JP4841860B2

JP4841860B2 - 包装装置

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Publication number: JP4841860B2
Application number: JP2005131168A
Authority: JP
Inventors: 幸夫中川; 佳生岩崎; 太郎土方; 誠市川
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP2006306445A

Description

本発明は、フィルムに熱および圧力を与えることによりフィルムを溶断する溶断装置を備えた包装装置に関する。

従来より、物品をフィルムにより包装する包装装置が知られている。包装装置は、帯状のフィルムを筒状に成形し、当該フィルム内へ物品を投入してフィルム端部をシールすることにより、物品を包装する。このような包装装置では、１枚のフィルムにより連続して生成される複数の包装袋の境目を切断することにより、複数の包装袋を分離して生成する。

特に、近年の包装装置においては、フィルムを溶着しつつ切断する、いわゆる溶断によって複数の包装袋を分離する場合がある。このような溶断を利用すれば、最端部が閉じられた状態で包装袋を生成することができるため、包装袋にリークが発生する恐れが低減する。従来の溶断の技術については、たとえば特許文献１に開示されている。

実公昭５９−３８３２８号公報

フィルムを溶断する従来の溶断装置においては、フィルムに熱および圧力を与えることによって、フィルムを溶着しつつ切断する。しかしながら、従来の溶断装置では、フィルムが溶着される前に切断されてしまう場合があった。このような場合には、最端部が開いた状態（フレア）で包装袋が生成され、包装袋のリークの原因となっていた。また、従来の溶断装置では、繰り返し使用すると次第に切断性が悪化し、フィルムを切断できなくなる傾向があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、溶着性と切断性とに優れた溶断装置を備えた包装装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、物品をフィルムにより包装する包装装置であって、フィルムを筒状に成形するフォーマと、前記フォーマにより筒状に成形されたフィルム内へ物品を投入する投入部と、前記フォーマにより筒状に成形されたフィルムの合わせ目を熱シールするシール部と、フィルムを溶断する溶断装置と、を備え、前記溶断装置は、フィルムに熱および圧力を与える溶断ナイフおよび受け刃と、前記溶断ナイフの両側部において、前記筒状に成形された筒状フィルムを両側から挟んで熱シールする一対のシールジョーと、前記溶断ナイフ、前記受け刃、および前記シールジョーを、ほぼ同一の温度まで加熱するヒータと、を備え、前記溶断ナイフの先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以上かつ０．２０ｍｍ未満であり、前記一対のシールジョーの少なくともシール面は、金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成され、前記溶断ナイフと前記受け刃とは、前記筒状フィルムの搬送経路を挟んで対向するように配置されており、前記溶断ナイフの先端は、前記シールジョーのシール面から前記受け刃側に飛び出しており、前記受け刃の後端部分には弾性体が連結されており、前記溶断ナイフと前記受け刃とで先に前記筒状フィルムを溶断してから、該溶断部分の両側部の前記筒状フィルムを前記一対のシールジョーのシール面で同時に熱シールすることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の包装装置であって、前記溶断ナイフの少なくとも先端部分は、金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の包装装置であって、前記溶断ナイフの少なくとも先端部分を構成する前記焼結合金は、クロム、モリブデン、ニッケル、およびタングステンのうちの少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の包装装置であって、前記一対のシールジョーの少なくともシール面を構成する前記焼結合金は、クロム、モリブデン、ニッケル、およびタングステンのうちの少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする。

請求項１から請求項４に記載の発明によれば、溶断ナイフの先端の曲率半径は０．０５ｍｍ以上かつ０．２０ｍｍ未満となる。このため、優れた溶着性をもってフィルムを溶着することができ、かつ、優れた切断性をもってフィルムを切断することができる。また、一対のシールジョーの少なくともシール面は、金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成されている。このため、シールジョーの剛性が向上し、優れたシール性を長期に維持することができる。また、シール面においてフィルム材料の離型性が向上し、シール不良を防止することができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、溶断ナイフの少なくとも先端部分は、金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成される。このため、溶断ナイフの先端部分の耐摩耗性が向上し、優れた溶着性と優れた切断性とを長期に維持することができる。また、溶断ナイフの先端部分においてフィルムの離型性が向上し、溶断不良を防止することができる。

特に、請求項３に記載の発明によれば、溶断ナイフの先端部分を構成する焼結合金は、クロム、モリブデン、ニッケル、およびタングステンのうちの少なくとも１つの成分を含む。このため、溶断ナイフの先端部分の耐摩耗性がさらに向上し、優れた溶着性と優れた切断性とをさらに長期に維持することができる。

特に、請求項４に記載の発明によれば、一対のシールジョーのシール面を構成する焼結合金は、クロム、モリブデン、ニッケル、およびタングステンのうちの少なくとも１つの成分を含む。このため、シールジョーの剛性がさらに向上し、優れたシール性をさらに長期に維持することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。

＜１．包装装置の全体構成について＞
図１は、本発明に係る包装装置１の正面図である。また、図２は、本発明に係る包装装置１の側面図である。図１，図２および以下の各図には、各部位の位置関係を明確にするために、ＸＹＺ直交座標系が定義されている。

この包装装置１は、スナック菓子やキャンディ等の物品を連続的に袋詰めする縦ピロー型の製袋包装装置である。図１および図２においては、包装装置１の上部に、コンピュータスケール９が配置されている。コンピュータスケール９は、計量部９１において物品を計量し、排出シュート９２を介して物品を一定重量ずつ包装装置１に供給する装置である。このコンピュータスケール９と包装装置１とにより、物品を一定重量ずつ包装する計量・包装システムが構成されている。

包装装置１は、主として、装置本体部２と、装置本体部２に帯状のフィルムｆを供給するフィルム供給部３とを備えている。フィルム供給部３は、ロール３１から繰り出されたフィルムｆを、複数のローラ３２を介して装置本体部２へ供給する。

装置本体部２のハウジング４の内部には、コンピュータスケール９から供給される物品を、フィルム供給部３から供給されるフィルムｆにより包装する包装部５が設けられている。また、ハウジング４の内部には、包装装置１全体の動作を統括的に制御するマイクロコンピュータを備えた制御部（図示省略）が設けられ、ハウジング４の正面側には、作業者からの操作入力を受け付ける操作スイッチ４１と、作業者に各種情報を表示する液晶ディスプレイ４２とが設けられている。

図３は、装置本体部２のハウジング４の内部に設けられた包装部５の構成を示した斜視図である。包装部５は、コンピュータスケール９から供給される物品Ａｒを受け止めて下方へ送る集合シュート５１と、物品Ａｒを下方へ送るとともにその周囲においてフィルムｆを筒状に成形するフォーマ５２と、フィルムｆを下方へ送るプルダウンベルト５３と、筒状に成形されたフィルムｆの合わせ目をシールする縦シール機構５４と、筒状に成形されたフィルムｆの包装袋の上下端となる部分をシールする横シール機構５５と、を備えている。

フォーマ５２は、集合シュート５１から落下する物品Ａｒを内部に導通するチューブ５２１と、フィルムｆを筒状に成形するためのセーラ５２２とを有している。フィルム供給部３から供給されたフィルムｆは、セーラ５２２の上面に略水平に受けられ、チューブ５２１とその周囲を取り囲むセーラ５２２との間隙を通過することによって、側縁部ｆｖが重なるように筒状に成形される。

プルダウンベルト５３は、チューブ５２１の側部に一対に設けられている。プルダウンベルト５３は、チューブ５２１の周りに筒状に成形されたフィルムｆの表面に接触しつつ回動し、フィルムｆを鉛直下方へ引き下げる。

縦シール機構５４は、チューブ５２１の側部においてフィルムｆの側縁部ｆｖが通過する位置に設けられている。縦シール機構５４は、図示しないヒータベルト等を有しており、フィルムｆの側縁部ｆｖを一定の圧力で押圧しつつ加熱することにより、フィルムｆの合わせ目を縦方向（Ｚ軸方向）に熱シールする。縦シール機構５４によりシールされたフィルムｆは、プルダウンベルト５３によりさらに下方へ搬送される。

横シール機構５５は、チューブ５２１の下方に設けられている。横シール機構５５は、一対のシールジョー５５１，５５２により、筒状のフィルムｆを横方向（Ｙ軸方向）に熱シールする。また、横シール機構５５は後述する溶断ナイフ５５３（図４〜図７参照）を備えており、シールジョー５５１，５５２によるシール部分の中間高さ位置を、溶断ナイフ５５３により溶断する。すなわち、横シール機構５５は、本発明の溶断装置として機能する。

筒状のフィルムｆは、包装袋の底部となる位置が横シール機構５５により熱シールされると、下部が閉鎖され上部が開口した中間体袋Ｐｉとなる。中間体袋Ｐｉが形成されると、所定重量の物品Ａｒが、コンピュータスケール９から集合シュート５１およびチューブ５２１の内部を通って中間体袋Ｐｉ内へ投入される。物品Ａｒを収容した中間体袋Ｐｉは、プルダウンベルト５３によりさらに下方へ搬送される。そして、中間体袋Ｐｉの上部が横シール機構５５により横方向に熱シールされるとともに溶断され、物品Ａｒを包装した１つの包装袋Ｐａが生成される。

包装部５においては、上記の各部位がそれぞれの動作を繰り返すことにより、複数の包装袋Ｐａが連続して生成される。生成された包装袋Ｐａは、包装部５の下方に設けられた排出シュート（図示せず）を通ってベルトコンベア上に送られ、後続の装置へ搬送される。

＜２．横シール機構５５の細部構成について＞
図４〜図７は、上記の横シール機構５５をＸＺ平面に沿って切断した断面図である。横シール機構５５の一対のシールジョー５５１，５５２は、フィルムｆの搬送経路を挟んで対向配置されている。シールジョー５５１，５５２には、それぞれフィルムｆの搬送経路に向かって開いた切り欠き部５５１ａ，５５２ａが形成されており、これらの切り欠き部５５１ａ，５５２ａを挟んで上下にシール面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が形成されている。シールジョー５５１，５５２は、下側のシール面Ｓ２，Ｓ４により先の包装袋の上端を熱シールし、それと同時に、上側のシール面Ｓ１，Ｓ３により後続の包装袋の下端を熱シールする。

シールジョー５５２は、図５〜図７において概念的に示した駆動機構５５４により、Ｘ軸方向に進退する。駆動機構５５４は、たとえば、モータの駆動力をカムにより伝達する機構により実現することができる。また、一対のシールジョー５５１，５５２の内部には、それぞれヒータＨが設けられている。ヒータＨを動作させると、シールジョー５５１，５５２の全体が加熱され、シール面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４も加熱状態となる。

横シール機構５５には、フィルムｆを溶着しつつ切断するための溶断ナイフ５５３および受け刃５５５が設けられている。溶断ナイフ５５３は、一方のシールジョー５５１の切り欠き部５５１ａ内に設けられ、受け刃５５５は、他方のシールジョー５５２の切り欠き部５５２ａ内に設けられている。溶断ナイフ５５３は、その先端部分（刃先）がフィルムｆの搬送経路を挟んで受け刃５５５と対向するように配置されている。また、上記のヒータＨを動作させたときには、シールジョー５５１，５５２を介して溶断ナイフ５５３および受け刃５５５に熱が伝導し、溶断ナイフ５５３および受け刃５５５は、シールジョー５５１，５５２とほぼ同一の温度まで加熱される。

このような横シール機構５５において、フィルムｆの熱シールおよび溶断を行うときには、駆動機構５５４を動作させてシールジョー５５２をシールジョー５５１の方向へ移動させる。シールジョー５５１とシールジョー５５２とが接近すると、まず、溶断ナイフ５５３の先端と受け刃５５５の先端とが、フィルムｆを介して当接する（図５の状態）。この状態において、溶断ナイフ５５３および受け刃５５５は、フィルムｆの当接部分を両側から押圧する。また、このとき、溶断ナイフ５５３および受け刃５５５は、ヒータＨからの熱により昇温した状態となっている。このため、溶断ナイフ５５３および受け刃５５５は、フィルムｆの当接部分を加熱する。このように、溶断ナイフ５５３および受け刃５５５は、フィルムｆの当接部分に熱と圧力とを与え、フィルムｆを溶着しつつ切断（すなわち、溶断）する。

その後、駆動機構５５４をさらに動作させて、シールジョー５５２をさらにシールジョー５５１の方向へ移動させ、シールジョー５５１とシールジョー５５２とを密着させる（図６の状態）。シールジョー５５１のシール面Ｓ１とシールジョー５５２のシール面Ｓ３とは、上記溶断部分の上方においてフィルムｆを介して密着し、シールジョー５５１のシール面Ｓ２とシールジョー５５２のシール面Ｓ４とは、上記溶断部分の下方においてフィルムｆを介して密着する。このとき、シール面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、ヒータＨからの熱により昇温した状態となっている。このため、シール面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、フィルムｆの密着部分を加熱し、当該部分を熱シールする。なお、受け刃５５５の後端部分にはばね等の弾性体が連結されており、図６の状態において、受け刃５５５は溶断ナイフ５５３と当接しつつ切り欠き部５５２ａの奥へ後退する。

所定時間の熱シールが終了すると、駆動機構５５４を逆向きに動作させ、シールジョー５５２をシールジョー５５１から離間させる（図７の状態）。生成された包装袋Ｐａの上下の最端部は、溶断により閉じた状態となっている。すなわち、包装袋Ｐａの端部は、シール部分と溶断部分とで二重に閉じられた状態となっている。このため、たとえばシール部分が薄い場合であっても、包装袋Ｐａにリークが発生する恐れは低減する。

図８は、溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａのＸＺ平面に沿った拡大断面図である。溶断ナイフ５５３は、ＸＹ平面に沿って水平に設けられており、受け刃５５５に対向する先端部分５５３ａが、フィルムｆと線状に当接する。溶断ナイフ５５３は、先端部分５５３ａに近付くにつれて徐々に厚みが減少し、先端部分５５３ａは所定の曲率半径ｒを有する断面円弧状に形成されている。

図９は、溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａの曲率半径ｒと、溶断ナイフ５５３の性能との関係を調べた結果を示した図である。この調査は、一般的な溶断の条件下において溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａの曲率を変え、フィルムｆの溶着性と切断性とを評価したものである。なお、フィルムｆには、二軸延伸ポリプロピレン等からなる一般的な熱シール用のプラスチックフィルム（厚さ：３５〜６０μｍ）を使用した。

この結果によると、溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａの曲率半径ｒが０．０５ｍｍ未満のときには、フィルムｆが溶着される前に切断されてしまう場合があった。この場合には、フィルムｆの切断部分が十分に溶着されないため、包装袋Ｐａにリークが発生する恐れが大きくなる。一方、溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａの曲率半径ｒが０．２０ｍｍ以上のときには、フィルムｆを切断できない場合があった。この場合には、フィルムｆは溶着されるものの、包装袋Ｐａを分離して生成することができないこととなる。

この結果を踏まえ、本実施形態の溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａの曲率半径ｒは、０．０５ｍｍ以上かつ０．２０ｍｍ未満に設計されている。また、上記の調査では、溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａの曲率半径ｒは、０．１０ｍｍのときに溶着および切断の状態が最も安定し、０．１０ｍｍに近づくほど安定化する傾向が認められた。したがって、溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａの曲率半径ｒは、たとえば、０．０７ｍｍ以上かつ０．１２ｍｍ未満に設計されていれば、より望ましい。

また、本実施形態のシールジョー５５１，５５２，溶断ナイフ５５３，および受け刃５５５の材料には、金属複ホウ化物を含む焼結合金が使用されている。金属複ホウ化物を含む焼結合金は、セラミックである金属複ホウ化物と、Ｆｅ（鉄），Ｃｒ（クロム），Ｍｏ（モリブデン），Ｎｉ（ニッケル），Ｗ（タングステン）等の金属とを合わせて焼き固めた、いわゆるサーメット（cermet）合金である。金属複ホウ化物としては、たとえば、Ｍｏ₂ＮｉＢ₂型の金属複ホウ化物を使用することができる。

このような金属複ホウ化物を含む焼結合金は、耐摩耗性に優れている。このため、このような焼結合金で構成された溶断ナイフ５５３の先端部分５５３ａは、使用に伴うなまりが少なく、所定の曲率を長期に維持することができる。すなわち、本実施形態の溶断ナイフ５５３は、優れた溶着性と優れた切断性とを、長期に維持することができる。

たとえば、高速度工具鋼により構成された従来の溶断ナイフの場合、先端部分の曲率半径を０．１ｍｍに設計しても、１００〜１２０回／分の頻度で連続して２週間程度使用すれば切断性は低下し、メンテナンスを必要としていた。しかしながら、金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成された本実施形態の溶断ナイフ５５３の場合、同じ頻度で６ヶ月以上使用しても、切断性が低下することはなかった。

また、このような金属複ホウ化物を含む焼結合金は、主としてプラスチック材料からなるフィルムｆとの離型性に優れている。このため、溶融したフィルムｆの一部が溶断ナイフ５５３または受け刃５５５に付着し、溶断不良を起こすことを防止することができる。これにより、溶断ナイフ５５３および受け刃５５５の清掃を日常的に実施する必要はなく、メンテナンスの負担が軽減する。

また、本実施形態においては、シールジョー５５１，５５２も、金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成されている。金属複ホウ化物を含む焼結合金は優れた剛性を有する。このため、本実施形態のシールジョー５５１，５５２は、繰り返し熱シールを実行しても変形することが少なく、良好な熱シールの状態を長期に維持することができる。また、金属複ホウ化物を含む焼結合金は、フィルムｆとの離型性に優れている。このため、溶融したフィルムｆの一部がシール面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に付着し、シール不良を起こすことを防止することができる。これにより、シールジョー５５１，５５２の清掃を日常的に実施する必要はなく、メンテナンスの負担が軽減する。

金属複ホウ化物を含む焼結合金は、Ｃｒ（クロム），Ｍｏ（モリブデン），Ｎｉ（ニッケル），Ｗ（タングステン）のうちの少なくとも１つを合金成分として含んでいる場合には、上記の耐摩耗性、剛性、およびフィルムｆとの離型性が特に向上する。したがって、そのような焼結合金により溶断ナイフ５５３および受け刃５５５を構成すれば、優れた溶着性と優れた切断性とをさらに長期に維持することができるとともに、フィルムｆの付着による溶断不良もさらに確実に防止することができる。また、そのような焼結合金によりシールジョー５５１，５５２を構成すれば、良好なシール状態をさらに長期に維持することができるとともに、フィルムｆの付着によるシール不良もさらに確実に防止することができる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではない。たとえば、上記の例ではシールジョー５５１，５５２，溶断ナイフ５５３，および受け刃５５５の全体を金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成したが、必ずしもこれらの部材の全体を金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成する必要はない。たとえば、これらの部材の表面のみに金属複ホウ化物を含む焼結合金を使用してもよい。シールジョー５５１，５５２については、少なくともシール面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成されていればよい。溶断ナイフ５５３については、少なくとも先端部分５５３ａが金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成されていればよい。また、受け刃５５５については、少なくとも溶断ナイフ５５３との当接部分が金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成されていればよい。

また、上記の例では、フィルムｆを縦方向に搬送しつつ物品Ａｒを包装するいわゆる縦ピロー型の包装装置１について説明した。しかしながら、本発明の包装装置は上記の構成に限定されるものではない。たとえば、フィルムｆを横方向に搬送しつつ物品Ａｒを包装するいわゆる横ピロー型の包装装置であってもよい。

包装装置の正面図である。包装装置の側面図である。包装部の構成を示した斜視図である。横シール機構の断面図である。横シール機構の断面図である。横シール機構の断面図である。横シール機構の断面図である。溶断ナイフの先端部分の拡大断面図である。溶断ナイフの先端部分の曲率半径と溶断ナイフの性能との関係を調べた結果を示した図である。

１包装装置
２装置本体部
３フィルム供給部
５包装部
５１集合シュート
５２フォーマ
５３プルダウンベルト
５４縦シール機構
５５横シール機構
５５１，５５２シールジョー
５５３溶断ナイフ
５５３ａ先端部分
５５５受け刃
Ａｒ物品
Ｈヒータ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４シール面
ｆフィルム
ｒ曲率半径

Claims

物品をフィルムにより包装する包装装置であって、
フィルムを筒状に成形するフォーマと、
前記フォーマにより筒状に成形されたフィルム内へ物品を投入する投入部と、
前記フォーマにより筒状に成形されたフィルムの合わせ目を熱シールするシール部と、
フィルムを溶断する溶断装置と、
を備え、
前記溶断装置は、
フィルムに熱および圧力を与える溶断ナイフおよび受け刃と、
前記溶断ナイフの両側部において、前記筒状に成形された筒状フィルムを両側から挟んで熱シールする一対のシールジョーと、
前記溶断ナイフ、前記受け刃、および前記シールジョーを、ほぼ同一の温度まで加熱するヒータと、
を備え、
前記溶断ナイフの先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以上かつ０．２０ｍｍ未満であり、
前記一対のシールジョーの少なくともシール面は、金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成され、
前記溶断ナイフと前記受け刃とは、前記筒状フィルムの搬送経路を挟んで対向するように配置されており、前記溶断ナイフの先端は、前記シールジョーのシール面から前記受け刃側に飛び出しており、前記受け刃の後端部分には弾性体が連結されており、前記溶断ナイフと前記受け刃とで先に前記筒状フィルムを溶断してから、該溶断部分の両側部の前記筒状フィルムを前記一対のシールジョーのシール面で同時に熱シールすることを特徴とする包装装置。
請求項１に記載の包装装置であって、
前記溶断ナイフの少なくとも先端部分は、金属複ホウ化物を含む焼結合金により構成されていることを特徴とする包装装置。
請求項２に記載の包装装置であって、
前記溶断ナイフの少なくとも先端部分を構成する前記焼結合金は、クロム、モリブデン、ニッケル、およびタングステンのうちの少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする包装装置。
請求項１から３までのいずれかに記載の包装装置であって、
前記一対のシールジョーの少なくともシール面を構成する前記焼結合金は、クロム、モリブデン、ニッケル、およびタングステンのうちの少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする包装装置。