JP6660256B2 - 被包装物充填方法及び充填装置 - Google Patents
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Description
特許文献3に、水平状態に保持された袋に、不定形の被包装物を充填する充填装置が記載されている。この充填装置では、水平に置かれたトレイ(ホッパー107)に不定形の被包装物を載置し、前記トレイに水平状態の保持された袋を被せた後、前記トレイの後方から押さえ部材を前進させて前記被包装物を袋内に押し込む。前記被包装物は、トレイに載置された状態のまま袋に充填される。
特許文献3に記載された充填装置は、生産性が劣る横型包装機に適用されるもので、生産性が高い縦型包装機には適用が困難である。
(1)前記トレイ下降工程において、前記主フレームの先端が前記袋の上縁に達したとき前記主フレームが前記袋の厚み方向の中心部に位置しており、さらに前記トレイが下降して前記サイドフレームの先端部が前記袋内に進入する過程で、前記サイドフレームの先端部及び前記主フレームが前記袋の開口部を前記トレイの輪郭に沿って広げながら袋内に進入する。なお、前記中心部には、厳密な中心だけでなくその近傍が含まれる。
(2)前記トレイ上昇行程の開始までに、上方から前記トレイの載置部内に押さえ部材が挿入され、前記トレイ上昇行程において前記被包装物が前記トレイと共に連れ上がりすることを防止する。
(3)前記被包装物供給工程において、前記載置部に複数個の被包装物を前後方向に並べた状態で載せ、前記複数個の被包装物を前記袋に上下方向に重ねた状態で充填する。
(1)さらに、鉛直に昇降し、下降したとき前記袋に挿入されたトレイの載置部に挿入される押さえ部材と、前記押さえ部材を昇降させる押さえ部材昇降機構を備える。
(2)前記トレイ昇降機構が駆動源として第1サーボモータを、前記トレイ移動機構が駆動源として第2サーボモータを、前記トレイ旋回機構が駆動源として第3サーボモータを、前記押さえ部材昇降機構が駆動源として第4サーボモータを備える。前記第1,第2,第3,第4サーボモータはそれぞれ互いに独立した駆動源である。
(3)前記トレイが前記トレイ旋回機構に設置され、前記第3サーボモータの作動により旋回し、前記トレイ旋回機構が前記トレイ移動機構に設置され、前記第2サーボモータの作動により移動し、前記トレイ移動機構が前記トレイ昇降機構に設置され、前記第1サーボモータの作動により昇降する。
縦型包装機にトレイによる充填方式を適用することにより、縦型包装機でも袋にタイトな状態で被包装物を充填し、あるいは荷くずれしやすい複数の被包装物を、袋内に上下方向に重ねた状態で(荷くずれを生じさせることなく)充填することができるようになる。
図1に示すように、本発明に係る充填装置は、被包装物を載せるトレイ1と、被包装物をトレイ1に保持する保持部材2と、保持部材2を作動させる保持部材作動機構3と、トレイを昇降させる昇降機構4と、トレイ1を水平方向に移動させる移動機構5と、トレイ1を水平な軸を中心に旋回させる旋回機構6と、袋内に入った被包装物を上から押さえる押さえ部材7と、押さえ部材7を昇降させる昇降機構8を備える。この充填装置は、縦型包装機(袋口を上に向けて吊り下げ状態に保持された袋へ被包装物を充填及びシール等の包装処理を行う包装機)に適用される。図4等に、縦型包装機の一部であるグリッパー9が示されている。
トレイ1は、図1に示す鉛直状態(主フレーム11が鉛直)と、図2,3に示す水平状態(主フレーム11が水平)の間で旋回し、トレイ1が水平状態のとき被包装物が前記載置部に収容される(主フレーム11の上に載せられる)。
保持部材作動機構3は、トレイ1の主フレーム11及びサイドフレーム12,12の周囲を囲むように配置され、一端(図2(a)参照)が保持部材2に固定された枠状部材13と、サイドフレーム12,12に設置され、枠状部材13の昇降(主フレーム11に対し垂直方向の移動)をガイドするガイド部材14,14と、主フレーム11の裏面に固定された軸状部材15と、軸状部材15に固定された固定部材16と、固定部材16に板状のブラケット17を介して固定されたエアシリンダ18を含み、エアシリンダ18のピストンロッド18aの先端が枠状部材13(主フレーム11の外側に位置する部分)に固定されている。エアシリンダ18が作動することにより、枠状部材13を介して、保持部材2が前記保持位置(図5参照)と退避位置(図4参照)の間で昇降する。
移動機構5は、スライドプレート22に固定されたL字型プレート28と、L字型プレート28の水平部28a上に固定されたガイドレール29と、前記水平部28a上に設置され、ガイドレール29に沿って水平面内で移動可能なスライドプレート31と、前記水平部28a上に設置された第2サーボモータ32と、スライドプレート31と第2サーボモータ32を連結する伝動機構33からなる。ガイドレール29のガイド方向(スライドプレート31の移動方向)は、前記縦型包装機のグリッパー9,9に把持された袋の厚み方向(垂直状態となったトレイ1の主プレート11に対し垂直方向)に設定されている。前記伝動機構33は、第2サーボモータ32の回転軸34に固定されたプーリ35と、L字型プレート28上に回転自在に設置されたプーリ36と、両プーリ35,36に掛け渡されたベルト37と、プーリ36に固定されたねじ軸38を含む。ねじ軸38はスライドプレート31に形成されたねじ穴に螺合している。第2サーボモータ32が作動することにより、プーリ35,36が回転し、ねじ軸38が回転して、スライドプレート31が水平面内で前記方向に移動する。
旋回機構6は、スライドプレート31上に固定されたブロック39と、ブロック39上に固定されたL字型プレート41と、L字型プレート41の鉛直部41aに設置された第3サーボモータ42と、第3サーボモータ42の回転軸43と、回転軸43に固定されたL字型の一対のブラケット44,44からなる。ブラケット44,44は回転軸43に対し垂直で、一端がトレイ1のサイドフレーム12,12の後端(図1においては上端)に固定され、他端は回転軸43に固定されている。回転軸43の軸O(回転中心)は水平で、前記縦型包装機のグリッパー9,9に把持された袋の幅方向に平行方向(トレイ1の主プレート11に対し平行方向)に設定されている。第3サーボモータ42が作動することにより、回転軸43が回転し、ブラケット44,44が軸Oを中心として回転し、トレイ1が水平状態と鉛直状態の間で旋回する。
(1)被包装物供給工程
図4に示すように、トレイ1(主フレーム11)が水平状態とされ、保持部材2が上方の退避位置に位置している。この状態のとき、トレイ1の後方から、複数個の被包装物53(53a,53b,53c)がトレイ1の前後方向に並んだ状態で、トレイ1の前記載置部(主フレーム11とサイドフレーム12,12により囲まれる部分)に装入され、同載置部(主フレーム11)上に収容される(載せられる)。
なお、トレイ1の下方位置に、一対のグリッパー9,9(一方のグリッパー9のみ示されている)が停止している。グリッパー9,9には、袋54が両側縁部を把持され、開口部を上に向けて吊り下げ状態に保持されている。また、トレイ1の上方位置に、棒状の押さえ部材7が配置されている。この押さえ部材7は上昇したとき図4の位置にあり、下降したとき袋54内に挿入される(図10参照)。
図5に示すように、エアシリンダ18が作動してピストンロッド18aが収縮し、保持部材2が下降し前記保持位置にきて、被包装物53が主フレーム11と保持部材2の間で挟まれ、被包装物53が前記載置部に保持される。
第3サーボモータ42が作動して回転軸43が90度回転し、図6に示すように、トレイ1(主フレーム11)が軸Oを中心に旋回して鉛直状態とされ、トレイ1の先端が下向きとなる。被包装物53はトレイ1から落下することなく、トレイ1の載置部に上下方向に並んだ状態で保持されている。
また、図6に示すように、第2サーボモータ32が作動して、トレイ1が水平面内で袋54の厚み方向(図6において左右方向)に移動し、これによりトレイ1の先端(主フレーム11の先端)の位置が開口した袋54の厚み方向の中心部に合わせられる。図6に、トレイ1の移動前(第2サーボモータ32の作動前)の回転軸43の位置が2点鎖線で示され、トレイ1の移動後(第2サーボモータ32の作動終了時点)の回転軸43の位置が破線で示されている。このトレイ移動工程(中心合わせ)は、後述するトレイ下降工程において主フレーム11の先端が袋54の上縁54aの高さに達するまでに行われればよい。また、トレイ旋回工程のみでトレイ1の先端(主フレーム11の先端)が袋54の厚み方向のほぼ中心に位置するのであれば、このトレイ移動工程(1回目)自体が不要である。
第1サーボモータ21が作動してスライドプレート22が下降し、これに伴い、図7に示すようにトレイ1が下降し、その先端部(主フレーム11の先端部11a)が袋54の開口部から袋内に挿入される。この時点における袋54の開口部の一般的な開口形状が、図11(a)に示されている。トレイ1の先端部(主フレーム11の先端部11a)は先になるほど幅Dが狭く、前記トレイ移動工程においてトレイ1の先端部の位置が袋54の厚み方向の中心部に合わせられ、かつ袋54の開口部の横幅Wは袋54の厚み方向の中心部に近いほど大きいことから、トレイ1の先端部11aは支障なく袋54の開口部から袋内に進入することができる。
なお、このトレイ下降工程において、第4サーボモータ46も作動を開始し、押さえ部材7が下降を始める。
図8に示すように、トレイ1がさらに下降してサイドフレーム12の先端部12aが袋54内に進入する過程で、第2サーボモータ32が作動して、トレイ1が袋54の厚み方向に移動する。その移動距離は、袋54の上縁54aの高さにおけるトレイ1の高さ(主フレーム11の底面からサイドフレーム12の上縁部12cまでの高さ)をHとしたとき、前記高さHのほぼ半分の距離(H/2)になるように設定することが好ましい。なお、トレイ1の高さHはトレイ1が下降するのに伴って増大する。トレイ1の移動距離を上記のように設定することにより、図8及び図11(b)に示すように、袋54の上縁54aの高さにおける前記トレイ1の高さHの1/2高さの位置を、常に袋54の厚み方向の中心部に位置させることができる。
このようなトレイ移動工程を設けることにより、トレイ1が袋54に進入していく過程で、袋54の開口部(特に袋の幅方向端部付近)は、トレイ1(特にサイドフレーム12の先端部12aの傾斜した上縁部12c,12c及び主フレーム11の基部11bの両側縁部11c、11c)により、袋幅方向及び袋の厚み方向にほぼ均等に押し広げられる。図8に、トレイ1の移動前(第2サーボモータ32の作動前)の回転軸43の位置が2点鎖線で示され、図8に示す時点での回転軸43の位置が破線で示されている。
この例では、トレイ下降工程の終了時点で、押さえ部材7がトレイ1の前記載置部(主フレーム11とサイドフレーム12,12に囲まれた部分)内に少し進入している。
トレイ下降工程の終了後、図10に示すように、エアシリンダ18が作動してピストンロッド18aが伸張し、保持部材2が退避位置にきて、保持部材2による被包装物53の保持が解除され、被包装物53(53a,53b,53c)が袋54内に落下し、上下方向に重なった状態で袋54内に充填される。
一方、押さえ部材7は、下降を続けてトレイ1の載置部内に深く挿入され、被包装物保持解除工程が終了後、袋54内の被包装物53の直上位置に達し、そこで第4サーボモータ46が停止し、押さえ部材7の下降も停止する。なお、このときの押さえ部材7の下端は、前記載置部内に保持された被包装物53(図9参照)の上端より下に位置しており、これにより保持解除後に被包装物53が何らかの理由で落下しなかった(前記載置部内に引っ掛かった)場合でも、当該被包装物53を下方に押し出すことができる。
第1サーボモータ21が逆に作動して、スライドプレート22が上昇し、これに伴いトレイ1が被包装物53を袋54内に置き残して上昇する。被包装物53の直上に押さえ部材7が位置しているため、被包装物53がトレイ1と連れ上がりすることが防止され、被包装物53は袋54内に置き残される。トレイ1が上昇開始した後の適宜のタイミング(例えばトレイ1が袋54から抜け出した時点)で第4サーボモータ46が逆に作動して押さえ部材7が上昇し、元の位置(図4参照)に復帰する。また、トレイ1についても、第1サーボモータ21、第2サーボモータ32及び第3サーボモータ42の作動により、元の位置に復帰し、かつエアシリンダー18の作動により水平状態となる(図4参照)。
なお、一連の充填工程が終了した後、グリッパー9,9が次の停止位置に移動し、被包装物53が充填された袋54に対して次の包装処理(例えば開口部のシール)が施される。
(1)上記の例では、トレイ1の主フレーム11の先端を袋の厚み方向の中心部に位置させるため、トレイ移動工程(1回目)が行われたが、トレイ旋回工程後の時点ですでに主フレーム11の先端が袋の厚み方向の中心部に位置しているのであれば、トレイ移動工程(1回目)は省くことができる。
(2)上記の例では、トレイ下降工程が行われている間にトレイ移動工程(2回目)が行われ、このときのトレイ1の移動距離は、トレイ1の下降に伴って大きくなるように(前記移動距離がH/2を保つように)設定されていたが、このように厳密に調整された移動形態は必須ではない。ただし、トレイ移動工程が終了した時点で、前記移動距離がH0/2となっていることが好ましい。また、上記の例のようにトレイが袋の最大開口寸法に近いサイズではなく、比較的小さいサイズであれば、このトレイ移動工程(2回目)を省くこともできる。
(3)上記の例では、トレイ上昇行程において、袋押さえ部材37を被包装物35の上に配置し、被包装物35の連れ上がりを防いでいたが、被包装物35のサイズが比較的小さいなど、連れ上がりが防止できることが確実であれば、袋押さえ部材37自体を省くことができる。
2 保持部材
3 保持部材作動機構
4 昇降機構
5 移動機構
6 旋回機構
7 押さえ部材
8 押さえ部材昇降機構
11 トレイの主フレーム
12 トレイのサイドフレーム
18 エアシリンダ
21 第1サーボモータ
32 第2サーボモータ
42 第3サーボモータ
43 回転軸
46 第4サーボモータ
54 袋
O 回転軸43の軸(回転中心)
Claims (8)
- 開口部を上に向けて吊り下げ状態に保持された袋の前記開口部から袋内にトレイを挿入し、トレイの載置部に収容された被包装物を前記袋に充填する被包装物の充填方法であって、前記トレイは主フレームと左右のサイドフレームからなり、前記主フレームと左右のサイドフレームに囲まれた領域が前記載置部であり、前記トレイの主フレームが水平状態のとき、前記載置部に被包装物を載せる被包装物供給工程と、前記載置部に載せた前記被包装物を前記トレイに付属して設置された保持部材で押さえ、前記被包装物を前記保持部材と前記主フレームの間に挟んで前記載置部に保持する被包装物保持工程と、前記トレイが前記袋の幅方向に平行で水平な軸を中心として旋回して前記主フレームの先端が下向きとなり、前記主フレームが鉛直となるトレイ旋回工程と、前記トレイが下降し、所定の深さまで袋内に挿入されるトレイ下降工程と、前記被包装物の保持が解除される被包装物保持解除工程と、前記トレイが前記被包装物を前記袋内に置き残して上昇し、袋外に退避するトレイ上昇行程からなることを特徴とする被包装物の充填方法。
- 前記トレイ下降工程において、前記主フレームの先端が前記袋の上縁に達したとき前記主フレームが前記袋の厚み方向の中心部に位置しており、さらに前記トレイが下降して前記サイドフレームの先端部が前記袋内に進入する過程で、前記サイドフレームの先端部及び前記主フレームが前記袋の開口部を前記トレイの輪郭に沿って広げながら袋内に進入することを特徴とする請求項1に記載された被包装物の充填方法。
- 前記トレイ上昇行程の開始までに、上方から前記トレイの載置部内に押さえ部材が挿入され、前記トレイ上昇行程において前記被包装物が前記トレイと共に連れ上がりすることを防止することを特徴とする請求項1又は2に記載された被包装物の充填方法。
- 前記被包装物供給工程において、前記載置部に複数個の被包装物を前後方向に並べた状態で載せ、前記複数個の被包装物を前記袋に上下方向に重ねた状態で充填することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された被包装物の充填方法。
- 開口部を上に向けて吊り下げ状態に保持された袋の前記開口部から袋内にトレイを挿入し、トレイの載置部に収容された被包装物を前記袋に充填する被包装物の充填装置において、前記トレイは、主フレームと、前記主フレームの両側縁部から垂直に立ち上がる互いに平行な左右のサイドフレームからなり、前記主フレームと左右のサイドフレームに囲まれた領域が前記載置部であり、前記主フレームは先端部の幅が狭くなるように形成され前記サイドフレームの先端より前方に突出し、前記サイドフレームは先端部が前方側に向けて高さが低くなるように形成され、前記トレイに付属して設置され、保持位置と退避位置の間で移動し、前記保持位置にきたとき、前記載置部に載せられた被包装物を前記主フレームとの間で挟み、これにより前記被包装物を前記載置部に保持し、前記退避位置にきたとき前記被包装物の保持を解除する保持部材と、前記トレイを水平で前記袋の幅方向に平行な軸を中心として旋回させ、前記トレイの姿勢を前記主フレームが水平になる水平状態又は前記主フレームが鉛直となる鉛直状態とするトレイ旋回機構と、前記トレイを前記袋の厚み方向に移動させるトレイ移動機構と、前記トレイを鉛直に昇降させるトレイ昇降機構を備えることを特徴とする被包装物の充填装置。
- さらに、鉛直に昇降し、下降したとき前記袋に挿入された前記トレイの載置部内に挿入される押さえ部材と、前記押さえ部材を昇降させる押さえ部材昇降機構を備えることを特徴とする請求項5に記載された被包装物の充填装置。
- 前記トレイ昇降機構が駆動源として第1サーボモータを、前記トレイ移動機構が駆動源として第2サーボモータを、前記トレイ旋回機構が駆動源として第3サーボモータを、前記押さえ部材昇降機構が駆動源として第4サーボモータを備え、前記第1,第2,第3,第4サーボモータがそれぞれ互いに独立した駆動源であることを特徴とする請求項6に記載された被包装物の充填装置。
- 前記トレイが前記トレイ旋回機構に設置され、前記第3サーボモータの作動により旋回し、前記トレイ旋回機構が前記トレイ移動機構に設置され、前記第2サーボモータの作動により移動し、前記トレイ移動機構が前記トレイ昇降機構に設置され、前記第1サーボモータの作動により昇降することを特徴とする請求項7に記載された被包装物の充填装置。
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