JP2022161258A - 包装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外装フィルム内の正しい位置に物品を挿入する。【解決手段】外袋製造装置１４により２つ折りした外装フィルムＦ１を搬送する。挿入グリッパ２２により物品Ｍを把持して外装フィルムＦ１の開口側から外装フィルムＦ１内に物品Ｍを挿入する。本シールユニット１４Ｂで外装フィルムＦ１をシールする。Ｘ線検査装置１８で物品Ｍを外装フィルムＦ１内に密封した製品Ｐを撮影して、外装フィルム内に収容されている物品の位置を検出する。リニアガイド２４により挿入グリッパ２２を外装フィルムＦ１に対して接近離隔可能とする。検出装置１８によって検出される物品Ｍの位置と基準位置とのズレ量を算出する。ズレ量とリニアガイド２４の調整量との関係からズレ量に応じた調整量を求める。リニアガイド２４により挿入グリッパ２２を調整量分移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、２つ折りした外装フィルム内に物品を挿入し周囲をシールして密封する包装装置に関する。

コーヒーやお茶などが充填された抽出バッグなどの物品は酸化や品質の劣化を防ぐため、物品を外装フィルム内に収容して包装している。例えば、特許文献１では、内容物供給装置によって内容物を把持し、上方から下方へと搬送される帯状重ねフィルムに側方から物品を供給している。

特許第５３５７９６８号公報

特許文献１のような装置では、生産開始時に物品を外袋へ挿入する挿入グリッパの位置や、仮シール、本シール位置の調整を行う。しかし、生産中に外袋に挿入する物品の位置がずれることがある。例えば、抽出バッグは、コーヒーや茶葉が充填されたシートを切断して製造されるが、個々の抽出バッグの寸法には若干の誤差があるため、挿入グリッパの抽出バック把持位置にも若干の位置ずれが生じる。位置がずれた状態で抽出パックが外装フィルムに挿入されると、外装フィルム内における抽出バッグの位置がずれ、抽出バッグの縁部がシール部に挟まれ、不良品が発生することがある。

本発明は、外装フィルム内の正しい位置に物品を挿入することを目的とする。

本発明の包装装置は、２つ折りした外装フィルムを搬送する外装フィルム搬送手段と、物品を把持して前記外装フィルムの開口側から外装フィルム内に前記物品を挿入する挿入グリッパと、前記外装フィルムにシールを行うシール手段と、外装フィルムを撮影して、当該外装フィルム内に収容されている物品の位置を検出する検出手段とを備え、前記挿入グリッパを外装フィルムに対して接近離隔させる挿入グリッパ移動機構と、前記挿入グリッパ移動機構を制御する制御手段と、前記検出手段によって検出される物品の位置と基準位置とのズレ量を算出するズレ量算出手段と、前記ズレ量と前記挿入グリッパ移動機構の調整量との関係を記憶する記憶手段とを設け、前記ズレ量に応じた調整量を求め、前記挿入グリッパ移動機構によって挿入グリッパを前記調整量分移動させることによりズレ量を減少させるよう制御することを特徴としている。

本発明によれば、外装フィルム内の正しい位置に物品を挿入することができる。

本発明の一実施形態である包装装置における各構成部の配置および処理作業の流れを説明する模式的図である。 移載ユニットを外袋製造装置側から見た正面図である。 移載ユニットを上方から見た平面図である。 図２の正面図において省略されたグリッパ開閉機構の構成を示す部分的な正面図である。 図３のＡ－Ａ断面図である。 図３のＢ－Ｂ断面図である。 検査装置で撮影された製品のＸ線画像に基づき物品の位置ずれを検出する様子を示す模式図である。 ズレ量とリニアガイドによる移載ユニットのＸ軸方向への移動量（調整量）の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である包装装置における各構成部の配置、および処理作業の流れを説明する模式的図である。

包装装置１０は、２つ折りした外装フィルムＦ１の内側に物品Ｍを挿入するとともに物品Ｍの周囲の外装フィルムＦ１をシールして密封する。物品Ｍは、例えばコーヒーや茶葉を内容物とする抽出バッグであるが、これらに限定されるものではない。包装装置１０は、物品Ｍを製造する内袋製造装置１２と、外装フィルムＦ１で物品Ｍを個別に密封する外袋製造装置（外装フィルム搬送手段）１４と、内袋製造装置１２で製造された物品Ｍを把持して２つ折りした外装フィルムＦ１の内側の所定位置（基準位置）に挿入する移載ユニット１６と、外袋製造装置１４で外装フィルムＦ１で密封された物品Ｍの製品Ｐ内での位置を検査する検査装置（検出手段）１８と、検査装置１８で得られたデータに基づき移載ユニット１６の位置を調整する制御装置（制御手段、ズレ量算出手段、記憶手段）２０とを備える。なお、本実施形態において、検査装置１８はＸ線検査装置である。

内袋製造装置１２は、例えば長手方向に２つ折りにしたシート状の不織布Ｆ２を、その開口部を上向きにして水平方向に連続搬送（Ｘ軸方向）する。内袋製造装置１２において、２つ折りにされた不織布Ｆ２は、シーラにより所定間隔で縦シールされる。その後、縦シール部Ｓｖにより分けられた各区画に対して、上方に配置された充填ノズル１２Ａからコーヒーや茶葉などの内容物が所定量充填される。以下の説明では、不織布Ｆ２の水平搬送方向をＸ軸方向、垂直下向き方向をＺ軸方向、Ｘ軸およびＺ軸に直交する水平方向をＹ軸方向として参照する。

内容物が投入された各区画の上辺開口部がシーラにより横シールされて密封される。横シール部Ｓｈおよび縦シール部Ｓｖにより各区画に内容物が密封された不織布Ｆ２は、切断ユニットにより縦シール部Ｓｖにおいて切断され、個別の物品（抽出バッグ）Ｍに分離される。分離された物品Ｍは、その上辺が一対のベルト１２Ｂにより順次把持され、前後一定の距離を隔てて水平方向（Ｘ軸方向）に搬送される。なお、シーラ、充填ノズル１２Ａ、および切断ユニットは、連続搬送される不織布Ｆ２に同期して搬送方向に往復移動しながら、不織布Ｆ２のシール処理、充填処理、切断処理を行う。

外袋製造装置１４では、側方から樹脂やアルミなどを含むシート状の外装フィルムＦ１が連続供給される。供給される外装フィルムＦ１は、垂直下向き（Ｚ軸方向）に折り曲げられるとともに２つ折りにされ、２つ折りにされた外装フィルムＦ１の開口部は内装製造装置１２側に向けて配置される。

内袋製造装置１２のベルト１２Ｂの下方、かつ外袋製造装置１４における外装フィルムＦ１の開口部の前方には、移載ユニット１６が配置される。移載ユニット１６は、ベルト１２Ｂに保持される物品Ｍを把持して、外装フィルムＦ１の開口部から、２つ折りの外装フィルムＦ１の内側の基準位置に物品Ｍを挿入するための挿入グリッパ２２を備える。また、移載ユニット１６は、リニアガイド（挿入グリッパ移動機構）２４を含む直動機構により支持される。リニアガイド２４は、移載ユニット１６全体を外装フィルムＦ１に向けて水平方向（Ｘ軸方向）に進退可能である。

本実施形態の外袋製造装置１４は、垂直下向き（Ｚ軸方向）に搬送される外装フィルムＦ１の山折り部に沿って配置されるボールネジ１５を備える。ボールネジ１５には、上（上流側）から順に、３つのナット１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃがそれぞれ所定の間隔を空けて螺装されており、ナット１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃには、それぞれ仮シールユニット１４Ａ、本シールユニット１４Ｂ、切断ユニット１４Ｃが取り付けられる。

仮シールユニット１４Ａは、挿入グリッパ２２により２つ折りの外装フィルムＦ１内に挿入される物品Ｍの下方部を仮シールする。すなわち、物品Ｍの下辺に沿った２カ所と、１つ下の物品Ｍの上辺に沿った２カ所と、外装フィルムＦ１の開口部に沿った物品Ｍの側辺下方部１カ所と、１つ下の物品Ｍの側辺上方部１カ所の合計６カ所を仮シールする（仮シール部Ｓ１）。

仮シールユニット１４Ａの下方（下流側）に位置する本シールユニット（シール手段）１４Ｂは、上記６カ所の仮シール部Ｓ１を接続するように本シールを行う。これにより、本シールユニット１４Ｂにおいて処理中の物品Ｍの下辺から側辺（開口部）全体に掛けた外装フィルムＦ１が連続的にシールされるとともに、１つ下の物品Ｍの上辺全体がシールされ、１つ下の物品Ｍの周囲は完全に密封される。図１では、本シール部がＳ２で示される。

本シールユニット１４Ｂの下方（下流側）に位置する切断ユニット１４Ｃは、２つ折りにされた外装フィルムＦ１において最も下方に位置する物品Ｍを収容した製品の上辺に沿った本シール部Ｓ２と、その１つ上の製品の下辺に沿った本シール部Ｓ２との間を冷却切断する。密封された外装フィルムＦ１が個別の製品Ｐに切り分けられると、製品Ｐはシュートなどを介して供給コンベヤ１８Ａに送られ、供給コンベヤ１８Ａにより検査装置１８へ供給される。なお、仮シールユニット１４Ａ、本シールユニット１４Ｂ、切断ユニット１４Ｃは、ボールネジ１５を回転するサーボモータ１５Ｄの駆動により、連続搬送される外装フィルムＦ１に同期して、その搬送方向（Ｚ軸方向）に沿って往復移動しながら、シール処理および切断処理を行う。

検査装置１８で検査された製品Ｐは、排出コンベヤ１８Ｂにより下流へと搬送される。検査装置１８では製品ＰのＸ線画像が撮影され、物品Ｍの外装フィルムＦ１内の位置が把握される。外装フィルムＦ１内の物品Ｍの位置関係に関するデータは制御装置２０に送られ、後述する移載ユニット調整処理に用いられる。また、検査が終了した製品Ｐは排出コンベヤ１８Ｂから排出される。なお、検査において、物品Ｍのシール部Ｓ２への噛み込みが見つかった場合には、同製品Ｐを排出コンベヤ１８Ｂから排除するための信号を出力する。なお、図１において、内袋製造装置１２、外袋製造装置１４、移載ユニット１６は各部を側面から見た図であり、供給コンベヤ１８Ａ、検査装置１８、排出コンベヤ１８Ｂは各部上から見た図である。

次に、図２～図６を参照して、本実施形態における移載ユニット１６の構造について説明する。図２は、移載ユニット１６を外袋製造装置１４側から見た正面図であり、図３は、上方から見た平面図である。図４は、図２の正面図において省略されたグリッパ開閉機構の構成を示す部分的な正面図である。また、図５は、図３のＡ－Ａ断面図、図６は図３のＢ－Ｂ断面図である。

図２、５、６に示されるように、本実施形態の移載ユニット１６は、台座２５の上に配置されるリニアガイド２４に支持される。リニアガイド２４は、内袋製造装置１２の搬送方向（Ｘ軸方向）に平行な一対のレール２４Ａと、移載ユニット１６の底面１６Ａを４ヶ所で支持し、一対のレール２４Ａ上を摺動する２組（合計４つ）のスライダ２４Ｂとを備える。また、リニアガイド２４は、Ｘ軸方向に沿ったボールネジ２６を備え、ボールネジ２６に螺装されるナット２６Ａは、移載ユニット１６の底面１６Ａに取り付けられる。ボールネジ２６は、伝動ベルト２６Ｂを介して台座２５に取り付けられるサーボモータ２６Ｃにより回転され、サーボモータ２６Ｃの回転は、制御装置２０により制御される。これにより、移載ユニット１６はレール２４Ａに沿って外袋製造装置１４において垂直下向き（Ｚ軸方向）に移送される外装フィルムＦ１に向けて水平（Ｘ軸方向）に進退され、外装フィルムＦ１に対する挿入グリッパ２２の位置（距離）が調整される。

移載ユニット１６は、挿入グリッパ２２を内袋製造装置１２と外袋製造装置１４との間で往復移動するグリッパ移動機構と、挿入グリッパ２２の開閉を行うグリッパ開閉機構とを備える。図１、図３、図５に示されるように、挿入グリッパ２２は、先端部が平行に水平方向（Ｘ軸方向）に延在する一対のグリッパ本体２２Ａと、各グリッパ本体２２Ａの基端部をその上端で支持し、垂直方向下向き（Ｚ軸方向）に延出する一対の平行なグリッパ支持部２２Ｂとを備える。なお、本実施形態において、グリッパ本体２２Ａの基端部側は、先端部側よりも離間して配置される。

グリッパ支持部２２Ｂは、上下２カ所に横方向（Ｙ軸方向）外側に延出するピボット軸２２Ｃをそれぞれ備え、ピボット軸２２Ｃは上下一対のリンク２２Ｄの一端を軸支する。４つのリンク２２Ｄの他端はそれぞれ４つの回転部２８の各々に一体的に取り付けられ平行クランク機構を構成する。回転部２８は、水平方向（Ｙ軸方向）に配置された上下一対の平行なスプライン軸３０Ａ、３０Ｂにそれぞれスプライン嵌合される。回転部２８は、回転部スプライン軸３０Ａ、３０Ｂの軸方向に沿って摺動可能、かつ一体的に回転可能とされる。なお、スプライン軸３０Ａ、３０Ｂの両端は、フレーム側板３２によって回転自在に保持される。

（グリッパ移動機構）
挿入グリッパ２２の内袋製造装置１２と外袋製造装置１４との間における往復移動は、Ｙ軸周りに回転するＹ軸回転モータ３４の正逆回転により実現される。Ｙ軸回転モータ３４の回転軸は、レバー３４Ｂを用いたクランク機構を介してＸ軸方向に延在する連接ロッド３６の後端に連結され、連接ロッド３６の先端はレバー３６Ａを用いたクランク機構を介して下側のスプライン軸３０Ｂに連結される。また、下側のスプライン軸３０Ｂは、平行クランク機構を構成するＺ軸に沿って配置されるリンク３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃを介して上側スプライン軸３０Ａに連結される。これにより、上下のスプライン軸３０Ａ、３０Ｂは、Ｙ軸回転モータ３４の正逆回転に合わせて、略９０度の範囲で正逆回転される。

スプライン軸３０Ａ、３０Ｂの各々にスプライン嵌合する４つの回転部２８は、スプライン軸３０Ａ、３０Ｂの回転に合わせて回転され、平行クランク機構を構成するリンク２２Ｄは、それぞれ略９０度の範囲で揺動される。これにより、グリッパ２２は、グリッパ本体２２Ａの水平な姿勢を維持したまま、内袋製造装置１２のベルト１２Ｂから物品Ｍを受け取る物品受取位置（上方かつ後退位置）と、外袋製造装置１４の外装フィルムＦ１内に物品Ｍを受け渡す物品受渡位置（下方かつ前進位置）との間で往復移動される。

（グリッパ開閉機構）
グリッパ２２の開閉運動は、Ｘ軸周りに回転するＸ軸回転モータ４０の正逆回転により実現される。Ｘ軸回転モータ４０の回転軸は、クランク機構を介して略Ｙ軸方向に延在する連接ロッド４２の一端に連結され、他端は回転ディスク４４の外周に軸支される。回転ディスク４４の中心に設けられた回転軸は、ボア部４６によりＸ軸に沿って軸支され、ボア部４６は支持部材４８により支持される。

回転ディスク４４の外周には、回転軸を中心として反対側にそれぞれリンク５０の一端が軸支される。各リンク５０は略Ｙ軸方向に沿って、回転ディスク４４から外側に向けて配置され、他端はリンク保持部材５２にそれぞれ軸支される。リンク保持部材５２は、それぞれＸＺ平面に沿って延在する連結プレート５４に取り付けられ、各連結プレート５４は、上下の回転部２８に取り付けられる。これにより、Ｘ軸回転モータ４０が正逆回転されると、回転ディスク４４を中心とするリンク機構によりスプライン軸３０Ａ、３０Ｂの両側に設けられた回転部２８が互いに反対向きに往復移動され、グリッパ２２が開閉される。

Ｘ軸回転モータ４０およびＹ軸回転モータ３４が同期して駆動されることにより、グリッパ２２は、物品受取位置と物品受渡位置との間を往復するとともに、物品受取位置において閉じられてベルト１２Ｂに保持され物品Ｍを把持し、物品受渡位置において開放されて物品Ｍを外装フィルムＦ１内に投入する。

（移載ユニット調整処理）
次に図７、図８を参照して、本実施形態における移載ユニット調整処理について説明する。

図７は、検査装置１８で撮影された製品ＰのＸ線画像に基づき物品Ｍの位置ずれを検出する様子を示す模式図である。図に示されるように、シール部（斜線部）Ｓ２は、製品Ｐの上辺および下辺に沿った形成された横シール部と、２つ折りの外装フィルムＦ１の開口部であった側辺に沿って形成された縦シール部とからなる。外袋製造装置１４において適正に物品Ｍが２つ折りされた外装フィルムＦ１内に挿入されシールされた場合、図７に示すように物品Ｍは、製品Ｐの略中央に位置し、物品Ｍの各辺はシール部Ｓ２から離間している。

移載ユニット調整処理では、まず検査装置１８において、製品ＰのＸ線画像から製品Ｐ、すなわち外装フィルムＦ１の外周縁が検出されるとともに、外装フィルムＦ１内に物品Ｍの外周縁が検出される。外装フィルムＦ１の山折部を除く３辺に沿った外縁部から所定領域（斜線部）は、あらかじめ設定された外縁部からの数値により外袋製造装置１４においてシールが施されたシール部Ｓ２として認識される。次に、物品Ｍの外装フィルムＦ１内における位置ずれが制御装置２０において判定される。本実施形態では、外装フィルムＦ１の山折部（図の左辺）と縦シール部（図の右辺）との間で、物品Ｍが左右にどれ程ずれているか（ズレ量）が算出される。図示例では、幅方向略中央の基準線（基準位置）Ｌに対し、物品Ｍの中央線が左右にどれ程ずれているかがズレ量として算出される。例えば物品Ｍが基準線Ｌに対して左側にずれていれば＋のズレ量、右側にずれていれば－のズレ量として算出される。

図８は、ズレ量とリニアガイド２４による移載ユニット１６のＸ軸方向への移動量（調整量）の関係を示すグラフである。図７、図８の例では、ズレ量と調整量の間には負の相関が示される。これらの関係は予め実験などで求められ、制御装置２０の記憶部（記憶手段）に記憶されている。例えば、図７において物品Ｍが左にずれている場合には、求められる調整量はマイナスの値となり、移載ユニット１６は、リニアガイド２４によりＸ軸マイナス方向に調整量分移動される。一方、右にずれている場合には、求められる調整量はプラスの値となり、移載ユニット１６は、リニアガイド２４によりＸ軸プラス方向に調整量分移動される。なお、本実施例では所定数（例えば２０個）の製品Ｐのズレ量を算出し、それらを平均した値を調整量の算出に用いている。

以上のように、本実施形態の包装装置によれば、外装フィルムに密封される物品のズレ量を検出し、これに基づき移載ユニットの位置をフィードバック制御し、物品の位置ずれをリアルタイムで補正することができる。これにより、常に外装フィルム内の正しい位置に物品を挿入することができ、物品の外袋への噛み込の発生を防止でき、不良品の発生を抑えることができる。

なお、本実施形態では図７の左右方向のズレ量に対して移載ユニット１６の位置を調整したが、図７の上下方向のズレ量に対しては仮シールユニット１４Ａ、本シールユニット１４Ｂ、切断ユニット１４Ｃを昇降させるサーボモータ１５Ｄを制御することによって調整することが可能である。例えば、製品Ｐを２０個検査してズレ量の平均が基準位置から１ｍｍ程上にずれていた場合は、仮シールユニット１４Ａ、本シールユニット１４Ｂ、切断ユニット１４Ｃを今までより１ｍｍ上昇させた高さで処理を行うように調整することも可能である。

また、本実施形態では垂直下向き（Ｚ軸方向）に搬送される外装フィルムＦ１に対して水平方向（Ｘ軸方向）から物品Ｍを挿入する構成であったが、外装フィルムＦ１を水平方向に搬送して物品Ｍを上方から挿入する構成であっても良い。

１０ 包装装置
１２ 内袋製造装置
１４ 外袋製造装置（外装フィルム搬送手段）
１４Ｂ 本シールユニット（シール手段）
１８ 検査装置（検出手段）
２０ 制御装置（制御手段、ズレ量算出手段、記憶手段）
２２ 挿入グリッパ

Claims (1)

1. ２つ折りした外装フィルムを搬送する外装フィルム搬送手段と、
   物品を把持して前記外装フィルムの開口側から外装フィルム内に前記物品を挿入する挿入グリッパと、
   前記外装フィルムにシールを行うシール手段と、
   外装フィルムを撮影して、当該外装フィルム内に収容されている物品の位置を検出する検出手段とを備え、
   前記挿入グリッパを外装フィルムに対して接近離隔させる挿入グリッパ移動機構と、
   前記挿入グリッパ移動機構を制御する制御手段と、
   前記検出手段によって検出される物品の位置と基準位置とのズレ量を算出するズレ量算出手段と、
   前記ズレ量と前記挿入グリッパ移動機構の調整量との関係を記憶する記憶手段とを設け、
   前記ズレ量に応じた調整量を求め、前記挿入グリッパ移動機構によって挿入グリッパを前記調整量分移動させることによりズレ量を減少させるよう制御する
   ことを特徴とする包装装置。

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