JP4096073B2 - 包装チューブを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の包装チューブを製造する方法に関する。
単層又は多層のプラスチックラミネートから成形されたチューブ本体（この場合多層のプラスチックラミネートというのは、金属（アルミニウム）製の遮断層を有するプラスチックラミネートをも含む）と、プラスチックから形成されたチューブヘッドとから成る包装チューブの製造は、実質的に２つの技術によって行われる。この２つの技術は次のことによって互いに異なっている。すなわち一方の技術では、予め製造されたチューブヘッドがチューブ本体と結合される（以下においては単に「完成ヘッド技術」とも呼ぶ）ようになっているのに対して、他方の技術ではチューブ本体はチューブヘッドの形成時つまり形状付与時にチューブヘッドと結合される（以下においては単に「一体成形技術」とも呼ぶ）ようになっている。本発明は、前者の技術分野、つまり完成ヘッド技術の分野におけるものである。
チューブ工業において完成ヘッド技術は、かなり広まっている。これは、一体成形技術に比べて、チューブ（ヘッドを備えた本体）における単位時間当たりの高い生産能力が得られることに、基づく。これに加えて完成ヘッド技術では、ヘッドと本体とをまとめるための簡単な機械操作、ヘッドと本体とを結合する結合装置のための比較的安価な投資コスト、及び方法の作業工程における可能性、つまりヘッドと本体との結合直後にヘッドに閉鎖体などを装着できるという可能性が、得られる。完成ヘッド技術の欠点は、チューブ本体及びヘッドにおいて極めて小さな製造誤差しか許されないということにある。さらにチューブ本体の内側層の材料とチューブヘッドの材料との間には、正確に合わせられる材料相容性（Werkstoffkompatibilitaet）の問題があり、この場合内側層は本体とヘッドとの間における良好な結合の重要な成分である。例えばポリエチレン製の本体又はポリエチレン製の内側層を備えた本体と、同じ材料から成るチューブヘッドとを全周において結合することは困難なので、この困難を解決するために、チューブヘッドの肩部（チューブの注出口へのチューブ本体の結合部）には、バリア又は遮断層を設けることが必要である。この臨界的な材料相容性は、完成ヘッド技術の利点を完全に利用し尽くすことの妨げになる。つまりこの場合本体とヘッドとは確かに異なった材料から予め製造されて倉庫にストックしておくことができるが、しかしながら種々様々な包装品における要求を満たすように任意に組み合わせることは不可能である。
ゆえに本発明の課題は、先行技術を出発点として、完成ヘッド技術における利点を維持しながら、しかもその欠点を回避することができるような方法を提供することである。
この課題を解決するために本発明の方法では、請求項１の特徴部分に記載のようにした。
チューブ本体と予め製造されたチューブヘッドとを結合する本発明による方法には、先行技術による方法に比べて次のような利点がある。先行技術においては狭い範囲においてしか許されていなかった、チューブ本体及びチューブヘッドのための許容誤差は、本によってかなり大きくすることができ、また本発明では製造が比較的簡単かつ迅速であり、つまりヘッド製造時における収縮及び本体製造時における直径偏差は、もはや不良品の原因とはならない。本発明による方法は比較的低いプレス圧で（すなわち比較的少量の所定量の材料がチューブ肩部に、チューブ本体の開放端部における外周区分が所定量の材料に埋め込まれると共にプレスされる）、かつ比較的低い成形型温度で運転可能であり、これによってプレス型の技術的な構成は先行技術の構成に比べて簡単化される。簡単化されたプレス型（プレスラムをリングとして構成するだけで十分である）と相俟って比較的低いプレス温度は、完全に既製のチューブヘッドの処理を可能にする。この完全に既製のチューブヘッドというのは、つまり、既に回転閉鎖体又はフラップ閉鎖体、注出開口を閉鎖するダイヤフラム、拡散もしくは浸出を防止する挿入体（円形部材；ロンデル（Rondellen））を備えて配置されていて、肩部などの、本体内部に向けられた側に形成されている。完全に既製のヘッドを処理することができるという可能性によって、例えばプレス後における閉鎖体の装着のような、プレス過程に続く公知の個々の製造ステップが省略され、その結果本発明による方法によって、単位時間当たりのチューブの生産量は、先行技術に比べてなお一層高められ、つまり本発明による方法を実施する装置に大きなコストをかけることなしに、１分当たり２００〜３００のチューブ数に高められることができ、このような生産量は、完成ヘッド技術の公知の方法及び装置によっては達成不能であった。完成ヘッド技術の利点を完全に利用し尽くすことの妨げであった材料相容性は、本発明の方法によって十分に克服されている。既に述べたように、肩部（ヘッドの一部）とチューブ本体との間の結合部は重要もしくは臨界的であり、つまり結合部の品質はチューブ自体の品質を規定する。材料の数、つまりヘッドの射出又はプレスによる形状付与のために適したプラスチックの数は、制限されていて、本体の内側層の材料（プラスチック）は、それに直接的に合わせられなくてはならないので、構成の自由な選択可能性はチューブ本体のためのプラスチック材料ウェブによって制限されることになる。本発明による方法、つまりチューブ本体とヘッドとを結合するためにプラスチック製の所定量の結合兼シール材料を使用する本発明による方法によって、先行技術において公知でありかつそこで必要であった直接的な相容性は無くなり、各包装品に対して肩部及びチューブ本体のための材料を包装品に相応して最適化することができる。
本発明の別の有利な方法は、請求項２以下に記載されている。
第１図：第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図、第１ｄ図及び第１ｅ図は、まず初めにチューブヘッドがマンドレルに、次いで所定量の結合材料がチューブヘッドに載置される（結合材料の下降プレス）、本発明による方法の第１の実施例を示す図である。
第２図：第２ａ図、第２ｂ図、第２ｃ図、第２ｄ図及び第２ｅ図は、まず初めに所定量の結合材料がマンドレルに、次いでチューブヘッドが結合材料を備えたマンドレルに載置される（結合材料の上昇プレス）、本発明による方法の第２の実施例を示す図である。
第３図：第３ａ図は、マンドレル外周部からマンドレル傾斜部への移行箇所においてマンドレルを取り囲む形状付与室を示す図である。第３ｂ図は、肩部の外周部としての斜め面取り部、もしくは段部を示す図である。
第１ａ図には丸いつまり横断面円形のマンドレル１０が略示されており、このマンドレル１０の、軸方向に延びている周面には、チューブ本体１１が被せられている。マンドレル１０の上側の自由な端部つまりマンドレル１０の端面は次のように、すなわちこの端面にチューブヘッド１２の内側面が完全に載置されるように、構成もしくは輪郭形成されている。チューブヘッド１２は円板状の肩部１３によって形成され、この肩部１３からは中空円筒形の注出口１４が突出しており、この注出口１４には、マンドレル１０に対して同心的な突出するマンドレル延長部１５が突入している。そしてこれによってチューブヘッド１２は、マンドレル１０の輪郭形成された自由端部に正確に同心的に保持されている。第１ａ図に示されているように、マンドレル１０の軸線方向においてチューブ本体１１のリング状の区分１６は、マンドレル１０の外周部１９へのマンドレル傾斜部１８の移行部１７を越えて延びている。リング状の区分１６の軸方向長さは間隔Ａに基づいて決定されており、この間隔Ａでリング状の区分１６の自由な周縁部２０は、チューブヘッドの中心線Ｍから見て、載置するようになっている。
本発明による有利な構成では、マンドレル２の外周部１９へのマンドレル傾斜部１８の移行部１７は、マンドレル１０を取り囲むように段部２１を備えている。有利には段部２１は２つの段２１ａ，２１ｂを有しており、この場合第１の段２１ａはマンドレル１０の外周部から、中心線Ｍに向かう傾斜部の形で第２の段２１ｂに移行しており、この第２の段２１ｂ自体はマンドレル傾斜部１８に移行している。移行部の、中心線Ｍの近くに位置する直径、つまり段２１ｂの周囲は、チューブヘッド１２の肩部１３の外周部によって覆われており、その結果段２１ｂは、マンドレル１０にチューブヘッド１２が形成された場合に、肩部１３と共に、端面内に形成されたアンダカット部２２を形成する。これに対して軸方向で見て第１の段２１ａは、チューブ本体１１のリング状の区分１６の内周面及びチューブヘッド１２の肩部１３の外周面との関連において、肩部１３に向かって開放していてマンドレル１０に向かって軸方向に延びるリング室２３を形成している。第３ａ図から明らかなように、このようにして肩１３の下に形成された第２の段２１ｂと、第２の段２１ｂに接続されたリング室２３（第１の段）とによって、形状付与室Ｆが形成され、この形状付与室Ｆには、結合材料つまりプラスチック製の、熱可塑性の所定量の材料（Portion）２６が押し込まれる。
第３ｂ図には、チューブヘッドの中心線に対して平行に延びる外周面（第３ａ図参照）に対して有利な、傾斜部２４又は段部２５として形成された周面が示されている。符号２６で、肩部１３の外周面にもたらされる所定量の結合材料が示されている。この結合材料２６は有利にはリングであり、同様に有利には円形、レンズ状又は滴状の横断面を有しており、そして有利にはリング状の区分１６の内側の表面に、リング室２３を覆うように接触して位置している。
第１ｄ図及び第１ｅ図には、チューブ本体１１とチューブヘッド１２とを結合するための手段が示されている。第１ｄ図には符号３０でリング状のダイが示されており、このダイ３０には、チューブ本体１１とチューブヘッド１２と結合材料２６とを備えたマンドレル１０が進入させられており、第１ｄ図にはプレス過程の開始前の状態が示されている。このプレス過程の終了時の状態は第１ｅ図に示されている。単に略示されているだけのダイ３０は、マンドレル１０の運動方向において有利にはばねによるプレロードをかけられて（federvorgespannt）シフト可能な内側リング３１を有しており、この内側リング３１はマンドレルにおけるチューブヘッド１２の押さえ体として働き、かつその外径部はダイ３０の形状付与輪郭の軸方向シフト可能な形状付与壁として働く。ダイ３０の形状付与輪郭は円筒形の区分３２と、輪郭形成された図示の場合では曲率半径を描く区分（以下単に半径形状の区分と呼ぶ）３３とから形成されており、この区分３３は円筒形の区分３２を内側リングの外壁と接続している。円筒形の区分３２の内径はマンドレル１０の外径に、チューブ本体１１の壁厚の２倍の値を加えた値に相当している。半径形状の区分３３は、チューブ本体１１とチューブヘッド１２との間もしくは肩部１３の外周部とチューブ本体１１との間におけるあらかじめ寸法設定された移行部に倣うように、寸法設定されている。
第２ａ図〜第２ｅ図において、第１ａ図〜第１ｅ図におけると同じ部材は同一符号で示されており、そしてこの場合これらの部材は同じ機能を有している。第１ａ図〜第１ｅ図に示された方法に対する、第２ａ図〜第２ｅ図に示された方法の大きな違いは、次の点である。すなわち第２ａ図〜第２ｅ図に示された方法では、第１ａ図〜第１ｅ図に示された方法とは逆の順番で、結合材料２６はまず初めマンドレル１０に、つまりマンドレル１０の端面のマンドレル傾斜部１８にもたらされ、次いでチューブヘッド１２がマンドレル１０に装着される。第１ａ図〜第１ｅ図に示された方法は下降プレスと呼ばれ、第２ａ図〜第２ｅ図に示された方法は上昇プレスと呼ばれる（それぞれ結合材料２６の流れ方向によって規定されている）。
第１ａ図〜第１ｅ図及び第２ａ図〜第２ｅ図に示されたように本発明による方法は、主として６つの部分ステップで実行される。第１ａ図及び第２ａ図に示された第１の部分ステップは、マンドレル１０へのチューブ本体１１の装着であり、この装着は、チューブ本体１１のリング状の区分１６がマンドレル傾斜部１８とマンドレル１０の外周部１９との間の移行部１７を越えて突出するように、行われる。第１の方法の第１ｂ図に示された第２の部分ステップでは、予め製造されたチューブベッド１２がマンドレル１０に装着され、この際にチューブヘッド１２は、注出口１４とマンドレル延長部１５とを介してマンドレル１０に同心的に保持され、リング状の区分１６によって間隔をおいて取り囲まれている。第２の方法では結合材料２６は第２ｂ図に示されているように第２の方法ステップとしてまず初めに、マンドレル傾斜部１８にリング状の区分１６の内周部に沿って環状に、つまりマンドレル傾斜部１８とマンドレル１０の外周部１９との間の移行部に載置され、その後で第２ｃ図に示されているように第３の方法ステップとしてチューブヘッド１２がセンタリングされてもたらされ、その結果結合材料はほぼチューブヘッド１２の下に位置するようになる。第１の方法の第３の方法ステップでは第１ｃ図に示されているように、所定量の結合材料２６は、肩部１３の、マンドレル傾斜部１８とは反対の側につまり肩部１３の外側に、有利にはリング状の区分１６の内周部に接触するようにかつ該内周部に沿って環状に、載置される。所定量の結合材料２６は予め製造されて挿入されてもよいし、又は押出しによってリングとして肩部１３もしくはマンドレル傾斜部１８に載置されてもよい。このように材料供給されたマンドレル１０は第１ｄ図、第２ｄ図に示された第４の方法ステップにおいて、下方に向かって開放した位置固定のリング状のダイ３０内に進入し、この際に内側リング３１の円形の端面は、チューブヘッド１２の肩部１３の外側の表面と係合する。第１ｅ図及び第２ｅ図には第５の方法ステップが示されており、この第５の方法ステップにおいて、リング状の区分１６の内側の表面とチューブヘッド１２の肩部１３とは、可塑性の結合材料２６を用いて最終的に結合される。有利には熱及び圧力を用いたプレスは、材料供給されたマンドレル１０を位置固定のダイ３０内に鉛直方向で上に向かって進入させることによって行われる。この進入時に内側リング３１は、同時にマンドレル１０にチューブヘッド１２を押さえながら、進入方向でシフトさせられ、これに対して半径形状の区分３３を用いて所定量の結合材料２６は、マンドレル１０の運動方向とは逆向きに例えばリング室２３及びアンダカット部２２内に押し込まれ、そしてリング状の区分１６は半径形状の区分３３の寸法に相応して、例えばリング状の区分１６の前方の自由端部が肩部１３における傾斜部２４又は段部２５に係合するまで、変形させられる。傾斜部２４及び段部２５は技術的には結合面の増大という利点を有し、かつ美観的にも、リング状の区分１６の前端部とチューブ肩部１３との間における結合継ぎ目が完全に肩部の表面に吸収されるという有利な作用効果を有している。
第２の方法では所定量の結合材料２６は、マンドレル１０の運動方向において上昇するようにダイ３０に向かってプレスされる。この形状付与の終了時にチューブ本体１１は、このチューブ本体１１とチューブヘッド１２との間における丸み帯びた（曲率半径を描く）移行部を形成しながら、チューブヘッド１２と結合されており、この結合部はチューブの内側において、アンダカット部２２における結合材料によって、リング室２３における材料との関連においてリング状の区分１６の内部の材料に接着するように補強されている。結合部のこの補強と共に、チューブヘッド１２とチューブ本体１１との間におけるエラーのない確実な結合も達成される。プレス過程中に、押さえ機能を果たす内側リングの外周部によって、例えば可塑性のプラスチックである結合材料は肩部１３の外側の表面に沿って注出口１４に向かって移動する又は流れることができないので、視覚的に正確に区切られた流れ継ぎ目が肩部１３に形成される。チューブ本体の内部の材料が予め製造されたチューブヘッドの外周部に直接溶融接続される従来公知の形式とは異なり、又はヘッドとチューブ本体との結合と同時にヘッドのプレス成形が行われる形式とは異なり、本発明による方法は、所定量の結合材料２６が比較的少量であることに基づいて、チューブ本体１１及びチューブヘッド１２の塑性変形及び圧力溶融のために著しく小さな熱量で十分であり、このことによって、継ぎ目つまり環状継ぎ目を固定するために必要な冷却時間も短縮される。基本的には本発明によれば、可塑化された所定量の結合材料２６を、加熱されていない又はある程度加熱されたダイ３０において使用することも可能であるし、まったく可塑化されていない所定量の結合材料２６を、この結合材料をプレス過程中に可塑化する加熱されたダイ３０との関連において使用することも可能である。熱量が小さいことに基づく利点としては、従来公知の方法に比べて高い製造速度、プレス過程導入前におけるダイ内の所定量の結合材料の結晶化の問題の解決、及び肩部のプラスチックの着色が挙げられる。さらにまた、リング状のダイ３０は使用される比較的小さな熱量と相俟って、完全に既製の（konfektionieren）チューブヘッド（閉鎖ダイヤフラム、回動閉鎖体又はフラップ閉鎖体などを備えたチューブヘッド）をチューブ本体と結合することができ、この場合ダイ３０の内側のリング室はそのために、プレス過程中にヘッド構成部分が移動するための空間を残している。本発明のように形成された環状の継ぎ目の冷却後に、第６の方法ステップでは両方の形式において同様に、マンドレル１０がチューブ本体１１及びチューブヘッド１２の離脱によって解放される。上に概略的に述べた方法ステップを実施する機械の機械的な手段は、多種多様であり、図示されていない。

Claims (12)

1. プラスチックから形成されたチューブ本体と、該チューブ本体に結合されていてプラスチックから予め製造されたチューブヘッドとから成る包装チューブを製造する方法であって、チューブ本体をマンドレルの周面に、かつチューブヘッドをマンドレルの端面に装着し、マンドレルをチューブ本体及びチューブヘッドと共にダイ内に進入させ、該ダイ内においてチューブ本体とチューブヘッドとを、熱及び圧力を使用して互いに結合する形式の方法において、チューブ本体（１１）とチューブヘッド（１２）とを、所定量の結合材料（２６）を用いて互いに結合し、この際にマンドレル（１０）の端面に設けられた段部（２１）とチューブヘッド（１２）とによって、アンダカット部（２２）を形成し、該アンダカット部（２２）を、チューブヘッド（１２）の外周面とチューブ本体（１１）との間に形成されたリング室（２３）と接続させ、アンダカット部（２２）とリング室（２３）とによって、結合材料（２６）を受容する形状付与室（Ｆ）を形成することを特徴とする、包装チューブを製造する方法。
2. チューブヘッド（１２）をマンドレル（１０）の端面に載置し、次いで結合材料（２６）をチューブヘッド（１２）の肩部（１３）に載置する、請求項１記載の方法。
3. 結合材料（２６）を端面のマンドレル傾斜部（１８）に載置し、次いでチューブヘッド（１２）をマンドレル（１０）に載置する、請求項１記載の方法。
4. 結合材料（２６）を、円形の横断面を有する予め製造されたリングとして載置する、請求項１記載の方法。
5. 結合材料（２６）を押出しによってリングとして載置する、請求項１記載の方法。
6. チューブ本体（１１）のリング状の区分（１６）がマンドレル（１０）の端面を越えて突出するように、チューブ本体（１１）をマンドレル（１０）に装着する、請求項１記載の方法。
7. 結合材料（２６）を、チューブ本体（１１）のリング状の区分（１６）の内側の表面に接触するように、チューブヘッド（１２）に設置する、請求項６記載の方法。
8. チューブヘッド（１２）がその外周部に傾斜部（２４）を有しており、該傾斜部（２４）に、リング状の区分（１６）の自由な周縁部（２０）を一体成形する、請求項６記載の方法。
9. チューブヘッド（１２）の外周面が段部（２５）として形成されており、該段部（２５）に、リング状の区分（１６）の自由な前端部が係合する、請求項６記載の方法。
10. ダイ（３０）内における結合材料（２６）のプレスを、チューブ本体（１１）とチューブヘッド（１２）との間に丸みを帯びた移行部（１７）を同時に形成しながら行う、請求項２記載の方法。
11. プレス中に、ばねによってプレロードをかけられたシフト可能な内側リングを用いて、マンドレル傾斜部（１８）にチューブヘッド（１２）を保持する、請求項１０記載の方法。
12. 段部（２１）が、マンドレルの外周部からマンドレルの中心線（Ｍ）に向かって延びている第１の段部分（２１ａ）と、該第１の段部分（２１ａ）からさらにマンドレルの中心線（Ｍ）に向かって延びる凹んだ第２の段（２１ｂ）とを有している、請求項１記載の方法。

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