JP2003001166A - 流体吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】融着を行うための処理速度を高くすることがで
き、吐出流体アプリケータの保守・管理を簡素化するこ
とができるようにする。 【解決手段】前端に吐出口１５を備えた吐出部材と、超
音波信号を発生させる超音波信号発生手段と、超音波信
号に基づいて超音波振動を発生させ、吐出部材を超音波
振動させる振動子１３と、吐出口１５に吐出流体を供給
する吐出流体供給手段と、吐出口１５に供給された吐出
流体に吐出圧を付与することによって、吐出流体を吐出
させる吐出手段とを有する。前記振動子１３が超音波信
号に基づいて超音波振動を発生させ、吐出部材を超音波
振動させると、吐出口１５に供給された吐出流体が吐出
させられる際に、吐出口１５の内周面と吐出流体との間
の粘着度を十分に小さくすることができるので、粘度の
高い吐出流体を容易に、かつ、高速で吐出することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体吐出装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、小型の包装容器において
は、包装容器本体の後壁に、ストローが収容された樹脂
フィルムから成るストローパッケージが貼（ちょう）着
されることが多い。該ストローパッケージを熱融着によ
って貼着する場合、ストローアプリケータの溶融ヘッド
によって、前記ストローパッケージを、包装容器本体の
表面を構成するポリエチレン樹脂等から成る樹脂フィル
ム層に押し付け、前記樹脂フィルムと樹脂フィルム層と
を融着するようにしている。

【０００３】ところが、前記ストローアプリケータにお
いては、前記樹脂フィルムに損傷を与えることなく融着
を行うための処理速度に限界があるので、包装容器に液
体食品を充填（てん）する速度を高くしようとすると、
複数の溶融ヘッドを備えたストローアプリケータが必要
になる。その結果、ストローアプリケータの構造が複雑
になってしまう。

【０００４】そこで、ホットメルトタンクに蓄えられた
溶融状態のポリエチレン樹脂等から成るホットメルト
を、ディスペンサ（ホットメルトガン）に送り、該ディ
スペンサから吐出し、前記後壁の所定の箇所に付着さ
せ、続いて、前記ストローパッケージを前記ホットメル
トを介して前記後壁に押し付けるようにした吐出流体ア
プリケータとしてのホットメルトアプリケータが使用さ
れる。前記ホットメルトは、ポリエチレン樹脂等のポリ
オレフィン系の樹脂フィルムを接着するための接着剤と
して適していて、冷却されて固化するまでの固着時間が
比較的短いので、前記処理速度を高くすることができ
る。

【０００５】なお、前記ディスペンサにおいて、溶融状
態で粘度が高く、表面張力が大きいホットメルトが使用
されるので、該ホットメルトを吐出するために必要な吐
出力を発生させるために、圧縮空気源から供給される圧
縮空気を使用したり、ポンプを使用したりするようにし
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のホットメルトアプリケータにおいて、ホットメルト
タンク内のホットメルトは、溶融状態に維持するために
常時加熱されているので、経時的に劣化し、炭化物を発
生させて褐変してしまう。特に、ホットメルトとしてポ
リエチレン樹脂等を使用した場合、ポリエチレン樹脂の
粘度が高いので、ホットメルトタンクからホースを介し
て前記ディスペンサにホットメルトを容易に搬送するた
めに、ホットメルトタンク内のホットメルトを高温に加
熱する必要が生じる。したがって、ホットメルトタンク
内のホットメルトは、更に劣化し、炭化物を発生させて
褐変してしまう。

【０００７】そして、褐変したホットメルトを使用して
ストローパッケージを貼着すると、包装容器の品質が低
下するので、ホットメルトタンク内の褐変したホットメ
ルトを常時入れ替える必要が生じ、ホットメルトアプリ
ケータの保守・管理が煩わしい。

【０００８】また、ホットメルトタンク内において発生
した炭化物はフィルタ装置等によって除去されるが、前
記ホース内、前記ディスペンサの先端に配設されたノズ
ル内等において発生した炭化物は、除去することができ
ず、ノズルに付着することがある。

【０００９】そして、ノズルに炭化物が付着すると、吐
出されたホットメルトとノズルとの間に微細な糸が繰り
返し形成されて糸引き現象が発生してしまう。その結
果、ホットメルトアプリケータ内が汚れてしまう。した
がって、ノズルを頻繁に清掃したり、フィルタ装置のフ
ィルタを頻繁に交換したりする必要が生じるので、ホッ
トメルトアプリケータの保守・管理が煩わしい。

【００１０】また、前記糸引き現象が発生するのを防止
するために、ホットメルトに各種の添加物を添加し、ノ
ズルに対するホットメルトの離型性を高くすることが考
えられるが、添加物の添加に伴って、ホットメルトの粘
度が低くなったり、溶融温度が低くなったりすることが
あり、その場合、本来ホットメルトに要求される性状が
失われてしまう。

【００１１】本発明は、前記従来のホットメルトアプリ
ケータの問題点を解決して、融着を行うための処理速度
を高くすることができ、吐出流体アプリケータの保守・
管理を簡素化することができる流体吐出装置を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の流
体吐出装置においては、前端に吐出口を備えた吐出部材
と、超音波信号を発生させる超音波信号発生手段と、前
記超音波信号に基づいて超音波振動を発生させ、前記吐
出部材を超音波振動させる振動子と、前記吐出口に吐出
流体を供給する吐出流体供給手段と、前記吐出口に供給
された吐出流体に吐出圧を付与することによって、前記
吐出流体を吐出させる吐出手段とを有する。

【００１３】本発明の他の流体吐出装置においては、さ
らに、前記吐出部材に圧縮気体を通すための圧縮気体流
路が形成される。そして、前記吐出手段は、前記圧縮気
体流路に圧縮気体を供給することによって、前記吐出流
体を吐出させる。

【００１４】本発明の更に他の流体吐出装置において
は、さらに、前記吐出流体供給手段は、前記吐出口に隣
接させて配設された加熱部材、及び該加熱部材に固体の
材料を供給する固体材料供給手段を備える。そして、前
記加熱部材は、供給された材料を加熱し、溶融させる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１６】図２は本発明の実施の形態における包装容
器の斜視図である。

【００１７】図において、５０は液体食品を収容する包
装容器本体、５２は該包装容器本体５０の頂壁、５９は
前記包装容器本体５０の後壁、６０は前記包装容器本体
５０の側壁であり、前記頂壁５２の所定の位置に設定さ
れた注出口部にパンチホールから成る注出口６１が形成
され、該注出口６１がプルタブ５５によって覆われる。
また、後壁５９の所定の箇所に、ストロー５８が収容さ
れたストローパッケージ５６が貼着される。この場合、
例えば、前記液体食品を飲用しようとする者、すなわ
ち、飲用者は、前記包装容器本体５０からプルタブ５５
を引き剥（は）がし、前記ストローパッケージ５６から
ストロー５８を取り出し、該ストロー５８を前記注出口
６１に挿入して液体食品を飲用することができる。な
お、前記ストローパッケージ５６は、例えば、ポリエチ
レン樹脂の樹脂フィルムから成る。

【００１８】前記包装容器本体５０は包材を成形するこ
とによって形成される。そのために、包材にあらかじめ
折目が形成され、該折目に沿って包材を折り曲げること
によって原型容器が形成される。続いて、該原型容器に
所定の成形加工が施され、最終形状の包装容器本体５０
が形成される。前記包材は、可撓（とう）性を有する積
層体から成り、図示されない紙基材、該紙基材の表面に
被覆されたポリエチレン樹脂等から成る最外層、前記紙
基材の裏面に被覆されたガスバリヤ性を有する図示され
ないバリヤ層、及び該バリヤ層の裏面に被覆されたポリ
エチレン樹脂等から成る図示されない最内層を備える。

【００１９】なお、前記包装容器本体５０において、前
記後壁５９にストローパッケージ５６を貼着するに当た
り、図示されないディスペンサ（ホットメルトガン）か
ら、溶融状態のポリエチレン樹脂等から成る吐出流体と
してのホットメルトを吐出し、前記後壁５９の所定の箇
所に付着させ、続いて、前記ストローパッケージ５６を
前記ホットメルトを介して前記後壁５９に押し付けるよ
うにした吐出流体アプリケータとしてのホットメルトア
プリケータが使用される。

【００２０】該ホットメルトアプリケータは、二つの流
体吐出装置、前記ストローパッケージ５６を包装容器本
体５０に押し付けるプッシャ等から成る。

【００２１】図１は本発明の実施の形態における流体吐
出装置の概念図、図３は本発明の実施の形態における流
体吐出装置の要部を示す断面図である。

【００２２】図において、１０は制御部、１１は該制御
部１０に配設されて超音波発振させられ、超音波発振に
伴って超音波信号を発生させる超音波信号発生手段とし
ての超音波発振器、１２は振動ユニットである。該振動
ユニット１２は、前記超音波信号を受け、該超音波信号
を超音波機械信号に変換して超音波振動を発生させる変
換器としての振動子１３、及び該振動子１３によって発
生させられた超音波振動を増幅するホーン１４を備え
る。

【００２３】前記超音波発振器１１は、振動子１３及び
ホーン１４を最適な条件で駆動し、振動させることがで
きるように、前記超音波信号の周波数の自動追尾を行う
とともに、定振幅制御を行う。また、前記ホーン１４
は、径の大きい径大部２１、及び該径大部２１から連続
的に径が小さくされ、一定の径で所定の距離だけ延びる
吐出部材としてのノズル２２から成るとともに、振動子
１３と機械的に接続され、振動子１３によって超音波振
動が発生させられると、振動子１３と一体に超音波振動
させられる。該超音波振動の周波数及び振動振幅は、ホ
ットメルトを構成する材料によって決定され、振動振幅
は、ホットメルトの粘度が高いほど大きくされる。

【００２４】また、前記ホーン１４は、ホットメルトを
吐出する加熱・吐出部を構成し、ホーン１４の前端（図
１における右端）は、加熱部材及び第１の加熱手段とし
ての筒状の材料加熱部３３によって加熱され、溶融させ
られたホットメルトが固化しないように所定の温度に加
熱される。なお、１５は前記ホーン１４の前端に形成さ
れた吐出口である。

【００２５】また、前記径大部２１はノズル２２と隣接
する部分において開口２３を備え、前記径大部２１及び
ノズル２２に、開口２３と前記吐出口１５との間に圧縮
気体としての圧縮空気を通すための圧縮気体流路として
の圧縮空気流路３１が形成される。前記開口２３と圧縮
気体源としての圧縮空気源２４とが空気供給管２５を介
して接続され、該空気供給管２５に、前記制御部１０に
よって開閉される開閉弁２６、及び第２の加熱手段とし
ての図示されないヒータが配設される。したがって、前
記開閉弁２６を開閉することによって、圧縮空気源２４
において発生させられた圧縮空気を圧縮空気流路３１に
選択的に供給することができる。なお、前記圧縮空気源
２４、空気供給管２５及び開閉弁２６によって吐出手段
が構成される。

【００２６】そして、前記材料加熱部３３に隣接させて
冷却部材から成る筒状の材料冷却部３９が、該材料冷却
部３９に隣接させて固体材料供給手段としての材料送り
機構部３４が配設され、前記材料加熱部３３及び材料冷
却部３９内に形成された送り穴４１と後述される材料供
給口３２とが連通させられる。材料送り機構部３４は、
モータ３５、及び該モータ３５を駆動することによって
回転させられるローラ３６から成る。なお、前記材料加
熱部３３、材料冷却部３９、材料送り機構部３４等によ
って吐出流体供給手段が構成される。

【００２７】図示されないボビンに巻かれた固体の材料
としての紐（ひも）状の材料３８は、繰り出された後、
材料送り機構部３４によって一定の送り量だけ搬送さ
れ、前記送り穴４１内を通過し、材料加熱部３３によっ
て加熱され、前端側から溶融させられてホットメルトに
なり、該ホットメルトは、ノズル２２における吐出口１
５と隣接する位置に形成された材料供給口３２に送ら
れ、該材料供給口３２を介してホットメルト装填部３０
に供給される。なお、前記送り穴４１の前端には、ラン
ド部４２によってテーパ状の形状を有する内周面Ｓｉが
形成される。本実施の形態において、前記材料３８は、
ポリエチレン樹脂等から成り、押出成形によって形成さ
れ、外径が２〜３〔ｍｍ〕、好ましくは２．５〔ｍｍ〕
にされる。

【００２８】前記材料冷却部３９は、材料３８の搬送方
向における材料加熱部３３より上流側に、材料加熱部３
３に隣接させて配設され、材料３８を冷却する。したが
って、材料冷却部３９内の材料３８は、所定の硬度を持
ち、ある程度その形状を保ちながら、材料加熱部３３内
のホットメルトを十分に押圧し、材料３８を所定の送り
圧で搬送する。

【００２９】なお、本実施の形態においては、固体の材
料として紐状の材料３８を使用するようになっている
が、紐状の材料３８に代えて、粒状、流体状等の材料を
使用することもできる。また、前記超音波発振器１１及
び振動子１３によって超音波発生部が、該超音波発生
部、材料加熱部３３、材料送り機構部３４等によって前
記ディスペンサが構成される。

【００３０】前記制御部１０は、超音波発振器１１によ
る超音波発振開始タイミング、発振時間、材料加熱部３
３によるホットメルトの加熱温度の設定及び調整、前記
開閉弁２６の開閉タイミング、モータ３５の駆動タイミ
ング、材料３８の送り量を設定する。

【００３１】本実施の形態においては、モータ３５を駆
動し、ローラ３６を回転させることによって材料３８を
搬送するようになっているが、前記モータ３５及びロー
ラ３６に代えて、図示されないラチェット機構によっ
て、材料３８を一方向に送り、搬送することもできる。

【００３２】したがって、制御部１０が、搬送信号を前
記モータ３５に送り、モータ３５を駆動して材料３８を
一定の送り量だけ搬送すると、材料３８は、材料加熱部
３３によって加熱され、溶融させられてホットメルトに
なり、該ホットメルトは、材料供給口３２を介して圧縮
空気流路３１内に進入し、ホットメルト装填部３０に装
填される。そして、前記材料３８が一定の送り量だけ搬
送されると、超音波発振器１１は、超音波信号を発生さ
せて振動子１３に送り、振動子１３によって超音波振動
が発生させられる。続いて、振動子１３に超音波信号が
送られてから所定の時間が経過し、前記制御部１０が開
閉弁２６を開放して圧縮空気を圧縮空気流路３１に供給
すると、ホットメルト装填部３０内のホットメルトに吐
出圧が付与され、吐出口１５からホットメルトが点状の
形状で吐出されて後壁５９（図２）に付着させられる。
なお、前記流体吐出装置は所定の位置に二つ配設され、
各流体吐出装置は、それぞれ材料３８が供給され、ホッ
トメルトを吐出し、前記後壁５９の２箇所に付着させ
る。

【００３３】この場合、ホットメルトタンクを使用する
ことなく、ホットメルトを材料供給口３２に供給するこ
とができるので、溶融状態のホットメルトが経時的に劣
化するのを防止することができる。したがって、炭化物
が発生することがなくなり、包装容器の品質を向上させ
ることができる。その結果、ホットメルトアプリケータ
の保守・管理を簡素化することができる。

【００３４】ところで、前記振動子１３が超音波振動を
発生させるのに伴って、ノズル２２にも超音波振動が発
生させられるが、このときの超音波振動の加速度αは、
振動振幅をＡとし、角周波数（２πｆ）をωとしたと
き、α＝Ａ・ω²になる。すなわち、前記加速度αは、
振動振幅Ａに比例し、角周波数ωの２乗に比例し、極め
て大きい。したがって、前記吐出口１５の内周面とホッ
トメルトとの間の粘着度を十分に小さくすることができ
るので、粘度の高いホットメルトを容易に、かつ、高速
で吐出することができる。その結果、融着を行うための
処理速度を高くすることができる。

【００３５】また、仮に、ノズル２２内等において炭化
物が発生しても、振動子１３によって超音波振動を発生
させることによりホーン１４を超音波振動させることが
できるので、ノズル２２に付着しようとする炭化物を容
易に除去することができる。したがって、吐出されたホ
ットメルトとノズル２２との間に微細な糸が形成される
のを防止することができ、糸引き現象が発生するのを防
止することができる。その結果、ホットメルトアプリケ
ータ内が汚れるのを防止することができる。したがっ
て、ノズル２２を頻繁に清掃する必要がないので、ホッ
トメルトアプリケータの保守・管理を簡素化することが
できる。

【００３６】そして、前記糸引き現象が発生するのを防
止するために、ホットメルトに各種の添加物を添加する
必要がないので、ホットメルトの粘度が低くなったり、
溶融温度が低くなったりすることがない。したがって、
本来ホットメルトに要求される性状が失われることがな
い。

【００３７】本実施の形態においては、流体吐出装置に
ついて説明しているが、流体を吸引する装置に本発明を
適用することもできる。 〔実施例〕メルトフローレートが２０〜１００程度のロ
ーデンシティポリエチレン樹脂から成り、外径が２．５
〔ｍｍ〕の紐状の材料３８を使用し、該材料３８は、送
り量が約３〜５〔ｍｍ〕にされて材料加熱部３３に供給
され、３〔ｍｍ〕の内径を有する送り穴４１に挿入され
て１５０〜２００〔℃〕に加熱され、溶融させられる。
前記送り穴４１の前端における前記ランド部４２の内周
面Ｓｉの径は約１〔ｍｍ〕にされ、材料供給口３２の内
径は１．５〔ｍｍ〕にされ、ノズル２２の内径は２〔ｍ
ｍ〕にされる。

【００３８】前記超音波発振器１１によって４０〔ｋＨ
ｚ〕の超音波信号が発生させられ、振動子１３及びホー
ン１４は、約５０〔μｍ〕の振動振幅Ａの超音波振動を
発生させる。該超音波振動が発生させられてから、約２
０〔ｍｓｅｃ〕が経過した後に、約１．５〔ｋｇ／ｃｍ
² 〕の圧縮空気が約１０〔ｍｓｅｃ〕送られる。

【００３９】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、流体吐出装置においては、前端に吐出口を備えた
吐出部材と、超音波信号を発生させる超音波信号発生手
段と、前記超音波信号に基づいて超音波振動を発生さ
せ、前記吐出部材を超音波振動させる振動子と、前記吐
出口に吐出流体を供給する吐出流体供給手段と、前記吐
出口に供給された吐出流体に吐出圧を付与することによ
って、前記吐出流体を吐出させる吐出手段とを有する。

【００４１】この場合、前記振動子が超音波信号に基づ
いて超音波振動を発生させ、前記吐出部材を超音波振動
させると、吐出口に供給された吐出流体が吐出させられ
る際に、前記吐出口の内周面と吐出流体との間の粘着度
を十分に小さくすることができるので、粘度の高い吐出
流体を容易に、かつ、高速で吐出することができる。し
たがって、融着を行うための処理速度を高くすることが
できる。

【００４２】また、仮に、吐出部材内等において炭化物
が発生しても、振動子によって超音波振動を発生させる
ことにより吐出部材を超音波振動させることができるの
で、吐出部材に付着しようとする炭化物を容易に除去す
ることができる。したがって、吐出された吐出流体と吐
出部材との間に微細な糸が形成されるのを防止すること
ができ、糸引き現象が発生するのを防止することができ
る。その結果、吐出流体アプリケータ内が汚れるのを防
止することができる。したがって、吐出部材を頻繁に清
掃する必要がないので、吐出流体アプリケータの保守・
管理を簡素化することができる。

【００４３】そして、前記糸引き現象が発生するのを防
止するために、吐出流体に各種の添加物を添加する必要
がないので、吐出流体の粘度が低くなったり、溶融温度
が低くなったりすることがない。したがって、本来吐出
流体に要求される性状が失われることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における流体吐出装置の概
念図である。

【図２】本発明の実施の形態における包装容器の斜視図
である。

【図３】本発明の実施の形態における流体吐出装置の要
部を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 超音波発振器 １３ 振動子 １５ 吐出口 ２２ ノズル ２４ 圧縮空気源 ２５ 空気供給管 ２６ 開閉弁 ３１ 圧縮空気流路 ３３ 材料加熱部 ３４ 材料送り機構部 ３８ 材料 ３９ 材料冷却部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 将幸 東京都千代田区紀尾井町６番12号 日本テ トラパック株式会社内 (72)発明者 横瀬 徹 神奈川県逗子市山の根３−15−25 有限会 社三進電子内 (72)発明者 国分 厚志 神奈川県逗子市山の根３−15−25 有限会 社三進電子内 Ｆターム(参考） 3E056 DA05 FE17 GA04 4F041 AA03 AB00 BA05 BA12 BA48 4F042 AA11 AB00 AB01 CA04 CB03 CB24 DH01 ED05 ED08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）前端に吐出口を備えた吐出部材
   と、 （ｂ）超音波信号を発生させる超音波信号発生手段と、 （ｃ）前記超音波信号に基づいて超音波振動を発生さ
   せ、前記吐出部材を超音波振動させる振動子と、 （ｄ）前記吐出口に吐出流体を供給する吐出流体供給手
   段と、 （ｅ）前記吐出口に供給された吐出流体に吐出圧を付与
   することによって、前記吐出流体を吐出させる吐出手段
   とを有することを特徴とする流体吐出装置。
2. 【請求項２】 （ａ）前記吐出部材に圧縮気体を通すた
   めの圧縮気体流路が形成され、 （ｂ）前記吐出手段は、前記圧縮気体流路に圧縮気体を
   供給することによって、前記吐出流体を吐出させる請求
   項１に記載の流体吐出装置。
3. 【請求項３】 （ａ）前記吐出流体供給手段は、前記吐
   出口に隣接させて配設された加熱部材、及び該加熱部材
   に固体の材料を供給する固体材料供給手段を備え、 （ｂ）前記加熱部材は、供給された材料を加熱し、溶融
   させる請求項１に記載の流体吐出装置。