JP6749272B2 - 製袋充填機における横シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、製袋充填機において超音波振動させてフィルムにシールを行う横シール装置に関する。

従来、製袋充填機には、ホーンとアンビルからなる一対のシール体を備え、成形したフィルムの移送方向と交差する方向に沿って該フィルムを挟持してホーンによる超音波振動と両シール体による加圧力によってシールを行う横シール装置が搭載されることがあり、両シール体の一方に埋設された切断手段によって横シール部に沿ってフィルムが切断されて包装されて包装品が得られることが知られている。例えば、特許文献１では、包材が両シール体から圧力を受ける時間と発振時間との関係などに着目して操作性向上を図ることが示されている。

特許６００２４９４号公報

しかしながら、これまでにフィルムの切断又はシールを良好に行うために発振時間などの検討が十分に行われておらず更なる改善が望まれている。

本発明は、フィルムの切断又はシールを良好に行い得る超音波振動方式の横シール装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の製袋充填機における横シール装置は次の手段をとる。先ず請求項１に係る発明は、フィルム（Ｆ）を介して対向配置されたアンビルからなるシール体（１６）とホーンからなるシール体（１４）によってフィルム（Ｆ）を挟持して超音波振動と最適な設定圧により該フィルム（Ｆ）の送り方向とは交差する方向に沿って横シールすると共に該横シール箇所を前記シール体（１６）に配設された切断手段（１８）によって切断する製袋充填機における横シール装置であって、前記ホーンを振動させる発振手段（２６）と、一対のシール体（１４，１６）の開閉動作に関する第１指令（Ａ１）と、前記発振手段（２６）の振動開始又は振動停止に関する第２指令（Ａ２）と、前記切断手段（１８）におけるフィルム（Ｆ）の切断に関する第３指令（Ａ３）を、１包装サイクルにおいてそれぞれの設定されたタイミングで行う制御部（５２）を備えており、該制御部（５２）は、前記第１指令（Ａ１）によって前記一対のシール体（１４，１６）が前記最適な設定圧で前記フィルム（Ｆ）を挟持していると共に前記第２指令（Ａ２）によって前記ホーンの振動が停止した際に、前記第３指令（Ａ３）によって前記切断手段（１８）が前記フィルム（Ｆ）の切断を開始するよう各指令を行うと共に、前記一対のシール体（１４，１６）における最適なシール圧付与の期間が終了するまでに、前記切断手段（１８）による切断終了がなされるよう構成される。

この請求項１に係る発明によれば、切断手段（１８）がフィルム（Ｆ）を切断するときに、振動停止している状態のホーンとアンビルからなるシール体（１４，１６）が所定圧力でフィルム（Ｆ）をしっかり押さえている（挟持している）ので、フィルム（Ｆ）の切断を良好にすることができ、シールを良好にすることができる。ここで、「フィルム（Ｆ）をしっかり押さえている（挟持している）」の詳細について説明する。ホーンとアンビルからなるシール体（１４，１６）は、フィルム（Ｆ）を挟持して超音波振動すると、ホーンがフィルム（Ｆ）に対しシール体（１４）の開閉方向である縦振動をする態様や、開閉方向と直交する横振動する態様のいずれか又は両方があり得る。そのため、ホーンが縦振動する構造の場合は、切断手段（１８）がフィルム（Ｆ）を切断する際に一対のシール体（１４，１６）がフィルム（Ｆ）を押圧する力が安定しないことが懸念される。また、ホーンが横振動する構造の場合は、切断手段（１８）がフィルム（Ｆ）を切断する際にホーンの振動に伴うシール体（１４）間の摩擦係数が動摩擦係数になるため、一対のシール体（１４，１６）がフィルム（Ｆ）を押圧する力が低下することが懸念される。ここで、上記構成による制御部（５２）は、一対のシール体（１４，１６）が所定圧力でフィルム（Ｆ）を挟持していると共にホーンの振動が停止した際に、切断手段（１８）がフィルム（Ｆ）の切断を開始するよう制御する。一対のシール体（１４，１６）がフィルム（Ｆ）を押圧する力が不安定になったり低下することがないため、フィルム（Ｆ）の切断を良好にすることができ、シールを良好にすることができる。

次に、請求項１に従属する請求項２に係る発明は、前記切断手段（１８）は、切断刃を有し、該切断刃は、その先端部がフィルム（Ｆ）に対して進退移動可能な構成としてアンビル側のシール体（１６）に埋設されており、ホーン側のシール面（１４ａ）には、切断刃の先端部を受入れ可能な凹部が形成されている。

この請求項２に係る発明によれば、アンビル側に切断手段（１８）を配設したことによって、各シール体（１４，１６）の重量のバランスをとることができる。また、各部材の配置スペースの制約を緩和することができる。

次に、請求項１又は請求項２に従属する請求項３に係る発明は、前記ホーンは、超音波振動する際に前記対向配置されたアンビルに向けて近接離間するように縦振動する構成であり、両シール体（１４，１６）のシール面（１４ａ，１６ａ）には、前記切断手段（１８）に沿った方向に線状のシール目が付くように凹凸が形成されている。

この請求項３に係る発明によれば、ホーンの振動停止中にフィルム（Ｆ）を切断することから、フィルム（Ｆ）におけるシール目を鮮明に付けることができる。

本発明は上記各発明の手段をとることにより、フィルムの切断又はシールを良好に行い得る超音波振動方式の横シール装置を提供することができる。

本実施形態に係る製袋充填機における横シール装置の略体図である。 横シール装置による１包装サイクル毎のシール体開閉指令と、フィルムの切断指令と、超音波振動指令と、を時間軸で表したタイミングチャートである。

以下に、本発明の物品供給装置における実施形態について図面を用いて説明する。

本実施形態に係る製袋充填機は、図１に示すように原反ロール（不図示）から引き出された帯状フィルムを製袋手段(不図示)で筒状に成形して、その筒状フィルムＦの搬送方向（前後方向）に沿って筒状フィルムＦに縦シール手段（不図示）で縦シールを施すと共に、供給コンベア（不図示）から搬送されてきた物品を所定間隔毎に内包した筒状フィルムＦを横シール装置における上下一対のシール体１４，１６により挟持することによって、筒状フィルムＦの搬送方向に対し交差する左右方向（幅方向）に横シールを施すと共に搬送路１１に進退移動し得るよう下シール体１６に埋設された切断刃１８で筒状フィルムＦを切断して包装品を得る横形製袋充填機である。

本実施形態の横シール装置の主体部１０においては、上シール体１４を支持する上側支持手段としての上側支持体２０と、下シール体１６を支持する下側支持手段としての下側支持体２２とを備え、上シール体１４と下シール体１６とは筒状フィルムＦの搬送路１１を挟んで対向する位置関係として配置されている。

上側支持体２０と下側支持体２２は、連係手段２４に接続されている。連係手段２４は、サーボモータなどの駆動手段２３から伝達された駆動力によって、上下の支持手段を夫々相反する上下方向へ移動させて、上下のシール体１４，１６を相対する上下方向へ近接離間させる動きに変換すると共に、上下のシール体１４，１６を噛合させつつ、搬送方向における下流側に移動させた後、両シール体１４，１６を離間させる動きに変換する。係る駆動手段２３は、制御部５２と接続されている。制御部５２は、駆動手段２３の駆動力を連係手段２４に伝達し上下のシール体１４，１６を開閉動作させるシール体開閉指令Ａ１（第１指令）を制御する。なお、連係手段２４の主要部は、例えば、リンク機構、カム機構、プーリ機構やギヤ機構などからなる周知の駆動力伝達機構で構成されるものであってもよい。

本実施形態の連係手段２４によって移動する上下のシール体１４，１６の一連の動きを幅方向から見ると、下シール体１６は、円の軌跡を描くように移動し、上シール体１４は概ね円の軌跡を描きながら移動するが、上下シール体１４，１６が噛合する区間においては、上シール体１４は後述するエアばねによって付勢されつつ下シール体１６の移動軌跡に沿って移動するように構成されている。即ち、横シール装置は、上下のシール体１４，１６が筒状フィルムＦと共に筒状フィルムＦの搬送方向の下流側に移動しながら、筒状フィルムＦに接近して噛合すると、円運動する下シール体１６の移動軌跡に沿った移動軌跡で上シール体１４が下シール体１６との間で筒状フィルムＦを挟持しつつ搬送方向下流側に移動した後、両シール体が離間することで筒状フィルムＦに横シールを施す動きを繰り返す、所謂ボックスモーション運動をするようになっている。

横シール手段１２はホーンとして構成された上シール体１４と、アンビルとして構成された下シール体１６を備えた超音波方式のシール手段として構成されている。このシール手段の動作原理は、図示しないが電極間に圧電セラミックスが挿入されてなる超音波振動子に電圧をかけることで圧電セラミックスが振動してその振動が３つのブースタ２６（発振手段）に伝達されて、ブースタ２６によって適切な値に調節された振幅をホーンに伝達すると先端のホーンが超音波振動することから、筒状フィルムＦを超音波振動と加圧力によりホーンとアンビルの間で溶融して接合するものである。なお、３つのブースタ２６はホーンが適切な共振状態を得るために中央付近に寄せて配設されている。係るブースタ２６は制御部５２と接続されている。制御部５２は、ブースタ２６によって適切な値に調節された振幅をホーンとして構成された上シール体１４に伝達し超音波振動の振動開始又は振動停止による超音波振動指令Ａ２（第２指令）を制御する。

上シール体１４は、支持部材３０の両端部に取付けられたスライドロッド３２を介して各エアシリンダ３４により支持され、結果、支持部材３０に支持されている。制御部５２は、表示部（不図示）の画面に触れて操作することで包装品種などに対応するエアシリンダ３４の内圧を横シールする際に最適なエアばね圧にする設定圧に制御する。

下側支持体２２に支持されるアンビルとして構成された下シール体１６は、その厚み方向中間部（筒状フィルムＦの搬送方向（前後方向））において切断刃１８が埋設されている。切断刃１８は、筒状フィルムＦの搬送方向に交差する左右方向に沿って刃が連なっており、一度に筒状フィルムＦを分断可能な刃幅を有している。下シール体１６は、その厚み方向中間部に切断刃１８が収容される収容溝が設けられている。切断刃１８は、係る収容溝内に収容される。切断刃１８は、筒状フィルムＦの搬送方向に交差する上下方向に往復移動させるサーボモータやエアシリンダからなる駆動手段４０によって、その先端部１８ａが筒状フィルムＦに対して進退移動可能な構成とされている。ここで、本実施形態における切断刃１８及び駆動手段４０が切断手段に相当する。係る駆動手段４０は、制御部５２と接続されている。制御部５２は、駆動手段４０の駆動力を切断刃１８に伝達し切断刃１８を上下に作動することで筒状フィルムＦを切断するフィルムの切断指令Ａ３（第３指令）を制御する。また、ホーンとして構成された上シール体１４のシール面１４ａには、切断刃１８の先端部１８ａを受入れ可能な凹部が形成されている。

また、上シール体１４のシール面１４ａ及び下シール体１６のシール面１６ａには、筒状フィルムＦのシール部において切断刃１８に沿った方向に線状の一条又は複数条のシール目（横シール目）が付くように凹凸が形成されている。更に、係る両シール体の凹凸は、筒状フィルムＦのシール部において、フィルム搬送方向に沿った方向の線状の一条又は複数条のシール目（縦シール目）を有して、格子状の縞が付くような凹凸であってもよい。

次に、製袋充填機における横シール装置の１包装サイクルにおける作用について説明する。

図２には、横シール装置による１包装サイクル毎のシール体開閉指令Ａ１（第１指令）と、フィルムの切断指令Ａ３（第３指令）と、超音波振動指令Ａ２（第２指令）と、を時間軸で表したタイミングチャートが図示されている。ここで、上段波形がシール体開閉指令Ａ１であり、中段波形がフィルムの切断指令Ａ３であり、下段波形が超音波振動指令Ａ２を示している。

図１、２に示すように、制御部５２によるシール体開閉指令Ａ１（第１指令）に基づいて駆動手段２３への駆動力が連係手段２４に伝達され上下のシール体１４，１６を開閉動作させていわゆるボックスモーション運動に伴い筒状フィルムＦを挟持する。このとき、両シール体１４，１６は、エアシリンダ３４の付勢力によって所定時間を所定圧力で挟持し続けたシール圧付与の期間が設けられている。

次いで、制御部５２による超音波振動指令Ａ２（第２指令）に基づいてブースタ２６（発振手段）によって適切な値に調節された振幅をホーンとして構成された上シール体１４に伝達し超音波振動の振動が開始され、所定時間を経過すると振動を停止する。ここで、超音波振動指令Ａ２に基づく超音波振動の振動開始の設定は、筒状フィルムＦを挟持する前（シール圧付与の期間の開始前）に開始する態様を示しているが、包装条件によっては、筒状フィルムＦの挟持が完了した後（シール圧付与の期間の開始後）に、超音波振動の振動開始の設定がなされることもあり得る。

ここで、上述したシール圧付与の期間に、フィルムの切断指令Ａ３（第３指令）に基づいて筒状フィルムＦのシール部を切断刃１８によって切断し、先行する先行包装体とその先行包装体の直後の後続包装体を分断する。これにより、先行包装体の前後がシールされて包装が完了する。具体的には、制御部５２によるフィルムの切断指令Ａ３に基づいて駆動手段４０の駆動力を切断刃１８に伝達し切断刃１８を上下に作動する。下シール体１６に埋設された切断刃１８は、筒状フィルムＦに向かって出現して先端部１８ａが上シール体１４の凹部に進入する位置まで上方に移動することで筒状フィルムＦを切断する。ここで、フィルムの切断指令Ａ３に基づく切断刃１８の作動は、超音波振動指令Ａ２（第２指令）に基づく超音波振動の振動停止の指令がなされた後、実際の超音波振動の停止になった状態において切断刃１８の先端部１８ａが筒状フィルムＦに接触する。すなわち、超音波振動指令Ａ２に基づく超音波振動の振動停止の指令がなされた後、実際の超音波振動の停止になるまでのいわゆる応答遅れを鑑みて、超音波振動指令Ａ２の振動停止の指令と、フィルムの切断指令Ａ３の切断刃１８の作動開始指令（ＯＮ）との間に時間ｔが設定されている。すなわち、超音波振動指令Ａ２と、フィルムの切断指令Ａ３は同時間に重複しない関係である。また、切断刃１８の切断終了は、筒状フィルムＦの狭持が解除されるまでに完了する。すなわち、フィルムの切断指令Ａ３に基づく切断刃１８の作動終了指令（ＯＦＦ）は、シール圧付与の期間が終了するまでになされる。以上、製袋充填機における横シール装置は、上述した１包装サイクルの動きを繰り返すことで連続包装が施される。

以上のような製袋充填機における横シール装置は、次のような効果がある。
・切断刃１８（切断手段）が筒状フィルムＦを切断するときに、振動停止している状態のホーンとアンビルからなる両シール体１４，１６が所定圧力で筒状フィルムＦをしっかり押さえている（挟持している）ので、筒状フィルムＦの切断を良好にすることができ、シールを良好にすることができる。ここで、「筒状フィルムＦをしっかり押さえている（挟持している）」の詳細について説明する。ホーンとアンビルからなる両シール体１４，１６は、筒状フィルムＦを挟持して超音波振動すると、ホーンが筒状フィルムＦに対し両シール体１４，１６の開閉方向である縦振動をする態様や、開閉方向と直交する横振動する態様のいずれか又は両方があり得る。そのため、ホーンが縦振動する構造の場合は、切断刃１８が筒状フィルムＦを切断する際に両シール体１４，１６が筒状フィルムＦを押圧する力が安定しないことが懸念される。また、ホーンが横振動する構造の場合は、切断刃１８が筒状フィルムＦを切断する際にホーンの振動に伴う両シール体１４，１６間の摩擦係数が動摩擦係数になるため、両シール体１４，１６が筒状フィルムＦを押圧する力が低下することが懸念される。ここで、上記構成による制御部５２は、両シール体１４，１６が所定圧力で筒状フィルムＦを挟持していると共にホーンの振動が停止した際に、切断刃１８が筒状フィルムＦの切断を開始するよう制御する。両シール体１４，１６が筒状フィルムＦを押圧する力が不安定になったり低下することがないため、筒状フィルムＦの切断を良好にすることができ、シールを良好にすることができる。
・アンビルとして構成された下シール体１６側に切断刃１８を配設したことによって、各シール体の重量のバランスをとることができる。また、各部材の配置スペースの制約を緩和することができる。
・ホーンによる超音波振動の振動停止中に筒状フィルムＦを切断することから、切断刃１８が筒状フィルムＦを引込むことが無く、筒状フィルムＦにおけるシール目を鮮明に付けることができる。よって、フィルムの切断又はシールを良好に行い得る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の製袋充填機における横シール装置は、実施形態に限定されず、以下のようにその他各種の形態で実施することができるものである。
・両シール体１４，１６が筒状フィルムＦのフィルム送り方向に筒状フィルムＦと共に移動することなく、両シール体１４，１６の対向方向のみ近接離間（開閉）移動する間欠式の製袋充填機における横シール装置にも適用可能である。
・本実施形態のように単一モータからなる駆動手段２３に連係手段２４を連係させて、両シール体１４，１６を近接離間移動させながらフィルム送り方向に移動させる構造に代えて、両シール体１４，１６をフィルム送り方向に移動させる第１のサーボモータと両シール体１４，１６を開閉方向に移動させる第２のサーボモータによって本実施形態のボックスモーションタイプの動きと同様の動きをさせてもよい。この場合には、第２のサーボモータの動きを調整することによって、フィルムに所定のシール圧を付与することができることから、上シール体１４に設けたエアシリンダ３４を排除することができる。
・単一モータからなる駆動手段２３に連係手段２４を連係させて両シール体１４，１６が筒状フィルムＦを挟持する際のシール圧をエアシリンダ３４で調圧しているが、エアシリンダ３４に代えてコイルばね等を採用してもよい。
・駆動手段４０の切断刃１８の進退は、エアシリンダやサーボモータであってもよい。
・切断刃１８（切断手段）については、上シール体１４に埋設するようにしてもよい。
・縦形製袋充填機などにおける横シール装置にも適用可能である。
・振動素子の応答遅れなどを考慮し、タイミングを決定することが望ましい。
・「切断手段がフィルムの切断を開始する」という概念は、制御部５２が駆動指令に基づくモータやシリンダ等の駆動源の応答遅れ（タイムラグ）を含み得る。

Ｆ：筒状フィルム １４：上シール体 １４ａ：シール面 １６：下シール体
１６ａ：シール面 １８：切断刃（切断手段） １８ａ：先端部
２６：ブースタ（発振手段） ５２：制御部 Ａ１：シール体開閉指令（第１指令）
Ａ２：超音波振動指令（第２指令） Ａ３：フィルムの切断指令（第３指令）

Claims (3)

1. フィルムを介して対向配置されたアンビルからなるシール体とホーンからなるシール体によってフィルムを挟持して超音波振動と最適な設定圧により該フィルムの送り方向とは交差する方向に沿って横シールすると共に該横シール箇所を前記シール体に配設された切断手段によって切断する製袋充填機における横シール装置であって、
   前記ホーンを振動させる発振手段と、
   一対のシール体の開閉動作に関する第１指令と、
   前記発振手段の振動開始又は振動停止に関する第２指令と、
   前記切断手段におけるフィルムの切断に関する第３指令を、
   １包装サイクルにおいてそれぞれの設定されたタイミングで行う制御部を備えており、
   該制御部は、前記第１指令によって前記一対のシール体が前記最適な設定圧で前記フィルムを挟持していると共に前記第２指令によって前記ホーンの振動が停止した際に、前記第３指令によって前記切断手段が前記フィルムの切断を開始するよう各指令を行うと共に、前記一対のシール体における最適なシール圧付与の期間が終了するまでに、前記切断手段による切断終了がなされるよう構成された製袋充填機における横シール装置。
2. 前記切断手段は、切断刃を有し、
   該切断刃は、その先端部がフィルムに対して進退移動可能な構成としてアンビル側のシール体に埋設されており、
   ホーン側のシール面には、切断刃の先端部を受入れ可能な凹部が形成されている請求項１に記載の製袋充填機における横シール装置。
3. 前記ホーンは、超音波振動する際に前記対向配置されたアンビルに向けて近接離間するように縦振動する構成であり、
   両シール体のシール面には、前記切断手段に沿った方向に線状のシール目が付くように凹凸が形成されている請求項１又は請求項２に記載の製袋充填機における横シール装置。

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