縦型包装機について知っておくべきこと

縦型自動包装機（VFFS）は、その本質において高度に自動化された機械です。平らなフィルムロールからプラスチック袋を作り、上から下へと製品を充填し、密封します。効率的な操作性と、様々な種類の材料に対応できる汎用性の高さから、非常に人気があります。この機械は、1936年にウォルター・ズウォイヤーによって発明され、特許を取得しました。彼はヘンリー・ハイデ・キャンディ・カンパニーに勤務していた際にこの技術を開発しました。

この機械の重要なセールスポイントの一つは、垂直構造であることです。製品を横方向に移動させるのではなく、自然の重力を利用して、粒状物質、液体、粉末状物質を袋に充填します。最新の垂直包装機は、以下の工程を通じて包装のライフサイクル全体を処理できます。

• フィルム引き抜き
• 袋成形
• 日付印刷
• シーリング

設置面積が小さいため、産業用途で非常に人気が高まっています。製造業者は、限られたスペースでも大量の製品を包装できます。この記事は、企業にとってVFFS技術を詳しく調べ、自社の包装ニーズに最適な機械かどうかを判断するのに役立ちます。

コアテクノロジー：VFFSマシンの動作原理

◆フィルムロールから完成品バッグまで

• 材料搬送：フィルム原紙のロールがスピンドルにセットされます。モーターの動力で、材料はベルト上をゆっくりと機械内を移動します。ローラーがプラスチックをガイドし、エッジ位置制御（EPC）システムを使用して位置合わせを確実に行います。
• 成形と継ぎ目の作成：プラスチックを所定の位置に配置した後、成形用ショルダーに通します。このガイドによって、平らなプラスチックが円錐形の筒に巻き付けられます。この工程で、平らなシートが中空の筒状になります。次に、ヒートシールバーを使用して熱を加え、筒を溶かして閉じ、包装を形成します。
• 閉じる、切る、分離する：製品が垂直に袋に入れられると、水平方向のジョーを使って袋が閉じられます。ジョーが閉じると同時に、刃がシールを水平方向に切断し、新たに2つのシールを形成します。
• 集中制御：すべてのシーケンスとその同期は、PLC（プログラマブルロジックコントローラ）とサーボシステムを使用して制御されます。

◆精密な分注・充填システム

製品を包装に適切に計量するためには、マルチヘッド計量器を使用するのが標準的な方法です。マルチヘッド計量器は、複数の重りを組み合わせて、包装に投入する正確な重量を決定します。計量精度は±0.5～1.5グラムです。製品の移動が容易な場合は、構造がシンプルな標準カップや容積式充填器が好まれます。

機械が材料を処理する方法は、材料の種類によって異なります。粉塵や微粉末の場合は、オーガー充填の回転式スクリュー機構が最適です。液体の場合は、液だれ防止ノズルを備えたピストンポンプまたはロータリーポンプが推奨されます。壊れやすい材料の場合は、PUベルト式計量器を用いたソフトフィーディングシステムにより、材料のスムーズな搬送が保証されます。
<縦型フォームフィルシール包装機製品構成図>

ポーチのスタイルと素材の多様性

✔人気のバッグ構成

• ピローバッグ： 3辺が閉じられた、一般的で人気の高い包装形態です。シンプルな形状なので、スナック菓子や冷凍食品に最適です。
• マチ付き袋：自立機能を持たせるため、メーカーはこれらの機械を使用して、内部空間をより広くした袋を製造することがあります。
• クワッドシール（クアドロ）バッグ：プレミアムな4面シールと高級感のある外観を実現します。
• 小袋入りおよびスティックパック入り：砂糖、コーヒー、調味料などの個包装形態。複数レーンを備えた機械を使用して製造されます。

✔材料適合性とバリア層

製品の鮮度を保つため、ほとんどの縦型包装機ではラミネートフィルムを使用しています。これは一枚のプラスチックシートよりも優れています。PET/PE複合フィルムやアルミ箔/PE複合フィルムのような複雑な多層フィルムは、素材の耐久性を高め、湿気や酸素を完全に遮断します。これらは特に医薬品で広く使用されています。必要な保護レベルに応じて、フィルムの厚さは50ミクロンから150ミクロンまで調整可能です。

✔環境に優しい選択肢

多くのメーカーは、EU PPWRのような厳格な環境法に準拠した、より環境に優しい製造方法へと移行しつつあります。そのためには、環境に配慮した包装材に対応できる最新の縦型パウチ包装機が必要となります。この機械は、堆肥化可能な素材や単一素材で作られた包装材に対応できるものでなければなりません。

✔粉塵の多い製品素材とシーリング

小麦粉やスパイスなどの粉末状の製品を扱う場合、静電気が発生することがあります。これにより、空気中の粉末が特定の場所に付着する可能性があります。重要なのは、静電気除去装置と呼ばれる特殊な電気機器を使用することです。これらは、シール工程において溶融ゾーンを清潔に保つために不可欠です。場合によっては、VFFS（縦型自動包装機）に超音波シール機構が組み込まれており、シール部分にわずかな汚染があっても包装を密封することができます。

最新の生産ラインの主なメリット

▶効率性と運用速度

縦型自動包装機は、毎分35～80袋の包装が可能で、小型パッケージの場合は高速モデルで毎分200袋まで対応できます。高い生産速度を実現するには、ノンストップ動作が不可欠です。すべての工程は、断続的な始動と停止を繰り返すことなく、連続的に流れる必要があります。これにより、フィルムへの埃の付着を防ぎ、高い生産速度を確保できます。

▶労働および製品の品質管理

PLCシステムを搭載した機械は、最大100種類のレシピを保存でき、オペレーターはHMI操作で簡単に変更できます。機械の動作速度は速いものの、プロセスを監視するオペレーターは依然として1人必要です。数ヶ月間保存可能な高度な品質管理が求められる食品の場合、空気包装よりも食品の特性をより長く維持するために、空気ではなく窒素パージが機械に組み込まれています。

▶直接的なコスト削減と廃棄物の削減

高性能縦型包装機の鍵は、間接費の削減にあります。そのためには、大型ロールフィルムに対応できることが不可欠です。一般的に、袋を自作する方が、充填用に既製の袋を購入するよりもはるかに安価です。フィルムの価格は少なくとも20%は安くなります。さらに、包装材の無駄を減らすために、プラスチックをミリ単位で正確にカットします。

特に、マルチヘッド計量式VFFSシステムは、商品の無駄な廃棄や過剰充填を削減する上で非常に効率的です。過剰充填を最大15%削減できるため、販売される袋一つ一つあたりの利益率が向上します。

▶長期投資価値

縦型自動包装機は初期投資が必要ですが、適切な設計を選べば、長寿命で高い収益性を実現できます。縦型包装機は縦型設計のため設置面積が小さく済み、横型包装機よりも優れています。工場経営者は、1平方フィートあたりの生産コストを抑えることができます。

完全自動化により、労力と材料の削減が可能になります。ほとんどの食品加工工場では、購入費用を12～24ヶ月以内に回収できます（投資回収​​期間）。その後、適切なメンテナンスを行えば、これらの機械は最長20年間使用できます。

機械の選定とメンテナンス

ビジネスに最適な機械を選ぶには、その機械がビジネス要件に直接合致していることを確認する必要があります。以下にその概要を示します。

• 生産量：機械がお客様の生産要件に合致していることを確認してください。初期段階では毎分約40袋が必要ですが、工業規模では毎分100袋以上が求められます。
• 製品の流れ：あなたの製品は穀物、ドライフルーツ、それともキャンディーですか？製品を流動性の高いものと粘着性のあるものに分類してください。それぞれの製品に対応できる機械の機能を分析してください。
• 工具不要の切り替え：オペレーターが工具を使わずに簡単に操作できる機器を選択してください。これには、成形チューブやフィルムロールの交換などが含まれます。

機械のメンテナンスに関しては、適切なスケジュールを作成し、スマートテクノロジーを活用して予防保全を実施してください。

• 日常メンテナンス：定期的に機械を清掃し、潤滑油を塗布してください。
• HMIによる監視： PLCを使用してリアルタイムのパラメータを監視し、無駄を防止します。
• 予備部品：刃や発熱体などの摩耗しやすい部品は最小限に抑えてください。
• 予知保全：故障が発生する前に部品を交換するなど、積極的なアプローチを採用する。
• AI向けセンサー：高性能センサーとAIを活用して、故障が発生する前に検知します。

比較表：VFFS用投与システム

結論

縦型パウチ包装機（VFFS）は、効率性が求められる現代の工場にとって不可欠な設備です。高速運転が可能で、製品の無駄を最小限に抑えます。粉末、液体、繊細なスナック菓子、粘着性のあるドライフルーツなど、様々な製品を信頼性の高い機械で包装できます。これらの機械は、企業が成長し、競争の激しい市場で勝ち抜くために必要な、非常に信頼性の高い運転を実現します。

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• SW-P360微粒子を処理
• SW-T520プレミアムクワッドシール袋詰め機能

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よくある質問

1. 1台のVFFS（縦型自動包装機）で、異なる幅の袋に対応できますか？

VFFS包装機は様々な袋幅に対応できますが、若干の改造が必要です。袋の幅を決定する成形チューブを交換する必要があります。その後、袋の長さをPLCソフトウェアに入力する必要があります。

2. ラップシールとフィンシールの違いは何ですか？

重ね合わせシールは、プラスチックシートを筒状に巻き付け、片方の端をもう一方の端に重ね合わせる方法です。使用する材料が少なくて済みます。フィンシールは、プラスチックの両端を挟み込んで、魚のヒレのようにパッケージから突き出すようにします。使用する材料は多くなりますが、熱、湿気、酸素から保護するバリアフィルムに最適です。

3. ガス置換は、スナック菓子の保存期間をどのように延ばすのでしょうか？

空気置換では、食品が酸素と接触して酸化が始まり、その性質が変化します。これは微生物の増殖に適した環境を作り出します。一方、窒素は不活性であるため、このような現象を防ぎ、ナッツやチップスなどの食品をより長く新鮮に保つことができます。