(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも熱可塑性樹脂層を含む積層包装材料をチューブ状とし、該チューブ状の積層包装材料を横断状に超音波シールする装置であって、細長くかつ平坦なシール面を有するホーンと、該ホーンのシール面と協働して積層包装材料を押圧する細長い作用面を備えた対向ジョーとを有し、該対向ジョーの作用面の長手方向の中央部分を両端部分に比べて幅細の作用面に形成することを特徴とする超音波シール装置。
【請求項２】
積層包装材料が、紙層を含むことを特徴とする請求項１記載の超音波シール装置。
【請求項３】
横断状の超音波シールが、液面下での超音波シールであることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波シール装置。
【請求項４】
両端部分に比べて幅細の作用面に形成された対向ジョーの作用面の長手方向の中央部分の長さが、チューブ状積層包装材料の縦シールされた３枚重ね部分の押圧された状態の長さよりも少なくとも長いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の超音波シール装置。
【請求項５】
長手方向中央部分の幅細の作用面の幅が、両端部分の作用面の幅の１／４〜１／２であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の超音波シール装置。
【請求項６】
長手方向中央部分の幅細の作用面に、作用面の長手方向と直交する方向に沿って形成された凹みを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の超音波シール装置。
【請求項７】
形成された凹みが、断面円弧状の凹みであることを特徴とする請求項６記載の超音波シール装置。
【請求項８】
チューブ状の積層包装材料が、積層包装材料をチューブ状とするに際して、シーリングテープを用いてチューブ状としたチューブ状積層包装材料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の超音波シール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体飲料等の内容物が充填されたチューブ状積層包装材料を横断状にシールする超音波シール装置、より詳しくは、溶融熱可塑性樹脂の流れを制御してシール性を向上させるための特定形状を有する対向ジョーを備えた超音波シール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ジュース等が充填される直方体状の包装容器用の包装材料ウェブを殺菌して用いる包装機として、図１に示す充填包装機が知られている。この充填包装機全体の概要は、積層包装材料ウェブ１をロール状に支持しているリワインダ２と、リワインダから順次巻戻された板状の積層包装材料ウェブを殺菌する殺菌装置３と、殺菌された積層包装材料ウェブの長手方向両端部をシールし、チューブ状積層包装材料ウェブを形成する縦シール部４と、チューブ状に成形されたウェブ内に流動性内容物を充填する給液管５と、内容物の充填されたチューブをほぼ容器１個に相当する長さ分だけ下方に送りながら、チューブ状積層包装材料ウェブの長手方向と直交する方向に液面下で横断状にシールし、同時に断面矩形の枕状容器６を連続的に成形する横シール装置７と、枕状容器６の端部を折り曲げ、最終形態である直方体状容器８に成形する容器整形装置を備えている。そして、上記横シール装置７は、シール装置と該シール装置を固定するシールジョーと該シールジョーを駆動する駆動手段から構成されている。
【０００３】
また、超音波シール装置としては、Ａ．Ｃ．電流供給源に連結される、圧電セラミックス板を有する圧電駆動ユニット又は磁気歪み駆動ユニットと、細長いシール表面を備えたホーンとを有する超音波シール装置にして、当該装置は、さらに、ホーンとともに半波長を形成する１つまたはそれ以上の反作用体を備えていることを特徴とする超音波シール装置（特開平７−２２３１号公報）の他、多くの超音波シール装置が知られている（特公昭６２−２２７８４号公報、特開平２−７２０２４号公報、特開平７−３３１２１号公報、特開昭５６−９２０４６号公報、特開平６−１５７４１号公報等）。
【０００４】
これら超音波シール装置の中でも、ホーンのシール面と協働して積層包装材料を押圧する対向ジョーの作用面の形状に特徴を有するものとしては、ホーンとアンビルとから成る胴部のほぼ中央に重合接着部を有する角筒状の液体容器の上下端の開口部を封着するための超音波シール装置において、前記ホーンの被シール部当接面のほぼ中央に帯状の凸条を設け、アンビルの被シール部当接面のほぼ中央に前記凸条と直交する凹溝を設けて成り、該凹溝の底部は二段構造としてその段差部分及び両端部分をテーパー状として、かつ底部中央の端部には側方に張出した鋭角状の突出傾斜面を設けた液体容器の超音波シール装置が知られている（実開昭６３−１４７４０８号公報、登録実用新案第３００４７８６号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すように、ホーンからなるシールジョー１０と対向ジョー２０を用いて、液体飲料等の内容物が充填されたチューブ状積層包装材料１１を液面下で横断状に超音波シールする場合、チューブ状積層包装材料は押圧され、その結果、縦シールされた３枚重ね部分１２の厚さが他の２枚重ね部分よりも厚くなることから、かかる縦シール部の両端部付近で段差が生じ、シール圧が不均一になり、稀に段差部分にトンネル（貫通した経路）が発生してシール不良が生じるという問題があることを本発明者らは見い出した。
【０００６】
本発明の課題は、チューブ状積層包装材料を液面下等で横断状に超音波シールする際に縦シール部の両端部付近の段差部分に稀に発生するトンネル（貫通した経路）によるシ−ル不良を防止することができる超音波シール装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、積層包装材料をチューブ状とし、該チューブ状の積層包装材料を液面下で横断状にヒートシールする超音波シールについて検討し、高周波コイル（加熱源）に突条を設けるという高周波ヒートシール装置で実用化されている手段と同様な手段、すなわち超音波ホーン（加熱源）のシール面に強い押圧力を付与するための突条を設けたところ、ホーンのシール面に設けた突条により振動の均一性を保つことが困難となり、これが原因で新たなシール不良が発生することがわかった。
【０００８】
そこで、加熱源側のシール面にシール性を向上させる形状を与えるという従前の解決方法と異なり、ホーンのシール面と協働して積層包装材料を押圧する対向ジョーの作用面に突条を設けたところ、トンネルの発生防止にはある程度有効であることがわかったが、該突条により積層包装材料が傷つけられるという問題が新たに発生した。そこで、突条等の突出部を設けることなく、作用面に押圧力を高める手段について鋭意検討し、３枚重ね部分の縦シール部が当接する対向ジョーの作用面の長手方向の中央部分を両端部分に比べて幅細の作用面に形成すると、積層包装材料を傷つけることなく、３枚重ね部分の縦シール部に必要な押圧力を均一に付与しうることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
また本発明者らは、上記課題を解決するために、積層包装材料をチューブ状とし、該チューブ状の積層包装材料を液面下で横断状にヒートシールする超音波シール装置における対向ジョーについて、種々の形状の作用面を有するものを試作し検討した。この検討する過程で、チューブ状包装積層材料がチューブの中心軸を回転軸として回転し、３枚重ね部分の縦シール部が正規の位置、すなわち前記図２で示される対向ジョーのレリーフ中心位置から少しずれることがあり、この結果、縦シール部の両端部付近の段差部分のいずれか一方に十分な押圧力が付加されないことがわかった。そこで、縦シール部が正規の位置から少しずれても、縦シール部の両端部付近の段差部分のいずれにも均一な押圧力を付加しうる手段について鋭意検討し、対向ジョーの作用面の長手方向の中央部分に、作用面の長手方向と直交する方向に沿って断面円形等の凹みを形成する（レリーフ形状をＲ状にする）と、３枚重ね部分の縦シール部に必要な押圧力を均一に付与しうることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、少なくとも熱可塑性樹脂層を含む積層包装材料をチューブ状とし、該チューブ状の積層包装材料を横断状に超音波シールする装置であって、細長くかつ平坦なシール面を有するホーンと、該ホーンのシール面と協働して積層包装材料を押圧する細長い作用面を備えた対向ジョーとを有し、該対向ジョーの作用面の長手方向の中央部分を両端部分に比べて幅細の作用面に形成することを特徴とする超音波シール装置（請求項１）や、積層包装材料が、紙層を含むことを特徴とする請求項１記載の超音波シール装置（請求項２）や、横断状の超音波シールが、液面下での超音波シールであることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波シール装置（請求項３）や、両端部分に比べて幅細の作用面に形成された対向ジョーの作用面の長手方向の中央部分の長さが、チューブ状積層包装材料の縦シールされた３枚重ね部分の押圧された状態の長さよりも少なくとも長いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の超音波シール装置（請求項４）や、長手方向中央部分の幅細の作用面の幅が、両端部分の作用面の幅の１／４〜１／２であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の超音波シール装置（請求項５）や、長手方向中央部分の幅細の作用面に、作用面の長手方向と直交する方向に沿って形成された凹みを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の超音波シール装置（請求項６）や、形成された凹みが、断面円弧状の凹みであることを特徴とする請求項６記載の超音波シール装置（請求項７）や、チューブ状の積層包装材料が、積層包装材料をチューブ状とするに際して、シーリングテープを用いてチューブ状としたチューブ状積層包装材料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の超音波シール装置（請求項８）に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明における積層包装材料としては、少なくとも熱可塑性樹脂層を含むものであればどのような積層包装材料でもよく、具体的には、その最内面に超音波加熱により溶融することによってヒートシールすることができるポリエチレン等の熱可塑性樹脂層と、容器の剛性を維持するための紙シートと、容器内へ空気、微生物等を透過させないアルミ箔層又は合成樹脂フィルム層などからなる積層体を例示することができる。アルミ箔等の導電性材料は、高周波ヒートシールの場合は必須の積層材料であるが、超音波ヒートシールの場合は必ずしも必要ではなく、アルミ箔等に代えて酸素不透過性の合成樹脂フィルムを用いることができる。また、積層包装材料を縦シールしてチューブ状とする場合、包材端面からの内容物の浸透を防止するための合成樹脂フィルム等からなるシーリングテープを、上記積層包装材料とは別に用いて縦シールすることもできる。この場合、チューブ状の積層包装材料の縦シール部は積層包装材料の２枚の重なりに加えてシーリングテープ層が存在することから３枚重ねの状態で縦シールされていることになる。
【００１３】
本発明において、積層包装材料をチューブ状とし、該チューブ状の積層包装材料を、液面下で横断状に超音波シールする装置としては、細長くかつ平坦なシール面を有するホーンと、該ホーンのシール面と協働して積層包装材料を押圧する細長い作用面を備えた対向ジョーとを有するものであればどのような超音波シール装置でもよく、従来公知の超音波シール装置の他、例えば図３に示すような、本発明者らによって開発された、長さ方向に包装材料をシールする２つの細長くかつ平坦なシール面１３を備えた１つのホーン１４と、該ホーン１４のシール面と反対側に立設され、ホーンを共振させる複数のコンバーター１５とを少なくとも備え、その長さが一波長の長さであり、シールジョーとの固定位置（取り付けフランジ）１６が節平面である超音波シール装置１７（ＰＣＴ／ＪＰ９９／０１４２８）を例示することができる。
【００１４】
本発明において対向ジョーとは、加熱源を備えた加熱部材であるホーンをシールジョーとした場合に、シールジョーに対する用語として用いられ、加熱源を備えていない方の加圧部材のことを意味し、対向ジョーは対向ジョー本体と対向ジョー作用部から構成されている。そして、この種の充填包装機においては、シールジョーと対向ジョーとからなる一対の加圧部材が通常２組使用され、各一対の加圧部材によるヒートシールにより２つのシール部が形成される。そして、２つのシール部間で枕状に成型された包装容器が切り離されるようになっている。
【００１５】
本件発明の超音波シール装置における対向ジョーの前記対向ジョー作用部には、ホーンのシール面と協働して積層包装材料を押圧する細長い作用面が形成されており、本発明の一つは、該作用面の長手方向の中央部分が両端部分に比べて幅細の作用面に形成されている超音波シール装置に関する。ここで、長手方向の中央部分とは、少なくとも、チューブ状積層包装材料の縦シールされた３枚重ね部分が対応ジョーの作用面に当接する作用面上の位置を意味し、作用面の両端部分は除かれるものの、必ずしも作用面の長手方向の真ん中を含まなくてもよい。そして、この超音波シール装置においては、両端部分に比べて幅細の作用面に形成された対向ジョー作用部の作用面の長手方向の中央部分の長さが、チューブ状積層包装材料の縦シールされた３枚重ね部分の押圧された状態の長さよりも少なくとも長い方が好ましい。
【００１６】
また、長手方向中央部分の幅細の作用面の幅は、両端部分の作用面の幅の１／４〜１／２、特に１／３程度が好ましい。そして、圧力(Ｐ)は力(Ｆ)を面積(Ｓ)で除した商として求められる（Ｐ＝Ｆ／Ｓ）ことから、例えば、作用面の幅を１／３に細くした場合、ここにかかる圧力は細くする前の３倍ということになり、３枚重ねの縦シール部に十分な押圧力を付与することができ、トンネルの発生を防止することができる。この幅細に形成される作用面は、幅方向の中央部分、容器内面側、切断側等の作用面の長手方向にほぼ平行に形成される場合、幅方向の位置は特に限定されない。
【００１７】
この幅細に形成された作用面に、作用面の長手方向と直交する方向に沿って断面円弧状等の凹みを形成することもできる。かかる凹みを設けることにより、チューブ状包装積層材料がチューブの中心軸を回転軸として回転し、３枚重ね部分の縦シール部が正規の位置から少しずれても、縦シール部の両端部付近の段差部分が幅細に形成された凹状作用面に当接することになり、良好なシールに必要な十分な押圧力を３枚重ね部分の縦シール部に均一に付与することができる。かかる凹みとしては断面円弧状が好ましいが、３枚重ね部分の縦シール部が正規の位置から少しずれた場合であっても、縦シール部の両端部付近の段差部分に良好なシールに必要な十分な押圧力を付与しうるものであればどのような形状のものでもよい。
【００１９】
以下、本発明の実施例等を図４〜１４に基づいて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかかる実施例に限定されるものではない。なお、図４〜１４において、２０は対向ジョー、２１は対向ジョー本体、２２は対向ジョー作用部、２３は作用面の長手方向の両端部分、２４は作用面の長手方向中央部分の幅細の作用面、２５は断面円弧状の凹み、２６は縦シール部の形状に相当する凹みをそれぞれ示す。
【００２０】
図４及び図５には、対向ジョー２０の対向ジョー本体２１の一面に設けられた対向ジョー作用部２２に形成されている作用面の長手方向の中央部分が両端部分２３に比べて幅細の作用面２４に形成されている対向ジョー２０の要部が図示されている。この幅細に形成される作用面２４は、幅方向の中央部分の作用面の長手方向にほぼ平行に形成されている。また、図６〜図８には異なるタイプの対向ジョー２０が図示されている。この図６〜８に示される対向ジョー２０は、対向ジョー本体２１の一面に２本の対向ジョー作用部２２が設けられ、外側に形成されている対向ジョー作用部２２の作用面の長手方向の中央部分が両端部分２３に比べて幅細の作用面２４に形成されている。これら幅細の作用面２４を有する対向ジョー、特に図４及び図５に示される対向ジョーは、その要部が図９と図１０のそれぞれに図示されている作用面の長手方向の中央部分に切込みを有する対向ジョー作用部２２を備えた対向ジョーよりもシール性において優れていた。
【００２１】
また、図１１及び図１２には、幅細に形成された作用面２４に作用面の長手方向と直交する方向に沿って断面円弧状の凹み２５が形成されている対向ジョー２０の要部が図示されている。なお、図１２には、チューブ状積層包装材料１１が押圧され、３枚重ね部分１２が断面円弧状の凹み２５に当接する直前の状態が示されている。この対向ジョー２０を備えた超音波シール装置においては、両端部分２３に比べて幅細の作用面２４に形成された対向ジョー作用部２２の作用面の長手方向の中央部分の長さが、チューブ状積層包装材料１１の縦シールされた３枚重ね部分１２の押圧された状態の長さよりも長い。
【００２２】
図１３及び図１４には、幅細に形成された作用面２４に作用面の長手方向と直交する方向に沿って縦シール部の形状に相当する凹み２６が形成されている対向ジョーの要部が図示されている。また、図１４には、チューブ状積層包装材料１１が押圧され、３枚重ね部分１２が縦シール部の形状に相当する凹み２６に当接する直前の状態が示されている。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によると、チューブ状積層包装材料を液面下等で横断状に超音波シールする際に縦シール部におけるシール圧不均一による３枚重ね部分の両端部付近の段差部分に稀に発生するトンネル（貫通した経路）によるシ−ル不良を防止することができる。また、縦シール部が対向ジョーの正規の位置からズレても、確実なシールができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の充填包装機械の紙パック容器が成形されるまでの過程を説明する図である。
【図２】チューブ状積層包装材料を横断状にシールする場合のチューブ状積層包装材料が押圧される状態を説明する図である。
【図３】本発明の超音波シール装置に用いることができる超音波発生装置の概略斜視図である。
【図４】本発明の超音波シール装置における、作用面の中央部分が幅細の作用面に形成されている対向ジョーの要部概略斜視図である。
【図５】本発明の超音波シール装置における、作用面の中央部分が幅細の作用面に形成されている対向ジョーの要部正面図である。
【図６】本発明の超音波シール装置における、作用面の中央部分が幅細の作用面に形成されている他の態様の対向ジョーの正面図である。
【図７】図６の要部拡大図である。
【図８】図６のＡ−Ａ矢視図である。
【図９】参考例として示される、作用面の中央部分に切込みが形成されている対向ジョーの要部を示す図である。
【図１０】参考例として示される他の態様の、作用面の中央部分に切込みが形成されている対向ジョーの要部を示す図である。
【図１１】本発明の超音波シール装置における、幅細に形成された作用面に断面円弧状の凹みが形成されている対向ジョーの要部概略斜視図である。
【図１２】本発明の超音波シール装置における、幅細に形成された作用面に断面円弧状の凹みが形成されている対向ジョーの要部側面図である。
【図１３】本発明の超音波シール装置における、幅細に形成された縦シール部の形状に相当する凹みが形成されている対向ジョーの要部正面図である。
【図１４】本発明の超音波シール装置における、幅細に形成された縦シール部の形状に相当する凹みが形成されている対向ジョーの要部側面図である。
【符号の説明】
１ 積層包装材料ウェブ
２ リワインダ
３ ウェブ殺菌装置
４ 縦シール部
５ 給液管
６ 断面矩形の枕状容器
７ 横シール装置
８ 直方体状容器
１０ シールジョー（ホーン）
１１ チューブ状積層包装材料
１２ 押圧されたチューブ状積層包装材料３枚重ね部分
１３ ホーンの細長くかつ平坦なシール面
１４ ホーン
１５ コンバーター
１６ シールジョーへの取り付けフランジ
１７ 超音波シール装置
２０ 対向ジョー
２１ 対向ジョー本体
２２ 対向ジョー作用部
２３ 作用面の長手方向の両端部分
２４ 作用面の長手方向中央部分の幅細の作用面
２５ 断面円弧状の凹み
２６ 縦シール部の形状に相当する凹み
【図１】
0004316053.tif 000002
【図２】
0004316053.tif 000003
【図３】
0004316053.tif 000004
【図４】
0004316053.tif 000005
【図５】
0004316053.tif 000006
【図６】
0004316053.tif 000007
【図７】
0004316053.tif 000008
【図８】
0004316053.tif 000009
【図９】
0004316053.tif 000010
【図１０】
0004316053.tif 000011
【図１１】
0004316053.tif 000012
【図１２】
0004316053.tif 000013
【図１３】
0004316053.tif 000014
【図１４】
0004316053.tif 000015