JP6645097B2 - 密封包装体 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製包装体及び密封部材から成る密封包装体に関するものであり、より詳細には、密封性及び易開封性の両方を備えているレーザ溶着により接合された密封包装体に関する。

包装体を密封部材で密封するための接合方法としては、一般に接着剤により接着する方法のほか、ヒートシールにより溶着する方法、レーザ照射により溶着する方法が行われている。
ヒートシールによる溶着は、簡便な方法であることから一般的に広く採用されているが、溶着時に間欠駆動等が行わるため生産効率が低く、生産効率の向上が望まれている。また、一般的にヒートシールバーを用いるヒートシール方式においては、溶着部分にある程度の面積が必要であると共に、溶着面が平面状であることが必要である。さらに、溶着部分の外面からシール面に熱が伝導する必要があることから、厚肉の容器では熱の伝導に時間がかかり、生産性が低下するため、肉厚に制約があり、形状の自由度が低いという問題がある。
またヒートシール部が冷却され、完全に密閉されるまでに所定の時間がかかるため、特に自生圧力を有する内容物を充填する場合や熱間充填する場合などでは、シール熱で熱膨張したヘッドスペースの気体が溶融状態のシール部から逃げることで、シール剥離を発生するおそれもある。

一方、レーザ溶着による包装体の部材の溶着においては、ヒートシールの溶着に比して、レーザビームを照射した後すぐ溶着されるため、溶着に要する時間が短縮されていると共に、包装体の形状に制約を受けることなく確実に溶着を行うことが可能である。しかし、レーザ溶着による密封は、密封安定性等の性能が要求されていることに起因して、レーザ溶着した部分から開封を行うことが困難であり、レーザ溶着により密封された密封容器においても易開封性を満足することが要求されている。
このような問題を解決するために、本発明者等は、内容物を取出すための易開封性のシール材によって密封された開口部が形成された蓋材を、レーザ溶着により容器に溶着して成る密封容器を提案した（特許文献１）。

特開２０１１−１４８５５３号公報

上記密封容器は、密封性と開封性という相反する性能を満足するものではあるが、ヒートシールにより易開封性のシール材が接合された蓋を予め成形し、この蓋をレーザ溶着によって容器に接合するものであるため、高速シール性を有し、生産性に優れたレーザ溶着の利点を生かすことができず、未だ十分満足するものではなかった。
従って本発明の目的は、樹脂製包装体と密封部材とをレーザ溶着して成る密封包装体において、優れた密封性を有すると共に、レーザ溶着による接合箇所が易開封性を有する密封包装体を提供することである。

本発明によれば、樹脂製包装体と密封部材とを溶着して成る密封包装体において、少なくとも前記樹脂製包装体と密封部材の溶着部が、レーザ光を透過可能な透明或いは半透明の層及びレーザ吸収層から成るレーザ溶着部であり、該レーザ溶着部が易開封性を有し、前記樹脂製包装体がレーザ光を透過可能なポリプロピレンから成り、前記密封部材が少なくとも基材層及びレーザ吸収層から成り、該基材層がポリプロピレンから成ると共に、該レーザ吸収層が、少なくともレーザ吸収剤と、ポリプロピレン，プロピレン‐エチレンランダムコポリマー及び低密度ポリエチレンを含有するブレンド物とから成り、前記レーザ吸収層が前記樹脂製包装体及び密封部材の界面側に位置することを特徴とする密封包装体が提供される。

本発明の密封包装体においては、
１．前記レーザ溶着部における接着強度が２５Ｎ以下、バースト強度が２０ｋＰａ以上であること、
２．前記レーザ吸収層を構成するブレンド物が、ポリプロピレンを３０〜７０重量％、プロピレン−エチレンランダムコポリマーを１０〜３０重量％、低密度ポリエチレンを２０〜４０重量％の量で含有すること、
３．前記レーザ吸収剤が、カーボンブラックであること、
４．前記カーボンブラックが、５００〜３０００ｐｐｍの量で含有されていること、
５．前記密封部材の基材層に着色剤が配合されていること、
６．前記樹脂製包装体が容器フランジ部を有するフランジ付容器であり、前記密封部材が成形蓋であり、前記レーザ溶着部が前記容器フランジ部に位置しており、該溶着部の幅が１〜３ｍｍであること、
が好適である。

本発明の密封包装体においては、樹脂製包装体と密封部材をレーザ溶着により密封しているにもかかわらず易開封性を有しているため、レーザ溶着による密封性能を維持しつつ、相反する性能である易開封性能をもバランスよく具備している。
また、接着強度（測定方法：ＪＩＳ Ｓ ００２２）を２５Ｎ以下とすることにより、高齢者等にも容易に開封可能なレベルを実現可能であると共に、バースト強度（測定方法：ＪＩＳ Ｚ ０２３８，食品衛生法準拠）を２０ｋＰａ以上とすることにより、密封包装体が落下衝撃等を受けた際にも密封性が維持可能な耐圧性レベルを有している。なお、耐圧性については、食品衛生法に基づいた昭和３４年１２月２８日付け厚生省告示第３７０号に示されている内圧強度試験の破裂時の最大圧力が２０ｋＰａ以上という規定を満たす必要があり、包装容器業界では、この最大圧力をバースト強度と称している。
また本発明の密封包装体においては、レトルト殺菌等の高温高湿度条件下におかれた場合にも上記密封性能及び易開封性が維持することが可能である。
更にレーザ溶着により密封を行うことから、従来のヒートシールによる密封などに比して密封部材の肉厚や形状などの制約がなく、しかも高速で溶着操作を行うことができるため、生産性及び経済性に優れている。

本発明の密封包装体の一例を示す図である。 図１に示す密封包装体の溶着部を拡大して示す断面図である。 実施例で得られた密封容器のレトルト前後での開封力の変化を示すグラフである。 実施例で得られた密封容器のレトルト前後でのバースト強度の変化を示すグラフである。

前述したとおり、一般にレーザ溶着による樹脂製包装体と密封部材の接合は大きな接着強度を有することから、従来はレーザ溶着した部位から開封することは困難であった。
本発明の密封包装体においては、樹脂製包装体と密封部材をレーザ溶着するに際して、レーザ吸収層に易開封性を発現可能な樹脂組成物を用いると共に、所定の溶着条件を採用することによって、レーザ溶着による溶着部が密封性能を維持しながら易開封性をも有することが可能になった。

本発明の密封包装体の一例を示す図１において、この密封包装体１００は、樹脂製包装体としてカップ型容器１、及び密封部材として成形蓋１０から成っている。
カップ型容器１は、胴部２、底部３及び容器フランジ部４から成っている。また成形蓋１０は、底面１１の周縁から上方に延びる側壁部１２、及び側壁部１２の上端から容器１の容器フランジ部４を覆う蓋フランジ部１３から成っている。
図２は、図１に示すカップ型容器１及び成形蓋１０をレーザ溶着して成る密封包装体の溶着部を拡大して示す図である。図に示す具体例においては、成形蓋１０が、基材層１４とレーザ吸収層１５から成り、レーザ吸収層１５がカップ型容器１側に位置している。一方カップ型容器１は、レーザを透過可能な樹脂からなっており、カップ型容器１の容器フランジ部４の下方からレーザが照射され（矢印ＬＢ）、成形蓋１０のレーザ吸収層１５がレーザを吸収して発熱し、容器フランジ部４の界面も溶融して、容器１の容器フランジ部４と成形蓋１０の蓋フランジ部１３が接合され、レーザ溶着による溶着部１６が形成される。

（レーザ吸収層）
本発明の密封包装体において、レーザ吸収層は、レーザを吸収して発熱するレーザ吸収剤、及び易開封性を発現可能な樹脂組成物から成ることが好適である。
易開封性を発現可能な樹脂組成物としては、従来の易開封性包装体においてシール面に用いられ、開封に際して容易に凝集破壊を発生可能な易開封性樹脂組成物等を用いることができる。例えば、これに限定されないが、プロピレン系重合体と環状オレフィン系共重合体を含有する樹脂組成物、ポリスチレンとポリエチレンを含有する樹脂組成物、ポリプロピレンと高密度ポリエチレンを含有する樹脂組成物等を挙げることができるが、本発明においては特に、ポリプロピレン，プロピレン―エチレンランダムコポリマー及び低密度ポリエチレンを含有するブレンド物から成ることが望ましい。

上記ブレンド物において、ポリプロピレンとしては、ホモポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、ブロックポリプロピレン等を単独または組み合わせで使用することができ、メルトフローレート（ＭＦＲ）が０．３〜８ｇ／１０分の範囲にあることが好適である。
プロピレン―エチレンランダムコポリマーとしては、メルトフローレート（ＭＦＲ）が０．５〜３ｇ／１０分の範囲にあり、融点が１２０〜１３０℃の範囲にあることが好適である。
更に低密度ポリエチレンとしては、融点が１２０℃以上であり、メルトフローレート（ＭＦＲ）が３．５〜６．５ｇ／１０分の範囲あることが好適である。
上記ブレンド物は、ポリプロピレンを３０〜７０重量％、特に３６〜４４重量％、プロピレン―エチレンランダムコポリマーを１０〜３０重量％、特に１２〜２０重量％、低密度ポリエチレンを２０〜４０重量％、特に２０〜２８重量％の量で含有することが好適である。

レーザ吸収剤としては、従来公知の物を使用することができ、カーボンブラック、鉄粉やアルミニウム粉等の金属粉、食用竹炭、或いは顔料等を挙げることができるが、特にカーボンブラックを好適に使用することができる。
レーザ吸収層中のレーザ吸収剤の含有量は、用いるレーザ吸収剤の種類によって異なり、一概に規定できないが、カーボンブラックの場合では、５００〜３０００ｐｐｍ、特に７５０〜１２５０ｐｐｍの範囲にあることが好適であり、上記範囲よりもレーザ吸収剤の量が少ない場合には、十分な発熱量が得られず、レーザ溶着に時間がかかり、生産性に劣るようになる。その一方、上記範囲よりもレーザ吸収剤の量が多いと、加熱時間は短縮化されるが、溶着安定性が劣るおそれがある。

レーザ吸収層は、カップ型容器などの樹脂製包装体又は成形蓋等の密封部材の界面に位置する限り、樹脂製包装体又は密封部材の何れに形成されていてもよいが、蓋等の密封部材に形成されていることが特に好適である。
またレーザ吸収層は、前述した具体例のように、樹脂製包装体又は密封部材を構成する材料の一部として設けられていることが、生産性等の点から好適であるが、例えば、成形蓋やカップ型容器のフランジ部分に別途、前述したレーザ吸収剤及びブレンド物から成るレーザ吸収層を隣接させて形成することもできる。

（密封部材）
本発明の密封包装体に用いる密封部材としては、前述した具体例に示した落とし蓋形状の成形蓋に限定されず、図１における成形蓋の底面１１及び側面１２がない、平板状のものであってもよいが、落とし蓋形状であることが、レーザ溶着に際して成形蓋をカップ型容器などの樹脂製包装体に安定して設置できることから望ましい。またカップ型容器などの容器口部に嵌合可能な落とし蓋形状であることにより、開封後にリシールすることもできる。
密封部材としては、上述した樹脂製シートから成る成形蓋等以外にも、可撓性のある樹脂フィルムから成るシール材等であってもよい。

密封部材を構成可能な材料としては、従来包装容器に用いられていた公知の熱可塑性樹脂から成形することができ、これに限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂等を好適に使用することができ、密封部材に前述したレーザ吸収層を形成する場合には、この熱可塑性樹脂を基材層として、レーザ吸収層を樹脂製包装体側になるように積層することが好ましい。
基材層の厚みは、密封部材の形状等によって一概に規定できないが、落とし蓋形状の成形蓋の場合で、３００〜６００μｍの範囲にあることが好適である。またレーザ吸収層の厚みは、レーザ吸収剤の含有量や溶着範囲などによって異なり、一概に規定できないが、１０〜５０μｍの範囲にあることが好適である。また基材層には、従来公知の着色剤等を配合することもでき、これによりレーザ吸着層に配合されたカーボンブラック等のレーザ吸収剤による着色を隠蔽することもできる。

基材層に配合する着色剤としては、酸化チタン等の白色系の着色剤を用いることが好ましい。これは、図２に示すように、カップ型容器１の容器フランジ部４の下方からレーザを照射して溶着を行う場合（矢印ＬＢ）、容器フランジ部４と蓋フランジ部１３を密に接合させる押圧部材（図示せず）を用いて、成形蓋を押圧しながらレーザ溶着を行う際に、下方から照射したレーザが基材層の白色系の着色剤で反射されるため、押圧部材のレーザ照射による損傷が防止できるためである。
また密封部材は、上記基材層及びレーザ吸着層以外にも、ガスバリア性層、従来公知の他の層を有していてもよい。

［樹脂製包装体］
本発明の密封容器に使用される樹脂製包装体は、前述した樹脂製成形蓋とレーザ溶着可能である限り、前述したカップ型容器やトレイ等のフランジ付容器の他、ボトルや、パウチ等の袋状容器等も採用することができ、その成形方法も限定されず、シートからの熱成形、溶融樹脂からの押出成形、射出成形、圧縮成形、ダイレクトブロー成形等、種々の成形方法によって成形された包装体を使用できる。
本発明において樹脂製包装体として特に好適なフランジ付容器は、従来公知の熱成形法により製造することが好ましく、圧空成形、真空成形、或いは真空成形と圧空成形を組み合わせた真空圧空成形、プラグを使用しながら又は使用した後、真空及び／又は圧空成形するプラグアシスト成形等によって成形することが好ましい。
樹脂製包装体は、上述した密封部材と同様の熱可塑性樹脂からなることが好ましく、後述するように容器側からレーザ溶着する場合には、容器フランジ部が透明性を有していることが必要であるが、密封部材同様、単層構造又は多層構造の何れであってもよい。

（レーザ溶着）
本発明においては、樹脂製包装体及び密封部材の溶着面において、前述したレーザ吸収層を形成すると共に、レーザ溶着部の幅（シール幅）、或いはレーザ溶着条件を所望の範囲に設定することが、易開封性と共に、密封性能を満足する上で望ましい。
易開封性を発現する上で特に重要な要素となるのは、シール強度に直接関係するシール幅（スポット寸法）であり、樹脂製包装体及び密封部材の溶着面に用いる樹脂にもよるが、１〜３ｍｍ、特に１．５〜２．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。上記範囲よりもシール幅が狭くなると、密封性能が低下するおそれがあり、一方上記範囲よりもシール幅が広いと易開封性が得られないおそれがある。
またレーザの出力及び照射時間もシール強度に関係し、レーザ発振機の出力は、２００〜５００Ｗの範囲の出力であることが好ましく、この範囲の出力で０．２〜０．５秒間照射することが好ましい。

溶着に使用するレーザビームとしては、従来レーザ溶着に使用されていた、ガスレーザ、固体レーザ、或いは半導体レーザを使用できるが、特に半導体レーザを好適に使用できる。レーザビームの波長は６３５ｎｍ〜９４０ｎｍの範囲にあることが好ましい。
また。焦点距離は１０〜２００ｍｍの範囲にあることが好ましく、掃引速度は４００〜１１００ｍｍ／秒の範囲にあることが好ましい。

レーザの照射は、樹脂製包装体及び密封部材を、図１に示した組み合わせとする場合には、レーザ吸収層を容器側に有する成形蓋１０を、フランジ同士が接合するようにカップ型容器１に載置して押圧部材を用いて成形蓋を押圧し、カップ型容器１と成形蓋１０を回転させながら、容器側から容器フランジ部４に向けてレーザ照射する。もちろん、樹脂製包装体及び密封部材を構成する樹脂を変えて、密封部材側からレーザ照射することもできるが、生産性や経済性の点から、密封部材（成形蓋）にレーザ吸収層が形成されていることが望ましい。
この態様において、レーザビームを透過させる容器フランジ部の厚みは０．５〜２．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。上記範囲よりも厚みが薄い場合には、確実な溶着を行うことができないおそれがあり、一方上記範囲よりも厚みが厚い場合には、レーザビームを通常の条件でレーザ吸収層に到達させることが困難になるおそれがあり、やはり確実な溶着を行うことができないおそれがある。

（実施例１）
１．樹脂製包装体
シート厚：１．２ｍｍの多層シートを用いて真空圧空成形により、外径：８０ｍｍ、高さ：４０ｍｍ、容器フランジ部幅：４．０ｍｍ、満注内容量：１１０ｍｌのカップ型容器の樹脂製包装体を成形した。
［層構成］
ポリプロピレン内層（４８５μｍ）／接着層（２５μｍ）／ＥＶＯＨ層（５８μｍ）／酸素吸収層（５８μｍ）／ＥＶＯＨ層（５８μｍ）／接着層（２５μｍ）／ポリプロピレン外層（４９１μｍ）。

２．密封部材
シート厚：０．５５ｍｍの多層シートを用いて真空圧空成形により、外径：７８ｍｍ、高さ：５ｍｍのレーザ吸収層を有する落とし蓋形状とした成形蓋の多層密封部材を成形した。
［層構成］
レーザ吸収層（３０μｍ）／接着層（１０μｍ）／ＥＶＯＨ層（１２５μｍ）／接着層（１０μｍ）／外層ポリプロピレン（基材層）（３７５μｍ）。
（レーザ吸収層）
ポリプロピレン：４０重量％、プロピレン−エチレンランダムコポリマー：１６重量％、及び低密度ポリエチレン：２４重量％のブレンド物に、レーザ吸収剤としてカーボンブラックを７５０ｐｐｍ含有させた。
（基材層）
基材層であるポリプロピレンに、レーザ光を反射する着色剤として白色酸化チタンを５重量％含有させた。

３．レーザ溶着条件
レーザ形状：矩形１．５×４ｍｍ、出力：３００Ｗ、シール面圧：１．１Ｍｐａ、照射時間：０．２秒、レーザ照射位置：蓋フランジ部の内周端縁から１ｍｍの条件でレーザ照射を行い、樹脂製包装体と密封部材とのシール幅が１．０ｍｍの密封包装体を得た。

４．評価
前記密封包装体の開封力とバースト強度を測定し、開封性、耐バースト性を評価した。
（１）開封性
ＪＩＳ Ｓ００２２（２００１）「高齢者・障害者配慮設計指針−包装・容器−開封性試験方法」に基づいて開封力を測定した。（ｎ数＝３０）
開封性は、開封力（接着強度）の平均値が、２５Ｎ以下の場合を○、２５Ｎを超える場合を×として評価した。
（２）バースト強度
ＪＩＳ Ｚ０２３８（１９９８）「ヒートシール軟包装袋及び半剛性容器の試験方法」に基づいてバースト強度を測定した。（ｎ数＝３０）
耐バースト性は、バースト強度の平均値が２０ｋＰａ以上の場合を○、２０ｋＰａ未満の場合を×として評価した。

（実施例２）
実施例１において、レーザ吸収剤のカーボンブラックを１０００ｐｐｍとし、レーザ形状：矩形２×４ｍｍ、出力：３００Ｗ、照射時間：０．２５秒、シール幅を２．０ｍｍとした以外は、同様に密封包装体の開封力とバースト強度を測定し、評価した。

（実施例３）
実施例１において、レーザ吸収剤のカーボンブラックを１０００ｐｐｍとし、レーザ形状：矩形３×４ｍｍ、出力：５００Ｗ、照射時間：０．２５秒、シール幅を３．０ｍｍとした以外は、同様に密封包装体の開封力とバースト強度を測定し、評価した。

（実験例１）
実施例１において、レーザ吸収剤のカーボンブラックを１０００ｐｐｍとし、出力：１００Ｗ、照射時間：０．２５秒とし、シール幅を０．５ｍｍとした以外は、同様に密封包装体のシール強度とバースト強度を測定し、評価した。

（比較例１）
実施例１において、レーザ吸収剤のカーボンブラックを１５００ｐｐｍとし、レーザ形状：矩形３．５×４ｍｍ、出力：５００Ｗ、照射時間：０．４秒、シール幅を３．５ｍｍとした以外は、同様に密封包装体の開封力とバースト強度を測定し、評価した。

（比較例２）
実施例１において、密封部材の層構成中、レーザ吸収層を形成せずに、基材層であるポリプロピレンにカーボンブラックを７５０ｐｐｍ含有させた以外は、同様に密封包装体のシール強度とバースト強度を測定し、評価した。

（実施例４）
実施例１のカップ型の樹脂製包装体に水を８０ｇ充填し、出力：３００Ｗ、シール面圧：１．１Ｍｐａ、照射時間：０．２秒、シール幅：１ｍｍのレーザ溶着条件で密封部材を溶着した。
次いで、１２１℃、３０分の熱水シャワーによる殺菌（レトルト）を行い、殺菌前と殺菌後の開封力とバースト強度を測定した。（ｎ数＝３０個）
図３に開封力の結果を、図４にバースト強度の結果を示す。縦軸は接着強度及びバースト強度、横軸はレトルト殺菌の前後の測定結果を並べて示したものである。また、棒グラフは各測定値の平均値、エラーバーは各測定結果の±３σを示す。

（考察）
前記した実施例によれば、本発明のレーザ溶着による密封包装体が、開封性及び耐バースト性に優れていることが判る。
また、実施例４の結果により、本発明のレーザ溶着による密封包装体は、内容物充填後にレトルト殺菌を行った場合においても、優れた開封性と耐バースト性を維持していることが判る。

１ カップ型容器、２ 胴部、３ 底部、４ 容器フランジ部、１０ 成形蓋、１１ 底面、１２ 側壁部、１３ 蓋フランジ部、１４ 基材層、１５ レーザ吸収層、１６ 溶着部、１００ 密封包装体。

Claims (7)

1. 樹脂製包装体と密封部材とを溶着して成る密封包装体において、
   少なくとも前記樹脂製包装体と密封部材の溶着部が、レーザ光を透過可能な透明或いは半透明の層及びレーザ吸収層から成るレーザ溶着部であり、該レーザ溶着部が易開封性を有し、
   前記樹脂製包装体がレーザ光を透過可能なポリプロピレンから成り、前記密封部材が少なくとも基材層及びレーザ吸収層から成り、該基材層がポリプロピレンから成ると共に、該レーザ吸収層が、少なくともレーザ吸収剤と、ポリプロピレン，プロピレン−エチレンランダムコポリマー及び低密度ポリエチレンを含有するブレンド物とから成り、前記レーザ吸収層が前記樹脂製包装体及び密封部材の界面側に位置することを特徴とする密封包装体。
2. 前記レーザ溶着部における接着強度が２５Ｎ以下、バースト強度が２０ｋＰａ以上である請求項１記載の密封包装体。
3. 前記レーザ吸収層を構成するブレンド物が、ポリプロピレンを３０〜７０重量％、プロピレン−エチレンランダムコポリマーを１０〜３０重量％、低密度ポリエチレンを２０〜４０重量％の量で含有する請求項１又は２記載の密封包装体。
4. 前記レーザ吸収剤が、カーボンブラックである請求項１〜３の何れかに記載の密封包装体。
5. 前記カーボンブラックが、５００〜３０００ｐｐｍの量で含有されている請求項４記載の密封包装体。
6. 前記密封部材の基材層に着色剤が配合されている請求項１〜５の何れかに記載の密封包装体。
7. 前記樹脂製包装体が容器フランジ部を有するフランジ付容器であり、前記密封部材が成形蓋であり、前記レーザ溶着部が前記容器フランジ部に位置しており、該溶着部の幅が１〜３ｍｍである請求項１〜６の何れかに記載の密封包装体。