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。
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。
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。