JP2017105509A - 製袋包装機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、筒状の包材の縦方向に超音波シールされた部分の美観および品質を安定化することができる製袋包装機を提供することである。
【解決手段】製袋包装機１は、成形機構１３と、縦シール機構１５と、制御ユニット７とを備える。成形機構１３は、シート状のフィルムＦを筒状フィルムＦｃに成形する。縦シール機構１５は、筒状フィルムＦｃの重なり部分を縦方向に超音波シールする。制御ユニット７は、縦シール機構１５を制御する。制御ユニット７は、超音波振動部７ａと、周波数取得部７ｂと、周波数調節部７ｃと、周波数制御部７ｄとを有する。超音波振動部７ａは、筒状フィルムＦｃの重なり部分に超音波振動を与える。周波数取得部７ｂは、超音波振動の周波数である超音波周波数を取得する。周波数調節部７ｃは、超音波周波数を調節する。周波数制御部７ｄは、超音波周波数が所定範囲内になるように周波数調節部７ｃを制御する。
【選択図】図９

Description

本発明は、筒状の包材の重なり合った部分を縦方向に超音波シールする製袋包装機に関する。

従来、シート状の包材であるフィルムから成形された袋に、食品等の被包装物を充填して密閉包装する製袋包装機が用いられている。この製袋包装機は、シート状のフィルムをチューブ状に成形する成形機構と、チューブ状に成形されたフィルムの両端部の重なり部分を縦方向にシールする縦シール機構とを備える。特許文献１（特開２００９−２８０２５８号公報）には、フィルムに超音波振動を与えるための超音波素子（ホーン）を用いてフィルムの重なり部分を縦方向に超音波シールする縦シール機構が開示されている。

しかし、超音波素子を用いる縦シール機構は、搬送されるフィルムに超音波振動を連続的に与えることでフィルムの重なり部分を溶着させてシールする。すなわち、製袋包装機の運転中にフィルムが搬送されている間、超音波素子は、常に超音波を発振している。そのため、縦方向に超音波シールする過程で、超音波素子に熱が発生して、超音波素子の温度が上昇する。超音波素子の温度が上昇すると、超音波素子の周波数は低下する傾向にある。超音波素子の周波数が低下すると、超音波素子の振幅が上昇するため、超音波素子がフィルムに与えるエネルギーが増加する。その結果、超音波素子によるフィルムの溶着強度が上昇してフィルムが過度に溶着され、縦方向に超音波シールされた部分の美観および品質が悪影響を受けるおそれがある。

本発明の目的は、筒状の包材の縦方向に超音波シールされた部分の美観および品質を安定化することができる製袋包装機を提供することである。

本発明に係る製袋包装機は、成形部と、縦シール部と、制御部とを備える。成形部は、シート状の包材を、両端部が重なるようにチューブ状に成形する。縦シール部は、成形部によってチューブ状に成形された包材の両端部の重なり部分を縦方向に超音波シールする。制御部は、縦シール部を制御する。制御部は、超音波振動部と、周波数取得部と、周波数調節部と、周波数制御部とを有する。超音波振動部は、包材の両端部の重なり部分に超音波振動を与える。周波数取得部は、超音波振動の周波数である超音波周波数を取得する。周波数調節部は、超音波周波数を調節する。周波数制御部は、周波数取得部が取得した超音波周波数を監視し、超音波周波数が所定範囲から外れた場合に、超音波周波数が所定範囲内になるように周波数調節部を制御する。

この製袋包装機は、筒状に成形されたフィルムの両端部の重なり部分を縦方向に超音波シールする際に、重なり部分に与えられる超音波振動の周波数が所定の範囲内となるように制御する。超音波振動をフィルムに与える振動子は、製袋包装機の運転中は常に超音波振動を発振しているため、徐々に温度が上昇する。その結果、超音波振動の周波数が徐々に低下して、振動子がフィルムに与えるエネルギーが増加する。製袋包装機は、超音波振動の周波数を監視および調節することで、運転中に、振動子がフィルムに与えるエネルギーが過度に増加することを抑制する。従って、製袋包装機は、筒状の包材の縦方向に超音波シールされた部分の美観および品質を安定化することができる。

また、縦シール部は、包材の両端部の重なり部分に与えられる超音波振動を発生させる振動体を有することが好ましい。また、周波数調節部は、振動体を冷却する冷却部を有することが好ましい。

この製袋包装機は、超音波振動の発生源である振動体を冷却することで、超音波振動の周波数を調節する。従って、製袋包装機は、超音波振動の周波数を容易に調節することができる。

また、冷却部は、振動体に気体を吹き付けて、振動体を冷却することが好ましい。

この製袋包装機は、振動体に気体を吹き付けることで、振動体を冷却する。従って、製袋包装機は、超音波振動の周波数を容易に調節することができる。

また、周波数調節部は、超音波周波数を設定するための周波数設定部を有することが好ましい。

この製袋包装機は、超音波振動の周波数が所定の範囲内となるように、超音波振動の周波数を利用者が設定できる機能を有する。従って、製袋包装機は、超音波振動の周波数を容易に調節することができる。

また、周波数調節部は、超音波振動の振幅を設定するための振幅設定部を有することが好ましい。

この製袋包装機は、超音波振動の周波数が所定の範囲内となるように、超音波振動の振幅を利用者が設定できる機能を有する。従って、製袋包装機は、超音波振動の周波数を容易に調節することができる。

本発明に係る製袋包装機は、筒状の包材の縦方向に超音波シールされた部分の美観および品質を安定化することができる。

本発明の一実施形態である製袋包装機の斜視図である。 製袋包装機の概略的な構成を示す側面図である。 製袋包装ユニットの概略的な構成を示す斜視図である。 製袋包装ユニットによって製造されるピロー型の袋の外観図である。 製袋包装ユニットを正面右上方から見た斜視図である。 製袋包装ユニットを右後ろから見た斜視図である。 製袋包装ユニットを正面右から見た斜視図である。 アンビルの周辺を正面右から見た斜視図である。 制御ユニットのブロック図である。 ホーンの表面温度および振動周波数の時間変化を模式的に表すグラフである。図１０（ａ）は、ホーンの表面温度の時間変化の一例を表す。図１０（ｂ）は、ホーンの振動周波数の時間変化の一例を表す。 ホーン冷却機構の概略的な構成を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明される実施形態は、本発明の具体例の一つであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）製袋包装機の構成
図１は、本発明の一実施形態である製袋包装機１の斜視図である。図２は、製袋包装機１の概略的な構成を示す側面図である。製袋包装機１は、食品等の被包装物を袋詰めするための機械である。製袋包装機１は、主として、組合せ計量ユニット２と、製袋包装ユニット３と、フィルム供給ユニット４と、操作スイッチ５と、液晶ディスプレイ６と、制御ユニット７（図９参照）と、本体フレーム１０とから構成される。

組合せ計量ユニット２は、製袋包装ユニット３の上方に配置される。組合せ計量ユニット２は、被包装物の重量を複数の計量ホッパで計量し、所定の合計重量になるように各計量ホッパで計量された重量の値を組み合わせる。組合せ計量ユニット２は、組み合わせた所定の合計重量の被包装物を下方に排出して、製袋包装ユニット３に供給する。

製袋包装ユニット３は、組合せ計量ユニット２から被包装物が供給されるタイミングに合わせて、被包装物を袋の中に密封して包装する。製袋包装ユニット３の詳細な構成および動作については後述する。

フィルム供給ユニット４は、製袋包装ユニット３に隣接して設置され、袋に成形されるフィルムＦを製袋包装ユニット３に供給する。フィルム供給ユニット４は、フィルムＦが巻かれたフィルムロール４ａがセットされている。フィルム供給ユニット４は、フィルムロール４ａからフィルムＦを繰り出して、製袋包装ユニット３に供給する。

操作スイッチ５および液晶ディスプレイ６は、製袋包装機１本体の前面に取り付けられている。液晶ディスプレイ６は、操作スイッチ５の操作者が視認できる位置に配置されている、タッチパネル式のディスプレイである。操作スイッチ５および液晶ディスプレイ６は、製袋包装機１に対する指示、および、製袋包装機１に関する設定を受け付ける入力装置として機能する。液晶ディスプレイ６は、製袋包装機１に関する情報を表示する出力装置として機能する。

制御ユニット７は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等から構成されるコンピュータである。制御ユニット７は、組合せ計量ユニット２、製袋包装ユニット３、フィルム供給ユニット４、操作スイッチ５および液晶ディスプレイ６に接続されている。制御ユニット７は、操作スイッチ５および液晶ディスプレイ６からの入力に基づいて、組合せ計量ユニット２、製袋包装ユニット３およびフィルム供給ユニット４を制御し、液晶ディスプレイ６に各種の情報を出力する。制御ユニット７の詳細な構成および動作については後述する。

本体フレーム１０は、組合せ計量ユニット２、製袋包装ユニット３、フィルム供給ユニット４、操作スイッチ５、液晶ディスプレイ６および制御ユニット７を直接的または間接的に支持している。

（２）製袋包装ユニットの構成
図３は、製袋包装ユニット３の概略的な構成を示す斜視図である。以下の説明において、「前（正面）」、「後（背面）」、「上」、「下」、「左」および「右」からなる６つの方向を、図３に示されるように定義する。

製袋包装ユニット３は、主として、成形機構１３と、搬送機構１４と、縦シール機構１５と、横シール機構１６と、ヒンジ固定機構１７と、クランプ固定機構１８とを備える。成形機構１３は、フィルム供給ユニット４から供給されるシート状のフィルムＦを筒状に成形する。搬送機構１４は、筒状に成形されたフィルムＦを下方に搬送する。縦シール機構１５は、筒状に成形されたフィルムＦの両端部の重なり部分を、搬送方向と平行な縦方向にシールして、筒状フィルムＦｃを形成する。横シール機構１６は、筒状フィルムＦｃを、搬送方向と直交する横方向にシールして、上端部および下端部が横シールされたピロー型の袋Ｂを形成する。ヒンジ固定機構１７は、本体フレーム１０に縦シール機構１５の主要部を固定する。クランプ固定機構１８は、成形機構１３と縦シール機構１５の主要部とを固定する。

図４は、製袋包装機１によって製造されるピロー型の袋Ｂの外観図である。袋Ｂは、縦方向に延びる縦シール部位Ｖ１と、横方向に延びる横シール部位Ｈ１，Ｈ２とを有する。縦シール機構１５は、筒状フィルムＦｃを超音波シールして、縦シール部位Ｖ１を形成する。横シール機構１６は、縦シール部位Ｖ１が形成された筒状フィルムＦｃを超音波シールして、横シール部位Ｈ１，Ｈ２を形成する。

（２−１）成形機構
図５は、製袋包装ユニット３を正面右上方から見た斜視図である。図６は、製袋包装ユニット３を右後ろから見た斜視図である。図５および図６に示すように、成形機構１３は、チューブ３１と、セーラ部３２と、支持フレーム３３とを有する。支持フレーム３３は、チューブ３１とセーラ部３２とを直接的に支持する。

チューブ３１は、略上下方向に延びる略円筒状の部材である。チューブ３１の正面側には、部分的にフラット面３１ａが形成されている（図７参照）。フラット面３１ａは、略鉛直方向に延びている。チューブ３１は、上下端に開口を有する。チューブ３１の上部は、漏斗形状になっている。組合せ計量ユニット２（図１参照）から所定量ずつ落下してくる被包装物Ｃは、図３に示すように、チューブ３１の上端の開口からチューブ３１の内部に投入され、チューブ３１の内部を通過して落下する。

セーラ部３２は、チューブ３１を取り囲むように配置されている。セーラ部３２は、シート状のフィルムＦをチューブ３１に巻き付けるように、フィルムＦを案内する。セーラ部３２は、斜面３２ａを有する。フィルムロール４ａから繰り出されたシート状のフィルムＦは、斜面３２ａに接触しつつ、斜面３２ａに沿って斜め上方に搬送される。

図６に示すように、チューブ３１の外表面とセーラ部３２との間には、狭小の隙間Ｓ１が形成されている。隙間Ｓ１は、チューブ３１の全周に沿って存在する。斜面３２ａを登り切ったフィルムＦは、隙間Ｓ１に挿入される。フィルムＦは、隙間Ｓ１を通り抜ける間に、チューブ３１の外表面に巻き付けられる。その結果、フィルムＦは、シート状から円筒状に成形される。シート状のフィルムＦが円筒状に成形されると、フィルムＦの左の縁と右の縁とが重なり合う。その後、筒状フィルムＦｃは、チューブ３１を包み込むような態様で、チューブ３１の外表面に沿って下方に搬送される。

図６に示すように、支持フレーム３３は、板部材３６と、左右一対のハンドル３７，３７と、梁３７ａと、左右一対の梁３７ｂ，３７ｂと、梁３７ｃとを有する。板部材３６と、ハンドル３７，３７と、梁３７ａ，３７ｂ，３７ｂ，３７ｃとは、適宜固定されており、互いの位置関係は、一定である。

板部材３６は、平面視において略矩形形状の部材である。板部材３６の中央には、平面視において略円形の開口３６ａが形成されている。チューブ３１は、開口３６ａを上下に貫通するように配置される。ハンドル３７，３７は、板部材３６の正面左右付近から上方に延びるように配置される。梁３７ａは、ハンドル３７，３７の略中央間に架けられている。梁３７ｂ，３７ｂは、ハンドル３７，３７の上端とチューブ３１との間に架けられている。梁３７ｃは、梁３７ａの中央とチューブ３１との間に架けられている。チューブ３１は、梁３７ｂ，３７ｂ，３７ｃに固定されている。その結果、チューブ３１は、支持フレーム３３に固定されている。

図示されないが、セーラ部３２も、支持フレーム３３に固定されている。その結果、支持フレーム３３を介し、チューブ３１とセーラ部３２との位置関係が固定されている。

板部材３６の左右には、スライドレール３６ｂ，３６ｂが前後に延びるように形成されている。スライドレール３６ｂ，３６ｂは、本体フレーム１０の一部である前後に延びる軸を、前後にスライド可能に受け取る。製袋包装機１の正面に立ったユーザは、ハンドル３７，３７を握り、本体フレーム１０の上記軸をスライドレール３６ｂ，３６ｂに沿ってスライドさせることにより、成形機構１３全体を交換することができる。チューブ３１およびセーラ部３２の形状およびサイズは、製造される袋Ｂの形状およびサイズに応じて異なる。ユーザは、製造される袋Ｂに対応する成形機構１３を容易に製袋包装機１に取り付けることができる。

（２−２）搬送機構
搬送機構１４は、左右一対のプルダウンベルト機構４０，４０を有する。図３に示すように、プルダウンベルト機構４０，４０は、チューブ３１を挟んで左右対称に配置される。プルダウンベルト機構４０，４０は、それぞれチューブ３１に沿って上下方向に延びている。

プルダウンベルト機構４０，４０は、それぞれ駆動ローラ４０ｂ，４０ｂと、従動ローラ４０ｃ，４０ｃと、ベルト４０ａ，４０ａとを有する。駆動ローラ４０ｂ，４０ｂは、図示されないモータにより駆動される。従動ローラ４０ｃ，４０ｃは、それぞれ駆動ローラ４０ｂ，４０ｂの回転に応じて回転する。ベルト４０ａ，４０ａは、筒状フィルムＦｃを吸着する。その結果、プルダウンベルト機構４０，４０は、筒状フィルムＦｃを吸着しながら、チューブ３１の外表面に沿って下方に搬送する。

（２−３）縦シール機構
縦シール機構１５は、筒状に成形されたフィルムＦを縦方向（図３では、上下方向）にシールする。縦シール機構１５は、チューブ１３ａの正面側に配置される。縦シール機構１５は、チューブ１３ａに近づくように、あるいは、チューブ１３ａから遠ざかるように前後方向に移動する。

縦シール機構１５は、主として、振動体５０と、アンビル５１と、エアシリンダ部５２と、エア噴出部５３とを有する。図７は、製袋包装ユニット３を正面右から見た斜視図である。図８は、アンビル５１の周辺を正面右から見た斜視図である。

振動体５０は、圧電素子５０ａと、ホーン５０ｂと、ブースタ５０ｃとを有する。ホーン５０ｂと、圧電素子５０ａとは、背面側から正面側に向かって略水平方向に、この順番で配置される。エアシリンダ部５２は、ブースタ５０ｃおよび圧電素子５０ａの直ぐ上に配置される。圧電素子５０ａは、図示されない高周波電源に接続されている。圧電素子５０ａは、高周波電源から高周波電圧を印加されることにより、超音波を発生させる。ホーン５０ｂは、圧電素子５０ａが発生させた超音波を増幅させる。ブースタ５０ｃは、圧電素子５０ａが発生させた超音波を増幅させるとともに、振動体５０のユニットを保持する役割を果たす。振動体５０の挙動は、制御ユニット７により制御される。

図８に示すように、アンビル５１は、チューブ３１のフラット面３１ａから正面側に突出するように、チューブ３１に固定されている。アンビル５１は、金属製である。アンビル５１は、正面視において略正方形の板５１ａと、板５１ａの中央から正面側に突出する突起部５１ｂとを有する。アンビル５１は、非可動式である。突起部５１ｂは、ホーン５０ｂに対面するように配置される。筒状フィルムＦｃの重なり部分は、ホーン５０ｂとアンビル５１との間に挟まれつつ、略鉛直下方へと搬送される。筒状フィルムＦｃの重なり部分は、ホーン５０ｂとアンビル５１との間を通過する間に、ホーン５０ｂから伝播する超音波による振動により融合し、縦方向に超音波シールされる。その結果、筒状フィルムＦｃの正面中央に縦シール部位Ｖ１が形成される。

アンビル５１は、チューブ３１のフラット面３１ａの上端付近にビス止めされる。アンビル５１は、チューブ３１に対し着脱式である。従って、アンビル５１が磨耗しても、チューブ３１をそのままに、アンビル５１のみを交換することができる。

エアシリンダ部５２は、振動体５０を、アンビル５１に対して略水平方向に往復動させる。その結果、エアシリンダ部５２は、ホーン５０ｂを筒状フィルムＦｃの重なり部分およびアンビル５１に対して加圧する。エアシリンダ部５２は、制御ユニット７により制御される。

エア噴出部５３は、振動体５０の直ぐ下方、すなわち、筒状フィルムＦｃの進行方向に沿って振動体５０およびアンビル５１の直ぐ下流側に配置される。エア噴出部５３は、エア噴出口からエアを噴出する。エアは、ホーン５０ｂおよびアンビル５１を通過した直後の筒状フィルムＦｃの重なり部分に向けて噴出される。その結果、ホーン５０ｂからの超音波により熱溶着された筒状フィルムＦｃの重なり部分が冷え固まるのが促進される。エア噴出部５３によるエアの噴出量および噴出のタイミングは、制御ユニット７により制御される。

（２−４）横シール機構
図３に示すように、横シール機構１６は、前後一対のシールジョー６０，６０と、シールジョー６０，６０を駆動する駆動装置（図示せず）とを有する。シールジョー６０，６０は、筒状フィルムＦｃを挟んで前後対称に配置される。シールジョー６０，６０は、それぞれ左右方向に延びている。一方のシールジョー６０は、１つの振動体を有し、他方のシールジョー６０は、１つのアンビルを有する。振動体およびアンビルは、それぞれ左右方向に延びている。

シールジョー６０，６０は、互いに同期を取りながら、それぞれ左又は右側面視においてＤ字状に旋回しつつ、筒状フィルムＦｃに対し前後対称に近づいたり離れたりする。同じシールジョー６０に取り付けられた振動体とアンビルとは、そのシールジョー６０の回転中心に対し、略１８０°離れた位置に配置される。シールジョー６０，６０は、互いに最も近づいた時に、一方のシールジョー６０に取り付けられた振動体のホーンと、他方のシールジョー６０に取り付けられたアンビルとの間で、筒状フィルムＦｃを挟み込む。筒状フィルムＦｃの、シールジョー６０，６０のホーンとアンビルとに挟み込まれた部分は、左右方向に超音波シールされる。一回の挟み込み動作により、先行する袋Ｂの上部の横シール部位Ｈ１と、その次に製造される袋Ｂの下部の横シール部位Ｈ２とが同時に形成される。

一方のシールジョー６０には、カッターが内蔵される。カッターは、シールジョー６０，６０が筒状フィルムＦｃを挟み込んでいる間に、筒状フィルムＦｃを左右方向に切断する。その結果、筒状フィルムＦｃから袋Ｂが切り離される。

（２−５）ヒンジ固定機構
ヒンジ固定機構１７は、本体フレーム１０に縦シール構造体を固定する。縦シール構造体とは、縦シール機構１５の主要部からなる構造体である。より具体的には、縦シール構造体とは、縦シール機構１５の上述した構成要素のうち、アンビル５１を除く構成要素からなる。縦シール構造体は、その構成要素が適宜固定されることにより構成される。

ヒンジ固定機構１７は、フレームケース１７ａと、各種ヒンジとからなる。フレームケース１７ａは、本体フレーム１０に固定される。フレームケース１７ａは、縦シール構造体を部分的に収容する。縦シール構造体は、フレームケース１７ａにビス等で固定される。縦シール構造体は、一体的にフレームケース１７ａに対し着脱自在である。各種ヒンジは、フレームケース１７ａの折り曲げ可能部分に配置される。各種ヒンジが開閉することにより、フレームケース１７ａが折り曲げ可能部分で水平方向に折り曲がる。フレームケース１７ａが折り曲げ可能部分で折り曲げられると、縦シール構造体が高さ位置を変えることなくチューブ３１に対して移動する。ユーザは、各種ヒンジの開閉の度合いを調整することにより、縦シール構造体に含まれる振動体５０およびホーン５０ｂと、チューブ３１に固定されているアンビル５１との位置関係を調整することができる。図示されないが、ヒンジ固定機構１７は、調整後の各種ヒンジの開閉の度合いを保持するための固定具を有する。

（２−６）クランプ固定機構
クランプ固定機構１８は、フォーマ構造体と縦シール構造体とを固定する。フォーマ構造体とは、成形機構１３とアンビル５１とからなる構造体である。フォーマ構造体は、その構成要素が適宜固定されることにより構成される。フォーマ構造体は、一体的に本体フレーム１０に対し着脱可能である。かかる着脱は、フォーマ構造体の一部であるスライドレール３６ｂ，３６ｂに、本体フレーム１０の一部である軸をスライドさせることより実現される。

クランプ固定機構１８は、爪型フック１８ａと、環状フック１８ｂと、レバー１８ｃとを有する。図７に示すように、爪型フック１８ａは、フォーマ構造体に含まれる支持フレーム３３の板部材３６の正面中央に固定されている。環状フック１８ｂは、縦シール構造体に固定されている。環状フック１８ｂを爪型フック１８ａに引っ掛けた状態で、レバー１８ｃを締めると、フォーマ構造体と縦シール構造体との位置関係が固定される。つまり、クランプ固定機構１８により、縦シール構造体に含まれる振動体５０のホーン５０ｂと、チューブ３１に固定されているアンビル５１との位置関係を固定することができる。

クランプ固定機構１８は、ヒンジ固定機構１７により固定されたフォーマ構造体と縦シール構造体との位置関係を補強するように固定する。ヒンジ固定機構１７は、フォーマ構造体と縦シール構造体との位置関係を、主として水平方向に変化しないように固定する。クランプ固定機構１８は、フォーマ構造体と縦シール構造体との位置関係を、主として鉛直方向に変化しないように固定する。従って、ヒンジ固定機構１７およびクランプ固定機構１８により、振動体５０のホーン５０ｂとアンビル５１との位置関係が適切に維持される。

なお、ヒンジ固定機構１７およびクランプ固定機構１８がフォーマ構造体と縦シール構造体とを固定している状態では、エアシリンダ部５２は、ホーン５０ｂからアンビル５１に略向かう方向に振動体５０を移動し、筒状フィルムＦｃを加圧する。つまり、縦シール構造体は、振動体５０がホーン５０ｂからアンビル５１に略向かう方向に移動するのを許容している。一方、ヒンジ固定機構１７およびクランプ固定機構１８がフォーマ構造体と縦シール構造体とを固定している状態では、振動体５０は、ホーン５０ｂからアンビル５１に略向かう方向以外の方向には固定されている。つまり、縦シール構造体は、振動体５０を、ホーン５０ｂからアンビル５１に略向かう方向以外の方向には移動できないように支持している。

（３）制御ユニットの構成
図９は、制御ユニット７のブロック図である。制御ユニット７は、組合せ計量ユニット２、フィルム供給ユニット４、搬送機構１４、縦シール機構１５、横シール機構１６、操作スイッチ５および液晶ディスプレイ６に接続されている。制御ユニット７は、超音波振動部７ａと、周波数取得部７ｂと、周波数調節部７ｃと、周波数制御部７ｄと、圧力制御部７ｅとを有する。超音波振動部７ａ、周波数取得部７ｂ、周波数調節部７ｃ、周波数制御部７ｄおよび圧力制御部７ｅは、制御ユニット７に記憶され、かつ、縦シール機構１５を制御するプログラムである。

超音波振動部７ａは、振動体５０の圧電素子５０ａに接続されている高周波電源を制御する。これにより、超音波振動部７ａは、圧電素子５０ａから発生する超音波の属性（周波数、振幅、および、超音波の発生タイミング等）を制御する。圧電素子５０ａが発生させた超音波は、ブースタ５０ｃにより増幅され、ホーン５０ｂにより筒状フィルムＦｃの重なり部分に伝播される。筒状フィルムＦｃの重なり部分は、伝播された超音波による振動により融合し、縦方向に超音波シールされる。

周波数取得部７ｂは、超音波振動部７ａによって筒状フィルムＦｃの重なり部分に伝播された超音波による振動の周波数（以下、「超音波周波数」と呼ぶ。）に関するデータを、制御ユニット７が扱いやすい形式で取得する。具体的には、周波数取得部７ｂは、振動体５０のホーン５０ｂの振動周波数を定期的に取得する。ホーン５０ｂの振動周波数は、超音波周波数と等しい。

周波数調節部７ｃは、超音波周波数を調節する。すなわち、周波数調節部７ｃは、ホーン５０ｂの振動周波数を調節する。

周波数制御部７ｄは、周波数取得部７ｂが取得した超音波周波数を監視し、超音波周波数が所定範囲から外れた場合に、超音波周波数が所定範囲内になるように周波数調節部７ｃを制御する。すなわち、周波数制御部７ｄは、ホーン５０ｂの振動周波数を監視および制御する。

圧力制御部７ｅは、エアシリンダ部５２を制御することにより、ホーン５０ｂが筒状フィルムＦｃおよびアンビル５１を押す圧力を、搬送機構１４による筒状フィルムＦｃの搬送速度に応じて変化させる。より具体的には、圧力制御部７ｅは、搬送機構１４による筒状フィルムＦｃの搬送速度が速ければ速いほど、ホーン５０ｂが筒状フィルムＦｃおよびアンビル５１を押す圧力を大きくする。

（４）製袋包装機の動作
（４−１）全体的な動作
最初に、製袋包装機１が被包装物Ｃを袋Ｂに密封する動作の概略について説明する。フィルム供給ユニット４から製袋包装ユニット３に供給されたフィルムＦは、チューブ１３ａに巻き付けられて筒状に成形され、搬送機構１４によって下方に搬送される。チューブ１３ａに巻き付けられた筒状フィルムＦｃは、上下方向に延びる両端部が重ね合わせられている。筒状フィルムＦｃの重なり部分は、縦シール機構１５によって縦方向にシールされる。

縦シールされた筒状フィルムＦｃは、チューブ１３ａから抜けて、横シール機構１６まで下方に搬送される。横シール機構１６は、一対のシールジョー６０，６０によって、筒状フィルムＦｃを挟み込んで横シールする。このとき、筒状フィルムＦｃの横シールされた部分の下方では、被包装物Ｃが封入された袋Ｂが形成されている。一方、筒状フィルムＦｃの横シールされた部分の上方では、組合せ計量ユニット２によって計量された被包装物Ｃがチューブ１３ａ内を落下して、筒状フィルムＦｃの中に投入される。

また、筒状フィルムＦｃが横シールされるタイミングに合わせて、一対のシールジョー６０，６０の一方に内蔵されているカッター（図示せず）によって、筒状フィルムＦｃの横シールされた部分が横方向に切断される。これにより、被包装物Ｃが封入された袋Ｂは、後続の筒状フィルムＦｃから切り離される。

以上のようにして、被包装物Ｃが封入された袋Ｂは、連続的に製造される。製造された袋Ｂは、その後、ベルトコンベア（図示せず）等によって、厚みチェッカーおよび重さチェッカー等の装置に移送される。

（４−２）制御ユニットの動作
制御ユニット７は、筒状フィルムＦｃの重なり部分にホーン５０ｂから伝播された超音波による振動の周波数である超音波周波数が所定範囲から外れた場合に、超音波周波数が所定範囲内になるように縦シール機構１５を制御する。所定範囲とは、筒状フィルムＦｃの重なり部分が適切に縦シールされる超音波周波数の範囲である。具体的には、所定範囲とは、袋Ｂの縦シール部位Ｖ１が過度に溶着されておらず、縦シール部位Ｖ１全体の溶着強度が安定しており、そのために縦シール部位Ｖ１の美観および品質が良好となるような、超音波周波数の数値範囲である。

図１０（ａ），（ｂ）は、ホーン５０ｂの表面温度、および、ホーン５０ｂの振動周波数（超音波周波数）の時間変化を模式的に表すグラフである。図１０（ａ）は、ホーン５０ｂの表面温度の時間変化の一例を表す。図１０（ｂ）は、ホーン５０ｂの振動周波数の時間変化の一例を表す。図１０（ａ），（ｂ）は、共通の時間軸（横軸）を有する。図１０（ａ），（ｂ）において、時刻ｔ１は、製袋包装機１が稼動してホーン５０ｂが振動し始めた時刻である。時刻ｔ２は、後述するように、周波数制御部７ｄがホーン５０ｂの振動周波数を上昇させる制御を行った時刻である。

図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、ホーン５０ｂの表面温度と、ホーン５０ｂの振動周波数との間には、負の相関関係がある。すなわち、ホーン５０ｂの表面温度が上昇すると、ホーン５０ｂの振動周波数は下降し、ホーン５０ｂの表面温度が下降すると、ホーン５０ｂの振動周波数は上昇する。なお、ホーン５０ｂの表面温度は、非接触温度センサ等を用いて測定することができる。

図１０（ｂ）には、ホーン５０ｂの振動周波数（超音波周波数）の所定範囲Ｒ１が示されている。所定範囲Ｒ１は、超音波周波数の所定の下限値ＬＦから所定の上限値ＨＦまでの範囲である。所定範囲Ｒ１は、上述の超音波周波数の所定範囲と等しい。制御ユニット７の周波数制御部７ｄは、製袋包装機１の運転中において、ホーン５０ｂの振動周波数が上限値ＨＦを超えそうな場合に、ホーン５０ｂの振動周波数を低下させる制御を行う。また、制御ユニット７の周波数制御部７ｄは、製袋包装機１の運転中において、ホーン５０ｂの振動周波数が下限値ＬＦを下回りそうな場合に、ホーン５０ｂの振動周波数を上昇させる制御を行う。これにより、周波数制御部７ｄは、製袋包装機１の運転中において、ホーン５０ｂの振動周波数を所定範囲Ｒ１に維持することができる。

（５）特徴
製袋包装機１は、筒状フィルムＦｃの両端部の重なり部分を縦方向に超音波シールする際に、ホーン５０ｂから重なり部分に伝播される超音波による振動の周波数である超音波周波数が所定範囲内となるように、縦シール機構１５を制御する。

製袋包装機１の制御ユニット７は、縦シール機構１５を制御して、振動体５０の圧電素子５０ａが発生させた超音波を、ホーン５０ｂを介して筒状フィルムＦｃに伝播させる。製袋包装機１の運転中、ホーン５０ｂは、圧電素子５０ａから超音波を受けて常に振動しているため、ホーン５０ｂの表面温度は徐々に上昇する。その結果、図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、製袋包装機１の運転中、ホーン５０ｂの振動周波数、すなわち、超音波周波数は、徐々に低下する傾向にある。

製袋包装機１の制御ユニット７は、ホーン５０ｂの振動周波数を監視および調節することで、ホーン５０ｂから筒状フィルムＦｃに伝播される超音波による振動の周波数である超音波周波数が常に所定範囲内となるように、縦シール機構１５を制御する。ホーン５０ｂの振動周波数が低下すると、ホーン５０ｂの振幅が上昇する。そのため、ホーン５０ｂとアンビル５１とによって挟み込まれる筒状フィルムＦｃに、ホーン５０ｂの振動によって与えられるエネルギーが増加する。その結果、筒状フィルムＦｃの重なり部分の溶着強度が上昇する。これにより、筒状フィルムＦｃの重なり部分が過度に溶着されたり、筒状フィルムＦｃの重なり部分全体の溶着強度にバラつきが生じたりして、袋Ｂの縦シール部位Ｖ１の美観および品質が悪影響を受けるおそれがある。

製袋包装機１の縦シール機構１５は、製袋包装機１の運転中において、ホーン５０ｂの振動周波数を所定範囲Ｒ１に維持することができる。そのため、製袋包装機１は、ホーン５０ｂとアンビル５１とによって挟み込まれる筒状フィルムＦｃに与えられるエネルギーが運転中に過度に増加することを抑制することができる。従って、製袋包装機１は、筒状フィルムＦｃから成形される袋Ｂの縦シール部位Ｖ１の美観および品質を安定化することができる。

（６）変形例
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（６−１）変形例Ａ
実施形態では、製袋包装機１の制御ユニット７は、ホーン５０ｂの振動周波数を監視および調節することで、超音波周波数が常に所定範囲内となるように、縦シール機構１５を制御する。縦シール機構１５は、超音波周波数が常に所定範囲内となるようにホーン５０ｂを冷却するホーン冷却機構６０をさらに有してもよい。

図１１は、ホーン冷却機構６０の概略構成図である。ホーン冷却機構６０は、主として、気体吹き付け管６１と、気体供給源６３とを備える。気体吹き付け管６１は、ホーン５０ｂの近傍において、ホーン５０ｂの表面から離れた状態で配置されている。気体吹き付け管６１は、ホーン５０ｂの長手方向に沿って配置される。気体吹き付け管６１は、ホーン５０ｂの表面に対向する位置に形成される複数の噴出孔６１ａを有している。

気体供給源６３は、気体吹き付け管６１内に、空気等の冷却用気体を供給する。これにより、気体吹き付け管６１の噴出孔６１ａから冷却用気体が噴出して、ホーン５０ｂの表面に冷却用気体が吹き付けられる。その結果、冷却用気体によるホーン５０ｂが冷却されて、ホーン５０ｂの表面温度が低下する。

本変形例では、製袋包装機１の運転中に、ホーン５０ｂの表面温度が徐々に上昇して、ホーン５０ｂの振動周波数が所定範囲Ｒ１の下限値ＬＦ（図１０（ｂ）参照）を下回りそうになっても、ホーン冷却機構６０がホーン５０ｂの表面温度を低下させることで、ホーン５０ｂの振動周波数が所定範囲Ｒ１内に維持される。このように、ホーン冷却機構６０は、ホーン５０ｂに冷却用気体を吹き付けることで、筒状フィルムＦｃに伝播される超音波による振動の周波数を調節することができる。従って、ホーン冷却機構６０を備える製袋包装機１は、超音波周波数を容易に調節することができる。

（６−２）変形例Ｂ
実施形態では、製袋包装機１の制御ユニット７は、超音波振動部７ａによって筒状フィルムＦｃの重なり部分に伝播された超音波による振動の周波数である超音波周波数を調節する周波数調節部７ｃを有する。しかし、周波数調節部７ｃは、周波数設定部を有してもよい。周波数設定部は、製袋包装機１の利用者が超音波周波数を設定するための機能を実現するプログラムである。例えば、周波数設定部は、液晶ディスプレイ６に超音波周波数を設定するためのインターフェイスを表示させ、製袋包装機１の利用者に操作スイッチ５等を用いて所望の超音波周波数を入力させる。周波数調節部７ｃは、利用者の入力に基づいて超音波周波数を調節する。周波数設定部は、利用者が入力した超音波周波数が所定範囲内にない場合に、その旨を利用者に通知する機能を有してもよい。

本変形例では、製袋包装機１の利用者は、超音波周波数が所定範囲内となるように超音波周波数を設定することができる。従って、製袋包装機１は、超音波周波数を容易に調節することができる。

（６−３）変形例Ｃ
実施形態では、製袋包装機１の制御ユニット７は、超音波振動部７ａによって筒状フィルムＦｃの重なり部分に伝播された超音波による振動の周波数である超音波周波数を調節する周波数調節部７ｃを有する。しかし、周波数調節部７ｃは、振幅設定部を有してもよい。振幅設定部は、製袋包装機１の利用者が超音波振幅を設定するための機能を実現するプログラムである。超音波振幅は、圧電素子５０ａから超音波を受けて振動しているホーン５０ｂの振幅である。例えば、振幅設定部は、液晶ディスプレイ６に超音波振幅を設定するためのインターフェイスを表示させ、製袋包装機１の利用者に操作スイッチ５等を用いて所望の超音波振幅を入力させる。周波数調節部７ｃは、利用者の入力に基づいて超音波振幅を調節する。振幅設定部は、利用者が入力した超音波振幅に基づく超音波周波数が所定範囲内にない場合に、その旨を利用者に通知する機能を有してもよい。

本変形例では、製袋包装機１の利用者は、超音波周波数が所定範囲内となるように超音波振幅を設定することができる。従って、製袋包装機１は、超音波周波数を容易に調節することができる。

１ 製袋包装機
７ 制御ユニット（制御部）
７ａ 超音波振動部
７ｂ 周波数取得部
７ｃ 周波数調節部
７ｄ 周波数制御部
１３ 成形機構（成形部）
１５ 縦シール機構（縦シール部）
５０ 振動体
６０ ホーン冷却機構（冷却部）
Ｆ フィルム（包材）
Ｆｃ 筒状フィルム（チューブ状の包材）

特開２００９−２８０２５８号公報

Claims (5)

1. シート状の包材を、両端部が重なるようにチューブ状に成形する成形部と、
   前記成形部によってチューブ状に成形された前記包材の前記両端部の重なり部分を縦方向に超音波シールする縦シール部と、
   前記縦シール部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記重なり部分に超音波振動を与える超音波振動部と、
   前記超音波振動の周波数である超音波周波数を取得する周波数取得部と、
   前記超音波周波数を調節する周波数調節部と、
   前記周波数取得部が取得した前記超音波周波数を監視し、前記超音波周波数が所定範囲から外れた場合に、前記超音波周波数が前記所定範囲内になるように前記周波数調節部を制御する周波数制御部と、
   を有する、
   製袋包装機。
2. 前記縦シール部は、前記重なり部分に与えられる前記超音波振動を発生させる振動体を有し、
   前記周波数調節部は、前記振動体を冷却する冷却部を有する、
   請求項１に記載の製袋包装機。
3. 前記冷却部は、前記振動体に気体を吹き付けて、前記振動体を冷却する、
   請求項２に記載の製袋包装機。
4. 前記周波数調節部は、前記超音波周波数を設定するための周波数設定部を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の製袋包装機。
5. 前記周波数調節部は、前記超音波振動の振幅を設定するための振幅設定部を有する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の製袋包装機。

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