JP2015006915A - 袋詰め包装機における超音波シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所謂空シールを確実に防止できる、袋詰め包装機用の超音波シール装置を提供する。
【解決手段】駆動ロッド２９を軸方向に往復動させ、二股レバー３１を所定の角度範囲で往復回動させることにより、ホーン３９とアンビル４９とを互いに接近及び離間させる。ホーンとアンビルを接近させ、袋口ｂを間に挟み互いに所定の力で押圧させる。センサー６１によりアンビルの摺動軸４７の後端に取付けられた第２ブロック５３の位置を検出し、それによりホーンとアンビルそれぞれの押圧面４０と５０との間の距離、すなわち、袋口のそれらに挟まれた部分の厚みｍを検出し、それが予め定めた閾値Ｍ以上の場合には振動子３５を起動してシールを行い、閾値以下の場合にはシールを行わない。
【選択図】 図５

Description

本願発明は、袋の両側縁部を左右一対のグリッパーで保持した状態で所定の軌道に沿って間欠的又は連続的に移送しながら、袋口の開口、被包装物の充填、袋口のシールなど、所定の包装処理を順次行う袋詰め包装機に使用するシール装置に関し、特に、超音波を用いてシールする超音波シール装置に関する。

袋詰め包装機に使用するシール装置として超音波を用いる超音波シール装置が知られている。この超音波シールはシール部に異物が挟まれてもこれを超音波振動で噛み切り、所謂噛み込みを防止できるという利点を有する。また、ヒートシールとは異なり熱源を必要としない。超音波シールではホーンとアンビルとで袋を挟み、ホーンに超音波振動を付与してシールを行うが、袋が間に挟まれていない状態でシール装置を作動させる、所謂空シールを行うと、硬い金属製のアンビルに対して金属製のホーンが直接当接して振動を付与することとなるため、装置の一部に亀裂が生じたり、傷をつけたりして装置自体が損傷する虞がある。袋が正常にホーンとアンビルとの間に挟まれた状態では、袋が緩衝材として作用するので、そのような事態は生じない。そのような空シールを防止するために、従来は袋の移送方向でシール工程より上流側において袋の有無をセンサー等で検出し、その検出信号に基づいて後工程での作業を制御し、袋の存在が確認できない場合にはシール工程ではシール作業を行わないようにしていた。このような制御は、超音波シールを行う場合だけでなく、一対の熱板を使用する所謂ヒートシールを使用する包装機でも行われていた。

ところが、そのようにセンサーで検出した後に、被包装物の充填に伴う衝撃、あるいは袋を移送する際の機械振動、さらには移動開始時或いは停止時における慣性力などの影響で、グリッパーに対して袋が下方へずれたり、或いは袋がグリッパーから外れたりした場合、さらには脱気工程などで袋口を緊張させた際に袋口が下方へ折れ曲がったりした場合、折角センサーで検出を行う作業をしているにも関わらず、結果的には空シールを行ってしまうこととなる。従って、従来の方法では、超音波シール装置による空シールを完全には防止できず、超音波シール装置破損の危険性が存在している。

ところで、シール工程において何らかの検知を行い、それによりシール作業を制御する技術が例えば特公昭５３−２３７５５号或いは特開昭５９−１４２９２５号に開示されている。これらに開示された包装機においては、シールを実施するに先立ち、シール工程に移送されてきた袋に被包装物が充填されているかどうかを検知し、充填されていない場合にはシールを実施しないようにしている。しかしこれらの包装機に使用されているシール装置はヒートシール装置であり、ヒートシール装置の場合は超音波シールと異なり、空シールを行っても装置自体には何ら問題は生じない。また、これら公報に開示された包装機では、袋の被包装物が充填されて膨らんだ部分により検出部材を移動させて検知するようになっており、袋に上下に位置ズレが生じていても充填済みとして検知し、シールを行ってしまう。

また、特開平１−１８２２３０号では、熱板でヒートシールを行う時にその二枚の熱板の対向間隔を測定し、一定以上の間隔を検知すると所謂異物を噛み込んだと判断し、警報を発するなどして不良品の発生を知らせるヒートシール装置が開示されている。しかしこの装置では、ヒートシールを行って初めて噛み込みを検知するものであり、ヒートシールを実施するかどうかの制御を行うことはできない。

公昭５３−２３７５５号公報 特開昭５９−１４２９２５号公報 特開平１−１８２２３０号公報

本願発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、所謂空シールを確実に防止できる、袋詰め包装機用の超音波シール装置を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために本願発明は以下の構成の超音波シール装置を提供する。すなわちその超音波シール装置は、袋の両側縁部を左右一対のグリッパーで挟持し、袋を保持した状態で所定の軌道に沿って移送しながら、所定の包装処理を順次行う袋詰め包装機に使用する超音波シール装置であり、互いに接離自在に構成されたホーンとアンビルとを備え、前記袋詰め包装機の所定のシール工程位置に配置された超音波シール装置本体と、前記シール工程位置に配置され、前記シール工程に移送された袋の袋口が、前記ホーンとアンビルとの間で、あらかじめ定められたシール許可状態にあるかどうかを検知するセンサーと、前記センサーからの信号に基づき、前記超音波シール装置本体を制御する制御装置とを備えている。
そのセンサーは、前記袋の袋口を間に挟んで互いに押圧された前記ホーンとアンビルの、それぞれ前記袋を押圧する押圧面の間の距離を検知し、前記制御装置は、前記検知された距離が予め定められた閾値以上の場合には前記袋の袋口はシール許可状態にあると判断して前記ホーンに超音波振動を付与し、閾値未満の場合には前記袋の袋口はシール許可状態にはないと判断して前記ホーンに超音波振動を付与しないように構成することができる。
また、前記ホーンとアンビルとは互いに連動して移動し、前記センサーは、前記ホーンとアンビルとのいずれか一方の位置を検知することにより前記押圧面の間の距離を検知するように構成することができる。
さらに、前記超音波シール装置本体は、前記ホーンとアンビルとを支持する箱形のフレームを備え、前記ホーンとアンビルとを作動させる駆動機構が前記フレーム内に配置され、前記センサーは前記フレーム内に配置され、前記アンビルと共に移動する検出部材の位置を検知するように構成することができる。
さらに、前記センサーは、前記袋の袋口が前記シール許可状態の下限状態にあるときに前記袋口の縁部が位置する下限位置に対応する位置に設けられ、前記センサーがその下限位置で袋の存在を検知した場合には前記袋の袋口はシール許可状態にあると判断し、検知しない場合には前記袋の袋口はシール許可状態にはないと判断するように構成することができる。
他の実施の形態では、前記アンビルは、前記ホーンに対して前後進するアンビル支持部材に絶縁体を介して取付けられ、前記センサーは、前記ホーンと前記アンビルとに個別の配線により電気的に接続され、前記ホーンと前記アンビルとが最接近位置まで移動したときに、前記ホーンと前記アンビルとの間の電気的導通、或いは前記ホーンと前記アンビルとの間に生じる電気抵抗の変化を検知する検知センサーであり、前記制御装置は、前記検知センサーが前記電気的導通或いは電気抵抗の変化を検知しなかった場合には前記袋の袋口はシール許可状態にあると判断して前記ホーンに超音波振動を付与し、前記電気的導通或いは電気抵抗の変化を検知したときには前記袋の袋口はシール許可状態にないと判断して前記ホーンに超音波振動を付与しないように制御する。
ある実施の形態では、前記超音波シール装置はさらに、前記ホーンと前記アンビルとを前記検知センサーに接続する前記配線の断線を検出する断線検出装置を備え、前記制御装置は、前記断線検出装置が前記配線の断線を検出した場合には、前記袋の袋口はシール許可状態にはないと判断し、前記ホーンに超音波振動を付与しないように制御する。
さらにある実施の形態では、前記検知センサーは電気抵抗の変化を検知し、前記断線検出装置は、前記ホーンと前記アンビルとの間で電気的に接続され、前記ホーンと、前記アンビルと、前記検知センサーと、前記ホーンとアンビルとを前記検知センサーに接続する配線とともに閉回路を構成する抵抗器を備え、前記制御装置は、前記検知センサーが前記電気抵抗の変化を検知しなかった場合には袋はシール許可状態にあると判断し、前記検知センサーが前記電気抵抗の変化を検知した場合に袋はシール許可状態にないと判断するようにすることができる。
さらにある実施の形態では、前記ホーン又はアンビルと前記検知センサーとの間に可変抵抗器を備えている。
さらに本発明は、上記構成の超音波シール装置を備えた間欠回転式袋詰め包装機を提供する。

上記のとおり本願発明によれば、シール工程に配置したセンサーでシールを行う前に袋がシール許可状態にあるかどうかを検知し、その信号に基づいて超音波シール装置を制御するので、確実に空シールを防止することができ、超音波シール装置の損傷を防止できる。
本願発明はさらに、袋の袋口を間に挟んで互いに押圧されたホーンとアンビルの、それぞれ袋を押圧する押圧面の間の距離を検知するようにした場合、ホーンとアンビルとのシール位置への移動中に何らかの原因で袋口がずれたり、折れ曲がったりした場合でもそれらを確実に検知でき、空シールを防止できる。
アンビルが、ホーンに対して前後進するアンビル支持部材に絶縁体を介して取付けられ、センサーは、ホーンとアンビルとに個別の配線により電気的に接続され、ホーンとアンビルとが最接近位置まで移動したときに、ホーンとアンビルとの間の電気的導通、或いはホーンとアンビルとの間に生じる電気抵抗の変化を検知する検知センサーを備え、制御装置が、検知センサーが電気的導通或いは電気抵抗の変化を検知しなかった場合には袋の袋口はシール許可状態にあると判断し、電気的導通或いは電気抵抗の変化を検知したときには袋口はシール許可状態にないと判断するようにした場合には、ホーンとアンビルとの最接近時の機械的隙間を検出する構成とは異なり、機械的なガタツキ等の影響を受けず、検出精度が優れるほか、応答性にも優れ、高速化に対応できる。
前記超音波シール装置がさらに、ホーンとアンビルとを検知センサーに接続する配線の断線を検出する断線検出装置を備えると、制御装置により、断線検出装置が配線の断線を検出した場合には袋の袋口はシール許可状態にはないと判断し、ホーンに超音波振動を付与しないように制御することにより、空シールによる超音波シール装置の破損をさらに確実且つ安定的に防止することができる。
断線検出装置として、ホーンとアンビルとの間で電気的に接続された抵抗器を用いた場合には、簡単な構成で配線の断線を検知できる。
ホーン又はアンビルと検知センサーとの間に可変抵抗器を備えていると、検知センサーの感度調整が可能となり、空シールに伴う超音波シール装置の破損をさらに確実に防止できる。

本願発明の超音波シール装置を使用した袋詰め包装機の構成を示す全体斜視図である。 第1の実施の形態に係る超音波シール装置の側面断面図である。 図2におけるＡ−Ａ線による断面図である。 図2におけるＢ−Ｂ線による断面図である。 シールを行っているときの超音波シール装置の側面断面図である。 ホーンとアンビルとで袋口を挟んで押圧している状態を示す部分拡大図である。 第2の実施の形態で使用するセンサーによる検知状態を示す、部分斜視図である。 第３の実施に形態に係る超音波シール装置の待機時の側面断面図である。 図８のＣ−Ｃ断面図である。 シール許可状態にある場合の側面断面図である。 シール許可状態にない場合の側面断面図である。 第４の実施の形態に係る超音波シール装置の平面断面図である。

以下図面を参照して本願発明の実施の形態について説明するが、本願発明の範囲はそれに限定されるものではない。

図1は本願発明の超音波シール装置を使用した間欠回転式袋詰め包装機１の構成を示す全体斜視図である。なお、以下においては間欠回転式袋詰め包装機を例として説明するが、本願発明の適用はこれに限定されるものではなく、連続移送式にも適用可能である。また、グリッパーにより保持される袋の姿勢は起立姿勢（縦型袋詰め包装機）のほか、袋を寝かした状態の横向き姿勢（横型袋詰め包装機）にも適用できる。なお、本願発明による超音波シール装置を用いて超音波シールを施した後、必要に応じて適宜ヒートシール装置による化粧シールや、冷却装置によるヒートシール部の冷却処理を行ってもよい。

図1において、符号１は間欠回転式縦型袋詰め包装機（以下単に「包装機」と言う。）を示し、この包装機１は、間欠回転する回転テーブル３、該回転テーブル３の外周部に取付けられた複数組の左右一対のグリッパー５を備え、グリッパー５で袋Ｂの両側縁部を挟持し、回転テーブル３の間欠回転に伴い、袋Ｂを保持した状態で円形軌道に沿って順次所定のステーションに停止しながら移送する。ステーションIでは給袋工程が実施され、ここには公知のコンベアマガジン７が配置され、一対の吸盤８で袋Ｂを一枚ずつ取出し、グリッパー５に起立状態で引渡す。次のステーションIIでは印字器９により袋Ｂへの製造年月日等の印字がおこなわれる。ステーションIIIでは一対の開口吸盤１１を用いて袋口ｂの開口処理がおこなわれ、ステーションIVではノズル１３を介して液状の被包装物の充填が行われる。ステーションVでは開口処理の際に互いに接近したグリッパー５が互いに遠ざかり、袋口ｂの緊張が行われる。ステーションVIではホーン３９とアンビル４９とを備えた超音波シール装置２１（以下「シール装置２１」という。）により超音波シールが施されるが、これについては後述する。ステーションVIIでは一対の熱板１５を用いて化粧シールが施され、ステーションVIIIでは一対の冷却板１７によるシール部の冷却が施され、その後に製品袋放出シュート１９へ袋Ｂが放出される。符号２０は制御装置であり、後述するシール装置２１を含めて包装機１全体の動作を制御する。

次に図2以下を参照して第1の実施の形態に係るシール装置２１について詳細に説明する。図2はシール装置２１の構成を示す側面断面図であり、前の工程で被包装物を充填された袋ＢがステーションVIに移動してきて停止した状態を示しており、シール装置２１は未だ作動していない。図3、４はそれぞれ図2におけるＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図である。

なお、以下に説明する本発明の実施の形態では、超音波シールを袋Ｂの袋口ｂの縁部にかけて行うようにしている。すなわち、超音波シールは前述のとおり所謂噛み込みを防止できる利点を有するが、超音波シールを袋口ｂの縁部から離れた位置で行った場合、そのシール部分より上側では袋口が開いており、商品を陳列している間にそこに埃などが入り込む可能性がある。袋口ｂの縁部にかけてシールを行えばそのような問題は生じない。なお、袋口ｂの縁部にかけて超音波シールを施す場合には、図１に示した工程のうち、熱板１５を用いての化粧シール工程と冷却板１７を用いての冷却工程は実施しない。勿論本願発明は、袋口ｂの縁部より下側の部分において超音波シールを施す場合にも適用できるものであり、その場合には、袋口ｂの縁部から超音波シールが施された位置までの未シール部分にヒートシール（化粧シール）を施し、その後の冷却もおこなう。また、包装する製品が袋口の縁部にかけて超音波シールを施すものに限られる場合には、先に説明したステーションVIIの熱板１５を備えた化粧シール装置と、ステーションVIIIの一対の冷却板１７を備えた冷却装置を設ける必要はない。

図において、符号２５は後述のホーン３９やアンビル４９を駆動するための駆動軸であり、機台２２に取付けられた箱型のフレーム２３に回動自在に取り付けられ、フレーム２３内部へ水平方向に伸びている。符合２７はフレーム２３内部に配置された揺動レバーであり、その一端側において駆動軸２５に一体回転可能に取付けられ、他端側において、図示しない駆動源（例えばカム機構）に連結された駆動ロッド２９に互いに回動可能に連結されている。駆動ロッド２９は、これも図示しない緩衝手段例えばエアーシリンダーを介して駆動源に連結されており、駆動ロッド２９は駆動源により略その軸方向に往復動されるようになっている。駆動軸２５にはさらに図示のように所定の角度で開いた第1アーム３２と第2アーム３３とを備えた二股レバー３１が一体回転可能に取付けられている。従って、二股レバー３１は、駆動ロッド２９がある距離だけ往復移動すると、揺動レバー２７、駆動軸２５を介してその運動を伝えられ、それに対応した角度範囲で往復回動することとなる。

符合３５は振動子であり、その筒状のケーシング３６が、フレーム２３に取付けられた筒状のガイド４１により、水平な軸方向に移動可能に支持されている。ケーシング３６の後端側には取付け軸３７が取付けられ、その先端には第1取付けブロック４３が固定され、その第1取付けブロック４３と、前述の二股レバー３１の第1アーム３２の先端とを第1連結ロッド４５が連結している。一方ケーシング３６の前端からは、この振動子３５に発生される超音波振動を出力するブースター３８が水平方向に伸びており、その先端にホーン３９が固定されている。従って、駆動ロッド２９がその軸方向に往復移動することにより、振動子３５とホーン３９とはガイド４１により案内されて一体的に前後進移動をすることとなる。

符合４７は、フレーム２３に固定された筒状のガイド５５に挿通され、フレーム２３の内外に渡って伸びている摺動軸であり、ホーン３９の上方でホーン３９の軸と同じ方向に伸びている。そしてフレーム２３の外側に位置する外端部には公知のアンビル４９が、アンビル支持部材４８を介して固定して取付けられ、袋口ｂをシールする時に袋口ｂを押圧するその押圧面５０が、前述のホーン３９の押圧面４０と所定の距離をおいて対向するようになっている。一方摺動軸４７のフレーム２３の内側に位置する内端部には第2取付けブロック５３が固定されている。そしてこの第2取付けブロック５３に第2連結ロッド５７がその一端において回動可能に連結され、第2連結ロッド５７の他端は二股レバー３１の第2アーム３３の端部に回動可能に連結されている。従って、駆動ロッド２９がその軸方向に往復移動することにより、アンビル４９がガイド５５により案内されて、ホーン３９とは反対方向に前後進移動をすることとなる。具体的には、図2において二股レバー３１が時計方向に回動すると、ホーン３９とアンビル４９とは図５に示す袋を間に挟んで互いに当接する位置まで近づき、二股レバー３１が反時計方向に回動すると、互いに遠ざかり、図2に示す待機位置まで後退する。なお、本実施の形態では、摺動軸４７は図３に示されるように同一水平面内で平行に２本設けられている。

符合６１は取付けブラケット６３によってフレーム２３内の所定の位置の取付けられたセンサーであり、本実施の形態では近接センサーを使用しており、摺動軸４７に取付けられた第2取付けブロック５３の摺動軸４７の軸方向での位置を検知するようになっている。そして制御装置２０から、ラインＬ１がセンサー６１に繋がり、ラインＬ２が制御装置２０内に配置した超音波発振器（図示せず）を振動子３５に繋げている。制御装置２０は、センサー６１からの信号に基づき、振動子３５の動作を制御する。

次にシール装置２１の動作について図5、６をも参照して説明する。シール装置２１は図2に示す状態で待機している。そして前工程で被包装物を充填された袋ＢがステーションVI（シール工程）に移動してきて停止すると、駆動源の作用により所定のタイミングで駆動ロッド２９が図2において軸方向下方へ移動する。これにより二股レバー３１が図2で時計方向に回動し、ホーン３９とアンビル４９とが互いに接近して、図5に示すように袋Ｂの袋口ｂを間に挟んで当接して停止する。その際、センサー６１により第2取付けブロック５３の位置が検知されている。これにより、ホーン３９の押圧面４０とアンビル４９の押圧面５０との間の距離m、換言すれば、袋Ｂの袋口bのホーン３９とアンビル４９とにより挟まれている部分の厚みｍが検知されていることとなる（図6参照）。すなわち、ホーン３９とアンビル４９との図1に示される待機位置は決まっており、共に二股レバー３１により同時に連動してそれぞれ二股レバー３１の回動角度に対応した距離だけ移動させられるので、第2取付けブロック５３の位置を検知することにより、ホーン３９とアンビル４９とにより挟まれている部分で袋Ｂの厚みが検知できる。なお、検知する対象は第2取付けブロック５３に限られず、例えば第1取付けブロック４３の位置を検知してもよい。勿論、ホーン３９の押圧面４０とアンビル４９の押圧面５０との間の距離を直接に測ってもよい。

上記のとおり、本実施の形態では、ホーン３９とアンビル４９とで袋口ｂを挟んだときのホーン３９の押圧面４０とアンビル４９の押圧面５０との間の距離、すなわち袋口ｂのホーン３９の押圧面４０とアンビル４９の押圧面５０の間に挟まれた部分の厚みｍを検知して、そのｍの値に基づいてシール装置２１を制御する。すなわち本願発明は、袋Ｂの袋口ｂがホーン３９とアンビル４９との間でどのような位置に、或いはどのような状態で位置しているかによってこのｍの値が変化する、との知見に基づきなされたものである。これについて以下に説明する。

前述のとおりホーン３９とアンビル４９とは、図示しない駆動源によってこれも図示しない緩衝手段としてのエアーシリンダー及び駆動ロッド２９を介して駆動され、袋Ｂを間に挟んで当接するが、同一寸法の袋に対しては、その当接する際のホーン３９とアンビル４９との押圧力は当然一定の値に設定される。従って、袋Ｂの袋口ｂがホーン３９とアンビル４９との間でどのような位置に、或いはどのような姿勢にあるかによって、ホーン３９とアンビル４９とで挟まれて押圧されている部分の厚みが変わる。すなわち、袋が所望のとおりの位置、姿勢でグリッパー５により保持されている場合には、袋口ｂは袋Ｂの長さ方向で予め設定された幅、具体的にはホーン３９とアンビル４９の押圧面４０、５０の寸法によって決まる幅の範囲でホーン３９とアンビル４９により押圧され、ある厚み分だけ圧縮されるが、この場合にホーン３９とアンビル４９によってその袋の挟まれた部分へ作用している面圧をＦとする。これに対して、例えば袋の移送過程で袋Ｂがグリッパー５に対して下側へ位置ズレを起し、袋口ｂの縁部が例えばホーン３９の押圧面４０の上縁より下に位置すると、ホーン３９とアンビル４９によって挟まれる部分の幅が狭くなり、面圧がＦより高くなる。従って、袋Ｂの押圧される部分はより圧縮され、その厚みは先の場合より薄くなり、押圧面４０と５０は先の袋が所望の位置、姿勢でグリッパー５に保持されている場合より接近する。この厚みｍが余り薄くなると、ホーン３９が超音波振動する際に袋Ｂは最早緩衝材としての機能を果たさなくなり、シール装置２１に対して前述したような好ましくない作用を及ぼすこととなる。袋Ｂがグリッパ−５から外れてしまい、ホーン３９とアンビル４９とが直接当接する場合も当然にアンビル４９を始めとして、シール装置２１の損傷等の可能性がある。

そこで本実施の形態では、値ｍを検知し、その値が予め定めた閾値Ｍに満たない場合には袋口はシール許可状態にはないと判断し、振動子３５を作動させないこととしたのである。すなわち、その閾値Ｍとしては、袋口ｂのホーン３９とアンビル４９とにより挟まれた部分が超音波振動に対する緩衝材として十分機能する厚み、すなわち、シール装置２１へ悪影響を及ぼさない下限の値が選ばれる。検知された値ｍがこの閾値Ｍ以上の場合には袋口ｂはシール許可状態にあり、閾値Ｍに満たない場合にはシール許可状態にないこととなる。シール許可状態にある場合とシール許可状態にない場合とでは、駆動源側の同じ移動量に対してホーン３９とアンビル４９の移動量、従って駆動ロッド２９の移動量が異なるが、その差は前述した緩衝手段としてのエアーシリンダーにより吸収される。すなわち、緩衝手段としてのエアーシリンダーのロッドは常時は収縮状態にあり、値ｍが大きくなるほどホーン３９とアンビル４９の規制される移動量が大きくなり、その分エアーシリンダーのロッドの伸長する量が大きくなる。従って、袋Ｂの状態が正常で、値ｍが閾値Ｍ以上の場合に比して、袋Ｂが位置ズレなどを起して圧縮量が大きくなり、値ｍが閾値Ｍ未満となった場合はロッドの伸長量は少なくなり、袋Ｂが挟まれていない場合には全く伸張しない。

センサー６１は検知される距離mが予め定められた閾値Ｍより小さくなるとオフ状態からオン状態に切換わって信号を発するようになっており、その信号は制御装置２０に入力される。所定のタイミングで制御装置２０によりそのオン、オフ状態が判断され、オフ状態すなわち検知された値mが閾値Ｍより大きい場合には袋口ｂはシール許可状態にあると判断され、制御装置２０内の超音波発振器は振動子３５に超音波を発振して、振動子３５を一定時間超音波振動させ、その超音波振動をブースター３８を介して増幅してホーン３９に伝え、これを所定の振幅で超音波振動させる。これにより公知のとおり、ホーン３９とアンビル４９とに挟まれた袋Ｂの袋口ｂの部分に摩擦熱が発生し、その熱によって袋口ｂのシールが行われる。その後、ホーン３９とアンビル４９とは先と反対側に移動され、図2に示す待機位置へ復帰する。袋は次のステーションVII（熱シール工程）へ移送される。

一方、オン状態すなわち検知された値mが閾値Ｍに達しない場合には、袋口ｂはシール許可状態にはないと判断され、制御装置２０は振動子３５を振動させない。そして超音波シールを施すことなく、ホーン３９とアンビル４９とは図2の待機位置へ復帰させられる。袋Ｂは不良品として図示しない不良品回収シュート上に排出される。

なお、上記の実施の形態では下限側の閾値のみを設定しているが、上限側の閾値をも設定してもよい。これを設定することにより、例えば袋を二枚取りした場合にそれを検知し、シールを行わないようにすることができる。また、袋口が折れ曲がり、その折れ曲がって二枚重ねになった部分がホーン３９とアンビル４９に挟まれた場合も同様に検知できる。

図７は本発明の第2の実施の形態に係る超音波シール装置６１の主要部のみを示す斜視図であり、符合６３，６５はそれぞれ押圧面６４，６６を備えたホーンとアンビルである。本実施の形態では第1の実施の形態とは異なり、センサーによる検知動作は、袋をホーン６３とアンビル６５で挟む前、例えばホーン６３とアンビル６５とが第1の実施の形態で図２に示される待機位置に位置している状態で行われ、検知する対象は、袋のホーンとアンビルによって挟まれた部分の厚みではなく、袋の上下方向での位置である。

この実施の形態では、センサー６９としては、発光素子７０と受光素子７１とからなる光センサーを用いている。そして、発光素子７０と受光素子７１とは以下のような位置に配置される。すなわち、前述の第1の実施の形態で説明したように、袋口ｂがホーン６３とアンビル６５とによって挟まれて所定の力で押圧された時に検出される値mが閾値Ｍに一致する場合を想定し、その場合に、ホーン６３とアンビル６５によって挟まれる前に袋口ｂの縁部が位置する袋の長さ（高さ）方向での位置Ｐを発光素子７０から発せられた光が通過し、受光素子７１により受光されるように配置される。発光素子７０から発せられ、受光素子７１により受光される光の量は、光が袋Ｂを通過するかしないかによって異なる。従って、その受光素子７１が受光する光の量によって、位置Ｐに袋Ｂが存在しているかどうかの判断が可能となる。そして、受光した光の量ｌが予め定められた閾値Ｌより少なければ、光は袋Ｂを通過したことを示しており、このことは袋口ｂの縁部が位置Ｐ或いはそれより上側に位置しており、ホーン６３とアンビル６５によって挟まれる幅が充分であり、押圧した場合にホーン６３とアンビル６５との間の隙間すなわち袋口ｂの押圧された部分の厚みが前述の閾値Ｍ以上となることを示している。この場合には、ホーン６３とアンビル６５とを動作させ、袋口ｂを挟んで押圧し、超音波を発生させてシールを行う。

逆に受光された光量ｌが閾値Ｌ以上の場合には、袋口ｂの縁部が位置Ｐより下にある、或いは袋Ｂそのものが存在しないことを示しており、その場合はホーン６３とアンビル６５とで袋口ｂを挟んで押圧すると、その挟まれた部分の厚みｍは閾値Ｍより小さくなることを示しており、その場合にはホーン６３とアンビル６５とを動作させず、シールを行わないこととする。なお、センサー６９は袋Ｂの幅方向で2つ以上設けてもよい。

この例では、第１の実施の形態と異なり、ホーン６３とアンビル６５とで袋口ｂを挟む前にセンサー６９で検知を行い、シール許可状態と判断された場合にホーン６３とアンビル６５とを移動させて袋を押圧する。しかし、袋Ｂはグリッパー５に保持されて停止しているので、その間に袋Ｂの状態に変化が生じることはほとんどないので、誤りのない判断に基づいてシールをするかどうかの決定がなされる。

次に図８乃至１１を参照して本願発明の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態では、ホーンとアンビルとを互いに接近或いは離反させるための駆動機構は先に述べた第１及び第２の実施の形態と同じであるが、アンビルの取付け構造が異なる。また、センサーとしては、ホーンとアンビルとの間の電気的導通或いはホーンとアンビルとの間の電気抵抗の変化を検知する検知センサーを使用する。なお、第１及び第２の実施の形態と共通する部材については同じ参照番号を使用し、その詳細な説明は省略する。

図８は第３の実施の形態に係る超音波シール装置７５の待機状態を示す側面断面図であり、図９は図８のＣ−Ｃ断面図である。図において符号７６はアンビルである。アンビル７６は、フレーム２３に固定されたガイド５５に挿通されて摺動する摺動軸４７の先端に取付けられたアンビル支持部材７８の下面側に、絶縁体７９を介して固定されている。この絶縁体７９は、ホーン３９の押圧面４０とアンビル７６の押圧面７７とが直接に接触したときに、アンビル７６からアンビル支持部材７８、摺動軸４７、ガイド５５、フレーム２３、振動子３５を介してホーン３９へと繋がる、或いはアンビル７６からアンビル支持部材７８、摺動軸４７、第２連結ロッド５７、二股レバー３１、第１連結ロッド４５、振動子３５を介してホーン３９へと繋がる閉回路が形成されないようにするものである。絶縁体７９は例えばアンビル支持部材７８と摺動軸４７との間に設けられてもよい。この場合、摺動軸４７もアンビル７６を支持する支持部材の一部と捉え、そのような構成も「アンビルはアンビル支持部材に絶縁体を介して取付けられている」ものとする。絶縁体７９はホーン３９とアンビル７６とが当接したときに容易に変形しないような剛性を有している。

なお、この実施の形態の図に示した例では、ホーン３９とアンビル７６とは配線Ｌ３で繋がれ、配線Ｌ３の途中に電気抵抗器８０が取付けられているが、この配線Ｌ３，電気抵抗器８０が設けられない実施形態もある。これらについては後述する。

符号８１は検知センサーであり、制御装置２０内に設けられている。検知センサー８１は、配線Ｌ４，Ｌ５によってホーン３９とアンビル７６へ繋がれ、配線Ｌ５の途中には可変抵抗器８２が取付けられている。可変抵抗器８２は配線Ｌ４に取付けられてもよい。検知センサー８１は、ホーン３９とアンビル７６とが最接近したときにホーン３９とアンビル７６とが電気的に導通しているか、或いはホーン３９とアンビル７６との間の電気抵抗値が変化するかを検知するものである。すなわち、図示の配線Ｌ３と電気抵抗器８０とが設けられている例では、図示の状態でホーン３９、配線Ｌ３，アンビル７６、配線Ｌ５，検知センサー８１、配線Ｌ４とで構成される閉回路が形成され、それに含まれる電気抵抗は直列につながれた電気抵抗器８０と可変抵抗器８２である。この状態からホーン３９とアンビル７６とが接近してそれぞれの押圧面４０，７７が接触すると、ホーン３９とアンビル７６との間は並列に繋がることとなり、全体の抵抗値が変化し、それが検知センサー８１により検知される。また、配線Ｌ３，電気抵抗器８０が設けられていない場合には、ホーン３９とアンビル７６とが直接には導通していなかった状態から直接導通した状態に変わったことが検知されることとなる。

なお、電気抵抗器８０は、配線Ｌ４，Ｌ５が断線しているかどうかを検知する、断線検知装置として機能する。すなわち、図示の状態で配線Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のいずれかに断線が生じると、図示の閉回路がオープン回路になってしまい、検知センサー８１により検知される抵抗値は無限大となり(抵抗値が変化)、少なくとも配線Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５のいずれかに断線が生じていることが検知される。

図８及び９は前述のとおり、袋Ｂがシール工程に移動してきた状態を示しているが、シール装置７５はまだ作動を開始しておらず、待機状態にある。このとき検知センサー８１により検知される抵抗値は、電気抵抗器８０と可変抵抗器８２との合算値となり、これが抵抗値に変化が生じたかどうかを判断する場合の基準となる。また、配線Ｌ３，電気抵抗器８０が設けられていない場合には、非導通状態が検知される。

図１０はシール工程に袋Ｂが移送され、ホーン３９とアンビル７６とが所定の距離移動して最接近し、それらの押圧面４０と７７とでその袋口を挟んだ状態を示している。すなわち、袋Ｂの袋口がホーン３９とアンビル７６との間に正常な状態で位置している。まだホーン３９の振動は始まっていない。この時、袋口がホーン３９とアンビル７６との間に存在するので、ホーン３９とアンビル７６とは直接接触していない。従って、配線Ｌ３が設けられていない場合には検知センサー８１が非導通を検知し、配線Ｌ３が設けられている場合には抵抗値は変化せず、それが検知センサー８１により検知される。この検知結果を受けて制御装置２０は、シール許可状態にあると判断し、ホーン３９に超音波振動を付与するように制御する。

一方図１１は、袋Ｂがグリッパ５から外れてしまい、袋Ｂの袋口がホーン３９とアンビル７６との間に正常な状態で位置していない状態を示している。まだホーン３９の振動は始まっていない。この時、袋口がホーン３９とアンビル７６との間に存在しないので、ホーン３９とアンビル７６とは直接接触している。従って、配線Ｌ３が設けられていない場合には検知センサー８１がホーン３９とアンビル７６とが導通していることを検知する。配線Ｌ３が設けられている場合にはホーン３９とアンビル７６との間が並列に接続されることにより抵抗値は下がり、その抵抗値の変化が検知センサー８１により検知される。この検知結果を受けて制御装置２０は、シール許可状態にないと判断し、ホーン３９に超音波振動を付与しないように制御し、所謂空シールを防止する。

ここで、配線Ｌ３が設けられている場合において、前述の閉回路、特に配線Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の少なくともいずれかが断線したとする。袋Ｂが正常な状態でホーン３９とアンビル７６とに間に位置して、ホーン３９とアンビル７６とが最接近した場合（図１０）を考えると、配線Ｌ３，Ｌ４、Ｌ５のいずれかに断線が生じていると抵抗値は無限大となる。一方袋Ｂがホーン３９とアンビル７６との間に存在しない状況でホーン３９とアンビル７６とが最接近して接触した場合（図１１）、配線Ｌ４，Ｌ５に断線が生じている場合には抵抗は無限大であり、配線Ｌ３に断線が生じた場合は閉回路に含まれる抵抗は可変抵抗器８２だけとなり全体の抵抗値は小さくなる。従っていずれの場合でも断線が生じると抵抗値が変化することとなる。このような場合には全て制御装置２０はシール許可状態にはないと判断し、ホーン３９に振動を付与しないように制御する。なお、ホーン３９とアンビル７６とが離れている場合でも、Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５のいずれかに断線が生じると、その時点でホーン３９とアンビル７６との間の抵抗は無限大となる。この時点でシール許可状態にないと判断するようにしてもよい。そして、そのような判断をするとともに、警報を発し、包装機１を停止するようにしてもよい。

図１２は第４の実施の形態を示す、図８における断面Ｃ−Ｃにおける断面図である。この実施の形態は、第３の実施の形態において断線検出装置としての抵抗器を配線Ｌ３に設けたのに代えて、ホーン３９と当該ホーン３９と検知センサー８１とを電気的に接続する配線Ｌ４の途中で検知センサー８１に近い位置にホーン側断線確認センサー９１を接続し、アンビル７６と当該アンビル７６と検知センサー８１とを電気的に接続する配線Ｌ５の途中で検知センサー８１に近い位置にアンビル側断線確認センサー９５を接続している。なお、図示のとおり、可変抵抗器９２，９６を設けて両断線確認センサー９１，９５の感度調整を可能にしている。

この構成においては、断線がない場合にはホーン側断線確認センサー９１とアンビル側断線確認センサー９５とは導通状態（抵抗値が小さい）にあることを検出する。ホーン３９と検知センサ―８１とを接続する配線Ｌ４に断線が生じると、ホーン側断線確認センサー９１は導通が絶たれたことを検出し（抵抗値が大きくなる）、この検出信号に基づき、制御装置２０は検知センサー８１からの検知信号の有無にかかわらず、シール許可状態にないと判断してホーン３９に超音波信号を付与しないように制御する。また、アンビル７６と検知センサ―８１とを接続する配線Ｌ５に断線が生じると、アンビル側断線確認センサー９５は導通が絶たれたことを検出し（抵抗値が大きくなる）、この検出信号に基づき、制御装置２０は検知センサー８１からの検知信号の有無にかかわらず、シール許可状態にないと判断してホーン３９に超音波信号を付与しないように制御する。

上記の各例においては、超音波シールを袋口の縁部にかけて施す例で説明したが、本発明は、袋口の縁部より下の位置で超音波シールを施す場合をも当然含んでいる。また、上記においては間欠回転式袋詰め包装機として説明したが、前述したとおり連続移送式袋詰め包装機にも適用できる。その場合、超音波シール装置は初期位置から袋の移送に追従して所定の範囲を移動しながら検知及びシールの動作を行い、その後初期位置へ復帰する。従ってこの場合にはシール工程位置とは、初期位置のみではなく、その所定の移動範囲をも含んだものとなる。

Claims (10)

1. 袋の両側縁部を左右一対のグリッパーで挟持し、袋を保持した状態で所定の軌道に沿って移送しながら、所定の包装処理を順次行う袋詰め包装機に使用する超音波シール装置において、互いに接離自在に構成されたホーンとアンビルとを備え、前記袋詰め包装機の所定のシール工程位置に配置された超音波シール装置本体と、前記シール工程位置に配置され、前記シール工程に移送された袋の袋口が、前記ホーンとアンビルとの間で、あらかじめ定められたシール許可状態にあるかどうかを検知するセンサーと、前記センサーからの信号に基づき、前記超音波シール装置本体を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする、超音波シール装置。
2. 請求項１記載の超音波シール装置において、前記センサーは、前記袋の袋口を間に挟んで互いに押圧された前記ホーンとアンビルの、それぞれ前記袋を押圧する押圧面の間の距離を検知し、前記制御装置は、前記検知された距離が予め定められた閾値以上の場合には前記袋の袋口はシール許可状態にあると判断して前記ホーンに超音波振動を付与し、閾値未満の場合には前記袋の袋口はシール許可状態にはないと判断して前記ホーンに超音波振動を付与しないように制御することを特徴とする、超音波シール装置。
3. 請求項２記載の超音波シール装置において、前記ホーンとアンビルとは互いに連動して移動し、前記センサーは、前記ホーンとアンビルとのいずれか一方の位置を検知することにより前記押圧面の間の距離を検知することを特徴とする、超音波シール装置。
4. 請求項３に記載の超音波シール装置において、前記超音波シール装置本体は、前記ホーンとアンビルとを支持する箱形のフレームを備え、前記ホーンとアンビルとを作動させる駆動機構が前記フレーム内に配置され、前記センサーは前記フレーム内に配置され、前記アンビルと共に移動する検出部材の位置を検知することを特徴とする、超音波シール装置。
5. 請求項１記載の超音波シール装置において、前記センサーは、前記袋の袋口が前記シール許可状態の下限状態にあるときに前記袋口の縁部が位置する下限位置に対応する位置に設けられ、前記制御装置は、前記センサーがその下限位置で袋の存在を検知した場合には前記袋の袋口はシール許可状態にあると判断し、検知しない場合には前記袋の袋口はシール許可状態にはないと判断することを特徴とする、超音波シール装置。
6. 請求項１記載の超音波シール装置において、前記アンビルは、前記ホーンに対して前後進するアンビル支持部材に絶縁体を介して取付けられ、前記センサーは、前記ホーンと前記アンビルとに個別の配線により電気的に接続され、前記ホーンと前記アンビルとが最接近位置まで移動したときに、前記ホーンと前記アンビルとの間の電気的導通、或いは前記ホーンと前記アンビルとの間に生じる電気抵抗の変化を検知する検知センサーであり、前記制御装置は、前記検知センサーが前記電気的導通或いは電気抵抗の変化を検知しなかった場合には前記袋の袋口はシール許可状態にあると判断して前記ホーンに超音波振動を付与し、前記電気的導通或いは電気抵抗の変化を検知したときには前記袋の袋口はシール許可状態にないと判断して前記ホーンに超音波振動を付与しないように制御することを特徴とする、超音波シール装置。
7. 請求項６記載の超音波シール装置において、前記超音波シール装置はさらに、前記ホーンと前記アンビルとを前記検知センサーに接続する前記配線の断線を検出する断線検出装置を備え、前記制御装置は、前記断線検出装置が前記配線の断線を検出した場合には、前記袋の袋口はシール許可状態にはないと判断し、前記ホーンに超音波振動を付与しないように制御することを特徴とする、超音波装置。
8. 請求項７記載の超音波シール装置において、前記検知センサーは、電気抵抗の変化を検知し、前記断線検出装置は、前記ホーンと前記アンビルとの間で電気的に接続され、前記ホーンと、前記アンビルと、前記検知センサーと、前記ホーンとアンビルとを前記検知センサーに接続する配線とともに閉回路を構成する抵抗器を備え、前記制御装置は、前記検知センサーが前記電気抵抗の変化を検知しなかった場合には袋はシール許可状態にあると判断し、前記検知センサーが前記電気抵抗の変化を検知した場合に袋はシール許可状態にないと判断することを特徴とする、超音波シール装置。
9. 請求項６乃至８のいずれか１に記載の超音波シール装置において、前記ホーン又はアンビルと前記検知センサーとの間に可変抵抗器を備えていることを特徴とする、超音波シール装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１に記載の超音波シール装置を備えていることを特徴とする、間欠回転式袋詰め包装機。

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