(57)【要約】【課題】フィルム包装におけるフィルムの重ね合わせ部を適正な強度を維持して融着し、裁断を安定して行うことができ、さらに高速で融着および裁断処理を行った場合でも、融着部における融着強度を低下させることなくフィルムを融着することができるフィルム融着装置およびフィルム融着方法を提供することを目的とする。【解決手段】フィルム融着装置１０は、折り返されたフィルム１およびフィルム間に載置された電池２を移送する移送テーブル１１の上方に備えられた超音波発信機１２と、この超音波発信機１２の下部に備えられ、超音波発信機１２からの超音波エネルギを集中するための超音波ホーン２０と、この超音波ホーン２０と対向して設けられ、超音波ホーン２０とともにフィルム１を挟圧するローラー式受け冶具３０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発信機と、前記超音波発信機からの超音波エネルギを集中するための超音波ホーンと、前記超音波ホーンと対向して設けられ、前記超音波ホーンとともに熱融着性を有する被融着物を挟圧するローラー式受け冶具とを備えるフィルム融着装置であって、
前記超音波ホーンが柱体で構成され、その一端面であり、前記被融着物を上方から挟圧する挟圧面が平面で形成され、
前記ローラー式受け冶具が円盤で構成され、前記円盤の外縁部が外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させ、かつ前記被融着物を下方から挟圧し、前記超音波ホーンの挟圧面と対向する最外縁端の周面が平坦に形成されていることを特徴とするフィルム融着装置。
【請求項２】
前記ローラー式受け冶具における最外縁端の厚さは、前記被融着物の厚さの８〜１６倍であることを特徴とする請求項１記載のフィルム融着装置。
【請求項３】
前記ローラー式受け冶具において、前記円盤の外縁部を外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させることで形成される傾斜面の傾斜角度が、水平面に対して１２０〜１６５度であることを特徴とする請求項１または２記載のフィルム融着装置。
【請求項４】
超音波発信機と、前記超音波発信機からの超音波エネルギを集中するための超音波ホーンと、前記超音波ホーンと対向して設けられ、前記超音波ホーンとともに熱融着性を有する被融着物を挟圧するローラー式受け冶具とを備えるフィルム融着装置におけるフィルム融着方法であって、
柱体で構成され、その一端面である挟圧面が平面で形成された前記超音波ホーンと、円盤で構成され、前記円盤の外縁部が外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させ、前記超音波ホーンの挟圧面と対向する最外縁端の周面が平坦に形成された前記ローラー式受け冶具との間に、物品を包み込んだ被融着物の開口側の前記被融着物が重なり合った部分を移送する移送工程と、
前記移送された被融着物の重なり合った部分を、前記ローラー式受け冶具の周面が下方から支持し、前記超音波ホーンからの超音波エネルギにより、前記超音波ホーンの挟圧面と前記ローラー式受け冶具の周面との間に挟圧された前記被融着物の重なり合った部分を融着し、前記被融着物の不要な部分を融着部で裁断して除去する熱融着工程と
を具備することを特徴とするフィルム融着方法。
【請求項５】
請求項４記載のフィルム融着方法によってファイル包装されたことを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電池などの商品をシュリンクフィルムによって包装し融着して、パックするフィルム融着装置、フィルム融着方法およびこのフィルム融着方法によってパックされた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電池などの比較的小型の商品を単品ごとあるいは複数同時にシュリンクフィルムによって包み込み、商品単位ごとにカットした後、フィルムを収縮させることによってパックする方法が包装形態として定着している。従来のフィルム融着装置では、超音波融着装置を備え、シュリンクフィルムの重ね合わせ部を溶融して融着するとともに、パックされた商品と不要なシュリンクフィルムとを切り分ける裁断を同時に行っている（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
図９は、従来のフィルム融着装置２００における超音波ホーン２０１およびアンビル２０２によってシュリンクフィルム２０３を融着し、裁断している状態を移送方向に垂直な断面で示した図である。また、図１０は、従来のフィルム融着装置２００によって融着されたシュリンクフィルム２０３の融着部２０６の断面を示す図である。
【０００４】
図９に示すように、超音波ホーン２０１の先端部は、先端から所定の角度でテーパー状に広がった三角形の断面形状を有し、先端は若干円弧状に形成されている。また、超音波ホーン２０１に対向するアンビル２０２は、断面が矩形であり、超音波ホーン２０１とシュリンクフィルム２０３を介して接触する面は平面で構成されている。図９に示すように、電池２０４を包み込んだシュリンクフィルム２０３の開口側の重なり合った部分を、超音波ホーン２０１とアンビル２０２とが協同して挟圧することで、シュリンクフィルム２０３どうしを融着し、裁断する。また、図１０に示すように、融着部２０６は、融着ナゲット２０５がシュリンクフィルム２０３の外側で、かつ超音波ホーン側に形成される。また、裁断は、超音波ホーン２０１の振動加圧により融着と同時に行われ、融着部２０６の中央の裁断部２０７で分離される。
【特許文献１】特開２００３−２６７４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したように、従来のフィルム融着装置２００では、融着ナゲット２０５がシュリンクフィルム２０３の外側で、かつ超音波ホーン側に形成され、その融着強度は低かった。そのため、融着部における融着が不安定となり、融着強度が不足した商品、すなわち不良品が多発していた。
【０００６】
そこで本発明では、このような課題を解決するためになされたもので、フィルム包装におけるフィルムの重ね合わせ部を適正な強度を維持して融着し、裁断を安定して行うことができ、さらに高速で融着および裁断処理を行った場合でも、融着部における融着強度を低下させることなくフィルムを融着することができるフィルム融着装置およびフィルム融着方法を提供することを目的とする。また、このフィルム融着方法で包装された電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、超音波発信機と、前記超音波発信機からの超音波エネルギを集中するための超音波ホーンと、前記超音波ホーンと対向して設けられ、前記超音波ホーンとともに熱融着性を有する被融着物を挟圧するローラー式受け冶具とを備えるフィルム融着装置であって、前記超音波ホーンが柱体で構成され、その一端面であり、前記被融着物を上方から挟圧する挟圧面が平面で形成され、前記ローラー式受け冶具が円盤で構成され、前記円盤の外縁部が外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させ、かつ前記被融着物を下方から挟圧し、前記超音波ホーンの挟圧面と対向する最外縁端の周面が平坦に形成されていることを特徴とするフィルム融着装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、超音波発信機と、前記超音波発信機からの超音波エネルギを集中するための超音波ホーンと、前記超音波ホーンと対向して設けられ、前記超音波ホーンとともに熱融着性を有する被融着物を挟圧するローラー式受け冶具とを備えるフィルム融着装置におけるフィルム融着方法であって、柱体で構成され、その一端面である挟圧面が平面で形成された前記超音波ホーンと、円盤で構成され、前記円盤の外縁部が外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させ、前記超音波ホーンの挟圧面と対向する最外縁端の周面が平坦に形成された前記ローラー式受け冶具との間に、物品を包み込んだ被融着物の開口側の前記被融着物が重なり合った部分を移送する移送工程と、前記移送された被融着物の重なり合った部分を、前記ローラー式受け冶具の周面が下方から支持し、前記超音波ホーンからの超音波エネルギにより、前記超音波ホーンの挟圧面と前記ローラー式受け冶具の周面との間に挟圧された前記被融着物の重なり合った部分を融着し、前記被融着物の不要な部分を融着部で裁断して除去する熱融着工程とを具備することを特徴とするフィルム融着方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の一態様によれば、上記したフィルム融着方法によってファイル包装されたことを特徴とする電池が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のフィルム融着装置およびフィルム融着方法によれば、フィルム包装におけるフィルムの重ね合わせ部を適正な強度を維持して融着し、裁断を安定して行うことができ、さらに高速で融着および裁断処理を行った場合でも、融着部における融着強度を低下させることなくフィルムを融着することができる。また、本発明のフィルム融着方法によって包装された電池では、フィルムの融着部において適正な融着強度を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、フィルム包装工程の概要を示す図である。図２は、本発明に係る一実施の形態のフィルム融着装置１０を正面から見た状態の構成を示す図である。また、図３は、本発明に係る一実施の形態のフィルム融着装置１０をフィルム包装された電池２が移送される方向からみた状態の構成を示す図である。図４は、フィルム融着装置１０における超音波ホーン２０およびローラー式受け冶具３０によってフィルム１を融着し、裁断している状態を移送方向に垂直な断面で示した図である。図５は、ローラー式受け冶具３０の外縁部３２および超音波ホーン２０の一端部の構成を移送方向に垂直な断面で示した図である。図６は、ローラー式受け冶具３０の外縁部３２の他の構成を移送方向に垂直な断面で示した図である。図７は、フィルム１の融着部７０の断面を示す図である。
【００１３】
ここで、図１に示すように、所定本数の電池のフィルム包装は、（Ａ）所定本数ずつの電池２をフィルム１上の一側に載置し、（Ｂ）フィルム１の他側を折り返し、（Ｃ）フィルムの重なり合った部分を溶着し、不要な部分を裁断して除去し、（Ｄ）チューブ状になったフィルム中の電池を所定本数ずつに切り離し、（Ｅ）フィルムをシュリンクさせて電池をパックする工程を経て完了する。本発明に係る一実施の形態のフィルム融着装置１０は、上記したフィルム包装工程の（Ｃ）の工程を主に行う装置である。
【００１４】
図２および図３に示すように、フィルム融着装置１０は、折り返されたフィルム１およびフィルム間に載置された電池２を移送する移送テーブル１１と、この移送テーブル１１の上方に備えられた超音波発信機１２と、この超音波発信機１２の下部に備えられ、超音波発信機１２からの超音波エネルギを集中するための超音波ホーン２０と、この超音波ホーン２０と対向して設けられ、超音波ホーン２０とともにフィルム１を挟圧するローラー式受け冶具３０とを備える。
【００１５】
超音波ホーン２０は、図４および図５に示すように、例えば、超硬合金などの強度の高い金属からなる柱体で構成され、その一端面であり、フィルム１を上方から挟圧する挟圧面２１が水平な平面で形成されている。なお、挟圧面２１は、機械加工などで形成することができ、特に滑り性の観点から研削加工で形成することが好ましい。挟圧面２１の形状は、四角形などで構成することができ、特に溶着点を電池に近づける観点から、長方形が好ましい。
【００１６】
ローラー式受け冶具３０は、いわゆるアンビルとして機能し、例えば、超硬合金などの強度の高い金属からなる円盤３１で構成される。図４および図５に示すように、ローラー式受け冶具３０において、円盤３１の外縁部３２が外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させ、超音波ホーン２０の挟圧面２１と対向する最外縁端の周面３３が平坦に形成されている。すなわち、円盤３１の外縁部３２を、断面が台形の突条で構成した。また、ローラー式受け冶具３０の周面３３によって、超音波ホーン２０の挟圧面２１とともにフィルム１を下方から挟圧する。なお、ローラー式受け冶具３０は、図示しないモータによってフィルム１の送り速度と同調して回転駆動され、例えば、エアシリンダの空気圧等によって超音波ホーン２０に圧接されている。
【００１７】
ここで、図５に示すように、円盤３１の外縁部３２を外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させることで形成される傾斜面３４の傾斜角度θ１、θ２が、水平面に対して１２０〜１６５度であることが好ましい。傾斜角度θ１、θ２をこの範囲とすることが好ましいのは、傾斜角度θ１、θ２が１２０度よりも小さい場合には、フィルム１の融着部において融着ナゲットが適正に形成されず、傾斜角度θ１、θ２が１６５度よりも大きい場合にも、フィルム１の融着部において融着ナゲットが適正に形成されないからである。また、さらに傾斜角度θ１、θ２の好ましい範囲は、１３５〜１６５度である。なお、傾斜角度θ１と傾斜角度θ２は、上記した範囲内であればそれぞれ異なる角度で構成してもよい。また、裁断品質の観点から傾斜角度θ１と傾斜角度θ２とを同じにすることが好ましい。
【００１８】
また、ローラー式受け冶具３０における最外縁端の厚さＴは、被融着物であるフィルム１の厚さの８〜１６倍であることが好ましい。ローラー式受け冶具３０における最外縁端の厚さＴが、被融着物であるフィルム１の厚さの８〜１６倍であることが好ましいのは、８倍よりも小さい場合には、フィルム１の融着部において融着ナゲットが十分に成長せず、１６倍よりも大きい場合には、フィルム１の融着部において融着ナゲットが十分に突出しないからである。ローラー式受け冶具３０における最外縁端の厚さＴのさらに好ましい範囲は、フィルム１の厚さの１０〜１４倍である。
【００１９】
また、ローラー式受け冶具３０の外縁部３２の傾斜角度θ１、θ２を上記した１２０〜１６５度とし、かつローラー式受け冶具３０における最外縁端の厚さＴをフィルム１の厚さの８〜１６倍とすることがより好ましい。
【００２０】
ここで、ローラー式受け冶具３０は、図６に示すように、例えば、ローラー式受け冶具３０の厚さ方向で、一方の側面側５０ａと他方の側面側５０ｂに、それぞれ、上記した範囲の傾斜角度θ１、θ２およびＬ／Ｔとなる外縁部３２を設けてもよい。これによって、一方の周面３３に不具合が生じたときに、ローラー式受け冶具３０の取り付け向きを入れ替える、換言すると、一方の周面３３が他方の周面３３側となるようにローラー式受け冶具３０の取り付け向きを入れ替えることで、他方の周面３３を利用することができる。なお、図６に示した、他の構成のローラー式受け冶具３０では、中央部に周面３３と同一平面となる凸面を有する凸条部５１が構成されているが、この凸条部５１を設けずに、傾斜面３４の基部と同一面で構成してもよい。
【００２１】
フィルム１は、被融着物として機能し、熱融着性および熱収縮性を有する樹脂で形成された、いわゆるシュリンクフィルムである。このフィルム１を形成する樹脂として、具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニル、ポリオレフィンなどが挙げられる。これらの中でも、環境の観点から、フィルム１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成されることが好ましい。
【００２２】
次に、フィルム融着装置１０によるフィルム１を融着する工程について説明する。
【００２３】
フィルム１および電池２が移送される移送テーブル１１の上流には、フィルム１を折り返し、電池２を包み込むための折畳ローラー（図示しない）が配設され、フィルム１の一側を持ち上げ、電池２を包み込む一方、電池２が載置されている方の端は僅かに持ち上げられ、電池２の中心部でフィルム１の開口側の両縁が重なり合った状態で、超音波ホーン２０とローラー式受け冶具３０との間に移送される。
【００２４】
続いて、フィルム１の重なり合った部分は、超音波ホーン２０とローラー式受け冶具３０に挟圧され、超音波発信機１２からの超音波によって昇温され融着されるとともに、フィルム１の融着部から縁までの不要な部分は、融着部の中央の裁断部で裁断（溶断）され除去される。
【００２５】
ここで、図７に示すように、フィルム１の融着部７０において、融着ナゲット７５がフィルム１の間に形成される。このようにフィルム１の間に融着ナゲット７５を形成することで、融着強度が向上される。なお、フィルム１の融着部７０から縁までの不要な部分は、融着部７０の中央の裁断部７１で裁断（溶断）され除去される。
【００２６】
このように、フィルム融着装置１０では、移送工程と熱融着工程とが施される。
【００２７】
上記したように、本発明に係る一実施の形態のフィルム融着装置１０およびフィルム融着方法によれば、超音波ホーン２０の挟圧面２１を水平な平面で形成し、ローラー式受け冶具３０において円盤３１の外縁部３２を外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させるとともに、超音波ホーン２０の挟圧面２１と対向する最外縁端の周面３３を平坦に形成することで、フィルム１の融着部７０において、融着ナゲット７５をフィルム１の間に形成することができる。これによって、フィルム間の融着強度を向上することができる。また、高速で融着および裁断処理を行った場合でも、融着部７０における融着強度を低下させることなくフィルムを融着することができる。また、本発明のフィルム融着方法によって包装された電池２では、フィルム１の融着部７０において適正な融着強度を有することができる。
【００２８】
（実施例および比較例）
次に、本発明に係るフィルム融着装置１０でフィルム融着されたフィルムの融着部における融着強度が向上されることについて説明する。ここでは、融着強度を融着部の引張り強度を計測することで評価した。なお、本発明に係るフィルム融着装置１０については、図５を参照して説明する。また、図８は、比較例に係るローラー式受け冶具１００の外縁部１０２および超音波ホーン１１０の一端部の構成を移送方向に垂直な断面で示した図である。
【００２９】
本発明に係るフィルム融着装置１０のローラー式受け冶具３０において、円盤３１の外縁部３２を外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させることで形成される傾斜面３４の傾斜角度θ１および傾斜角度θ２を同じに構成し、傾斜角度θ１、θ２を１２０、１３５、１５０、１６５度に設定した。また、ローラー式受け冶具３０における最外縁端の周面３３の厚さＴを０．２５ｍｍとした。すなわち、円盤３１の外縁部３２を、断面が台形の突条で構成した。また、超音波ホーン２０の挟圧面２１を長方形の平面とし、超音波ホーン２０の挟圧面２１における、ローラー式受け冶具３０における最外縁端の厚さ方向の長さＬを３ｍｍとした。
【００３０】
一方、比較例のフィルム融着装置におけるローラー式受け冶具１００では、図８に示すように、円盤１０１の外縁部１０２を外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させ、最外縁端は周面を有さず、頂点となっている。すなわち、円盤１０１の外縁部１０２を、断面が三角形の突条で構成した。円盤１０１の外縁部１０２を外周方向にその厚さを所定の厚さまで徐々に減少させることで形成される傾斜面１０３の傾斜角度θ３および傾斜角度θ４を同じに構成し、傾斜角度θ３、θ４を上記した傾斜角度θ１、θ２と同様に、１２０、１３５、１５０、１６５度に設定した。また、超音波ホーン１１０の挟圧面１１１を長方形の平面とし、フィルムが搬送される方向の厚さ方向の長さＭを３ｍｍとした。
【００３１】
上記した本発明に係るフィルム融着装置１０および比較例のフィルム融着装置を用いて、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなり厚さが０．０２５ｍｍのシュリンクフィルム２枚を熱融着し、融着部から縁までの不要な部分を裁断した。すなわち、実施例では、ローラー式受け冶具３０における最外縁端の周面３３の厚さＴを、被融着物であるシュリンクフィルムの厚さの１０倍とした。
【００３２】
そして、２枚のシュリンクフィルムを融着部を中心に異なる方向に引張り、融着部が破断するまでの引張り強度を計測した。ここで、本引張り試験は、融着部の長さが２５ｍｍの試験片を作製し、シュリンクフィルムの端部をチャックで固定し、それぞれのシュリンクフィルムを異なる方向でかつシュリンクフィルムが融着された方向に垂直に引張り荷重を負荷し、融着部が切断するときの負荷を測定した。
【００３３】
引張り試験の結果を表１に示す。なお、表１には、本発明に係るフィルム融着装置１０を用いて得られた結果を実施例として、比較例のフィルム融着装置を用いて得られた結果を比較例として示している。
【００３４】
【表１】
2010100335.tif 000003
【００３５】
表１に示すように、引張り強度は、本発明に係るフィルム融着装置１０で熱融着された融着部の方が、比較例のフィルム融着装置で熱融着された融着部よりも高いことがわかった。すなわち、ローラー式受け冶具３０における最外縁端は、所定の厚さＴを有する周面３３を備える方が高い融着強度を有して融着できることがわかった。
【００３６】
また、本発明に係るフィルム融着装置１０で熱融着された融着部において、傾斜角度θ１、θ２が１２０〜１６５度の範囲では、適正な強度を有し、特に、１３５度において引張り強度が高くなることがわかった。
【００３７】
なお、実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除する等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】フィルム包装工程の概要を示す図。
【図２】本発明に係る一実施の形態のフィルム融着装置を正面から見た状態の構成を示す図。
【図３】本発明に係る一実施の形態のフィルム融着装置をフィルム包装された電池が移送される方向からみた状態の構成を示す図。
【図４】本発明に係る一実施の形態のフィルム融着装置における超音波ホーンおよびローラー式受け冶具によってフィルムを融着し、裁断している状態を移送方向に垂直な断面で示した図。
【図５】ローラー式受け冶具の外縁部および超音波ホーンの一端部の構成を移送方向に垂直な断面で示した図。
【図６】ローラー式受け冶具の外縁部の他の構成を移送方向に垂直な断面で示した図。
【図７】フィルムの融着部の断面を示す図。
【図８】比較例に係るローラー式受け冶具の外縁部および超音波ホーンの一端部の構成を移送方向に垂直な断面で示した図。
【図９】従来のフィルム融着装置における超音波ホーンおよびアンビルによってシュリンクフィルムを融着し、裁断している状態を移送方向に垂直な断面で示した図。
【図１０】従来のフィルム融着装置によって融着されたシュリンクフィルムの融着部の断面を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
２…電池、１０…フィルム融着装置、１１…移送テーブル、１２…超音波発信機、２０…超音波ホーン、２１…挟圧面、３０…ローラー式受け冶具、３１…円盤、３２…外縁部、３３…周面、３４…傾斜面、θ１…傾斜角度、θ２…傾斜角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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