特集●包装機械・検査装置

超音波式ヒートシール検査機「ULTRASONICAⓇ」について
ヤマハファインテック株式会社
主事 佐藤優典 ・ 主事 奈

Y. Sato良晃

A. NaraFA 事業部

FA 事業企画部

寛 ・ 部長 林高廣T. Hayashi“ULTRASONICAⓇ”：the Ultrasonic Heat Seal Tester
In recent years, the automation of heat-seal testing for packaging bags in food productionlines has garnered significant attention. This interest stems from two primary factors ：the declining workforce due to a decrease in the working-age population and the escalating risk of brand damage caused by quality complaints. We have introduced the“ULTRASONICAⓇ”UE-02 heat seal tester, featuring our proprietary aerial ultrasonic camera technology. This innovation serves as the cornerstone of our fully automatedsolution for heat-seal inspections. In this paper, we explain the measurement principlesof the UE-02 and establish a clear correlation between jamming in the heat-sealed area,
as revealed through ultrasonic transmission imaging, and the heat-seal strength. In thesamples exhibiting wrinkles and flour biting, an uneven sealed state was identified
through ultrasonic transmission images. Additionally, in a sample with curry jamming,
an irregular sealed state was observed in the ultrasonic transmission image immediately
after heat sealing, attributed to the evaporation of water present in the curry. These
defective samples consistently exhibited lower heat-seal strength compared to satisfactory samples, highlighting the effectiveness of heat-seal testing using in-air ultrasound.

はじめに内部検査，画像検査，ロボット活用など自動

近年，労働人口の減少に伴う作業者不足の化ソリューションが存在するが，ヒートシー深刻化と，品質クレームによるブランド毀損ル検査が原因となり無人化が実現できていなリスクの高まりに起因し，食品製造ラインにい。

おける製袋包装のヒートシール検査自動化にこのような社会課題を解決すべく当社で注目が集まっている。現状のヒートシール検は，自社が保有する音響信号処理技術を適用

査においては，最適な検査方法がなく依然作した超音波式ヒートシール検査機「ULTRA

業者による破袋検査（作業者による加圧・破壊SONICAⓇ」UE－02を製品化し，ヒートシール検査）を全数または抜き取りで実施している。

検査の全数完全自動化ソリューションを提案

一般的に充填・包装後の工程では，ヒートシーしている。本稿では，UE－02を用いたヒートル検査，異物検査，印字検査等を経てパレッ

シール不良の検出例について紹介していく。

トへの整列工程が続く。これら工程では X 線― 12 ―

包装技術

令和６年６月号（436）

１．装置の概要
1.1

測定原理

超音波は異なる材料の界面で反射・透過する性質があり，超音波を測定対象物に送信し，その透過波や反射波を計測することで材料内部の気泡や異物を検出することができる。この際，界面を形成する二つの物質の固有音響インピーダンスが大きく異なるほど透過率は低下する。

図２ 超 音波式ヒートシールテスター「ULTRASONICAⓇ」UE－02の外観写真

ヒートシール部の典型的な欠陥として，空気や水蒸気を含んだ異物の噛みこみが挙げら

２．サンプルの測定例れる。固体である包材の構成材料と比較し，ここでは，各種ヒートシールサンプルの超これらの気体は固有音響インピーダンスが小

音波画像測定とヒートシール強さを測定した

さく，このような欠陥部を透過した超音波の事例を紹介する。包材としてアルミパウチ（福信号強度は正常部に比較して低下する（図助工業株式会社製レトルトパウチ N タイプ１）。本現象をもとに欠陥の位置や大きさを特22）とナイロンパウチ（福助工業株式会社製ナ定し，良品，不良品の判定を行うことができイロンポリ新 L タイプ規格袋る。

20））を使用し，これらを PACRAFT 株式会

1.2

製品の特長

15－No.７B４（15－社製ロータリー式充填機 TT－12C を用いて今回製品化した UE－02の外観を 図２ に示

ヒートシールサンプルを作製した。

す。本製品は，空気を媒質としている点と，サンプル評価に関しては，ヒートシール直新開発の20チャンネルのアレイセンサーを有後，及び冷却シール後におけるUE－02を用いしている点を特徴としている。このため製品たヒートシール状態の撮像と JIS Z 0238：を水没，汚染することなくラインスキャンで1998に基づくヒートシール強さの計測を実施瞬時に撮像することができ，食品製造ラインした。

における全自動での全数検査を可能としてい⑴る。

アルミパウチ包材
今回作製したヒートシールサンプルは以下の４種で，各々の外観写真を図３に示す。
・良品） 通常条件にて作製・シワ） 縦に二重に折りシワを作り作製
・小麦粉の噛みこみ）小麦粉10mg を入れて作製
・カレーの噛みこみ）カレー20µLを入れて作製
なお，図中の青枠は超音波画像測定範囲を
図１ 超音波透過強度の違い（437）示している。
JPI Journal Vol.62 No.6

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図４ではヒートシール強さ計測により得られた各種サンプルの破断強度を示してある。
良品と比較し，不良加工したサンプ
ルは破断強度が大幅に低いことが確認され，包材の気密性不十分や，内容物の漏出が危惧される。
UE－02を用いて計測した超音波の透過画像は図５，図６に示すとおりであ青枠は図５，図６との位置の対応を表す

る。なお，図５ はヒートシール直後，図３ 作製したアルミパウチサンプル

図６は冷却シール後で十分に冷却 さ れ た 状 態 の 結 果 で あ る。
ヒートシール直後，冷却後ともに良品ではシール部分の透過強度が一様に強く，シワ，小麦粉の噛みこみサンプルでは超音波の透過強度が弱い領域が確認され た。こ れ ら 不 良 サ ン プ ル はヒートシール部の破断強度も低く，小麦粉やシワなどの不良部位に起因してヒートシール時の図４ アルミパウチサンプルの破断強度（平均値±標準偏差，N＝５）

熱と圧力が不均一になったものと考えられる。
図５⒟，図６⒟ ではカレーの噛みこみサンプルの測定結
果 を 示 し て い る。本 例 で はヒートシール直後にはカレーに起因した透過強度の弱い領
図５ アルミパウチの検査結果（ヒートシール直後）

域が存在するが，冷却後には弱い領域が確認されていな
い。この現象は，ヒートシー
ル時の加熱によってカレーの水分が蒸気となり観察されたものが，冷却シール時の押圧により外部に押し出され，均質な超音波像として観察され

図６ アルミパウチの検査結果（冷却シール後）― 14 ―

包装技術

令和６年６月号（438）

青枠は図８，図９との位置の対応を表す

図７ 作製したナイロンパウチサンプル

され，小麦粉が存在しない領域では良好なシール状態が確認された。このことからナイロンパウチがアルミパウチに比較して柔軟な材質となっており，シールの追従性が高いことが示唆される。

図８ ナイロンパウチの検査結果（ヒートシール直後）

まとめ
本 稿 で は，「ULTRASONICAⓇ」UE－02の測定原理を説明し，超音波透過画像によるヒートシール部での噛みこみの状態とヒートシール強さ試験により得られた破断強度

図９ ナイロンパウチの検査結果（冷却シール後）との関係を明らかにしたものと考えられる。一方で破断強度が良品た。当社では，ヒートシール検査の全数完全に比較して弱いことから残った固形分により自動化を実現すべく，引張強度に代表されるヒートシール状態としては弱溶着の状態にあ

現在のヒートシール品質管理手法とUE－02にると考えられる。

よる測定結果との相関を調査していく。

⑵

ナイロンパウチ包材

そのうえで，超音波という手法のみにとら

図７～図９にはナイロンパウチ包材を利用

われることなく充填機メーカーや X 線，画像したサンプルの外観写真と超音波画像を示し検査等の検査機メーカーと協力し，一つのてある。良品，カレーの噛みこみに関してはチームとして包装検査工程の完全自動化を目

アルミパウチと同様の結果を示しているが，指していく。これにより，次世代の労働環境

小麦粉の噛みこみに関してはアルミパウチとの構築に貢献していきたい。

異なり，小麦粉の噛みこみ部位で欠陥が観察（439）

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