JP2009202502A - プラスチックフィルムの溶着装置および溶着方法 - Google Patents

プラスチックフィルムの溶着装置および溶着方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ヒートシールバーを用いずにプラスチックフィルム同士を溶着させ得るプラスチックフィルムの溶着装置を提供する。
【解決手段】両端の支持軸部を介して回転自在に支持されるとともに内部に空間室12が形成された回転ロール11、およびこの回転ロールと並行に配置されて当該回転ロールとの間にプラスチックフィルムＦを導き押圧し得る押さえロール17と、上記回転ロールの空間室内に配置されてレーザ出射装置から出射されるとともに当該回転ロールの一方の支持軸部内を通過されたレーザビームＬを当該回転ロールの筒状外周面に照射させる光走査装置20とを具備し、且つ上記回転ロールの筒状部11ｂをレーザ光を透過し得る透明材料で構成するとともに、この筒状部の外周面に、レーザ光を吸収し得る吸収部材11ｃを配置したものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザビームを用いてプラスチックフィルム同士を溶着する溶着装置および溶着方法に関する。
従来、医薬用容器（例えば、輸液バッグ）、食品用容器、化粧品用容器などのプラスチックフィルム製の袋状容器を製造する場合、２枚のプラスチックフィルムをロールから引き出すとともに、互いに重ねた状態で、袋状容器のシール部（溶着部である）に相当する部分を、ヒートシールバーつまり金型により上下から挟持して加熱・溶着することにより、シール部を形成していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−８２６０４号公報
従来の袋状容器の製造方法によると、ヒートシールバーを用いてシール部を形成しているため、袋状容器の形状が変われば、当然に、シール部の形状も変わることになり、したがってヒートシールバーそのものを新しく製作しなければならず、コストが高くつくという問題があった。
そこで、本発明は、ヒートシールバーを用いずにプラスチックフィルム同士を溶着させ得るプラスチックフィルムの溶着装置および溶着方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るプラスチックフィルムの溶着装置は、両端の支持軸部を介して回転自在に支持されるとともに内部に空間室が形成された回転ロール、およびこの回転ロールと並行に配置されて当該回転ロールとの間にプラスチックフィルムを導き押圧し得る押さえロールと、上記回転ロールの空間室内に配置されてレーザ出射装置から出射されるとともに当該回転ロールの一方の支持軸部内を通過されたレーザビームを当該回転ロールの筒状部に照射させる光走査装置とを具備し、
且つ上記回転ロールの筒状部をレーザビームを透過し得る透明材料で構成するとともに、この筒状部の外周面に、レーザ光を吸収し得る吸収部材を配置したものであり、
また上記構成において、回転ロールに接触して当該回転ロールを冷却し得る冷却ロールを具備したものである。
さらに、本発明のプラスチックフィルムの溶着方法は、両端の支持軸部を介して回転自在に支持されるとともに内部に空間室が形成された回転ロール、およびこの回転ロールと並行に配置されて当該回転ロールとの間にプラスチックフィルムを導き押圧し得る押さえロールと、上記回転ロールの空間室内に配置されてレーザ出射装置から出射されるとともに当該回転ロールの一方の支持軸部内を通過されたレーザビームを当該回転ロールの筒状部に照射させる光走査装置とを具備した溶着装置において、
回転ロールと押さえロールとにより少なくとも２枚の重ねられたプラスチックフィルムを導き、上記光走査装置を制御して、レーザビームを回転ロールの筒状部に照射して、プラスチックフィルム同士を溶着させる方法である。
上記プラスチックフィルムの溶着装置および溶着方法によると、プラスチックフィルム同士を溶着させて袋状容器を得る際に、少なくとも２枚のプラスチックフィルムを押さえロールとの間に導き押圧し得る回転ロール内に形成された空間室内にレーザビームを出射するとともに、この空間室内に配置された光走査装置により、このレーザビームを筒状部に向かって照射して、シール部を形成するようにしたので、袋状容器の形状が変わった場合でも、制御装置により光走査装置を制御してレーザビームの照射位置を変更するだけで対処し得る。すなわち、従来のように、ヒートシールバーを新しく製作する必要がないので、コストの低減化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態に係るプラスチックフィルムの溶着装置および溶着方法を図面に基づき説明する。
ところで、本実施の形態においては、プラスチックフィルムを用いて、袋状容器、例えば輸液バッグなどの医薬用容器を製造するための製造設備に設けられるプラスチックフィルムの溶着装置および溶着方法について説明する。
まず、製造される輸液バッグ（以下、袋状容器という）について簡単に説明しておく。
図１に示すように、この袋状容器１は、２枚のプラスチックフィルム（つまり合成樹脂製）Ｆが重ねられるとともに所定部分が溶着（接着、シールともいう）されて製造されるもので、標準的な形状としては、一端側に開口部２を有するとともに残りの三方の縁部（両側縁部および他方の端縁部）が溶着されたものである。以下、溶着部分をシール部３という。
なお、図１においては、液体の充填室が一つ（単室）である場合を示したが、例えば図２に示すように、２種類の液体をそれぞれ別個に収納しておき、使用時に、混合させるようにした例えば二つの充填室を有する複室の袋状容器（中間に仕切り部としてのシール部が形成される）もあるが、ここでは単室の場合について説明する。
図３〜図５に示すように、袋状容器の製造設備には、プラスチックフィルムの溶着装置１０が具備されている。
この溶着装置１０には、両端に設けられ且つ貫通穴１３を有し且つ小径にされた支持軸部１１ａを介して支持体（図示せず）側に軸受（図示せず）を介して水平軸心回りで回転自在に支持されるとともに内部に円柱状の空間室１２が形成された回転ロール１１と、同じく支持体側に支持されるとともに上記回転ロール１１の一方の支持軸部１１ａに弾性カップリング（ゴム製のものが用いられる）１４を介して連結されて当該回転ロール１１を回転させる環状モータ［貫通穴１６を有するＤＤ（ダイレクトドライブ）モータが用いられる］１５と、上記回転ロール１１と並行に配置されて当該回転ロール１１との間に２枚のプラスチックフィルムＦを導き押圧する押さえロール１７と、同じく回転ロール１１と並行に且つ上記押さえロール１７とは反対側に配置されて当該回転ロール１１を冷却する冷却ロール１８と、上記回転ロール１１の一方の端部側例えば環状モータ１５側に配置されてレーザビームを発射し得るレーザ出射装置（例えば、半導体レーザ、ＹＡＧなどの固体レーザが用いられる）１９と、上記回転ロール１１の空間室１２内に配置されて上記レーザ出射装置１９から出射されるとともに当該回転ロール１１の一方の支持軸部１１ａ内を通過されたレーザビームを当該回転ロール１１の筒状の外周面に照射させる光走査装置（例えば、一次元走査または二次元走査を行い得るガルバノスキャナが用いられる）２０と、上記レーザ出射装置１９および光走査装置２０を制御する制御装置２１とが具備されている。
なお、上記光走査装置２０は、モータ１５の貫通穴１６、回転ロール１１の両端部の貫通穴１３および空間室１２を挿通された板状の支持部材２２を介して支持体側に支持されている。勿論、回転ロール１１はモータ１５により回転され、また上記支持部材２２は、その回転中心軸近傍で且つ回転中心軸に沿って配置されている。なお、上記支持部材２２の途中が、両端部の貫通穴１３内に配置された軸受２３により支持されている。また、冷却ロール１８についても、支持体側に回転自在に支持されているとともに、例えば内部に冷却水の供給管路が形成されている。
さらに、上記回転ロール１１の筒状部１１ｂは、レーザビームを透過し得る透明材料（レーザ光に対して高い透過性を有する材料で、例えば、硬質耐熱性ガラスなどが用いられる）で構成されるとともに、この筒状部１１ｂの外周面には、レーザ光を吸収し得る吸収部材（レーザ光に対して吸収特性が高い材料、例えばステンレスなどの金属表面に黒アルマイトなどを被覆したものが用いられる）１１ｃが配置されている。
また、上記光走査装置２０には、所定軸心回り、例えば水平軸心（回転軸心）と直交する軸心回りで回転可能（揺動可能ともいえる）に設けられてレーザビームを回転軸心を通過する平面内の任意方向に反射し得る反射ミラー（図１に示す）２０ａと、この反射ミラー２０ａを揺動させる揺動装置（同じく、図１に示し、回転装置ということもでき、例えばサーボモータなどが用いられる）２０ｂとが具備されている。ここでは、レーザビームを回転ロール１１の幅方向でのみ移動させるもの（つまり、一次元スキャナである）として説明したが、勿論、互いに直交する軸心回りで揺動し得る２つの反射ミラーを配置した二次元スキャナを用いてもよい。
さらに、上記制御装置２１は、図３に示すように、袋状容器１を形成する際の種々の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部３１、この制御パラメータ設定部３１にて設定されたレーザ出力データを入力してレーザ出射装置１９から出射されるレーザビームの出力すなわちビーム径を制御するレーザ出力制御部３２と、袋状容器１の形状データ例えばシール部３を形成する際のレーザビームの照射位置データ（例えば、ＣＡＤデータが用いられる）に基づき光走査装置２０の揺動装置２０ｂを制御するビーム照射位置制御部３３と、上記制御パラメータ設定部３１にて設定されたレーザビーム先端の移動速度（以下、ビーム移動速度といい、加工速度ということもできる）を入力して当該ビーム移動速度となるように光走査装置２０の揺動装置２０ｂを制御するビーム移動速度制御部３４とから構成されている。
なお、光走査装置２０を制御するビーム照射位置制御部３３には、レーザビームの照射位置データが具備されており、この照射位置データが光走査装置２０の揺動装置２０ｂに出力されることになる。この意味で、ビーム照射位置制御部３３は照射位置データ出力部ということもできる。
次に、袋状容器１の製造方法について説明する。
互いに重ねられた状態で２枚のプラスチックフィルムＦが、回転ロール１１と押さえロール１７との間に導かれている状態において、レーザ出射装置１９から出射されたレーザビームＬは、モータ１５の貫通穴１６および支持軸部１１ａの貫通穴１３を通過し、空間室１２内に配置された光走査装置２０に入り、制御置２１からの指示により、袋状容器１のシール部３に対応する部分に向かってレーザビームＬが照射される。このレーザビームＬは、筒状部１１ｂを透過し、その外周に配置された吸収部材１１ｃにて吸収され、したがってこの部分が加熱されて、両プラスチックフィルムＦ同士が溶着することになる。つまり、シール部３が形成される。勿論、制御装置２１からの指令により、袋状容器１となるように、レーザビームＬが照射される。
なお、回転ロール１１の加熱部分は回転して冷却ロール１８に接触することにより、冷却が行われ元の状態に戻された後、引き続き、レーザビームＬが照射されて、プラスチックフィルムＦの溶着が行われる。勿論、２枚のプラスチックフィルムＦは回転ロール１１と押さえロール１７とにより一定速度で送られている。
ところで、レーザビームＬの強度および回転ロール１１の回転速度については、袋状容器１のシール部３が所定の強度を発揮し得るように調整されている。例えば、レーザ光の強度が一定にされると、レーザビームの移動速度が調整され、逆に、移動速度が一定にされると、レーザ光の出力が調整される。勿論、両者を調整することもできる。例えば、レーザ光の出力を調整することにより、溶着強度つまり接着強度を調整することができる。また、シール部３の幅を調整する必要がある場合には、レーザ出射装置１９からのレーザビームの出射経路途中に、ビーム幅を調整し得るビームエキスパンダを設けるようにしてもよい。
なお、図２に示すように、例えば２つの充填室を有する複室の袋状容器１を形成する場合、その中間の仕切り部であるシール部３が剥離（２種類の液体を混合するため）し得るように、周囲のシール部３よりもその強度が弱くされるが、このような場合に、レーザ光の強度または溶着幅が調整される。
このように、レーザ出射装置１９ら出射されたレーザビームＬは、回転ロール１１内に配置された光走査装置２０を介して、その筒状部１１ｂの外周面に配置されたレーザ光の吸収部材１１ｃに照射され、当該回転ロール１１と押さえロール１７との間に導かれた２枚のプラスチックフィルムＦを溶かすとともに押さえロール１７による押圧力により、その加熱部が確実に溶着されて、シール部３が得られる。
上述したように、プラスチックフィルムＦ同士を溶着させて袋状容器１を得る際に、２枚のプラスチックフィルムＦを押さえロール１７との間に導き押圧し得る回転ロール１１内に形成された空間室１２内にレーザビームＬを出射するとともに、この空間室１２内に配置された光走査装置２０により、このレーザビームＬを外周の筒状部１１ｂおよび吸収部材１１ｃに向かって照射して、シール部３を形成するようにしたので、袋状容器１の形状が変わった場合でも、制御装置２１により光走査装置２０を制御してレーザビームＬの照射位置を変更するだけで、簡単に対処することができる。すなわち、従来のように、ヒートシールバーを新しく製作する必要がないので、コストの低減化を図ることができる。
ところで、上記実施の形態においては、レーザ出射装置をモータ側に配置したが、モータ側とは反対側に配置してもよい。
また、上記実施の形態においては、２枚のプラスチックフィルムを用いて袋状容器を製造する場合について説明したが、例えば３枚以上のプラスチックフィルムを用いて袋状容器を製造する場合にでも適用することができる。
本発明の実施の形態に係るプラスチックフィルムの溶着装置にて得られる袋状容器の概略構成を示す正面図である。 同製造される他の袋状容器の概略構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係るプラスチックフィルムの溶着装置の概略構成を示すブロック図である。 同溶着装置の概略構成を示す断面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。
符号の説明
Ｆ プラスチックフィルム
１ 袋状容器
２ 開口部
３ シール部
１１ 回転ロール
１１ａ 支持軸部
１１ｂ 筒状部
１１ｃ 吸収部材
１２ 空間室
１３ 貫通穴
１４ 弾性カップリング
１５ モータ
１６ 貫通穴
１７ 押さえロール
１８ 冷却ロール
１９ レーザ出射装置
２０ 光走査装置
２１ 制御装置
３１ 制御パラメータ設定部
３２ レーザ出力制御部
３３ ビーム照射位置制御部
３４ ビーム移動速度制御部

Claims (3)

  1. 両端の支持軸部を介して回転自在に支持されるとともに内部に空間室が形成された回転ロール、およびこの回転ロールと並行に配置されて当該回転ロールとの間にプラスチックフィルムを導き押圧し得る押さえロールと、上記回転ロールの空間室内に配置されてレーザ出射装置から出射されるとともに当該回転ロールの一方の支持軸部内を通過されたレーザビームを当該回転ロールの筒状部に照射させる光走査装置とを具備し、
    且つ上記回転ロールの筒状部をレーザビームを透過し得る透明材料で構成するとともに、この筒状部の外周面に、レーザ光を吸収し得る吸収部材を配置したことを特徴とするプラスチックフィルムの溶着装置。
  2. 回転ロールに接触して当該回転ロールを冷却し得る冷却ロールを具備したことを特徴とする請求項１に記載のプラスチックフィルムの溶着装置。
  3. 両端の支持軸部を介して回転自在に支持されるとともに内部に空間室が形成された回転ロール、およびこの回転ロールと並行に配置されて当該回転ロールとの間にプラスチックフィルムを導き押圧し得る押さえロールと、上記回転ロールの空間室内に配置されてレーザ出射装置から出射されるとともに当該回転ロールの一方の支持軸部内を通過されたレーザビームを当該回転ロールの筒状部に照射させる光走査装置とを具備した溶着装置において、
    回転ロールと押さえロールとにより少なくとも２枚の重ねられたプラスチックフィルムを導き、上記光走査装置を制御して、レーザビームを回転ロールの筒状部に照射して、プラスチックフィルム同士を溶着させることを特徴とするプラスチックフィルムの溶着方法。
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