JP2005052983A - 超音波シール機および超音波シール方法 - Google Patents

超音波シール機および超音波シール方法 Download PDF

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ultrasonic sealing
pressure contact
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利則 齋藤
Kiyokazu Ishiwatari
喜代和 石渡
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Showa Denko Plastic Products Co Ltd
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Abstract

【課題】長時間に亘って安定して超音波シールを行うことが可能、さらに超音波シールに用いるホーンやホーン受治具の寿命を延ばし、その交換や圧接力の調整の手間や、全体的なコストを抑えた超音波シール機ないし超音波シール方法。
【解決手段】超音波を発生する超音波発振子４と、この超音波発振子により発生された超音波を出射するホーン２と、このホーンに対向して配置されたホーン受治具３とを備えた超音波シール機１であって、ホーンの先端の硬度は、前記ホーン受治具よりも高く、かつ、ビッカーズ硬度が１０００以上であり、ホーンと前記ホーン受治具の硬度差をビッカーズ硬度で５０〜５００とした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波の振動を利用して被溶着物内部に発熱を起こさせ溶着または溶断を行う超音波シール機ないし超音波シール方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂フィルムからなる二枚のフィルムを重ね合せて袋体のような積層物品を製造するためのフィルム同士の溶着方法としては、一般的にヒートシール方式が知られている。しかしながら、熱可塑性樹脂フィルムの中には、例えば、脱水シートに用いられるポリビニルアルコール系樹脂フィルムのように、融点と分解点とが極めて近いものがあり、このようなフィルム同士の溶着の場合、加熱温度を精密に制御しないと該フィルムを分解させてしまう恐れがあることから、ヒートシール方式によるポリビニルアルコール系樹脂フィルムの溶着は非常に困難なものであった。
【０００３】
一方、シール部分のみ短時間に加熱し、安定したシール状態が得られる溶着方法として、インパルスシール方式が知られている。しかしながら、このインパルスシール方式では、加熱体を被シール部に圧接させ、被シール部を溶融させた後、被シール部がある程度冷却するのを待ってから、加熱体を被シール部から離して溶着を行うものであるため、溶着に要する時間が通常のヒートシール方式に比して著しく長く、生産性が低いと言う問題があった。また、この方式では、被シール部を加熱により溶着するため、被シール部やその近傍においてフィルムの熱収縮が発生し、美観を損ねることもあった。
【０００４】
そこで、上記ヒートシール方式やインパルスシール方式の欠点を共に補うフィルム同士の溶着方法として、超音波シール方式が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。この超音波シール方式によるフィルム同士の溶着は、超音波の振動を利用し、局部的に振動を起こして被溶着物内部に発熱を発生させることで溶着または溶断を行うものである。したがって、フィルムに余分な熱がかからず、融点と分解点とが極めて近いフィルムに対しても安定的に且つ高速に溶着を行うことができ、生産性を著しく向上させることができる。また、この方式では、フィルムに余分な熱がかからないため、フィルムの収縮についても防止することもできる。
【０００５】
ここで、超音波シールを行う装置について、図６を参照しながら説明する。この図６に示す超音波シール機５１は、超音波を発生する超音波発振子５４と、この超音波発振子により発生された超音波を出射するホーン５２と、このホーンに対向して配置されたホーン受治具５３とを備えている。また、この超音波シール機５１は、超音波を出射するホーン５２の先端５２ａを被シール体に対して圧接させるための圧力シリンダ５５を有している。そして、上記超音波シール機におけるホーン５２とホーン受治具５３との間に、被シール体１０としての二枚のフィルムを重ね合せて介在させて、ホーンの先端をホーン受治具の圧接面に圧接させることにより、超音波発振子から発生された超音波によって被シール体を溶着または溶断するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−８４５１６号公報
【特許文献２】
特開平１０−８４８６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の超音波シール方式は、圧力シリンダがホーンの先端を被シール体を介して対向して設置されたホーン受治具の圧接面に強く圧接することにより溶着または溶断を行うものであることから、ホーン５２またはホーン受治具５３が摩耗してしまう。例えば、ホーン５２の先端５２ａの硬度がホーン受治具５３の硬度よりも大きい超音波シール機を長時間使用した場合、図７に示すように、ホーン５２の先端５２ａが圧接されるホーン受治具５３の圧接面５３ａ中央部分を徐々に摩耗し、結果として、溶着や溶断に不具合を生じさせてしまうような著しく摩耗された凹部５８を形成してしまう。そして、摩耗によって著しい形状変化を与えるような凹部５８が形成されると、ホーンの先端とホーン受治具の圧接面との圧接状態が大きく変化してしまい、時として十分な圧接力が得られないことから適切な溶着等が行われない不具合をもたらし、安定した溶着等を行うことが困難なものとなってしまう。
そこで、安定した溶着等を行うためには、摩耗の進行に伴って圧接力の調整、ホーンやホーン受治具の交換を頻繁に行わなければならず、煩わしい手間を要すると共に、その交換によるコストも大きなものとなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記の事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、長時間に亘って安定して超音波シールを行うことが可能な超音波シール機ないし超音波シール方法にあり、さらに超音波シールに用いるホーンやホーン受治具の寿命を延ばし、その交換や圧接力の調整の手間や、全体的なコストを抑えるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の超音波シール機は、超音波を発生する超音波発振子と、この超音波発振子により発生された超音波を出射するホーンと、このホーンに対向して配置されたホーン受治具とを備えた超音波シール機であって、ホーンの先端の硬度は、ホーン受治具よりも高く、かつ、ビッカーズ硬度１０００以上であり、また、ホーンとホーン受治具の硬度差がビッカーズ硬度で５０〜５００となるようにしたものである。
ホーン先端の硬度が、ホーン受治具の硬度と等しいかそれ以下の場合には高価なホーンに摩耗が生じる。
ホーン先端のビッカース硬度が１０００に満たない場合には、ホーン先端とホーン受治具の硬度差に関わらず、いずれかの摩耗の速度が速く、１日程度の連続運転で摩耗し、圧接力を上げることでも調整できなくなることが殆どであり、精密な調整により１日を超える程度の連続運転が可能になった場合でも、高価なホーンに摩耗が生じる。
ホーン先端のビッカース硬度が１０００以上であり、ホーン受治具との硬度差が５０未満またはホーン先端のビッカース硬度が低い場合には、受治具は勿論のこと、高価なホーンにも摩耗が生じる。
ホーン先端のビッカース硬度が１０００以上であり、ホーン受治具との硬度差が５００を超える場合には、ホーン受治具の摩耗が早く、やはり１日程度で調整困難になる。
ホーン先端の硬度が１０００以上、ホーン受治具との高度差が５０〜５００の間でホーン受治具の方が柔らかい場合に、摩耗が抑えられ、１週間以上の連続運転が可能となる。
このように、ホーン受治具の硬度をホーンより若干柔らかくして硬度差を設けたことで、ホーンに比してホーン受治具が摩耗され易くしてホーンの摩耗を抑えるようにすることができる。しかも、ホーンの硬度とホーン受治具との硬度差を特定することで、ホーンを無闇に摩耗させることなく、適切なホーン形状を維持して溶着や溶断をより確実に行わせることができる。したがって、高価なホーンをより長持ちさせることができる。
【００１０】
なお、具体的なホーンの硬度と使用される材料としては、例えば、ビッカーズ硬度が１０００から１３００のタングステンカーバイド（ＷＣ）‐コバルト（Ｃｏ）合金や、ビッカーズ硬度が１２００のタングステンカーバイド（ＷＣ）‐ニッケル（Ｎｉ）合金、ビッカーズ硬度が１２００のチタンカーバイド（ＴｉＣ）‐ニッケル（Ｎｉ）合金、ビッカーズ硬度が３０００のチタンカーバイド（ＴｉＣ） 、また、各種超硬合金、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（ＢＣ、Ｂ４Ｃ）などを用いることができる。
【００１１】
さらに、特定のビッカース硬度のホーン及びホーン受治具を用いて超音波振動による摩耗を生じないようにしただけでなく、ホーン受治具に、被シール体を介したホーンからの圧接によって生じる摩耗の進行を調整し、前記ホーンとの圧接状態を略一定に保つ摩耗状態調整手段を具備した構成とすることにより、よりホーン受治具の寿命を延ばすことができる。
【００１２】
また、ホーン受治具が、被シール体の進行方向に回転する回転体であれば、ホーン先端はホーン受治具の一部分だけではなく、ホーン受治具の周方向には常に一定の圧接面の摩耗を行うこととなる。
このとき、ホーン先端はホーン受治具の回転軸中心より、被シール体の進行方向側に僅かにずれていることが好ましい。これにより、ホーン受治具が受ける圧接力の一部はホーン受治具の回転力として逃げることになり、ホーン受治具の寿命を延ばすことができる。
【００１３】
超音波シール時のホーン受治具の回転に伴って、該ホーン受治具の圧接面を所定の平面、曲面などの圧接面形状に合せて研磨するものであれば、圧接による摩擦によって圧接面の一部が摩耗され変形したとしても、元の圧接面形状となるよう直ちに圧接面を研磨して修復を行うこととなる。したがって、ホーンとホーン受治具との接触状態を徐々に変化させてしまうこと無く、常に略同一の接触圧力で溶着された均一な接合封止を行うことができる。しかも、圧接面の回転に伴う研磨によって圧接により生じた形状変化は繰り返し修復されることとなるので、ホーン受治具の寿命を延ばすことができる。
【００１４】
また、ホーン受治具を被シール体の進行方向の垂直方向に往復動させるようにするものであれば、ホーン先端はホーン受治具の一部分だけではなく、圧接面全体に満遍なく対向して配置され、規則正しい圧接面の摩耗を行うこととなる。しかも、ホーンの硬度をホーン受治具よりも高くしていることから、ホーンの摩耗は抑制され、ホーン受治具の圧接面が全体的に均一に摩耗されることとなる。このように、ホーン受治具を圧接面の幅方向に往復動させながら超音波シールを行うことで、圧接面が効率よく全幅的に使用され、有効圧接面積が増えることで、ホーン受治具の寿命を延ばすことができる。また、ホーン先端がホーン受治具の圧接面の一部分だけを摩耗させて形状を変化させ、ホーンとホーン受治具との接触状態を徐々に変化させてしまうことが無く、常に略同一の接触圧力で溶着された均一な接合封止を行うことができる。
さらに、ホーン受治具を被シール体の進行方向の垂直方向に往復動させることに加え、被シール体の進行方向に回転をもするものであれば、ホーン先端はホーン受治具の一部分だけではなく、ホーン受治具の周方向は勿論のこと、幅方向も含めて規則正しい圧接面の摩耗を行うことができる。
【００１５】
即ち、本発明は、超音波シール機の発明における特定の硬度のホーン及びホーン受治具を用いることに加え、摩耗状態調整手段として、ホーンの先端とホーン受治具の圧接面との圧接を従来の一箇所集中型から分散型にしたり、または、圧接により生じる摩耗状態の回復を従来の交換のみ型から逐次修復型にしたり、または、分散型と逐次修復型を併せて用いたりすることを特徴とするものである。そして、これによって不都合な摩耗の進行が抑制されるよう改善し、ホーンの先端とホーン受治具の圧接面との圧接状態が大きく変化してしまわず、長期に亘って安定した超音波シールが成し得るようにしたものである。このように、摩耗（の進行）状態を調整する手段を具備することで、圧接による摩擦によって徐々にもたらされる経時的な形状変化が小さくなって、大きな形状変化による圧接状態の悪化が抑制もしくは回避される。したがって、常にほぼ同じ圧接状態のもと一定した圧接力で均一な溶着を行うことができることとなる。
【００１６】
ここで、摩耗状態調整手段を具備した超音波シール機の第１の具体的発明としては、ホーンの先端曲率が０．１ｍｍＲから１０ｍｍＲ、好ましくは０．２ｍｍＲから５ｍｍＲの頂部を有する略円錐形状体とし、ホーン受治具は平坦な圧接面を有したものが挙げられる。このように、ホーン先端の形状を略鋭角状とすることで、適切な圧接力でもってホーンによる溶着や溶断を確実に行わせることができる。しかも、ホーン受治具の圧接面形状を平坦なシンプルなものとすることにより、加工コストを抑えることができる。したがって、略鋭角状としたホーン先端によってホーン受治具の圧接面が摩耗されてしまったとしても低コストで交換することができる。なお、ホーンの先端曲率が０．１ｍｍＲ以下の場合や１０ｍｍＲ以上の場合は、何れも溶着不良を起こし易くなるので望ましくない。
【００１７】
また、摩耗状態調整手段を具備した超音波シール機の第２の具体的な他の発明としては、ホーンを先端形状が平面あるいは先端曲率が２００ｍｍＲ以上の緩やかな曲面を有する略角柱形状体とし、ホーン受治具を圧接面先端の断面曲率が０．１ｍｍＲから１０ｍｍＲ、好ましくは０．２ｍｍＲから５ｍｍＲの円盤形状体とすることが望ましい。このように、ホーン受治具の圧接面の形状を略鋭角状とすることで、やはり適切な圧接力でもってホーンによる溶着や溶断を確実に行わせることができる。しかも、ホーンの形状を略角柱形状体というシンプルなものとすることにより、その加工コストを抑えることができる。したがって、加工コストの安いホーン受治具の略鋭角状とした周側面先端部分がホーン先端によって摩耗されてしまったとしても、低コストで交換することができる。なお、やはりホーンの先端曲率が０．１ｍｍＲ以下の場合や１０ｍｍＲ以上の場合は、やはり何れも溶着不良を起こし易くなるので望ましくない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波シール機に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第一の実施の形態例）
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る超音波シール機を示す。図１に示すように、この実施の形態の超音波シール機１は、超音波を発生する超音波発振子４と、この超音波発振子４により発生された超音波を出射するホーン２と、このホーン２に対向して配置されたホーン受治具３とを備えている。また、この超音波発振子４は、超音波を出射するホーン２の先端を被シール体に対して圧接させるための圧力シリンダ５をも有している。
圧力シリンダの圧力は先端の接地面積によって異なるが、０．１ＭＰａ〜１ＭＰａ程度が好ましい。それ以上の圧力では摩耗が早くなり、装置の強度や精度が必要となる。また、それ以下の圧力では、溶着や溶断が不十分となる。
【００１９】
ホーン２は、その先端のビッカーズ硬度が１２００のタングステンカーバイド（ＷＣ）‐ニッケル（Ｎｉ）合金により形成され、先端２ａを下方に向けた略円錐形状を有している。また、ホーン２の先端２ａは、曲率が０．１ｍｍＲに形成され、ホーン２の上端に接続された超音波発振子４により、この先端２ａから超音波を出射するように構成されている。さらに、ホーン２は、圧力シリンダ５によってその先端２ａを被シール体１０を介してホーン受治具３に対して圧接するように構成されている。
【００２０】
一方、ホーン受治具３は、ビッカーズ硬度が１０００のタングステンカーバイド（ＷＣ）‐コバルト（Ｃｏ）合金により形成され、圧接面としての周側面３ａが上下方向を向いた横向きの円柱形状を有している。また、ホーン受治具３は、その圧接面３ａは平坦であり、常にホーン２側に対向しながら垂直向きの周方向へ自由に回転を行う回転体であり、ホーン受治具３の円形側面３ｂ中心に支軸７が設けられている。また、支軸７の端部には、ホーン受治具３を垂直向きの周方向へ自由に回転させながら、被シール体の進行方向に垂直な方向（図１（Ａ）中、左右方向）に往復動させるためのモータ６が接続されている。なお、ホーン受治具３を往復動させる手段としては特に限定されないが、例えば、ホーン受治具３を、その周側面３ａの自由な回転が阻害されないよう支軸７に固定し、この支軸７をモータ６によって軸方向へ往復動するようにしたり、または、ホーン受治具３が固定された支軸７の周囲に螺子溝を形成し、この支軸７をモータ６によって往復軸回転させたりすることにより行うようにする。
【００２１】
かかる構成の超音波シール機１を使用するには、超音波発振子４により発生された超音波を出射するホーン２と、このホーン２に対向して配置されたホーン受治具３との間に、被シール体１０を配在させる。次いで、上記ホーン２の先端２ａを被シール体１０を介して上記ホーン受治具３の圧接面３ａに圧接させる。この際、ホーン受治具３は、ホーン先端２ａのホーン受治具圧接面３ａへの圧接に伴い、その圧接面３ａがホーン２に対向した状態で周方向へ自由に回転するとともに、図２に示すように、モータ６によってその圧接面３ａの幅方向に厚さ分だけ往復動する。そして、この作業を行いながら、超音波発振子４から発生された超音波によって被シール体の端縁部の溶着や溶断を行うことで、ホーン受治具３の圧接面３ａは、周方向は勿論のこと幅方向も含めて圧接面全体に満遍なくホーン先端２ａにより圧接され、規則正しい圧接面の摩耗によって部分的な摩耗の進行が抑制されることとなる。したがって、ホーンとホーン受治具との接触状態に大きな変化が生じないので、常に略同一の接触圧力で溶着された均一な接合封止を行うことができる。
【００２２】
上述のような構成の超音波シール機１の具体的な使用例として、高浸透圧物質を透水性フィルムで挟んで内包した構成の脱水シートを製造する例を説明する。図３に示す脱水シート製造装置では、脱水シートの下面を形成する透水性フィルム１０ｂを巻回し、製造ライン上に送り出す下側フィルム送り出しロール２０ｂと、この下面側フィルム１０ｂの上面に高浸透圧物質３１を供給するコータ３０と、脱水シートの上面を形成する上面側フィルム１０ａを巻回し、高浸透圧物質３１が載置された下面側フィルム１０ｂの上面に重ねるように送り出す上側フィルム送り出しロール２０ａを有する。また、脱水シート製造装置は、これにより形成された積層体である被シール体１０のフィルム同士の溶着を行う第一の超音波シール機１−１、及び所定長さ毎にフィルムの溶断を行う第二の超音波シール機１−２をも有する。そして、必要に応じて、図３に示すように、重ね合わされたフィルム等からなる積層体内から高浸透圧物質３１の一部を排除して、後のフィルムの溶着が確実に行われるように補助する内容物排除手段４０を設けることとする。
【００２３】
また、下側フィルム送り出しロール２０ｂは、上面側フィルム１０ａを重ねる前に下面側フィルム１０ｂの上面に高浸透圧物質３１を載置しなければならないので、上面側フィルム１０ａを製造ライン上に送り出す上側フィルム送り出しロール２０ａとは少し間隔を空けた上流側に設けられる。すなわち、上側フィルム送り出しロール２０ａと下側フィルム送り出しロール２０ｂとの間に、高浸透圧物質３１を供給するコータ３０が設置可能となるように構成されている。
【００２４】
なお、第一の超音波シール機１−１と第二の超音波シール機１−２は、何れも前述した超音波シール機１と同様の構成を有するものであり、ホーンとホーン受治具との圧接の強さを調整することで、被シール体１０の縁部の溶着と、被シール体１０の任意長さで小分けする溶断との何れかに使い分けることとしている。
【００２５】
また、内容物排除手段４０は、被シール体１０を挟んで対向配置された一対のローラ４１ａ，４１ｂを具備し、この一対のローラ４１ａ，４１ｂが被シール体１０における溶着予定箇所の上下にそれぞれ位置するように構成されている。そして、この一対のローラ４１ａ，４１ｂ間を被シール体１０が通過する際に、その内部に配在する高浸透圧物質３１が一対のローラ４１ａ，４１ｂによって押圧され、被シール体１０における溶着予定箇所から高浸透圧物質３１の一部を排除するように構成されている。
【００２６】
以上のような構成の脱水シート製造装置を用いての脱水シートの製造工程は、まず、下側フィルム送り出しロール２０ｂより、脱水シートの下面を形成する透水性フィルムとして幅５０ｃｍのポリビニルアルコール樹脂製の下面側フィルム１０ｂを製造ライン上に送り出す。次いで、この下面側フィルム１０ｂの上面に、コータ３０より高浸透圧物質３１としての蔗糖を満遍なく供給する。次いで、蔗糖よりなる高浸透圧物質３１が載置された下面側フィルム１０ｂの上面に、上側フィルム送り出しロール２０ａより、脱水シートの上面を形成する透水性フィルムとして同じく幅５０ｃｍのポリビニルアルコール樹脂製の上面側フィルム１０ａを重ねるように送り出し、被シール体１０とする。そして、この被シール体１０の端縁部を内容物排除手段４０における一対のローラ４１ａ，４１ｂ間に通過させ、その後、直ちに配在する高浸透圧物質３１の一部がこの一対のローラ４１ａ，４１ｂの通過によって排除された溶着予定箇所を、第一の超音波シール機１−１を用いて連続的に溶着して封止する。その後、第二の超音波シール機１−２を用いて、例えば４０ｃｍ毎の所望の長さに溶断することにより、内部に蔗糖よりなる高浸透圧物質３１が配在された５０ｃｍ×４０ｃｍの大きさをした積層物品としての脱水シート１０−１とすることができる。
【００２７】
尚、脱水シートにおいて、重ね合わせて溶着する熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一方を透水性フィルムとしても良い。
上記透水性フィルムとしては、水を透過し、必要に応じて充填または挟持されることとなる高浸透圧物質を透過（漏出）しない性質を有するものであれば、ポリビニルアルコール、セロファン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体けん化物、コロジオン、ポリアミド等からなる半透膜など如何なるフィルムを用いても良い。しかしながら、超音波シール機による溶着または溶断作業を考慮すれば、ポリビニルアルコール系樹脂フィルムを用いることが望ましい。
このように、透水性フィルムを用いることで、透水性フィルム面側から重ね合わせたフィルム間へ水分を通すことが可能となる。このような脱水シートにより、食肉や鮮魚などの生鮮食品の接触脱水に用いられる脱水シートとすることができる。
また、高浸透圧物質としては、脱水しようとする食品等から水分を吸収することができる浸透圧を有するもののことを言い、例えば、単糖類、二糖類、多糖類、多価アルコール、低分子量有機カルボン酸、低分子量アミノ酸などの含水物等が考えられる。特に、水飴、蔗糖、異性化糖、グルコース、フラクトース、マンニトール、ソルビトール、マルゲトール、マルチトール、プルランなどの食用糖類の含水物や、グリセリン、プロピレングリコールなどの多価アルコールの含水物が望ましい。
また、高浸透圧物質の他に、袋状とした積層体の内部へ、湿潤剤を吸収させた媒体としての紙や不織布等を充填し、後に袋状開口部を封止したり、重ね合わされる二枚のフィルム間に予め湿潤剤を吸収させた媒体としての紙や不織布等を挟持させ、その周縁部を溶着してシート状の積層体とすることにより、脱水シートの他に、種子コーティングや苗木活着用の保水シートとすることができる。さらに、上述した湿潤剤を吸収させた媒体としての紙や不織布等とともに高浸透圧物質を、袋状とした積層物品の内部へ充填したり、重ね合わされる二枚のフィルム間に予め挟持させたりすることにより、両者の性質を併せた脱水及び保水用シートとすることもできる。
湿潤剤としては、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、１，３‐ブチレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン等の多価アルコールや、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、キシリトール、ソルビトール、マルチトール等の吸湿性高分子物質の水溶液等を単独でまたは混合して用いることができる。
【００２８】
（第二の実施の形態例）
第二の実施の形態について図４、５を参照して説明する。なお、本実施の形態では、図４に示すように、超音波の出射構造は上述の第一の実施の形態と同じであるので、図中の符号は第一の実施の形態における説明において用いた図１での符号と同じ符合を用いることとし、さらに、必要以外その説明は省略することとした。
【００２９】
ホーン１２は、下方に向けた先端１２ａが平面に近い２００ｍｍＲ以上の曲率をした緩やかな曲面を形成する略角柱形状に構成されている。一方、ホーン受治具１３は、圧接面１３ａとしての周側面３ａが２ｍｍＲの先端の断面曲率をした円盤状の回転体に構成されている。また、ホーン受治具１３の圧接面１３ａの下方には、ホーン１２の先端１２ａの圧接により摩耗変形した圧接面１３ａの先端形状を所定（元）の形状に合せて研磨する研磨材１９が固定された研磨台１８が配置されている。
【００３０】
かかる構成の超音波シール機１１は、上述の第一の実施の形態と同様、超音波発振子４により発生された超音波を出射するホーン１２と、このホーン１２に対向して配置されたホーン受治具１３との間に、被シール体１０を配在させる。次いで、上記ホーン１２の先端１２ａを被シール体１０を介して上記ホーン受治具１３の圧接面１３ａに圧接させる。この際、ホーン受治具１３は、ホーン先端１２ａのホーン受治具圧接面１３ａへの圧接に伴い、その圧接面１３ａがホーン１２に対向した状態で周方向へ自由に回転するとともに、ホーン先端１２ａとの圧接で摩耗し変形した圧接面１３ａの先端形状を直ちに元の状態まで修復するよう、下方に配置された研磨台１８における研磨材１９によって余分な圧接面部分を除去し、ホーン受治具１３の圧接面１３ａの形状を超音波シールに適切な形状に保持する。そして、この作業を行いながら、超音波発振子１４から発生された超音波によって被シール体の端縁部の溶着や溶断を行う。そして、脱水シートや袋体とする場合は、前述した第一の実施の形態における超音波シール機と同様に行えば良い。
【００３１】
なお、本発明は、図面等に基づいて説明した実施の形態のもの、例えば、実施の形態で例示した被シール体は透水性フィルムとしてのポリビニルアルコール樹脂フィルムだけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で広く他の熱可塑性樹脂フィルムや高浸透圧物質など、任意に設計変更等ができるものであることは言うまでも無い。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明の超音波シール機は、ホーンやホーン受治具の硬度を調整し、摩耗を進行を抑制することで、超音波シールに用いるホーンやホーン受治具の寿命が延びるとともに、交換のための煩わしい手間が少なくなり、さらに、全体的なコストを抑えるようにすることができる。
特に、ホーンの先端とホーン受治具の圧接面との圧接を従来の一箇所集中型から全面分散型にしたり、または、摩耗による形状変化の回復を従来の交換型から逐次修復型にする摩耗状態調整手段を有することにより、不都合な摩耗の進行が抑制され、長期に亘って安定した超音波シールを行うことができることとなる。また、超音波シールするものなので、ヒートシールによるカール等の不具合を伴わず、また、ヒートシールによる加工が困難な脱水シート等に対しても、高品質かつ安価に製造することが可能となり、これらの製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る超音波シール機を示すもので、図１（Ａ）は概略正面図、図１（Ｂ）は概略側面図である。
【図２】図１に示す本発明の第一の実施の形態に係る超音波シール機での圧接状態を示す部分拡大概略正面図である。
【図３】図１に示す本発明の第一の実施の形態に係る超音波シール機を用いての脱水シート製造装置の概略図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態に係る超音波シール機を示すもので、図４（Ａ）は概略正面図、図４（Ｂ）は概略側面図である。
【図５】図４に示す本発明の第二の実施の形態に係る超音波シール機での圧接状態を示す部分拡大概略正面図である。
【図６】従来技術の超音波シール機を示すもので、図６（Ａ）は概略正面図、図６（Ｂ）は概略側面図である。
【図７】図６に示す従来技術の超音波シール機での圧接状態を示す部分拡大概略正面図である。
【符号の説明】
１，１１ 超音波シール機
２，１２ ホーン
２ａ，１２ａ 先端部
３，１３ ホーン受治具
３ａ，１３ａ 周側面
４ 超音波発信子
５ 圧力シリンダ
６ モータ
７ 支軸
１０ 被シール体
１０−１ 脱水シート
１０ａ 上側積層フィルム
１０ｂ 下側積層フィルム
１８ 研磨台
１９ 研磨材
３１ 高浸透圧物質
４０ 内容物排除手段

Claims (10)

  1. 超音波を発生する超音波発振子と、この超音波発振子により発生された超音波を出射するホーンと、このホーンに対向して配置されたホーン受治具とを備えた超音波シール機であって、
    前記ホーンの先端の硬度は、前記ホーン受治具よりも高く、かつ、ビッカーズ硬度が１０００以上であり、
    前記ホーンと前記ホーン受治具の硬度差がビッカーズ硬度で５０〜５００であることを特徴とする超音波シール機。
  2. 被シール体を介した前記ホーンの圧接によって生じる前記ホーン受治具の摩耗の状態を調整する摩耗状態調整手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波シール機。
  3. 前記ホーン受治具は被シール体の進行方向に回転する回転体であることを特徴とする請求項１に記載の超音波シール機。
  4. 前記ホーン受治具は被シール体の進行方向に回転する回転体であることを特徴とする請求項２に記載の超音波シール機。
  5. 前記摩耗状態調整手段は、超音波シールによるホーン受治具の回転に伴って、該ホーン受治具の圧接面を所定の圧接面形状に研磨するものであることを特徴とする請求項４に記載の超音波シール機。
  6. 前記摩耗状態調整手段は、被シール体の進行方向に対して垂直方向にホーン受治具を往復動させるものであることを特徴とする請求項２、４、５のいずれかに記載の超音波シール機。
  7. 前記ホーンは、先端曲率が０．１ｍｍＲから１０ｍｍＲの頂部を有する略円錐形状体であり、前記ホーン受治具は、平坦な圧接面を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の超音波シール機。
  8. 前記ホーンは、先端形状が平面あるいは先端曲率が２００ｍｍＲ以上の緩やかな曲面を有する略角柱形状体であり、前記ホーン受治具は、圧接面先端の断面曲率が０．１ｍｍＲから１０ｍｍＲの円盤形状体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波シール機。
  9. 超音波発振子により発生された超音波を出射するホーンとこのホーンに対向して配置されたホーン受治具との間に、被シール体を介在させる超音波シール方法において、
    前記ホーン受治具を被シール体の進行方向に対して垂直方向に往復動させることを特徴とする超音波シール方法。
  10. 超音波発振子により発生された超音波を出射するホーンとこのホーンに対向して配置されたホーン受治具との間に、被シール体を介在させる超音波シール方法において、
    溶着と共に、前記ホーン受治具を回転させて所定の圧接面形状に研磨することを特徴とする超音波シール方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2451619A1 (de) * 2009-07-09 2012-05-16 Marc Tschech Vorrichtung zum trennen insbesondere zum trennschweissen von kunststoffbahnen
WO2014206980A1 (de) * 2013-06-28 2014-12-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zum stoffschlüssigen verbinden von faserverstärkten bauteilen
JPWO2017018266A1 (ja) * 2015-07-30 2018-05-17 凸版印刷株式会社 超音波シール装置

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