ヒートシール装置及び充填封緘システム
【課題】容器を確実に、かつ封緘強度のばらつきを抑えて封緘できるヒートシール装置及び充填封緘システムを提供すること。
【解決手段】容器１００の開口端部１０１を覆う薄膜１１０を挟んで開口端部１０１に対向して配置されるとともに薄膜１１０を加熱可能な押圧部材２０と、押圧部材２０を介して薄膜１１０を開口端部１０１へ押圧する加圧部３０と、を備えるヒートシール装置１０であって、加圧部３０は、押圧部材２０を開口端部１０１に向かって進退駆動させる進退駆動部３５と、進退駆動部３５と押圧部材２０とのそれぞれに連結され、進退駆動部３５と押圧部材２０との間で伸縮し、押圧部材２０を開口端部１０１の側へ押圧する圧力調整部４０と、圧力調整部４０に接続され、押圧部材２０が薄膜１１０を開口端部１０１へ押圧するときの押圧力を一定に制御する制御部４６と、を有する。
【解決手段】容器１００の開口端部１０１を覆う薄膜１１０を挟んで開口端部１０１に対向して配置されるとともに薄膜１１０を加熱可能な押圧部材２０と、押圧部材２０を介して薄膜１１０を開口端部１０１へ押圧する加圧部３０と、を備えるヒートシール装置１０であって、加圧部３０は、押圧部材２０を開口端部１０１に向かって進退駆動させる進退駆動部３５と、進退駆動部３５と押圧部材２０とのそれぞれに連結され、進退駆動部３５と押圧部材２０との間で伸縮し、押圧部材２０を開口端部１０１の側へ押圧する圧力調整部４０と、圧力調整部４０に接続され、押圧部材２０が薄膜１１０を開口端部１０１へ押圧するときの押圧力を一定に制御する制御部４６と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシール装置及び充填封緘システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリン、アイスクリームなどのデザート類や、ヨーグルトなどの食品は、プラスチック、紙、あるいはこれらの積層体からなる容器の内部に充填された後、容器の開口が薄膜で封緘されて流通することが多い。
このように容器の開口を封緘する装置として、エアーシリンダを用いて容器の開口端部に薄膜を押し付けるとともに薄膜と開口端部とが押し付けられた状態で薄膜を加熱し軟化させて、容器を封緘するシール装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６８１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エアーシリンダは、エアーシリンダに送り込まれる空気の圧力が工場におけるエアーの使用量の変化などの要因により変動したり、エアーシリンダに送り込まれた空気が外部に漏れたりする場合がある。これらの場合に、エアーシリンダが伸縮する量及び伸縮に要する時間がエアーシリンダの動作ごとにばらつくことがある。
特許文献１のシール装置では、このようにエアーシリンダの動作がばらつくことで容器の開口端部に薄膜を押し付ける圧力と時間とがばらつくことがある。このため、容器の開口端部を封緘する封緘強度が不足する場合があり、この場合に衛生面から要求される封緘強度の基準を満たさないおそれがある。
【０００５】
さらに、特許文献１に記載のシール装置を用いてすべての容器に対して十分な封緘強度で容器を封緘するためには、封緘強度が最も低くなる場合を想定して、容器の開口端部へ薄膜を押し付ける押圧力を封緘強度の平均値が高くなるように設定する必要がある。このため、封緘強度が相対的に高い容器の開封が困難になるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は容器を確実に、かつ封緘強度のばらつきを抑えて封緘できるヒートシール装置及び充填封緘システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のヒートシール装置は、容器の開口端部を覆う薄膜を挟んで前記開口端部に対向して配置されるとともに前記薄膜を加熱可能な押圧部材と、前記押圧部材を介して前記薄膜を前記開口端部へ押圧する加圧部と、を備えるヒートシール装置であって、前記加圧部は、前記押圧部材を前記開口端部に向かって進退駆動させる進退駆動部と、前記進退駆動部と前記押圧部材とのそれぞれに連結され、前記進退駆動部と前記押圧部材との間で伸縮し、前記押圧部材を前記開口端部の側へ押圧する圧力調整部と、前記圧力調整部に接続され、前記押圧部材が前記薄膜を前記開口端部へ前記押圧するときの押圧力を一定に制御する制御部と、を有する。
【０００８】
また、前記圧力調整部は、前記進退駆動部と前記押圧部材とのいずれか一方に前記連結されるとともに流体を圧入するための圧力室が内部に形成されたシリンダ本体と、前記進退駆動部と前記押圧部材との他方に前記連結されるとともに前記圧力室の内部まで延びて設けられたピストンと、を有する流体圧シリンダを備え、前記制御部は、前記圧力室の内部の前記流体の圧力が一定になるように前記圧力室に前記流体を前記圧入する量を制御することが好ましい。
【０００９】
また、前記進退駆動部は、回転動作するクランクと、前記クランクの回転中心から偏心して前記クランクに固定された連結部と、を備え、前記連結部は前記圧力調整部に前記連結されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記進退駆動部は、前記クランクに接続されたモーターと、前記モーターの回転速度を制御するための回転速度制御手段と、を備え、前記回転速度制御手段は、前記クランクを一周ごとに間欠駆動させるとともに前記一周の間の前記クランクの角速度を一定にするように前記モーターを制御することが好ましい。
【００１１】
本発明の充填封緘システムは、容器の内部に被充填物を充填し、被充填物が充填された前記容器の開口端部に薄膜を配置して容器を封緘する充填封緘システムであって、本発明のヒートシール装置を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のヒートシール装置及び充填封緘システムによれば、薄膜を容器の開口端部に押圧する押圧力を一定に制御することで容器ごとの封緘強度のばらつきを抑えることができ、容器を確実に、かつ封緘強度のばらつきを抑えて封緘できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の充填封緘システムの概略構成を示す正面図である。
【図２】同充填封緘システムの封緘装置の動作を説明する動作説明図である。
【図３】同充填封緘システムにおけるヒートシール装置を示す正面図である。
【図４】同ヒートシール装置の使用時の動作を示す正面図である。
【図５】同実施形態の充填封緘システムと従来のシール装置を備える充填機とをそれぞれ用いて容器を封緘した実験の結果を示すグラフで、（Ａ）は薄膜の温度変化を経時的に示すグラフ、（Ｂ）は薄膜への押圧力を経時的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態のヒートシール装置及び充填封緘システムについて説明する。図１は、本実施形態の充填封緘システムの概略構成を示す正面図である。また、図２は、充填封緘システムの封緘装置の動作を説明する動作説明図である。また、図３は、充填封緘システムにおけるヒートシール装置を示す正面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、充填封緘システム１は、例えばプリン、アイスクリームなどのデザート類や、ヨーグルトなどの食品を被充填物として容器１００に充填し、その後に容器１００を封緘するシステムである。
図２に示すように、充填封緘システム１によって封緘された容器１００（容器１００ａ）には、接着層を有する薄膜１１１が密着している。薄膜１１１は、シート状の薄膜１１０が容器１００の開口端部１０１の外周に沿って切り抜かれて形成されている。
【００１６】
充填封緘システム１の概略構成は、容器１００が収容されるマガジン２と、後述する搬送装置６にマガジン２から容器１００を供給するとともに容器１００の内部に被充填物を充填する供給充填装置３と、容器１００を封緘する封緘装置４と、封緘装置４によって封緘された容器１００を搬出する搬出装置５と、容器１００を支持するための支持孔が形成されたリテーナー６ａによって、供給充填装置３、封緘装置４及び搬出装置５へこの順に容器１００を搬送する搬送装置６と、充填封緘システム１に対してユーザの操作を入力するための操作パネル７とをフレームＦに備えている。
本実施形態では、供給充填装置３、封緘装置４及び搬出装置５はそれぞれフレームＦに支持されてリテーナー６ａの軌道方向にこの順に一列に配置されている。
【００１７】
供給充填装置３は、複数の容器１００をマガジン２から取り出して搬送装置６のリテーナー６ａにセットし、リテーナー６ａにセットされた容器１００に例えばノズルを通じて被充填物の流動体を注入して被充填物を充填するようになっている。
【００１８】
封緘装置４は、供給充填装置３において被充填物が充填された容器１００に対して容器１００の開口端部１０１へ薄膜１１０を配置する薄膜供給装置８と、開口端部１０１に配置された薄膜１１０を容器１００に熱圧着させるヒートシール装置１０と、開口端部１０１の外周に沿って薄膜１１０を切断して薄膜１１１を形成する薄膜切断装置９とを備えている。
【００１９】
薄膜供給装置８は、帯状の薄膜１１０がロール状に巻かれた状態でセットされた供給部８ａと、薄膜切断装置９によって薄膜１１１が形成された後に薄膜１１１以外の薄膜１１０を巻き取って回収する回収部８ｂとを有している。
【００２０】
搬出装置５は、薄膜１１１によって封緘された容器１００（容器１００ａ）を、例えば品質検査装置や箱詰め装置などへ搬送するために、他のリテーナーやコンベアなどに移載するものである。なお、搬出装置５は、容器１００ａに対して、製造日等を印字したり、薄膜１１１が開口端部１０１から径方向外側に延びた外周部分を織り込んだりするなど、容器１００が封緘された後に容器１００や薄膜１１１に対して加工を行うための適宜の装置を備えることができる。
【００２１】
搬送装置６は、供給充填装置３と搬出装置５との間でリテーナー６ａを周回軌道に沿って移動させる図示しないチェーンベルトと、チェーンベルトを移動させる駆動部６ｂを有している。搬送装置６は、リテーナー６ａを間欠的に走行させるようになっており、例えば、２秒間停止し、０．９秒間移動するというサイクルで容器１００を搬送する。
【００２２】
以下では、本実施形態のヒートシール装置１０の構成について図３を参照して説明する。
図３に示すように、ヒートシール装置１０は、リテーナー６ａにセットされた容器１００の開口端部１０１に対して対向するように配置された押圧部材２０と、押圧部材２０に接続された加圧部３０とを有している。
【００２３】
押圧部材２０は、容器１００に近い側の端部に配置されたシール板２１と、シール板２１に固定されたヒーター２２と、ヒーター２２に固定されているとともに加圧部３０の後述するピストン４３に連結された棒部材２３とを有する。
【００２４】
シール板２１は、容器１００に近い側に薄膜１１０に接触するための接触面２１ａが設けられた板状部材であり、シール板２１の大きさは、容器１００の開口の径よりも大きい。シール板２１の形状は、本実施形態では容器１００の開口端部１０１を覆う例えば円板状に形成されている。また、シール板２１は、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を介して接触するようになっている。
【００２５】
シール板２１における接触面２１ａの形状は、容器１００の開口端部１０１を覆う平面状（所謂ベタシール）である。好ましくは、接触面２１ａの形状は、開口端部１０１の形状に沿う輪郭形状を有する平面状である。例えば、容器１００が円形の開口端部１０１を有する場合には、接触面２１ａの輪郭形状は、開口端部１０１と同じか、あるいは開口端部１０１よりも径方向外側に広い円形であることが好ましい。また、接触面２１ａの中央あるいは中央近傍の領域で開口端部よりも径方向内側に位置する範囲には、接触面２１ａに垂直な方向に延びて形成された凹部あるいは貫通孔を有していてもよく、あるいは接触面２１ａは所謂ドーナツ状の形状を有していてもよい。なお、容器１００の開口端部１０１の形状が例えば四角形状あるいはその他多角形状である場合には、接触面２１ａの形状は開口端部１０１の形状に応じて例えば四角形状その他多角形状に形成されていてもよい。
また、接触面２１ａの形状は、上述のベタシール以外でもよく、例えば開口端部１０１に沿って円環状その他環状に延びる細い帯状の所謂ラインシールであってもよい。
【００２６】
ヒーター２２は、例えば電力によって加熱されてシール板２１を加熱するものである。本実施形態では、ヒーター２２は図示しない温度制御手段によってシール板２１を一定の温度に保持することができる。本実施形態のヒーター２２は、シール板２１を例えば１６０℃に加熱して保持するようになっている。
【００２７】
棒部材２３は、一端がシール板２１及びヒーター２２に固定されているとともに、加圧部３０の下端に設けられた連結部４３ａに他端が連結されている。棒部材２３には、容器１００の開口端部１０１に配置された薄膜１１０を開口端部１０１に押し付けるための押圧力が加圧部３０から伝達されるようになっている。
【００２８】
加圧部３０は、押圧部材２０を上下方向に進退駆動させることで、リテーナー６ａにセットされてシール板２１の真下に搬送された容器１００の開口端部１０１にシール板２１を突き当てる進退駆動部３５と、進退駆動部３５と押圧部材２０とのそれぞれに連結され、容器１００の開口端部１０１にシール板２１を突き当てる押圧力を調整する圧力調整部４０と、圧力調整部４０に接続管路４５を介して接続された制御部４６とを備える。
進退駆動部３５は、回転動作するクランク３２と、クランク３２の回転中心から偏心した位置に固定された連結部３３とを備えている。
クランク３２は、回転中心から径方向に延びる円盤状に形成されている。連結部３３には、圧力調整部４０の上端の連結棒が連結部３３に対して自在に回動するように連結されている。
【００２９】
さらに、進退駆動部３５は、クランク３２に接続されたモーター３１と、モーター３１の回転速度を制御するためのインバーター回路３１ａと、を備えている。
モーター３１としては適宜の交流電動機を採用することができ、例えば三相交流電動機を採用することができる。また、インバーター回路３１ａは、モーター３１に対して通電させる交流電流の周波数を変化させることでモーター３１の回転速度を変化させるようになっている。本実施形態では、インバーター回路３１ａは、クランク３２を一周ごとに間欠駆動させ、クランク３２の上死点に連結部３３が位置しているときを０度として、０度の位置でクランク３２を一旦停止させつつクランク３２を図３において反時計回りの一方向に回転させる。さらに、クランク３２が０度から３６０度まで回転するときのクランク３２の角速度は、設定値に基づいて一定の速度となるようにインバーター回路３１ａに設定されている。
【００３０】
圧力調整部４０は、クランク３２の連結部３３に一端が連結された連結棒４１を有するシリンダ本体４２と、押圧部材２０の棒部材２３に連結部４３ａにおいて一端が連結されるとともに他端がシリンダ本体４２の内部に延びて設けられたピストン４３とを備えている、シリンダ本体４２とピストン４３とが組み合わせられてエアーシリンダが構成されている。
【００３１】
シリンダ本体４２は、筒状に形成されており、クランク３２の側の端部に開口している凹形状を有し、シリンダ本体４２の開口は蓋体４２ａが取り付けられて閉じられている。また、シリンダ本体４２には、シリンダ本体４２の内部に連通する流体流路４４ａが形成されている。流体流路４４ａは、接続管路４５を介して制御部４６に接続されている。
【００３２】
制御部４６は、接続管路４５を通じてシリンダ本体４２の内部へ空気を送る送気部４６ａと、シリンダ本体４２から制御部４６に至るまでの間で空気が流通する流路の一部に設けられて空気を外部から出入りさせる開閉弁４６ｂと、シリンダ本体４２の内部の圧力を検出する圧力検出部４６ｃと、を有している。
シリンダ本体４２とピストン４３との間には、送気部４６ａによって空気が圧入されて容積が変化する圧力室４４が形成されている。
【００３３】
また、加圧部３０には、進退駆動部３５及び圧力調整部４０が押圧部材２０を進退させる方向を容器１００に向けて案内しつつ加圧部３０をフレームＦに支持する案内支持部５０が設けられている。
案内支持部５０は、押圧部材２０の棒部材２３に固定された固定部材５１と、固定部材５１に一端が固定されて上方に延びる案内部材５２と、案内部材５２が挿通されて案内部材５２が自在に直線動作するように案内部材５２を支持する支持本体５４とを有している。なお、必要に応じて、案内部材５２と支持本体５４との間に付勢部材５３を介在させてもよく、この場合には、押圧部材２０及び加圧部３０の重量を付勢部材５３の付勢力によって支えることができるので、押圧部材２０を上方へ引き上げるためのモーター３１の出力を低減することができる。
【００３４】
以上に説明した構成の、本実施形態の充填封緘システム１及びヒートシール装置１０の使用時の動作について、ヒートシール装置１０の動作を中心に説明する。なお、本実施形態の充填封緘システム１は、搬送装置６が複数の容器１００を間欠供給するものであるが、以下ではひとつの容器１００に注目して充填封緘システム１の動作を説明する。図４は、ヒートシール装置１０の使用時の動作を説明するための正面図である。
【００３５】
まず、図１に示す充填封緘システム１が始動されると、マガジン２から搬送装置６のリテーナー６ａに供給充填装置３によって容器１００がセットされ、さらに容器１００の内部に被充填物が充填される。容器１００の内部に被充填物が充填された後、リテーナー６ａにセットされた容器１００は供給充填装置３から封緘装置４まで搬送装置６によって搬送される。
【００３６】
図１及び図２に示すように、容器１００が封緘装置４まで搬送されたら、まず薄膜供給装置８の供給部８ａが、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を配置する。続いて、薄膜１１０が配置された状態の容器１００は供給部８ａからヒートシール装置１０へ搬送装置６によってさらに搬送される。
【００３７】
ヒートシール装置１０は、シール板２１の下方に容器１００が搬送されるまで、図３に示すように進退駆動部３５のクランク３２に固定された連結部３３が上死点にある状態で待機している。このとき、シール板２１は、容器１００との間に隙間（隙間ｄ）を空けて停止している。また、制御部４６には、シール板２１を薄膜１１０に押し付ける力の大きさの設定値（以下「圧力設定値」と称する。）が、例えば使用者による入力操作などによって設定されている。
このとき、圧力調整部４０では、圧力室４４の容積が最大になるまで圧力室４４の内部に空気が圧入されて最大まで伸長された状態で停止している。本実施形態では、圧力調整部４０が最大まで伸長された状態は、シリンダ本体４２からピストン４３の軸部分が長さＬ１だけ突出している状態である。また、圧力室４４の内部の空気圧は、圧力設定値と等しくなるように調整されている。
また、押圧部材２０のヒーター２２は、薄膜１１０の接着層を軟化させるのに十分な温度（例えば１６０℃）に加熱された状態でシール板２１を保温している。
【００３８】
図１に示す搬送装置６がリテーナー６ａによって図３に示すシール板２１の下方に容器１００を搬送したら、モーター３１を駆動する駆動電力の供給をインバーター回路３１ａが開始し、モーター３１が回転してクランク３２を回転させる。
図３及び図４に示すように、クランク３２が回転すると、クランク３２の連結部３３はクランク３２の軸周りに回転しつつ下方に移動し、連結部３３に連結された圧力調整部４０と圧力調整部４０に連結された押圧部材２０とは案内支持部５０に支持されつつ容器１００に向かって下方向に移動する。
すると、クランク３２が角度Ｘだけ回転動作した位置において、容器１００の開口端部１０１との間に薄膜１１０を挟み込むように、押圧部材２０に設けられたシール板２１の接触面２１ａが薄膜１１０に接触する。
【００３９】
クランク３２は角度Ｘからさらに回転し、クランク３２の連結部３３はさらに下方へ移動する。すると、圧力調整部４０がさらに下方へ移動し、圧力調整部４０で発生した圧力を押圧部材２０に伝達することにより、シール板２１が、開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する。シール板２１は加熱状態で保温されているので、シール板２１の熱が薄膜１１０に伝わり、薄膜１１０に形成された接着層の軟化が始まる。
【００４０】
また、シール板２１が薄膜１１０を押圧する圧力は、圧力調整部４０に設けられた圧力室４４の内部の空気にも等しく伝わっている。圧力検出部４６ｃは、シール板２１が容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する押圧力を、圧力室４４の内部の空気圧を検出することによって検出している。
【００４１】
圧力検知部４６ｃで検知される圧力の大きさが制御部４６に設定された圧力設定値になるように送気部４６ａ及び開閉弁４６ｂが制御されることにより、圧力室４４の内部の空気圧は一定に保たれている。クランク３２が角度Ｘから下死点まで回転する間に、クランク３２は、連結部３３を介して下方向の駆動力を圧力調整部４０に伝達する。このとき、圧力調整部４０のピストン４３には、圧力室４４の容積を小さくする方向の力がクランク３２の側から伝達され、圧力室４４の内部の空気が圧縮される。すると、圧力検出部４６ｃで検出される圧力の大きさが大きくなり、クランク３２が角度Ｘから下死点まで回転する間、圧力検出部４６ｃで検出される圧力の大きさは開閉弁４６ｂが開動作することにより制御部４６に設定された圧力設定値に維持される。
【００４２】
クランク３２が角度Ｘからさらに回転動作して、連結部３３がさらに下方に移動すると、圧力調整部４０における圧力室４４は例えば角度θ１で容積が減少し始める。クランク３２の連結部３３が角度θ１から下死点まで移動する間、制御部４６は、圧力検出部４６ｃが検出した圧力値が圧力設定値を超える場合には開閉弁４６ｂを開動作させ、圧力検出部４６ｃが検出した圧力値が圧力設定値以下にある場合には開閉弁４６ｂを閉動作させる。
なお、圧力室４４の内部の空気圧が設定値を下回った場合は送気部４６ａを駆動させて圧力室４４の内部に空気を送って空気圧を制御してもよい。
【００４３】
このとき、開閉弁４６ｂが開動作されている間は、圧力室４４の内部の空気は開閉弁４６ｂを通じて外部へ移動する。したがって、圧力室４４の内部の空気圧は開閉弁４６ｂが開閉動作することによって圧力設定値と等しく調整されている。また、これにより圧力室４４の容積は小さくなり、連結部３３と押圧部材２０との間の長さが短くなる方向に圧力調整部４０は収縮動作する。連結部３３がクランク３２の下死点にあるときには、シリンダ本体４２からピストン４３の軸部分が長さＬ１よりも短い長さＬ２だけ突出している状態になっている。
【００４４】
クランク３２がさらに回転動作すると、クランク３２の下死点を通過して上死点に向かって連結部３３が移動し、連結部３３の移動方向は下方向から上方向へ反転する。すると、連結部３３に連結された圧力調整部４０と圧力調整部４０に連結された押圧部材２０とが、連結部３３によって上方向に牽引される。
【００４５】
すると、圧力調整部４０では、圧力室４４の容積が大きくなる方向へピストン４３に対してシリンダ本体４２が牽引されるため、圧力室４４の内部の空気が膨張する。
このとき、制御部４６では、圧力室４４の内部の空気圧を圧力検出部４６ｃが検出しているので、圧力室４４の内部の空気圧が圧力設定値以下まで低下すると、圧力検出部４６ｃは、圧力室４４の内部の圧力が圧力設定値以下であることを検知する。
すなわち、ピストン４３に対してシリンダ本体４２が上方向へ牽引されると、シール板２１が薄膜１１０を押圧する押圧力が圧力設定値以下になったことが圧力検出部４６ｃによって検知される。
すると、制御部４６は、開閉弁４６ｂを閉動作させるとともに送気部４６ａを駆動させて圧力室４４の内部に空気を送る。圧力室４４の内部の空気圧が圧力設定値を超えた場合には、送気部４６ａの駆動を停止させる。
なお、圧力室４４の内部の空気圧が圧力設定値を超えた場合には開閉弁４６ｂを開動作させて空気圧を制御してもよい。
【００４６】
このように、制御部４６は、送気部４６ａが空気を圧力室４４に圧入することで、圧力室４４の容積が大きくなることに伴う圧力室４４の内部における空気圧の減少を相殺して、圧力室４４の内部の空気圧を圧力設定値と等しく調整している。
また、これにより圧力室４４の容積は大きくなり、連結部３３と押圧部材２０との間の長さが長くなる方向に圧力調整部４０は伸長動作する。
クランク３２がさらに回転動作して、連結部３３がさらに上方に移動すると、圧力調整部４０における圧力室４４は例えば角度θ２で容積が最大となり、圧力調整部４０は収縮前と等しく最大に伸長された状態になる。
【００４７】
このように、クランク３２が回転動作する角度θ１から角度θ２の間では、シール板２１が容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する押圧力は圧力設定値と等しく一定に調整されている。
クランク３２が角度θ２からさらに回転動作して角度Ｙになったところで、シール板２１は薄膜１１０から離間し、シール板２１による薄膜１１０の押圧は終了する。
【００４８】
クランク３２が角度θ２を超えて３６０度までさらに回転するのにしたがって、圧力調整部４０の全体が上方向に移動されて、押圧部材２０のシール板２１は薄膜１１０から離間する。クランク３２が角度３６０度に到達すると、インバーター回路３１ａはモーター３１への駆動電力の供給を停止し、モーター３１の回転を停止させる。
【００４９】
このように、ヒートシール装置１０は、容器１００の開口端部１０１に対して薄膜１１０を加熱状態で押圧し、薄膜１１０は、容器１００の開口端部１０１に熱圧着される。その結果、容器１００は薄膜１１０によって封緘される。
以上でヒートシール装置１０の動作が終了する。
【００５０】
薄膜１１０によって封緘された容器１００は、リテーナー６ａにセットされたまま図１に示す搬送装置６によってヒートシール装置１０から薄膜切断装置９へ搬送される。
薄膜切断装置９は、図２に示すように薄膜１１０によって封緘された容器１００の開口端部１０１の輪郭に沿って隙間を残しつつ開口端部１０１の外周を切断して、薄膜１１０を薄膜１１１として切り分ける。薄膜切断装置９が薄膜１１０を切断したら、薄膜供給装置８の回収部８ｂは薄膜１１１以外の部分の薄膜１１０を回収する。さらに、薄膜１１０によって封緘された容器１００を搬送装置６が搬出装置５へ搬送して、搬出装置５は図示しない他のリテーナーあるいはコンベアに容器１００を移載する。
以上で充填封緘システム１が容器１００へ被充填物を充填し容器１００を封緘する動作が終了する。
【００５１】
以下では、本実施形態のヒートシール装置１０を搭載する充填封緘システム（以下「試験機Ａ」と称する。）を用いて容器１００を封緘した結果と、シール板を昇降させる動作とシール板を薄膜１１０に押圧する動作とをともにエアーシリンダによって行う従来のシール装置（以下「従来機Ｂ」と称する。）を用いて容器１００を封緘した結果とを比較して示す。
試験機Ａとしては、本実施形態のヒートシール装置１０を備えた充填封緘システム（ロータリー型充填機：株式会社トーワテクノ製）を使用した。また従来機Ｂとしては、エアーシリンダを用いてシール板の昇降を行う従来のシール装置を搭載する４列直進型充填機（株式会社トーワテクノ製）を使用した。
【００５２】
容器１００としては、開口端部１０１の口径が７１ｍｍであるポリプロピレン製の容器を採用し、被充填物としては容器１００の一個あたり７０ｃｍ２の水を採用した。
薄膜１１０としては、アルミニウム、ポリエチレン、ホットメルト接着剤の層がこの順に形成されたフィルムを採用した。なお、ホットメルト接着剤は１００℃から１２０℃で軟化状態になるように調整されている。
薄膜１１０によって封緘された容器１００における封緘強度の測定は、日本精密測器株式会社製の封緘強度測定器（型式Ｎ．Ｋ．Ｍ．Ｒ）を用いて行った。
【００５３】
（試験１）
まず、試験１として、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を介してシール板が押圧される押圧力を複数の大きさに設定して、それぞれの押圧力における容器１００の封緘強度を測定した。
試験１では、試験機Ａにおいては圧力調整部４０の圧力設定値を設定して押圧力の設定を行い、従来機Ｂにおいてはシール板を昇降させるためのエアーシリンダへ供給される空気圧を設定して押圧力の設定を行った。
また、試験１では、試験機Ａと従来機Ｂとのいずれも、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧するシール板（本実施形態ではシール板２１）を１６０℃に加熱して保温するように設定した。
また、試験１における測定結果の判定は、容器１００の封緘強度の測定値の大きさに基づいて、乳等省令で定められている基準（１０秒間で１３．３ｋＰａ（１００ｍｍＨｇ）まで加圧を行うとき、容器包装の破損又は漏れがないこと）を判断基準として、○（基準を満たす）及び×（基準を満たさない）の二段階で行った。
押圧力と封緘強度との関係を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
試験機Ａでは、押圧力が５１９．４Ｎ以上で、標準偏差の下限の容器１００が１００ｍｍＨｇ以上となる封緘強度を得られた。また、押圧力が５１９．４Ｎ以上では、押圧力によらず封緘強度はほぼ一定であった。さらに、従来機Ｂと比較して、押圧力の設定値が等しい条件における封緘強度の標準偏差が試験機Ａを用いた場合には小さく、容器ごとの封緘強度のばらつきが小さいことが明らかになった。
これは、試験機Ａにおいては進退駆動部３５においてクランク３２が一定速度で回転するのでシール板２１が薄膜１１０を押圧している時間は押圧力によらず一定しており、かつ圧力調整部４０において制御部４６が押圧力を圧力設定値に等しく一定に調整するからであると考えられる。これに対して、従来機Ｂではシール板の昇降と押圧力を薄膜１１０にかけることをエアーシリンダが行っており、容器ごとにエアーシリンダの動作がばらつき、シール板２１が薄膜１１０を押圧している時間および押圧力がばらついているものと考えられる。
【００５６】
試験１の結果、本実施形態のヒートシール装置１０では、従来機Ｂと比較して押圧力の設定値が低くても基準を満たす封緘強度で封緘された容器を安定して得ることができることがわかった。
【００５７】
（試験２）
次に、試験２として、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着させる時間（シール時間）を複数の時間幅に設定して、それぞれのシール時間における容器１００の封緘強度を測定した。
試験２では、試験機Ａにおいてはインバーター回路３１ａにおける周波数を複数の値に設定することでクランク３２の角速度を複数の速度に設定し、これによりクランク３２が角度Ｘから角度Ｙに至るまで回転動作する時間をシール時間として複数の条件に設定した。一方、従来機Ｂにおいてはシール板を昇降させるエアーシリンダへ空気を供給する時間を複数の時間幅に設定し、これによりエアーシリンダがシール板を薄膜１１０に押し付けている時間をシール時間として複数の条件に設定した。
また、試験２では、試験機Ａと従来機Ｂとのいずれも、試験１と同様にシール板を１６０℃に加熱して保温するように設定した。
また、試験２における測定結果の判定は、試験１における判定と同様に行った。
シール時間と封緘強度との関係を表２に示す。
【００５８】
【表２】
【００５９】
試験機Ａでは、シール時間が０．３６秒以上で、標準偏差の下限の容器１００が１００ｍｍＨｇ以上となる封緘強度を得られた。また、シール時間の設定値が０．３６秒の場合には、封緘強度の最小値が基準を満たしているとともに、封緘強度の最大である容器１００においても容器１００の開封が容易であった。
これは、クランク３２の位置が角度θ１から角度θ２の間ではシール板２１を薄膜１１０に押圧する押圧力を圧力調整部４０に設けられた制御部４６が一定に調整するので、シール時間のほぼ全域にわたって薄膜１１０が押圧されているからであると考えられる。
一方、従来機Ｂでは、標準偏差の下限の容器１００に対して１００ｍｍＨｇ以上の封緘強度を得るためには０．７５秒以上にシール時間を設定することを要した。また、従来機Ｂでは、シール時間を短く設定するにしたがって封緘強度の標準偏差が大きくなる傾向があることがわかった。
これは、シール板を昇降動作させるエアーシリンダの動作がばらつくことで、シール時間として設定された時間の中で実際には薄膜１１０の押圧力が不足している時間が発生しているからであると考えられる。すなわち、従来機Ｂはシール板を昇降させる動作とシール板を薄膜１１０に押圧する動作とをともにエアーシリンダを用いて行っているので、実際に容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押し付けている正味のシール時間に大きなばらつきが発生していると考えられる。
【００６０】
（試験３）
次に、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着させるときの薄膜１１０の温度を、試験機Ａと従来機Ｂとを用いた場合のそれぞれについて測定した。
試験３では、薄膜１１０の面のうち容器１００の側に向く面に、容器１００の開口端部１０１の径方向外側に隣接するように熱電対を配置して、シール板２１が薄膜１１０を加熱する温度を測定した。熱電対としては、貼り付け型熱電対（理化工業株式会社製 ＳＴ−５０）を採用した。また、温度データの収集にはＫＥＹＥＮＣＥ社製のＮＲ−５００を使用した。
【００６１】
また、試験３では、シール板の温度は試験１、２と同様に１６０℃とした。また、上記乳等省令で定められている基準を満たす範囲で容器１００の封緘強度が試験機Ａと従来機Ｂとでほぼ同等となるように、シール板が薄膜１１０を押圧する押圧力及びシール時間を設定した。具体的には、試験機Ａでは、押圧力の設定値は１１４６．６Ｎかつシール時間の設定値は０．５７秒とし、従来機Ｂでは、押圧力の設定値は１４４０．６Ｎかつシール時間の設定値は０．７５秒とした。なお、このとき、容器１００の封緘強度の平均値は、試験機Ａでは１８４ｍｍＨｇ、従来機Ｂでは１９４ｍｍＨｇであった。
【００６２】
図５（Ａ）は、試験機Ａ及び従来機Ｂを用いて容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着した場合の薄膜１１０の温度の経時変化を示すグラフである。図５（Ａ）の縦軸は、熱電対によって検出された温度値を示しており、横軸は、試験機Ａにおけるクランク３２の動作開始時点を原点とした時間を示している。図５（Ａ）において菱形で示す点８１のそれぞれは試験機Ａを用いて容器１００を封緘した実験の結果を示し、四角で示す点８２のそれぞれは従来機Ｂを用いて容器１００を封緘した実験の結果を示している。
【００６３】
また、図５（Ｂ）は試験機Ａ及び従来機Ｂにおいて容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する力の大きさである押圧力の経時変化を示すグラフである。図５（Ｂ）の縦軸は押圧力の大きさを示しており、横軸は、図５（Ａ）と同様にクランク３２の動作開始時点を原点とした時間を示している。図５（Ｂ）に示す線８３は試験機Ａを用いて容器１００を封緘した実験の結果を示し、線８４は従来機Ｂを用いて容器１００を封緘した実験の結果を示している。
【００６４】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、Ｔ１は従来機Ｂにおいてシール板が降下し始めた時間、Ｔ２は従来機Ｂにおいてシール板が薄膜１１０に接触し始めた時間、Ｔ３は試験機Ａにおいてシール板２１が薄膜１１０に接触し始めた時間、Ｔ４は試験機Ａ及び従来機Ｂにおいてシール板が薄膜１１０から離れ始めた時間である。また、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、シール板が薄膜１１０から離れ始めた時間Ｔ４を試験機Ａ及び従来機Ｂにおいて時系列の基準時間として、試験機Ａを用いた結果と従来機Ｂを用いた結果をあわせてグラフ化している。
【００６５】
図５（Ａ）に示すように、試験機Ａと従来機Ｂとのいずれにおいても、熱電対が検出した薄膜１１０の温度は、シール板が薄膜１１０に接触した時点を起点として上昇し、シール板が薄膜１１０から離れた時点を起点として下降に転じる。
ここで、試験機Ａでは、薄膜１１０の温度が上昇し始めてから下降しはじめるまでの間で薄膜１１０においてホットメルト接着剤が軟化状態となる１２０度を越えて加熱された時間は０．６秒であり、その後薄膜１１０の温度は下降した。また、試験機Ａでは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、シール時間として設定した０．５７秒の時間幅のほぼ全域にわたってホットメルト接着剤が軟化状態にあり、この間所定の押圧力でシール板が、開口端部１０１に薄膜１１０を押圧していることがわかった。すなわち、試験機Ａにおいては、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着する正味のシール時間はシール時間の設定値とほぼ等しいことがわかった。
【００６６】
一方で、従来機Ｂでは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、ホットメルト接着剤が軟化状態にある時間は、少なくとも１．０秒以上であった。この結果から、従来機Ｂでは、試験機Ａを用いた場合と同程度の封緘強度を得るためには、薄膜１１０を加熱する時間をより長く要することがわかった。
【００６７】
これは、エアーシリンダがシール板を昇降する従来機Ｂでは、シール板が薄膜１１０を押圧する押圧力が規定の押圧力に達するまでエアーシリンダを駆動している間にもシール板が薄膜１１０に接触しており、薄膜１１０を容器１００に熱圧着させるための押圧力が不足している状態で薄膜１１０が加熱されているからであると考えられる。
さらに、従来機Ｂではシール板が薄膜１１０に接触するとスプリングが圧縮されていき、スプリングの反力が薄膜１１０を押圧する押圧力となるが、押し縮められたスプリングの反力がエアーシリンダの動作の抵抗となり、シール板が規定の押圧力で薄膜１１０を押圧して加熱する正味のシール時間はホットメルト接着剤が軟化状態にある時間の一部にすぎないと考えられる。
【００６８】
このように、試験機Ａでは、薄膜１１０が加熱状態にあってホットメルト接着剤が軟化している時間が、従来機Ｂに比べて短くても基準を満たす封緘強度が得られるため、薄膜１１０や容器１００に伝達される熱量の総和が従来機Ｂに比べて少なく、被充填物が加熱されることによる被充填物への影響を低減できる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態の充填封緘システム１及びヒートシール装置１０によれば、シール板２１を昇降させる進退駆動部３５と、シール板２１を薄膜１１０に押圧する押圧力を調整する圧力調整部４０を備えているので、シール板２１が薄膜１１０を押圧している間の押圧力を一定に調整しつつ、容器１００の開口端部１０１へ薄膜１１０を押圧することができる。その結果、本実施形態のヒートシール装置１０及び充填封緘システム１によれば、容器を確実に、かつ封緘強度のばらつきを抑えて封緘できる。
【００７０】
また、押圧部材２０のシール板２１が容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧している間に圧力調整部４０が伸縮動作するので、進退駆動部３５が圧力調整部４０を進退動作させている間でもシール板２１が薄膜１１０を押圧する押圧力を一定にすることができる。
【００７１】
また、圧力調整部４０にはシリンダ本体４２とピストン４３とが設けられており、シリンダ本体４２とピストン４３とが組み合わせられて生じる圧力室４４に圧入される空気の量を、制御部４６が調整しているので、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する押圧力を一定に調整することができ、特に圧力室４４から空気を排出して圧力室４４の内部を減圧する動作を迅速に行うことができる。
【００７２】
また、回転動作するクランク３２とクランク３２に固定された連結部３３とを進退駆動部３５が備えているので、クランク３２の回転動作に連結部３３の動作が正確に追従し、連結部３３に連結された圧力調整部４０をクランク３２の回転動作に精度よく追従させて動作させることができる。このため、シール板２１が薄膜１１０を押圧し始める時点からシール板２１が薄膜１１０を押圧し終える時点までの時間が動作ごとにばらつくことを抑えることができ、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着させる時間がばらつくことを抑えることができる。
【００７３】
また、進退駆動部３５が、電力の周波数を調整するインバーター回路３１ａと、インバーター回路３１ａによって駆動電力の周波数が調整されて駆動するモーター３１とを備え、クランク３２が回転する角速度を一周の間で一定にするので、クランク３２の角速度を精度よく設定することができ、シール板２１が薄膜１１０を押圧する時間のばらつきを抑えることができる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、圧力調整部４０として、空気を圧入して圧力調整を行うエアーシリンダを採用したが、これに限らず、油圧シリンダなどの流体圧シリンダを採用することもできる。また、シリンダ構造を有するもの以外にも、例えばマッキベン型アクチュエータなどの伸縮動作可能なリニアアクチュエータを採用してもよい。
【００７５】
また、上述の実施形態では、クランク３２の連結部３３が下死点から上死点に向かう間には圧力室４４の内部に空気を圧入して薄膜１１０を押圧する動作を継続する例を示したが、クランク３２が角度θ１から下死点まで移動する間のみをシール時間として、クランク３２の連結部３３が下死点から上死点に向かう間に薄膜１１０を押圧しない構成とすることもできる。この場合でも、インバーター回路３１ａにおける電力の周波数を設定してクランク３２の角速度を設定することで本実施形態と同等のシール時間および押圧力を生じさせることができ、本発明と同様の効果を奏することができる。
【００７６】
また、上述の実施形態では、モーター３１とインバーター回路３１ａとによってクランク３２を回転動作させる構成を説明したが、これに限らず、クランク３２を回転させるための他の動力及び回転速度制御手段を備えることができる。例えば、クランク３２を回転させるモーターとして直流モーターを採用し、回転速度制御手段として、直流モーターに対して周期的に通電状態のオンとオフとを繰り返して矩形パルス状の駆動電力を供給して直流モーターの回転速度を制御する手段を採用することもできる。
【００７７】
また、制御部４６における送気部４６ａに代えて、クランク３２の連結部３３が下死点から上死点に向かう間に圧力調整部４０を伸長させて圧力調整部４０の長さを最大長さＬ１に戻す他の構成を採用することもできる。
【００７８】
また、上述の実施形態の充填封緘システム１の説明では容器１００がリテーナー６ａの軌道方向に一列に配列される場合を説明したが、これに限らず、容器１００を２列以上で並列に移動させて、容器１００への被充填物の充填及び容器１００の封緘を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１ 充填封緘システム
２ マガジン
３ 供給充填装置
４ 封緘装置
５ 搬出装置
６ 搬送装置
８ 薄膜供給装置
９ 薄膜切断装置
Ｆ フレーム
１０ ヒートシール装置
２０ 押圧部材
２１ シール板
２１ａ 接触面
２２ ヒーター
３０ 加圧部
３１ モーター
３１ａ インバーター回路
３２ クランク
３３ 連結部
３５ 進退駆動部
４０ 圧力調整部
４２ シリンダ本体
４３ ピストン
４４ 圧力室
４６ 制御部
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ 容器
１０１ 開口端部
１１０、１１１ 薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシール装置及び充填封緘システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリン、アイスクリームなどのデザート類や、ヨーグルトなどの食品は、プラスチック、紙、あるいはこれらの積層体からなる容器の内部に充填された後、容器の開口が薄膜で封緘されて流通することが多い。
このように容器の開口を封緘する装置として、エアーシリンダを用いて容器の開口端部に薄膜を押し付けるとともに薄膜と開口端部とが押し付けられた状態で薄膜を加熱し軟化させて、容器を封緘するシール装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６８１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エアーシリンダは、エアーシリンダに送り込まれる空気の圧力が工場におけるエアーの使用量の変化などの要因により変動したり、エアーシリンダに送り込まれた空気が外部に漏れたりする場合がある。これらの場合に、エアーシリンダが伸縮する量及び伸縮に要する時間がエアーシリンダの動作ごとにばらつくことがある。
特許文献１のシール装置では、このようにエアーシリンダの動作がばらつくことで容器の開口端部に薄膜を押し付ける圧力と時間とがばらつくことがある。このため、容器の開口端部を封緘する封緘強度が不足する場合があり、この場合に衛生面から要求される封緘強度の基準を満たさないおそれがある。
【０００５】
さらに、特許文献１に記載のシール装置を用いてすべての容器に対して十分な封緘強度で容器を封緘するためには、封緘強度が最も低くなる場合を想定して、容器の開口端部へ薄膜を押し付ける押圧力を封緘強度の平均値が高くなるように設定する必要がある。このため、封緘強度が相対的に高い容器の開封が困難になるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は容器を確実に、かつ封緘強度のばらつきを抑えて封緘できるヒートシール装置及び充填封緘システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のヒートシール装置は、容器の開口端部を覆う薄膜を挟んで前記開口端部に対向して配置されるとともに前記薄膜を加熱可能な押圧部材と、前記押圧部材を介して前記薄膜を前記開口端部へ押圧する加圧部と、を備えるヒートシール装置であって、前記加圧部は、前記押圧部材を前記開口端部に向かって進退駆動させる進退駆動部と、前記進退駆動部と前記押圧部材とのそれぞれに連結され、前記進退駆動部と前記押圧部材との間で伸縮し、前記押圧部材を前記開口端部の側へ押圧する圧力調整部と、前記圧力調整部に接続され、前記押圧部材が前記薄膜を前記開口端部へ前記押圧するときの押圧力を一定に制御する制御部と、を有する。
【０００８】
また、前記圧力調整部は、前記進退駆動部と前記押圧部材とのいずれか一方に前記連結されるとともに流体を圧入するための圧力室が内部に形成されたシリンダ本体と、前記進退駆動部と前記押圧部材との他方に前記連結されるとともに前記圧力室の内部まで延びて設けられたピストンと、を有する流体圧シリンダを備え、前記制御部は、前記圧力室の内部の前記流体の圧力が一定になるように前記圧力室に前記流体を前記圧入する量を制御することが好ましい。
【０００９】
また、前記進退駆動部は、回転動作するクランクと、前記クランクの回転中心から偏心して前記クランクに固定された連結部と、を備え、前記連結部は前記圧力調整部に前記連結されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記進退駆動部は、前記クランクに接続されたモーターと、前記モーターの回転速度を制御するための回転速度制御手段と、を備え、前記回転速度制御手段は、前記クランクを一周ごとに間欠駆動させるとともに前記一周の間の前記クランクの角速度を一定にするように前記モーターを制御することが好ましい。
【００１１】
本発明の充填封緘システムは、容器の内部に被充填物を充填し、被充填物が充填された前記容器の開口端部に薄膜を配置して容器を封緘する充填封緘システムであって、本発明のヒートシール装置を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のヒートシール装置及び充填封緘システムによれば、薄膜を容器の開口端部に押圧する押圧力を一定に制御することで容器ごとの封緘強度のばらつきを抑えることができ、容器を確実に、かつ封緘強度のばらつきを抑えて封緘できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の充填封緘システムの概略構成を示す正面図である。
【図２】同充填封緘システムの封緘装置の動作を説明する動作説明図である。
【図３】同充填封緘システムにおけるヒートシール装置を示す正面図である。
【図４】同ヒートシール装置の使用時の動作を示す正面図である。
【図５】同実施形態の充填封緘システムと従来のシール装置を備える充填機とをそれぞれ用いて容器を封緘した実験の結果を示すグラフで、（Ａ）は薄膜の温度変化を経時的に示すグラフ、（Ｂ）は薄膜への押圧力を経時的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態のヒートシール装置及び充填封緘システムについて説明する。図１は、本実施形態の充填封緘システムの概略構成を示す正面図である。また、図２は、充填封緘システムの封緘装置の動作を説明する動作説明図である。また、図３は、充填封緘システムにおけるヒートシール装置を示す正面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、充填封緘システム１は、例えばプリン、アイスクリームなどのデザート類や、ヨーグルトなどの食品を被充填物として容器１００に充填し、その後に容器１００を封緘するシステムである。
図２に示すように、充填封緘システム１によって封緘された容器１００（容器１００ａ）には、接着層を有する薄膜１１１が密着している。薄膜１１１は、シート状の薄膜１１０が容器１００の開口端部１０１の外周に沿って切り抜かれて形成されている。
【００１６】
充填封緘システム１の概略構成は、容器１００が収容されるマガジン２と、後述する搬送装置６にマガジン２から容器１００を供給するとともに容器１００の内部に被充填物を充填する供給充填装置３と、容器１００を封緘する封緘装置４と、封緘装置４によって封緘された容器１００を搬出する搬出装置５と、容器１００を支持するための支持孔が形成されたリテーナー６ａによって、供給充填装置３、封緘装置４及び搬出装置５へこの順に容器１００を搬送する搬送装置６と、充填封緘システム１に対してユーザの操作を入力するための操作パネル７とをフレームＦに備えている。
本実施形態では、供給充填装置３、封緘装置４及び搬出装置５はそれぞれフレームＦに支持されてリテーナー６ａの軌道方向にこの順に一列に配置されている。
【００１７】
供給充填装置３は、複数の容器１００をマガジン２から取り出して搬送装置６のリテーナー６ａにセットし、リテーナー６ａにセットされた容器１００に例えばノズルを通じて被充填物の流動体を注入して被充填物を充填するようになっている。
【００１８】
封緘装置４は、供給充填装置３において被充填物が充填された容器１００に対して容器１００の開口端部１０１へ薄膜１１０を配置する薄膜供給装置８と、開口端部１０１に配置された薄膜１１０を容器１００に熱圧着させるヒートシール装置１０と、開口端部１０１の外周に沿って薄膜１１０を切断して薄膜１１１を形成する薄膜切断装置９とを備えている。
【００１９】
薄膜供給装置８は、帯状の薄膜１１０がロール状に巻かれた状態でセットされた供給部８ａと、薄膜切断装置９によって薄膜１１１が形成された後に薄膜１１１以外の薄膜１１０を巻き取って回収する回収部８ｂとを有している。
【００２０】
搬出装置５は、薄膜１１１によって封緘された容器１００（容器１００ａ）を、例えば品質検査装置や箱詰め装置などへ搬送するために、他のリテーナーやコンベアなどに移載するものである。なお、搬出装置５は、容器１００ａに対して、製造日等を印字したり、薄膜１１１が開口端部１０１から径方向外側に延びた外周部分を織り込んだりするなど、容器１００が封緘された後に容器１００や薄膜１１１に対して加工を行うための適宜の装置を備えることができる。
【００２１】
搬送装置６は、供給充填装置３と搬出装置５との間でリテーナー６ａを周回軌道に沿って移動させる図示しないチェーンベルトと、チェーンベルトを移動させる駆動部６ｂを有している。搬送装置６は、リテーナー６ａを間欠的に走行させるようになっており、例えば、２秒間停止し、０．９秒間移動するというサイクルで容器１００を搬送する。
【００２２】
以下では、本実施形態のヒートシール装置１０の構成について図３を参照して説明する。
図３に示すように、ヒートシール装置１０は、リテーナー６ａにセットされた容器１００の開口端部１０１に対して対向するように配置された押圧部材２０と、押圧部材２０に接続された加圧部３０とを有している。
【００２３】
押圧部材２０は、容器１００に近い側の端部に配置されたシール板２１と、シール板２１に固定されたヒーター２２と、ヒーター２２に固定されているとともに加圧部３０の後述するピストン４３に連結された棒部材２３とを有する。
【００２４】
シール板２１は、容器１００に近い側に薄膜１１０に接触するための接触面２１ａが設けられた板状部材であり、シール板２１の大きさは、容器１００の開口の径よりも大きい。シール板２１の形状は、本実施形態では容器１００の開口端部１０１を覆う例えば円板状に形成されている。また、シール板２１は、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を介して接触するようになっている。
【００２５】
シール板２１における接触面２１ａの形状は、容器１００の開口端部１０１を覆う平面状（所謂ベタシール）である。好ましくは、接触面２１ａの形状は、開口端部１０１の形状に沿う輪郭形状を有する平面状である。例えば、容器１００が円形の開口端部１０１を有する場合には、接触面２１ａの輪郭形状は、開口端部１０１と同じか、あるいは開口端部１０１よりも径方向外側に広い円形であることが好ましい。また、接触面２１ａの中央あるいは中央近傍の領域で開口端部よりも径方向内側に位置する範囲には、接触面２１ａに垂直な方向に延びて形成された凹部あるいは貫通孔を有していてもよく、あるいは接触面２１ａは所謂ドーナツ状の形状を有していてもよい。なお、容器１００の開口端部１０１の形状が例えば四角形状あるいはその他多角形状である場合には、接触面２１ａの形状は開口端部１０１の形状に応じて例えば四角形状その他多角形状に形成されていてもよい。
また、接触面２１ａの形状は、上述のベタシール以外でもよく、例えば開口端部１０１に沿って円環状その他環状に延びる細い帯状の所謂ラインシールであってもよい。
【００２６】
ヒーター２２は、例えば電力によって加熱されてシール板２１を加熱するものである。本実施形態では、ヒーター２２は図示しない温度制御手段によってシール板２１を一定の温度に保持することができる。本実施形態のヒーター２２は、シール板２１を例えば１６０℃に加熱して保持するようになっている。
【００２７】
棒部材２３は、一端がシール板２１及びヒーター２２に固定されているとともに、加圧部３０の下端に設けられた連結部４３ａに他端が連結されている。棒部材２３には、容器１００の開口端部１０１に配置された薄膜１１０を開口端部１０１に押し付けるための押圧力が加圧部３０から伝達されるようになっている。
【００２８】
加圧部３０は、押圧部材２０を上下方向に進退駆動させることで、リテーナー６ａにセットされてシール板２１の真下に搬送された容器１００の開口端部１０１にシール板２１を突き当てる進退駆動部３５と、進退駆動部３５と押圧部材２０とのそれぞれに連結され、容器１００の開口端部１０１にシール板２１を突き当てる押圧力を調整する圧力調整部４０と、圧力調整部４０に接続管路４５を介して接続された制御部４６とを備える。
進退駆動部３５は、回転動作するクランク３２と、クランク３２の回転中心から偏心した位置に固定された連結部３３とを備えている。
クランク３２は、回転中心から径方向に延びる円盤状に形成されている。連結部３３には、圧力調整部４０の上端の連結棒が連結部３３に対して自在に回動するように連結されている。
【００２９】
さらに、進退駆動部３５は、クランク３２に接続されたモーター３１と、モーター３１の回転速度を制御するためのインバーター回路３１ａと、を備えている。
モーター３１としては適宜の交流電動機を採用することができ、例えば三相交流電動機を採用することができる。また、インバーター回路３１ａは、モーター３１に対して通電させる交流電流の周波数を変化させることでモーター３１の回転速度を変化させるようになっている。本実施形態では、インバーター回路３１ａは、クランク３２を一周ごとに間欠駆動させ、クランク３２の上死点に連結部３３が位置しているときを０度として、０度の位置でクランク３２を一旦停止させつつクランク３２を図３において反時計回りの一方向に回転させる。さらに、クランク３２が０度から３６０度まで回転するときのクランク３２の角速度は、設定値に基づいて一定の速度となるようにインバーター回路３１ａに設定されている。
【００３０】
圧力調整部４０は、クランク３２の連結部３３に一端が連結された連結棒４１を有するシリンダ本体４２と、押圧部材２０の棒部材２３に連結部４３ａにおいて一端が連結されるとともに他端がシリンダ本体４２の内部に延びて設けられたピストン４３とを備えている、シリンダ本体４２とピストン４３とが組み合わせられてエアーシリンダが構成されている。
【００３１】
シリンダ本体４２は、筒状に形成されており、クランク３２の側の端部に開口している凹形状を有し、シリンダ本体４２の開口は蓋体４２ａが取り付けられて閉じられている。また、シリンダ本体４２には、シリンダ本体４２の内部に連通する流体流路４４ａが形成されている。流体流路４４ａは、接続管路４５を介して制御部４６に接続されている。
【００３２】
制御部４６は、接続管路４５を通じてシリンダ本体４２の内部へ空気を送る送気部４６ａと、シリンダ本体４２から制御部４６に至るまでの間で空気が流通する流路の一部に設けられて空気を外部から出入りさせる開閉弁４６ｂと、シリンダ本体４２の内部の圧力を検出する圧力検出部４６ｃと、を有している。
シリンダ本体４２とピストン４３との間には、送気部４６ａによって空気が圧入されて容積が変化する圧力室４４が形成されている。
【００３３】
また、加圧部３０には、進退駆動部３５及び圧力調整部４０が押圧部材２０を進退させる方向を容器１００に向けて案内しつつ加圧部３０をフレームＦに支持する案内支持部５０が設けられている。
案内支持部５０は、押圧部材２０の棒部材２３に固定された固定部材５１と、固定部材５１に一端が固定されて上方に延びる案内部材５２と、案内部材５２が挿通されて案内部材５２が自在に直線動作するように案内部材５２を支持する支持本体５４とを有している。なお、必要に応じて、案内部材５２と支持本体５４との間に付勢部材５３を介在させてもよく、この場合には、押圧部材２０及び加圧部３０の重量を付勢部材５３の付勢力によって支えることができるので、押圧部材２０を上方へ引き上げるためのモーター３１の出力を低減することができる。
【００３４】
以上に説明した構成の、本実施形態の充填封緘システム１及びヒートシール装置１０の使用時の動作について、ヒートシール装置１０の動作を中心に説明する。なお、本実施形態の充填封緘システム１は、搬送装置６が複数の容器１００を間欠供給するものであるが、以下ではひとつの容器１００に注目して充填封緘システム１の動作を説明する。図４は、ヒートシール装置１０の使用時の動作を説明するための正面図である。
【００３５】
まず、図１に示す充填封緘システム１が始動されると、マガジン２から搬送装置６のリテーナー６ａに供給充填装置３によって容器１００がセットされ、さらに容器１００の内部に被充填物が充填される。容器１００の内部に被充填物が充填された後、リテーナー６ａにセットされた容器１００は供給充填装置３から封緘装置４まで搬送装置６によって搬送される。
【００３６】
図１及び図２に示すように、容器１００が封緘装置４まで搬送されたら、まず薄膜供給装置８の供給部８ａが、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を配置する。続いて、薄膜１１０が配置された状態の容器１００は供給部８ａからヒートシール装置１０へ搬送装置６によってさらに搬送される。
【００３７】
ヒートシール装置１０は、シール板２１の下方に容器１００が搬送されるまで、図３に示すように進退駆動部３５のクランク３２に固定された連結部３３が上死点にある状態で待機している。このとき、シール板２１は、容器１００との間に隙間（隙間ｄ）を空けて停止している。また、制御部４６には、シール板２１を薄膜１１０に押し付ける力の大きさの設定値（以下「圧力設定値」と称する。）が、例えば使用者による入力操作などによって設定されている。
このとき、圧力調整部４０では、圧力室４４の容積が最大になるまで圧力室４４の内部に空気が圧入されて最大まで伸長された状態で停止している。本実施形態では、圧力調整部４０が最大まで伸長された状態は、シリンダ本体４２からピストン４３の軸部分が長さＬ１だけ突出している状態である。また、圧力室４４の内部の空気圧は、圧力設定値と等しくなるように調整されている。
また、押圧部材２０のヒーター２２は、薄膜１１０の接着層を軟化させるのに十分な温度（例えば１６０℃）に加熱された状態でシール板２１を保温している。
【００３８】
図１に示す搬送装置６がリテーナー６ａによって図３に示すシール板２１の下方に容器１００を搬送したら、モーター３１を駆動する駆動電力の供給をインバーター回路３１ａが開始し、モーター３１が回転してクランク３２を回転させる。
図３及び図４に示すように、クランク３２が回転すると、クランク３２の連結部３３はクランク３２の軸周りに回転しつつ下方に移動し、連結部３３に連結された圧力調整部４０と圧力調整部４０に連結された押圧部材２０とは案内支持部５０に支持されつつ容器１００に向かって下方向に移動する。
すると、クランク３２が角度Ｘだけ回転動作した位置において、容器１００の開口端部１０１との間に薄膜１１０を挟み込むように、押圧部材２０に設けられたシール板２１の接触面２１ａが薄膜１１０に接触する。
【００３９】
クランク３２は角度Ｘからさらに回転し、クランク３２の連結部３３はさらに下方へ移動する。すると、圧力調整部４０がさらに下方へ移動し、圧力調整部４０で発生した圧力を押圧部材２０に伝達することにより、シール板２１が、開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する。シール板２１は加熱状態で保温されているので、シール板２１の熱が薄膜１１０に伝わり、薄膜１１０に形成された接着層の軟化が始まる。
【００４０】
また、シール板２１が薄膜１１０を押圧する圧力は、圧力調整部４０に設けられた圧力室４４の内部の空気にも等しく伝わっている。圧力検出部４６ｃは、シール板２１が容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する押圧力を、圧力室４４の内部の空気圧を検出することによって検出している。
【００４１】
圧力検知部４６ｃで検知される圧力の大きさが制御部４６に設定された圧力設定値になるように送気部４６ａ及び開閉弁４６ｂが制御されることにより、圧力室４４の内部の空気圧は一定に保たれている。クランク３２が角度Ｘから下死点まで回転する間に、クランク３２は、連結部３３を介して下方向の駆動力を圧力調整部４０に伝達する。このとき、圧力調整部４０のピストン４３には、圧力室４４の容積を小さくする方向の力がクランク３２の側から伝達され、圧力室４４の内部の空気が圧縮される。すると、圧力検出部４６ｃで検出される圧力の大きさが大きくなり、クランク３２が角度Ｘから下死点まで回転する間、圧力検出部４６ｃで検出される圧力の大きさは開閉弁４６ｂが開動作することにより制御部４６に設定された圧力設定値に維持される。
【００４２】
クランク３２が角度Ｘからさらに回転動作して、連結部３３がさらに下方に移動すると、圧力調整部４０における圧力室４４は例えば角度θ１で容積が減少し始める。クランク３２の連結部３３が角度θ１から下死点まで移動する間、制御部４６は、圧力検出部４６ｃが検出した圧力値が圧力設定値を超える場合には開閉弁４６ｂを開動作させ、圧力検出部４６ｃが検出した圧力値が圧力設定値以下にある場合には開閉弁４６ｂを閉動作させる。
なお、圧力室４４の内部の空気圧が設定値を下回った場合は送気部４６ａを駆動させて圧力室４４の内部に空気を送って空気圧を制御してもよい。
【００４３】
このとき、開閉弁４６ｂが開動作されている間は、圧力室４４の内部の空気は開閉弁４６ｂを通じて外部へ移動する。したがって、圧力室４４の内部の空気圧は開閉弁４６ｂが開閉動作することによって圧力設定値と等しく調整されている。また、これにより圧力室４４の容積は小さくなり、連結部３３と押圧部材２０との間の長さが短くなる方向に圧力調整部４０は収縮動作する。連結部３３がクランク３２の下死点にあるときには、シリンダ本体４２からピストン４３の軸部分が長さＬ１よりも短い長さＬ２だけ突出している状態になっている。
【００４４】
クランク３２がさらに回転動作すると、クランク３２の下死点を通過して上死点に向かって連結部３３が移動し、連結部３３の移動方向は下方向から上方向へ反転する。すると、連結部３３に連結された圧力調整部４０と圧力調整部４０に連結された押圧部材２０とが、連結部３３によって上方向に牽引される。
【００４５】
すると、圧力調整部４０では、圧力室４４の容積が大きくなる方向へピストン４３に対してシリンダ本体４２が牽引されるため、圧力室４４の内部の空気が膨張する。
このとき、制御部４６では、圧力室４４の内部の空気圧を圧力検出部４６ｃが検出しているので、圧力室４４の内部の空気圧が圧力設定値以下まで低下すると、圧力検出部４６ｃは、圧力室４４の内部の圧力が圧力設定値以下であることを検知する。
すなわち、ピストン４３に対してシリンダ本体４２が上方向へ牽引されると、シール板２１が薄膜１１０を押圧する押圧力が圧力設定値以下になったことが圧力検出部４６ｃによって検知される。
すると、制御部４６は、開閉弁４６ｂを閉動作させるとともに送気部４６ａを駆動させて圧力室４４の内部に空気を送る。圧力室４４の内部の空気圧が圧力設定値を超えた場合には、送気部４６ａの駆動を停止させる。
なお、圧力室４４の内部の空気圧が圧力設定値を超えた場合には開閉弁４６ｂを開動作させて空気圧を制御してもよい。
【００４６】
このように、制御部４６は、送気部４６ａが空気を圧力室４４に圧入することで、圧力室４４の容積が大きくなることに伴う圧力室４４の内部における空気圧の減少を相殺して、圧力室４４の内部の空気圧を圧力設定値と等しく調整している。
また、これにより圧力室４４の容積は大きくなり、連結部３３と押圧部材２０との間の長さが長くなる方向に圧力調整部４０は伸長動作する。
クランク３２がさらに回転動作して、連結部３３がさらに上方に移動すると、圧力調整部４０における圧力室４４は例えば角度θ２で容積が最大となり、圧力調整部４０は収縮前と等しく最大に伸長された状態になる。
【００４７】
このように、クランク３２が回転動作する角度θ１から角度θ２の間では、シール板２１が容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する押圧力は圧力設定値と等しく一定に調整されている。
クランク３２が角度θ２からさらに回転動作して角度Ｙになったところで、シール板２１は薄膜１１０から離間し、シール板２１による薄膜１１０の押圧は終了する。
【００４８】
クランク３２が角度θ２を超えて３６０度までさらに回転するのにしたがって、圧力調整部４０の全体が上方向に移動されて、押圧部材２０のシール板２１は薄膜１１０から離間する。クランク３２が角度３６０度に到達すると、インバーター回路３１ａはモーター３１への駆動電力の供給を停止し、モーター３１の回転を停止させる。
【００４９】
このように、ヒートシール装置１０は、容器１００の開口端部１０１に対して薄膜１１０を加熱状態で押圧し、薄膜１１０は、容器１００の開口端部１０１に熱圧着される。その結果、容器１００は薄膜１１０によって封緘される。
以上でヒートシール装置１０の動作が終了する。
【００５０】
薄膜１１０によって封緘された容器１００は、リテーナー６ａにセットされたまま図１に示す搬送装置６によってヒートシール装置１０から薄膜切断装置９へ搬送される。
薄膜切断装置９は、図２に示すように薄膜１１０によって封緘された容器１００の開口端部１０１の輪郭に沿って隙間を残しつつ開口端部１０１の外周を切断して、薄膜１１０を薄膜１１１として切り分ける。薄膜切断装置９が薄膜１１０を切断したら、薄膜供給装置８の回収部８ｂは薄膜１１１以外の部分の薄膜１１０を回収する。さらに、薄膜１１０によって封緘された容器１００を搬送装置６が搬出装置５へ搬送して、搬出装置５は図示しない他のリテーナーあるいはコンベアに容器１００を移載する。
以上で充填封緘システム１が容器１００へ被充填物を充填し容器１００を封緘する動作が終了する。
【００５１】
以下では、本実施形態のヒートシール装置１０を搭載する充填封緘システム（以下「試験機Ａ」と称する。）を用いて容器１００を封緘した結果と、シール板を昇降させる動作とシール板を薄膜１１０に押圧する動作とをともにエアーシリンダによって行う従来のシール装置（以下「従来機Ｂ」と称する。）を用いて容器１００を封緘した結果とを比較して示す。
試験機Ａとしては、本実施形態のヒートシール装置１０を備えた充填封緘システム（ロータリー型充填機：株式会社トーワテクノ製）を使用した。また従来機Ｂとしては、エアーシリンダを用いてシール板の昇降を行う従来のシール装置を搭載する４列直進型充填機（株式会社トーワテクノ製）を使用した。
【００５２】
容器１００としては、開口端部１０１の口径が７１ｍｍであるポリプロピレン製の容器を採用し、被充填物としては容器１００の一個あたり７０ｃｍ２の水を採用した。
薄膜１１０としては、アルミニウム、ポリエチレン、ホットメルト接着剤の層がこの順に形成されたフィルムを採用した。なお、ホットメルト接着剤は１００℃から１２０℃で軟化状態になるように調整されている。
薄膜１１０によって封緘された容器１００における封緘強度の測定は、日本精密測器株式会社製の封緘強度測定器（型式Ｎ．Ｋ．Ｍ．Ｒ）を用いて行った。
【００５３】
（試験１）
まず、試験１として、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を介してシール板が押圧される押圧力を複数の大きさに設定して、それぞれの押圧力における容器１００の封緘強度を測定した。
試験１では、試験機Ａにおいては圧力調整部４０の圧力設定値を設定して押圧力の設定を行い、従来機Ｂにおいてはシール板を昇降させるためのエアーシリンダへ供給される空気圧を設定して押圧力の設定を行った。
また、試験１では、試験機Ａと従来機Ｂとのいずれも、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧するシール板（本実施形態ではシール板２１）を１６０℃に加熱して保温するように設定した。
また、試験１における測定結果の判定は、容器１００の封緘強度の測定値の大きさに基づいて、乳等省令で定められている基準（１０秒間で１３．３ｋＰａ（１００ｍｍＨｇ）まで加圧を行うとき、容器包装の破損又は漏れがないこと）を判断基準として、○（基準を満たす）及び×（基準を満たさない）の二段階で行った。
押圧力と封緘強度との関係を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
試験機Ａでは、押圧力が５１９．４Ｎ以上で、標準偏差の下限の容器１００が１００ｍｍＨｇ以上となる封緘強度を得られた。また、押圧力が５１９．４Ｎ以上では、押圧力によらず封緘強度はほぼ一定であった。さらに、従来機Ｂと比較して、押圧力の設定値が等しい条件における封緘強度の標準偏差が試験機Ａを用いた場合には小さく、容器ごとの封緘強度のばらつきが小さいことが明らかになった。
これは、試験機Ａにおいては進退駆動部３５においてクランク３２が一定速度で回転するのでシール板２１が薄膜１１０を押圧している時間は押圧力によらず一定しており、かつ圧力調整部４０において制御部４６が押圧力を圧力設定値に等しく一定に調整するからであると考えられる。これに対して、従来機Ｂではシール板の昇降と押圧力を薄膜１１０にかけることをエアーシリンダが行っており、容器ごとにエアーシリンダの動作がばらつき、シール板２１が薄膜１１０を押圧している時間および押圧力がばらついているものと考えられる。
【００５６】
試験１の結果、本実施形態のヒートシール装置１０では、従来機Ｂと比較して押圧力の設定値が低くても基準を満たす封緘強度で封緘された容器を安定して得ることができることがわかった。
【００５７】
（試験２）
次に、試験２として、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着させる時間（シール時間）を複数の時間幅に設定して、それぞれのシール時間における容器１００の封緘強度を測定した。
試験２では、試験機Ａにおいてはインバーター回路３１ａにおける周波数を複数の値に設定することでクランク３２の角速度を複数の速度に設定し、これによりクランク３２が角度Ｘから角度Ｙに至るまで回転動作する時間をシール時間として複数の条件に設定した。一方、従来機Ｂにおいてはシール板を昇降させるエアーシリンダへ空気を供給する時間を複数の時間幅に設定し、これによりエアーシリンダがシール板を薄膜１１０に押し付けている時間をシール時間として複数の条件に設定した。
また、試験２では、試験機Ａと従来機Ｂとのいずれも、試験１と同様にシール板を１６０℃に加熱して保温するように設定した。
また、試験２における測定結果の判定は、試験１における判定と同様に行った。
シール時間と封緘強度との関係を表２に示す。
【００５８】
【表２】
【００５９】
試験機Ａでは、シール時間が０．３６秒以上で、標準偏差の下限の容器１００が１００ｍｍＨｇ以上となる封緘強度を得られた。また、シール時間の設定値が０．３６秒の場合には、封緘強度の最小値が基準を満たしているとともに、封緘強度の最大である容器１００においても容器１００の開封が容易であった。
これは、クランク３２の位置が角度θ１から角度θ２の間ではシール板２１を薄膜１１０に押圧する押圧力を圧力調整部４０に設けられた制御部４６が一定に調整するので、シール時間のほぼ全域にわたって薄膜１１０が押圧されているからであると考えられる。
一方、従来機Ｂでは、標準偏差の下限の容器１００に対して１００ｍｍＨｇ以上の封緘強度を得るためには０．７５秒以上にシール時間を設定することを要した。また、従来機Ｂでは、シール時間を短く設定するにしたがって封緘強度の標準偏差が大きくなる傾向があることがわかった。
これは、シール板を昇降動作させるエアーシリンダの動作がばらつくことで、シール時間として設定された時間の中で実際には薄膜１１０の押圧力が不足している時間が発生しているからであると考えられる。すなわち、従来機Ｂはシール板を昇降させる動作とシール板を薄膜１１０に押圧する動作とをともにエアーシリンダを用いて行っているので、実際に容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押し付けている正味のシール時間に大きなばらつきが発生していると考えられる。
【００６０】
（試験３）
次に、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着させるときの薄膜１１０の温度を、試験機Ａと従来機Ｂとを用いた場合のそれぞれについて測定した。
試験３では、薄膜１１０の面のうち容器１００の側に向く面に、容器１００の開口端部１０１の径方向外側に隣接するように熱電対を配置して、シール板２１が薄膜１１０を加熱する温度を測定した。熱電対としては、貼り付け型熱電対（理化工業株式会社製 ＳＴ−５０）を採用した。また、温度データの収集にはＫＥＹＥＮＣＥ社製のＮＲ−５００を使用した。
【００６１】
また、試験３では、シール板の温度は試験１、２と同様に１６０℃とした。また、上記乳等省令で定められている基準を満たす範囲で容器１００の封緘強度が試験機Ａと従来機Ｂとでほぼ同等となるように、シール板が薄膜１１０を押圧する押圧力及びシール時間を設定した。具体的には、試験機Ａでは、押圧力の設定値は１１４６．６Ｎかつシール時間の設定値は０．５７秒とし、従来機Ｂでは、押圧力の設定値は１４４０．６Ｎかつシール時間の設定値は０．７５秒とした。なお、このとき、容器１００の封緘強度の平均値は、試験機Ａでは１８４ｍｍＨｇ、従来機Ｂでは１９４ｍｍＨｇであった。
【００６２】
図５（Ａ）は、試験機Ａ及び従来機Ｂを用いて容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着した場合の薄膜１１０の温度の経時変化を示すグラフである。図５（Ａ）の縦軸は、熱電対によって検出された温度値を示しており、横軸は、試験機Ａにおけるクランク３２の動作開始時点を原点とした時間を示している。図５（Ａ）において菱形で示す点８１のそれぞれは試験機Ａを用いて容器１００を封緘した実験の結果を示し、四角で示す点８２のそれぞれは従来機Ｂを用いて容器１００を封緘した実験の結果を示している。
【００６３】
また、図５（Ｂ）は試験機Ａ及び従来機Ｂにおいて容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する力の大きさである押圧力の経時変化を示すグラフである。図５（Ｂ）の縦軸は押圧力の大きさを示しており、横軸は、図５（Ａ）と同様にクランク３２の動作開始時点を原点とした時間を示している。図５（Ｂ）に示す線８３は試験機Ａを用いて容器１００を封緘した実験の結果を示し、線８４は従来機Ｂを用いて容器１００を封緘した実験の結果を示している。
【００６４】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、Ｔ１は従来機Ｂにおいてシール板が降下し始めた時間、Ｔ２は従来機Ｂにおいてシール板が薄膜１１０に接触し始めた時間、Ｔ３は試験機Ａにおいてシール板２１が薄膜１１０に接触し始めた時間、Ｔ４は試験機Ａ及び従来機Ｂにおいてシール板が薄膜１１０から離れ始めた時間である。また、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、シール板が薄膜１１０から離れ始めた時間Ｔ４を試験機Ａ及び従来機Ｂにおいて時系列の基準時間として、試験機Ａを用いた結果と従来機Ｂを用いた結果をあわせてグラフ化している。
【００６５】
図５（Ａ）に示すように、試験機Ａと従来機Ｂとのいずれにおいても、熱電対が検出した薄膜１１０の温度は、シール板が薄膜１１０に接触した時点を起点として上昇し、シール板が薄膜１１０から離れた時点を起点として下降に転じる。
ここで、試験機Ａでは、薄膜１１０の温度が上昇し始めてから下降しはじめるまでの間で薄膜１１０においてホットメルト接着剤が軟化状態となる１２０度を越えて加熱された時間は０．６秒であり、その後薄膜１１０の温度は下降した。また、試験機Ａでは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、シール時間として設定した０．５７秒の時間幅のほぼ全域にわたってホットメルト接着剤が軟化状態にあり、この間所定の押圧力でシール板が、開口端部１０１に薄膜１１０を押圧していることがわかった。すなわち、試験機Ａにおいては、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着する正味のシール時間はシール時間の設定値とほぼ等しいことがわかった。
【００６６】
一方で、従来機Ｂでは、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、ホットメルト接着剤が軟化状態にある時間は、少なくとも１．０秒以上であった。この結果から、従来機Ｂでは、試験機Ａを用いた場合と同程度の封緘強度を得るためには、薄膜１１０を加熱する時間をより長く要することがわかった。
【００６７】
これは、エアーシリンダがシール板を昇降する従来機Ｂでは、シール板が薄膜１１０を押圧する押圧力が規定の押圧力に達するまでエアーシリンダを駆動している間にもシール板が薄膜１１０に接触しており、薄膜１１０を容器１００に熱圧着させるための押圧力が不足している状態で薄膜１１０が加熱されているからであると考えられる。
さらに、従来機Ｂではシール板が薄膜１１０に接触するとスプリングが圧縮されていき、スプリングの反力が薄膜１１０を押圧する押圧力となるが、押し縮められたスプリングの反力がエアーシリンダの動作の抵抗となり、シール板が規定の押圧力で薄膜１１０を押圧して加熱する正味のシール時間はホットメルト接着剤が軟化状態にある時間の一部にすぎないと考えられる。
【００６８】
このように、試験機Ａでは、薄膜１１０が加熱状態にあってホットメルト接着剤が軟化している時間が、従来機Ｂに比べて短くても基準を満たす封緘強度が得られるため、薄膜１１０や容器１００に伝達される熱量の総和が従来機Ｂに比べて少なく、被充填物が加熱されることによる被充填物への影響を低減できる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態の充填封緘システム１及びヒートシール装置１０によれば、シール板２１を昇降させる進退駆動部３５と、シール板２１を薄膜１１０に押圧する押圧力を調整する圧力調整部４０を備えているので、シール板２１が薄膜１１０を押圧している間の押圧力を一定に調整しつつ、容器１００の開口端部１０１へ薄膜１１０を押圧することができる。その結果、本実施形態のヒートシール装置１０及び充填封緘システム１によれば、容器を確実に、かつ封緘強度のばらつきを抑えて封緘できる。
【００７０】
また、押圧部材２０のシール板２１が容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧している間に圧力調整部４０が伸縮動作するので、進退駆動部３５が圧力調整部４０を進退動作させている間でもシール板２１が薄膜１１０を押圧する押圧力を一定にすることができる。
【００７１】
また、圧力調整部４０にはシリンダ本体４２とピストン４３とが設けられており、シリンダ本体４２とピストン４３とが組み合わせられて生じる圧力室４４に圧入される空気の量を、制御部４６が調整しているので、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を押圧する押圧力を一定に調整することができ、特に圧力室４４から空気を排出して圧力室４４の内部を減圧する動作を迅速に行うことができる。
【００７２】
また、回転動作するクランク３２とクランク３２に固定された連結部３３とを進退駆動部３５が備えているので、クランク３２の回転動作に連結部３３の動作が正確に追従し、連結部３３に連結された圧力調整部４０をクランク３２の回転動作に精度よく追従させて動作させることができる。このため、シール板２１が薄膜１１０を押圧し始める時点からシール板２１が薄膜１１０を押圧し終える時点までの時間が動作ごとにばらつくことを抑えることができ、容器１００の開口端部１０１に薄膜１１０を熱圧着させる時間がばらつくことを抑えることができる。
【００７３】
また、進退駆動部３５が、電力の周波数を調整するインバーター回路３１ａと、インバーター回路３１ａによって駆動電力の周波数が調整されて駆動するモーター３１とを備え、クランク３２が回転する角速度を一周の間で一定にするので、クランク３２の角速度を精度よく設定することができ、シール板２１が薄膜１１０を押圧する時間のばらつきを抑えることができる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、圧力調整部４０として、空気を圧入して圧力調整を行うエアーシリンダを採用したが、これに限らず、油圧シリンダなどの流体圧シリンダを採用することもできる。また、シリンダ構造を有するもの以外にも、例えばマッキベン型アクチュエータなどの伸縮動作可能なリニアアクチュエータを採用してもよい。
【００７５】
また、上述の実施形態では、クランク３２の連結部３３が下死点から上死点に向かう間には圧力室４４の内部に空気を圧入して薄膜１１０を押圧する動作を継続する例を示したが、クランク３２が角度θ１から下死点まで移動する間のみをシール時間として、クランク３２の連結部３３が下死点から上死点に向かう間に薄膜１１０を押圧しない構成とすることもできる。この場合でも、インバーター回路３１ａにおける電力の周波数を設定してクランク３２の角速度を設定することで本実施形態と同等のシール時間および押圧力を生じさせることができ、本発明と同様の効果を奏することができる。
【００７６】
また、上述の実施形態では、モーター３１とインバーター回路３１ａとによってクランク３２を回転動作させる構成を説明したが、これに限らず、クランク３２を回転させるための他の動力及び回転速度制御手段を備えることができる。例えば、クランク３２を回転させるモーターとして直流モーターを採用し、回転速度制御手段として、直流モーターに対して周期的に通電状態のオンとオフとを繰り返して矩形パルス状の駆動電力を供給して直流モーターの回転速度を制御する手段を採用することもできる。
【００７７】
また、制御部４６における送気部４６ａに代えて、クランク３２の連結部３３が下死点から上死点に向かう間に圧力調整部４０を伸長させて圧力調整部４０の長さを最大長さＬ１に戻す他の構成を採用することもできる。
【００７８】
また、上述の実施形態の充填封緘システム１の説明では容器１００がリテーナー６ａの軌道方向に一列に配列される場合を説明したが、これに限らず、容器１００を２列以上で並列に移動させて、容器１００への被充填物の充填及び容器１００の封緘を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１ 充填封緘システム
２ マガジン
３ 供給充填装置
４ 封緘装置
５ 搬出装置
６ 搬送装置
８ 薄膜供給装置
９ 薄膜切断装置
Ｆ フレーム
１０ ヒートシール装置
２０ 押圧部材
２１ シール板
２１ａ 接触面
２２ ヒーター
３０ 加圧部
３１ モーター
３１ａ インバーター回路
３２ クランク
３３ 連結部
３５ 進退駆動部
４０ 圧力調整部
４２ シリンダ本体
４３ ピストン
４４ 圧力室
４６ 制御部
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ 容器
１０１ 開口端部
１１０、１１１ 薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の開口端部を覆う薄膜を挟んで前記開口端部に対向して配置されるとともに前記薄膜を加熱可能な押圧部材と、前記押圧部材を介して前記薄膜を前記開口端部へ押圧する加圧部と、を備えるヒートシール装置であって、
前記加圧部は、
前記押圧部材を前記開口端部に向かって進退駆動させる進退駆動部と、
前記進退駆動部と前記押圧部材とのそれぞれに連結され、前記進退駆動部と前記押圧部材との間で伸縮し、前記押圧部材を前記開口端部の側へ押圧する圧力調整部と、
前記圧力調整部に接続され、前記押圧部材が前記薄膜を前記開口端部へ前記押圧するときの押圧力を一定に制御する制御部と、
を有するヒートシール装置。
【請求項２】
前記圧力調整部は、前記進退駆動部と前記押圧部材とのいずれか一方に前記連結されるとともに流体を圧入するための圧力室が内部に形成されたシリンダ本体と、前記進退駆動部と前記押圧部材との他方に前記連結されるとともに前記圧力室の内部まで延びて設けられたピストンと、を有する流体圧シリンダを備え、
前記制御部は、前記圧力室の内部の前記流体の圧力が一定になるように前記圧力室に前記流体を前記圧入する量を制御する請求項１に記載のヒートシール装置。
【請求項３】
前記進退駆動部は、
回転動作するクランクと、
前記クランクの回転中心から偏心して前記クランクに固定された連結部と、
を備え、
前記連結部は前記圧力調整部に前記連結されている請求項１に記載のヒートシール装置。
【請求項４】
前記進退駆動部は、
前記クランクに接続されたモーターと、
前記モーターの回転速度を制御するための回転速度制御手段と、
を備え、
前記回転速度制御手段は、前記クランクを一周ごとに間欠駆動させるとともに前記一周の間の前記クランクの角速度を一定にするように前記モーターを制御する請求項３に記載のヒートシール装置。
【請求項５】
容器の内部に被充填物を充填し、被充填物が充填された前記容器の開口端部に薄膜を配置して容器を封緘する充填封緘システムであって、
請求項１から４のいずれか一項に記載のヒートシール装置を備える充填封緘システム。
【請求項１】
容器の開口端部を覆う薄膜を挟んで前記開口端部に対向して配置されるとともに前記薄膜を加熱可能な押圧部材と、前記押圧部材を介して前記薄膜を前記開口端部へ押圧する加圧部と、を備えるヒートシール装置であって、
前記加圧部は、
前記押圧部材を前記開口端部に向かって進退駆動させる進退駆動部と、
前記進退駆動部と前記押圧部材とのそれぞれに連結され、前記進退駆動部と前記押圧部材との間で伸縮し、前記押圧部材を前記開口端部の側へ押圧する圧力調整部と、
前記圧力調整部に接続され、前記押圧部材が前記薄膜を前記開口端部へ前記押圧するときの押圧力を一定に制御する制御部と、
を有するヒートシール装置。
【請求項２】
前記圧力調整部は、前記進退駆動部と前記押圧部材とのいずれか一方に前記連結されるとともに流体を圧入するための圧力室が内部に形成されたシリンダ本体と、前記進退駆動部と前記押圧部材との他方に前記連結されるとともに前記圧力室の内部まで延びて設けられたピストンと、を有する流体圧シリンダを備え、
前記制御部は、前記圧力室の内部の前記流体の圧力が一定になるように前記圧力室に前記流体を前記圧入する量を制御する請求項１に記載のヒートシール装置。
【請求項３】
前記進退駆動部は、
回転動作するクランクと、
前記クランクの回転中心から偏心して前記クランクに固定された連結部と、
を備え、
前記連結部は前記圧力調整部に前記連結されている請求項１に記載のヒートシール装置。
【請求項４】
前記進退駆動部は、
前記クランクに接続されたモーターと、
前記モーターの回転速度を制御するための回転速度制御手段と、
を備え、
前記回転速度制御手段は、前記クランクを一周ごとに間欠駆動させるとともに前記一周の間の前記クランクの角速度を一定にするように前記モーターを制御する請求項３に記載のヒートシール装置。
【請求項５】
容器の内部に被充填物を充填し、被充填物が充填された前記容器の開口端部に薄膜を配置して容器を封緘する充填封緘システムであって、
請求項１から４のいずれか一項に記載のヒートシール装置を備える充填封緘システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−３１９７６（Ｐ２０１１−３１９７６Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２３７５（Ｐ２００９−１８２３７５）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００２２３１４８）株式会社トーワテクノ (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（０００２２３１４８）株式会社トーワテクノ (10)
【Ｆターム（参考）】
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