JP2017087296A - 構造を生成するための方法および方法により生産される製品 - Google Patents

Abstract

【課題】単純かつ信頼性のある形で実施でき結果として鮮明に形成された認識可能な構造をもたらす、プラスチック容器製品内に適切な構造を生成するための方法。【解決手段】好ましくはブロー成形、充填および封止方法を用いて生産されるプラスチック容器製品（１）の容器壁（２９）の壁部分（１１）に対するレーザーの作用によって、構造（１３）を生成するための方法は、特定の構造（１３）が、少なくともレーザー出力、レーザーの作用時間、プラスチック材料のタイプおよび、所望される構造のタイプを考慮に入れて、レーザー作用を用いて１つの壁部分内に線形窪み（１７）として導入され、こうして窪みが、線形窪みの断面形状をたどる形で縁部において、各々の場合において１つの隆起（２７）によって画定され、この隆起がプラスチック材料の固有の材料応力の影響下でもたらされる。【選択図】図１

Description

本発明は、好ましくはブロー成形、充填および封止プロセスを用いて生産されるプラスチック容器製品の容器壁の少なくとも１つの壁要素に対するレーザーの作用を用いて、少なくとも１つの構造を生成するための方法に関する。本発明はさらに、方法により生産される、詳細にはこの種の容器の形をした製品に関する。

アンプルなどのプラスチック製の中空容器の生産のための装置および方法は、複数の実施形態における先行技術であり、例えば公知のｂｏｔｔｅｌｐａｃｋ（登録商標）システムと併用して液体またはペースト様の製品向けの包装システムにおいて広く使用されている。容器またはアンプルなどの入れ物を生産するための匹敵するブロー成形、充填および封止プロセスが、例えば特許文献１中で開示されている。

このような形で生産され外部構造を伴う容器製品を提供することも同様に先行技術である。この点において、特許文献２は、対応する構造が容器製品上またはその分離可能な構成要素上でのエンボス加工を通して生成されるエンボス加工方法において、窪みによりこうして生成されたエンボス加工済み構造が、プラスチック容器の特徴データを表わす識別マーカーを形成する方法を開示している。詳細には、これは、なかでも容器の中味の任意の有効期限を含めた容器のそれぞれの中味の製造場所および製造年月日ならびにタイプおよび数量に関する情報を提供し得るコード番号の形をとってよい。

この特徴データは同様に、エンドユーザーベースでの情報提供のために非暗号化書式で提供されてもよい。この目的で、特徴データは、英数字または文字の形をとる。この種の特徴データは好ましくは、その流体または他の媒質を伴う容器製品の内部を含めた部域内で容器製品に直接適用される。この場合、エンボス加工プロセス中に容器製品に穴を開けて容器の中味を使用不能にする可能性を回避するために、エンボス加工プロセスを、注意深く行なわなければならない。

特許文献３は、ポリスチレン、ポリアミドなどの群由来のプラスチック製物品の熱可塑性壁上に発泡体様の表面領域を生成するための方法において、プラスチック構成要素が第１に媒質内に浸されその後１０．６μｍの波長を有するＣＯ₂レーザーにより局所的に加熱されて、プラスチック構成要素上に発泡体様の領域を形成し、このようにして、構造的に導入された識別用マーカーを成形することができる方法について記述している。

特許文献４は、金型の生産方法において、少なくとも２つの異なる色のプラスチック顆粒が、例えばさらに２つの構成要素との射出成形またはホットプレス方法を用いて機械的に混合され、その後レタリング文字の領域内でプラスチック材料を「蒸発」させることによってレーザー銘刻が適用される方法について記述している。

プラスチック構成要素内に構造を導入するための公知の方法には、方法の持続時間の短かさならびに生産すべき構造の精度および認識可能な鮮明度に関して、所望すべきものが何かしらなお残されている。

欧州特許第０３５９９７１Ｂ１号 独国特許出願公開第１０３２８１９８Ａ１号 米国特許出願公開第３，６２７，８５８Ａ号 独国特許出願公開第１９６４５８７１Ａ１号 独国特許出願公開第１０２００５０２５７６０Ａ１号

この先行技術から出発して、本発明の目的は、特に単純かつ信頼性のある形で実施できかつ結果として鮮明に形成された認識可能な構造をもたらす、この種のプラスチック容器製品内に適切な構造を生成するための方法を提供することにある。本発明のさらなる目的は、好ましくは本発明に係る方法を用いて生成可能な適切な構造を有する製品を生産することにある。

これらの目的は、請求項１の特徴の全てまたは請求項１０の特徴をそれぞれ有する方法ならびに製品によって達成される。

本発明は、少なくとも、
レーザー出力、
レーザーの曝露時間、
プラスチック材料のタイプおよび、
所望される構造のタイプ、
を考慮に入れて、レーザー作用を用いてプラスチック壁の壁要素内に線形窪みとして導入され、この窪みが、線形窪みをたどる縁部に沿った突起によって縁どられるようになっており、前記突起が、少なくとも部分的にプラスチック材料の固有の材料張力の影響下で生成される、生成すべきそれぞれの構造を提供している。

したがって、横断面で見た場合に波形を有する窪みが容器壁内に形成され、これはその両側で、残りの容器壁との関係において線形に延在する突起により縁どられている。ここでは、材料の変位が存在するのと同時に変位によって形成された線形突起の方向に窪みが形成される。プラスチック材料製の容器壁は、レーザー作用により局所的に加熱され、線形窪みの領域内でこの種の分子連鎖またはプラスチック繊維を切断すること無く、かつ同様にプラスチック材料がレーザー作用によって窪みの領域内で本質的に蒸発させられることなく、加熱されたプラスチック材料はレーザーの作用下で縁部において外向きに変位させられ、こうして横断面で見た場合に、縁部において隣接する波高点と中央の波の谷を有する一種の波が形成するようになっている。線形突起または波高点の方向へのプラスチック材料の変位は、この程度まで加熱されたプラスチック材料の固有の材料張力の影響下でもたらされ、ここで毛細管効果および／または表面張力効果も同様に１つの役割を果たし得る。

プラスチック材料と共にレーザー技術を使用する分野における平均的な当業者にとっては、先行技術に示されている通りレーザーを用いてプラスチック材料を発泡させる必要なく（特許文献３）、かつプラスチック材料を本質的に蒸発させる必要なく（特許文献４）、線形突起の観点から見た場合に容器壁の残りの壁要素との関係において一貫して突出する構造に到達できること、そして、この点で同じくそれぞれの容器から突出して鮮明に見えかつ明確に感じることのできる構造の生成に関して大幅に改善された結果が達成されること、は意外なことである。

容器に充填すべき製品は、感応性の高い液体薬剤であり、これは無菌のクリーンルーム条件下で充填される必要があり得、かつ、これ以外にこの点に関して特にその寿命の観点から見て大気中酸素に対し敏感に反応し得るものである、したがって、本発明に係る方法は、プラスチック材料がレーザー作用による損傷を受けない、特に蒸発したり気泡の形に転換されないこと、およびプラスチック材料の繊維または分子連鎖などの下にある構造もまた影響を受けず、このため構造の生成にも関わらず、容器の内側に損傷を与え得る望ましくない増大した量の大気中酸素または他の媒質が予期せずプラスチック製容器壁内に進入し得るような形で容器壁が脆弱化または改質されることはなくなること、を保証するものである。容器の中味を高い信頼性で保護するためには、それぞれの線形窪みによって容器壁の厚みが５０％を超えて削減されることがあってはならない。

上述した方法の場合、ラインのレイアウトに応じて文字、番号、点の形成と同様点字レタリングを得るためにも好適である外部的に鮮明に見える構造が、容器壁内に生成される。さらに、例えば表面の感触を改善するために、容器壁またはキャップ上のリブとして、それぞれの構造を使用することができる。こうして、任意の種類のプラスチック製品のための（ただし好ましくは容器製品用の）構造を生成するための、単純で高い信頼性で機能する柔軟な方法が示されている。

１つのそれぞれの要素内に生成された構造ならびに少なくとも直接隣接する壁要素の両方が、１つの容器壁として形成され、この容器壁が外部環境に対し閉鎖され、連続的に延在しかつ、本質的に均質でかつ気泡を含まないように形成されていることが極めて有利である。このようにして、その後容器壁内に異物が取込まれる可能性は全く無くなり、かつ容器壁を通した環境からの粒子の拡散は最小限に削減され、そのため構造が生成された時点ですでに容器内にあってよい中味が構造の生成中であれ後続する貯蔵中であれ使用不能になることはなくなる。

レーザー作用中、容器壁のそれぞれの壁要素がなおも、先行する成形プロセス、詳細にはブロー成形プロセスからの加熱を受けていることが有利である。こうして、所望される波形を生成する上での容器壁の加熱された、したがってより軟質である構造の有利な利用そして高速のプロセスシーケンスが可能になる。

線形窪みは、それぞれの窪みの交差点に至るまで縁部に沿って突起により外部が縁どりされている接合部または交点などの連続点において融合され得る。

マーキング速度が低減されるか、あるいは壁要素が２度目に照射される場合には、構造を生成するためにレーザー強度を削減することが特に有利である。この措置により、それぞれの線形窪みがおおよそ均一な深さで形成され、いかなる場合においても容器壁の溶落を防止することが確実になる。

接合部（Ｂ）および／または交点（Ｃ）の領域内で、少なくとも２つの線形窪みを有利には、少なくとも部分的に、互いに平行に配置することができ、前記窪みはその間でさらなる突起を縁どっており、この突起は、他の突起のレベルと同じレベルまたは異なるレベルに配置されている。この措置により、接合部および／または交点を容易に形成かつ上昇させて、容易に目に見えるようにすることができる。詳細には、レーザービームを、すでに適用された波構造のすでに生成された窪みに精確に的中させる必要はない。

追加の構造が、構造を有する容器壁の壁要素とは反対側にある容器の内側に面している容器壁の壁要素の中に導入され、この追加の構造が１つの構造をたどり、こうして突起をその場所でそれぞれに適用または導入するようになっていることが、特に有利である。これは、支持補強と所望の均質化の意味合いにおける容器壁の標準化を意味する。

それぞれの構造をＣＯ₂レーザーにより生成することが有利である。本発明に係る解決法の範囲内で、この種のレーザーが、その周波数スペクトルおよび強度に起因してプラスチック製品内に構造を生成するために特に好適であることが示されてきた。

それぞれの構造を、ポリオレフィンプラスチック材料製のプラスチック容器製品内にレーザー作用を用いて導入することが特に有利である。詳細には、本明細書に記載されている構造の生成は同様に、入れ物のいわゆる同時押出型壁要素のためにも使用でき、その場合少なくとも２つの層または積層品タイプの壁要素が互いに隣接することになる。したがって、特に低コストで手順的に高い信頼性で関連する壁要素内に構造を導入できるような形で、同時押出型プラスチック製品の外部壁要素を材料側で選択することができ、ここで、障壁の形で好ましくは別のプラスチック材料を含む複合材料製の少なくとも１つの後続する同時押出層が、入れ物の内側への異物の移動を妨げることができる。優れた表面感触および／または視認性を有する構造を生成するためには、容器の壁要素内の線形窪みにおいて、線形窪みに平行な線形突起を一方の壁側にのみ発生させるだけで充分であり得るが、ただしこの突起は非常に精密なレーザー応用技術を必要とする。

本発明について、図面に基づいて以下で詳細に説明する。

付随するキャップ要素無しの、本発明に係る方法にしたがった銘刻の形をした外側構造が具備されたアンプル様のプラスチック容器の側面図である。 部分的に切り取られたキャップ要素を有する図１に比べて９０°回転させられた容器の側面図である。 図１にある数字列にしたがった一例として数字「４」を用いて生成された構造を示す。 各々写真的表現の形で、 位置Ａにおける図３中の構造の上面図を示す。 位置Ｂにおける図３中の構造の上面図を示す。 位置Ｃにおける図３中の構造の上面図を示す。 図４中のラインＸ−Ｘに沿った、位置Ａにおける図３中の構造を通る部分的に示された横断面である。 図５中のラインＹ−Ｙに沿った、位置Ｂにおける図３中の構造を通る部分的に示された横断面である。 図６中のラインＺ−Ｚに沿った、位置Ｃにおける図３中の構造を通る部分的に示された横断面である。

アンプル１の形をしたプラスチック容器製品または入れ物が示されている。アンプル１は、容器本体３を有し、その上面には、ネック要素が連結され、その上に、図面中ではキャップ要素７が示されている。キャップ要素７はネジ込み可能であり、これは図２中にのみ示されている。ネック要素５、キャップ要素７ならびにネック要素５の端部に位置設定された閉鎖要素９は、特許文献５から公知の要領で形成されている。図２は、キャップ要素７を初期位置で示しており、これはその納入時の状態にあるアンプル１に対応している。以上で言及した文書から公知の通り、キャップ要素７は、さらにネジ戻しされた時点で開放用装置を形成し、キャップ要素７内のスパイクで閉鎖要素９に孔を明け時点でアンプルの中味を使用するために放出する。

図面は、本発明に係る方法を用いて外部構造が具備されている容器製品の一例として、通常のサイズの２倍の規模の容量１０ｍｌ入りのアンプル１を示していて、アンプル１は、完全に丸くなく本質的に卵形を有する容器本体を有し、図１には、容器本体３のより狭い側が見えている。この側の中央壁要素１１に対して、識別用マーカー１３の形をした構造が適用され、この実施例においてこれは６桁コード１２３４５６を含んでいる。これらの数字はレーザー作用を用いて形成される。レーザー装置（図示せず）は好ましくは、独立型レーザーステーションとしてｂｏｔｔｅｌｐａｃｋ（登録商標）生産設備と打ち抜き装置との間に配置され、打抜き装置はアンプル結合部品においてトリム縁部廃棄物を分離しかつ／またはアンプルを分離する。レーザーステーションは、ｂｏｔｔｅｌｐａｃｋ（登録商標）システムと協調して同期化され得る。ｂｏｔｔｅｌｐａｃｋ（登録商標）システムと時間的かつ空間的に密に関係し合って作動するレーザーステーションの場合には、アンプル１のプラスチックは、プロセス関連の残留熱の結果として、好ましくは４５℃の範囲内の高い温度をなおも有するかもしれず、これは、容器壁２９内に構造を生成するために有益である。

図１は、読取り可能なコード銘刻１２３４５６の意味合いで容器の壁要素１１内に生成された構造として識別用マーカー１３を示しているものの、以下でより詳細に記述するレーザー作用を用いて、例えば容器製品の表面の感触を改善する目的で、容器内に他の構造を形成することも可能である。こうして例えば、図２は、キャップ要素７の取扱いを改善する、アンプル１のキャップ要素７上に創出されたリブ１５を示している。

構造１３の導入については、図３〜９に基づいて以下でさらに詳細に記述される。図３を見ればわかるように、図１にしたがったコード１２３４５６の数字「４」は、少なくともレーザー出力、レーザーの曝露時間およびプラスチック材料のタイプを考慮に入れて、プラスチック容器製品の容器壁２９の壁要素１１内に線形窪み１７としてレーザー作用を用いて１つの構造として導入すべきものである。こうして、この窪みの側面には、プラスチック材料の材料張力の影響下で生成される窪み１７をたどる縁部に沿った突起２７が位置づけされなければならない。この特定の実施例において、数字「４」の垂直ライン１９は、最初に生成され、これは継ぎ目なく傾斜ライン２１にならびに垂直ライン１９と交わる水平ライン２３に向って開放する。位置Ａ、ＢおよびＣにその２つの突起２７および隣接する縁部領域２５を伴う線形窪み１７の構造は、各々写真的表現の形での上面図で図４〜６に示されており、ここで線形窪み２７は、レーザーが単一のプロセスステップで構造１７を生成することを条件として、位置ＢおよびＣにおいて遭遇している。

線形窪み１７が、「４」の垂直バーの位置Ａにおいて形成されている。これは直線行程をとる。窪み１７は、本質的にＵ字形をしており、波の谷を連想させる。窪みは、縁部において突起２７により縁どられ、これらの突起を波高点として記述することができる。これらの波高点２７は、残りの容器壁２９との関係において高くなっている（図７参照）。線形窪み１７の最大深さＴは、この領域内の残りの容器壁２９の厚みＤのおよそ１／６である。突起２７は、容器壁２９の厚みＤのおよそ１／１２の最大高さＨを有する。

左から右に見た図７の画像平面において、壁要素１１を有する容器壁２９の外側輪郭の行程は、第１の波高点として左側突起２７の最高点に達するまでわずかに上昇し、その後波の谷として線形窪みのＵ字形行程内に合流し、全体として対称的な形で、反対側において第２の追加の波高点として右側突起２７内へと遷移し、この第２の波高点は考えられる最大高さＨから出発して次に再び平坦化する。反対の内側面３１上では、容器壁２９は線形窪み１７の領域が厚くなっており、浅いリブ３３を形成する。リブ３３の側面には、いずれかの側で窪み３５が位置づけされている。こうして、構造１３を有する壁要素１１と反対側に存在し容器の内側に面している壁要素３１の中に追加の構造３３、３５が導入され、この追加の構造は、１つの構造１３に追従し、こうして、対応する窪み１７の場所において突起３３が導入され、それぞれの突起２７の場所に窪み３５が導入されることになる。それでも、図７の横断面図は、突起３３ならびにそれぞれの外部に隣接する窪み３５が、外向きに環境に面している容器壁２９の外部側面上の波よりも小さい形状を有することを明らかにしている。相対する配置という幾何学的状況を明確にするため、概念的な水平ラインに加えて概念的な垂直軸Ｌが図７に示されており、これが、上部領域内での窪み１７の平均的深さＴを示している。

コーナー領域（位置Ｂ）または交差領域（位置Ｃ）では、レーザーの速度または進捗を相応して増大させるかあるいは、レーザー強度を低減させて容器壁２９が溶落するのを妨止しなければならない。ライン様の窪み１７は同様に、これらの領域内で遭遇せず、こうして線形窪み１７は通常は互いに対して平行に配置され得、このことは特に図８および９の横断面図に示されている。

こうして、数字「４」のコーナー領域（位置Ｂ）内に生成された構造（図８も参照のこと）は、中間隆起３９により互いから分離されている互いに平行に走る異なる深さの２つの窪み１７、３７を有する。中間隆起３９は、それが図９内で接合部（位置Ｃ）について見ることができるように縁部に沿った突起２７の最大高さＨを上回るような形で、形成され得る。レーザー工具を制御する場合以外の理由で、レーザーを重複部域内で誘導するときに製造上の精度に関して平行な流路経路の形成を排除することが不可能である場合、この種の中間隆起３９およびさらなる窪み３７を回避することが有利である。一般に、このことは、接合部または交点（位置Ｃ）にもあてはまり、ここで、簡略化された表現のため、図８および９のトップダウン図に示されている線形窪みおよび突起の折重なりは、明確さを期して、図５および６では省略されている。

線形窪み１７、３７は、接合部または交点（位置Ｃ）などの連結点において融合され（図６および９も参照のこと）、それぞれの窪み１７、３４の交差点４１に至るまで縁部に沿って、突起２７により外部が縁どられている。それぞれの窪み１７、３７は、交差点４１において最大の深さを有することができ、このことは、図５にしたがった表示において特に明白である。図６の表現によると、それぞれの窪み１７のこの種の連結領域において、プラスチック材料の溶融が増大するかもしれず、こうして、補剛要素として役立つことができるものの一方で問題の交差点４１内に対応する窪みを含む場合もある一種のボールが形成されるようにすることも同様に可能である。究極的には、それは、プラスチック材料内へのレーザーの入力パワーにより左右される。

１つのそれぞれの壁要素１１から生成される構造１３そして縁部領域２５の形をしたものを含めた少なくとも直接隣接する壁要素４３の両方が、アンプル１の容器壁２９を形成し、この壁は外部環境に対して閉鎖され、連続的に延在し、かつ本質的に均質でかつ気泡を含まないように形成されている。

線形窪み１７、３７を、繊維の配向に対して平行に、ひいては容器壁２９内のプラスチック材料の押出し方向に対して平行に配置することが有利であることも同様に判明している。このようにして、構造１３、１５を、より少ないエネルギー消費量で形成することができる。このようにして、それぞれの構造１３、１５をより高い信頼性でかつより形状に忠実に形成することもまた可能である。線形窪み１７、３７は、好ましくはＣＯ₂レーザーで生成される。このレーザーは、プラスチック向けに理想的に調整可能な周波数範囲を有する。実際には、１００ワットクラスの、詳細には本質的に４０％のレーザー出力で作動させられるＣＯ₂レーザーが有効であることが判明している。

本発明に係る方法は、ポリオレフィン製のプラスチック製品１のみならず他のプラスチック、詳細にはポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などの透明に見えるプラスチックにも好適である。

Claims (10)

1. 好ましくはブロー成形、充填および封止プロセスを用いて生産されるプラスチック容器製品（１）の容器壁の少なくとも１つの壁要素（１１）に対するレーザーの作用を用いて、少なくとも１つの構造（１３、１５）を生成するための方法において、
   それぞれの構造（１３、１５）が、少なくとも、
   レーザー出力、
   レーザーの曝露時間、
   プラスチック材料のタイプおよび、
   所望される構造のタイプ、
   を考慮に入れて、
   レーザー作用を用いて１つの壁要素（１１）内に線形窪み（１７、３７）として導入され、
   この窪みが、線形窪み（１７、３７）をたどる縁部に沿った突起（２７、３９）によって縁どられるようになっており、
   前記突起がプラスチック材料の固有の材料張力の影響下で生成される、
   ことを特徴とする方法。
2. １つのそれぞれの壁要素（１１）内に生成された構造（１３、１５）、ならびに、少なくとも直接隣接する壁要素（４３）の両方が、１つの容器壁（２９）として形成され、
   この容器壁が外部環境に対し閉鎖され、連続的に延在しかつ、本質的に均質でかつ気泡を含まないように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. レーザー作用中、容器壁（２９）のそれぞれの壁要素（１１）が、先行する成形プロセス、詳細にはブロー成形プロセスからの加熱を、いまだに、受けている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 線形窪み（１７、３７）が、接合部（Ｂ）または交点（Ｃ）などの連結点において融合されており、
   これらの窪みは、それぞれの窪み（１７、３７）の交差点（４１）に至るまで縁部に沿って突起（２７）により外部が縁どりされている、
   ことを特徴とする請求項１〜３の一項に記載の方法。
5. マーキング速度が低減されるか、または、壁要素（１１）が２度目に照射される場合には、レーザー強度が減少される、ことを特徴とする請求項１〜４の一項に記載の方法。
6. 少なくとも２つの線形窪み（１７、３７）が、少なくとも部分的に、接合部（Ｂ）および／または交点（Ｃ）の領域内で互いに平行に配置され、
   前記窪みがその間にさらなる突起（３９）を縁どっており、
   この突起は、他の突起（２７）のレベルと同じレベルまたは異なるレベルに配置されている、
   ことを特徴とする請求項１〜５の一項に記載の方法。
7. 追加の構造（３３、３５）が、構造（１３、１５）を有する容器壁（２９）の壁要素（１１）とは反対側でかつ容器の内側に面している容器壁（２９）の壁要素（３１）内に導入され、
   この追加の構造が１つの構造（１３、１５）をたどり、こうして突起（３３）を対応する窪み（１７）の場所でそれぞれに適用または導入し、かつ、窪み（３５）をそれぞれの突起（２７）の場所でそれぞれに適用または導入するようになっている、
   ことを特徴とする請求項１〜６の一項に記載の方法。
8. それぞれの構造（１３、１５）がＣＯ₂レーザーによって生成される、ことを特徴とする請求項１〜７の一項に記載の方法。
9. それぞれの構造（１３、１５）が、ポリオレフィン製のプラスチック容器製品（１）内にレーザー作用を用いて導入される、ことを特徴とする請求項１〜８の一項に記載の方法。
10. 少なくとも１つの構造を有する、請求項１〜９に記載の方法にしたがって生産される、特にアンプルなどの容器の形をした製品において、
    構造が少なくとも部分的に、製品の壁要素（１１）内に導入された線形窪み（１７、３７）を含み、
    この線形窪みが、その縁部の少なくとも１つの上、好ましくは隣接する反対側の縁部上で、かつ少なくとも部分的に窪み（１７、３７）の行程をたどって、突起（２７、３９）によって縁どられている、
    ことを特徴とする製品。

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