JP5243771B2 - シール装置及びチューブ容器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂で形成されたチューブ容器の端部をシール成形する技術に関する。

熱可塑性樹脂からなるチューブ容器の端部をシール成形する技術として、熱を加えて溶着するヒートシール方式や超音波振動による摩擦熱によって溶着する超音波方式が知られている。例えば、特許文献１には、チューブ状の容器を挟持して熱溶着するヒータブロックの当接面を分割し、分割されたヒータブロックの夫々の変位を検出することが開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、ヒータブロックによりチューブ容器の端部のシールが可能となり、また、分割されたヒータブロックの変位を検出することで、製造時に発生するチューブ容器の微細な不良を検出することができる。

また、特許文献２には、チューブ容器の端部を予熱し、予熱後のチューブ容器の端部を超音波振動により溶着することが記載されている。特許文献２に記載の技術によれば、チューブ容器の端部を予熱してチューブ容器の端部に熱膨張による応力や歪みを予め発生させることで、超音波振動を与えた際の熱膨張による歪み等の影響を低減することができる。
特許第３５９５０３１号公報 特開２０００−１５３８１４号公報

チューブ容器の端部をシール成形する技術として、ヒートシール方式や超音波振動による摩擦熱によって溶着する超音波方式が知られている。ヒートシール方式では、チューブ素材の端部に熱を加え、溶かしたチューブ素材をプレスして溶着し、その後切断することでシール成形が完了する。超音波方式では、チューブ容器の端部を予熱し、予熱後のチューブ容器の端部を超音波振動により溶着し、その後切断することでシール成形が完了する。このように、従来のシール技術では、チューブ容器をシール成形するにあたって、溶着と切断とが別々に行われていた。つまり、チューブ容器をシール成形する際、溶着に要する時間と、切断に要する時間とが夫々必要であった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、チューブ容器の基端部をシール成形する技術であって、従来よりも効率よくシール成形することができる技術を提供することを課題とする。

本発明では、上述した課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、チューブ容器の基端側のシール部分をシール成形するシール装置であって、前記シール部分を挟持するように配置され、該シール部分に直接熱を加えながら挟み込んで押圧する押圧手段と、前記押圧手段を挟持方向へ移動する移動手段と、を備え、前記押圧手段は、前記シール部分のうち、前記チューブ容器の先端側の領域を挟み込んで押圧することで、該先端側の領域を溶着する一対の第一押圧部と、前記シール部分のうち、前記チューブ容器の基端側の領域を挟み込んで押圧する一対の第二押圧部であって、前記第一押圧部による押圧力よりも大きな力を該基端側の領域に加えることで、該チューブ容器の基端側の領域を溶着するとともに前記シール部分の基端側を切断する第二押圧部と、を有する。

本発明によれば、押圧手段によってシール部分に直接熱を加えながらチューブ容器のシール部分を挟み込んで押圧することで、従来よりも効率よくシール成形することができる。また、本発明では、シール部分を構成するチューブ素材に直接熱が伝達されるので、チューブ素材に対して均等に熱が伝達される。その結果、対向するチューブ素材の内側同士も確実に溶着することができる。なお、従来のヒートシール方式では、チューブ素材の外側から熱を加えた後、溶かしたチューブ素材をプレスしていたため、対向するチューブ素材の内側にまで十分に熱が伝達されず、その結果十分な溶着強度を確保することができなかった。しかし、本発明によれば、対向するチューブ素材の内側同士も確実に溶着することができ、十分な溶着強度を確保することができる。

また、本発明では、第一押圧部と第二押圧部によってチューブ素材に対して均等に熱を加えながら押圧してシール部分を溶着し、かつ、第二押圧部によってチューブの端部を切断することから、溶けたチューブ素材が左右や上下にはみ出すことによって発生するシール溜まりの発生を抑制することができる。つまり、シール溜まりのない見栄えのよいチューブ容器を成形することができる。更に、本発明では、超音波方式のように振動を与えることなく溶着と切断を同時に行えることから、超音波方式では難しいとされていた細かい成形も可能となる。

本発明のシール装置は、熱可塑性樹脂からなるチューブ容器の端部をシール成形する装置として好適に用いることができる。押圧手段は、シール部分を挟持するように配置され、シール部分に直接熱を加えながら挟み込んで押圧する。押圧手段は、例えば対向する一対のブロック等からなる本体部と、対向する本体部の内側に設けられシール部分と接する第一押圧部及び第二押圧部によって構成することができる。第一押圧部や第二押圧部の材質は、熱伝導性を有していればよく特に限定されない。シール部分に加える熱は、ヒータ等の熱源部によって供給することができる。熱源部は、押圧手段に組み込んでもよく、また押圧手段の外部に設けてもよい。

第一押圧部は、シール部分のうち、チューブ容器の先端側の領域を挟み込んで溶着する。一方、第二押圧部は、シール部分のうち、チューブ容器の基端側の領域を挟み込んで溶着する。つまり、押圧手段を挟持方向へ移動させた際に、これらの押圧部が実際にシール部分と接触してシール部分を挟み込むように押圧すべく、第一押圧部及び第二押圧部は挟持方向へ突出するように構成されている。すなわち、押圧手段をブロック等の本体部と第一押圧部及び第二押圧部によって構成する場合、第一押圧部及び第二押圧部は、本体部の挟持方向内側表面から突出するように形成されることになる。

本発明のシール装置では、第二押圧部が、第一押圧部の押圧力よりも大きい押圧力をシール部分の基端側の領域に加える。これにより、第二押圧部によれば、挟持方向の押圧力によって、シール部分の溶着に加えてシール部分の基端側の切断を同時に行うことができる。その結果、本発明によれば、従来よりも効率よくシール成形を行うことができ、また、従来のヒートシール方式において懸念されていた、溶けたチューブ素材が左右や上下にはみ出すことによって発生するシール溜まりの発生を抑制することができる。

また、本発明では、第一押圧部と第二押圧部との間隔を調整することで、シール部分の長さを適宜変更することができる。シール部分の長さとは、チューブ容器の基端から先端に向けたシール部分の長さ（以下、シール長さとする。）である。本発明では、第一押圧部と第二押圧部との間隔を適宜調整することで、このシール部分の長さを調整することができる。すなわち、シール長さを長くしたい場合には、第一押圧部と第二押圧部との間隔を広げればよい。なお、従来のヒートシール方式では、対向するチューブ素材の内側同士が十分に溶着することができなかったので、このようにシール長さの自由に調整、特に長くすることが難しいとされていた。本発明では、直接熱を加えてチューブ素材の内側同士
を確実に溶着することができるので、このようなシール長さの調整が可能となる。

移動手段は、押圧手段を挟持方向へ移動する。すなわち、移動手段は、押圧手段を、押圧手段が実際にシール部分を挟み込んで押圧する押圧状態と、チューブ容器をセットするなど準備状態としての非押圧状態と、に変化させる。移動手段は、押圧手段を空気圧力によって移動させるエアシリンダによって構成することができる。また、移動手段は、駆動源としてのモータと、駆動源から供給される駆動力を押圧手段に伝達する伝達機構と、を適宜組み合わせることで構成してもよい。

ここで、本発明において、前記第二押圧部は、前記移動手段によって前記押圧手段が挟持方向へ移動した際、該第二押圧部同士の間隔が前記第一押圧部同士の間隔より狭くなることで該第一押圧部による押圧力よりも大きな力を前記基端側の領域に加えるようにしてもよい。

本発明では、第二押圧部同士の間隔が第一押圧部同士の間隔よりも狭く設定されているので、第一押圧部による押圧力よりも大きな押圧力が第二押圧部で挟み込まれるシール部分、すなわちシール部分の基端側の領域に働く。その結果、第二押圧部によって押圧されるシール部分の基端には、溶着に適した押圧力を上回る力が加えられるので、シール部分は、シール部分の基端側で切断、換言すると基端側が押し潰されて切断されることになる。

以上本発明のシール装置について説明したが、本発明は、上述したシール装置が有する機能と同様の機能を有するチューブ容器の製造方法の発明としてもよい。すなわち、本発明は、チューブ容器の製造方法であって、前記チューブ容器の基端側のシール部分に直接熱を加えながら挟み込むように押圧する工程を備え、前記押圧する工程では、前記シール部分のうち、前記チューブ容器の先端側の領域を挟み込んで押圧することで、前記該先端側の領域を溶着し、かつ、前記シール部分のうち、前記チューブ容器の基端側の領域を挟み込んで、前記先端側の領域を押圧する力よりも大きな力で押圧することで、該基端側の領域を溶着するとともに該シール部分の基端側を切断する。

また、本発明は、シール成形前のチューブ容器に対して熱を加えて該チューブ用器を予備的に加熱する予備加熱工程と、シール成形後のチューブ容器を冷却する冷却工程と、を更に備えるようにしてもよい。なお、本発明は、上述したシール装置やチューブ容器の製造方法によって製造されるチューブ容器としてもよい。

本発明によれば、チューブ容器の基端部をシール成形する技術であって、従来よりも効率よくシール成形することができる技術を提供することができる。

次に、本発明のシール装置の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、熱可塑性樹脂からなるチューブ容器における、開口されている筒状の基端部をシール成形するシール装置を例に説明する。但し、チューブ容器の素材は、特に限定されるものではない。また、チューブ容器は、単層チューブ、積層チューブいずれでもよい。

＜第一実施形態＞
（構成）
図１は、第一実施形態のシール装置の断面図を示す。第一実施形態のシール装置１は、チューブ容器３を挟持するように配置される一対のヒータブロック１１を備える。ヒータブロック１１には、挟持方向に突出し、チューブ容器３と接する圧着板１０が設けられて
いる。また、ヒータブロック１１は、支持部２１によって支持され、支持部２１の下部には、チューブ容器３の押圧時にチューブ容器３を挟み込んで押さえつける一対の押さえ板２２が設けられている。チューブ容器３は、先端のキャップ３２がトレイ２３に設けられた支持孔２４に挿入されることでほぼ垂直に支持されている。以下、更に具体的に説明する。

ヒータブロック１１は、チューブ容器３のシール部分３３を挟み込んで押圧する。ヒータブロック１１は、本発明の押圧手段の一部を構成するものであり、本実施形態では、ヒータブロック１１と、ヒータブロック１１の挟持方向内側に設けられた圧着板１０とが、本発明の押圧手段を構成する。本実施形態のヒータブロック１１は、その形状が長方体である。ヒータブロック１１は、金属製とすることができる。その材質は特に限定されないが、十分な強度と優れた熱伝導性を有する部材によって構成することが好ましい。

また、ヒータブロック１１の内部には、チューブ容器３のシール部分３３を溶着する際に必要な熱を供給するヒータ１５が内蔵されている。なお、本実施形態のヒータブロック１１では、ヒータブロック１１の下側にヒータ１５が設けられているが、ヒータ１５の位置は特に限定されるものではない。ヒータ１５の取り付け位置は、ヒータ１５から発せられる熱を効果的にヒータブロック１１に供給できる位置として適宜設計すればよい。ヒータ１５から発せられる熱は、チューブ容器３を溶融できる温度であればよく、チューブ容器３の材質によって適宜変更することができる。

圧着板１０は、チューブ容器３のシール部分３３を挟み込んで押圧することで、シール部分３３の溶着と切断とを同時に行う。より具体的には、圧着板１０は、ヒータブロック１１に対して取り外し可能であり、一対の圧着板１０の内側表面の夫々には、内側に突出した第一押圧部１３と第二押圧部１２とが設けられている。圧着板１０は、金属製とすることができる。その材質は特に限定されないが、十分な強度と優れた熱伝導性を有する部材によって構成することが好ましい。

第一押圧部１３は、シール部分３３のうち、チューブ容器３の先端側の領域（図１における紙面下側の領域）を挟み込んで押圧する。第一押圧部１３もヒータブロック１１や圧着板１０と同じく熱伝導性を有する金属部材によって構成すればよい。その結果、ヒータブロック１１の内部に設けられたヒータ１５からの熱がヒータブロック１１を介して圧着板１０に伝達され、圧着板１０に伝達された熱によりチューブ容器３のシール部分３３が溶融される。なお、シール部分３３に伝達される熱は、チューブ容器３のシール部分３３に対して均一に直接伝達され、シール部分３３の外側だけでなくシール部分３３の内側も溶融される。その結果、本実施形態のシール装置１によれば、シール部分３３の内側も溶融された上で挟み込むように押圧されるので十分な溶着強度を確保することができる。

第二押圧部１２は、シール部分３３のうち、チューブ容器３の基端側（図１における紙面上側の領域）を挟み込んで押圧する。第二押圧部１２も金属製とすればよい。なお、対向する第二押圧部１２同士の間隔は、対向する第一押圧部１３同士の間隔よりも狭く設計されている。その結果、第一押圧部１３では、シール部分３３の溶着が行われるが、第二押圧部１２では、シール部分３３の溶着と共に切断が行われることになる。なお、溶着と切断の詳細については、シール装置の動作説明において詳細に説明する。

ここで、図２は、圧着板１０の平面図を示す。同図に示すように、圧着板１０には、山型の第一押圧部１３と、第一押圧部１３とほぼ平行に設けられた同じく山型の第二押圧部１２が設けられている。第一押圧部１３及び第二押圧部１２は、図１に示すように圧着板１０の表面から内側に突出している。なお、圧着板１０は、対で構成されるが、図１の左右いずれの圧着板１０にも基本的には図２に示すような山型の第一押圧部１３と第二押圧
部１２が設けられている。但し、第二押圧部１２同士の間隔が狭くなるように、図１における紙面右側の第一押圧部１３の突出高さが、紙面左側の第一押圧部１３よりも低く設計されている点で異なる。

上述した一対の圧着板１０は、一対のヒータブロック１１の内側面に接続されており、ヒータブロック１１は、一対の支持部２１によって支持されている。一対の支持部２１は、図示しないエアシリンダによって挟持方向及び非挟持方向へ往復運動する。その結果、支持部２１に支持されているヒータブロック１１が接近し、第一押圧部１３と第二押圧部１２がチューブ容器３のシール部分３３を押圧することでチューブ容器３の開口する基端がシールされる。

押さえ板２２は、チューブ容器３の胴部３１を押圧時に押さえる。より具体的には、押さえ板２２は、第一押圧部１３と第二押圧部１２とによってチューブ容器３の基端側を溶着する際、溶着を容易かつ確実行えるよう補助的にチューブ容器の胴部３１を挟み込む。押さえ板２２は、その先端が上方向に逃げられるように、基端が回転可能に支持部２１に接続されている。なお、押さえ板２２と支持部２１との接続部には、ばねが設けられ、押圧時に上方向に持ち上げられた押さえ板２２が非押圧時の状態に戻るように付勢されている。

トレイ２３は、チューブ容器３が載置される。具体的には、トレイ２３には、チューブ容器３の先端のキャップ３２が挿入可能な支持孔２４が設けられている。トレイ２３は、図示しない駆動装置によって上下方向に移動可能であり、トレイ２３にシール成形が必要なチューブ容器３がセットされると第一押圧部１３及び第二押圧部１２によってシール成形可能な高さまで上昇する。シール成形が完了すると、トレイ２３は、下降し、シール成形されたチューブ容器３が取り外され、新たにシール成形が必要なチューブ容器３がセットされる。

（動作）
次に、上述した本実施形態のシール装置１の動作について図面に基づいて説明する。図３は、第一実施形態のシール装置の動作状態を示す。図３（ａ）は、溶着前の状態を示す。図３（ｂ）は、溶着時（押圧時）の状態を示す。図３（ｃ）は、溶着後の様態を示す。

まず、シール成形が必要なチューブ容器３がキャップ３２が下になるようにトレイ２３にセットされる。チューブ容器３がセットされたトレイ２３は、シール成形が可能な高さまで上昇する。これにより、図３（ａ）に示すように、一対の支持部２１が、チューブ容器３のシール部分３３を挟持するように配置される。より具体的には、ヒータブロック１１に接続された第一押圧部１３及び第二押圧部１２がシール部分３３を挟み込んで押圧可能な位置に配置される。また、押さえ板２２がチューブ容器３の胴部を挟み込んで押さえることが可能な位置に配置される。

次に、一対の支持部２１が図示しないエアシリンダによって挟持方向へ移動する。より具体的には、支持部２１の移動に伴って、ヒータブロック１１、ヒータブロック１１に接続されている第一押圧部１３及び第二押圧部１２、押さえ板２２が、挟持方向へ移動する。まず、押さえ板２２の先端がチューブ容器３の胴部に接触し、筒状の胴部を徐々に押し潰す。次に、第一押圧部１３と第二押圧部１２が夫々チューブ容器３のシール部分３３を挟み込むように押圧する。

ここで、図４は、押圧時の拡大断面図を示す。図４（ａ）は、第一押圧部１３及び第二押圧部１２がシール部分３３を押圧する直前の状態を示す。図４（ｂ）は、第一押圧部１３及び第二押圧部１２がシール部分３３を押圧した状態を示す。図４（ａ）に示すように
、支持部２１（図示せず）が挟持方向へ徐々に移動することで、第一押圧部１３及び第二押圧部１２との間隔が徐々に狭められていく。更に、支持部２１が挟持方向へ移動すると、第一押圧部１３と第二押圧部１２は、図４（ｂ）に示すように、チューブ容器３のシール部分３３を挟み込むように押圧する。この際、第一押圧部１３及び第二押圧部１２には、チューブ容器３のシール部分３３を溶融するのに必要な熱がヒータブロック１１を介して伝達されており、チューブ容器３と接することで、この熱がチューブ容器３のシール部分３３に加えられる。ここで、第二押圧部１２同士の間隔は、第一押圧部１３同士の間隔よりも狭く設定されていることから、シール部分３３の基端側（紙面上側）には、シール部分３３の先端側（紙面下側）よりも大きな押圧力が加えられる。更に支持部２１を挟持方向へ移動すると、シール部分３３の基端側が第二押圧力０の押圧力によって押し潰され、第二押圧部１２の上側のライン（紙面Ｘで示すライン）で切断される。なお、第二押圧部１２によって押圧されるシール部分３３には、切断するほどの押圧力が加えられないので押圧力による溶着のみが行われることになる。

第一押圧部１３及び第二押圧部１２による押圧が完了、すなわち、シール部分３３の溶着及び切断が完了すると、図３（ｃ）に示すように、支持部２１が非挟持方向へ移動する。そして、支持部２１の移動に伴って第一押圧部１３及び第二押圧部１２がチューブ容器３から離れる。その後、チューブ容器３の胴部３１を押さえつけていた押さえ板２２もチューブ容器３から離れ、押圧時に上方向に持ち上げられた押さえ板２２が付勢力によって非押圧時の状態に戻る。

以上により、チューブ容器３の基端側のシール成形が完了する。ここで、図５は、シール成形完了後のチューブ容器３の側面図を示す。図６は、シール成形完了後のチューブ容器３の正面図を示す。同図に示すように、図５に示すように、シール前において筒状に開口していたチューブ容器３の基端がシールされている。また、第一実施形態では、図２に示す山型の第一押圧部１３及び第二押圧部１２が設けられた圧着板１０を用いたことで、図６に示すように、基端が山型形状のチューブ容器３が形成することができる。

なお、第一押圧部１３及び第二押圧部１２による溶着及び切断を行う前に、チューブ容器３に対して予備加熱を行ってもよい。すなわち、予備加熱として、チューブ容器３に対してチューブ容器３を柔軟にする程度の適度な熱を予め加えておく。これにより、第一押圧部１３及び第二押圧部１２による溶着及び切断をより効果的に行うことができる。また、第一押圧部１３及び第二押圧部１２による溶着及び切断完了後に、チューブ容器３を冷却してもよい。シール成形後において、シール部分を冷却することで溶着力をより高めることができる。

（効果）
以上説明した第一実施形態のシール装置１によれば、第一押圧部１３及び第二押圧部１２がチューブ容器３のシール部分３３に対して直接熱を加えながら挟み込んで押圧することで、溶着と切断とを同時行うことができ、従来よりも効率よくシール成形を行うことができる。また、第一実施形態のシール装置１によれば、シール部分３３を構成するチューブ素材に直接熱が伝達されるので、チューブ素材に対して均等に熱が伝達される。その結果、対向するチューブ素材の内側同士も確実に溶着され、十分な強度を確保することができる。また、第一押圧部１３と第二押圧部１２によってチューブ素材に対して均等に熱を加えながら押圧してシール部分を溶着し、かつ、第二押圧部１２によってチューブ容器３の端部を切断することから、溶けたチューブ素材が左右や上下にはみ出すことによって発生するシール溜まりの発生を抑制することができる。つまり、シール溜まりのない見栄えのよいチューブ容器１を成形することができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明のシール装置はこれらに限らず、可
能な限りこれらの組合せを含むことができる。

第一実施形態のシール装置の断面図を示す。 第一実施形態の圧着板の平面図を示す。 第一実施形態のシール装置の動作状態を示す。 第一実施形態のシール装置における、押圧時の拡大断面図を示す。 シール成形完了後のチューブ容器の側面図を示す。 シール成形完了後のチューブ容器の正面図を示す。

符号の説明

１・・・シール装置
３・・・チューブ容器
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・圧着板
１１・・・ヒータブロック
１２・・・第二押圧部
１３・・・第一押圧部
１４・・・第三押圧部
１５・・・ヒータ
２１・・・支持部
２２・・・押さえ板
３１・・・胴部
３２・・・キャップ
３３・・・シール部分

Claims (4)

1. チューブ容器の基端側のシール部分をシール成形するシール装置であって、
   前記シール部分を挟持するように配置され、該シール部分に直接熱を加えながら挟み込んで押圧する押圧手段と、
   前記押圧手段を挟持方向へ移動する移動手段と、を備え、
   前記押圧手段は、
   前記シール部分のうち、前記チューブ容器の先端側の領域を挟み込んで押圧することで、該先端側の領域を溶着する一対の第一押圧部と、
   前記シール部分のうち、前記チューブ容器の基端側の領域を挟み込んで押圧する一対の第二押圧部であって、前記第一押圧部による押圧力よりも大きな力を該基端側の領域に加えることで、該チューブ容器の基端側の領域を溶着するとともに前記シール部分の基端側を切断する第二押圧部と、を有し、
   前記第二押圧部は、前記移動手段によって前記押圧手段が挟持方向へ移動した際、該第二押圧部同士の間隔が前記第一押圧部同士の間隔より狭くなることで該第一押圧部による押圧力よりも大きな力を前記基端側の領域に加える
   シール装置。
2. 前記シール部分の前記基端側の端部を切断する切断手段を更に備える請求項１に記載のシール装置。
3. チューブ容器の製造方法であって、
   前記チューブ容器の基端側のシール部分に直接熱を加えながら挟み込むように押圧する工程を備え、
   前記押圧する工程では、前記シール部分のうち、前記チューブ容器の先端側の領域を挟み込んで押圧することで、前記該先端側の領域を溶着し、かつ、前記シール部分のうち、前記チューブ容器の基端側の領域を挟み込んで、前記先端側の領域を押圧する力よりも大きな力で押圧することで、該基端側の領域を溶着するとともに該シール部分の基端側を切断し、前記シール部分に直接熱を加えながら挟み込んで押圧する押圧手段が挟持方向へ移動した際、前記シール部分の基端側の領域を溶着するとともに前記シール部分の基端側を切断する第二押圧部同士の間隔を前記シール部分の先端側の領域を溶着する一対の第一押圧部同士の間隔より狭くすることで該第一押圧部による押圧力よりも大きな力を前記基端
   側の領域に加える
   チューブ容器の製造方法。
4. 前記シール部分の前記基端側の端部を切断する工程を更に備える請求項３に記載のチューブ容器の製造方法。

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