JP5556571B2 - 容器の密封方法 - Google Patents

Description

本発明は、予め成形された容器内に内容物を充填後、開口部を密封する方法に関するもので、特に、密封する飲み口を有する蓋材を、充填前に容器本体の開口部に取付けた後、飲み口から内容物を充填し、飲み口を密封する方法に関するものである。

予め成形された容器内に内容物を充填後、開口部を密封する容器としては従来から、容器本体の開口部を、飲み口を有する蓋材で密封した容器が一般に使用されている。
その代表的な一例の断面を図６に示した。
この容器の製造、および内容物の充填、密封は、図５に示したように胴部、底部を予め成形した容器本体（１５）の、上部開口部（１４）から内容液（９）を充填し、この開口部（１４）を、予め飲み口（６）をタブシール材（５）で封止した状態の蓋材（２）を用い、落とし蓋方式により密封する方法が用いられていた。

このように、落とし蓋方式で密封するため、蓋材には複雑な形状が必要となり、このような成形の困難な紙、特に厚紙を蓋材の素材に用いることは、困難であった。
また、無菌充填を行う場合、容器本体とは別部材となる蓋材の殺菌が必要であり、さらに、無菌チャンパー内で、容器本体へ内容物を充填した後に別の蓋材で密封する工程は、非常に複雑な操作が必要となる。

ここで、無菌チャンバー内でも、容器の開口部の密封を確実に行うためには、飲み口を有する蓋材を、予め容器本体に取り付けて、飲み口から内容物を充填し、次に飲み口をヒートシールによって封止するという順序で行うことで可能となり、これによって無菌充填の場合にも容易に適用できる。
しかし、予め蓋材を一体化し、内容物を充填した状態で飲み口部タブ材をヒートシールによって封止する方法においては、ヒートシールユニットの反対側の受け部を、容器本体内に設けることができないので、シールされる蓋材とタブ材の重なった部分に十分な安定した圧力をかけることが困難であった。
そのために飲み口部のタブ材を一定のシール圧力を保持した状態で蓋材にシールすることが出来なかった。上記の事情から、このような蓋材で密封する成形容器の密封方式としては、前述の落とし蓋方式が一般的に用いられていた。

特許文献１には、これに対して無菌チャンバー内でも密封操作が容易にできるように、予め飲み口を有する蓋材を容器本体に取り付けた状態でも、内容物を充填後、蓋材の飲み口を確実に密封する容器の密封方法が提案されている。図４はその密封方法の一例の加熱シール部材（ヒートシールユニット）と容器の関係例を示す説明図である。
すなわち、容器本体（１５）の上部開口部に、予め飲み口（６）を有する蓋材（２）を取り付けた容器内に、内容液（９）を充填後、前記飲み口（６）の上面にタブシール材（５）を重ね、加熱加圧面が球面状の加熱シール部材（８）で、加熱加圧後、加熱加圧面が前記加熱シール部材（８）と同じ球面状で、かつ、飲み口（６）の形状と相似形の突起部を有する加熱シール部材で加熱加圧して密封する方法である。
球面状の加熱加圧面を有する加熱シール部材（８）で、しかも一方の加熱シール部材の加熱加圧面に、飲み口と相似形の突起を設けた構成としたので、飲み口（６）をタブシール材（５）で密封する際、蓋材（２）の内側に受け台がなくても、確実に密封することができる容器の密封方法となる。

しかしながら上記の方法によれば、加熱加圧面が球面状の加熱シール部材（８）を用い
るために蓋材（２）の天面が加熱シール部材（８）の曲面に沿ってたわみ、容器に負荷をかけることになるので極力避けたいのが実情であった。
さらに、上記のような、内容物を充填後、蓋材の飲み口を密封する容器の密封方法においては、シール部に内容液が付着して（液ガミシール）擬似シール状態で不完全なシールしか得られなかった場合にも外観から判別することが困難であった。

特開平９−２２６７０７号公報

そこで、本発明では、無菌チャンバー内でも密封操作が容易にできるような、予め飲み口を有する蓋材を容器本体に取り付けた状態でも、内容物を充填後、蓋材と容器本体を変形させることなく確実に密封することが出来る容器の密封方法を提供することを課題とする。

本発明の請求項１に係る発明は、容器本体の開口部に、予め飲み口を有する蓋材を取り付けた容器内に、内容物を充填後、前記飲み口の上面にタブシール材を重ね、加熱シール部材で加熱加圧してヒートシール後、該ヒートシール部をチャンバーで覆い真空吸引した状態で再度加熱加圧して密封することを特徴とする容器の密封方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、加熱シール部材で加熱加圧してヒートシール後、該ヒートシール部をチャンバーで覆い真空吸引した状態で、同じ加熱シール部材を用いて再度加熱加圧して密封することを特徴とする請求項１に記載の容器の密封方法である。

本発明の請求項３に係る発明は、予めタブシール材を取り付けた蓋材を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の容器の密封方法である。

本発明の請求項１に係る密封方法によれば、内容物を充填後、前記飲み口の上面にタブシール材を重ね、加熱シール部材で加熱加圧してヒートシール後、該ヒートシール部をチャンバーで覆い真空吸引した状態で再度加熱加圧して密封することによって、蓋部材がたわんで変形することなく蓋部材とタブシール材を均一にシールすることが可能になった。
すなわち、真空吸引によってシール部が上に持ち上げられて加熱シール部材に圧接され一度目のシール時に容器内側方向に多少湾曲した蓋材の変形を矯正すると同時に加熱シール部材への押圧が均一にかかることによって確実で安定した密閉状態が得られる。

のみならず、再度加熱加圧して密封する時に、容器外部から真空吸引しているために一度目のヒートシール部分にシール不良がある場合には内容液がシール部分から漏れてくることや容器内ヘッドスペースのエアが吸引されて容器が変形することなどが目視で判別出来るので、この工程で蓋部材の接着を行うことと液漏れ確認による液噛み等の不良判定を同時に行うことが出来る。これによって、従来別工程で行っていたシール不良の検査も一緒に行うことが出来てより効率的になった。

本発明の請求項２に係る密封方法によれば、加熱シール部材で加熱加圧してヒートシール後、該シール部をチャンバーで覆い真空吸引した状態で再度加熱加圧して密封する場合に同じ加熱シール部材を用いることによって装置が簡略化でき、無菌充填包装が簡単な装置で行うことが出来る。

本発明の請求項３に係る密封方法によれば、予め蓋材を容器本体に取りつけた状態で、内容物の充填、飲み口の密封を行うことができるので、蓋材の供給を充填部分で行う必要がなく、無菌充填包装が簡単な構造の装置で行うことができる。

容器の密封工程の開始前の状態を示す説明図である。 容器の密封工程の途中（一度目シール）の状態を示す説明図である。 容器の密封工程の途中の状態（真空引き再シール）を示す説明図である。 表面が球面の加熱シール部材と容器の関係例を示す説明図である。 従来の落し蓋方式の成形容器の密封工程を示す断面説明図である。 従来の落し蓋方式の成形容器の密封構造を示す断面説明図である。

以下、必要に応じて図面を参照しながら本発明の密封方法についての実施形態の一例を説明する。
図１は容器の密封工程の開始前の状態を示す説明図であり、図２は容器の密封工程の一度目のシールの状態を示す説明図であり、図３は容器の密封工程の真空引き再シールを示す説明図である。

図１には紙を主体とする胴部材（３）と底部材（４）および予め飲み口（６）の形成された蓋材（２）からなる容器（１）に飲み口（６）からジュース等の内容液（９）を注入して、これから飲み口（６）をその一部が蓋材に貼着されたタブシール材（５）で密封するという時点の状態を示した。
タブシール材（５）による飲み口（６）の密封は、上部に待機している加熱シール部材（８）が図の矢印のように下降してきて蓋材（２）の飲み口周縁上にタブシール材（５）を押し付けて加熱加圧しタブシール材下面と蓋材上面をヒートシールすることによって行う。

ここで、タブシール材（５）は、下面にヒートシール性を有する樹脂層を設けた積層材料からなり、予め蓋材（２）にその一端をシールし、起立した状態で飲み口からの内容液の注入を行うことが出来るように、デッドホールド性（成形保持性）の優れたアルミニウム箔等の金属箔を含む構成の積層体が好ましく使用されている。

図２には加熱シール部材（８）が上方から下降して蓋材（２）の飲み口（６）周辺でタブシール材（５）を押し付けてタブシール材と蓋材のヒートシールによる一回目の密封操作を行った状態を示した。
上方から下降してくる加熱シール部材（８）の底面はタブシール材（５）の上面に圧接されて蓋材（２）に必要な圧力をかけながら加熱状態で所定の時間接触していることによって蓋材（２）の飲み口（６）周辺のタブシール材（５）のヒートシールを行い一回目の密封操作を完了する。

予め蓋材（２）を容器本体に取りつけた状態で、内容物（９）の充填後に飲み口（６）の密封を行うこの方法においては、加熱シール部材（８）によって蓋材（２）への圧力をかけ、蓋材とタブシール材のヒートシールに必要な加圧力を生成するために必要な蓋材下側の受け台は容器内部の位置になってしまうために設けることが出来ない。
このために、加熱シール部材（８）の加圧による圧力は、加熱シール部材（８）が蓋材（２）の弾性と平衡する圧力となるが、この圧力は飲み口（６）を含めた蓋材（２）の形状や材質によって変動するので、ヒートシールに必要な圧力をしかも均一に一定時間かけ続けるのは困難である。

また、上記の初回のヒートシール時に加熱シール部材（８）の上方からの圧力によって蓋材（２）は下方へたわむ方向で変形する。この変形は外観上好ましくないだけでなくヒートシール領域のシール強度のばらつきを生じ、あるいは、ヒートシール領域に内容液が混入することによって起こる部分的なシール不良いわゆる液ガミ等の発生の原因にもなり得る。

このようなヒートシール不良は、通常、シール後の工程の外観検査で発見して選別することが行われるが、特にアルミニウム箔を含む構成のような不透明なタブシール材を用いている場合は簡便にもれなく検知することは容易ではない。
このために本発明の密封方法においては、最初のヒートシールによる密封操作に続けて蓋材の変形を矯正した状態での再度のヒートシールを行うことでこれらの問題を解決することに成功した。

図３には初回ヒートシール部上部からの真空引き（１２の矢印）によって蓋材（２）の前記の変形を矯正した状態で、二回目のヒートシールによる密封操作を行った状態を示した。
一回目の密封操作完了後に容器上部のタブシール材（５）のヒートシールされた領域を含む蓋材（２）の上方からパッキン（１３）を介して真空チャンバー（１１）を容器外周縁上部に密着させてチャンバー内部の真空引きを行い減圧状態とする。これによって下方へたわんだ状態であった蓋材（２）は逆に上方へたわんでゆく状態となる。この状態で加熱シール部材（８）を所定位置まで下降させてタブシール材（５）の上面に圧接して再度ヒートシールを行う。

上記の方法によって、下方へたわんだ状態であった蓋材（２）は本来の水平な位置に修正される、と同時にシール強度ばらつきの出易かった初回のヒートシール領域も、蓋材の変形を矯正した状態での再度のヒートシールを行うことでもう一度適切なかつ均一な加圧で確実に密封される。

また、初回と二回目に用いる加熱シール部材（８）は形状の異なる別の部材でも構わないが、再度加熱加圧して密封する場合に初回のシールに用いた同じ加熱シール部材を用いることによって装置が簡略化でき、無菌充填包装を簡単な装置で行うことが出来るという目的に照らしてこの方がより望ましい。

なお、本発明の密封方法によれば、初回の蓋材とタブシール材のヒートシールにおいて液ガミ等の不完全シール部分があった場合には、二回目のヒートシール前の真空引きの時に容器（１）内ヘッドスペース（１０）が同時に減圧されて容器内外の圧力差による容器の変形が起こることで、シール不良の発生した商品を外観で容易に判別除去することが出来る。

本発明の密封方法を用いる容器の成形方法の一例を示すと、紙を主体とする基材に印刷された胴部材ブランクを筒状の胴部材（３）に成形する。底部材（４）は基材を略円形状の底部材形状に打ち抜き、外周縁部が下向きに起立する形状に絞り成形する。蓋材（２）は基材に飲み口部（６）を穿孔すると共に、底部材（４）と同じ大きさとなる略円形状の蓋材形状に打ち抜き、外周縁部が上向きに起立する形状に絞り成形する。

つぎに、筒状の胴部材（３）の下部内面に、略円形状で外周縁部が下向きに起立する底部材（４）の外面を接合させ、さらに外周部を覆うように胴部材（３）の下端縁部が内方に１周以上折り曲げられ、ローレットにより底部材（４）の外周縁部の内面に圧着接合して底部材の胴部材下部への取り付けが行われて環状脚部（７）が形成される。

その際、筒状の胴部材（３）の下部内面と底部材（４）の外周縁部の外面に熱風を吹き付け、胴部材（３）内層の熱接着性樹脂を軟化させ、また、底部材（４）の外周縁部の外層の熱接着性樹脂をそれぞれ軟化させ、内方に１周以上折り曲げた胴部材（３）の内層面と底部材（４）の外周縁部の外層面を熱圧着して接合させて容器底側に環状脚部（７）を形成する。

同様に、筒状の胴部材（３）の上部内面に、略円形状で外周縁部が上向きに起立する蓋材（２）の外面を接合させ、さらに外周部を覆うように胴部材（３）の上端縁部が内方に１周以上折り曲げられ、ローレットにより蓋材（２）の外周縁部の内面に圧着接合して蓋材の胴部材上部への取り付けが行われる。

その際、筒状の胴部材（３）の上部内面と蓋材（２）の外周縁部の外面に熱風を吹き付け、胴部材内層の熱接着性樹脂を軟化させ、また、蓋材の外周縁部の外層の熱接着性樹脂をそれぞれ軟化させ、内方に１周以上折り曲げた胴部材の内層面と蓋材の外周縁部の外層面を熱圧着して接合させる。

こうして胴部材（３）の上下両端に底部材（４）と蓋材（２）を取り付けた紙製筒状容器（１）は、最後に、飲み口部（６）から内容液（９）が充填され、本発明の容器の密封方法によって、飲み口部（６）をタブシール材（５）で加熱シールして内容液の充填された筒状容器となる。

ここで、本発明の容器の密閉方法で使用される容器の蓋材、底部材、胴部材およびタブシール材について説明する。
蓋材（２）、底部材（４）および胴部材（３）に用いる材料は紙を主体とした積層材料であり、紙以外に用いる構成材料としてはポリエチレンフィルム等の熱接着性樹脂層、ポリエステルフィルムなどの熱可塑性樹脂層、ガスバリア性フィルムなどが挙げられ、これらを複数層積層したものを用いる。

本発明の密閉方法に用いる紙を主体とした積層材料の原紙としては、容器の形状を保つ機能（容器保型性）があり、且つ包装材料として要求される性質である保護性（引張り強度、破裂強さなどの力学的強さ）、作業性（包装機械適性など）、商品性（隠蔽性、印刷適性など）、経済性（価格、輸送保管性など）、安全・衛生性（無毒、易廃棄性など）が満足されれば特に紙の種類に制約はなく通常のクラフト紙（晒、未晒）を使用することが出来る。
前記の紙としては液体用容器に通常使われる紙であれば用いることが出来るが、加工性と保形性からみて坪量が５０〜５００ｇ／ｍ^２の板紙が望ましい。

本発明の密閉方法に用いる熱接着性樹脂層の樹脂としては、押出しラミネーション（エキストルージョンラミネーション）装置で溶融押出しが容易にできヒートシール性があれば、特に種類は制約されるものではない。
例えば、低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン樹脂（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）などを使用することができるがヒートシール性を考慮して低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）または直鎖線状低密度ポリエチレン樹脂（ＬＬＤＰＥ）が好ましい。

熱接着性樹脂層は、上記の樹脂を通常の押出し加工により原紙の表面にコートすることによって形成する。また、印刷時のインキの密着性を向上させるために押出し面にコロナ処理を行ってから印刷することが通常である。
前記熱接着性樹脂層の厚みは、紙容器に充填する内容物の種類、内容量、保存期間、充
填包装機械適性などにより適宜決定されるが、ラミネート強度面を考慮して１０μｍから１００μｍの範囲が好ましい。

前記熱可塑性樹脂層は、紙材の含有水分安定のため、外部からの汚れ防止や衝撃緩和のため、さらには、内容物の紙材への浸透を防ぐために用いられ、たとえば厚みが１０〜１００μｍの合成樹脂層および／またはフィルムが多用される。
合成樹脂としてはたとえば、ヒートシール性に優れたポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂、強度やバリア性に優れたポリエチレンテレフタレートや２，６−ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル樹脂が挙げられる。

ガスバリア性フィルムは、内容物の保存性を高めるために用い、例えばプラスチックフィルムに酸化ケイ素や酸化アルミニウムなどの無機酸化物を蒸着した蒸着フィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムなどが挙げられる。
ガスバリア性フィルムの前記蒸着フィルムに用いるプラスチックフィルムとしては１０〜１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムが、無機酸化物蒸着層の厚みとしては１０〜１００ｎｍが好ましい。

上記の積層材料の層構成は、蓋材、底部材および胴部材ともに共通した構成であっても、異なった構成であってもよく、内容物の保存性や容器形状などの実情に応じて使用すればよい。

また、タブシール材（５）は、蓋材（２）と貼着可能で、かつ適度な強度で蓋材（２）とはがれるピール層が必要であり、例えばポリプロピレン樹脂に高密度ポリエチレン樹脂と低密度ポリエチレン樹脂を適量ブレンドした低剥離強度タイプの無延伸ポリプロピレン樹脂を用い、加熱による貼着方法とすることが望ましい。

以下、本発明の密封方法に係る液体飲料用容器について具体的に実施例を挙げてさらに詳しく説明する。

＜実施例１＞
蓋材、底部材および胴部材用の積層材料を以下の層構成で作成した。
・紙基材：晒クラフト紙（坪量３２０ｇ／ｍ^２）
・熱可塑性樹脂層：厚さ１２μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム
・熱接着性樹脂層：厚さ４０μｍ、密度０．９２０ｇ／ｃｍ^３の低密度ポリエチレン
・ガスバリア性フィルム：熱可塑性樹脂層上に厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素薄膜を蒸着したポリエステルフィルム
を用いた。
各層間を接着する接着剤にはポリウレタン系接着剤を用い、（容器外側）熱接着性樹脂層／紙基材／熱可塑性樹脂層／ガスバリア性フィルム／熱接着性樹脂層（容器内側）の構成からなる積層材料を得た。

タブ材用積層材料を以下の層構成で作成した。
紙基材：晒クラフト紙（坪量８３ｇ／ｍ^２）
アルミニウム箔：厚さ１２μｍ
熱可塑性樹脂層：厚さ１２μｍの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム
ピール層：高密度ポリエチレン樹脂と低密度ポリエチレン樹脂とをブレンドした、厚さ３５μｍの無延伸ポリプロピレンフィルム
を用いた。

各層間を接着する接着剤にはポリウレタン系接着剤を用い、（容器内側）ピール層／塚組成樹脂層／アルミニウム箔／紙基材（容器外側）の構成からなるタブ材用積層材料を得た。

上記の方法にて得られた蓋材、底部材および胴部材用の積層材料とタブ材用積層材料を用いて、紙容器製造機および液体充填機により、本発明の容器の密封方法を含む上記の工程で本発明に係る、直径５３ｍｍ、内容量２３５ｍｌの円筒状紙容器に、水を２００ｍｌ充填した液体飲料用容器を得た。

すなわち、本発明の密封方法を用いる容器の成形方法としては、まず上記の紙を主体とする基材を筒状の胴部材に成形する。底部材は基材を略円形状の底部材形状に打ち抜き、外周縁部が下向きに起立する形状に絞り成形する。
蓋材は基材に飲み口部を穿孔すると共に、底部材と同じ大きさとなる略円形状の蓋材形状に打ち抜き、外周縁部が上向きに起立する形状に絞り成形する。

つぎに、筒状の胴部材の下部内面に、略円形状で外周縁部が下向きに起立する底部材の外面を接合させ、さらに外周部を覆うように胴部材の下端縁部が内方に１周以上折り曲げられ、ローレットにより底部材の外周縁部の内面に圧着接合して底部材の胴部材下部への取り付けが行われて環状脚部を形成する。

その際、筒状の胴部材の下部内面と底部材の外周縁部の外面に熱風を吹き付け、胴部材内層の熱接着性樹脂を軟化させ、また、底部材の外周縁部の外層の熱接着性樹脂をそれぞれ軟化させ、内方に１周以上折り曲げた胴部材の内層面と底部材の外周縁部の外層面を熱圧着して接合させて容器底側に環状脚部を形成する。

同様に、筒状の胴部材の上部内面に、略円形状で外周縁部が上向きに起立する蓋材の外面を接合させ、さらに外周部を覆うように胴部材の上端縁部が内方に１周以上折り曲げられ、ローレットにより蓋材の外周縁部の内面に圧着接合して蓋材の胴部材上部への取り付けが行われる。
その際、蓋材に刻切された飲み口部分の形状に合わせて切り抜かれたタブシール材を蓋材の飲み口部周縁の上面の一部に貼着してタブシール材を起立状態とする。

こうして胴部材の上端に蓋材と底部材を取り付けた紙製筒状容器は、飲み口から内容液が充填され、前記飲み口の上面にタブシール材を重ね、加熱シール部材で加熱加圧してヒートシール後、該シール部をチャンバーで覆い真空吸引した状態で再度加熱加圧して密封することによって、飲み口部をタブシール材で加熱シールした、内容液の充填された筒状容器を得た。

実施例１の方法によって得られた紙製筒状容器は蓋材がたわんで変形することもなくきれいな外観の容器であった。

以上のようにして、本発明に係る容器の密封方法は、無菌チャンバー内でも密封操作が容易にできるような、予め飲み口を有する蓋材を容器本体に取り付けた状態でも、内容物を充填後、蓋材と容器本体を変形させることなく確実に密封することが出来る容器の密封方法であって、密封時のたわみを極力抑えてかつ、しっかりと蓋材のシールが可能な方法を提供することが出来る。

上記の説明ではおもに円筒状の液体容器を例にとって密封方法を説明したが、本発明はおもに紙製の液体飲料容器への充填方法に関するもので、飲み口をタブシール材でシール
する工程であれば他の形状の容器の場合も用いることが出来る。

１…容器
２…蓋部材
３…胴部材
４…底部材
５…タブシール材
６…飲み口
７…環状脚部
８…加熱シール部材
９…内容液
１０…ヘッドスペース
１１…真空チャンバー
１２…真空引き
１３…パッキン
１４…開口部
１５…容器本体

Claims (3)

1. 容器本体の開口部に、予め飲み口を有する蓋材を取り付けた容器内に、内容物を充填後、前記飲み口の上面にタブシール材を重ね、加熱シール部材で加熱加圧してヒートシール後、該シール部をチャンバーで覆い真空吸引した状態で再度加熱加圧して密封することを特徴とする容器の密封方法。
2. 加熱シール部材で加熱加圧してヒートシール後、該シール部をチャンバーで覆い真空吸引した状態で同じ加熱シール部材を用いて再度加熱加圧して密封することを特徴とする請求項１に記載の容器の密封方法。
3. 予めタブシール材を取り付けた蓋材を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の容器の密封方法。

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