JP6822406B2 - 超音波シール方法 - Google Patents
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Description
本発明は、包装資材を封止する超音波シール装置の超音波シール方法に関する。
現在、紙製の包装資材によって飲料等の液体を収容して販売することが行われている。液体収容後の包装資材は、三角錘、四角柱さらには円筒形等といった様々な立体形状に成形される。本明細書では、成形後の包装資材を「パッケージ」と記す。
このようなパッケージのうち、例えば、略四角柱のパッケージを製造する場合、先ず、長尺の包装資材は、長手方向に沿う両端が重ね合わされ、貼り合わせられて筒状にされる。次に、筒状の包装資材は、筒の下端が封止されて内容物が充填された後、上端が封止される。両端が封止された包装資材は、押圧されて立体的な四角柱に成形される。なお、本明細書では、包装資材の封止を以降「シール」と記す。
このようなパッケージのうち、例えば、略四角柱のパッケージを製造する場合、先ず、長尺の包装資材は、長手方向に沿う両端が重ね合わされ、貼り合わせられて筒状にされる。次に、筒状の包装資材は、筒の下端が封止されて内容物が充填された後、上端が封止される。両端が封止された包装資材は、押圧されて立体的な四角柱に成形される。なお、本明細書では、包装資材の封止を以降「シール」と記す。
包装資材のシールの技法としては、超音波シールがある。超音波シールでは、包装資材のシールされるシール部分を、ホーンと呼ばれる共振体とアンビルと呼ばれる受治具とによって挟んで加圧する。また、超音波シールでは、加圧と同時にホーンを介して振動エネルギーをシール部分に与え、包装資材内面の熱可塑性樹脂を溶融して包装資材同士を融着する。両端がシールされた包装資材は、押圧されて立体的な四角柱に成形される。
包装資材のシール部分には、包装資材の両端を重ね合わせた部分が生じる。本明細書では、以降、包装資材が重なった部分を「重なり部分」と記す。重なり部分は、他のシール部分より厚くなり、ホーン及びアンビルによって高い圧力を受けることになる。シール部分を均一の力で加圧するため、重なり部分の位置に合わせてアンビルに凹部を設けることがなされている。このような構成は、例えば、特許文献１に記載されている。
包装資材のシール部分には、包装資材の両端を重ね合わせた部分が生じる。本明細書では、以降、包装資材が重なった部分を「重なり部分」と記す。重なり部分は、他のシール部分より厚くなり、ホーン及びアンビルによって高い圧力を受けることになる。シール部分を均一の力で加圧するため、重なり部分の位置に合わせてアンビルに凹部を設けることがなされている。このような構成は、例えば、特許文献１に記載されている。
また、超音波シールは増々高速化される傾向にあり、現在では１分間に１００個から４００個ものパッケージが製造されている。超音波シールの処理が高速化されると、アンビルの凹部とシール部分との位置合わせ精度が低下してアンビルに対する重なり部分の位置ずれが生じる。このような場合、重なり部分に過剰な圧力が印加されてシールの不良が生じ、内容物の漏れが生じる恐れがある。
重なり部分の位置ずれによる内容物の漏れを防ぐため、アンビルのシール部分を挟む箇所に連続的な溝を形成する超音波シール装置が引用文献２に記載されている。このような超音波シール装置によれば、重なり部分がアンビルに対して位置ずれした場合であっても、溝の凸部分が重なり部分を不連続に加圧する。
重なり部分の位置ずれによる内容物の漏れを防ぐため、アンビルのシール部分を挟む箇所に連続的な溝を形成する超音波シール装置が引用文献２に記載されている。このような超音波シール装置によれば、重なり部分がアンビルに対して位置ずれした場合であっても、溝の凸部分が重なり部分を不連続に加圧する。
しかしながら、重なり部分に不連続に圧力を加える構成は、位置ずれの有無に関わらず、重なり部分に対する圧力を緩和するものであり、位置ずれが無い場合であっても重なり部分に最適な圧力を加えることができない恐れがある。また、このような構成は、重なり部分を不連続に加圧するため、重なり部分と当接するアンビルの面積が小さい上にシールに比較的強い圧力が必要になる。このため、包装資材がアンビルの溝に強い力で加圧されたことによって傷つき、外観が損なわれる恐れや、さらには内容物が漏れる恐れが生じる。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、重なり部分に対し、アンビルとの間に位置ずれが生じない場合には最適な圧力を加え、位置ずれが生じた場合にも過剰な圧力が掛かることを防止することができる超音波シール方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、重なり部分に対し、アンビルとの間に位置ずれが生じない場合には最適な圧力を加え、位置ずれが生じた場合にも過剰な圧力が掛かることを防止することができる超音波シール方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための、本発明に係る超音波シール方法は、長尺形状をなして長手方向に沿う両端部を重ねられることにより一方向に延びる重なり部分を有する包装資材に対して、前記重なり部分を前記封止方向に沿ってホーンとシールアンビルとにより挟んで押圧して封止する超音波シール方法であって、前記シールアンビルには、前記重なり部分の前記封止方向全体に当接可能な長さを前記封止方向に沿って有する段差部と、前記封止方向で前記段差部を挟むように前記段差部の両側にそれぞれ配置され、幅が０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である一対の溝部と、が形成され、前記一対の溝部に挟まれた前記段差部に、前記溝部の幅よりも長く、前記重なり部分を横切る封止方向の長さＴ １ で前記包装資材を前記ホーンと前記シールアンビルとにより挟んで押圧して封止することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、重なり部分に対し、アンビルとの間に位置ずれが生じない場合には最適な圧力を加え、位置ずれが生じた場合にも過剰な圧力が掛かることを防ぐことができる超音波シール方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態は、略四角柱の外観を有し、内部に液体が充填されたパッケージを製造する例を挙げて本実施形態の超音波シールアンビル（以下、単に「アンビル」とも記す）を説明する。なお、本実施形態が例示するパッケージは、例えばジュースや酒類等の液体や固形分を有する内容物を長期保存するものである。
本実施形態は、略四角柱の外観を有し、内部に液体が充填されたパッケージを製造する例を挙げて本実施形態の超音波シールアンビル（以下、単に「アンビル」とも記す）を説明する。なお、本実施形態が例示するパッケージは、例えばジュースや酒類等の液体や固形分を有する内容物を長期保存するものである。
（全体構成）
図１は、本実施形態のアンビルが適用される超音波シール装置を説明するための模式図である。図示した超音波シール装置は、超音波発振器１と、コンバータ３と、ホーン５及びアンビル７を備えている。ホーン５とアンビル７との間には、筒状になった包装資材である筒状資材９が挟持されている。また、必要に応じて、ホーン５及びアンビル７の位置関係を図１に示したＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の３次元の座標によって定めるものとする。
超音波発振器１は、超音波振動子であるコンバータ３に電力を供給する。超音波発振器１によって供給された電力は、コンバータ３によって機械的な振動に変換された後、ホーン５に供給される。ホーン５はアンビル７と共に筒状資材９を挟み込み、筒状資材９を加圧すると共に振動を加えて筒状資材９を図１中のＸ軸方向にシールする。本実施形態では、筒状資材９がシールされる方向（図１ではＸ軸方向）を「封止方向」と記し、筒状資材９のシールされた部分全体を、以降「シール部分」と記す。
図１は、本実施形態のアンビルが適用される超音波シール装置を説明するための模式図である。図示した超音波シール装置は、超音波発振器１と、コンバータ３と、ホーン５及びアンビル７を備えている。ホーン５とアンビル７との間には、筒状になった包装資材である筒状資材９が挟持されている。また、必要に応じて、ホーン５及びアンビル７の位置関係を図１に示したＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸の３次元の座標によって定めるものとする。
超音波発振器１は、超音波振動子であるコンバータ３に電力を供給する。超音波発振器１によって供給された電力は、コンバータ３によって機械的な振動に変換された後、ホーン５に供給される。ホーン５はアンビル７と共に筒状資材９を挟み込み、筒状資材９を加圧すると共に振動を加えて筒状資材９を図１中のＸ軸方向にシールする。本実施形態では、筒状資材９がシールされる方向（図１ではＸ軸方向）を「封止方向」と記し、筒状資材９のシールされた部分全体を、以降「シール部分」と記す。
（筒状資材）
ここで、筒状資材９について説明する。図２は、筒状資材９の材料となる包装資材１９を説明するための図である。包装資材１９は、樹脂や紙の多層構造を有している。包装資材１９において、内容物が充填されたパッケージ内部に向く面を「内面」、パッケージ表面に向いた面を「表面」と記す。包装資材１９は、内面の側から順に、第１ポリエチレン（PolyEthylene：以下、ＰＥとも記す）樹脂１９１、バリア材１９２、第２ＰＥ樹脂１９３、紙１９４及び第３ＰＥ樹脂１９５の各層が積層されることによって形成されている。
第１ＰＥ樹脂１９１は、熱可塑性樹脂であって、包装資材１９の内面同士を溶着する際の接着剤の役割をする。また、バリア材１９２としては、蒸着膜層を形成しバリア性を持たせたポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やアルミニウム等が挙げられる。
ここで、筒状資材９について説明する。図２は、筒状資材９の材料となる包装資材１９を説明するための図である。包装資材１９は、樹脂や紙の多層構造を有している。包装資材１９において、内容物が充填されたパッケージ内部に向く面を「内面」、パッケージ表面に向いた面を「表面」と記す。包装資材１９は、内面の側から順に、第１ポリエチレン（PolyEthylene：以下、ＰＥとも記す）樹脂１９１、バリア材１９２、第２ＰＥ樹脂１９３、紙１９４及び第３ＰＥ樹脂１９５の各層が積層されることによって形成されている。
第１ＰＥ樹脂１９１は、熱可塑性樹脂であって、包装資材１９の内面同士を溶着する際の接着剤の役割をする。また、バリア材１９２としては、蒸着膜層を形成しバリア性を持たせたポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やアルミニウム等が挙げられる。
図３（ａ）、（ｂ）及び図３（ｃ）は、筒状資材９を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、筒状資材９は、長尺形状の包装資材１９の長手方向に沿う端部９１ａ、９１ｂを重ね合わせて形成される。このため、筒状資材９も長尺形状の部材となる。
図３（ｂ）は、図３（ａ）中に示した線分Ｉ−Ｉで筒状資材９を切った断面図である。
図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、端部９１ａ、端部９１ｂが重なった領域を重なり部分Ｒと記す。重なり部分Ｒは、長尺形状の筒状資材９の長手方向に沿って延びている。
図３（ｃ）に示すように、重なり部分Ｒの端部９１ａの端部には、エッジプロテクションテープ３１が貼り付けられている。エッジプロテクションテープ３１は、端部９１ａを包装資材１９の内面に貼りつけて包装資材１９を筒状資材９に成形している。
図３（ｂ）は、図３（ａ）中に示した線分Ｉ−Ｉで筒状資材９を切った断面図である。
図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、端部９１ａ、端部９１ｂが重なった領域を重なり部分Ｒと記す。重なり部分Ｒは、長尺形状の筒状資材９の長手方向に沿って延びている。
図３（ｃ）に示すように、重なり部分Ｒの端部９１ａの端部には、エッジプロテクションテープ３１が貼り付けられている。エッジプロテクションテープ３１は、端部９１ａを包装資材１９の内面に貼りつけて包装資材１９を筒状資材９に成形している。
（アンビル）
図４（ａ）、（ｂ）は、図１に破線で示した部分Ｐを拡大して示した図であって、図４（ａ）はアンビル７の封止方向に沿う断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応するアンビル７の上面図である。アンビル７は、筒状資材９を重なり部分Ｒを横切る方向（封止方向）に封止する。本実施形態では、封止方向を図１中に示したＸ軸方向とする。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のアンビル７は、重なり部分Ｒに当接する段差部２３と、封止方向で段差部２３を挟んで該段差部２３の両側にそれぞれ配置される一対の溝部２５ａ、２５ｂと、を有している。
図４（ａ）、（ｂ）は、図１に破線で示した部分Ｐを拡大して示した図であって、図４（ａ）はアンビル７の封止方向に沿う断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応するアンビル７の上面図である。アンビル７は、筒状資材９を重なり部分Ｒを横切る方向（封止方向）に封止する。本実施形態では、封止方向を図１中に示したＸ軸方向とする。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のアンビル７は、重なり部分Ｒに当接する段差部２３と、封止方向で段差部２３を挟んで該段差部２３の両側にそれぞれ配置される一対の溝部２５ａ、２５ｂと、を有している。
なお、段差部２３及び溝部２５ａ、２５ｂは、アンビル７の表面を切り欠くように加工して形成される。本実施形態では、段差部２３及び溝部２５ａ、２５ｂが形成されていないアンビル７の表面を表面１７と記し、表面１７を段差部２３及び溝部２５ａ、２５ｂ上まで延ばした仮想的な表面（段差部２３及び溝部２５ａ、２５ｂを形成する前の平坦な表面位置に相当）を仮表面１７’と記すものとする。
本実施形態の段差部２３は、重なり部分Ｒに対応する位置に形成されて重なり部分Ｒを押圧する。段差部２３の形状は、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれすることなく当接した場合、重なり部分Ｒの厚みに最適な圧力を加えることができるように形成されている。また、溝部２５ａ、２５ｂは、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれした場合、段差部２３がない部分に当接した重なり部分Ｒに掛かる圧力を緩和する役割を有する。
本実施形態の段差部２３は、重なり部分Ｒに対応する位置に形成されて重なり部分Ｒを押圧する。段差部２３の形状は、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれすることなく当接した場合、重なり部分Ｒの厚みに最適な圧力を加えることができるように形成されている。また、溝部２５ａ、２５ｂは、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれした場合、段差部２３がない部分に当接した重なり部分Ｒに掛かる圧力を緩和する役割を有する。
段差部２３は、側面２３１、２３２と、表面１７及び仮表面１７’に平行な底面２３３とを有している。段差部の側面２３１、２３２には、底面２３３から表面１７に向かって逆テーパーが付けられている。このため、段差部２３の封止方向の長さは、段差部２３が仮表面１７’と交わる位置において最も長くなり、下方（底側）に向かうほど短くなる。本実施形態では、以降、段差部２３の長さの最大値を単に「段差部の長さ」と記す。図４（ａ）中に段差部の長さに符号「Ａ」を付して示す。
また、段差部２３は、側面２３１、２３２に逆テーパーが付いていることにより、段差部２３における重なり部分ＲがＡに対して位置ずれを生じていても封止される面への圧力変化を軽減させている。
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、溝部２５ａ、２５ｂの断面形状は半円形状などの曲線形状になっていて、溝部２５ａ、２５ｂの封止方向の長さは仮表面１７’と交わる位置において最も長く、仮表面１７’から下（底側）に向かうほど短くなる。本実施形態では、以降、溝部２５ａ、２５ｂの封止方向における長さの最大値を単に「溝部の幅」と記す。図４（ａ）、（ｂ）中に溝部２５ａ、２５ｂの幅を「Ｂ」で示す。
また、段差部２３は、側面２３１、２３２に逆テーパーが付いていることにより、段差部２３における重なり部分ＲがＡに対して位置ずれを生じていても封止される面への圧力変化を軽減させている。
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、溝部２５ａ、２５ｂの断面形状は半円形状などの曲線形状になっていて、溝部２５ａ、２５ｂの封止方向の長さは仮表面１７’と交わる位置において最も長く、仮表面１７’から下（底側）に向かうほど短くなる。本実施形態では、以降、溝部２５ａ、２５ｂの封止方向における長さの最大値を単に「溝部の幅」と記す。図４（ａ）、（ｂ）中に溝部２５ａ、２５ｂの幅を「Ｂ」で示す。
本実施形態では、溝部の幅Ｂを、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下とした。溝部２５ａ、２５ｂの幅Ｂをこのような範囲にすることにより、本実施形態は、溝部２５ａ、２５ｂが重なり部分Ｒに当接した場合には重なり部分Ｒに掛かる圧力を緩和し、重なり部分Ｒ以外のシール部分に当接した場合にも包装資材１９の溶着に必要な圧力をシール部分に加えることができる。
また、断面形状が曲線形状である溝部２５ａ、２５ｂにあっては、封止方向において、その深さが溝部２５ａ、２５ｂの中心に近いほど深くなる。本実施形態では、溝部２５ａ、２５ｂの深さの最大値を「溝部の深さ」と記す。図４（ａ）、（ｂ）中に溝部２５ａ、２５ｂの深さを「Ｃ」で示す。
また、断面形状が曲線形状である溝部２５ａ、２５ｂにあっては、封止方向において、その深さが溝部２５ａ、２５ｂの中心に近いほど深くなる。本実施形態では、溝部２５ａ、２５ｂの深さの最大値を「溝部の深さ」と記す。図４（ａ）、（ｂ）中に溝部２５ａ、２５ｂの深さを「Ｃ」で示す。
本実施形態では、溝部２５ａ、２５ｂの深さＣを、０．０５ｍｍ以上、１ｍｍ以下とした。溝部２５ａ、２５ｂの深さＣをこのような範囲にすることにより、本実施形態は、溝部２５ａ、２５ｂが重なり部分Ｒに当接した場合には重なり部分Ｒに掛かる圧力を緩和し、重なり部分Ｒ以外のシール部分に当接した場合にも包装資材１９の溶着に必要な圧力を筒状資材９に加えることができる。また溝部２５ａと溝部２５ｂの断面形状は曲線形状だけでなく、その断面形状が三角形形状でも四角形形状であっても良い。
さらに、本実施形態では、段差部２３が一対の溝部２５ａ、２５ｂに挟まれるように配置されている。このため、段差部２３と溝部２５ａ、２５ｂは互いに隣り合う。溝部２５ａ、２５ｂと、溝部２５ａ、２５ｂと隣り合う段差部２３との距離は、０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の距離に設定されている。
さらに、本実施形態では、段差部２３が一対の溝部２５ａ、２５ｂに挟まれるように配置されている。このため、段差部２３と溝部２５ａ、２５ｂは互いに隣り合う。溝部２５ａ、２５ｂと、溝部２５ａ、２５ｂと隣り合う段差部２３との距離は、０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の距離に設定されている。
本実施形態では、溝部２５ａと段差部２３との距離を、溝部２５ａが仮表面１７’と交わる端部のうちの段差部２３に近い側にある端部と、溝部２５ａと隣り合う段差部２３が仮表面１７’と交わる端部のうちの溝部２５ａに近い側にある端部との距離を「溝部と段差部との距離」とする。また、同様に、溝部２５ｂと段差部２３との距離を、溝部２５ｂが仮表面１７’と交わる端部のうちの段差部２３に近い側にある端部と、溝部２５ｂと隣り合う段差部２３が仮表面１７’と交わる端部のうちの溝部２５ｂに近い側にある端部との距離を「溝部と段差部との距離」とする。図４（ａ）、（ｂ）中に溝部２５ａと段差部２３との距離及び溝部２５ｂと段差部２３との距離を「Ｄ」で示す。
本実施形態では、溝部２５ａ、２５ｂと段差部２３との距離Ｄを０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下とした。なお、本実施形態において、溝部２５ａ、２５ｂと隣り合う段差部２３との距離が０ｍｍとは、溝部２５ａ、２５ｂと段差部２３とが上面視において互いに接した状態にあることを指すものとする。
溝部２５ａ、２５ｂと段差部２３との距離Ｄをこのような範囲にすることにより、本実施形態は、重なり部分Ｒにおいて溶融した第１ＰＥ樹脂１９１が溝部２５ａ、２５ｂまで達し、溝部２５ａ、２５ｂ下において包装資材１９同士が適正に融着される。
溝部２５ａ、２５ｂと段差部２３との距離Ｄをこのような範囲にすることにより、本実施形態は、重なり部分Ｒにおいて溶融した第１ＰＥ樹脂１９１が溝部２５ａ、２５ｂまで達し、溝部２５ａ、２５ｂ下において包装資材１９同士が適正に融着される。
また、本実施形態は、封止方向に沿う溝部２５ａ、２５ｂの断面と、筒状資材の封止方向に沿う段差部２３の断面との形状が異なっている。本実施形態では、封止方向に沿う溝部２５ａ、２５ｂの断面の形状を「溝部の断面形状」、封止方向に沿う段差部２３の断面形状を「段差部の断面形状」と記す。
溝部２５ａ、２５ｂの断面形状は、段差部２３の断面形状に依存することなく独立に形成される。段差部２３は、重なり部分Ｒが位置ずれすることなく段差部２３に当接した場合に重なり部分Ｒに最適な圧力が加わるように形成される。一方、溝部２５ａ、２５ｂは、重なり部分Ｒに当接した場合には重なり部分Ｒに掛かる圧力を緩和すると共に、重なり部分Ｒ以外のシール部分に当接した場合にも包装資材１９のシールに必要な圧力をシール部分に加えることができるように形成される。
このため、段差部２３と溝部２５ａ、２５ｂとは、それぞれの目的に応じて最適な形状になるように形成される。
溝部２５ａ、２５ｂの断面形状は、段差部２３の断面形状に依存することなく独立に形成される。段差部２３は、重なり部分Ｒが位置ずれすることなく段差部２３に当接した場合に重なり部分Ｒに最適な圧力が加わるように形成される。一方、溝部２５ａ、２５ｂは、重なり部分Ｒに当接した場合には重なり部分Ｒに掛かる圧力を緩和すると共に、重なり部分Ｒ以外のシール部分に当接した場合にも包装資材１９のシールに必要な圧力をシール部分に加えることができるように形成される。
このため、段差部２３と溝部２５ａ、２５ｂとは、それぞれの目的に応じて最適な形状になるように形成される。
図５は、段差部２３の長さＡと筒状資材９の重なり部分Ｒとの関係を示した図である。図５に示すように、段差部２３の長さＡは、以下の式（１）、（２）によって表される。なお、式（１）中のＴ１は重なり部分Ｒの封止方向に沿う長さである。式（２）中のＴ２は底面２３３の封止方向に沿う長さである。なお、式（１）、（２）において、ｘ１は、段差部２３が重なり部分Ｒを押圧した状態において、段差部２３の封止方向に沿う端部の一方と重なり部分Ｒとのずれの封止方向に沿う長さである。ｘ２は、段差部２３が重なり部分Ｒを押圧した状態において、段差部２３の封止方向に沿う端部の他方と重なり部分Ｒとのずれの封止方向に沿う長さである。本実施形態では、このような長さｘ１、ｘ２を、「段差部と重なり部分とのずれ量」と記す。
また、ｔは、段差部２３の封止方向に沿う端部の一方と、底面２３３の端部のうちの近い側の端部までの図４（ａ）に示した仮表面１７’の長さである。本実施形態では、このようなｔを、「段差部の端部から底面の端部までの封止方向に沿う長さ」と記す。
Ａ＝Ｔ１＋ｘ１＋ｘ２ ・・・式（１）
Ａ＝２ｔ＋Ｔ２ ・・・式（２）
式（１）、式（２）より、長さＴ１と長さＴ２の間には式（４）の関係があることが分かる。
Ｔ２＝Ｔ１＋ｘ１＋ｘ２−２ｔ ・・・式（３）
Ａ＝Ｔ１＋ｘ１＋ｘ２ ・・・式（１）
Ａ＝２ｔ＋Ｔ２ ・・・式（２）
式（１）、式（２）より、長さＴ１と長さＴ２の間には式（４）の関係があることが分かる。
Ｔ２＝Ｔ１＋ｘ１＋ｘ２−２ｔ ・・・式（３）
上記関係において、本実施形態は、ｔを０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下とする。また、ｘ１及びｘ２を０以上、１．５ｍｍ以下として段差部２３を形成する。
なお、本実施形態では、「段差部」を長さＡが長さＴ１よりも長いあるいは同等の凹部とし、「溝部」を幅Ｂが長さＴ１よりも短い凹部として両者を区別するものとする。
図６（ａ）、図６（ｂ）は、以上説明した本実施形態のアンビル７によって得られる効果を説明するための図である。図６（ａ）は、重なり部分Ｒの位置ずれが無い場合のアンビル７の封止方向に沿う断面図である。また、図６（ｂ）は、重なり部分Ｒの位置ずれがある場合のアンビル７の封止方向に沿う断面図である。
なお、本実施形態では、「段差部」を長さＡが長さＴ１よりも長いあるいは同等の凹部とし、「溝部」を幅Ｂが長さＴ１よりも短い凹部として両者を区別するものとする。
図６（ａ）、図６（ｂ）は、以上説明した本実施形態のアンビル７によって得られる効果を説明するための図である。図６（ａ）は、重なり部分Ｒの位置ずれが無い場合のアンビル７の封止方向に沿う断面図である。また、図６（ｂ）は、重なり部分Ｒの位置ずれがある場合のアンビル７の封止方向に沿う断面図である。
図６（ａ）に示すように、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれすることなく正確に当接する場合、重なり部分Ｒは、ホーン５に押圧されることによって段差部２３に屈曲しながら入り込む。このため、本実施形態は、ホーン５によって表面１７に一様な圧力をかけながら、他のシール部分と厚さが異なる重なり部分Ｒにも最適な圧力をかけることができる。
また、本実施形態は、重なり部分Ｒが段差部２３に正確に当接する場合、溝部２５ａ、２５ｂには重なり部分Ｒ以外のシール部分が当接する。このとき、筒状資材９の内面の第１ＰＥ樹脂１９１は振動が加えられたことによって溶融する。溶融した第１ＰＥ樹脂１９１は加圧によって溝部２５ａ、２５ｂの位置まで移動して溝部２５ａ、２５ｂと当接する筒状資材９のシールに寄与する。
また、本実施形態は、重なり部分Ｒが段差部２３に正確に当接する場合、溝部２５ａ、２５ｂには重なり部分Ｒ以外のシール部分が当接する。このとき、筒状資材９の内面の第１ＰＥ樹脂１９１は振動が加えられたことによって溶融する。溶融した第１ＰＥ樹脂１９１は加圧によって溝部２５ａ、２５ｂの位置まで移動して溝部２５ａ、２５ｂと当接する筒状資材９のシールに寄与する。
なお、本実施形態は、重なり部分Ｒ全体に段差部２３が当接するため、重なり部分Ｒに対して一様に圧力を加えることができる。このような本実施形態の構成は、重なり部分を不連続に加圧する構成に比べて包装資材１９の損傷を防ぎ、パッケージの外観を損なわずに内容物が漏れる可能性も低減することができる。
一方、図６（ｂ）に示すように、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれし、重なり部分Ｒの一部が溝部２５ａ、２５ｂに当接する。溝部２５ａ、２５ｂは、ホーン５によって押圧された際に重なり部分Ｒに過剰な圧力が加わることを避けながらも重なり部分Ｒの溶着に十分な圧力を印加する。
一方、図６（ｂ）に示すように、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれし、重なり部分Ｒの一部が溝部２５ａ、２５ｂに当接する。溝部２５ａ、２５ｂは、ホーン５によって押圧された際に重なり部分Ｒに過剰な圧力が加わることを避けながらも重なり部分Ｒの溶着に十分な圧力を印加する。
なお、重なり部分Ｒの段差部２３に対する位置ずれは、段差部２３の左右どちらの側に生じるかを予測することはできない。本実施形態は、この点に鑑みて段差部２３を封止方向で挟むようにして一対の溝部２５ａ、２５ｂを配置している。
また、本実施形態は、段差部２３の両側に溝部２５ａ、２５ｂを設けたという比較的簡易な構成のため、アンビル７の加工に掛かるコストが比較的小さくて済む。
ここで、本実施形態が溝部２５ａ、２５ｂの幅Ｂ、溝部２５ａ、２５ｂの深さＣ、溝部２５ａ、２５ｂと段差部２３との距離Ｄの範囲を限定したことによる効果を説明する。
また、本実施形態は、段差部２３の両側に溝部２５ａ、２５ｂを設けたという比較的簡易な構成のため、アンビル７の加工に掛かるコストが比較的小さくて済む。
ここで、本実施形態が溝部２５ａ、２５ｂの幅Ｂ、溝部２５ａ、２５ｂの深さＣ、溝部２５ａ、２５ｂと段差部２３との距離Ｄの範囲を限定したことによる効果を説明する。
表１は、幅Ｂ、深さＣ及び距離Ｄの範囲とシールの状態を説明するための表である。表１において、「〇」はパッケージの内容物の漏れが発生しない状態を示し、このような状態を「良好なシール状態」とも記す。また、「×」はパッケージの内容物の漏れが発生した状態を示し、このような状態を「シール状態が不良」とも記す。
表１によれば、溝部２５ａ、２５ｂの幅Ｂが、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の範囲から外れた場合、０．５ｍｍ未満では重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれした際に重なり部分Ｒに過剰な圧力が加わることを避けることができず、シール状態が不良となる。また、１．５ｍｍを超える場合、超音波振動が伝わらない区間が広くなるために良好なシール状態を実現できず内容物の漏れにつながってしまう。
表１によれば、溝部２５ａ、２５ｂの幅Ｂが、０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の範囲から外れた場合、０．５ｍｍ未満では重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれした際に重なり部分Ｒに過剰な圧力が加わることを避けることができず、シール状態が不良となる。また、１．５ｍｍを超える場合、超音波振動が伝わらない区間が広くなるために良好なシール状態を実現できず内容物の漏れにつながってしまう。
また、溝部２５ａ、２５ｂの深さＣが０．０５ｍｍから１．０ｍｍの範囲から外れた場合、０．０５ｍｍ未満では重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれした際に重なり部分Ｒに過剰な圧力が加わることを避けることができず、シール状態が不良となる。また、深さＣが１．０ｍｍを超える場合、位置ずれした際に重なり部分Ｒに充分な圧力が加わらず、良好なシール状態を実現することができない。ただし、深さＣが１．０ｍｍを超える場合であっても幅Ｂが０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の範囲であれば、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれしても良好なシール状態を実現することができる。
さらに、溝部２５ａ、２５ｂと段差部２３との距離Ｄが０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の範囲から外れた場合、超音波振動が伝わらない区間が広くなるために、十分な溶着状態を実現できず内容物の漏れにつながる。なお、距離Ｄが０より小さいということは、段差部と溝部とが別個に存在しなくなるので、本実施形態の効果は当然のことながら得ることができない。
さらに、溝部２５ａ、２５ｂと段差部２３との距離Ｄが０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の範囲から外れた場合、超音波振動が伝わらない区間が広くなるために、十分な溶着状態を実現できず内容物の漏れにつながる。なお、距離Ｄが０より小さいということは、段差部と溝部とが別個に存在しなくなるので、本実施形態の効果は当然のことながら得ることができない。
（動作）
次に、本実施形態のアンビルが適用される超音波シール装置の動作を説明する。
図７は、図１のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸で表現される３次元の座標におけるＹ−Ｚ平面に沿う断面図である。超音波シール装置には長尺形状の筒状資材９がセットされ、図示しない搬送機構によって図中の矢線Ｅに示す方向に搬送される。なお、筒状資材９の搬送方向を上から下に向かう方向に設定することにより、筒状資材９が重力によって弛むことなくホーン５とアンビル７との間を移動する。
ホーン５及びアンビル７は、下方向に搬送される筒状資材９に対して左右から接近し、筒状資材９のシール部分Ｓを挟んで加圧すると共に超音波に基づく周波数の振動を加える。振動によって第１ＰＥ樹脂１９１が溶融し、加圧によって筒状資材９の内面がシールされる。
次に、本実施形態のアンビルが適用される超音波シール装置の動作を説明する。
図７は、図１のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸で表現される３次元の座標におけるＹ−Ｚ平面に沿う断面図である。超音波シール装置には長尺形状の筒状資材９がセットされ、図示しない搬送機構によって図中の矢線Ｅに示す方向に搬送される。なお、筒状資材９の搬送方向を上から下に向かう方向に設定することにより、筒状資材９が重力によって弛むことなくホーン５とアンビル７との間を移動する。
ホーン５及びアンビル７は、下方向に搬送される筒状資材９に対して左右から接近し、筒状資材９のシール部分Ｓを挟んで加圧すると共に超音波に基づく周波数の振動を加える。振動によって第１ＰＥ樹脂１９１が溶融し、加圧によって筒状資材９の内面がシールされる。
図７に示すように、超音波シール装置にはアンビル７が設けられていて、そのアンビルの中心にはスリットが設けられ、そのスリットから断裁刃７１がスライドして飛び出し筒状資材９を切断するように設けられている。一方、ホーンには間隙５１が形成されている。シールの終了後、断裁刃７１は間隙５１に向けて移動し、シール部分Ｓを裁断する。シール部分Ｓの裁断により、上部と底部とがシールされたパッケージが完成する。また、シール部分Ｓの裁断により、底部のみがシールされた筒状資材９が形成される。このような筒状資材９には液体の内容物が充填される。
内容物が充填された筒状資材９の上部は、ホーン５及びアンビル７によって上記と同様にシールされる。シール部分Ｓが断裁刃７１及び間隙５１によって裁断されることによってパッケージが完成する。
なお、超音波シール装置は、このようなホーン５及びアンビル７を含む機構を２対備え、２対の機構が交互に筒状資材９の上部と下部とをシールすることによって高速にパッケージを製造することができる。
このような本実施形態によれば、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれしていない場合には重なり部分Ｒに最適な圧力を加えて筒状資材９をシールすることができる。また、重なり部分Ｒ以外のシール部分にはシールに十分な圧力と接着剤となる樹脂材を供給して筒状資材９をシールすることができる。また、本実施形態によれば、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれした場合、段差部２３及び溝部２５ａ、２５ｂによって重なり部分Ｒに過剰な圧力が掛かることを防ぎながら、シールに必要な圧力と接着剤となる樹脂材を供給して筒状資材９をシールすることができる。
なお、超音波シール装置は、このようなホーン５及びアンビル７を含む機構を２対備え、２対の機構が交互に筒状資材９の上部と下部とをシールすることによって高速にパッケージを製造することができる。
このような本実施形態によれば、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれしていない場合には重なり部分Ｒに最適な圧力を加えて筒状資材９をシールすることができる。また、重なり部分Ｒ以外のシール部分にはシールに十分な圧力と接着剤となる樹脂材を供給して筒状資材９をシールすることができる。また、本実施形態によれば、重なり部分Ｒが段差部２３に対して位置ずれした場合、段差部２３及び溝部２５ａ、２５ｂによって重なり部分Ｒに過剰な圧力が掛かることを防ぎながら、シールに必要な圧力と接着剤となる樹脂材を供給して筒状資材９をシールすることができる。
即ち、本実施形態は、重なり部分に対し、アンビルとの間に位置ずれが生じない場合には最適な圧力を加え、位置ずれが生じた場合にも過剰な圧力を緩和することができるものといえる。
なお、以上説明した本実施形態は、上記構成に限定されるものではない。本実施形態は、段差部２３を表面１７に平行な底面２３３と、逆テーパーが付いた側面２３１、２３２を有する形状とした。しかし、本実施形態は、このような構成に限定されるものでない。
なお、以上説明した本実施形態は、上記構成に限定されるものではない。本実施形態は、段差部２３を表面１７に平行な底面２３３と、逆テーパーが付いた側面２３１、２３２を有する形状とした。しかし、本実施形態は、このような構成に限定されるものでない。
図８は、本実施形態に係る段差部の他の例を示した図であって、封止方向に沿う他のアンビル９３の断面図である。アンビル９３は、逆テーパーがついた側面９３１、９３２を有し、底面を有さない形状である。
また、本実施形態のアンビルは、段差部２３を挟んで形成される各溝部２５ａ、２５ｂは１本ずつに限定されるものではない。本実施形態の溝部は、段差部を挟んで段差部の両側にそれぞれ設けられるものであれば、予測される重なり部分の位置ずれ量に応じて、各溝部２５ａ、２５ｂ毎に、複数の溝部をそれぞれ設ける構成のものであってもよい。
さらに、本実施形態は、段差部２３と一方の溝部２５ａとの距離と、段差部２３と他方の溝部２５ｂとの距離とを等しくしている。しかし、本実施形態は、このような構成に限定されるものではない。本実施形態は、例えば、段差部２３に対する重なり部Ｒの位置ずれ量が溝部２５ａ、溝部２５ｂのどちらかに偏る場合、偏りに応じて段差部２３と溝部２５ａ、２５ｂとの距離を決定することもできる。
また、本実施形態のアンビルは、段差部２３を挟んで形成される各溝部２５ａ、２５ｂは１本ずつに限定されるものではない。本実施形態の溝部は、段差部を挟んで段差部の両側にそれぞれ設けられるものであれば、予測される重なり部分の位置ずれ量に応じて、各溝部２５ａ、２５ｂ毎に、複数の溝部をそれぞれ設ける構成のものであってもよい。
さらに、本実施形態は、段差部２３と一方の溝部２５ａとの距離と、段差部２３と他方の溝部２５ｂとの距離とを等しくしている。しかし、本実施形態は、このような構成に限定されるものではない。本実施形態は、例えば、段差部２３に対する重なり部Ｒの位置ずれ量が溝部２５ａ、溝部２５ｂのどちらかに偏る場合、偏りに応じて段差部２３と溝部２５ａ、２５ｂとの距離を決定することもできる。
以上説明した本実施形態の図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、本実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。
また、本実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。
以上、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０１５−１７１１８５号（２０１５年８月３１日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。
本発明は、重なり部分を有する包装資材をシールする超音波シールアンビルであれば、どのような分野においても適用することができる。
１ 超音波発振器
３ コンバータ
５ ホーン
７，９３ アンビル
９ 筒状資材
１７ 表面
１７’ 仮表面
１９ 包装資材
２３ 段差部
２５ａ，２５ｂ 溝部
３１ エッジプロテクションテープ
５１ 間隙
７１ 断裁刃
９１ａ，９１ｂ 端部
１９１ 第１ＰＥ樹脂
１９２ バリア材
１９３ 第２ＰＥ樹脂
１９４ 紙
１９５ 第３ＰＥ樹脂
２３１，２３２，９３１，９３２ 側面
２３３ 底面
３ コンバータ
５ ホーン
７，９３ アンビル
９ 筒状資材
１７ 表面
１７’ 仮表面
１９ 包装資材
２３ 段差部
２５ａ，２５ｂ 溝部
３１ エッジプロテクションテープ
５１ 間隙
７１ 断裁刃
９１ａ，９１ｂ 端部
１９１ 第１ＰＥ樹脂
１９２ バリア材
１９３ 第２ＰＥ樹脂
１９４ 紙
１９５ 第３ＰＥ樹脂
２３１，２３２，９３１，９３２ 側面
２３３ 底面
Claims (5)
- 長尺形状をなして長手方向に沿う両端部を重ねられることにより一方向に延びる重なり部分を有する包装資材に対して、前記重なり部分を封止方向に沿ってホーンとシールアンビルとにより挟んで押圧して封止する超音波シール方法であって、
前記シールアンビルには、前記重なり部分の前記封止方向全体に当接可能な長さを前記封止方向に沿って有する段差部と、
前記封止方向で前記段差部を挟むように前記段差部の両側にそれぞれ配置され、幅が０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である一対の溝部と、が形成され、
前記一対の溝部に挟まれた前記段差部に、前記溝部の幅よりも長く、前記重なり部分を横切る前記封止方向の長さＴ １ で前記包装資材を前記ホーンと前記シールアンビルとにより挟んで押圧して封止することを特徴とする超音波シール方法。 - 前記溝部の深さは、０．０５ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波シール方法。
- 前記溝部は、当該溝部と隣り合う前記段差部の前記溝部に近い側の端部から、０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の距離を隔てて形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波シール方法。
- 前記封止方向に沿う前記溝部の断面の形状と、前記封止方向に沿う前記段差部の断面との形状とが異なることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波シール方法。
- 前記段差部は、底面と、該底面から表面に向かって逆テーパーを持って延びる側面と、を有し、前記底面の前記封止方向の長さＴ２が下記式の大きさを有するものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波シール方法。
Ｔ２＝Ｔ１＋ｘ１＋ｘ２−２ｔ
ただし、上記式において、ｘ１，ｘ２は、段差部と重なり部分とのずれ量であって、０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下の大きさであり、ｔは、段差部の端部から底面の端部までの封止方向に沿う長さであって、０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下の大きさである。
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