ピロー包装工学：フローラッピングの深い技術分析

ピロー包装の工学：フロー包装技術の深い技術分析

基本的なフローラッピングを超える

ピロー包装はHFFS（Horizontal Form-Fill-Seal）の重要な手法です。最新の自動包装のバックボーンです。この技術は、キャンディーバーや焼き菓子から医療機器やハードウェアキットに至るまで、私たちが至る所で目にする密封パッケージを作り出します。

多数ガイドが基本的なプロセスを説明.この分析はさらに深い。ピロー包装機（フローラッパー）を次のように分解する。コア・エンジニアリング・システム.私たちの焦点は、その高速かつ精密な操作の背後にある「方法」と「理由」である。

このテクニカル・ディープ・ダイブでは、以下の4つの柱を検証する。フローラッピング技術だ：

インフィードと製品ハンドリングシステム。
フィルム・ハンドリング、テンション・アセンブリ、フォーミング・アセンブリ。
縦方向と横方向のシール・切断ユニット。
PLC、サーボモーター、HMIを含む電子制御システム。

これらのサブシステムを理解することは、エンジニアや技術者がパフォーマンスを最適化するのに役立ちます。トラブルシューティングは効率的で、マシンに関するより良い決断を下すことができる。選択と操作。

HFFSシーケンス

ピロー包装の全工程は、成形、充填、密封という3つの動作の同期したシーケンスである。各工程を担当する個々の部品を分析する前に、この直線的な流れを理解する必要があります。

1.チューブの成形

工程は包装用フィルムの平らなロールから始まる。フィルムはスピンドルから引き出されローラー緊張を維持する。

その後、"フォーミングボックス "または "プラウ "と呼ばれる重要な部品に入る。この形状の金属製ガイドが、平らなフィルムウェブを折り曲げる。これにより、連続したオープンエンドのチューブが作られる。フィルムの2つの外縁が底部で合わさり、最初のシール作業に備えます。

2.充填と縦シール

フィルムチューブが形成されると、正確なタイミングを計ったインフィード・コンベアによって製品が送り込まれる。その製品の間隔は一定である。連続管内の間隔（ピッチ）。

同時に、フィルムの重なり合った端が、加熱されたホイールやベルトを通過する。これが縦シールユニットで、パッケージの長さに沿って「フィンシール」を作ります。この連続シールにより、折りたたまれたフィルムは真のチューブへと変化し、包装されたフィルムは、包装されたフィルムに包まれる。製品ライン.

3.横シールと切断

最終段階では、回転または往復運動するジョー・アセンブリを使用する。これはトランスバースまたはエンド・シール・ユニットとして知られている。このアセンブリは高精度で動作します。

ジョーは2つの製品の間にあるフィルムを挟み込む。一度に3つの動作を行います。先行パッケージの後端をシールし、後続パッケージの前端をシールし、2つのシールの間でフィルムをカットする。この動作により、連続ウェブから個々の完成品「ピロー」パックが切り離される。

機械システム分析

フローラッパーは相互に接続された機械的アセンブリのシステムです。それぞれが特定のエンジニアリング目的を持っています。これらのシステムが正しくセットアップされ、完璧に同期してこそ、高い性能が発揮されるのです。

インフィードコンベヤの精度

インフィードコンベアは、単に製品を搬送するだけではない。その主な役割は、正確な間隔とタイミングです。各製品がパッケージングシーケンスで要求される正確なタイミングで成形管に到着するようにします。

ほとんどのインフィードは、"フライト "または "ラグ "を使用している。これは、製品ピッチを一定に保つための、チェーン上の一定間隔のプッシャーである。このピッチは重要な機械パラメータである。袋の長さを決定し、エンドシーリングジョーの回転と完全に同期していなければなりません。

コンベヤーの速度は独立していない。コンベヤーの速度は、フィルム速度とジョーサイクルに電子的に連動します。これにより、供給されるフィルムの各袋の長さに対して1つの製品が確実に位置決めされます。不一致が生じると、空袋やエンドシールで製品が押しつぶされることになります。

フィルム供給と成形

平らなロールから成形されたチューブへのフィルムの移動は、張力と形状に支配される。フィルムの供給と成形システムは、優れたパッケージの基礎です。

このシステムには2つの重要な分野がある。一つ目は、フィルムの巻き戻しおよび張力制御である。これはフィルムロールホルダー（スピンドル）から始まり、多くの場合、ブレーキシステムを含んでいる。フィルムが引っ張られると、「ダンサーアーム」と呼ばれる重みのある回転するローラーの上を通過します。このアームがブレーキにフィードバックを与え、フィルムの張力を一定に保ちます。これがないと、フィルムが搬送中にスリップし、袋の長さが不揃いになります。また、フィルムが伸びてしまい、印刷されたフィルムの見当ズレを引き起こすこともあります。

つ目のエリアは成形ボックスだ。このツールは、平らなフィルムを物理的にチューブに成形する。側壁、上部、下部は調整可能で、さまざまな製品幅や高さに対応できる。成形ボックスの調整不良は、よくある問題の原因です。フィンシールが歪んだり、シワができたり、製品の周囲がきつすぎたりゆるすぎたりするのだ。

シーリングとカッティングジョー

シールとカッティングのジョーは機械の心臓部である。ここで最終的なパッケージが作られ、固定される。その効果は、温度、圧力、時間の正確なバランスに左右される。

縦シールユニット（フィンシール）は、通常、2対または3対の加熱ローラーで構成される。これらのローラーは、重ね合わされたフィルムエッジに熱と圧力を加えます。この動作を支配する基本原理は、温度、圧力、滞留時間（TPD）の関係です。フィルムは、シーラント層が溶けて融合するのに十分な時間、適切な温度と圧力に保たれなければなりません。

横方向のシール・カッティング・ユニットは、エンド・シールとセパレーションの2つの動作を行う。ジョー面にはセレーションパターンが加工されている。これは熱を伝えるだけでなく、フィルム層を圧着し、強力な、しばしば剥離可能なシールを作ります。ジョーのひとつにはナイフが内蔵されています。ジョーが閉じてシールされると、ナイフが伸びてフィルムをカットします。

よくある操作ミスは、フィルム速度に対してジョーの温度を高く設定しすぎることです。これは、フィルムの溶融やジョーへの蓄積につながる。これにより、後続のパックが粘着したり破れたりし、次のような事態を引き起こす。機械停止と製品廃棄物だ。

マシンの脳

最新のピロー包装機は、洗練された電子制御システムによって、その驚くべきスピード、精度、柔軟性を実現しています。この "頭脳 "がすべての機械的動作を同期させるのです。

中央のコンピューターがPLC（プログラマブル・ロジック・コントローラー）だ。センサーからの入力を読み取るプログラムを継続的に実行する。これには、印刷見当合わせのためのフォト・アイや位置のためのエンコーダーが含まれる。PLCは、ヒーター、ソレノイド、モーターなどのアクチュエーターに出力命令を送ります。PLCは究極の意思決定者であり、機械のロジックを実行する。

モーション・コントロールの中心にあるのはサーボ・モーターです。旧式の機械式カムやクラッチ／ブレーキシステムとは異なり、サーボは位置、速度、トルクをソフトウェアで正確に制御します。これにより、迅速で再現性のある変更が可能になります。

サーボは、機械の最も重要な同期動作を直接担っている。インフィードコンベア上のサーボは、製品のピッチを制御します。フィルム駆動ローラーのサーボは、袋の長さを正確に制御します。これにより、"No product, no bag"（製品なし、袋なし）のような機能を実現し、空袋を防ぎます。シールジョーのサーボが、製品に対する回転速度と位相を制御します。

オペレーターは、HMI（ヒューマン・マシン・インターフェース）、通常はタッチスクリーン・パネルを通してこのシステムと対話する。HMIは機械のダッシュボードです。オペレーターはここから、袋の長さ、シール温度、機械全体のスピードなど、すべての主要なパラメーターを設定することができる。さらに重要なこととして、HMIは異なる製品の「レシピ」を保存するために使用されます。これにより、ボタンを数回押すだけで、機械を完全に切り替えることができます。また、重要な診断情報を提供し、アラームを表示し、技術者に故障の原因を知らせます。

比較建築

フローラッパーの主な技術的差別化要因は、機械的な差別化である。エンドシーリング・ジョー・システムの設計.ジョーの動きによって、機械のスピード、シールの質、さまざまな製品やフィルムへの適合性が決まります。主な構造は3つある。

回転式ジョーが最も高速です。ジョーは連続的な円運動で回転し、フィルムに短時間接線接触します。

ボックス・モーション・ジョーは、長方形の「ボックス」経路を移動します。フィルムをクランプするために下方に移動し、シール時間を長くするためにフィルムと一緒に水平方向に移動し、その後上方に引っ込んで元の位置に戻ります。

ロングドエルシステムはボックスモーションのバリエーションで、可能な限り長いシール時間を実現するように設計されています。ジョーは製品を水平方向に長い距離追従します。このため、気密封止を保証する必要があるアプリケーションに最適です。

表1：エンドシール顎システムの技術比較

特徴	ロータリージョー	ボックスモーション・ジョーズ	ロング・ドエル・ジョーズ
機械的な動き	連続回転運動	垂直方向と水平方向の動き（「ボックス」を形成する）	製品を水平方向に長時間追いかける
封印時間	短い接線コンタクト	長い直圧	最も長い連続圧力
最高速度	非常に高い（1000ppmまで）	中～高（150 ppmまで）	ミディアム
シールの品質	スタンダードフィルムに最適	より厚いフィルムのために、より多くの熱浸透を可能にする。	ハーメチックシール/MAPシールに最適。
製品の取り扱い	小型で安定した軽量製品に最適	多用途；背の高い製品、重い製品、デリケートな製品に適している。	医療用や生鮮食品用の高信頼性シールに最適
主な用途	菓子、ビスケット、スナックバー	マルチパック、生鮮食品、ベーカリー商品	変成大気包装（MAP）、医療機器

映画と機械の相互作用

フローラッパーの性能は、使用される包装用フィルムの特性に直結している。機械は熱機械システムであり、フィルムはその材料です。素材を理解する科学は技術に不可欠である達人だ。

この相互作用は、いくつかの重要なフィルム特性によって決まる。これらの特性によって、温度、圧力、速度などの必要な機械設定が決まる。ある機械ではうまく作動するフィルムでも、別の機械では、これらの設定をそのフィルムに合うように調整しなければ、失敗することがある。特性.

表2：主なフィルム特性とその技術的影響

映画財産	説明	ピロー包装工程への影響	一般材料
シーラント層	の下で溶けるフィルムの内側の層。熱と圧力でシールを形成する.	必要なシール温度と滞留時間を決定します。SIT（シール開始温度）を低く設定することで、高速化が可能になります。	PE、イオノマー（Surlynなど）
摩擦係数（CoF）	フィルムの表面の「滑りやすさ」。	CoFが低いことは、成形ボックスやマシンベッド上をスムーズに移動するために極めて重要である。CoFが高いと、ドラッグやフィルムの伸びの原因となります。	フィルムによって異なるが、スリップ添加剤でコントロールすることが多い。
剛性／弾性率	映画の硬直性。	硬いフィルムはマシンの追従性は良いが、成形が難しい場合がある。硬いフィルムはコントロールが難しい。	OPPは硬く、PEはぐったりしている。
バリア特性（OTR/MVTR）	酸素透過率 / 水蒸気透過率.	にとって重要である。製品寿命しかし、マシンの走行性には直接影響しない。	メタライズドPET、EVOH、AlOxコーティングは高いバリア性を提供する。

ヒートシールフィルムとコールドシールフィルムには基本的な違いがある。ヒートシールフィルムは最も一般的なタイプである。ポリマーのシーラント層を溶かすために、加熱されたジョーが必要です。

対照的に、コールド・シール・フィルムは、それ自体にのみ粘着する、あらかじめ塗布された感圧接着剤を使用する。これらのフィルムは、圧力だけを加える非加熱のジョーを備えた機械で運転される。このフィルムはチョコレートのような熱に弱い製品の包装.プロセスに熱を加えないため、製品にダメージを与えることなく、非常に高速に処理することができる。

テクニカル・トラブルシューティング・ガイド

効果的なトラブルシューティングには、体系的な根本原因からのアプローチが必要です。ピロー包装ラインの問題は、単独で発生することは稀です。それらは多くの場合、関連する機械的、材料的、電子的システムの問題の症状です。

このガイドは、一般的な故障を診断するためのフレームワークを提供する。問題が発生したら、3つの領域すべてにわたって潜在的な原因を分析することが重要です。最も明らかな症状だけに注目しないでください。例えば、バッグの長さが一定でないことは、しばしばフィルムのせいにされます。しかし、エンコーダーの故障や機械式ローラーの摩耗が原因であることもあります。

表3：一般的なピロー包装の欠陥と技術的な根本原因

症状 / 故障	機械的な原因の可能性	潜在的な重大原因	潜在的な電子制御の原因
エンドシール不良（漏れ、弱い）	ジョーの圧力不足、ジョーのセレーションの摩耗、ジョーのミスアライメント。最初にチェックすべきはシール温度である。	フィルムシーラント層が温度/速度に適合していない。	HMI での温度設定が正しくない；ドエルタイムパラメータが正しくない（ボックスモーションシステムの場合）。
一貫性のないバッグの長さ	フィルム搬送ベルト／ローラーの摩耗；ドローダウンホイールの不適切な圧力；ドライブトレインの機械的なスリップ。	フィルムのCoFが高いか一定していないため、成形ショルダー上で滑ったり引きずったりする。	フィルム送り用サーボモーターの再チューニングが必要な場合、エンコーダーが汚れているか故障しており、フィルムの移動量を読み違える場合。
フィンシール部のフィルムのしわ	フィンシールのホイールがずれている；ホイールへの圧力が不適切（高すぎる）；成形ボックスが製品に対して狭すぎるか広すぎる。	フィルムの剛性が低く（ぐにゃぐにゃしすぎ）、それ自体を支えることができない。	これはしばしば電子的な問題と誤診される。巻き戻しブレーキに、張力スパイクを発生させるような "ジャーク "動作がないかチェックする。
フィルムが中央でトラッキングされない	フィルムロールがスピンドルの中心にない；成形ボックスが機械の中心線の中心にない；機械のベッド／ローラーが水平でない。	フィルムロール自体が "テレスコープ "で巻かれていたり、スリット工程でエッジが不揃いになっていたりする。	該当なし（これはほとんどの場合、機械的なセットアップか原材料の問題である）。

パフォーマンスのための合成

ピロー包装機は複雑な同期システムです。最適な性能は、単一の部品を使いこなすことによって達成されるものではありません。それは、機械精度、材料科学、電子制御の間の深い相互依存関係を理解することから生まれます。

ベーシック・オペレーターから真のオペレーターになるための鍵技術専門家は、これらの核心を把握することにある。の原理を理解することです。シールジョーのTPDがフィルムのシーラント層とどのように関係しているかを理解することです。フィルムのCoFがサーボの性能にどのように影響するかを知ることです。また、成形ボックスの位置がずれると、下流の故障が連鎖的に発生することを理解することです。

将来を見据えても、フローラッピング技術の進化は続いている。将来的には、完全自動化されたローディングとケースパッキングを実現するために、ロボットとの統合が進むだろう。インダストリー4.0の原則がより広く採用されるだろう。スマートセンサーは、部品の摩耗や性能に関するリアルタイムのデータを提供し、予知保全を可能にし、ダウンタイムをさらに最小化する。しかし、このような先進的な未来においても、ここで分析した基本的なエンジニアリング原則は、ピロー包装を成功させるための基盤であり続けるでしょう。