる。
【０００５】
このバブリング現象に関連する技術として、熱可塑性樹脂からなる最外層及び紙基材からなる基材層と熱可塑性樹脂からなる最内層との間に、プラスチックフィルムの表面に二種類以上の無機酸化物からなる薄膜を形成したバリア層を設けた積層体からなる紙容器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、紙層とバリア層とをドライラミネート層を介して積層した基材の両側に熱可塑性樹脂層を設けた積層材料を加熱成形した紙製液体容器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７６５３９号公報
【特許文献２】特開平１０−１３８３７０号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、紙容器の加工成形は、毎分数十から数百個もの速度で内容物を充填する充填装置内で底部及び頂部（天部）となる部分をヒートシールして行なわれるため、実際には、ヒートシール後のピンホールや剥離等の検査は充填装置内で行なわなければならない。また、ヒートシールの条件は、紙容器の特性、すなわち紙容器の成形に用いる積層材料の構造や材質、樹脂層等の厚み、サイズなどにより異なるため、充填装置内でピンホールや剥離等のバブリング現象が生じない条件を個々に設定する必要があり、その設定を充填装置の生産ラインにおいて行なうのは難しい。
【０００８】
本考案は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度制御性に優れ、充填装置に供給する前に予め貫通穴等のピンホールなどのバブリング現象が生じないヒートシール条件やヒートシール素材開発を安定的に評価することができるバブリング現象評価装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本考案のバブリング現象評価装置は、１００℃以上の加熱風を噴出する噴出口を備えた噴出ノズルと、紙基材の両側に少なくとも一層の樹脂層を有する紙容器用積層材料を固定する固定部材を備え、前記加熱風の噴出方向と交差する方向に往復動することにより紙容器用積層材料を移動させる材料移動手段とを備え、加熱風の噴出方向との交差位置に配置された紙容器用積層材料に前記噴出口から加熱風を部分的に与えて加熱し、加熱領域におけるバブリング現象の発生を評価する構成としたものである。
【００１０】
バブリング現象とは、ヒートシールする際にその熱で紙基材等に含まれる水分が急激に体積膨張を起こし、膨張した水蒸気が紙基材の上に積層されている樹脂層を押し上げて膨らみ層間剥離を発生させたり、極端には紙基材上の層を貫通してしまう現象をいう。
【００１１】
本考案のバブリング現象評価装置においては、紙基材の両面にそれぞれ一層又は二層以上の樹脂層が設けられることにより樹脂被覆部を有する紙容器用積層材料を、加熱風の噴出方向と交差する方向、すなわち加熱風が当たる位置を通過する方向において往復動可能にし、所定時間を区切って所望とする熱量を樹脂被覆部に与え得るように構成するとともに、加熱風を限られた噴出口から部分的に与えることで、加熱温度、加熱時間を安定的に制御することができ、加熱領域における所望温度からの変動が小さく抑えられるので、温度制御性が良く、ヒートシール時の加熱を想定したバブリング現象の発生を再現性よく評価することができる。また、紙容器を形成する積層材料の構造や材質、樹脂層等の厚み、サイズなどの変更時には、バブリング現象が生じないヒートシール条件の設定を容易に行なえる。また別には、バブリング現象の発生しにくいヒートシール層の素材開発にも利用できる。
【００１２】
本考案においては、噴出ノズルの噴出口を孔又はスリットに形成することにより、紙容器用積層材料の樹脂被覆部を温度変動幅をより低減して加熱することができる。これより、温度制御性が良く、バブリング現象の発生評価をより高精度に行なえる。
【００１３】
加熱時は、噴出口と紙容器用積層材料との間の距離を１５０ｍｍ以下とし、噴出口での温度が３００℃以上の熱風を噴出ノズルから噴出して加熱するのが好ましい。このようにすると、紙容器の成形過程に近い比較的高温（例えば３００℃以上）の熱風を紙容器用積層材料の樹脂被覆部にあててより精度の高い評価を行なうことができる。
【考案の効果】
【００１４】
本考案によれば、温度制御性に優れ、充填装置に供給する前に予め貫通穴等のピンホールなどのバブリング現象が生じないヒートシール条件を安定的に評価することができるバブリング現象評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案の実施形態に係るバブリング現象評価装置の構成例を示す概略図である。
【図２】図１の噴出ノズルを拡大して示す斜視図である。
【図３】本考案における紙容器用積層材料の層構成の一例を示す断面図である。
【図４】紙容器の一例を示す斜視図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
以下、本考案の実施形態に係るバブリング現象評価装置について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。本実施形態に係るバブリング現象評価装置は、孔形状が円形の細孔を有する熱風ノズルを、供給された空気（エア）を加熱して送出する空気加熱器に取り付けて構成したものである。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係るバブリング現象評価装置１００は、細孔を有する熱風ノズル１０と、評価対象であるサンプル紙材（紙容器用積層材料）を支持して固定する紙材ホルダー２１とを備えている。
【００１８】
熱風ノズル１０は、ノズル面に孔形状が円形の細孔（直径φ ２ｍｍ）１１が９個配列されており、空気加熱器１５の一端に固定されることにより、３００℃〜３５０℃に加熱された熱風を各細孔から噴出することができるようになっている。
【００１９】
細孔１１は、熱風ノズル１０のノズル面に同形状同サイズで９個形成されており、紙容器用積層材料であるサンプル紙材の９箇所に局部的に熱風をあてて加熱することができる。このように熱風を細孔から噴出する方法によると、サンプル紙材上にあてる熱風の風速、風圧を所定の範囲に保ちやすく、評価に影響を与える温度変動を効果的に抑制することができる。これにより、バブリング現象の発生評価をより高精度に行なえる。
【００２０】
細孔の形状については、円形に限らず、楕円形、方形、三角形などのいずれの形状でもよいが、温度変動の点で円形であるのが好ましい。円形の場合、その直径φは０．１〜１０ｍｍが好ましい。また、細孔のサイズ、個数については、特に制限はなく、加熱風の温度、ヒータ容量、風量、サンプル紙材と熱風ノズルとの距離、環境温度などに応じて適宜選択すればよい。また、細孔のほか、噴出口としてスリットを設け、スリットからサンプル紙材に部分的に熱風をあてるようにすることができる。
【００２１】
空気加熱器１５は、エアが流通するエア流路と、エア流路中を流通するエアの加熱、温調を行なうためのヒータ１６と、側壁を貫通して設けられ、エア流路中のエア温度を検出する熱電対１７とを備えている。また、空気加熱器１５の側壁には、エアを内部に供給するためのエア供給口１４が設けられており、このエア供給口１４において、エア供給源と他端で繋がるエア供給管１８の一端が接続されている。
【００２２】
ヒータ１６は、内部中空の筒状（例えば断面円形）のエア流路の側壁の外側を巻回するようにコイル状の電熱線を設けて形成することができる。ヒータには、エアの加熱が可能であれば電熱線以外のヒータを用いてもよく、熱媒と熱媒を流通する熱媒流通管とで循環系をエア流路の外側あるいはエア流路内を貫通するように形成し、循環する熱媒とエアとの間で熱交換して加熱する熱媒循環系を設けて加熱することもできる。ヒータ１６による加熱は、熱電対１７からの検出値をもとにエア温度が所定温度に加熱されるように手動又は自動で制御できるようになっている。
【００２３】
また、エア流路は、エアの流通が可能な形状を有していればよく、例えば、筒形状であってもよいし、筒形状の両端が閉塞された容器にエア供給口及びエア排出口が設けられた中空容器などでもよい。
【００２４】
エア供給管１８には、図１に示すようにその配管途中に、エア流量を示す流量計１９と、エアの供給圧及び供給量を調整する圧力調整弁とが取り付けられており、目的等に応じて、熱風ノズル１０に供給するエアの流量や、空気加熱器１５内のエア圧を所望により調節できるようになっている。
【００２５】
紙材ホルダー２１は、「くの字」型に成形されたアルミニウム製部材を、サンプル紙材２２の両端を狭持可能なように「くの字」の開いた部分を向き合わせて移動体２０に配置することにより、サンプル紙材２２をその両端で支持し、所定位置に固定配置できるようになっている。この紙材ホルダーには、移動体２０の上方においてサンプル紙材２２を抜き差して交換することができる。
【００２６】
熱風ノズル１０の細孔１１からサンプル紙材２２の表面までの距離は、熱風の温度や風量、風圧、熱風ノズルの細孔径、ヒータ容量、サンプル紙材の材質、環境温度などの諸条件に応じて選択することができる。供給エアの風圧や流量のコントロール、加熱温度及び加熱時間の調整が容易に行なえ、温度制御性に優れる観点から、例えば、細孔（噴出口）とサンプル紙材（紙容器用積層材料）の間の距離を１５０ｍｍ以下とすることができる。更には、同様の理由から、前記距離は１〜１００ｍｍの範囲が好適である。この場合、噴出口での温度が３００℃以上の熱風を噴出ノズルから噴出して加熱することが好ましい。このようにすると、紙容器の成形過程に近い比較的高温（例えば３００℃以上）の熱風をサンプル紙材の樹脂被覆部にあてることが可能であり、加熱領域における所望温度からの変動幅が小さく抑えられ、バブリング現象の発生を再現性よく評価することができる。
【００２７】
移動体２０には、サンプル紙材２２を、熱風ノズル１０から噴出される熱風の噴出方向（図１の矢印方向Ｂ）と交差する方向、具体的には加熱風が当たる位置を通過する方向（図１の矢印方向Ａ）に移動可能なように、矢印Ａの方向に伸縮するエアーシリンダー３０の一端が接続されている。このエアーシリンダー３０は、エアを給排するための供給配管及び排出配管によって、起動スイッチ及びタイマーが取り付けられたエアバルブ３５と接続されている。なお、移動体２０の移動可能方向は、図１のように水平方向ではなく垂直方向で移動可能としてもよく、要するに熱風の噴出方向（図１の矢印方向Ｂ）と交差する方向であればどの方向でもよい。
【００２８】
エアバルブ３５には、圧力調整弁を備えたエアを供給するためのエア供給管３４の一端が接続されており、不図示のエア供給源から供給されたエアがエア供給管３４を通ってエアバルブ３５に供給されるようになっている。タイマーにより０．１秒以上の時間を設定して、タイマーに連動してエアバルブを作動させることができる。
【００２９】
本実施形態のバブリング現象評価装置を起動し、エアバルブ３５に取り付けられたタイマーを所望の時間に設定すると、そのタイマーに連動してエアバルブ３５と接続された移動体２０が矢印Ａの方向に往復動する。具体的には、エアバルブ３５からエアが供給配管を通じてエアーシリンダー３０に供給されると、移動体２０はサンプル紙材２２に熱風が当たる位置まで移動し、所定の時間停止してサンプル紙材を加熱した後、エアが排出配管を通じてエアーシリンダー３０から排出され、移動体２０は熱風が当たらない位置まで逆走する。このとき、空気加熱器１５にエア供給管１８からエアが供給されると、エアはエア流路を流通しながら３００℃〜３５０℃の範囲の所望温度に加熱され、加熱された熱風は熱風ノズル１０の細孔１１からサンプル紙材２２に向けて送出される。送出される熱風の温度は、空気加熱器１５に取り付けられた熱電対１７の検出値に基づいて調整され、また、風圧、風量は、流量計１９で示される値に基づいて圧力調整弁を調節することにより調整される。
【００３０】
次に、サンプル紙材を構成する紙容器用積層材料について説明する。
紙容器用積層材料としては、紙基材の両側に一層又は二層以上の樹脂層を有する材料として、第１の樹脂層／紙基材／（場合によりバリア層）／第２の樹脂層の積層構成からなる積層材料を用いることができる。具体的には、熱可塑性樹脂を用いた樹脂層／紙基材／（場合により金属薄層）／熱可塑性樹脂を用いた樹脂層が好適である。また、金属薄層をバリア層として設ける場合、紙基材と金属薄層との間には、接着性の層を設けることができる。
【００３１】
具体的な例として、図３に示す構造の積層材料を用いることができる。図３に示す積層材料は、熱可塑性樹脂層４６／紙基材４５／接着層４４／バリア層４３／延伸プラスチックス層４２／熱可塑性樹脂層４１の積層構造を有するものである。
【００３２】
熱可塑性樹脂層４６は、熱可塑性樹脂を用いて形成することができる。熱可塑性樹脂としては、α−オレフィン重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂等の公知のものを選択できる。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）が好適であり、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、具体的には高圧法エチレン単独重合体、あるいはエチレンとプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテン、４−メチルペンテン−１等のエチレン以外のα−オレフィンとの共重合体である直鎖状低密度ポリエチレンが好適に用いられる。熱可塑性樹脂の密度は、特に限定されないが、通常は０．８８〜０．９３０ｇ／ｃｍ３の範囲であり、そのメルトインデックスは通常０．１〜２０の範囲である。
【００３３】
熱可塑性樹脂層４６の形成は、特に制限はないが、例えば、紙基材４５の一方の面に押出コートすることにより形成できる。熱可塑性樹脂層４６は、紙容器とした場合に外表層をなす層である。この表面にはさらに印刷層を設けてもよく、印刷層に用いるインクの密着性向上の点から、例えばコロナ処理等の表面処理を施してもよい。熱可塑性樹脂層４６の厚みは、１０〜５０μｍ程度が好ましい。
【００３４】
紙基材４５は、例えば、強サイズ性の晒もしくは未晒の紙基材、又は純白ロール紙、クラフト紙、板紙、加工紙、ミルク原紙等の各種の紙基材を使用することができる。紙基材は、これらを複数重ねたものであってもよい。また、紙基材の秤量は、８０〜６００ｇ／ｍ２の範囲が好ましく、１００〜４５０ｇ／ｍ２の範囲がより好ましい。また、紙基材の厚みは、８０〜８００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１００〜６００μｍの範囲である。
【００３５】
接着層４４は、任意に設けられる層であり、無機のバリア層４３と紙基材４５とを強固に接着するために設けられる。接着層４４を構成する材料としては、エチレン・メタクリル酸（ＥＭＡＡ）やエチレン・アクリル酸、直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）、低密度ポリエチレン（LDPE）、アイオノマー樹脂、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂などを使用することができる。接着層の厚みは、通常は１５〜１００μｍ程度である。
【００３６】
バリア層４３は、アルミニウム箔、アルミニウム蒸着フィルム、金属酸化物蒸着フィルムを用いて形成することができる。蒸着フィルムからなる場合は、延伸プラスチック層４２に蒸着して設けてもよい。蒸着する金属酸化物は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等を適宜選択して使用することができる。
【００３７】
延伸プラスチックス層４２は、例えば、ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル等を用いたフィルムを用いることができる。このうち、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート、ナイロンが好ましい。延伸プラスチックフィルムを用いると、耐熱ピンホール性が良好となる。
【００３８】
熱可塑性樹脂層４１は、熱可塑性樹脂を用いて形成することができる。この熱可塑性樹脂層は、内容物を充填後に漏れ等の生じない密封性の高い熱シールが可能であって、内容物に接する層として内容物の香料等を吸着しにくいものである等が要求される。熱可塑性樹脂層４１は、複数の層からなっていてもよい。熱可塑性樹脂としては、熱可塑性樹脂層４６と同様に公知のものから選択でき、ポリエチレン（ＰＥ）が好適であり、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、具体的には高圧法エチレン単独重合体、あるいはエチレンとプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテン、４−メチルペンテン−１等のエチレン以外のα−オレフィンとの共重合体である直鎖状低密度ポリエチレンが好適である。ここでの熱可塑性樹脂は、シングルサイト触媒を用いて重合したエチレン・α−オレフィン共重合体がシール温度を下げる点で好ましく、熱時のバブリング現象が生じ難くなる。熱可塑性樹脂の密度及びメルトインデックスについては、熱可塑性樹脂層４６における場合と同様である。
【００３９】
上記のうち、紙容器用積層材料の例として、ポリエチレン（ＰＥ）／紙基材／ＰＥ、ＰＥ／紙基材／ＰＥ／Ａｌ層／ＰＥ、ＰＥ／紙基材／ＰＥ／Ａｌ層／ポリエステル（ＰＥＴ）／ＰＥ、ＰＥ／紙基材／ＰＥ／Ｓｉ／ポリエステル（ＰＥＴ）／ＰＥ等の構成からなる積層材料を用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０・・・熱風ノズル
１１・・・細孔（噴出口）
１５・・・空気加熱器
２０・・・移動体
２１・・・紙材ホルダー
２２・・・紙材サンプル
３０・・・エアーシリンダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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