JPWO2008129679A1 - 容器のヒートシール方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

容器１０のフランジ部１１ａの形状に形成されたシールヘッド２１の熱溶着部材２３を高周波誘導加熱し、この加熱されたシールヘッド２１を押圧して蓋材１２を溶着するようにする。これにより、蓋材１２のシールに必要な形状の熱溶着部材２３を備えたシールヘッド２１を用いることで、温度低下やヘッドスペースの気体の膨張の影響を抑えて高速で安定的にシールできるようにする。

Description

この発明は容器のヒートシール方法およびその装置に関し、紙や合成樹脂のカップ状などの容器本体にフィルム状の蓋材をヒートシールする場合に、高速かつ安定的にヒートシールできるようにしたものである。

紙や合成樹脂のカップ状などの容器本体にフィルム状の蓋材をヒートシールして密封される容器は、食品などの容器として広く用いられ、例えばゼリー、ベビーフード、スープや味噌などの粘調物、調理食品などの容器として用いられている。
このような容器では、容器本体と蓋材とを密封する方法としてシールヘッドを用いて加熱することでシールするヒートシールが一般的に行われている。
このようなヒートシールの方法として、特開２００４−２５００２７号公報では、容器搬送手段の上方に配置される蓋押え搬送手段によって蓋を搬送して容器の上に被せ、引き続き容器と蓋とを密着した状態を維持しながら蓋の上方に非接触状態に配置した高周波シールヘッドで誘導加熱するようにしており、シールヘッドあるいは容器自体を上下動させることなく、高速でシールできるようにしている。
また、特開平１１−２０８０１号公報では、ヒータカートリッジによる加熱と高周波誘電加熱あるいは超音波振動加熱とを併用して蓋材と容器を高速に接着するようにしている。
さらに、特公昭５８−１９５３６号公報では、第４図に示すように、容器搬送用ベルトコンベアー１の上方に同期平行移動するように金属体２を耐熱弾性材３でサンドイッチした加熱用押えベルト４を設け、その内側に高周波誘導加熱コイル５を配置して加熱用押えベルト４を高周波誘導加熱して容器６に被せた蓋材７を封緘するようにしている。

このようなヒートシール法で高速でシールしようとすると、シールヘッドを蓋に押し付けて周状に加熱する場合に、シールヘッドの熱授受部の体積（熱容量）が小さいと、シール時にシールヘッドの温度が下がりやすく、ある程度塊状の熱容量の大きなシールヘッドにしなければならない。
ところが、大きなシールヘッドを用いて高温でシールしようとすると、蓋の周囲だけでなく中央部も加熱されて温度が上がりやすく、溶着部が完全に固着しない段階で容器のヘッドスペースの気体が膨張し、蓋材にしわがよって密封できなくなるなどの問題がある。
また、シールヘッドの温度を上げて高速（短時間）でシールしようとすると、蓋材がシールヘッドに溶着してしまい、密封できない場合があり、蓋材の材料に制限があるという問題がある。
さらに、高周波誘導加熱で蓋材を加熱する特開２００４−２５００２７号公報の場合には、蓋材を直接加熱しなければならないから、蓋材が金属製の場合しか加熱してシールすることができないという問題がある。
さらに、上記公報のいずれの場合も、蓋材の全面が加熱されることから、容器のヘッドスペースの気体が膨張し、これによって密封性が損なわれるという問題がある。
この発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、蓋材の材料によらず高速で安定してシールすることができる容器のヒートシール方法およびその装置を提供しようとするものである。
上記従来技術の有する課題を解決するためこの発明の第１の構成の容器のヒートシール方法は、容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材を熱溶着してシールするに際し、前記容器のフランジ部の形状に形成されたシールヘッドを高周波誘導加熱し、この加熱されたシールヘッドを押圧して蓋材を溶着するようにしたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール方法によれば、容器のフランジ部の形状に形成されたシールヘッドを高周波誘導加熱し、この加熱されたシールヘッドを押圧して蓋材を溶着するようにしており、蓋材のシールに必要な形状のシールヘッドを用いることで、温度低下やヘッドスペースの気体の膨張の影響を抑えて高速で安定的にシールできるようにしている。
また、この発明の第２の構成の容器のヒートシール方法は、第１の構成に加え、前記シールヘッドを加熱し押圧したまま、当該シールドヘッドを冷却するようにしたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール方法によれば、シールヘッドを加熱し押圧したまま、当該シールドヘッドを冷却するようにしており、シール温度を高めてもシールヘッドを冷却して押圧を終えることで、シールヘッドに蓋材がくっつくことを防止でき、一層高速かつ安定的にシールできるようになる。
さらに、この発明の第３の構成の容器のヒートシール方法は、第２の構成に加え、シールヘッドの冷却を、当該シールヘッド内に冷却媒体を供給して行うようにしたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール方法によれば、シールヘッドの冷却を、当該シールヘッド内に冷却媒体を供給して行うようにしており、シールヘッドの冷却を容易に行うことができるようになる。
またこの発明の第４の構成の容器のヒートシール方法は、容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材をシールヘッドを介して熱溶着してシールするに際し、
前記シールヘッドは、前記容器のフランジ部の形状に沿うように形成された加熱リング体と、この加熱リング体の内側に磁気遮蔽板を介して設けられる高周波誘導加熱コイルとを備え、この高周波誘導加熱コイルで前記加熱リング体を高周波誘導加熱し、この加熱リング体を押圧して前記蓋材を溶着するようにしたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール方法によれば、容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材をシールヘッドを介して熱溶着してシールするシールヘッドを、容器のフランジ部の形状に沿うように形成された加熱リング体と、この加熱リング体の内側に磁気遮蔽板を介して設けられる高周波誘導加熱コイルとを備え、この高周波誘導加熱コイルで加熱リング体を高周波誘導加熱し、この加熱リング体を押圧して蓋材を溶着するようにしており、蓋材のシールに必要な形状の加熱リング体を備えたシールヘッドを用い、磁気遮蔽板で遮蔽した加熱リング体を集中的に加熱することで、温度低下や容器のヘッドスペースの気体の膨張の影響を抑えて高速で安定的にシールできるようにしている。
また、この発明の第５の構成の容器のヒートシール方法は、第４の構成に加え、前記加熱リング体が所定温度まで加熱された後前記高周波誘導加熱コイルへの通電を停止し、所定時間当該加熱リング体で押圧保持するようにしたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール方法によれば、前記加熱リング体が所定温度まで加熱された後前記高周波誘導加熱コイルへの通電を停止し、所定時間当該加熱リング体で押圧保持するようにしており、所定温度まで加熱した加熱リング体を熱溶着に必要な時間押圧・保持することで、短時間に安定して適切なシール状態でシールできるようになる。
さらに、この発明の第６の構成の容器のヒートシール方法は、第４まはた第５の構成に加え、前記加熱リング体で押圧したまま、当該加熱リング体を冷却するようにしたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール方法によれば、シールヘッドの加熱リング体を押圧したまま、当該加熱リング体を冷却するようにしており、シール温度を高めても加熱リング体を冷却して押圧を終えることで、加熱リング体に蓋材がくっつくことを防止でき、一層高速かつ安定的にシールできるようになる。
また、この発明の第７構成の容器のヒートシール方法は、第６の構成に加え、前記加熱リング体の冷却を、当該加熱リング体を中空体としてその内部に冷却媒体を供給して行うようにしたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール方法によれば、加熱リング体の冷却を、当該加熱リング体を中空体としてその内部に冷却媒体を供給して行うようにしており、高温にした加熱リング体の冷却を短時間に容易に行うことができるようになる。
さらに、この発明の第８の構成の容器のヒートシール方法は、第７の構成に加え、前記冷却媒体の供給冷却を、前記加熱リング体の中空部に複数個の冷却媒体給排口を設け、異なる冷却媒体給排口から順番またはランダムに給排して行うようにしたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール方法によれば、前記冷却媒体の供給冷却を、前記加熱リング体の中空部に複数個の冷却媒体給排口を設け、異なる冷却媒体給排口から順番またはランダムに給排して行うようにしており、異なる冷却媒体給排口から順番に、あるいはランダムに冷却媒体を供給・排出することで、加熱リング体を均一な温度に冷却できるようになり、これにより、次の加熱温度も均一にでき、安定したヒートシールを行うことができるようになる。
また、この発明の第９の構成の容器のヒートシール装置は、容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材を熱溶着してシールするシールヘッドを備えた容器のヒートシール装置であって、シールヘッド本体に設けられ前記フランジ部の形状に形成した熱溶着部材と、前記シールヘッド本体に設けられ前記熱溶着部材を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイルと、を備えることを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、シールヘッド本体に設けられフランジ部の形状に形成した熱溶着部材と、シールヘッド本体に設けられ熱溶着部材を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイルとを備えており、フランジ形状の熱溶着部材を高周波誘導加熱コイルで加熱することで、短時間にシールに必要な温度まで熱溶着部材を加熱でき、蓋材のシールに必要な形状のシールヘッドで、温度低下やヘッドスペースの気体の膨張の影響を抑えて高速で安定的にシールできるようになる。
さらに、この発明の第１０の構成の容器のヒートシール装置は、第９の構成に加え、前記熱溶着部材に、蓋材へ押圧したまま冷却し得る冷却媒体流路を設けてなることを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、熱溶着部材に、蓋材へ押圧したまま冷却し得る冷却媒体流路を設けてあり、シールヘッドの冷却を容易に行うことで、シール温度を高めてもシールヘッドを冷却して押圧を終えることで、シールヘッドに蓋材がくっつくことを防止でき、一層高速かつ安定的にシールできるようになる。
また、この発明の第１１の構成の容器のヒートシール装置は、第９の構成に加え、前記熱溶着部材の前記蓋材との押圧面に、非溶着部材を被覆してなることを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、熱溶着部材の蓋材との押圧面に、非溶着部材を被覆してあり、シール温度を高めてもシールヘッドの被覆でシールヘッドに蓋材がくっつくことを防止でき、一層高速かつ安定的にシールできるようになる。
さらに、この発明の第１２の構成の容器のヒートシール装置は、第１０または１１の構成に加え、前記熱溶着部材に、前記蓋材を冷却後に前記冷却媒体流路内の冷却媒体を排出し得る冷却媒体排出手段を設けたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、熱溶着部材に、蓋材を冷却後に冷却媒体流路内の冷却媒体を排出し得る冷却媒体排出手段を設けてあり、次の蓋材のシールのための加熱を一層短時間にできるようにし、高速かつ安定的にシールできるようになる。
また、この発明の第１３の構成の容器のヒートシール装置は、第９〜１２の構成のいずれかの構成に加え、前記シールヘッド本体に、前記熱溶着部材の加熱温度を保持し得る温度保持手段を設けたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、シールヘッド本体に、熱溶着部材の加熱温度を保持し得る温度保持手段を設けるようにしており、加熱冷却を行う温度範囲の基準となる温度までを温度保持手段で保持することで、加熱冷却を繰り返しても一層短時間に高速かつ安定的にシールできるようになる。
また、この発明の第１４の構成の容器のヒートシール装置は、容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材を載せ、シールヘッドを加熱押圧して蓋材を熱溶着してシールする容器のヒートシール装置であって、前記シールヘッドに設けられ前記フランジ部の形状に沿うように形成された加熱リング体と、この加熱リング体の内側に、磁気遮蔽板に挟持されて設けられる複数巻きの高周波誘導加熱コイルと、を備えることを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材を載せ、シールヘッドを加熱押圧して蓋材を熱溶着してシールする容器のヒートシール装置で、前記シールヘッドに設けられ前記フランジ部の形状に沿うように形成された加熱リング体と、この加熱リング体の内側に、磁気遮蔽板に挟持されて設けられる複数巻きの高周波誘導加熱コイルと、を備えており、フランジ形状に沿う形状の加熱リング体を磁気遮蔽板で挟まれた高周波誘導加熱コイルで加熱することで、加熱リング体を集中的に短時間にシールに必要な温度まで加熱でき、蓋材のシールに必要な形状のシールヘッドで、温度低下やヘッドスペースの気体の膨張の影響を抑えて高速で安定的にシールできるようになる。
さらに、この発明の第１５の構成の容器のヒートシール装置は、第１４の構成に加え、前記シールヘッドの加熱リング体を、中空体としてその内部に前記蓋材へ押圧したまま冷却し得る冷却媒体流路を設けるとともに、この冷却媒体流路に冷却媒体の給排位置を変更し得る複数個の冷却媒体給排口を形成してなることを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、前記シールヘッドの加熱リング体を、中空体としてその内部に前記蓋材へ押圧したまま冷却し得る冷却媒体流路を設けるとともに、この冷却媒体流路に冷却媒体の給排位置を変更し得る複数個の冷却媒体給排口を形成しており、加熱リング体を中空体とし内部を冷却媒体流路とし、複数の冷却媒体給排口から冷却媒体の給排位置を変更して冷却することで、シール温度を高めても加熱リング体を冷却して押圧を終えることで、加熱リング体に蓋材がくっつくことを防止でき、一層高速かつ安定的にシールでき、しかも均一に冷却でき、次の加熱も均一にできるようになる。
また、この発明の第１６の構成の容器のヒートシール装置は、第１４または１５の構成に加え、前記加熱リング体の前記蓋材との押圧面に、非溶着部材を被覆してなることを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、加熱リング体の蓋材との押圧面に、非溶着部材を被覆してあり、シール温度を高めても加熱リング体の被覆で加熱リング体に蓋材がくっつくことを防止でき、一層高速かつ安定的にシールできるようになる。
さらに、この発明の第１７の構成の容器のヒートシール装置は、第１５または１６の構成に加え、前記加熱リング体に、前記蓋材を冷却後に前記冷却媒体流路内の冷却媒体を排出し得る冷却媒体排出手段を設けたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、加熱リング体に、蓋材を冷却後に冷却媒体流路内の冷却媒体を排出し得る冷却媒体排出手段を設けてあり、次の蓋材のシールのための加熱を一層短時間にできるようにし、高速かつ安定的にシールできるようになる。
また、この発明の第１８の構成の容器のヒートシール装置は、第１４〜１７の構成のいずれかの構成に加え、前記シールヘッドに、前記加熱リング体の加熱温度を保持し得る温度保持手段を設けたことを特徴とするものである。
この容器のヒートシール装置によれば、シールヘッドに、加熱リング体の加熱温度を保持し得る温度保持手段を設けるようにしており、加熱冷却を行う温度範囲の基準となる温度までを温度保持手段で保持することで、加熱冷却を繰り返しても一層短時間に高速かつ安定的にシールできるようになる。

第１図はこの発明の容器のヒートシール方法およびその装置の一実施の形態にかかる容器を分解して示す組立図である。
第２図はこの発明の容器のヒートシール方法およびその装置の一実施の形態にかかるヒートシール装置の一実施の形態にかかる縦断面図である。
第３図はこの発明の容器のヒートシール方法およびその装置を高速連続ヒートシールを行うロータリ式ヒートシール装置に適用した一実施の形態にかかる概略平面図である。
第４図はこの発明の容器のヒートシール方法およびその装置の一実施の形態にかかるヒートシール装置の他の実施の形態にかかる概略構成図である。
第５図は第４図の実施の形態の概略縦断面図である。
第６図はこの発明の容器のヒートシール方法およびその装置の一実施の形態にかかる加熱冷却工程の説明図および温度変化の説明図である。
第７図は従来のヒートシール装置の概略構成図および横断面図である。
第８図はこの発明の加熱リング体の他の実施形態を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
第１図および第２図はこの発明の容器のヒートシール方法およびその装置の一実施の形態にかかり、第１図は容器を分解して示す組立図、第２図はヒートシール装置の一実施の形態にかかる縦断面図である。
この容器のヒートシール装置（以下、単にヒートシール装置とする。）２０では、例えば第１図に示すように、容器１０が容器本体１１と、これに被せられる蓋材１２とで構成される。この容器本体１１は、カップ状に形成され、上端開口部の周囲に外側に水平に張り出したフランジ部１１ａが形成されている。一方、蓋材１２は、その外周部にフランジ部１１ａに対応する水平に張り出すヒートシール部１２ａが形成され、この環状のヒートシール部１２ａの内側に、下方に突き出して容器内に位置する落し蓋部１２ｂが一体に形成されている。なお、蓋材１２としては、通常のヒートシール部１２ａを含む平板状で落し蓋部のない形状のものであっても良い。
このような容器１０の容器本体１１と蓋材１２とをヒートシールするヒートシール装置２０は、第２図に示すように、シールヘッド２１を備えている。
このシールヘッド２１を構成するシールヘッド本体２２には、蓋材１２のヒートシール部１２ａの形状に対応した同一形状、例えば中空リング状とされて熱溶着部材２３の下面が露出するように取り付けてある。この熱溶着部材２３の中空部２３ａは冷却媒体、例えば冷却水の流路とされ、冷却媒体配管２４が接続されて冷却媒体が供給・排出される。
このような熱溶着部材２３は高周波誘導加熱によって加熱可能な材料で形成され、例えば金属製としてある。
また、シールヘッド２１のシールヘッド本体２２の熱溶着部材２３の上部には、高周波加熱コイル２５が配置され、例えば熱溶着部材２３の上面と平行な水平面上で３回巻きとして構成され、端部の給電部材（フィーダ）２６を介して高周波電源と接続されるようになっている。この高周波加熱コイル２５も中空状とされ、内部に冷却媒体、例えば冷却水が冷却媒体配管２７を介して供給・排出できるようにしてある。
そして、これら熱溶着部材２３および高周波加熱コイル２５を取り囲むように強磁性体２８がシールヘッド本体２２内に装着されてシールヘッド２１が構成されており、このシールヘッド２１が図示しない昇降押圧機構を介して昇降および押圧できるようにしてある。
このヒートシール装置２０では、シールヘッド２１の下方に容器支持部材２９が設けられ、容器１０の容器本体１１のフランジ部１１ａの下面を支持するようになっている。
そして、容器支持部材２９で支持され内容物が充填された容器本体１１に蓋材１２が被せられ、容器本体１１のフランジ部１１ａと蓋材１２のヒートシール部１２ａとが重ねられたのち、容器支持部材２９とシールヘッド２１とで押圧できるようにしてある。
次に、このように構成したヒートシール装置２０の動作とともに、容器のヒートシール方法について、説明する。
通常、このようなヒートシール装置２０は、容器１０の充填ラインに設けられ、内容物を容器本体１１に充填後、蓋材１２を被せてヒートシールすることで密封する高速連続生産に用いられるが、ここでは、単体の容器のヒートシールを例に説明する。
容器支持部材２９でフランジ部１１ａが支持された容器本体１１に内容物が充填された後、容器本体１１に蓋材１２が被せられて容器本体１１のフランジ部１１ａと蓋材１２のヒートシール部１２ａとが重ねられるとともに、蓋材１２の落し蓋部１２ｂが容器本体１１のヘッドスペース内に突き出すように装着され、ヘッドスペース量を小さくしている。なお、蓋材として通常の平板状の落し蓋部のない形状のものの場合には、容器本体１１のフランジ部１１ａと蓋材１２のヒートシール部１２ａとを重ねるように被せる。
この蓋材１２の装着と並行してシールヘッド２１では、高周波加熱コイル２５に給電部材２６を介して高周波電源から高周波電流を流すことで、熱溶着部材２３の表面を加熱する。この高周波加熱コイル２５による加熱は、高周波誘導加熱によるもので、高周波電流によってできる高周波磁束が被加熱物である熱溶着部材２３を貫通して非常に密度の高いうず電流を誘導し、これによって熱溶着部材２３の表面が加熱されることになる。
このシールヘッド２１の加熱温度は、ヒートシールによって溶着される容器１０を構成する容器本体１１および蓋材１２を溶着して密封できる温度であれば良く、容器本体１１および蓋材１２の材料によって適宜決定して温度制御が行われる。なお、通常、ヒートシールに必要な温度、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂で蓋材を成形した場合や蓋材を積層構造とし内面シーラント材としてポリプロピレン（ｐｐ）樹脂を用いた場合などは１８０〜２２０℃とされる。
こうしてヒートシールに必要な温度まで加熱されたシールヘッド２１を、図示しない昇降押圧機構を介して、容器支持部材２９で支持され蓋材１２が被せられた容器本体１１のフランジ部１１ａに蓋材１２のヒートシール部１２ａを挟んで押し付ける。
すると、シールヘッド２１の加熱された熱溶着部材２３はフランジ部１１ａおよびヒートシール部１２ａの形状に対応した形状である同一形状に形成してあるので、ヒートシールに必要な部分のみが加熱・押圧され、所定温度でヒートシールが行われる。
このシールヘッド２１による加熱では、熱溶着部材２３の形状および蓋材１２の落し蓋部１２ｂを備える形状によって蓋材１２の中央部（落し蓋部１２ｂ）が直接加熱されることがなく、フランジ部１１ａおよびヒートシール部１２ａだけを直接加熱することで、高温でヒートシールしても容器本体１１のヘッドスペース内の気体の膨張を極力抑えることができるとともに、蓋材１２の伸びを押えて、これらの影響による密封不良を防止することができる。なお、蓋材１２が平板状であっても中央部が直接加熱されることが防止される。
そして、シールヘッド２１の熱溶着部材２３を蓋材１２のヒートシール部１２ａに押し付けた状態のまま熱溶着部材２３の中空部２３ａに冷却媒体配管２４を介して冷却媒体として冷却水を供給して強制的に冷却を行った後、シールヘッド２１を昇降押圧機構を介して上昇させることで、１つの容器１０のヒートシールが完了する。
これにより、ヒートシールのための加熱温度を高くしても、シールヘッド２１の熱溶着部材２３を冷却して押圧を終えるため、シールヘッド２１の熱溶着部材２３の表面などに蓋材１２（のヒートシール用フィルムなどの包材）がくっつくことを防止でき、高速かつ安定的なヒートシールを行うことができる。そのため、従来、熱溶着しにくいといわれている材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル樹脂やナイロンなどのポリアミド樹脂を蓋材として用いてもヒートシールすることが可能となり、適用できる材料の範囲を拡大することができる。
また、シールヘッド２１の少なくとも熱溶着部材２３の蓋材１２のヒートシール部１２ａと接する表面に、蓋材１２のヒートシール部１２との熱溶着を防止する材料、例えばフッ素系樹脂やポリイミドなどを被覆した被覆層３０を形成しておくことで、蓋材１２がくっつくことを一層完全に防止することができる。
一方、次の容器のヒートシールに備えるため、熱溶着部材２３の中空部２３ａに供給していた冷却媒体を冷却媒体排出手段３１を設けて排出することで、次の加熱を容易かつ短時間にできるようにしても良い。この冷却媒体排出手段３１としては、冷却媒体配管２４に、例えば切換弁３２を設けて冷却媒体よりも熱容量の小さい流体、例えば圧縮した空気３３を供給可能とし、冷却媒体を熱溶着部材２３の中空部２３ａから排出回収すると同時に空気で置換するようにする。
これにより、熱溶着部材２３の中空部２３ａ内の冷却媒体としての冷却水に比べ、熱容量の小さい空気と置換することで、加熱時間を短縮することが可能となり、ヒートシールの高速化を図ることができる。
さらに、シールヘッド２１の冷却後、次のヒートシールまでの加熱を一層短時間にできるようにするため、シールヘッド本体２２の熱溶着部材２３に隣接して温度保持手段を構成する電気ヒータ３４を設置しておき、蓋材１２のくっつきを防止できる温度まで冷却した後、これ以上温度が低下しないように温度制御するようにし、加熱・冷却を行う温度範囲の基準となる温度（温度範囲の最低温度）までを保持するようにする。
これにより、シールヘッド２１の熱溶着部材２３を高周波加熱コイル２５によって高周波誘導加熱を行う場合でも、すでにヒートシールに必要な最低温度まで温度保持手段を構成する電気ヒータ３４などで温度が保持されるので、この温度範囲の最低温度を基準（加熱開始温度）として加熱すれば良く、一層短時間に熱溶着部材２３をヒートシール温度まで加熱することができる。
このようなヒートシール装置２０を用いて高速連続ヒートシールを行う場合には、例えば、第３図に概略平面配置を示すようなロータリ式ヒートシール装置４０（以下、単にヒートシール装置４０とする。）として構成する。
このヒートシール装置４０では、内容物が充填された容器本体１１を搬送するロータリ式の容器本体搬送機構４１の容器本体供給機構Ａで容器本体のヘッドスペースを不活性ガスなどで置換しながら蓋材供給位置Ｂへ搬送し、この蓋材供給位置Ｂで、蓋材１２の蓋材スタック位置Ｃからロータリ式の蓋材搬送機構４２で搬送された蓋材１２を容器本体１１に被せた後、容器本体搬送機構４１の加熱位置Ｄに回転搬送する。
そして、この加熱位置Ｄで、高周波誘導加熱コイル２５で誘導加熱したシールヘッド２１を下降して蓋材１２のヒートシール部１２ａを加熱押圧し、この押圧状態を保持したまま、冷却位置Ｅに回転搬送する。
そして、この冷却位置Ｅで冷却媒体配管２４から冷却媒体である冷却水を熱溶着部材２３の中空部２３ａに供給して冷却を開始し、容器排出位置Ｆでシールヘッド２１を上昇させるとともに、ヒートシールが完了した容器１０を排出する。
こうして蓋材供給位置Ｂから容器排出位置Ｆまで回転搬送する間で、１つの容器のヒートシールが完了するが、シールヘッド２１を容器排出位置Ｆから加熱位置Ｄに戻す間に、Ｇの位置などで冷却媒体の排出や次のヒートシールに必要な高周波誘導加熱を行うようにする。
このようなロータリ式の搬送機構と組み合わせたヒートシール装置４０によれば、シールヘッドを押圧した状態を保持したまま冷却してヒートシールを終わることができ、高速で連続的にヒートシールすることが可能となり、例えば、従来のヒートシールの速度が毎分２０〜３０個であるのに比べ、このヒートシール装置４０によれば、毎分６００個程度の高速シールを行うことが可能となる。
第４図はヒートシール装置の他の実施の形態にかかる概略構成図、第５図は第４図の実施の形態の概略縦断面図である。
ヒートシールするヒートシール装置２０は、第４図および第５図に示すように、装置フレーム１２１の上部下面に取り付けられるシールヘッド１２２を備えている。
このシールヘッド１２２は、シールヘッド本体１２３を備えており、このシールヘッド本体１２３が円筒状の中心部材１２３ａと、外周の環状の環状部材１２３ｂとで構成され、装置フレーム１２１に同心状に取り付けることで、中心部材１２３ａと環状部材１２３ｂとの環状の溝１２３ｃが容器１０のフランジ部１１ａの形状と同一の蓋材１２のヒートシール部１２ａの形状に対応した形状のリング状の溝が形成されている。
このシールヘッド本体１２３の環状の溝１２３ｃには、容器１０のフランジ部１１ａの形状であるヒートシール部１２ａの形状に沿うように形成した加熱リング体１２４が取り付けてある。
この加熱リング体１２４は、上方が開口した横断面がコ字状のリング溝形状とされ、上部両端に外側に突き出すフランジ１２４ａが形成され、シールヘッド本体１２３の下端面に形成された段差部にフランジ１２４ａが当てられて加熱リング体１２４の溝底部１２４ｂが下方に露出するように配置され、円板状およびリング状の押え板１２３ｄ，１２３ｅで挟むようにして取り付けてある。これにより、装置フレーム１２１、シールヘッド本体１２３、加熱リング体１２４でリンク状の空間が形成される。
また、この加熱リング体１２４の溝底部１２４ｂは、中空状とされて中空体を構成するようにしてあり、この中空部１２４ｃが冷却媒体、例えば冷却水の流路とされ、複数個の冷却媒体給排口１２４ｄが設けられ、図示例では２個対角位置に設けられてそれぞれに冷却媒体配管１２５が接続されて冷却媒体がいずれからも供給・排出できるようにしてある。
このような加熱リング体１２４は高周波誘導加熱によって加熱可能な材料で形成され、例えば金属製としてある。
また、シールヘッド１２２のシールヘッド本体１２３と加熱リング体１２４とのリング状の空間には、高周波誘導加熱コイル１２６が配置されて両側が磁気遮蔽板１２７で挟まれている。この高周波誘導加熱コイル１２６は、例えば水平方向および垂直方向に複数巻きとして構成され、端部の給電部材（フィーダ）１２８ａを介して高周波発振機１２８と接続されるようになっている。この高周波誘導加熱コイル１２６は中空状とされ、内部に冷却媒体、例えば冷却水が図示しない冷却媒体配管を介して供給・排出できるようにしてある。
このようなシールヘッド１２２と対向して装置フレーム１２１の下方には、容器支持部材１２９が設けられ、容器１０の容器本体１１のフランジ部１１ａの下面を支持するようになっている。
このヒートシール装置２０では、容器支持部材１２９で支持され、内容物が充填された容器本体１１に蓋材１２が被せられ、容器本体１１のフランジ部１１ａと蓋材１２のヒートシール部１２ａとが重ねられたのち、容器支持部材１２９とシールヘッド１２２とで押圧できるように昇降押圧機構１３０が設けてある。
この昇降押圧機構１３０は、装置フレーム１２１の底部に取り付けたエアシリンダ１３１を介して容器支持部材１２９が取り付けてあり、容器支持部材１２９を上昇し、さらにロッドを伸張することで、容器支持部材１２９とシールヘッド１２２とで容器本体１１のフランジ部１１ａに重ねられた蓋材１２のヒートシール部１２ａを押圧できるようにしてある。
なお、容器本体１１のフランジ部１１ａに重ねられた蓋材１２のヒートシール部１２ａの押圧を容器支持部材１２９を昇降して行う場合に限らず、シールヘッド１２２を昇降させて行うように構成しても良い。
次に、このように構成したヒートシール装置２０の動作とともに、容器のヒートシール方法について、説明する。
通常、このようなヒートシール装置２０は、容器１０の充填ラインに設けられ、内容物を容器本体１１に充填後、蓋材１２を被せてヒートシールすることで密封する高速連続生産などに好適に用いられるが、ここでは、単体の容器のヒートシールを例に説明する。
容器支持部材１２９でフランジ部１１ａが支持された容器本体１１に内容物が充填された後、容器本体１１に蓋材１２が被せられて容器本体１１のフランジ部１１ａと蓋材１２のヒートシール部１２ａとが重ねられるとともに、蓋材１２の落し蓋部１２ｂが容器本体１１のヘッドスペース内に突き出すように装着され、ヘッドスペース量を小さくしている。なお、蓋材として通常の平板状の落し蓋部のない形状のヒートシール蓋などの場合には、第４図および第５図に示すように、容器本体１１のフランジ部１１ａと蓋材１２のヒートシール部１２ａとを重ねるように被せる。
この蓋材１２の装着と並行してシールヘッド１２２では、高周波誘導加熱コイル１２６に給電部材１２８ａを介して高周波発振器１２８から高周波電流を流すことで、加熱リング体１２４の溝底部１２４ｂの表面を加熱する。この高周波誘導加熱コイル１２６による加熱は、高周波誘導加熱によるもので、高周波電流によってできる高周波磁束が被加熱物である加熱リング体１２４を貫通して非常に密度の高いうず電流を誘導し、これによって加熱リング体１２４の溝底部１２４ｂの表面が加熱されることになる。
このシールヘッド１２２の加熱リング体１２４の加熱温度は、ヒートシールによって溶着される容器１０を構成する容器本体１１および蓋材１２を溶着して密封できる温度であれば良く、容器本体１１および蓋材１２の材料によって適宜決定して通電時間を調整するなどして温度制御が行われる。なお、通常、ヒートシールに必要な温度、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂で蓋材を成形した場合や蓋材を積層構造とし内面シーラント材としてポリプロピレン（ｐｐ）樹脂を用いた場合などは１８０〜２２０℃とされる。
こうしてヒートシールに必要な温度まで加熱リング体１２４が加熱されたシールヘッド１２２に、昇降押圧機構１３０のエアシリンダ１３１を操作して、容器支持部材１２９で支持され蓋材１２が被せられた容器本体１１のフランジ部１１ａと蓋材１２のヒートシール部１２ａを重ねた状態で上昇させて押し付ける。
すると、シールヘッド１２２の加熱された加熱リング体１２４はフランジ部１１ａおよびヒートシール部１２ａの形状に沿った形状（同一形状）に形成してあるので、ヒートシールに必要な部分のみが加熱・押圧され、所定温度でヒートシールが行われる。
そして、このヒートシール装置２０による加熱冷却工程およびこれらの状態での温度変化は、第６図に示すように、加熱リング体１２４が所定温度まで加熱された後、例えば１８０℃に加熱された後、高周波発振器１２８による加熱を停止し、昇降押圧機構１３０による押圧状態のみが保持される。
このシールヘッド１２２による加熱では、加熱リング体１２４の形状および蓋材１２の落し蓋部１２ｂを備える形状によって蓋材１２の中央部（落し蓋部１２ｂ）が直接加熱されることがなく、フランジ部１１ａおよびヒートシール部１２ａだけを直接加熱することで、高温でヒートシールしても容器本体１１のヘッドスペース内の気体の膨張を極力抑えることができるとともに、蓋材１２の伸びを押えて、これらの影響による密封不良を防止することができる。なお、蓋材１２が、第４図および第５図に示すように、平板状であっても中央部が直接加熱されることが防止される。
また、加熱リング体１２４が横断面コ字状のリング溝状に形成してあるので、薄肉で熱容量が小さく、水平方向および垂直方向にそれぞれ複数巻とした高周波誘導加熱コイル１２６で、短時間に高温まで加熱することができ、通電を停止した後の温度低下も小さく、所定温度維持することができ、ヒートシールに必要な時間加熱リング体１２４を押し付けて保持することで密封することができる。
こうしてシールヘッド１２２の加熱リング体１２４による熱溶着が加熱リング体１２４を保持することで行われた後、加熱リング体１２４を蓋材１２のヒートシール部１２ａに押し付けた状態のまま加熱リング体１２４の中空部１２４ｃで構成された冷却媒体流路に設けられた冷却媒体給排口１２４ｄの１つを供給口とし、もう１つを排出口として冷却媒体配管１２５を介して冷却媒体として冷却水を供給して強制的に冷却を行い、所定温度まで冷却された後、容器支持部材１２９を昇降押圧機構１３０で下降させることで、１つの容器１０のヒートシールが完了する。なお、容器１０の下降後も所定温度まで加熱リング体１２４の冷却が継続され、さらに後述する水切りが行われる（第６図参照）。
これにより、ヒートシールのための加熱温度を高くして加熱時間を短縮するなどしても、シールヘッド１２２の加熱リング体１２４を冷却して押圧を終えるため、シールヘッド１２２の加熱リング体１２４の表面などに蓋材１２（のヒートシール用フィルムなどの包材）がくっつくことを防止でき、高速かつ安定的なヒートシールを行うことができる。また、加熱リング体１２４が溝形状で薄肉のため、熱容量が小さく、短時間に冷却することができる。
第８図は加熱リング体の他の実施形態を示す。
第８図の加熱リング体２２４において図５の加熱リング体と同一構成要素は同一符号で示しその説明を省略する。
この加熱リング体２２４は上下に２分割されており、上側部分２２４ａは中心部材１２３ａと一体に合成樹脂、たとえばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂などで形成し、下側部分２２４ｂを金属製とし、これらの間隙部２２６に冷却媒体を供給するようになっている。上側部分２２４ａと下側部分２２４ｂとの間はＯリング２２７によりシールされている。符合２２８はブランクプラグ、２２９は加熱リング体押え部材である。
このようなヒートシール装置２０によれば、従来、熱溶着しにくいといわれている材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル樹脂やナイロンなどのポリアミド樹脂といった比較的融点の高い樹脂を蓋材として用いてもヒートシールすることが可能となり、適用できる材料の範囲を大幅に拡大することができる。加えて、蓋材の厚さを厚くすることもでき、例えば射出成形によって形成される成形蓋などにも適用可能となる。そして、このような蓋材の材料を変更した場合でも、所定温度まで加熱リング体２４を加熱後、通電を停止したまま、冷却開始までの時間、加熱リング体１２４の押圧状態を保持することで、その材料に必要な熱溶着温度および時間を確保することができる。
また、シールヘッド１２２の少なくとも加熱リング体１２４の蓋材１２のヒートシール部１２ａと接する表面に、第５図中に拡大して示すように、蓋材１２のヒートシール部１２との熱溶着を防止する材料、例えばフッ素系樹脂やポリイミドなどを被覆した被覆層１２４ｅを形成しておくことで、蓋材１２がくっつくことを一層完全に防止することができる。
一方、次の容器のヒートシールに備えるため、加熱リング体１２４の中空部１２４ｃに供給していた冷却媒体を図示しない冷却媒体排出手段を設けて排出することで、簡単に水切りができ、次の加熱の際に中空部１２４ｃ内の冷却水を加熱する必要がなく、容易かつ短時間に加熱リング体１２４を加熱できるようにしても良い。
この冷却媒体排出手段としては、冷却媒体配管１２５に、例えば切換弁を設けて冷却媒体よりも熱容量の小さい流体、例えば圧縮した空気を供給可能とし、冷却媒体を加熱リング体１２４の中空部１２４ｃから排出回収すると同時に空気で置換するようにする。
これにより、熱溶着部材１２３の中空部１２３ａ内の冷却媒体としての冷却水に比べ、熱容量の小さい空気と置換することで、加熱時間を短縮することが可能となり、ヒートシールの高速化を図ることができる。
さらに、シールヘッド１２２の冷却後、次のヒートシールまでの加熱を一層短時間にできるようにするため、シールヘッド本体１２３の加熱リング体１２４に隣接して温度保持手段を構成する電気ヒータを設置しておき、蓋材１２のくっつきを防止できる温度まで冷却した後、これ以上温度が低下しないように温度制御するようにし、加熱・冷却を行う温度範囲の基準となる温度（温度範囲の最低温度）を保持することが望ましい。
これにより、シールヘッド１２２の加熱リング体１２４を高周波誘導加熱コイル１２６によって高周波誘導加熱を行う場合でも、すでにヒートシールに必要な最低温度まで温度保持手段を構成する電気ヒータなどで温度が保持されるので、この温度範囲の最低温度を基準（加熱開始温度）として加熱すれば良く、一層短時間に加熱リング体１２４をヒートシール温度まで加熱することができる。
さらに、次の容器のヒートシールを終えた後、加熱リング体１２４を冷却する場合に、冷却媒体の供給を異なる冷却媒体給排口１２４ｄから供給し、排出するようにすることで、加熱リング体１２４の冷却媒体の入口部分の温度が低くなり、冷却媒体の出口部分の温度が高くなることを防止でき、加熱冷却を繰り返しても均一に冷却することができる。これにより、その後の加熱による加熱リング体１２４の温度も均一にでき、安定した品質でヒートシールを行うことができる。
なお、上記実施の形態では、加熱リング体１２４に２つの冷却媒体給排口１２４ｄを対角位置に設けてあり、容器１０が変わるごとに交互に冷却媒体の供給口と排出口にして冷却するようにしているが、冷却媒体給排口をさらに多く設け、順番に供給口と排出口に変えて冷却するようにしたり、加熱リング体１２４の各部の温度を検出するなどで温度分布が生じないように変えるなどランダムな位置から供給し、排出するようにしても良い。さらに、冷却媒体の供給を複数箇所から同時に行い、複数箇所や一箇所から排出するようにしたり、１箇所から供給し、複数箇所から排出するようにしても良い。
なお、上記実施の形態では、容器としてカップ状の容器本体に落し蓋部を備えた蓋材や平坦な蓋材を被せて構成する場合を例に説明したが、これに限らずトレイ状など他の形状の容器本体と蓋材であっても良い。
また、上記の実施の形態では、容器のヒートシール時、シールヘッドまたは容器支持部材のいずれかが昇降して容器をヒートシールすることを説明したが、上記実施の形態で説明したものとは逆の容器支持部材またはシールヘッドを昇降させてヒートシールすることもできる。
また、蓋材の材質や加熱条件などによっては、冷却媒体の供給を省略することもでき、この場合、ヒートシール工程全体の時間を短縮したり、加熱時間を多めにとることも可能である。
また、容器に充填する内容物としては、高速連続でのヒートシールが可能であることから、従来から金属缶やＰＥＴボトルなどに充填されている飲料などを充填して高速シールするようにしても良く、その他固形物を含む調理食品や粘調性のある食品などを充填して高速シールするようにしても良い。

本発明によれば、容器のヒートシール方法および装置として適用することができ、特に紙や合成樹脂のカップ状などの容器本体にフイルム状の蓋材をヒートシールする場合に、高速かつ安定的にヒートシールを実施することができる。

Claims (18)

1. 容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材を熱溶着してシールするに際し、
   前記容器のフランジ部の形状に形成されたシールヘッドを高周波誘導加熱し、この加熱されたシールヘッドを押圧して蓋材を溶着するようにしたことを特徴とする容器のヒートシール方法。
2. 前記シールヘッドを加熱し押圧したまま、当該シールドヘッドを冷却するようにしたことを特徴とする請求項１記載の容器のヒートシール方法。
3. 前記シールヘッドの冷却を、当該シールヘッド内に冷却媒体を供給して行うようにしたことを特徴とする請求項２記載の容器のヒートシール方法。
4. 容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材をシールヘッドを介して熱溶着してシールするに際し、
   前記シールヘッドは、前記容器のフランジ部の形状に沿うように形成された加熱リング体と、
   この加熱リング体の内側に磁気遮蔽板を介して設けられる高周波誘導加熱コイルとを備え、
   この高周波誘導加熱コイルで前記加熱リング体を高周波誘導加熱し、この加熱リング体を押圧して前記蓋材を溶着するようにしたことを特徴とする容器のヒートシール方法。
5. 前記加熱リング体が所定温度まで加熱された後前記高周波誘導加熱コイルへの通電を停止し、所定時間当該加熱リング体で押圧保持するようにしたことを特徴とする請求項４記載の容器のヒートシール方法。
6. 前記加熱リング体で押圧したまま、当該加熱リング体を冷却するようにしたことを特徴とする請求項４または５記載の容器のヒートシール方法。
7. 前記加熱リング体の冷却を、当該加熱リング体を中空体としてその内部に冷却媒体を供給して行うようにしたことを特徴とする請求項６記載の容器のヒートシール方法。
8. 前記冷却媒体の供給冷却を、前記加熱リング体の中空部に複数個の冷却媒体給排口を設け、異なる冷却媒体給排口から順番またはランダムに給排して行うようにしたことを特徴とする請求項７記載の容器のヒートシール方法。
9. 容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材を熱溶着してシールするシールヘッドを備えた容器のヒートシール装置であって、
   シールヘッド本体に設けられ前記フランジ部の形状に形成した熱溶着部材と、
   前記シールヘッド本体に設けられ前記熱溶着部材を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイルと、を備えることを特徴とする容器のヒートシール装置。
10. 前記熱溶着部材に、蓋材へ押圧したまま冷却し得る冷却媒体流路を設けてなることを特徴とする請求項９記載の容器のヒートシール装置。
11. 前記熱溶着部材の前記蓋材との押圧面に、非溶着部材を被覆してなることを特徴とする請求項９または１０記載の容器のヒートシール装置。
12. 前記熱溶着部材に、前記蓋材を冷却後に前記冷却媒体流路内の冷却媒体を排出し得る冷却媒体排出手段を設けたことを特徴とする請求項１０または１１記載の容器のヒートシール装置。
13. 前記シールヘッド本体に、前記熱溶着部材の加熱温度を保持し得る温度保持手段を設けたことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の容器のヒートシール装置。
14. 容器の開口部に設けられたフランジ部に蓋材を載せ、シールヘッドを加熱押圧して蓋材を熱溶着してシールする容器のヒートシール装置であって、
    前記シールヘッドに設けられ前記フランジ部の形状に沿うように形成された加熱リング体と、
    この加熱リング体の内側に、磁気遮蔽板に挟持されて設けられる複数巻きの高周波誘導加熱コイルと、を備えることを特徴とする容器のヒートシール装置。
15. 前記シールヘッドの加熱リング体を、中空体としてその内部に前記蓋材へ押圧したまま冷却し得る冷却媒体流路を設けるとともに、この冷却媒体流路に冷却媒体の給排位置を変更し得る複数個の冷却媒体給排口を形成してなることを特徴とする請求項１４記載の容器のヒートシール装置。
16. 前記加熱リング体の前記蓋材との押圧面に、非溶着部材を被覆してなることを特徴とする請求項１４または１５記載の容器のヒートシール装置。
17. 前記加熱リング体に、前記蓋材を冷却後に前記冷却媒体流路内の冷却媒体を排出し得る冷却媒体排出手段を設けたことを特徴とする請求項１５または１６記載の容器のヒートシール装置。
18. 前記シールヘッドに、前記加熱リング体の加熱温度を保持し得る温度保持手段を設けたことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の容器のヒートシール装置。

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