WO2002072426A1 - Ultrasonic wave sealing method for container - Google Patents

Description

明細書

容器超音波シール方法 技術分野

この発明は、 例えば、 容器本体に、 蓋、 ロ栓、 その他の容 器構成部品を、 超音波シール装置を用いてシールする容器超 音波シール方法に関する。

背景技術

の種の容器超音波シール方法と しては、 シール作用面を 有する超音波ホー ンを用いて、 容器本体に容器構成部品をシ ールする方法であって、 容器本体および容器構成部品の被シ ール部同士を重ね合わせた状態で、 同被シール部を ール作 用面で加圧 し、 シール作用面に、 加圧方向 と平行する軸方向 の超音波往復振動を作用させる ものが知られている。

また、 超音波シール装置を用いない別のシール方法と して は、 高周波誘導シール、 高周波誘電シール、 熱板によ る ヒ ー ト シ一ノレ等も知られている。

超音波ホー ンに加え られる超音波往復振動は、 容器の被シ 一ル面を叩 く よ う に作用するため、 これが容器の壁を伝わつ た り 、 容器内ヘッ ドスペースを伝わった り して、 容器の内容 物を振動させる。 そ う する と、 内容物が破壌された り 、 内容 物が液体の場合、 激しい液揺れを起こ した り 、 条件によ って は霧化する こ と によ り 、 シール時に、 内容物が噴出する こ と があった。 これを防止するためには、 容器内ヘッ ドスペース を多く と る必要があった。

また、 良好なシールを得るための条件が狭く 制限され、 シ ール条件が満たされないと、 容器構成部品の薄肉部が破壊さ れた り 、 シール部等に、 ピンホールが発生する こ と になる。

さ ら に、 シール作用面に、 軸方向の超音波往復振動を作用 させてシールを行う場合、 大きな加圧力を必要と した。 その ため、 座屈強度の小さい容器には不適であった。 また、 大き な加圧力は、 シール部の 傍で受ける必要があった。 そのた め、 容器本体の 口縁部に、 加圧力を受けるためのフ ラ ンジを 必要と した り 、 容器本体の口縁部をス カー ト付のキャ ップ状 蓋で被覆しよ う と しても、 フラ ンジで加圧力を受ける際に、 ス カー ト が邪魔になるため、 キャ ップにス カー ト を形成する こ と ができ ない等、 容器および蓋のデザイ ン上制限があ つ た。

強度の小さい容器やス カー ト付蓋をシールする場合、 超音 波シールを採用する こ と ができないため、 高周波誘導シール または高周波誘電シールを採用する こ と があつたが、 高周波 誘導シールを採用する場合、 シール部にアル ミ その他の高周 波誘導可能な材質を用いた り 、 高周波誘電シールを採用する 場合、 高周波誘電シール可能な材質を用いる必要があ り 、 容 器おょぴ蓋の材質に制限があ り 、 リ サイ ク ル上問題があ つ た。

また、 ヒー ト シールによ，る場合、 シール時間が掛かるため 効率的でなかっ た。 と く に、 容器おょぴ蓋の厚さ が大き い と、 ヒー トシールは不可能であった。

こ の発明は、 上記の課題を全て解決し、 シール時に内容物 に悪影響を及ぼすこ と がな く 、 シール条件を広く 設定する こ と ができ、 し力 も、 効率的にシールを行 う こ と のでき る容器 超音波シール方法を提供する こ と を 目的とする ものである。 発明の開示

こ の発明によ る容器超音波シール方法は、 シール作用面を 有する超音波ホー ンを用いて、 容器本体に容器構成部品をシ ールする方法であって、 容器本体および容器構成部品の被シ ール部同士を重ね合わせた状態で、 同被シール部をシール作 用面で加圧 し、 シール作用面に、 加圧方向 と 平行する軸を中 心 と する 回転方向の超音波回転振動を作用 させる ものであ る。

こ の発明によ る容器超音波シール方法では、 シール作用面 に作用 させられる超音波回転振動は、 容器の壁を叩く よ う に 作用するのではなく て、 容器の壁にそ う方向に作用する。 こ のため、 シール時に内容物に悪影響を及ぼすこ とがない。 さ ら に、 加圧力は小さ く て良い。 しかも、 容器の薄肉化につな 力 り 、 省資源、 コ ス ト低減と い う メ リ ッ ト を生むこ と にな る。 また、 容器本体および容器構成部品の材質を問わない。 そのため、 アルミ ニウムを含まない材質で容器本体および蓋 を製造する こ と によ り 、 リ サイ クルが容易 と なる。

さ らに、 超音波回転振動以外の超音波振動を複合させてシ ール作用面に作用させる と、 超音波の複合振動を利用する こ と によ り 、 効率の良いシールを行 う こ とができ る。

また、 あ らかじめ、 シール作用面に、 シール条件改善用凹 凸を形成してお く と、 シール条件を広く 設定する こ とができ る。

また、 容器本体が、 被シール部を形成する フ ラ ンジを ロ縁 部に有してお り 、 容器構成部品が、 容器本体の 口縁部に被せ られかつ被シール部を形成する外周縁部にスカー ト を有する キャ ップ状のものであっても よい。

また、 超音波ホー ンの加圧力を容器本体の底部で受ける よ う にする と、 シール時の容器の取扱いが簡単になる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 こ の発明方法によ り シールされた容器本体おょぴ 蓋の分解斜視図である。

図 2 は、. こ の発明方法を実施するための シール装置によ る シール状態説明図である。

図 3 は、 同シール装置のホー ン先端シール作用面の拡大図 である。

図 4 は、 同シール作用面の他の例を示す図 3 相当の拡大図 である。

図 5 は、 同シール作用面のさ らなる他の例を示す図 3 相当 の拡大図である。

図 6 は、 他の形態によ る容器のシール状態説明図である。 図 7 は、 さ らなる他の形態によ る容器のシール状態説明図 である。

図 8 は、 さ らなる他の形態によ る容器のシール状態説明図 である。

図 9 は、 さ らなる他の形態によ る容器のシール状態説明図 である。 発明を実施するための最良の形態 この発明の実施の形態を図面を参照してつぎに説明する。 図 1 を参照する と 、 容器は、 容器本体 11 および蓋 12 よ り なる。 容器本体 11 およぴ蓋 12 は、 いずれも、 同 じ種類の熱 可塑性合成樹脂によって成型されたものである。 熱可塑性合 成樹脂の例と しては、 P S、 P P、 P E、 P E T、 P E N等 またはそれらを複合したものが挙げられる。

容器本体 11 は、 ボ トル状のもので、 有底筒状胴部 21 を有 してい る。 胴部 21 の上端には 口 部 23 が設け られる と と も に、 その縁部にフラ ンジ 24が設け られている。

蓋 12 は、 浅いキャ ップ状の もので、 外周縁部にそっての ぴた横断面略コ の字状の下向き環状嵌合凹部 31 と 、 嵌合凹 部 31 の内側壁下端に連なる平板状ウエ ッブ部 32 と、 嵌合凹 部 31 の外壁を延長する よ う に設け られてい る ス カー ト 33 と 、 スカー ト 33 の外周面の下端の一部に連なるつまみ 34 と よ り なる。

フ ラ ンジ 24 に嵌合凹部 31 がはめ被せられ、 フ ラ ンジ 24頂 面 と嵌合凹部 31 底面が重ね合わされてシールされている。 シールは、 超音波シールに よ る ものである。

図 2 を参照する と 、 容器ホルダ 41 と、 容器ホルダ 41 の上 方に垂直下向き に配置されている超音波シール装置 42 と が 示されている。

容器ホルダ 41 は、 圧縮コイルばね 43 を介 して水平昇降板 44 によ って支持されている。 超音波シール装置 42 は、 支持 体 51 に取付け られているシール装置本体 52 と 、 シール装置 本体 52 か ら下方に突出 させ られかつ下端に下向き シール作 用面 53 を有する丸棒状ホーン 54 と よ り なる。 シール装置本 体 52 には図示 しない振動子が内蔵されている。 振動子に よ つ て、 図 2 中矢印で示すよ う に、 ホーン 54 のシール作用面 53 にはその軸を中心 と する 回転方向の超音波回転振動が作 用 させられる。

シール作用面 53 の 中央には窪み 61 が形成 さ れる と と も に、 窪み 61 の周囲には凹凸 62が形成されている。 凹凸 62 の 例 と しては、 図 3 に示すよ う に、 シール作用面 53 に 2方向 に のびた交差溝 71 を形成する こ と に よ り 、 設け ら れた も の、 図 4 に示すよ う に、 シール作用面 53 に 1 方向にのびた 平行溝 72 を形成する こ と によ り 、 設け られたもの、 図 5 に 示すよ う に、 シール作用面 53 に半径方向にのびた放射溝 73 を形成する こ と によ り 、 設けられたものが挙げられる。

このよ う な凹凸 62 を形成する こ と によ り 、 シール条件が 改善される。 シール条件と は、 例えば、 超音波の振幅や発振 時間、 シール時の加圧力やその保持時間等々 であ り 、 これら の範囲を広く 設定でき る。

容器ホルダ 41 によ って容器本体 11 の底部を受けている状 態で、 昇降板 44 を上昇させ、 ばね 43 を圧縮させる と、 ばね 力によって、 シール作用面 53 がフ ラ ンジ 24および嵌合凹部 31 を加圧する。 振動子によ ってホー ン 54 に超音波回転振動 が加え られる と、 フ ラ ンジ 24頂面と嵌合凹部 31底面と がシ 一ノレさ れる。

加圧手段はばね力以外でも よい。 例えば、 流体圧シリ ンダ 等をホー ン側に設けても良い。 つぎに、 上記容器と は別の形態の容器をシールする場合に ついて、 以下に様々 なバ リ エーシ ョ ンを説明する。

図 6 に示す容器は、 カ ップ状容器本体 81 および ドーム状 蓋 82 よ り なる。 容器本体 81 の ロ緣部にはフラ ンジ 83 が設け られている。 蓋 82 の下縁部にはフ ラ ンジ 84が設け られ、 こ れが、 容器本体フ ラ ンジ 83 に重ね合わされている。 蓋 82 の 頂部には注出 口部 （図示しない） が設け られ、 これにはキヤ ップ 85がはめ被せられている。

容器本体 81 が容器ホルダ 41 の容器保持孔にはめ入れられ てそのフ ラ ンジ 83 が容器ホルダ 41 上面の容器保持孔縁部で 受け られている。

シール作用面 53 の窪み 61 は、 蓋 82 のほぼ全体を収容し う る大き さ と なされている。 窪み 61 の縁部が容器本体 81 およ び蓋 82 の双方のフラ ンジ 83 、 84 を加圧し、 こ の状態で、 ホ — ン 54 に超音波回転振動が加え られる よ う になつている。

この場合において、 シール時の加圧力は、 超音波シール装 置 42 に設け られた加 ]Ξ手段、 例えば、 図示 しない流体圧シ リ ンダによって作用 させられる。

図 7 には、 グーブル ト ップ型容器本体 91 の頂部に設け ら れた注出 口 （図示しない） の縁部外面に、 キャ ップ付ロ栓 92 のフラ ンジ 93下面をシールする場合が示されている。

容器本体 91 の底部は、 固定状に支持されている容器ホル ダ 41 によ って受けられてレヽる。

図 8 には、 ゲーブル ト ップ型容器本体 101 の頂部に、 これ を閉鎖する前に、 ロ栓 102 を取付る場合を示している。 ロ栓 102 は、 容器本体 101 の内側から注出 口 103 にはめ入れられそ のフ ラ ンジ 104 を注出 口 103 縁部内面に当接させている。 フ ラ ンジ 104および注出口 103 縁部を、 超音波シール装置 42 のホーン 54 およびア ン ビル 111 で挟み付けて加圧し、 こ の状 態で超音波が発振される。

この場合において、 図 6 に示す場合と 同様に、 超音波シー ル装置 42 には加圧力を作用 させるための加圧手段が備え ら れている。

図 9 は、 ブリ ッ ク型容器本体 121 の頂部に ロ栓 122 をシー ルする場合を示 している。 超音波シール装置 42 のホー ン 54 および容器ホルダ 41 によって、 容器本体 121 およぴロ栓フラ ンジ 123 を上下から挟み付ける よ う になっている。

上記 した例は、 いずれも、 被シール部に超音波回転振動を 作用 させる場合を示している。 超音波振動と しては、 超音波 回転振動の他に、 ホーン軸方向 と 平行する超音波往復縦振 動、 ホー ン軸方向 と直交する超音波往復横振動およびこれら の縦振動および横振動の組合わせよ り なる斜め振動も知 られ ている。 シール条件を左右する容器素材次第によつては、 超 音波回転振動に加えて、 上記した超音波振動を含めた他の超 音波の複合振動を利用する こ と も有効である。 産業上の利用可能性

こ の発明によ る容器超音波シール方法は 例えば、 容器本 体に、 蓋、 ロ栓、 その他の容器構成部品を 超音波シール装 置を用いてシールするのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . シール作用面を有する超音波ホー ンを用いて、 容器本体 に容器構成部品をシールする方法であって、 容器本体および 容器構成部品の被シール部同士を重ね合わせた状態で、 同被 シール部をシール作用面で加圧 し、 シール作用面に、 加圧方 向 と平行する軸を中心とする回転方向の超音波回転振動を作 用 させる容器超音波シール方法。

2 . シール作用面に、 超音波回転振動以外の超音波振動を複 合 させて作用 させる請求項 1 に記載の容器超音波シール方 法。

3 . あ らかじめ、 シール作用面に、 シール条件改善用凹凸を 形成 しておく 請求項 1 または 2 に記載の容器超音波シール方 法。

4 . 容器本体が、 被シール部を形成する フ ラ ンジをロ縁部に 有 してお り 、 容器構成部品が、 容器本体の 口縁部に被せられ かつ被シール部を形成する外周縁部にス カー ト を有する キ ヤ ッ プ状のものである請求項 1 〜 3 のいずれ力 1 つに記載の容' 器超音波シール方法。

5 . 超音波ホー ンの加圧力を容器本体の底部で受ける請求項 1 〜 4 のいずれか 1 つに記載の容器超音波シール方法。