JP5048319B2

JP5048319B2 - 置換ガス吹出し用ノズルを用いた製袋充填ガス置換包装機

Info

Publication number: JP5048319B2
Application number: JP2006348493A
Authority: JP
Inventors: 嗣伊早坂
Original assignee: 株式会社川島製作所
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: JP2008133041A

Description

この発明は、ガス置換袋包装において、置換ガス吹出し用ノズルを用いて袋内をガス置換した状態で包装する製袋充填ガス置換包装機に関する。

従来、袋内に飲料や食料品のような包装物が袋内に存在する空気中の酸素の酸化作用で品質が低下するのを防止するため、製造段階で袋内の空気を窒素や二酸化炭素などの不活性ガスで置換するガス置換包装が行われている。袋のガス置換包装においては、包装すべき製品を収容した状態の袋内に置換ガス吹出し用ノズルを挿入し、置換ガス吹出し用ノズルから置換ガスを吹き出し、袋内に存在する空気を置換ガスで追い出し、袋内がガス置換された状態で、吹出し用ノズルが挿入されていた袋の開口部をヒートシーラ等の封鎖手段で密封することで、ガス置換された包装袋が得られる。

縦型製袋充填包装機において、袋をガス置換包装は、筒状包装材が外周面上を走行する充填筒の内部に、ガス供給源に繋がるガス吹出しパイプを垂下させておき、筒状包装材から成形される袋内に製品が充填されるのに合わせて、ガス供給源からの不活性ガスを噴射して袋内の空気を不活性ガスで置換し、その状態でヒートシーラによって袋の開口部を閉じて密封することで行われている。ガス吹出しパイプは、通常、開閉動作をするヒートシーラそれ自体やヒートシーラの動作に合わせて扁平に閉じられる袋開口部と干渉を生じないように、充填筒の長さの範囲内に置かれている。

包装体へのガス充填方法及び装置の一例として、コンベヤ軌道に沿って移動中の開封包装体の開口部から、同開口包装体内部に規定時間の間、不活性ガスを連続的に噴射する手段と、不活性ガス噴射ラインの途中に備えた不活性ガス噴射流を間欠カットする又は間欠変化させる手段、或いは不活性ガス流に直接刺激を与えて開封包装体へのガス噴射流に振動を作用させる外部刺激要素手段を備えたものが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に開示のガス充填技術によれば、開封包装体の上部開口縁から包装体内に挿入したノズルから不活性ガスを噴出し、内部の空気を押し出すガス置換装置では、容器の隅または各被包装物の陰部分に空気溜りが生ずるという問題の改善を図っている。即ち、一つの包装体開口部がシールバーによって密封されるまでの間に、ガスボンベからノズルに向けて流れる不活性ガス噴射流が少なくとも１回又はそれ以上のピッチで間欠カットされるので、かかるカット作用によるガスの脈圧化により同不活性ガスが乱流化し、包装体の隅または包装物の陰に形成される空気溜りへのガスが進入する。また、縦型製袋充填包装装置において、包装袋の製袋時に置換ガスを袋内に送入することによりガス置換を行うことは、例えば、特許文献２に開示されている。
特開２００３−２２１０１１号公報特開平８−４０４０５号公報

上記の袋におけるガス置換包装においては、上記の例にもあるように、置換率を向上するために種々の対策が提案し採用されているが、未だ、十分な置換率が得られていない。ガス供給源から供給管を通じて送られた置換ガスを周囲に吹き出すガス吹出しノズルは、先端に一つだけ開口する噴出孔が形成されているタイプのものや、先端部に多数ではあるが計数可能な程度の噴出孔が形成されているタイプのものが殆どである。こうしたタイプのガス吹出しノズルでは、不活性ガスの噴出形態が周囲において均等にならず、複数の噴射孔を形成する場合でも噴射孔間の領域では空気が残留し、結果的に、置換ガスで空気を袋から追い出すのに時間を要している。ガス置換を十分に行う時間的な余裕が得られない場合には袋内で空気が残留し、ガス置換率が低い状態でシール密封が行われる可能性がある。また、袋内に空気を確実に追い出してガス置換率を高めるには、置換ガスを大量に且つ早い噴射速度で噴射し、袋外にまで多量の置換ガスが溢れ出るのを許容しなければならない。この場合、無駄になる置換ガス量が多くなり、置換ガスの使用量が増加して、ガス置換袋包装体の製造コストが増加する。特に、包装速度が高速になる程、こうした状況が顕著になるので、包装の高速化には制限がある。

また、噴射孔の数が限られている吹出しノズルにおいては不活性ガスの噴射の勢いが強く、包装物が粉体である場合、或いは、例えば、きな粉をまぶした和菓子のような製品である場合には、噴射ガスの勢いによって、袋内で鎮静化した粉体やまぶした粉が舞い上がることがある。こうした粉体は、ヒートシールすべき袋の開口部付近にまで至り袋のシールされる内面に付着するので、その付着状態でヒートシールが行われると、シール不良の原因になる。

そこで、袋を形成しつつ包装物を袋内に充填するとともに袋内の空気を不活性ガスで押し出してガス置換した状態でシールする製袋充填ガス置換包装機において、ノズルの周囲に万遍なく吹き出すことで、ノズルからの置換ガスの噴射速度を低く抑えても、高いガス置換率を得る点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、ノズルからの置換ガスの噴射速度を低く抑えて、包装物が粉体である或いは粉体を含む場合でも粉体の舞い上がりがなく、しかも置換ガスの使用量を少なくしつつガス置換率を向上することができる、置換ガス吹出し用ノズルを用いた製袋充填ガス置換包装機を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による製袋充填ガス置換包装機は、充填される包装物が内部を通過するとともに筒状包装材が外周面を案内される充填筒と、前記充填筒の下方に配置されていて前記筒状包装材を横断方向にヒートシールする横ヒートシーラと、前記充填筒に適用されていて、置換ガス源から置換ガスを供給する供給管に接続されるノズル体を有する一つ又は複数個の置換ガス吹出し用ノズルと、を備えており、前記筒状包装材から袋を形成しつつ前記袋内部に前記包装物を収容し、前記横ヒートシーラによって前記袋をその開口部で密封するとともに、噴射された前記置換ガスで前記袋内の空気が置換される製袋充填ガス置換包装機において、前記ノズル体が多孔質に形成された焼結体から構成されており、前記充填筒の下端には前記筒状包装材にその内側から互いに反対方向に拡張方向に当接して前記筒状包装材を扁平に変形案内するガイド棒が取り付けられており、前記置換ガス吹出し用ノズルが接続される前記供給管は前記充填筒内を垂下し、且つ前記置換ガス吹出し用ノズルの前記ノズル体は前記充填筒の前記下端よりも下方で前記ガイド棒が延びる範囲内に配置されていることを特徴としている。

この発明による製袋充填ガス置換包装機によれば、縦型製袋充填包装機に適用されており、包装材としての筒状包装材が充填筒の外周面を案内されて送られ、包装物は充填筒の内部を通過され、充填筒の下方に配置されている横ヒートシーラが筒状包装材を横断方向にヒートシールして、先行して形成され且つ包装物が充填された袋の開口部がシールされるとともに後続の袋の底部がシールされる。こうした一連の動作によって、包装材から袋を形成しつつ袋内部に包装物を収容し、包装物を収容した袋をその開口部で密封することで袋包装体が製造される。この製袋充填ガス置換包装機において、袋内の空気と置換すべき置換ガスを噴射するために、充填筒に適用されていて、製袋の際の袋内に置換ガスを噴射する一つ又は複数個の置換ガス吹出し用ノズルは、焼結体から構成されている。この置換ガス吹出し用ノズルによれば、置換ガスを、数が限られた噴射孔から噴射するのではなく多孔質に形成された焼結体から構成されたノズル体から噴射するので、ノズル体においては焼結体に多孔質として存在する無数の微細孔から噴射された置換ガスは、あたかもノズル体の全表面から湧き出す態様で噴射されて、ノズル体の周囲の空気を混じり含むことが可及的に少なくなり、結果として周囲空気を押し退けながら広がる。したがって、置換ガスの噴射速度は、単一の噴射孔や有限個数の噴射孔を有するノズルと比較して遅い速度でよく、袋包装においてガス置換効率を高めることに貢献する。

噴射された置換ガス塊の中には、空気が混じり残ることが可及的に少なくなり、連続包装をする中で袋はその内部の空気が袋の外へ押し出された状態で包装される。したがって、連続包装される袋においては高いガス置換効率が得られ且つ無駄になる置換ガスの量が少なく、その結果、置換ガスの使用量が少なくて済み、包装物が粉体であるときも粉体の舞い上がりを抑制することができる。置換ガス吹出し用ノズルは、通常、一つ設ければ十分であるが、大きな袋で製袋充填包装する場合や高速包装の場合には、二つのノズルを例えば並べて配置するなどして、１包装当たりの置換ガスの噴射量を増加・確保させる、或いは、袋内での置換ガスの分布の偏りを少なくすることができる。

また、この製袋充填ガス置換包装機においては、充填筒の下端には筒状包装材にその内側から互いに反対方向に拡張方向に当接して筒状包装材を扁平に変形案内するガイド棒を取り付け、置換ガス吹出し用ノズルが接続される供給管を充填筒内に垂下させ、且つ置換ガス吹出し用ノズルのノズル体を充填筒の下端よりも下方でガイド棒が延びる範囲内に配置している。この製袋充填ガス置換包装機によれば、置換ガス吹出し用ノズルのノズル体は、充填筒の下端に取り付けられたガイド棒が延びる範囲内に配置されるので、ノズル体の先端は、横ヒートシーラが作動して筒状包装材をヒートシールする時には筒状包装材で形成される袋の底側近くの位置を占め、筒状包装材の送りに伴って袋内に包装物が充填されるときには袋内に充填された包装物の直ぐ上方の位置を占め、更に次の横ヒートシーラの作動直前には包装物が充填済みである袋の開口部に接近した位置を占めるというように可及的に袋底方に接近した位置に置かれているので、空気が袋内に混入するのを阻止しつつ、噴射された置換ガスを袋内に常に速やかに流入させることができる。また、横ヒートシーラはガイド棒よりも下方に配置されて作動するので、置換ガス吹出し用ノズルが横ヒートシーラと干渉することもない。

この製袋充填ガス置換包装機において、前記ノズル体は、基端側が前記供給管に接続される円筒部と、当該円筒部の先端側に一体的に成形された底板部とを備えた円筒底付きの形状を有することができる。ノズル体は、多孔質に形成された焼結体から構成されており無数の毛細管の集合体であるので、供給管からの置換ガスが圧力をもって供給されたとき、置換ガスはノズル体の円筒部と底板部とにおいて各毛細管を通じて噴射される。そのときの噴射の形態は、あたかもノズル体の全表面から湧き出す態様で噴射される。置換ガスはノズル１の周囲に存在していた空気全体を押し退けながら広がる。

この製袋充填ガス置換包装機において、前記包装物は食料品であり、前記焼結体はステンレスの焼結体とすることができる。製袋充填ガス置換包装機が食料品を包装する場合には、安全上、腐食に強いステンレスの焼結体を用いることが好ましい。

この発明による製袋充填ガス置換包装機は、上記のように、筒状包装材から袋を形成しつつ袋内部に包装物を収容し、横ヒートシーラによって袋をその開口部で密封するとともに、噴射された置換ガスで袋内の空気を置換する製袋充填ガス置換包装機であって、焼結体において多孔質として存在する無数の微細孔から置換ガスがあたかもノズル体の全表面から湧き出す態様で噴射されて、ノズルの周囲全体の空気を押し退けながら広がるので、袋内の空気は噴射された置換ガス塊の中には混じり残ることがなく袋の外へ押し出される。したがって、ノズルからの置換ガスの噴射速度を低く抑えても、ガス置換率を向上し置換ガスの使用量を少なくすることができ、しかも包装物が粉体である或いは粉体を含む場合でもシール不良の原因となるような粉体の舞い上がりがない、ガス置換袋包装における置換ガス吹出し用ノズルを用いた製袋充填包装機を提供することができる。更に、充填筒の下端に筒状包装材にその内側から互いに反対方向に拡張方向に当接して筒状包装材を扁平に変形案内するガイド棒が取り付けられ、置換ガス吹出し用ノズルが接続される供給管が充填筒内に垂下され、且つ置換ガス吹出し用ノズルのノズル体が充填筒の下端よりも下方でガイド棒が延びる範囲内に配置されているので、置換ガス吹出し用ノズルのノズル体の先端は筒状包装材の送り先側に先行して形成された袋の開口部に接近した位置を占め、噴射された置換ガスを袋内に速やかに流入させることができる。また、横ヒートシーラはガイド棒よりも下方に配置されて作動するので、置換ガス吹出し用ノズルが横ヒートシーラと干渉することのない製袋充填包装機を得ることができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明によるガス置換袋包装における置換ガス吹出し用ノズル及び製袋充填ガス置換包装機の実施例を説明する。図１はこの発明によるガス置換袋包装における置換ガス吹出し用ノズルの一実施例を示す外観図、図２は図１に示す置換ガス吹出し用ノズルの縦断面図である。

図１に示す置換ガス吹出し用ノズル（以下、「ノズル」と略す）１は、円筒底付きの形状をしたノズル体２と、置換ガス源から窒素や二酸化炭素のような常温では不活性なガスを供給する供給管１８に対して接続するための接続部３とを備えている。ノズル１は、円筒部４と円筒部４の先端側に一体的に成形された底板部５とから成る。円筒部４の基端側を供給管１８の先端部１９に対して接続する接続部３は、ノズル１の不用意な脱落を無くすために溶接部とし、ノズル１と供給管１８とを一体的に接続するのが好ましい。

ノズル体２は、金属粉を焼結温度以上に加熱して焼き固めたものであり、互いに繋がった無数の毛細管の集合体形態をしている。袋のガス置換包装においては、食料品を包装することがあるため、安全上、腐食に強いステンレスの焼結体を用いることが好ましい。この場合、焼結体の密度は、例えば、４．２〜５．２ｇ／ｃｍ３、空隙率は３６〜４８％の程度である。

ノズル体２は、上記のように多孔質に形成された焼結体から構成されており無数の毛細管の集合体であるので、供給管１８からの置換ガスが圧力をもって供給されたとき、置換ガスは各毛細管を通じて噴射される。そのときの噴射の形態は、あたかもノズル体２の全表面から湧き出す態様で噴射される。置換ガスはノズル１の周囲に存在していた空気全体を押し退けながら広がるので、単一の噴射孔や有限個数の噴射孔を有するノズルと比較して、ガスの噴射速度を高くしなくても、有効に置換ガスを噴射し、且つ噴射された置換ガス塊の中に空気が混じり残ることは殆どなくすことができる。

図３は、図１〜２に示す置換ガス吹出し用ノズルが縦型製袋充填包装機に適用された製袋充填ガス置換包装機の一例を示す斜視図であり、図４は図３に示す製袋充填ガス置換包装機の要部を示す部分図である。縦型製袋充填包装機は、袋を形成しつつ袋内部に包装物を収容し袋をその開口部で密封することで連続的に袋包装体を製造可能な製袋充填包装機であり、一連の包装行程は、包装材が縦方向に供給走行される際に行われる。

図３に示すように、製袋充填ガス置換包装機（以下、単に「包装機」と略す。）１０は従来の縦型製袋充填包装機を利用した構造のものでよく、図示の実施例はその一例に過ぎない。包装機１０は、フォーマ１１、充填筒１２、包装材送り手段１３、縦ヒートシーラ１４及び横ヒートシーラ１５を備えている。

フォーマ１１は、ウェブ状包装材Ｆｗを断面略円形であるが両側縁Ｆｅ，Ｆｅが接近した状態に曲成する。充填筒１２は、フォーマ１１内を貫通して上下方向に伸びており且つ外周面に包装材を走行案内しており内部を通じて包装すべき製品を投下・供給する。上方には製品投下用のホッパ１６が設けられる。包装材送り手段１３は、吸引ベルトのような手段から構成されており、充填筒１２の外周面に包装材を押し付けるとともに摩擦力にて包装材を引き下ろす方向に走行させる。縦ヒートシーラ１４は、充填筒１２の外周面上において曲成された包装材の両側縁Ｆｅ，Ｆｅをヒートシールして筒状包装材Ｆｔに成形する。縦ヒートシーラ１４は、この例では、間欠的に互いに接近・離間するように作動し、停止している包装材の両側縁Ｆｅ，Ｆｅを接近時に挟んで熱溶着する二つのヒートシールバーから成っている。横ヒートシーラ１５は、充填筒１２の下方に配置されており、筒状包装材Ｆｔを横断方向にヒートシールして、先に形成され且つ製品が充填された袋Ｐ１の開口部（頂部）を密封するとともに、後の袋Ｐ２の底部をヒートシールによって形成する。横ヒートシーラ１５も、筒状包装材Ｆｔを挟み込んで横断方向に熱溶着する二つのヒートシールバーから成っている。横ヒートシーラ１５は回転、往復動、ボックスモーション等の各形式の動作をし、その動作中に筒状包装材Ｆｔに対して互いに接近・離間する。横ヒートシーラ１５には、袋Ｐ１と袋Ｐ２とを切断するカッタを内蔵することができる。

充填筒１２の下端には、筒状包装材Ｆｔにその内側から互いに反対方向に拡張方向に当接して筒状包装材Ｆｔを扁平に変形案内する一対のガイド棒１７，１７が取り付けられている。ガイド棒１７，１７は撓み性があり、その弾性復元力で筒状包装材Ｆｔを扁平に付勢する。包装物が粉体や粘稠体の場合には、これらのものを供給するための手段として、オーガチューブ（図示せず）が充填筒１２内に配置される。オーガチューブは、充填筒１２内において、縦方向のスクリューを内蔵したチューブであって、スクリューを回転させる毎に一定量の粉体や粘稠体を袋内に投入する。

包装機１０には、袋Ｐ１内に置換ガスを噴射するために上記のノズル１が適用されている。置換ガスを供給するため、置換ガス源（図示せず）に接続されている供給管１８が充填筒１２内を垂下しており、その先端部２０にノズル１が一体的に接続されている。供給管１８については、図３に示すように、フォーマ１１の上側近傍で充填筒１２が露出している部分の前方から径方向に貫通し、その後下方に曲がって充填筒１２内に延びる態様で配置することができる。ノズル１は、そのノズル体２が充填筒１２の下端１２ａよりも下方でガイド棒１７，１７が延びる縦方向の範囲Ｌ内に配置されている。その結果、ノズル体２の下端は、横ヒートシーラ１５が作動して筒状包装材Ｆｔをヒートシールする時には筒状包装材Ｆｔで形成される袋（図３、図４でＰ２相当）の底側近くの位置を占め、筒状包装材Ｆｔの送りに伴って袋内に包装物が充填されるときには袋内に充填された包装物の直ぐ上方の位置を占め、更に次の横ヒートシーラ１５の作動直前には包装物が充填済みである袋（図３、図４でＰ１相当）の開口部に可及的に接近した位置を占めているので、空気が袋内に混入するのを阻止しつつ、噴射された置換ガスを袋内に常に速やかに流入させることができる。また、横ヒートシーラ１５はガイド棒１７よりも下方に配置されて筒状包装材Ｆｔに対して接近・離間のシール作動をするので、ノズル１が横ヒートシーラ１５と干渉することもない。

包装機１０によれば、包装材から袋を形成しつつ袋内部に包装物を収容し、包装物を収容した袋をその開口部で密封することで袋包装体Ｐを製造する。ノズル１は、焼結体の多孔質として存在する無数の微細孔を通じて、袋Ｐ１内に置換ガスを噴射する。置換ガスはあたかもノズル体２の全表面から湧き出す態様で噴射されて、ノズル１の周囲の空気を押し退けながら広がる。噴射された置換ガス塊は、その中に空気を混じり含むことなく袋Ｐ１内に流入する。行き場のない袋Ｐ１内の空気は流入してくる置換ガスによって袋Ｐ１外へ押し出されざるを得なく、袋Ｐ１内は置換ガスによって置き換えられる。袋Ｐ１はその状態で横ヒートシーラ１５によって横ヒートシールされるので、高い置換率で置換ガスに置き換えられた袋包装体Ｐが得られる。空気を混じり含みを殆どなくすことができるので、置換ガスの噴射速度は従来のノズルと比較して遅い速度でよく、しかも無駄になる置換ガスの量が少ない。その結果、置換ガスの使用量が少なくて済む。包装物が粉体である場合或いは粉体をまぶした製品の場合に、高い噴射圧に起因した粉体の舞い上がりを抑制することができ、シール面に付着したときにシール不良となる原因を作ることがない。

上記の例で示したとおり、通常は、単一のノズル１で十分な置換ガスの供給量を提供することができる。袋Ｐ１の大きさや高速な包装速度のような特別な場合には、製品の充填に支障をきたさない範囲内で、二本又はそれ以上の本数のノズルを袋開口部に対して並べて配置することが可能である。また、そうすることで袋Ｐ１内での置換ガスの分布の偏りを少なくすることも期待できる。

縦型製袋充填包装機としては、図示した縦型製袋充填包装機以外にも種々の形態が可能である。例えば、包装材走行手段１３としてはローラ駆動のものがあり、横のヒートシーラ１５についても、型式としてローラタイプ、ボックスモーションタイプ等があるが、いずれも本発明が適用可能である。また、正逆のピロー包包装機のような横型製袋充填包装機にも適用可能であることは原理的にも明らかである。

この発明によるガス置換袋包装における置換ガス吹出し用ノズルの一実施例を示す外観図である。図１に示す置換ガス吹出し用ノズルの縦断面図である。置換ガス吹出し用ノズルが縦型製袋充填包装機に適用された製袋充填ガス置換包装機の一例を示す斜視図である。図３に示す製袋充填ガス置換包装機の要部を示す部分図である。

符号の説明

１置換ガス吹出し用ノズル２ノズル体
３接続部４円筒部
５底板部６接続部
１０製袋充填ガス置換包装機１１フォーマ
１２充填筒１２ａ下端
１３包装材走行手段１４縦ヒートシーラ
１５横ヒートシーラ１６ホッパ
１７ガイド棒１８供給管
１９供給管１８の先端部
Ｆｗウェブ状包装材Ｆｅ，Ｆｅ両側縁
Ｆｔ筒状包装材Ｌガイド棒の存在範囲
Ｐ袋包装体
Ｐ１先の袋Ｐ２後の袋

Claims

充填される包装物が内部を通過するとともに筒状包装材が外周面を案内される充填筒と、前記充填筒の下方に配置されていて前記筒状包装材を横断方向にヒートシールする横ヒートシーラと、前記充填筒に適用されていて、置換ガス源から置換ガスを供給する供給管に接続されるノズル体を有する一つ又は複数個の置換ガス吹出し用ノズルと、を備えており、前記筒状包装材から袋を形成しつつ前記袋内部に前記包装物を収容し、前記横ヒートシーラによって前記袋をその開口部で密封するとともに、噴射された前記置換ガスで前記袋内の空気が置換される製袋充填ガス置換包装機において、
前記ノズル体が多孔質に形成された焼結体から構成されており、
前記充填筒の下端には前記筒状包装材にその内側から互いに反対方向に拡張方向に当接して前記筒状包装材を扁平に変形案内するガイド棒が取り付けられており、前記置換ガス吹出し用ノズルが接続される前記供給管は前記充填筒内を垂下し、且つ前記置換ガス吹出し用ノズルの前記ノズル体は前記充填筒の前記下端よりも下方で前記ガイド棒が延びる範囲内に配置されていることを特徴とする製袋充填ガス置換包装機。
前記ノズル体は、基端側が前記供給管に接続される円筒部と、当該円筒部の先端側に一体的に成形された底板部とを備えた円筒底付きの形状を有することを特徴とする請求項１に記載の製袋充填ガス置換包装機。
前記包装物は食料品であり、前記焼結体はステンレスの焼結体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の製袋充填ガス置換包装機。