(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内容物を充填したゲーブルトップ型の紙容器空隙部に、ヘリウムガスを３ＫＰａ以上の圧力で充填して封緘し、封緘後、紙容器空隙部のヘリウムガス濃度を経時的に計測し、ヘリウムガス濃度を指標として紙容器のバリア性を検査することを特徴とする紙容器のバリア性検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密封して使用される紙容器のバリア性検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体を収容する容器として紙容器が多く使用されているが、内容物が酸素に触れると劣化するジュースや酒、醤油といったものである場合、かかる内容物の長期保存を図るために、内容物を収容し密封した紙容器の空隙部、例えば、ゲーベルトップ型紙容器ではその頂部空隙部に窒素ガスを充填してガス置換を行うといった手段が講じられている。
【０００３】
しかし、内容物を収容し密封した紙容器の空隙部に窒素ガスを充填してガス置換を行っても、紙容器のガスバリア性が十分でないと、紙容器の空隙部に充填した窒素ガスは紙容器を透過して大気中にもれ出す一方、大気中の酸素がこの空隙部に侵入して、窒素ガスと酸素とが経時的に置き換わってしまい、内容物の長期保存が果たせなくなる場合がある。これは、容器材料自体のバリア性、紙容器成型時に発生する微小なピンホールの存在、紙容器シール部のシール特性、紙容器開封部に施される抗接着剤の面積、形状等に起因する。
【０００４】
このため、内容物の長期保存に要するバリア性を有する紙容器を得るため、バリア性ある容器材料や、紙容器シール部のヒートシール温度及び／又は開封部に施される抗接着剤の面積・形状等が種々検討され、これらの選定や決定に当たっては、これらが紙容器のバリア性に及ぼす影響を判定する検査が行われている。この紙容器のバリア性検査方法として、従来は、紙容器の空隙部に窒素ガスを充填して封緘した紙容器について、その空隙部の酸素濃度を経時的に計測し、酸素濃度の増加率を求めることで行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の紙容器のバリア性検査方法では、紙容器の空隙部の窒素ガスと大気中の酸素とが置換して、紙容器内に入ってきた酸素濃度を計測するところから、次のような問題点がある。
【０００６】
置換される窒素と酸素はいずれも分子量が大きいため、窒素ガスが紙容器から大気中に抜けるにしても、また酸素が大気中から紙容器内に入るにしても、ある程度の時間がかかり、作業性が悪い。また、置換される窒素と酸素はいずれも大気中に存在し、特に、窒素は大気中に約８割も存在している。一方、酸素は紙容器内容物にも溶存しており、紙容器の酸素濃度が低い場合には、この溶存酸素の一部が気化して空隙部に移行すると考えられる。このため、バリア性の良否による酸素濃度の差がそれほど大きく出ず、正確性に欠ける。従って、紙容器成型時に発生する微小なピンホールや紙容器シール部のシール特性の僅かな相違等によるバリアの差は、検出することが困難で、これらがバリア性に及ぼす影響を判定することができない。
【０００７】
本発明の目的は、紙容器のバリア性を短時間で且つ正確・精密に検査することができる紙容器のバリア性検査方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る紙容器のバリア性検査方法は、内容物を充填したゲーブルトップ型の紙容器空隙部に、ヘリウムガスを３ＫＰａ以上の圧力で充填して封緘し、封緘後、紙容器空隙部のヘリウムガス濃度（置換率）を経時的に計測し、ヘリウムガス濃度を指標として紙容器のバリア性を検査することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成から、紙容器空隙部に充填したヘリウムガスは、分子量が小さく、紙容器から大気中にスムーズに抜けるため、検査を短時間で行うことができて、その作業性が向上し、また、ヘリウムガスは大気中に殆ど存在しないので、バリア性の良否によるヘリウムガス濃度の差が大きく出て、正確な検査を可能にし、更には、紙容器成型時に発生する微小なピンホールや紙容器シール部のシール特性の僅かな相違等によるバリアの差も検出することができ、これらがバリア性に及ぼす影響を容易に判定することができる。また、ヘリウムガスは不活性ガスなので安全である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る紙容器のバリア性検査方法の実施の形態について説明する。本発明では、まず、紙容器の封緘直前にヘリウムガスをその空隙内に吹き込み、紙容器の空隙部の空気をヘリウムガスに置換して封緘する。
【００１１】
このようにして紙容器を封緘したら、できるだけ間を置かずに、前記空隙部内に充填されているヘリウムガスの濃度を計測し、初期値のヘリウムガス濃度として記録する。この後、所定の時間経過後に、同一条件で作成し、やはり同一条件でその空隙部内にヘリウムガスを充填した紙容器の前記空隙部内のヘリウムガスの濃度を計測し、初期値のヘリウムガス濃度に対する所定の時間経過後のヘリウムガス濃度の減少を指標として、紙容器のバリア性を判定する。
【００１２】
前記のように、紙容器の封緘直前にヘリウムガスを吹き込み、封緘直後の空隙部内のヘリウムガスの濃度を初期値のヘリウムガス濃度とするが、ヘリウムガスの充填圧力によって前記空隙部内のヘリウムガス濃度の初期値が異なってくるため、前準備としてヘリウムガスの充填圧力について検証を行う必要がある。
【００１３】
つまり、ヘリウム自体分子量が小さいため、前記空隙部にヘリウムガスを充填する場合、従来行われてきた窒素ガスの充填圧力よりも高くしなければ前記空隙部がヘリウムガスで満たされない。例えば、紙容器がゲーブルトップ型である場合、その頂部空隙部にヘリウムガスを充填する場合、圧力を少なくとも３ＫＰａ程度としないと空隙部内のヘリウムガスの濃度の初期値、即ちヘリウムガスと空気との置換率が４０％以下になる場合もあり、この程度の濃度では、紙容器のバリア性の検査に必ずしも適するとはいえない。
【００１４】
紙容器のバリア性の検査には、空隙部内に充填されたヘリウムガスの濃度が少なくとも５０％以上であることが好ましい。特に容器容量に対して３割程度の空隙を有する紙容器に充填する場合には７ＫＰａ程度の圧力が好ましく、これによって空隙部内のヘリウムガスの濃度が７０％程度に達する。
【００１５】
紙容器にヘリウムガスを充填した後、紙容器内のヘリウムガスの濃度の計測は、紙容器を水中にて破壊して、密封性のあるプラスチック製の容器を用いて水中で気体を捕集し、このプラスチック製の容器に捕集された気体中のヘリウム濃度を測定する方法や、ヘリウムガスが充填されている空隙部分に対応する紙容器の外側面にゴム等を貼り付け、注射針をこの上から刺して紙容器内の気体を吸引し、捕集した気体中のヘリウム濃度を測定するなどといった方法により行われるが、これらに限られるものではない。
【００１６】
前記の測定方法による紙容器空隙部のヘリウムガス濃度の経時的な計測は、同一条件で試作され、ヘリウムガスを充填された紙容器を複数用意し、それぞれの紙容器における空隙部内のヘリウムガス濃度を、所定の時間を違えて測定して行えばよい。
【００１７】
上記のようにして行われる紙容器のバリア性検査方法によれば、紙容器空隙部に充填したヘリウムガスは、分子量が小さく、紙容器から大気中にスムーズに抜けるため、従来の紙容器のバリア性検査に用いられてきた窒素ガスや酸素の紙容器透過時間に比べて遙かに短い時間で紙容器を透過し、これにより紙容器のバリア性検査時間の短縮化が図れ作業性が向上する。また、ヘリウムガスは大気中に殆ど存在しないので、バリア性の良否によるヘリウムガス濃度の差が大きく出て、正確な検査を可能にし、更には、紙容器成型時に発生する微小なピンホールや紙容器シール部のシール特性の僅かな相違等によるバリアの差も検出することができ、これらがバリア性に及ぼす影響を容易に判定することができる。特に封緘直後の紙容器空隙部内のヘリウムガスの濃度が５０％以上であれば、バリア性の良否によるヘリウムガス濃度の差がより大きく出て、一層正確・精密な検査を可能にする。また、ヘリウムガスは不活性ガスなので安全である。
【００１８】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
実施例１
板紙層１の両面に低密度ポリエチレン層２，３を配置した図１に示す積層構造の紙容器材料４で、容量１０５０ｍｌのゲーブルトップ型の紙容器５を定法により成型し、この紙容器５に５００ｍｌの水を充填し、図２に示すようにして、空隙部７にノズル６から７ＫＰａの圧力でヘリウムガスを吹き込んだ後、頂部シール開封部８を頂部シールバー９を用い、３３０℃又は３５０℃でヒートシールして頂部を封緘した。このとき、紙容器５の空隙部７に充填されたヘリウムガスの濃度の初期値は５０％であった。
【００１９】
得られた２種類の紙容器５について、紙容器５の空隙部７にヘリウムガスを充填してから１２時間後のヘリウムガスの濃度を測定したところ、３３０℃でヒートシールしたものは２％、３５０℃でヒートシールしたものは８％であった。この差異は、頂部シール開封部８をシールするシール温度の違いによって生じる頂部シール開封部８の接着力の差異により生じるものであり、シール温度の違いによって紙容器５のバリア性に差異が生じることが検出できた。
【００２０】
実施例２
板紙層１０の外面側に低密度ポリエチレン層１１を配置し、内面側に低密度ポリエチレン層１２、アルミ箔層１３、低密度ポリエチレン層１４を配置した図３に示す積層構造の紙容器材料１５で、容量１０５０ｍｌのゲーブルトップ型の紙容器を、頂部シール開封部に施される抗接着剤の面積が異なる３種類の紙容器Ａ，Ｂ，Ｃ（図示せず）として試作し、この紙容器Ａ，Ｂ，Ｃに８００ｍｌの水を充填し、実施例１と同様にして、それぞれの紙容器Ａ，Ｂ，Ｃの空隙部に７ＫＰａの圧力でヘリウムガスを吹き込んだ後、頂部シール開封部を頂部シールバーでヒートシールして頂部を封緘した。このときの紙容器Ａ，Ｂ，Ｃの空隙部に充填されたヘリウムガスの濃度の初期値は７５％であった。
【００２１】
この３種類の紙容器Ａ，Ｂ，Ｃについて、空隙部にヘリウムガスを充填してから３日後のヘリウムガスの濃度を測定したところ、紙容器Ａは２８％、紙容器Ｂは４５％、紙容器Ｃは６０％であった。この差異は、頂部シール開封部に施された抗接着剤の面積の違いによって生じる頂部シール開封部の接着性の差異により生じるものであり、頂部シール開封部に施された抗接着剤の面積の違いによって紙容器のバリア性に差異が生じることが検出できた。
【００２２】
比較例１
実施例２で使用された、板紙層１０の外面側に低密度ポリエチレン層１１を配置し、内面側に低密度ポリエチレン層１２、アルミ箔層１３、低密度ポリエチレン層１４を配置した積層構造の紙容器材料１５で試作された、容量１０５０ｍｌのゲーブルトップ型で、頂部シール開封部に施される抗接着剤の面積が異なる３種類の紙容器Ａ，Ｂ，Ｃに１０００ｍｌの水を充填し、実施例１と同様にして、それぞれの紙容器Ａ，Ｂ，Ｃの空隙部に７ＫＰａの圧力で窒素ガスを吹き込んだ後、頂部シール開封部をヒートシールして頂部を封緘した。このときの紙容器Ａ，Ｂ，Ｃの空隙部における酸素濃度の初期値は９．５％であった。
【００２３】
この３種類の紙容器Ａ，Ｂ，Ｃについて、空隙部に窒素ガスを充填してから３日後の酸素濃度を測定したところ、紙容器Ａは１３％、紙容器Ｂは１２％、紙容器Ｃは１２％、一週間後の酸素濃度を測定したところ、紙容器Ａは１５％、紙容器Ｂは１４％、紙容器Ｃは１２％、更に三週間後の酸素濃度を測定したところ、紙容器Ａは１７％、紙容器Ｂは１６％、紙容器Ｃは１６％であった。このように紙容器空隙部内の酸素濃度の差異は検出できるものの、ヘリウムと比較すると小さな数値変化に留まり、トップシールパネルに施される抗接着剤の面積の違いによって生じる紙容器のバリア性の微妙な差異が検出し難いものであった。
【００２４】
比較例２
実施例１で使用された、板紙層１の両面に低密度ポリエチレン層２，３を配置した積層構造の紙容器材料４で成型された、容量１０５０ｍｌのゲーブルトップ型の紙容器に８００ｍｌの水を充填し、その空隙部に５ＫＰａの圧力で窒素ガスを吹き込んだ後、実施例１と同様にして、頂部シール開封部を３３０℃又は３５０℃でヒートシールして頂部を封緘した。このときの紙容器の空隙部における酸素濃度の初期値は１１％であった。
【００２５】
得られた２種類の紙容器について、空隙部に窒素ガスを充填してから１２時間後の酸素濃度を測定したところ、３３０℃でヒートシールしたものは１７％、３５０℃でヒートシールしたものも１７％であった。このように紙容器空隙部内の酸素の濃度に差異は発生せず、トップシールパネルをヒートシールする際のシール温度の違いによる紙容器のバリア性の微妙な違いは、少なくとも１２時間の放置では検出できなかった。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る紙容器のバリア性検査方法によれば、紙容器空隙部にヘリウムガスを充填して封緘し、封緘後、紙容器空隙部のヘリウムガス濃度を経時的に計測し、ヘリウムガス濃度の減少を指標として紙容器のバリア性を検査する。紙容器空隙部に充填したヘリウムガスは、分子量が小さく、紙容器から大気中にスムーズに抜けるため、紙容器のバリア性検査時間の短縮化が図れ作業性が向上し、また、ヘリウムガスは大気中に殆ど存在しないので、バリア性の良否によるヘリウムガス濃度の差が大きく出て、正確な検査を可能にし、更には、紙容器成型時に発生する微小なピンホールや紙容器シール部のシール特性の僅かな相違等によるバリアの差も検出することができ、これらがバリア性に及ぼす影響を容易に判定することができ、また、ヘリウムガスは不活性ガスなので安全であるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る紙容器のバリア性検査方法の実施例で使用される紙容器材料の一例を示す断面図。
【図２】本発明に係る紙容器のバリア性検査方法の実施例で、紙容器内にヘリウムガスを吹き込む工程を示す説明図。
【図３】本発明に係る紙容器のバリア性検査方法の他の実施例で使用される紙容器材料の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１    板紙層
２    低密度ポリエチレン層
３    低密度ポリエチレン層
４    紙容器材料
５    紙容器
６    ノズル
７    空隙部
８    頂部シール開封部
９    頂部シールバー
１０  板紙層
１１  低密度ポリエチレン層
１２  低密度ポリエチレン層
１３  アルミ箔層
１４  低密度ポリエチレン層
１５  紙容器材料
【図１】
0003773837.tif 000002
【図２】
0003773837.tif 000003
【図３】
0003773837.tif 000004