KR20140146624A - 용기 및 덮개의 레이저 용착에 의한 밀봉 방법 - Google Patents

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KR20140146624A
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msec
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마코토 사와다
기요타카 시노자키
요시아키 시나가와
준 야마사키
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도요세이칸 그룹 홀딩스 가부시키가이샤
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Abstract

용기 및 덮개를 레이저 용착에 의해 밀봉하는 방법에 있어서, 용기 또는 덮개의 한쪽이 레이저를 투과 가능한 열가소성 수지, 다른쪽이 열가소성 수지에 레이저를 흡수하여 발열하는 발열 물질을 함유시킨 수지 조성물을 포함하고, 상기 레이저가, 강도 분포가 일정한 직사각형 빔을 조사 가능한 레이저이고, 상기 덮개 및 용기의 용착 계면에서의, 레이저 조사에 의해 상승하는 온도의 상한이, 상기 열가소성 수지의 융점 이상, 열분해 개시 온도 미만의 범위에 있고, 식 t(msec)=L/S(식 중, L은 직사각형 빔의 스캔 방향의 길이(mm), S는 1.65 mm/msec 이하의 레이저의 스캔 속도(mm/msec)이다)로 표시되는 가열 시간 t(msec)로 상기 상한 온도에 도달하도록 레이저 용착에 의해 밀봉함으로써, 용기 및 덮개를 구성하는 수지의 발포 등이 생기지 않고, 용기 및 덮개를 단시간에 확실하게 밀봉할 수 있다.

Description

용기 및 덮개의 레이저 용착에 의한 밀봉 방법{METHOD OF SEALING CONTAINERS AND LIDS BY MELT ADHESION BY LASER}
본 발명은, 열가소성 수지로 이루어진 용기 및 덮개의 레이저 용착에 의한 밀봉 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용기 및 덮개를 단시간에 확실하게 밀봉할 수 있는 레이저 용착 방법에 관한 것이다.
용기를 덮개로 밀봉하는 방법으로는, 일반적으로 용기 및 덮개의 접촉면에 접착제를 행하여 접착하는 방법 외에, 용기 및 덮개의 접촉면을 히트 시일성 수지로 형성하고, 히트 시일에 의해 용착시켜 밀봉하는 것이 행해지고 있다. 히트 시일에 의한 용착은 간편한 방법이기 때문에 일반적으로 널리 채택되고 있다.
그러나, 히트 시일에 의한 용착은, 열용착 공정, 및 그 후에 행해지는 냉각 공정에 시간이 걸려, 생산성의 점에서 충분히 만족스러운 것은 아니다. 또한 일반적인 히트 시일바를 이용하는 히트 시일 방식에서는, 용착 부분의 외면으로부터 시일면에 열을 전도시킬 필요가 있기 때문에, 두꺼운 용기 등에서는 열의 전도에 시간이 걸리고, 생산성의 저하를 방지하기 위해서는 그 두께에 제약이 있기 때문에, 용기, 덮개 형상의 자유도가 낮다고 하는 문제가 있다. 또한, 히트 시일부가 냉각되고, 완전히 밀폐될 때까지 소정의 시간이 걸리기 때문에, 특히 자생 압력을 갖는 내용물을 충전하는 경우나 열간 충전하는 경우 등에서는, 시일열에 의해 열팽창한 헤드 스페이스의 기체가 용융 상태의 시일부로부터 나와 시일 박리가 발생할 우려도 있다.
한편, 용기 및 덮개 등의 포장체의 부재의 용착 방법으로는, 종래부터 레이저에 의한 용착도 알려져 있고, 예컨대, 특허문헌 1에는, 용기 본체에 바닥 덮개 및 상부 덮개를 레이저 용착에 의해 용착하여 일체화하는 것이 제안되어 있고, 이러한 레이저 용착에 의한 포장체의 부재 등의 용착에서는, 부재 등의 두께의 제약을 그다지 받지 않고 시일 계면이 용착되기 때문에, 히트 시일의 경우에 비하여 용착에 요하는 시간이 단축되어 있다.
또한, 본 발명자들은, 용기 및 덮개 등의 포장체의 부재를 서로 압박하는 자기 압박 기구를 갖는 구성으로 하여, 용착 부분을 미리 외부 압박 기구에 의해 고정하지 않더라도 레이저 용착할 수 있고, 비교적 두꺼운 포장체의 부재라도 고속으로 안정적으로 밀봉하는 것이 가능한 용착 방법을 제안했다(특허문헌 2).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2000-128166호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2008-207358호 공보
이와 같이, 레이저 용착에 의한 용기 및 덮개의 밀봉은, 종래의 히트 시일에 의한 용착과 비교하면 단시간에 생산성 좋게 행해지는 것이지만, 레이저 용착에 의해 용기 및 덮개의 밀봉을 행하는 경우에도, 더욱 생산 효율을 향상시키기 위해 단시간에 용기 및 덮개의 용착을 행하는 것이 요구되고 있다.
레이저 용착에서 보다 생산성을 높이기 위해서는, 레이저의 스캔 속도를 높이고, 단시간의 조사로 확실하게 용착하도록 레이저의 출력을 높이는 것이 고려된다. 그러나, 레이저 용착은 가열 대상의 수지 물성에 크게 영향을 받기 때문에, 단순히 레이저의 출력을 높이는 것만으로는, 국소적으로 과잉의 열이 발생하여 수지가 열분해되고, 수지가 발포하는 등의 문제가 생겨, 결과적으로 단시간에 확실한 밀봉성을 확보할 수 없다는 것을 알았다.
따라서, 본 발명의 목적은, 수지의 발포 등이 생기지 않고, 용기 및 덮개를 단시간에 확실하게 밀봉할 수 있는 레이저 용착 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 용기 및 덮개의 레이저 용착에 의한 밀봉 방법에 있어서, 상기 용기 또는 덮개의 한쪽이 레이저를 투과 가능한 열가소성 수지, 다른쪽이 열가소성 수지에 레이저를 흡수하여 발열하는 발열 물질을 함유하는 수지 조성물을 포함하고, 상기 레이저가, 강도 분포가 일정한 직사각형 빔을 조사 가능한 레이저이고, 상기 용기 및 덮개의 용착 계면에서의, 레이저 조사에 의해 상승하는 온도의 상한 온도가, 상기 열가소성 수지의 융점 이상, 열분해 개시 온도 미만의 범위에 있고, 하기 식 (1)로 표시되는 가열 시간 t(msec)로 상기 상한 온도에 도달하는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법이 제공된다:
t(msec)=L/S … (1)
식 중, L은 직사각형 빔의 스캔 방향의 길이(mm), S는 1.65 mm/msec 이하의 레이저의 스캔 속도(mm/msec)이다.
본 발명의 밀봉 방법에서는,
1. 열가소성 수지가, 폴리스티렌계 수지, 올레핀계 수지, 폴리에스테르 수지의 어느 것인 것,
2. 용기가 플랜지부를 가지며, 상기 플랜지부에서 덮개와 레이저 용착되는 것,
3. 용기가 레이저를 투과 가능한 열가소성 수지를 포함하고, 덮개가 열가소성 수지에 레이저를 흡수하여 발열하는 발열 물질을 함유하는 수지 조성물을 포함하는 것,
4. 레이저의 스캔 속도가 1.40 내지 1.65 mm/msec인 것
이 바람직하다.
본 발명의 밀봉 방법에 의하면, 강도 분포가 일정한 직사각형 빔을 조사 가능한 레이저(이하, 단순히 「직사각형 레이저」라고 하는 경우가 있음)를 이용함으로써, 일반적인 원형의 스폿 레이저에 비하여 효율적으로 레이저를 조사할 수 있어, 수지의 과가열이 생기지 않고 단시간에 확실하게 용착하는 것이 가능해진다.
즉, 용기 및 덮개를 레이저 용착하는 경우에는, 용기 개구부에 대응한 원형상으로 레이저를 주사(스캔)시키는 것이 필요하기 때문에, 스캔 방향으로 길이 L을 갖는 직사각형 레이저를 이용함으로써, 일반적인 스폿 레이저에 있어서 그 직경을 크게 하는 것보다 에너지를 허비하지 않고, 레이저의 스캔 속도를 높일 수 있어, 최대 스캔 속도가 1.65 mm/sec라는 고속으로 용기 및 덮개의 레이저 용착에 의한 밀봉을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에서는, 레이저를 투과 가능한 열가소성 수지(이하, 「레이저 투과 열가소성 수지」라고 하는 경우가 있음) 및 열가소성 수지에 레이저를 흡수하여 발열하는 발열 물질을 함유하는 수지 조성물(이하, 「레이저 흡수 수지 조성물」이라고 함)의 용착 계면의 상한 온도를, 열가소성 수지의 융점 이상, 열분해 개시 온도 미만의 범위의 온도로 함으로써, 레이저 흡수 수지 조성물의 발포가 생기지 않고, 용기 및 덮개를 단시간에 확실하게 용착하는 것이 가능해진다.
또한 본 발명에서는, 전술한 레이저 투과 열가소성 수지 및 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물에 이용되는 열가소성 수지로서, 동종의 열가소성 수지를 이용함으로써 이들의 계면의 용착을 유효하게 행할 수 있다.
도 1은 용기로서 폴리프로필렌, 덮개로서 폴리프로필렌에 카본블랙 1000 ppm을 함유하는 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물을 이용한 경우의 시일 계면 온도와 가열 시간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 2는 용기 및 덮개의 플랜지부에서의 레이저 용착을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 용기 및 덮개의 측면에서의 레이저 용착을 설명하기 위한 도면이다.
레이저 용착은, 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물 중에 함유되는 발열 물질이 레이저를 흡수함으로써 발열하고, 이 열이 전달됨으로써 열가소성 수지가 용융되어 시일 계면이 용착되지만, 이 열의 전달에는 일정한 시간이 걸리기 때문에, 레이저 투과 열가소성 수지의 온도 상승에 지연이 생긴다. 그 결과, 용착 시간을 더욱 단축하는 것을 목적으로 단순히 레이저의 출력을 높이는 것만으로는, 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물에 과가열에 의한 발포가 생겨 버리기 때문에, 용착 시간의 단축에는 한계가 있다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 레이저 용착에 의한 밀봉 방법에서는, 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물에서의 과가열이 생기지 않고, 시일 계면에서의 확실한 용착을 단시간에 행하도록, 스캔 방향으로 소정 길이 L을 갖는 직사각형 레이저를 이용하는 것, 및 레이저 용착시에 용기 및 덮개의 시일 계면의 온도를, 용기 및 덮개를 구성하는 열가소성 수지의 융점 이상, 열분해 개시 온도 미만의 범위내의 온도로 상승시키는 것이 중요한 특징이다.
즉, 용기 및 덮개를 구성하는 레이저 투과 열가소성 수지 및 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물에 관해, 이용하는 레이저의 출력에 따라서 예컨대 3조건 정도 조사 시간을 나누어 시험적으로 온도를 측정하여 온도 계수를 산출함으로써, 조사 시간에 따른 수지 온도를 산출하는 것이 가능하고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 레이저 투과 열가소성 수지 및 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물이, 열가소성 수지의 융점 이상 및 열분해 개시 온도 이상의 온도에 도달하는 데 요하는 가열 시간 t1(msec)을 구할 수 있다. 한편, 이 가열 시간은, 레이저의 스캔 방향의 단위길이(mm)당 레이저가 조사되는 시간이기 때문에, 레이저의 스캔 방향의 길이가 L(mm)인 직사각형 레이저를 이용한 경우에는, 상기 식(1)로 표시된다.
따라서, 본 발명에서는, 상기 식(1)로 표시되는 가열 시간 t를, 상기 가열 시간 t1이 되도록, 직사각형 레이저의 길이 L 또는 스캔 속도를 설정함으로써, 레이저 흡수 수지 조성물의 발포가 생기지 않고, 단시간에 용기 및 덮개를 확실하게 용착하는 것이 가능해진다.
(레이저 투과 열가소성 수지)
본 발명에 있어서 레이저 투과 열가소성 수지로는, 레이저 투과율이 70% 이상, 특히 80% 이상의 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 레이저 투과율은, 사용하는 레이저광의 파장에 대응하는 광에 관해 분광 광도계를 이용하여 투과율을 측정하여 구할 수 있다.
또한, 레이저 투과율은, 동일한 열가소성 수지라 하더라도 두께에 따라 상이하며, 본 발명에서는, 후술하는 두께의 범위내에서 70% 이상의 투과율을 갖는 것을 의미하는 것이다.
이러한 열가소성 수지로는, 바람직하게는, 내충격성 폴리스티렌 등의 스티렌계 수지, 저-, 중-, 고- 밀도의 폴리에틸렌, 이소택틱 폴리프로필렌, 프로필렌ㆍ에틸렌 공중합체, 폴리부텐-1, 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체, 에틸렌ㆍ부텐-1 공중합체, 프로필렌ㆍ부텐-1 공중합체, 에틸렌ㆍ프로필렌ㆍ부텐-1 공중합체 등의 올레핀계 수지, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 수지 등, 종래 포장 용기에 이용되고 있는 것이 바람직하고, 특히 레이저 흡수 수지 조성물의 발열에 의해 용이하게 용융되는 것이 필요하다는 점에서, 융점이 250℃ 이하인 열가소성 수지를 이용하는 것이 용이하게 용착할 수 있어 바람직하고, 특히 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 바람직하게 이용할 수 있다.
(레이저 흡수 수지 조성물)
본 발명에 있어서, 레이저 흡수 수지 조성물에서는, 전술한 레이저 투과 열가소성 수지에서 이용한 열가소성 수지와 동일한 열가소성 수지를 이용하는 것이, 레이저 용착성의 점에서 바람직하다.
본 발명의 레이저 흡수 수지 조성물에서는, 수지 조성물에 균일하게 발열 물질이 함유되어 있는 것이 시일 계면에서의 레이저 투과 열가소성 수지를 용이하게 용융시키는 관점에서 바람직하다. 이러한 발열 물질로는, 철분 등의 산소 흡수제나, 카본블랙 등의 착색 안료를 들 수 있다.
발열 물질은, 이용하는 발열 물질의 종류에 따라서도 달라지지만, 일반적으로 열가소성 수지 100 중량부 당 0.01 내지 0.30 중량부, 특히 0.05 내지 0.15 중량부의 양으로 배합하는 것이 바람직하다.
(용기 및 덮개)
본 발명의 용기 및 덮개의 밀봉 방법은, 레이저 용착에 의해 밀봉하기 때문에, 용기 및 덮개의 형상의 제약을 받지 않고, 여러가지 형태의 용기 및 덮개의 조합을 채택할 수 있다.
본 발명에서는, 용기 및 덮개의 어느 한쪽이 레이저 투과 열가소성 수지를 포함하고, 다른쪽이 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물를 포함하는 것이며, 어느 것이 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물이어도 좋지만, 특히 덮개가 레이저 흡수성 열가소성 수지 조성물로 이루어진 것이 바람직하다.
용기로는, 구체적으로는, 단층 또는 다층의 시트형의 재료로 진공 성형, 압공 성형, 플러그 어시스트 성형 등의 열성형에 의해 성형된 컵 또는 트레이 등의 용기나, 드로잉 성형에 의해 성형된 바닥이 있는 컵 등을 예시할 수 있고, 특히 플랜지부를 갖는 컵인 것이 바람직하고, 이 경우에는, 플랜지부에서 용기 및 덮개를 550 kpa 이상의 압력으로 접촉시켜, 레이저를 조사하여 용착된다.
덮개의 형상은, 용기의 컵 또는 트레이 등의 형상에 따라 여러가지 형상을 취할 수 있고, 예컨대 평면형인 것, 중앙이 내측으로 움푹 팬 오목한 덮개형, 정상판부의 외측 둘레 단부로부터 아래로 떨어지는 스커트부를 갖는 오버캡형의 덮개 등의 성형 덮개 등, 용기와의 접촉 부분에 맞춰 적절하게 변경할 수 있다.
또한, 용기 또는 덮개의 용착 개소만이 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물로 형성되어 있어도 좋고, 예컨대 용기의 플랜지부만이 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물로 이루어지고, 용기 본체부 및 바닥부는, 발열 부재를 함유하지 않는 레이저 투과 열가소성 수지이어도 좋고, 또는 다층 구조가 형성되어 있어도 좋다. 또한 덮개의 플랜지부만이 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물로 이루어지고, 중앙부가 레이저 투과 열가소성 수지로 이루어져 있어도 좋다.
본 발명에서는, 용기 및 덮개의 용착 개소에서의 두께는, 레이저 투과 열가소성 수지로 이루어진 부분이 0.1 내지 2.0 mm, 특히 0.5 내지 1.2 mm의 범위의 두께인 것이 바람직하다. 상기 범위보다 레이저 투과 열가소성 수지로 이루어진 부분의 두께가 얇은 경우에는, 상기 범위에 있는 경우에 비하여 확실한 용착을 행하는 것이 어려워질 우려가 있고, 한편 상기 범위보다 두꺼운 경우에는, 레이저 빔을 통상의 조건으로 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물로 이루어진 부분에 도달시키는 것이 어려워져, 역시 상기 범위에 있는 경우에 비하여 확실한 용착을 행하는 것이 어려워질 우려가 있다.
또한, 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물로 이루어진 부분은 0.1 내지 2.0 mm, 특히 0.5 내지 1.2 mm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 범위보다 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물로 이루어진 부분의 두께가 얇은 경우에는, 상기 범위에 있는 경우에 비하여 확실한 용착을 행하는 것이 어려워질 우려가 있고, 한편 상기 범위보다 두껍더라도 경제성이 떨어지게 된다.
(밀봉 방법)
본 발명에서는, 전술한 용기와 덮개의 접촉 부분을, 레이저 투과 열가소성 수지로 이루어진 부재측으로부터 레이저 빔을 조사하여, 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물을 발열시킴으로써, 레이저 투과 열가소성 수지를 용융하여 용기 및 덮개의 접촉면을 용융 밀착시킨다.
본 발명의 밀봉 방법에서는, 용기 내에 내용물을 충전한 후, 용기 및 덮개의 시일 부분의 형상에 맞춰, 용기 또는 레이저 발진기를 이동(회전)시킴으로써, 레이저를 용기 및 덮개의 시일 부분에 스캔시킨다.
레이저 빔의 조사시에, 용기 및 덮개의 접촉면을 밀착시키는 것이 효율적으로 양자를 용착시키는 데에 있어서 중요하며, 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 양자를 압박 고정하는 지그 등을 이용하여 밀착시키거나, 또는 용기 및 덮개가 접촉면에서 서로 압박하는 위치 관계가 되는 치수 및 형상으로 용기 및 덮개를 성형하는 것에 의해서도 밀착시킬 수 있다.
도 2는, 레이저 투과 열가소성 수지로 이루어진 용기와 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물로 이루어진 덮개를, 플랜지부에서 용착시키는 밀봉 방법의 일례에 관해 설명하는 것이며, 용기로서, 본체부(11), 바닥부(12) 및 플랜지부(13)로 이루어진 컵(10), 덮개로서 용기의 플랜지부에 대응하는 둘레 가장자리부(21)보다 내측의 중앙부(22)가 내측으로 움푹 팬 오목한 덮개형의 성형 덮개(20)로 이루어져 있다.
턴테이블(30)에 컵(10)이 설치ㆍ고정되고, 컵(10)의 플랜지부(13)의 위치에 성형 덮개(20)의 둘레 가장자리부(21)가 위치하도록, 성형 덮개(20)를 설치한다. 성형 덮개(20)의 위쪽으로부터 하중 P를 가함으로써, 컵(10)의 플랜지부(13) 및 성형 덮개(20)의 둘레 가장자리부(21)의 접촉면을 밀착시킨다.
이어서, 턴테이블(30)의 회전에 맞춰, 용기 및 덮개의 아래쪽으로부터 비스듬하게 레이저 빔 L이 조사됨으로써, 컵(10) 및 성형 덮개(20)의 접촉면을 용착하여 밀봉하는 것이 가능해진다.
또한, 레이저의 조사 방향은 도 2의 예에 한정되지 않고, 용기 및 덮개를 구성하는 수지, 또는 용착 개소에 따라 여러 방향으로부터 조사할 수 있다.
예컨대, 도 3에 나타낸 바와 같이, 오목한 덮개형의 성형 덮개(20)의 측면(23)에 돌기(24)가 형성되어 있고, 그 돌기(24)에 의해 컵(10)의 내측면이 압박되어 서로 압착하는 개소가 형성되어 있는 경우에는, 용기 및 덮개의 측방으로부터 레이저 조사할 수도 있다. 또한 도 2에 나타낸 예에서, 용기를 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물, 덮개를 레이저 투과 열가소성 수지로 형성하고, 위쪽으로부터 레이저 빔 L을 조사해도 좋다. 이 때, 레이저 조사 방향측의 부재가 레이저 투과 열가소성 수지로 이루어진 것은 물론이다.
본 발명에 이용하는 레이저로는, 종래 레이저 용착에 이용되었던 레이저를 이용할 수 있고, 가스 레이저, 고체 레이저 또는 반도체 레이저 등을 사용할 수 있고, 그 중에서도 반도체 레이저가 설비의 소형화나 비용의 면에서 바람직하게 사용할 수 있다.
레이저 발진기의 출력은 100 내지 500 W, 특히 200 내지 350 W의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한, 고속으로 용착하는 것을 가능하게 하기 위해서는, 레이저 출력을 높이는 것이 고려되지만, 전술한 바와 같이, 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물의 열분해에 의한 발포가 생길 우려가 있고, 본 발명에서는, 종래 레이저 용착에 사용되었던 범위의 출력으로 고속 용착을 가능하게 한 점에 의의가 있다.
이용하는 레이저는, 상업적으로는 수지의 투과성과 레이저 빔을 흡수하여 발열하는 물질의 성질 및 레이저 발진기의 출력, 가격, 안전성에 의해 결정된다.
본 발명에서는, 레이저 빔으로서 직사각형 빔, 즉 레이저 빔의 축방향과 직각방향의 단면이 직사각형인 레이저를 이용하는 것이 중요하고, 이에 따라, 단시간의 용기 및 덮개의 레이저 용착에 의한 밀봉이 가능해진다. 직사각형 빔의 치수로는, 전술한 바와 같이, 이용하는 열가소성 수지 및 발열 물질 및 그 함유량, 및 스캔 속도에 따라서 직사각형 레이저 빔의 스캔 방향의 길이를 결정할 수 있지만, 50 내지 150 mm의 범위의 구경의 용기에서는, 157 내지 471 mm의 스캔 방향 길이를 가지며, 스캔 방향과 수평인 방향의 폭이 0.5 내지 3.0 mm, 특히 1.0 내지 2.0 mm의 범위에 있는 것이, 용기 치수와의 관계상 레이저 빔을 효율적으로 이용할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 레이저 빔의 초점 거리는 50 내지 250 mm, 특히 100 내지 200 mm의 범위에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 레이저 빔의 스캔 속도는, 고속으로 레이저 용착하는 것을 목적으로 하기 때문에, 레이저 출력 및 레이저 흡수 열가소성 수지 조성물의 열분해 개시 온도에 따라서 1.65 mm/msec 이하, 특히 1.40 내지 1.65 mm/msec의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스캔 속도(mm/msec)는, 용기의 구경으로부터 산출되는 시일 길이(mm)와 레이저의 조사 시간(msec)으로부터 산출된다.
실시예
이하, 컵형 용기 및 오목한 덮개형의 성형 덮개를 준비했다.
용기 : 층구성이(컵 외면측) 450 ㎛ 폴리프로필렌/30 ㎛ 접착제층/90 ㎛ EVOH(에틸렌ㆍ비닐알콜 공중합 수지)/30 ㎛ 접착제층/(컵 내면측) 400 ㎛ 폴리프로필렌(융점 : 160℃)이 되는 수지 시트로, 진공 성형법에 의해 측벽부의 상부가 위쪽으로 갈수록 직경이 감소하는 역테이퍼형(테이퍼각 : 약 10°)이며 개구부 외경이 80 mm, 내용량이 120 ml인 플랜지부를 형성한 컵형 용기를 성형했다.
성형 덮개 : 폴리프로필렌 수지(융점 160℃)에 카본 블랙을 1000 ppm 첨가하여, 인젝션 성형으로 두께가 0.7 mm인 오목한 덮개를 성형했다.
상기 컵형 용기에 물을 100 g 충전하고, 상기 컵형 용기의 스택부에서 용기를 유지하는 받침대를 이용하여, 성형 덮개를 압입하여 컵형 용기와 성형 덮개를 설치ㆍ고정하고, 컵형 용기의 플랜지부의 위치에 성형 덮개의 둘레 가장자리부가 위치하도록 성형 덮개를 설치했다. 컵형 용기 플랜지부 및 성형 덮개의 둘레 가장자리부의 접촉면의 접촉압이 800 kPa 이상이 되도록, 성형 덮개의 둘레 가장자리부에 위쪽으로부터 하중을 가하여, 컵형 용기의 플랜지부 및 성형 덮개의 둘레 가장자리부의 접촉면을 밀착시켰다. 이어서, 턴테이블을 420 rpm으로 회전시키고, 컵형 용기 및 성형 덮개의 중심축에 대하여, Φ75 mm의 위치를 향해 아래쪽으로부터 조사각 60°로 레이저 빔을 0.15초간 조사하여, 용착부의 강도를 평가했다.
용착 조건은 이하와 같다.
레이저 발진기 : 주식회사 니테츠테크노리서치(최대 레이저 출력 330 W), 반도체(GaAs) 레이저, 파장 806±10 nm, 레이저 출력 300 W, 레이저 형상(빔 단면) 1.5×4 mm
레이저 조사 위치 직경 : Φ75 mm
레이저 발진 시간 : 0.15 sec(받침대 회전수 420 rpm, 1.05 회전분 조사, 스캔 속도 1.65 mm/msec)
접촉면 접촉압 : 약 800 kPa(접촉면 면적 약 4 ㎠, 하중 330 N)
용착 강도의 확인 방법으로서, 밀봉 연포장, 용기의 시험 방법인 JIS Z0238에 기초하여 시험을 행했다. 또한, 파열 강도에 관해서는, 상기 시험에서 레토르트 살균용 용기 등에 요구되는 파열 강도인 용기 내압 0.02 MPa에 견디는 것을 밀봉성의 판단 기준으로 했다. 확인 결과, 용착 강도는 확보되어, 0.1 MPa까지 용기 내압을 상승시키더라도 파열은 발생하지 않고, 충분한 밀봉성을 갖고 있었다. 또, 수지의 발포는 보이지 않았기 때문에, 용기 및 덮개의 용착 계면에서의 레이저 조사에 의해 상승하는 온도의 상한이, 폴리프로필렌의 융점 이상 열분해 개시 온도 미만의 범위 내의 가열 시간인 것을 알 수 있다.
비교예로서 레이저 형상을 1.5×3 mm로 변경하여 동일한 조건으로 레이저를 조사하고 평가한 바, 컵형 용기측의 수지의 온도 상승이 불충분하여 필요한 용착 강도와 밀봉성을 얻을 수 없었다.
충분한 용착 강도와 밀봉성을 얻기 위해서는, 받침대 회전수 330 rpm(레이저 발진 시간 0.19 sec, 1.05 회전분 조사, 스캔 속도 1.30 mm/msec)로 할 필요가 있었지만, 이 조건에서는 성형 덮개의 둘레 가장자리부의 수지에 발포가 보였다.
본 발명의 레이저 용착에 의한 밀봉 방법은, 용기 및 덮개를 단시간에 확실하게 용착할 수 있고, 게다가 열가소성 수지의 융점 이상 및 열분해 개시 온도 이상의 온도에 도달하는 적절한 가열 시간으로 용착되기 때문에, 수지의 발포가 생기지 않고 확실하게 용착할 수 있다. 그 때문에, 밀봉성은 물론 생산성도 우수하고, 대량 생산되는 상품의 밀봉 방법으로서 바람직하게 이용할 수 있다.
10 : 컵, 13 : 플랜지부, 20 : 성형 덮개, 21 : 둘레 가장자리부.

Claims (5)

  1. 용기 및 덮개의 레이저 용착에 의한 밀봉 방법에 있어서, 상기 용기 또는 덮개의 한쪽이 레이저를 투과 가능한 열가소성 수지, 다른쪽이 레이저를 흡수하여 발열하는 발열 물질을 열가소성 수지에 함유하는 수지 조성물을 포함하고, 상기 레이저가, 강도 분포가 일정한 직사각형 빔을 조사 가능한 레이저이고, 상기 용기 및 덮개의 용착 계면에서의, 레이저 조사에 의해 상승하는 온도의 상한 온도가, 상기 열가소성 수지의 융점 이상 열분해 개시 온도 미만의 범위에 있고, 하기 식 (1)로 표시되는 가열 시간 t(msec)로 상기 상한 온도에 도달하는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법:
    t(msec)=L/S … (1)
    식 중, L은 직사각형 빔의 스캔 방향의 길이(mm), S는 1.65 mm/msec 이하의 레이저의 스캔 속도(mm/msec)이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지가, 스티렌계 수지, 올레핀계 수지 또는 폴리에스테르 수지의 어느 것인 밀봉 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용기가 플랜지부를 가지며, 상기 플랜지부에서 덮개와 레이저 용착되는 밀봉 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기가 레이저를 투과 가능한 열가소성 수지를 포함하고, 상기 덮개가 열가소성 수지에 레이저를 흡수하여 발열하는 발열 물질을 함유하는 수지 조성물을 포함하는 밀봉 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저의 스캔 속도가 1.40 내지 1.65 mm/msec인 밀봉 방법.
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