JPH10324334A - 積層複合容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱可塑性プラスチック及びアルミニウム材か
らなる積層複合材の、それぞれの熱可塑性プラスチック
同士及びアルミニウム材同士を同一の工程においてピン
ホールなどのない完全な接合させる方法の提供。 【解決手段】 内面に熱可塑性プラスチックを積層した
アルミニウム材製蓋材及び容器本体１からなる容器を製
造する方法において、アルミニウム接合部対応する部分
３に剥離剤をあらかじめ印刷してから熱可塑性プラスチ
ック２を積層し、成形ともにその剥離剤塗布パターン外
周部分にノッチを入れ熱可塑性プラスチック３を剥離
し、次いでアルミニウム面同士が接触するように重ね合
わせ、該接合部のアルミニウム材同士を超音波接合し、
その後に熱可塑性プラスチックの融点以上に加熱、加圧
し、熱可塑性プラスチック同士を融着する積層複合容器
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、それぞれが異なる
融点を有する熱可塑性プラスチック及びアルミニウム材
からなる複合材であって、それぞれの熱可塑性プラスチ
ック材料同士及びアルミニウム材同士を効率よく接合す
る方法に関する。特にアルミニウム材同士を効率よく接
合させるために、アルミニウム材接合面にあらかじめ剥
離剤をパターン印刷し、熱可塑性プラスチックを完全に
除去した後アルミニウム材（アルミニウムまたはアルミ
ニウム系合金を、以下両者一括して「アルミニウム材」
という。）を接合し、その後に熱可塑性プラスチックを
接合することからなる積層複合容器の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】溶融接合可能な材料同士の接合はこれま
で普通に行われてきたが、アルミニウム材に熱可塑性プ
ラスチックをラミネートした積層複合材においてはそれ
ぞれの層同士を同時に接合する技術はこれまで開発され
ていなかった。アルミニウムは軽量であり、加工しやす
く、安価で容易に入手でき、重量の割りには適度な強度
を有しているので、構造材、容器、外装材、建築材、電
気器具、事務機などに広く使用されている。しかしアル
ミニウム材は一般に耐食性に欠け、酸化されたり、腐食
したり問題の多い材料である。このような材料の弱点
を、熱可塑性プラスチックなどを被覆することにより耐
食性を付与した複合材が広く使用されている。このよう
な材料の１例として、アルミニウム材を圧延した薄板ま
たは箔（以下アルミニウム材薄板という。）に、熱可塑
性プラスチック、特にポリエチレンまたはポリプロピレ
ンを積層した材料（複合材）を利用した製品が多数見い
だされる。

【０００３】これら複合材の接合形式を見ると、そのほ
とんどは接合するのは熱可塑性プラスチック層のみであ
って、アルミニウム材同士の接合したものは見当たらな
い。特にそれぞれの層同士が接合したものが必要な時
は、通常アルミニウム材同士をあらかじめ接合した後
で、熱可塑性プラスチックをコーティングするかあるい
はライニングするなどの方法によるしか方法はなかっ
た。アルミニウムと熱可塑性プラスチックからなる積層
複合材においては、熱可塑性プラスチックの融点におい
てはアルミニウム材は溶融接合が不可能であり、逆にア
ルミニウム材の溶融接合条件においては熱可塑性プラス
チックが熱分解を受けるなどの問題があってこの課題の
解決はほとんど不可能とされ、検討されていなかったも
のと思われる。

【０００４】各種の複合材を用いた容器（ケース）ある
いは電気部品、電子部品などの電気的接合において、外
側材の金属の完全な接合と、耐食材（あるいは絶縁材）
として内面に積層された熱可塑性プラスチック材料の完
全な接合がなされていることの要求があり、この完全な
接合を行うための技術の開発、コストダウン、生産性の
向上の必要性が出てきた。特に高温において機械的強度
が必要であり、内容物と容器またはケースの材料との反
応による内容物の汚染のない容器、例えば食品、医薬
品、化粧品などの容器、リチウム二次電池のケースや、
各種の電子器材のケースなどの製造において、高生産性
で行うには自動接合ラインでこれを行う必要があり、こ
のためにはアルミニウム材と熱可塑性プラスチックから
なる積層複合材においての、それぞれの材料の層同士を
同一の工程（熱可塑性プラスチック同士及びアルミニウ
ム材薄板同士の接合が２段で行われるものも含む。）に
おいて接合する方法の開発が待たれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱可塑性プ
ラスチック及びアルミニウム材からなる積層複合材の、
それぞれの熱可塑性プラスチック同士及びアルミニウム
材同士を同一の工程においてピンホールなどのない完全
な接合させる方法の開発を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１） 内面
に熱可塑性プラスチックを積層したアルミニウム材薄板
製蓋材と、内面に熱可塑性プラスチックが積層されたア
ルミニウム材の複合材料容器本体とからなる容器を製造
する方法において、容器本体のアルミニウム接合部と蓋
材のアルミニウム接合部に対応する部分に剥離剤をあら
かじめパターン印刷してからアルミニウム薄板に熱可塑
性プラスチックを積層し、成形とともにその剥離剤塗布
パターン外周部分にノッチを入れ熱可塑性プラスチック
を剥離し、次いでアルミニウム面同士及び熱可塑性プラ
スチック同士が接触するように重ね合わせ、該接合部の
アルミニウム材同士を超音波接合し、その後に熱可塑性
プラスチックの融点以上に加熱、加圧圧縮し、熱可塑性
プラスチック同士を融着する積層複合容器の製造方法、

【０００７】（２） アルミニウム材の厚さが、０．０
３〜２．０ｍｍであり、熱可塑性プラスチックが、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重
合体、ポリアミド、ポリエステルまたはエンジニアリン
グプラスチックのいずれかである（１）記載の積層複合
容器の製造方法、及び（３） 未成形または成形された
アルミニウム薄板から積層された熱可塑性プラスチック
を剥離する際に、あらかじめアルミニウム接合部の形状
に対応するように剥離剤をパターン印刷し、該印刷部の
外縁に沿ってノッチを入れ、エアブローして完全に熱可
塑性プラスチックを剥離することからなる（１）または
（２）記載の積層複合容器の製造方法を開発することに
より上記の目的を達成した。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に使用する積層複合材とし
ては、一般にアルミニウム材の箔または薄板が、また熱
可塑性プラスチックとしてはポリプロピレン、ポリエチ
レン、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリアミド、エチレン
−酢酸ビニル共重合体などの樹脂が用いられる。この熱
可塑性プラスチックとしては、溶融接合可能な融点を有
する材料であり、また接合部を加熱、加圧することによ
り接合部から熱可塑性プラスチックを排除し、接合部の
端部に熱可塑性プラスチックのたまりを作って熱可塑性
プラスチック同士が完全に接合されると共に、アルミニ
ウム材の超音波接合を妨害しないものであればその材質
は問わない。特に好ましい材料の組み合わせとしては、
アルミニウム材（箔または薄板）と、溶融接合が容易な
ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性プラスチ
ックを組み合わせた積層体（本発明においては「積層
体」とは、塗装積層したもの、溶融ラミネートして積層
したもの、ドライラミネートして積層したものを意味す
る。）である。好ましいものは塗装積層体及び溶融ラミ
ネートである。

【０００９】本発明に使用する熱可塑性プラスチックと
アルミニウム材とのアルミニウム積層材は、この両者を
積層する前に、塗装積層あるいは溶融ラミネートにおい
てはアルミニウム材に、またドライラミネートにおいて
はアルミニウム材または熱可塑性プラスチックのいずれ
かに、容器本体のアルミニウム接合部と蓋材のアルミニ
ウム接合部に対応する部分にあらかじめ剥離剤をパター
ン印刷しておくことが必要である。そしてこの両者を積
層し、容器または蓋材に成形した後、あるいは成形前に
おいて、剥離材を塗布したパターンの外周部にノッチを
入れ、熱可塑性プラスチックを剥離する。この方法は特
に限定されていないが、例えばエアブローを用いて圧縮
空気を吹きつけることにより剥離すれば良い。この結
果、容器本体及び蓋材のアルミニウム接合部はともにア
ルミニウム材が露出し、超音波接合が効率よく進行する
ことになる。

【００１０】超音波接合には、アルミニウム材の破ける
のを防ぐためには、通常５０ミクロン以上の厚さが必要
といわれていたが、アンビル及び超音波ホーンの形状を
変えることによりこの厚さ以下に薄くしても問題なく接
合できる技術が開発（特開平６−１５５０５１号公報、
特願平９−２８６７５号など）されており、特に熱可塑
性プラスチックとのラミネートにおいてはラミネートし
たプラスチックによりアルミニウム箔が補強されるため
アルミニウム箔の厚さは約３０ミクロンであっても接合
が可能である。好ましくは５０〜２００ミクロン程度の
ものが使用に便利である。ただ超音波接合であるため該
アルミニウム箔の外面（接合面の反対面）は、アンビル
及び超音波ホーンの加工面の形状にもよるが、アルミニ
ウム材に接合のための振動を効率よく伝えるためには塗
装されているものは好ましくなく、非接合面の塗装はで
きればないことが好ましく、塗装または積層さている時
でも３０ミクロン以下に抑えることが必要である。

【００１１】本発明に使用するアルミニウム材の厚さと
しては特に制限がなく、容器のサイズ、使用状態により
決めればよいが、使用の便宜から言えば一般的には厚さ
０．０３〜２ｍｍ程度である。また熱可塑性プラスチッ
ク層の厚さは、アルミニウム材の接合部から剥離される
ため比較的自由性があり限定する必要は少ないが、一般
的には０．００５〜０．２ｍｍ程度である

【００１２】剥離材としては制限されないが、後のアル
ミニウム材の超音波接合に邪魔にならないポリアミド系
剥離剤が好ましい。パターン印刷は生産性から言えばグ
ラビア印刷、平板印刷などで印刷すれば良い。ポリアミ
ド系剥離剤を使用する時は印刷後６０〜９０℃で乾燥
し、その後熱可塑性プラスチックを積層することが好ま
しい。

【００１３】以下具体的にフランジを有する積層複合容
器の製造方法を図面を参照して説明する。 まず成形後の変形を考慮し、容器本体及び蓋材のフ
ランジ外周部のアルミニウム接合部に該当する部分の熱
可塑性プラスチックを除去するため、この部分に剥離剤
を印刷できるような印刷版を作成する。 積層複合材の張出し成形の場合には、フランジ部は
しわ押え金型で完全に拘束されたまま成形するので、フ
ランジ部は変形しない。このためフランジ部の剥離剤の
印刷パターンは確定できるので容易である。したがって
本発明を適用するのに最も適している。一方深絞り成形
にあっては、絞り高さが大きい場合はメタルフローなど
を考慮してフランジ外周部となる部分の形状を設計し、
剥離したい部分のパターンを決める必要があるが、絞り
高さが小さい場合（１５ｍｍ以下）はフランジの変形量
が小さいので、剥離したい部分の形状を推定することは
容易であり、剥離剤の印刷パターンを確定することは容
易である。しかし張出し成形ほどの正確性は得られな
い。この印刷版を用いてアルミニウム材１または熱可塑
性プラスチックフィルム２に剥離剤を印刷する。

【００１４】 ドライラミネートである時は、剥離剤
を印刷した面にアルミニウム材１または熱可塑性プラス
チック２を積層する。塗料塗布あるいは溶融ラミネート
の場合には剥離剤を印刷したアルミニウム材に塗料を塗
布するか熱可塑性プラスチックをラミネートして複合材
を作成する。 該複合材のブランク抜きを行い、蓋材、フランジ付
容器を作製する。（図１） 該成形体の熱可塑性プラスチックを除去したい部分
３（剥離剤塗布パターン外周部分）にノッチ（機械的な
切断刃４でも良く加熱した切断刃４でも良い。）を入れ
る。（図２） 剥離剤塗布外周部のノッチを入れたフランジ部をエ
アブローなどで熱可塑性プラスチック３を除去し、フラ
ンジ外周部（アルミニウム接合部）のアルミニウム材を
露出させる。

【００１５】 フランジ外周部のアルミニウム材同士
（容器本体と蓋体）を超音波接合により接合する。この
場合の超音波はアルミニウム材の厚さ、材質、接合スピ
ードなどにより一定しないが、一般的には、出力２００
〜３００Ｗ、周波数２０〜６０ＫＨｚ、振幅５〜２５μ
ｍ、圧力１０〜１００ｋｇ／ｃｍ² 、接合速度１〜２０
ｍ／ｍｉｎ程度において行う。 この後、フランジ内周部の熱可塑性プラスチック同士
を、例えばポリプロピレンにあっては温度１８０〜２３
０℃、時間１秒前後でヒートシール、高周波シールなど
により熱可塑性プラスチックを接合する。

【００１６】上記の説明においては、容器本体の成形後
にノッチを入れる工程順の説明をしたが、逆にまずノッ
チを入れてから張出し成形あるいは深絞り成形などの成
形してもよい。ただし成形時のしわ押さえの均一性を考
えると、成形後にノッチを入れて除去した方が望まし
い。このように本発明においては、超音波接合する際
に、容器本体及び蓋材はアルミニウム接合部の双方のア
ルミニウム面が確実に露出しており、このアルミニウム
材同士が超音波接合されるので超音波の伝達が極めて良
く、この部分の接合は完全に行われる。このアルミニウ
ム材の面に熱可塑性プラスチックを介在させないために
は、まず超音波接合を行ってアルミニウム接合を行った
後、熱可塑性プラスチックをヒートシールあるいは高周
波シールなどをすることによりアルミニウム材及び熱可
塑性プラスチックのそれぞれの層の接合を互いに妨害を
受けることなく接合ができる。

【００１７】

【実施例】

（実施例）ＪＩＳ規格 １Ｎ３０の、厚さ３００ミクロ
ンのアルミニウム材に外側面に、厚さ５ミクロンのエポ
キシ塗装、内側面に厚さ５０ミクロンのポリプロピレン
を積層した積層複合材を用い、深絞り成形により容器底
面形状が、短辺４０ｍｍ×長辺６５ｍｍ、テーパー角度
０度、成形高さ１０ｍｍ、フランジ幅８ｍｍのフランジ
付容器本体を成形した。このフランジの外側３ｍｍには
ポリアミド系剥離材がコーティングしてあり、深絞り成
形後、ノッチ歯温度２００℃でノッチを入れ、エアブロ
ーして剥離剤塗布線に沿ってフランジ部のポリプロピレ
ンを剥離した。 蓋材としては、容器本体のフランジ外
側と同面積の大きさであり、同じくＪＩＳ 規格 １Ｎ
３０の厚さ２００ミクロンのアルミニウム材の外側面に
厚さ５ミクロンのエポキシ塗装し、該板材の内側面に厚
さ５０ミクロンのポリプロピレンを周辺３ｍｍを明けて
積層した。

【００１８】これら容器本体と蓋材を、それぞれのアル
ミニウム面が接するように重ね合わせ、アルミニウム接
合部を周波数４０ＫＨｚ、出力３００Ｗ、振幅１５ミク
ロン、圧力１０ｋｇ／ｃｍ² で超音波接合をした後、温
度２１０℃、時間１秒、圧力３ｋｇ／ｃｍ² の条件でヒ
ートシールを行い複合容器を１０個作製した。気密性を
テストするため、該容器にラバーシートを接着し、その
部分に注射針を差し込み、該容器内にヘリウムガスを１
ｋｇ／ｃｍ² 導入し、水中に沈めて漏れの有無をチェッ
クした。１０個の複合容器をチェックしたが、そのすべ
てに漏れを検出できなかった。

【００１９】

【発明の効果】本発明の積層複合材製容器は、アルミニ
ウム材及び熱可塑性プラスチックを積層した複合材から
製造された複合容器において、あらかじめ熱可塑性プラ
スチックを除去したい部分に剥離剤をパターン印刷して
からアルミニウム材と熱可塑性プラスチックを積層し、
次いで成形し、ノッチを入れて熱可塑性プラスチックを
除去し、アルミニウム接合部のアルミニウム材同士を重
ね合わせて超音波接合する比較的簡単にかつ生産性の高
い方法により製造できる。この製造方法により得られる
容器は、積層複合材の熱可塑性プラスチック層のみなら
ず、アルミニウム層同士も接合されているため、高温度
においても接合強度の低下のない、光に対しても遮光性
を持ち、熱可塑性プラスチックに対して透過性の強い酸
素、水分などに対しても、耐透過性のある、気密性の高
い密閉容器を製造することができる。このため、これら
の成分との反応性の高い写真、電子材製造用などの薬
品、食品、化学品、医薬品などのための長期保存用容
器、腐食性物品などのための容器、リチウム電池などの
ケースとして有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】フランジ付容器のアルミニウム材に熱可塑性プ
ラスチックを積層したフランジ部分の拡大断面図。（図
４のＡ部分の拡大図）

【図２】図１のフランジ部分に切断歯によりノッチを入
れ、熱可塑性プラスチックの除去したい部分を剥離する
前の状態を示す拡大断面図。

【図３】図２に続いて、熱可塑性プラスチックの除去し
たい部分を除去した拡大断面図。

【図４】積層複合容器の正面の断面図。

【符号の説明】

１ アルミニウム材 ２ 熱可塑性プラスチック ３ 熱可塑性プラスチックの除去したい部分 ４ 切断歯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６５Ｂ 7/28 Ｂ６５Ｂ 7/28 Ｃ (72)発明者 安岡 直志 大阪府堺市海山町６丁224番地昭和アルミ ニウム株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内面に熱可塑性プラスチックを積層した
   アルミニウム材薄板製蓋材と、内面に熱可塑性プラスチ
   ックが積層されたアルミニウム材の複合材料容器本体と
   からなる容器を製造する方法において、容器本体のアル
   ミニウム接合部と蓋材のアルミニウム接合部に対応する
   部分に剥離剤をあらかじめパターン印刷してからアルミ
   ニウム薄板に熱可塑性プラスチックを積層し、成形とと
   もにその剥離剤塗布パターン外周部分にノッチを入れ熱
   可塑性プラスチックを剥離し、次いでアルミニウム面同
   士及び熱可塑性プラスチック同士が接触するように重ね
   合わせ、該接合部のアルミニウム材同士を超音波接合
   し、その後に熱可塑性プラスチックの融点以上に加熱、
   加圧圧縮し、熱可塑性プラスチック同士を融着する積層
   複合容器の製造方法。
2. 【請求項２】 アルミニウム材の厚さが、０．０３〜
   ２．０ｍｍであり、熱可塑性プラスチックが、ポリエチ
   レン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合
   体、ポリアミド、ポリエステルまたはエンジニアリング
   プラスチックのいずれかである請求項１記載の積層複合
   容器の製造方法。
3. 【請求項３】 未成形または成形されたアルミニウム薄
   板から積層された熱可塑性プラスチックを剥離する際
   に、あらかじめアルミニウム接合部の形状に対応するよ
   うに剥離剤をパターン印刷し、該印刷部の外縁に沿って
   ノッチを入れ、エアブローして完全に熱可塑性プラスチ
   ックを剥離することからなる請求項１または２記載の積
   層複合容器の製造方法。