【課題】被包装物を包装袋にガイドする投入パイプの下部開口のサイズと同等のサイズの包装袋を、投入パイプに装着可能なガイド装置、包装袋供給機及び自動包装機を提供することを課題とする。
【解決手段】包装袋100に被包装物を充填する際のガイドとなる投入パイプ22pに対して包装袋100をガイドして外挿するためのガイド装置11であって、前記ガイド装置11は、伸縮部の下端に設けられたガイド部本体と、当該ガイド部本体の下部に設けられた枢軸を中心として閉状態と開状態との間で揺動自在に設けられた複数の細長のガイドプレートとを備える。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、鉛直軸の天側を上、鉛直軸の地側を下、鉛直軸を上下軸という場合がある。
【0014】
(本発明の実施形態)
図1に示すように、自動包装機1は、被包装物を自動で包装するものであり、包装袋供給機10と、包装袋100に被包装物を充填する充填機20と、包装袋供給機10の動作と充填機20の動作とを連動して制御する制御装置17と、を備える。
以下、包装袋供給機10及び充填機20を順に説明する。
【0015】
(包装袋供給機)
図2(a)は包装袋供給機10の斜視図であり、
図2(b)は包装袋供給機10の平面図であり、
図2(c)は包装袋供給機10の正面図であり、
図2(d)は包装袋供給機10の側面図であり、
図2(e)は包装袋供給機10の背面図である。
図2の各図に示すように、包装袋供給機10は、包装袋100に被包装物を充填する充填機20に対して位置決めできるように、本体フレーム13の下部にローラー14が設けられるものであり、包装袋100をガイドするガイド装置11と、包装袋100を把持した状態で昇降する包装袋装着昇降装置15と、包装袋100をストックする包装袋供給トレイ16と、を備える。
包装袋100は、被包装物を包装する袋であり、2枚の矩形状のシートが重ねられて、それぞれの周囲4辺のうち3辺が互いに密に結合された状態のものであり、残り1辺を開口とし、シート間を収容部とするものであるが、開口と収容部があればいかなる袋でもよい。
被包装物は、例えば、きのこ栽培用菌床、とうもろこし(スイートコーン)、大根やなす等の1本物の漬物、鋼管や樹脂パイプ等が挙げられるが、これに限らず、流体、粉体、粒体又は固体のいずれでもよい。
なお、包装袋供給機10の充填機20に対する位置決めは、充填機20に対するボルト等による固定でもよい。
【0016】
ガイド装置11は、上下軸方向に伸縮する伸縮部11Aと、当該伸縮部11Aの下端部に設けられて包装袋100をガイドするガイド部11Bと、伸縮部11A及びガイド部11Bを駆動するガイド駆動装置11Mを備える。
図3に示すように、ガイド部11Bは、伸縮部11Aの下端部に固定されるガイド部本体11Baと、当該ガイド部本体11Baの下部に設けられた枢軸11Bbを中心として閉状態と開状態との間で揺動自在に設けられた複数の細長のガイドプレート11Bpとを備えている。
【0017】
ガイドプレート11Bpは、
図3(a)及び
図3(b)に示すように、閉状態においては枢軸11Bbから上方に延びて軸方向に沿う状態となって後述する投入パイプ22p内を挿通自在な大きさとなり、
図3(c)に示すように、開状態においては枢軸11Bbから上方斜めに拡がるように延びて、複数のガイドプレート11Bpの各最外部が、被包装物を包装袋100に投入する際に被包装物をガイドする後述の投入パイプ22pの下部開口の外形状より軸方向から視てわずかに外側となる。
このように、ガイドプレート11Bpは、開状態においては枢軸11Bbから上方斜めに拡がるように延びて、ガイドプレート11Bpの下部は径が小さく、上部は径が大きくなっているので、包装袋100を投入パイプ22pに対して下から上に外挿するときに、まずは径の小さいガイドプレート11Bpの下部を包装袋100の開口に通し、包装袋100を上昇させるに連れて開口を押し拡げていき、投入パイプ22pの外形上より開口を大きく拡げることができ、包装袋100を投入パイプ22pにスムーズに外挿できる。
そして、制御装置17からの制御信号に応じて、ガイド駆動装置11Mが駆動され、伸縮部11Aが伸縮し、ガイド部11Bが開閉する。
なお、ガイドプレート11Bpを開閉する動作を可能とするための構造としては、伸縮部11Aにおけるガイド部11Bに連通するロッドを外管と内管を備える二重管にし、内管とガイドプレート11Bpをリンクで繋ぎ、外管に対して内管を回転させることにより、ガイドプレート11Bpを開閉させるものとしてよく、外管に対して内管を上下方向に相対移動させることにより、ガイドプレート11Bpを開閉させるものとしてよい。また、外管とガイドプレート11Bpとをリンクで繋ぎ、同様の動作を可能としてもよい。
【0018】
図2に戻り、包装袋装着昇降装置15について説明する。
図2(d)に示すように、包装袋装着昇降装置15は、昇降フレーム15Fと、前述の本体フレーム13に支持され、昇降フレーム15Fを昇降させる駆動力を伝達する昇降駆動装置15Mと、昇降フレーム15Fに移動可能に支持され、包装袋100の一方の面を吸着する吸着パッド15A(第1吸着パッド)と、昇降フレーム15Fに支持され、包装袋100の他方の面を吸着する吸着パッド15B(第2吸着パッド)とを備える。
【0019】
昇降駆動装置15Mは、制御装置17からの制御信号に応じて駆動され、本体フレーム13に対して昇降フレーム15Fを昇降させる。
【0020】
吸着パッド15A及び吸着パッド15Bは、それぞれ、包装袋100に当接し、包装袋100の開口が開いた状態を維持可能な当接部と、当接部に設けられた開口に連通する図示しない吸引装置とを備え、後述する制御装置17からの制御信号に応じて、吸引装置から当接部に設けられた開口に供給される負圧をオンオフすることにより、包装袋100を吸着又は離脱して着脱自在となっている。
昇降フレーム15Fに対して移動可能に支持される吸着パッド15Aは、鉛直姿勢で最上位置と最下位置との間を自在に移動し、最上位置において水平軸を中心に回転して水平姿勢となり、その姿勢で吸着パッド15Bに向けて水平方向に移動し、その動きの逆も可能なようになっている。吸着パッド15Aの動作については、後で詳細に説明する。
【0021】
包装袋供給トレイ16は、複数の細長状の包装袋100を、包装袋100の開口が揃って同じ横向きになる状態で重ねてストックするものであり、側壁と底板を有し、上面が開口されたものである。
そして、包装袋供給トレイ16は、包装袋装着昇降装置15の吸着パッド15Aが
図2(d)の位置にあるとき、吸着パッド15Aの下であって、吸着パッド15Aの上下動のストロークの範囲内の位置に配置される。
包装袋供給トレイ16がこのように配置されることで、吸着パッド15Aが下位置にあるときに包装袋供給トレイ16にストックされた最上層にある包装袋100が負圧によって吸着パッド15Aに吸着され、吸着パッド15Aの移動に伴ってその包装袋100を移動できる。
【0022】
また、包装袋供給機10は、ガイド装置11の伸縮部11Aの伸縮動作とガイド部11Bの開閉動作を制御し、包装袋装着昇降装置15の昇降フレーム15Fの昇降動作と吸着パッド15A及び吸着パッド15Bの動作と吸引装置の動作をそれぞれ制御し、また、それらの動作を連動させて制御する制御装置17を備える。
制御装置17は、ガイド装置11と包装袋装着昇降装置15との連動動作に対して、さらに、後述の充填機20における回転台22の回転動作を連動させるため、回転駆動装置25(
図1参照)に向けて制御信号を送信する。
【0023】
(充填機)
次に、
図1に戻り、充填機20について説明する。
充填機20は、移動自在な支持フレーム21と、支持フレーム21に回転自在に支持され、上下軸に対して中心軸が平行となる複数の投入パイプ22pを備えた回転台22と、支持フレーム21に支持され、回転台22を間欠的に回転させる回転駆動装置25と、支持フレーム21に支持され、包装袋100内に充填された被包装物に圧力を加えて被包装物のかさ密度を整える整形プレス装置23と、支持フレーム21に支持され、回転台22の回転位置を検出する定位置確認センサ24と、被包装物を後述の被包装物投入口22hに向けて落下させる開閉式の底を有する図示しない充填ホッパーと、を備える。
【0024】
支持フレーム21は、上下軸を中心として回転台22を軸支する支持軸21aと、支持フレーム21を移動自在とするためのローラー21rを備える。
また、支持フレーム21は、その上部に、回転駆動装置25と、整形プレス装置23と、定位置確認センサ24を設け、各装置の自重や各装置に作用する反力に対して十分な剛性を有する。
【0025】
回転台22は、円周に沿って複数の被包装物投入口22hが開口された円盤状の天板22tと、各被包装物投入口22hの下部に1つずつ対応して設けられ、上部開口を上に向け、下部開口を下に向けた複数の投入パイプ22pと、天板22tの回転中心の下部に固定されて、支持フレーム21の支持軸21aに軸支される被支持軸22aと、を備える。
なお、投入パイプ22pは円筒状に限らず、四角筒状や多角形筒状でもよい。
【0026】
回転駆動装置25は、ステータとロータと駆動源を備え、駆動源となる電動モータ等の駆動力により、支持フレーム21の上部に支持されるステータを中心に、回転台22の被支持軸22aと一体となるロータを回転させるものである。なお、ステータとロータの間にギヤを介在させてもよく、動力源は、電気の他、液圧や空圧等としてもよい。
そして、回転駆動装置25は、制御装置17からの制御信号を受信し、制御信号に応じて回転台22を回転又は停止させるトルクを発生する。なお、回転台22を停止させるトルクを発生するのに換えて、図示しないブレーキ装置を作動することにより、回転台22を停止させてもよい。
【0027】
整形プレス装置23は、包装袋100内に被包装物を詰め込み、被包装物が所望のかさ密度となるようにするものであり、下端部に加圧盤を設けたピストンと、支持フレーム21の上部に設けられ、ピストンが出入りする開口を下に向けたシリンダと、備える。
加圧盤は、回転台22の天板22tの被包装物投入口22hを通過し、投入パイプ22pを通過して、包装袋100内に到達して包装袋100内の被包装物に圧力を加えるものであるので、被包装物投入口22hの内形状及び投入パイプ22pの内形状のそれぞれに対して、平面視で小さい寸法となっている。例えば、被包装物投入口22h及び投入パイプ22pのそれぞれの内形状が円形であり、加圧盤の外形が円形であり、被包装物投入口22hの径より投入パイプ22pの内径が狭い場合は、加圧盤の外径は、投入パイプ22pの内径に比べてやや小さくする。
そして、整形プレス装置23は、制御装置17からの制御信号に従い、回転台22の天板22tの被包装物投入口22hが加圧盤の下に配置されるタイミングでピストンを下げることで、加圧盤により被包装物を加圧する。
【0028】
定位置確認センサ24は、支持フレーム21を基準として回転台22の位置を検出するものであり、検出部が回転台22の天板22tの上面に向かう姿勢で、支持フレーム21に固定される。
定位置確認センサ24として、例えば、非接触式の近接センサや接触式の回転センサを用いる。
非接触式の近接センサを用いる場合、定位置確認センサ24は、平面視において、天板22tに設けられた複数の被包装物投入口22hの回転軌跡上に配置されるように、支持フレーム21に設けられる。
これにより、複数の被包装物投入口22hを天板22tの円周上に等間隔で配置すれば、定位置確認センサ24の検出部の下に天板22tの上面が配置されたときは、定位置確認センサ24による検出値は検出部と天板22tの上面との距離に対応するものとなり、天板22tが回転して定位置確認センサ24の検出部の下に被包装物投入口22hが配置されたときは、定位置確認センサ24による検出値は比較的大きなものとなるので、天板22tが所定の角度回転して、被包装物投入口22hと前述のガイド装置11の位置が平面視で一致するタイミングを検出できる。
【0029】
(動作)
次に、上述の包装袋供給機10の各装置と充填機20の各装置とを連動させた自動包装機1の動作について説明する。
図4(1)から
図4(10)は、自動包装機1のうち、包装袋供給機10の包装袋供給トレイ16と包装袋装着昇降装置15の一部とガイド装置11の一部と、充填機20の投入パイプ22pを抜き出した斜視図であり、時系列に沿って順番に番号が振られている。
図5(1)から
図5(10)は、
図4(1)から
図4(10)に対応する側面図である。
以下、主に
図5を用いて時系列に沿って順番に説明する。
【0030】
(1)
図5(1)は、包装袋供給機10と充填機20とを組み合わせた自動包装機1の初期位置を表す。
これを詳細に説明すると、ガイド装置11の伸縮部11Aが最も縮んだ状態で、ガイド部11Bのガイドプレート11Bpが閉状態であり、ガイド部11Bの下端が投入パイプ22pの上部開口より上に配置される。
包装袋装着昇降装置15の昇降フレーム15Fは最も下に位置させ、吸着パッド15Aは、鉛直姿勢で最も上に位置させる。
包装袋供給トレイ16は、吸着パッド15Aが
図5(1)の位置にあるとき、吸着パッド15Aの下であって、吸着パッド15Aの上下動のストロークの範囲内の位置に配置される。
そして、複数の細長状の包装袋100が、包装袋100の開口が揃って同じ横向き(
図5(1)において右向き)になる状態で重ねてストックされている。
【0031】
(2)次に、
図5(2)に示すように、吸着パッド15Aが鉛直姿勢で下方(図中の矢印の方向)に移動し、吸着パッド15Aの当接部が包装袋供給トレイ16にストックされた最上層の包装袋100に当接するとともに、吸引装置の制御(負圧源に連通する弁の開閉制御や吸引力に応じるモータの制御等)によって吸着パッド15Aの開口が負圧となり、吸着パッド15Aに最上層の包装袋100が吸着される。
(3)次に、
図5(3)に示すように、最上層の包装袋100を吸着したまま、吸着パッド15Aを鉛直姿勢で上方(図中の矢印の方向)に移動する。
(4)続いて、
図5(4)に示すように、最上層の包装袋100を吸着したまま、吸着パッド15Aを鉛直姿勢から回転(図中の矢印の方向)させて、水平姿勢にする。
(5)
図5(5)に示すように、最上層の包装袋100を吸着したまま、吸着パッド15Aを水平姿勢で吸着パッド15Bの方向(図中の矢印の方向)に移動する。
この状態で、包装袋100は、開口を上にして鉛直状態に保たれる。
吸着パッド15Aは、吸着パッド15Aが最も右に移動したとき、吸着パッド15Bからの反力を受け、その反力を所定内に収めるため、弾性的に縮むようになっている。
そして、吸着パッド15Aは、吸着パッド15Aが最も右に移動したタイミングで、吸引装置の制御によって吸着パッド15Bの開口を負圧とする。
これにより、包装袋100の開口の左右が、それぞれ吸着パッド15A及び吸着パッド15Bに吸着された状態となる。
(6)次に、
図5(6)に示すように、包装袋100の開口の左右をそれぞれ吸着パッド15A及び吸着パッド15Bに吸着したまま、吸着パッド15Aを水平姿勢で吸着パッド15Bから離れる方向(図中の矢印の方向)に移動する。
これにより、包装袋100の開口が拡がるので、伸縮部11Aを最も下まで伸ばし、ガイドプレート11Bpが閉状態の状態でガイド部11Bが投入パイプ22pに挿通される。
このとき、ガイド部11Bの下端は、包装袋100の開口に入ってもよい。
(7)次に、
図5(7)に示すように、ガイド装置11のガイドプレート11Bpを、傘を開くようにして、閉状態から開状態にする。
このとき、複数のガイドプレート11Bpの各最外部が、投入パイプ22pの下部開口の外形状より軸方向から視てわずかに外側となる。
(8)次に、
図5(8)に示すように、吸着パッド15Aと吸着パッド15Bによって包装袋100を吸着したまま、包装袋装着昇降装置15の昇降フレーム15Fを上昇させて最も上に位置させる。このとき、ガイドプレート11Bpが開状態となって包装袋100をガイドするので、包装袋100が投入パイプ22pに引っかかることなくスムーズに投入パイプ22pに装着される。
なお、包装袋100を投入パイプ22pに装着した後、
図2(d)に示すような把持装置18によって装着した状態を保つように包装袋100を投入パイプ22pに押し付けるように把持する。なお、把持装置18は充填機20に備えてもよい。
(9)次に、
図5(9)に示すように、ガイドプレート11Bpを閉状態にし、続いて、伸縮部11Aを縮めて、ガイド部11Bを最も上に移動する。
そして、初期位置と同様に、ガイド部11Bの下端が投入パイプ22pの上部開口より上に配置される。
これと同時に、吸引装置の制御により、吸着パッド15Aと吸着パッド15Bのそれぞれの開口の負圧をオフにし、昇降フレーム15Fを下げる。
この際、包装袋100は図示しない把持装置によって把持されており、投入パイプ22pを内包した状態で維持される。
(10)そして、
図5(10)に示すように、吸着パッド15Aの姿勢を水平状態から鉛直状態に戻し、初期位置と同じ位置とする。
以上の手順により、投入パイプ22pに包装袋100を自動的に被せることができる。
(11)続いて、別の投入パイプ22pに別の包装袋100を被せるには、充填機20の回転台22を所定の角度回転させ、
図5(1)のように、別の投入パイプ22pがガイド装置11の下に配置されるようにして、上記の一連の作業を順次行う。
このように、自動包装機1は、投入パイプ22pに包装袋100を外挿し、回転台22を回転させ、包装袋100に被包装物を充填する一連の作業を、順次自動的に行う。
【0032】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明に係る自動包装機及び包装袋供給機は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変化が可能である。
【0033】
本発明によれば、ガイド装置が、伸縮部の下端に設けられたガイド部本体と、ガイド部本体の下部に設けられた枢軸を中心として閉状態と開状態との間で揺動自在に設けられた複数の細長のガイドプレートとを備えるガイド部を有するので、開状態でガイド部が包装袋をガイドし、投入パイプの下部開口のサイズと同等のサイズの包装袋を、投入パイプに装着できる。
また、閉状態でガイド部が投入パイプ内を挿通できるので、ガイド部を投入パイプの上から投入パイプの下に通過させてから開状態にすることができ、包装袋の装着や回転台の回転の際に、その動作を阻むことなくガイド部を配置できる。
【0034】
本発明によれば、ガイドプレートの各最外部が、投入パイプの下部開口の外形状よりわずかに外となるので、ガイド部が包装袋をガイドし、投入パイプの下部開口のサイズと同等のサイズの包装袋を、投入パイプに装着できる。
【0035】
本発明によれば、ガイド装置を備える包装袋供給機の包装袋装着昇降装置が、昇降フレームと、昇降フレームを昇降させる昇降駆動装置と、昇降フレームに対して移動可能に支持され、包装袋の一方の面を着脱自在に吸着する第1吸着パッドと、昇降フレームに対して支持され、包装袋の他方の面を着脱自在に吸着する第2吸着パッドとを有するので、ガイド装置でガイドされて、包装袋を自動的に投入パイプに装着できる。
【0036】
本発明によれば、自動包装機を、ガイド装置を備える包装袋供給機と投入パイプを備えた回転台を有する充填機とを連動して制御する制御装置を備えるものとしたので、投入パイプに包装袋を装着し、回転台を回転させ、包装袋に被包装物を充填する一連の作業を、順次自動的に行うことができる。
【0037】
本発明によれば、ガイド装置を備える包装袋供給機が、包装袋に被包装物を充填する充填機に対して位置決めできるユニットであるので、自動包装機能を持たない充填機等の他の装置に組み込んで、自動包装機能を付加することができる。
【0038】
本発明によれば、きのこ栽培用菌床、とうもろこし(スイートコーン)、大根やなす等の1本物の漬物、鋼管や樹脂パイプ等の多品種に対して自動包装及び自動真空パックが可能となり、手作業に比べて作業を高速化できる。