超音波溶着方法、超音波溶着機および包装機
【課題】ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる超音波溶着方法などを提供する。
【解決手段】超音波溶着方法では、被溶着物とホーン１５ａとの間および被溶着物とアンビル１５ｂとの間の少なくとも一方の間に緩衝材Ｃが挟まれながら被溶着物が超音波溶着される。なお、緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着されてもよいし、被溶着物に脱着可能に付着されてもよいし、繰出機構から繰り出されるようにしてもよい。
【解決手段】超音波溶着方法では、被溶着物とホーン１５ａとの間および被溶着物とアンビル１５ｂとの間の少なくとも一方の間に緩衝材Ｃが挟まれながら被溶着物が超音波溶着される。なお、緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着されてもよいし、被溶着物に脱着可能に付着されてもよいし、繰出機構から繰り出されるようにしてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波溶着方法、超音波溶着機および包装機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去に「超音波溶着機により包装フィルムを超音波溶着して袋を作製する技術」が提案されている（例えば、特開平１０−４５１１４号公報、特開平９−２４３０号公報および特開平９−３２３７０８号公報など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４５１１４号公報
【特許文献２】特開平９−２４３０号公報
【特許文献３】特開平９−３２３７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、技術の進歩やコスト低減などの理由から包装フィルムが薄膜化されている。例えば、最近、６０μｍの包装フィルムが袋などの製造に利用されている。そして、このように薄い包装フィルムが通常の超音波溶着機により超音波溶着されると、溶着箇所の溶着強度が不均一になる傾向がある。これは、おそらくホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低く、包装フィルムに均一な圧力が付与されていないことに起因するものと考えられる。したがって、上記精度を改善すれば、溶着箇所の溶着強度を均一にすることができるものと期待される。
【０００５】
しかし、上記精度の改善には、ホーンやアンビルの精密加工や精密位置合わせなどが必要となり、多額のコストが必要となることが想定される。また、そのようにホーンやアンビルの精密加工や精密位置合わせをうまく実現することができたとしても、超音波溶着操作を繰り返す度にその精度が狂ってくることが容易に想定される。そうすると、ホーンやアンビルの精密加工や精密位置合わせが度々必要となり、袋の生産性に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００６】
本発明の課題は、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる超音波溶着方法および超音波溶着機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る超音波溶着方法は、ホーンおよびアンビルを有する超音波溶着機を用いて被溶着物を超音波溶着する超音波溶着方法である。なお、ここにいう「ホーン」とは振動側の金具であり、「アンビル」とは、その受け金具である。そして、この超音波溶着方法では、被溶着物とホーンとの間および被溶着物とアンビルとの間の少なくとも一方の間に緩衝材が挟まれながらホーンとアンビルとにより被溶着物が超音波溶着される。なお、ここにいう「緩衝材」は、特に限定されないが、例えば、紙や、木製シート、フッ素樹脂シート、シリコーンシート、ポリイミドシートなど、溶着対象物の超音波溶着時に溶着対象物に溶着しないような素材であるのが好ましい。また、確かでないが、この緩衝材は圧力および超音波の両方を緩衝する作用があると想定される。また、ここにいう「被溶着物」とは、例えば、包装フィルムなどである。
【０００８】
このように被溶着物とホーンとの間および被溶着物とアンビルとの間の少なくとも一方の間に緩衝材が挟まれると、ホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低くても、被溶着物に適度に均一な圧力を付与しながら被溶着物を超音波溶着して袋などを製造することができる。このため、この超音波溶着方法では、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる。
第２発明に係る超音波溶着方法は、第１発明に係る超音波溶着方法であって、緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に装着される。
このため、この超音波溶着方法では、緩衝材の使用量を必要最小限にすることができる。
【０００９】
第３発明に係る超音波溶着方法は、第２発明に係る超音波溶着方法であって、緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される。
このため、この超音波溶着方法では、緩衝材が繰り返し使用により劣化する場合であっても、緩衝材を容易に交換することができる。
第４発明に係る超音波溶着方法は、第１発明に係る超音波溶着方法であって、緩衝材は、被溶着物に脱着可能に付着されている。
このため、この超音波溶着方法では、常に新たな緩衝材が使用されることになる。したがって、この超音波溶着方法では、緩衝材の劣化を考慮せずに済む。
【００１０】
第５発明に係る超音波溶着機は、ホーン、アンビル及び緩衝材を備える。アンビルは、ホーンに対向するように設けられる。緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に装着される。
【００１１】
このため、この超音波溶着機では、ホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低くても、被溶着物に適度に均一な圧力を付与しながら被溶着物を超音波溶着して袋などを製造することができる。したがって、この超音波溶着機では、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる。
また、この超音波溶着機では、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に緩衝材が装着されるため、緩衝材の使用量を必要最小限にすることができる。
第６発明に係る超音波溶着機は、第５発明に係る超音波溶着機であって、緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される。
このため、この超音波溶着機では、緩衝材が繰り返し使用により劣化する場合であっても、緩衝材を容易に交換することができる。
【００１２】
第７発明に係る包装機は、フィルム繰出部および超音波溶着機構を備える。フィルム繰出部は、フィルムを繰り出す。超音波溶着機構は、ホーン、アンビル及び緩衝材を有する。アンビルは、ホーンに対向するように設けられる。緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に装着される。そして、この超音波溶着機構は、ホーンとアンビルとによりフィルムを超音波溶着して袋を作製する。
【００１３】
このため、この包装機では、ホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低くても、被溶着物に適度に均一な圧力を付与しながら被溶着物を超音波溶着して袋を製造することができる。したがって、この包装機では、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋を製造することができる。
また、この包装機では、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に緩衝材が装着されるため、緩衝材の使用量を必要最小限にすることができる。
【００１４】
第８発明に係る包装機は、第７発明に係る包装機であって、溶着機構は、縦溶着機構および横溶着機構を有する。縦溶着機構は、第１ホーン、第１アンビル及び第１緩衝材を有する。第１アンビルは、第１ホーンに対向するように設けられる。第１緩衝材は、第１ホーンおよび第１アンビルの少なくとも一方の先端に装着される。そして、この縦溶着機構は、第１ホーンと第１アンビルとによりフィルムの幅方向の両端部を超音波溶着して筒状フィルムを連続的に作製する。横溶着機構は、第２ホーン、第２アンビル及び第２緩衝材を有する。第２アンビルは、第２ホーンに対向するように設けられる。第２緩衝材は、第２ホーンおよび第２アンビルの少なくとも一方の先端に装着される。そして、この横溶着機構は、第２ホーンと第２アンビルとにより筒状フィルムの軸方向に交差する方向に沿って筒状フィルムを超音波溶着して袋を作製する。
【００１５】
このため、この包装機では、縦溶着機構により連続的に筒状フィルムを作製しつつ商品をその筒状フィルムに投入し、横溶着機構により密閉袋を作製すると共に次の商品を受けるための受け底を筒状フィルムに形成することができる。
【００１６】
第９発明に係る包装機は、第８発明に係る包装機であって、第１緩衝材は、第１ホーンおよび第１アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される。また、第２緩衝材は、第２ホーンおよび第２アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される。
このため、この超音波溶着機では、緩衝材が繰り返し使用により劣化する場合であっても、緩衝材を容易に交換することができる。
【００１７】
第１０発明に係る包装機は、フィルム繰出部、超音波溶着機構および緩衝材駆動機構を備える。フィルム繰出部は、フィルムを繰り出す。超音波溶着機構は、ホーン及びアンビルを有する。アンビルは、ホーンに対向するように設けられる。そして、この超音波溶着機構は、ホーンとアンビルとによりフィルムを超音波溶着して袋を作製する。緩衝材駆動機構は、緩衝材および駆動部を有する。緩衝材は、フィルムとホーンとの間およびフィルムとアンビルとの間の少なくとも一方の間に一部が挿入されるように配置される。駆動部は、フィルムとホーンとの間およびフィルムとアンビルとの間の少なくとも一方の間を緩衝材が通過するように緩衝材を駆動させる。なお、緩衝材は、連続駆動されてもよいし、間欠駆動されてもよい。また、緩衝材の駆動速度は超音波溶着時間を加味して決定する必要がある。また、緩衝材は、フィルムとホーンとの間およびフィルムとアンビルとの間に隙間が生じたときに駆動されるのが好ましい。また、緩衝材は、シート状であってもよいし、無端ベルト状であってもよい。
【００１８】
この包装機では、この超音波溶着機構がフィルムを超音波溶着して袋を連続的に作製している間であってフィルムとホーンとの間およびフィルムとアンビルとの間に隙間が生じたとき等に、緩衝材駆動機構が緩衝材を駆動させる。このため、この包装機では、一定の期間、常に新たな緩衝材が使用されることになる。したがって、この包装機では、一定の期間、緩衝材の劣化を考慮せずに済む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る超音波溶着方法、超音波溶着機および包装機では、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の主要機構の概略斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の縦シール機構を構成するホーン及びアンビルの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の縦シール機構のII-II断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の横シール機構の動作説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の横シール機構を構成するホーン及びアンビルの斜視図である。
【図７】変形例（Ｃ）に係る製袋包装機の主要機構の概略斜視図である。
【図８】変形例（Ｅ）に係る製袋包装機の主要機構の概略斜視図である。
【図９】本発明の実施例１に係る剥離試験の剥離強度データである。
【図１０】本発明の比較例１に係る剥離試験の剥離強度データである。
【図１１】本発明の実施例１に係る試験片の部分断面写真である。
【図１２】本発明の比較例１に係る試験片の部分断面写真である。
【図１３】本発明の実施例１に係る試験片の製造方法を示す図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る剥離試験機の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態に係る製袋包装機３は、図１に示されるように、主に、フィルム供給ユニット６、製袋包装ユニット５および制御装置（図示せず）から構成されている。以下、これらのユニット５，６について詳述する。
＜製袋包装機の構成ユニット＞
１．フィルム供給ユニット
【００２２】
フィルム供給ユニット６は、製袋包装ユニット５の成形基材１３に対して帯状のフィルムＦを供給するユニットである。このフィルム供給ユニット６には、フィルムＦが巻かれたフィルムロール（図示せず）がセットされている。そして、このフィルムロールからフィルムＦが繰り出される。
【００２３】
このフィルムＦは、フィルムロールを回転させる送出モータ（図示せず）の作動により送り出され、後述する製袋包装ユニット５のプルダウンベルト機構１４の作動により製袋包装ユニット５側に引っ張られる。なお、このとき、フィルムＦは、複数のローラ（図示せず）に掛け渡され、テンションローラ（図示せず）によって所定の張力がかかった状態で搬送される。なお、送出モータやプルダウンベルト機構１４の動作は、制御装置によって制御される。
２．製袋包装ユニット
【００２４】
製袋包装ユニット５は、図２に示されるように、主に、成形基材１３、プルダウンベルト機構１４、縦シール機構１５および横シール機構１６から構成されている。以下、これらの構成要素１３，１４，１５，１６について詳述する。
（１）成形基材
【００２５】
成形基材１３は、フィルム供給ユニット６から供給されるフィルムＦを筒状に成形するためのものであって、主に、チューブ１３ａ及びフォーマ１３ｂから構成されている。
【００２６】
チューブ１３ａは、上端及び下端のいずれもが開口している円筒形状の部材である。そして、このチューブ１３ａには、図２に示されるように、計量機２（図１参照）で計量された所定量の被包装物Ｐ（例えば、ポテトチップス等）が投入される。なお、投入された被包装物Ｐは、チューブ１３ａ内を通ってチューブ１３ａの下端から、封止前の袋Ｂ内へと排出される。
【００２７】
フォーマ１３ｂは、図２に示されるように、フィルムＦがチューブ１３ａにおいて筒状に成形されるようにフィルムＦをガイドする形状とされており（図２参照）、チューブ１３ａの上端近傍にチューブ１３ａを取り囲むように配置されている。
【００２８】
そして、この成形基材１３により、フィルムＦは、フォーマ１３ｂの上側の表面上を滑りながら、フォーマ１３ｂとチューブ１３ａとの間へと送り込まれ、筒状に丸められる。その結果、フィルムＦは、チューブ１３ａの前側で端部同士が重なり合う。なお、以下、フィルムＦの端部同士の重なり部分Ｆ２を「重なり部分」と称する。
なお、チューブ１３ａやフォーマ１３ｂは、製造する袋Ｂの大きさに応じて取り替えることができる。
（２）プルダウンベルト機構
【００２９】
プルダウンベルト機構１４は、筒状となったフィルムＦ（以下、筒状フィルムＦｍという。）を吸着して下方に搬送するための機構であって、図２に示されるように、チューブ１３ａを挟んで左右両側に設けられる。
【００３０】
このプルダウンベルト機構１４は、図２に示されるように、主に、駆動ローラ１４ａ、従動ローラ１４ｂ及び環状ベルト１４ｃから構成されており、チューブ１３ａを取り巻く筒状フィルムＦｍを下側へと搬送する。なお、本実施形態において、駆動ローラ１４ａは上側に配置され、従動ローラ１４ｂは下側に配されている。そして、駆動ローラ１４ａと従動ローラ１４ｂとに跨って環状ベルト１４ｃが架けられている。
【００３１】
そして、このプルダウンベルト機構１４では、吸着機能を有する環状ベルト１４ｃを駆動ローラ１４ａおよび従動ローラ１４ｂによって循環させ、筒状フィルムＦｍを下方に送る。
（３）縦シール機構
【００３２】
縦シール機構１５は、筒状フィルムＦｍの重なり部分Ｆ２を超音波溶着するための機構であって、図３及び図４に示されるように、主に、ホーン１５ａ、アンビル１５ｂ、超音波発生器（図示せず）及びスライド基板（図示せず）から構成される。
【００３３】
ホーン１５ａは、略柱状の金属成形体であって、基端側に超音波発生器が取り付けられており、超音波発生器により超音波振動する。なお、このホーン１５ａの先端には、緩衝材として紙Ｃが両面テープで付されている。
【００３４】
アンビル１５ｂは、円柱状の金属成形体であって、側面がホーン１５ａの先端面に対向するように配置されている。なお、本実施の形態において、このアンビル１５ｂは、スライド基板に回転自在に取り付けられており、スライド基板がスライドすることにより、ホーン１５ａに接触するまで直進移動することができるようになっている。なお、スライド基板は、エアシリンダや油圧シリンダ等によりスライドされる。また、アンビル１５ｂの回転軸は、円柱軸に一致する。また、このアンビル１５ｂの側面には、緩衝材として紙Ｃが両面テープで付されている。
【００３５】
なお、この縦シール機構１５では、ホーン１５ａ付与される超音波の振幅や、ホーン１５ａに対するアンビル１５ｂの押し付け圧力などが制御装置によって制御される。
（４）横シール機構
【００３６】
横シール機構１６は、筒状フィルムＦｍを横方向にシールして袋Ｂの上下を封止するための機構であって、図２及び図５に示されるように、主に、第１横シール部１６Ａ及び第２横シール部１６Ｂから構成されており、チューブ１３ｂの下端よりも下側に配置されている。
【００３７】
第１横シール部１６Ａは図５に示されるように主に軸１６ｃ、ホーン５１ａ、超音波発生器（図示せず）及び連結部１６ｂから構成されており、第２横シール部１６Ｂは図５に示されるように主に軸１６ｃ、アンビル５１ｂ及び連結部１６ｂから構成されている。
軸１６ｃは、柱状の部材であって、図示しない駆動機構によって自転および前後移動が可能となっている。
【００３８】
ホーン５１ａは、図６に示されるように、側面から突起する突起部を有する略柱状の金属成形体であって、突起部の裏側に超音波発生器が取り付けられており、超音波発生器により超音波振動する。なお、このホーン５１ａの先端には、緩衝材として紙Ｃが両面テープで付されている。
【００３９】
アンビル５１ｂは、図６に示されるように、略柱状の金属成形体であって、ホーン５１ａの突起部に嵌合する凹部を側面に有する。なお、このアンビル５１ｂの凹部の底面には、緩衝材として紙Ｃが両面テープで付されている。
【００４０】
そして、ホーン５１ａ及びアンビル５１ｂは、図５及び図６に示されるように、前後に並んで配置されており、図５中の符号ｒ２で示される位置において、縦シール機構１５を通過した筒状フィルムＦｍを前側と後側とから挟み込んで筒状フィルムＦｍを横方向に超音波溶着する。本実施の形態では、このようにして被包装物Ｐが詰め込まれた袋Ｂの上側が封止される。なお、ここで、横方向とは、左側または右側へと向かう方向である。
【００４１】
連結部１６ｂは、第１横シール部１６Ａにおいてホーン５１ａと軸１６ｃとを連結しており、第２横シール部１６Ｂにおいてアンビル５１ｂと軸１６ｃとを連結している。
【００４２】
そして、この横シール機構１６では、ホーン５１ａ及びアンビル５１ｂは所定の位置ｒ１から互いに反対側へと円弧軌道Ｔ２を描きながら所定の位置ｒ２まで移動する。なお、所定の位置ｒ２は、チューブ１３ａの下端よりも下側にある。その後、ホーン５１ａ及びアンビル５１ｂは、筒状フィルムＦｍを超音波溶着しながら、直線軌道Ｔ１に沿って所定の位置ｒ１まで移動する。このとき、横方向にシールされた筒状フィルムＦｍが下側に移動させられる。そして、ホーン５１ａ及びアンビル５１ｂは、所定の位置ｒ１を通過すると、互いに離間して筒状フィルムＦｍを開放する。その後、溶着箇所は、アンビル５１ｂに取り付けられたカッターにより、縦方向中央付近で切断される。この横シール機構１６の一連の動作により、袋Ｂが作製される。
【００４３】
なお、直線軌道Ｔ１は、横シール部１６Ａ，１６Ｂに属する軸１６ｃがそれぞれ自転しながら互いに反対側へ移動することで形成される。また、円弧軌道Ｔ２は、軸１６ｃの自転のみで形成される。
３．制御装置
【００４４】
制御装置は、計量機２の制御および製袋包装機３の制御を行うものであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されている。この制御装置は、操作スイッチ類７やタッチパネル式ディスプレイ８（図１参照）から入力される入力値に従って、フィルム供給ユニット６の送出モータや製袋包装ユニット５の各機構の駆動部分などを制御する。また、制御装置は、計量機２および製袋包装機３に設置されている各種センサから必要な情報を取り込み、その情報を各種制御において利用する。
＜実施例＞
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４５】
図１３に示されるように、ホーン１５１ａとフィルムＦ１１との間、アンビル１５１ｂとフィルムＦ１２との間に紙Ｃを挟んだ状態で、ホーン１５１ａとアンビル１５１ｂとによりフィルムＦ１１とフィルムＦ１２とを超音波溶着させて試験片を作製した。なお、本実施例では、図１３に示されるように、アンビル１５１ｂが５本歯を有する形状をしている。このため、フィルムＦ１１とフィルムＦ１２とは、長手方向に５箇所で超音波溶着されることになる。また、本実施例においてフィルムＦ１１，Ｆ１２の厚みはそれぞれ６０μｍであり、紙Ｃの厚みは１００〜１２０μｍであった。
そして、図１４に示されるように、この試験片を引張試験機２０にセットして試験片の剥離強度（溶着強度）を測定した。
【００４６】
なお、引張試験機２０は、図１４に示されるように、主に、クロスヘッド２４、ロードセル２３、カップラー２２、上側チャック２１ｂ及び下側チャック２１ａから構成されている。本実施例では、下側チャック２１ａに試験片の下側のフィルムＦ１２を把持させ、上側チャック２１ｂに試験片の上側のフィルムＦ１１を把持させた後、クロスヘッド２４を一定速度で上昇させ、その間に試験片にかかる荷重をロードセル２３で計測した。なお、図１４中の符号ＭＰはフィルムＦ１１，Ｆ１２の溶着箇所を示している。
【００４７】
なお、本実施例では、３つの試験片それぞれについて剥離試験（＜試験条件＞試験片の幅：１５ｍｍ，剥離速度（クロスヘッドの上昇スピード：３００ｍｍ／ｍｉｎ，最大剥離強度５０Ｎ）を行った。その結果を図９に示す。図９に示されるように、３つの試験片の剥離強度は、非常に均一なものとなっている。また、試験片の部分断面写真を図１１に示す。図１１から明らかなように、本実施例の試験片の溶着箇所は、非常に滑らかな形状となっている。
（比較例１）
紙Ｃを差し込まなかったこと以外は実施例１と同様にして試験片を作製して剥離試験を行った。
【００４８】
なお、本比較例では、４つの試験片それぞれについて剥離試験を行った。その結果を図１０に示す。実施例１の剥離試験結果と比較すると、４つの試験片の剥離強度にはかなりバラツキがあった。また、試験片の部分断面写真を図１２に示す。図１２から明らかなように、本比較例の試験片の溶着箇所は、実施例１の試験片の溶着箇所に比べて、非常に薄くなっている。これは、比較例の試験片作製に当たり、圧力が特定の溶着箇所に集中していたことを示すものである。
＜製袋包装機の特徴＞
（１）
【００４９】
本発明の実施の形態に係る製袋包装機３では、縦シール機構１５および横シール機構１６においてホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着される。このため、この製袋包装機３では、ホーン１５ａ，５１ａとアンビル１５ｂ，５１ｂとの端面精度や、ホーン１５ａ，５１ａとアンビル１５ｂ，５１ｂとの噛み合わせ精度が低くても、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍに適度に均一な圧力を付与しながらフィルムＦ及び筒状フィルムＦｍを超音波溶着して袋Ｂを製造することができる。したがって、この製袋包装機３では、ホーン１５ａ，５１ａやアンビル１５ｂ，５１ｂの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄いフィルムＦ，Ｆｍからでも安定した剥離強度（溶着強度）を示す袋Ｂを製造することができる。
（２）
【００５０】
本発明の実施の形態に係る製袋包装機３では、縦シール機構１５および横シール機構１６において両面テープでホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに紙Ｃが付されている。このため、この製袋包装機３では、繰り返し使用により紙Ｃが劣化したとしても紙Ｃを容易に交換することができる。
＜変形例＞
（Ａ）
【００５１】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では縦シール機構１５のホーン１５ａ及びアンビル１５ｂとして図３に示されるような形状のホーン及びアンビルが採用され、横シール機構１６のホーン５１ａ及びアンビル５１ｂとして図６に示されるような形状のホーン及びアンビルが採用されたが、ホーン及びアンビルの形状は特に限定されることなく、作製する袋Ｂの形状に応じて適宜変更してもかまわない。
（Ｂ）
【００５２】
先の実施の形態では緩衝材として紙Ｃが採用されたが、緩衝材として木製シート、フッ素樹脂シート、シリコーンシート、ポリイミドシートなどが採用されてもかまわない。なお、緩衝材は超音波溶着時においてフィルムＦや筒状フィルムＦｍに溶着しないような素材であるのが好ましい。
（Ｃ）
【００５３】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では縦シール機構１５および横シール機構１６においてホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されたが、図７に示されるように、紙ＣがフィルムＦの下側に繰り出されることによって、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されるようにしてもかまわない。なお、かかる場合、紙ロールをセットした紙供給ユニットをフィルム供給ユニット６の下方に配置するのが簡便である。
（Ｄ）
【００５４】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では縦シール機構１５および横シール機構１６においてホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されたが、フィルムＦに予め脱着可能に紙Ｃを付してロール状にしておき、それを製袋包装ユニット５に送るようにしてもかまわない。なお、かかる場合、紙Ｃが下になりフィルムＦが上になるようにして製袋包装ユニット５に紙Ｃ及びフィルムＦを供給する必要がある。
（Ｅ）
【００５５】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では横シール機構１６においてホーン５１ａ及びアンビル５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されたが、図８に示されるように、緩衝材繰出機構１７を設け、ホーン５１ａと筒状フィルムＦｍとの間、アンビル５１ｂと筒状フィルムＦｍとの間に紙Ｃを繰り出すようにしてもかまわない。なお、本変形例において、緩衝材繰出機構１７は主に緩衝材ロール１７ａ及び引出ロール１７ｂから構成されており、引出ロール１７ｂには、図示しない駆動モータが取り付けられている。そして、駆動モータは、紙が劣化するタイミングで（制御装置で信号送信時間間隔を設定しておく）引出ロール１７ｂを駆動させて、緩衝材ロール１７ａから紙Ｃを引き出す。なお、かかる場合、カッターは、紙Ｃを切断しないように、横シール機構１６の下流側に設けられることになる。
【００５６】
また、縦シール機構１５においても、上記と同様にして、ホーン１５ａとフィルムＦとの間、アンビル１５ｂとフィルムＦとの間に紙Ｃを繰り出すようにしてもかまわない。
（Ｆ）
【００５７】
先の実施の形態では紙Ｃが両面テープによりホーン１５ａ，５１ａやアンビル１５ｂ，５１ｂに付されたが、紙Ｃはクリップ等の別の手段でホーン１５ａ，５１ａやアンビル１５ｂ，５１ｂに装着されてもかまわない。
（Ｇ）
【００５８】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では縦シール機構１５および横シール機構１６においてホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されたが、ホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂのいずれか一方に紙Ｃが付されてもかまわない。
【符号の説明】
【００５９】
２ 計量機
３ 製袋包装機（包装機）
５ 製袋包装ユニット
６ フィルム供給ユニット（フィルム繰出部）
７ 操作スイッチ類
８ タッチパネル式ディスプレイ
１３ 成形基材
１３ａ チューブ
１３ｂ フォーマ
１４ プルダウンベルト機構
１４ａ 駆動ローラ
１４ｂ 従動ローラ
１４ｃ 環状ベルト
１５ 縦シール機構（縦溶着機構）
１５ａ ホーン
１５ｂ アンビル
１６ 横シール機構（横溶着機構）
１６Ａ 第１横シール部
１６Ｂ 第２横シール部
１６ｂ 連結部
１６ｃ 軸
１７ 緩衝材繰出機構
１７ａ 緩衝材ロール
１７ｂ 引出ロール
５１ａ ホーン
５１ｂ アンビル
Ｂ 袋
Ｃ 紙（緩衝材）
Ｆ フィルム（被溶着物）
Ｆ２ 重なり部分
Ｆｍ 筒状フィルム
Ｐ 被包装物
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る超音波溶着方法は、ホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低くても、被溶着物に適度に均一な圧力を付与しながら被溶着物を超音波溶着して袋などを製造することができるという特徴を有しており、特に従来よりも極めて薄い被溶着物の溶着について有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波溶着方法、超音波溶着機および包装機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去に「超音波溶着機により包装フィルムを超音波溶着して袋を作製する技術」が提案されている（例えば、特開平１０−４５１１４号公報、特開平９−２４３０号公報および特開平９−３２３７０８号公報など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４５１１４号公報
【特許文献２】特開平９−２４３０号公報
【特許文献３】特開平９−３２３７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、技術の進歩やコスト低減などの理由から包装フィルムが薄膜化されている。例えば、最近、６０μｍの包装フィルムが袋などの製造に利用されている。そして、このように薄い包装フィルムが通常の超音波溶着機により超音波溶着されると、溶着箇所の溶着強度が不均一になる傾向がある。これは、おそらくホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低く、包装フィルムに均一な圧力が付与されていないことに起因するものと考えられる。したがって、上記精度を改善すれば、溶着箇所の溶着強度を均一にすることができるものと期待される。
【０００５】
しかし、上記精度の改善には、ホーンやアンビルの精密加工や精密位置合わせなどが必要となり、多額のコストが必要となることが想定される。また、そのようにホーンやアンビルの精密加工や精密位置合わせをうまく実現することができたとしても、超音波溶着操作を繰り返す度にその精度が狂ってくることが容易に想定される。そうすると、ホーンやアンビルの精密加工や精密位置合わせが度々必要となり、袋の生産性に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００６】
本発明の課題は、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる超音波溶着方法および超音波溶着機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る超音波溶着方法は、ホーンおよびアンビルを有する超音波溶着機を用いて被溶着物を超音波溶着する超音波溶着方法である。なお、ここにいう「ホーン」とは振動側の金具であり、「アンビル」とは、その受け金具である。そして、この超音波溶着方法では、被溶着物とホーンとの間および被溶着物とアンビルとの間の少なくとも一方の間に緩衝材が挟まれながらホーンとアンビルとにより被溶着物が超音波溶着される。なお、ここにいう「緩衝材」は、特に限定されないが、例えば、紙や、木製シート、フッ素樹脂シート、シリコーンシート、ポリイミドシートなど、溶着対象物の超音波溶着時に溶着対象物に溶着しないような素材であるのが好ましい。また、確かでないが、この緩衝材は圧力および超音波の両方を緩衝する作用があると想定される。また、ここにいう「被溶着物」とは、例えば、包装フィルムなどである。
【０００８】
このように被溶着物とホーンとの間および被溶着物とアンビルとの間の少なくとも一方の間に緩衝材が挟まれると、ホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低くても、被溶着物に適度に均一な圧力を付与しながら被溶着物を超音波溶着して袋などを製造することができる。このため、この超音波溶着方法では、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる。
第２発明に係る超音波溶着方法は、第１発明に係る超音波溶着方法であって、緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に装着される。
このため、この超音波溶着方法では、緩衝材の使用量を必要最小限にすることができる。
【０００９】
第３発明に係る超音波溶着方法は、第２発明に係る超音波溶着方法であって、緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される。
このため、この超音波溶着方法では、緩衝材が繰り返し使用により劣化する場合であっても、緩衝材を容易に交換することができる。
第４発明に係る超音波溶着方法は、第１発明に係る超音波溶着方法であって、緩衝材は、被溶着物に脱着可能に付着されている。
このため、この超音波溶着方法では、常に新たな緩衝材が使用されることになる。したがって、この超音波溶着方法では、緩衝材の劣化を考慮せずに済む。
【００１０】
第５発明に係る超音波溶着機は、ホーン、アンビル及び緩衝材を備える。アンビルは、ホーンに対向するように設けられる。緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に装着される。
【００１１】
このため、この超音波溶着機では、ホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低くても、被溶着物に適度に均一な圧力を付与しながら被溶着物を超音波溶着して袋などを製造することができる。したがって、この超音波溶着機では、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる。
また、この超音波溶着機では、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に緩衝材が装着されるため、緩衝材の使用量を必要最小限にすることができる。
第６発明に係る超音波溶着機は、第５発明に係る超音波溶着機であって、緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される。
このため、この超音波溶着機では、緩衝材が繰り返し使用により劣化する場合であっても、緩衝材を容易に交換することができる。
【００１２】
第７発明に係る包装機は、フィルム繰出部および超音波溶着機構を備える。フィルム繰出部は、フィルムを繰り出す。超音波溶着機構は、ホーン、アンビル及び緩衝材を有する。アンビルは、ホーンに対向するように設けられる。緩衝材は、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に装着される。そして、この超音波溶着機構は、ホーンとアンビルとによりフィルムを超音波溶着して袋を作製する。
【００１３】
このため、この包装機では、ホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低くても、被溶着物に適度に均一な圧力を付与しながら被溶着物を超音波溶着して袋を製造することができる。したがって、この包装機では、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋を製造することができる。
また、この包装機では、ホーンおよびアンビルの少なくとも一方の先端に緩衝材が装着されるため、緩衝材の使用量を必要最小限にすることができる。
【００１４】
第８発明に係る包装機は、第７発明に係る包装機であって、溶着機構は、縦溶着機構および横溶着機構を有する。縦溶着機構は、第１ホーン、第１アンビル及び第１緩衝材を有する。第１アンビルは、第１ホーンに対向するように設けられる。第１緩衝材は、第１ホーンおよび第１アンビルの少なくとも一方の先端に装着される。そして、この縦溶着機構は、第１ホーンと第１アンビルとによりフィルムの幅方向の両端部を超音波溶着して筒状フィルムを連続的に作製する。横溶着機構は、第２ホーン、第２アンビル及び第２緩衝材を有する。第２アンビルは、第２ホーンに対向するように設けられる。第２緩衝材は、第２ホーンおよび第２アンビルの少なくとも一方の先端に装着される。そして、この横溶着機構は、第２ホーンと第２アンビルとにより筒状フィルムの軸方向に交差する方向に沿って筒状フィルムを超音波溶着して袋を作製する。
【００１５】
このため、この包装機では、縦溶着機構により連続的に筒状フィルムを作製しつつ商品をその筒状フィルムに投入し、横溶着機構により密閉袋を作製すると共に次の商品を受けるための受け底を筒状フィルムに形成することができる。
【００１６】
第９発明に係る包装機は、第８発明に係る包装機であって、第１緩衝材は、第１ホーンおよび第１アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される。また、第２緩衝材は、第２ホーンおよび第２アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される。
このため、この超音波溶着機では、緩衝材が繰り返し使用により劣化する場合であっても、緩衝材を容易に交換することができる。
【００１７】
第１０発明に係る包装機は、フィルム繰出部、超音波溶着機構および緩衝材駆動機構を備える。フィルム繰出部は、フィルムを繰り出す。超音波溶着機構は、ホーン及びアンビルを有する。アンビルは、ホーンに対向するように設けられる。そして、この超音波溶着機構は、ホーンとアンビルとによりフィルムを超音波溶着して袋を作製する。緩衝材駆動機構は、緩衝材および駆動部を有する。緩衝材は、フィルムとホーンとの間およびフィルムとアンビルとの間の少なくとも一方の間に一部が挿入されるように配置される。駆動部は、フィルムとホーンとの間およびフィルムとアンビルとの間の少なくとも一方の間を緩衝材が通過するように緩衝材を駆動させる。なお、緩衝材は、連続駆動されてもよいし、間欠駆動されてもよい。また、緩衝材の駆動速度は超音波溶着時間を加味して決定する必要がある。また、緩衝材は、フィルムとホーンとの間およびフィルムとアンビルとの間に隙間が生じたときに駆動されるのが好ましい。また、緩衝材は、シート状であってもよいし、無端ベルト状であってもよい。
【００１８】
この包装機では、この超音波溶着機構がフィルムを超音波溶着して袋を連続的に作製している間であってフィルムとホーンとの間およびフィルムとアンビルとの間に隙間が生じたとき等に、緩衝材駆動機構が緩衝材を駆動させる。このため、この包装機では、一定の期間、常に新たな緩衝材が使用されることになる。したがって、この包装機では、一定の期間、緩衝材の劣化を考慮せずに済む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る超音波溶着方法、超音波溶着機および包装機では、ホーンやアンビルの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄い溶着フィルムからでも安定した溶着強度を示す袋などを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の主要機構の概略斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の縦シール機構を構成するホーン及びアンビルの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の縦シール機構のII-II断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の横シール機構の動作説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る製袋包装機の横シール機構を構成するホーン及びアンビルの斜視図である。
【図７】変形例（Ｃ）に係る製袋包装機の主要機構の概略斜視図である。
【図８】変形例（Ｅ）に係る製袋包装機の主要機構の概略斜視図である。
【図９】本発明の実施例１に係る剥離試験の剥離強度データである。
【図１０】本発明の比較例１に係る剥離試験の剥離強度データである。
【図１１】本発明の実施例１に係る試験片の部分断面写真である。
【図１２】本発明の比較例１に係る試験片の部分断面写真である。
【図１３】本発明の実施例１に係る試験片の製造方法を示す図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る剥離試験機の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態に係る製袋包装機３は、図１に示されるように、主に、フィルム供給ユニット６、製袋包装ユニット５および制御装置（図示せず）から構成されている。以下、これらのユニット５，６について詳述する。
＜製袋包装機の構成ユニット＞
１．フィルム供給ユニット
【００２２】
フィルム供給ユニット６は、製袋包装ユニット５の成形基材１３に対して帯状のフィルムＦを供給するユニットである。このフィルム供給ユニット６には、フィルムＦが巻かれたフィルムロール（図示せず）がセットされている。そして、このフィルムロールからフィルムＦが繰り出される。
【００２３】
このフィルムＦは、フィルムロールを回転させる送出モータ（図示せず）の作動により送り出され、後述する製袋包装ユニット５のプルダウンベルト機構１４の作動により製袋包装ユニット５側に引っ張られる。なお、このとき、フィルムＦは、複数のローラ（図示せず）に掛け渡され、テンションローラ（図示せず）によって所定の張力がかかった状態で搬送される。なお、送出モータやプルダウンベルト機構１４の動作は、制御装置によって制御される。
２．製袋包装ユニット
【００２４】
製袋包装ユニット５は、図２に示されるように、主に、成形基材１３、プルダウンベルト機構１４、縦シール機構１５および横シール機構１６から構成されている。以下、これらの構成要素１３，１４，１５，１６について詳述する。
（１）成形基材
【００２５】
成形基材１３は、フィルム供給ユニット６から供給されるフィルムＦを筒状に成形するためのものであって、主に、チューブ１３ａ及びフォーマ１３ｂから構成されている。
【００２６】
チューブ１３ａは、上端及び下端のいずれもが開口している円筒形状の部材である。そして、このチューブ１３ａには、図２に示されるように、計量機２（図１参照）で計量された所定量の被包装物Ｐ（例えば、ポテトチップス等）が投入される。なお、投入された被包装物Ｐは、チューブ１３ａ内を通ってチューブ１３ａの下端から、封止前の袋Ｂ内へと排出される。
【００２７】
フォーマ１３ｂは、図２に示されるように、フィルムＦがチューブ１３ａにおいて筒状に成形されるようにフィルムＦをガイドする形状とされており（図２参照）、チューブ１３ａの上端近傍にチューブ１３ａを取り囲むように配置されている。
【００２８】
そして、この成形基材１３により、フィルムＦは、フォーマ１３ｂの上側の表面上を滑りながら、フォーマ１３ｂとチューブ１３ａとの間へと送り込まれ、筒状に丸められる。その結果、フィルムＦは、チューブ１３ａの前側で端部同士が重なり合う。なお、以下、フィルムＦの端部同士の重なり部分Ｆ２を「重なり部分」と称する。
なお、チューブ１３ａやフォーマ１３ｂは、製造する袋Ｂの大きさに応じて取り替えることができる。
（２）プルダウンベルト機構
【００２９】
プルダウンベルト機構１４は、筒状となったフィルムＦ（以下、筒状フィルムＦｍという。）を吸着して下方に搬送するための機構であって、図２に示されるように、チューブ１３ａを挟んで左右両側に設けられる。
【００３０】
このプルダウンベルト機構１４は、図２に示されるように、主に、駆動ローラ１４ａ、従動ローラ１４ｂ及び環状ベルト１４ｃから構成されており、チューブ１３ａを取り巻く筒状フィルムＦｍを下側へと搬送する。なお、本実施形態において、駆動ローラ１４ａは上側に配置され、従動ローラ１４ｂは下側に配されている。そして、駆動ローラ１４ａと従動ローラ１４ｂとに跨って環状ベルト１４ｃが架けられている。
【００３１】
そして、このプルダウンベルト機構１４では、吸着機能を有する環状ベルト１４ｃを駆動ローラ１４ａおよび従動ローラ１４ｂによって循環させ、筒状フィルムＦｍを下方に送る。
（３）縦シール機構
【００３２】
縦シール機構１５は、筒状フィルムＦｍの重なり部分Ｆ２を超音波溶着するための機構であって、図３及び図４に示されるように、主に、ホーン１５ａ、アンビル１５ｂ、超音波発生器（図示せず）及びスライド基板（図示せず）から構成される。
【００３３】
ホーン１５ａは、略柱状の金属成形体であって、基端側に超音波発生器が取り付けられており、超音波発生器により超音波振動する。なお、このホーン１５ａの先端には、緩衝材として紙Ｃが両面テープで付されている。
【００３４】
アンビル１５ｂは、円柱状の金属成形体であって、側面がホーン１５ａの先端面に対向するように配置されている。なお、本実施の形態において、このアンビル１５ｂは、スライド基板に回転自在に取り付けられており、スライド基板がスライドすることにより、ホーン１５ａに接触するまで直進移動することができるようになっている。なお、スライド基板は、エアシリンダや油圧シリンダ等によりスライドされる。また、アンビル１５ｂの回転軸は、円柱軸に一致する。また、このアンビル１５ｂの側面には、緩衝材として紙Ｃが両面テープで付されている。
【００３５】
なお、この縦シール機構１５では、ホーン１５ａ付与される超音波の振幅や、ホーン１５ａに対するアンビル１５ｂの押し付け圧力などが制御装置によって制御される。
（４）横シール機構
【００３６】
横シール機構１６は、筒状フィルムＦｍを横方向にシールして袋Ｂの上下を封止するための機構であって、図２及び図５に示されるように、主に、第１横シール部１６Ａ及び第２横シール部１６Ｂから構成されており、チューブ１３ｂの下端よりも下側に配置されている。
【００３７】
第１横シール部１６Ａは図５に示されるように主に軸１６ｃ、ホーン５１ａ、超音波発生器（図示せず）及び連結部１６ｂから構成されており、第２横シール部１６Ｂは図５に示されるように主に軸１６ｃ、アンビル５１ｂ及び連結部１６ｂから構成されている。
軸１６ｃは、柱状の部材であって、図示しない駆動機構によって自転および前後移動が可能となっている。
【００３８】
ホーン５１ａは、図６に示されるように、側面から突起する突起部を有する略柱状の金属成形体であって、突起部の裏側に超音波発生器が取り付けられており、超音波発生器により超音波振動する。なお、このホーン５１ａの先端には、緩衝材として紙Ｃが両面テープで付されている。
【００３９】
アンビル５１ｂは、図６に示されるように、略柱状の金属成形体であって、ホーン５１ａの突起部に嵌合する凹部を側面に有する。なお、このアンビル５１ｂの凹部の底面には、緩衝材として紙Ｃが両面テープで付されている。
【００４０】
そして、ホーン５１ａ及びアンビル５１ｂは、図５及び図６に示されるように、前後に並んで配置されており、図５中の符号ｒ２で示される位置において、縦シール機構１５を通過した筒状フィルムＦｍを前側と後側とから挟み込んで筒状フィルムＦｍを横方向に超音波溶着する。本実施の形態では、このようにして被包装物Ｐが詰め込まれた袋Ｂの上側が封止される。なお、ここで、横方向とは、左側または右側へと向かう方向である。
【００４１】
連結部１６ｂは、第１横シール部１６Ａにおいてホーン５１ａと軸１６ｃとを連結しており、第２横シール部１６Ｂにおいてアンビル５１ｂと軸１６ｃとを連結している。
【００４２】
そして、この横シール機構１６では、ホーン５１ａ及びアンビル５１ｂは所定の位置ｒ１から互いに反対側へと円弧軌道Ｔ２を描きながら所定の位置ｒ２まで移動する。なお、所定の位置ｒ２は、チューブ１３ａの下端よりも下側にある。その後、ホーン５１ａ及びアンビル５１ｂは、筒状フィルムＦｍを超音波溶着しながら、直線軌道Ｔ１に沿って所定の位置ｒ１まで移動する。このとき、横方向にシールされた筒状フィルムＦｍが下側に移動させられる。そして、ホーン５１ａ及びアンビル５１ｂは、所定の位置ｒ１を通過すると、互いに離間して筒状フィルムＦｍを開放する。その後、溶着箇所は、アンビル５１ｂに取り付けられたカッターにより、縦方向中央付近で切断される。この横シール機構１６の一連の動作により、袋Ｂが作製される。
【００４３】
なお、直線軌道Ｔ１は、横シール部１６Ａ，１６Ｂに属する軸１６ｃがそれぞれ自転しながら互いに反対側へ移動することで形成される。また、円弧軌道Ｔ２は、軸１６ｃの自転のみで形成される。
３．制御装置
【００４４】
制御装置は、計量機２の制御および製袋包装機３の制御を行うものであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されている。この制御装置は、操作スイッチ類７やタッチパネル式ディスプレイ８（図１参照）から入力される入力値に従って、フィルム供給ユニット６の送出モータや製袋包装ユニット５の各機構の駆動部分などを制御する。また、制御装置は、計量機２および製袋包装機３に設置されている各種センサから必要な情報を取り込み、その情報を各種制御において利用する。
＜実施例＞
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４５】
図１３に示されるように、ホーン１５１ａとフィルムＦ１１との間、アンビル１５１ｂとフィルムＦ１２との間に紙Ｃを挟んだ状態で、ホーン１５１ａとアンビル１５１ｂとによりフィルムＦ１１とフィルムＦ１２とを超音波溶着させて試験片を作製した。なお、本実施例では、図１３に示されるように、アンビル１５１ｂが５本歯を有する形状をしている。このため、フィルムＦ１１とフィルムＦ１２とは、長手方向に５箇所で超音波溶着されることになる。また、本実施例においてフィルムＦ１１，Ｆ１２の厚みはそれぞれ６０μｍであり、紙Ｃの厚みは１００〜１２０μｍであった。
そして、図１４に示されるように、この試験片を引張試験機２０にセットして試験片の剥離強度（溶着強度）を測定した。
【００４６】
なお、引張試験機２０は、図１４に示されるように、主に、クロスヘッド２４、ロードセル２３、カップラー２２、上側チャック２１ｂ及び下側チャック２１ａから構成されている。本実施例では、下側チャック２１ａに試験片の下側のフィルムＦ１２を把持させ、上側チャック２１ｂに試験片の上側のフィルムＦ１１を把持させた後、クロスヘッド２４を一定速度で上昇させ、その間に試験片にかかる荷重をロードセル２３で計測した。なお、図１４中の符号ＭＰはフィルムＦ１１，Ｆ１２の溶着箇所を示している。
【００４７】
なお、本実施例では、３つの試験片それぞれについて剥離試験（＜試験条件＞試験片の幅：１５ｍｍ，剥離速度（クロスヘッドの上昇スピード：３００ｍｍ／ｍｉｎ，最大剥離強度５０Ｎ）を行った。その結果を図９に示す。図９に示されるように、３つの試験片の剥離強度は、非常に均一なものとなっている。また、試験片の部分断面写真を図１１に示す。図１１から明らかなように、本実施例の試験片の溶着箇所は、非常に滑らかな形状となっている。
（比較例１）
紙Ｃを差し込まなかったこと以外は実施例１と同様にして試験片を作製して剥離試験を行った。
【００４８】
なお、本比較例では、４つの試験片それぞれについて剥離試験を行った。その結果を図１０に示す。実施例１の剥離試験結果と比較すると、４つの試験片の剥離強度にはかなりバラツキがあった。また、試験片の部分断面写真を図１２に示す。図１２から明らかなように、本比較例の試験片の溶着箇所は、実施例１の試験片の溶着箇所に比べて、非常に薄くなっている。これは、比較例の試験片作製に当たり、圧力が特定の溶着箇所に集中していたことを示すものである。
＜製袋包装機の特徴＞
（１）
【００４９】
本発明の実施の形態に係る製袋包装機３では、縦シール機構１５および横シール機構１６においてホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着される。このため、この製袋包装機３では、ホーン１５ａ，５１ａとアンビル１５ｂ，５１ｂとの端面精度や、ホーン１５ａ，５１ａとアンビル１５ｂ，５１ｂとの噛み合わせ精度が低くても、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍに適度に均一な圧力を付与しながらフィルムＦ及び筒状フィルムＦｍを超音波溶着して袋Ｂを製造することができる。したがって、この製袋包装機３では、ホーン１５ａ，５１ａやアンビル１５ｂ，５１ｂの精密加工や精密な位置合わせを必要とすることなく、薄いフィルムＦ，Ｆｍからでも安定した剥離強度（溶着強度）を示す袋Ｂを製造することができる。
（２）
【００５０】
本発明の実施の形態に係る製袋包装機３では、縦シール機構１５および横シール機構１６において両面テープでホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに紙Ｃが付されている。このため、この製袋包装機３では、繰り返し使用により紙Ｃが劣化したとしても紙Ｃを容易に交換することができる。
＜変形例＞
（Ａ）
【００５１】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では縦シール機構１５のホーン１５ａ及びアンビル１５ｂとして図３に示されるような形状のホーン及びアンビルが採用され、横シール機構１６のホーン５１ａ及びアンビル５１ｂとして図６に示されるような形状のホーン及びアンビルが採用されたが、ホーン及びアンビルの形状は特に限定されることなく、作製する袋Ｂの形状に応じて適宜変更してもかまわない。
（Ｂ）
【００５２】
先の実施の形態では緩衝材として紙Ｃが採用されたが、緩衝材として木製シート、フッ素樹脂シート、シリコーンシート、ポリイミドシートなどが採用されてもかまわない。なお、緩衝材は超音波溶着時においてフィルムＦや筒状フィルムＦｍに溶着しないような素材であるのが好ましい。
（Ｃ）
【００５３】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では縦シール機構１５および横シール機構１６においてホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されたが、図７に示されるように、紙ＣがフィルムＦの下側に繰り出されることによって、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されるようにしてもかまわない。なお、かかる場合、紙ロールをセットした紙供給ユニットをフィルム供給ユニット６の下方に配置するのが簡便である。
（Ｄ）
【００５４】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では縦シール機構１５および横シール機構１６においてホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されたが、フィルムＦに予め脱着可能に紙Ｃを付してロール状にしておき、それを製袋包装ユニット５に送るようにしてもかまわない。なお、かかる場合、紙Ｃが下になりフィルムＦが上になるようにして製袋包装ユニット５に紙Ｃ及びフィルムＦを供給する必要がある。
（Ｅ）
【００５５】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では横シール機構１６においてホーン５１ａ及びアンビル５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されたが、図８に示されるように、緩衝材繰出機構１７を設け、ホーン５１ａと筒状フィルムＦｍとの間、アンビル５１ｂと筒状フィルムＦｍとの間に紙Ｃを繰り出すようにしてもかまわない。なお、本変形例において、緩衝材繰出機構１７は主に緩衝材ロール１７ａ及び引出ロール１７ｂから構成されており、引出ロール１７ｂには、図示しない駆動モータが取り付けられている。そして、駆動モータは、紙が劣化するタイミングで（制御装置で信号送信時間間隔を設定しておく）引出ロール１７ｂを駆動させて、緩衝材ロール１７ａから紙Ｃを引き出す。なお、かかる場合、カッターは、紙Ｃを切断しないように、横シール機構１６の下流側に設けられることになる。
【００５６】
また、縦シール機構１５においても、上記と同様にして、ホーン１５ａとフィルムＦとの間、アンビル１５ｂとフィルムＦとの間に紙Ｃを繰り出すようにしてもかまわない。
（Ｆ）
【００５７】
先の実施の形態では紙Ｃが両面テープによりホーン１５ａ，５１ａやアンビル１５ｂ，５１ｂに付されたが、紙Ｃはクリップ等の別の手段でホーン１５ａ，５１ａやアンビル１５ｂ，５１ｂに装着されてもかまわない。
（Ｇ）
【００５８】
先の実施の形態に係る製袋包装機３では縦シール機構１５および横シール機構１６においてホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂに緩衝材として紙Ｃが付され、フィルムＦ及び筒状フィルムＦｍが紙Ｃを介して超音波溶着されたが、ホーン１５ａ，５１ａ及びアンビル１５ｂ，５１ｂのいずれか一方に紙Ｃが付されてもかまわない。
【符号の説明】
【００５９】
２ 計量機
３ 製袋包装機（包装機）
５ 製袋包装ユニット
６ フィルム供給ユニット（フィルム繰出部）
７ 操作スイッチ類
８ タッチパネル式ディスプレイ
１３ 成形基材
１３ａ チューブ
１３ｂ フォーマ
１４ プルダウンベルト機構
１４ａ 駆動ローラ
１４ｂ 従動ローラ
１４ｃ 環状ベルト
１５ 縦シール機構（縦溶着機構）
１５ａ ホーン
１５ｂ アンビル
１６ 横シール機構（横溶着機構）
１６Ａ 第１横シール部
１６Ｂ 第２横シール部
１６ｂ 連結部
１６ｃ 軸
１７ 緩衝材繰出機構
１７ａ 緩衝材ロール
１７ｂ 引出ロール
５１ａ ホーン
５１ｂ アンビル
Ｂ 袋
Ｃ 紙（緩衝材）
Ｆ フィルム（被溶着物）
Ｆ２ 重なり部分
Ｆｍ 筒状フィルム
Ｐ 被包装物
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る超音波溶着方法は、ホーンとアンビルとの端面精度や、ホーンとアンビルとの噛み合わせ精度が低くても、被溶着物に適度に均一な圧力を付与しながら被溶着物を超音波溶着して袋などを製造することができるという特徴を有しており、特に従来よりも極めて薄い被溶着物の溶着について有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホーンおよびアンビルを有する超音波溶着機を用いて被溶着物を超音波溶着する超音波溶着方法であって、前記被溶着物と前記ホーンとの間および前記被溶着物と前記アンビルとの間の少なくとも一方に緩衝材を挟みながら前記ホーンと前記アンビルとにより前記被溶着物を超音波溶着する超音波溶着方法。
【請求項２】
前記緩衝材は、前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に装着される
請求項１に記載の超音波溶着方法。
【請求項３】
前記緩衝材は、前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される
請求項２に記載の超音波溶着方法。
【請求項４】
前記緩衝材は、前記被溶着物に脱着可能に付着されている
請求項１に記載の超音波溶着方法。
【請求項５】
ホーンと、
前記ホーンに対向するように設けられるアンビルと、
前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に装着される緩衝材と
を備える超音波溶着機。
【請求項６】
前記緩衝材は、前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される
請求項５に記載の超音波溶着機。
【請求項７】
フィルムを繰り出すフィルム繰出部と、
ホーンと、前記ホーンに対向するように設けられるアンビルと、前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に装着される緩衝材とを有し、前記ホーンと前記アンビルとにより前記フィルムを超音波溶着して袋を作製する超音波溶着機構と
を備える包装機。
【請求項８】
前記超音波溶着機構は、
第１ホーンと、前記第１ホーンに対向するように設けられる第１アンビルと、前記第１ホーンおよび前記第１アンビルの少なくとも一方の先端に装着される第１緩衝材とを有し、前記第１ホーンと前記第１アンビルとにより前記フィルムの幅方向の両端部を超音波溶着して筒状フィルムを連続的に作製する縦溶着機構と、
第２ホーンと、前記第２ホーンに対向するように設けられる第２アンビルと、前記第２ホーンおよび前記第２アンビルの少なくとも一方の先端に装着される第２緩衝材とを有し、前記第２ホーンと前記第２アンビルとにより前記筒状フィルムの軸方向に交差する方向に沿って前記筒状フィルムを超音波溶着して袋を作製する横溶着機構と
を有する
請求項７に記載の包装機。
【請求項９】
前記第１緩衝材は、前記第１ホーンおよび前記第１アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着され、
前記第２緩衝材は、前記第２ホーンおよび前記第２アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される
請求項８に記載の包装機。
【請求項１０】
フィルムを繰り出すフィルム繰出部と、
ホーンと、前記ホーンに対向するように設けられるアンビルとを有し、前記ホーンと前記アンビルとにより前記フィルムを超音波溶着して袋を作製する超音波溶着機構と、
前記フィルムと前記ホーンとの間および前記フィルムと前記アンビルとの間の少なくとも一方の間に一部が挿入されるように配置される緩衝材と、前記フィルムと前記ホーンとの間および前記フィルムと前記アンビルとの間の少なくとも一方の間を前記緩衝材が通過するように前記緩衝材を駆動させる駆動部とを有する緩衝材駆動機構と
を備える包装機。
【請求項１】
ホーンおよびアンビルを有する超音波溶着機を用いて被溶着物を超音波溶着する超音波溶着方法であって、前記被溶着物と前記ホーンとの間および前記被溶着物と前記アンビルとの間の少なくとも一方に緩衝材を挟みながら前記ホーンと前記アンビルとにより前記被溶着物を超音波溶着する超音波溶着方法。
【請求項２】
前記緩衝材は、前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に装着される
請求項１に記載の超音波溶着方法。
【請求項３】
前記緩衝材は、前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される
請求項２に記載の超音波溶着方法。
【請求項４】
前記緩衝材は、前記被溶着物に脱着可能に付着されている
請求項１に記載の超音波溶着方法。
【請求項５】
ホーンと、
前記ホーンに対向するように設けられるアンビルと、
前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に装着される緩衝材と
を備える超音波溶着機。
【請求項６】
前記緩衝材は、前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される
請求項５に記載の超音波溶着機。
【請求項７】
フィルムを繰り出すフィルム繰出部と、
ホーンと、前記ホーンに対向するように設けられるアンビルと、前記ホーンおよび前記アンビルの少なくとも一方の先端に装着される緩衝材とを有し、前記ホーンと前記アンビルとにより前記フィルムを超音波溶着して袋を作製する超音波溶着機構と
を備える包装機。
【請求項８】
前記超音波溶着機構は、
第１ホーンと、前記第１ホーンに対向するように設けられる第１アンビルと、前記第１ホーンおよび前記第１アンビルの少なくとも一方の先端に装着される第１緩衝材とを有し、前記第１ホーンと前記第１アンビルとにより前記フィルムの幅方向の両端部を超音波溶着して筒状フィルムを連続的に作製する縦溶着機構と、
第２ホーンと、前記第２ホーンに対向するように設けられる第２アンビルと、前記第２ホーンおよび前記第２アンビルの少なくとも一方の先端に装着される第２緩衝材とを有し、前記第２ホーンと前記第２アンビルとにより前記筒状フィルムの軸方向に交差する方向に沿って前記筒状フィルムを超音波溶着して袋を作製する横溶着機構と
を有する
請求項７に記載の包装機。
【請求項９】
前記第１緩衝材は、前記第１ホーンおよび前記第１アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着され、
前記第２緩衝材は、前記第２ホーンおよび前記第２アンビルの少なくとも一方の先端に着脱可能に装着される
請求項８に記載の包装機。
【請求項１０】
フィルムを繰り出すフィルム繰出部と、
ホーンと、前記ホーンに対向するように設けられるアンビルとを有し、前記ホーンと前記アンビルとにより前記フィルムを超音波溶着して袋を作製する超音波溶着機構と、
前記フィルムと前記ホーンとの間および前記フィルムと前記アンビルとの間の少なくとも一方の間に一部が挿入されるように配置される緩衝材と、前記フィルムと前記ホーンとの間および前記フィルムと前記アンビルとの間の少なくとも一方の間を前記緩衝材が通過するように前記緩衝材を駆動させる駆動部とを有する緩衝材駆動機構と
を備える包装機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−６３００２（Ｐ２０１１−６３００２Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１８０８１（Ｐ２００９−２１８０８１）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００１４７８３３）株式会社イシダ (859)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００１４７８３３）株式会社イシダ (859)
【Ｆターム（参考）】
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