JP5911324B2 - Apparatus and method for thermal welding of thermoplastic resin - Google Patents
Apparatus and method for thermal welding of thermoplastic resin Download PDFInfo
- Publication number
- JP5911324B2 JP5911324B2 JP2012024091A JP2012024091A JP5911324B2 JP 5911324 B2 JP5911324 B2 JP 5911324B2 JP 2012024091 A JP2012024091 A JP 2012024091A JP 2012024091 A JP2012024091 A JP 2012024091A JP 5911324 B2 JP5911324 B2 JP 5911324B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- load
- welding
- heating body
- packaging material
- heat welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Closing Of Containers (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
本発明は、熱可塑性樹脂の熱溶着装置および方法に関するものであり、たとえば容器と蓋とを接合する際に使用される。本発明は、特に精密部品で超音波溶着などの接合方法が利用できない場合に有用である。 The present invention relates to a thermoplastic resin thermal welding apparatus and method, and is used, for example, when a container and a lid are joined. The present invention is particularly useful when a joining method such as ultrasonic welding cannot be used for precision parts.
従来、一般的な包装材の接合を行う装置には、高速化が求められるため熱溶着や超音波溶着、振動溶着などの様々な接合方法が用いられている。特に振動を嫌う精密部品に関しては、主に熱溶着が用いられている。熱溶着とは、加熱手段を有する加熱体を押圧し包装材の容器と蓋を潰し込むことにより接合させる技術である。 Conventionally, since a high speed is required for a general apparatus for joining packaging materials, various joining methods such as thermal welding, ultrasonic welding, and vibration welding are used. Especially for precision parts that dislike vibration, thermal welding is mainly used. Thermal welding is a technique in which a heating body having a heating means is pressed and bonded by crushing the container and lid of the packaging material.
包装材の役割は、輸送時の圧力変動や温度変化に耐え得る密閉性を確保することである。また、相反する要件として、人手で剥がし易い程度の溶着強度であるという容易開封性も重要となる。このように包装材の役割として、密閉性と容易開封性を両立させる必要がある。密閉性の品質評価方法としては、加圧と減圧を繰り返す加減圧試験や、高温環境下と常温環境下に交互に置くヒートサイクル試験が一般的に行われている。また容易開封性の品質評価方法としては、溶着部の剥離試験を実施している例がある。密閉性と容易開封性の両要件を同時に満足するためには溶着強度の管理が必要である。溶着強度は接合面積に基づいて決定される。一般に、被溶着物である容器側の溶着リブの蓋と接合する面には、容器と蓋の潰し込みを効果的に行うために、図7(a)に示すように、開口部の周囲に凸状形状の溶着リブが形成されている。図7(b)および(c)は凸状形状の溶着リブの断面の例を示したものである。この凸状形状が一定の幅でない場合、容器と蓋の潰し代にあたる変位量を管理することが重要である。図7(b)に示すように溶着リブの凸状形状の幅が均一な場合、潰し代の管理を行わなくても接合長さ1と2が一定となるため溶着強度は一定となる。潰し代によって溶着バリの発生量は異なるが、溶着強度には影響しない。しかし図7(c)に示すように、容器を金型で成形するために、凸状形状の幅が高さによって異なる場合がある。その場合、潰し代によって接合長さが変わるため、所定の溶着強度を保つには潰し代を管理する必要がある。 The role of the packaging material is to ensure hermeticity that can withstand pressure fluctuations and temperature changes during transportation. In addition, as an incompatible requirement, an easy opening property that is a welding strength that is easily peeled off manually is also important. Thus, as a role of the packaging material, it is necessary to achieve both airtightness and easy opening. As a sealing quality evaluation method, a pressurization test in which pressurization and decompression are repeated, and a heat cycle test in which the test is alternately performed in a high temperature environment and a normal temperature environment are generally performed. In addition, as an easy-opening quality evaluation method, there is an example in which a peel test of a welded part is performed. In order to satisfy both the requirements of hermeticity and easy opening, it is necessary to manage the welding strength. The welding strength is determined based on the bonding area. In general, in order to effectively squeeze the container and the lid, the surface to be welded to the lid of the welding rib on the container side, which is an object to be welded, is provided around the opening as shown in FIG. Convex-shaped welding ribs are formed. FIGS. 7B and 7C show examples of cross sections of convex weld ribs. When this convex shape is not a certain width, it is important to manage the amount of displacement corresponding to the crushing margin of the container and the lid. When the width of the convex shape of the welding rib is uniform as shown in FIG. 7B, the welding length is constant because the joining lengths 1 and 2 are constant without managing the crushing allowance. Although the amount of welding burrs generated varies depending on the crushing allowance, it does not affect the welding strength. However, as shown in FIG. 7C, in order to form the container with a mold, the width of the convex shape may vary depending on the height. In that case, since the joining length varies depending on the crushing margin, it is necessary to manage the crushing margin in order to maintain a predetermined welding strength.
下記特許文献1には一般的な包装材の熱溶着方法及び装置が開示されている。対象となる包装材は熱可塑性樹脂の容器とフィルム状の蓋とからなる。この熱溶着装置は、容器と蓋をそれぞれ供給する機構と、容器を間欠運動させる搬送路、被包装物を容器に収納する機構、加熱体を押圧することにより蓋を容器に熱溶着する機構から構成されている。供給された容器に被包装物を収納しその上に蓋を供給し、加熱手段を有する加熱体により蓋と容器を押圧することで熱溶着を行う。 Patent Document 1 below discloses a general method and apparatus for thermally welding a packaging material. The target packaging material is composed of a thermoplastic resin container and a film-like lid. This thermal welding apparatus includes a mechanism for supplying a container and a lid, a conveyance path for intermittently moving the container, a mechanism for storing an object to be packaged in the container, and a mechanism for thermally welding the lid to the container by pressing a heating body. It is configured. The object to be packaged is stored in the supplied container, a lid is supplied thereon, and the lid and the container are pressed by a heating body having a heating means to perform heat welding.
従来の熱溶着方法では、時間管理によって溶着強度の管理を行っていた。しかしこの方法では、蓋や容器の溶着リブの高さや幅のばらつきに関わらず一律に一定の時間で溶着を終了してしまうため、接合された包装材の溶着強度のばらつきが大きくなってしまうという課題があった。 In the conventional heat welding method, the welding strength is managed by time management. However, in this method, the welding ends uniformly in a certain time regardless of variations in the height and width of the welding ribs of the lid and the container, so that the variation in the welding strength of the bonded packaging material becomes large. There was a problem.
そこで、かかる課題を解決するために、蓋や容器の溶着用凸状リブの高さや幅のばらつきの影響をキャンセルすることが可能な溶込量制御を行う必要がある。 Therefore, in order to solve such a problem, it is necessary to perform penetration amount control capable of canceling the influence of variations in height and width of the convex ribs for welding the lid and the container.
しかしながら、熱可塑性樹脂同士を溶着する場合、熱変形してしまうため、剛体同士であれば容易に検出できる接触荷重を検出することが難しい。接触荷重を正確に検出するためには、荷重を低く設定するか、もしくは、加熱体の温度を低く設定する必要がある。しかし、1.0秒以内の高速タクトで熱溶着を行うためには溶着荷重を高く設定するか、もしくは加熱体の温度を高く設定する必要がある。溶着荷重を高くすると、きちんと熱が伝達されないうちに溶着が完了してしまい、溶着強度が低下するという課題が生じる。また同様に加熱体を高温にすると加熱体が蓋に接近した時点で熱可塑性樹脂が溶融し始めて軟化してしまい、溶着強度が安定しない。そのため高速タクトでは、加熱体が蓋に接触する際の荷重を検出しにくいため、溶着強度の管理が難しくなる。 However, when the thermoplastic resins are welded to each other, they are thermally deformed, so that it is difficult to detect a contact load that can be easily detected between rigid bodies. In order to accurately detect the contact load, it is necessary to set the load low or to set the temperature of the heating body low. However, in order to perform heat welding with a high-speed tact within 1.0 seconds, it is necessary to set the welding load high or set the temperature of the heating body high. When the welding load is increased, the welding is completed before the heat is properly transmitted, resulting in a problem that the welding strength is lowered. Similarly, when the heating body is heated to a high temperature, when the heating body approaches the lid, the thermoplastic resin starts to melt and softens, and the welding strength is not stable. Therefore, in high-speed tact, it is difficult to detect the load when the heating body contacts the lid, so that it is difficult to manage the welding strength.
そこで、本発明による熱溶着装置および方法では、簡易な構成で溶着強度を安定化させるとともに、高速化を実現することを目的とする。 Accordingly, it is an object of the thermal welding apparatus and method according to the present invention to stabilize the welding strength with a simple configuration and to achieve high speed.
そして、本発明は上記目的を達成するために、熱可塑性樹脂からなる包装材の容器と蓋を熱溶着により接合させる熱溶着装置であって、加熱手段を有する加熱体と、変位検出手段を有する押圧手段と、荷重検出手段とを有しており、該荷重検出手段によって該加熱体に掛かる荷重を検出し、溶着物や被溶着物の個体差の影響を受けずに溶着強度を管理可能としたものである。 In order to achieve the above object, the present invention is a thermal welding apparatus for joining a container of a packaging material made of a thermoplastic resin and a lid by thermal welding, and includes a heating body having a heating means and a displacement detection means. It has a pressing means and a load detection means, the load applied to the heating body is detected by the load detection means, and the welding strength can be managed without being affected by individual differences of the welded material and the welded material. It is a thing.
また、第2の課題解決手段は、上記熱溶着装置であって、前記加熱体と前記蓋が接触した直後の接触荷重を検出した位置からの変位量を管理可能とする変位量管理用に、エンコーダや渦電流センサなどの位置検出手段を有するアクチュエータを有する構成としたものである。 Further, the second problem solving means is the above-mentioned heat welding apparatus, for displacement amount management that enables management of the displacement amount from the position where the contact load immediately after the heating body and the lid are in contact is detected. The actuator includes an actuator having position detecting means such as an encoder and an eddy current sensor.
上記第1の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、蓋と容器の接触点を毎回検出するので、蓋や容器などの溶着物や被溶着物の個体差の影響を受けずに溶着強度を管理可能とすることができる。 The operation of the first problem solving means is as follows. That is, since the contact point between the lid and the container is detected every time, it is possible to manage the welding strength without being affected by the individual difference between the welded material such as the lid and the container and the material to be welded.
また、第2の課題解決手段による作用は、位置検出手段を有するアクチュエータを用いることで、容易に溶込量制御を行うことができるという効果を発揮する。 Moreover, the effect | action by a 2nd problem-solving means exhibits the effect that penetration amount control can be easily performed by using the actuator which has a position detection means.
本発明の熱溶着装置および方法によれば、高速タクトでも溶着強度のばらつきを抑えることが可能となり、密閉性や容易開封性の不良による不良品の発生を防止することができる。 According to the heat welding apparatus and method of the present invention, it is possible to suppress a variation in welding strength even at a high speed tact, and it is possible to prevent the occurrence of defective products due to poor sealing performance and easy opening performance.
以下、本発明の実施の形態を図1〜図6に基づいて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の好適な実施形態の熱溶着装置の構成を示す概略図である。図1の熱溶着装置により、容器12に蓋11を熱溶着(接合)する。蓋11は容器12の上に載せられた状態で支持され、容器12はバックアップ33により支持されている。
図1において21は、蓋11を直接加熱する加熱体である。加熱体21の内部に、カートリッジヒータやパルスヒータなどの加熱手段22が設けられている。加熱手段22は、温度調整用のコントローラ23によって制御されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a heat welding apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. The lid 11 is thermally welded (joined) to the container 12 by the heat welding apparatus of FIG. The lid 11 is supported while being placed on the container 12, and the container 12 is supported by a backup 33.
In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a heating body that directly heats the lid 11. Heating means 22 such as a cartridge heater or a pulse heater is provided inside the heating body 21. The heating means 22 is controlled by a temperature adjusting controller 23.
また、加熱体21を上下方向に駆動するアクチュエータとして、サーボモータや電動シリンダ、ステッピングモータやリニアモータを使用した単軸ロボットの電動アクチュエータなどの押圧手段31を具備している。なお、押圧手段31は、後述する変位量管理機能と荷重切り替え機能の双方を有していてもよい。この押圧手段31はサーボモータのエンコーダや外部の渦電流センサなどの変位検出手段32を具備している。また、加熱体21と蓋11を押圧する際の荷重を検出するため、ロードセルなどの荷重検出手段41を有している。 Further, as an actuator for driving the heating body 21 in the vertical direction, a pressing means 31 such as a servo motor, an electric cylinder, an electric actuator of a single-axis robot using a stepping motor or a linear motor is provided. The pressing means 31 may have both a displacement amount management function and a load switching function described later. The pressing means 31 includes a displacement detecting means 32 such as an encoder of a servo motor or an external eddy current sensor. Moreover, in order to detect the load at the time of pressing the heating body 21 and the lid | cover 11, it has the load detection means 41, such as a load cell.
次に、図1に示す熱溶着装置を用いた熱溶着方法について、図2の動作フローを用いて説明する。ステップ1(S1)では、バックアップ33に蓋11と容器12がセットされ、加熱体21は蓋11から離れた位置に待機している。また、加熱体21は加熱手段22によって熱せられて加熱状態にある。次にステップ2(S2)では、加熱体21全体が押圧手段31によって移動され所定の移動速度切り替えポイントまで高速移動する。移動速度切り替えポイントは、本実施形態の場合、加熱体21と蓋11が接触する位置より0.5mm以上手前とする。その後、ステップ3(S3)で押圧手段31の移動速度の切り替えを行い、ステップ4(S4)で10mm/sec以下の低速の状態で加熱体21全体が移動開始する。ステップ5(S5)で低速のまま加熱体21と蓋11が接触し、熱可塑性樹脂同士が溶融し始めることで徐々に荷重が高まる。次にステップ6(S6)で、所定の接触荷重を検出するまで押圧手段31は移動を続け、加熱体21と蓋11が接触したと判断する。その後、ステップ7(S7)で接触荷重から溶着荷重まで所定の時間で荷重が切り替わるように移動を続け、ステップ8(S8)で所定の溶着荷重に到達する。次にステップ9(S9)では、ステップ7の時点での現在位置をゼロ点とし、所定の溶込量に到達するまで荷重が一定になるように移動を続ける。その際、ステップ7、8とステップ9とは同時に行われる。ステップ9で溶込量が所定の値に達した後、ステップ10(S10)で溶着完了となる。その後、ステップ11(S11)で加熱体21全体がステップ1の際の位置に戻るよう高速移動を開始する。ステップ1と同一の位置に戻ったステップ12(S12)の時点で1サイクル動作が終了する。 Next, a heat welding method using the heat welding apparatus shown in FIG. 1 will be described using the operation flow of FIG. In step 1 (S 1), the lid 11 and the container 12 are set on the backup 33, and the heating body 21 stands by at a position away from the lid 11. The heating body 21 is heated by the heating means 22 and is in a heated state. Next, in step 2 (S2), the entire heating body 21 is moved by the pressing means 31 and moved to a predetermined moving speed switching point at a high speed. In the case of this embodiment, the moving speed switching point is 0.5 mm or more before the position where the heating body 21 and the lid 11 are in contact. Thereafter, the moving speed of the pressing means 31 is switched at step 3 (S3), and the entire heating element 21 starts moving at a low speed of 10 mm / sec or less at step 4 (S4). In step 5 (S5), the heating body 21 and the lid 11 are kept in contact with each other at a low speed, and the thermoplastic resin begins to melt, whereby the load is gradually increased. Next, in step 6 (S6), the pressing means 31 continues to move until a predetermined contact load is detected, and it is determined that the heating body 21 and the lid 11 are in contact. Thereafter, in step 7 (S7), the movement is continued so that the load is switched in a predetermined time from the contact load to the welding load, and the predetermined welding load is reached in step 8 (S8). Next, in step 9 (S9), the current position at the time of step 7 is set as a zero point, and the movement is continued so that the load becomes constant until a predetermined penetration amount is reached. At that time, Steps 7 and 8 and Step 9 are performed simultaneously. After the penetration amount reaches a predetermined value in step 9, the welding is completed in step 10 (S10). After that, in step 11 (S11), high-speed movement is started so that the entire heating element 21 returns to the position in step 1. At the time of step 12 (S12) when returning to the same position as step 1, the one-cycle operation ends .
このように、図2に示す動作フローの熱溶着方法を行うことで溶着物や被溶着物の個体差による影響を受けることなく常に安定した溶着強度を達成できるよう管理することができる。
なお、上記の熱溶着装置において、加熱体と蓋が接触した直後の接触荷重を検出した位置からの変位量(移動量)を管理可能とする変位量管理用に、エンコーダや渦電流センサのような位置検出手段を有するアクチュエータを備えていてもよい。
In this way, by performing the heat welding method of the operation flow shown in FIG. 2, it is possible to manage so that a stable welding strength can be always achieved without being affected by individual differences in the welded material and the welded material.
In the above-mentioned heat welding apparatus, an encoder or an eddy current sensor is used for displacement amount management that makes it possible to manage the displacement amount (movement amount) from the position at which the contact load is detected immediately after the heating body contacts the lid. An actuator having various position detecting means may be provided.
次に、本発明の第1の実施の形態の実施例1の熱溶着装置および熱溶着方法について、図1〜図3を参照して説明する。また、比較例1として時間管理によって溶着強度の管理を行う従来技術による熱溶着方法について、図4および図5を参照して説明する。実施例1と比較例1の対照から、荷重切り替えの有無による溶着強度のばらつきの差異の具体例を示す。ただし本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Next, the thermal welding apparatus and the thermal welding method of Example 1 of the 1st Embodiment of this invention are demonstrated with reference to FIGS. 1-3. As a comparative example 1, a conventional thermal welding method for managing the welding strength by time management will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. From a comparison between Example 1 and Comparative Example 1, a specific example of a difference in welding strength variation depending on whether or not the load is switched will be shown. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
第1の実施の形態の実施例1における熱溶着装置の装置構成は、図1に概略的に示す通りである。なお、容器12の上端には蓋11を溶着するため、図7(a)に示した容器12の形状と同様の、長さ方向断面が凸状形状である溶着リブがリング状に形成されている。また、凸状形状の幅(リング幅)は高さによって異なっており、図7(c)に示したように、断面がお椀を逆に伏せたような形状となっている。すなわち凸状形状の高さが高くなるほどの凸状形状の幅は小さくなっている。具体的には以下の装置構成で実施した。
(Example 1)
The apparatus configuration of the thermal welding apparatus in Example 1 of the first embodiment is as schematically shown in FIG. Since the lid 11 is welded to the upper end of the container 12, a welding rib having a convex shape in the longitudinal section is formed in a ring shape, similar to the shape of the container 12 shown in FIG. Yes. Further, the width of the convex shape (ring width) varies depending on the height, and as shown in FIG. 7C, the cross section has a shape in which the bowl is turned upside down. That is, as the height of the convex shape increases, the width of the convex shape decreases. Specifically, the following apparatus configuration was used.
該装置は、まず黄銅からなる加熱体21と、その内部に加熱手段22として2本の150Wのシース型カートリッジヒータを有している。また、加熱手段22をコントロールするための温度調整器としてサンプリング周期100mSのコントローラ23を使用した。 The apparatus has a heating body 21 made of brass, and two 150 W sheath type cartridge heaters as heating means 22 therein. A controller 23 with a sampling period of 100 mS was used as a temperature regulator for controlling the heating means 22.
また押圧手段31としてサーボモータを、荷重検出手段41として最大容量2000N、分解能0.1%のロードセルを備えている。この押圧手段31としてのサーボモータは、荷重検出手段41の検出値に対してフィードバック制御することが可能である。本実施例において使用した蓋11は、熱溶着層として熱可塑性樹脂である無延伸ポリプロピレン層と、インクの蒸発を防ぐガスバリア層、ポリプロピレンよりも融点の高い熱保護層などの複数層からなる総厚120μmの熱可塑性樹脂フィルムであった。容器12はポリプロピレンからなり、熱溶着のために外周に高さ200μm、幅1.2mmの断面逆お椀形状の溶着リブを有する。 Further, a servo motor is provided as the pressing means 31, and a load cell having a maximum capacity of 2000N and a resolution of 0.1% is provided as the load detecting means 41. The servo motor as the pressing unit 31 can perform feedback control on the detection value of the load detection unit 41. The lid 11 used in this example has a total thickness composed of a plurality of layers such as an unstretched polypropylene layer which is a thermoplastic resin as a heat-welding layer, a gas barrier layer which prevents ink evaporation, and a heat protective layer having a melting point higher than that of polypropylene. It was a 120 μm thermoplastic resin film. The container 12 is made of polypropylene, and has a welding rib having a reverse bowl-shaped cross section having a height of 200 μm and a width of 1.2 mm on the outer periphery for thermal welding.
次に、実施例1における熱溶着方法について図2および図3を参照して説明する。 Next, the heat welding method in Example 1 is demonstrated with reference to FIG. 2 and FIG.
図3は、横軸が時間(Sec)、縦軸が荷重検出手段41によって検出した荷重(N)と、変位検出手段32によって検出した変位(mm)の値をそれぞれ表している。また、グラフ中の実線が荷重の推移を表し、鎖線は変位の推移を示している。また、横軸の時間軸に示されているS1、S3、S5、S6、S8、S10は、それぞれ図2に示した動作フローのステップと対応している。 In FIG. 3, the horizontal axis represents time (Sec), and the vertical axis represents the load (N) detected by the load detector 41 and the displacement (mm) detected by the displacement detector 32. In addition, the solid line in the graph represents the transition of the load, and the chain line represents the transition of the displacement. Further, S1, S3, S5, S6, S8, and S10 shown on the horizontal time axis correspond to the steps of the operation flow shown in FIG.
前記の蓋11と容器12を、以下に記載する設定条件で熱溶着した。加熱体21の溶着温度が200℃の恒温状態になるよう、コントローラ23で加熱手段22を制御した。 The lid 11 and the container 12 were thermally welded under the setting conditions described below. The heating means 22 was controlled by the controller 23 so that the welding temperature of the heating body 21 became a constant temperature state of 200 ° C.
また、荷重切り替え条件として、図2に示す動作フローおいてステップ6の接触荷重を200Nに、ステップ8の溶着荷重を500Nに設定し、連続的に荷重の切り替えを行った。また、ステップ8で溶着荷重に到達後に所定の押圧荷重を維持し続けるようフィードバック制御を行うことで、押圧手段31のオーバーランを低減し、溶着強度を管理可能とすることができる。 Further, as the load switching condition, the contact load in step 6 was set to 200 N and the welding load in step 8 was set to 500 N in the operation flow shown in FIG. 2, and the load was continuously switched. Further, by performing feedback control so as to continue to maintain a predetermined pressing load after reaching the welding load in Step 8, it is possible to reduce the overrun of the pressing means 31 and manage the welding strength.
さらに、図2においてステップ6からステップ10へ歩進するための溶込量の設定値を130μmとした。 Furthermore, in FIG. 2, the set value of the penetration amount for stepping from Step 6 to Step 10 was set to 130 μm.
(比較例1)
従来技術を用いた比較例1として、荷重切り替えを行わず時間管理のみを行う熱溶着装置および熱溶着方法について説明する。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1 using the prior art, a thermal welding apparatus and a thermal welding method that perform only time management without switching loads will be described.
まず比較例1における熱溶着装置は、図1に示す装置の構成機器のうち一部の機器を有さずに構成してある。具体的には以下の装置構成で実験を行った。
本比較例の装置構成と実施例1の装置構成との相違点は、本比較例の装置が押圧手段31としてエアシリンダを使用しており、変位検出手段32を有していない点である。また、本比較例の装置は荷重検出手段41も有していない。
First, the thermal welding apparatus in Comparative Example 1 is configured without some of the components of the apparatus shown in FIG. Specifically, the experiment was performed with the following apparatus configuration.
The difference between the apparatus configuration of this comparative example and the apparatus configuration of the first embodiment is that the apparatus of this comparative example uses an air cylinder as the pressing means 31 and does not have the displacement detection means 32. Further, the device of this comparative example does not have the load detection means 41.
次に、比較例1の熱溶着装置を用いた熱溶着方法について、図4の動作フローを参照して説明する。ステップ1(S1)では、バックアップ33に蓋11と容器12がセットされ、加熱体21は蓋11から離れた位置に待機している。また、加熱体21は加熱手段22によって熱せられて加熱状態にある。次にステップ2(S2)では、加熱体21全体が押圧手段31によって移動を開始し、同時にステップ3(S3)で時間管理を開始する。ステップ4(S4)で加熱体21と蓋11とが接触し、所定の時間に到達した時点でステップ5(S5)で溶着が完了する。その後、ステップ6(S6)で加熱体21全体がステップ1(S1)の時点での位置に戻るよう高速移動を開始する。ステップ1の時点と同一の位置に戻ったステップ7(S7)の時点で1サイクル動作が終了する。 Next, the heat welding method using the heat welding apparatus of the comparative example 1 is demonstrated with reference to the operation | movement flow of FIG. In step 1 (S 1), the lid 11 and the container 12 are set on the backup 33, and the heating body 21 stands by at a position away from the lid 11. The heating body 21 is heated by the heating means 22 and is in a heated state. Next, in step 2 (S2), the whole heating body 21 starts moving by the pressing means 31, and at the same time, time management is started in step 3 (S3). In step 4 (S4), the heating body 21 and the lid 11 come into contact with each other, and when a predetermined time is reached, welding is completed in step 5 (S5). Thereafter, in step 6 (S6), the entire heating element 21 starts high-speed movement so as to return to the position at the time of step 1 (S1). The one-cycle operation ends at the time of step 7 (S7) when the position returns to the same position as at the time of step 1.
次に、比較例1における熱溶着方法について図4および図5を参照して説明する。 Next, the heat welding method in the comparative example 1 is demonstrated with reference to FIG. 4 and FIG.
図5のグラフの各軸は図3と同じ時間、荷重、変位の値を表しているが、変位検出手段32と荷重検出手段41を有していないため、荷重と変位については想定される数値を模擬的に示している。具体的には、エアシリンダの推力を荷重と仮定している。 Each axis of the graph of FIG. 5 represents the same time, load, and displacement values as in FIG. 3, but since the displacement detection means 32 and the load detection means 41 are not provided, the values assumed for the load and displacement are as follows. Is shown in a simulated manner. Specifically, the thrust of the air cylinder is assumed to be a load.
前記の蓋11と容器12を、以下に記載する設定条件で熱溶着した。加熱体21の溶着温度が210℃の恒温状態になるよう、コントローラ23で加熱手段22を制御した。 The lid 11 and the container 12 were thermally welded under the setting conditions described below. The heating means 22 was controlled by the controller 23 so that the welding temperature of the heating body 21 became a constant temperature state of 210 ° C.
また、エアシリンダの推力として、エア圧0.4MPaで約500Nを付与した。さらに、ステップ5で溶着完了となるタイマー時間を1.2secとした。 Further, as the thrust of the air cylinder, about 500 N was applied at an air pressure of 0.4 MPa. Furthermore, the timer time for completing the welding in step 5 was set to 1.2 sec.
ただし、押圧手段31がエアシリンダであるため、加熱体21と蓋11の接触するステップ4(S4)を検出する手段がなく、蓋11や容器12の溶着リブのばらつきによって一意には定まらない。また、エアシリンダのピストンの動作開始時であるステップ2(S2)や、蓋11に接触したステップ4(S4)の時点でエアシリンダの推力がばらつく恐れがある。 However, since the pressing means 31 is an air cylinder, there is no means for detecting Step 4 (S4) in which the heating body 21 and the lid 11 are in contact with each other, and the pressure means 31 is not uniquely determined by the variation in the welding ribs of the lid 11 and the container 12. In addition, the thrust of the air cylinder may vary at the time of Step 2 (S2) when the operation of the piston of the air cylinder is started or Step 4 (S4) when it contacts the lid 11.
以上のことから、図5の変位1、変位2に示すように、毎サイクル後の溶着完了位置が安定していないことが推測される。 From the above, as shown by displacement 1 and displacement 2 in FIG. 5, it is estimated that the welding completion position after each cycle is not stable.
前記の実施例1、比較例1で熱溶着した包装材の溶着強度の評価のために、以下の方法で剥離試験を実施した。具体的には、蓋11の隅をグリッパで保持して剥離し、プッシュプルゲージで剥離時に掛かった荷重を測定する剥離試験を行い、溶着強度のばらつきを測定し比較した。 In order to evaluate the welding strength of the packaging material heat-welded in Example 1 and Comparative Example 1, a peel test was performed by the following method. Specifically, the corner of the lid 11 was peeled while being held with a gripper, and a peel test was performed to measure the load applied at the time of peeling with a push-pull gauge, and the welding strength variation was measured and compared.
溶着強度のばらつきを、標準偏差の3倍の値で示し、実施例1と比較例1について比較した。その結果、比較例1の場合の溶着強度のばらつきが±10.2Nであったのに対して、実施例1の場合は±4.5Nであり、ばらつきが半減した。 The variation in welding strength was shown by a value three times the standard deviation, and Example 1 and Comparative Example 1 were compared. As a result, the variation in welding strength in the case of Comparative Example 1 was ± 10.2 N, whereas in the case of Example 1, it was ± 4.5 N, and the variation was halved.
また溶着に掛かる時間を比較したところ、比較例における溶着時間が1.0secであったのに対して、実施例1においては0.8secであり、より溶着強度を安定させることができた。さらに加熱体21の動作時間も、エアシリンダではなく速度制御可能なサーボモータなどを使用した実施例1の方が、タクト上有利である。 Further, when the time required for welding was compared, the welding time in the comparative example was 1.0 sec, whereas in Example 1, it was 0.8 sec, and the welding strength could be further stabilized. Furthermore, the operating time of the heating element 21 is more advantageous in terms of tact, as compared with the first embodiment using a servo motor capable of speed control instead of an air cylinder.
このように、荷重切り替えを行うことで、溶着荷重を高く設定し高速化を図っても溶着強度のばらつきは減少し、密閉性や容易開封性の不良による不良品の発生を防ぐことができることが分かる。 In this way, by switching the load, even if the welding load is set high and the speed is increased, the variation in welding strength is reduced, and it is possible to prevent the occurrence of defective products due to poor sealing performance and easy opening performance. I understand.
(第2の実施の形態)
第2の実施形態は、図1に示す熱溶着装置において加熱体21の加熱手段22として、パルスヒータを用いた場合の例である。その他の装置構成は、図1に示す熱溶着装置と同様である。
(Second Embodiment)
2nd Embodiment is an example at the time of using a pulse heater as the heating means 22 of the heating body 21 in the heat welding apparatus shown in FIG. Other apparatus configurations are the same as those of the heat welding apparatus shown in FIG.
第2の実施の形態の熱溶着方法を、図6の動作フローを参照して説明する。 A thermal welding method according to the second embodiment will be described with reference to an operation flow of FIG.
ステップ1(S1)では、バックアップ33に蓋11と容器12がセットされ、加熱体21は蓋11から離れた位置に待機している。また、加熱手段22は非加熱状態にあり加熱体21は常温状態にある。次にステップ2(S2)では、加熱体21全体が押圧手段31によって定速で移動する。ステップ3(S3)で定速のまま加熱体21と蓋11が接触し、容器12の溶着リブが弾性変形することで徐々に荷重が高まり、ステップ4(S4)で接触荷重に到達する。その後、ステップ5(S5)で接触荷重から溶着荷重まで所定の時間で荷重が切り替わるように移動を続け、ステップ8(S8)で所定の溶着荷重に到達する。その間にステップ5(S5)に歩進すると同時に、ステップ6(S6)で加熱手段22であるインパルスヒータへ通電し、ステップ7(S7)で瞬時に溶着温度に到達する。次に、ヒータが加熱状態になることにより樹脂が徐々に溶融し始める。その間に、ステップ9(S9)では、ステップ4(S4)の時点での位置をゼロ点とし、所定の溶込量に到達するまで移動を続ける。その際、ステップ5〜ステップ9は並行して行われる。ステップ10(S10)で溶込量が所定の値に達した時点で溶着完了となる。その後、ステップ11(S11)で加熱体21全体がステップ1の時点での位置に戻るよう高速移動を開始する。ステップ1の時点と同一の位置に戻ったステップ12の時点で1サイクル動作が終了する In step 1 (S 1), the lid 11 and the container 12 are set on the backup 33, and the heating body 21 stands by at a position away from the lid 11. Further, the heating means 22 is in an unheated state, and the heating body 21 is in a normal temperature state. Next, in step 2 (S2), the entire heating body 21 is moved at a constant speed by the pressing means 31. In step 3 (S3), the heating body 21 and the lid 11 come into contact with each other while maintaining a constant speed, and the welding rib of the container 12 is elastically deformed, whereby the load is gradually increased, and the contact load is reached in step 4 (S4). Thereafter, in step 5 (S5), the movement is continued so that the load is switched from the contact load to the welding load in a predetermined time. In step 8 (S8), the predetermined welding load is reached. In the meantime, the process proceeds to step 5 (S5) and at the same time, the impulse heater as the heating means 22 is energized in step 6 (S6), and the welding temperature is instantaneously reached in step 7 (S7). Next, the resin begins to melt gradually as the heater enters a heated state. Meanwhile, in step 9 (S9), the position at the time of step 4 (S4) is set as the zero point, and the movement is continued until a predetermined penetration amount is reached. At that time, Step 5 to Step 9 are performed in parallel. When the amount of penetration reaches a predetermined value in step 10 (S10), the welding is completed. Thereafter, in step 11 (S11), high-speed movement is started so that the entire heating element 21 returns to the position at the time of step 1. The one-cycle operation ends at the time of step 12 when the position returns to the same position as at the time of step 1.
このように、図6に示す動作フローの熱溶着方法を行うことで、図2のステップ2〜4の動作を省略することが可能となり、より高速に安定した溶着強度を管理することができる。 As described above, by performing the heat welding method of the operation flow shown in FIG. 6, it is possible to omit the operations of Steps 2 to 4 in FIG. 2, and it is possible to manage stable welding strength at a higher speed.
前記の第2の実施形態は、加熱体21の熱容量が小さい場合、すなわち被溶着物が小さい場合に好ましく適用することが可能である。ただし、被溶着物となる蓋11が複数層の熱可塑性樹脂からなる場合、表面の熱保護層の荷重たわみ温度や接着層の耐熱温度を越えない温度を加熱体21の溶着温度として設定する必要がある。 The second embodiment can be preferably applied when the heat capacity of the heating element 21 is small, that is, when the object to be welded is small. However, when the lid 11 to be welded is made of a plurality of layers of thermoplastic resin, it is necessary to set a temperature that does not exceed the deflection temperature under load of the surface heat protection layer or the heat resistance temperature of the adhesive layer as the welding temperature of the heating element 21. There is.
11蓋
12容器
21加熱体
22加熱手段
23コントローラ
31押圧手段
32変位検出手段
33バックアップ
41荷重検出手段
11 lid 12 container 21 heating body 22 heating means 23 controller 31 pressing means 32 displacement detection means 33 backup 41 load detection means
Claims (10)
加熱手段を有する加熱体と、
前記加熱体を移動させるための押圧手段と、
前記加熱体に掛かる荷重を検出する荷重検出手段と、
前記荷重検出手段が所定の値を検出してからの前記加熱体の移動量を検出するための変位検出手段と、を有し
前記移動量が所定の値となるまで前記押圧手段を移動させる
ことを特徴とする熱溶着装置。 A heat welding apparatus for melting and joining a packaging material made of thermoplastic resin by heat,
A heating element having a heating means;
A pressing means for moving the heating body;
Load detecting means for detecting a load applied to the heating body;
Displacement detecting means for detecting a moving amount of the heating body after the load detecting means detects a predetermined value, and moving the pressing means until the moving amount reaches a predetermined value. A heat welding apparatus characterized by
加熱体を移動させて前記包装材に接触させ、
前記接触させた時の接触荷重から所定の荷重になるまでさらに前記加熱体を移動させ、
前記所定の荷重に到達してから所定の溶込量となるまでさらに前記加熱体を移動させて前記包装材を接合させることを特徴とする熱溶着方法。 A thermal welding method in which a packaging material made of a thermoplastic resin is melted and joined by heat,
Move the heating element to contact the packaging material,
The heating body is further moved until a predetermined load is reached from the contact load at the time of the contact,
The thermal welding method characterized by joining the packaging material by further moving the heating body until reaching a predetermined penetration amount after reaching the predetermined load.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012024091A JP5911324B2 (en) | 2012-02-07 | 2012-02-07 | Apparatus and method for thermal welding of thermoplastic resin |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012024091A JP5911324B2 (en) | 2012-02-07 | 2012-02-07 | Apparatus and method for thermal welding of thermoplastic resin |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016069900A Division JP6093067B2 (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Method for manufacturing container with lid attached |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013159073A JP2013159073A (en) | 2013-08-19 |
JP2013159073A5 JP2013159073A5 (en) | 2015-03-26 |
JP5911324B2 true JP5911324B2 (en) | 2016-04-27 |
Family
ID=49171718
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012024091A Active JP5911324B2 (en) | 2012-02-07 | 2012-02-07 | Apparatus and method for thermal welding of thermoplastic resin |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5911324B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101410917B1 (en) | 2014-04-10 | 2014-06-23 | 신상철 | Heat welding apparatus |
CN112976589B (en) * | 2021-02-23 | 2023-03-21 | 赣州欧翔电子有限公司 | Ultrasonic welding device and ultrasonic welding method thereof |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0549654U (en) * | 1991-12-06 | 1993-06-29 | 東洋科学株式会社 | Sealed container |
JP4678021B2 (en) * | 2007-11-06 | 2011-04-27 | 株式会社デンソー | Laser welding method of resin material |
-
2012
- 2012-02-07 JP JP2012024091A patent/JP5911324B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013159073A (en) | 2013-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6093067B2 (en) | Method for manufacturing container with lid attached | |
US20170129062A1 (en) | Work Piece Processing Device With Servo-Elastic Actuator System With Simultaneous Precision Force And Position Control | |
CN108137181B (en) | Anvil block and ultrasonic sealing device | |
US20080261065A1 (en) | Resin welded body and manufacturing method thereof | |
JP5911324B2 (en) | Apparatus and method for thermal welding of thermoplastic resin | |
RU2404034C2 (en) | Method and device of welding parts together | |
EP3758890B1 (en) | Work piece processing device with servo-elastic actuator system with compliance elastic member and weight compensation elastic member | |
JP2007030013A (en) | Electric-joining method and electric-joining apparatus | |
SE520532C2 (en) | Counter rail and counter rail in a sealing device, as well as a method for manufacturing them | |
US11491733B2 (en) | Method and device for the ultrasonic welding of plastic components of an electronic cigarette or of an electronic cigarette cartridge | |
JP5507419B2 (en) | Method for molding hollow resin molding | |
US11660824B2 (en) | Apparatus and method for establishing or for separating a connection having material continuity or having material continuity and shape matching of at least one metal or ceramic component and of a component formed from or by a thermoplastic polymer | |
JP6318577B2 (en) | Sealing part manufacturing apparatus and manufacturing method | |
JP2013159073A5 (en) | ||
JP6271940B2 (en) | Vibration welding apparatus and article manufacturing method | |
US20070034329A1 (en) | Heat-sealing method and device for implementing same | |
AU2018240513B2 (en) | Pulse welding method and welding tool for pulse welding for a medical pack formed as a bag | |
JP5423078B2 (en) | Heat sealing equipment | |
JP3211712B2 (en) | Vibration welding method of resin molding | |
JP5847390B2 (en) | Mounting apparatus and mounting method | |
JP2011126233A (en) | The heat welding method of thermoplastic resin molding, and apparatus therefor | |
JP6947402B2 (en) | High frequency welding device and high frequency welding method | |
US11845580B2 (en) | Method and device for producing and inspecting a package | |
JP7191475B2 (en) | Resistance welding control system | |
JP4083559B2 (en) | Operation method of heat sealing apparatus, sealing method for cup-shaped container, and manufacturing method for sealed packaged product with cup-shaped container |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20130701 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150204 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150204 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151005 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151013 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151211 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160301 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160329 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5911324 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |