(57)【要約】【課題】  発泡樹脂製の容器本体の周囲に形成されたフランジ部に発泡樹脂製の蓋体を重合させた状態で、超音波ホーンの先端部と受台との間で上記フランジ部と蓋体とを挟持して、該フランジ部と蓋体とを超音波溶着する。蓋体をフランジ部から引き剥がして該蓋体を容器本体から開封する際の安定した開封強度の大きさを得ることが困難であった。【解決手段】  本発明における超音波ホーン１７の先端部１７ａは円錐状もしくは角錐状に形成されており、該超音波ホーンの先端部を上記蓋体３に貫通させた状態で、上記容器本体のフランジ部２ａと上記蓋体３とを超音波溶着させる。上記フランジ部の上記超音波ホーンの挿入口部に環状の溶着部Ｗを形成することができるので、従来に比較して溶着位置および溶着強度のバラツキを小さくすることができ、したがって一定の安定した開封強度を得ることができる。【選択図】  図３
2020163765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡樹脂製の容器本体の周囲に形成されたフランジ部に発泡樹脂製の蓋体を重合させた状態で、上記フランジ部と蓋体とを超音波溶着して、上記容器本体を上記蓋体で閉鎖する超音波容器閉鎖装置であって、
超音波振動される超音波ホーンと、該超音波ホーンに超音波振動を付与する超音波発生手段と、上記超音波ホーンに対向して配置された受台と、当該受台と上記超音波ホーンとを接近離隔させる動作機構とを備え、上記超音波ホーンの先端部と受台との間で上記フランジ部と蓋体とを狭持した状態で超音波ホーンを超音波振動させて、該フランジ部と蓋体とを超音波溶着する超音波容器閉鎖装置において、
上記超音波ホーンの先端部を円錐状もしくは角錐状に形成し、該超音波ホーンの先端部を上記フランジ部もしくは蓋体の少なくともいずれか一方に貫通させた状態で、上記超音波ホーンを超音波振動させることを特徴とする超音波容器閉鎖装置。
【請求項２】
上記超音波ホーンの先端部は、頂点の径が１ｍｍ以下でテーパ角度が３０度から９０度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の超音波容器閉鎖装置。
【請求項３】
上記超音波ホーンの先端部の先端は、半径０．５ｍｍ以下の球状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波容器閉鎖装置。
【請求項４】
上記超音波ホーンの先端部が上記フランジ部と蓋体との一方を貫通し、さらに上記フランジ部と蓋体との他方に対して、厚さの半分を超えて挿入されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の超音波容器閉鎖装置。
【請求項５】
発泡樹脂製の容器本体の周囲に形成されたフランジ部に発泡樹脂製の蓋体を重合させた状態で、上記フランジ部と蓋体とを超音波溶着して、上記容器本体を上記蓋体で閉鎖する超音波容器閉鎖方法であって、
先端部を円錐状もしくは角錐状に形成した超音波ホーンを、上記フランジ部もしくは蓋体のいずれか一方に貫通させ、さらに他方に挿入させて超音波振動させることにより、上記他方の超音波ホーンの挿入口部で上記フランジ部と蓋体とを超音波溶着することを特徴とする超音波容器閉鎖方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波容器閉鎖装置および超音波容器閉鎖方法に関し、より詳しくは、発泡樹脂製の容器本体の周囲に形成されたフランジ部に発泡樹脂製の蓋体を重合させた状態で、上記フランジ部と蓋体とを超音波溶着して、上記容器本体を上記蓋体で閉鎖するようにした超音波容器閉鎖装置および超音波容器閉鎖方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発泡樹脂製の容器本体の周囲に形成されたフランジ部に発泡樹脂製の蓋体を重合させた状態で、上記フランジ部と蓋体とを超音波溶着して、上記容器本体を上記蓋体で閉鎖する超音波容器閉鎖装置として、超音波振動される超音波ホーンと、該超音波ホーンに超音波振動を付与する超音波発生手段と、上記超音波ホーンに対向して配置された受台と、当該受台と上記超音波ホーンとを接近離隔させる動作機構とを備え、上記超音波ホーンの先端部と受台との間で上記フランジ部と蓋体とを挟持した状態で超音波ホーンを超音波振動させて、該フランジ部と蓋体とを超音波溶着するようにしたものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４３４３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記超音波容器閉鎖装置においては、上記超音波ホーンの先端部に加圧端面が形成されており、この加圧端面と受台との間で上記フランジ部と蓋体とを挟持する際に、所要の圧力で両者を挟持し、この状態でフランジ部と蓋体とを超音波溶着するようにしているが、安定した所望の密着強度を得ること、換言すれば蓋体をフランジ部から引き剥がして該蓋体を容器本体から開封する際の安定した開封強度の大きさを得ることが困難であった。
すなわち上記フランジ部と蓋体との挟持力が不足すると、発泡樹脂製の容器と蓋との合わせ面の平坦度の精度は高くないため、超音波ホーンの加圧端面と受台とで挟んだ位置以外でも溶着する場合がある。他方、上記フランジ部と蓋体との挟持力が過大となると、フランジ部と蓋体との溶着面積が大きくなって所望の密着強度よりも大きくなって開封時に蓋体やフランジ部を破損させることがある。このようなことから、得られる開封強度の大きさにバラツキが生じ易いため、安定した所要の大きさの開封強度を得られないことがあった。この種の発泡樹脂製の容器と蓋からなる包装形態においては、容器の閉鎖状態を維持しつつも開封時には僅かな開封強度で容易に蓋が剥がれることが要求されており、上記従来の超音波容器閉鎖装置による超音波溶着においては、安定的に所望の開封強度となるよう溶着させることが困難であった。
本発明は上述した事情に鑑み、従来に比較して安定して所要の大きさの開封強度を有する容器を得ることが可能な超音波容器閉鎖装置および超音波容器閉鎖方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、発泡樹脂製の容器本体の周囲に形成されたフランジ部に発泡樹脂製の蓋体を重合させた状態で、上記フランジ部と蓋体とを超音波溶着して、上記容器本体を上記蓋体で閉鎖する超音波容器閉鎖装置であって、
超音波振動される超音波ホーンと、該超音波ホーンに超音波振動を付与する超音波発生手段と、上記超音波ホーンに対向して配置された受台と、当該受台と上記超音波ホーンとを接近離隔させる動作機構とを備え、上記超音波ホーンの先端部と受台との間で上記フランジ部と蓋体とを狭持した状態で超音波ホーンを超音波振動させて、該フランジ部と蓋体とを超音波溶着する超音波容器閉鎖装置において、
上記超音波ホーンの先端部を円錐状もしくは角錐状に形成し、該超音波ホーンの先端部を上記フランジ部もしくは蓋体の少なくともいずれか一方に貫通させた状態で、上記超音波ホーンを超音波振動させることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、発泡樹脂製の容器本体の周囲に形成されたフランジ部に発泡樹脂製の蓋体を重合させた状態で、上記フランジ部と蓋体とを超音波溶着して、上記容器本体を上記蓋体で閉鎖する超音波容器閉鎖方法であって、
先端部を円錐状もしくは角錐状に形成した超音波ホーンを、上記フランジ部もしくは蓋体のいずれか一方に貫通させ、さらに他方に挿入させて超音波振動させることにより、上記他方の超音波ホーンの挿入口部で上記フランジ部と蓋体とを超音波溶着することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明および請求項５の発明においては、円錐状もしくは角錐状に形成した超音波ホーンの先端部を、重合させた上記フランジ部もしくは蓋体のいずれか一方に貫通させた状態で超音波振動させているので、貫通した超音波ホーンの先端部が重合させた他方に挿入され、その挿入口部に超音波ホーンの先端部が貫通することで押し出された一方の素材が押し込まれ、この状態で超音波ホーンが超音波振動することで、押し込まれた一方の素材が他方の挿入口部に溶着され、環状の溶着部が形成されて上記フランジ部と蓋体とが超音波溶着される。
このように本発明においては、環状の溶着部は超音波ホーンの先端部が上記容器本体のフランジ部もしくは蓋体のいずれか一方を貫通することで得られるので、従来のように溶着位置や溶着面積のバラツキが生じることはなく、したがって一定の安定した開封強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】容器１の説明図
【図２】超音波容器閉鎖装置１１の側面図
【図３】本発明の第１実施例における超音波ホーン１７による超音波溶着の状態を説明する断面図
【図４】本発明の第２実施例における超音波ホーン２７による超音波溶着の状態を説明する断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、（ａ）に示すように容器１は平面視で正方形に形成されており、（ｂ）に示すように中央部が方形凹状で開口部周囲にフランジ部２ａが形成された容器本体２と、この容器本体２の開口部を覆ってフランジ部２ａと重なり合う蓋体３とから構成されている。上記容器本体２と蓋体３は、それぞれ熱溶融性の発泡樹脂（例えば発泡ポリスチレン、発泡倍率１０倍）で製造されており、主に納豆を包装する容器として用いられている。
上記容器本体２と蓋体３とはヒンジ部４で繋がっており、蓋体３はヒンジ部４を支点として上方に開放できるようになっている。上記ヒンジ部４の反対側がフランジ部２ａと蓋体３との合わせ部５となっており、該合わせ部５の両側２か所の溶着箇所６においてフランジ部２ａと蓋体３とが互いに超音波溶着により溶着されるようになっている。
【０００９】
図２は超音波容器閉鎖装置１１の側面図で、容器１はバケットコンベヤ１２に設けたバケット１３によって位置決めされた状態で、該バケットコンベヤ１２によって図２の右方から左方に間欠的に搬送されるようになっている。上記容器１の蓋体３は、合わせ部５を搬送方向側方（図示手前）に向けた状態で、蓋閉鎖ガイド１４によって閉じられており、上記フランジ部２ａと蓋体３を重合させた状態を維持して搬送されるようになっている。
上記容器１の間欠停止位置の所要位置に、上記合わせ部５の溶着箇所６でフランジ部２ａと蓋体３を溶着する超音波溶着装置１５を設けてある。
【００１０】
上記超音波溶着装置１５は、超音波ホーン１７と受台（アンビル）１８とを上下に備えており、超音波ホーン１７は、超音波発生手段１９によって超音波振動が付与されるようになっている。超音波発生手段１９は超音波ホーン１７を振動させる超音波振動子１９Ａと、該超音波振動子１９Ａに電圧を印加する超音波発振器１９Ｂから構成されている。
上記超音波ホーン１７は合わせ部５の進路の直上位置に配置してあり、受台１８は超音波ホーン１７に対向させてその直下位置に配置してある。
上記超音波ホーン１７と受台１８とは動作機構２０によって接近離隔させることができるようになっており、該動作機構２０は超音波ホーン１７を昇降させる昇降機構２１と受台１８を昇降させる昇降機構２２とから構成されている。これら昇降機構２１、２２としては、超音波ホーン１７や受台１８を進退動させるエアシリンダや電動アクチュエータ、リニアスライダー等の往復動装置により構成することができる。特に下方に配置した受台１８と昇降機構２２とは、バケットコンベヤ１２によって容器１を間欠的に搬送させる際に、バケット１３の前進作動を阻害することが無いように配慮してある。
このような超音波溶着装置１５の構成において、バケットコンベヤ１２は超音波ホーン１７と受台１８の間に、合わせ部５の溶着箇所６が順次位置するようにバケット１３を間欠的に移動させるようになっている。
【００１１】
図３に示すように、上記各超音波ホーン１７の先端部１７ａは円錐状もしくは角錐状に形成してあり、上記動作機構２０によって超音波ホーン１７と受台１８とを接近させた際には、超音波ホーン１７の先端部１７ａを重合された上記蓋体３とフランジ部２ａとの両方に貫通させることができるようにしてある。
上記超音波ホーン１７の先端部１７ａの頂点は尖らせてあるが、これに限定されるわけではない。頂点の径が１ｍｍ以下であれば発泡樹脂製の蓋体３やフランジ部２ａを容易に貫通させることができるため、その形状はいかなる形状であってもよいが、耐久性や安全性を考慮すれば半径０．５ｍｍ以下の球状とすることが望ましい。
上記受台１８はフランジ部２ａを水平に保つように平坦に形成されているが、上記蓋体３とフランジ部２ａとの両方に超音波ホーン１７の先端部１７ａを貫通させる本実施例においては、フランジ部２ａを貫通した超音波ホーン１７の先端部１７ａが受台１８に衝突することが無いように、受台１８に超音波ホーン１７の先端部１７ａを受け入れる凹部１８ａを形成してある。
【００１２】
以上の構成において、容器１がバケットコンベヤ１２によって間欠的に搬送される際には、動作機構２０によって超音波ホーン１７は上昇端位置に、受台１８は下降端位置にそれぞれ保持されている。
この状態からバケットコンベヤ１２によって容器１が所定量だけ間欠的に前進されて停止されると、フランジ部２ａに重合された蓋体３の合わせ部５の一方の溶着箇所６が、超音波ホーン１７と受台１８との間に搬入されることになる。
【００１３】
この状態となると、動作機構２０によって超音波ホーン１７が下降されるとともに受台１８が上昇され、フランジ部２ａの下面が受台１８によって支持された状態で、超音波ホーン１７の先端部１７ａが上記蓋体３とフランジ部２ａとに順次挿入されて、それぞれを貫通する。
この状態では、フランジ部２ａの下面は受台１８によって支持されており、また蓋体３の下面は、超音波ホーン１７の先端部１７ａの円錐状もしくは角錐状部分によってフランジ部２ａの上面に圧着されている。
【００１４】
超音波ホーン１７の先端部１７ａと受台１８との間で、これらによって上記重合状態のフランジ部２ａと蓋体３とが上下から挟み込まれて挟持されると、上記超音波発振器１９Ｂから超音波振動子１９Ａに電圧が印加され超音波ホーン１７に超音波振動が付与されて、超音波ホーン１７と受台１８とによってフランジ部２ａと蓋体３とが溶着箇所６において超音波溶着される。
上記フランジ部２ａと蓋体３とが超音波ホーン１７によって所要時間超音波振動されると、超音波ホーン１７と受台１８とが動作機構２０によって離隔され、超音波溶着が終了する。
【００１５】
そして特に本発明においては、上記溶着箇所６は次のようにして形成される。
すなわち蓋体３の溶着箇所６に、蓋体３の表面側から上記超音波ホーン１７の先端部１７ａを突き刺して蓋体３を貫通させると、先端部１７ａの先端は蓋体３の裏面に突出し、かつ蓋体３の裏面に重ね合わせられているフランジ部２ａの表面に差し込まれて該フランジ部２ａに挿入孔２ｂを形成するようになる。
このとき、蓋体３の溶着箇所６の素材（例えば発泡ポリスチレン）は超音波ホーン１７の挿入に伴って裏面側に押し出され、先端部１７ａの先端とともに挿入孔２ｂに差し込まれることになる。
上記フランジ部２ａの挿入孔２ｂに差し込まれた蓋体３の溶着箇所６の素材は、挿入孔２ｂの入口部（挿入口部）で先端部１７ａの周囲に位置すると同時に、先端部１７ａの円錐面もしくは角錐面によって挿入孔２ｂの挿入口部を含む内周面に押し付けられるようになる。またこの状態では、蓋体３の裏面は、蓋体３に形成された貫通孔３ａの内面が先端部１７ａの円錐面もしくは角錐面に押圧されるので、フランジ部２ａの表面に押し付けられて密着されている。
【００１６】
上記超音波ホーン１７に超音波振動が付与されると、上記蓋体３の裏面から突出してフランジ部２ａの挿入孔２ｂの挿入口部に位置する溶着箇所６の素材は、フランジ部２ａの挿入口部に超音波溶着されて、該フランジ部２ａの挿入口部に環状の溶着部Ｗが形成される。
上記環状の溶着部Ｗは、超音波ホーン１７の先端部１７ａを貫通させた箇所に形成されるため、溶着部Ｗの位置がばらつくことはない。また、密着強度は環状の溶着部Ｗにおける環の大きさに依存し、かつ環の大きさはフランジ部２ａの挿入口部における先端部１７ａの外径もしくは外形寸法により定まることから、先端部１７ａのテーパ角度ｔおよびフランジ部２ａへの挿入量により密着強度を調節することが可能となる。
そして上記溶着部Ｗは環状であるため、蓋体３をフランジ部２ａから剥がす際は、線状に繋がっている部分を引き裂けばよく、僅かな開封強度で開封することが可能となる。
このように本実施例によれば、上記挿入孔２ｂの挿入口部に環状の溶着部Ｗを形成することにより、従来に比較して溶着位置および溶着強度のバラツキを小さくすることができ、これによって一定の安定した開封強度を得ることができる。
【００１７】
図４は本発明の第２実施例を示したもので、上記第１実施例の超音波ホーン１７においては、その先端部１７ａが蓋体３とフランジ部２ａとを貫通するように設定しているが、第２実施例では超音波ホーン２７の円錐状もしくは角錐状の先端部２７ａは、上記第１実施例の先端部１７ａよりもテーパ角度ｔが大きく、蓋体３を貫通してもフランジ部２ａは貫通しないように設定してある。したがって本実施例では、上記第１実施例とは異なり、受台２８に凹部は形成していない。
その他の構成は第１実施例と同様に構成してある。
上記構成を有する第２実施例においても、第１実施例と同様な作用効果が得られることは明らかである。
【００１８】
なお、上記第２実施例の先端部２７ａのようにテーパ角度ｔを大きくすると、溶接部Ｗにおける環を大きくすることができるが、蓋体３の表面に形成される貫通孔３ａの入口開口が大きくなり見栄えが悪くなる。
これとは逆に、上記第１実施例の先端部１７ａのようにテーパ角度ｔを小さくすると、蓋体３の表面に形成される貫通孔３ａの入口開口を小さくすることができるが、溶着部Ｗにおける環が小さくなる。所要の大きさの環を得るためには、先端部１７ａを蓋部３とフランジ部２ａとに深く差し込む必要があるが、その場合、先端部１７ａがフランジ部２ａを大きく貫通して、フランジ部２ａの裏面に押し出されるフランジ部２ａの素材による大きな突出部が形成されることになり、この場合も見栄えが悪くなる。
以上の点を考慮すると、先端部１７ａ、２７ａのテーパ角度ｔは３０度から９０度の範囲で選択することが好ましく、特に蓋体３やフランジ部２ａの厚さが２〜２．５ｍｍ程度の場合は、３０度から６０度の範囲で選択することが好ましい。
また、上記第２実施例のようにフランジ部２ａを貫通させない場合には、先端部２７ａの先端が受台１８に近い方が超音波振動時に安定することから、先端部２７ａはフランジ部２ａの厚さの半分を超えて挿入させることが好ましい。
また、第１実施例および第２実施例ともに、溶着に要する時間（フランジ２ａと蓋体３に対する超音波の作用時間）は０．０１〜１ｓｅｃの範囲が好ましく、時間を長くとれば溶着は強く確実になるがその分処理能力は低下するため、より好ましくは０．０５〜０．５ｓｅｃの範囲とするのが良い。また、第２実施例の場合は、超音波ホーン２７を深く差し込む程（受台１８に近づく程）短時間で良く、これらの点を考慮することで、先端部２７ａの挿入量と超音波の作用時間とにより溶着強度を調節することができる。
【００１９】
さらに上記実施例では上方に超音波ホーン１７、２７を、下方に受台１８、２８を配置してあるが、両者を逆に配置してもよいことは勿論である。この場合は少なくとも容器本体１７のフランジ部２ａに対して超音波ホーン１７、２７を貫通させることになり、蓋体３の裏面に先端部１７ａ、２７ａが挿入されて、蓋体３に形成される挿入孔の挿入口部に溶着部Ｗが形成されることになる。
また上記実施例のように容器１を間欠的に搬送することなく、上記特許文献１に開示されているように、容器１を連続的に搬送しながら超音波溶着することも可能である。すなわち、超音波ホーン１７、２７および昇降機構２１と受台１８、２８および昇降機構２２を、バケットコンベヤ１２の移動に追従して移動させるとともに後退させる進退動機構を設けて、超音波ホーン１７、２７と受台１８、２８を容器１の移動に追従して移動させるとともに、昇降機構２１、２２を作動させて互いに接近させるようにし、溶着に必要な時間に見合う距離を容器１の移動に追従させた後、昇降機構２１、２２を作動させて超音波ホーン１７、２７と受台１８、２８とを離隔させ、バケットコンベヤ１２の進行方向に逆行するよう後退させて次の溶着動作に移行するようにすればよい。
【符号の説明】
【００２０】
１  容器                    ２  容器本体
２ａ  フランジ部            ３  蓋体
４  ヒンジ部                ５  合わせ部
６  溶着箇所                １１  超音波容器閉鎖装置
１５  超音波溶着装置        １７  超音波ホーン
１８  受台                  １９  超音波発生手段
２０  動作機構              Ｗ  溶着部
【図１】
2020163765.tif 000003
【図２】
2020163765.tif 000004
【図３】
2020163765.tif 000005
【図４】
2020163765.tif 000006