JP2024029952A - 縦型充填包装機 - Google Patents

Abstract

【課題】縦型充填包装機において、内容物の定量性を高める。【解決手段】縦型充填包装機１は、筒状フィルムＦ２を下方に搬送する搬送ローラ４と、筒状フィルムＦ２の内部に位置し、高粘度物質を供給する供給口９Ａと、供給口９Ａの下方に位置し、高粘度物質が充填された筒状フィルムＦ２を成形する一対の成形板５Ａ，５Ｂと、一対の成形板５Ａ，５Ｂの下方に位置し、高粘度物質が充填された筒状フィルムＦ２に無充填部１１を形成する一対のシゴキローラ７Ａ，７Ｂと、一対のシゴキローラ７Ａ，７Ｂの下方に位置し、筒状フィルムＦ２の無充填部１１をシールする横シール装置８と、を有する。一対の成形板５Ａ，５Ｂは、筒状フィルムＦ２を両側から挟み込む平行な板状部５Ｃを有する。【選択図】図２

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年３月８日～令和４年３月１０日、よつ葉乳業株式会社 オホーツク北見工場

本発明は縦型充填包装機に関する。

縦型充填包装機は、液体や固体の内容物を筒状フィルムに充填し、筒状フィルムをシールすることで、内容物が充填された包装袋を製造する用途に使用されている。特に内容物が高粘度物質である場合、輸送や陳列の効率を高めるため包装袋を一定の形状に成形することが望まれる。特許文献１には、クリーム状の物質を充填した包装袋を一定の厚さに成形するための成形手段を備えた、偏平フィルム袋詰製品の製造装置が開示されている。成形手段は横シール装置の下方に設けられている。特許文献２には、液体や粘体を充填した包装袋を成形するための成形手段を備えた縦型充填包装機が開示されている。成形手段はシゴキローラと横シール装置との間に設けられている。

特公平６－６２１３１号公報 特許第３０５１６８４号公報

高粘度物質を充填する際に、筒状フィルムが不規則に膨らむことがある。筒状フィルムが不規則に膨らむと、充填量のばらつきが生じやすい。充填量を一定に制御する（以下、定量性という）ためには筒状フィルムの膨らみ方を制御することが効果的である。特許文献１に開示された成形手段は横シール装置の下方に設けられており、筒状フィルムを成形する際はすでに充填が終了しているため、定量性を高めることには役立たない。特許文献２に開示された成形手段は横シール装置の上方に設けられているため、定量性を高めることが可能である。しかし、シゴキローラと横シール装置との間に成形手段を設けたことで、シゴキローラと横シール装置との間隔が大きくなり、その結果、投入パイプの供給口と筒状フィルムの底部との距離が大きくなる。一方、筒状フィルムはシゴキローラと横シール装置との間で押しつぶされているので、充填物は押しつぶされた筒状フィルムを押し広げるようにして充填される必要がある。しかし高粘度物質の場合、筒状フィルムを押し広げて充填することが難しい場合があり、結果的に定量性を高めることが困難となる。

本発明は、内容物の定量性を高めることが容易な縦型充填包装機を提供することを目的とする。

本発明の縦型充填包装機は、筒状フィルムを下方に搬送する搬送ローラと、筒状フィルムの内部に位置し、高粘度物質を供給する供給口と、供給口の下方に位置し、高粘度物質が充填された筒状フィルムを成形する一対の成形板と、一対の成形板の下方に位置し、高粘度物質が充填された筒状フィルムに無充填部を形成する一対のシゴキローラと、一対のシゴキローラの下方に位置し、筒状フィルムの無充填部をシールする横シール装置と、を有する。一対の成形板は、筒状フィルムを両側から挟み込む平行な板状部を有する。

本発明によれば、内容物の定量性を高めることが容易な縦型充填包装機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る縦型充填包装機の概要図である。 図１に示す縦型充填包装機の成形板と折り込み板の概要図である。 図１に示す縦型充填包装機の作動を示す概念図である。

図面を参照して本発明の縦型充填包装機１の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る縦型充填包装機１の概要図を示している。縦型充填包装機１は投入パイプ９から投入される内容物を袋詰めにするものである。内容物は高粘度物質であり、液体でもよく、流動性のある固体でもよい。一例として常温のバター、マーガリンが挙げられる。高粘度物質の粘度は特に限定されないが、本発明は特に粘度０．０７Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下の高粘度物質の充填に好適に適用できる。図１においてＺ方向は鉛直方向を示し、筒状フィルムＦ２はＺ方向に搬送される。Ｚ方向と直交し後述の板状部５Ｃが延びる方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向と直交する方向をＹ方向という。Ｘ方向及びＹ方向は直交する水平方向である。

縦型充填包装機１は、Ｚ方向の上方から下方に向けて、製袋ガイド２、縦シール装置３、搬送ローラ４、一対の成形板５Ａ，５Ｂ（総称して成形板５という）、一対の折り込み板６Ａ，６Ｂ（総称して折り込み板６という）、一対のシゴキローラ７Ａ，７Ｂ（総称してシゴキローラ７という）、横シール装置８を備えている。折り込み板６Ｂは図１には示されていない。成形板５と折り込み板６はほぼ同じ高さに設けられている。製袋ガイド２はシート状フィルムＦ１を筒状に成形する。筒状に成形されたフィルムは搬送ローラ４によって下方に搬送されながら、縦シール装置３によって上下方向にシールされる。これによって、シート状フィルムＦ１は周方向に閉じた筒状フィルムＦ２に成形される。図１には一対の搬送ローラ４だけが示されているが、実際には筒状フィルムＦ２の裏側にもう一対の搬送ローラ４が設けられており、２対の搬送ローラ４で、筒状フィルムＦ２の、上方視で１８０度離れた２点を挟むようにされている。２対の搬送ローラ４が設けられる角度位置（上方からみた角度位置）は図示の例に限定されない。搬送ローラ４は制御装置１０の制御に従い、予め決まったタイミングで回転と停止を繰り返す。筒状フィルムＦ２の内部には投入パイプ９が設けられている。投入パイプ９の上流には、内容物を圧送するためのポンプ（図示せず）が設けられている。投入パイプ９の下端には内容物を供給する供給口９Ａが形成されている。供給口９Ａは、充填性を確保するため、シゴキローラ７の上方且つ近傍に設けることが好ましく、本実施形態では成形板５の下端近傍に設けられている。

一対の成形板５Ａ，５Ｂは搬送ローラ４の下方且つシゴキローラ７の上方に設けられ、高粘度物質が充填された筒状フィルムＦ２をＹ方向両側から成形する。図２（ａ）は一対の成形板５Ａ，５Ｂの概略斜視図を、図２（ｂ）は一対の成形板５Ａ，５Ｂの水平断面図を示している。成形板５Ａ，５Ｂの間の空間は高粘度物質が充填された筒状フィルムＦ２の通過スペースとなる。一対の成形板５Ａ，５Ｂは、筒状フィルムＦ２を両側から挟み込む互いに平行な板状部５Ｃを有している。また、一対の成形板５Ａ，５Ｂのそれぞれは、板状部５Ｃの横方向（Ｘ方向）における両端部５Ｅから内側に延びる板状のガイド部５Ｄを有している。成形板５Ａのガイド部５Ｄと、成形板５Ｂのこれと対向するガイド部５Ｄとの間のＹ方向の隙間Ｇは、折り込み板６の進退スペースとして利用される。ガイド部５Ｄは筒状フィルムＦ２の横方向（Ｘ方向）への膨らみを抑制する。板状部５Ｃとガイド部５Ｄは一体成形され、例えば鋼板を曲げ加工して製作することができる。成形板５は縦型充填包装機１のフレーム（図示せず）などにボルト及びナット（図示せず）で固定される。従って、成形板５Ａ，５Ｂの間の間隔（Ｙ方向の間隔は固定されている。ガイド部５Ｄは板状でなくてもよく、例えば場所によって厚さが変わるものであってもよい。また、板状部５Ｃとガイド部５Ｄは共に平板状であるが、ガイド部５Ｄを曲面状に形成してもよいし、板状部５Ｃとガイド部５Ｄの接続部を曲面で構成してもよい。

ガイド部５Ｄは板状部５Ｃに対して鈍角θをなす。鈍角θは例えば１１０～１６０度程度の範囲から選択される。ガイド部５Ｄの幅Ｗ２（水平方向の寸法）は板状部５Ｃの幅Ｗ１（Ｘ方向の寸法）の１０～２０％とすることが好ましく、板状部５Ｃ同士の間隔Ｄ（Ｙ方向の間隔）の１５～２５％とすることがさらに好ましい。ガイド部５Ｄの幅Ｗ２が狭いと筒状フィルムＦ２が横方向に張り出しやすくなる。ガイド部５Ｄの幅Ｗ２が広いと成形板５Ａ，５ＢのＹ方向の隙間Ｇが狭くなり、投入パイプ９の目視点検がやりにくくなるなど、メンテナンス性が低下する可能性がある。

一対の折り込み板６Ａ，６Ｂは制御装置１０の制御により、一対の成形板５Ａ，５Ｂの間の両側の隙間Ｇを通って、筒状フィルムＦ２に対してＸ方向に進退運動することができる。折り込み板６は概ねシゴキローラ７と同期して作動する。すなわち、折り込み板６はシゴキローラ７が閉じるのとほぼ同時に一対の成形板５Ａ，５Ｂの間のスペース（筒状フィルムＦ２の通過スペース）に進入し、シゴキローラ７が開くのとほぼ同時に一対の成形板５Ａ，５Ｂの間のスペースから退避する。折り込み板６は、下側部分が成形板５Ａ，５Ｂの間のスペースに向けて張り出した概ね五角形形状の鋼板である。折り込み板６は、成形板５Ａ，５Ｂの間のスペースに進入すると高粘度物質が充填された筒状フィルムＦ２に当接する。この状態で筒状フィルムＦ２を搬送することで、筒状フィルムＦ２に上下方向の折り込み部（ガゼット）が形成される。内容物は高粘度物質であるので、一旦形成された折り込み部の形状は良好に維持される。折り込み部を形成することで、高粘度物質が充填された筒状フィルムＦ２をほぼ四角柱の形状に成形することができため、輸送や陳列の効率を高めることができる。

一対のシゴキローラ７Ａ，７Ｂは成形板５及び折り込み板６の下方に設けられている。シゴキローラ７は制御装置１０の制御により、筒状フィルムＦ２に対してＸＹ方向に進退運動することができる。シゴキローラ７は高粘度物質が充填された筒状フィルムＦ２を、筒状フィルムＦ２の対向面同士が接触するまで両側から押圧する。これによって、シゴキローラ７が押圧する位置にあった内容物が上方に排除される。シゴキローラ７を閉じた状態で筒状フィルムＦ２を搬送することで、Ｚ方向に所定の長さを持った無充填部１１（図３参照）が筒状フィルムＦ２に形成される。

横シール装置８は一対のシゴキローラ７Ａ，７Ｂの下方に設けられ、筒状フィルムＦ２の無充填部をシールする。横シール装置８は制御装置１０の制御により、筒状フィルムＦ２に対してＹ方向に進退運動することができる。横シール装置８は横方向（Ｘ方向）に延びる一対のシールバー８Ａ，８Ｂを有し、各シールバー８Ａ，８Ｂはヒータ（図示せず）を内蔵している。横シール装置８は切断装置（図示せず）を備えており、横シール部を形成後に横シール部を横方向（Ｘ方向）に切断する。これによって、横シール部の形成と筒状フィルムＦ２の分離を同一装置、且つ同一工程で行うことができる。切断装置は横シール装置８とは別に設けることもできる。

次に、図３を参照して、本実施形態の縦型充填包装機１の作動について説明する。製袋ガイド２、縦シール装置３、搬送ローラ４は従来と同等の構成を有しているため、これらの作動についての説明は省略する。すなわち、ここでは、筒状に成形され縦シール部の形成された筒状フィルムＦ２が搬送ローラ４で下方に搬送された後の工程について説明する。図３では投入パイプ９の図示を省略している。折り込み板６は退避状態を白抜き、進入状態を黒で示している。筒状フィルムＦ２上の「×××」は横シール部を示している。図３には筒状フィルムＦ２内の内容物の上面（充填物の頂部）Ｌを示している。ただし、上面Ｌの位置は筒状フィルムＦ２の搬送条件や内容物の供給速度等によって変動するため、ここに示したものは一例である。内容物は全工程を通じて供給口９Ａから連続的に供給される。搬送ローラ４、成形板５、折り込み板６、シゴキローラ７、横シール装置８の作動や作動タイミングは制御装置１０で制御される。

図３（ａ）は、先行する筒状フィルムＦ２が切り離された直後の筒状フィルムＦ２を示している。搬送ローラ４は停止し、筒状フィルムＦ２も停止している。筒状フィルムＦ２の下端は横シール部によって塞がれており、その上方はシゴキローラ７で扁平にされた無充填部１１となっている。後述する図３（ｅ）に示す工程でシゴキローラ７が閉じられた後も内容物が供給されるため、図３（ａ）に示す状態において、筒状フィルムＦ２の下部には内容物が充填されている。ただし、この段階では無充填部１１には内容物は充填されていない。

図３（ｂ）は、内容物が供給口９Ａからさらに供給された状態を示している。搬送ローラ４は停止し、筒状フィルムＦ２も停止している。内容物がさらに供給されることで、内容物が無充填部１１を開き、無充填部１１に侵入する。これによって、筒状フィルムＦ２は横シール部の直上まで内容物で充填される。内容物がさらに供給されると、図３（ｃ）に示すように、内容物の上面Ｌの位置が上昇する。ただし、制御部１０は高粘度物質の充填高さが一対の搬送ローラ４の下端、または一対の成形板５Ａ，５Ｂの上端を超えないように搬送ローラ４を制御するので、内容物の上面Ｌの位置は成形板５の上方、または成形板５の側方にある。この状態で、図３（ｄ）に示すように、制御部１０は搬送ローラ４を起動し、筒状フィルムＦ２を下方に搬送する。内容物はさらに充填されていくが、筒状フィルムＦ２が下降するため、内容物の上面Ｌの位置は下降する。筒状フィルムＦ２は内容物の充填に伴い膨らみ、成形板５に密着するが、成形板５で膨らみを阻止された内容物は抵抗の少ない上方に向けて充填されるので、筒状フィルムＦ２が成形板５に過度に押し付けられることはない。筒状フィルムＦ２は搬送中に成形板５から摩擦抵抗を受けるが、こすれる程度の摩擦抵抗であり、搬送を妨げられることはない。

次に、図３（ｅ）に示すように、制御部１０は筒状フィルムＦ２を引き続き下方に搬送しながら、シゴキローラ７を閉じる。これと同時に、制御部１０は一対の折り込み板６Ａ，６Ｂを内側に移動させる。シゴキローラ７を閉じ、一対の折り込み板６Ａ，６Ｂを内側に移動させた状態で、図３（ｆ）に示すように、筒状フィルムＦ２をさらに下方に搬送する。これによって内容物が分離され、筒状フィルムＦ２に所定の長さの無充填部１１が形成される。また、筒状フィルムＦ２の折り込み板６が当接した位置に、Ｚ方向に延びる折り込み部が形成される。無充填部１１の長さは横シール装置８の高さに対して余裕を持つように設定される。図３（ｃ）～３（ｆ）に示す工程では、筒状フィルムＦ２は連続的に下方に搬送されている。

次に、図３（ｇ）に示すように、搬送ローラ４を停止し、筒状フィルムＦ２の下降を停止する。そして制御部１０が横シール装置８を作動させ、無充填部１１に横シール部を形成するとともに横シール部を水平方向に切断する。横シール装置８を開くと、図３（ｈ）に示すように、所定量の内容物が充填された筒状フィルムＦ３が分離される。分離された筒状フィルムＦ３の上方には、充填途中の筒状フィルムＦ２が残され、図３（ａ）に示す状態に戻る。図３（ｅ）～３（ｈ）に示す工程ではシゴキローラ７が閉じられているので、内容物の上面Ｌの位置は徐々に上昇する。その後、図３（ａ）～３（ｈ）に示す工程を繰り返し行う。

次に、本実施形態の効果について説明する。図３（ａ）～３（ｈ）に示す１サイクルの時間は一定である。従って、各サイクルにおける内容物の充填量は同じになるはずである。しかし、供給口９Ａは内容物に埋まった状態にあるため、内容物の充填量は内容物の充填状態によって影響を受ける。一般に筒状フィルムは、内容物が充填されるに従い、水平断面が概ね円形となるように膨らむが、内容物の偏在などによって筒状フィルムが意図せぬ方向に変形し、膨らむことがある。この様な態様で充填が行われた後にシゴキローラ７で内容物を分肉すると、定量性の向上が難しくなる。液体や流動性のある半固体（チーズ等）では、筒状フィルムの形状が自然に安定するため大きな問題にならないが、流動性の乏しいバターやマーガリンでは無視できない問題となる。この様に、筒状フィルムの形状を適切に制御しない場合、膨らみ方がばらつき、それによって内容物の充填量もばらつく可能性がある。

本実施形態では、図３に示す各工程において、筒状フィルムＦ２は一対の成形板５Ａ，５Ｂによって両側側面を拘束されている。一対の成形板５Ａ，５Ｂは筒状フィルムＦ２の膨らみを抑制し、ほぼ側面が平らになるように筒状フィルムＦ２の形状を制御する。これによって、充填中の筒状フィルムＦ２の形状が各サイクルで均一化され、各サイクルにおける筒状フィルムＦ２の形状のばらつきが減り、定量性が向上する。成形板５を用いない従来装置では、定量性は高々０.７～０.８％（１０ｋｇのバターを充填する場合の誤差が＋７０～８０ｇ）であったが、本実施形態では定量性は０.５％前後（１０ｋｇのバターを充填する場合の誤差が＋４５ｇ）となった。特にガイド部５Ｄは筒状フィルムＦ２の横方向への膨らみを抑制する効果があるため、一層筒状フィルムＦ２の形状を制御しやすい。ただし、ガイド部５Ｄがなくても上述の効果は得られるので、ガイド部５Ｄを省略することも可能である。

一対の成形板５Ａ，５Ｂの主要部である板状部５Ｃが平行な平板であることで定量性が向上する。仮に成形板５を半円状の曲面形状にすると、拘束効果が十分に得られない。これは上述の通り、内容物が充填された筒状フィルムは水平断面が概ね円形となるように膨らみ、筒状フィルムと成形板５が密着しない部位が生じるためである。これに対して、本実施形態では板状部５Ｃが平行な平板で構成されているため、内容物が板状部５Ｃに沿って大きく変形する。この結果、筒状フィルムが板状部５Ｃに密着しやすくなり、大きな拘束効果が得られる。また、高粘度物質は一旦形成された形状が変化するのに時間がかかる。このため、成形板５でほぼ側面が平らになるように筒状フィルムＦ２の形状を制御すれば、切り離された後の筒状フィルムＦ３は、長期間にわたって角柱状の形状が維持される。これによって、筒状フィルムＦ３の輸送や陳列の効率を高めることができる。

背景技術で述べた通り、従来の成形手段は少なくともシゴキローラ７の下流側に設けられている。しかし、シゴキローラ７の下流の部分では充填工程が終了しており、筒状フィルムＦ２は内容物で満たされ膨れた状態にある。この状態で筒状フィルムＦ２を成形手段で押圧しても、高粘度物質は容易に変形しないため、逆に不規則に変形したり横方向に膨らんだりする可能性がある。また、成形手段がシゴキローラ７の下流側に設けられていると、膨らんだ筒状フィルムＦ２が成形手段を通過できなくなったり、成形手段を通過した後不規則に変形して横シール装置８を通過できなくなったりする可能性もある。このような事態が発生すると筒状フィルムＦ２の搬送がストップし、製造工程に多大な影響が生じる。

本実施形態では成形板５はシゴキローラ７の上流に設けられているため、充填中に筒状フィルムＦ２の形状を制御することができる。特に図３（ａ）～３（ｂ）に示す工程では、筒状フィルムＦ２に充填されている内容物の量が少ないため、成形板５は筒状フィルムＦ２の膨らみを容易に抑制することができる。続く図３（ｃ）に示す工程では、内容物は搬送ローラ４の下端付近、または成形板５の上端付近まで充填されるが、搬送ローラ４の下端、または成形板５の上端を超えて充填されることはない。つまり、内容物の充填位置を搬送ローラ４の下端付近にとどめることで、成形板５を超えた上方に成形板５よりも膨らんだ部分が形成されることはなく、あったとしてもその量は限られる（仮にこのような部分が形成されると、筒状フィルムＦ２が成形板５の間にスムーズに入っていかない可能性がある）。別の言い方をすれば、本実施形態では一旦膨らんだ筒状フィルムＦ２を押し込んで成形するのではなく、最初から膨らまないように形状制御を行い、成形板５で挟まれる空間の形状に従って筒状フィルムＦ２を成形する。また、成形板５を超えた上方に成形板５よりも膨らんだ部分が形成されることがないため、筒状フィルムＦ２を成形板５の間をスムーズに通過することができる。

さらに、成形手段がシゴキローラ７と横シール装置８との間に設けられていると、例えば特許文献２に示されるように、成形手段と横シール装置８の配置スペースの確保のために無充填部１１の長さを十分にとる必要がある。高粘度物質は筒状フィルムＦ２に不均一に付着して重量バランスを悪化させる傾向があるため、内容物がシゴキローラ７から離れていると、内容物が前後左右に揺れやすくシール性に影響が生じる可能性がある。また、無充填部１１が長いと無充填部１１を開いて無充填部１１に内容物を充填すること（図３（ｂ）に示す工程）が困難となる場合もある。このことは充填量の低下につながる。これを解消するためにはシゴキローラ７と横シール装置８をできるだけ近接させて、無充填部１１を短くすることが望ましい。しかし、そのためには成形手段の高さを抑える必要があり（例えば２０ｍｍ前後）、十分な成形効果が得られない。このことは、例えば、図３（ｇ）においてシゴキローラ７と横シール装置８の間に成形板５を配置する状況を想像すれば理解できるであろう。本実施形態では成形板５はシゴキローラ７の上流に設けられているため、無充填部１１の長さは横シール装置８に合わせて決めることができる。従って、無充填部１１を短く抑えることができる。

１ 縦型充填包装機
４ 搬送ローラ
５ 成形板
５Ｃ 板状部
５Ｄ ガイド部
６ 折り込み板
７ シゴキローラ
８ 横シール装置
９Ａ 供給口
１０ 制御部
１１ 無充填部
Ｆ２ 筒状フィルム

Claims (7)

1. 筒状フィルムを下方に搬送する搬送ローラと、
   前記筒状フィルムの内部に位置し、高粘度物質を供給する供給口と、
   前記搬送ローラの下方に位置し、前記高粘度物質が充填された前記筒状フィルムを成形する一対の成形板と、
   前記一対の成形板の下方に位置し、前記高粘度物質が充填された前記筒状フィルムに無充填部を形成する一対のシゴキローラと、
   前記一対のシゴキローラの下方に位置し、前記筒状フィルムの前記無充填部をシールする横シール装置と、
   を有し、
   前記一対の成形板は、前記筒状フィルムを両側から挟み込む平行な板状部を有する、縦型充填包装機。
2. 前記一対の成形板の各々は、前記板状部の横方向における両端部から内側に延びるガイド部を有する、請求項１に記載の縦型充填包装機。
3. 前記ガイド部は板状であり、前記板状部に対して鈍角をなす、請求項２に記載の縦型充填包装機。
4. 前記ガイド部の幅は前記板状部の幅の１０～２０％である、請求項３に記載の縦型充填包装機。
5. 前記一対の成形板の間の両側の隙間から進退可能に設けられ、前記高粘度物質が充填された前記筒状フィルムに折り込み部を形成する一対の折り込み板を有する、請求項１に記載の縦型充填包装機。
6. 前記搬送ローラの制御部を有し、前記制御部は充填される前記高粘度物質の頂部高さが前記一対の成形板の上端または前記搬送ローラを超えないように前記搬送ローラを制御する、請求項１に記載の縦型充填包装機。
7. 前記高粘度物質の粘度は０．０７Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下である、請求項１から６のいずれか１項に記載の縦型充填包装機。

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