JP6537961B2 - 超音波シール方法及び装置 - Google Patents
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Description
以下、この先行出願に係る発明の主要な実施形態について、図8〜18を参照して説明する。
まず、図11にエアバッグ付き袋11(以下、単に袋11という)を示す。袋11は底ガセット方式の自立袋であり、表裏両面のフィルムと折りたたまれた底部のフィルムからなる。袋11の上部領域Xでは、両側縁において袋11の表裏両面のフィルム同士が接着し、シール部12,13が形成されている。上縁は表裏両面のフィルムが接着されておらず、開口した袋口14となっている。袋11の下部領域Yでは、両側縁において表裏両面のフィルムが底部のフィルムを挟んで接着し、かつ底部のフィルム自体も折り込まれた内側で接着し、中央部において表裏両面のフィルムがそれぞれ底部のフィルムと接着し(底部のフィルム同士は接着していない)、シール部15が形成されている。シール部12,13,15を図11に斜線で示す。
エアバッグ部16は、袋の表裏両面のフィルム(図13の17,18参照)を熱シールする際に加圧せずシールし残した箇所であり、袋口14(シール部12の上端)近傍から下方に細長く延びて閉じた輪郭を有し、その上端近傍の表裏両面のフィルムにエアバッグ部16内と袋外を連通させる十字の切り込み19が形成されている。エアバッグ部16には、中心に切り込み19が形成された円形の気体導入部16aに続いて所定長さにわたり、くびれた挟幅部16bが形成され、その下方が幅広の本体部16cとなっている。
(a)停止位置I(給袋工程位置)において、コンベアマガジン式給袋装置25から袋11がグリッパー21,22に供給され、グリッパー21,22がシール部12,13の所定位置を表裏両面から把持する。このときエアバッグ部16は、その挟幅部16bがグリッパー21により把持される。その状態が図11(a)に示されている。
(b)停止位置II(印字工程位置)において、印字装置により袋面への印字が行われる。
(d)停止位置IV(被包装物充填工程位置)において、充填装置により液状物の充填が行われる(図11(b)の充填物53参照)。充填装置のノズル部29は袋11の上方で昇降し、下降したとき袋口14から袋内に挿入され、液状物を袋内に充填する。
袋11がこの停止位置Vに停止したとき、図10(a)に示すように、ホーン31とアンビル32は後退して退避位置にある。続いてエアシリンダ37が作動して、図10(b)及び図13(a)に示すように、ホーン31とアンビル32が前進し、前記前進位置の直前の位置(前記吹込位置)で停止する。このとき、ホーン31とアンビル32の先端同士が気体導入部16aの両面のフィルムの厚さよりわずかに大きい間隔Dを置いて互いに対向している。また、図11(b)に示すように、ホーン31とアンビル32の吹き出し口47,52の内径(直径)は、エアバッグ部16の気体導入部16aの直径より小さく設定されている。これにより、吹き出し口47,52から吹き出される気体が気体導入部16aに集中し、エアバッグ部16に効率的に気体を吹き込むことができる。なお、気体導入部16aが円形でない場合、吹き出し口47,52の内径を気体導入部の幅(袋幅方向の幅)より小さく設定すればよい。
気体導入部16aに入った加圧気体は、グリッパー21に把持された挟幅部16bの表裏両面のフィルムを溝24の深さ分だけ押し広げ、両フィルム間にできた隙間から本体部16cに流入し、本体部16cを膨張させる。本体部16cが膨張した状態が、図13(c)に示されている。
次いで超音波振動発生器36から超音波振動が発信されて振動エネルギーがホーン31に供給され、図12(a)に示すように、ホーン31とアンビル32により挟圧された箇所(被挟圧箇所)の形状(ホーン31の先端面54の形状)に一致するリング状の超音波シール部56(ハッチングされたリング状の箇所)が形成される。気体導入部16aは、切り込み19自体は全部又は大部分がシールされないが、切り込み19の周囲のフィルムがシールされるため、エアバッグ部16内の気体が切り込み19から漏れることはなく、気体はエアバッグ部16内に封入される。
なお、吹き出し口47,52からの加圧気体の吹き出しは、少なくともホーン31とアンビル32が前記前進位置に達して気体導入部16aを挟圧する直前まで継続することが望ましい。
(g)停止位置VII(第2シール工程位置)において、一対の熱板34,34がシール部57を再度挟圧して2回目の熱シールを行う。
(h)停止位置VIII(シール部冷却及び排出工程位置)において、一対の冷却板35,35がシール部57を挟圧して冷却する。続いて、冷却中にグリッパー21,22が開き、さらに冷却板35,35が開き、袋11(袋製品)が落下し、シュート50により装置外に排出される。
上記第1の実施形態では、エアバッグ付き袋11の気体導入部16aの両面のフィルム17,18に切り込み19が形成されていたが、どちらか一方のフィルムにのみ切り込みが形成されていてもよい。この場合、ホーン31とアンビル32のうち一方が、切り込みが形成されていない側のフィルムを支持する受け部材(例えば特開2007−118961号公報の受け部材12参照)となる。受け部材となる側には、内部に気体の流路を形成する必要がない。
上記第1の実施形態では、ホーン31とアンビル32が退避位置と前進位置及び吹込位置の3位置で停止するようになっていたが、退避位置と前進位置のみで停止するようになっていてもよい。すなわち、前進位置においてエアバッグ部への加圧気体の吹き込みと超音波シールの両方の工程が行われる。この場合、エアシリンダー37は2ポジションタイプのものでよい。また、ホーン31には縦振動(溶着面に対し垂直方向の振動)の振動エネルギーが供給される。
以下、この実施形態について、図14,15(及び図8,9)を参照して具体的に説明する。
エアシリンダ37(図9参照)が作動して、ホーン31とアンビル32が前記退避位置から前進し、その途上でホーン31とアンビル32の先端の吹き出し口47,52から気体の吹き出しが開始される。図14(b)に示すように、ホーン31とアンビル32が前記前進位置に接近するのに伴い、切り込み19を通してエアバッグ部16内に気体が流入し、エアバッグ部16が膨張する。続いて、図14(c)及び図15(a)に示すように、ホーン31とアンビル32が前記前進位置に達し、それらの先端面54,55(図9参照)が切り込み19の周囲のフィルムを挟圧する。吹き出し口47,52からの気体の吹き出しは継続しているが、この時点でエアバッグ部16内への気体の流入がストップする。ホーン31とアンビル32は前記退避位置から前記前進位置にごく短時間で達し、その間にエアバッグ部16内へ吹き込まれる気体の量は不十分であり、ホーン31とアンビル32が前記前進位置に達した時点で、エアバッグ部16の膨張が不足している。
超音波シールの時間は一般的にごく短時間であるため、その間にエアバッグ部16内に流入する気体の量は多くない。しかし、前記のとおり、ホーン31とアンビル32が切り込み19の周囲のフィルムを挟圧する前に、不十分ながらある程度の量の気体がエアバッグ部16内に吹き込まれているため、トータルとしてエアバッグ部16内に十分な量の気体を吹き込み、エアバッグ部16を十分膨張させることができる。
この実施形態でも、上記第3の実施形態と同様に、ホーン31とアンビル32は退避位置と前進位置のみで停止する。しかし、上記第3の実施形態ではホーン31とアンビル32の先端面54,55が平坦であったのに対し、この実施形態では、前記先端面54,55の一方又は双方に微細な凹溝が形成されている点で異なる。
以下、この実施形態について、図16〜18を参照して具体的に説明する。
図17,18に示すように、ホーン31とアンビル32の先端面54,55の全面に、両端が内周(吹き出し口47,52)又は/及び外周に抜ける細かい格子状の凹溝58,59が形成されている。このホーン31とアンビル32を用いたエアバッグ部16内への気体の吹き込み及びエアバッグ部16の超音波シールは、例えば次のように行われる。
エアシリンダ37(図9参照)が作動して、ホーン31とアンビル32が前記退避位置から前進し、前記前進位置に達して、図16(b)に示すように、先端でエアバッグ部16の気体導入部16aに形成された切り込み19の周囲のフィルムを挟圧し、次いで先端の吹き出し口47,52から気体を吹き出す。
切り込み19から気体導入部16a内に入った気体は、凹溝58,59の内側において気体導入部16aのフィルムを凹溝58,59内に押し広げ、両面のフィルムの間に多数の小さい隙間を生じさせる。気体は前記隙間を通ってその先の挟幅部16bに流入し、さらにその先の本体部16cへ流入し、エアバッグ部16を膨張させる。ただし、切り込み19の周囲のフィルムは、ホーン31とアンビル32の先端で挟圧されたままで膨張せず、わずかに凹溝58,59内に押し広げられるだけである。
超音波シール部は、図12(a)に示す超音波シール部56と同様に、ホーン31の先端面53の形状と同じリング状となる。
超音波シールが終了(超音波の発信が終了)すると、超音波振動による摩擦熱の発生がなくなり、ホーン31とアンビル32の先端で挟圧された超音波シール部は、該ホーン31とアンビル32により直ちに冷却される。超音波シールが終了後、適宜のタイミングでエアシリンダ37が逆に作動し、ホーン31とアンビル32が後退し、図16(c)に示すように、前記後退位置で停止する。
図6(a)に示すように、袋11のエアバッグ部16に加圧気体が吹き込まれ、ホーン31とアンビル32が前進位置に達したとき、ホーン31とアンビル32に挟まれた箇所のフィルム17,18は押圧されて平らになり、当該箇所より下の部分(エアバッグ部16の挟幅部16b)は加圧気体により膨張し、両フィルム17,18の間に隙間ができている。
この状態で超音波シールを行うと、ホーン31とアンビル32に挟まれた箇所(被挟圧箇所)に隣接する領域において、膨らんだエアバッグ部16の挟幅部16bのフィルム18(ホーン31側のフィルム)に傷が付いたり、穴が開いたりすることがある。前記領域(図6(a)にAで示す)は、概ね、前記被挟圧箇所の下端(膨らんだ部分の上端)から下方へ数mm程度までの範囲である。
なお、図6(b)に示すように、袋11のエアバッグ部16に加圧気体を吹き込むことなく、同一箇所で超音波シールのみを行った場合、上記問題は生じない。
図7に示すように、スパウト保持部材61に保持されたスパウト62に対し袋63が供給され、袋口にスパウト62の下部の被シール部62a(平面視舟形/特開2009−132001号公報の被シール部4参照)が挿入され、ホーン64とアンビル65が、被シール部62aの位置で、袋63の両面のフィルム66,67を挟圧している。シール部62aの下方では、両フィルム66,67間に隙間ができている。
この状態で超音波シールを行うと、袋63の両面のフィルム66,67同士、及びフィルム66,67と被シール部62aがシールされるが、ホーン64とアンビル65に挟まれた箇所(被挟圧箇所)に隣接する領域において、フィルム67(ホーン64側のフィルム)に傷が付いたり、穴が開いたりすることがある。前記領域(図7(a),(b)にBで示す)は、概ね、前記被挟圧箇所の下端から下方へ数mm程度までの範囲である。
(1)前記袋が、袋の側縁のシール部に縦方向に延びるエアバッグ部が一体的に形成され、エアバッグ部の気体導入部のフィルムにエアバッグ部内と袋外を連通させる切り込み又は穴が形成されたエアバッグ付き袋であり、前記ホーンとアンビルの一方又は双方に一端が圧力気体供給源に接続され他端が先端に開口する気体の流路が形成され、前記流路の他端が加圧気体の吹き出し口となっていて、前記ホーンとアンビルの一方又は双方により前記気体導入部を通してエアバッグ部内に気体を吹き込みエアバッグ部を膨張させた後、前記切り込み又は穴の周囲のフィルムを超音波シールする。この場合、前記隙間は、エアバッグ部が膨張することによって該エアバッグ部の両フィルム間にできる隙間である。
(3)前記部品がスパウトであり、前記袋の袋口にスパウトの被シール部を挿入した後、ホーンとアンビルで前記袋の袋口を両面から挟んで加圧し、袋の両面のフィルム同士及び両面のフィルムと前記フィルム間に挟まれた前記被シール部を超音波シールする。この場合、前記隙間は、袋の袋口にスパウトの被シール部が挿入されたことによって袋口の下部にできる両フィルム間の隙間である。
(1)前記接触部材がホーンと共に進退する。
(2)前記袋が、袋の側縁のシール部に縦方向に延びるエアバッグ部が一体的に形成され、エアバッグ部の気体導入部のフィルムにエアバッグ部内と袋外を連通させる切り込み又は穴が形成されたエアバッグ付き袋であり、前記ホーンとアンビルの一方又は双方に一端が圧力気体供給源に接続され他端が先端に開口する気体の流路が形成され、前記流路の他端が加圧気体の吹き出し口となっていて、前記ホーンとアンビルの一方又は双方により前記気体導入部を通してエアバッグ部内に気体を吹き込みエアバッグ部を膨張させた後、前記切り込み又は穴の周囲のフィルムを超音波シールし、前記接触部材は前記押し付け位置においてエアバッグ部のホーン側のフィルムに押し付けられる。
(3)前記部品がスパウトであり、ホーンとアンビルで前記袋の袋口を両面から挟んで加圧し、袋の両面のフィルム同士及び袋の両面のフィルムと前記フィルム間に挟まれた前記スパウトの被シール部を超音波シールする。前記接触部材は袋口の下部のホーン側のフィルムに押し付けられる。
図1に、本発明に係る超音波シール装置を示す。この超音波シール装置は、図9に示す超音波シール装置を改良したもので、接触部材71を備える点でのみ、図9に示す超音波シール装置と異なる。図1において、図9に示す超音波シール装置と実質的に同じ部位には、同じ番号を付与している。
接触部材71は、取付プレート72を介してホーン31側の取付部材41に固定され、ホーン31の直下位置においてホーン31と共にホーン31と同方向に進退する。取付部材41の位置は超音波振動の振幅がゼロ(ノーダルポイント)であり、接触部材71自体は振動しない。なお、接触部材71は板状の金属又はプラスチックからなり、袋11と接触する先端部には、袋11の損傷を防止するため、必要に応じてゴム材が取り付けられる。
気体導入部16aに入った加圧気体は、グリッパー21に把持された挟幅部16bの表裏両面のフィルムを溝24の深さ分だけ押し広げ、両フィルム間にできた隙間から本体部16cに流入し、本体部16cを膨張させる。この例では、接触部材71の先端が、膨張した挟幅部16bのフィルム18(ホーン31側のフィルム)にわずかに接触している。接触部材71が接触する位置は、ホーン31とアンビル23が挟んだ箇所(被挟圧箇所)に隣接する領域(直下位置)であり、図6に示す領域Aである。ただし、この時点で接触部材71の先端がフィルム18に接触していなくてもよい。
次いで超音波振動発生器36から超音波振動が発信されて振動エネルギーがホーン31に供給され、切り込み19の周囲のフィルムが超音波シールされ、気体はエアバッグ部16内に封入される。この超音波シールの間、接触部材71が膨張した挟幅部16bのフィルム18に押し付けられていることにより、挟幅部16bのフィルム18に傷が付いたり、穴が開いたりすることが防止される。
図4において、ホーン31とアンビル32の動き及び加圧気体の吹き出しや超音波シール等のタイミングは、図2,3と同じである。一方、接触部材71は、ホーン31とアンビル32が前記吹込位置に達した時点で、図4(a)に示すように、前進して押し付け位置に達している。このため、加圧気体がエアバッグ16内に吹き込まれ、エアバッグ部16(挟幅部16b)が膨張すると、前記領域Aにおいてフィルム18が接触部材71に接触し押し付けられ、自由膨張できないで内側に変形する。
続いてホーン31とアンビル32が前進して前記前進位置に達したときも、図4(c)に示すように、接触部材71は前記押し付け位置にあり、この状態でホーン31に超音波振動エネルギーが供給され、超音波シールが行われる。
上記スパウト付き袋の製造装置は、スパウト62の上端を把持し環状の移動経路に沿って間欠的に移動するスパウト保持部材61を複数組備えるスパウト移送装置を有し、先に説明したとおり、このスパウト保持部材61が前記移動経路に沿って一回転する過程で、スパウト保持部材61に順次スパウト62が供給されると共にそのスパウト62が前記スパウト保持部材61で垂直状態に保持され、所定の移送経路に沿って移送される。スパウト62が移送される過程で、袋63の挿入・仮シール工程、1回以上の本シール工程、及びシール部の冷却工程が順次行われる。
16 エアバッグ部
16a エアバッグ部の気体導入部
16b エアバッグ部の挟幅部
16c エアバッグ部の本体部
17,18 袋の表裏面を構成するフィルム
19 切り込み
31 超音波シール機のホーン
32 超音波シール機のアンビル
43,48 穴(気体の流路)
47,52 吹き出し口
62 スパウト
63 スパウトを取り付ける袋
64 超音波シール機のホーン
65 超音波シール機のアンビル
71,73 接触部材
Claims (5)
- 超音波シール装置のホーンとアンビルで袋を両面から挟んで加圧し、ホーンから伝達される超音波振動エネルギーにより、袋の両面のフィルム同士、又は袋の両面のフィルムと前記フィルム間に挟まれた部品をシールする超音波シール方法において、ホーンとアンビルが挟んだ箇所に隣接する領域において両面のフィルム間に隙間が形成される場合に、ホーン側から前記領域に向けて接触部材を前進させてホーン側のフィルムに押し付け、その状態でホーンに超音波振動エネルギーを供給するもので、前記袋がエアバッグ付き袋であり、袋の側縁のシール部に縦方向に延びるエアバッグ部が一体的に形成され、エアバッグ部の気体導入部のフィルムにエアバッグ部内と袋外を連通させる切り込み又は穴が形成され、前記隙間はエアバッグ部が膨張することによってエアバッグ部にできる隙間であり、前記ホーンとアンビルの一方又は双方に一端が圧力気体供給源に接続され他端が先端に開口する気体の流路が形成され、前記流路の他端が加圧気体の吹き出し口となっており、前記ホーンとアンビルの一方又は双方により前記気体導入部を通してエアバッグ部内に気体を吹き込みエアバッグ部を膨張させた後、前記切り込み又は穴の周囲のフィルムを超音波シールすることを特徴とする超音波シール方法。
- エアバッグ部を膨張させる前に、接触部材を所定位置に前進させておき、エアバッグ部が膨張するときホーン側のフィルムが接触部材に押し付けられることを特徴とする請求項1に記載された超音波シール方法。
- 対向配置されて進退するホーンとアンビルを有し、ホーンとアンビルで袋を両面から挟んで加圧し、ホーンから伝達される超音波振動エネルギーにより、袋の両面のフィルム同士、又は袋の両面のフィルムと前記フィルム間に挟まれた部品をシールする超音波シール装置において、ホーンの近傍に配置されて押し付け位置とそこから後退した後退位置の間で進退する接触部材を備え、前記接触部材はホーンに超音波振動エネルギーが供給されるとき前記押し付け位置に位置し、前記押し付け位置においてホーン側のフィルムのホーンとアンビルが挟んだ箇所に隣接する領域に押し付けられ、前記袋がエアバッグ付き袋で、袋の側縁のシール部に縦方向に延びるエアバッグ部が一体的に形成され、エアバッグ部の気体導入部のフィルムにエアバッグ部内と袋外を連通させる切り込み又は穴が形成されており、ホーンとアンビルの一方又は双方に一端が圧力気体供給源に接続され他端が先端に開口する気体の流路が形成され、前記流路の他端が加圧気体の吹き出し口となっており、前記ホーンとアンビルの一方又は双方により前記気体導入部を通してエアバッグ部内に気体を吹き込みエアバッグ部を膨張させた後、前記切り込み又は穴の周囲のフィルムを超音波シールし、前記接触部材は前記押し付け位置においてエアバッグ部のホーン側のフィルムに押し付けられることを特徴とする超音波シール装置。
- 前記接触部材がホーンと共に進退することを特徴とする請求項3に記載された超音波シール装置。
- 袋の側縁のシール部に縦方向に延びるエアバッグ部が一体的に形成され、エアバッグ部の気体導入部のフィルムにエアバッグ部内と袋外を連通させる切り込み又は穴が形成されたエアバッグ付き袋を、所定の移送経路に沿って間欠的に移送し、その移送の過程で圧力気体供給源に接続されたノズルの吹き出し口を前記気体導入部にあてがい、前記切り込み又は穴から前記エアバッグ部内に気体を吹き込んで前記エアバッグ部を膨張させ、次いで前記切り込み又は穴の近傍をシールして前記エアバッグ部内に気体を封入するエアバッグ付き袋への気体封入装置において、前記エアバッグ付き袋を前記移送経路に沿って間欠的に移送する袋移送装置と、前記移送経路上の所定の停止位置近傍に配置された超音波シール装置を備え、前記超音波シール装置のホーンとアンビルが前記移送経路を挟んで対向して配置され、前記停止位置に停止した前記エアバッグ付き袋に向けて共に前進又は後退し、前記ホーンとアンビルの一方又は双方に一端が前記圧力気体供給源に接続され他端が先端に開口する気体の流路が形成され、前記流路が形成された前記ホーンとアンビルの一方又は双方が前記ノズルを兼ね、前記流路の他端が前記吹き出し口とされ、前記超音波シール装置は接触部材を備え、前記接触部材は前記ホーンの直下位置に配置され、前記エアバッグ付き袋に向けて前進又は後退し、前記ホーンとアンビルの一方又は双方により前記エアバッグ部内に気体を吹き込むとともに、前記ホーンとアンビルで前記切り込み又は穴の周囲のフィルムを超音波シールし、前記接触部材は前進したときホーンとアンビルが挟んだ箇所に隣接する領域において膨張したエアバッグ部のホーン側のフィルムに押し付けられることを特徴とするエアバッグ付き袋への気体封入装置。
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