JPH05269855A - 円い、全周に伸びる封じ接続の超音波溶接方法と装置 - Google Patents

円い、全周に伸びる封じ接続の超音波溶接方法と装置

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JPH05269855A
JPH05269855A JP5000995A JP99593A JPH05269855A JP H05269855 A JPH05269855 A JP H05269855A JP 5000995 A JP5000995 A JP 5000995A JP 99593 A JP99593 A JP 99593A JP H05269855 A JPH05269855 A JP H05269855A
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JP
Japan
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container
welding
lid
sonotrode
ultrasonic
Prior art date
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Pending
Application number
JP5000995A
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English (en)
Inventor
Gunnar Berg
ベルイ グンナル
Hans Herberth
ヘルベルト ハーンス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GPI Systems AB
Original Assignee
Akerlund and Rausing Licens AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Akerlund and Rausing Licens AB filed Critical Akerlund and Rausing Licens AB
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 超音波溶接よって液密乃至ガス密の包装容器
を製造する方法および装置を提供する。例えば容器スリ
ーブとその内部の折曲げリム付蓋との溶接。 【構成】 溶接接続装置は、蓋２がスリーブ１内に押し
込まれた後蓋２の内部に設置可能の一体型プランジャー
６と、容器１周辺を取り囲み容器の外側に配列された若
干数の、共同動作する別々の超音波溶接工具であって、
この溶接工具は容器周辺の最大限の部分を取り囲み、相
互に同時にまた所定の力で超音波溶接工具を、対向ダイ
として内部一体プランジャー６を使用して容器の外面に
対して押付けるように配列され、容器スリーブ１と蓋２
のプラスチック層４またはプラスチック材の間の共通面
に溶接温度の熱を発生させるように所定の周波数と所定
の力の超音波を溶接工具に発生させる装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は全体的には超音波溶接方法によ
る、例えば内側蓋または内側底を円い断面形状を有する
または丸いコーナーを有する多角形断面を有する円筒形
の容器内に溶接接続する全周に伸びる封じ接続を行う方
法と装置とに関する。
【０００２】
【背景技術】この形式の容器の製造方法は公告番号４５
１、２５２を有する本出願人のスエーデン特許から公知
である。この方法においては、容器円筒部または蓋、ま
たは両者に、支持部材としての厚紙とこの厚紙の層の上
にアルミニウム層とプラスチック層からなる３層構造の
材料である材料を使用している。
【０００３】この場合蓋は高周波溶接方法で容器の円筒
部の内部に溶接接続されるが、この場合プラスチック材
料層は接続および封じ部分として作用し、アルミニウム
層は高周波放射の受入れ器として作用して金属が加熱さ
れ、一方アルミニウムはプラスチック層を溶接温度に加
熱する。溶接は、蓋が伸長可能プランジャによって容器
円筒部の開放端に押し込まれて前記プランジャは高周波
放射加熱がスイッチインされると同時に膨脹される。
【０００４】この方法によって「粉末密」「液体密」ま
たは「ガス密」に容器を迅速にまた比較的簡単に製造す
ることができる。この公知の方法は、しかし、これが高
価であり且つ使用済みの容器の破壊に関しても容器材料
の再使用に関しても大きな問題を有すると言う３層に積
層された容器用材料を使用しなければならぬと言う欠点
を含んでいる。
【０００５】従って、容器材料のアルミニウム層を除去
してこれに関連してプラスチックまたは厚紙−プラスチ
ック積層材料のみで構成された容器材料の液漏れ乃至ガ
ス漏れのない溶接接続方法、例えば蓋を円筒形の容器に
溶接接続する方法を提案の必要性がある。
【０００６】いわゆる「一定加熱」によって材料部品を
接続することは可能であるが、この種の溶接操作は最近
の包装機械でこの方法を使用することを事実上可能にす
るためには非常に長い時間を必要とし、更に加えるに一
定加熱溶接で必要とする高い温度は容器の内容物を損傷
し容器外面の変色を起し容器円筒と蓋の外面の不快な焼
け損傷部すら生じ得る。
【０００７】これに対して容器材料部品の溶接接続の為
に超音波放射を使用することが試みられている。しかし
これは、若干の理由で、高周波溶接の為の同一の技術と
装置とを超音波溶接に使用することは不可能である。例
えば、超音波溶接においては接続すべき材料部分を密着
的に比較的強く圧接させることが必要であるが、その為
容器スリーブに対して蓋の端部を圧接するのに膨脹自在
プランジャーを使用することが不可能である。また、単
一ピース型の溶接装置を使用することも通常不可能であ
る、と言うのは高周波溶接の場合とは反対に、高周波溶
接工程におけるように固定溶接工具に外向きに膨脹可能
プランジャーを押し付ける代りに溶接ジョーを内部の一
体となったプランジャーに放射状に内側に押すことが必
要だからである。
【０００８】元来直線状の超音波ジョーと直線状の反対
側のジョーまたは類似のものとを一様に対向表面に使用
することはこの場合可能なので、通常直線状の接続表面
のみに材料片の超音波溶接を行う場合大きな困難は存在
しない。この種の「直線状」溶接装置は例えば米国特許
第４６７１８３２号明細書に記載されている。反対に、
円形の形状を有する材料片の超音波溶接、特に円い、例
えば円形、楕円形またはその他の曲線状の断面形状を有
する容器、または円形のコーナーを有するほぼ多辺形の
断面を有する容器の超音波溶接の場合には問題が生じ
る。
【０００９】超音波溶接による底部または蓋の容器スリ
ーブへの溶接接続は内部に容器が導入される外部の円
い、例えば円形の超音波プローブと蓋の端部の内法より
も小さい寸法を有する蓋の内部に設けられた別のプラン
ジャー乃至振動体とによって行うべきことが示唆されて
いる。超音波放射がスイッチインされると、前記の別の
プランジャー乃至振動体はこれによって往復的に「チャ
ッタリング」し、このような振動によって前記プランジ
ャーは容器円筒への蓋の端部の多数の順次点接触圧縮を
もたらし、蓋の端部に対する上記の点圧縮と同時にプラ
スチック層またはプラスチック材料部分の間の共通表面
の点状加熱が生じる。
【００１０】この方法はしかし、タイトな溶接接続によ
る封じを形成せず、「粉末密」のみを必要とする容器の
製造に使用し得るのみで、「液漏密」或いは「ガス密」
の容器の製造には使用できない。ある場合にはまた、内
部プランジャーの「チャッタリング」は容器円筒または
容器蓋の容器材料を破損する可能性がある。
【００１１】前記の公知の方法は、実際には、円形の断
面を有し、直径が約６０ｍｍを越えることのない容器
に、または矩形の断面を有し辺の長さが７０ー８０ｍｍ
を越えない寸法の容器に限定されている。ある場合一つ
の同一の蓋に対に分割された振動体または２個の別々の
振動体を使用して１辺の寸法１００−１２０ｍｍを有す
る矩形の容器を超音波的に接続する事を可能とはしてい
るが、これよりも大きな容器はこの方法で作ることは困
難である。また、この後者の場合、液漏れ乃至ガス漏れ
のない容器を製造することは不可能である。
【００１２】
【発明の開示】本発明によれば、封じ接続は完全にまた
は部分的に円い断面形状を有する容器に設けられるが、
この封じ接続は粉末の漏れも液体の漏れも、ガスの漏れ
すらもないものである。この方法は、一体となったプラ
ンジャーが容器または容器の蓋の内部に挿入されるが、
このプランジャーは前記容器蓋のフランジの内側の容器
蓋の形状と断面寸法に事実上等しい断面形状と断面寸法
を有するものであり、また、若干数の、少なくとも２個
の、しかし好ましくは３個乃至４個の作業用超音波工具
が容器の外側に取り付けられるが、この工具は所定の力
で同時に容器の外面に押付けられ、これが超音波放射が
スイッチインされると同時に容器スリーブと蓋のフラン
ジに圧力を及ぼし、これによってプラスチック層または
容器スリーブまたは蓋が完全にプラスチックで作られて
いる場合はプラスチック材料の共通面が溶接温度にまで
加熱されてタイトで強固な接続が得られる。
【００１３】好ましくは溶接ジョーは、通常「ソノトロ
ード」と称されるものであるが、これは１５０−２００
ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で容器スリーブに押付けられ、これ
によって材料片は保持工具としての一体的なジョーと相
互に機械的に密着的に押付けられる。さもないと、十分
な加熱がプラスチック材料層の間の共通表面において得
られず、材料は超音波エネルギーからの振動によって破
損される可能性もあるので、このことは重要なことであ
る。超音波エネルギーは約２０ｋＨｚの周波数を持ち得
る。通常０．１５−０．２０秒の溶接期間で完全に十分
である。分離されたソノトロードは溶接作業中相互に機
械的な接触を生じてはならず、完全に圧縮された状態で
ソノトロード間に例えば０．３−０．４ｍｍの間隙が存
在することが重要である。
【００１４】
【実施例】本発明のその他の特徴と長所とは以下の詳細
な説明から明瞭になろうが、ここで添付図面を参照すべ
きである。図１は本発明による方法と装置とを使用して
蓋によってガス漏れなしに、好ましくは封じ可能な容器
の実施例である。図示の例においては、容器は円形また
は完全にまたは部分的に円形の断面形状を有し、また、
容器は蓋２で気密に封じされる容器スリーブ１を有する
ものと予め仮定しておく。容器スリーブと蓋の両者は厚
紙のベース３を有する材料で作られ、各々の当接する表
面は公知の普通に使用される形式の溶接可能なプラスチ
ックの層４を有する。
【００１５】本発明はまた全体が溶接可能なプラスチッ
ク材料で作られた容器にも使用可能である。容器円筒１
は管状に形成可能な平面状の材料片で作り得、蓋２には
容器円筒１の内面に溶接接続されるべき上向きのリムが
形成されている。図１は溶接装置が「ソノトロード」と
も称される若干数の溶接ユニット５を有することを示す
が、その対向する２ユニットを図面中に示す。ソノトロ
ードは容器円筒即ちスリーブ１に対してまたはこれから
離れるように移動可能であり、これらは相互に同時に移
動されるようにまた対向位置するように配列されてい
る。溶接装置はまたソリッドなプランジャー６を有する
がこれは上向き端部リムの内部の蓋に事実上等しい形状
と寸法を有する。プランジャー６は蓋の上向きリムの内
部領域に導入されてソノトロードの支持用工具として作
用する。
【００１６】溶接装置は図２に略示する。この装置は変
換器８に電流パルスを加えてそこでこの電流パルスを高
周波音響振動に変換する電流パルスユニット７によって
電気的に操作される。変換器８で形成された超音波振動
は通常「ブースター」と称される音響増幅器９によって
増幅されるが、これから超音波エネルギーがソノトロー
ド１０に伝達されるが、これは実際目的に特に設計され
て特にスリーブ１と蓋２の間の比較的狭い溶接接続領域
を形成するように垂直方向に収斂するような形状に作ら
れている。ソノトロードを容器スリーブに向けてまたは
その反対に動かす為の油圧または空気圧装置１１がある
が、この加圧装置１１はピストンシリンダー装置１２を
介して支持工具として作用するプランジャー６と共に容
器に対してソノトロード１０を移動の上弾性的に押す作
用を行う。
【００１７】明瞭にするためにソノトロード１０は図面
では容器から僅かに離して図示してあるが、実際にはソ
ノトロード１０は比較的強い力で直接に容器の側面に、
例えば１５０−２００ｋｇ／ｃｍ2 のような力で押付け
て容器１と蓋２のプラスチック層４の間の当接する機械
的な接触を行うようにすべきである。低すぎる圧力の場
合溶接可能層内の音響振動は良好な溶接接続を得るのに
は弱すぎるし、高すぎる圧力の場合厚紙内の前記音響振
動は強すぎて材料が破損する。
【００１８】蓋２は蓋面と上向きリムを形成するように
予め形成しておくことができるが、その代わりにプラン
ジャー６によって形成リングを介して押し込まれて上向
きリムを形成される平面状の円盤の形で供給することも
できる。形成リングの孔はスリーブ３の内部寸法と内部
形状に等しい断面寸法と形状とを有すべきである。これ
によってプランジャー６は蓋２をスリーブ３の開放端内
に押付ける。蓋２のスリーブ３内への圧入を容易にする
ためにプランジャー６の下部には導入用円錐を形成して
もよい。
【００１９】溶接領域は溶接操作中強い圧力の下にある
ことが重要であるが、この目的のためにプランジャー６
にはプランジャー全周に亘るビード１３を形成して溶接
領域に接触圧力を増加させてもよい。このビードは強固
な溶接接続の形成を促進すると共にまた僅かなプラスチ
ック材の移動をもたらして溶接領域の直上と直下の厚く
なったプラスチック材は良好な気密性、特にガス気密性
を保証する。ソノトロードは容器に対して非常に短い距
離、例えば只の０．２−０．５ｍｍ移動可能ならば十分
である。ソノトロードは動作中常に冷たく溶接操作中に
生じることは溶接音響が非常に強い音響振動およびこれ
に伴う２プラスチック層４の間の共通領域中の加熱であ
る。実際の溶接は０．１５秒のごく僅かな間に急速に生
じ、また、ソノトロードの加圧接触、溶接操作、溶接接
続の冷却、およびソノトロードの引き込めからなる全体
の方法が約０．３秒しか要しないので、熱はソノトロー
ド１０または容器内の包装された材料への伝達の可能性
はない。この方法は非常に迅速に行われるので最近の包
装機器等に非常によく適合している。
【００２０】図４は、多数の可能な変形の一つとして、
主として矩形断面形状を有するが円形のコーナーを有す
る容器を示す。前記の円いコーナーによってこの種の容
器は直線状で一様な溶接ジョーの使用によっては蓋にガ
ス漏れなしに溶接封じすることができず、この場合４個
の共同動作する部分的に曲がったソノトロードが使用さ
れ、２個のソノトロード１０ａが容器の長辺に、また２
個のソノトロード１０ｂがその短辺に使用される。各ソ
ノトロードは直線状の中間部分１４ａと曲線状のコーナ
ー部分１４ｂとを有するが、その形状は内部プランジャ
ーと容器の形状と合致している。ソノトロードの円形部
分１４ｂは例えば４２−４３°の角度に延在している。
ソノトロードが溶接工程中に相互に機械的接触を起こさ
ないようにすることが重要で、その為にソノトロードは
好ましくはこれが完全に圧入された状態で隣接ソノトロ
ード１０ａ、１０ｂのコーナー部分１４ｂ間で例えば
０．３ｍｍの間隙２１を形成する。
【００２１】図５は図４に示す形式の容器カップ１５内
に図示しない蓋を溶接するための機械の実施例の、上か
ら見たレイアウトを略示する。機械はいわゆる「円形コ
ンベア」１６として形成されて若干数の、例えばカップ
１５用の４個のダイまたはマトリックス１７と、カップ
１５の開放端中へ折曲げリムを有する蓋を導入する図示
しない装置とを有する。円形コンベアは軸１８を中心と
して回転可能で、２個のユニットがカップの長辺用で２
個が短辺用の４個の溶接ユニット１９を有する定置的に
取付けられた溶接構体中の所定の位置に容器カップを段
階的に動かすように配列されている。
【００２２】４個の溶接ユニット１９は共同で動作して
カップ内の蓋の共通溶接接続のために相互に正確に同時
に移動する。図５にはソノトロードには通しスロット２
０を形成し得、このスロットは音響波を溶接ジョイント
にできるだけ均等に与えるように向け、同時に動くソノ
トロード１０ａと１０ｂとの間の小間隙２１を橋絡する
ように適合されていることを示す。ソノトロードの加圧
力は好ましくはピストン−シリンダーユニット１２の間
のばねによって制御される。また、ソノトロードが弾性
的に容器に圧接され加圧力が、容器のベース材料が若干
圧縮されても、またプラスチック層４が予想外に融解し
去ったとしても維持されるようになっているのが好まし
いことが予見される。溶接配列を上述のような一体とな
った内部プランジャーに対して同時に動作する若干個の
外部の分離されてはいるが共同動作するソノトロードで
形成することによって、完全にまたは部分的に円形の断
面形状を有する殆ど無制限の大型容器の超音波溶接を行
うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法と装置とを応用した容器の略
式断面図である。
【図２】本発明の利用に適した超音波溶接装置の模式図
である。
【図３】図２の円で囲んだ部分を更に詳細に示す拡大図
である。
【図４】円形コーナーを有する矩形の容器の４個の共同
動作するソノトロードによる超音波溶接中の位置を示す
概念図である。
【図５】図４に示す容器の超音波溶接装置の上面図であ
る。
【符号の説明】
１ 容器スリーブ ２ 蓋 ３ 厚紙材料 ４ プラスチック材料 ５ 溶接ユニット ６ プランジャー ７ 電流供給ユニット ８ 変換器 ９ 音響増幅器 １０ ソノトロード １１ 電源 １２ ピストン−シリンダ−ユニット １３ ビード（６の） １４ａ 直線部分（１０の） １４ｂ コーナー部分（１０の） １５ カップ １６ 円形コンベア １７ マトリックス（ダイ） １８ 軸 １９ 溶接ユニット ２０ スロット（１０の） ２１ スペース

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波溶接法によって液体およびガス漏
    れのない接続を全周に沿って容器またはその他の円形の
    断面形状または円いコーナーを有する多辺形断面形状の
    対象物に、例えば容器スリーブ（１）等の内部の折り曲
    げリムを有する内部蓋（２）または底部を封じ接続して
    行うにあたり相互に溶接接続すべき部品の一方または両
    方（１、２）が溶接可能のプラスチック材料の層を有す
    るか、または一方または両方の部品が完全に溶接可能の
    プラスチック材料によって作られているものの溶接方法
    において、 一体となったプランジャー（６）を容器スリーブ（１）
    の中に押し込まれている蓋（２）のフランジの間に置く
    が、前記プランジャー（６）は蓋のフランジの中の蓋の
    断面形状と寸法に事実上等しい断面形状と寸法を有する
    ものであり、 容器（１）の外側に若干数の、少なくとも２個の、但し
    好ましくは３乃至４個の共同動作する分離された、容器
    の周辺の最大限の部分を取り囲む超音波溶接工具（５）
    を設け、 これと同時に前記超音波溶接工具（５）を所定の力で容
    器（１）の外側に対して押付けて対向ダイとしての内部
    一体プランジャー（６）との容器スリーブ（１）と蓋の
    フランジ（２）とに圧縮力を与えるようにし、 また更にこれと同時に超音波エネルギーを接続し、これ
    によって容器スリーブ（１）と蓋（２）のプラスチック
    層（４）またはプラスチック材料の間の共通表面（４）
    が溶接温度に加熱されて封じ接続ができる、 ことを特徴とする超音波溶接方法。
  2. 【請求項２】 通常ソノトロード（１０）と称される溶
    接ジョーを容器スリーブ（１）に１５０−２００ｋｇ／
    ｃｍ2 の弾性圧力で押付けるが、これによって材料片は
    機械的に相互に当接押付けされることを特徴とする請求
    項１記載の超音波溶接方法。
  3. 【請求項３】 ソノトロード（１０）によって放射され
    る超音波音響に約２０ｋＨｚの周波数と実効溶接時間が
    ０．１５−０．２０秒であるような出力とを与え、ソノ
    トロード（１０）の容器（１）への押付け、溶接操作の
    実施、溶接接続の冷却およびソノトロード（１０）の引
    き込み位置への引き込みとを含む全溶接行程が約０．３
    秒を要することを特徴とする請求項１または２のいずれ
    か１項記載の超音波溶接方法。
  4. 【請求項４】 ソノトロード（１０）を相互間で正確に
    同時に対向位置にそれらの完全に押し込まれた状態で相
    互に何等の機械的接触がないように操作し、好ましくは
    ソノトロード（１０）が相互間で約０．３−０．４ｍｍ
    の間隙を有するようにすることを特徴とする請求項１、
    ２または３のいずれか１項記載の超音波溶接方法。
  5. 【請求項５】 超音波溶接方法によって、液体およびガ
    ス漏れのない接続を容器または円形断面形状または円形
    のコーナーを有する多辺形の断面形状を有するその他任
    意の対象物の全周にわたって伸びる封じ接続を設ける、
    即ち折り曲げ端部リムを有する内部蓋（２）または底を
    容器スリーブ（１）などに溶接接続するに当って、溶接
    接続すべき部品の一方または両方（１、２）が溶接可能
    なプラスチック材料の層を有するか、または一方または
    両方の部品が完全に溶接可能なプラスチック材料で作ら
    れ、装置が容器スリーブ（１）を運ぶ少なくとも１個の
    マトリックス（１７）と、容器スリーブ（１）の開放端
    に折り曲げ端部リムを有する閉止部品即ち蓋（２）を形
    成の上導入する装置と、容器スリーブ（１）と蓋（２）
    とを溶接接続する装置（１０）とを少なくとも有する装
    置において、溶接接続装置が、 蓋がスリーブ（１）内に押し込まれた後蓋（２）の内部
    に設置可能の一体型プランジャー（６）であって、この
    プランジャー（６）が蓋フランジの内部の容器蓋（２）
    の断面形状および寸法と事実上等しい断面形状と寸法と
    を有する一体型プランジャー（６）と、 容器（１）周辺の最大限の位置を取り囲み容器の外側に
    配列された若干数の、少なくとも２個の、但し好ましく
    は３または４個の、共同動作する別々の超音波溶接工具
    （１０）と、 相互に同時に且つ所定の力で超音波工具（１０）を容器
    の外面に押付けて対向ダイとして一体プランジャー
    （６）を使用して容器スリーブ（１）と蓋ウランジ
    （２）に圧縮力を加える装置と、 容器スリーブ（１）と蓋（２）のプラスチック層（４）
    またはプラスチック材料の間の共通面で溶接温度の熱を
    作る為に溶接工具（１０）中に所定の周波数で所定の力
    の超音波を作り出す装置（７−９）とを有することを特
    徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法を実
    施するための装置。
  6. 【請求項６】 通常ソノトロード（１０）とも称される
    溶接工具は１５０−２００ｋｇ／ｃｍ2 の弾性力によっ
    て容器スリーブ（１）に押付けられ、溶接接続される材
    料片は相互に当接圧迫されることを特徴とする請求項５
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 ソノトロード（１０）の超音波音響は周
    波数約２０ｋＨｚで実効溶接時間が通常０．１５−０．
    ２０秒であるような電力であり、その為ソノトロード
    （１０）の容器（１）への押付け、溶接操作の実施、溶
    接接続の冷却およびソノトロード（１０）の引き込み位
    置への引き込みとを含む全溶接行程が約０．３秒を要す
    ることを特徴とする請求項５または６記載の装置。
  8. 【請求項８】 ソノトロード（１０）は相互間で正確に
    同時に対向位置に配列されるように操作され、それらの
    完全に押し込まれた状態で相互に何等の機械的接触がな
    いようにもたらされ、好ましくはソノトロード（１０）
    が相互間で約０．３−０．４ｍｍの間隙を有するように
    されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 溶接工具即ちソノトロード（１０）は各
    ソノトロード（１０）のある部分が容器スリーブ（１）
    の円形部分を包囲するように形成され、また隣接ソノト
    ロード（１０）が約０．３−０．４ｍｍの間隙を介して
    容器の円形部分で対向位置していることを特徴とする請
    求項５乃至８のいずれか１項記載の装置。
  10. 【請求項１０】 対向ダイとして使用される一体内部プ
    ランジャー（６）はプランジャーの全周に亘る突出ビー
    ド（１３）を有し、また、プランジャーには蓋（２）ま
    たはその他任意の対象物の容器スリーブ開放端（１）へ
    の導入を容易にするための円錐形のまたはその他の要領
    で形成された前方または底部部分が形成されていること
    を特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項記載の装
    置。
JP5000995A 1992-02-10 1993-01-07 円い、全周に伸びる封じ接続の超音波溶接方法と装置 Pending JPH05269855A (ja)

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