横シール機構およびそれを備えた縦型充填包装機
【課題】包装袋の横シール部への内容物の噛み込みの発生を抑制することが可能な横シール機構等を提供する。
【解決手段】本発明に係る横シール機構は、筒状フィルム１’を間において対向配置されたヒータバー２１およびヒータバー受け２４を備え、これら一対の部材で筒状フィルムを挟み込み熱シールすることで、筒状フィルム１’の密封を行う。ヒータバー２１の加圧面２１ａが曲面状に形成されている。ヒータバー２１は、その加圧面２１ａを筒状フィルム１’に当接させながら、回転軸２７ａ周りに回動しながら熱シールを行うように構成されている。
【解決手段】本発明に係る横シール機構は、筒状フィルム１’を間において対向配置されたヒータバー２１およびヒータバー受け２４を備え、これら一対の部材で筒状フィルムを挟み込み熱シールすることで、筒状フィルム１’の密封を行う。ヒータバー２１の加圧面２１ａが曲面状に形成されている。ヒータバー２１は、その加圧面２１ａを筒状フィルム１’に当接させながら、回転軸２７ａ周りに回動しながら熱シールを行うように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状もしくはペースト状の内容物を樹脂製の筒状フィルム内に充填し、適宜熱シールを行うことで上記内容物が充填された袋詰め製品を製造する縦型充填包装機に関し、特に、その包装機のうち、横シールを行う横シール機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液状もしくはペースト状の内容物を袋詰めするための包装機として種々のものが知られているが、特許文献１には、図８に示すような横シール機構が開示されている。
【０００３】
図８に示す横シール機構１２０は、内容物（不図示）が投入された筒状フィルム１０１を熱シールするための機構であり、ヒータバー１２１およびヒータバー受け１２４を有している。この横シール機構１２０の主たる特徴部は、ヒータバー１２１およびヒータバー受け１２４の他に、さらに、冷却バー１３１およびそれに対向する冷却バー受け１３４を備えている点である。冷却バー１３１および冷却バー受け１３４は、ヒータバー１２１およびヒータバー受け１２４により形成された直後の横シール部を挟み込むことで、該横シール部の熱を上記冷却バー１３１を通じて逃がし、これにより熱シール部の冷却を行う。
【０００４】
横シール機構１２０の具体的な構成について説明すると、まず、ヒータバー１２１は、シリンダＳ２を駆動源として、筒状フィルム１０１に対して進退移動するようになっている。ヒータバー１２１の下部側には、カム部１２２が設けられている。冷却バー１３１は、軸１３５周りに回動できるようになっており、図８（ａ）に示すように、ローラ１２３が上記カム部１２２に乗り上がることにより、冷却バー１３１が下側に向かって回動することとなる。
【０００５】
ヒータバー受け１２４側の構成も、上記と同じような構成となっている。すなわち、図８（ｂ）に示すように、冷却バー受け１３４がシリンダＳ１を駆動源として筒状フィルム１０１に対して進退移動するようになっており、この移動に伴ってヒータバー受け１２４が軸１２５周りに回動するようになっている。
【０００６】
以上のように構成された横シール機構１２０によって熱シールを行う場合、図８（ａ）に示すように、ヒータバー１２１が進出位置とされると共に、冷却バー受け１３４が退避位置とされる。これにより、ヒータバー受け１２４が筒状フィルム１０１に接する位置に移動し、ヒータバー１２１とヒータバー受け１２４とによって筒状フィルム１０１が挟持されることとなる。この挟持により、ヒータバー１２１からの熱を受けて筒状フィルム１０１が熱融着され、熱シール部が形成される。
【０００７】
次いで、フィルムの搬送を停止したまま、今度は図８（ｂ）の状態とされる。すなわち、ヒータバー１２１が退避位置とされることで、冷却バー１３１がフィルムに接する位置に移動し、反対側では、冷却バー受け１３４が進出位置とされる。これにより、先の工程で形成された熱シール部（まだ熱をもった状態の熱シール部を意図する）が、冷却バー１３１と冷却バー受け１３４とによって挟持され、シール部の熱が冷却バー１３１側に逃がされ、熱シール部が冷却されることとなる。
【０００８】
その後、冷却バー受け１３４に内蔵されたカッター（符号を付して示さず）を筒状フィルムに向かって進出させることにより、１つの包装袋が、筒状フィルム１０１から切り分けられる。冷却バー１３１および冷却バー受け１３４による挟持が解除されることにより、この切り分けられた１つの包装袋が下方に落下することとなる。
【０００９】
以上のように構成された横シール機構１２０によれば、筒状フィルム１０１に対して熱シールを行った直後に、熱シール部の冷却を行うことが可能であるため、熱シールされた直後の熱シール部においてフィルムが伸びてしまうといった従来の問題を解決することができる。特に、熱シール・冷却・切断がフィルムを移動させずにその場で行われるため、包装動作の高速化や包装機の小型化にも有利である。
【特許文献１】特許第２５９８８７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、図８に示したような横シール機構１２０であっても、従来一般的な横シール機構に比べれば包装動作の高速化などの観点から非常に有利である。しかしながら、形成される熱シール部の品質をより向上させるためには更なる改善が行われることが望ましい。
【００１１】
従来の構成では、ヒータバー１２１およびヒータバー受け１２３で筒状フィルム１０１を挟み込んだ際に、熱シールされる領域１０１ｈ（図９参照）に内容物が取り残されてしまう可能性があった。この問題は、例えば飲料などの液体を袋詰めする際にはそれほど顕在化しないが、例えば液体中に微小な固形物が混ざっているような内容物を袋詰めするときに顕在化することがあった。すなわち、固形物を含む内容物では、液体は上下に逃げることができるにしても、固形物は比較的移動しにくく、そのままの位置に留まってしまうためである。この状態で熱シールを行えば、当然ながら熱シール部に固形物が残ってしまうこととなり、これにより最終的な製品の見栄えが悪くなるという問題があった。また、場合によっては、熱シール部に残った固形物が腐敗するという問題も生じうる。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、包装袋の熱シール部（横シール部）への内容物の噛み込みの発生を抑えることが可能な横シール機構およびそれを備えた縦型充填包装機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の熱シール機構は、内容物が充填される筒状フィルムを間において対向配置されたヒータバーおよびヒータバー受けを備え、該ヒータバーおよびヒータバー受けで前記筒状フィルムを挟み込み熱シールすることで前記筒状フィルムを密封する横シール機構において、前記ヒータバーは、前記筒状フィルム側に向かって凸型となる曲面状の加圧面を有すると共に、筒状フィルムの送り方向に直交し、かつ前記ヒータバーが前記筒状フィルムに向かって移動する方向に直交する方向に延びる回転軸周りに回動するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の横シール機構によれば、ヒータバーが回動しながら熱シールが行われるようになっており、曲面状の加圧面でしごかれるようにして筒状フィルムが熱シールされるものであるため、熱シールされるべき領域に内容物が残りにくい。したがって、熱シール部（横シール部）への内容物の噛み込みの発生も最小限に抑えられる。
【００１５】
上記本発明の横シール機構は、前記ヒータバーが、前記加圧面の一端側が前記筒状フィルムにまず当接し、次いで前記加圧面の中央部が前記筒状フィルムに当接し、その後、前記加圧面の他端側が前記筒状フィルムに当接するように設けられているものであってもよい。また、ヒータバー受けが、前記加圧面に対向する位置に平面状の受け面を有するものであってもよい。
【００１６】
また、上記本発明の横シール機構は、より具体的には、前記回転軸を構成する軸部材を保持すると共に、該軸部材に取り付けられた第１のギアと係合する第２のギアを保持し、前記回転軸とは別に設けられた他の回転軸周りに回動する支持部材と、前記第２のギアと係合する固定歯車が形成された部材と、前記支持部材を前記他の回転軸周りに移動させる駆動手段とを有し、前記支持部材が前記他の回転軸周りに移動するのに伴って、前記第２のギアと前記固定歯車とが係合すると共に、前記第２のギアの回転により前記第１のギアが回転することで、前記ヒータバーが前記回転軸周りに回動するように構成されていることが好ましい。駆動源にはエアシリンダまたはサーボモータを利用可能である。
【００１７】
さらに上記横シール機構は、前記ヒータバーによって前記筒状フィルムに形成された熱シール部を冷却するために、前記熱シールが終了した後、前記ヒータバー受けの受け面に対向する位置（熱シール部の形成が行われる位置）に移動させられる前記熱シール部に当接する冷却バーをさらに有し、該冷却バーは、前記筒状フィルムを基準として前記ヒータバーと同じ側に配置され、かつ、前記ヒータバーが前記筒状フィルムから離れるのに連動して該筒状フィルム側に向かって移動するように構成されているものであってもよい。
【００１８】
本発明の縦型充填包装機は、上記本発明に係る横シール機構と、前記筒状フィルムを鉛直下方に搬送する搬送手段と、該横シール機構よりも上方に配置され、内容物が投入された前記筒状フィルムを挟み込みつつ回転して前記筒状フィルムを下方に送ることで前記筒状フィルムに空充填部を形成する一対のシゴキローラとを備えたものである。
【００１９】
また、本発明の他の縦型充填包装機は、上記本発明に係る横シール機構と、前記筒状フィルムを鉛直下方に搬送する搬送手段と、該横シール機構よりも上方に配置され、内容物が投入された前記筒状フィルムを挟み込みつつ回転して前記筒状フィルムを下方に送ることで前記筒状フィルムに空充填部を形成する一対のシゴキローラと、前記横シール機構よりも下方に前記筒状フィルムを間において対向配置され、前記ヒータバーによって前記筒状フィルムに形成された熱シール部を挟み込むことで該熱シール部を冷却する冷却バーおよび冷却バー受けとを備えたものである。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明によれば、横シール機構のヒータバーが回動しつつ筒状フィルムをしごくようにして熱シールが行われるようになっていることから、熱シールされるべき領域に内容物が残りにくく、その結果、熱シール部への内容物の噛み込みの発生を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳しく述べる。図１は、本発明の一実施形態に係る縦型充填包装機の全体構成を概略的に示す正面図であり、図２は、図１の縦型充填包装機の横シール機構を示す正面図である。なお、図２（ａ）は熱シールを行う際の状態を示しており、図２（ｂ）は熱シール部の冷却時ないし切断時を示している。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の縦型充填包装機５０は、基本的には従来の構成と同じように、シート状のフィルム１を筒状に折り込むための製袋ガイド１４と、互いに重ね合わせられたフィルムの側縁部同士を熱シールし、縦シール部を形成する縦シール機構１０と、縦シール機構１０の下方に配置された、フィルムを搬送するための搬送ローラ１２とを有している。
【００２３】
縦シール機構１０は、ヒータ等の加熱手段が内蔵されたヒータバーを備えており、このヒータバーでフィルムの側縁部同士を加熱することで、フィルムを溶融させ熱シール部（縦シール部）を形成する。なお、本明細書においては、この縦シール部が形成された状態のフィルムを「筒状フィルム１’」という。
【００２４】
筒状フィルム１’内には、投入ノズル１５を通じて内容物が供給されるようになっている。特に限定されるものではないが、投入ノズル１５の下端は、搬送ローラ１２より下方に位置している。
【００２５】
図１の縦型充填包装機５０は、上記の他にも、筒状フィルム１’を挟み込むことが可能な一対のシゴキローラ１１と、その下方に配置された横シール機構２０とを有している。
【００２６】
シゴキローラ１１は、投入された内容物が存在している領域を挟み込むように駆動される。これにより、内容物はシゴキローラ１１の上下に分割される。次いで、シゴキローラ１１が回転し、筒状フィルム１’を下方に送ることで、筒状フィルム１’に扁平な空充填部１ａが形成される。後述する横シール機構２０は、この空充填部１ａを熱シール（横シール）するようになっている。このように、空充填部１ａを形成し、この部位を熱シールするという構成は従来公知であるが、このような構成の利点としては、扁平な部位を熱シールする構成であるので熱シール部にシワ等が生じにくいということが挙げられる。また、シゴキローラ１１によって内容物をしごき分ける構成となっているので、最終的な袋詰め製品内に空気が残らないという利点もある。
【００２７】
横シール機構２０は、詳細には図２〜図４に示すような構成となっている。この横シール機構２０は、基本的な構成は従来の横シール機構１２０（図６参照）と共通するが、ヒータバー２１が図４に示すような動作、すなわち、筒状フィルム１’をしごきながら熱シールするような動作を実施できるように構成されている点で相違する。以下、これについて具体的に説明する。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、本実施形態の横シール機構２０は、ヒータバー２１およびヒータバー受け２４を有している。ヒータバー受け側のユニットの構成は、従来の横シール機構１２０（図６参照）とほぼ同様であり、不図示のエアシリンダ等を駆動源としてヒータバー受け２４が筒状フィルム１’に対して進退移動可能に構成されている。ヒータバー受け２４の下部側にはカム部３２が設けられている。
【００２９】
冷却バー受け３４は、軸３５ａ周りに回動自在に構成されると共に、不図示の付勢手段によって矢印Ｒ1方向に付勢されている。図２（ａ）に示すようにヒータバー受け２４が進出位置とされた状態で、冷却バー受け３４の支持部材３６に設けられたローラ３３がカム部３２に乗り上がるようになっている。これにより、支持部材３６が、不図示の付勢手段からの付勢力に抗しながら矢印Ｒ1方向とは逆周りに回動し、冷却バー受け３４が筒状フィルム１’から離れることとなる。
【００３０】
一方、図２（ｂ）に示すように、ヒータバー受け２４を退避位置に移動させると、これに合わせてカム部３２も図示左側に移動するため、ローラ３３とカム部３２との係合が解除される。これにより、支持部材３６は、不図示の付勢手段からの付勢力により、矢印Ｒ1方向に回動し、冷却バー受け３４が筒状フィルム１’に近接（または接触）することとなる。
【００３１】
次に、ヒータバー２１側のユニットの構成について説明する。図３に示すように、本実施形態に係るヒータバー２１は、曲面状に形成された加圧面２１ａを有している。正確には、加圧面２１ａは断面が円弧状をなすような曲面（筒状フィルム側に向かって凸型となるような曲面）であり、その曲率半径は例えば４０ｍｍである。加圧面２１ａは金属で形成されていてもよく、あるいは耐熱高硬度ゴムで形成されていてもよい。ヒータバー受け２４の受け面２４ａ（図２に示す）は曲面ではなく平面で形成されている。
【００３２】
ヒータバー２１は、軸部材２７ａによって支持されており、この軸部材２７ａの中心軸（回転軸）周りに回動可能となっている。軸部材２７ａ自体は、支持部材２６によって回転可能に支持されており、図３（ａ）からも明らかなように、軸部材２７ａの延在方向は水平方向（Ｙ方向）となっている。「Ｙ方向」とは、筒状フィルム１’の送り方向に直交し、かつ、ヒータバー２１が上記筒状フィルム１’に向かって進退移動する方向に直交する方向である。
【００３３】
軸部材２７ａには第１のギア２７が取り付けられており、このギア２７の回転に応じてヒータバー２１も回転するようになっている。支持部材２６は、回転軸２５ａ周りに回動自在に構成された部材であり、上記第１のギア２７に係合する第２のギア２８を保持している。第２のギア２８は、支持部材２６とは別に設けられた部材３０に形成された固定歯車２９にも係合するようになっている。
【００３４】
このような構成により、支持部材２６が、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態へと矢印Ｒ2方向に回動するのに伴って、固定歯車２９に係合している第２のギア２８が回転させられる。この第２のギア２８の回転により、それに係合する第１のギア２７が所定角度だけ回転し、これに合わせてヒータバー２１も同じ角度だけ回動するようになっている。
【００３５】
支持部材２６を回転軸２５ａ周りに回動させるための駆動源としては、特に限定されるものではないが、例えばエアシリンダであってもよい。具体的には、本実施形態においては、２つのエアシリンダＳ１，Ｓ２が使用されている。エアシリンダＳ１，Ｓ２はいずれも、支持部材２６のうち回転軸２５ａから所定距離だけ離れた連結部２６ａに連結されている。これら２つのエアシリンダＳ１，Ｓ２の作用により、支持部材２６は後述する第１〜第３の姿勢をとるようになっている。なお、ヒータバー２１側のユニットは、不図示のエアシリンダ等を駆動源としてヒータバー２１が筒状フィルム１’に対して進退移動可能に構成されている。
【００３６】
支持部材２６の第１の姿勢は、図４（ａ），（ｂ）〔図３（ａ）も同じ〕に示す姿勢であり、支持部材２６がこの第１の姿勢をとるとき、ヒータバー２１は、その加圧面２１ａの上部側が筒状フィルムに接するような状態となっている。
【００３７】
第２の姿勢は、図４（ｃ）に示す姿勢であり、この姿勢は、２つのシリンダＳ１，Ｓ２のうち、シリンダＳ１のみのシリンダアームを縮めることによって実現される。シリンダＳ１のストローク長は例えば１０ｍｍであってもよい。支持部材２６がこの第２の姿勢をとるとき、ヒータバー２１は、その加圧面２１ａの下部側が筒状フィルムに接するような状態となる。
【００３８】
第３の姿勢は、図４（ｄ）に示す姿勢であり、第２の姿勢から、さらにシリンダＳ２のシリンダアームを縮めることによって実現される。シリンダＳ２のストローク長は例えば３５ｍｍであってもよい。支持部材２６がこの第３の姿勢をとるとき、ヒータバー２１は、進出位置とされた冷却バー３１の下方に位置し、またその加圧面２１ａはほぼ真上を向いている。この第３の姿勢は、冷却バー３１および冷却バー受け３４で筒状フィルム１’を挟み込む際にとられる姿勢である。
【００３９】
以上のように構成された本実施形態の熱シール機構２０の動作について、以下、図４および図５を参照して説明する。
【００４０】
図４（ａ）は一連の動作の初期状態であり、ヒータバー２１側のユニットおよびヒータバー受け２４側のユニットがいずれも筒状フィルム１’から離れている。ヒータバー２１側のユニットでは、２つのシリンダＳ１，Ｓ２の各シリンダアーム（不図示）が進出させられることで、支持部材２６が第１の姿勢となっている。ヒータバー受け２４側のユニットでは、ヒータバー受け２４が退避位置とされ、これにより、冷却バー受け３４が筒状フィルム１’に対向した状態となっている。
【００４１】
この状態から、次いで、図４（ｂ）に示すように、ヒータバー２１側のユニットとヒータバー受け２４側のユニットをそれぞれ筒状フィルム１’に近接させると共に、これと同時に、ヒータバー受け２４を進出位置とする。これにより、ヒータバー２１とヒータバー受け２４とにより、筒状フィルム１’が挟持され、熱シール動作が開始される。
【００４２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、シリンダＳ１のシリンダアームを縮めさせ、支持部材２６を、第１の姿勢から第２の姿勢へと移動させる。本実施形態における熱シール動作は、図４（ｂ）の状態から図４（ｃ）の状態になるまでの間に実施される。これについて、図５を参照し、ヒータバー２１の動きに着目して具体的に説明する。
【００４３】
まず、ヒータバー２１は、図５（ａ）に示すように、加圧面２１ａの上部側がまず筒状フィルムに接するような姿勢で筒状フィルム１’に押し当てられる。次いで、この状態から、支持部材２６が回転軸２５ａ周りに所定角度だけ回動することで、ヒータバー２１は、図５（ｂ）に示すように、加圧面２１ａの中央部が筒状フィルム１’に押し当てられるような姿勢をとる。ここまでの動作により、熱シール部のおよそ半分が形成されることとなる。
【００４４】
続いて、支持部材２６がさらに回動することにより、ヒータバー２１は、図５（ｃ）に示すように、加圧面２１ａの下部側が筒状フィルムに接するような姿勢をとることとなる。これにより、加圧面２１ａが押し付けられた領域の全てが熱シールされることとなる。
【００４５】
上述のように、本実施形態の横シール機構２０では、ヒータバー２１がこのように回動しながら筒状フィルムを押圧するようになっているため、筒状フィルム１’内に存在する内容物をしごき下ろしながら熱シールが行われることとなる。したがって、熱シール部に残留する内容物の量が最小限に抑えられ、最終的に得られる熱シール部は、内容物の噛み込みが抑えられた良好なものとなる。
【００４６】
特に、本実施形態の構成においては、ヒータバー２１の回転中心である軸部材２７ａが一箇所に固定されているものではなく、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、軌道Ａ25に沿って移動するようになっている。このように、軸部材２７ａ自体が軌道Ａ25上を移動すると共に、それに同期してヒータバー２１が軸部材２７ａ周りに回転する構成であることから、加圧面２１ａとフィルムとの間の擦れ等を生じさせることなく、良好に熱シールを行うことができるようになっている。
【００４７】
以上の工程により、熱シール部が形成された後、図４（ｄ）に示すように、支持部材２６を第３の姿勢まで移動させると共に、冷却バー３１を進出させる。また、これに合わせてヒータバー受け２４を退避位置とし、冷却バー受け２４を筒状フィルム１’に対向させる。この工程は、従来の横シール機構と同様のものであり、冷却バー３１と冷却バー受け３４とで筒状フィルムに形成された熱シール部を挟持することで熱シール部の冷却が行われる。
【００４８】
熱シールが終了した直後では熱シール部は未だ高温のままとなっており、仮に熱シール部内に液体等が挟み込まれていた場合、この熱により、挟み込まれた液体が気化し、その結果、熱シール部が剥離する可能性もある。これに対して、本実施形態の横シール機構によれば、熱シールの直後に熱シール部の冷却を行うことが可能であるため、そのような問題が生じにくいものとなる。また、この冷却動作は、筒状フィルムの搬送を行うことなく実施されるものであるため、搬送に伴なって熱シール部が伸びるといった問題を生じさせることもない。
【００４９】
続いて、図４（ｄ）の状態において、冷却バー３１に内蔵されたカッター（不図示）を進出させることにより、横シール部の中央を切断し、これにより袋詰め製品が筒状フィルム１’から切り分けられる。その後、図４（ｄ）の状態から、まず、ヒータバー２１側のユニット、および、ヒータバー受け２４側のユニットをそれぞれ筒状フィルム１’から退避させると共に、冷却バー３１を退避位置とし、かつ、両エアシリンダＳ１、Ｓ２のシリンダアームを戻して支持部材２６を第１の姿勢とすることで、横シール機構は図４（ａ）の状態に戻る。
【００５０】
以上説明したような本実施形態の横シール機構２０では、図５に示したように、曲面状の加圧面２１ａの上部側がまず筒状フィルムに当接し、次いで加圧面２１ａの中央部が当接し、最後に加圧面２１ａの下部側が当接するようにして、ヒータバー２１が筒状フィルム１’に押し当てられるようになっている。このようにヒータバーが回転しながら熱シールが行われる構成によれば、筒状フィルム内の内容物をしごき下ろしながら熱シールが行われることとなるので、横シール部への内容物（特に、それに含まれる固形物）の噛み込みが発生しにくいものとなる。
【００５１】
図５（ａ）〜（ｃ）に示す順とは逆に、まず図５（ｃ）に示すように加圧面２１ａの下部側を当接させ、次いで図５（ｂ）の状態を経て、最終的に図５（ａ）の状態となるように、ヒータバー２１を動作させた場合であっても、上記のような作用効果を得ることが可能である。しかし、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、上方から下方に向かってしごくように動作させた方が、より効果的に上記作用効果を得ることができると考えられる。
【００５２】
＜変形例＞
ヒータバー２１が回転しながら筒状フィルムに押し当てられることによる上記のような作用効果に着目すると、本発明の横シール機構は、必ずしも冷却バー３１および冷却バー受け３４を備えた構成である必要はない。加圧面２１ａが曲面状に形成され、かつ、図５に示したような回動しながらの熱シールを行うことができるものであれば、上記同様、内容物をしごき下ろしながらの熱シールが可能となる。
【００５３】
また上記本実施形態では、図３に示したように、支持部材２６を移動させる駆動源としてエアシリンダＳ１，Ｓ２を用いている。駆動源としてエアシリンダを利用する場合、比較的簡単な構造で動作部を構成することができるという利点があるが、駆動源は必ずしもこれに限定されるわけではない。例えば、サーボモータ等を駆動源として利用すれば、動作タイミング等のずれがより生じにくい高信頼性な熱シール動作が実現される。
【００５４】
ここで、図６および図７を参照して、図１に示した縦型充填包装機の一変形例について説明する。図６は図１に示した縦型充填包装機の一変形例の全体構成を概略的に示す正面図であり、図７は図６の縦型充填包装機の横シール機構を示す正面図である。
【００５５】
図６に示すように、本変形例の縦型充填包装機５０’は、シゴキローラ１１の下方に配置された横シール機構６０と、横シール機構６０の下方に配置された冷却カット機構８０とを有している。縦型充填包装機５０’のその他の構成は、図１に示した縦型充填包装機５０と同じである。本変形例における横シール機構６０はヒータバーおよびヒータバー受けを有しているが、図２等に示した横シール機構２０とは異なり、冷却バーおよび冷却バー受けを有していない。そのため、本変形例の縦型充填包装機５０’は、冷却カット機構８０を横シール機構６０の下方に備え、これにより、横シール機構６０による熱シールによって形成された筒状フィルム１’の熱シール部を冷却し、切断するように構成されている。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、本変形例の横シール機構６０は、ヒータバー６１およびヒータバー受け７０を有している。ヒータバー受け７０側のユニットは、エアシリンダ７１を駆動源としてヒータバー受け７０が筒状フィルム１’（図７では図示していない）に対して進退移動可能に構成されている。
【００５７】
次に、ヒータバー６１側のユニットの構成について説明する。図７（ｂ）に示すように、本変形例に係るヒータバー６１も、図２等に示したヒータバー２１と同様に曲面状に形成された加圧面６１ａを有している。加圧面６１ａは金属で構成されていてもよく、あるいは耐熱高硬度ゴムで構成されていてもよい。ヒータバー受け７０の受け面は曲面ではなく平面で形成されている。
【００５８】
ヒータバー６１は、軸部材６１ｂによって支持されており、この軸部材６１ｂの中心軸（回転軸）周りに回動可能となっている。軸部材６１ｂ自体は支持部材６２によって支持されており、図７（ｂ）に示されているように軸部材６１ｂの延在方向は水平方向（Ｙ方向）となっている。「Ｙ方向」の定義は上述した通りである。
【００５９】
軸部材６１ｂには第１のギア６４が取り付けられており、このギア６４の回転に応じてヒータバー６１も回転するようになっている。支持部材６２は、回転軸６２ａ周りに回動自在に構成された部材であり、第１のギア６４に係合する第２のギア６５を保持している。第２のギア６５は、支持部材６２とは別に設けられた部材６３に設けられた固定歯車６６にも係合するようになっている。
【００６０】
このような構成によれば、支持部材６２が回転軸６２ａ周りに回動するのに伴って、固定歯車６６に係合している第２のギア６５が回転する。この第２のギア６５の回転により、それに係合する第１のギア６４が所定角度だけ回転し、これに合わせてヒータバー６１も同じ角度だけ回動する。
【００６１】
本変形例では、支持部材６２を回転軸６２ａ周りに回動させるための駆動源としてサーボモータ６９が用いられている。サーボモータ６９は駆動ギア６７を回転駆動し、駆動ギア６７は支持部材６２の後端部に形成された駆動歯車６８に係合している。サーボモータ６９によって駆動ギア６７を回転駆動することで、支持部材６２を回転軸６２ａ周りに回動させることが可能である。サーボモータ６９による支持部材６２の回動動作により、支持部材６２は以下の第１〜第２の姿勢をとるようになっている。なお、ヒータバー６１側のユニットは、不図示のエアシリンダ等を駆動源として筒状フィルム１’に対して進退移動可能に構成されている。
【００６２】
支持部材２６の第１の姿勢は、図７（ａ）に示す姿勢であり、支持部材６２がこの第１の姿勢をとるとき、ヒータバー５１は、その加圧面６１ａの上部側が筒状フィルムに接するような状態となっている。
【００６３】
第２の姿勢は、図７（ｃ）に示す姿勢であり、支持部材６２がこの第２の姿勢をとるとき、ヒータバー６１は、その加圧面６１ａの下部側が筒状フィルムに接するような状態となる。
【００６４】
以上のように構成された本変形例の熱シール機構６０および冷却カット機構８０の動作について、以下、図６および図７を参照して説明する。
【００６５】
一連の動作の初期状態では、ヒータバー６１側のユニットおよびヒータバー受け７０側のユニットはいずれも筒状フィルム１’から離れている。ヒータバー６１側のユニットでは、サーボモータ６９が図７（ｂ）のＡ方向に回転させられて、支持部材６２が第１の姿勢（図７（ａ）参照）となっている。
【００６６】
この状態から、図７（ａ）に示すように、ヒータバー６１側のユニットを筒状フィルム１’（図７では不図示）に近接させると同時に、ヒータバー受け７０を進出位置とする。これにより、ヒータバー６１とヒータバー受け７０とにより、筒状フィルム１’が挟持され、熱シール動作が開始される。
【００６７】
次いで、サーボモータ６９を図７（ｂ）のＢ方向に回転させて、支持部材６２を、第１の姿勢から第２の姿勢へと移動させていく。本変形例における熱シール動作は、図７（ａ）の状態から図７（ｃ）の状態になるまでの間に実施される。なお、本変形例におけるヒータバー６１の動きも図５に示した動きと同様であるので、ここではその説明は省略する。
【００６８】
図７に示すように、本変形例における横シール機構６０も、ヒータバー６１が回動しながら筒状フィルムを押圧するようになっているため、筒状フィルム内に存在する内容物をしごき下ろしながら熱シールが行われることとなる。したがって、熱シール部に残留する内容物の量が最小限に抑えられ、最終的に得られる熱シール部は、内容物の噛み込みが抑えられた良好なものとなる。
【００６９】
以上の工程によって熱シール部が形成された後、ヒータバー６１側のユニットおよびヒータバー受け７０を待避位置に移動させる。そして、シゴキローラ１１を回転させて、熱シール部が冷却カット機構８０の位置に配置されるまで、筒状フィルム１’を下方に送る。
【００７０】
続いて、冷却カット機構８０の冷却バー８１と冷却バー受け８２とで筒状フィルムに形成された熱シール部を挟持することで熱シール部の冷却を行う。その後、冷却バー８１に内蔵されたカッター（不図示）を進出させることにより、横シール部の中央を切断し、これにより袋詰め製品が筒状フィルム１’から切り分けられる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る縦型充填包装機の全体構成を概略的に示す正面図である。
【図２】図１の縦型充填包装機の横シール機構を示す正面図である。
【図３】図２の横シール機構の一部を拡大して示す図であり、図３（ａ），（ｂ）のそれぞれの状態は図２（ａ），（ｂ）の各状態に対応する。
【図４】本発明に係る横シール機構による熱シール動作および熱シール部の冷却動作について説明するための図である。
【図５】本発明に係る横シール機構による熱シール動作についてより詳細に説明するための模式図である。
【図６】図１に示した縦型充填包装機の一変形例の全体構成を概略的に示す正面図である。
【図７】図６の縦型充填包装機の横シール機構を示す正面図である。
【図８】従来の横シール機構の構成および動作を説明するための正面図である。
【図９】ヒータバーおよびヒータバー受けで挟まれる筒状フィルムの領域を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ フィルム
１’ 筒状フィルム
１ａ 空充填部
１０ 縦シール機構
１１ シゴキローラ
１２ 搬送ローラ
１４ 製袋ガイド
１５ 投入ノズル
２０，６０ 横シール機構
２１，６１ ヒータバー
２４ ヒータバー受け
２５ａ，６２ａ 回転軸
２６，６２ 支持部材
２６ａ 連結部
２７，６４ 第１のギア
２７ａ，６１ｂ，６５ａ 軸部材
２８，６５ 第２のギア
２９，６６ 固定歯車
３０，６３ 部材
３１，８１ 冷却バー
３２ カム部
３３ ローラ
３４，８２ 冷却バー受け
３５ａ 軸
３６ 支持部材
５０ 縦型充填包装機
８０ 冷却カット機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状もしくはペースト状の内容物を樹脂製の筒状フィルム内に充填し、適宜熱シールを行うことで上記内容物が充填された袋詰め製品を製造する縦型充填包装機に関し、特に、その包装機のうち、横シールを行う横シール機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液状もしくはペースト状の内容物を袋詰めするための包装機として種々のものが知られているが、特許文献１には、図８に示すような横シール機構が開示されている。
【０００３】
図８に示す横シール機構１２０は、内容物（不図示）が投入された筒状フィルム１０１を熱シールするための機構であり、ヒータバー１２１およびヒータバー受け１２４を有している。この横シール機構１２０の主たる特徴部は、ヒータバー１２１およびヒータバー受け１２４の他に、さらに、冷却バー１３１およびそれに対向する冷却バー受け１３４を備えている点である。冷却バー１３１および冷却バー受け１３４は、ヒータバー１２１およびヒータバー受け１２４により形成された直後の横シール部を挟み込むことで、該横シール部の熱を上記冷却バー１３１を通じて逃がし、これにより熱シール部の冷却を行う。
【０００４】
横シール機構１２０の具体的な構成について説明すると、まず、ヒータバー１２１は、シリンダＳ２を駆動源として、筒状フィルム１０１に対して進退移動するようになっている。ヒータバー１２１の下部側には、カム部１２２が設けられている。冷却バー１３１は、軸１３５周りに回動できるようになっており、図８（ａ）に示すように、ローラ１２３が上記カム部１２２に乗り上がることにより、冷却バー１３１が下側に向かって回動することとなる。
【０００５】
ヒータバー受け１２４側の構成も、上記と同じような構成となっている。すなわち、図８（ｂ）に示すように、冷却バー受け１３４がシリンダＳ１を駆動源として筒状フィルム１０１に対して進退移動するようになっており、この移動に伴ってヒータバー受け１２４が軸１２５周りに回動するようになっている。
【０００６】
以上のように構成された横シール機構１２０によって熱シールを行う場合、図８（ａ）に示すように、ヒータバー１２１が進出位置とされると共に、冷却バー受け１３４が退避位置とされる。これにより、ヒータバー受け１２４が筒状フィルム１０１に接する位置に移動し、ヒータバー１２１とヒータバー受け１２４とによって筒状フィルム１０１が挟持されることとなる。この挟持により、ヒータバー１２１からの熱を受けて筒状フィルム１０１が熱融着され、熱シール部が形成される。
【０００７】
次いで、フィルムの搬送を停止したまま、今度は図８（ｂ）の状態とされる。すなわち、ヒータバー１２１が退避位置とされることで、冷却バー１３１がフィルムに接する位置に移動し、反対側では、冷却バー受け１３４が進出位置とされる。これにより、先の工程で形成された熱シール部（まだ熱をもった状態の熱シール部を意図する）が、冷却バー１３１と冷却バー受け１３４とによって挟持され、シール部の熱が冷却バー１３１側に逃がされ、熱シール部が冷却されることとなる。
【０００８】
その後、冷却バー受け１３４に内蔵されたカッター（符号を付して示さず）を筒状フィルムに向かって進出させることにより、１つの包装袋が、筒状フィルム１０１から切り分けられる。冷却バー１３１および冷却バー受け１３４による挟持が解除されることにより、この切り分けられた１つの包装袋が下方に落下することとなる。
【０００９】
以上のように構成された横シール機構１２０によれば、筒状フィルム１０１に対して熱シールを行った直後に、熱シール部の冷却を行うことが可能であるため、熱シールされた直後の熱シール部においてフィルムが伸びてしまうといった従来の問題を解決することができる。特に、熱シール・冷却・切断がフィルムを移動させずにその場で行われるため、包装動作の高速化や包装機の小型化にも有利である。
【特許文献１】特許第２５９８８７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、図８に示したような横シール機構１２０であっても、従来一般的な横シール機構に比べれば包装動作の高速化などの観点から非常に有利である。しかしながら、形成される熱シール部の品質をより向上させるためには更なる改善が行われることが望ましい。
【００１１】
従来の構成では、ヒータバー１２１およびヒータバー受け１２３で筒状フィルム１０１を挟み込んだ際に、熱シールされる領域１０１ｈ（図９参照）に内容物が取り残されてしまう可能性があった。この問題は、例えば飲料などの液体を袋詰めする際にはそれほど顕在化しないが、例えば液体中に微小な固形物が混ざっているような内容物を袋詰めするときに顕在化することがあった。すなわち、固形物を含む内容物では、液体は上下に逃げることができるにしても、固形物は比較的移動しにくく、そのままの位置に留まってしまうためである。この状態で熱シールを行えば、当然ながら熱シール部に固形物が残ってしまうこととなり、これにより最終的な製品の見栄えが悪くなるという問題があった。また、場合によっては、熱シール部に残った固形物が腐敗するという問題も生じうる。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、包装袋の熱シール部（横シール部）への内容物の噛み込みの発生を抑えることが可能な横シール機構およびそれを備えた縦型充填包装機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の熱シール機構は、内容物が充填される筒状フィルムを間において対向配置されたヒータバーおよびヒータバー受けを備え、該ヒータバーおよびヒータバー受けで前記筒状フィルムを挟み込み熱シールすることで前記筒状フィルムを密封する横シール機構において、前記ヒータバーは、前記筒状フィルム側に向かって凸型となる曲面状の加圧面を有すると共に、筒状フィルムの送り方向に直交し、かつ前記ヒータバーが前記筒状フィルムに向かって移動する方向に直交する方向に延びる回転軸周りに回動するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の横シール機構によれば、ヒータバーが回動しながら熱シールが行われるようになっており、曲面状の加圧面でしごかれるようにして筒状フィルムが熱シールされるものであるため、熱シールされるべき領域に内容物が残りにくい。したがって、熱シール部（横シール部）への内容物の噛み込みの発生も最小限に抑えられる。
【００１５】
上記本発明の横シール機構は、前記ヒータバーが、前記加圧面の一端側が前記筒状フィルムにまず当接し、次いで前記加圧面の中央部が前記筒状フィルムに当接し、その後、前記加圧面の他端側が前記筒状フィルムに当接するように設けられているものであってもよい。また、ヒータバー受けが、前記加圧面に対向する位置に平面状の受け面を有するものであってもよい。
【００１６】
また、上記本発明の横シール機構は、より具体的には、前記回転軸を構成する軸部材を保持すると共に、該軸部材に取り付けられた第１のギアと係合する第２のギアを保持し、前記回転軸とは別に設けられた他の回転軸周りに回動する支持部材と、前記第２のギアと係合する固定歯車が形成された部材と、前記支持部材を前記他の回転軸周りに移動させる駆動手段とを有し、前記支持部材が前記他の回転軸周りに移動するのに伴って、前記第２のギアと前記固定歯車とが係合すると共に、前記第２のギアの回転により前記第１のギアが回転することで、前記ヒータバーが前記回転軸周りに回動するように構成されていることが好ましい。駆動源にはエアシリンダまたはサーボモータを利用可能である。
【００１７】
さらに上記横シール機構は、前記ヒータバーによって前記筒状フィルムに形成された熱シール部を冷却するために、前記熱シールが終了した後、前記ヒータバー受けの受け面に対向する位置（熱シール部の形成が行われる位置）に移動させられる前記熱シール部に当接する冷却バーをさらに有し、該冷却バーは、前記筒状フィルムを基準として前記ヒータバーと同じ側に配置され、かつ、前記ヒータバーが前記筒状フィルムから離れるのに連動して該筒状フィルム側に向かって移動するように構成されているものであってもよい。
【００１８】
本発明の縦型充填包装機は、上記本発明に係る横シール機構と、前記筒状フィルムを鉛直下方に搬送する搬送手段と、該横シール機構よりも上方に配置され、内容物が投入された前記筒状フィルムを挟み込みつつ回転して前記筒状フィルムを下方に送ることで前記筒状フィルムに空充填部を形成する一対のシゴキローラとを備えたものである。
【００１９】
また、本発明の他の縦型充填包装機は、上記本発明に係る横シール機構と、前記筒状フィルムを鉛直下方に搬送する搬送手段と、該横シール機構よりも上方に配置され、内容物が投入された前記筒状フィルムを挟み込みつつ回転して前記筒状フィルムを下方に送ることで前記筒状フィルムに空充填部を形成する一対のシゴキローラと、前記横シール機構よりも下方に前記筒状フィルムを間において対向配置され、前記ヒータバーによって前記筒状フィルムに形成された熱シール部を挟み込むことで該熱シール部を冷却する冷却バーおよび冷却バー受けとを備えたものである。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明によれば、横シール機構のヒータバーが回動しつつ筒状フィルムをしごくようにして熱シールが行われるようになっていることから、熱シールされるべき領域に内容物が残りにくく、その結果、熱シール部への内容物の噛み込みの発生を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳しく述べる。図１は、本発明の一実施形態に係る縦型充填包装機の全体構成を概略的に示す正面図であり、図２は、図１の縦型充填包装機の横シール機構を示す正面図である。なお、図２（ａ）は熱シールを行う際の状態を示しており、図２（ｂ）は熱シール部の冷却時ないし切断時を示している。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の縦型充填包装機５０は、基本的には従来の構成と同じように、シート状のフィルム１を筒状に折り込むための製袋ガイド１４と、互いに重ね合わせられたフィルムの側縁部同士を熱シールし、縦シール部を形成する縦シール機構１０と、縦シール機構１０の下方に配置された、フィルムを搬送するための搬送ローラ１２とを有している。
【００２３】
縦シール機構１０は、ヒータ等の加熱手段が内蔵されたヒータバーを備えており、このヒータバーでフィルムの側縁部同士を加熱することで、フィルムを溶融させ熱シール部（縦シール部）を形成する。なお、本明細書においては、この縦シール部が形成された状態のフィルムを「筒状フィルム１’」という。
【００２４】
筒状フィルム１’内には、投入ノズル１５を通じて内容物が供給されるようになっている。特に限定されるものではないが、投入ノズル１５の下端は、搬送ローラ１２より下方に位置している。
【００２５】
図１の縦型充填包装機５０は、上記の他にも、筒状フィルム１’を挟み込むことが可能な一対のシゴキローラ１１と、その下方に配置された横シール機構２０とを有している。
【００２６】
シゴキローラ１１は、投入された内容物が存在している領域を挟み込むように駆動される。これにより、内容物はシゴキローラ１１の上下に分割される。次いで、シゴキローラ１１が回転し、筒状フィルム１’を下方に送ることで、筒状フィルム１’に扁平な空充填部１ａが形成される。後述する横シール機構２０は、この空充填部１ａを熱シール（横シール）するようになっている。このように、空充填部１ａを形成し、この部位を熱シールするという構成は従来公知であるが、このような構成の利点としては、扁平な部位を熱シールする構成であるので熱シール部にシワ等が生じにくいということが挙げられる。また、シゴキローラ１１によって内容物をしごき分ける構成となっているので、最終的な袋詰め製品内に空気が残らないという利点もある。
【００２７】
横シール機構２０は、詳細には図２〜図４に示すような構成となっている。この横シール機構２０は、基本的な構成は従来の横シール機構１２０（図６参照）と共通するが、ヒータバー２１が図４に示すような動作、すなわち、筒状フィルム１’をしごきながら熱シールするような動作を実施できるように構成されている点で相違する。以下、これについて具体的に説明する。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、本実施形態の横シール機構２０は、ヒータバー２１およびヒータバー受け２４を有している。ヒータバー受け側のユニットの構成は、従来の横シール機構１２０（図６参照）とほぼ同様であり、不図示のエアシリンダ等を駆動源としてヒータバー受け２４が筒状フィルム１’に対して進退移動可能に構成されている。ヒータバー受け２４の下部側にはカム部３２が設けられている。
【００２９】
冷却バー受け３４は、軸３５ａ周りに回動自在に構成されると共に、不図示の付勢手段によって矢印Ｒ1方向に付勢されている。図２（ａ）に示すようにヒータバー受け２４が進出位置とされた状態で、冷却バー受け３４の支持部材３６に設けられたローラ３３がカム部３２に乗り上がるようになっている。これにより、支持部材３６が、不図示の付勢手段からの付勢力に抗しながら矢印Ｒ1方向とは逆周りに回動し、冷却バー受け３４が筒状フィルム１’から離れることとなる。
【００３０】
一方、図２（ｂ）に示すように、ヒータバー受け２４を退避位置に移動させると、これに合わせてカム部３２も図示左側に移動するため、ローラ３３とカム部３２との係合が解除される。これにより、支持部材３６は、不図示の付勢手段からの付勢力により、矢印Ｒ1方向に回動し、冷却バー受け３４が筒状フィルム１’に近接（または接触）することとなる。
【００３１】
次に、ヒータバー２１側のユニットの構成について説明する。図３に示すように、本実施形態に係るヒータバー２１は、曲面状に形成された加圧面２１ａを有している。正確には、加圧面２１ａは断面が円弧状をなすような曲面（筒状フィルム側に向かって凸型となるような曲面）であり、その曲率半径は例えば４０ｍｍである。加圧面２１ａは金属で形成されていてもよく、あるいは耐熱高硬度ゴムで形成されていてもよい。ヒータバー受け２４の受け面２４ａ（図２に示す）は曲面ではなく平面で形成されている。
【００３２】
ヒータバー２１は、軸部材２７ａによって支持されており、この軸部材２７ａの中心軸（回転軸）周りに回動可能となっている。軸部材２７ａ自体は、支持部材２６によって回転可能に支持されており、図３（ａ）からも明らかなように、軸部材２７ａの延在方向は水平方向（Ｙ方向）となっている。「Ｙ方向」とは、筒状フィルム１’の送り方向に直交し、かつ、ヒータバー２１が上記筒状フィルム１’に向かって進退移動する方向に直交する方向である。
【００３３】
軸部材２７ａには第１のギア２７が取り付けられており、このギア２７の回転に応じてヒータバー２１も回転するようになっている。支持部材２６は、回転軸２５ａ周りに回動自在に構成された部材であり、上記第１のギア２７に係合する第２のギア２８を保持している。第２のギア２８は、支持部材２６とは別に設けられた部材３０に形成された固定歯車２９にも係合するようになっている。
【００３４】
このような構成により、支持部材２６が、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態へと矢印Ｒ2方向に回動するのに伴って、固定歯車２９に係合している第２のギア２８が回転させられる。この第２のギア２８の回転により、それに係合する第１のギア２７が所定角度だけ回転し、これに合わせてヒータバー２１も同じ角度だけ回動するようになっている。
【００３５】
支持部材２６を回転軸２５ａ周りに回動させるための駆動源としては、特に限定されるものではないが、例えばエアシリンダであってもよい。具体的には、本実施形態においては、２つのエアシリンダＳ１，Ｓ２が使用されている。エアシリンダＳ１，Ｓ２はいずれも、支持部材２６のうち回転軸２５ａから所定距離だけ離れた連結部２６ａに連結されている。これら２つのエアシリンダＳ１，Ｓ２の作用により、支持部材２６は後述する第１〜第３の姿勢をとるようになっている。なお、ヒータバー２１側のユニットは、不図示のエアシリンダ等を駆動源としてヒータバー２１が筒状フィルム１’に対して進退移動可能に構成されている。
【００３６】
支持部材２６の第１の姿勢は、図４（ａ），（ｂ）〔図３（ａ）も同じ〕に示す姿勢であり、支持部材２６がこの第１の姿勢をとるとき、ヒータバー２１は、その加圧面２１ａの上部側が筒状フィルムに接するような状態となっている。
【００３７】
第２の姿勢は、図４（ｃ）に示す姿勢であり、この姿勢は、２つのシリンダＳ１，Ｓ２のうち、シリンダＳ１のみのシリンダアームを縮めることによって実現される。シリンダＳ１のストローク長は例えば１０ｍｍであってもよい。支持部材２６がこの第２の姿勢をとるとき、ヒータバー２１は、その加圧面２１ａの下部側が筒状フィルムに接するような状態となる。
【００３８】
第３の姿勢は、図４（ｄ）に示す姿勢であり、第２の姿勢から、さらにシリンダＳ２のシリンダアームを縮めることによって実現される。シリンダＳ２のストローク長は例えば３５ｍｍであってもよい。支持部材２６がこの第３の姿勢をとるとき、ヒータバー２１は、進出位置とされた冷却バー３１の下方に位置し、またその加圧面２１ａはほぼ真上を向いている。この第３の姿勢は、冷却バー３１および冷却バー受け３４で筒状フィルム１’を挟み込む際にとられる姿勢である。
【００３９】
以上のように構成された本実施形態の熱シール機構２０の動作について、以下、図４および図５を参照して説明する。
【００４０】
図４（ａ）は一連の動作の初期状態であり、ヒータバー２１側のユニットおよびヒータバー受け２４側のユニットがいずれも筒状フィルム１’から離れている。ヒータバー２１側のユニットでは、２つのシリンダＳ１，Ｓ２の各シリンダアーム（不図示）が進出させられることで、支持部材２６が第１の姿勢となっている。ヒータバー受け２４側のユニットでは、ヒータバー受け２４が退避位置とされ、これにより、冷却バー受け３４が筒状フィルム１’に対向した状態となっている。
【００４１】
この状態から、次いで、図４（ｂ）に示すように、ヒータバー２１側のユニットとヒータバー受け２４側のユニットをそれぞれ筒状フィルム１’に近接させると共に、これと同時に、ヒータバー受け２４を進出位置とする。これにより、ヒータバー２１とヒータバー受け２４とにより、筒状フィルム１’が挟持され、熱シール動作が開始される。
【００４２】
次いで、図４（ｃ）に示すように、シリンダＳ１のシリンダアームを縮めさせ、支持部材２６を、第１の姿勢から第２の姿勢へと移動させる。本実施形態における熱シール動作は、図４（ｂ）の状態から図４（ｃ）の状態になるまでの間に実施される。これについて、図５を参照し、ヒータバー２１の動きに着目して具体的に説明する。
【００４３】
まず、ヒータバー２１は、図５（ａ）に示すように、加圧面２１ａの上部側がまず筒状フィルムに接するような姿勢で筒状フィルム１’に押し当てられる。次いで、この状態から、支持部材２６が回転軸２５ａ周りに所定角度だけ回動することで、ヒータバー２１は、図５（ｂ）に示すように、加圧面２１ａの中央部が筒状フィルム１’に押し当てられるような姿勢をとる。ここまでの動作により、熱シール部のおよそ半分が形成されることとなる。
【００４４】
続いて、支持部材２６がさらに回動することにより、ヒータバー２１は、図５（ｃ）に示すように、加圧面２１ａの下部側が筒状フィルムに接するような姿勢をとることとなる。これにより、加圧面２１ａが押し付けられた領域の全てが熱シールされることとなる。
【００４５】
上述のように、本実施形態の横シール機構２０では、ヒータバー２１がこのように回動しながら筒状フィルムを押圧するようになっているため、筒状フィルム１’内に存在する内容物をしごき下ろしながら熱シールが行われることとなる。したがって、熱シール部に残留する内容物の量が最小限に抑えられ、最終的に得られる熱シール部は、内容物の噛み込みが抑えられた良好なものとなる。
【００４６】
特に、本実施形態の構成においては、ヒータバー２１の回転中心である軸部材２７ａが一箇所に固定されているものではなく、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、軌道Ａ25に沿って移動するようになっている。このように、軸部材２７ａ自体が軌道Ａ25上を移動すると共に、それに同期してヒータバー２１が軸部材２７ａ周りに回転する構成であることから、加圧面２１ａとフィルムとの間の擦れ等を生じさせることなく、良好に熱シールを行うことができるようになっている。
【００４７】
以上の工程により、熱シール部が形成された後、図４（ｄ）に示すように、支持部材２６を第３の姿勢まで移動させると共に、冷却バー３１を進出させる。また、これに合わせてヒータバー受け２４を退避位置とし、冷却バー受け２４を筒状フィルム１’に対向させる。この工程は、従来の横シール機構と同様のものであり、冷却バー３１と冷却バー受け３４とで筒状フィルムに形成された熱シール部を挟持することで熱シール部の冷却が行われる。
【００４８】
熱シールが終了した直後では熱シール部は未だ高温のままとなっており、仮に熱シール部内に液体等が挟み込まれていた場合、この熱により、挟み込まれた液体が気化し、その結果、熱シール部が剥離する可能性もある。これに対して、本実施形態の横シール機構によれば、熱シールの直後に熱シール部の冷却を行うことが可能であるため、そのような問題が生じにくいものとなる。また、この冷却動作は、筒状フィルムの搬送を行うことなく実施されるものであるため、搬送に伴なって熱シール部が伸びるといった問題を生じさせることもない。
【００４９】
続いて、図４（ｄ）の状態において、冷却バー３１に内蔵されたカッター（不図示）を進出させることにより、横シール部の中央を切断し、これにより袋詰め製品が筒状フィルム１’から切り分けられる。その後、図４（ｄ）の状態から、まず、ヒータバー２１側のユニット、および、ヒータバー受け２４側のユニットをそれぞれ筒状フィルム１’から退避させると共に、冷却バー３１を退避位置とし、かつ、両エアシリンダＳ１、Ｓ２のシリンダアームを戻して支持部材２６を第１の姿勢とすることで、横シール機構は図４（ａ）の状態に戻る。
【００５０】
以上説明したような本実施形態の横シール機構２０では、図５に示したように、曲面状の加圧面２１ａの上部側がまず筒状フィルムに当接し、次いで加圧面２１ａの中央部が当接し、最後に加圧面２１ａの下部側が当接するようにして、ヒータバー２１が筒状フィルム１’に押し当てられるようになっている。このようにヒータバーが回転しながら熱シールが行われる構成によれば、筒状フィルム内の内容物をしごき下ろしながら熱シールが行われることとなるので、横シール部への内容物（特に、それに含まれる固形物）の噛み込みが発生しにくいものとなる。
【００５１】
図５（ａ）〜（ｃ）に示す順とは逆に、まず図５（ｃ）に示すように加圧面２１ａの下部側を当接させ、次いで図５（ｂ）の状態を経て、最終的に図５（ａ）の状態となるように、ヒータバー２１を動作させた場合であっても、上記のような作用効果を得ることが可能である。しかし、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、上方から下方に向かってしごくように動作させた方が、より効果的に上記作用効果を得ることができると考えられる。
【００５２】
＜変形例＞
ヒータバー２１が回転しながら筒状フィルムに押し当てられることによる上記のような作用効果に着目すると、本発明の横シール機構は、必ずしも冷却バー３１および冷却バー受け３４を備えた構成である必要はない。加圧面２１ａが曲面状に形成され、かつ、図５に示したような回動しながらの熱シールを行うことができるものであれば、上記同様、内容物をしごき下ろしながらの熱シールが可能となる。
【００５３】
また上記本実施形態では、図３に示したように、支持部材２６を移動させる駆動源としてエアシリンダＳ１，Ｓ２を用いている。駆動源としてエアシリンダを利用する場合、比較的簡単な構造で動作部を構成することができるという利点があるが、駆動源は必ずしもこれに限定されるわけではない。例えば、サーボモータ等を駆動源として利用すれば、動作タイミング等のずれがより生じにくい高信頼性な熱シール動作が実現される。
【００５４】
ここで、図６および図７を参照して、図１に示した縦型充填包装機の一変形例について説明する。図６は図１に示した縦型充填包装機の一変形例の全体構成を概略的に示す正面図であり、図７は図６の縦型充填包装機の横シール機構を示す正面図である。
【００５５】
図６に示すように、本変形例の縦型充填包装機５０’は、シゴキローラ１１の下方に配置された横シール機構６０と、横シール機構６０の下方に配置された冷却カット機構８０とを有している。縦型充填包装機５０’のその他の構成は、図１に示した縦型充填包装機５０と同じである。本変形例における横シール機構６０はヒータバーおよびヒータバー受けを有しているが、図２等に示した横シール機構２０とは異なり、冷却バーおよび冷却バー受けを有していない。そのため、本変形例の縦型充填包装機５０’は、冷却カット機構８０を横シール機構６０の下方に備え、これにより、横シール機構６０による熱シールによって形成された筒状フィルム１’の熱シール部を冷却し、切断するように構成されている。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、本変形例の横シール機構６０は、ヒータバー６１およびヒータバー受け７０を有している。ヒータバー受け７０側のユニットは、エアシリンダ７１を駆動源としてヒータバー受け７０が筒状フィルム１’（図７では図示していない）に対して進退移動可能に構成されている。
【００５７】
次に、ヒータバー６１側のユニットの構成について説明する。図７（ｂ）に示すように、本変形例に係るヒータバー６１も、図２等に示したヒータバー２１と同様に曲面状に形成された加圧面６１ａを有している。加圧面６１ａは金属で構成されていてもよく、あるいは耐熱高硬度ゴムで構成されていてもよい。ヒータバー受け７０の受け面は曲面ではなく平面で形成されている。
【００５８】
ヒータバー６１は、軸部材６１ｂによって支持されており、この軸部材６１ｂの中心軸（回転軸）周りに回動可能となっている。軸部材６１ｂ自体は支持部材６２によって支持されており、図７（ｂ）に示されているように軸部材６１ｂの延在方向は水平方向（Ｙ方向）となっている。「Ｙ方向」の定義は上述した通りである。
【００５９】
軸部材６１ｂには第１のギア６４が取り付けられており、このギア６４の回転に応じてヒータバー６１も回転するようになっている。支持部材６２は、回転軸６２ａ周りに回動自在に構成された部材であり、第１のギア６４に係合する第２のギア６５を保持している。第２のギア６５は、支持部材６２とは別に設けられた部材６３に設けられた固定歯車６６にも係合するようになっている。
【００６０】
このような構成によれば、支持部材６２が回転軸６２ａ周りに回動するのに伴って、固定歯車６６に係合している第２のギア６５が回転する。この第２のギア６５の回転により、それに係合する第１のギア６４が所定角度だけ回転し、これに合わせてヒータバー６１も同じ角度だけ回動する。
【００６１】
本変形例では、支持部材６２を回転軸６２ａ周りに回動させるための駆動源としてサーボモータ６９が用いられている。サーボモータ６９は駆動ギア６７を回転駆動し、駆動ギア６７は支持部材６２の後端部に形成された駆動歯車６８に係合している。サーボモータ６９によって駆動ギア６７を回転駆動することで、支持部材６２を回転軸６２ａ周りに回動させることが可能である。サーボモータ６９による支持部材６２の回動動作により、支持部材６２は以下の第１〜第２の姿勢をとるようになっている。なお、ヒータバー６１側のユニットは、不図示のエアシリンダ等を駆動源として筒状フィルム１’に対して進退移動可能に構成されている。
【００６２】
支持部材２６の第１の姿勢は、図７（ａ）に示す姿勢であり、支持部材６２がこの第１の姿勢をとるとき、ヒータバー５１は、その加圧面６１ａの上部側が筒状フィルムに接するような状態となっている。
【００６３】
第２の姿勢は、図７（ｃ）に示す姿勢であり、支持部材６２がこの第２の姿勢をとるとき、ヒータバー６１は、その加圧面６１ａの下部側が筒状フィルムに接するような状態となる。
【００６４】
以上のように構成された本変形例の熱シール機構６０および冷却カット機構８０の動作について、以下、図６および図７を参照して説明する。
【００６５】
一連の動作の初期状態では、ヒータバー６１側のユニットおよびヒータバー受け７０側のユニットはいずれも筒状フィルム１’から離れている。ヒータバー６１側のユニットでは、サーボモータ６９が図７（ｂ）のＡ方向に回転させられて、支持部材６２が第１の姿勢（図７（ａ）参照）となっている。
【００６６】
この状態から、図７（ａ）に示すように、ヒータバー６１側のユニットを筒状フィルム１’（図７では不図示）に近接させると同時に、ヒータバー受け７０を進出位置とする。これにより、ヒータバー６１とヒータバー受け７０とにより、筒状フィルム１’が挟持され、熱シール動作が開始される。
【００６７】
次いで、サーボモータ６９を図７（ｂ）のＢ方向に回転させて、支持部材６２を、第１の姿勢から第２の姿勢へと移動させていく。本変形例における熱シール動作は、図７（ａ）の状態から図７（ｃ）の状態になるまでの間に実施される。なお、本変形例におけるヒータバー６１の動きも図５に示した動きと同様であるので、ここではその説明は省略する。
【００６８】
図７に示すように、本変形例における横シール機構６０も、ヒータバー６１が回動しながら筒状フィルムを押圧するようになっているため、筒状フィルム内に存在する内容物をしごき下ろしながら熱シールが行われることとなる。したがって、熱シール部に残留する内容物の量が最小限に抑えられ、最終的に得られる熱シール部は、内容物の噛み込みが抑えられた良好なものとなる。
【００６９】
以上の工程によって熱シール部が形成された後、ヒータバー６１側のユニットおよびヒータバー受け７０を待避位置に移動させる。そして、シゴキローラ１１を回転させて、熱シール部が冷却カット機構８０の位置に配置されるまで、筒状フィルム１’を下方に送る。
【００７０】
続いて、冷却カット機構８０の冷却バー８１と冷却バー受け８２とで筒状フィルムに形成された熱シール部を挟持することで熱シール部の冷却を行う。その後、冷却バー８１に内蔵されたカッター（不図示）を進出させることにより、横シール部の中央を切断し、これにより袋詰め製品が筒状フィルム１’から切り分けられる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る縦型充填包装機の全体構成を概略的に示す正面図である。
【図２】図１の縦型充填包装機の横シール機構を示す正面図である。
【図３】図２の横シール機構の一部を拡大して示す図であり、図３（ａ），（ｂ）のそれぞれの状態は図２（ａ），（ｂ）の各状態に対応する。
【図４】本発明に係る横シール機構による熱シール動作および熱シール部の冷却動作について説明するための図である。
【図５】本発明に係る横シール機構による熱シール動作についてより詳細に説明するための模式図である。
【図６】図１に示した縦型充填包装機の一変形例の全体構成を概略的に示す正面図である。
【図７】図６の縦型充填包装機の横シール機構を示す正面図である。
【図８】従来の横シール機構の構成および動作を説明するための正面図である。
【図９】ヒータバーおよびヒータバー受けで挟まれる筒状フィルムの領域を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ フィルム
１’ 筒状フィルム
１ａ 空充填部
１０ 縦シール機構
１１ シゴキローラ
１２ 搬送ローラ
１４ 製袋ガイド
１５ 投入ノズル
２０，６０ 横シール機構
２１，６１ ヒータバー
２４ ヒータバー受け
２５ａ，６２ａ 回転軸
２６，６２ 支持部材
２６ａ 連結部
２７，６４ 第１のギア
２７ａ，６１ｂ，６５ａ 軸部材
２８，６５ 第２のギア
２９，６６ 固定歯車
３０，６３ 部材
３１，８１ 冷却バー
３２ カム部
３３ ローラ
３４，８２ 冷却バー受け
３５ａ 軸
３６ 支持部材
５０ 縦型充填包装機
８０ 冷却カット機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内容物が充填される筒状フィルムを間において対向配置されたヒータバーおよびヒータバー受けを備え、該ヒータバーおよびヒータバー受けで前記筒状フィルムを挟み込み熱シールすることで前記筒状フィルムを密封する横シール機構において、
前記ヒータバーは、前記筒状フィルム側に向かって凸型となる曲面状の加圧面を有すると共に、前記筒状フィルムの送り方向に直交し、かつ前記ヒータバーが前記筒状フィルムに向かって移動する方向に直交する方向に延びる回転軸周りに回動するように構成されていることを特徴とする横シール機構。
【請求項２】
前記ヒータバーは、前記加圧面の一端側が前記筒状フィルムにまず当接し、次いで前記加圧面の中央部が前記筒状フィルムに当接し、その後、前記加圧面の他端側が前記筒状フィルムに当接するように構成されている、請求項１に記載の横シール機構。
【請求項３】
前記ヒータバー受けは、前記加圧面に対向する位置に平面状の受け面を有する、請求項１または２に記載の横シール機構。
【請求項４】
前記回転軸を構成する軸部材を保持すると共に、該軸部材に取り付けられた第１のギアと係合する第２のギアを保持し、前記回転軸とは別に設けられた他の回転軸周りに回動する支持部材と、
前記第２のギアと係合する固定歯車が形成された部材と、
前記支持部材を前記他の回転軸周りに移動させる駆動手段とを有し、
前記支持部材が前記他の回転軸周りに移動するのに伴って、前記第２のギアと前記固定歯車とが係合すると共に、前記第２のギアの回転により前記第１のギアが回転することで、前記ヒータバーが前記回転軸周りに回動する、請求項１から３のいずれか１項に記載の横シール機構。
【請求項５】
前記駆動手段はエアシリンダである、請求項４に記載の横シール機構。
【請求項６】
前記駆動手段はサーボモータである、請求項４に記載の横シール機構。
【請求項７】
前記ヒータバーによって前記筒状フィルムに形成された熱シール部を冷却するために、前記熱シールが終了した後、前記ヒータバー受けの受け面に対向する位置に移動させられる冷却バーをさらに有し、該冷却バーは、前記筒状フィルムを基準として前記ヒータバーと同じ側に配置され、かつ、前記ヒータバーが前記筒状フィルムから離れるのに連動して該筒状フィルム側に向かって移動するように構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の横シール機構。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の横シール機構と、
前記筒状フィルムを鉛直下方に搬送する搬送手段と、
該横シール機構よりも上方に配置され、内容物が投入された前記筒状フィルムを挟み込みつつ回転して前記筒状フィルムを下方に送ることで前記筒状フィルムに空充填部を形成する一対のシゴキローラと、
を備えた縦型充填包装機。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の横シール機構と、
前記筒状フィルムを鉛直下方に搬送する搬送手段と、
該横シール機構よりも上方に配置され、内容物が投入された前記筒状フィルムを挟み込みつつ回転して前記筒状フィルムを下方に送ることで前記筒状フィルムに空充填部を形成する一対のシゴキローラと、
前記横シール機構よりも下方に前記筒状フィルムを間において対向配置され、前記ヒータバーによって前記筒状フィルムに形成された熱シール部を挟み込むことで該熱シール部を冷却する冷却バーおよび冷却バー受けと、
を備えた縦型充填包装機。
【請求項１】
内容物が充填される筒状フィルムを間において対向配置されたヒータバーおよびヒータバー受けを備え、該ヒータバーおよびヒータバー受けで前記筒状フィルムを挟み込み熱シールすることで前記筒状フィルムを密封する横シール機構において、
前記ヒータバーは、前記筒状フィルム側に向かって凸型となる曲面状の加圧面を有すると共に、前記筒状フィルムの送り方向に直交し、かつ前記ヒータバーが前記筒状フィルムに向かって移動する方向に直交する方向に延びる回転軸周りに回動するように構成されていることを特徴とする横シール機構。
【請求項２】
前記ヒータバーは、前記加圧面の一端側が前記筒状フィルムにまず当接し、次いで前記加圧面の中央部が前記筒状フィルムに当接し、その後、前記加圧面の他端側が前記筒状フィルムに当接するように構成されている、請求項１に記載の横シール機構。
【請求項３】
前記ヒータバー受けは、前記加圧面に対向する位置に平面状の受け面を有する、請求項１または２に記載の横シール機構。
【請求項４】
前記回転軸を構成する軸部材を保持すると共に、該軸部材に取り付けられた第１のギアと係合する第２のギアを保持し、前記回転軸とは別に設けられた他の回転軸周りに回動する支持部材と、
前記第２のギアと係合する固定歯車が形成された部材と、
前記支持部材を前記他の回転軸周りに移動させる駆動手段とを有し、
前記支持部材が前記他の回転軸周りに移動するのに伴って、前記第２のギアと前記固定歯車とが係合すると共に、前記第２のギアの回転により前記第１のギアが回転することで、前記ヒータバーが前記回転軸周りに回動する、請求項１から３のいずれか１項に記載の横シール機構。
【請求項５】
前記駆動手段はエアシリンダである、請求項４に記載の横シール機構。
【請求項６】
前記駆動手段はサーボモータである、請求項４に記載の横シール機構。
【請求項７】
前記ヒータバーによって前記筒状フィルムに形成された熱シール部を冷却するために、前記熱シールが終了した後、前記ヒータバー受けの受け面に対向する位置に移動させられる冷却バーをさらに有し、該冷却バーは、前記筒状フィルムを基準として前記ヒータバーと同じ側に配置され、かつ、前記ヒータバーが前記筒状フィルムから離れるのに連動して該筒状フィルム側に向かって移動するように構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の横シール機構。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の横シール機構と、
前記筒状フィルムを鉛直下方に搬送する搬送手段と、
該横シール機構よりも上方に配置され、内容物が投入された前記筒状フィルムを挟み込みつつ回転して前記筒状フィルムを下方に送ることで前記筒状フィルムに空充填部を形成する一対のシゴキローラと、
を備えた縦型充填包装機。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の横シール機構と、
前記筒状フィルムを鉛直下方に搬送する搬送手段と、
該横シール機構よりも上方に配置され、内容物が投入された前記筒状フィルムを挟み込みつつ回転して前記筒状フィルムを下方に送ることで前記筒状フィルムに空充填部を形成する一対のシゴキローラと、
前記横シール機構よりも下方に前記筒状フィルムを間において対向配置され、前記ヒータバーによって前記筒状フィルムに形成された熱シール部を挟み込むことで該熱シール部を冷却する冷却バーおよび冷却バー受けと、
を備えた縦型充填包装機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−４４６６６（Ｐ２００８−４４６６６Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２４４４０（Ｐ２００６−２２４４４０）
【出願日】平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【出願人】（５９６０８８０９３）オリヒロエンジニアリング株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【出願人】（５９６０８８０９３）オリヒロエンジニアリング株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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