(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性内容物が充填されているチューブ状に成形された包装材料ウェブを一対のシールジョーにより横シール後、カッターの進退により包装材料ウェブのシール部を容器を１個毎に切り離す切断装置であって、カッターを退入させる方向に常時付勢力を与える手段として空気圧シリンダを備え、カッターを進出させる方向に付勢力を与える手段として油圧シリンダを備えていることを特徴とする切断装置。
【請求項２】
流動性内容物が充填されているチューブ状に成形された包装材料ウェブを一対のシールジョーにより横シール後、一方のシールジョーに進退自在に設けられているカッターの進退により包装材料ウェブのシール部を容器１個毎に切り離す切断装置であって、カッターの中央後方に配設され、カッターの中央後端部に取り付けられカッターを退入させる方向に常時付勢力を与えるピストンロッドが一体的に設けられたピストンと送気管に連通した気圧室とが内設されている空気圧シリンダと、カッターの後方でかつ該空気圧シリンダの左右両側に配設され、カッターの左右後端部を押動しカッターを進出させる方向に付勢力を与えるピストンロッドが一体的に設けられたピストンと送油管に連通した油圧室とが内設されている油圧シリンダと、送気管へ空気を供給する経路内の圧力変化を検出しうる圧力センサーとを有する切断装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の切断装置を備えた充填包装機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジュース等の流動性内容物が充填された断面矩形状等の包装容器を製造する充填包装機における横シール工程等における切断装置、特に流体圧シリンダを備えた切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、包装材料ウェブをロール状に支持しているリワインダと、リワインダからウェブを順次巻き戻す巻き戻し装置と、巻き戻されたウェブを殺菌した後チューブ状に成形するチューブ成形装置と、チューブ状に成形された包装材料ウェブ内に流動性内容物を充填する給液管と、流動性内容物が充填されたチューブをほぼ容器１個に相当する長さ分だけ下方に送りながら、横方向にシール・切断して断面矩形の枕状容器を連続的に成形する容器成形装置と、１個ずつに切り離された枕状容器の端部を折り曲げ、最終形態である直方体状容器に整形する容器整形装置からなる充填包装機は知られている（特公平１−２３３６６号公報、特開昭５８−１９３２０６号公報）。
【０００３】
そして、上記容器成形装置は、内容物充填チューブを容器１個分に相当する長さ毎に挟みつけて横方向にシール（横シール）した後、そのシール部（シール帯とシール帯との間の中間部）を切断するものであって、一対の横シールジョー間にシール圧を発生させるプレス装置を備えた、交互に上下動する２組の横シールジョーを有し、一対の横シールジョーは、インダクターと呼ばれる加熱機構とインダクター間に切断時のカッターの受け部とを有する加熱ジョーと、その中央に横方向に延びる偏平なカッターを進退自在に設けた切断ジョーとからなる（図２参照）。この切断ジョーにおける従来の切断装置として、カッターの進出は油圧を用いて、退入はバネを用いて行うものが知られている。かかる従来の切断装置について次に説明する。
【０００４】
カッターの中央後方には、１つのカッター退入用シリンダが配設されており、該シリンダには、カッターの中央後端部に取り付けられたピストンロッドが一体的に設けられたピストンと、該ピストンロッドが退入位置となるように、すなわちカッターを後退させる方向に常時付勢力（約３５Ｋｇｆ）を与えるため、該ピストンと同軸状に設けられたバネとが内設されており、また、カッターの両端後方で、かつカッター退入用シリンダの左右両側には、２つのカッター進出用油圧シリンダが配設されており、該油圧シリンダには、カッターの左右後端部を押動しうるピストンロッドが一体的に設けられたピストンと、送油管に連通した油圧室とが設けられ、チューブ状の包装材料の切断時には、油圧室に送油管から油が供給され、上記バネの付勢力よりも大きな力でピストンロッドを進出させることによりカッターを押動してチューブ状包装材料の横シール部を切断し、切断後は送油管からの油の供給が停止され、油圧がかからなくなると、再び上記バネの付勢力によりカッターが退入し切断ジョーに収納されるようになっている。
【０００５】
この種の複雑な構造の横シール装置において、スペース面かつコスト面からすると、カッターが取り付けられているピストンを退入する手段としてバネは優れており、実際の使用上とりたてて問題があるとの認識はなかったというのが実状である。ここで用いられるバネは、設計上の計算どおりの耐久性を示し、通常は２〜３ヶ月に一度の割合で交換すればよかった。
【０００６】
また、上記従来のプレス装置は、上向きの係合凹部を有する固定係合部材と、固定係合部材の係合凹部にかみ合わされる下向き係合凸部を有する可動係合部材とを、各シールジョーの左右両側にそれぞれ備えている。可動係合部材は、流体圧シリンダのピストンロッドに取付けられており、可動係合部材を揺動させて固定係合部材に係合させた状態で、ピストンロッドを退入させることによって互いのシールジョー間に約７００Ｋｇｆ程度の充分なシール圧を発生させるようになっている。
【０００７】
このプレス装置における、可動係合部材が取り付けられているピストンロッドの退入によるシール圧の発生は、プレス装置に設けられた流体圧シリンダの油圧によって行い、他方、シール圧の解除及びピストンロッドの進出は、上記油圧の解除と共に、同シリンダ内に配設された、同軸状に設けられた直径の異なる複数本のバネの付勢力（約３０Ｋｇｆ）によって行うものが知られていた。（例えば、特公平１−２３３６６号公報の第１２図参照）。
【０００８】
この種の複雑な構造の横シール装置において、スペース的かつコスト的な観点から、可動係合部材が取り付けられているピストンロッドを進出させる手段としてバネ以外の付勢力を用いることは従来考えられたことはなかったし、またその必要性もなかったというのが実状である。そして、この流体圧シリンダに内設されたバネも、設計上の計算どおりの耐久性を有し、通常は２〜３ヶ月に一度の割合で交換すればよかった。
【０００９】
【発明が解決すべき課題】
上記バネの付勢力によってカッターを退入させる従来方法では、バネが破損すると、カッターはチューブ状の包装材料ウェブを切断後退入することができず、切断ジョー内に収納されるはずのカッターの先端が常時切断ジョーより突出した状態になって、まだシールされていないウェブのシール部分を不用意に傷つけてしまうことがあった。
【００１０】
また、バネが破損すると、上記のように、カッターはウェブを切断後退入することができず、切断ジョー内に収納されるはずのカッターの先端が常時切断ジョーより突出した状態になっていることから、前記加熱ジョーのインダクターからのエネルギーが突出したカッターに奪われ、包装材料ウェブのアルミ箔層の加熱が不十分となる結果、樹脂層の溶融が不十分となり、横シールが不完全なものとなることがあった。
【００１１】
これらの結果、ウェブの損傷した包装容器や不完全な横シールが行われた包装容器が製造され、包装容器からジュース等の充填物の漏洩・浸出が生じることになる。このような包装容器からジュース等の充填物の漏洩・浸出が目視しうる場合は製造段階でチェックしうるが、かかる漏洩・浸出が目視しえない程軽微な場合は殊更厄介である。というのは、この種無菌充填包装容器の流通過程において、シール部分からのジュース等の漏洩・浸出部分にカビ等が増殖し、微生物汚染という大きな問題が生じるからである。また、上記のように、切断ジョー内に収納されるはずのカッターの先端が常時切断ジョーより突出した状態になって、まだシールされていないウェブのシール部分を不用意に傷つけ、カッターがジュース等の充填物と接触し、カッターとの接触により包装容器内のジュース等の充填物が微生物的に汚染された後、傷つけた箇所に横シールが行われると、包装容器の外観は正常であるにもかかわらず、包装容器内部における有害微生物の増殖という、この種無菌充填包装容器にとって致命的な事態が生じることがあった。
【００１２】
そして、バネは前記のようにシリンダ内に設けられていることから、外部からその破損状況を見ることができず、例え包装容器製品の製造中にバネが破損した場合であっても、その破損した状態で包装容器製品の製造が続けられることになり、一日の製造終了後に行う装置の点検時に、はじめて異常に気づき、その日製造した包装容器製品をすべて廃棄せざるを得ない事態が生じる。かかる事態を未然に回避するため、安全度を見込んで、バネを設計上よりも早めに交換する必要があり、バネを定期的に交換する煩雑な手間とバネ交換に伴うランニングコストの上昇を招いていた。
【００１３】
本発明の課題は、充填包装機を用いた横シール部分の切断において生じるバネの破損に起因する上記問題点を解決することにあり、充填包装機における横シール部分での切断を長期間にわたって確実に行いうる切断装置を提供することにある。そして、本発明の課題は、充填包装機において従来用いられていたプレス装置におけるバネの破損という問題を解決する過程で見い出されたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは先に、従来の１時間当たり６０００個を大幅に越える製造能力、すなわち１時間当たり８０００個以上の製造能力を有する超高速充填包装機を開発した（特願平８−２４４７０７号）。かかる高速充填包装機に前記従来のプレス装置を用いて高速で横シールを行った場合、その内部にバネが配設された流体圧シリンダは、従来の充填包装機におけるよりも、より高速で揺動されることから、従来の充填包装機におけるプレス装置では到底考えられないような短期間でのバネの破損、係合部材同士の当接部分の破損等種々の問題が時折生じることが新たに判明した。
【００１５】
そこで、特に高速充填包装機を用いた横シール工程におけるプレス装置において新たに発生するバネの破損という問題を、バネに代えて流体圧シリンダを利用する方式、すなわち前記可動係合部材を流体圧を利用して進出させる方式、について検討した。そして、高速充填包装機における横シール工程での加圧を長期間にわたって確実に行いうるとともに、バネを定期的に交換する煩雑な手間がなく、またバネ交換に伴うランニングコストがかからない、さらに例えシール不良が発生しても速やかに検出しうることを確認し、流体圧シリンダを利用したプレス装置についての発明を完成させた（特願平８−３１４６５０号）。
【００１６】
本発明者らは、上記プレス装置における、バネに代えて流体圧シリンダを利用するという知見を、横シール・切断工程における切断装置にも応用することについて検討した。そして、この種の構造が複雑な切断装置において、カッターが取り付けられたピストンを退入する方向に付勢力を与える手段として、上記プレス装置の場合と同様に、昇降する他方のシールジョーをかわすため配管等は複雑になるものの、バネに代えて流体圧を利用することにより、充填包装機における横シール工程での切断における上記バネを用いた場合の問題点が解決できることを確認し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
すなわち、本発明は、流動性内容物が充填されているチューブ状に成形された包装材料ウェブを一対のシールジョーにより横シール後、カッターの進退により包装材料ウェブのシール部を容器１個毎に切り離す切断装置であって、ピストンロッドに取り付けられているカッターを退入させる方向に常時付勢力を与える手段として空気圧シリンダを備え、カッターを進出させる方向に付勢力を与える手段として油圧シリンダを備えている切断装置に関する。
【００１８】
また本発明は、流動性内容物が充填されているチューブ状に成形された包装材料ウェブを一対のシールジョーにより横シール後、一方のシールジョーに進退自在に設けられているカッターの進退により包装材料ウェブのシール部を容器１個毎に切り離す切断装置であって、カッターの中央後方に配設され、カッターの中央後端部に取り付けられカッターを退入させる方向に常時付勢力を与えるピストンロッドが一体的に設けられたピストンと送気管に連通した気圧室とが内設されている空気圧シリンダと、カッターの後方でかつ該空気圧シリンダの左右両側に配設され、カッターの左右後端部を押動しカッターを進出させる方向に付勢力を与えるピストンロッドが一体的に設けられたピストンと送油管に連通した油圧室とが内設されている油圧シリンダと、送気管へ空気を供給する経路内の圧力変化を検出しうる圧力センサーとを有する切断装置に関する。
【００１９】
さらに本発明は、上記切断装置を備えた充填包装機に関する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる切断装置についての実施例を図面に基づいて説明するが、本発明はこれら図面に記載されたものに限定されるものではない。
【００２１】
本発明にかかる切断装置が適用される充填包装機は、例えば、包装材料ウェブをロール状に支持しているリワインダと、リワインダからウェブを順次巻き戻す巻き戻し装置と、巻き戻されたウェブを殺菌した後チューブ状に成形するチューブ成形装置と、チューブ状に成形されたウェブ内にジュース等の流動性内容物を充填する手段と、内容物が充填されたチューブをほぼ容器１個に相当する長さ分だけ下方に送りながら、横方向にシール・切断して枕状容器を連続的に成形する横シール装置と、切り離された枕状容器の端部を折り曲げ、最終形態である直方体状容器に整形する容器整形装置を備えている。
【００２２】
横シール装置としては、例えば上記特公平１−２３３６６号公報に開示されているものを用いることができ、図１に示すように、昇降自在かつ可逆回動自在な垂直ロッド１と、垂直ロッド１とともに昇降しかつ垂直ロッド１に取り付けられている昇降フレーム２と、下部において相互に平行な一対の水平軸心を中心として揺動するように昇降フレーム２にそれぞれ支持されている前後一対の揺動アーム３、４と各揺動アーム３、４の上部に相互に向き合うようにそれぞれ固定されている一対のシールジョー５、６と両シールジョー５、６が相互に接近する閉位置と相互に離間する開位置の間を両揺動アーム３、４を揺動させるアーム開閉装置７と、閉位置において、シールジョー６の両側に設けられた、上向きの係合凹部を有する固定係合部材８と、シールジョー５の両側に設けられた、固定係合部材の係合凹部にかみ合わされる下向き係合凸部を有する可動係合部材９とにより、両揺動アーム３、４を相互に引き寄せて両シールジョー５、６の間にシール圧力を発生させるプレス装置とを備えており、図２に示すように、一方のシールジョー５にはインダクター１０と呼ばれる加熱機構と、インダクター間に切断時のカッターの受け部１１とが設けられ、他方のシールジョー６にはその中央に横方向に延びるカッター収納部１２内の偏平形状のカッター１３と、その上下両側に配設されたシール強度を高めるための押圧受け部材１４とが設けられ、包装材料ウェブ１５のシール部１６を切断するように構成されている。
【００２３】
２つの昇降フレーム２は同期して所定のストロークで交互に異なる向きに昇降させられる。すなわち一方の昇降フレーム２が上昇すると、他方の昇降フレーム２が下降する。昇降フレーム２がその昇降ストロークの上限位置にあるときに両シールジョー５、６が相互に閉じることにより、チューブ１７が所定幅で横断状に強圧されてシールされる。両シールジョー５、６がチューブ１７を押圧したまま昇降フレーム２とともに下降することにより、チューブ１７は容器１個分に相当する長さだけ送られる。昇降フレーム２が下限位置に達すると、切断装置が作動し、チューブ１７はそのシール幅の中央部１６（シール帯とシール帯との中間部）において切断される。切断後、両シールジョー５、６は開いてチューブ１７を解放し、これにより、チューブ１７の下端の容器１個分に相当する枕状容器がそれ以外の部分から切り離される。
【００２４】
次に、切断装置について、図２〜５により説明する。カッター１３は、前記のように、シールジョー６の厚さ方向（図２では上下方向）中央部に設けられた横長状のカッター収納部１２に、シールジョー６より進退自在に収納されている。カッター１３の中央後方には、図３及び図４に示すように、１つのカッター退入用空気圧シリンダ２０が配設されており、該空気圧シリンダ２０には、カッターの中央後端部に取り付けられたピストンロッド２１が一体的に設けられ、その長さ方向中央部に大径部２２を有するピストン２３と、送気管２４に連通した気圧室２５とが内設されている。気圧室２５には送気管２４から常時空気が供給され、ピストンロッドが退入位置になるように、すなわちカッターを後退させる方向に常時付勢力が与えられている。
【００２５】
また、図３〜５に示すように、カッター１３の後方で、かつ空気圧シリンダ２０の左右両側には、２つのカッター進出用油圧シリンダ３０が配設されており、該油圧シリンダ３０には、カッター１３の左右後端部を押動しうるピストンロッド３１が一体的に設けられたピストン３２と、送油管３３に連通した油圧室３４とが設けられている。また、送油管３３と連通した油圧室３４には、切断時に油が供給され、上記付勢力よりも大きな力でピストンロッド３１を進出させることによりカッター１３を押動して包装材料ウェブ１５の横シール部１６を切断し、切断後は送油管３３からの油の供給が停止され、油圧室３４内の油圧が０となるように構成され、このように油圧がかからなくなると、再び空気圧シリンダ２０の付勢力により確実にカッター１３が退入するようになっている。
【００２６】
また、送気管２４へと続く空気の供給経路２６には、供給経路内の圧力変化を検出しうる圧力センサー２７が取り付けられており、常に気圧室２５の圧力変化を監視し、配管のはずれ等の異常を感知した場合には、機械を停止させるように構成されている。他方、油圧室３４と連通している送油管３３は、図示しない作動油管に接続されている。
【００２７】
次に横シール・切断工程について説明する。両揺動アーム３、４が開位置より閉位置に向かって揺動しつつあるときに、可動係合部材９は揺動アーム３、４に対して直交した状態より前上がりに傾斜した上向き姿勢に保たれている。揺動アーム３、４が閉位置の近傍に至ると可動係合部材９が回動して上向き姿勢から水平姿勢となり、その先端部分が固定係合部材８に係合される。両係合部材８、９が係合して相互に引き合い、両係合部材が固着されている両シールジョー５、６も互いに引き合うことになり、両シールジョー間にシール圧が発生し、両シールジョー５、６はチューブ１７を押圧したまま昇降フレーム２とともに下降し、チューブ１７は容器１個分に相当する長さだけ下方に送られ横シールが完了する。
【００２８】
昇降フレーム２が下限位置に達すると、油圧シリンダ３０の油圧室３４に送油管３３から作動流体である油が供給され、上記空気圧シリンダ２０による付勢力よりも大きな力でピストンロッド３１を進出させることによりカッター１３の左右両端部を押動して包装材料ウェブ１５の横シール部１６が切断される。
【００２９】
次に、両揺動アーム３、４が閉位置より開位置に向かって揺動する前に、油圧室３４から送油管３３を通して作動流体である油の供給を中止し、油の供給圧をなくすると、空気圧シリンダ２０の気圧室２５には送気管２４から常時空気が供給されており、ピストン２３を介してピストンロッド２１が退入するような付勢力が常時働いているから、カッター１３は退入する。以後、同様な動作が繰り返し行われる。
【００３０】
上記実施例においては、ピストンロッド２１が退入する方向に常時付勢力を与える圧力媒体として空気を使用したが、空気の代わりに他の圧力媒体、例えば油、水等を使用してもよい。
【００３１】
また、上記実施例においては、横シール装置において横シール工程と切断工程とが行われるタイプの充填包装機について説明したが、前記した１時間当たり８０００個以上の製造能力を有する横シール装置と切断装置とが分離している超高速充填包装機等の高速切断工程においても、カッターが取り付けられているピストンロッドの退入を流体圧シリンダにより行う本発明を適用することができる。その場合、高速切断がより一層円滑に実施できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明においては、この種構造が複雑な切断装置において、カッターが取り付けられたピストンロッドを退入する方向に付勢力を与える手段として、バネに代えて空気等の流体圧を利用することにより、充填包装機における横シール工程での切断を長期間にわたって確実に行いうることができ、従来のバネを使用していた場合に比べて、バネ交換の煩雑さがなく、またランニングコストがかからない。
【００３３】
また、バネにはバネ定数があり、その作動中におけるバネ力は一定ではないが、本発明のようにカッターの進退に流体圧を利用すると、切断が円滑に実施でき、切断時の騒音も軽減できる。
【００３４】
加えて、バネの破損により、シールジョーのカッター収納部内に収納されるはずのカッターの先端が常時切断ジョーより突出した状態になることよって、他方のシールジョーのインダクターからのエネルギーが該突出したカッターに奪われ、包装材料ウェブのアルミ箔層の加熱が不十分となる結果、樹脂層の溶融が不十分となり、横シールが不完全なものとなる恐れが全くなくなった。
【００３５】
さらに、本発明によると、空気供給経路には常に圧力変化を監視しうる圧力センサーが設置されていることから、配管のはずれ等の異常が生じた場合には、かかる異常を瞬時に感知し、充填包装機の稼動を停止させ、切断不良やシール不良の製品の発生を最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横シール装置の斜視図である。
【図２】切断装置の概略縦断面図である。
【図３】本発明の切断装置の一部断面平面図である。
【図４】本発明の切断装置の横断面図である。
【図５】本発明の切断装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１    垂直ロッド
２    昇降フレーム
３、４  揺動アーム
５、６  シールジョー
７    アーム開閉装置
８    固定係合部材
９    可動係合部材
１０  インダクター
１１  カッター受け部
１２  カッター収納部
１３  カッター
１４  押圧受け部材
１５  包装材料ウェブ
１６  シール部
１７  チューブ
２０  空気圧シリンダ
２１、３１  ピストンロッド
２２  大径部
２３、３２  ピストン
２４  送気管
２５  気圧室
２６  供給経路
２７  圧力センサー
３０  油圧シリンダ
３３  送油管
３４  油圧室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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