JP5281669B2 - ヒートシールロール用ヒートシール刃およびそれを用いたヒートシールロール - Google Patents

Description

この発明は、包装用フィルム、多くは積層フィルムにヒートシールを施すヒートシールロール用のヒートシール刃、なかでも、被包装物としての液体、液状物質等に対する夾雑物シールを行う自動充填包装装置に横シール刃として用いられるヒートシールロール用ヒートシール刃および、それを用いたヒートシールロールに関するものである。

自動充填包装装置に用いられている前記ヒートシールロール用のヒートシール刃（以下、横シール刃とも言う。）の弧状表面は、一般的に、鏡面仕上げを施された平滑面とされ、図５に示すように、相互に近接させて配置され、互いに逆方向に回転駆動される一対のロール１１１のそれぞれの胴周面上に、軸線方向に延在するように取付けられる。そして、自動充填包装装置による横シールは、前記一対のロール１１１が、図５に仮想線で示す位置から、実線で示す対向位置（シール位置）まで回動変位し、その位置において近接する包装用フィルム１１３を、横シール刃１１２によって相互に挟み付けることにより施すことができる。

しかしながら、上記の横シール技術では、図５に仮想線で示す位置から、実線で示すシール位置に至るまでの間での、包装用フィルム１１３と横シール刃１１２との接触面積が大きいため、所定の設定温度に加熱されている横シール刃１１２から、包装用フィルム１１３を経て、その内側に連続的に供給される被包装物１１４に多量の熱が伝達されるため、横シール刃１１２の表面温度が、図５に実線で示す作業位置に達するまでの間に低下し、一方で被包装物および、包装用フィルム１１３のシーラント層が不必要に加熱されてしまうという問題があった。

ここで、被包装物の不必要な加熱は、被包装物の各種の性質等を損ねるおそれがあり、また、シーラント層の不必要な加熱は、それの早期にして余剰の溶融をもたらしてシーラント層の粘度を低下させてしまうおそれがある。
このシーラント層の粘度の低下は、図６に拡大断面図で例示するように、横シール時に被包装物１１４の一部を横シール部分１１５内に巻込む原因となり、巻き込まれた被包装物１１４が、横シール刃１１２によるさらなる加熱によって融着接合された横シール部分１１５のシールを剥離させながら体積膨張（発泡）するという問題があった。

上記問題点を解決するため、特許文献１では、横シール刃の表面全体に微細な凹凸粗面を形成し、横シール刃の、包装用フィルムへの接触面積を小さくすることにより、横シール刃から包装用フィルムおよび被包装物への伝達熱量を抑え、横シール刃の温度低下および横シール部分への被包装物の巻込みおよびそれに起因する発泡の発生を抑えることが提案されている。

しかしながら、シール刃のエッジ部分の表面温度は、そもそも放熱によって中央部に比べて低く、しかも特許文献１では、シール刃の表面全体に均一に凹凸粗面を形成して包装用フィルムとの接触面積を小さくしているため、シール刃エッジ部分から包装用フィルムへの伝達熱量がさらに小さくなり、フィルムの未融着などのシール不良をもたらす虞がある。このため、特許文献１に記載の技術では、シール刃温度の下限値を、従来技術よりも高く設定しなければならないという問題点があった。

特開２００５−１１２４５４号公報

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、対をなすヒートシール刃の相互の近接変位に当っての、ヒートシール刃から被包装物およびシーラント層への熱伝達を有効に抑制してシール部分での発泡の発生を抑えることにより、被包装物の充填が可能なシール温度幅（以下、シール許容温度幅と言う。）を広げると共に、被包装物の高速充填下での安定した確実な融着接合を可能にするヒートシールロール用ヒートシール刃、とくには横シール刃および、それを用いたヒートシールロールを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ヒートシール刃から包装用フィルムへの熱の伝わり方を、被包装物の種類等に合わせて有効にコントロールすることにより、シール許容温度幅を広げることのできるヒートシールロール用ヒートシール刃、とくには横シール刃および、それを用いたヒートシールロールを提供することにある。

本発明は、従来技術が抱えている、上述した問題を克服するために開発したものであり、相互に近接させて平行に対向配置され互いに逆方向に回転駆動される一対のロールのそれぞれに、それらの軸線方向に延在するように取付けられるものであって、表面が該ロールの周方向に沿って弧状をなすと共に、対向するこれらの相互間に包装用積層フィルムを挟持してその積層フィルムを融着接合させる、ヒートシールロール用ヒートシール刃であって、
前記対向するヒートシール刃の少なくとも一方の表面のうち、シールに当って回転方向に先行する側の端部および後行する側の端部を除く中央部分のみを、微細凹凸粗面部とし、該凹凸粗面部の凹部深さを、１〜３０μｍの範囲とするとともに、前記凹凸粗面部を、ロールの軸線方向に平行なストライプ状粗面としてなるヒートシールロール用ヒートシール刃を提案するものである。

また、本発明においては、前記中央部分の回転方向長さｄを、前記ヒートシール刃表面全体の回転方向長さＤに対し、ｄ／Ｄ＝０．３〜０．９５の範囲とすることが好ましい。

なお、本発明においては、前記凹凸粗面部の凹凸平均間隔Ｓｍを１５〜３００μｍの範囲および／または凹凸算術平均粗さＲａを、０．５〜５．０μｍの範囲とすることが好ましい。

また、本発明は、上述したいずれかのヒートシール刃の１〜複数個を、ロール本体の胴周面上に、それの軸線方向に延在させた状態で着脱可能に配設してなるヒートシールロールを提案するものである。

本発明のヒートシール用ヒートシール刃によれば、一対のヒートシール刃の少なくとも一方の表面のうち、発泡の発生し易い中央部分にのみ、様々なパターンで凹凸粗面を形成することにより、ヒートシール刃から包装用フィルムへの熱の伝わり方を有効にコントロールすることができるので、シール部内での発泡の発生が抑制され、シール許容温度幅が広がり、生産性を高めることできると共に、包装用フィルムの、常に安定した確実な融着接合が可能になる。

本発明に係るヒートシール刃を用いた一対のヒートシールロールの、（ａ）一方のロール上に延在するヒートシール刃に凹凸粗面部を形成したもの（ｂ）各ロール上に延在するヒートシール刃に凹凸粗面部を形成したものを示す斜視図である。 本発明に係るヒートシール刃の一実施形態を示す平面図である。 本発明に係るヒートシール刃の凹凸粗面パターンを例示する平面図であり、凹凸粗面が、（ａ）シール刃中央部全面に形成された参考例、（ｂ）ストライプ状に形成された実施例、（ｃ）グラデーション状に形成された参考例を示す。 実施例１における、実施例および比較例のヒートシール部の外観を示す写真である。 自動充填包装装置の横シールロールの機能を示す略線縦断面図である。 横シール部分への被包装物の挟み込み残留状態を示す拡大縦断面図である。

図１は、本発明のヒートシールロールの一実施例として横シールロールを例示したものである。図中１は、相互に近接させて平行に配置されて、互いに逆方向に回転駆動される一対のロールを示し、２は、各ロール１に取付けられて、半径方向外方への突出下で、ロール１の軸線方向に延在するとともに、表面がロール１の円周方向に弧状をなすヒートシール刃、ここでは横シール刃を示す。
なお、図１（ａ）は、一対のロール１のうち、一方のロール上に延在するヒートシール刃２に凹凸粗面部４を形成したものであり、図１（ｂ）は、一対のそれぞれのロール１上に延在するヒートシール刃２に、凹凸粗面部４を形成したものである。

それぞれのヒートシールロール３の横シール刃２は、ロール１に一本以上、多くは、それの円周方向に、等しい間隔をおいて複数本配設される。また、対をなすヒートシールロール３の横シール刃２のそれぞれは、それらのヒートシールロール３の同期した回転運動の下で、相互に協働して包装用フィルムを挟持し、そのフィルムのシーラント層を融着接合させてなる横シール部分を形成する。

対をなすこのようなヒートシールロール３において、好ましくは、それぞれのロール１の各軸端部分に、横シール刃２表面より幾分半径方向に突出するフランジ５を設け、対をなすヒートシールロール３の、それぞれのフランジ周面の当接下で、相互にヒートシール位置に達したそれぞれの横シール刃２間に、包装用フィルムに対する所定の挟持クリアランスを確実に確保する。

このように構成してなるヒートシールロール３を、自動充填包装装置に、横シールロールとして適用し、その横シールロールによって被包装物の夾雑物シールを行う場合には、包装用フィルムの巻取りロールから連続的に繰出し走行させたそのフィルムを、折返し手段によって幅方向に二つ折りにしてシーラント層を相互の対向姿勢とした後、二つ折りフィルムの遊端部分に、縦シールロールをもって連続的にヒートシールを施して、シーラント層がフィルムの長さ方向に融着接合された縦シール部分を形成し、次いで、縦シールを施されたフィルムの内側へ、充填ノズルを介して被包装物を連続的に供給し、続いて、図５に示すように、横シールロールとしての一対のヒートシールロール３、直接的には横シール刃２によって包装用フィルムに、それの長さ方向に所定の間隔をおいた横シール部分を形成する。これによれば、所定量の被包装物を充填包装した包装袋が連続的に製造されることになる。

本発明においては、図１および図２に例示したように、前記横シール刃２のうちの少なくとも一方の弧状表面に回転方向に先行する側の端部７ａ（以下、先行側端部７ａと言う。）と後行する側の端部７ｂ（以下、後行側端部７ｂと言う。）を除く中央部分８に、ショットブラスト、サンドブラスト、グリットブラスト等あるいは磁石グラインダーや液体ホーニング等の粗面化処理の方法によって、微細な凹凸粗面部４を形成する。

前述したように、従来技術では、ヒートシール部内での発泡の発生を抑制するために、横シール刃１１２の表面全体に凹凸粗面を形成して包装用フィルムとの接触面積を小さくすることを提案しているが、横シール刃１１２のエッジ部分と中央部分との表面温度およびシール圧力が、放熱や包装用フィルムとの接触面積の違いによって異なるため、従来技術では、表面温度の低いシール刃エッジ部分から包装用フィルムへの伝達熱量が小さくなりすぎてしまい、フィルムの未融着などのシール不良をもたらす虞がある。そこで、本発明では、一対のヒートシール刃２のうちの少なくとも一方に、その弧状表面のうち、シール圧力が高く、表面温度の低い（発泡が発生し難い）先行側端部７ａと後行側端部７ｂは平滑面とし、シール圧力が低く、表面温度の高い（発泡が発生し易い）中央部分８は、微細な凹凸粗面部としたのである。

このヒートシールロール用ヒートシール刃２を、横シール刃として用いた場合、横シール刃２が、図５に仮想線で示す位置から、実線で示すヒートシール位置まで回動変位するまでの間、比較的小さな押圧力の作用下で包装用フィルムに接触しても、中央部分８は、包装用フィルムに凸部だけで接触することになり、両者の接触面積は相当小さくなるので、横シール刃２から包装用フィルムおよび、それの内側の被包装物への伝達熱量を十分小さく抑えることができる。

また、この伝達熱量の低減は、横シール刃２の加熱温度を高くしても、被包装物等を不必要に加熱することがなく、従って、被包装物の変質等のおそれを十分に取り除くことができ、併せて、包装用フィルムのシーラント層の早期にして余剰の溶融による粘度低下に起因する、横シール部分への被包装物の巻込み残留および発泡の発生の虞をもまた有効に取り除くことができる。

しかも、本発明では、横シール刃２において中央部分８よりも表面温度の低い先行側端部７ａおよび後行側端部７ｂには、凹凸粗面を形成しないため、端部７ａ、７ｂからの包装用フィルムへの伝達熱量は、高いままに維持されるので、シール許容温度の下限値を従来技術よりも低温側に設定することができ、生産性を高めることができると共に、フィルムの未融着など、シール不良を生じる虞がなく、常に安定した確実な融着接合を行うことができる。

したがって、本発明の横シール刃２によれば、横シール刃２の温度を、それの包装用フィルムへの接触タイミングの早遅にかかわらず、その全体にわたって十分均一にすることができ、結果として、被包装物の高速充填、いいかえれば、横シール刃２と包装用フィルムとの接触時間を短縮させると共に、シール許容温度を広げてなお、発泡が発生することがなく、常に安定した確実な融着接合を行うことができるようになる。

また、対をなす横シール刃の中央部分８に凹凸粗面部４を形成したことにより、横シール刃２が、図５に実線で示すヒートシール位置に達したときは、包装用フィルムを大きな押圧力で挟持して、中央部分８表面の凸部を、包装用フィルムの厚み方向の圧縮変形下でフィルム内へ十分に押込むことにより、横シール刃２の凹凸粗面部４は、凸部凹部の別なく、その全体にわたって包装用フィルムに密着し、両者の大きな接触面積の下で、横シール刃２から包装用フィルムへの、多量の熱量の供給が迅速に行われる。したがって、包装用フィルムのシーラント層を、融着接合に必要な程度にまで溶融させることができるので、両シーラント層間からの被包装物の押し退けを適正に行うとともに、所期した通りの横シール部分を常に確実に形成することができる。
なお、横シール刃２の先行側端部７ａおよび後行側端部７ｂは、平滑面であるため、従来技術よりも包装用フィルムとの接触面積が大きいが、先行側端部７ａおよび後行側端部７ｂは中央部分８に比して表面温度が低く、しかも面積が小さいため、先行側端部７ａおよび後行側端部７ｂと包装用フィルムとの接触によって、被包装物の品質を損ねるほど、あるいは包装用フィルムのシーラント層の粘度を下げ過ぎるほど加熱されるわけではないので、問題はない。

なお、前記中央部分８は、その回転方向長さｄが、ヒートシール刃２表面全体の回転方向長さＤに対し、ｄ／Ｄ＝０．３〜０．９５の範囲とすることが好ましい。
ｄ／Ｄが０．３より小さいと、凹凸粗面部４が小さすぎて包装用フィルムへの伝達熱量の抑制効果が得られず、包装用フィルムのシーラント層や被包装物の不必要な加熱を招くおそれがあり、一方、ｄ／Ｄが０．９５よりも大きいと、先行側端部７ａおよび後行側端部７ｂでのシール温度が低くなりすぎて十分に融着できず、シール不良となるおそれがある。

また、かかるヒートシール刃２では、凹凸粗面４のＪＩＳ
Ｂ０６０１で規定する平均間隔Ｓｍを、１５〜３００μｍの範囲とすることが好ましく、この範囲にすることにより、加熱されたシール刃２が、ヒートシール位置に達するまでの間での、シール刃２と包装用フィルムとの接触面積を十分に低減させることができる。
一方、凹凸平均間隔Ｓｍが３００μｍを越えると、包装用フィルムがシール刃２に、凸部以外の部分でも接触してしまい、それら両者の接触面積が大きくなるおそれがある。

そして、このヒートシール刃２では、凹部の深さを、１〜３０μｍの範囲とする。
凹部の深さが、１μｍ未満では、シール刃２がヒートシール位置に達する前にシール刃２の凹部が包装用フィルムに接触するおそれが高く、一方、それが３０μｍを越えると、シール刃２がヒートシール位置に達して、シール刃２による包装用フィルムの挟持力が大きくなってなお、シール刃２の凹部が包装用フィルムに十分に接触できなくなって、シール刃表面と包装用フィルムとの接触面積を十分に増加させ得なくなる虞がある。

ところで、前記凹凸粗面部４の、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定する算術平均粗さＲａは、０．５〜５．０μｍの範囲とすることが好ましく、この範囲にすることにより、ヒートシール位置に達した際に、シール刃２の接触圧力（押圧力）が弱くても、シール刃２の凹部が包装用フィルムに十分均一に接触し、熱が伝達されるため、極めて安定したヒートシールの高速充填が可能となる。

また、かかるヒートシール刃２においては、シール刃中央部分８に形成する凹凸粗面部４は、その粗さやパターンによってシール刃２から包装用フィルムへの熱の伝わり方が異なるため、被包装物の種類等によって凹凸粗面部４の粗さやパターンを変えることが好ましい。

例えば、図３（ａ）の参考例に示すようにシール刃中央部８全体に凹凸粗面部４を形成する場合には、シール刃中央部８からの熱の伝わりを全体的に少なくすることができる。
なお、被包装物として、液体や粘稠物全般を適用することができる。

本発明の実施例は、図３（ｂ）のようにロール方向にストライプ状粗面を形成するものであり、シール刃中央部分８からの包装フィルムへの熱の伝わりを断続的に変化させることができるため、同一シール刃２内でシール温度をコントロールすることができる。つまり、シール刃中央部８全体に連続的に凹凸粗面部４を形成すると、凹凸粗面部４がある粗さ以上になると、ヒートシール時にシーラント層を完全に融着できず、シール部が剥離するおそれがあるが、凹凸粗面部４をストライプ状にすると、シール刃２から包装フィルムへ断続的に熱が供給されるため、粗面部４が前記と同じ粗さでもシール部が剥離するおそれを低くすることができる。
また、被包装物としては液体や粘稠物全体に使用することができ、幅広シールとしても使用することができる。

また、図３（ｃ）の参考例は、シール刃中央部分８の表面粗さＲａが、中心に向って次第に、または回転方向の先行する側の端部に向ってグラデーション状に粗くなっている。このようにグラデーション状に粗面を形成すると、シール板中央部８からの包装用フィルムへの熱の伝わりを傾斜的に少なくできるため、同一シール刃２内でシール温度をコントロールすることができるため、例えば発泡し易い箇所や領域に対して傾斜的あるいは段階的に発泡を抑制することができ、液体や粘稠物全体に加えて、固形物を含んだ被包装物にも使用することができる。

その他、本発明のヒートシール用ヒートシール刃の実施形態として、中央部分８表面に横目波状に凹凸粗面を形成してもよい。

（実施例１）
弧状表面を微細な凹凸粗面とした、この発明に係る横シール刃を用いた実施例のヒートシールロールと、ヒートシール刃表面全体に凹凸粗面を形成した横シール刃を用いた比較例１のヒートシールロール、および弧状表面を平滑鏡面とした横シール刃を用いた比較例２のヒートシールロールを用いて、それぞれ１５μｍ厚みの二軸延伸ナイロンベースフィルムと、５０μｍ厚みのリニアローデンシティポリエチレンシーラント層との積層構造からなるタテ６３mm×ヨコ７５mmの包装用フィルムに、充填速度を変えて水充填を行い、その際の水充填が可能なシール温度（シール許容温度）を測定した。なお、水の温度は３０℃、充填量は１６ｇとした。その結果を、表１に示す。

なお、実施例および比較例１の横シール刃の凹凸粗面は、圧縮空気流、遠心力等を用いてブラスト材を素材表面に吹き付け、表面の酸化物または付着物を除去すると同時に粗面化する方法によって形成し、その粗度が、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定する算術平均粗さＲａを触針式粗さ測定方法を用いて測定した値で1.3μｍとなるようにした。

表１の結果より、実施例のヒートシールロールでは、横シール刃の先行側および後行側端部を平滑面としたことにより、端部における包装用フィルムへの熱供給量を、比較例１のヒートシールロールよりも多くすることができるため、シール許容温度の下限値を低くすることができ、充填性能であるシール許容温度幅を広げることができた。
また、実施例のヒートシールロールでは、横シール刃の中央部に凹凸粗面を形成したことにより、被包装物や包装用フィルムが不必要に加熱されることなく、比較例２よりも高いシール許容温度まで発泡を発生することなくヒートシールをすることができ、シール許容温度幅を広げることができた。
したがって、実施例のヒートシールロールによれば、横シール刃の加熱温度、液温度等の操業要因のほか、気温その他の環境要因の変動を有効に吸収して、所期した通りの横シール部分を形成することが可能となる。

また、図４に示すように、195℃でヒートシールした実施例と比較例２の包装用フィルムのシール部分を観察したところ、実施例のシール部分に発泡や皺がなく、良好な状態であったのに対し、比較例２ではシール部に発泡や皺があり、外観不良な状態であった。

本発明のヒートシールロール用ヒートシール刃および、それを用いたヒートシールロールは、液体や粘稠物などを包装用フィルムに自動充填するための包装装置に適用することができる。

１ ロール
２ ヒートシール刃（横シール刃）
３ ヒートシールロール
４ 凹凸粗面部
５ フランジ
７ａ 先行側端部
７ｂ 後行側端部
８ シール刃中央部

Claims (4)

1. 相互に近接させて平行に対向配置され互いに逆方向に回転駆動される一対のロールのそれぞれに、それらの軸線方向に延在するように取付けられるものであって、表面が該ロールの周方向に沿って弧状をなすと共に、対向するこれらの相互間に包装用積層フィルムを挟持してその積層フィルムを融着接合させる、ヒートシールロール用ヒートシール刃であって、
   前記対向するヒートシール刃の少なくとも一方の表面のうち、シールに当って回転方向に先行する側の端部および後行する側の端部を除く中央部分のみを、微細凹凸粗面部とし、該凹凸粗面部の凹部深さを、１〜３０μｍの範囲とするとともに、前記凹凸粗面部を、ロールの軸線方向に平行なストライプ状粗面としてなるヒートシールロール用ヒートシール刃。
2. 前記中央部分の回転方向長さｄを、前記ヒートシール刃表面全体の回転方向長さＤに対し、ｄ／Ｄ＝０．３〜０．９５の範囲としてなる請求項１に記載のヒートシールロール用ヒートシール刃。
3. 前記凹凸粗面部の凹凸平均間隔Ｓｍを１５〜３００μｍの範囲および／または凹凸算術平均粗さＲａを０．５〜５．０μｍの範囲としてなる請求項１もしくは２に記載のヒートシールロール用シール刃。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のヒートシール刃の１〜複数個を、ロール本体の胴周面上に、それの軸線方向に延在させた状態で着脱可能に配設してなるヒートシールロール。

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