JP2002510566A - 積層包装材料を溶着する方法 - Google Patents

積層包装材料を溶着する方法

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Abstract

(57)【要約】 互いに溶着される表面にプラスチック材を有する積層包装材（４ａ、４ｂ、５）を、表面と溶着工具とを接触させずに溶着する方法が記載されている。溶着作業を突然に中断することができ且つその後で無駄を生じずに再開することができ、この点において、好ましくは溶着温度を生成する熱エネルギーが経済的に成り立つコストで生成されるように、本発明は、溶着エネルギーとしてレーザ光線を使用することを提供するものであり、レーザ光線は連続出力パワーを有し、包装材ウェブ（５）として溶着される表面は、少なくと１つのウェブに対するレーザ光線の固定照射位置を基準として移動される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、互いに溶着される表面にプラスチック材を有する積層包装材を、表
面と溶着工具とを接触させずに溶着する方法に関する。
【０００２】 本願明細書の冒頭部に記載した種類の方法を利用することに関わる、例えばミ
ルク、ジュース等といった特に液体食品を包装する液体パック製造用の包装機械
は公知である。この種の液体パックを製造、充填、および密封するために、使用
包装材はウェブ状の積層品の形態をなし、積層品ウェブの両面にプラスチック材
がコーティーングされ、支持材または基材として紙が使用されることが知られて
いる。包装用のウェブは、（密封シームを生成するために）断続的な前進移動に
よってロールから引き出され、長手方向の密封シームを形成するように縁部どう
しが重なり関係に溶着された管に形づくられる。この溶着作業は、包装用ウェブ
の溶着対象の縁部を、接触を伴わずに溶着温度約１２０°〜１５０°に加熱する
高温エアによって行われる。そのようにして軟化させたプラスチックコーティー
ングを包装用ウェブの他の縁部に押し付けることによって長手方向の密封シーム
ができ、それによって液密のチューブが形成される。その後、液密のチューブは
充填され、横方向に密封され、そして最後に形が整えられる。
【０００３】 高温エアを使って長手方向のシームを溶着する作業は、パックに充填する工程
の直前に実行される。細長い加熱素子が前進移動の長さわたって材料ウェブに直
接に高温エアを送風するのだが、生成された熱の圧倒的大部分が廃熱として失わ
れ、当該溶着方法の効率はわずか約２％であるなど、この手順には、噴出エアが
拡散して周囲領域の温度を上昇させるという欠点がある。
【０００４】 また、エネルギー担体として高温エアを使用すると、製造開始時に適切な機械
予熱段階を要する、という別の欠点を伴う。高温エアによるエネルギー印加の制
御を怠惰にしたことによって包装機械の動作が途中停止すると、チューブに十分
な強さの長手方向密封シームが形成されないために不良パッケージとなる。シー
ムは破裂して開き、機械の中で液体食品がパックから流れ出て、ひどい汚染を引
き起こす。高温エアによる溶着を利用する場合、十分に液密なパックが提供され
る安定した動作状態に達するまでに長い回転立上り時間が要求される。そのよう
に操作される包装機械は、莫大な損耗費のためだけに、オン／オフの切換が暫時
行われる可能性がある。これらの問題は、無菌包装の場合に著しく激化する。ま
た、溶着位置の周囲のエリアは１日の時間や季節毎に温度が異なるため、前述の
回転立ち上がり時間等の条件を再現することもできない。高温エアのカートリッ
ジの古さも、機械のオン／オフ切換時の再現性不良の一因である。
【０００５】 本願明細書の冒頭部に記載された種類の積層包装材を溶着する別の方法として
、例えば横方向の密封シームを、前述の種類の包装機械において誘導熱によって
生成する方法も公知である。この溶着方法の主な欠点は、誘導熱を生じさせるた
めに包装材が金属層を有していなくてはならないことである。従来のパックの場
合は、しばしばここにアルミニウムが使用されている。しかしながら、アルミニ
ウム層を含まない材料は、誘導熱で溶着することができない。誘導法には、エネ
ルギーが直接に印加されず、ミリメートルの範囲の箇所におけるエネルギー密度
の高さが不十分であり、そのため、高温エアによる加熱を伴う方法と同様に、包
装材ウェブの任意の長さにわたってエネルギーが印加される、という更に別の欠
点がある。機器が暫時オン／オフ（短期停止）されると、この場合も再び、エネ
ルギーが印加される長さに応じて相当量の無駄が出るという欠点が存在する。
【０００６】 従って、本発明の目的は、本願明細書の冒頭部に記載した積層包装材の溶着方
法を、好ましくは溶着温度を生成する熱エネルギーを経済的に成り立つコストで
生成するとともに、突然に中断することができ、且つ、その後で無駄を生じずに
再継続できるように整えることである。
【０００７】 本発明によれば、この目的は、溶着エネルギーとしてレーザ光線を使用するこ
とによって達成される。レーザ光線は突然のオン／オフの切り換えが可能で、こ
の点で、包装材の表面上の加熱対象のプラスチック材の温度は、レーザがオンに
なると瞬時に溶融温度を取り戻す。この手順によれば、包装製造機の作動中に時
々起こる不可避の中断によって、穴が生じたり、包装用チューブの縁部領域の不
溶着が生じることが無く、そのため結果として、前もって運転停止している包装
機械を始動した後の無駄や不良品が実質的に生じない。
【０００８】 ここで考えることができる包装材は、プラスチック材、プラスチックがコーテ
ィーングされた金属箔またはシート、および、場合によっては、これについては
望ましいものとは考えられないが、他の支持材を有しないプラスチック箔または
シートによって被覆された支持材としての紙である。包装材は、プラスチック材
をコーティーングしたことによる積層品、または、前述種類の種々材料を重ね合
わせたことによる積層品、例えばプラスチック材付き金属、金属およびプラスチ
ック付き紙等である。包装材は、プレートすなわちパネル、シート、またはウェ
ブの形態であってよく、この形態の場合、本発明による方法では、包装材は、少
なくとも片面がプラスチック材でコーティーングされている面で互いに溶着させ
ることができる。この新規な方法では、溶接用のあご部等は不要であるが、それ
に反してエネルギーは光学式に直接印加され、その方法で無菌パックの無菌充填
および密封に対応することも可能であるという利点を有する。本発明による溶着
方法は、ひとたび確立された無菌状態に影響を及ぼすことは無い。
【０００９】 公知の誘導法と比較すると、本発明による溶着方法は積層品の金属箔またはシ
ートを選ばない。
【００１０】 ビーム形状および溶接位置におけるビームのパワー分布により、溶融温度を生
成するレーザの所要エネルギーを、既知の熱源の所要エネルギーより低くなるよ
うに設定できる。以下に詳述するように、レーザの使用による損失低減は、高温
エア法と比較して、最大で５０％である。
【００１１】 本発明によれば、レーザ光線が連続的な出力パワーを有し、包装材のウェブの
形態の溶着対象面が、少なくとも１つの材料ウェブに対するレーザ光線の固定照
射位置を基準として移動される場合にも有利である。包装機械の連続動作が保証
されるようなエネルギー密度レベルで、経済的に成り立つようにレーザ光線を生
成することができる。溶接位置に熱を生成するエネルギーを発生させるためにレ
ーザを使用することにより、機械全体の中の溶接装置が単純化される。この点に
関し、材料ウェブは、レーザ光線の照射位置を基準として均一な前進移動速度で
移動されることが好ましい。このように、長手方向の密封シームを連続的に形成
し、それによって包装機械の生産量を増加させることが可能である。レーザパワ
ーを材料ウェブの前進移動速度に関係付けると、その関係は、例えばＪ／ｃｍで
指定できる距離エネルギーＥとして定義できる。距離エネルギーＥは、溶接手順
を特徴付ける。例えば１０〜２５ｍ／分の範囲の前進移動速度を採用する場合、
本願明細書で考究されているレーザ光線を利用すれば、溶接シーム領域からの熱
伝導による損失が無い。一方、レーザパワーと前進移動速度の相互関係により、
一次停止後の機械の始動に際して制御または調整が可能であることが研究により
分かった。レーザ光線の固定照射位置（溶接位置）における材料ウェブの移動に
は、前進移動速度２４ｍ／分が特に好ましいことが判明した。
【００１２】 本発明の別の有利な構成では、包装材を溶着するためのレーザ光線を生成する
ために、少なくとも１つのダイオードレーザ、好ましくは相互に並置されたダイ
オードレーザ群が使用される。レーザ光線の作用下で本発明による方法を利用す
ることにより、包装用積層品の各外面層を形成するＰＥ層の溶融に対応できるこ
とが分かった。
【００１３】 溶接エネルギーのようなものとしてレーザ光線を使用するという前述の教示に
よれば、原則として種々のレーザシステムを使用できる。いずれも必要な溶接エ
ネルギーを生成するために基本的に利用できるＣＯ２レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザ、および前述のダイオードレーザは、公知である。ＣＯ２レーザは、優れたビ
ーム結合効果と優れた照射吸収を有する。しかしながら、その場合、レーザの操
作に際してガスを供給する必要があり、少なからぬ所要空間量のことを考慮しな
くてはならず、また、時として高い料金を支払わなくてはならない。これらの欠
点により、多くの使用状況においてＣＯ２レーザの採用が見送られている。Ｎｄ
：ＹＡＧレーザとダイオードレーザは、いずれも、近赤外の領域において同様の
波長を発する。また、両レーザは、ビーム結合用のミラー光学系を全く要しない
という利点にも恵まれている。しかしながら、光学的出力パワーに対する電気的
供給パワーの効率の度合いは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの場合が僅か５％に過ぎない
のに対して、ダイオードレーザの効率の度合いは４５％である。本発明で推奨さ
れるダイオードレーザの使用により、レーザの操作に際して付加的なガスまたは
他の媒体を活性化する必要が無く、また、ダイオードレーザは三次元の観点から
見て小型であるという利点も有する。ダイオードレーザによって発せられる光線
の波長のため、達成される吸収率も許容程度の高さを有する。また、他のレーザ
タイプを使用したときよりも簡単に溶接または接合ゾーンの直線上にビーム形成
を行わずにはっきりと転送できる直線光線を既にダイオードレーザ自体が生成し
ている、という更に別の利点がある。包装材のウェブ表面に対するレーザ照射位
置においてレーザ光線が直線状であると、溶着シームの幅を定める直線の長さで
、レーザ光線の線に垂直な材料ウェブの移動時に所望の幅に溶接シームを生成で
きることが明らかである。
【００１４】 レーザ単体でなく、ダイオードレーザ群を使用する場合には、ダイオードレー
ザの直線的に集束されるエネルギーを倍増することができる。ダイオードレーザ
群は、いわゆるレーザモジュールを構成する。好適実施形態では、レーザモジュ
ールは、アレイに組み合わせられて１０倍の高さの光放射電力レベルを生成する
、１０個の高パワーダイオードを含む。このように、電流強度５０Ａで、４００
Ｗの放射パワーレベルが達成される。
【００１５】 更に別の好適実施形態において、ダイオードによって発せられる強発散光線は
、光学系によって垂直方向にコリメートすることができる。コリメートされた各
ビームは、例えば０．８×８ｍｍの直線上に、適切な光学手段によって集束され
るビームクラスタを形成する。
【００１６】 例えば、有利な実施形態において、２４ｍ／分という移動ウェブ製造速度を使
用すると、溶接位置において４００Ｗを上回るレーザ出力で直線ビームを生成す
ることが可能である。
【００１７】 溶接位置からある距離を置いてレーザアレイを配置しなくてはならない場合、
溶接位置まで光ファイバによって放射エネルギーを搬送することができる。
【００１８】 本発明によれば、窓を経由して固定光学系によって、および／または、光導波
管によって、自由ビームの形態のレーザ光線を包装材に供給する場合にも有利で
ある。いずれにせよ、異物が溶接位置と接触しないため、そのような供給は無接
触式に行われ、包装材が化学的に悪影響を受けることは全くない。クリーンルー
ムまたは無菌室で包装材料を溶着する場合、窓には大きな利点がある。更に詳細
には、溶着エネルギーを無菌室の外側で問題無く生成して窓を経由して無菌室に
連結できる。本発明による教示によれば、ビームは関連機械要素に何の問題もな
く誘導される。ＣＯ２レーザの場合、ビーム誘導は、総じてダイオードレーザを
使用した場合ほど有利でない。ＣＯ２レーザを使用すると、一般に断面が円形の
ビームの生成を免れず、これを直線に変換しなくてはならない。ダイオードレー
ザは、そのようなビーム整形手順を必要としないので、最適処理の利点を利用し
て固定光学系を単純化することができる。
【００１９】 入射角≠０°で包装材の少なくとも一方の表面にレーザビームが当たるような
構成も好ましい。溶融手順に利用されるプラスチック材が溶融温度まで加熱可能
であるためには、レーザ光線のエネルギーがプラスチック材に吸収されなくては
ならない。一方、吸収は、例えば、レーザ光線が吸収される媒体、したがってこ
の場合はプラスチック材、の性質など、種々の要因に依存する。プラスチック材
は、材料に固有の吸収率αを有する。また、吸収は、材料の厚さ、レーザ光線の
波長λ、および媒体表面したがって本件の場合はプラスチック材の表面にレーザ
光線が入射する際の入射角に依存している。吸収される光線の比率は、１−ｅ− αｚ で表すことができる。
【００２０】 包装積層品のコーティーングとして、ここで関係のあるプラスチック材に対し
て種々の厚さが使用されるが、好ましくはポリエチレンを含むプラスチック材で
、その厚さが５〜４０μｍであることが好ましい。下限のプラスチック層に、す
なわち実際の状況で一般的な５μｍまたは７μｍの距離にわたって、吸収が吸収
される場合、入射角０°すなわちプラスチック材の表面に垂直に当たるレーザ光
線では十分な吸収が起こらない。
【００２１】 一般に認められているように、レーザシステムを正確に選択することに関連し
て、適切な波長λを発するレーザを見つけることができる。高い吸収率αと、そ
れによって結果的に実現される小さなレーザ光線侵入深さとを備えるＣＯ２レー
ザは、λ＞２５００ｎｍで高い吸収レベルを呈するしかしながら実際には、前述
のＣＯ２レーザの欠点が深刻過ぎてＣＯ２レーザを常時使用できないような状況
であることが多い。当該プラスチック材は水を含んでいることが特に多い。その
ような水は、溶着作業時に水滴の雲状物の形態に気化し、ＣＯ２レーザの放射を
著しく妨害する 他方、当該レーザの連続出力パワーが推奨されるため、利用可能なレーザシス
テム、すなわちＮｄ：ＹＡＧレーザおよびダイオードレーザの両方から固体レー
ザが選択される。前者は１．０６４μｍの波長λを発し、ダイオードレーザは、
約８００〜９８０ｎｍの波長を発する。
【００２２】 上に定義した吸収比＝１−ｅ−αｚから、材料によって定まる固定吸収率と利
用することにより、吸収深さｚを変更するという観点での変動および向上の可能
性があることが分かるであろう。特に使用されることが好ましいダイオードレー
ザの場合に悪くなるλ（波長）を補正するためになすべき努力は、吸収長ｚを増
加させることが本発明によれば、これは、入射角≠０°を導入することによって
達成される。言い換えると、吸収長を倍増させることができるので、レーザ光線
はプラスチック材の表面に、垂直ではなく斜めに当たるべきである。これにより
更に８０〜９０％になりうる高レベルの吸収が実現される。吸収長を正しく選択
することにより、従って、入射角を正しく選択することにより、プラスチック材
の十分に長い距離にわたってレーザ光線を通すことができれば、所望程度の吸収
が達成され、溶融手順に必要な温度が生成される。
【００２３】 これについては、本発明による入射角度が、４５°〜８４°、好ましくは７５
°〜８３°、特にかなり好ましくは８１°であれば、特に好ましい。
【００２４】 前述の入射角の値の選択は全く明らかではない。レーザの使用時に、当業者は
、レーザ光線がある出口開口を有していること、またはレーザビームがビームの
開き角度を有していることを常に確認するであろう。このように、８４°という
入射角の範囲上限が最大値であるが、それは、８４°がレーザ光線のビーム開き
角度の半分、すなわち、開口数ＮＡに相当するからである。本発明は、指定パラ
メータにより、実際の状況下で達成可能であり且つ優れた吸収値を与えるレーザ
光線入射角を利用することを教示するものである。
【００２５】 実に優れている当該吸収は、使用されることが好ましい連続出力パワーを備え
たダイオードレーザによって達成される。プラスチック材は、また、波長λ＜３
００ｎｍで高レベルの吸収率を有している。実際のところ、当該波長範囲で放射
するレーザは存在しているが、例えば数百ワットという適切なパワーはパルス光
でしか達成することができず、それにより本発明による教示の適用が制限され、
そのため、直前に述べた小波長は度外視される。
【００２６】 本発明では、ビーム断面におけるパワー分布が、照射位置に投影される直線の
中心点について非対称となるように設定されるようにすることが、更に有利であ
る。
【００２７】 研究により、ビーム断面のエネルギーは、溶着位置において投影すなわち集束
される直線に沿ってガウス曲線の形に分布することが分かっている。ガウス曲線
すなわち正規曲線の幅は集束された直線の長さによって決まり、実際の実施態様
では１８ｍｍであった。ビーム断面のパワー分布は、線状焦点［ｍｍ］に沿って
座標にエネルギー密度ＥＳ［Ｊ／ｃｍ２］が適用された場合に表現されうるエネ
ルギー分布に対応している。映写直線の中心が最大となり、ガウス曲線は、通常
、この中心点について対称となっている。任意の温度について任意のエネルギー
密度が要求され、従って、エネルギー密度を座標値で与えることが要求される。
座標の高さは、積層品表面が互いに溶着可能な、いわゆる軟化すなわち接合温度
に対応する。
【００２８】 本発明の有利な発展として上に推奨されたようにパワー分布を非対称に構成す
ると、溶着手順の際に、線状焦点に沿った位置の１箇所に応じて、より高い温度
を達成し、その横の空間でより低い温度を達成することが可能である。これは、
例えば種々の材料を互いに溶着させる前述の状況には、有利である。包装用チュ
ーブを形成するための長手方向密封シームの形成という観点から言うと、長手方
向密封シームの形成と同時に、薄いプラスチック箔またはシートを含む縁部保護
ストリップを包装用チューブ内部の所定位置に溶着する場合に、当該方法が役割
を果たすことが明確である。積層品ウェブの傍らに配置されたプラスチック製の
縁部保護ストリップと異なる温度で、積層品ウェブ自体を例えば７．５ｍｍの重
なりで溶着できることが分かるであろう。一般の認めるところでは縁部保護スト
リップは幅が７ｍｍであるが、積層品の内側の３ｍｍの重なり部と共に溶着され
る。その点に関し、本発明による方法では、３ｍｍの重なり部が前述の７．５ｍ
ｍ重なり部に溶着される。ある場合には、積層品が積層品に溶着され、隣接する
別の場合には、純粋なプラスチック箔またはシートが積層品に溶着される。
【００２９】 本発明によれば、それは、ビーム切断面のパワー分布が四角形の場合にも有利
である。ダイオードレーザは、所望の高さおよび幅の四角形の形に設定できる、
前述のパワー分布に対応する均質なエネルギー分布を有している。四角形の形状
を利用する本発明の教示によれば手順の効率は高い。これは、線上焦点の座標に
関連させてエネルギー密度を表す場合に、ガウス分布の場合、当該四角形の外側
にあるこれらの領域によって生じる、または同に相当しうる損失が取り除かれる
からである。実際の実施形態において、ポリエチレンの溶着の場合、溶着手順に
必要なエネルギー密度は６Ｊ／ｃｍ２（四角形の高さ）であることが分かってい
る。
【００３０】 理解を深めるために、ガウス曲線または前述の四角形は溶着シームに対する縦
方向の温度分布と解釈することもできる。
【００３１】 本発明によれば、接合ゾーンすなわち溶接位置の温度を検出し、それによって
レーザパワーを制御すれば、更に望ましい。この方法により、有利なことに、接
合ゾーンの温度を一定に保つことができる。関連温度の検出は、放射高温計によ
って無接触式に実行できる。放射高温形は、温度に比例する信号を供給し、その
信号を利用してレーザのパワーを制御することができる。
【００３２】 これに関しては、例えば放射放熱器によって積層ウェブを予熱することが更に
有利であることが分かっており、具体例において、予熱温度として８０℃が適し
ていることが証明された。また、８０℃に加熱することにより、溶着作業に必要
なレーザパワーを、周囲温度の積層品と比較して２５％減少させることができる
。
【００３３】 本発明によれば、レーザパワーの制御が前進移動速度によって行われる場合に
も有利である。本発明のこの別形態によれば、前進に同速度を検出し、その結果
として得られる信号によってレーザのパワーを制御する。試験により、各ビーム
入射角度に左右される、前進移動速度に対するレーザパワーの依存性が示された
。例えば包装機械の始動時などの前進移動速度の変化時に、前述の依存性すなわ
ち関係によって放射パワーを調整できる。
【００３４】 本発明の更に別の利点、特徴、および可能用途は、添付図面を参照する以下の
好適実施形態の説明から明らかになるであろう。
【００３５】 （好適実施形態の説明） 本願明細書の図面に記載された好適実施形態において、プラスチック材料でコ
ーティーングされる材料ウェブは、図１の参照符号１によって概括的に識別され
ている平行六面体の液体パックを提供するように折り畳まれて溶着される。図面
を見る人間に、記載矢印の方向にあって図２の紙面と一致する断面を有する長手
方向密封シーム２が見えるように、４つの四角形の側面のうちの前方の２つのエ
リアを切り欠いてある。図２から、外側に配置された側面４ｂの縁部が、内側に
配置された側面４ａの左側縁部の上の所定の位置で密封されていることが分かる
であろう。積層包装材ウェブ５の内面は、例えばポリエチレンなどのプラスチッ
ク材料６でコーティーングされている。例えば、やはりポリエチレン箔を含む縁
部保護ストリップ７は、図２に模式的に示されている様式でパックの内側の所定
の位置に接合される。この密封すなわち溶着作業、および側面４ａ、４ｂを形成
するための包装材ウェブ５の２つの縁部領域に関する密封すなわち溶着作業は、
レーザ光線によって以下に記載されるように実施される。
【００３６】 溶着エネルギーの印加位置および溶着エネルギーを印加する目的がより深く理
解できるように、図３を参照しながら、それ自体が部分的に公知である製造シス
テムについて簡単に述べる。包装材ウェブ５は、供給ロール８から、最初に処理
ステーションに、矢印９で示されているコンベヤの方向（コンベヤ方向）に通さ
れ、そこで、材料ウェブ５の縁部３に縁部保護ストリップ７が接合される。別の
処理ステーションを通過後、下流の垂直走行において、密封すなわち溶着対象の
プラスチック材の支持材の、本願明細書において紙チューブ１０とも呼ばれてい
る材料チューブを形成する操作が実施される。上部方向変更ローラ１１において
、コンベヤ方向９’である垂直下方向を指す矢印方向に、材料ウェブ５は、その
扁平ウェブという形状から離れ、この場合だと、ウェブ５は、ここでは示されて
いない支持ローラ、可動サポート、および整形リングによって次第に円形を帯び
る。当該手順は、図３〜５および図１０においても、はっきりと見ることができ
る。初期の機械では、図３に記載されているように、少なくとも縁部３の加熱作
業が高温エアノズル１２によって行われていた。あるいは、本発明の場合、当該
作業は、圧力ローラ１４と反対圧力すなわち支持ローラ１５との間で２つのウェ
ブ部を一緒に圧延した照射すなわち接合位置１３において、これら２つのウェブ
部が図２に模式的に示されている結合状態になるまで、直接に実施される。
【００３７】 注入管１６は、チューブ１０の開放スロットに上から嵌め合わされ、チューブ
の形成に伴って挿入される。このように、長手方向密封シームによって下側領域
を閉じられた紙チューブ１０に入れる予定の液体が充填される。密封用あご部（
不図示）によって横方向密封シーム１７が先に形成されており、横方向密封シー
ム１７の上にコンベヤ方向９’に所定の間隔を置いて第２の横方向密封シームが
形成され、それと共にパック１が閉じられるまで、液体が注がれる。両端が閉じ
られたパックは１８で切断された後、曲線状矢印１９で示されるように加工ホイ
ールの上を通って、種々の処理ステーションに渡され、そこでパック１は、図３
の下部に示されている立方形状を帯びるように所定の形状に整えられる。仕上が
ったパック１は、矢印２０で示されているようにそこから縦方向に取り除かれる
。
【００３８】 レーザ光線によって材料を溶接する、本発明による方法を説明するために、図
４〜１３を参照する。その中に多少なりとも記載されているのは、２１で切断さ
れ、既に部分的に曲げられており、コンベヤ方向９’に前進し続けるにつれてロ
ーラと整形リング（不図示）によって紙チューブ１０を形成するように形作られ
る包装材すなわち紙ウェブ５である。紙チューブ１０は、下部が２２で切断され
ている。実際には、紙チューブ１０は、図３に記載のように１８（パック切断作
業）の位置まで延びていると考えなくてはならない。
【００３９】 同様に、注入管１６も、上部（下流）がコンベヤ方向９’の２３で、下部（コ
ンベヤ方向の上流）が２４で切断された状態で示されている。
【００４０】 照射、接合、すなわち溶接位置１３は、圧力ローラ１４と反対圧力ローラ１５
の間隙に直接に入る。本願明細書では、側面４ａおよび４ｂの縁部は、後から圧
力ローラ１４と１５の間の圧延手順を受けるために、最初に一方が他方のすぐ上
に正確に載っている。したがって、例えば、図９に記載の図では、紙チューブ１
０は、ロール間隙の下に直線状に出てくるが、ロール上方では、側面４ａの一方
の縁部が右内側の線で示され、同様に他方の側面は左側の線４ｂで示されている
。その間に配置されているのは、光ガイドケーブルまたはガラスファイバアレイ
と呼ぶこともできる光導波管２６の下流下端部２５である。光導波路２６は、最
初にその下流下端部２５から、紙チューブ１０のコンベヤ方向９’と逆の関係に
所定距離だけ上方向に延び、その後、２８で水平方向に曲がり、レーザビーム源
２９に入るように再び２７で曲がっている。レーザビーム源は、相互に並置され
たダイオードレーザ群（不図示）である。
【００４１】 図６および８の円ＶＩＩおよびＩＸ内に記載された領域に配置されているのは
、概括的に参照符号１３’で識別され、圧力ローラ１４と反対圧力ローラ１５と
の間の照射ゾーン１３にある接合ゾーンである。
【００４２】 図７と９から、両方の圧力ローラ１４と１５が、軸１４ａ（圧力ローラの回転
軸）と１５ａ（反対圧力ローラ１５の回転軸）の周りに回転可能にそれぞれ取り
付けられていることが分かるであろう。反対圧力ローラ１５の回転軸１５ａは動
かないように固定されており、一方、圧力ローラ１４の回転軸１４ａは、取付部
３２を介して上部が注入管１６のほぼ光導波管２６の端部２５の高さに固定され
ている板ばね３１の端部にホルダ３０が固定されていることにより、ホルダ３０
内に弾性的な付勢関係に支持されている（図９）。接合ゾーン１３’の領域内で
、注入管１６は、圧力ローラ１４をそのホルダ３０により、注入管１６と紙チュ
ーブ１０の間の環状空間内で移動可能に支持するために、図８および９の断面で
浅いくぼみの形態で見ることができる開口を有している。
【００４３】 パック１が公知の１リットル液体パックの１つである場合、好適実施形態では
、注入管１６の直径ｄは、その最も広い位置でちょうど８０ｍｍにすることがで
きる。チューブ１０の直径Ｄは、圧力ローラ１４の下で、ちょうど１００ｍｍで
ある。その取付部３２と圧力ローラ１４の回転軸１４ａの高さとの間の板ばね３
１の長さは、５〜３０ｍｍ、好ましくは１０〜２５ｍｍ、実施例だけに限れば１
８ｍｍである。レーザ光線３３の照射位置１３（下部の下流位置）と、光導波路
２６の端部２５（上部の上流側）との間も同様な長さである。言い換えると、光
導波管２６の端部２５の位置すなわち高さは、紙チューブ１０の性質と、したが
って紙ウェブ５に対するレーザ光線３３の入射角ベータ（図１３）とに依存する
。実際には、光導波管２６の下流端部２５は、外側の紙ウェブ５に対する詰まり
や問題となる接触を生じること無く、照射位置１３に向かって下流側にできる限
り遠くに移動される。実際には、２つの材料ウェブ５が一点に集合する角度２β
は、約２°の大きさである。
【００４４】 レーザ光線３３は、光導波管２６の下流端部２５から紙ウェブ５のコンベヤ方
向９’に出て材料ウェブ５の２つのポリエチレン面を加熱する。材料ウェブ４の
表面は相手の上に圧延される。ポリエチレン層を軟化するために必要なエネルギ
ーは、前述の方法により、ごく短時間で照射位置１３に印加でき、その後、反対
圧力ローラ１５と協働状態にある圧力ローラ１４が、ウェブの２つの縁部を圧延
する。
【００４５】 図７と１２は、紙ウェブ５のコンベヤ方向９’に見た図になっている。図は注
入管１６の開口３４の内側に関するものであり、開口３４から半径方向外側に内
側曲がり境界１６’があり、外側曲がり境界１６”と同半径の外面が上方向に続
いていることが分かる。
【００４６】 図６において、紙ウェブの切断縁部２１内の種々の線は、例えば曲線３５など
の曲線である。
【００４７】 特定実施形態において、光導波管２６は、ここでは、扁平なファイバアレイま
たはバンドルの形をしており、光導波管２６内での損失が僅かなので、最大１０
ｍの長さにすることができる。
【００４８】 図１３に、種々の角度を規定する。この領域における紙ウェブ５のコンベヤ方
向９’と一致するレーザビーム３３の軸と紙ウェブ５との間の前述の入射角βの
他に、図１３の上部には、レーザ光線３３の開き角度γも記載されている。右下
のδによって入射角が示されている。実線で示されている紙ウェブ５の反対側に
配置される紙ウェブは、ダブルドットだけで示されている。図１３の右下の破線
３６は、紙ウェブ５のラインに対して９０°の角度をなす。
【００４９】 図１４に、
【００２７】と関連して上に記載された、３種類の異なるビーム長
ｘに関するガウス曲線を示す。線状焦点ｘ［ｍｍ］に沿って座標にエネルギー密
度Ｅｓ［Ｊ／ｃｍ２］が印加される。原点について対称に描かれた記載四角形の
領域は、照射位置１３においてレーザ光線３３によって溶着用に印加される、ま
たは印加可能なエネルギーを表す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 部分的に側面を切り欠いた、立方形の液体パックの斜視図である
。
【図２】 切断面が図１記載の矢印の方向である、拡大倍尺による切欠き断
面図である。
【図３】 枠または支持具無しで機械のいくつかの部品のみを示し、ロール
からパックが製造されるまでの一般的なウェブの経路を示す斜視図である。
【図４】 紙チューブ内で切り欠いた状態で示されている注入管と、光ガイ
ドケーブル付きの外側に配置されたレーザ光源とを備えている、紙チューブの切
欠き斜視図である。
【図５】 開いている正面側からの図４のチューブの正面図である。
【図６】 図５または図４のそれぞれの平面図である。
【図７】 図７の円ＶＩＩの詳細図である。
【図８】 線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩについて切った図５のチューブを通る断面
図である。
【図９】 図８のＩＸで示される詳細を拡大倍尺で示す切欠き図である。
【図１０】 開いているチューブを見たときの、図５と同様な図である。
【図１１】 図１０のチューブの平面図である。
【図１２】 図１１のＸＩＩで示される部分を拡大倍尺で示す詳細図である
。
【図１３】 光ファイバの一端と、１つの紙ウェブ状のレーザ光の照射点と
の間の角度を示す図である。
【図１４】 接合位置に導入されるエネルギーを表すグラフである。
【符号の説明】
１ 立方形液体パック ２ 長手方向密封シーム ３ 側面の左縁部 ４ａ 内部側面 ４ｂ 外部側面 ５ 包装材ウェブ ６ プラスチック材コーティーング ７ 縁部保護ストリップ ８ 供給ロール ９ 矢印（コンベヤの方向） ９’ コンベヤの方向 １０ 紙チューブ １１ 上部方向変更ローラ １２ 高温エアノズル １３ 照射接合位置 １３’ 接合ゾーン １４ 圧力ローラ １４ａ 圧力ローラの回転軸 １５ 反対圧力ローラ １５ａ 反対圧力ローラの回転軸 １６ 注入管 １６’ 内側曲がり境界 １６” 外側曲がり境界 １７ 長手方向密封シーム １８ 切断 １９ 曲線状矢印（パック１の処理ステーションへの方向） ２０ 矢印（縦方向） ２１ 部分的に湾曲した材料ウェブの上側切欠き位置 ２２ 各チューブ１０の下側切欠き位置 ２３ 注入管の上側切欠き位置 ２４ 注入管の下側切欠き位置 ２５ 光導波管の下端部 ２６ 光導波管 ２７ 光導波管の曲がり位置 ２８ 光導波管の水平曲がり部 ２９ レーザ光源 ３０ ホルダ ３１ 板ばね ３２ 充填管への取付部 ３３ レーザ光線 ３４ 注入管の開口 ３５ 曲がり位置 ３６ 破線 ｄ 注入管の直径 Ｄ チューブ１０の直径 β 光線入射角 γ ビームの開き角度 δ 入射角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ， ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，Ｈ Ｕ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 トローシェ ハンス ゲオルグ ドイツ連邦共和国 アーシェン ディー 52074 94 ステッペンベルガリー Ｆターム(参考） 4F211 AA04 AD05 AD08 AD20 AD32 AG07 AH54 TA01 TC14 TC17 TD11 TJ13 TJ14 TJ22 TN27

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに溶着される表面にプラスチック材（６）を有する積層
    包装材（４ａ、４ｂ、５）を、前記表面と溶着工具とを接触させずに溶着する方
    法であって、レーザ光線（３３）を溶着エネルギーとして使用することを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 前記レーザ光線（３３）は、連続出力パワーを有し、包装用
    ウェブとして溶着される前記表面は、少なくとも１つの前記ウェブ上の前記レー
    ザ光線（３３）の固定照射位置（１３）を基準として移動されることを特徴とす
    る、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記包装材（４ａ、４ｂ、５）を溶着するための前記レーザ
    光線（３３）を生成するために、少なくとも１つ、好ましくは相互に並置された
    ダイオードレーザ群が使用されることを特徴とする、請求項１または請求項２に
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記レーザ光線（３３）は、自由ビームの形態で窓を介して
    固定光学系および／または光導波管（２６）よって前記包装材（４ａ、４ｂ、５
    ）に供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記レーザビーム（３３）は、前記包装材（４ａ、４ｂ、５
    ）の少なくとも一つの表面に、入射角δ≠０°で入射することを特徴とする、請
    求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記入射角（δ）は、４５°〜８４°、好ましくは７５°〜
    ８３°、特にかなり好ましくは８１°であることを特徴とする、請求項１〜５の
    いずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記ビームの断面におけるパワー分布は、前記照射位置（１
    ３）に投影される直線の中心点について非対称であることを特徴とする、請求項
    １〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ビームの断面における前記パワー分布は四角形であるこ
    とを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 接合ゾーン（１３’）の温度を検出し、それによって前記レ
    ーザパワーを制御することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】 前記レーザパワーの制御は、前記前進移動速度を制御する
    ことによって行われることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の
    方法。
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