(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも最内部分に熱可塑性材料を有する包装材料ウェブからチューブ状に成形され該チューブ内に液体食品が充填されたチューブ状包装材料を、切断予定部を含む該包装材料のシール帯域で且つ該液体食品の液面下で、超音波加熱により該シール帯域を形成するためのホーンのシールジョーと対向ジョーとにより該チューブ外側から挟持しチューブ横断方向に超音波加熱によりヒートシールする装置であって、該シール帯域に当接する該シールジョーの作用面が実質的に平面を有し、前記対向ジョーの作用面が、前記対向ジョーの作用面に、前記シール帯域のチューブ内に残留しようとするシール阻害夾雑物を前記シール帯域から除去し及び／又は前記シール帯域の一部溶融／軟化包装材料と混合する除去／混合手段を備え、
該除去／混合手段が、前記対向ジョーの作用面に設けられた傾斜面、断面山形の傾斜面又は連続若しくは不連続の突条であり、
該傾斜面及び該突条が、変形可能な材料からなり、かつ、該チューブ材料の横断方向に形成されている
ことを特徴とするヒートシール装置。
【請求項２】
少なくとも最内部分に熱可塑性材料を有する包装材料ウェブからチューブ状に成形され該チューブ内に液体食品が充填されたチューブ状包装材料を、切断予定部を含む該包装材料のシール帯域で且つ該液体食品の液面下で、超音波加熱により該シール帯域を形成するためのホーンのシールジョーと対向ジョーとにより該チューブ外側から挟持しチューブ横断方向に超音波加熱によりヒートシールし、該切断予定部で切断して包装充填する充填機であって、請求項１記載のヒートシール装置を備えることを特徴とする充填機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、包装材料ウェブから成形されたチューブ状包装材料を横断方向に超音波加熱によりヒートシールする装置に関し、及び、流動性食品が充填された包装充填容器を製造しかつ該ヒートシール装置を有する充填機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
包装充填容器は、牛乳、果実飲料等に用いられ、一般に積層包装材料で作られる。包装材料は、両側を均質のプラスチック材料の薄い層で覆われた、比較的剛性の中心支持層を具備する。この材料は、アルミニウム箔またはその他の材料を具備することもできる。この型の全ての包装積層材料に共通の特徴は、これらがその外側、少なくとも内容物に面する側に熱可塑性材料、通常はポリエチレンの層を具備し、それによって互いに対向した積層材料の二つの部分を熱と圧力とによって共に液密状態にシールできることである。
【０００３】
シールが所望の強さと液密性とを有するためには、共にシールすべき二つの熱可塑性の層が必ず清浄で不純物の無いことが必要である。このような場合には熱可塑性の各層の充分な融合を得ることができ、その結果、強い高密封性の点から見て最適のシールがもたらされる。熱可塑性の層の上には通常、熱可塑性の層の押出しと共に包装積層材料上に形成される薄い酸化物の不純物が存在するために熱可塑性の各層の完全な融合が往々にして阻害され、従って、シールは理論的には可能な強さと密封性とを得られない。
【０００４】
また、液体食品の液面下で、包装材料がシールされるために、熱可塑性の層の表面には、例えば、更にシールを阻害する内容物（液体食品）の残留物のような別の種類の不純物も生ずる可能性がある。これは、内容物が在る間に積層材料のシールが行われる、即ちシールを行い得る前に互いに対向して置かれた熱可塑性材料の表面間のすきまから内容物を先ず押し出さなければならない、という形式の包装製造に特有の問題である。しかし実際問題として内容物は完全には絞り出されずに微量の残留物が残り、これがシールを弱める。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述の全ての難点が回避され且つ得られたシールが最適の性状を有するように前述の形式の包装積層材料をヒートシールすることのできる装置を提供することを目的とする。本発明の更に目的とするところは、たとえ包装積層材料が例えば、酸化物、包装内容物の残留物、あるいは残渣のような不純物で覆われていても、この様なシール阻害夾雑物の悪影響をできるだけ無くすることができて、最適なシールを可能とする包装積層材料をヒートシールする装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明によるヒートシール装置により解決される。すなわち、このヒートシール装置は、少なくとも最内部分に熱可塑性材料を有する包装材料ウェブからチューブ状に成形されこのチューブ内に液体食品が充填されたチューブ状包装材料を、切断予定部を含む包装材料のシール帯域で且つ液体食品の液面下で、超音波加熱により該シール帯域を形成するためのホーンのシールジョー及び対向ジョーとによりこのチューブ外側から挟持しチューブ横断方向に超音波加熱によりヒートシールする装置であって、シール帯域に当接するシールジョーの作用面が実質的に平面を有し、対向ジョーの作用面が、対向ジョーの作用面に、シール帯域のチューブ内に残留しようとするシール阻害夾雑物をこのシール帯域から除去し及び／又はこのシール帯域の一部溶融／軟化包装材料と混合する除去／混合手段を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
更に、この発明の特徴の一態様において、除去／混合手段は、この対向ジョーの作用面に設けられた傾斜面である。
【０００８】
更に、この発明の特徴の一態様において、除去／混合手段は、この対向ジョーの作用面に設けられた断面山形の傾斜面である。
【０００９】
更に、この発明の特徴の一態様において、除去／混合手段は、この対向ジョーの作用面に設けられた連続若しくは不連続の突条である。
この発明の特徴において、上記の傾斜面及び突条が、変形可能な材料からなり、かつ、チューブ材料の横断方向に形成されている。
【００１０】
この発明による充填機は、少なくとも最内部分に熱可塑性材料を有する包装材料ウェブからチューブ状に成形されこのチューブ内に液体食品が充填されたチューブ状包装材料を、切断予定部を含む包装材料のシール帯域で且つ液体食品の液面下で、超音波加熱により該シール帯域を形成するためのホーンのシールジョー及び対向ジョーとによりチューブ外側から挟持しチューブ横断方向にヒートシールし、切断予定部で切断して包装充填する充填機であって、シール帯域に当接するシールジョーの作用面が実質的に平面を有し、対向ジョーの作用面が、対向ジョーの作用面に、シール帯域のチューブ内に残留しようとするシール阻害夾雑物をこのシール帯域から除去し及び／又はこのシール帯域の一部溶融／軟化包装材料と混合する除去／混合手段を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
更に、この発明の充填機の特徴の一態様において、除去／混合手段は、この対向ジョーの作用面に設けられた傾斜面である。
【００１２】
更に、この発明の充填機の特徴の一態様において、除去／混合手段は、この対向ジョーの作用面に設けられた断面山形の傾斜面である。
【００１３】
更に、この発明の充填機の特徴の一態様において、除去／混合手段は、この対向ジョーの作用面に設けられた連続若しくは不連続の突条である。
この発明の充填機の特徴において、上記の傾斜面及び突条が、変形可能な材料からなり、かつ、チューブ材料の横断方向に形成されている。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明にかかるヒートシール装置についての実施例を図面に基づいて説明するが、本発明はこれら図面に記載されたものに限定されるものではない。
【００１５】
本発明にかかるヒートシール装置を備える充填包装機の一例の概要を、図３に示す。この例に示す充填機では、最内層に熱可塑性材料層を有しロール状に巻かれた包装材料ウェブ１を巻き出し、ローラにより充填機内を搬送し、ストリップテープ２をストリップテープアプリケータ３により、包装材料ウェブの一端に接合し、滅菌剤槽４内を包装材料ウェブが通過して滅菌し、エアーナイフ５により滅菌剤を除去し、成形ローラ６によりチューブ状に成形し、そのチューブ内に充填パイプ７から液体食品を充填し、縦シールエレメント８によりチューブ縦方向にシールし、このチューブを包装容器１個分に相当する長さ分だけ下方に送りながら、本発明にかかるヒートシール装置のシールジョー１０及び対向ジョー１１により挟持し、横断方向にヒートシールし、同時に枕状充填包装容器１２に連続的に成形し、引き続きその下流で繋がった枕状包装充填容器のシール帯域の切断予定部を切断し、個々の包装充填容器１３にナイフなどにより切り離し、切り離された枕状容器１４の上下のフラップを折り曲げ、ファイナルホルダー１４により最終形態の包装充填容器１１に成形する。
【００１６】
本発明において用いることができる包装材料１の一例を図２に示すような層構成を持ち、最外層の熱可塑性材料層３１、紙層３２、酸素バリア層である金属層３３及び、最内層の熱可塑性材料層３４で構成されている。
この発明に於ける包装材料としては、上記実施例に限定されず、種々の包装材料を使用することができる。例えば、包装積層体としては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）／印刷インキ層／紙（繊維質）基材層／ＬＤＰＥ／アルミ箔（Ａｌ）／ＬＤＰＥ／ＬＤＰＥ、ＬＤＰＥ／印刷インキ層／紙基材層／ＬＤＰＥ／ＬＤＰＥ、印刷インキ層／ＬＤＰＥ／紙基材層／ＬＤＰＥ／ＬＤＰＥ、また、ＬＤＰＥ／印刷インキ層／紙基材層／ＬＤＰＥ／Ａｌ／ポリエステル（ＰＥＴ）等がある。
また、最内層若しくは／及び最外層に、上記のＬＤＰＥ以外に、シングルサイト触媒を用いて重合したエチレンーαオレフィン共重合体（いわゆる、メタロセンＰＥ）を使用することもできる。更に、上記の酸素バリア層の金属層（アルミニウムフォイル）にかわる実際的な代替物として、無機酸化物の蒸着層を用いることもできる。
【００１７】
図１は、本発明を説明するための参考例のシール装置を、ヒートシールした包装材料１と共に断面的に示す。シールジョー１０の本体は、電気的に不導性の材料で作られ、導電性の材料、例えば銅の棒状インダクター１０１を具備する。本体の一方の作用面側の中央に位置するインダクター１０１は、本体の周囲の部分と共にシールジョー１０の作用面１０２を形成する。形成された作用面は、実質的に平面である。このインダクター１０１は、シールジョー１０に、高周波誘導加熱によりシール帯域を形成するために配設されたインダクターであり、この場合の包装材料は金属薄層及び熱可塑性材料最内層を有する積層体である。
この高周波誘導加熱においては、高周波電源に接続され高周波電流が流れるコイルの周りに磁界が発生し、コイル周辺の金属箔に渦電流が生じ、この渦電流と金属箔（層）の電気抵抗によりジュール熱が発生する。発生したジュール熱は金属（箔）層に対面した最内熱可塑性材料層に伝達され、この熱可塑性材料層が溶融する。
この参考例において、インダクター１０１は上記高周波誘導加熱のコイルの一部に該当する。この参考例において、そのコイルの他の部分は図示されていないが、インダクター１０１の裏側に、また、シールジョー１０の外部（包装材料のシール帯域形成に悪影響を及ぼさない位置）になどの配設することができる。
【００１８】
この発明において、シール帯域２０に当接するシールジョー１０の作用面１０２が実質的に平面を有し、対向ジョー１１の作用面１１１が、対向ジョー１１の作用面１１２に、シール帯域２０のチューブ内に残留しようとするシール阻害夾雑物をシール帯域２０から除去し及び／又はシール帯域２０の一部溶融／軟化包装材料と混合する除去／混合手段を備える。この参考例の場合、除去／混合手段は、この対向ジョーの作用面１１２に設けられた連続若しくは不連続の突条１１１である。
対向ジョー１１は、作用面１１２から突出する突条１１１が設けられる。この突条１１１は、断面がほぼ長方形であり、高さが積層材料の厚さの０．２ないし０．８倍、なるべくは０．５倍、の範囲であり、幅が包装積層材料の厚さにほぼ等しいものである。この実施例に限定されず、先端が丸みを帯びた突条、断面台形の突条などがある。
【００１９】
かくしてシールジョー１０の作用面１０２は、積層材料１を加熱する中央に在る領域を具備し、対向ジョー１１には、一方では突条１１１が、また他方では突条の両隣接領域が具えられる。アルミニウム箔を含む積層材料１の高周波溶接を可能とするために、インダクター１０１に、積層材料を加熱する領域を高周波方式などの電源に接続することができる。アルミニウム箔（金属層３３）またはその他の導電性の層を含まない包装積層材料を一緒に接合すべき場合には、積層材料を加熱する領域またはインダクター１０１を加熱し、また例えば電気抵抗材料でこれを構成することもできる。
本発明によるシール装置は、材質ならびに形式の異なった包装容器のシールの必要条件を満たすために、本発明の概念の範囲内で、これを種々の方法で修正することができる。
【００２０】
この参考例では、包装材料のチューブが密封されてシール帯域が形成され、そのシール帯域内の切断予定部２１で切断される。シールジョーに対応する切断予定部２１でナイフまたはその他何等かの適当な切断装置がその時に作動する。
また、この参考例においては、包装積層材料１のアルミニウム（金属）層３３内に交番磁界による渦電流が誘導され、それによってこれらがインダクター１０１の表面に対応する領域内で隣接する熱可塑性の層の溶融温度よりかなり高い温度にまで加熱される。生成された熱はアルミニウム層３３，３３間に位置する熱可塑性の層３４，３４に直接伝達され、それによってこれらが溶融し、流体となる。
包装積層材料を突条１１１と同じ高さで一緒に押しやる高い圧力（約１００kg／cm2 ）のために、溶融熱可塑性材料はシール帯域２０、２０、２１全体の中の高圧の領域から隣接部分２０，２０に走り、または流れ込む。シール帯域２０、２０の外方の領域で互いに対向して位置する熱可塑性の層３４，３４は引き続き固体の状態を保ち、互いに対向して押し付けられるので、溶融熱可塑性材料はそれ以上シール帯域外方に流出できずに参照番号２０で示される二つの帯域に留まり、細長い圧力帯域と平行に延びるたい積部分２０を形成し、その中で互いにシールされた二つの層が混合される。
シール帯域に形成されたたい積部分２０、２０にはよく混合されたプラスチックの余剰分が包含され、実用上充分な強さのシールが二つの層の間に得られる。高圧による流れが非常に速いので、流動するプラスチック材料に生ずる乱流によって互いに対向して位置する二つの層の間からのプラスチック材料のよい混合が保証され、したがって表面に存在するいかなる表面酸化物またはその他の不純物（例えば包装内容物の残留物からの）でもプラスチック内に効果的に混合され、それ故シールの強さを損うような不純物のいかなる凝集性の膜も残存することがない。
【００２１】
本発明によるシール装置は、材質ならびに形式の異なった包装容器のシールの必要条件を満たすために、本発明の概念の範囲内で、これを種々の方法で修正することができる。例えば、上記参考例では、突条は、シール時の押圧によって変形しない若しくは変形しにくい材質が用いられている。この発明において、変形可能なゴム質のものである。この場合、顕著に積層包装材料間に上記のようなシール帯域２０（たい積部分）を形成することができないが、突条部分でより高い押圧力を作ることができるので、シール帯域のチューブ内に残留しようとするシール阻害夾雑物をシール帯域から除去し及び／又はシール帯域の一部溶融／軟化包装材料と混合することができる
【００２２】
第２の例を図示する図４は、本発明による装置例によって二つの包装積層材料１，１を一緒にシールする際のシール順序を示す。二つの包装積層材料１、１（または折り畳まれた同じ包装積層材料の二つの部分）が、シールに備えて、それらの最内層の熱可塑性の層が互いに対向するように接合されている。包装積層材料は、シールジョー１０と、包装積層材料の反対側に対向して位置する対向ジョー１１とによって一緒に押し付けられる。このシールジョー１０は図１に示すシールジョーと同じもので、平らな作用面を有する。
一方、対向ジョー１１には、包装積層材料１、１に対向して位置する作用面１１２が設けられ、この作用面には断面山形の傾斜面が設けられている。この傾斜面が、シールジョー１０及び対向ジョー１１で２枚の包装積層材料１、１を押圧するときに、シール帯域のチューブ内に残留しようとするシール阻害夾雑物をこのシール帯域から除去し及び／又はこのシール帯域の一部溶融／軟化包装材料と混合する。そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、作用面が傾斜しているので包装積層材料を挟持・押圧する力に傾斜が生じ、最内層熱可塑性材料がまだ軟化・溶融していないときは最内層熱可塑性材料によりシール帯域から内容物残留物などが押し出され、最内層熱可塑性材料が軟化・溶融した段階では表面酸化物や内容物残留物などが軟化・溶融熱か可塑性材料と共に、シール帯域から混合しながら押し出される。なお、このメカニズムは本発明の範囲を限定するものではない。
図４の右図に示すように、押圧・加熱により２枚の包装積層材料は、シールされ、切断予定部を含むシール帯域２０，２０が形成され、次いで、切断予定部２１においてナイフなどで切断される。
【００２３】
第３の例を図示する図５は、本発明による装置例によって二つの包装積層材料１，１を一緒にシールする際のシール順序を示す。二つの包装積層材料１、１（または折り畳まれた同じ包装積層材料の二つの部分）が、シールに備えて、それらの最内層の熱可塑性の層が互いに対向するように接合されている。包装積層材料は、シールジョー１０と、包装積層材料の反対側に対向して位置する対向ジョー１１とによって一緒に押し付けられる。このシールジョー１０には、超音波加熱によりシール帯域を形成するためのホーンが配設されており、平らな作用面１０２を有する。
一方、対向ジョー１１には、包装積層材料１、１に対向して位置する作用面１１２が設けられ、この作用面には断面山形の傾斜面が設けられている。この傾斜面が、シールジョー１０及び対向ジョー１１で２枚の包装積層材料１、１を押圧するときに、シール帯域のチューブ内に残留しようとするシール阻害夾雑物をこのシール帯域から除去し及び／又はこのシール帯域の一部溶融／軟化包装材料と混合する。そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、作用面が傾斜しているので包装積層材料を挟持・押圧する力に傾斜が生じ、最内層熱可塑性材料がまだ軟化・溶融していないときは最内層熱可塑性材料によりシール帯域から内容物残留物などが押し出され、最内層熱可塑性材料が軟化・溶融した段階では表面酸化物や内容物残留物などが軟化・溶融熱か可塑性材料と共に、シール帯域から混合しながら押し出される。なお、このメカニズムは本発明の範囲を限定するものではない。
図５の右図に示すように、押圧・加熱により２枚の包装積層材料は、シールされ、切断予定部を含むシール帯域２０，２０が形成され、次いで、切断予定部２１においてナイフなどで切断される。
【００２４】
第４の例の参考例を図示する図６は、参考例による装置例によって二つの包装積層材料１，１を一緒にシールする際のシール順序を示す。二つの包装積層材料１、１（または折り畳まれた同じ包装積層材料の二つの部分）が、シールに備えて、それらの最内層の熱可塑性の層が互いに対向するように接合されている。包装積層材料は、シールジョー１０と、包装積層材料の反対側に対向して位置する対向ジョー１１とによって一緒に押し付けられる。このシールジョー１０には、伝導加熱によりシール帯域を形成するための電気抵抗体１０１が配設され、平らな作用面１０２を有する。
一方、対向ジョー１１には、包装積層材料１、１に対向して位置する作用面１１２が設けられ、この作用面には断面直線状の傾斜面が設けられている。この傾斜面が、シールジョー１０及び対向ジョー１１で２枚の包装積層材料１、１を押圧するときに、シール帯域のチューブ内に残留しようとするシール阻害夾雑物をこのシール帯域から除去し及び／又はこのシール帯域の一部溶融／軟化包装材料と混合する。そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、作用面が傾斜しているので包装積層材料を挟持・押圧する力に傾斜が生じ、最内層熱可塑性材料がまだ軟化・溶融していないときは最内層熱可塑性材料によりシール帯域から内容物残留物などが押し出され、最内層熱可塑性材料が軟化・溶融した段階では表面酸化物や内容物残留物などが軟化・溶融熱か可塑性材料と共に、シール帯域から混合しながら押し出される。なお、このメカニズムは本発明の範囲を限定するものではない。
図６の右図に示すように、押圧・加熱により２枚の包装積層材料は、シールされ、切断予定部を含むシール帯域２０，２０が形成され、次いで、切断予定部２１においてナイフなどで切断される。
【００２５】
第５の例を図示する図７は、図１に示す第１の例の変形例である。第１の例では、突条が１個であったが、この第５の実施例では、対向ジョー１１は作用面１１２に２個の突条１１１，１１１を備える。概ね、第１の実施例と同じであるが、２個の突条を備えるために、この２個の突条１１１，１１１間に第３のたい積部分（図示せず）が形成される。このたい積部分内に一部のシール阻害夾雑物が溶融・軟化熱可塑性材料と混合してシール阻害を防止することができる。
【００２６】
第６の例を図示する図８は、図４に示す第２の例の変形例である。第２の例では、断面山形が１個であったが、この第６の実施例では、対向ジョー１１は作用面１１２に２個の山形を備える。概ね、第２の実施例と同じであるが、２個の山形を備えるために、この２個の山間に熱可塑性材料の混合部分（図示せず）が形成される。この混合部分内に一部のシール阻害夾雑物が溶融・軟化熱可塑性材料と混合してシール阻害を防止することができる。
【００２７】
【発明の効果】
上記実施例から具体化され、明らかなように、本発明のシール装置及び充填機により、次のような効果を奏する。
（１）  シールすべき二つの熱可塑性の層が必ず清浄で不純物の無い包装材料であっても、シールが所望の強さと液密性とを有することができる。
（２）  液体食品など内容物の液面下で、包装材料がシールされても、熱可塑性の層の表面からシールを阻害する内容物（液体食品）の残留物を除去若しくは、混合して無害化することができる。
【００２８】
（３）  包装積層材料が例えば、酸化物、包装内容物の残留物、あるいは残渣のような不純物で覆われていても、この様なシール阻害夾雑物の悪影響をできるだけ無くすることができて、最適なシールを可能とする。
（４）  この包装システムに於けるシールジョー及び対向ジョーでは、対向ジョーは押圧が主たる機能であり、シールジョーに比べて機能の重要度が低いと従来から見られていたが、シールジョー及び対向ジョーに機能を分散化することにより、より高い安全性、作業性、機能性及び経済性を生み出す可能性を生む。
（５）  包装材料間のシール帯域すなわち、包装充填容器では容器の上部下部のシール部分には、内容物の液溜まりが形成されず、シール部分の切断面にジュース等内容物の付着が生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明を説明するための第１の例のヒートシール装置の構造・動作を示す断面図である。
【図２】  この発明を説明するためのヒートシール装置に用いられる包装材料の断面図である。
【図３】  この発明を説明するためのヒートシール装置を備えた包装充填機の構造・動作を示す概略図である。
【図４】  この発明を説明するための第２の例のヒートシール装置の構造・動作を示す断面図である。
【図５】  この発明を説明するための第３の例のヒートシール装置の構造・動作を示す断面図である。
【図６】  この発明を説明するための第４の例のヒートシール装置の構造・動作を示す断面図である。
【図７】  この発明を説明するための第５の例のヒートシール装置の対向ジョー構造を示す断面図である。
【図８】  この発明を説明するための第６の例のヒートシール装置の対向ジョー構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１    包装材料ウェブ
１０    シールジョー
１１    対向ジョー
２０    シール帯域
１０１    インダクター（電気抵抗体）
１０２    作用面
１１１    突条
１１２    作用面
【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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