JP6970420B2 - トグル機構作動式のシールユニットを備えた包装機 - Google Patents

Description

この発明は、包装材に対して加圧してシールを施すため、倍力機構として作用力を高めるトグル機構作動式のシールユニットを備えた包装機に関する。

従来、包装物を袋に包装するための包装機として、内部を通して包装物を供給するための手段として縦置きされた充填筒を備えており、当該充填筒を内部に通した状態で当該充填筒に沿って下方に送られる筒状包装材から包装袋を製作しつつ包装物を当該包装袋に充填し包装する縦型製袋充填包装機が用いられている。かかる縦型製袋充填包装機は、充填筒に加えて、充填筒を取り囲む状態に置かれた筒状包装材を充填筒の先端側に向けて供給（紙送り）する包装材供給手段と、充填筒を通じて投入された包装物を内部に収容した状態で筒状包装材を長手方向に隔置した位置で横方向に封止する横シール手段とを具備している。横シール手段は、筒状包装材を封止することで包装袋の袋底部を形成し、更に包装物の充填後に充填された包装物の上方の位置で筒状包装材を再度封止することにより、包装袋の袋頭部を形成して袋包装体を完成させると共に、次の包装のための袋底部を形成している。これら一連の手順を繰り返して継続することにより、袋の製造、包装物の充填、及び袋のシールを逐次繰り返して、袋包装体を連続して製造することができる。

筒状包装材の成形は、通常、帯状包装材を製筒フォーマで略筒状に曲成し、重ね合わせた両側縁部分を封止する縦シール手段によって行なわれる。縦シール手段及び横シール手段としては、内部にヒータを備えたヒートシール手段がある。各ヒートシール手段は、発生した熱によって包装材（又は、包装材にラミネートされた溶着層）をヒートシールする。また、横シール手段は、カッタを組み込んだ横シーラ・カッタとすることができる。横シーラ・カッタを作動させることにより、横シールによって順次完成する袋包装体をカッタによって筒状包装材から切断して個々の袋包装体に切断することができる。

図３はこの種の縦型製袋充填包装機の一例を示す斜視図である。図３に示す製袋充填包装機５０においては、包装物である製品（この例の場合、多数の小物品からなるが、これに限られない）Ｐを投下するため、充填筒５１が縦に配置されている。製品Ｐは、上方から充填筒５１の内部を通じて筒状包装材Ｆｔ内に投入される。充填筒５１の上部において、充填筒５１の外周を取り巻くように設けられている製筒フォーマ５２は帯状包装材Ｆｗを筒状に成形する。帯状包装材Ｆｗは、製筒フォーマ５２を通過するときに充填筒５１の外周面を取り囲むように筒状に曲げられ、製筒フォーマ５２と充填筒５１との間の隙間から充填筒５１に沿って下方へ送り出される。

筒状に曲成された帯状包装材Ｆｗは、充填筒５１に沿って送られるときに縦シール手段である縦ヒートシーラ５３によって筒状包装材Ｆｔに成形される。縦ヒートシーラ５３は、充填筒５１の側方に充填筒５１に沿って平行に延びるように配置されたバーヒータである。縦ヒートシーラ５３は、内部にヒータを備えると共に互いに接離可能な縦ヒートシールバー５４ａ，５４ｂを備えている。縦ヒートシールバー５４ａ，５４ｂは、筒状に曲成された帯状包装材Ｆｗの互いに重なる長手方向の側縁部分ｆｅ，ｆｅを挟み付けたときに両縁部を熱溶着して縦シール部分Ｓｃを形成する。帯状包装材Ｆｗは、このようにして筒状包装材Ｆｔとなって充填筒５１の先端から送り出される。

充填筒５１の側方において、充填筒５１の周方向に縦ヒートシーラ５３とは直角方向に隔置した位置に、即ち、充填筒５１の直径方向に相反対した位置に同じ構造を備えていて筒状包装材Ｆｔを紙送りする包装材送り手段５５，５５が設けられている。両包装材送り手段５５，５５は、筒状包装材Ｆｔを充填筒５１の外面に対して押しつけており、互いに同期して駆動されるときに筒状包装材Ｆｔを充填筒５１に沿って紙送りする。

各包装材送り手段５５は、図示しないサーボモータによって駆動される駆動側プーリ５７と、駆動側プーリ５７と対に設けられた従動側プーリ５８と、駆動側プーリ５７及び従動側プーリ５８とに巻き掛けられたタイミングベルト５９とを有する公知の構造のものであってよい。サーボモータは、任意のタイミングで作動可能であり、応答性が良好で且つ精度良く送り量を制御可能なパルスモータである。タイミングベルト５９は、内側に駆動側プーリ５７及び従動側プーリ５８と噛み合う噛み合い歯を有しており、外側は筒状包装材Ｆｔに対して大きな摩擦力を生じる材料で形成された層を備えている。各包装材送り手段５５は、筒状包装材Ｆｔを充填筒５１の外面との間に挟み付けるため、全体が適宜の手段で充填筒５１に向かって押し付けられている。

帯状包装材Ｆｗは、包装材ロールＦｒから、幾つかの案内ローラ６０の周りを誘導されて製筒フォーマ５２に送られる。供給途上に上下方向に移動可能なダンサーローラ６１が配置されており、ダンサーローラ６１は、帯状包装材Ｆｗに生じる弛みを吸収すると共に自身の重みによって帯状包装材Ｆｗに適度の張力を与える。包装材送り手段５５は、その作動により、帯状包装材Ｆｗを引っ張って、包装材ロールＦｒから繰り出して製筒フォーマ５２を通過させる。なお、帯状包装材Ｆｗの送り制御を行なうため、帯状包装材Ｆｗの供給途中にマーカの判別センサ６２ａ等の各種センサを配置することや、帯状包装材Ｆｗに印字をするプリンタ６２ｂを配置することが可能である。

充填筒５１の先端に繰り出された筒状包装材Ｆｔには、通常、先行する包装サイクルにおいて横シールが施されているので、筒状包装材Ｆｔには後続の袋の底部となるべき横シール部分Ｓｅが既に形成されている。この状態で一包装体の長さ、即ち、充填量に応じて予め定められた送り量だけ、包装材送り手段５５によって筒状包装材Ｆｔが順方向に送られる。筒状包装材Ｆｔのこの送りに合わせて、充填筒５１を通じて製品Ｐが充填され、製品Ｐは底部に横シール部分Ｓｅが形成されている筒状包装材Ｆｔ内に収容される。

充填筒５１の下方には、横シール手段としての横ヒートシーラ６３が設けられている。横ヒートシーラ６３は、対向して配置された一対の横ヒートシールブロック６４ａ，６４ｂから成る。横ヒートシールブロック６４ａ，６４ｂは、内部にヒータを備えており、且つ適宜の駆動源によって駆動されて互いに同期して接近又は離間するように往復動可能である。横ヒートシールブロック６４ａ，６４ｂが筒状包装材Ｆｔを挟みつけると、筒状包装材Ｆｔは互いに溶着されて横シール部分Ｓｅが形成され、製品Ｐが内部に収容された袋包装体Ｂｐが製造される。横シールとタンミングを合わせて、筒状に曲成された帯状包装材Ｆｗに対して縦ヒートシールが施され、次の包装サイクルの準備が行なわれる。横ヒートシーラ６３にはカッタ機構を組み込むことができ、横ヒートシールとタイミングを合わせてカッタ機構のカッタによって袋包装体Ｂｐが筒状包装材Ｆｔから切断される。

縦型製袋充填包装機は、横シール手段の開閉駆動において正確なタイミング及び速度で動作させるために、駆動源としてサーボモータを備え、サーボモータの回転出力を横ヒートシールブロックに伝達する伝動機構としてタイミングベルト・プーリの機構を有する横シールユニットが備えるものがある。タイミングベルトは運転中に生じる音が低く静かであり、潤滑も不要であり、伝動精度が高いという多くのメリットがある。しかしながら、サーボモータの出力や要求される横シール圧力が高いため、タイミングベルトに作用する負荷が高く、ベルト及びプーリの幅については充分な寸法の確保が必要とされる。したがって、横シール手段の構造を小型化・コンパクト化するのが困難である。また、高い伝動容量タイプのベルトを使用しているため、ベルトの剛性が高く、運転時には高いベルト張力状態としなければならず、ベルトの寿命や耐久性に問題がある。更に、運転環境によっては、ベルトやプーリにゴミやオイルが付着するのを防止するために、伝動機構を金属製や樹脂製のカバーで覆う必要もある。

本出願人は、横シーラ開閉用としてサーボモータで駆動されるトグル機構を有する縦型製袋充填包装機を提案している（特許文献１）。特許文献１に開示されている横シーラ開閉ユニットは、左右両側の横シーラ開閉ブロックとこれら両横シーラ開閉ブロックを連結する左右開閉ブロック連結板とから構成される横シーラ開閉支持体を備えている。横シーラ開閉ユニットは、また、左右開閉ブロック連結板に横シーラ開閉サーボモータと、横シーラ開閉サーボモータがその回転軸に出力することで駆動される横シーラ開閉トグル機構を備えている。横シーラ開閉トグル機構は、横シーラ開閉サーボモータの回転軸を前側横シーラ駆動ブロックと後側横シーラ取付けブロックとに連結する機構である。前側横シーラ駆動ブロックは、連結ロッドを介して前側横シーラ取付けブロックと連結されており、前側横シーラ取付けブロックには前側横シーラが取り付けられている。後側横シーラ取付けブロックには後側横シーラが取り付けられている。横シーラ開閉トグル機構は、前側横シーラと後側横シーラが開閉動作をする作動面内で動作する態様で配置されている。

横シーラ開閉サーボモータが駆動され、横シーラ開閉トグル機構が直線状に近づくとき、前側横シーラ駆動ブロックは横シーラ開閉支持体に対して離間する方向に移動し、連結ロッドにより連結されている前側横シーラ取付けブロックは横シーラ開閉支持体に対して接近し、また、後側横シーラ取付けブロックは横シーラ開閉支持体に対して離間する方向に移動することで、前側横シーラ及び後側横シーラが閉じ位置へと移動する。横シーラ開閉サーボモータが逆回動するときは、横シーラ開閉トグル機構が折れ曲がり状となり、両横シーラ駆動ブロックが上記と逆方向に動作をして、前側横シーラ及び後側横シーラが開き位置へと移動する。横シーラ開閉トグル機構が直線状に近づくとき、トグル機構の特徴的な動作によって、前側横シーラ及び後側横シーラは移動量は小さくなるが、筒状包装材に対して強いシール圧力を作用させることができる。

また、本出願人は、横型製袋充填包装機の場合ではあるが、上下のエンドシーラを開閉方向に駆動する機構としてトグル機構を備えたエンドシール装置を提案している（特許文献２）。上下のエンドシーラを上下（開閉）方向にスライド可能に配置している支持ブロックには、エンドシーラを駆動するサーボモータが配設されている。サーボモータの出力軸にはレバーが取り付けられており、レバーの一方端部には上側のリンクを介して上側ブラケットに揺動可能に連結されており、上側ブラケットが中間ブロックに連結されている。また、レバーの他方端部には下側のリンクを介して下側ブラケットに揺動可能に連結されており、下側ブラケットは下側のエンドブロックに連結されている。レバー及び上下側のリンクはトグル機構を構成しており、サーボモータの駆動によって出力軸が回転しトグル機構が直線状に近づく動作をするとき、下側のリンク、下側のエンドブロック、スライド軸及び上側のエンドブロックを介して上側のエンドシーラが閉じ位置へ移動し、上側のリンク及び中間ブロックを介して下側のエンドシーラが上側のエンドシーラと同期して閉じ位置へ移動する。トグル機構は、上下のエンドシーラが開閉動作をする作動面内で動作する態様で配置されている。

更に、フィルムに横シールを施す製袋充填機におけるシール装置であって、横シール手段に備わる一対のシール体を互いに近接・離間するように開閉作動するために、正逆回転駆動されるサーボモータに連繋したトグルリンク機構を備えたものが提案されている（特許文献３）。このトグルリンク機構は、駆動源であるサーボモータの回転によって作動される一方のトグルリンク機構と、一対のシール体に連結された他方のトグルリンク機構と、一方のトグルリンク機構のリンク端部と他方のトグルリンク機構のリンク節とを連結させる連結リンクを備えている。両トグルリンク機構及び連結リンクは、一対のシール体が開閉動作をする作動面内で動作する態様で配置されている。サーボモータを駆動して一方のトグルリンク機構が直線状に近づく動作をするとき、連結リンクが他方のトグルリンク機構を直線状に近づく動作をさせ、両方のトグルリンク機構にトグル動作をさせる。

トグルリンク機構が二つ用いられている上記の特許文献３に記載のものにおいては、両トグルリンク機構が連結リンクで連結されており、一方のトグルリンク機構の出力が連結リンクを介して他方のトグルリンク機構に入力される構成となっている。連結リンクと両トグルリンク機構とはある角度を成して連結されているため、連結リンクを介した力の伝達が効率的でない。また、両トグルリンク機構がシール体の開閉動作の作動面内で配置されていることもあり、連結リンクの配置に制約があり、力の伝達上、効率的な配置設計が得られない状況にある。

特開２０１４−１１１４６４号公報 特許第５９４１６５１号公報 特開２０１６−１０７９９７号公報

そこで、サーボモータの出力を、トグルリンク機構を介してシール手段の開閉動作に変換し、トグルリンク機構が直線状に近づく動作をするときにシール手段が包装材にシールを施す包装機において、二つのトグルリンク手段を組み合わせてダブルトグルリンク機構を構成し、シール手段が包装材にシールを施す際に、サーボモータの出力に対してシール手段による高いシール圧力を得るために、トグルリンク機構の力伝達効率を高めるとともに、ダブルトグルリンク機構の構造と配置に工夫を凝らして、包装機のシールユニットを可及的にコンパクトな構造とする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、サーボモータの出力を、ダブルトグルリンク機構を介してシール手段の開閉動作に変換し、ダブルトグルリンク機構が直線状に近づく動作をするときにシール手段が包装材にシールを施す包装機において、サーボモータの出力に対してシール手段によるシール圧力を高めて、厚みやシーラント層によっては高いシール圧力を要求する包装材にも適用可能とするとともに、同じシール圧力であればサーボモータに求められる出力を下げて、構造が可及的にコンパクトで且つ低コストのシールユニットを備える包装機を提供することである。

この発明による包装機は、包装材を挟むように開閉方向に移動可能に配置されている一対のシールブロックと、当該各シールブロックに一つずつ支持されていて当該開閉動作に応じて前記包装材に対して接離動作をする一対のシーラを備えており、前記両シーラが前記接離動作における当接動作の際に前記包装材を挟み付けてシールを施すシール手段、一方の前記シールブロックに対して、他方の前記シールブロック側とは反対側に隔置して配置されている反作用ブロック、前記シール手段が作動する前記開閉方向と平行な方向に延びていて前記他方のシールブロックと前記反作用ブロックとを連結するとともに、前記一方のシールブロックを貫通・ガイドする二本の連結ロッド、前記シール手段に前記開閉動作をさせる駆動源としてのサーボモータ、及び前記サーボモータの出力を前記シール手段の前記開閉動作に変換するトグルリンク機構を備えており、前記トグルリンク機構は、第１トグルリンク機構と第２トグルリンク機構とが組み合わされたダブルトグルリンク機構として構成されており、前記サーボモータ及び前記ダブルトグルリンク機構は、一方の前記シールブロック、前記反作用ブロック及び前記両連結ロッドで囲まれる領域に対して当該領域の正対投影域内に配置されており、前記第１トグルリンク機構は前記シール手段が作動する作動面と直交し且つ前記開閉方向と平行な方向に延びる第１平面に沿ってトグルリンク動作をする態様で配置されており、前記第２トグルリンク機構は前記第１平面と平行な第２平面に沿ってトグルリンク動作をする態様で配置されており、前記第１トグルリンク機構は、一端において前記一方のシーラに回動可能に連結されている一方の第１リンク体と、一端において前記反作用ブロックに回動可能に連結されている他方の第１リンク体と、前記両第１リンク体の他端に対してそれぞれ前記第１中間連結軸で回動可能に連結されている中間リンク体とを備えており、前記第２トグルリンク機構は、一端で前記サーボモータの出力軸に取り付けられた一方の第２リンク体と、一端で前記第１トグルリンク機構の一方の前記第１中間連結軸に対して回動可能に連結されている他方の第２リンク体を備えていて、前記両第２リンク体の他端同士が第２中間連結軸によって互いに回動可能に連結されており、前記第１トグルリンク機構と前記第２トグルリンク機構とは、前記第２トグルリンク機構が直線状に近づく動作をするときに、前記第２トグルリンク機構によって押される第１トグルリンク機構も直線状に近づく動作をする関連構成関係にあることからなっている。

この包装機によれば、駆動源としてのサーボモータの出力はトグルリンク機構によってシール手段に備わる両シーラの開閉動作に変換され、シール手段は、この動作の変換によって、包装材に当接又は包装材を挟む開閉動作をし、閉じ動作の際に、例えばヒートシールによって包装材にシールを施す。サーボモータの出力は、先ず、第２トグルリンク機構に伝達され、第２トグルリンク機構において一方の第２リンク体がサーボモータの出力軸とともに回転し、第２トグルリンク機構において二つの第２リンク体が第２中間連結軸で交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をするときに、第１トグルリンク機構に対してその第１中間連結軸で押す力が増大する。このとき、第１トグルリンク機構と第２トグルリンク機構との関連構成関係により、第１トグルリンク機構においても、一方の第１リンク体と中間リンク体が一方の第１中間連結軸で交差する角度、及び他方の第１リンク体と中間リンク体が他方の第１中間連結軸で交差する角度が、それぞれ１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をする。一方の第１リンク体が一方のシーラを筒状包装材に接近させる動作をし、他方の第１リンク体が反作用ブロックを包装材から遠ざかる方向に押す動作をし、この動作は反作用ブロック介して他方のシーラを一方のシーラとは反対側から包装材に接近させる動作をする。したがって、第１中間連結軸で増大した力で押される第１トグルリンク機構はシール手段において両シーラを更に増大した力で包装材に当接させ、その結果、ダブルトグルリンク機構は全体としてその伝動効率を高めることになって、両シーラは高いシール圧力で包装材にシールを行う。更に、サーボモータとダブルトグルリンク機構から成る包装機の作動機構は、一方のシールブロック、反作用ブロック及び両連結ロッドで囲まれる領域を正対視するときの当該領域の正対投影域内に配置されており、第１トグルリンク機構はシール手段が作動する作動面と直交し且つ開閉方向と平行な方向に延びる第１平面に沿ってトグルリンク動作をする態様で配置されており、第２トグルリンク機構は第１平面と平行な第２平面に沿ってトグルリンク動作をする態様で配置されているので、サーボモータとダブルトグルリンク機構が前記領域の正対投影域からはみ出す配置となることがなく、ダブルトグルリンク機構のレイアウトとそのトグル動作については、サーボモータやシール手段によって制約を受けることがなくなり、配置設計の自由度が増し、シールユニットにおいてサーボモータとダブルトグルリンク機構をコンパクトな構成・配置とすることができ、トグル動作の力の伝達や倍力作用についても効率的に行うことができる。

この包装機において、前記中間リンク体は、機械フレームに設けられた不動支持体に対して回動可能に取り付けられているものとすることができる。この包装機によれば、中間リンク体は、機械フレームに設けられた不動支持体に対して回動可能ではあるが、回動の軸線は不動となるので、安定した動作をするトグルリンク機構とすることができる。
また、この包装機において、前記中間リンク体は、機械フレームに設けられた不動支持体に対して前記シール手段が作動する開閉方向にのみ案内されるように移動可能であるものとすることができる。この包装機によれば、中間リンク体は不動支持体に対してシール手段が作動する開閉方向に案内されるように移動可能であっても、シール手段は包装材に対して進退して必要なシールを施す構造とすることができる。

この包装機において、前記シーラは、バー状のシーラであり、前記第１トグルリンク機構は前記シーラのバー状に延びる方向に直交する第１平面内でトグルリンク動作をする態様で配置されており、前記第２トグルリンク機構は前記第１平面と平行な第２平面内でトグルリンク動作をする態様で配置されているとすることができる。トグルリンク機構は、このように、バー状のシーラが開閉動作をする際に移動する動作面とは直交する面内でトグル動作をする態様で配置されているので、当該開閉動作面の面内でトグル動作をする態様で配置されている場合と比較して、レイアウトやその動作がシーラによって制約を受けることがなく、配置設計の自由度が増すとともに、力の伝達・倍力上、効率的なトグル動作を行わせることができる。前記第１平面と前記第２平面は、リンクが延びる方向と直交する幅方向について対称な構造を持つ各トグルリンク機構の当該幅方向対称面であるとすることができるが、両平面がオフセットしているとダブルトグルリンク機構はその回動の際に当該オフセットに起因したこじり動作をする可能性があるので、第１平面と第２平面とを同じ面とすることで、そうしたこじり動作を未然に回避することができる。

前記包装機は、縦に配置された充填筒の周囲を囲むようにして縦方向に送られる筒状の前記包装材に前記シール手段によって横シールを施して袋を形成しつつ前記充填筒を通して前記筒状包装材に投入された製品が前記袋内に収容された袋包装体を連続して製造する縦型製袋充填包装機であるとすることができる。包装機を縦型製袋充填包装機とすることによって、充填筒に投入可能な製品であれば、製品が包装された袋包装体を高い包装速度で製造することができる。

また、この発明による包装機は、包装材に対して接離動作をし、当接動作の際に当該包装材にシールを施すシール手段、前記シール手段に前記接離動作をさせる駆動源としてのサーボモータ、前記サーボモータの出力を前記シール手段の前記接離動作に変換するトグルリンク機構を備え、前記トグルリンク機構は、第１トグルリンク機構と第２トグルリンク機構とが組み合わされたダブルトグルリンク機構として構成されており、前記第１トグルリンク機構は、両端で前記シール手段と不動支持体とに対してそれぞれ回動可能に支持されており且つ第１中間連結軸で互いに回動可能に連結された二つの第１リンク体を備えており、前記第２トグルリンク機構は、一端で前記サーボモータの出力軸に取り付けられた一方の第２リンク体と、一端で前記第１トグルリンク機構の前記第１中間連結軸とに対してそれぞれ回動可能に連結されている他方の第２リンク体を備えていて、前記両第２リンク体の他端同士が第２中間連結軸によって互いに回動可能に連結されており、前記第１トグルリンク機構と前記第２トグルリンク機構とは、前記第２トグルリンク機構が直線状に近づく動作をするときに、前記第２トグルリンク機構によって押される第１トグルリンク機構も直線状に近づく動作をする関連構成関係にあることからなっている。

この包装機によれば、駆動源としてのサーボモータの出力はトグルリンク機構によってシール手段の接離動作に変換され、シール手段は、この動作の変換によって、包装材に対して接離動作をし、接近当接する際に、例えばヒートシールによって包装材にシールを施す。サーボモータの出力は第２トグルリンク機構に伝達され、第２トグルリンク機構において一方の第２リンク体がサーボモータの出力軸とともに回転し、二つの第２リンク体が第２中間連結軸で交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をするときに、第１トグルリンク機構に対してその第１中間連結軸で押す力が増大する。このとき、第１トグルリンク機構と第２トグルリンク機構との関連構成関係により、第１トグルリンク機構においても、二つの第１リンク体が第１中間連結軸で交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をするので、第１中間連結軸で増大した力で押される第１トグルリンク機構はシール手段を更に増大した力で包装材に当接させ、その結果、シーラは高いシール圧力で包装材にシールを行う。先の包装機の場合と同様、第１トグルリンク機構と第２トグルリンク機構がそれぞれトグルリンク動作をする平面を同じ面であるとすることで、トグルリンク動作の際のこじり動作を回避することが好ましい。

この発明による包装機によれば、駆動源としてのサーボモータの出力はトグルリンク機構によってシール手段の接離動作又は開閉動作に変換され、シール手段は、この動作の変換によって包装材に当接又は包装材を挟む動作をし、当接又は閉じ動作の際に、例えばヒートシールによって包装材にシールを施す。
第２トグルリンク機構に伝達されるサーボモータの出力は、第１トグルリンク機構に対してその第１中間連結軸で押す力に変換されるが、二つの第２リンク体が第２中間連結軸で交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をするので、このときには第１中間連結軸で押す力が増大する。
更に、第１トグルリンク機構と第２トグルリンク機構との関連構成関係により、第１トグルリンク機構においても二つの第１リンク体又は二つの第１リンク体と中間リンク体が第１中間連結軸で交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をするので、第１中間連結軸で増大した力で押される第１トグルリンク機構は、シール手段を更に増大した力で包装材に当接又は包装材を挟む動作をすることになり、ダブルトグルリンク機構は全体としてその伝動効率を高めることになって、格別に高いシール圧力を得ることができる。
また、この包装機においては、サーボモータとダブルトグルリンク機構とが一方のシールブロック、反作用ブロック及び両連結ロッドで囲まれる領域を正対視するときの当該領域の正対投影域内に配置されていること、及び第１トグルリンク機構と第２トグルリンク機構がそれぞれ第１平面と第２平面に沿ってトグルリンク動作をする態様で配置されていることによって、サーボモータとダブルトグルリンク機構から成る作動機構全体が当該領域の正対投影域内に納まり、ダブルトグルリンク機構のレイアウトとそのトグル動作については、サーボモータやシール手段によって制約を受けることがなくなり、配置設計の自由度が増し、シールユニットにおいてサーボモータとダブルトグルリンク機構をコンパクトな構成・配置とすることができ、トグル動作の力の伝達や倍力作用についても効率的に行うことができる。
更に、この包装機においては、トグルリンク機構を金属素材で構成することは通常の技術であるが、金属素材からなるトグルリンク機構を備えることで、サーボモータの出力をシール手段の包装材に対する接離又は開閉動作に変換して伝達する伝動機構として、ベルト伝動機構では得られないような耐久性の向上が実現できるとともに、当該トグルリンク機構によって、シール手段の包装材に対するシール圧力を二段階に高めることができる。そして、厚みやシーラント層によっては高いシール圧力が要求される包装材に対しても適用可能であるとともに、同じシール圧力であれば、シール手段の駆動源であるサーボモータに求められる出力が下がり、小型で低コストのシールユニットを備える包装機を提供することができる。

図１は、本発明による包装機の一実施例の要部を示す図である。 図２は、本発明による包装機の別の実施例の要部を示す図である。 図３は、従来の縦型製袋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、この発明による包装機の実施例を説明する。図１は本発明による包装機の一実施例の要部を示す図である。図１（ａ）はシール手段が包装材に当接したときの包装機の要部の状態を示す平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）に示す図の線Ｌ−Ｌで切断した側面断面図であり、図１（ｃ）はシール手段が包装材から離間した状態を示す（ｂ）と同様の側面断面図である。

図１に示す包装機１Ａのシールユニット４は、包装材Ｆ（図１（ｂ））を図の左右両横方向から挟み付けるユニット構造となっている。包装機１Ａのシールユニット４は、シール手段５ａ，５ｂと、サーボモータ６と、サーボモータ６の出力をシール手段５ａ，５ｂの開閉動作に変換するためのトグルリンク機構１０を備えている。シール手段５ａ，５ｂは、それぞれ包装材Ｆを横方向両側から挟み付けてシールを施すための一対のシールブロック７ａ，７ｂと、シールブロック７ａ，７ｂにそれぞれ支持されたバー状のシーラ８ａ，８ｂを備えている。バー状のシーラ８ａ，８ｂは、例えば二枚の包装フィルムが重なった状態にある包装材Ｆの横幅を超える長さを有している。

トグルリンク機構１０がその動作によって、シールブロック７ａとシーラ８ａを備える一方のシール手段５ａの動きに応じて、シールブロック７ｂとシーラ８ｂを備える他方のシール手段５ｂの動きをさせるため、シールユニット４には、トグルリンク機構１０が連結された反作用ブロック９ａと、反作用ブロック９ａをシールブロック７ｂに連結する連結ロッド９ｂ，９ｂとが設けられている。連結ロッド９ｂ，９ｂは、反作用ブロック９ａとシールブロック７ｂとに取り付けられており、シールブロック７ａに対しては貫通していてシールブロック７ａの動きをガイドしている。

包装材Ｆを挟むように左右に配置されているシーラ８ａ，８ｂは、詳細を後述するトグルリンク機構１０の動作によって開閉方向に移動し、当該閉じ動作に応じて両シーラ８ａ，８ｂが包装材Ｆに当接し、当接する際に包装材Ｆにヒートシールのようなシールを施す。サーボモータ６は、シール手段５ａ，５ｂに開閉動作をさせる駆動源として、シール手段５ａ，５ｂの開閉動作面から下方に離れた位置に配設されている。サーボモータ６は、制御性及び応答性に優れたパルスモータとすることが好ましいが、それに限られるものではない。

トグルリンク機構１０は、第１トグルリンク機構１１と第２トグルリンク機構１２とが組み合わされたダブルトグルリンク機構として構成されている。第１トグルリンク機構１１及び第２トグルリンク機構１２はシーラ８ａ，８ｂのバー状に延びる方向に直交する平面Ｍ−Ｍ（図１（ａ））内でトグルリンク動作をする態様で配置されている。トグルリンク機構１０は、こうした配置によって、水平面内内でトグル動作をする態様で配置されている場合と比較して、レイアウトやその動作がサーボモータ６やシール手段５ａによって制約を受けることがなく、配置設計の自由度が増すとともに、力の伝達・倍力上、効率的なトグル動作を行わせることができる。

第１トグルリンク機構１１は、一方のシール手段５ａと、当該シール手段５ａから開き方向に離れて配置されている反作用ブロック９ａとの間に配置されている。第１トグルリンク機構１１は、一端においてシャフト１５によって一方のシール手段５ａに回動可能に連結されている一方の第１リンク体１３と、一端においてシャフト１６によって反作用ブロック９ａに回動可能に連結されている他方の第１リンク体１４と、第１リンク体１３，１４の両他端に対してそれぞれ第１中間連結軸１７ａ，１７ｂで回動可能に連結されている中間リンク体１８とを備えている。中間リンク体１８は、その中心シャフト１９によって固定の機械フレームに回動可能に配置されているが、その回転軸線の位置が機械フレームに対して固定となるので、安定した動作をするトグルリンク機構とすることができる。なお、シール手段５ａ，５ｂを包装材Ｆに対して進退させればよいので、中間リンク体１８は、回動のみを可能とするのではなく、中心シャフト１９がシール手段５ａの開閉方向にのみ案内されるように、機械フレームに対して移動可能としてもよい。

第２トグルリンク機構１２は、二つの第２リンク体２１，２２を備えている。一方の第２リンク体２１は一端においてサーボモータ６の回転出力軸２０に取り付けられており、他方の第２リンク体２２は第１トグルリンク機構１１の第１中間連結軸１７ａに対して回動可能に連結されている。第２リンク体２１，２２は、それぞれの他端において第２中間連結軸２３によって互いに回動可能に連結されている。なお、他方の第２リンク体２２は、第１トグルリンク機構１１の一方の第１中間連結軸１７ａに代えて他方の第１中間連結軸１７ｂに対して回動可能に連結してもよい。

第１トグルリンク機構１１と第２トグルリンク機構１２とは、それぞれ第１中間連結軸１７ａ，１７ｂと第２中間連結軸２３で折れ曲がるようにリンク動作をするが、サーボモータ６が駆動されて第２トグルリンク機構１２が直線状に近づく動作をするときに、第２トグルリンク機構１２の第２リンク体２２によって押される第１トグルリンク機構１１も直線状に近づく動作をする関連構成関係にある。

包装機１Ａにおいて、駆動源としてのサーボモータ６の出力はダブルトグルリンク機構１０によってシール手段５ａ，５ｂの開閉動作に変換され、シール手段５ａ，５ｂは、この動作の変換によって、包装材Ｆを挟む開閉動作をし、閉じ動作の際に、例えばヒートシールによって包装材Ｆにシールを施す。第２トグルリンク機構１２においては、一方の第２リンク体２１がサーボモータ６の回転出力軸２０とともに回動し、二つの第２リンク体２１，２２が第２中間連結軸２３で交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をするときに、第１トグルリンク機構１１に対してその第１中間連結軸１７ａで押す力が増大する。このとき、第１トグルリンク機構１１と第２トグルリンク機構１２との関連構成関係により、第１トグルリンク機構１１においても、二つの第１リンク体１３，１４と中間リンク体１８とが、第１中間連結軸１７ａ，１７ｂでそれぞれ交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をする。

第１トグルリンク機構１１のこうした動作により、一方の第１リンク体１３が直接的に一方のシーラ８ａを包装材Ｆに接近させ、他方の第１リンク体１４が反作用ブロック９ａを包装材Ｆから遠ざかる方向に押す動作をする。反作用ブロック９ａを押す動作は、連結ロッド９ｂ，９ｂを介して他方のシーラ８ｂを一方のシーラ８ａとは反対側から包装材Ｆに接近させる。したがって、第２トグルリンク機構１２の直線状に近づく動作によって、第１トグルリンク機構１１は第１中間連結軸１７ａから増大した力で押され、同時に直線状に近づく動作をする第１トグルリンク機構１１によって、シール手段５ａ，５ｂにおいて両シーラ８ａ，８ｂが更に増大した力で包装材Ｆに当接する。その結果、両シーラ８ａ，８ｂは高いシール圧力で包装材Ｆに横シールを行うことができる。

包装機１Ａは、図３に示すような製袋充填包装機であるとすることができる。この場合、シール手段５ａ，５ｂは横シール手段６３に相当し、シールブロック７ａ，７ｂは横ヒートシールブロック６４ａ，６４ｂに相当し、包装材Ｆは筒状包装材Ｆｔに相当する。縦に配置された充填筒５１の周囲を囲むようにして縦方向に送られる包装材Ｆに横シール手段としてのシール手段５ａ，５ｂによって横シールが施され、袋を形成しつつ充填筒５１を通して投入された製品Ｐが当該袋内に収容された袋包装体Ｂｐを連続して高い包装速度で製造することができる。

この発明が適用可能な包装機は、上記した製袋充填包装機以外の包装機であってよいことは明らかである。サーボモータの出力を接離動作（開閉動作）に変換するダブルトグル機構を備えたシールユニットは、重ね合わされたシート状の包装材をシールするシールユニットにも適用可能である。製袋充填包装機である場合には、縦型のみならず横型の製袋充填包装機のシールユニットにも適用可能であり、製袋充填包装機は間欠作動型でも連続作動型であってもそのシール手段のシールユニットに適用可能である。

図２には、本発明による包装機の別の実施例が示されている。図２は本発明による包装機の一実施例の要部を示す図である。図２（ａ）はシール手段が包装材に当接したときの包装機の要部の状態を示す平面図であり、図２（ｂ）は（ａ）の側面図であり、図２（ｃ）はシール手段が包装材から離間した状態を示す（ｂ）と同様の側面図である。本発明による包装機は、この実施例に示すように、筒状包装材から袋を形成する包装機ばかりでなく、予め製造された袋の開口部をシールするシールユニットにも適用可能である。

図２に示す包装機１Ｂは、固定の機械フレーム３２，３３間において、包装材として、例えば予め製造された袋Ｂを、その上端に位置する開口部Ｂｕで保持する例えばチャックのような保持手段３０と、袋Ｂの内部に製品Ｐを収容した状態で開口部Ｂｕをシールするシールユニット３４を備えている。シールユニット３４の一端部（袋Ｂから遠い端部）とシール手段の一方（後述するシール手段５ｂ）とがそれぞれ機械フレーム３２，３３に取り付けられている。シールユニット３４においては、図１に示す実施例の場合と比べてそれ自体の構造に変わりがないものについては、図１に示す符号と同じ符号を用いる。

シールユニット３４は、袋Ｂに対して接離動作をし、当接動作の際に袋Ｂにシールを施す一方のシール手段５ａとして、シールブロック７ａと、シールブロック７ａに保持されたシーラ８ａを備えている。他方のシール手段５ｂは、固定のシール座となっており、固定のシールブロック７ｂと、シールブロック７ｂに保持されたシーラ８ｂを備えている。シール手段５ａのシーラ８ａとこれに対向配置されてシール座となっているシール手段５ｂのシーラ８ｂは、例えばヒートシーラとして構成されており、袋Ｂを挟み込んだ圧力下で熱を加えることで、袋Ｂの開口部Ｂｕにヒートシールを施す。シールユニット３４は、更に、シール手段５ａに袋Ｂに対して接離動作をさせる駆動源としてのサーボモータ６と、サーボモータ６の出力をシール手段の接離動作に変換するトグルリンク機構４０を備えている。サーボモータ６は、シール手段５ａ，５ｂの水平な接離面から下方に離れた位置に配設されている。

トグルリンク機構４０は、第１トグルリンク機構４１と第２トグルリンク機構４２とが組み合わされたダブルトグルリンク機構として構成されている。第１トグルリンク機構４１及び第２トグルリンク機構４２は、シーラ８ａのバー状に延びる方向に直交する平面Ｎ−Ｎ（図２（ａ））内でトグルリンク動作をする態様で配置されている。

第１トグルリンク機構４１は、二つの第１リンク体４３，４４を備えており、一方の第１リンク体４３は一端においてシール手段５ａのシールブロック７ａに対してシャフト４５によって回動可能に連結されており、他方の第１リンク体４４は一端において不動支持体としての機械フレーム３２に対してシャフト４６によって回動可能に連結されている。第１リンク体４３，４４は、それぞれの他端において一つの第１中間連結軸４７によって互いに回動可能に連結されている。

第２トグルリンク機構４２は、図１に示したトグルリンク機構１２と同等の構造を備えており、対応する構成要素には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。二つの第２リンク体２１，２２のうち、他方の第２リンク体２２は、第１トグルリンク機構４１の第１中間連結軸４７に対して回動可能に連結されている。第１トグルリンク機構４１は第１中間連結軸４７のところで、また第２トグルリンク機構４２は第２リンク体２１，２２を回動可能に連結する第２中間連結軸２３のところで、それぞれ折れ曲がるようにリンク動作をする。サーボモータ６が駆動されて第２トグルリンク機構４２が直線状に近づく動作をするときに、第２トグルリンク機構４２によって押される第１トグルリンク機構４１も直線状に近づく動作をする関連構成関係にある。

サーボモータ６の出力は第２トグルリンク機構４２に伝達され、サーボモータ６の回転出力軸２０に取り付けられている一方の第２リンク体２１が回転出力軸２０とともに回動し、他方の第２リンク体２２と協働して、二つの第２リンク体２１，２２が第２中間連結軸２３で交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をする。このときに、第２トグルリンク機構４２は第１中間連結軸４７を介して第１トグルリンク機構４１に作用するが、第２トグルリンク機構４２のトグルによる倍力作用により第１トグルリンク機構４１を押す力が増大する。

第１トグルリンク機構４１と第２トグルリンク機構４２との関連構成関係により、第１トグルリンク機構４１においても、二つの第１リンク体４３，４４が第１中間連結軸４７で交差する角度が１８０度に近くなるように直線状に近づく動作をするので、第１中間連結軸４７で増大した力で押される第１トグルリンク機構４１は、シール手段５ａに直接に作用して、シーラ８ａを更に増大した力で袋Ｂの開口部Ｂｕに当接させることになる。

このように、駆動源としてのサーボモータ６の出力はダブルトグルリンク機構４０によってシーラ８ａの接離動作に変換され、シーラ８ａはこの動作の変換によって袋Ｂを固定のシール座である他方のシール手段５ｂとの間で挟む動作をするが、閉じ動作の際に、ダブルトグル作用でシーラ８ａを非常に増大した力でシール手段５ｂのシーラ８ｂに向って押圧させるので、袋Ｂには高いシール圧力が得られ、例えばヒートシールによって袋Ｂの開口部Ｂｕに強いシールを施すことができる。

上記の実施例では、包装材の片側にシールユニット３４を配置し、他側については固定のシール座としたが、大型の包装機である場合には、他側においてもシールユニット３４と同等のシールユニットを鏡対称に配置し、両シールユニットのサーボモータを同期して作動させるようにしてもよい。

１Ａ，１Ｂ 包装機
２，３ 固定フレーム ４ シールユニット
５ａ，５ｂ シール手段 ６ サーボモータ
７ａ，７ｂ シールブロック ８ａ，８ｂ シーラ
９ａ 反作用ブロック ９ｂ，９ｂ 連結ロッド
１０ トグルリンク（ダブルトグルリンク）機構
１１ 第１トグルリンク機構 １２ 第２トグルリンク機構
１３，１４ 第１リンク体 １５，１６ シャフト
１７ａ，１７ｂ 第１中間連結軸 １８ 中間リンク体
１９ 中心シャフト ２０ 回転出力軸
２１，２２ 第２リンク体 ２３ 第２中間連結軸
３０ 保持手段 ３２，３３ 機械フレーム
３４ シールユニット
４０ トグルリンク（ダブルトグルリンク）機構
４１ 第１トグルリンク機構 ４２ 第２トグルリンク機構
４３，４４ 第１リンク体 ４５，４６ シャフト
４７ 第１中間連結軸
５０ 製袋充填包装機 ５１ 充填筒
５２ 製筒フォーマ ５３ 縦ヒートシーラ（縦シール手段）
５４ａ，５４ｂ 縦ヒートシールバー ５５，５５ 包装材送り手段
５７ 駆動側プーリ ５８ 従動側プーリ ５９ タイミングベルト
６０ 案内ローラ ６１ ダンサーローラ
６２ａ 判別センサ ６２ｂ プリンタ
６３ 横ヒートシーラ（横シール手段） ６４ａ，６４ｂ 横ヒートシールブロック
Ｐ 製品（包装物） Ｆｒ 包装材ロール
Ｆｗ 帯状包装材 ｆｅ，ｆｅ 側縁部分 Ｆｔ 筒状包装材
Ｓｃ 縦シール部分 Ｓｅ 横シール部分
Ｂ 袋 Ｂｕ 開口部 Ｂｐ 袋包装体
Ｍ−Ｍ 平面 Ｎ−Ｎ 平面

Claims (4)

1. 包装材を挟むように開閉方向に移動可能に配置されている一対のシールブロックと、当該各シールブロックに一つずつ支持されていて当該開閉動作に応じて前記包装材に対して接離動作をする一対のシーラを備えており、前記両シーラが前記接離動作における当接動作の際に前記包装材を挟み付けてシールを施すシール手段、
   一方の前記シールブロックに対して、他方の前記シールブロック側とは反対側に隔置して配置されている反作用ブロック、
   前記シール手段が作動する前記開閉方向と平行な方向に延びていて前記他方のシールブロックと前記反作用ブロックとを連結するとともに、前記一方のシールブロックを貫通・ガイドする二本の連結ロッド、
   前記シール手段に前記開閉動作をさせる駆動源としてのサーボモータ、及び
   前記サーボモータの出力を前記シール手段の前記開閉動作に変換するトグルリンク機構を備えており、
   前記トグルリンク機構は、第１トグルリンク機構と第２トグルリンク機構とが組み合わされたダブルトグルリンク機構として構成されており、
   前記サーボモータ及び前記ダブルトグルリンク機構は、一方の前記シールブロック、前記反作用ブロック及び前記両連結ロッドで囲まれる領域に対して当該領域の正対投影域内に配置されており、
   前記第１トグルリンク機構は前記シール手段が作動する作動面と直交し且つ前記開閉方向と平行な方向に延びる第１平面に沿ってトグルリンク動作をする態様で配置されており、前記第２トグルリンク機構は前記第１平面と平行な第２平面に沿ってトグルリンク動作をする態様で配置されており、
   前記第１トグルリンク機構は、一端において前記一方のシーラに回動可能に連結されている一方の第１リンク体と、一端において前記反作用ブロックに回動可能に連結されている他方の第１リンク体と、前記両第１リンク体の他端に対してそれぞれ前記第１中間連結軸で回動可能に連結されている中間リンク体とを備えており、
   前記第２トグルリンク機構は、一端で前記サーボモータの出力軸に取り付けられた一方の第２リンク体と、一端で前記第１トグルリンク機構の一方の前記第１中間連結軸に対して回動可能に連結されている他方の第２リンク体を備えていて、前記両第２リンク体の他端同士が第２中間連結軸によって互いに回動可能に連結されており、
   前記第１トグルリンク機構と前記第２トグルリンク機構とは、前記第２トグルリンク機構が直線状に近づく動作をするときに、前記第２トグルリンク機構によって押される第１トグルリンク機構も直線状に近づく動作をする関連構成関係にある
   ことからなる包装機。
2. 前記中間リンク体は、機械フレームに設けられた不動支持体に対して回動可能に取り付けられている
   ことからなる請求項１に記載の包装機。
3. 前記中間リンク体は、機械フレームに設けられた不動支持体に対して前記シール手段が作動する開閉方向にのみ案内されるように移動可能である
   ことからなる請求項１に記載の包装機。
4. 前記包装機は、縦に配置された充填筒の周囲を囲むようにして縦方向に送られる筒状の前記包装材に前記シール手段によって横シールを施して袋を形成しつつ前記充填筒を通して前記筒状包装材に投入された製品が前記袋内に収容された袋包装体を連続して製造する縦型製袋充填包装機である
   ことからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の包装機。

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