JP6282824B2

JP6282824B2 - 粘性液の自動充填方法

Info

Publication number: JP6282824B2
Application number: JP2013181504A
Authority: JP
Inventors: 林元　和智; 和智林元; 準種市
Original assignee: Furukawa Industrial Machinery Systems Co Ltd
Current assignee: Furukawa Industrial Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: JP2015048787A

Description

本発明は、食品や化粧品、医薬品などの製造工程で使用される袋や容器に粘性液を充填する自動充填装置に係り、特に、粘性液を定量圧送する一軸偏心ねじポンプを備える自動充填装置を用い、袋または容器に粘性液を充填する方法に関する。

従来、食品や化粧品、医薬品などの製造工程では、小袋や容器に粘性液を充填する自動充填装置が使用されている。この種の自動充填装置では、充填用ポンプとしてロータリーポンプや一軸偏心ねじポンプが用いられている。一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ状の内面を有するステータと、このステータに雄ねじ状の螺旋部が内挿されるロータとを備え、ステータ内でロータが回転することによって、吸入側から吸い込まれた粘性液を吐出側へ圧送するポンプである。この種の充填用ポンプの運転方法としては、ピロー状に成形したフィルムに液が接触した状態からでもシールできる醤油やソース、麺つゆなどは、ポンプの運転は一方向運転で自動充填ができるが、具材を含む液やシャンプーやリンス、ボデーソープのようなフィルムに液が接触した状態ではフィルムのシールが困難な場合は、ポンプの正回転と逆回転を繰り返す正逆運転により、小袋や容器の容量分だけ粘性液を定量圧送する断続充填が行われている。特に、一軸偏心ねじポンプは、ロータリーポンプに比べて圧送時の脈動が少なく定量精度に優れることから、この種の自動充填の用途に多用されている。

ここで、一軸偏心ねじポンプとしては、ロータがユニバーサルジョイントを介して駆動軸に連結されているものや（例えば特許文献１参照）、ロータが連結部にピンを使用したフレキシブルジョイントを介して駆動軸に連結されているもの（例えば特許文献２参照）の他、ロータを駆動軸に直結するとともにステータを回転可能に支承して、ステータをロータの回転速度の１／２の回転速度で従属回転させるものも用いられている（例えば特許文献３参照）。

特開２０１１−２５６９１０号公報特開２００６−１６１７９４号公報特開２０１３−１１１８７号公報

ところで、上記一軸偏心ねじポンプで正逆運転を行う際、特許文献１ないし２記載の一軸偏心ねじポンプの場合は、ロータとの連結部にピンやフレキシブルロッドを使用しているため、連結部の強度や耐久性の観点から上記正逆運転時のロータの加減速時の角加速度に制限を設ける必要があり、例えば毎分８０ショット程度の断続充填が限界である。これに対し、特許文献３記載の一軸偏心ねじポンプの場合は、ステータを回転可能に支承してロータを駆動軸に直結する構造なので、ユニバーサルジョイントやフレキシブルジョイントが不要なので、例えば毎分１２０ショット程度の断続充填までの正逆運転が可能である。

しかしながら、特許文献３記載の一軸偏心ねじポンプを用いても、一層の生産性向上のために、上記加減速時のロータの角加速度を、２００πｒａｄ／ｓ^２を超える角加速度で運転した場合、起動時や停止時に、ロータの回転がステータに衝撃荷重を加えることになり、ロータとステータ相互の位相が正規の位置からずれて過大なトルクが発生してしまうという問題がある。そのため、実用上は、正逆運転による断続充填を行う場合、余裕をみてロータの角加速度を５０πｒａｄ／ｓ^２よりも遅い角加速度に設定して、毎分１２０ショット程度を限度としていた。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、粘性液を定量圧送する一軸偏心ねじポンプを備える自動充填装置を用い、袋または容器に粘性液を充填するに際し、過大なトルク発生を抑制し得て、生産性を一層向上させることができる粘性液の自動充填方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る粘性液の自動充填方法は、粘性液を定量圧送する一軸偏心ねじポンプを備える自動充填装置を用い、袋または容器に粘性液を充填する方法であって、前記一軸偏心ねじポンプとして、雌ねじ状の内面を有するステータと、該ステータに雄ねじ状の螺旋部が内挿されるロータとを備え、前記ステータは、前記雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有し、前記ステータが回転可能に支承され、前記ロータが駆動軸に固定されるとともに該ロータの回転軸線が前記ステータの回転軸線から所定距離偏心するように構成されており、前記ステータが前記ロータの回転速度の１／２の回転速度で従属回転することによって、吸入側から吸い込まれた粘性液を吐出側に圧送するものを用い、前記一軸偏心ねじポンプの加減速時の前記ロータの角加速度を、２００πｒａｄ／ｓ^２を超える角加速度で運転して粘性液を充填することを特徴とする。
ここで、本発明の一態様に係る粘性液の自動充填方法において、前記自動充填装置は、フィルムをピロー状の袋に成形し、その袋内に前記一軸偏心ねじポンプから圧送された粘性液を充填してなるピロー型包装体を三方シール方式で製造するものであることは好ましい。

本発明によれば、自動充填装置の一軸偏心ねじポンプとして、ステータを回転可能に支承してロータを駆動軸に直結する構造で、ステータの雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有する一軸偏心ねじポンプを用い、この一軸偏心ねじポンプの加減速時のロータの角加速度を、２００πｒａｄ／ｓ^２を超える角加速度で運転して粘性液を充填するので、仮にロータからステータへの回転力を伝達するときの起動時の衝撃が大きい場合でも、一定の肉厚に形成されたエラストマー部が軸方向全体に亘って均一に弾性変形することで衝撃を吸収することができ、ロータとステータとの本来の正確な位相関係を保つことができる。したがって、過大なトルク発生を抑制し得て、２００πｒａｄ／ｓ^２を超える角加速度で運転することで生産性を一層向上させることができる。

本発明に係る粘性液の自動充填方法を実施可能な自動充填装置の一実施形態を説明する正面図である。図１の自動充填装置が備える一軸偏心ねじポンプの説明図であり、同図は、一軸偏心ねじポンプの軸線に沿った断面を示している。図１の自動充填装置で本発明に係る粘性液の自動充填方法に基づく運転を行った一実施例であって、同図では、正逆運転による断続充填を毎分２００ショット行ったときの、モータ回転速度と運転トルクとの関係を示している。なお、同図縦軸のトルクの値は、定格トルクに対する割合（％）を示している。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
本実施形態は、フィルムをピロー状の小袋に成形し、その小袋内に一軸偏心ねじポンプから定量圧送された粘性液を定量充填してなるピロー型包装体を三方シール方式で製造する自動充填装置の例について説明する。なお、包装に適する流動性を有する粘性液の例としては、例えば、飲料、液体スープ、たれ、ソース、醤油、ケチャップ、カレー、味噌、シチュー、ジャム、ゼリー、マヨネーズ、ドレッシング、あん類、魚肉練り、畜肉練りなどの液体及び流動性食品や、これら食品以外にも、医薬品、化粧品、化学薬品や、シャンプー、リンスなど衛生品等の液体及び流動性物質の充填包装も可能である。

詳しくは、図１に示すように、この自動充填装置６０は、連続式の縦型自動充填装置であり、箱型筐体を有する充填装置本体６１を備えている。充填装置本体６１の内部には不図示のコントローラが装備され、自動充填装置６０全体がコントローラによって制御される。充填装置本体６１前面の右上側には、必要な操作入力が可能な操作パネル６２が設けられている。そして、この充填装置本体６１の上部に粘性液を定量圧送する一軸偏心ねじポンプ１が載置固定されている。

一軸偏心ねじポンプ１は、ねじポンプ部４０を有する。ねじポンプ部４０の吸込み側にはケーシング３０が設けられ、ケーシング３０の上部には漏斗状のホッパ３１が付設されている。また、ケーシング３０の後方には、モータを内蔵したブラケット部２０が設けられている。ねじポンプ部４０の吐出側となる吐出部５０の端部には投入ノズル５５が接続されている。モータは、上記コントローラによって所定の正逆運転制御がなされ、モータの正逆運転に応じた、ねじポンプ部４０のポンプ作用により、投入ノズル５５から粘性液が断続的に定量圧送されるようになっている。

また、充填装置本体６１の上部には、原反ロール６３が載置されている。原反ロール６３から送り出されるシート状のフィルム７０は、不図示のガイドを介することで投入ノズル５５の外周部を囲繞するように筒状に形成されつつ送り出されるようになっている。そして、筒状にされたフィルム７０は、充填装置本体６１のフィルム送り方向下流側に設けられた縦シールロール６４によってフィルム７０を挟み込んで送りつつ、その重ね合わされた端部を熱シールして縦シールを形成可能になっている。また、縦シールロール６４の下方には、筒状にされたフィルム７０を挟み込んで送る横シールロール６５が設けられている。横シールロール６５は、筒状にされたフィルム７０を挟み込んで送りつつ、熱シールして横シールを形成するものであり、上側の縦シールロール６４の回転に同期して回転され、これにより、上部に開口するピロー状に成形された小袋が形成されるようになっている。さらに、横シールロール６５の下方には、横シール部位を冷却しつつ順次に切断するための切断ロール６６が配置されている。

次に、図２を適宜参照しつつ、上記一軸偏心ねじポンプ１についてより詳しく説明する。
図２に示すように、この一軸偏心ねじポンプ１は、上記ねじポンプ部４０の吸込み側１４に、上述したケーシング３０が設けられている。ケーシング３０は、自身側面（この例では回転軸線Ｌ２よりも上部）に吸込口１２を有し、この吸込口１２が上記ホッパ３１内部と連通されている。ねじポンプ部４０のハウジング４６とケーシング３０の吐出側１４（ねじポンプ部４０の吸込み側でもある）とは、へルールクランプ４３によって着脱可能に連結されている。また、ハウジング４６の吐出側４６ｔには、上記吐出部５０がへルールクランプ４４によって着脱可能に連結されている。なお、ハウジング４６の吐出側４６ｔと吐出部５０との当接部は、シール部材５２によってシールされている。

そして、ケーシング３０に対し、ねじポンプ部４０とは反対の側から、不図示の締めねじによって上記ブラケット部２０が連結されている。なお、ブラケット部２０は、内蔵するモータの駆動軸８の途中部分を、軸方向に離間した二つの転がり軸受（不図示）によって回転自在に支承している。駆動軸８は、その先端側であってケーシング３０側の端面が水中軸受２２およびシール部材２４によって軸封されている。

さらに、ねじポンプ部４０は、円筒状のハウジング４６内に、雄ねじ状のロータ４２と、雌ねじ状の内面をもつステータ４１とを備えている。ロータ４２は、先端側の螺旋部４２ａと、直線状の基端部４２ｂとから構成されている。基端部４２ｂは、ユニバーサルジョイントを用いることなく、水平に配置された駆動軸８の先端に直接連結されている。そして、螺旋部４２ａは、自身の回転軸線Ｌ２に対して偏心した長円形断面を有しており、この螺旋部４２ａが、雌ねじ状の内面を形成したステータ４１に内挿されている。そして、このステータ４１の回転軸線Ｌ１に対して、上記ロータ４２の回転軸線Ｌ２は、所定の偏心量Ｅだけ偏心して配置されている。

ステータ４１は、その雌ねじ状のピッチがロータ４２の螺旋部４２ａの２倍である。ステータ４１は、その両端が、すべり軸受としての、円環状の自己潤滑軸受４７、４８を介して上記ハウジング４６内に回転自在に支承されている。ここで、この例では、ステータ４１は、ステータ内筒４１ａと、このステータ内筒４１ａを軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃとを有して構成されている。

さらに、ステータ内筒４１ａは、雌ねじ状の内面に沿って一定の肉厚にモールド形成されたエラストマー部４１ｇと、このエラストマー部４１ｇの外周面を覆って一体に形成された支持部４１ｈとを有し、上記雌ねじ状の内面がこのエラストマー部４１ｇ内周部によって構成されている。また、支持部４１ｈは、その両端に、径方向外側に向けて円環状に張り出したフランジ４１ｆを有し、等厚のエラストマー部４１ｇは、前記二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃの段付き形状に対向して前記フランジ４１ｆの軸方向両端面まで延設されている。さらに、二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃは、相互が対向する端部に、互いに螺合するねじ部４１ｍ、４１ｎを有し、当該ねじ部４１ｍ、４１ｎを軸方向に閉め込むことによって前記段付き形状との協働によりステータ内筒４１ａをその軸方向の両側から挟み込むようになっている。

そして、ケーシング３０とハウジング４６とには、相互が対向する側の内面に、凹の段部３０ｄ、４６ｄがそれぞれ形成されている。さらに、ステータ４１の外周面には、各ステータ外筒４１ｂ，４１ｃによって凸の段部４１ｔが形成されており、各ステータ外筒４１ｂ，４１ｃに、その凸の段部４１ｔの両端部に自己潤滑軸受４７、４８が当接させつつ外嵌され、ケーシング３０とハウジング４６とをヘルールクランプ４３によって組み付けることでケーシング３０とハウジング４６相互の内面に形成された凹の段部３０ｄ、４６ｄの内側面が自己潤滑軸受４７、４８の軸方向への移動を拘束しつつ、ステータ４１を回転自在に支持するように構成されている。これにより、ステータ外筒４１ｂ，４１ｃとステータ内筒４１ａとは、上記ねじ部４１ｍ、４１ｎと段付き形状との協働によって固定されて全体として一体のステータ４１として回転するようになっている。

このような構成の一軸偏心ねじポンプ１は、モータの回転力によって駆動軸８が一体で回転すると、この駆動軸８に直接接続されたロータ４２が回転する。そして、ねじポンプ部４０は、ロータ４２がその回転軸線Ｌ２を中心として回転し、ロータ４２の螺旋部４２ａの動きに伴ってステータ４１もその回転軸線Ｌ１を中心としてロータ４２の回転と同期してロータ４２の二分の一の回転数で従動回転することにより、ホッパ３１から供給された粘性液を吸込口１２から吐出口１６に向けて圧送するようになっている。

次に、この自動充填装置６０の動作（つまり、自動充填装置６０を用いた粘性液の自動充填方法でもある）およびその作用効果について説明する。
この自動充填装置６０でピロー型包装体を製造する際は、オペレータが操作パネル６２から必要な操作を行って自動充填装置６０を運転すると、まず、シート状フィルム７０が上流側で筒状とされつつ搬送されるとともに、縦シールロール６４がフィルム７０を挟み込んで送りつつ、端部に縦シールを形成する。次に、その下流側の横シールロール６５がフィルム７０を挟み込んで送りつつ、熱シールして横シールを形成する。これにより、上部に開口するピロー状に成形された小袋が形成される。

次いで、上記コントローラによって一軸偏心ねじポンプ１のモータに対して所定の正逆運転制御がなされ、上記一軸偏心ねじポンプ１が所定タイミングで正逆運転による断続運転されることで、ピロー状に成形された小袋内に、その開口部側から所定量の粘性液を投入ノズル５５を介して充填する。
次に、シールロール６５がフィルム７０を挟み込んで送りつつ、上記の開口部の位置を横シール形成装置６６で熱シールして横シールを形成する。最後に、切断ロール６６によりフィルム７０の送り方向で連続した状態のピロー型包装体８０を横シール部中央で順次に切り離していく。これにより、この自動充填装置６０によれば、三方シール方式で成形された小袋内に粘性液を充填したピロー型包装体８０を連続して製造することができる。

ここで、上記自動充填装置６０の運転において、一軸偏心ねじポンプ１の加減速時のロータ４２の角加速度は、２００πｒａｄ／ｓ^２を超える角加速度で運転して粘性液を充填している。本実施形態の例では、設定値として、ロータ回転数が５００ｍｉｎ^−１であり、正回転は１回転とし逆回転は０．１回転としている。また、停止時間は０．１ｓｅｃ．とし、１ショットの充填量が２３ｃｃ、ロータの角加速度を２８０πｒａｄ／ｓ^２として運転している。これにより、実働として毎分２００ショットの断続圧送を行った。図３に当該条件における運転結果を示す。

このように、この自動充填装置６０を用いた粘性液の自動充填では、使用する一軸偏心ねじポンプ１として、ステータ４１を回転可能に支承してロータ４２を駆動軸８に直結する構造であって、ステータ４１の雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成された等厚のエラストマー部４１ｇを有するものを用い、この一軸偏心ねじポンプ１の加減速時のロータ４２の角加速度を、２００πｒａｄ／ｓ^２を超える角加速度（上記の例では２８０πｒａｄ／ｓ^２）で運転して粘性液を充填するので、仮にロータ４２からステータ４１への回転力を伝達するときの起動時の衝撃が大きい場合でも、一定の肉厚に形成されたエラストマー部４１ｇが軸方向全体に亘って均一に弾性変形することで衝撃を吸収することができ、ロータ４２とステータ４１との本来の正確な位相関係を保つことができる。

したがって、図３に実施例を示すように、２００πｒａｄ／ｓ^２を超える角加速度であっても過大なトルク発生を抑制し得て、２００πｒａｄ／ｓ^２を超える角加速度で運転することで生産性を一層向上させることができる。よって、ピロー型包装体等の小袋や容器への充填速度を飛躍的に高め、時間あたりの生産量が格段に大きな高性能の自動充填装置による粘性液の自動充填方法を提供することができる。

なお、本発明に係る粘性液の自動充填方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、自動充填装置６０は、フィルムをピロー状の袋に成形し、その袋内に一軸偏心ねじポンプ１から圧送された粘性液を充填してピロー型包装体を三方シール方式で製造する例で説明したが、これに限定されず、本発明に係る粘性液の自動充填方法は、粘性液を定量圧送する一軸偏心ねじポンプを備える自動充填装置を用い、袋または容器に粘性液を充填する種々の充填用途に適用することができる。

１一軸偏心ねじポンプ
８駆動軸
１２吸込口
１６吐出口
２０ブラケット部
３０ケーシング
４０ねじポンプ部
４１ステータ
４１ｇエラストマー部
４２ロータ
６０自動充填装置
Ｅ偏心の所定距離
Ｌ１ステータの回転軸線
Ｌ２ロータの回転軸線

Claims

粘性液を定量圧送する一軸偏心ねじポンプを備える自動充填装置を用い、袋または容器に粘性液を充填する方法であって、
前記一軸偏心ねじポンプとして、雌ねじ状の内面を有するステータと、該ステータに雄ねじ状の螺旋部が内挿されるロータとを備え、前記ステータは、前記雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有し、前記ステータが回転可能に支承され、前記ロータが駆動軸に固定されるとともに該ロータの回転軸線が前記ステータの回転軸線から所定距離偏心するように構成されており、前記ステータが前記ロータの回転速度の１／２の回転速度で従属回転することによって、吸入側から吸い込まれた粘性液を吐出側に圧送するものを用い、
前記一軸偏心ねじポンプの正転における加速時および減速時の全域に亘って２００πｒａｄ／ｓ ² を超える角加速度を目標値として前記ロータを回転させるように制御するとともに、前記一軸偏心ねじポンプの逆転における加速時および減速時の全域に亘っても２００πｒａｄ／ｓ ² を超える角加速度を目標値として前記ロータを回転させるように制御して粘性液を充填することを特徴とする粘性液の自動充填方法。
前記自動充填装置は、フィルムをピロー状の袋に成形し、その袋内に前記一軸偏心ねじポンプから圧送された粘性液を充填してなるピロー型包装体を三方シール方式で製造するものであることを特徴とする請求項１に記載の粘性液の自動充填方法。