JP2023108267A - 包材切断用のナイフ、及び縦形製袋充填包装機 - Google Patents

包材切断用のナイフ、及び縦形製袋充填包装機 Download PDF

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Abstract

【課題】難延伸性の包材に滑らかな切り口を形成することができる包材切断用のナイフ、及びそのナイフを備えた縦形製袋充填包装機を提供する。【解決手段】難延伸性の包材Wを突き押して切断する包材切断用のナイフ22であって、プレート状をなす本体26と、本体に形成される刃部32と、刃部の幅方向Xに所定の間隔Dで並設され、平面視にてV字状をなす刃子34とを備え、刃子は、刃子のV字状の尖端をなす切刃40と、切刃の幅方向における両側に位置し、刃子のV字状の谷をなす刃元42と、切刃と刃元とを繋ぎ、刃子のV字状の2辺をなす刃先44と、刃子の表面に形成され、切刃から刃元に向けて刃先に沿って延在する表刃36と、刃子の裏面に形成され、表刃と同一の切刃、刃元、及び刃先を有する裏刃38とを備え、裏刃は、表刃の刃厚方向Zにおける厚みt2を減じる方向に傾斜する。【選択図】図5

Description

本発明は、包材切断用のナイフ、及びそのナイフを備えた縦形製袋充填包装機に関し、特に難延伸性包材を切断するためのナイフ、及びそのナイフを備えた縦形製袋充填包装機に関する。
特許文献1には、包装機の切断装置に設けられ、筒状に成形したシート状材を突き押し切断する切断用ナイフが開示されている。このナイフは、プレート状をなす本体と、本体に形成される刃部と、刃部の幅方向に所定の間隔で並設される刃子とを備える。刃子は、二等辺三角形状、換言すると平面視にてV字状をなし、切刃、刃元、刃先、表刃、及び裏刃を備えている。
切刃は、刃子のV字状の尖端をなしている。刃元は、切刃の幅方向の両側に位置し、刃子のV字状の谷をなしている。刃先は、切刃と刃元とを繋ぐ線状の部位である。表刃は、刃子の表面に形成され、刃先を含み、切刃から刃元に向けて延在し、刃子の刃厚を減じる方向に傾斜する。裏刃は、刃子の裏面に形成され、表刃と同一の切刃、刃元、及び刃先を有する。
特許文献1に記載のナイフに形成される表刃及び裏刃は、刃子の厚み中心から見て、異なる方向に傾斜した同一形状の傾斜面とされ、同一切込み角をもって表裏対称に形成される(公報第10頁第17行~第20行等参照)。これにより、刃子の切刃から刃元に亘る刃厚方向の断面は菱形形状となる。各刃子が包材を突き押すことにより、包材には菱形形状の切り口が幅方向に並んで形成される。
各刃子の突き押しが進行すると、包材の切り口が菱形形状の相似形をなしつつ徐々に大きくなる。そして、各刃子の突き押しがさらに進行して幅方向に隣り合う各切り口が繋がることにより、包材が切断される。すなわち、包材の切り口の面積に相当する部位をナイフの各刃子で突き押しながら(突き押しプロセス)、包材をナイフの各刃先で切り裂いて包材の切り口を徐々に大きくしていく(切り裂きプロセス)。これにより、包材が切断される。
実開平1-176012号公報
昨今、SDGs(持続可能な開発目標)など、世界規模で環境配慮や省資源化推進の機運が高まり、また世界的な社会課題となっている「廃棄プラスチックによる海洋汚染問題」を受け、環境負荷を低減するパッケージに注目が集まっている。従来の包材の多くはシート状のフィルムであり、主として石油由来のプラスチック材から形成されるため、主体が紙材の紙包材に変更することにより、プラスチック材の使用量を削減する試みがなされている。
プラスチック材から形成されるフィルム包材は、薄く且つ柔軟であるため、前述した突き押しプロセスにおいてフィルム包材が適度に延伸し、前述した切り裂きプロセスと相俟って包材の切り口は滑らかなものとなる。一方、紙包材は、木材パルプなどの繊維が絡み合ったシートであり、フィルム包材に比して延伸し難いため、突き押しプロセスにおいて紙包材の延伸が不十分となる。このため、紙包材の押し千切りが発生し、紙包材の切り口に繊維の毛羽立ちなどの切り残しが発生し、滑らかな切り口を得ることができない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、紙包材などの難延伸性包材に滑らかな切り口を形成することができる包材切断用のナイフ、及びそのナイフを備えた縦形製袋充填包装機を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するべく、一形態に係る包材切断用のナイフは、難延伸性の包材を突き押して切断する包材切断用のナイフであって、プレート状をなす本体と、本体に形成される刃部と、刃部の幅方向に所定の間隔で並設され、平面視にてV字状をなす刃子とを備え、刃子は、刃子のV字状の尖端をなす切刃と、切刃の幅方向における両側に位置し、刃子のV字状の谷をなす刃元と、切刃と刃元とを繋ぎ、刃子のV字状の2辺をなす刃先と、刃子の表面に形成され、切刃から刃元に向けて刃先に沿って延在する表刃と、刃子の裏面に形成され、表刃と同一の切刃、刃元、及び刃先を有する裏刃とを備え、裏刃は、表刃の刃厚方向における厚みを減じる方向に傾斜する。
一形態に係る縦形製袋充填包装機は、前述した包材切断用のナイフを備え、製袋チューブの周りにて難延伸性の包材を筒状に成形し、成形した筒状包材を製袋チューブの長手方向に繰り出しながら、製袋チューブの下方にて、筒状包材の長手方向に所定の間隔を存して横シール部を形成する一方、横シール部の形成と筒状包材の内部への充填物の充填を交互に行い、併せてナイフにより横シール部にて筒状包材を切断し、充填物が充填された袋を製造する。
難延伸性包材に滑らかな切り口を形成することができる。
実施形態に係る縦形製袋充填包装機の斜視図である。 ナイフの平面図である。 表刃の拡大図である。 裏刃の拡大図である。 図3のA-A矢視断面図である。 図3のB-B矢視断面図である。 図3のC-C矢視断面図である。 各刃子の延在方向から見た、(a):各切刃における正面図、(b)~(e):各刃子の刃元に近づく方向における段階的な断面図、である。 筒状包材をナイフで切断する過程において、(a):各刃子が筒状包材を突き押したときの筒状包材の切り口、(b):各刃子の突き押しが進行したときの筒状包材の切り口、(c):各刃子が筒状包材を切断したときの筒状包材の切り口、のそれぞれの撮像画像である。 ナイフで切断された横シール部の切り口を明確にした袋の正面図である。 従来において発生していた筒状包材の切り口の繊維の毛羽立ちを示す図である。
図1は、実施形態に係る縦形製袋充填包装機1の斜視図を示す。この縦形製袋充填包装機(以下、単に包装機ともいう)1は製袋チューブ2を備え、製袋チューブ2は上下方向に延びている。製袋チューブ2は、その上端にホッパ6を有し、ホッパ6を通じて粉粒体などの充填物の供給を受ける。また、包装機1の上方には充填供給装置(図示しない)が配置され、充填供給装置は、ホッパ6を介して製袋チューブ2内に所定量の充填物を供給する。
製袋チューブ2の上方で且つホッパ6の下側にはフォーマ8が取り付けられ、フォーマ8から包材リール10まで包材繰り出し経路が延びている。包材リール10からは、複数のローラ12を介して包材Wが繰り出される。包材Wは、難延伸性包材であって、例えば、袋Pの外装に使用されるシート状の紙材と、袋Pの内装に使用されるシート状のヒートシール材とを積層及び接着した紙包材である。包材リール10から繰り出された包材Wは、包材繰り出し経路に沿って案内され、フォーマ8に沿って製袋チューブ2の外周に導かれる。
フォーマ8に沿って導かれた包材Wは、製袋チューブ2を囲む筒状に成形され、この筒状包材Wcは製袋チューブ2に沿い下方に導かれる。また、フォーマ8を通過する際、筒状包材Wcの両側縁は所定の形態、例えば合掌貼りの形態にて互いに重ね合わされたラップ部Lを形成する。また、包装機1は、包材繰り出し装置を備えている。包材繰り出し装置は一対の包材フィーダ14を有する。
包材フィーダ14は、フォーマ8の下方にて製袋チューブ2の外周の両側にそれぞれ配置されている。各包材フィーダ14は、それぞれ無端状のサクションベルト16を有し、サクションベルト14に筒状包材Wcを吸着させる。この吸着状態にて、サクションベルト14が一方向に走行することにより、筒状包材Wcは製袋チューブ2に沿って下方に向けて繰り出される。
製袋チューブ2の近傍には、開閉可能な縦シーラ18が配置されている。縦シーラ18は、製袋チューブ2の周方向で見て一対の包材フィーダ14間に配置され、筒状包材Wcのラップ部Lをヒートシールし、その両側縁を互いに接着させた縦シール部Svを袋Pに形成する。これにより、縦シーラ18を通過した後、筒状包材Wcは完全に両側縁が閉じた状態となる。
製袋チューブ2の下方には、開閉可能な横シーラ20が配置されている。横シーラ20は一対のヒータブロック20a,20bを有する。各ヒータブロック20a,20bにはヒータが内蔵されている。各ヒータブロック20a,20bは、筒状包材Wcを横断する方向である水平方向に延び、水平面内にて製袋チューブ2の径方向に互いに接離する。これにより、横シーラ20の開閉動作がなされる。
各ヒータブロック20a,20bは、筒状包材Wcを横シーラ20の閉動作によりその前後から挟み付けることで、筒状包材Wcに横シール部Shを形成する。また、各ヒータブロック20a,20bの一方であるヒータブロック20aには、包材切断用のナイフ22が保持されている。各ヒータブロック20a,20bの他方であるヒータブロック20bには、ナイフ22を受け入れる刃受溝24が形成されている。横シーラ20が閉動作することにより、ナイフ22は刃受溝24に向かって水平方向にスライドし、横シール部Shを突き押して切断する。
このように構成される包装機1の一連の動作を以下に説明する。包装機1は、製袋チューブ2の周りにて包材Wを筒状に成形し、成形された筒状包材Wcを製袋チューブ2の長手方向、すなわち下方向に繰り出しながら、縦シーラ18により縦シール部Svを形成する。次に、製袋チューブ2の下方にて、横シーラ20により筒状包材Wcの長手方向に所定の間隔を存して横シール部Shを形成する。一方、横シール部Shの形成と筒状包材Wcの内部への充填物の充填を交互に行う。併せて、ナイフ22により横シール部Shにて筒状包材Wcを切断する。これにより、充填物が充填された袋Pが製造される。
図2はナイフ22の平面図を示す。ナイフ22は、横シーラ20において、横シール部Shの筒状包材Wcを突き押して切断する。ナイフ22のプレート状をなす本体26には、ヒータブロック20aにナイフ22を保持するためのボルト挿通孔28と、2つの係合切欠30とが形成されている。また、本体26には刃部32が形成されている。
刃部32の幅方向Xには、所定の間隔D(例えば5mmピッチ)で多数の刃子34が並設されている。換言すると、刃子34の幅方向Xの幅寸法は間隔Dである。個々の刃子34には、2つの表刃36が形成されている。刃子34の各表刃36の反対側の裏面には、それぞれ裏刃38(破線で示す)が形成されている。なお、刃部32の幅方向Xと直交する方向は、刃子34の延在方向Yと定義される。
図3は、表刃36の拡大図を示す。個々の刃子34は、切刃40、刃元42、及び刃先44を備えている。切刃40は、刃子34のV字状の尖端をなす。刃元42は、切刃40の幅方向Xにおける両側に位置し、刃子34のV字状の谷をなす。刃先44は、切刃40と刃元42とを繋ぎ、刃子34のV字状の2辺をなす。表刃36は、切刃40から刃元42に向けて刃先44に沿って延在する。
詳しくは、表刃36は、四角形状の傾斜面をなしている。また、刃子34において、幅方向Xに隣り合う表刃36の境目には稜線46が形成されている。稜線46は、切刃40から延在方向Yに延び、切刃40とは反対側の端に基点48を有する。刃元42は、基点48と幅方向Xの同一線上、或いは、延在方向Yにおいて基点48よりも切刃40の側に位置している。稜線46は、その刃子34の表面における基点48から切刃40に至るまで延在方向Yに延びている。また、刃子34の表面において、幅方向Xに隣り合う刃子34の境目には第1谷線50が形成されている。
図4は、裏刃38の拡大図を示す。裏刃38は、刃子34の表刃36と反対側の裏面に形成され、表刃36と同一の切刃40、刃元42、及び刃先44を有する。詳しくは、裏刃38は、三角形状の傾斜面をなしている。また、刃子34において、幅方向Xに隣り合う裏刃38の境目には第2谷線52が形成されている。また、刃子34の裏面において、幅方向Xに隣り合う刃子34の境目は裏刃38の三角形状の頂点をなし、当該頂点には刃元42が位置付けられている。
図5~図7は、それぞれ、図3のA-A矢視断面図、B-B矢視断面図、C-C矢視断面図を示す。図5には、刃子34の稜線46に沿った断面が現われている。図6には、刃子34の表刃36及び裏刃38の双方が存在する部位において延在方向Yに対し傾斜した角度の断面が現われている。図7には、刃子34の第1谷線50に沿った断面が現われている。
表刃36は、図5~図7より明らかなように、刃子34の刃厚方向Zにおける厚みt1を減じる方向に傾斜する。一方、裏刃38は、図5及び図6より明らかなように、第2谷線52の存在により、表刃36の裏側をえぐるように形成され、表刃36の刃厚方向Zにおける厚みt2を減じる方向に傾斜している。
図8は、各刃子34(具体的には3つ)の延在方向Yから見た、(a):各刃子34の正面図、(b)~(e):各刃子34の刃元42に近づく方向における段階的な断面図、をそれぞれ示す。表刃36の厚みt2を裏刃38の形成に伴い減じたことにより、刃子34の切刃40から刃元42に亘る刃厚方向Zの断面Sの面積は、従来の菱形形状の断面Sの場合に比して大幅に減じられる。具体的には、断面Sは、図8(a)~(e)の何れの断面においても凹四角形をなしている。
図9は、筒状包材Wcをナイフ22で切断する過程において、(a)各刃子34が筒状包材Wcを突き押したときの筒状包材Wcの各切り口54、(b)各刃子34の突き押しが進行したときの筒状包材Wcの切り口54、(c)各刃子34が筒状包材Wcを切断したときの筒状包材Wcの切り口54のそれぞれの撮像画像を示す。各刃子34が筒状包材Wcを突き押すことにより、図9(a)に示すように、筒状包材Wcには凹四角形状の切り口54が幅方向Xに並んで形成される。
各刃子34の突き押しが進行すると、図9(b)に示すように、筒状包材Wcの切り口54が凹四角形状の相似形をなしつつ徐々に大きくなる。そして、図9(c)に示すように、各刃子34の突き押しがさらに進行して幅方向Xに隣り合う各切り口54が繋がることにより、筒状包材Wcが切断される。
すなわち、筒状包材Wcの切り口54の面積に相当する部位をナイフ22の各刃子34で突き押しながら(突き押しプロセス)、筒状包材Wcをナイフ22の各刃先44で切り裂いて筒状包材Wcの切り口54を徐々に大きくしていく(切り裂きプロセス)。図9に示す切り口54の下側部分は、凹四角形状の断面を有する各刃子34の凹部分に対応する形状をなしている。従って、突き押しプロセスにおいて各刃子34が筒状包材Wcを突き押す際、各刃子34で切り口54の下側部分の包材Wをさほど押すことなく筒状包材Wcが切断される。
図10は、ナイフ22で切断された横シール部Shの切り口54を明確にした袋Pの正面図を示す。横シール部Shにおける筒状包材Wcの切り口54は、袋Pの上下端に形成される。切り口54は、各刃子34の凹四角形状の断面の外縁に沿った山谷状の波型をなしている。この波型は山、谷の双方の部位が滑らかであり、図9(c)からも明らかなように、切り口54に筒状包材Wcの繊維の毛羽立ちなどの切り残しは発生していない。
一方、図11は、従来において発生していた筒状包材Wcの切り口54の繊維の毛羽立ち56を示す。従来の筒状包材Wcの切り口54は、波型の山の頂部と、谷の隅部とに筒状包材Wcの繊維の毛羽立ち56が生じている。これは、包材Wがフィルム包材に比して延伸し難いため、刃子34の断面Sが菱形形状となる従来の場合、突き押しプロセスにおいて筒状包材Wcの延伸が不十分となり、筒状包材Wcの押し千切りが発生したことに起因する。
具体的には、ナイフ22の突き押しプロセスの進行に伴い、図11に示す筒状包材Wcの切り口54を形成する部位(袋Pの上端)は、刃子34により押し込まれ、刃子34の下側に倒されながら刃子34に引っ張られる。難延伸性の包材Wから形成された筒状包材Wcは、切断が完了する前に包材Wの引張強度の限界を超えて刃子34に引っ張られることとなり、刃子34により押し千切られ、切り口54に毛羽立ち56を生ずる。
このような毛羽立ち56は、滑らかな切り口54の形成を阻むとともに、毛羽立ち56に接触することにより他の物の引っ掛かりが生じたり、毛羽立ち56の脱落により紙粉が発生したりするため、袋Pの品質を低下させる。
以上のように実施形態の包材切断用のナイフ22は、表刃36の厚みt2を裏刃38の形成に伴い減じたことにより、表刃36及び裏刃38は、刃子34の厚み中心から見て、同一方向に傾斜した傾斜面とされ、異なる切込み角をもって表裏非対称に形成される。これにより、刃子34の切刃40から刃元42に亘る刃厚方向Zの断面Sの面積が減じられる。
刃子34の断面Sの面積を減じたことにより、各刃子34で切り口54の下側部分の包材Wをさほど押すことなく筒状包材Wcが切断される。すなわち、筒状包材Wcの切り口54の面積が従来に比して小さくなることから、前述した突き押しプロセスの比重を低減することができる。従って、ナイフ22で筒状包材Wcを切断する際、前述した切り裂きプロセスの比重が相対的に大きくなり、筒状包材Wcに滑らかな切り口54を形成することができる。
具体的には、刃子34の切刃40から刃元42に亘る刃厚方向Zの断面Sは凹四角形となる。これにより、筒状包材Wcの切り口54を各刃子34の凹四角形状の断面の外縁に沿った、毛羽立ち56のない山谷状の波型に形成することができる。また、刃元42は、稜線46の基点48と幅方向Xの同一線上、或いは、延在方向Yにおいて基点48よりも切刃40の側に位置する。
これにより、ナイフ22で筒状包材Wcを切断する過程において、刃子34の刃元42が筒状包材Wcに到達した際、稜線46は、筒状包材Wcの切り口54の山の頂部に確実に位置付けられる。従って、図9(c)に示したように、各切り口54が繋がることにより筒状包材Wcが切断されるまで、断面Sを凹四角形に維持可能となる。このため、筒状包材Wcに滑らかな切り口54をより一層確実に形成することができる。
また、刃部32の幅方向Xに並設される刃子34の間隔Dは5mmとするのが好ましい。このように従来に比して短い間隔Dで刃子34を並設することにより、切り口54の毛羽立ち56をより一層効果的に防止することができる。
以上で実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。例えば、ナイフ22は、紙包材以外の難延伸包材を切断することができ、筒状包材Wc以外の形状の包材W全般の切断に使用することができる。また、包材Wの切断用に用いるのであれば、ナイフ22を実施形態で示した縦形製袋充填包装機1以外の包装型式の包装機に使用しても良い。
また、ナイフ22を包装機以外の装置における包材Wの切断に用いることもできる。また、刃子34の断面Sは凹四角形に限定されない。具体的には、刃36の厚みt2を裏刃38の形成に伴い減じれば良い。換言すると、表刃36及び裏刃38が刃子34の厚み中心から見て、同一方向に傾斜した傾斜面とされ、異なる切込み角をもって表裏非対称に形成されれば良い。
これらの条件を満たす限りにおいては、要求される包材Wの切り口54の形状に応じ、刃子34の断面Sを種々の形状に変更することができる。例えば、刃子34の切刃40から刃元42に亘る刃厚方向Zの断面Sを鋭角の角部を有する凹四角形ではなく、円弧状の角部を有する形状としても良い。
また、刃元42を稜線46の基点48と幅方向Xの同一線上、或いは、延在方向Yにおいて基点48よりも切刃40の側に位置させた状態で、断面Sを三角形状としても良い。これにより、少なくとも刃子34の断面Sが菱形形状となる場合に比して、断面Sの面積が減じられる。さらに、各切り口54が繋がることにより筒状包材Wcが切断されるまで、断面Sを三角形状に維持可能となるため、筒状包材Wcに滑らかな切り口54を形成することができる。
1 縦形製袋充填包装機
2 製袋チューブ
22 ナイフ
24 刃受溝
26 本体
32 刃部
34 刃子
36 表刃
38 裏刃
40 切刃
42 刃元
44 刃先
46 稜線
48 基点
D 間隔
P 袋
S 断面
Sh 横シール部
t2 厚み
W 包材
Wc 筒状包材
X 幅方向
Y 延在方向
Z 刃厚方向

Claims (7)

  1. 難延伸性の包材を突き押して切断する包材切断用のナイフであって、
    プレート状をなす本体と、
    前記本体に形成される刃部と、
    前記刃部の幅方向に所定の間隔で並設され、平面視にてV字状をなす刃子と
    を備え、
    前記刃子は、
    前記刃子の前記V字状の尖端をなす切刃と、
    前記切刃の前記幅方向における両側に位置し、前記刃子の前記V字状の谷をなす刃元と、
    前記切刃と前記刃元とを繋ぎ、前記刃子の前記V字状の2辺をなす刃先と、
    前記刃子の表面に形成され、前記切刃から前記刃元に向けて前記刃先に沿って延在する表刃と、
    前記刃子の裏面に形成され、前記表刃と同一の前記切刃、前記刃元、及び前記刃先を有する裏刃と
    を備え、
    前記裏刃は、前記表刃の刃厚方向における厚みを減じる方向に傾斜する、包材切断用のナイフ。
  2. 前記表刃及び前記裏刃は、前記刃子の厚み中心から見て、同一方向に傾斜した傾斜面とされ、異なる切込み角をもって表裏非対称に形成される、請求項1に記載の包材切断用のナイフ。
  3. 前記刃子の前記切刃から前記刃元に亘る前記刃厚方向の断面は、凹四角形をなす、請求項2に記載の包材切断用のナイフ。
  4. 前記刃子において前記幅方向に隣り合う前記表刃の境目に形成され、前記切刃から前記刃子の延在方向に延びる稜線と、
    前記稜線の前記切刃とは反対側の端となる基点と
    を備え
    前記刃元は、前記基点と前記幅方向の同一線上、或いは、前記延在方向において前記基点よりも前記切刃の側に位置する、請求項1から3の何れか一項に記載の包材切断用のナイフ。
  5. 前記刃部の前記幅方向に並設される前記刃子の前記間隔は5mmである、請求項1から4の何れか一項に記載の包材切断用のナイフ。
  6. 前記表刃は、四角形状の傾斜面をなす一方、前記裏刃は、三角形状の傾斜面をなす、請求項1から5の何れか一項に記載の包材切断用のナイフ。
  7. 請求項1から6の何れか一項に記載の包材切断用のナイフを備えた縦形製袋充填包装機であって、
    製袋チューブの周りにて前記包材を筒状に成形し、成形された前記筒状包材を前記製袋チューブの長手方向に繰り出しながら、前記製袋チューブの下方にて、前記筒状包材の長手方向に所定の間隔を存して横シール部を形成する一方、前記横シール部の形成と前記筒状包材の内部への充填物の充填を交互に行い、併せて前記ナイフにより前記横シール部にて前記筒状包材を切断し、前記充填物が充填された袋を製造する、縦形製袋充填包装機。
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