超声波密封装置

暂无

技术领域\n本发明涉及一种以横断状对充填有液体饮料等内装物的管状层压包 装材料进行密封的超声波密封装置，更详细地说，涉及设置有特定形状 的相向夹紧构件的超声波密封装置，该相向夹紧构件用于控制熔融可塑 性树脂的流动，并提高密封性。\n背景技术\n过去，作为对内装果汁等的长方体状包装容器用包装材料片进行杀 菌后使用的包装机，已知有图1所示充填包装机。该充填包装机整体上 大体由开卷机2、杀菌装置3、纵向密封部4、供液管5、横向密封装置7、 及容器整形装置构成；该开卷机2以筒状支承层压包装材料片1，该杀菌 装置3对从开卷机依次送出的板状层压包装材料片进行杀菌，该纵向密 封部4对杀过菌的层压包装材料片的长度方向两端部进行密封以形成管 状层压包装材料片，该供液管5在成形为管状的片内充填流动性内装物， 该横向密封装置7一边以大体相当于1个容器的长度朝下方输送充填了 内装物的管，一边在液面下沿与管状层压包装材料片长度方向直交的方 向以横断状密封，同时连续地形成矩形断面的枕状容器6，该容器整形 装置折曲枕状容器6的端部，成形为最终状态的长方体容器8。上述横向 密封装置7由密封装置、固定该密封装置的密封夹紧构件、及驱动该密 封夹紧构件的驱动装置构成。\n作为超声波密封装置，已知有使用具有压电驱动装置或磁性应变驱 动装置和悬臂凹模的超声波密封装置(日本专利公报特开平7-2281号)， 该压电驱动装置或磁性应变驱动装置与电源相连并具有压电陶瓷板，该 悬臂凹模具有细长密封表面；其特征在于：该装置还具有与悬臂凹模一 起形成半波长的1个或1个以上的反作用体。除此之外，还有很多已知 的超声波密封装置(日本专利公报特公昭62-22784号、特许2544450号、 特开平7-33121号、特开昭56-92046号、及特开平6-15741号)。\n在这些超声波密封装置中，作为在与悬臂凹模的密封面协同动作而 推压层压包装材料的相向夹紧作用面的形状方面具有特征的超声波密封 装置，具有这样一种液体容器的超声波密封装置(日本实用新型公报实 开昭63-147408号，注册实用新型第3004786号)，该超声波密封装置在 由悬臂凹模和砧座构成的本体部的大体中央具有重合粘合部，用于密封 住方筒状液体容器的上下端开口部；其中，在上述悬臂凹模的被密封部 接触面的大体中央设置带状凸条，在砧座的被密封部接触面的大体中央 设置与上述凸条直交的凹槽，该凹槽的底部作为二级构造将其台阶部分 和两端部分形成为锥形，而且，在底部中央的端部于侧方设置伸出的锐 角状凸出倾斜面。\n如图2所示，本发明者发现，在使用悬臂凹模构成的密封夹紧构件 10和相向夹紧构件20、在液面下以横断状对充填了液体饮料等内装物的 管状层压包装材料11进行超声波密封的场合，管状层压包装材料受到推 压，结果，受到纵向密封的3片重叠部分12的厚度比其它2片重叠部分 厚，所以在该纵向密封部附近产生台阶，密封压力不均匀，偶尔在台阶 部分产生隧道(贯通的通道)，导致密封不良。\n发明内容\n本发明的课题在于提供一种超声波密封装置，该超声波密封装置当 在液面下等以横断状对管状层压包装材料进行超声波密封时，可防止在 纵向密封部的两端部附近的台阶部分偶尔发生的隧道(贯通的通道)导 致密封不良。\n为了解决上述问题，本发明者研究了将层压包装材料形成为管状并 在液面下以横断状对该管状层压包装材料进行热封的超声波密封，采用 在高频线圈(加热源)设置凸条那样的在高频热封装置中实用化了的手 段，即设置用于在超声波悬臂凹模(加热源)的密封面施加强推压力的 凸条，结果发现，由于设置在悬臂凹模的密封面的凸条，难以确保振动 的均匀性，这成为产生新的密封不良的原因。\n于是，与在加热源侧密封面形成提高密封性的形状的过去的解决方 法不同，在与悬臂凹模密封面协同动作推压层压包装材料的相向夹紧构 件的作用面设置凸条，结果发现，对于防止隧道的发生在一定程度上有 效，但又产生了层压包装材料受到该凸条损伤的问题。为此，详细地研 究了不设置凸条等凸出部即可在作用面提高推压力的手段，结果发现， 当将3片重叠部分的纵向密封部接触的相向夹紧构件作用面的长度方向 中央部分形成为比两端部分宽度小的作用面时，不会损伤层压包装材料， 而且可在3片重叠部分的纵向密封部均匀地施加所需推压力，从而完成 了本发明。\n为了解决上述问题，本发明者对超声波密封装置的相向夹紧构件， 试作了具有各种形状的作用面的构件，进行了研究，该超声波密封装置 将层压包装材料形成为管状，在液面下将该管状的层压包装材料热封成 横断状。在该研究过程中发现，有时管状包装层压材料以管的中心轴为 回转轴回转，3片重叠部分的纵向密封部从正规的位置即上述由图2示出 的相向夹紧构件的间隙中心位置错开一些，结果，不能在纵向密封部两 端部附近的台阶部分中的任意一方施加足够的推压力。因此，详细研究 了即使纵向密封部从正规位置错开一些也可在纵向密封部两端附近的台 阶部分的双方施加均匀的推压力的手段，结果发现，当在相向夹紧构件 的作用面长度方向中央部分沿与作用面长度方向直交的方向形成圆形断 面等的凹部(将间隙形状形成为R状)时，可均匀地在3片重叠部分的 纵向密封部施加所需推压力。\n即，本发明涉及超声波密封装置，该装置是将至少包含热塑性树脂 层的层压包装材料形成为管状、以横断状对该管状层压包装材料进行超 声波密封的装置；在本发明第一方案中，超声波密封装置的特征在于： 具有悬臂凹模和相向夹紧构件，该悬臂凹模具有细长且平坦的密封面， 该相向夹紧构件具有与该悬臂凹模的密封面协同动作以推压层压包装材 料的细长作用面，将该相向夹紧构件的作用面的长度方向中央部分形成 为宽度比两端部分小的作用面；在本发明第二方案中，在第一方案的超 声波密封装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样的特征：层压包 装材料包含纸层；在本发明第三方案中，在第一或第二方案的超声波密 封装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样的特征：横断状的超声 波密封为液面下的超声波密封；在本发明第四方案中，在第一～三方案 中任何一项的超声波密封装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样 的特征：形成为比两端部分宽度小的作用面的相向夹紧构件作用面的长 度方向中央部分的长度，至少比管状层压包装材料受到纵向密封的3片 重叠部分处于受压状态的长度要长；在本发明第五方案中，在第一～四 方案中任何一项的超声波密封装置的基础上，该超声波密封装置还具有 这样的特征：长度方向中央部分的小宽度作用面的宽度为两端部分作用 面宽度的1/4～1/2；在本发明第六方案中，在第一～五方案中任何一项 的超声波密封装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样的特征：在 长度方向中央部分的小宽度作用面具有沿与作用面长度方向直交的方向 形成的凹部；在本发明第七方案中，在第六方案的超声波密封装置的基 础上，该超声波密封装置还具有这样的特征：形成的凹部为圆弧形断面 凹部；在本发明第八方案中，在第一～七方案中任何一项的超声波密封 装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样的特征：管状层压包装材 料为在将层压包装材料形成为管状时用密封带形成为管状的管状层压包 装材料。\n另外，本发明涉及超声波密封装置，该装置是将至少包含热塑性树 脂层的层压包装材料形成为管状、以横断状对该管状层压包装材料进行 超声波密封的装置；在本发明第九方案中，超声波密封装置的特征在于： 具有悬臂凹模和相向夹紧构件，该悬臂凹模具有细长且平坦的密封面， 该相向夹紧构件具有与该悬臂凹模的密封面协同动作以推压层压包装材 料的细长作用面，在该相向夹紧构件的作用面的长度方向中央部分沿与 作用面长度方向垂直的方向形成凹部；在本发明第十方案中，在第九方 案的超声波密封装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样的特征： 层压包装材料包含纸层；在本发明第十一方案中，在第九或十方案的超 声波密封装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样的特征：横断状 的超声波密封为液面下的超声波密封；在本发明第十二方案中，在第九～ 十一方案中任何一项的超声波密封装置的基础上，该超声波密封装置还 具有这样的特征：相向夹紧构件作用面的长度方向中央部分的长度至少 比管状层压包装材料受到纵向密封的3片重叠部分的受压状态的长度要 长；在本发明第十三方案中，在第九～十二方案中任何一项的超声波密 封装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样的特征：形成的凹部为 圆弧形断面凹部；在本发明第十四方案中，在第九～十三方案中任何一 项的超声波密封装置的基础上，该超声波密封装置还具有这样的特征： 管状层压包装材料为在将层压包装材料形成为管状时用密封带形成为管 状的管状层压包装材料。\n附图说明\n图1为说明现有充填包装机械的纸包装容器形成过程的图。\n图2为将管状层压包装材料密封成横断状的场合下的管状层压包装 材料受压状态的说明图。\n图3为可用于本发明超声波密封装置的超声波发生装置的概略透视图。\n图4为本发明超声波密封装置的、作用面中央部分形成为小宽度作 用面的相向夹紧构件的主要部分概略透视图。\n图5为本发明超声波密封装置的、作用面中央部分形成为小宽度作 用面的相向夹紧构件的主要部分正面图。\n图6为本发明超声波密封装置的、作用面中央部分形成为小宽度作 用面的另一形式的相向夹紧构件的正面图。\n图7为图6的主要部分放大图。\n图8为图6的A-A向视图。\n图9为作为参考例示出的、在作用面中央部分形成切口的相向夹紧 构件主要部分的图。\n图10为作为参考例示出的另一形式的、在作用面中央部分形成切口 的相向夹紧构件主要部分的图。\n图11为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的主要部分概略透视 图，该相向夹紧构件在小宽度作用面形成圆弧状断面的凹部。\n图12为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的要部侧面图，该相 向夹紧构件在小宽度作用面形成圆弧状断面的凹部。\n图13为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的主要部分正面图， 该相向夹紧构件形成小宽度的、与纵向密封部的形状相当的凹部。\n图14为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的主要部分侧面图， 该相向夹紧构件形成与小宽度的纵向密封部的形状相当的凹部。\n图15为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的主要部分概略透视 图，该相向夹紧构件在作用面的长度方向中央部分形成圆弧状断面的凹部。\n图16为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的主要部分侧面图， 该相向夹紧构件在作用面的长度方向中央部分形成圆弧状断面的凹部。\n图17～图22为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的主要部分 图，该相向夹紧构件在作用面的长度方向中央部分形成各种形状的凹部。\n图23为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的正面图，该相向夹 紧构件具有半圆形状断面的相向夹紧构件作用部。\n图24为本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的主要部分概略透视 图，该相向夹紧构件具有半圆形状断面的相向夹紧构件作用部。\n具体实施方式\n作为本发明的层压包装材料，只要至少包含热塑性树脂层，则什么 样的层压包装材料都行，具体可例示出由聚乙稀等热塑性树脂层、纸片、 及铝箔层或合成树脂膜层构成的层压体，该聚乙稀等热塑性树脂层可通 过在其最内面由超声波加热熔化而进行热封，该纸片用于维持容器的刚 性，该铝箔层或合成树脂膜层用于不让空气和微生物等透过进入到容器 内。铝箔等导电材料在高频热封的场合为必需的层压材料，但在超声波 热封的场合不一定必要，可用氧不透过性合成树脂薄膜代替铝箔。另外， 在对层压包装材料进行纵向密封形成管状的场合，可用上述层压包装材 料以外的密封带进行纵向密封，该密封带由合成树脂薄膜等构成，用于 防止内装物从包装材料端面渗透。在该场合，管状的层压包装材料的纵 向密封部在重叠的2片层压包装材料上，还存在密封带层，所以，在3 片重叠的状态下进行纵向密封。\n在本发明中，超声波密封装置将层压包装材料形成为管状，在液面 下以横断状对该管状的层压包装材料进行超声波密封，该超声波密封装 置只要具有悬臂凹模和相向夹紧构件，该悬臂凹模具有细长平坦的密封 面，该相向夹紧构件具有与该悬臂凹模的密封面协同动作推压层压包装 材料的细长作用面，则可为任何形式的超声波密封装置，除现有公知的 超声波密封装置以外，例如有图3所示那样的由本发明者开发的超声波 密封装置17(WO99/48759)，该超声波密封装置17具有1个悬臂凹模14 和至少多个变频器(コンバ-ㄆ-)15，其长度为一个波长的长度，与 密封夹紧构件固定的位置(安装凸缘)16为节平面，该1个悬臂凹模14 具有沿长度方向密封包装材料的2个细长平坦的密封面13，该变频器15 立起设置在该悬臂凹模14的与密封面相反的一侧用于使悬臂凹模共振。\n在本发明中，在将具有加热源的加热构件即悬臂凹模为密封夹紧构 件时，相向夹紧构件用作与密封夹紧构件相对的用语，意味着不具有加 热源的一方的加压构件，相向夹紧构件由相向夹紧构件本体和相向夹紧 构件作用部构成。在这种充填包装机中，通常使用2组密封夹紧构件与 相向夹紧构件构成的一对加压构件，由各一对加压构件的热封形成2个 密封部。在2个密封部间，切开成形为枕状的包装容器。\n在本发明超声波密封装置的相向夹紧构件的上述相向夹紧构件作用 部，形成与悬臂凹模的密封面协同动作推压层压包装材料的细长作用面， 本发明的其中一个涉及这样的超声波密封装置，其作用面的长度方向的 中央部分比两端部分的宽度小。因此，长度方向的中央部分至少意味管 状层压包装材料纵向密封的3片重叠部分与对应夹紧构件作用面接触的 作用面上的位置，虽然除去了作用面的两端部分，但不一定非要包含作 用面的长度方向的正中间。在该超声波密封装置中，形成为比两端部分 宽度小的作用面的相向夹紧构件作用部的作用面的长度方向中央部分的 长度，最好至少比管状层压包装材料的纵向密封的3片重叠部分处于受 压状态的长度长。\n另外，长度方向中央部分的小宽度作用面的宽度最好为两端部分的 作用面宽度的1/4～1/2，更好的情形为1/3。压力(P)通过面积(S) 除力(F)求出(P＝F/S)，所以，例如作用面的宽度为1/3的场合，在这 里施加的压力为变小前的3倍，可在3片重叠的纵向密封部施加足够的 推压力，防止隧道的发生。该形成为小宽度的作用面在大体与宽度方向 的中央部分、容器内面侧、切断侧等的作用面的长度方向平行的场合， 宽度方向的位置没有特别规定。\n在该小宽度的作用面，也可沿着与作用面长度方向直交的方向形成 圆弧状等断面的凹部。通过设置该凹部，即使管状包装层压材料以管中 心轴为回转轴回转，3片重叠部分的纵向密封部从正规位置错开一些，纵 向密封部的两端附近的台阶部分也可与小宽度凹状作用面接触，在3片 重叠部分的纵向密封部均匀地施加良好密封所需足够的推压力。该凹部 最好为圆弧形断面，但只要在3片重叠部分的纵向密封部从正规位置错 开一些的场合，可在纵向密封部的两端附近的台阶部分施加良好密封所 需足够的推压力，则可以为任何形状。\n本发明还涉及这样一种超声波密封装置，其特征在于：在相向夹紧 构件的上述相向夹紧构件作用部，形成与悬臂凹模的密封面协同动作推 压层压包装材料的细长作用面，在该相向夹紧构件的作用面长度方向的 中央部分，沿着与作用面长度方向直交的方向形成圆弧状等断面的凹部。 通过设置该凹部，即使管状包装层压材料以管中心轴为回转轴回转，3 片重叠部分的纵向密封部从正规位置错开一些，纵向密封部的两端附近 的台阶部分也可与凹部形成的凹状作用面接触，在3片重叠部分的纵向 密封部均匀地施加良好密封所需足够的推压力。该凹部最好为圆弧形断 面，但只要在3片重叠部分的纵向密封部从正规位置错开一些的场合， 可在纵向密封部的两端部附近的台阶部分施加良好密封所需足够的推压 力，则可以为任何形状。\n下面，根据图4～24详细说明本发明的实施例等，本发明的技术范 围不限定于该实施例。在图4～24中，符号20为相向夹紧构件，符号21 为相向夹紧构件本体，符号22为相向夹紧构件作用部，符号23为作用 面的长度方向两端部分，符号24为作用面长度方向中央部分的小宽度作 用面，符号25为圆弧状断面凹部，符号26为与纵向密封部的形状相当 的凹部，符号27为各种形状的凹部。\n在图4和图5中示出相向夹紧构件20的主要部分，该相向夹紧构件 20在其相向夹紧构件本体2 1的一面设置相向夹紧构件作用部22，在该 相向夹紧构件作用部22形成作用面24，该作用面24的长度方向中央部 分比两端部分23的宽度小。该小宽度作用面24大体沿宽度方向中央部 分的作用面的长度方向平行形成。另外，在图6～8中示出不同类型的相 向夹紧构件20，该图6～8所示相向夹紧构件20在相向夹紧构件本体21 的一面设置2根相向夹紧构件作用部22，形成作用面24，该作用面24 的长度方向中央部分比两端部分23的宽度小。具有这些小宽度作用面24 的相向夹紧构件，特别是图4和图5所示相向夹紧构件，比在图9和图 10中分别示出主要部分的、在作用面长度方向中央部分具有切口的相向 夹紧构件作用部22的相向夹紧构件的密封性好。\n另外，在图11和图12中示出相向夹紧构件20的主要部分，该相向 夹紧构件20在小宽度作用面24沿与作用面长度方向直交的方向形成圆 弧形断面凹部25。在图12中示出推压管状层压包装材料11使3片重叠 部分12即将与圆弧形断面的凹部25接触之前的状态。在具有该相向夹 紧构件20的超声波密封装置中，形成为比两端部分23的宽度小的作用 面24的相向夹紧构件作用部22作用面的长度方向中央部分的长度，比 管状层压包装材料11纵向密封的3片重叠部分12处于受压状态的长度 长。\n在图13和图14中示出相向夹紧构件的主要部分，该相向夹紧构件 在小宽度作用面24沿与作用面长度方向直交的方向形成与纵向密封部形 状相当的凹部26。在图12中示出推压管状层压包装材料11使3片重叠 部分12即将与相当于纵向密封部的形状的凹部26接触之前的状态。\n在图15和图16中示出相向夹紧构件20的主要部分，该相向夹紧构 件20在作用面的长度方向中央部分沿与作用面长度方向直交的方向形成 圆弧形断面凹部25，该作用面形成相向夹紧构件作用部22，该相向夹紧 构件作用部22设于相向夹紧构件20的相向夹紧构件本体21的一面。如 图16所示，相向夹紧构件20的作用面长度方向中央部分的圆弧状断面 凹部25的长度比管状层压包装材料11纵向密封的3片重叠部分的受压 状态的长度长。\n在图17～22中示出相向夹紧构件20的主要部分，该相向夹紧构件 20在作用面的长度方向中央部分沿与作用面长度方向直交的方向形成多 种断面形状的凹部27，该作用面形成于相向夹紧构件作用部22，该相向 夹紧构件作用部22设于相向夹紧构件的相向夹紧构件本体的一面。在图 17中，相向夹紧构件具有台阶部倾斜而且凹部端部形成为圆弧状断面的 作用面；在图18中，相向夹紧构件具有台阶部倾斜而且凹部端部形成为 钝角的作用面；在图19中，相向夹紧构件具有凹部端部形成为圆弧状断 面的作用面；在图20中，相向夹紧构件具有台阶部的倾斜不同而且凹部 端部形成为钝角的作用面；在图21中，相向夹紧构件具有凹部端部的一 方为钝角而另一方为圆弧形断面的作用面；在图22中，相向夹紧构件具 有台阶部倾斜相同而且凹部端部形成为钝角的作用面。\n在图23和图24中示出相向夹紧构件20，在该相向夹紧构件20的相 向夹紧构件本体21的一面设置半圆形断面的相向夹紧构件作用部22，形 成于该相向夹紧构件作用部22的作用面的长度方向中央部分相对于其两 端部下凹。该相向夹紧构件20由于设有半圆形断面的相向夹紧构件作用 部22，所以损伤层压包装材料表面的可能性减小。\n按照本发明，当在液面下等对管状层压包装材料以横断状进行超声 波密封时，可防止纵向密封部的密封压力不均匀在3片重叠部分的两端 部附近的台阶部分偶尔产生的隧道(贯通的通道)所导致的密封不良。 另外，即使纵向密封部从相向夹紧构件的正规位置错开也可确实地进行 密封。