WO2011068090A1

WO2011068090A1 - 容器のシール不良検査方法および検査装置

Info

Publication number: WO2011068090A1
Application number: PCT/JP2010/071307
Authority: WO
Inventors: 太一伊集院; 富夫山内; 晃川添; 哲也高富
Original assignee: 大和製罐株式会社
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-06-09
Also published as: EP2508862A4; JP2011117865A; EP2508862A1; US8796628B2; US20120267534A1; JP5550134B2

Abstract

　赤外線を使用した容器のシール不良検査方法について、ヒートシールの直後でなくても、比較的安価な装置により、非接触・非破壊で全数検査できるようにする。　波長が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの赤外線を投光器７からサンプル容器のシール部に照射して、透過又は反射した赤外線を受光器８で受光し、光ファイバー９でフォトディテクター１０に送って赤外線の光量に比例した電圧を出力させ、出力させた電圧を平滑回路基板１１でアナログ電圧値に変換してから制御器１２に送って、予めアナログ電圧値の閾値を設定しておくと共に、検査対象の容器のシール部に対して、サンプル容器の場合と同じ赤外線を同じ光量で照射し、受光した赤外線をアナログ電圧値に変換してから制御器１２に送って、サンプル容器で予め設定した閾値よりも減少している場合にはシール不良であると判定する。

Description

容器のシール不良検査方法および検査装置

　本発明は、ヒートシールなどの方法で密封されている容器のシール不良を検査するための方法および装置に関し、特に、赤外線を使用するシール不良検査方法および検査装置に関する。

　パウチと呼ばれる袋状の容器やシート状の蓋体で密閉されるカップ状容器などの容器では、ヒートシール法によって面接着を行い、開口部を密閉している。その密閉作業は、容器に内容物を充填した後に行うので、希にはシール部に内容物が介在してしまい、これが原因でシール不良が生じる可能性がある。そのため、従来、この種のシール部のシール不良を検出することが種々試みられており、その一例として、赤外線を使うことにより非破壊で全数検査できる方法が、例えば、特開平０６－１４４４１６号公報によって提案されている。この公報に記載された方法は、ヒートシール部の幅方向に沿う各点の温度を赤外線放射表面温度計により非接触で検出し、検出された温度分布が予め定めた良品の適正温度分布から所定値以上異なるときに不良の判定を行う方法である。

　また、特開２０００－７９９１７号公報には、ヒートシール直後のシール部分の温度情報に基づきシール不良を検出すること、その温度情報はヒートシール直後のシール部分を赤外線カメラで撮像し、その熱画像情報をコンピュータ処理して計測される温度分布であること、こうして得られた温度情報を正常にヒートシールされたシール部について得られた温度情報と対比してシールの良否を自動的に判別することが開示されている。

　上述したように容器を密閉するヒートシールは、熱を加えて接着剤を軟化させることにより接着を行う方法であるから、接着直後に温度もしくはその分布を検出することによりシール不良を検出することができ、そのため従来、上記の各公報に記載されているように、赤外線を利用してシール部の温度やその分布を検出している。しかしながら、赤外線を利用して温度や温度分布を計測する方法は、温度の高い部分から発する赤外線の量が多いことを利用した方法であるから、周囲との温度差が小さい場合には、温度分布を正確には検出し得なくなる。そのため、例えばヒートシールしてからその良否を判定するまでの時間が長いなどのことによってシール部が冷却されてしまうと、シール部とその周囲との温度差がなくなってシール部での温度分布を計測できず、その結果、シール部の良否を判別することができないという問題が生じる。

　本発明は、ヒートシールの直後でなくても、非接触・非破壊で全数検査できると共に、比較的安価な装置によって実施できるシール不良検査方法および検査装置を提供することを目的とするものである。

　本発明は、上記のような課題を解決するために、面接着されてシールされている容器のシール部でのシール不良を赤外線を使用して検査するための方法および装置であって、シール不良が無いサンプル容器のシール部に対して、波長が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の赤外線を照射し、その赤外線の透過又は反射により得られた透過赤外線又は反射赤外線を受光し、受光した赤外線の光量に応じた電圧を出力させ、出力された電圧をアナログ電圧値に変換して、そのアナログ電圧値を閾値として保持し、検査対象の容器のシール部に対して、サンプル容器の場合と同じ赤外線を同じ光量で照射し、その赤外線の透過又は反射して得られた透過赤外線又は反射赤外線を受光し、受光した赤外線を前記サンプル容器の場合と同じようにアナログ電圧値に変換し、このアナログ電圧値が前記閾値よりも低い場合に、シール不良であると判定するように構成されていることを特徴とする。

　なお、本発明における赤外線は、半導体レーザを用いて発生させたものであることが好ましい。また、複数の集光レンズを用い、それぞれの集光レンズにより範囲を分担して、透過赤外線又は反射赤外線を受光するように構成することができる。

　本発明によれば、波長の幅が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の赤外線を容器のシール部に照射するように構成されているので、水分を含んだ内容物などがシール部に噛み込まれていると、その部分で赤外線が水分に吸収されて、シール部を透過又は反射する赤外線の光量が減少する。したがって、本発明によれば、ヒートシールの直後にシール部の温度分布を計測しなくても、シール部でのシール不良の有無を判定することができる。

　しかも、本発明では、シール部を透過又は反射する赤外線の光量の比較を、赤外線の光量を計測することにより行うのではなく、赤外線をアナログ電圧値に変換してから、このアナログ電圧値を比較することにより行っている。そのため、赤外線の光量を計測するために必要な比較的高価な装置を使用することなく、赤外線をアナログ電圧値に変換するために必要な比較的安価な装置を使用することによって、シール部を透過又は反射する赤外線の光量を比較することができる。

一つずつに分離した単体の袋状容器をベルトコンベアにより搬送しながら検査する本発明に係る装置の一例を概略的に示す説明図である。図１に示した検査装置において赤外線を照射・受光する部分を示す説明図である。本発明に係る他の検査装置の赤外線を照射・受光する部分を示す説明図である。

　本発明は、赤外線を使用してシール不良を判定するように構成されており、その赤外線は、波長が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の赤外線に特定されている。赤外線を使用すれば、検査対象物に接触せずに、また検査対象物を破壊することなく、全数検査することができ、これに加えて、上記の波長範囲の赤外線の水分による吸収率が７７％程度であるのに対して、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの合成樹脂による上記の波長範囲の赤外線の吸収が殆ど生じないので、シール部における、水分のある介在物を明確に識別できるからである。

　また、本発明では、シール部に照射した赤外線の反射光に限らず、透過光に基づいて、シールの良否の判定が行われる。反射光および透過光のいずれであっても、シール部についての情報を含んでいるからである。

　さらに、本発明では、赤外線の反射光あるいは透過光をアナログ電圧に変換し、そのアナログ電圧に基づいてシールの良否の判定を行う。赤外線をアナログ電圧に変換することは、容易に、また安価な装置でおこなうことができるからである。

　そして、本発明では、上記のアナログ電圧の絶対値ではなく、相対値に基づいてシールの良否の判定を行う。シール部の構造や素材などによって、上記の赤外線の反射光や透過光の光量が異なるからであり、したがって本発明では、シール不良の生じていないサンプル容器のシール部に上記の波長範囲の赤外線を照射し、その反射光あるいは透過光から得られたアナログ電圧に基づいて閾値を設定し、その閾値に基づいてシールの良否を判定するように構成されている。

　本発明で対象とするシール部は、要は、接着されて閉じられている部分であればよいが、赤外線を使用するから赤外線が接着部分にまで到達する構造あるいは素材のシール部に限られる。また、容器は、袋状のものであってもよく、あるいはカップ状にものであってもよい。

　以下に述べる具体例で挙げてある容器は、内容物が充填された筒状部分の両端がヒートシールにより密閉された袋状容器である。この種の容器では、その容器自体の製造過程に限らず、内容物が充填された製品についても、そのシール部を連続的に全数検査することが望まれている。

　その袋状容器の製造過程を簡単に説明すると、先ず、内容物を充填する充填装置の充填ノズルを囲むように、エンドレスの合成樹脂製シートを円筒形に丸め、丸められたシートの端部同士を合わせて長手方向にヒートシールして筒状体に形成する。次いで、この筒状体の一端を幅方向にヒートシールして塞ぐ一方、開口している他端側から内容物を充填した後、その開口端をヒートシールして塞ぐことで一個分の袋状容器にする。このような過程を、連続的に繰り出される合成樹脂製シートに連続的に行って、シール部により繋がった状態の複数の袋状容器を作り、次いでシール部の適所を切断して単体の袋状容器に分離している。

　そのように製造される袋状容器では、ヒートシールする部分に介在する内容物や空気を外へ押し出して、シール部でのいわゆる噛み込みが起きないようにヒートシールしている。具体的には、内容物を充填してからヒートシールする際に、ヒートシールする部分を容器の内側から外側に向かってヒートシール金型で徐々にヒートシールしたり、或いは、ヒートシールする部分を予めロールで挟んでしごいてからヒートシール金型でヒートシールしている。

　しかしながら、例えば、魚肉片をマヨネーズに混入させたツナマヨネーズ等のような、流体中に固形物が混在する内容物の場合は、ヒートシールする部分に挟まれた固形物を外に押し出し難いため、シール部に内容物の噛み込みが起きる可能性が高い。そのような内容物の噛み込みが起きると、シール部にカビが発生したり、内容物が漏れ出したりする虞があり、そのために製品全数についてシール部を検査することが望まれている。

　本発明は、そのような内容物が充填された筒状部分の両端がヒートシールにより密閉されている袋状容器を検査対象として赤外線により容器のシール部を連続的に全数検査するように構成されており、その一具体例について、以下に詳しく説明する。

　先ず、本発明に係る装置について説明すると、図１および図２はその装置を模式的に示しており、袋状容器１を連続的に搬送しながら、それぞれ袋状容器１のシール部２を検査するように構成されている。その袋状容器１は、両端がシール部２となるように一つずつの単体に分離されており、その大きさは特に限定するものではないが、一例として、横幅が５０ｍｍ、縦方向の長さが１００ｍｍ、シール部２の縦方向の幅が１０ｍｍであり、また素材はポリプロピレンの単層構造である。なお、本発明では、ポリエチレンテレフタレートの単層構造や、ポリエチレンテレフタレート又はポリプロピレンにナイロン又はエチレンビニルアルコール共重合体のようなガスバリア樹脂を挟んだ多層構造などの容器を対象とすることができ、対象とする容器の素材あるいは材質や大きさは特に限定されるものではない。

　上記の袋状容器１を連続的に搬送するベルトコンベア３が設けられている。このベルトコンベア３は、上記の袋状容器１をその両端のシール部２が搬送方向に対して左右となるように載置し、モータ４によって駆動されることにより一定速度で走行するように構成されている。このベルトコンベア３の上面には、その走行方向に一定の間隔を空けてプッシュフィン５が設けられており、またベルトコンベア３と平行にガイド６が設置されている。すなわち、ベルトコンベア３上に載置した袋状容器１をプッシュフィン５によって押すとともにガイド６によって左右方向の位置を決めつつ搬送方向に案内することにより、袋状容器１の姿勢を維持しつつ、ベルトコンベア３の動きによって一定速度で搬送するように構成されている。

　上記のベルトコンベア３の走行方向での途中には、その左右の両側にそれぞれ一対の投光器７と受光器８とが配置されている。これらの投光器７および受光器８は、上記のガイド６によって位置決めされて走行している袋状容器１における両端のシール部２に対向して配置されている。そして、投光器７は、波長が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の赤外線をシール部２に向けて照射するように構成されている。特に、そのような赤外線を、シール部２の幅（搬送方向と直交する方向の長さ）を全体的にカバーできるように、円形に照射している。本具体例では、直径が約１０ｍｍの円形にして照射している。

　なお、投光器７から照射する赤外線は、発光ダイオードによるものも考えられるが、発光ダイオードによる赤外線では、設定した波長を中心にしてその波長の幅が広くなってしまうことから、半導体レーザーによる赤外線が好ましい。この半導体レーザーにより赤外線の波長の幅を１４５０ｎｍ±２０ｎｍ程の狭い範囲とすることで、検査の精度を向上させることができる。

　また受光器８は、シール部２を透過した赤外線を受光するように構成されている。この受光器８は、集光レンズを備えており、本具体例では、シール部２の幅方向に並べられて設置された二枚の集光レンズを備えている。なお、投光器７からは直径が約１０ｍｍの円形に赤外線を照射しているが、シール部２を透過した赤外線は僅かに直径が増加するため、これを受光する受光器８の二枚の集光レンズは、それぞれ直径が６ｍｍのものを使用している。

　受光器８の集光レンズは、一枚（直径が１２ｍｍ）でも良いが、二枚（それぞれ直径が６ｍｍ）にした場合には、一つ一つの集光レンズが検査を担当する面積を縮小させることができ、その結果、一枚の場合よりも検査精度を向上させることができる。また、より小さな介在物を検出する場合には、より小さな面積の集光レンズを選定して多数使用すればよい。

　受光器８は、受光した透過赤外線を伝送する光ファイバー９を介してフォトディテクター１０に接続されている。なお、ここで説明している本具体例では、左右二枚ずつ（計四枚）の集光レンズが設けられているので、四台のフォトディテクター１０が設置されている。フォトディテクター１０は、受信した赤外線の光量に応じた電圧を検出信号として出力するように構成されており、このフォトディテクター１０から出力された電圧信号をアナログ電圧値に変換する平滑回路基板１１が設けられ、そのアナログ電圧値を制御器（コントローラ）１２に伝送するように構成されている。したがってフォトディテクター１０および平滑回路基板１１が本発明における電圧発生手段に相当している。なお、制御器１２は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、モータ４に取り付けられたエンコーダー１３の出力信号などが入力されており、その入力された信号を処理してシール部２の良否を判定し、またその判定結果に基づいて適宜の制御信号を出力するように構成されている。例えば、ベルトコンベア３の搬送方向での下流側には、電磁弁１４によってエアー通路が開閉されて圧縮空気を、ベルトコンベア３上の袋状容器１に向けて噴射するリジェクトノズル１５が設けられており、制御器１２はその電磁弁１４に対して制御信号を出力するように構成されている。したがって制御器１２が本発明における閾値保持手段および比較手段ならびに判定手段に相当している。

　つぎに上述した装置の作用すなわち本発明に係る検査方法について説明する。先ず、基準となるデータ（すなわち閾値）を得るために、シール不良が全く無いサンプルの袋状容器１のシール部２に赤外線を照射し、その透過光もしくは反射光に基づいてデータを取得する。すなわち、シール不良が全く無いサンプルの袋状容器１をベルトコンベア３に載せて搬送し、この容器のシール部２に対して、投光器７から、波長が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の赤外線を照射する。

　投光器７から照射された赤外線は、袋状容器１のシール部２を透過してから、透過赤外線として受光器８により受光される。この受光された赤外線は、光ファイバー９でフォトディテクター１０に送られて赤外線の光量に応じた電圧（例えば、比例した電圧）を出力させ、出力された電圧は平滑回路基板１１でアナログ電圧値に変換されてから制御器１２に送られる。そして、制御器１２では、そのアナログ電圧値を閾値として格納する。

　平滑回路基板１１から制御器１２に送られるアナログ電圧値は、装置の全体としての構成や投光器７の出力あるいは受光器８の仕様などによって異なるが、本具体例による一例を挙げると、最大値が１０Ｖで、最小値が０Ｖである。最大値の１０Ｖは、シール不良が全く無いサンプルでのシール部２を透過する赤外線の光量に比例する値であるから、本具体例でのアナログ電圧値の閾値は１０Ｖとなる。

　なお、受光器８の集光レンズを複数設置することにより、シール部２における検査範囲のそれぞれに閾値を設定することが可能である。このように構成することにより、シール部２の中央部分のみを厳密に検査する等、シール部２の所望部位のみを厳密に検査することが可能となる。したがって、例えば、シール部２の外縁付近に少々の噛み込みが有っても、シール部２の中央部分に全く噛み込みが無いことにより実質的にシール不良とならない場合、このような噛み込みをシール不良の判定から外すことができる。

　上記のようにしてアナログ電圧値の閾値を予め設定した後、検査対象となる複数の袋状容器１を、ベルトコンベア３に載せて連続的に搬送し、その搬送の過程でそれぞれの袋状容器１のシール部２に対して、サンプル容器の場合と同様に、波長が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の赤外線を、同じ光量で投光器７から照射する。袋状容器１のシール部２を透過して受光器８により受光された透過赤外線は、光ファイバー９でフォトディテクター１０に送られ、平滑回路基板１１を介してアナログ電圧値に変換されてから制御器１２に送られる。

　検査対象についてのアナログ電圧値が送られた制御器１２では、送られてきたアナログ電圧値と、予め設定されたアナログ電圧値の閾値とを比較し、検査対象についてのアナログ電圧値が予め設定されているアナログ電圧値の閾値よりも低い場合には、シール不良であると判定する。シール不良の判定が成立すると、本具体例では、制御器１２からリジェクト信号が発信される。

　制御器１２には、ベルトコンベア３を動かすモータ４に取り付けられたエンコーダー１３からの位置情報が入力されている。この位置情報は、ベルトコンベア３上の各袋状容器１の位置を示す情報であり、したがってその位置情報に基づき、リジェクトノズル１５の前に送られてきている袋状容器１がシール不良と判定されたものであるか否かが判る。制御器１２は、シール不良と判定された袋状容器１がリジェクトノズル１５の前に到達したタイミングでリジェクト信号を発信して電磁弁１４を開く。その結果、リジェクトノズル１５から圧縮空気が噴出されるので、シール不良と判定された袋状容器１のみがベルトコンベア３上から吹き飛ばされて排出される。

　以上、本発明を具体例に基づいて説明したが、本発明は、上記の具体例にのみ限定されるものではなく、適宜に変更可能である。例えば、上記の具体例では、一つ一つに分離された複数の袋状容器をベルトコンベアにより連続的に搬送しながら検査するように構成されているが、図３に示すように、シール部２により繋がった状態に連続的に形成されている複数の袋状容器１について、それらの袋状容器１を一つ一つに切り離す前に検査するように構成してもよい。

　すなわち、シール部により繋がった状態に連続的に形成されている複数の袋状容器におけるシール部を検査する場合、図３に示すように、特定の位置の袋状容器１における上側のシール部となる部分２ａを挟んで投光器７と受光器８とを対峙させて配置し、また下側のシール部となる部分２ｂを挟んで他の投光器７と受光器８とを対峙させて配置する。そして、これら二組の投光器７と受光器８とを袋状容器１の幅方向（図３の左右方向）に往復動させるように構成する。各組の投光器７と受光器８とを袋状容器１の幅方向に移動させる間に投光器７が前述した波長の赤外線を照射するとともに、透過赤外線を受光器８によって受光し、その透過赤外線の光量に基づいて、前述したようにシールの良否を判定する。このように構成すれば、袋状容器の製袋、充填、密封、分離作業中に継続して検査を行うことができる。

　また、本発明は、袋状容器の検査に限らず、例えば、シート状の蓋体で密封されるカップ状容器等、その他の容器の検査にも適用することができる。また、検査する容器のシール部は、ヒートシールによるシール部に限らず、その他の手段により面接着されるシール部であっても良い。なお、特には図示しないが、内容物を充填してからシート状の蓋体で密封されたカップ状容器のシール部を検査する場合には、一定の速度で複数のカップ状容器を連続的に搬送しながら、それぞれのカップ状容器における開口端から外方に向かって略水平に延びる扁平リング状のシール部に赤外線を照射することとなる。

　さらに、本発明は、投光器から照射してシール部を透過した透過赤外線を受光器により受光する構成に限られないのであって、図示していないが、投光器と受光器に替えて、受発光器を使用し、受発光器からシール部に赤外線を照射してシール部から反射した反射赤外線を受光するように構成してもよい。そのような構成であれば、アルミ箔や鉄箔に熱可塑性樹脂のフィルムをラミネートさせた材料や、アルミ箔や鉄箔に熱可塑性樹脂を塗装させた材料や、熱可塑性樹脂のフィルムに金属を蒸着塗装させた材料のような、半導体レーザー光を反射する材料がシール部に使用されている場合でも、検査することができる。

Claims

　面接着されてシールされている容器のシール部でのシール不良を赤外線を使用して検査するための方法であって、
　シール不良が無いサンプル容器のシール部に対して、波長が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の赤外線を照射し、
　その赤外線の透過又は反射により得られた透過赤外線又は反射赤外線を受光し、
　受光した赤外線の光量に応じた電圧を出力させ、
　出力された電圧をアナログ電圧値に変換して、そのアナログ電圧値を閾値として保持し、
　検査対象の容器のシール部に対して、サンプル容器の場合と同じ赤外線を同じ光量で照射し、
　その赤外線の透過又は反射により得られた透過赤外線又は反射赤外線を受光し、
　受光した赤外線を前記サンプル容器の場合と同じようにアナログ電圧値に変換し、
　このアナログ電圧値が前記閾値よりも低い場合に、シール不良であると判定する
ことを特徴とする容器のシール部検査方法。
　前記赤外線は、半導体レーザー赤外線を含むことを特徴とする請求項１に記載の容器のシール部検査方法。
　透過又は反射した赤外線を受光する際に、複数の集光レンズにより範囲を分担して受光することを特徴とする請求項１又は２に記載の容器のシール部検査方法。
　面接着されてシールされている容器のシール部でのシール不良を赤外線を使用して検査する、容器のシール部検査装置において、
　波長が１４５０ｎｍ±２０ｎｍの範囲の赤外線を容器のシール部に対して照射する投光器と、
　その赤外線の透過又は反射により得られた透過赤外線又は反射赤外線を受光する受光器と、
　受光した赤外線の光量に応じたアナログ電圧値を出力する電圧値発生手段と、　シール不良が無いサンプル容器のシール部に前記赤外線を照射した場合に前記電圧値発生手段で得られたアナログ電圧値を閾値として保持する閾値保持手段と、
　検査対象の容器のシール部に前記赤外線を照射した場合に前記電圧値発生手段で得られたアナログ電圧値を前記閾値と比較する比較手段と、
　検査対象の容器のシール部に前記赤外線を照射して前記電圧値発生手段で得られたアナログ電圧値が前記閾値より低い場合にシール不良の判定を行う判定手段と
を備えていることを特徴とする容器のシール部検査装置。
　前記赤外線は、半導体レーザ赤外線を含むことを特徴とする請求項４に記載の容器のシール部検査装置。
　透過又は反射した赤外線を、範囲を分担して受光する複数の集光レンズを更に備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載の容器のシール部検査装置。