KR102232917B1 - 초음파 밀봉방법 및 장치 - Google Patents

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야스유키 혼다
도루 요시카네
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도요지도키 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 본 발명은, 혼(31)과 앤빌(32)에 협지되는 장소에 인접하는 영역(A)(혼(31)의 바로 아래위치)에 있어서, 초음파 진동에너지에 의하여 혼(31)측의 필름(18)에 상처가 나거나 구멍이 뚫리는 것을 방지한다.
(해결수단) 초음파 밀봉장치의 혼(31)과 앤빌(32)의 선단에 압력기체의 분출구(47, 52)를 형성하여, 기체분출용의 노즐로서 사용한다. 혼(31)과 앤빌(32)의 선단을 슬릿(19)에 대고, 에어백부(16) 내로 기체를 흡입시켜서 팽창시키고, 분출 계속 중에 혼(31)과 앤빌(32)에 의하여 슬릿(19)의 주위의 필름을 협지하고, 이어서 초음파 밀봉하여 기체를 에어백부(16) 내에 봉입한다. 혼(31)의 바로 아래위치에 접촉부재(71)가 설치되고, 이 접촉부재(71)를 팽창된 필름(18)에 가압하고, 그 상태에서 혼(31)에 초음파 진동에너지를 공급한다.

Description

초음파 밀봉방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ULTRASONIC SEALING}
본 발명은, 초음파 밀봉장치(超音波 密封裝置)의 혼(horn)과 앤빌(anvil)에 의하여 자루(bag)를 양면에서 협지(挾持)하여 가압(加壓)하고, 혼으로부터 전달되는 초음파 진동에너지에 의하여 자루의 양면의 필름 상호간 또는 자루의 양면의 필름과 상기 필름 사이에 끼워진 부품을 밀봉하는 초음파 밀봉방법 및 장치에 관한 것이다(여기에서 자루라 함은, 자루는 물론 포대, 봉지 등을 포함하는 개념이고, 이들을 혼용하는 경우도 있다).
특허문헌1∼3에는, 로터리식 배깅포장기(rotary式 bagging包裝機)가 기재되어 있다. 이 로터리식 배깅포장기는, 고리모양의 이동경로를 따라 이동하는 여러 쌍의 그리퍼(gripper)를 구비하고, 상기 그리퍼가 상기 이동경로를 따라 1회전하는 과정에서, 상기 그리퍼에 순차적으로 자루가 공급됨과 아울러 그 양측 가장자리가 상기 그리퍼에 의하여 파지(把持)되고, 자루입구를 위로 향하게 하여 매달고, 계속하여 그 자루는 소정의 이송경로를 따라 이송된다. 이 로터리식 배깅포장기에서는, 그 이송의 과정에서, 자루입구의 개구공정(開口工程), 자루에 대한 피충전물의 충전공정(充塡工程) 및 자루입구의 밀봉공정(密封工程)을 포함하는 각종 포장공정이 순차적으로 이루어진다. 이 로터리식 배깅포장기에 있어서, 자루입구의 밀봉공정은 초음파 밀봉장치에 의하여 이루어지고 있다.
특허문헌4에는, 로터리식 스파우트삽입 밀봉장치(rotary式 spout揷入 密封裝置)(스파우트 부착 자루의 제조장치)가 기재되어 있다. 이 로터리식 스파우트삽입 밀봉장치는, 고리모양의 이동경로를 따라 간헐이동(間歇移動)하는 복수의 스파우트 지지부재(spout 支持部材)를 구비하고, 상기 스파우트 지지부재가 상기 이동경로를 따라 1회전하는 과정에서, 스파우트 지지부재에 순차적으로 스파우트가 공급됨과 아울러 그 스파우트가 상기 스파우트 지지부재에 의하여 수직상태로 지지되고, 계속하여 그 스파우트는 소정의 이송경로를 따라 이송된다. 이 로터리식 스파우트삽입 밀봉장치에서는, 그 이송의 과정에서, 삽입·가밀봉공정(揷入·假密封工程)(스파우트 지지부재에 지지된 스파우트에 대하여 자루가 공급되고 스파우트의 하부의 피밀봉부(被密封部)가 자루입구에 삽입되고, 이어서 필름과 피밀봉부가 가밀봉된다), 1회 이상의 본밀봉공정(本密封工程)(자루의 양면의 필름 상호간 및 양면의 필름과 피밀봉부의 밀봉을 동시에 한다) 및 밀봉부의 냉각공정(冷却工程)이 순차적으로 이루어진다. 또한 특허문헌4에는, 이 로터리식 스파우트삽입 밀봉장치에 있어서, 얻어진 스파우트 부착 자루에 대하여 상기 이송경로상에서 계속하여 피포장물을 충전하는 것도 기재되어 있다. 또 본밀봉공정은, 한 쌍의 열판(熱板)에 의하여 자루입구를 양면에서 협지가압(挾持加壓)(양면의 필름 사이에 스파우트의 피밀봉부가 끼워져 있음)함으로써 이루어진다.
특허문헌5∼7에는, 자루의 측부 가장자리의 밀봉부에 세로방향으로 연장되는 에어백부(air bag部)가 일체적으로 형성되고, 에어백부의 기체유입부(氣體流入部)의 필름에 에어백부 내와 자루 외를 통하게 하는 슬릿(slit) 또는 구멍이 형성된 에어백 부착 자루를 사용하여, 상기 에어백부에 가압기체(加壓氣體)를 흡입시켜서 봉입(封入)하는 기체봉입방법 및 장치가 기재되어 있다. 이 기체봉입장치는, 고리모양의 이동경로를 따라 간헐적으로 이동하는 여러 쌍의 그리퍼를 구비하고, 상기 그리퍼가 상기 이동경로를 따라 1회전하는 과정에서, 상기 그리퍼에 순차적으로 에어백 부착 자루가 공급됨과 아울러 그 양측 가장자리가 상기 그리퍼에 의하여 파지되고, 자루입구를 위로 향하게 하여 매달고, 계속하여 상기 자루는 소정의 이송경로를 따라 이송된다. 그 이송의 과정에서, 기체분출공정(氣體噴出工程)(기체유입부에 노즐(nozzle)을 대고 가압기체를 에어백부 내로 흡입시킨다), 차단공정(遮斷工程)(기체유입부와 에어백부 내의 기체의 유통(流通)이 차단된다) 및 기체봉입공정(氣體封入工程)(기체유입부 또는 그 근방이 밀봉되어, 기체가 에어백부 내에 봉입된다)이 순차적으로 이루어진다. 기체봉입공정은, 한 쌍의 열판에 의하여 기체유입부 또는 그 근방을 양면에서 협지가압함으로써 이루어진다.
또한 일본국 특허출원 특원2014-99452(본원의 출원명세서가 일본에 출원되었을 때에 미공개)의 명세서 및 도면에는, 특허문헌5∼7에 기재된 에어백 부착 자루와 동일한 자루의 에어백부에, 초음파 밀봉장치의 혼과 앤빌을 사용하여 가압기체를 흡입하고, 계속하여 기체유입부의 슬릿 또는 구멍의 근방을 초음파 밀봉하여 가압기체를 상기 에어백부에 봉입하는 발명이 개시되어 있다. 이하, 이 선행출원에 관한 발명의 주요한 실시형태에 대하여 도8∼도18을 참조하여 설명한다.
(1)제1실시형태
우선 도11에 에어백 부착 자루(11)(이하 간단히 자루(11)라고 한다)를 나타낸다. 자루(11)는 바닥이 세트(set)된 방식의 자립 자루(self-supporting bag)이며, 표리 양면의 필름과 접힌 바닥부의 필름으로 이루어진다. 자루(11)의 상부영역(X)에서는, 양측 가장자리에 있어서 자루(11)의 표리 양면의 필름 상호간이 접착되어 밀봉부(12, 13)가 형성되어 있다. 상부 가장자리는 표리 양면의 필름이 접착되어 있지 않아, 개구된 자루입구(14)로 되어 있다. 자루(11)의 하부영역(Y)에서는, 양측 가장자리에 있어서 표리 양면의 필름이 바닥부의 필름을 사이에 두고 접착되고 또한 바닥부의 필름 자체도 접혀진 내측에서 접착되고, 중앙부에 있어서 표리 양면의 필름이 각각 바닥부의 필름과 접착되어(바닥부의 필름 상호간은 접착되어 있지 않음) 밀봉부(15)가 형성되어 있다. 밀봉부(12, 13, 15)를 도11에 사선으로 나타낸다.
밀봉부(12)의 일부에 표리 양면의 필름 상호간이 접착되어 있지 않은 비접착부(에어백부)(16)가 형성되어 있다.
에어백부(16)는, 자루의 표리 양면의 필름(도13의 17, 18을 참조)을 열밀봉(熱密封)할 때에 가압시키지 않고 밀봉하고 남은 장소로서, 자루입구(14)(밀봉부(12)의 상단(上端)) 근방으로부터 하방으로 가늘고 길게 연장되어 닫힌 윤곽을 구비하고, 그 상단 근방의 표리 양면의 필름에 에어백부(16) 내와 자루 외를 통하게 하는 십자(十字)의 슬릿(19)이 형성되어 있다. 에어백부(16)에는, 중심에 슬릿(19)이 형성된 원형의 기체유입부(16a)에 연속하여 소정의 길이에 걸쳐서 잘록한 협폭부(狹幅部)(16b)가 형성되고, 그 하방은 폭이 넓은 본체부(本體部)(16c)로 되어 있다.
도8에, 상기 선행출원의 발명에 관한 기체봉입장치를 포함하는 로터리식 포장기를 나타낸다. 도8에 나타내는 로터리식 포장기는, 간헐회전하는 테이블(table)의 주위에 좌우 한 쌍의 자루이송용 그리퍼(21, 22)가 여러 쌍, 동일한 간격으로 설치된 자루이송장치를 구비한다. 이 자루이송장치에 있어서 자루이송용 그리퍼(21, 22)는, 공급된 자루(11)의 양측 가장자리(밀봉부(12, 13))를 파지하여 매달고 원형의 이송경로를 따라 간헐적으로 이송된다. 그리퍼(21, 22)가 정지하는 각 정지위치(정지위치(I∼Ⅷ))에서는, 그리퍼(21, 22)에 대한 자루(11)의 공급에 연속하여, 그리퍼(21, 22)에 파지된 자루(11)에 대하여 자루입구의 개구, 피포장물의 충전 및 자루입구의 밀봉을 포함하는 각 포장공정이 순차적으로 이루어지고, 더불어 에어백부(16)에 대한 기체의 분출공정 및 에어백부(16)의 밀봉공정으로 이루어지는 기체봉입방법이 실시된다.
그리퍼(21, 22)는 모두 한 쌍의 그립편(grip片)으로 이루어지고, 그리퍼(21)는 에어백부(16)의 협폭부(16b)를 수평으로 횡단하는 모양으로 파지한다. 그리퍼(21)에 있어서 일방(一方)의 그립편(23)의 내측(파지면)에는, 도11에 나타내는 바와 같이 상하방향으로 관통하는 얕은 홈(groove)(24)이 형성되고, 그리퍼(21)가 밀봉부(12)를 파지하였을 때에 상기 홈(24)이 협폭부(16b) 위에 겹치도록 되어 있다.
상기 로터리식 포장기에 있어서, 상기 이송경로의 정지위치(I)에 컨베이어 매거진식 자루공급장치(conveyor magazine式 bag供給裝置)(25)가 배치되어 있고, 정지위치(Ⅱ)에 인쇄장치(헤드부(head部)(26)만 나타낸다)가 배치되어 있고, 정지위치(Ⅲ)에 개구장치(한 쌍의 흡입반(吸入盤)(27, 27) 및 개구헤드(28)만 나타낸다)가 배치되어 있고, 정지위치(Ⅳ)에 충전장치(充塡裝置)(노즐부(29)만 나타낸다)가 배치되어 있고, 정지위치(V)에 초음파 밀봉장치(혼(31)과 앤빌(32)만 나타낸다)가 배치되어 있고, 정지위치(Ⅵ)에 자루입구를 밀봉하는 제1밀봉장치(한 쌍의 열판(33, 33)만 나타낸다)가 배치되어 있고, 정지위치(Ⅶ)에 자루입구를 밀봉하는 제2밀봉장치(한 쌍의 열판(34, 34)만 나타낸다)가 배치되어 있고, 정지위치(Ⅷ)에 냉각장치(한 쌍의 냉각판(35, 35)만 나타낸다)가 배치되어 있다.
도9에, 상기 선행출원의 발명에 관한 초음파 밀봉장치를 나타낸다. 이 초음파 밀봉장치는, 상기 혼(31)과 앤빌(32), 혼(31)을 진동시키는 초음파 진동 발생장치(36) 및 혼(31)과 앤빌(32)을 진퇴시키는 에어실린더(air cylinder)(37)를 포함한다. 에어실린더(37)의 피스톤로드(piston rod)(38, 39)의 선단에 부착부재(附着部材)(41, 42)가 고정되어 있고, 부착부재(41)에 상기 초음파 진동 발생장치(36)가 고정되어 있고, 부착부재(42)에 상기 앤빌(32)이 고정되어 있다. 또 초음파 밀봉장치는 도면에 나타내지 않은 냉각수단을 구비하고, 이 냉각수단에 의하여 초음파 진동 발생장치(36) 및 혼(31)과 앤빌(32)이 냉각된다.
혼(31)은 내부에 구멍(기체의 유로(流路))(43)이 형성되고, 구멍(43)에 있어서 일단(一端)은 혼(31)의 측면으로 개구되어, 이음매(44), 배관(45) 및 도면에 나타내지 않은 절환밸브(切換valve) 등을 통하여 압력기체 공급원(壓力氣體 供給源)(46)에 접속되고, 타단(他端)은 혼(31)의 선단으로 개구되며, 여기가 가압기체의 분출구(噴出口)(47)로 되어 있다. 앤빌(32)도 내부에 구멍(기체의 유로)(48)이 형성되고, 구멍(48)에 있어서 일단은 앤빌(32)의 후단으로 개구되어, 이음매(49) 및 배관(51)을 통하여 압력기체 공급원(46)에 접속되고, 타단은 앤빌(32)의 선단으로 개구되며, 여기가 가압기체의 분출구(52)로 되어 있다. 혼(31)과 앤빌(32)은 기체분출용의 노즐을 겸하고 있다.
혼(31)과 앤빌(32)은, 자루(11)의 이송경로를 사이에 두고 대향(對向)하여 배치되고, 에어실린더(37)에 의하여 서로 대칭적으로 또한 상기 자루(11)에 대하여 수직으로, 전진위치와 대피위치의 사이에서 전진(상기 이송경로에 근접한다) 또는 후퇴(상기 이송경로로부터 멀어진다)한다. 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 대피위치에 있을 때에(도10(a)를 참조), 혼(31)과 앤빌(32)은 상기 이송경로로부터 가장 떨어지게 되어 상기 이송경로를 따라 이송되는 자루(11)와의 간섭을 피할 수 있다. 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 전진위치에 왔을 때에(도10(c)를 참조), 혼(31)과 앤빌(32)은 상기 이송경로에 가장 가깝게 되어, 혼(31)과 앤빌(32)의 선단이 자루(11)를 협지한다. 이 때의 혼(31)과 앤빌(32)의 선단 상호간의 간격은, 에어백부(16)의 기체유입부(16a)의 양면의 필름 두께와 같다. 또 에어실린더(37)는 3포지션 타입으로서, 상기 혼(31)과 앤빌(32)은, 상기 후퇴위치와 상기 전진위치의 중간의 위치에서 정지할 수 있다. 이 중간의 위치(이후, 분출위치라고 한다)는 상기 전진위치에 매우 근접한 위치이고(도10(b) 및 도13을 참조), 이 위치에 정지된 혼(31)과 앤빌(32)에 의하여 에어백부(16)에 대하여 기체의 흡입이 이루어진다.
다음에 도8에 나타내는 로터리식 포장기를 사용한 포장방법(기체봉입방법을 포함한다)의 일례를, 도8∼도15를 참조하여 설명한다.
(a)정지위치(I)(자루공급공정위치)에 있어서, 컨베이어 매거진식 자루공급장치(25)로부터 자루(11)가 그리퍼(21, 22)에 공급되고, 그리퍼(21, 22)가 밀봉부(12, 13)의 소정위치를 표리 양면에서 파지한다. 이 때에 에어백부(16)는, 그 협폭부(16b)가 그리퍼(21)에 의하여 파지된다. 그 상태가 도11(a)에 나타나 있다.
(b)정지위치(Ⅱ)(인쇄공정위치)에 있어서, 인쇄장치에 의하여 자루면에 대한 인쇄가 이루어진다.
(c)정지위치(Ⅲ)(개구공정위치)에 있어서, 개구장치에 의하여 자루의 개구가 이루어진다. 개구장치에 있어서 한 쌍의 흡입반(27, 27)은 자루(11)를 향하여 진퇴하는 것으로서, 전진하여 자루(11)의 양면의 필름을 흡착하고, 그대로 후퇴하여 자루입구(14)를 개구한다. 개구헤드(28)는 자루(11)의 상방으로 승강하는 것으로서, 하강하였을 때에 하단(下端)이 개구된 자루입구(14)로부터 자루 내로 들어가서 에어를 자루 내에 분출한다.
(d)정지위치(Ⅳ)(피포장물 충전공정위치)에 있어서, 충전장치에 의하여 액상물(液狀物)의 충전이 이루어진다(도11(b)의 충전물(53)을 참조). 충전장치의 노즐부(29)는 자루(11)의 상방에서 승강하는 것으로서, 하강하였을 때에 자루입구(14)로부터 자루 내에 삽입되어 액상물을 자루 내에 충전한다.
(e)정지위치(V)(기체분출 및 밀봉공정위치)에는, 자루(11)의 이송경로의 근방에, 도9에 나타내는 초음파 밀봉장치가 배치되어, 자루(11)의 에어백부(6)에 기체를 흡입시키는 기체분출공정 및 슬릿(19)의 주위의 필름을 밀봉하는 밀봉공정이 이루어진다.
자루(11)가 이 정지위치(V)에 정지하였을 때에, 도10(a)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)은 후퇴하여 대피위치에 있다. 계속하여 에어실린더(37)가 작동하여, 도10(b) 및 도13(a)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)이 전진하고, 상기 전진위치의 직전의 위치(상기 분출위치)에서 정지한다. 이 때에 혼(31)과 앤빌(32)의 선단 상호간이 기체유입부(16a)의 양면의 필름의 두께보다 조금 큰 간격(D)을 두고 서로 대향하고 있다. 또한 도11(b)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)의 분출구(47, 52)의 내경(지름)은, 에어백부(16)의 기체유입부(16a)의 지름보다 작게 설정되어 있다. 이에 따라 분출구(47, 52)로부터 분출되는 기체가 기체유입부(16a)에 집중되어, 에어백부(16)에 효율적으로 기체를 흡입시킬 수 있다. 또 기체유입부(16a)가 원형이 아닌 경우에, 분출구(47, 52)의 내경을 기체유입부의 폭(자루폭방향의 폭)보다 작게 설정하면 좋다.
혼(31)과 앤빌(32)이 상기 분출위치에 정지함과 동시에 또는 그 전후의 적절한 타이밍에서, 상기 분출구(47, 52)로부터 가압기체의 분출이 시작된다. 분출구(47, 52)로부터 슬릿(19)을 통하여 에어백부(16)의 기체유입부(16a) 내로 기체가 흡입되면, 기체유입부(16a)의 양면의 필름(17, 18)이 팽창하여, 도13(b)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)의 평탄한 선단면(先端面)(54, 55)(도9를 참조)에 밀착된다. 이 때문에 기체유입부(16a)는 그 이상 팽창되지 않아, 그 팽창형태는 얇고 편평한 형상으로 제한된다. 상기 간격(D)은, 기체유입부(16a)의 팽창형태가 편평한 형상이 되도록 설정되어 있다.
기체유입부(16a)에 들어간 가압기체는, 그리퍼(21)에 파지된 협폭부(16b)의 표리 양면의 필름을 홈(24)의 깊이분만큼 넓혀서, 양 필름 사이에 형성된 간극으로부터 본체부(16c)로 유입되어 본체부(16c)를 팽창시킨다. 본체부(16c)가 팽창된 상태가 도13(c)에 나타나 있다.
혼(31)과 앤빌(32)이 상기 분출위치에 정지한 후에, 소정의 타이밍에서 다시 에어실린더(37)가 작동하여, 혼(31)과 앤빌(32)이 전진함으로써 즉시 상기 전진위치에 도달하여, 도10(c)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)의 선단이, 에어백부(16)의 기체유입부(16a)(슬릿(19)의 주위의 필름)를 협지함으로써, 얇고 편평한 형상으로 팽창되어 있었던 기체유입부(16a)를 평평하게 찌부러뜨린다.
이어서 초음파 진동발생기(36)로부터 초음파 진동이 발신(發信)되어 진동에너지가 혼(31)에 공급됨으로써, 도12(a)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)에 의하여 협지된 장소(피협지장소)의 형상(혼(31)의 선단면(54)의 형상)과 일치하는 링모양의 초음파 밀봉부(56)(해칭된 링모양의 장소)가 형성된다. 기체유입부(16a)는, 슬릿(19) 자체는 전부 또는 대부분이 밀봉되지 않지만 슬릿(19)의 주위의 필름이 밀봉되기 때문에, 에어백부(16) 내의 기체가 슬릿(19)으로부터 누설되지 않아, 기체는 에어백부(16) 내에 봉입된다.
초음파 밀봉이 종료(초음파의 발신이 종료)되면, 초음파 진동에 의한 마찰열의 발생이 없어지게 되어, 혼(31)과 앤빌(32)의 선단에서 협지된 초음파 밀봉부(56)는, 당해 혼(31)과 앤빌(32)에 의하여 즉시 냉각된다. 초음파 밀봉이 종료된 후에, 적절한 타이밍에서 에어실린더(37)가 반대로 작동하여 혼(31)과 앤빌(32)이 후퇴함으로써, 도10(d)에 나타내는 바와 같이 상기 후퇴위치에서 정지한다.
또 분출구(47, 52)로부터의 가압기체의 분출은, 적어도 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 전진위치에 도달하여 기체유입부(16a)를 협지하기 직전까지 계속되는 것이 바람직하다.
(f)정지위치(Ⅵ)(제1밀봉공정위치)에 있어서, 한 쌍의 열판(33, 33)이 자루입구(14)를 협지하여 열밀봉함으로써 밀봉부(57)가 형성된다(도12(b)를 참조). 에어백부(16)의 밀봉은 이미 완료되어 있기 때문에, 이 시점에서 열판(33, 33)에 의하여 슬릿(19)의 장소를 협지할 필요는 없다.
(g)정지위치(Ⅶ)(제2밀봉공정위치)에 있어서, 한 쌍의 열판(34, 34)이 밀봉부(57)를 다시 협지하여 2회째의 열밀봉을 한다.
(h)정지위치(Ⅷ)(밀봉부 냉각 및 배출공정위치)에 있어서, 한 쌍의 냉각판(35, 35)이 밀봉부(57)를 협지하여 냉각시킨다. 계속하여 냉각 중에 그리퍼(21, 22)가 열리고 또한 냉각판(35, 35)이 열림으로써, 자루(11)(자루제품)가 낙하되어 슈트(chute)(50)에 의하여 장치 외부로 배출된다.
(2)제2실시형태
상기 제1실시형태에서는, 에어백 부착 자루(11)에 있어서 기체유입부(16a)의 양면의 필름(17, 18)에 슬릿(19)이 형성되어 있었지만, 어느 일방의 필름에만 슬릿이 형성되어 있더라도 좋다. 이 경우에 혼(31)과 앤빌(32) 중에서 일방이, 슬릿이 형성되어 있지 않은 측의 필름을 지지하는 수용부재(예를 들면 일본국 공개특허 특개2007-118961호 공보의 수용부재(12)를 참조)가 된다. 수용부재가 되는 측에는, 내부에 기체의 유로를 형성할 필요가 없다.
(3)제3실시형태
상기 제1실시형태에서는, 혼(31)과 앤빌(32)이 대피위치와 전진위치 및 분출위치의 3개의 위치에 정지하도록 되어 있었지만, 대피위치와 전진위치에서만 정지하도록 되어 있더라도 좋다. 즉 전진위치에 있어서 에어백부에 대한 가압기체의 분출과 초음파 밀봉의 양방의 공정이 이루어진다. 이 경우에 에어실린더(37)는 2포지션 타입의 것이더라도 좋다. 또한 혼(31)에는 세로진동(용착면(溶着面)에 대하여 수직방향의 진동)의 진동에너지가 공급된다.
이하, 이 실시형태에 대하여 도14, 도15(및 도8, 도9)를 참조하여 구체적으로 설명한다.
자루(11)가 정지위치(V)(도8을 참조)에 정지하였을 때에, 도14(a)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)은 후퇴하여 대피위치에 있다.
에어실린더(37)(도9를 참조)가 작동되어 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 대피위치로부터 전진하고, 그 도중에서 혼(31)과 앤빌(32)의 선단의 분출구(47, 52)로부터 기체의 분출이 시작된다. 도14(b)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 전진위치에 접근함에 따라 슬릿(19)을 통하여 에어백부(16) 내로 기체가 유입되어, 에어백부(16)가 팽창된다. 계속하여 도14(c) 및 도15(a)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 전진위치에 도달하고, 그들의 선단면(54, 55)(도9를 참조)이 슬릿(19)의 주위의 필름을 협지한다. 분출구(47, 52)로부터의 기체의 분출은 계속되고 있지만, 이 시점에서 에어백부(16) 내에 대한 기체의 유입이 스톱(stop)된다. 혼(31)과 앤빌(32)은 상기 대피위치로부터 상기 전진위치에 매우 단시간에 도달하고, 그 사이에 에어백부(16) 내로 흡입되는 기체의 양은 불충분하여, 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 전진위치에 도달한 시점에서 에어백부(16)의 팽창이 부족하게 된다.
이어서 혼(31)에 세로진동의 초음파 진동에너지가 공급되어, 혼(31)이 미세한 진폭(수 10μm∼수백 10μm 정도) 및 높은 주파수에 의하여 진동(앤빌(32)에 대하여 전진 또는 후퇴)됨으로써 초음파 밀봉이 시작된다. 혼(31)의 진동방향을 도15(b)에 양쪽 화살표로 나타낸다. 혼(31)이 상기 진폭의 크기만큼 후퇴하여 혼(31)과 앤빌(32)의 간격이 넓어졌을 때에, 분출구(47, 52)로부터 분출되는 기체의 압력에 의하여 피협지장소(혼(31)과 앤빌(32)의 선단면(54, 55)에 의하여 협지된 장소)의 양면의 필름이 넓혀져서 미세한 간극이 형성되고, 그 순간에 상기 간극을 통하여 기체가 에어백부(16) 내로 유입된다.
시간이 경과함에 따라 에어백부(16) 내로 유입되는 기체의 양이 증가하고, 그에 따라 에어백부(16)가 팽창되고(도14(d), 도15(b)를 참조), 이어서 필름 내층의 실란트(sealant)가 마찰열에 의하여 용융되어 상기 간극이 막혀서(이 시점에서 에어백부(16) 내에 대한 기체의 유입은 다시 스톱된다), 상기 피협지장소의 양면의 필름이 밀봉된다. 혼(31)에 초음파 진동에너지가 공급되는 시간은 일반적으로 매우 단시간(1.0초 이내, 보통은 0.2∼0.4초 정도)이지만, 그 사이에 에어백부(16)에 대한 기체의 분출과, 계속하여 에어백부(16)의 초음파 밀봉이 이루어져서, 기체는 에어백부(16) 내에 봉입된다. 초음파 밀봉 후에 분출구(47, 52)로부터의 기체의 분출을 정지한다. 초음파 밀봉부는, 도12(a)에 나타내는 초음파 밀봉부(56)와 마찬가지로 혼(31)의 선단면(54)의 형상과 같은 링모양으로 된다.
혼(31)에 대한 진동에너지의 공급이 정지되어 초음파 밀봉이 종료되면, 필름의 초음파 밀봉부에 마찰열의 발생이 없어지게 되어, 혼(31)과 앤빌(32)의 선단에 의하여 협지된 초음파 밀봉부는 당해 혼(31)과 앤빌(32)에 의하여 즉시 냉각된다. 초음파 밀봉이 종료된 후에, 적절한 타이밍에서 에어실린더(37)가 반대로 작동되어 혼(31)과 앤빌(32)이 후퇴됨으로써, 도14(e)에 나타내는 바와 같이 상기 후퇴위치에서 정지된다.
초음파 밀봉의 시간은 일반적으로 매우 단시간이기 때문에 그 사이에 에어백부(16) 내로 유입되는 기체의 양은 많지 않다. 그러나 상기한 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)이 슬릿(19)의 주위의 필름을 협지하기 전에 불충분하지만 어느 정도 양의 기체가 에어백부(16) 내에 흡입되어 있기 때문에, 전체로서 에어백부(16) 내로 충분한 양의 기체를 흡입시켜서 에어백부(16)를 충분히 팽창시킬 수 있다.
(4)제4실시형태
이 실시형태에서도 상기 제3실시형태와 마찬가지로 혼(31)과 앤빌(32)은 대피위치와 전진위치에서만 정지된다. 그러나 상기 제3실시형태에서는 혼(31)과 앤빌(32)의 선단면(54, 55)이 평탄하였던 것에 대하여, 이 실시형태에서는 상기 선단면(54, 55)의 일방 또는 쌍방에 미세한 오목홈이 형성되어 있는 점에서 다르다.
이하, 이 실시형태에 대하여 도16∼도18을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도17, 도18에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)의 선단면(54, 55)의 전체 면에, 양단이 내주(분출구(47, 52)) 또는/및 외주로 관통하는 가는 격자모양의 오목홈(58, 59)이 형성되어 있다. 이 혼(31)과 앤빌(32)을 사용하여 에어백부(16) 내에 대한 기체의 분출 및 에어백부(16)의 초음파 밀봉은, 예를 들면 다음과 같이 이루어진다.
자루(11)가 정지위치(V)(도8을 참조)에 정지하였을 때에, 도16(a)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)은 후퇴하여 대피위치에 있다.
에어실린더(37)(도9를 참조)가 작동되어 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 대피위치로부터 전진하고, 상기 전진위치에 도달하여 도16(b)에 나타내는 바와 같이 선단에서, 에어백부(16)의 기체유입부(16a)에 형성된 슬릿(19)의 주위의 필름을 협지하고, 이어서 선단의 분출구(47, 52)로부터 기체를 분출한다.
슬릿(19)으로부터 기체유입부(16a) 내로 들어간 기체는, 오목홈(58, 59)의 내측에 있어서 기체유입부(16a)의 필름을 오목홈(58, 59) 내로 넓혀서, 양면의 필름의 사이에 다수의 작은 간극을 발생시킨다. 기체는 상기 간극을 통하여 그 앞의 협폭부(16b)로 유입되고, 또한 그 앞의 본체부(16c)로 유입되어 에어백부(16)를 팽창시킨다. 다만 슬릿(19)의 주위의 필름은, 혼(31)과 앤빌(32)의 선단에서 협지된 채로 팽창되지 않아, 오목홈(58, 59) 내로 조금 넓혀지는 것뿐이다.
계속하여 소정의 타이밍에서 초음파 진동발생기(36)로부터 초음파 진동이 발신되어 혼(31)에 초음파 진동에너지가 공급됨으로써, 혼(31)과 앤빌(32)의 선단에서 협지된 장소(슬릿(19)의 주위)의 양면의 필름이 초음파 밀봉된다. 이 초음파 밀봉에 있어서, 오목홈(58, 59)의 내측에서는 양면의 필름의 사이에 작은 간극이 발생하고 있기 때문에 마찰열이 발생하지 않아 내층의 실란트가 용융되지 않지만, 그 근방의 용융된 실란트에 의하여 상기 간극이 막혀서(이 시점에서 에어백부(16) 내에 대한 기체의 유입은 스톱된다), 오목홈(58, 59)의 내측의 필름을 포함하여 밀봉이 이루어져서, 기체는 에어백부(16) 내에 봉입된다. 또 혼(31)에 공급되는 진동에너지가 세로진동의 진동에너지인 경우에, 상기 제3실시형태에서 설명한 작용(혼(31)이 진동됨으로써 피협지장소의 양면의 필름 사이에 미세한 간극을 형성하고, 상기 간극을 통하여 기체가 에어백부(16) 내로 유입되는 작용)도 동시에 얻어진다.
혼(31) 또는 앤빌(32)의 선단면(54, 55)에 형성되는 오목홈(58, 59)의 폭(w)과 깊이(d)는, 에어백부(16) 내로 기체를 흡입할 때에 상기 간극이 발생하고, 초음파 밀봉을 할 때에 상기 간극이 주위의 용융된 실란트에 의하여 메워지는 정도의 크기로 설정된다.
초음파 밀봉부는, 도12(a)에 나타내는 초음파 밀봉부(56)와 마찬가지로 혼(31)의 선단면(54)의 형상과 동일한 링모양으로 된다.
초음파 밀봉이 종료(초음파의 발신이 종료)되면, 초음파 진동에 의한 마찰열의 발생이 없어지게 되어, 혼(31)과 앤빌(32)의 선단에서 협지된 초음파 밀봉부는 당해 혼(31)과 앤빌(32)에 의하여 즉시 냉각된다. 초음파 밀봉이 종료된 후에, 적절한 타이밍에서 에어실린더(37)가 반대로 작동되어 혼(31)과 앤빌(32)이 후퇴됨으로써, 도16(c)에 나타내는 바와 같이 상기 후퇴위치에서 정지된다.
: 일본국 공개특허 특개2004-331109호 공보 : 일본국 공개특허 특개2010-23887호 공보 : 일본국 공개특허 특개2015-6915호 공보 : 일본국 공개특허 특개2004-255742호 공보 : 일본국 공개특허 특개2014-139090호 공보 : 일본국 공개특허 특개2014-169117호 공보 : 일본국 공개특허 특개2014-181064호 공보
특허문헌1∼3에 나타내는 예에서는, 피충전물의 충전 후에 있어서 자루의 입구의 밀봉에 초음파 밀봉이 이용되고 있다. 초음파 밀봉이 이루어질(초음파 밀봉장치의 혼과 앤빌에 의하여 자루의 밀봉 예정부가 협지되고, 혼에 초음파 진동에너지가 공급될) 때에, 한 쌍의 그리퍼의 간격이 넓혀져서, 밀봉 예정부 및 그 근방은 긴장되어 평평하게 닫혀져 있다(예를 들면 특허문헌1의 도1을 참조). 이러한 자루입구의 밀봉의 경우에, 초음파 밀봉에 의하여 자루에 손상이 발생하는 등의 문제는 특히 발생하지 않는다.
한편 일본국 특허출원 특원2014-99452의 발명과 같이 가압기체에 의하여 팽창된 에어백부(16)를 초음파 밀봉하는 경우에, 다음과 같은 문제가 발생한다.
도6(a)에 나타내는 바와 같이 자루(11)의 에어백부(16)에 가압기체가 흡입되고, 혼(31)과 앤빌(32)이 전진위치에 도달하였을 때에 혼(31)과 앤빌(32)에 끼워진 장소의 필름(17, 18)은 가압되어 평평하게 됨으로써, 당해 장소보다 아래의 부분(에어백부(16)의 협폭부(16b))은 가압기체에 의하여 팽창되어, 양 필름(17, 18)의 사이에 간극이 형성되어 있다.
이 상태에서 초음파 밀봉을 하면, 혼(31)과 앤빌(32)에 끼워진 장소(피협지장소)에 인접하는 영역에 있어서, 불룩하게 된 에어백부(16)의 협폭부(16b)의 필름(18)(혼(31)측의 필름)에 상처가 나거나 구멍이 뚫리거나 하는 경우가 있다. 상기 영역(도6(a)에 A로 나타낸다)은, 대략 상기 피협지장소의 하단(불룩한 부분의 상단)에서부터 하방으로 몇 mm 정도까지의 범위이다.
또 도6(b)에 나타내는 바와 같이 자루(11)의 에어백부(16)에 가압기체를 흡입시키지 않고, 동일 장소에서 초음파 밀봉만을 한 경우에, 상기 문제는 발생하지 않는다.
또한 특허문헌4에 기재된 발명과 같이 자루와 스파우트의 본밀봉공정을, 열판에 의한 밀봉에 대신하여 초음파 밀봉에 의하여 하는 경우에도 동일한 문제가 발생한다.
도7에 나타내는 바와 같이 스파우트 지지부재(61)에 지지된 스파우트(62)에 대하여 자루(63)가 공급되고, 자루입구에 스파우트(62)의 하부의 피밀봉부(62a)(평면에서 볼 때에 배(舟)모양/일본국 공개특허 특개2009-132001호 공보의 피밀봉부(4)를 참조)가 삽입되고, 혼(64)과 앤빌(65)이 피밀봉부(62a)의 위치에서 자루(63)의 양면의 필름(66, 67)을 협지하고 있다. 피밀봉부(62a)의 하방에는, 양 필름(66, 67)의 사이에 간극이 형성되어 있다.
이 상태에서 초음파 밀봉을 하면, 자루(63)의 양면의 필름(66, 67) 상호간 및 필름(66, 67)과 피밀봉부(62a)가 밀봉되지만, 혼(64)과 앤빌(65)에 끼워진 장소(피협지장소)에 인접하는 영역에 있어서, 필름(67)(혼(64)측의 필름)에 상처가 나거나 구멍이 뚫리거나 하는 경우가 있다. 상기 영역(도7(a), (b)에 B로 나타낸다)은, 대략 상기 피협지장소의 하단에서부터 하방으로 몇 mm 정도까지의 범위이다.
본 발명자들의 지견(知見)에 의하면, 상기 문제는, 상기 피협지장소에 인접하는 영역에 있어서 양면의 필름 사이에 간극이 형성되어 있는 경우에 한하여 발생한다. 에어백부의 초음파 밀봉에서는 팽창된 에어백부의 양면의 필름 사이에 간극이 형성되어 있고, 스파우트의 초음파 밀봉에서는 스파우트의 밀봉부의 하방에 있어서 양 필름 사이에 간극이 형성되어 있다. 상기 피협지장소에 인접하는 영역에 있어서 양면의 필름 사이에 간극이 형성되어 있는 경우에 한하여 상기 문제점이 발생하는 이유는 분명하지는 않지만, 본 발명자들은, 상기 영역의 필름이 혼의 선단의 하단부에 접촉되어 진동되거나 혹은 혼의 진동이 혼측의 필름의 상기 영역에 집중하여 전달되어 상기 영역의 필름이 공진(共振)을 일으켜서 가열됨으로써, 동(同) 필름이 더군다나 내층의 실란트를 연화(軟化)시키고 또한 용융시키는 것이 원인이 아닌가라고 추측하고 있다. 이 현상은, 특히 알루미늄박(aluminium箔)을 적층(積層)한 필름인 경우에 일어나기 쉽다.
본 발명은, 자루의 양면의 필름 상호간 또는 자루의 양면의 필름과 필름 사이에 끼워진 부품을 초음파 밀봉하는 경우에 발생하는 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것으로서, 혼과 앤빌에 끼워진 장소에 인접하는 영역에 있어서 혼측의 필름에 상처가 나거나 구멍이 뚫리는 문제가 발생하는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 초음파 밀봉장치의 혼과 앤빌에 의하여 자루를 양면에서 협지하여 가압하고, 혼으로부터 전달되는 초음파 진동에너지에 의하여, 자루의 양면의 필름 상호간 또는 자루의 양면의 필름과 상기 필름 사이에 끼워진 부품을 밀봉하는 초음파 밀봉방법에 있어서, 혼과 앤빌이 협지한 장소(피협지장소)에 인접하는 영역에 있어서 양면의 필름 사이에 간극이 형성되는 경우에, 혼측으로부터 상기 영역을 향하여 접촉부재를 전진시켜서 혼측의 필름에 가압하고, 그 상태에서 혼에 초음파 진동에너지를 공급하는 것을 특징으로 한다.
이 초음파 밀봉방법은 예를 들면 다음과 같은 실시형태를 취할 수 있다.
(1)상기 자루가, 자루의 측부 가장자리의 밀봉부에 세로방향으로 연장되는 에어백부가 일체적으로 형성되고, 에어백부의 기체유입부의 필름에 에어백부 내와 자루 외를 통하게 하는 슬릿 또는 구멍이 형성된 에어백 부착 자루이고, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 일단이 압력기체 공급원에 접속되고 타단이 선단으로 개구되는 기체의 유로가 형성되고, 상기 유로의 타단이 가압기체의 분출구로 되어 있어, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 의하여 상기 기체유입부를 통하여 에어백부 내로 기체를 흡입시켜서 에어백부를 팽창시킨 후에, 상기 슬릿 또는 구멍의 주위의 필름을 초음파 밀봉한다. 이 경우에 상기 간극은, 에어백부가 팽창됨으로써 상기 에어백부의 양 필름 사이에 형성되는 간극이다.
(2)상기 (1)의 경우에 있어서, 에어백부를 팽창시키기 전에, 접촉부재를 소정위치에 전진시켜 두고, 에어백부가 팽창될 때에 혼측의 필름이 접촉부재에 가압되도록 한다. 본 발명은, 이와 같이 양 필름이 팽창되었을 때에 혼측의 필름이 상기 접촉부재에 가압되고, 자연팽창 시의 형상과는 다른 형상으로 팽창되는 경우를 포함한다.
(3)상기 부품이 스파우트이고, 상기 자루의 입구에 스파우트의 피밀봉부를 삽입한 후에, 혼과 앤빌에 의하여 상기 자루의 입구를 양면에서 협지하여 가압하고, 자루의 양면의 필름 상호간 및 양면의 필름과 상기 필름 사이에 끼워진 상기 피밀봉부를 초음파 밀봉한다. 이 경우에 상기 간극은, 자루의 입구에 스파우트의 피밀봉부가 삽입됨으로써 자루입구의 하부에 형성되는 양 필름 사이의 간극이다.
또한 본 발명에 관한 초음파 밀봉장치는, 상기 초음파 밀봉방법을 실시하기 위한 것으로서, 혼과 앤빌 이외에 혼의 근방에 배치되고 가압위치와 거기에서 후퇴한 후퇴위치의 사이에서 진퇴하는 접촉부재를 구비한다. 상기 접촉부재는 혼에 초음파 진동에너지가 공급될 때에 상기 가압위치에 위치하고, 상기 가압위치에 있어서 혼측의 필름의 혼과 앤빌이 협지한 장소(피협지장소)에 인접하는 영역에 가압된다.
이 초음파 밀봉장치는, 예를 들면 다음과 같은 실시형태를 취할 수 있다.
(1)상기 접촉부재가 혼과 함께 진퇴한다.
(2)상기 자루가, 자루의 측부 가장자리의 밀봉부에 세로방향으로 연장되는 에어백부가 일체적으로 형성되고, 에어백부의 기체유입부의 필름에 에어백부 내와 자루 외를 통하게 하는 슬릿 또는 구멍이 형성된 에어백 부착 자루이고, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 일단이 압력기체 공급원에 접속되고 타단이 선단으로 개구되는 기체의 유로가 형성되고, 상기 유로의 타단이 가압기체의 분출구로 되어 있어, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 의하여 상기 기체유입부를 통하여 에어백부 내에 기체를 흡입하여 에어백부를 팽창시킨 후에, 상기 슬릿 또는 구멍의 주위의 필름을 초음파 밀봉하고, 상기 접촉부재는 상기 가압위치에 있어서 에어백부의 혼측의 필름에 가압된다.
(3)상기 부품이 스파우트이고, 혼과 앤빌에 의하여 상기 자루의 입구를 양면에서 협지하여 가압하고, 자루의 양면의 필름 상호간 및 자루의 양면의 필름과 상기 필름 사이에 끼워진 상기 스파우트의 피밀봉부를 초음파 밀봉한다. 상기 접촉부재는 자루입구의 하부의 혼측의 필름에 가압된다.
상기 초음파 밀봉장치는, 에어백 부착 자루에 대한 기체봉입장치(도8을 참조)나 스파우트 부착 자루의 제조장치(특허문헌4를 참조)에 적합하게 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 자루의 양면의 필름 상호간 또는 자루의 양면의 필름과 필름 사이에 끼워진 부품을 초음파 밀봉하는 경우에, 혼과 앤빌에 끼워진 장소(피협지장소)에 인접하는 영역에 있어서 자루의 양면의 필름 사이에 간극이 발생하고 있을 때라도, 당해 영역에 있어서 혼측의 필름에 상처가 나거나 구멍이 뚫리는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 혼측으로부터 상기 영역을 향하여 접촉부재를 전진시켜서, 접촉부재의 선단을 혼측의 필름에 가압(상기 영역에 있어서 혼측의 필름이 접촉부재에 압입되어 변형되거나 또는 팽창하는 혼측의 필름이 접촉부재에 가압되고, 자연팽창 시의 형상과는 다른 형상으로 팽창한다)함으로써 상기 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이유는 불분명하지만, 접촉부재가 혼측의 필름에 상기한 바와 같이 접촉됨으로써, 혼의 선단 하부 코너와 혼측의 필름과의 직접적인 접촉이 완화되거나 혹은 혼측의 필름에 있어서 초음파 진동의 공진이 억제되기 때문이 아닌가라고 추측된다.
도1은, 본 발명에 관한 초음파 밀봉장치의 측면도이다.
도2는, 도1에 나타내는 초음파 밀봉장치를 사용한 기체봉입방법(초음파 밀봉방법을 포함한다)을 공정순으로 설명하는 측면도(a)∼(d)이다.
도3은, 도2에 나타내는 기체봉입방법(초음파 밀봉방법)에 있어서의 접촉부재의 작동의 하나의 형태를 설명하는 확대 측면도이다.
도4는, 도2에 나타내는 기체봉입방법(초음파 밀봉방법)에 있어서의 접촉부재의 작동의 다른 형태를 설명하는 확대 측면도이다.
도5는, 본 발명에 관한 초음파 밀봉방법을 스파우트 부착 자루의 제조에 적용하였을 때의 접촉부재의 작동에 대하여 설명하는 측면도(a) 및 정면도(b)이다.
도6은, 선행출원에 관한 발명의 문제점을 설명하는 도면이다.
도7은, 특허문헌4에 기재된 발명의 문제점을 설명하는 도면이다.
도8은, 선행출원의 발명에 관한 기체봉입장치를 포함하는 로터리식 포장기의 모식적인 사시도이다.
도9는, 선행출원의 발명에 관한 초음파 밀봉장치의 측면도이다.
도10은, 선행출원의 발명에 관한 기체봉입방법을 공정순으로 설명하는 측면도(a)∼(d)이다.
도11은, 선행출원의 발명에 관한 기체봉입방법을 공정순으로 설명하는 정면도(a), (b)이다.
도12는, 도11에 나타내는 기체봉입방법의 계속되는 공정을 공정순으로 설명하는 정면도(a), (b)이다.
도13은, 선행출원의 발명에 관한 기체기체봉입방법을 설명하는 요부 확대 평면도(a)∼(c)이다.
도14는, 선행출원의 발명에 관한 다른 기체봉입방법을 공정순으로 설명하는 측면도(a)∼(d)이다.
도15는, 도14에 나타내는 기체봉입방법에 있어서 혼과 앤빌이 에어백부의 기체유입부에 형성된 슬릿의 주위의 필름을 협지하였을 때의 상기 혼과 앤빌의 단면도로서, (a)는 초음파 진동에너지를 혼에 공급하기 전, (b)는 공급개시 후의 단면도이다.
도16은, 선행출원의 발명에 관한 또 다른 기체봉입방법을 공정순으로 설명하는 측면도(a)∼(c)이다.
도17은, 도16에 나타내는 기체봉입방법에 사용하는 혼과 앤빌의 정면도(a) 및 그 일부 확대 측면도(b)이다.
도18은, 도16에 나타내는 기체봉입방법에 있어서 혼과 앤빌이 에어백부의 기체유입부에 형성된 슬릿의 주위의 필름을 협지하였을 때의 상기 혼과 앤빌의 단면도이다.
이하, 주로 도1∼도5를 참조하여, 본 발명에 관한 초음파 밀봉방법(超音波 密封方法) 및 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
도1에 본 발명에 관한 초음파 밀봉장치를 나타낸다. 이 초음파 밀봉장치는, 도9에 나타내는 초음파 밀봉장치를 개량한 것으로서, 접촉부재(接觸部材)(71)를 구비하는 점에서만, 도9에 나타내는 초음파 밀봉장치와 다르다. 도1에 있어서, 도9에 나타내는 초음파 밀봉장치와 실질적으로 동일한 부위에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
접촉부재(71)는, 부착 플레이트(附着 plate)(72)를 통하여 혼(horn)(31)측의 부착부재(41)에 고정되고, 혼(31)의 바로 아래위치에 있어서 혼(31)과 함께 혼(31)과 동일한 방향으로 진퇴한다. 부착부재(41)의 위치는 초음파 진동의 진폭이 제로(노들 포인토(nodal point))로서, 접촉부재(71) 자체는 진동하지 않는다. 또 접촉부재(71)는 판모양의 금속 또는 플라스틱으로 이루어지고, 자루(11)와 접촉되는 선단부(先端部)에는, 자루(bag)(11)의 손상을 방지하기 위하여 필요에 따라 고무재(rubber材)가 부착된다.
도1에 나타내는 초음파 밀봉장치를, 도8에 나타내는 로터리식 포장기(rotary式 包裝機)의 정지위치(V)의 근방에 도9에 나타내는 초음파 밀봉장치를 대신하여 설치하였을 경우의 기체봉입방법(氣體封入方法)(초음파 밀봉방법을 포함한다)에 대하여, 도2 및 도3을 참조하여 설명한다. 또 도1∼도3에 나타내는 자루(11)는, 도11에 나타내는 자루(11)와 동일한 구조를 갖고, 상기 로터리식 포장기의 자루이송용 그리퍼(gripper)(21, 22)에 양측 가장자리를 파지(把持)하여 매달고 원형(圓形)의 이송경로를 따라 간헐적(間歇的)으로 이송된다. 상기 로터리식 포장기에서는, 각 정지위치에 있어서 도8에 관련하여 설명한 바와 같은 각 포장공정이 순차적으로 이루어지고, 더불어 정지위치(V)에 있어서 에어백부(air bag部)(16)에 대한 기체의 분출공정(噴出工程) 및 에어백부(16)의 밀봉공정(密封工程)으로 이루어지는 기체봉입방법이 실시된다.
자루(11)가 정지위치(V)에 정지하였을 때에, 도2(a)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(anvil)(32)은 후퇴하여 대피위치에 있다. 계속하여 에어실린더(air cylinder)(37)가 작동하여 도2(b) 및 도3(a)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)이 전진하고, 상기 전진위치의 직전의 위치(상기 분출위치)에서 정지한다. 이 때에 혼(31)과 앤빌(32)의 선단 상호간이 기체유입부(氣體流入部)(16a)의 양면의 필름의 두께보다 조금 큰 간격(D)을 두고 서로 대향(對向)하고 있다. 또한 접촉부재(71)가 혼(31)과 함께 전진하고 있다. 또 도2, 도3에 나타내는 기체봉입방법에 있어서, 혼(31)과 앤빌(32)의 움직임 및 가압기체의 분출이나 초음파 밀봉 등의 타이밍은, 앞에서 도10을 참조하여 설명한 바와 같다.
혼(31)과 앤빌(32)이 상기 분출위치에 정지함과 동시에 또는 그 전후의 적절한 타이밍에서, 상기 분출구(47, 52)로부터 가압기체(加壓氣體)의 분출이 시작된다. 분출구(47, 52)로부터 슬릿(slit)(19)을 통하여 에어백부(16)의 기체유입부(16a) 내로 기체가 흡입되면, 기체유입부(16a)의 양면의 필름(17, 18)이 팽창되어, 도3(b)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)의 평탄한 선단면(先端面)(54, 55)에 밀착된다.
기체유입부(16a)로 들어간 가압기체는, 그리퍼(21)에 파지된 협폭부(狹幅部)(16b)의 표리 양면의 필름을 홈(24)의 깊이분만큼 넓혀서, 양 필름 사이에 형성된 간극으로부터 본체부(本體部)(16c)로 유입되어 본체부(16c)를 팽창시킨다. 이 예에서는, 접촉부재(71)의 선단이 팽창된 협폭부(16b)의 필름(18)(혼(31)측의 필름)에 조금 접촉되어 있다. 접촉부재(71)가 접촉되는 위치는, 혼(31)과 앤빌(32)이 협지(挾持)한 장소(피협지장소)에 인접하는 영역(바로 아래위치)으로서, 도6에 나타내는 영역(A)이다. 다만 이 시점에서 접촉부재(71)의 선단이 필름(18)에 접촉되어 있지 않더라도 좋다.
혼(31)과 앤빌(32)이 상기 분출위치에 정지한 후에, 소정의 타이밍에서 다시 에어실린더(37)가 작동되어 혼(31)과 앤빌(32)이 전진하여 즉시 상기 전진위치에 도달함으로써, 도2(c) 및 도3(c)에 나타내는 바와 같이 혼(31)과 앤빌(32)의 선단이, 에어백부(16)의 기체유입부(16a)(슬릿(19)의 주위의 필름)을 협지(挾持)하여, 얇고 편평한 형상으로 팽창되어 있었던 기체유입부(16a)를 평평하게 찌부러뜨린다. 이 때에 혼(31)과 함께 접촉부재(71)가 전진하고, 그 선단이 팽창된 협폭부(16b)의 필름(18)에 가압된다. 이에 따라 팽창되어 있었던 필름(18)은, 상기 영역(A)에서 내측으로 변형된다. 또 접촉부재(71)는 평면에서 볼 때에 협폭부(16b)의 폭 이상의 폭을 갖고, 협폭부(16b)의 전체 폭에 걸쳐서 필름(18)에 가압되는 것이 바람직하다.
이어서 초음파 진동발생기(36)로부터 초음파 진동이 발신(發信)되어 진동에너지가 혼(31)에 공급됨으로써, 슬릿(19)의 주위의 필름이 초음파 밀봉되어 기체는 에어백부(16) 내에 봉입된다. 이 초음파 밀봉의 사이에, 접촉부재(71)가 팽창된 협폭부(16b)의 필름(18)에 가압되어 있음으로써, 협폭부(16b)의 필름(18)에 상처가 나거나 구멍이 뚫리거나 하는 것이 방지된다.
초음파 밀봉이 종료(초음파 진동에너지의 공급이 종료)되면, 초음파 진동에 의한 마찰열의 발생이 없어지게 되어, 혼(31)과 앤빌(32)의 선단에서 협지된 초음파 밀봉부(超音波 密封部)(56)(도12를 참조)는, 당해 혼(31)과 앤빌(32)에 의하여 즉시 냉각된다. 초음파 밀봉이 종료된 후에, 적절한 타이밍에서 에어실린더(37)가 반대로 작동되어 혼(31)과 앤빌(32)이 후퇴함으로써, 도2(d)에 나타내는 바와 같이 상기 후퇴위치에서 정지된다. 접촉부재(71)의 혼(31)과 함께 후퇴한다.
도2, 도3에 나타내는 예에서는 접촉부재(71)가, 에어백부(16)가 팽창된 후에 가압위치(가장 전진한 위치)에 도달하였지만, 도4에 나타내는 바와 같이 에어백부(16)가 팽창되기 전에 미리 가압위치에 도달하도록 하더라도 좋다. 이 경우에 접촉부재(71)는 혼(31)과 함께 진퇴시키는 것이 아니라(부착부재(41)에 설치하는 것이 아니라), 혼(31)과는 독립된 구동수단에 의하여 진퇴시킬 필요가 있다.
도4에 있어서 혼(31)과 앤빌(32)의 움직임 및 가압기체의 분출이나 초음파 밀봉 등의 타이밍은, 도2, 도3과 동일하다. 한편 접촉부재(71)는, 혼(31)과 앤빌(32)이 상기 분출위치에 도달한 시점에서, 도4(a)에 나타내는 바와 같이 전진하여 가압위치에 도달되어 있다. 이 때문에 가압기체가 에어백부(16) 내로 흡입되어 에어백부(16)(협폭부(16b))가 팽창되면, 상기 영역(A)에 있어서 필름(18)이 접촉부재(71)에 접촉되어 가압됨으로써 자유팽창(自由膨脹)을 할 수 없어 내측으로 변형된다.
계속하여 혼(31)과 앤빌(32)이 전진하여 상기 전진위치에 도달하였을 때에도, 도4(c)에 나타내는 바와 같이 접촉부재(71)는 상기 가압위치에 있고, 이 상태에서 혼(31)에 초음파 진동에너지가 공급되어 초음파 밀봉이 이루어진다.
또 도2∼도4에 나타낸 예에서는, 본 발명에 관한 기체봉입방법(접촉부재(71)를 사용하는 방법)을, 본원 명세서에 개시한 일본국 특허출원 특원2014-99452에 관한 발명의 제1실시형태(도8∼도15)에 적용한 것이지만, 제2실시형태, 제3실시형태(도14, 도15), 제4실시형태(도16∼도18)에 적용할 수도 있다. 또한 일본국 특허출원 특원2014-99452의 명세서 및 도면에 개시된 것 이외의 모든 실시형태에 적용할 수도 있다.
다음에 본 발명에 관한 초음파 밀봉장치를, 특허문헌4에 기재된 로터리식 스파우트삽입 밀봉장치(rotary式 spout揷入 密封裝置)(스파우트 부착 자루의 제조장치)의 본밀봉공정(本密封工程)에 적용하였을 경우의 초음파 밀봉방법에 대하여, 도5를 참조하여 설명한다. 도5에 있어서, 도7에 나타내는 스파우트, 자루 및 초음파 밀봉장치(혼과 앤빌)와 실질적으로 동일한 부위에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
상기 스파우트 부착 자루의 제조장치는, 스파우트(62)의 상단(上端)을 파지하여 고리모양의 이동경로를 따라 간헐적으로 이동하는 스파우트 지지부재(spout 支持部材)(61)를 복수 조 구비하는 스파우트 이송장치를 구비하고, 앞에서 설명한 바와 같이 이 스파우트 지지부재(61)가 상기 이동경로를 따라 1회전하는 과정에서, 스파우트 지지부재(61)에 순차적으로 스파우트(62)가 공급됨과 아울러 그 스파우트(62)가 상기 스파우트 지지부재(61)에 의하여 수직상태로 지지되어, 소정의 이송경로를 따라 이송된다. 스파우트(62)가 이송되는 과정에서, 자루(63)의 삽입·가밀봉공정(揷入·假密封工程), 1회 이상의 본밀봉공정 및 밀봉부의 냉각공정이 순차적으로 이루어진다.
상기 스파우트 부착 자루의 제조장치는, 본밀봉공정이 이루어지는 정지위치의 근방에 초음파 밀봉장치를 구비한다. 이 초음파 밀봉장치는, 혼(64)과 앤빌(65) 이외에 혼(64)의 바로 아래위치에 접촉부재(73)를 구비한다. 접촉부재(73)는, 혼(64)의 부착부재(도1의 부착부재(41)를 참조)에 고정되고, 혼(64)의 바로 아래위치에 있어서 혼(64)과 함께 혼(64)과 동일한 방향으로 진퇴된다. 접촉부재(73)의 선단에는, 자루(11)의 손상을 방지하기 위하여 필요에 따라 고무재가 부착된다.
상기 정지위치에 스파우트 지지부재(61)가 정지되면, 혼(64)과 앤빌(65)이 전진하여 피밀봉부(被密封部)(62a)의 위치에서 자루(63)의 양면의 필름(66, 67)을 협지하고, 동시에 접촉부재(73)가 전진하고, 그 선단이 혼(64)과 앤빌(65)이 협지한 장소(피협지장소)의 바로 아래위치에서 혼(64)측의 필름(67)에 접촉되어 가압된다. 접촉부재(73)가 접촉되는 위치는, 상기 피협지장소에 인접하는 영역(도7에 나타내는 영역(B))이다. 이에 따라 혼(64)측의 필름(67)은, 상기 피협지장소의 바로 아래에서 자연스럽게 열린 형상(도7을 참조)으로부터 내측으로 변형된 형상으로 된다. 또 접촉부재(73)는, 평면에서 볼 때에 자루(63)의 미밀봉부(未密封部)의 폭(S) 이상의 폭을 갖고, 상기 미밀봉부의 거의 전체 폭에 걸쳐서 필름(67)에 가압되는 것이 바람직하다.
이어서 초음파 진동발생기(도1의 초음파 진동발생기(36)를 참조)로부터 초음파 진동이 발신되어 초음파 진동에너지가 혼(64)에 공급됨으로써, 자루(63)의 양면의 필름(66, 67) 상호간 및 필름(66, 67)과 스파우트(62)의 피밀봉부(62a)가 밀봉된다. 이 초음파 밀봉의 사이에, 접촉부재(73)가 상기 영역(B)에 있어서 혼(64)측의 필름(67)에 가압되어 있음으로써 필름(67)에 상처가 나거나 구멍이 뚫리거나 하는 것이 방지된다.
11 : 에어백 부착 자루
16 : 에어백부
16a : 에어백부의 기체유입부
16b : 에어백부의 협폭부
16c : 에어백부의 본체부
17, 18 : 자루의 표리면을 구성하는 필름
19 : 슬릿
31 : 초음파 밀봉기의 혼
32 : 초음파 밀봉기의 앤빌
43, 48 : 구멍(기체의 유로)
47, 52 : 분출구
62 : 스파우트
63 : 스파우트를 부착하는 자루
64 : 초음파 밀봉기의 혼
65 : 초음파 밀봉기의 앤빌
71, 73 : 접촉부재

Claims (10)

  1. 초음파 밀봉장치(超音波 密封裝置)의 혼(horn)과 앤빌(anvil)에 의하여 자루(bag)를 양면에서 협지(挾持)하여 가압(加壓)하고, 혼으로부터 전달되는 초음파 진동에너지에 의하여, 자루의 양면의 필름(film) 상호간 또는 자루의 양면의 필름과 상기 필름 사이에 끼워진 부품을 밀봉하는 초음파 밀봉방법에 있어서,
    혼과 앤빌이 협지한 장소에 인접하는 영역에 있어서 양면의 필름 사이에 간극이 형성되는 경우에, 혼측(horn側)으로부터 상기 영역을 향하여 접촉부재(接觸部材)를 전진시켜서 혼측의 필름에 가압하고, 그 상태에서 혼에 초음파 진동에너지를 공급하고,
    상기 자루가 에어백 부착 자루(air-bag 附着 bag)이고, 자루의 측부 가장자리의 밀봉부(密封部)에 세로방향으로 연장되는 에어백부(air-bag部)가 일체적으로 형성되고, 에어백부의 기체유입부(氣體流入部)의 필름에 에어백부 내와 자루 외를 통하게 하는 슬릿(slit) 또는 구멍이 형성되고, 상기 간극은 에어백부가 팽창됨으로써 에어백부에 형성되는 간극이고, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 일단(一端)이 압력기체 공급원에 접속되고 타단(他端)이 선단으로 개구되는 기체의 유로(流路)가 형성되고, 상기 유로의 타단이 가압기체의 분출구(噴出口)로 되어 있고, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 의하여 상기 기체유입부를 통하여 에어백부 내로 기체를 흡입시켜서 에어백부를 팽창시킨 후에, 상기 슬릿 또는 구멍의 주위의 필름을 초음파 밀봉하는 것을 특징으로 하는 초음파 밀봉방법.
  2. 제1항에 있어서,
    에어백부를 팽창시키기 전에, 접촉부재를 소정위치에 전진시켜 두고, 에어백부가 팽창될 때에 혼측의 필름이 접촉부재에 가압되는 것을 특징으로 하는 초음파 밀봉방법.
  3. 대향(對向)하도록 배치되어 진퇴(進退)하는 혼과 앤빌을 구비하고, 혼과 앤빌에 의하여 자루를 양면에서 협지하여 가압하고, 혼으로부터 전달되는 초음파 진동에너지에 의하여, 자루의 양면의 필름 상호간 또는 자루의 양면의 필름과 상기 필름 사이에 끼워진 부품을 밀봉하는 초음파 밀봉장치에 있어서,
    혼의 근방에 배치되고 가압위치와 거기에서 후퇴한 후퇴위치의 사이에서 진퇴하는 접촉부재를 구비하고, 상기 접촉부재는 혼에 초음파 진동에너지가 공급될 때에 상기 가압위치에 위치하고, 상기 가압위치에 있어서 혼측의 필름의 혼과 앤빌이 협지한 장소에 인접하는 영역에 가압되고,
    상기 자루가 에어백 부착 자루이고, 자루의 측부 가장자리의 밀봉부에 세로방향으로 연장되는 에어백부가 일체적으로 형성되고, 에어백부의 기체유입부의 필름에 에어백부 내와 자루 외를 통하게 하는 슬릿 또는 구멍이 형성되어 있고, 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 일단이 압력기체 공급원에 접속되고 타단이 선단으로 개구되는 기체의 유로가 형성되고, 상기 유로의 타단이 가압기체의 분출구로 되어 있고, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 의하여 상기 기체유입부를 통하여 에어백부 내에 기체를 흡입시켜서 에어백부를 팽창시킨 후에, 상기 슬릿 또는 구멍의 주위의 필름을 초음파 밀봉하고, 상기 접촉부재는 상기 가압위치에 있어서 에어백부의 혼측의 필름에 가압되는 것을 특징으로 하는 초음파 밀봉장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접촉부재가 혼과 함께 진퇴하는 것을 특징으로 하는 초음파 밀봉장치.
  5. 자루의 측부 가장자리의 밀봉부에 세로방향으로 연장되는 에어백부가 일체적으로 형성되고, 에어백부의 기체유입부의 필름에 에어백부 내와 자루 외를 통하게 하는 슬릿 또는 구멍이 형성된 에어백 부착 자루를, 소정의 이송경로를 따라 간헐적으로 이송하고, 그 이송의 과정에서 압력기체 공급원에 접속된 노즐(nozzle)의 분출구를 상기 기체유입부에 대고, 상기 슬릿 또는 구멍으로부터 상기 에어백부 내로 기체를 흡입시켜서 상기 에어백부를 팽창시키고, 이어서 상기 슬릿 또는 구멍의 근방을 밀봉하여 상기 에어백부 내에 기체를 봉입(封入)하는 에어백 부착 자루에 대한 기체봉입장치(氣體封入裝置)에 있어서,
    상기 에어백 부착 자루를 상기 이송경로를 따라 간헐적으로 이송하는 자루이송장치와, 상기 이송경로상의 소정의 정지위치 근방에 배치된 초음파 밀봉장치를 구비하고, 상기 초음파 밀봉장치의 혼과 앤빌이 상기 이송경로를 사이에 두고 대향하여 배치되고, 상기 정지위치에 정지된 상기 에어백 부착 자루를 향하여 함께 전진 또는 후퇴하고, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 일단이 상기 압력기체 공급원에 접속되고 타단이 선단으로 개구되는 기체의 유로가 형성되고, 상기 유로가 형성된 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방이 상기 노즐을 겸하고, 상기 유로의 타단이 상기 분출구로 되고, 상기 초음파 밀봉장치는 접촉부재를 구비하고, 상기 접촉부재는 상기 혼의 바로 아래위치에 배치되고, 상기 에어백 부착 자루를 향하여 전진 또는 후퇴하고, 상기 혼과 앤빌의 일방 또는 쌍방에 의하여 상기 에어백부 내로 기체를 흡입시킴과 아울러, 상기 혼과 앤빌에 의하여 상기 슬릿 또는 구멍의 주위의 필름을 초음파 밀봉하고, 상기 접촉부재는 전진하였을 때에 혼과 앤빌이 협지한 장소에 인접하는 영역에 있어서 팽창된 에어백부의 혼측의 필름에 가압되는 것을 특징으로 하는 에어백 부착 자루에 대한 기체봉입장치.
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