JP4440927B2 - 連続した充填パウチを製造する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、パウチの形成、充填およびシーリングに関し、特に、シール可能なウェブの材料を取って、ウェブをシールして、連続した別個の充填パウチを形成する方法および装置に関する。

パウチを形成、充填およびシーリングするための包装機は、食料品、飲料、ヘルスケア製品およびクリーニング製品をはじめとする様々な製品を製造するのに用いられており、かかる包装機は従来から公知である。

例えば、特許文献１（ベネット（Ｂｅｎｎｅｔｔ））には、一対のシーリングジョーを互いに接触させることにより包装材料が交差方向にシールされた形成−充填−シール包装機が開示されている。シーリングジョーによって、包装材料が包装材料移動方向に沿って同じ条件に保たれながら従って、シーリングジョーが接触してシングル駆動源による動きに従う。モータの回転は、円形カムプレートとアームから構成されるカム機構により包装材料の移動経路に沿って直線往復運動へと変換され、変換された往復運動がブロックへ伝達される。

米国特許第５，８７０，８８７号

しかしながら、業界では、より信頼性があり、保守が容易で、高速操作される改良されたパウチ機が常に求められている。

本発明は、連続的に動く細長いシール可能なウェブの材料から充填シールされたパウチを製造する方法および装置を提供する。一態様において、本発明は、ウェブを少なくとも１つの側端に沿って長手方向にシールする工程と、間にシーリング経路を画定する一対の協働コンベヤを用意する工程であって、一対の協働コンベヤが、ウェブと実質的に同じ速度で移動する少なくとも一対の嵌合ジョーを含む、工程と、シーリング経路の少なくとも一部に沿って一対の嵌合ジョー間でウェブを係合して、界面に沿って２つの対向するシートを接合することにより、ウェブに複数の横方向シールを形成する工程とを含む、第１および第２の側端をそれぞれ有する対向するシートを含む連続的に動く細長いシール可能なウェブからパウチを製造する方法を提供するものである。

一実施形態において、少なくとも１つのコンベヤは、可撓性であるとともに非円形経路を移動する。各コンベヤは１つ以上のジョーを有している。特定の実施形態において、少なくとも２対の嵌合ジョーが、シーリング経路に沿って同時にウェブに係合する。好ましい実施形態において、ウェブは、ヒートシール可能な層を含み、シーリング経路の少なくとも一部に沿ってウェブに熱が加えられる。

一実施形態において、シーリング経路は平面であり、他の実施形態においては、シーリング経路は弓形である。

他の態様において、本発明の方法は、ウェブの側端に沿った長手方向シールの形成後およびパウチの下部を形成する少なくとも１つの横方向シールの形成後に、部分的に形成されたパウチを液体で充填する工程を更に含む。特定の態様において、ウェブは、インパルスヒートを用いてシールされる未支持熱可塑性ウェブであり、パウチは、モノマーと任意で開始剤とを含む液体反応性モノマー混合物で充填されている。

他の態様において、ウェブは支持されたウェブである。ウェブは、一回折り畳んだシートの材料または２枚の別個のシートの材料を含んでいてよい。

好ましい実施形態において、ウェブは略一定の速度で移動し、ジョーはウェブと実質的に同じ速度で移動する。

他の態様において、本発明は、ウェブを少なくとも１つの側端に沿って長手方向にシールする工程と、自らの間にシーリング経路を画定する第１および第２のジョー支持部材を用意する工程であって、ジョー支持部材が、シーリング経路に沿ってウェブと実質的に同じ速度で移動する複数の協働対の嵌合ジョーを含み、少なくとも１つのジョー支持部材が可撓性の非円形コンベヤを含む、工程と、一対の嵌合ジョー間でウェブに熱および／または圧力を加えることにより、シーリング経路に沿ってウェブが移動するにつれて、ウェブに複数の横方向シールを形成してシートを接合する工程とを含む、第１および第２の側端をそれぞれ有する対向するシートを含む連続的に動く細長いシール可能なウェブからパウチを製造する方法を提供するものである。他の実施形態において、その他のジョー支持部材は、複数のジョーを支持する円柱ドラムを含んでいる。

他の態様において、本発明は、ウェブの少なくとも１つの側端に沿って長手方向シールを形成して、端部をシールするように構成された第１のシーリングステーションと、ウェブに複数の横方向シールを形成するように構成された第２のシーリングステーションであって、第２のシーリングステーションが、コンベヤ間でシーリング経路を画定する対向するコンベヤを含み、コンベヤが、シーリング経路に沿ってウェブの対向する側部表面を係合するように構成された少なくとも一対の協働嵌合ジョーを含む、第２のシーリングステーションとを含む、第１および第２の側端をそれぞれ有する対向するシートを含む連続的に動く細長いシール可能なウェブからパウチを製造する装置を提供するものである。

一態様において、コンベヤおよび付随のジョーは、同じエンドレスの非円形経路に沿って移動し、一方、各コンベヤアセンブリは、他のコンベヤアセンブリおよび動くウェブの材料に対して固定位置で固定されたままである。すなわち、コンベヤは画定されたエンドレス経路に沿って動くが、互いに、ウェブに、または機械の枠に対して往復運動、平行移動、相対移動はしない。

特定の態様において、装置の少なくとも１つのコンベヤは、可撓性であるとともに非円形の移動経路を有する。他の特定の態様において、装置の各コンベヤは、他方のコンベヤのジョーと協働してジョーの嵌合対を形成する複数のジョーを含む。更に特定の態様において、装置は、パウチの下部を画定する少なくとも１つの横方向シールの形成後であって、パウチの上部を画定する前記横方向シールの形成前に、パウチへ液体を注入するように構成された少なくとも１本の充填管を更に含む。

パウチの形成中、ウェブは停止しないため、本発明は、ウェブ、コンベヤおよびその他コンポーネントが繰り返し始動、停止および再始動しない連続的な動きのプロセスを提供する。更に、コンベヤは同じ画定された経路に沿って動くが、互いに、かつ動くウェブの材料に対して固定されない。すなわち、コンベヤアセンブリは機械の枠に固定されており、コンベヤは往復運度や平行移動の動きはしない。従って、機械の摩耗や引裂きが大幅に減じ、機械の信頼性および寿命が改善される。更に、ウェブが連続的に動くため、全体の生産速度が改善される。

加えて、ジョーがコンベヤに取り付けられており、これにより駆動されるため、実質的に一定の速度で移動することにより、速度補償の必要性が排除される。本発明の他の利点は、多数組の係合したジョーが同時にシーリング経路に与えられることによって、ジョーの十分な係合時間が得られ、対向するウェブを結合する好適なボンドが形成されて、処理量が増大するということである。本発明はまた、プロセス全体にわたってウェブの独立した延伸制御を行う結果、優れたウェブの取扱いがなされ、シールにかかる応力が最小になる。

加えて、本発明は連続移動プロセスであるため、様々なコンポーネントを制御し同調させる別の第２のタイミングの必要性が大幅に削減される。その結果、プロセス運動制御のためのエアシリンダの信頼性が排除される。本発明はまた、長手方向シールの形成中、嵌合ジョーの係合時間も増大させる。例えば、あるコンベヤ経路長さについて、コンベヤ経路長さの２５％より長いシーリング経路長さを機械は容易に達成することができる。少なくとも理論的には、コンベヤ経路長さの５０％のシーリング経路長さに近づけることができるものと考えられる。この結果、シーリングプロセスにおいてウェブ応力を良好に制御できる。加えて、ジョーを個々に取り外すことができるため、ジョーを補修または日常保守の一部として交換する場合に、停止時間を最小に維持するようにスペアのジョーを構築および準備しておくことができる。個々に取り外し可能なジョーを与えることによってまた、異なるサイズのパウチに適合する、または長手方向シールの形状寸法を変更するのに即時の切り替えを行うことができる。

本発明を添付の図面を参照して更に説明する。

ここで図面を参照する。同じ参照番号は、図面全体にわたって同じまたは対応する部分を示している。図１〜図６に、一列６または格子８の別個のシールされたパウチ６ａ〜ｃをウェブ４の材料から製造する機械２を示す。図３ａ〜ｃに示す通り、一列６のパウチは、単一レーンの位置合せされ個々に接続されたパウチ６ａ〜ｃからなり、図４に示す通り、格子８のパウチは２つ以上の平行な一列の１０ａ〜ｄのパウチからなる。

図１および図２に示す通り、機械２は充填管１２、巻出張力分離引張りロール１４、垂直シーリングステーション１６および水平シーリングステーション１８を有している。この機械は、重合して接着剤を形成可能な液体モノマー混合物で充填されたパウチのような液体充填パウチの作成に特に好適である。しかしながら、この機械は、多目的パッケージングに用いてもよく、流体、粉末および／または別個の品目をはじめとする様々な材料を含有するシールされたパウチを作成するのに用いてもよい。空気充填パウチを形成して、例えば、バブルラップ、パッケージ食品、金物、洗剤、シャンプーのようなパッケージ消費財、パッケージ医療装置または電気コンポーネントを生成することが例示される。

ウェブ４は、好ましくは２枚の別個のシート２０、２２のヒートシール可能なフィルムを含む。あるいは、ウェブ４は一回折り畳んだシートのフィルムを含んでいてもよい。シール可能で特定の用途について所望の特性を示す限りは、本発明にとって特定のフィルムが重要なことではない。好適なフィルムとしては、ポリエチレン、およびポリオレフィンや、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、エチレンメチルアクリレート（ＥＭＡ）、エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）、ＥＡＡイオノマーおよびポリプロピレンをはじめとするこれらの誘導体といったエチレンコポリマーのような熱可塑性材料、ならびにアクリル、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー（ＡＢＳ）、ポリウレタンおよびその他当業者に知られたその他の熱可塑性材料から形成されたフィルムが挙げられる。熱可塑性材料のブレンドも用いてよい。好ましいフィルムはポリエチレンとＥＶＡである。フィルムは、任意で、ファイバー、難燃剤、ブロック防止剤、熱導電性粒子、導電性粒子、帯電防止剤、フィラー、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、染料、香料、滑剤、マイクロ波サセプターおよび／または可撓性、取扱性、視認性またはその他フィルムの有用な特性を増大させるその他材料のような添加剤を含有していてもよい。

ウェブは、支持されてもされなくてもよい。支持されたウェブは、熱可塑性フィルムのようなシーリング層と、処理済みまたは未処理紙、布帛、不織材料、ポリエステルまたはアルミニウムホイルのような金属といったシーリング温度で安定なままの支持層とを更に含む多層構造を有している。支持層は多孔性でも非多孔性でもよい。支持されたフィルムは、耐久性を増大し、酸素透過および液体拡散に対するバリア特性のために液体充填用途に用いるのに望ましい。支持されないウェブは、上述したような１層以上のヒートシール可能な熱可塑性ポリマーを含む。

ウェブのヒートシーリングは、ボンディングサイクル中熱いままのホットメタルバーを用いる抵抗ヒートシーリング、またはボンディングサイクル中、温冷サイクルする電気抵抗ワイヤやバンドを用いるインパルスヒートシーリングを用いて行ってもよい。インパルスヒートでは、２枚のウェブ層間で界面に沿ってボンドを形成するのに十分に高い温度まで十分な時間にわたってワイヤを加熱する。接合された熱可塑材を冷やして、２枚のウェブを結合する安定したシールを形成するためにジョーを係合させたままとしてワイヤを冷却する。抵抗ヒートシーリングを支持されないフィルムで用いる場合には、横方向シールの形成中フィルムが溶融し、ウェブはシールを目的としている場所で誤って切断される恐れがある。このように、インパルスヒートシーリングは、一般的に、支持されないウェブをシールしてウェブの切断を防ぐために用いられる。接着剤、超音波溶接、ホットエア衝突、クリンピングのようなメカニカルアタッチメントおよびこれらの組み合わせをはじめとするその他のシーリング手段を用いてもよいものと考えられる。

本発明の特定の用途において、機械は接着剤の製造に用いられる。機械２は、反応性モノマー混合物で充填された連続した一列６または格子８のパウチを生成する。パウチは、インパルスヒートを用いてシールされる支持されないウェブから形成される。支持されないウェブを用いる利点は、ウェブ自身が、下流処理工程でパウチの内容物とブレンドされることであり、これは特定の接着剤の製造に望ましい。

ウェブ４は、上流ウェブの張力を分離して、機械内部の張力を制御できる２本のゴムコート巻出張力分離引張りロール１４で機械２に入る。ロール１４は、水平シーリングステーション１８に対して延伸モードで操作されて（すなわち、ロール１４はコンベヤ３４、３６に対して一定の速度比で操作されて）、巻出張力を分離し、ウェブの取扱いを改善し、シーリング経路３８に入る際ウェブに対して相対ウェブ長さを設定する。

次に、ウェブ４は垂直シーリングステーション１６に入る。垂直シーリングステーション１６は、ウェブ４の各端部に沿って垂直（すなわち、長手方向）シール２６（図３および４）を形成して、パウチの側部２８を形成する３対のシーリングロール２４ａ〜ｃ（図２）を含んでいる。各対のロール２４ａ〜ｃは、環形隆起リブを含む駆動、温度制御、鋼ロール２４ａ’〜ｃ’と、適合環形隆起リブを含むゴムコートアイドラロール２４ａ’’〜ｃ’’からなる。リブによって、垂直シーリングステーション１６において３対のシーリングロール２４ａ〜ｃ間に充填管１２を配置するための空間が与えられる。各駆動ロール２４ａ’〜ｃ’は、水平シーリングステーション１８に対して延伸モードで独立操作されて、シールの形状寸法、ウェブトラッキングおよびウェブ張力をはじめとするウェブの取扱い性が改善される。

例えば、反復運動移動ビーム、抵抗加熱駆動メタルバンド、接着剤、超音波溶接、ホットエア衝突、クリンピングのようなメカニカルアタッチメントおよびこれらの組み合わせをはじめとするその他のシーリング手段のような垂直シールを形成するのにその他の公知の方法を用いてもよいものと考えられる。

分離液体充填管１２は、各一列の１０ａ〜ｄのパウチに与えられて、液体をリザーバ３０から部分シールパウチ３１へ送る（図５）。部分シールパウチ３１は、パウチの側部２８を形成する長手方向端部シール２６と、充填および完全シールパウチの上部と、次の連続した部分シールパウチ３１の下部を形成する横方向シール３２とを含む。各充填管１２は、流量計と制御弁を備えており、各部分シールパウチ３１への液体の流れが確実に一定になり制御される。巻出引張りロール１４および垂直シーリングステーション１６の後で液体が部分シールパウチ３１へ供給される。

本発明の特徴によれば、機械２には、各パウチ６ａ〜ｃの端部を画定する横方向シール３２がウェブ４に形成された、シーリング経路３８を含む水平シーリングステーション１８が含まれる。交差方向シール３２は、例えば、水平、対角線、弓形、尖鋭、鋸歯、その他幾何形状であってもよい。横方向に切断穿孔する、または２枚の横方向シール間でウェブに切り込みを入れることにより、パウチを個々の充填パウチまたは袋へと容易に分離するために、２枚のかかる横方向シール３２を形成するのが望ましいものと考えられる。水平シーリングステーション１８には、コンベヤ３４、３６間で平面シーリング経路３８を画定する第１および第２の対向する可撓性非円形コンベヤアセンブリ３４、３６が含まれる。各コンベヤアセンブリには、閉鎖経路周囲でシーリングジョー４２を繰り返し移動または搬送するための連続バンドまたはチェーン５５ａ、ｂが含まれる。

コンベヤ３４、３６は、少なくともシーリング経路３８に沿って、好ましくはコンベヤの全経路に沿って、協働対の嵌合ジョー４２をウェブ４と実質的に同じ速度で搬送する。コンベヤの相対速度はまた、ウェブ上の応力を最小にすべく厳密に適合させるのも好ましい。しかしながら、ウェブ材料によっては、定速からのある程度の変化は許容される。例えば、シールの完全性に悪影響を及ぼさない限りは、速度の変化は許容される。

例証した実施形態においては、コンベヤ経路はギア５１ａ、ｂおよび側部プレート５７ａ、ｂにより画定される。各コンベヤ３４、３６は、シーリング経路３８に沿ってウェブ４の対向する側部表面を係合する嵌合対４４を協働して形成する複数のシーリングジョー４２を支持している。コンベヤ３４、３６および付随のジョー４２は、同じエンドレスの非円形経路に沿って移動し、一方、各コンベヤアセンブリは、他のコンベヤアセンブリおよび動くウェブの材料に対して固定位置で固定されたままである。すなわち、機械の操作中、コンベヤ３４、３６は画定された移動のエンドレス経路に沿って動くが、互いに、ウェブに、または機械の枠に対して往復運動、平行移動、相対移動はしない。

シーリング経路３８は、一対の協働ジョー４４間の初期係合４６点から一対の協働ジョー間の分離点４８まで延在するコンベヤ３４、３６間の隣接する境界である。シーリング経路３８で、協働ジョー４４が係合し、ウェブ４の対向する主面と嵌合関係で保持される。他のやり方を述べると、シーリング経路３８は、嵌合対のジョーが動くのに沿ったコースである。シーリング経路３８に沿って、嵌合対のジョーは係合し、係合状態のまま、ある距離移動する。これは、シールの形成に２本の円形ローラを用いる機械のように、ジョーが単に接触するが、接触しながら経路に沿って移動しない機械とは対照的である。ウェブの位置合せされた対向する面に加熱空気を当てるホットエア衝突のような特定のウェブボンディング方法だと、操作上の係合には、ジョーとウェブの実際の物理的な接触は必要ではないものと考えられる。

図６に示す通り、コンベヤ３６は、伝動システム５３により駆動される駆動ギア５１ａ、ｂを有している。ギア５１ａ、ｂは、コンベヤ３６の側面を画定する一対のチェーン５５ａ、ｂとそれぞれ接続され、これを駆動する。チェーン５５ａ、ｂの間に装着され、交差方向に延在しているのは複数のジョー４２である。シーリング経路３８内に、チェーン５５ａ、ｂは、垂直側部プレート５７ａ、ｂにより従い、これに支持されており、チェーン５５ａ、ｂと付随のジョーの両方がエンドレス画定経路に従うことができる。

コンベヤ３６の各ジョー４２は、ウェブを加熱してシールすることによって、横方向シール３２を形成するナイクロウム（ＮＩＣＨＲＯＭＥ）インパルスシーリング要素またはワイヤ５９のような電気抵抗加熱要素を有している。シーリングワイヤ５９は、シーリング経路３８に沿って温冷サイクルを実行する。インパルスヒートでは、２枚のウェブ層間でボンドを形成するのに十分に高い温度まで十分な時間にわたってワイヤ５９を加熱する。接合された熱可塑材を冷やして、２枚のウェブ間に安定した横方向シール３２を形成するためにジョー４２を係合させたままとしてワイヤ５９を冷却する。インパルスシーリングワイヤ５９に、外部固定インパルスコントローラ（図示せず）により動力を与える。電流が、従来のスリップリングアセンブリからなる回転ユニオン６１を介して各インパルスシーリングワイヤ５９に伝達される。スリップリングアセンブリ６１の回転部分は、ギア５１ａを駆動するのと同じ伝動システム５３により駆動される。第２のコンベヤ３４は、インパルスシーリングワイヤ５９の加熱部分と嵌合しこれと重なるスプリング荷重ゴムコートジョーを支持している以外は、第１のコンベヤ３６と同じである。

各コンベヤ３４、３６のジョー４２の数は、必要に応じて変えることができ、各コンベヤのジョーの数は同じであっても異なってもよいものと考えられる。更に、歯（ｃｏｇｓ）を有していてもよいＶベルトをチェーン５５ａ、ｂの代わりに用いてもよい。

機能的に同じ特徴部分を１００で増分させた同じ参照番号で参照している図７は、充填管１１２、巻出張力分離引張りロール１１４、垂直シーリングステーション１１６および水平シーリングステーション１１８を含む本発明の変形実施形態を示す。本発明は、水平シーリングステーション１１８において、図２の第１のコンベヤ３４を、複数のジョー１４２を支持する円形ドラム１５２に変え、第２のコンベヤ１３６の経路をドラム１５２の表面と一致させるべく合わせてある以外は、図２を参照して説明した本発明と同様である。その結果、シーリング経路１３８は平面よりは弓形となる。

上述した発明の概念から逸脱することなく様々な変更や修正を行えることは当業者には明白であろう。このように、本発明の範囲は、本明細書に記載した方法および構造に限定されるものではなく、請求項の文言により記載された構造そしてその等価物によってのみ限定されるものである。

本発明による機械を形成するパウチの透視図である。 本発明の概略図である。 図１の機械により形成された一列のパウチの平面図である。 図３ａの線３ｂ−３ｂに沿った断面図である。 図３ａの線３ｃ−３ｃに沿った断面図である。 図１の機械により形成されたパウチの格子の平面図である。 部分形成パウチを含む部分シールウェブの透視図である。 水平シーリングステーションの透視図である。 本発明の変形実施形態の概略図である。

Claims (2)

1. 接着剤を製造する方法であって、
   （ａ）細長い熱シール可能な熱可塑性のウェブを連続的に移動させる工程と、
   （ｂ）前記ウェブを少なくとも１つの側端に沿って長手方向にシールして細長い管状物を形成する工程と、
   （ｃ）少なくとも一方が可撓性の非円形コンベヤを含む第１および第２のジョー支持部材であって、前記第１および第２のジョー支持部材の間に画定されたシーリング経路に沿って前記ウェブと実質的に同じ速度で移動する複数の協働対の嵌合ジョーを含む、第１および第２ジョー支持部材を用意する工程と、
   （ｄ）前記シーリング経路に沿って前記ウェブが移動しているときに、一対の嵌合ジョー間に前記ウェブを把持しかつ前記ウェブを加熱して接合することにより前記ウェブに第１の横方向シールを形成して、シールされた両側端、シールされた底部及び開放された上部を備えた、部分的に形成されたパウチを構成する工程と、
   （ｅ）前記部分的に形成されたパウチに、重合可能な液体モノマー混合物を充填する工程と、
   （ｆ）前記シーリング経路に沿って前記ウェブが移動しているときに、一対の嵌合ジョー間に前記ウェブを把持しかつ前記ウェブを加熱して接合することにより前記ウェブに第２の横方向シールを形成し、前記部分的に形成されたパウチの上部をシールする工程と、
   （ｇ）前記液体モノマーを重合する工程と、
   （ｈ）重合された液体を前記ウェブとブレンドして接着剤を製造する工程と、
   を含む方法。
2. 前記シーリング経路に進入するウェブは、前記横方向シールを形成している間は実質的に張力を受けない請求項１に記載の方法。

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