JP4777978B2 - 容器の溶接方法 - Google Patents

Description

本発明はわずかに凹状の形状の半硬質プラスチック部品を中空プラスチックボデーの端部に溶接することを可能にする、容器の製造方法に関する。

本発明は、これに限定するものではないが、フルーツジュース、ビタミン飲料、ミルク、アイスティー等のような非炭酸飲料の包装の分野を意図しているものである。

本発明の別の適用分野は、練り歯みがき、ボデーケアー品、医療用軟こう、食料品（マヨネーズ、ケチャップ、マスタード）等の粘性製品を包装するためのフレキシブルなチューブである。

本発明の第三の適用分野は、シリコン又は樹脂のような工業製品用のカートリッジである。

ほぼ円筒状の中空プラスチックボデーにシールされた半硬質の部品を備えた容器の製品は、パッケージの製造に使用されている。

例としては、チューブの壁面を指で押えることにより製品を押し出すようになっているフレキシブルなチューブの製造である。このタイプの容器は、半硬質のヘッドを一般スカートとして知られている円筒状中空ボデーの端部の一方にシールすることにより製造されている。フレキシブルチューブのこの分野において、長手方向にロールされ溶接された単層シート又は多層シートで作られたスカート、及び中空ボデーの押出（又は多層チューブの場合同時押出し）により作られたスカートがある。チューブヘッドは射出成形により独立して製造される。チューブヘッドはマンドレルを開いてシールされスカート及びヘッドを所定位置に保持するようになっている。フレキシブルチューブの製造に関しては多くの文献があって、Ｄｅｌａｖｙ及びＫｅｌｌｅｒに交付された特許（独国特許第４２１６８８９９号）は従来技術を概説している。

本技術の他の応用分野は、一方の端部に半硬質の部品を備えた真っすぐでフレキシブルなポーチの製造である。そのようなパッケージの例はＳｐｉｅｓｓ及びＳｏｈｎに交付された特許（オーストラリア国特許第２９３９４４号）に開示されていて、半硬質のヘッドは円筒状チューブの形状をしたフレキシブルなシートに溶接されていて、真っすぐでフレキシブルなポーチを製造するようになっている。Ｍｉｃｈａｌｓｋｙに交付された特許（欧州特許第１３６２７９７号）は、同様なパッケージを開示していて、容器のボデーはその両端部に半硬質の部品を取り付けることができる。

技術的な観点から、そのような物品を製造するために、半硬質の部品を円筒状のボデーの端部にシールする必要がある。チューブと取り付けられる部品との間にすぐれた溶接部を作るためには、溶接する部分が以下の条件を満足していなければならない：すなわち所定の時間中に所定の圧力が溶接する部分に作用しているときに、溶接する部分はプラスチックの溶接温度にさらさねばならない。部品を溶接するために加熱する方法には種々の方法があって：高温加熱、誘導加熱、ＩＲ加熱、摩擦加熱又は超音波加熱がある。これらの方法すべてにおいて、力はシールされる部品の高さにおいてチューブの外周囲にわたって均一に分布されねばならない。チューブの外周囲にそのような力又は圧力を作用するための機械的手段は複雑なものであって、熱の伝達を妨げ、そして製品に分割線の跡を残してしまう。このことは、一般にシールするのに必要な半径方向の力を作用するインターナルマンドレルにより行なわれている。このタイプのマンドレルの使用、溶接方法又は製造方法は、フレキシブルなチューブの製造分野において衆知なものである（図１；部品２）。同様な方法でチューブの底面を形成するために部品を溶接することも可能である（図２；部品１５）。他方の端部が部分的に又は全体的に閉じているチューブに端部をシールすることはできない。というのはインターナルマンドレルを使用できないからである。そのような例が図１（ヘッド２を備えたチューブに底面１５をシールする場合）、図２（底面１５を有しているチューブにヘッドをシールする場合）又は図３（ヘッド２を備えたチューブに中間部品１６及び底面１５をシールする場合）に図示されている。

本発明の目的は、わずかに凹状のプラスチック部品を中空プラスチックボデーの端部に、中空ボデー内部にマンドレルを使用することなくシールすることを可能にするフレキシブルな容器を製造する方法を提供することである。本発明による方法は、インターナルマンドレルの使用なしに溶接をするのに必要とされる圧力を発生する簡単な方法を提供することである。

従って、本発明は図１，２及び３に図示するような物品を製造することを、従って前述の問題を克服することを可能にしている。

限定するものではないが、簡素化のために、以下の説明と例とは薄いアルミニウムシートを含んだ積層材料で作られたチューブにヘッドと底面とを溶接する場合のものである。複合材料層の構造体の内側のアルミニウムシートはパッケージにおける境界としてすぐれた性質を備えていて、同時に非常に効果的でエレガントなＨＦ加熱技術の利用を可能にするものである。このチューブは、少なくとも一層のアルミニウムを含んでいて、そして長手重ね溶接を含んでいる多層の平坦なシート又はストリップで作られている。ヘッド又は底面を溶接するために、誘導加熱も使用されている。耐力及び溶接圧力を作用するための機械的手段が不要であるために、誘導加熱溶接が適切なものとなる。というのはＨＦインダクタを溶接する部分の近くに設置することができ、機械部品をシールドする問題が除去されるからである。

本発明の方法は、ヘッド又は半硬質の底面をスカートに溶接するために必要とされる圧力は、硬質部品の一時的あるいは永久的な変形により得ることができるようになっている。この部品を制御された方法で変形させることにより、その直径を増加することが可能になり、従って部品をスカートとスカートの外部に設置した溶接材とに位置決めすることができる。従って、シールする全体にわたって均一な圧力を作用することが可能となる。

本発明における方法の原理は、図４ａ及び４ｂに図示する方法における種々の段階により明確に説明されている：
１）図４ａに図示すように、チューブのスカート１とヘッドとは溶接材１０の内部において正確に位置決めされねばならない。溶接機１０はシールするべき部分をおおわねばならなくて、かつスカート２をガイドしなければならない。本溶接機は、スカート１とヘッド２とがＺ方向に位置決めされる直交部分１２を含んでいる。
２）接続ロッド８がヘッド３のネックに取り付けられている。二つの部品が異なる方法、例えば雌ねじ９をネック７のねじ山に螺合させることにより保持されていてもよい。
３）ロッド８により、ヘッド２に対して引張力がＺ方向に作用されている。ヘッドは溶接機１０によりサポート部分１２において所定位置に保持されているので、ヘッド２は、もし半硬質材料で作られているなら、その凹形状のために図４ｂに図示するように変形される。ヘッド２の変形は、サポート１２においてヘッド６の端部の外側へ向かってのわずかな摺動を引き起こし、従って、ヘッドの直径が増大する。従って、ヘッドの溶接部分５はチューブ壁面２に対しかつ溶接機の半径方向サポート部分１３に対して、均一で大きな力により押しつけられる。従ってシールする二つの部品に圧力を作用することが可能になっている。
４）溶接は、誘導コイル１１を用いてスカートを局所加熱することにより行なわれる。
５）溶接後、接続ロッド８がヘッド２からはずされる。引張力がなくなるので、ヘッドはプラスチックの弾力性により初期の幾何学的形状に復元する。従って、溶接機１０により作られた製品（溶接された部品を備えたスカート）を取り出すことが容易である。

これらの種々の操作は、機械部品を用いて及び／又は容器の内部又は外部の圧力を増加又は減少させることにより行なわれる。

本発明における好適な実施形態において、この方法は中心に開口部を有しているチューブのヘッドのシールに限定されるものではなく、チューブ底面のような閉じた部分に作用されてもよい。

本発明における別の好適な実施形態において、本方法はスカートの端部に部品をシールすることに限定されるものではなくて、スカートに沿ったいずれの位置にも適用できるものである（図３）。限定するものではないが、例示において、中間部品の使用は容器を区画化し強化することを可能にしている。図５ａ及び５ｂはヘッド２をスカート１の端部ではない位置に溶接する場合を図示している。この場合、溶接機１０はスカートを囲んでいるシリンダである。ヘッド２はヘッド４の凹状部分に位置するサポート１４により所定位置に保持されている（図５ａ）。ロッド８により引張力が作用されると、ヘッド２は図５ｂに図示するように変形し、サポート１４においてヘッドがわずかに回転するので、端部６は外側に向かって移動する。従って、溶接されるヘッドの部分５はスカートと溶接機のサポート部分１３とに半径方向の圧力を作用している。スカートのＨＦ局所加熱による溶接は前述したとおりである。

本発明における一方の端部の一部分が閉じている中空ボデーの場合の製造方法において、部品の内面の中心部分にスラスト力を作用することにより、中空ボデーの他方の端部におけるわずかに凹状部品を溶接することが可能である（図６参照）。この場合、スラスト力を内面に作用することが、部品の見かけ上の直径を増加させるように変形することを可能にしていて、従って、部品を中空ボデーに溶接するのに必要な圧力をもたらしている。

本発明における別の好適な実施形態において、本方法は円筒状容器に限定されるものではなくて、プラスチック部品を、種々の凸状の断面を有してるフレキシブルな中空ボデーに溶接することを可能にしている。限定するものではないが、例示において、丸味をおびているオーバル形状又は多角形状（正方形、五角形、六角形等）の断面を有している容器が説明されている。

ヘッド２の変形は永久的なものかも知れなくて、ヘッドの最終的な形状は初期の形状と異なるものとなるかも知れない。このことは、凹状部分４の周囲で“ターンバック”することの可能な著しく凹状の部品の場合に起こりうる。この結果は次のようなものであって、端部６に対するネック３の高さが初期状態と最終状態とで異なることである。

本発明における別の製造方法において、ドーム状（凹状、又は凸状）の部品を中空プラスチックボデーの自由端部の内面に溶接することが可能である。この場合、その中心部分への引張力の作用がその見かけ上の直径を減少するように変形することを可能にし、従って部品の初期状態の外径に等しい直径である中空ボデーの内部に、ドーム状部品を位置決めすることができる。位置決めされると、引張力が除去され、部品が初期の形状にもどることが可能になり、従って部品の外周囲が中空ボデーの内壁面に押しつけられる。部品の外径を中空ボデーの内径に合わせて調整することにより、部品と中空ボデー間の溶接部分に作用する押付け力を調節することが可能である。溶接は前述したように、ＨＦ加熱により行なわれる。

本発明において、容器を形成する円筒状ボデーに対して半径方向の溶接を含んでいる、特殊な形状のヘッド及び底面を有する容器を作ることができる。これらの溶接は全体が円筒状ボデー内部に位置することにより区別することができる。さらに、これらの容器が、円筒状ボデーの外面に位置する、円筒状ボデーとのいずれの接触部分をも含んでいないヘッドと底面とを有している。図１及び２は本発明によるこのタイプの容器を図示している。

図１は、スカート１と、凸状ヘッド２と、凹状底面１５とを備えた容器を図示している。 図２は、スカート１と、凸状ヘッド２と、凹状底面１５とを備えた容器を図示している。 図３は、スカート１と、凹状ヘッド２と、中間ピース１５と、凸状底面１４とを備えた容器を図示している。 図４ａは、本発明によるヘッド２をスカート１に溶接する場合の装置を図示している。スカート１及びヘッド２は、ＨＦ溶接コイル１１を備えた溶接材１０により位置決めされている。スカート２の端部とヘッド６とはＺ方向に直交している溶接材のサポート部分６に位置している。ヘッドは接続ロッド８によりＺ方向に引張力を受けていて、接続ロッド８はヘッド３のネックのねじ山７に螺合する雌ねじ９を含んでいる。なお、図４ａはヘッド２の初期状態を図示している。 図４ｂは、本発明によるヘッド２をスカート１に溶接する場合の装置を図示している。スカート１及びヘッド２は、ＨＦ溶接コイル１１を備えた溶接材１０により位置決めされている。スカート２の端部とヘッド６とはＺ方向に直交している溶接材のサポート部分６に位置している。ヘッドは接続ロッド８によりＺ方向に引張力を受けていて、接続ロッド８はヘッド３のネックのねじ山７に螺合する雌ねじ９を含んでいる。さらに図４ｂにおいて、ヘッド２はロッド８により作用される引張力により変形される。ヘッド２の変形がヘッド５の周囲をスカート１の内面に向ける半径方向の力を発生している。 図５ａは、本発明によるスカート１の内部にヘッド２を溶接する場合の装置を図示している。スカート１は溶接材１０により位置決めされていて、溶接材１０は外面周囲に設置され、そしてＨ．Ｆ．溶接コイル１１を備えている。ヘッド６の凹状部分４は環状サポートピース１４に位置している。ヘッドは接続ロッド８によりＺ方向に引張力を受けていて、接続ロッド８はヘッド３のネックのねじ山７に螺合する雌ねじ９を含んでいる。図５ａはヘッド２の初期状態を図示している。 図５ｂは、本発明によるヘッド２をスカート１に溶接する場合の装置を図示している。スカート１及びヘッド２は、ＨＦ溶接コイル１１を備えた溶接材１０により位置決めされている。スカート２の端部とヘッド６とはＺ方向に直交している溶接材のサポート部分６に位置している。さらに図５ｂにおいて、ヘッド２はロッド８により作用される引張力により変形される。ヘッド２の変形がヘッド５の周囲をスカート１の内面に向ける半径方向の力を発生している。 図６は、本発明におけるヘッド２をスカート１に溶接する場合の装置を図示していて、中空ボデーの他方の端部は一部分が閉じられているだけある。スカート１及びヘッド２はＨ．Ｆ．溶接コイル１１を備えた溶接材１０により位置決めされている。スカート２とヘッド６との端部は、Ｚ方向に直交している溶接材のサポート部分６に位置している。ヘッドは中心部分１６においてプッシュロッド５によりＺ方向にスラスト力を受けている。

Claims (11)

1. 円筒状の中空ボデーの内面をおおって平坦でフレキシブルな部品（２）の端面を把持する段階を含んでいるプラスチック容器の製造方法であって、前記部品（２）が凹面及び凸面を有している、プラスチック容器の製造方法において：
   前記部品（２）の前記端面が前記円筒状の中空ボデー（１）の前記内面に接触して位置決めされている段階と；
   前記部品（２）の前記端面を前記円筒状の中空ボデー（１）の前記内面に対して当接させる半径方向の力を前記部品（２）に発生させる、前記部品（２）の中心部分（３）に対して前記部品の表面に直交する方向（Ｚ）にスラスト力又は引張力を作用させる段階と；
   前記部品（２）の前記凹面を凸面とするために変形される段階、及び前記部品（２）の前記凸面を凹面とするために変形される段階
   を含んでいることを特徴とする、プラスチック容器の製造方法。
2. 前記半径方向の力が永久的に発生されることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記半径方向の力が、前記部品（２）を前記内面に把持する間だけ一時的に発生されることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記スラスト力又は引張力が前記部品（２）の凹面に作用されることを特徴とする、請求項１−３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記スラスト力又は引張力が前記部品（２）の凸面に作用されることを特徴とする、請求項１−３のいずれか一項に記載の製造方法。
6. 前記部品（２）がサポート部分（１３）により所定位置に保持されている場合、引張力が前記部品（２）の中心部分（３）に作用されていて、前記サポート部分（１３）は前記部品の凹面の部分に、又は前記部分の外側に単独で置かれていることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一項に記載の製造方法。
7. 前記部品（２）がサポート部分（１３）により所定位置に保持されている場合、スラスト力が前記部品（２）の中心部分（３）に作用されることを特徴とする、請求項１−３又は５のいずれか一項に記載の製造方法。
8. 前記部品（２）が前記円筒状の中空ボデー（１）の中に位置決めされる場合、及び溶接が行なわれる場合に、前記部品（２）は単にその外面を保持されていて；
   前記部品（２）が前記円筒状の中空ボデー（１）の中に位置決めされる場合、前記部品（２）を変形しそして前記部品（２）の外周囲を内側に向けるスラスト力又は引張力が作用され、前記部品（２）を前記円筒状の中空ボデー（１）の中に挿入することが可能になっており；
   溶接時には、前記スラスト力又は引張力は除去され、前記部品（２）が初期形状にもどることが可能になり、前記部品（２）の前記外周囲において、前記円筒状の中空ボデー（１）の内面に圧力を作用する；
   ことを特徴とする、請求項１-７のいずれか一項に記載の製造方法。
9. 前記スラスト力又は引張力が前記円筒状の中空ボデー（１）の内側から作用されていることを特徴とする、請求項８に記載の製造方法。
10. プラスチック容器の製造装置であって、円筒状の中空ボデー（１）と、凹面及び凸面を形成している少なくとも一つのフレキシブルで平坦な部品（２）とを具備していて、前記部品（２）の端部が前記円筒状の中空ボデー（１）の内面に把持されているプラスチック容器の製造装置において：
    前記部品（２）の前記端部へ向かう半径方向の力を引き起こすように、前記部品（２）の中心部分（３）に対してその表面に直交する方向にスラスト力又は引張力を作用させる手段（８）を備えていて、前記スラスト力又は引張力を作用させる手段（８）が、前記プラスチック部品（２）の外面の中心部分（３）に引張力を発生させることを特徴とする、プラスチック容器の製造装置。
11. 前記部品（２）を半径方向に圧縮するための手段を備えていることと；前記スラスト力又は引張力を作用する手段は、部品（２）がその初期形状に復元することによる復元力であることとを特徴とする、請求項１０に記載の製造装置。

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