JP2011011784A - 溶着機、包装体製造装置及び包装体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホーンの構造を簡素にしつつ必要な溶着強度を確保した溶着機、包装体製造装置及び包装体製造方法を提供すること。
【解決手段】溶着機１は、ホーン２とアンビル５とを備える。被溶着物Ｆｊの溶着は、小片フィルムＦｐ内で線状に１本が延びる一本溶着線と、一本溶着線から遠ざかるにつれて広がりながら延びる２本の溶着線で形成された非平行溶着線とを含んで行われる。ホーン２の発振面２Ｆは、一本溶着線に対応する形状の一本面２ａと、非平行溶着線に対応する形状を包含しこれよりも広い周囲面２ｂとを含み、一本面２ａと周囲面２ｂとの間に溝２ｇが形成されている。アンビル５の受面５Ｆは、非平行溶着線に対応する形状の非平行面５ｂと、一本溶着線に対応する形状を包含しこれよりも広い中央面５ａとを含んで形成されている。包装体製造装置は、溶着機１と、筒状フィルム形成機と、充填機と、結紮機とを備え、包装体を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は溶着機、包装体製造装置及び包装体製造方法に関し、特にロケット包装された包装体に該包装の開封を容易かつきれいに行うことができる開封片を取り付けるのに好適な溶着機、この溶着機を備える包装体製造装置及び包装体製造方法に関する。

ソーセージやプロセスチーズに代表される加工食品が密封された包装体は、一般に、筒状に形成されたフィルムに内容物が充填され、両端が結紮されて製造されている。このようなロケット包装体のフィルムの開封を容易にするために、小さなフィルムで形成された開封片の一部を包装フィルムに溶着したものが公知である。この包装体は、開封片をつまんでめくると溶着部分あるいはその境目又はその脇が起点となって包装フィルムが破壊されるものである。開封片が包装フィルムから離れる方向にカールするのを防ぐ観点から、任意の溶着線に対応した突部が形成されたアンビルと、超音波ホーンとで、包装フィルムと開封片とを挟持して溶着接合することにより、包装フィルムへの開封片の溶着の態様を様々に工夫した技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

実開平３−８７６７１号公報

しかしながら、上述の様々な溶着の態様はあくまでも開封片が包装フィルムから離れる方向にカールするのを防ぐ観点からなされたものであるため実際に開封を試みた場合に上手く開封できない場合があった。また、アンビルの方に溶着線に対応した突部が形成された上述の構成のホーン及びアンビルでは、超音波を発振するために一体成形されるため比較的高価なホーンの構成を簡素にできるという利点はあるものの、包装フィルムを破壊できる程度の強さに開封片が溶着できていない場合もあった。

本発明は上述の課題に鑑み、ホーンの構造を簡素にしつつ必要な溶着強度を確保した溶着機、この溶着機を備える包装体製造装置及び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に、本発明の第１の態様に係る溶着機は、例えば図１、図２に示すように、合成樹脂製の主フィルムＦｂと、合成樹脂製の小片フィルムＦｐとが重ねられた被溶着物Ｆｊに超音波エネルギーを与え、主フィルムＦｂと小片フィルムＦｐとを溶着する溶着機１であって；被溶着物Ｆｊに超音波エネルギーを伝達するホーン２と；被溶着物Ｆｊをホーン２との間で挟み、ホーン２の押圧力を受けるアンビル５とを備え；主フィルムＦｂと小片フィルムＦｐとの溶着が、小片フィルムＦｐ内で線状に１本が延びる一本溶着線Ｌａ（図２参照）と、一本溶着線Ｌａから遠ざかるにつれて広がりながら延びる２本の溶着線で形成された非平行溶着線Ｌｂと、を含んで行われるように、ホーン２及びアンビル５が構成され；ホーン２のアンビル５に対向する発振面２Ｆが、一本溶着線Ｌａに対応する形状に形成された一本面２ａと、非平行溶着線Ｌｂに対応する形状を包含して非平行溶着線Ｌｂに対応する形状よりも広い周囲面２ｂとを含み、一本面２ａと周囲面２ｂとの間に溝２ｇが形成され；アンビル５のホーン２に対向する受面５Ｆが、非平行溶着線Ｌｂに対応する形状に形成された非平行面５ｂと、一本溶着線Ｌａに対応する形状を包含して一本溶着線Ｌａに対応する形状よりも広い中央面５ａとを含んで形成されている。

このように構成すると、ホーンの発振面に形成されている一本面に超音波エネルギーを集めることができると共に一本面で溶着されて押しのけられた合成樹脂が溝に移動するため一本面に押圧された被溶着物の部分が同じ状態に保たれて一本溶着線を比較的強く溶着することができ、比較的複雑な形状の非平行面をアンビルの受面に形成することでホーンの発振面をシンプルな形状にすることができる。

また、本発明の第２の態様に係る溶着機は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る溶着機１において、一本面２ａ及び溝２ｇが、発振面２Ｆの基準点Ｐｓを通り互いに直交する横軸線Ｘａ及び縦軸線Ｙａのそれぞれに対して線対称に形成されている。

このように構成すると、ホーンの発振面の形状をシンプルに維持しつつ、一本面の両端から発振される超音波エネルギーの強さに差がつくことを抑制することができる。

また、本発明の第３の態様に係る溶着機は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る溶着機１において、発振面２Ｆは、溝２ｇの外周２ｇｐが菱形に形成され、一本面２ａが溝２ｇの外周２ｇｐを形成する菱形の一方の対角線上に形成されて構成されている。

このように構成すると、ホーンの周囲面から発振される超音波の不均一さを低減することができる。

また、本発明の第４の態様に係る包装体製造装置は、例えば図３に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る溶着機１と；帯状に形成されている主フィルムＦｂに小片フィルムＦｐが溶着された小片付帯状フィルムＦｓを、帯状の長手方向に延びる両側部が重なるように筒状に巻き、重なった両側部を接合して、筒状フィルムＦｔを形成する筒状フィルム形成機１０と；筒状フィルムＦｔに内容物Ｃを充填する充填機３０と；内容物Ｃが充填された筒状フィルムＦｔの両端を結紮する結紮機７０とを備える。

このように構成すると、小片フィルムを開封片とした、開封しやすい包装体を得ることができる。

また、本発明の第５の態様に係る包装体製造方法は、例えば図３を参照して示すと、上記本発明の第４の態様に係る包装体製造装置１００を用いて包装体Ｒを製造する方法であって；帯状の主フィルムＦｂに対し、矩形に形成された小片フィルムＦｐを、小片付帯状フィルムＦｓを筒状に巻いた際に重なった両側部の裏側に小片フィルムＦｐがくる位置に重ね、溶着機１で被溶着物Ｆｊを溶着する小片溶着工程と；筒状フィルム形成機１０で筒状フィルムＦｔを形成する筒状フィルム形成工程と；充填機３０で筒状フィルムＦｔに内容物Ｃを充填する充填工程と；結紮機７０で内容物Ｃが充填された筒状フィルムＦｔの両端を結紮する結紮工程とを備える。

このように構成すると、小片フィルムを開封片とした、開封しやすい包装体を得ることができる。

本発明によれば、ホーンの発振面に形成されている一本面に超音波エネルギーを集めることができると共に一本面で溶着されて押しのけられた合成樹脂が溝に移動するため一本面に押圧された被溶着物の部分が同じ状態に保たれて一本溶着線を比較的強く溶着することができ、比較的複雑な形状の非平行面をアンビルの受面に形成することでホーンの発振面をシンプルな形状にすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る溶着機を説明する図である。（ａ）は溶着機の概略構成を示す側面図、（ｂ）はホーンの発振面の平面図、（ｃ）はアンビルの受面の平面図である。 包装体の開封片の溶着状態を示す部分拡大図である。 本発明の第２の実施の形態に係る包装体製造装置の概略構成図である。

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部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る溶着機１の構成を説明する。図１は、溶着機１を説明する図であり、（ａ）は溶着機１の概略構成を示す側面図、（ｂ）はホーン２の発振面２Ｆの平面図、（ｃ）はアンビル５の受面５Ｆの平面図である。溶着機１は、図２に示す形状の溶着線Ｌをもって２つの部材Ｆｂ、Ｆｐを溶着する構成となっている。溶着機１は、典型的には、図３に示す包装体製造装置１００に組み込まれて用いられる。

溶着機（ｗｅｌｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）１は、被溶着物Ｆｊに超音波エネルギーを伝達するホーン（ｈｏｒｎ）２と、ホーン２の押圧力を受けるアンビル（ａｎｖｉｌ）５とを備えている。被溶着物Ｆｊは、合成樹脂製の主フィルムとしての帯状フィルムＦｂと、合成樹脂製の小片フィルムとしての開封片Ｆｐとが重ねられたものである。被溶着物Ｆｊは、ホーン２の発振面２Ｆとアンビル５の受面５Ｆとに挟圧されて溶着される。

ここで図２を参照して、帯状フィルムＦｂと開封片Ｆｐとの溶着状態を説明する。図２は、包装体Ｒにおける開封片Ｆｐの溶着状態を示す部分拡大図である。包装体Ｒは、ソーセージやプロセスチーズ等の内容物Ｃが所定量ごとにロケット包装されて製造されたものである。包装体Ｒは、筒状フィルムＦｔに内容物Ｃが充填された後に両端が集束・結紮されて製造されている。筒状フィルムＦｔは、開封片Ｆｐが溶着された帯状フィルムＦｂを、帯状の長手方向に延びる両側部が重なるように円筒状に巻き、重なった両側部を接合して形成されている。帯状フィルムＦｂの両側部の重ね方は、異なる面を接触させる封筒貼り及び同一面同士を接触させる合掌貼りのいずれでもよい。開封片Ｆｐは、包装体Ｒの開封の容易のために取り付けられている。開封片Ｆｐは、本実施の形態では、筒状フィルムＦｔの軸直角断面の円の周長の約１／３程度の長さに長手方向が形成された長方形で、開封片Ｆｐの長手方向と帯状フィルムＦｂの長手方向とが直交して重ねられたうえで、溶着線Ｌにより帯状フィルムＦｂに取り付けられている。開封片Ｆｐは、包装体Ｒとなったときに、結紮されている一方の端部Ｒｅに近くの、集束によって帯状フィルムＦｂが皺にならない位置に取り付けられている。

溶着線Ｌは、１本の溶着線で形成された一本溶着線Ｌａと、２本の溶着線で形成された非平行溶着線Ｌｂとからなっている。溶着線Ｌを形成する「線」は、典型的には、長さの幅に対する比（長さ／幅）が１を超えている。一本溶着線Ｌａは、帯状フィルムＦｂの長手方向に対して直交する方向（開封片Ｆｐの長手方向に平行）に直線状に延びている。一本溶着線Ｌａは、その長さが、開封片Ｆｐの長さ（長手方向の距離）よりも短く、例えば開封片Ｆｐの長さの０．４〜０．８倍、好ましくは０．５〜０．６倍、典型的には０．５５倍に形成されており、開封片Ｆｐの幅方向（長手方向に直交する方向）の中央に形成されている。一本溶着線Ｌａは、開封片Ｆｐをめくったときに一本溶着線Ｌａの端部Ｌａｅから帯状フィルムＦｂが破壊されるように形成されているのが好適であり、典型的には直線状であるが、曲線状であってもよい。しかしながら、後に詳述するホーン２の構成を簡素化する観点から、一本溶着線Ｌａは直線状であることが好ましい。非平行溶着線Ｌｂは、一本溶着線Ｌａよりも結紮端部Ｒｅ側に形成されており、一本溶着線Ｌａから遠ざかるにつれて２本の溶着線の間隔が広がるように延びて、それぞれの溶着線の結紮端部Ｒｅ側の端部Ｌｂｆが開封片Ｆｐの角に達している。非平行溶着線Ｌｂの、一本溶着線Ｌａ側の端部Ｌｂｎは、開封片Ｆｐの幅方向が開封片Ｆｐの結紮端部Ｒｅ側の辺である端部側辺Ｆｐｅと一本溶着線Ｌａとの略中央に、開封片Ｆｐの長手方向が一本溶着線Ｌａの端部Ｌａｅと略同じ所に位置している。

再び図１に戻って溶着機１の説明を続ける。以下の説明において、被溶着物Ｆｊ及び溶着線Ｌに言及しているときは適宜図２を参照することとする。ホーン２は、超音波縦振動を増強させるのに適した略柱状（本実施の形態では略四角柱状）に一体で形成されており、柱状の一方の端面に発振面２Ｆが形成されている。ホーン２の発振面２Ｆの反対側の端面２Ｇには、超音波振動を発生させる振動子（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３が取り付けられている。ホーン２は、溶着による摩耗を小さくする観点からチタン合金で形成されていると好適である。本実施の形態における振動子３は、ランジュバン型振動子が用いられているが、被溶着物Ｆｊを適切に溶着することができれば他の振動子を用いてもよい。

図１（ｂ）に示すように、発振面２Ｆは、平らな面に当該面よりも窪んだ溝２ｇが形成されることにより、一本面２ａと周囲面２ｂとが現れるように構成されている。このように構成されていることで、発振面２Ｆをある平面に接触させたときに、一本面２ａと周囲面２ｂとが当該平面に接触し、溝２ｇの部分が当該平面に接触しないようになっている。周囲面２ｂの外縁は、開封片Ｆｐを包含する大きさの矩形（本実施の形態では長方形）に形成されている。一本面２ａは、一本溶着線Ｌａに対応する形状に、換言すればアンビル５と協働して被溶着物Ｆｊを挟圧溶着したときに一本溶着線Ｌａが形成される形状に、形成されている。このように、一本面２ａは、一本溶着線Ｌａを形成することができる接触面積を有している。一本面２ａは、発振面２Ｆの長手方向に延びるような向きで、発振面２Ｆの略中央に形成されている。溝２ｇは、一本面２ａを取り囲んで形成されており、その外縁である溝外縁２ｇｐが菱形に形成されている。溝外縁２ｇｐの菱形の２つの対角線の交点に一本面２ａの図心が位置しており、菱形の長い方の対角線（以下「長対角線」という。）に沿って一本面２ａが形成されている。一本面２ａは、長対角線よりも短く形成されており、換言すれば溝外縁２ｇｐに接しない位置（長対角線の両端を除いた一部の上）に形成されている。溝外縁２ｇｐは、周囲面２ｂの内側の境界になっている。溝外縁２ｇｐを形成する菱形の図心は、周囲面２ｂの外周を形成する矩形の図心と一致するように構成されている。周囲面２ｂは、被溶着物Ｆｊに溶着線Ｌが形成されたときに、非平行溶着線Ｌｂを包含する位置及び面積に形成されている。換言すれば、被溶着物Ｆｊを溶着した際に、溝外縁２ｇｐよりも外側かつ周囲面２ｂの矩形外縁の内側に非平行溶着線Ｌｂが形成され、周囲面２ｂの面積が非平行溶着線Ｌｂの面積よりも大きく形成されている。溝外縁２ｇｐが菱形に形成されていることで、非平行溶着線Ｌｂの配置の自由度を大きくすることができる。このように、本実施の形態では、一本面２ａ及び溝２ｇが、発振面２Ｆの基準点Ｐｓ（任意）を通り互いに直交する横軸線Ｘａ及び縦軸線Ｙａのそれぞれに対して線対称に形成されている。ここで、横軸線Ｘａ及び縦軸線Ｙａは、発振面２Ｆの説明のために便宜上用いた仮想線である。一本面２ａ及び溝外縁２ｇｐの図心は基準点Ｐｓと一致しており、溝外縁２ｇｐを形成する菱形のそれぞれの対角線は横軸線Ｘａ及び縦軸線Ｙａ上に位置している。ホーン２は、超音波振動の累積が長時間に及ぶと先端に機械的な摩耗を受けることがあるが、本実施の形態では、一本面２ａを直線状に形成し、溝外縁２ｇｐを菱形に形成しており、発振面２Ｆが比較的簡素な構成であるため、交換用のホーン２の製造が容易になって有利である。

図１（ａ）に示すように、アンビル５は、平面形状が矩形の板状に形成されており、一方の端面である受面５Ｆが表面に現れるように、アンビルホルダ（ａｎｖｉｌ ｈｏｌｄｅｒ）６に嵌め込まれて支持されている。アンビル５は、ホーン２と同様に、溶着による摩耗を小さくする観点からチタン合金で形成されていると好適である。アンビル５は、その受面５Ｆがホーン２の発振面２Ｆに対向する位置に配設されている。また、ホーン２及びアンビル５は、発振面２Ｆと受面５Ｆとが相対的に接近し離れる移動ができるように構成されている。本実施の形態では、アンビル５が固定され、ホーン２がアンビル５に対して接近及び離れる往復動ができるように構成されている。

図１（ｃ）に示すように、受面５Ｆは、中央面５ａと非平行面５ｂとが残るようにこれらの周囲が削り取られて形成されている。このように構成されていることで、受面５Ｆをある平面に接触させたときに、中央面５ａと非平行面５ｂとが当該平面に接触し、これ以外の部分が当該平面に接触しないようになっている。中央面５ａは、受面５Ｆと発振面２Ｆとを接触させたときに、一本面２ａを包含する位置及び大きさに形成されている。中央面５ａの平面形状は、本実施の形態では、ベースとなる形状を長方形として、受面５Ｆと発振面２Ｆとを接触させたときに溝外縁２ｇｐ（図１（ｃ）中では仮想線（二点鎖線）で表示）の内部に中央面５ａが収まるように角部が除去された変則的な八角形に形成されている。中央面５ａには、帯状フィルムＦｂに溶着される前の開封片Ｆｐを吸引保持する吸引孔５ａｈが複数形成されている。吸引孔５ａｈは、受面５Ｆと発振面２Ｆとを接触させたときに一本面２ａの圧力を受けない位置（一本面２ａと対向しない位置）に形成されている。非平行面５ｂは、非平行溶着線Ｌｂに対応する形状に、換言すればホーン２と協働して被溶着物Ｆｊを挟圧溶着したときに非平行溶着線Ｌｂが形成される形状に、形成されている。非平行面５ｂは、受面５Ｆと発振面２Ｆとを接触させたときに溝外縁２ｇｐの外側で周囲面２ｂに包含される位置に形成されている。

次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る包装体製造装置１００の構成を説明する。図３は、包装体製造装置１００の概略構成図である。以下の説明において言及する溶着機１の詳細な構成及び溶着線Ｌについては、適宜図１及び図２を参照することとする。包装体製造装置（ｐａｃｋａｇｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）１００は、上述した溶着機１と、帯状フィルムＦｂに開封片Ｆｐが溶着された小片付帯状フィルムとしての小片付フィルムＦｓを筒状フィルムＦｔに形成する筒状フィルム形成機としての筒状形成機（ｔｕｂｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）１０と、筒状フィルムＦｔに内容物Ｃを充填する充填機（ｆｅｅｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）３０と、筒状フィルムＦｔに充填された内容物Ｃを所定量ごとに分離するしごき装置（ｗｒｉｎｇｅｒ）４０と、内容物Ｃが分離された部分の筒状フィルムＦｔに密封のための溶着をする横接合装置（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｅａｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）６１と、内容物Ｃが充填された筒状フィルムＦｔの両端を結紮する結紮機としての集束接合装置（ｂｕｎｄｌｉｎｇ ｌｉｇａｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）７０と、連続して製造された包装体Ｒを個別に分離するために適所のフィルムを切断する切断装置（ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）としてのカッター８１とを備えている。図３の紙面上の上下は実際の鉛直方向の上下に対応し、小片付フィルムＦｓ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小片付フィルムＦｓの走行方向の上流側、下が走行方向の下流側となる。

帯状フィルムＦｂは、その幅が、製造される包装体Ｒの軸直角断面における円周の長さよりも両側部が重なる分（筒状フィルムＦｔを形成するために重なる分）だけ長く形成されている。帯状フィルムＦｂの材質は、加熱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。開封片Ｆｐの材質も、帯状フィルムＦｂの材質と同様に、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。帯状フィルムＦｂと開封片Ｆｐとは、同じ材質であっても異なる材質であってもよい。ここで、塩化ビニリデン系樹脂としては、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体が好適である。帯状フィルムＦｂは、ロール状に巻かれ、原反２１として回転自在に（帯状フィルムＦｂを引き出すことができるように）支持されている。開封片Ｆｐは、溶着機１に隣接したカッター８で切断されて形成されるものであり、カッター８による切断前はロール状に巻かれて原反２５として回転自在に（引き出すことができるように）支持されている。

帯状フィルムＦｂの原反２１と溶着機１との間には、原反２１から引き出された帯状フィルムＦｂを溶着機１に導くガイドローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃが設けられている。開封片Ｆｐの原反２５と溶着機１との間には、原反２５から引き出された開封片Ｆｐを溶着機１に導くガイドローラ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄが設けられている。帯状フィルムＦｂを案内するガイドローラ２２Ａ、・・・及び開封片Ｆｐを案内するガイドローラ２６Ａ、・・・の数は、それぞれ原反２１、２５の設置位置やフィルムの張力等に応じて、適宜増減させてもよい。

溶着機１は、ホーン２が上方に、アンビル５がホーン２の鉛直下方に位置するように配設されている。ホーン２及びアンビル５が設置される向きは、発振面２Ｆが帯状フィルムＦｂの面に対向し且つ一本面２ａの長手方向が帯状フィルムＦｂの流れ方向に直交する向きにホーン２が設置され、ホーン２と協働して被溶着物Ｆｊに溶着線Ｌを与えることができる向きにアンビル５が設置されている。カッター８は、溶着機１に対して帯状フィルムＦｂの流れ方向上流側に隣接して設けられている。また、溶着機１及びカッター８は、帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐの送り速度に同期して移動しながら溶着を行い溶着後に再び溶着の初動作に戻る拝み運動（ボックスモーションともいう）をする移動手段（不図示）に取り付けられている。溶着機１へ、帯状フィルムＦｂがホーン２側に、開封片Ｆｐがアンビル５側に（本実施の形態では帯状フィルムＦｂが上で開封片Ｆｐがその下に）供給されるように、原反２１、２５及びガイドローラ２２Ａ、・・・、２６Ａ、・・・が配置されている。溶着機１と筒状形成機１０との間には、溶着機１でできた小片付フィルムＦｓを筒状形成機１０に導くガイドローラ２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが設けられている。ガイドローラ２９Ａ、・・・の数は、溶着機１の設置位置や小片付フィルムＦｓの張力等に応じて、適宜増減させてもよい。

筒状形成機１０は、小片付フィルムＦｓを円筒状に巻く機構のフォーミングプレート（ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｌａｔｅ）１１及び案内筒（ｇｕｉｄｅ ｔｕｂｅ）１２と、小片付フィルムＦｓが筒状に巻かれて重ねられた両側部を接合する縦接合装置（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｅａｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）１３とを有している。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、小片付フィルムＦｓは、開封片Ｆｐを外側にして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られて筒状に巻かれる。案内筒１２は、円筒状の部材であり、筒状に巻かれた小片付フィルムＦｓの内部に位置するように（換言すれば、筒状に巻かれた小片付フィルムＦｓが案内筒１２を取り囲むように）、フォーミングプレート１１内から下方に延びるように配設されている。縦接合装置１３は案内筒１２の脇に配設されており、縦接合装置１３と案内筒１２とで小片付フィルムＦｓの重ねられた両側部を挟圧して溶着することにより、小片付フィルムＦｓの両側部を縦接合して筒状フィルムＦｔを形成するように構成されている。縦接合装置１３による溶着手段は超音波加熱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。

充填機３０は、形成された筒状フィルムＦｔに内容物Ｃを充填するポンプ３１とノズル３２とを有している。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、縦接合装置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Ｃを適宜補充しやす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Ｃ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、筒状フィルムＦｔ内に内容物Ｃが充填された状態の筒状体１５ａを、一対の円柱状の送りローラ１４が内容物Ｃを押圧した状態で筒状体１５ａを下方へ連続して狭圧搬送する。筒状体１５ａが送りローラ１４で下方へ搬送されるのに伴って、原反２１から帯状フィルムＦｂが引き出され、原反２５から開封片Ｆｐが引き出されるように構成されている。

しごき装置４０は、送りローラ１４の下流側に設けられている。しごき装置４０のしごきローラ４１は、図３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は挟圧される。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を挟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離れて内容物Ｃの不在部１５ｂを形成する。しごき装置４０は、筒状体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、平らな部材で筒状体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、ここでいう「しごき」の概念に含まれるものとする。

横接合装置６１は、しごき装置４０の下流側に設けられている。横接合装置６１は、一次シールを行う装置であり、不在部１５ｂの面の両側で互いに対向する超音波ホーン６２とアンビル６３を有している。アンビル６３の、超音波ホーン６２に対向する対向面は平坦である。一方、超音波ホーン６２は、不在部１５ｂの幅方向に延びる２つの平行な突起部６２ａを有している。このように構成された超音波ホーン６２とアンビル６３とは互いに近接し、超音波ホーンの２つの突起部６２ａがアンビル６３の対向面との間で不在部１５ｂを挟圧すると共に、超音波ホーン６２が超音波エネルギーを放出することにより、不在部１５ｂに２つの位置Ｘ１、Ｘ２で線状の一次シールを施す。超音波ホーン６２とアンビル６３との対向面の形状は、上記に限られず、例えば、超音波ホーン６２の対向面６２ａもアンビル６３の対向面と同様に平坦な形状として、略不在部１５ｂの長さと同等な幅の帯状の一次シールを施してもよい。なお、溶着手段としては超音波加熱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てもよい。

集束接合装置７０は、横接合装置６１の下流側に設けられている。集束接合装置７０は、集束板７２、７３を有する集束装置と、超音波ホーン７７とアンビル７８とを有する二次シール装置とを含んで構成されている。図３では、横接合装置６１と集束接合装置７０とが同じ向きに記載されているが、実際は集束接合装置７０は横接合装置６１と直交する向き（図３の紙面に垂直方向）に配置される。超音波ホーン７７及びアンビル７８は、下方に連続搬送される筒状体１５ａ及び不在部１５ｂを挟むように対向して配設されている。超音波ホーン７７は、上下に、超音波ホーン６２の２つの突起部６２ａよりも狭い間隔を空けて２つの突起部７７ａが形成されている。超音波ホーン７７は、その上下が集束板７２で挟まれている。アンビル７８は、その上下が集束板７３で挟まれている。集束板７２、７３の組及び超音波ホーン７７とアンビル７８との組は、それぞれの組同士で互いに近接し次いで離れる往復動を、両組同時に又は別個に行うように構成されている。集束板７２、７３には、連続搬送される筒状体１５ａ側の対向縁にＶ字状あるいはＵ字状の集束溝が形成されている。集束接合装置７０は、不在部１５ｂが流れてきたときに、対向する集束板７２、７３を近接させ、このとき左右の集束板７２、７３が重なり、それぞれの集束溝の底同士で不在部１５ｂを集束し、その後超音波ホーン７７の突起部７７ａとアンビル７８の受部７８ａとで不在部１５ｂを挟圧すると共に集束された不在部１５ｂを溶着して、集束された不在部に２つの位置Ｙ１、Ｙ２で線状の二次シールを、２つの一次シールの間（Ｘ１とＸ２の間）に、施すように構成されている。本実施の形態では、一次シール及び二次シールが結紮手段となる。

カッター８１は、アンビル７８内の中程の位置に設けられている。カッター８１は板状に形成されており、切断される不在部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、アンビル７８と同様に、往復動をする。そこで、集束接合装置７０及びカッター８１は、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。ただし、集束板７２、７３が互いに近接し、超音波ホーン７７とアンビル７８とが不在部１５ｂを挟圧した後に、カッター８１がフィルムを切断する位置に動くような構成とすることが好ましい。また、横接合装置６１、集束接合装置７０及びカッター８１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を挟み込み一次シール及び二次シールを施し、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、横接合装置６１、集束接合装置７０及びカッター８１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１〜図３を参照して、溶着機１及び包装体製造装置１００の作用を説明する。溶着機１の作用は、包装体製造装置１００の作用の一貫として説明する。包装体製造装置１００が以下に説明するように作用することで、包装体Ｒが得られる。原反２１は、後の工程で形成される筒状フィルムＦｔの軸直角断面における円周長よりも両側部が重なる分だけ長い幅を有する長尺の合成樹脂が用いられており、原反２５は、開封片Ｆｐの長手方向の距離（包装体Ｒの軸直角断面における円周方向の長さ）に相当する幅を有する長尺の合成樹脂が用いられている。原反２５の幅は、製造された包装体Ｒのフィルムを開封しやすくする観点から、例えば原反２１の幅の１／４〜１／３あるいは１５〜３０ｍｍとなっており、本実施の形態では原反２１の幅の２／７であって２０ｍｍとなっている。開封片Ｆｐは、帯状フィルムＦｂよりも小さい。

原反２１から引き出された帯状フィルムＦｂは、ガイドローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃで方向を変え、所定の張力がかけられてたわまないようにされたうえで溶着機１に導かれる。他方、原反２５から引き出された開封片Ｆｐは、ガイドローラ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄで方向を変え、所定の張力がかけられてたわまないようにされたうえで溶着機１に導かれる。溶着機１に導かれた帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐは、帯状フィルムＦｂが上方（ホーン２側）、開封片Ｆｐが下方（アンビル５側）となる位置関係で、ホーン２とアンビル５との間に進入する。このとき溶着機１及びカッター８は、帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐの流れ方向最上流の位置で帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐの進入を待機している。

帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐは、同じ速度でホーン２とアンビル５との間に進入する。開封片Ｆｐがアンビル５に対して所定の位置まで進入すると、中央面５ａに形成された吸引孔５ａｈから空気などの気体が内部に吸引され、開封片Ｆｐの位置がアンビル５に対して固定され、開封片Ｆｐがアンビル５に保持される。開封片Ｆｐがアンビル５に対して固定される所定の位置は、包装体Ｒとなったときにその包装体Ｒの長手方向で見た開封片Ｆｐの長さの半分の位置に、一本溶着線Ｌａが形成される位置であり（図２参照）、本実施の形態では、包装体Ｒの長手方向で見た開封片Ｆｐの先端から４〜５ｍｍの位置に一本溶着線Ｌａが形成される位置である。開封片Ｆｐが吸引孔５ａｈに吸引される直前から、溶着機１及びカッター８は、帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐと同じ方向に同じ速度で動き出す（横移動）。そして、溶着機１は横移動しながらホーン２とアンビル５とで帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐを挟圧して超音波加熱溶着をし、カッター８は横移動しながら開封片Ｆｐを所定の位置（一本溶着線Ｌａが開封片Ｆｐの流れ方向中央となる位置）で切断する。開封片Ｆｐが切断されたら、吸引孔５ａｈからの気体の吸引を停止して、開封片Ｆｐがアンビル５から離れることができるようにする。

帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐの溶着が行われる際、発振面２Ｆの中央部分が最も超音波エネルギーが大きく、中央部分から外側に行くほど超音波エネルギーが減衰する特性となる。このため、一本面２ａから発振される超音波エネルギーが、周囲面２ｂから発振されるものよりも大きくなる。そして、一本面２ａに当接する部分から帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐの溶融が生じ、溶融されたフィルムはホーン２に押圧されて一本面２ａの周囲に形成されている溝２ｇに移動する。これにより、帯状フィルムＦｂ及び開封片Ｆｐに対する一本面２ａの押圧状態がその全域において概ね同じとなり、形成された一本溶着線Ｌａ全体が同様の強さで溶着されていることとなる。このため、包装体Ｒとなったときに開封片Ｆｐをめくると一本溶着線Ｌａの部分から確実に帯状フィルムＦｂが破壊される強さで一本溶着線Ｌａを形成することができる。一本溶着線Ｌａが形成される際、発振面２Ｆの中央部分における振動圧力を基準である１と換算した場合、開封片Ｆｐをめくったときの包装体Ｒの開封を成功させる確率を向上させる観点から、一本面２ａの端部（一本溶着線Ｌａの端部Ｌａｅに対応する部分）における振動圧力が０．８以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましい（上限はいずれも基準である１以下になる）。他方、周囲面２ｂから発振される超音波エネルギーが一本面２ａから発振されるものよりも小さいことに加え、周囲面２ｂの面積が一本面２ａの面積よりも大きいために周囲面２ｂの単位面積当たりから発振される超音波エネルギーが比較的小さくなることにより、非平行溶着線Ｌｂの強度は一本溶着線Ｌａよりも小さくなるが、一本溶着線Ｌａで破壊された帯状フィルムＦｂの破壊線の誘導を非平行溶着線Ｌｂに沿わせるという機能を発揮するのには差し支えない。それでいて、周囲面２ｂの面積が比較的大きく形状が比較的単純になることにより、発振面２Ｆの摩耗を抑制することができ、一体ものとして一般に高価なホーン２の寿命を延ばすことができる。上述のようにして、帯状フィルムＦｂに開封片Ｆｐが溶着された小片付フィルムＦｓが形成される（小片溶着工程）。

溶着機１で帯状フィルムＦｂに開封片Ｆｐが溶着されて得られた小片付フィルムＦｓは、ガイドローラ２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃを通過して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に到達した小片付フィルムＦｓは、フォーミングプレート１１の上端縁に形成された湾曲傾斜を介して円筒状の内部に引き込まれ、両側部が重ねられて筒状に巻かれる。筒状に巻かれた小片付フィルムＦｓは、その形態を維持してフォーミングプレート１１の下方に位置する案内筒１２に送られる。筒状に巻かれた小片付フィルムＦｓが案内筒１２に沿って下方に送られる際、縦接合装置１３によって小片付フィルムＦｓの両側部が長手方向に沿って溶着される。筒状に巻かれた小片付フィルムＦｓの両側部が溶着されることにより、筒状フィルムＦｔが形成される（筒状フィルム形成工程）。

縦接合装置１３で溶着されて筒状フィルムＦｔが形成されると、この筒状フィルムＦｔ内にポンプ３１からノズル３２を経て内容物Ｃが充填される（充填工程）。筒状フィルムＦｔに内容物Ｃが充填されて生成された筒状体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。その後、筒状体１５ａは、送りローラ１４の下流側で一対のしごきローラ４１により間欠的に所定の長さにわたり狭圧され、筒状フィルムＦｔの重ねられた両側部が片面に収まるように扁平にされて、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。

筒状体１５ａは順次しごき装置４０の下流に送られ、形成された不在部１５ｂが横接合装置６１に至ると、超音波ホーン６２の２つの突起部６２ａとアンビル６３との間に不在部１５ｂが挟まれ、超音波ホーン６２から超音波エネルギーが放出されて、不在部１５ｂに対して２つの線状の一次シールが施される（一次シール工程）。続いて、一次シールが施された不在部１５ｂは、下流に送られ、集束接合装置７０の位置に達する。集束接合装置７０において、まず、しごき装置４０で形成された不在部１５ｂは、対向する集束板７２、７３により集束溝の溝底に、細く集束される（集束工程）。次に、集束された不在部１５ｂを、二次シール装置７６の超音波ホーン７７の２つの突起部７７ａとアンビル７８の対向面で挟み込み、２つの位置Ｙ１、Ｙ２で二次シールが施される（二次シール工程）。本実施の形態では、一次シール工程と集束工程と二次シール工程とで、結紮工程を構成している。そして、二次シールが施された直後に、カッター８１によって、フィルムは２つの二次シールの間で切断される（切断工程）。このように、シールの間で切断されることにより、１個ずつの包装体Ｒとなる。この包装体Ｒは、包装体製造装置１００から取り出され、次の工程に供給される。

上述のようにして製造された包装体Ｒは、筒状フィルムＦｔの重ねられた両側部の裏側の一方の結紮端部Ｒｅ寄りに、溶着線Ｌにより開封片Ｆｐが取り付けられている。溶着線Ｌは、一本溶着線Ｌａよりも結紮端部Ｒｅ側に非平行溶着線Ｌｂが形成されており、非平行溶着線Ｌｂは一本溶着線Ｌａ側から結紮端部Ｒｅ側に移るにつれてその間隔が広がるように形成されている。このような包装体Ｒは、開封片Ｆｐを結紮端部Ｒｅの方向にめくった際に、一本溶着線Ｌａの端部Ｌａｅが起点となって破壊された筒状フィルムＦｔが、非平行溶着線Ｌｂに達したときに非平行溶着線Ｌｂに沿って破壊される。また、一本溶着線Ｌａが開封片Ｆｐの胴部側辺Ｆｐｆに対して間隔を空けて平行に形成されているので開封片Ｆｐの胴部側辺Ｆｐｆのどこでもつまみやすい。また、非平行溶着線Ｌｂの結紮端部Ｒｅ側の両端Ｌｂｆが開封片Ｆｐの角部に達しているので非平行溶着線Ｌｂの結紮端部Ｒｅ側の両端Ｌｂｆ部分における筒状フィルムＦｔの破壊が起こりやすくなって、筒状フィルムＦｔの開封を容易かつきれいに行うことができる。また、一本溶着線Ｌａと非平行溶着線Ｌｂとが離れて形成されているので、開封片Ｆｐを結紮端部Ｒｅの方向にめくった際に、一本溶着線Ｌａの端部Ｌａｅが筒状フィルムＦｔの破壊の起点にならなかったとしても非平行溶着線Ｌｂの端部Ｌｂｎを筒状フィルムＦｔの破壊の起点とすることができ、開封が成功する確率を高めることができる。

以上の説明では、溝外縁２ｇｐが菱形に形成されているとしたが、その他の多角形あるいは楕円形や円形であってもよい。しかしながら、菱形とすると、発振面２Ｆの形状を比較的単純にしつつ周囲面２ｂを広くすることができるため、受面５Ｆに形成する非平行面５ｂ及び必要に応じて形成される押さえ面（次段落参照）の配置の自由度が増し、好適である。

以上の説明では、溶着線Ｌが一本溶着線Ｌａと非平行溶着線Ｌｂとからなっているとしたが、開封片Ｆｐのめくれを抑制する観点から、端部側辺Ｆｐｅに直交する両辺に達する２本の溶着線を押さえ溶着線として別途形成することとしてもよい。押さえ溶着線は、例えば、２つの溶着線がそれぞれ端部側辺Ｆｐｅに直交する両辺に達するように、一本溶着線Ｌａよりも胴部側辺Ｆｐｆ（端部側辺Ｆｐｅに対向する開封片Ｆｐの辺）側に形成されているとよい。また、押さえ溶着線は、非平行溶着線Ｌｂよりも短く、点に近い線であってもよい。押さえ溶着線は、胴部側辺Ｆｐｆから開封片Ｆｐの幅の１／３程度の距離に形成されていてもよい。押さえ溶着線が形成される場合は、発振面２Ｆ及び受面５Ｆが、典型的には以下のように構成される。周囲面２ｂは、被溶着物Ｆｊに溶着線Ｌが形成されたときに、非平行溶着線Ｌｂ及び押さえ溶着線を包含する位置及び面積に形成される。換言すれば、被溶着物Ｆｊを溶着した際に、溝外縁２ｇｐよりも外側かつ周囲面２ｂの矩形外縁の内側に非平行溶着線Ｌｂ及び押さえ溶着線が形成され、周囲面２ｂの面積が非平行溶着線Ｌｂ及び押さえ溶着線の面積よりも大きく形成される。他方、受面５Ｆは、中央面５ａ及び非平行面５ｂのほか、押さえ溶着線に対応する形状の押さえ面が残るようにこれらの周囲が削り取られて形成される。押さえ面は、押さえ溶着線に対応する形状に、換言すればホーン２と協働して被溶着物Ｆｊを挟圧溶着したときに押さえ溶着線が形成される形状に、形成される。また、押さえ面は、受面５Ｆと発振面２Ｆとを接触させたときに溝外縁２ｇｐの外側で周囲面２ｂに包含される位置に形成される。

以上の説明では、包装体製造装置１００が横接合装置６１を備えることとしたが、集束接合装置７０による集束後のシールで包装体Ｒの密封性が充足する場合は、横接合装置６１を省略してもよい。包装体製造装置１００は、横接合装置６１をオプションとして組み込みの有無を適宜決定できる構成とするとよい。横接合装置６１が省略される場合は、典型的には、しごき装置４０の下流側次段に集束接合装置７０が設けられる。

１ 溶着機
２ ホーン
２Ｆ 発振面
２ａ 一本面
２ｂ 周囲面
２ｇ 溝
２ｇｐ 溝外縁
５ アンビル
５Ｆ 受面
５ａ 中央面
５ｂ 非平行面
１０ 筒状形成機
３０ 充填機
７０ 集束接合装置
１００ 包装体製造装置
Ｃ 内容物
Ｆｂ 帯状フィルム
Ｆｊ 被溶着物
Ｆｐ 開封片
Ｆｓ 小片付フィルム
Ｆｔ 筒状フィルム
Ｌａ 一本溶着線
Ｌｂ 非平行溶着線
Ｐｓ 基準点
Ｘａ 横軸線
Ｙａ 縦軸線

Claims (5)

1. 合成樹脂製の主フィルムと、合成樹脂製の小片フィルムとが重ねられた被溶着物に超音波エネルギーを与え、前記主フィルムと前記小片フィルムとを溶着する溶着機であって；
   前記被溶着物に超音波エネルギーを伝達するホーンと；
   前記被溶着物を前記ホーンとの間で挟み、前記ホーンの押圧力を受けるアンビルとを備え；
   前記主フィルムと前記小片フィルムとの溶着が、前記小片フィルム内で線状に１本が延びる一本溶着線と、前記一本溶着線から遠ざかるにつれて広がりながら延びる２本の溶着線で形成された非平行溶着線と、を含んで行われるように、前記ホーン及び前記アンビルが構成され；
   前記ホーンの前記アンビルに対向する発振面が、前記一本溶着線に対応する形状に形成された一本面と、前記非平行溶着線に対応する形状を包含して前記非平行溶着線に対応する形状よりも広い周囲面とを含み、前記一本面と前記周囲面との間に溝が形成され；
   前記アンビルの前記ホーンに対向する受面が、前記非平行溶着線に対応する形状に形成された非平行面と、前記一本溶着線に対応する形状を包含して前記一本溶着線に対応する形状よりも広い中央面とを含んで形成された；
   溶着機。
2. 前記一本面及び前記溝が、前記発振面の基準点を通り互いに直交する横軸線及び縦軸線のそれぞれに対して線対称に形成された；
   請求項１に記載の溶着機。
3. 前記発振面は、前記溝の外周が菱形に形成され、前記一本面が前記溝の外周を形成する菱形の一方の対角線上に形成されて構成された；
   請求項１又は請求項２に記載の溶着機。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の溶着機と；
   帯状に形成されている前記主フィルムに前記小片フィルムが溶着された小片付帯状フィルムを、前記帯状の長手方向に延びる両側部が重なるように筒状に巻き、重なった前記両側部を接合して、筒状フィルムを形成する筒状フィルム形成機と；
   前記筒状フィルムに内容物を充填する充填機と；
   前記内容物が充填された前記筒状フィルムの両端を結紮する結紮機とを備える；
   包装体製造装置。
5. 請求項４に記載の包装体製造装置を用いて包装体を製造する方法であって；
   帯状の前記主フィルムに対し、矩形に形成された前記小片フィルムを、前記小片付帯状フィルムを筒状に巻いた際に重なった前記両側部の裏側に前記小片フィルムがくる位置に重ね、前記溶着機で前記被溶着物を溶着する小片溶着工程と；
   前記筒状フィルム形成機で前記筒状フィルムを形成する筒状フィルム形成工程と；
   前記充填機で前記筒状フィルムに内容物を充填する充填工程と；
   前記結紮機で前記内容物が充填された前記筒状フィルムの両端を結紮する結紮工程とを備える；
   包装体製造方法。

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