(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の接着部分における少なくとも表面の樹脂を溶融させるために加熱する加熱工程と、
前記対象物の、前記加熱工程により加熱された接着部分の温度を測定する温度測定工程と、
前記対象物が前記加熱工程により加熱されるときの搬送速度を計測し、当該搬送速度に基づいて加熱時間を算出する加熱時間測定工程と、
前記対象物を折り曲げて前記接着部分を合せる工程と、
前記対象物の加熱された前記接着部分を、対をなす圧着ローラで加圧して接着する圧着工程と、
前記圧着ローラの位置を計測して当該圧着ローラの間隙を求め、当該間隙に基づいて前記対象物に加圧された圧力を算出する圧力測定工程と、
全ての対象物について、測定された前記温度、前記加熱時間及び前記圧力のデータを継続的に受け取って分析し、分析結果をリアルタイムで出力する分析出力工程と、を順に行う熱接着方法であって、
前記分析出力工程は、前記温度、前記加熱時間及び前記圧力のデータを、それぞれ予め設定された上限基準値及び下限基準値と比較する比較工程と、
少なくともいずれか一つの前記データが対応する前記上限基準値及び前記下限基準値の範囲外である時に、警告信号を発する警告工程と、を備える熱接着方法。
【請求項２】
熱圧着された後の前記対象物の寸法を測定する寸法測定工程を備え、前記分析出力工程は、測定された前記寸法のデータを受け取って分析する請求項１記載の熱接着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体紙容器などの紙容器を製造する熱接着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、飲料用カートンなどの紙容器の製造においては、人間の目視、測定などにより製造された製品の品質を検査していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、紙容器などの場合、短時間に多数の製品が製造されるため抜き取り検査によらざるを得ず、インラインで製品全数の検査を行うことは不可能であった。また、製造後に検査を行うとしても、全ての製品についての検査を人間の手で行うことは不可能である。
【０００４】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、紙容器などの熱接着による製造において、インラインで製品全数の検査を行うことが可能な方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、対象物の接着部分における少なくとも表面の樹脂を溶融させるために加熱する加熱工程と、前記対象物の、前記加熱工程により加熱された接着部分の温度を測定する温度測定工程と、前記対象物が前記加熱工程により加熱されるときの搬送速度を計測し、当該搬送速度に基づいて加熱時間を算出する加熱時間測定工程と、前記対象物を折り曲げて前記接着部分を合せる工程と、前記対象物の加熱された前記接着部分を、対をなす圧着ローラで加圧して接着する圧着工程と、前記圧着ローラの位置を計測して当該圧着ローラの間隙を求め、当該間隙に基づいて前記対象物に加圧された圧力を算出する圧力測定工程と、全ての対象物について、測定された前記温度、前記加熱時間及び前記圧力のデータを継続的に受け取って分析し、分析結果をリアルタイムで出力する分析出力工程と、を順に行う熱接着方法であって、前記分析出力工程は、前記温度、前記加熱時間及び前記圧力のデータを、それぞれ予め設定された上限基準値及び下限基準値と比較する比較工程と、少なくともいずれか一つの前記データが対応する前記上限基準値及び前記下限基準値の範囲外である時に、警告信号を発する警告工程と、を備えるように構成する。
【０００６】
上記のように構成された熱接着方法によれば、温度測定工程、加熱時間測定工程及び圧力測定工程は、対象物を加熱し圧着する工程において、加熱する温度及び時間、並びに加圧する圧力を継続的に測定する。分析出力工程は、それらの測定データを継続的に受け取って分析し、分析結果をリアルタイムで出力する。
また、分析出力工程は、比較工程及び警告工程を備え、前記比較工程は、前記温度、前記加熱時間及び前記圧力のデータを、それぞれ予め設定された上限基準値及び下限基準値と比較し、前記警告工程は、少なくともいずれか一つの前記データが前記上限基準値及び前記下限基準値の範囲外である時に警告信号を発する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱接着方法において、熱圧着された後の前記対象物の寸法を測定する寸法測定工程を備え、前記分析出力工程は、測定された前記寸法のデータを受け取って分析するように構成する。
【００１０】
上記のように構成された熱接着方法によれば、分析出力工程は、前記温度、加熱時間及び圧力のデータに加えて、さらに熱接着された対象物の寸法を分析する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態にかかる紙容器の熱接着方法について説明する。
【００１２】
まず、図１に本熱接着システムにおいて製造される紙容器の製造工程の概略を示す。紙容器（紙カートン）は、飲料、洗剤などの液体や冷凍食品などを包装する容器として一般的に使用され、層構成を有する材料紙を折り曲げ、熱接着することにより製造される。以下、製造以前の材料状態のカートンを「材料カートン」と呼び、製造後の製品状態のカートンを「製品カートン」と呼ぶことにする。材料カートン１は、ポリエチレン（ＰＥ）及び紙を含む積層材料である。材料カートン１の層構成について少し述べると、飲料、洗剤などの常温流通品に使用される材料カートンとしては、例えば、印刷面側から、
印刷面／ＰＥ／紙／ＰＥ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＰＥ、又は、
印刷面／ＰＥ／紙／ＰＥ／ＳｉＯｘ／ＰＥＴ／ＰＥ、
という層構成を有する材料が一般的に使用される。また、冷凍食品などのチルド製品の容器の場合は、
印刷面／紙／ＰＥ
という層構成を有する材料が一般的に使用される。また、容器の形状としては、液体用カートンの場合、ブリック形状や、１リットルの牛乳パックなどに一般的に使用されるゲーベルトップ形状などが採用される。
【００１３】
材料カートン１は、本実施形態においては牛乳パックなどの立方体形状のカートンであり、図１に示すように長方形のシート状態から折り目３に沿って折り曲げられる。３個の折り目３に沿って折り曲げられ、両端部２を接着することにより立方体形状が形成される。材料カートン１の両端部２には接着部分２ａが形成され、この部分を熱すると表面の樹脂が溶融する。加熱により樹脂が溶融した状態で両端部２の接着部分２ａを貼り合わせて圧着し、図１の右側に示すように折りたたんだ状態を形成する。製品カートンはこの状態で出荷され、出荷先において、カートンの組立及びシール、内容物の充填、注出口の取り付けなどの作業が行われて、飲料などの最終製品として出荷される。
【００１４】
次に、図２を参照して製品カートンの製造工程について説明する。図２において、先ず、材料カートン１が図１左側のような開いた状態でくせ折り部１０に搬入される。くせ折り部１０では、材料カートン１を供給部１１内のライン投入装置（図示せず）にセットして、材料カートン１がラインに投入される。投入された材料カートンは、開いた状態のまま搬送ローラ１２上に配置され、図２の矢印Ｆの方向に搬送される。
【００１５】
ライン投入直後、まず、材料カートン１のくせ折り作業が行われる。これは、後に行われる材料カートン１の貼り合せを容易にするために行う作業である。具体的には、搬送ローラ１２の左右両端部に、図２の矢印Ｆの方向へ進むにつれて徐々に立ち上がり、その後徐々に立ち下がるようなレール（図示せず）を設ける。これにより、材料カートン１は、徐々に立ち上がる当該レールによって外側の２つの折り目３（図１参照）に沿って一旦折り曲げられ、その後、レールが平坦に戻るのに伴って平坦に戻る。こうして、材料カートン１を外側の２つの折り目３に沿って一旦折り曲げ、折りぐせをつける。
【００１６】
次に、材料カートン１はバーナー部２０へ送られる。バーナー部２０では、材料カートン１の接着部分２ａ（図１参照）を加熱して表面の樹脂を溶融させる作業を行う。本実施形態においては、バーナー部２０は片側３個、計６個のバーナー２１ａ及び２１ｂを備える。図３にバーナー２１ａ及び２１ｂと、搬送される材料カートンとの位置関係を示す。なお、図３は、図２におけるライン右側からバーナー部を見た斜視図である。図１から分かるように、材料カートン１は、貼り合わせの際、一方の端部２の接着部分２ａの上側面と、他方の端部２の接着部分２ａの下側面とが接着される。従って、図３に示すように、一方の端部２の接着部分２ａは材料カートン１の下側面を下から加熱するバーナー２１ａにより加熱され、他方の端部２の接着部分２ａは材料カートン１の上側面を上から加熱する熱源２１ｂにより加熱される。
【００１７】
次に、材料カートン１は貼り合わせ部３０へ送られる。貼り合わせ部３０では、バーナー部２０でバーナー２１ａ、２１ｂにより炙られ、加熱した材料カートン１の両端部２の接着部分２ａを貼り合わせる作業を行う。これは、前述のくせ折り部１０において説明したレールと類似の構造により材料カートン１の両端部を外側２つの折り目３に沿って折り曲げ（図１中央の状態を参照）、両端部２の接着部分２ａが互いに重なり合うようにする（図１の右側の状態を参照）。こうして両端部２が折り曲げられた材料カートン１は、次に圧着部４０へ送られる。
【００１８】
圧着部４０においては、まず、貼り合わせ部３０で貼り合わされた両端部２を圧着ローラで加圧して、完全に接着させる。圧着部４０は、図６に示すような圧着ローラ４１ａ、４１ｂを有する。圧着ローラ４１ａ、４１ｂは、それぞれ矢印Ｂ、Ｃの方向に回転し、貼り合わされた材料カートン１を上下方向から加圧し、バーナーの加熱により溶融した樹脂の接着を完全にする。こうして、製品カートンが得られ、搬出部４５へ送られる。
【００１９】
なお、圧着部４０は、完成した紙容器用カートンの寸法を測定する寸法検査装置４４を有するが、これについては後述する。以上のようにして、材料カートン１から製品カートンが製造される。
【００２０】
次に、上述した製品カートン製造における検査工程について説明する。
【００２１】
熱接着の品質を管理する際に重要となる検査項目としては、主として、（１）加熱温度、（２）圧力、（３）加熱時間、の３つの要素が挙げられる。本システムにおいては、これら３項目に（４）完成したカートンの寸法（幅）を加えた４項目について検査を行う。
【００２２】
加熱温度の検査はバーナー部２０内に設けられた放射温度計により行う。図２及び３に示すように、バーナー部２０の最も下流のバーナー２１ａ、２１ｂの下流に、放射温度計２５ａ、２５ｂが設けられる。放射温度計２５ａは、バーナー２１ａと同様に材料カートン１の下側から上向きに配置され、バーナー２１ａにより加熱された材料カートン１の端部２に位置する接着部分２ａの温度を測定する。同様に、放射温度計２５ｂは材料カートン１の上側から下向きに配置され、バーナー２１ｂにより加熱された材料カートン１の端部２に位置する接着部分２ａの温度を測定する。
【００２３】
図４（Ｂ）は、完成したカートンの接着部分のシール強度と、放射温度計で測定された温度との関係を示す。この関係から、要求されるシール強度を実現するために必要な温度が下限値として決定される。バーナーによる加熱温度が高すぎると、樹脂の溶融が過度になるためその下のアルミ層又はシリカ（SiOx）層に損傷を与えることがあり、液体などの内容物が漏れる恐れが生じる。一方、加熱温度が低すぎると、材料カートン１の樹脂の溶融が不十分となるため、後の圧着工程おける接着が不十分となる。このような状況は、単純にバーナーの出力が低い場合の他、搬送ローラ１２により搬送される材料カートン１が搬送中に空気抵抗により浮き上がり、バーナーとの距離が離れてしまった場合にも起こりうる。従って、要求されるシール強度を実現し、かつ、他の層に損傷を与えない程度の最適な加熱温度を維持するように、基準となる上限温度Ｔ1及び下限温度Ｔ2を決定する。
【００２４】
図４（Ａ）に測定結果の例を示す。図示のように、温度測定はカートンの移動中継続して行われる。図４（Ａ）では、連続して搬送される２つのカートンの切り替わり部分の測定温度データを示している。測定された温度データは、２つの基準温度Ｔ1及びＴ2との比較により評価される。即ち、測定温度を、上述のようにして予め決定された上限温度Ｔ1と下限温度Ｔ2と比較し、測定温度がその間に属する場合に良品であると判断する。図４（Ａ）の例は、カートン２の先頭の部分において温度が不十分であったことを示している。
【００２５】
具体的な動作としては、放射温度計２５ａ、２５ｂにより測定された温度データは、ライン内の図示しないデータ線を介してデータ収集部に集められ、分析出力部へ送られる。この分析出力部はコンピュータなどを備え、測定データを分析し、必要であればラインに警報などを発する。例えば、図４（Ａ）に示すように、測定温度が良品領域を逸脱した場合には、ラインに警報を発し、又はラインを自動的に停止して、点検などを行う。
【００２６】
次に、材料カートン１を圧着する際の圧力の管理について説明する。図６に示すように、圧着部４０においては、貼り合わせられた材料カートン１を圧着ローラ４１ａ、４１ｂにより加圧して接着を安定させる。図６において、下側の圧着ローラ４１ｂは固定され、上側の圧着ローラ４１ａは矢印Ｄの方向に上下移動が可能である。圧着ローラ４１ａの上方に距離センサ４３ａ、４３ｂを配置し、当該センサと上側ローラ４１ａとの距離を測定する。距離センサ４３ａ、４３ｂの位置は固定であるので、距離センサ４３ａ、４３ｂの測定データを利用して、上側ローラ４１ａと下側ローラ４１ｂとの間隙（ロールギャップＧ）を計算することができる。カートンが通過するロールギャップＧの距離は、通過するカートンに加わる圧力に比例するので、このロールギャップＧを求めて、圧着ローラ４１ａ、４１ｂの状態、即ちカートンに加わる圧力を検査する。
【００２７】
図７（Ｂ）に接着部分のシール強度とロールギャップとの関係を示す。ロールギャップの測定データも、上限値及び下限値との比較により評価される。ロールギャップＧが小さすぎると、カートンに加わる圧力が過大となり、材料カートン１のシリカ層などにピンホールなどの損傷が生じ、内容物の漏れなどの恐れが生じる。一方、ロールギャップＧが大きすぎると、カートンへの加圧が不十分となり、その結果、材料カートン１の接着部分２ａの接着が不十分となる。この関係から、要求されるシール強度を実現するために適当なロールギャップ値の範囲を定め、ロールギャップＧの上限値Ｄ1及び下限値Ｄ2を決定する。
【００２８】
図７（Ａ）に、ロールギャップＧの測定データ例を示す。図７（Ａ）では、カートンが連続的に搬送ローラ１２上を搬送され、圧着ローラ４１ａ、４１ｂ間を次々と通過している状態で測定されたロールギャップ値の推移を示す。なお、厳密に言えば、連続するカートンの切れ目ではカートンが通過している状態と比較して圧力は低くなるが、上限値Ｄ1及び下限値Ｄ2は、このようなカートンの有無に起因する圧力の微小な変動は吸収するような値に決定する。従って、検出された圧力、即ち、ロールギャップＧの値が良品領域を逸脱するのは、例えば、複数の材料カートンが圧着ローラ間を同時に通過したような場合（ロールギャップＧは大きくなる）や、貼り合わせがなされていない状態（図１左側参照）の材料カートンが通過した場合（ロールギャップＧは小さくなる）などである。
【００２９】
具体的な動作としては、距離センサ４３ａ、４３ｂにより測定された距離（距離センサと上側ローラとの距離）がデータ収集部へ送られ、ここでロールギャップＧが計算されて分析出力部へ送られる。こうして得られたロールギャップ値が良品領域を逸脱した場合には、ラインに警告を発し、自動的にラインを停止する等の処理を行う。
【００３０】
次に、加熱時間の検査について説明する。本実施形態においては、加熱時間の管理は、搬送ローラ１２の搬送速度に基づいて行う。加熱を行うバーナーは搬送ローラ１２中に固定配置されているので、材料カートン１の搬送速度に対応して加熱時間は変化する。具体的には、搬送ローラ１２の駆動部の回転数を測定し、これによってカートンの搬送速度を計算する。
【００３１】
図５（Ｂ）にカートンのシール強度と搬送速度との関係を示す。搬送速度が速すぎると加熱時間が短くなり、加熱が不十分となる。よって、接着が不十分となる。一方、搬送速度が遅すぎると加熱時間が長くなりすぎ、カートンの損傷が生じる。従って、要求されるシール強度が得られるように搬送速度の上限値Ｖ1及び下限値Ｖ2を決定し、良品領域を定める。
【００３２】
搬送ローラ１２から出力される搬送ローラの回転数値はデータ収集部へ送られ、ここでカートンの搬送速度Ｖを算出する。算出された搬送速度Ｖは分析出力部へ送られ、ここで上限値Ｖ1及び下限値Ｖ2と比較され、良品範囲を逸脱している場合にはラインに警報を発し、ラインを自動的に停止するなどの処置を採る。
【００３３】
次に、製造されたカートンの寸法（幅）の検査について説明する。上述の加熱温度、加熱時間、圧力などが適性な状態で製造された場合でも、くせ折り部１０又は貼り合わせ部３０における折り曲げが適切でない場合、例えば、材料カートン１の端部２が斜めに貼り合わされた場合などには、容器としての密封性、強度などにおいて問題が生じる。このため、熱圧着が終了したカートンについてその幅の測定を行う。
【００３４】
図８にカートン幅の測定原理を示す。図２及び図８（Ａ）に示すように、圧着部４０の圧着ローラ４１より下流に２組の透過型のレーザセンサ４４が配置される。各レーザセンサ４４は発光部４４ａと受光部４４ｂとにより構成される。レーザセンサ４４の発光部と受光部の間をカートンが通過すると、発光部４４ａからのレーザ光が遮られるため、図８（Ｂ）に示すＷ1、Ｗ2の値が得られる。発光部４４ａの位置は固定であるので、図８（Ｂ）のＷ3の値は既知であり、演算によりカートン幅Ｗを求めることができる。
【００３５】
図９に測定されたカートン幅Ｗの時間的推移を示す。なお、連続するカートンとカートンの間ではカートン幅は零となるが、図９では所定時間間隔毎の平均値を採っているので、カートンの有無による幅Ｗの値の変動は吸収される。カートンの幅Ｗは製品毎に予め決まっており、幅が大きすぎたり、小さすぎたりすると材料カートン１の接着部分２ａが正しく重なっていないことになり、容器の気密性などの点において問題が生じる。従って、カートンの規格サイズ等からカートン幅の良品寸法を決定しておく。測定されたカートン幅の値はデータ収集部に収集され、分析出力部に送られる。この分析出力部では、測定されたデータを良品寸法と比較し、良品の範囲を逸脱した場合には警報を発する等の処理を行う。
【００３６】
以上説明したように、本システムにおいては、検査項目毎に種々のセンサなどを設け、ライン中の各工程における作業装置との関連において全数のデータを採取する。言い換えれば、完成した製品各々について事後的に検査を行うのではなく、各工程で使用される装置側の動作を検査、監視することによって製品の良否を判断する。また、採取されたデータを分析出力部へ送って、リアルタイムで分析、評価する。従って、インラインで全数の検査をリアルタイムで行うことが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、加熱、圧着の工程において、加熱温度、加熱時間及び圧力の測定データを継続的に分析し、分析結果がリアルタイムで出力されるので、熱接着の対象物についてインラインで全数検査が可能となる。また、警告工程は測定データが適性な範囲から外れた場合には直ちに警告を発するので、不適当な状態で作業が継続することを防止できる。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、加熱温度、加熱時間、圧力の他に、さらに熱圧着後の対象物の寸法をもリアルタイムで測定、評価するので、適正な品質管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態にかかる液体紙容器用カートンの製造工程の概略を示す図である。
【図２】  液体紙容器用カートンの製造システムの概略を示すブロック図である。
【図３】  図２に示すバーナー部の構成を示す斜視図である。
【図４】  バーナー部における温度測定結果例、及び、シール強度と温度との関係を示す図である。
【図５】  搬送ローラの速度測定結果例、及び、シール強度と速度との関係を示す図である。
【図６】  圧着部における圧着ロールの概略構成を示す斜視図である。
【図７】  ロールギャップの測定結果例、及び、シール強度とロールギャップとの関係を示す図である。
【図８】  圧着部における寸法測定装置の概略構成を示す図である。
【図９】  カートン幅の測定結果例を示す図である。
【符号の説明】
１…材料カートン
２…端部
３…折り目
１０…くせ折り部
１１…供給部
２０…バーナー部
２１ａ、２１ｂ…バーナー
２５ａ、２５ｂ…放射温度計
３０…貼り合わせ部
４０…圧着部
４１ａ、４１ｂ…圧着ローラ
４４…レーザセンサ
４５…搬出部
【図１】
0003960657.tif 000002
【図２】
0003960657.tif 000003
【図３】
0003960657.tif 000004
【図４】
0003960657.tif 000005
【図５】
0003960657.tif 000006
【図６】
0003960657.tif 000007
【図７】
0003960657.tif 000008
【図８】
0003960657.tif 000009
【図９】
0003960657.tif 000010