JP5179789B2 - ヒートシーラー - Google Patents

Description

本発明は、被シール物のシール部を加熱して熱溶着するための線状ヒーターと、この線状ヒータにより加熱され、シール部が圧着される帯状加熱面と、を有するヒートシーラーに関するものである。

かかるヒートシーラーは、例えば、下記特許文献１，２，３に開示されている。樹脂製フィルムなどで形成される被シール物（包装袋等）のシール部（開口部）を圧着する圧着面を有する圧着レバーと、被シール物のシール部を加熱する加熱部を有しており、この加熱部には、線状ヒーターが設けられている。そして、圧着レバーを押圧操作することで、シール部を圧着面と加熱部により圧着し、線状ヒータに電流を流すことでヒーターを加熱させ、シール部を熱溶着することでシール部をシール（封緘）するようにしている。

特開２００５−１１６８７号公報 特開２００２−４６１８６号公報 特開２００６−２９０３７９号公報

従って、ヒータを所定の温度に加熱して、樹脂製フィルムを溶融する必要があり、所定の温度範囲になるように加熱する必要がある。この温度範囲が最適な範囲に設定されていないと、シール部のシール不良が生じてしまう。すなわち、最適温度よりも低くなっていると、接着不良となり、シール部がはがれやすくなり、逆に最適温度よりも高くなっていると、フィルムの耐熱温度を超えてしまいシール部が切れてしまうという問題が生じる。

特に、最適温度の範囲が狭い樹脂製フィルムの場合は、温度範囲を厳格に設定する必要があるが、線状ヒータ自身も全範囲が同じ温度に加熱されるわけではなくばらつきがあるため、最適温度に設定することは困難であった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、最適温度の範囲が狭い被シール物を加熱させる場合であっても、最適温度に確実に設定することが可能なヒートシーラーを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係るヒートシーラーは、
被シール物のシール部を加熱して熱溶着するための線状ヒータと、この線状ヒータにより裏面から加熱され、前記シール部を圧着する帯状加熱面と、を有するヒートシーラーであって、
この帯状加熱面には、載置される被シール物から遠い側の第１帯状領域と、被シール物に近い側の第２帯状領域が少なくとも設けられており、
線状ヒータの加熱動作時において、第１帯状領域を第１加熱温度に設定すると共に、第２帯状領域を第１加熱温度とは異なる第２加熱温度に設定し、かつ、第１帯状領域と第２帯状領域の中間部に位置する第３帯状領域を、第１加熱温度と第２加熱温度の間の温度であって被シール物の熱溶着に最適な温度になるように設定するための、熱勾配発生手段が設けられていることを特徴とするものである。

かかる構成によるヒートシーラーの作用・効果を説明する。このヒートシーラーによれば、線状ヒータにより加熱される帯状加熱面の幅方向において温度勾配が形成されるように熱勾配発生手段が設けられている。これにより、帯状加熱面の被シール物から遠い側の第１帯状領域が第１加熱温度に設定され、近い側の第２帯状領域が第２加熱温度に設定され、これら領域の間に温度勾配が形成される。そして、第１加熱温度と第２加熱温度の中間に最適温度が来るように設定されている。従って、幅方向のいずれかの箇所において、確実に最適温度となる部分が存在するため、確実にシールをすることができる。その結果、最適温度の範囲が狭い被シール物を加熱させる場合であっても、最適温度に確実に設定することが可能なヒートシーラーを提供することができる。

本発明において、第１帯状領域は、帯状加熱面の幅方向中央部に設定され、第２帯状領域は、第１帯状領域の幅方向両側に設定されていることが好ましい。

この構成によると、帯状加熱面の幅方向において対称な温度分布が形成されるので、幅方向のどちらの方向から被シール物のシール部をセットしたとしても、同じシール状態が形成される。

本発明において、第１帯状領域は、帯状加熱面の幅方向の一端部に設定され、第２帯状領域は、帯状加熱面の幅方向の他端部に設定されていることが好ましい。

かかる構成によっても、確実に最適温度になる領域が形成される。

本発明に係る前記熱勾配発生手段は、第２帯状領域に取り付けられる、熱伝導率が低い材料であることが好ましい。

これにより、第１帯状領域では高い温度に、第２帯状領域では低い温度に設定することができる。また、熱勾配発生手段の構成も簡素化することができる。また、被シール物に近い側が低い温度に設定されるので、最適温度でシールした部分よりも被シール物側に袋の劣化した部分がくることがなく、シール部の品質を確保することができる。

本発明に係る前記熱勾配発生手段は、第１帯状領域に設けられる第２の線状ヒータであることが好ましい。

第１帯状領域に更に第２の線状ヒータを配置することで、第１帯状領域を高い温度に設定し、第２帯状領域を低い温度に設定することができる。また、熱勾配発生手段の構成も簡素化することができる。上記と同様に、被シール物に近い側が低い温度に設定されるので、最適温度でシールした部分よりも被シール物側に袋の劣化した部分がくることがなく、シール部の品質を確保することができる。

本発明にかかるヒートシール装置の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

＜ヒートシーラーの構成＞
このヒートシーラーは、例えば、図１に示すように、加熱部１０が装着された基台部１１と、この基台部１１に対面して包装袋（被シール物に相当）のシール部（開口部）を押圧・挟持する圧着レバー１２とを備えている。

加熱部１０には、線状ヒータ４（以下、単にヒータということがある）が設けられており、シール支持体１５の上に搭載されている。また、線状ヒータ４の表面には、フッ素樹脂等による保護カバー１６が設けられており、この保護カバー１６の表面が帯状加熱面として機能する。線状ヒータ４の長手方向の両端部は、ネジ１７により基台部１１に対して固定される。

圧着レバー１２には、シリコンゴム等の弾性体により構成される圧着部１８が設けられている。

そして、シール部が基台部１１の加熱部１０と圧着レバー１２の圧着部１８との間で挟持されると、自動的に通電・加熱され、シール部が熱溶着されてシールされ、一定時間経過後にはタイマー機構１３が働いて通電を停止するようになっている。その場合、タイマー機構１３の最大時間でシール部が、例えば約２５０℃程度に達するように、ヒータ４の抵抗値に見合ったトランス（変圧器）１４が装着されている。

図２は、本実施形態に係るヒートシール装置の概略回路図を示す。このヒートシール装置は、電源（外部電源あるいは内蔵される電池電源）１と接続された回路の一方の途中にスイッチＳＷが設けられていると共に、制御タイマー機構２が装着されている。この制御タイマー機構２は、マイクロコンピューター（以下、マイコンということがある）を内蔵していて、通電後、最大時間（通常、数〜数１０秒程度）でシール部が約２５０℃程度に達するように時間制御できるようになっている。

ヒーター用トランス３とこれに接続されているヒータ４の回路途中に、ヒータ４に通電される電流を測定する電流センサーＴが接続されていて、制御タイマー機構２は、ヒータ４に用いられるヒータ線幅に応じた電流値を測定し、その測定値を制御タイマー機構２に送信することにより、タイマー時間を自動的に変更して、適正なタイマー時間に設定可能な制御を行うようになっている。

すなわち、ヒータ４は、その線幅により抵抗値が異なるため、通電される電流値が異なり、通電時の電流値を電流センサーＴによって測定することにより、装着されているヒータ４の種類を特定できる。

この場合、制御タイマー機構２の最大設定時間でのヒーター温度を約２５０℃と規定し、線幅の異なるヒータ、例えば２ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍの２５０℃になるまでの加熱時間を予め測定して求める。その際、電流センサーＴにより線幅の異なるヒータについて測定された電流値を、電圧変換すると共に、この電圧値をマイコンのＡ／Ｄ変換機能によりデジタル変換して、その値を制御タイマー機構２のマイコンに記憶させておく。

実際の通電時に、電流センサーＴによる測定値を電圧変換すると共にＡ／Ｄ変換（最初の数１０ｍ秒の間で可能）してデジタル化し、この値と、予めマイコンに記憶させている値とを比較することにより、装着されているヒータの種別を判別する。そして、ヒータ４の種別に応じて制御タイマー機構２のタイマー時間を選択し、その結果をトランス開閉用ドライバー５に指示することにより、ヒータ４への通電時間を決定する。

このようにすることにより、ヒータ４の線幅が異なっても常に適正な通電時間を確保できるため、安定した封緘処理をすることができる。

＜線状ヒータの構成＞
次に、ヒータ４の構成について説明する。図３は、加熱部１０の幅方向に沿った断面図を示す。ヒータ４の加熱面側には、第１低熱伝導率部材１９と第２低熱伝導率部材２０が貼り付けられている。図３においては厚み寸法を誇張して描いているが、低熱伝導率部材１９，２０の厚みは０．１〜０．２ｍｍ程度である。低熱伝導率部材１９，２０の材料としては、例えば、フッ素樹脂、ポリイミドフィルムなどが例としてあげられる。

ヒータ４の幅方向中央部Ａには、ヒータ４と保護カバー１６の間には何もなく、幅方向両端部Ｃには、第１低熱伝導率部材１９と第２低熱伝導率部材２０の両方が存在し、これらの中間部Ｂには、第１低熱伝導率部材１９のみが存在する。

これにより、図４に示すように、保護カバー１６の表面（帯状加熱面）には、概ね第１帯状領域１６ａ、第２帯状領域１６ｂ、第３帯状領域１６ｃが設定される。第１帯状領域１６ａ（幅方向中央部）は第１加熱温度になるように設定され、第２帯状領域１６ｂ（幅方向両端部）は第２加熱温度になるように設定される。第１帯状領域１６ａと第２帯状領域１６ｂの中間部に位置する第３帯状領域１６ｃは第１帯状領域１６ａと第２帯状領域１６ｂの間の温度に設定され、この温度が包装袋（樹脂製フィルム）を熱溶着するのに最適な温度になるように設定される。

従って、このような加熱部１０を用いて、包装袋のシール部を加熱して溶着させる場合、かならず包装袋を溶着させるのに最適な温度が第３帯状領域１６ｃに存在する。この最適となる第３帯状領域１６ｃは、開口部の長手方向に沿って存在し、シール性能を確実に確保することができる。また、第３帯状領域１６ｃは、確実に２ヶ所存在するので、この点においてもシールの確実性を確保することができる。特に、最適な温度範囲の狭い樹脂製フィルムを溶着させるときには、上記構成が特に有用である。

仮に、加熱面の全面を同じ温度になるようにしようとしても、バラツキにより、全面が均一な温度には設定されない。すなわち、バラツキや温度設定の精度の問題により、加熱面の全面にわたって、最適な温度が存在いないという問題が生じうる。従って、最適な温度範囲が狭い場合は、シール部の全体にわたってシール不良が生じる可能性がある。しかし、本発明の場合は、幅方向のいずれかの箇所に必ず最適な温度となる領域が存在する。従って、部分的にシール不良になる可能性は存在するが、シール部全体で見れば、確実にシールがされることになる。

最適な温度範囲が狭い樹脂製フィルムとしては、例えば、ポリ乳酸が例としてあげられる。

なお、温度設定の例であるが、樹脂製フィルムとして、ポリ乳酸を使用した場合、最適温度を１３０℃とした場合、第１加熱温度を１３５℃、第２加熱温度を１２５℃に設定する。このように設定すれば、温度設定にバラツキがあったとしても、確実に最適温度１３０℃になる領域が存在する。

次に、第１帯状領域１６ａが幅方向中央部に１箇所設けられ、第２帯状領域１６ｂが幅方向両側に夫々設けることで、確実に２ヶ所の第３帯状領域１６ｃが設けられるので、最適温度となる箇所も２ヶ所設けられることになる。かかる構成の利点を図５により説明する。

図５は、筒状の樹脂製フィルムＦに内容物Ｄを収容した後にシールする状態を示す図である。シール部Ｓは図示のように最適温度になる箇所が２ヶ所あり、夫々、入り口シール部分Ｓ１、底部シール部分Ｓ２として示されている。熱溶着した直後は、これらシール部分Ｓ１，Ｓ２は一体化しているが、後で適宜のカッターにより切り離す。切り離す箇所は、シール部Ｓのうち、第１帯状領域１６ａに想到する箇所を切り離す。切り離した後の被シール物（フィルムＦ）は、入口部も底部も最適温度でシールされていることになり、所望の品質のシールを行なうことができる。

また、上記において、被シール物に近い側である第２帯状領域１６ｂの方が、被シール物から遠い第１帯状領域１６ａよりも低い温度に設定されている。第１帯状領域１６ａは、最適温度よりも高い温度であるから樹脂製フィルムＦが劣化する可能性があるが、かかる箇所は被シール物の側ではないため、シールが劣化して内容物Ｄが漏れてしまうなどの問題は生じない。また、第２帯状領域１６ｂに関しては、未融着でシール性能としては不十分であるとしても、それに隣接する第３帯状領域１６ｃにおいては、最適温度に設定されるので確実にシールされることになる。

図６は、筒状のフィルムＦではなく、１つずつシールをしていく場合の様子を示す図である。この場合、どちらの方向からフィルムＦをセットしてもよい。すなわち、（ａ）に示すように手前側に被シール物が来るようにセットしてもよいし、（ｂ）に示すように奥側に被シール物が来るようにセットしてもよい。

その理由は、第１帯状領域１６ａの両側に第２帯状領域１６ｂが配置される対称形であるため、どちらの方向からセットしたとしても、被シール物側が確実に低い温度になるようにセットされるからである。従って、どちらの方向からセットしたとしても、シール品質を所望に維持することができる。

＜別実施形態＞

図７は、更に別の実施形態を示す図である。この構成によれば、低熱伝導率部材２１は、断面が三角形を有しており、これにより、温度勾配を持たせることができる。この構成によると、中央部Ａが最も加熱温度が高くなる。

図８は、熱勾配発生手段の別実施形態を示す図であり、低熱伝導率部材ではなく、第２の線状ヒータを使用した例を示す図である。図８に示すように、最適温度より低く設定した線状ヒータ４の上に最適温度より高く設定した第２線状ヒータ２２を絶縁シート２３を間に介在させて配置している。第２線状ヒータ２２は、線状ヒータ４よりも幅狭であり、幅方向中央部に配置されている。これにより、図３に示すのと同じような熱勾配を形成することができる。

図９及び図１０は、樹脂製フィルムＦを一方側（図９では左側）からのみセットすることを許容する構成例である。

図１０（ａ）は、線状ヒータ４の幅方向一端部に第１低熱伝導率部材１９、第２低熱伝導率部材２０を配置した例である。これにより、第１帯状領域１６ａは幅方向の一端部に設定され、第２帯状領域１６ｂは幅方向の他端部に設定される。幅方向の中央部に最適温度となる領域が形成される。樹脂製フィルムＦの挿入方向を図９のように制限することで、被シール物側が必ず低い温度になるように設定される。

図１０（ｂ）は、断面形状が三角形を有する低熱伝導率部材２１を配置した例であり、（ｃ）は、最適温度より低く設定した線状ヒータ４の上に絶縁シート２３を介して最適温度より高く設定した幅狭の第２線状ヒータ２２を配置した例である。これらも図１０（ａ）と同様の機能を発揮することができる。

本発明において、被シール物としては特定の形態・材質のものに限定されるものではない。また、ヒートシーラーとしては、インパルス式ヒートシーラーに限定されるものではなく、その他のタイプのヒートシーラーにも応用できるものである。

ヒートシーラーの概略構成を示す断面図 ヒートシーラーの回路構成を示す図 加熱部の幅方向に沿った断面図 保護カバーの表面を示す図 筒状の樹脂製フィルムに内容物を収容した後にシールする状態を示す図 樹脂製フィルムを１つずつシールする状態を示す図 別実施形態に係る加熱部の構成を示す断面図 第２線状ヒータを用いた構成例を示す図 樹脂製フィルムを一方側からのみセットする状態を示す図 図９の構成に好適な熱勾配発生手段の構成例を示す図

符号の説明

Ａ 中央部
Ｂ 中間部
Ｃ 両端部
Ｄ 内容物
Ｆ 樹脂製フィルム
Ｓ シール部
Ｓ１ 入口シール部分
Ｓ２ 底部シール部分
４ 線状ヒータ
１０ 加熱部
１１ 基台部
１５ シール支持体
１６ 保護カバー
１６ａ 第１帯状領域
１６ｂ 第２帯状領域
１６ｃ 第３帯状領域
１８ 圧着部
１９ 第１低熱伝導率部材
２０ 第２低熱伝導率部材
２１ 低熱伝導率部材
２２ 第２線状ヒータ
２３ 絶縁シート

Claims (5)

1. 被シール物のシール部を加熱して熱溶着するための線状ヒータと、この線状ヒータにより裏面から加熱され、前記シール部を圧着する帯状加熱面と、を有するヒートシーラーであって、
   この帯状加熱面には、載置される被シール物から遠い側の第１帯状領域と、被シール物に近い側の第２帯状領域が少なくとも設けられており、
   線状ヒータの加熱動作時において、第１帯状領域を第１加熱温度に設定すると共に、第２帯状領域を第１加熱温度とは異なる第２加熱温度に設定し、かつ、第１帯状領域と第２帯状領域の中間部に位置する第３帯状領域を、第１加熱温度と第２加熱温度の間の温度であって被シール物の熱溶着に最適な温度になるように設定するための、熱勾配発生手段が前記線状ヒータと前記帯状加熱面との間に設けられていることを特徴とするヒートシーラー。
2. 第１帯状領域は、帯状加熱面の幅方向中央部に設定され、第２帯状領域は、第１帯状領域の幅方向両側に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシーラー。
3. 第１帯状領域は、帯状加熱面の幅方向の一端部に設定され、第２帯状領域は、帯状加熱面の幅方向の他端部に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシーラー。
4. 前記熱勾配発生手段は、第２帯状領域に取り付けられる、熱伝導率が低い材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートシーラー。
5. 前記熱勾配発生手段は、第１帯状領域に設けられる第２の線状ヒータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートシーラー。
   

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