JP3498959B2 - 熱可塑性材料のシーリング装置及び顎体 - Google Patents

熱可塑性材料のシーリング装置及び顎体

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、熱可塑性材料、または熱可塑性材料で被覆
された材料（好適には包装材料）をシーリングし、およ
び／または一体に接合するための装置に係り、前記材料
のシーリング帯域を加熱、加圧して、相互に当接された
熱可塑性層の表面を溶融させ、確実かつ機械的耐久性の
あるシールを得るための装置に関するものである。
背景技術 包装技術において、熱可塑性材料、または熱可塑性層
で被覆された材料、例えばプラスチック被覆された紙ま
たはボール紙の包装体（パッケージ）を製造することは
古くから知られている。それらの材料に固有の利点は、
相互に当接せしめられた熱可塑性層の表面溶融によっ
て、それらを簡単に一体に接合してシーリングできるこ
とである。そのようなやり方によって、折曲その他の方
法で形成された包装体を所与の形状に維持できるだけで
なく、包装体の内容物を保護し、その漏出を防止する確
実なシールを包装体に付与することができる。そのよう
な形式のシールは、最も一般的にはいわゆる高温顎体に
よって作られる。この顎体は、シーリングしようとする
材料を間に把持して加圧すると同時に熱を加えることに
よって、その加圧された相互に対向するプラスチック層
の所要の部分を一体に溶融させて確実かつ機械的耐久性
のある継ぎ目（シーム）すなわち接合部を得る装置から
成る。通常形式の斯かるシーリング顎体は、電流を通じ
ることによって恒常的に加熱されているか、または各シ
ーリング作業ごとに加熱される、支持レール上に配設さ
れた金属バンドすなわち帯材または金属胴から成る。シ
ーリングは、シーリングされるべき材料の両側へ押付け
られるように相互方向へ押される２つの加熱されたシー
リング顎体によって、または、一方の加熱顎体と、この
加熱顎体のバックアップ支承となるいわゆる対向顎体と
によって行われる。対向顎体は材料を冷却してシーリン
グ継ぎ目または接合部を迅速に安定化させる。現代の自
動包装機械で最も一般的に見られるシーリング顎体は、
鋼レール上に設けられた絶縁セラミック材料の上に配設
された薄い金属バンドすなわち帯材を有する加熱顎体か
ら成る。シーリングの際、それらシーリング顎体は、そ
の間にシーリングされるべき材料を保持するように、大
きな圧縮力をもって閉成され、この後短かいパルス電流
が上記金属帯材に通され、これら金属帯体を瞬時に高温
に加熱する。金属帯材内に発生した熱は包装材料へ伝達
され、当接せしめられている熱可塑性層は一体に溶融す
る。十分な量の熱が発生するとパルス電流は遮断され、
この後シーリング顎体が開かれ、シーリングされた材料
が解放される。
製造技術及びその他の理由、例えば加熱の際の伸びに
よって金属帯材に力が作用する等の理由のために、薄い
金属帯材を使用した場合、均一かつ直線的なシーリング
以外のシールを得るのは困難である。しかし、場合によ
っては、湾曲したシーリングライン、あるいはシールの
全長に沿って異なった強度または接着力を有するシール
を作る必要もある。従来技術により、金属帯材を使用し
て、それを実現するのは原理的に不可能であった。しか
し本発明によれば、その要求が満たされる。
発明の摘要 本発明の第１の観点によれば、以下の、熱可塑性材料
または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリングし、
および／または一体に接合するための装置が提供され
る。
確実かつ機械的耐久性のあるシールを得るために、熱
可塑性材料、または熱可塑性材料で被覆された材料、好
適には包装材料の、シーリング帯域を加熱かつ加圧して
その互いに当接された熱可塑性層の表面を溶融させるこ
とにより、前記材料をシーリングし、および／または一
体に接合するための装置であって、２つのシーリング顎
体を含み、該２つのシーリング顎体が、相対的に可動な
ように設置され、それらの間でシーリングすべき材料を
保持できるように構成され、その少なくとも一方の顎体
が、少なくとも１つの電気絶縁性セラミック材料を含む
セラミック部品を形成している装置において、このセラ
ミック部品が、前記絶縁性材料内に埋込まれた１以上の
連続ストランドを形成する導電性セラミック材料を含
み、このストランドが、これの両端部ポイントまたはそ
の近傍で電源に接触され、ストランドの幅、深さ、およ
び／または断面積が、長手方向に沿って変化しているこ
とを特徴とする、熱可塑性材料または熱可塑性材料で被
覆された材料をシーリングし、および／または一体に接
合するための装置。
セラミック材料は特に、その導電性材料とこれに隣接
する絶縁性セラミック層との間の線膨張係数の差が著し
く小さくなるという利点を有する。これは、セラミック
絶縁層内の機械的ストレスを少なくする。
本発明の第２の観点によれば、前記のシーリング顎体
を製造する方法において、粉末セラミック材料がプレス
または成形操作によって所要の形状にされ、かつ相互に
合体されて該セラミック部品に対応する塊体にされ、こ
の塊体が100MPaを超える圧力を加えながら少なくとも12
0分間1600℃〜1900℃で加熱されて前記材料が一緒に焼
結されて、高密度の微細な空孔のない、非常に硬い耐摩
性のある組織を形成することを特徴とするシーリング顎
体の製造方法が提供される。
図面の簡単な説明 次に、特に添付の概略的な図面を引用しながら本発明
の好適実施例について詳細に説明する。
第１図は加熱シーリング顎体の斜視図である。
第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
第３図はセラミック絶縁材料の詳細図である。
第４図はシーリングサイクルが行われる態様を示す。
好適実施例の説明 第１図に示される加熱顎体は、例えば鋼または銅のレ
ール１上に作りつけられている。このレールに、電気絶
縁性のセラミック層２が接着剤６または機械的固定部材
によって取付けられている。絶縁セラミック層２内への
嵌め込み部材として導電性セラミック材料から成るスト
ランド３が存在する。電気絶縁材料２は、例えば二酸化
ジルコニウム（ZrO2）と炭化ケイ素（SiC）の混合物か
ら成り、導電性セラミック材料３は、ホウ化チタン（Ti
B2）と炭化ケイ素（SiC）の混合物から成る。絶縁セラ
ミック中のZrO2の比率は10〜50体積％、好適には30体積
％であってよく、導電性セラミック中のTiB2の比率は20
〜60体積％、好適には45体積％であってよい。導電材料
３は連続ストランドを形成し、本実施例では、本発明の
説明と理解を容易にするために、ストランドは複雑で変
化のある形状になされている。ストランドの両端ポイン
トが金属化された接触スポット４であり、ここに電源か
らの電線５が接続される。第１図で明らかなように、ス
トランド３の長さは、以下の説明の理解を容易にするた
めに、３つの帯域Ｉ、II、IIIに分割される。
第１図のシーリング加熱顎体に熱を発生させる場合、
電源に電線５が接続され、パルス電流が導電セラミック
材料３に通される。通電は、単一の電流路で行われるか
ら、導電セラミック材料３を通る電流は、電流路の全て
の部分において同等、換言すればセラミック導電材料の
ストランド３の帯域Ｉ、II、IIIのいずれにおいても同
等ある。しかし、導電材料ストランド３の断面積は電流
路全体に亘って同等ではないから、電流密度は変化し、
したがって熱発生量も変化する。
帯域Ｉにおいて、導電材料３の電流路は真直でなく不
規則的であるが、帯域Ｉ全体に亘って導電材料３の断面
積は同等であり、したがって帯域Ｉ内の電流路に沿った
単位長さ当りの熱発生量はその帯域のどこでも同等であ
る。これに対して帯域IIにおいては、導電材料ストラン
ド３の幅がずっと大きくされており、しかもその層３の
厚さは変えられていないので帯域IIにおける導電材料３
の断面積は帯域Ｉにおけるよりも大きくなる。周知のよ
うに材料の電気抵抗はその材料の断面積に直接比例し、
したがって帯域IIの導電材料の単位長さ当りの電気抵抗
は帯域Ｉにおけるそれより小さいものになる。電流が抵
抗を通るときに得られる熱発生量はＲ×I2（Ｒは抵抗、
Ｉは電流強さ）であるから、帯域IIにおける単位長さ当
りの熱発生量がより少なくなることは容易に理解でき
る。Ｒ（すなわち抵抗）が帯域Ｉにおけるよりも小さい
からである。帯域IIにおいて発生する熱がより少ないと
いうことの他に、帯域IIにおけるストランドの導電材料
３の単位長さ当りの接触表面積は帯域Ｉにおけるよりも
大きい。そこで帯域IIで単位長さ当りに発生する熱は、
一方においてより少なく、他方においてより大きな表面
積に亘って放散されることになる。したがって、帯域II
に示されるような形式の表面は、シーリング力と熱発生
が不要または僅少でよいようなシーリング顎体の帯域に
適用され得る。帯域Ｉにおいては、比較的狭い帯域の中
で十分な熱量が発生するため、この十分な熱が導電材料
３に付与された形状に沿ってシーリングされる材料の表
面溶融を行わせる。前述のように、帯域IIで、熱はさほ
ど多く発生せず、しかも発生熱がより広い表面積で発散
させるので、シーリングはより貧弱なものになる。そこ
でまた、必要であれば、電流路の面積を局所的に縮小す
ることによって局所的な熱集中を行うことも可能であ
る。
帯域IIIにおいては、電流路３のシーリングパターン
の幅と外見が変わっているだけでなく、その帯域IIIの
部分14で電流路を隆起させ得ることが示されている。し
たがって、シーリングすべき材料に対してシーリング顎
体が押付けられたとき、上記部分で局所的により大きい
機械的力が加えられ、これによってより強力なシーリン
グ部が得られる。電流路の部分15は角縁の形になされ、
そこで、シーリング操作を行うと同時に包装材料のたと
えば切開、孔明け、その他の所要の機械的処理（例え
ば、切り目、孔、スロット等を設けること）を行うこと
ができる。
こうして第１図に示されるシーリング顎体によれば、
任意の長さのシーリングラインを作るだけでなく、シー
リングラインの中断、シーリングの局所的強化、そして
更に、シーリング操作を行うと同時スロット付け、孔明
け、その他の機械的処理を施すことができる。導電材料
の両脇の電気絶縁セラミックを導電材料と平坦になるレ
ベルまで高くすることにより、シーリング領域に隣接す
る低温加圧帯域を得ることができ、これによってシーリ
ング部の横方向への拡張を防止することができる。セラ
ミック材料は非常に大きい耐摩耗性と硬度を有するた
め、製造時に材料に付与される形状が崩れたり変形され
ることがない。
第２図は第１図のＡ−Ａ線における断面図を示す。第
２図から明らかなように、鋼レール１は、ドリル加工さ
れた冷却ダクト７、またはセラミック絶縁材料の表面に
直接開くチャンネル８を設けられる。第２図から判るよ
うに、セラミック絶縁材料２は接着剤層６によって鋼レ
ール１に直接結合され、そのセラミック絶縁材料２に導
電材料３が埋込まれている。セラミック材料2,3は、実
質的に同等の線膨張係数を有するので、セラミック電気
絶縁層２と導電材料層３との間に著しい応力は生じな
い。導電層３は確かに絶縁層２よりもずっと大きく加熱
されるが、しかし冷却用のダクト７とチャンネル８によ
る効果的な冷却によって材料の機械的応力に伴う問題は
抑制される。
第１図の加熱シーリング顎体の作業方法が第４図に示
される。同図に見られるように、シーリングすべき材料
11（紙層12とプラスチック被覆13を有する包装材料）が
１つの加熱シーリング顎体と１つのいわゆる対向顎体10
との間に挿入される。加熱シーリング顎体と対向顎体は
これらの間に包装材料11を把持して加圧するように相互
方向へ押される。その加圧と共に電流が導電材料層３に
通され、これを瞬時に加熱する。そこでその熱が伝導に
よって包装材料11のプラスチック層13に伝えられ、これ
によってそれら２つのプラスチック層が溶融し、圧力が
加えられていることにより相互に溶融、合体する。こう
して作られた継ぎ目または接合部を迅速に安定化させる
ため、すなわちプラスチック材料を再び冷却化するた
め、対向顎体10は図示の実施例において冷却チャンネル
９を有する。シーリング操作が完了した後、両シーリン
グ顎体は引離され、シーリングまたは接合された包装材
料11が取出される。
先に本発明による加熱シーリング顎体の製造方法につ
いて軽く触れたが、次にそれをより詳細に説明する。
この製造方法は、セラミック材料が２つの段階で製造
されるという思想に基づいている。その第１段階におい
て、セラミック粉末をプレスすることによって、第３図
に概略的に示されるような絶縁材料２の塊体が製造され
る。また、導電セラミック３の所要のパターンの形状に
対応するチャンネルまたは切れ目16がその塊体２に刻印
すなわち成形される。この後、キャビティまたはチャン
ネル16にセラミックの導電性粉末材料が充填され、もっ
てストランド３が形成される。
塊体２を構成する材料は、目的に適合する形状にプレ
スされる粉末で、何等かの前処理を施してもよい。スト
ランド３の材料は、キャビティ内へプレスされる粉末、
あるいはまた、塊体２上に被覆されるスラリー内に混合
される粉末で構成される。
しかし、プレスされたセラミック塊体はさほどの機械
的強度を有しない。したがって、取扱うにはある程度の
注意を払わなければならない。こうして形成されたセラ
ミック塊体、より正確にいうと、それぞれ異なる電気特
性をもった異なるセラミック材料の組合せは圧力室内に
置かれる。この圧力室（製造業者ABBによってクィンタ
ス・プレス（Quintus Press）と呼ばれる）内で圧力が
約160MPaまで上げられ、温度が1750℃まで上げられる。
セラミック材料がその高熱と高温に約４時間晒された
後、それらセラミック材料は一緒に焼結され、これによ
って非常に微細な空孔（ポア）を有する硬い耐久性のあ
る塊体が形成される。この塊体が、既述のようにして例
えばロウ付けまたは接着剤によって冷却胴に固定され
る。あるいはまた機械的に所定位置に把持される。
セラミック導電材料を用いるこの新規な技術を使用す
ることによってシーリング部の外観、寸法、局所的強度
等の選択が非常に自由に行えるようになることが証明さ
れるととともに、セラミック加熱シーリング顎体が優れ
た耐摩性を有し、したがって摩耗が殆んど生じないこと
が証明された。いうまでもなく、本明細書に開示された
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本明細書で
説明されたものと全く異なるシーリング形状及びその実
際的な応用が可能であり、また、先に挙げた特定のセラ
ミック材料が、公知の各種セラミック材料またはセラミ
ックスの中で最も適切なものではあるが、それ以外のセ
ラミック材料を使用することも可能である。多くの場
合、シーリング顎体のデザインと構造を非常に高い精度
と正確さに保つことが重要であり、そこで、前述した方
法でシーリング顎体を製造した後、導電ストランド３を
研磨して、一方においてその表面を非常に平滑にし、そ
して他方において高い寸法精度を得るようにすることが
必要である。又、シーリング顎体を製作する場合、最初
に電気絶縁材料２を製造し加圧処理して第３図のような
塊体を形成するのが必要且つ適切である。その後、その
塊体２のチャンネル16に導電セラミック材料３を詰込
み、この塊体全体を再度加圧、加熱処理してセラミック
材料３を一緒に焼結する。こうして硬い耐摩性のある部
品が形成される。それら２つのセラミック材料の加圧処
理と焼結は同時に行うのがより好適であり、これによっ
て導電セラミックと電気絶縁セラミックとの間に最高の
合体強度が与えられる。
本発明は、本明細書で説明し図面に示した実施例に限
定されるものでなく、本発明の請求の範囲の精神から逸
脱せずになお多くの変形が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−5928（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−276693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−134744（ＪＰ，Ａ) 米国特許3427425（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 65/00 - 65/82 B65B 51/30

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】確実かつ機械的耐久性のあるシールを得る
    ために、熱可塑性材料、または熱可塑性材料で被覆され
    た材料、好適には包装材料の、シーリング帯域を加熱か
    つ加圧してその互いに当接された熱可塑性層の表面を溶
    融させることにより、前記材料をシーリングし、および
    ／または一体に接合するための装置であって、２つのシ
    ーリング顎体を含み、該２つのシーリング顎体が相対的
    に可動なように設置され、それらの間でシーリングすべ
    き材料（11）を保持できるように構成され、その少なく
    とも一方の顎体が、少なくとも１つの電気絶縁性セラミ
    ック材料（２）を含むセラミック部品を形成している装
    置において、 前記セラミック部品が、前記絶縁性材料（２）内に埋込
    まれた１以上の連続ストランドを形成する導電性セラミ
    ック材料（３）を含み、 前記ストランドが、これの両端部ポイント（４）または
    その近傍で電源に接続され、 前記ストランドの幅、深さ、および／または断面積が、
    長手方向に沿って変化していることを特徴とする、熱可
    塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリ
    ングし、および／または一体に接合するための装置。
  2. 【請求項２】前記セラミック部品がロウ付け、溶接、接
    着、その他の手段によって、金属の基部、好適にはレー
    ル（１）に固く取付けられ、該レールが、これの表面
    に、開放されたチャンネルまたはドリル加工された孔の
    形の冷却ダクト（７）を有し、該レール表面に対して前
    記セラミック部品が取付けられていることを特徴とする
    請求項１に記載された熱可塑性材料または熱可塑性材料
    で被覆された材料をシーリングし、および／または一体
    に接合するための装置。
  3. 【請求項３】前記絶縁セラミック材料（２）が連続チャ
    ンネル状の凹部を有し、この凹部内に前記導電セラミッ
    ク材料（３）が設けられていることを特徴とする請求項
    １に記載された熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆
    された材料をシーリングし、および／または一体に接合
    するための装置。
  4. 【請求項４】前記導電材料（３）から成るストランドが
    湾曲形状部を有することを特徴とする請求項１に記載さ
    れた熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料
    をシーリングし、および／または一体に接合するための
    装置。
  5. 【請求項５】前記電気絶縁セラミック材料（２）が、二
    酸化ジルコニウム（ZrO2）と炭化ケイ素（SiC）の混合
    物から成り、そのZrO2の量が10〜50体積％、好適には30
    体積％であり、前記導電セラミック材料（３）がホウ化
    チタン（TiB2）と炭化ケイ素（SiC）の混合物から成
    り、そのTiB2の量が20〜60体積％、好適には45体積％で
    あることを特徴とする請求項１に記載された熱可塑性材
    料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリング
    し、および／または一体に接合するための装置。
  6. 【請求項６】請求項１に記載されたシーリング顎体を製
    造する方法において、粉末セラミック材料（2,3）がプ
    レスまたは成形操作によって所要の形状にされ、かつ相
    互に合体されて該セラミック部品に対応する塊体にさ
    れ、この塊体が100MPaを超える圧力を加えながら少なく
    とも120分間1600℃〜1900℃で加熱されて前記材料が一
    緒に焼結されて、高密度の微細な空孔のない、非常に硬
    い耐摩性のある組織を形成することを特徴とするシーリ
    ング顎体の製造方法。
  7. 【請求項７】前記導電セラミックと絶縁セラミックが上
    下に層状に重ね合わされ、それらセラミックが、前記焼
    結処理された後、研磨によって所要寸法に加工されるこ
    とを特徴とする請求項６に記載されたシーリング顎体の
    製造方法。
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