シュリンクトンネルの運転に適した温度はどれくらいですか？

フィルム化学構成別のシュリンクトンネル温度の基礎知識

PVCフィルム：90–110°Cで高い収縮力を持つが、排出物と規制上の制約あり

PVCフィルムは、90〜110度程度の比較的低い温度で加熱しただけでもかなり収縮する傾向があり、そのため簡単な用途には非常に効率的です。しかし、問題点もあります。これらの材料が温められると、空気中に塩素を放出し、これは現在多くの製造拠点で定められている環境規制に違反します。さらに、この化学物質は食品や医薬品の包装など、製品そのものを汚染する可能性があります。こうした理由から、代替品より安価であるにもかかわらず、多くの大手企業はすでにPVCの使用をやめ始めています。生産ラインで使用されるシュリンクトンネルにおいても、PVCの使用頻度は近年減少しています。これはEPA関連の書類手続きが煩雑であるだけでなく、環境中に発生する有害な煙による法的リスクもあるためです。

ポリオレフィン（POF）フィルム：135～155℃で均一な収縮性を実現し、高い安全性を備える

POFフィルムは、135〜155度の比較的高温で最も効果的に機能し、高品質な包装用途に求められる滑らかでシワのない収縮を実現します。特徴的なのは、特殊な交差結合構造により、表面全体に均一に収縮するため、形状が歪んだり変形したりしない点です。また、収縮後も95％以上の光学的透明性を維持できることも優れた点で、他の多くの選択肢は最高でも60〜70％程度の透明性にしか達しないため、これには及びません。もう一つ重要な利点として挙げられるのが安全性です。加熱しても、これらのフィルムは一切有害なガスを発生しないため、食品に直接接触する場合に必要なFDAおよびEC 1935/2004の試験基準にも合格します。このため、製造業者は高価な換気装置への投資を節約でき、より安全な職場環境を実現できます。さらに、±15℃の運用温度範囲を持つため、通常の生産運転中にシュリンクトンネル内で発生する小さな較正の問題にも柔軟に対応可能です。

ポリエチレン（PE）フィルム：105～115°Cという狭い温度範囲と寸法安定性の低さにより、使用が制限されている

ポリエチレン（PE）フィルムは、約105〜115度の範囲で加熱した場合に最も適切に収縮します。この温度範囲をわずか5度程度下回ると、収縮が不完全になり、緩すぎるパッケージができてしまい、改ざんされやすくなります。逆に115°Cを超えて加熱すると、端部の溶けや素材全体にできる微小な穴など、さまざまな問題が発生します。業界の各種レポートによると、PEフィルムの約12〜18％は、主に結晶構造の特性により収縮後に寸法上の問題が生じます。これにより、特に高速で稼働する生産ラインではラベルの位置ずれが起こりやすくなります。こうした制限があるため、現在ではほとんどのメーカーがすべてのシュリンクフィルム用途のうち、およそ15％未満にしかPEを使用していません。通常、正確な寸法がそれほど重要でない低価格製品向けに主に使用されます。

フィルムの厚さとコンベア速度がシュリンクトンネルの温度にどのように影響するか

薄手フィルム（30～60 µm）：過剰収縮を防ぐため、狭い温度勾配の管理が必要

ほとんどの薄手フィルムは、摂氏プラスマイナス5度程度の狭い温度範囲内で収縮させるのが最適です。これを正確に行うには、プロセス全体での細心の温度管理が不可欠です。特に繊細な作業では、多ゾーントンネルが使用されます。これは上下に独立した加熱ゾーンを持ち、反りやしわなどの不具合を避けられるため、医薬品のブリスターパックや電子部品の保護カバーなど、わずかな欠陥も重大な影響を及ぼす用途に適しています。また、材料はできるだけ速く通過させる必要があり、理想的には最大でも7～8秒を超えないようにします。加えて、赤外線センサーで最終温度を確認し、特定の部分が過熱されて溶け始めることがないよう注意することも忘れてはいけません。

厚手フィルム（>75 µm）：コア層の活性化に高い温度と長い滞留時間が必要

75マイクロメートルより厚いフィルムは、熱の変化に対して応答が遅くなりやすく、内部のポリマー鎖を適切に弛緩させるために、約155〜175度の温度範囲で連続的に加熱する必要があります。急速に収縮する薄いフィルム表面と比較すると、厚いフィルムの中心部を活性化させるのに、オーブン内での処理時間がおよそ30〜50％長くかかります。化学薬品の包装用途でよく使用されるこれらの高バリア性ラミネートでは、中心部を十分に加熱しないと材料内部に応力ポイントが生じます。これらの弱点は、輸送および保管中に実際に問題が発生する箇所へと変化します。業界のデータによると、加熱ゾーンでの滞在時間が12秒未満の場合、漏れ率が約3分の2も上昇します。そのため、最近のほとんどの生産ラインでは、トンネル全体にわたり温度を±3度以内で安定させるPID制御の温度ゾーンを導入しています。

最新のシュリンクトンネルシステムにおける精密温度制御

マルチゾーンPID制御：上部／下部／投入部ゾーンの独立調整を可能にし、安定したシュリンクトンネル性能を実現

現代のシュリンクトンネルシステムは、精密な加熱を実現するために、マルチゾーンPID（比例-積分-微分）制御に依存しています。これにより、以下の3つの機能ゾーンそれぞれを独立して制御できます。

• 上部ヒーター 、ラベルの肩部および容器の首部分を対象とする
• 下部ヒーター 、フィルムが集積する底部の継ぎ目部分に集中
• 投入部の予熱ゾーン 、段階的かつ制御された収縮を開始

PIDアルゴリズムにより±2°Cの安定性を維持することで、従来の定温制御よりも厳密な温度管理を実現し、300ppmを超える高速運転時でもしわや変形を防止できます。

サーマルマッピングとリアルタイムフィードバックループ：ロット間のばらつきを40％以上低減

赤外線熱センサーがトンネル幅にわたって0.5秒ごとにフィルム表面温度をスキャンし、動的なヒートマップを生成します。これらのデータはフィードバック制御システムに入力され、以下の機能を実現します。

2024年の包装効率ベンチマークによると、バッチ間の一貫性は手動キャリブレーションシステムと比較して40％以上向上しています。継続的なフィードバックにより、フィルムロットのばらつきにも自動で補正されるため、起動時の廃棄を28％削減できます。

温度駆動型の品質結果：シュリンクトンネルにおける故障モードの診断

収縮不足（低温／速度過剰）：症状、根本原因および是正調整

温度が最適な状態からわずかに約10％低下した場合や、コンベアベルトが速すぎると、包装が緩くなり、目立つしわや保持力不足の問題が生じます。この問題は、トンネル内での低温部分、フィルムの厚さと温度設定の不適切な組み合わせ、または正しくキャリブレーションされていないヒーターなど、いくつかの要因によって引き起こされることが一般的です。これらの問題を効果的に解決するには、まずオペレーターが温度を約5～10℃程度徐々に上げるべきです。その後、システム全体で熱が均等に広がっているか確認し、次に生産ラインの速度をおよそ15～20％ほど減速して、材料が分子レベルで完全に活性化されるのに十分な時間を確保します。特にポリオレフィンフィルムの場合、少なくとも3.5秒間加熱を維持することが非常に重要です。昨年のPMMIの最近の調査によると、滞留時間（ドウェルタイム）を適切に維持している施設では、順守率が90％を超えた時点で、収縮不足の問題がほぼ4分の3も減少することが確認されています。

過熱による故障（焼損、ヘイジング、ピンホール）：熱的限界と視覚診断ガイド

材料の特定の耐熱限界を超えると、不可逆的な損傷が生じる可能性があります：PVCは125°Cを超えると燃焼し始め、ポリオレフィンは165°C以上で濁り（ヘイジング）が発生し、PEは120°Cを超えるとピンホールが形成されます。視覚診断には予測可能なパターンがあります：

• 焦げた端部 ：特定のトンネルゾーンにおける局所的な過熱
• ヘイジング ：長時間の過剰温度を示す均一な曇り
• ピンホール ：放射熱の急上昇を受けた薄膜領域

トンネル断面の赤外線マッピングが最も迅速な診断ツールです。領域間の温度変化が15°Cを超える場合、外観不良の68%に関連しています。包装工学の確立された原則によれば、オーバーシュート検出が0.8秒以内に自動調整をトリガーするとき、急速冷却システムにより熱関連の不良を43%低減できます。