JP5650595B2

JP5650595B2 - 間欠移送式縦型袋詰め包装機における被包装物充填装置及び充填方法

Info

Publication number: JP5650595B2
Application number: JP2011136968A
Authority: JP
Inventors: 誓島里; 秀夫佐郷; 山本　憲彦; 憲彦山本; 雄大藤冨
Original assignee: 東洋自動機株式会社
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2031-06-21
Also published as: JP2013001444A

Description

本願発明は間欠移送式縦型袋詰め包装機に使用する被包装物充填装置及び充填方法に関する。さらに詳細に言えば、被包装物の充填に所謂オーガ式充填装置を使用する被包装物充填装置及び充填方法に関する。

従来グリッパなどの把持装置で袋口を上側に向けた状態で袋を把持して間欠移送しながら、各処理ステーションで被包装物の充填，袋口のシールなど各種の処理を施して包装する間欠移送式縦型袋詰め包装機が使用されている。そして、このような間欠移送式縦型袋詰め包装機において、粉状，粒状，あるいは粘性を有する被包装物を充填するための充填装置として所謂オーガ式充填装置が使用されている。

オーガ式充填装置は、被包装物を貯留するタンク内にオーガスクリューを配置し、このオーガスクリューを回転させることにより、タンクの下端に設けた吐出口から被包装物を吐出し、その下方に配置した袋内へ充填するよう構成されている。オーガスクリューを回転させる駆動源としてはサーボモータが使用され、オーガスクリューの回転量すなわちサーボモータの回転角度（パルス数）を所定の値に設定することにより、所定の量の被包装物を充填することができるようになっている。

しかし、このようなオーガ式充填装置では、タンク内に貯留された被包装物の貯留量の変化によりかさ密度が変化するため、実際の充填量にばらつきが生じるという問題があった。すなわち、タンク内に充分な量の被包装物が貯留されているときは、被包装物に相応の圧力がかかり適度な密度となっているため、オーガスクリューによる充填精度が安定する。一方、タンク内の被包装物が減少すると、被包装物にかかる圧力が低下し、その密度が粗となるため、実際の充填量が所望の充填量よりも少なくなってしまう。

このような問題に対応するものとして、特公平６−２９０４３号公報に開示されたグロス計量包装方法では、第１段階として大出しスクリューホッパで充填し、第２段階として計量装置のグリッパで袋を掴み替え、小出しスクリューホッパで充填しながら計量し、所定量充填されたことを検知して充填を停止するようにしている。

また、特開平１１−３１４６０２号公報に開示された計量充填包装方法及び装置では、被包装物の充填位置において計量用クランプで袋を掴み替え、サーボモータで容積型ポンプ（オーガスクリューに代替可能としている）を駆動して充填しながら計量し、所定量に達したら充填を停止する。そして袋がコンベアで移動する途中で重量チェッカーで計量し、その結果をフィードバックしてサーボモータの回転量を制御するようにしている。

また、特許第３５５９４８３号公報に開示された定量充填方法では、充填ステーションでグリッパベースごとテーブルから持ち上げ、総重量を検出してゼロ点調整し、充填を開始する。大出し投入に続けて小出し投入を行いながら計量し、その計量値に基づく信号を被包装物供給手段にリアルタイムで出力し、被包装物供給手段の制御部がスクリューを減速し、排出ゲートを徐々に絞り込むようにフィードバック制御している。

上記特許文献に記載された発明により上述の充填量がばらつく問題を解決することができる。しかし、その反面、充填工程において袋の掴み替え動作を行うため、充填工程に要する時間が長くなり、その結果包装処理の生産性の低下が避けられなかった。

特公平６−２９０４３号公報特開平１１−３１４６０２号公報特許第３５５９４８３号公報

本願発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、充填精度の向上と生産性の向上とのバランスを図り、従来に比して効率の良い被包装物の充填が行える被包装物充填装置及び充填方法を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、袋の両側縁部を吊り下げ状に保持して、前記袋を水平面内における所定の軌道に沿って間欠移送する左右一対のグリッパを複数組備え、その移送過程において所定の包装処理工程を順次施す間欠移送式縦型袋詰め包装機における被包装物充填装置において、該被包装物充填装置は、被包装物を貯留するタンクと、該タンク内に配置され且つサーボモータにより駆動されるオーガスクリューとを有し、所定の間欠停止位置に配置されるオーガ式充填装置と、前記タンク内における前記被包装物の貯留レベルを検出するタンク内レベル検出センサと、前記グリッパにより移送されてきた前記袋の両側縁部を保持可能な保持部材と、該保持部材を支持し，前記保持部材に保持された前記袋の重量を計量する計量器とを有し、前記所定の間欠停止位置に配置される掴み替え計量装置と、前記タンク内レベル検出センサからの信号に基づき前記オーガ式充填装置と前記掴み替え計量装置を制御する制御装置とを備え、該制御装置は、(ａ)前記タンク内における前記被包装物の貯留レベルが所定値以上の場合には、前記オーガ式充填装置の前記サーボモータを所定の回転角度だけ回転させて、前記袋に前記被包装物を充填させるパルス計測式充填制御を行い、(ｂ)前記貯留レベルが前記所定値未満の場合には、前記保持部材で前記袋を保持するとともに前記グリッパを開放し、前記計量器で前記袋の重量を計測しながら、前記オーガ式充填装置で所望の重量になるまで前記袋に前記被包装物を充填させる掴み替え計量式充填制御を行い、(ｃ)前記パルス計測式充填制御時より前記掴み替え計量式充填制御時の方が間欠停止時間が長くなるよう制御することを特徴とする、被包装物充填装置を提供する。かかる発明においては、タンク内における被包装物の貯留量に基づいてパルス計測式充填制御と掴み替え計量式充填制御とを自動で切り替えて、充填精度が保てないと判断される場合にのみ袋を掴み替えて、充填量を実際の計量値で管理しながら充填を行う。そのため、一定の充填精度を維持したまま、掴み替えに伴う生産性の低下を最小限に抑えることができる。
前記被包装物充填装置において、前記タンク内レベル検出センサは前記タンク内に配置されていてもよい。
前記被包装物充填装置において、前記袋の前記所定の軌道は円弧状であってもよい。
また、上記課題を解決するため、袋の両側縁部を吊り下げ状に保持して、前記袋を水平面内における所定の軌道に沿って間欠移送する左右一対のグリッパを複数組備え、その移送過程において所定の包装処理工程を順次施す間欠移送式縦型袋詰め包装機における被包装物充填方法において、被包装物が貯留されたタンク内における被包装物の貯留レベルを検出するタンク内レベル検出工程と、前記貯留レベルが所定値以上の場合にパルス計測式充填工程を、前記貯留レベルが所定値未満の場合に掴み替え計量式充填工程を選択し、前記パルス計測式充填工程を実施する時よりも前記掴み替え計量式充填工程を実施する時の方が間欠停止時間が長くなるよう前記グリッパの移動を制御する充填制御切り替え工程とを備え、前記パルス計測式充填工程においては、所定の間欠停止位置に配置されるオーガ式充填装置のオーガスクリューをサーボモータで回転させて前記袋に前記被包装物の充填を開始して、前記オーガスクリューが所定の回転角度に達したことを示す信号に基づいて充填を終了し、前記掴み替え計量式充填工程においては、前記所定の間欠停止位置に配置された掴み替え計量装置の保持部材で前記袋を保持した後に前記グリッパを開放して前記袋の掴み替えを行った後、前記オーガ式充填装置で前記袋に前記被包装物の充填を開始して，前記掴み替え計量装置の計量器による計量値が所定値に達したことを示す信号に基づいて充填を終了し、前記袋を前記グリッパで再び保持した後に前記保持部材を開放して前記袋の掴み戻しを行うことを特徴とする、被包装物充填方法を提供する。
前記被包装物充填方法において、前記掴み替え計量式充填工程はさらに、前記袋への前記被包装物の充填開始とともに充填時間の計測を開始し、該充填時間が所定値を超えても前記計量器による前記計量値が所定値に達しない場合に異常信号を発する工程を含んでいてもよい。これにより、タンク内の被包装物が無くなった場合等、充填がうまく行えていない状態を検知することができる。

タンク内における被包装物の貯留量に基づいてパルス計測式充填制御と掴み替え計量式充填制御とを自動で切り替えて充填を行うため、掴み替えによる生産性の低下を最小限に抑えつつ、充填精度を維持することが可能となり、従来に比して効率の良い被包装物の充填を行うことができる。

図１は本願発明の一実施形態を示す被包装物充填装置を含む包装機の概略構成図である。図２はパルス計測式充填制御時における被包装物充填装置の斜視図である。図３は掴み替え計量式充填制御時における被包装物充填装置の斜視図である。図４は被包装物充填装置による被包装物の充填工程のフローチャートである。

以下、図面を参照して本願発明の実施形態について説明する。

まず図１を用いて、本願発明に係る被包装物充填装置１６を含む間欠移送式縦型袋詰め包装機（以下単に包装機）１の全体構成と各包装処理工程の概要を説明する。図１は、被包装物充填装置１６を含む包装機１の概略構成図である。

包装機１は円形の回転テーブル２と、その外周部に円周方向所定の間隔で複数組取り付けられた左右一対のグリッパ４とを備えており、このグリッパ４で包装袋（以下単に袋）６の両側縁部を吊り下げ状態で把持する。回転テーブル２は図示しないインデックスユニット及びメインモータに連結され、回転テーブル２の回転に合わせて袋６が間欠移送される。なお、本実施の形態では袋６の移送軌道は円弧状となっているが、直線，レーストラック等、他の形状であってもよい。

包装機１による包装処理工程について説明する。図において回転テーブル２の外周部に沿って付されたローマ数字は、各種包装処理を行うためのステーションを示している。ステーションIでは、コンベアマガジン８から順次供給される袋６の上側両側縁部をグリッパ４によって把持し、これを垂直状態で保持する。この状態で移送されてくる袋６の外面に対し、ステーションIIで印字機１０によって製造日等が印刷される。ステーションIIIで吸盤対１２と開口ガイド１４を用いて袋６の袋口を開口し、開口状態のままステーションIVへ移送される。ステーションIVには被包装物充填装置１６が配置されており、袋６に対しオーガ式充填装置１８によって被包装物が充填される。被包装物充填装置１６は、前述のオーガ式充填装置１８と、オーガ式充填装置１８に貯留された被包装物の貯留レベルを検出するレベル検出センサ２４（図２，３参照）と、移送されてきた袋６をグリッパ４から掴み替えて計量する掴み替え計量装置２６（図２，３参照）とを備えており、制御装置３２によって制御される。この被包装物充填装置１６ついては後述する。

ステーションVでは、昇降自在なエアー噴射ノズル３４を袋６内へ挿入し、袋口内面のシール予定部を清掃する。ステーションVIでは図示しない不活性ガス源に繋がれたノズル３６を袋６内へ挿入した後、左右一対のグリッパ４を互いに離反させて袋口を緊張させ、ノズル３６から不活性ガスを噴射して袋６内の空気をガスに置換する。ステーションVII，VIIIでは一対の熱板３８，４０をそれぞれ用いて袋口の第１シール工程，第２シール工程が行われ、ステーションIXでは一対の冷却板４２を用いて袋口を冷却し、被包装物を内包した完成品として袋６をシュート４４へ放出する。ステーションXは予備である。

図２，３を参照して、被包装物充填装置１６についてより詳細に説明する。図２，３は共にステーションIVにおける被包装物充填装置１６（具体的には、オーガ式充填装置１８，レベル検出センサ２４，掴み替え計量装置２６）の斜視図であり、図２が後述するパルス計測式充填制御時，図３が掴み替え計量式充填制御時を示している。両図において、オーガ式充填装置１８は一部分が切り欠かれた状態で示されている。

オーガ式充填装置１８は被包装物（図示せず）を貯留する漏斗状のタンク２０を有しており、そのタンク２０は下端に吐出口を備えている。タンク２０内には図示しないサーボモータにより駆動されるオーガスクリュー２２が吐出口まで達するよう配置され、これを回転させることにより、タンク２０内に貯留された被包装物を回転した角度に応じた量だけ吐出口から吐出させる。オーガ式充填装置１８としては、背景技術において説明した従来用いられているタイプのものを使用することができる。符号２４がタンク２０内に配置されたレベル検出センサであり、タンク２０内の被包装物の貯留レベルを検出し、図１において回転テーブル２の外側に配置された制御装置３２に検出結果を信号として送るようになっている。そして、この信号を受けた制御装置３２により、オーガ式充填装置１８及び掴み替え計量装置２６の動作が制御される。なお、レベル検出センサ２４には静電容量式や光学式など、被包装物の特性に合わせて種々のレベルセンサを用いることができる。

掴み替え計量装置２６は、グリッパ４により把持されてステーションIVに移送されてきた袋６の上側両側縁部を掴むことができるよう配置された保持部材としての一対のチャック２８と、図示しないスタンドを介して包装機１の機台（図示せず）に立設され，チャック２８の基部が連結された計量器３０とから構成されている。図２に示す通り、通常チャック２８は開いた状態にあり、袋６はその上側部分が、開いた状態のチャック２８の間を通るようにグリッパ４によって移送されてくる。掴み替え計量装置２６はステーションIVに間欠停止した袋６をチャック２８で掴み替える動作を行うが、このとき計量器３０によってチャック２８で把持された袋６の重量を計量することができる。

前述の通り、掴み替え計量装置２６の動作は、レベル検出センサ２４からの信号に応じて制御装置３２により制御される。タンク２０内における被包装物の貯留量が一定の値を超えると、オーガスクリュー２２付近の被包装物には相応の圧力が掛かっており、適度な密度となっているため、オーガ式充填装置１８による充填精度が安定する。したがって、レベル検出センサ２４からの信号に基づき、タンク２０内における被包装物の貯留レベルが予め設定された値以上と判断される場合には、掴み替え計量装置２６による掴み替え動作及び計量は行わず、オーガスクリュー２２を所定の角度だけ回転させることで被包装物の充填を行う（図２参照）。これをパルス計測式充填制御と称する。

他方、タンク２０内における被包装物の貯留量が一定の値を下回ると、オーガスクリュー２２付近の被包装物に作用する圧力が低下し、密度が粗となってしまうため、オーガスクリュー２２による充填では被包装物の充填量にばらつきが生じ、充填精度が低下する。そのため、レベル検出センサ２４からの信号に基づき、タンク２０内における被包装物の貯留レベルが所定値未満と判断される場合には、ステーションIVに移送されてきた袋６を、グリッパ４に替わって掴み替え計量装置２６のチャック２８が掴み替える。この掴み替え動作の後、計量器３０によって実際の計量値で充填量を管理しながらオーガ式充填装置１８による充填を行う（図３参照）。これを掴み替え計量式充填制御と称する。

次に、被包装物充填装置１６による被包装物の充填工程の制御フローについて図４に基づき説明する。図４は、同制御のフローチャートである。

包装機１のスイッチが入れられると、ステップＳ１（以下単にＳ１と表し、Ｓ１以降の各ステップも同様に表記する。）として制御がスタートする。Ｓ２でタンク内レベル検出指令が発せられ、レベル検出センサ２４によりオーガ式充填装置１８のタンク２０内に貯留された被包装物の貯留量のレベルが検出される。次いで、Ｓ３で検出された貯留レベルが予め設定された値（所定値）と比較される。

被包装物の貯留レベルが所定値以上の場合には、前述のパルス計測式充填制御を行う。まず、Ｓ４で制御装置３２からオーガ式充填開始指令が発せられ、ステーションIVに移送されてきた袋６に対しオーガ式充填装置１８による充填が開始される。これに合わせて、Ｓ５でサーボモータの回転開始時からの実パルス数がカウントされる。Ｓ６ではＳ５でカウントされた実パルス数が所定の基準パルス数に達しているか否かが判断され、達していない場合にはそのまま充填が続けられて実パルス数のカウント（Ｓ５）が継続される。

他方、基準パルス数に達している場合には、Ｓ７で充填停止指令が発せられて、サーボモータが停止され、オーガ式充填装置１８による充填が終了する。充填が完了した袋６は次のステーションVに向かって間欠移送され、ステーションIVに新たに移送されてきた袋６に対し、Ｓ２以降の流れに沿って被包装物の充填が行われることとなる。なお、基準パルス数とは、目標とする充填量（基準重量値）を充填するのに必要な角度だけオーガスクリュー２２を回転させるためにサーボモータから発せられるパルス数を意味する。

Ｓ３で被包装物の貯留レベルが所定値未満と判断された場合、上述の掴み替え計量式充填制御を行う。具体的には、まずＳ８において制御装置３２から掴み替え指令が発せられ、掴み替え計量装置２６による掴み替え動作が開始される。すなわち、掴み替え計量装置２６が作動して、チャック２８によってグリッパ４よりも上側の位置で袋６の両側縁部を把持した後、グリッパ４が開いて袋６を放すことで掴み替えを行う。

次いでＳ９でテーブル駆動停止指令が発せられ、間欠停止時の回転テーブル２のメインモータを所定のタイミングで所定時間停止させる。これにより、パルス計測式充填制御時よりも長い時間間欠停止させることが可能となり、充填のための停止時間を確保することができる。なお、本実施形態においてはこのような制御を行うこととしたが、これに限定されず、パルス計測式充填制御時よりも掴み替え計量式充填制御時の方が間欠停止時間が長くなるような制御であればよい。例えば、(1) 間欠停止時の回転テーブル２のメインモータを所定値まで減速させてもよいし、或いは(2)パルス計測式充填制御中の間欠停止時においてメインモータを掴み替え計量式充填制御時よりも増速させるよう制御してもよい。

Ｓ１０においては、オーガ式充填開始指令と充填時間計測開始指令が発せられる。これらの指令により、チャック２８により保持された袋６に対しオーガ式充填装置１８による充填が開始されると同時に充填時間の計測が開始される。次いで、Ｓ１１の計量開始指令とともに計量器３０による袋６の計量が開始され、Ｓ１２で計量値と基準重量値とが比較される。

計量値が基準重量値に達していなければ被包装物の充填が継続されることとなるが、この際Ｓ１３でＳ１０で計測を開始した充填時間と所定の基準時間とが比較される。充填時間が基準時間に達していなければＳ１２へ戻る。一方、基準時間を越えてもなお計量値が基準重量値に達しない場合には、タンク２０内における被包装物の貯留量が０になったものと判断し、Ｓ１４で異常信号出力指令を発する。異常信号としては、警報ブザーを鳴らしたり、タンク２０内が空になったことを操作パネルに表示したり、包装機１を緊急停止すること等が考えられ、またこれらを組み合わせたものであっても良い。

Ｓ１２で計量値が基準重量値に達していると判断された場合には、Ｓ１５で充填停止指令が発せられ、被包装物の充填が終了される。続いて、Ｓ１６でテーブル駆動再起動指令が発せられて、停止していた回転テーブル２のメインモータが再起動された後、Ｓ１７で掴み戻し指令が発せられ、再び袋６をグリッパ４で把持した後、掴み替え計量装置２６のチャック２８を開放し、掴み戻しを行う。この後、袋６は次のステーションVに向かって間欠移送され、ステーションIVに新たに移送されてきた袋６に対し、Ｓ２以降の流れに沿って被包装物の充填が行われることとなる。

なお、本願発明の範囲は上記実施形態に制限されるものではない。例えば、掴み替え計量装置２６のチャック２８による袋６の保持位置は、グリッパ４の上側に限定されず、例えばグリッパ４の保持位置よりも下方の両側縁部であっても良い。ただし、この場合には、袋６が移送時にチャック２８と干渉するため、チャック２８或いは掴み替え計量装置２６全体を回転テーブル２の径方向外側に退避させるよう移動させる必要がある。

レベル検出センサ２４は必ずしもタンク２０内に配置される必要はなく、タンク２０内の被包装物の貯留レベルを検出できる状態であれば種々の位置に配置され得る。他の構成としては、例えば、投光部と受光部を備える反射型光電センサをタンク２０の上方に配置し、タンク２０内の被包装物の貯留レベルによって変化する受光量に基づいて貯留レベルを検出するようにしてもよい。また、タンク２０の所定の部位（制御を切り替える境界となる貯留レベルに対応する位置）に窓を設け、タンク２０の外に設けたセンサで当該窓から被包装物の貯留レベルを検出する構成としてもよい。或いは、被包装物を含めたタンク２０全体の重量を測ることにより被包装物の貯留量を検出する構成としてもよい。

１：間欠移送式縦型袋詰め包装機２：回転テーブル４：グリッパ６：包装袋１６：被包装物充填装置１８：オーガ式充填装置２０：タンク２２：オーガスクリュー２４：レベル検出センサ２６：掴み替え計量装置２８：チャック３０：計量器３２：制御装置

Claims

袋の両側縁部を吊り下げ状に保持して、前記袋を水平面内における所定の軌道に沿って間欠移送する左右一対のグリッパを複数組備え、その移送過程において所定の包装処理工程を順次施す間欠移送式縦型袋詰め包装機における被包装物充填装置において、
該被包装物充填装置は、
被包装物を貯留するタンクと、該タンク内に配置され且つサーボモータにより駆動されるオーガスクリューとを有し、所定の間欠停止位置に配置されるオーガ式充填装置と、
前記タンク内における前記被包装物の貯留レベルを検出するタンク内レベル検出センサと、
前記グリッパにより移送されてきた前記袋の両側縁部を保持可能な保持部材と、該保持部材を支持し，前記保持部材に保持された前記袋の重量を計量する計量器とを有し、前記所定の間欠停止位置に配置される掴み替え計量装置と、
前記タンク内レベル検出センサからの信号に基づき前記オーガ式充填装置と前記掴み替え計量装置を制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、
(ａ)前記タンク内における前記被包装物の貯留レベルが所定値以上の場合には、前記オーガ式充填装置の前記サーボモータを所定の回転角度だけ回転させて、前記袋に前記被包装物を充填させるパルス計測式充填制御を行い、
(ｂ)前記貯留レベルが前記所定値未満の場合には、前記保持部材で前記袋を保持するとともに前記グリッパを開放し、前記計量器で前記袋の重量を計測しながら、前記オーガ式充填装置で所望の重量になるまで前記袋に前記被包装物を充填させる掴み替え計量式充填制御を行い、
(ｃ)前記パルス計測式充填制御時より前記掴み替え計量式充填制御時の方が間欠停止時間が長くなるよう制御することを特徴とする、被包装物充填装置。
請求項１記載の被包装物充填装置において、
前記タンク内レベル検出センサは前記タンク内に配置されることを特徴とする、被包装物充填装置。
請求項１又は２記載の被包装物充填装置において、
前記袋の前記所定の軌道は円弧状であることを特徴とする、被包装物充填装置。
袋の両側縁部を吊り下げ状に保持して、前記袋を水平面内における所定の軌道に沿って間欠移送する左右一対のグリッパを複数組備え、その移送過程において所定の包装処理工程を順次施す間欠移送式縦型袋詰め包装機における被包装物充填方法において、
被包装物が貯留されたタンク内における被包装物の貯留レベルを検出するタンク内レベル検出工程と、
前記貯留レベルが所定値以上の場合にパルス計測式充填工程を、前記貯留レベルが所定値未満の場合に掴み替え計量式充填工程を選択し、前記パルス計測式充填工程を実施する時よりも前記掴み替え計量式充填工程を実施する時の方が間欠停止時間が長くなるよう前記グリッパの移動を制御する充填制御切り替え工程とを備え、
前記パルス計測式充填工程においては、所定の間欠停止位置に配置されるオーガ式充填装置のオーガスクリューをサーボモータで回転させて前記袋に前記被包装物の充填を開始して、前記オーガスクリューが所定の回転角度に達したことを示す信号に基づいて充填を終了し、
前記掴み替え計量式充填工程においては、前記所定の間欠停止位置に配置された掴み替え計量装置の保持部材で前記袋を保持した後に前記グリッパを開放して前記袋の掴み替えを行った後、前記オーガ式充填装置で前記袋に前記被包装物の充填を開始して，前記掴み替え計量装置の計量器による計量値が所定値に達したことを示す信号に基づいて充填を終了し、前記袋を前記グリッパで再び保持した後に前記保持部材を開放して前記袋の掴み戻しを行うことを特徴とする、被包装物充填方法。
請求項４記載の被包装物充填方法において、
前記掴み替え計量式充填工程はさらに、前記袋への前記被包装物の充填開始とともに充填時間の計測を開始し、該充填時間が所定値を超えても前記計量器による前記計量値が所定値に達しない場合に異常信号を発する工程を含むことを特徴とする、被包装物充填方法。