JP2007261666A - 密封容器の製造装置及び密封容器の製造方法 - Google Patents

密封容器の製造装置及び密封容器の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の目的は、溶接予定箇所を覆うように押さえつけた蓋と容器胴体とを均一に密着させた状態でレーザー溶接を行なうことができる密封容器の製造装置を提供することである。
【解決手段】本発明に係る製造装置は、開口部を有する容器胴体６１と開口部を密閉する蓋６３とをレーザー溶接法によって溶着して気密状態とした密封容器の製造装置であって、容器胴体６１と蓋６３との溶接予定箇所６４にレーザー光４６を照射する蓋溶接手段４５と、容器胴体６１に装着された蓋６３を押さえる押当板４４を有し、押当板４４のうち少なくとも蓋６３を押さえる押当部分４４ａがレーザー光４６に対して透光性を有し、かつ、押当部分４４ａをレーザー光４６の光路上に配置する蓋固定手段４３とを、備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー溶接法において、レーザー光を照射する前に容器胴体の開口部に、当該開口部を密閉する蓋を固定する技術に関する。
密封容器、例えば飲料用容器には、壜、缶、プラスチック容器等の各種容器が知られている。近年、その良ハンドリング性等の利便性の観点から缶やプラスチック容器が広く用いられるようになってきている。
プラスチック容器に関しては、巻締工程を実施することが困難であり、飲料用金属缶容器のように巻き締めをして密封するプラスチック容器は流通していない。プラスチック容器において、最も流通している容器はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ボトルである。近年、金属製で、ＰＥＴボトルと同じようなボトル形状の缶容器も流通している。
また、熱溶着、超音波振動、高周波熱伝導でシール部材を容器胴体に溶着させて密封する技術が開示されている（例えば特許文献１又は２を参照。）。
特開平４−７２１９３号公報 特開２００４−５７８０３号公報
特許文献１又は２をはじめとする熱溶着、超音波振動、高周波熱伝導で容器を密封する方法では、熱発生部材、超音波発生部材又は高周波発生部材等の機械的蓋固定手段がシール部材やキャップ等の蓋に接触する必要がある。そのため、コンベア等の容器搬送手段で高速搬送されている容器胴体と蓋とを正確に密着させる必要があるので、機械的蓋固定手段が複雑な構造となり、コストアップと省スペース化の妨げにつながる。
レーザー溶接による溶着のために必要なエネルギーは、蓋に何らの物体も接触することなしに供給することができる。さらに方式によっては、レーザー溶接では機械的蓋固定手段が不要となり、省スペース化できる。しかし、レーザー溶接において、溶着する部材間の密封性を確保するために、当該部材を機械的固定手段で押さえつける前工程が広く行われている。一般に容器胴体と蓋とを密封する際には、容器搬送手段で高速搬送されている容器胴体と蓋とを正確に保持する必要があるため、機械的蓋固定手段が複雑な構造になりやすい。レーザー溶接を用いて容器胴体と蓋とを溶着する場合においても、複雑な機械的蓋固定手段はコストアップと省スペース化の妨げにつながる。
また、飲料用又は食品用の容器をレーザー溶接する場合、密封時の周辺環境の液体（例えば装置へのかけ水）や充填される液体が溶接予定箇所に残留した状態で溶接する必要がある場合が多い。これらの液体が、一定の熱量を溶接予定箇所から奪ってしまうため、レーザー溶接の品質が低下する。
本発明の目的は、溶接予定箇所を覆うように押さえつけた蓋と容器胴体とを均一に密着させた状態でレーザー溶接を行なうことができる密封容器の製造装置を提供することである。これにより、レーザー溶接の品質を高めることを目的とする。このとき、容器胴体と蓋との密封性を確保することで、容器胴体と蓋とを簡易な構造とし、密封容器を安値にすることも目的とする。
本発明者は鋭意開発した結果、レーザー光に対して透光性を有する押当板で蓋を押さえることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。本発明に係る密封容器の製造装置は、開口部を有する容器胴体と前記開口部を密閉する蓋とをレーザー溶接法によって溶着して気密状態とした密封容器の製造装置において、前記容器胴体と前記蓋との溶接予定箇所にレーザー光を照射する蓋溶接手段と、前記容器胴体に装着された前記蓋を押さえる押当板を有し、前記押当板のうち少なくとも前記蓋を押さえる押当部分が前記レーザー光に対して透光性を有し、かつ、前記押当部分を前記レーザー光の光路上に配置する蓋固定手段とを、備えることを特徴とする。
本発明に係る密封容器の製造装置では、前記押当部分は、前記レーザー光の透光率が８０％以上であることが好ましい。前記押当部分が前記レーザー光を効率的に透過することで、レーザー溶接の品質がより高くなる。また、レーザー溶接のエネルギー効率が高くなり、ランニングコストがより安値になる。逆に透光率の低い材料を前記押当部分に用いると、レーザー溶接のエネルギー効率が低くなるばかりか、場合によっては前記押当部分が発熱し、品質上及び工程上のトラブル要因となる。
本発明に係る密封容器の製造装置では、前記押当板のうち少なくとも前記押当部分が、ガラス又はアクリル樹脂で形成されていることが好ましい。ガラス又はアクリル樹脂を用いることで、レーザー溶接システムがより安値になる。
本発明に係る密封容器の製造装置では、前記レーザー光に対して透光性を有し、かつ、柔軟性を有する補助板を、前記押当部分の表面のうち前記蓋と接触する面にさらに接合していることが好ましい。前記補助板が前記蓋の寸法誤差を吸収することで、前記押当板が前記蓋に圧力を均一に加え、レーザー溶接の品質がより高くなる。
本発明に係る密封容器の製造装置では、前記蓋固定手段は、前記容器胴体に前記蓋を装着する蓋装着手段を兼ねることが好ましい。前記蓋固定手段が前記蓋装着手段を兼ねることで、蓋装着手段を別途設けることを不要とし、省スペース化することができ、レーザー溶接システムがより安値になる。また、蓋装着手段と蓋固定手段との動作を一連の動作で行なうことができるため、レーザー溶接の作業効率を向上させることができる。さらに、溶接に不必要な箇所をレーザー光から保護するためのカバーとして前記蓋固定手段を兼用することができ、例えば、前記容器胴体又は前記蓋にレーザー光を吸収する印字又は印刷がある場合に、これらがレーザー光により変質又は発熱してしまうことを防ぐことができる。
本発明に係る密封容器の製造装置では、前記容器胴体を搬送する容器搬送手段と該容器搬送手段の搬送速度と同じ速度で回転する回転円盤体とをさらに備え、前記蓋固定手段は前記回転円盤体の周縁に等間隔で複数個設置されていることが好ましい。前記蓋固定手段を前記回転円盤体に複数個備えることで、製造ラインの長さを短くでき、省スペース化することができる。
本発明に係る密封容器の製造方法は、開口部を有する容器胴体と前記開口部を密閉する蓋とをレーザー溶接法によって溶着して気密状態とした密封容器の製造方法において、前記容器胴体に装着された前記蓋をレーザー光に対して透光性を有する押当板で押さえつけ、かつ、前記容器胴体と前記蓋との溶接予定箇所を密着状態としたままで前記押当板に前記レーザー光を照射し、前記押当板を透過した前記レーザー光を前記溶接予定箇所に照射して溶接を開始する蓋溶接工程を、備えることを特徴とする。前記溶接予定箇所を覆うように押さえつけた前記蓋と前記容器胴体とを均一に密着させた状態でレーザー溶接を行なうことができる。これにより、レーザー溶接の品質を高めることもできる。このとき、前記容器胴体と前記蓋との密封性を確保することで、前記容器胴体と前記蓋とを簡易な構造とし、密封容器を安値にすることもできる。
本発明は、溶接予定箇所を覆うように押さえつけた蓋と容器胴体とを均一に密着させた状態でレーザー溶接を行なうことができる密封容器の製造装置を提供することができる。これにより、レーザー溶接の品質を高めることができる。このとき、容器胴体と蓋との密封性を確保することで、容器胴体と蓋とを簡易な構造とし、密封容器を安値にすることもできる。
以下本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。なお、同一部材・同一部位には同一符号を付した。
（実施の形態１）
本実施形態に係る密封容器の製造装置について説明する。図１に本実施形態に係る密封容器の製造装置の一形態を示す概略図を示した。本実施形態に係る密封容器の製造装置３０は、開口部（不図示）を有する容器胴体６１と開口部を密閉する蓋６３とをレーザー溶接法によって溶着して気密状態とした密封容器の製造装置において、容器胴体６１と蓋６３との溶接予定箇所６４にレーザー光４６を照射する蓋溶接手段４５と、容器胴体６１に装着された蓋６３を押さえる押当板４４を有し、押当板４４のうち少なくとも蓋６３を押さえる押当部分４４ａがレーザー光４６に対して透光性を有し、かつ、押当部分４４ａをレーザー光４６の光路上に配置する蓋固定手段４３とを、備えることを特徴とする。さらに、密封容器の製造装置３０は、容器胴体６１に装着された蓋６３が密封されていない容器（以後、未密封容器）を供給する容器供給手段４１、未密封容器７１及び密封容器７２を搬送するコンベア又はスターホイール等の容器搬送手段４７、容器搬送手段４７上の未密封容器７１を自転させる自転テーブル４８及び密封容器７２を容器搬送手段４７から排出する容器排出手段４９を備えても良い。
容器胴体６１は、飲料用又は食品用の液体４２が充填された後、予め蓋装着手段（不図示）により蓋６３が開口部に装着される。これにより、蓋６３を載せたままの未密封容器７１が得られる。そして、蓋６３が容器胴体６１に装着された際、溶接予定箇所６４の一部又は全部が密着しあっても良いし、溶接予定箇所６４が密着しあっていなくても良い。レーザー光４６を照射するとき、押当板４４が蓋６３を容器胴体６１に押さえつけるからである。
容器供給手段４１は、未密封容器７１を容器搬送手段４７に供給する。
ここで、本実施形態に係る密封容器について説明する。図２(ａ)に本実施形態に係る第１形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器１００は、開口部９を有する容器胴体１が、開口部９を密閉する蓋３によって密封された密封容器であって、容器胴体１と蓋３との溶接予定箇所４を有する。
図２(ｂ)に本実施形態に係る第２形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器２００は、開口部１９を有する容器胴体１１が、開口部１９を密閉する蓋１３によって密封された密封容器であって、容器胴体１１と蓋１３との溶接予定箇所１４を有する。密封容器１００は開封時にストローが挿しやすい形状であり、密封容器２００はボトル形状である。また、密封容器１００は溶接予定箇所４の面積を大きく取れるので耐圧強度を大きくすることができる。
図２(ｃ)に本実施形態に係る第３形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器３００は、蓋２３の端部に開蓋のためのつまみ２７を設け、容器胴体２１と蓋２３との溶接予定箇所２４を有する。容器胴体２１から開口部２９に至るまで、截頭円錐状とすることで、飲みやすい飲み口としている。また、蓋２３を小型化でき、蓋材料の使用量を低減できる。
図２（ｄ）に本実施形態に係る第４形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器４００は、容器胴体３１の側面に、容器胴体３１と蓋３３との溶接予定箇所３４を有する。そのため、レーザー溶接後に溶接予定箇所３４は溶接箇所になるが、この溶接箇所には、内圧によって、当該側面の面方向であって蓋３３の開封方向（図２（ｄ）の矢印Ａ方向）の剪断応力が加わる。密封容器４００では溶接予定箇所３４を容器胴体３１の側面に設けたため、溶接面積を大きくできるので、蓋３３と容器胴体３１との単位面積あたりの溶接力が弱くても、高い剪断強度が得られる。そのため、比較的弱い溶接による容易な開蓋性と高い耐圧性を兼ね備えることができる。なお、溶接予定箇所３４は、開口部３９に向かってわずかに先細りのテーパー状であっても良く又はわずかな突起部を設けても良い（不図示）。溶接予定箇所３４をこのような形状にすることで、容器胴体３１と蓋３３との溶接時の密着性を確保しやすくなる。
容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、レーザー溶接が可能である素材であればいかなる素材から形成されていても良いが、容器胴体に充填される液体によっても制限を受ける。例えば飲料用容器であれば、液体の品質保持の観点から、容器胴体に充填される液体に対して不活性であることが必要である。さらに酸素等のガスバリア性を備えていることが好ましい。また炭酸飲料を充填する場合には耐圧性を有する素材から形成されていることが必要である。このような観点から容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、アルミニウム又はスチール等の金属材料或いはプラスチック材料から形成されていることが好ましい。また、容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、リサイクル性の観点から同一素材で形成することが好ましい。特にプラスチック材料から形成することが好ましく、高温まで加熱しなくてもレーザー溶接が可能である。ＰＥＴ樹脂製の密封容器とすれば、従来のＰＥＴボトルと比較して、容器胴体と蓋とを同一材料にできるため、容器のリサイクル性が向上する。また、金属缶にプラスチック材料製の蓋を用いることも可能である。プラスチック容器の材料は透光性を有する材料を選択することができるため、従来の金属缶と異なって容器胴体に充填される液体を目視することができる。あるいは、蓋の金属部の少なくとも溶接予定箇所をプラスチック材料とすることもできる。さらに、缶構造と比較すると巻き締めできない形状であっても密封化でき、巻き締めする場合よりも小さな蓋を用いて密封化できる。
例えば、容器胴体１，１１，２１，３１と蓋３，１３，２３，３３との材料の組み合わせとしては、プラスチック材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋、金属材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋又は金属材料製の容器胴体と金属材料製の蓋であって容器胴体と蓋との間にプラスチック樹脂シート（不図示）を挟みこんだものがある。なお、プラスチック樹脂シートを挟み込む前記いずれの場合においても、その代わりにプラスチック樹脂を含有したシール剤（不図示）を塗布しても良い。シール剤を用いると、プラスチック材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋とを溶着させた場合より溶着強度が低下することが多いが、その一方で容易な開蓋性を得ることができる。
本発明のプラスチック容器を成形する際に使用する樹脂は、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、シクロオレフィンコポリマ樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）、アイオノマ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、４弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂を例示することができる。この中で、ＰＥＴが特に好ましい。なお、容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３をプラスチック材料製とする場合、その内表面若しくは外表面或いはその両面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜、Ｓｉ含有ＤＬＣ膜、ポリマーライクカーボン膜、ＳｉＯｘ膜、金属薄膜等のガスバリア性薄膜をコーティングしたものを用いても良い。飲料用プラスチック容器の場合、ガスバリア性が高いほうが好ましいからである。さらに、ガスバリア性薄膜がレーザーを吸収する場合にはレーザーの受光部が発熱する。したがって、レーザー光を吸収しない透明樹脂で容器を形成したとしても、ガスバリア性薄膜を成膜することで、別途、吸収部を設けなくてもレーザー溶接効率が良い。
金属材料製の容器胴体１，１１，２１，３１と金属材料製の蓋３，１３，２３，３３とであれば、容器胴体と蓋との溶接予定箇所４，１４，２４，３４にプラスチック樹脂シートを挟みこんでも良い。溶接予定箇所４，１４，２４，３４において、プラスチック樹脂シートが溶融されて固化することで、容器胴体１，１１，２１，３１と蓋３，１３，２３，３３とが接合される。溶接予定箇所４，１４，２４，３４に使用するプラスチック樹脂は、溶接方法によって適宜選択されるが、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、シクロオレフィンコポリマ樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）、アイオノマ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、４弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂である。この中で、ＰＥＴが金属と密着性が良いので特に好ましい。
図１において、容器搬送手段４７は、未密封容器７１を蓋固定手段４３が設置された箇所まで搬送する。
蓋固定手段４３は、押当板４４の押当部分４４ａで蓋６３を押さえて溶接予定箇所６４を密着状態にする。図３に、蓋固定手段４３の第１形態の一部縦断面概略図を示した。押当板４４は、押当部分４４ａ及び押当部分４４ａを支持する支持部分４４ｂを有する。蓋固定手段４３は、押当板４４及び支持部分４４ｂを上下させるシリンダー等の押当板駆動機構５０から構成される。少なくとも押当部分４４ａは、レーザー光４６に対する透光性を有する必要がある。また、押当板４４の全体がレーザー光４６に対する透光性を有しても良い。レーザー光照射部４５ａは、光ファイバー等の光接続手段を介してレーザー発信器（不図示）に接続されており、発振したレーザー光４６を照射する。
図１において、未密封容器７１が搬送されてくると、押当板駆動機構５０が支持部分４４ｂを下降させ、押当部分４４ａが蓋６３の天面を押さえて溶接予定箇所６４を密着状態にする。
その後、レーザー光照射部４５ａが押当部分４４ａにレーザー光４６を照射し、押当部分４４ａを透過したレーザー光４６が溶接予定箇所１４に照射される。レーザー光４６はスポット状、線状、領域状若しくはリング状に照射されても良い。レーザー光照射部４５ａと溶接予定箇所１４との位置関係によって適宜、レーザー照射形状が選択される。このとき、レーザー強度はレーザー出力をモニタリングすることによって監視することが好ましい。また、レーザー光４６のレーザー照射位置は、ＣＣＤカメラ等の画像センサー、光感受センサー若しくは赤外線センサー等の温度センサーによって、画像、発光若しくは発熱をモニタリングして監視することが好ましい。プラスチックの溶接は、光感受センサー若しくは温度センサーによって発光若しくは発熱をモニタリングすることによって監視することが好ましい。
蓋溶接手段に組み込まれるレーザー発振素子は、半導体レーザー、炭酸ガスレーザー等のガスレーザー、ＹＡＧレーザーが、例示され、レーザー溶接を行なう容器胴体及び蓋の材質、レーザー照射移動速度、照射スポット形状等の各種パラメーターによって適宜選択する。プラスチック容器をレーザー溶接する場合には、レーザー光４６の出力を１ｍｍ２あたり１７〜２６Ｊとすることが好ましい。また、プラスチック樹脂シートを溶融させてレーザー溶接する場合には、レーザー光４６の出力を１ｍｍ２あたり０．５〜２．１Ｊとすることが好ましい。
レーザー光４６の照射の開始とは、蓋溶接手段が溶接予定箇所１４を溶接する為に照射したレーザー光４６が容器胴体１１又は蓋１３の外壁面に到達したときである。
図１又は図３で示すように、未密封容器を自転テーブル４８によって自転させても良い。固定されたレーザー光照射部４５ａから照射されたレーザー光４６の光路上に溶接予定箇所１４が通過するように未密封容器を自転させ、自転テーブル４８が１周を終えることによってレーザー光４６の照射が終了する。溶接速度は接合しようとする形状や材質などによるが、例えば、８〜１００ｃｍ／秒である。このとき、レーザー溶接によって溶接箇所を正確にコントロールできる。
また、レーザー光照射部４５ａがレーザー光照射部回転手段（不図示）によって、未密封容器を中心として回転しても良い。レーザー光照射部４５ａのレーザー光４６の照射方向が溶接予定箇所１４に向けられたままレーザー光照射部４５ａが未密封容器の周りを一周し、レーザー光照射部４５ａがレーザー光照射部回転手段によって１周を終えると、レーザー光４６の照射を終了する。溶接速度は接合しようとする形状や材質などによるが、例えば、８〜１００ｃｍ／秒である。このとき、レーザー溶接によって溶接箇所を正確にコントロールできる。
溶接予定箇所１４に２周以上レーザー光４６を照射しても良い。このとき、未密封容器を自転テーブル４８によって自転させて又はレーザー光照射部４５ａがレーザー光照射部回転手段により移動されて規定の周を終えると、レーザー光４６の照射を終了する。さらに２個以上のレーザー光照射部４５ａを設置し、それぞれを１周させることにより、２以上の循環線状のレーザー溶接を行なっても良い。
蓋溶接手段が発生させたレーザー光４６を光分岐器（不図示）で分岐させ、２以上のレーザー光照射部４５ａを溶接予定箇所１４に沿って配置しても良い。全ての溶接予定箇所１４に対して同時又は略同時にレーザー光４６の照射を開始し、溶接予定箇所１４の溶接が終了するとレーザー光４６の照射を終了する。このとき、溶接予定箇所１４は溶接箇所となる。
レーザー光４６の照射を終了すると、押当板駆動機構５０が支持部分４４ｂを上昇させ、押当部分４４ａが天面１３ａから離れる。
押当板駆動機構５０をカム（不図示）としてもよい。未密封容器が図１に示した容器搬送手段４７の下降位置ａまで搬送されたとき、押当板駆動機構５０が支持部分４４ｂを下降させ、押当部分４４ａが天面１３ａを押さえて溶接予定箇所１４を密着状態にする。次に、レーザー溶接が終了した密封容器が容器搬送手段４７の上昇位置ｂまで搬送されたとき、押当板駆動機構５０が支持部分４４ｂを上昇させ、押当部分４４ａが天面１３ａから離れる。
図４に、蓋固定手段４３の第２形態の一部縦断面概略図を示した。図３の蓋固定手段と異なる点についてのみ説明する。蓋固定手段４３は、押当部分４４ａで側面２３ａを押さえて溶接予定箇所２４を密着状態にする。その後、上記と同様に溶接予定箇所２４にレーザー光４６を照射し、レーザー溶接を行なうことができる。
レーザー光４６に対して透光性を有しない機械的蓋固定手段で蓋を押さえると、機械的蓋固定手段を迂回させてレーザー光４６を溶接予定箇所に照射する必要があり、蓋固定手段や蓋溶接手段の構造が複雑になる。だが、押当部分４４ａがレーザー光４６に対して透光性を有することで、溶接予定箇所２４に対して容易にレーザー光４６を照射することができる。さらに、図１に示すように押当板４４を平面板とするだけでなく、図４に示すように押当板４４を変形させて蓋２３の形状に適合させることで、本実施形態に係る密封容器の製造装置は、様々な形状の容器胴体と蓋とをレーザー溶接することができる。
図１において、容器排出手段４９が密封容器７２を容器搬送手段４７から排出する。
容器胴体６１や蓋６３の洗浄水、密封容器の製造装置３０へのかけ水或いは容器胴体６１に充填された飲料用又は食品用の液体４２等の残留液体が溶接予定箇所６４に存在していることがある。この状態でレーザー光４６を溶接予定箇所６４に照射しても、残留液体が気化する際に一定の熱量を溶接予定箇所６４から奪ってしまうため、レーザー溶接の品質が低下する。押当部分４４ａで蓋６３を押さえると、溶接予定箇所６４に存在した残留液体が押し出されて溶接予定箇所６４に残留液体が残留しにくくなる。よって、レーザー光４６の熱量が奪われにくくなり、レーザー溶接の品質が高くなる。このとき、容器胴体６１と蓋６３とを溶接予定箇所６４に残留液体が残留しにくい複雑な構造にする必要がなく、容器胴体６１と蓋６３とを簡易な構造にでき、密封容器を安値にすることができる。
さらに、従来の密封容器の製造装置と比べ、蓋固定手段４３が押当板４４及び押当板駆動機構５０からなる簡素な構成であり、レーザー溶接システムを省スペース化することができる。
押当部分４４ａの厚さやその表面の平滑性が押当部分４４ａの透光性に影響を及ぼすが本実施形態に係る密封容器の製造装置では、押当部分４４ａは、レーザー光４６の透光率が８０％以上であることが好ましい。この条件を満たせば、例えば、押当部分４４ａの厚さを１０ｍｍ以上としても良い。押当部分４４ａがレーザー光４６を効率的に透過することで、レーザー光４６の熱量が押当部分４４ａで奪われることが少なくなり、レーザー溶接の品質がより高くなる。また、レーザー溶接のエネルギー効率が高くなり、ランニングコストがより安値になる。また、押当板４４の交換も容易である。本実施形態に係る密封容器の製造装置では、７５０ｎｍ以上、１０８０ｎｍ以下の波長を有するレーザー光４６を例示することができる。
本実施形態に係る密封容器の製造装置では、押当板４４のうち少なくとも押当部分４４ａが、ガラス又はアクリル樹脂で形成されていることが好ましい。一枚のガラス板又はアクリル樹脂板である押当部分４４ａの端にガラス、アクリル樹脂、プラスチック板は金属等の支持部分４４ｂを略垂直に接合し、押当板４４を形成しても良い。このとき、押当部分４４ａと支持部分４４ｂとが接合する部分に金属材料製の補強部分（不図示）を設けると、押当部分４４ａと支持部分４４ｂとを強く接合することができる。また、押当板４４は、ガラス又はアクリル樹脂で押当部分４４ａ及び支持部分４４ｂを一体として形成しても良い。押当板４４のうち少なくとも押当部分４４ａを安値なガラス又はアクリル樹脂とすることで、レーザー溶接システムがより安値になる。また、交換も容易である。
例えば、蓋６３が寸法誤差を有していることがある。このとき、押当板４４で蓋６３を押さえても押当部分４４ａの一部が蓋６３に接触せず、押当板４４から蓋６３に圧力が均一に加わらず、溶接予定箇所６４の密着性が低くなることがある。そこで、図５に示すように、本実施形態に係る密封容器の製造装置では、レーザー光４６に対して透光性を有し、かつ、柔軟性を有する補助板５１を、押当部分４４ａの表面のうち蓋１３と接触する面にさらに接合していることが好ましい。図５に、蓋固定手段４３の第３形態の一部縦断面概略図を示した。図３の蓋固定手段４３と異なる点についてのみ説明する。例えば、補助板５１は、シリコンゴム、ウレタンゴム等の透明ゴム又はポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン等の透明シートであっても良い。ここで透明とは、レーザー光４６を吸収しにくく、かつ、レーザー光４６を散乱させにくいことをいう。押当板４４で蓋１３を押さえたとき、補助板５１が柔らかいことで蓋１３の寸法誤差を吸収し、押当板４４が蓋１３に圧力を均一に加える。このとき、溶接予定箇所１４の密封性を確保することができ、レーザー溶接の品質がより高くなる。さらに、補助板５１が汚れても補助板５１を容易に交換することができ、ランニングコストがより安値になる。
補助板５１を押当部分４４ａに接合するほか、押当板４４の少なくとも押当部分４４ａを透明ゴムで形成しても良い。上記と同様に溶接予定箇所１４の密封性を確保することができ、レーザー溶接の品質がより高くなる。
（実施の形態２）
本実施形態に係る密封容器の製造装置について説明する。図６に本実施形態に係る密封容器の製造装置の一形態を示す概略図を示した。図１の密封容器の製造装置３０と異なる点についてのみ説明する。密封容器の製造装置３１は、蓋固定手段４３及び蓋溶接手段４５に加え、容器搬送手段４７ａ，４７ｂ、蓋供給手段５２ａ、蓋搬送手段５２ｂ及び回転円盤体５３をさらに備える。回転円盤体５３に蓋固定手段４３及び蓋溶接手段４５が設置される。なお、回転円盤体５３の蓋６３が位置する側と反対となる側に位置している容器胴体６１を点線で示した。
蓋供給手段５２ａは、蓋６３を単列状に一個ずつ蓋搬送手段５２ｂに供給する。容器供給手段４１は、液体４２が充填された容器胴体６１を単列状に一個ずつ容器搬送手段４７ａに供給する。容器胴体６１は、容器搬送手段４７ａから容器搬送手段４７ｂに搬送される。また、蓋６３は、蓋搬送手段５２ｂから回転円盤体５３に搬送される。図６に示すように、本実施形態に係る密封容器の製造装置では、蓋固定手段４３は、容器胴体６１に蓋６３を装着する蓋装着手段（不図示）を兼ねることが好ましい。例えば、容器搬送手段４７ｂと回転円盤体５３とを同じ速度で回転させ、回転円盤体５３に搬送された蓋６３を押当板４４で押さえて開口部６９に装着しても良い。また、押当板４４が未密封容器のレーザー溶接が終了するまで蓋６３を押さえ続けても良い。回転円盤体５３は、未密封容器を蓋溶接手段４５が設置された箇所まで搬送する。押当板４４で蓋６３を押さえて溶接予定箇所６４を密着状態にしてから、蓋溶接手段４５が溶接予定箇所６４にレーザー光４６を照射する。蓋固定手段４３が蓋装着手段を兼ねることで、蓋装着手段を別途設けることを不要とし、省スペース化することができ、レーザー溶接システムがより安値になる。また、蓋装着手段と蓋固定手段との動作を一連の動作で行なうことができるため、レーザー溶接の作業効率を向上させることができる。
また、蓋固定手段４３は単純な平板だけでなく、蓋６３の形状に適合した凹凸のある形状にすることが好ましい。ここで、蓋固定手段４３の形状を工夫すると、レーザー光４６から溶接に不必要な箇所を保護するためのカバーとして蓋固定手段４３を兼用することができ、例えば、容器胴体６１又は蓋６３にレーザー光４６を吸収する印字又は印刷がある場合に、これらがレーザー光４６により変質又は発熱してしまうことを防ぐことができる。
図７に本実施形態に係る密封容器の製造装置の回転円盤体の上面図を示した。本実施形態に係る密封容器の製造装置では、容器胴体６１を搬送する容器搬送手段４７ｂと該容器搬送手段４７ｂの搬送速度と同じ速度で回転する回転円盤体５３とをさらに備え、蓋固定手段（不図示）は回転円盤体５３の周縁に等間隔で複数個設置されることが好ましい。例えば、回転円盤体５３は８個の蓋固定手段を備える。それぞれの蓋固定手段は押当板４４を備える。押当板４４の上面の側には、レーザー光照射部４５ａが設置される（一部不図示）。レーザー光照射部４５ａは、回転円盤体５３の回転軸に設置された蓋溶接手段４５に光ファイバー等の光接続手段４５ｂを介して接続される。また、蓋溶接手段４５が光分岐器（不図示）を備え、複数のレーザー光照射部４５ａから同時にレーザー光（不図示）を照射してもよい。図７において、位置ａ〜ｈは、回転円盤体５３における押当板４４の位置を示し、下降して蓋６３を押さえた押当板４４を実線で示し、上昇した状態の押当板４４を破線で示した。
位置ａにおいて、容器胴体６１が容器搬送手段４７ｂまで搬送されてくるので、押当板４４は上昇している。次に、容器搬送手段４７ｂと回転円盤体５３とが同じ速度で回転し続け、容器胴体６１が位置ｂまで搬送されてくる。位置ｂにおいて、蓋６３が回転円盤体５３まで搬送されてくるので、押当板４４は上昇している。次に、容器胴体６１及び蓋６３が位置ｃまで搬送されてくる。位置ｃにおいて、容器胴体６１に蓋６３を装着するため、押当板４４が下降し始める。次に、容器胴体６１及び蓋６３が位置ｄまで搬送されてくる。位置ｄにおいて、押当板４４が蓋６３を押さえつけ、容器胴体６１に蓋６３を装着する。次に、未密封容器が位置ｅまで搬送されてくる。位置ｅから位置ｆまで押当板４４が蓋６３を押さえ続け、溶接予定箇所を密着状態にする。レーザー光照射部４５ａが押当板４４の押当部分（不図示）にレーザー光を照射し、押当部分を透過したレーザー光が溶接予定箇所に照射される。レーザー光照射部４５ａがレーザー光を照射したまま、容器搬送手段４７ｂと回転円盤体５３とが同じ速度で回転し続け、位置ｆでレーザー溶接が終了する。レーザー溶接が終了すると、押当板４４が上昇し始める。位置ｇにおいて、押当板４４の上昇が終了する。次に、位置ｈにおいて、密封容器が容器搬送手段４７ｂから排出される。同じ速度で回転する容器搬送手段４７ｂと回転円盤体５３とを備え、回転円盤体５３に蓋固定手段を複数個備えることで、製造ラインの長さを短くでき、省スペース化することができる。
次に、本実施形態に係る密封容器の製造方法について説明する。図８に本実施形態に係る密封容器の製造方法の一形態を示す概略工程図を示した。本実施形態に係る密封容器の製造方法は、開口部６９を有する容器胴体６１と開口部６９を密閉する蓋６３とをレーザー溶接法によって溶着して気密状態とした密封容器の製造方法において、容器胴体６１に装着された蓋６３をレーザー光４６に対して透光性を有する押当板４４で押さえつけ、かつ、容器胴体６１と蓋６３との溶接予定箇所６４を密着状態としたままで押当板４４にレーザー光４６を照射し、押当板４４を透過したレーザー光４６を溶接予定箇所６４に照射して溶接を開始する蓋溶接工程Ｓ４を、備えることを特徴とする。例えば、図６の密封容器の製造装置３１は、蓋供給工程Ｓ２から容器排出工程Ｓ５までを１つの装置で行なうことができる。図８では、さらに蓋溶接工程Ｓ４の前に、容器胴体６１に液体４２を充填する充填工程Ｓ１、蓋６３を容器胴体６１に供給する蓋供給工程Ｓ２、蓋６３を容器胴体６１に装着する蓋装着工程Ｓ３が示されている。蓋溶接工程Ｓ４の後に、蓋６３で密封された容器胴体６１を排出する容器排出工程Ｓ５、密封不良を検査する不良品検査工程Ｓ６が示されている。なお、充填工程Ｓ１の前に容器胴体６１の内部や蓋６３を洗浄する洗浄工程を設けても良い。また、蓋溶接工程Ｓ４を経た密封容器にラベルを付すラベリング工程を設けても良い。
まず、充填工程Ｓ１において、飲料用又は食品用の液体４２を容器胴体６１に充填する。
次に、液体４２が充填された容器胴体６１を蓋搬送手段５２ｂまで搬送する。このとき、液体４２が発泡している場合には泡切りを行ない、炭素ガスパージ若しくは窒素ガスパージを行なう。
次に、蓋供給工程Ｓ２において、蓋供給手段５２ａによって蓋６３が蓋搬送手段５２ｂに供給される。蓋搬送手段５２ｂは、蓋６３を１つの容器胴体６１につき一個、開口部６９まで搬送する。
次に、蓋装着工程Ｓ３において、回転円盤体５３によって蓋６３が容器胴体６１に装着される。
例えば、図１の密封容器の製造装置３０は、蓋溶接工程Ｓ４を１つの装置で行なうことができる。蓋溶接工程Ｓ４において、押当板４４で蓋６３を押さえると、溶接予定箇所６４に存在した残留液体が押し出されて溶接予定箇所６４に残留液体が残留しにくくなる。また、レーザー光４６に対して透光性を有することで、押当板４４で蓋６３を押さえつけて溶接予定箇所６４を密着状態としたままレーザー溶接することができる。よって、レーザー光４６の熱量が奪われにくくなり、レーザー溶接の品質が高くなる。このとき、容器胴体６１と蓋６３との密封性を確保することができ、容器胴体６１と蓋６３とを簡易な構造にでき、密封容器を安値にすることができる。
次に、容器排出工程Ｓ５において、レーザー溶接を終えて密封された密封容器は、容器搬送手段４７から降ろされる。
次に、不良品検査工程Ｓ６において、不良容器排除手段５４によって、密封不良の容器が排除される。密封不良の判断は、上記モニタリングの結果と共に画像検査機（不図示）の外観検査結果を基に行なうことが好ましい。
押当板の透光率と密封容器の製造装置の密封不良率との関係を調べる為に、図３に示す密封容器の製造装置で合計１０個の密封容器をレーザー溶接した。市販の５００ｍｌのペットボトルである容器胴体及び専用に成形したＰＥＴ樹脂製の蓋を用いた。容器胴体には飲料水５００ｍｌを充填し、室温は１５℃であった。また、厚さ１０ｍｍの押当板で５ｃｍ２の天面面積の蓋に対し上方から１００Ｎの荷重を蓋天面に加えた。容器運搬速度を５０ｃｍ／秒とし、蓋の天面から蓋全体にわたって波長が８０８ｎｍのレーザー光を０．８Ｊ／ｍｍ２のエネルギー供給となるように照射し、溶接を実施した。
上記の結果、蓋の耐圧強度が５３０００Ｐａ前後となる密封容器が得られた。本発明に係る密封容器の製造方法を用いれば、蓋が十分な耐圧強度でレーザー溶接できることがわかった。
本願第１実施形態に係る密封容器の製造装置の概略図である。 本願第１実施形態に係る密封容器の概略図であり、（ａ）は第１形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｂ）は第２形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｃ）は第３形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｄ）第４形態の密封容器の一部縦断面概略図である。 本願第１実施形態に係る蓋固定手段の第１形態の一部縦断面概略図である。 本願第１実施形態に係る蓋固定手段の第２形態の一部縦断面概略図である。 本願第１実施形態に係る蓋固定手段の第３形態の一部縦断面概略図である。 本願第２実施形態に係る密封容器の製造装置の概略図である。 本願第２実施形態に係る密封容器の回転円盤体の上面図である。 本願第２実施形態に係る密封容器の各製造工程を示す概略工程図である。
符号の説明
１，１１，２１，３１，６１ 容器胴体
３，１３，２３，３３，６３ 蓋
１３ａ 天面
２３ａ 側面
４，１４，２４，３４，６４ 溶接予定箇所
９，１９，２９，３９，６９ 開口部
２７ つまみ
３０，３１ 密封容器の製造装置
４１ 容器供給手段
４２ 液体
４３ 蓋固定手段
４４ 押当板
４４ａ 押当部分
４４ｂ 支持部分
４５ 蓋溶接手段
４５ａ レーザー光照射部
４５ｂ 光接続手段
４６ レーザー光
４７，４７ａ，４７ｂ 容器搬送手段
４８ 自転テーブル
４９ 容器排出手段
５０ 押当板駆動機構
５１ 補助板
５２ａ 蓋供給手段
５２ｂ 蓋搬送手段
５３ 回転円盤体
５４ 不良容器排除手段
７１ 未密封容器
７２ 密封容器
１００，２００，３００，４００ 密封容器

Claims (7)

  1. 開口部を有する容器胴体と前記開口部を密閉する蓋とをレーザー溶接法によって溶着して気密状態とした密封容器の製造装置において、
    前記容器胴体と前記蓋との溶接予定箇所にレーザー光を照射する蓋溶接手段と、
    前記容器胴体に装着された前記蓋を押さえる押当板を有し、前記押当板のうち少なくとも前記蓋を押さえる押当部分が前記レーザー光に対して透光性を有し、かつ、前記押当部分を前記レーザー光の光路上に配置する蓋固定手段とを、備えることを特徴とする密封容器の製造装置。
  2. 前記押当部分は、前記レーザー光の透光率が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の密封容器の製造装置。
  3. 前記押当板のうち少なくとも前記押当部分が、ガラス又はアクリル樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密封容器の製造装置。
  4. 前記レーザー光に対して透光性を有し、かつ、柔軟性を有する補助板を、前記押当部分の表面のうち前記蓋と接触する面にさらに接合していることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の密封容器の製造装置。
  5. 前記蓋固定手段は、前記容器胴体に前記蓋を装着する蓋装着手段を兼ねることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の密封容器の製造装置。
  6. 前記容器胴体を搬送する容器搬送手段と該容器搬送手段の搬送速度と同じ速度で回転する回転円盤体とをさらに備え、前記蓋固定手段は前記回転円盤体の周縁に等間隔で複数個設置されていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の密封容器の製造装置。
  7. 開口部を有する容器胴体と前記開口部を密閉する蓋とをレーザー溶接法によって溶着して気密状態とした密封容器の製造方法において、
    前記容器胴体に装着された前記蓋をレーザー光に対して透光性を有する押当板で押さえつけ、かつ、前記容器胴体と前記蓋との溶接予定箇所を密着状態としたままで前記押当板に前記レーザー光を照射し、前記押当板を透過した前記レーザー光を前記溶接予定箇所に照射して溶接を開始する蓋溶接工程を、備えることを特徴とする密封容器の製造方法。
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