(57)【要約】【課題】液体用紙容器の筒状包材を超音波シール装置で横シールを行う際に、筒状包材の長手方向にそった縦状の縦シール重ね合わせ部の凸部を、その位置、大きさに対応し、縦シール重ね合わせ部の突起を吸収し、均一なシールを行う。【解決手段】アンビルは、ホーンとの間で前記包材を押圧するものであり、左アンビルと右アンビルで構成され、その左アンビルと右アンビルが接触しており、左アンビルと右アンビルの接触部付近に、押圧時に縦シール重ね合わせ部の凸部を収容する凹みがあり、左アンビルと右アンビルの位置を変えることにより、凹みの位置・幅を変えられる。【選択図】図１
2017052520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂層を有する包材に縦シールが施されることにより形成された筒状包材に対し、両側からホーンとアンビルとを押し当てて横方向に超音波シールする装置であって、前記ホーンとアンビルとを備え、前記ホーンは超音波振動するものであり、前記アンビルは、前記ホーンとの間で前記包材を押圧するものであり、かつ左アンビルと右アンビルとで構成され、その前記左アンビルと前記右アンビルが接触しており、その接触部付近に、押圧時に縦シール重ね合わせ部の突起を収容する凹みがあり、前記左アンビルと前記右アンビルの横方向の位置を変えることにより、前記凹みの位置と大きさを変更可能なことを特徴とする超音波シール装置。
【請求項２】
前記縦シール重ね合わせ部の横方向における位置と幅を検知する手段を備え、その位置と幅の情報から、前記左アンビルと前記右アンビルの位置で決まる凹みの位置と大きさを、横シール時に調整可能な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、液体用紙容器の超音波シールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体用紙容器は現在、果実飲料やお茶、コーヒー、乳飲料、スープ等の液体飲料、日本酒、焼酎等の酒類などに広く用いられている。その容器形状としては、屋根型やレンガ型、円筒型などがある。
【０００３】
レンガ型液体用紙容器は、紙層の表裏に熱可塑性樹脂を持たせたウェブ状の包材の包材端部どうしを縦方向で重ねて貼る（縦シール）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（横シール）して筒の中に内容物を充填した状態で液中シールして仕切った後、立体形状に成形することで容器が製造される。
【０００４】
横断方向へのシールは、電気エネルギーを機械的な振動エネルギーに変換するコンバータ（超音波振動子）に付随したホーン（振動側）とアンビル（振動の受側）で包材を押圧しながら、包材界面で発生する熱により包材表面の熱可塑性樹脂を溶融させることで行う。 
筒状包材の横シール工程において、筒状包材を折り、横シールする部分だけ、包材の表裏を貼り合わせるが、表裏の包材が均一の厚みであれば、シール面が平坦であるホーンやアンビルを使用すると、均一なシールが行われる。しかし縦シールにおいては、包材の端部どうしを貼りあわせた重ね合わせ部（以後、この部分を縦シール重ね合わせ部と呼ぶ）はまわりより厚くなり凸部を形成する。横シール工程において、この縦シール重ね合わせ部を含めた場所を、シール面が平坦であるホーンやアンビルでシールすると、部分的に過剰に押圧されることになって、包材切れや溶融した熱可塑性樹脂の一箇所への集中による包材の破れが発生し、成形した容器の外観が悪化する。さらに、シール面での圧力の不均一性から良好なシールを実現できず、液漏れが発生する原因となる。
【０００５】
そのため、アンビルに縦シール重ね合わせ部の凸部を収容する凹みを設け、良好なシールを実現するアンビルの構造が考えられている(特許文献１) 。しかしながら、包材端部の重ね貼りを行う工程や包材を搬送する工程の機械的な精度、もしくは包材自体の特性や寸法精度によって、縦シール重ね合わせ部の位置・幅には時間的な変動が生じている。そのため、上記アンビルに設けられた凹みに対して、縦シール重ね合わせ部の位置・幅が一致しない場合がある。このような状態で包材を押圧すると、局所的な圧力過剰や圧力不足によって良好なシールが実現できなくなる。
【０００６】
上記の問題に対して、縦シール重ね合わせ部の凸部を監視し、これに追従して包材重ね合わせ部を収める凹みを設けたアンビル位置を包材横断方向に平行移動して、縦シール重ね合わせ部とアンビルの凹み位置を一致させて、シールする方法が考えられている（特許文献２）。この方法では縦シール重ね合わせ部の幅が不変で、位置のみ変化する場合には対応できるが、縦シール重ね合わせ部の幅が変化する場合には対応できない。重ね合わせ部の幅がアンビルの凹みの幅より大きくなってしまった場合は、アンビルの凹みに重ね合わせ部が収まらず、重ね合わせ部両端への過剰な押圧によりシール不良を引き起こすといった状況が発生し得る。逆に重ね合わせ部の幅がアンビルの凹みの幅より小さくなってしまった場合は、押圧不足な箇所でシール不良を起こす可能性がある。
【０００７】
公知文献を以下に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３９０４６７５号公報
【特許文献２】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】
【０００９】
本発明では、飲料用の紙容器製造における筒状包材の横シール工程にて、縦シール工程で形成された重ね合わせ部の位置、幅に対応し、包材横方向への均一な超音波シールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明の請求項１の発明は、熱可塑性樹脂層を有する包材に縦シールが施されることにより形成された筒状包材に対し、両側からホーンとアンビルとを押し当てて横方向に超音波シールする装置であって、前記ホーンとアンビルとを備えて構成され、前記ホーンは超音波振動するものであり、前記アンビルは、前記ホーンとの間で前記包材を押圧するものであり、かつ左アンビルと右アンビルとで構成され、その前記左アンビルと前記右アンビルが接触しており、その接触部付近に、押圧時に縦シール重ね合わせ部の突起を収容する凹みがあり、前記左アンビルと前記右アンビルの横方向の位置を変えることにより、前記凹みの位置と大きさを変更可能なことを特徴とする超音波シール装置である。
【００１１】
本発明の請求項２の発明は、前記縦シール重ね合わせ部の横方向における位置と幅を検知する手段を備え、その位置と幅の情報から、前記左アンビルと前記右アンビルの位置で決まる凹みの位置と大きさを、横シール時に調整可能なことを特徴とする請求項１に記載の超音波シール装置である。
【発明の効果】
【００１２】
横シール時に、左アンビルと右アンビルが横断方向のそれぞれの位置を変えることにより、縦シール重ね合わせ部の位置・幅両方の変化に対応し、縦シール重ね合わせ部を収容することができ、縦シール重ね合わせ部の位置・幅の変動の影響を受けない均一な超音波シールが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態におけるシール装置の要部を示す断面図、（ｂ）は本発明の実施の形態におけるシール装置のアンビル部を示す模式的上面図である。
【図２】図１（ａ）の符号Ｉの部分の拡大側面図。
【図３】図１（ｂ）の符号Ｊの部分の拡大上面図。
【図４】図２の符号Ｋの部分の拡大側面図。
【図５】図３の符号Ｌの部分の拡大上面図。
【図６】アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌのシール面と畳まれている筒状包材の断面模式図。
【図７】アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの可変範囲を説明する模式図。
【図８】液体紙容器の製造工程と本発明の第１実施形態に係わる装置のシール部を示す模式図。
【図９】液体紙容器の製造工程と本発明の第２実施形態に係わる装置のシール部を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の第１実施形態に係わる超音波シール装置について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図８はレンガ型液体紙容器の製造工程と本発明の第１実施形態に係わる装置のシール部を示す模式図である。包材がロール状に巻かれた原反１９から、シート状包材１７が巻き出された後に、容器用罫線を施し、包材端部どうしを重ねて貼り、重ねて貼られた部分は、縦状にシール（縦シール）し筒状になる。先にシールされた部位が下にあり、充填用パイプ４０により液体を、筒状包材１の中に充填する。これが、上から下に下りていき超音波シール部を通過する。信号発生器２４の駆動によりコンバータ２１が超音波振動し、超音波をホーン２に伝え、そのホーンが押し当てられた包材を溶着する（横シール）。押し当ては、押し当て機構部１４の空気圧もしくは油圧によっておこなう。アンビル３は上下対称な、アンビル上部３Ｕとアンビル下部３Ｌからなり、それぞれ包材の上部と下部とを溶着し、アンビル上部３Ｕとアンビル下部３Ｌの間にある断裁刃１５によって分断される。このようにして、それぞれの液体内容物が入った容器が形成される。
【００１６】
図１（ａ）に本発明の実施の形態におけるシール装置の要部を示す断面模式図を示す。図１（ｂ）に、アンビルの上面図を示す。図２は図１（ａ）の符号Ｉの部分の拡大側面図であり、図３は図１（ｂ）の符号Ｊの部分の拡大上面図である。図４は図２の符号Ｋの部分の拡大側面図であり、図５は図３の符号Ｌの部分の拡大上面図である。
【００１７】
アンビル３は、アンビル上部３Ｕは左アンビル４３Ｕと右アンビル５３Ｕ、アンビル下部３Ｌは、左アンビル４３Ｌと右アンビル５３Ｌとで構成される。
【００１８】
アンビル下部３Ｌにおいて、アンビル下部左アンビル４３Ｌの先端部１１０と、アンビル下部右アンビル５３Ｌの先端部１２０とが噛み合うように接触している。
【００１９】
図４に示すように、先端部はお互いにアンビル下部の本体側の面よりも低い面を有しているので、先端部が接触したところおよび周辺はアンビル下部３Ｌにおいて、横方向での凹部を形成することになる。
【００２０】
図５に示すように、またアンビル下部左アンビル４３Ｌの先端部１１０とアンビル下部右アンビル５３Ｌの先端部１２０が接触しながら、個別に筒状包材横方向に移動できる構造になっているので、アンビルどうしが近づいた場合でも離れた場合でも、筒状包材横方向に連続したシール面を確保している。
【００２１】
図６に、アンビル下部３Ｌのアンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌのシール面と畳まれている筒状包材の断面模式図を示す。縦シール重ね合わせ部６の凸部形状を、アンビル下部３Ｌが押圧した場合、アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの接触部において形成される凹部が、縦シール重ね合わせ部６の凸部形状を押圧時に吸収するような形状になっており、押圧時に圧力集中することがない。
【００２２】
横シール押圧時に、アンビル下部左アンビル４３Ｌの段差９００の形状は、縦シール重ね合わせ部６の左側のエッジ７に沿い、アンビル下部右アンビル５３Ｌの段差１０００の形状は縦シール重ね合わせ部６の右側のエッジ８に沿い、アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの接触部において形成される凹部の中心部は、縦シール重ね合わせ部６の厚みを吸収する。また、アンビル下部左アンビル４３Ｌの段差９００の形状、アンビル下部右アンビル５３Ｌの段差１０００の形状については、各エッジの両側でそれぞれシール時に必要な圧力を確保し、均一なシール状態を実現できるものであれば、図の通りでなくても構わない。
【００２３】
アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌは、それぞれ可動機構を有しており、包材横方向に個別で移動することが可能である。アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの位置を横方向に移動することで、アンビル下部３Ｌにおける凹部の位置と幅を変えることが可能である。したがって、製造工程の変動により、縦シール重ね合わせ部６の位置や幅に変動があっても対応できる。
【００２４】
図７に、アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの可変範囲を説明する模式図を示した。シール幅を最低Ｌ［ｍｍ］とし、シール幅を確保できる調整可能なアンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの間距離の可変範囲は先端部１１０と１２０の長さを２Ｌ［ｍｍ］とした場合、可変範囲はＬ［ｍｍ］となる。
【００２５】
アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの移動は、制御部３２の指示により、アンビル横移動駆動部３０によりおこなわれる。
【００２６】
アンビル上部３Ｕのアンビル上部左アンビル４３Ｕとアンビル上部右アンビル５３Ｕも同様な動作をする。
【００２７】
また、アンビル上部左アンビル４３Ｕとアンビル下部左アンビル４３Ｌは、連動しており、包材の横方向の同じ位置をとる。同様に、アンビル上部右アンビル５３Ｕとアンビル下部右アンビル５３Ｌは、連動しており、包材の横方向の同じ位置をとる。
【００２８】
これらアンビル３の可動機構であるアンビル横移動駆動部３０は、モータを用いた構成もしくは空気圧もしくは油圧シリンダを用いた構成などを使用でき、その機構の選択についてはこだわらない。また、製造工程における縦シール重ね合わせ部の位置、幅の変動は最大で数ｍｍであるため、各アンビルの可動範囲としては１０ｍｍ程度あればよい。
【００２９】
筒状包材１の成形工程において縦シール重ね合わせ部６の横方向の中心は、通常、筒状包材１を折り畳んだときの横方向の中央に位置するため、アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの間で形成される凹部の横方向の中心が、縦シール重ね合わせ部６の横方向の中心に配置するようにする。
【００３０】
以上のような本発明の構成によって、以下の作用と効果を有する。
【００３１】
横シール時に、縦シール重ね合わせ部６の位置・幅が変わっても、それに対応してアンビルを構成する左アンビルと右アンビルが、筒状包材の横方向に、個別で移動することにより、縦シール重ね合わせ部６の凸部を、左アンビルと右アンビルの間にできる凹みが覆うことができるので、縦シール重ね合わせ部の位置・幅の変動に影響を受けない均一な横シールが可能となった。
【００３２】
以下、本発明の第２実施形態に係わる超音波シール装置について添付図面を参照して説明する。
【００３３】
図９はレンガ型液体紙容器の製造工程と本発明の第２実施形態に係わる装置のシール部を示す模式図である。レンガ型液体紙容器の製造工程の縦シール工程において形成された縦シール重ね合わせ部の横方向における位置と幅を検知する検知手段３１が、縦シール工程後にあり、縦シール重ね合わせ部の横方向における位置と幅の情報から、アンビル上部左アンビル４３Ｕとアンビル下部左アンビル４３Ｌの横位置、アンビル上部右アンビル５３Ｕとアンビル下部右アンビル５３Ｌの横位置を決め、制御部３２の指示のもと、アンビル横移動駆動部３０により、それぞれをその場所に移動させることにより、アンビル下部左アンビル４３Ｌとアンビル下部右アンビル５３Ｌの接触部において形成される凹部と、アンビル上部左アンビル４３Ｕとアンビル上部右アンビル５３Ｕで形成される凹部の位置と幅が定まる。以上の動作を横シール時に毎回行う。
【００３４】
縦シール重ね合わせ部の横方向における位置と幅を検知する検知手段３１は、ＣＣＤ画像センサーの画像を画像処理装置が処理する構成などでよい。
【００３５】
製造工程で変動する縦シール重ね合わせ部の位置、幅に合わせて、縦シール重ね合わせ部の凸部を吸収する凹みの位置・幅を自動調整して、均一なシールを行うことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・筒状包材
２・・・ホーン
３・・・アンビル
３Ｕ・・・アンビル上部
４３Ｕ・・・アンビル上部左アンビル
５３Ｕ・・・アンビル上部右アンビル
３Ｌ・・・アンビル下部
４３Ｌ・・・アンビル下部左アンビル
５３Ｌ・・・アンビル下部右アンビル
６・・・縦シール重ね合わせ部
７・・・エッジ
８・・・エッジ
９００・・・段差
１０００・・・段差
１１０・・・アンビル下部左アンビル先端部
１２０・・・アンビル下部右アンビル先端部
１１・・・液体内容物
１４・・・押し当て機構部
１５・・・断裁刃
１７・・・シート状包材
１９・・・原反
２１・・・コンバータ（超音波振動子）
２４・・・信号発生機
３０・・・アンビル横移動駆動部
３１・・・検知手段
３２・・・制御部
４０・・・充填用パイプ
４１・・・断裁刃通過部
【図１】
2017052520.tif 000003
【図２】
2017052520.tif 000004
【図３】
2017052520.tif 000005
【図４】
2017052520.tif 000006
【図５】
2017052520.tif 000007
【図６】
2017052520.tif 000008
【図７】
2017052520.tif 000009
【図８】
2017052520.tif 000010
【図９】
2017052520.tif 000011