JP4850030B2 - シーリング装置およびこれを用いた包装機 - Google Patents

Description

この発明はシーリング装置およびこれを用いた包装機、詳しくは粉粒体、塊体、液体の内容物を包装する包装体のシール部をシーリングするシーリング装置およびこれを用いて包装体を製造する包装機に関する。

近年、例えば粉粒体の食品や医薬品などを包装する包装体が開発されている。包装体は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、アルミニウム箔、ポリエチレンフィルムなどを積層したラミネートフィルムが材料である。包装体は、ラミネートフィルムの幅方向の両縦縁部（縦シール部）を合掌状に合わせて熱融着する一方、こうして筒形状となったラミネートフィルムの長手方向の両横縁部（１対の横シール部）を熱融着したものである。このような構造の包装体は、携帯性や利便性が高く、開封も容易となる。

従来の包装機として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の包装機は、リールに巻回されたラミネート状の包装紙を供給する供給部と、上部が未封止状態の予備包装体に内容物を落下させるホッパと、包装紙を筒状に付形する案内筒部と、筒状の包装紙の縦縁部を貼り付ける縦シール形成部と、長手方向における横縁部を貼りつける横シール形成部と、一方の横縁部の端部にノッチを形成するカッタと、横縁部を切断して包装体として形成する横シール切断部とを備えていた。

また、縦シール形成部と横シール形成部としては、例えば、長さ方向の略中間部に設けられた回動軸を中心にしてそれぞれ回動することで、互いの先部同士が近接したり離反する１対の開閉アームと、両開閉アームの間に設けられ、両開閉アームを常開させる常開ばねと、両開閉アームの先部に配設され、包装紙の重ね合わされた部分を挟んで熱シールする１対のシーリング部材と、両開閉アームの元部にそれぞれ設けられた１対のカムフォロアと、両カムフォロアの間に抜き差しされ、元側に進むほど徐々に大径化した円錐台状の直動カムと、先端部に直動カムが連結されたロッドを有し、常開ばねのばね力に抗して、直動カムを両カムフォロアの間に抜き差しさせ、両開閉アームを開閉させるエアシリンダとを有したものなどが知られている。

包装体の製造時には、まず、供給部によりリールから包装紙を導出する。次に、案内筒部を用いて包装紙を筒状に付形し、筒状の包装紙の縦縁部を縦シール形成部により熱シールして縦シール部を形成する。それから、横シール形成部により筒状の包装紙を所定ピッチで順次熱シールして横シール部を形成する一方、上部が未封止状態の予備包装体に、ホッパ内の内容物（例えば砂糖）を落下させて充填する。次いで、予備包装体の上端部を横シール形成部により封止するとともに、カッタにより一方の横シール部にノッチ（切り目）を形成する。続いて、横シール切断部により、順次、横シール部を切断する。その結果、連続的に包装体が製造される。

このうち、縦シール形成部と横シール形成部とを用いた包装紙の重ね合わせ部分の熱シール時には、例えば、エアシリンダのロッドを出し入れさせ、常開ばねのばね力に抗して、直動カムを両カムフォロアの間に抜き差しさせる。これにより、両開閉アームが開閉され、両開閉アームのシーリング部材間で包装紙の重ね合わせ部が、所定の設定シール圧力で熱シールされる。

特開平１１−２６３３７４号公報

しかしながら、特許文献１の包装機では、縦シール形成部および横シール形成部の各構造として、エアシリンダのロッドを出し入れさせ、常開ばねのばね力に抗して、直動カムを両カムフォロアの間に抜き差しさせ、両開閉アームを開閉させるものを採用していた。
すなわち、１対のシール部材による包装紙のシール部のシール圧力の調整は、微小な圧力制御が難しいエアシリンダのロッドのストローク圧力を利用して行なわれていた。しかも、エアシリンダは包装機の高速運転用の駆動部としては適さず、予め設定した通りのシール圧力が安定して得られ難く、包装体のシール部の信頼性が低下していた。
これを解消するものとして、例えばエアシリンダに代えてサーボモータを利用し、直動カムのカムフォロア間への押し込み量を無段階に調整するようにした包装機が考えられる。しかしながら、サーボモータを使用してシールする場合、数百ｋｇの圧力が必要であり、サーボモータ用のハーモニック減速機が必要である。そのため、サーボモータに加え、サーボ用のハーモニック減速機およびそのコントローラが必要であり、包装機の製造コストが高騰するおそれがある。
これに対して、汎用の三相交流モータを使用し、力の制御（トルク制御）、高速位置決め制御（ベクトル制御）をすることにより安価に包装機を製造することができる。

そこで、発明者は鋭意研究の結果、包装機の両シール形成部として、正逆回動可能で、一端部にシーリング部材が設けられた開閉アームの他端部にカムフォロアを設け、カムフォロアに、モータにより移動可能なカムを当接し、カムのカム面（カムフォロアが当接される面）には、カムフォロアの接触点の軌跡のうち、高トルク領域（高減速領域）となるカムの正移動の終端部分に、包装紙のシール部の最大シール圧力を発揮させる高トルク発生用突起部を設けることを想到した。このように、シール機構として高トルク領域を有するカム方式を採用すれば、サーボモータ、ハーモニック減速機およびコントローラなどの機器を組み込んだ高価な包装機を使用しなくても、汎用の三相交流モータを利用し、高圧かつ同じタイミングで包装紙のシール部を熱シール可能であることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、従来のサーボモータ、サーボ用減速機などを使用せず、低コストで高速運転が可能なシーリング装置およびこれを用いた包装機を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、回動軸を中心にして回動可能な開閉アームと、該開閉アームの一端部に設けられ、熱融着シートの重ね合わせ部分を押圧して熱シールするシーリング部材と、前記開閉アームの他端部に設けられたカムフォロアと、カム回動軸を中心にして正回動させることによって、当接された該カムフォロアを介して該開閉アームがその回動軸を中心にして閉方向に回動するように構成されるカムと、該カムを正逆自在に回動させるモータとを備え、前記カムは、羽根形状を有し、その外郭には、前記開閉アームの全開時における前記カムフォロアが前記カムに当接する開角度位置から該カムの正回動方向に９０°の範囲に設けられた高速アーム開閉領域と、該開角度位置から該カムの正回動方向に９０°〜１４０°の範囲に設けられた高トルク領域と、該開角度位置から該カムの正回動方向に１４０°〜１８０°の範囲に設けられた高速復帰領域と、を有し、該高速アーム開閉領域は、その長さ方向の中間部が外凸向きの円弧形状に膨出し、該高トルク領域は、該高速復帰領域に向かうほど徐々に大径化し、該高速復帰領域は、瞬時にカムフォロアが該開角度位置に当接可能となる形状を有し、該カムフォロアが該高トルク領域の所定位置に当接した際に、該カムを逆回動させる回動制御手段が設けられ、該高速アーム開閉領域では、該カムが正回動することによって、該開閉アームが閉方向に回動し、該高トルク領域では、該カムが正回動することによって、該高速アーム開閉領域における該開閉アームの閉方向への回動速度より遅く該開閉アームが閉方向に回動し、該カムフォロアが該高トルク領域の所定位置に当接した際に、該回動制御手段により該カムを逆回動させるシーリング装置である。

請求項１に記載の発明によれば、カムをモータにより正回動させると、開閉アームを回動軸を中心にして閉方向に回動させる。その後もこれを継続させると、カムフォロアが、カムのカム面に現出されるカムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの正移動の終端部分（高トルク領域／減速領域）に達する。これにより、カムフォロアが高トルク発生用隆起部に徐々に乗り上げて行く。このとき、モータによるカムの正移動速度（逆移動速度も同じ）は一定である。そのため、カムフォロアが高トルク領域を通過する際には、この領域を通過する前に比べて、モータのトルクと開閉アームのトルクとの間に大きなトルク比（減速比）が得られる。言い換えれば、カムに高トルク領域を設けたことで、カムに減速機の機能が付加されたことになる。

このように、シール機構として、高トルク領域（減速領域）を有するカム方式を採用したので、サーボモータ、ハーモニック減速機およびコントローラなどの機器を組み込んだシーリング装置を使用しなくても、例えば、汎用の三相交流モータを利用し、高圧かつ同じタイミングで熱融着シートのシール部を熱シールすることができる。汎用の三相交流モータを使用すれば、カムに対して力の制御（トルク制御）、高速位置決め制御（ベクトル制御）ができる。その結果、低コストなシーリング装置でありながら、シーリング装置を高速運転した場合でも、未シール部分を有した熱融着シートの発生頻度を低下させることができる。
カムフォロアが、前記カムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの正移動の終端（逆移動の始端）に到達した後は、モータが逆転され、カムフォロアが前記カムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの逆移動の終端（正移動の始端）まで、開閉アームを徐々に開きながら戻される。

使用される開閉アームは、１本のみでもよいし、２本でもよい。開閉アームが１本の場合には、熱融着シートの重ね合わせ部分を熱シールするため、熱融着シートのシーリング部材と当接する面側とは反対の面側に当接される何らかの部材（壁）が必要となる。この当接部材としては、例えばシーリング装置の架台（組み付け台）でもよいし、この熱シール専用に作製された部材でもよい。開閉アームが１対の場合には、回動軸を中心にして正逆回動されるのは１本のみでもよいし、両方の開閉アームでもよい。
開閉アームは、少なくとも１対存在すればよく、２対以上を配設してもよい。
熱融着シートとしては、例えばポリエチレンテレフタレートフィルム、アルミニウム箔、ポリエチレンフィルムなどを積層したラミネートフィルムを採用することができる。

熱融着シートにおいて、その熱シール部分は限定されない。例えば１枚の熱融着シートを、その幅方向の中間位置から熱融着シートの幅方向の両端部を重ね合わせて折り曲げ、その熱融着シートの重なり合った両端部分を熱シール部分としてもよい。
シーリング部材は、開閉アームに対して少なくとも１つ存在すればよく、２対以上を配設してもよい。
シーリング部材の素材、形状、大きさは、包装紙の重ね合わされた部分を設定シール圧力で挟持して熱シールできれば限定されない。例えば、シーリング部材は、１枚の熱融着シートを、その幅方向の中間位置から熱融着シートの幅方向の両端部を重ね合わせて折り曲げ、その熱融着シートの重なり合った両端部分を熱シールする縦シーリング用のものでもよい。また、この熱融着シートの重なり合った両端部に直交するように、熱融着シートの幅方向の全域を熱シールする横シーリング用のものでもよい。そして、縦シーリングおよび横シーリングを同時に行なえるものでもよい。

カムフォロアおよびカムの素材、大きさはそれぞれ限定されない。
カムは、回動軸を中心にして回動する回動カムである。モータとしては、カムを正移動および逆移動が可能なモータであれば限定されない。例えば、汎用の三相交流モータなどの電動モータを採用することができる。また、油圧モータなどの他のアクチュエータでもよい。ここでいうカムの正移動とは、カムを熱融着シートの熱シール方向へ移動させることをいう。ここでいうカムの逆移動とは、カムを熱シール解除方向へ移動させることをいう。
シーリング装置を完全に自動化させるには、カムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの正移動の終端（逆移動の始端）に達したことを検知する閉検知センサと、カムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの逆移動の終端（正移動の始端）に達したことを検知する開検知センサとを配設する必要がある。さらに、この自動化には開検知センサからの検知信号に基づき、モータによりカムを正回動させるとともに、閉検知センサからの検知信号に基づき、モータによりカムを逆転させる回動制御手段も必要となる。

開検知センサおよび閉検知センサとしては、例えば、開検知センサと閉検知センサとを兼用したエンコーダが挙げられる。すなわち、開検知センサおよび閉検知センサとはそれぞれ単独のセンサでもよいし、開検知機能と閉検知機能とを１つに備えた兼用センサでもよい。

回動制御手段は、例えばシーリング装置の制御部に組み込んでもよいし、これとは別に独立して設けてもよい。
高トルク発生用隆起部の形状は限定されない。また、カムのカム面上における高トルク発生用隆起部は、カムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの正移動の終端まで徐々に隆起させ、その終端部分に高トルク発生用隆起部を設けてもよい。もしくは、カムの正移動の終端部分のみに設けてもよい。
熱融着シートの重ね合わせ部分に作用される最大シール圧力とは、熱融着シートを熱融着させる際に必要とされるシール圧力のうち、最大となる圧力である。

請求項２に記載の発明は、熱融着シートからなる包装紙を供給する供給部と、前記包装紙の縦両縁部を合掌状に合わせた縦シール部を熱シールして筒形状の予備包装体にする縦シール形成部と、包装体を製造する途中の前記予備包装体の上下両端を熱シールして横シール部を形成する横シール形成部と、内容物を貯留して該内容物の所定量を落下させる内容物貯留部と、前記内容物貯留部から投下された内容物を前記予備包装体に供給する内容物供給部と、上下両端の前記横シール部をカッタにより切断する横シール切断部と、これらが搭載される装置本体とを備えた包装機において、前記縦シール形成部および横シール形成部として、請求項１に記載のシーリング装置を採用した包装機である。

請求項２に記載の発明によれば、縦シール形成部および横シール形成部において、カムをモータにより正回動させると、開閉アームを回動軸を中心にして閉方向に回動させる。その後もこれを継続させると、カムフォロアがカムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの正移動の終端部分に達する。これにより、カムフォロアが高トルク発生用隆起部に徐々に乗り上げて行く。このとき、モータによるカムの正移動速度は一定である。そのため、カムフォロアが高トルク領域を通過する際には、この領域を通過する前に比べて、モータのトルクと開閉アームのトルクとの間に大きなトルク比が得られる。言い換えれば、カムに高トルク領域を設けたことで、カムに減速機の機能が付加されたことになる。

このように、シール機構として、高トルク発生用隆起部（高トルク領域）を有するカム方式を採用したので、サーボモータやハーモニック減速機などの機器を組み込んだコストが高い包装機を使用することなく、例えば安価な三相交流モータを利用し、高圧かつ同じタイミングで包装紙のシール部を熱シールすることができる。汎用の三相交流モータを使用すれば、カムに対して力の制御（トルク制御）、高速位置決め制御（ベクトル制御）ができる。その結果、低コストな包装機でありながら、包装機を高速運転した場合でも、未シール部分を有した包装紙の発生頻度を低下させることができる。
カムフォロアが、カムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの正移動の終端に到達した後は、モータが逆転され、カムフォロアが、カムフォロアの接触点の軌跡のうち、カムの逆移動の終端まで、開閉アームを徐々に開きながら戻される。

供給部としては、例えば包装紙が巻回されたリールなどを採用することができる。
縦シール形成部と横シール形成部としては、例えば熱融着器を採用することができる。
包装体に充填される内容物としては、例えばインスタントコーヒー、インスタントミルク、砂糖、塩などの食品、顆粒状やパウダー状の薬品などを採用することができる。また、各種の液状の素材でもよいし、塊状の素材でもよい。
内容物貯留部としては、例えばホッパなどを採用することができる。

内容物供給部としては、例えば定量ポンプなどを採用することができる。
横シール切断部としては、カッタとこれを横移動させるカッタ往復移動手段（電動モータ、エアシリンダなど）とを有している。
これらの供給部、縦シール形成部、横シール形成部、内容物貯留部、内容物供給部および横シール切断部を有した包装体の製造装置の主要部は、２組（２連）または３組（３連）以上を装置本体に搭載されてもよい。

請求項１に記載のシーリング装置および請求項２に記載の包装機の各発明によれば、シール機構として、高トルク発生用隆起部を有するカムを備えた方式のもの採用したので、サーボモータ、ハーモニック減速機およびコントローラなどの機器をシーリング装置または包装機に組み込まなくても、例えば、安価な汎用の三相交流モータを利用し、高圧かつ同じタイミングで熱融着シートまたは包装紙のシール部を熱シールすることが可能となる。その結果、低コストなシーリング装置または包装機でありながら、シーリング装置または包装機を高速運転した場合でも、未シール部分を有した熱融着シートまたは包装体の発生頻度を低下させることができる。

以下、この発明の実施例を参照して説明する。ここでは、１つの包装体（即席ラーメンのかやく）を連続的に製造可能な包装機を例にとる。

図１において、１０はこの発明の実施例１に係る包装機で、この包装機１０は、ラミネート状の包装紙（熱融着シート）Ｆを供給する供給部１１と、各包装紙Ｆの幅方向の両端部（縦両縁部）を合掌状に合わせた縦シール部１２ａ（図３）をシールして筒状に巻き付ける縦シール形成部（シーリング装置）１３と、製造途中の予備包装体１２Ａの上下両端に横シール部１２ｂ（図３）を形成する横シール形成部（シーリング装置）１４と、即席ラーメンの４種類のかやく（内容物）Ｓを貯留し、連続的に所定量ずつ落下させる４つのホッパ（内容物貯留部）１５と、各ホッパ１５から供給された４種類のかやくＳを個別に計量する４台の計量部１５Ａと、各計量部１５Ａから排出された計量済みの４種類のかやくＳをまとめて予備包装体１２Ａ内に供給する内容物供給部１６と、横シール部１２ｂを１対のカッタ１７ａで切断する横シール切断部１７と、横シール切断部１７から排出された包装体１２（図５）を、包装機１０の機外に排出する製品排出部１８と、これらが搭載される装置本体１９とを備えている。
前記供給部１１、縦シール形成部１３、横シール形成部１４、ホッパ１５、計量部１５Ａ、内容物供給部１６、横シール切断部１７および製品排出部１８により、包装機構２０が構成される。包装機構２０は、水平状態で装置本体１９に設けられている。

以下、包装機１０を詳細に説明する。
装置本体１９は縦長な直方体のケーシングである。装置本体１９の前側の中央部上には、門形の支柱１９ａを介して、軸線が水平なリール１１ａに巻回されたラミネート状の包装紙Ｆを供給する供給部１１が設けられている。装置本体１９の上板１９ｂには、箱形状の上部カバー１９ｃが取り付けられている。上部カバー１９ｃの上板の中央部には、上部が未封止状態の予備包装体（熱融着シート）１２ＡにかやくＳを投入する４つのホッパ１５が並設されている。各ホッパ１５のかやくＳは、種類がそれぞれ異なる。装置本体１９の上板１９ｂには、対応するホッパ１５から切り出された４種類のかやくを個別に計量する４つの計量部１５Ａが並設されている。

また、装置本体１９の前側の上部には、包装紙Ｆを筒状に付形する略逆三角形のシュートである内容物供給部１６が設けられている。装置本体１９の前側の上部には、筒状の包装紙Ｆの幅方向の両端部を貼り付け、縦シール部（背ばり部）１２ａを形成する縦シール形成部１３が設けられている。装置本体１９の前側の中央部には、筒状の包装紙Ｆを長さ方向に所定ピッチで、かつ包装紙Ｆの長さ方向に直交するように貼り付け、横シール部１２ｂを形成する横シール形成部１４が設けられている。縦シール形成部１３および横シール形成部１４の詳細は後述する。

装置本体１９の前側のうち、横シール形成部１４の直下には、包装紙Ｆを下方に引っ張ることで、包装紙Ｆを供給部１１から導出するローラ送り手段５０が設けられている。ローラ送り手段５０は、切断前の連続する包装体１２の縦シール部１２ａを左右方向から挟持する１対の送りローラ５１と、両送りローラ５１を互いに逆転方向に回転させる１対の送りモータ５２とを有している。両送りモータ５２により１対の送りローラ５１を互いに逆回転させる。これにより、ローラ５１間に挟持された連続状態の包装体１２を所定速度で下方に引き下げる。これにより、リール１１ａに巻回された包装紙Ｆが導出される。
ローラ送り手段５０の直下には、横シール部１２ｂを切断し、包装体１２として形成する横シール切断部１７が設けられている。横シール切断部１７は、１対のカッタ１７ａと、両カッタ１７ａを開閉させる図示しない切断シリンダとを有している。装置本体１９の前側の下部には、包装体１２を略水平に外部排出する製品排出部１８が設けられている。製品排出部１８はベルトコンベアで、製造された包装体１２の図示しない検量部を設けてもよい。
装置本体１９の中央部には、連結アーム３９ａを介して、制御盤３９が一側方に突設されている。制御盤３９には、後述する回動制御手段３９ａが組み込まれている。

次に、図３〜図７を参照して、縦シール形成部１３および横シール形成部１４を詳細に説明する。縦シール形成部１３と横シール形成部１４とは、各シーリング部材５３の長さ方向が互いに９０度の位相状態である他は、基本の構成は同じである。そのため、ここでは主に横シール形成部１４についてのみ説明する。

図３〜図７に示すように、横シール形成部１４は、長さ方向の略中間部に設けられた垂直な回動軸５４を中心にして正逆回動することで、互いの先部同士が近接したり離反する１対の開閉アーム５５と、両開閉アーム５５の先部にそれぞれ設けられ、包装紙Ｆの一部分を予め決められた設定シール圧力で挟持して熱シールする１対のシーリング部材５３と、両開閉アーム５５の元部に配設された１対のカムフォロア５６と、両開閉アーム５５をカム軸を中心にしてそれぞれ正逆回動させ、両開閉アーム５５を開閉操作する１つの回動カム（カム）５７と、回動カム５７の外周面（カム面）において、両開閉アーム５５の全開時にカムフォロア５６が当接する開角度位置Ｘと、両開閉アーム５５の閉止時にカムフォロア５６が当接して設定シール圧力が得られる閉角度位置Ｙとの間の角度だけ、回動カム５７を正逆回動させる回動モータ（モータ）５８と、カムフォロア５６が開角度位置Ｘに達したことを検知するとともに、カムフォロア５６が閉角度位置Ｙに達したことを検知するエンコーダ（開検知センサおよび閉検知センサ）５９と、エンコーダ５９からの開角度位置Ｘの検知信号に基づき、回動モータ５８により回動カム５７を正回動させるとともに、エンコーダ５９からの閉角度位置Ｙの検知信号に基づき、回動モータ５８により回動カム５７を逆回動させる回動制御手段３９ａとを有している。

前記回動カム５７のカム面のうち、開角度位置Ｘと閉角度位置Ｙとの間が、カム面に現出されるカムフォロアの接触点の軌跡となる。
回動カム５７には、その外周部に、回動カム５７の逆回動方向に向かうほど徐々に回動カム５７が大径化することで、両シーリング部材５３の近接方向への回動速度を低下させる高トルク領域（減速領域）Ｂが設けられている。また、この高トルク領域Ｂには、その回動カム５７の正回動方向の端を除く部分に、前記閉角度位置Ｙが配されている。
両開閉アーム５５の回動軸５４は、装置本体１９の前側の縦シール形成部１３の直下近傍に、軸受５４ａを介して軸支されている。両開閉アーム５５の互いの先部同士が近接したり離反するとは、一方の開閉アーム５５の先部と、他方の開閉アーム５５の先部とが、互いに近づいたり離れたりする動作を行なうことをいう。

両開閉アーム５５は、それぞれ包装機１０の前後方向に長い金属アームである。両開閉アーム５５の元部付近間には、常時、両カムフォロア５６を回動カム５７に付勢状態で押し付ける細長いコイルばね７０が横架されている。
両シーリング部材５３は、それぞれ横長でかつ厚肉な電熱ヒータである。
両カムフォロア５６は、対応する開閉アーム５５の元部に、軸受５６ａに軸支された垂直な旋回軸５６ｂを中心にして水平旋回自在に軸支されている。

回動モータ５８は汎用の三相交流モータで、装置本体１９の高さ方向の中間部の後側に設けられた縦長な固定板１９ｄの下端部に固着されている。なお、縦シール形成部１３の回動モータ５８は、この固定板１９ｄのうち、横シール形成部１４の回動モータ５８の直上部分に固着されている。
回動モータ５８の包装機１０の前側から突出する出力軸５８ａの先部には、垂直面に沿って正逆回動自在な回動カム５７が固着されている。回動カム５７の詳細は後述する。
回動モータ５８の包装機１０の後側から突出する出力軸５８ａの元部には、回転角度検出用の回転リング板６０が固着されている。また、回動モータ５８のケーシングの後端板には、ブラケット６１を介して、回転リング板６０の回転角度を検出する角度センサ６２が設けられている。エンコーダ５９は、主に、回転リング板６０および角度センサ６２により構成される。

ここで、図６および図７を参照して、回動カム５７を詳細に説明する。
回動カム５７は、２枚羽根タイプの略スクリュー形状を有している。回動カム５７の中央部には、回動モータ５８の出力軸５８ａの嵌入孔５７ａが形成されている。また、回動カム５７の中央部の対角位置からは、第１羽根５７ｂおよび第２羽根５７ｃがそれぞれ外方に向かって放射状に一体成形されている。第１羽根５７ｂおよび第２羽根５７ｃは、先端に進むほどそれぞれ回動カム５７の逆転方向に向かってなだらかに湾曲している。
第１羽根５７ｂおよび第２羽根５７ｃの各正回動方向の辺部（開角度位置Ｘから回動カム５７の正回動方向に９０°の範囲）は、長さ方向の中間部が外凸向きの円弧形状に膨出し、かつ回動カム５７が１°回動するごとに両カムフォロア５６は所定の距離移動する高速アーム開閉領域Ａとなっている。

また、第１羽根５７ｂおよび第２羽根５７ｃの外周辺部（開角度位置Ｘから回動カム５７の正回動方向に９０°〜１４０°の範囲）は、前記閉角度位置Ｙを含む高トルク領域Ｂとなっている。
さらに、第１羽根５７ｂおよび第２羽根５７ｃ第１羽根および第２羽根の逆回動方向の辺部（開角度位置Ｘから回動カム５７の正回動方向に１４０°〜１８０°の範囲）は、両カムフォロア５６が略瞬時にそれぞれ開角度位置Ｘまで戻る高速復帰領域Ｃとなっている。ただし、両高速復帰領域Ｃは、両カムフォロア５６が閉角度位置Ｙに到達した直後、回動カム５７が逆回動されるため、通常、使用されない。

次に、図６および図７を参照して、各高トルク領域Ｂを詳細に説明する。
各高トルク領域Ｂには、回動カム５７の正回動方向の端をそれぞれ基準の角度位置ａとし、かつ回動カム５７の逆回動方向に向かって略１１°ごとに角度位置ｂ〜ｅがそれぞれ配置されている。また、各高トルク領域Ｂの回動カム５７の逆回動方向の端は、それぞれ角度位置ｆとしている。

このうち、各角度位置ｄが、あらかじめ定めた設定シール圧力が得られる両開閉アーム５５の閉角度位置Ｙとなっている。また、各高トルク領域Ｂのうち、各閉角度位置Ｙより高トルク比の領域（各角度位置ｄ〜ｆの領域）は、各カムフォロア５６が閉角度位置Ｙに到達した直後、回動カム５７が逆回動されることから、通常は使用されない。

各開角度位置Ｘに両カムフォロア５６を配置した初期状態で、回動モータ５８により回動カム５７を所定回転速度で正回動させると、両カムフォロア５６は高速アーム開閉領域Ａを通過し、所定時間後には回動カム５７が９０°回動する。このとき、各カムフォロア５６は高トルク領域Ｂにそれぞれ達している。両シーリング部材５３間の距離は若干距離を有している。この短い離間距離を、回動カム５７がさらに３３°回動するまでの間（各高トルク領域Ｂ内で、各角度位置ａに存在するカムフォロア５６が角度位置ｄ（閉角度位置Ｙ）に達するまでの間）にそれぞれ０とする。

各カムフォロア５６の閉角度位置Ｙへの到達後は、直ちに回動モータ５８が所定回転速度で逆回動され、各カムフォロア５６が開角度位置Ｘまでそれぞれ戻される。各カムフォロア５６が開角度位置Ｘ、閉角度位置Ｙ、各角度位置ａ〜ｆに達したことは、対応する回動モータ５８に組み込まれたエンコーダ５９によりそれぞれ検知される。各エンコーダ５９からの検知信号に基づく、回動モータ５８の正転または逆回動の制御は、制御盤３９の回動制御手段３９ａにより行なわれる。

次に、図１〜図７を参照して、この発明の実施例１に係る包装機１０の作動を説明する。
まず、供給部１１によりリール１１ａから包装紙Ｆを導出する。次に、包装紙Ｆを内容物供給部１６を用いて筒状に付形し、筒状の包装紙Ｆの幅方向の両端部を縦シール形成部１３によって貼り付け、縦シール部１２ａを形成する。それから、横シール形成部１４により筒状の包装紙Ｆを長さ方向に所定ピッチで熱融着し、一方の横シール部１２ｂを形成する（三方シール）。

具体的には、縦シール形成部１３および横シール形成部１４において、各開角度位置Ｘに両カムフォロア５６を配置した初期状態で、回動モータ５８により回動カム５７を所定回転数で正回動させる。これにより、両カムフォロア５６は高速アーム開閉領域Ａを通過し、所定時間経過後、回動カム５７が９０°回動する。このとき、各カムフォロア５６は高トルク領域Ｂにそれぞれ到達することになる。両シーリング部材５３間の距離は若干の距離を有している。この短い離間距離を、回動カム５７がさらに３３°回動して閉角度位置Ｙに達するまでの間にそれぞれ０とする。

このように、カムフォロア５６が高トルク領域Ｂを通過する際には、回動カム５７の回動角度と両開閉アーム５５の回動角度との間に大きなトルク比（減速比）が得られる。言い換えれば、回動カム５７に高トルク領域Ｂを設けたことで、回動カム５７に減速機の機能が付加されたことになる。
また、ここではシール機構として、高トルク領域Ｂを有する回動カム方式を採用したので、サーボモータ、ハーモニック減速機、コントローラなどの機器を組み込んだ高価な包装機１０を使用しなくても、例えば安価な三相交流モータを利用し、高圧かつ同じタイミングで包装紙Ｆの縦シール部１２ａ、横シール部１２ｂを熱シールすることができる。汎用の三相交流モータを使用すれば、カムに対して、力の制御（トルク制御）を行うことができる。また、汎用の三相交流モータにあっては、制御電流をｄ軸、ｑ軸の直交座標成分に分離して制御するベクトル制御が一般に知られている。このベクトル制御を利用することにより、カムに対して高速位置決め制御を行うことができる。その結果、低コストな包装機１０でありながら、これを高速運転した場合でも、未シール部分を有した包装体１２の発生頻度を低下させることができる。

各カムフォロア５６の閉角度位置Ｙへの到達後は、直ちに回動モータ５８が所定回転速度で逆回動され、各カムフォロア５６が開角度位置Ｘまでそれぞれ戻される。各カムフォロア５６が開角度位置Ｘ、閉角度位置Ｙ、各角度位置ａ〜ｆに達したことは、対応する回動モータ５８に組み込まれたエンコーダ５９によりそれぞれ検知される。各エンコーダ５９からの検知信号に基づく、回動モータ５８の正転または逆転の制御は、制御盤３９の回動制御手段３９ａにより行なわれる。

次に、上部が未封止状態の予備包装体１２Ａ内に、４つのホッパ１５からかやくＳをそれぞれ落下させて一まとめに充填する。続いて、予備包装体１２Ａの上端部を横シール形成部１４により封止する。そして、横シール切断部１７により横シール部１２ｂを順次切断することで、連続的に包装体１２が製造される。なお、包装紙Ｆの送りは、ローラ送り手段５０により行なわれる。
製造された包装体１２は、製品排出部１８により、次の梱包工程に、順次、移送される。

本願発明は、三方シール包装機に関するものである。三方シールは、市場に登場してもかなりの年月が経っているが、シールの機構などはほとんど見直されることはなく、様々な問題点を抱えて使用されているのが現状であった。一部のメーカからは新しい機構を持ったものも市場に投入されているものの、コスト的な問題や取り扱い・耐久性などの問題もあった。
そこで、本願発明に係る三方シール包装機は、高安定、高精度でしかも低コスト化を図った三方シール包装機である。すなわち、低コストの汎用の三相交流モータを使用することで、独自の力制御により高安定かつ理想的なシール制御を行うものである。また、独自のカム形状により、安定したシール機構を達成した。

この発明の実施例１に係る包装機の側面図である。 この発明の実施例１に係る包装機の正面図である。 この発明の実施例１に係る包装機に組み込まれたシーリング装置の拡大側面図である。 この発明の実施例１に係るシーリング装置の開閉アームの拡大平面図である。 この発明の実施例１に係るシーリング装置の開閉アームの拡大背面図である。 この発明の実施例１に係るシーリング装置の回動カムの拡大正面図である。 図６のＳ７−Ｓ７断面図である。

１０ 包装機、
１１ 供給部、
１２Ａ 予備包装体（熱融着シート）、
１２ａ 縦シール部、
１２ｂ 横シール部、
１３ 縦シール形成部（シーリング部材）、
１４ 横シール形成部（シーリング部材）、
１５ ホッパ（内容物貯留部）、
１６ 内容物供給部、
１７ 横シール切断部、
１７ａ カッタ、
３９ａ 回動制御手段、
５４ 回動軸、
５５ 開閉アーム、
５６ カムフォロア、
５７ 回動カム、
５８ 回動モータ（モータ）、
５９ エンコーダ（開検知センサ、閉検知センサ）、
Ｂ 高トルク領域、
Ｆ 包装紙（熱融着シート）、
Ｘ 開角度位置、
Ｙ 閉角度位置、
Ｓ かやく（内容物）。

Claims (2)

1. 回動軸を中心にして回動可能な開閉アームと、
   該開閉アームの一端部に設けられ、熱融着シートの重ね合わせ部分を押圧して熱シールするシーリング部材と、
   前記開閉アームの他端部に設けられたカムフォロアと、
   カム回動軸を中心にして正回動させることによって、当接された該カムフォロアを介して該開閉アームがその回動軸を中心にして閉方向に回動するように構成されるカムと、
   該カムを正逆自在に回動させるモータとを備え、
   前記カムは、羽根形状を有し、その外郭には、
   前記開閉アームの全開時における前記カムフォロアが前記カムに当接する開角度位置から該カムの正回動方向に９０°の範囲に設けられた高速アーム開閉領域と、
   該開角度位置から該カムの正回動方向に９０°〜１４０°の範囲に設けられた高トルク領域と、
   該開角度位置から該カムの正回動方向に１４０°〜１８０°の範囲に設けられた高速復帰領域と、を有し、
   該高速アーム開閉領域は、その長さ方向の中間部が外凸向きの円弧形状に膨出し、
   該高トルク領域は、該高速復帰領域に向かうほど徐々に大径化し、
   該高速復帰領域は、瞬時にカムフォロアが該開角度位置に当接可能となる形状を有し、
   該カムフォロアが該高トルク領域の所定位置に当接した際に、該カムを逆回動させる回動制御手段が設けられ、
   該高速アーム開閉領域では、該カムが正回動することによって、該開閉アームが閉方向に回動し、
   該高トルク領域では、該カムが正回動することによって、該高速アーム開閉領域における該開閉アームの閉方向への回動速度より遅く該開閉アームが閉方向に回動し、
   該カムフォロアが該高トルク領域の所定位置に当接した際に、該回動制御手段により該カムを逆回動させるシーリング装置。
2. 熱融着シートからなる包装紙を供給する供給部と、
   前記包装紙の縦両縁部を合掌状に合わせた縦シール部を熱シールして筒形状の予備包装体にする縦シール形成部と、
   包装体を製造する途中の前記予備包装体の上下両端を熱シールして横シール部を形成する横シール形成部と、
   内容物を貯留して該内容物の所定量を落下させる内容物貯留部と、
   前記内容物貯留部から投下された内容物を前記予備包装体に供給する内容物供給部と、
   上下両端の前記横シール部をカッタにより切断する横シール切断部と、
   これらが搭載される装置本体とを備えた包装機において、
   前記縦シール形成部および横シール形成部として、請求項１に記載のシーリング装置を採用した包装機。

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