JP2022514521A - 包装を製造する包装機械および包装の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、紙を含むウェブ材料（２）およびトップウェブ（３）から包装（２０）を製造する包装機械に関し、包装機械は、ウェブ材料の搬送方向（１６）でウェブ材料（２）を予緊張しかつ伸張する第１の予緊張装置（４）と、搬送方向（１６）に対して横方向である第２の方向（１７）でウェブ材料（２）を予緊張しかつ伸張する第２の予緊張装置（５）と、ウェブ材料（２）に、充填物を収容するために構成されている凹設部（２１）を製造する変形加工装置（６）と、凹設部（２１）に充填物を充填する充填装置（７）と、凹設部（２１）のためのカバー（３１）を提供するためのトップウェブ（３）を提供するトップウェブ装置と、トップウェブ（３）をウェブ材料（２）に位置固定する位置固定装置（１０）と、包装機械から包装された包装を排出する排出装置（８）と、を備えている。

Description

本発明は、紙を含むウェブ材料から包装を製造する包装機械ならびに紙を含むウェブ材料から成る包装を製造する方法に関する。

プラスチックから成る包装、たとえば食品のための包装では、ロールウェブから包装本体をたとえば深絞り加工により製造し、次いで、包装本体を、別のロールウェブからの蓋フィルムにより閉鎖することが知られている。包装本体ロールウェブを変形加工して本来の包装本体を形成することは、様々な変形加工ステップで実施することができる。たとえば、中空室内へのロール材料の自由な引込みが可能であるが、これは包装本体における皺の形成を増幅させる。代替的に、本来の変形加工工程前に、包装本体ローラウェブの、成形すべき中空室の１つのエッジに沿った位置固定が行われるが、これは、制限された成形深さと、同様に、軽減されてはいるものの、未だに存在する皺形成とを伴う。さらに、基本的に、ポンチおよびダイならびに押さえを用いた変形加工法も知られている。この変形加工法では、変形加工ステップ中に、ロールウェブ材料の意図的な滑りが可能になる。これにより、特により大きな成形深さを達成することができ、皺形成を減らすことができる。この方法は、基本的にプラスチックベースのロールウェブのために使用される。

しかし、環境的な観点から、最近では、包装をできるだけ、たとえば紙材料のようなリサイクル可能な材料から製造することがますます試みられるようになってきた。この場合、専ら紙材料を使用するか、またはたとえばプラスチックをコーティングされた紙材料から成る複合材料も使用することができる。しかし、紙を含むこのような材料は、変形加工することが比較的困難であり、または、変形加工中に、容器本体を損傷し得る望ましくない皺および微小亀裂が発生する。したがって、紙を含むロールウェブの確実な変形加工を可能にする方法および装置を有することが望まれている。

請求項１に記載の特徴を有する、包装を製造する本発明に係る包装機械は、ロールウェブからウェブ材料として引き出される紙材料からの包装の製造を可能にする。この場合、本発明によれば、特にバリア特性に関して、これまで使用されていたプラスチック容器に少なくとも比較可能であり、特に視覚的かつ触覚的な様相において著しい改善を有している、３次元の紙包装を製造することが可能である。本発明に係る包装機械の特に大きな利点は、製造すべき包装が皺を有しておらず、特に微小亀裂等も有していないにもかかわらず、紙から製造することができることにある。さらに、紙容器において不格好な様相を与えてしまう微小皺の発生を阻止することもできる。これは、本発明によれば、包装機械が、ウェブ材料の搬送方向で、紙を含むウェブ材料を予緊張し延伸する第１の予緊張装置と、搬送方向に対して横方向、特に垂直である方向でウェブ材料を予緊張し伸張する第２の予緊張装置と、を備えていることによって達成される。さらに、包装機械は、充填物を収容するために、ウェブ材料に凹設部を製造する変形加工装置と、凹設部に充填物を充填する充填装置と、凹設部のカバーとして働くトップウェブと、を備えている。トップウェブは、位置固定装置により、カバーとして凹設部上に位置固定される。さらに、包装機械は、排出装置を備えている。排出装置は、カバーで閉鎖された容器を包装機械から排出する。したがって、紙を含むウェブ材料を、搬送方向でも、搬送方向に対して横方向でも伸張する２方向への伸張によって、変形加工ステップ前に、ウェブ材料の平滑化を確保することができるので、変形加工ステップにおいて微小亀裂または微小皺等は発生しない。

従属請求項は、本発明の好適な変化形を示している。

好適には、第１の予緊張装置は、ウェブ材料の搬送方向で、第２の予緊張装置の上流側に配置されている。つまり、ウェブ材料はまず搬送方向で伸張され、次いで搬送方向に対して横方向で伸張される。第１の予緊張装置による伸張工程のための期間と第２の予緊張装置による伸張工程のための期間とは、好適には同一である。さらに好適には、両予緊張装置においてウェブ材料に作用する伸張力も同一である。

特に好適には、第１の予緊張装置は、第１の引張りローラおよび第２の引張りローラを有する引張りローラ装置と、予緊張ローラとを備えており、第１の引張りローラと第２の引張りローラとの間を通ってウェブ材料が案内されている。予緊張ローラは、予緊張ローラの中心軸線に対して垂直方向に運動可能である。これにより、簡単に搬送方向でのウェブ材料の伸張工程を実施することができる。

さらに好適には、包装機械は、第１のローラ、第２のローラおよび第３のローラを有するダンサローラアセンブリを備えている。第２のローラは予緊張ローラであり、第３のローラは第１の引張りローラである。これにより、包装機械の、特に簡単かつコンパクトな、そして廉価な構造が達成される。さらに、ダンサローラアセンブリは、伸張の他に、ロールウェブからウェブ材料を連続的に引き出すことができるにもかかわらず、特に変形加工ステップで不連続なステップにおいて包装の製造を実施できるようにする。

好適には、第２の予緊張装置は、複数の保持挟みを含んでいる。これらの保持挟みは、ウェブ材料に側方で配置されている。保持挟みは、ウェブ材料を挟みジョーの間でクランプし、搬送方向に対して横方向でのウェブ材料の伸張を可能にする。ウェブ材料に作用する横方向力は、好適にはウェブ材料の本来の搬送方向に対して垂直である。

さらに好適には、変形加工装置は、ダイと、押さえと、空気圧式の変形加工力を形成する空気圧装置と、ダイから成形された凹設部を最終成形する最終成形装置と、を備えている。特に好適には、成形装置は、変形加工工程を２段階で、つまり予備成形ステップと最終成形ステップとで実施するように構成されている。好適には、予備成形ステップは空気圧式に実施され、最終成形ステップはポンチにより実施される。代替的には、最終成形ステップも空気圧式に実施される。精密な構造を包装に押込み成形するために、さらに精密押込み成形ステップを実施することができる。精密押込み成形ステップは、好適には空気圧式に高圧を用いて実施される。

さらに好適には、包装機械は、制御ユニットを備えている。制御ユニットは、成形ステップ時に、ウェブ材料を追送し得る位置に押さえを移動させるように構成されている。これにより、包装の変形加工ステップ中の皺形成および亀裂形成が有意に確保される。代替的に、押さえは、成形ステップ時に降下された位置に留まり、ウェブ材料を押さえる。

本発明の別の好適な１つの構成によれば、包装機械は、第３の予緊張装置をさらに備えている。第３の予緊張装置は、包装のためのトップウェブに配置されている。第３の予緊張装置は、トップウェブの搬送方向でトップウェブを予緊張し、伸張する。第３の予緊張装置は、好適にはダンサローラアセンブリであるので、トップウェブを同様に連続的にロールウェブから引き出すことができ、不連続なステップにおいて、凹設部を備えたウェブ材料上に被着させることができる。

トップウェブは、好適には同様に紙を含んでおり、特に好適には専ら紙から製造されている。

凹設部が成形される、包装本体のためのウェブ材料は、同様に好適には１００％紙から製造されている。場合によっては、ウェブ材料上にプラスチックコーティングが設けられていてよい。プラスチックコーティングは、好適にはウェブ材料の、後に包装の内面を形成する側に設けられている。

さらに好適には、包装機械は、運動可能に配置された位置固定装置を備えている。これにより、ウェブ材料において成形された凹設部に対する位置固定装置の位置調整を実施することができるので、確実かつ正しい位置でトップウェブをウェブ材料上に被着させることができる。位置調整は、好適には、印刷マークと、この印刷マークを検出するセンサとにより行われる。運動可能に配置された位置固定装置は、好適には搬送方向にも、搬送方向に対して横方向にも運動させられる。

本発明の別の好適な１つの構成によれば、包装機械は、加熱装置を備えている。加熱装置は、ウェブ材料の搬送方向で、第１の予緊張装置および第２の予緊張装置の下流側に、しかし変形加工装置の上流側に配置されている。変形加工ステップの前にウェブ材料を加熱することにより、紙を含むウェブ材料のより確実かつより迅速な変形加工が可能になる。加熱装置は、ウェブ材料を好適には最大で１６０℃に加熱する。

好適には、包装機械は、加湿ステーションを備えている。加湿ステーションは、ウェブ材料を加湿するように構成されている。加湿ステーションは、好適にはウェブ材料の搬送方向で、第１の予緊張装置および第２の予緊張装置の下流側に、しかし変形加工装置の上流側に配置されている。加熱装置が設けられている場合、加湿ステーションはさらに好適には搬送方向で加熱装置の下流側に配置されている。

加熱装置および／または加湿ステーションは、好適にはトップウェブのためにも設けられていてよい。

包装機械は、好適には接着材等を被着させるためのステーションも備えている。接着材は、凹設部を備えるウェブ材料上に、かつ／またはトップウェブ上に被着させることができる。これにより、ウェブ材料およびトップウェブの特に確実な結合が可能になる。

さらに好適には、搬送挟みも設けられている。搬送挟みは、特に好適には第２の予緊張装置の保持挟みの間に配置されている。代替的または付加的に、搬送のためにさらに１つ以上の引張りローラ装置が設けられていてよい。

さらに本発明は、請求項１１に記載の包装を製造する方法に関する。方法は、微小亀裂または微小皺を有しない包装の製造を可能にする。この方法は、本発明によれば、紙を含むウェブ材料で実施され、これにより充填物を収容するためにウェブ材料に凹設部を備えた包装本体を製造することができる。この方法は、搬送方向におけるウェブ材料の第１の予緊張および伸張のステップと、搬送方向に対して横方向におけるウェブ材料の第２の予緊張および伸張のステップと、ウェブ材料に、後に充填物を充填することができる凹設部を成形するステップと、を含む。約９０°だけ異なる少なくとも２つの方向での伸張により、皺および微小亀裂のない包装を製造することができる。

好適には、ウェブ材料をロールウェブから連続的に引き出し、搬送方向でのウェブ材料の第１の予緊張および伸張を、ダンサロールアセンブリのロールにより実施する。

さらに好適には、トップウェブの搬送方向において閉鎖ステップの上流側でウェブ材料の凹設部を閉鎖するために、トップウェブを予緊張し伸張する。これにより、凹設部の、トップウェブから製造されるカバーも、皺および微小亀裂を有していない。

方法の変形加工ステップは、好適には２段階で実施される。特に好適には、包装に構造を精密押込み成形する第３のステップがさらに実施される。

以下に、本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の好適な実施例による包装機械を備えた、包装を製造し充填する装置を概略的に示す側面図である。 図１に示した包装機械の詳細を第２の予緊張装置の領域で示す概略図である。

以下に、図１および図２を参照して、本発明の好適な１つの実施例による包装機械１および本発明による製造方法を詳細に説明する。

包装機械は、紙を含む包装２０の製造を可能にする。包装は、完全に紙から製造することができ、特にプラスチック等は省略することができる。

図１から判るように、包装機械１は、紙を含むウェブ材料２および紙を含むトップウェブ３からの包装２０の製造を可能にする。

包装２０を製造するために、ウェブ材料２に凹設部２１が加工される。次いで、この凹設部２１は、充填物が凹設部２１内に導入された後に、トップウェブ３により提供されるカバー３１によって閉鎖される。このように製造された容器２０は、次いでたとえばベルトコンベア１３により包装機械１から排出される。

包装機械１は、この場合ウェブロール２２を有している。このウェブロール２２にはウェブ材料２が巻かれており、ウェブロール２２からウェブ材料が連続的に引き出される。さらに、包装機械１は、ウェブ材料の搬送方向１６でウェブ材料を予緊張し伸張する第１の予緊張装置４と、搬送方向１６に対して横方向である第２の方向でウェブ材料２を予緊張し伸張する第２の予緊張装置５とを備えている。この第２の伸張は、図２で矢印１７により示唆されている。

包装機械１は、さらにウェブ材料２に凹設部２１を形成する変形加工装置６を備えている。変形加工装置は、図２では概略的に図示されており、抑え６１、ダイ６２およびポンチ６３を有している。変形加工装置は、好適には２段階の変形加工ステップを実施するように構成されている。２段階の変形加工ステップでは、まず凹設部の予備成形が実施され、次いで凹設部の最終成形が実施される。

予備成形は、好適には圧縮空気により実施され、最終成形はポンチ６３を用いて実施される。さらに、付加的に精密構造を凹設部に加工することも可能であり、この精密構造は好適には高圧を用いて加工される。

さらに、包装機械１は、充填装置７を備えている。充填装置７は、包装すべき充填物、たとえば食品を、製造された凹設部２１内に充填する。

充填後に、凹設部２１は、トップウェブ３から成るカバー３１により覆われ、閉鎖されなければならない。このために、位置固定装置１０が設けられている。位置固定装置１０は、この実施例では、シーリング装置である。

本来のシーリング工程前に、トップウェブ３と、製造された凹設部２１を備えたウェブ材料２とが、互いに対して位置調整される。この位置調整は、たとえば両方のウェブ上の印刷マークを用いて行うことができる。さらに、位置固定装置１０も運動可能に設けられており、これは、図１に矢印１９で示唆されている。これにより、ウェブ材料２上でのトップウェブ３の正確なシーリングを可能にすることができる。位置固定装置１０の位置調整のために、印刷マークフィーラ１４が設けられている。

ウェブ材料２上でのトップウェブ３の位置固定後に、まだトップウェブ３に連結しているパッケージが、排出装置１３へとさらに搬送される。この排出装置１３は、たとえば、包装２０を個別化する打抜き装置８等を有している。次いで、包装機械１から包装２０を排出することができる。

図１から判るように、トップウェブ３には、第３の予緊張装置９が設けられている。第３の予緊張装置９は、トップウェブ３を緊張し伸張するので、トップウェブ３は、皺等を有していない。この場合、トップウェブ３の伸張は、第３の予緊張装置９により、トップウェブの搬送方向１８のみで行われる。

これとは異なり、ウェブ材料２は、第１の予緊張装置４により搬送方向１６で伸張され、第２の予緊張装置５により搬送方向１６に対して横方向の第２の方向１７で伸張される。この場合、第１の予緊張装置４は、引張りローラ装置４０およびダンサローラアセンブリ４４を備えている。ダンサローラアセンブリ４４は、３つのローラを有している。引張りローラ装置４０は、２つのローラ、すなわち第１の引張りローラ４１と第２の引張りローラ４２とを有しており、ウェブ材料２は、第１および第２の引張りローラ４１，４２の間を通って案内される。

引張りローラ装置４０の第１の引張りローラ４１は、ダンサローラアセンブリ４４の第３のローラを形成するので、引張りローラ装置４０およびダンサローラアセンブリ４４は１つのローラを共有している。

ダンサローラアセンブリ４４は、不動に配置されている第１のローラ４６と、予緊張ローラ４５とをさらに有している。予緊張ローラ４５は、予緊張ローラ４５の中心軸線に対して垂直方向に運動可能であり、これは図１において双方向矢印１５により示唆されている。ウェブ材料２を連続的に引き出す一方で、予緊張ローラ４５と引張りローラ装置４０との間において搬送方向１６で伸張することが可能である。

ウェブ材料２を搬送方向１６で伸張した後に、搬送方向に対して横方向の第２の伸張が、第２の予緊張装置５を用いて行われる。図２から判るように、第２の予緊張装置５は複数の保持挟み５０を有している。これらの予備挟み５０は、側方でウェブ材料２に配置されている。保持挟み５０は、ウェブ材料２を側方でクランプし、ウェブ材料２を、搬送方向１６に対して横方向の第２の方向で伸張する。

したがって、ウェブ材料２は、相次ぐ２つのステップにおいて互いに対して垂直に配向された２つの方向で伸張される。これにより、皺のないウェブ材料を変形加工装置６に供給し、さらに、変形加工工程において微小亀裂等または皺が発生してしまわないことが確実になる。加えて、皺の抑制は、変形加工工程が２段階で実施されることによりさらに支援される。最終成形ステップのために、ウェブ材料２から押さえ６１を上昇させることができるので、最終成形ステップのために材料がダイ６２内に後から流れることができる。

変形加工装置６内における変形加工ステップをさらに容易にするために、付加的に加熱装置１１がさらに設けられている。加熱装置１１は、搬送方向で引張りローラ装置４０の下流側に、かつ接着材を塗布する装置１２の上流側に設けられている。この装置１２は、ウェブ材料２の、後にカバー３１を提供するためにトップウェブ３が位置固定されるべき領域に、接着材を意図的に塗布することを可能にする。

さらに、変形加工ステップのために、ウェブ材料は不連続のステップで進行する。これは、たとえばウェブ材料の側面の図示しない搬送挟みにより実施することもできるし、または第２の予緊張装置５の保持挟み５０によっても実施することができる。

さらに、ウェブ材料２およびトップウェブ３のための材料の選択に応じて、様々な位置固定装置１０を設けることができる。図示された実施例では、ウェブ材料２とトップウェブ３とは、完全に紙から製造されており、位置固定は、接着材を塗布する装置１２からの接着剤を用いて行われる。しかし、ウェブ材料２が紙およびプラスチックフィルムから成る複合材料であり、したがって位置固定装置がたとえば超音波位置固定装置であってよいことも考えられる。熱風溶着もしくはレーザ溶着、または代替的には熱接触法も可能である。

したがって、本発明に係る包装機械１により、紙を含む材料から包装２０を製造するための新規の方法を提供することができる。この場合、凹設部２１を提供するウェブ材料２は２つの方向で伸張され、付加的に、カバー３１を提供するトップウェブ３も１つの方向で伸張される。

トップウェブ３とウェブ材料２との間の接合プロセスは、出発材料としての紙の使用に基づいて、特に、ウェブ材料２とトップウェブ３とが１００％紙から成る場合に、好適にはさらに、少なくとも後にトップウェブ３がウェブ材料２上に接合される領域の加熱および／または加湿により支援することができる。この場合、場合によっては、接着材を提供する装置１２を完全に省略することも可能である。この装置１２は、たとえば、少なくとも１つのウェブ上にプラスチックコーティング等が設けられており、このプラスチックコーティングが位置固定ステップにおいて加熱され、したがってウェブ材料２とトップウェブ３との間の結合を可能にする場合にも不要である。

Claims (14)

1. 紙を含むウェブ材料（２）およびトップウェブ（３）から包装（２０）を製造する包装機械であって、
   前記ウェブ材料の搬送方向（１６）で前記ウェブ材料（２）を予緊張しかつ伸張する第１の予緊張装置（４）と、
   前記搬送方向（１６）に対して横方向である第２の方向（１７）で前記ウェブ材料（２）を予緊張しかつ伸張する第２の予緊張装置（５）と、
   前記ウェブ材料（２）に充填物を収容するように構成されている凹設部（２１）を製造する変形加工装置（６）と、
   前記凹設部（２１）に充填物を充填する充填装置（７）と、
   前記凹設部（２１）のためのカバー（３１）を提供するための前記トップウェブ（３）を提供するトップウェブ装置と、
   前記トップウェブ（３）を前記ウェブ材料（２）に位置固定する位置固定装置（１０）と、
   前記包装機械から包装された前記包装を排出する排出装置（８）と、
   を備える包装機械。
2. 前記第１の予緊張装置（４）が、前記ウェブ材料（２）の前記搬送方向（１６）で、前記第２の予緊張装置（５）の上流側に配置されている、請求項１記載の包装機械。
3. 前記第１の予緊張装置（４）は、前記ウェブ材料（２）を間に通して案内する第１の引張りローラ（４１）および第２の引張りローラ（４２）を有する引張りローラ装置（４０）と、予緊張ローラ（４５）とを備えており、前記予緊張ローラ（４５）が、該予緊張ローラの中心軸線に対して垂直方向に運動可能である、請求項１または２記載の包装機械。
4. 第１、第２および第３のローラを有するダンサローラアセンブリ（４４）をさらに備え、前記第１、第２および第３のローラのうちの１つのローラが、前記予緊張ローラ（４５）であり、前記第１、第２および第３のローラのうちの別のローラが、前記第１の引張りローラ（４１）である、請求項３記載の包装機械。
5. 前記第２の予緊張装置（５）が、複数の保持挟み（５０）を有しており、該保持挟み（５０）が、側方で前記ウェブ材料（２）に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の包装機械。
6. 前記変形加工装置（６）が、ダイ（６２）と、押さえ（６１）と、ポンチ（６３）と、前記ダイ（６２）から前記成形された凹設部（２１）を最終成形する最終成形装置と、を備えている、請求項１から５までのいずれか１項記載の包装機械。
7. 第３の予緊張装置（９）をさらに備え、該第３の予緊張装置（９）が、前記トップウェブ（３）を該トップウェブの搬送方向（１８）で予緊張しかつ伸張する、請求項１から６までのいずれか１項記載の包装機械。
8. 前記トップウェブ（３）の材料が紙を含んでいるか、または前記トップウェブ（３）が完全に紙から製造されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の包装機械。
9. 前記位置固定装置（１０）が、前記ウェブ材料（２）に成形された凹設部（２１）に対する位置調整を可能にするために、運動可能に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の包装機械。
10. 前記ウェブ材料（２）の搬送方向で前記第１の予緊張装置（４）および前記第２の予緊張装置（５）の下流側に、かつ前記変形加工装置（６）の上流側に配置されている加熱装置（１１）をさらに備える、請求項１から９までのいずれか１項記載の包装機械。
11. 紙を含むウェブ材料（２）およびトップウェブ（３）から、充填物を収容するための凹設部を有している包装（２０）を製造する方法であって、
    前記ウェブ材料の搬送方向（１６）での前記ウェブ材料（２）の第１の予緊張および伸張を行うステップと、
    前記搬送方向（１６）に対して横方向である第２の方向（１７）での前記ウェブ材料（２）の第２の予緊張を行うステップと、
    前記ウェブ材料に前記凹設部（２１）を製造する、前記ウェブ材料（２）を変形加工するステップと、
    前記凹設部を覆い、前記包装を提供するために、前記ウェブ材料（２）上に前記トップウェブ（３）を位置固定するステップと、
    を含む、包装を製造する方法。
12. 前記ウェブ材料（２）を連続的にウェブロール（２２）から引き出し、前記ウェブ材料（２）の前記第１の予緊張を、前記ウェブ材料（２）を貫通案内している引張りローラ装置（４０）と、予緊張ローラ（４５）とを用いて行う、請求項１１記載の方法。
13. 前記トップウェブ（３）を前記ウェブ材料（２）上へ位置固定するステップの前に、前記トップウェブの搬送方向（１８）で予緊張しかつ伸張する、請求項１１または１２記載の方法。
14. 前記ウェブ材料（２）および前記トップウェブ（３）を完全に紙から製造し、少なくとも前記ウェブ材料（２）を前記トップウェブ（３）と接合するステップの前に予熱する、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。

Images