JPH111210A - 積層複合材製容器の製造方法 - Google Patents
積層複合材製容器の製造方法Info
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- Containers Having Bodies Formed In One Piece (AREA)
- Package Closures (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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する方
法の提供。 【解決手段】 熱可塑性プラスチックを積層したアルミ
ニウム薄板製蓋材と、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系複合材の容器本体とからなる容
器であって、容器本体のフランジ部と蓋材の熱可塑性プ
ラスチック面を重ね合わせ、加熱し溶融させ、フランジ
の外側で圧力が高く内側で圧力が小さくなる形状の金型
で1段目の加圧圧縮を行い、更に1段目の加圧圧縮より
高い2段目の加圧圧縮によりフランジの内側方向に樹脂
を排除して樹脂溜りを作り完全にシールし、次いで熱可
塑性プラスチックが完全に排除された部分のアルミニウ
ム材同士を超音波接合をする積層複合材製容器の製造方
法。
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する方
法の提供。 【解決手段】 熱可塑性プラスチックを積層したアルミ
ニウム薄板製蓋材と、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系複合材の容器本体とからなる容
器であって、容器本体のフランジ部と蓋材の熱可塑性プ
ラスチック面を重ね合わせ、加熱し溶融させ、フランジ
の外側で圧力が高く内側で圧力が小さくなる形状の金型
で1段目の加圧圧縮を行い、更に1段目の加圧圧縮より
高い2段目の加圧圧縮によりフランジの内側方向に樹脂
を排除して樹脂溜りを作り完全にシールし、次いで熱可
塑性プラスチックが完全に排除された部分のアルミニウ
ム材同士を超音波接合をする積層複合材製容器の製造方
法。
Description
【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1段の工程によ
り接合する方法及びそのようにして製造された容器並び
にその製造方法に関する。特に熱可塑性プラスチックを
軟化させた後、特異な形状の金型を用いて熱可塑性プラ
スチックを接合させ、次いでアルミニウム材(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。)からなる積層複合体のそ
れぞれの層同士の接合方法に関する。
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1段の工程によ
り接合する方法及びそのようにして製造された容器並び
にその製造方法に関する。特に熱可塑性プラスチックを
軟化させた後、特異な形状の金型を用いて熱可塑性プラ
スチックを接合させ、次いでアルミニウム材(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。)からなる積層複合体のそ
れぞれの層同士の接合方法に関する。
【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箔(以
下アルミニウム箔という。)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。
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箔(以
下アルミニウム箔という。)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接合が不可能であり、逆にアルミ
ニウム材の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。
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接合が不可能であり、逆にアルミ
ニウム材の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、コストダウ
ン、生産性の向上のため、余分な工程を省略してこれを
一回の接合で行うことの必要性が出てきた。特に機械的
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(加熱と接合が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。
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、コストダウ
ン、生産性の向上のため、余分な工程を省略してこれを
一回の接合で行うことの必要性が出てきた。特に機械的
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(加熱と接合が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、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。
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薄板製
蓋材と、フランジを有し、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またはアルミニウム合金の複
合材料容器本体とからなる容器であって、容器本体のフ
ランジ部と蓋材の熱可塑性プラスチック同士を重ね合わ
せ、接合部を加熱し熱可塑性プラスチックを溶融または
軟化させ、フランジの外側で圧力が高く内側で圧力が小
さくなる形状の接合部の幅とほぼ同じ幅の金型で1段目
の加圧圧縮を行い、更に1段目の加圧圧縮より高い圧力
の2段目の加圧圧縮により接合部の熱可塑性プラスチッ
クをフランジ内側方向に排除して、内側に熱可塑性プラ
スチックの樹脂溜りを作って熱可塑性プラスチックを完
全にシールし、ついで熱可塑性プラスチックが完全に排
除された部分のアルミニウム材同志を超音波接合する積
層複合材製容器の製造方法、
に熱可塑性プラスチックを積層したアルミニウム薄板製
蓋材と、フランジを有し、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またはアルミニウム合金の複
合材料容器本体とからなる容器であって、容器本体のフ
ランジ部と蓋材の熱可塑性プラスチック同士を重ね合わ
せ、接合部を加熱し熱可塑性プラスチックを溶融または
軟化させ、フランジの外側で圧力が高く内側で圧力が小
さくなる形状の接合部の幅とほぼ同じ幅の金型で1段目
の加圧圧縮を行い、更に1段目の加圧圧縮より高い圧力
の2段目の加圧圧縮により接合部の熱可塑性プラスチッ
クをフランジ内側方向に排除して、内側に熱可塑性プラ
スチックの樹脂溜りを作って熱可塑性プラスチックを完
全にシールし、ついで熱可塑性プラスチックが完全に排
除された部分のアルミニウム材同志を超音波接合する積
層複合材製容器の製造方法、
【0007】(2) 1段目の金型の断面において、シ
ール幅をB、金型のある点を中心とし、最も圧力が小さ
い部分(金型内側の端部)を半径として、半径Rの弧を
描き、この部分から最も圧力の高くなる部分(金型外側
の部分)へ垂線を降ろして、この点と最も圧力の高くな
る部分の金型面までの距離をxとしたとき、曲率1/R
が、 1/R=(2x)/(B2 +x2 )≦0.5 とした(1)記載の積層複合材製容器の製造方法、
(3) アルミニウム材の合計の厚さが、0.03〜
2.0mmであり、熱可塑性プラスチックの合計の厚さ
が10〜400ミクロンである(1)または(2)に記
載の積層複合材製容器の製造方法、及び(4) 熱可塑
性プラスチックが、ポリエチレン、ポリプロピレン、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
チックである(1)〜(3)のいずれかに記載の積層複
合材製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。
ール幅をB、金型のある点を中心とし、最も圧力が小さ
い部分(金型内側の端部)を半径として、半径Rの弧を
描き、この部分から最も圧力の高くなる部分(金型外側
の部分)へ垂線を降ろして、この点と最も圧力の高くな
る部分の金型面までの距離をxとしたとき、曲率1/R
が、 1/R=(2x)/(B2 +x2 )≦0.5 とした(1)記載の積層複合材製容器の製造方法、
(3) アルミニウム材の合計の厚さが、0.03〜
2.0mmであり、熱可塑性プラスチックの合計の厚さ
が10〜400ミクロンである(1)または(2)に記
載の積層複合材製容器の製造方法、及び(4) 熱可塑
性プラスチックが、ポリエチレン、ポリプロピレン、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
チックである(1)〜(3)のいずれかに記載の積層複
合材製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、アルミニウム材の超音波
接合の条件において、溶融接合可能な融点を有する材料
であり、また接合部を加圧することにより接合部から排
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
もの及び両者が接着されずに重ね合わせたものを意味す
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。
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、アルミニウム材の超音波
接合の条件において、溶融接合可能な融点を有する材料
であり、また接合部を加圧することにより接合部から排
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
もの及び両者が接着されずに重ね合わせたものを意味す
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】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かまたは
30ミクロンの厚さ以下に抑えることが必要である。熱
可塑性プラスチック層の厚さは、接合の仕方により比較
的自由性があり限定する必要は少ないが、場合によって
は接合部の一部の熱可塑性プラスチックをあらかじめ局
部的に薄くしておいて超音波接合を容易にすることが行
われることも必要となる。
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かまたは
30ミクロンの厚さ以下に抑えることが必要である。熱
可塑性プラスチック層の厚さは、接合の仕方により比較
的自由性があり限定する必要は少ないが、場合によって
は接合部の一部の熱可塑性プラスチックをあらかじめ局
部的に薄くしておいて超音波接合を容易にすることが行
われることも必要となる。
【0010】接合に際しては、軟化された熱可塑性プラ
スチックが加圧圧縮することにより、接合部から排除ま
たは薄層化(5ミクロン以下、好ましくは 1ミクロン以
下が必要)され、接合部から排除された熱可塑性プラス
チックはそれにより溶融接合できる条件で、アルミニウ
ム材に超音波振動を与えて超音波接合するものであり、
したがって接合部の低融点材料を溶融接合条件にまで加
熱することが必要である。この加熱方法はいかなる方法
であっても構わない。例えば、接合部を局部的に加熱す
るための外部加熱源として、高周波誘導加熱、電気ヒー
ターあるいはヒートロールなどの方法、あるいはこれら
の加熱手段を金型に内蔵させておくことも可能であり、
またこれらの方法を組み合わせた加熱方法を採用しても
良い。
スチックが加圧圧縮することにより、接合部から排除ま
たは薄層化(5ミクロン以下、好ましくは 1ミクロン以
下が必要)され、接合部から排除された熱可塑性プラス
チックはそれにより溶融接合できる条件で、アルミニウ
ム材に超音波振動を与えて超音波接合するものであり、
したがって接合部の低融点材料を溶融接合条件にまで加
熱することが必要である。この加熱方法はいかなる方法
であっても構わない。例えば、接合部を局部的に加熱す
るための外部加熱源として、高周波誘導加熱、電気ヒー
ターあるいはヒートロールなどの方法、あるいはこれら
の加熱手段を金型に内蔵させておくことも可能であり、
またこれらの方法を組み合わせた加熱方法を採用しても
良い。
【0011】積層複合材の熱可塑性プラスチックの層が
厚い時、または超音波接合の接合条件において加熱、圧
縮程度では接合部から低融点材料の排除が困難な時、あ
るいは形状的に接合部から熱可塑性プラスチックの排除
が困難な時などにおいては、積層複合材の接合部におけ
る熱可塑性プラスチックを、接合部の一部においてあら
かじめその層の厚みを薄くしておくなどの手段を採れば
良い。この場合に用いる金型の形状としては、フランジ
の外側で圧力が高く内側で圧力が小さくなる形状を有す
るもので接合部の幅とほぼ同じ幅の金型であり、加圧圧
縮することにより接合部の熱可塑性プラスチックをフラ
ンジの内側方向に排除して、内側に熱可塑性プラスチッ
クの樹脂溜りを作って熱可塑性プラスチックを完全にシ
ールできれば良い。この結果接着力の強いシール層が形
成される。
厚い時、または超音波接合の接合条件において加熱、圧
縮程度では接合部から低融点材料の排除が困難な時、あ
るいは形状的に接合部から熱可塑性プラスチックの排除
が困難な時などにおいては、積層複合材の接合部におけ
る熱可塑性プラスチックを、接合部の一部においてあら
かじめその層の厚みを薄くしておくなどの手段を採れば
良い。この場合に用いる金型の形状としては、フランジ
の外側で圧力が高く内側で圧力が小さくなる形状を有す
るもので接合部の幅とほぼ同じ幅の金型であり、加圧圧
縮することにより接合部の熱可塑性プラスチックをフラ
ンジの内側方向に排除して、内側に熱可塑性プラスチッ
クの樹脂溜りを作って熱可塑性プラスチックを完全にシ
ールできれば良い。この結果接着力の強いシール層が形
成される。
【0012】このような性能を有する金型の断面形状と
しては、特に限定するわけではないが、例えば図3に示
すように、シール幅をB、金型のある点を中心として最
も圧力が小さい部分までの半径Rとする弧を描き、この
部分から最も圧力の高くなる部分へ垂線を降ろして、こ
の点と金型面の距離をxとしたとき、曲率1/Rを 1/R=(2x)/(B2 +x2 )≦0.5 とした曲率を有する金型を使用するときは、理論は不明
であるが溶融した熱可塑性プラスチックをフランジ内側
への排除が確実に行われるので、好ましい金型の形状の
一つである。
しては、特に限定するわけではないが、例えば図3に示
すように、シール幅をB、金型のある点を中心として最
も圧力が小さい部分までの半径Rとする弧を描き、この
部分から最も圧力の高くなる部分へ垂線を降ろして、こ
の点と金型面の距離をxとしたとき、曲率1/Rを 1/R=(2x)/(B2 +x2 )≦0.5 とした曲率を有する金型を使用するときは、理論は不明
であるが溶融した熱可塑性プラスチックをフランジ内側
への排除が確実に行われるので、好ましい金型の形状の
一つである。
【0013】接合部の超音波接合温度は、熱可塑性プラ
スチックの融点によりほとんどが決定される。例えばア
ルミニウム/ポリプロピレンの積層複合材の場合には、
接合部W0 を局部的に180〜250℃、好ましくは2
00〜230℃の温度に加熱、ポリプロピレンを溶融
し、金型により1段目では1〜5kg/cm2 程度に加
圧圧縮して接合部にある熱可塑性プラスチックを排除
し、ついで1段目の金型より幅が狭くかつアルミニウム
層同士を接続させたい幅W1 またはそれ以上の幅の2段
目の金型で、1段目よりは高圧である2〜10kg/c
m2 の条件で加圧圧縮する。ついで加圧圧縮された全体
の幅W0 より幅が狭い、幅W1 の熱可塑性プラスチック
が排除された外側部分のアルミニウム材同士を超音波接
合する。
スチックの融点によりほとんどが決定される。例えばア
ルミニウム/ポリプロピレンの積層複合材の場合には、
接合部W0 を局部的に180〜250℃、好ましくは2
00〜230℃の温度に加熱、ポリプロピレンを溶融
し、金型により1段目では1〜5kg/cm2 程度に加
圧圧縮して接合部にある熱可塑性プラスチックを排除
し、ついで1段目の金型より幅が狭くかつアルミニウム
層同士を接続させたい幅W1 またはそれ以上の幅の2段
目の金型で、1段目よりは高圧である2〜10kg/c
m2 の条件で加圧圧縮する。ついで加圧圧縮された全体
の幅W0 より幅が狭い、幅W1 の熱可塑性プラスチック
が排除された外側部分のアルミニウム材同士を超音波接
合する。
【0014】この場合の超音波接合機の出力としてはア
ルミニウム材の材質、厚さ、接合スピードなどにより大
きく変わるので一概に決めることはできないが、200
〜500W程度、周波数30〜50KHZ、振幅10〜
25ミクロン、加圧力5〜100kg/cm2 、好まし
くは10〜60kg/cm2 程度で行うと、1〜5m/
min程度の速度で接合することができる。これらの条
件は熱可塑性プラスチック、アルミニウム材の材質、そ
れぞれの材料の厚さ、あるいは加圧力、加熱源の大き
さ、接合部の形状などにより適切な条件が異なるので、
それらに合わせて条件を設定することが必要である。
ルミニウム材の材質、厚さ、接合スピードなどにより大
きく変わるので一概に決めることはできないが、200
〜500W程度、周波数30〜50KHZ、振幅10〜
25ミクロン、加圧力5〜100kg/cm2 、好まし
くは10〜60kg/cm2 程度で行うと、1〜5m/
min程度の速度で接合することができる。これらの条
件は熱可塑性プラスチック、アルミニウム材の材質、そ
れぞれの材料の厚さ、あるいは加圧力、加熱源の大き
さ、接合部の形状などにより適切な条件が異なるので、
それらに合わせて条件を設定することが必要である。
【0015】以下図面を参照しながら本発明を具体的に
説明する。図1は、熱可塑性プラスチック12を内面と
し、アルミニウム箔11からなる積層複合材のフランジ
付容器のフランジ部の断面図であり、同じ構成の積層複
合材の蓋材の熱可塑性プラスチック面12を内側にして
重ね合わせ、フランジの外側で圧力が高く、内側で圧力
が小さくなるように、1段目の、外側部から内側にかけ
て曲面(傾斜をつけたものでも良い。)を形成した金型
1及び接触面が平面状の金型2により加圧圧縮して、接
合部の熱可塑性プラスチックを容器内部の方向に排除
し、樹脂溜り5を作り、熱可塑性プラスチックを完全に
接合する。なお本図においては上型が曲面を有する金型
を示したが、これが逆になっても良く、また上型、下型
ともに曲面を有する金型であっても良い。
説明する。図1は、熱可塑性プラスチック12を内面と
し、アルミニウム箔11からなる積層複合材のフランジ
付容器のフランジ部の断面図であり、同じ構成の積層複
合材の蓋材の熱可塑性プラスチック面12を内側にして
重ね合わせ、フランジの外側で圧力が高く、内側で圧力
が小さくなるように、1段目の、外側部から内側にかけ
て曲面(傾斜をつけたものでも良い。)を形成した金型
1及び接触面が平面状の金型2により加圧圧縮して、接
合部の熱可塑性プラスチックを容器内部の方向に排除
し、樹脂溜り5を作り、熱可塑性プラスチックを完全に
接合する。なお本図においては上型が曲面を有する金型
を示したが、これが逆になっても良く、また上型、下型
ともに曲面を有する金型であっても良い。
【0016】ついで、図2に示すように上記の加圧圧縮
により樹脂の排除された接合部の外側部(内側部に比し
て熱可塑性プラスチック12がより完全に排除されてい
る)に、上記1段目の金型の幅W0 より狭い幅W1 の2
段目の金型(上型3及び下型4)により、1段目の加圧
力より大きい圧力で加圧し、接合部に残っている熱可塑
性プラスチック12をより完全に排除する。この際1段
目の金型の幅よりは30〜80%前後の狭い幅W1 のも
のが好ましく、かくすることにより熱可塑性プラスチッ
クの排除がうまく行くようである。続いて、W1 と同一
かまたはそれより狭い幅の超音波接合機を用いてアルミ
ニウム箔を加圧しながら超音波接合する。この結果、接
合面になおも熱可塑性プラスチックが残っているときは
更に接合面から排除されて樹脂溜り5が接合部の内外部
に新たに生成することもあるが、問題となることはな
い。
により樹脂の排除された接合部の外側部(内側部に比し
て熱可塑性プラスチック12がより完全に排除されてい
る)に、上記1段目の金型の幅W0 より狭い幅W1 の2
段目の金型(上型3及び下型4)により、1段目の加圧
力より大きい圧力で加圧し、接合部に残っている熱可塑
性プラスチック12をより完全に排除する。この際1段
目の金型の幅よりは30〜80%前後の狭い幅W1 のも
のが好ましく、かくすることにより熱可塑性プラスチッ
クの排除がうまく行くようである。続いて、W1 と同一
かまたはそれより狭い幅の超音波接合機を用いてアルミ
ニウム箔を加圧しながら超音波接合する。この結果、接
合面になおも熱可塑性プラスチックが残っているときは
更に接合面から排除されて樹脂溜り5が接合部の内外部
に新たに生成することもあるが、問題となることはな
い。
【0017】本発明の超音波接合に使用する積層複合材
としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板
または箔と熱可塑性プラスチックの積層体(積層複合材
とも言う。)であり、アルミニウム材の厚さとしては
0.03〜1mm程度、熱可塑性プラスチックの厚さは
5ミクロン〜200ミクロン程度である。加圧圧縮する
1段目の金型(外部加熱装置を使用し、超音波接合機に
より圧縮しても良く、また加熱装置内蔵金型でも良
い。)の断面は、加圧することにより、接合部の熱可塑
性プラスチックをフランジの内側に排除できる形状であ
れば良く、特に図3に示すような次の計算式に合うよう
な形状のものが有効である。 1/R=(2x)/(B2 +x2 )≦0.5 好ましくは1/R≦0.2のものが好ましい。
としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板
または箔と熱可塑性プラスチックの積層体(積層複合材
とも言う。)であり、アルミニウム材の厚さとしては
0.03〜1mm程度、熱可塑性プラスチックの厚さは
5ミクロン〜200ミクロン程度である。加圧圧縮する
1段目の金型(外部加熱装置を使用し、超音波接合機に
より圧縮しても良く、また加熱装置内蔵金型でも良
い。)の断面は、加圧することにより、接合部の熱可塑
性プラスチックをフランジの内側に排除できる形状であ
れば良く、特に図3に示すような次の計算式に合うよう
な形状のものが有効である。 1/R=(2x)/(B2 +x2 )≦0.5 好ましくは1/R≦0.2のものが好ましい。
【0018】このような形状の金型を用いるときは、積
層複合材の熱可塑性プラスチックは金型の圧縮作用によ
り接合部から効率よく排除され、樹脂溜り5を作りなが
ら樹脂層は接合する。この場合の圧力としては1〜5k
g/cm2 、幅としてはフランジの幅、接合部の形状に
より一定ではないが、通常2〜12mm程度、多くは2
〜9mm程度のものが用いられる。ついで1段目の金型
に代えて、これより幅の狭い2段目の金型で圧縮する。
圧縮幅は1段目よりは狭く、かつ圧縮圧力はこれより高
いことが必要である。このような操作により接合部から
熱可塑性プラスチックが排除された後、アンビル及び超
音波ホーンを超音波接合部に当て、接合部に超音波振動
を与えることにより比較的低温でアルミニウム材を接合
することができる。
層複合材の熱可塑性プラスチックは金型の圧縮作用によ
り接合部から効率よく排除され、樹脂溜り5を作りなが
ら樹脂層は接合する。この場合の圧力としては1〜5k
g/cm2 、幅としてはフランジの幅、接合部の形状に
より一定ではないが、通常2〜12mm程度、多くは2
〜9mm程度のものが用いられる。ついで1段目の金型
に代えて、これより幅の狭い2段目の金型で圧縮する。
圧縮幅は1段目よりは狭く、かつ圧縮圧力はこれより高
いことが必要である。このような操作により接合部から
熱可塑性プラスチックが排除された後、アンビル及び超
音波ホーンを超音波接合部に当て、接合部に超音波振動
を与えることにより比較的低温でアルミニウム材を接合
することができる。
【0019】第2段目の金型による時は、加熱装置内蔵
型の金型が有利であり、加圧圧縮の圧力としては1〜1
0kg/cm2 、好ましくは1段目の金型の圧力よりは
大きく、3〜8kg/cm2 位のものが有利である。幅
としては接合部の幅よりは狭く、アルミニウム層同士の
接合したい幅、一般的には2〜7mm程度、好ましくは
2〜5mm位を使用すればアルミニウム材の接合がうま
くできる。この場合の温度は、すでに熱可塑性プラスチ
ックの接合が済んでいるとしても、できれば該プラスチ
ックの融点以上で行うことが好ましい。1段目より、更
に高い圧力をかけることによりアルミニウム同士の接合
を行いたい部分の熱可塑性プラスチックを完全に排除す
る2段の加圧圧縮が行われた後、幅の狭いアンビル及び
超音波ホーンを用い超音波接合する。このためこの接合
は完全に進行できる。
型の金型が有利であり、加圧圧縮の圧力としては1〜1
0kg/cm2 、好ましくは1段目の金型の圧力よりは
大きく、3〜8kg/cm2 位のものが有利である。幅
としては接合部の幅よりは狭く、アルミニウム層同士の
接合したい幅、一般的には2〜7mm程度、好ましくは
2〜5mm位を使用すればアルミニウム材の接合がうま
くできる。この場合の温度は、すでに熱可塑性プラスチ
ックの接合が済んでいるとしても、できれば該プラスチ
ックの融点以上で行うことが好ましい。1段目より、更
に高い圧力をかけることによりアルミニウム同士の接合
を行いたい部分の熱可塑性プラスチックを完全に排除す
る2段の加圧圧縮が行われた後、幅の狭いアンビル及び
超音波ホーンを用い超音波接合する。このためこの接合
は完全に進行できる。
【0020】
(実施例1)JIS規格 1100の、厚さ500ミク
ロンのアルミニウム材に、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たフランジ付き容器
のフランジ面に、厚さ300ミクロンのアルミニウム材
に厚さ50ミクロンのポリプロピレンを積層した蓋材
を、ポリプロピレン面を合わせて重ね、220℃に加熱
した接合部対応部(ヒートシールする幅)の幅W0 (7
mm)の1段目の金型(曲率0.05)を用い、加圧力
2kg/cm2 で圧縮し、ポリプロピレンが溶融すると
ともに接合部にある樹脂をフランジの内側方向に排除し
た。この時点でポリプロピレン層は、容器内部に樹脂溜
りを作るとともに、容器本体と蓋材部が接合できた。つ
いで220℃において、幅W1 (アルミニウム材同士を
接合したい幅)が3mmの2段目の金型で圧縮し、更に
接合部に残存するポリプロピレンの排除を行った。
ロンのアルミニウム材に、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たフランジ付き容器
のフランジ面に、厚さ300ミクロンのアルミニウム材
に厚さ50ミクロンのポリプロピレンを積層した蓋材
を、ポリプロピレン面を合わせて重ね、220℃に加熱
した接合部対応部(ヒートシールする幅)の幅W0 (7
mm)の1段目の金型(曲率0.05)を用い、加圧力
2kg/cm2 で圧縮し、ポリプロピレンが溶融すると
ともに接合部にある樹脂をフランジの内側方向に排除し
た。この時点でポリプロピレン層は、容器内部に樹脂溜
りを作るとともに、容器本体と蓋材部が接合できた。つ
いで220℃において、幅W1 (アルミニウム材同士を
接合したい幅)が3mmの2段目の金型で圧縮し、更に
接合部に残存するポリプロピレンの排除を行った。
【0021】このようにして接合部にあるポリプロピレ
ンを排除した後、更に幅が3mmのアンビルと超音波ホ
ーンからなる出力300Wの超音波接合機を用い、金型
の外側の線にアンビル及び超音波ホーンの外側を合わ
せ、加圧力50kg/cm2 、振幅15ミクロン、周波
数40KHZの条件で接合した。超音波接合機にはさま
れた部分のポリプロピレンは、更に加圧によりその両側
に排除され、樹脂溜りを作り十分に接合が完成してい
た。また超音波ホーン直下部分のアルミニウム箔も、接
合後に容器内にヘリウムガスを充填し、1kg/cm2
の内圧をかけ漏れのテストをいたところ、リークなしの
良好な接合ができていることが確認できた。接合部の状
態を観察するため、フランジ部を切断してみたところ、
いずれの場合もポリプロピレンは接合部からうまく排除
されると共にその両側に樹脂溜を作っており、またアル
ミニウム箔も完全に接合されていることが確認できた。
ンを排除した後、更に幅が3mmのアンビルと超音波ホ
ーンからなる出力300Wの超音波接合機を用い、金型
の外側の線にアンビル及び超音波ホーンの外側を合わ
せ、加圧力50kg/cm2 、振幅15ミクロン、周波
数40KHZの条件で接合した。超音波接合機にはさま
れた部分のポリプロピレンは、更に加圧によりその両側
に排除され、樹脂溜りを作り十分に接合が完成してい
た。また超音波ホーン直下部分のアルミニウム箔も、接
合後に容器内にヘリウムガスを充填し、1kg/cm2
の内圧をかけ漏れのテストをいたところ、リークなしの
良好な接合ができていることが確認できた。接合部の状
態を観察するため、フランジ部を切断してみたところ、
いずれの場合もポリプロピレンは接合部からうまく排除
されると共にその両側に樹脂溜を作っており、またアル
ミニウム箔も完全に接合されていることが確認できた。
【0022】比較のために、第1段の加圧を行い、第2
段の加圧圧縮をしないで超音波接合を行ったが、接合部
におけるポリプロピレンの排除が不十分であったため
か、超音波接合機による接合がうまく行かなかった。こ
の場合はポリプロピレン層の接合はできていたが、アル
ミニウム層の接合が不完全であったためヘリウムに対し
ては気密性が低かった。
段の加圧圧縮をしないで超音波接合を行ったが、接合部
におけるポリプロピレンの排除が不十分であったため
か、超音波接合機による接合がうまく行かなかった。こ
の場合はポリプロピレン層の接合はできていたが、アル
ミニウム層の接合が不完全であったためヘリウムに対し
ては気密性が低かった。
【0023】(実施例2)実施例1と同じ材料からなる
容器本体のフランジ面に、実施例1と同じ蓋材のポリプ
ロピレン面を合わせて重ね、220℃に加熱した接合部
対応部(ヒートシールする幅)の幅W0 (6mm)の金
型(曲率0.2)を用い、加圧力2kg/cm2 で圧縮
し、ポリプロピレンが溶融するとともに接合部にあるポ
リプロピレンを排除した。この時点でポリプロピレン層
は、容器内部に樹脂溜りを作るとともに容器本体と蓋材
部が接合できた。ついで第2段の加圧を220℃におい
て幅W1 が3mmの金型で、圧力4kg/cm2 の条件
で加圧し接合した。このアルミニウムを接合したい部分
の幅W1 の部分のポリプロピレンは、更に2段目の加圧
によりその両側に排除され、樹脂溜りを作り十分に接合
が完成していた。
容器本体のフランジ面に、実施例1と同じ蓋材のポリプ
ロピレン面を合わせて重ね、220℃に加熱した接合部
対応部(ヒートシールする幅)の幅W0 (6mm)の金
型(曲率0.2)を用い、加圧力2kg/cm2 で圧縮
し、ポリプロピレンが溶融するとともに接合部にあるポ
リプロピレンを排除した。この時点でポリプロピレン層
は、容器内部に樹脂溜りを作るとともに容器本体と蓋材
部が接合できた。ついで第2段の加圧を220℃におい
て幅W1 が3mmの金型で、圧力4kg/cm2 の条件
で加圧し接合した。このアルミニウムを接合したい部分
の幅W1 の部分のポリプロピレンは、更に2段目の加圧
によりその両側に排除され、樹脂溜りを作り十分に接合
が完成していた。
【0024】ついで220℃において、幅W1 が3mm
のアンビルと超音波ホーンからなる出力300Wの超音
波接合機を用い、金型の外側とアンビル及び超音波ホー
ンの外側を合わせ、加圧力50kg/cm2 、振幅15
ミクロン、周波数40KHZの条件で接合した。超音波
ホーン直下部分のアルミニウム箔は、接合後にヘリウム
ガスを充填し、1kg/cm2 の内圧をかけ漏れのテス
トをしたところ、リークなしの良好な接合ができている
ことが確認できた。接合部の状態を観察するため、フラ
ンジ部を切断してみたところ、いずれの場合もポリプロ
ピレンは接合部からうまく排除されると共にその両側に
樹脂溜を作っており、またアルミニウム箔も完全に接合
されていることが確認できた。
のアンビルと超音波ホーンからなる出力300Wの超音
波接合機を用い、金型の外側とアンビル及び超音波ホー
ンの外側を合わせ、加圧力50kg/cm2 、振幅15
ミクロン、周波数40KHZの条件で接合した。超音波
ホーン直下部分のアルミニウム箔は、接合後にヘリウム
ガスを充填し、1kg/cm2 の内圧をかけ漏れのテス
トをしたところ、リークなしの良好な接合ができている
ことが確認できた。接合部の状態を観察するため、フラ
ンジ部を切断してみたところ、いずれの場合もポリプロ
ピレンは接合部からうまく排除されると共にその両側に
樹脂溜を作っており、またアルミニウム箔も完全に接合
されていることが確認できた。
【0025】比較のため、加圧圧縮処理をせずに、22
0℃に加熱した後、直接アンビル及び超音波ホーンを用
いて加圧力50kg/cm2 の条件で超音波接合を行っ
てみたが、接合面における樹脂が邪魔していてアルミニ
ウム層同士の接合がうまくできなかった。
0℃に加熱した後、直接アンビル及び超音波ホーンを用
いて加圧力50kg/cm2 の条件で超音波接合を行っ
てみたが、接合面における樹脂が邪魔していてアルミニ
ウム層同士の接合がうまくできなかった。
【0026】
【発明の効果】本発明の積層複合材製容器は、比較的簡
単にかつ生産性の高い方法により製造でき、かつこの製
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。
単にかつ生産性の高い方法により製造でき、かつこの製
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1】1段目の加圧圧縮の断面図。
【図2】2段目の圧縮の断面図。
【図3】1段目の金型の曲率(傾斜面の形状)計算のた
めの概略図。
めの概略図。
1 1段目の金型の上型 2 1段目の金型の下型 3 2段目の金型の上型 4 2段目の金型の下型 5 樹脂溜り 11 熱可塑性プラスチック(ポリプロピレン) 12 アルミニウム箔 W0 1段目の金型の上型 W1 1段目の金型の上型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 101:12 103:16 B29L 9:00 22:00 (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 (4)
- 【請求項1】 内面に熱可塑性プラスチックを積層した
アルミニウム薄板製蓋材と、フランジを有し、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またはア
ルミニウム合金の複合材料容器本体とからなる容器であ
って、容器本体のフランジ部と蓋材の熱可塑性プラスチ
ック同士を重ね合わせ、接合部を加熱し熱可塑性プラス
チックを溶融または軟化させ、フランジの外側で圧力が
高く内側で圧力が小さくなる形状の接合部の幅とほぼ同
じ幅の金型で1段目の加圧圧縮を行い、更に1段目の加
圧圧縮より高い圧力の2段目の加圧圧縮により接合部の
熱可塑性プラスチックをフランジ内側方向に排除して、
内側に熱可塑性プラスチックの樹脂溜りを作って熱可塑
性プラスチックを完全にシールし、ついで熱可塑性プラ
スチックが完全に排除された部分のアルミニウム材同志
を超音波接合することを特徴とする積層複合材製容器の
製造方法 - 【請求項2】 1段目の金型の断面において、シール幅
をB、金型のある点を中心とし、最も圧力が小さい部分
(金型内側の端部)を半径として、半径Rの弧を描き、
この部分から最も圧力の高くなる部分(金型外側の部
分)へ垂線を降ろして、この点と最も圧力の高くなる部
分の金型面までの距離をxとしたとき、曲率1/Rが、 1/R=(2x)/(B2 +x2 )≦0.5 とした請求項1記載の積層複合材製容器の製造方法。 - 【請求項3】 アルミニウム材の合計の厚さが、0.0
3〜2.0mmであり、熱可塑性プラスチックの合計の
厚さが10〜400ミクロンである請求項1または2に
記載の積層複合材製容器の製造方法。 - 【請求項4】 熱可塑性プラスチックが、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、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である請求項1〜3の
いずれかに記載の積層複合材製容器の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16327297A JPH111210A (ja) | 1997-04-17 | 1997-06-05 | 積層複合材製容器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11533597 | 1997-04-17 | ||
JP9-115335 | 1997-04-17 | ||
JP16327297A JPH111210A (ja) | 1997-04-17 | 1997-06-05 | 積層複合材製容器の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH111210A true JPH111210A (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=26453871
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16327297A Pending JPH111210A (ja) | 1997-04-17 | 1997-06-05 | 積層複合材製容器の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH111210A (ja) |
-
1997
- 1997-06-05 JP JP16327297A patent/JPH111210A/ja active Pending
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