JP4510460B2 - パッケージ材用の加熱シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動しているパッケージ材用の溶接装置に関する。パッケージ材は、少なくとも１つの熱可塑性層と、電磁誘導により加熱可能な層（ポリマーベースの層、あるいは、金属の層）とからなる。この溶接装置は、交流発電機と、交流電流を磁界に変換するコイルとを具備する。磁力線は、パッケージ材を横切って金属の層に渦電流を発生させるように向けられており、この現象から得られる熱が、熱可塑性層の一部（溶接領域）を溶融するのに用いられる。

テトラパックの仏国特許出願番号第２０７３１３７号は、コイルでの誘導を増大するためにフェライトバーを有するチューブ溶接用のインダクタを開示している。

また、アメリカンカンカンパニーの仏国特許出願第２４２９６５７号は、チューブの移動を案内するガイドとして働く内部マンドレルが、チューブの移動方向に沿った細い帯状の部分を集中して溶接するようにその全長に亘ってフェライトタイプのロッドを有することを特徴とするチューブ溶接用のインダクタを開示している。

コイルは、形成中、チューブ周りに配置される。

また、オハイオクランクシャフトカンパニーの米国特許第３２４２３０号明細書は、チューブを螺旋状に溶接するインダクタを開示している。連続したカーブに亘って溶接するために溶接すべき面の両側にフェライトタイプの要素が配置されている。

従来の装置では、コイルによって生成される磁界ループは、強磁性要素によって部分的にだけ通される。その結果、磁力線の一部が溶接領域に対応しない箇所のところでパッケージ材を通ってしまう。こうした領域の加熱を制御しないと、パッケージ材に、例えば、しわのような変形が生じてしまう。

本発明は、特に、溶接領域に良好に目標を定めた加熱を提供することによって、上述したよう課題を解決することができるという利点を有する。すなわち、本発明は、移動しているパッケージ材であって、電磁誘導により加熱可能な層（例えば、ポリマーベースの層、あるいは、金属の層）と、パッケージ材の移動方向に横たわる溶接領域を備えた熱可塑性層とを有するパッケージ材を溶接する溶接装置であって、交流発電機と、交流電流を磁界に変換するコイルと、特定の方向へと磁力線を形成する強磁性要素とを具備し、磁界がパッケージ材を横切って上記電磁誘導により加熱可能な層を誘導加熱するように向けられている溶接装置において、磁力線が上記溶接領域に沿って位置する少なくとも２つの独立した領域のところでパッケージ材を横切るように配設された一組の強磁性要素を具備する溶接装置に関する。
後述するように、２つの独立した領域に集中した加熱は、特に、有利である。

本発明の好適な実施形態では、パッケージ材の一方の側、例えば、形成中のパッケージ材の内壁面の側に第１の強磁性要素が配置される。この第１の強磁性要素は、その２つの端部が上記２つの加熱領域に近接するように配置される。これら端部の延長上ではあるがパッケージ材の反対側に、それぞれ、第２の強磁性要素と第３の強磁性要素とがあり、各強磁性要素の端部のうちの一方が上記加熱領域に近接している。この結果、加熱領域周辺に磁力線が形成されることになる。

本発明の特に有利な実施形態では、第２の強磁性要素と第３の強磁性要素とが第４の強磁性要素によって互いに接続されており、これら第２の強磁性要素、第３の強磁性要素、および、第４の強磁性要素のいずれか１つをコイルが囲んでいる。こうして構成された強磁性要素の組は、強磁性回路を形成し、斯くして、コイルにより誘導された磁界ループを形成する。

なお、カーブに亘って延びる加熱領域に関する米国特許第３２４２３００号明細書に開示されている従来の装置とは異なり、本発明の装置は、２つの独立した領域を加熱することを狙っている。こうした手法は、パッケージ材が、その溶接領域において、第１の加熱、次いで、その中断、そして、第２の加熱を受けることを意味する。

リラクゼーション領域の利点を示すために、２つのデザインの加熱装置を比較する。第１は、米国特許第３２４２３００号明細書に開示されているように、長さＬに亘って延びる１つの加熱領域を有するものであり、第２は、本発明のように、第１の（長手方向に延びる）加熱領域Ｌ_１と、それに続く（長手方向に延びる）中断領域Ｌ_２と、（長手方向に延びる）加熱領域Ｌ_３とを有するものである。

第１の装置では、Ｌ＝６０ｍｍであり、アルミニウムシートの温度はインダクタの出口のところで１４０℃であり、実験的には、これは、インダクタへの供給電力を調整することを意味する。
一方、第２の装置では、Ｌ１＝３０ｍｍであり、Ｌ２＝３０ｍｍであり、Ｌ３＝３０ｍｍであり、第２の装置に供給される電力は、（同等のライン速度で）第１の装置に供給される電力と同じである。

溶接すべきシートは、主に、１５０ミクロンのポリエチレン層と、１２ミクロンのアルミニウム層と、７５ミクロンのポリエチレン層との、３つの層を具備する。

移動速度が速いほど、供給しなければならない熱エネルギが速くなる。アルミニウムシートは、実質的には、即座に温まる。一方、ポリマー層は、速度が速いときには、その厚み内で均一には加熱されない（ポリマー内での熱の拡散は遅い）。一過性の「リラクゼーション領域（Ｌ２）」は、アルミニウム層からの熱エネルギがポリマー層で拡散できるようにし、これにより、アルミニウム層と溶接すべきインターフェースとの間の熱勾配を小さくすることができる。

以下、図を参照して、本発明の幾つかの非制限的な実施形態を説明する。
各図において共通する要素には、同じ参照番号を付してある。

図１は、加熱装置内で移動しているチューブ１を示している。チューブ１は、溶接ロッド２３周りに巻かれたシートから形成されており、シートの縁部は重なり合っており、これら縁部が加熱装置を通過するときに、加熱によって溶接せしめられる。チューブ１の壁は、少なくとも１つの金属層と、１つの熱可塑性層とからなる。上述したように、熱可塑性層の一部を溶融して溶接するのに利用される熱を発生させる渦電流を誘導するためには、金属層があることが必要である。
本実施形態では、チューブ１の移動方向に沿って溶接領域２が延在している。

加熱装置は、第１の強磁性バー７を具備し、この第１の強磁性バーは、例えば、フェライトから形成され、溶接ロッド２３内に配置され、溶接領域２に近接してチューブ１の内側に配置されている。また、第２の強磁性バー８と第３の強磁性バー１０とが、第２の強磁性バー８の一方の端部が第１の強磁性バー７の一方の端部の延長上に位置し且つ第３の強磁性バー１０の一方の端部が第１の強磁性バー７の他方の端部の延長上に位置するように、第１の強磁性バー７上方に配置されている。これら第２の強磁性バー８と第３の強磁性バー１０とは、それぞれ、コイル３，５によって囲まれている。

Ｕ字形状をなすように組となった３つの強磁性バー７，８，１０は、第１の強磁性バー７の一方の端部と第２の強磁性バー８の一方の端部との間の領域１４と、第１の強磁性バー７の他方の端部と第３の強磁性バー１０の一方の端部との間の領域１６とを、実質的に集中して加熱することができる。これら２組の端部間の距離は、溶接すべきパッケージシートの厚みの２〜２００倍、好ましくは、２〜５０倍である。

したがって、チューブ１の溶接領域２上の点に対して、第１の強磁性バー７の一方の端部と第２の強磁性バー８の一方の端部との間の領域１４のところで、第１の加熱が生じる。そして、これに休止期間が続き、次いで、第１の強磁性バー７の他方の端部と第３の強磁性バー１０の一方の端部との間の領域１６のところで、新たな加熱が生じる。

図２〜図４に示した装置は、図１に示した装置と同様である。しかしながら、これら装置は、強磁性要素の組が閉ループを形成し、結果的に、これら磁力線のループ全てが通される点で異なる。

第２の強磁性バー１１と第３の強磁性バー１２とは、チューブ１の移動方向に平行に配置された第４のバー１３を介して互いに接続されている。第４のバーは、コイル６によって囲まれている。
なお、コイル６は、第２の強磁性バー１１周りに配置されても、第３の強磁性バー１２周りに配置されてもよい。

図４に示した装置は、第１強磁性バー７が３つのバー１９〜２１からなるグループに代えられている点で図２に示した装置とは異なり、ここで、３つのバー１９〜２１は、チューブ１の壁の各側に交互に配置され、バー１９〜２１の端部は対をなして重なり合っている。

従来の溶接ロッドは、最も多くは、プラスチックスリーブによって囲まれたスチールコアからなる。
溶接ロッド２３内に強磁性バー７，１９，２１があることによって、バー内に磁力線の大部分を通すことができることが明らかである。
しかしながら、磁力線の一部がプラスチックスリーブを通り、その結果、溶接領域における加熱性能が低下してしまうことが起こりえる。

こうした欠点を最小限にし或いはこうした欠点を排除するために、溶接ロッド２３が、例えば、銅またはアルミニウムのような材料のシートからのみ形成されていてもよい。

なお、ロッドが、プラスチックスリーブ２５によって囲まれたスチールコア２６を有してもよく（図５参照）、この場合、プラスチックスリーブ２５は、銅またはアルミニウムからなるハウジング２４によって囲まれており、強磁性バー７，１９，２１は、外側のハウジング２４とプラスチックスリーブ２５とにのみ配置されている。この結果、上述したものと同じく、銅またはアルミニウムの要素が磁力線用のスクリーンとして働くといった効果が得られる。

なお、本発明は、少なくとも１つの金属シート（例えば、アルミニウムからなるシート）と、１つの熱可塑性シートとを具備する積層体であれば、適用可能である。

また、使用可能な積層体の非制限的な例としては、以下のような組合せを挙げることができる。（チューブの外側から内側へ向かう方向へ記載されている）
１）厚みが１３０ミクロンの（白色）ポリエチレンフィルム−厚みが２７ミクロンの（白色）ポリエチレン−１２ミクロンのアルミニウムシート−厚みが３０ミクロンの（透明）コポリマー−厚みが６０ミクロンの特別な（透明）ポリエチレンフィルム
２）厚みが９０ミクロンの（白色）ポリエチレン−厚みが６５ミクロンの（白色）コポリマー−厚みが４０ミクロンのアルミニウムシート−厚みが４０ミクロンの（透明）コポリマー−厚みが７５ミクロンの特別な（透明）ポリエチレン
３）厚みが１１０ミクロンの（白色）ポリエチレン−厚みが４５ミクロンの（白色）コポリマー−厚みが４０ミクロンのアルミニウムシート−厚みが４０ミクロンの（透明）コポリマー−厚みが７５ミクロンの特別な（共押出）ポリエチレン

本発明の第１実施形態の正面図である。 本発明の第２実施形態の正面図である。 図２に示した実施形態の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 本発明の第３実施形態の正面図である。 本発明の別の実施形態の溶接ロッドの断面図である。

Claims (8)

1. 移動しているパッケージ材（１）であって、電磁誘導により加熱可能な層と該パッケージ材の移動方向に横たわる溶接領域（２）を有する熱可塑性層とを備えたパッケージ材（１）を溶接する溶接装置であって、
   交流発電機と、交流電流を磁界に変換するコイル（３，５，６）と、上記磁界の磁力線の向きを特定の方向に向けるための複数の強磁性要素（７，８，１０−１３，１９−２１）とを具備し、上記コイルが、複数の上記強磁性要素のうち１個以上の上記強磁性要素に巻回されており、複数の上記強磁性要素は、上記磁界が上記パッケージ材（１）を横切って上記電磁誘導により加熱可能な層を加熱するように、少なくとも１個の上記強磁性要素が上記パッケージ材（１）の表裏のうち一方の側に配置され、他の上記強磁性要素がパッケージ材（１）の表裏のうち他方の側に配置されている溶接装置において、
   複数の上記強磁性要素（７，８，１０−１３，１９−２１）は、上記溶接領域（２）に沿って位置する少なくとも２つの独立した領域（１４，１６−１８）で、上記磁力線が上記パッケージ材（１）を横切るように配設されていることを特徴とする溶接装置。
2. 複数の上記強磁性要素は、第１の強磁性要素（７）、第２の強磁性要素（８，１１）および第３の強磁性要素（１０，１２）を含み、
   上記第１の強磁性要素（７）は、両側の端部のそれぞれが２つの上記独立した領域（１４，１６−１８）に近接して位置するように、パッケージ材（１）の表裏のうち一方の側に配置され、
   上記第２の強磁性要素（８，１１）は、端部が一方の上記独立した領域（１４，１７）に近接して位置するように、パッケージ材（１）の表裏のうち他方の側に配置され、
   上記第３の強磁性要素（１０，１２）は、端部が他方の上記独立した領域（１６，１８）に近接して位置するように、パッケージ材（１）の表裏のうち他方の側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
3. 溶接すべき層に近接して該溶接すべき層の両側に配置された３つの上記強磁性要素（７，８，１０）の端部が該溶接すべき層の厚みの２〜２００倍の距離を開けて離れていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接装置。
4. 上記第２の強磁性要素（８，１１）と上記第３の強磁性要素（１０，１２）とがコイル（３，５）により囲まれていることを特徴とする請求項２または３に記載の溶接装置。
5. 複数の強磁性要素（１９−２１）は、１つの強磁性要素の各端部が別の強磁性要素の端部の上方または下方に位置するように、パッケージ材の各側に近接して交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
6. 強磁性要素（７，８，１０，１１−１３，１９−２１）の組が強磁性回路を形成し、コイル（６）が１つの強磁性要素（７，８，１０，１１−１３，１９−２１）を囲んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の溶接装置。
7. 上記強磁性要素（７）が表面に配置されている溶接ロッド（２３）を備え、
   上記溶接ロッドは、上記表面のうち上記強磁性要素が配置されている領域以外の領域に配置されている磁性スクリーンを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の溶接装置。
8. 上記強磁性要素が配置されている溶接ロッド（２３）を備え、
   上記強磁性要素は、少なくとも一部分が上記溶接ロッド（２３）の内部に配置されている強磁性バー（７，１９，２０）を含み、
   該溶接ロッドは、上記強磁性バー（７，１９，２０）内に磁力線を収めるように配設されたスクリーン要素を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の溶接装置。

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