JP2021505440A - 少なくとも２つのプラスチック部分並びに容器を結合する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

赤外線（ＩＲ）を使用しながら、規定可能な共通の結合個所に沿って少なくとも２つのプラスチック部分（１，５）を結合する方法において、互いに結合されるべきプラスチック部分（１，５）のそれぞれを、それぞれ別のプラスチック部分（１，５）と接触させることなしに、赤外線を有する対応配置可能な放射源によって少なくとも結合個所に沿って加熱すること、それぞれ１つの放射源を少なくとも１つの他の放射源から独立して空間的に分離した状態で駆動すること、放射源が非接触式に、且つ結合個所の輪郭に追従して、それぞれの赤外線をそれぞれ対応配置可能なプラスチック部分（１，５）に放射すること、そして、プラスチック部分（１，５）を互いに合体させたときに結合個所が形成されるように、それぞれの赤外線による加熱の程度を選択することを特徴とする、少なくとも２つのプラスチック部分（１，５）を結合する方法。

Description

本発明は、赤外線を使用しながら、規定可能な共通の結合個所に沿って少なくとも２つのプラスチック部分を結合する方法に関する。さらに本発明はこのような方法を実施する装置に関する。

食料品、化粧品、又は医薬品目的、特に非経口薬、又は人工栄養物質のためのプラスチック容器を製造する際には、一般に、微生物的に密に、そして粒子状汚染物質を回避しながら、当該容器に機能エレメントを取り付けることが必要である。従来技術では、このために、溶着法を用いることによって、例えば振動溶着法、摩擦溶着又は超音波溶着によって密な溶着結合部分が形成される。しかしながらこの場合の欠点は、溶着プロセスに固有の摩擦によって粒子が発生することである。周知のミラー溶着の場合、溶着されるべき構成部分を加熱ミラーで触れる際の摩擦に起因して、汚染物質がやはり生じる。さらにこの場合、堆積物が形成されることがあり、これらの堆積物は溶着品質に著しい影響を及ぼすおそれがある。

特許文献１（国際公開第２００５／０８００６７号）に開示された、プラスチック部分を結合するための溶着方法の場合、溶着されるべき部分を接触させ、そしてその後、赤外線で加熱して互いに溶着する。結合されるべき部分は低温状態で互いに接触させられるので、ここでも粒子形成のおそれを排除することはできない。さらに、この文献に示された方法は、ジオメトリが単純な構成部分にのみ限定される。特許文献２（独国実用新案第２０ ２００６ ００３ ３２３号明細書）には、プラスチック部分を赤外線溶着するための別の方法が開示されている。しかしながら、このような方法は、比較的薄い大面積の部分を点溶着することにのみ限定され、微生物的に密な溶着結合を可能にはしない。

国際公開第２００５／０８００６７号 独国実用新案第２０ ２００６ ００３ ３２３号明細書

このような従来技術から出発して、本発明の根底を成す課題は、微生物汚染なしに、そして粒子形成のおそれなしに、プラスチック部分の密な溶着結合部分の形成を可能にする方法を提供することである。

本発明によれば、このような課題は、請求項１の特徴を有する方法によって解決される。

請求項１の特徴部によれば、本発明の主要な特徴は、互いに結合されるべきプラスチック部分のそれぞれを、前記それぞれ別のプラスチック部分と接触させることなしに、赤外線を有する対応配置可能な放射源によって少なくとも前記結合個所に沿って加熱すること、前記それぞれ１つの放射源を少なくとも１つの他の放射源から独立して空間的に分離した状態で駆動すること、前記放射源が非接触式に、且つ前記結合個所の輪郭に追従して、前記それぞれの赤外線を前記それぞれ対応配置可能なプラスチック部分に放射すること、そして、前記プラスチック部分を互いに合体させたときに前記結合個所が形成されるように、前記それぞれの赤外線による加熱の程度を選択することにある。加熱が結合個所に対して輪郭近くで、しかし非接触式に行われることによって、結合個所の特殊なジオメトリを有する部分も、溶着結合にとって最適な温度で加熱することができるので、部分の合体時に溶着結合は微生物汚染なしに、且つ粒子なしに形成される。

前記結合個所は線状の結合シームとして形成することができ、そして前記それぞれのプラスチック部分を互いに合体させることは前記部分に対する規定可能な圧着力下で行うことができる。

前記それぞれの放射源はＩＲ放射エレメントから形成され、そして前記使用されるＩＲ放射エレメントは異なる温度で、好ましくは１つのエレメントが３８０℃〜４８０℃、特に有利には４００℃〜４５０℃の温度で、そしてそれぞれ別のエレメントは４５０℃〜６００℃、特に有利には５００℃〜５５０℃の温度で、有利には約４秒の、前記それぞれのプラスチック部分へのその都度の加熱時間で駆動されると有利である。

この場合、材料及び／又はジオメトリに起因して感熱性であるプラスチック部分のために、冷却装置による冷却が実施される。

本発明による方法を用いる場合、少なくとも１つのプラスチック部分が、ブロー成形・充填・閉鎖（ＢＦＳ）法に従って、充填済閉鎖済の容器として製造されると特に有利である。

この場合、前記充填済の容器がヘッドメンブレンによって閉鎖され、前記容器のネック部分がリング状のネックカラーによって取り囲まれ、前記ネックカラーが、前記容器上へ前記容器のヘッドメンブレンの側で載置された、前記１つのプラスチック部分を形成するキャップと、前記キャップのリングウェブを介して前記結合シームに沿って結合され、これに対して前記容器は前記別のプラスチック部分として接合過程又は溶着過程のために使用されると有利である。

この場合、前記キャップの前記リングウェブと前記１つの所属のＩＲ放射エレメントとの間に、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの有利な間隔が選択され、そして前記容器のネックカラーと前記別の所属の放射エレメントとの間に、０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの間隔が選択されると有利である。

前記それぞれの放射源、各放射エレメントによって生成された赤外線が広帯域且つ多方向に放射されると有利である。

前記容器の前記ヘッドメンブレンが細菌数を低減する形で、しかし溶融することなしに、キャップと容器との結合過程のために加熱されると特に有利である。

キャップと容器との前記結合が、種々のＩＲ放射源又はＩＲ放射エレメントを使用することによって、粒子が少ない状態で実施されると有利である。

請求項１１によれば、本発明の対象はまた、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法を実施する装置において、前記それぞれの放射源が、それぞれ対応配置された熱エレメント内に配置されたＩＲ放射エレメントから形成されており、前記ＩＲ放射エレメントが、対応配置可能なプラスチック部分の非接触式に照射されるべき輪郭に追従するようになっていることを特徴とする、装置である。

装置の好ましい態様がさらなる従属請求項１２〜１８に記載されている。

請求項１９によれば、本発明の対象はさらに、好ましくはブロー成形・充填・閉鎖（ＢＦＳ）法に従って製造される容器であって、前記容器が、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法、及び／又は請求項１１から１８までのいずれか１項に記載の装置を用いて、キャップと結合されている、容器である。

本発明を図面に基づいて以下に詳述する。

図１は、１つのプラスチック部分を、従来技術に相当するキャップの基本的に概略的な形態で示す斜視図であって、このプラスチック部分をプラスチック容器のネックカラーに溶着によって取り付け得るものの図である。 図２は、従来技術に相当する輸液容器を部分的に示す斜視図であって、この輸液容器のネックカラーに図１のキャップを取り付け得るものの図である。 図３は、赤外線放射エレメントを示す斜視図である。 図４は、図３のＩＲ放射エレメントを有するキャップ熱エレメントと、ＩＲ放射エレメントの放射線に晒された図１のキャップとを示す縦断面図である。 図５は、図５に符号Ｖで示された領域を拡大して示す部分断面図である。 図６は、キャップ熱エレメントを、ＩＲ放射エレメントに向かって見た状態で示す斜視図である。 図７は、図６に相当する斜視図を、ＩＲ線に晒されるべき、対応配置された図１のキャップと一緒に示す図である。 図８は、容器熱エレメントの赤外線放射エレメントを示す斜視図である。 図９は、図８のＩＲ放射エレメントを含む容器熱エレメントと、ネックカラーがＩＲ放射エレメントの放射線に晒される図２の容器の上側部分とを示す概略的に簡略化された縦断面図である。 図１０は、図９に符号Ｘで示された領域を拡大して示す部分断面図である。 図１１は、図８のＩＲ放射エレメントを有する容器熱エレメントを、ＩＲ放射エレメントに向かって見た状態で示す斜視図である。 図１２は、図１１の容器熱エレメントと、容器のネックカラーの領域内でＩＲ線に晒される図２の容器の上端領域とを示す斜視図である。

図面を参照しながら、本発明の１実施例について詳しく説明する。赤外線溶着によって、図１に別個に簡略化して示された、プラスチックから成るＤＩＮ ＩＳＯ １５７５９に基づく輸液キャップであるキャップ５が、容器１のネックカラー２に取り付けられる。このような容器はここではＤＩＮ ＩＳＯ １５７５９に基づくヘッド・ネック領域を備えた輸液ボトルである。この輸液ボトルは周知のＢＦＳ法に基づいて製造され、充填され、そして閉鎖されている。言うまでもなく、本発明は赤外線を用いた溶着によって他の種類のプラスチック部分を結合するために、同様に有利に利用することもできる。

図２に最も明確に示されているように、容器１はその容器ネック部分３に続いて、半径方向に突出したネックカラー２を有している。ネックカラーは溶着過程のために容器側の結合個所を形成する。この容器側の結合個所には、図４に示されているように、キャップ５の開口縁部で軸線方向に突出するリングウェブ６を溶着することができる。リングウェブはキャップ側の結合個所を形成する。キャップ５がこのような共通の結合個所に取り付けられると、容器１のヘッド側のクロージャを形成する薄い鋭敏なヘッドメンブレン４が、キャップ５の内部空間内に保護された状態で位置する。溶着過程のために、キャップ５と、容器１のネックカラー２の領域とはそれぞれ別個に赤外線によって溶着温度まで非接触式に加熱される。これを目的として、キャップ５のためにはキャップ熱エレメント１４ａが設けられている。キャップ熱エレメント１４ａは図４〜７に示されており、一方の端面で露出したＩＲ放射エレメント７ａを有している。ＩＲ放射エレメント７ａは固定孔９によって絶縁体（Isolationskoerper）８ａに取り付けられており、電気的な接続部１０を介してエネルギーを供給することができる。図４及び５に最も明確に示されているように、ＩＲ放射エレメント７ａは段付き円筒形ディスクの形態を有している。このディスクは、キャップ５のリングウェブ６をＩＲ線によって加熱するために、互いに段状に配置された２つの放射面１１ａ及び１１ｂを有している。これらの放射面のうち、放射面１１ａは水平のリング面を形成し、放射面１１ｂは垂直のリング面を形成する。加熱過程時にはキャップ５は図４及び５が示すように、放射面１１ａ，１１ｂがリングウェブ６に沿って輪郭近くで延びるものの、リングウェブから非接触状態に保たれるように保持されている。リングウェブ６と放射エレメント７ａの面１１ａ，１１ｂとの間の有利な間隔は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍである。図７は、キャップ５がこのような位置でキャップ熱エレメント１４ａに配置されている状態を示している。

図８はＩＲ放射エレメント７ｂを別個に示している。ＩＲ放射エレメント７ｂは、容器１のネックカラー２を加熱するために、容器熱エレメント１４ｂの自由端面に取り付けられている。容器熱エレメント１４ｂは図９〜１２に示されている。容器１のために設けられたＩＲ放射エレメント７ｂは、段状の内面を備えたリング体の形態を有している。これらの内面は放射面１１ｃ，１１ｄ及び１１ｅを形成している。図９に、そして図１０に最も明確に示されているように、これらの放射面は加熱過程時に、容器１のネックカラー２の領域に対して輪郭近くに、しかし非接触式に保持されている。図示のように、放射面１１ｅは水平のリング面を形成しており、放射面１１ｃは、放射面１１ｅに対して４５°の角度で傾斜させられたリング面を形成しており、そして放射面１１ｄは、垂直なリング面を形成している。図９，１１及び１２が示すように、容器熱エレメント１４ｂは２つの絶縁体８ｂ及び８ｃを有している。これらの絶縁体のうち、絶縁体８ｂはリング体の形態を有していて、このリング体ではＩＲ放射エレメント７ｂが一方のリング開口を取り囲んでおり、そして他方のリング開口は、閉鎖プレートを形成する他方の絶縁体８ｃによって閉じられている。加熱過程時には、ＩＲ放射エレメント７ｂは絶縁体８ｂによって、容器１のネックカラー２に対して図９及び１０に示されているように非接触式に保持されている。容器１の上端部分はヘッドメンブレン４と一緒に、絶縁体８ｂによって形成された内部空間内へ延びている。この内部空間は第２絶縁体８ｃによって上方へ向かって閉じられている。図９が示すように、このような位置決め時には、ヘッドメンブレン４は絶縁体８ｂ及び８ｃから５ｍｍ、有利には８ｍｍ、そして特に有利には１０ｍｍの最小間隔を置いて位置している。放射面１１ｃ，１１ｄ及び１１ｅのネックカラー２に対する間隔は僅かなものに調節され、典型的には０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲に調節されている。

加熱過程のためにＩＲ放射エレメント７ａ及び７ｂは異なる温度に調節されると有利である。これらの温度は放射エレメント７ａでは３８０℃〜４８０℃であり、そしてＩＲ放射エレメント７ｂでは４５０℃〜６００℃である。典型的な加熱時間は約４秒である。容器１の極めて薄い、ひいては感熱性のヘッドメンブレン４を表面だけ、ひいては好ましくは細菌数を低減するように加熱し、しかもこの場合例えば溶融による損傷を招かないようにするために、容器１のネックカラー２の加熱時には、好ましくは滅菌濾過された、粒子が少ない冷却空気を冷媒として、対称的に配置された冷却空気流入通路１３ｂを介して、ヘッドメンブレン４の上方の絶縁体８ｂ及び８ｃ間の空間内へ導入することにより、能動的な、制御されたヘッドメンブレン４の冷却が行われる。加熱された空気の流出は、図９，１１及び１２に流入通路１３ｂと同様に示された冷却流出通路１３ａを介して行われる。制御された冷却空気供給によって、ＩＲ放射エレメント７ｂの作業中、ヘッドメンブレン４の好ましい表面温度約２５０℃〜３００℃に短時間で到達することができる。容器１のための熱エレメント１４ｂとは異なり、キャップ５のための熱エレメント１４ａは能動的には冷却又はフラッシングされない。これによりキャップ５の内面の加熱が保証される。このことも、このような表面における細菌を低減させる。

Claims (19)

1. 赤外線（ＩＲ）を使用しながら、規定可能な共通の結合個所に沿って少なくとも２つのプラスチック部分（１，５）を結合する方法において、
   互いに結合されるべきプラスチック部分（１，５）のそれぞれを、前記それぞれ別のプラスチック部分（１，５）と接触させることなしに、赤外線を有する対応配置可能な放射源によって少なくとも前記結合個所に沿って加熱すること、
   前記それぞれ１つの放射源を少なくとも１つの他の放射源から独立して空間的に分離した状態で駆動すること、
   前記放射源が非接触式に、且つ前記結合個所の輪郭に追従して、前記それぞれの赤外線を前記それぞれ対応配置可能なプラスチック部分（１，５）に放射すること、
   そして、前記プラスチック部分（１，５）を互いに合体させたときに前記結合個所が形成されるように、前記それぞれの赤外線による加熱の程度を選択すること
   を特徴とする、少なくとも２つのプラスチック部分（１，５）を結合する方法。
2. 前記結合個所が線状の結合シームとして形成されること、そして前記それぞれのプラスチック部分（１，５）を互いに合体させることが前記部分（１，５）に対する規定可能な圧着力下で行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記それぞれの放射源がＩＲ放射エレメント（７ａ,７ｂ）から形成されること、そして前記使用されるＩＲ放射エレメント（７ａ,７ｂ）が異なる温度で、好ましくは１つのエレメント（７ａ）が３８０℃〜４８０℃、特に有利には４００℃〜４５０℃の温度で、そしてそれぞれ別のエレメント（７ｂ）が４５０℃〜６００℃、特に有利には５００℃〜５５０℃の温度で、２〜６秒、有利には約４秒の、前記それぞれのプラスチック部分へのその都度の加熱時間で駆動されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 感熱性プラスチック部分（１，５）のために、有利には粒子が少ないガス、特に有利には粒子が少なく且つ滅菌濾過されたガスを冷媒として有する冷却装置（１３ａ，１３ｂ）による冷却が実施されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 少なくとも１つのプラスチック部分（１）が、ブロー成形・充填・閉鎖法に従って、充填済閉鎖済の容器（１）として製造されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記充填済の容器（１）がヘッドメンブレン（４）によって閉鎖され、前記容器のネック部分（３）がリング状のネックカラー（２）によって取り囲まれ、前記ネックカラーが、前記容器（１）上へ前記容器のヘッドメンブレン（４）の側で載置された、前記１つのプラスチック部分を形成するキャップ（５）と、前記キャップのリングウェブ（６）を介して前記結合シームに沿って結合され、これに対して前記容器（１）は前記別のプラスチック部分として接合過程又は溶着過程のために使用されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記キャップ（５）の前記リングウェブ（６）と前記１つの所属のＩＲ放射エレメント（７ａ）との間に、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの有利な間隔が選択され、そして前記容器（１）のネックカラー（２）と前記別の所属の放射エレメント（７ｂ）との間に、０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの間隔が選択されることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記それぞれの放射源、各放射エレメント（７ａ，ｂ）によって生成された赤外線が広帯域且つ多方向に放射されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
9. 前記容器（１）の前記ヘッドメンブレン（４）が細菌数を低減する形で、そして溶融することなしに、キャップ（５）と容器（１）との結合過程のために加熱されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. キャップ（５）と容器（１）との前記結合が、種々のＩＲ放射源又はＩＲ放射エレメント（７ａ，７ｂ）を使用することによって、粒子が少ない状態で実施されることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法を実施する装置において、
    前記それぞれの放射源が、それぞれ対応配置された熱エレメント（１４ａ，１４ｂ）内に配置されたＩＲ放射エレメント（７ａ，７ｂ）から形成されており、前記ＩＲ放射エレメントが、対応配置可能なプラスチック部分（１，５）の非接触式に照射されるべき輪郭に追従するようになっていることを特徴とする、装置。
12. 前記それぞれの放射エレメント（７ａ，７ｂ）が、互いに異なる配向を有する少なくとも２つの放射面（１１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を有していることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 前記キャップ（５）のために設けられた前記１つのＩＲ放射エレメント（７ａ）の前記放射面（１１ａ，ｂ）が、前記キャップの載置方向に対して平行（１１ｂ）に、そして前記キャップの載置方向に対して垂直（１１ａ）に延びた状態で配置されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 前記垂直に起立させられた容器（１）の前記ネックカラー（２）のために使用される前記別のＩＲ放射エレメント（７ｂ）の前記放射面（１１ｃ，ｄ，ｅ）が、前記容器の長手方向軸線に対して平行（１１ｄ）並びに水平（１１ｅ）に延び、そして前記容器の長手方向軸線に対して好ましくは４５°の放射角で傾斜させられた第３の放射面（１１ｃ）を有する状態で配置されていることを特徴とする、請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の装置。
15. 前記両ＩＲ放射エレメント（７ａ，７ｂ）の個々の放射面（１１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）が、前記ＩＲ放射エレメントのそれぞれの長手方向軸線を中心として同軸的に、一貫してリング状に延びていることを特徴とする、請求項１１から１４までのいずれか１項に記載の装置。
16. 前記容器（１）の前記ネックカラー（２）のために設けられた前記ＩＲ放射エレメント（７ｂ）が冷却装置（１２，１３ａ，１３ｂ）を有しており、前記冷却装置が前記容器（１）の前記ヘッドメンブレン（４）を冷却空気で冷却し、前記冷却空気が前記ヘッドメンブレン（４）の上方の冷却室（１２）に供給可能であり、前記冷却室内に、前記ネックカラー（２）の冷却過程及び／又は加熱過程のために前記ヘッドメンブレン（４）が突入するようになっていることを特徴とする、請求項１１から１５までのいずれか１項に記載の装置。
17. 前記ＩＲ放射エレメント（７ｂ）を有する前記熱エレメント（１４ｂ）が少なくとも１つの保持・絶縁装置（８ａ，８ｂ）を少なくとも付加的に有しており、前記保持・絶縁装置が、少なくとも５ｍｍ、有利には少なくとも８ｍｍ、及び特に有利には少なくとも１０ｍｍの、前記容器（１）の前記ヘッドメンブレン（４）に対する最小間隔を有していることを特徴とする、請求項１１から１６までのいずれか１項に記載の装置。
18. 前記それぞれのＩＲ放射エレメント（７ａ，７ｂ）を、送達装置を介して、前記それぞれ対応配置されたプラスチック部分（１，５）上へ送達することができ、そして熱処理後に再び取り外すことができることを特徴とする、請求項１１から１７までのいずれか１項に記載の装置。
19. 好ましくはブロー成形・充填・閉鎖法に従って製造される容器（１）であって、前記容器が、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法、及び／又は請求項１１から１８までのいずれか１項に記載の装置を用いて、キャップ（５）と結合されている、容器（１）。

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