JP2001097318A - 超音波シール装置 - Google Patents
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- B29C66/81423—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave being concave
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Abstract
樹脂とともにシール帯域から積極的に排出することがで
き、かつ接液側に流出した溶融樹脂の厚みと幅を制御す
ることにより、波打った溶融樹脂ビードの形成を防止す
ることができる、優れたシール性を有する超音波シール
装置を提供すること。 【解決手段】 熱可塑性樹脂層を含む積層体からなる包
材をチューブ状とし、該チューブ状の包材を液面下に横
断状に超音波シールする装置において、細長くかつ平坦
なシール面を有するホーンと、該ホーンのシール面と協
働して包材を押圧する対向ジョーの作用面に、シール帯
域の接液側隣接領域に溶融樹脂溜まりを形成し得る溝を
設ける。また、対向ジョーの作用面に、シール帯域の切
断側隣接領域に溶融樹脂溜まりを形成し得る溝や、溶融
樹脂をシール帯域から切断側に流出し得る傾斜を設ける
ことが好ましい。
Description
紙容器入り液体飲料等を製造するための充填包装機にお
ける超音波シール装置、より詳しくは、溶融熱可塑性樹
脂の流れを制御してシール性を向上させるための特定形
状の作用面を有する対向ジョーを備えた超音波シール装
置に関する。
の包装容器用の包装材料ウェブを殺菌して用いる包装機
として、図1に示す充填包装機が知られている。この充
填包装機全体の概要は、積層包装材料ウェブ1をロール
状に支持しているリワインダ2と、リワインダから順次
巻戻された板状の積層包装材料ウェブを殺菌する殺菌装
置3と、殺菌された積層包装材料ウェブの長手方向両端
部をシールし、チューブ状積層包装材料ウェブを形成す
る縦シール部4と、チューブ状に成形されたウェブ内に
流動性内容物を充填する給液管5と、内容物の充填され
たチューブをほぼ容器1個に相当する長さ分だけ下方に
送りながら、チューブ状積層包装材料ウェブの長手方向
と直交する方向に液面下で横断状にシールし、同時に断
面矩形の枕状容器6を連続的に成形する横シール装置7
と、枕状容器6の端部を折り曲げ、最終形態である直方
体状容器8に成形する容器整形装置を備えている。そし
て、上記横シール装置7は、シール装置と該シール装置
を固定するシールジョーと該シールジョーを駆動する駆
動手段から構成されている。
C.電流供給源に連結される、圧電セラミックス板を有
する圧電駆動ユニット又は磁気歪み駆動ユニットと、細
長いシール表面を備えたホーンとを有する超音波シール
装置にして、当該装置は、さらに、ホーンとともに半波
長を形成する1つまたはそれ以上の反作用体を備えてい
ることを特徴とする超音波シール装置(特開平7−22
31号公報)の他、多くの超音波シール装置が知られて
いる(特公昭62−22784号公報、特開平2−72
024号公報、特開平7−33121号公報、特開昭5
6−92046号公報、特開平6−15741号公報
等)。
のシール面と協働して積層包装材料を押圧する対向ジョ
ーの作用面の形状に特徴を有するものとしては、ホーン
とアンビルとから成る胴部のほぼ中央に重合接着部を有
する角筒状の液体容器の上下端の開口部を封着するため
の超音波シール装置において、前記ホーンの被シール部
当接面のほぼ中央に帯状の凸条を設け、アンビルの被シ
ール部当接面のほぼ中央に前記凸条と直交する凹溝を設
けて成り、該凹溝の底部は二段構造としてその段差部分
及び両端部分をテーパー状として、かつ底部中央の端部
には側方に張出した鋭角状の突出傾斜面を設けた液体容
器の超音波シール装置が知られている(実開昭63−1
47408号公報、登録実用新案第3004786
号)。
その長手方向の作用面に凸部を設け、該凸部の両側に凸
部と平行に形成された溝を有する高周波コイルを用いる
ことにより、包材の樹脂が溶融され凸部により押されて
も、溶融樹脂をシール帯域外へ流出させることなく、上
記溝内に滞留させる高周波ヒートシール装置(特開平8
−230834号公報)や、高周波ヒートシール装置に
おいて、シール帯域形成部が外側(容器内面側)にいく
にしたがって漸次遠ざかる方向に傾斜するように形成さ
れた高周波コイルを用い、液面下でのチューブの加圧時
にシール帯域から容器内側に向かって液体及び溶融樹脂
をスムーズに排除してヒートシールする高周波ヒートシ
ール装置(特開平8−244728号公報)も知られて
いる。
充填されたチューブ状包装材料を液面下、すなわち液体
が存在する状態で横断状にヒートシールする場合、ヒー
トシールを良好に行うためには、チューブを加圧及び加
熱するシール時に、チューブのシール帯域から液体をで
きる限り排除することが必要である。しかし、液体と接
触しているチューブ内面は必ずしも完全に平坦ではな
く、微細にみると、ごく僅かな凹凸を有している。そし
て、特開昭58−134744号公報、特開平5−26
9854号公報、特開平7−164523号公報、特開
平9−240607号公報や特開平8−230834号
公報に記載の高周波ヒートシール装置においては、溶融
した樹脂をシール帯域外へ流出させることなくシール帯
域内で滞留させるシール方式を採用していることから、
チューブ内面のごく僅かな凹凸に入った液体や汚れをシ
ール帯域外へ流出させることができず、シール性におい
て充分といいうるものではなかった。
に入った液体や汚れを排除するために、シール帯域内の
液体を溶融樹脂とともにシール帯域外へ流出させればよ
いことを見い出し、前記特開平8−244728号公報
に記載の発明を完成するに至ったが、このヒートシール
装置を用いる方法では、凹凸に入った液体や汚れを完全
に排除し、優れたシール性が得られるものの、容器内側
となる接液側に流出した溶融樹脂が均一にはみ出さない
ことがあり、図2に示すように、容器内側の縁部に波打
った溶融樹脂ビード9を形成し、シール工程以後の成形
機等による二次工程において、容器に圧力がかかった場
合にビード9の波の頂部10から亀裂が発生し、ごく稀
に液漏れが生じることがわかった。そして、かかる高周
波シール装置における問題は、超音波シール装置の特殊
性を考慮しても、ほぼ同様に発現すると予想された。
波シール装置との差異として、本発明者らは次のような
知見を予備実験から得た。超音波シール装置における超
音波ホーンと対向ジョーとの協働によるチュ−ブ状包装
材料の押圧において、超音波ホーンのシール面にシール
性を向上させる溝や傾斜等の形状を付加すると、付加さ
れた凹凸等により振動の均一性が保つことが困難にな
り、チュ−ブ状包装材料のシール予定部分に適切な圧力
を付与することができなくなることを見い出した。ま
た、超音波シールの場合、加圧されていない部分をも加
熱することができる高周波シールとは異なり、超音波に
よる振動を確実に伝えることができる加圧されている部
分のみが加熱されることから、溶融熱可塑性樹脂の一部
は必然的に容器内部となる接液側に流出することも確か
められた。
を確実にシールすべき帯域に与えて、縦シール部付近の
段差部をも十分に加熱することができ、シールすべき帯
域に存在するジュースパルプ等の夾雑物を、溶融熱可塑
性樹脂とともにシール帯域から積極的に排出することが
でき、かつ接液側に流出した溶融熱可塑性樹脂の厚みと
幅を制御することにより、波打った溶融樹脂ビードの形
成を防止することができ、優れたシール性を有する超音
波シール装置を提供することにある。
を解決するために鋭意研究し、ホーンのシール面ではな
く対向ジョーの作用面に溶融熱可塑性樹脂の流れを制御
しうる構造を付加すると、超音波発信機による振動を確
実にシールすべき帯域に与えることができること、及
び、対向ジョーの作用面に、シール帯域の接液側隣接領
域に溶融熱可塑性樹脂溜まりを形成し得る溝を設けるこ
とにより、夾雑物を溶融熱可塑性樹脂とともにシール帯
域から積極的に排出し、かつ接液側に流出した溶融熱可
塑性樹脂の厚みと幅を制御することができることを見い
出し、本発明を完成するに至った。
脂層を含む積層体からなる包材をチューブ状とし、該チ
ューブ状の包材を液面下に横断状に超音波シールする装
置において、細長くかつ平坦なシール面を有するホーン
と、該ホーンのシール面と協働して包材を押圧する押圧
部分を含む作用面を備えた対向ジョーとを有し、該対向
ジョーの作用面に、シール帯域の接液側隣接領域に溶融
熱可塑性樹脂溜まりを形成し得る溝が少なくとも設けら
れていることを特徴とする超音波シール装置(請求項
1)や、対向ジョーの作用面に、シール帯域の切断側隣
接領域に溶融熱可塑性樹脂溜まりを形成し得る溝が設け
られていることを特徴とする請求項1記載の超音波シー
ル装置(請求項2)や、対向ジョーの作用面に、溶融熱
可塑性樹脂をシール帯域から切断側に流出し得る傾斜が
設けられていることを特徴とする請求項1記載の超音波
シール装置(請求項3)や、溝及び/又は傾斜により押
圧部分の幅がシール面の幅よりも狭くなっていることを
特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の超音波シール
装置(請求項4)や、溝が、断面円弧状をし、その深さ
寸法がその幅の1/2よりも小さい溝であることを特徴
とする請求項1、2又は4記載の超音波シール装置(請
求項5)や、積層体が、紙層を含むことを特徴とする請
求項1〜5のいずれか記載の超音波シール装置(請求項
6)や、対向ジョーが、カッティング機構を備えたこと
を特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の超音波シー
ル装置(請求項7)や、チューブ状の包材が、包材をチ
ューブ状とするに際して、シーリングテープを用いてチ
ューブ状としたチューブ状包材であることを特徴とする
請求項1〜7のいずれか記載の超音波シール装置(請求
項8)に関する。
性樹脂層を含む積層体からなる包材としては、その最内
面に加熱手段によってヒートシールすることができるポ
リエチレン等の熱可塑性樹脂層を有する積層体であれば
特に制限されないが、容器の剛性を維持するための紙シ
ート等の紙層を備えるものが好ましい。また、容器内へ
空気、微生物等を透過させないアルミ箔層又は酸素不透
過性の合成樹脂フィルム層を有する積層体を用いること
もできる。また、本発明におけるチューブ状の包材とし
ては、上記包材をチューブ状としたものの他に、シーリ
ングテープを用いて上記包材をチューブ状とした包材も
用いることができる。
該チューブ状の包材を、液面下で横断状に超音波シール
する装置としては、細長くかつ平坦なシール面を有する
ホーンと、該ホーンのシール面と協働して包材を押圧す
る押圧部分を含む作用面を備えた対向ジョーとを有し、
該対向ジョーの作用面に、シール帯域の接液側隣接領域
に溶融熱可塑性樹脂溜まりを形成し得る溝が設けられて
いるものであればどのような超音波シール装置でもよ
く、その対向ジョーの作用面に設けられた溝を除いて
は、前記従来公知の超音波シール装置をも含めて用いる
ことができる。
図3に示すような長手方向に包装材料をシールする2つ
の細長くかつ平坦なシール面11を備えた1つのホーン
12と、該ホーン12のシール面と反対側に立設され、
ホーンを共振させる複数のコンバーター13とを備え、
その長さが一波長の長さであり、固定位置(取り付けフ
ランジ)14が節平面であるシールジョーを備えた超音
波シール装置や、図4に示すような長手方向に包装材料
をシールする1つの細長くかつ平坦なシール面11を備
えた1つのホーン・フィクスチャー一体成型体15上に
複数のコンバーター13が立設されている超音波シール
装置を具体的に例示することができ(PCT/JP99
/01428参照)、これら複数のコンバーター13を
有する超音波シール装置を用いることにより、両端部を
も含めた細長いシール面全面に均一にヒートシールする
ことが可能となる。
部に設けられた細長くかつ平坦なシール面と、対向ジョ
ーの作用面に存する上記ホーンのシール面と協働して包
材を押圧する押圧部分とにより、包材の最内面の熱可塑
性樹脂層に圧力と機械的振動による熱が負荷され、ヒー
トシールされている部分をいい、また、便宜上、ヒート
シールが予定される部分をシール帯域ということもあ
る。したがって、シール帯域は通常前記押圧部分と一致
し、シール帯域の両外側には、接液側隣接領域と包装容
器が切り離される切断側隣接領域が形成されることにな
る。そして、かかるシール帯域は本発明の超音波シール
装置を用いることにより連続的に形成されていく。すな
わち、超音波シール装置を備えたこの種の充填包装機に
おいては、シールジョーと対向ジョーとからなる一対の
加圧部材が通常2組使用され、各一対の加圧部材による
ヒートシールにより2つのシール帯域が順次形成され、
かかる2つのシール帯域間で枕状に成型された包装容器
が順次切り離されるようになっている。
の作用面に、シール帯域の接液側隣接領域に溶融熱可塑
性樹脂溜まりを形成し得る溝が少なくとも設けられてい
ることを特徴とする。すなわち、かかる対向ジョーの作
用面に設けられた溝により、シール帯域の接液側隣接領
域に溶融熱可塑性樹脂溜まりが形成されることになる。
そして、かかる溝は、作用面の押圧部分の接液側に隣接
した非押圧部分に設けられた押圧部分長手方向に沿った
溝と言い換えることもできる。かかる接液側非押圧面部
分の溝に加えて、対向ジョーの作用面に、シール帯域の
切断側隣接領域に溶融熱可塑性樹脂溜まりを形成し得る
溝が設けられている超音波シール装置や、対向ジョーの
作用面に、シール帯域の切断側隣接領域に溶融熱可塑性
樹脂をシール帯域から遠ざかる方向へ流出させるための
傾斜が設けられている超音波シール装置を好ましい態様
として挙げることができる。
側隣接領域や切断側隣接領域に溶融熱可塑性樹脂溜まり
を形成し得る溝が設けられていると、超音波ヒートシー
ル時に、加圧・加熱により溶融したシール帯域内の熱可
塑性樹脂がシール帯域からシール帯域外へ押し流され、
シール帯域に夾雑物のない良好なヒートシールを与える
ばかりでなく、接液側シール帯域外へ流出した溶融熱可
塑性樹脂が、シール帯域の接液側隣接領域に、一定の幅
と厚みを有する溶融熱可塑性樹脂溜まりを形成し、好ま
しくない波打った溶融樹脂ビードの形成を防止すること
ができる。また、切断側シール帯域外へ流出した溶融熱
可塑性樹脂が、シール帯域の切断側隣接領域に、一定の
幅と厚みを有する溶融熱可塑性樹脂溜まりを形成し、切
断部まで流出しないので切断が容易となる。
の形状としては、該溝を越えて接液側へ溶融熱可塑性樹
脂が流出しない形状であればどのようなものでもよい
が、溶融熱可塑性樹脂溜まりの接液側端部が直線となる
構造のものが好ましく、例えば断面U字状、断面V字
状、断面円弧状等の形状のものが挙げることができ、好
ましくは断面円弧状でその深さ寸法がその幅の1/2よ
りも小さい、例えば1/3程度の溝を設けることが望ま
しい。また、流出した溶融熱可塑性樹脂により溝が埋め
尽くされ、シールエッジが均一な幅の溶融熱可塑性樹脂
溜まりが形成されるように、あらかじめ上記溝の幅や深
さを設定しておくことが好ましい。そして、かかる均一
な幅の溶融熱可塑性樹脂溜まりからは亀裂が生じること
がなく、容器内圧による突出樹脂からの割れを防止する
ことができる。
に設けられた溝に代えて、対向ジョーの作用面に、溶融
熱可塑性樹脂をシール帯域から遠ざかる方向へ流出させ
るための傾斜を設けることにより、溶融したシール帯域
内の熱可塑性樹脂をシール帯域から切断側シール帯域外
へスムーズに流出させ、シール帯域に夾雑物のない良好
なヒートシールを与えることもできる。加えて、かかる
傾斜を設けておくことにより、溶融熱可塑性樹脂の接液
側シール帯域外への流出量が抑制され、特にシーリング
テープが溶融する縦シール部での流出量が抑制され、作
用面の接液側に設けられた溝を越えて溶融熱可塑性樹脂
が充填液中に流出することを防止することができる。
シールをした場合、そのシール帯域の幅は、前記のよう
に、対向ジョーの作用面の押圧部分の幅と通常一致する
が、該押圧部分の幅がホーンのシール面の幅と一致する
態様と、前記樹脂溜り用溝及び/又は前記傾斜等により
押圧部分の幅がシール面の幅よりも狭くなっている態様
とがあり、これらの態様を備えた超音波シール装置もす
べて本発明に包含される。さらに、本発明の超音波シー
ル装置の対向ジョーの作用面には、シール帯域に対応す
る押圧部分に連続又は非連続の突条を設けることもでき
る。非連続の突条は、段差が生じてシール圧が不均一と
なりやすい縦シール部付近や包材の折り返し部となる両
外側部分に設けられ、これによりトンネルが原因となる
シール不良の発生を防止することができる。
おいては、ホーンからなるシールジョーと対向ジョーと
からなる一対の加圧部材によるヒートシールにより形成
される2つのシール帯域間で枕状に成型された包装容器
が切り離されるようになっていることから、本発明の超
音波シール装置には、切断刃とその駆動機構からなるカ
ッティング機構が通常対向ジョーに設けられている。そ
して上記のように、このカッティング機構による切断
は、2つのシール帯域間でふつう行われるが、幅広のシ
ール帯域のほぼ中央で切断することができるように、超
音波シール装置の下方に切断装置を設けることもでき
る。
図5及び図6を参照して説明する。図5及び図6に示さ
れる本発明の超音波シール装置は、包材として熱可塑性
樹脂層と紙層とを有する積層包装材料ウェブ1を用い、
細長くかつ平坦な2つのシール面11を有するホーン1
2と、該ホーンのシール面と協働して包材を押圧する押
圧部分を含む細長い作用面16及びカッティング機構1
7を備えた対向ジョー18からなる。図5に示される超
音波シール装置の対向ジョー18の作用面16には、シ
ール帯域の接液側隣接領域に溶融熱可塑性樹脂溜まり1
9を形成し得る溝20及びシール帯域の切断側隣接領域
に溶融熱可塑性樹脂溜まり21を形成し得る溝22が設
けられ、図6に示されるに超音波シール装置の対向ジョ
ー18の作用面には、シール帯域の接液側隣接領域に溶
融熱可塑性樹脂溜まり19を形成し得る溝20及び溶融
熱可塑性樹脂をシール帯域から切断側に流出し得る傾斜
23が設けられている。
動を確実にシール帯域に与えて、縦シール部付近の段差
部をも十分に加熱することができ、シール帯域に存在す
るジュースパルプ等の夾雑物を、溶融熱可塑性樹脂とと
もにシール帯域から積極的に排出することができ、かつ
接液側に流出した溶融熱可塑性樹脂の厚みと幅を制御す
ることにより、波打った溶融樹脂ビードの形成を防止す
ることができ、これらの結果、優れた超音波ヒートシー
ルを達成することができる。
るまでの過程を説明する図である。
部の概略斜視図である。
る超音波発生装置の概略斜視図である。
る他の態様の超音波発生装置の概略斜視図である。
る。
である。
Claims (8)
- 【請求項1】 少なくとも熱可塑性樹脂層を含む積層体
からなる包材をチューブ状とし、該チューブ状の包材を
液面下に横断状に超音波シールする装置において、細長
くかつ平坦なシール面を有するホーンと、該ホーンのシ
ール面と協働して包材を押圧する押圧部分を含む作用面
を備えた対向ジョーとを有し、該対向ジョーの作用面
に、シール帯域の接液側隣接領域に溶融熱可塑性樹脂溜
まりを形成し得る溝が少なくとも設けられていることを
特徴とする超音波シール装置。 - 【請求項2】 対向ジョーの作用面に、シール帯域の切
断側隣接領域に溶融熱可塑性樹脂溜まりを形成し得る溝
が設けられていることを特徴とする請求項1記載の超音
波シール装置。 - 【請求項3】 対向ジョーの作用面に、溶融熱可塑性樹
脂をシール帯域から切断側に流出し得る傾斜が設けられ
ていることを特徴とする請求項1記載の超音波シール装
置。 - 【請求項4】 溝及び/又は傾斜により押圧部分の幅が
シール面の幅よりも狭くなっていることを特徴とする請
求項1〜3のいずれか記載の超音波シール装置。 - 【請求項5】 溝が、断面円弧状をし、その深さ寸法が
その幅の1/2よりも小さい溝であることを特徴とする
請求項1、2又は4記載の超音波シール装置。 - 【請求項6】 積層体が、紙層を含むことを特徴とする
請求項1〜5のいずれか記載の超音波シール装置。 - 【請求項7】 対向ジョーが、カッティング機構を備え
たことを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の超音
波シール装置。 - 【請求項8】 チューブ状の包材が、包材をチューブ状
とするに際して、シーリングテープを用いてチューブ状
としたチューブ状包材であることを特徴とする請求項1
〜7のいずれか記載の超音波シール装置。
Priority Applications (8)
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DK00308143.7T DK1088760T4 (da) | 1999-09-30 | 2000-09-19 | Indretning til ultralydforsegling |
DE60017041T DE60017041T3 (de) | 1999-09-30 | 2000-09-19 | Ultraschallsiegelvorrichtung |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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