JPS6252062A - 密封プラスチツク容器及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は密封プラスチック容器及びその製法に関するも
ので、よシ詳細には容器本体と蓋のよ５な複数の部材の
シール界面が熱可塑性ポリエステルで形成され、そのシ
ールが界面摩擦発熱により行われている容器及びその製
法に関する。

（従来の技術及び発明の技術的課題） ポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性ポリエステル
は、機械的強度、耐クリープ性、耐衝撃性等の物性に優
れ、しかも内容物による抽出性も少なく、内容物の香味
保持性も良好であることから、食品類に対する優れた容
器用素材であシ、例えばこれを延伸ブロー成形して得ら
れるビンや、これを用いた積層体から成る容器は、食品
充填密封容器として実用に供せられている。

熱可塑性樹脂を素材とした容器の一つの利点は。

ヒートシール（熱封緘）によ勺手軽に密封を行員得るこ
とであるが、ヒートシール界面が熱可塑性ポリエステル
から成る場合には、熱板式ヒートシールによる密封を行
うことが困難であり、また強いて熱板式ヒートシールを
行ったとしても、十分な強度と耐久性とを有するシール
界面を形成させることは困難である。即ち、ポリエチレ
ンテレフタレートは、その結晶比は主として１００乃至
２４０℃で生じ、しかも２６０℃といつ非常に高い融点
を有している。このため、少なくとも密封すべき界面が
ポリエステルで形成されている容器と蓋のような２つの
部材を熱板でヒートシールしようとすると、界面を前記
融点以上の高い温度に熱伝導により加熱せねばならず、
一方冷却段階でも伝熱によりヒートシール界面の温度を
低下させるのであるが、この冷却過程でポリエステル層
が前記結晶化温度域を通過する時間がかなシ長いものと
なシ、ポリエステル層が結晶化するのを避は得々い、ポ
リエステル層は結晶ｆとに工夛その機械的性質が著しく
脆くなる傾向があシ、実際に本発明者等の研究によると
、ポリエステル層の熱板式ヒートシールでは、ポリエス
テル層の結晶化による白濁が顕著であシ、そのビール強
度も１暖会未満であることが確かめられた。

（発明の骨子及び目的） 本発明者等は、少なくともシール界面が熱可塑性ポリエ
ステルで形成された複数個の部材全、界面摩擦発熱を利
用して融着一体化させるときには、ポリエステル溶融層
の形成が該界面に直接しかも極めて薄い層の形で行われ
、その結果としてシール界面の冷却も長連に行われ、ポ
リエステル層の結晶化を有効に抑制し、且つシール強度
を顕著に高めることに成功した。

即ち、本発明の目的は、少なくともシール界面が熱可塑
性ポリエステルで形成されてｂながら、シール界面近傍
でのポリエステルの結晶化が有効に抑制され、高いシー
ル強度が維持される密封プラスチック容器及びその製法
を提供するにある。

本発明の他の目的は、複数個の容器部材のシール操作が
著しく短時間の内に行われる密封容器の製法を提供する
にある。

本発明の更に他の目的は、少なくとも容器内面がポリエ
ステルで形成されて込ることから、耐抽出性、香味保持
性に優れており、しかも高ｂシール強度と密封信頼性と
全有する密封プラスチック容器を提供するＫある。

（発明の構成） 本発明によれば、複数個の部材から成り、該複数個の部
材はそれらのシール界面での融着により一体化された密
封プラスチック容器であって前記複数個の部材は、結晶
化可能な熱可塑性ポリエステルで少なくともそれらのシ
ール界面が形成され、核シール界面のポリエステルは実
質上非晶質であるか、或いは結晶化されているとしても
結晶化度１５チ以下の低結晶性であシ、且つ該シール界
面は４−会以上のシール強度を有することを特徴とする
密封プラスチック容器が提供される。

本発明によればまた、少なくともシールすべき界面が熱
可塑性ポリエステルで形成された複数個の容器形成用部
材の該界面を必要により該ポリエステルのガラス転移点
以上で結晶化温度よシも低い温度に維持し、複数個の容
器形成用部材をそれらのシールすべき界面が互すに対面
する位置関係に保持すると共に少なくとも一方を回転さ
せて、熱可塑性ポリエステル同志の界面摩擦発熱により
両界面での融着一体化を行うことを特徴とする密封プラ
スチック容器の製法が提供される。

（発明の特徴及び作用効果） 本発明に用いる界面摩擦発熱シールとは、複数の部材の
接合（密封）すべき界面に、摩擦による熱を発生させて
、該界面が接合可能な状態、即ち溶融状態とし、この状
態でシールを行５方法として定義される。摩擦の発生は
、両部材の相対的運動により行われるのは当然であり、
これＫは往復運動及び回転運動が含まれるが、容器の場
合には、シール面形状が円周状であることがら、回転運
動が一般に適している。

この界面摩擦シールでは、接合すべき界面が直接摩擦に
より加熱され、しかも加熱される部分が該界面或いは該
界面近傍に限られることから、極めて少ない熱の付与で
シールが可能となシ、昇温−冷却のサイクルが極めて短
時間となシ、従ってシール操作も極めて短時間で行い得
るという利点がある。

特にポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性ポリエス
テルは種々の熱可塑性樹脂の内でも融点の特に高いもの
の一つであるが、このようなポリエステルを通常の熱板
式ヒートシールにより接合しよ５とすると、接合界面を
伝熱により加熱するのに著しい長時間を必要とし、特に
界面を冷却するのにはよシ長い時間を必要とする。この
冷却段階では、既に指摘した通シ、ポリエステル層が結
晶化温度域を比較的長い時間をかけて通過するため、ポ
リエステル層の全体或いはかなシの部分が結晶比し、シ
ール部が機械的に脆い構造となシ、またシール強度が著
しく低いものとなる。これに対して、本発明によれば実
質上シール界面のみを選択的且つ極部的に高温に加熱す
ることが可能であシ、また冷却も極めて短時間に行われ
ることから、シール界面でのポリエステルの結晶比を完
全に抑制でき、或いは完全に抑制できないとしても・結
晶化度を１５チ以下特に１０％以下に抑制して、シール
部の構造を極めて機械的強度に優れたものとし、例えば
シール強度を４　ｋｌｉ／ｃｓ以上の範囲とすることが
できる。

添付図面第１図は、ヒートシールバーを用いてポリエス
テル製７ランジ付カツグとポリエステルラミネート蓋と
をヒートシールしたときの界面での昇温−冷却サイクル
での時間一温度曲線であシ、第２図は同じポリエステル
容器及び蓋を相対周速度１４ル’ｓｓａで回転Ｊ１！擦
発熱シールしたときの界面での昇温−冷却サイクルを示
す０以上の結果から本発明によれば、シール界面でのポ
リエステルの溶融−冷却が著しく短時間で行われること
がわかる。また、第１図での昇温−冷却サイクルでは、
ポリエステルが著しく結晶比し、この結晶比に伴なう体
積縮少により冷却時（Ｃシール部の破壊が生じていたの
に対して、第２図の昇温−冷却サイクルではシール強度
が８ψ６に達することが認められた。

（発明の好適実施態様） 本発明を、その理解が容易なように、その製造方法から
先に説明する。

製造方法 本発明の実施に使用し得る装置の一例を示す第３図にお
いて、ポリエステル容器本体ｌは、周状側壁部２、底部
３及び側壁部上端に設けられたフランツ部４から成って
おシ、この容器本体ｌに対して、ポリエステル積層体製
の蓋５を適用し、７ランノ部４と蓋５との間でシールを
行う・容器本体１は、フランジ部４が上側となるように
固定支持台６により支持されている。支持台６には容器
本体１が挿入される空間７とフランツ部４を下側から支
持するリング状支持部８とが設けられ、該空間７は吸引
用パイｆ９全通して減圧に維持され、こ７″Ｌにより容
器本体ｌが回転されないように強固に支持している。固
定支持台６は回転不能ではあるが、油圧またはカム等に
よる昇降機構１０により昇降可能となっている。

蓋５は、接合界のとなるポリエステル層が下側となるよ
うに回転チャック１１により支持されている。即ち回転
チャック１１は蓋５を支持するための空間１２ｔ−有し
、この空間１２が後述する機構を通して減圧に維持され
ることにより、回転チャック１１に固定される。回転チ
ャック１１は、軸受１３を介して機枠１４に回転可能に
且つ固定支持台６と同軸となるように支持された回転軸
１５の下部に取付けられている０回転軸１５にはフライ
ホイールのような慣性が蓄積部材２１が設けられ、且つ
ブーｌｌ−１６のような動力伝達機構が取付けられ、モ
ーター１７、電磁クラッチ１８、駆動プーリー１９及び
ベル）２０を介して駆動され得るようになっている。

第３図に示すように、容器本体１及び蓋５を取付けた後
、モーター１７及び電磁クラッチ１８を作動させること
によ）回転軸１５従ってフライホイール２１及び回転チ
ャック１１が駆動回転される。この回転数が一定値に到
達した段階で、電磁クラッチ１８及びモーター１７の作
動を停止する。

回転チャック１１はフライホイール２１の慣性力により
自由回転を続行する。

この段階で昇降機構１０を作動させ、固定支持台６を上
昇させる。この上昇に伴なって、容器本体１のフランジ
部４と蓋５とが係合しはじめ、両者の摩擦により接触界
面に摩擦熱が発生し、ポリエステルの溶融によるシール
が行われる。シールの終了時点では当然ながら回転チャ
ック１１は停止する。

到達する温度は、シール界面での相対的周速度と押圧力
との両方に関連し、これらを適当に選ぶことにより、シ
ール界面の温度を調節することができる。摩擦発熱によ
り形成されるポリエステルの溶融物層の厚みは、慣性力
により影響される。

フライホイールの慣性力を適当に選ぶことにより。

過度の溶融が行われずにしかも一様な溶融接合が行われ
る条件を設定することができる。

勿論、慣性力によってのみ回転する蓋体とフランジ部と
を接触させる代りに、蓋体をモーター等の駆動力により
強制的に回転させつつフランジ部と一定時間接触させて
もよいことは当業者には自明であろう。

一般に、接合すべき両部材の相対的周速度は、他の条件
によりても左右されるが、４乃至２５ｍ／ｓｅｃ％特に
８乃至１５ル’ｓｅｅの範囲が適当であシ、また両部材
の接触圧力は、他の条件にも依存するが、１．０乃至６
．　Ｏｋｇ／ｃｍ２．特に１．５乃至４．０−１２の範
囲が適当である。また、両部材の接触が開始されてから
、両部材の相対的回転が停止する迄の時間、即ち摩擦時
間は、界面の到Ｓ温度にも関連するが、一般的に０．１
乃至１．０秒、特に０．１５乃至０．４秒の範囲が適当
である。

第４図は、ポリエステル容器とポリエステル積層体蓋と
について、摩擦時間を横軸、形成されるシール部のシー
ル強度を縦軸とし、両者の関係を圧力を変化させて測定
した結果を示している。この結果から押圧力が成る基準
よシ大きすぎると、シール強度θへむしろ減少しておシ
、これはシール界面がむしろ破壊されるためと思われる
。これは！ａ擦待時間ついても同様に当てはまる。

容器 本発明は、シール界面が、結晶化可能な熱可塑性ポリエ
ステルで形成されている限）、全てのプラスチック容器
に適用することができる。ポリエステルとしては、ポリ
エチレンテレフタレートか好適に使用されるが、ポリエ
チレンテレフタレート容器の特性及び本発明の要旨を損
わない範囲内で、即ち５モルチ以下の範囲内で共１合成
分として、イソフタル酸・ｐ−β−オキシエトキシ安息
香酸・ナフタレン２．６−ジカルボン酸・ジフェノキシ
エタン−４，４′−ジカルボン酸・５−ナトリクムスル
ホインクタル酸・アソピン酸・セパシン酸またはこれら
のアルキルエステル誘導体などのジカルボン酸成分、プ
ロピレングリコール・１．４−ブタンジオール・ネオペ
ンチルグリコール−１，６−ヘキジレングリコール・シ
クロヘキサンジメタツール・ビスフェノールＡのエチレ
ンオキシド付加物などのグリコール成分を含有するコポ
リエステル等も使用し得る。更にこのポリエステルは顔
料・染料等の着色剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤などの
添加剤を含有することも出来る。

用いるポリエチレンテレ７タレートハ固有粘度〔η〕が
０．５以上、特に０．６以上のものが容器の機械的強度
や諸物性の点で有利である。

下記第１表は、ポリエチレンテレフタレートＣＰＥＴ）
の物性値を、汎用の他の樹脂ポリプロピレン（ｐｐ）、
ｚリエチレン（ＰＥ）、！リスチレン（ｐｓ）、ナイロ
ン６　（Ｎｙ−６）のそれと比較して示すものである。

上記第１表から次のことがわかる。即ち、ＰＥＴは最も
高い融点を示すにもかかわらず、比熱が最も小さくしか
も高い動摩擦率を有する。このことから、ＰＥＴは界面
の動摩擦発熱シールに最も適した材料の一つであること
が了解されよう。

容器形成用素材としては、前述したカップ状容器と蓋と
の組合せ以外に多くの組合せが使用される。例えば広口
又は狭口のビンと蓋との組合せ、両端開口の胴と天地蓋
との組合せ（ｆラステラ２缶）、或いは夫々がカップ状
の上部体と下部体との組合せが挙げられるが、勿論例示
した組合せに限定されない。

これらの容器形成用素材は、ポリエステル単体から形成
されていてもより、マたポリエステルと他の熱可塑性樹
脂とのブレンド物から形成されていてもよいし、またポ
リエステル層と他の熱可塑性樹脂層或いは金属層との積
層体から形成されていてもよい。

ブレンド物の適当な例として、例えばポリエステルと、
ポリアクリレート（全芳香族ポリエステル）とのブレン
ドや、ポリエステルとポリアミド類、例えば芳香族系ポ
リアミドとのブレンド等を挙げることができる。また、
ポリエステルは比較的ガスバリヤ−性に優れた樹脂の一
つであるが、そのバリヤー性を一層向上させるために、
高ガスパｌＪヤー１脂、例えばエチレン−ビニルアルコ
ール共重合体、ハイニトリル樹脂、塩化ビニリデン共重
合体、ナイロン樹脂等の層や金属層と組合せで使用され
る。高ガスバリヤ−性樹脂とポリエステルとの積層体は
、例えば高ガスバリヤ−性樹脂を中間層及びポリエステ
ルを内外層とし、必要により両者の間に接着剤層を介在
させる共押出法、共射出法、逐次射出法、ドライラミネ
ーシ、ン法、サンドイッテラミネーシ■ン法、押出コー
ト法等により製造され、また容器素材への成形は、例え
ばパイゾ押出成形、射出成形、中空成形、２軸延伸ブロ
ー成形、シートからの圧空成形、プラグアシスト成形、
張出成形、プレス成形等の手段で行われる。また、シー
ト或いは箔状のアルミニウム、各種表面処理鋼板類とポ
リエステルとを接着剤層を貼シ合せたものを、剪断プレ
ス成形に付して蓋体として、或いはこれを筒状に成形し
たものを容器胴として本発明の目的に用いることができ
る。

本発明による容器においては、これらの何れかの複数の
部材間に、互いにポリエステル界面を介してシール接合
が行われるが、このシール界面のポリエステルが実質上
非晶質であるか、或いは結晶化されているとしても、結
晶化度１５％以下、特に１０％以下の低結晶性であるこ
とが顕著な特徴である。ポリエチレンテレフタレートの
結晶化の程度はその密度で評価できる。この密度が１、
３５２９７ｃｍ　　以下、特に１．３４６，９．名　以
下であれば、接着界面近傍のポリエステルは結晶化され
ていないということができる。

本発明の容器によれば、４　ｋｌｌ／ｃｍ以上、特に８
ｋｇ／画にも達するシール強度が得られ、これは従来の
ポリエステルの熱板式ヒートシールでは１嬌缶未満のシ
ール強度しか得られていないのに対して、予想外に優れ
た値であることが了解されよう。

本発明を次の例で説明する。

実施例１゜ 密度１．３３９　ｊｉ／ｃｔｎ　　結晶化度４チで厚さ
２．５■のポリエチレンテレフタレートのシートから、
直径７５簡の円板を打ち抜き、熱成形により巾３ｍのフ
ランジ哲き容器を作製した。次に密度１．３７５、！；
’／ｃｒｎ３結晶化度３５チで厚さ０．５■のポリエチ
レンテレフタレートのシートから、直径７５ｍ＋の円板
状の蓋を打ち抜いた。

このポリエチレンテレフタレートから成る容器と蓋を、
前述の製造方法その１、装置第３図に示した回転摩擦圧
接法によ）オレンジジュースの密封シールを行なった。

摩擦圧接は、回転数３５０　Ｏｒｐｍ・回転摩擦時間０
．４秒・押圧力２．５　’Ｑ／ｃｍ　　・回転停止後押
圧冷却時間０．８秒という条件の下で行なった。

摩擦圧接中のシール界面温度金、第５図に示したが、０
．４秒という短時間に界面は摩擦熱で３００℃以上に発
熱することが分かる。また摩擦熱で溶融した層の厚さが
薄い為、回転停止後シール界面は急速に放熱し、ポリエ
チレンテレフタレートの結晶化が生じる温度領域２４０
〜１００℃を０．８秒間で通過している。

この様にして充填シールした容器１００缶の密封性能を
調べる為まず６０缶を用いて、１．２０ｃｒｎの高さか
ら落下テストを行なった。倒立・横倒しの２つの状態で
テストを行なったが、シール部の破損は全く認められず
密封性は完全でおった。次にシール蓋の９０°ビ一ル強
度を残り４０缶において、１缶当９４点の計１６０サン
プルで測定を行なったところ、最大値６．５　ｋｌｉｌ
／ｚ最小値４．６に９／ｃｐｎで平均値５．１ψへが得
られた。

さらにレーザーラマン法でシール断面の密度分布を測定
したところ溶融した界面の厚さは４０μでその中心部の
密度は１．３４９　ｇ／ｃｍ３結晶化度は１３チであっ
た。

尚この時の密度は波数ｘ’ｙ３ｏ、−’のピークを利用
し、 Δνい＝３０５−２０９ρ Δシ１／！２：波数１７３０ｃｒｎ　のピークの半値巾
ρ：密度 なる関係式よシ求めた。

実施例２゜ 実施例１と同じポリエチレンテレフタレートから成る容
器本体と蓋を作製した。

この容器本体フラン・ゾ部と蓋のシール部を温風で７５
℃に予熱した状態で、前述の回転摩擦圧接装置を用いて
オレンジジュースの密封シールを行なりた。

摩擦圧接は、回転数３５０　Ｏｒｐｍ・回転摩擦時間０
．１５秒・押圧力２．０　ｋｇ／Ｃｒｎ・回転停止後押
圧冷却時間０．６秒という条件の下で行なった。

摩擦圧接中のシール界面温度を第６図に示したが、ポリ
エチレンテレフタレートのガラス転移点近傍にシール界
面を予熱したことで、界面の初期接触が良くなり、実施
例１に比べて速く昇温している。また実施例１に比べ、
シール界面のより薄層の融着であることが後で述べる密
度の測定より分かった。

２９０℃に昇温したシール界面は回転停止後放熱して行
き、ポリエチレンテレフタレートの結晶化が生じる温度
領域２４０〜１００℃を０．６秒間で通過している。

この様にして充填シールした容器１００缶の内４０缶を
実施例１と同様落下テストしたところ、シール部の破損
は全く認められず密封性は完全であった。次に９０°ビ
一ル強度を測定したところ、１０．５ψら以上の強度を
示し、その破断面は蓋内部の結晶化した領域であり、溶
融部の接着は強固であった。

さらにレーザーラマン法でシール断面の密度分布を測定
したところ、溶融した界面の厚さは１５μでその中心部
の密度は１．３４１　ｇ／、結晶化度は６％でありた。

また実施例１に比べてシール端にはシール屑も少なく、
ガラス転移点近傍まで予熱したことの効果が表われてい
た。

比較例１゜ 実施例１で用いたのと同じフランジ付き容器本体を作製
した。次に密度１．３４１９／７７＋３結晶化度５チで
厚さ０．１鱈のポリエチレンテレ７タレー）・・フィル
ムをウレタン系接着剤を用いて厚さ２０μのアルミニウ
ム箔の片面にラミネートした後、直径７５ｍの円板状の
蓋を打ち抜いた。

このポリエチレンテレフタレートから成る容器と蓋を、
市販の熱板式カッグシール機を用いてオレンジジュース
の密封シールを行なった。

ヒートシールバー表面温度３００℃、シール圧力１．５
　ｋｇ／ｃｍ’シール時間１．５秒というシール条件で
、２０μのアルミニウム箔の外面側より加熱した。

内面材のポリエチレン・テレフタレート・フィルムは２
０μのアルミニウム箔からの熱伝導で昇温し、巾３簡の
７ラング部に融着する。融着後冷却ステーションを設は
室温の冷却バーで１．５秒間押圧した。

熱板シール法でのシール界面温度を第７図に示したが、
シール界面は約２７０℃に昇温した後ゆっくシ放熱して
行きポリエチレンテレフタレートの結晶化が生じる温度
領域２４０〜１００℃を１．２秒間で通過している。

この様にして充填シールした容器１００缶の密封性能を
調べる為まず６０缶を用いて１２０．の高さから落下さ
せたところ、６０缶すべてシール部から破損した。残り
のサンプルのシール強度を実施例１と同様に測定したと
ころ、最大値０．８ｋｇ／ｃｍ　を小値０．０５　ｋｇ
／ｃｍ平均値０．５　ｋ？／ｍであった。

熱板方式で密封シールした容器はとても実用に耐えられ
る密封性は持ち合わせていなかった。

レーデ−ラマン法でシール断面の密度分布を測定したと
ころ溶融した界面の厚さは１１０μでシール破断部近傍
の密度は１．３５５ｇ〆雇３結晶化度は１８チであった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱板ヒートシール中のシール界面温度を示す図
、 第２図は回転摩擦圧接中のシール界面温度を示す図、 第３図は本発明の製造方法を実施するための装置の一例
を示す図、 第４図は、ポリエステル容器とポリエステル積層体蓋に
ついて、摩擦時間を横軸、形成されるヒートシール部の
シール強度を縦軸とし、両者の関係を圧力を変化させて
測定した結果を示す線図、第５図は、実施例１に於ける
回転摩擦圧接中のシール界面温度を示す図、 第６図は、実施例２に於ける回転摩擦圧接中のシール界
面温度を示す図、 第７図は、比較例１に於ける熱板ヒートシール中のシー
ル界面温度を示す図である。 １は、４１Ｊ工ステル容器本体、２は周状側壁部、３は
底部、４は７ラング部、５は蓋、６は固定支持台、８は
リング状支持部、９は吸引用パイ！、１０は昇降機構、
１１は回転チャック、１２は蓋吸引用空隙、１３は軸受
、１４は機枠、１５は回転軸、２１はフライホイール。 第１図 第２図 第３図 第５図 第６図 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の部材から成り、該複数個の部材はそれら
   のシール界面での融着により一体化された密封プラスチ
   ック容器であって、 前記複数個の部材は、結晶化可能な熱可塑性ポリエステ
   ルで少なくともそれらのシール界面が形成され、該シー
   ル界面のポリエステルは実質上非晶質であるか或いは結
   晶化されているとしても結晶化度１５％以下の低結晶性
   であり且つ該シール界面は４ｋｇ／ｃｍ以上のシール強
   度を有することを特徴とする密封プラスチック容器。
2. （２）前記ポリエステルはポリエチレンテレフタレート
   から成る特許請求の範囲第１項記載の容器。
3. （３）前記シール界面は熱可塑性ポリエステル同志の界
   面摩擦発熱により形成されたものである特許請求の範囲
   第１項記載の容器。
4. （４）少なくともシールすべき界面が熱可塑性ポリエス
   テルで形成された複数個の容器形成用部材の該界面を、
   それらのシールすべき界面が互いに対面する位置関係に
   保持すると共に少なくとも一方を回転させて、熱可塑性
   ポリエステル同志の界面摩擦発熱により両界面での融着
   一体化を行うことを特徴とする密封プラスチック容器の
   製法。
5. （５）複数個の容器形成用部材の界面を、該ポリエステ
   ルのガラス転移点以上で結晶化温度よりも低い温度に維
   持した後、界面摩擦発熱によるシールを行う特許請求の
   範囲第４項記載の方法。