JP4467290B2 - 充填包装機 - Google Patents

Description

本発明は、筒状フィルムを横シールして包装袋を形成し、この包装袋内に内容物を充填する充填包装機に関するものであり、例えば、フィルム原反から移送されるフィルムを筒状にして、このフィルムを縦、横シールすることによって前記フィルムを区画形成し、前記区画内に内容物を充填することによって前記内容物を収納した包装袋を形成する縦型充填包装機に好適である。

従来、送りローラ等のフィルム送出手段（フィルム送り機構）によってフィルム原反から連続移送される長尺状のフィルム一枚を二つ折りにして重ね合せるか、または二枚を重ね合せ、その重なり合った縁部を縦ヒートシールロールによって縦シールして縦シール部を形成することによって筒状のフィルムとし、この筒状フィルムに対して横ヒートシールロールを用いて横シールして底部となる横シール部を形成し、前記フィルムの移送方向に対して前記横シール部から後方となる開放筒状部に内容物を所定量充填した後、一定間隔にて再び横シールして横シール部を形成することにより、連続的な密閉包装袋（包装袋連続体）を形成し、刃体を有する切断手段によってフィルムに形成された横シール部の略中央箇所を切断することによって包装袋を製造する充填包装機がある（例えば、特許文献１参照）。

上述の充填包装機は、高速に包装袋を製造し得るものが望まれており、フィルム送出手段や、縦，横ヒートシールロールの回転速度を高めることによって包装作業を高速にして対応していた。

また、これらの包装作業の高速化にともなって内容物を高速に充填する必要があった。しかしながら、勢いよく内容物を吐出させた場合、内容物とともに気泡が激しく巻き込まれ、この状態のまま、フィルムを封止してしまうと、混入された空気の量によって製品となる包装袋内の内容物の量にばらつきが生じてしまうという問題があった。

そこで本発明の目的は、上述した問題について着目してなされたものであり、包装作業の高速化が可能であるとともに、内容物を筒状フィルム内に安定して充填することができる充填包装機を提供することにある。

本発明の充填包装機は、請求項１に記載したように、筒状フィルムを送るフィルム送り機構と、前記フィルム送り機構によって移送される前記筒状フィルム内に充填用駆動手段の回転動作によって内容物を充填する充填機構と、前記充填機構によって前記内容物が充填された前記筒状フィルムを挟み込むようにして成形する成形部材をモータからなる成形用駆動手段の回転動作に応じて接近，または離間させる成形機構と、前記成形機構によって挟み込まれた状態にある前記筒状フィルムに対して横シールを開始する横シール機構と、を備えてなることを特徴とするものである。

また、請求項１に記載したように、操作者の入力によって前記筒状フィルムの移送速度や前記内容物の充填量などの生産条件を設定するための設定手段と、前記設定手段によって設定された前記生産条件に基づいて、前記充填用駆動手段や前記成形用駆動手段を制御する制御手段と、を備えてなることを特徴とするものである。

そして、請求項１に記載したように、前記制御手段は、前記充填用駆動手段の回転数を増加させた場合に前記成形部材同士が離間するように前記成形用駆動手段を制御し、前記充填用駆動手段の回転数を減少させた場合に前記成形部材同士が接近するように前記成形用駆動手段を制御してなることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載したように、前記制御手段は、前記充填機構による充填開始時において、前記内容物の吐出量を徐々に高めるように前記充填用駆動手段を制御するとともに、前記内容物の吐出量の増加に応じて、前記成形部材を徐々に離間させるように前記成形用駆動手段を制御してなることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載したように、請求項１または２に記載の充填包装機において、前記成形機構は、前記筒状フィルムを挟み込む一対の前記成形部材を有し、前記成形用駆動手段の回転動作に応じて少なくとも一方の成形部材を移動可能に設けることを特徴とするものである。

本発明は、筒状フィルムを横シールして包装袋を形成し、この包装袋内に内容物を充填する充填包装機に関し、包装作業の高速化が可能であるとともに、内容物を筒状フィルム内に安定して充填することができる充填包装機を提供できる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

本発明の充填包装機を一袋当たりの内容物が大容量となるようにフィルム包装する縦型充填包装機に適用したものを例に挙げて図１を用いて説明する。

縦型充填包装機Ａは、保持枠１が設けられ、この保持枠１に包装用のフィルムＦをロール状に巻回したフィルム原反ＦＡが着脱交換可能に設けられている。また、縦型充填包装機Ａは、被包装物となる内容物ＷをフィルムＦを用いて密閉包装するために、フィルム案内機構２と、フィルム折り返し機構３と、縦シール機構（フィルム送り機構）４と、横シール機構５と、充填機構６と、成形機構７と、切断機構８と、を図示しない機台に備えている。

フィルムＦは、ナイロンと低密度ポリエチレンとの積層体からなり、ロール状のフィルム原反ＦＡからフィルムＦを繰り出すフィルム送り機構となる縦シール機構４により引き出され、フィルム案内機構２を介してフィルム折返し機構３に導出され、フィルム折返し機構３に設けられた折返しガイド３ＡによりフィルムＦを長手方向に沿って二つ折りにする。

縦シール機構４は、サーボモータＭ１によって回転可能に設けられ、対向する一対の縦ヒートシールロール４Ａの外周に沿って設けられた縦シール体４Ｂによって、二つ折りにされたフィルムＦの左右両縁部を、繰り出しながら縦方向に縦シール（熱シール）して縦シール部Ｆ１を形成してフィルムＦを筒状にするものである。なお、両縦ヒートシールロール４Ａ内部には、電気ヒータ（図示しない）を内蔵している。また、縦シール機構４は、フィルムＦを所望の速度にて繰り出すためのフィルム送り機構として兼用するものを示すが、縦シール機構４と別体にして、フィルム送り専用のフィルム送り機構を備えるものであってもよい。

横シール機構５は、サーボモータＭ２によって回転可能に設けられる一対の横シールロール５Ａを有し、対向する一対の横ヒートシールロール５Ａに設けられた横シール体５Ｂによって、フィルム（筒状フィルム）Ｆを挟み込んで横方向に横シール（熱シール）することにより、包装袋Ｐとなる底部、即ち横シール部Ｆ２を形成するものである。なお、両横ヒートシールロール５Ａ内部には、縦シール機構４と同様に電気ヒータを内蔵している。

充填機構６は、縦シール部Ｆ１および横シール部Ｆ２によって、連続する有底筒状に形成されたフィルムＦ内に、例えば醤油等の液体調味料やスープからなる内容物Ｗを横シール機構５の上方側に設けられるノズルＮを介して充填するものである。なお、充填機構６は、サーボモータ（充填用駆動手段）の回転によって駆動される供給ポンプ（図示しない）を備えており、前記供給ポンプの作動によって図示しないタンクに貯留された内容物ＷがノズルＮから吐出するように構成される。
なお、この内容物Ｗを含むフィルムＦの袋口部は、更に送られて再び横シール機構５によって横方向に横シールされて封止状態となり、上下方向に連包状態の包装袋連続体が形成される。

成形機構７は、横シール機構５と充填機構６との間に設けられ、図２に示すように、充填機構６によって内容物Ｗが充填されたフィルムＦに対して両側（図１において前後方向）から挟み込むようにして所定形状に成形するための回転可能な一対のローラ（成形部材）７Ａと、このローラ７Ａ同士を接近または離間させるためのサーボモータ（成形用駆動手段）Ｍ３を有する移動手段７Ｂと、によって構成される。

なお、移動手段７Ｂは、正逆回動するサーボモータＭ３と、このサーボモータＭ３によって回動し略中央部を境にして右ねじ，左ねじからなる螺旋状の溝を刻設してなる搬送ねじ７Ｃと、この搬送ねじ７Ｃと同様の螺旋状の溝を有するガイドねじ７Ｄと、搬送ねじ７Ｃ，またはガイドねじ７Ｄの螺旋状の溝に螺合し、搬送ねじ７Ｃの回動によって搬送ねじ７Ｃの軸方向に移動するとともに一対のローラ７Ａをそれぞれ回転可能に軸支する支持部（ナット）７Ｅと、によって主に構成される。

また、成形機構７は、移動手段７Ｂの動作によって、ローラ７Ａ同士が平行のまま接近，または離間（直進往復移動）する。したがって、成形機構７は、ローラ７Ａ間を移送するフィルムＦに対して、挟み込んだり、開放したりすることが可能となる。

切断機構８は、図示しない対向する一対の切断刃体によって、前記包装袋連続体の横シール部Ｆ２の略中央部を切り離し切断し、包装袋Ｐをそれぞれ１つずつに切り離すものである。

また、各機構を備える図示しない機台には、内容物Ｗの品種を選択し、品種毎の包装形態に応じた各種設定値を設定する切り換え画面式の後述するタッチパネルが備えられている。

次に本発明の主要部分の電気的な構成について図３を用いて説明する。

タッチパネル（設定手段）Ｋ１は、縦型充填包装機Ａの運転／停止に切り替えや、品種毎の包装形態に応じた生産条件（フィルムＦの移送速度，シールピッチ，充填量，成形機構７の動作タイミングや動作速度など）を項目毎に数値にて入力することができる。タッチパネルＫ１は、操作者によって入力された設定値について、制御手段Ｋ２に出力する。

制御手段Ｋ２は、例えばマイクロコンピュータを適用でき、処理動作のプログラムが記憶されたＲＯＭと、演算値を一時的に記憶するＲＡＭと、前記プログラムを実行するためのＣＰＵと、タッチパネルＫ１や縦，横シール機構４，５のサーボモータＭ１，Ｍ２など各機構の駆動系に対して電気的な接続関係をなすための入出力インターフェイス回路と、によって主に構成される。なお、この場合、制御手段Ｋ２は、縦型充填包装機Ａ全体を電気制御する制御手段と兼用するものであるが、前記した各機構を制御する制御手段と別体に設けるものであってもよい。

サーボモータＭ１は、縦シール機構４の駆動源として設けられるものである。サーボモータＭ１は、制御手段Ｋ２からの制御信号に基づいて、縦ヒートシールロール４Ａを回転させる。制御手段Ｋ２は、フィルムＦの移送速度がタッチパネルによって入力された設定値となるような回転速度にてフィルムＦを送出するように促す制御信号をサーボモータＭ１へ出力する。

サーボモータＭ２は、横シール機構５の駆動源として設けられるものである。サーボモータＭ２は、制御手段Ｋ２からの制御信号に基づいて、横ヒートシールロール５Ａを回転させる。制御手段Ｋ２は、フィルムＦの移送速度（縦シール機構４によるフィルムＦの送出速度）と、タッチパネルによって設定されたフィルムＦのシールピッチ（横シール部Ｆ２の間隔の幅）と、横シール機構５の横ヒートシールロール５Ａのシール板取り付け間隔と、に基づいて決定される所定時間毎に一対の横シール体５ＢがフィルムＦを挟み込んで横シールするように促す制御信号をサーボモータＭ２へ出力する。

サーボモータ（成形用駆動手段）Ｍ３は、成形機構７の駆動源として設けられるものである。サーボモータＭ３は、制御手段Ｋ２からの制御信号に基づいた回転速度や回転数にて、移動手段７Ｂを動作させてローラ７Ａ同士を接近，または離間させる。

サーボモータ（充填用駆動手段）Ｍ４は、充填機構６の駆動源として設けられるものである。サーボモータＭ４は、制御手段Ｋ２からの制御信号に基づいた回転速度や回転数にて供給ポンプを駆動する。また、充填機構６は、サーボモータＭ４の回転に応じた吐出量にて内容物ＷをノズルＮから吐出するものである。

上述した構成によって、制御手段Ｋ２が予め入力された各種設定値やプログラムに基づいて各機構を動作させることができる。次に、各機構の動作タイミングについて図４を用いて説明する。

図４に示すように、横シール機構５による横シール開始や横シール終了のタイミングに応じて、充填機構６による内容物の吐出量が変化するように促す制御信号をサーボモータＭ４へ出力する。なお、横シールのタイミングは、横シール機構５に設けられる図示しない原点センサやサーボモータＭ２の回転角度に基づいて、制御手段Ｋ２によって算出される。

制御手段Ｋ２は、少なくとも横シール開始から横シール終了までの時間ｔ１において、吐出量が低い一定の状態にて吐出させるようにサーボモータＭ４を制御する。したがって、ノズルＮから吐出される内容物Ｗの流動によって生じるフィルムＦの揺れを抑えることができ、安定した状態にて横シール部Ｆ２を形成することになる。

また、制御手段Ｋ２は、内容物Ｗの吐出量の減少に応じて、ローラ７Ａ同士を接近させるようにサーボモータＭ３を制御する。したがって、内容物Ｗの吐出量の減少した場合であっても、フィルムＦの膨らんだ部分を挟み込むようにして、内容物Ｗの液面を上昇させることができる。このことにより、ノズルＮの吐出口に内容物Ｗの液面が接近もしくは接触するため、気泡が巻き込まれることを防止することができる。

制御手段Ｋ２は、横シール終了から横シール開始までの時間ｔ２において、吐出量を高めて、筒状のフィルムＦ内に所定量の内容物Ｗが短時間にて満たされるように促す制御信号をサーボモータＭ４へ出力する。

また、制御手段Ｋ２は、充填機構６のサーボモータＭ４の回転速度に基づいて、内容物Ｗの吐出量を算出し、この内容物Ｗの吐出量が増加する場合、増加量に応じてローラ７Ａ同士を離間させるようにサーボモータＭ３を制御する。したがって、内容物Ｗの吐出量が増加した場合であっても、ノズルＮから吐出される内容物Ｗが通過するローラ７Ａの間隔を調整することによって、充填速度に影響がない程度に内容物Ｗの流動を適度に緩やかなものとすることができる。また、ローラ７Ａ同士が適度に離間することによって、大量の内容物Ｗの充填によって、ノズルＮ付近のフィルムＦが揺れたり、膨らみによってフィルムＦにしわが生じたりして変形することを防止でき、安定した状態にて包装処理することができる。

このような制御手段Ｋ２による処理によって、内容物Ｗの充填が高速で行えるだけでなく、安定したフィルムＦの移送を行うことが可能となるため、より確実な包装を行う縦型充填包装機Ａとなる。また、気泡の巻き込みを抑えることができ、安定した状態にて内容物Ｗを充填するため、正確な内容物Ｗの量を包装袋Ｐ内に充填することができる縦型充填包装機Ａとなる。なお、ローラ７Ａの間隔は、ノズルＮからの吐出量の他にも、予め定められる品種毎の包装形態や内容物Ｗの種類に応じて算出されるものであってもよいし、タッチパネルＫ１によって経験的な値や調整値を設定できるようにしてもよい。

次に、同構成による縦型充填包装機Ａにおいて、制御手段Ｋ２による運転開始時の制御処理について図５を用いて説明する。

制御手段Ｋ２は、タッチパネルＫ１にて表示される運転／停止の切り替えボタンを操作することによって、縦型充填包装機Ａが停止状態（オフ）から運転状態（オン）へ切り替えるタイミングｔ３から、徐々に回転数を高めるように促す制御信号をサーボモータＭ４へ発する。
したがって、充填開始時において、筒状のフィルムＦ内が空であっても、内容物Ｗを充填することによって生じる気泡が勢いよく巻き込まれてしまうことを防止できる。また、充填機構６による充填開始のタイミングｔ３から、徐々に吐出量を増加させることができ、空のフィルムＦ内に内容物Ｗを勢いよく吐出することを防止でき、フィルムＦに対して衝撃を与えないため、安定したフィルムの移送を行うことができる。

また、制御手段Ｋ２は、縦型充填包装機Ａが停止状態（オフ）から運転状態（オン）へ切り替えるタイミングｔ３以降、充填機構６による前記吐出量の増加にともなってローラ７Ａ同士を離間するように促す制御信号をサーボモータＭ３に出力する。したがって、吐出量が少ない状態であっても、内容物Ｗの流速をローラ７Ａの間隔で制御しながら充填することができるため、内容物Ｗの流動を緩やかにして気泡の巻き込みを抑えることができる。

また、制御手段Ｋ２は、ノズルＮからの内容物Ｗの吐出量やローラ７Ａの間隔が、予め設定された所望の値を満たした場合（タイミングｔ４以降において）、図４に示すような、横シール機構５による横シール処理に基づいて、充填機構６および成形機構７の制御がなされる。

なお、前述の電気的な構成において、制御手段Ｋ２は、他の機構の電気的制御を行うものと兼用するものであるが、説明を簡略化するために他の機構における電気的な構成についての説明を省く。

かかる縦型充填包装機Ａは、筒状フィルムＦを送る縦シール機構４と、縦シール機構４によって移送される筒状フィルムＦ内にサーボモータＭ４の回転に応じて内容物Ｗを充填する充填機構６と、充填機構６によって内容物Ｗが充填された筒状フィルムＦの両側方から挟み込むようにして成形するローラ７ＡをサーボモータＭ３の回転動作に応じて接近，または離間させる成形機構７と、成形機構７によって挟み込まれた状態にある筒状フィルムＦに対して横シールを開始する横シール機構５と、を備えてなることによって、包装作業の高速化が可能であるとともに、内容物を筒状フィルム内に安定して充填することができる縦型充填包装機となる。
したがって、熱シール時，及び熱シールから冷却工程までの間において、縦，横シール部Ｆ１，Ｆ２に加わる内容物による重力や張力の変化を緩やかなものとし、安定した溶着状態（シール状態）を得ることが可能となるため、良好な包装を行うことができる。

また、成形機構７は、筒状のフィルムＦを挟み込む一対のローラ７Ａを有し、サーボモータＭ３の回転動作に応じてローラ７Ａを移動可能に設けることによって、ローラ７Ａ間の間隔を容易に調整することができる。

また、操作者の入力によってフィルムＦの移送速度や内容物Ｗの充填量などの生産条件を設定するためのタッチパネルＫ１と、タッチパネルＫ１によって設定された生産条件に基づいて、サーボモータＭ４やサーボモータＭ３を制御する制御手段Ｋ２と、を備え、制御手段Ｋ２は、充填機構６による内容物Ｗの吐出量の変化に応じて、成形機構７のローラ７Ａを接近，または離間させるように、サーボモータＭ３を制御してなることによって、内容物Ｗの吐出量が増加した場合であっても、ノズルＮから吐出される内容物Ｗが通過するローラ７Ａの間隔を調整し、充填速度に影響がない程度に内容物Ｗの流動を適度に緩やかなものとすることができる。また、ローラ７Ａ同士が適度に離間することによって、大量の内容物Ｗの充填によって、ノズルＮ付近のフィルムＦが揺れたり、膨らみによってフィルムＦにしわが生じたりして変形することを防止でき、安定した状態にて包装処理することができる。

また、制御手段Ｋ２は、充填機構６による充填開始時において、内容物Ｗの吐出量を徐々に高めるようにサーボモータＭ４を制御してなるため、筒状のフィルムＦ内が空であっても、内容物Ｗを充填することによって生じる気泡が勢いよく巻き込まれてしまうことを防止できる。また、空のフィルムＦ内に内容物Ｗを勢いよく吐出することを防止でき、フィルムＦに対して衝撃を与えないため、安定したフィルムの移送を行うことができる。

また、制御手段Ｋ２は、充填機構６による充填開始時において、内容物Ｗの吐出量の増加に応じて、ローラ７Ａを徐々に離間させるようにサーボモータＭ３を制御してなるため、内容物Ｗの流速を吐出量に応じて制御しながら充填することができるため、内容物Ｗの流動を緩やかにして気泡の巻き込みを抑えることができる。

なお、上述した成形機構７において、サーボモータＭ３の回動を駆動源としてローラ７Ａを直進往復移動させるものについて、搬送ねじ７Ｃと支持部（ナット）７Ｅを用いたものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ラックとピニオン，ラックとウォーム，クランク機構を利用したもの，リニアモータなどを代替して適用することができる。また、本発明に適用する場合、摩擦抵抗が小さく，バックラッシ除去のやりやすいボールねじが好適である。また、筒状フィルムを挟み込む一対のローラ（成形部材）は、前記モータの回転に応じて一方のローラを移動可能に設けて、ローラの間隔を変化させるものであってもよい。

また、上述した成形機構７は、図４や図５に示すようなタイミングにてローラ７Ａを接近，または離間する方向へ移動させているものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、機械的な構成や品種毎の包装形態に応じて最適な動作タイミングを選択することができる。

本発明の実施の形態の縦型充填包装機を示す図。 同上実施の形態の成形機構を示す図。 同上実施の形態の主要部の電気的な構成を示す図。 同上実施の形態の制御するタイミングを示す図。 同上実施の形態の制御するタイミングを示す図。

符号の説明

４ 縦シール機構（フィルム送り機構）
５ 横シール機構
５Ｂ 横シール体
６ 充填機構
７ 成形機構
７Ａ ローラ（成形部材）
７Ｂ 駆動手段
Ｆ フィルム
Ｆ１ 縦シール部
Ｆ２ 横シール部
Ｍ３ サーボモータ（成形用駆動手段）
Ｍ４ サーボモータ（充填用駆動手段）
Ｐ 包装袋
Ｗ 内容物
Ｋ１ タッチパネル（設定手段）
Ｋ２ 制御手段

Claims (3)

1. 筒状フィルムを送るフィルム送り機構と、
   前記フィルム送り機構によって移送される前記筒状フィルム内に充填用駆動手段の回転動作によって内容物を充填する充填機構と、
   前記充填機構によって前記内容物が充填された前記筒状フィルムを挟み込むようにして成形する成形部材をモータからなる成形用駆動手段の回転動作に応じて接近，または離間させる成形機構と、
   前記成形機構によって挟み込まれた状態にある前記筒状フィルムに対して横シールを開始する横シール機構と、
   操作者の入力によって前記筒状フィルムの移送速度や前記内容物の充填量などの生産条件を設定するための設定手段と、
   前記設定手段によって設定された前記生産条件に基づいて、前記充填用駆動手段や前記成形用駆動手段を制御する制御手段と、
   を備えてなり、
   前記制御手段は、前記充填用駆動手段の回転数を増加させた場合に前記成形部材同士が離間するように前記成形用駆動手段を制御し、前記充填用駆動手段の回転数を減少させた場合に前記成形部材同士が接近するように前記成形用駆動手段を制御することを特徴とする充填包装機。
2. 筒状フィルムを送るフィルム送り機構と、
   前記フィルム送り機構によって移送される前記筒状フィルム内に充填用駆動手段の回転動作によって内容物を充填する充填機構と、
   前記充填機構によって前記内容物が充填された前記筒状フィルムを挟み込むようにして成形する成形部材をモータからなる成形用駆動手段の回転動作に応じて接近，または離間させる成形機構と、
   前記成形機構によって挟み込まれた状態にある前記筒状フィルムに対して横シールを開始する横シール機構と、
   操作者の入力によって前記筒状フィルムの移送速度や前記内容物の充填量などの生産条件を設定するための設定手段と、
   前記設定手段によって設定された前記生産条件に基づいて、前記充填用駆動手段や前記成形用駆動手段を制御する制御手段と、
   を備えてなり、
   前記制御手段は、前記充填機構による充填開始時において、前記内容物の吐出量を徐々に高めるように前記充填用駆動手段を制御するとともに、前記内容物の吐出量の増加に応じて、前記成形部材を徐々に離間させるように前記成形用駆動手段を制御することを特徴とする充填包装機。
3. 前記成形機構は、前記筒状フィルムを挟み込む一対の前記成形部材を有し、前記成形用駆動手段の回転動作に応じて少なくとも一方の成形部材を移動可能に設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充填包装機。

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