(57)【要約】【課題】ホーン１２とアンビル１３の間に、熱可塑性樹脂を含む包材を介して、ホーン１２とアンビル１３を押し当て、超音波発振子２１による振動をホーン１２に与えることにより、包材をシールする超音波シール方法および装置において、包材の厚みに応じて最適のシール条件でシールを行う。【解決手段】センサ１８により包材の厚みを測定し、制御部２０における最適シール条件テーブルを参照し、包材の厚みに応じて、超音波発振器２４の超音波周波数の設定、押し当て機構部１４へシール時間とシール圧力の設定をおこない、シールを行う。【選択図】図３
2017019544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関し、
ホーンとアンビルの間に介された熱可塑性樹脂を含む包材を、超音波発振子による振動が与えられたホーンを押し当てることにより、包材をシールする超音波シール方法において、横シール動作するごとに、包材の厚みを測定し、包材の厚みに基づいて、超音波周波数、シール時間、シール圧力を制御することを特徴とする超音波シール方法。
【請求項２】
液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関し、
ホーンとアンビルの間に介された熱可塑性樹脂を含む包材を、超音波発振子による振動が与えられたホーンを押し当てることにより、包材をシールする超音波シール方法において、事前に測定した包材の厚みデータをもとに、横シール動作するごとに、包材の厚みに基づいて、超音波周波数、シール時間、シール圧力を制御することを特徴とする超音波シール方法。
【請求項３】
液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関する装置であって、
ホーンと前記ホーンに熱可塑性樹脂を含む包材を介して設置されるアンビルを有し、超音波発振子による振動をホーンに与え、前記ホーンを押し当て機構により、包材に押し当てシールする装置であって、しかもそのときのシール条件であるシール時間やシール圧力を調整できる機構を有する超音波シール装置において、横シール動作するごとに、包材の厚みを測定し、包材の厚みに基づいて、超音波周波数、シール時間、シール圧力を決定して制御することを特徴とする超音波シール装置。
【請求項４】
液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関する装置であって、
ホーンと前記ホーンに熱可塑性樹脂を含む包材を介して設置されるアンビルを有し、超音波発振子による振動をホーンに与え、前記ホーンを押し当て機構により、包材に押し当てシールする装置であって、しかもそのときのシール条件であるシール時間やシール圧力を調整できる機構を有する超音波シール装置において、事前に測定した包材の厚みデータをもとに、横シール動作するごとに、包材の厚みに応じて超音波周波数、シール時間、シール圧力を決定して制御することを特徴とする超音波シール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関する方法と装置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】
レンガ型液体用容器は、紙層の表裏に熱可塑性樹脂を持たせた包材に、容器用罫線を施し、包材の端部にエッジプロテクトシールを貼り、これを筒状に成形し包材端部どうしを縦方向で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を行い筒の中に内容物を充填した状態で液中シールを行い仕切った後、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、超音波素子で電気エネルギーを機械的な振動エネルギーに変換する超音波発振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。液体容器のシールの安定性は重要であり、内容物の保護、運搬・落下衝撃に耐える強度が必要とされる。
【０００５】
包材のシール条件は、超音波の周波数、振動時間、シール圧力、ホーンのシール面とアンビルとの間隔などにより決定される。シール条件は、包材の材質や厚みによって変わるため、シール不良が発生しないシール条件を事前の検証により決定しておく必要がある。しかし実際には、同一の包材においても、包材の製造装置での製造状態のばらつきにより、包材の厚みに±１０μｍ程度のばらつきが発生しており、事前に設定した単一のシール条件では、シール不良を発生しかねない。
【０００６】
そこで、シールする前に、包材の厚みに応じてホーンとアンビルの位置を変化させてシールをすることが考えられる。ストッパーを用いてホーンとアンビルの位置を変化させているものがある（特許文献１）。また偏心軸や搖動機構を用いてホーンとアンビルの間隔を制御しているものがある（特許文献２）。
公知文献を以下に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４６０３１２２号公報
【特許文献２】特開２００４−３３１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の方法では、包材を加圧した状態での超音波発振によりホーンのシール面とアンビルの作用面の急激な接近をさけるため、ストッパーを配置し、ホーンのシール面とアンビルが一定の距離以内にならない構造にしてある。これは、ホーンのシール面とアンビルが近接すぎると振動系に急激な変化が生じ、超音波発信器の許容最大出力を超えてしまい、超音波振動が停止し、シール不良を発生するのを避けるための処置である。しかしながら、ストッパーをホーンやアンビルを装置に組み込まなければならず装置が複雑にな
っていた。また包材の変更によりシール条件の変更に備えるため、ストッパーのサイズも種々用意せねばならず、そして包材の変更の際には、変更作業が発生する。また装置の運転中にストッパーのサイズを変えることはできず、装置運転中に発生する包材の厚み変化に対して対応することができなかった。
【０００９】
特許文献２の方法では、ホーンのシール面とアンビルとの距離を精度よく調整する方法として、偏芯軸を回転してレバーの搖動中心を移動させることでホーンのシール面とアンビルとの間隔を調整することにより、ヒートシールの安定性を図っている。しかし、間隔の調整は、装置の運転開始前に行う必要があり、装置運転中に発生する包材の厚み変化に対応することができない。また、数々のレバーやホイールが必要であるために大がかりな機構となってしまう。
【００１０】
本発明は係る課題に鑑みなされたものであり、簡易に包材の厚みに応じて、シール条件を制御し、安定したシール性を確保する液体用紙容器を製造し、提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関し、ホーンとアンビルの間に介された熱可塑性樹脂を含む包材を、超音波発振子による振動が与えられたホーンを押し当てることにより、前記包材をシールする超音波シール方法において、横シール動作するごとに包材の厚みを測定し、包材の厚みに基づいて、超音波周波数、シール時間、シール圧力を制御することを特徴とする超音波シール方法である。
【００１２】
本発明の請求項２の発明は、液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関し、ホーンとアンビルの間に、介された熱可塑性樹脂を含む包材を、超音波発振子による振動が与えられたホーンを押し当てることにより、包材をシールする超音波シール方法において、事前に測定した包材の厚みデータをもとに、横シール動作するごとに、包材の厚みに基づいて、超音波周波数、シール時間、シール圧力を制御することを特徴とする超音波シール方法である。  
【００１３】
本発明の請求項３の発明は、液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関する装置であって、ホーンと前記ホーンに熱可塑性樹脂を含む包材を介して設置されるアンビルを有し、超音波発振子による振動をホーンに与え、前記ホーンを押し当て機構により、包材に押し当てシールする装置であって、しかもそのときのシール条件であるシール時間やシール圧力を調整できる機構を有する超音波シール装置において、横シール動作するごとに、包材の厚みを測定し、包材の厚みに基づいて、超音波周波数、シール時間、シール圧力を決定して制御することを特徴とする超音波シール装置である。
【００１４】
本発明の請求項４の発明は、液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関する装置であって、液体用紙容器の包材変化に応じることのできる超音波シールに関する装置であって、ホーンと前記ホーンに熱可塑性樹脂を含む包材を介して設置されるアンビルを有し、超音波発振子による振動を前記ホーンに与え、前記ホーンを押し当て機構により、包材に押し当てシールする装置であって、しかもシール条件であるシール時間やシール圧力を調整できる機構を有する超音波シール装置において、事前に測定した包材の厚みデータをもとに、横シール動作するごとに、包材の厚みに応じて超音波周波数、シール時間、シール圧力を決定して制御することを特徴とする超音波シール装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、包材厚みを常に測定することで、包材厚みの変化に対して超音波の周波数、シール時間、シール圧力などの超音波シール条件設定を自動で行い、包材の厚みに対応した最適なシール条件で超音波シールを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の超音波シール方法および装置の一例に用いる積層体を模式的に断面で示した説明図である。
【図２】本発明の超音波シール方法および装置の一例に用いる積層体の他の例を模式的に断面で示した説明図である。
【図３】液体紙容器の製造工程と本発明の装置を示す模式図である。
【図４】本発明の超音波シール方法および装置の説明図である。
【図５】本発明のセンサの設置形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態につき説明する。
【００１８】
図３はレンガ型液体紙容器の製造工程と本発明の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、巻き出された後に、工程１６にて、容器用罫線を施し、包材端部どうしを重ねて貼り、エッジプロテクトテープで重ね合わせ部分の内側の端部を覆うように縦状にシールし筒状になる。ここにおいて使用される包材においては、図１、図２で示される構成のものが用いられる。最内層および最外層は熱可塑性樹脂であるポリエチレン１、６であり、接着樹脂層３としてポリエチレンを使用する。２は紙基材である。熱可塑性樹脂や接着樹脂層は他の材質であってもよく、バリア材４は蒸着膜層4ａを有するポリエチレンテレフタレート４ｃを使用しているが、バリア材４としてアルミや他のバリア材でもかまわない。図１はバリア層４において蒸着膜層が内層側にあり、図２はバリア層４において蒸着膜層が外層側にある。また、図１、図２で示す構成だけに制限されない。また使用される材料も以上で制限されない。
【００１９】
図４で横シール工程を説明する。包材は筒状になっており、中には液体内容物が入っている。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。ホーン１２は超音波発振器２４の駆動により超音波発振子２１が超音波振動し、押し当てられた包材を溶着する。押し当ては、押し当て機構１４の空気圧シリンダーによっておこなう。押し当てのタイミングはソレノイドバルブの動作タイミングでおこない、また押し当て圧力は空気圧によって調整される。アンビルは上下対称な、1対のシールバー２３を保有しており、それぞれ包材の上部と下部とを溶着し、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。これらのホーンやアンビル、超音波発振器、超音波発振子、押し当て機構１４については従来公知のものを使用することができる。
【００２０】
本発明においては包材の厚みを測定するセンサ１８は図３で示される位置に設置される。筒状に成形される前での測定なので包材の厚みを精度よく測定できる。また測定方式は、図５に示されるように、包材を挟みこんで厚みを測定するものでもいいし、非接触センサでも使用可能である。
【００２１】
なお、センサ設置箇所から超音波シールまでの距離はあらかじめ測定しておく。制御部２２において、センサで厚み測定を行った箇所がシール位置に達した時に、包材厚みに応じたシール条件の設定を行う。
【００２２】
また、包材の厚みをセンサで測定するのは、図３で示されるレンガ型液体容器の製造工程とシール部で測定する方法をとらなくてもよい。包材製作時に、例えばスリッターの使用中に厚みをあらかじめ測定しておき、そのデータを利用することもできる。
【００２３】
包材厚みによる、超音波シールの制御は次のようにしておこなう。制御部２２においては、あらかじめ得られた、包材厚みと厚みによる最適シール条件（超音波周波数、シール時間、シール圧力の値）のテーブルが格納されている。センサ１８はセンサ制御部２０に接続されセンサ１８の信号を増幅しデータ化し演算により厚み測定のデータを出力する。その信号を制御部２２に送りメモリに保存される。対象部がシール部に到達したときに、メモリのテーブルによって、その対象位置の膜厚に対する最適シール条件の超音波周波数、シール時間、シール圧力を設定する。具体的には超音波発信器２１の周波数を設定し、シール時間（押し当て時間）はソレノイドバルブの動作タイミングを設定、シール圧力（押し当て圧力）はレギュレータの値の設定により決められる。以上の動作を横シールするタイミングごとに行う。
【００２４】
以上のような本発明の超音波シール方法および装置により、包材の厚み変化に応じて最適なシール条件でシールするので、シール不良が回避され、包材の製作時に発生する加工精度に対して許容を高めることが可能になった。
【符号の説明】
【００２５】
１０１ａ、１０１ｂ・・・積層体
１・・・熱可塑性樹脂層
２・・・紙基材
３・・・接着樹脂層
４・・・バリア層
４ａ・・・蒸着層
４ｃ・・・基材フィルム
６・・・熱可塑性樹脂層
１０・・・筒状包材
１１・・・液体内容物
１２・・・ホーン
１３・・・アンビル
１４・・・押し当て機構部
１５・・・断裁刃
１６・・・シートから筒状への変換部（縦シール部）、液体内容物充填部
１７・・・シート状包材
１８・・・センサ
１９・・・原反
２０・・・センサ制御部
２１・・・超音波発振子
２２・・・制御部
２３・・・シールバー
２４・・・超音波発振器
【図１】
2017019544.tif 000003
【図２】
2017019544.tif 000004
【図３】
2017019544.tif 000005
【図４】
2017019544.tif 000006
【図５】
2017019544.tif 000007