(57)【要約】【課題】樹脂塊の発生を抑制し、且つ目視検査でシール状態が確認できる液体用紙容器の超音波シール装置を提供することを課題とする。【解決手段】ホーン３とアンビル２によってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、アンビルは、少なくとも３つの互いに平行で異なる高さの段差面を有しており、それらの段差面は斜面により連接されており、１つ目の段差面はホーンに最も近い位置にある溶着面１０であり、２つ目の段差面は十分なシール性が得られる範囲の最低限のシール性が確保できる溶着下限面１１であり、３つ目の段差面はそれ以上ホーンに近づけると溶着処理が過剰となりシール性に不具合が生じる可能性がある溶着上限面１２であり、ホーンからの距離は、溶着面、溶着下限面、溶着上限面の順に離れていることを特徴とする液体用紙容器の超音波シール装置。【選択図】図１
2016169020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に、ホーンとアンビルによってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、
アンビルは、少なくとも３つの互いに平行で異なる高さの段差面を有しており、
それらの段差面は斜面により連接されており、
１つ目の段差面はホーンに最も近い位置にある溶着面であり、２つ目の段差面は十分なシール性が得られる範囲の最低限のシール性が確保できる溶着下限面であり、３つ目の段差面はそれ以上ホーンに近づけると溶着処理が過剰となりシール性に不具合が生じる可能性がある溶着上限面であり、
ホーンからの距離は、溶着面、溶着下限面、溶着上限面の順に離れていることを特徴とする液体用紙容器の超音波シール装置。
【請求項２】
長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に、ホーンとアンビルによってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、
アンビルは、少なくとも３つの互いに平行で異なる高さの段差面を有しており、
それらの段差面は曲面により連接されているかまたは階段状に連接しており、
１つ目の段差面はホーンに最も近い位置にある溶着面であり、２つ目の段差面は十分なシール性が得られる範囲の最低限のシール性が確保できる溶着下限面であり、３つ目の段差面はそれ以上ホーンに近づけると溶着処理が過剰となりシール性に不具合が生じる可能性がある溶着上限面であり、
ホーンからの距離は、溶着面、溶着下限面、溶着上限面の順に離れていることを特徴とする液体用紙容器の超音波シール装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波シール装置で使用するアンビルであって、断裁刃側に溶着面に平行な面をさらに設けたことを特徴とする超音波シール装置で使用するアンビル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体用紙容器の超音波シール装置に関する。特に、長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合わせて筒状にした長尺の円筒包材の、重ね合わせにより出来た包材段差部を横断する方向に規則的な間隔でシールし、直方体形状に成形する液体用紙容器の超音波シール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品の液体内容物に使用される液体用紙容器は、果実飲料、お茶、コーヒー、乳飲料、スープ等の液体飲料、日本酒、焼酎等の酒類に広く用いられている。この液体用紙容器には、屋根型やレンガ型、あるいは円筒型などの形状の容器がある。
【０００３】
例えば、レンガ型液体用紙容器は、紙層の表裏に熱可塑性樹脂層を形成した包材の端部にエッジプロテクトテープを貼り、これを筒状に成形し包材端部どうしを重ねて貼ることで筒状形状にし、この筒状包材の下端部を横断方向にシールして筒の中に内容物を充填した状態でシールして仕切った後、立体形状に成形することで、内容物が充填された容器が製造される。包材としては、図５に例を示したような紙層３１の表裏面に外装側のポリエチレンフィルム層３０、ポリエチレン層３２、バリア層３３および内装側のポリエチレン層３４を形成したものが用いられる。
【０００４】
横断方向へのシールは、図６に示したような超音波シール装置の超音波シールユニット１で、超音波発振器による電気エネルギーをコンバータ（圧電素子）により機械的な振動エネルギーに変換し、ホーン３（振動側）とアンビル２２（振動の受側）で２つのウェブ状の包材４を押圧しながら、包材界面で発生する熱により包材４の内装側ポリエチレンフィルム層３４（図５）を向い合わせにして溶融、接着したのち、２つのシール部６の中間で断裁刃５により断裁し、内容物が充填された液体用紙容器を切り離して完成する。この時、内容物を充填しながらのシールとなるため、液体用紙容器の確実なシール状態の確保が重要であり、内容物の保護、運搬・落下衝撃に耐えうる強度が必要とされる。
【０００５】
液体用紙容器のシール状態を確認するため、レンガ型液体用紙容器の生産工程においては、生産開始時および生産中に、一定の生産個数ごとにシール状態の確認が行われる。その確認は、引張り試験や漏れ試験などの破壊検査によって行われている。
【０００６】
また、超音波シール装置で使用されるアンビル２２の包材をシールする部分の形状は、図７に示したような単純な平面からなるものなどが使用されていたが、シールによって溶融された熱可塑性樹脂による樹脂塊の発生を抑制するため、段差を持たせた形状や図８に示したような凹部７（窪み）を持たせた形状を有したものが使用されるようになった。
【０００７】
例えば特許文献１には、超音波エネルギーをシールされる包材のシール部に伝えるホーンとアンビルの間にその包材を挟んでシールする際に、ホーンとアンビルの間の距離が狭い部分とそれより広い部分を隣接して設けることにより段差を形成し、包材のシール部にかかる圧力の強弱を作り出し、強い圧力がかかる部分では超音波エネルギーが十分に伝わる事で、包材の樹脂層が溶融して接着するが、弱い圧力の部分には十分な超音波エネルギーが加わらず、樹脂層が溶融せず流動しないため、食品容器となる側に樹脂塊が形成されない技術が開示されている。しかしながら、この技術では十分なシール状態が得られているかどうかを非破壊検査で確認することはできない。
【０００８】
また特許文献２には、食品容器となる側に樹脂塊が形成されないようにするために、ア
ンビル側に溶融した熱可塑性樹脂が溜まる凹部を形成し、食品容器となる側に流出した溶融した熱可塑性樹脂の厚みと幅を制御する技術が開示されている。
【０００９】
しかしながら、制御可能な溶融した樹脂量はアンビル形状に依存するため、溶融した樹脂量が過剰な場合には、樹脂塊が発生することが確認されている。また、この技術においても、十分なシール状態が得られているかどうかを非破壊検査で確認することはできず、従来と同様に、抜取りで破壊検査を行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０９３７７５号公報
【特許文献２】特許第４２８２１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の問題点に鑑み、本発明は樹脂塊の発生を抑制し、且つ目視検査でシール状態が確認できる液体用紙容器の超音波シール装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に、ホーンとアンビルによってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、
アンビルは、少なくとも３つの互いに平行で異なる高さの段差面を有しており、
それらの段差面は斜面により連接されており、
１つ目の段差面はホーンに最も近い位置にある溶着面であり、２つ目の段差面は十分なシール性が得られる範囲の最低限のシール性が確保できる溶着下限面であり、３つ目の段差面はそれ以上ホーンに近づけると溶着処理が過剰となりシール性に不具合が生じる可能性がある溶着上限面であり、
ホーンからの距離は、溶着面、溶着下限面、溶着上限面の順に離れていることを特徴とする液体用紙容器の超音波シール装置である。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に、ホーンとアンビルによってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、
アンビルは、少なくとも３つの互いに平行で異なる高さの段差面を有しており、
それらの段差面は曲面により連接されているかまたは階段状に連接しており、
１つ目の段差面はホーンに最も近い位置にある溶着面であり、２つ目の段差面は十分なシール性が得られる範囲の最低限のシール性が確保できる溶着下限面であり、３つ目の段差面はそれ以上ホーンに近づけると溶着処理が過剰となりシール性に不具合が生じる可能性がある溶着上限面であり、
ホーンからの距離は、溶着面、溶着下限面、溶着上限面の順に離れていることを特徴とする液体用紙容器の超音波シール装置である。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の超音波シール装置で使用するアンビルであって、断裁刃側に溶着面に平行な面をさらに設けたことを特徴とする超音波シール装置で使用するアンビルである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波シール装置によれば、そのアンビル形状により樹脂塊の発生を抑制する
だけでなく、溶着部の包材の表面に発生するシール痕によって、外観検査によってシール状態を判定可能となる。また、シール状態の判定が非破壊の外観検査により可能となるため、生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の超音波シール装置の超音波シールユニットの一例を示す概略断面図であって、（ａ）はアンビルとホーンの配置関係、（ｂ）はアンビルの断面形状の例、をそれぞれ示している。
【図２】本発明の超音波シール装置の超音波シールユニットにおいて使用されるアンビルの形状の一例を示す概略断面図であって、（ａ）はアンビルとホーンの配置関係、（ｂ）は図１とは異なるアンビルの断面形状の例、をそれぞれ示している。
【図３】本発明の超音波シール装置の超音波シールユニットにおいて使用されるアンビルの形状であって、図１および図２とは異なる例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の超音波シール装置によってシールされた液体用紙容器におけるシールに形成される断裁線の両側に形成されるシール痕の例を示す説明図であって、（ａ）はシール痕が２本でシール状態が弱い場合、（ｂ）はシール痕が３本でシール状態が適正な場合、（ｃ）はシール痕が４本でシール状態が強すぎる場合、をそれぞれ示すものである。
【図５】液体用紙容器に使用される包材の層構成の一例を示す概略断面図。
【図６】従来の超音波シール装置の超音波シールユニットの一例を示す概略断面図。
【図７】従来の超音波シール装置の超音波シールユニットのアンビルとホーンの配置関係と使用されているアンビルの断面形状の例を示した概略断面図。
【図８】従来の超音波シール装置の超音波シールユニットのアンビルとホーンの配置関係と図７とは異なるアンビルの断面形状の例を示した概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第一の実施形態＞
本発明の超音波シール装置の第一の実施形態は、長尺の包材の幅方向の両端部を重ね合せてシールした長尺の筒状包材の重ね合わせにより出来た包材段差部分を横断する方向に、ホーンとアンビルによってシールする液体用紙容器の超音波シール装置であって、そのアンビルは、少なくとも３つの互いに平行で異なる高さの段差面を有している。それらの段差面は斜面により連接されたものとなっており、１つ目の段差面はホーンに最も近い位置にある溶着面である。２つ目の段差面は十分なシール性が得られる範囲の最低限のシール性が確保できる溶着下限面である。３つ目の段差面はそれ以上ホーンに近づけると溶着処理が過剰となりシール性に不具合が生じる可能性がある溶着上限面である。また、ホーンからの距離は、溶着面、溶着下限面、溶着上限面の順に離れている。
【００１８】
次に、本発明の超音波シール装置の第一の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の超音波シール装置の超音波シールユニットの一例を示す概略断面図であって、（ａ）はアンビルとホーンの配置関係、（ｂ）はアンビルの断面形状の例、をそれぞれ示している。
【００１９】
図１（ａ）は、図示していない超音波源から発せられる超音波がホーン３に伝達され、図示されていない１組の包材が互いに溶着面を向い合せにされて、アンビル２を受け台としてホーン３によって押圧され（図６参照）、超音波エネルギーによって加熱されることによって包材の溶着面の熱可塑性樹脂が溶融し、接着する。
【００２０】
その際に、包材はホーン３によってアンビル２に押圧されているため、まず溶着面１０が包材に押し込まれる。この時点で、図４（ａ）に示したような２本のシール痕２０が、液体紙容器のシール部の断裁線２１の両側に形成される。この状態では、まだシール状態はまだ十分な状態とは言えないことを示している。
【００２１】
更に溶着下限面１１にまで押し込まれることによって、図４（ｂ）に示したように３本のシール痕２０１が、液体紙容器のシール部の断裁線２１の両側に形成される。溶着下限面１１は、十分なシール強度が得られ始める位置に配置されている。従って、３本のシール痕２０１が観察できる場合は、十分なシール性が得られていることを示している。
【００２２】
更に溶着上限面１２にまで押し込まれることによって、図４（ｃ）に示したように４本のシール痕２０２が、液体紙容器のシール部の断裁線２１の両側に形成される。溶着上限面１２は、これ以上押し込むと、シール部にダメージが生じ、シール性が損なわれ始める位置に配置されている。そのため、４本のシール痕２０２が観察された場合は、シール性が十分ではないことを示している。
【００２３】
ここで、シール痕２０、２０１、２０２が発生する部位について説明する。
まず、図１（ｂ）に示すアンビル２について説明する。溶着面１０については、アンビル２が長手方向（図１（ｂ）において、紙面に直交する方向）に延在するアンビル２の両端部に一対のシール痕２０が形成される。
【００２４】
次に、アンビル２が包材に押し込まれると、溶着下限面１１に当接する。その時、溶着上限面１２に至る側の溶着下限面１１の端部にてシール痕２０１が形成される。
【００２５】
次に、更にアンビル２が包材に押し込まれると、溶着上限面１２に当接する。その時、溶着上限面１２から更にアンビル２の外側の斜面側の溶着上限面１２の端部にシール痕２０２が形成される。
【００２６】
次に、図３に示すアンビル２について説明する。包材がホーン３に押圧されることによって、アンビル２の溶着面１０、溶着下限面１１、溶着上限面１２が包材に当接する順序は変わらないが、図３のアンビル２では、図１（ｂ）における溶着面１０と溶着下限面１１の位置が入れ替わり、溶着下限面１１が断裁刃５側に配置されている。そのため、まず溶着面１０の両端部に２本のシール痕が形成される。その次に、溶着下限面１１の断裁刃５側の端部に１本のシール痕が形成される。更にアンビル２が包材に押し込まれると、溶着上限面１２から更にアンビル２の外側の斜面側の溶着上限面１２の端部に１本のシール痕が形成される。このように図１（ｂ）のアンビル２においても図３のアンビル２においても、観察されるシール痕の本数とシール性の関係は変わらない。
【００２７】
一方、図２（ｂ）のアンビル２は、図１（ｂ）のアンビル２において、溶着面１０の断裁刃５側に、更に外側段差１３を設けた構成である。この場合も、観察されるシール痕の本数とシール性の関係は変わらず、アンビル２が包材に押し込まれるに連れて、２本のシール痕が観察できる場合は、十分なシール性が得られることを示しており、３本のシール痕が観察できる場合は、十分なシール性が得られていることを示している。また、４本のシール痕が観察された場合は、押し込みが過剰となり、シール部にダメージが生じてしまうことから、シール性が十分ではないことを示している。なお、外側段差１３を設けた構成の場合において、前記外側段差１３由来のシール痕については、シール性判定時の本数カウントには含める必要がない。これは、前記外側段差１３は、シール部の断裁刃側（製品においては、断裁線側）における樹脂塊の形成を抑制することが主目的であり、液体用容器のシール性自体には影響を及ぼさないためである。
【００２８】
また、図１（ｂ）のアンビルの場合、シール部の液体用容器側に、樹脂塊の形成が抑制されていることが確認できた。シール部の断裁刃側（製品においては、断裁線側）では樹脂塊の形成が抑制されていないため、外観的に確認することができた。一方、図２（ｂ）と図３のアンビルの場合、シール部の液体用容器側と断裁刃側で樹脂塊の形成が抑制され
ている事が分った。このように、断裁刃側においても溶着面と平行な面を設けることによって樹脂塊の発生を抑制することが可能である。
【００２９】
また、溶着上限面１２の高さをＡ、溶着上限面１２と溶着面１０の距離をａとすると、溶着下限面１１の高さＢが、（Ａ＋ａ／４）＜Ｂ＜（Ａ＋ａ／２）なる条件を満たせば、十分なシール性が得られている場合に観察されるシール痕の本数は３本になる。
【００３０】
＜第二の実施形態＞
本発明の第一の実施形態においては、互いに平行で異なる高さの段差面である、溶着面と溶着下限面と溶着上限面を連接するのは平面である斜面であった。本発明の第二の実施形態においては、溶着面と溶着下限面と溶着上限面を連接するのは、曲面によって連接されているか、または階段状に連接している。
【００３１】
このように、溶着面と溶着下限面と溶着上限面を連接する状態がいかなるものであっても、ホーンと溶着面、溶着下限面、溶着上限面の距離関係が、第一の実施形態において説明した関係であることにより、観察されるシール痕の本数とシール性の関係は変わらない。またシール部の液体用容器側と断裁刃側での樹脂塊の形成の状態についても、第一の実施形態と同じであった。
【００３２】
以上に説明した通り、本発明の超音波シールユニットを備えた超音波シール装置によって、ホーンとアンビルに備えられた溶着面と溶着下限面と溶着上限面により、樹脂塊の発生を抑制するだけでなく、シール部の包材の表面に発生するシール痕によって、外観検査によってシール状態を判定可能となる。また、シール状態の判定が非破壊の外観検査により可能となるため、生産効率が向上する。
【００３３】
上記の実施形態１および２の説明では、アンビルが３つの段差面である溶着面、溶着下限面および溶着上限面を備えている場合を説明したが、３つの段差面に限定する必要は無く、４つ以上の平行な段差面を備えたアンビルを使用することにより、更に細かいシール状態を、シール痕を観察することによって、把握することが可能となる。
【実施例】
【００３４】
次に実施例を用いて本発明の超音波シール装置を説明する。
＜実施例１＞
（包材）
使用した包材は、図５に示した層構成を持つものを使用した。内装側ポリエチレンフィルム層３４の厚さは５０μｍのポリエチレンフィルム、バリア層３３には厚さ１５μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムに酸化シリコン（ＳｉＯ２）薄膜を真空蒸着にて５０ｎｍの厚さで形成したもの、ポリエチレンフィルム層３２には厚さ１５μｍのポリエチレンフィルム、紙層３１には厚さ２５０μｍの液体紙容器用の紙（Ｎコート、カップ原紙、坪量２１５ｇ／ｍ２、日本製紙社製）、外装側のポリエチレンフィルム層３０には厚さ１５μｍのポリエチレンフィルム、を使用した積層体を使用した。
【００３５】
（超音波シールユニット）
図６に示した構成の超音波シールユニット１を使用し、上記に説明した包材の内装側ポリエチレンフィルム層３４を互いに向かい合わせにして図６に示したように超音波シールユニット１に装着して、レンガ型液体用紙容器を作製した。
超音波シールユニット１は、ホーン側とアンビル側とからなり、断裁刃５をアンビル２側に備えている（図１（ａ））。アンビル２は上下対称な一対のシールバーから構成されている。それぞれのシールバーが液体用紙容器となるシール部の上部と下部を溶着させた後、断裁刃５によってそのシール部の中央を分断される。
【００３６】
（アンビル）
本実施例で使用したアンビルは、図１（ｂ）に示した断面形状を有するものを使用した。具体的には、溶着面１０とその溶着面１０に平行な溶着下限面１１と溶着上限面１２を、断裁刃５側から外側に向って、溶着面１０、溶着下限面１１、溶着上限面１２の順に備えている。溶着下限面１１は溶着面１０の面より１５０μｍだけホーン３（図１（ａ））から離れている。溶着上限面１２は着面１０の面より２００μｍだけホーン３（図１（ａ））から離れている。また、アンビル２を構成する上下のシールバーの溶着面１０の幅は、１ｍｍ、溶着下限面１１の幅は０．３ｍｍ、溶着上限面１２の幅は０．６ｍｍとし、それぞれの平面となす角度が４５度の斜面により連接されたものを使用した。
【００３７】
上記の包材、超音波シールユニット、アンビルを使用して、包材のシールを実施した結果、シール痕が図４に示した様に、３本の場合は適正なシールとなり、２本の場合はシール不足による強度不足、および４本の場合はシール過剰による包材ダメージなどにより、十分なシール性を得ることができなかった。
【００３８】
＜実施例２＞
本実施例で使用したアンビルは、図２（ｂ）に示した断面形状を有するものを使用した以外は、実施例１と同じとした。具体的には、溶着面１０とその溶着面１０に平行な溶着下限面１１と溶着上限面１２を、断裁刃５側から外側に向って、溶着面１０、溶着下限面１１、溶着上限面１２の順に備えている。一番断裁刃側にある面は、外側段差１３である。溶着下限面１１は溶着面１０の面より１５０μｍだけ低い。溶着上限面１２は溶着面１０の面より２００μｍだけ低い。また、アンビル２を構成する上下のシールバーの溶着面１０の幅は、１ｍｍ、溶着下限面１１の幅は３００μｍ、溶着上限面１２の幅は６００μｍとし、それぞれの平面となす角度が４５度の斜面により連接されたものを使用した。外側段差１３は溶着面１０の面より３００μｍ低く、その幅は３００μｍとした。
【００３９】
上記の包材、超音波シールユニット、アンビルを使用して、包材のシールを実施した結果、３本の場合は適正なシールとなり、２本の場合はシール不足による強度不足、および４本又は５本の場合はシール過剰による包材ダメージなどにより、十分なシール性を得ることができなかった。
【００４０】
＜実施例３＞
本実施例で使用したアンビルは、図３に示した断面形状を有するものを使用した以外は、実施例１と同じとした。具体的には、溶着面１０とその溶着面１０に平行な溶着下限面１１と溶着上限面１２を、断裁刃５側から外側に向って、溶着下限面１１、溶着面１０、溶着上限面１２の順に備えている。溶着下限面１１は溶着面１０の面より１５０μｍだけ溶着面１０より低い。溶着上限面１２は溶着面１０の面より２００μｍだけ低い。また、アンビル２を構成する上下のシールバーの溶着面１０の幅は、１ｍｍ、溶着下限面１１の幅は３００μｍ、溶着上限面１２の幅は６００μｍとし、それぞれの平面となす角度が４５度の斜面により連接されたものを使用した。
【００４１】
上記の包材、超音波シールユニット、アンビルを使用して、包材のシールを実施した結果、シール痕が図４に示した様に、３本の場合は適正なシールとなり、２本の場合はシール不足による強度不足、および４本の場合はシール過剰による包材ダメージなどにより、十分なシール性を得ることができなかった。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・超音波シールユニット
２、２２・・・アンビル
３・・・ホーン
４・・・包材
５・・・断裁刃
６・・・シール部
７・・・凹部
１０・・・溶着面
１１・・・溶着下限面
１２・・・溶着上限面
１３・・・外側段差
２０、２０１、２０２・・・シール痕
２１・・・断裁線
３０・・・外装側のポリエチレンフィルム層
３１・・・紙層
３２・・・ポリエチレンフィルム層
３３・・・バリア層
３４・・・内装側ポリエチレンフィルム層
【図１】
2016169020.tif 000003
【図２】
2016169020.tif 000004
【図３】
2016169020.tif 000005
【図４】
2016169020.tif 000006
【図５】
2016169020.tif 000007
【図６】
2016169020.tif 000008
【図７】
2016169020.tif 000009
【図８】
2016169020.tif 000010