17本包装学会誌ＶｂｌＬＩ４ｊＷ６（2,5ノ一般論文

ヒートシールの剥がれシールと破れシールの識別法の開発
菱沼一夫＊

Thedevelopmentofthediscriminationmethodofpeelingsealandtearingsealinheatsealing．
ＨｉＳｈｉｎｕｍａＫＡＺＵＯ＊

ヒートシールの溶着状態は加熱温度によって変化して、大別して以下の２通りがある。

(1)ヒートシーラントの接着面のみが融蒜する剥れシール（PeelseaDの発生(2)ヒートシーラントが完全に溶融した場合とラミネーシヨン材においては接着界面の変性を伴う破れシール（Tearseal）の発生

溶着状態はヒートシール強さとヒートシールの信頼性に強く関係しているｃ

しかし、従来の引っ張I)方式のヒートシールの検査法ではPeelSealとTearSealの適格な識別は困難であった。

従来法で管理した工程管理では流通における破袋やピンホールが発生してヒートシールの信頼性に課題がある。

本研究では、TearSealの溶着面温度ベースの検査法を開発する。そしてTearSeal状態のヒートシールが破袋等のヒートシールトラブルに結びつく因果関係の解析結果を報告する。

キーワード：溶着面温度測定法､ヒートシール､角度法､剥れシール､破れシール､ピンホール､ポリ玉

Accordingtotheheatingtemperature,weldingconditionoftheheatsealingisclassifiedinto

fbllowingtwotypes．

(1)Thegenerationofthepeelingseal（Peelsealing）ｉｎｗｈｉｃｈｏｎｌｙｗｅｌｄｉｎｇｐｌａｎｅｏｆｔｈｅｈｅat
sealantbondisbonded．

(2)Ｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅａｒｉｎｇｓｅａｌｉnwhichthesealantisperfectlymeltedandthe
degenerationoftheadhesionisaccompaniedinthecaseoflaminatedmaterials・

Thewe1dingconditionisstrong1yrelatedtoheatsealingintensityandreliabilityoftheheat
sealing・However,thequalifieddiscriminationbetweenpeelingseal（Peelseal）andtearingseal(TearseaDisdifficultbythetestmethodbasedontheconventionaltensionsystem、
WhentheproductioncontrolbyconventionaImethodisappliedsometroublessuchas
breakingorpinholeofbagsduringdistributionwilloccur，andthiscausesaprobleminreHabilityoftheheatsealinglnthisstudy､thetestmethodbaseontheMeltingSurfaceTemperatureofTearingSealis

developed
Then,theanalyticalresultofcausalrelationbetweenthetearingsealconditionandtheheat
sealingtroublessuchasbreakingbagsisreported．

Keywords：､0ＭＴＭＳ繩，HeatSeal，MeltingSurfaceTemperature,AngleMethod･PeelSeal､Tear
SeaLPinhole､ＰｏｌｙＢａｌｌ･菱沼技術士事務所（〒2120054川崎市幸区'１､倉1232）：

HISHINUMACONSULTINGE蕊GINEEROFFICEl2320guraSaiwai-WardKawasaki212-OO54Japan
EmaiI：PXP10620＠nifty・nejp－４０１－

ヒートシールの剥がれシールと破れシールの識別法の開発

本研究では、TearSealの溶着面温度ベースⅢ1．緒言の検査法を開発すると共に、TearSeal状態のプラスチックの包装資材のほとんどの封絨ヒートシールが破袋等のヒートシールトラブル結びつく因果関係の解析結果を報告する。にはヒートシールが使われる。

ヒートシールの溶着状態は加熱温度によっ

2．理論て変化して、大別して以下の２通りがある。

(1)ヒートシーラン卜の接触面のみが融着する
2.1ヒートシールの成立と要件

剥れシール（PeelSeal）の発生(2)ヒートシーラン卜が完全に溶融した場合とヒートシールはプラスチックの熱可塑性をラミネーション材においては接着界面の変性利用している。熱可塑性プラスチックは溶融を伴う破れシール（Tea｢Seal）の発生

化温度付近に加熱されると軟化を経て溶融状

溶着状態はヒートシール強さとヒートシー態になる。このような状態で接触面が３～５αｍの領域沙で密着すると熱変形した分子間ルの信頼性に強く関係している。

しかし、従来の引張方式のヒートシールの検査法ではPeelSealとTearSealの適格な識別に双方の分子が“入り込み.、冷却されると分子間摩擦力によって融着が成立する。
加熱が溶融温度をはるかに超えるとヒートは困難であった。

従来法で襟理した工程管理では流通におけ

シーラントは液状化して圧藩圧によって流動る破袋やピンホールが発生してヒートシールする。ヒートシーラントが流動化し、かつ圧の信頼性に課題がある。（Photoｌ参照）

蒜''三がil95いと液状化したヒートシーラント全体が`､ildfY状態となるご力||熱と非加熱のライン上（ヒートシール線）にはみ出して．,ポリilf.,を形成する。

この状態のヒートシール強さはヒートシール時の圧力により溶融した樹脂がはみ出した"ポリニ1K,,がヒートシール線に付着するので、マクロにみると、ヒートシール強さは見かけ｣二、材料の固有の引張強さよ'〕大きくなる。

この図解をＦｉｇｌに示した。“ポリ玉一の様子の顕微鏡写真をＰｈｏｔｏ２に示した。

ヒートシールは軟化から流動化する境界にｍｄＴＴＵｊ

力Ⅱ熱制御する必要があるが、従来は適切な温度智理の技法が確立していなかった｡刑ＰｈｏｔｏｌＧｅｎｅｒａｔｉｎｇａｃｃｉｄｅｎｔｔｈｅｔｅａｒｅｘａｍｐｌｅｏｆ
ｐａｃｋａｇｅｄｇｏｏｄｓ，evenifitisrightIycontrolledbyconventionalmethod－４０２

2.2破袋、ピンホールの発生のメカニズム

ヒートシール部位の破袋やピンホールの不〃水包装掌会誌ＷＬＩ４ノVn6（2,05ノBelbreHeaIin□‐

ＨｃａＩｉｎｇ
Hcalscullan[．、離Just
HcaUn

ＯＨＣ…,ａｎ［callngPolv

Fig.１Thegenerationofthe⑪Poly-BaIl0,(resinaggregateextrudedbyp尼ssureduringheatsealmg）

蕊思想閲
急囮鰯

（１）

lj l Il il l＃）’｢か鶏

HIjli i 1l ’`iii蕊 蕊…
紗4２

Photo3Thetackwhicharoseinpackagedgoods

ツクの状況をＰｈｏｔｏ３に示した。

破袋・ピンホールの発生はこの①と②の二つの要因と③の外部応力の付加の複合起因で発生する。

破袋は外部から加わる力、振動、衝撃によPhoto2Thephotomic｢０９｢aphyofthePolyBallって内圧の上昇や内容物の流動によってヒー
トシール線に直角に働く引き裂き応力の発生

具合品の発生要因を精密に調べてみると、ヒによって起こる。外力が加わった場合の引きートシール線の①.､波状,,の発生、②袋のヒ裂き応力の発生メカニズムをFig.２に示した。

ートシール線に発生する”タッグ，と③破壊

それそ､れの原因要素をTableｌのように整頓

応力の附加に分類できる。

することができる。本報告では主に［①］のフイルム表面に波うちが発生してできるタ~波状一の発生要素の項目に言及する。

－４０３－ヒートシールの剥がれシールと破れシールの識別法の開発

ヒートシール強さはこれらの要素の複合でHeat‐

seaUngGenerating
lineoIstress■■し〕全壹ﾄﾞｦｦ、■■▼成り立つ。ヒートシールの確実な達成には、

Ｌ;!i葦

ヒートシール強さに関係する構成要素の的確な発現制御が必要である。

抜本的には包装材料の設計段階からの制御の論理展開が必要であるが、本報告では与件

ＴｈｅＴｉＳＣ
ｏｆｉｎｎｅＴとして既に設計された包装材料に対して、ヒｐにssureートシール強さを構成する項目の因果関係をFig.２Mechanismofthegenerationofpeelingst｢essof"複合起因解析，，いによって原因要素（制御要heatsealing素）と結果要素（現象要素）に分類した。

原因要素（制御要素）を選別すると（表中には太字で示した）

・加熱温度（溶着面温度）

2.3ヒートシール強さ発現要素と制御・ヒートシール方法

ヒートシール強さを構成する要素をTable2・オーバーヒートに列挙した。

．“ボリ玉，，

Table2TheeIementrelatedtoheat-sealingstrengthfor
exceIIentheatsea1ingmanagement．‘`タック，，◇KindofCommonElemcnts：

・不均一加圧-Heating(MeltingSurfaceTemperature）

・不均一加熱-HeatCapacity(HeatingＴｉｍｅ）◇MateriaICharactcristic：の７点となるが“ポリ玉”と．タック”は付-KindofmateriaI,[Reactivity,随的な要因が大きい。これらの項目の確実な

Non-reactivity，Co-polymer,MixedMateriall-PoIymerization[Non-polymerizationRatc］-.HcatDenaturizing［RadicalCharactcristicl

制御が信頼性の保証されたヒートシールの成立になる。

-PeelSeaITemperaturc-TearScalTemperature-Rigidity[PaceofExpansion,Thickncss］

2.4従来法のヒートシールの検証法の考察◇MaterialCompositiom-Thickness-LaminationStrength[TheDifferenceof

現在（世界的に）普及しているヒートシー

ルの評価法にはＪＩＳ法馴、ＡＳＴＭ法`'がある。

TheGrowthofSurfaceMateriaIandHeat-scaIant］

これらの方法はヒートシールされたサンプル◇HeatingOpemtion：

をヒートシール線に直角に１０～25.4（１イン-Heat-sealingMethod､Overheatチ）の巾に切断する。ヒートシール線を中心-ThePOlyi'Ball00にして100ｍｍ以上の線上を街えてヒートシ.Tuck-UnSuimblePressurizationール線に直角の引張を行う。そして、ヒート[FaultPTessurization,InsuffncientPressurization］

シール線の剥離、破れが発生するときの最大-UmevenHeating

引張値を以ってヒートシール強さとしてい[PT℃ssurizationSpots,TempelamにSpots］

る。ヒートシール線にヒートシーラントが'よ－４０４－日本包菱学会誌VbjlJ4lvbL6印05）

み出して、“ポリ玉,,が形成して“強化'@さ

れると引張強さは包装材料の伸び応力値よりこれらの状況からピンホールの原因を検証する新規な検査法の開発が示唆されている。

大きくなり、引張強さは伸び応力を測定することになるｃ２）

２．５破れシール検出法の開発

従来法は応力線をヒートシール線を中心に2.5.1「角度法」の考案して100ｍｍ以上として、ヒートシール線にヒートシールの破れ、ピンホールの発生要直角に応力すること要求している。すなわち

因はＴａｂｌｅｌに示しが、実際の破れ、ピンホサンプルの切断巾の平均の剥れ力や破れ力をールの発生は“波状,,、“タック',、“応力”の測定している。マクロな（平均値的な）ヒー３要素が複合的に関係していてトシール線の強さの測定となりピンホール発材料の耐力＜集中応力

生や破れの起点になる微細な“ポリ玉”の影の条件が成立したときに発生する。

響が検知しにくい特徴がある。数ｍｍの巾のTablelGeneratingfacto「ofthepinholeandbreaking
ofthebag．

引張試験でもＪＩＳと同様な結果が確認されている｡7》この図解をFig.３に示した。引張試験

1．ThegeneratingfaCtOrOfooCO｢rUgatiOnmは左側図の(1)から(2)の方向で行われる。右側

ofthesealline(1)mPoly-Ball''/HighPressing

図に示した引張応力のパターンに各引張線に(2)Overheat相当するポイントを示した。引張の過程で(3)Shnnk"波状,,の頂点には引張応力が集中する。

２.Thegeneratingfacto｢ofwTuck10引張試験で４０（N/15ｍｍ）の,性能を示す材(1)FormingfromthepIanebodytothesolid(2)ThetensionofthefiIlingweight

料の場合でも、頂点の巾が0.5ｍｍとすると[40／(15/0.5)］＝1.3Ｎとなり測定の全体から(3)Thegripforceisinsufficient

中からこの点を見出すのは難しい。

(4)Thegriprefusestobelocated(5)ThefiIIingrate

又、“波状,，の頂点の微細な破れはピンホー(6)ThefIuidityofthefillingproductｓ(7)Theformshapeofpouch

ルの発生原因要素として注目する必要がある。

aThegeneratingfactorofthebreaking

SlUrl＆ｈｐｉｗｃｌＩｍsIressofthebag

IlcnIHml(1)Directexternalfo”ｅSIurlcIuIqntlcnu

SiBn1l】Iぜ(2)Ｔｈｅvibration↑,.､ＷＷｇＩｉｑＵＯ､0,しノー－－－－－－髭--. 4べ4，、

１Ｌ、IIGalIiE(3)Theimpact

誕邑己』一塊「閂⑫蛇一円沙.-..(1).-．イニレ
Ｔ--.-.--季、一･一･一･口･-.--.-.-゜ ーイfU1

破れ、ピンホールの発生の防御方策としては少なくとも３要素の内の１つの支配的要素

IiinlBIubhlingI”蝉の定量的な把握法が必要である。

SI確IchLIBn画ID-つ

本研究では３要素の内、加熱の操作によっ
Fig3Thedesc｢iptioninwhichtheheatseaIingstrength
greatlycomesouleveninteanngseal(TearSeaI）て制御が可能な“波状.，のヒートシール線の検出法に着目した。

－４０５－

ヒートシールの剥オザzシールと破れシールの識別法の開発

破袋やピンホールは数ｍｍ以下の微細な部位に外部応力が集中負荷されて発生している

一定になった引張強さは同一温度で加熱したJIS法の１５ｍｍ巾の試験結果と一致する。
他方、ＴｅａｒＳｅａｌ（破れシール）の加熱のサ知見から、ラボにおいて同様なシミュレーシンプルの引張試験では４５゜の角度でヒートションを行うことを検討した。

従来のヒートシール線（0｡）に３０～45゜のール線に引張応力が加わるので、ヒートシー角度を付けることによって、ヒートシール線

ル線上に‘,ポリ玉”や破れシール状態が存在に鋭角に応力をかけることができる。

すると、破れあるいは、複合材の場合にはデヒートシール線の微細部位に集中応力が架ラミネーションが起こる。多くの場合は、破断が起きたり、短冊状にデラミ剥離を起こしかるような引張試験方法を考案した。

角度は45.以上の方がより検出感度が上がて引張応力は低下する。

目視でも発生は容易に見つけることができるが、試験サンプルの作成に特別に長いヒートバーが必要になるので実用性を考慮してる。

45゜を選んだ。本研究の試験法をFig.４に示破れやデラミの発生点はムラがあって画一した。本試験法を「角度法」と名付けた。

的でないが、ヒートシーラン卜が液状化する

２５．２「角度法」で得られる情報

ＴｅａｒＳｅａｌの加熱条件のサンプルでは角度試「角度法」試験のジヨー間の距離はFig.４(b）験の範囲でほぼ検出ができる。に示したとおりを３０ｍｍ以下とし、引張試験結果に及ぼす包装材料の伸びの影響を極小化3．実験するようにした。PeelSeal（剥れシール）加熱のサンプルを「角度法」によって引張試験3.1「角度法」のサンプル作成を行うと、点から線の剥離が起こる。引張応被試験サンプルの熱特性を溶着面温度測定力で三角形状に剥離するので、引張強さは直法；``ＭＴＭＳ”鋤を用いて試料の熱特`性と２線的に上昇して、１５ｍｍ巾の引張に到達した～10℃間隔の加熱サンプルのＪＩＳ法のヒート以降は一定の剥れ強さを示すことになる。

シール強さを測定する。（引張速度のみ200ｍｍ／分を使用）

この結果を参考にして、PeelSealの完了領域の直前から高温側の加熱温度で、大凡25ｍｍ巾にカットしたサンプルを大凡４５゜の角度を付けて、２～10℃間隔で加熱サンプルを作成する。この両端の５ｍｍ程度をカットし、ヒートシーラントの側面へのはみ出しの影響を除去して、１５ｍｍの引張サンプルを作る。
本実験では、試料は市販されているレトルトパウチを使用した。圧着圧は約0.2ＭＰａをFigure4Thep｢incipIeoftheAngleMethod適用した。

－４０６－

〃本包装学会誌ＶＯＬＩ４ｊＶｕ６（2,5ノ3.2「角度法」の引張試験

5０JIS-150℃

この試験中のヒートシール線を目視し、破れの発生点の応力値を記録する。

破れ点はPeelSea］の過程の中で発生するので破れ点の応力は破れの発生強さとは定義－皿S-150℃－Ｊ【S-158℃－Ａ､gに－１４７℃-つ－Angle－１５０℃

Tｅａｒ
Ｐｏｉｎｔ

JIS－１４７℃

Angle-158℃－

低応力域での発生なので、破れの「集中応００(：'０Ａｎｇ 尼－１４７℃

５０

橘①工力値」に近似して扱える。

ｎＬｅｎｇｔｈ①の－￣rｊｒ

Strstch②の(･･〕Ｃ）

●･･●～

ロローノ

●の（･の６コ統合①国に3.3ＪＩＳ法と「角度法」の引張試験データの［3.1］のＪＩＳ法の引張強さデータと［３２］A､蕊－１５０℃

一一Anlzle－１５８℃

０５と共に破れが発生する。

－－ＪS－１４７℃

２１る。しかし加熱温度が高温になると引張開始

二筋Ｅ⑪」狸のできない。発生の有無の検知の定性に利用すJIS-158℃属』（Ｕ広〕ハリＲＪ応答をパソコンに全保存する。

（Ｕに．函一」」｜」」□戸、ｚ）

度で引張試験を行った。この時の引張試験の月斗扣斗ＤＵ○Ｊ、△作成した角度サンプルを200ｍｍ／分の速

Fig.５RepresentativedataofthestretchpattemolPeel
SeaIandTearSealの「角度法」の引張強さデータを溶着面温度ベースで統合グラフを作成して比較検討する。

４．結果

６０６０
■暉軍Ｔｈｅ７ｍａＩ

ＳｃｍｐＩｅＰＥＴ１２ノＡＬ７/ＣＰＰ７Ｏ［定ｎａｔｕｒａＩ０ｏｎｄｌ

ＲｅｔｏＴｔＰａｕｃｈ■■■ＴｈｅｒｍＯｌ
５０4.1引張試験データ

向Ｕ（Ｕ［０ｎ）つ」

lllの値に漸近（グラフでは147,150℃）してい

１０酢トー埒

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再吟一（】トーー

吟四一一、ノロハ一一②し一一

孟ｕ９－》℃

一℃一←ＯＬ“し一》杷

マロニ吋〆、⑤⑪一》⑱【ｍ』》陣、⑩一一ｍ

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Ｄ寸一〉“割昌一祀尊一旺吋⑭句一狸、胃Ｆ剖引

器圷］》⑥

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◆いち西、Ｃ－－－ロ両一咄

巴･中ｐｂ－１０

ｉ５：8．

llll

００

るが、TearSealの加熱領域（156℃～）は何Fig.６にサンプルの熱特性と共にＪＩＳ法と。↓：６：。：‐◇９１

１０付近までの最終強さが同一加熱温度のＪＩＳ法

Fig.５では158℃のみを示してある。

５■２５▽■けり■ＢＰｐＦＰＦ■

他方「角度法」ではＰｅｅｌＳｅａｌの上限温度れも低い応力点での破れが発生している。

９□０１８匹１９Ｂ０ｑ６０■■ｒ０Ｂｌｌｌ１ＩｆｌＪ

０２i式iii;ｌｌｊｉ１のＥ二⑬ＥＥｍ－（ｚ）二一ＵＥＵ』｜⑪’わ③⑪←Ｑ二一■⑪０

答は略同様なパターンを示した。

３

ＪＩＳ法では154℃以上の加熱の引張試験応

４０巨目一○」。｝勺一』８－句Ｅ』“二』(グラフでは158℃のみを示したが）５０－ＡｍｌＤＭｅｌｈｏｄ

Fig.５に「角度法」とＪＩＳの引張試験の応答の記録の代表例を統合した結果を示した。

Ｄｅｎａｔｕｒａｔｂｎ＃ｄ２－ＪｌＳＭｅｔｈｏｄ

０Fig6DiscriminationvaIidation「esuItolPeeISealand
TearSeaIby11theAngleMethodIoMeltingSurfaceTemperature－４０７－ビートシールの剥がれシールと破れシールの識別法の開発｢角度法」の引張強さの全ての計測データを①破れの発生溶着面温度ベースでプロットした。

②ピンホールの発生

溶着面温度応答の１次微分値（dl）と２次③接着不良微分値（d2）から包装材料の熱変性を解析しを起こしている。

たものである｡筋引張強さと包装材料の融着状

この関係をＴａｂｌｅ３に示した。

態（熱変`性）との関係の評価をする参考に付「角度法」は．不具合”発生プロセスの原因究明の検知法として有効であろう。

した。

「角度法」の引張試験では加熱が154℃を超えると顕著な引張強さが低下して、明らかな相違を示している。「角度法」における引Table3Thegenerationof,FaiIure園withtheconventional
imp｢ovementco｢respondence

張強さの低い領域では破れ・ピンホールの発-High-temperatureoftheheating

生する確率が高いことを示している。

-High-pressurepressing↓Fig.６の「角度法」のデータでは温度が-Generationoftheshrink

170℃あたりになると破れの発生の引張強さ-Generationofthepolyballが高めになっている。供試サンプルはヒー-Thermaldenaturizingofadhesionlayer-・Thedelaminatinggeneration

トシーラントが７０瓜、と非常に厚く、高温域-Thermaldegradationofconstituentmaterial

でヒートシーラントのはみ出しがヒートシー↓

ル線に一様になったものと推定される。

-Generationofthebreakingofthebag-Generationofthepinhole-Adhesive-Failuregeneration．

5．考察

6．結論

5.1「角度法」の機能評価(1)引張試験の応力線を直角から斜めに変更した「角度法」試験法ではPeelSealの上限温度(1)破れ、ピンホールの発生の３つの複合起因を境界にして破れ応力に大きな変化を示した。

要素；(2)ヒートシールの“不具合.，の発生対策には

１）ヒートシール線の“波状,,①加熱の高温化２）製袋品に発生する“タック，，②高圧着化

３）集中応力の発生が常套手段として適用されているの主要項目のｌ）の検出法の開発に成功できその結果、被加熱体にはた。

①シュリンクの発生(2)従来の評価法では困難であったオーバーヒ②“ボリ玉”の発生

ートによって発生している潜在的な破れ・ピ③ラミネーションの接着層の熱変性

ンホール“不具合”の発見法を完成できた。

④材料の熱変性(3)ピールシールゾーンの活用によるヒートシが起こり、結果としてールの信頼性向上手法に発展できる。

－４０８－

"本包装学会誌ＶｍＬＪ４ｊＶｂＬ６(2UO5ノ7．謝辞
多くの“不具合,,事例を提供して戴いた幣所のクライアントの協力に感謝する。
く引用文献＞
１）菱沼一夫、日本包装学会誌、１４(2)、１１９，（2005）

２）菱沼一夫、第13回日本包装学会年次大会

要旨集、ｐ92,（2004）
３）菱沼一夫、日本包装学会誌、1４(3)、177,（2005）

４）http://www・e-hishLcom/qａｍｍｈｔｍｌ５）ＪＩＳＺＯ２３８(1998）

６）ASTMDesignationF88-00(2000）
７）菱沼一夫、日本包装学会誌、１４(3)、178、（2005）(原稿受付2005年８月３日）(審査受理2005年11月14日）－４０９－