JP2015117066A - 液体用紙容器の超音波シール装置 - Google Patents

液体用紙容器の超音波シール装置 Download PDF

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Abstract

【課題】アンビルの凹み部分と包材段差部分との位置がずれた場合であっても、そのずれ量の許容値を大きくすることが可能で段差位置決めセンサを不要とし高速シールへの対応が可能な液体用紙容器の超音波シール装置を提供する。
【解決手段】長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に、ホーンとアンビルによってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、超音波発振器、ホーン及びアンビルで構成され、アンビル１４の凹み構造が、３段階（符号３１ｂ、３２ｂ、３３ｂで示す）の凹み構造を有している。更に、凹みをテーパー形状にしている。
【選択図】図６

Description

本発明は、液体用紙容器の超音波シール装置に関するものである。特に、長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合わせ筒状にした長尺の円筒包材の、重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に規則的な間隔でシールし直方体形状に成形する液体用紙容器の超音波シール装置に関する。
食品の液体内容物に使用される液体用紙容器は、果実飲料、お茶、コーヒー、乳飲料、スープ等の液体飲料、日本酒、焼酎等の酒類に広く用いられている。この液体用紙容器には、屋根型やレンガ型、あるいは円筒型などの形状の容器がある。
例えば、レンガ型液体用紙容器は、紙層の表裏に熱可塑性樹脂層を持たせた包材の端部にエッジプロテクトテープを貼り、これを筒状に成形し包材端部どうしを重ねて貼ることで筒状形状にし、この筒状包材の下端部を横断方向にシールして筒の中に内容物を充填した状態でシールして仕切った後、立体形状に成形することで容器が製造される。
横断方向へのシールは、超音波シール装置で超音波発振器による電気エネルギーをコンバータ(圧電素子)で機械的な振動エネルギーに変換し、ホーン(振動側)とアンビル(振動の受側)で包材を押圧しながら、包材界面で発生する熱により包材表面に存在する熱可塑性樹脂を溶融させシールを行う。
図１は超音波シール装置の一例を示す模式図である。超音波シール装置は超音波発振器１からの電気エネルギーをコンバータ２で機械的な振動に変換し、ホーン３及びアンビル４で筒状包材５を挟み込み、筒状包材５に圧力をかけることで、２つの熱可塑性樹脂層の境界面や応力の集中したところに強力な摩擦熱を発生させ、これが熱源となって熱可塑性樹脂層が溶融し溶着する。
しかし、図２に示すようにホーン３やアンビル４のシール面が平坦である場合（符号７はホーン３に設けられたシールバーを示す）、包材端部を重ねて貼った包材段差部分６を過剰に押圧することによって、包材切れや溶融した熱可塑性樹脂の一箇所への集中による包材の破れが発生し、成形した容器の外観が悪化する。更に、シール面での押圧の不均一性から良好なシールを実現できず、液漏れが発生する原因となる。
そのため、アンビル４に包材段差部分をおさめる凹みを設け、良好なシールを実現するアンビルの構造が考えられている。
例えば、包材段差部分をおさめるアンビルの凹み構造に関して、円弧形状や台形形状の構造が開示されている(特許文献１および特許文献２)。しかしながら、円弧形状や台形形状では包材段差部分の形状とは隔たりがあるため、形状の深さに関しシール不十分を回避するため浅くし過ぎたり、シール過剰による包材への損傷を回避するため深くし過ぎたりといった問題が起こりうる。
上記問題を解決するため、出願人は特願２０１３−０６９３５２号明細書にて、包材段差部分の形状に即した多段形状のアンビルを提案した。このアンビルは均一な押圧による一様な超音波シールを実現するが、アンビルの凹み部分と包材段差部分との位置がずれることによって均一な超音波シールに対する効果が著しく低下する。そのため、位置ずれを防止するための対策として段差の位置決めセンサを設ける対策が取られている。
しかしながら、段差の位置決めセンサを設けるにしても実際のレンガ型液体用紙容器を生産することを考えた場合、装置能力を７２００パック/時と想定すると、１パックを０．５秒で生産する必要がある。従って、パックの成形などを考えるとシール時間は０．５秒以下であることになり、その間にセンサによる段差検出および包材の位置移動を行うのはセンシング能力や駆動系の能力を考慮した場合に非常に困難なことである。
特許第３９０４６７５号公報 特許第４３１６０５３号公報
そこで本発明は、アンビルの凹み部分と包材段差部分との位置がずれた場合であっても、そのずれ量の許容値を大きくすることが可能で段差位置決めセンサを不要とし高速シールへの対応が可能な液体用紙容器の超音波シール装置を提供することを目的とする。
そこで本発明の請求項１に記載の発明は、
長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に、ホーンとアンビルによってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、
前記包材段差部分にあたる部分のアンビルに前記包材段差部分の形状に合わせて凹み構造が設けられ、更にその凹みがテーパー形状であることを特徴とする液体用紙容器の超音波シール装置である。
本発明の請求項２に記載の発明は、
前記長尺の筒状包材の前記包材段差部分の内面側に包材の端部を覆うようにエッジプロテクトテープが接着され、前記アンビルの凹み構造が、包材２枚の重なり部、包材２枚とエッジプロテクトテープの重なり部、包材１枚とエッジプロテクトテープの重なり部に合わせて、深さを変えて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体用紙容器の超音波シール装置である。
本発明の請求項１に記載の液体用紙容器の超音波シール装置によれば、
包材段差部分をシールする際に起こる押圧の不均一性を取り除き、シール不良が回避されるとともに、シール過剰による包材への損傷を回避することが出来る。
また、アンビル段差部分をテーパー形状化することによって、従来の多段形状アンビルに比べ幅方向ずれの許容幅を大きくすることができる。その結果、従来の多段形状アンビルに比べ、シールの外観への影響を低減することができる。
更に許容幅が大きくなるために段差位置決めセンサを不要とし、高速シールへの対応が可能となる。
本発明の請求項２に記載の液体用紙容器の超音波シール装置によれば、
アンビルの凹み構造が、液体用紙容器のシール部の厚みによって多段に深さを変えた構造であるために、押圧の不均一さを解消することが出来、また均一なシールを行うことが出来、シール不良を回避することが出来る。
超音波シール装置の一例を示す模式図。 ホーンやアンビルのシール面が平坦である場合にシールすることによって不具合が発生することを説明するための図。 本発明の液体用紙容器の超音波シール装置の概略構成を模擬的に示す図。 本発明の液体用紙容器の超音波シール装置が適用される包材の一例で、紙層の表裏に熱可塑性樹脂層を持たせた長尺の筒状包材を示す図。（ａ）は側面から見た図。（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ´の断面を示す図。（ｃ）は図４（ｂ）の破線２１で囲まれた部分の拡大図。 図４（ｃ）の包材段差部分２５を拡大して示す図で、更に断面の各場所の厚みの段差を模擬的に示す図。 ホーンとアンビルによって筒状包材を超音波シールする様子を断面で示す図。
本発明の液体用紙容器の超音波シール装置の実施形態を図を用いて説明する。
図３は本発明の液体用紙容器の超音波シール装置の概略構成を模擬的に示す図である。本発明の液体用紙容器の超音波シール装置は、超音波発振器１１からの電気エネルギーをコンバータ１２で機械的な振動に変換し、ホーン１３及びアンビル１４で筒状包材１５を挟み込み、筒状包材１５に圧力をかけることで、２つの熱可塑性樹脂層の境界面や応力の集中したところに強力な摩擦熱を発生させ、これが熱源となって熱可塑性樹脂層が溶融し溶着する。尚符号１６はホーン１３に設けられたシールバーを示す。
図４は本発明の液体用紙容器の超音波シール装置が適用される包材の一例であって、紙層の表裏に熱可塑性樹脂層を持たせた長尺の筒状包材１５を示す図である。図４（ａ）は側面から見た図で、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ´の断面を示す図で、図４（ｃ）は図４（ｂ）破線２１で囲まれた部分の拡大図である。筒状包材１５は、包材の一方の端部２２にエッジプロテクトテープ２３を貼り、これを筒状に成形し包材端部２２、２４を重ねて貼り、エッジプロテクトテープ２３で重ね合わせ部分の内側の包材の端部を覆うように貼り付けて筒状形状にする。このように成形することによって包材段差部分２５が形成される。
図５は図４（ｃ）の包材段差部分２５を拡大して示す図で、更に断面の各場所の厚みの段差を模擬的に示す図である。包材段差部分２５は、包材２枚（符号２２と２４）の重なり部３１、包材２枚とエッジプロテクトテープ２３の重なり部３２、包材１枚（符号２４）とエッジプロテクトテープ２３の重なり部３３と、があり、各部の段差は符号３１ａ〜３３ａで示されるように厚みの差がある。また、包材段差部分２５に貼られたエッジプロテクトテープ２３は通常包材よりも薄い。尚、符号３０は包材１枚の部分である。
上述したように、包材段差部分２５に貼られたエッジプロテクトテープ２３は通常包材よりも薄い。そのため、符号３３で示される部分は包材２４とエッジプロテクトテープ２３が重なっている部分のため、他の凹み対して最も浅い凹みとなっている。また、符号３２で示される部分は包材２２、２４が重なり、更にエッジプロテクトテープ２３が重なっている部分であり、他の凹みに対して最も深い凹みとなっている。また、符号３１で示す部分はエッジプロテクトテープがなく、包材２２、２４の重なりあった部分のため符号３３で示す部分よりも深く、また符号３２で示す部分よりも浅い凹みとなっている。
図６はホーン（図示せず）とアンビル１４によって筒状包材を超音波シールする様子を断面で示す図であり、超音波シール時に筒状包材の包材段差部分２５への損傷を防止することを目的として、３段階（符号３１ｂ、３２ｂ、３３ｂで示す）の凹み構造を有してい
る。尚、符号３０ｂは包材１枚の部分の厚みを示しており、上記３段階の凹み構造の基準面を示している。
本発明に係るアンビル１４の凹み構造が、包材段差部分の形状に即したものとなっており、更に、図に示すように凹みをテーパー形状にすることによって、アンビル２４と包材段差部分２５の位置ずれによる段差の境界部分に急激な圧力差がかからなくなり、幅方向への位置ずれ許容値を高めることを可能としている。この場合、テーパー形状の中心（符号３４〜３７の矢印で示す部分）が段差の境界部分に当たるように予めアンビル１５の設置位置を設定しておくことによって、図の左右に位置ずれした場合に急激な圧力差がかからなくなる。
以上のように、本発明の液体紙容器の超音波シール装置によれば、紙層の表裏に熱可塑性樹脂層を持たせた長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせた包材段差部分を横断する方向にシールすることが可能であり、シール時に包材段差部分に発生する押圧の不均一性を取り除き、またシール過剰による包材への損傷を回避し、かつ幅方向への位置ずれ許容値を高めることができるため、シール不良を回避することが出来る。
また、段差位置決めセンサを不要とし高速シールへの対応が可能となる。
１・・・超音波発振器
２・・・コンバータ
３・・・ホーン
４・・・アンビル
５・・・筒状包材
６・・・包材段差部分
７・・・シールバー
１１・・・超音波発振器
１２・・・コンバータ
１３・・・ホーン
１４・・・アンビル
１５・・・筒状包材
１６・・・シールバー
２２・・・包材の一方の端部
２３・・・エッジプロテクトテープ
２４・・・もう一方の包材端部
２５・・・包材段差部分
３０・・・包材１枚の部分
３０ｂ・・・包材１枚の部分で３段階の凹み構造の基準面
３１・・・包材２枚（符号２２と２４）の重なり部
３１ａ〜３３ａ・・・符号３１から符号３３の各部の段差の厚みの差
３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ・・・３段階の凹み構造
３２・・・包材２枚とエッジプロテクトテープの重なり部
３３・・・包材１枚（符号２４）とエッジプロテクトテープの重なり部
３４〜３７・・・テーパー形状の中心

Claims (2)

  1. 長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に、ホーンとアンビルによってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、
    前記包材段差部分にあたる部分のアンビルに前記包材段差部分の形状に合わせて凹み構造が設けられ、更にその凹みがテーパー形状であることを特徴とする液体用紙容器の超音波シール装置。
  2. 前記長尺の筒状包材の前記包材段差部分の内面側に包材の端部を覆うようにエッジプロテクトテープが接着され、前記アンビルの凹み構造が、包材２枚の重なり部、包材２枚とエッジプロテクトテープの重なり部、包材１枚とエッジプロテクトテープの重なり部に合わせて、深さを変えて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体用紙容器の超音波シール装置。
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