JP2005343496A - 超音波溶着装置、包装体製造装置及び包装体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シールされた部分の耐圧強度を維持しつつ、シールされた部分の切断を容易にする超音波溶着装置、該超音波溶着装置を用いた包装体製造装置及びシールされた部分の耐圧強度を維持しつつ、切断し易い包装体製造方法を提供する。
【解決手段】超音波振動エネルギーにより被溶着物１１５を溶融して被溶着物を圧着する超音波溶着装置１００であって、被溶着物を圧着する面５１から超音波振動エネルギーを加えるホーン５０と、ホーンの圧着面に対向し被溶着物を圧着する面６５を有するアンビル６０とを備え、いずれかの圧着する面には、溶融された被溶着物を溜める窪み６３が形成されている超音波溶着装置。超音波溶着装置１００を備える包装体製造装置。超音波溶着シールし、薄く形成すると共に、超音波溶着シールする際に流れた溶融物を液だまりに溜め、該溶融物を筒状フィルムに付着させ、シールされた部分で切断する包装体製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波溶着装置、包装体製造装置及び包装体製造方法に関するものであり、特にシールされた部分の耐圧強度を維持しつつ、シールされた部分で切断し易くする超音波溶着装置、包装体製造装置及び包装体製造方法に関する。

ソーセージやスティックチーズ等の内容物が充填された筒状フィルムを密封し個々の包装体を得る場合の密封手段として、筒状フィルムの端部を金属製のワイヤクリップで結さつする方法が知られている。ところが、金属製のワイヤクリップで結さつする方法では製品検査における金属探知においてワイヤクリップを探知してしまうなどの不便があるので、筒状フィルム端部を集束しシールする方法が実用化されてきている。かかるシール方法においては、シールされた部分あるいはその近傍でピンホールが生じ易くなるという耐圧強度の低下があり、そのため筒状フィルムの扁平化部分を集束してから、相対する２方向から補強テープを装着し、集束部分と補強テープを共に溶着する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許第２５１６８８５号公報（図２、図４、図７）

しかし、従来の筒状フィルム端部をシールする手段により製造された包装体では、レトルトやボイルなどの加熱処理による内圧の上昇に対する溶着部分の耐圧強度が不足し、溶着部分が破れて密封不足となり、外気の流入による内容物の腐敗や、内容物の水分の浸出による包装体のシールされた部分周辺の汚れの恐れがあった。また、レトルト工程中に包装体が破れると、汚れを除くのに時間が掛かるために生産効率を大きく下げることにもなっていた。一方、筒状フィルムに内容物を充填し、端部をシールして製造する包装体では、シールされた部分あるいはその近傍で切断し、１個の包装体としての最終製品となる。そこで、シールされた部分を切断し易くすることと、シールされた部あるいはその近傍での包装体の耐圧強度を維持することという、相反する要求がある。

そこで本発明は、シールされた部分の耐圧強度を維持しつつ、シールされた部分の切断を容易にする超音波溶着装置、該超音波溶着装置を用いた包装体製造装置及びシールされた部分の耐圧強度を維持しつつ、切断し易い包装体製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る超音波溶着装置は、例えば図１に示すように、超音波振動エネルギーにより被溶着物１１５を溶融して被溶着物１１５を圧着する超音波溶着装置１００であって；被溶着物１１５を圧着する面５１から超音波振動エネルギーを加えるホーン５０と；ホーン５０の圧着面５１に対向し被溶着物１１５を圧着する面６５を有するアンビル６０とを備え；いずれかの圧着する面６５には、溶融された被溶着物１１５を溜める窪み６３が形成されている。

このように構成すると、窪みのない部分で、被溶着物が圧着によりシールをし、圧着するときに溶融した被溶着物（溶融物）を窪みに流れて溜め、そこで、溶融物を被溶着物と一体にすることができる。そのために、被溶着物のシールされた部分は、被溶着物と溶融物が一体となることにより厚く形成された部分で補強されて、シールされた部分の耐圧強度が大きく維持される。また、超音波溶着装置の一つの面の窪みのない部分に対応する被溶着物の部分、すなわちシールされた部分は、溶融し窪みに流れた分だけ薄く形成されており、シールされた部分の機械的強度が小さくなる。そこで薄く形成された部分を切断すれば、切断し易い。

また、請求項２に記載の発明に係る超音波溶着装置は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の超音波溶着装置１００において、窪み６３がアンビル６０に形成されている。

このように構成すると、アンビルは、ホーンから加えられる超音波エネルギーの受け金であるので、加工が容易であり、製造し易い超音波溶着装置となる。

また、請求項３に記載の発明に係る超音波溶着装置は、例えば図１に示すように、請求項２に記載の超音波溶着装置１００において、アンビル６０の圧着する面６５が、中央を横断する中央横断部６１と、中央横断部６１の両側に形成された中央横断部６１よりも逃げてなる両端部６２とに分れ、中央横断部６１と両端部６２との間に窪み６３が形成されている。

このように構成すると、中央横断部で被溶着物は圧着によりシールされ、そのときに流れる溶融物は、中央横断部と両端部との間の窪みに溜まる。そこで、溶融物が被溶着物と一体になることにより、シール部分の両側が窪みに溜まった溶融物により厚く形成される。すなわち、中央横断部でシールされた部分が、その両側の窪みで厚く形成された部分により補強される。したがって、包装体のシールされた部分の耐圧強度が維持される。また、シールされた部分は、圧着により薄く形成されるので、切断し易い。なお、両端部は、中央横断部より逃げているので、両端部で被溶着物が圧着されることはない。ここで、「中央横断部より逃げてなる両端部」とは、ホーンとアンビルとが圧着のために近接（被溶着物を介して接触）したときに、中央横断部が被溶着物を圧着するのに対し、両端部では、被溶着物を介して接触するほどには近接せず、両端部は、ホーンの圧着面から少し離れて、圧着面から引いた位置になることを意味する。

また、請求項４に記載の発明に係る超音波溶着装置は、例えば図１に示すように、請求項３に記載の超音波溶着装置において、窪みが中央横断部に沿った溝６３である。

このように構成すると、圧着されたシールされた部分を補強する部分が、シールされた部分の長さにわたり、シール部分の両側に沿って形成されるので、包装体のシールされた部分の耐圧強度が確実に補強される。

また、前記目的を達成するため、請求項５に記載の発明に係る包装体製造装置１は、例えば図４に示すように、帯状フィルムを供給する原反供給装置と；帯状フィルムＦの側縁部を重ね合わせてシールし筒状フィルムＦ１を成形する縦シール装置１１〜１３と；筒状フィルムＦ１に内容物Ｃを充填する充填装置３０と；内容物Ｃが充填された筒状フィルム１５ａに対して、筒状フィルム１５ａの長手方向に所定間隔毎の内容物の不在部１５ｂを扁平に形成するしごき装置４０と；しごき装置４０により扁平に形成されてなる不在部１５ｂを、扁平な面に沿った横断方向に集束する集束装置７０と；集束された不在部１５ｂを横断するシールを行う請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波溶着装置１００と；超音波溶着装置１００の窪みのない部分または中央横断部で、筒状フィルムを切断する切断装置８０とを備える。

このように構成すると、包装体のシールされた部分の耐圧強度は大きく維持されるが、圧着によりシールされた部分の機械的強度は、薄く形成されるので小さくなり切断し易い、包装体製造装置となる。

また、前記目的を達成するため、請求項６に記載の発明に係る包装体製造方法は、例えば図５に示すように、帯状フィルムの側縁部を重ね合わせてシールし筒状フィルムを成形する縦シール工程Ｓｔ１、Ｓｔ２と；筒状フィルムに内容物を充填する充填工程Ｓｔ３と；内容物が充填された筒状フィルムに対して、筒状フィルムの長手方向に所定間隔毎の内容物の不在部を扁平に形成するしごき工程Ｓｔ４と；不在部を扁平な面に沿った横断方向に集束する集束工程Ｓｔ５と；集束した不在部を横断して超音波溶着シールし、かつ、薄く形成すると共に、超音波溶着シールする際に流れた溶融物を液だまりに溜め、該溶融物を筒状フィルムに付着させる溶着工程Ｓｔ６と；超音波溶着シールされた部分で、筒状フィルムを切断する切断工程Ｓｔ７とを備える。

このように構成すると、筒状フィルムの内容物の不在部で超音波溶着シールをし、溶着する際に流れた溶融物を筒状フィルムに付着させて厚く形成するので、シールされた部分が補強され、包装体の耐圧強度が大きく維持される。また、シールされた部分、すなわち薄く形成された部分を切断するので、切断し易く、確実に切断する包装体製造方法となる。

本発明によれば、ホーンまたはアンビルの圧着面であって窪みのない部分で、被溶着物が圧着によりシールされる。圧着するときに溶融した被溶着物（溶融物）は窪みに流れて溜まり、そこで被溶着物と一体になるので、被溶着物と溶融物が一体となることにより厚く形成される。よって、シールされた部分は、厚く形成された部分で補強される。一方、シールされた部分は、溶融物が流れた分だけ薄く形成される。したがって、シールされた部分の耐圧強度を大きく維持しつつ、シールされた部分の切断が容易な超音波溶着装置が提供される。また、該超音波溶着装置を用いることにより、シールされた部分の強度を維持しつつ、シールされた部分の切断が容易な包装体製造装置が提供される。更に、筒状フィルムの内容物の不在部で超音波溶着シールをし、溶着する際に流れた溶融物を筒状フィルムに付着させて厚く形成するので、包装体のシールされた部分が補強され、耐圧強度が大きく維持される。同時に、シールされた部分は薄く形成されるので、シールされた部分の機械的強度は小さくなり、シールされた部分が切断し易い包装体製造方法が提供される。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図１に本発明の第１の実施の形態である超音波溶着装置１００のホーン５０とアンビル６０の斜視図（図１（ａ））、筒状フィルム１１５を溶着する側面図（図１（ｂ））および溶着される部分の拡大図（図１（ｃ））を示す。図１において、被溶着物１１５は上下方向（ｚ方向）に長く、扁平化され集束された方向（ｘ方向）に加圧されて、水平横断方向（ｙ方向）にシールが形成される。超音波溶着装置１００は、超音波（２０ｋＨｚ以上であり、例えば２０ｋＨｚあるいは３５ｋＨｚなど）振動をするホーン５０の超音波振動エネルギーを被溶着物に加えつつ、ホーンとアンビルとで被溶着物に圧力を加えることにより、振動による摩擦熱で溶融した被溶着物をシールする装置である。ホーン５０は、電気信号を超音波の機械的振動エネルギーに変換するコンバーター（不図示）を内蔵し、コンバーターの振動に共鳴して増幅する。なお、コンバーターの振動を、ブースターに伝達し、ブースターで増減させた振幅をホーンで増幅する構成としてもよい。ホーン５０は、超音波振動に共鳴するように、直方体などの単純な形状であることが好ましく、被溶着物を圧着する圧着面５１は平坦な面に形成されている。

アンビル６０は、ホーン５０の超音波振動エネルギーと被溶着物を加圧する圧力とを受ける受け金具であり、ホーン５０の圧着面５１と対向し、同じ大きさである圧着面６５を有する。なお、アンビル６０の圧着面６５は、ホーン５０の圧着面５１より大きくてもよい。圧着面６５は、その中央部を横断する中央横断部６１と、中央横断部の両側に形成され中央横断部より逃げた両端部６２と、中央横断部６１と両端部６２との間に形成された溝である窪み６３とを有し、側面（ｙ方向）から見ると、あるいは断面が、漢字の「山」の字を横にしたような形になっている。

中央横断部６１は、圧着面６５においてホーン５０側に一番張り出ており、ホーン５０の圧着面５１と被溶着物１１５を実際に加圧する面であり、平坦に、そしてホーン５０の圧着面５１に平行に形成される。中央横断部６１の幅（ｚ方向の長さ）は、圧着面６５の幅（ｚ方向の長さ）の０．３倍以上０．８倍以下とし、好ましくは０．３５倍以上、更に好ましくは０．４倍以上であり、また好ましくは０．６倍以下、更に好ましくは０．５倍以下である。中央横断部６１の幅が小さ過ぎると、シールされた部分（以下、シール部分ともいう。）の耐圧強度が小さくなる。中央横断部６１の幅が大き過ぎると、窪み６３の幅が相対的に小さくなり、すなわち溶融物１１６による補強部分の幅が狭くなり、その結果、補強の効果が少なく、シール部分の耐圧強度が小さくなる。また、溶融物１１６の量が多く窪み６３で収納しきれずに溢れて、被溶着物１１５に付着することにより、シールされた部分の美観が損なわれることがある。平坦にそして平行に形成されることにより、圧着するときの加圧が均一になり、ホーン５０の超音波振動エネルギーが均一に被溶着物１１５に加えられる。中央横断部６１は、被溶着物１１５の横断方向（ｙ方向）に長く、アンビル６０の圧着面６５を横断している。このような形状を有することにより、被溶着物１１５にシールを施すことができる。ここで、シールとは、被溶着物１１５が横断方向に溶着され、被溶着物の内容物および水、空気などが流通しないようになることをいう。なお、縦シールは、帯状フィルムＦを筒状フィルムＦ１に形成するための接着であり、シールとは異なる。

窪み６３は、中央横断部６１の両側に、中央横断部６１に平行に形成された２本の溝６３である。１本の溝６３の幅は、圧着面６５の幅の０．０５倍以上０．３倍以下とし、好ましくは０．１倍以上、更に好ましくは０．１５倍以上とし、また好ましくは０．２５倍以下、更に好ましくは０．２倍以下とする。溝６３の幅を大きくし過ぎても、シール部分の耐圧強度の改善は僅かである。溝６３の幅が、小さ過ぎると、溶融物１１６による補強部分の幅が狭くなり、その結果、補強の効果が少なく、シール部分の耐圧強度が小さくなる。溝６３の深さは、溶融した被溶着物１１５、すなわち溶融物が溜まる量に応じて変えるものとする。溝６３が深すぎると溶融物１１６は抵抗なく溝６３に流れ続ける。この場合には、僅かでも流れ易い方に流れてしまうので、いわゆる片流れを起こし、両側の溝６３に均等に流れなくなると共に、溶融物１１６が被溶着物１１５と一体にならないことがある。逆に、溝６３が浅すぎると溶融物１１６は溝６３から溢れ、溶着した面およびその周辺の美観が悪くなることがある。

両端部６２は、２本の溝６３のそれぞれの外側（中央横断部から離れた側）に形成された、中央横断部６１よりも逃げた面である。両端部６２は、ホーン５０の圧着面５１との間で被溶着物１１５を圧着することはなく、溝６３に溜まる溶融物１１６の流出を止める、いわば土手の役割を果たす。後述するように、両端部６２が圧着することがないので、両端部６２に対応する部分の被溶着物が薄く形成されることがなく、強度が維持されるが、薄くする程度が強度に影響しないように僅かな力で、両端部６２が被溶着物１１５を圧着してもよい。よって幅（ｚ方向の長さ）は、任意でよく、高さは、溝６３に溶融物１１６を溜めることができ、かつ、中央横断部６１より逃げていればよい。実際には、両端部６２の中央横断部６１からの逃げ量を先ず決めて、両端部６２の高さと溶融物１１６を溜める量から、溝６３の深さを決めるのがよい。ここで、逃げ量は、被溶着物１１５の大きさ、厚さ、材質等によっても異なるが、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とし、好ましくは０．２ｍｍ以上、更に好ましくは０．２５ｍｍ以上とし、また好ましくは０．４ｍｍ以下、更に好ましくは０．３５ｍｍ以下とする。

なお、アンビル６０の圧着面６５の形状は、上記に限られず、例えば図２に示すように、種々の形状が可能である。図２（ａ）に示すアンビル１６０のように、平坦な圧着面１６５に複数の矩形の窪み１６３を形成し、窪みのない面１６１で圧着し、窪みに溶融物を溜めてもよい。あるいは、図２（ｂ）に示すアンビル２６０のように、中央横断部２６１の両側に中央横断部２６１より逃げた両端部２６２を形成し、両端部２６２に複数の矩形の窪み２６３を形成してもよい。あるいは、図２（ｃ）に示すアンビル３６０のように、中央横断部３６１の両側に滑らかにくぼんだ溝３６３と、滑らかに窪みより張り出した両端部３６２を形成し、両端部には平面がなくてもよい。

続いて、図１（ｂ）および（ｃ）を参照して超音波溶着装置１００を用いた被溶着物１１５の溶着について説明する。典型的には、被溶着物１１５は内容物を充填した筒状フィルムである。また典型的には、溶着は、筒状フィルム１１５に形成された扁平な内容物不在部を形成し、扁平な面に沿って横断方向に集束した集束部分１１５ａをフィルムの横断方向にシールするシール溶着である。ただし、被溶着物１１５は、筒状フィルムに限られず、２枚のフィルムあるいは薄板でもよい。また、材質は、溶融して圧着可能な、熱可塑性樹脂製とするのが一般的である。あるいは、金属製としてもよい。集束部１１５ａは、筒状フィルム１１５を扁平にしたので、２枚のフィルムが折り重ねられた状態となり、互いに接している。

超音波溶着装置１００のホーン５０とアンビル６０の間に、筒状フィルム１１５の集束部１１５ａが、集束された面（折り目が重なる面ではない面）をホーン５０の圧着面５１（以下、ホーン圧着面５１という。）あるいはアンビル６０の中央横断部６１に平行に挿入される。筒状フィルム１１５の集束部１１５ａが挿入されると、ホーン５０とアンビル６０とが互いに近づき、ホーン圧着面５１と中央横断部６１とで、集束部１１５ａを挟む。ホーン圧着面５１が集束部１１５ａに接することにより、ホーン５０の超音波振動エネルギーが集束部１１５ａに伝達される。超音波振動エネルギーが伝達されると、集束部１１５ａの折り重ねられたフィルムが接する面で、超音波振動による摩擦熱が大きく発生し、高温になる。集束部１１５ａが熱可塑性樹脂製フィルムあるいは金属製フィルムで形成されているので、溶融し始める。

更にホーン５０とアンビル６０が近接し、集束部１１５ａを加圧する。ここで、集束部１１５ａを加圧するのは、接する面を圧着するためであり、ホーン圧着面５１と中央横断部６１とが、完全に接するまで寄ることはなく、溶着後の集束部１１５ａの厚さだけの間隔を開けた位置までホーン圧着面５１と中央横断部６１とは接近する。折り重ねられたフィルムは、溶融している状態で加圧されることにより、一つにシールされる。

加圧されることにより、すなわち、折り重ねられたままのフィルムの厚さより狭い間隔にホーン圧着面５１と中央横断部６１とが接近することにより、溶融物１１６は、中央横断部６１の両側の溝６３に押し流される。中央横断部６１上（紙面法線方向のｙ方向）にも押し流されるが、中央横断部６１ではホーン圧着面５１との間隔が狭く溶融物１１６が流れにくいので、多くは溝６３に押し流される。溝６３に流れた溶融物１１６は、溝６３に溜まる。溝６３の一部に溶融物１１６が溜まると、溜まった溶融物１１６を押しのけて流れる込むのは抵抗が大きいので、その溜まった部分には溶融物１１６は流れず、溝６３の他の部分に流れるようになる。このように、一箇所にまとまって流れずに、溶融物１１６は均等に溝６３に流れ込む。

なお、両端部６２は、中央横断部６１より逃げているので、ホーン圧着面５１との間で集束部１１５ａを挟むことはなく、フィルムにホーン５０の超音波振動エネルギーが伝達されず、フィルムは溶融しない。よって、両端部６２に対応する位置で、フィルムが薄く形成されることがない。また、両端部６２に対応する位置で、フィルムがシールされることはない。したがって、両端部６２に対応する位置のフィルムが強度的に弱部となることもなく、また、両端部６２に対応する位置のフィルムに大きな力（内容物の内圧Ｐによる）が作用することもない。なお、両端部６２で僅かに圧着された場合においても、そのシールは容易にはがれ、圧着されなかったときと略同じ状態になる。

ホーン５０とアンビル６０とは、ホーン圧着面５１と中央横断部６１とが所定の位置まで接近した後、互いに後退し、ホーン圧着面５１およびアンビル６０の圧着面６５は、集束部１１５ａから離れ、圧着は終了する。

図３（ａ）に、集束部１１５ａの溶着後の断面図を示す。集束部１１５ａは、アンビル６０の中央横断部６１により圧着され、シールされたシール部Ｓ、溝６３に溜まった溶融物１１６が付着した補強部Ｔ、両端部６２に対応し、あるいは、ホーン５０とアンビル６０の外側に対応する部分であって、超音波圧着で変化を受けなかった不変部Ｎとに分けられる。

図３（ｂ）に、筒状フィルム１１５の内容物により圧力Ｐを受けるシール部分および近傍の断面図を示す。シール部分および近傍のフィルムには、超音波溶着した時のシール部Ｓ、補強部Ｔ、不変部Ｎの位置を示している。内容物の圧力Ｐを受けることにより、シール部Ｓの端部からフィルムは開こうとするが、シール部Ｓに隣接する補強部Ｔの膜厚が厚く形成されているので、当該部での変形は抑制される。よって、シール部Ｓは溶着により薄くなったものの、圧力Ｐによる力が隣接する補強部Ｔにより抑えられるので、シール部Ｓに作用する力は小さく、シール部Ｓ脇で生じるピンホールや破れによる密封不足や不良品を生じない。すなわち、包装体の耐圧強度が大きい。

シール部Ｓは薄くなることにより、機械的強度が小さくなる。シール後にシールされた部分（シール部Ｓ）を押し込み型カッター刃の衝撃的な押圧により切断する筒状フィルムにおいては、シール部Ｓの機械的強度が小さいことでシール部Ｓに与える力が減少して、シール部Ｓ近傍でのピンホールや破れが抑えられる。すなわち、薄く形成されたシール部Ｓを切断することで、切断し易く、更に、シール部Ｓ近傍の損傷を防止できる。

なお、これまでの説明では、筒状フィルムを扁平化し集束した部分のフィルムの溶着について説明したが、他のフィルムあるいは薄板でも同様である。また、フィルムに補強テープをあてて、補強テープの上から超音波溶着する場合にも、同様に、シールされた部分に隣接して厚く形成された補強部分が形成されるので、同様の効果が得られる。

また、これまでの説明では、ホーン５０からのみ、超音波振動エネルギーが伝達されるとしたが、アンビル６０から超音波振動エネルギーが伝達されてもよく、アンビル６０からの超音波振動エネルギーは、ホーン５０の超音波振動エネルギーを反射するものでも、アンビル６０にコンバーターを備えたものでもよい。

また、これまでの説明では、アンビル６０の圧着面６５にのみ、窪み６３が形成されるとしたが、ホーン圧着面５１に窪みが形成されてもよい。あるいは、ホーン圧着面５１と圧着面６５の両方に窪みが形成されてもよい。ホーン圧着面５１と圧着面６５の両方に窪みが形成されることにより、補強部Ｔの形状が２枚のフィルムで対称となることで弱部のない補強構造となり易い。

続いて、図４（ａ）の構成図を参照して、本発明の第２の実施の形態である、超音波溶着装置１００を備える包装体製造装置１について説明する。図４（ａ）は、包装体製造装置１の全体構成を示す構成図である。図４（ａ）の紙面上の上下は実際の鉛直方向の上下に対応し、後述の筒状フィルムＦ１は図中、上から下に流れるように走行する。すなわち、上が充填包装作業における筒状フィルムＦ１の走行方向の上流側、下が走行方向の下流側となる。ロール状に巻かれた帯状のフィルムＦは、原反２１として回転自在に支持されている。原反２１から引き出された帯状フィルムＦは、ガイドローラ２２Ａ、２２Ｂに案内されて走行し、フォーミングプレート１１に導かれる。この原反２１とガイドローラ２２Ａ、２２Ｂにより原反供給装置２０が構成されている。帯状フィルムの材質は、超音波溶着させるため塩化ビニリデン系樹脂とするのが好ましく、他のオレフィン系樹脂でもよい。また、帯状フィルムは単層としても多層としてもよい。

フォーミングプレート１１は、上下に開口する円筒形状を有している。また、周方向の一箇所で縦方向に延びる円周方向の隙間をもっている。フォーミングプレート１１の上端縁は湾曲傾斜しており、帯状フィルムＦは、その内面に沿うように案内されることにより側縁部で重ね合わせ部を持つ連続筒状フィルムＦ１に形成される。フォーミングプレート１１の下流側である下方には、案内筒１２が垂下され、筒状フィルムＦ１はその筒状の形を保ったまま下流に走行案内される。

案内筒１２に案内された筒状フィルムＦ１の重ね合わせ部は、縦シール装置１３により、押圧されながら溶着され、縦シールされる。縦シール装置１３による溶着手段は超音波溶着が好適であるが、これ以外にも抵抗加熱溶着、高周波誘電加熱溶着、レーザー加熱溶着、溶融樹脂滴吹付溶着、その他種々の溶着手段を用いることができる。また、縦シールは、いわゆる合掌貼りシールであってもよいし、封筒貼りシールであってもよい。

包装体製造装置１の上部には、縦シールされた筒状フィルムＦ１に内容物Ｃを充填するポンプ３１とノズル３２とを備える充填装置３０が設けられている。ノズル３２は、フォーミングプレート１１の上方に設置されたポンプ３１に接続され、先端が案内筒１２内へ導入されている。ノズル３２の先端は、縦シール装置１３より下流側で開口している。なお、ポンプ３１は、フォーミングプレート１１の上方ではなく、内容物を適宜補充し易い他の位置に設置し、配管によりノズル３２と連接されていてもよい。特に、練状食品のように比較的重量のある内容物を充填する場合には、地上に設置された容器に貯留された練状食品を、ポンプによりノズル３２の位置に圧送して供給するのがよい。

案内筒１２及びノズル３２の下流側に、送り装置である送りローラ１４が設けられている。送りローラ１４では、縦シールされた筒状フィルムＦ１内に内容物Ｃが充填された筒状体１５ａを、一対の円柱状の送りローラ１４が内容物Ｃを押圧した状態でフィルムを下方へ連続して狭圧搬送する。

送りローラ１４の下流側には、しごき装置４０が設けられている。しごき装置４０のしごきローラ４１は、図４において紙面に垂直方向に延びる筒状外面を有し、その直角方向の長さは少なくとも折り幅よりも長いものであり、腕体４２により支持されている。なお、「折り幅」とは筒状体１５ａを扁平にしたときの幅、言い換えれば筒状体１５ａの円周長の半分の長さをいう。腕体４２はその一端４２ａを中心に揺動可能で、中間部でピン等を介して横部材４３が接続されている。一対の横部材４３が近接方向に移動すると、一対のしごきローラ４１により筒状体１５ａは狭圧される。横部材４３が離間方向へ後退すると、しごきローラ４１は筒状体１５ａを狭圧することはなくなる。このように、走行する筒状体１５ａに走行方向で所定の距離だけ内容物Ｃの不在部１５ｂを形成する。しごき装置４０は、筒状フィルム１５ａに内容物Ｃの不在部１５ｂを扁平に形成できればよく、ローラに限られず、例えば、平らな部材で筒状フィルム１５ａを両側から押しつぶし、内容物を上下に振り分けるようなものであってもよい。このような押しつぶしも、ここで言う「しごき」の概念に含まれるものとする。

しごき装置４０の下流側には、超音波溶着装置１００が設置される。また、超音波溶着装置１００の上下に２組の集束板７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂを有する集束装置７０が超音波溶着装置１００と共に設置される。

図４（ｂ）の詳細斜視図に示すように、集束装置７０は、組となった集束板７１、７２（７１ａ、ｂをまとめて７１と、７２ａ、ｂをまとめて７２という。）がそれぞれ扁平なフィルムの幅方向にフィルムを挟む。対向した集束板７１ａ（ｂ）、７２ａ（ｂ）は、互いに近接し、次いで離れる往復動をする。この往復動はしごき装置４０の往復動とは直交した方向で行われる。すなわち、図４（ａ）では、集束装置７０も紙面上を往復するように描かれているが、実際には紙面に垂直な方向の往復運動をする。集束板７１、７２には、フィルム側の対向縁にＶ字状の集束溝が形成されている。対向する集束板７１、７２が近接したときには、左右の集束板７１、７２が重なり、それぞれのＶ字溝の溝底同士で、一つの小さな空間を形成する。Ｖ字溝の溝底にＵ字状の切り欠きを形成すれば、集束板７１、７２が近接したときに、Ｕ字の底同士で円形の空間が形成されるので、好適である。

超音波溶着装置１００は、ホーン５０とアンビル６０が、フィルムを挟んで、対向して配置されている。超音波ホーン５０およびアンビル６０は、集束板７１、７２の往復動と同じ方向に往復動をする。すなわち、図４（ａ）の紙面に垂直な方向の往復運動をする。集束装置７０の集束板７１、７２が近接した時に、ホーン５０とアンビル６０も近接する。ホーン５０とアンビル６０とは、不在部１５ｂを狭圧するとともにフィルムを溶着して、集束板７１、７２で集束された不在部１５ｂをシールする。

超音波溶着装置１００および集束装置７０より、不在部１５ｂを形成した所定の間隔分、すなわち、１つの包装体分の長さだけ下流側に、切断装置８０が設けられている。切断装置８０はカッター８１を備える。カッター８１は板状であり、切断されるフィルム（不在部１５ｂ）が存在する側に鋭利な刃部が設けられている。カッター８１も、超音波溶着装置１００及び集束装置７１と同様に、往復動をする。カッター８１の往復動も、超音波溶着装置１００および集束装置７０と同様に、図４（ａ）の紙面に垂直な方向の往復動をする。したがって、共通の駆動装置（不図示）により駆動する構成とするのが、構成が単純化されて好ましい。

また、超音波溶着装置１００および集束装置７０及び切断装置８０は、筒状体１５ａが下方に送られるのと同じ速さで下方に移動しつつ不在部１５ｂを集束し、シールすると共に切断し、切断した後、不在部１５ｂを開放して上の位置に戻る、いわゆる「拝み運動（ボックスモーション）」をするのが好ましい。そこで、超音波溶着装置１００、集束装置７０及び切断装置８０が、共通の上下に移動する架台（不図示）上に設置されると、構成が簡単になる。

続いて、図４に示す本発明の第２の実施の形態である包装体製造装置１を用いた包装体の製造について説明する。帯状フィルムＦは原反２１から所定の速度で引き出され、ガイドローラ２２Ａ、２２Ｂにより所定の張力をかけられて、走行案内され、フォーミングプレート１１に到達する。

フォーミングプレート１１に到達した帯状フィルムＦは、側縁部で重ね合わせ部を持つ筒状に形成され、縦シール装置１３によって重ね合わせ部が溶着される。このようにして、縦シールされた筒状フィルムＦ１が形成される。この筒状フィルムＦ１内には、ポンプ３１からノズル３２を経て内容物Ｃが充填される。内容物Ｃが充填された筒状体１５ａは、送りローラ１４によって下流側へ搬送される。一対の送りローラ１４は、筒状体１５ａを局部的に押しつぶすように狭圧して搬送するが、押しつぶされた筒状体１５ａは、送りローラ１４の位置を通過した後は内容物Ｃによる内圧により元の筒形に復帰する。

筒状体１５ａは、一対のしごきローラ４１により間けつ的に所定の長さにわたり狭圧され、内容物Ｃのない不在部１５ｂが所定の間隔をもって形成される。

不在部１５ｂは、下流に送られ、集束装置７０の位置に達する。集束装置７０において、まず、不在部１５ｂは、対向する集束板７１、７２により集束溝の溝底に、細く集束される。次に、集束された不在部１５ｂを、超音波溶着装置１００のホーン５０の圧着面５１とアンビル６０の中央横断部６１で挟み込み、薄く形成しながらシールを施すと共に、中央横断部６１の両側の溝６３に溜められた溶融物により、シールされた部分の両側が補強される。

シールされた後、切断装置８０によりシールされた部分で切断される。シールされた部分で切断されることにより、１個ずつの包装体となる。この包装体は、包装体製造装置１から取り出され、次の工程に供給される。

前述の通り、超音波溶着装置１００、集束装置７０及び切断装置８０は、不在部１５ｂが鉛直下方に送られる速さと同じ速さで下方に移動しながら、集束し、シールを施し、切断を行う。その後、これらの装置の対向する部品同士は互いに離れ、上方に移動し、次の不在部１５ｂに備える。このように、超音波溶着装置１００、集束装置７０及び切断装置８０が、筒状フィルムＦ１が送られる速さと同じ速さで移動しながら、作動する。よって、フィルムの送りを停止することなく、連続的に包装体の製造を行うことができるので、包装体の作業速度を速めることができる。ただし、超音波溶着装置１００、集束装置７０及び切断装置８０が上下に移動する構造ではなく、筒状フィルムＦ１を間けつ的に送り、送りが停止している間に、不在部１５ｂを集束し、シールを施し、切断する構成としてもよい。このように構成すると、包装体製造装置１の構成が簡単になり、大きさ、重量を軽減することができる。

以上のように、本発明の第２の実施の形態である包装体製造装置１によれば、シール部分が、隣接する部分に溶融物が付着することにより補強され、包装体のシールされた部分の耐圧強度が大きくなる。したがって、後の工程でレトルトやボイル等の熱処理が行われてフィルムが熱収縮しても、包装体のシール部分が破れることが抑制される。また、シール部分は、超音波溶着装置１００により薄く形成され、シールされた部分を切断装置８０で切断するので、切断が容易になり、確実な切断により１本１本の包装体が製造されるとともに、切断するために加えられる押圧力が小さくなるので、シールされた部分の近傍での損傷を防止できる。

続いて、図５のフロー図を参照して、本発明の第３の実施の形態である包装体の製造方法について説明する。ここでは、本発明の第２の実施の形態である包装体製造装置１（図１参照）に限られず、いかなる製造装置により包装体を製造してもよい。まず、帯状フィルムをフォーミングプレート等により側縁部を重ね合わせて筒状に形成して筒状フィルムを形成する（ステップＳｔ１）。筒状フィルムの側縁部の重ね合わせ部を縦シールすることにより、縦シールされた筒状体を成形する（ステップＳｔ２）。そして、筒状体の中に、筒状体中に挿入したノズルから内容物を充填する（ステップＳｔ３）。

内容物を充填した筒状体をしごくことにより、所定の間隔をもって、所定の長さを有する内容物のない不在部を扁平に形成する（ステップＳｔ４）。扁平に形成した不在部を、扁平な面に沿った横断方向に集束する（ステップＳｔ５）。

集束した箇所を、超音波溶着シールする。超音波溶着シールする際に、加圧されるので、集束した箇所は薄く形成される。また超音波溶着シールする際に溶融した溶融物を液だまりに溜める。液だまりは、シールする部分に隣接して設けるのが好適である。液だまりに溜められた溶融物をフィルムに付着させる（ステップＳｔ６）。液だまりを適切な深さに形成し、溜まった溶融物がフィルムに接しており、溶融物が温度の低下により固化するにつれて、フィルムに付着するように構成するのがよい。そして、シールされ、薄く形成された部分で切断し、１個の包装体が製造される（ステップＳｔ７）。なお、上記の作業（ステップＳｔ１〜Ｓｔ７）の間、フィルムは連続的に送り続ける（ステップＳｔ８）。フィルムを連続的に送り続けることにより、製造効率が高くなるが、フィルムの送りを止めて、内容物の充填、不在部の形成、集束、超音波溶着シール、切断などの工程を行うこととしてもよい。

上述の本発明の第３の実施の形態である包装体の製造方法によれば、超音波溶着シールされた部分が薄く形成され、隣接して溶融物が付着した部分が形成される。したがって、シールされた部分は、薄くなるが、隣接した溶融物が付着した部分により補強されるので、包装体のシールされた部分の耐圧強度は大きく維持される。また、シールされた部分は薄く形成されているので、切断工程での切断が容易となり、確実に切断される。

本発明の第１の実施の形態である超音波溶着装置を説明する斜視図（図１（ａ））と側面図（図１（ｂ））と超音波溶着される被溶着物の拡大図（図１（ｃ））である。 アンビルの形状の変形例を示す斜視図である。 超音波溶着した部分の拡大断面図である。図３（ａ）は、超音波溶着した後の状態、図３（ｂ）は、筒状フィルムが内圧を受けている状態の断面を示す。 図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態である包装体製造装置の全体構成を説明する構成図である。図４（ｂ）は、集束装置を説明する斜視図である。 本発明の第３の実施の形態である包装体の製造方法を示すフロー図である。

符号の説明

１ 包装体製造装置
１１ フォーミングプレート
１２ 案内筒
１３ 縦シール装置
１４ 送りローラ
１５ａ 内容物が充填された筒状フィルム
１５ｂ 内容物不在部
２０ 原反供給装置
２１ 原反
２２Ａ、２２Ｂ ガイドローラ
３０ 充填装置
３１ ポンプ
３２ ノズル
４０ しごき装置
４１ しごきローラ
４２ 腕体
４３ 横部材
５０ ホーン
５１ ホーンの圧着面
６０ アンビル
６１ 中央横断部
６２ 両端部
６３ 溝（窪み）
６５ アンビルの圧着面
７０ 集束装置
７１、７２ 集束板
８０ 切断装置
８１ カッター
１００ 超音波溶着装置
１１５ 被溶着物
１１５ａ 集束部分
１１６ 溶融物（溶融した被溶着物）
１６０、２６０、３６０ アンビル
１６１ 窪みのない面
２６１、３６１ 中央横断部
２６２、３６２ 両端部
１６３、２６３、３６３ 溝（窪み）
Ｃ 内容物
Ｆ 帯状フィルム
Ｆ１ 筒状フィルム
Ｎ 不変部
Ｐ 内容物の圧力
Ｓ シール部
Ｔ 補強部

Claims (6)

1. 超音波振動エネルギーにより被溶着物を溶融して該被溶着物を圧着する超音波溶着装置であって；
   前記被溶着物を圧着する面から超音波振動エネルギーを加えるホーンと；
   前記ホーンの圧着面に対向し前記被溶着物を圧着する面を有するアンビルとを備え；
   前記いずれかの圧着する面には、前記溶融された被溶着物を溜める窪みが形成されてなる
   超音波溶着装置。
2. 前記窪みがアンビルに形成される；
   請求項１に記載の超音波溶着装置。
3. 前記アンビルの圧着する面が、
   中央を横断する中央横断部と、
   前記中央横断部の両側に形成された前記中央横断部よりも逃げてなる両端部とに分れ、
   前記中央横断部と前記両端部との間に前記窪みが形成される；
   請求項２に記載の超音波溶着装置。
4. 前記窪みが中央横断部に沿った溝である；
   請求項３に記載の超音波溶着装置。
5. 帯状フィルムを供給する原反供給装置と；
   帯状フィルムの側縁部を重ね合わせてシールし筒状フィルムを成形する縦シール装置と；
   前記筒状フィルムに内容物を充填する充填装置と；
   内容物が充填された前記筒状フィルムに対して、前記筒状フィルムの長手方向に所定間隔毎の内容物の不在部を扁平に形成するしごき装置と；
   前記しごき装置により扁平に形成されてなる不在部を、扁平な面に沿った横断方向に集束する集束装置と；
   前記集束した不在部を横断するシールを行う請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波溶着装置と；
   前記超音波溶着装置の前記窪みのない部分または中央横断部で、前記筒状フィルムを切断する切断装置とを備える；
   包装体製造装置。
6. 帯状フィルムの側縁部を重ね合わせてシールし筒状フィルムを成形する縦シール工程と；
   前記筒状フィルムに内容物を充填する充填工程と；
   内容物が充填された前記筒状フィルムに対して、前記筒状フィルムの長手方向に所定間隔毎の内容物の不在部を扁平に形成するしごき工程と；
   前記不在部を扁平な面に沿った横断方向に集束する集束工程と；
   前記集束した不在部を横断して超音波溶着シールし、かつ、薄く形成すると共に、超音波溶着シールする際に流れた溶融物を液だまりに溜め、該溶融物を筒状フィルムに付着させる溶着工程と；
   前記超音波溶着シールされた部分で、前記筒状フィルムを切断する切断工程とを備える；
   包装体製造方法。
   

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