JP6424207B2 - 包装ラミネートの加工方法及びその方法を行う装置 - Google Patents

Description

本発明は、包装材料、特に熱可塑性材料でラミネートされたコアを備える包装材料のための加熱装置の様々な態様及び効果に関する。

熱可塑性材料によりラミネートされたコアを備える包装容器は、特に食品包装の分野においてよく知られている。コアは、多くの場合、例えば紙の形態のセルロース繊維等の繊維状材料で作られる。

包装ラミネート用の原材料（紙）は、製紙工場で製造され、ウェブ材料の大きなリールで更なる加工施設に送られる。この第２の加工施設は、コンバーティング施設（ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｆａｃｉｌｉｔｙ）と称してもよい。コンバーティング施設において、紙のコアは、更なる層（アルミ箔や樹脂層、接着剤、印刷等）と組み合わせられ、より便利な大きさに裁断され、そして任意に折り目線（後のパッケージが折り曲げられる線）が設けられる。

包装ラミネートは、その後、包装事業内での２つの充填機コンセプトの一方、つまりロール供給システム又はブランク供給システムに適合するように調整される。ロール供給システムとは、包装ラミネートが、包装材料のロールの形態で充填機に供給される充填機をいう。ロールは何千もの包装容器分の原材料を含むことができ、そして、充填機の制約内で裁断成形され、折り曲げられ、封止され、充填機の制約内で製品が充填される。作業の順序は、異なる機械コンセプト間で変わることもある。ブランク供給システムの場合、包装ラミネートは、コンバーティング施設において既に個々のブランクに裁断されている場合がある。ブランクは、コンバーティング施設から搬出される前に、平坦化された包装材料のチューブに形成される場合がある。これらのブランクはその後充填機に供給され、そこで、残りの折り曲げ工程及び封止工程が行われて、パッケージが充填される。

ここまでの説明は若干簡略化しているが当業者にとってはよく知られたことであり、本発明がコンバーティング工場における特徴並びに充填施設における特徴に関するものであるため、先行技術において考慮された全ての技術的側面を開示するというよりは本願の読者のために提供したものである。

これらのコンセプトに共通する特徴は、ウェブ、又はウェブから形成されたブランクを、縦方向縁部に沿って封止してスリーブを形成した後、包装容器の第１端を封止し、パッケージを充填して、パッケージの第２端を封止することである。第１の封止加工は縦封止加工と称されることが多く、第２の加工（包装容器の端部の封止）は、横封止加工と称される。

封止は、包装ラミネート内の熱可塑性層を加熱して、封止領域において「粘着」状態にすることと、その領域を封止ジョーによりクランプすることを伴う。加熱及び圧着は順に行ってもよいが、それらの２つの作業は同時に行ってもよく、熱可塑性層の加熱のために利用可能な異なる選択肢が存在する。ロール供給システムで作られる典型的な包装容器が、Ｔｅｔｒａ Ｂｒｉｋ（登録商標）Ａｓｅｐｔｉｃであり、ブランク供給システムで形成される包装容器の一例が、典型定なゲーブルトップ容器によって代表されるＴｅｔｒａ Ｒｅｘ（登録商標）システムである。ブランク供給システムでは、包装ラミネートのウェブから裁断されたブランクは、折り目を設けられ、折り曲げられ、そして縦に封止されて、平坦化された状態で充填機に送られる。充填機の内部では、包装容器は、一端が横に封止され、その後、開口端を介して充填され、そしてその開口端も封止される。

２番目の種類のシステムの場合、縦封止は、ブランクを充填機に導入する前に形成することもできるが、一般的な手法としては、縦封止はコンバーティング施設で実施し、その後、部分的に形成された包装容器を充填機の場所へ輸送する。

そのような加工工場において、包装ラミネートのウェブは、個々のブランクに裁断される。ブランクの縦縁部を加熱し互いに封止されるように接合して、（平坦化された）スリーブを形成する。ウェブを個々のブランクに裁断する前に、縦縁部を加熱して互いに封止されるように接合する例もある。

そのような背景技術は、特許文献１及び特許文献２に見出すことができる。

米国特許第３８４７５４０号明細書 米国特許第３６５４８４２号明細書

本発明は、その用途は本領域以外の領域に拡張することもできるが、主に、加工工場において包装ラミネートの縦縁部の加熱に関連する、包装ラミネートを加工する改良された方法に関し、これにより得られる効果は、その後の充填機において追加的な利点を与えるであろう。

本発明は、独立請求項によって規定され、本発明の利点及びその実施例は、以下の詳細な説明に開示される。

このために、本発明は、包装ラミネートのウェブを、その対向する２つの縁部の溶着に関連して加工する方法であって、
第１の側にある、ウェブの第１縁部領域を加熱する工程と、
第１の側とは反対側の第２の側にある、第１縁部領域とは反対側の第２縁部領域を加熱する工程と、
第１及び第２縁部領域が重なり合う形で接触するように包装ラミネートのウェブを折り曲げて、内側及び外側を有する平坦化されたチューブを形成する工程と、
重なり合った縁部領域に圧力を加えて、封止を完了する工程とを含み、
平坦化されたチューブの内側に向かって対向する第１縁部領域を、電気加熱された空気流を用いて加熱する方法に関する。

１つ以上の実施例において、第２縁部領域を、その外側にあるガスヒータを用いて加熱する。

幾つかの実施例において、この方法は、第１縁部領域を、加熱された空気流をその縁部領域側に向ける複数の貫通孔を有する加熱ノズルを用いて加熱する工程を含み、関連する実施例において、この方法は、加熱ノズルをウェブからある距離に配置する工程を更に含み、その距離が加熱ノズルの貫通孔の縦方向範囲よりも小さい。そのような実施例において、ウェブからの距離は、貫通孔の縦方向範囲の１／３から１／２の間であると好ましい。

１つ以上の実施例に対して、加熱ノズルの貫通孔の縦方向範囲は、４〜１０ｍｍ、好ましくは５〜８ｍｍ、そしてより好ましくは６〜７ｍｍである。

開示された実施例は、折り曲げの前且つ／又は加熱の前に、ウェブをブランクに裁断する工程を含んでもよい。

本発明の第２の態様は、上述の請求項のいずれか一項に記載の方法において使用される装置であって、ヒータノズルの分配マニホールドに通じる送給ダクトを備え、その送給ダクトが、内部側で空気を加熱するための電気加熱エレメントを備える、装置に関する。ヒータノズルは、そのノズルの底部プレートに、加熱対象の包装材料のウェブに向けて加熱された空気流を排気するための貫通孔の孔パターンを備える。貫通孔の長さは、ウェブと底部プレートとの間の距離よりも、少なくとも約２倍、好ましくは約３倍の大きさであると好ましい。

１つ以上の実施例において、加熱ノズルの貫通孔の縦方向範囲は、４〜１０ｍｍ、好ましくは５〜８ｍｍ、そしてより好ましくは６〜７ｍｍである。

ゲーブルトップ包装容器の製造において使用されるブランクの平面図である。 ゲーブルトップ型の包装容器の斜視図である。 図１に示す種類の包装ブランクを形成し、折り曲げ、封止するための形成プロセスの非常に概略化した図である。 横封止に関係する領域の位置関係を例示する概略図である。 本発明の一実施例に係る、熱風を吹き付けるために使用されるノズルの概略前面図である。 図５のノズルの詳細な側断面図である

本発明を説明する目的のために、その特定の実施例を説明する。いつものことであるが、この特定の実施例は、本発明自体を表すものではなく、単にその非常に具体的な実施例を表すものである。ここに与えられる教示によって、当業者は、先行技術に照らして本発明を実施することが可能になるであろう。同様に、包装ラミネートの加工が、加工に使用される設備及び包装ラミネート自体に関連する数多くの要因により影響を受ける繊細な事業であることも直ちに伝わるであろう。しかしながら、これは、本発明に特有の特質ではなく、当該技術分野自体の特質であり、包装材料のあらゆる加工が詳細な検討及び微調整を必要とすることを知ることは、本発明の実施を実現するために極めて重要である。

開示の実施例には、本発明の理解を容易にするために補助的設備を含めているが、それらは本発明の一部を構成するものではない。

加工対象の包装ラミネートを起点として、ゲーブルトップパッケージ用の包装ブランク１００を図１に示す。輪郭及び折り目パターンの正確なデザインは変わりうるが、全体的なデザインは十分に認識できる。１〜５の番号が付された５枚のパネルがあり、そのうち４枚が、完成容器の側面を形成する。第５のパネル５は、シートをスリーブに形成するために使用され、第１のパネル（パネル番号１）の内側に貼り着けられる。このようにして、第５のパネル５は、縦シール、言い換えるとＬＳの一部を形成する。第６のパネル６も示されている。第６のパネルは底部の封止に使用され、底部の封止自体に対しては幾つかの異なる構成が利用できる。ブランクの輪郭及び折り目パターンの詳細なデザインにかかわらず、ブランクをスリーブに形成する工程は、殆どのゲーブルトップパッケージで行われる。スリーブは、ここでも「ブランク」と称されることが多いが、平坦化された状態で充填機に送られる。充填機において、ブランクは、起立、底部端の折り曲げ及び封止、滅菌、充填、上部端の折り曲げ及び封止を経て、その後さらに分配される。

最終結果である、形成され、充填され、封止されたゲーブルトップ型のパッケージ２００の一例を図２に示す。縦封止ＬＳとは別に、横封止ＴＳ、つまり封止された上部フィンも示されている。図から、ＴＳ及びＬＳが重なり合う部分ができることが分かる。図２において、重なり合いがある領域を丸で括り、参照符号２０６を付している。この領域２０６では、シールの質が特に重要である。何故なら、包装材料の余計な層（第５のパネル５）が存在すると、横シールＴＳに加わる包装材料の層の数が一段増加（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｓｔｅｐ）するからである。この一段増加の部分は、スカイビング（ｓｋｉｖｉｎｇ）やヘミング（ｈｅｍｍｉｎｇ）として知られる技術によって解決できる。これは、ゲーブルトップ包装容器自体にとって重要であるが、よく知られているため、本明細書において更に論ずるほど重要ではない。本発明の文脈においてより重要な更なる詳細は、横シールＴＳが、充填機内で、通常は加熱された空気の吹き付けとそれに続く折り曲げ及び圧着とによって実現されることである。このため、横封止は、一般にコンバーティング施設でなされる縦シールＬＳを実現した後しばらく経ってから行われる。このため、横シールの領域の部分がそれ以前、つまり縦シールの実現の間に熱処理されることになり、この加熱の繰り返しが横シールの特性に影響を及ぼしうる。実施の目的のために、ゲーブルトップパッケージの上部封止に関する一般的な特性は数多くの特許出願文書において説明されており、工業的規模で確立された技術であって、当業者にとって周知であると考えられることは注意されたい。

裁断され折り目が付けられた包装ラミネート３０４（図３の工程Ｉ及びＩＩを参照）からスリーブ３００を初期形成することに話を戻す。スリーブ形成プロセスは、３つのカギとなる工程、つまり、加熱、折り曲げ及び圧着を含む。そのプロセスを図３及び図４を参照して説明する。溶着される縁部４０１，５は、図３の工程ＩＩＩにおいて加熱される。第５のパネル５は、その外側に裸火（オープンフレーム）構成を広げるガスヒータを用いて加熱される。ここで「外側」とは、それがスリーブ３０２の内部から離れる方向を向いていることをいい、第１のパネルは、電気ヒータを用いて内側の縁部領域４０１において加熱される。このことについて詳細に説明する。ブランク３０４は、加熱された領域４０１，５が重なり係合するように、図３の工程ＩＶにおいて折り曲げられ、その後、図３の工程Ｖにおいて圧力が加えられて溶着を完了する。移動するブランクに圧力を加えるためにローラ３１０を使用すると好都合である。全体のプロセスを連続して繰り返すために、図３において、セクションＩＩは裁断工程を示し、セクションＩＩＩは加熱工程を示し、セクションＩＶは折り曲げ工程を示し、セクションＶは封止工程を示し、セクションＶＩは積載工程を示す。

ここまでの説明の目的は、ゲーブルトップパッケージ用のブランクがどのように製造されるかについてのその生産の詳細まで掘り下げた完全な説明を開示することではない。これは長年知られていることだからである。その目的は、当業者が本発明を実施できるように、その文脈において本発明を強調することにより、本発明を理解するための基礎を提供することであり、また、技術をそれほど有さない者に対しては全体像を提供することである。

ここで、本発明の発想の部分は、２つの基本的な考慮にある。第１の考慮は、時間及び空間的に距離を置いたとしても、縦封止は、横封止に影響を及ぼすということである。第２の考慮は、鎖はその最も弱い輪よりも強くなることはないということである。これは、本願の文脈において読み解くならば、縦シール及び横シールの強さを別々の最適化プロセスで最適化することは無駄であるということである。それにより包装容器の最も強いシールの組み合わせが得られるとは限らないからである。

この考えを前提に慎重に検討した結果、コンバーティング施設において、第５のパネル５の領域はガスヒータで加熱すべきである一方、第１のパネルの受容内側４０１（先に述べた縁部）は電気ヒータで加熱すべきであるという結論に達した。図４は、包装容器の内側を示し、ハッチングされた領域は第５のパネル５に対応している。更に、第５のパネル５は、図４に示す側とは離れた側においてガスヒータで加熱されており、点付きの領域２０６は、電気ヒータで加熱された第１のパネルの領域に対応している。横封止に関与する領域は、図４の図の最上部に対応しており、カギとなる態様は、ガスヒータで加熱された領域が横封止ＴＳ及び縦封止ＬＳの直接部分を形成し、その領域の少なくともその部分が第５のパネルの外側に延在していることである。重なり合う領域は、シールの部分を形成するが、それは、第５のパネル５の裏側であり、横封止中に活性化（ａｃｔｉｖａｔｅｄ）され、縦封止ＬＳ中には活性化（ａｃｔｉｖａｔｅｄ）されなかった。「活性化」とは、大まかに、その側が粘着状態となるまで加熱されたと言い換えられる。

加熱流における温度は、ガスヒータについて約３８０〜４５０℃とし、電気加熱された空気について約３２０〜４００℃とすることができるが、他の材料に対しては他の温度範囲を適用してもよい。電気加熱及びガス加熱を組み合わせて使用することにより、横シールの封止特性も向上し、縦封止のために使用した技術の結果、充填機において横シールの領域を予熱するのに必要なエネルギーを低減することもできるという実際的な効果も得られる。

ガス加熱は、ガスヒータを用いて空気を加熱しその加熱された空気を用いて包装材料を加熱するような間接的な形で行ってもよい。しかしながら、本実施例で使用されるガスヒータでは、裸火を使用して直接包装材料を加熱している。この種類のものはそれ自体知られており、更に詳細には論じない。

本発明の第１の態様は、ガス及び電気を組み合わせて使用することにあるが、本発明の関連する第２の態様は、電気ヒータの特性とその包装ラミネートとの協働にある。この第２の態様を、図５及び６を参照して説明する。

加熱装置５００の一実施例を示す図５を参照して、この装置は、加熱された空気を供給する送給ライン５０２からなる。加熱エレメント（不図示）を送給ライン内に配置して、加熱源を出来るだけノズル５０４に近接させるようにしてもよい。送給ライン５０２は、プレナム又は分配チャンバ５０６内へと延び、分配チャンバ５０６の、包装材料のウェブに対向するように構成された側には、孔パターン５０８が配置されている。その側を形成するプレートにおいて、孔パターン５０８は、多数の貫通孔５１０を備え、ウェブに対して均一且つ予測可能な性能を提供する。

１つ以上の実施例、例えば、本明細書において例示する実施例によれば、プレートの厚さＴは、装置を使用する際のプレートとウェブとの間の間隙Ｃ（図５に示す）よりも大きい。これにより、各貫通孔５１０により形成される個々のジェットの性能をより予測可能となる。厚さＴは、間隙Ｃよりも１．５〜４倍、例えば、２〜３倍大きくてもよい。プレート自体の厚さＴは、貫通孔５１０の領域の問題であり、プレート自体の厚さＴは図６において見られるように変化させてもよいため、より正確には貫通孔５１０の長さＬに関連するものである。パラメータＴは、寸法に関連する目的のために、パラメータＬと置き換えてもよい。

当業者であれば、本発明を機能させるために調整する必要のあるパラメータの広範なリストがあることは理解できよう。これらのパラメータは、温度や空気流量、空気温度、ウェブまでの実距離、加熱ノズルに対するウェブの速度等の全く可変のパラメータ、並びに、例えば貫通孔の数やヒータエレメントの容量、ファンの容量などの構造的パラメータに関連するものである。これらのパラメータを数多くの要因に応じて変更してもよいこと、そして、本願の枠組み内で考えうる全ての状況を含めることは不可能であろうことに注意することは重要である。当然、パラメータの調整は、本発明の一態様というよりは当業者が行うことである。完全性の目的のために、幾つかの例を以下に示す。ヒータエレメントを通過した後の空気流の温度は約７６０℃とすることができ、その最大温度は約９００℃とできる。空気を加熱すると体積流量が増加するが、標準単位でいうと、各ヒータを通過する流量は約２５０〜２７０ＳＬＰＭである。各貫通孔はその直径が約１．２ｍｍであり、４７４個の貫通孔が設けられている。貫通孔の領域におけるプレートの厚さは約６ｍｍである。孔パターンの範囲は、（ウェブの面における、ウェブの移動方向に対して直角の）幅方向において約１８ｍｍであり、ウェブの移動方向と平行な長さ方向において１３０〜１５０ｍｍである。プレートの底部とウェブとの間の距離は約２〜３ｍｍである。ウェブの速度は約５００ｍ／ｍｍであり、最終加熱工程と圧着工程との間の移動距離は約２．５ｍ、言い換えると約０．３秒である。そのようなヒータを２〜３個配置してもよい。これが単一の実施例の説明であることは強調しておきたい。１つのパラメータ、例えばウェブの速度等を変更した場合には、他のほとんどのパラメータも変更しなければならない場合もあろう。そのような変更を行うことは、当業者の能力の内であろう。更に、包装ラミネートの特性を例えば異なるプラスチック組成を用いて変えることも、他のパラメータを変更することになる。それが依拠する実施可能性の目的のために、当業者であれば必要な微調整に十分に把握でき、保護を請求する範囲から明らかなように、本発明は周知の技術分野における詳細の変更に関連するのみである。

本発明のそのような一態様として、その一実施例によれば、電気加熱及びガス加熱を組み合わせて使用することに関し、第２の態様によれば、第１の態様で使用可能な加熱ノズルの詳細に関するものである。

Claims (10)

1. 包装ラミネートのウェブを、その対向する２つの縁部の溶着に関連して加工する方法であって、
   第１の側にある、前記ウェブの第１縁部領域を加熱する工程と、
   前記第１の側とは反対側の第２の側にある、前記第１縁部領域とは反対側の第２縁部領域を加熱する工程と、
   前記第１及び第２縁部領域が重なり合う形で接触するように前記包装ラミネートのウェブを折り曲げて、内側及び外側を有する平坦化されたチューブを形成する工程と、
   重なり合った前記縁部領域に圧力を加える工程とを含み、
   前記平坦化されたチューブの内側に向かって対向する前記第１縁部領域を、加熱された空気流をその縁部領域側に向ける複数の貫通孔を有する加熱ノズルを用いて加熱し、
   前記加熱ノズルを前記ウェブからある距離に配置し、前記距離が、前記加熱ノズルの前記貫通孔の貫通方向の長さよりも小さい、方法。
2. 包装ラミネートのウェブを、その対向する２つの縁部の溶着に関連して加工する方法であって、
   第１の側にある、前記ウェブの第１縁部領域を加熱する工程と、
   前記第１の側とは反対側の第２の側にある、前記第１縁部領域とは反対側の第２縁部領域を加熱する工程と、
   前記第１及び第２縁部領域が重なり合う形で接触するように前記包装ラミネートのウェブを折り曲げて、内側及び外側を有する平坦化されたチューブを形成する工程と、
   重なり合った前記縁部領域に圧力を加える工程とを含み、
   前記平坦化されたチューブの内側に向かって対向する前記第１縁部領域を、電気加熱された空気流を用いて加熱し、
   前記第２縁部領域を、ガスヒータのみを用いてガス加熱する、方法。
3. 前記ウェブからの前記距離が、前記貫通孔の前記貫通方向の長さの１／３から１／２の間である、請求項１に記載の方法。
4. 前記加熱ノズルの前記貫通孔の前記貫通方向の長さが、４〜１０ｍｍである、請求項３記載の方法。
5. 折り曲げの前且つ／又は加熱の前に、前記ウェブをブランクに裁断する工程を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 起立させた状態の前記平坦化されたチューブの開口端を、空気流を用いて加熱し、続いて前記開口端を封止する工程を更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法において使用する装置であって、
   ヒータノズルの分配マニホールドに通じる送給ダクトを備え、
   前記送給ダクトが、内部側において空気流を加熱するための電気加熱エレメントを備え、
   前記ヒータノズルが、該ノズルの底部プレートに、加熱対象の包装材料のウェブに向けて加熱された空気流を排気するための貫通孔の孔パターンを備え、
   貫通孔の貫通方向の長さが、前記ウェブと底部プレートとの間の距離よりも、少なくとも約２倍大きい、装置。
8. 前記加熱ノズルの前記貫通孔の前記貫通方向の長さが、４〜１０ｍｍである、請求項７に記
   載の装置。
9. 包装容器の４つの側面を形成するための第１〜第４のパネルと、縦線シールの一部を形成するための第５のパネルと、を有するゲーブルトップ包装容器用のブランクを準備し、
   前記第１のパネルの裏側にある第１縁部領域を、電気加熱された空気流を用いて加熱し、
   前記第５のパネルの表側にある第２縁部領域を、ガス加熱のみを用いて加熱し、
   前記電気加熱された前記第１縁部領域と、前記ガス加熱された前記第２縁部領域が重なり合って接触するように前記ブランクを折り曲げて接着し、内側及び外側を有する平坦化されたチューブを形成する、方法
10. 請求項９に記載の方法によって形成された平坦化されたチューブを、折り曲げて底部を形成し、食品を充填し、横封止を行い、ゲーブルトップ包装容器を製造する、方法。

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