(57)【要約】【課題】包装体のシールが正常に行われているか否かを判別できるシール装置を提供する。【解決手段】パウチ１００の開口部１０１ａを一対のシールヘッド２Ａ、２Ｂにより挟み込んで加熱し、シールするシール装置１において、一対のシールヘッド２Ａ、２Ｂ間の距離を検出するセンサ１０と、一対のシールヘッド２Ａ、２Ｂにてパウチ１００を挟み込んでシールを進行させている間の一対のシールヘッド２Ａ、２Ｂ間の距離の変化をセンサ１０により監視し、その監視結果に基づいてパウチ１００のシールの異常の有無を判別する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
包装体の開口部を一対のシールヘッドにより挟み込んで加熱し、シールするシール装置において、
前記一対のシールヘッド間の距離を検出する検出手段と、
前記一対のシールヘッドにて前記包装体を挟み込んでシールを進行させている間の前記一対のシールヘッド間の距離の変化を前記検出手段により監視し、その監視結果に基づいて前記包装体のシールの異常の有無を判別する判別手段と、
を備えることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記一対のシールヘッドのうち一方のシールヘッドに対して他方のシールヘッドに向かう力を付与するばね手段と、
前記一対のシールヘッドのうち他方のシールヘッドを前記一方のシールヘッドに対して接近及び離間するように駆動する駆動手段と、を備え、
前記判別手段は、前記他方のシールヘッドを一定位置に保持しつつ前記シールヘッド間に前記包装体の開口部を挟み込んでいる間の前記距離の変化を監視することを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記一対のシールヘッド間の距離を前記一方のシールヘッドの変位量に置き換えて検出することを特徴とする請求項２に記載のシール装置。
【請求項４】
前記判別手段は、前記開口部の内面に設けられた溶着層の軟化に伴う前記一対のシールヘッド間の距離の変化を監視することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール装置。
【請求項５】
包装体の開口部を一対のシールヘッドにより挟み込んで加熱し、シールする際の異常の有無を判別するシール管理方法において、
前記一対のシールヘッドにて前記包装体を挟み込んでシールを進行させている間の前記一対のシールヘッド間の距離の変化を監視し、その監視結果に基づいて前記包装体のシールの異常の有無を判別することを特徴とするシール管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、包装体の開口部を一対のシールヘッドにより挟み込んで加熱し、シールするシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
包装体のシールの品質管理は、シールヘッドの温度、シールヘッドにより包装体を挟み込む圧力、その挟み込む時間を管理、計測することにより行われている。
【０００３】
また、シール後に包装体を撮像した画像に基づいて、包装体の開口部内側の溶着層の溶け出し量が適正か否かを判定し、シールの異常を検出する技術（特許文献１）、シール後に包装体を撮像した画像に基づいて、スパウトの傾きが適正か否かを判定し、シールの異常を検出する技術（特許文献２）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３１５７１８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２６００２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、温度、圧力、時間の管理だけでは、誤って２枚以上の包装体を重ね取った状態でシールが行われた場合、包装体とシールヘッドとの間に異物があった場合にこれを検出できない。また、シール品質に影響を及ぼすほど温度、圧力、又は時間が変化しているにも拘らずその変化を見逃せば、不完全なシールが継続的に繰り返される。
【０００６】
そこで、本発明は、従来の温度、圧力、時間の管理とは異なる手段によりシールが正常に行われているか否かを判別できるシール装置及びシール管理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【０００８】
本発明のシール装置は、包装体（１０１）の開口部（１０１ａ）を一対のシールヘッド（２Ａ、２Ｂ）により挟み込んで加熱し、シールするシール装置（１）において、前記一対のシールヘッド間の距離を検出する検出手段（１０）と、前記一対のシールヘッドにて前記包装体を挟み込んでシールを進行させている間の前記一対のシールヘッド間の距離の変化を前記検出手段により監視し、その監視結果に基づいて前記包装体のシールの異常の有無を判別する判別手段（１３）とを備えることにより、上述した課題を解決する。
【０００９】
本発明のシール装置では、加熱を利用したいわゆるヒートシールによって開口部が閉じられるが、そのシール時には開口部の内面側が加熱によって軟化又は溶融し、シールの進行に伴ってシールヘッド間の距離が徐々に減少する。しかし、シールヘッド間に異物が噛み込まれたり、２枚以上の包装体を重ねたままシールが行われた場合にはシールヘッド間の距離の減少量が変化し、シールヘッド間の距離の監視結果にその影響が現れる。従って、本発明によればシールが正常に行われているか否かを判別することができる。
【００１０】
しかも、シールの進行に伴う距離の変化量は小さく（例えば数十μｍ程度の場合もある）、その変化に着目して異常判別を行うためには必然的により微小な分解能（例えば数μｍ程度の分解能）で距離のずれを判別することになる。従って、微小な異物の噛み込みを精度よく検出できる。
【００１１】
なお、本発明において、検出手段は、シールヘッド間の距離そのものを検出してもよいし、シールヘッド間の距離に相関して変化する距離又は位置を検出することにより、いわば間接的にシールヘッド間の距離を検出してもよい。例えば、一対のシールヘッドのうち、一方のシールヘッドが固定されている場合には、他方のシールヘッドの位置の変化がシールヘッド間の距離の変化と相関するので、一対のシールヘッド間の距離を、他方のシールヘッドの位置の変化（変位）に置き換えて検出手段で検出してもよい。距離の変化の監視は、シール中の一定期間に亘って連続的に又は周期的に距離を検出することによって実現されてもよいし、シール中の特定の時点で距離を検出することによって実現されてもよい。例えば、シールが正常に進行するときの経過時間とシールヘッド間の距離との関係を予め調べておき、シール開始後に所定時間が経過した時点でシールヘッドの間の距離を検出して正常シール時の距離と比較することにより、距離の変化を監視してもよい。つまり、距離の変化の監視は、シールヘッド間の距離の変化が正常か否かを判別し得る限り、様々な態様でこれを実施することができる。シールの異常の有無は、距離の変化量、変化率、距離の変化の経過（パターン）、距離の絶対値等を単独で、又は組み合わせて判別してよい。
【００１２】
本発明のシール装置は、前記一対のシールヘッドのうち一方のシールヘッド（２Ａ）に対して他方のシールヘッド（２Ｂ）に向かう力を付与するばね手段（４ｂ）と、前記一対のシールヘッドのうち他方のシールヘッドを前記一方のシールヘッドに対して接近及び離間するように駆動する駆動手段（５）とを備え、前記判別手段は、前記他方のシールヘッドを一定位置に保持しつつ前記シールヘッド間に前記包装体の開口部を挟み込んでいる間の前記距離の変化を監視してもよい。この場合、シールヘッドにて包装体を挟み込んだ状態で他方のシールヘッドを一定位置に保持しているので、シールの進行に伴って一方のシールヘッドがばね手段に押されて他方のシールヘッドに近付くようになる。従って、一方のシールヘッドの動作を監視すればシールの進行状況が把握できる。
【００１３】
そして、一方のシールヘッドをばね手段にて押し込む場合において、前記検出手段は、前記一対のシールヘッド間の距離を前記一方のシールヘッドの変位量に置き換えて検出した場合には、他方のシールヘッドの動作に拘わりなく、シールヘッド間に包装体が挟まれた後のシールヘッド間の距離の変化を取得することができる。
【００１４】
本発明のシール装置において、前記判別手段は、前記開口部の内面に設けられた溶着層の軟化に伴う前記一対のシールヘッド間の距離の変化を監視することが好ましい。溶着層の軟化に伴う距離の変化を監視すればシールが正常に進行しているか否かを判別できる。ここで溶着層とは、開口部の内面に形成され、加熱によって軟化又は溶融して開口部の密封に寄与する部分を意味する。例えば包装体が熱可塑性の樹脂にてコートされた素材で構成されている場合、開口部の内面の樹脂コート層が溶着層として機能する。
【００１５】
次に、本発明のシール管理方法は、包装体（１０１）の開口部（１０１ａ）を一対のシールヘッド（２Ａ、２Ｂ）により挟み込んで加熱し、シールする際の異常の有無を判別するシール管理方法であって、前記一対のシールヘッドにて前記包装体を挟み込んでシールを進行させている間の前記一対のシールヘッド間の距離の変化を監視し、その監視結果に基づいて前記包装体のシールの異常の有無を判別するものである。
【００１６】
このような管理方法によれば、上述したシール装置と同様の理由により、シールが正常に進行しているか否かを高精度に判別することができる。なお、本発明のシール管理方法においても、上述したシール装置と同様にシールヘッド間の距離の変化を、一方のシールヘッドの変位量に置き換えて検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係るシール装置１を示す図である。シール装置１は、包装体としてのスパウト付きパウチ１００を一対のシールヘッド２Ａ、２Ｂにより挟み込んで加熱し、シールするものである。スパウト付きパウチ１００は、パウチ本体１０１と、パウチ本体１０１の開口部１０１ａに挿入されたスパウト１０２とを有し、シール装置１によって開口部１０１ａがシールされる。パウチ本体１００は例えば表裏に樹脂層がコートされたアルミニウム箔が積層されたラミネートフィルムを貼り合わせて形成されており、その厚さは１００〜１５０μｍ程度である。
【００１８】
シール装置１は、逆Ｕ字状の支持部材３と、支持部材３に支持される保持機構４とを備えている。図３にも示したように、保持機構４は、軸部４ａと、軸部４ａの周りに取り付けられたコイルばね４ｂとを有している。軸部４ａは、左右にスライド可能に支持部材３に取り付けられている。軸部４ａの右側にはシールヘッド２Ａが取り付けられている。コイルばね４ｂは支持部材３とシールヘッド２Ａとの間に設けられている。
【００１９】
シール装置１は、シールヘッド２Ｂを左右に駆動するための駆動装置５を備えている。駆動装置５は、不図示の装置フレームに固定されてほぼ水平方向に延びるレール６と、レール６の長手方向にスライド可能に取り付けられた可動部材７と、可動部材７と支持部材３の先端部３ｄとの間に設けられたリンク機構８と、装置フレームに支持された空圧シリンダー９とを備えている。支持部材３はそのコーナ部３ｂ、３ｃにて可動部材１５ａ、１５ｂを介してレール６に取り付けられることにより、レール６の長手方向に移動可能である。可動部材７にはシールヘッド２Ｂが取り付けられている。リンク機構８は、互いに回動可能に連結された２本のリンク部材８ａ、８ｂとを有している。リンク部材８ａ、８ｂはそれぞれピン１６ａ、１６ｂを介して可動部材７、支持部３に回動可能に取り付けられている。空圧シリンダー９のピストンロッド９ａはリンク部材８ａ、８ｂとピン９ｂを介して回動可能に連結されている。従って、ピストンロッド９ａが上下に駆動されることにより、リンク機構８を介して支持部材３及び可動部材７がレール６の長手方向に互いに逆向きに駆動されてシールヘッド２Ａ、２Ｂが開閉する。
【００２０】
シール装置１は、支持部材３の垂直部３ａに取り付けられた検出手段としての変位センサ１０と、シールヘッド２Ａに取り付けられた測定用部材１１と、空圧回路１２を介して空圧シリンダ９の動作を制御するとともに、変位センサ１０からの信号に基づいてシールの異常の有無を判別する制御装置１３とを備えている。変位センサ１０は、測定用部材１１までの距離に応じた信号を制御装置１３に出力する。例えば変位センサ１０には、距離に比例して出力電圧が変化するものが使用される。
【００２１】
シール装置１の動作状態を図２〜図４を参照して説明する。図２は、制御装置１３が実行するシール処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、パウチ１００がシールヘッド２Ａ、２Ｂの間に搬送されたときに開始される。
【００２２】
シール装置１の稼働中において、シールヘッド２Ａ、２Ｂは所定のシール温度に加熱されている。制御装置３はパウチ１００の搬入を検出すると、空圧シリンダ９を動作させてピストンロッド９ａを上方に移動させることにより、シールヘッド２Ａ、２Ｂを互いに接近する方向に駆動して両者を所定の閉位置まで移動させる（ステップＳ１）。閉位置はシールヘッド２Ａ、２Ｂにより開口部１０１ａを挟み込んで加圧する位置であり、例えば、パウチ１００の厚さやシールに必要な圧力等に応じて適宜に設定される。シールヘッド２Ａ、２Ｂが閉位置まで移動して両者の間にパウチ１００が挟み込まれると、シールヘッド２Ａはパウチ１００を介してシールヘッド２Ｂにより押し込まれ、図３（ａ）に示すシール開始前の位置から、図３（ｂ）に示すシール開始時の位置まで一旦後退する。
【００２３】
次に、制御装置１３は、所定の加熱時間が終了するまで空圧シリンダ９を定位置に保持してシールヘッド２Ｂを閉位置に維持する（ステップＳ２、Ｓ３）。このときの加熱時間は、例えばシールヘッド２Ａ、２Ｂの温度やシールに必要な熱量等に応じて適宜に設定される。シールヘッド２Ｂが閉位置に維持されている間、パウチ本体１０１の開口部１０１ａの内面にコートされた樹脂層（溶着層）がシールヘッド２Ａ、２Ｂからの熱で徐々に軟化（溶融）してシールが進行する。溶着層の軟化に伴ってシールヘッド２Ａはコイルばね４ｂの力でシールヘッド２Ｂ側に徐々に接近する。従って、図４の曲線Ｌ１又は曲線Ｌ２で示すように、シールヘッド２Ａ、２Ｂ間の距離は時間の経過に伴い次第に減少する。シールヘッド２Ｂは一定の位置に保持されているため、シールヘッド２Ａ、２Ｂ間の距離の変化はシールヘッド２Ａの位置の変化に置き換えられて変位センサ１０により検出される。
【００２４】
制御装置１３は、加熱時間が終了したと判定すると、変位センサ１０の検出した距離が適正な範囲内か否か判定する（ステップＳ４）。このときのシールヘッド２Ａの位置は、図３（ｃ）に示すようにシール開始時（図３（ｂ））よりもシールヘッド２Ｂ側に偏っている。変位センサ１０の検出距離に対する適正範囲は実験的に求めておくことができる。シール温度や圧力に応じて適正範囲を変えてもよい。
【００２５】
変位センサ１０の検出距離が適正範囲内ではないと判定した場合は、異常発生の有無を判別するための情報（異常フラグ）を、異常発生に対応した状態に設定する（ステップＳ５）。その後、制御装置１３は空圧シリンダ９のピストンロッド９ａを下降させてシールヘッド２Ａ、２Ｂを開放し（ステップＳ６）、その後に図２の処理を終了する。
【００２６】
ステップＳ５で設定された異常フラグはシール処理の後の工程において適宜に参照される。例えば、シール装置１からのパウチ１００の搬出時に、異常フラグの有無に基づいてパウチ１００を正常品と異常品とに区分してもよい。ステップＳ４にて、変位センサ１０の検出した距離が適正な範囲内と判定した場合は、ステップＳ５をスキップしてシールヘッド２Ａ、２Ｂを開放し（ステップＳ６）、その後に図２の処理を終了する。なお、図２の処理を実行することにより制御装置１３は判別手段として機能する。
【００２７】
以上のシール装置１において、パウチ１００の開口部１０１ａに異物が噛みこまれればシールヘッド２Ａ、２Ｂ間の距離は正常時の距離よりも大きくなる。シール装置１では、シールヘッド２Ａ、２Ｂ間にパウチ１００を挟み込んでシールを進行させている間のシールヘッド２Ａ、２Ｂ間の距離の変化を利用して異常の有無を判別しているので、パウチ１００の開口部１０１ａへ異物が噛み込まれたり、パウチ本体１０１が２枚以上重ね取りされた状態でシールヘッド２Ａ、２Ｂの間に搬送された場合に、それらをシール異常として判別することができる。また、シールヘッド２Ａ、２Ｂがパウチ１００の開口部１０１ａに対して食い込み過ぎてシール部分に何らかの欠陥が生じている場合にもこれを検出することができる。さらに、シールヘッド２Ａ、２Ｂの温度、圧力、シール時間の変化が見過ごされたとしてもシールの異常を検出できる。
【００２８】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想と実質的に同一である限り、種々の形態で実施してよい。例えば、ステップＳ４の判定時期はシール終了時に限らずシールの途中の適宜な時期に設定してもよい。シールの進行中にステップＳ４の判定を繰り返し実行し、変化量、変化率、変化のパターン等を特定して異常の有無を判別してもよい。
【００２９】
検出手段にはシールヘッド２Ａ、２Ｂ間の距離の変化を検出できる限り各種のものを使用してよいが、好適には光学式センサや渦電流式の距離センサを使用することができる。パウチ１００の素材のフィルム厚さが数十μｍ〜数百μｍ程度であるとすれば、異常の有無の検出にはμｍオーダーの分解能を有する検出手段が必要と考えられる。
【００３０】
検出手段の配置は図１の態様に限定されない。例えば、図５に示すように、シールヘッド２Ａに変位センサ１０を取り付けるとともに、測定用部材１１をシールヘッド２Ｂに取り付け、シールヘッド２Ａ、２Ｂ間の距離の変化を直接検出してもよい。
【００３１】
本発明のシール装置は、包装体のシール専用機として構成されてもよいし、内容物の充填機に組み込まれるシール装置として構成されてもよい。本発明によるシール装置及びシール管理方法は従来の温度、圧力、時間による管理装置及び方法と併用されてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のシール装置及びシール管理方法によれば、一対のシールヘッドにて包装体を挟み込んでシールを進行させている間の一対のシールヘッド間の距離の変化を監視して異常の有無を判別しているので、異物の噛み込みや複数の包装体の重ね取りのように、従来の温度、圧力、時間の管理によっては特定し得ない異常の有無を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシール装置を示す図。
【図２】図１のシール装置の制御装置が実行するシール処理の手順を示すフローチャート。
【図３】図１のシール装置のシールヘッドの位置の変化を示す図。
【図４】図１のシール装置のシールヘッド間の距離の変化を示す図。
【図５】図１の変位センサの取り付け位置の変形例を示す図。
【符号の説明】
１  シール装置
２Ａ  シールヘッド
２Ｂ  シールヘッド
４  保持機構
５  駆動装置
１０  変位センサ
１１  測定用部材
１３  制御装置
【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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