JP3056172U - ヒートシール試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プラスチック等の熱溶融性材料の袋や容器の封
緘操作の加熱温度と時間の製造条件の決定には多くの時
間と労力を要している。ヒートシール条件を容易に定量
的に評価する装置、方法がない。 【解決手段】方向が９０度回転できる二対の加熱ユニッ
ト１と一対の冷却ユニット３と被加熱材料を所定テンシ
ョン、ピッチで繰り出す駆動ユニットで構成されるコン
パクトな装置において、任意の設定温度と圧着力でヒー
トシールの繰り返し試験が容易にでき、最適なヒートシ
ール条件を容易に確定できる試験装置。また、上記装置
との組み合わせで、被加熱材の溶着面と表面に温度セン
サー６を装着して被加熱材固有の加熱条件を定量的に掌
握し、加熱面の温度管理条件を実生産設備に移転するだ
けで、容易に確実なヒートシール条件の設定を行う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

プラスチックのような熱溶着性の材料を利用した包装袋や容器の封緘操作の加 熱条件を容易に見いだす試験装置と方法

【０００２】

【従来の技術】

通常、プラスチック袋や容器の封緘は、電気ヒーター等によって加熱されたヒ ーティングブロックを当該部位に一定の時間と一定応力で圧接する「ヒートシー ル」と呼ばれる方法によって行われている ヒートシールの最適運転条件は、ヒーティングブロックの加熱温度、圧接力、 圧接時間を実機で変化させながら、手間暇を掛けてヒートシールされた製品を引 っ張り試験機によるヒートシール強度の測定と仕上がりの目視評価で行う経験的 手法で行われている

【０００３】

【考案が解決しょうとする課題】

包装袋や容器に使われるプラスチックの素材は、溶着面が約１００℃から２０ ０℃の温度帯で、容易に溶融、溶着を行わせることができるが、素材毎の種類、 特性で加熱条件が異なっている 加熱温度が低すぎたり時間が短かったりると、加熱不足で溶融不足が発生して 、溶着不良が発生する 加熱温度が高すぎたり時間が長すぎると、素材の変性が発生して溶着面の封緘 強度が低下したり仕上がりの見栄え劣化する 最適な溶着面の加熱温度は、おおよそ２０℃から３０℃の巾の中に設定しない と良好な封緘の効果を得ることができない ヒーティングブロックの加熱は、ヒーティングブロックに埋め込まれた温度セ ンサーで加熱温度を検知して、ヒーターの入り切りの操作を行い、一定の加熱条 件を作っている しかし、この方法では、ヒーティングブロックの表面の放熱、又繰り返し加熱 の際に、ヒーティングブロックの表面に被加熱材のプラスチックの一部が溶融固 着しないようにテフロンシートのカバーを装着するするので、実際に被加熱材の 表面加熱温度との相違は３０℃から５０℃にもなる 従来は、所望の運転速度から計算される圧接時間の元で、加熱設定温度を順次 変化させ、得られたヒートシールサンプルを引っ張り試験や目視検査で評価し、 実際の装置毎の条件を経験的に決定する方法が取られている 付帯的な条件として、圧着力と被溶着材へのテンションも調節される この条件の決定には、製造設備の長時間の休止や専門的な技術が要求される作業 で設備稼働率の低下の大きな要因になっている また、設備の保全でヒーティングブロックや表面に装着したテフロンシートの 交換が行われると、同一品位を保つためには、再度の設定条件の試験を必要とさ れることが多い

【０００４】

【課題を解決する手段】

本考案は、市場に出回っている多種類のヒートシール方法の実機と同等の機能 を容易に持ち運びができるコンパクトな１セットの装置に集約して、材料毎の最 適な溶着面温度と表面の加熱温度を測定して、実際の生産装置では、加熱バーの 表面温度の管理設定のみでヒートシール条件の設定を可能にし、条件設定に実生 産装置 を使わずに試験室段階で容易に行える装置と方法を提供するものであ る

【０００５】

【考案の実施の形態】

図−１によって本考案の装置の概要を説明する 本考案の装置は、二対の加熱ユニット（１），（２）と冷却ユニット（３）、 被加熱験材（４）を設定時間で定寸送りをする駆動ロール（５）が被加熱材の進 行平面に直角に位置するように構築される 本考案の装置の加熱部分の長さは、５から１０ｃｍの小サイズに設計されてい る それに被試験材の加熱面と溶着面の温度を計測する微小温度センサー（６）と （７）、温度測定装置（８）から構成される 第１加熱ユニット（１）、第２加熱ユニット（２）、冷却ユニット（３）の下 段は半固定されていて高さや取り外しが容易にできるようにしてある 加熱ユニットと冷却ユニットの上段のブロックは、エアーシリンダー（９）， （１０）、（１１）で上下動するように組み立てられている このエアーシリンダーに供給する空気圧の調整によって、加熱圧接と冷却圧着 の作動力を調節する 加熱ユニット（１），（２）と冷却ユニット（３）の三対は、それぞれに９０ 度の回転が出来るように設計されていて、被加熱材の進行方向に一直線に位置す るようにも変更できるようにしてある 第１加熱ユニット（１），第２加熱ユニット（２）のそれぞれには、温度セン サーと電気ヒーター（図示せず）が装着されていて個別に任意の温度を細かく調 節できるようにしてある 被加熱材（４）は試験サンプルの量や長さに制約がある場合には、熱変性の受 けにくいリードテープ（１２）によって保持される 被加熱材（４）のサイズは、少なくとも３ｃｍ×３ｃｍの試料があれば試験が 行えるように設計されている 加熱前の被加熱材は、ガイドロール（１３）によって保持され、被加熱材（４ ）又は、リードテープ（１２）の終端には、テンション付加用の重り（１４）を 装着する 加熱ユニットは、更に多段の加熱シュミレーションが必要ならば、第２加熱ユ ニット（２）と冷却ユニット（３）の間に第３加熱ユニットを装備する

【０００６】

【実施例】

代表的な４種類のヒートシールへの適用事例をもって説明する ［１］２面のフイルム材の２分割加熱による運転速度の高速化限度のシュミレー ション事例 この実施例は、プラスチックフイルムで袋を作ったり、あらかじめ作られた袋 に中身を詰めて封緘のためのヒートシールを行う場合の事例である 図−２（ａ），（ｂ）によって説明する シュミレーションの要点は、被加熱材の加熱上限温度を越さないようにしなが ら、より短時間で最適なヒートシールを完成させる加熱条件を見いだすことであ る リードテープ（１２）に被加熱材（４）を接続し、ヒートシールラインの表面 と溶着面に微小温度センサー（６），（７）を圧接の障害にならないように固定 する 微小温度センサー（６），（７）のリード線は、駆動ロール（５）によって行 われるリードテープ（１２）のピッチ送りの障害にならないような余裕と長さで 、温度測定装置（８）に接続し温度変化を記録する 温度測定装置（８）には、第１加熱ユニット（１）、第２加熱ユニット（２） 、冷却ユニット（３）と駆動ロール（５）の動作が同時に記録できるようにして ある 駆動ロール（５）のピッチ送り量は、第１加熱ユニット（１）と第２加熱ユニ ット（２）と冷却ユニット（３）との機械的間隔寸法に一致した寸法が設定され る 通常は、間隔を同一にして、送りの指令が来る度に一定回転をするように制御 装置（図示せず）に設定しておく 送りの速度は、被加熱材のピッチ送り時間（Ｔ_Ｍ）に所定の寸法を送る回転速 度で駆動される 第１加熱ユニット（１）、第２加熱ユニット（２）は、おおよその試験温度帯 に順次設定変更する テスト開始直前の被加熱材（４）の被加熱ライン（温度センサー（６）、（７ ）の装着されたライン）は、第１加熱ユニット（１）とガイドロール（１３）の 間の所定の位置にセットされる 制御装置（図示せず）の起動スイッチを入れると、第１回目のリードテープ（ １２）駆動が行われ、溶着面ラインは、第１加熱ユニット（１）の加熱バーの直 下で停止すると直ちに、エアーシリンダー（ａ）（９）が制御装置によってあら かじめ設定した時間（Ｔ_Ｈ１）作動して圧接する この後、直ちに駆動ロール（５）が作動し溶着面ラインは、第２加熱ユニット （２）の加熱バーの直下に移動する 同様に、溶着面ラインは冷却ユニット（３）にピッチ送りされ冷却動作を行い 溶着面ラインは駆動ロール（５）の手前で停止し一連の操作は終了する 以上の加熱、冷却操作の一連の操作の結果（一例）として、図−２（ｂ）を得 ることができ、これらの結果からヒートシール条件に必要な次の指標を定量的に 把握できる （１）第１加熱ユニット（１）の加熱温度とタイミングと時間 （２）第２加熱ユニット（２）の加熱温度とタイミングと時間 （３）冷却ユニット（３）の圧着タイミングと時間 （４）被加熱材（４）の実際の表面加熱温度 （５）被加熱材（４）の実際の溶着面の温度 この記録結果（図−２（ｂ）の一例）から次ぎの具体的な情報が得られる （１）第１加熱ユニット（１）の表面温度を被加熱材（４）の加熱上限のぎり ぎりに設定しても、所望の運転速度（Ｔ_Ｈ１）では、溶着面の期待温度（Ｔ_ｓ） 達成しない （２）第２加熱ユニット（２）では、加熱温度を第１加熱ユニット（１）の設 定温度より低く設定して、補助的な加熱で期待溶着温度（Ｔ_ｓ）を得られる （３）冷却圧着によって、溶着面は、ヒートシーラント層の溶融温度以下に直 ちに低下している 以上の結果実際の運転条件の情報として （４）一段加熱での所望の運転速度は困難である （５）所望の運転速度を実施するためには、２段加熱が不可欠である （６）一段加熱の装置で生産運転を行う場合には、加熱ユニットの温度設定を 下げて、加熱時間（Ｔ_Ｈ１）を大きくする、すなわち、運転速度を落とす必要が ある （７）自然冷却では、加熱後の溶着面の温度低下はゆっくりで、溶着面に力が かかる次工程に到着する迄に溶融温度以下に低下しない （８）冷却圧着は不可欠である を得ることができる ［２］４面のフイルム材の予熱、本加熱の加熱温度の適正化のシュミレーション 事例 本事例は、スタンドパウチやガセット折りの袋の封緘の事例である 図−３（ａ）、（ｂ）によって説明する ［１］の事例と試験の方法の相違は、微小温度センサー（７）の装着点と第１ 加熱ユニット（１）と第２加熱ユニット（２）の加熱温度設定方法が異なるだけ である ４面加熱の場合の有効な加熱の熱流は上方あるいは、下方からの一方向になる そのために、ヒートシールのエッヂラインを短時間で確実に出すために、ヒー トシールの周辺を溶融温度より僅かに低い温度に予熱する方法が取られている 短時間で所望のヒートシールを得るためには、予熱が正確に行われて確認が肝 要である 高すぎると、所望のヒートシールのエッヂラインが“波状”になってしまい、 商品性を欠く 低すぎると、ヒートシールの作成不良もしくは、生産運転速度の低下を招く 本考案装置、方法での確認方法を図−３（ｂ）によって説明する （１）第１加熱ユニット（１）の温度設定が、設定圧接時間で溶着面温度が溶 融温度以下であることが、定量的に把握できる （２）この状態の圧接時間で、第２加熱ユニット（２）の加熱面温度を加熱上 限温度ぎりぎりに設定することで期待溶着温度（Ｔ_ｓ）を得られることが分かる ［３］複合材の連続加熱シールの適性加熱温度のシュミレーション事例 本実施例は紙や金属箔等の表層材と組み合わされた包装袋のヒートシールのシ ュミレーションの事例である 図−４（ａ）、（ｂ）によって説明する 加熱ユニット（１）、（２）と冷却ユニット（３）を９０度回転して、被加熱 材の進行ライン上に設置する 駆動ロール（５）は、起動信号によって、設定した回転数で連続に駆動する 第１加熱ユニット（１）は表層材（１７）の加熱上限温度より少し低めになる ように設定する 第２加熱ユニット（２）の設定温度は第１加熱ユニットの加熱結果によって加 熱上限温度より少し低めになるように設定する 第１、第２加熱ユニット（１）、（２）の最終的な設定温度は、繰り返しの試 験と所望の運転速度の中で表層材（１７）のダメージの少ない温度に最適化を行 う ［４］カップ容器の蓋材のヒートシール試験への実施事例 本事例は、カップ容器等の蓋材のシール条件のシュミレーション事例である 本考案装置の加熱ユニット（１）、（２）と冷却ユニット（３）の下段の加熱 、冷却ブロックを取り外し、台座部品（２０）がリードテープ（１２）によって 容易に位置決めできるローラーコンベアー（図示せず）を付加する 試験の方法は［１］と同様に行うことができる

【０００７】

【考案の効果】

各種のヒートシール生産設備の運転条件を少量の被試験材料で試験室段階で情 報の把握 具体的には各材料毎の下記の情報が容易に把握できる効果がある （１）実際の最高速運転の限界の検証 （２）設定運転速度における最適な表面加熱温度の決定 （３）最適な表面加熱温度を実施するための実機の温度調節温度決定指標の提 供 （４）最適圧接力指標の提供 （５）最適テンション指標の提供

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の装置の構成図

【図２】２面のフイルム材の２分割加熱による運転速度
の高速化限度のシュミレーション事例 （ａ）装置の作動設定説明図 （ｂ）シュミレーション結果（一例）

【図３】４面のフイルム材の予熱、本加熱の加熱温度の
適正化のシュミレーション事例 （ａ）装置の作動設定説明図 （ｂ）シュミレーション結果（一例）

【図４】複合材の連続加熱シールの適性加熱温度のシュ
ミレーション事例 （ａ）装置の作動設定説明図 （ｂ）シュミレーション結果（一例）

【図５】カップ容器の蓋材のヒートシールシュミレーシ
ョン事例

【符号の説明】

１ 第１加熱ユニット ２ 第２加熱ユニット ３
冷却ユニット ４ 被加熱材 ５ 駆動ロール ６ 微小温度セン
サー（表面） ７ 微小温度センサー（溶着面） ８ 温度測定装置 ９ エアーシリンダー（ａ） １０ エアーシリンダ
ー（ｂ） １１ エアーシリンダー（ｃ） １２ リードテープ
１３ ガイドロール １４重り １５ 第１加熱ユニット温度調節計 １６ 第２加熱ユニット温度調節計 １７ 表層材
１８ カップ容器 １９ 蓋材 ２０ 台座部品

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年８月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】（１）二対の加熱ユニット（１）、（２）
   と冷却ユニット（３）と被加熱材（４）のピッチ送り駆
   動ロール（５）、被加熱材にテンションを付加するガイ
   ドロール（１３）と重り（１４）をコンパクトに組み立
   てたヒートシール試験装置 （２）被加熱部位の表面温度と溶着面の温度を測定し
   て、最適溶着温度に見合った表面温度を測定する方法 （３）最適溶着面温度に相当する表面加熱温度を実際の
   ヒートシール設備に移転することで実機を長時間止める
   ことなく容易で確実なヒートシール条件を実機に付与す
   る方法