この発明は、包装袋当たりの製品の充填量を計量するとともに計量された製品を落下指令に基づいたタイミングで落下させる計量機、筒状包装材を縦方向に送る送り動作をする包装材送り装置、及び筒状包装材に横シールを施すことにより、当該筒状包装材の先端側に先行して形成された包装袋に製品が充填された袋包装体を形成する横シール装置を備えており、計量機から落下されて筒状包装材の先端の包装袋に当該製品が充填される充填タイミングを定める機能を備えた縦型充填包装機に関する。

従来、充填包装機、特に製品が落下・充填される縦型充填包装機においては、製品を変更する場合等、新しい製品の供給タイミングを設定する際などでは、タイミングの設定値の指標が無く、実際に落下する製品を見ながら設定するほかない。本出願人は、例えば特許文献1に記載されているような、筒状包装材を横シールする横シール部の作動タイミングに対する製品供給装置からの製品の排出タイミングを制御する縦型製袋包装システム及びそのタイミング制御方法を提案している。

この縦型製袋充填包装システムは、一般に、製品供給装置として物品を所定の重量(又は数量)に計量する計量機と、該計量機から排出落下される当該製品を筒状包装材で受けて包装する縦型製袋充填包装機とから構成される。縦型製袋充填包装機は、製品を袋詰めする装置であり、通常、ウェブ状の包装材を略筒状に湾曲させるフォーマ(製筒器)と、フォーマによって湾曲成形された包装材を外周面にて案内し且つ内部の空間に包装すべき製品が投入落下される充填筒と、充填筒の外方に配置されて湾曲成形された包装材の両側縁部分をヒートシールして筒状包装材に成形する縦シール装置と、充填筒内に投入落下された製品を収容した筒状包装材を横方向にヒートシールして先行して製造された包装袋の頭部シールと次の包装袋の底部シールとを形成する横シール装置とを備えている。横シール装置には、包装袋を切り離すカッタ装置を組み込むことができる。縦型製袋充填包装機は、また、帯状包装材を巻き取って成るロールから繰り出された帯状包装材を充填筒の外方に配置されて充填筒との間に挟んで送るベルト状の包装材送り装置を備えている。

計量機と縦型製袋充填包装機の各装置(縦シール装置、横シール装置及び包装材送り装置)の動作は、制御装置(計量制御装置と包装制御装置とを含む。)からの指令信号によってスムーズに且つ連続して包装動作を行うように制御される。即ち、包装制御装置は、計量機の作動を制御する計量制御装置に製品の落下を求める落下要求信号を出力するとともに、当該製品落下に対応して、縦型製袋充填包装機の縦シール装置、横シール装置及び包装材送り装置の作動タイミングや動作量を制御して、落下されてくる製品を包装袋に正しく充填・包装できるようにしている。作動タイミングについては、具体的には、計量機からの製品の排出を検出してから一定時間の後に、横シール装置による横シールが開始されるように各装置の作動タイミング制御が行われている。

充填筒の上方、即ち、計量機からフォーマ内に延びる製品集合排出部と充填筒に関連して、計量機から落下される製品を検知するため、発光−受光型式の光電センサが配置されている。当該センサを配置するために、計量機の製品集合排出部又は充填筒のフォーマよりも上方の部分に窓を開けてセンサの光が通過できるようにしているか、或いは、計量機の製品集合排出部と充填筒との間に光が通過できるような隙間が設けられている。包装機の運転中、光電センサからは、計量機の集合排出部から接続筒部を通って充填筒内へと落下する製品がセンサ光を遮っているか否かに応じた信号が常時、包装制御装置に送信される。縦型製袋充填包装機における各種のタイミング調整については、包装機の各装置や制御装置から提供されるデータ、横シールによる製品の噛み込み状況、或いは包装袋の横シール部を含む袋底部に落下する製品の目視、落下時の音などを頼りにして調整量を加減することで行われている。

縦型製袋充填包装機においては、計量機が受信した製品の落下指令に基づいて製品の排出動作がなされるが、計量機から製品が排出されたことを示す排出完了信号(又はセンサが検知した製品落下の検知信号)が出された時刻から、筒状包装材の先端側に形成されている包装袋に製品が落下・充填される時刻(即ち、充填タイミング)までの期間(「製品落下時間」)については、常に一定というものではなく、包装機周囲の環境や製品アイテムの性質・状態に起因して変動するものである。即ち、環境の気温や湿度、或いは製品の表面状態(大きさ、いびつさ、固さ、粗さ)によっても、個々の製品が落下経路や他の製品との衝突によって包装袋に落下するまでに受ける抵抗も僅かながら異なる。したがって、縦型製袋充填包装機においては、計量機からの製品の排出落下タイミングと、包装材送り装置や横シール装置等の各装置の作動タイミングについては、精度良くマッチングするように、手動によって遅早を調整しているのが実情である。

ところで、製品アイテム、即ち、包装すべき製品がそれまでの製品とは別のものに変更される場合、包装材がアルミ蒸着フィルムのようなときには、筒状包装材の先端側に形成されている包装袋の中を透けて見ることができないので、包装材を通しての目視や光学的なセンサでは、どの時点で製品が包装袋内に落下・着地したのかを定めることができない。アルミ蒸着フィルムを透過するセンサを使用することもあるが、製品が包装袋内に着地したことの検出が不安定である。したがって、包装材がアルミ蒸着フィルムのような場合、製品の包装袋内への落下・着地をセンサで検知することによる充填タイミングの決定が特に困難となっている。

特許第5235459号公報

そこで、製品アイテムの変更があった場合のように、計量機から製品が排出されたとする排出完了信号(以下、「製品排出完了信号」という。)が出されてから当該製品が包装袋内へ落下・着地するまでの期間(製品落下時間)が変わる可能性があるときには、製品が包装袋に落下・着地する時刻、即ち、充填タイミングの確認を目視に頼るのではなく、先端側に包装袋が形成されている筒状包装材の挙動に着目し、その挙動を利用して製品の充填タイミングを決定できるようにするという点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、上記課題を解決することであり、製品アイテムの変更があったときのように、計量機からの製品排出完了信号が出されてから当該製品が包装袋内に落下・着地する充填タイミングまでの製品落下時間が変わる可能性がある場合には、先端側に包装袋が形成されている筒状包装材の挙動に着目し、その挙動に基づいて、製品の充填タイミングを決定することで、計量機や包装機の作動制御に関しての煩雑なタイミング設定作業を簡素化・容易化することができる縦型充填包装機を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による縦型充填包装機は、包装袋当たりの製品の充填量を計量するとともに計量された前記製品を落下指令に基づいたタイミングで落下させる計量機、縦方向に延びる筒状包装材に対して接離動作可能であり、前記筒状包装材に当接状態で前記筒状包装材を縦方向に送る送り動作をする包装材送り装置、及び前記筒状包装材に対して開閉可能であり、閉じ状態にあって前記筒状包装材に横シールを施すことにより、前記筒状包装材の先端側に先行して形成された前記包装袋に前記製品が充填された袋包装体を形成するとともに後続の前記包装袋を形成する横シール装置を備えており、前記計量機から前記製品が排出された製品排出完了信号が出されてから当該製品が前記包装袋内へ落下・着地するまでの製品落下時間を測定するため、前記計量機から落下されて前記筒状包装材内に投入された前記製品が前記包装袋の底部に衝突することに起因した前記筒状包装材の挙動に基づいて前記製品が前記包装袋内に充填された充填タイミングを定めることから成っている。

この縦型充填包装機によれば、製品アイテムが変更された場合のように、製品落下時間を測定するためには、計量機は、先ず、包装袋当たりの製品の充填量を計量するとともに、計量された製品を落下指令に基づいたタイミング(排出タイミング)で筒状包装材内へ向けて落下させる。計量機から筒状包装材内に投入された製品は、筒状包装材の先端側に形成されている包装袋の底部に衝突し、このときの衝撃は包装袋を下方に下げるように作用する。包装袋は、筒状包装材の先端側に形成されていて筒状包装材に吊り下げられた状態にあるので、当該作用は筒状包装材には下方向へ移動するという挙動として現れる。こうした筒状包装材の挙動に基づいて、製品が包装袋内に充填された充填タイミングが定められるので、目視や光学的なセンサに依ることなく、製品の包装袋内への着地、即ち、充填タイミングを特定することができる。充填タイミング測定の際に、横シール装置が筒状包装材に対して離れた開き状態にあるとすると、製品落下による包装袋への衝撃は、横シール装置が閉じ状態にあるとしたときに包装袋の底部を支えることになる横シール装置に受け止められることがなく、包装袋や筒状包装材の移動に無駄なくダイレクトに変換される。製品が包装機における実際の落下距離を落下したときの正しい充填タイミングが測定され、正しい製品落下時間を得ることができる。

この縦型充填包装機において、前記包装材送り装置は、サーボモータと、前記筒状包装材と当接しつつ当該サーボモータの駆動によって走行駆動される送りベルトを備えており、前記製品の落下の際には、前記包装材送り装置の前記送りベルトを前記筒状包装材と前記当接状態に設定することができ、前記製品が包装袋に衝突したことに起因した前記筒状包装材の挙動を前記包装材送り装置の前記サーボモータに作用する負荷の変動として検知することができる。 即ち、製品の衝突に起因して筒状包装材に現れる下方向の移動は、筒状包装材と当接状態にある送りベルトを介して包装材送り装置のサーボモータの負荷の変動として検知される。具体的には、サーボモータに作用する負荷の変動としては、サーボモータの回転に関係する物理量、例えば、サーボモータの回転軸の回転数の変動、モータを駆動する電流の変動、及びモータを駆動するトルクの変動として現れ、これらを検知することで、充填タイミングを定めることができる。サーボモータを含む包装材送り装置は、縦型充填包装機に従来から備わる装置であり、既存の装置を利用することで、構造の複雑化を招くことなくまたコストの上昇を抑制して製品の包装袋への落下・着地を検知することができる。

この縦型充填包装機において、前記包装材送り装置による前記筒状包装材の送り量を制御するため、前記筒状包装材の送り方向の移動量を計測するエンコーダを備えており、前記製品の衝突に起因した前記筒状包装材の挙動を前記エンコーダによる前記筒状包装材の移動量の変動として検知することができる。 製品の包装袋への衝突に起因して筒状包装材に現れる下方向の移動はエンコーダが計測する筒状包装材の移動量の変動として現れるので、エンコーダが測定する移動量を監視する中で、移動量の変動を検知することにより、製品の包装袋内への充填タイミングを定めることができる。筒状包装材の送り方向の移動量を計測するエンコーダは、縦型充填包装機の包装材の送りに関して従来から備わる装置であり、既存の装置を利用することで、構造の複雑化を招くことなくまたコストの上昇を抑制して製品の包装袋への落下・着地を検知することができる。

この場合、更に、前記製品の落下の際には、前記包装材送り装置の前記送りベルトが前記筒状包装材から離れた離間状態に設定することができる。 製品の包装袋に衝突に起因して筒状包装材に現れる下方向の移動をエンコーダが計測する筒状包装材の移動量の変動として検知するには、筒状包装材に現れる下方向の移動が他の装置等に吸収されることなく、エンコーダが可能な限りダイレクトに測定することが好ましい。包装材送り装置の送りベルトが筒状包装材に当接状態にあると、筒状包装材に現れる下方向の移動が包装材送り装置を作動させるのに消費されることになってエンコーダが測定する移動量の値が充分大きくならない可能性がある。そこで、製品の落下の際には、包装材送り装置の送りベルトを筒状包装材から離れた離間状態とすることで、筒状包装材に現れる下方向の移動量をエンコーダでダイレクトに測定させることができる。

この縦型充填包装機において、前記縦型充填包装機は、帯状包装材を略筒状に曲成する製筒器、及び略筒状に曲成された前記帯状包装材をその両側縁部分に縦シールを施すことで筒状包装材に成形する縦シール装置を備えている縦型製袋充填包装機であり、前記包装材送り装置は、前記製筒器から吊り下げ状態にある前記筒状包装材を、前記製品の落下に先立って、その送り方向とは逆方向に僅かに戻す動作をすることができる。 製筒器は、一般に、セーラ部と、当該セーラ部にエッジとなる稜線で接続するスリット付きの筒状部とを備えており、帯状包装材が製筒器を通過するときには、稜線で急に折れ曲がるために大きな走行抵抗となる。そこで、製筒器から吊り下げ状態にある筒状包装材を、製品の落下に先立って、その送り方向とは逆方向に僅かに戻しておくと、筒状包装材が製筒器から若干浮き上がった状態となる。その後、製品の包装袋への衝突に起因して筒状包装材が下方向に移動しようとする場合には、筒状包装材に繋がる帯状包装材が製筒器を移動するときに、先ずその浮き上がり状態を解消するような動きをして、製筒器の稜線を通過することがないので、包装材の走行抵抗が大きくなることがない。

この場合、更に、製品アイテムが変更された場合のように、製品落下時間を測定するための製品の落下の際には、前記横シール装置による前記筒状包装材の挟み込みが解除されている開き状態にあり、前記縦シール装置による前記帯状包装材の側縁部分の挟み込みが解除されている開き状態にすることが好ましい。 製品が包装袋に衝突する際に、当該衝撃がダイレクトに包装袋のみに集中して作用するには、横シール装置が開き状態にあって、衝撃力が横シール装置に及ぶことなく筒状包装材に下方向の移動に無駄なく変換されることが好ましい。また、製品の包装袋への衝突に起因して筒状包装材に現れる下方向の移動を、帯状包装材や筒状包装材の走行抵抗が少ない状態で生じさせるため、縦シール装置についても、開き状態にあって帯状包装材の側縁部分の挟み込みが解除されていることが好ましい。

この縦型充填包装機において、前記製筒器から吊り下げ状態にある前記筒状包装材内に前記製品が投入されることによる当該製品の衝突に起因した前記筒状包装材の挙動は、袋下部に接触配置されており、前記製品が前記袋下部に到達した際の振動を検出可能な振動センサ、袋内又は袋周辺の音を監視しており、前記製品が落下した際の音の変化を検出可能な音センサ、又は袋下部を画像にて監視しており、前記製品が落下した際の前記包装袋の膨らみ等の画像の変化を検出可能な画像センサによって検出することができる。 この縦型充填包装機においては、筒状包装材(包装袋)の振動、音、膨らみ等の画像については、それらを検出する別途のセンサが必要ではあるが、いずれも筒状包装材の挙動の変化として捉えることができる。

この縦型充填包装機において、少なくとも前記横シール装置による前記筒状包装材に前記横シールを施す作動タイミングを基準として、前記計量機から前記製品が排出完了となった旨を表す製品排出完了信号が出されるタイミングから測定された前記充填タイミングまでの製品落下時間を逆算することに基づいて、前記計量機への前記製品の前記落下指令のタイミングを調整することができる。 充填タイミングが測定されると、包装材送り装置、縦シール装置、横シール装置等の動作を行う作動タイミングを設定した上で、少なくとも横シール装置による作動タイミングに対して、製品排出完了信号が出されたタイミングから充填タイミングの時間までの製品の落下期間を逆算して遡り、計量機に対して製品の落下指令を発するタイミングを調整・設定することが好ましい。このようにすることで、その後の製品の落下と包装について、包装袋内に失敗することなく正しいタイミングで製品を収容・包装することができる。

また、この縦型充填包装機において、タイミングの設定の仕方として上記とは逆に、前記計量機から前記製品が排出完了となった旨を表す製品排出完了信号を基準として、前記製品落下時間を加算することに基づいて、少なくとも前記横シール装置による前記筒状包装材に前記横シールを施す作動タイミングを調整し、更にその他の各装置の作動タイミングを調整し設定することもできる。

この縦型充填包装機において、前記計量機から前記製品が落下されてから前記包装袋に落下・着地するまでの製品落下時間に関するデータと、少なくとも前記包装材送り装置及び前記横シール装置の作動タイミングとをチャートとして表示する表示装置を備えることができる。 製品落下時間に関するデータと、縦型充填包装機が備える少なくとも包装材送り装置及び横シール装置の作動タイミングとを、表示装置においてチャートして表示することにより、オペレータは、表示装置で時刻を確認しながら、包装機を構成する各装置の作動タイミングと整合するタイミングで、計量機が製品を落下させるタイミング、更には計量機への落下指示タイミングを設定することができる。

この発明による縦型充填包装機は、上記のように構成されているので、縦型充填包装機としては、縦方向に延びる筒状包装材に対して接離動作可能な包装材送り装置が、筒状包装材に当接した状態で当該筒状包装材を縦方向に送る送り動作をし、そうして縦方向に送られる筒状包装材に対して開閉可能な横シール装置が、閉じ状態にあるときに筒状包装材に横シールを施すことにより、筒状包装材の先端側に先行して形成された包装袋に当該落下された製品が充填された袋包装体を形成するとともに、筒状包装材に後続の包装袋を形成する。 包装袋当たりの製品の充填量を計量する計量機は、受けた落下指令に基づいて当該計量された製品を排出させるが、横シール装置が筒状包装材から離れた開き状態にあるときに、落下された製品が筒状包装材内に投入されて包装袋の底部に衝突すると、筒状包装材には当該製品の衝突に起因した挙動が生じ、当該挙動に基づいて製品が包装袋内に充填された充填タイミングを定めることができる。 したがって、この縦型充填包装機によれば、例えば、製品アイテムが変更された場合のように、計量機から製品が排出された製品排出完了信号が出されてから当該製品が包装袋内へ落下・着地するまでの製品落下時間を測定することが必要なときには、製品が実際に包装袋内に落下・着地する充填タイミングを簡単な構造上の構成で且つ確実・正確に検知することができる。そして、計量機からの製品排出完了信号が出されるタイミングから製品が包装袋に落下・着地する充填タイミングまでの経過時間が製品落下時間として判るので、その後の製品の包装については、計量機からの製品排出完了信号のタイミングと、包装機を構成する各種装置の作動タイミングとを、当該製品落下時間に基づいて、精度良く且つマッチングするように調整・設定することができる。

図1は、この発明による縦型充填包装機に備わる制御装置の一例を示すブロック図である。

図2は、この発明による縦形充填包装機の構造一例を示す概略図である。

図3は、この発明による縦型充填包装機の一実施例の制御内容を示すフローチャートである。

図4は、この発明による縦型充填包装機の別の実施例の制御内容を示すフローチャートである。

図5は、この発明による縦型充填包装機において、充填タイミングをより検知し易くする態様を示す図である。

図6は、この発明による縦型充填包装機において、製品落下時間を計測支援するための表示装置の表示画像の例を示す図である。

図7は、本発明による縦型充填包装機によって得られた適正な場合の製品落下時間を、包装機の作動チャートに並べて表示する表示画面の例を示す図である。

図8は、本発明による縦型充填包装機によって得られたが適正でない場合の製品落下時間を、包装機の作動チャートに並べて表示する表示画面の例を示す図である。

図9は、従来の縦型充填包装機の一例を示す斜視図である。

図10は、計量機等の周辺装置を含めた従来の縦型充填包装機の一例を示す斜視図である。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による縦型充填包装機の実施例を説明する。図1はこの発明による縦型充填包装機に備わる制御装置の一例を示すブロック図であり、図2はこの発明による縦形充填包装機の構造の一例を示す概略図である。

本発明による縦型充填包装機の実施例を説明する前に、従来から知られており、図9に斜視図として一例を概略図示するような縦型製袋充填包装機について説明する。縦型製袋充填機50においては、帯状包装材Fwは、製筒器であるフォーマ51によって略筒状に曲成され、縦方向(包装材の送り方向)に走行される中で縦シール装置52によって縦方向のシール(縦シール部Sc)が施されて筒状包装材Ftに成形される。筒状包装材Ftには、充填用筒体(充填筒)53を通して包装物である製品Sが投入・充填される。横シール装置54が筒状包装材Ftに横方向(包装材の送り方向に交差する方向)に横シール部Seを施すことによって、筒状包装材Ftの先端側には、先行して形成されている包装袋B内に製品Sが収容・包装された袋包装体Bpが製造されると同時に、次に製品Sが投入される包装袋Bが形成される。充填筒53の外周の左右両側には、筒状包装材Ftを挟んで送る一対のベルト式の包装材送り装置55a,55b(55で総称する)が配設されている。縦シールによる筒状包装材Ftの成形、製品Sの充填及び包装袋Bの形成と包装袋Bの横シールによる封鎖を繰り返すことで、袋包装体Bpが連続して製造される。

帯状包装材Fwは、フォーマ51によって両側端縁部分fe,feが合掌状に重ね合わされるように曲成され、縦シール装置52のバー状の縦シールブロック52a,52bが両側端縁部分fe,feを挟み込んで縦シール部Scを施すことで、筒状包装材Ftに成形される。横シール装置54を構成するバー状の横シールブロック54a,54bは、それぞれ筒状包装材Ftに対して互いに接近・離反する作動をする部材であり、接近時に筒状包装材Ftを横断する方向に挟んで、包装袋Bのための底側の横シール部(横シール部Seの一部)を形成する上側の横シーラ部と、袋包装体Bpの天側の横シール部(横シール部Seの残部)を形成する下側の横シーラ部とを有する。筒状包装材Ftを通じて内部に製品Sが投入された包装袋Bを横シール装置54によって横断方向に横シールを施すことで袋包装体Bpが製造される。

横シール装置54は、筒状包装材Ftを切断するカッタ装置56を内蔵することができる(その場合、横シール装置は横シール・カット装置とも称される)。カッタ装置56は、一方の横シールブロック54aにおいて上下の両横シーラ部間に取り付けられているカッタ刃56aを備えており、他方の横シールブロック54bには、両横シールブロック54a,54bが相互に接近したときにカッタ刃56aが入り込む溝56bが形成されている。両横シールブロック54a,54bが互いに接近し筒状包装材を挟み込んで溶着し横シール部Se,Seを形成すると同時に、カッタ刃56aが当該両横シール部Se,Se間で筒状包装材Ftを突き破って切断する。なお、充填筒53の下端には、筒状包装材61を直径方向両外側に緊張させる一対の緊張ガイド59,59が斜め下方に延びるように設けられている。

この種の縦型製袋充填包装機においては、包装材は、包装動作に合わせて連続又は間欠的に送られている。即ち、帯状包装材Fw及びその両側端縁部分fe,feを接近させた湾曲状包装材の送りが連続的に行われている間、又は間欠送りの送りが停止している間に、縦シール装置52が両側端縁部分fe,feを挟み込んで当該部分に縦シール部Scを形成するとともに、横シール装置54が横シール部Seを形成する。縦及び横のシール部Sc,Seは、包装材を加圧・加熱してシール剤を溶着するヒートシールによって行われる。かかる包装材を連続的に送るタイプの包装機は、縦シール装置52や横シール装置54を例えばボックスモーション等の動作をさせるための機構(周知のものがあり、ここでは図示しない)を備える必要があって構造が複雑になるが、その一方で高速包装に適している。また、間欠送りするタイプの包装機は、ヒートシールを施す際に包装材の送りを一旦停止させる必要があるので包装速度に限界があるが、縦及び横のシール装置52,54の構造が簡単であって且つ作動が安定・確実であるために、根強い需要がある。

この発明による縦型充填包装機の実施例における包装機それ自体の構造については、図9に示し且つそれに基づいて説明をした縦型製袋充填包装機50と同様であってよい。即ち、縦型製袋充填包装機50は、例えば、製品Sの供給・投入装置(計量機60。周知のものであり図9では省略。図10とその説明を参照)、帯状包装材から筒状包装材を成形する縦シール装置52、帯状包装材や筒状包装材を包装機の縦方向に送る包装材送り装置(紙送り装置)55、筒状包装材に横断方向に横シール部を施す横シール装置54、及び横シール部において筒状包装材を切断して袋包装体を筒状包装材から切り離すカッタ装置56等を備えている。縦型製袋充填包装機50の包装動作は、縦型製袋充填包装機50を構成するこれら各種装置の行う動作を統合したものである。

縦型製袋充填包装機50は、図10に周辺装置を含めて示すように、通常、前工程の装置(計量機60、計量機用製品供給コンベヤ62)、後工程の装置(重量検査装置63、搬送コンベヤ64、箱詰め装置65)と組み合わせた生産ラインの中に設置される。計量機60は、分散テーブルの周囲に計量センサ付きのプールホッパや計量ホッパ、メモリホッパ等からなる複数の計量ユニット61(詳細については説明を省略する。一部についてのみ符号を付す。)を立体的に配列して構成されている組合せ計量機である。計量ユニット61の下方には幾つかの計量ユニット61から組合せとして落下された製品Sが集合する集合排出部としての集合ホッパが設けられており、集合ホッパから排出・落下される製品Sが縦型製袋充填包装機50に投入される。制御装置から計量機60に対して発せられる落下指令に基づいて、計量機60の集合ホッパから製品が排出される。なお、帯状包装材Fwは、フィルムロールFrから繰り出されて縦型製袋充填包装機50に供給される。

図1に示すブロック図では、縦型充填包装機10を構成する各装置と制御装置20との基本的な関係が示されている。包装動作に必要な袋長さや包装速度等の各種設定項目が設定部19によって制御装置20の演算部21に入力され、必要な事項がメモリ22に記憶される。制御装置20は、演算部21からそれぞれ指令が出力される製品供給制御部23、包装材送り制御部24、縦シール制御部25、横シール制御部26、及びカッタ制御部27を備えている。

製品供給制御部23は、計量機60を含む製品供給装置(広義の計量機)に制御信号を出力して、製品Sの包装機への投入のタイミングや供給量を制御する。包装材送り制御部24は、例えば吸引機能を備えた無端のタイミングベルトを用いる包装材送り装置55に制御信号を出力して、包装材送り装置55による包装材(筒状包装材Ft)の送りのタイミングや送り量を制御する。縦シール制御部25は、帯状包装材Fwの両側縁部分fe,feを貼り合わせて筒状包装材Ftを形成する縦シール装置52に制御信号を出力して、縦シール装置52の作動タイミング等を制御する。横シール制御部26は、筒状包装材Ftを横断方向にシールして横シール部Seを形成する横シール装置54に制御信号を出力して、横シール装置54の作動タイミング等を制御する。カッタ制御部27は、例えば横シール装置54内に組み込まれたカッタ装置56(そのための駆動装置を含む)に制御信号を出力して、包装材を切断して袋包装体Bpを筒状包装材Ftから分離・切断するカッタ装置56の作動タイミング等を制御する。

計量機60と縦型製袋充填包装機50はそれぞれの作動タイミングを一致させるため、両装置を司る制御装置20における各制御部間でタイミング信号(ON・OFF信号)を遣り取りしている。タイミング信号の遣り取りには、いくつかの方法がある。図1に示すブロック図においては、包装機主・計量機従のシステムで、縦型製袋充填包装機50から計量機60に製品要求信号(落下指令信号)70を送り、これを受けた計量機60が製品Sの計量を行い、計量が完了した製品Sを排出すると同時に製品排出完了信号71を包装機側に送る。製品排出完了信号71を受けた縦型製袋充填包装機50は、各制御部24〜27に動作制御信号を送ってその後の製袋充填動作を行なう。製袋充填動作によって、縦シールから、製品の充填、横シール、切り離しによる袋包装体Bpを製造するまでの一連の動作が実行される。

落下された製品Sが充填筒53や筒状包装材Ft内に投入されて、筒状包装材Ftの先端側に形成されている包装袋Bの底部に衝突すると、その衝撃で、筒状包装材Ft及びそれに繋がる帯状包装材Fwが僅かではあるが送り方向に動く。この包装材の送りを監視しておき、僅かな移動量ではあってもそうした包装材の送りを検知することで、その時刻を製品Sが包装袋Bに落下・着地された充填タイミングとして把握することができる。

図2は、この発明による縦形充填包装機の構造(装置構成)の一例を示す図である。図2に示すように、縦形充填包装機10の基本的な構成は、図9に示す縦型製袋充填包装機50と同様であるので、同等の機能を奏する構造には図9に示す縦型製袋充填包装機50で用いられている符号と同じ符号を付すことにより、再度の詳細な説明を省略する。図2において、筒状包装材Ftを縦方向に紙送りする包装材送り装置55は、充填筒53の両側方外面において、筒状包装材Ftを挟み込む(又は吸引する)ように配置されている無端のタイミングベルトからなる包装材送りベルト11,11(図では一方のみを示す)と、両包装材送りベルト11,11を同期して駆動する包装材送りサーボモータ14とを備えている。各包装材送りベルト11は、上下のそれぞれに配置されている駆動側及び従動側タイミングプーリ12,13に巻き掛けられており、下側に配置されている駆動側のタイミングプーリ12は、包装材送りサーボモータ14によって回転駆動される。

縦型充填包装機10において、包装材送りベルト11の配置位置よりも上方(フォーマよりも下方)の間には、送られる包装材の長さを測定する測長エンコーダ15が配置されている。測長エンコーダ15は、包装材の送りの制御に用いられるものであり、測長エンコーダ15としては、例えば、光学式のインクリメンタル型式であれば、外周部に窓を持つスリット円板と光電検出装置を備えた周知の方式のものを採用することができる。包装材に当接させたスリット円板が包当該装材の走行に伴って回転することで、窓を通過する光のオン/オフにより信号が発生する。信号のパルス数をカウントすることで、包装材の送り長さを無接触で且つ高精度、高分解能で検出することができる。

図3はこの発明による縦型充填包装機の一実施例における制御内容を示すフローチャートであり、図4はこの発明による縦型充填包装機の別の実施例における制御内容を示すフローチャートである。 図3に示す本発明の縦型充填包装機の実施例は、包装材送り装置55の包装材送りベルト11,11を駆動するサーボモータ14の負荷を監視することによって、製品の包装袋への充填タイミングを検知する型式の縦型充填包装機である。充填タイミングの測定動作フローにおいて、包装すべき製品アイテムが変更される場合には、例えば、制御装置20への設定部19に製品アイテム変更ボタン又はタイミング初期設定のようなボタンが用意されており、当該ボタンを押す又はタッチする(ステップ1;「S1」と略す。以下、同様)ことで、製品Sの包装袋Bへの充填タイミングの測定動作が開始される。なお、製品Sは計量機60において既に集合排出部に集合され、排出準備ができているとする。

先ず、測定の準備段階として、縦型充填包装機10の縦シール装置52は開き状態とする(既に開き状態であればその状態を維持する)。即ち、縦シール装置52の縦シールブロック52a,52bは、帯状包装材Fwの両側縁部分ft,ftを挟むことのない後退位置を占める(S2)。横シール装置54は開き状態とする(既に開き状態であればその状態を維持する)。即ち、横シールブロック54a,54bが筒状包装材Ftから離れた非接触の後退位置を占める(S3)。縦シール装置52及び横シール装置54はいずれも開き状態となることで、包装材の挙動への干渉が排除され、充填タイミングの検知へ影響が出るのを回避することができる。また、包装材送り装置55においては、包装材のベルト送り機能がオンにされる(S4)。即ち、包装材送りベルト11,11が筒状包装材Ftに接近した位置を占めており、筒状包装材Ftの紙送りと包装材送りベルト11,11の走行とが関連付けられている状態にある。 なお、充填タイミング測定の際に、横シール装置が筒状包装材に対して閉じ状態にあって横シールを施しているとしても、包装袋内に落下する製品は横シール近傍の袋底部に衝突して当該包装袋に充分な衝撃を与えることができるので、横シール装置が開き状態にある場合と同様に、正しい製品落下時間を得ることができる。

上記の測定の準備が整った状態で、制御装置20は計量機60に対して製品Sを落下させるための落下指令信号を発する(S5)。計量機60において集合排出部に集合・収容されている製品Sは当該落下指令信号に基づいて計量機60から排出されるとともに、計量機60から製品排出完了信号が出力される(S6)。製品排出完了信号は、集合排出部の作動信号であるとすることができるが、計量機60の集合排出部の直下に設けられているセンサが製品Sの落下を検知する信号であってもよい。計量機60から落下された製品Sは、充填筒53に投入され、筒状包装材Ftの先端側に形成されている包装袋Bの底部に落下・着地する。製品Sが包装袋Bの底部に着地する時に製品Sが包装袋Bに作用する衝撃に起因して、フォーマ51によって吊り下げられている状態にある筒状包装材Ftは、送り方向の移動、即ち、当該衝撃によって筒状包装材Ftが下方向に移動するような挙動を示す。

筒状包装材Ftには包装材送りベルト11,11が当接しているので、筒状包装材Ftのこうした挙動は、包装材送りサーボモータ14に負荷等の状態変動として現れる。即ち、包装材送りサーボモータ14の回転出力軸に微小な回転を生じ、また、その回転に対する反作用としてモータ駆動電流やモータトルクに変動も現れる。こうしたサーボモータ14の挙動を監視していることにより、変動が現れた時刻として充填タイミングを検知し、特定することができる(S7)。更に、S6の製品排出完了信号が発せられるタイミングと充填タイミングとの時間差を算出することで、計量機60への製品Sの排出完了から実際に製品Sが包装袋B内に落下・着地するまでの製品落下時間が自動的に算出される。

図4に示す本発明の縦型充填包装機の別の実施例は、包装材送り装置55の測長エンコーダ15の出力を監視することによって、製品の包装袋への充填タイミングを検知する型式の縦型充填包装機である。図3に示した実施例と異なるところは、包装材送り装置55において、包装材のベルト送り機能がオフにされるステップ(S14)と、測長エンコーダ15の状態変動の監視、即ち、測長エンコーダ15の出力を監視することで包装材の移動が検知されることに基づいて製品Sの充填タイミングを検知するステップ(S17)である。その他のステップについては内容に変更がなく、図3に示すS1〜S3、S5、S6については、図4においてそれぞれS11〜S13、S15、S16とそのまま対応させているので、再度の説明を省略する。

包装材送り装置55が筒状包装材Ftに当接していることは、筒状包装材Ftの移動にとって包装材送り装置55が抵抗となり、測長エンコーダ15による包装材の挙動の検知に影響が出る。そこで、S14では、包装材送り装置55による包装材のベルト送り機能がオフにされ、包装材送りベルト11,11が筒状包装材Ftから離れた位置を取る。S17では、包装袋Bの底部に製品Sが衝突して衝撃が生じると、筒状包装材Ftは下方に突き動かされ、測長エンコーダ15の出力には僅かではあるが包装材が紙送り方向に送られたとされる測定値に変動が生じる。その変動が生じた時刻を検知することで、製品Sが包装袋B内に落下・着地したタイミングを自動的に知ることができる。

計量機60について、製品排出完了信号が発せられるタイミングから筒状包装材Ftの先端側に形成されている包装袋Bへの落下・着地タイミングまでの製品落下時間が求められれば、包装機の作動タイミングにマッチングするように当該包装機の作動タイミングから逆算して、計量機60への製品排出完了信号が出されるべきタイミングが決定され、そのタイミングに応じて計量機60への製品Sの落下指令信号が出される(包装機主・計量機従のタイミングの決定)。これに代えて、計量機60への製品排出完了信号が出されるタイミングから製品落下時間を加算した時刻に基づいて、包装機の作動タイミングを決定することもできる(計量機主・包装機従のタイミングの決定)。したがって、製品Sを筒状包装材Ftの先端側に形成されている包装袋B内に落下・着地させる作動タイミングと、縦シール装置52や横シール装置54、カッタ(ナイフ)装置56等のタイミングが設定される製袋充填包装機の作動タイミングとを、製品の包装が不良とならないように互いに関連付けることができ、特に横シール装置54による製品Sの噛み込みを防止することができる。また、無駄時間を極力無くすことで、高速包装にも適合することができる。

図5には、包装材送りサーボモータ14や測長エンコーダ15による充填タイミングをより検知し易くする態様が示されている。製筒器(フォーマ51)は通過する帯状包装材Fwを略筒状に曲形するものであり、帯状包装材は、セーラ部と筒状部とが接続する稜線Eを通過する際に、稜線Eに摺接しながら稜線Eで折り曲げられるように変形する。したがって、帯状包装材Fwがフォーマ51を通過する際には走行抵抗が生じる。製品Sの落下の衝撃に起因して、筒状包装材Ftが僅かにその送り方向に送られるとしても、その際に、フォーマ51の稜線Eを通過する部分は折れ曲がり変形を伴いつつ通過するので、その変形を伴う通過に対して抵抗となり、筒状包装材Ftの挙動の検知にとって不利である。そこで、充填タイミングを測定する際には、製品Sが落下される前に、包装材送り装置55を逆方向に若干駆動して、予め帯状包装材Fwや筒状包装材Ftを逆方向に僅かに戻しておくことが好ましい。図5には、戻された包装材がフォーマ51から折れ曲がった状態のまま、包装材持上げ量ΔHだけ持ち上がる状態で示されている。このようにすることにより、製品Sが包装袋Bに衝突してその衝撃によって包装材が突き下げられるときに、包装材は稜線Eを通過することがなく逆方向に戻した分だけ移動しやすくなり、包装材送りサーボモータ14や測長エンコーダ15が包装材の挙動を検知し易くなる。

包装材の挙動という観点からは、包装材が発する振動や音を検出対象としてもよい。したがって、包装袋の下部に接触配置されており、製品が袋下部に到達した際の振動を検出可能な振動センサや、包装袋内又は包装袋周辺の音を監視しており、製品が落下した際の音の変化を検出可能な音センサ、又は袋下部を画像にて監視しており、製品が落下した際の包装袋の膨らみ等の画像の変化を検出可能な画像センサを用いてこれらの現象を検出することで製品の充填タイミングを自動的に検知することができる。

図6は、この発明による縦型充填包装機において、製品落下時間を計測支援するための表示装置の表示画像の例を示す図である。表示装置28は、縦型充填包装機10において、制御装置20に関連してオペレータとのインターフェースの役割を果たすために設けられている液晶モニタのような表示装置であり、縦型充填包装機10の作動状態、即ち、縦型充填包装機10の計量機60を含む各装置の作動状態をリアルタイムで表示すること、メモリ22に記憶されている事項を表示すること、或いは縦型充填包装機10の各装置の動作を所望に応じて設定するための入力等をすることができる。オペレータは、表示装置28の表示画面を見ることで、縦型充填包装機10の運転項目の設定や運転状態の把握をすることができる。

図6(a)は、計量機60からの信号を利用して製品落下時間を計測するときの表示画面の例である。制御装置20から出力された製品要求信号70(時刻がt0として表示される)を受けた計量機60が製品集合排出部から製品Sの排出を完了したとき、計量機60が製品排出完了信号71を出力する(信号発信時刻t1が表示される)。排出された製品Sが筒状包装材Ftの先端側に形成されている包装袋Bに落下・着地したことによる筒状包装材Ftの挙動に基づいて、製品Sが包装袋Bに着底したことが検知される(検知時刻t2が表示される)。製品排出完了信号71の出力時刻から製品着底検知(充填タイミング)までの時間間隔が製品落下時間ΔTとして表示される。この製品落下時間ΔTを把握したオペレータは、縦型充填包装機10の動作に対応した計量機60の必要な作動タイミングを設定することができる。

図6(b)は、光学センサによる製品落下検知を利用して製品落下時間を計測するときの表示画面の例である。光学センサは、計量機60の最下部である製品集合排出部やフォーマ51を貫いて上方に突き出ていて当該製品集合排出部に接続される充填筒53の最上部に設けられているセンサであり、縦型充填包装機に落下される製品が光を遮ることで、製品の落下を検知する。光学センサからの製品落下検知信号が出力(信号発信時刻t10が表示される)される。排出された製品Sが筒状包装材Ftの先端側に形成されている包装袋Bに落下・着地したことによる筒状包装材Ftの挙動に基づいて、製品Sが包装袋Bに着底したことが検知される(検知時刻t11が表示される)。製品排出完了信号71の出力時刻から製品着底検知(充填タイミング)までの時間間隔が製品落下時間ΔTとして表示される。この製品落下時間ΔTを把握したオペレータは、縦型充填包装機10の動作に対応した計量機60の必要な作動タイミングを設定することができる。 オペレータは、表示装置28の表示の支援を受けて、容易に製品落下時間ΔTを把握することができ、更に、当該製品落下時間ΔTに基づいて、縦型充填包装機10の各装置の動作にマッチングする計量機60の作動タイミングの設定を行うことができる。

図7は、本発明による縦型充填包装機によって得られた適正な場合の製品落下時間を、包装機の作動チャートに並べて表示する表示画面の例を示す図である。図7(a)に示す表示画面は、包装材(フィルム)送りが終了しつつあるときに、横シール装置が閉じ動作を開始する縦型充填包装機の通常包装動作についての各装置の作動チャートを示している。横シール装置の閉じ動作が終了すると横シールが施される時期(横シール区間)が開始され、開き動作が開始されるまで横シール区間が継続する。計量機に製品要求信号70が発せられ、製品要求信号70に応じて計量機から製品が排出される製品排出完了信号71が出される。測定された充填タイミングに基づいて製品排出完了信号71が出された後の製品落下時間ΔTと当該充填タイミングが表示画面に示される。通常の包装運転においては、製品の包装袋への落下・充填は横シール装置が閉じた状態である横シール区間中に行われるので、製品は横シール装置に噛み込まれることがなく、計量機から製品の排出タイミングと包装機の包装動作の作動タイミングには問題がない。

図7(b)に示す表示画面は、包装材(フィルム)送りが終了すると同時に、横シール装置が閉じ動作が完了している縦型充填包装機の通常包装動作についての各装置の作動チャートを示している。この例においても、通常の包装運転においては、製品の包装袋への落下・充填は横シール装置が閉じた状態である横シール区間中に行われるので、製品は横シール装置に噛み込まれることがなく、計量機から製品の排出タイミングと包装機の包装動作の作動タイミングには問題がない。このように、表示装置に現状の各タイミングを表示することで、オペレータは表示装置を見ながら各タイミングを確認することができる。

図8は、本発明による縦型充填包装機によって得られたが適正でない場合の製品落下時間を、包装機の作動チャートに並べて表示する表示画面の例を示す図である。図8(a)実線で示す製品要求信号70があったとするときには、製品排出完了信号(実線)71が出力された後、製品落下時間ΔTを経過して製品が包装袋に落下・充填される充填タイミング(実線)は、横シール装置が完全に閉じ終わる前のタイミングとなり、横シール装置が製品を噛み込む虞がある。そこで、包装機側の動作については変更せず、計量機側の動作を遅らせる対処を採ることができることが表示装置に示される。即ち、製品要求信号70を遅らせることで、充填タイミングは横シール装置が完全に閉じた後になることが示され、その結果製品の噛み込みを回避することができることが判る。

図8(b)に示す例は、実線で示す製品要求信号70があったとするときには、製品排出完了信号(実線)71が出力された後、製品落下時間ΔTを経過して製品が包装袋に落下・充填される充填タイミング(実線)は、横シール装置が完全に閉じ終わる前のタイミングとなり、横シール装置が製品を噛み込む虞がある点で、図8(a)と同様である。そこで、計量機側の動作については変更せず、包装機側の動作を進ませることで対処できることが表示装置に示される。即ち、包装機の包装材送り、縦シール及び横シールの各動作を前倒しして実行することで、充填タイミングを横シール装置が完全に閉じた後とすることで、製品の噛み込みを回避することができることが判る。このように、表示装置に現状と修正後の各タイミングを表示することで、オペレータは表示装置を見て確認しながら各タイミングを調整・設定することができ、調整・設定作業の手助けになるとともに誤りをなくすことができる。

10 縦型充填包装機 11,11 包装材送りベルト 12,13 駆動側及び従動側タイミングプーリ 14 包装材送りサーボモータ 15 測長エンコーダ 19 設定部 20 制御装置 21 演算部 22 メモリ 23 製品供給制御部 24 包装材送り制御部 25 縦シール制御部 26 横シール制御部 27 カッタ制御部 28 表示装置 50 縦型製袋充填包装機 51 フォーマ 52 縦シール装置 52a,52b 縦シールブロック 53 充填筒 54 横シール装置 54a,54b 横シールブロック 55,55a,55b 包装材送り装置(紙送り装置) 56 カッタ装置 56a カッタ刃 56b 溝 59,59 緊張ガイド 60 計量機 61 ホッパ 62 計量機用製品供給コンベヤ 63 重量検査装置 64 搬送コンベヤ 65 箱詰め装置 70 製品要求信号(落下指令信号) 71 製品排出完了信号 Fr フィルムロール Ft 筒状包装材 Fw 帯状包装材 fe,fe 両側縁部分 Sc 縦シール部 Se 横シール部 S 製品 E 稜線 B 袋 Bp 袋包装体 ΔH 包装材持上げ量 ΔT 製品落下時間