JP5779291B1 - 重ね部段差に適応しうる複合ヒートシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 重ね部段差を有する袋のヒートシールにおいて、この段差部も確実に密封し、かつ易開封も可能な複合ヒートシール構造およびヒートシール方法を提供する。【解決手段】上記課題は、包装体にヒートシールが剥がれシールで帯状に設けられ、該帯状剥がれヒートシール内にその長尺方向に線条ヒートシールが剥がれシールで付加されていることを特徴とする複合ヒートシール構造とそれを用いたヒートシール方法によって解決される。【選択図】 図１１

Description

本発明は、プラスチックフイルムやシートの適用によって作成される柔軟包装袋のヒートシール部位に形成される重ね部段差線を確実に密封でき、かつ易開封も可能なヒートシール構造に関するものである。

プラスチックフイルムやシートを適用した柔軟包装袋はプラスチックの熱可塑性を利用した熱接着（ヒートシール）で密封されている。

世界的なヒートシールの評価方法の規範となっているASTM F88‐(1968年制定）は冒頭で、密封性と開封性をヒートシールの機能期待として提示している。しかし、未だ要求を満足する方法は提示されていない。

ヒートシールの加熱技法の基本になっている両面加熱体方式の構造を図1に示す。同図に示すように、このヒートシール装置は、ヒートシール材料４を加熱してヒートシールする１対の加熱体１、２が対向して設けられ、これが進退することによってヒートシールが行われる。加熱体１、２はヒートシール材料４と接触する加熱面が所定の加熱温度になるように自動調節される。通常は同一温度の設定にする。この加熱体１、２からの熱伝導で、ヒートシール材料４の接着面（ヒートシール面3）が所定の温度に到達する時間を圧着する。その後、速やかに加熱体１、２の接触を開放し、自然放熱又は好ましくは強制冷却で常温に戻すことで熱接着（ヒートシール）が完成する。

プラスチックの接着現象は、接着面温度の上昇と共に、接着面のみの界面接着(温度帯Tp)で始まり、接着力（ヒートシール強さ）は順次上昇する。(図2参照)
各加熱温度のサンプルを短冊状に切って、非接着部位の端を摘まんで引張試験をすると接着面が剥離する剥がれシールが計測できる。（図3（a）、(c)参照）
接着層（シーラント）が溶融状態になる加熱温度帯Tbではシーラントは混合状態になり、冷却すると接着層全体がモールド状態の凝集接着となり、接着面は喪失する。従って、接着面の端を引張っても剥離は起こらない。（図3（b）,(c)参照）
凝集接着状態の引張強さは材料の伸び強さ又は接着エッジの破断強さとなる。従来は凝集接着の状態を良好なヒートシールとする慣行的な常識がある。

凝集接着状態では接着面の剥離を利用した開封は実施できない。

実際の包装袋では、袋に加わる外力によって、内圧が上昇したり、落下や運搬中の振動で充填物の移動衝撃によって、ヒートシール面内側のヒートシール線に引張力が加わる。この作用が原因になって、袋の内側のヒートシール線が破壊されピンホールができたり破袋が起こる。

剥がれシール状態では、負荷される損傷エネルギーは接着面の剥離エネルギーに変換され消化する。引張エネルギーは実際の破袋エネルギーと同等の挙動をする。 凝集接着の破断エネルギー（降伏破断までのエネルギー）より剥がれエネルギーの積算値が大きくなるように剥がれ長さを設計すれば、破断強さより小さい剥がれシール強さの接着でも、剥がれシール面全体が外力によるヒートシール面の破断防御機能になる。（参考文献；特許第5435813号）
剥がれシールは同時にヒートシール面に期待される易開封の重要な機能を有する。

凝集接着においは高温で溶融したシーラントが内側のヒートシール線のエッジ部にはみ出して微小な凹凸（ポリ玉）を生成する。ポリ玉に皺の先端が重なると荷重が集中して、小さい力でも微小な破れのピンホールが起こって、これが起点になって破袋につながる課題を擁している。

包装に利用されるプラスチック材料はフイルムやシート状で供給され、ヒートシール技法で製袋された後に製品が充填／密封される。

ヒートシールによって形成される袋には、いくつかの種類があるが、そのなかで、ガセット袋などの場合には、ガセット折部やセンターシール部をさらにヒートシールする端部では袋を形成するフイルムやシートの重ね部がある。この部分は他の部分より厚くなっていてその境界には段差があり、そのヒートシールが充分に行われにくい。（図６参照）

段差部シールの不具合対策として、従来は、経験則をもとに次のような方策が採られている。
ｉ）材料のシーラントの増厚、加熱温度の調整（高温化）による溶融させたシーラントの移動の埋め合わせで改善を求めている。
ｉｉ）密着の完成には溶融状態の凝集接着で改善している。これは剥がれシールの利用による易開封性の実施の阻害になっている。
ｉｉｉ）材料の両面に接着層を施し、２枚重ねの接着をする封筒貼りを採用して段差を小さくしている。
ｉｖ）加熱面にエンボス、ローレットや織布のザラザラ面の圧着を試みている。この方法は面加熱の間引き方法なので、高温、高点圧着になって、ピンホールの発生原因になっている。
ｖ）鋸歯状(serrate)の加熱面を持った加熱体が多用されているが、金属体どうしの線や点の高圧着になって、段差部の断裂やピンホールの発生を起こし、確実な段差部の密封には成功していない。
ｖｉ）平面製袋では充填後の製品の四隅に角が出来て、包装袋の見栄えを悪くしている。ガセット袋を採用すればこの改善ができるが、シールの難しい重ね部が増加するので、ガセットシールの採用を回避している。
ｖｉｉ）圧着力の分散／均一化のために一方の加熱面全体に弾力体の設置を試みているが、面加熱のみなので、圧着面の僅かなバラツキ補償だけで、段差部の密着改善に成功していない。又弾性体の合理的な選択方法は提示されていない。
ｖｉｉｉ）特定した段差部位の２度打ち加熱方法があるが、段差個所がその都度移動したり、正確な位置決めが難しかったり、加熱面全体の不測の発生個所には対応できない欠点がある。
ｉｘ）単一層材の場合には溶断シールを適用して、断面を凝集接着して封止している。（溶断シールはラミネーション材料には適用できない。）
前記ｉｉ）の封筒貼りは４枚重ね部が２枚重ねになるが、材料の両面に接着層を構成する必要があり、コスト高になったり、包装材料の取り扱いが複雑になるにも関わらず、満足な改善が図られていない。現状は、ｉ）とｉｉｉ）〜ｖｉｉｉ）の組み合わせで対策がとられているが、満足すべき成果は得られていない。

以上の従来技術は、段差部に漏れを生じないようにヒートシールすることに汲汲としており、段差部のヒートシールを確実にしながら易開封できるヒートシールは予想もつかないものであった。

本発明者は、まず重ね部段差を有する市販の袋について、シール性を厳密に評価する手段として、金属面の微細欠陥の「探傷液検査法」（JIS Z 2343-1，Z2343-4, ASTM E1417/E1417M準拠）に着目した。そして、これを[JIS Z 0238]や[ASTM D3078]の包装体の漏れ試験法に適用して、市場から収集した多数の包装製品の中身を取り出した後に探傷液検査を行った。

探傷液検査法の概略を図４に示した。探傷液には醸造用アルコールを食用赤色染料で赤く染めたものを用いた。検査対象袋の胴部を丁寧にカットして中身を取り除いた後に、探傷液を注射器からヒートシール線の内側付近に点滴して、目視とルーペ観察でヒートシール面の浸透状態を調査した。その結果、多くの市販包装品の重り段差部等にガス漏れが容易な数10〜100μｍオーダーの貫通孔が共通的に発見された。

本発明者は不具合が発見されたた包装袋材の一部を切り取って、標準的ヒートシール操作を行った。そのシール線の内側に探傷液を点滴して漏れの調査行った。図５に示したように、段差部等に市場サンプルの不具合と同様な漏れを再現確認した。

探傷液による漏れ試験は［JIS Z 0238］や［ASTM D 3078］の漏れ試験法に比して、容易で高感度の検出ができ、検査の有用性を確認している。（参考文献；第23回日本包装学会年次大会要旨集[d-01],p.12-13）
漏れの発生個所は重ねシールの段差部で共通的に発生することが分かった。

市場品の“不具合”はそれぞれの現場操作の不手際で起こっているのではなく、段差部位に対する従来法のシール操作の共通的なメカニズムの課題のあることを確かめた。

重ねシール部位の隣接では材料の厚さの複数倍の段差が形成されることが分かる。折り曲げ部では材料の屈曲径が加わり、段差は増加する。（図５参照）
すなわち段差のあるヒートシール面を平行固形平面で圧着しても材料の全ての部位を密着するのは力学的に無理である。圧着の不足部位は加熱体からの直接伝導熱ではなく、輻射や材料の伝導加熱となり、長時間や材料全体が溶融する高温加熱を必要とする本質的な弱点があることが分かった。

本発明の目的は、重ね部段差を有する袋のヒートシールにおいて、この段差部も確実に密封し、かつ易開封も可能なヒートシール装置およびヒートシール方法を提供することにある。

多くのヒートシール技法は平面状の発熱剛体である加熱体を圧着して行われる。（図1参照）
本発明者の詳細な調査によれば、加熱面の凹凸や加熱面の平行度を10μm以下にしないと圧着の未完成により加熱斑が発生することが分かっている。（参考文献：第22回日本包装学会年次大会要旨集f-10、p.124）
重ね部段差を有する代表的な包装袋であるガセット袋の特徴の一つはヒートシールの一辺に３個所の４枚重ねのシール部位が存在する。これを平板の加熱体で圧着した状態を図７に示した。

ガセット袋は、袋の両側が折り込まれてガセット折部を形成しており、中央には合掌貼りでシールしたセンターシール部5が設けられている。この両端をヒートシールすると、同図に示すように、両側のガセット折部6-1、6-2と中央のセンターシール部5では４枚、その間は２枚重ね7になっている。そして、ガセット折部には屈曲部9が３個所存在するので、まずそこが先行して荷重圧着され、次に、屈曲部が１個所のセンターシール部5が、そして、最後にその間の２枚部7が圧着される。

このようにガセット折部6-1、6-2とセンターシール部5には圧着力に差ができるから、全てを密着する圧着力は通常より大きい力を作用させる必要がある。具体的には、ガセット折部6-1、6-2、センターシール部5の屈曲部の押し潰しを実施すれば４枚部の段差付近8−1,8−2,8−3も密着を成立させることができる。

ガセット折辺の先端が揃ったガセット折部6−1の場合は圧着作用にずれが起こらず荷重が集中して、全体の密着が容易に成立する。しかし、実際には微細なずれを揃えることが困難なので、ガセット折部6-2のように先端が揃っていないと図の下側の段差部8-4に密着不足部位が形成される。この部位には圧着力が充分に作用せず、輻射と材料の伝導加熱となり、完全な密着ができない。

ヒートシールの十分な完成には10μm以下のギャップに圧着する必要がある。包装袋に使われるプラスチック材料は数十〜数百μmであるから、ヒートシール面に重ね数の違いが共存すると図７に示したように段差部8-1、8-2、8-3、8-4が出来てそこのヒートシールが不完全になり、ヒートシールの完成が困難となる。

重ね段差による微小サイズの不完全な密着部位は、充填物の粘度が高い液体では漏れ量の低減はできるが、防湿や真空包装の機能喪失、微生物の侵入、空気、香り成分等のガス体は容易な通過、周辺環境に製品の香り成分の発散等が起こり、包装商品の品質低下になる。ガス状の有毒物が含まれる包装には従来のガセット製袋は不適であった。

本発明者の計測によれば約100μmの貫通孔の通過空気量は約8,600ml/(atom・24hr・2ヶ所) 、水では約480ml/(atom・24hr・2ヶ所)であった。この量は袋のガスバリア性の数千倍から数万倍に相当するから決して無視はできない。（参考文献；第23回日本包装学会年次大会要旨集[d-01],p.12-13）
段差部の貫通孔の発生は次の要素が関与している。
（1）屈曲部の曲げ応力
（2）段差寸法（材料の厚さ）
（3）材料の溶融温度
（4）接着層の流動移動

屈曲部の曲げ応力の影響の対応方法
材料が４枚と２枚の重ねの混在するヒートシール面では、材料の２倍の厚さの相違があり、折り目が入ると更に屈曲径が加算される。

従って重ねの段差部位では材料の[(厚さの２倍)＋(屈曲部の外径の１〜２倍)］の段差が発生する。

ガセット折部6−1、6−2には2つの屈曲部が重なる。

センターシール部5は1つであるからセンターシール部5には屈曲部1つ分の段差に相当する圧着不足が生じる。従って、段差部8−2は段差部8−1、8−3よりシール不良が多く起こっている。

圧縮試験機を使って、汎用包装材料の[OPP／LLDPE]；厚さ63μmの折り目部を室温下で平坦にする塑性変形の圧縮力を調べた。

折り目の長さ10mm当りの屈曲部の押し潰しには20〜30Nが必要であった。通常の面加熱のヒートシール圧は0.1〜0.4MPaが適切とされているが、これは1cm²当たりの応力は10〜40Nとなる。折り目が混在すると付与荷重は先ず折り目の平坦化に作用し、次に他の平担部位に作用する。従って、折り目部があると平坦部への応力割合が小さくなって、所期の圧着が達成できない状態になる。

本発明者は４枚の重ね部（ガセット折部6）に隣接する段差部8の密着を完成するには、少なくとも材料３枚分と屈曲部径相当を材料の２枚分相当以下になるように、押し潰して塑性変形を与える必要があると考えた。（図７参照）
押し潰しの塑性変形を面状で行うと非常に大きな荷重が必要となる。そこで、本発明者は面状でなく線状の局部荷重方法を選択した。

圧着の受け台側に平面状の耐熱弾性体(シリコーンゴム)を配置し、他方の加熱体に高さが調整された線条突起11を構成したヒートジョーを製作した。

線条突起11の局部圧着部位の材料が変形して埋没後に平面圧着を継続すれば、線条突起11の高圧着による材料の破断が自己制御でき４枚部の圧着は必然的に完成する。

２枚部の圧着が同時に完了するには弾性体の変形を利用して、平面圧着深さを調節すれば命題を解決できる。

本発明は、これらの考えと試作試験に基いてなされたものであり、包装体にヒートシールが剥がれシールで帯状に設けられ、該帯状剥がれヒートシール内にその長尺方向に線条ヒートシールが剥がれシールで付加されていることを特徴とする複合ヒートシール構造と１対の加熱体の間にヒートシール材料を挟んでヒートシールするヒートシール装置において、その一方の加熱面に断面が弧状で突出高さが０．０５〜２ｍｍの線条突起が加熱面の長手方面に設けられ、他方の加熱面には弾性体が装着されているヒートシール装置を用い、加熱体をヒートシールが剥がれシールになる温度に設定してヒートシールを行うことを特徴とするヒートシール方法を提供するものである。

本発明の効果を次に列挙する。
（１）袋材料の複数枚の重ねシール段差部の接着未完成の解消ができる。
（２）突起シールと平面シール帯の併設と同時操作で、細い局部密着の密封部と面加熱部の剥離エネルギーによる外力の破損の防御が図れる。
（３）本発明によれば必ずしも接着面を凝集接着の状態にせず、界面接着状態でも密封シールが可能になる。
（４）平面シール部を剥がれシールに仕上げれば剥離エネルギーの利用で破袋耐性を大幅に向上できる。（特許第3811145号の横展開）
（５）重ねシールを気にせずにガセット折のような複数の重ねシール部を有する包装袋を積極的に導入でき、包装形状デザインの自由度が拡張できる。
（６）平面シールの袋に横展開することによって、材料の小さなしわによる密封性の阻害要因を排除して信頼性を大幅に向上できる。更に曲線状のヒートシール面の確実な密封が確保できる。
（７）カップや医薬品の固形包装に横展開して、易開封と密封の両立性能を向上できる。
（８）線条突起に発熱機能を付加し、局部密着部位と平面部位の加熱条件を個別に制御して、平面部位を界面接着、局部密着部位を界面接着と凝集接着の境界付近以上の加熱として密封性をより高めることができる。
（９）ヒートシール部位の利用で易開封性と密封性の両立を図ることができるようになる。

通常の両面加熱体方式ヒートシールを説明する模式図である。 加熱温度とヒートシール強さの発現（剥がれシールと破れシール）の様子（加熱速さ；f）を模式的に示すグラフである。 ヒートシール強さ試験方法と発現状況（JIS Z 0238，ASTM F88-7a準拠 ）の説明図である。 探傷液によるヒートシールの不具合部位の検査方法を説明する図である。 重ねシール部位の不具合の再現試験結果を示す断面図である。 代表的な製袋形態の平面図とヒートシール面の断面図である。 重ね部が混在するガセット袋の平板加熱による圧着を示す断面図である。 重ねシール部の局部押し潰し効果の確認方法正面図とそのＡ−Ａ´線断面図である。 本発明の線条突起の埋没代と圧着圧の関係のモデル化して説明するグラフである。 ガセット袋と曲線状シールの場合の線条突起の設置位置の例を示す平面図である。 本発明のヒートシール装置でガセット袋をヒートシールしたときの弾性体の変化を示す断面図である。 線条突起に発熱機能を付加したヒートシール装置の概略説明図である。 ２種類の弾性体について、線条突起高さと発生応力の関係を測定した結果を示すグラフである。 線条突起を加熱した場合としなかった場合の剥離長さと剥離強さの関係を示すグラフである。 段差部のシールを失敗した市販製品の解析事例の説明図である。 線条シールを適用したカップシールの易開封と密封を説明する図である。 線条シールを応用したPTP包装のヒートシールを示す背面図である。

本発明は、基本的には、包装袋を製袋する際のヒートシールに適用されるものであるが、図６に示したように、代表的な製袋形状は次の４つである。

（1）シートを平面状に重ねてその４辺をシールする四方シール袋、
（2）シートを折り重ねて３辺をシールする三方シール袋、
（3）折り目の対面のシール面を包装商品の裏面のセンター付近に位置させ、商品の正面側からシール面が上下の２個所しか見えないようにしたピロー袋がある。
（4）封筒袋はピロー袋のセンターシールの合掌貼り部を２枚の重ね合わせの封筒貼りにする。

ピロー袋は三方シール袋の変形である。袋の背面の中央付近に位置するよう成形具を使って合わせ線を先ずセンターシール(合掌貼り)する。その後に新たにできたセンターシール部（フィン）を折り重ねた部位を含めて、上下部のシールを行いカットする。

平面形態から立体形態にしやすいので広く利用されている。

しかし、折り重ね部が追加されるので重ね部に段差ができるので、シールが不完全になる課題を抱えている。（図７参照）
ピロー袋の両側に２ラインのまち（襠）を設けるとガセット(Gusset)袋になる。ガセット袋は立体状の製袋が可能なので、商品の見栄え性や充填効率がよい特長があり、更に自動化性が良好なのでピロー包装袋は食品分野を中心に軟包装に数多く利用されている。センターシールのフィンは開封時タブの機能を有する利便性もある。

しかし、（上下の）二端とセンターシール部に４枚の重ね部が(３個所)×２が構成されるので、段差部のシール方法の改善が要求されている。しかし、今日においても合理的な方策は提示されていない。（図７参照）現在は多少の漏れを容認している。

封筒袋はピロー袋のセンターシールの合掌貼り部を２枚の重ね合わせにする。 貼り合わせ面の段差が小さい、合掌貼りによるフィンがなくなる特徴がある。

しかし材料の両面に接着能力のあるシーラントを設ける必要がありコスト高になるので用途が限られている。ガセット袋にした場合には合掌張りと同様な課題が発生する。

図６に示した５種の製袋図にヒートシール面の断面図を付記した。この図から四方シール袋と三方シール袋を除いて折り目や重ね部分があり平面板での一様な圧着シールに課題があることが分かる。

図７からわかるように、重ね部段差の高さは、通常は、ヒートシール材料であるフイルムやシートの１枚又は２枚の厚みによって生じる。

既に述べているが、四方シールのような全てが平板の接着面を有する製袋、シールでは原理的には密着が容易であるが、平面状の製袋に製品を充填すると立体状になるのでヒートシール面にひだ(tuck)ができる。ヒートシール操作の際のヒートシール面の緊張操作が適切でないとガセットシールと同様な段差が形成されるので、ヒートシール部に不良が発生する。

最近ではヒートシール面が直線的でなく、袋のデザインの都合で曲線状のシールも行われるようになって、ヒートシール面の緊張付与が困難になっている（図１０（ｂ）参照）。ガセット袋の課題解決はヒートシール面の不測の段差（ひだ）の発生の抜本対策でもある。従って平板シールの場合も本発明の段差部対策が有効になる。

本発明は、袋に限定されず、カップ容器や、錠剤、カプセル等を収容するブリスター包装などにも広く適用できる。

ヒートシール材料であるフイルムやシートは、ヒートシールできる層があれば単層であっても複数層から形成されていてもよい。このヒートシールできる層の材質はヒートシールできるものであればよいが、通常は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのエチレン共重合体などである。その外、結晶化していないポリエチレンテレフタレートなども用いうる。ヒートシールできる層の厚さも特に制限されないが、通常3〜200μm程度、典型的には5〜150μm程度である。実験結果を参照してみると本発明の適用には段差部の埋め合わせのためにヒートシールできる層の厚さが材料全体の厚さの10％以上が必要である。

複数層からなるフイルムやシートは、印刷適性、破損耐性、ガスバリア性の向上、製袋の剛性調整、軟化状態の加熱板への粘着防止の改善等を期して、２種以上の材料を積層したものであり、少なくとも一方の表面層にはヒートシールできる層である接着層（シーラント）が配置される。そして、袋の外面となる表層材は接着層の適用温度域では熱可塑性が起こらない材料が選ばれる。平面接着には好都合であるが、屈曲部があるシールでは、屈曲剛力が大きい表層材は接着層の適正加熱温度帯では軟化が小さく、密着シールの阻害要因になっている設計の不具合に気が付いていない。

複数層からなるフイルムやシートの厚さも特に制限されないが、通常20〜200μm程度、典型的には20〜120μm程度である。

袋のヒートシールの幅も通常の幅でよく、一般に3〜20ｍｍ程度、典型的には5〜15ｍｍ程度である。このヒートシール幅はヒートシール部全てが同一でもよく、あるいは、例えば上辺シールとセンターシールで異なっていてもよい。
本発明の複合ヒートシール構造は、剥がれシールで帯状に設けられた帯状剥がれヒートシールと、その内に長尺方向に設けられた線条剥がれヒートシールよりなる。
帯状剥がれヒートシールは包装袋の場合には開封しようとする辺に設けられ、その幅は、一般に３〜３０ｍｍ程度、典型的には５〜１５ｍｍ程度である。剥がれ強さである接着強度（ヒートシール強さ）は通常２〜１５Ｎ／１５ｍｍ程度、一般的には
２〜１２Ｎ／１５ｍｍ程度が好ましい。この範囲に設定すれば例えばこどもでは開け難い制限のある用途別の易開封に対応できる。

本発明者は、本発明の線条ヒートシール（以下「条シール」ということがある。）の効果を確認するために次の実験を行った。

線条突起高さと加熱温度の変更による段差部の局部密着条件の確認
押し潰し成型による密着の完成の是非を次の方法で検証した。

汎用包装材の（Ａ）［OPP/LLDPE；63μm]、（Ｂ）［CPP(単体)；50μm]、（Ｃ）［CPP/PP-Copolymer;50μm］を適用して、加熱体1に断面が円弧状の一条の条突起11を構成し、押し潰しの成形密封効果を確認した。

予備実験で少なくとも0.1〜1.0mmφが押し潰しに適用できることが分かったので、加熱体1に断面が約1.0mm半円弧状の溝を作り、1mmφの条丸棒を埋め込んで加熱流路を確保した。これで線条突起11の高さは0.5mmとなる。

この実験では弾性体の設置は行わず、線条突起の局部圧着の効果のみを確認した。

供試材料の特徴は次の通り。
（Ａ）はピロー包装に市場全般で汎用的に利用されている包装材料である
（Ｂ）は単一体の材料であり、接着が発現する温度帯付近で、材料全体がほぼ均一に軟化するので屈曲力が小さくなり、25N／10mm程度の応力でも局部圧着シールが完成する。
（Ｃ）は（Ｂ）と同等の表層材にPPの共重合材をシーラントに適用している。

加熱体1、2の加熱体表面温度値は同一とし、剥がれシール温度帯（界面接着温度帯）；Tpからシーラントが溶融状態の破れシール温度帯（凝集接着温度帯）；Tbの加熱を与えた。（図２参照） 加熱体と材料が接触する加熱体表面温度は、［特許第4623662号］を用いて0.2〜0.3℃の精度に調節した。確認実験のヒートシール装置の圧着部と材料の構成を図８に示した。同図に示すように、このヒートシール装置は、平板状の一対の加熱体１、２の一方が空気シリンダ１４で進退しうるようになっており、その加熱体１の長手方向中央部には線条突起１１が設けられている。

材料の折り重ねは図8(a)に示したように、４枚重ね部の幅Lを屈曲部９の位置を調整して、10〜50mmとした。先端部は約１mmの不揃いとした。 付加荷重は空気シリンダ１４の供給圧力を精密に調節し、定圧発生荷重を125Nとした。試験にはガセット折部６の片側を使用した。単位長さ当りの実際の圧着力は重ね部の幅Lに反比例する。

同一温度でも長時間加熱をすると材料からの伝導加熱で段差線の加熱が完成して、不具合が喪失し、実際の不具合現象と異なってしまう。実際に即した加熱をシミュレーションするために、圧着時間は溶着面温度測定法[特許第3465741号]を利用して、平衡温度の最短到達時間になるようにした。この実験の加熱時間は1〜3sとなった。

段差部の密着可否の関連要素は、加熱温度帯、圧着荷重、重ね部の高さ、材質（主に剛性）が関係している。加熱圧着後の線条シール部10を図４に示した探傷液法で検査した。 この試験結果のまとめを表1に示した。この結果から汎用の包装材料の局部圧着の完成に必要なおおよその荷重と温度域を同定できた。

線条突起11による他の平面部の局部圧着は全て完成している。表1の判定は屈曲部9周辺の密封性を個別に評価している。接着強さの小さい剥がれシール帯では接着力より屈曲部の復元力が大きいために密着が阻止されているものと推定できる。

この結果から剥がれシールの発生帯において、局部圧着の完成には42N/cm以上の応力が必要である。この応力値は図８に示されている付与荷重のf1に相当する。シーラントが溶融状態に近づくと25N/１cmの応力でも段差線の密着が可能となっている。

実際に仕上がった局部成形シール部の断面を顕微鏡で観測したところ、線条突起幅の約50％の未圧着部位には溶融成形余剰部分がはみ出して、線条突起の先端部を円弧状にした効果が確認できた。

条突起幅の50％位が加圧に関与しているとすると、線条突起の長さ1cm当たりの面積は10×0.25＝2.5mm²となる。試験で掛けた荷重を応力に変換すると25Nの荷重；10MPa、42Nの荷重；17MPaとなる。

通常のヒートシールの適正圧着圧は0.1〜0.4MPaであるから段差部の局部圧着による成形密着には通常の100倍位の非常に大きな応力を必要としていることが分かる。これを面圧着で実行するには膨大な荷重が必要になり、線条突起による局部圧着の有効性を確認した。線状シールを複数にする場合は局部圧着荷重を比例的に追加する。

従来は、密着シールには凝集接着の適用が不可欠とされてきた。 表1に示した実験結果から線条突起の局部圧着の成形シールよれば、剥がれシール帯（界面接着帯）においても密着シールが可能であることが分かった。

この結果、加熱温度帯、圧着荷重と重ね部長さ(幅）が制御要素になる線条シールの完成条件を明確にできた。

剥がれシール帯の加熱でも荷重が約40N／10mm以上で成形密着が可能であることが確認できた。この特性を適用すれば、密封と同時に接着面を利用した易開封ができる。

破れシール温度帯Tbでは段差部の密着は完成しているが、この条件のシーラント又は材料が溶融状態となっていて、線状の圧着で容易に材料の破断が生じたり、接着面を利用した開封には適さない仕上がりになっている。

加熱体の線条突起で形成される線条シールの幅と深さは、基本的には線条突起の幅と高さに一致する。この線条シールの幅は０．０５〜２ｍｍ程度、好ましくは０．１〜１．５ｍｍ程度であり、また深さは0.05〜2ｍｍ程度、好ましくは0.1〜1.5ｍｍ程度である。線条シールの接着強さは２〜１５Ｎ／１５ｍｍ程度、好ましくは２〜１２Ｎ／１５ｍｍ程度とするのがよい。
この線条シールは帯状剥がれヒートシールの長手方向に設けられ、ヒートシール面の中央ではなく外縁に寄せて線条シールを帯状剥がれヒートシールの中央に設けるよりも剥がれシール面を包装袋の内側により大きく設けることが好ましく、例えば、内縁から全幅の60〜90％程度の範囲が適当である（図１０（ａ）参照）。

線条シールは、原則として1本であるが、本発明の作用効果を損なわない範囲で、局部圧着荷重を増加して複数、例えば２本あるいは３本設けることも可能である。

ヒートシール面が曲線の場合には、線条シールはこの曲線に沿って設けることが好ましい（図１０（ｂ）参照）。
本発明の複合ヒートシール構造は、１対の加熱体とその作動機構と加熱機構からなるヒートシール装置で作製することができる。

加熱体は、基本的には、従来のヒートシール装置のものと同じであり、1対の加熱体は加熱面が平行に、従って、ヒートシール時には全面が均等な圧力で加圧するように構成、配置される。加熱面は通常は平面である。そして、その少なくとも一方の加熱面の幅が、ヒートシール材料に形成するヒートシール部のみを加熱しうるようになっている。他方の加熱面は、一方の加熱面と同一であってもよく、あるいは、それより広く、台として機能させるものであってもよい材質は熱伝導性の高い銅、アルミニウム、真鍮やステンレススチールが用いられる。

加熱体とヒートシール材料を挟圧させるあるいは解放する作動機構は、従来のヒートシール装置と同じでよく、作動は、一方の加熱体のみを動かしても両方を動かしてもよい。

加熱体を加熱する加熱機構も従来のヒートシール装置と同じでよく、通常は電気が用いられる。

この装置は、この加熱体の一方の加熱平面に線条突起を一体的設けたところに特徴がある。

この本発明によるヒートシールを図１１に模式的に示す。これはガセット袋の端部をヒートシールする状態を示すものであり、一対の加熱体１、２のうち、下部の加熱体２の上面である加熱面には弾性体１２のシートが設置され、上部の加熱体１の下面である加熱面の長手方向の中心より外縁側には線条突起１１が設けられている。この線条突起１１の高さは点線ａ−ｂの長さになる。２つの加熱体１、２の間にガセット袋の端部を挟んだ状態を同図（ａ）に示す。次いで、この上部の加熱体１を下降させると、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すように、その押し潰し荷重によりガセット袋が弾性体１２にめり込む。そして、同図（ｃ）に示すように、４枚部であるガセット折部６と段差部が線条突起１１による局部圧着でヒートシールされ、２枚部７も同図（ｄ）に示すように弾性体の変形で圧着される。ｃ−ｆが最大埋没代ｄ3に相当する。実際は0.4〜2mmである。

平面接着の併設の理由
線条突起の局部圧着による段差部の密着が可能である。しかし、できあがった細い線条突起シール線に外力が直接掛かるとシール線は破損しやすいので、周辺に剥がれシールの平面接着部を併設し、その剥離エネルギーを利用して防御する（図１４の０−９ｍｍの剥離が相当する）。

線条突起11の一定量の埋没後に平面圧着を開始すれば、圧着荷重が局部圧着に終始せず分散できるから、過荷重で局部圧着部位の破断を自己制御できる特長が得られる。

線条突起部と平面部の接着を別々の工程に分けることも可能であるが、装置が複雑になったり、2度加熱すると初めの加熱で接着面の結晶化が起こりHishinuma効果（参考文献：「缶詰時報」；Vol.91,No.11, p.21−34, 2012 ）で接着能力が喪失するので不適である。

一回の加熱圧着操作で２つの要求を同時達成すれば、良好な加熱制御ができると共に工業的に簡潔で極めて有効な方法になる。

局部圧着から面加熱に移行する線条突起の寸法の決定
常温下で、ショア―硬さがA50、A70、A80の厚さ1〜5mmの耐熱シリコーンシート上に直接（プラスチック材を置かず）0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.9mm（線条突起高さ相当）の条丸棒を置いて圧縮試験を行った。局部圧着のバラツキを考慮して、圧着板は1cm×2cmとした。長さが2cmの丸棒は圧着板の長手方向の中心部に配した。測定結果は圧着面積を1cm²と線条突起の長さの1cm当たりに換算した。

測定結果の代表例を図１３に示したように、条丸棒太さ(線条突起高さ)の埋没後に平面圧着に移行する分岐点のあるグラフが得られた。

線条突起の高さが0.1〜0.9mmの計測範囲では太さに関係なく、線条突起の埋没荷重は直線的に上昇するほぼ同一の特徴を示した。図中に線条突起に要求される荷重の30、45、60Nに相当する埋没代の補助線をＹ軸に付記した。

図１３の結果から、本発明の圧着操作における線条突起部11の先端と平面部の荷重メカニズムのシミュレーションを図９を用いて説明する。

図９の各記号を次のように定義する。
ｄn；線条突起の高さ
ｄ1；線条突起が埋没する直前のゴム板の撓み代（突起部のみ）
ｄ2；4面部の埋没直前のゴム板の撓み代（突起ぶを含む）
ｄ3；2面部が埋没が付加した後のゴム板の撓み代
ｆ1；線条突起の埋没直前の押し込み力 （N）
ｆ2；（線条突起の先端荷重）＋（4面部の埋没直前の圧縮荷重）（N）
ｆ3；（線条突起の先端荷重）＋（4面部の埋没圧縮荷重）＋（2面部の埋没圧縮荷重）（N）
（1）ジョーの下面（固定台）にゴム板を置き、その中央に約30mm×20mmのプラスチック材を2枚重ねで置く。その中央に10mmの間隔で約20mm×10mmの同じプラスチック材を2枚重ねて置く。
（2）20mm×10mmの金属板の中央付近に長さ20mmの線条突起（0.2〜0.5mmの丸棒）を固定する
（3）線条突起を固定した金属板をジョーの上面に下面と平行になるように固定する。
（4）ジョーの上面は荷重計を介して圧縮駆動源に接続する。
（5）線条突起版の中心とゴム板上に置かれたプラスチック材の中心を合わせる。
（6）圧縮源を下降方向に駆動するとジョー上面の金属板がプラスチックを介してゴム板に接触が開始する。ｄ1＝ｄｎ＋(撓み代)に到達すると線条突起板の面接触が始まる。
（7）下降動作がｄ1＝ｄｎ＋(撓み代)までの荷重は線条突起の埋没特性を示す。この時の圧縮荷重特性は線分（a）となる
（8）等速で圧縮操作を続け、ｄ1を超して、4面部の圧縮が開始される。
この時の荷重は線条突起と4面部の埋没荷重の和を示す。この時の圧縮荷重特性は線分（ｂ）となる
（9）更に圧縮を継続すると4面部の埋没が完了してｄ2に到達して、2面部の圧縮が始まる。
（10）圧縮終了点ｄ3は2枚部に0.1〜0.4MPaの応力が必要である。
又、線条突起の先端に［30〜60N／cm］が掛かるように選択する。
もし適用したゴム板で適正条件が見い出せない場合は硬軟の違うゴム板の再選択を行う。
以上の経過から
（1）荷重0からｄ1を結ぶ線とその外挿線は線条突起の圧縮荷重特性の線分(a)となる
（2）d1−d2を結ぶ線は［線条突起の埋没荷重］と［4面部の圧縮特性］の和の線分(b)となる。線分(b)
（3）d2−d3を結ぶ線は［線条突起の埋没荷重］+［4面部の圧縮埋没荷重］+「2面部の圧縮埋没荷重」の線分（c）となる。
（4）この操作で欲しい結果は
1）「線条突起の荷重」を［30〜60N／cm］の確保
2）2枚部に0.1〜0.4MPaの応力を付与すること。
3）4枚部は高圧着になるが成り行きに任せる。
4）1）、2）の要求を同時に達成できる弾力性のゴムシートを選択する。
5）図１３（線条突起と平面圧縮特性）に示した各ゴム板の圧縮特性を参照して上記のシミュレーション範囲の該当ゴム板を選択する。
6）同一ゴム板でも、線条突起の高さを変化させることによって、線条突起の荷重と2枚部の応力を細かく調節できる。

線条突起の高さ決定法
図９に示した平面圧着に移行する分岐点d1は線条突起11の高さの選択で決めることができる。例として、線条突起の高さ0.3mmの設定は直径0.6mmの丸棒を加熱体2の加工溝に嵌めこんで0.3mm高さの条突起を設定した。同様にして、0.2〜0.9mm線条突起高さを決定した。実際には相当する弧状を加熱体1の加熱面に切削加工をすることが好ましい。

ｄ1をｄ1’に変化したときの様子を図９に点線の総荷重線（2）示した。

線条突起の大きさをｄ1’になるように小さくすると4面部の圧縮が早められるので、同じ圧縮代で2枚部の圧縮圧を高められる。そして圧縮代を小さいほうに移動できるので、最終的なゴム板の圧縮率を小さくしてゴム板の損傷防御にもなる。

各要素（・線状突起部、・4枚部面、・2枚部面）の荷重値（ｆ1〜ｆ3）は図中に示したように外挿線値の差分で求められる。

本発明の圧縮代はゴム板の硬さと厚さで決まるが、0.4〜3mmである。

d1を小さくするために、線条突起の高さを0.05mm以下にすると材料への食い込みだけになって、効果は激減する。線条突起の高さは0.05〜2mmである。好ましくは0.1〜1.5mm、特に好ましくは0.1〜1mmである。

必要な埋没代の管理は付与する面圧着応力／荷重源力で管理ができる。

定荷重の発生源にはエアーシリンダ、油圧シリンダの圧力調整やバネを介した荷重の付与を行えば、埋没代d3を直接計測の管理をしなくてよい。
又は最大圧縮代に相当するスペサーをジョー間に設置し、最大荷重より少し大きい荷重を与えれば、ゴムの弾力性によって自動的に圧縮力を付与できる。

線条突起11の先端の断面は弧状に細工し、集中荷重が鋭利に作用して材料が破断しないようにすると共に材料の塑性変形の逃げ代を作る。線条突起の円弧径の選択で局部圧着の集中応力を調整する。

線条突起高さは設定した寸法が埋没後、自動的に平面部の圧着に移行するように、好ましくは円弧の半割以下、好ましくは円弧の半径の20〜100％、より好ましくは50〜100％に設定される。従って、線条突起の幅は、通常0.05〜2mm、好ましくは0.1〜1.5mm、特に好ましくは0.1〜1mmになる。そして局部圧着の過圧着を自己制御する。

線条突起の長さは、少なくとも重ねにより厚くなった部分に適用すればよい。例えば、４枚部や３枚部であるが、通常はヒートシール全長に設ければよい。
線条突起の本数は、原則１本であるが複数本、例えば２〜３本を設けてもよい。

線条突起は加熱体1の加熱面の中央に位置させず１本の場合、袋のシール内縁から60〜90％、好ましくは70〜80％の位置に構成して、線条突起シール部から袋の内側の平面接着面積を外側より大きくして線条突起シール部の保護機能を増加させるのがよい。

本発明の荷重メカニズムの説明
このモデルにおいて線条突起部に荷重f3をかけると弾性体12にd3の埋没が起こる（図９参照）。この埋没は弾性体12の硬さと厚さによって決まるからで弾性体の選択指標になる。

このシミュレーションではd1、d3（自由選択）を実測できるからｆ3は直接計測できる。 f1は0−d1の線分の外挿によって得ることができる。
総合荷重線のd2からの直線近似によって4枚部の荷重特性は外挿できるからｆ2を知ることができる。

この知見をもとに２枚部にはf3-f2、4枚部にはf2-f1、線条突起にはf1が作用していることが分る。

この分解特性を参照して線条突起の高さ(面加圧の移行点)、弾性体の厚さ、硬さ、付加荷重の各設定要素を選択するのが本発明の特長である。

弾性体の利用には荷重制限がある。弾性体の弾力性と耐久性の確保のために圧縮量は40％未満として利用範囲を設定すると3mmシート≒1.5mm未満、5mmシート≒2mm未満）、総圧縮荷重≒280N（2.8MPa）未満（装置の荷重耐性と荷重能力）とした。圧縮量の下限は特に制限されないが、通常5％までである。

この条件を加味して図１３等の埋没応力の代表的な評価結果を表2に示した。硬さ、厚さと局部圧着力をパラメータにして、汎用包装材料の線条シールの適用性を評価した。適正範囲を太線で囲った。

弾性体の硬さ(A50〜A80）、厚さ(3〜5mm)、線条突起高さ(0.1〜0.9mm)の条件で本発明の線条シールが実施可能であることが確かめられた。

弾性体は高さが調節された線条突起の埋没による局部圧着荷重を弾性係数で調節すると共に面加熱の弾性受け台になる。厚さと硬さの選択で弾力体の撓み代（埋没代）と発現応力を獲得して、必要な圧着力を自己制御する。適当な硬さは、ショアー硬さでＡ40〜Ａ90程度、好ましくはＡ50〜Ａ80程度であり、厚さは0.5〜8mm程度、好ましくは1〜5mm程度である。

また、弾性体はヒートシール温度に耐える耐熱性も必要である。好ましい材質の例としてはシリコーンゴム、フッ素ゴムなどを挙げることができる。弾性体（ゴム板）の厚さの約３０％の圧縮内で２枚部に0.1〜0.5ＭＰａの圧力が発生するシート状耐熱弾性体を選択するのがよい。また、稼働速さを高めるために高熱伝導処理をした弾性体が好ましい。

ところで、実際には線条突起と弾性体の間に剛体の包装材料が存在するので、材料の厚さや材料の特性によって、線条突起の寸法に補正が必要である。図１３の線条突起の埋没と平面圧着の分岐点d1は材料の剛性によって大きい方に移行する。

代表的なヒートシール材料のd1の移行状況の実測結果を表3に示した。

この確認は室温で行ったものである。実際は加熱環境下で圧着が行われるので、d1点の荷重はこれより小さくなるが、好ましくは表3を参照した線条突起の設計をする。

線条突起の寸法は汎用材料の厚さの関係の実測から、材料の総厚よりも大きい寸法の選択が好ましいことが分かった。

線条突起に発熱機能の付加
線条突起は高圧着によって材料の塑性変形を与えて平面圧着部位より密着を促進している。局部の塑性変形の逃げ代として線条突起の根本付近に数十μmの空隙が残るので、熱伝熱能力が低下する。又、突起の小部位を介して加熱するので、加熱流が減じられる。

さらに、表1に示したように剥がれシール帯の線条シールの密封性能は必ずしも十分ではなく、剥がれシールを利用した剥がし易さ（易開封）と密封性の両立の範囲が狭い。そこで、線条突起11に発熱機能を付加して、局部圧着部位周辺の加熱不足の補完と条突起部の加熱操作の個別調節性を確保することが好ましい。

線条突起部の発熱方法の構成を図１２にした。この例では線条突起にニクロム線を採用した。ニクロム線と加熱体の電気絶縁を50μmのテフロン（登録商標）シートを介在させて行った。絶縁材15の挿入は加熱体と線条突起の発熱温度差を発生させる機能も果たす。

絶縁材は加熱体1の加熱面あるいは線条突起棒の表面を酸化被膜の生成処理をしたり耐熱樹脂のコーティング処理等が利用できる。樹脂処理を利用する場合には線条突起棒の固着も図れて便利である。

図１２で示した方法では加熱電流を定電流化した。定電流化加熱方式によって、線条突起発熱体の単位長さ当りの発熱量を電流値の調節で、発熱管理を容易にできる特長を持たせた。

ＣＰＰ（50μｍ）を挟んで、２枚を0.4mmφのニクロム線約20cmをジョーの加熱面に埋め込んで、弾性シートを設置しない図8の方法で、60N/cmの圧着圧のもとで定電流値を変化させシールした。
１cm当たりの投入電力をパラメータにして評価した結果を表4に示した。

この検証の加熱体温度は、この材料の剥がれシールと破れシール境界温度付近の140℃を選んだ。この加熱条件では僅かな温度上昇で過加熱の溶融状態になる。従って、線条突起の補助的な加熱の適否を判断するのに都合がよい。

この結果、投入電力が線条突起縁１cm当り0.22W/cm以上になると溶断が起こったり、線条突起シール部が簡単に折れてしまう過加熱になった。0.18〜0.20W/cmの加熱補助に大きな改善効果を見出した。

線条突起棒（ニクロム線）の太さが0.6mmΦの発熱体（線条突起；0.3mm）でも同様な発熱電力の調節で確認した。
線条突起の周辺には数十μmの空隙ができるので加熱が不足する。そこで、線条突起に発熱機能を付加して、局部圧着部位周辺の加熱不足の補完と線条突起部の加熱操作の個別調節性を確保することができた。

他の材料で同様な実験を行った結果、線条突起の発熱補完量は材料の熱容量や厚さによって変化することが分かった。

本発明のヒートシール方法は、一方の加熱体の加熱面に線条突起を設け、他方にそれに対応する適度な弾性を有する弾性体を設けたヒートシール装置を用いて行う外は、大幅な改造をせずに、剥がれシールを形成する従来のヒートシール操作と同様に行うことができる。

ヒートシールを行う加熱体の加熱面の温度は、ヒートシールが剥がれシールになるように設定される。この剥がれシールは、ＡＳＴＭ
Ｆ８８−００にも定義されており、接着状態が分子間力結合による界面接着状態にある。

剥がれシールにする方法は図２に示されているように、ヒートシールしようとする材料の温度を変えてヒートシール強さ（接着強度）を測定することによって求めることができる。

本発明においては、剥がれシールを形成する温度域において、所望の接着強度が得られるよう温度を調整する。剥がれシールにする温度は、ポリプロピレンを例にすれば通常融点；170℃に対して136〜144℃の範囲、好ましくは138〜142℃の範囲が好ましい。

線条突起部は加熱体の表面に設置されるので、通常は加熱面と同じ温度になる。しかし微細部分が加熱部分になるので加熱流が不足する。 選択した加熱帯が低温側の場合には、加熱が不足して線条シール部の密封の完成が損なわれるから、発熱機能を利用して３〜５℃程度高くする方がよい。

通常のヒートシールの圧着圧は0.1〜0.4MPaを必要とする。線条突起の先端からヒートシール材料に25〜60N／10mm程度、好ましくは30〜50N／10mm程度の荷重がかかるよう線条突起の高さと弾性体の弾力を調整する。

実際の稼働時間の選択は包装材料の厚さ、熱伝導特性で変わるから溶着面温度応答の計測によって適正運転速さを決めるのがよい。

本発明で、ヒートシールする材料に加熱体によって圧着を順次増し続けると線条突起部によって加圧される４枚部は弾性体に埋没する。圧縮が進行して４枚部と線条突起の埋没による弾性体の一部は塑性変形で盛り上がり、２枚部の材料の押し上げを促進して、対面の加熱体に圧接する。しかし、鋭角な重ね段差部を完全に圧着することはできないので、段差部周辺には数十μｍの貫通孔は残存する。

弾性体の押し潰し塑性変形を利用して２枚部に面荷重を付与して、の局部密着の周辺に面接着部を作り、線条突起シールの破損防御機能を設ける（図１４の０−９ｍｍの剥離エネルギー）。本発明では線条突起部以外の段差線の完全密着は求めない。

線条突起の荷重が一定以上になると、ヒートシール材料は線条突起による局部密着の完成ができる。

接着面を界面接着又は凝集接着に調節するには加熱体の表面温度で調節する。易開封性を実施する場合には、界面接着の剥がれシール状態に仕上げる必要がある。

実施事例(１) 発明の標準的な実施事例
次の条件においてヒートシールを行った。
・線条突起の先端径：0.4、0.6、1.0mmφ（ニクロム線）を約50％埋没し、線条突起高さ：0.2、0.3、0.5mmを作成した。
・適用弾性体：ショアー硬さ；A50、A70、A80 厚さ；3, 5mm の耐熱シリコーンゴム
・試料：単一フイルム：ポリプロピレン(CPP)；50μm
・試料構成：ガセット部長さ；20mm×2、センターシール幅；20mm、2枚部；35mm×2
・試料全長；130mm、ヒートシール幅；15mm（線条シールの内側；10mm、外側；5mm）圧着面積；1950mm² （図１０(a)参照）
・試験条件：試料のカバー材；0.05mm 「テフロン（登録商標）」シート（平滑）[材料の加熱体への溶着防御]
荷重調整：精密圧力調整によるエアーシリンダ出力；0.3〜0.6MPa／発生荷重；400〜800N
適用サンプルの表面温度調節範囲：１３４〜１４４℃（±0.2℃）、（加熱速さ；CUT；2.0ｓ）

シリコーンゴムの表面温度を剥がれシールの設定温度帯になるように、ヒートシール材料4の加熱前に加熱体1を弾性体12に圧接して弾性体を設定温度に加熱後、速やかにヒートシール材料4を圧着加熱した。
加熱時間；溶着面温度応答計測による最短(99.9％)の平衡温度到達時間が約２ｓであったのでに1sを加算して３sとした。
加熱後処理；圧着加熱終了後直ちに室温のアルミニュームブロックを圧接して冷却した。

・線条シールによる剥がれシールと密封性の評価試験
接着強さ(２枚部）：JIS Z 0238,
ASTM F88-07aに準拠して、サンプル幅：15mm、グリップ間距離；60mm、引張速さ；50mm／min.で引張試験を行った。
・平面接着部の剥離エネルギー計測を適用して、剥がれシーによる防御機能を確認した。
・局部密着部の密封性の観察；探傷液をヒートシール線の内側に点滴し、数分後の浸透状況を×15のルーペを使用して、目視観察評価をした。

剥がれシールの加熱温度（溶着面温度）帯の１３８℃、１４０℃、１４０℃で弾性体A50、A70、A80、厚さ3、5mm、線条突起の高さ0.2、0.3、0.5mmの実施結果の密封性、接着面の仕上がり目視評価例を表5〜7に示した。線条シールしたこれらの標本は加熱温度に応じた剥がれシール強さを示すとともにヒートシール面が均一に剥離をしている。この剥離の引張試験の一例を図１４に示した。

表中、／の左側は、接着面の仕上がりを、右側は密封性を示している。
接着面の仕上がりは下記の評価による。
○ 線条突起付近を除きに2枚面シール部に皺の発生のない仕上がり
△ ２枚面に皺がまばらに残っている状態
× ２枚面の全面に皺が発生している状態
密封性は下記の評価による。
○ 完全に密封が完成している状態
△ 1〜２ヶ所の密封が未完成の状態
× ３か所以上の密封が未完成の状態
表の各枠内の記号は次の状態を示している
ＮＧ 密封不可（加熱補完なしの場合）
Ｇ 密封が完成
Ｉ 加熱補完による密封の改善
評価の基準としては２枚部に皺があっても密封が完成したものはよしとしている。
ＳＣ 圧縮率３０％超の圧着領域
３０％を超えると線条突起の圧縮部分の変形率が最も大きい。繰り替えしの操作で特に線条突起部分の損傷が激しい。この部位の圧縮跡が残らない圧縮率を実験的に求めた。

この結果、線条突起高さが0.2,0.3,0.5mmにおいて、加熱温度が136〜138℃
（ヒートシール強さ；2.8〜3.2N/15mm）の剥がれシール帯において、圧着圧の制限域（0.27Mpa）付近までは密封が不可である。

140〜144℃の加熱（ヒートシール強さ；5〜14N/15mm）では制限圧着圧内で密封が完成している。

線条突起高さ、弾性体の硬さと厚さ、加熱温度、圧着圧が制御要素として機能していることが分る。

制御要素の選択で平面接着部のヒートシール強さの調整が容易になり、特許第5435813号を利用して、剥がれシールを適用した易開封の実施達成を確認した。

本発明によって熱接着面を利用した易開封と密封の両立が可能になった。

実施事例（２）線条突起の個別加熱による線条シールの仕上がり範囲の改善
実施事例（1）の引張試験の観察から、線条突起の圧着部の塑性変形は完成しているが、線条突起部の接着力が平面部に比して小さいことが分った。前述の線条突起に発熱機能を付加する方法で改善性を検証した。

線条突起部をニクロム線に替えて太さに関係なく約0.2W/１cmの発熱機能を付加した。

実施事例（1）と同様の加熱圧着試験を行い線条突起加熱部の漏れの封止改善能力を確認した。

加熱温度140℃、弾性シートA70、線条突起寸法0.2mmの加熱標本の引張試験の剥がれシール結果を図14に示した。 線条シールを付加したシールにおいてきれいな剥離を起こしていることが分る。

線条突起の通電加熱によって、この接着部も剥がれシールとなり、接着強さが上昇し、平面部と同様に剥離を起こしている。 実施事例（1）の密封不達成の条件に通電加熱は適用して密封が改善された結果を表5〜7に［Ｉ］を併記した。

約0.2W/１cmの加熱付加によって剥がれシールが発現する適正温度帯で線条突起部の密封が可能となった。そして低温の加熱温度域でも線条シールが可能になり、例えば、ヒートシール強さが（3.2〜5N/15mm）の低接着域でも可能になり、易開封の範囲が拡張できた。

実施事例（３）本発明による市販包装商品に発生している段差部シール不良の検証と評価
表1に示した材料ＯＰＰ／ＬＬＤＤＥは、ピロー包装に一般的に広く適用されている包装材料である。６ヶ月間以上の市場からの買取りサンプリングの漏れを継続してモニターした。段差部を中心にして密封不良が頻発している商品である。この商品のシールの“不具合”の発生原因を本発明の方法で検証／評価する。

材料ＯＰＰ／ＬＬＤＤＥの解析／評価
当該商品の袋材を切り取り採取して計測したヒートシール強さの発現特性と線条シールのシミュレーション試験で密封が確認できた圧着荷重を図15に併記した。

この材料のシーラントはLLDPEである。剥がれと破れシールの境界温度は108℃である。105〜114℃が本材料のシーラントの適正温度領域である。
この温度領域の114℃の線条シールでは段差部の密着には90N／10mmの大きな応力を要した。 120℃以上の加熱で30N／10mmの応力で密着ができるようになった。

剥がれシール範囲に対して密着可能温度範囲が12℃以上高温側に離れている。120℃以上はこの材料のシーラントの過加熱状態となり、シール面は粘液状化して凝集接着の領域となるので剥がし開封は困難で鋏を使わないと開封ができない。

易開封の適格シール上限の114℃付近の加熱では表層材のOPPは未だ軟化状態になっていないので、通常の加圧では屈曲部が潰し切れず密着が不完全になっている。

この製品のヒートシール強さを計測したところ20N／15mmであった。この値をこの材料のヒートシール強さの特性中に嵌め込むと125℃付近に位置される。

この商品の製造者は段差部分の漏れを回避するために経験則で120℃以上に加温して表層材の軟化を図り、密着不良を回避したものと思われる。

この例はシーラントの適正加熱温度と表層材の軟化がおこる温度の設計上の不一致によって起こっていることが分る。

本発明を適用して従来のシール技法の欠陥を診断できた。

実施事例（４） 線条シールの平担シールへの応用
正確なシールが要求されるレトルト包装ではヒートシールの信頼性の高い四方シールパウチが適用されている。 四方シールパウチは平面に製袋されるから製品が充填され立体になるとヒートシール面には襞(tuck)が発生する。

通常はヒートシール面の両端を掴んで襞がなくなるように緊張した状態でヒートシールしている。しかし掴みが滑ったり、充てん量が多いと襞の形成力が大きくなって平坦化が達成できないことがある。この場合のガセット折りと同様な重なりが生じる。

発生個所はヒートシール面のどこにできるか限定できない。襞が発生させた状態で線条シールを実施した結果、漏れを防御したヒートシールができた。線条シールを応用すれば予期しない襞のトラブルにも対応できヒートシールの信頼性が向上できた。

実施事例（５）カップの蓋包装への応用
ヨーグルトやコーヒーミルクに代表されるカップ包装では確実な密封と同時に易開封、更に内容物の液跳ねの極小化が消費者から要求されている。しかし従来はこの要求に応える技法がなく、易開封性を犠牲にして、止むを得ず密封性が優先されている。

ヨーグルト包装のカップでは弾力性のある紙原料が適用されている。
紙シートは塑性変形性が大きいので、この特性を利用して受け台の弾力シートを除いて線条シールを試みた。

カップ材の仕様；カップ材厚さ；40μm 蓋材厚さ：アルミ材；10μmを適用した。

リング状の加熱体の中央付近に0.1mmの条突起を構成した。カップのフランジ部を受け台側に置き、蓋材側から155℃に加熱した。条突起を(42N/cm)で2s圧着した。この結果きれいな線条シールが完成し、平面部は7N/15mmの剥がれシールとなった。剥がれシール温度帯で密封が確保できた。平面部のシールは剥がれシールとなり、易開封性も達成できた。従来法と実施事例の剥がれ特性と線条シール適用の構成を図16に例示した。

実施事例（６）ブリスター包装（PTP）への応用
医薬錠剤品のＰＴＰ(ブリスター包装)ではローレット状やエンボス状の圧着板が使用されている。この方法だと錠剤の入る成形穴の周辺では突起の埋没の自己制御性がないので、圧着圧が大き過ぎたり、圧着体の温度が高すぎて成形シートが軟化すると、アルミ箔のシール材をローレットやエンボスが突き破ってピンホールを発生している。

錠剤の入る成形部位の周辺に円形状に条突起を構成して線条シールを施せば、ピンホールの発生を根本的に改善できる。

包装材料仕様；シート材の厚さ；300μm、アルミ材；20μmを適用した。

40℃の台座にA70／１mm厚の弾性シートを置き、この上に錠剤の成形ポケットに相当する円形のくり抜きを加工したCPPの成形シート材を乗せた。加熱体の中央付近にくり抜きポケットの周辺より約2mm大きい円形の0.1mmの線条突起を構成した。この加熱体で成形シートを２s圧着して平面部に10N/15mmの均一な接着強さを得た。 錠剤が収まる成形ホールの周辺は平坦なシール面が構成された。線条シールを適用したブリスター包装の構成例を図17に示した。

本発明の実施で
（１）重ねシールの段差部で発生していたシール不良が解消できる。
（２）重ねシール部の自由な採用ができるようになって、包装形体の設計の自由度が拡大する。
（３）ヒートシールの品質と信頼性の向上。
（４）合理的な適用包装材料や包装形体が選択できるので包装のコストダウンが図れる。
（５）ヒートシールの基本課題（ASTMF88-の提示）である密封性と開封性の両立実施ができるようになる。

1 加熱体
2 加熱体
3 ヒートシール部
4 ヒートシール材料
5 センターシール部
6 ガセット折部
7 2枚部
8 段差部
9 屈曲部
10 線条シール部
11 線条突起
12 弾性体
14 空気シリンダ
15 絶縁材
Ｌ ４枚重ね部の幅
Ｔｐ 剥がれシール温度帯
Ｔｂ 破れシール温度帯

Claims (10)

1. 包装体にヒートシールが剥がれシールで帯状に設けられ、該帯状剥がれヒートシール内にその長尺方向に線条ヒートシールが剥がれシールで付加されていることを特徴とする複合ヒートシール構造
2. 包装体が包装袋であって少なくともその一辺にヒートシールが剥がれシールで帯状に設けられ、該帯状剥がれヒートシール内にその長尺方向に線条ヒートシールが剥がれシールで付加されていることを特徴とする請求項１記載の複合ヒートシール構造
3. 帯状ヒートシールの幅が３〜２０ｍｍであって、線条ヒートシールの幅が０．０５〜２ｍｍ深さが０．０５〜２ｍｍである請求項１または２記載の複合ヒートシール構造
4. 線条ヒートシールの本数が１本である請求項１、２または３記載の複合ヒートシール構造
5. 線条ヒートシールの位置が帯状ヒートシールの内縁から全幅の６０〜９０％の位置にある請求項１ないし４のいずれかに記載の複合ヒートシール構造
6. 包装体がピロー袋またはガセット袋である請求項２ないし５のいずれかに記載の複合ヒートシール構造
7. １対の加熱体の間にヒートシール材料を挟んでヒートシールするヒートシール装置において、その一方の加熱面に断面が弧状で突出高さが０．０５〜２ｍｍの条突起が加熱面の長手方面に設けられ、他方の加熱面には弾性体が装着されているヒートシール装置を用い、加熱体をヒートシールが剥がれシールになる温度に設定してヒートシールを行うことを特徴とするヒートシール方法
8. 条突起に０．１〜０．３Ｗ／ｃｍの発熱機能が付加されているヒートシール装置を用いることを特徴とする請求項７に記載のヒートシール方法
9. 弾性体のショアー硬さが４０Ａ〜９０Ａである請求項７または８に記載のヒートシール方法
10. ２枚部の圧着圧が０．１〜０．４ＭＰａの圧着圧が加えられたときに条突起の先端に２５〜６０Ｎ／１０ｍｍの荷重がかかるように定められている請求項７ないし９のいずれかに記載のヒートシール方法

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