JP5131696B2 - レーザーカット装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザーカット装置、さらに詳しくは、蓋材を施した食品入り容器をそのまま電子レンジで加熱することができるようにする等のための装置であって、食品入り容器の開口部を覆うように接着されたシート状蓋部をレーザー走査によってその厚み方向に部分的にカットして、レーザーカット線を形成するレーザーカット装置に関する。

カップ状容器に茶碗蒸し食材や調理パン食材を充填してシート蓋材で密封して販売され、電子レンジで加熱調理して喫食する食品は、従来から種々のものが提案されている。
従来は、密封状態の食材入り容器のシート蓋を部分的に引き剥がして半開封したり、シート蓋に爪楊枝等で小孔を開けるなどした後、電子レンジによって加熱調理していた。

このシート蓋の部分的開封や小孔を設けることは、加熱調理によってカップ状容器の内圧が高まって破裂することを防ぐために行われる。しかし、電子レンジに入れる前に前記部分的開封を行うことは煩わしい。また、この部分的開封を忘れて加熱調理した場合、内圧の上昇によって密封容器の一部が破裂して充填されていた食材が電子レンジ内に散乱し、喫食不可になるだけでなく、電子レンジ内が食材によって汚れるという問題がある。

これらの問題を解決する従来技術として、合成樹脂製延伸フィルムの所要箇所に低融点のヒートシール剤を塗布し、該ヒートシール剤を塗布した箇所を通過する線又は破線で前記合成樹脂製延伸フィルムに切断線を刻設し、更に前記合成樹脂製延伸フィルムにヒートシール性をもつ合成樹脂製未延伸フィルムを貼り合わせたフィルムを用いたことを特徴とする包装材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１によれば、包装袋を電子レンジ加熱することにより食品などの内容物に含まれる水分が水蒸気となり袋内部に充満し内圧を上昇させ、それに伴ないフィルム表面の温度が上昇し、電子レンジから取り出した直後の包装袋を素手で持つことが非常に困難であるという問題も解決される。
また、フィルムに開いた小穴が水蒸気の発生量により拡大縮小を繰り返し、内圧を常圧以上に維持することができる効果もある。
しかし、引用文献１は、合成樹脂製延伸フィルムに刻設される切断線を所定の深さに正確に形成することや、合成樹脂製延伸フィルムの位置の違い等によってヒートシール性をもつ合成樹脂製未延伸フィルムの溶融温度を確実に設定し制御することは困難である。

内容物を密封包装したまま電子レンジに入れて均一に加熱、調理することのできる蓋材及びそれを用いた容器の従来技術としては、少なくとも外側から順に耐熱性基材フィルム、第１の熱接着性樹脂層、第２の熱接着性樹脂層が積層された積層フィルムからなる蓋材において、該蓋材の表面に、耐熱性基材フィルムから第１の熱接着性樹脂層までを貫通する切目線が設けられていることを特徴とする蓋材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、特許文献２においても、蓋材の表面に耐熱性基材フィルムから第１の熱接着性樹脂層までを貫通する切目線を、厚さ方向の所望の深さに安定して一定に形成することは困難である。また、特許文献２では、前記切目線の深さを高精度に測定して管理することについても、何ら開示がない。

さらに、密封包装のまま、マイクロ波を照射して加熱をしても瞬間的な破裂による電子レンジなどの庫内を汚染の心配のない包装容器の従来技術として、少なくとも片面に熱接着性樹脂層を設けた積層体からなる密封包装された容器であって、前記積層体の前記熱接着性樹脂層を除いた層に不連続な切り込みが偏在したパターンとして設けられていることを特徴とする包装用容器が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
しかし、特許文献３においても、前記積層体の前記熱接着性樹脂層を除いた層に偏在したパターンとして形成される不連続な切り込みを、厚さ方向の所望の深さに安定して形成して、瞬間的な破裂を防止することは困難である。

一方、レーザー照射による加熱を利用した検査装置として、半田付けされたコネクターのリードにレーザー光を当て、リードに対応するコネクターのソケット部の発熱状態を赤外線センサカメラで読み取り、赤外線センサカメラの読み取りデータをもとにスルーホール内のリードの半田付け部の検査を行うことをデータ処理コンピュータを用いて自動化した装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特許文献４の技術は、レーザー光源の加工強度の制御を予め定めた点灯時間と実際の点灯時間の比較によって行うが、加工長さを考慮していないため、高い精度でレーザー加工のレーザー照射強度を制御するすなわちソケット部の加熱を高精度に制御すること困難である。

さらに、レーザー照射による加熱を利用したレーザー加工装置として、被加工物に照射して加工するレーザー加工装置であって、加工ヘッドに加工点の被加工物温度を測定する温度センサーを設け、温度センサーで検出された温度と設定値を比較し、設定値を超えると警告を出して自動的にレーザー加工を中断させる制御手段を備えることからなるレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
特許文献５においては、切目線の一点のレーザー加工の程度を温度測定で判断しており、一定の太さ・形状の切目線の形成には利用できない。

さらに、レーザー加工状態の検査方法として、レーザー吸収層を含む積層体にレーザーを照射して切目線を形成する工程において、積層体のレーザー照射部から発生するプラズマ発光量をフォトセンサーにより測定し、測定した発光量を基準値と比較して切目線の良否を判定することからなるレーザー加工状態の検査方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。この方法は、レーザー出力のバラツキや積層体のバラツキがあると、積層体のレーザー照射部から発生するプラズマ発光量が変化することを利用する。
しかし、特許文献６においても、切目線の一点のレーザー加工の程度を温度測定で判断しており、一定の太さ・形状の切目線の形成には利用できない。

国際公開ＷＯ０１／８１２０１号公報 特開平１１−１４７５５９号公報 特開２００１−３１１４８号公報 実開平１１−１４７５５９号公報 特開平５−１５４６７５号公報 特開２００１−３４０９８３号公報

このように、熱接着性樹脂層を除いた層に切断線等のカット線を形成したシート蓋を用いて容器の開口部を覆うように接着し、電子レンジで加熱したときに容器内圧の上昇に伴いカット線が自動的に開封して内部の蒸気を外に逃がし、シート蓋の破裂を防止するようにした電子レンジ加熱用のシート蓋付き容器が考えられる。
しかし、このようなシート蓋付き容器を工業的に製造しようとした場合には、次のような課題がある。すなわち、シート蓋で容器の開口部を覆うように接着するときには、通常、皺が発生しないようにシート蓋に一定の張力をかけて引っ張りながら容器の開口部を覆うことになる。この時、シート蓋にカット線が予め形成されていると、シート蓋にかかる張力によって熱接着性樹脂層にピンホールが発生したり、更にはカット線が裂けてしまうという問題がある。
本発明者等は、このような問題が発生しないように、容器の開口部を覆う前にシート蓋に予めカット線を形成しておくのではなく、シート蓋を容器の開口部を覆って接着させた後からレーザー走査によって上記シート蓋にレーザーカット線を形成することを考えた。
すなわち、本発明の目的は、容器の開口部を覆うように接着されたシート状蓋材をレーザー走査によってその厚さ方向に部分的にカットして、レーザーカット線を形成するようにしたレーザーカット装置であって、シート状蓋材に形成されたレーザーカット線の良否を高い精度で判別し、もし不良品が含まれていた場合にはこれを排除することができるレーザーカット装置を提供することにある。

本発明は、
食品入り容器の開口部を覆うように接着されたシート状蓋部材をレーザー走査によってその厚さ方向に部分的にカットして、レーザーカット線を形成するためのレーザーカット装置であって、
レーザー走査によって前記シート状蓋部を厚さ方向に部分的にカットして所定のレーザーカット線を形成するためのレーザー走査セクションと、
前記レーザー走査セクションによる部分的カットのためのレーザー照射開始からレーザー照射終了までの照射時間を測定し、測定された該照射時間が許容範囲内か否かを判別する照射時間測定セクションと、
前記レーザー走査セクションによって形成されたレーザーカット線の太さ・形状を検出し、検出された該レーザーカット線の太さ・形状が許容範囲内にあるか否かを判別する形状検査セクションと、
前記照射時間測定セクションの出力と前記形状検査セクションの出力に基づいて、前記シート状蓋部材に形成したレーザーカット線の良否を判別するレーザーカット線判別セクションと、
前記レーザーカット線判別セクションの良否の出力に基づいてシート状蓋部材を有する食品入り容器を次工程又は排除工程へ移行する選別搬送セクションと
を有することを特徴とするレーザーカット装置である。

本発明の実施態様は、レーザーカット開始点のレーザー照射による上昇温度及びレーザーカット終了点のレーザー照射による上昇温度を赤外線温度センサーで測定する温度測定セクションを更に有することを特徴とする。この上昇温度を分析することによって、シート状蓋材に形成されたレーザーカット線の良否を多方面から高い精度に判別できる。

本発明の他の実施態様は、前記レーザーカット線が、方形波形または直線形である。レーザーカット線の形状は、シート状蓋部材の衝撃等に対する耐久性に影響を与え、充填物や容器の材料や形状を考慮して決定される。

本発明のレーザーカット装置によれば、レーザー走査の時間とレーザーカット線の太さ・形状を測定し、両者測定値が所定許容範囲内にあるときレーザーカット線が極めて高い確立で所望のものであるということを確認できるという技術的判断に基づき、レーザーカット線の良否を高い精度で検出して不良品を排除することができる効果を有する。
更には、レーザーカット開始点のレーザー照射による上昇温度及びレーザーカット終了点のレーザー照射による上昇温度を赤外線温度センサーで測定し、当該測定値が所定許容範囲内にあるか否かの情報も加えて、レーザーカット線の良否をさらに高い精度で検出して不良品を排除することができる効果を有する。
その結果、容器の開口部を覆うように接着されたシート状蓋部材をレーザー走査によってその厚み方向に部分的にカットして、レーザーカット線を形成するレーザーカット装置に関し、レーザーカット線の形成の不安定さすなわちレーザーカット線の太さ・形状等のバラツキによるレーザーカット線へのピンホールが発生することを回避し、その結果充填された食品材料の腐敗や、逆にレーザーカット線が所定の深さより浅いことによって加熱時に容器内が過圧状態になって暴発する等の問題を未然に防ぐことができる。

本発明の最良の形態であるレーザーカット装置１０を、図に基づいて説明する。図１はレーザーカット装置１０の平面図であり、図２はレーザーカット装置１０の正面図である。レーザーカット装置１０は、図１及び図３に示すように、食品等の内容物を充填してシート状蓋部材１２によってシールした充填シ−ル済容器１４における前記シート状蓋部材１２にレーザーカット線Ｃを形成するレーザーカットセクション３０、レーザーカット線Ｃの良否判定制御セクション３５、及びレーザーカット線Ｃの良否に基づき充填シ-ル済容器１４を包装工程等の次工程又は排除工程へ移行する選別搬送セクション６０からなる。

レーザーカットセクション３０は、充填シール済容器１４をレーザーカットセクション３０へ搬送する供給レール２２と、当該供給レール２２の下流側において、一定数の、本実施形態では２個の充填シール済容器１４を所定の等間隔ａをおいて配置するスクリユウ式の分離装置２６を有する。

分離装置２６において分離された２個の充填シール済容器１４は、例えばロボット等によって本発明のレーザーカット装置に設けられた無端式ベルトコンベア３２上の充填シール済容器１４収納穴３３に収納されて、レーザーカットセクション３０へ移送される。なお、充填シール容器１４をレーザーカットセクション３０ヘするための手段は特に限定されるものではない。

レーザーカットセクション３０は、図１及び図２に示すように、更に、無端式ベルトコンベヤ３２による搬送路の搬送方向に沿って、シート状蓋部材撮像カメラ３４、レーザーカット部３６、レーザーカット撮像カメラ３９、良否判定制御部３５を有する。
シート状蓋部材撮像カメラ３４は、２列に並んだ容器のシート状蓋部材１２の表面を撮像し、画像処理によって上記２列に並んだ容器のシート状蓋部材１２の水平面内の方向を同じくしてレーザーカット部３６へ送る。すなわち、シート状蓋部材１２には、図３に示すように、レーザーカットされる部分に枠Ｄが印字されており、この枠Ｄが同じ方向になるように充填シール済容器１４が載置されている回転軸１５を充填シール済容器１４と共に上方に持ち上げ、充填シール済容器１４を回転させる。

レーザーカット部３６は、図２に示すように、一対のレーザーカット光学系３７を有する。各レーザーカット光学系３７は、図３に示すように、レーザー光源３８からＺ軸方向に射出されたレーザー光束Ｌを、モータ４０によって回転させられるＸ軸スキャンミラー４２によってＸ軸を中心に回転させる。Ｘ軸スキャンミラー４２によってＸ軸を中心に回転させられたレーザー光束Ｌは、モータ４４によって回転させられるＹ軸スキャンミラー４６によってＹ軸を中心に回転させる。モータ４０、４４の回転を制御することによって、シート状蓋部材１２の上に、所定のレーザーカット線Ｃを所定の走査速度でカットすることができる。なお、レーザーとしては、エキシマレーザー、炭酸ガスレーレーザー、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンイオンレーザー等を例示することができるが、使いやすさの点からエキシマレーザーが最も好ましい。

レーザーカット線Ｃによるカット方向は、シート状蓋部材撮像カメラ３４からのシート状蓋部材方向検出信号に基づいて設定される。レーザーカット線Ｃの形状は、方形波形、直線形、サイン曲線形等任意である。レーザーカット線Ｃの形状は、シート状蓋部材１２の衝撃等に対する耐久性、加熱加圧に対する耐久性、充填物や容器の材料や形状等を考慮して決定される。また、レーザーカット線Ｃの深さは、例えば、上記シート状蓋部が、上層からポリエチレンテレフタレート層とナイロン層とシーラント層の順からなる３層構造のとき、当該蓋部が食品入り容器の開口部に接着された状態でシーラント層を残してカットされた深さである。

レーザーカット部３６は、図４に示すように、レーザーカット線Ｃの始点４６を撮像して該始点温度を検出する赤外線温度センサー４８と、レーザーカット線Ｃの終点５０を撮像して該終点温度を検出する赤外線温度センサー５２を有する。レーザー光束Ｌの走査時間は、レーザーカット線Ｃの始点４６が所定温度、例えば１００℃になったこと、終点５０が同一の所定温度になることが検出される。検出された温度が、所定温度範囲内にある場合はレーザーカット線Ｃの深さが良、それ以外の場合は不良と判定され、当該良否判定信号は良否判定制御部（図示せず）へ送られる。また、赤外線温度センサー４８によってレーザーカット線Ｃの始点４６を撮像して該始点を検出し、赤外線温度センサー５２によってレーザーカット線Ｃの終点５０を撮像して該終点を検出する。始点４６から終点５０までに要した時間を測定し、所定時間とほぼ同一の場合はレーザーカット線Ｃが良、それ以外の場合は不良と判定する。当該良否判定信号は良否判定制御部（図示せず）へ送られる。

レーザーカット撮像カメラ３９は、形成されたレーザーカット線Ｃが枠Ｄ内の所定許容範囲にあるか否かを画像処理によって判別し、レーザーカット線良否判定信号を良否判定制御セクション３５へ送る。レーザーカット撮像カメラ３９は、一対設けられており、充填シール済容器１４のシート状蓋部材１２のレーザーカット線Ｃを撮像し、シート状蓋部材１２に形成されたレーザーカット線Ｃの太さ誤差、形状ずれ、位置ずれ等が所定の許容範囲内にあるものを良、許容範囲内から外れたものを不良と判定する。

良否判定制御セクション３５は、良の操作時間良否判定信号及び良のレーザーカット形状良否判定信号の両信号を受信し、更には良のレーザーカット温度良否判定信号を受信した充填シール済容器１４を、良品と判断する。操作時間良否判定信号、レーザーカット形状良否判定信号及びレーザーカット温度良否判定信号の少なくとも一つが不良信号を受信した充填シール済容器１４は不良品と判断される。このように判定制御を厳しくするのは、対象が食品入り容器であるためである。
すなわち、レーザーによる部分的カットにおいて、例えば、レーザーカットの時間が長いとレーザーの二回照射が行われたことになり、これによってシート状蓋部の一部が貫通してピンホール状態となり、長期保存中の腐敗を引き起こす原因になる。従って、シート状蓋部がピンホール状態になった食品入り容器が市場に出ることを確実に防止しなければならない。一方、レーザーカットの時間が短いとレーザーカットが行なわれていない箇所があることになり、電子レンジで食品入り容器を加熱した場合、確実にレーザーカット線Ｃが切れて空気を容器外に出すことができないおそれがある。良否判定制御セクション３５は、充填シール済容器良否判定信号を選別搬送セクション６０へ送る。

選別搬送セクション６０は、レーザーカット線Ｃが施された充填シール済容器１４を、レーザーカット線Ｃの良否によって良品と不良品とに選別する。良品と不良品とに選別するには、いくつかのやり方がある。例えば、互いに逆方向へ走行する良品搬送ベルト６２と不良品搬送ベルト６４が設けられている。選別搬送セクション６０に搬送された充填シール済容器１４は、リフト６６によって持ち上げられ、充填シール済容器良否判定信号に基づいて作動するプッシャー選別器６８によって良品搬送ベルト６２上または不良品搬送ベルト６４上へ押出される。これによって、良品のみが市場に出て行き、不良品が市場にでることは確実に防止されることになる。

本発明のレーザーカット装置は、容器のシート状蓋部材に限らず、一般的樹脂製品の厚さ方向の部分的深さの切断溝等を設ける場合等にも有効に実施できる。

本発明の実施形態のレーザーカット装置の正面図である。 本発明の実施形態のレーザーカット装置のレーザーカット光学系の説明図である。 本発明の実施形態のレーザーカット装置のレーザーカット線の走査時間測定の説明図である。 本発明の実施形態のレーザーカット線の説明図である。

符号の説明

Ｌ レーザー光束
Ｃ レーザーカット線
１０ レーザーカット装置
１２ シート状蓋部材
１４ 充填シ−ル済容器
３２ 無端式ベルトコンベヤ
３３ 充填シール済容器収納穴
３４ シート状蓋部材撮像カメラ
３５ 良否判定制御セクション
３６ レーザーカット部
３７ レーザーカット光学系
３８ レーザー光源
３９ レーザーカット撮像カメラ
４２ Ｘ軸スキャンミラー
４６ Ｙ軸スキャンミラー
４７ 始点
４８ 赤外線温度センサー
５０ 終点
５２ 赤外線温度センサー
６０ 選別搬送セクション
６８ プッシャー選別器

Claims (4)

1. 食品入り容器の開口部を覆うように接着されたシート状蓋部材をレーザー走査によってその厚さ方向に部分的にカットして、レーザーカット線を形成するためのレーザーカット装置であって、
   レーザー走査によって前記シート状蓋部を厚さ方向に部分的にカットして所定のレーザーカット線を形成するためのレーザー走査セクションと、
   前記レーザー走査セクションによる部分的カットのためのレーザー照射の走査の開始点が所定温度になった時刻からレーザー照射の走査の終点が所定温度になった時刻までの照射時間を測定し、測定された該照射時間が許容範囲内か否かを判別する照射時間測定セクションと、
   前記レーザー走査セクションによって形成されたレーザーカット線の太さ・形状を検出し、検出された該レーザーカット線の太さ・形状が許容範囲内にあるか否かを判別する形状検査セクションと、
   前記照射時間測定セクションの出力と前記形状検査セクションの出力に基づいて、前記シート状蓋部材に形成したレーザーカット線の良否を判別するレーザーカット線判別セクションと、
   前記レーザーカット線判別セクションの良否の出力に基づいてシート状蓋部材を有する食品入り容器を次工程又は排除工程へ移行する選別搬送セクションと
   を有することを特徴とするレーザーカット装置。
2. レーザーカット開始点のレーザー照射による上昇温度及びレーザーカット終了点のレーザー照射による上昇温度を赤外線温度センサーで測定する温度測定セクションを更に有することを特徴とする請求項１に記載のレーザーカット装置。
3. 前記レーザーカット線が、方形波形であることを特徴とする請求項１に記載のレーザーカット装置。
4. 前記レーザーカット線が、直線形であることを特徴とする請求項１に記載のレーザーカット装置。

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