JP4475259B2 - 溶接シーム及びフォイル・バッグを製作するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォイル・バッグ上の溶接シーム及びフォイル・バッグ自体を製作するための装置並びに方法に関する。

フォイル・バッグは、液体又はペースト状の素材のための包装として知られている。たとえば、飲料、動物性食品、乳剤、染料、石鹸などが、フォイルバックで包装される。この種類のフォイルバックは、たとえば、２つの側部フォイル及び１つの底部フォイルで構成されるスタンドアップ式バッグとすることができる。

そのようなバッグを形成するために、様々なフォイルがそれぞれの縁部で互いに溶接される。これは、熱シール法、又は超音波シールによって実現することができる。

溶接シームは、比較的小さい望ましくない漏れを有する場合がある。

なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
欧州特許出願公開第１０８８７６０号明細書 仏国特許出願公開第２８２９９６２号明細書 欧州特許出願公開第１１２７７９４号明細書 欧州特許出願公開第１０６６９５１号明細書 米国特許第４５３４８１８号明細書 独国特許出願公開第１６０４５８０号明細書 英国特許出願公開第１１２０８８１号明細書 米国特許第４２５１３０３号明細書 米国特許出願公開第２００３／１５２２９７号明細書 米国特許第６３９０１６８号明細書 特開昭５６−０５８８２２号明細書 "Ultrasound Welding of Polymer Multilayered Film Materials" Fomenko A F et al.; Welding International, Woodhead Publishing Limited, Cambridgeshire, GB, Bd.15, Nr.7, 2001, 第583頁乃至584頁

考慮される本発明の課題は、フォイル・バッグ上の溶接シーム、及び改善された溶接シームを有するフォイル・バッグ自体を製作するための装置及び方法を提供することである。

この課題は、独立請求項に記載される装置、方法、及びフォイル・バッグによって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項で開示される。

溶接シームを形成するために、超音波ハンマ及び金敷が提供される。超音波ハンマを用いてフォイル材料内に超音波を放出し、フォイル材料を局所的に溶融させることができる。超音波を超音波ハンマからフォイル材料内へと効果的に噴射するために、フォイル材料を超音波ハンマと金敷の間に挟むことができる。

金敷の超音波ハンマに対向する面には、超音波ハンマとの間でフォイル・バッグを挟むための突起が形成される。

金敷の場合、少なくとも１つの凹部が、たとえば溝の形で突起内に設けられる。この溝は、突起と平行かつ溶接シームと平行に延びる。

金敷の突起領域内で、フォイル材料を超音波の作用によって溶融させ、超音波ハンマと金敷の間の圧力によってこの領域から押し出すことができる。その結果、溶融した材料の封止ウェッジが、金敷の縁部に形成される。これらの封止ウェッジによって、非溶融材料が互いに接着され、溶接シームの封止がもたらされる。

そのような４つの封止ウェッジを備える溶接シームを、突起内の凹部構成によって作り出すことができ、それらの封止ウェッジによって、結果的に特に良好かつ強固な封止効果がもたらされる。

凹部の縁部上に形成される２つの封止ウェッジはまた、合計３つの封止ウェッジを作り出すことができるよう、１つの単一封止ウェッジ、又はむしろ封止領域がここに効果的にもたらされるように、凹部領域内で共に成長させることができる。

凹部領域に流入する溶融されたフォイル材料によってそのフォイル内にいかなる大き過ぎる隆起も生じないようにするために、かつ、凹部領域に流入する溶融フォイル材料を、さらなる圧力によって非溶融材料と接触させるために、凹部の深さが突起の高さに比べて極めて小さいことが有利である。

溶接シーム内に良好な封止をもたらすためには、凹部の幅が、突起の幅の約１０％〜９０％であることが有利である。特に、約２５％〜５０％の比が好ましく、約３０％〜３５％の比がさらに好ましい。

金敷は、好ましくは、堅固に取り付けられるのではなく、傾動自在に取り付けられる。この場合、少なくとも２つの軸の周りで傾動することが有利である。軸は、金敷自体を通って延びていなくてもよく（延びることも可能であるが）、代わりに金敷の外側で延びることもできる。

金敷は、有利には、超音波ハンマの方向に付勢される（ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄ）構造により取り付けられ、これは好ましくは、ばね、ゴム要素などの、２つの加圧要素によって実現される。

こうした取り付け及び付勢力によって、金敷と超音波ハンマとの間に形成される溶接シームに沿って均等な圧力を保証することができる。これは、溶接シームの全長に沿って均一な溶接シームを形成するために有利である。

金敷を良好に位置合せするために、２つの加圧要素を金敷のほぼ端部に取り付けることが有利である。

溶接シームの封止の信頼性をさらに高めるために、凹部（溝）を正確に１つだけより多く設けることができ、こうした凹部は基本的に互いに平行に延びる。このようにして、３つ又は４つよりさらに多い数の封止ウェッジを実現することができ、これらは結果的にさらに良好な封止効果を有する。

互いの隣り合う複数のフォイル・バッグに溶接シームをそこで設けることができる装置が有利である。これによって、同じクロック速度かつ最小の設計労力における高いスループット率が可能になる。何故ならば、様々な機械的装置を、様々な溶接装置内で共通して使用することができるからである。

この方法で、フォイル・バッグの、溶接シームがそこに製作されるべき部分が金敷上の突起と超音波ハンマとの間に挟まれ、溶接シームが、超音波による加圧を用いる超音波ハンマによって製作される。金敷の突起は、これに関する少なくとも１つの凹部を有する。

フォイル・バッグは、少なくとも２つの溶接領域と少なくとも３つ又は４つの封止ウェッジとを有する溶接シームを有する。

本発明の有利な実施形態を、図面を用いて示す。

図１ａは、フォイル・バッグ１の３次元概略図を示す。図１ｂは、同一のフォイル・バッグの断面図を示す。フォイル・バッグ１は、２つの側部フォイル３ａ及び３ｂ、並びに底部フォイル５を有する。ここで底部フォイル５は折り曲げられ、側部フォイル３ａ及び３ｂの縁部と、その下端部で互いに溶接される。側部フォイル３ａ及び３ｂは、図１ａで左右に延びるフォイル・バッグ１の縁部において互いに溶接される。こうした側部フォイル３ａ、３ｂの、側部縁部への溶接部及び底部フォイル５への溶接部は、熱溶接によって製作することができるが、本明細書に記載する超音波シールによっても製作することができる。

フォイル・バッグ１は、それが上端４で開き、依然溶接シーム２によってまだ閉じられないようなやり方で製造することができる。このようにして、製造されたフォイル・バッグ１は、上端４から充填されることができ、上端４において充填された後に溶接シーム２で閉じられる。

封止における問題は、充填後に上端４を溶接するときに最も生じやすい。というのも、緊密な溶接シームを妨げる不純物がバッグの内側に存在することがあるからである。したがって、以下で説明する装置及び方法は、上端４にて溶接シーム２を形成するのに特に有利であるが、その他の溶接シームに使用することもできる。

図２ａは、フォイル・バッグ１の上端４を示す。２つの側部フォイル３ａ及び３ｂは、領域４内で共に延びる。ここで示す側部フォイル３ａ及び３ｂは、少なくとも２つの層６ａ、７ａ、及び６ｂ、７ｂからなる。層６ａ、６ｂは、さらに様々な層を含むことができる。たとえば、アルミニウム箔、及び簡単に溶接することができないプラスチックを含むことができる。層６ａ及び６ｂはまた、外側から見える装飾パターンを含むこともできる。

層７ａ、７ｂは、たとえばポリエチレンなど、溶接することができる材料で製造される。２つの側部フォイル３ａ、３ｂの２つの層７ａ、７ｂは、上端４で互いに直接接触するが、初めは、互いに持続的に接合されない。図２ａは、超音波が噴射される前の状態を示す。

フォイル・バッグ１の上端４は、金敷８と超音波ハンマ９との間に挟まれる。このために金敷８には、フォイル・バッグ１の上端４と接触する突起１０が形成される。金敷８と超音波ハンマ９は、たとえば、金敷８、超音波ハンマ９のいずれか又は両方の、直線運動及び／又は旋回によって、互いに離間されるととともに、互いに近づく方向に移動される。金敷８は超音波ハンマ９に対して付勢されて荷重が加えられ、又は、超音波ハンマ９が金敷８に対して付勢されて荷重が加えられる。

超音波ハンマ９は、超音波供給源に接続され、それによって、超音波ハンマ９からフォイル・バッグ１の材料内に超音波が印可される。これは、突起１０の領域で特に有効である。というのも、ここでは、超音波ハンマ９とフォイル材料１との間の圧力がより高くなる可能性があるからである。

突起１０は、幅ａ及び高さｈを有する。突起１０内に、たとえば溝の形を取ることができる凹部１１が設けられている。凹部１１の幅ｂは、突起１０の約３分の１である。さらに、凹部１１は、突起１０の高さである高さｈよりいくぶん小さい深さｔを有する。

正確に１つのみの凹部１１の代わりに、２つ、３つ、又はそれ以上の凹部１１を設けることもできる。複数の凹部１１の間には、隆起（図示せず）があり、これは、溝の外側に配置された突起領域と同じ高さにすることができ、又はより高く、又は低くすることもできる。凹部の幅は、合計で突起の幅ａの１０％〜９０％とすることができ、あるいは２５％〜５０％だけ、又は３０％〜３５％の範囲とすることもできる。

図２ｂは、超音波を印加した後の状態を示す。超音波を印加することによって、層７ａ、７ｂの材料が、特に突起１０の領域内で凹部１１の領域を除いて溶融する。フォイル材料がそこに置かれ超音波ハンマ９に対して圧力を加えられた領域で、超音波がフォイル材料内に特によく印可され、そこに局所的な加熱がもたらされる。金敷８と超音波ハンマ９との間の圧力（付勢力）によって、この領域（溶接領域１２、１３）から溶融された材料が流出し、領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ内に封止領域を形成する。これらの封止ウェッジは、２つの側部フォイルを互いに接着する。層６ａ、６ｂ自体は、超音波によって溶融されない。しかしそれらは共に、層７ａ、７ｂの溶融された材料を保持し、溶融された材料をフォイル層と水平（超音波ハンマ又は金敷の面と平行）に流すことを可能にする。層６ａ、６ｂはまた、金敷８又は超音波ハンマ９にフォイルが貼り付くことを防止する。

すべて溶接シーム２に沿って延びる４つの封止ウェッジが形成されることによって、この溶接シーム２の特に良好な封止が達成される。

複数凹部１１の場合、より多くの封止ウェッジ又は溶接領域を作り出し、溶接シームのさらに良好な封止を可能にすることもできる。

領域１４ｂ及び１４ｃ内の封止ウェッジはまた、凹部１１の深さｔを小さくし、かつ／又は幅ｂを小さくすることによって互いに接触させることができ、合体させて単一の封止ウェッジとすることができる。凹部１１によって小さい空間しか提供されない場合、溶融された材料が、加圧下で凹部１１の領域内に押し込まれ、又は、加圧下でそこの利用可能な空間をすべて占領する。これによって、側部フォイル３ａ、３ｂの非溶融領域間に、特に良好な接着効果が生じる。これはまた、凹部１１が複数の場合にも、対応するやり方で当てはまる。

図３は、支持されている金敷８の斜視図である。金敷８の正面上に、凹部１１を備える突起１０が形成される。１つの凹部１１ではなく、互いに平行に延びる複数の凹部１１を設けることもできる。

金敷８は、旋回軸１５が突起１０と平行に延びる旋回要素１６に取り付けられる。

突起１０は、金敷８の全長又は長さの大部分に沿って延設されている。

要素１６は、金敷１８に固定されるとともに、回転自在な構成により要素１７に連結されている。要素１７がその周りで回転することができる回転軸１４は、要素１６の回転軸１５に対して垂直である。

したがって金敷８は、わずかな機械的労力で、軸１４及び軸１５両方の周りで傾動される。

超音波ハンマ９に対する付勢力を金敷８に加えるために、ばね要素１８、１９が設けられる。これらは、金敷８に直接作用する。また、ばね又は他の加圧要素を用いて要素１６、１７に付勢力が加えられる一実施形態が考えられる。ただし、金敷８の端部に作用する２つのばね１８、１９を用いて金敷８に付勢力を直接加えることが、機械的に特に単純かつ有効である。

金敷８の旋回軸１５の周りでの旋回は、好ましくは、超音波ハンマ９に向かう方向に限定されている。このようにして、金敷８を超音波ハンマ９から離すことによって、それらの間に、フォイル・バッグ１をそこに導入することができる間隙を生み出すことができる。金敷８と超音波ハンマ９が再び互いに接触する場合、フォイル・バッグ１は、それらの間に挟まれる。それらを互いにいくらか接近させることによって、金敷８は、旋回軸１５の周りで、図３の左に傾けられるが、同時に、ばね１８、１９によって超音波ハンマ９に対する初荷重が加えられる。このようにして、金敷８と超音波ハンマ９の間に必要な圧力が生み出され、これによって、フォイル・バッグ１の材料内への超音波７の良好な噴射が保証される。溶接シームがそこに製作される位置で、金敷８は、好ましくは垂直（図２参照）となり、又はその上端でわずかに左に傾斜する。

超音波ハンマ９の上に、たとえばばね鋼のばねクリップを設けることもでき、それを用いて、バッグを金敷８と超音波ハンマ９の間の定位置で挟み付け用に固定するために、突起１０を越えて突出するフォイル・バッグ１の端部４を金敷８に対して押圧することができる。この工程で、ばねクリップは、好ましくは超音波ハンマ９と固定関係に保たれる。ばねクリップは、フォイル・バッグ１の上端４を、図３で突起１０の上に示す、金敷８の平坦な面に対して押圧することができる。

金敷８を軸１４の周りで傾動させることによって、金敷８又は超音波ハンマ９の支持、あるいは側部フォイルの側部３ａ、３ｂのフォイル厚さの、わずかな不正確さを補正することができる。このようにして、ばね１８、１９によって生み出される圧力が、金敷８の幅全体にわたり、又は溶接シーム２に沿って均等に分配される。これは、溶接シーム２の均一な形成に有利である。

図３に示す装置をいくつか、有利には互いに隣接して配置する。このようにして、同一の保持装置及び同一の運搬手段を用いて、互いに隣り合う複数のフォイル・バッグ１を同時に溶接することができる。

有利には、傾動構造の単一の金敷８を、各フォイル・バッグ１用に設けることができる。ただし、１つの金敷８を２つ以上のフォイル・バッグ用に設けることもできる。

フォイル・バッグの概略図である。 装置及びフォイル・バッグの概略断面図である。 金敷の３次元概略図である。

符号の説明

１ フォイル・バッグ
２ 溶接シーム
３ａ フォイル材料
３ｂ フォイル材料
３ｃ フォイル材料
３ｄ フォイル材料
４ 上端
６ａ フォイル材料
６ｂ フォイル材料
７ａ フォイル材料
７ｂ フォイル材料
８ 金敷
９ 超音波ハンマ
１０ 突起
１１ 凹部
１２ 溶接領域
１３ 溶接領域
１４ 回転軸
１４ａ 封止ウェッジ
１４ｂ 封止ウェッジ
１４ｃ 封止ウェッジ
１４ｄ 封止ウェッジ
１５ 回転軸
１６ 旋回要素
１７ 要素
１８ 加圧要素
１９ 加圧要素

Claims (12)

1. フォイル・バッグ（１）上に溶接シーム（２）を製作するための装置であって、
   超音波ハンマ（９）と、
   溶接面が前記超音波ハンマ（９）の方へと方向付けられた金敷（８）と、を備え、
   前記金敷の前記溶接面は、前記フォイル・バッグ（１）のフォイル材料（３ａ、３ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ）を前記超音波ハンマ（９）との間で挟むことができるように、長い突起（１０）を有し、
   前記突起（１０）が、前記突起（１０）と平行に延びる凹部（１１）を有し、
   前記凹部（１１）が、前記溶接面の上に高さ（ｈ）を有する前記突起（１０）よりも小さい深さ（ｔ）を有し、
   前記凹部（１１）が、前記突起（１０）の幅（ａ）の２５％から５０％の幅（ｂ）を有することを特徴とする装置。
2. 前記凹部（１１）が、前記突起（１０）の幅（ａ）の３０％から３５％の幅（ｂ）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記金敷（８）が傾動自在であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記金敷（８）は、少なくとも２つの軸（１４、１５）の周りで傾動されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記金敷（８）を前記超音波ハンマ（９）に向けて付勢する加圧要素（１８、１９）が、少なくとも２つの位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
6. 前記２つの加圧要素（１８、１９）は、前記金敷（８）のほぼ端部に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. ばねクリップが設けられ、前記フォイル・バッグ（１）の上端（４）が該ばねクリップを介して前記金敷（８）に対して押圧されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
8. 前記突起（１０）内に複数の凹部（１１）が設けられ、前記複数の凹部（１１）の幅が合計で、前記突起（１０）の前記幅（ａ）の１０％から９０％となることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
9. 前記突起（１０）内に複数の凹部（１１）が設けられ、前記複数の凹部（１１）の幅が合計で、前記突起（１０）の前記幅（ａ）の２５％から５０％となることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
10. 前記突起（１０）内に複数の凹部（１１）が設けられ、前記複数の凹部（１１）の幅が合計で、前記突起（１０）の前記幅（ａ）の３０％から３５％となることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
11. フォイル・バッグ上に溶接シームを製作するための装置であって、
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置が複数、互いに隣接して配置され、前記装置が同時に作動されることを特徴とする装置。
12. 超音波ハンマ（９）と金敷（８）との間に挟まれたフォイル・バッグ（１）上に溶接シーム（２）を製作するための方法であって、
    前記金敷（８）が、前記超音波ハンマ（９）へと方向付けられた溶接面上に長い突起（１０）を有し、
    前記フォイル・バッグ（１）に、溶接シーム（２）が超音波によって設けられ、
    前記突起（１０）が、前記突起（１０）と平行に延びる凹部（１１）を有し、
    前記凹部（１１）が、前記溶接面の上に高さ（ｈ）を有する前記突起（１０）よりも小さい深さ（ｔ）を有し、
    前記凹部（１１）が、前記突起（１０）の幅（ａ）の２５％から５０％の幅（ｂ）を有することを特徴とする方法。

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