JP4753899B2 - 自動包装機 - Google Patents

Description

本発明は、自動包装機に関し、詳しくは、紅茶や緑茶等の茶葉或はその加工物等を内容物として充填された包装パックを、透液性の包装フィルムを超音波シール装置によりヒートシールすることで成形する自動包装機に関する。

従来、この種の自動包装機として、例えば、本願出願人により特許文献１に記載されるようなものが提案されており、このものは、ロール等に巻回された長尺の包装フィルムを順次送り出し、縦シール装置において当該包装フィルムの進行方向に略平行な端部をヒートシール（熱溶着）により溶着して当該包装フィルムを略円筒状に成形する。その後、横シール装置において、略円筒状に成形された包装フィルムの送り方向に略直交する方向に亘ってシールを形成すべく一度目のヒートシールを行なう。これにより、略円筒状の包装フィルの下側がシールされ、かかる状態で、角錐パックの充填材料が所定量充填される。そして、一度目のヒートシールがなされ内容物が充填された包装フィルムが送り方向に所定量送り出されると、横シール装置では、前記一度目のヒートシールに対して略９０度捻った方向に亘って二度目のヒートシールを行なうと同時に切断処理を行なう。
このような処理操作により、図７に示すような、紅茶や緑茶等の茶葉或はその加工物等の充填材料が充填されて密封シールされた角錐パックＦＨが成形されるようになっている。

また、ヒートシール装置として、例えば特許文献２に記載されているような超音波ホーンとアンビルを用いた超音波シール装置が提案されており、このものは、処理対象である包装フィルムをクランプ機構で挟み込んで扁平形状にし、かかる扁平形状の包装フィルムを、超音波ホーンの先端部分とアンビルの先端部分で挟み込み、これらを近接対峙させつつ水平方向に移送させることで、包装フィルムを溶着してシール線を形成する横シール動作と、前記溶着と同時にフィルムを切断する切断動作と、を同時に行うようになっている。
特開２００１−１９９４０４号公報 特開２００２−４５９７９号公報

ここで、超音波シール装置はシール幅を狭くすることができるため、包装フィルムをヒートシールして角錐パックに成形するためのシール装置として適していることから、特許文献１に記載されるような角錐パック包装機への適用が行われているところであるが、当該適用には、以下のような実情がある。
すなわち、超音波シール装置においては、上述した横シール動作及び切断動作に伴う超音波ホーンとアンビルの近接対峙状態では、超音波ホーン自体の超音波振動によりホーンとアンビルの先端同士が微小な衝突動作を繰り返しており、この衝突動作により互いの接触部分に摩耗が発生することになる。

このような摩耗現象を抑制するため、超音波ホーンとアンビルの近接距離は、ヒートシール及び切断可能で、かつ、できる限り両者を離間させることができるように設定することが行われている。

しかし、かかる設定を行ったとしても、角錐パック包装機の場合、前述したように、縦シール装置については、稼動中、常に縦シール動作を行っていると共に、横シール装置については、シール装置が高価であること等に鑑み、一組の超音波ホーンとアンビルを回動させることで、一度目のヒートシール動作と、二度目のヒートシール動作及び切断と、を行わせるようにしているため、ヒートシール及び切断動作が比較的長時間行われることになり、超音波ホーンの先端部分の摩耗を無視することができず、シール部分の仕上がり品質が低下する惧れや、切断品質が低下する惧れがある。なお、アンビル側は、先端部分が先細状に絞られた形状であるため、多少の摩耗があっても横シール部分の仕上がり状態や切断状態に与える影響は小さい。また、アンビル側は超音波ホーン側に比べて安価であるので交換なども比較的容易である。

このようなことから、従来において角錐パック包装機に超音波シール装置を適用する場合には、ヒートシール及び切断動作を所定時間行った後、包装機の運転を一旦停止し、運転者の手操作により超音波ホーンとアンビルの比較的煩雑な位置調整を行うなどの対策が必要であり、生産性に劣るといった実情がある。更に、かかる対策を行ったとしても超音波ホーンの交換サイクルは依然として短いといった実情がある。
なお、このような実情は、角錐パックを作る包装機に限らず、横シール装置の水平方向の回転動作を停止させることによって、一度目のヒートシールと二度目のヒートシールとを略９０度捻ることなく略同一平面内に形成する包装パックのような他の包装パック形態（例えば、三方シール形態）に適応した自動包装機においても同様に生じるものである。

本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされたもので、比較的簡単かつ安価な構成でありながら、超音波ホーンの先端部分の摩耗を抑制して、シール部分の仕上がり品質及び切断品質を長期間良好に維持することができると共に、生産性を向上させることができ、更には超音波ホーンの交換サイクルを長くすることができる自動包装機を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る自動包装機は、
超音波を発生させてヒートシールを行う超音波シール装置を用いて透液性の包装フィルムに縦並びに横シールを施すことにより、内容物を密閉した包装パックを作る自動包装機であって、
前記超音波シール装置は、
超音波を発生させてその先端部分を発熱させる超音波ホーンと、
前記超音波ホーンの先端部分との間に包装フィルムを挟み込みつつ、近接対峙するように配置されたアンビルと、
前記超音波ホーンの先端円筒部分を周方向に適宜回転させる回転駆動機構と、
を含んで構成され、
前記回転駆動機構は、超音波ホーンとアンビルによる所定回数のシール動作が終了し、且つ、当該超音波ホーンとアンビルが離間する初期位置に復帰する毎に、超音波ホーンを予め設定された角度分だけ回転させてアンビルとの相対位置を変えることを特徴とする。

本発明に係る自動包装機において、前記回転駆動機構が新たな設定角度を決定する際には、過去に回転動作させた設定角度を履歴情報として記憶し、この履歴情報に基づいて過去の回転角度と異なる角度値を採用するように動くことを特徴とすることができる。

本発明に係る自動包装機において、前記回転駆動機構は、超音波ホーンを同一方向に回転させた累積角度が１８０度に達した際には、超音波ホーンの回転方向を逆方向に変更するように動くことを特徴とすることができる。

本発明によれば、比較的簡単かつ安価な構成でありながら、超音波ホーンの先端部分の摩耗を抑制して、シール部分の仕上がり品質及び切断品質を長期間良好に維持することができると共に、生産性を向上させることができ、更には超音波ホーンの交換サイクルを長くすることができる自動包装機を提供することができる。

以下に、本発明に係る自動包装機としての角錐パック包装機の一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態に係る角錐パック包装機によりシール成形された角錐パックＦＨの平面図と斜視図であって、これらの図面においてＦＺは包装フィルムＦＡに施された縦シール部で、ＦＸとＦＹは一度目の横シール部と二度目の横シール部を示している。更に、ＦＲは予め包装フィルムＦＡの表面に１パック毎に並べて間隔的に接着されているタグＦＲ′付きの紐で、この様にシール成形された角錐パックＦＨの内部に、紅茶や緑茶等の茶葉或はその加工物等の充填材料が充填されて密封シールされるようになっている。

前記角錐パックＦＨに利用される包装フィルムＦＡとしては、例えば、合成樹脂系編成の網目状シート、布シート、不織布、或いはナイロン紗などのように透液性を有する包装フィルムが想定される。

このような角錐パックＦＨを連続的にシール成形することができる本実施の形態に係る角錐パック包装機１の全体構成の正面図を図１に、その側面図を図２に示す。

なお、以下で説明する各種の処理操作は、運転者により各種情報が入力される操作パネルを含むと共に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、各種インターフェースなどを含んで構成される制御ボックス１４、１５からの出力信号に従って実行されるものである。

図１及び図２において、符号１で全体的に示したのは角錐パック包装機で、２は紅茶や緑茶等の充填材料を収容したホッパー、３はホッパー２から供給される充填材料を１パック毎の分量に計量して計量枡４に分配供給するための計量回転盤で、前記計量枡４に供給された充填材料は計量枡４毎に所定タイミングで充填シュート５に向けて定量供給されるようになっている。

また、符号ＦＴはフィルム素材を巻いたロールで、当該ロールＦＴに巻回されたフィルム素材は、繰出しローラ等を含んで構成されるフィルム繰出し機構１７及び一対の送りローラ８によって前記ロールＦＴから引き出されながら、フィルム素材（包装フィルムＦＡ）の進行方向両側から充填シュート５の外形を包囲するように配され、ここで断面略Ｕ字状にフォーミングされ、次いで、縦シール装置内のアンビル６、縦シール装置内の超音波発振器及び超音波ホーン７によってフォーミングされた包装フィルムＦＡの進行方向両端部付近を溶着して縦シール部ＦＺ（図７参照）を形成することにより、略円筒状の包装フィルムＦＡにシール成形されるようになっている。なお、符号１６は、フィルム繰出し機構１７の繰出しローラ等を駆動するための駆動用モータである。

上記のようにして略円筒状にシール成形された包装フィルムＦＡは、前記一対の送りローラ８等によって、包装フィルムＦＡの進行方向下流側に設けられる横シール装置９に移送される。

本実施の形態に係る横シール装置９は、図３〜図５等に示すように、超音波発振器１８から発振される超音波に基づいて振動される超音波ホーン１１と、当該超音波ホーン１１の発する振動を受けるアンビル１０と、を含んで構成され、超音波ホーン１１の振動に起因して生じる熱を利用して、超音波ホーン１１の先端部分とアンビル１０の先端部分の間に挟まれた包装フィルムＦＡを溶着するように構成されている。また、図３の斜視図に示すように、アンビル１０は、公知の移動機構により図中矢印ＡＢ方向に往復移動可能に構成されると共に図中ＣＤ方向に往復移動可能に構成され、当該アンビル１０の先端部分に対峙するように配設される超音波ホーン１１は、同様の公知の移動機構により少なくとも図中ＡＢ方向に往復移動可能に構成されている。なお、アンビル１０の先端部分は先細状に絞られた形状であり、超音波ホーン１１の先端部分は略円筒棒形状で先端面は例えば略平坦に形成されている。

また、公知の移動機構により、図中ＣＤ方向において互いに相対する方向に往復移動可能に構成されるクランプ機構２１、２２が配設されている。

更に、本実施の形態に係る超音波ホーン１１は、その先端円筒部分の軸方向中心軸を回転中心として回転可能に支持されると共に、サーボモータ等の位置制御可能な電動モータ及び伝達機構などを含む超音波ホーン回転駆動機構２３から回転動力を受け、例えば後述するようなタイミングで前記回転中心廻りに所定量回転されて停止保持可能に構成されている。

このような構成を有する横シール装置９では、図４に示すように、略円筒状にシール成形された包装フィルムＦＡが前記一対の送りローラ８等によって所定位置まで移送されてくると、前記クランプ機構２１、２２が図中矢印ＣＤ方向において互いに接近する方向に移動して前記包装フィルムＦＡをクランプして扁平形状にし（図４中の（ＦＸ）を参照）、図中ＣＤ方向に所定に離間されているアンビル１０の先端部分と超音波ホーン１１の先端部分との間隙でこの扁平形状の包装フィルムＦＡを挟み込める位置まで、アンビル１０と超音波ホーン１１を図中Ａ方向に移動させる。

そして、この扁平形状にクランプされた包装フィルムＦＡを挟み込むように前記アンビル１０の先端部分と前記超音波ホーン１１の先端部分との相対距離が所定距離となるように接近させた後、前記超音波ホーン１１から超音波を照射しつつ前記アンビル１０と前記超音波ホーン１１を図４及び図５中Ａ方向に移動させることで、包装フィルムＦＡを溶着して一度目の横シール部ＦＸを形成する。

この一度目の横シール部ＦＸの形成が終わると、前記クランプ機構２１、２２及び前記アンビル１０の先端部分と超音波ホーン１１の先端部分はその間隙にある包装フィルムＦＡから所定に離間され、横シール装置９は、サーボモータ１３を駆動源とする公知の回転駆動機構により、例えば図５中矢印Ｅ方向に略９０度回転される。

この一方で、一度目の横シール部ＦＸが形成された包装フィルムＦＡの内部には、前記充填シュート５を介して紅茶や緑茶等の充填材料が充填され、次いで、包装フィルムＦＡは１パック分だけ進行方向下方に送られて、二度目の横シール部ＦＹの形成に備える。すなわち、前記横シール部ＦＸに対して略９０度回転された（捻られた）位置に回転されている前記クランプ機構２１、２２を駆動して、内容物が充填された包装フィルムＦＡの横シール部ＦＹの形成を行うべき部位の近傍を扁平形状にクランプすると共に、当該包装フィルムＦＡを挟み込むように前記アンビル１０の先端部分と超音波ホーン１１の先端部分を所定距離まで接近させ、超音波を照射しつつ先程とは逆方向（図６中Ｂ方向）に移動させることで、包装フィルムＦＡを溶着して二度目の横シール部ＦＹを形成しながら同時に包装フィルムＦＡを切断する。

これにより、紅茶や緑茶等が充填された角錐パックＦＨの個体が形成され、この角錐パックＦＨは、滑り台１２上を滑って、図示しないスタッカなどに収容される、或はコンベヤ等に載置され次工程等へ搬送される。

このような処理が行われた後は、前記クランプ機構２１、２２及び前記アンビル１０の先端部分と超音波ホーン１１の先端部分は次回の処理に備えるべく所定に離間されて初期位置へ復帰されると共に、横シール装置９全体も、サーボモータ１３を駆動源とする公知の回転駆動機構により、例えば図６中矢印Ｆ方向に略９０度回転されて初期位置へ復帰される。

なお、例えば、上記のように初期位置へ復帰する際に、制御ボックス１４、１５では、予め設定記憶されている情報に基づいて、超音波ホーン回転駆動機構２３に駆動信号を送出し、前記超音波ホーン回転駆動機構２３では、当該駆動信号に従って前記超音波ホーン１１の先端部分を前記回転中心（図３参照）廻りに予め設定された角度分だけ所定量回転させて前回位置とは異なる位置で停止保持させる。
以後、上述してきたような処理が連続して繰返される仕組になっている。

このように、本実施の形態に係る角錐パック包装機１によれば、包装フィルムから中身が充填された角錐パックを効率良く成形することができるのは勿論、前記超音波ホーン１１の先端円筒部分を前記回転中心廻りに回転させる構成を採用したので、超音波ホーン１１の先端部分とアンビル１０の先端部分との衝突部位が逐次変更されるため、超音波ホーン１１の先端部分（アンビル１０と対峙する部位）の偏摩耗を効果的に抑制することができ、以ってシール部分の仕上がり品質及び切断品質を長期間良好に維持することができ、延いては従来のような包装機の運転を一旦停止して運転者の手操作により超音波ホーンとアンビルの比較的煩雑な位置調整を行う頻度を大幅に削減することができるため、長時間の連続運転等が可能となり、生産性を効果的に向上させることができる。更には、摩耗が抑制される結果、超音波ホーンの交換サイクルを長くすることができる。

ところで、上述した実施の形態では、前記横シール装置９等を初期位置へ復帰する際に、前記超音波ホーン回転駆動機構２３を駆動して前記超音波ホーン１１の先端部分を予め設定された角度分だけ所定量回転させる操作を行わせるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、予め定めた横シール実行回数毎に上記操作を行わせるようにすることができる。

また、超音波ホーン１１の先端部分の前記回転後の停止位置が特定の位置に偏らないようにするために、制御ボックス１４、１５では、例えば、停止位置（角度）を履歴情報として記憶しておいてその履歴情報に基づいて次回停止位置を決定するような制御や、前記所定量回転させる量（角度）を可変に設定するような制御を行うようにすることもできる。

更に、超音波ホーン１１の累積回転角度が１８０度に達した場合には、回転方向を逆方向に反転させるように構成することができる。これにより、例えば、通常の配線等を用いたとしても回転される部分と固定部分との間でねじれ等による損傷等を招くことがなく、上述した本実施の形態の効果を効果的に発揮しながら、装置の低コスト化をも維持促進することが可能となる。

加えて、本実施の形態では、横シール装置９の超音波ホーン１１をその先端円筒部分の周方向に回転させる構成を一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、縦シール装置にも適用可能であり、縦シール装置内の超音波ホーン及び超音波発振器７の先端部分を周方向に回転させることができるように構成し、アンビル６の先端部分との衝突動作に起因する超音波ホーンの先端部分の偏摩耗を抑制して、上述したと同様の作用効果を奏することができるようにしても良いものである。

また、本実施の形態では、横シール装置９のアンビル１０と超音波ホーン１１を包装フィルムＦＡを挟み込む際に接近させ溶着処理後に離間させるように、その移動を制御する構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アンビル１０の先端部分と超音波ホーン１１の先端部分との距離が所定距離となるように予め調整されていてアンビル１０と超音波ホーン１１を接近させたり離間させる先端移動の制御を行なわない場合にも適用可能である。

ところで、上述した本実施の形態では、自動包装機の一例として角錐パック包装機について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、横シール装置の水平方向の回転動作を停止させることによって、一度目の横シール部ＦＸと二度目の横シール部ＦＹとを略９０度捻ることなく略同一平面内に形成する包装パックのような他の包装パック形態（例えば、三方シール形態）に適応した自動包装機にも適用可能である。

以上で説明した実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の一の実施の形態に係る角錐パック包装機の全体構成の一例を示す正面図である。 同上実施の形態に係る角錐パック包装機の全体構成の一例を示す側面図である。 同上実施の形態に係る横シール装置の一例の斜視図である。 図３の横シール装置の上面図である。 図３の横シール装置の作動（横シール部ＦＸの形成）を説明するための図である。 図３の横シール装置の作動（横シール部ＦＹの形成及び切断）を説明するための図である。 同上実施の形態に係る角錐パックの構造の一例を説明するための図である。

符号の説明

１ 角錐パック包装機
６ 縦シール装置内のアンビル
７ 縦シール装置内の超音波ホーン及び超音波発振器
９ 横シール装置
１０ 横シール装置内のアンビル
１１ 横シール装置内の超音波ホーン
１３ サーボモータ
１４、１５ 制御ボックス
１８ 横シール装置内の超音波発振器
２１、２２ クランプ機構
２３ 超音波ホーン回転駆動機構
ＦＡ 包装フィルム（透液性）
ＦＨ 角錐パック
ＦＸ 一度目の横シール部
ＦＹ 二度目の横シール部
ＦＺ 縦シール部

Claims (3)

1. 超音波を発生させてヒートシールを行う超音波シール装置を用いて透液性の包装フィルムに縦並びに横シールを施すことにより、内容物を密閉した包装パックを作る自動包装機であって、
   前記超音波シール装置は、
   超音波を発生させてその先端部分を発熱させる超音波ホーンと、
   前記超音波ホーンの先端部分との間に包装フィルムを挟み込みつつ、近接対峙するように配置されたアンビルと、
   前記超音波ホーンの先端円筒部分を周方向に適宜回転させる回転駆動機構と、
   を含んで構成され、
   前記回転駆動機構は、超音波ホーンとアンビルによる所定回数のシール動作が終了し、且つ、当該超音波ホーンとアンビルが離間する初期位置に復帰する毎に、超音波ホーンを予め設定された角度分だけ回転させてアンビルとの相対位置を変えることを特徴とする自動包装機。
2. 前記回転駆動機構が新たな設定角度を決定する際には、過去に回転動作させた設定角度を履歴情報として記憶し、この履歴情報に基づいて過去の回転角度と異なる角度値を採用するように動くことを特徴とする請求項１に記載の自動包装機。
3. 前記回転駆動機構は、超音波ホーンを同一方向に回転させた累積角度が１８０度に達した際には、超音波ホーンの回転方向を逆方向に変更するように動くことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動包装機。