JP7179410B2 - 熱収縮性ラベルの熱収縮装置および熱収縮方法 - Google Patents

熱収縮性ラベルの熱収縮装置および熱収縮方法 Download PDF

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Description

本発明は、容器に被せられた熱収縮性のラベルを加熱して熱収縮させる熱収縮性ラベルの熱収縮装置および熱収縮方法に関する。
ラベルが被せられたボトルを、長尺の直方体形状の加熱処理室内を搬送し、ノズルから蒸気をボトル列に吹き付けることによってラベルを熱収縮させ、各ボトルの胴部にラベルを密着させるラベル加熱装置が知られている(特許文献1)。また、ラベルを容器に付着する際に発生する凝縮液を低減/排除するために、ボトルを閉空間内に配置し、閉空間内の圧力を低減してボトルの周囲に加熱蒸気を吹き付ける装置も提案されている(特許文献2)。
特許第6142339号公報 特許第5318942号公報
しかし、特許文献1のラベル加熱装置では、加熱処理室内の温度が外気温など外乱の影響を受けやすく、加熱処理室内の温度管理が難しい。例えば、上流装置からの容器排出量にバラツキが発生して容器の搬送ピッチが不均一になると、加熱処理室内の温度にムラが発生してに収縮ムラが発生する。また、容器の種類やラベルの種類によって、ラベルを収縮するための条件は高さによって異なるため、容器やラベルの種類が変更されるとノズルの位置を変更する必要があり、初期設定が繁雑となる。ボトルを個別に閉空間内で処理する特許文献2の構成であれば、上流装置からの容器排出量にバラツキによる影響を受けないが、容器やラベルの種類の変更に対応することはできない。
本発明は、異なるロットに簡便に対応でき、外乱の影響を受けない熱収縮性ラベルの熱収縮装置を提供することを課題としている。
本発明の第1の発明である熱収縮ラベルの熱収縮装置は、回転体の外周に複数設けられ、熱収縮性のラベルが装着された容器を支持する容器支持手段と、前記容器支持手段の下方に配置されるとともに、前記容器支持手段に支持されている容器を内部に収容可能な複数の加熱筒と、前記加熱筒内部を加熱する加熱手段と、前記各容器支持手段に対応して設けられるとともに、前記容器支持手段と前記加熱筒とを相対的に昇降させる昇降手段と、前記昇降手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記回転体により移送される前記容器に対して前記昇降手段によって容器の底部を前記加熱筒の上端から挿入させるように前記容器支持手段と前記加熱筒とを相対的に昇降させるとともに、前記昇降手段の速度を制御することによって容器を所定時間加熱筒内に位置させることにより、容器に装着されたラベルを熱収縮させる熱収縮ラベルの熱収縮装置であって、前記回転体非常停止された場合に前記熱収縮作業を継続するとともに、所定時間の収縮作業が終了した時点で前記容器支持手段と前記加熱筒とを相対的に昇降させることにより前記容器支持手段に支持されている容器を前記加熱筒の外に位置させることを特徴としている。
本発明の第2の発明である熱収縮ラベルの熱収縮装置は、第1の発明において、前記加熱手段が前記加熱筒の内部に向けて蒸気を噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルに蒸気を供給する蒸気供給手段を備えることを特徴としている。
本発明によれば、異なるロットに簡便に対応でき、外乱の影響を受けない熱収縮性ラベルの熱収縮装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態であるラベル装着装置の構成を示す平面図である。 第1実施形態のシュリンクホイールの縦断面図である。 第1実施形態のびん台と加熱筒の拡大縦断面図である。 第1実施形態における昇降機構の詳細を示す図である。 昇降機構による加熱筒の昇降動作を示す側面図である。 第2実施形態の加熱筒の拡大縦断面図である。 第3実施形態の加熱筒の拡大縦断面図である。 第3実施形態の加熱筒の拡大平面図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態である熱収縮装置を利用したラベル装着装置の構成を示す平面図である。
第1実施形態のラベル装着装置10は、容器Vなどの物品の外周に熱収縮性フィルムからなるシュリンクラベルLを装着し、熱収縮を利用してシュリンクラベルLを容器Vの外周に密着させる装置である。容器Vは、例えば上流側に配置された充填装置、キャッパ―において、充填・キャッピングされた後、供給コンベヤ12によりラベル装着装置10に供給される。供給コンベヤ12において、容器Vは一列に搬送され、供給コンベヤ12の下流側において、導入スクリュウ12Aによりピッチ調整が行われる。ピッチが調整された容器Vは、供給コンベヤ12の下流端に隣接して配置され、導入スクリュウ12Aと同期して回転する供給ホイール14に順次受け渡される。
供給ホイール14の下流側には、供給ホイール14に同期して回転するシュリンクラベラ15が隣接して配置され、供給ホイール14から容器Vが順次受け渡される。シュリンクラベラ15では、円筒状に形成されたシュリンクラベルLが容器Vの周囲を囲むように配置される。シュリンクラベルLが外周に装着された容器Vは、下流側において、シュリンクラベラ15に同期して回転する排出ホイール16へと受け渡される。容器Vは更に、各々同期して回転する中間ホイール17、供給ホイール18を介して、シュリンクラベルLの熱収縮を利用して、容器Vの外周形状に沿ってシュリンクラベルLを密着させるシュリンクホイール(熱収縮装置)20へと受け渡される。
シュリンクホイール20は、後述するように、ホイール外周に沿って搬送される各容器Vの周囲に配置されたシュリンクラベルLを加熱・収縮するための加熱装置を備え、シュリンクラベルLがその外形に沿って密着された容器Vは、シュリンクホイール20の下流側に配置され、シュリンクホイール20と同期する排出ホイール21へと受け渡され、その後、ケーサなど図示しない下流側の処理装置へと搬送される。
図2は、本実施形態のシュリンクホイール20の縦断面図である。シュリンクホイール20は、基台に固定された固定基部22Aおよび固定上部22Bと、固定基部22Aにベアリング23等を介して回転自在に取り付けられた回転部24とを備える。シュリンクホイール20は、缶体26によりその全体が覆われ、回転部24は、缶体26の外側に設けられたギア24Aを介して図示しない駆動機構により回転される。また、缶体26には、後述する加熱用の蒸気を排出するためのダクト26Aが設けられる。
回転体24は、回転テーブル24Bを備え、その外周部には、供給ホイール18から受け渡された容器Vを載置するびん台28が、回転体24の周に沿って所定間隔で設置される。各びん台28の直上には、びん台28に載せられた容器Vの天面を上方から押さえて、容器Vをびん台28とともに支持するトップロケータ30が配置される(容器支持手段)。トップロケータ30は、昇降自在に回転体24に保持され、その上端部には固定上部22Bの外周に沿って設けられるカム32と係合するカムフォロワ30Aが設けられる。すなわち、トップロケータ30は、回転体24とともに移動され、カムフォロア30Aがカム32に沿って上下することでトップロケータ30が昇降し、びん台28上の容器Vが上下方向に把持あるいは解放される。
各びん台28には、上端が開口されてびん台28に保持されている容器Vを内部に収容可能な加熱筒34が設けられる。加熱筒34は、その内部を加熱する加熱機構(加熱手段)を備える。本実施形態において、加熱機構は、加熱筒34に接続されたフレキシブルホース36を通して蒸気を加熱筒34内へと供給する。各フレキシブルホース36の一端は、各々加熱筒34の側面下方に設けられた噴射ノズル34Cに接続され、他端は、回転体24の回転中心に配置されるロータリジョイント36Aに放射状に接続される。ロータリジョイント36Aの下方には、蒸気を供給する1本の蒸気供給管36Bが接続され、蒸気供給管36Bは、回転体24、固定基部22Aの回転中心に沿って設けられた空洞を通して外部の蒸気発生装置(不図示)に接続される(蒸気供給手段)。
各加熱筒34には、加熱筒34をびん台28に対して相対的に昇降させる昇降機構38が設けられる。昇降機構38は、加熱筒34に取り付けられ、昇降自在に回転体24に支持されるロッド部材38Aを備える。ロッド部材38Aは垂直方向に延在し、その上端はボールネジ機構38Bにより、上下方向に延在するスライダーレール38Cに沿って昇降可能である。ボールネジ機構38Bは、例えば伝動ベルトを介して連結されるサーボモータ38Dにより各々駆動され、各サーボモータ38Dの駆動は、制御装置50(図4参照)によって制御される。なお、昇降機構(昇降手段)38は、各びん台28に対応して回転体24の外周に沿って一定間隔で設けられる。図2の右側に描かれるびん台28では、加熱筒34が最も低い位置に下降され、トップロケータ30が上昇されて容器Vが解放状態にある。一方、図2の左側に描かれるびん台28では、トップロケータ30が下降されて容器Vは把持状態にあり、加熱筒34は最も高い位置にまで上昇され、容器Vは加熱筒34内に完全に収容されている。
図3は、本実施形態のびん台28と加熱筒34の拡大縦断面図である。図3(a)は、回転テーブル24Bの周方向に沿ってびん台28と加熱筒34を見た縦断面図であり、図3(b)は、その頂面図、図3(c)は、加熱用の蒸気を加熱筒34内へと噴射する噴射ノズル34Cの配置を示す平図である。図3を参照して、加熱筒34の構造をより詳細に説明する。
びん台28は、回転テーブル24Bの外周部に直立して設けられる支持ロッド28Aの上端に設けられる。びん台28およびその支持ロッド28Aは、加熱筒34の内側に対応する位置に配置される。本実施形態において、加熱筒34は、例えば内側筒34Aと外側筒34Bの2重の筒部材を備える。内側筒34Aは、外側筒34Bの内側に所定間隔の隙間を隔てて配置され、外側筒34Bの上端は、所定高さ分、内側筒34Aの上端よりも上方へ延在し、その内側は第1加熱部Aを構成し、内側筒34Aの内側は第2加熱部Bを構成する。また、本実施形態の外側筒34Bの下端は、内側筒34Aの下端よりも下側に僅かに延在し、内側筒34Aは、完全に外側筒34B内に収容されている。また、内側筒34Aの下端には支持ロッド28Aと内側筒34Aとを塞ぐシール部材35が取り付けられており、内側筒34A内の蒸気が下端から漏れないようにしている。なお、シール部材35を取り付けずに内側筒34と支持ロッド28Aとの間隔を狭めることによって蒸気の漏れを少なくするようにしてもよい。また、内側筒34Aではなく外側筒34Bにシール部材35を取り付けてもよい。
図3の例では、内側筒34A、外側筒34Bはともにその断面が八角形を呈し、内側筒34Aは、八角形の各面においてネジなどの固定具34Dを用いて外側筒34Bに固定される。また、内側筒34Aおよび外側筒34Bは、部材34Eを介して保持アーム38Eによりその両側を保持され、保持アーム38Eは、ロッド部材38Aに固定される。
図4を参照して、本実施形態における昇降機構38の詳細について説明する。なお、図4(a)は昇降機構38の側面図であり、図4(b)は、図4(a)の一部を矢印C方向から見た図である。
保持アーム38Eを介して加熱筒34を保持するロッド部材38Aの上端は、ボールネジ機構38Bのナットブロック37Aに固定され、ナットブロック37Aは、ボールネジ機構38Bのネジ部37Bに螺合される。ネジ部37Bの上端部寄りにはネジが設けられていない円筒状の支持部が設けられ、ベアリング37Cを介して回転体24に固定された支持プレート39により回転自在に保持される。ネジ部37Bの上端には、歯付プーリ37Dが取り付けられ、タイミングベルト37Eが、回転体24に固定されたサーボモータ38Dの歯付きプーリ37Fとの間に掛け回される。
また、ボールネジ機構38Bのナットブロック37Aは、支持プレート39に取り付けられたスライダーレール38Cのスライダー39Aに固定され、スライダー39Aは、支持プレート39に垂直方向に沿って取り付けられたレール39Bに摺動自在に係合する。すなわち、サーボモータ38Dが回転すると、ベルト伝動によりネジ部37Bが回転され、サーボモータ38Dの回転方向に応じて、ネジ部37Bと螺合するナットブロック37Aがレール39Bに沿って上下方向に昇降される。これにより、ナットブロック37Aに取り付けられたロッド部材38Aが昇降し、加熱筒34が昇降される。
図5は、昇降機構38による加熱筒34の昇降動作を示す側面図である。図5(a)には、加熱筒34が最も低い位置に下降された状態が示され、図5(b)には、加熱筒34が中間位置にまで上昇された状態、図5(c)には、加熱筒34が最も高い位置にまで上昇された状態が示される。
図5(a)の状態は、シュリンクラベルLが巻かれた容器Vが供給ホイール18からシュリンクホイール20へと移載された直後の状態に対応し、加熱筒34の頂部、すなわち外側筒34Bの頂部は、びん台28の頂面よりも低い位置に配置され、びん台28に載せられた容器Vは、加熱筒34の外に位置する。噴射ノズル34Cは、外側筒34Bを貫通して内側筒34Aの下端付近に取り付けられ、その先端からは例えば飽和水蒸気が所定流量で常時内側筒34A内へと噴射される。内側筒34Aへ供給された蒸気は、主に内側筒34Aの内周面に沿って上方に流れて第2加熱部Bを加熱し、内側筒34Aの上端に達すると、より径が大きい外側筒34Bの内周面に沿って上昇し、第1加熱部Aを加熱する。その後、蒸気は外側筒34Bの頂部開口から、加熱筒34の外へと放出される。加熱筒34から放出された蒸気は、例えばダクト26Aを通して缶体26外へと排出される。なお、噴射ノズル34Cから噴射される蒸気は飽和蒸気に限らず、過熱蒸気であってもよい。
供給ホイール18からシュリンクホイール20へと移載された容器Vは、その後、回転体24の回転により下降されるトップロケータ30(図5では不図示)の下端が容器Vの天面に押し当てられることで、びん台28に固定されるとともに、図5(b)に示されるように、昇降機構38により加熱筒34が徐々に上昇され、図5(c)のように、びん台28上の容器Vが全て(あるいはラベル貼着部が全て)内側筒34A内に収容されるまで上昇される。
加熱筒34内において、噴射ノズル34Cの吹き出し口が設けられた内側筒34A内、すなわち第2加熱部Bは、相対的に高い温度(例えば約100℃)に維持され、内側筒34Aの上端よりも上側の外側筒34B内、すなわち第1加熱部Aは、相対的に低い温度(例えば80℃)に維持される。図5に示されるように、昇降機構38は加熱筒34をびん台28に対して相対的に上昇させることで、容器Vを底部側から順に外側筒34B内、内側筒34A内へと挿入する。すなわち、内側筒34A内とそれよりも上方の外側筒34B内の温度差により、シュリンクラベルLを初め低い温度で収縮させ、その後高い温度で収縮させるとともに、容器Vの形状や大きさ、シュリンクラベルLの特性(例えば材質)に合わせて加熱筒34の上昇速度を調整することでシュリンクラベルLの熱収縮速度を皺が発生しないように適正に制御する。
例えば図5のようにボトル形の容器Vでは、底部から胴部に掛けて径は略一定なので、シュリンクラベルLの収縮量は小さく、その変化も小さい。しかし、肩部から首部に掛けては、径が急激に縮小し、シュリンクラベルLの収縮量が大きい。そのため、肩部から首部に掛けては、加熱筒34の上昇速度を下げて(停止も含む)第1加熱部Aでの加熱時間を長くする。また、胴部に窪みがある場合には、窪み位置での収縮量を大きくするために、例えばその高さ近傍での上昇速度を遅くする。また、シュリンクラベルLの材質が収縮しやすい材質の場合には、他のラベルのときよりも速い速度で昇降させて、全体の収縮時間を短くすることも可能である。
以上のように、第1実施形態によれば、略一定の条件に維持される各加熱筒内に容器を1つずつ収容してラベルのシュリンク作業を行うので、上流の容器排出量のバラツキなどの外乱による収縮ムラの発生を抑えることができる。また、容器やラベルの種類が変更されて、ラベルを収縮するための条件が変更されても、加熱筒を上昇させる速度を制御することで対応できるので、簡単な構成により、容器の高さに応じてラベルの収縮量を制御可能であり、異なるロットにも簡便に対応できる。
また、1本の容器に対して1つの加熱筒を昇降させて収縮作業を行うので、非常停止された場合にも、容器の回転移送は停止しても収縮作業を継続することができ、収縮作業が終了した時点で加熱筒を下降させて収縮作業を通常通り行うことも可能である。
次に図6を参照して、第2実施形態の熱収縮装置について説明する。図6は、第2実施形態の加熱筒の構成示す縦断面図である。図6(a)には、容器Vが加熱筒内に完全に収容された状態が示され、図6(b)には、容器Vが完全に加熱筒の外に位置する状態が示される。
第2実施形態では、加熱筒は所定の高さに固定され、びん台が昇降される。また、第2実施形態の加熱筒の構成は、第1実施形態と若干異なるが、その他の構成は実施形態と同様である。第1実施形態の加熱筒34の外側筒34Bは、その下端が内側筒34Aの下端よりも下側に僅かに延在し、内側筒34Aは、外側筒34B内に完全に収容されていた。これに対して、第2実施形態の加熱筒40は、内側筒40Aと外側筒40Bを備え、内側筒40Aの上側部分のみが外側筒40Bの下側部分に収容され、外側筒40Bの上端は内側筒40Aよりも上方へ延在する。なお、内側筒40Aと外側筒40Bの間の距離は、固定具34Dにより一定に設定される。
供給ホイール18から容器Vがびん台28上に移載された直後には、びん台28および支持ロッド28Aが上昇されており、図6(b)のように、容器Vは加熱筒40の外に位置する。その後の収縮処理においては、びん台28および支持ロッド28Aを下降させ、容器Vを底面側から加熱筒40内へと挿入する。図6(a)は、第1加熱部Aにおいて、容器Vの肩部から首部を加熱し、第2加熱部Bにおいて容器Vの胴部が加熱されている状態が示される。この後、びん台28および支持ロッド28Aは更に下降され、肩部から首部に掛けた領域も第2加熱部Bにおいて加熱される。なお、第2実施形態において、支持ロッド28Aの昇降、すなわちびん台28の昇降は、例えば第1実施形態の昇降機構38と同様の構成により行われ、トップロケータ30についても第1実施形態の昇降機構38のようにサーボモータにより昇降する構成を採用する。
以上のように、第2実施形態の熱収縮装置を用いても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、図7、図8を参照して第3実施形態の熱収縮装置について説明する。図7は、第3実施形態の加熱筒の拡大縦断面図であり、図8は図7の加熱筒の拡大平面図である。図7(a)には、容器Vが完全に加熱筒の外に位置する状態が示され、図7(b)には、容器Vが加熱筒内に完全に収容された状態が示される。なお、第1または第2実施形態と同様の構成に関しては、同一参照符号を用い、その説明を省略する。
第3実施形態の熱収縮装置は、第2実施形態と同様にびん台28を昇降する。一方、第3実施形態の加熱筒41の内側筒41Aと外側筒41Bは底面42を共有する。外側筒41Bは内側筒41Bよりも上方へと延在し、内側筒41Aより高い外側筒41Bの内側が第1加熱部A、内側筒41Aの内側が第2加熱部Bを形成する。また、第3実施形態では、加熱筒41の下方だけではなく、上方にも蒸気を供給する加熱機構が設けられ、下方には冷却機構として例えばエア供給機構が更に設けられる。なお、底面42を挿通する支持ロッド28Aとの間の隙間は、例えば第1実施形態と同様に、シール部材35によって塞がれる。
上方の加熱機構は、例えば外側筒41Bおよび内側筒41Aを貫通する2本の蒸気供給管43A、43Bと、蒸気供給管43A、43Bに各々設けられ、内側筒41Aの内周壁に沿って、容器Vを各々略180°に亘って取り囲むように配置されるマニホールド44A、44Bから構成される。マニホールド44A、44Bには、その内周に沿って、内側に向けた蒸気噴射口45が複数設けられる。
一方、下方の加熱機構は、第1実施形態と同様に、内側筒41A内へと連通し、蒸気供給管36Bに接続される噴射ノズル34Cから構成される。また、下方に設けられるエア供給機構としては、噴射ノズル34Cと同様に、内側筒41A内へと連通するエア供給管46が設けられる。
以上のように、第3実施形態の熱収縮装置においても、第1、第2実施形態と同様の効果が得られる。また、第3実施形態では、上方に位置する蒸気噴射口から蒸気が内側に向けて噴射されるので、ラベルを大きく収縮させる必要がある容器肩部に直接蒸気を吹き付けることができ、ラベルの収縮をより効率的に行うことができる。更に、第3実施形態では、容器の下方部にエアを噴射することで、容器上部に比べ長時間に亘り加熱され、収縮が過度に行われ可能性のある下方部の温度を下げ、ラベルの過度な収縮を抑制することができる。
なお、第3実施形態において、蒸気供給管やマニホールドの数は1つでも3つ以上でもよい。また、蒸気噴射口からの蒸気の噴射や、エア供給管からのエアの噴射は、生産作業中常時行ってもよいが、容器の加熱筒内における位置や加熱経過時間に合わせて噴射タイミングを制御してもよい。
更に、加熱筒は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、第1、第2実施形態では2重の筒構造を採用したが、単一の筒で構成し、側面に設けた孔等で温度管理を行ってもよい。加熱手段も蒸気に限定されるものではなく、ヒータを用いる構成や加熱エアを用いる構成も可能であり、飽和蒸気以外にも過熱蒸気を用いることもできる。
また、本実施形態のシュリンク装置は、容器を回転搬送するホイールであったが、各容器を個別の加熱筒に収容したまま搬送できる構成であれば、水平方向に例えば直線的に容器を搬送するコンベヤに適用することもでき、容器を連続搬送しつつ加熱収縮処理するのではなく、間欠搬送しつつ加熱収縮処理してもよい。更に、容器を支持する構成は、びん台とトップロケータによって保持する構成に限るものではなく、例えば、容器の首部のみを把持して吊り下げて支持する構成であってもよい。
10 ラベル装着装置
20 シュリンクホイール
24 回転体(移動手段)
28 びん台(容器支持手段)
30 トップロケータ(容器支持手段)
34、40、41 加熱筒
34A、40A、41A 内側筒
34B、40B、41B 外側筒
34C 噴射ノズル
36 フレキシブルホース
38 昇降機構(昇降手段)
38D サーボモータ
43A、43B 蒸気供給管
44A、44B マニホールド
45 蒸気噴射口
50 制御装置
L ラベル
V 容器

Claims (2)

  1. 回転体の外周に複数設けられ、熱収縮性のラベルが装着された容器を支持する容器支持手段と、
    前記容器支持手段の下方に配置されるとともに、前記容器支持手段に支持されている容器を内部に収容可能な複数の加熱筒と、
    前記加熱筒内部を加熱する加熱手段と、
    前記各容器支持手段に対応して設けられるとともに、前記容器支持手段と前記加熱筒とを相対的に昇降させる昇降手段と、
    前記昇降手段を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、前記回転体により移送される前記容器に対して前記昇降手段によって容器の底部を前記加熱筒の上端から挿入させるように前記容器支持手段と前記加熱筒とを相対的に昇降させるとともに、前記昇降手段の速度を制御することによって容器を所定時間加熱筒内に位置させることにより、容器に装着されたラベルを熱収縮させる熱収縮ラベルの熱収縮装置であって
    前記回転体非常停止された場合に前記熱収縮作業を継続するとともに、所定時間の収縮作業が終了した時点で前記容器支持手段と前記加熱筒とを相対的に昇降させることにより前記容器支持手段に支持されている容器を前記加熱筒の外に位置させる
    ことを特徴とする熱収縮ラベルの熱収縮装置。
  2. 前記加熱手段が前記加熱筒の内部に向けて蒸気を噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルに蒸気を供給する蒸気供給手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の熱収縮性ラベルの熱収縮装置。
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