JP2005509566A - プラスチック部品を複合容器に誘導融着するための方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 低周波発生器に電気的に接続された一対の直線状のコイル（３０、３２）を使用して、プラスチック部品（２４）を複合容器（１２）に誘導融着するための方法が開示されている。直線状コイル（３０、３２）は、容器（１２）の両側に重なり合う電磁界を生成する。容器（１２）を回転させることにより、ポリエチレン内張とプラスチック部品（２４）を確実に均一に加熱できるようになる。本方法は、内張とプラスチック部品（２４）の間に信頼できる融着部を生成すると共に、高速の生産速度で使用することができる。

Description

本特許は、誘導加熱を用いて、複合容器にプラスチック部品を取り付けるための方法に関する。より詳細には、本特許は、プラスチック部品を容器の上部に配置し、容器の上部を１対の直線状のコイルにより発生する電磁界に曝すことにより、プラスチック部品を複合容器に誘導融着するための方法に関する。

複合容器は、飲用混合物、スナック、及びその他の食品を保管するために広く用いられている。代表的な複合容器は、円筒状本体と、プラスチック又は金属の底部と、プラスチックの外蓋を有している。容器本体は、ポリフォイル（ｐｏｌｙｆｏｉｌ）の内張と、厚紙の構造層と、紙の外側ラベルとで構成されている。ポリフォイルの内側層は、容器の内容物に接する防湿性の熱可塑性層と、熱可塑性層に隣接する金属箔の層と、外側の紙の層を有している。内容物の鮮度を保持し、貯蔵期間を長くするために、プラスチックの融着部がプラスチックの蓋の下に配置され、容器の上縁部に融着されている。或いは、プラスチックの蓋を、容器本体に直接融着してもよい。プラスチックの融着部又は蓋を複合容器に融着するのは、しばしば、プラスチックの融着部又は蓋を容器本体に押し付けながら加熱することによって行なわれる。プラスチックの融着部又は蓋を加熱するのには、輻射加熱や伝導加熱を含め多様な手段が知られているが、最も成功している手段は、少なくとも複合容器に関しては、誘導加熱である。

誘導加熱は、熱を発する材料に流す電流に依存する処理である。誘導加熱には、電気エネルギー源、誘導コイル、及び導電性の目標材料（加熱対象の材料）が必要である。電気が誘導コイルを通る際に、コイルの周りに電磁界が発生する。電磁界の形状は、コイルの形状により異なる。目標材料が電磁界に曝されると、目標材料内に渦電流が発生し、抵抗損失により目標材料が加熱される。目標材料からの熱は、隣接するプラスチック材料に伝えられ、プラスチック材料を軟化させて融合一体化させる。プラスチック材料は、冷却すると融着部を形成する。

プラスチックの蓋を複合容器上に融着する場合、融着部が破れるのを防ぐために幅広い融着部を設けることが望ましい。幅広融着部は、幅が少なくとも１／４インチ（６．３５ｍｍ）、望ましくは少なくとも１／２インチ（１２．７ｍｍ）の融着部と定義される。高速の生産速度で容器を融着できることも望ましい。高速の生産速度は、毎分少なくとも容器１００個を生産する速度と定義される。不都合なことに、市販されている誘導融着機の殆どは極端に局所化された加熱を行う。結果的に、プラスチック部品と複合容器との間で幅広融着部を高速の生産速度で得ることは難しい。

従って、本発明の目的は、プラスチック部品を複合容器に誘導融着するための方法及び装置を提供することである。
本発明の別の目的は、従来の誘導融着処理よりも速い速度で、プラスチック部品と複合容器との間に幅広融着部を形成するための処理を提供することである。

この他の別の目的は、以下の説明、添付図面、及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

本発明は、プラスチック部品を複合容器に誘導融着するための方法及び装置である。
本方法は、
上部が上縁部で終端し、前記上縁部を越えて伸張する円筒を形成しており、外側構造層、導電性材料の中間層、及び前記導電層に隣接する熱可塑性の最も内側の層を備えている本体、を有する複合容器を提供するステップと、
プラスチック部品を、前記複合容器上に、前記容器本体の上部の内側と摩擦嵌合するように配置するステップと、
前記容器の両側に平行に配置された一対の誘導コイルにより発生する一対の電磁界に対して前記容器本体の上部を曝すステップであって、各コイルは折り返されて実質的に平行な直線状の部分を形成し、前記各コイルの一方の直線状の部分は前記容器上縁部の上方に配置され前記容器本体により画定されている円筒と交差し、他方の直線状の部分は前記上縁部の下方で且つ前記容器本体の側方に配置されており、前記曝すステップによって、前記容器本体の前記導電層に電流を誘導し、熱を発生させ、隣接する前記熱可塑性層の温度を、前記熱可塑性層が前記プラスチック部品に接着するのに適した温度まで上昇させるようになっている、前記曝すステップと、
前記容器を前記電磁界に曝しながら回転させるステップと、
前記容器の上部を前記電磁界から離し、前記熱可塑性層を冷却して硬化させることにより前記プラスチック部品及び前記容器の熱可塑性内側層の間に融着部を形成するステップと、を含んでいる。

前記各コイルの平行な直線状の部分は、重なり合う電磁界を発生させる。前記容器がこの重なり合う電磁界に曝されている間に、前記容器は移動コンベヤベルト上を運ばれ回転され、熱可塑性内張とプラスチック部品の加熱が確実に均一に行われるようにする。

本発明は、蓋の様なプラスチック部品を複合容器に誘導融着するための方法である。要約すると、本方法は以下の工程を含んでいる。先ず、箔の層と、隣接する熱可塑性内側層を有する複合容器を提供する。プラスチック部品は、容器の上部上に、熱可塑性内側層と摩擦嵌合を形成するように配置される。次いで、容器とプラスチック部品は、コンベヤベルト又は他の適した手段を介して誘導融着装置を通過する。容器が誘導融着装置を通過する際に、容器の上部（６．３５ｍｍから１２．７０ｍｍ（１／４”から１／２”））は、交流電流発生器に電気的に接続され容器の対向側部に配置された一対の直線状の誘導コイルにより発生する二対の重なり合う電磁界に曝される。電磁界は箔の層に渦電流を誘導し、箔が加熱される。箔は隣接する熱可塑性層を加熱し、またプラスチック部品も加熱されるので、熱可塑性層とプラスチック部品が軟化して一体に融合する。最後に、熱可塑性層とプラスチック部品は冷却され、両者の間に融着部が形成される。

次に図面を参照するが、図１は、本発明に使用される誘導融着装置１０の細部の斜視図を示している。本図は、３つの複合容器１２が誘導融着装置１０を経由して搬送される様子を示している。図２にもっともよく示されているが、各容器１２は、円筒状本体部分１４と、底部１６を備えている。底部１６は、プラスチック、金属、又はその他の適した材料で作ることができる。本体１４は、（キャップ２４が容器上に配置される前は）開口上端部を有しており、上縁部１８で終端している。本体の壁１４は、ポリフォイルの内張２０と、厚紙の構造体外層２２を備えている。随意的に、印刷紙ラベル（図示せず）を厚紙層２２の周りに巻いて接着してもよい。

ポリフォイル内張２０は、通常、内側から外側に、熱可塑性層（代表的にはポリエチレン又はポリプロピレン）、導電層（代表的にはアルミニウム箔のような金属箔）、第２の熱可塑性層、及び紙層で構成され、紙層は、容器本体１４の厚紙の構造体層２２に当接しこれと結合されている。以下の説明と請求項では、容器本体１４により画定される円筒は、本体１４の上縁部１８を越えて伸張しているものと考えられたい。

プラスチック部品２４は、プラスチック部品２４が容器本体１４の上部２６の内側と摩擦嵌合を形成するように、複合容器１２上に配置される。図示の例では、プラスチック部品２４は蓋であり、注ぎ口、移送穴、又は他の分配するための造作のごとき造作を設計に組み込むことができる。図２を見ると分かり易いが、プラスチック部品２４は、覆い部２５と、覆い部２５から下向きに伸張する側壁２７を有している。側壁２７の外径は、容器本体１４の内径より僅かに小さくなっており、プラスチック部品２４と円筒状本体１４との間を良好な半径方向接触状態に保つ。プラスチック部品２４は、側壁２７から半径方向に伸張する環状フランジ２８を有し、プラスチック部品２４を容器１０上に十分に着座させるとき、フランジ２８が容器１０の上縁部１８に当接する。

本方法の成功を左右するのは、誘導コイル３０、３２の独特な形状と配置である。部品を誘導融着するための既知の方法、例えば日本特許出願第０２１２５７６７号に開示されているものは、容器の口の上方に配置された蛇行コイルを用いている。この蛇行形状は、処方薬のビンとキャップを誘導融着するのに一般に使用されている。しかしながら、蛇行コイルでは、金属箔にホットスポットが生じることがあり、その結果、紙層が焦げて融着が不十分になり得る。

本方法では直線状のコイル形状を使用している。本方法は、単一の直線状コイルでも機能するが、一対のコイル３０、３２を容器１２の両側に平行に配置する方が、より高速で融着し、生産性を高めるのには好ましい。各コイルは、折り返されて２つの実質的に平行な直線状部分を形成している。例えば、図１の右側コイル３０は、第１直線状部分３６と、第１部分に実質的に平行な第２直線状部分３８とを有している。直線状部分３６、３８は、長さが約４０．６４ｃｍ（１６インチ）で、交流電流発生器に電気的に接続されているのが望ましい。各コイルは、個々の発生器に電気的に接続されてもよい。

各コイル３０、３２の直線状部分は重なり合う電磁界を生成するので、ポリフォイル内張２０がより均一に加熱され、従って焦げる可能性が少なくなる。幅が６．３５ｍｍから１２．７０ｍｍ（１／４”から１／２”）の融着を実現するには、各コイル３０、３２は、コイルの一方の長さが、容器１２の上縁部１８により画定される面の約２．５ｍｍ（１／１０インチ）上方で、且つ容器本体１４により確定される円筒領域内に来るように配置されるのが望ましく、図２及び図５に最も分かり易く示している。コイルの他方の長さは、当該面より約２．５ｍｍから６．３５ｍｍ（１／１０から１／４インチ）下方に配置され、図１及び図２に最も分かり易く示している。

図３及び図４は、本発明による、容器１２にプラスチック部品を誘導融着するための装置１０を示す２つの図である。容器１２は、コンベヤベルト４２に沿って移動し、長さ４０．６４ｃｍ（１６インチ）のコイル３０、３２の側を通過する際に、ねじ式駆動装置４４又は他の回転手段により少なくとも２回、望ましくは約２．１回、回転される。二本コイル構成になっているので、各容器が１８０度回転する度に、容器１２の上縁部１８近くの円周全体が、コイル３０、３２により生成される電磁エネルギー界に曝される。

コイルは、容器の高さが変わるのに応じて上昇又は降下させることができる。図３の点線は、この性能を示すために比較的高さの低い容器１２’を示している。

誘導融着装置を使って、モールド成形されたポリエチレンプラスチックの蓋を複合容器に融着した。容器は、ポリフォイルの内張と、再生紙で作った構造体層と、図形を描いた紙で作った外ラベルから成る本体を有していた。ポリフォイル内張は、厚さ０．００８９ｍｍ（０．０００３５インチ）のアルミニウム箔の層を含んでいた。プラスチックの蓋を、容器本体の上端部の内側と摩擦嵌合を形成するよう、複合容器上に配置した。

通常は、複合容器で通常使用されている厚さ０．００８９ｍｍ（０．０００３５インチ）のアルミニウム箔のような薄い箔は、低周波数発生器（４５０ＫＨｚ未満の周波数を生成する発生器）では十分に加熱されない。驚いたことに、ルペル社（Ｌｅｐｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製の１５ＫＷ発電器のような、８０−２００ＫＨｚの範囲の周波数を生成する発生器を使って、熱可塑性内張とプラスチック部品の間に優れた結合を実現できることが分かった。

容器をコンベヤベルトに載せて、誘導融着装置を通過させた。装置は、平行に配置された一対の誘導コイルを備えていた。各誘導コイルは折り返され、長さ約４０．６ｃｍ（１６インチ）の実質的に平行な２つの直線状部分を形成していた。各コイルの一方の直線状部分は、容器が装置を通過する際に、その部分が容器の上端より約２．５ｍｍ（０．１インチ）上方にあり、容器を直接覆うように配置した。他方の直線状部分は、容器の上端から約１２．７０ｍｍ（１／２インチ）下方に、且つ容器の側方に配置した。

容器が誘導融着装置を通過する際に、容器の上部は、容器上端部両側の一対の重なり合う電磁界に曝された。容器上端部が、確実に電磁界に完全に曝され、ポリエチレン内張が正しい温度に達し、プラスチック部品と融合するようにするため、電磁界を通過する際に、各容器を、約２．１回、回転させた。容器が誘導融着装置を通過する前、通過中、及び通過後に、プラスチック部品には余分な圧力を加えなかった。装置を出た際に、容器を冷却し、融着漏れについてテストした。できあがった容器は優れた融着性を呈した。このやり方で毎分約１００個の容器を融着することができた。

以上、低周波発生器に電気的に接続された一対の直線状のコイルを使って、プラスチック部品で複合容器を誘導融着するための方法について説明してきた。直線状のコイルは、容器の両側に重なり合う電磁界を生成する。電磁界に曝される際に容器を回転させることにより、熱可塑性内張とプラスチック部品が確実に均等に加熱されるようになる。本方法は、内張とプラスチック部品の間に信頼性の高い融着部を作り出すとともに、高速の生産速度で使用できる。

上記教示及び特許請求の範囲に述べる事項により定義される本発明の範囲を逸脱することなく、本発明には、この他の変更及び代替実施形態が考えられる。特許請求の範囲に述べる内容は、本発明の範囲に入るそのような全ての変更を包含するものである。

本発明に使用される誘導融着装置の細部の斜視図であり、３つの複合容器が装置内を運ばれる様子を示している。 図１の容器の内の１つの２−２腺に沿う断面図である。 図１の誘導融着装置の正面図である。 図１の誘導融着装置の側面図である。 図１の誘導融着装置の上面図である。

Claims (11)

1. プラスチック部品を複合容器に誘導融着するための方法において、
   上縁部（１８）で終端する上部を有し、前記上縁部（１８）を越えて伸張する円筒を画定する本体であって、外側構造層（２２）、導電性材料の中間層、及び前記導電層に隣接する熱可塑性の最も内側の層を備えている前記本体（１４）を有する複合容器（１２）を提供するステップと、
   プラスチック部品（２４）が前記容器本体（１４）の上部（２６）の内側と摩擦嵌合するように、前記複合容器（１２）上に前記プラスチック部品（２４）を配置するステップと、
   前記容器（１２）の対向側部に平行に配置された一対の誘導コイル（３０、３２）により発生する一対の電磁界に対して前記容器本体（１４）の上部（２６）を曝すステップであって、各コイルは折り返されて実質的に平行な第１の直線状の部分（３６）及び第２の直線状の部分（３８）を形成し、前記各コイルの第１の直線状部分（３８）は前記容器の上縁部（１８）の上方に配置され前記容器本体（１４）により画定される円筒と交差し、前記第２直線状部分（３６）は前記上縁部（１８）の下方で且つ前記容器本体（１４）の側方に配置されており、前記曝すステップによって、前記容器本体（１４）の前記導電層に電流を誘導し、これにより、熱を発生させ、前記熱可塑性層が前記プラスチック部品（２４）に接着するのに適した温度まで隣接する前記熱可塑性層の温度を上昇させる、前記曝すステップと、
   前記容器（１２）を前記電磁界に曝しながら回転させるステップと、
   前記容器（１２）の上部（２６）を前記電磁界から離し、前記熱可塑性層を冷却して硬化させることにより前記プラスチック部品（２４）及び前記容器（１２）の熱可塑性内側層の間に融着部を形成するステップと、からなる方法。
2. 前記各コイル（３０、３２）は、別個の低周波電気発生器に電気的に接続されている、請求項１に記載の方法。
3. 前記各コイルの第１直線状部分（３８）は、前記容器本体（１２）の上縁部（１８）の約２．５ｍｍ上方にあり、前記第２直線状部分（３６）は、前記上縁部（１８）の約２．５から１３ｍｍ下方にある、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２直線状部分（３６）は、前記上縁部（１８）の約２．５から６．３５ｍｍ下方にある、請求項３に記載の方法。
5. 前記直線状部分（３６、３８）は長さが約４０ｃｍである、請求項１に記載の方法。
6. 前記曝すステップの間に、前記容器（１２）は移動するコンベヤベルト（４２）上を運ばれて前記コイル（３０、３２）を通過する、請求項１に記載の方法。
7. 前記容器（１２）は、ねじ式駆動装置（４４）により回転される、請求項１に記載の方法。
8. 前記構造体層（２２）は厚紙である、請求項１に記載の方法。
9. 前記導電層は金属箔である、請求項８に記載の方法。
10. 前記金属箔はアルミニウム箔である、請求項９に記載の方法。
11. 前記プラスチック部品（２４）は蓋である、請求項１に記載の方法。

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