JP3990680B2

JP3990680B2 - 縦型充填包装機

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Publication number: JP3990680B2
Application number: JP2004135826A
Authority: JP
Inventors: 織寛鶴田
Original assignee: Orihiro Engineering Co Ltd
Current assignee: Orihiro Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2024-04-30
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Description

本発明は、充填物が封入された包装袋を製造する縦型充填包装機に関する。

従来、液体あるいはペースト状の充填物を袋詰めするのに縦型充填包装機が用いられている（例えば特許文献１参照）。

図１４は、同文献に示された従来の縦型充填包装機の一例を示す図である。

縦型充填包装機１０１は、シート状フィルム１６１を製袋ガイド１０５によって筒状とし、その重ね合せ面を縦シール機構１０６で熱シールすることにより形成した筒状フィルム１６０内に充填物を投入して包装袋を製造するものである。

縦型充填包装機１０１は、筒状フィルム１６０を下方に搬送するためのフィルム送りローラ１０７と、筒状フィルム１６０内に充填物を投入する投入ノズル１０８と、筒状フィルム１６０を扁平に押しつぶして扁平部１６０ａを形成する一対のシゴキローラ１２５と、その扁平部１６０ａを筒状フィルム１６０の幅方向に熱シールする横シール機構１３０と、横シール機構１３０によって熱シールされた横シール部を切断するカッター１４１を内蔵した切断機構１４０を有している。筒状フィルム１６０の搬送方向（図示上下方向）における横シール機構１３０と切断装置１４０との間の距離は、製造する１つの包装袋の長さに対応するように設定されている。なお、上記の熱シール機構１３０による熱シール動作は「横シール」とも呼ばれる。

このように構成された縦型充填包装機１０１の動作例について、図１５を参照して説明する。

図１５（ａ）に示す状態は、一対のシゴキローラ１２５、横シール機構１３０、および切断機構１４０が全て開放状態となっており、また、筒状フィルム１６０の下側には既に１つの包装袋１６６が形成されている。筒状フィルム１６０内には、投入ノズル１０８（図１４参照）から充填物が連続的に投入されている。

次いで、図１５（ｂ）に示すように、充填物の液面がシゴキローラ１２５の位置よりも高くなったら、シゴキローラ１２５で筒状フィルム１６０を挟み込んで充填物を分割する。

次いで、図１５（ｃ）に示すように、筒状フィルム１６０を挟み込んだ状態でシゴキローラ１２５を回転駆動させることにより、筒状フィルム１６０に扁平部１６０ａを形成しながら筒状フィルム１６０を下方に搬送する。この搬送動作は、先の工程で熱シールされた横シール部１６５が切断機構１４０に挟まれる位置となるまで行われる。

次いで、図１５（ｄ）に示すように、筒状フィルム１６０の搬送を停止した状態で横シール機構１３０と切断機構１４０とを駆動する。横シール機構１３０は、一対のシゴキローラ１２５によって形成された扁平部１６０を挟み込んで筒状フィルム１６０の幅方向に横シール部１６５を形成する。一方、切断機構１４０は、先の工程で熱シールされた横シール部１６５を挟み込んで熱がまだ残っている横シール部１６５を冷却すると共に、カッター１４１を前進させてその横シール部１６５を幅方向に切断する。これにより、包装袋１６６が筒状フィルム１６０から切り分けられる。

次いで、図１５（ｅ）に示すように、一対のシゴキローラ１２５、横シール機構１３０、および切断機構１４０を全て開放状態とする。切断機構１４０を開放状態とすることにより、切断機構１４０による保持が解除され、１つの包装袋１６６が得られる。

そして、フィルム送りローラ１０７（図１４参照）を駆動して筒状フィルム１６０を、図１５（ａ）の状態となるまで再び下方に搬送する。以上のような一連の工程を繰り返すことによって、充填物が封入された包装袋１６６が連続的に製造される。

図１４の縦型充填包装機１０１はこのように、横シール機構１３０を用いて筒状フィルム１６０に横シール部１６５を形成した後、筒状フィルム１６０を再び下方に搬送し、切断機構１４０を用いてその横シール部１６５を冷却、切断するものであるが、他にも例えば特許文献２には、筒状フィルム１６０の搬送を停止したまま同フィルムの熱シール、冷却、および切断の動作の全てを行うことができる機構が提案されている。

図１６は、特許文献２に提案された従来の横シール・切断機構の構成および動作を説明するための図である。

横シール・切断機構２３０は、図示するように、筒状フィルムの扁平部１６０ａをその幅方向に熱シールするためのヒータバー２０１およびヒータバー受け２０４と、それにより熱シールされた横シール部を冷却、切断するための冷却バー２０２および切断装置２０５を有している。

ヒータバー２０１および切断装置２０５は、例えばエアシリンダを駆動源として、扁平部１６０ａに対して直交する方向に進退移動するように構成されている。一方、冷却バー２０２およびヒータバー受け２０４は、それぞれ、支持軸２１０ａ、２１０ｂに回動自在に支持されており、上記ヒータバー２１０および切断装置２０５の進退移動に合わせて支持軸２１０ａ、２１０ｂを中心として回動するように構成されている。具体的には、冷却バー２０２は、ヒータバー２０１を前進させたときに図１６（ａ）に示すように扁平部１６０ａに当接しない状態となり、ヒータバー２０１を退避させたときに図１６（ｂ）に示すように扁平部１６０ａに当接する状態となる。また、ヒータバー受け２０４は、切断装置２０５を退避させたときに図１６（ａ）に示すように扁平部１６０ａに当接する状態となり、切断装置２０５を前進させたときに図１６（ｂ）に示すように扁平部１６０ａに当接しない状態となる。

上記のように構成された横シール・切断機構２３０は、図１６（ａ）に示すように、ヒータバー２０１を前進させると共に切断装置２０５を退避させて、ヒータバー２０１およびヒータバー受け２０４で扁平部１６０ａを加圧、加熱することにより扁平部１６０ａを熱シールして横シール部を形成する。その後、図１６（ｂ）に示すように、ヒータバー２０１を後退させると共に切断装置２０５を前進させて、切断装置２０５および冷却バー２０２で扁平部１６０ａを挟んで熱がまだ残っている横シール部を冷却する。この冷却動作を所定時間行った後、切断装置２０５内に設けられたカッター２０３を前進させて冷却された上記横シール部の切断を行う。

このような横シール・切断機構２３０を用いて包装袋を製造する縦型充填包装機によれば、筒状フィルムを停止した状態で熱シール、冷却、および切断の動作の全てを行うことができるため次のような利点を有している。第１には、図１４の縦型充填包装機１０１では、熱シール動作を行った後、それにより形成された横シール部が切断機構１４０の高さとなるまで筒状フィルムを再び下方に搬送するものであるため、筒状フィルムの送り量のばらつきを考慮してシール幅を大きめに取る必要があるのに対し、横シール・切断機構２３０を用いればそのようなばらつきは考慮しなくてよいため、シール幅を狭めることが可能となる。シール幅が大きいということは、筒状フィルムを余計に使用することを意味し、製品としての包装袋の製造コストを上昇させることにつながる。第２には、横シール・切断機構２３０では上記の通り筒状フィルムを下方に搬送する必要がないため、熱シール、冷却、および切断の動作にかかる時間を短縮化でき、結果的に包装袋の製造動作の高速化が可能となる。
特開平５−３１９７０８号公報特許２５９８８７９号公報

しかしながら、図１６のような横シール・切断機構２３０を用いることにより上述したような利点を得られるものの、そのためには、横シール機構と切断機構とを一体的に組み込んでユニット化する必要があり、ヒータバー２０１や冷却バー２０２の形状が制限されてしまうため、例えばヒータバー２０１を他の種類のものに交換することが困難であった。包装袋の製造においては、製造する包装袋の形状や筒状フィルムの材質によってヒータバー２０１や冷却バー２０２を交換しなければならないことがあるため、縦型充填包装機は様々な種類のヒータバー２０１や冷却バー２０２を取り付け可能に構成されていることが、外形形状の異なる多種類の包装袋を製造できる点で望ましい。

一方、横シール・切断機構２３０を用い、筒状フィルムを移動させずに、熱シール、冷却、および切断の動作の全てを行うということは、上述したように、シール幅を狭めることができたり、動作を高速化することができるといった効果を奏するものであるため、縦型充填包装機はこのような包装袋の製造が行えるものであることが望ましい。

そこで本発明の目的は、筒状フィルムを移動させずに熱シール、冷却、および切断を行って熱シール部を良好に形成することができ、しかも、外形形状の異なる多種類の包装袋を製造することができる縦型充填包装機を提案することにある。

上記目的を達成するため、本発明の縦型充填包装機は、筒状フィルムを間において対向配置され、前記筒状フィルムを挟みつつ回転することにより前記筒状フィルムに扁平部を形成しながら前記筒状フィルムを下方に搬送する一対の扁平部形成ローラと、前記筒状フィルムに形成した前記扁平部をその幅方向に熱シールするためのヒータバーおよびヒータバー受けを備えたシール機構と、前記シール機構とは別個に設けられて前記シール機構より下方に配置され、前記シール機構によって熱シールされた熱シール部を冷却するための一対の部材および前記熱シール部を切断するためのカッターを備えた切断機構と、前記シール機構と前記切断機構とを一体に保持する支持体を備え、前記シール機構と前記切断機構とを前記筒状フィルムの搬送方向に沿って一体に移動させる駆動機構とを有し、前記駆動機構は、搬送が停止された状態の前記筒状フィルムに対して前記シール機構および前記切断機構を移動させる。

このように構成された本発明の縦型充填包装機によれば、駆動機構を用いて、シール機構と切断機構とを、筒状フィルムの搬送方向に沿って移動させることが可能であるため、筒状フィルムを移動させることなく熱シール、冷却、および切断を行うことができる。具体的には、シール機構を用いて筒状フィルムに熱シール部（横シール部）を形成した後、駆動機構を用いてシール機構と切断機構とを移動させ、切断機構でその熱シール部を冷却、切断する制御を行うようにすることにより実現される。また、シール機構と切断機構は別個に独立して設けられているため、それらがユニット化されていた従来の構成と比較して、ヒータバーおよびヒータバー受けや冷却用の部材の形状が規制されることがなく、様々な種類のものを使用可能となる。さらに、駆動機構はシール機構と切断機構とを一体に移動させるものであるため、それらを別個に移動させる構成と比較して、その構成および動作の制御が簡略化する。

また、上記本発明の縦型充填包装機は、前記シール機構による熱シール動作に先だって、前記シール機構によって熱シールする部位の下方に位置する前記筒状フィルムの両端部を挟み込んでその幅方向外側に引っ張る張力付与機構をさらに有するものであってもよい。これにより、熱シールされる部位をしわのない状態にして熱シールを行うことができるため、熱シール部が良好に形成される。しかも、熱シールする際に筒状フィルムは熱シール部の下方が挟み込まれるため、熱シール部の下方の充填物の重量が熱シール部に加わりにくい。したがって、熱シール部が伸びてしまうことが抑えられる。

上記駆動機構は、前記支持体を筒状フィルムの搬送方向に沿う方向に直線移動自在に支持する支軸と、前記支持体を前記支軸に沿って移動させるための駆動源とを有するものであってもよい。より具体的には、前記支持体を移動させるためのボールネジを備えるものであって、前記駆動源は、前記ボールネジを回転させるためのサーボモータであってもよい。このように構成された駆動機構によれば、サーボモータに入力する電気的信号を変更するだけで、支持体の移動距離を容易に変更可能であるため、外形形状の異なる多種類の包装袋の製造するのに好適である。また、ボールネジやサーボモータによって構成されているため、支持体、すなわち、シール機構と切断機構の位置決めを比較的精度よく実施できる。

また、前記カッターは、前記一対の部材のうちの一方の部材に設けられた溝内に配置されると共に、前記筒状フィルムに対して進退移動自在に構成され、前記一対の部材のうちの他方の部材には、前記カッターが進入するための溝が設けられているものであってもよい。また、前記シール機構は、前記ヒータバーおよび前記ヒータバー受けに替えて、前記ヒータバーおよび前記ヒータバー受けのそれぞれと外形形状の異なる他のヒータバーおよび他のヒータバー受けを取り付け可能に構成されているものであってもよい。また、前記切断機構は、前記一対の部材に替えて、前記一対の部材のそれぞれと外形形状の異なる他の一対の部材を取り付け可能に構成されているものであってもよい。

本発明の縦型充填包装機によれば、上述したように、駆動機構を用いてシール機構と切断機構とを、筒状フィルムの搬送方向に沿って移動させることが可能であるため、筒状フィルムを移動させずに熱シール、冷却、および切断を行うことができる。しかも、シール機構と切断機構とは別個に構成されているため、ヒータバーや冷却用の部材を種々交換可能となり、外形形状の異なる多種類の包装袋を製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による縦型充填包装機１の構成を模式的に示す図である。

縦型充填包装機１は、不図示の製袋ガイドによって筒状とされたシート状フィルム６１の重ね合わせ面を長手方向に熱シールして筒状フィルム６０を形成する縦シール機構６と、筒状フィルム６０を下方に搬送するためのフィルム送りベルト７と、筒状フィルム６０内に充填物を投入する投入ノズル８と、投入ノズル８から充填物を投入する際に駆動される液はね防止機構２０と、筒状フィルム６０を扁平に押しつぶして扁平部６０ａを形成する一対の扁平部形成ローラ２５と、その扁平部６０ａを横シールすると共にその横シール部を切断して包装袋を切り分ける横シール・切断機構３０と、充填物が投入された筒状フィルム６０内に混入した空気を押し出すための脱気機構４０と、脱気機構４０を駆動する際に筒状フィルム６０の底部を保持する袋保持板５１とを有している。

なお、縦型充填包装機１は、付加的な構成要素として液ハネ防止機構２０や脱気機構４０、袋保持板５１を備えているが、これらは本発明の包装機の必須構成要素ではない。また、縦シール機構６およびフィルム送りベルト７は、この種の縦型包装機に使用される一般的なものであるため、その詳細な説明は省略する。

投入ノズル８は、筒状フィルム６０内に液状またはペースト状の充填物を投入するためのものであり、筒状フィルム６０の搬送路内に配置されている。投入ノズル８の下端は、液ハネ防止機構２０とほぼ同じ高さとなっている。これにより、後述するように、液ハネ防止機構２０の液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂによって投入ノズル８の下端を挟み込むことが可能となっている。なお、投入ノズル８は、筒状フィルム６０内に充填物を均一に投入できるように、断面形状が略円筒形となっている筒状フィルム６０の搬送路と同軸となるように設けられている。

本実施形態の投入ノズル８は充填物を間欠的に投入するものであり、図２に示すように、その下端側が弁構造となっている。すなわち、充填物を移送するための投入ノズルパイプ８ａ内に、上下移動自在に構成された開閉弁８ｃが設けられており、この開閉弁８ｃを移動させて投入ノズルパイプ８ａの開口部８ｂを開閉することにより、充填物の投入動作が制御されるようになっている。

図３は、液ハネ防止機構２０の構成を示す側面図であり、図４は、同じく液ハネ防止機構２０の構成を示す上面図である。

液ハネ防止機構２０は、図３、図４に示すように、筒状フィルム６０の搬送路を間において対向配置された一対の液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂを有している。

液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂは、その中央付近に包囲部２３ａ、２３ｂが形成され、包囲部２３ａ、２３ｂの両側は平板状となっている。包囲部２３ａ、２３ｂは、液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂを前進させたときに、投入ノズル８の外周に沿って投入ノズル８を包囲するような形状となっている。詳細には、前進させたときに、投入ノズル８の外周との距離が一定となるような形状となっている。

各液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂはそれぞれ、エアシリンダ２２ａ、２２ｂのアーム部の先端に取り付けられている。これにより、エアシリンダ２２ａ、２２ｂを駆動することによって、液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂが、筒状フィルム６０の搬送方向に直交する方向（図示水平方向）に移動して、図４のように、実線で示す位置と一点鎖線で示す位置とをとるように構成されている。

このように構成された液ハネ防止機構２０は、投入ノズル８から筒状フィルム６０内に充填物を投入する際に、液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂを前進位置として使用するものである。液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂを前進させると、筒状フィルム６０は、液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂ同士によって、および、投入ノズル８の外周と各液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂによって挟まれて略密閉状態となる。このとき、投入ノズル８の下端の開口部８ａは略密閉状態となったその筒状フィルム６０内に開口するため、充填物の投入動作が阻害されることはない。

扁平部形成ローラ２５は、図１に示すように、投入ノズル８の下端より下方で、筒状フィルム６０の搬送路を間において対向配置されている。扁平部形成ローラ２５は、この種の包装機に一般的に使用されるシゴキローラと同様に構成されており、筒状フィルム６０を挟み込んで回転することにより筒状フィルム６０を押しつぶして扁平部６０aを形成する部材である。したがって、筒状フィルム６０を全幅にわたって押しつぶすことができる長さを有していることが好ましい。扁平部形成ローラ２５は、不図示の駆動源により、筒状フィルム６０の搬送方向に直交する方向に進退移動自在に設けられている。また、同じく不図示の他の駆動源により、扁平部形成ローラ２５自体が回転駆動するように構成されている。なお、扁平部形成ローラ２５の回転駆動は、フィルム送りベルト７に同期して行われる。

このように構成された扁平部形成ローラ２５は、筒状フィルム６０内に投入された充填物を分割するように使用されるたり、投入された充填物の液面より上方を挟み込むようにして使用されたりするものである。筒状フィルム６０を挟んだ状態で扁平部形成ローラ２５を回転駆動すると、筒状フィルム６０が扁平部６０aを形成しながら下方に搬送される。扁平部６０ａはその後の工程で横シールされる部位であり、このように扁平部６０ａを横シールする構成とすることにより、横シール部にシワ等が発生することが防止されている。また、扁平部形成ローラ２５は、筒状フィルム６０を押つぶしてその両側縁に折り目を付ける機能も有している。筒状フィルム６０の側縁に折り目を付けない状態で熱シールすると、筒状フィルム６０によっては、図５に示す側縁境界部６０ｂが破損することがある。したがって、本実施形態のように筒状フィルム６０に折り目を付けることは、上記のような問題を起こしやすいフィルムを横シールする際にその破損を防止できる点で好ましい。

横シール・切断機構３０は、図６に示すように、横シールするためのヒータバー３１およびヒータバー受け３２と、それらの直下に配置されたしわ伸ばし機構７０と、横シール部を冷却、切断するための一対の冷却バー３４ａ、３４ｂとを有している。また、筒状フィルム６０を切断するためのカッター３５が冷却バー３４ａ内に設けれられている。

ヒータバー３１およびヒータバー受け３２は、筒状フィルム６０の搬送路を間において対向配置されており、筒状フィルム６０の搬送方向に直交する方向に移動自在に構成されている。ヒータバー３１およびヒータバー受け３２は、図８を参照して後述する駆動源により駆動され、筒状フィルム６０を挟み込むことが可能となっている。

ヒータバー３１は、筒状フィルム６０を加熱するためのヒータ（不図示）を内蔵している。一方、ヒータバー受け３２のヒータバー３１に対向する面には、シリコーンゴムが貼り付けられている。このようなヒータバー３１とヒータバー受け３２で、筒状フィルム６０の扁平部６０ａを挟み込み、加圧および加熱することにより、筒状フィルム６０の全幅にわたって横シール部６５が形成される。

しわ伸ばし機構７０について、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２の下面図である図７を参照して説明する。なお、しわ伸ばし機構７０は、本出願人によって先に出願された特開２００２−２３４５０４号公報に開示されたものと同様の構成であるので、その詳細な説明は省略する。

しわ伸ばし機構７０は、扁平部形成ローラ２５によって扁平に押しつぶされた筒状フィルム６０に当接して同フィルムを図示白抜き矢印に示すように両側に引っ張るための当接部材７３ａ、７３ｂをそれぞれ一対ずつ備えている。各当接部材７３ａ、７３ｂの前面には、筒状フィルム６０を良好に引っ張ることができるようにゴム等の弾性部材からなるマット７６が貼り付けられている。なお、このマット７６の材質は、筒状フィルム６０を挟んだ状態で矢印方向に引っ張ったときに筒状フィルム６０を延ばしてしまうことのないように、筒状フィルム６０に対する摩擦力が大きすぎないものが選定されている。

各当接部材７３ａ、７３ｂはいずれも同様の構造で取り付けられているため、以下、１つの当接部材７３ａを代表例として説明する。当接部材７３ａは、連結レバー７２の一端に回動自在に支持されており、連結レバー７２の反対側の端部は支持軸７５によって回動自在に支持されている。したがって、連結レバー７２を支持軸７５を中心として回動させると、当接部材７３ａが図示する矢印方向に回動する。また、バネ掛け７１に掛けられた引張コイルバネ７４の他端が、連結レバー７２の先端側に掛けられている。この引張コイルバネ７４とストッパ７７の作用により、しわ伸ばし機構７０の初期状態において、当接部材７３ａが、図示するように他の構造部より筒状フィルム６０側に前進した位置となっている。

このように構成されたしわ伸ばし機構７０は、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２を前進させたときに動作するものである。具体的には、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２を筒状フィルム６０に向かって前進させると、それらが接触する前に、互いに対向する当接部材７３ａ、７３ｂ同士が筒状フィルム６０の両端側を挟持する。この状態でさらにヒータバー３１およびヒータバー受け３２を前進させると、当接部材７３ａ、７３ｂがそれぞれ筒状フィルム６０の外側に向かって筒状フィルム６０と擦れながら移動する。これにより、筒状フィルム６０はしわが除去された状態で保持され、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２によって良好に加圧および加熱される。また、しわ伸ばし機構７０の当接部材７３ａ、７３ｂは、上記の通り、熱シールの際に筒状フィルム６０の熱シールされる部位の下方を挟持するものであるため、熱シール動作が終了するまでの間は、熱シール部にかかる充填物の重量が軽減される。したがって、充填物の重量による熱シール部の伸びの発生が抑えられる。

冷却バー３４ａ、３４ｂは、図６に示すように、しわ伸ばし機構７０の下方に配置されており、図８を参照して後述する駆動源により駆動され、筒状フィルム６０の横シール部６５を挟み込むことが可能となっている。また、冷却バー３４ａ、３４ｂは、それらの部材に横シール部６５の熱を熱伝導させることにより横シール部６５を冷却するものであるため、熱伝導率が高い材料で構成されていることが好ましい。一方の冷却バー３４ａには、横シール部６５を切断して包装袋６６を筒状フィルム６０から切り分けるカッター３５が、冷却バー３４ａに形成された溝内に設けられている。カッター３５は不図示の駆動源により、筒状フィルム６０に対して進退移動自在に構成されている。反対側の冷却バー３４ｂには、切断動作のために前進したカッター３５を受ける入れるための溝が形成されている。

なお、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２と一対の冷却バー３４ａ、３４ｂはいずれも、それらと外形形状の異なる他の種類のものに交換可能に構成されている。図１６に示したような従来の横シール・切断機構２３０では、例えば形状の異なる包装袋を製造する場合にはユニット化された機構全体を交換する必要があったが、本実施形態の横シール・切断機構３０では、ヒータバー３１や冷却バー３４ａ、３４ｂを他の種類のものに交換するだけでよいため、交換作業が容易である。また、ユニット化された機構を包装袋の形状に合わせて複数個容易する必要もないため、設備コストが抑えられる。

上記ヒータバー３１およびヒータバー受け３２と、しわ伸ばし機構７０と、一対の冷却バー３４ａ、３４ｂとは後述する支持体（図８参照）によって一体に保持されており、筒状フィルム６０の搬送方向に沿って上下方向に一体に移動するように構成されている。図６（ａ）に示す位置は、その可動範囲の下降端位置であり、図６（ｂ）に示す位置は上昇端位置である。

図６（ａ）の下降端位置は、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２が包装袋切断位置Ｌ₁の高さに位置しており、この状態でヒータバー３１およびヒータバー受け３２を駆動することにより熱シールが行われる。一方、図６（ｂ）の上昇端位置は、横シール・切断機構３０全体が上方に移動してカッター３５の刃先が包装袋切断位置Ｌ₁の高さに位置しており、この状態で冷却バー３４ａ、３４ｂおよびカッター３５を駆動することにより横シール部６５の冷却および切断が行われる。なお、「包装袋切断位置Ｌ₁」は、カッター３５で筒状フィルム６０を切り分ける位置を示しており、筒状フィルム６０の搬送方向における横シール部６５の中心に設定されている。

横シール・切断機構３０の詳細な構成および横シール・切断機構３０を上下移動させるための駆動機構の構成について、図８を参照して説明する。なお、図８では、説明を簡単にするため、しわ伸ばし機構７０については図示していない。

ヒータバー３１およびヒータバー受け３２と一対の冷却バー３４ａ、３４ｂはいずれも、サーボモータＳＭ１、ＳＭ２を駆動源とし、トグルリンク８５、８６を介してその動力が伝達されるように構成されている。以下、ヒータバー３１およびヒータバー３２を開閉させるための機構を代表例として説明する。

トグルリンク８５は、サーボモータＳＭ１の回転運動をヒータバー３１およびヒータバー受け３２の開閉運動に変換するためのリンク機構であり、サーボモータＳＭ１の動力が、サーボモータＳＭ１の出力軸とプーリー８５ｅとの間に掛けられたベルトを介して回転軸８５ｃに伝達されるように構成されている。回転軸８５ｃには回転レバー８５ｄが固定されている。この回転レバー８５ｄの一端とヒータバー３１とは、連結アーム８５ｂによって連結されており、また、回転レバー８５ｄの反対側の端部とヒータバー受け３２とは、連結アーム８５ａによって連結されている。トグルリンク８５では、ヒータバー３１とヒータバー受け３２が当接状態となるときに、連結アーム８５ａ、８５ｂおよび回転レバー８５ｄがいずれも水平状態となる。これにより、ヒータバー３１とヒータバー受け３２を開こうとする水平方向の荷重が、ヒータバー３１とヒータバー受け２３のそれぞれに加わったとしても、その荷重は回転レバー８５ｄの回転運動には変換されにくい。したがって、ヒータバー３１とヒータバー受け３２とによる筒状フィルム６０の加圧を安定的に実施できるものとなる。また、このようなリンク機構では、サーボモータＳＭ１の出力が小さくても済むという利点も備えている。

横シール・切断機構３０を上下移動させるための駆動機構８０は、横シール・切断機構３０を保持する支持体８１と、支持体８１を上下移動させるためのボールネジ８２と、ボールネジ８２を回転させるための駆動源であるサーボモータＳＭ３とを有している。

支持体８１は、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２、一対の冷却部材３４ａ、３４ｂや、それらを開閉するためのそれぞれのトグルリンク８５、８６およびサーボモータＳＭ１、ＳＭ２を一体に保持している。支持体８１は、図示しないが、例えばボールネジ８２を間において互いに平行に配置された２本の支軸をガイド部材として、上下方向に移動自在に構成されている。

ボールネジ８２は、支持体８１に設けられた係合部に係合するように組み立てられている。ボールネジ８２の下端とサーボモータＳＭ３の出力軸との間には、サーボモータＳＭ３の動力を伝達するためのベルト８３が掛けられている。

このように構成された駆動機構８０は、サーボモータＳＭ３に、不図示の制御装置から所定の電気的信号を入力することによりサーボモータＳＭ３が所定量だけ回転し、それに伴ってボールネジ８２が回転することにより、ヒータバー８１、ヒータバー受け３２、および冷却バー３４ａ、３４ｂ等が一体に上下移動して所定の位置に位置決めされる。そのときの移動距離は、制御装置からサーボモータＳＭ３に入力する電気的信号を変更するだけで容易に変更可能である。また、ボールネジ８２や、サーボモータＳＭ１によって構成されている駆動機構８０は、ヒータバー８１、ヒータバー受け３２、および冷却バー３４ａ、３４ｂ等を比較的精度よく位置決めすることが可能である。

本実施形態のように搬送を停止した状態の筒状フィルム６０に対して横シール・切断機構３０側を移動させる構成と、図１６に示した従来の構成とを比較すると、本実施形態の構成の方が、駆動機構８０を用いて横シール・切断機構３０を上下移動させている分だけ位置精度が低下するものの、図１５に示したような筒状フィルム６０側を移動させる従来の構成と比較すると、本実施形態の構成の方が位置精度よく位置決めすることが可能である。

この理由は、図１５のような構成では、一般に筒状フィルム６０の搬送は、ベルトコンベアの形態で設けられたフィルム送りベルト７（図１参照）や、回転する一対のローラの形態で設けられたフィルム送りローラ１０７（図１４参照）などによって実施されることが多く、この場合、筒状フィルム６０の送り量にばらつきが生じやすい。また、筒状フィルム６０側を移動させる構成の場合、上述したように、熱シールした後、冷却バー３４ａ、３４ｂの高さまで筒状フィルム６０を再度下方に移動させる必要がある。このように、充填物が投入された筒状フィルム６０を間欠的に下方に送る構成では、投入された充填物の重量が衝撃力として筒状フィルム６０に加わるため、場合によっては、筒状フィルム６０が僅かに伸びることがあり、その伸びが筒状フィルム６０の送り量のばらつきの原因となることもある。特に、完全に冷却されていない横シール部６５ではそのような伸びが発生しやすい。

これに対し本実施形態のように、筒状フィルム６０の搬送を停止して、横シール・切断機構３０側を移動させる構成では、横シール・切断機構３０自体を移動させた際の位置ズレは生じるものの、その位置ズレは、横シール・切断機構３０を上下移動させる駆動機構８０の機械的構造によるものであるため、ズレ量は筒状フィルム６０側を移動させる構成と比較して小さくなる。さらに、本実施形態では、筒状フィルム６０を間欠的に搬送する必要もないため、充填物の重量により筒状フィルム６０が伸びる可能性が小さくなり、特に、冷却されていない横シール部６５が伸びたり変形したりする可能性も小さくなる。

次に、熱シールしてから切断するまでの間の時間について、本実施形態の構成と、図１６に示した従来の構成と、図１５に示した従来の構成とを比較する。本実施形態の構成と、図１６の構成とを比較すると、本実施形態の構成の方が、横シール・切断機構３０を上下移動させている分だけ切断までの時間が長時間化してしまうものの、図１５の構成と比較すると、その時間は短縮化される。この理由は、図１５の構成のように、筒状フィルム６０側を下方に送る構成では、例えば筒状フィルム６０に加わる衝撃力を小さくすることを目的として、筒状フィルム６０の搬送速度をある所定速度以上にすることが困難であるためである。

包装袋の製造動作を高速化するために次のような制御を行ってもよい。図６では、冷却バー３４ａ、３４ｂ同士の距離が、ヒータバー３１とヒータバー受け３２と間の距離と同じになっているが、冷却バー３４ａ、３４ｂ同士の距離をより狭めてもよい。横シール・切断機構３０の上昇端位置では、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２が扁平部形成ローラ２５とほぼ同じ高さとなるため、扁平部形成ローラ２５と干渉しないように、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２を扁平部形成ローラ２５同士の距離より広くする必要がある。一方、冷却バー３４ａ、３４ｂは扁平部形成ローラ２５に干渉することはないため、冷却バー３４ａ、３４ｂ同士の距離を狭めることが可能である。これにより、冷却バー３４ａ、３４ｂの移動距離が短くなるため、高速な駆動が可能となる。なお、冷却バー３４ａ、３４ｂ同士の距離の調整は、図８に示したサーボモータＳＭ２に入力する電気的信号を変更するだけよい。

脱気機構４０および袋保持板５１について、図９を参照して以下に説明する。なお、図９では扁平部形成ローラ２５のみを示し、扁平部形成ローラ２５と脱気機構４０との間に配置された横シール・切断機構３０は図示していない。

袋保持板５１は、充填物が投入された筒状フィルム６０の底部を保持するための部材であり、板状部材から構成されている。袋保持板５１は、その片端側が支持軸５１ａによって回動自在に支持されており、不図示の駆動源により図９（ｂ）の実線で示す水平状態と、一点鎖線で示す傾斜状態とをとるように構成されている。袋保持板５１の水平状態は、後述する脱気機構４０による脱気動作、およびその脱気動作の後に行われる横シール・切断機構３０による横シール、切断動作時にとられる状態である。一方、傾斜状態は、袋保持板５１上に保持された１つの包装袋６６を落下させるためにとられる状態である。なお、袋保持板５１ａの下方には、例えばベルトコンベア（不図示）が配置されており、包装袋６６を不図示の収納容器に搬送するように構成されている。

脱気機構４０は、それぞれ筒状フィルム６０の搬送路を間において対向配置された第１の脱気板４１ａ、４１ｂと、第２の脱気板４２ａ、４２ｂとを有している。いずれの脱気板も、筒状フィルムの搬送方向に対して直交する方向に移動自在に設けられており、第１の脱気板４１ａ、４１ｂの駆動源と第２の脱気板４２ａ、４２ｂの駆動源は独立して別個に設けられている。これにより、第１の脱気板４１ａ、４１ｂと、第２の脱気板４２ａ、４２ｂとが独立して駆動可能となっている。第２の脱気板４２ａ、４２ｂは、充填物が投入された筒状フィルム６０を両側から押圧して筒状フィルム６０内の空気を押し出すための部材であり、その押圧動作を良好に行うことができるように、包装袋６６の大きさに対応した大きさに形成されている。一方、第１の脱気板４１ａ、４１ｂは、脱気動作の際に筒状フィルム６０内の充填物が上方に押し上げられることを防止するための部材であり、第２の脱気板４２ａ、４２ｂの上方に配置されている。

このように構成された脱気機構４０の動作について説明する。まず、第１の脱気板４１ａ、４１ｂ同士を、筒状フィルム６０内の空気が上方に逃げることができる程度の隙間をおいて近接させる。次いで、第２の脱気板４２ａ、４２ｂを互いに近接する方向に進行させると、充填物が投入された筒状フィルム６０が両側から押圧され、それに伴って、筒状フィルム６０内の空気が第１の脱気板４１ａ、４１ｂによって挟まれている部位より上方に押し出され、筒状フィルム６０内が脱気される。

上述のように構成された本実施形態の縦型充填包装機１の包装袋製造動作について、図１０〜図１３を参照して以下に説明する。

図１０（ａ）に示す初期状態では、前回の製造工程で１つの包装袋の製造が終了し、筒状フィルム６０の下端が熱シールされて包装袋切断位置Ｌ₁に位置している。

また、液ハネ防止機構２０は閉塞状態とされており、筒状フィルム６０は液ハネ防止バー２１ａ、２１ｂによってほぼ扁平に挟まれて略密閉状態となっている。また、扁平部形成ローラ２５、横シール・切断機構３０、脱気機構４０はいずれも開放状態とされ、袋保持板５１は水平状態とされている。横シール・切断機構３０は、その可動範囲の下降端に位置しており、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２が包装袋切断位置Ｌ₁の高さに位置している。後述する横シール工程で横シールされる部位Ａは、液ハネ防止機構２０より上方に位置している。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、液ハネ防止機構２０を閉塞状態としたまま、投入ノズル８から充填物の投入を開始する。筒状フィルム６０は液ハネ防止機構２０によって挟まれているため、横シールされる部位Ａに充填物が付着することはない。

次いで、図１０（ｃ）に示すように、包装袋６６（図１３参照）に封入する一袋分の量の充填物が投入されるまで投入動作を継続する。液ハネ防止機構２０は、この投入動作の途中で開放状態とされる。なお、投入動作は、液ハネ防止機構２０を開放とする際に一旦停止してもよいし、そのまま継続してもよい。

次いで、図１１（ｄ）に示すように、フィルム送りベルト７（図１参照）を駆動して筒状フィルム６０を下方に搬送する。この搬送動作は、投入された充填物の液面が扁平部形成ローラ２５より下方になるまで行われる。

次いで、図１１（ｅ）に示すように、筒状フィルム６０の搬送を停止した状態で、扁平部形成ローラ２５で筒状フィルム６０を挟み込む。このとき、扁平部形成ローラ２５で挟まれた部位より下方の筒状フィルム６０内には所定量の空気が混入する。

次いで、図１１（ｆ）に示すように、扁平部形成ローラ２５を回転駆動することにより、扁平部６０ａを形成しながら筒状フィルム６０を下方に搬送する。なお、このときフィルム送りベルト７も同時駆動されている。この搬送動作は、筒状フィルム６０の底部が袋保持板５１上に保持され、熱シールされる部位Ａがヒータバー３１およびヒータバー受け３２に挟まれる状態となるまで行われる。

次いで、図１２（ｇ）に示すように、筒状フィルム６０の底部を保持した状態で、脱気機構４０を駆動して筒状フィルム６０内に混入した空気を押し出す。

次いで、図１２（ｈ）に示すように、横シール・切断機構３０のヒータバー３１およびヒータバー受け３２で筒状フィルム６０を挟み込み、筒状フィルム６０の加圧および加熱を行う。これにより、筒状フィルム６０に横シール部６５が形成される。この横シール動作において、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２の下方に配置されたしわ延ばし機構７０（図７参照）の作用により、筒状フィルム６０の熱シールされる部位Ａはしわのない状態で保持され、結果的に横シールが良好に行われるようになっている。

次いで、図１２（ｉ）に示すように、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２を退避させた後、筒状フィルム６０の搬送を停止したまま、横シール・切断機構３０全体を、カッター３５が包装袋切断位置Ｌ₁の高さとなるまで上昇させる。この上昇移動動作は、駆動機構８０により行われるものであるため、横シール・切断機構３０全体は比較的位置精度よく位置決めされる。

次いで、図１３（ｊ）に示すように、冷却バー３４ａ、３４ｂで横シール部６５を挟み込み横シール部６５を冷却する。また、冷却バー３４ａ内に設けられたカッター３５を前進させて包装袋６６を筒状フィルム６０から切り分ける。

なお、このカッター３５による切断動作のタイミングは、筒状フィルム６０の材質や横シール部６５の大きさなどを考慮して適宜設定することが好ましい。例えば、横シール部６５の冷却にそれほど時間を必要としない場合であれば、冷却バー３４ａ、３４ｂを閉塞すると同時にカッター３５を駆動してもよい。また、横シール部６５の冷却に十分な時間が必要な場合には、冷却バー３４ａ、３４ｂを閉塞した後、所定時間経過後にカッター３５を駆動するようにしてもよい。

次いで、図１３（ｋ）に示すように、冷却バー３４ａ、３４ｂを退避させること、冷却バー３４ａ、３４ｂによる保持が解除された包装袋６６が袋保持板５１上に落下する。そして、袋保持板５１を傾斜状態とすることにより、包装袋６６が下方に落下する。

次いで、図１３（ｌ）に示すように、横シール・切断機構３０をはじめとする各構成要素を図１０（ａ）に示す初期状態の位置に戻す。すなわち、上昇端位置となっていた横シール・切断機構３０を下降端位置に戻し、脱気動作のために僅かな隙間をおいて近接していた扁平部形成ローラ２５を開放状態とし、袋保持板５１を水平状態に戻し、液ハネ防止機構２０を閉塞状態に戻す。

以上の一連の工程を繰り返すことにより、充填物が封入された包装袋６６が連続的に製造される。

以上説明したように、本実施形態の縦型充填包装機１によれば、図８の駆動機構８０を用いて、シール機構として設けられたヒータバー３１およびヒータバー受け３２と、切断機構として設けられた一対の冷却部材３４ａ、３４ｂとを筒状フィルム６０の搬送方向に沿って上下移動させることが可能であるため、筒状フィルム６０を移動させることなく、熱シール、冷却、および切断の動作の全てを行うことができる。したがって、筒状フィルム６０を間欠的に下方に送る必要がないため、間欠的な搬送を行った際の衝撃力により筒状フィルム６０が伸びる可能性が小さくなり、特に、冷却されていない横シール部６５が伸びたり変形したりする可能性も小さくなる。また、シール機構と切断機構とが別個に独立して設けられているため、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２や冷却バー３４ａ、３４ｂを、包装袋６６の仕様に応じて他の形状のものに交換可能である。さらに、駆動機構８０は、ヒータバー３１およびヒータバー受け３２や冷却バー３４ａ、３４ｂを一体に移動させるものであるため、それらを別個に移動させる構成と比較して、構成および動作の制御が簡略化する。

なお、本実施形態では、図１１に示したように一対の扁平部形成ローラ２５を用いて、充填物の液面より上方を挟み込むものであったが、それに限らず一対の扁平部形成ローラ２５で、充填物を分割するものであってもよい。もっとも、この、扁平部６０ａを形成する工程は、筒状フィルム６０の材質や封入する充填物の種類によっては必ずしも必要ない。

本発明の一実施形態による縦型充填包装機の構成を模式的に示す図である。投入ノズル下端側の弁構造を示す断面図である。液ハネ防止機構の構成を示す側面図である。液ハネ防止機構の構成を示す上面図である。扁平部形成ローラを使用しない場合の不具合を説明するための図である。横シール・切断機構の構成および動作を説明するための図である。しわ伸ばし機構の構成を説明するための図である。横シール・切断機構の詳細な構成および横シール・切断機構を上下移動させるための駆動機構の構成を説明するための図である。脱気機構の構成および動作を説明するための図である。図１の包装機による包装袋製造動作を説明するための図である。図１の包装機による包装袋製造動作を説明するための図である。図１の包装機による包装袋製造動作を説明するための図である。図１の包装機による包装袋製造動作を説明するための図である。従来の縦型充填包装機の一例を示す図である。図１４の従来の縦型充填包装機による包装袋の製造動作の一例を示す図である。筒状フィルムを移動させずに熱シール、冷却、および切断の全ての動作を行う従来の横シール・切断機構の構成を示す図である。

符号の説明

１縦型充填包装機
６縦シール機構
７フィルム送りベルト
８投入ノズル
８ａ投入ノズルパイプ
８ｂ開口部
８ｃ開閉弁
２０液ハネ防止機構
２１ａ、２１ｂ液ハネ防止バー
２２ａ、２２ｂエアシリンダ
２３ａ、２３ｂ包囲部
２５扁平部形成ローラ
３０横シール・切断機構
３１ヒータバー
３２ヒータバー受け
４０脱気機構
４１第１の脱気板
４２第２の脱気板
５１袋保持板
５１ａ支持軸
６０筒状フィルム
６０ａ扁平部
６０ｂ側縁境界部
６１シート状フィルム
６５横シール部
６６包装袋
７０しわ伸ばし機構
７１バネ掛け
７２連結レバー
７３引張コイルバネ
７３ａ、７３ｂ当接部材
７５支持軸
７６マット
７７ストッパ
８１支持体
８２ボールネジ
８３ベルト
８５、８６トグルリンク
８５ａ、８５ｂ連結アーム
８５ｃ回転軸
８５ｄ回転レバー
８５ｅプーリー
ＳＭ１、ＳＭ２、ＳＭ３サーボモータ

Claims

筒状フィルムを間において対向配置され、前記筒状フィルムを挟みつつ回転することにより前記筒状フィルムに扁平部を形成しながら前記筒状フィルムを下方に搬送する一対の扁平部形成ローラと、
前記筒状フィルムに形成した前記扁平部をその幅方向に熱シールするためのヒータバーおよびヒータバー受けを備えたシール機構と、
前記シール機構とは別個に設けられて前記シール機構より下方に配置され、前記シール機構によって熱シールされた熱シール部を冷却するための一対の部材および前記熱シール部を切断するためのカッターを備えた切断機構と、
前記シール機構と前記切断機構とを一体に保持する支持体を備え、前記シール機構と前記切断機構とを前記筒状フィルムの搬送方向に沿って一体に移動させる駆動機構とを有し、
前記駆動機構は、搬送が停止された状態の前記筒状フィルムに対して前記シール機構および前記切断機構を移動させる、縦型充填包装機。
前記シール機構による熱シール動作に先だって、前記シール機構によって熱シールする部位の下方に位置する前記筒状フィルムの両端部を挟み込んでその幅方向外側に引っ張る張力付与機構をさらに有する、請求項１に記載の縦型充填包装機。
前記駆動機構は、
前記支持体を筒状フィルムの搬送方向に沿う方向に直線移動自在に支持する支軸と、前記支持体を前記支軸に沿って移動させるための駆動源とを有する請求項１または２に記載の縦型充填包装機。
前記駆動機構は、前記支持体を移動させるためのボールネジを備えるものであって、前記駆動源は、前記ボールネジを回転させるためのサーボモータである、請求項３に記載の縦型充填包装機。
前記カッターは、前記一対の部材のうちの一方の部材に設けられた溝内に配置されると共に、前記筒状フィルムに対して進退移動自在に構成され、
前記一対の部材のうちの他方の部材には、前記カッターが進入するための溝が設けられている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の縦型充填包装機。
前記シール機構は、前記ヒータバーおよび前記ヒータバー受けに替えて、前記ヒータバーおよび前記ヒータバー受けのそれぞれと外形形状の異なる他のヒータバーおよび他のヒータバー受けを取り付け可能に構成されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の縦型充填包装機。
前記切断機構は、前記一対の部材に替えて、前記一対の部材のそれぞれと外形形状の異なる他の一対の部材を取り付け可能に構成されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の縦型充填包装機。