JP5882155B2 - 包装装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱溶融性のシート状包材をチューブ状に成形し、そのチューブの下端に形成された袋内に食品等を充填した後、その袋の天と地に横シールを施す包装装置であって、特に前記袋内に不活性ガスを充填するようにした包装装置に関する。

スナック菓子等の袋詰商品では、袋内の空気を窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスと置換して、スナック菓子等（以下、被包装物と称する。）に含まれる油脂の酸化を防止したり、好気性細菌の繁殖を抑えたりするが、そうした不活性ガスを袋内に充填する包装装置としては、例えば、下記特許文献に開示されたものが知られている。

下記特許文献１に開示された発明は、袋のシール部への噛み込みの問題を最小にし、かつ高いガス置換率を得ることを目的として、チューブの下端部に形成された袋内に被包装物を供給している間は、該袋内に供給される被包装物を上方に浮遊させないような第１流量で窒素ガスをチューブ内に充填し、被包装物の袋内への供給が終了すると、その第１流量よりも大きな第２流量で窒素ガスを充填するようにしている。このときの第２流量は、既に袋内に収納された被包装物を上方に浮遊させない程度で、かつ、チューブ内に滞留する空気を窒素ガスにすばやく置換させるような流量とされている。

また、下記特許文献２に開示された発明も同様な課題を解決するために、包装動作開始直後に多量の第１流量でもってチューブ内に不活性ガスを充填してガス置換率を高め、その後、袋内への被包装物の供給開始前に第１流量よりも少ない第２流量に切り替えて、それ以後は、その第２流量でもって不活性ガスを充填するようにしている。

特開平１０−５３２１７号公報 特許第４４０８５１０号公報

ところが、こうした包装装置は、上段の計量装置と連携しながら包装動作を繰り返しているため、上段の計量装置に被包装物を排出できない何らかのトラブルが発生すると、下段の包装装置は、一時的に停止する。また、不活性ガスの流量が下がったり、下流側装置にトラブルが発生したりしても、包装装置は、一時的に停止する。そして、一時停止の要因となった計量装置、ガスの流量、下流側装置等が正常状態に復帰すると、包装装置の一時停止は解除される。

しかし、この種の包装装置が一時停止すると、特許文献１、２に開示された包装装置では、袋のシール部に被包装物の微細片が噛み込まれるおそれがある。特に、チューブ状包材を連続的に搬送しながら横シールを施す包装装置では、高速運転中に、例えば、１分間に１２０袋以上生産する運転中に、こうしたシール部への噛み込みが発生し易くなる。

周知のように、袋のシール部に被包装物の微細片が噛み込まれると、そこから空気が流入して、被包装物の品質を劣化させる。また、袋の内容物がポテトチップスのように脆弱なものである場合には、日本国内では、袋を窒素ガスで膨らませて内圧を高め、それによって搬送中の袋の内容物を保護しているが、シール部に噛み込みが発生すると、充填ガスが漏れて袋が収縮し、それによって内容物が細かく砕かれて商品価値が低下する。そのため、袋内に不活性ガスを充填する包装装置の性能としては、高いガス置換率を達成するだけでなく、シール部への噛み込みを生じさせない装置が強く要望されている。

本発明は、このような要望に応えようとするもので、運転中の包装装置に一時停止が発生しても、運転再開時には、袋のシール部に噛み込みを生じさせない新たな包装装置を提供することを課題とする。

本発明に係る包装装置は、上下方向に伸びるチューブ状包材内に被包装物を充填するシリンダが設けられ、そのシリンダ内には、不活性ガス供給源に接続されたダクトが設けられ、運転中は、チューブ状包材を連続的に下降させながらその下端部に形成された袋内に不活性ガスを供給しながら該袋内に収納された被包装物を密封するようにした包装装置であって、該装置を一時停止させる際には、不活性ガスの供給を止めずに該装置を一時停止させ、該装置の運転を再開させるときは、被包装物が前記チューブ状包材内に落下してくる直前に不活性ガスの供給を一時停止させ、前記被包装物が袋内に収納されると、前記不活性ガスの供給と該装置の運転とを再開させる制御手段を設けたことを特徴とする。

包材を連続的に下降させているときのガス供給量は、袋に封入されて消費される単位時間当りのガス量よりも若干多めのガス量で供給される。したがって、不活性ガスの供給を止めずに、連続的に下降している包材を止めると、下端部の袋に向けて供給されるガス流は、停止した袋の底でUターンして上昇噴流となる。この状態のままチューブ状包材内に被包装物を落下させると、被包装物の微細片が、上昇噴流によって舞い上がり、それが袋内に落ち着く前にシール部に噛み込まれると推測される。

そこで、この発明では、包装装置を一時停止させる場合も、高いガス置換率を維持するために、不活性ガスの供給を続けるが、該装置の運転を再開するときは、被包装物がチューブ状包材内に落下してくる直前に、不活性ガスの供給を一時的に停止する。すると、不活性ガスの上昇噴流が止まり、その状態で被包装物がチューブ状包材内を落下して袋内に収納されるから、その後に包装装置の運転と不活性ガスの供給を再開する。
これにより、落下中の被包装物の微細片が、不活性ガスの上昇噴流によって舞い上がることがないから、袋の上部開口部をシールしても、そこへの噛み込みが発生しない。

ここで、不活性ガスの供給を一時的に停止させるとは、ガスの供給を完全に止める場合と、袋内にガスの上昇を起こさせない程度までガスの供給量を絞る場合とを含む意味である。
チューブ状包材を連続的に下降させる包装装置では、装置が一時停止に陥っても、運転中の供給量でもって不活性ガスを供給し続けているので、チューブ状包材の下端部に形成された袋は、一時停止によって運転中よりも内圧が高まった状態となる。この状態でガスの供給を完全に止めると、反動でチューブ状の袋が収縮して、充填されたガスが下端部の袋から逆流することがある。そうした現象が起きるおそれがある場合は、ガスの供給を完全に止めるのではなく、ガスの逆流を抑える程度まで絞り込んだ流量でもってガスを供給し続ける。そうすれば、一時停止中の袋の内圧の上昇と、反動による袋の収縮を抑えることができる。

本発明によれば、運転中の包装装置に一時停止が発生しても、その一時停止が解除されるまでは、ガスを供給し続けているので、高いガス置換率を維持することができる。そして、運転再開時には、被包装物がチューブ状包材内に落下してくる直前に、不活性ガスの供給を一時停止させるので、ガスの上昇噴流を抑えて、被包装物の微細片がシール部に噛み込まれる危険性をなくすことができる。

本発明の一実施形態に係る包装装置の要部斜視図。 ホッパ、シリンダ、ホーマの取り付け構造を示した側面図。 上記包装装置のガス供給系統のブロック図。 上記一実施形態に係る包装装置の制御ブロック図。 上記一実施形態に係る制御系のタイミングチャート。

以下、本発明の一実施形態に係る包装装置を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る包装装置の要部斜視図を示す。この図において、包装装置１は、上部ホッパ２の下部開口部に連結されたシリンダ３と、そのシリンダ３の外周に包材Ｆが通る間隔を開けて巻かれたホーマ４と、そのホーマ４で筒状に成形されてシリンダ３の回りに巻かれたチューブ状包材Ｔを下方向に搬送させる左右一対の搬送装置５と、シリンダ３に巻かれたチューブ状包材Ｔの両側縁を互いに熱溶着する縦シール装置６と、前記シリンダ３の下方に配置された横シール装置７とを備えている。なお、この図では、縦シール装置６が配置されている側を前側とし、それと直交する方向を左右方向としている。

そして、シート状の包材Ｆは、ガイドロール８の下からホーマ４の表面に沿って筒状に成形されながらシリンダ３の回りに巻き付けられてチューブ状に成形され、そのチューブ状包材Ｔの両側縁がシリンダ３の前側で重ねられ、その上から縦シール装置６が加圧加熱することにより、チューブ状包材Ｔの合わせ目Ｔ１が縦シールされるようになっている。

図２は、前記ホッパ２、シリンダ３、ホーマ４の取り付け構造の一例を示した側面図である。この図２において、前記ホッパ２の上部前面には、不活性ガスを導入するガスソケット２１が取り付けられ、そのガスソケット２１は、ホッパ２とシリンダ３の内側に上下方向に設けられたダクト３１と連通している。また、ダクト３１の下端開口部３２は、シリンダ３の下端部に臨まされている。そして、ガスソケット２１には、図３の不活性ガス供給源８１に接続された図示しない着脱式のガスプラグが接続され、そのガスプラグからガスソケット２１を介して前記ダクト３１に不活性ガスが供給され、その不活性ガスが下端開口部３２から下方の袋Ｂ内（図１参照）に向けて排出されるようになっている。

前記ダクト３１は、湾曲した漏斗状のホッパ２とシリンダ３のそれぞれの内側湾曲面に板材を上下方向に当てることによって形成されているが、そのダクト３１の流路断面は、ガスの流速を漸減させるために、下方に行く程広く形成されて、下端開口部３２からは、緩やかな流速の不活性ガスが下端部の袋Ｂ内に向けて排出されるようになっている。前記ダクト３１の上端部は、ガスソケット２１の取り付け位置よりやや上方で傾斜板でもって閉鎖されている。

また、図２において、ホッパ２とシリンダ３は、一体的に結合されたもので、それらは、ホッパ２の上部と下部とを支持するアーム２２，２３に固定され、それらのアーム２２，２３は、取っ手となるＬ字型フレーム２４に固定されている。また、このフレーム２４の下端部２５は、水平方向に伸び、その下端部２５にホーマ４の円筒部４１とセーラー折り返し部４２が固定されている。また、前記円筒部４１の内側には、前記シリンダ３が所定のギャップを保って貫通されている。

図１に戻って、前記搬送装置５は、チューブ状包材Ｔと接する側に開口部が設けられた負圧チャンバ５１と、その負圧チャンバ５１の周りを周回する穴開きのプルダウンベルト５２とを備え、そのプルダウンベルト５２がチャンバ５１の回りを周回することにより、チューブ状包材Ｔの側面を吸引しながらそれを下方へ搬送するようになっている。

前記縦シール装置６は、ヒータブロック６１の回りを金属製のベルト６２が上下方向に周回することにより、シリンダ３に巻かれたチューブ状包材Ｔの両側縁をシリンダ３に押し付けながら連続的に加熱溶着するようになっている。

前記横シール装置７は、前後一対のシールジョー７１，７１を圧接離反させながらチューブ状包材Ｔに水平方向の横シールを施して、下端部の袋Ｂの上部シール部と次の袋の下部シール部とを同時に形成した後、上下の袋の境目をカットして分離するものである。
この実施形態では、各シールジョー７１，７１がＤ字形の運動軌跡を描いて互いに反対方向に旋回するＤモーションタイプの横シール装置７を使用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、各シールジョー７１，７１が水平方向と垂直方向とに順次周回するボックスモーションタイプの横シール装置や、水平面内で近接離反するだけの往復動タイプの横シール装置であってもよい。

図３は、不活性ガス供給系統のブロック図を示したもので、ガス供給装置８は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを加圧状態で貯留するタンク（不活性ガス供給源）８１と、そのタンク８１の排出口を開閉するバルブ８２と、そのバルブ８２の２次側に接続されて不活性ガスに含まれる不純物を取り除くフィルタ８３と、そのフィルタ８３の２次側に接続されてタンク８１から排出される高圧ガスを所定値まで減圧する第１レギュレータ８４とを備えている。

このガス供給装置８で所定圧まで減圧された不活性ガスは、第１電磁弁８５を通ってガスソケット２１に到る第１流路８６と、第２電磁弁８７、第２レギュレータ８８を通ってガスソケット２１に到る第２流路８９に分岐されている。また、これらの流路８６，８９は、ガスソケット２１の直前で合流されて、そのガスソケット２１から流量の調整された不活性ガスがダクト３１に供給されるようになっている。

第１電磁弁８５、第２電磁弁８７、第２レギュレータ８８は、包装装置１に装備され、第１電磁弁８５と第２電磁弁８７は、包装装置１の図４に示すコントロールユニット１０からの電気信号によって開閉される。このコントロールユニット１０は、コンピュータで構成され、搬送装置５、縦シール装置６、横シール装置７を駆動制御するとともに、各電磁弁８５，８７を開閉制御する制御手段として機能する。

第１電磁弁８５は、運転開始直後の所定時間内に開閉されるもので、これが開放されると、第１レギュレータ８４から排出される高圧の不活性ガスがガスソケット２１を介してダクト３１に供給される。これにより、チューブ状包材Ｔ内には、高圧の不活性ガスが一気に供給されて、チューブ状包材Ｔ内に充満する酸素が次第に希釈されていく。そして、チューブ状包材Ｔ内の酸素濃度が低下して、ガス置換率が規定値に達すると、或いは、所定時間が経過すると、第１電磁弁８５は、閉鎖される。

第２電磁弁８７は、第１電磁弁８５と同様に、運転開始直後に開放されるもので、これが開放されると、第２レギュレータ８８によって流量調整された低圧の不活性ガスがガスソケット２１を介してダクト３１に供給される。したがって、運転開始直後の所定時間内は、第１電磁弁８５と第２電磁弁８７が同時に開放されるので、多量の不活性ガスがチューブ状包材Ｔ内に供給され、これによってガス置換率が一気に高まる。そして、酸素濃度が規定値以下となり、或いは、所定時間の経過によって第１電磁弁８５が閉じられても、第２電磁弁８７は、開放されたままとなる。これにより、第２レギュレータ８８を介して規定値に流量調整された低圧の不活性ガスがチューブ状包材Ｔ内に供給され続ける。この場合の流量は、下降しながら袋に封入されて消費されるガス量よりも若干多めのガス量とされる。したがって、運転中は、ホッパ２の上部から不活性ガスが溢れる状態となっている。

第２レギュレータ８８は、第１レギュレータ８４の高圧の不活性ガスを、袋Ｂで消費される単位時間当りのガス量よりも若干多めの流量に調整するもので、この流量は、第２レギュレータ８８に内蔵された流量計Ｇ（図４参照）で検出されて、コントロールユニット１０に出力される。コントロールユニット１０は、この流量が規定値以下になると、チューブ状包材Ｔ内のガス置換率が下がるために、図４の操作ユニット１１にアラームを表示して包装装置１を一時的に停止する。

包装装置１が一時停止になっても、所定時間の間は、コントロールユニット１０は、第２電磁弁８７を開放状態にして不活性ガスの供給を続ける。そして、所定時間が過ぎても検出流量が規定値以下のままであると、不活性ガスの漏出を防ぐために、第２電磁弁８７を閉じる。これにより、袋Ｂ内への不活性ガスの供給は止まる。
一方、所定時間が経過する前に検出流量が規定値に回復すると、コントロールユニット１０は、包装装置１の運転を再開させるが、その場合は、開放状態にある第２電磁弁８７を、被包装物がチューブ状包材Ｔ内に落下してくる直前に閉鎖し、被包装物が袋Ｂ内に収納されて包装装置１の運転を再開させるときに、閉じた第２電磁弁８７を再び開放する。これにより、落下中の被包装物の微細片が不活性ガスの上昇噴流によって舞い上がる現象を抑えることができる。

この第２電磁弁８７による短時間の開閉制御に代えて、第２電磁弁８７を常時開放しておき、第２レギュレータ８８として、流量が２段階に切り換わるレギュレータを使用しても良い。この場合には、被包装物がチューブ状包材Ｔ内に落下してくる直前に、第２レギュレータ８８の流量を更に絞った流量に切り替えて前記ダクト３１に供給する。そして、被包装物が袋Ｂ内に収納されて包装装置１の運転を再開させるときに、第２レギュレータ８８の流量を元の流量に戻す。これにより、第２電磁弁８７を短時間閉鎖したときの袋の膨張と、その反動による袋Ｂの収縮を抑えることができる。

図４は、包装装置１の制御ブロック図を示したもので、前記コントロールユニット１０は、コンピュータで構成され、内蔵のインターフェースを介して第１電磁弁８５、第２電磁弁８７、搬送装置５、縦シール装置６、横シール装置７、およびタッチパネル機能を備えた操作ユニット１１と接続されている。そして、コントロールユニット１０は、内蔵のメモリから読み出したプログラムを実行することにより、各電磁弁８５，８７を開閉制御するとともに、搬送装置５、縦シール装置６、横シール装置７をそれぞれ動作制御する。

このコントロールユニット１０には、計量装置Ｗとの間で交信する連動信号と、第２レギュレータ８８に搭載された流量計Ｇからの流量信号と、酸素濃度検出センサＳからの酸素濃度信号と、下流側装置Ｐから送信される停止要求信号が入力される。ここで、下流側装置Ｐには、例えば、包装装置１と組んで製造ラインを構成する検査装置や、袋詰商品をダンボールケース内に収納して梱包する箱詰装置がある。また、検査装置としては、例えば、袋の内容量をチェックする重量チェッカや、袋のシール不良をチェックするシールチェッカがある。

そして、コントロールユニット１０は、流量計Ｇで検出された流量が規定値以下になると、操作ユニット１１にアラームを表示して、搬送装置５、縦シール装置６、横シール装置７を一時停止させ、下流側装置Ｐから停止要求信号が送信された場合も、これらの装置５〜７を一時停止させる。

包装装置１と計量装置Ｗとの連動は、例えば、包装装置１が起動可能状態になると、コントロールユニット１０から計量装置Ｗに向けて排出要求信号を出力し、計量装置Ｗがそれに呼応して被包装物を排出して排出完了信号をコントロールユニット１０に出力する。すると、コントロールユニット１０は、所定時間後に搬送装置５、縦シール装置６、横シール装置７を起動する。その間に計量装置Ｗから排出された被包装物がシリンダ３内で落下しながら袋Ｂ内に収納されるので、そのタイミングで所定時間が経過して各装置５〜７が起動される。このサイクルを繰り返すことにより、チューブ状包材Ｔは連続的に下降されながら、一対のシールジョー７１，７１によって袋Ｂの上部開口部がシールされていく。

一方、図２のダクト３１内には、図示しない細い吸引管が挿入され、その吸引管の先端部は、前記開口部３２に臨まされて、チューブ状包材Ｔ内のガスを吸引するようになっている。そして、吸引したガスは、適宜な位置に取り付けられた酸素濃度検出センサＳに導かれて、チューブ状包材Ｔ内の酸素濃度が検出されるようになっている。そして、コントロールユニット１０は、操作ユニット１１に表示された後述のスタートキー１２が操作されても、検出された酸素濃度が高いときは、操作ユニット１１にアラームを表示して運転を見合わせる。また、運転中に、酸素濃度が規定値以上になると、アラームを表示して各装置５〜７を一時停止させる。

操作ユニット１１には、スタートキー１２とストップキー１３とが表示され、スタートキー１２が操作されると、コントロールユニット１０は、各電磁弁８５，８７を開放するとともに、各装置５〜７を起動して運転状態に入る。ストップキー１３が操作されると、各電磁弁８５，８７を閉じて不活性ガスの供給を止めるとともに、各装置５〜７を停止させる。この停止は、運転停止であって、運転中の一時停止とは異なる。

運転中の一時停止は、計量装置Ｗとの連動信号が途絶えたとき、流量計Ｇの流量信号が異常値を示したとき、酸素濃度検出センサＳの酸素濃度信号が異常値を示したとき、あるいは、下流側装置Ｐから停止要求信号を受信したときに、コントロールユニット１０が不活性ガスの供給を続けながら、搬送装置５、縦シール装置６、横シール装置７を停止する。ただし、この一時停止が所定時間を越えると、不活性ガスの漏出を抑えるために、コントロールユニット１０は、第２電磁弁８７を閉じて不活性ガスの供給を止める。この状態から運転を再開するときは、操作ユニット１１に表示されたスタートキー１２を操作することになる。

次に、一時停止における第２電磁弁８７の開閉制御について、図５に示すタイミングチャート基づいて説明する。なお、第１電磁弁８５は、運転始動時に所定時間開放され、それ以後は、閉鎖されたままとなるので、ここでは、第１電磁弁８５については、言及しない。

図５に示す時刻ｔ０は、計量装置Wからコントロールユニット１０に送信される排出完了信号が途絶えたために、包装装置１が一時停止に陥り、それから再び排出完了信号が送信されてきた時点を表している。そして、この時点ｔ０では、被包装物が計量装置Wから排出されており、それがシリンダ３を通過し始める直前の時刻ｔ１で、コントロールユニット１０が、それまで開放状態であった第２電磁弁８７を閉鎖する。これにより、不活性ガスの供給が断たれ、下端部の袋Ｂにおいて不活性ガスの上昇噴流がなくなる。

その状態で落下中の被包装物がシリンダ３を通過して下端部の袋Ｂに収納される。落下中の被包装物は、塊になって落下してくるのではなく、上下方向に長く尾を引いた状態で落下してくるので、被包装物の最後尾がシリンダ３を通り抜けるまでにそれなりの時間ｔを必要とする。そして、斜線で示した期間で初回（１回目）に排出された被包装物が、袋Ｂ内に全て収納される。

続いて、計量装置Ｗから排出された２回目の被包装物がシリンダ３に到達するが、その直後の時刻ｔ２で、コントロールユニット１０は、閉じた第２電磁弁８７を開放させるとともに、包装装置１の運転を再開させる。これにより、不活性ガスの供給が再開されると同時に、チューブ状包材Ｔが下降し始め、初期位置で待機していた一対のシールジョー７１，７１も互いに噛みあって袋Ｂの上部シール部と次の袋の下部シール部とに同時に横シールを施していく。そうしている間に、２回目の被包装物が、袋Ｂに収納されるから、一対のシールジョー７１，７１は、素早くリターンして次の動作に入る。こうしたサイクル動作は、例えば、包装装置１が１分間に１５０回の運転速度に設定されているときは、１サイクルが４００ミリ秒でサイクル動作を繰り返すことになる。

以上の実施形態では、包装装置１が一時停止となる場合を、計量装置Ｗとの連動信号が途絶えた場合、流量計Ｇの流量信号が異常値を示した場合、酸素濃度検出センサＳが酸素濃度の異常を検出した場合、あるいは、下流側装置Ｐから停止要求信号が発信された場合であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、シート状の包材Ｆが残り少なくなった場合、一対のシールジョー７１，７１が異物を噛み込んで緊急停止した場合のように、包装装置１自身にトラブルが発生した場合にも、同様な一時停止となる。その場合においても、不活性ガスは供給され、所定時間内にトラブルが解消されれば、被包装物がチューブ状包材Ｔ内に落下してくる直前に不活性ガスの供給を一時停止させ、被包装物が袋内に収納されると、不活性ガスの供給と包装装置1の運転とを再開させる。しかし、所定時間経過しても、一時停止の要因が解消されないときは、不活性ガスの供給は止められる。

１ 包装装置
３ シリンダ
１０ コントロールユニット（制御手段）
３１ ダクト
８１ 不活性ガス供給源
Ｂ 袋
Ｆ 包材
Ｔ チューブ状包材

Claims (1)

1. 上下方向に伸びるチューブ状包材内に被包装物を充填するシリンダが設けられ、そのシリンダ内には、不活性ガス供給源に接続されたダクトが設けられ、運転中は、チューブ状包材を連続的に下降させながらその下端部に形成された袋内に不活性ガスを供給しながら該袋内に収納された被包装物を密封するようにした包装装置であって、該装置を一時停止させる際には、不活性ガスの供給を止めずに該装置を一時停止させ、該装置の運転を再開させるときは、被包装物が前記チューブ状包材内に落下してくる直前に不活性ガスの供給を一時停止させ、前記被包装物が袋内に収納されると、前記不活性ガスの供給と該装置の運転とを再開させる制御手段を設けたことを特徴とする包装装置。