JP2016172565A - 超音波シール装置及び充填包装機 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波シール装置に、ホーンとアンビルの距離を正確に調整する機構を設ける。
【解決手段】超音波シール装置は、ホーン６９と、ホーンに対向して配置されたアンビル面４３と、ホーンを支持する支持部６３と、アンビル面を支持する支持部１９と、ホーンとアンビル面接近させる駆動部４５，４７，７５と、ホーンとアンビル面との距離を検出する距離検出機構７９，８１を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波シール装置に関する。本発明は、特に包装材料（包装用の紙又はフィルム）のシールに適した超音波シール装置に関する。本発明はまた、超音波シール装置を備えた充填包装機に関する。

超音波シール装置は、熱可塑性樹脂又はこれを含む材料を超音波振動と圧力によって瞬時に溶融して接合する加工技術で、包装紙又は包装フィルム等の包装材料の接着にも利用されている。しかし、包装材料は一般に非常に薄い（数十ミクロン）ため、連続的に供給される包装紙に加える圧力の調整、すなわち、ホーンとこれに対向するアンビルとの間隔の調整が極めて難しいという問題がある。

特開２００７−２６９３７７号公報

本発明は、ホーンとアンビルの間隔を容易に調整できる超音波シール装置、及び該超音波シール装置を備えた充填包装機を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の実施形態に係る超音波シール装置は、ホーンと、ホーンに対向して配置されたアンビル面と、ホーンを支持する支持部と、アンビル面を支持する支持部と、ホーンとアンビル面を接近させる駆動部と、ホーンとアンビル面との距離を検出する距離検出機構を有する。

この超音波シール装置及び充填包装機によれば、ホーンとアンビルの間隔を簡単且つ正確に調整できる。

本発明に係る超音波シール装置を備えた充填包装機の一部を示す平面図。 図１に示す超音波シール装置の断面図。

以下、添付図面を参照して本発明に係る超音波シール装置の実施形態を説明する。

本発明に係る超音波シール装置は、連続的又は間欠的に供給される帯状の包装フィルム又は包装紙を二つ折りし、該二つ折りの包装フィルムをその長手方向（搬送方向）に所定の間隔をあけて順次シール（幅方向のシール）して一定の間隔に袋部を形成し、各袋部に充填剤（例えば、薬剤、食材）を充填し、そして、各袋部の開口をシール（長手方向のシール）するように構成された充填包装機（例えば、特開２０１４−１４１３０７号公報を参照。）に組み込まれ、充填済の包装フィルムの開口をシールするものである。

そのため、図１に示すように、超音波シール装置１は、一点鎖線で示すフィルム搬送経路３に沿って、図の右側に設置された予熱部５から図の左側に設置された搬送部（フィルムに接触して搬送力を付与する部分）７の間に配置され、図の右側から左側に向かうフィルムの搬送方向に搬送される充填済包装フィルムの開口をシールするように、以下に説明する構成を備えている。なお、以下の説明では、フィルムの搬送方向を「フィルム搬送方向９」、これに直交する水平方向を「フィルム横断方向１１」という。

具体的に図１，２を参照して説明すると、超音波シール装置１は、フィルム搬送経路３によって分断された左右の領域（フィルム搬送方向の上流から下流に向かって見たときに右側に位置する領域を右側領域１３といい、左側に位置する領域を左側領域１５という。）の一方（右側領域１３）に配置されて機械のフレーム（図示せず）等に固定された垂直壁１７（図２にのみ示す）を有する。垂直壁１７は、後述する昇降機構と回転機構を介して、包装フィルム搬送方向９から見たときに略四角形の形をしたフレーム（第２の支持部）１９を支持している（図２参照）。

フレーム１９は、フィルム搬送経路３と所定の間隔をあけて対向するように配置された垂直板からなる垂直フレーム部２１と、図２に示すようにフィルム搬送経路３の上方及び下方において垂直フレーム部２１の上部と下部からそれぞれ水平方向に且つ平行に、フィルム搬送経路３の右側領域１３から左側領域１５に向けてフィルム横断方向１１に伸びる板状の上下フレーム部２３，２５と、フィルム搬送経路３の左側領域１５において上下フレーム部２３，２５の先端側を連結する別の垂直フレーム部２７を有する。実施形態では、後者の別の垂直フレーム部２７は、フィルム搬送方向９の間隔をあけて設けられた２つの柱２９（特に、図１を参照。）によって構成されている。

図１に示すように、上下フレーム部２３，２５はそれぞれ、フィルム横断方向１１に真っ直ぐに伸びる一対の開口縁を有する四角形のガイド開口３１が形成されている。各ガイド開口３１には、開口縁に沿って移動可能にそれぞれ軸受箱３３がはめ込まれている。そして、上下の軸受箱３３によって、円柱状のアンビル（回転体）３７が支持されている。

図２に示すように、アンビル３７は、鉛直方向の軸３９を中心に回転可能に軸受箱３３に支持されている。アンビル３７は、その中段に大径円盤部４１が一体的に形成されている。円盤部４１は、その外周端が円筒面に形成されており、後に説明するように、この円筒面がホーンと共に包装フィルムを挟んで加圧するアンビル面として機能する。以下、円盤部４１の外周円筒面を「円筒アンビル面」４３という。

上下の軸受箱３３はまた、垂直フレーム部２１の背後に固定されたシリンダ（駆動部）４５，４７にそれぞれ駆動連結されており、これにより、シリンダ４５，４７の駆動に基づいて、アンビル３７がその軸３９を鉛直又はほぼ鉛直に保ちながら、円筒アンビル面４３がフィルム搬送経路３に接近離反するようになっている。

アンビル３７はまた、上端部にプーリ４９が取り付けてある。また、垂直壁１７に昇降可能に支持された壁（後述する昇降壁９７（図２参照））にモータ５１が固定されており、該モータ５１の回転軸に別のプーリ５３が連結されている。そして、これら２つのプーリ４９，５３にベルト５５が掛け渡されており、モータ５１の駆動に基づいてアンビル３７が軸３９を中心に回転するようにしてある。

上下フレーム部２３，２５を連結する一対の柱２９の間には、下フレーム部２５の上にガイドプレート５７が固定されている。図２に示すように、ガイドプレート５７は、フィルム横断方向１１に向けて伸びるガイド縁５９を有する。また、ガイドプレート５７の上には、ガイド縁５９に対応する被ガイド部（図示せず）を有するスライダ６１がフィルム横断方向１１にスライド自在に設けてある。そして、スライダ６１の上に、上下方向に伸びる板状又は柱状の支持部（第１の支持部）６３が固定されている。

支持部６３は超音波発生器６５を支持している。超音波発生器６５は、超音波発振部６７と、超音波発振部６７で発生した超音波を伝播する超音波ホーン（超音波共鳴体）６９を有し、ホーン６９の先端がフィルム搬送経路３を挟んで円筒アンビル面４３に対向するように、支持部６３に固定されている。

図２に示すように、上フレーム部２３又はその両側の一対の柱２９は、フィルム搬送経路３から遠ざかるようにフィルム横断方向１１に向けて水平に伸びる一対のフランジ７１（図２は一方のフランジのみを示す。）と、これらフランジ７１の先端を連結する連結板７３を支持しており、連結板７３の背後にシリンダ（駆動部）７５が固定されている。また、シリンダ７５は、支持部６３に連結されており、シリンダ７５の駆動に基づいてホーン６９の先端が円筒アンビル面４３に接近離間するようにしてある。

図２に示すように、支持部６３はその上端部が上フレーム部２３の上方に突出しており、そこにステージ７７を支持している。ステージ７７は、接触式デジタルセンサ（距離センサ）７９とマイクロメータヘッド８１（距離検出機構）を支持している。

実施形態では、デジタルセンサ７９は、例えば、株式会社キーエンスから販売されている「汎用接触式デジタルセンサGTシリーズ」が利用できる。この接触式デジタルセンサ７９は、種々の電子機器を内蔵したセンサ本体８３と、センサ本体８３から突出するとともに軸方向に移動可能な接触子８５を備えており、センサ本体８３に対するロッド先端接触子の位置（移動量）を極めて正確に計測し、その計測値をデジタル信号として出力することができるもので、センサ本体８３から出力される信号（計測値）が制御部８７に入力されるようにしてある。

マイクロメータヘッド８１は、例えば、株式会社ミツトヨから販売されている「１４８シリーズマイクロメータヘッド」が利用できる。このマイクロメータヘッド８１は、円筒体８９と、該円筒体８９の内部に直線移動可能に収容された移動軸（ロッド）９１と、これら円筒体８９と移動軸９１の間に配置されたねじ部（図示せず）を有し円筒体８９を回転することによって移動軸９１を微小移動させることができるように構成されている。

これらデジタルセンサ７９とマイクロメータヘッド８１は、図２に示すように、デジタルセンサ７９の接触子８５とマイクロメータヘッド８１の移動軸９１を一直線に且つデジタルセンサ７９の接触子８５の先端をマイクロメータヘッドの移動軸９１の一端（基端）に接触させた状態でステージ７７に固定される。

また、マイクロメータヘッド８１の移動軸９１の他端（先端）は、上フレーム部２３（図２にのみ示す）に固定された接触板（接触部）９３に当てられている。

以上の構成によれば、シリンダ４５，４７の駆動に基づいて、円筒アンビル面４３が、丁度フィルム搬送経路３上に位置する場所に位置決めされる。次に、ホーン６９を円筒アンビル面４３に押し当てる。続いて、この状態から、マイクロメータヘッド８１の回転軸を回転して移動軸９１を前進させる。このとき、超音波発生器６５及びステージ７７が移動軸９１の移動に応じてアンビル３７から後退するように、すなわち、シリンダ７５がその移動を規制しないように、必要であれば、シリンダ７５は機能しない状態に設定しておく。

マイクロメータヘッド８１の移動軸９１の移動量は、デジタルセンサ７９で計測され、その出力（計測値）が制御部８７に送信される。制御部８７はさらに、計測値を充填包装機の表示部９５に表示する。したがって、充填包装機のオペレータは、表示部９５の表示を見ながらマイクロメータヘッド８１を操作することで、円筒アンビル面４３とホーン６９との距離を極めて正確に設定できる。

図２を参照して、フレーム１９の昇降機構と回転機構を説明する。図示するように、垂直壁１７には、これに沿って昇降するように昇降壁９７が取り付けてある。実施形態では、昇降壁９７に上下方向に細長い長孔９９を形成するとともに、この長孔９９を介してボルト１０１を垂直壁１７のねじ孔１０３にねじ込む構成を採用することによって、昇降壁９７を適当な高さに設定できるように構成されている。また、昇降壁９７は、フレーム１９に向かって水平に伸びる中空筒（回転機構）１０５を支持している。そして、フレーム１９の垂直フレーム部２１に固定された水平シャフト（回転機構）１０７が中空筒１０５に挿入されており、これら水平シャフト１０７と中空筒１０５によってフレーム１９がそれらの水平中心軸１０９を中心に回転できるように構成されている。なお、中空筒１０５を貫通する一つ又は複数のねじ孔１１１に固定ねじ１１３が取り付けられ、任意の角度位置で、水平シャフト１０７及びフレーム１９が中空筒１０５及び垂直壁１７に対して固定できるようにしてある。このような昇降機構と回転機構によれば、フィルム搬送経路３の高さ及び傾斜に応じて円筒アンビル面４３とホーン６９を適正に調整できる。

１：超音波シール装置
３：フィルム搬送経路
５：ガイド部
７：搬送部
９：フィルム搬送方向
１１：フィルム横断方向
１３：右側領域
１５：左側領域
１７：垂直壁
１９：フレーム（支持部、第２の支持部）
２１：垂直フレーム部
２３：上フレーム部
２５：下フレーム部
２７：垂直フレーム部
２９：柱
３１：ガイド開口
３３：軸受箱
３７：アンビル（回転体）
３９：軸（第１の軸）
４１：円盤部
４３：円筒アンビル面
４５，４７：シリンダ（駆動部）
４９：プーリ
５１：モータ
５３：プーリ
５５：ベルト
５７：ガイドプレート
５９：ガイド縁
６１：スライダ
６３：支持部（第１の支持部）
６５：超音波発生器
６７：超音波発振部
６９：ホーン（超音波共鳴体）
７１：フランジ
７３：連結板
７５：シリンダ（駆動部）
７７：ステージ
７９：接触子デジタルセンサ（距離センサ、距離検出機構、測定部）
８１：マイクロメータヘッド（距離検出機構、測定部）
８３：センサ本体
８５：接触子
８７：制御部
８９：円筒体
９１：移動軸
９３：接触板
９５：表示部
９７：昇降壁（移動機構）
９９：長孔（移動機構）
１０１：ボルト（起動機構）
１０３：ねじ孔
１０５：中空筒（回転機構）
１０７：水平シャフト（回転機構）
１０９：中心軸（第２の軸）
１１１：ねじ孔
１１３：ねじ

Claims (4)

1. ホーン（６９）と、
   前記ホーン（６９）に対向して配置されたアンビル面（４３）と、
   前記ホーン（６９）を支持する第１の支持部（６３）と、
   前記アンビル面（４３）を支持する第２の支持部（１９）と、
   前記ホーン（６９）又は前記アンビル面（４３）若しくはそれらの両方を互いに接近させる駆動部（４５，４７，７５）と、
   前記ホーン（６９）と前記アンビル面（４３）との距離を検出する距離検出機構（７９，８１）を備えた超音波シール装置。
2. 前記距離検出機構（７９，８１）は、
   可動式の接触子（８５）を有し、前記接触子（８５）の移動量を出力する距離センサ（７９）と、
   筒体（８９）と該筒体（８９）に保持された可動式の移動軸（９１）を有するマイクロメータヘッド（８１）とを有し、
   前記距離センサ（７９）と前記マイクロメータヘッド（８１）を、前記接触子（８５）の移動方向と前記移動軸（９１）の移動方向を前記第１と第２の支持部（６３，１９）の接近方向に沿って一直線上に位置させるとともに前記接触子（８５）の一端に前記移動軸（９１）の一端が接触するように配置して、前記第１の支持部（６３）又は前記第２の支持部（１９）の一方に設け、
   前記第１の支持部（６３）又は前記第２の支持部（１９）の他方に、前記移動軸（９１）の他端が対向する接触部（９３）を設けたことを特徴とする超音波シール装置。
3. 支持部（１９，６３）と、
   第１の軸（３９）を中心とする円筒状のアンビル面（４３）を有し、前記第１の軸（３９）を中心に回転自在に前記第２の支持部（１９）に支持された回転体（３７）と、
   前記アンビル面（４３）に進退可能に前記第１の支持部（６３）に支持されたホーン（６９）と、
   前記アンビル面（４３）と前記ホーン（６９）の距離を測定する測定部（７９，８１）と、
   前記第１の軸（３９）に直交する第２の軸（１０９）を中心に前記支持部（１９，６３）を回転自在に支持する回転機構（１０５，１０７）と、
   前記第２の軸（１０９）に直交する垂直方向に前記回転機構（１０５，１０７）を移動させる移動機構（９７、９９，１０１）を備えた超音波シール装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの超音波シール装置を備えた充填包装機。

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