充填包装装置及び充填包装方法
【課題】袋に無駄なく流体を充填し、流体が充填された袋の開口をシールする充填包装装置を提供する。
【解決手段】本発明の充填包装装置は、袋２２を所定の軌道に従って開口２０が上方に向いた状態で搬送する袋搬送機構と、袋搬送機構によって上記所定の軌道に従って搬送されている袋２２に挿入され、挿入された状態で袋２２とともに移動し、後に袋２２から離脱されるノズル５４と、袋２２に挿入されているノズル５４を介して該袋２２に流体を充填する流体充填機構と、流体が充填された袋２２の開口２０をシールするシール機構４８ａ〜４８ｃを有する。
【解決手段】本発明の充填包装装置は、袋２２を所定の軌道に従って開口２０が上方に向いた状態で搬送する袋搬送機構と、袋搬送機構によって上記所定の軌道に従って搬送されている袋２２に挿入され、挿入された状態で袋２２とともに移動し、後に袋２２から離脱されるノズル５４と、袋２２に挿入されているノズル５４を介して該袋２２に流体を充填する流体充填機構と、流体が充填された袋２２の開口２０をシールするシール機構４８ａ〜４８ｃを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、袋に充填物を充填した後、袋の開口部を封止する、充填包装装置及び充填包装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品を密閉収容した袋製品として、食品の酸化を防止する不活性ガス（例えば、窒素ガス）が袋内に充填されたものがある。不活性ガスは、袋の酸素を追い出すために該袋に充填され、続いて袋の開口がシールされることにより食品とともに袋に密閉収容される。食品を袋に充填するとともに不活性ガスを該袋に充填する充填包装装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、窒素ガスが充満した閉鎖空間内において食品を袋に充填して該袋の開口をシールするものである。
【特許文献１】特開２００２−４６７０４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の実施形態の充填包装装置は、袋に収容される量以上の窒素ガスを必要とするとともに、窒素ガスが充満した閉鎖空間の気密を維持するための装置を備えている。そのため、食品とともに不活性ガスを密閉収容した袋製品の製造コストが高価になる問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、使用する不活性ガスの量が小さく、不活性ガスが充満した閉鎖空間内ではなく大気環境下で袋に食品を充填するとともに不活性ガスを充填することができる充填包装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の充填包装装置は、
袋に流体を充填し、流体が充填された袋の開口をシールする充填包装装置であって、
袋を所定の軌道に従って開口が上方に向いた状態で搬送する袋搬送機構と、
袋搬送機構によって上記所定の軌道に従って搬送されている袋に挿入され、挿入された状態で袋とともに移動し、後に袋から離脱されるノズルと、
袋に挿入されているノズルを介して該袋に流体を充填する流体充填機構と、
流体が充填された袋の開口をシールするシール機構を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、流体は、搬送されている袋に挿入された状態で該袋とともに移動するノズルを介して充填される。したがって、大気環境下で流体の充填を行えるとともに、流体を時間をかけて袋に充填できるため、確実に酸素を袋から追い出すことができ（言い換えると、置換率が高く）、流体をほとんど溢れ出させることなく該袋に充填できる。そのため、充填において使用する流体の総量が小さくなる。また、袋が高速で搬送されていても流体を該袋に充填することが可能である。その結果、流体を密閉収容した袋製品の製造コストが低く抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態では、袋に二種類の充填物を充填する充填包装装置及び充填包装方法を説明する。二種類の充填物の好ましい形態としては、第１の充填物が硬質又は軟質の固体（例えば、調味料、食品）で、第２の充填物が気体（特に、食品の場合は食品の鮮度を維持するための不活性ガス）又は液体である。しかし、第１及び第２の充填物は以下の説明で例示されたものに限定されるものでなく、その他の種々の充填物が含まれる。
【０００８】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る充填包装装置を図１に示す。図において符号１０で示される充填包装装置は、食品（例えば、カツオブシ）を収容した袋又は袋部に窒素ガスを充填して酸素を追い出し、食品と窒素ガスを収容した状態の袋の開口をシールし、それにより食品と窒素ガスを密閉収容した袋製品を製造するものである。また、この充填包装装置１０は、食品と窒素ガスを収容する袋を長尺のフィルムから作製する。
【０００９】
まず、充填包装装置１０を理解するために、充填包装装置１０が行う袋製品の製造に関する複数の処理（製造の工程）、すなわち充填包装装置１０の動作について図２を参照しつつ説明する。
【００１０】
まず、工程Ｉとして、充填包装装置１０は、帯状シートのフィルムＦを折り線が下にくるように幅方向１２に関して２つ折りして折り合わせる。これにより、後述する袋部の底部が形成される。
【００１１】
次に、工程ＩＩとして、充填包装装置１０は、２つ折りされたフィルムＦに搬送方向１４に所定の間隔をあけて幅方向（幅方向１２とは異なる方向で、２つ折りされた状態のフィルムＦの幅方向）１６に伸びる区画シール部１８を形成する。区画シール部１８が形成されることにより、複数の区画シール部１８の間に開口（開口部）２０を有する複数の袋部２２が形成される。
【００１２】
工程ＩＩ中（区画シール部１８の形成中）、工程ＩＩＩとして、充填包装装置１０は、第１の充填物である食品２４を袋部２２に充填する。
【００１３】
続いて、工程ＩＶとして、充填包装装置１０は、食品を収容している袋部２２の開口２０の一部を仮シール（一次シール）することにより第１のシール部（第１の封止部）を形成して開口２０より小さい開口２０’を形成する。
【００１４】
工程Ｖにおいて、充填包装装置１０は、開口２０’を介して第２の充填物である窒素ガス２６を袋部２２に充填して酸素を追い出す。
【００１５】
工程ＶＩにおいて、充填包装装置１０は、開口２０’を仮シール（二次シール）することにより第２のシール部（第２の封止部）を形成して、袋部２２内に食品２４と窒素ガス２６を一時的に密閉収容する。
【００１６】
工程ＶＩＩにおいて、充填包装装置１０は、仮シールされた袋部２２の開口２０を本シール（三次シール）して、袋部２２内に食品２４と窒素ガス２６を長期的に密閉収容する。
【００１７】
最後に、工程ＶＩＩＩにおいて、充填包装装置１０は、区画シール部１８を搬送方向１４に分断するように切断する（切断方向は点線で示す。）、または区画シール部１８を後に分断できるようにミシン目を形成する。これにより、フィルムＦによって作製された袋に食品２４と窒素ガス２６を収容した袋製品３０（区画シール部１８にミシン目が形成される場合、複数の袋製品３０が連結したもの）が作製される。
【００１８】
上述の製造の工程に従い、袋に食品と窒素ガスを収容する充填包装装置１０の構成について説明する。
【００１９】
充填包装装置１０は、フィルムＦから袋部を作製する袋作製要素と、袋部に食品２４や窒素ガス２６を充填する充填要素から構成される。
【００２０】
図１に示すように、充填包装装置１０は、袋作製要素として、長尺のフィルムＦを巻回して収容する複数のフィルムロール４０ａ、４０ｂと、長尺のフィルムＦを案内しつつ幅方向に関して２つ折りするフィルムガイド４２と、２つ折りされたフィルムＦに袋部２２を形成するために区画シール部１８を形成する複数の区画シール装置４４と、形成された袋部２２に食品２４を案内するとともに袋部２２を成形する複数の第１の充填ノズルであるシュート４６と、食品２４が収容された袋部２２の開口２０をシールする複数のシール装置（第１〜第３の封止手段）４８ａ〜４８ｃ（図４や図５を参照。）とを有する。また、図には示していないが、区画シール部１８を搬送方向１４に分断するように切断するカッター、または区画シール部１８を後に分断できるようにミシン目を形成する装置を有する。
【００２１】
また、充填包装装置１０は、充填要素として、シュート４６を介して食品２４を袋部２２に充填する第１の充填物供給手段又は第１の充填物充填手段である食品充填装置５０と、食品２４を袋部２２に押し込む押圧手段であるプッシャ５２と、袋部２２に窒素ガス２６を充填するために該袋部に挿入される第２の充填ノズルであるノズル５４と、ノズル５４を介して袋部２２に窒素ガス２６を充填する第２の充填物供給手段又は第２の充填物充填手段であるガス充填装置５６を有する。シュート４６、食品充填装置５０、プッシャ５２は食品２４を袋部２２に充填する食品充填手段として機能し、ノズル５４とガス充填装置５６はガス充填手段として機能する。
【００２２】
まず、充填包装装置１０の袋作製要素について説明する。
【００２３】
フィルムＦを券回して収容する複数のフィルムロール４０ａ、４０ｂは、交換のために充填包装装置１０に対して着脱可能に構成されている。充填包装装置１０は、フィルムロール４０ａ、４０ｂのいずれか一方に巻回されているフィルムＦをフィルムガイド４２に向かって搬送し、この一方のフィルムロールのフィルムＦが無くなったときに他方のフィルムロールのフィルムＦを続けて搬送するように構成されている。
【００２４】
フィルムガイド４２は、搬送されているフィルムＦを区画シール装置４４に向かって案内しつつ幅方向１２に関して２つ折りし、袋部２２の底部を形成するように構成されている。
【００２５】
複数の区画シール装置４４と複数のシュート４６は、ロータリーユニット６０に組み込まれている。ロータリーユニット６０の部分断面図である図３と図４に示すように、ロータリーユニット６０は、鉛直方向に伸びる回転中心線６２を中心として回転する概ね円筒形状の構造体である回転体６４と、回転体６４を回転可能に支持して充填包装装置１０の本体６６に固定されている基台６８から構成される。なお、図３は、ロータリーユニット６０の上方から見た袋部２２の軌道図である図５においてＡ方向から見た部分断面図であり、図４は図５においてＢ方向から見た部分断面図である。
【００２６】
回転体６４は、例えばモータ（図示せず）などの回転駆動源によって一定の回転速度で回転駆動されるように構成されている。回転体６４の回転により、複数の区画シール装置４４と複数のシュート４６は、回転中心線６２を中心として周回移動される。
【００２７】
複数の区画シール装置４４は、図３に示すように、回転体６４の一部を構成する円盤形状の部材６９上に設けられている。また、複数の区画シール装置４４は、図５に示すように、回転中心線６２に関して周方向に等間隔に部材６９に設けられている。本実施形態では、１７基の区画シール装置４４が回転体６４の部材６９に設けられている。
【００２８】
各区画シール装置４４は、２つ折りされたフィルムＦを上方部分を除いて挟持し、その挟持部分を加熱して熱融着させることにより区画シール部１８を形成するように構成されている。
【００２９】
具体的には、各区画シール装置４４は、図３に示すように、回転体６４の部材６９に対して固定された固定シールバー７０と、部材６９に対して可動に設けられて固定シールバー７０と協働して２つ折りされたフィルムＦを挟持する可動シールバー７２から構成される。
【００３０】
固定シールバー７０は、フィルムＦを挟持する挟持面が回転中心線６２に関して放射方向外側に向くように部材６９上に配置され、フィルムＦを加熱するためのヒーター（図示せず）が内蔵されている。
【００３１】
可動シールバー７２は、回転中心線６２方向と垂直な軸方向の支持ピン７４を中心にして回転可能に回転体６４の部材６９に設けられている。これにより、可動シールバー７２は、固定シールバー７０と協働して２つ折りされたフィルムＦを挟持する、または固定シールバー７０から離れてフィルムＦをリリースする。
【００３２】
また、可動シールバー７２にはカムフォロア７６が設けられている。カムフォロア７６は、充填包装装置１０の本体６６に設けられて回転中心線６２に関して周方向に形成されたカム溝７８を有するカム部材８０に従動される（図１参照。）、すなわち、回転体６４が回転するとカム部材８０のカム溝７８に従って回転しつつ移動するように構成されている。回転体６４が回転してカムフォロア７６がカム溝７８に従動することにより、可動シールバー７２は、固定シールバー７０と協働してフィルムＦを挟持するまたは固定シールバー７０から離れてフィルムＦをリリースする。すなわち、フィルムＦを挟持するまたはリリースするタイミングは、カム溝７８の形状によって決定されている。カム溝７８は、図５に示すように、回転体６４の回転によって周回される複数の区画シール装置４４が、範囲８２（基台６８を基準とする範囲で、図２の領域ＩＩに対応する。）内に位置するときは２つ折りされたフィルムＦを挟持し続けるように、一方、範囲８２外に位置するときは可動シールバー７２が固定シールバー７０から離れるような形状に構成されている。
【００３３】
なお、複数の区画シール装置４４は、範囲８２内において区画シール部１８が完全に形成されるまで（熱融着が完了するまで）２つ折りされたフィルムＦを挟持するものであるが、別の観点から言えば、回転する回転体６４と協働して袋部２２を回転中心線６２を中心として周回軌道で搬送する袋搬送手段としても機能している。
【００３４】
複数のシュート４６それぞれは、図１に示すように食品充填装置５０からの食品２４をフィルムＦの袋部２２に案内するとともに、図２に示すような袋部２２を成形する役割も果たす。具体的に説明すると、シュート４６は、図６に示すように、袋部２２を成形する筒状の挿入部９０と、挿入部９０に食品充填装置５０からの食品２４を案内する漏斗状のガイド部９２から構成される。袋部２２の成形は、フィルムＦがシュート４６の挿入部９０を挟むようにフィルムガイド４２によって２つ折りされ、２つの区画シール装置４４が挿入部９０を挟むように２つの区画シール部１８を形成することにより行われる。
【００３５】
図３に戻り、各シュート４６は、シュート駆動シャフト９４の一端に設けられたアーム９６によって支持されている。複数のシュート駆動シャフト９４は、回転体６４に軸方向に移動可能に且つ回転可能に支持され、ロータリーユニット６０を上方から見たシュート４６の軌道図である図７に示すように回転中心線６２に関して周方向に等間隔に配置されている。シュート４６は、シュート駆動シャフト９４が軸方向に移動することにより昇降するとともに、シュート駆動シャフト９４が回転することにより該シャフト９４を中心としてアーム９６を介して旋回する。
【００３６】
シュート駆動シャフト９４は、図３に示すように、シュート４６を昇降するために、シャフト９４の軸方向と直交する回転中心線を有するカムフォロア９８を有する。カムフォロア９８は、シャフト９４を中心として回転可能に且つ該シャフト９４の軸方向の移動が規制された状態で該シャフト９４に取り付けられたブラケット１００に支持されている。また、カムフォロア９８は、回転体６４が回転すると、基台６８の一部を構成する円筒形状のカム部材１０２の外周面に形成されたカム溝１０４に従動するように構成されている（図１参照。）。カムフォロア９８がカム溝１０４に従動することにより、シュート駆動シャフト９４が軸方向に移動し、その結果、シュート４６が昇降する。すなわち、シュート４６の昇降のタイミングは、カム溝１０４の形状によって決定されている。なお、カムフォロア９８は、カムフォロア９８の回転中心線が回転中心線６２に直交するように、回り止め機構１０６によってシャフト９４を中心とする回転が規制されている。
【００３７】
また、シュート駆動シャフト９４の他端にはクランク１０８が設けられている。クランク１０８には、シュート駆動シャフト９４の中心軸と平行な回転中心線を有するカムフォロア１１０が設けられている。カムフォロア１１０は、回転体６４が回転すると、基台６８の一部を構成する円盤形状のカム部材１１２の下面に形成されたカム溝１１４に従動するように構成されている。カムフォロア１１０がカム溝１１４に従動することにより、シュート駆動シャフト９４が回転し、その結果、シュート４６がシャフト９４を中心としてアーム９６を介して旋回する。すなわち、シュート４６の旋回のタイミングは、カム溝１１４の形状によって決定されている。
【００３８】
２つのカムフォロア９８と１１０が対応するカム溝１０４と１１４に従動することによりシュート駆動シャフト９４を介してシュート４６が昇降するまたは旋回する（カム溝１０４と１１４の形状によって決定される）タイミングについては後述する。
【００３９】
３つの開口シール装置４８ａ〜４８ｃはそれぞれ、図５に示すように、回転中心線６２と平行な回転中心線を有する２つのローラで構成され、２つのローラの外周面によって袋部２２の開口２０を挟持しつつ該開口２０をシールするように構成されている。また、開口シール装置４８ａ〜４８ｃそれぞれのローラは、袋部２２の開口２０を熱によってシールするために、熱源（図示せず）が内蔵されているまたは熱源と熱的に接続されている。
【００４０】
第１の封止手段である開口シール装置４８ａは、２つのローラ１２０Ｌと１２０Ｒを有し、２つのローラによって図２に示すように袋部２２の開口２０の一部を仮シールして開口２０より小さい開口２０’を形成するように構成されている。具体的には、２つのローラ１２０Ｌと１２０Ｒの外周面には複数の凹部１２２が形成されており、２つのローラ１２０Ｌと１２０Ｒの凹部１２２に挟まれた開口２０の部分が仮シールされずに小さい開口２０’（未封止部分）となる。
【００４１】
開口シール装置４８ａの一方のローラ１２０Ｌは、図４に示すように、回転体６４に回転可能に支持されている円盤状の部材１２４に設けられている。部材１２４は、回転体６４とともに回転しないように、充填包装装置１０の本体６６に固定されている。これにより、ローラ１２０Ｌは充填包装装置１０の本体６６に対して所定の位置で維持される。
【００４２】
また、ローラ１２０Ｌは、回転体６４に設けられたギヤ部材１２６によって複数のギヤ（図示せず）を介して所定の回転速度で回転駆動されるように構成されている。
【００４３】
開口シール装置４８ａの他方のローラ１２０Ｒは、図５に示すように回転中心線６２の放射方向に関してローラ１２０Ｌの外側に配置されている。ローラ１２０Ｒは、充填包装装置１０の本体６６に支持され、複数のギヤ（図示せず）を介してローラ１２０Ｌと同一の回転速度で回転駆動されるように構成されている。
【００４４】
第２の封止手段である開口シール装置４８ｂは、２つのローラ１２８Ｌと１２８Ｒを有し、２つのローラによって図２に示すように開口２０’を仮シールする（袋部２２を仮密閉する。）ように構成されている。開口２０’を仮シールするために、２つのローラ１２８Ｌと１２８Ｒそれぞれの外周面には複数の凹部１３０が形成されている（図５参照。）。この凹部により、開口シール装置４８ａが仮シールした開口２０の部分を再び挟持してシールすることなく開口２０’のみ仮シールすることができる。代わりとして、ローラ１２８Ｌと１２８Ｒそれぞれの外周面に凹部１３０を設けず、袋部２２の開口２０全てを仮シールするように、すなわち開口シール装置４８ａが仮シールした開口２０の部分とそれにより形成された小さい開口２０’の両方を挟持して再び仮シールするようにしてもよい。
【００４５】
開口シール装置４８ｂの一方のローラ１２８Ｌは、図４に示すように、開口シール装置４８ａのローラ１２０Ｌと同様に、部材１２４に支持されるとともにギヤ部材１２６によって回転駆動される。
【００４６】
開口シール装置４８ｂの他方のローラ１２８Ｒは、図５に示すように回転中心線６２の放射方向に関してローラ１２８Ｌの外側に配置され、開口シール装置４８ａのローラ１２０Ｒと同様に、充填包装装置１０の本体６６に支持されて回転駆動される。
【００４７】
第３の封止手段である開口シール装置４８ｃは、２つのローラ１３２Ｌと１３２Ｒを有し、２つのローラによって図２に示すように袋部２２の開口２０を本シールするように構成されている。開口シール装置４８ｃは、開口シール装置４８ａと４８ｂが仮シールした部分を挟持して再びシールする。
【００４８】
開口シール装置４８ｃは、図１や図５に示すように、開口シール装置４８ａや４８ｂと異なりロータリーユニット６０から離れた充填包装装置１０の本体６６に設けられている。開口シール装置４８ｃは、区画シール装置４４からリリースされてガイド１３４によって案内された袋部２２の仮シールされた開口２０を本シールする。なお、開口シール装置４８ｃとガイド１３４の間には、フィルムＦの袋部２２の開口２０を予熱するヒータ１３６が設けられている。
【００４９】
ここからは、充填包装装置１０の充填要素について説明する。
【００５０】
食品充填装置５０は、挿入部９０が袋部２２内に挿入された状態のシュート４６のガイド部９２に一定量の食品２４を送るように構成されている。具体的には、食品充填装置５０は、図５に示すように、ロータリーユニット６０の基台６８を基準とする所定の位置Ｘを通過するシュート４６に食品２４を供給する。食品充填装置５０は、回転体６４の回転により所定の位置Ｘを通過するシュート４６に一定量の食品２４を供給できるものであればその形態は限定されない。例えば、所定の位置Ｘにおいてダクトの出口をシュート４６のガイド部９２上に位置するように配置し、ダクトを介して一定量ずつの食品２４をタイミングに合わせてシュート４６に供給する食品充填装置であってもよい。
【００５１】
複数のプッシャ５２は、食品充填装置５０が袋部２２に充填した食品２４を該袋部２２の奥に押し込む、またはシュート４６に残る食品２４を袋部２２に押し込むためのものである。
【００５２】
プッシャ５２は、図６に示すようにシュート４６の挿入部９０内に挿入可能な形状であって、複数のシュート４６それぞれの上方に１つずつ配置されている。また、各プッシャ５２は、図３に示すように支持部材１４０を介してプッシャホルダ１４２に支持されている。
【００５３】
プッシャホルダ１４２は、回転体６４の回転中心線６２方向に伸びて該回転体６４に支持されているガイドロッド１４３とシュート駆動シャフト９４に従って昇降可能に構成されている。昇降するために、プッシャホルダ１４２には回転体６４の回転中心線６２と直交する回転中心線を有するカムフォロア１４４が設けられている。カムフォロア１４４は、回転体６４が回転すると基台６８の一部を構成する円筒形状のカム部材１４６の外周面に形成されたカム溝１４８に従動するように構成されている（図１参照。）。カムフォロア１４４がカム溝１４８に従動することにより、プッシャホルダ１４２が昇降し、その結果、プッシャ５２がシュート４６に挿入される、またはシュート４６内から離脱される。すなわち、プッシャ５２の昇降のタイミングは、カム溝１４８の形状によって決定されている。プッシャ５２がシュート４６に挿入される（カム溝１４８の形状によって決定される）タイミングについては後述する。
【００５４】
複数のノズル５４は、窒素ガス２６を袋部２２に充填するものである。各ノズル５４は、図６に示すように、シュート４６ぞれぞれの上方に１つずつ配置され、プッシャ５２に形成された貫通穴１５０とシュート４６内を通過してその先端が袋部２２内に到達するように構成されている。また、各ノズル５４は、図３に示すようにノズルホルダ１５２によって支持されている。
【００５５】
ノズルホルダ１５２は、ガイドロッド１４３とシュート駆動シャフト９４に従って昇降可能に構成されている。昇降するために、ノズルホルダ１５２には、回転体６４の回転中心線６２と直交する回転中心線を有するカムフォロア１５４が設けられている。カムフォロア１５４は、回転体６４が回転すると基台６８の一部を構成する円筒形状のカム部材１５６の外周面に形成されたカム溝１５８に従動するように構成されている（図１参照。）。カムフォロア１５４がカム溝１５８に従動することにより、ノズルホルダ１５２が昇降し、その結果、ノズル５４の先端が袋部２２に挿入される、または袋部２２から離脱される。すなわち、ノズル５４の昇降のタイミングは、カム溝１５８の形状によって決定されている。ノズル５４が袋部２２に挿入される（カム溝１５８の形状によって決定される）タイミングについては後述する。
【００５６】
ガス充填装置５６は、複数のノズル５４を介して袋部２２に窒素ガス２４を充填するものである。ガス充填装置５６は、図３に示すように、ロータリーユニット６０の上部に設けられたガス分配機構１７０に窒素ガス２４を供給するように構成されている。ガス分配機構１７０は、複数のノズル５４それぞれとゴムなどの可撓管１７２を介して接続され、基台６８を基準とする後述する所定の範囲を移動中のいくつかのノズル５４に対してガス充填装置５６から供給された窒素ガス２４を供給し、残りのノズル５４には窒素ガス２４を供給しないように構成されている。ガス充填装置５６がガス分配機構１７０を介していくつかのノズル５４に窒素ガス２４を供給するタイミングについては後述する。
【００５７】
ここからは、回転体６４の回転によって回転中心線６２を中心として周回移動するシュート４６、プッシャ５２、ノズル５４それぞれの昇降のタイミングと、食品充填装置５０による食品２４の充填のタイミングと、開口シール装置４８ａ、４８ｂの開口２０の仮シールのタイミングと、ガス充填装置５６による窒素ガス２４の充填のタイミングについて説明する。
【００５８】
図８は、回転体６４の回転中心線６２と直交する方向から見た袋部２２（フィルムＦ）、シュート４６、プッシャ５２、ノズル５４を示し、回転体６４の回転によって移動されることにより変化するシュート４６、プッシャ５２、ノズル５４の鉛直方向に関する位置（高度）を示している。
【００５９】
図８において、Ｘは食品充填装置５０によって食品２４が充填される基台６８を基準とする位置、Ｙは開口シール装置４８ａによって仮シールされる基台６８を基準とする位置、Ｚは開口シール装置４８ｂによって仮シールされる基台６８を基準とする位置を示している（図５参照。）。また、図において、鉛直方向に関して所定の高度（以下、「待機高度」と称する。）で待機しているシュート４６’、プッシャ５２’、ノズル５４’が示されている。
【００６０】
まず、フィルムＦは、位置Ｘに搬送されるまでに、フィルムガイド４２と区画シール装置４４により袋部２２が形成される（図１参照。）。
【００６１】
シュート４６は、回転体６４の回転によって位置Ｘに到着したときにその挿入部９０が袋部２２内に挿入されているように、フィルムガイド４２によって２つ折りにされている途中のフィルムＦに挟持されるためにシュート駆動シャフト９４を中心として旋回されつつ待機高度から降下される。図７に旋回中のシュート４６’’が示されている。
【００６２】
シュート４６は、位置Ｘに到着したとき、その挿入部９０が袋部２２に挿入された状態であり、位置Ｘで食品充填装置５０から供給された食品２４を袋部２２に案内する。
【００６３】
シュート４６は、食品２４の袋部２２への案内が完了して位置Ｘから回転体６４の回転により移動されると、位置Ｙに到達するまでにその挿入部９０が袋部２２から離脱され、待機高度に向かって上昇される。言い換えると、シュート４６は、開口シール装置４８ａが袋部２２の開口２０の一部を仮シールして開口２０’を形成できるように待避する。以後、シュート４６は、回転体６４の回転によって位置Ｘ直前の位置（回転体６４の回転方向に関して位置Ｘの上流側の近傍位置）に再び移動されるまでは待機高度で待機する。
【００６４】
プッシャ５２は、回転体６４の回転により位置Ｘから位置Ｙに移動される間において昇降され、それ以外の位置では待機高度で待機し続ける。
【００６５】
具体的には、プッシャ５２は、回転体６４の回転により位置Ｘを通過すると（食品充填装置５０のシュート４６を介する袋部２２への食品２４の充填が完了すると）、待機高度から降下されてシュート４６の挿入部９０に残る食品２４を袋部２２に押し込みながら該袋部２２内に挿入され、そこでシュート４６の袋部２２からの離脱が完了するまで待機する。これは、シュート４６の挿入部９０の袋部２２からの離脱によって袋部２２外に出ようとする食品２４を該袋部２２内に維持するためである。シュート４６の袋部２２からの離脱が完了すると、プッシャ５２は、回転体６４の回転により位置Ｙに到着するまでに上昇されて袋部２２から離脱される。
【００６６】
ノズル５４は、プッシャ５２の袋部２２への挿入と略同時に、待機高度から降下されてその先端が袋部２２に挿入される。ノズル５４の先端は袋部２２の底部に配置される。先端が袋部２２の底部に配置されたノズル５４は、回転体６４の回転により位置Ｚ直前に到達するまでその先端が袋部２２内に存在するように維持される（袋部２２内におけるノズル５４の先端の維持は範囲１８０内にて行われる。）。
【００６７】
位置Ｙに到着した食品２４が収容されているとともにノズル５４が挿入されている状態の袋部２２は、その開口２０の一部が開口シール装置４８ａによって仮シールされる（開口２０’が形成される。）。具体的には、ノズル５４の周辺を除く開口２０の部分が仮シールされる。このとき、ノズル５４は、図５に示す開口シール装置４８ａの２つのローラ１２０Ｌと１２０Ｒそれぞれの凹部１２２の間に位置し、開口２０’に挿入された状態になる。
【００６８】
位置Ｘを通過したノズル５４に、ガス充填装置５６は、ガス分配機構１７０を介して窒素ガス２６を供給し始める。ガス充填装置５６によるノズル５４への窒素ガス２６の供給は、ノズル５４の先端が袋部２２内に存在する間継続される（厳密には、確実に袋部２２内の酸素を窒素ガス２６で追い出すために、ガス供給は、ノズル５４の先端が袋部２２から離脱したあともしばらく続けられる、すなわち範囲１８２内にて行われ続ける）。
【００６９】
ガス充填装置５６によるノズル５４を介する袋部２２への窒素ガス２６の充填は、ノズル５４の先端が袋部２２から離脱するまでの間に袋部２２内が窒素ガス２６で充満されるように、言い換えると、窒素ガス２６により袋部２２内の酸素が完全に追い出されるように行われる。
【００７０】
袋部２２が窒素ガス２６で充満されると、ノズル５４は、回転体６４の回転によって位置Ｚに到着する前に、その先端が袋部２２から離脱するように上昇される。
【００７１】
窒素ガス２６が充満されてノズル５４が離脱した袋部２２は、回転体６４の回転により位置Ｚに移動され、そこで開口２０’を開口シール装置４８ｂによって仮シールされる。これにより、袋部２２の開口２０が完全に仮シールされて一時的に密閉したことになり、食品２４と窒素ガス２６が袋部２２に一時的に密閉収容される。その後、開口シール装置４８ｃにより、一時的に密閉された開口２０が本シールされて長期的に密閉される。
【００７２】
以上、本実施形態の充填包装装置１０の構成および動作について説明した。次に本実施形態の充填包装装置１０によって得られる効果を説明する。
【００７３】
本実施形態の充填包装装置１０は、まず、大気環境下で袋部２２に窒素ガス２６を充填するため、窒素ガス２６が充満した閉鎖空間で食品を袋に充填して該袋をシールする場合に比べて使用する窒素ガス２６の量が小さい。
【００７４】
また、充填包装装置１０は、搬送されている袋部２２に該袋部２２に挿入された状態で該袋部２２とともに移動するノズル５４を介して窒素ガス２６を充填するように構成されているため、時間をかけて窒素ガス２６を袋部２２からほとんど溢れ出させることなく充填することができる。
【００７５】
具体的に説明すると、大気環境下において移動中の袋部に窒素ガスを充填する場合、上述の食品充填装置５０が所定の位置を通過する袋部２２に食品２４を充填するように、窒素ガスを所定の充填位置を通過する袋部に充填することが考えられる。しかしながら、この場合、袋部内の酸素を確実に追い出すために該袋部内を窒素ガスで充満するには、袋部の搬送速度が小さい速度に制限される。この対処として、充填速度を上げて充填位置を通過する袋部に勢いよく大量の窒素ガスを充填する（単位時間あたりの窒素ガス充填量を大きくする）ことが考えられるが、この場合、袋部内の酸素を確実に追い出すために多くの窒素ガスが袋部から溢れ出すことになる。また、本実施形態のように窒素ガス充填前に袋部内に食品が充填されている場合、勢いよく充填された大量の窒素ガスによって食品が袋部の外に飛び出す可能性がある。したがって、本実施形態のように、搬送されている袋部２２に該袋部２２に挿入された状態で該袋部２２とともに移動するノズル５４を介して窒素ガス２６を充填することにより、袋部２２の搬送速度を小さく制限することなく、また多くの窒素ガス２６が袋部２２から溢れ出ないように、さらに窒素ガス２６の充填時に食品２４を該袋部２２の外に飛び出させないように時間をかけて窒素ガスを充填することができる。
【００７６】
さらに、充填包装装置１０は、食品２４を袋部２２に充填するときは大きい開口２０を介し、窒素ガス２６を袋部２２に充填するときは小さい開口２０’を介するように構成されている。大きい開口２０で食品２４を短時間で袋部２２に充填でき、小さい開口２０’で袋部２２内の食品２４を袋部２２外部に飛び出させることなく窒素ガス２６を充填することができる。
【００７７】
さらにまた、充填包装装置１０は、袋部２２の開口２０を２度シールする構成である。まず、２つの開口シール装置４８ａと４８ｂによって開口２０を仮シールして一時的に密閉し、続いて開口シール装置４８ｃによって仮シールされた開口２０を本シールして長期的に密閉する。袋部２２の開口２０を２度シールする利点は、袋部２２の搬送速度を大きくすることが可能になることである。袋部の搬送速度が大きくなると、１つの開口シール装置のシール作業時間は短くなりシールは不十分になるが、それを複数の開口シール装置を用いることによって補うことにより、最終的には袋部の開口を長期的に確実にシールすることができる。なお、袋部を形成するフィルムが熱融着性が高いものである場合や開口シール装置のローラが高熱である場合など、すなわち袋部の搬送速度が大きくても１度のシールで袋部の開口を完全シールすることができる場合、複数の開口シール装置は、ノズルが挿入された状態の袋部の開口の一部を本シールして長期的に密閉する開口シール装置と、ノズルが挿入されていた開口の部分を本シールして長期的に密閉する開口シール装置で構成されてもよい。
【００７８】
まとめると、本実施形態の充填包装装置によれば、大気環境下で窒素ガスの袋部への充填を行えるとともに、窒素ガスを時間をかけて袋部に充填できるため、窒素ガスを袋からほとんど溢れ出させることなく該袋部に充填できる。その結果、充填において使用する窒素ガスの総量が小さくなり、窒素ガスを密閉収容した袋製品の製造コストが低く抑えられる。
【００７９】
（第２の実施形態）
本実施形態の充填包装装置は、第１の実施形態の充填包装装置が袋部に固体（食品）と気体（窒素ガス）を充填するのに対し、袋部に液体を充填するように構成されている。
【００８０】
本実施形態の充填包装装置は、概ね、第１の実施形態の充填包装装置が気体の代わりに液体を袋部に充填できるように改良された構成である。したがって、液体が使用できるように改良されている充填包装装置の部分について説明する。
【００８１】
図９は、本実施形態の充填包装装置のロータリーユニットを示している。
【００８２】
符号５６０で示すロータリーユニットにおいて、複数の区画シール装置５４４は、第１の実施形態の充填包装装置１０の区画シール装置４４と同一である。
【００８３】
また、複数のシュート５４６は、第１の実施形態のシュート４６の固体を袋部に案内するためのガイド部９２を取り除いた形状で、袋部の成形と後述するノズルを該袋部に案内する役割をする。ガイド部９２がない以外、シュート５４６は第１の実施形態のシュート４６と同一である。
【００８４】
複数のノズル５５４は、袋部に案内する流体が気体から液体に代わるだけで第１の実施形態のノズル５４と略同一である。しかしながら、ノズル５５４は、液体の充填に適した材料で作製されている。ノズル５５４は、第１の実施形態のノズル５４がノズルホルダ１５２に支持されて昇降するように、ノズルホルダ６５２に支持されて昇降する。
【００８５】
各ノズル５５４は、袋部に充填される液体が満たされたタンク７００に可撓管６７２を介して接続されている。タンク７００は、ロータリーユニット５６０の回転体５６４に支持されている。可撓管６７２とタンク７００の間には、タンク７００からノズル５５４に液体を供給する、または液体の供給を遮断するバルブ７０２が介在されている。
【００８６】
各バルブ７０２は、ロータリーユニット５６０の上方から見たタンク７００とバルブ７０２を示す図１０に示すように、レバーハンドル７０４を有し、レバーハンドル７０４が回転されることによりタンク７００からノズル５５４に液体を供給する、または液体の供給を遮断するように構成されている。
【００８７】
バルブ７０２のレバーハンドル７０４の回転は、レバーハンドル７０４の先端に付けられたカムフォロア７０６を介して行われる。カムフォロア７０６は、ロータリーユニット５６０の回転体５６４の回転中心線５６２と直交する回転中心線を有する。また、カムフォロア７０６は、回転体５６４が回転すると、基台５６８の一部を構成する円筒形状のカム部材７０８の内周面に形成されたカム溝７１０に従動するように構成されている。カムフォロア７０６がカム溝７１０に従動することにより、バルブ７０２のレバーハンドル７０４が回転し、その結果、タンク７００からノズル５５４に液体が供給される、または液体の供給が遮断される。
【００８８】
なお、タンク７００からバルブ７０２を介するノズル５５４への液体の供給のタイミングは、第１の実施形態の窒素ガス供給のタイミングと略同一で、ノズル５５４の先端が袋部内に存在するときだけ行われる（図８参照。）。
【００８９】
本実施形態によれば、液体を袋部に充填することができる。
【００９０】
（第３の実施形態）
本実施形態の充填包装装置による充填プロセスについて図１１、１２を参照して説明する。図１１は、位置Ｘから位置Ｙまでの、フィルムＦ、シュート４６、プッシャ５２、ノズル５４の動きを示す図、図１２はそれぞれシュート４６、プッシャ５２、ノズル５４の下端の動線を表した図である。
【００９１】
図１１において、フィルムＦは、位置Ｘに搬送されるまでに、フィルムガイド４２と区画シール装置４４により袋部２２が形成される（図１参照。）。
【００９２】
シュート４６は、位置Ｘに到着すると、フィルムガイド４２によって２つ折りにされている途中のフィルムＦに挟持されるように、シュート駆動シャフト９４を中心として旋回しながら待機高度から充填高度まで降下する。
【００９３】
次に、シュート４６は、位置Ｘにおいて、食品充填装置５０から供給された食品２４を袋部２２に案内する。
【００９４】
シュート４６は、位置Ｘを通過した後もしばらく充填位置に留まる。シュート４６が充填位置にある間、シュート４６の中でプッシャ５２が昇降を繰り返し、袋部２２内に充填された食品２４を２回押圧して袋部２２内に押し込む。プッシャ５２による食品２４の押し込みと並行して、待機高度から充填高度に下降しているノズル５４を通じて袋部２２内に窒素ガス２６が供給される。
【００９５】
このように、本実施形態の充填包装装置では、袋部２２内に充填された食品２４をプッシャ５２が複数回押圧して袋部２２内に押し込む。このようなプッシャ５２の押し込み動作は、食品２４が比較的柔軟な細長い材料、例えばかつおぶしの場合に有効である。すなわち、かつおぶしのような材料の場合、袋部２２に落下充填されたかつおぶしの集合体は比較的低密度で且つ弾力性を持っていることから、プッシャ５２による一回の押し込み動作だけでは十分に袋部２２の底部に止めることができず、押し込み後にかつおぶしの集合体がその弾性に基づいて浮き上がり、一部が開口２２のシールに噛み込まれてシール性を低下させるおそれがある。そこで、本実施形態では、プッシャ５２で食品２４を２回又はそれ以上の回数押し込み、それにより食品２４が開口２２のシールに噛み込まれることを防止する。
【００９６】
以上、３つの実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００９７】
上述の実施形態においてノズルは窒素ガスや液体を袋部に充填したが、本発明はこれに限らず、ノズルが袋部に充填するものは流体（広義には、流動性を有する物体も含む。）であればよい。また、第１の実施形態においては、流体以外に固体（食品）を袋部に充填しているがこれに限定されない。例えば、充填包装装置は薬剤と該薬剤の酸化を防止する不活性ガスを袋部に密閉収容するようにしてもよい。
【００９８】
また、上述の実施形態の充填包装装置はフィルムから袋（袋部）を作製する機構を有するが、本発明の充填包装装置は、予め作製された袋に流体を充填するように構成することも可能である。この場合、充填包装装置は、区画シール装置の代わりとして、袋の開口を上方に向けた状態で搬送する袋搬送機構を有する必要がある。
【００９９】
さらに、上述の実施形態において流体の袋部への充填は袋部の開口の一部がシールされた後に行われるが、例えば充填時に袋部内に固体が存在しない場合や流体が液体である場合など場合によっては、充填前に袋部の開口の一部をシールすることを省略することができる。しかしながら、例えば外部からの異物混入や流体の袋部の外への流出などを考慮すると、充填前に袋部の開口の一部をシールするのが好ましい。
【０１００】
さらにまた、第１の実施形態において、固体（食品）は、ノズルが袋部に挿入される前に該袋部に充填されるが、ノズルが袋部に挿入された後に固体を充填することも可能である。例えば、シュートが挿入された状態の袋部にノズルが挿入され、シュートとノズルが挿入された袋部に固体を充填し、その後プッシャが固体を袋部内に押し込むようにしてもよい。
【０１０１】
加えて、第１の実施形態において固体はプッシャによって袋部内に押し込まれるが、固体が高い流動性を備えて袋部に流入する場合、プッシャを省略してもよい。
【０１０２】
加えてまた、上述の実施形態において、ノズルを介する袋部への流体の充填は、袋部の区画シール部が形成された後に開始されるが、ノズルの先端が袋部の底部に配置された時点から流体の充填をいつでも開始してもよい。
【０１０３】
そして、上述の実施形態では、袋部に第１の充填物（例えば食品）を充填した後、第２の充填物を充填するためのノズルを袋部内に挿入したが、順序を逆にして、第２の充填物を充填するノズルを袋部内に挿入した後、袋部に第１の充填物を充填してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る充填包装装置の外観図である。
【図２】図１に示す充填包装装置が行う袋製品の製造の工程を示す図である。
【図３】図１に示す充填包装装置のロータリーユニットの部分断面図である。
【図４】図１に示す充填包装装置のロータリーユニットの別の部分断面図である。
【図５】ロータリーユニットの上方から見た袋部の軌道を示す図である。
【図６】シュート、プッシャ、ノズルの先端の斜視図である。
【図７】ロータリーユニットの上方から見たシュートの軌道を示す図である。
【図８】ロータリーユニットの回転体の回転中心線と直交する方向から見た、袋部、シュート、プッシャ、ノズルそれぞれの動作を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る充填包装装置のロータリーユニットを示す図である。
【図１０】図９に示すロータリーユニットの上方から見たタンクとバルブを示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る充填包装装置における袋部、シュート、プッシャ、ノズルの動作を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る充填包装装置におけるシュート、プッシャ、ノズルの下端の動作を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
２０：開口
２２：袋（袋部）
４８ａ〜４８ｃ：シール機構（開口シール装置）
５４：ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、袋に充填物を充填した後、袋の開口部を封止する、充填包装装置及び充填包装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品を密閉収容した袋製品として、食品の酸化を防止する不活性ガス（例えば、窒素ガス）が袋内に充填されたものがある。不活性ガスは、袋の酸素を追い出すために該袋に充填され、続いて袋の開口がシールされることにより食品とともに袋に密閉収容される。食品を袋に充填するとともに不活性ガスを該袋に充填する充填包装装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、窒素ガスが充満した閉鎖空間内において食品を袋に充填して該袋の開口をシールするものである。
【特許文献１】特開２００２−４６７０４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の実施形態の充填包装装置は、袋に収容される量以上の窒素ガスを必要とするとともに、窒素ガスが充満した閉鎖空間の気密を維持するための装置を備えている。そのため、食品とともに不活性ガスを密閉収容した袋製品の製造コストが高価になる問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、使用する不活性ガスの量が小さく、不活性ガスが充満した閉鎖空間内ではなく大気環境下で袋に食品を充填するとともに不活性ガスを充填することができる充填包装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の充填包装装置は、
袋に流体を充填し、流体が充填された袋の開口をシールする充填包装装置であって、
袋を所定の軌道に従って開口が上方に向いた状態で搬送する袋搬送機構と、
袋搬送機構によって上記所定の軌道に従って搬送されている袋に挿入され、挿入された状態で袋とともに移動し、後に袋から離脱されるノズルと、
袋に挿入されているノズルを介して該袋に流体を充填する流体充填機構と、
流体が充填された袋の開口をシールするシール機構を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、流体は、搬送されている袋に挿入された状態で該袋とともに移動するノズルを介して充填される。したがって、大気環境下で流体の充填を行えるとともに、流体を時間をかけて袋に充填できるため、確実に酸素を袋から追い出すことができ（言い換えると、置換率が高く）、流体をほとんど溢れ出させることなく該袋に充填できる。そのため、充填において使用する流体の総量が小さくなる。また、袋が高速で搬送されていても流体を該袋に充填することが可能である。その結果、流体を密閉収容した袋製品の製造コストが低く抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態では、袋に二種類の充填物を充填する充填包装装置及び充填包装方法を説明する。二種類の充填物の好ましい形態としては、第１の充填物が硬質又は軟質の固体（例えば、調味料、食品）で、第２の充填物が気体（特に、食品の場合は食品の鮮度を維持するための不活性ガス）又は液体である。しかし、第１及び第２の充填物は以下の説明で例示されたものに限定されるものでなく、その他の種々の充填物が含まれる。
【０００８】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る充填包装装置を図１に示す。図において符号１０で示される充填包装装置は、食品（例えば、カツオブシ）を収容した袋又は袋部に窒素ガスを充填して酸素を追い出し、食品と窒素ガスを収容した状態の袋の開口をシールし、それにより食品と窒素ガスを密閉収容した袋製品を製造するものである。また、この充填包装装置１０は、食品と窒素ガスを収容する袋を長尺のフィルムから作製する。
【０００９】
まず、充填包装装置１０を理解するために、充填包装装置１０が行う袋製品の製造に関する複数の処理（製造の工程）、すなわち充填包装装置１０の動作について図２を参照しつつ説明する。
【００１０】
まず、工程Ｉとして、充填包装装置１０は、帯状シートのフィルムＦを折り線が下にくるように幅方向１２に関して２つ折りして折り合わせる。これにより、後述する袋部の底部が形成される。
【００１１】
次に、工程ＩＩとして、充填包装装置１０は、２つ折りされたフィルムＦに搬送方向１４に所定の間隔をあけて幅方向（幅方向１２とは異なる方向で、２つ折りされた状態のフィルムＦの幅方向）１６に伸びる区画シール部１８を形成する。区画シール部１８が形成されることにより、複数の区画シール部１８の間に開口（開口部）２０を有する複数の袋部２２が形成される。
【００１２】
工程ＩＩ中（区画シール部１８の形成中）、工程ＩＩＩとして、充填包装装置１０は、第１の充填物である食品２４を袋部２２に充填する。
【００１３】
続いて、工程ＩＶとして、充填包装装置１０は、食品を収容している袋部２２の開口２０の一部を仮シール（一次シール）することにより第１のシール部（第１の封止部）を形成して開口２０より小さい開口２０’を形成する。
【００１４】
工程Ｖにおいて、充填包装装置１０は、開口２０’を介して第２の充填物である窒素ガス２６を袋部２２に充填して酸素を追い出す。
【００１５】
工程ＶＩにおいて、充填包装装置１０は、開口２０’を仮シール（二次シール）することにより第２のシール部（第２の封止部）を形成して、袋部２２内に食品２４と窒素ガス２６を一時的に密閉収容する。
【００１６】
工程ＶＩＩにおいて、充填包装装置１０は、仮シールされた袋部２２の開口２０を本シール（三次シール）して、袋部２２内に食品２４と窒素ガス２６を長期的に密閉収容する。
【００１７】
最後に、工程ＶＩＩＩにおいて、充填包装装置１０は、区画シール部１８を搬送方向１４に分断するように切断する（切断方向は点線で示す。）、または区画シール部１８を後に分断できるようにミシン目を形成する。これにより、フィルムＦによって作製された袋に食品２４と窒素ガス２６を収容した袋製品３０（区画シール部１８にミシン目が形成される場合、複数の袋製品３０が連結したもの）が作製される。
【００１８】
上述の製造の工程に従い、袋に食品と窒素ガスを収容する充填包装装置１０の構成について説明する。
【００１９】
充填包装装置１０は、フィルムＦから袋部を作製する袋作製要素と、袋部に食品２４や窒素ガス２６を充填する充填要素から構成される。
【００２０】
図１に示すように、充填包装装置１０は、袋作製要素として、長尺のフィルムＦを巻回して収容する複数のフィルムロール４０ａ、４０ｂと、長尺のフィルムＦを案内しつつ幅方向に関して２つ折りするフィルムガイド４２と、２つ折りされたフィルムＦに袋部２２を形成するために区画シール部１８を形成する複数の区画シール装置４４と、形成された袋部２２に食品２４を案内するとともに袋部２２を成形する複数の第１の充填ノズルであるシュート４６と、食品２４が収容された袋部２２の開口２０をシールする複数のシール装置（第１〜第３の封止手段）４８ａ〜４８ｃ（図４や図５を参照。）とを有する。また、図には示していないが、区画シール部１８を搬送方向１４に分断するように切断するカッター、または区画シール部１８を後に分断できるようにミシン目を形成する装置を有する。
【００２１】
また、充填包装装置１０は、充填要素として、シュート４６を介して食品２４を袋部２２に充填する第１の充填物供給手段又は第１の充填物充填手段である食品充填装置５０と、食品２４を袋部２２に押し込む押圧手段であるプッシャ５２と、袋部２２に窒素ガス２６を充填するために該袋部に挿入される第２の充填ノズルであるノズル５４と、ノズル５４を介して袋部２２に窒素ガス２６を充填する第２の充填物供給手段又は第２の充填物充填手段であるガス充填装置５６を有する。シュート４６、食品充填装置５０、プッシャ５２は食品２４を袋部２２に充填する食品充填手段として機能し、ノズル５４とガス充填装置５６はガス充填手段として機能する。
【００２２】
まず、充填包装装置１０の袋作製要素について説明する。
【００２３】
フィルムＦを券回して収容する複数のフィルムロール４０ａ、４０ｂは、交換のために充填包装装置１０に対して着脱可能に構成されている。充填包装装置１０は、フィルムロール４０ａ、４０ｂのいずれか一方に巻回されているフィルムＦをフィルムガイド４２に向かって搬送し、この一方のフィルムロールのフィルムＦが無くなったときに他方のフィルムロールのフィルムＦを続けて搬送するように構成されている。
【００２４】
フィルムガイド４２は、搬送されているフィルムＦを区画シール装置４４に向かって案内しつつ幅方向１２に関して２つ折りし、袋部２２の底部を形成するように構成されている。
【００２５】
複数の区画シール装置４４と複数のシュート４６は、ロータリーユニット６０に組み込まれている。ロータリーユニット６０の部分断面図である図３と図４に示すように、ロータリーユニット６０は、鉛直方向に伸びる回転中心線６２を中心として回転する概ね円筒形状の構造体である回転体６４と、回転体６４を回転可能に支持して充填包装装置１０の本体６６に固定されている基台６８から構成される。なお、図３は、ロータリーユニット６０の上方から見た袋部２２の軌道図である図５においてＡ方向から見た部分断面図であり、図４は図５においてＢ方向から見た部分断面図である。
【００２６】
回転体６４は、例えばモータ（図示せず）などの回転駆動源によって一定の回転速度で回転駆動されるように構成されている。回転体６４の回転により、複数の区画シール装置４４と複数のシュート４６は、回転中心線６２を中心として周回移動される。
【００２７】
複数の区画シール装置４４は、図３に示すように、回転体６４の一部を構成する円盤形状の部材６９上に設けられている。また、複数の区画シール装置４４は、図５に示すように、回転中心線６２に関して周方向に等間隔に部材６９に設けられている。本実施形態では、１７基の区画シール装置４４が回転体６４の部材６９に設けられている。
【００２８】
各区画シール装置４４は、２つ折りされたフィルムＦを上方部分を除いて挟持し、その挟持部分を加熱して熱融着させることにより区画シール部１８を形成するように構成されている。
【００２９】
具体的には、各区画シール装置４４は、図３に示すように、回転体６４の部材６９に対して固定された固定シールバー７０と、部材６９に対して可動に設けられて固定シールバー７０と協働して２つ折りされたフィルムＦを挟持する可動シールバー７２から構成される。
【００３０】
固定シールバー７０は、フィルムＦを挟持する挟持面が回転中心線６２に関して放射方向外側に向くように部材６９上に配置され、フィルムＦを加熱するためのヒーター（図示せず）が内蔵されている。
【００３１】
可動シールバー７２は、回転中心線６２方向と垂直な軸方向の支持ピン７４を中心にして回転可能に回転体６４の部材６９に設けられている。これにより、可動シールバー７２は、固定シールバー７０と協働して２つ折りされたフィルムＦを挟持する、または固定シールバー７０から離れてフィルムＦをリリースする。
【００３２】
また、可動シールバー７２にはカムフォロア７６が設けられている。カムフォロア７６は、充填包装装置１０の本体６６に設けられて回転中心線６２に関して周方向に形成されたカム溝７８を有するカム部材８０に従動される（図１参照。）、すなわち、回転体６４が回転するとカム部材８０のカム溝７８に従って回転しつつ移動するように構成されている。回転体６４が回転してカムフォロア７６がカム溝７８に従動することにより、可動シールバー７２は、固定シールバー７０と協働してフィルムＦを挟持するまたは固定シールバー７０から離れてフィルムＦをリリースする。すなわち、フィルムＦを挟持するまたはリリースするタイミングは、カム溝７８の形状によって決定されている。カム溝７８は、図５に示すように、回転体６４の回転によって周回される複数の区画シール装置４４が、範囲８２（基台６８を基準とする範囲で、図２の領域ＩＩに対応する。）内に位置するときは２つ折りされたフィルムＦを挟持し続けるように、一方、範囲８２外に位置するときは可動シールバー７２が固定シールバー７０から離れるような形状に構成されている。
【００３３】
なお、複数の区画シール装置４４は、範囲８２内において区画シール部１８が完全に形成されるまで（熱融着が完了するまで）２つ折りされたフィルムＦを挟持するものであるが、別の観点から言えば、回転する回転体６４と協働して袋部２２を回転中心線６２を中心として周回軌道で搬送する袋搬送手段としても機能している。
【００３４】
複数のシュート４６それぞれは、図１に示すように食品充填装置５０からの食品２４をフィルムＦの袋部２２に案内するとともに、図２に示すような袋部２２を成形する役割も果たす。具体的に説明すると、シュート４６は、図６に示すように、袋部２２を成形する筒状の挿入部９０と、挿入部９０に食品充填装置５０からの食品２４を案内する漏斗状のガイド部９２から構成される。袋部２２の成形は、フィルムＦがシュート４６の挿入部９０を挟むようにフィルムガイド４２によって２つ折りされ、２つの区画シール装置４４が挿入部９０を挟むように２つの区画シール部１８を形成することにより行われる。
【００３５】
図３に戻り、各シュート４６は、シュート駆動シャフト９４の一端に設けられたアーム９６によって支持されている。複数のシュート駆動シャフト９４は、回転体６４に軸方向に移動可能に且つ回転可能に支持され、ロータリーユニット６０を上方から見たシュート４６の軌道図である図７に示すように回転中心線６２に関して周方向に等間隔に配置されている。シュート４６は、シュート駆動シャフト９４が軸方向に移動することにより昇降するとともに、シュート駆動シャフト９４が回転することにより該シャフト９４を中心としてアーム９６を介して旋回する。
【００３６】
シュート駆動シャフト９４は、図３に示すように、シュート４６を昇降するために、シャフト９４の軸方向と直交する回転中心線を有するカムフォロア９８を有する。カムフォロア９８は、シャフト９４を中心として回転可能に且つ該シャフト９４の軸方向の移動が規制された状態で該シャフト９４に取り付けられたブラケット１００に支持されている。また、カムフォロア９８は、回転体６４が回転すると、基台６８の一部を構成する円筒形状のカム部材１０２の外周面に形成されたカム溝１０４に従動するように構成されている（図１参照。）。カムフォロア９８がカム溝１０４に従動することにより、シュート駆動シャフト９４が軸方向に移動し、その結果、シュート４６が昇降する。すなわち、シュート４６の昇降のタイミングは、カム溝１０４の形状によって決定されている。なお、カムフォロア９８は、カムフォロア９８の回転中心線が回転中心線６２に直交するように、回り止め機構１０６によってシャフト９４を中心とする回転が規制されている。
【００３７】
また、シュート駆動シャフト９４の他端にはクランク１０８が設けられている。クランク１０８には、シュート駆動シャフト９４の中心軸と平行な回転中心線を有するカムフォロア１１０が設けられている。カムフォロア１１０は、回転体６４が回転すると、基台６８の一部を構成する円盤形状のカム部材１１２の下面に形成されたカム溝１１４に従動するように構成されている。カムフォロア１１０がカム溝１１４に従動することにより、シュート駆動シャフト９４が回転し、その結果、シュート４６がシャフト９４を中心としてアーム９６を介して旋回する。すなわち、シュート４６の旋回のタイミングは、カム溝１１４の形状によって決定されている。
【００３８】
２つのカムフォロア９８と１１０が対応するカム溝１０４と１１４に従動することによりシュート駆動シャフト９４を介してシュート４６が昇降するまたは旋回する（カム溝１０４と１１４の形状によって決定される）タイミングについては後述する。
【００３９】
３つの開口シール装置４８ａ〜４８ｃはそれぞれ、図５に示すように、回転中心線６２と平行な回転中心線を有する２つのローラで構成され、２つのローラの外周面によって袋部２２の開口２０を挟持しつつ該開口２０をシールするように構成されている。また、開口シール装置４８ａ〜４８ｃそれぞれのローラは、袋部２２の開口２０を熱によってシールするために、熱源（図示せず）が内蔵されているまたは熱源と熱的に接続されている。
【００４０】
第１の封止手段である開口シール装置４８ａは、２つのローラ１２０Ｌと１２０Ｒを有し、２つのローラによって図２に示すように袋部２２の開口２０の一部を仮シールして開口２０より小さい開口２０’を形成するように構成されている。具体的には、２つのローラ１２０Ｌと１２０Ｒの外周面には複数の凹部１２２が形成されており、２つのローラ１２０Ｌと１２０Ｒの凹部１２２に挟まれた開口２０の部分が仮シールされずに小さい開口２０’（未封止部分）となる。
【００４１】
開口シール装置４８ａの一方のローラ１２０Ｌは、図４に示すように、回転体６４に回転可能に支持されている円盤状の部材１２４に設けられている。部材１２４は、回転体６４とともに回転しないように、充填包装装置１０の本体６６に固定されている。これにより、ローラ１２０Ｌは充填包装装置１０の本体６６に対して所定の位置で維持される。
【００４２】
また、ローラ１２０Ｌは、回転体６４に設けられたギヤ部材１２６によって複数のギヤ（図示せず）を介して所定の回転速度で回転駆動されるように構成されている。
【００４３】
開口シール装置４８ａの他方のローラ１２０Ｒは、図５に示すように回転中心線６２の放射方向に関してローラ１２０Ｌの外側に配置されている。ローラ１２０Ｒは、充填包装装置１０の本体６６に支持され、複数のギヤ（図示せず）を介してローラ１２０Ｌと同一の回転速度で回転駆動されるように構成されている。
【００４４】
第２の封止手段である開口シール装置４８ｂは、２つのローラ１２８Ｌと１２８Ｒを有し、２つのローラによって図２に示すように開口２０’を仮シールする（袋部２２を仮密閉する。）ように構成されている。開口２０’を仮シールするために、２つのローラ１２８Ｌと１２８Ｒそれぞれの外周面には複数の凹部１３０が形成されている（図５参照。）。この凹部により、開口シール装置４８ａが仮シールした開口２０の部分を再び挟持してシールすることなく開口２０’のみ仮シールすることができる。代わりとして、ローラ１２８Ｌと１２８Ｒそれぞれの外周面に凹部１３０を設けず、袋部２２の開口２０全てを仮シールするように、すなわち開口シール装置４８ａが仮シールした開口２０の部分とそれにより形成された小さい開口２０’の両方を挟持して再び仮シールするようにしてもよい。
【００４５】
開口シール装置４８ｂの一方のローラ１２８Ｌは、図４に示すように、開口シール装置４８ａのローラ１２０Ｌと同様に、部材１２４に支持されるとともにギヤ部材１２６によって回転駆動される。
【００４６】
開口シール装置４８ｂの他方のローラ１２８Ｒは、図５に示すように回転中心線６２の放射方向に関してローラ１２８Ｌの外側に配置され、開口シール装置４８ａのローラ１２０Ｒと同様に、充填包装装置１０の本体６６に支持されて回転駆動される。
【００４７】
第３の封止手段である開口シール装置４８ｃは、２つのローラ１３２Ｌと１３２Ｒを有し、２つのローラによって図２に示すように袋部２２の開口２０を本シールするように構成されている。開口シール装置４８ｃは、開口シール装置４８ａと４８ｂが仮シールした部分を挟持して再びシールする。
【００４８】
開口シール装置４８ｃは、図１や図５に示すように、開口シール装置４８ａや４８ｂと異なりロータリーユニット６０から離れた充填包装装置１０の本体６６に設けられている。開口シール装置４８ｃは、区画シール装置４４からリリースされてガイド１３４によって案内された袋部２２の仮シールされた開口２０を本シールする。なお、開口シール装置４８ｃとガイド１３４の間には、フィルムＦの袋部２２の開口２０を予熱するヒータ１３６が設けられている。
【００４９】
ここからは、充填包装装置１０の充填要素について説明する。
【００５０】
食品充填装置５０は、挿入部９０が袋部２２内に挿入された状態のシュート４６のガイド部９２に一定量の食品２４を送るように構成されている。具体的には、食品充填装置５０は、図５に示すように、ロータリーユニット６０の基台６８を基準とする所定の位置Ｘを通過するシュート４６に食品２４を供給する。食品充填装置５０は、回転体６４の回転により所定の位置Ｘを通過するシュート４６に一定量の食品２４を供給できるものであればその形態は限定されない。例えば、所定の位置Ｘにおいてダクトの出口をシュート４６のガイド部９２上に位置するように配置し、ダクトを介して一定量ずつの食品２４をタイミングに合わせてシュート４６に供給する食品充填装置であってもよい。
【００５１】
複数のプッシャ５２は、食品充填装置５０が袋部２２に充填した食品２４を該袋部２２の奥に押し込む、またはシュート４６に残る食品２４を袋部２２に押し込むためのものである。
【００５２】
プッシャ５２は、図６に示すようにシュート４６の挿入部９０内に挿入可能な形状であって、複数のシュート４６それぞれの上方に１つずつ配置されている。また、各プッシャ５２は、図３に示すように支持部材１４０を介してプッシャホルダ１４２に支持されている。
【００５３】
プッシャホルダ１４２は、回転体６４の回転中心線６２方向に伸びて該回転体６４に支持されているガイドロッド１４３とシュート駆動シャフト９４に従って昇降可能に構成されている。昇降するために、プッシャホルダ１４２には回転体６４の回転中心線６２と直交する回転中心線を有するカムフォロア１４４が設けられている。カムフォロア１４４は、回転体６４が回転すると基台６８の一部を構成する円筒形状のカム部材１４６の外周面に形成されたカム溝１４８に従動するように構成されている（図１参照。）。カムフォロア１４４がカム溝１４８に従動することにより、プッシャホルダ１４２が昇降し、その結果、プッシャ５２がシュート４６に挿入される、またはシュート４６内から離脱される。すなわち、プッシャ５２の昇降のタイミングは、カム溝１４８の形状によって決定されている。プッシャ５２がシュート４６に挿入される（カム溝１４８の形状によって決定される）タイミングについては後述する。
【００５４】
複数のノズル５４は、窒素ガス２６を袋部２２に充填するものである。各ノズル５４は、図６に示すように、シュート４６ぞれぞれの上方に１つずつ配置され、プッシャ５２に形成された貫通穴１５０とシュート４６内を通過してその先端が袋部２２内に到達するように構成されている。また、各ノズル５４は、図３に示すようにノズルホルダ１５２によって支持されている。
【００５５】
ノズルホルダ１５２は、ガイドロッド１４３とシュート駆動シャフト９４に従って昇降可能に構成されている。昇降するために、ノズルホルダ１５２には、回転体６４の回転中心線６２と直交する回転中心線を有するカムフォロア１５４が設けられている。カムフォロア１５４は、回転体６４が回転すると基台６８の一部を構成する円筒形状のカム部材１５６の外周面に形成されたカム溝１５８に従動するように構成されている（図１参照。）。カムフォロア１５４がカム溝１５８に従動することにより、ノズルホルダ１５２が昇降し、その結果、ノズル５４の先端が袋部２２に挿入される、または袋部２２から離脱される。すなわち、ノズル５４の昇降のタイミングは、カム溝１５８の形状によって決定されている。ノズル５４が袋部２２に挿入される（カム溝１５８の形状によって決定される）タイミングについては後述する。
【００５６】
ガス充填装置５６は、複数のノズル５４を介して袋部２２に窒素ガス２４を充填するものである。ガス充填装置５６は、図３に示すように、ロータリーユニット６０の上部に設けられたガス分配機構１７０に窒素ガス２４を供給するように構成されている。ガス分配機構１７０は、複数のノズル５４それぞれとゴムなどの可撓管１７２を介して接続され、基台６８を基準とする後述する所定の範囲を移動中のいくつかのノズル５４に対してガス充填装置５６から供給された窒素ガス２４を供給し、残りのノズル５４には窒素ガス２４を供給しないように構成されている。ガス充填装置５６がガス分配機構１７０を介していくつかのノズル５４に窒素ガス２４を供給するタイミングについては後述する。
【００５７】
ここからは、回転体６４の回転によって回転中心線６２を中心として周回移動するシュート４６、プッシャ５２、ノズル５４それぞれの昇降のタイミングと、食品充填装置５０による食品２４の充填のタイミングと、開口シール装置４８ａ、４８ｂの開口２０の仮シールのタイミングと、ガス充填装置５６による窒素ガス２４の充填のタイミングについて説明する。
【００５８】
図８は、回転体６４の回転中心線６２と直交する方向から見た袋部２２（フィルムＦ）、シュート４６、プッシャ５２、ノズル５４を示し、回転体６４の回転によって移動されることにより変化するシュート４６、プッシャ５２、ノズル５４の鉛直方向に関する位置（高度）を示している。
【００５９】
図８において、Ｘは食品充填装置５０によって食品２４が充填される基台６８を基準とする位置、Ｙは開口シール装置４８ａによって仮シールされる基台６８を基準とする位置、Ｚは開口シール装置４８ｂによって仮シールされる基台６８を基準とする位置を示している（図５参照。）。また、図において、鉛直方向に関して所定の高度（以下、「待機高度」と称する。）で待機しているシュート４６’、プッシャ５２’、ノズル５４’が示されている。
【００６０】
まず、フィルムＦは、位置Ｘに搬送されるまでに、フィルムガイド４２と区画シール装置４４により袋部２２が形成される（図１参照。）。
【００６１】
シュート４６は、回転体６４の回転によって位置Ｘに到着したときにその挿入部９０が袋部２２内に挿入されているように、フィルムガイド４２によって２つ折りにされている途中のフィルムＦに挟持されるためにシュート駆動シャフト９４を中心として旋回されつつ待機高度から降下される。図７に旋回中のシュート４６’’が示されている。
【００６２】
シュート４６は、位置Ｘに到着したとき、その挿入部９０が袋部２２に挿入された状態であり、位置Ｘで食品充填装置５０から供給された食品２４を袋部２２に案内する。
【００６３】
シュート４６は、食品２４の袋部２２への案内が完了して位置Ｘから回転体６４の回転により移動されると、位置Ｙに到達するまでにその挿入部９０が袋部２２から離脱され、待機高度に向かって上昇される。言い換えると、シュート４６は、開口シール装置４８ａが袋部２２の開口２０の一部を仮シールして開口２０’を形成できるように待避する。以後、シュート４６は、回転体６４の回転によって位置Ｘ直前の位置（回転体６４の回転方向に関して位置Ｘの上流側の近傍位置）に再び移動されるまでは待機高度で待機する。
【００６４】
プッシャ５２は、回転体６４の回転により位置Ｘから位置Ｙに移動される間において昇降され、それ以外の位置では待機高度で待機し続ける。
【００６５】
具体的には、プッシャ５２は、回転体６４の回転により位置Ｘを通過すると（食品充填装置５０のシュート４６を介する袋部２２への食品２４の充填が完了すると）、待機高度から降下されてシュート４６の挿入部９０に残る食品２４を袋部２２に押し込みながら該袋部２２内に挿入され、そこでシュート４６の袋部２２からの離脱が完了するまで待機する。これは、シュート４６の挿入部９０の袋部２２からの離脱によって袋部２２外に出ようとする食品２４を該袋部２２内に維持するためである。シュート４６の袋部２２からの離脱が完了すると、プッシャ５２は、回転体６４の回転により位置Ｙに到着するまでに上昇されて袋部２２から離脱される。
【００６６】
ノズル５４は、プッシャ５２の袋部２２への挿入と略同時に、待機高度から降下されてその先端が袋部２２に挿入される。ノズル５４の先端は袋部２２の底部に配置される。先端が袋部２２の底部に配置されたノズル５４は、回転体６４の回転により位置Ｚ直前に到達するまでその先端が袋部２２内に存在するように維持される（袋部２２内におけるノズル５４の先端の維持は範囲１８０内にて行われる。）。
【００６７】
位置Ｙに到着した食品２４が収容されているとともにノズル５４が挿入されている状態の袋部２２は、その開口２０の一部が開口シール装置４８ａによって仮シールされる（開口２０’が形成される。）。具体的には、ノズル５４の周辺を除く開口２０の部分が仮シールされる。このとき、ノズル５４は、図５に示す開口シール装置４８ａの２つのローラ１２０Ｌと１２０Ｒそれぞれの凹部１２２の間に位置し、開口２０’に挿入された状態になる。
【００６８】
位置Ｘを通過したノズル５４に、ガス充填装置５６は、ガス分配機構１７０を介して窒素ガス２６を供給し始める。ガス充填装置５６によるノズル５４への窒素ガス２６の供給は、ノズル５４の先端が袋部２２内に存在する間継続される（厳密には、確実に袋部２２内の酸素を窒素ガス２６で追い出すために、ガス供給は、ノズル５４の先端が袋部２２から離脱したあともしばらく続けられる、すなわち範囲１８２内にて行われ続ける）。
【００６９】
ガス充填装置５６によるノズル５４を介する袋部２２への窒素ガス２６の充填は、ノズル５４の先端が袋部２２から離脱するまでの間に袋部２２内が窒素ガス２６で充満されるように、言い換えると、窒素ガス２６により袋部２２内の酸素が完全に追い出されるように行われる。
【００７０】
袋部２２が窒素ガス２６で充満されると、ノズル５４は、回転体６４の回転によって位置Ｚに到着する前に、その先端が袋部２２から離脱するように上昇される。
【００７１】
窒素ガス２６が充満されてノズル５４が離脱した袋部２２は、回転体６４の回転により位置Ｚに移動され、そこで開口２０’を開口シール装置４８ｂによって仮シールされる。これにより、袋部２２の開口２０が完全に仮シールされて一時的に密閉したことになり、食品２４と窒素ガス２６が袋部２２に一時的に密閉収容される。その後、開口シール装置４８ｃにより、一時的に密閉された開口２０が本シールされて長期的に密閉される。
【００７２】
以上、本実施形態の充填包装装置１０の構成および動作について説明した。次に本実施形態の充填包装装置１０によって得られる効果を説明する。
【００７３】
本実施形態の充填包装装置１０は、まず、大気環境下で袋部２２に窒素ガス２６を充填するため、窒素ガス２６が充満した閉鎖空間で食品を袋に充填して該袋をシールする場合に比べて使用する窒素ガス２６の量が小さい。
【００７４】
また、充填包装装置１０は、搬送されている袋部２２に該袋部２２に挿入された状態で該袋部２２とともに移動するノズル５４を介して窒素ガス２６を充填するように構成されているため、時間をかけて窒素ガス２６を袋部２２からほとんど溢れ出させることなく充填することができる。
【００７５】
具体的に説明すると、大気環境下において移動中の袋部に窒素ガスを充填する場合、上述の食品充填装置５０が所定の位置を通過する袋部２２に食品２４を充填するように、窒素ガスを所定の充填位置を通過する袋部に充填することが考えられる。しかしながら、この場合、袋部内の酸素を確実に追い出すために該袋部内を窒素ガスで充満するには、袋部の搬送速度が小さい速度に制限される。この対処として、充填速度を上げて充填位置を通過する袋部に勢いよく大量の窒素ガスを充填する（単位時間あたりの窒素ガス充填量を大きくする）ことが考えられるが、この場合、袋部内の酸素を確実に追い出すために多くの窒素ガスが袋部から溢れ出すことになる。また、本実施形態のように窒素ガス充填前に袋部内に食品が充填されている場合、勢いよく充填された大量の窒素ガスによって食品が袋部の外に飛び出す可能性がある。したがって、本実施形態のように、搬送されている袋部２２に該袋部２２に挿入された状態で該袋部２２とともに移動するノズル５４を介して窒素ガス２６を充填することにより、袋部２２の搬送速度を小さく制限することなく、また多くの窒素ガス２６が袋部２２から溢れ出ないように、さらに窒素ガス２６の充填時に食品２４を該袋部２２の外に飛び出させないように時間をかけて窒素ガスを充填することができる。
【００７６】
さらに、充填包装装置１０は、食品２４を袋部２２に充填するときは大きい開口２０を介し、窒素ガス２６を袋部２２に充填するときは小さい開口２０’を介するように構成されている。大きい開口２０で食品２４を短時間で袋部２２に充填でき、小さい開口２０’で袋部２２内の食品２４を袋部２２外部に飛び出させることなく窒素ガス２６を充填することができる。
【００７７】
さらにまた、充填包装装置１０は、袋部２２の開口２０を２度シールする構成である。まず、２つの開口シール装置４８ａと４８ｂによって開口２０を仮シールして一時的に密閉し、続いて開口シール装置４８ｃによって仮シールされた開口２０を本シールして長期的に密閉する。袋部２２の開口２０を２度シールする利点は、袋部２２の搬送速度を大きくすることが可能になることである。袋部の搬送速度が大きくなると、１つの開口シール装置のシール作業時間は短くなりシールは不十分になるが、それを複数の開口シール装置を用いることによって補うことにより、最終的には袋部の開口を長期的に確実にシールすることができる。なお、袋部を形成するフィルムが熱融着性が高いものである場合や開口シール装置のローラが高熱である場合など、すなわち袋部の搬送速度が大きくても１度のシールで袋部の開口を完全シールすることができる場合、複数の開口シール装置は、ノズルが挿入された状態の袋部の開口の一部を本シールして長期的に密閉する開口シール装置と、ノズルが挿入されていた開口の部分を本シールして長期的に密閉する開口シール装置で構成されてもよい。
【００７８】
まとめると、本実施形態の充填包装装置によれば、大気環境下で窒素ガスの袋部への充填を行えるとともに、窒素ガスを時間をかけて袋部に充填できるため、窒素ガスを袋からほとんど溢れ出させることなく該袋部に充填できる。その結果、充填において使用する窒素ガスの総量が小さくなり、窒素ガスを密閉収容した袋製品の製造コストが低く抑えられる。
【００７９】
（第２の実施形態）
本実施形態の充填包装装置は、第１の実施形態の充填包装装置が袋部に固体（食品）と気体（窒素ガス）を充填するのに対し、袋部に液体を充填するように構成されている。
【００８０】
本実施形態の充填包装装置は、概ね、第１の実施形態の充填包装装置が気体の代わりに液体を袋部に充填できるように改良された構成である。したがって、液体が使用できるように改良されている充填包装装置の部分について説明する。
【００８１】
図９は、本実施形態の充填包装装置のロータリーユニットを示している。
【００８２】
符号５６０で示すロータリーユニットにおいて、複数の区画シール装置５４４は、第１の実施形態の充填包装装置１０の区画シール装置４４と同一である。
【００８３】
また、複数のシュート５４６は、第１の実施形態のシュート４６の固体を袋部に案内するためのガイド部９２を取り除いた形状で、袋部の成形と後述するノズルを該袋部に案内する役割をする。ガイド部９２がない以外、シュート５４６は第１の実施形態のシュート４６と同一である。
【００８４】
複数のノズル５５４は、袋部に案内する流体が気体から液体に代わるだけで第１の実施形態のノズル５４と略同一である。しかしながら、ノズル５５４は、液体の充填に適した材料で作製されている。ノズル５５４は、第１の実施形態のノズル５４がノズルホルダ１５２に支持されて昇降するように、ノズルホルダ６５２に支持されて昇降する。
【００８５】
各ノズル５５４は、袋部に充填される液体が満たされたタンク７００に可撓管６７２を介して接続されている。タンク７００は、ロータリーユニット５６０の回転体５６４に支持されている。可撓管６７２とタンク７００の間には、タンク７００からノズル５５４に液体を供給する、または液体の供給を遮断するバルブ７０２が介在されている。
【００８６】
各バルブ７０２は、ロータリーユニット５６０の上方から見たタンク７００とバルブ７０２を示す図１０に示すように、レバーハンドル７０４を有し、レバーハンドル７０４が回転されることによりタンク７００からノズル５５４に液体を供給する、または液体の供給を遮断するように構成されている。
【００８７】
バルブ７０２のレバーハンドル７０４の回転は、レバーハンドル７０４の先端に付けられたカムフォロア７０６を介して行われる。カムフォロア７０６は、ロータリーユニット５６０の回転体５６４の回転中心線５６２と直交する回転中心線を有する。また、カムフォロア７０６は、回転体５６４が回転すると、基台５６８の一部を構成する円筒形状のカム部材７０８の内周面に形成されたカム溝７１０に従動するように構成されている。カムフォロア７０６がカム溝７１０に従動することにより、バルブ７０２のレバーハンドル７０４が回転し、その結果、タンク７００からノズル５５４に液体が供給される、または液体の供給が遮断される。
【００８８】
なお、タンク７００からバルブ７０２を介するノズル５５４への液体の供給のタイミングは、第１の実施形態の窒素ガス供給のタイミングと略同一で、ノズル５５４の先端が袋部内に存在するときだけ行われる（図８参照。）。
【００８９】
本実施形態によれば、液体を袋部に充填することができる。
【００９０】
（第３の実施形態）
本実施形態の充填包装装置による充填プロセスについて図１１、１２を参照して説明する。図１１は、位置Ｘから位置Ｙまでの、フィルムＦ、シュート４６、プッシャ５２、ノズル５４の動きを示す図、図１２はそれぞれシュート４６、プッシャ５２、ノズル５４の下端の動線を表した図である。
【００９１】
図１１において、フィルムＦは、位置Ｘに搬送されるまでに、フィルムガイド４２と区画シール装置４４により袋部２２が形成される（図１参照。）。
【００９２】
シュート４６は、位置Ｘに到着すると、フィルムガイド４２によって２つ折りにされている途中のフィルムＦに挟持されるように、シュート駆動シャフト９４を中心として旋回しながら待機高度から充填高度まで降下する。
【００９３】
次に、シュート４６は、位置Ｘにおいて、食品充填装置５０から供給された食品２４を袋部２２に案内する。
【００９４】
シュート４６は、位置Ｘを通過した後もしばらく充填位置に留まる。シュート４６が充填位置にある間、シュート４６の中でプッシャ５２が昇降を繰り返し、袋部２２内に充填された食品２４を２回押圧して袋部２２内に押し込む。プッシャ５２による食品２４の押し込みと並行して、待機高度から充填高度に下降しているノズル５４を通じて袋部２２内に窒素ガス２６が供給される。
【００９５】
このように、本実施形態の充填包装装置では、袋部２２内に充填された食品２４をプッシャ５２が複数回押圧して袋部２２内に押し込む。このようなプッシャ５２の押し込み動作は、食品２４が比較的柔軟な細長い材料、例えばかつおぶしの場合に有効である。すなわち、かつおぶしのような材料の場合、袋部２２に落下充填されたかつおぶしの集合体は比較的低密度で且つ弾力性を持っていることから、プッシャ５２による一回の押し込み動作だけでは十分に袋部２２の底部に止めることができず、押し込み後にかつおぶしの集合体がその弾性に基づいて浮き上がり、一部が開口２２のシールに噛み込まれてシール性を低下させるおそれがある。そこで、本実施形態では、プッシャ５２で食品２４を２回又はそれ以上の回数押し込み、それにより食品２４が開口２２のシールに噛み込まれることを防止する。
【００９６】
以上、３つの実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００９７】
上述の実施形態においてノズルは窒素ガスや液体を袋部に充填したが、本発明はこれに限らず、ノズルが袋部に充填するものは流体（広義には、流動性を有する物体も含む。）であればよい。また、第１の実施形態においては、流体以外に固体（食品）を袋部に充填しているがこれに限定されない。例えば、充填包装装置は薬剤と該薬剤の酸化を防止する不活性ガスを袋部に密閉収容するようにしてもよい。
【００９８】
また、上述の実施形態の充填包装装置はフィルムから袋（袋部）を作製する機構を有するが、本発明の充填包装装置は、予め作製された袋に流体を充填するように構成することも可能である。この場合、充填包装装置は、区画シール装置の代わりとして、袋の開口を上方に向けた状態で搬送する袋搬送機構を有する必要がある。
【００９９】
さらに、上述の実施形態において流体の袋部への充填は袋部の開口の一部がシールされた後に行われるが、例えば充填時に袋部内に固体が存在しない場合や流体が液体である場合など場合によっては、充填前に袋部の開口の一部をシールすることを省略することができる。しかしながら、例えば外部からの異物混入や流体の袋部の外への流出などを考慮すると、充填前に袋部の開口の一部をシールするのが好ましい。
【０１００】
さらにまた、第１の実施形態において、固体（食品）は、ノズルが袋部に挿入される前に該袋部に充填されるが、ノズルが袋部に挿入された後に固体を充填することも可能である。例えば、シュートが挿入された状態の袋部にノズルが挿入され、シュートとノズルが挿入された袋部に固体を充填し、その後プッシャが固体を袋部内に押し込むようにしてもよい。
【０１０１】
加えて、第１の実施形態において固体はプッシャによって袋部内に押し込まれるが、固体が高い流動性を備えて袋部に流入する場合、プッシャを省略してもよい。
【０１０２】
加えてまた、上述の実施形態において、ノズルを介する袋部への流体の充填は、袋部の区画シール部が形成された後に開始されるが、ノズルの先端が袋部の底部に配置された時点から流体の充填をいつでも開始してもよい。
【０１０３】
そして、上述の実施形態では、袋部に第１の充填物（例えば食品）を充填した後、第２の充填物を充填するためのノズルを袋部内に挿入したが、順序を逆にして、第２の充填物を充填するノズルを袋部内に挿入した後、袋部に第１の充填物を充填してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る充填包装装置の外観図である。
【図２】図１に示す充填包装装置が行う袋製品の製造の工程を示す図である。
【図３】図１に示す充填包装装置のロータリーユニットの部分断面図である。
【図４】図１に示す充填包装装置のロータリーユニットの別の部分断面図である。
【図５】ロータリーユニットの上方から見た袋部の軌道を示す図である。
【図６】シュート、プッシャ、ノズルの先端の斜視図である。
【図７】ロータリーユニットの上方から見たシュートの軌道を示す図である。
【図８】ロータリーユニットの回転体の回転中心線と直交する方向から見た、袋部、シュート、プッシャ、ノズルそれぞれの動作を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る充填包装装置のロータリーユニットを示す図である。
【図１０】図９に示すロータリーユニットの上方から見たタンクとバルブを示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る充填包装装置における袋部、シュート、プッシャ、ノズルの動作を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る充填包装装置におけるシュート、プッシャ、ノズルの下端の動作を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
２０：開口
２２：袋（袋部）
４８ａ〜４８ｃ：シール機構（開口シール装置）
５４：ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
袋に流体を充填し、流体が充填された袋の開口をシールする充填包装装置であって、
袋を所定の軌道に従って開口が上方に向いた状態で搬送する袋搬送機構と、
袋搬送機構によって上記所定の軌道に従って搬送されている袋に挿入され、挿入された状態で袋とともに移動し、後に袋から離脱されるノズルと、
袋に挿入されているノズルを介して該袋に流体を充填する流体充填機構と、
流体が充填された袋の開口をシールするシール機構を有することを特徴とする充填包装装置。
【請求項２】
シール機構は２つあって、
ノズルが挿入された状態の袋の開口をノズル周辺を除いて部分的にシールする第１のシール機構と、
ノズルが離脱した状態の袋の第１のシール機構がシールせずに残した開口の部分をシールする第２のシール機構とを有することを特徴とする請求項１に記載の充填包装装置。
【請求項３】
第１および第２のシール機構は、２つのローラの外周面で袋の開口を挟持しつつ該開口をシールするように構成されており、
第１のシール機構のローラの外周面には、袋の開口の挟持時にノズルを挟持しないように凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の充填包装装置。
【請求項４】
第１および第２のシール機構は、袋の開口を仮シールするものであって、
第１および第２のシール機構によって仮シールされた袋の開口を本シールする第３のシール機構を有することを特徴とする請求項２または３のいずれか一に記載の充填包装装置。
【請求項５】
流体がノズルを介して袋内に充填される前に袋に固体を充填する固体充填機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の充填包装装置。
【請求項６】
フィルムから袋を作製する袋作製機構を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載の充填包装装置。
【請求項７】
袋部に充填物を充填した後、上記袋部の開口部をシールする充填包装方法において、
上記開口部の内側に第１の充填ノズルを位置させる第１の工程と、
上記第１の充填ノズルを介して上記袋部内に第１の充填物を充填する第２の工程と、
上記第１の充填ノズルの内側に第２の充填ノズルを位置させる第３の工程と、
上記第２の充填ノズルを介して上記袋部内に第２の充填物を充填する第４の工程と、
上記第１と第２の充填ノズルを上記開口部から退避させる第５の工程と、
上記開口部を封止する第６の工程を備えたことを特徴とする充填包装方法。
【請求項８】
上記第５の工程は、上記第１の充填ノズルを上記開口部から退避させる第１の退避工程と、上記第１の充填ノズルが上記開口部から退避した後に上記第２の充填ノズルを上記開口部から退避させる第２の退避工程を含み、
上記第６の工程は、上記第２の退避工程によって上記開口部から上記第１の充填ノズルが退避した後、上記開口部に上記第２の充填ノズルが位置している状態で、上記開口部を部分的に封止する第１の封止工程と、上記第２の退避工程の後、上記第１の封止工程で封止されていない開口部の未封止部分を封止する第２の封止工程を含むことを特徴とする請求項７の充填包装方法。
【請求項９】
上記第６の工程は、上記第１と第２の封止工程で封止された上記開口部を更に封止する第３の封止工程を含むことを特徴とする請求項８の充填包装方法。
【請求項１０】
上記第２の工程で上記袋部内に充填物を充填した後、上記第３の工程によって上記第２の充填ノズルを上記第１の充填ノズルの内側に位置させることを特徴とする請求項７〜９のいずれかの充填包装方法。
【請求項１１】
上記第３の工程によって上記第２の充填ノズルを上記第１の充填ノズルの内側に位置させた後、上記第２の工程で上記袋部内に充填物を充填することを特徴とする請求項７〜９のいずれかの充填包装方法。
【請求項１２】
上記第２の工程の後、上記第１の充填ノズルを通じて上記袋部内に押圧部材を挿入して上記充填物を押圧する押圧工程を備えたことを特徴とする請求項７〜１１の充填包装方法。
【請求項１３】
上記押圧工程は、上記押圧部材を昇降して上記充填物を複数回押圧することを特徴とする請求項１２の充填包装方法。
【請求項１４】
帯状シートを折り合わせ、次に、上記帯状シートの長手方向に一定の間隔をあけて上記折り合わされた帯状シートの幅方向に伸びる幅方向シール部を形成することにより、隣接する幅方向シール部の間に上記袋部を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項７〜１３のいずれかの充填包装方法。
【請求項１５】
開口部を有する袋部に充填物を充填した後、上記開口部を封止する充填包装装置であって、
上記開口部を通じて上記袋部に挿入された位置と上記袋部から退避した位置との間を移動可能な第１の充填ノズルと、
上記第１の充填ノズルを介して上記袋部に挿入された位置と上記袋部から退避した位置との間を移動可能な第２の充填ノズルと、
上記第１の充填ノズルが上記袋部に挿入された位置にあるとき、上記第１の充填ノズルを介して上記袋部に第１の充填物を供給する第１の供給手段と、
上記第２の充填ノズルが上記袋部に挿入された位置にあるとき、上記第２の充填ノズルを介して上記袋部に第２の充填物を供給する第２の供給手段と、
上記第１の充填ノズルが上記袋部から退避した位置にあり且つ上記第２の充填ノズルが上記袋部に挿入された位置にあるとき、上記袋部の開口部を部分的に封止する第１の封止手段と、
上記第１の充填ノズルと上記第２の充填ノズルが共に上記袋部から退避した位置にあるとき、上記第１の封止手段で部分的に封止された後に残っている未封止部分を封止する第２の封止手段を備えていることを特徴とする充填包装装置。
【請求項１６】
上記袋部に充填された第１の充填物を上記袋部の底部に向けて押圧する押圧手段を備えていることを特徴とする請求項１５の充填包装装置。
【請求項１７】
上記押圧手段を、上記押圧手段が上記第１の充填物を２回又はそれ以上押圧するように動作させる手段を備えていることを特徴とする請求項１６の充填包装装置。
【請求項１】
袋に流体を充填し、流体が充填された袋の開口をシールする充填包装装置であって、
袋を所定の軌道に従って開口が上方に向いた状態で搬送する袋搬送機構と、
袋搬送機構によって上記所定の軌道に従って搬送されている袋に挿入され、挿入された状態で袋とともに移動し、後に袋から離脱されるノズルと、
袋に挿入されているノズルを介して該袋に流体を充填する流体充填機構と、
流体が充填された袋の開口をシールするシール機構を有することを特徴とする充填包装装置。
【請求項２】
シール機構は２つあって、
ノズルが挿入された状態の袋の開口をノズル周辺を除いて部分的にシールする第１のシール機構と、
ノズルが離脱した状態の袋の第１のシール機構がシールせずに残した開口の部分をシールする第２のシール機構とを有することを特徴とする請求項１に記載の充填包装装置。
【請求項３】
第１および第２のシール機構は、２つのローラの外周面で袋の開口を挟持しつつ該開口をシールするように構成されており、
第１のシール機構のローラの外周面には、袋の開口の挟持時にノズルを挟持しないように凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の充填包装装置。
【請求項４】
第１および第２のシール機構は、袋の開口を仮シールするものであって、
第１および第２のシール機構によって仮シールされた袋の開口を本シールする第３のシール機構を有することを特徴とする請求項２または３のいずれか一に記載の充填包装装置。
【請求項５】
流体がノズルを介して袋内に充填される前に袋に固体を充填する固体充填機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の充填包装装置。
【請求項６】
フィルムから袋を作製する袋作製機構を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載の充填包装装置。
【請求項７】
袋部に充填物を充填した後、上記袋部の開口部をシールする充填包装方法において、
上記開口部の内側に第１の充填ノズルを位置させる第１の工程と、
上記第１の充填ノズルを介して上記袋部内に第１の充填物を充填する第２の工程と、
上記第１の充填ノズルの内側に第２の充填ノズルを位置させる第３の工程と、
上記第２の充填ノズルを介して上記袋部内に第２の充填物を充填する第４の工程と、
上記第１と第２の充填ノズルを上記開口部から退避させる第５の工程と、
上記開口部を封止する第６の工程を備えたことを特徴とする充填包装方法。
【請求項８】
上記第５の工程は、上記第１の充填ノズルを上記開口部から退避させる第１の退避工程と、上記第１の充填ノズルが上記開口部から退避した後に上記第２の充填ノズルを上記開口部から退避させる第２の退避工程を含み、
上記第６の工程は、上記第２の退避工程によって上記開口部から上記第１の充填ノズルが退避した後、上記開口部に上記第２の充填ノズルが位置している状態で、上記開口部を部分的に封止する第１の封止工程と、上記第２の退避工程の後、上記第１の封止工程で封止されていない開口部の未封止部分を封止する第２の封止工程を含むことを特徴とする請求項７の充填包装方法。
【請求項９】
上記第６の工程は、上記第１と第２の封止工程で封止された上記開口部を更に封止する第３の封止工程を含むことを特徴とする請求項８の充填包装方法。
【請求項１０】
上記第２の工程で上記袋部内に充填物を充填した後、上記第３の工程によって上記第２の充填ノズルを上記第１の充填ノズルの内側に位置させることを特徴とする請求項７〜９のいずれかの充填包装方法。
【請求項１１】
上記第３の工程によって上記第２の充填ノズルを上記第１の充填ノズルの内側に位置させた後、上記第２の工程で上記袋部内に充填物を充填することを特徴とする請求項７〜９のいずれかの充填包装方法。
【請求項１２】
上記第２の工程の後、上記第１の充填ノズルを通じて上記袋部内に押圧部材を挿入して上記充填物を押圧する押圧工程を備えたことを特徴とする請求項７〜１１の充填包装方法。
【請求項１３】
上記押圧工程は、上記押圧部材を昇降して上記充填物を複数回押圧することを特徴とする請求項１２の充填包装方法。
【請求項１４】
帯状シートを折り合わせ、次に、上記帯状シートの長手方向に一定の間隔をあけて上記折り合わされた帯状シートの幅方向に伸びる幅方向シール部を形成することにより、隣接する幅方向シール部の間に上記袋部を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項７〜１３のいずれかの充填包装方法。
【請求項１５】
開口部を有する袋部に充填物を充填した後、上記開口部を封止する充填包装装置であって、
上記開口部を通じて上記袋部に挿入された位置と上記袋部から退避した位置との間を移動可能な第１の充填ノズルと、
上記第１の充填ノズルを介して上記袋部に挿入された位置と上記袋部から退避した位置との間を移動可能な第２の充填ノズルと、
上記第１の充填ノズルが上記袋部に挿入された位置にあるとき、上記第１の充填ノズルを介して上記袋部に第１の充填物を供給する第１の供給手段と、
上記第２の充填ノズルが上記袋部に挿入された位置にあるとき、上記第２の充填ノズルを介して上記袋部に第２の充填物を供給する第２の供給手段と、
上記第１の充填ノズルが上記袋部から退避した位置にあり且つ上記第２の充填ノズルが上記袋部に挿入された位置にあるとき、上記袋部の開口部を部分的に封止する第１の封止手段と、
上記第１の充填ノズルと上記第２の充填ノズルが共に上記袋部から退避した位置にあるとき、上記第１の封止手段で部分的に封止された後に残っている未封止部分を封止する第２の封止手段を備えていることを特徴とする充填包装装置。
【請求項１６】
上記袋部に充填された第１の充填物を上記袋部の底部に向けて押圧する押圧手段を備えていることを特徴とする請求項１５の充填包装装置。
【請求項１７】
上記押圧手段を、上記押圧手段が上記第１の充填物を２回又はそれ以上押圧するように動作させる手段を備えていることを特徴とする請求項１６の充填包装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２２３６７３（Ｐ２００７−２２３６７３Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６５４２（Ｐ２００７−１６５４２）
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（３９００３１７４９）株式会社トパック (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（３９００３１７４９）株式会社トパック (20)
【Ｆターム（参考）】
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