(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の包装材料に流動性食品を充填し、流動性食品を収容する包装容器を形成する包装充填装置であって、
超音波を供給する超音波供給部と、受け治具であるアンビルとを有し、前記超音波供給部の超音波供給面と前記アンビルの受け面とで前記帯状の包装材料を挟持し、挟持された前記帯状の包装材料に超音波を印加して、前記帯状の包装材料をシールするシール装置を有し、
前記アンビルの前記受け面は、前記受け面の中央からそれぞれ所定距離離れ、前記帯状の包装材料の縁部を挟持する２つの所定領域を備え、
前記所定領域は、前記帯状の包装材料と接触する接触部（５２Ａ）と、第１の平坦部（５２Ｃ）と、第２の平坦部（５２Ｅ）と、前記接触部（５２Ａ）と前記第１の平坦部（５２Ｃ）との間に位置する第１の傾斜部（５２Ｂ）と、前記第１の平坦部（５２Ｃ）と前記第２の平坦部（５２Ｅ）との間に位置する第２の傾斜部（５２Ｄ）を備え、
前記第１の平坦部（５２Ｃ）の幅が前記接触部（５２Ａ）の幅よりも短く、前記第２の傾斜部（５２Ｄ）の傾斜角度が前記第１の傾斜部（５２Ｂ）の傾斜角度よりも緩やかである、包装充填装置。
【請求項２】
帯状の包装材料に流動性食品を充填し、流動性食品を収容する包装容器を形成する包装充填装置であって、
超音波を供給する超音波供給部と、受け治具であるアンビルとを有し、前記超音波供給部の超音波供給面と前記アンビルの受け面とで前記帯状の包装材料を挟持し、挟持された前記帯状の包装材料に超音波を印加して、前記帯状の包装材料をシールするシール装置を有し、
前記アンビルの前記受け面は、前記受け面の中央からそれぞれ所定距離離れ、前記帯状の包装材料の縁部を挟持する２つの所定領域を備え、
前記所定領域は、前記帯状の包装材料と接触する接触部（５２Ａ）と、平坦部（５２Ｅ）と、前記接触部（５２Ａ）と前記平坦部（５２Ｅ）との間に位置する第１の傾斜部（５２Ｂ）と、前記第１の傾斜部（５２Ｂ）と前記平坦部（５２Ｅ）との間に位置する第２の傾斜部（５２Ｄ）を備え、
前記第１の傾斜部（５２Ｂ）の幅が前記第２の傾斜部（５２Ｄ）の幅よりも短く、前記第２の傾斜部（５２Ｄ）の傾斜角度が前記第１の傾斜部（５２Ｂ）の傾斜角度よりも緩やかである、包装充填装置。
【請求項３】
請求項１に記載の包装充填装置において、
前記第１の傾斜部（５２Ｂ）および前記第２の傾斜部（５２Ｄ）は、角部が面取りされている
ことを特徴とする包装充填装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の包装充填装置において、
前記シール装置は、前記帯状の包装材料の長手方向に直交する方向で、前記帯状の包装材料をシールする
ことを特徴とする包装充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包装材料に流動性食品等を充填する包装充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発酵乳飲料、牛乳、ミネラルウォーター、茶、ジュース、スープ、アルコール類等の流動性食品を収容する包装容器を製造する場合、ウェブ状（帯状）の包装積層材料が使用され、包装積層材料がヒートシール、超音波シール等によってシールされることにより、包装容器が形成される。例えば、包装充填装置において、包装積層材料をチューブ状に成形し、縦シール装置によって長手方向（縦方向）にシールした後、チューブ状の包装積層材料の中に液体食品を充填しながら、横シール装置によって横方向にシールして切断し、枕状の予備成形容器を形成し、予備成形容器を更に最終形状に成形して包装容器を完成させる。
【０００３】
横シール装置では、ヒータ、インダクタ等を利用してヒートシールを行うもののほかに、超音波を利用して超音波シールを行うものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、超音波シールにより良好なシールを実現することができる包装充填装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様による包装充填装置は、帯状の包装材料に流動性食品を充填し、流動性食品を収容する包装容器を形成する包装充填装置であって、超音波を供給する超音波供給部と、受け治具であるアンビルとを有し、前記超音波供給部の超音波供給面と前記アンビルの受け面とで前記帯状の包装材料を挟持し、挟持された前記帯状の包装材料に超音波を印加して、前記帯状の包装材料をシールするシール装置を有し、前記アンビルの前記受け面が、シール時に前記帯状の包装材料と接触する接触部に隣接する領域における角部が滑らかである滑らか形状であることを特徴とする。
【０００７】
上述した包装充填装置において、前記滑らか形状は、前記角部の頂角が１５５〜１７５度の範囲内である滑らか形状であるようにしてもよい。
【０００８】
上述した包装充填装置において、前記滑らか形状は、前記角部が面取りされているようにしてもよい。
【０００９】
上述した包装充填装置において、前記アンビルの前記受け面の一部である所定領域が前記滑らか形状であるようにしてもよい。
【００１０】
上述した包装充填装置において、前記所定領域は、前記アンビルの前記受け面の中央からそれぞれ所定距離離れ、前記帯状の包装材料の縁部を挟持する２つの領域であるようにしてもよい。
【００１１】
上述した包装充填装置において、前記シール装置は、前記帯状の包装材料の長手方向に直交する方向で、前記帯状の包装材料をシールするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上の通り、本発明によれば、アンビルの受け面がシール時に帯状の包装材料と接触する接触部に隣接する領域に角張った部分がない形状であるので、超音波シールにより良好なシールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による包装充填装置の概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による包装充填装置の横シール装置の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による包装充填装置の横シール装置の超音波ホーンを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による包装充填装置の横シール装置の要部を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による包装充填装置の横シール装置の要部を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態による包装充填装置の横シール装置のアンビルを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による包装充填装置の横シール装置のアンビルの断面を示す図（その１）である。
【図８】本発明の一実施形態による包装充填装置の横シール装置のアンビルの断面を示す図（その２）である。
【図９】本発明の一実施形態による包装充填装置の横シール装置のアンビルの断面を示す図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［一実施形態］
本発明の一実施形態による包装充填装置について図面を用いて説明する。
【００１５】
（包装充填装置の概要）
まず、図１を用いて包装充填装置の概要について説明する。
【００１６】
帯状の包装積層材料１は、リールの状態で包装充填装置に供給される。包装積層材料１は、紙基材、及び紙基材の両面にポリエチレン樹脂が積層された可撓性の積層体から成り、必要に応じて紙基材とフィルムとの間にアルミニウム箔、ガスバリヤ性樹脂等から成るバリヤ層が形成され、包装容器１４の表面に相当する部分にあらかじめ文字や模様などが印刷されている。
【００１７】
繰り出された包装積層材料１は、搬送手段としての送り装置によって連続的に搬送され、ベンディングローラ、ダンパローラ等を経て、ストリップ付着装置３に送られ、ストリップ付着装置によって包装積層材料１の一方の縁部に沿ってストリップ２が付着される。
【００１８】
続いて、包装積層材料１は、必要に応じて、プルタブ付着装置によってプルタブが付着されている。包装積層材料１は、殺菌槽４に送られ、殺菌槽４において過酸化水素等の殺菌液によって殺菌される。
【００１９】
なお、過酸化水素等の殺菌液を用いて殺菌する代わりに、電子線を照射して滅菌してもよい。
【００２０】
続いて、包装積層材料１は、アッパーチャンバ３０に送られ、アッパーチャンバ３０内のエアナイフ３３によって乾燥させられた後、無菌室１６の室内に送られる。
【００２１】
続いて、包装積層材料１は、フォーミングリング３７等によって徐々に変形させられてチューブ状の形状に形成される。
【００２２】
続いて、包装積層材料１は、縦シール装置８の予熱手段からのホットエアーによって予熱されて、縦方向にシールされ、充填パイプ７を介して供給された流動性食品がチューブ状包装積層材料１内に充填される。
【００２３】
続いて、流動性食品が充填されたチューブ状包装積層材料１は、ローラによって案内され、横シール装置１０に送られ、挟まれて横方向にシールされる。横シールされた包装積層材料は、切断刃などで切断されて枕状の予備成形容器１３が形成される。そして、予備成形容器１３は、最終成形搬送装置１５によって搬送されて最終の形状に成形され、流動性食品を収容する包装容器１４が完成する。
【００２４】
（包装充填装置の横シール装置）
次に、図２を用いて包装充填装置の横シール装置１０について説明する。
【００２５】
本実施形態の横シール装置１０は、超音波シールによりチューブ状包装積層材料１をシールする。超音波を供給する超音波ホーン４０と、受け治具であるアンビル５０とを対向させ、それらの間に包装積層材料１を通過させる。
【００２６】
横シール時には、包装積層材料１を一時的に停止させ、包装積層材料１をアンビル５０と超音波ホーン４０とで挟持する。超音波ホーン４０からの超音波により包装積層材料１を近接する２個所のシール部１３Ａ、１３Ａで横シールする。横シールした２個所のシール部１３Ａ、１３Ａ間の切断部１３Ｂを切断刃６０により切断し、枕状の予備成形容器１３を形成する。
【００２７】
次に、図３を用いて、横シール装置１０の超音波ホーン４０の詳細について説明する。
【００２８】
超音波ホーン４０の超音波供給面４２の反対側には、電圧を加えると伸び縮みするピエゾ素子４４が設けられている。ピエゾ素子４４を含む超音波ホーン４０の超音波供給面４２の反対側には、圧縮空気が封入されたエアー室４６が設けられている。エアー室４６の圧力を調整して、冷却する。
【００２９】
次に、図４及び図５を用いて、横シール装置１０の要部について説明する。
【００３０】
本実施形態の場合、横シールする包装積層材料１の横幅は、例えば、６０〜１６０ｍｍである。
【００３１】
超音波ホーン４０の超音波供給面４２は、例えば、横１５０〜２００ｍｍ、縦１０〜２０ｍｍの矩形形状である。
【００３２】
超音波ホーン４０の受け治具であるアンビル５０の受け面５２は、超音波ホーン４０の超音波供給面４２とほぼ同じ大きさ及び形状であり、例えば、横１５０〜２００ｍｍ、縦１０〜２０ｍｍの矩形形状である。
【００３３】
本実施形態の横シール装置１０では、受け治具であるアンビル５０の受け面５２において、包装積層材料１の縁部を挟持する領域の形状を部分的に変更している。
【００３４】
図４及び図５に示すように、包装積層材料１の縁部は、アンビル５０の受け面５２の中央から所定距離にある領域Ｐ、Ｑで挟持する。この領域Ｐ、Ｑのアンビル５０の受け面５２の形状を、その他の領域のアンビル５０の受け面５２の形状とは異ならしている。
【００３５】
領域Ｐ、Ｑは、アンビル５０の中央から、例えば、３０〜８０ｍｍの距離にあり、その長さは、例えば、１０〜２０ｍｍである。
【００３６】
本実施形態の横シール装置１０では、受け治具であるアンビル５０の受け面５２の中央には、包装積層材料１のオーバラップ部分を収容する凹部５４が形成されている。包装積層材料１を超音波ホーン４０とアンビル５０で挟持したときに、オーバラップ部分が凹部５４に収容され、包装積層材料１の横シール部分の全体に均一に超音波が伝達される。
【００３７】
横シールするときには、超音波ホーン４０とアンビル５０により、包装積層材料１を挟持する。超音波ホーン４０から、シールする包装積層材料１に最適な周波数と振幅の超音波を供給し、包装積層材料１を横シールする。例えば、１５〜４０ＫＨｚの周波数で、１０〜４０μｍの振幅の超音波を１００〜５００ｍｓｅｃの時間、超音波ホーン４０から供給する。
【００３８】
（横シール装置のアンビル）
次に、図６乃至９を用いて包装充填装置の横シール装置１０のアンビル５０の詳細について説明する。図６（ａ）はアンビル５０の正面図であり、図６（ｂ）はアンビル５０の平面図である。図７はアンビル５０のＡ−Ａ′線断面図であり、図８はアンビル５０のＢ−Ｂ′線断面図である。
【００３９】
包装充填装置の横シール装置１０のアンビル５０には、図６に示すように、矩形形状の受け面５２が形成されている。
【００４０】
受け治具であるアンビル５０の受け面５２において、包装積層材料１の縁部を挟持する領域の形状を部分的に変更している。図６に示すように、アンビル５０の受け面５２の中央から所定距離にある領域Ｐ、Ｑにおける形状を部分的に変更している。
【００４１】
アンビル５０の断面形状を、図７及び図８に示す。図７は、アンビル５０の受け面５２の基本的な断面形状である。図８は、アンビル５０の受け面５２の領域Ｐ、Ｑにおける、変更した部分の断面形状である。
【００４２】
図７（ａ）、図８（ａ）は、アンビル５０全体の断面図であり、図７（ｂ）、図８（ｂ）は、図７（ａ）、図８（ａ）の拡大した部分的断面図であり、図７（ｃ）、図８（ｃ）は、図７（ｂ）、図８（ｂ）の更に拡大した部分的断面図である。
【００４３】
アンビル５０の受け面５２には、切断刃６０の切断刃通過穴５６の左右両側に、包装積層材料１に直接的に接触する接触部５２Ａが設けられている。包装積層材料１を接触部５２Ａと超音波ホーン４０により挟持し、超音波により、接触部５２Ａに接触した部分が横シールされる。
【００４４】
アンビル５０の受け面５２の基本的な断面形状は、図７に示すように、接触部５２Ａの切断刃通過穴５６側と反対側の隣接する部分に、傾斜部５２Ｂを経て平坦部５２Ｃが設けられ、更に傾斜部５２Ｄを経て平坦部５２Ｅが設けられている。
【００４５】
これに対し、アンビル５０の受け面５２の領域Ｐ、Ｑにおける断面形状は、図８に示すように、接触部５２Ａの切断刃通過穴５６側と反対側の隣接する部分に、傾斜部５２Ｂを経て平坦部５２Ｃが設けられ、更に傾斜部５２Ｄを経て平坦部５２Ｅが設けられている。領域Ｐ、Ｑでは、基本的な断面形状と比較して、平坦部５２Ｃの幅が狭く、傾斜部５２Ｄの幅が広く傾斜が緩やかになっている。図８では、比較のため、基本的な断面形状を破線で示す。
【００４６】
アンビル５０の受け面５２の形状の詳細を図９に示す。図９はアンビル５０の更に拡大した部分的断面図である。
【００４７】
図９（ａ）は図７に対応し、アンビル５０の受け面５２の基本的な断面形状である。
【００４８】
図９（ａ）において、アンビル５０の受け面５２の接触部５２Ａの幅は、例えば、１．０ｍｍである。平坦部５２Ｃは、接触部５２Ａの面と平行であり、接触部５２Ａより、例えば、０．１０ｍｍ低くなっている、平坦部５２Ｃの幅は、例えば、１．０ｍｍである。傾斜部５２Ｂは、接触面５２Ａと平坦部５２Ｃとの間に位置している。傾斜部５２Ｂの傾斜角度は、例えば、３０度であり、傾斜部５２Ｂの幅は、例えば、０．１０ｍｍである。平坦部５２Ｅは、接触部５２Ａ及び平坦部５２Ｃの面と平行であり、平坦部５２Ｃより、例えば、０．１０ｍｍ低くなっている、傾斜部５２Ｄは、平坦部５２Ｃと平坦部５２Ｅの間に位置している。傾斜部５２Ｄの傾斜角度は、例えば、３０度である。傾斜部５２Ｄの幅は、例えば、０．１０ｍｍである。
【００４９】
図９（ｂ）は図８に対応し、アンビル５０の受け面５２の領域Ｐ、Ｑにおける断面形状である。図９（ｂ）においては基本的な断面形状を破線で示している。
【００５０】
図９（ｂ）において、アンビル５０の受け面５２の接触部５２Ａの幅は、例えば、０．５〜３．０ｍｍである。平坦部５２Ｃは、接触部５２Ａの面と平行であり、接触部５２Ａより、例えば、０．０５〜０．２０ｍｍ低くなっている、平坦部５２Ｃの幅は、基本的な断面形状より短く、例えば、０．５〜１．５ｍｍである。傾斜部５２Ｂは、接触面５２Ａと平坦部５２Ｃとの間に位置している。傾斜部５２Ｂの傾斜角度は、基本的な断面形状より小さく緩やかであり、例えば、１５〜２５度であり、傾斜部５２Ｂの幅は、例えば、０．０５〜０．２０ｍｍである。平坦部５２Ｅは、接触部５２Ａ及び平坦部５２Ｃの面と平行であり、平坦部５２Ｃより、例えば、０．０５〜０．２０ｍｍ低くなっている。傾斜部５２Ｄは、平坦部５２Ｃと平坦部５２Ｅの間に位置している。傾斜部５２Ｄの傾斜角度は、基本的な断面形状より緩やかであり、例えば、１５〜２５度である。傾斜部５２Ｄの幅は、例えば、０．１０〜０．２０ｍｍである。
【００５１】
図９（ａ）と図９（ｂ）を比較すると明らかなように、アンビル５０の受け面５２の領域Ｐ、Ｑでは、他の領域とは異なり、傾斜部５２Ｄの傾斜角度が緩やかになっている。
【００５２】
アンビル５０の受け面５２の領域Ｐ、Ｑでは包装積層材料１の縁部を挟持する。従来、包装積層材料１の縁部では、包装積層材料１が折り曲げられて挟持されているため、横シール時に塊状のポリエチレンが発生しやすい。塊状のポリエチレンが発生すると、ピンホールにより微小欠陥が発生する。
【００５３】
本実施形態では、アンビル５０の受け面５２の領域Ｐ、Ｑでの傾斜部５２Ｄの傾斜角度が緩やかにすることにより、横シール時に塊状のポリエチレンが発生することを防止している。これによりピンホールにより微小欠陥の発生を防止している。
【００５４】
本願発明者等の鋭意研究によれば、アンビル５０の受け面５２の接触部５２Ａの隣接する部分に角張った部分がある場合に、包装積層材料１の縁部で横シール時に塊状のポリエチレンが発生しやすいことがわかった。
【００５５】
本実施形態では、平坦部５２Ｃの幅を基本的な断面形状より短くし、傾斜部５２Ｄの傾斜角度を基本的な断面形状より緩やかにすることにより、アンビル５０の受け面５２の接触部５２Ａの隣接する領域に角張った部分がないようにして、包装積層材料１の縁部で横シール時に塊状のポリエチレンの発生を防止している。
【００５６】
アンビル５０の受け面５２の接触部５２Ａの隣接する部分の形状としては、角張った部分がないようにするものであれば、図９（ｂ）の形状に限らない。
【００５７】
例えば、図９（ｃ）に示すように、平坦部５２Ｃを設けることなく、接触面５２Ａから傾斜部５２Ｂ、５２Ｄを経て、平坦部５２Ｅとなるようにしてもよい。図９（ｃ）においては基本的な断面形状を破線で示している。平坦部５２Ｃがないので、傾斜部５２Ｄは、傾斜部５２Ｂと平坦部５２Ｅの間に位置している。傾斜部５２Ｄの傾斜角度は、基本的な断面形状より更に緩やかであり、例えば、１０〜２０度である。傾斜部５２Ｄの幅は、例えば、１．０〜３．０ｍｍである。
【００５８】
また、図９（ｄ）に示すような断面形状としてもよい。図９（ｄ）においては基本的な断面形状を破線で示している。全体の断面形状は、基本的な断面形状と同様に、接触部５２Ａの切断刃通過穴５６側と反対側の隣接する部分に、傾斜部５２Ｂ、平坦部５２Ｃ、傾斜部５２Ｄ、平坦部５２Ｅが設けられているが、接触部５２Ａと傾斜部５２Ｂとの間の角部分と、平坦部５２Ｃと傾斜部５２Ｄとの間の角部分とを丸めている。接触部５２Ａと傾斜部５２Ｂとの間の角部分を、例えば、直径５．０〜１０．０ｍｍのＲ面取りし、平坦部５２Ｃと傾斜部５２Ｄとの間の角部分、例えば、直径５．０〜１０．０ｍｍのＲ面取りしている。
【００５９】
このように本実施形態によれば、超音波シールによる包装積層材料の横シール時に塊状のポリエチレンが発生せず、良好な横シールを実現することができる。
【００６０】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６１】
例えば、上記実施形態では、アンビルの一部の領域である領域Ｐ、Ｑにおいて、アンビルの断面形状を相違するようにしたが、これに限らない。アンビルの領域Ｐ、Ｑ以外の領域においてアンビルの断面形状を相違するようにしてもよい。また、アンビルのすべての領域について、アンビルの断面形状を領域Ｐ、Ｑのような断面形状にしてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、横シールに本発明を適用したが、縦シール等の他の個所のシールに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…包装積層材料
２…ストリップ
３…ストリップ付着装置
７…充填パイプ
８…縦シール装置
１０…横シール装置
１３…予備成形容器
１４…包装容器
１５…最終成形搬送装置
１６…無菌室
３０…アッパーチャンバ
３３…エアナイフ
３７…フォーミングリング
４０…超音波ホーン
４２…超音波供給面
４４…ピエゾ素子
４６…エアー室４６
５０…アンビル
５２…受け面
５２Ａ…接触部
５２Ｂ…傾斜部
５２Ｃ…平坦部
５２Ｄ…傾斜部
５２Ｅ…平坦部
５４…凹部
５６…切断刃通過穴
６０…切断刃
【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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