JP4308727B2 - ホットエアーチューブシーラ - Google Patents

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Description

本発明はホットエアーシーラに係り、特に、内容物が充填されている合成樹脂製のチューブの上側を向いている開口端の部分をチューブの内側から放射状に噴射するホットエアーによって加熱し、続いての工程でチューブの開口端を圧着してシールするホットエアーチューブシーラに関する。
クリーム、ジェル等の化粧品の中には、クリーム等がキャップ付きの合成樹脂製のチューブ内に充填されている構成の製品がある。これをチューブ製品という。このチューブ製品は、一端側にキャップが付いており反対側が開口となっている合成樹脂製のチューブをその開口端が上を向いた姿勢にセットし、開口端側から内容物をチューブ内に充填し、チューブの開口端をシールすることによって製造されている。
合成樹脂製のチューブの開口端をシールする方法として、ホットエアーによって加熱し、続いてチューブの開口端を圧着してシールする方法と、超音波によって加熱しつつ圧着してシールする方法とがある。前者は後者に比較して作業効率が良い等の理由により、多く採用されている。
上端の開口より内容物をチューブ内に充填する充填装置と、内容物が充填されたチューブの開口端をホットエアーによって加熱するチューブ加熱装置と、加熱されたチューブの開口端を圧着するチューブ圧着装置とが並んで配置してある装置をホットエアーチューブシーラという。
一般的に、ホットエアーチューブシーラのうちのチューブ加熱装置は、空気を数１００度に加熱するエアー加熱部と、チューブの開口端が挿入されようになっており且つ挿入されたチューブの内周面に加熱されたホットエアーを放射状に噴射するようになっているヘッド部と、噴射されたホットエアーを上方に吸引して外部に逃がすホットエアー吸引排出部とを有する。
なお、ホットエアー吸引排出部は、途中にホットエアー吸引の強さを調整するホットエアー吸引強さ調整部を有する。このホットエアー吸引強さ調整部を適宜調整して、ヘッド部の開口端の圧力が若干負圧になるように設定してある。また、ホットエアー吸引強さ調整部を調整して、吸引力を強くすると、ホットエアーが放射状に噴射されている部分に下側から外部の空気が多く進入してホットエアーが放射状に噴射している部分の温度が低下し、逆に、吸引部の吸引力を弱くすると、外部の空気の進入量が減って、ホットエアーが放射状に噴射している部分の温度が上昇することがわかっている。よって、ホットエアー吸引強さ調整部はホットエアーが放射状に噴射している部分の温度を調整する役目を有する。
図１（Ａ），（Ｂ）は従来のホットエアー吸引強さ調整部１を示す。調整用管部材２がその端部が空気吸入穴４を一部塞ぐように配置してある。ホットエアー吸引強さ調整部１のホットエアー吸引強さを調整する動作原理は、調整用管部材２をＸ１−Ｘ２方向にスライドさせて空気吸入穴４の開口の度合いを調整し、空気吸入穴４が多く塞がれると、空気吸入穴４を通して調整用管部材２内に吸引される外部の空気の量が少なくなり、その分、放射状に噴射されたホットエアーを吸引する強さが強められ、逆に、空気吸入穴４が多く開口されると、空気吸入穴４を通して調整用管部材２内に吸引される外部の空気の量が増え、その分、放射状に噴射されたホットエアーを上方に吸引する強さが弱められるというものである。
特開２００３−３２１００２号公報
上記のチューブ製品においては、従来から、チューブの開口端をシールした部分の不良が発生することが問題となっていた。シールした部分に不良が発生すると内容物が外部に漏れ出すので、シール部分の不良を無くすることは重要である。
本発明者は、上記のチューブ製品におけるシール不良の原因を追求する作業を行った。この作業は大変な労力を要したものであったけれども、その結果、シール不良の発生率は、ホットエアーが放射状に噴射されている環状部分の温度と関連し、ホットエアーシールに最適な温度の範囲は狭いことが判明した。
従来のホットエアーシーラは、噴射される前のホットエアーの温度を測定する温度センサは設けられているけれども、ホットエアー吸引強さ調整部１は図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、調整用管部材２をＸ１−Ｘ２方向にスライドさせて、固定用ネジ３でもって固定する構成であり、微調整が困難である構成であった。また、ヘッド部の開口端の圧力を測定する装置も備えて無かった。よって、シールした部分に不良が発生しないような状態を定性的に得ることは不可能であり、ホットエアー吸引強さ調整部１の調整は専ら経験と勘に頼っており、シールした部分に不良が発生しないような状態を安定に維持することは困難であった。
そこで、本発明は、上記課題を解決したホットエアーチューブシーラを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、内容物が充填されている合成樹脂製のチューブの上側を向いている開口端の部分をヘッド部において該チューブの内側から放射状に噴射するホットエアーによって加熱し、続いて上記チューブの開口端を圧着してシールする構成であり、
放射状に噴射されたホットエアーを上記チューブから離れる方向に吸引して排出するホットエアー吸引排出機構部を有し、
該ホットエアー吸引排出機構部は、開口を通して外部の空気が流入するようにしてホットエアー吸引強さを調整するホットエアー吸引強さ調整機構部を有する構成であり、
該ホットエアー吸引強さ調整機構部を調整することによって、上記ヘッド部のホットエアーが放射状に噴射している部分の温度が調整可能である構成であるホットエアーチューブシーラにおいて、
上記ヘッド部は、塞がれている下端近傍の全周囲にノズル孔が形成してある筒部を有するノズル部材と、下面に円形の開口を有し、前記ノズル部材と嵌合してあるリング部材とを有し、前記筒部と前記リング部材との間に、前記チューブの開口端が挿入される環状の隙間が形成してあり、且つ、前記開口が前記環状の隙間とつながる構成であり、
上記ホットエアー吸引強さ調整機構部を、その端の部分で上記開口の一部を塞ぐ調整用パイプ部材が、雌ネジ部と雄ネジ部との螺合によって取り付けてあり回動操作をすることによって軸線方向に変位する構成とすると共に、
上記ヘッド部の下面に押し当てられる部分と圧力計とを有し、該押し当てられる部分を上記ヘッド部の下面に押し当てることによって該圧力計が上記ヘッド部の下面の前記開口の部分の圧力を表示する構成の圧力測定装置を備え、
ホットエアーを前記ノズル部材の前記ノズル孔から噴射させ且つ前記ホットエアー吸引排出機構部を動作させた状態で、上記圧力測定装置を使用して上記ヘッド部の下面の前記開口の部分の圧力を測定しつつ上記ホットエアー吸引強さ調整機構部を操作して、上記ヘッド部の下面の前記開口の部分の圧力を微細に設定することが可能であるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、ヘッド部のシールした部分に不良が発生しないような状態を計器である圧力計が表す数値でもって把握することが可能となる。
次に本発明の実施の形態について説明する。
図２に示すように、本発明の実施例１になるホットエアーチューブシーラ１０は、上端の開口より内容物をチューブ内に充填する内容物充填装置１１と、内容物が充填されたチューブの開口端をホットエアーによって加熱するチューブ加熱装置１２と、加熱されたチューブの開口端を圧着するチューブ圧着装置１３とが並んで配置してある構成である。図２はこのうちの本発明の要部をなすチューブ加熱装置１２を示す。
ホットエアーチューブシーラ１０は、図３（Ｄ）に示すチューブ製品２０を製造するためのものである。図３（Ａ）に示すように、一端側にキャップ２１が付いており反対側が開口２３となっている合成樹脂製のチューブ２２がその開口端２３が上を向いた姿勢にセットされ、このチューブ２２が内容物充填装置１１に移動してくると、ここでは、図３（Ｂ）に示すように、開口端側から内容物２５がチューブ内に充填される。これが次のチューブ加熱装置１２に移動してくると、ここでは、図３（Ｃ）に示すように、放射状に噴射されているホットエアー２６によってチューブ２２の開口端２３の内周面が加熱されて溶融される。これが次のチューブ圧着装置１３に移動してくると、図３（Ｄ）に示すように、チューブ２２の加熱された開口端が矢印２７で示すように両側から圧着されてシールされてシール部２８が形成されて、チューブ製品２０が完成する。
また、チューブ加熱装置１２は、後述する図８示す専用の装置１００及び図１０に示す専用の装置１２０を備えている。
次にチューブ加熱装置１２について説明する。チューブ加熱装置１２は、図２に示すように、上部に、配管３１を通って供給されたエアーを数１００度に加熱するエアー加熱部３２を有し、下部に、ヘッド部４０を有し、中間に二重筒構造部６０を有し、更に、ホットエアー吸引排出機構部７０を有する構成である。ホットエアー吸引排出部７０は、途中にホットエアー吸引強さ調整機構部８０を有する。
ヘッド部４０は、図４及び図５に併せて示すように、ノズル部材４１と、リング部材４５と、ベース部材４７とを有し、チューブ２２に対応したサイズを有する。ノズル部材４１は、塞がれている下端近傍の全周囲にノズル孔４３が形成してある筒部４２と、ホットエアーの吸引排出の通路のための孔４４ａが多数形成してあるフランジ部４４とを有する。リング部材４５は、外周側にリング状の溝４６を有する。ベース部材４７は、中央に円形の開口４８を有する。
図２に示すように、ブロック部材４７が加熱装置１２のフレーム部１２ａの下面に固定してあり、リング部材４５がブロック部材４７の円形の開口４８に嵌合して固定してあり、ノズル部材４１の筒部４２がリング部材４５に嵌合してある。リング部材４５のリング状の溝４６の外側がブロック部４７によって塞がれて、通路４９が形成され、ここに、冷却用の水が供給される。筒部４２とリング部材４５との間には、環状の隙間５０が形成される。
５１はヘッド部４０の下面である。下面５１は平面であり、環状の隙間５０につながる円形の開口５２が形成してある。
図２に示すように、二重筒構造部６０は、外側筒体６１と内側筒体６２とよりなり、フレーム部１２ａ上に垂直の姿勢で固定してある。エアー加熱部３２は二重筒構造部６０の上側に取り付けてある。内側筒体６２はノズル部材４１の筒部４２と連結してあり、その内側はエアー加熱部３２からノズル部材４１に向かうホットエアーの通路６３となる。外側筒体６１と内側筒体６２との間の円筒状の空間６４は、ノズル部材４１のフランジ部４４と対向しており、ノズル部材４１から吸引ポンプ７３へ向かうホットエアー吸引排出通路の一部を形成する。
ホットエアー吸引排出機構部７０は、環状の隙間５０と、フランジ部４４の孔４４ａと、円筒状の空間６４と、外側筒体６１に横向きに接続してある第１のパイプ７１と、調整用パイプ部材８１と、第２のパイプ７２と、第２のパイプ７２の端の吸引ポンプ７３とを有する。
上記のチューブ加熱装置１２は、エアー加熱部３２及び吸引ポンプ７３が継続的に動作した状態とされ、図２に多くの矢印で示すように、雌エアー加熱部３２によって数１００度に加熱されたホットエアー４３が通路６３を通ってヘッド部４０に供給され、ノズル孔４３より環状の隙間５０内に放射状に噴射され続け、隙間５０内に噴射されたホットエアーは、吸引されて上方に向かい、開口５２からは排出されずに、孔４４ａ、空間６４、第１のパイプ７１、調整用パイプ部材８１、第２のパイプ７２を経て外部に排出され続ける。また通路４９内に冷却用の水が供給され続けているため、リング部材４５は冷却されている。
チューブ２２が上動されてその開口端２３が図５に一点鎖線で示すように筒部４２に嵌合して隙間５０内に挿入されると、ノズル孔４３から放射状に噴射されているホットエアー２６によってチューブ２２の開口端２３の内周面が加熱されて溶融される。チューブ２２の開口端２３の外周面は冷却されているリング部材４５に接触しているため加熱が抑制される。またホットエアーは上方に向かい、内容物２５には当らず、内容物２５は加熱されない。チューブ２２はチューブ加熱装置１２に所定時間留まったのちに、下動してヘッド部４０から抜け出し、隣りのチューブ圧着装置１３に移動される。
次に、ホットエアー吸引強さ調整機構部８０について説明する。ホットエアー吸引強さ調整機構部８０は、図２に示すように、第１のパイプ７１と第２のパイプ７２との間に設けてあり、図６（Ａ），（Ｂ）及び図７に示すように、調整用パイプ部材８１と固定用ネジ８２とを有する。第１のパイプ７１には、空気吸入穴７１ａが周方向の４箇所に形成してあり、且つ、Ｘ２方向の先端に雄ネジ部７１ｂが形成してあり、且つ、空気吸入穴７１ａの近くに目盛７１ｃが形成してある。調整用パイプ部材８１は、内部の中央部に、上記の雄ネジ部７１ｂに対応する雌ネジ部８１ａが形成してあり、Ｘ１側に第１のパイプ７１の外周に丁度嵌合する嵌合部８１ｂを有し、Ｘ２側に第２のパイプ７２の内周に丁度嵌合する嵌合部８１ｃを有する。８１ｄは嵌合部８１ｂの端部である。雌ネジ部８１ａ及び雄ネジ部７１ｂのピッチは微細である。固定用ネジ８２は第２のパイプ７２の端の近くに第２のパイプ７２に形成してあるネジ孔に螺合してある。第２のパイプ７２のＸ１側の端部はチューブ加熱装置１２の一部に固定してある。
調整用パイプ部材８１は、雌ネジ部８１ａを雄ネジ部７１ｂに螺合させて第１のパイプ７１の先端に取り付けてある。嵌合部８１ｂは第１のパイプ７１の外周に嵌合して空気吸入穴７１ａを一部塞いだ状態とされている。嵌合部８１ｃは第２のパイプ７２の内周に嵌合してある。
調整用パイプ部材８１を回動させると、雌ネジ部８１ａと雄ネジ部７１ｂとの螺合によって、その回動方向に応じて調整用パイプ部材８１はその軸線方向であるＸ１方向或いはＸ２方向に移動され、空気吸入穴７１ａの開口の度合いが変えられる。調整用パイプ部材８１の端部８１ｄの空気吸入穴７１ａに対する位置は目盛７１ｃによって確認可能である。固定用ネジ８２を締めることによって、調整用パイプ部材８１は第２のパイプ７２に対して固定される。
ホットエアー吸引強さが調整される動作原理は、従来と同じであり、空気吸入穴７１ａの開口の度合いが変化することによって、外部から空気吸入穴７１ａを通って第１のパイプ７１内に流入する外部の空気９０の量が変化し、これに応じて、吸引されるホットエアー９１の量が変化されるというものである。
ここで、調整用パイプ部材８１のＸ１−Ｘ２方向の変位は調整用パイプ部材８１の回動を雌ネジ部８１ａと雄ネジ部７１ｂとを介して変換されての動作であるため、微細であり、よって、空気吸入穴７１ａの開口の度合いは微細に調整され、ホットエアー吸引強さは微細に調整される。
図８はヘッド部４０の開口５２の部分の圧力を測定する圧力測定装置１００である。圧力測定装置１００は、上記の開口５２に対応する大きさの開口１０２とこの開口１０２から延びている通路１０３とが形成してあるステンレスベース基板１０１と、ベース基板１０１の上面に貼り付けてあり、上記開口１０２と対応する開口１０６を有する板状の軟質ラバー１０５と、通路１０３と連通してベース基板１０１上に取り付けてある圧力計（マノメータ）１１０とよりなる構成であり、ヘッド部４０に対応した大きさである。１０７はヘッド部４０の下面に押し当てられる部分であり、軟質ラバー１０５の上面であり開口１０６の周囲の部分である。圧力計１１０は圧力を０．１ＫＰａ単位で測定可能であるものである。ベース基板１０１はアルミニウム、鉄、ステンレス製等でもよい。
チューブ加熱装置１２を動作状態とし、この圧力測定装置１００を図９に示すように開口１０６を軟質ラバー１０５上の部分１０７をヘッド部４０のリング部材４５の下面５１に押し当て、圧力計１１０の表示を読み取ることによって、ヘッド部４０の開口５２の部分の圧力を簡単に測定することが可能である。なお、ヘッド部４０の下面に押し当てられる部分が軟質ラバー１０５であるため、ヘッド部４０のリング部材４５の下面５１に密着し、また、ステンレスベース基板１０１への熱の伝導が制限され、圧力はホットエアーの影響を受けないで精度良く測定される。
圧力測定装置１００を図９に示すようにヘッド部４０の下面５１にセットしたままで、ホットエアー吸引強さ調整機構部８０の調整することによって、ヘッド部４０の開口５２の部分の圧力を圧力計１１０が表示する数値でもって定量的にしかも従来に比べて微細に設定することが可能となる。図１に示す構造では調整して設定した圧力のばらつきが１ＫＰａ単位であったけれども、図６及び図７に示すホットエアー吸引強さ調整機構部８０では調整して設定した圧力のばらつきが従来に比べて約１／１０に減って、０．１ＫＰａ単位のばらつきに抑えられた。
上記のチューブ加熱装置１２では、例えば、エアー加熱部３２のよって加熱されたホットエアーの温度を３４０℃に定め、ヘッド部４０の開口５２の部分の圧力を０．３ＫＰａに定めてある。この条件では、完成したチューブ製品２０でのシール不良の発生率が従来に比べ改善されたという結果を得ている。
図１０は、ホットエアー４３がノズル孔４３より環状の隙間５０内に放射状に噴射されている状態における、ホットエアー４３がノズル孔４３より環状の隙間５０内に放射状に噴射されている環状の部分の温度を間接的に測定すると共に上記環状の部分の温度の分布を評価する温度測定装置１２０を示す。
温度測定装置１２０は、赤外線熱画像をとらえる赤外線熱画像装置１２１と、鏡面にマット加工したステンレス板１３０とを使用する。１３１はマット面である。
ヘッド部４０の配置及び赤外線熱画像装置１２１の大きさ等からして赤外線熱画像装置１２１でホットエアーが放射状に噴射されている個所は直接に見ることは不可能である。そこで、板をヘッド部４０の下側に置いて、ホットエアーが放射状に噴射されている個所からの輻射熱１４０を板でもって受けて、この板で反射した輻射熱を赤外線熱画像装置１２１に取り込むことによって、間接的に測定することを考えた。色々な板を試みたが鮮明な熱画像を得ることが出来なかった。鏡面にマット加工したステンレス板１３０を使用すると、輻射熱がマット面１３１で効率良く反射されて、反射した輻射熱１４１が赤外線熱画像装置１２１に到って、鮮明な熱画像１２２を得られることが分かった。また、赤外線熱画像装置１２１の位置は、水平に置かれたマット加工したステンレス板１３０に垂直の線を中心に両側に角度５０度の範囲であれば、鮮明な熱画像を得られることが分かった。
この温度測定装置１２０を使用して上記の条件で動作しているチューブ加熱装置１２のホットエアー２６がノズル孔４３より環状の隙間５０内に放射状に噴射されている部分の温度を間接的に測定したところ、２７０℃であることが分かった。また、温度の分布も一周に亘って均一であることが分かった。
輻射熱を良好に反射できる板であれば、上記のステンレス板１３０以外の板でもよい。
従来のホットエアー吸引強さ調整機構部を示す図である。 本発明の実施例１になるホットエアーチューブシーラのチューブ加熱装置を示す図である。 ホットエアーチューブシーラによるチューブ製品が完成するまでの過程を示す図である。 ヘッド部を分解して示す図である。 ヘッド部を拡大して示す図である。 図２中のホットエアー吸引強さ調整機構部を示す図である。 図６のホットエアー吸引強さ調整機構部を分解して示す図である。 ヘッド部の下面の圧力を測定する圧力測定装置を示す図である。 図８の圧力測定装置を使用してヘッド部の下面の圧力を測定している状態を示す図である。 ホットエアーが噴射されている部分の温度を間接的に測定する温度測定装置を示す図である。
符号の説明
１０ ホットエアーチューブシーラ
１１ 内容物充填装置
１２ チューブ加熱装置
１３ チューブ圧着装置
２０ チューブ製品
２２ 合成樹脂製のチューブ
２８ シール部
３２ エアー加熱部
４０ ヘッド部
４１ ノズル部材
４３ ノズル孔
４５ リング部材
５０ 環状の隙間
７０ ホットエアー吸引排出機構部
７１ａ 空気吸入穴
８０ ホットエアー吸引強さ調整機構部
８１ 調整用パイプ部材
８１ａ 雌ネジ部
８２ 固定用ネジ
１００ 圧力測定装置
１０１ ベース基板
１０５ 軟質ラバー
１１０ 圧力計（マノメータ）
１２０ 温度測定装置
１２１ 赤外線熱画像装置
１２２ 鮮明な熱画像
１３０ 鏡面にマット加工したステンレス板
１４０，１４１ 輻射熱

Claims (2)

  1. 内容物が充填されている合成樹脂製のチューブの上側を向いている開口端の部分をヘッド部において該チューブの内側から放射状に噴射するホットエアーによって加熱し、続いて上記チューブの開口端を圧着してシールする構成であり、
    放射状に噴射されたホットエアーを上記チューブから離れる方向に吸引して排出するホットエアー吸引排出機構部を有し、
    該ホットエアー吸引排出機構部は、開口を通して外部の空気が流入するようにしてホットエアー吸引強さを調整するホットエアー吸引強さ調整機構部を有する構成であり、
    該ホットエアー吸引強さ調整機構部を調整することによって、上記ヘッド部のホットエアーが放射状に噴射している部分の温度が調整可能である構成であるホットエアーチューブシーラにおいて、
    上記ヘッド部は、塞がれている下端近傍の全周囲にノズル孔が形成してある筒部を有するノズル部材と、下面に円形の開口を有し、前記ノズル部材と嵌合してあるリング部材とを有し、前記筒部と前記リング部材との間に、前記チューブの開口端が挿入される環状の隙間が形成してあり、且つ、前記開口が前記環状の隙間とつながる構成であり、
    上記ホットエアー吸引強さ調整機構部を、その端の部分で上記開口の一部を塞ぐ調整用パイプ部材が、雌ネジ部と雄ネジ部との螺合によって取り付けてあり回動操作をすることによって軸線方向に変位する構成とすると共に、
    上記ヘッド部の下面に押し当てられる部分と圧力計とを有し、該押し当てられる部分を上記ヘッド部の下面に押し当てることによって該圧力計が上記ヘッド部の下面の前記開口の部分の圧力を表示する構成の圧力測定装置を備え、
    ホットエアーを前記ノズル部材の前記ノズル孔から噴射させ且つ前記ホットエアー吸引排出機構部を動作させた状態で、上記圧力測定装置を使用して上記ヘッド部の下面の前記開口の部分の圧力を測定しつつ上記ホットエアー吸引強さ調整機構部を操作して、上記ヘッド部の下面の前記開口の部分の圧力を微細に設定することが可能であるようにしたことを特徴とするホットエアーチューブシーラ。
  2. 請求項１のホットエアーチューブシーラにおいて、
    更に、上記ヘッド部のホットエアーが放射状に噴射している部分の温度及び温度分布を、この部分からの輻射熱をマット処理した板で反射させて赤外線熱画像装置で熱画像としてとらえて間接的に測定する温度測定装置を備えた構成としたことを特徴とするホットエアーチューブシーラ。
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