JP6947381B2 - 包装機用のロータリー式超音波シール装置 - Google Patents

Description

この発明は、円盤状の超音波ホーンと円盤状のアンビルが互いに回転しながら包装フィルムに溶着シールを施す包装機用のロータリー式超音波シール装置に関する。

従来、包装物を包装する包装材のシールとして、包装材の重なり部分にスポット状のシールをするスポットシール手段がある。スポットシール手段と包装材が相対的に移動をすることで、包装材に線状のシールを施すことができる。

スポットシール手段としては、高周波電気等の電気的な手段もあるが、包装材が熱可塑性樹脂である場合には、熱可塑性樹脂材に微細な超音波振動と圧力を加えることで熱可塑性樹脂材を瞬時に溶融し、接合する超音波溶着によるシール手段がある。超音波溶着（シール）装置は、電気エネルギーを機械的振動エネルギーに変換し、当該振動と同時に圧力をかけることにより二つの熱可塑性樹脂材の接合面に強力な摩擦熱を発生させ、樹脂を溶融し結合させるものである。超音波シール装置は、シールの際に超音波を発振する超音波ホーンと、熱可塑性樹脂材を挟み込んで超音波ホーンに対して圧力を以て強く押し当てられるアンビルとを備えている。

本出願人は、共同出願人の一人として、スポットシール手段を備えており、当該スポットシール手段を超音波シール装置とした製袋充填包装機を提案している（特許文献１）。超音波シール装置を備えた製袋充填包装機の一例を図２及び図３に示す。図２は超音波シール装置を備えた製袋充填包装機の一例を示す斜視図であり、図３は図２に示す製袋充填包装機に用いられる縦シール手段の横断面図である。

図２、図３に示す超音波シール装置を備えた製袋充填包装機５０は、基本的には従来良く知られた縦型製袋充填包装機のように、帯状包装材Ｆｗがロール状に巻き取られて成る巻取りロールＦｒから帯状包装材Ｆｗを繰り出して、一部を貯留するとともに適当な張力を与える繰出し機構５１、帯状包装材Ｆｗに対して印刷を行う印刷装置等の付属装置５２、連続して繰り出された帯状包装材Ｆｗを略筒状包装材に曲成するフォーマ５３、縦シールを施して形成された筒状包装材に横断方向にシールを施す横シーラ５５，５５を備える横シール手段５４、及びフォーマ５３内に隙間を置いて嵌入されている金属製（ステンレス製）の充填筒５６を備えている。

フォーマ５３は、帯状包装材Ｆｗを略円筒状に曲成し、正面下端において、略円筒状に曲成された包装材の両側縁部分ｆｅ，ｆｅを重ね合わせる作用を奏する。包装材の両側縁部分ｆｅ，ｆｅがフォーマ５３の表側に飛び出た状態で縦方向に通過する。縦シール手段はフォーマ５３の直下に配置されているスポットシール手段６０であり、スポットシール手段６０は表側に飛び出た包装材の両側縁部分ｆｅ，ｆｅをスポット状に溶着し、帯状包装材Ｆｗの送りに伴って縦シールを施す。

スポットシール手段６０は超音波溶着手段であって、超音波ホーン６１、アンビル６２、及び超音波発生部６３を備えている。スポットシール手段６０は、機械フレーム（図示せず）に取り付けられた取付けアーム６４にヒンジ６６で回動可能に設けられた回動アーム６５の内側に収容状態に設けられている。スポットシール手段６０を稼働させるには、回動アーム６５を図３に示す装填位置に置く。装填位置から回動して退避させることで、包装機５０のセッティングやメンテナンスを行うことができる。取付けアーム６４は、回動アーム６５及びヒンジ６６を支持体６６ａとともに、フォーマ５３に対して進退させることができるようにネジ機構６７を備えており、フォーマ５３のサイズ等に応じて、包装材の両側縁部分ｆｅ，ｆｅに対するスポットシール手段６０の位置を調整することができる。

超音波ホーン６１は、金属製の略棒軸状体であり、その基端側にある超音波発生部６３からアンビル６２に向かって突出している。アンビル６２は、金属製の円柱体であり、周面が超音波ホーン６１の先端部に対向している。超音波発生部６３によって発振された超音波振動は、アンビル６２との間で挟んでいる略円筒包装材に曲成された帯状包装材Ｆｗの両側縁同士ｆｅ，ｆｅに作用し、両側縁同士ｆｅ，ｆｅを擦り合わせ、この部分に超音波溶着を施す。スポットシール手段６０が採用されることで従来のバー状の縦ヒートシーラの場合と比較して高さ寸法を抑えることができる。

紙送り手段は、筒状包装材Ｆｔをその外側から吸引しながら紙送りする吸引式紙送り手段７０である。吸引式紙送り手段７０は、具体的には、筒状包装材Ｆｔの直径方向両側に対向して配置されている紙送りベルト７１，７１を備えている。各紙送りベルト７１には、その幅方向中央の位置において長手方向に列状に並ぶ複数の吸引孔７２が形成されている。各紙送りベルト７１は、モータ駆動される送り用駆動プーリ７３、送り用従動プーリ７４、及びガイドプーリ７５に巻き掛けられている。図示しない吸引手段が吸引孔７２を通して空気を吸引する。送り用駆動プーリ７３からの駆動力によって、紙送りベルト７１に接触する筒状包装材Ｆｔをその外側から吸引しつつ下方へと送ることで、帯状包装材Ｆｗが紙送りされる。紙送りされる帯状包装材Ｆｗがスポットシール手段６０に対して相対的に移動することで、両側縁部分ｆｅ，ｆｅに連続した縦シールが施され、帯状包装材Ｆｗは筒状包装材Ｆｔに成形される。縦シールが施された筒状包装材Ｆｔに充填筒５６を通して包装物を投入し、更に横シール手段５４で横シールを施すことで、包装物が封入された袋包装体Ｂｐが製造される。

包装機用の超音波シール装置として、ホーンとアンビルとを、いずれも、回転する円盤状の構造からなるロータリー式の超音波シーラとしたものが提案されている（特許文献２）。この超音波シール装置は、帯状フィルムを筒状フィルムに成形しつつ搬送供給されてくる包装物を当該筒状フィルムに送り込み、当該包装物のフィルム送り方向前後でトップシール（エンドシール）を施すことで、袋包装体を連続して製造する横型の製袋充填包装機において、帯状フィルムから筒状に重ね合わされた両側端縁部をシールするセンターシール装置として適用されている。

このセンターシール装置は、帯状包装材の搬送方向と交差する横方向に並べて配置する超音波ホーンユニットとアンビルユニットを備えている。超音波ホーンユニットは、円盤状の超音波ホーンと、超音波ホーンの下方に配置され当該超音波ホーンを超音波振動させるための超音波発生用コンバータや増幅用ブースタ等の駆動源を備える。駆動源は、超音波ホーンとともに機械フレームに回転可能に軸受支持されている。超音波ホーンは、駆動源の動力を受けて径が拡縮する振動をする。

アンビルユニットは、側周面に円周方向に連続して突出する突条が形成されている円盤状のアンビルを備えている。超音波ホーンとアンビルは、相対的に接近／離反移動するように構成されており、両者が接近移動した際、円盤状アンビルの突条と超音波ホーンの側面との間で帯状包装材の両側端縁部を所定の圧力で挟持する。アンビルは移動軸受け部材に軸受け支持され、移動軸受け部材は更にスライダに連結されている。スライダは、帯状包装材の搬送方向と交差する横方向に延びるように配置したガイドレールに沿って往復直線移動するようにガイドされている。このガイド構造により、移動軸受け部材ひいてはアンビルが、当該横方向に、即ち、超音波ホーンに向けて接近／離反移動する。

アンビルは、エア圧で作動するアクチュエータによって往復移動される。アクチュエータは二段階で作動されるデュアル行程シリンダとすることで、往復移動の迅速性と、超音波シールをするのに適切なシール圧の制御とを可能にしている。

アンビルを駆動するための駆動モータからアンビルに至る回転力の伝達軸上には、ユニバーサルジョイントが備わっている。即ち、回転軸部材の下端には、ユニバーサルジョイントの上端を連結し、ユニバーサルジョイントの下方部位が固定軸受け部材に軸受け支持されている。駆動モータが回転駆動することで、両歯車が回転し、超音波ホーンとアンビルが同期して回転される。アンビルに至る駆動系にユニバーサルジョイントが介装されていることで、アンビルの横方向の移動が許容されつつアンビルに回転力が伝達される。

ユニバーサルジョイントは、このような軸心違い回転軸間に回転力を伝達するのに適用される継ぎ手として従来重宝されているものである。しかしながら、ロータリー式の超音波シール装置のように、超音波ホーンとアンビルとの間で僅かな不整合が生じてもシール結果に影響が出るような装置の場合には、回転中における軸の上下・左右方向への平行移動や、軸変異の移動中における力の不釣合いや位相のずれ、更には軸間におけるラジアル方向の揺動はどれも僅かな量であってもシール結果に影響が及ぶ。ユニバーサルジョイントは、これらの移動、不釣り合いやずれ又は揺動のような要因を吸収してシール結果への影響が出るのを抑えるものとしては、いま一つ充分な機能を期待することができない。

また、本例のロータリー式の超音波シーラにおいては、超音波ホーンユニット側で駆動源の下端に連結されている歯車と、アンビルユニット側でユニバーサルジョイントの下端に連結されている歯車とが噛み合わされている。歯車には、傘歯車を含む複数の歯車を組み合わせて成る動力伝達機構を介して駆動モータが連係されており、駆動モータの駆動軸は、超音波ホーンユニット及びアンビルユニットの機転軸と交差する方向に延びている。本例のものでは、駆動モータは横方向にオフセットした位置に配置されており、傘歯車を介して回転方向を変換する必要があるなど、駆動系の構造が複雑であって、レイアウトとしても嵩張るものとなっている。

特開２０１３−１６６５８０号公報 特開２０１７−０７１４３３号公報 特開２００６−２３１２１６号公報 特開平０９−２６７２４３号公報

そこで、円盤状のアンビルを円盤状の超音波ホーンに押し付ける型式の超音波シール装置であって、当該押し付けによる軸のオフセットがあっても回転を伝達できるようにしたロータリー式の超音波シール装置の場合に、シール結果に影響が及ぶ可能性があるアンビルと超音波ホーンの間で僅かな不整合も生じないように正確な回転伝達を可能にすると共に、アンビルユニットと超音波ホーンユニットの間での回転伝達の際にシール不安定化の原因となるような力の発生を回避し、且つ、全体として構造上及びレイアウト上、簡素に構成する点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、上記課題を解決することであり、上記のロータリー式超音波シール装置において、アンビルユニットに正確な回転伝達を可能にすると共に、アンビルユニットと超音波ホーンユニットの間での回転伝達の際にシール不安定化の原因となるような力の発生を回避することで、超音波シールの精度を向上させ、シール装置の寿命を長期化し、且つ、全体として構造上及びレイアウト上、簡素に構成して、装置設計の単純化にも寄与できる包装機用のロータリー式超音波シール装置を提供することである。

この発明による、包装機用のロータリー式の超音波シール装置は、
円盤状超音波ホーンと円盤状アンビルとの間に接合すべき包装材を挟み込んで超音波シールを施す超音波シール装置であって、
超音波発生部、当該超音波発生部の先端側に設けられている回転ホーン軸、及び当該回転ホーン軸の先端に連結されているとともに周面を超音波シール面とする前記円盤状超音波ホーンを備える超音波ホーンユニットと、
軸線位置が固定の回転軸、当該固定の回転軸に連結されている軸心違い回転伝達手段、当該軸心違い回転伝達手段からの回転を伝えるとともに前記超音波ホーンユニットに向って平行移動可能なアンビル軸、及び当該アンビル軸の先端に連結されているとともに前記超音波シール面との間に接合すべき包装材を挟み込み可能なアンビル面を周面に持つ前記円盤状アンビルを備えるアンビルユニットと、
前記超音波ホーンユニットの前記回転ホーン軸と前記アンビルユニットの前記固定の回転軸を同期して互いに反対方向に回転駆動する回転駆動ユニットと、
前記アンビル軸に作用して前記アンビルユニットの前記円盤状アンビルを前記超音波ホーンユニットの前記円盤状超音波ホーンに向って接離・加圧する横駆動ユニットと、
を備えており、
前記アンビルユニットに備わる前記軸心違い回転伝達手段は、リンクのクランクモーションを利用した軸心違いの回転軸間で動力伝達をする機械式継手であり、
前記回転駆動ユニットは、出力軸に回転力が出力される駆動源としての駆動モータと、当該駆動モータの前記出力軸に取り付けられた第１駆動部及び第２駆動部を備えており、 前記アンビルユニットの前記アンビル軸は、前記回転駆動ユニットの前記第１駆動部と連係して前記回転力の一部を受ける第１従動部を備えており、
前記超音波ホーンユニットの前記回転ホーン軸は、前記回転駆動ユニットの前記第２駆動部と連係して前記回転力の余部を受けて、前記アンビル軸とは逆方向に回転を伝える第２従動部を備えており、
前記回転駆動ユニットの前記出力軸は、前記アンビル軸と前記回転ホーン軸と平行に配置されている
ことから成っている。

この包装機用のロータリー式の超音波シール装置によれば、回転駆動ユニットが超音波ホーンユニットの回転ホーン軸とアンビルユニットの固定の回転軸を同期して回転駆動することで、超音波ホーンユニットにおいては円盤状超音波ホーンが、そしてアンビルユニットにおいては軸心違い回転伝達手段及びアンビル軸を介して円盤状アンビルが、互いに反対方向に回転駆動される。
円盤状超音波ホーンの周面である超音波シール面と円盤状アンビルの周面であるアンビル面の間に、接合すべき包装材が挟み込みまれ、横駆動ユニットがアンビル軸に作用することで、アンビルユニットの円盤状アンビルを超音波ホーンユニットの円盤状超音波ホーンに向って接離・加圧され、包装材が圧力下で回転ホーン軸と共に回転する超音波発生部からの超音波を受けて摩擦熱によって溶融しシールされる。
アンビルユニットにおいて、駆動源側である固定の回転軸から従動軸側であるアンビル軸に回転力を伝達する際に、軸心違い回転伝達手段として軸心違いの回転軸間で動力伝達をする機械式継手が用いられているので、円盤状アンビルが回転中であっても、固定の回転軸に対してアンビル軸が上下・左右方向に自由に平行移動を行うことができ、軸の移動中において力の不釣合いや位相のずれの発生が可及的に抑制され、更には軸間におけるラジアル方向の揺動がカップリング自身で自動的に吸収される。したがって、超音波シールのシール不良を生じないのは勿論のこと、シール程度にバラツキや変動を生じるのを防止し、綺麗なシールを実現することができる。
また、回転駆動ユニットは、アンビルユニットと超音波ホーンユニットとに対して、回転力を並列に伝達しており、アンビルユニットと超音波ホーンユニットとは直接には連係していないので、アンビルユニットと超音波ホーンユニットとを直接に連係させた場合に両者の間で回転伝達の際にシール不安定化の原因となるような力の発生を回避することができる。
更に、回転駆動ユニットの出力軸、アンビル軸及び回転ホーン軸は、互いに平行に配置されているので、ロータリー式の超音波シール装置は、全体として軸が延びる方向が揃っており、構造上及びレイアウト上、簡素に構成することができる。

この包装機用のロータリー式の超音波シール装置において、前記回転駆動ユニットの前記第１駆動部と前記アンビル軸の第１従動部は、互いに噛み合う歯車であり、前記回転駆動ユニットの前記歯車は、前記アンビルユニットが前記横駆動ユニットによって前記超音波ホーンユニットに対して接離方向に移動する移動面から最も遠い位置において、前記アンビルユニットの前記歯車と連係しており、前記回転駆動ユニットの前記第２駆動部と前記回転ホーン軸の第２従動部は、互いに連係するプーリであって、中間軸上のプーリを介して間接的に、又は中間軸を介することなく直接に、前記プーリに巻き掛けられるベルトを介して連係している、とすることができる。
回転駆動ユニットの歯車がアンビルユニットの歯車と連係する位置は、アンビルユニットの超音波ホーンユニットに対する接離方向に移動する移動面から最も遠い位置であるので、仮に、両歯車との間に回転伝達の際に接線方向にこじり力のような力が生じても、アンビルユニットの軸受で吸収され、軸心違いの回転軸間で動力伝達をする機械式継手の軸心違い回転伝達作用とも相俟って、アンビル軸の回転や超音波ホーンユニットへの接離方向への移動に対する妨げにならない。
中間軸を設ける場合は、回転ホーン軸、アンビル軸及び駆動軸（モータ駆動軸）を含めた四つの軸を格子状に揃えて、更に、構造上及びレイアウト上、簡素なものとすることができる。

この包装機用のロータリー式の超音波シール装置において、前記回転駆動ユニットの前記第２駆動部と前記回転ホーン軸の第２従動部が、中間軸ユニットに備わる前記中間軸の回転を通じて間接的に連係している場合において、前記駆動モータの前記出力軸、前記超音波ホーンユニットの前記回転ホーン軸、前記アンビルユニットの前記アンビル軸及び前記中間軸ユニットの前記中間軸の軸線は、互いに平行で且つ当該各軸線方向で見て四角形の各頂点となる位置に一つずつ配置されており、更に前記中間軸ユニットの前記中間軸の軸線は、前記アンビルユニットの前記アンビル軸の軸線とは対頂点の位置に配置されているとすることができる。
駆動モータの出力軸、超音波ホーンユニットの回転ホーン軸、アンビルユニットのアンビル軸及び中間軸ユニットの中間軸の四つの軸の軸線は、それぞれ四角形の各頂点に配置され、且つ中間軸ユニットの中間軸の軸線は、アンビルユニットの前記アンビル軸の軸線とは対頂点の位置に配置しているので、これら四つの回転軸を集約配置することができ、ロータリー式の超音波シール装置をコンパクトに構成することができる。

この包装機用のロータリー式の超音波シール装置は、当該包装機が、縦に配置された充填筒の周囲を囲むように略筒状に曲成して縦方向に送られる帯状の前記包装材に縦シール装置によって縦シールを施して筒状包装材に形成し、当該筒状包装材に横シール装置によって横シールを施して袋を形成しつつ前記充填筒を通して前記筒状包装材に投入された包装物が前記袋内に収容された袋包装体を連続して製造する縦型製袋充填包装機であり、当該縦型製袋充填包装機の前記縦シール装置として適用することができる。
包装機を縦型製袋充填包装機とすることによって、充填筒に投入可能な包装物が包装された袋包装体を高い包装速度で製造することができる。

この包装機用のロータリー式の超音波シール装置によれば、駆動源側である固定の回転軸から従動軸側であるアンビル軸に回転力が伝達されながら、超音波ホーンユニットに対して横駆動ユニットによって横移動されるアンビルユニットにおいて、軸心違い回転伝達手段として軸心違いの回転軸間で動力伝達をする機械式継手が用いられているので、円盤状アンビルが回転中であっても、固定の回転軸に対してアンビル軸が上下・左右方向に自由に平行移動を行うことができ、軸の移動中において力の不釣合いや位相のずれの発生が極めて抑制され、更には軸間におけるラジアル方向の揺動をカップリング自身で自動的に吸収することができる。したがって、このようなアンビルユニットにおいて、ユニバーサルジョイントで構成されることが多かった軸心違いの動力伝達について、ユニバーサルジョイントでは得られないようなコンパクトで効率が良く正確な回転動力伝達を実現することができ、超音波シールのシール不良を生じないのは勿論のこと、シール程度にバラツキや変動を生じるのをより確実に防止し、一層綺麗なシールを実現することができる。その結果、超音波シールの精度を向上させつつも、超音波シール装置の寿命を長期化し、装置設計の単純化にも寄与できるロータリー式の超音波シール装置を提供することができる。更に、アンビルユニットと超音波ホーンユニットの間での回転伝達の際にシール不安定化の原因となるような力の発生を回避することで、超音波シールの精度を向上させ、シール装置の寿命を長期化し、且つ、全体として構造上及びレイアウト上、簡素に構成して、装置設計の単純化にも寄与できる包装機用のロータリー式超音波シール装置を提供することができる。

図１は、本発明による包装機用のロータリー式の超音波シール装置の一実施例を示す図である。 図２は、超音波シール装置を備えた従来の製袋充填包装機の一例を示す図である。 図３は、図２に示す製袋充填包装機に用いられている縦シール手段の横断面図である。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による包装機用のロータリー式の超音波シール装置の実施例を説明する。図１は本発明による包装機用のロータリー式の超音波シール装置の一実施例を示す図である。図１（ａ）はロータリー式の超音波シール装置の超音波ホーンユニットとアンビルユニットを示す平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）に示す両ユニットの回転駆動ユニットについて説明する図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されている両ユニットと回転駆動ユニットとが組み合わされた状態にあるときを回転軸線に沿う方向で示す端面図である。図１（ａ）は図１（ｃ）に示す平面Ｂ−Ｂで見たときの超音波ホーンユニットとアンビルユニットの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ｃ）に示す平面Ａ−Ａで見たときの回転駆動ユニットの平面図である。

図１に示す包装機用のロータリー式の超音波シール装置１は、例えば、帯状包装材Ｆｗ（図２）の重ね合わされた側端縁部分ｆｅ，ｆｅを図の左右両横方向から挟み付けて、圧力下で超音波を作用させて摩擦熱によって包装材を溶着することで側端縁部分ｆｅ，ｆｅに溶着シールを施す装置である。超音波シール装置１は、それぞれがユニット構造となっている超音波ホーンユニット２とアンビルユニット３、横駆動ユニット４及び回転駆動ユニット５を組み合わせたものである。

超音波シール装置１が適用される包装機は、例えば図２や図３に示すような縦型製袋充填包装機であるとすることができる。即ち、包装機は、縦に配置された充填筒の周囲を囲むように略筒状に曲成して縦方向に送られる帯状の包装材に縦シール装置によって縦シールを施して筒状包装材に形成し、当該筒状包装材に横シール装置によって横シールを施して袋を形成しつつ充填筒を通して筒状包装材に投入された包装物が袋内に収容された袋包装体を連続して製造する縦型製袋充填包装機であるとし、超音波シール装置１は、当該縦型製袋充填包装機の縦シール装置として適用されている。

超音波シール装置１以外の縦型製袋充填包装機については、既に従来の技術として説明をした構造と同様であるので、再度の説明を省略する。超音波シール装置１は、その縦シール手段としての適用状態では、表側に飛び出た包装材（略筒状に曲成された帯状包装材）Ｆｗの両側縁部分ｆｅ，ｆｅをスポット状に溶着する。紙送りされることで相対的に移動していく包装材Ｆｗにスポット状のシールを連続して形成することで、両側縁部分ｆｅ，ｆｅに連続した縦シールを施すことができる。

図１（ａ）に示すように、超音波シール装置１は、超音波ホーンユニット２とアンビルユニット３を備えている。超音波ホーンユニット２は、超音波発振器のような超音波発生部１０と、超音波発生部１０の先端側に設けられている回転ホーン軸１１と、回転ホーン軸１１の先端に連結されているとともに周面が超音波シール面１３となっている円盤状超音波ホーン１２を備えている。回転ホーン軸１１は、適宜の軸受を介して、機械フレームに対して軸線位置としては変わらない状態で、回転可能に支持されている。

超音波発生部１０は超音波ホーンユニット２の後端側（円盤状超音波ホーン１２が設けられている側と反対側）に設けられていて、当該ユニット２の略半分の長さを占めており、回転ホーン軸１１と一体的に回転する。超音波発生部１０への電源供給は後端のロータリー式のコネクタを介して行われる。また、回転ホーン軸１１及び円盤状超音波ホーン１２は、超音波ホーンユニット２の先端側に設けられていて、当該ユニット２の略半分の長さを占めている。回転ホーン軸１１の後端（即ち、ユニット２の中間位置）には、後述する回転駆動手段からの駆動力を受ける第２従動部としての従動プーリ１４が設けられている。従動プーリ１４は、タイミングベルトが巻き掛けられる歯付きプーリである。

図１（ａ）に示すように、アンビルユニット３は、軸線位置が固定の回転軸２０と、回転軸２０の回転が伝えられるとともに超音波ホーンユニット２に向って平行移動可能な回転アンビル軸２１と、回転アンビル軸２１の先端側に連結されているとともに周面が超音波シール面１３との間に接合すべき帯状包装材Ｆｗの側端縁部分ｆｅ，ｆｅを挟み込み可能なアンビル面２３となっている円盤状アンビル２２と、回転軸２０の先端部と回転アンビル軸２１の後端部との間に設けられていて両者を連結する軸心違い回転伝達手段２４とを備えている。回転軸２０、回転アンビル軸２１及び軸心違い回転伝達手段２４は、アンビルユニット３の回転するアンビル軸を構成している。

回転軸２０は、機械フレームに固定的に取り付けられている軸受２５，２６によって回転自在に支持されており、その回転軸線２７の位置は固定である。回転軸２０には、円盤状アンビル２２を回転させるために後述する回転駆動手段からの駆動力を受ける従動部としてのアンビル用歯車２８が取り付けられている。

回転アンビル軸２１は、円盤状アンビル２２とともに回転が許容されつつ、超音波ホーンユニット２の回転ホーン軸１１及び円盤状超音波ホーン１２に向って接離する方向に移動可能であり、機械フレームに対してそのように移動可能にガイドされている。回転アンビル軸２１の側方には、回転アンビル軸２１に作用してアンビルユニット３の円盤状アンビル２２を超音波ホーンユニット２の円盤状超音波ホーン１２に向って接離・加圧する横駆動ユニット４が配設されている。横駆動ユニット４は、エア圧に基づいて円盤状超音波ホーン１２と円盤状アンビル２２との加圧力が定められるエアシリンダのような駆動源を備えるものである。

アンビルユニット３に備わる軸心違い回転伝達手段２４は、リンクのクランクモーションを利用したシュミットカップリング（国際登録商標）のような軸心違いの回転軸間で動力伝達をする機械式継手である。軸心違い回転伝達手段２４は、駆動側カップリングプレート（エンドディスクとも称される）と、従動側カップリングプレートと、それらの間に位置する中間カップリングプレートと、各カップリングプレート間に介在されたリンクとを含む継手である。軸心違い回転伝達手段２４については、例えば、特許文献３及び４に記載されているような公知のものであってよく、その構造については、ここでは詳述をしない。

軸心違い回転伝達手段２４は、従来、スプラインシャフトやユニバーサルジョイントで構成されることの多かった軸心違い継ぎ手と異なり、軸心違いの回転軸間で、コンパクトで効率の良い動力伝達を実現することができる。即ち、駆動側カップリングプレートに入力された動力は、リンクと中間カップリングプレートを介して従動側カップリングプレートに伝達される。リンクの長さによって軸心の移動量が決定されるので、軸心違いの回転軸での動力伝達が可能なだけではなく、回転中の軸心の平行移動も可能である。ロータリー式の超音波シール装置１においてそのアンビルユニット３の回転アンビル軸２１の駆動に用いられていることで、回転中における軸の上下・左右方向への平行移動は勿論のこと、軸変移の移動中における力の不釣合いや位相のずれ、更には軸間におけるラジアル方向の揺動も吸収されるので、円盤状の超音波ホーン１２との間で極力不整合を生じることがなく、シール結果に影響が出ることがない。

図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、超音波シール装置１は、超音波ホーンユニット２とアンビルユニット３の下方において、超音波ホーンユニット２の回転ホーン軸１１とアンビルユニット３の固定の回転軸２０及び回転アンビル軸２１を同期して互いに反対方向に回転駆動するために、回転駆動ユニット５と中間軸ユニット６を備えている。

アンビルユニット３の下方に配設されている回転駆動ユニット５は、回転駆動源としてのサーボモータ３０を備えている。サーボモータ３０の回転力が出力される出力軸３１は、回転駆動ユニット５の後方に向って突出しており、回転軸線がアンビルユニット３の固定軸２０と回転アンビル軸２１の軸線と平行に置かれている。回転駆動ユニット５は、出力軸３１上に軸線方向に隣接して、サーボモータ３０の回転駆動力の一部をアンビルユニット３に伝達するための第１駆動部としての駆動歯車３２と、サーボモータ３０の回転駆動力の余部を超音波ホーンユニット２に伝達するための第２駆動部としての駆動プーリ３３を備えている。駆動プーリ３３は、タイミングベルトが巻き掛けられる歯付きプーリである。超音波シール装置１において、回転駆動ユニット５は、超音波ホーンユニット２と組み付けた状態では、第１駆動部である駆動歯車３２がアンビルユニット３の第１従動部であるアンビル用歯車２８とが互いに噛合する噛合い連係を成している。

中間軸ユニット６は、中間軸３４と、中間軸３４の両端に設けられた中間プーリ３５及び３６を備えている。中間軸３４は、その回転軸線が回転駆動ユニット５の出力軸３１及び超音波ホーンユニット２の回転ホーン軸１１の軸線と平行に配置されており、且つ当該回転軸線の位置が固定となるように機械フレームに対して回転自在に支持されている。中間プーリ３５及び３６は、タイミングベルトが巻き掛けられる歯付きプーリである。超音波シール装置１に中間軸ユニット６を組み付けた状態では、中間軸ユニット６の後側に設けられた中間プーリ３５は、回転駆動ユニット５の第２駆動部である駆動プーリ３３に対応した位置を占め、中間軸ユニット６の先端側に設けられた中間プーリ３６は、超音波ホーンユニット２の第２従動部である従動プーリ１４に対応した位置を占める。図１（ｃ）に示すように、駆動プーリ３３と中間プーリ３５とにはタイミングベルト３７が巻き掛けられ、また中間プーリ３６と従動プーリ１４とにはタイミングベルト３８が巻き掛けられており、駆動プーリ３３と従動プーリ１４とは中間軸ユニット６を介してベルト伝動による連係を成している。

回転駆動ユニット５において、駆動源としてのサーボモータ３０が駆動されると、出力軸３１に出力される回転駆動力の一部は、第１駆動部である駆動歯車３２からアンビルユニット３の固定軸２０に設けられた第１従動部であるアンビル用歯車２８に、歯車の噛み合い連係によって伝達される（回転方向は逆）。固定軸２０の回転は、軸心違い継ぎ手である軸心違い回転伝達手段２４を介して回転アンビル軸２１に伝達されて円盤状アンビル２２を回転させる。サーボモータ３０の出力軸３１に出力される残りの回転駆動力は、第２駆動部である駆動プーリ３３から、タイミングベルト３７、中間軸ユニット６における中間プーリ３５、中間軸３４及び中間プーリ３６、タイミングベルト３８を介して、超音波ホーンユニット２の第２従動部である従動プーリ１４に伝達される（回転方向は順）。従動プーリ１４に伝達された回転駆動力は超音波ホーンユニット２の円盤状超音波ホーン１２を回転させる。両円盤状のアンビル２２と超音波ホーン１２は、互いに逆方向に同期して回転し、互いの接触点で帯状包装材Ｆｗの側端縁部分ｆｅ，ｆｅを挟み込み、圧力下で超音波シールを施す。

回転駆動ユニット５は、超音波ホーンユニット２とアンビルユニット３に対して、それぞれ回転力を並列に伝達しており、超音波ホーンユニット２とアンビルユニット３とは直接には連係していない。したがって、超音波ホーンユニット２とアンビルユニット３とを直接に連係させた場合に、両者の間で回転伝達の際にこじり力のような不安定化の原因となるような力が発生するのを回避することができる。

回転駆動ユニット５の出力軸３１、超音波ホーンユニット２の回転ホーン軸１１、アンビルユニット３の回転アンビル軸２１、加えて中間軸ユニット６の中間軸３４は、すべて互いに平行に配置されている。ロータリー式の超音波シール装置１は、全体としてすべての軸が延びる方向が揃っていて、交差する方向に延びる軸がないので、構造上及びレイアウト上、簡素に構成することができる。図示の例では、図１（ｃ）に示すように、これら四つの軸は、それぞれの回転軸線が格子状の四点に配置されており、長さについても最も長いアンビルユニット３の範囲内に他のユニット２、５、６がすべて納まっており、極めてコンパクトで簡素な配列・構造になっている。

回転駆動ユニット５の駆動歯車３２は、アンビルユニット３が横駆動ユニット４によって超音波ホーンユニット２に対して接離方向に移動する移動面Ｃ−Ｃから最も遠い位置において、アンビルユニット３のアンビル用歯車２８と連係している。この場合、図１（ｃ）に示すように、両歯車３２，２８との間において矢印の向きの回転伝達の際に、接線方向にこじり力のような力Ｐが仮に生じるようなことがあっても、そうした力Ｐに基づいてアンビルユニット３の回転アンビル軸２１に対して生じる曲げの作用は軸受２５，２６で吸収支持され、軸心違い回転伝達手段２４の作用とも相俟って、アンビル軸の回転や超音波ホーンユニットへの接離方向への移動に対する妨げにならず、その結果、シール不良となるような影響を与えることにならない。

回転駆動ユニット５と超音波ホーンユニット２との連係については、回転駆動ユニット５の第２駆動部と超音波ホーンユニット２の回転ホーン軸１１の第２従動部とをタイミングベルトを介して連係するプーリ３３，１４としたが、回転駆動ユニット５におけるプーリ３３や超音波ホーンユニット２におけるプーリ１４の設置位置を変更することにより、中間軸ユニット６を介することなく直接に、ベルトや歯車によって連係させてもよい。また、ベルト・プーリによる連係ではなく、プーリ３３，１４を歯車に変更し、中間軸３４に設けたプーリ３５，３６を中間歯車に変更して噛み合い連係としてもよい。この場合、回転方向は二度変更されるので、回転駆動ユニット５の回転方向は変わることなく超音波ホーンユニット２に伝達される。

１ 超音波シール装置 ２ 超音波ホーンユニット
３ アンビルユニット ４ 横駆動ユニット
５ 回転駆動ユニット ６ 中間軸ユニット
１０ 超音波発生部 １１ 回転ホーン軸
１２ 円盤状超音波ホーン １３ 超音波シール面
１４ 従動プーリ（第２従動部）
２０ 回転軸 ２１ 回転アンビル軸
２２ 円盤状アンビル ２３ アンビル面
２４ 軸心違い回転伝達手段 ２５，２６ 軸受
２７ 回転軸線 ２８ アンビル用歯車
３０ サーボモータ ３１ 出力軸
３２ 駆動歯車（第１駆動部） ３３ 駆動プーリ（第２駆動部）
３４ 中間軸 ３５，３６ 中間プーリ
３７，３８ タイミングベルト
５０ 製袋充填包装機 ５１ 繰出し機構
５２ 付属装置 ５３ フォーマ
５４ 横シール手段 ５５，５５ 横シーラ
５６ 充填筒 ６０ スポットシール手段
６１ 超音波ホーン ６２ アンビル
６３ 超音波発生部 ６４ 取付けアーム
６５ 回動アーム ６６ ヒンジ ６６ａ 支持体
６７ ネジ機構 ７０ 吸引式紙送り手段
７１，７１ 紙送りベルト ７２ 吸引孔
７３ 送り用駆動プーリ ７４ 送り用従動プーリ
７５ ガイドプーリ
Ｆｗ 帯状包装材 Ｆｒ 巻取りロール
Ｆｔ 筒状包装材 ｆｅ，ｆｅ 側端縁部分
Ｂｐ 袋包装体
Ｃ−Ｃ 移動面 Ｐ 力

Claims (4)

1. 円盤状超音波ホーンと円盤状アンビルとの間に接合すべき包装材を挟み込んで超音波シールを施す超音波シール装置であって、
   超音波発生部、当該超音波発生部の先端側に設けられている回転ホーン軸、及び当該回転ホーン軸の先端に連結されているとともに周面を超音波シール面とする前記円盤状超音波ホーンを備える超音波ホーンユニットと、
   軸線位置が固定の回転軸、当該固定の回転軸に連結されている軸心違い回転伝達手段、当該軸心違い回転伝達手段からの回転を伝えるとともに前記超音波ホーンユニットに向って平行移動可能なアンビル軸、及び当該アンビル軸の先端に連結されているとともに前記超音波シール面との間に接合すべき包装材を挟み込み可能なアンビル面を周面に持つ前記円盤状アンビルを備えるアンビルユニットと、
   前記超音波ホーンユニットの前記回転ホーン軸と前記アンビルユニットの前記固定の回転軸を同期して互いに反対方向に回転駆動する回転駆動ユニットと、
   前記アンビル軸に作用して前記アンビルユニットの前記円盤状アンビルを前記超音波ホーンユニットの前記円盤状超音波ホーンに向って接離・加圧する横駆動ユニットと、
   を備えており、
   前記アンビルユニットに備わる前記軸心違い回転伝達手段は、リンクのクランクモーションを利用した軸心違いの回転軸間で動力伝達をする機械式継手であり、
   前記回転駆動ユニットは、出力軸に回転力が出力される駆動源としての駆動モータと、当該駆動モータの前記出力軸に取り付けられた第１駆動部及び第２駆動部を備えており、 前記アンビルユニットの前記アンビル軸は、前記回転駆動ユニットの前記第１駆動部と連係して前記回転力の一部を受ける第１従動部を備えており、
   前記超音波ホーンユニットの前記回転ホーン軸は、前記回転駆動ユニットの前記第２駆動部と連係して前記回転力の余部を受けて、前記アンビル軸とは逆方向に回転を伝える第２従動部を備えており、
   前記回転駆動ユニットの前記出力軸は、前記アンビル軸と前記回転ホーン軸と平行に配置されている
   ことから成る包装機用のロータリー式超音波シール装置。
2. 前記回転駆動ユニットの前記第１駆動部と前記アンビル軸の第１従動部は、互いに噛み合う歯車であり、
   前記回転駆動ユニットの前記歯車は、前記アンビルユニットが前記横駆動ユニットによって前記超音波ホーンユニットに対して接離方向に移動する移動面から最も遠い位置において、前記アンビルユニットの前記歯車と連係しており、
   前記回転駆動ユニットの前記第２駆動部と前記回転ホーン軸の第２従動部は、互いに連係するプーリであって、中間軸上のプーリを介して間接的に、又は中間軸を介することなく直接に、前記プーリに巻き掛けられるベルトを介して連係している
   ことから成る請求項１に記載の包装機用のロータリー式超音波シール装置。
3. ［新請求項２を引用する軸線配置に関する新設の請求項。］
   前記回転駆動ユニットの前記第２駆動部と前記回転ホーン軸の第２従動部は、中間軸ユニットに備わる前記中間軸の回転を通じて間接的に連係している場合において、
   前記駆動モータの前記出力軸、前記超音波ホーンユニットの前記回転ホーン軸、前記アンビルユニットの前記アンビル軸及び前記中間軸ユニットの前記中間軸の軸線は、互いに平行で且つ当該各軸線方向で見て四角形の各頂点となる位置に一つずつ配置されており、更に前記中間軸ユニットの前記中間軸の軸線は、前記アンビルユニットの前記アンビル軸の軸線とは対頂点の位置に配置されている
   ことから成る請求項２に記載の包装機用のロータリー式超音波シール装置。
4. 前記包装機は、縦に配置された充填筒の周囲を囲むように略筒状に曲成して縦方向に送られる帯状の前記包装材に縦シール装置によって縦シールを施して筒状包装材に形成し、当該筒状包装材に横シール装置によって横シールを施して袋を形成しつつ前記充填筒を通して前記筒状包装材に投入された包装物が前記袋内に収容された袋包装体を連続して製造する縦型製袋充填包装機であり、
   前記超音波シール装置は、当該縦型製袋充填包装機の前記縦シール装置として適用されている
   ことから成る請求項１〜３のいずれか一項に記載の包装機用のロータリー式超音波シール装置。

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