JP2005112454A - ヒートシールロール用ヒートシール刃およびそれを用いたヒートシールロール - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートシール刃から被包装物およびシーラント層への不要な熱伝達を有効に抑制して、ヒートシール刃の温度低下および温度むらを防止し、併せてヒートシール刃の加熱温度を高温にしてなお、包装用フィルムの内側への被包装物の残留を防止する。
【解決手段】 相互に近接させて平行に配置され、互いに逆方向に回転駆動される一対のロール１のそれぞれに取付けられて、軸線方向に延在するとともに、表面がロールの円周方向に弧状をなし、包装用フィルムを挟持してそのフィルムを融着接合させる、ヒートシールロール３用のヒートシール刃２であって、弧状をなす表面の全長を微細な凹凸粗面４としてなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、包装用フィルム、多くは積層フィルムにヒートシールを施すヒートシールロール用のヒートシール刃、なかでも、被包装物としての液体、液状物質等に対する夾雑物シールを行う自動充填包装装置に横シール刃として用いて、包装用フィルムのシーラント層の、早期にして余剰の溶融を防止して、横シール部分内への被包装物の残留を効果的に阻止することができるヒートシールロール用ヒートシール刃および、それを用いたヒートシールロールに関するものである。

自動充填包装装置に用いられて、包装用フィルム間に連続供給される被包装物に対して夾雑物シールを行う、横ヒートシールロール用のヒートシール刃、すなわち、横シールとしては従来から多くのものが提案され、使用に供されている。

ところで、従来の一般的な横シール刃の弧状表面は、鏡面仕上げを施された平滑面とされていることから、それを、被包装物を連続供給する自動充填包装装置に適用した場合には、図４に要部を略線縦断面図で例示するように、相互に近接させて配置されて、互いに逆方向に回転駆動される一対のロール１１１のそれぞれに取付けられて、半径方向に突出して軸線方向に延在するとともに、表面がロール１１１の円周方向に弧状をなす横シール刃１１２を、図に仮想線で示す位置から、実線で示す相互の対向位置まで回動変位させて、包装用フィルム１１３に横シールを施す場合、とくに、その仮想線位置から、実線で示すシール位置に至るまでの間での包装用フィルム１１３と横シール刃１１２との接触面積が大きくなり、これがため、所定の設定温度に加熱されている横シール刃１１２から、予め縦シールを施されている包装用フィルム１１３を経て、その内側に連続的に供給される被包装物１１４に比較的多量の熱が伝達されることになって、横シール刃１１２が、図に実線で示す作業位置に達するまでの間のそれの温度低下が大きくなる一方で、被包装物および、包装用フィルム１１３の、相互にヒートシールを施されるシーラント層が不必要に加熱されることになるという問題があった。

ここでとくに、横シール刃の加熱温度が高い場合の、被包装物の不要な加熱は、被包装物の各種の性質等を損ねるおそれがあり、また、シーラント層の不要な加熱は、それの早期にして余剰の溶融をもたらして、シーラント層の粘度を小さくしすぎることになるため、一対のシール刃１１２の相互の近接変位に基いて、対向するシーラント層間に存在する、夾雑物としての被包装物を図の上方側へ押し退けながら、対向するそれらのシーラント層を融着接合させるに当って、粘度の著しく低下した溶融シーラント層が、被包装物１１４の一部を巻込んで、それを、図５に拡大断面図で例示するように、横シール部分１１５内にそのまま残留させることになり、その残留被包装物が、横シール刃１１２によるさらなる加熱によって高圧蒸気とされることで、横シール刃１１２によって融着接合された横シール部分１１５のシールを剥離させながら体積膨張するという問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、対をなすヒートシール刃の相互の近接変位に当っての、ヒートシール刃から被包装物およびシーラント層への不要な熱伝達を有効に抑制して、ヒートシール刃の温度むらを十分に取り除き、被包装物の高速充填下での常に安定した確実な融着接合を可能にするとともに、被包装物の過加熱に起因するそれの物性、風味等の変化を防止し、併せて、横シール部分への被包装物の巻込み残留を回避して、横シール部分へのシール剥離の発生のおそれを効果的に取り除くことができるヒートシールロール用ヒートシール刃、とくには横シール刃を提供するにある。

この発明に係るヒートシールロール用ヒートシール刃は、相互に近接させて平行に配置され、互いに逆方向に回転駆動される一対のロールのそれぞれに取付けられて、半径方向外方へ突出して軸線方向に延在するとともに、表面がロールの円周方向に弧状をなし、包装用フィルム、多くは、包装用積層フィルムを挟持してそのフィルムのシーラント層を融着接合させるものであって、弧状をなす表面の全体を、融着接合部に、目視では視認できない程度の凹凸を発生させる微細な凹凸粗面としたものであり、より好ましくは、その凹凸粗面の凹凸ピッチを４０μｍ以下、好適には２０μｍ以下とし、凹部深さを１〜１０μｍ、なかでも６〜８μｍとしたものである。また、上記凹凸粗面は、算術平均粗さＲａで０．５〜２．０μｍの範囲および／または凹凸の平均間隔Ｓｍを１５〜４０μｍの範囲とすることが好ましい。

ヒートシール刃の弧状表面を、このような微細凹凸粗面とするとともに、それを横シール刃として用いた場合には、それが、図４に仮想線で示す位置から、実線で示すヒートシール位置まで回動変位するに当って、加熱された横シール刃が、そのヒートシール位置に達するまでの間、比較的小さな押圧力の下で包装用フィルムに接触しても、横シール刃と包装用フィルムとの接触面積は、凹凸粗面の存在の故に、従来技術に比して相当小さくなるので、横シール刃から包装用フィルムおよび、それの内側の被包装物への伝達熱量を十分小さく抑えることができる。

これがため、横シール刃の温度を、それの包装用フィルムへの接触タイミングの早遅にかかわらず、その全体にわたって十分均一にすることができ、結果として、被包装物の高速充填、いいかえれば、横シール刃と包装用フィルムとの接触時間を短縮させてなお、常に安定した確実な融着接合を行うことができる。

また、この伝達熱量の低減は、横シール刃の加熱温度を高くしても、被包装物等を不要に加熱することがなく、従って、被包装物の変質等のおそれを十分に取り除くことができ、併せて、包装用フィルムのシーラント層の余剰の溶融に起因する、横シール部分への被包装物の巻込み残留のおそれをもまた有効に取り除くことができる。

この一方で、対をなす横シール刃が、図に実線で示すヒートシール位置に達したときは、包装用フィルムを大きな押圧力で挟持して、横シール刃の表面の凸部を、包装用フィルムの厚み方向の圧縮変形下でフィルム内へ十分に押込むことにより、それら両者の接触面積を大きく増加させることができ、これにより、横シール刃から、包装用フィルムのシーラント層へ多量の熱量を迅速に供給して、そのシーラント層を、融着接合に必要な程度にまで溶融させることができるので、両シーラント層間からの被包装物の押し退けを適正に行うとともに、所期した通りの横シール部分を常に確実に形成することができる。

従って、このヒートシール刃によれば、従来のヒートシール刃に比して、それの加熱温度域を、とくにはそれの高温側に大きく広げてなお、シーラント層の余剰の溶融に起因する、横シール部分への被包装物の残留、ひいては、そこでのシール剥離の発生を効果的に防止することができる。

ところで、かかるヒートシール刃では、凹凸粗面の凹凸ピッチを４０μｍ以下とすると、加熱された横シール刃が、ヒートシール位置に達するまでの間での、横シール刃と包装用フィルムとの接触面積を十分に低減させる上で好適である。いいかえれば、４０μｍを越えるピッチになると、包装用フィルムが横シール刃に、それの凸部以外の部分でも接触して、それら両者の接触面積が大きくなるおそれがある。

また、凹部の深さは、横シール刃と包装用フィルムとの接触面積の所期した通りの増減を実現する上で１〜１０μｍの範囲とすることが好ましい。すなわち、それが１μｍ未満では、横シール刃がヒートシール位置に達する前にシール刃の凹部が包装用フィルムに接触するおそれが高く、一方、それが１０μｍを越えると、シール刃がヒートシール位置に達して、横シール刃による包装用フィルムの挟持力が大きくなってなお、シール刃の凹部が包装用フィルムに十分に接触できなくなって、シール刃表面と包装用フィルムとの接触面積を十分に増加させ得なくなるおそれが高い。

このようなヒートシール刃において、凹凸粗面の、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定する算術平均粗さＲａを０．５〜２．０μｍの範囲とした場合には、横ヒートシール刃の接触圧力（押圧力）が弱くても、シール刃の凹部が包装用フィルムに十分均一に接触し、熱が伝達されるため、極めて安定したヒートシールの高速充填が可能となる。

この発明に係るヒートシールロールは、上述したいずれかのヒートシール刃を、ロールに、それの軸線方向に延在させて配設したものであり、これによれば、ヒートシール刃の、先に述べた作用効果を十分に発揮させることができる。

かくしてこの発明によれば、ヒートシール刃が所定の作業位置に達するまでの間の、加熱されたヒートシール刃から、包装用フィルムおよび被包装物への不必要な熱伝達を有効に抑制して、ヒートシール刃の温度むらを取り除くことで、自動充填包装装置の高速運転時にあっても、包装用フィルムの、常に安定した確実な融着接合を行うことができ、併せて、過加熱に起因する被包装物の変質等のおそれを十分に防止するとともに、横シール部分内への、被包装物の挟込み残留のおそれをもまた十分に取り除いて、シール剥離の発生を効果的に防止することができる。

図１は、ヒートシールロール、ここでは横シールロールを例示する要部斜視図であり、図中１は、相互に近接させて平行に配置されて、互いに逆方向に回転駆動される一対のロールを示し、２は、各ロール１に取付けられて、半径方向外方への突出下で、ロール１の軸線方向に延在するとともに、表面がロール１の円周方向に弧状をなすヒートシール刃、ここでは横シールを示す。

それぞれのヒートシールロール３の横シール刃２は、ロール１に一本以上、多くは、それの円周方向にともに等しい間隔をおいて複数本配設され、対をなすヒートシールロール３の横シール刃２のそれぞれは、それらのヒートシールロール３の同期した回転運動の下で、相互に協働して包装用フィルムを挟持し、そのフィルムのシーラント層を融着接合させてなる横シール部分を形成するべく機能する。

ところで、ここにおける各横シール刃２は、それの弧状表面に、ショットブラスト、サンドブラスト、グリットブラスト等あるいは磁石グライダーや液体ホーニング等の粗面化処理の方法によって形成した微細な凹凸粗面４を有する。この凹凸粗面４の凹凸ピッチは４０μｍ以下、なかでも２０μｍ以下とし、また、凹部深さは１〜１０μｍ、なかでも６〜８μｍとすることが好適であり、さらには、凹凸粗面４の算術平均粗さＲａを０．５〜２．０μｍの範囲とし、そして凹凸の平均間隔Ｓｍを１５〜４０μｍの範囲とすることが好ましい。

対をなすこのようなヒートシールロール３において、好ましくは、それぞれのロール１のそれぞれの軸端部分に、横シール刃２の凹凸粗面４より幾分半径方向に突出するそれぞれのフランジ５を設け、対をなすヒートシールロール３の、それぞれのフランジ周面の当接下で、相互にヒートシール位置に達したそれぞれの横シール刃２の対向粗面４間に、包装用フィルムに対する所定の挟持クリアランスを確実に確保する。

このように構成してなるヒートシールロール３を、自動充填包装装置に、横シールロールとして適用し、その横シールロールによって被包装物の夾雑物シールを行う場合には、包装用フィルムの巻取りロールから連続的に繰出し走行させたそのフィルムを、折返し手段によって幅方向に二つ折りにしてシーラント層を相互の対向姿勢とした後、二つ折りフィルムの遊端部分に、縦シールロールをもって連続的にヒートシールを施して、シーラント層がフィルムの長さ方向に融着接合された縦シール部分を形成し、次いで、縦シールを施されたフィルムの内側へ、充填ノズルを介して被包装物を連続的に供給し、続いて、横シールロールとしての一対のヒートシールロール３、直接的には横シール刃２によって包装用フィルムに、それの長さ方向に所定の間隔をおいた横シール部分を形成する。これによれば、所定量の被包装物を充填包装した包装袋が連続的に製造されることになる。

ところで、包装用フィルムに、横シール刃２をもってこのような間欠的なヒートシールを施す場合、その横シール刃２が、図４に仮想線で示す位置から実線で示すヒートシール位置まで、包装用フィルムに接触しながら回動変位するに当り、横シール刃２が、ヒートシール位置もしくはその近傍に至るまでは、横シール刃２によるフィルム押込力は相対的に小さいので、その横シール刃２の凹凸粗面４は、図２に、相互に対向する横シール刃をそれらの長さ方向の断面で示すように、包装用フィルム６に凸部だけで接触することになり、それら両者のこのときの接触面積は、横シール刃の弧状表面を平滑面とした場合に比して大きく低減されることになる。

従って、加熱された横シール刃２から、包装用フィルム６および介在被包装物７へのここでの伝達熱量は十分小さく抑えられることになり、包装用フィルム６および被包装物７の不必要な加熱に加え、横シール刃２の温度低下およびそこへの温度むらの発生が有効に防止されることになる。

この一方で、横シール刃２が、ヒートシール位置もしくはその近傍に達したときは、対向する両横シール刃２の、図３に示すような相互の近接変位に基いて、それらのシール刃２は、包装用フィルム６を大きな力で押込むことになり、これにより、横シール刃２の凹凸粗面４は、凸部凹部の別なく、その全体にわたって包装用フィルム６に密着し、両者の大きな接触面積の下で、横シール刃２から包装用フィルム６への、多量の熱量の供給が迅速に行われる。従って、包装用フィルム６のシーラント層６ａは、それと横シール刃２との図示のような密着状態が生じた後に、融着接合に適正な程度にまで溶融されることになり、また、包装用フィルム６間の介在被包装物７は、横シール刃２と包装用フィルム６との密着に伴って、未だ粘度の大きく低下していないシーラント層６ａ間を経て、図４の上方側へ確実に押し退け変位されることになる。

これがため、一対のヒートシールロール３によって形成される横シール部分は、充填包装速度が速くても常に適正に形成されることになり、また、被包装物および包装用フィルムを余剰に加熱することに起因する、被包装物の変質等の他、横シール部分へのシール剥離の発生を効果的に防止することができる。

実施例１
弧状表面を微細な凹凸粗面とした、この発明に係る横シール刃を用いた実施例のヒートシールロールと、弧状表面を平滑鏡面とした横シール刃を用いた従来のヒートシールロールとのそれぞれにより、１５μｍ厚みの二軸延伸ナイロンベースフィルムと、５０μｍ厚みのリニアローデンシティポリエチレンやポリエチレンシーラント層との積層構造になる包装用フィルムに、表１に示す試験条件の下で、横シール刃の加熱温度をパラメータとして自動充填包装を行ったところ表２に示す結果を得た。

なお、実施例ロール１の横シール刃の凹凸粗面の粗度は、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定する算術平均粗さＲａを触針式粗さ測定方法を用いて測定した値で０．５μｍ以上とした。なお、このような粗面は、圧縮空気流、遠心力等を用いてブラスト材を素材表面に吹き付け、表面の酸化物または付着物を除去すると同時に粗面化する方法によって形成した。

また、実施例ロール２の凹凸粗面は、上記と同様の方法にて、算術平均粗さＲａを１．０μｍとした。

そして、実施例ロール３の凹凸粗面は、実施例ロール１の粗面化処理と同一の方法により、算術平均粗さＲａを２．０μｍとしたものである。

ところで、表２中の○は、適正な横シール部分が形成されたことを示し、ＮＧは、横シール部分の一部もしくは全部にシール幅の減少が認められたことを示し、ヒブクレは、横シール部分内に残留した被包装物が体積膨張したことを示す。

表２によれば、２５ｍ／ｍｉｎの高速運転下で、従来ロールでは、適正な横シール部分を形成し得る温度域が２０℃であるのに対し、実施例ロールでは、それを５０℃もしくはそれ以上にまで広げ得ることが明らかである。
これがため、実施例ロール１〜３によれば、横シール刃の加熱温度、液温度等の操業要因の他、気温その他の環境要因の変動を有効に吸収して、所期した通りの横シール部分を形成することが可能となる。

実施例２
実施例１と同一のそれぞれのヒートシールロールを用い、１５μｍ厚みの二軸延伸ナイロンベースフィルムに、６０μｍ厚みのポリプロピレンシーラント層を、ドライラミネートにより積層してなる包装用フィルムに、表３に示す条件の下で、自動充填包装を行ったところ表４に示す結果を得た。

表４からは、内容量１５０ｇの充填下で、実施例ロールでは、従来ロールの３倍以上の温度域で適正な横シール部分を形成できることが解かる。

実施例３
実施例１と同一のそれぞれのヒートシールロールを用い、１５μｍ厚みの二軸延伸ナイロンベースフィルムに、５０μｍ厚みのリニアローデンシティポリエチレンシーラント層をドライラミネートにより積層してなる包装用フィルムに、表５に示す条件で自動充填包装を行ったところ表６に示す結果を得た。

表６に示すところによれば、従来ロールの、適正な横シール部分の形成温度域は３５℃であるのに対し、実施例ロールのそれは４５℃を超えることが明らかである。
従ってこの場合もまた、実施例１および２の場合と同様に、各種の変動を有効に吸収して、所期した通りの横シール部分を形成することが可能となる。

この発明に係るヒートシール刃を用いた一対のヒートシールロールを示す斜視図である。 ヒートシール刃の低い押込力による包装用フィルムの押込み状態を示す拡大横断面図である。 ヒートシール刃の大きな押込力による包装用フィルムの押込み状態を示す同様の断面図である。 自動充填包装装置の横シールロールの機能を示す略線縦断面図である。 横シール部分への被包装物の挟み込み残留状態を示す拡大縦断面図である。

符号の説明

１ ロール
２ ヒートシール刃（横シール刃）
３ ヒートシールロール
４ 凹凸粗面
５ フランジ
６ 包装用フィルム
６ａ シーラント層
７ 介在被包装物

Claims (4)

1. 相互に近接させて平行に配置され、互いに逆方向に回転駆動される一対のロールのそれぞれに取付けられて、軸線方向に延在するとともに、表面がロールの円周方向に弧状をなし、包装用フィルムを挟持してそのフィルムを融着接合させる、ヒートシールロール用のヒートシール刃であって、
   弧状をなす表面の全体を微細な凹凸粗面としてなるヒートシールロール用ヒートシール刃。
2. 凹凸粗面の凹凸ピッチを４０μｍ以下、凹部深さを１〜１０μｍとしてなる請求項１に記載のヒートシールロール用ヒートシール刃。
3. 凹凸粗面の算術平均粗さＲａを０．５〜２．０μｍの範囲および／または凹凸の平均間隔Ｓｍを１５〜４０μｍの範囲としてなる請求項１もしくは２に記載のヒートシールロール用ヒートシール刃。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のヒートシール刃を、ロールに、それの軸線方向に延在させて配設してなるヒートシールロール。
   

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