JP2021110598A - 紙製カップ容器検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】包装材を構成する複数の層からなる積層体において、内層のみにピンホールが発生した場合でも、このピンホールを検出することが可能な、紙製カップ容器検査装置を提供する。
【解決手段】熱可塑性材料の最外層２０Ｄ、紙基材層２０Ｃ、透明ガスバリア層２０Ｂ、ヒートシール性最内層２０Ａからなる包装積層材料から成り、紙製カップ容器１０に欠陥がないときは、前記最外層は破壊されず、前記紙基材層が部分的に剥がれて形成された場合には、紙基材層が剥がれた位置にあたる最外層の一部を破壊する電圧を第一の電極に与えることで貫通孔を形成させ、前記電流検出装置によって、貫通したときに生じる放電電流を検出し、ピンホールの有無を判定する手段を備えた、紙製カップ容器検査装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、紙製カップ容器のピンホールの有無を検査する装置に関する。

従来、スナック菓子等の乾燥食品や、コーヒー、即席みそ汁、即席スープ等の流動性食品にまで多岐にわたる容器として、液漏れを防ぐことと衛生面から内面にポリエチレンがコートされた紙製のカップが知られている。このような乾燥食品や流動性食品を収容する紙製のカップを製造する場合、ウェブ状の包装材が使用され、その包装材の所定の箇所が、ヒートシール、超音波シール等の手法によってシールされることにより、カップが形成されるようになっている。これらの容器に収納される収容物の品質維持或いは収容物の安全性の見地から、これら各種の容器は完全な密閉状態となっていなければならない。

しかし、実際にはまれに製造工程中に貫通孔（ピンホールとも呼ぶ）が発生することがある。このようなピンホールが存在する場合、カップ内の流動性食品が大気と接触してしまい、流動性食品の品質が低下してしまう上に、重大事故である液（熱湯）漏れの危惧があるため、紙製カップ容器の製造中にはピンホール検査を必要としている。

このようなピンホールの検査方法として、放電電流を用いる方法が知られている。関連する技術として、特許文献１によれば、被検体をベルトコンベアで搬送しながら被検体の検査面、即ち、密封シールした蓋上表面を高電圧を印加したブラシ状の第１電極を軽く接触させながら、コンベアベルトの下面全幅に接触する導電性板の第２電極との間の放電現象を見ることでシール不良の在否を検査する方法である。

ところで、前記包装材は、内側から外側にかけて順に形成された、最内層、ガスバリア層、紙基材層及び最外層から成り、前記最内層及び最外層は、例えば、ポリエチレン樹脂から成る。

上記のように前記包装材が多層からなるとき、前記紙製カップ容器本体を製造する途中で、例えば前記ガスバリア層より内層だけにピンホールが発生したり、破損して剥がれが生じたりする場合がある。ガスバリア層を破損させると、カップ内の流動性食品が大気と接触してしまい、流動性食品の品質が低下してしまう。

特公昭６３−１０１７２８号公報

上記のような放電電流を用いた検査方法を、複数の層からなる積層体に対して用いた場合、積層体全体を貫通するピンホールが発生している場合は検出することができるが、複数の層のうちの内層のみにピンホールが発生していた場合は、このようなピンホールを検出することは困難である。

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、包装材を構成する複数の層からなる積層体において、積層体全体を貫通するピンホールが発生した場合だけでなく、積層体の内層のみにピンホールが発生した場合でも、このピンホールを検出することが可能な、紙製カップ容器検査装置を提供することを課題とする。

本発明は、上記した問題を解消するために、
本発明の請求項１によると、
熱可塑性材料の最外層、紙基材層、ガスバリア層、ヒートシール性最内層からなる包装積層材料から成り、流動性食品を密封収容した紙製カップ容器検査装置において、
前記紙製カップ容器の表面に対して接触となるよう対向して配置された第一の電極と、
紙製カップ容器が載置される載置用部材と、
前記第一の電極と前記載置用部材とに導線を介して接続され、第一の電極に予め指定された電圧を印加する電源と、
前記第一の電極と前記載置用部材との間に流れる電流を検出する電流検出装置とを備え、紙製カップ容器に欠陥がないときは、前記最外層は破壊されず、前記紙基材層が部分的に剥がれて形成された場合には、紙基材層が剥がれた位置にあたる最外層の一部を破壊する電圧を第一の電極に与えることで貫通孔を形成させ、前記電流検出装置によって、貫通したときに生じる放電電流を検出し、ピンホールの有無を判定する手段を備えた、紙製カップ容器検査装置である。

また、本発明の請求項２によると、
請求項１に記載の検査装置を用いた検査方法において、
紙製カップ容器に欠陥がないときは、前記最外層は破壊されず、前記紙基材層が部分的に剥がれて形成された場合には、紙基材層が剥がれた位置にあたる最外層の一部を破壊する電圧を第一の電極に与えることで貫通孔を形成させ、前記電流検出装置によって、貫通したときに生じる放電電流を検出し、ピンホールの有無を検査することを特徴とする、紙製カップ容器検査方法である。

紙製カップ容器の製造工程において、内容物が収容空間に収容された後、密封シールされた状態で、紙製カップ容器を電極で挟み込むことにより、貫通したピンホールがあると放電電流を検出することによって瞬時にピンホールの有無を検査することが可能である。

このような高電圧放電式を用いた検査方法は公知技術である。空気中に、距離を一定に保った二つの電極を置き、そしてこの両電極間に高電圧発生器をつなぎ、電源の電圧を上げていくと、ある値で音と光を伴った光条が電極間にみられる。これは空気が電極間に加えられた電圧によって破壊され、電気的絶縁性が失われるためで、この光条現象を放電という。そしてこの時の電圧を破壊電圧という。このようにして発生した放電電流を検出することによってピンホールの有無を検査することが可能になる。

この放電現象は、全ての電気絶縁体に対して起こり得るが、一般に、包装材に用いられるフィルムなどは、空気より高い電気的絶縁性を有しているため、放電を起こしている電極間にフィルムなどが挿入されると、電極間は高い絶縁性物質に遮られて放電現象は停止する。したがって、包装材が破壊されず、空気の絶縁だけを破壊するような電圧を電極間に加えておけば、健全な包装材では放電が起こらず、貫通したピンホールなどの欠陥部のみ放電が起こることになる。したがって包装材に貫通したピンホールがある場合は、この放電を検出することによって、ピンホールの有無を検査できるが、貫通したピンホールがない場合は、放電現象が起こらないのでピンホールの有無を検査することはできない。

本発明では、上記のような包装材が破壊されず、空気の絶縁だけを破壊するような電圧より高い電圧を電極にかけることによって、健全な包装材を破壊できることを利用している。したがって、上記のように包装材に貫通したピンホールがなく、内層である紙基材層が部分的に剥がれて内層のみにピンホールが形成された場合でも、高電圧放電式検査方法を用いてピンホールの検査を可能にするため、上記破壊電圧より高い電圧を電極にかけ、
最外層の一部を破壊することで貫通孔を形成させ、貫通したときに生じる放電電流を検出することによって、ピンホールの有無を検査する検査装置を提供する。

本発明によれば、包装材を構成する複数の層からなる積層体において、積層体全体を貫通するピンホールが発生した場合だけでなく、積層体の内層のみにピンホールが発生した場合でも、このピンホールを検出することが可能な紙製カップ容器検査装置を供給できる。

本発明で用いた紙製カップ容器の層構成を示す斜視図および断面図。 本発明の実施形態における検査装置の構成を示すブロック図。 貫通したピンホールと内層のピンホールを説明する図。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態や実施例の具体的な例示にのみ限定されるわけではない。

＜紙製カップ容器＞
本発明による紙製カップ容器１０の材料構成について、詳細な説明を加える。この説明は図１を参照しながら行なう。

紙製カップ容器１０は、例えばコーヒーや即席みそ汁、即席スープ等の内容物を密封シール３で封入して、電気絶縁性を有する材質の包装材２０（胴部１、底部２）などで外部を覆ったものである。内容物は、導電性を有することが好ましい。

紙製カップ容器１０は、紙を基材とした積層体から構成され、積層体の基本の層構成は、外側からポリエチレン／紙／ポリエチレンである。積層体中にガスバリア層を有する場合は、紙製カップ容器１０に使用される包装材２０の層構成は、内側から外側にかけて順に、最内層２０Ａ、ガスバリア層２０Ｂ、紙基材層２０Ｃ及び最外層２０Ｄから成る。そして、最内層２０Ａと最外層２０Ｄはシーラント層である。また、紙基材層２０Ｃとガスバリア層２０Ｂの間には接着層２０Ｅがある。本発明の実施形態の一例は、図１に示されるように、外側からポリエチレン／紙／ポリエチレン／ガスバリア層／ポリエチレンである。

また、密封シール３も積層体からなり（図示せず）、積層体中にガスバリア層を有しており、この積層体において、紙製カップ容器１０の内側になる層には、シーラント層が配置されている。

内容物を紙製カップ容器本体１０に充填した後、開口部４を密封シール３で密封する。このように開口部４は、内容物充填後は密封シール３で覆われているのであって、密封シール３は、その周縁部において、紙製カップ容器本体１０の開口部４のカップリム５に接合して、紙製カップ容器本体１０を密封している。

したがって、開封前の状態で、内容物はガスバリア層２０Ｂを有する紙製カップ容器本体１０、およびガスバリア層２０Ｂを有する密封シール３で隙間なく囲まれているために、内容物の保護、保存性は良好に保たれる。

しかしながら、包装材の製造時に、容器として積層体を成形する際、熱や応力等により
紙基材層２０Ｃが部分的に剥がれ、その結果として紙基材層２０Ｃの上に積層された、内層だけにピンホールが生じてしまうという問題がある。そして、最外層２０Ａにはピンホールは発生しないので、貫通したピンホールにはならない。このようにして、内層のみにピンホールが発生する現象が起きる。図３に、貫通したピンホール８と、内層のピンホール７がある紙製カップ容器の外観と層の断面図を模式的に表す。図３（ａ）は内層のピンホール７が発生した場合の層断面の拡大図、図３（ｂ）は貫通したピンホール８が発生した場合の層断面の拡大図である。

紙基材層２０Ｃが剥がれ、ガスバリア層２０Ｂにピンホールが発生すると、大気が内容物に接触して品質が低下してしまう。このように、紙製カップ容器１０は、貫通したピンホールだけでなく、内層のみにピンホールがあっても、品質の保護および保存性を保つことができないことになる。

＜検査装置の各構成＞
次に、本実施形態に係る検査装置５０の各構成を図２に基づいて説明する。図２を見てわかるように、検査装置５０は、密封シールされた紙製カップ容器１０のピンホールを検出する装置である。検査装置５０は、載置用部材１００、第一の電極１０１、電源１０２、制御部１０３、導線１０４、電流検出装置１０５、および出力部１０６を備える。載置用部材１００は、紙製カップ容器１０を載置するための部材である。載置用部材１００の形状は、カップ形状にあわせるのが好ましい。載置用部材１００は、導電性の材料により構成されてもよい。

第一の電極１０１は、紙製カップ容器１０の表面に対して接触するよう対向して配置される。第一の電極１０１の全体の形状は問わない。第一の電極１０１は、金属などの導電性を有する材質で構成される。第一の電極の材質は、例えば鉄や銅やアルミである。第一の電極１０１は、例えば、紙製カップ容器１０の表面に対して近接して配置される。ただし、第一の電極１０１と紙製カップ容器１０との間の距離や、第一の電極１０１の大きさや、第一の電極１０１に供給される電圧等は、これらの相互の値の関係や、紙製カップ容器１０のサイズや包装材の材質、包装物の内容物等に応じて決定される。本実施形態では、最外層のポリエチレンの一部を破壊し、貫通孔を形成させる電圧８〜１０ｋＶを、第一の電極１０１に供給した。但し電圧は、紙厚やポリエチレンの厚みにより変わる可能性あり。

電源１０２は、第一の電極１０１と載置用部材１００とに導線１０４を介して接続され、第一の電極１０１に対して上述した電圧を印加する。また、ここでは、電源１０２の載置用部材１００と接続されている側は、導線１０４を介して設定されているものとする。電源１０２は、通常は、交流電源であるが、直流電源を用いても良い。電源１０２の供給する電圧の値や、供給のオン、オフ等は、制御部１０３等により制御される。制御部１０３は、電源１０２が供給する電圧が予めユーザ等により設定された電圧となるような制御や、電圧の供給のオン、オフ等の制御を電源１０２に対して行う。

導線１０４は、第一の電極１０１と電源１０２とに接続されている。また、導線１０４は、電源１０２と載置用部材１００とに接続されているとともに、接地されている。ここでは、導線１０４のうちの、第一の電極１０１と接続されている導線を電極側導線１０４ａ、載置用部材１００と接続されて接地されている導線を接地側導線１０４ｂとする。導線１０４は、銅等の導電性の材質により構成される。

接地側導線１０４ｂを通って大地に放電された電流は、電流検出装置１０５で検出される。ピンホールがない状態であれば、電流値は非常に小さいものである。これと比較して紙製カップ容器１０にピンホールがあると、内部に充填された導電体からなる内容物から
接地側導線１０４ｂを通って大地に大きい電流が流れることになる。したがって、大地に流れる電流値の大小でピンホールの有無を判定することができる。所定の電流値を境（閾値と呼ぶ）としてこの電流値よりも大きい電流値が検出された場合、これを不良品とし、小さい電流値が検出された場合、これを良品とする。この比較処理を行った検知結果を一時的に保持する。そして、保持した値が、出力部１０６に対して出力される。

出力部１０６は、電流検出装置１０５の検知結果に応じて、良品または不良品を示す情報を出力する。出力部１０６は、例えば、ピンホールが検出されたことを示す文字列等の情報を、モニタ等に表示しても良い。また、ピンホールが検出されたことを示す情報を、管理装置等の外部の装置に送信してもよい。

本実施形態と同じような本実施例の構成で、電源１０２から、第一の電極１０１に予め指定された９ｋＶ程度の電圧を印加する。ここでは、紙製カップ容器１０に欠陥がないサンプルＡと、貫通したピンホールがあるサンプルＢと、紙基材層が剥がれ内層にのみピンホールがあるサンプルＣをそれぞれ用いて、放電電流値を測定した。閾値は、実験的に得た、ピンホールの有無を判断可能な値に設定されている。この閾値は、ピンホールがない場合の最大値よりも大きな値であって、ピンホールがある場合の最小値よりも小さな値に設定される。このような実験的に得た閾値を用いることで、放電電流値でピンホールの有無を判断することが可能となる。閾値例は１００μＡ。

サンプルＡの場合、放電電流が発生せず、放電電流値は５７μＡ。サンプルＢでは放電電流が発生し、放電電流値は２０５μＡ。紙基材層が部分的に剥がれ内層にピンホールが発生しているサンプルＣでは、放電電流が発生し、放電電流値は１８５μＡであった。この結果から、本実施例の構成で、ピンホールの有無を検査することが可能であることがわかった。

したがって、本発明によれば、包装材に貫通したピンホールがある場合だけではなく、紙基材層が部分的に剥がれて内層のみにピンホールが形成された場合でも、最外層を破壊する高い電圧を電極にかけ、最外層の一部を破壊し貫通孔を形成させ、貫通したときに生じる放電電流を検出することによって、ピンホールの有無を検査することを可能にした。

１・・・紙製カップ容器の胴部
２・・・紙製カップ容器の底部
３・・・密封シール
４・・・開口部
５・・・カップリム
７・・・内層のピンホール
８・・・貫通したピンホール
１０・・・紙製カップ容器
２０・・・包装材
２０Ａ・・・包装材の最内層
２０Ｂ・・・包装材のガスバリア層
２０Ｃ・・・包装材の紙基材層
２０Ｄ・・・包装材の最外層
２０Ｅ・・・接着層
５０・・・検査装置
１００・・・載置用部材
１０１・・・第一の電極
１０２・・・電源
１０３・・・制御部
１０４・・・導線
１０４ａ・・・電極側導線
１０４ｂ・・・接地側導線
１０５・・・電流検出装置
１０６・・・出力部

Claims (2)

1. 熱可塑性材料の最外層、紙基材層、ガスバリア層、ヒートシール性最内層からなる包装積層材料から成り、流動性食品を密封収容した紙製カップ容器検査装置において、
   前記紙製カップ容器の表面に対して接触となるよう対向して配置された第一の電極と、
   紙製カップ容器が載置される載置用部材と、
   前記第一の電極と前記載置用部材とに導線を介して接続され、第一の電極に予め指定された電圧を印加する電源と、
   前記第一の電極と前記載置用部材との間に流れる電流を検出する電流検出装置とを備え、紙製カップ容器に欠陥がないときは、前記最外層は破壊されず、前記紙基材層が部分的に剥がれて形成された場合には、紙基材層が剥がれた位置にあたる最外層の一部を破壊する電圧を第一の電極に与えることで貫通孔を形成させ、前記電流検出装置によって、貫通したときに生じる放電電流を検出し、ピンホールの有無を判定する手段を備えた、紙製カップ容器検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置を用いた検査方法において、
   紙製カップ容器に欠陥がないときは、前記最外層は破壊されず、前記紙基材層が部分的に剥がれて形成された場合には、紙基材層が剥がれた位置にあたる最外層の一部を破壊する電圧を第一の電極に与えることで貫通孔を形成させ、前記電流検出装置によって、貫通したときに生じる放電電流を検出し、ピンホールの有無を検査することを特徴とする、紙製カップ容器検査方法。

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