JP3786965B2 - フィルム延伸装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、包装すべき対象物（これは、単一の物品または複数の物品の組立体とすることができる）を予め延伸させたプラスチックフィルムに包む包装方法に関する。より詳細には、本発明は、対象物に適用する直前にフィルムを引き延ばすために用いられる装置に関する。こうしたプロセスは、延伸包装方法および延伸（prestretch）装置と称される。
背景技術
延伸包装は「復元（memory）」と称される性質、つまり、弾性限界を越えて引き延ばし、延伸力を解放して短時間経過後に、従前の形状または大きさを復元する傾向を有するフィルムを用いる。
プラスチック製の包装フィルムは、通常は延伸されていないフィルムから成る供給ロールとしてユーザに提供される。フィルムは、一般的にロールから引き出され対象物に適用され、フィルムの一端が対象物に固着される。これまで、種々の延伸装置が提案されてきたが、供給ロールから目的部へ延びるウェブ状のフィルムが、ロールから引き出されて対象物へ適用される前に延伸される。
こうした延伸フィルムは、種々の理由、例えば、
適用後のフィルムの収縮比により望み通り緊密に確実に包装されるので、較的低いレイアップ張力（lay-up tension）を以て対象物に適用される（これは、比較的小さな、または軽量な物品の集合体を包装するとき、包装プロセスにより物品が変位する可能性が低減するので特に有利である）。
適度に或いはコントロールして延伸することによりフィルムの機械的特性が改善される。
所定重量のフィルムが延伸され、より多くの包装材料が効果的に提供される。
などの理由により有利である。
最も単純であるがあまり望ましくない周知の従来技術による延伸装置は、単にフィルムロールに制動を適用する装置である。こうした装置は、例えば米国特許第３８６７８０６号（ランカスタ）、米国特許第４０７７１７９号（ランカスタ）に開示されている。これらの例では、供給ロールに制動が適用され、高いレイアップ張力を用いることにより延伸が行われる。こうした構成では、本来的に、高いレイアップ張力を用いる点に欠点がある。更に、供給ロールから対象物へ延びるウェブの引出部分が全長にわたって延伸し、長さの全増加が大きく、延伸の割合を望ましくない低い値に制限しなければ管理できなくなる。
単純な制動装置の改良がオーストラリア特許第５３６０９９号（ランカスタ）に開示されている。この特許では、フィルムウェブが、前記供給ロールと包装対象物の間に配設された２つのローラの周囲に張架されている。これらのローラは、異なる速度または異なる方向に必要に応じて回転できるように駆動力伝達手段により連結されている。これにより、前記ローラ間の短いウェブが延伸されることと「なる。
他の従来技術がオーストラリア特許第５８９０６５号（アンダーホーグ）に開示されている。この特許では、引き出されたウェブに接触する延伸ローラの表面速度が、供給ロールに接触する制動ローラの表面速度よりも高くなるように、制動ローラと延伸ローラとを駆動力伝達手段により連結して、供給ロールと前記延伸ローラとの間の比較的短く一定の長さのウェブ部分が延伸されるようになっている。
前記アンダーホーグの装置の制動ローラおよび延伸ローラは揺動レバーに取り付けられており、延伸ローラに作用するウェブの張力により、制動ローラが供給ロールに付勢されるようになっている。これにより、供給ロールのサイズが小さくなっても、制動ローラが確実に供給ロールに接触するようになっている。この装置では、前記レバーにより制動ローラの高い接触圧力が得られる機械的な利点を有しており、実際、アンダーホーグの装置の以前の従来技術に対する利点となっていると記載されている。
アンダーホーグの装置は、包装対象物が回転して、固定された供給ロールからウェブ状のフィルムを引き出す場合には概ね良好に作用する。然しながら、オーストラリア特許第６５３２５５号に記載され、本明細書で軌道型包装装置と称する、固定された対象物または対象物の一部の周囲で供給ロールを軌道に沿って旋回させることにより、対象物と供給ロールとの間の相対的に回転させる形式の包装装置へは用いることができない。
こうした軌道型包装装置では、供給ロールは通常、旋回シャットルに取り付けられており、このシャットルは環状の対象物のボアを通過できなければならない。そのために、或いは、単に旋回する構成要素の質量をできるだけ小さくするために、シャットルは可能な限り小さくなければならない。アンダーホーグの延伸装置は、揺動レバーを有しており、小型のシャットルに搭載可能な程度に小型ではない。更に、シャトルの旋回軌道は通常円形ではなく、延伸ローラの揺動動作に作用する慣性の影響がウェブに発生する張力に現れる。
前記レバーの機械的利点となっている制動ローラと供給ロールの間の高い圧力は、通常は望ましいものであるが、ある状況、特に、包装対象物の形状または軌道の形状が、供給ロールから引き出されるウェブの速度が急激に不規則となり、そして突然に非常に大きく増加するような形状である場合に欠点となってしまう。その場合、ウェブの張力が突然増加したときに供給ロールを加速しなければならないが、同時に、増加した張力により制動ローラが強く適用され、こうした加速が妨げられてしまう。これにより良くとも過剰な延伸が生じ、最悪の場合には、ウェブの張力が消滅し突然破断してしまうこともあり得る。
本発明の目的は、従来のアンダーホーグの装置に内在する過大な制動となる問題を緩和した、軌道型包装装置のシャットルに搭載可能なアンダーホーグタイプの延伸装置を提供することである。
発明の開示
本発明は、アンダーホーグタイプの延伸装置において揺動レバーを除去し、代わりに、制動ローラと供給ロールとの間に充分な制動圧力を維持すると共に、ウェブの張力が突然増加したときに、これらの要素間に瞬間的な或いは短時間の滑りを生じさせることにより上記目的を達成する。
本発明の第１の特徴によれば、ウェブ状のプラスチックフィルムをフィルム供給ロールから引き出し、前記供給リールを有するシャットルを包装対象物の周囲で旋回動作させることにより、包装対象物にプラスチックフィルムを適用する延伸装置を含む包装装置において、
前記延伸装置が、前記シャットルに対して固定した軸線を中心として前記シャットルに回転自在に取り付けられた制動ローラと、前記シャットルに対して固定し前記制動ローラの中心軸線に平行に離間した軸線を中心として前記シャットルに回転自在に取り付けられた延伸ローラと、前記延伸ローラの表面速度が前記制動ローラの表面速度よりも高くなるように前記２つのローラを連結する駆動力伝達手段と、前記シャットルに取り付けられたフィルム供給ロールを回転自在に支持するマンドレル手段であって、ガイド手段により前記制動ローラに向かって自由に移動可能となっているマンドレル手段と、前記ウェブの張力に対して独立して作用し、前記供給ロールを前記制動ローラに付勢して制動力を維持する補助荷重手段とを具備する包装装置が提供される。
本発明の第２の特徴によれば、包装対象物の包装フィルムの供給ロールとの間の相対的な旋回動作により、ロールからのフィルムの引き出しと、対象物への適用がなされるようにした包装装置で用いられる延伸装置それ自体が提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は軌道型包装装置の本質的な構成要素の略示立面図である。
図２は、図１において参照番号２で示す部分の拡大側面図であり、シャットルに取り付けられた本発明による延伸装置を示す図である。
発明を実施する最良の形態
以下、添付図面を参照して既述した本発明の実施形態を一例としてより詳細に説明する。
図示する本発明の実施形態は、オーストラリア特許６５３２５５号（ジョンライサート（オーストラリア）有限会社）に記載された種類の包装装置に組み込まれる。上記オーストラリア特許を本明細書と一体をなすものとして引用する。簡単に説明すると、この装置は、シャットル４のための無限経路を形成する軌道３を具備している。シャットル４には、プラスチックフィルムから成る供給ロール５を有しており、決められた起動を移動する間に対象物または対象物の一部が包装される。特に、オーストラリア本発明の６５３２５５号に開示された好ましい実施形態によれば、対象物は金属帯材から成るロールであり、シャットル経路は前記対象物の貫通穴を通過するように延びている。シャットルが軌道に沿って移動することにより、シャットルと対象物であるロールとの間に相対的な回転動作が生じ、対象ロールに取着されたウェブ状のフィルム６、シャットル４に配設された供給ロール５から引き出され、対象ロールに適用される。包装が進むにつれ、包装対象ロールはそれ自身の軸線を中心として回転し、対象ロール全体が確実に包装フィルムにより覆われる。
延伸ローラ７が中心軸線回りに回転自在にシャットル４に取り付けられている。延伸ローラの中心軸線はシャットルに対して固定されている。フィルムウェブ６は供給ロール５から引き出されると延伸ローラに懸架され、次いで遊動ローラ８を介して対象ロールに給送される。
制動ローラ９が中心軸線回りに回転自在にシャットル４に取り付けられている。この制動ローラの中心軸線はシャットルに対して固定されており、かつ、延伸ローラ７の中心軸線に対して平行に離間している。制動ローラ９は供給ロール５に接触している。制動ローラ９は、好ましくは、表面に柔軟なエラストマー材料を設けて摩擦係数を高め、かつまた、プラスチックフィルムにマークが入ったり、損傷しないようになっている。
延伸ローラ７および制動ローラ９は、駆動力伝達手段、例えば、前記ローラの各々に固着されたスプロケット１１、１２に張架された駆動チェーンにより連結されている。この場合、スプロケット１１、１２は同じ直径を有していると、前記２つのローラは同じ回転速度で回転する。延伸ローラ７の直径を制動ローラ９の直径よりも大きくすることにより、延伸ローラ７の表面速度が制動ローラ９の表面速度よりも大きくなる。供給ロール５の最も外側に巻かれた層と、その下に巻かれた層との間の摩擦力のために、フィルムが引き出されたウェブ状のフィルムの引出部分１３として供給ロールから離反するまで、フィルムが実質的に引き延ばされることが防止される。引出部分１３の下流側端部が実質的に延伸ローラ７の表面速度で移動し、かつ、引出部分の上流側の端部では、問題とする時間において実質的に一定の引き出し速度、つまり制動ローラ９の表面速度となると考えられるので、フィルムの引出部分１３の部分は必要に応じて延伸される。延伸ローラから包装対象物へ延びるウェブの下流側張力が、単にウェブの収縮を防止可能な程度であっても上記の延伸は達成される。
供給ロール５は、マンドレル１４に回転自在に取り付けられている。このマンドレルは軸にて形成されており、この軸上で供給ロールまたは供給ロールを支持するスプール等が回転する。或いは、ロールと共に回転するこうしたスプール等の構成要素とすることもできる。何れの場合にも、マンドレル１４の端部はシャットル４のシャーシの側板に形成されたスロット１５に通され、そして、ガイドロッド１７に沿って摺動するサドル１６の軸受孔に通される。
ウェブの引出部分部分１３には張力が印加され、そして、供給ロールを引っ張っている。更に、引出部分の方向は、少なくとも張力の一成分がガイドロッド１７の方向に作用するようになっている。これにより引出部分の張力により前記サドルがガイドロッド１７に沿って効果的に付勢され、供給ロール５が制動ローラ９に押圧される。引出部分１３の張力による供給ロールと制動ローラの間の実際の圧力は、引出部分１３の張力の大きさに依存するのみならず、引出部分とガイドロッドの間の角度を決定する幾何学的形状に依存している。然しながら限界もある。つまり、前記引出部分がガイドロッドと平行となると、所望の延びにおける制動摩擦がウェブの張力により不十分となり信頼性のある操業ができなくなる。従って、本発明によれば、補助荷重手段によりウェブ張力の効果が高められている。サドル１６の各々が、ガイドロッド１７の周囲に設けられた荷重バネ１８により制動ローラ９へ付勢されている。バネ１８は、当接部１９とサドル１６の間で圧縮されている。
補助荷重手段、ロールとローラ軸の幾何学的配置、引出部分１３の長さ、制動ローラ９の表面材料とフィルムとの間の摩擦係数により供給ロールに適用される力は容易に選択することが可能であり、フィルムが細くなり破断するときの張力よりも引出部分１３の張力が小さいときに、制動ローラ９と供給ロール５との間の最大到達可能な圧力が、制動ローラ９と供給ロール５の間に滑りが生じ得る圧力となるようにすることができる。これにより、延伸させながらの安定な操業が得られると共に、起動時や、軌道に対する対象物の形状により巻付け速度が急激に変化したときなどに、瞬間的に滑りを生じさせてフィルムの張力の急激なピークを吸収することが可能となる。
本発明の実施形態において、供給ロールと制動ローラの間の圧力は、荷重バネによらない補助荷重手段、例えば、概ね一定圧力の流体源から供給を受ける油空圧スラスターにより得ることもできる。

Claims (11)

1. ウェブ状の延伸包装プラスチックフィルムをフィルム供給ロールから引き出し、前記フィルム供給ロールを有するシャットルを包装対象物の周囲で旋回動作させることにより、包装対象物にプラスチックフィルムを適用する延伸装置を含む包装装置において、
   前記延伸装置が、前記シャットルに対して固定された軸線を中心として前記シャットルに回転自在に取り付けられた制動ローラと、
   前記シャットルに対して固定され前記制動ローラの中心軸線に平行に離間した軸線を中心として前記シャットルに回転自在に取り付けられた延伸ローラと、
   前記延伸ローラの表面速度が前記制動ローラの表面速度よりも高くなるように前記２つのローラを連結する駆動力伝達手段と、
   前記シャットルに取り付けられた前記フィルム供給ロールを回転自在に支持するマンドレル手段であって、前記フィルム供給ロールから引き出され前記延伸ローラの周囲を通過するウェブ状のフィルムの張力の作用で、ガイド手段によって前記制動ローラに向かって自由に移動可能となっているマンドレル手段と、
   ウェブ状のフィルムの張力に対して独立して作用し、前記フィルム供給ロールを前記制動ローラに付勢して制動力を維持するようにウェブ状のフィルムの張力を補助する補助荷重手段とを具備する包装装置。
2. 前記ガイド手段が、前記マンドレル手段の端部を支持する摺動自在の２つのサドルを具備し、
   前記補助荷重手段が前記サドルと前記シャットルとの間に作用するバネを具備する請求項１に記載の包装装置。
3. 前記サドルがガイドロッドに沿って移動可能に設けられ、前記バネが前記ガイドロッドの各々の周囲に配設されている請求項２に記載の包装装置。
4. 前記制動ローラの表面が柔軟なエラストマー材料により形成されている請求項１から３の何れか１項に記載の包装装置。
5. 前記補助荷重手段は、前記制動ローラと前記フィルム供給ロールとの間に得られる最大圧力が、ウェブ状のフィルムの張力が破断点に達する前に前記制動ローラと前記フィルム供給ロールとの間で滑りを生じさせるような圧力となるようにする請求項１から４の何れか１項に記載の包装装置。
6. ウェブ状のプラスチックフィルムの引き出し方向が、前記ガイド手段に沿った前記マンドレル手段の移動方向に対して平行ではない、請求項１に記載の包装装置。
7. 対象物の少なくとも一部をプラスチックフィルムにより包む包装方法において、
   フィルムの供給ロールをシャットルに取り付ける工程と、
   フィルムの一端を対象物に取着する工程と、
   前記対象物の少なくとも一部の周囲で前記シャットルを旋回させ、前記対象物と前記シャットルとの間の相対的な動作により、前記対象物にフィルムが適用される前に、フィルムが前記供給ロールから引き出されるときにフィルムを延伸する工程とを含み、
   前記供給ロールから離反する際のウェブ状のフィルムの張力により、前記供給ロールが全体として制動ローラに接触するように自由に移動し、
   前記フィルムを延伸させる工程が前記供給ロールからフィルムを延伸ローラの周囲に引き出す工程により行われ、
   前記延伸ローラは、駆動力伝達手段により前記制動ローラに連結されており、前記延伸ローラの表面速度が前記制動ローラの表面速度よりも高くなっており、
   前記供給ロールを前記制動ローラに付勢する、ウェブ状のフィルムの張力と独立した値を有する補助力を適用することにより、前記供給ロールと前記制動ローラとの間の接触を維持するウェブ状のフィルムの張力の効果を高めるようにした包装方法。
8. 前記補助力は、前記制動ローラと前記供給ロールとの間に得られる最大圧力が、ウェブ状のフィルムの張力が破断点に達する前に前記制動ローラと前記供給ロールとの間で滑りを生じさせるような圧力となるような大きさである請求項７に記載の方法。
9. 前記供給ロールを回転自在に支持すると共に、ガイド手段により前記制動ローラに向かって自由に移動可能となっているマンドレル手段が、前記シャットルに取り付けられており、
   フィルムの引き出し方向が、前記ガイド手段に沿った前記マンドレル手段の移動方向に対して平行ではない、
   請求項７に記載の方法。
10. ウェブ状のプラスチックフィルムをフィルム供給ロールから引き出し、包装対象物と前記フィルム供給ロールとの間の相対的な旋回動作により包装対象物を包装する包装装置で用いる延伸装置において、
    支持シャーシと、
    前記シャーシに対して固定された軸線を中心として前記シャーシに回転自在に取り付けられた制動ローラと、
    前記シャーシに対して固定された軸線であって前記制動ローラの中心軸線に平行に離間した軸線を中心として前記シャーシに回転自在に取り付けられた延伸ローラと、
    前記延伸ローラの表面速度が前記制動ローラの表面速度よりも高くなるように前記２つのローラを連結する駆動力伝達手段と、
    前記シャーシに取り付けられた前記フィルム供給ロールを回転自在に支持すると共に、前記フィルム供給ロールから引き出され前記延伸ローラの周囲を通過するときのウェブ状のフィルムの張力の作用で、ガイド手段によって前記制動ローラに向かって移動可能に設けられたマンドレル手段と、
    ウェブ状のフィルムの張力に対して独立して作用し、ウェブ状のフィルムの張力が破断点に達する前に前記制動ローラと前記フィルム供給ロールとの間で滑りを生じさせるような圧力に前記制動ローラと前記フィルム供給ロールとの間の制動力を維持するように、前記フィルム供給ロールを前記制動ローラに付勢するときに、ウェブ状のフィルムの張力を補助する補助荷重手段と、を具備する延伸装置。
11. ウェブ状のプラスチックフィルムの引き出し方向が、前記ガイド手段に沿った前記マンドレル手段の移動方向に対して平行でない、請求項１０に記載の延伸装置。

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