JP2023042011A - 縦型製袋充填包装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波ホーンと受けロールの間を高速で通過してしまうと、溶着時間が短くなり、シール強度が低下する。また、包装材シートの下送りは間欠的で、速度を早めると、その差が大きくなり、シール強度にムラが出たり、減速の際にはシール不良を起こしてしまう。【解決手段】包装材シートＳの下送りは、停止～加速～等速～減速～停止の間欠送り動作サイクルで実施される。これに対して、超音波ホーン２５と受けロール２７を基準位置として、包装材シートＳはその基準位置を常に一定の等速度で通過しながら下降していき、しかも、その等速度は下送りの際の等速度よりも遅くなる状態を実現している。相対的な通過速度は絶対量であり、速度の向きは下降の場合も上昇の場合もある。シール上下の動作サイクルは、上昇等速～上昇減速～下降加速～下降等速～下降減速～上昇加速～上昇等速になっており、下送りの動作サイクルを重ね合わせると、一定の相対的な通過速度が実現されている。しかも、この相対的な通過速度は、下送りの速度よりも遅くなっている。【選択図】 図７

Description

本発明は、連続した包装材シートを下送りしながら製袋化する工程のなかで、茶葉等の内容物を充填し、開口を封止する縦型製袋充填包装装置に関するものである。

ティーバッグ等の抽出バッグは、包装材シートを製袋化する工程のなかで、茶葉等の内容物を充填し、開口を封止する製袋充填包装装置により製造されており、製袋充填包装装置が縦型の場合には、連続した状態で繰り出される包装材シートを筒状に変形させるフォーマと、この包装材シートを外面に沿わせて下方へガイドする供給シュートと、合掌された両縁部に縦シールを施して筒形に成形する縦シールユニットと、筒形包装材シートを横断方向両側から挟み込んで横シールを施す横シールユニットを備えて構成されている。
また、縦シールは、加圧下で超音波ホーンに超音波振動を起こさせて溶着させる超音波方式になっており、合掌された両縁部が超音波振動を起こしている超音波ホーンと受けロールの間を通過することによりシールされるようになっている。

特開２０１１－７９５３６号公報

最近では、生産性を高めることが求められているが、包装材シートの下送りの速度を早めると、合掌された両縁部が超音波ホーンと受けロールの間を高速で通過してしまうので、溶着時間が短くなり、シール強度が全般的に低下してしまう。
また、横シールは包装材シートを停止させて行うので、下送りは間欠的で、加速・等速・減速・停止・加速・……のように、速度が絶えず変わり、合掌された両縁部が超音波ホーンと受けロールの間を通過する速度もマチマチになっているが、下送りの速度を早めると、その差が大きくなり、シール強度にムラが出たり、減速の際にはのりのカスができてシール不良を起こしてしまうと言った悪影響が大きくなる恐れがある。

本発明は上記従来の問題点に着目してなされたものであり、下送りの間欠的動作をそのままに、超音波ホーンと受けロールとでなる縦シールユニット側をその間欠的動作に対応した特徴的な上下往復動をさせることで、間欠的動作中であっても、合掌された両縁部の超音波ホーンと受けロールの間の相対的な通過速度を一定で、しかも、シールの下送りの速度よりも遅くできる、新規且つ有用な縦型製袋充填包装装置を提供することを、その目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、間欠的に下送りされる連続した包装材シートを縦シールと横シールにより製袋化する工程のなかで、茶葉等の内容物を充填する縦型製袋充填包装装置において、超音波振動している超音波ホーンと受けロールの間を通過することで前記包装材シートの合掌された幅方向両縁部に縦シールを施す縦シールユニットが、前記超音波ホーンと前記受けロールの対向関係を維持しながら、上下往復動する上下往復動機構を備え、前記幅方向両縁部の相対的な通過速度が一定になっていることを特徴とする縦型製袋充填包装装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した縦型製袋充填包装装置において、下送りの停止、加速、等速、減速、停止の間欠送り動作サイクルに、上下往復動機構が、超音波ホーンと受けロールを、上昇等速、上昇減速、下降加速、下降等速、下降減速、上昇加速、上昇等速の動作サイクルで、下送りの等速段階では、その等速度よりも遅い等速度で下降させ、
下送りの停止段階では、等速度で上昇させ、下送りの減速段階と加速段階では、途中の速度がゼロになった時点で上下加速動の向きを反転させることで、下送りの間欠送り動作サイクル中に、幅方向両端部の相対的な通過速度を一定で且つ下送りの速度よりも遅くさせていることを特徴とする縦型製袋充填包装装置である。

請求項３の発明は、請求項２に記載した縦型製袋充填包装装置において、上下往復動機構が、所要の角度範囲にわたって揺動する揺動部に設けられたカムフォロアと、前記カムフォロアに従動する溝カムを有するカム機構を備えて構成されており、前記溝カムの上下方向の変位により、前記溝カムに対して固定された超音波ホーンと受けロールが対向関係を維持しながら、上下往復動することを特徴とする縦型製袋充填包装装置である。

請求項４の発明は、請求項３に記載した縦型製袋充填包装装置において、カム機構の揺動部がサーボモータの駆動により回転する回転面部で構成されていることを特徴とする縦型製袋充填包装装置である。

本発明の縦型製袋充填包装装置では、下送りの間欠的動作をそのままに、超音波ホーンと受けロールとでなる縦シールユニット側をその間欠的動作に対応した特徴的な上下往復動作をさせることで、間欠的動作中であっても、合掌された両縁部の超音波ホーンと受けロールの間の相対的な通過速度を一定で、しかも、シールの下送りの速度よりも遅くできる。
従って、包装材シートの下送りの速度を早めても、一定のシール強度で安定的にシールすることができる。

縦型製袋充填包装装置の主要部の斜視図である。 図１の背面側から見た斜視図である。 図２の縦シールユニットに係る部分の斜視図である。 図３の上下往復動機構の斜視図である。 図４の上下往復動機構に含まれるカム機構の設計図である。 図１の縦型製袋充填包装装置による包装材シートの製袋化工程のイメージ図である。 製袋化工程における包装材シートの下送りと縦シールユニットの上下往復動のタイミング線図である。 図７のタイミング線図の見方の説明図である。 図８のタイミング線図の下送りの所定の下降位置に対応して、図１の縦型製袋充填包装装置における縦シールユニットの超音波ホーンと受けロールの位置関係を示す斜視図である。 図９に続く、縦シールユニットの超音波ホーンと受けロールの位置関係を示す斜視図である。

本発明の実施の形態に係る縦型製袋充填包装装置１を、図面にしたがって説明する。
装置本体の上部にはホッパーが備えられており、このホッパーに計量された茶葉類が投入されるようになっている。ホッパーの下側には円筒状の供給シュートが連なっており、この供給シュートが装置本体内には入り込んでいる。連続した状態で繰り出される包装材シートがフォーマに沿わされて筒状に変形された後に、供給シュートの外周面に沿わされてガイドされながら筒状状態のまま下送りされ、その過程で包装材シートの幅方向両縁部が合掌されて縦シールされて筒体に成形され、更に、横断方向に横シールされる。
図１、図６は装置本体内を示している。図６の包装材シートＳは供給シュートの外周面に沿わされて円筒状になっており、幅方向両縁部Ｔが合掌されて外方に飛び出した状態が示されており、供給シュートの位置・形状は間接的に特定できるので、視認の便宜のために図示省略されている。

供給シュートの背面側には収容部３が配設されており、この収容部３は装置本体に対して固定されている。収容部３は角筒状になっており、正面部３ａと側面部３ｂ、３ｂと背面部３ｃとが連結されて一体になっている。
これに下送り機構５が取付けられている。
この下送り機構５は、 ２組のローラ対７、７が上下方向に間隔をあけて配置されている。 ローラ対７は、水平方向に互いに並んで配置された駆動送りローラ９と従動送りローラ１１で構成されている。２つの送りローラ９、１１の外周面は互いに近接して対向しており、その間に挟み込まれたものを下送りするように互いに反対方向に回転している。包装材シートＳの合掌された幅方向両端部Ｔがそこに挟み込まれるように送り軌道が設定されており、筒状部分が供給シュートに摺られながら、全体が下送りされる。
上側のローラ対７と下側のローラ対７の間では、包装材シートＳは所定のテンションで引っ張られて緊張している。

図２に示すように、駆動送りローラ９、従動送りローラ１１のそれぞれの支持軸は軸受で回転自在に支持された状態で正面部３ａを貫通して収容部３の内部に入り込んでおり、それぞれの支持軸に、駆動ギア１３と従動ギア１５が取り付けられている。駆動ギア１３と従動ギア１５は噛合状態を維持しながら固定されている。背面部３ｃの外面には駆動モータ１７と減速機１８が取り付けられており、減速機１８の駆動軸は背面部３ｃを貫通して収容部３の内部に入り込んでいる。この駆動軸の回転駆動力が、タイミングベルト１９、プーリ２１を備えた伝達機構を介して、駆動ギア１３に伝わっている。２組のローラ対７、７のそれぞれの駆動ギア１３、１３に、駆動モータ１７からの回転駆動力が１本のタイミングベルト１９を介して伝わっており、２組のローラ対７、７の下送りは連動している。

２組のローラ対７、７の上下間に、縦シールユニット２３の超音波ホーン２５と受けロール２７が配置されている。
超音波ホーン２５は同軸円筒状になっており、この超音波ホーン２５の円形の先端面２５ａの口縁は軸方向に直交する端面で構成されている。超音波ホーン２５は軸方向が水平になった状態で配置されており、その先端面２５ａが受けロール２７側を向いている。
受けロール２７は円盤状になっており、外周面２７ａが軸方向に同軸の真円状になっている。受けロール２７は軸方向が前後方向を向く姿勢で配置されており、超音波ホーン２５の軸線方向の延長上に受けロール２７の軸心が位置する。外周面２７ａに超音波ホーン２５の先端面２５ａが近接して対向している。
また、超音波ホーン２５の先端面２５ａと受けロール２７の外周面２７ａとの隙間は、 上側のローラ対７と下側のローラ対７のそれぞれの駆動送りローラ９と従動送りローラ１１との間に挟み込まれて下送りされてくる包装材シートＳの送り軌道と直交している。

図２、図３で、符号２９は取付部を示し、この取付部２９は矩形の板面部の辺縁どうしが連結されて構成されている。主部２９ａの左右方向の両辺縁に矩形の側面部２９ｂ、２９ｂのそれぞれの辺縁が直角に連結されている。それぞれの板面が横方向を向いた状態で連結されており、上下方向から見ると、主部２９ａから側面部２９ｂ、２９ｂが共に正面方向に突き出した状態になっている。この側面部２９ｂ、２９ｂの一方に超音波ホーン２５が取り付けられ、他方に受けロール２７が取り付けられている。
側面部２９ｂ、２９ｂは支持ベース３の正面部３ａに形成された開口３ｄ、３ｄ（図３で一方のみ図示）を介して正面側に突き出しており、主部２９ａは正面部３ａの背面側に回り込んで収容部３の内部に入り込んでいる。
主部２９ａは下送り機構５の上側の駆動ギア１３と従動ギア１５と、下側の駆動ギア１３と従動ギア１５との上下間に配置されている。

正面部３ａの背面には、ガイドレール３１が取り付けられている。このガイドレール３１は上下方向をガイド方向として縦長になっており、その左右両側にはガイド溝が形成されている。
一方、主部２９ａの正面には、凹状の摺動ブロック３３が取り付けられており、この摺動ブロック３３はガイドレール３１に摺接してガイドされながら昇降する。
従って、縦シールユニット２３の超音波ホーン２５と受けロール２７は対向関係を維持しながら、上側のローラ対７と下側のローラ対７の間で上下移動可能になっている。

主部２９ａの背面には溝カム３５が取り付けられており、この溝カム３５は摺動ブロック３３と主部２９ａを挟んで対向する位置関係にある。駆動ギア１３等より横にずれた位置に配置されており、駆動ギア１３等とは干渉し合わない。
溝カム３５の溝３５ａは水平方向に延びており、且つ背面側に向かって開口している。図４に示すように、この溝３５ａに突起状のカムフォロア３７が背面側から入り込んで、溝３５ａ内を摺動可能に嵌合されている。

カムフォロア３７の軸３７ａは回転円板３９に取り付けられており、カムフォロア３７は正面方向に突出している。この回転円板３９の背面に回転軸４２ａが取付けられている。サーボモータ４１及び減速機４２も、駆動モータ１７及び減速機１８と同様に、背面部３ｃの外面に取り付けられており、減速機４２の回転軸４２ａが背面部３ｃを貫通して収容部３の内部に入り込んで、上記したカム機構を構成している。
カムフォロア３７の軸３７ａは回転円板３９の外周縁側に偏位しており、サーボモータ４１の駆動より、回転円板３９が揺動すると、溝カム３５はカムフォロア３７に押されて、最上位置から最下位置に変化する。
従って、上記の構成の上下往復動機構により、上側のローラ対７と下側のローラ対７の間で上下往復動可能になっている。

この縦型製袋充填包装装置１では、図５に示すように、１分間に１２０袋を製造するために、１５５．８°の角度範囲で揺動し、その揺動角で下降・上昇範囲が４４ｍｍになるように設計されている。
図６に示すように、包装材シートＳが下送りされる過程で、先ず、縦シールユニット２３を通過し、更に除電装置４３を通過した後に、その下方の横シールアンドカットユニットを通過する。横シールアンドカットユニットでは、筒状に成形された包装材シートＳを横断方向にシールし、且つ横シール部の上下方向中間部分をカットして製袋化され茶葉類等が充填れた袋体が後続の連続した包装材シートＳから分離される。この横シールアンドカットユニットでは、一対の押え片で筒状の包装材シートＳを扁平した状態で押さえ、上下方向の移動を停止した状態で横シールアンドカットを実施する。

従って、包装材シートＳの下送りは、停止～加速～等速～減速～停止の間欠的な動作サイクルで実施され、停止中に横シールアンドカットが実施されている。
一方、縦シールは、包装材シートＳの合掌された幅方向両縁部Ｔが、超音波振動している超音波ホーン２５と受けロール２７の間を通過する際に実施されており、超音波ホーン２５と受けロール２７は上下方向に往復動する。
図７、図８は、縦型製袋充填包装装置１で、１分間に１２０袋を製造する場合の製袋化工程における包装材シートＳの下送りと縦シールユニット２３の上下往復動のタイミング線図であり、シール上下は、超音波ホーン２５と受けロール２７を示している。

包装材シートＳの下送りは、停止～加速～等速～減速～停止の間欠送り動作サイクルで実施され、包装材シートＳは途中で停止を挟みながら一貫して下降方向に変位していく。
これに対して、超音波ホーン２５と受けロール２７を基準位置として、包装材シートＳはその基準位置を常に一定の等速度で通過しながら下降していき、しかも、その等速度は下送りの際の等速度よりも遅くなる状態を実現している。
この基準位置を通過する一定の等速度が、相対的な通過速度に相当する。なお、相対的な通過速度は絶対値であり、速度の向きは下降の場合も上昇の場合もある。例えば、シール上下が下降の場合には、下送りの速度（絶対値）とシール上下の速度（絶対値）の差が、相対的に通過速度になり、シール上下が上昇の場合には、下送りの速度（絶対値）とシール上下の速度（絶対値）の和が、相対的な通過速度になる。

シール上下の動作サイクルは、上昇等速～上昇減速～下降加速～下降等速～下降減速～上昇加速～上昇等速になっており、包装材シートＳの下送りの動作サイクルを重ね合わせると、図７の最下段に示すようになっており、一定の相対的な通過速度が実現されている。
下送りの等速段階では、シール上下はその等速度よりも遅い等速度で下降させ、下送りの停止段階では、シール上下は等速度で上昇させ、下送りの減速段階と加速段階では、シール上下は途中の速度がゼロになった時点で上下加速動の向きを反転させている。
超音波ホーン２５と受けロール２７が静止して、その間を包装材シートＳが連続的に等速で通り抜けて下降していくような状態が疑似的に再現されている。しかもその通り抜け速度は上記した相対的な通過速度であり、包装材シートＳの実際の下送りの速度よりも遅く送られていく状態が疑似的に再現されている。

図９、図１０は、縦型製袋充填包装装置１で、超音波ホーン２５と受けロール２７（＝シール上下）が図６に示す原点位置から、５ｍｍずつ下降していったときの状態を、パラパラ漫画風に示したのである。
ロール対７、７との位置関係から、超音波ホーン２５と受けロール２７の下降による遷移が視認容易になっている。

包装材シートＳの下送りが間欠的であっても、合掌された両縁部Ｔの超音波ホーン２５と受けロール２７の間の相対的な通過速度は一定なので、シール強度は常に一定になる。また、１分間に１２０袋製造する場合には、包装材シートＳの下送りの速度も高速化するが、超音波ホーン２５と受けロール２７が下送りを追うように下降するので、超音波ホーン２５と受けロール２７を基準とすると、１分間に６０袋程度製造する場合の遅い通過速度を実現でき、シール強度も低下しない。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、上下往復動機構はコンパクトなカム機構を備えて高精度での変位を実現させているが、それに限定されず、上記のような動作サイクルが実現できるように上下往復動ができるものであればよい。

１…縦型製袋充填包装装置 ３…収容部 ３ａ…正面部
３ｂ…側面部 ３ｃ…背面部 ３ｄ…開口
５…下送り機構 ７…ローラ対 ９…駆動送りローラ
１１…従動送りローラ １３…駆動ギア １５…従動ギア
１７…駆動モータ １８…減速機 １９…タイミングベルト
２１…プーリ ２３…縦シールユニット
２５…超音波ホーン ２５ａ…先端面 ２７…受けロール
２７ａ…外周面 ２９…取付部 ２９ａ…主部
２９ｂ…側面部 ３１…ガイドレール ３３…摺動ブロック
３５…溝カム ３５ａ…溝 ３７…カムフォロア
３７ａ…軸 ３９…回転円板 ４１…サーボモータ
４２…減速機 ４２ａ…回転軸
４３…除電装置
Ｓ…包装材シート Ｔ…幅方向両縁部

Claims (4)

1. 間欠的に下送りされる連続した包装材シートを縦シールと横シールにより製袋化する工程のなかで、茶葉等の内容物を充填する縦型製袋充填包装装置において、
   超音波振動している超音波ホーンと受けロールの間を通過することで前記包装材シートの合掌された幅方向両縁部に縦シールを施す縦シールユニットが、前記超音波ホーンと前記受けロールの対向関係を維持しながら、上下往復動する上下往復動機構を備え、
   前記幅方向両縁部の相対的な通過速度が一定になっていることを特徴とする縦型製袋充填包装装置。
2. 請求項１に記載した縦型製袋充填包装装置において、
   下送りの停止、加速、等速、減速、停止の間欠送り動作サイクルに、
   上下往復動機構が、超音波ホーンと受けロールを、上昇等速、上昇減速、下降加速、下降等速、下降減速、上昇加速、上昇等速の動作サイクルで、
   下送りの等速段階では、その等速度よりも遅い等速度で下降させ、
   下送りの停止段階では、等速度で上昇させ、
   下送りの減速段階と加速段階では、途中の速度がゼロになった時点で上下加速動の向きを反転させることで、
   下送りの間欠送り動作サイクル中に、幅方向両端部の相対的な通過速度を一定で且つ下送りの速度よりも遅くさせていることを特徴とする縦型製袋充填包装装置。
3. 請求項２に記載した縦型製袋充填包装装置において、
   上下往復動機構が、
   所要の角度範囲にわたって揺動する揺動部に設けられたカムフォロアと、前記カムフォロアに従動する溝カムを有するカム機構を備えて構成されており、
   前記溝カムの上下方向の変位により、前記溝カムに対して固定された超音波ホーンと受けロールが対向関係を維持しながら、上下往復動することを特徴とする縦型製袋充填包装装置。
4. 請求項３に記載した縦型製袋充填包装装置において、
   カム機構の揺動部がサーボモータの駆動により回転する回転面部で構成されていることを特徴とする縦型製袋充填包装装置。

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