(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
包装材を溶着してシールするためのシール周面を有し且つ回転軸に取り付けられていて前記回転軸と共に回転可能なシールローラと、固定部材に対して回転不能に設けられており且つ内部に発熱体を有し前記シールローラとの間で熱伝導が可能なヒータブロックとを備え、
前記ヒータブロックは、前記固定部材に対して前記シールローラの回転軸線に平行な方向に摺動自在に支持されており、前記固定部材との間に配置された弾性部材の変形に基づく復元力によって、前記シールローラに対して前記シールローラの回転軸線に平行な方向にスラストワッシャを介して押し当てられており、前記スラストワッシャは前記熱伝導のための伝導路を与えていることから成る包装用ヒートシールローラ。
【請求項２】
前記発熱体は電源からワイヤを通じて電力供給されて発熱する鋳込みヒータであることから成る請求項１に記載の包装用ヒートシールローラ。
【請求項３】
前記ヒータブロックには、前記スラストワッシャに近接して温度センサが取り付けられていることから成る請求項１又は２に記載の包装用ヒートシールローラ。
【請求項４】
前記包装材は横方向に走行されるウェブ状熱溶着性包装材であり、当該ウェブ状熱溶着性包装材の両側端部に縦ヒートシールを施して筒状包装材を形成すると共に前記筒状包装材の内部に製品を送り込み、前記製品を前後に挟む位置で前記筒状包装材を横断的に封鎖することによって前記製品を袋包装する横型製造袋充填包装機の前記縦ヒートシールを施す縦ヒートシールローラに適用されていることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の包装用ヒートシールローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシール面となる周面を持ち、例えば、ウェブ状包装材をその長手方向に沿ってヒートシールして筒状包装材に成形する包装用ヒートシールローラに関するものであり、熱伝導性を向上させることができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、袋包装体を連続して製造する包装機として、図４に示すような横型製袋充填包装機６０が知られている。図４（ａ）は横型製袋充填包装機の一例を示す斜視図、同（ｂ）は（ａ）の横断面図である。横型製袋充填包装機６０は、ウェブ状包装材６３を筒状包装材６５に成形し、筒状包装材６５の内部に包装物である製品Ａを充填するか又は送り込んで、筒状包装材６５を製品Ａの前後で横断的にシールすることにより、製品Ａが収容された袋包装体７２を高速且つ連続して製造可能な包装機である。フィルムロール６１から案内ロール６２及び紙引きロール６６によって繰り出されたウェブ状包装材６３は、フォーマ等の成形器６４によって走行されつつ湾曲状に成形される。湾曲状に成形された包装材は、合わせられた両側端縁７１，７１を挟む一対の紙引きローラ６９，６９から成る包装材送り手段６８によって引っ張られて走行される。包装材送り手段６８の後流には、加熱された円筒状シール面を有し、且つ湾曲されたウェブ状包装材６３の両側端縁７１，７１を挟んで溶着する一対の回転型のヒートシールローラ４０，４０から成る縦シール手段７０が配設されており、ウェブ状包装材６３は縦シール手段７０によって筒状包装材６５に成形される。
【０００３】
従来のヒートシールローラは、図５に示すように、装置フレームに固定される支持体４１に軸方向に離間した複数の位置に配設されている軸受４３，４４を介して回転軸４２が回転自在に支持されており、回転軸４２の基端部には、電動モータ（図示せず）からの動力を伝達するための傘歯車４５が取付けられている。回転軸４２の先端部には、軸端にねじ込められる取付けボルト４６によってシールローラ４７が固定されている。
【０００４】
シールローラ４７は、回転軸４２の先端部の軸端に嵌合する内側ボス部４８と、内側ボス部４８に天板部５１を介して一体に形成された外側ボス部４９とを有しており、外側ボス部４９の外周面５０に軸方向に延びる多数の溝が形成されてシール面に目を付けることができる目付ローラである。シールローラ４７の下面側には内外両ボス部４８，４９を周壁とする環状溝５２が形成されており、環状溝５２の内部にはヒータブロック５３が嵌め込まれている。即ち、ヒータブロック５３は、鋳込みヒータ５７が埋め込み状態で設けられているヘッド部５４、固定部材である支持体４１にねじによって固定されている取付け部５５、及びヘッド部５４と取付け部５５との間に介装されシールローラ４７の温度計測用の熱電対５８が埋設された中間部５６から構成されている。このように構成されたヒートシールローラ４０では、ヒータブロック５３に埋め込まれた抵抗式の鋳込みヒータ５７にワイヤ５９を通じて電流を供給することによって鋳込みヒータ５７が発熱し、生じた熱はヒータブロック５３から目付ローラ４７に熱伝導されて、その外周面５０にてヒートシールに利用される。
【０００５】
しかしながら、上記のヒートシールローラ４０では、固定側のヒータブロック５３と回転側の目付ローラ４７との間には僅かではあるが隙間ｇが存在しており、ヒータブロック５３で発生した熱は、上記隙間ｇに介在する空気を介して目付ローラ４７に伝達される。一般に、空気の熱伝達率は低いので、ヒータブロック５３で発生した熱が目付ローラ４７以外の部分に散逸する割合が大きく、熱エネルギーが有効に利用されていない。また、ヒータブロック５３から目付ローラ４７への熱伝導性は良好ではなく、目付ローラ４７への熱の伝達が遅れたり十分でないこともある。従って、包装機の立ち上げ時に、目付ローラ４７の作動温度が目標に達するまでの時間が遅くなって作業効率が低下したり、包装材を実際にシールし始めたときに目付ローラ４７から熱を奪われ、目付ローラ４７の温度が大きく低下して温度回復に時間を要したり、温度が不安定になって定常状態が確保され難くなることがある。
【０００６】
また、目付ローラ４７の温度が一定に範囲に納まったとしても、ヒータブロック５３と目付ローラ４７との間には相当に大きな温度差が存在する。ヒータブロック５３の温度上昇に対する目付ローラ４７の温度上昇の追従性も、一般に良好でない。更に、熱電対５８から成る温度センサは、ヒータブロック５３の温度を測定しているのであって、目付ローラ４７のヒートシール面である外周面５０の温度を直接には測定するものではない。目付ローラ４７の温度については、ヒータブロック５３の温度から経験的に温度降下を見込んで間接的な推定に依存している。また、包装動作の開始や停止、或いは雰囲気温度等の包装条件によっては目付ローラ側４７の温度が変化することがあるが、この変化は、空気層が存在しているために、ヒータブロック５３での熱電対５８が設けられているセンサ位置での温度変化として現れるのが遅れる。従って、目付ローラ４７の推定温度は、実際温度との間に隔たりがあり、且つその誤差も必ずしも一定ではなく状況に応じて変化するものであるので、目付ローラ４７の実際温度を正確に推定することは困難である。その結果、シールの仕上がりへの影響を避けることができず、袋包装体の密封性や見栄えを損なうことも考えられる。
【０００７】
また、シールローラへの熱の供給として、発熱体としての電熱線を内部に有するヒータブロックをシールローラに固定することでシールローラと共に回転させる構造とし、回転する発熱体への電源の供給をブラシを通じて行うことも行われている。ヒータブロックとシールローラとの間での熱伝導は機械的に固定によって直接行われるので、熱伝導性は良好であるが、ブラシのコストは部品として高価なものであり、摺動に起因したすり減りに対応するため、メンテナンスを欠くことができない。
なお、固定側のヒータブロックで発生した熱を、ヒータブロックと回転側のシールローラとの間に形成される隙間に介在する空気を介してシールローラに伝達するヒートシールローラとして、特開平１１−３４８９３４号公報に開示されたものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記ヒートシールローラにおいて、発熱体を有するヒータブロックとシールローラとの間での熱伝導が効率的でないのは、ヒータブロックと目付ローラとの間に空気層が存在することに起因しているとの知見に基づき、本発明は、互いに相対回転するヒータブロックとシールローラとの間で熱を接触状態を通じて伝達させることで、両者間における熱伝導を良好にして、上記の問題を効果的に解決することができるように、包装用ヒートシールローラの構造を工夫することを課題とする。
【０００９】
この発明の目的は、固定側のヒータブロックと回転側のシールローラとの間で熱を接触状態を通じて伝達させることで、両者間における熱伝導を良好にして、熱を効率良くシールローラに伝達して無駄なく利用すると共に、ヒータブロックの発熱に応じてシールローラの温度を迅速に追従させることを可能にし、シールローラの温度変化を素早くヒータブロックに設けられている温度センサの検出温度に反映させることで、ヒータブロックに設けられている発熱体の熱制御を少ない遅れで且つ良好に行い、シールの仕上がりを良好にして袋包装体の密封性と袋包装体の見栄えを向上することを可能にする包装用ヒートシールローラを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明による包装用ヒートシールローラは、包装材を溶着してシールするためのシール周面を有し且つ回転軸に取り付けられていて前記回転軸と共に回転可能なシールローラと、固定部材に対して回転不能に設けられており且つ内部に発熱体を有し前記シールローラとの間で熱伝導が可能なヒータブロックとを備え、前記ヒータブロックは、前記固定部材に対して前記シールローラの回転軸線に平行な方向に摺動自在に支持されており、前記固定部材との間に配置された弾性部材の変形に基づく復元力によって、前記シールローラに対して前記シールローラの回転軸線に平行な方向にスラストワッシャを介して押し当てられており、前記スラストワッシャは前記熱伝導のための伝導路を与えていることから成るという構成を有している。
【００１１】
この発明による包装用ヒートシールローラによれば、ヒータブロックは、固定部材に対して回転不能に設けられており且つ内部に有する発熱体によって発熱し、ヒータブロックとシール面となる周面を有する回転可能なシールローラとの間の熱伝達は、殆どがシールローラの回転軸線に平行な方向に押し当てられるスラストワッシャを通じて行われる。従って、相対回転する両者間の熱伝導は、すべり軸受であるスラストワッシャを介して、相対回転に対する抵抗を極めて低減しつつ且つ接触状態を通じて迅速に行われるので、空気を介しての熱伝導に全面的に依存している構造のヒートシールローラと比較して、熱量の伝達が効率良く行われ、且つヒータブロックとシールローラとの間の熱応答性が良好になって両者間の温度差が小さくなる。
【００１２】
この包装用ヒートシールローラにおいて、前記ヒータブロックは前記固定部材に対して前記シールローラの回転軸線に平行な方向に摺動自在に支持されており、前記ヒータブロックは、前記固定部材との間に配置された弾性部材の変形に基づく復元力によって、前記スラストワッシャを介して前記シールローラに押し当てられている。ヒータブロックを固定部材に対してシールローラの回転軸線に平行な方向に摺動自在に支持することにより、ヒータブロックはシールローラに対して、回転軸線に沿う方向に接離可能な状態となり、ヒータブロックと固定部材との間に弾性部材を変形状態にして配置することで、弾性部材に生じる復元力を利用して、ヒータブロックはシールローラに押し当てられ、両者間では常時当接力で以て接触する状態で良好な熱伝導が行われる。弾性部材は、例えば、圧縮コイルばねとすることができるが、その他にも、皿ばね等の金属ばねや、ゴムのような樹脂製の弾性体とすることも可能である。
【００１３】
この包装用ヒートシールローラにおいて、前記ヒータブロックが有する前記発熱体は電源からワイヤを通じて電力供給されて発熱する鋳込みヒータとすることができる。ヒータブロックが有する発熱体を、電熱線等から成り且つ外部から電力供給されて発熱する鋳込みヒータとすることで、高価で且つメンテナンスが要求されるブラシを用いる必要がなく、安価に電力供給可能な構造得られる。
【００１４】
更に、この包装用ヒートシールローラにおいて、前記ヒータブロックには、前記スラストワッシャに近接して温度センサを取り付けることができる。即ち、シールローラに可及的に近い固定側の部材はスラストワッシャであるから、温度センサをスラストワッシャに近接して置くことにより、シールローラの温度に可及的に近い温度が温度センサによって検出される。検出した温度でシールローラの実際の温度を推定する場合にも、推定誤差が少なくなる。
【００１５】
この包装用ヒートシールローラは、横方向に走行されるウェブ状熱溶着性包装材の両側端部に縦ヒートシールを施して筒状包装材を形成すると共に前記筒状包装材の内部に製品を送り込み、前記製品を前後に挟む位置で前記筒状包装材を横断的に封鎖することによって前記製品を袋包装する横型製造袋充填包装機の前記縦ヒートシールを施す縦ヒートシールローラに適用することができる。ヒートシールローラの周面がヒートシール面となっているので、一対の回転するヒートシールローラ間にウェブ状熱溶着性包装材の両側端部を挟み込んで圧力を加えつつ熱を作用させることで、ウェブ状の包装材は、その両側端部に連続的なヒートシールが施されて筒状包装材に成形される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による包装用ヒートシールローラ（以下、「ヒートシールローラ」と略す）の実施例を添付した図面に基づいて説明する。図１はこの発明によるヒートシールローラの一実施例を示す縦断面図であり、図２は図１に示すヒートシールローラの上面図、図３は図１に示すヒートシールローラの要部を拡大して示す拡大断面図である。
【００１７】
図１及び図２を参照すると、ヒートシールローラ１は、回転可能なシールローラ２と、内部に発熱体を有しシールローラ２との間で熱伝導が可能なヒータブロック３とを備えている。シールローラ２は、中心側のボス部４と、ボス部４と一体的に延びる円板状の天板部５と、天板部５の外側周縁部に一体的に形成されているスカート状の円筒部６とから成っている。シールローラ２は、ボス部４において回転軸７の軸端部８に止めねじ９で取り付けられることにより、回転軸７と共に回転可能である。シールローラ２は、円筒部６の外側周面を包装材を溶着してシールするシール周面１０としており、同様の構造を有するもう一つのヒートシールローラ１と協働してシール周面１０，１０間にウェブ状包装材の両側端部を挟み込み、両側端部に圧力と熱とを加えてヒートシールを施すことで、ウェブ状包装材は筒状包装材に成形される。
【００１８】
回転軸７は、固定部材１１に対して、回転軸線１２の方向（図示の例の場合、縦軸線）に隔置された二つのボールベアリング１３，１４によって回転自在に支持されている。回転軸７の他方の端部（図示の例の場合、下端部）１５には動力伝達用の歯車１６がキー１７ａ及び止めねじ１７ｂによって固定されている。固定部材１１は、上方、即ちヒートブロック３の方向に延びるガイドピン受け１８を有しており、ガイドピン受け１８には、回転軸線１２と平行な方向に延びるガイドピン１９が止めねじ２０によって固定されている。ガイドピン１９については、少なくとも３本を回転軸線１２の回りに等間隔に隔置して配置することが好ましい。
【００１９】
シールローラ２の下側には、ボス部４と円筒部６との間に環状スペース２１が形成されており、環状スペース２１にヒートブロック３が緩く嵌合し、互いの相対回転が許容されている。ヒートブロック３の盲動回転を防止し、ヒートブロック３を回転軸線１２に平行な方向に沿って積極的に案内するため、ガイドピン受け１８に固定されたガイドピン１９がヒートブロック３に形成されている嵌合孔２２に嵌合している。ヒートブロック３は、環状スペース２１の外側（下側）に配置されている第１ブロック部２５と環状スペース２１の内側（上側）に配置された第２ブロック部２８とを有しており、両ブロック部２５，２８は適宜の手段によって互いに固定されている。第１ブロック部２５には、発熱体として環状に延びる状態で埋設された鋳込みヒータ２６が設けられている。第２ブロック部２８には、温度センサとしての熱電対２９が止めねじ３０によって取り付けられている。鋳込みヒータ２６は、図示しない電源からワイヤ２７によって直接に電力供給される電熱線等から構成されているので、高価で且つメンテナンスが要求されるブラシを用いる必要がなく、安価に電力供給可能な構造得られる。
【００２０】
図３の拡大図に詳細に示しているように、ヒータブロック３の第２ブロック部２８には、シールローラ２の天板部５に面する側において、浅い環状溝３１が形成されており、環状溝３１には薄板状のスラストワッシャ３２が配置されている。一方、ガイドピン１９は、第１ブロック部２５においてはガイドピン１９の周囲に隙間を残す遊嵌孔３３に嵌合しており、第２ブロック部２８においては嵌合孔２２に密に嵌合している。遊嵌孔３３内には弾性部材としてのコイルスプリング３４が圧縮状態で配置されている。コイルスプリング３４の下端は固定部材１１に連なるガイドピン受け１８に当接しており、コイルスプリング３４の上端は第２ブロック部２８の下面に当接している。従って、第２ブロック部２８は、コイルスプリング３４の復元力によって、スラストワッシャ３２を介してシールローラ２の天板部５に下側から押し当てられている。上記のように、ガイドピン１９を少なくとも３本配置し、コイルスプリング３４も各ガイドピン１９について配設することで、ヒータブロック３はバランス良くシールローラ２に向かって付勢される。シールローラ２は回転軸７の軸端部８に止めねじ９によって固定されているので、スラストワッシャ３２を介してコイルスプリング３４の復元力が天板部５に作用しても、シールローラ２が回転軸線１２の方向に変位する等の影響は特段ない。
【００２１】
ヒートシールローラ１によれば、ヒータブロック３は、内部に埋設されている鋳込みヒータ２６に通電することによって発熱し、スラストワッシャ３２を通じてシールローラ２に伝導される。即ち、スラストワッシャ３２は、シールローラ２とヒータブロック３との間の熱の伝導路となっている。シールローラ２に伝達された熱は、天板部５を放射状に流れてスカート部６に至り、シール周面１０に均一に伝達される。回転可能なシールローラ２とヒータブロック３との間の熱伝達は、シールローラ２の回転軸線１２に平行な方向に押し当てられるスラストワッシャ３２が存在している領域では、シールローラ２とヒータブロック３との間には空隙が存在しないので、殆どがスラストワッシャ３２を通じて迅速に且つ効率良く行われる。従って、空気を介しての熱伝導に全面的に依存している構造のヒートシールローラと比較して、大きな熱量がスムーズに流れ、その結果、両者間の温度差も小さくなり、熱応答性が良好である。
【００２２】
ヒータブロック３を押す弾性部材としては、コイルスプリング３４に代えて、皿ばね等の金属ばねや、ゴムのような樹脂製の弾性体とすることも可能である。更に、ヒートシールローラ１において、ヒータブロック３には、スラストワッシャ３２に近接して熱電対２９を取り付けることができる。固定側の部材として、シールローラ２に可及的に近いスラストワッシャ３２に近接して熱電対２９を配置させることにより、シールローラ２の温度に近い温度が熱電対２９によって検出される。検出温度でシールローラ２の実際の温度を推定する場合にも、推定誤差が少なくなり、シールローラ２の熱制御精度が向上し、ヒートシールの仕上がりも良好となる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明による包装用ヒートシールローラは、上記のように構成されているので、次のような効果を奏する。即ち、この包装用ヒートシールローラは、固定側のヒータブロックと回転側のシールローラとの間でスラストワッシャを伝導路として接触状態を通じて熱伝導させることで、両者間における熱伝導を空気層を介して行う場合よりも格段に良化させることができる。即ち、相対回転するヒータブロックとシールローラとの間の熱伝導は、すべり軸受であるスラストワッシャを介して、相対回転に対する抵抗を極めて低減し、且つ弾性部材による付勢力を以て両者が常時接触した状態を通じて迅速に行われる。ヒータブロックで発生した熱量は、空気層を介して熱伝達するよりもスムーズに且つ効率的にシールローラに伝達されるので、熱伝導が不安定になったり伝達遅れが大きくなることなく、発生熱量を無駄なくヒートシールに有効に利用することができる。また、スラストワッシャを通じて行われる両者間の熱伝達が良好なために、ヒートシールローラの立ち上げ時、包装開始等において、シールローラの温度はヒータブロックの温度に対して、従来のヒートシールローラのように大きな遅れを伴うことなく迅速に追従させることができる。更に、ヒータブロックとシールローラとの温度差を小さくすることができるので、包装材を実際にシールするときに現れるシールローラの温度低下等の温度変化を素早くヒータブロックに設けられている温度センサで検出することができ、ヒータブロックに設けられている発熱体の熱制御を迅速且つ良好に行い、シールの仕上がりを良好にして袋包装体の密封性と見栄えを向上することができる。また、温度センサをスラストワッシャに近接して配置できるので、シールローラの実際の温度を、従来のヒートシールローラのように大きな誤差を伴うことなく、高い精度で推定することができる。更に、ブラシを用いて電力供給されるヒートシールローラと比較して、シールローラを低コストで製造でき、メンテナンスの頻度も低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による包装用ヒートシールローラの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す包装用ヒートシールローラの上面図である。
【図３】図１に示す包装用ヒートシールローラの要部を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】横型製袋充填包装機の一例を示す図である。
【図５】従来のヒートシールローラの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  包装用ヒートシールローラ
２  シールローラ
３  ヒータブロック
１０  シール周面
１１  固定部材
１２  シールローラの回転軸線
２６  発熱体（鋳込みヒータ）
２７  ワイヤ
２９  温度センサ（熱電対）
３２  スラストワッシャ
３４  弾性部材（コイルばね）
６０  横型製造袋充填包装機
６３  ウェブ状熱溶着性包装材
６５  筒状包装材
７１  両側端部
７０  縦シール手段
Ａ    製品
【図１】
0004856793.tif 000002
【図２】
0004856793.tif 000003
【図３】
0004856793.tif 000004
【図４】
0004856793.tif 000005
【図５】
0004856793.tif 000006