(57)【要約】      （修正有）【課題】様々な種類のプラスチックフィルムで構成された製袋品の生産条件を、コストをかけずに、効率的に導出する方法を提供する。【解決手段】プラスチックフィルム１４ａ，１４ｂを重ね合わせて溶着するヒートシール装置１であって、プラスチックフィルム１４ａ，１４ｂを上下から挟み込むシールバー１３ａ，１３ｂと、シールバー１３ａ，１３ｂに熱を供給するヒータブロック１１ａ，１１ｂとを備え、シールバー１３ａ，１３ｂが、プラスチックフィルム１４ａ，１４ｂに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられていることを特徴とする。【選択図】図１
2014046959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックフィルムを重ね合わせて溶着するヒートシール装置であって、
前記プラスチックフィルムを上下から挟み込むシールバーと、
前記シールバーに熱を供給するヒータブロックとを備え、
前記シールバーが、前記プラスチックフィルムに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられていることを特徴とするヒートシール装置。
【請求項２】
前記シールバーと前記ヒータブロックとの間に、前記シールバーとの接触面積がそれぞれ異なる２つ以上のブロックに分けられた制御板をさらに備えることによって、前記シールバーが、前記プラスチックフィルムに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられていることを特徴とする、請求項１に記載のヒートシール装置。
【請求項３】
前記シールバーと前記プラスチックフィルムとの接触面積が異なるように、前記シールバーを加工することによって、前記シールバーが、前記プラスチックフィルムに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられていることを特徴とする、請求項１に記載のヒートシール装置。
【請求項４】
プラスチックフィルムを重ね合わせて溶着するヒートシール方法であって、
前記プラスチックフィルムに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられたシールバーを用いて、前記プラスチックフィルムを上下から挟み込んでシールしたシールサンプルを作製するステップと、
前記シールサンプルにおいて、所望のシール強度が得られた部分に対応するシールバーのブロックの表面温度を求めるステップと、
求めた前記シールバーのブロックの表面温度と、前記シールサンプルを作製した際のシール時間とから、目標の溶着面温度を求めるステップと、
生産用のヒートシール装置でのシール時間で前記目標の溶着面温度が得られるように、前記生産用のヒートシール装置の温度条件を設定するステップとを備える、ヒートシール方法。
【請求項５】
前記シールバーには、前記ブロック毎に開孔率を変えることによって前記プラスチックフィルムに与える熱量を制御する制御板が設けられており、
下記の式（１）で表される、前記シールバーの各ブロックの表面温度と、前記シールバーの設定温度と、前記シールバーの各ブロックの開孔率との関係式を予め求めるステップをさらに備え、
前記シールバーのブロックの表面温度を求めるステップにおいて、下記の式（１）を用いて前記シールバーのブロックの表面温度を算出することを特徴とする、請求項４に記載のヒートシール方法。
【数５】
2014046959.tif 000007
ここで、Ｔfは、シールバーのブロックの表面温度を表し、Ｔsは、シールバーの設定温度を表し、Ｒａｔｉｏは、シールバーの各ブロックの開孔率を表す。
【請求項６】
下記の式（２）で表される、溶着面温度と、前記シールバーの表面温度と、シール時間との関係式を予め求めるステップをさらに備え、
前記目標の溶着面温度を求めるステップにおいて、下記の式（２）を用いて前記目標の溶着面温度を算出することを特徴とする、請求項５に記載のヒートシール方法。
【数６】
2014046959.tif 000008
ここで、Ｔmは、溶着面温度を表し、Ｔfは、シールバーの表面温度を表し、ｔは、シール時間を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、プラスチックフィルム同士を溶融接着させ、シールサンプルを作成するヒートシール装置およびヒートシール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックフィルムを加熱することによって、プラスチックフィルム同士を溶融接着させ、袋状に仕上げる製袋加工は、食品や洗剤などの包装材の作成に広く用いられている。一般的に、包装材に求められる機能に応じて、プラスチックフィルムの材質や層構成、厚みなどは選択されるため、製品によってプラスチックフィルムの組み合わせは様々である。そのため、プラスチックフィルム同士の溶融接着において、シール品質を満足させるための生産条件も製品固有のものとなっている。
【０００３】
シール品質の代表的な項目にはプラスチックフィルム同士の接着強度（シール強度）があり、接着強度不足の場合には、液漏れ・破袋といった品質不良が発生する虞があるため、生産条件の最適化はきわめて重要である。
【０００４】
従来、生産条件を導出するためには、製袋機を用いてシール温度やシール時間を細かく変えてシールサンプルを作成する。作成したシールサンプル個々の袋の品質を確認したうえで生産条件を決定している。しかしながら、シールサンプル作成においては条件を変更するための時間や投入する材料といったコストが大きく、さらには作成したシールサンプルの個々の品質を評価するための測定や検査を行う人的な負荷も大きい。
【０００５】
このように、製品の生産条件を導出するためには、多くのコストがかかってしまうという問題があることから、効率的にヒートシールの生産条件を導出するための方法が提案されている。例えば、特許文献１では溶着面に微細センサーを挟み込み、得られた溶着面上昇温度値の特徴点をもとに融解層（シーラント）が融解する温度を割り出し、この温度をシール品質が発現する溶着面温度とすることで、生産条件を特定することが提案されている。また、特許文献２では、所望の溶着面温度に到達させるための圧着時間と加熱体の表面温度の組み合わせを得るための手法が開示されている。しかしながら、溶着面上昇温度値のみで正確に目標の溶着面温度を設定することは難しく、溶着面温度の水準を変えたシールサンプルの評価によって、目標の溶着面温度が決定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０９５２１７号公報
【特許文献２】特開２０００−０９４５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、様々なプラスチックフィルムで構成された製品の生産条件を、コストをかけずに効率的に導出する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、プラスチックフィルムを重ね合わせて溶着するヒートシール装置であって、プラスチックフィルムを上下から挟み込むシールバーと、シールバーに熱を供給するヒータブロックとを備え、シールバーが、プラスチックフィルムに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、シールバーとヒータブロックとの間に、シールバーとの接触面積がそれぞれ異なる２つ以上のブロックに分けられた制御板をさらに備えることによって、シールバーが、プラスチックフィルムに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられていてもよい。
【００１０】
また、シールバーとプラスチックフィルムとの接触面積が異なるように、シールバーを加工することによって、シールバーが、プラスチックフィルムに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられていてもよい。
【００１１】
また、プラスチックフィルムを重ね合わせて溶着するヒートシール方法であって、プラスチックフィルムに与える熱量が異なる２つ以上のブロックに分けられたシールバーを用いて、プラスチックフィルムを上下から挟み込んでシールしたシールサンプルを作製するステップと、シールサンプルにおいて、所望のシール強度が得られた部分に対応するシールバーのブロックの表面温度を求めるステップと、求めたシールバーのブロックの表面温度と、シールサンプルを作製した際のシール時間とから、目標の溶着面温度を求めるステップと、生産用のヒートシール装置でのシール時間で目標の溶着面温度が得られるように、生産用のヒートシール装置の温度条件を設定するステップとを備える。
【００１２】
シールバーには、ブロック毎に開孔率を変えることによってプラスチックフィルムに与える熱量を制御する制御板が設けられており、下記の式（１）で表される、シールバーの各ブロックの表面温度と、シールバーの設定温度と、シールバーの各ブロックの開孔率との関係式を予め求めるステップをさらに備え、シールバーのブロックの表面温度を求めるステップにおいて、下記の式（１）を用いてシールバーのブロックの表面温度を算出することが好ましい。
【００１３】
【数１】
2014046959.tif 000003
ここで、Ｔfは、シールバーのブロックの表面温度を表し、Ｔsは、シールバーの設定温度を表し、Ｒａｔｉｏは、シールバーの各ブロックの開孔率を表す。
【００１４】
下記の式（２）で表される、溶着面温度と、シールバーの表面温度と、シール時間との関係式を予め求めるステップをさらに備え、目標の溶着面温度を求めるステップにおいて、下記の式（２）を用いて目標の溶着面温度を算出することが好ましい。
【００１５】
【数２】
2014046959.tif 000004
ここで、Ｔmは、溶着面温度を表し、Ｔfは、シールバーの表面温度を表し、ｔは、シール時間を表す。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、プラスチックフィルムに対して、ヒートシール加工を行う際に、シールバーの位置に応じて、プラスチックフィルムに与える熱量を変えることによって、１つのシールサンプルに異なる溶着面温度でシールした複数の部位を設けることができるので、効率的に生産条件の算出ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートシール装置の概略図
【図２】図１のヒートシール装置で用いられる制御板を示す図
【図３】図１のヒートシール装置におけるシールバー設定温度と表面温度との関係を開孔率毎に示す図
【図４】図１のヒートシール装置におけるシール時間と溶着面温度との関係を示す図
【図５】図１のヒートシール装置を用いて、目標値を算出するためのフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、本実施形態に係るヒートシール装置１の概略図である。ヒートシール装置１は、ヒータブロック１１ａ、１１ｂと、ヒータ端子１２ａ、１２ｂと、シールバー１３ａ、１３ｂと、制御用熱電対１５ａ、１５ｂと、制御板１６とを備えている。ヒータブロック１１ａ、１１ｂは、ヒータ端子１２ａ、１２ｂを備え、シールバー１３ａ、１３ｂを加熱する。また、ヒータブロック１１ａ、１１ｂの温度は、制御用熱電対１５ａ、１５ｂによって測定されており、制御装置（図示せず）によって設定温度を維持するように制御がかけられている。シールバー１３ａ、１３ｂは、プラスチックフィルム１４ａ、１４ｂを上下から挟み込むように配置され、ヒータブロック１１ａ、１１ｂにより熱の供給を受けている。プラスチックフィルム１４ａ、１４ｂは、樹脂からなるシーラント層を少なくとも有するものであり、樹脂の単層シートであってもよいし、紙、金属箔、樹脂などを積層した積層シートでもよい。プラスチックフィルム１４ａ、１４ｂは樹脂からなるシーラント層が積層されていれば、その構成は特に限定されるものではない。制御板１６は、金属の板であって、ヒータブロック１１ａからシールバー１３ａに供給される熱量を調節するために、プラスチックフィルム１４ａの上側にあるシールバー１３ａとヒータブロック１１ａとの間に取り付けられている。ヒートシール装置１は、プラスチックフィルム１４ａ、１４ｂをシールバー１３ａ、１３ｂで挟み込むように、ヒータブロック１１ａと、制御板１６と、シールバー１３ａを上下駆動させ、熱と圧力をプラスチックフィルム１４ａ、１４ｂに加えることで、プラスチックフィルム１４ａ、１４ｂをヒートシールする。
【００２０】
図２は、ヒートシール装置１で用いられる制御板１６の概略図である。制御板１６は、６つのブロックに分かれ、それぞれのブロックにおいて、シールバー１３ａと接触する面積が異なるようにパンチ加工が施されている。また、開孔率とは、各ブロックの面積のうち、パンチ加工が施された開孔部分が占める面積の比率をいう。開孔率が増えるほど、パンチ加工が施された開孔部分面積の割合は増え、５０%では金属部分と開孔部分との割合が半々であることを意味している。制御板１６とシールバー１３ａとの接触面積が小さくなる、つまり開孔率が増えると、ヒータブロック１１ａからシールバー１３ａに供給される熱量は小さくなる。このことにより、シールバー１３ａを介して、プラスチックフィルム１４ａ、１４ｂに供給する熱量を調節している。なお、制御板１６を分割するブロック数や開孔率の割合は、図２に示した限りではなく、変更しても構わない。また、本実施形態では、制御板１６を用いているが、制御板１６を用いずにシールバー１３ａを直接加工し、シールバー１３ａとプラスチックフィルム１４ａとの接触面積を変更することにより、プラスチックフィルム１４ａ、１４ｂに供給する熱量を調節してもよい。例えば、シールバー１３ａをメッシュ状に加工することにより、シールバー１３ａとプラスチックフィルム１４ａとの接触面積を変更できる。
【００２１】
図３は、図１に示すヒートシール装置１において測定した、シールバー１３ａ設定温度とシールバー１３ａの表面温度との関係を示す図である。また、図３は、制御板１６の開孔率０％のブロックに対応する部分と、制御板１６の開孔率５０％のブロックに対応する部分とにおいて測定した温度の関係を示している。
【００２２】
図３によれば、シールバー１３ａの表面温度はシールバー１３ａ設定温度よりも低くなる傾向があることを示している。また、制御板１６の開孔率が大きくなれば、シールバー１３ａの表面温度はさらに低下することを示している。
【００２３】
図４は、図１に示す溶着面温度測定点１７において、プラスチックフィルム１４ａ、１４ｂのシール時の溶着面温度を測定し、シール時間との関係を示している。シール開始直後では、溶着面温度は急峻に上昇していき、徐々に温度上昇の度合いは小さくなっていく。なお、図４では、シールバー１３ａ設定温度ＴSの条件で、制御板１６の開孔率０％のブロックに対応する部分と、制御板１６の開孔率５０％のブロックに対応する部分とにおいて測定した結果を示している。
【００２４】
図５は、生産条件を算出するためのフロー図である。まず、オペレータはヒートシール装置１のシールバー１３ａの設定温度を変えた場合のシールバー１３ａの表面温度を測定する（ステップＳ１０）。具体的には、シールバー１３ａのプラスチックフィルム１４ａと接触する側に、熱電対を耐熱テープ等により貼付し、シールバー１３ａの表面温度を測定する。シールバー１３ａの表面温度は制御板１６の開孔率に対応して変化するため、制御板１６のブロックごとに測定を行う。なお、シールバー１３ａ設定温度は、生産で使用される温度範囲で設定することが望ましく、たとえば１６０℃から２２０℃の範囲で設定する。次いで、得られたシールバー１３ａの表面温度の測定結果から、シールバー１３ａ設定温度と、制御板１６の開孔率とに対する、シールバー１３ａの表面温度の関係式を算出する（ステップＳ２０）。算出した関係式は、以下の式（１）で示すように、シールバー１３ａの表面温度Ｔfをシールバー１３ａの設定温度Ｔs、制御板１６の開孔率Ｒａｔｉｏの１次式で表現した回帰モデルである。なお、ここまでのフロー（ステップＳ１０およびステップＳ２０）については、制御板１６の温度特性を把握するための作業であり、一度測定を行っておけば、シールサンプル作成のたびに行う必要はない。
【００２５】
【数３】
2014046959.tif 000005
【００２６】
次に、生産条件算出対象のプラスチックフィルム１４ａ、１４ｂをヒートシール装置１にセッティングし、ヒートシール加工を行い、シールサンプルを作成する。このとき、制御板１６の開孔率０％のブロックに対応する部分と、制御板１６の開孔率５０％のブロックに対応する部分とにおける溶着面温度の変化を溶着面温度測定点１７に微細センサーを挟み込むことによって測定し、記録する（ステップＳ３０）。次に、制御板１６の開孔率０％のブロックに対応する部分と、制御板１６の開孔率５０％のブロックに対応する部分とにおける溶着面温度をシール時間の関係式で表現する（ステップＳ４０）。上述の関係式は、以下の式（２）で示すように、溶着面温度Ｔmを表面温度Ｔfとシール時間ｔとで表現したモデルである。
【００２７】
【数４】
2014046959.tif 000006
ここで、使用するプラスチックフィルム１４ａ、１４ｂの種類によって、溶着面温度特性は異なるため、測定データとの誤差が少なくなるようにｄ、ｅ、ｆのパラメータを調整する必要がある。ｄ、ｅ、ｆのパラメータを調整する方法としては、例えば、既存の統計解析ソフトを用いて最小二乗法により決定することができる。
【００２８】
続いて、ステップＳ３０で作成したシールサンプルのシール強度を測定し、制御板１６の開孔率に対するシール強度特性を把握する（ステップＳ５０）。
【００２９】
最後に、式（１）において、所望のシール強度に到達した制御板１６の開孔率と、シールサンプル作成時のシールバー１３ａ設定温度とから、シールバー１３ａの表面温度を算出する。さらに、式（２）において、シールバー１３ａの表面温度と、シールサンプル作成時のシール時間とから溶着面温度を特定し、特定した溶着面温度を目標の溶着面温度とする（ステップＳ６０）。製袋機は機械の性能に応じて、シール時間が変化することが多々あり、製袋機のシール時間が変わる場合、シールサンプルと同様のシール強度を得るためには、表面温度を変更する必要がある。このとき、製袋機のシールバーの表面温度が目標の溶着面温度と製袋機のシール時間に対応する表面温度となるように生産条件を設定する。
【００３０】
製袋加工がなされる包装材は、その内容物によってプラスチックフィルムの材質や厚みなどが選択される。そのため、製品によってプラスチックフィルムの材質や厚みが変わることで、生産条件も都度変更させる必要があり、生産条件算出のためのコストを削減することが求められている。
【００３１】
生産条件の１つである溶着面温度は、シール強度に強く影響を与えることがわかっている。シーラント層が融解する温度に満たない溶着面温度で作成したシールサンプルでは、十分なシール強度は発現しない。一方、シーラント層が十分融解する温度以上の溶着面温度で作成したシールサンプルでは、強いシール強度が発現する。
【００３２】
ここで、上述したヒートシール装置１によれば、溶着面温度の異なるシールサンプルを作成することができ、シールサンプルの溶着面温度の異なる箇所においてシール強度測定を行うことにより、容易にシール強度が発現する溶着面温度を特定することが可能となる。また、シール強度の測定結果からは、所望のシール強度に対する溶着面温度を特定することも可能である。
【００３３】
従来では、シールサンプルごとに温度条件の変更とシールサンプル作成を繰り返して複数回行い、品質評価が行われていたが、本発明によれば、１回のヒートシール加工で必要な温度条件のシールサンプルを作成できるため、生産条件算出の効率化につながる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のヒートシール装置は、様々なプラスチックフィルムで構成された製袋品などのシールサンプルの作成装置として有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１    ヒートシール装置
１１ａ、１１ｂ    ヒータブロック
１２ａ、１２ｂ    ヒータ端子
１３ａ、１３ｂ    シールバー
１４ａ、１４ｂ    プラスチックフィルム
１５ａ、１５ｂ    制御用熱電対
１６    制御板
１７    溶着面温度測定点
【図３】
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【図４】
2014046959.tif 000010
【図５】
2014046959.tif 000011
【図１】
2014046959.tif 000012
【図２】
2014046959.tif 000013