JP5089821B1 - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減でき、かつメンテナンスが容易なシール装置を提供する。
【解決手段】
被シールワークを搬送するように駆動される回転体と、被シールワークを介してその回転体の外周面に対向するとともにシールのための熱を被シールワークに付与するシールヘッドと、シールヘッドを被シールワークの搬送に対し順方向へ往路移動させ、かつそれとは逆の復帰方向へ復路移動させることを繰り返すシールヘッド駆動装置と、前記シールヘッドとの間に被シールワークを挟持可能であり、かつ前記回転体の内部に、前記被シールワークの搬送に対し順方向の往路移動及び復帰方向の復路移動が可能な状態で組み込まれたヘッド対向部と、そのヘッド対向部を前記シールヘッドの往路移動及び復路移動と連動して往路移動及び復路移動させ、その往路移動において前記シールヘッドとの間で帯状シールを挟持する軌跡を与えるヘッド対向部駆動装置とを備える。
前記シールヘッドとヘッド対向部とが共に往路移動する間に両者が被シールワークを挟持した状態でシールが行われ、両者の復路移動後に同じシール動作が繰り返される。
【選択図】図３Ａ

Description

この発明は、柔軟性及び熱溶着性のある被シール部をシールするシール装置に関する。

従来、例えば使い捨て紙おむつ等の合成樹脂若しくは合成樹脂を含む繊維ないし不織布等のシート部同士を接合（シール）するものとして、超音波シール装置が知られている。

特許第４２９７７１５号公報

この技術は、回転体の外周面に等角度間隔にアンビル(凸部)が設置され、連続する軟質ワークが回転体の回転に従って搬送されるとともに、アンビルに対向する超音波ホーンが往復円弧移動し、アンビルと超音波ホーンとで軟質ワークを挟持して同方向（軟質ワークの搬送方向）へ移動するときに、超音波振動による発熱でワークを熱溶着（シール）するものである。シール後、超音波ホーンは元の位置へ引き返し、回転体の外周面の次にやってくるアンビルとの間で同じ動作を繰り返す。回転体の外周面に例えば６個のアンビルが固定されていれば、回転体の１回転で超音波ホーンが６回往復移動し、アンビルと協働して６回のシールを行う。これによれば、往復移動する超音波ホーンが軟質ワークに一定時間追従してシールするため、固定式の超音波ホーンに比べてシール時間を稼げる利点があり、高速で軟質ワークが搬送される場合でも、ある程度のシール品質を得ることができる。

しかしながら、回転体の外周面に設置された複数のアンビル(凸部)の外周面ができる限り同一円周上に位置することが求められ、各アンビルと超音波ホーンとの間隔が不均一であると、それがシール品質のバラツキに直結する。従って、回転体に複数のアンビルを固定した後、複数のアンビルの外周面が同一円周上くるように、高精度の外周研磨をしなければならない。さらに複数のアンビルの１個でも破損したり、アンビルのシールパターン（シール痕模様）を変更する段取り替えがあったりすると、回転体の外周面からすべてのアンビルを取り外し、複数の新たなアンビルに交換した後、外周面の再研磨が必要となる。そのため多くの時間と労力を要し、装置の高コスト化を招いていた。

課題を解決するための手段及び発明の効果

この発明は、熱溶着性を有する柔軟な連続又は不連続の被シールワークの被シール部を熱で接合するシール装置であって、
被シールワークを搬送するように駆動される回転体と、
被シールワークを介してその回転体の外周面に対向するとともにシールのための熱を被シールワークに付与するシールヘッドと、
そのシールヘッドを被シールワークの搬送に対し順方向へ往路移動させ、かつそれとは逆の復帰方向へ復路移動させることを繰り返すシールヘッド駆動装置と、
前記シールヘッドとの間に被シールワークを挟持可能であり、かつ前記回転体の内部に、前記被シールワークの搬送に対し順方向の往路移動及び復帰方向の復路移動が可能な状態で組み込まれたヘッド対向部と、
そのヘッド対向部を前記シールヘッドの往路移動及び復路移動と連動して往路移動及び復路移動させ、その往路移動において前記シールヘッドとの間で被シールワークを挟持する軌跡を与えるヘッド対向部駆動装置と、を備え、
前記シールヘッドとヘッド対向部とが共に往路移動する間に両者が被シールワークを挟持した状態でシールが行われ、両者の復路移動後に同じシール動作が繰り返されることを特徴とする。

実施態様において、前記ヘッド対向部は、その往路移動において前記回転体の外周部に形成された空間から前記シールヘッド側へ接近しかつシールヘッドとともに順方向へ移動する順方向軌跡を付与され、かつその復路移動においては前記往路軌跡より前記回転体の中心側へずれて移動する復帰方向軌跡を付与される。

実施態様において、前記シールヘッドは、その往路移動の順方向軌跡と復路移動の復帰方向軌跡として、共に前記回転体の外周面に沿った円弧状の同一往復軌跡を付与されるか、その往路移動においては前記回転体の外周面に沿った円弧状の順方向軌跡を付与され、その復路移動においては前記往路軌跡より前記回転体の中心から遠ざかる側へずれて移動する復帰方向軌跡を付与される。

本発明によれば、被シールワークに対して次々にシールを行う場合に、回転体の外周面に複数の凸部（アンビル）を設置しなくて済み、それら複数の凸部の外周面を全体的に回転体の中心と同心的な同一円弧上に形成するための高精度の研磨も必要なくなる。そしてシールヘッドとヘッド対向部が相互に連動して往路移動・復路移動を繰り返し、両者の往路移動で被シールワークを挟持しつつ同ワークと共に移動しながらシールを行うため、ワークが高速で搬送されても一定のシール時間を確保でき、高速搬送時のシール性能の信頼性が高まる。

本発明の一実施例を簡略に示す正面図。 その側面図。 図１及び図２の機構部を簡略に示す正面図。 図３Ａの変形例を示す正面図。 図３におけるアンビルの往路と復路の巡回軌跡を示す正面図。 図３のアンビルに係る駆動機構を示す正面図。 図５の駆動機構を含む回転体の内部の簡略な側面断面図。 図６のアンビルの駆動モータの近傍を示す正面図。 アンビルが外部に露出する回転体の開口部を示す斜視図。 その部分の平面図。 超音波ホーンとアンビルの動きを示す正面図。 アンビルの表面の突起の例を示す図。 超音波ホーンとアンビルの移動軌跡の例１を示す図。 超音波ホーンとアンビルの移動軌跡の例２を示す図。 アンビルを巡回させる機構の変形例を示す図。 図１４の機構の簡略な断面図。 被シールワークの一例を示す図。 被シールワークの平面図とそれに付与されるシール工程及び切断工程を示す平面図。 別のシート状ワークとそのワークに対するシール工程及び切断工程を示す平面図。 超音波ホーンとアンビルによるシール工程を示す図。 超音波ホーンとアンビルの移動軌跡の例３を示す図。 超音波ホーンとアンビルの移動軌跡の例４を示す図。 超音波ホーンとアンビルの移動軌跡の例５を示す図。 超音波ホーンに巡回軌跡を付与するカムを付加した、図１に対応する正面図。 図２１におけるロールとカムの位置関係を簡略に示す図。 図２１の要部側面図。 ロールに取り付けられたカムの例１を示す図。 ロールに取り付けられたカムの例２を示す図。 ロールに取り付けられたカムの例３を示す図。 超音波ホーンに付与される巡回軌跡の例１を示す図。 同じく巡回軌跡の例２を示す図。 同じく巡回軌跡の例３を示す図。 同じく巡回軌跡の例４を示す図。 同じく巡回軌跡の例５を示す図。 同じく巡回軌跡の例６を示す図。 同じく巡回軌跡の例７を示す図。 超音波ホーンの揺動範囲とカムの位置関係を示す図。 超音波ホーンを巡回させるカム部材とカム溝の例を示す図。 図３５のカム溝を用いた超音波ホーンの移動機構を示す正面図。 更に別の実施例における超音波ホーンの移動機構を示す正面図。

図１に示すシール装置としての超音波シール（接合）装置は、被シールワークとしての連続する帯状（長手状）のワーク２６が取り回されてこれを搬送する回転体としてのロール１と、ロール１の外周面に対向する超音波ホーン３及び超音波発生装置４を含む超音波ユニット５とを備えている。主に超音波ホーン３がシールヘッドとして機能する。ロール１はその中心部の回転軸６により、接地面上の支台７により回転可能に支持され、回転体駆動装置としてのモータ８により回転駆動される。超音波ユニット５は、基端が一軸周りに揺動可能なアーム１１に取り付けられた支持部１０により揺動可能に支持され、支持部１０を介して超音波ユニット５もロール１の回転中心と同心的な中心線周りに揺動する。

図１の支持部１０には、連接部１４を介してクランク部１５が連結される。クランク部１５は駆動装置としてのモータ１６により中心軸周りに回転駆動され、クランク部１５に偏心して連結された連接部１４を介して、支持部１０、アーム１１を往復円弧運動（振り子運動）させる。なお、クランク部１５を駆動するモータ１６と、ロール１を駆動するモータ８とは、別個のモータでなく、共通のモータを用い、このモータの駆動をロール１とクランク部１５とに振り分け、所定の同期をとることもできる。

図２は図１の簡略な側面図であり、ロール１は前述のように、両側の支台７に軸６を介して回転可能に支持され、アーム１１の基端部が軸６に対し軸受１１ａにおいて揺動可能に（所定角度範囲で回動可能に）に支持される。このアーム１０の自由端部から、軸６と平行に支持部１０が片持ち状態で延び、その先端側に前述の超音波ユニット５が支持される。

次に、図３Ａ等によりシールヘッドとしての超音波ホーン３に対し、ヘッド対向部となるアンビル２について説明する。アンビル２は超音波ホーン３との間でワークを挟んで押圧した状態とし、その挟持状態で超音波振動（ヒートシールの場合はヒーター加熱）が付与されることにより、所定のシール部が形成される。

図１１に示すように、アンビル２の表面には、シールパターンを構成するための突起群２ａが例えば２列形成され、（Ａ）は一方に広がった形態、（Ｂ）は平行な形態であり、後述するように、重ね合せのシート状のワーク２６に、そのシールパターンが付与され、シール部３２が形成される。シート状のワーク２６は、例えば図１６、図１７に示すように、第１のシート部２７と第２のシート部２８の間に吸水部材２９が横断するように所定の間隔で貼り付けられたものが二つ折りに折り畳まれ、このようなシート状のワーク２６が、図１の搬送ロール３０を介してロール１に供給され、図３等の超音波ホーン３とアンビル２によりシールされる。その各２本のシール部３２（図１７）の間に切断線３３が予定され、各切断線３３で切断されてシート状のワーク２６が個々の製品又は中間製品３４（使い捨て紙おむつ等）に分離されることとなる。その切断は、シート状のワーク２６が図１の搬送ロール３１を介して下流工程（切断工程等）へ送られて行われる。

なお、シート状ワークの形態としては、例えば図１８に示すように、シート部３５に吸水部材３６が貼り付けられた状態でその間に開口３７が形成されたものを二つ折りにしたシート状のワーク３８でもよく、この場合でも所定の間隔で超音波による２本のシール線３２が形成され、この間の切断線３３で切断されて個々の製品又は中間製品３９（使い捨て紙おむつ等）となる。図１１（Ａ）又は（Ｂ）の突起群２ａが平行か若しくは広がっているかで、シール線３２が異なるが、広がったシール線であると、例えば使い捨て紙おむつの腰の部分に傾斜が付けられることとなる。図１９において、そのようなシート状のワーク２６又は３８をロール１に供給して、超音波ホーン３とアンビル２の突起群２ａとの間で重ね合せ状態のシート部同士を挟持し、超音波ホーン３から付与される振動エネルギーにより重ね合せシート部が超音波振動による熱で溶融してシールされる。

図３Ａに戻って、アンビル２は揺動体としてのアンビルアーム４５に支持され、その先端部から突出して超音波ホーン３と対向可能とされる。アンビルアーム４５は超音波ホーン３から一定距離をおいた揺動軸を支点として揺動可能に支持され、この例ではロール１の回転軸６が揺動軸を兼ねている。アンビルアーム４５は、クランク板５０に連接部４９を介して接続され、駆動手段としてのモータ５１によりクランク部５０が回転し、その回転が連接部４９によりアンビルアーム４５へ伝達され、そのアーム４５を所定の角度範囲で揺動（往復回動）させ、これに伴ってそのアーム４５に支持されたアンビル２も所定角度範囲で揺動する。

アンビル２はアーム４５の長手方向（ロール１の回転軸６に対し離間及び接近する方向）において移動可能に、アーム４５にリニヤガイド４６を介して保持され、かつスプリング４７等の弾性部材により支持軸６から遠ざかる方向、換言すればロール１の外周から突出する方向に付勢される。さらにアンビル２はカムフォロワ４８を備え（アンビル２の側面が突出する）、そのカムフォロワ４８が図４に示す横長ループ状のカム溝５２に嵌り、図５に示すクランク部５０の回転に伴うアンビルアーム４５の揺動に従って、アンビル２がカム溝５２に沿いつつ移動する。

カム溝５２は、往路５２ａ、復路５２ｂ及び両側でそれらをつなぐ接続部５２ｃ、５２ｄ（滑らかなコーナー部、又は死点を生じて鋭角状に折り返す折返し部）を備えて全体として巡回するカム曲線を形成する。往路５２ａはロール１の外側へ凸となる凸曲線状に形成され、その曲率は例えばロール１の回転軸６の軸線を中心とする円弧に沿ったものとすることができ、また図３Ａに示す超音波ホーン３の往復移動軌跡である円弧の曲率に対応させることができる。図４の復路５２ｂのカム曲線は、例えば往路５２ａと同程度の外側へ凸となる円弧状のほか、外側に凹となる円弧状、又は凸にも凹にもならない直線状のものとしてもよい。図３、図５のスプリング４７はアンビル２を外方に向けて付勢し、アンビル２の巡回移動（揺動）の際に、カムフォロワ４８とカム溝５２との間にがたつきが生じにくくするが、両者の嵌合精度が高ければ、スプリング４７はなくてもよい。

カム溝５２はカムプレート５３に形成され、カムプレート５３は直接又はブラケット（固定部材）を介してロール１の内部における非回転部に固定される。図６に簡略に示すように、ロール１は、内部が中空形状とされ、例えば一方の側端部が閉塞され、他方の側端部が側方へ開放された円筒形状をなし、閉塞された一方の側端部で回転軸６に固定され、回転軸６が軸受６ａを介して支台７に回転可能に支持される。回転軸６を支持する一方の支台７から、ロール１の内部空間に向かって延長部５４が延び、この延長部５４にカムプレート５３が一体に形成されるか、又は別体のカムプレート５３が回転軸６とほぼ直角に固定されている。延長部５４は回転軸６に沿うようにアンビルアーム４５に接近し、カムプレート５３をアンビル２の側面と対向させ、アンビル２のカムフォロワ４８がカムプレート５３のカム溝５２に係合する。

アンビルアーム４５を揺動させるモータ５１、クランク部５０及び連接部４９もロール１の中空部内に組み込まれ、モータ５１は支台７に固定台５３を介して設置される。アンビルアーム４５は軸受４５ａを介してロール１の内部において揺動可能に支持され、ロール１の回転を妨げることはない。支台７から延びる延長部５４、それに支持されるカムプレート５３、アンビルアーム４５を揺動させるモータ５１、クランク部５０、連接部４９等も、中空状のロール１の内部に納まり、ロール１の回転に支障はない。

中空円筒状のロール１の外周円筒部１ａには、１個又は等角度間隔に複数（この例では図３Ａに示すように４個）の開口５５（空間）が形成され、各開口５５は、図８〜図９に示すように、ロール１の円筒状の外周に沿って所定の長さＬを有するように、かつアンビル２の奥行寸法（ロール１の軸方向に平行な寸法）より大きな幅Ｗを備えるように、例えば矩形状に形成される。これらの開口５５からアンビル２が外方へ突出又は露出することができ、カムフォロワ４８を介して、アンビル２が図４等のカム溝５２の起点となる接続部５２ｃから往路５２ａを移動する過程（往路軌跡）では、アンビル２が任意の開口５５から上方へ突出ないし露出するように上昇し（持ち上げられ又は浮上し）、アンビル２がカム溝５２の接続部５２ｄ及び復路５２ｂを移動する過程では、アンビル２が開口５５からロール１の内部へ引っ込むように下降して、ロール１の外周から内部へ退避した状態で復帰移動する。

図１０に示すように、アンビル２の揺動（巡回運動）における往路移動と、超音波ホーン３の揺動（往復円弧運動）における往路移動とは、その移動軌跡が共に円弧状で連れて動き、他方、両者の復路移動は互いに離間して（単純な往復円弧移動をする超音波ホーン３に対し、アンビル２が内側へ離間して）退避した状態で元の位置に復帰し、以後このサイクルを繰り返す。この一巡のサイクルは、ロール１が回転してシート状のワーク２６を、ロール１に絡ませながら搬送するロール１の回転状態で実行される。

図３Ａにおいて、ロール１の回転中に、ロール１の任意の開口５５がアンビル２の揺動領域に接近するタイミングで、アンビルアーム４５の往路の揺動（図３Ａにおけるロール１の回転方向と同方向の回動）が生じて、カム溝５２によりアンビル２が開口５５から外側へ浮上し、超音波ホーン３との間にシート状のワーク２６を挟持しつつ、アンビル２が超音波ホーン３、ロール１の開口５５及びワーク２６と共に往方向へ移動する間に、超音波によるシール（振動発熱による溶着）がなされる。シール後、アンビルアーム４５が往路から復路の揺動に転じる過程で、カム溝５２によりアンビル２はその開口５５から引っ込み、かつロール１の開口５５が存在しない外周円筒部１ａの内側を、ロール１の回転方向とは反対向きに揺動（逆行）して元の位置へ復帰する

更にロール１の次に位置する開口５５が接近しくると、上記と同様に、アンビルアーム４５の往路の揺動が生じて、以下同じことが繰り返され、ワーク２６に等間隔に位置する複数のシール予定部に、超音波ホーン３とアンビル２との互いに同期した揺動（往復移動）により、ワーク２６を挟持しては次々にシールを行う。ここでは、超音波ホーン３とアンビルとが往方向へ連れ動く過程でシール時間を長くとることができ、ワーク２６の高速搬送においてもシールの信頼性が確保される。またアンビル２はロール１の外周面に等間隔で複数固定されるものではなく、ロール１に対し例えば１個のアンビル２が揺動してすべてのシールに関与する構成であるため、シール品質の均一性を確保するために必要なアンビル２と超音波ホーン３とのギャップ調整・管理も容易で、複数のシール部に対してシール性能のばらつきを回避しやすい。

上記のようにロール１、アンビル２及び超音波ホーン３を互いに協働して作動させるために、ロール１の回転位相とアンビルアーム４５及びホーンアーム１１の揺動周期との同期が取られる。この制御は、ロール１を回転させるモータ８と、アンビルアーム４５を揺動させるモータ５１と、ホーンアーム１１を揺動させるモータ１６とを相互に関連付けて制御する制御部５７が行う。

なお、アンビル２の外周面は、例えばロール１の中心線を中心とする円弧に沿って形成することができ、その円弧状の外周面から図１１に示した突起群２ａが突出する。その場合、アンビル２の円弧状外面は、超音波ホーン３の移動円弧に沿うことになる。また、超音波ホーン３の往復円弧運動における速度はサインカーブ的に基端で遅く（又はゼロ）、中間で早く、終端でまた遅く（又はゼロ）なる。また巡回的に揺動するアンビル２も超音波ホーン２と近似した非等速運動をする。これらアンビル２と超音波ホーン３との移動速度とはほぼ近似するから、両者間の相対移動は無視できる程度であるが、等速運動するロール１（開口５５）及びワーク２６に対して、アンビル２及び超音波ホーン３は揺動範囲で相対的に移動する。つまりアンビル２は、開口５５内においてその長さ方向で相対的に移動し、また超音波ホーン２はワーク２６の表面を、アンビル２はワーク２６の裏面をある程度移動しながら、２本の突起群２ａをワーク２６を押し付け接合（シール）することとなる。

図３Ａでは、超音波ホーン３（ホーンアーム１１）を揺動させる駆動装置（連接部１４、クランク部１５、モータ１６）と、アンビル２（アンビルアーム４５）を揺動させる駆動装置（連接部４９、クランク部５０、モータ５１）とが、それぞれ別に設けられていたが、ホーンアーム１１とアンビルアーム４５とを一体的に揺動する構造とし、かつそれらに共通の（単独の）揺動手段（駆動装置）を設けてもよい。例えば図３Ｂに示すように、アンビルアーム４５を揺動させる駆動装置を省略し、ホーンアーム１１を揺動させる駆動装置のみを設けて、あるいは図３Ａにおいてホーンアーム１１を揺動させる駆動装置を省略し、アンビルアーム４５を揺動させる駆動装置のみを設けて、ホーンアーム１１とアンビルアーム４５を一体的に揺動させてもよい。つまり、超音波ホーン３のシールヘッド駆動装置と、アンビル２のヘッド対向駆動装置とを兼用した共通の（１つの）駆動装置を採用する。こうすれば、両アーム１１及び４５の揺動、ひいては超音波ホーン３及びアンビル２の揺動の同期を簡単にとることができる。

以上の説明では、図１２に示すように、アンビル２がアンビルアーム４５とカム溝５２により巡回揺動運動を、また超音波ホーン３がホーンアーム１１により往復円弧運動をなし、これらを組み合わせてワーク２６を挟持しつつ両者の往路移動でシールを行う例であったが、図１３に示すように、ホーン３は単純な往復円弧運動、他方、アンビル２は巡回軌跡ではあるが、揺動両端部が滑らかな軌跡ではなく、揺動の両端に死点が生じる鋭角状の折返し点を有する軌跡をアンビル２に付与することもできる。

図１３の動きをアンビル２に付与するために、前述のカム溝５２に代えて、図１４に示すように、ブロック状のカム６０がロール１の外周円筒部１ａの内面に設けられ、その下向きの辺部分で構成されるカム面６１が、アンビル２の側面に設けられたカムフォロワ６１に対向する。アンビル２はアンビルアーム１１の先端部に組み込まれ、ロール１の外周から突出する向きにスプリング４７等の弾性部材により付勢され、カム６０がアンビル２を通過するときには、先行するカム面６１ａがカムフォロワ６２を介してアンビル２をスプリング４７の付勢力に抗してロール１の外周から内部へ退避する向きに押し下げることとなる。

この例で、カム６０はロール１に形成された開口５５の数に対応する数（例えば４個）、ロール１の円周上に等角度間隔に、かつその円周方向において各開口５５の間に位置して、若しくは各開口５５の位置と一部で重複（オーバーラップ）するように設けられる。カム６０のカム面６１は、ロール１の外周円筒部１ａの内面から内向き（ロール１の中心線に接近する方向）の突出量をカム高さとすれば、カム面６１の一方の側（６１ａ）でカム高さが漸増し、中間部（６１ｂ）であまり変化なく、他方の側（６１ｃ）で漸減する形態を備える。

アンビル２がアーム１１により往路揺動を開始して開口５５に臨もうとするときは、アンビル２のカムフォロワ６２がカム６０のカム面６１ｃの近傍にあり、カム６０が存在しないところにアンビル２のカムフォロワ６２が対応すると、スプリング４７によりアンビル２が押し出されて回転するロール１の開口５５から突出し、超音波ホーン３との間でワーク２６を挟持した状態でホーン３、ロール１の開口５５及びワーク２６とともに往方向へ移動し、この往動中の所定時間をかけて超音波によるシールが行われる。

そのシール後、アンビル２がアーム４５により復路の移動に転じる頃には、回転するロール１の後行するカム６０がアンビル２に達し、先行側のカム面６１ａがアンビル２のカムフォロワ６２をスプリング４７のばね力に抗して押し下げることにより、アンビル２が開口５５から引っ込むように退避し、アンビル２はロール１の外周円筒部１ａの内側を潜って、ロール１とは逆向きに揺動（復動）する。アンビル２がその復動から往動に転じる頃には、カムフォロワ６２がカム面６１ｃの近傍に位置してカム６２から外れるようになり、回転するロール１の次にやってくる開口５５から顔を出すように、スプリング４７で押し出され、以後は上記と同じ動作を繰り返す。なお、図１５の（Ａ）〜（Ｂ）において、アンビル２のカムフォロワ６２がカム６０から外れたとき、アンビル２のカムフォロワ６２をロール１の外周円筒部１ａの内周面６３に当てることにより、アンビル２の突出量を規制してもよいし、同図（Ｃ）のように、アンビルアーム４５に形成したストッパ６４に、アンビル２に設けたストッパ対向部６５を当てて、アンビル２の突出量を規制してもよい。また、同図の複数のカム６０を、円環状に連続する１つのカムリングに置き換えることもできる。

以上は、アンビル２と超音波ホーン３を図１３のように同期的に揺動させる例であったが、図２０Ａ〜図２０Ｃに示すように、アンビル２は図１２又は図１３の移動軌跡とし、他方、超音波ホーン３は往復円弧軌跡ではなく、往路はアーム１１による単純な円弧運動であるが、復路は往路軌跡よりロール１の外周面から離間する復路軌跡をホーン３に付与することができ、これによりホーン３の復路においてホーン３がワーク２６に接触（干渉）してその表面を擦ることが解消ないし軽減され、その擦れ等による商品価値の低下を回避する上で有効となる。

そのような往路と復路の軌跡を超音波ホーン３に付与する機構の一例を説明する。
図２１において、超音波ユニット５は、支持部１０よりロール１の外周面に対し接近・離間可能に支持され、この例では、直線ガイド（リニヤベアリング）１２により超音波ユニット５が支持部１０に対し所定範囲でスライドする。

超音波ユニット５のロール１に接近する（例えば下降する）方向の移動は、支持部１０に設けられたストッパ１３によって規制され、超音波ホーン３のロール１に向かう一定限度以上の移動が阻止される。支持部１０は、前記連接部１４を介してクランク部１５に連結され、その駆動手段であるモータ１６により支持部１０、アーム１１が往復円弧運動（振り子運動）をする。

ロール１の外周には複数のカム１８がロール１の外周から突出して設けられ（図２２も参照）、超音波ユニット５には、これらのカム１８に対するカムフォロワ１９が設けられている。カムフォロワ１９は、ロール１の回転に従い、各カム１８に乗り上がりこれを越えることにより、ロール１の外周に対し接近・離間する方向において各カム１８のカム曲線に従って昇降する。

図２３は超音波ユニット５の近傍を示す拡大側面図であり、カム１８はロール１の端面に固定されてカム面がそのロール１の外周から突出し、カムフォロワ１９と接触可能となっている。カムフォロワ１９は、ブラケット２０を介して超音波ホーン３の側面から側方へせり出した位置に設けられ、超音波ホーン３とアンビル２との間に挟まれる重なり状態のシート部（ワーク）と干渉しないようになっている。

カムフォロワ１９がカム１８に乗り上げた状態では、超音波ユニット５が、図２３において上向きに上昇し、超音波ユニット５に設けられストッパ対向部２１が支持部１０に設けられ前述のストッパ１３から離間した状態となる。カムフォロワ１９がカム１８を乗り越えて次のカム１８までの空白部に対応する際は、超音波ユニット５がカム１８の拘束を受けないため、図２３において下降するが、その移動限度は支持部１０に設けられた前述のストッパ１３に超音波ユニット５のストッパ対向部２１が当接することにより規制される。このストッパ１３とストッパ対向部２１との一方又は双方にゴム等の弾性部材を設けることができ、それにより当接時の衝撃や異音が軽減される。

図２４は、カム１８の一例を示すもので、板状をなし、その外縁にカム面２４が形成され、ロール１の端面にボルト孔２５及び図示しないボルト等の締結手段により固定されている。この例のカム面２４はロール１の外周面から突出して前述の超音波ユニット５側のカムフォロワ１９がこれに接触するが、全体としては扁平な台形状に似ており、図中右側から上って（傾斜カム面２４ａ）、その後ほぼ横に延び（頂部カム面２４ｂ）、その後下る（傾斜カム面２４ｃ）。頂部カム面２４ｂは直線的に形成されても（図２５）、アンビルロール１の外側に向かって凸となる円弧状面で形成されてもよいが（図２６）、この例ではアンビルロール１の外方に対して凹となる曲率の小さい円弧状の曲面とされる（図２４）。

カムフォロワ１９がロール１の外周の円弧に沿ってアーム１１により移動し、これに対し頂部カム面２４ｂが凹状に形成されることにより、後述するように、カムフォロワ１９の軌跡がほぼ直線的なものになる。また、傾斜カム面２４ａ、２４ｃも直線状若しくは外側に凸、若しくは逆向きの凹となるように形成することができ、この例ではロール１に対し緩く凹となる曲線とされた例が示されている。このようなカム１８よりカムフォロワ１９に与えられる移動と、揺動するアーム１１によりカムフォロワ１９に与えられる円弧運動との合成により、図２７に示すように、カムフォロワ１９（ひいては超音波ホーン３）の移動軌跡が付与され、図中右からロール１の中心線を中心とする円弧に沿う順方向軌跡Ａと、この順方向軌跡Ａに続いて元の位置に復帰する復帰方向軌跡Ｂとが付与され、順方向軌跡Ａと復帰方向軌跡Ｂとの接続部分は比較的小さい円弧状のコーナー部分とすることが可能であり、また、復帰方向軌跡Ｂの大半又は中間部分は直線状軌跡となり、その両側が傾斜状の軌跡となる。

図２８は、順方向軌跡Ａは図２７と同様で、復帰方向軌跡Ｂ1が大半を直線部分で占め、折返し部分が比較的大きな円弧状のコーナー部となる例である。図２９は順方向軌跡Ａがその端部で折り返し、同じ円弧に沿って一定量復帰したのち、上昇して直線状部分に至り、また下降して円弧状部分に接続する復帰方向軌跡Ｂ2とされる。この例では、順方向軌跡Ａの両端でカムフォロワ（超音波ホーン）の動きが瞬間的にゼロとなる死点が生じる。図２７ないし図２９に示したいずれの軌跡においても、順方向と復帰方向で必ず別の軌跡を通るという意味で超音波ホーンは巡回軌跡をとって移動するということができる。

なお、図３０〜図３３に示すように、順方向軌跡Ａに対してこれと同じように外方に膨出するような凸となる円弧状形態の復帰方向軌跡Ｂ3〜Ｂ6とすることもできる。この場合は、図２４の頂部カム面２４ｂを直線状（図２５）ないしは外側に凸となる緩い円弧状（図２６）とすればよい。

図３４は揺動アーム１１により与えられる超音波ホーン３の往復円弧軌跡の両端Ｐ1、Ｐ2と、カム１８との相対的な位置関係を示すものである。例えば同図（Ｃ）のように、超音波ホーン３が揺動端Ｐ2に達する前に、カム１８の先行端部Ｃ1がカムフォロワ１９を追い越す場合は、ホーン３がその移動端Ｐ2に到達した時には、カム１８の先行端部Ｃ1がホーン３の揺動範囲の外側（他方の揺動端Ｐ1から離れる側）に入り込み（先行・追い越し）、カムフォロワ１９が揺動端Ｐ2に至る前にカム１８に乗り上げてホーン３がアンビルロール１の外周面から離間を始める。この場合は、図２７〜２８や図３０〜図３１の巡回軌跡がホーン３に与えられる。図３４（Ｂ）のように、ホーン３が揺動端Ｐ2に達するまでに、カム１８の先行端部Ｃ1がカムフォロワ１９に追いつかない場合は、その揺動端Ｐ2に対してカム１８の先行端部Ｃ1は揺動範囲の内側（揺動端Ｐ1に近い手前側）にあり（後行）、超音波ホーン３がＰ1からＰ2に至りそこで折り返してＰ1に戻る途中でカム１８に乗り上げて、ホーン３がアンビルロール１の外周面から離間を始めることになるため、この場合は図２９、図３２に示すような巡回軌跡が超音波ホーン３に付与されることとなる。なお図３４（Ａ）のように、超音波ホーン３の移動端Ｐ2とカム１８の先行端部Ｃ1とが一致する同期到達の場合は、図３３のような巡回軌跡となる。上記のように、カム１８の先行端部Ｃ1がホーン揺動端Ｐ2の外側へ入り込むようにオーバーシュートする（＋ｙ）か、内側（手前）に止まるか（−ｙ）かにより、順方向軌跡Ａに続く復帰方向軌跡Ｂの折返し部の軌跡形状が定まることとなる。

超音波ホーン３の順方向工程はホーンアーム１１で付与し、復帰工程はアンビルロール１に固定したカム１８で付与する以外にも、別の方法・形態がある。一例として、図３５に示すように、固定的なカム部材４０が設けられ、このカム部材４０に超音波ホーン３に付与した巡回軌跡に対応するカム溝４１が形成され、このカム溝４１に超音波ホーン３側のカムフォロワ４２が係合する。そして、図３６に示すように、超音波ユニット５が支持部１０においてクランク部１５の回転により連接部１４を介して揺動されると、カムフォロワ４２がそのカム溝４１を巡回することにより、超音波ホーン３に直接的に移動軌跡を付与できる。このカム溝４２による軌跡は、図２７〜図３３等に対応するものが形成できる。図３５の例では、ロール１の外周面に沿った円弧状の順方向軌跡Ａ、これに続く直線状部分ないし円弧状部分を主体とする復帰方向軌跡Ｂが付与され、それらの間が滑らかに連なるコーナー部ないし鋭角に折り返す折返し部とされる。

ホーンアーム１１をクランク１５等により揺動させる前提も必ずしも必須ではない。例えば、図３７に示すように、支持部１０が固定的な部材に設けられた直線状または円弧状その他の固定ガイド４３に往復移動（スライド）可能に支持され、この支持部１０に超音波ユニット５がロール１の外周面に対し接近・離間可能に支持され、支持部１０がクランク部１５により往復動される。これを前提とするとホーンアーム１１は必要ない。そして、図３５に示したような固定的なカム部材４０に形成されたカム溝４１に対し超音波ユニット５側のカムフォロワ４２が係合する。

以上、いくつかの実施例を説明したが、それらの記載に限定して解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。例えば、以上のシールヘッドとして超音波ホーンを例示したが、ヒータ加熱により被ヒール部を熱溶着するヒートシール装置にこの発明を適用することもできる。

１ ロール（回転体）
２ アンビル（ヘッド対向部）
３ 超音波ホーン（シールヘッド）
４ 超音波発生装置
５ 超音波ユニット
１０ 支持部
１１ ホーンアーム
１４ 連接部
１５ クランク部
１６ モータ（シールヘッド駆動装置）
１８ カム
１９ カムフォロワ
２４ カム面
２６、３８ シート状のワーク（被シールワーク）
２７ 第１のシート部（被シール部）
２８ 第２のシート部（被シール部）
２９、３６ 吸水部材
３２ シール線
３３ 切断線
４５ アンビルアーム
４８、６２ カムフォロワ
４９ 連接部
５０ クランク部
５１ モータ（ヘッド対向部駆動装置）
５２ カム溝
５５ 開口（空間）
６０ カム
６１ カム面

Claims (4)

1. 熱溶着性を有する柔軟な連続又は不連続の被シールワークの被シール部を熱で接合するシール装置であって、
   被シールワークを搬送するように駆動される回転体と、
   被シールワークを介してその回転体の外周面に対向するとともにシールのための熱を被シールワークに付与するシールヘッドと、
   そのシールヘッドを被シールワークの搬送に対し順方向へ往路移動させ、かつそれとは逆の復帰方向へ復路移動させることを繰り返すシールヘッド駆動装置と、
   前記シールヘッドとの間に被シールワークを挟持可能であり、かつ前記回転体の内部に、前記帯状ワークの搬送に対し順方向の往路移動及び復帰方向の復路移動が可能な状態で組み込まれたヘッド対向部と、
   そのヘッド対向部を前記シールヘッドの往路移動及び復路移動と連動して往路移動及び復路移動させ、その往路移動において前記シールヘッドとの間で被シールワークを挟持する軌跡を与えるヘッド対向部駆動装置と、を備え、
   前記シールヘッドとヘッド対向部とが共に往路移動する間に両者が被シールワークを挟持した状態でシールが行われ、両者の復路移動後に同じシール動作が繰り返されることを特徴とするシール装置。
2. 前記ヘッド対向部は、その往路移動において前記回転体の外周部に形成された空間から前記シールヘッド側へ接近しかつシールヘッドとともに順方向へ移動する順方向軌跡を付与され、かつその復路移動においては前記往路軌跡より前記回転体の中心側へずれて移動する復帰方向軌跡を付与される請求項１に記載のシール装置。
3. 前記シールヘッドは、往路移動の順方向軌跡と復路移動の復帰方向軌跡として共に前記回転体の外周面に沿った円弧状の同一往復軌跡を付与される請求項１又は２に記載のシール装置。
4. 前記シールヘッドは、その往路移動において前記回転体の外周面に沿った円弧状の順方向軌跡を付与され、その復路移動においては前記往路軌跡より前記回転体の中心から遠ざかる側へずれて移動する復帰方向軌跡を付与される請求項１又は２に記載のシール装置。

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