JPH1120801A - 容器蓋の高速接着方法およびその装置 - Google Patents

容器蓋の高速接着方法およびその装置

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JPH1120801A
JPH1120801A JP18717397A JP18717397A JPH1120801A JP H1120801 A JPH1120801 A JP H1120801A JP 18717397 A JP18717397 A JP 18717397A JP 18717397 A JP18717397 A JP 18717397A JP H1120801 A JPH1120801 A JP H1120801A
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lid
heating
heat
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丈夫 大石
Nobuhiro Taguchi
亘宏 田口
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Oji Paper Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ラミネート蓋と容器とを高速接着する。 【解決手段】 ヒーターカートリッジ１１と高周波誘電
加熱電極１２とを備えた密封装置１０のアンビル１６内
に容器１８を嵌合し、容器開口部に合成樹脂ラミネート
加工紙を使用した蓋材２０を重ね、ヒーターカートリッ
ジによる加熱と高周波誘電加熱とを併用して蓋材２０と
容器１８を高速に接着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、主として食品を
入れるための紙カップ、紙トレー等の紙を主体とした容
器またはプラスチック成形容器において蓋と容器を短時
間で接着させる方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】合成樹脂ラミネート紙を主体とした容器
と蓋の接着方法としては、これまで主にヒートシールが
一般的であったし、蓋材若しくは容器材の中間層にアル
ミ箔をラミネートしたもののついては高周波誘導加熱で
接着することも広く知られている。これ以外に超音波シ
ール法もあるが、超音波発振によって発熱する樹脂の種
類が制約され、硬質のプラスチック以外には採用されて
いないのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】紙を主体とした容器に
蓋材をヒートシールすることは広く使用されているが基
本的に接着部材（容器と蓋材）に直接高温の熱ヘッドを
圧着させる方法であるためにシール時間が長くなった
り、設定温度が容器と蓋材の変質温度以上となるとシー
ル部材（容器と蓋材）に変色等の問題を起こしたりす
る。特に紙を主体とした蓋材する場合には２００℃以下
に抑える必要があるが、熱ヘッドに接している面には印
刷された原紙層が位置することが多く、高温長時間のシ
ールを原紙の変色無しに実行することは難しかった。ま
た、熱可塑性樹脂のうち、ＰＰやＰＥＴ等の比較的、融
点が高い樹脂についてはこの傾向が顕著であった。更
に、単純に接着するのみならず容器は内容物の充填後に
冷却保存して冷凍食品として販売される可能性がある。
このために消費者が購入後電子レンジ加熱して蓋を簡単
にはがせる機能、イージーピール性も不可欠である。し
かし、これらの条件を満たすにはシール時間を比較的長
くしなければならないため高速生産性を果たすことがで
きなかった。本発明は、ヒートシールと高周波誘電加熱
とを併用することにより、ラミネート蓋と容器等の高速
接着を実現できる方法及び装置を提供することを目的と
するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、蓋と容器の少なくとも一方に合成樹脂シ
ーラント層を施してシールする方法において、ヒータに
よる加熱と高周波誘電加熱又は超音波発振とを併用する
ことを特徴とする。蓋と容器は合成樹脂ラミネート加工
紙を使用したことを特徴とし、また蓋材がノンラミネー
ト紙で容器がプラスチック成型品であることを特徴とす
る。更に、蓋と容器の少なくとも一方に合成樹脂シーラ
ント層を施してシールする装置において、シールヘッド
にヒーターカートリッジと高周波誘電加熱電極又は超音
波発振ホーンとを設けたことを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】密封装置のシールヘッドにヒーターカートリッ
ジと高周波誘電加熱電極又は超音波発振ホーンとを設け
て、蓋材と容器の接合部位にヒーターによる加熱と高周
波誘電加熱又は超音波発振とを同時に適用して高速に接
着する。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の高速接着方法を実
施する密封装置の概略を示す正面図である。この装置
は、シールヘッド１０内にヒーターカートリッジ１１、
高周波誘電加熱電極１２及び絶縁体１３を設ける。シー
ルヘッド１０の上部中央に立てたロッド１４をエアシリ
ンダ１５に挿入し、エアシリンダ１５の作動でシールヘ
ッド１０が下部のアンビル１６に向けて昇降自在に支持
されている。アンビル１６のキャビティ１７に容器１８
が嵌入され、容器の開口部に蓋材２０を重ね、ヒーター
による加熱と高周波誘電加熱とを同時に適用して高速に
接着する。密封時には、熱シール設定温度：１００〜１
９０℃、エアープレスゲージ圧力４ｋｇ・ｃｍ2、シー
ル時間：１．０秒〜３．５秒、高周波発振出力：２〜４
ｋｗなど状態で加工する。図示の容器１８は、基紙の両
面または片面にポリプロピレンをラミネートした複合シ
ートを用いて作成されたトレー状またはカップ状容器で
あり、シーラント層としてのポリプロピレンフィルムを
内面とし、開口周縁に水平のフランジ１９を形成させて
おり、蓋材２０は基紙の少なくとも片面に複合フィルム
をラミネートさせたものを用いているが、図示例に限ら
ず、蓋と容器の少なくとも一方に合成樹脂シーラント層
を施してあるもの、あるいは蓋材がノンラミネート紙で
容器がプラスチック成型品であるものでも高速接着が可
能である。
【０００７】本発明を完成するに先立ち、（Ａ）ヒート
シールのみの場合、（Ｂ）高周波誘電加熱のみの場合お
よび（Ｃ）超音波と熱シールの併用について検討した結
果を述べる。 （Ａ）ヒートシールのみの場合 蓋と容器（紙トレイ形状）の構成は次のとおりである。 蓋 ：印刷／原紙３００ｇ／ｍ2／特殊ＰＰ３０ミクロ
ン 容器：ＰＰ２０ミクロン／原紙３００ｇ／ｍ2／ＰＰ３
０ミクロン ヒートシールのみの接着の場合には、熱ヒーター１１と
絶縁体１３とを内蔵させたシールヘッド２２を有する密
封装置を使用した（図２）。シールヘッド２２以外の各
部は図１の密封装置と同じである。上記蓋の特殊ＰＰ３
０ミクロン層と容器側ＰＰ２０ミクロン層のＰＰ同士を
ヒートシールで接着した場合は エアーシリンダーボア径１２５ｍｍ エアープレスゲージ圧力４ｋｇ・ｃｍ2 感圧紙による圧力測定値 約７ｋｇｆ・ｃｍ2 設定温度 １９０℃ シール時間 ３〜３．５秒 の条件での実施が良好であることが判明した。
【０００８】上記容器は内容物の充填後に冷却保存し、
冷凍食品として販売される可能性があるため、消費者が
購入後電子レンジ加熱して蓋を簡単にはがせる機能、イ
ージーピール性も不可欠であるが、前記条件がこの必要
特性を満たしているものであった。しかし、この条件で
はシール時間が比較的長いために高速生産性に問題があ
った。
【０００９】このため、より高温短時間で安定接着させ
るヒートシール方法を検討した。 設定温度：２８０〜３００℃、 エアー加圧条件：変化無し、 シール時間：１．５秒 この条件でも比較的良好な接着は得られた。しかし、温
度設定が高いために蓋の原紙層が熱で変色して茶色にな
って商品性が失われる欠点があった。
【００１０】（Ｂ）高周波誘電加熱のみの場合 本発明者等はヒートシール法以外に高周波誘電加熱に着
目した。高周波誘電加熱は原理的に原紙中水分の分子を
マイクロ波で振動させて熱を発生させることによりシー
ラント層の樹脂を軟化させる方法で、渦電流を発生させ
るための金属層が必要な誘導加熱とは異なる方法であ
る。そこで、下記条件で高周波誘電加熱のみの接着を行
った。 エアー圧：変化無し シール時間：１．５秒 高周波発振出力：２ｋｗ この結果、樹脂がＰＥのときは接着が可能であることが
判明したが、検討材のようなＰＰ樹脂では樹脂がほとん
ど溶けずに接着不良となった。
【００１１】（Ｃ）超音波と熱シールの併用 短時間シールでの効果が期待されるもう一つの手法であ
る超音波と熱シールの試験を行った。この結果、超音波
発振での接着が熱風加熱、熱板予熱と併用することで接
着強度とシール時間について良好な結果を示すことを確
認した。 部材：片面ラミネート原紙とラミネートなしの原紙。 方法：部材同士を挟んだ状態で超音波発振する。通常の
超音波発振だけのシール条件は１２００ｗ、圧力７Kg
f、発振時間０．２５秒である。 〔試験１〕 熱板ヒーター加熱設定温度 １００℃ 超音波発振時間 ０．１５秒〜０．２秒 圧力 従来と同様 〔試験２〕 熱風ヒーター設定温度 ２００℃ 超音波発振時間 ０．１〜０．１５秒 圧力 従来と同様 試験１、２は何れも超音波発振だけのシール条件とほぼ
同等の接着状態であった。なお、超音波発振の装置にお
いては発振ホーンの加熱によって効率が低下しないよう
に被加熱部とホーンは離した位置にすることが必要であ
る。ホーンには冷風を当てるなどの冷却方法が有効であ
る。
【００１２】次ぎに、熱シールと高周波誘電加熱の併用
が可能か検討し、図１に示すような装置を用い下記条件
で接着した。 熱シール設定温度：１００〜１３０℃ エアー加圧条件：変化無し シール時間：１．５秒 高周波発振出力：２ｋｗ この結果、短時間で非常に良好な接着を得ることができ
た。熱シールカートリッジと誘電加熱電極を同じシール
装置のヘッド内に配置することで、熱シール温度を比較
的低温に設定しても誘電加熱によって原紙水分が分極に
よって熱を発生してＰＰ樹脂を軟化接着させる効果を十
分発揮したことが判明した。
【００１３】各種シール方法単独での接着強度の比較を
表１に示す。一般的な傾向としてインパルスシールは、
ほぼすべてフィルムのシールには適用される。超音波と
高周波誘電加熱は樹脂によっては接着強度が大きく変動
する。表１は各種フィルムのシール方法適応性を示す。
表１中、フィルム単体でラミネート紙ではない。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１から、容器成形、シールで最も多く使
用されるＰＥ、ＰＰは、樹脂特有の誘電損失（ε×ｔａ
ｎδ）の数値が小さいため、高周波誘電加熱に不向きで
あることがわかる。また、超音波シールは、固めの材質
であれば比較的汎用性があるシール方法であり、原理的
には樹脂界面での摩擦熱を利用する。更に表１に明記し
ていないが高周波誘導加熱は金属ラミネート原紙を使用
した場合、熱板シールと類似した傾向となる。これは金
属層に発生した渦電流によるジュール熱は熱板と類似し
た熱源となるからである。各種のシール方法のうち、超
音波と高周波誘電加熱は熱源からの電熱ではなく内部加
熱方法であり、短時間シールでは有利である。熱板シー
ル等は外部加熱といわれる。これらの性質を利用して複
数のシール方法を同時に利用、併用することで、これま
で単独のシール方法では困難であった材質のシールを可
能とした。
【００１６】さらに、原紙にラミネートした部材（ラミ
ネート紙）の蓋締めシールにあたり、以下の検討と実験
を行った。 容 器 ：角型紙トレー（構成 ＰＰ２０μm／原紙３
００g/m2／ＰＰ２０μm） 蓋 ：紙トレー専用（構成 原紙３００g/m／ＰＰ
２０μm／特殊シール材） シール方法：エアープレス機先端にシールヘッドを装
着。シールヘッドの下死点に専用治具に挿入した紙トレ
ーと蓋材を置き、 加圧シールする。エアー
プレス圧力とシール時間は自由にコントロールできる構
造とした（図１参照）。
【００１７】〔実験１〕シールヘッドにカートリッジヒ
ーターを挿入して加熱した状態でシールテストを行っ
た。 設定温度 １９０℃、シール時間 ３〜３．５秒 圧力測定値 約７Ｋｇｆ／ｃｍ2 この条件で適切な蓋シールが得られた。しかし生産性の
面ではより短時間のシールが求められた。
【００１８】〔実験２〕 高温短時間での検討 設定温度 ２８０℃、シール時間 １．５秒 圧力測定値 約７Ｋｇｆ／ｃｍ2 この条件では温度が高いために蓋材の原紙に焦げがつく
傾向が見られた。
【００１９】〔実験３〕 （熱シールと高周波誘電
加熱との併用） これまでの熱シールだけの検討では短時間シールが困難
であるために、次の検討を行った。まず、短時間での可
能性がある高周波誘電加熱に上部のヘッドを交換して発
振テストを実施した。この誘電加熱だけでは、誘電損失
が少ないためほとんど着目しなかった。この時点での誘
電損失の数値が水分に比例していることに着目して原紙
水分を６から８％に調湿した状態にした後に上部発振ヘ
ッドをヒーターで加熱した状態とした。この状態で誘電
加熱したところ蓋シールが可能となった。誘電加熱によ
って原紙中の水分子が振動して発熱して、更にヒーター
の熱源とあいまって接着に効果的であることがいえる。
【００２０】発明者等はヒーター温度条件と発振条件を
組み合わせて最適な条件を探した。 ヒーター加熱温度 １３０〜１８０℃ 発振時間 ０．７秒 保持冷却時間 １秒 高周波出力 ３〜４ｋｗ において蓋とトレーのシールが良好であることを確認し
た。この条件であれば原紙の印刷面が熱によって変色す
ることもなく、更に熱シールだけの時間よりも短時間シ
ールが可能となった（図２参照）。原紙は２００℃前後
より変色の傾向が見られる。
【００２１】
【実施例】蓋と容器の構成が次のものをとりあげてみ
た。形状は紙トレイ形状である。 蓋 ：印刷／原紙３００ｇ／ｍ2／特殊ＰＰ３０μm 容器：ＰＰ２０μm／原紙３００ｇ／ｍ2／ＰＰ３０μm この容器の蓋シールを上記構成のアンダーライン部のＰ
Ｐ同士をヒートシールで実施した場合は エアーシリンダーボア径１２５ｍｍ エアープレスゲージ圧力４ｋｇ・ｃｍ2 感圧紙による圧力測定値 約７ｋｇｆ・ｃｍ2 設定温度 １９０℃ シール時間 ３〜３．５秒 の条件が良好であることが判明した。
【００２２】今回、原紙にラミネートした部材（ラミネ
ート紙）の蓋締めシールにあたり、以下の検討と実験を
行った。 容器：角型紙トレー（構成 ＰＰ２０μm／原紙３００g
/m2／ＰＰ２０μm） 蓋 ：紙トレー専用（構成 原紙３００g/m／ＰＰ２０
μm／特殊シール材：ＰＰディスバージョインキの塗工
膜） シール方法：エアープレス機先端にシールヘッドを装
着。シールヘッドの下死点に専用治具に挿入した紙トレ
ーと蓋材を置き、加圧シールする。エアープレス圧力と
シール時間は自由にコントロールできる構造とした（図
１参照）。これまでの熱シールだけの検討では短時間シ
ールが困難である為に、次の検討を行った。まず、短時
間での可能性がある高周波誘電加熱に上部のヘッドを交
換して発振テストを実施した。この誘電加熱だけでは、
誘電損失が少ないためほとんど着目しなかった。この時
点での誘電損失の数値が水分に比例していることに着目
して原紙水分を６から８％に調湿した状態にした後に上
部発振ヘッドをヒーターで加熱した状態とした。この状
態で誘電加熱したところ蓋シールが可能となった。誘電
加熱によって原紙中の水分子が振動し発熱して、更にヒ
ーターの熱源とあいまって接着に効果的であることがい
える。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、ＰＰやＰＥＴのような
融点が比較的高い樹脂をラミネートした部材を、ヒータ
ーカートリッジによる加熱と高周波誘電加熱又は超音波
発振とを併用して高速に接着することができ、短時間シ
ールが可能となって蓋シール機の生産性を大幅に向上す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する装置の概略を示す正面図
である。
【図２】従来のヒートシール装置の概略を示す正面図で
ある。
【符号の説明】
１０ 密封装置 １１ ヒーターカートリッジ １２ 高周波誘電加熱電極 １３ 絶縁体 １６ アンビル １７ キャビティ １８ 容器 ２０ 蓋材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 蓋と容器の少なくとも一方に合成樹脂シ
    ーラント層を施してシールする方法において、ヒータに
    よる加熱と高周波誘電加熱又は超音波発振とを併用する
    ことを特徴とする容器蓋の高速接着方法。
  2. 【請求項２】 蓋と容器は合成樹脂ラミネート加工紙を
    使用したことを特徴とする請求項１に記載の高速接着方
    法。
  3. 【請求項３】 蓋がノンラミネート紙で、容器がプラス
    チック成型品である請求項１に記載の高速接着方法。
  4. 【請求項４】 蓋と容器の少なくとも一方に合成樹脂シ
    ーラント層を施してシールする装置において、シールヘ
    ッドにヒーターカートリッジと高周波誘電加熱電極又は
    超音波発振ホーンとを設けたことを特徴とする高速接着
    装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100591190B1 (ko) 2005-07-04 2006-06-19 최기석 용기 덮개 접합장치
JP2007099339A (ja) * 2005-10-04 2007-04-19 Toyo Seikan Kaisha Ltd 容器のヒートシール方法およびその装置
JP2010023887A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Toyo Jidoki Co Ltd 縦型袋詰め包装方法及び装置
JP2014240283A (ja) * 2013-06-11 2014-12-25 レンゴー株式会社 板紙と熱可塑性樹脂製フィルムとの接合方法、及びその方法を用いた物品の固定・包装方法。

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