(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重のウェブの両側面を押圧しながら加熱溶融して前記ウェブの一部を封止するためのシール圧力を前記ウェブの外側から直接与える部材である一対の封止ジョーと、
一方の封止ジョーの両端に設けた一対のフックと、
他方の封止ジョーの両端に設けた、前記一方の封止ジョーの対応するフックと係止可能な一対のフックと、
各封止ジョーの対応するフック同士をそれぞれ係止させた状態で、引張力の反作用として両ウェブの一部にシール圧力が生じるために必要な引張力を与える、一対の封止ジョーのいずれかに設けたフックの引張力付与部材と、
一方の封止ジョーのフックに設けた歪み測定計と、
該歪み測定計の測定歪み量から圧力換算した値を時間経過に従って連続的に記録したデータとして保持すると共に過去の所定の前記ウェブの密封シール作業回数分の前記データを保存するために設けたデータ記録装置と
を備えたことを特徴とするウェブのシール装置。
【請求項２】
請求項１記載のウェブのシール装置を備えたことを特徴とする板状ウェブを管状ウェブに成形し、該管状ウェブ内に流動性内容物を充填して包装容器を製造することを特徴とする包装容器製造装置。
【請求項３】
請求項１記載のウェブのシール装置の歪み測定計で測定された封止ジョーの一対のフックの歪み量から圧力換算した値を時間経過に従って連続的に記録したデータと予め設定されたマスタデータと比較して前記マスタデータとほぼ同一波形になるようにシール圧力を制御することを特徴とするウェブのシール方法。
【請求項４】
板状ウェブを管状ウェブに成形し、該管状ウェブ内に流動性充填液を充填した後、請求項１記載のウェブのシール装置を用いて管状ウェブの両側面を押圧しながら加熱溶融して管状ウェブの一部を封止することを特徴とするウェブのシール方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二重のウェブの側面を押圧しながらシールする方法と装置に関し、特に板状ウェブから管状のウェブに変形し、該管状ウェブ内に流動性食品などの内容物を充填する包装容器の製造方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロール状に巻き取られた板状ウェブを連続的に巻き戻しながら移動させ、徐々に管状に成形し、ウェブの長手方向に直交する方向の両端部がわずかに重なる位置でウェブを連続的に接着し、その中へ流動性食品などの充填液を充填し、充填液が満杯状態である包装容器を連続的に形成するために、充填液面下において密封してウェブ長手方向に直交する方向にシール（以下、横シールということがある。）し、その後、該横シール部の幅方向のほぼ中央部を切断するという一連の動作を繰り返すことによって液充填包装容器を形成し、最終的には平行６面体の容器を作製する。
【０００３】
ウェブ中へ流動性食品などの充填液を充填する際には、ウェブの両側からウェブを押圧して横シールするための一対の封止ジョーが２組設けられており、各々一対の封止ジョーは下方に搬送中の管状ウェブを挟持して下方に引っ張りながらウェブと共に移動し、所定距離下降した後に、前述のように横シール部分のほぼ中央部を切断すると同時にウェブの封止状態を開放して管状ウェブの下降への搬送力を解き、互いに離間する方向に移動し、所定距離だけ上昇して再び管状ウェブの封止を行う動作を繰り返す。
【０００４】
管状ウェブは、その内側から順にポリエチレンフィルム層、接着剤層、アルミ箔層、紙層及びポリエチレンフィルム層を積層した多層構造体であり、この管状ウェブの横シールは前記一対の封止ジョーを用いてポリエチレンフィルム層を加熱溶融して行う。
【０００５】
一対の封止ジョーは例えば図２、図３に示すようにヒートシールするための熱シールジョー７ａと熱シールジョー７ａからの加圧力を受ける受圧ジョー７ｂからなり（図２には熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂの組と熱シールジョー７ａ’と受圧ジョー７ｂ’の組があるが、以後熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂの組で説明する）、熱シールジョー７ａのウェブＷ表面との当接部分にはインダクタ８が設けられ、受圧ジョー７ｂのウェブＷとの当接部分には受圧バー９と横シール部の幅方向の中央を切断するカッター１１が設けられている。さらに、熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂの両端にはそれぞれフック１６ａとフック１６ｂが設けられており、この熱シールジョー７ａのフック１６ａと受圧ジョー７ｂのフック１６ｂを互いに係合させて、その係合力をフック１６ａの液体圧シリンダ１８の作動油圧を調整することでインダクタ８と受圧バー９とに挟持されたウェブＷの横シール時の押圧力を制御する。
【０００６】
そして、一対の封止ジョー７の熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂがウェブの両側を押圧する際には熱シールジョー７ａのインダクタ８によりウェブＷのアルミ箔にうず電流を流すことで、誘導加熱による熱を発生させ、この熱でポリエチレンフィルム層を溶融させてウェブＷを横シールする。
【０００７】
ウェブの横シールは図７に示すように、次のような６段階のプロセスで行われる。
▲１▼液面下のウェブ内の充填液の排除
▲２▼ウェブの外部からの所定出力で所定時間の間の加熱
▲３▼ウェブの冷却
▲４▼横シール部分の切断（枕状容器の分離）
▲５▼ウェブの保持
▲６▼所定出力で所定時間の間の加圧
【０００８】
以上６段階からなる工程によりウェブは横シールされるが、図７に示す通り、▲６▼の加圧工程は▲１▼〜▲５▼の工程の間を通してウエブを加圧するものである。
上記▲１▼の横シール部分のウェブ内の充填液の排除は図８に示すように、熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂがウェブＷの両側を押圧する際にウエブＷ内部の横シール部分に残存する充填液を排除するための工程である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上記横シールプロセスの▲１▼〜▲６▼のサイクルにおける、横シール用のウェブ押圧力をフック１６ａ、１６ｂの係合力を調整する液体圧シリンダ１８の作動油圧力発生器をアナログ式のゲージで目視確認しながら管理していたので、ウェブＷに直接作用するシール圧力を確認しながら行っていたのではなかった。
【００１０】
そして、多くの場合には、上記▲１▼〜▲６▼のサイクルは最終製品である６面体形状の包装容器１ケ当たり１秒以下の短い時間内に行われる。
しかし、包装容器１ケ当たり１秒以下という非常に短い時間内に行われる上記液面下の横シールのプロセスが、毎回その動作が確実に行われているかどうかをリアルタイムに検出することはできなかった。
【００１１】
そこで、本発明の課題は液面下のウェブの横シール圧力を直接監視することによって、シール不良の発生をリアルタイムに検出したり、メモリ内に保存したデータから異常発生の原因を究明し易くすることである。
また、本発明の課題はウェブのシール性を完全にして、包装容器などのウェブ成型品の不良品発生のおそれが無いシール装置および該シール装置を備えた包装容器製造装置と包装容器製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は次の構成によって解決される。
すなわち、請求項１記載の発明は、二重のウェブの両側面を押圧しながら加熱溶融して前記ウェブの一部を封止するためのシール圧力を前記ウェブの外側から直接与える部材である一対の封止ジョーと、一方の封止ジョーの両端に設けた一対のフックと、他方の封止ジョーの両端に設けた、前記一方の封止ジョーの対応するフックと係止可能な一対のフックと、各封止ジョーの対応するフック同士をそれぞれ係止させた状態で、引張力の反作用として両ウェブの一部にシール圧力が生じるために必要な引張力を与える、一対の封止ジョーのいずれかに設けたフックの引張力付与部材と、一方の封止ジョーのフックに設けた歪み測定計と、該歪み測定計の測定歪み量から圧力換算した値を時間経過に従って連続的に記録したデータとして保持すると共に過去の所定の前記ウェブの密封シール作業回数分の前記データを保存するために設けたデータ記録装置とを備えたウェブのシール装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のウェブのシール装置を備えたことを特徴とする板状ウェブを管状ウェブに成形し、該管状ウェブ内に流動性内容物を充填して包装容器を製造する包装容器製造装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のウェブのシール装置の歪み測定計で測定された封止ジョーの一対のフックの歪み量から圧力換算した値を時間経過に従って連続的に記録したデータと予め設定されたマスタデータと比較して前記マスタデータとほぼ同一波形になるようにシール圧力を制御するウェブのシール方法である。
請求項４記載の発明は、板状ウェブを管状ウェブに成形し、該管状ウェブ内に流動性充填液を充填した後、請求項１記載のウェブのシール装置を用いて管状ウェブの両側面を押圧しながら加熱溶融して管状ウェブの一部を封止するウェブのシール方法である。
【００１３】
また、上記シール方法と装置において、測定された歪み量から圧力換算した値を時間経過に従って連続的に記録したデータと予め設定されたマスタデータと比較して前記マスタデータとほぼ同一波形になるようにシール圧力を制御することが望ましい。
【００１４】
また、本発明は前記ウェブのシール方法または装置をそれぞれ板状ウェブを管状ウェブに成形し、該管状ウェブ内に流動性内容物を充填して包装容器を製造する包装容器製造方法または包装容器製造装置に適用した場合も含まれる。
【００１５】
一般的なウェブＷのシール性の良否を決める要因として、シール用の加圧手段の▲１▼加圧時間、▲２▼加圧温度（熱量）および▲３▼加圧力があるが、この内、封止ジョーの駆動装置は▲１▼加圧時間および▲３▼加圧力を受け持つ。完全なシール性を保障するための▲１▼加圧時間の要因としては具体的には、搬送中のウェブＷを封止ジョーで加圧している時間といつ加圧するかを決める加圧タイミングである。
【００１６】
実際の封止ジョーの駆動装置を構成する部材（図１ではカム１２など）の圧力の発生は、封止ジョーの駆動装置（図１のシャフト６の駆動用モータ（図示せず）など）からの加圧指令が出ることにより行われ、またその加圧力は前記加圧指令により、決められた時間の間、所定の加圧力が発生するように制御される。
【００１７】
したがって、ウェブＷのシール性を左右する要因としての▲１▼加圧時間の要因である加圧している時間と加圧タイミングは制御対象として調整し易いが、従来は一対のカムによるウェブＷに作用する▲３▼加圧力そのものの測定は直接していなかった。
【００１８】
しかし、本発明では二重のウェブの両側面を押圧しながら加熱溶融して両ウェブの一部を封止するためのシール圧力をウェブに直接与え、しかも測定誤差となる要因の少ない部材（例えば、図３のフック１６など）の歪み量を直接測定し、該測定された歪み量から圧力換算した値を時間経過と共に連続的に記録したデータとして保持し、該データと予め設定されたマスタデータと比較してシール状態を監視する。
【００１９】
こうして、ウェブに作用する圧力を直接測定して、その結果を▲１▼加圧時間、加圧タイミングの調整、一対の封止ジョーの駆動装置を構成する部材（図１ではカム１２、図３のフック１６など）の取り付け位置の調整またはシール圧力をウェブに直接与える部材（例えば、図３のフック１６など）の付勢力の調整などに反映させて、ウェブのシールの確実性が保障できるようになる。
【００２０】
本発明のウェブのシール装置を非常に短い時間のサイクル（例えば１秒間以内）で行われるシール作業のため、高い精度が要求される包装容器製造機械に適用すると、最終の包装容器に不良品が発生することがなくなった。
【００２１】
本発明は６面体形状の包装容器の製造だけでなくゲーブルトップ形状の包装容器製造にも適用できる。また、本発明は紙、プラスチック製品などのウェブのシールに用いることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の一実施例の包装容器製造装置は図１に要部外観図を示し、図２に図１の包装容器製造装置に用いる作動中の２組の一対の封止ジョー７の側面図を示し、図３に図２のＡ−Ａ矢視図と封止ジョー７の係合手段と加熱手段の制御機構図を示し、図４には図３の封止ジョー７の係合手段が互いに離間した時の状態を示す。また、図５には横シールのための封止ジョーの圧力発生システムを示す図である。
【００２３】
本実施例の包装容器製造装置は板状のウェブＷから内容物が内部に充填される包装容器を製造する包装容器製造装置であり、図１に示すようにロール状に巻き取られた板状ウェブＷから管状ウェブＷを成形し、該管状ウェブＷの両端を縦方向にシール（縦シール）して、その内部に内容物を充填して、管状ウェブＷから容器１ケ分に相当する長さに切断し、パック状の内容物が充填された枕状容器Ｐとし、これを最終製品である６面体の包装容器Ｃとするものである。
【００２４】
上記包装容器製造機械では、リワインダ１のロール状ウェブＷが巻き戻され、巻き戻された板状ウェブＷは、該ウェブＷにテンションを常に掛けておくためのテンション付勢装置２を介してチューブ成形装置３に送られ、ここで板状ウェブＷは成形されながら管状ウェブＷに変形され、管状ウェブＷのウェブＷ流れ方向の重ね合わされた端部同士をシールし、その後図示しない成形部材で管状ウェブＷは角柱状ウェブＷに変形され、図示しないカッターで切断されて枕状の包装容器Ｐが１ケ分毎に切断される。
【００２５】
チューブ成形装置３にはチューブ内に流動性食品などの充填液を充填するための充填パイプ５が設けられている。また、チューブ成形装置３にはウェブＷの両側からウェブＷを押圧して封止する（横シール）ための一対の封止ジョー７が２組設けられて（図１には１組のみ示す。）、一対の封止ジョー７は下方に搬送中の管状ウェブＷを下方に引っ張りながらウェブＷと共に移動し、所定距離下降した後に、ウェブＷの封止状態を開放して、互いに離間する方向に移動し、所定距離だけ上昇して再び管状ウェブＷの封止を行う動作を繰り返す。
【００２６】
この一対の封止ジョー７の駆動は昇降自在のスプラインシャフト６により上下方向に移動可能に構成されている。封止ジョー７を昇降させる駆動機構を構成するカム１２と該カム１２の上側にカム１２の側面に沿って上下動をするカムフォロアー１４が連結部材１５を介して連結されている。
一対の封止ジョー７により管状ウェブＷの側面を押圧して、該封止ジョー７に内蔵された加熱部材により、ウェブＷのポリエチレンフィルム層を溶融し、圧着されるウェブＷの側面同士を一体化させてウェブＷを横シールする。
【００２７】
図２に示すように、ウェブＷの横シールする封止ジョー７は２組の封止ジョー７、７’からなり、各組の一対の封止ジョー７、７’はウェブＷをヒートシールするための熱シールジョー７ａ、７'ａと該熱シールジョー７ａ、７'ａからの加圧力を受ける受圧ジョー７ｂ、７'ｂからなり、熱シールジョー７ａ、７'ａのウェブＷ表面との当接部分にはインダクタ８、８’が設けられ、また、受圧ジョー７ｂ、７'ｂのウェブＷとの当接部分には受圧バー９、９’とカッタ１０、１０’がそれぞれ備えられている。そして各組の一対の封止ジョー７、７’は、ウェブＷの封止作業と同時に、下方に搬送中のウェブＷを下方に引っ張りながら移動し、この過程で管状ウェブＷは図示しない成形フラップにより角柱状ウェブＷに変形されるが、一対の封止ジョー７、７’が所定距離下降したときに受圧ジョー７ｂ、７'ｂ内に設けられたシリンダ１０、１０’で駆動するカッタ１１、１１’がウェブＷの横シール部のほぼ中央部を切断する。
【００２８】
このカッタ１１、１１’によるカッティングにより封止ジョー７、７’によるウェブＷの封止状態は開放され、枕状容器Ｐを切り離すと同時に、角柱状ウェブＷの下降への搬送力を解き、封止ジョー７、７’は互いに離間する方向に移動し、所定距離だけ上昇して再び管状ウェブＷの封止を行う動作を繰り返す。
【００２９】
また、図３（図２のＡ−Ａ矢視図）に一組の封止ジョー７を示すが、熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂの両端部にはそれぞれ一対のフック１６ａ、１６ｂが設けられ、フック１６ａにはシリンダ１８が接続されている。そして、フック１６ａとフック１６ｂを図３に示すように互いに係合させた後、シリンダ１８の作動により熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂを互いに引き寄せることで、インダクタ８と受圧バー９間に挟持されるウェブＷの横シール時の押圧が十分なされるようにする。
【００３０】
次いで、図４に示すように一対の封止ジョー７のウェブＷの横シールとカッテングが終了し、フック１６ａとフック１６ｂの係合が解除されると、一対の封止ジョー７ａ、７ｂは互いに離間する。
【００３１】
フック１６ａとフック１６ｂの係合により、熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂがウェブＷの両側を押圧する際には熱シールジョー７ａのインダクタ８によりウェブＷのアルミ箔にうず電流を流すことで、自己発熱させ、この熱でウェブＷのポリエチレンフィルム層を溶融させてウェブＷを横シールする。
【００３２】
この横シール用の高周波誘導加熱システムを図３に示す。
チューブ成形装置３（図１）で板状ウェブＷが管状ウェブＷに成形されるが、この管状ウェブＷはスプラインシャフト６に設けられた封止ジョー７をウェブＷの両側から折り込むための封止ジョー駆動用の駆動装置（メインシャフト１３など）が駆動することでウェブＷは横シールされる。この時、駆動装置の駆動量（メインシャフト１３の回転角度など）がコントローラ２１に入力され、該入力値などに基づきコントローラ２１において、高周波発振用の電源回路２２に必要な出力を出すべく指令を送り、電源回路２２によりインダクタ８は高周波電流を発振し、ウェブＷ内のアルミ箔にうず電流を発生させる。
【００３３】
図５にはフック１６ｂ作動用の圧力発生システムを示すが、圧力発生ユニット２４からの油圧は圧力下限検出器２５、圧力計２６の設けられた管路と圧力切替弁２８を経由してシリンダ１８に送られ、フック１６Ａを作動させる。
【００３４】
図３に示すように、ウェブＷの横シール時には、フック１６ａとフック１６ｂが互いに係合させてシリンダ１８の作動により熱シールジョー７ａと受圧ジョー７ｂを互いに引き寄せて、インダクタ８と受圧バー９に挟持されるウェブＷを押しつけて横シール時の押圧力を発生させ、同時にカッタ１１の作動用シリンダ（図示せず）にもウェブＷのカッティング押圧力を生じさせる。
【００３５】
また、一対の封止ジョー７ａ、７ｂのフック１６ａ、１６ｂの一方のフック１６ｂの内部（フック１６ｂの外表面に設けても良い）に図３に示すように歪みゲージ（接触式微小変位センサー）２３を配置し、該ゲージ２３の歪み値をコントローラ２１に出力させる。
【００３６】
歪みゲージ２３は図３に示すフック１６ｂ内である場合に限らず、フック１６に作用するシール圧力を直接的に監視でき、しかも測定誤差の比較的少ない位置であればどこに設けても良い。フック１６ａは図４に示すように、揺動する部材であるため測定誤差の発生原因になるので、フック１６ｂの受圧ジョー７ｂに固定されているフック１６ｂに歪みゲージ２３を取り付ける事が望ましい。
【００３７】
コントローラ２１は横シール時の図７に示す▲２▼の加熱工程と▲４▼の切断工程と▲６▼の加圧工程の制御を行うことにより、図示しない監視装置での高周波電流値（検出電流の平均値）、ピーク直流電流値、出力積算値［｛平均電流値（Ｉ）｝2×時間（ｔ）］、通電時間（発振時間）、インターバル時間（通電時間＋非通電時間）及び電圧値などの出力状態を監視し、ウェブの横シール性の良否の判断資料とする。
【００３８】
また、コントローラ２１はフック１６ｂおよびその近傍に設けられた歪みゲージの出力値（歪み量）から圧力換算した値を連続的に図示しないメモリに記録保持し、あらかじめ設定されているマスターデータ波形と比較することにより横シール状態の監視をする。
【００３９】
歪みゲージの歪み量から圧力換算した値を連続的に記録した例を図６（ａ）に示し、マスターデータの波形の例を図６（ｂ）に示す。また、図６（ｃ）には異常時（加圧時間が短い）の圧力波形の例を示す。
【００４０】
こうして、シール圧力をフック１６で直接的に監視しながら、歪み量から得られるデータがマスターデータの波形とほぼ同一になるように、フック１６による加圧時間、加圧タイミング、フック作動用のシリンダ１８の付勢力の調整、一対の封止ジョー７の横シール用の駆動装置の駆動量の調整などに反映させて、前記シール圧を制御する。ウェブＷのシール圧を制御できるので、ウェブＷのシール性が高まり、包装容器Ｃの不良品発生率が小さくなった。
【００４１】
このように本発明のコントローラ２１は歪みゲージの歪み量から圧力換算した値を連続的に記録した図６に例示したような圧力波形が適性値であるかどうか判断して、異常データ発生時は、図示しないシーケンサーへの信号を出力し、駆動装置を停止させることができる。また前記コントローラは前記出力データを保存しておくメモリ機能を有しており、該メモリは、例えば過去５０〜１００回程度の適宜の最終製品である包装容器Ｃの１ケ分の圧力波形データを記憶する容量を有している。したがって、最終製品である包装容器Ｃに不良品が発生した場合でも、メモリに保存された過去のデータをコントローラ２１を介して外部に出力して、そのデータを検討することにより、フック１６による加圧時間、加圧タイミング、フック作動用のシリンダ１８の付勢力の調整、一対の封止ジョー７の横シール用の駆動装置の駆動量の不良の発生時期を見いだすことができ、また、その原因究明もでき、歩留まりを向上させることができるだけでなく、不良品の発生を防ぐための有効な資料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になる一実施例の板状のウェブＷから内容物が内部に充填される包装容器を製造する包装容器製造機械の概略図である。
【図２】  図１の包装容器製造装置の２組からなる封止ジョー部分の側面略図である。
【図３】  図２のＡ−Ａ矢視図と封止ジョー部分の高周波加熱システムの作動制御図である。
【図４】  図３の封止ジョーのフックの係合が解除された時の状態を示す図である。
【図５】  図２の封止ジョーにおける圧力発生システム図である。
【図６】  図２のフック内に設けた歪みゲージの歪み量から圧力換算した値を連続的に記録した例（図６（ａ））とそのマスターデータの波形例（図６（ｂ））と異常時の圧力波形の例（図６（ｃ））である。
【図７】  包装容器製造装置の封止ジョーによるウェブの横シールのタイミングチャートである。
【図８】  包装容器製造装置の封止ジョーによるウェブの横シール時の充填液の排除の様子を示す図である。
【符号の説明】
１  リワインダ                      ２  テンション付勢装置
３  チューブ成形装置                ５  充填パイプ
６  スプラインシャフト              ７  封止ジョー
８  インダクタ                      ９  受圧バー
１０、１８  シリンダ                １１  カッタ
１２  カム                          １３  メインシャフト
１４  カムフォロアー                １５  連結部材
１６  フック                        ２０  エンコーダ
２１  コントローラ                  ２２  電源回路
２３  歪みゲージ                    ２４  圧力発生ユニット
２５  圧力下限検出器                ２６  圧力計
２７、２８  圧力切替弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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