JP5959087B2 - 充填包装方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、充填包装方法およびその装置に関し、特に、包袋内に被包装物を充填した後、不活性ガス等によるガス置換を高置換率で行うことができる充填包装方法およびその装置に関する。

合成樹脂等からなる包袋に、薬品や食品をはじめ種々の物品を被包装物として充填し、それら被包装物の品質を保持するために、包袋内のエアを窒素や二酸化炭素等の不活性ガスに置換して密封する方法や装置については、従来から広く知られている。
例えば、特開２００３−１１９１９号公報（特許文献１）には、食品を収納した容器とその蓋のフランジ部を、不活性ガス等のガス導入ノズルを挟み込むように圧着して部分接合し、容器内にガスを導入した後、ガス導入ノズルを取り除き未接合部分の接合を行うガス置換包装方法とその装置が記載されている。

また、特開２００８−７１３９号公報（特許文献２）には、食品等の被包装物を包装袋内に充填した後、ガス充填ノズルを包装袋内に挿入すると共に、仮付けシール手段により当該ノズルの周囲を残して袋口の仮付けシールを施し、次いで、ガス充填ノズルを包装袋から脱出させた後に袋口のシールを施す充填包装方法が記載されている。
さらに、特開２００３−２３１５０６号公報（特許文献３）には、包袋内をガス置換する技術ではなく脱気（エアの除去）を行う技術であるが、ペーパーロール等の被包装物を仮包装した仮包装体の開口部に脱気ノズルを挿入して、スポンジゴム等の弾性体からなる一対の圧着片で、仮包装体の開口部を挿入された脱気ノズルと一緒に上下方向から挟圧し、その状態のまま仮包装体内を脱気する方法が記載されている。かかる脱気方法においては、脱気処理が終了すると、脱気ノズルを開口部から抜出するが、抜出と同時に仮包装体の開口部は圧着片の弾性力によって圧着されるので、仮包装体内に外気が入ってしまうことはなく、次いで、圧着片の少し外側で仮包装体の開口部をヒートシールして完全密封状態にするものである。

特開２００３−１１９１９号公報 特開２００８−７１３９号公報 特開２００３−２３１５０６号公報

しかしながら、特開２００３−１１９１９号公報（特許文献１）に記載されたガス置換包装方法とその装置は、容器内をガス置換する際に、予め容器内のエアを除去することなく容器内にガスを導入するものであり、つまり、導入するガスで容器内のエアを押し出す方法と装置であるため、容器内にエアが残存し易く、ガス置換を高置換率で行うことは困難である。
また、特開２００８−７１３９号公報（特許文献２）に記載された充填包装方法も、包装袋内のエアを予め除去することなく包装袋内にガスを導入するものであるため、包装袋内にエアが残存し易く高置換率でのガス置換は難しい。

さらに、特開２００３−２３１５０６号公報（特許文献３）に記載された脱気包装装置については、仮包装袋内の脱気が終了し、仮包装袋内からノズルを抜出する場合に、仮包装袋の開口部とそこに挿入されたノズルには、一対の圧着片による挟圧力が加えられているため、ノズルを抜出する際に、ノズルが仮包装袋の内壁面を傷つけてしまう恐れがある。包装袋の内壁面が傷つくと、包装袋にピンホールが空く原因となるばかりでなく、包装袋の微細な切粉が生ずる場合があるため、例えば、直接人体の血管内に入れる点滴用の薬剤等を包装する目的へは使用することができないといった問題点があった。

本発明は前記先行技術の問題点を解決すべく、被包装物を充填した包袋内の不活性ガス等によるガス置換を高置換率で行うことができ、さらに、包袋の内壁面を傷つける事のない充填包装方法および装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明は請求項１に記載の通り、
包袋内に被包装物を充填しガス置換して密封する充填包装方法において、
包袋の開口部から包袋内に被包装物を充填した後、前記開口部にガス置換ノズルを挿入し、そのまま前記開口部の全域を一対のシールバーにより挟圧密閉して、該シールバーのシール面に設けられた溝部に装着された耐熱性のパッキンによって、前記開口部のうち前記ガス置換ノズルが挿入された部分を囲繞して密閉しつつ該部分へのシールバーの熱の伝導を防いでシールせずに未シール部とし、その他の部分をシールすると共に、前記ガス置換ノズルにより包袋内のエアを吸引除去した後にガスを送入し、前記開口部に対する挟圧密閉を解除した状態で包袋から前記ガス置換ノズルを抜出し、包袋の前記未シール部をシールすることにより包袋を密封する充填包装方法である。

このように、包袋の開口部にガス置換ノズルを挿入したまま開口部の全域を挟圧密閉するため、ガス置換ノズルにより包袋内のエアを吸引除去する際に、包袋内に外気が侵入することなく、効率よく確実にエアを除去することができる。したがって、エアを十分に除去した後に不活性ガス等のガスを送入することにより、包袋内のガス置換を高置換率で行うことができる。
また、包袋の開口部のうちガス置換ノズルが挿入された部分を除くその他の部分をシールするため、ガス置換ノズルにより包袋内にガスを送入する際に、既に開口部に対する挟圧密閉を解除していても、送入したガスは包袋外に漏出し難く殆ど無駄にならない。
さらに、包袋の開口部のうちガス置換ノズルが挿入された部分はシールせず、また、開口部に対する挟圧密閉を解除した状態で包袋からガス置換ノズルを抜出するため、ガス置換ノズルは包袋からスムーズに抜けて、包袋の内壁面を傷つけることがない。

次に、本発明は請求項２に記載の通り、包袋からガス置換ノズルを抜出した直後に包袋の未シール部を閉止し、その後前記未シール部をシールすることにより包袋を密封する請求項１に記載の充填包装方法である。

本発明において閉止とは、包袋の未シール部を構成する前後２枚の合成樹脂シートをピンと張って重ね合わせ、未シール部の開口を閉じた状態をいう。したがって、シールのように完全に密封した状態ではない。
このように、包袋の未シール部を、ガス置換ノズルを抜出した直後に閉止するので、未シール部を完全にシールするまでの暫くの間、包袋内からのガスの漏出と包袋内への外気の侵入を防ぐことができる。

次に、本発明は請求項３に記載の通り、
包袋を保持する包袋保持手段と、
包袋の開口部から包袋内に被包装物を充填する充填手段と、
前記開口部に対し挿入および抜出自在とされ、エア吸引手段およびガス供給手段に繋がるガス置換ノズルと、
前記開口部の全域を挟圧密閉すると共に、前記開口部のうち前記ガス置換ノズルが挿入された部分をシールせずに未シール部とし、その他の部分をシールする開口部密閉および第１シール手段と、
包袋の前記未シール部をシールする第２シール手段を備え、
前記開口部密閉および第１シール手段は、一対のシールバーを具備し、該シールバーのシール面には、これらが相対接近して前記開口部を挟圧密閉する際に、該開口部に挿入された前記ガス置換ノズルを収容するための空隙を形成する溝部が設けてあり、
該溝部には、前記開口部のうち前記ガス置換ノズルが挿入された部分を囲繞して密閉すると共に、該部分への前記シールバーの熱の伝導を防ぐ耐熱性のパッキンが装着されており、
前記包袋保持手段により開口保持された包袋内に、前記充填手段により被包装物を充填した後、前記開口部に前記ガス置換ノズルを挿入し、そのまま前記開口部を前記開口部密閉および第１シール手段の一対のシールバーにより挟圧密閉しつつ、前記開口部の前記未シール部を除くその他の部分をシールすると共に、前記ガス置換ノズルにより包袋内のエアを吸引除去した後にガスを送入し、前記開口部密閉および第１シール手段による前記開口部の挟圧密閉を解除した状態で包袋から前記ガス置換ノズルを抜出し、前記第２シール手段により包袋の前記未シール部をシールすることにより包袋を密封する構成の充填包装装置である。

このような構成により、包袋の開口部の挟圧密閉と第１シールを同じ手段により同時に行えるため、装置の機構を簡略化でき、製造効率を向上させることができる。
また、開口部密閉および第１シール手段によって、包袋の開口部にガス置換ノズルを挿入したまま開口部の全域を挟圧密閉するため、ガス置換ノズルにより包袋内のエアを吸引除去する際に、包袋内に外気が侵入することなく、効率よく確実にエアを除去することができる。したがって、エアを十分に除去した後に不活性ガス等のガスを送入することにより、包袋内のガス置換を高置換率で行うことができる。
さらに、開口部密閉および第１シール手段によって、包袋の開口部のうちガス置換ノズルが挿入された部分を除くその他の部分をシールするため、ガス置換ノズルにより包袋内にガスを送入する際に、既に開口部に対する挟圧密閉を解除していても、送入したガスは包袋外に漏出し難く、殆ど無駄にならない。
また、開口部密閉および第１シール手段によって、包袋の開口部のうちガス置換ノズルが挿入された部分はシールせず、また、開口部に対する挟圧密閉を解除した状態で包袋からガス置換ノズルを抜出するため、ガス置換ノズルは包袋からスムーズに抜けて、包袋の内壁面を傷つけることがない。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、一対のシールバーで包袋の開口部の挟圧密閉と第１シールを行うことができるため、装置の機構を簡略化でき、製造効率を向上させることができる。
また、シールバーの溝部にパッキンが装着されているため、包袋開口部の挟圧密封を確実にできると共に、シールバーがヒートシールバーである場合には、パッキンが断熱材として機能することにより、包袋開口部のガス置換ノズルが挿入された部分へのシールバーの熱の伝導を防ぎ、包袋を構成する合成樹脂製シートを融解させることなく、未シール部を確実に形成することができる。

次に、本発明は請求項４に記載の通り、包袋保持手段は、包袋からガス置換ノズルを抜出した直後に未シール部を閉止するための、包袋を張架状態にする機構を備える請求項３に記載の充填包装装置である。

このように、包袋保持手段には包袋を張架状態にする機構が備わるので、包袋の未シール部を構成する前後２枚の合成樹脂製シートをピンと張って重ね合わせ、未シール部の開口を閉じた状態にすることができる。したがって、未シール部を、ガス置換ノズルを抜出した直後に閉止できるので、未シール部を完全にシールするまでの暫くの間、包袋内からのガスの漏出と包袋内への外気の侵入を防ぐことができる。

次に、本発明は請求項５に記載の通り、包袋保持手段は、左右方向に同時かつ対称的に可動する一対の懸架ピンを備え、包袋の左右の側シール部に穿設された一対の懸架孔に、各々前記懸架ピンを差し込むことにより、包袋保持手段に包袋が懸架保持されるようにしてある請求項３または請求項４に記載の充填包装装置である。

このように、包袋の懸架孔に懸架ピンを差し込んで包袋を懸架保持する構成により、包袋が大型で重い場合や包袋の材質が滑り易いものであっても、正確な位置で確実に保持することができる。
また、一対の懸架ピンは、左右方向に同時かつ対称的に可動するため、一対の懸架ピンの間隔を狭めて懸架保持する包袋を弛緩させて開口したり、間隔を拡げて包袋をピンと張った張架状態にしたりしても、包袋保持手段に対する包袋の中心位置がずれないため、包袋への被包装物の充填、ガス置換やシール等の一連の処理を精度高く行うことができる。

次に、本発明は請求項６に記載の通り、ガス置換ノズルは、内管とそれを囲繞する外管とからなる二重管構造としてあり、内管または外管のいずれか一方はエア吸引手段に繋がり、他の一方はガス供給手段に繋がる請求項３から請求項５のいずれかに記載の充填包装装置である。

このような構成により、包袋内のエアの吸引除去と不活性ガス等のガスの送入を１本のノズルで行うことができ、特に二重管とすることにより、エアの吸引除去とガス等の送入という逆の動作を、別個の経路で行うことができるため、一度ノズル内に吸引したエアが逆流して包袋内に戻ったり、ノズル内でエアとガスが混合したりすること防ぐことができ、包袋内のガス置換率を向上することができる。

本発明の充填包装方法および装置によれば、被包装物を充填した包袋内の不活性ガス等によるガス置換を高置換率で行うことができ、さらに、包袋の内壁面を傷つける事のない充填包装方法および装置を提供することができる。

本発明にかかる充填包装装置の一実施形態の側面図である。 図１に示す充填包装装置の平面図である。 図１に示す充填包装装置の動作を（ａ）から（ｄ）へと順に示す説明図である。 図１に示す充填包装装置の動作を（ｅ）から（ｈ）へと順に示す説明図である。 図１に示す充填包装装置の動作を（ｉ）から（ｊ）へと順に示す説明図である。 図１に示す充填包装装置の概略構成と動作を示す説明図である。 図１に示す充填包装装置の包袋保持ユニットの正面図である。 図７に示す包袋保持ユニットの左側面図である。 図１に示す充填包装装置の第１シールバーの正面図である。 図９に示す第１シールバーの右側面図である。 図９に示す第１シールバーの平面図である。 図９に示す第１シールバーの溝部に装着する半割筒状パッキンの平面図である。 図１２に示す半割筒状パッキンの背面図である。 図４に示すガス置換ノズルに筒状パッキンを装着した状態を示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態の説明を行う。尚、本発明の趣旨に反しない限り、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

本発明の充填包装装置の一実施形態を図１および図２に示す。
充填包装装置１は、機台１０上に設置されたスプロケット１３ａおよび１３ｂに回動可能に嵌合する搬送チェン１４と、搬送チェン１４に略等間隔に装着された１２個の包袋保持ユニット９と、作業者Ｈによって供給される空の包袋１５を包袋保持ユニット９に懸架保持させる給袋ステーション２と、包袋１５をカッター３４により開封する開封ステーション３と、開封された包袋１５を開口して包袋１５内に不活性ガス（窒素）を送入する開口ステーション４と、包袋１５内に所定量の被包装物（粉体）を充填する充填ステーション５と、包袋１５内を不活性ガス置換し、かつ部分シールを行うガス置換ステーション６と、包袋１５を完全密封する密封ステーション７と、包袋１５のシールされた上縁部を冷却する冷却ステーション８を具備している。

スプロケット１３ａおよび１３ｂは、それぞれ機台１上に立設された軸受け１１ａおよび１１ｂに貫装された２本の回転軸１２の各々の上端に固着されている。これら２本の回転軸のうちスプロケット１３ａが固着された回転軸１２は、機台１０内部に設置された図示しないモーターの動作により間欠的に回転するため、同時にスプロケット１３ａが矢印Ａ２方向に間欠回転し、スプロケット１３ａおよび１３ｂに嵌合する搬送チェン１４も矢印Ａ１方向に間欠的に回動する。したがって、搬送チェン１４に装着された包袋保持ユニット９は間欠搬送されて、２〜８の各ステーションの所定位置に所定時間停止するため、その間に、各包袋保持ユニット９に懸架保持された各包袋１５が各ステーションによる処理を受け得るように構成されている。そして、各包袋１５に対する各ステーションの処理が完了すると、また搬送チェン１４の回動が開始し、各包袋１５は次の各ステーションまで移動して次の処理を受け、この間欠搬送動作が繰り返されるようになっている。

次に、図３から図６を参照しつつ、本発明の充填包装方法と充填包装装置の構成および動作を説明する。
図３（ａ）は、給袋ステーション２で行われる空の包袋１５を包袋保持ユニット９に取り付ける方法と、給袋ステーション２の概略構成を図示したものである。
図３（ａ）に示す包袋１５は、本実施形態にかかる充填包装装置１に好適に適用できる包袋の一態様であり、矩形の２枚のオレフィン系合成樹脂製シートの４縁辺をヒートシールして密封状態にしたものである。したがって、包袋１５は、例えばこのままレトルト殺菌器等を使って加圧加熱殺菌することにより、その内腔１５２を無菌状態にできるものである。

包袋１５の左右の側シール部１５１の上部には懸架孔１６ａ、１６ｂが穿設されており、それぞれに包袋保持ユニット９の懸架ピン９４ａ、９４ｂを差し込むことで、包袋１５を包袋保持ユニット９に懸架保持させるようにしてある。
尚、包袋１５を包袋保持ユニット９に保持させる方法として、懸架ピン９４ａ、９４ｂに替えて、左右の側シール部１５１を挟むクランプ等を用いる方法も考えられるが、特に包袋１５が大型で重い場合や、包袋１５の材質が滑り易いものである場合には、本実施形態のような懸架孔１６ａ、１６ｂに懸架ピン９４ａ、９４ｂを差し込む方法によれば、正確な位置で確実に懸架保持させることができるため望ましい。
本実施形態における包袋１５の包袋保持ユニット９の懸架ピン９４ａ、９４ｂへの懸架作業は、作業員Ｈの人手により行われているが、機械化することも可能である。

ここで、包袋保持手段の一実施形態である包袋保持ユニット９の構成は、図７および図８に示すとおり、上端に包袋１５を懸架保持する懸架ピン９４ａ、９４ｂが突設された相互に略対称形状の左右のアーム９１ａ、９１ｂと、搬送チェン１４に固着され左右のアーム９１ａ、９１ｂを枢支軸９２ａ、９２ｂにより軸支するブラケット９８と、左右のアーム９１ａ、９１ｂの下端に連結された引きばね９５と、左側アーム９１ａの下部から左下方向に延設されたレバー９６と、レバー９６の下端に回動自在に取り付けられたローラ９７とからなる。さらに、左右のアーム９１ａ、９１ｂには、それぞれブラケット９８に軸支される略中央部において、左側アーム９１ａからは右方向に、右側アーム９１ｂからは左方向に、互いに対向して噛合する扇形ギヤ９３ａ、９３ｂが延設されている。

この包袋保持ユニット９は、搬送チェン１４による間欠搬送に伴って、左右のアーム９１ａ、９１ｂが左右方向に同時かつ対称的に可動し、その上端に突設された懸架ピン９４ａと９４ｂとの間隔が制御されている。より詳しくは、レバー９６の下端のローラ９７は、機台１０上に包袋保持ユニット９の搬送軌道に沿って設置された図示しないカムのカム面に接触しており、包袋保持ユニット９の間欠搬送に伴ってカム面を移動し、カム面の高低差を上下動作としてレバー９６に伝達する。次いで、レバー９６の上下動作は、レバー９６が延設された左側アーム９１ａにおいて左右動作に変換され、さらに、扇形ギヤ９３ａから噛合する扇形ギヤ９３ｂに伝達されることにより、右側アーム９１ｂは、左側アーム９１ａと同時かつ対称的に左右方向に揺動する。そのため、左右のアーム９１ａ、９１ｂの上端の懸架ピン９４ａと９４ｂとの間隔が適宜に開閉するものである。

上記のとおり、包袋１５の包袋保持ユニット９への懸架保持作業が終了すると、搬送チェン１４の回動が開始され、当該包袋１５は次工程である開封ステーション３まで搬送される。
図３（ｂ）および図６（ｂ）は、開封ステーション３で行われる包袋１５の開封処理の方法と、開封ステーション３の概略構成を図示したものである。

包袋保持ユニット９に懸架保持された包袋１５が開封ステーション３まで搬送され所定位置に停止すると、包袋１５の上縁部を押圧バー３３と吸引函３１とで前後方向から挟圧して固定する。次いで、カッター３４が、包袋１５の上縁のシール部分の少し下部を矢印Ａ３方向に移動しつつ切断し、包袋１５を開封する。
その際、カッター３４による包袋１５の切断により微細な切粉が生じる場合があるが、そのような切粉が包袋１５の内腔１５２に入り込むと、製品の異物混入事故の原因となるため除去する必要がある。

本実施形態において吸引函３１は、その前面の包袋１５に当接する部分が水平方向の全体に開口しており、カッター３４による包袋１５の開封動作により生じた切粉は、即座にその開口部から吸引函３１内に吸引されるようになっている。このように、吸引函３１内は陰圧となっており吸引力を生じるが、これは、吸引函３１に接続された吸引管３２を介し、図示しない真空ポンプの動作により吸引函３１内の空気が吸引除去されることによる。

カッター３４は、エアシリンダ３５ａおよび３５ｂに連結されており、エアシリンダ３５ａの動作によって包袋１５に接近し或いは離れる方向に移動し、エアシリンダ３５ｂの動作によって包袋１５を切断する矢印Ａ３方向とその逆方向に移動する。
エアシリンダ３５ａ、３５ｂは、図示しないエアコンプレッサから送気管３８を介して送気される圧縮空気を動力源としており、また、これらのエアシリンダ３５ａ、３５ｂの動作は、二方弁３７ａ、３７ｂと減圧弁３６ａ、３６ｂによって制御される。
以上のとおり、包袋１５の開封動作が終了した後、搬送チェン１４の回動が再開し、当該包袋１５は次工程である開口ステーション４まで搬送される。

次に、図３（ｃ）および図６（ｃ）は、開口ステーション４で行われる包袋１５の開口の方法と、開口ステーション４の概略構成を図示したものである。
包袋保持ユニット９に懸架保持された包袋１５が開口ステーション４まで搬送され所定位置に停止すると、図示しないアクチュエータの動作により、吸盤４２ａと４２ｂとが包袋１５に向かって相対接近し、各々包袋１５の前後のシートに吸着する。その際、吸盤４２ａ、４２ｂの吸着力は、各々に連結される吸引管４１ａ、４１ｂを介して図示しない真空ポンプの動作により付与される。
次いで、吸盤４２ａと４２ｂとを離隔する矢印Ａ４ａ、Ａ４ｂの方向に移動させ、包袋１５の前後のシートを引き離すと同時に、左右の懸架ピン９４ａと９４ｂの間隔を狭める方向（矢印Ａ５ａおよびＡ５ｂの方向）に移動させることにより、包袋１５の上部の開封部位を開いて開口部１７を形成する。

その後、包袋１５の開口部１７に給気ノズル４３を下降させて挿入し、包袋１５内に不活性ガスを送入する。これにより、包袋１５の内腔１５２をより大きく拡げるとともに、製品のガス置換率をより向上させることができる。その際、給気ノズル４３には、図示しない不活性ガス供給源（窒素ガスボンベ）から給気管４４を介して不活性ガスが供給される。
包袋１５内への不活性ガスの送入が終了すると、給気ノズル４３を包袋１５外まで上昇させるが、この給気ノズル４３の下降および上昇は、図示しないエアコンプレッサから送気管４８を介して送気される圧縮空気で作動するエアシリンダ４５により行われ、二方弁４７と減圧弁４６によって制御される。
以上の包袋１５の開口作業が終了すると、搬送チェン１４の回動が再開し、包袋１５は開口が維持された状態のままで充填ステーション５まで搬送される。

図３（ｄ）および図６（ｄ）は、充填ステーション５で行われる包袋１５への紛体Ｐの充填方法と、充填手段の一実施形態である充填ステーション５の概略構成を図示したものである。
包袋保持ユニット９に懸架保持された包袋１５が充填ステーション５まで搬送され所定位置に停止すると、包袋１５の開口部１７内に充填ノズル５３を下降させて挿入し、包袋１５内に所定量の粉体Ｐを充填する。

充填ノズル５３は、円筒形の内管５４とそれを取り囲むように位置する円筒形の外管５６とからなる二重管構造としてあり、内管５４はオーガー式粉体充填機５１の粉体吐出口と連通しており、外管５６は吸引管５８を介して図示しない真空ポンプに繋がれている。
尚、本実施形態においては、粉体充填機５１としてオーガー式粉体充填機を採用し、スクリューの回転数により充填量を制御するものとしているが、他の任意の型式の充填機を採用することも可能である。

粉体充填機５１から所定量吐出された粉体Ｐは、充填ノズル５３の内管５４内を落下し、下端の吐出開口５５から包袋１５内に吐出される。その際、包袋１５内で粉体Ｐの微粒子が粉塵となって舞い上がるが、かかる粉塵が包袋１５の内側の開口部１７周辺に付着すると、包袋１５を密封シールする際の妨げとなる場合があるため好ましくない。
そこで、包袋１５内への粉体Ｐの吐出直後に、充填ノズル５３の外管５６下端にリング形状に開口する吸引開口５７から、包袋１５内の粉塵が浮遊しているエアを吸引除去する。吸引開口５７から外管５６内に吸引された粉塵を含む気体は、図示しない真空ポンプの動作により吸引管５８を介して移送され、図示しないフィルタにより粉塵が取り除かれた後に空気中に排気される。
包袋１５内の粉塵の吸引除去に要する時間は、包袋１５の内腔１５２の容積や充填される粉体Ｐの量により異なるが、通常は数秒程度である。

包袋１５内への粉体Ｐの充填と粉塵の吸引除去が終了すると、充填ノズル５３を包袋１５外まで上昇させるが、この充填ノズル５３の下降および上昇は、図示しないエアコンプレッサから送気される圧縮空気で作動するエアシリンダ５９により行われる。
充填ノズル５３が所定位置まで上昇すると、搬送チェン１４の回動が再開し、当該包袋１５は開口が維持された状態のままでガス置換ステーション６まで搬送される。

図４（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）および図６（ｅ）は、ガス置換ステーション６で行われる包袋１５のガス置換方法と部分シール方法、およびガス置換ステーション６の概略構成を図示したものである。
包袋保持ユニット９に懸架保持された包袋１５がガス置換ステーション６まで搬送され所定位置に停止すると、図示しないエアコンプレッサからの圧縮空気によりエアシリンダ６９ａが作動してガス置換ノズル６１が下降し、包袋１５の開口部１７の略中央に挿入される。

ガス置換ノズル６１は、円筒形の内管６２とそれを囲繞する円筒形の外管６４とからなる二重管構造としてあり、内管６２は図示しない吸引管を介してエア吸引手段としての真空ポンプに繋がっており、内管６２の下端の円形の吸引開口６３から包袋１５内のエアを吸引除去するように構成され、また、外管６４は給気管６６を介して図示しないガス供給手段としての窒素ガスボンベに繋がっており、その下端のリング形状の給気開口６５から包袋１５内に不活性ガス（窒素ガス）を送入するように構成されている。

尚、本実施形態のガス置換ノズル６１は、包袋内の不活性ガス置換率を向上するために二重管構造としてあるが、それほど高い不活性ガス置換率を必要としない場合には、包袋１５に対するガスの吸引と送入を弁の切り替えにより同一の管で行う一重管構造にしても良い。
また、本実施形態のガス置換ノズル６１において、その内管６２はエア吸引手段としての真空ポンプに繋がり、外管６４はガス供給手段としての窒素ガスボンベに繋がるが、逆に、内管６２がガス供給手段に繋がり、外管６４がエア吸引手段に繋がる形態としても差し支えない。

ガス置換ノズル６１が包袋１５の開口部１７に挿入されると、開口部密閉および第１シール手段の一実施形態として、図示しないエアコンプレッサからの圧縮空気によりエアシリンダ６９ｂが作動して、第１シールバー６７ａと６７ｂとが包袋１５の前後方向から相対接近し、包袋１５の開口部１７の全域と開口部１７の略中央に挿入されたガス置換ノズル６１を一緒に挟圧する。

第１シールバー６７ａ、６７ｂには、図９〜図１１に示すとおり、各々の部分シール面６７１の中央部に断面半円形の溝部６７３が設けてあり、さらに溝部６７３には、図１２および図１３に示す耐熱性シリコンゴム製の半割筒状パッキン６８１が装着されている。
したがって、第１シールバー６７ａと６７ｂとをそれらの部分シール面６７１同士を相対接近して包袋１５を挟圧する場合、第１シールバー６７ａと６７ｂの各々の溝部６７３に装着された半割筒状パッキン６８１同士が向い合せに接近して、相対する半割筒状パッキン６８１により囲まれた円筒形の空隙が形成されるが、この空隙は、円筒形のガス置換ノズル６１を囲繞し略隙間なく収容できる大きさとしてある。

すなわち、この円筒形の空隙の内径は、ガス置換ノズル６１の外径と略等しいため、第１シールバー６７ａと６７ｂとで包袋１５とその開口部１７に挿入されたガス置換ノズル６１をそのまま一緒に挟圧する場合、包袋１５の上縁部のうち、第１シールバー６７ａと６７ｂの相対する部分シール面６７１の間に挟圧される部分と、半割筒状パッキン６８１の内周面とガス置換ノズル６１の外周面との間に挟圧される部分とが生ずるが、いずれの部分においても挟圧密閉されるため、結果として包袋１５は、その内部がガス置換ノズル６１と連通している点を除いて密閉状態が確保された状態となる。

ここで、第一シールバー６７ａ、６７ｂは、アルミ合金により形成されており、内部を横方向に貫通して設けられたヒーター孔６７２に嵌装されたヒーター（図示せず。）により、各々の部分シール面６７１が加熱されるようになっている。
したがって、第１シールバー６７ａ、６７ｂにより包袋１５とその開口部１７の略中央に挿入されたガス置換ノズル６１とを挟圧した場合、包袋１５の上縁部のうち、相対する部分シール面６７１の間に挟圧された部分は、加熱により包袋１５の合成樹脂製シートが融着して第１シール部（部分シール部）１５３となる。このように、第１シール部１５３を形成するためのヒートシール条件としては、包袋１５の材質や厚さ等によって異なるが、例えば包袋１５の材質がオレフィン系合成樹脂で、シートの厚さが０．１〜０．５mm程度である場合には、部分シール面６７１の設定温度を１２０〜１７０℃程度にして、包袋１５の挟圧時間を１〜４秒程度にすれば良い。

一方、包袋１５の上縁部のうち、第１シールバー６７ａ、６７ｂに装着された半割筒状パッキン６８１の内周面とガス置換ノズル６１の外周面との間に挟圧された部分は、耐熱性シリコンゴム製の半割筒状パッキン６８１により第１シールバー６７ａ、６７ｂの熱が遮断されるため、包袋１５の樹脂シートは融けることなく未シール部１８となる。

半割筒状パッキン６８１を第１シールバー６７ａ、６７ｂに装着するには、第１シールバー６７ａ、６７ｂが加熱され高温になることから、合成樹脂製の接着剤等を使用することは好ましくない。
したがって、本実施形態では、第１シールバー６７の溝部６７３の中央に、断面形状が底部に向かって拡がる台形の凹条部６７４を縦方向に設け、また、半割筒状パッキン６８１の背面中央に、断面形状が頂部に向かって拡がる台形の凸条部６８２を縦方向に設けて、これら第１シールバー６７の凹条部６７４と、半割筒状パッキン６８１の凸条部６８２とを嵌合することにより、接着剤等を使用することなく、半割筒状パッキン６８１を部分シールバー６７の溝部６７３に固定して装着してある。

尚、本実施形態においては、第１シールバー６７ａおよび６７ｂに半割筒状パッキン６８１を装着してあるが、図１４のごとく、ガス置換ノズル６１に、その外面を囲繞するように筒状パッキン６８３を装着するようにしても良い。
また、本実施形態においては、第１シール部１５３を形成するためのシール方法として、ヒートシールを採用しているが、超音波シールなどの他のシール方法を採用することも可能である。

上記のとおり、第１シールバー６７ａ、６７ｂによって包袋１５とその開口部１７に挿入されたガス置換ノズル６１とを一緒に挟圧密閉する際には、第１シール部１５３を形成するが、併せて、ガス置換ノズル６１から包袋１５内のエアを吸引除去（脱気）する。
ガス置換ノズル６１は、上記のとおり、円筒形の内管６２とそれを囲繞する外管６４とからなり、内管６２は図示しない吸引管を介して真空ポンプに繋がっており、その下端の吸引開口６３から包袋１５内のエアを吸引除去する。この場合に、包袋１５はガス置換ノズル６１と連通している点を除いて密閉状態が確保されているので、包袋１５内のエアをガス置換ノズル６１の内管６２から吸引除去する際に、包袋１５内に開口部１７等から外気が流入することがなく、確実に効率良く吸引除去することができる。

このように、包袋１５内のエアの吸引除去中は、第１シールバー６７ａ、６７ｂで包袋１５の上縁部とガス置換ノズル６１を挟圧し続ける必要があるので、吸引除去に要する時間は、第１シール部１５３の形成に要する時間と同じか或いは短くする必要がある。かかる時間調整は、包袋１５内のエアを吸引除去する際の真空ポンプの能力や、第１シール部１５３を形成する際のヒートシール温度等を適宜調整することにより行うことができる。

包袋１５内のエアの吸引除去が終了すると、ガス置換ノズル６１の外管６４を通じて給気開口６５から包袋１５内に不活性ガスを送入する。不活性ガスの送入量は、包袋１５の大きさにより異なるが、エアの吸引除去により包袋１５内の粉体Ｐが圧縮されて固まったような場合に、ほぐし崩せる空間を確保できる程度の送入量で充分である。
不活性ガスの送入時には、包袋１５内は陽圧になるため、包袋１５を密閉状態にしておかなくても外気は流入しない。したがって、第１シールバー６７ａ、６７ｂによって包袋１５とその開口部１７に挿入されたガス置換ノズル６１とを挟圧密閉しておく必要はない。
本実施形態では、包袋１５内への不活性ガスの送入開始後すぐに、第１シールバー６７ａ、６７ｂを包袋１５から離すように制御されている。

不活性ガスの送入が終了すると、エアシリンダ６９ａを作動させガス置換ノズル６１を上昇させて包袋１５から抜出し、次いで、包袋保持ユニット９の懸架ピン９４ａと９４ｂをそれらの間隔が開く矢印Ａ６ａとＡ６ｂの方向に移動させ、懸架孔１６ａ、１６ｂにより懸架されている包袋１５を左右方向に引っ張りその上縁部をピンと張った張架状態にする。これにより、包袋１５の上縁部のガス置換ノズル６１を抜出した部分である未シール部１８が閉じて閉止されるため、包袋１５内から不活性ガスが漏出し難くなり、さらに包袋１５内に外気が流入し難くなる。

本実施形態において閉止とは、包袋１５を横方向に引っ張ることにより、未シール部１８を構成する前後２枚の合成樹脂シートをピンと張って重ね合わせ、未シール部１８の開口を閉じた状態をいい、シールのように完全に密封した状態ではない。したがって、包袋１５内の不活性ガスの漏出や包袋１５内への外気の流入を完全に防ぐことはできないため、なるべく早く次工程の未シール部１８の完全シールを行うことが望ましい。
以上のとおり、包袋１５内のガス置換作業が終了した後、搬送チェン１４の回動が再開し、当該包袋１５は、未シール部１８が閉止された状態のままで次工程の密封ステーション７まで搬送される。

図４（ｈ）および図６（ｈ）は、密封ステーション７で行われる包袋１５の上縁部の完全シール方法と、密封ステーション７の概略構成を図示したものである。
包袋保持ユニット９に懸架保持された包袋１５が密封ステーション７まで搬送され所定位置に停止すると、第２シール手段の一実施形態として、図示しないエアコンプレッサからの圧縮空気によりエアシリンダ７２が作動して、第２シールバー７１ａと７１ｂとが包袋１５の前後方向から相対接近し、包袋１５の上縁部の未シール部１８を挟圧する。

第２シールバー７１ａ、７１ｂは、アルミ合金により形成されており、各々図示しないヒーターによりシール面が加熱されるようにしてあるため、これらで包袋１５の未シール部１８を挟圧すると、包袋１５の合成樹脂シートが加熱により融着して第２シール部（完全シール部）１５４が形成される。包袋１５は、第２シール部１５４が形成されることにより完全に密封される。
尚、第２シール部１５４を形成する温度や時間等のヒートシール条件は、上記の第１シール部１５３を形成する加熱条件と略同じである。
第２シール部１５４の形成が終了すると、第２シールバー７１ａ、７１ｂが包袋１５から離れ、次いで搬送チェン１４の回動が再開し、当該包袋１５は次工程である冷却ステーション８まで搬送される。

図５（ｉ）は、冷却ステーション８で行われる包袋１５の上縁シール部の冷却方法と、冷却ステーション８の概略構成を図示したものである。
包袋保持ユニット９に懸架保持された包袋１５が冷却ステーション８まで搬送され所定位置に停止すると、図示しないエアコンプレッサからの圧縮空気によりエアシリンダが作動し、冷却バー８１ａと８１ｂとが包袋１５の前後方向から相対接近し、包袋１５の第１シール部１５３および第２シール部１５４の両方を挟圧する。
この冷却ステーション８における各シール部の冷却処理は、本願発明において必ずしも必要な処理ではない。しかし、第１シール部１５３と第２シール部１５４は、ガス置換ステーション６と密封ステーション７において融着形成されたばかりなので、未だ合成樹脂が完全に固まっていない可能性があり、冷却バー８１ａと８１ｂとで挟圧して冷却処理することにより、各シール部の融着強度を向上させ、包袋のピンホールの発生等を防ぐことができるため好ましい。

冷却に要する時間は、包袋を形成する合成樹脂の種類や合成樹脂シートの厚さにより異なるが、概ね1秒間程度冷却バー８１ａ、８１ｂにより各シール部を挟圧すれば良い。
尚、冷却バー８１はアルミ合金により形成されており放熱性に優れるが、さらに冷却バーを強制的に冷却する装置等を取り付けることも可能である。
各シール部の冷却が終了すると、冷却バー８１ａ、８１ｂが包袋１５から離れ、次いで搬送チェン１４の回動が再開し、当該包袋１５は給袋ステーション２まで搬送される。

図５（ｊ）は、給袋ステーション２で行われる充填包装処理済みの包袋１５を包袋保持ユニット９から取り外す方法を図示したものである。
全ての処理を終了した包袋１５が、包袋保持ユニット９に懸架保持されて再度給袋ステーション２まで搬送され所定位置に停止すると、作業員Ｈが、包袋保持ユニット９の懸架ピン９４ａ、９４ｂから包袋１５を取り外す。
尚、本実施形態においては、懸架ピン９４ａ、９４ｂからの包袋１５の取り外し作業は人手により行われるが、機械化することも可能である。

以上の本実施形態における全ての処理を終え、粉体Ｐが充填され窒素ガス置換を施された包袋１５は、窒素チャンバー等を用いず通常の空気環境下で少量の窒素を用いて製造されたにもかかわらず、包袋内の窒素置換率として９６〜９８％を達成しており、本願発明の効果の顕著性を示すものである。

本発明は、包袋内に被包装物を充填した後、不活性ガス等によるガス置換を高置換率で行うことができる充填包装方法および装置を提供するのに有用である。

１ 充填包装装置
２ 給袋ステーション
３ 開封ステーション
４ 開口ステーション
５ 充填ステーション
６ ガス置換ステーション
７ 密封ステーション
８ 冷却ステーション
９ 包袋保持ユニット
１０ 機台
１３ａ、１３ｂ スプロケット
１４ 搬送チェン
１５ 包袋
１６a、１６ｂ 懸架孔
１７ 開口部
１８ 未シール部
３１ 吸引函
３２、４１ａ、４１ｂ、５８ 吸引管
３３ 押圧バー
３４ カッター
３５ａ、３５ｂ、４５、５９、６９ａ、６９ｂ、７２ エアシリンダ
３６ａ、３６ｂ、４６ 減圧弁
３７ａ、３７ｂ、４７ 二方弁
３８、４８ 送気管
４２ａ、４２ｂ 吸盤
４３ 給気ノズル
５１ 粉体充填機
５３ 充填ノズル
５４、６２ 内管
５５ 吐出開口
５６、６４ 外管
５７、６３ 吸引開口
６１ ガス置換ノズル
６５ 給気開口
６６ 給気管
６７ａ、６７ｂ 第１シールバー
７１ａ、７１ｂ 第２シールバー
８１ａ、８１ｂ 冷却バー
９１ａ、９１ｂ アーム
９３ａ、９３ｂ 扇形ギヤ
９４ａ、９４ｂ 懸架ピン
９５ 引きバネ
９７ ローラ
１５３ 第１シール部
１５４ 第２シール部
６７１ 部分シール面
６７３ 溝部
６７４ 凹条部
６７５ 背面
６７６ ボルト孔
６８１ 半割筒状パッキン
６８２ 凸条部
６８３ 筒状パッキン
Ｈ 作業者
Ｐ 粉体

Claims (6)

1. 包袋内に被包装物を充填しガス置換して密封する充填包装方法において、
   包袋の開口部から包袋内に被包装物を充填した後、前記開口部にガス置換ノズルを挿入し、そのまま前記開口部の全域を一対のシールバーにより挟圧密閉して、該シールバーのシール面に設けられた溝部に装着された耐熱性のパッキンによって、前記開口部のうち前記ガス置換ノズルが挿入された部分を囲繞して密閉しつつ該部分へのシールバーの熱の伝導を防いでシールせずに未シール部とし、その他の部分をシールすると共に、前記ガス置換ノズルにより包袋内のエアを吸引除去した後にガスを送入し、前記開口部に対する挟圧密閉を解除した状態で包袋から前記ガス置換ノズルを抜出し、包袋の前記未シール部をシールすることにより包袋を密封する充填包装方法。
2. 包袋からガス置換ノズルを抜出した直後に包袋の未シール部を閉止し、その後前記未シール部をシールすることにより包袋を密封する請求項１に記載の充填包装方法。
3. 包袋を保持する包袋保持手段と、
   包袋の開口部から包袋内に被包装物を充填する充填手段と、
   前記開口部に対し挿入および抜出自在とされ、エア吸引手段およびガス供給手段に繋がるガス置換ノズルと、
   前記開口部の全域を挟圧密閉すると共に、前記開口部のうち前記ガス置換ノズルが挿入された部分をシールせずに未シール部とし、その他の部分をシールする開口部密閉および第１シール手段と、
   包袋の前記未シール部をシールする第２シール手段を備え、
   前記開口部密閉および第１シール手段は、一対のシールバーを具備し、該シールバーのシール面には、これらが相対接近して前記開口部を挟圧密閉する際に、該開口部に挿入された前記ガス置換ノズルを収容するための空隙を形成する溝部が設けてあり、
   該溝部には、前記開口部のうち前記ガス置換ノズルが挿入された部分を囲繞して密閉すると共に、該部分への前記シールバーの熱の伝導を防ぐ耐熱性のパッキンが装着されており、
   前記包袋保持手段により開口保持された包袋内に、前記充填手段により被包装物を充填した後、前記開口部に前記ガス置換ノズルを挿入し、そのまま前記開口部を前記開口部密閉および第１シール手段の一対のシールバーにより挟圧密閉しつつ、前記開口部の前記未シール部を除くその他の部分をシールすると共に、前記ガス置換ノズルにより包袋内のエアを吸引除去した後にガスを送入し、前記開口部密閉および第１シール手段による前記開口部の挟圧密閉を解除した状態で包袋から前記ガス置換ノズルを抜出し、前記第２シール手段により包袋の前記未シール部をシールすることにより包袋を密封する構成の充填包装装置。
4. 包袋保持手段は、包袋からガス置換ノズルを抜出した直後に未シール部を閉止するための、包袋を張架状態にする機構を備える請求項３に記載の充填包装装置。
5. 包袋保持手段は、左右方向に同時かつ対称的に可動する一対の懸架ピンを備え、包袋の左右の側シール部に穿設された一対の懸架孔に、各々前記懸架ピンを差し込むことにより、包袋保持手段に包袋が懸架保持されるようにしてある請求項３または請求項４に記載の充填包装装置。
6. ガス置換ノズルは、内管とそれを囲繞する外管とからなる二重管構造としてあり、内管または外管のいずれか一方はエア吸引手段に繋がり、他の一方はガス供給手段に繋がる請求項３から請求項５のいずれかに記載の充填包装装置。
   

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