JP3701722B2 - 管状包装材料の長手方向シームを溶着する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面状の包装材料ウェブから管へと連続的に形成される包装材料ウェブに連続した長手方向シーム溶着接合を行う装置にして、接合加熱器を有する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続的に形成される管の長手方向の接合またはシーム上で連続的に密封し、その際、高温空気ノズルまたは誘導加熱器のような接合加熱器を使用することは、包装工業においては既知である。
連続的に形成される管は、紙、プラスチック、金属などの層を含む積層包装材料から成ることが好ましい。
【０００３】
通常、積層材は最外側の熱可塑性材料、アルミニウム箔、紙の芯またはキャリア層から成る。本積層材は、平面状の包装材料ウェブから連続したホースまたは管へと形成され、縁領域は、例えば流体食品のための包装を作るために、充填機械において加熱、溶融により一体にされている。特許明細書ＳＥ４６４０１９は、平面状のウェブから連続ホースまたは管を形成し、好ましくは縁領域を互いに重合わせ、高温空気を使用して縁領域を一緒に溶着させる通常の方法を記載している。この所謂長手方向シーム溶着には必然的に、積層材内の接合熱可塑性層を密封または溶着温度まで加熱し、その後、緊密なシーム接合を連続して形成するために圧縮するということが伴う。
【０００４】
一つの縁領域にはしばしば熱可塑性材の帯が設けられており、該帯が、両方の縁領域が一緒に溶着され、管に沿って緊密なシーム接合を形成する前に、先ず材料ウェブの一つの縁領域に溶着または溶融される。これは、包装において、熱可塑性材により完全に被覆されたシームを得るためである。さもなければ、接合の一つの縁が包装内部に暴露され、その場合、包装積層材内の紙または紙ボードのキャリアまたは芯の層が包装内の液体に直接接触し、液体がキャリア層内に侵入し、該層を部分的に溶解させたり、破損させたりする。
高温空気を使用する長手方向接合溶着においては、長手方向接合シームにほぼ平行に置かれた細長い形状であることが多い高温空気ノズルが使用される。この高温空気ノズルまたは高温空気要素を加熱するのに比較的長い時間を要し、結果として充填機械の長い始動時間を生じさせる。
【０００５】
また、長い始動時間により、包装材料が充填機械内の無菌室、すなわち、殺菌浴槽（Ｈ₂ Ｏ₂ ）と形成作業部との間に置かれた空間において過熱されるという危険の結果として充填機械を停止する必要が生じた場合もある。さらに、充填機械内の短い製造中止時間の場合、緊密な長手方向接合を中断なく連続して達成するには、接合シームの一部を再加熱することが必要である。この構造は、自動工程を実現するために多くの可動機械部分を必要とすることを意味している。機械が再始動されるときは、接合シームを圧縮するため高温空気ノズルの後ろに置かれた大きい圧力ローラが先ず長手方向接合シームから離れるように枢動されねばならぬ。その後、管に対する小さい支持体または裏打ちローラが管に向かい動かされ、長手方向接合シームにおける管形状を維持する。最後に、別の加熱要素が、大きい圧力ローラ下方の領域を加熱またはより正確に再加熱するように所定の位置に動かされる。本操作は結果として、種々のリンケージ腕や枢動結合装置を備えた複雑な機械設計を必要とする。本設計は相当な調整を必要とし、維持に費用がかかる。さらに、２個の高温空気ノズルは、接合溶着の連続運転時にも、機械または製造の停止時にも、高温空気を常に排出している。これはまた、前述した充填機械の無菌室における、製造または機械の停止時の場合の問題を生じさせる。高温空気ノズルは摂氏数百度の温度にあり、僅か数秒間で充填機械の無菌室内の接合加熱器回りの環境を過熱させ、包装材料または管が非常に容易に損傷されるという結果を招来する。ここで、過剰な熱を除去するために、高価な換気装置が設置された。他の重要な面は、例えば蒸気またはライ（ｌｙｅ：アルカリ溶液）を使用する洗浄工程が、より複雑、高価になることである。数百度の空気噴射開口をもつ高温空気ノズルと複雑なリンク機構とが管内部からのプラスチック削り屑を塵埃と共に集めるので、構造全体を手により充填機械の内側または外側から洗浄する必要があり、これは余分なコストをもたらす付随的な作業である。これは、液体食品の取り扱いにおいては衛生が非常に重要であるから、さらなる欠点となる。衛生面についてさらに述べる。高温空気ノズルは管の２個の重なり縁領域の間に配置される。このため、ノズルがしばしば包装材料の内側を削ることになる。かかる掻き傷は、包装内の無菌性の消失を伴う漏洩を生じさせかねない。
【０００６】
特許明細書ＳＥ４６４０１９は、誘導加熱により長手方向接合シーム溶着を実行する方法を開示している。この場合、上記の管と長手方向接合シームとが誘導子上の２個の誘導子板にほぼ平行に、かつそれらの間を走っている。この形式の長手方向接合密封においては、積層材内に埋没されたアルミニウム層が絶対不可欠である。
【０００７】
アルミニウム箔が、誘導子ループまたはコイルに対応したパターンを有して加熱され、電流の強度、周波数、プロセス時間を適切に選択することにより、材料は所望の温度、すなわち、隣接する熱可塑性層が互いに溶着され、密封または溶着温度にまで加熱するのに充分な温度にまで加熱されることが可能であり、それにより、一体にされた熱可塑性層が互いの上に溶着され緊密な耐久性のある密封が得られる。しかし、この場合の一つの問題は、塵埃が、管内部に置かれた誘導子板上に堆積されることである。これは、充填機械内の包装材料内部に損傷を加えかねない。かかる熱可塑性層とアルミニウム箔への損傷は液体を包装材料のキャリアまたは紙層内へと漏洩させ、充填包装に斑点またはしみとして表われる。これは無菌性を消失させ、結果として高価につく包装の廃棄を伴う。この形式の誘導加熱器はさらに、加熱領域を正しい位置に置くように調整することが困難であることが判っている。２個の縁領域が、管が平面状の包装材料ウェブから形成されるのと同時に、誘導子板の間へと走り込む。これは、特に管に働く張力が変動するときには、技術的には実行が複雑である。その結果、包装材料の２個の縁領域の重なりの大きさが変動し、また、縁領域における加熱が変動し不均一になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術の装置に固有な欠点を有しない長手方向接合シーム溶着のための装置を実現することであり、本発明の装置は部品数が少なく、従って、製造がより簡単で、より経済的である。装置の部品数が少ないことは、溶着装置のサービスとメンテナンス、また、洗浄と殺菌とが全て簡単になる点においても有利である。このことは、前もって殺菌された内容物を無菌包装内に充填するタイプの包装機械においては特に重要である。
【０００９】
本発明の他の目的は、管内部に優しく、無菌性の消失を伴うような包装材料への損傷が回避されている溶着装置を実現することである。
本発明のさらに別の目的は、接合密封が不十分として廃棄される包装の数を減少させるために、加熱領域の位置と効率とに関して調整し統制することの簡単な溶着装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これら、および他の目的は、例として述べた形式の装置において、密封点を画定するように配置された圧力ローラと対抗圧力ローラとを備えた圧縮装置を有し、圧縮装置と接合加熱器とが、駆動装置により、密封点に対しほぼ垂直方向に往復運動をする可動ユニットを形成するように互いに連結されているという特徴を与えることにより達成される。
本発明の溶着装置の好適実施態様は、添付の従属請求項に記載した特徴を与えられている。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を付図を参照して詳細に説明する。
図１、図２は本発明の溶着装置を示し、圧縮装置２に連結された好ましくは誘導加熱器のような接合加熱器１を有している。好適実施例においては、誘導加熱器１は、狭い部分３と広い部分４との２個の部分に分割された誘導子から成り、誘導子は、最適溶着プロセスを行うように統制可能な定常パワーを供給し得る所謂ＩＨ発生器（誘導加熱発生器）のような交流電流源（図示せず）に接続されている。明瞭に画定された加熱領域５が、狭い誘導子部分３のほぼ後方に形成されている。金属板３と４における熱損失は比較的少なく、そのため、周囲環境への熱放射に関連する問題が無視出来る程になっている。これは、高価、複雑な換気、冷却構造を用いて廃熱を排出することを考慮する必要なしに、装置が充填機械内に配置され得ることを意味している。
【００１２】
上述の誘導子部分３、４は、好ましくはプラスチック製のスペーサまたは案内レール６により互いに絶縁されている。これはレール６は、ブラケット７を介して、または代わりに、レール６または圧縮装置２の形態に依存して、レール６と圧縮装置２との間の直接結合を介して、誘導加熱器１を圧縮装置２に保持する保持装置として働く。さらにレール６は、平面状の包装材料から連続的に形成された管８が誘導子部分３、４から一定距離に位置され、管８が板３、４との直接接触により損傷されないこと、また、一定のパワー効果が管８のアルミニウム層内に誘導され得ることを保証している。
【００１３】
２個の細長い部分３、４のうちの狭い方の誘導子部分３は、管８の長手方向接合シームが重なり縁領域を有する区域にほぼ加熱領域が集中するように、管８の長手方向接合シームに平行に置かれる。さらに、装置２は圧力ローラ９に整合して圧力ローラの上方に置かれ、ローラ９は、密封または溶着温度にまで連続して加熱された長手方向接合シームの外側から押圧するように置かれ、同時に、好ましくはばねバイアスされた対抗圧力ローラ１０が、緊密な密封が形成されるように、圧力ローラ９に整合して、管８の内側から押圧する。
【００１４】
好適実施例においては、圧縮装置２は、形成リング１１内の凹所に環状周辺に沿って軸支された複数個の圧力ローラ９から成る。装置はまた、圧力装置２と誘導加熱器１とを垂直方向に往復させるように動き得る案内および保持具１２を有している。垂直方向の案内は、保持具１２（従って、溶着装置全体）を垂直方向にだけ運動させる構造をもつ溝付きローラ１３により保証されている。シリンダ−ピストン組立体１４が、装置が置かれている充填機械内の閉鎖された無菌空間１９の外側または背後に設けられている。ピストン−シリンダ組立体または駆動手段は所定のストローク長さのピストンを有している。リンク機構１５を介在させて、ピストンがスタッドボルト（ｓｔｕｄ ｂｏｌｔ）１６に作用し、ボルト１６は、（好適実施例においては）保持具１２内の溝軌道１７内を上下に往復運動する。溝軌道１７は、溶着装置が充填機械内で泡洗浄されるとき、流し出すように斜めに傾斜されてもよい。かくて、スタッドボルト１６の上下方向の運動が装置全体を対応して動かす。溶着装置の動く距離はピストンのストローク長さにより決められる。
【００１５】
圧力ローラ９と対抗圧力ローラ１０との間の点が密封点１８として定義される。図２、図３が、誘導加熱器１の加熱領域５の下端と密封点１８との間の距離として定義された距離Ｘを示している。何かの理由で充填機械による製造の停止が必要になった場合、長手方向接合シーム溶着が密封点１８に至るまで実行されよう。
【００１６】
充填機械運転中は、平面状の包装材料ウェブ２０が連続的に殺菌のため過酸化水素浴槽２１を通り搬送される。その後、包装材料ウェブ２０は充填機械の所謂無菌室１９に入り、そこで、種々の案内ローラと形成リングとにより、ウェブが管８に形成される。管８は誘導加熱器１に先だって、圧縮装置２を通り下方に導かれる。好ましくは重なり縁領域をもつ管８の長手方向接合シームは、レール６により保証されて、誘導加熱器１から一定間隔をおいて走っている。幅とパワー出力に関して明確に定義されている加熱領域５が、ＩＨ発生器により誘導子の狭い部分３に最も近い包装積層２０内のアルミニウム箔内において誘導加熱される。このとき隣接する熱可塑性層が縁領域が緊密な接合密封を形成すべく、一緒に押圧され得るようにアルミニウム箔が加熱され、圧縮は、外側から押す圧力ローラ９と管８の内側から押す対抗圧力ローラ１０との間の密封点１８において行われる。
何らかの理由等で充填機械による製造の停止が必要になったときは、溶着は密封点１８に至るまで実施されよう。
【００１７】
包装の製造停止または機械作動中止時間においては、平面状の包装材料ウェブ２０を殺菌するための過酸化水素浴槽２１は空にされることが多い。機械作動中止時間中または短い停止中に、密封点１８と誘導加熱器１の加熱領域５の下端との間の距離Ｘは冷却する。長手方向接合シームの溶着が再開される前に、過酸化水素が再び充填機械に補給され、誘導加熱器１が圧縮装置２、圧力ローラ９、対抗圧力ローラ１０と共に、少なくとも上記距離Ｘだけ長手方向接合シームに沿って下方に動き、この距離Ｘを再加熱し、その後ユニットが、距離Ｘを密封するように対応する距離だけ下方へ逆行する。溶着装置が上方始動位置に到達したとき、管８が再び下方運動を始め、そして静止した溶着装置が加熱し、管８上の長手方向接合シームを連続的に密封し、その後、液体食品の充填、横方向の密封、および、充填された包装の分離が行われる。充填機械の再始動の際、距離Ｘの加熱が行われると同時に、例えば、過酸化水素補給操作の完結に向かって種々の始動プロセスが充填機械内で開始される。管８の下方運動が開始する直前に溶着装置の垂直往復運動により長手方向接合距離Ｘを加熱することは、全体としての始動時間を長引かせる程の時間を必要としない。溶着装置の部品は非腐食性材料から成り、該材料はさらに通常使用されるソーダライや蒸気のような洗浄、殺菌剤に対し耐性を有している。
【００１８】
かくて、本発明の装置は可動部品の少ない単純な設計を構成している。これは、充填機械内に置かれたままで自動的泡洗浄が可能な経済的設計である。このことは洗浄プロセスを従来の手動洗浄に比較して相当簡単にする。メンテナンスが、加熱領域に関する位置とパワー出力の調整と共に簡単、安価になる。管内部の損傷が防止され、包装が殺菌されないまま充填される危険も防止される。
本発明は以上に説明し図面に示されたことに限定されると考えるべきではなく、多くの変形が添付の特許請求の範囲の精神と範囲から逸脱することなく考えられよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を示す。
【図２】連続管を溶着しつつある装置を示す。
【図３】どのように包装材料が誘導加熱器の加熱領域を通過し、次いで、圧力ローラと対抗圧力ローラとの間で接合されるように圧縮されるかを示す。
【図４】充填機械の一部の断面を、充填機械を通る包装材料の経路と共に示す。
【符号の説明】
１ 接合加熱器
２ 圧縮装置
３ 狭い部分
４ 広い部分
５ 加熱領域
６ スペーサ（案内レール）
７ ブラケット
８ 管
９ 圧力ローラ
１０ 対抗圧力ローラ
１１ 形成リング
１２ 保持具
１３ 溝ローラ
１４ シリンダ−ピストン組立体
１８ 密封点
２０ 包装材料ウェブ
２１ 過酸化水素浴槽

Claims (6)

1. 平面状の包装材料ウェブ（２０）から管（８）へと連続的に形成される材料ウェブ（２０）に対し、連続長手方向シーム溶着接合を行う装置にして、接合加熱器（１）を有する装置において、
   前記装置がまた、密封点（１８）を画定するように配置された圧力ローラ（９）と対抗圧力ローラ（１０）とを備えた圧縮装置（２）を有し、該圧縮装置（２）と接合加熱器（１）とが、駆動装置により、密封点（１８）に対しほぼ垂直方向に往復運動をする可動ユニットを形成するように互いに連結されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、接合加熱器（１）が交流電源に接続された誘導加熱器を有し、長手方向接合シームにほぼ平行に配置されていることを特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置において、誘導加熱器（１）が該誘導加熱器（１）の誘導子部分（３、４）にほぼ沿って加熱領域（５）が形成されるように配置されていることを特徴とする装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の装置において、圧縮装置（２）が圧力または形成ローラ（９）を備えた形成リング（１１）にして、該ローラが形成リング（１１）の環状周辺に沿って板内に軸支されている形成リング（１１）を有することを特徴とする装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の装置において、少なくとも１個の圧縮ローラ（９）が長手方向接合シームの一方の側から押圧するように密封点（１８）に配置され、同時に、好適にはばねバイアスされた対抗圧力ローラ（１０）が長手方向接合シームの反対の側から押圧するように配置されていることを特徴とする装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の装置において、前記駆動装置が、リンク装置（１５）を介して前記ユニットの運動を作動させるように配設されたピストン−シリンダ組立体（１４）を有することを特徴とする装置。

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