日本包装学会誌ＶｂＬＩ７ＮｕＪ“０８ノ論文

剥がれと破れの混成ヒートシール方法の検討
一℃ompoSeal,,の開発一
菱沼一夫＊

StudyofCompositeHeatSeaIingofPeelSeaIandTearSeal
ＫａｚｕｏＨＩＳＨＩＮＵＭＡ＊＜JISZO238＞、＜ＡＳＴＭ(F88-O6)＞がヒートシールの仕上がりを検証する評価規範として使用されている。しかし、この規範を確実に実施してもピンホールや破袋が確率的に発生してヒー
トシールの信頼性が確保できていない。

従来のヒートシール方法は接蒜強さが股大となる溶融状態の凝集接着を追及してきた。しかし、液状化したヒートシーラントがヒートシール線にはみ出してポリ玉を形成し、破れの起点になっている。凝集接着では限界応力に対して、直ちに破断を起こす。他方、ヒートシールの発現の立
ち上がI〕の界面接着では剥がれが起こり、応力に対する破れの抑止機能がある。
本研究は次を論じる

1）ヒートシール面の内側に界面接jMr、外縁に凝集接着の二つのヒートシール状態を混成させる

2）ヒートシール面を有効に機能させる

3）ヒートシールのピンホールの発生を根本的に抑制して破袋の発生を制御する［JISZO238］ｏｒ［ＡＳＴＭ(F88-O6)］aregenerallyusedasevaluationstandardsfbrverification

ofthefinishofheatsealingllowever・eveniftherequirementsofthesestandardsaremet・
pinhoIesandbreakswillrandomlyoccurandreliableheatsealingcannotbeensured、Conventionalheatsealmgmethodshavesoughttomaximizeadhesivestrengththroughcohesiveadhesionofthemeltstate､Howeverprotrusionofmoltenheatsealantbeyondtheheat
sealinglineｃａｎｆｂｒｍｐｏｌｙｍｅｒｂａ１ｌｓｔｈａｔｂｅｃｏｍｅoriginsforbreaks・Rupturesarecaused

immediateIywhencriticalstressfbrthecohesiveadhesivestateisreachedOntheotherhand

fbrtlleheatsealinitiallvfbrmedbysurfaceadhesion，peelingoccursthatfunctionstocontrol
stressbreaking
lnthispaper,thefbllowingpointsarediscussed、

1）Ｔｈｅｍｉｘｉｎｇｏｆｔｈｅｔｗｏｈｅａｔｓｅａｌｉｎｇｃｏnditionsofadhesionontheinsideandcohesiollonthe
outerboundaryoftheheatsealingplane

2）Makingtheheatsealingplanefunctioneffectively、

3）ControlIingthegenerationofpinholesinheatsea1ingtocontroltherootcauseofheatseal
breaks．

キーワード：ヒートシール､混成ヒートシール､剥がれシール､破れシール､ポリ玉､剥離エネルギー

Keywo『｡s:heatseali､9.℃ompoSear､peelseaLtearseal,polymerbalLpeelenergy｡菱沼技術士耶務所〒２１２－００５４）11崎市幸区小倉l232

mSHINUMACONSULTmJGENGINEEROFFICEl2320guraSaiwai-kuKawasakiCityJapan．

－４７－

剥がれと破れの混成と－トシール方法の検討

破れシールの接着（凝集接着；tearseal）

1．緒言

では、破れはヒートシール線（エッジ）で起
こり、ヒートシールフィン（面）は破袋防御

プラスチックの包装材料の封絨にはプラス

チックの熱可塑`性を利用したヒートシール技に関係せず包装材料の無駄になっている。

法が多用されている。ヒートシールの適正性

ヒートシール強さの立ち上がりの剥がれシの評価はJISZO238やＡＳＴＭ［F88-06］が適ール（界面接着；peelseal）領域では引張強用されている。しかしこの評価法を着実に実さは小さいが界面接着なので、引張応力で接行してもピンホールや破袋の発生が制御しき

着面には剥離が起こり、引張エネルギーの消れない状態が続いている。')現在は不具合の費機能があり、ピンホールの発生を制御する

対応として、接着層の厚肉化や材料強さの向ことができる。3》剥がれシールの適用でヒー上が常套手段となっていて、省資源のためのトシール性は２～３倍程度の改善が得られる

包装材料の薄肉化、小サイズ化や生分解性プが、適用した剥がれシールの加熱状態が最適

ラスチックの導入による循環型の資源利用のであることの証明がしにくい課題がある。

本研究はヒートシールの幅方向に剥がれシ

対応が手詰まり状態となっている。

破袋の原因であるピンホールは'①破袋応力ールと破れシールを混成させることにより剥の発生（落下、荷重)、②ヒートシール線のがれシールと破れシールを連続的に生成させ、凹凸（ポリ玉)、③応力の集中化（充填によ

剥がれの剥離エネルギーによる破壊力の消費

るタック、過加熱によるシュリンク）の複合の“クッション性”とポリ玉の発生を原理的起因で発生している。そして破袋はピンホーに抑制し、ピンホールの発生を制御する究極ルを起点（ノッチ効果）として発生している｡２１的なヒートシールの加熱方法の報告である。

本研究を適用した新しいヒートシール法は

破袋は複合起因である３つの要素の１つを制

従来法の４～５倍の破袋改善能力が確認され御することによって防御が可能である。

汎用的にはポリ玉の発生抑制の適正加熱化ている。この成果はヒートシールフインの寸が有効であるｃ（原因要素の１つであるヒー法の縮小、ヒートシーラントの薄肉化等の直トシール線のシュリンクも付随的に抑制でき接的コストダウンに貢献できると共に、剥がる。）従来は、１５ｍｍ幅の接着面の引張強さをれシールの適用が不可欠な生分解性プラスチ

計測して適否を判断しているので、接着層ックの軟包装への利用を促進できる期待があ（ヒートシーラント）の凝集接着が起こる溶る｡↓)混成ヒートシール方法の通称を￣Compo

融温度［Ｔｍ］以上の加熱設定が目安となっSear31と名付けた。

本報では、特に断りのない場合の加熱時のている。

［Ｔｍ］温度付近では接着層は液状となるの始発時の圧着圧は0.1～O2MPa、被加熱材表面

で、特に表層材にヒートシーラントより溶融にはテフロン等のカバー材は装着していない。

温度の高い材料が適用されるラミネーション

材料では、圧着圧によってヒートシール線に接着層がはみ出し、ポリ玉が形成されている。
－４８－

日本包装学会誌ＶｂＬＪ７１ＶｂＬｌ（2UD8ノ

2．理論

混合となり、冷却されると成型状態となり接着界面はなくなる。この状態では高分子間の２．１ヒートシールのメカニズム

接近距離は数nｍとなり「接着部位」は、ほプラスチックは構成分子が直鎖状に分子結

ぼ製膜／成型と同等の分子間力が発生して、合し、直鎖間は分子間力（vanderwaals

材料の固有の引張強さになる。このモデル図

fOrce）によって一体形状が維持されている。

をFig.１に示した｡7）一体化したプラスチックの最大引張強さは構成分子と製膜工程で調節される直鎖の隣接２．２凝集接着におけるヒートシールの不具

整列性（結晶性と方向性）によって決定され合の発生解析

る材料毎の固有のものである。ヒートシール

従来のヒートシール技法は引張試験による強さは接着面の加熱によって接触面の高分子

引張強さをいかに高めるかの一元的な取組みが活性化して、ミクロな接近下の両表面の分であった。すなわち、接着面をいかに凝集接子間に分子間力を発生させることによって発着にするかに関係者は腐心をしていた。結果

現するｃ有効な分子間力の発生には分子間距として加熱は高温（Ｔｍ以上）となっている。

離を300,ｍ以下に接近する必要がある｡６１

ヒートシーラントは液状化する［Ｔｍ］以上

熱可塑性プラスチックのこの距離は加熱温度の関数になっている。

の高温加熱では、単体材料の場合は加熱体に付着したり、形状が維持できなくなるので工従来からヒートシールの加熱の目安に適用

業的な取扱は困難となる。加熱体への付着防されている溶融温度［Ｔｍ］付近では、高分御と加熱後の剥離`性の改善を目的として、網子は流動状態（液状化）となり接着面は流動目に織ったグラスウールにテフロンを含浸しEIementof

poIymer

Mdtinginte汁ace

SeaIant

Layer(1)Polymerelement

SeaIant

doesnotexceed
theinterface
U,Thefriction
adhesionoO．

Layer(2)Sealant

Laycr(1)SeaIant

Layer(2)鴎為ｉｓｃｏｍｂｍｅｄｉｎ(b）Typeoftheconditionofthetearingadhesion

ｔｈｅｅｎｔａｍｇ]ement．

FiglSchemaoffusingconditionofpeelseaIandtearseal－４９－

剥ｶﾞ雛と破れの混成ヒートシール方法の検討

たシートが常用されているがこれが不具合の2.3溶融温度（Ｔｍ）を目安にしたヒートシ

要因にもなっている｡，）

ール操作の欠陥

高温接着によって、次に示すような不具合

熱可塑性プラスチックを加熱／冷却するとが発生している。

加熱温度に応じてFig.２に示したヒートシー(1)凝集接着状態の確認である「エッジ切れ」

ル強さが発現する。ヒートシール線に引裂きの接合状態が``良好,，とする評価が常識化

応力（引張試験）をかけると接着面（線）のした。

破壊状況はFig.３に示したように剥がれシー(2)「エッジ切れ」は接着線が緩衝能力のない接着状態である｡2）ルの接着面は剥離を起こすが、接着面が一体化している破れシールでは、ヒートシールエ(3)「エッジ切れ」を“良”としていながらッジの周辺から伸びが起こり破断する。このも、ヒートシール幅の必要性が共存する矛

時の測定強さは材料の伸び応力又は加熱で周盾論理が継続している。

辺が熱劣化を起した伸び強さを測定している(4)ＪＩＳ（ZO238）の引張試験では、破袋の起ものである。

点になる．ポリ玉”付近のピンホールの発生の検知ができない｡2）

度調節の簡易性から一定値の中心付近を選択する傾向が強い(8)高温加熱では含有または含浸した揮発成Ｆ

二魅このｐ⑪山Ｅ一一⑱⑩㈹←⑥①エ

ぼ一定のヒートシール強さを示すので、温Ｆ(7)ＪＩＳの引張試験では凝集接着状態ではほ分の気化による接着面の劣化の議論が始まっている。8）

Ｔ１T2

Meltingsurfacetemperature(℃）(9)高温加熱で発生するヒートシールエッジ

Ｆｉｇ２Ｅｘｐ｢essionoftheheatseaIingstrengthのポリ玉がヒートシールの破袋の原因になっている解析が暖昧となっている。
(10）テフロン含浸シートの利用は加熱温度を高める“悪”になっている｡，）(u）網目圧着は接着面の間引き接着を起こし、ヒートシール強さの低下と加熱温度の擬似

高温化になっている｡Ioi(12）ヒートシールの高速化操作の要求によって、更なる加熱温度の高温化となり、包材
固有の熱伝導速度より大きな熱傾斜が与えられ、表層材のシュリンク、熱分解等の熱(a)FaiIuromodoofPCClS“Iing

ダメージを起している。

］(b)FaiIuremodecfTcarse“、９Fig3FaiIuremodeofPeeIandTearsealing－５０－日本包装学会誌ＶｂＬＩ７ｊＶｎｌ（2U08ノ

従来はヒートシール強さが一定になる破れ

因果関係を“複合起因解析"'２１を適用して整シール領域又は溶融温度（Ｔｍ）付近（凝集頓するとFig.４に示したようになる。この解接着）の加熱が適用されている。この加熱温

析では、破袋はピンホールが起点となって発度帯はヒートシーラントが液状化して、凝集生するとし（リッチ効果"）ピンホールの発接着が確実に発現する温度帯であるので、ラ生メカニズムの解析の論理設定を行った。ピボ的には材料の持つ固有の接着力を得ること

ンホールの発生は微小部位への応力の集中負ができる。このために長い間この温度帯が荷現象として捉え、主要因である①応力発生、"適正”として、常套方法として採用されて②応力の集中機能のメカニズムを解析してみきた。しかし、低密度ポリエチレンを除いてるとFig.４中に示したように「内圧の発生｣、

ヒートシール強さの発現温度と［Ｔｍ］の乖｢タック」、「シュリンク」、「ポリ玉｣、「クッ

離は大きく従来の取扱は正しくない｡'１）

ション性」を摘出することができた。更なる消費者は、プラスチック包装において、使"複合起因解析，，をすすめると、「タック」、

い易い確実な封鍼をヒートシールに期待してい｢ポリ玉｣、「クッション性」は加熱温度がパる。従来からの認識をベースにしたヒートシー

ラメータで発生することを見出すことができ

ル操作は前述で明らかにしたように今日の要求た。更に、ヒートシールの破袋の発生の主要に対して、技術的な課題が山積している。

因の「タック」、「ポリ玉｣、「クッション性」
は加熱温度に依存する共通的な現象であるこ

２．４従来の不具合発生要素摘出と相互関係の解析とが発見できた。すなわち技術的（工業的）な課題を改善するには、この現象の制御が改［2.2］の「凝集接着におけるヒートシール

善策であることが分かった。

の不具合の発生解析」で記述した不具合項目

複合的に発生する現象では、関連要素の全の発生原因を［加熱起因]、［容器にかかる応ての発生を制御する必要はなく、関与強度の力]、［タックの発生源］に分けて列挙すると大きいもの、あるいは扱い易い要素の制御にTable､１に示したようになる。この項目群の重点を置けばよく、負荷応力が包装材料の持TabIelCauseelementoftheb｢eakin9seaIoltheheatsealing[UAppropriatenessofthe[2]Bagstresssource[3]Causeofgenemtionof(1)Achievementofthe(1)Ｄｒｏｐ(1)MoIdedfTomtheplaneheating

meltingtemperature(2)GenerationofthefaiIurc

bytheoverheatl）PoIymerbaII(2)vibration(3)Ｌｏａｄ(4)existenceofthepressu｢ereceiver２)Shrink

thetack

bodytofOrmmg(2)TensionbythefiIIing
weight(3)Gripfbrceisinsufficient(4)badofthegnppositicn(5)fillingrate(6)FIuidityofthefUIing-ee３)MatenaIthennaI
denaturation-Decompositionofthe
poIymerization

articIe(7)Shapeofthebag-Vapo｢izationinthe(8)Shrink

voIatiIeminute－５１－

剥力雛と破れの混成ビートシール方法の検討

iM(ｉｚＬ

H1、ロロ

エ.ｈ■□

二尾iriIi霧亨）
MeItingsu｢facetemperature
management

l…$獺し雲」

BaslCconlmﾉｅ/emenf

Fig.４“MultiComplexAnalysis，，ｆｏ｢breakinggenerationofthebag

つ基本性能以内であれば、加熱温度の適正化
２１．。Ｅ①〕の。週』。吻四巨三①二〒Ｉ〒Ｉを図れば、充填量やヒートシールの圧着圧の要素は付随的な制御対象になる｡'2ｉ“複合起因解析”の結果、加熱温度の適正化でヒートシールの課題の基本的改善が図れることを見出した。

tHeatjngtime

２．５剥がれと破れの混成ヒートシール法の

Fig.５

論理構築

ResponseexampleofthemeItingsu｢facetemperaturewhichadiustedtheheatfIow

前述のようにヒートシールにおける破れの発生の防御には加熱温度の適正化が不可欠、ルを混成（composite）させ、２大複合要因

かつ王道であることを示した。その結論は剥の①剥がれシールのクッション性、②ヒート

がれシール帯を有効に利用する技術開発であシール面にポリ玉の発生をさせない究極のヒる。3》しかし剥がれシール接着のみの工業的ートシール技法を完成させるものである。

実施には、その信頼性の保証（加熱温度の適

ヒートジヨー方式を例にすれば、加熱体の正性、剥がれ強さの適正性の保証）とエッジ

金属面を直接圧着すると、ヒートシールの溶切れを,`良”としていた半世紀もの社会通念

着面の温度はFig.５の(1)に示した応答を示す。

のギャップの理解が必要である。

一方、加熱体の表面にテフロンシートのよう

本研究は容器のシールの加熱接着面の内側な熱流低減材を設置すると、その応答はＦｉｇ．

を剥がれシール、外縁の狭い部分に破れシー

５の(2)に付記したように遅れが生じる。加

－５２－日本包装学会誌ＷＬｊ７ｊＶｂＬ１（2UU8ノ

熱体の表面の区別した部位（５～10ｍｍ）に

抵抗の小さい0.01ｍｍの平滑面のテフロンシ

並列に熱流調節板を設置して、加熱流を調節ートを用いて固定した。

する。通常加熱したい部分は熱流調節板と同加熱体の両加熱面の温度を同一設定にし一の厚さの金属板を設置して圧着面が均一にて、該当ヒートシール材料を用いて、熱流調なるようにして、任意に設定する加熱幅に加節部（剥がれシール）と非熱流調節部（破れ

熱分布を作る｡'6）シール）のそれぞれの中央部付近の溶着面温

Fig.２の図中に示した剥がれシール帯と破度応答を測定する。

れシールの一部が含まれる温度帯の［T1-T2］を調節対象として、引張強さを［F1-F2］を３．２適用包装材料のヒートシール特性測定選択する。加熱流の調節結果は溶着面温度測ヒートシール強さの発現温度付近から、加定法'３１を適用して応答を検証する。（Fig.７参

熱体の温度２～５℃間隔で変更して、溶着面照）所定の温度差の調節は、熱流調節板の材

温度ベースのヒートシール強さ（ＪＩＳＺＯ２３８

質、厚さで変更して、適合する加熱時間［ｍ］

準拠）の発現を計測する。

を生産機に反映して目的を達成する。

３．３熱流調節材の厚さ、加熱温度、加熱時

3．実験

間の選択

Fig.２，Fig.７を参照して混成ヒートシール
３．１熱流調節材の性能の取得方法の加熱条件を決定する。

最も汎用的に利用されているヒートジョー(1)溶着面温度ベースのヒートシール強さのカ式での混成ヒートシール（``CompoSeal．'）

発現グラフから剥がれシールと破れシールの実施法をFig.６に示した｡肺:熱流調節材としが共存する加熱温度帯を選択する。更に剥て、幅：１０ｍｍ、厚さ：０．１～0.3ｍｍのテフ

がれシール加熱帯と破れシール加熱帯の中ロン材を用いた。テフロン材と幅：５ｍｍ

心点（Ｔｌ、Ｔ２）を選択する。（Fig.２参照）の同一の厚さの金属板（ステンレススティー(2)非熱流調節部の応答グラフから破れシール）を用意して、一対の加熱体の表面に熱流ルの発現する溶着面温度（Ｔ２）の加熱時間（t､）を選択する（Ｆｉｇ７参照）

HeatingbIock（１）へ
HeatfIow

controIplate(１）MatsriBI
nnerside(3)破れシールの加熱時間（t､）と同一の時

1厘］

三雲雲室生;11二:ソ

Ｈ⑧BtfIow

controlplate (2)Heatingblock (2)Ｉ

間で、選択した剥がれシール強さの発現す

る溶着面温度（Ｔ１）に最も近い交点の熱流調節板の厚さを選択する。（Ｆｉｇ７参照）(4)少々の調節は加熱体の温度変更、加熱時間変更で行う。

Ｆ I3tMBtBI(2)Fig6ImpIementaImethodofthecompositeseal16）（Caseofheatiawtype）

3.4製袋試験(1)［3.1～3.3］の実用`性を確認するために－５３－

剥力魂と破れの混成ヒートシール方法のI覧討“薄い包装材料”（ヒートシーラント：６ｕ

中心温度を破れシール；160℃［T2］とする

ｍ、総厚：５０α、）を使用した製袋試験でと、到達時間は0.38ｓ［t､］を得る。この点が検証する。

この例の混成ヒートシールの基点になる。各(2)剥がれシールの適用が不可欠な生分解性

熱流調節板の溶着面温度応答が［t､］を通過

プラスチックのヒートシールイ)に適用してする時の温度［Ｔｌ]、［Ｔ３］を得ることがで

混成ヒートシールの機能性を検証する。

きる。剥がれシール温度の中心を145℃とす
ると、［Ｔｌ］を得ることができる。必要とす

4．結果と考察

る熱流調節温度に最も近い熱流調節板を選択して、［ｍ］を現場の設備に反映して混成ヒートシールを実行する。

4.1熱流調節の結果と考察
熱流調節材として、厚さ：0.2～０４ｍｍの加熱面の温度が一定でも、ヒートシールさ

テフロンシートを用いて、試験材としてレトれる加熱面の材料内に起こる熱流によって、ルト用パウチ材を適用して熱流調節効果の測温度分布が発生する報告'ｲ)があるが、この実定した結果の統合をFig.７に示した。剥がれ験で使用したレトルトパウチ材のように金属

シール／破れシールの溶着面温度の測定点は箔がラミネーションされているとこの効果はそれぞれのほぼ中央を選んだ。この結果からさらに大きくなる。本例では、非熱流調節か

熱流調節板の厚さが０１ｍｍの変化で実用的な

らヒートシールエッジの非加熱部までの溶着

温度差を獲得できることが分かった。加熱の面温度は非熱流調節部を最高温度として、順

1８０
Ｂ２ｓｅｍ
０００００００６４２０８６４（Ｐ）①」己の」の□Ｅ①］の：七コ四ｍ昌一①三

１１１１

Ｔ２－－－

二

nＩａｔｅ２０－４

Ｈｅａｔｐｗ
ｎｇｐＤｌｎ

2０
←す。一

国画。一

『国。一

ｍ一・一

のＣｏ－

ト○・○

ｒｌ

９．Ｃ副

ｍ

Ｃｍ０Ｃｅ

戸忌

－ト．。“ｕｓ

引ｃｏＣ・師

ロ０

の、、つ幅

＠面。Ｃ

ママ．ロ

（国．◎

垣戻Ｃ

ｍＣ．つ

ｍＣ．○

ＣｏｏＣ

Fig7MeItingsu｢facetemperatureresponseinadjustingtheheatnow－５４－日本包装学会誌ＶＯＬＪ７ノVｎｌ（2D08）

次温度が低下する応答が観測されている。

の出力と引張距離（剥離距離）をデジタル変換して、パソコンにExcelデータとして取り

４．２混成ヒートシールの実効確認と考察込んだ。剥離に要するエネルギー（仕事量）

Fig.８はFig.７と同じ材料の溶着面温度ベは［(強さ×剥離面積)／時間］で表現できる

ースのヒートシール強さ（JIS法）を示したから、引張速度を共通にして、剥離距離を変ものである。このヒートシール強さの発現グ数にすれば引張強さ値を積分することによっ

ラフとFig.７の熱流調節グラフから混成ヒーて、ヒートシール面が保有する剥離エネルギ

トシール条件を次のように設定して混成ヒーー値が指数化できるから、この比較で破袋耐

トシールサンプルを作成した。

性の機能比較ができる。

・加熱体表面温度：165℃

この混成ヒートシールと従来法のシール．破れシール：［T2］162℃，０．４０ｓ(170℃）の引張試験パターンをＦｉｇ９に示し幅：５ｍた。従来法の破れシールでは3.5ｍｍの引張で．剥がれシール：［Ｔｌ］145℃

破断が起こっている。他方混成ヒートシール

幅：９ｍの剥がれシール帯では8.6ｍｍまで連続して剥・熱流調節板（テフロン）：0.3ｍ

離が起こって、破れシール帯に到達して、破加熱体の温度設定は、破れシールの加熱温断が起こった。従来のヒートシール法／混成度帯の選択がなるべく平坦な領域に設定でき

ヒートシール法の（引張強さ×剥離面積）のるようにして、破れシールの加熱温度をｌ～

積分の指数化値は［9.9］と［41］で混成ヒー

2℃の振りで、剥がれシールの加熱設定時間

トシールが約４倍の剥離エネルギー（破袋耐に自由度を持たせるようにした。

性）を示している。混成ヒートシールの引張

このサンプルを［JISZO238］に準拠した試験の応答の最大値は従来法に比して高くな引張試験を行った。引張試験機のロードセルっているのは、連続的に剥がれシールから破PeeIseaIzone

TearseaIzone』し』〈。。

＞

ざＲ(）

４

０

Ｐ

●ｂＬ

Ｊ

１

１

０

ｌ

１

０

１

２

，－

”上びわこり』←〃＆§』Ⅳ一

１

０

３

（ＥＥの一へｚ）二甚亡の』←吻一囲い》８エ（■ロ伊（缶切）

０５Ｆ－０ＩＩ－Ｉ－－－Ｉｌｌｐ

6０

(？

oｕｃｈ

1A？…・'、＆ヤヂ－－、｢ﾛゼＬ･〃N0p

Ｔ⑧｡｡

q台

鳶鰯麓霧綴掌塔微役職 蔑劇鰍二α､4.△｡こ〃｡：鳥、臼)唖,●谷

ＰＯＢﾛeoh-’､.､ｸﾞ－－

トトー

②（｛

の（｜

面Ｅ１

吋Ｅに
Ｃト一昨

ロ②一献

。⑪｜匪

守四一ｍ
『ロー飢

ｎ

謡一蝿

酎ｍ－８

囚守一価

一マー

ママ一昨

西甸｛

。同一

可甸一

騨～'0｢嚇導dzFP(ｗＴｗ

Fig.９

Fig8Expressiong｢aphoftheheatseaIingstrength

5５

ComparisonoftensiletestpattemoflheCompo
SealandtheconventionaImethod

剥が)fzと破れの服庇ヒートシール方法の検討

れシールに移行しているので、材料の持つ固２０N/15ｍｍ、剥がれシール部；５～10N／

有の接着強さが発現している。また引張強さ

１５ｍｍの応答は滑らかで、ヒートシール面に均一なヒートシール強さと荷重試験の相互関連性

界面接着が生成していることが推察できる。

の評価方法は未だ確立していないので、本報

この実験結果は剥がれシール部の最大の積分

ではくＪＩＳＯＺ２３８＞に準拠の荷重試験で効果値が発揮する温度条件に設定している。剥がを評価した。荷重前のヒートシールエッジをれシールの加熱温度を低くすることによっ

白点線、荷重後のエッジを黒太点線で示し、て、剥離パターンは直線的（加熱温度とヒー

剥がれシール部のヒートシール面が剥離した

トシール強さの発現パターン）に上昇するよ

状態をPhoto,１に示した。この例では、破袋

うに調節できる。落下衝撃のようにパルス状寸前の約320Ｎの荷重で破れシール部が剥離で突発的に負荷するような応力に対しては、をブロックして、剥がれシール部は荷重応力剥がれシール分の温度を少し低くして、スポで順次横方向に剥離し荷重を消化している様

ット応力の分散機能を大きくした方がピンホ

子が観察できる。混成ヒートシールの剥離効

ールの発生が抑制できることが薄い材料の実果の考察をＦｉｇｌＯに示した。ヒートシール線

験で分かった。

はミクロに見ると凹凸があり、充填物や包装

材料のシュリンクでタックが発生し、微細部に応力が集中する。高温の凝集接着状態では、４．３製袋試験による実用性の確認と考察
市販のレトルトパウチのように過剰仕様の

この微細部で破損が起こり、ここが起点とな

包装材料ではヒートシール面の繊細な機能がって破袋に至るが、剥がれシールの接着では解析し難いので、操作に対して顕著な特性を

応力点を起点に受応力線の拡大が起こり面剥発現するヒートシーラントの“薄い材料,,を離して、この剥離のエネルギーが破壊応力を用いて製袋サンプルの荷重試験を行い、混成消費する。この特性は落下や振動のようにピヒートシールの実用性の評価を行ったｃ

ーク値は大きいが作用時間が短いパルス状の応力の緩衝機能が大きいと評価できる。

試験条件を以下に示す。
・サンプル：ニホンポリエース；５０ＫＴ（ＰＰの共押出しフイルム）（ヒートシーラ

Ｅｄｇｅｏｆｔ

ント：６ｕｍ、総厚：５０ｕｍ）
・加熱温度：破れシール部；126℃剥がEdgebefore

theIoad

れシール部；119～121℃
・製袋寸法：ｌ辺寸法ｌ２０ｍｍｘｌ２０ｍｍ

Edgeaher

theload

４方シール

・充填物：水；７５ｍ’・荷重試験：ＪＩＳＺＯ２３８準拠、
荷重速度：９ｍｍ/ｍin．
・ヒートシール強さ：破れシール部；

Photo､１PeeIingconditionaftertheloadtesto1,℃ompo
SeaI,,．

－５６－日本包装学会誌ＷＬ１７Ｎｎｌ（2UO8ノTearsealingoutsideoutside｜lllll八丙Fig.１０Meltingsurfacetempe｢atureresponseinadjustingtheheatfIow

ヒートシール強さの相違が２～３Ｎ/15ｍｍ察される。この効果は剥離によって内圧が瞬あれば剥離の“横走り,,が観察される。この時に低下し、容器内の内圧上昇を吸収していことは外縁を必ずしも凝集接着の破れシール

ることになる。

にしなくとも混成ヒートシール効果を発現できることを示唆している。破れシールの破損

4.4生分解性プラスチックのヒートシール

片の発生を嫌う医療品包装のように、接着面

ヘの展開全体を剥がれシールに仕上げたいヒートシー

生分解性プラスチックの破れシール帯の加ルにも展開できる。荷重を連続的に負荷した

熱では場合の荷重源の応力値（フォースゲージの出(1)Ｄ体/Ｌ体の混合による分子の整列状態に力）の測定例をFig.１１に示したが、剥離は連不揃いが起こると考えられ

続的に起こるのではなく、－定量の荷重が蓄↓積された時に間欠的に起こっていることが観(2)シュリンクが起こったり、もろくなって↓350(3)ヒートシール強さは極端に低下して実用300性が失われる特性があって、↓

２５０(4)剥がれシール帯の加熱が不可欠なってい

三２００
－〆

る。Ｉ）

已
甸

３１５０

生分解`性プラスチックのサンプルを次の混1００

成ヒートシール条件でヒートシールを行った。

５０

サンプル：２０ｕｍＰＬＡフイルム

0

垣■Ｃ

②肩□

トー．。

マミロ

ｆ１

一一・□師

向一．ＣｌＪ

ｓ

Ｃ－．Ｃ巫

ｕ

トロ．。帥

勺□。。

ｓ・Ｃａ

幻Ｃｏｏ

戸□・Ｃ

⑭。．。

ＣＣ，□

加熱条件：破れシール；７７℃／剥がれシー
ル；７４℃

ヒートシール強さ：JIS法；2.5～3N/15ｍｍ

Fig.１１Exampleolthepeelingpatternof，℃ompoSeaIil．

－５７－

剥ｵ執と破れの混成ヒートシール方法の検討

Ｅｄｇｅｏｆ lhepouch

l jil il l

～

夢
（１）

Edgebeio『etheIoad

Sheet

Edgeafter

theloadFig.１３１℃ompoSear0fo｢impulsesealing16）

Photo､２１℃ompoSear1｢esultofthebiodeg｢adabIe plastic

MBtaIbeIt

Hcating

７０「

一

一

－

6０

Ｐｃｕｃｈ

5０

℃ompoSDa/戸
ｐaだ

bIock

円

Cutting ｐａｒｔ

fbrheatnow

rちgulator

Fig.１４１℃ompoSeaI''forBeItseaIing17j
０３（ｚ）で■。］

０

４、5(575T肩~5扉扉司

2０

ため、引張試験の荷重応答をFig.１２に示した。
剥離パターンは一定範囲に到達した後に、引0

張強さのアップ／ダウンを繰り返す、剥がれ

０
。ごロ

ト面○

幻甸Ｃ

Ｎｍ，。

ｃ

胃．Ｃｍ

Ｚ

ｓ

ｒＬ

幻靱．Ｃｅ

ｓ

’０

劃甸・Ｃｏｎ

Ｃ刷・。、

垣云。

一定○

で宝Ｃ

ロ。。。

シールの固有のパターン'5)を示している。

Figl2ExampIeofpeelingpattemofthebiodegradable
plasticby@℃ompoSeaFo

４．５他のヒートシール方法への展開
混成ヒートシールはヒートシール面の熱流

パウチサイズ：８０ｍｍｘｌＯＯｍｍ４方シ調節が可能なヒートシール方式への展開は容易である。インパルス、バンドシールヘの実

ール

荷重前のヒートシールエッジを白点線、荷施方法をFig.１３'6)、１４ｍに示した。

重後のエッジを黒太点線で示し、剥がれシー

5．結論

ルのヒートシール面が剥離した状態をPhoto2に示した。JIS法のヒートシール強さが2.5～
3Ｎ/15ｍｍのヒートシールであるが、破袋ま（１）加熱体の表面に熱流抑制材を設置するこでの荷重は約65Ｎが得られ、混成ヒートシーとで微小面の温度分布加熱が可能であっルによる生分解性プラスチックのヒートシー

た。

ルの適正性を確認できた。接着状態の確認の(2)熱流抑制材の厚さまたは特性の違う材料－５８－f７本包装学会誌ﾘﾉDｊｌＩ７１Ｖｎｌ（2,8ノの選択で実用的な範囲の温度分布調節がで

３）菱沼一夫：日本接着学会誌､Vol､42､No4、きた。

pl46-l52（2006）(3)破袋の原因であるポリ玉生成の抜本的抑

４）菱沼一夫：日本包装学会、第１６回年次大制の究極技術が開発できた。（ピンホール発生の防御）

会要旨集、ｐｌ２（2007）５）菱沼一夫：商標登録、商願平2007～10191(4)ヒートシールフイン幅の１０ｍｍの場合で、４～５倍の破袋耐性を実現できた。

号（2007）６）小野擴邦：日本接着学会誌､Vol26,Ｎ０３、(5)材料の保有する最高接着値をヒートシー
ル帯に包含できる。

ｐ､３（2006）
７）菱沼一夫：高信頼`性ヒートシールの基(6)提案は剥がれシールと破れシールを混成させることを前提にしているが、２～礎と実際、幸書房、ｐｌ３（2007）８）菱沼一夫：日本包装学会、第15回年次大３Ｎ/１５ｍｍのヒートシール強さの差があれば剥がれシール帯でも同様な効果が得られ

会要旨集、ｐ3６（2006）９）菱沼一夫：高信頼性ヒートシールの基ることが分かった。

礎と実際、幸書房、ｐ6６（2007）(7)混成ヒートシール（"CompoSeal"）は落１０）菱沼一夫：高信頼`性ヒートシールの基

下、振動によるパルス状の破壊応力の緩衝性に効果が期待できる。

礎と実際、幸書房、ｐ､7４（2007）１１）菱沼一夫：高信頼性ヒートシールの基(8)加熱面の熱流調節が可能な他のヒートシール法に付いても展開が可能である。

礎と実際、幸書房、ｐ1２（2007）12）菱沼技術士事務所ホームベージ：(9)研究を市場の利用技術に進展できた。

http://www・e-hishi・com/ｑａｍｍｈｔｍｌ(2003）

13）菱沼一夫：日本包装学会誌VoLl4､ＮＯ２、

6．謝辞

ｐ､119-130（2005）

14）菱沼一夫：高信頼性ヒートシールの基本研究に関係する課題をご提供と試験サン

プルをご提供戴いた各社さんに御礼申し上げ

礎と実際,幸書房、ｐ7１（2007）15）菱沼一夫：高信頼性ヒートシールの基る。成果を以って感謝に代える。

礎と実際`幸書房、ｐ､116（2007）16）日本特許出願：特願2007-26377、アメリ＜参考文献＞

カ特許出願：23474ｌ）大塚淳弘：日本包装学会誌、VoL16｣、17）日本特許出願：特願2007-216836

ＮＯ２、ｐ､110（2007）（原稿受付2007年９月１７日）

２）菱沼一夫：日本包装学会誌､VoL14､No.6、

ｐ､401-409（2005）－５９－（審査受理2008年１月９日）