(57)【要約】【課題】  簡単かつ安価な構成でありながら、超音波ホーンに対向して配設される円盤状のアンビルの外周（受波部）を均一に摩耗させることができるようにして、シールの品質のバラツキ等を抑制すると共に、アンビルの寿命を延ばしてコストの低減を図る。【解決手段】  本発明は、超音波発振器３に接続される超音波ホーン４と、超音波ホーン４の先端と対向して配設される受台７と、を備え、超音波ホーン４及び受台７と、シール形成の対象となるシートＦＸと、を相対的に移動させることによってシール形成する超音波シール装置であって、受台７の先端部７０を移動方向に回転自在な略円盤形状に構成すると共に、先端部７０の回転中心７０Ｂを通る受台側取り付け中心軸Ｘと、超音波ホーン４の長手方向中心軸と、を、所定角度で交差するように配設することによって、先端部７０が超音波発振に伴って回転されるように構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発振器に接続される超音波ホーンと、当該超音波ホーンの先端と対向して配設される受台と、を備え、前記超音波ホーン及び前記受台と、シール形成の対象となるシートと、を相対的に移動させることによってシール形成する超音波シール装置であって、
前記受台には、略円盤形状の先端部と、当該先端部に嵌め込まれて先端部を回転自在に軸支するベアリングと、が配備され、
前記超音波ホーン長手方向中心軸と、受台先端部の回転中心を通る受台側取り付け中心軸と、を同一線上に配置せずに所定角度を有するオフセット配置にしたことを特徴とする超音波シール装置。
【請求項２】
前記超音波ホーン長手方向中心軸と、受台先端部の回転中心を通る受台側取り付け中心軸と、をオフセット配置にしたことにより、受台先端部に対して超音波発振に伴う回転力が付与されることを特徴とする請求項１に記載の超音波シール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ね合わせた状態のシート（包装材）に超音波を照射し発熱させて熱溶着によりシールする超音波シール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の超音波シール装置として、例えば、特許文献１に記載されるようなものがある。
【０００３】
特許文献１に記載される超音波シール装置は、図８の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電気音響変換器（超音波発振器）１４に接続されるホーン１８と、当該ホーン１８に対向して配設され超音波を受けるアンビル（受台）１２と、の間に、重ね合わせた状態のシート（包装フィルム）を配置して、シート（包装フィルム）を挟んだ状態でアンビル（受台）１２をホーン１８に所定に押圧し、かかる状態で、電気音響変換器（超音波発振器）１４から超音波を照射しつつ、電気音響変換器（超音波発振器）１４及びホーン１８と、アンビル１２と、を略一体的に図８の（Ｂ）において左右方向（シートの幅方向（横方向））に移動（横移動）させることで、シート（包装フィルム）を溶着してシール線を形成するように、或いは溶着してシール線を形成しながらシート（包装フィルム）を切断することができるように構成されている。
【０００４】
特許文献１に記載される超音波シール装置において採用されているアンビル１２は、図８の（Ｂ）に示すようにホイール（円盤）状に形成されていると共に、このアンビル１２は、ロックねじ１３によりアンビルサポート１５に対して固定的に取り付けられている。
【０００５】
ところで、包装フィルムを間に挟んだ状態で超音波振動を受けるため、ホーン１８とアンビル１２との当接部は摩耗するが、ホーン１８は比較的高価であるため、アンビル１２側がホーン１８側より摩耗し易いように設定される傾向にある。
【０００６】
このため、アンビル１２がアンビルサポート１５に対して固定的であると、アンビル１２の当接部が偏摩耗して、シール形成に悪影響を及ぼす惧れが高くなる。
【０００７】
また、例えば、特許文献２には、円盤状のアンビル（受台）を自由回転可能に支持する構成として、円盤状のアンビルの受波面を移動させることで超音波を全体で受けることができるようにして、偏摩耗の抑制を図ろうとしたものが記載されている。
【０００８】
更に、特許文献３には、円盤状のアンビルをベルト駆動して、強制的に回転させることで、偏摩耗を抑制し、形成されるシールの再現性を改善できるようにしたものが記載されている。
【特許文献１】特開昭５７−８７３２３号公報
【特許文献２】特開平５−８５５２６号公報
【特許文献３】特開平９−５８６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載されるような回転しない固定式の円盤状のアンビル１２では、アンビル１２の外周の受波部（ホーン１８との当接部）を均等に摩耗させることができないため偏摩耗することになるが、偏摩耗した後にロックねじ１３を緩めてアンビル１２を回転させて摩耗していない部分を受波部として使用したとしても、アンビル１２の外周をムラなく受波部として均等に使用することは困難である。
【００１０】
このため、シールの品質にバラツキ等が生じると共に、アンビル１２の外周を無駄なく有効に使い切ることができないため、アンビル１２の研磨や交換等のサイクルも短くなりコストが増加するといった実情がある。
【００１１】
特許文献２に記載のものは、円盤状のアンビルは自由回転可能であるが、アンビルの外周とホーン先端とは比較的大きな力で押圧し合っているため、シール形成のために包装フィルムの幅方向にこれらを移動させた場合でも、実際のところ、アンビルは回転しないのが実情である。
【００１２】
従って、特許文献２に記載のものも、特許文献１に記載のものと同様に、アンビルの外周の受波部（ホーンとの当接部）を均等に摩耗させることができないため偏摩耗することになり、以ってシールの品質にバラツキ等が生じると共に、アンビルの外周を無駄なく有効に使い切ることができないため、アンビルの研磨や交換等のサイクルも短くなりコストが増加するといった実情がある。
【００１３】
特許文献３に記載のものは、円盤状のアンビルを強制的に回転させるものであり、偏摩耗の抑制は期待できるかも知れないが、別途強制回転機構が必要となるため、装置構成が複雑化しコストが増加するといった実情がある。
【００１４】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、超音波ホーンに対向して配設される円盤状のアンビルの外周（受波部）を均一に摩耗させることができるようにして、形成されるシールの品質のバラツキ等を抑制すると共に、アンビルの寿命を延ばしてコストの低減を図ることができる超音波シール装置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】
【００１５】
このため、本発明に係る超音波シール装置は、
超音波発振器に接続される超音波ホーンと、当該超音波ホーンの先端と対向して配設される受台と、を備え、前記超音波ホーン及び前記受台と、シール形成の対象となるシートと、を相対的に移動させることによってシール形成する超音波シール装置であって、
前記受台には、略円盤形状の先端部と、当該先端部に嵌め込まれて先端部を回転自在に軸支するベアリングと、が配備され、
前記超音波ホーン長手方向中心軸と、受台先端部の回転中心を通る受台側取り付け中心軸と、を同一線上に配置せずに所定角度を有するオフセット配置にしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明は、前記超音波ホーン長手方向中心軸と、受台先端部の回転中心を通る受台側取り付け中心軸と、をオフセット配置にしたことにより、受台先端部に対して超音波発振に伴う回転力が付与されることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、超音波ホーンに対向して配設される円盤状のアンビルの外周（受波部）を均一に摩耗させることができるようにして、形成されるシールの品質のバラツキ等を抑制すると共に、アンビルの寿命を延ばしてコストの低減を図ることができる超音波シール装置を提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波シール装置の全体構成の一例を示す一部に断面を含む平面図（包装フィルムの搬送方向から見た図）である。
【図２】同上実施の形態に係る超音波シール装置の全体構成の一例を示す一部に断面を含む側面図である。
【図３】（Ａ）は同上実施の形態に係る受台の先端部の形状を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。
【図４】（Ａ）は図１のＡ方向から見て超音波ホーン及び受台を抜き出して示した側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。
【図５】（Ａ）は同上実施の形態に係る超音波ホーンの中心軸と直線Ｘ（受台側取り付け中心軸）との交差を説明する平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）とは逆方向に超音波ホーンの中心軸と直線Ｘとが交差する場合の平面図である。
【図６】超音波ホーンの中心軸と直線Ｘとを交差させることにより生じる回転方向成分の力を説明するための模式図である。
【図７】超音波ホーンの中心軸と直線Ｘとを交差させることなく単純に幅方向へオフセットさせた場合及び超音波ホーンの先端面の斜めカットを説明するための図である。
【図８】（Ａ）は従来の超音波シール機構の一例を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る超音波シール装置の一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００２０】
本実施の形態に係る超音波シール装置は、図１に示すように、ガイドレール１Ａ、１Ｂが略平行に枠台１に取り付けられている。ガイドレール１Ａ、１Ｂには、当該ガイドレール１Ａ、１Ｂに沿って摺動するスライダ２Ａ、２Ｂが摺動自在に配設されると共に、これらスライダ２Ａ、２Ｂの摺動により図１中上下方向（シートＦＸの幅方向（横方向））に往復移動される超音波発振器３が取り付けられている。
【００２１】
図１、図２に示すように、前記超音波発振器３の先端側には、超音波を受けて増幅・伝導する超音波ホーン４が取り付けられている。この超音波ホーン４の先端部は、クランプ板５のスライド穴５Ａを貫通し、当該クランプ板５によってクランプ基板６との間にクランプされる２枚重ねのシート（包材、包装フィルム）ＦＸに面することができるように配設されている。
【００２２】
前記超音波ホーン４の先端部と対向する位置に、受台７が配設されており、その先端部（アンビル）７０は前記超音波ホーン４の先端面と対峙して超音波を受けるようになっている。
【００２３】
受台７は、前記超音波ホーン４及び前記超音波発振器３の図１中上下方向への移動と同期して移動するように、支持台１０（図２参照）を介して前記超音波ホーン４及び前記超音波発振器３と略一体的に取り付けられている。
なお、受台７は、図２に示したように、固定台８を介して支持台１０に固定されるようになっている。
【００２４】
また、図１、図２に示すように、受台７の先端部７０は、前記クランプ基板６に開口されたスライド穴６Ａを貫通して、前記クランプ板５に開口されたスライド穴５Ａを貫通する超音波ホーン４の先端部と対面し、これらの間にシートＦＸが挟み込まれるようになっている。
【００２５】
かかる構成において、クランプ板５とクランプ基板６との間にクランプされた２枚重ねのシートＦＸを、超音波ホーン４の先端と、受台７の先端部７０の先端と、で挟みつつ、図２の垂直方向（図１の上下方向）に超音波ホーン４と受台７を移動させて、超音波によりシートＦＸに接着線を形成してシールすることになる。
なお、図１において、符号６Ｚは、スライド穴６Ｂを備えるクランプ基板６の補強板である。
【００２６】
ここで、本実施例に係る受台７の先端部（アンビル）７０は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、円盤形状を有していると共に、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、固定ボルト７２によって内輪が受台７に締結されるベアリング７１を介して回転中心７０Ｂ廻りに回転自在に支持されている。
【００２７】
本発明者は、種々の研究・実験を行っているが、そのような過程において、円盤状の先端部７０をベアリング７１を介して回転自在に支持しただけでは、円盤状の先端部７０がベアリング７１廻りを回転することはなく、更にシール形成のためにシートＦＸの幅方向にこれらを移動させても、先端部７０はベアリング７１廻りにうまく回転しないという経験をした。これは、先端部７０の外周と超音波ホーン４の先端とは超音波を良好に伝達可能なように比較的大きな力で押圧し合っていることが原因の一つであると考えられる。
【００２８】
従って、円盤状の先端部７０をベアリング７１を介して回転自在に支持しただけでは、良好な回転を期待できないため、先端部７０の外周の受波部７０Ａ（超音波ホーン４との当接部）を均等に摩耗させることができずに偏摩耗を招き、以って形成されるシールの品質にバラツキ等が生じると共に、先端部７０の外周を無駄なく有効に使い切ることができないのが実情である。
【００２９】
この一方で、種々の研究・実験を行っているうちに、本発明者は、円盤状の先端部７０をベアリング７１を介して回転自在に支持しても円盤状の先端部７０をうまく回転させることは通常できないが、極稀にではあるが、円盤状の先端部７０が良好にゆっくりと回転する場合があることを確認した。
【００３０】
このような円盤状の先端部７０がゆっくりと回転する状況が作り出される条件について当初は明確ではなかったが、調査を繰り返した結果、本発明者は、円盤状の先端部７０がゆっくりと回転する条件を確認することに成功した。
【００３１】
すなわち、通常は、超音波ホーン４の長手方向中心軸は、円盤状の先端部７０の回転中心７０Ｂと取り付け部７５とを結ぶ直線Ｘ（受台側取り付け中心軸を意味する。図４（Ａ）、図５（Ａ）等参照）と一致するように（同軸上に位置するように）配設されるものであるが、円盤状の先端部７０がゆっくりと回転する場合には、例えば図５（Ａ）に示すように、設置誤差などによって、超音波ホーン４の中心軸が、前記直線Ｘと図５（Ａ）平面において所定角度（例えば、約１°（ｄｅｇｒｅｅ））で交差されるように、斜めにオフセットされて取り付けられているということを確認することができた。
【００３２】
なお、図７に示すように、超音波ホーン４の長手方向中心軸が、円盤状の先端部７０の回転中心７０Ｂと取り付け部７５とを結ぶ直線Ｘに対して図７中上下方向に平行にオフセットして取り付けられた場合には、円盤状の先端部７０が回転することはなかった。
【００３３】
このようなことに鑑み、本発明者は、種々の検討、確認試験等を行った結果、次のような知見を得た。
図６に模式的に示したように、超音波ホーン４の中心軸が前記直線Ｘに対して斜めに取り付けられている場合には、超音波ホーン４の先端面４Ａと、円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａと、の当接部に作用する力の成分として、円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａに回転中心７０Ｂ廻りの回転方向の力が生じるため、超音波振動が作用されると、この回転方向の力の方向に、円盤状の先端部７０が比較的ゆっくりと回転されることになるものと考えられる。この比較的ゆっくりとした回転は、シール形成のためにシートＦＸの幅方向に、超音波ホーン４と受台７とを移動させる移動速度には殆ど影響されず、交差角度、回転方向成分の力の大きさ、超音波振動の振動数や振幅などに影響されるといった傾向を持つ。
【００３４】
なお、図５（Ｂ）のように、超音波ホーン４の中心軸と、前記直線Ｘと、が交差する方向が、図５（Ａ）と逆方向である場合には、円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａに作用する回転力の方向が逆方向となり、円盤状の先端部７０は、図５（Ａ）とは逆方向に回転されることになる。
【００３５】
これに対して、図７に示したように、超音波ホーン４の長手方向中心軸が前記直線Ｘに対して平行に単純にオフセットして取り付けられる場合には、超音波ホーン４の先端面４Ａと、円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａと、の当接部に作用する力の成分として、円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａに回転中心７０Ｂ廻りの回転方向の力が生じないため、円盤状の先端部７０は回転しないものと考えられる。
【００３６】
この平行な単純オフセットの場合には、既に述べたように、超音波ホーン４の先端面４Ａと、円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａと、の間の当接力が比較的大きいため、シール形成のためにシートＦＸの幅方向に超音波ホーン４と受台７を移動させても、その移動に連られて円盤状の先端部７０が回転するようなこともない。
【００３７】
以上のような知見に基づいて、本実施の形態では、超音波ホーン４の長手方向中心軸を、円盤状の先端部７０の回転中心７０Ｂと取り付け部７５とを結ぶ直線Ｘ（受台側取り付け中心軸）に対して所定角度（傾斜角、交差角）をもって交差するように斜めにセットすることとし、これにより超音波ホーン４の先端面４Ａとの当接部である円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａに回転中心７０Ｂ廻りの回転方向の力を作用させ、円盤状の先端部７０を回転中心７０Ｂ廻りに回転させることができるようにする。
【００３８】
また、超音波ホーン４の中心軸と、前記直線Ｘ（受台側取り付け中心軸）と、が交差する方向を変更可能な構成として、円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａに作用する回転力の方向を正逆変更可能とし、円盤状の先端部７０の回転方向を正逆変更可能に構成することもできる。
【００３９】
なお、傾斜角（交差角）は、例えば、1°（ｄｅｇｒｅｅ）程度（０．３〜２．５°など）とすることができるが、これに限定されるものではなく、得られる回転速度等の種々の要求に応じて適宜に設定することができる。
【００４０】
このような構成の本実施の形態によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、円盤状の先端部７０を回転中心７０Ｂ廻りに自動的に回転させることができると共に、これにより円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａを均等に摩耗させることができるため、従来のように円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａが偏摩耗することが防止され、以って形成されるシールの品質にバラツキ等が生じることを抑制できると共に、円盤状の先端部７０の外周（受波部）７０Ａを無駄なく有効に使い切ることができ、延いては円盤状の先端部７０の研磨や交換等のサイクルを長期化、すなわち円盤状の先端部７０を長寿命化することができコストを低減することができる。
【００４１】
すなわち、本実施の形態によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、超音波ホーンに対向して配設される円盤状のアンビルの外周（受波部）を均一に摩耗させることができるようにして、形成されるシールの品質のバラツキ等を抑制すると共に、アンビルの寿命を延ばしてコストの低減を図ることができる超音波シール装置を提供することことができる。
【００４２】
なお、本実施例に係る超音波シール装置は、包装フィルムに対して縦シールや横シールを行なって内容物を包装する自動包装機に適用可能であり、例えば紅茶や緑茶等の内容物を包装フィルムを用いて角錐状に包装する角錐パック包装機などに適用することもできるものである。
【００４３】
ところで、本実施の形態では、略円盤形状の先端部７０の回転中心７０Ｂを通る直線Ｘ（受台側取り付け中心軸）と、超音波ホーン４の長手方向中心軸と、を、回転中心７０Ｂに平行な方向から見たときに所定角度で交差するように配設することによって、超音波発振に伴って先端部７０の外周７０Ａに回転方向成分の力を生じさせて、略円盤形状の先端部７０を回転させる構成について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、超音波発振に伴って略円盤形状の先端部７０の外周７０Ａに回転方向成分の力を生じさせて、略円盤形状の先端部７０を回転させることができるものであれば、本発明の範囲に含まれるものである。
【００４４】
例えば、略円盤形状の先端部７０の回転中心７０Ｂを通る直線Ｘ（受台側取り付け中心軸）と、超音波ホーン４の長手方向中心軸と、を交差させることなく（或いは交差させてもよい）、超音波ホーン４の先端面４Ａを、図７に示すように、前記直線Ｘ（略円盤形状の先端部７０の回転中心７０Ｂを通る受台側取り付け中心軸）に対して直交する面と所定角度（例えば、1°（ｄｅｇｒｅｅ）程度（０．３〜２．５°など））を持って交差するように若干斜めにカットするような構成とすることもできる。
【００４５】
以上で説明した実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
３          超音波発振器
４          超音波ホーン
４Ａ        先端面
７          受台
７０        先端部（アンビル）
７０Ａ      外周（受波部）
７０Ｂ      回転中心
７１        ベアリング
７２        固定ボルト
直線Ｘ      受台側取り付け中心軸
ＦＸ        シート（包装材）
【図１】
2011102133.tif 000003
【図２】
2011102133.tif 000004
【図３】
2011102133.tif 000005
【図４】
2011102133.tif 000006
【図５】
2011102133.tif 000007
【図６】
2011102133.tif 000008
【図７】
2011102133.tif 000009
【図８】
2011102133.tif 000010