JP6273794B2 - Heat seal quality control device - Google Patents
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Description
本発明は、プラスチックフィルムを加熱することによってフィルム同士を溶融接着させるヒートシール技術に関して、製袋機上の製品の良否を判定することができるヒートシール品質管理装置と、このヒートシール品質管理装置を備えたヒートシール装置に関する。 The present invention relates to a heat seal technology for melting and bonding films together by heating plastic films, a heat seal quality control device capable of determining the quality of a product on a bag making machine, and this heat seal quality control device. The present invention relates to a heat seal apparatus provided.
プラスチックフィルムに印刷、加熱、断裁などの処理を行い袋状に仕上げる製袋加工は、洗剤や食料品などの容器として様々な用途で用いられている。 Bag making, which is a process of printing, heating, cutting, etc. on a plastic film to form a bag, is used in various applications as a container for detergents and foods.
ヒートシールにはシール強度と呼ばれる品質特性があり、これはフィルム間の接着の強さを表すものであるが、十分な加熱が行われない場合にはシール強度不足による品質不良となり、また一方で過剰に加熱を行えばシワや不要な箇所の接着が発生するなどの外観不良に繋がることから、シール強度の品質管理は極めて重要となっている。 A heat seal has a quality characteristic called seal strength, which represents the strength of adhesion between films, but if sufficient heating is not performed, the quality becomes poor due to insufficient seal strength. Excessive heating leads to poor appearance such as wrinkles and adhesion of unnecessary parts, so quality control of seal strength is extremely important.
ヒートシールにおいて、シール強度はフィルムの溶着が発生する界面の温度（以下、「溶着面温度」と記載する。）がどの程度まで上昇したかによって品質が左右されるという特徴を持つため、逆に溶着面温度を適切に制御することができれば、安定したシール強度を得ることが可能である。 In heat sealing, the sealing strength is characterized by the fact that the quality depends on how much the temperature at the interface where the film is welded (hereinafter referred to as “welding surface temperature”) has risen. If the welding surface temperature can be appropriately controlled, stable seal strength can be obtained.
従来、製袋機における溶着面温度は、連続したフィルムが間欠的に搬送されている製造ラインの特性上、直接観測することが困難であった。このため、シール強度品質は仕上がった製袋品の中からサンプルを抜き取り、耐圧試験や落下試験などにより評価を行っており、この評価のために多くの時間を費やすことや、作業負荷が大きいという問題を抱えていた。 Conventionally, it has been difficult to directly observe the welding surface temperature in a bag making machine due to the characteristics of a production line in which continuous films are intermittently conveyed. For this reason, the seal strength quality is evaluated by extracting a sample from the finished bag-making product and conducting a pressure test or a drop test. I had a problem.
このような問題を解決するため、製造ライン上で製品の搬送中にヒートシールの品質を判断するための方法が提案されている。例えば、特許文献１では袋状製品の接着部についてヒートシール後の温度を放射温度計で測定し、所定の温度に満たなければ不良品と判断し、排出するための手法が開示されている。しかしながら、放射温度計ではヒートシール部の外側である基材の温度測定に留まっており溶着面温度は測定できていない。製袋品の場合、厚みや構成材料を変えた多種多様な製品があるため、ヒートシール部の表面温度のみでシール強度品質を判断することは難しい。 In order to solve such a problem, a method for judging the quality of the heat seal during the conveyance of the product on the production line has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for measuring the temperature after heat sealing of an adhesive portion of a bag-shaped product with a radiation thermometer, and determining that the product is defective if the temperature does not satisfy a predetermined temperature, and discharging the product. However, the radiation thermometer is limited to the temperature measurement of the base material outside the heat seal portion, and the welding surface temperature cannot be measured. In the case of bag-made products, since there are a wide variety of products with different thicknesses and constituent materials, it is difficult to judge the seal strength quality only by the surface temperature of the heat seal part.
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は製袋機の製造ライン上で、ヒートシールにおけるシール時間、およびシールバー表面温度に基づいて溶着面温度を推定し、溶着面温度の値に応じて、シール品質の良否を判断する装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, the purpose of which is to estimate the welding surface temperature based on the sealing time in the heat seal and the seal bar surface temperature on the production line of the bag making machine, It is an object of the present invention to provide an apparatus for judging whether or not the seal quality is good according to the value of the welding surface temperature.
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、プラスチックフィルムを袋状に仕上げる製袋加工を行う製袋機での工程の一つであるプラスチックフィルム同士を溶融接着させるヒートシールにおいて、
該プラスチックフィルム同士の溶融接着が発生する界面の温度を溶着面温度と規定するとき、
シール時間とシールバー表面温度に対応する溶着面温度の実測値に基づいて作成される溶着面温度特性モデルを用いて、
製袋機のシール動作毎に製袋機から取得されるシール時間とシールバー表面温度の実測値を該溶着面温度特性モデルに当てはめることによって、
製袋機の製造ライン上の溶着面温度を推定することによって監視し、
あらかじめ設定した管理幅の範囲内に該製袋機の製造ライン上の溶着面温度が含まれるか否かの品質判定を行うことを特徴とするヒートシール品質管理装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a heat seal for melting and bonding plastic films, which is one of the steps in a bag making machine for carrying out a bag making process for finishing a plastic film into a bag shape. In
When the temperature of the interface where the melt adhesion between the plastic films occurs is defined as the welding surface temperature,
Using the welding surface temperature characteristic model created based on the measured value of the welding surface temperature corresponding to the seal time and the seal bar surface temperature,
By fitting the measured values of the seal time and seal bar surface temperature obtained from the bag making machine for each sealing operation of the bag making machine to the weld surface temperature characteristic model,
Monitoring by estimating the welding surface temperature on the production line of the bag making machine,
It is a heat seal quality control device characterized by performing quality judgment as to whether or not the welding surface temperature on the production line of the bag making machine is included within the range of a control width set in advance.
さらに、請求項２に記載の発明は、製品の品質判定において、前記製袋機の製造ライン上の溶着面温度が前記管理幅から外れた場合に、該製袋機の製造ライン上の溶着面温度が該管理幅内の値となるように適正なシール時間を算出し、製袋機に対してシール時間の指示値を自動送信することを特徴とする請求項１に記載のヒートシール品質管理装置である。 Furthermore, the invention according to claim 2 is directed to the welding surface on the production line of the bag making machine when the welding surface temperature on the production line of the bag making machine deviates from the control width in the quality determination of the product. 2. The heat seal quality control according to claim 1 , wherein an appropriate seal time is calculated so that the temperature is within the control range, and an indication value of the seal time is automatically transmitted to the bag making machine. Device.
本発明では、プラスチックフィルムのヒートシール加工において、製造ライン上で溶着面温度を算出・監視することによって、製品が適正なシール強度品質を満たしているか否かを判断することが可能である。 In the present invention, in heat sealing processing of a plastic film, it is possible to determine whether or not a product satisfies an appropriate seal strength quality by calculating and monitoring the welding surface temperature on the production line.
製袋機における溶着面温度は、加工対象のフィルムへのシール時間と、シール時のシールバー表面温度に対応する溶着面温度の関係式である、溶着面温度特性モデルが得られていれば、製造ラインにおけるシール時間やシールバー表面温度を測定することによって推定が可能である。 If the welding surface temperature in the bag making machine is a relational expression between the sealing time to the film to be processed and the welding bar temperature corresponding to the seal bar surface temperature at the time of sealing, a welding surface temperature characteristic model is obtained, It can be estimated by measuring the sealing time and the seal bar surface temperature in the production line.
一般的にヒートシール時の溶着面温度に対するシール強度の関係は、フィルムを構成しているシーラント層の材質によって変わるものである。これはシーラントの融点の違いによるところが大きく、例えばＬＬＤＰＥ（直鎖上低密度ポリエチレン）では、融点が１０３℃から１１６℃程度であるため、同温度帯まで溶着面温度を上昇させることで十分なシール強度が発現する。このような特徴から材料に適した溶着面温度の範囲を管理幅に用いることによって、ヒートシール品質を見極めることが可能である。 In general, the relationship of the seal strength with respect to the welding surface temperature during heat sealing varies depending on the material of the sealant layer constituting the film. This is largely due to the difference in the melting point of the sealant. For example, LLDPE (linear low-density polyethylene) has a melting point of about 103 ° C to 116 ° C. Strength develops. From these characteristics, it is possible to determine the heat seal quality by using the range of the welding surface temperature suitable for the material as the management width.
このように、本発明によればヒートシール不良の製品の流出を防ぐことが可能であり、さらには抜き取り検査によるシール強度品質確認の手間を大幅に省くことができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent outflow of a product having a poor heat seal, and further, it is possible to greatly save the trouble of checking the seal strength quality by sampling inspection.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本実施形態におけるシール品質管理装置の機能を表すブロック図である。シール品質管理装置１は入力部１１、データ取得部１２、記憶部１３、出力部１４、処理部１５から構成される。まず、入力部１１は、溶着面温度特性モデルを入力するための機能を備える。また、シール品質の良否を判断する溶着面温度の値の範囲の入力を可能とする。データ取得部１２は生産中の製袋機のシール時間およびシールバー表面温度をシール動作毎に取得するための機能を有している。記憶部１３は加工対象のフィルムに対応した溶着面温度特性モデルを記憶するためのもので、メモリやハードディスク等の記憶媒体が用いられる。処理部１５は、取得されたシール時間とシールバー表面温度に基づいて溶着面温度の計算を行う溶着面温度算出部１５１と、溶着面温度からシール品質の良否を判定する品質判定部１５２で構成される。出力部１４は、シール品質判定の結果をオペレータに伝えるための手段であり、モニタやプリンタなどが用いられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the function of the seal quality management apparatus in this embodiment. The seal quality management device 1 includes an input unit 11, a data acquisition unit 12, a storage unit 13, an output unit 14, and a processing unit 15. First, the input unit 11 has a function for inputting a welding surface temperature characteristic model. In addition, it is possible to input a range of welding surface temperature values for determining whether the seal quality is good or bad. The data acquisition unit 12 has a function for acquiring the sealing time and the seal bar surface temperature of the bag making machine being produced for each sealing operation. The storage unit 13 stores a welding surface temperature characteristic model corresponding to the film to be processed, and a storage medium such as a memory or a hard disk is used. The processing unit 15 includes a welding surface temperature calculation unit 151 that calculates the welding surface temperature based on the acquired sealing time and seal bar surface temperature, and a quality determination unit 152 that determines the quality of the seal from the welding surface temperature. Is done. The output unit 14 is a means for transmitting the result of the seal quality determination to the operator, and a monitor, a printer, or the like is used.
図２は、プラスチックフィルムを加工し製袋品を製造する製袋機２のヒートシール加工を施す部分の概略図である。連続したフィルムは間欠的に搬送され、最終的な製袋品の底部や横部に相当する場所にシールバーが上下駆動することで押し当てられシールが達成される。製袋機２において、シールバーの温度やシール時間は設定可能なパラメータであるが、機械運転中にはシール動作ごとに刻々と変動するデータであり、実際にフィルムに与えられたシール時間とシール時のシールバー表面温度を測定するための手段を備え、設定値と実効値を把握することが可能である。なお、ヒートシール加工は底シールと横シールなどシール箇所の違いがあり、シール箇所の違いによって加熱対象のフィルムの枚数やシール回数は異なる。 FIG. 2 is a schematic view of a portion of the bag making machine 2 that processes a plastic film and manufactures a bag making product, which is subjected to heat sealing. The continuous film is intermittently conveyed, and a seal bar is pressed up and down to a position corresponding to the bottom or lateral part of the final bag product to achieve sealing. In the bag making machine 2, the temperature of the seal bar and the seal time are parameters that can be set, but are data that fluctuate every time during the machine operation, and the actual seal time and seal given to the film. A means for measuring the seal bar surface temperature at the time is provided, and the set value and effective value can be grasped. In addition, the heat sealing process has a difference in the sealing part such as a bottom seal and a horizontal seal, and the number of films to be heated and the number of sealings differ depending on the difference in the sealing part.
図３は、製袋機におけるシールバー表面温度を測定した結果である。シールバーはシール動作毎にフィルムに熱を供給しており、シールバーの温度を一定に保持するようにヒータの制御を行っている。シールバー表面温度の時間に対する挙動は、シールバーの材質や搬送速度などの各種運転条件によって変化するという特徴を持つ。 FIG. 3 shows the results of measuring the surface temperature of the seal bar in the bag making machine. The seal bar supplies heat to the film every sealing operation, and the heater is controlled so as to keep the temperature of the seal bar constant. The behavior of the seal bar surface temperature with respect to time has a characteristic that it changes depending on various operating conditions such as the material of the seal bar and the conveyance speed.
図４は、製袋機におけるシール動作毎のシール時間の実測値である。シール時間は、底シールや横シールなどのシール箇所毎に機械調整が行われ、それぞれの設定値からの偏りやばらつきは異なっていることが多い。このため、シール時間の実測値に基づいてヒートシール品質の管理を行うことが重要となる。 FIG. 4 is an actual measurement value of the sealing time for each sealing operation in the bag making machine. The seal time is mechanically adjusted for each seal location such as the bottom seal and the lateral seal, and deviations and variations from the set values are often different. For this reason, it is important to manage the heat seal quality based on the measured value of the sealing time.
図５は、溶着面温度特性モデルを用いて、製袋機におけるシールバー表面温度とシール時間から溶着面温度を予測した値の時系列変化である。シールバー表面温度やシール時間の変動と連動して、溶着面温度も変化する。この溶着面温度に対して、シール品質の許容幅を設けることによって、管理値を逸脱した製品を特定することが可能となる。管理値外れが発生した場合、それが管理上限外れであればシール時間を短縮するように、逆に管理下限外れであればシール時間を増大するようにシールユニットを制御する。 FIG. 5 is a time series change of a value obtained by predicting the welding surface temperature from the sealing bar surface temperature and the sealing time in the bag making machine using the welding surface temperature characteristic model. The weld surface temperature also changes in conjunction with fluctuations in the seal bar surface temperature and seal time. By providing an allowable range of seal quality with respect to the welding surface temperature, it is possible to specify a product that deviates from the control value. If a management value deviation occurs, the sealing unit is controlled so that the sealing time is shortened if the management value is outside the management upper limit, and conversely, if the management value is outside the management lower limit, the sealing time is increased.
図６は、溶着面温度特性モデルをグラフで表現した図である。グラフの横軸はシール時間を表し、グラフの縦軸はシールバー表面温度を表す。シール時間とシールバー表面温度の交わる点が溶着面温度であり、グラフ上では等高線で表現している。例えば、シールバー表面温度が２３０℃の場合は１８０℃の場合に比べて横軸方向の等高線の幅が狭くなっているが、これはより短いシール時間で溶着面温度が高温に達することを意味する。 FIG. 6 is a graph representing a welding surface temperature characteristic model. The horizontal axis of the graph represents the sealing time, and the vertical axis of the graph represents the seal bar surface temperature. The point at which the seal time and the seal bar surface temperature intersect is the weld surface temperature, which is represented by contour lines on the graph. For example, when the seal bar surface temperature is 230 ° C., the width of the contour line in the horizontal axis direction is narrower than when the seal bar surface temperature is 180 ° C., which means that the welding surface temperature reaches a high temperature in a shorter sealing time. To do.
図７は、本実施形態のシール品質管理を行うためのフロー図である。まず、入力部１１によって溶着面温度特性モデルを入力し、記憶部１３に記憶する。ここで、溶着面温度特性モデルは、数１の式で表現される数式を用いる。式中の記号は、Ｔｍは溶着面温度、Ｔｆはシールバー表面温度、ｔはシール時間、ａ、ｂ、ｃは調整パラメータを表す。ただし、溶着面温度特性モデルは、さらに当てはまりのよいものであれば、数１と異なっても構わない。
また、溶着面温度で製品の良否判定を行うために、溶着面温度良品判定範囲を入力部１１に入力する（ステップＳ１０）。例えば、シーラント層がＬＬＤＰＥであれば、シーラントが概ね融解している１１０℃から１１５℃を溶着面温度良品判定範囲として設定する。
FIG. 7 is a flowchart for performing seal quality control according to this embodiment. First, the welding surface temperature characteristic model is input by the input unit 11 and stored in the storage unit 13. Here, the welding surface temperature characteristic model uses a mathematical expression expressed by the equation (1). Symbols in the formula are Tm is a welding surface temperature, Tf is a seal bar surface temperature, t is a sealing time, and a, b, and c are adjustment parameters. However, the welding surface temperature characteristic model may be different from Equation 1 as long as it is more applicable.
In addition, in order to determine the quality of the product at the welding surface temperature, the welding surface temperature non-defective product determination range is input to the input unit 11 (step S10). For example, if the sealant layer is LLDPE, 110 ° C. to 115 ° C. at which the sealant is generally melted is set as the weld surface temperature non-defective product determination range.
続いて、シールユニットを上下に駆動し、加工対象フィルムをシールバーで挟み込むことにより、フィルムを加熱するシール動作を行う（ステップ２０）。 Subsequently, the sealing unit is driven up and down, and the film to be processed is sandwiched between the sealing bars to perform a sealing operation for heating the film (step 20).
次に、データ取得部１２において、製袋機の上側、および下側のシールバー表面温度を測定する。また、シール動作中における高さセンサのデータを測定することによって、上下のシールバーの接触開始時刻、および接触終了時刻を割り出し、それぞれの時刻の差分からシール時間を算出する（ステップＳ３０）。 Next, in the data acquisition unit 12, the upper and lower seal bar surface temperatures of the bag making machine are measured. Further, by measuring the height sensor data during the sealing operation, the contact start time and the contact end time of the upper and lower seal bars are determined, and the seal time is calculated from the difference between the times (step S30).
次に、溶着面温度算出部１５１において、取得されたシール時間、およびシールバー表面温度を用いて溶着面温度を算出する（ステップ４０）。図６において、例えばシール時間が０．６５秒、シールバー表面温度が２００℃であった場合、矢印の交点から溶着面温度は１４０℃であると予測できる。 Next, the welding surface temperature calculation unit 151 calculates the welding surface temperature using the acquired sealing time and seal bar surface temperature (step 40). In FIG. 6, for example, when the sealing time is 0.65 seconds and the seal bar surface temperature is 200 ° C., the welding surface temperature can be predicted to be 140 ° C. from the intersection of the arrows.
続いて、算出された溶着面温度とあらかじめ入力された溶着面温度良品判定範囲を比較し、範囲内に溶着面温度が含まれていない場合には、シール品質不良を判断する（ステップ５０）。 Subsequently, the calculated welding surface temperature is compared with a preliminarily inputted welding surface temperature non-defective product determination range, and if the welding surface temperature is not included within the range, a seal quality failure is determined (step 50).
シール品質不良と判断された製品は良品との区別が付くように、製品自体にマーキングを行う（ステップ６０）。マーキングされた製品はフィルムが断裁され、個別になった段階で排出することにより、不良品の流出を防ぐ。 The product itself is marked so that the product determined to have poor seal quality can be distinguished from the non-defective product (step 60). The marked product is discharged after the film is cut and separated, thereby preventing the outflow of defective products.
続いて、シール品質不良が発生した場合、溶着面温度を管理値内に復帰するように、シール時間の調整を行う（ステップ７０）。例えば、シールバー表面温度が低下したことによって、溶着面温度が管理値を下回った場合には、必要な溶着面温度を満たすためシール時間を長くするように指示値を製袋機に対して送信する。逆に、シールバー表面温度が上昇したことによって、溶着面温度が管理値を上回っていれば、シール時間を短くするような指示値を製袋機に送信する。 Subsequently, when a seal quality defect occurs, the seal time is adjusted so that the welding surface temperature returns to the control value (step 70). For example, if the welding surface temperature falls below the control value due to a decrease in the seal bar surface temperature, an instruction value is sent to the bag making machine to increase the sealing time to satisfy the required welding surface temperature. To do. Conversely, if the welding surface temperature exceeds the control value due to the rise in the seal bar surface temperature, an instruction value for shortening the sealing time is transmitted to the bag making machine.
製袋機では、シール時間の指示値をもとにシールユニットのシール時間設定値を変更する。このことにより、溶着面温度が常に管理幅内に制御された状態で生産を行うことが可能となる。 In the bag making machine, the seal time setting value of the seal unit is changed based on the indicated value of the seal time. This makes it possible to perform production in a state where the welding surface temperature is always controlled within the control range.
最後に、シールが完了すると、フィルムを搬送し、次シール動作のシール位置への位置決めを行う（ステップ８０）。すべての予定数量が完了した時点で生産終了となる。 Finally, when the sealing is completed, the film is conveyed and positioned to the sealing position for the next sealing operation (step 80). Production ends when all planned quantities are completed.
上述した実施形態のヒートシール品質管理装置によれば、製袋機の製造ライン上の溶着面温度を推定することが可能であり、溶着面温度を監視することによってシール強度品質が所望の範囲に含まれているか否かを判断することができる。また、これまで製品のシール強度品質は人手で長時間を費やして評価していたものを、製造ライン上において自動で評価できるようになり、オペレータの作業負荷を大幅に削減することが可能である。 According to the heat seal quality control device of the above-described embodiment, it is possible to estimate the weld surface temperature on the production line of the bag making machine, and by monitoring the weld surface temperature, the seal strength quality falls within a desired range. It can be determined whether or not it is included. In addition, it has become possible to automatically evaluate the seal strength and quality of products that have been evaluated manually over a long period of time on the production line, greatly reducing the operator's workload. .
また、本実施形態では、一度加工対象のフィルムに対する溶着面温度特性モデルを作成しておくことで、仮に複数台の製袋機で生産を行う場合であってもシール時間とシールバー表面温度を測定することにより、溶着面温度の算出が可能になり、容易に品質管理手法を展開することが可能となる。 Further, in this embodiment, once the welding surface temperature characteristic model for the film to be processed is created, the seal time and the seal bar surface temperature are set even if production is performed with a plurality of bag making machines. By measuring, the welding surface temperature can be calculated, and a quality control method can be easily developed.
１ シール品質判定装置
１１ 入力部
１２ データ取得部
１３ 記憶部
１４ 出力部
１５ 処理部
１５１ モデル作成部
１５２ 溶着面温度算出部
１５３ 品質判定部
２ 製袋機
２１ 底シール
２２ 横シール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Seal quality determination apparatus 11 Input part 12 Data acquisition part 13 Storage part 14 Output part 15 Processing part 151 Model preparation part 152 Welding surface temperature calculation part 153 Quality determination part 2 Bag making machine 21 Bottom seal 22 Horizontal seal
Claims (2)
該プラスチックフィルム同士の溶融接着が発生する界面の温度を溶着面温度と規定するとき、
シール時間とシールバー表面温度に対応する溶着面温度の実測値に基づいて作成される溶着面温度特性モデルを用いて、
製袋機のシール動作毎に製袋機から取得されるシール時間とシールバー表面温度の実測値を該溶着面温度特性モデルに当てはめることによって、
製袋機の製造ライン上の溶着面温度を推定することによって監視し、
あらかじめ設定した管理幅の範囲内に該製袋機の製造ライン上の溶着面温度が含まれるか否かの品質判定を行うことを特徴とするヒートシール品質管理装置。 In heat sealing that melts and bonds plastic films, which is one of the processes in a bag making machine that performs bag making processing to finish a plastic film into a bag shape ,
When the temperature of the interface where the melt adhesion between the plastic films occurs is defined as the welding surface temperature,
Using the welding surface temperature characteristic model created based on the measured value of the welding surface temperature corresponding to the seal time and the seal bar surface temperature,
By fitting the measured values of the seal time and seal bar surface temperature obtained from the bag making machine for each sealing operation of the bag making machine to the weld surface temperature characteristic model,
Monitoring by estimating the welding surface temperature on the production line of the bag making machine,
A heat seal quality control apparatus for performing a quality determination as to whether or not a welding surface temperature on a production line of the bag making machine is included within a range of a control width set in advance.
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