JP6826239B2

JP6826239B2 - バリア層を有する多層複合体用の溶接方法

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Publication number: JP6826239B2
Application number: JP2020528860A
Authority: JP
Inventors: ショルツノルマン
Original assignee: ヘルマンウルトラシャルテヒニクゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングウントコンパニーコマンディトゲゼルシャフト
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2038-08-22
Also published as: JP2020531329A; CN110997288A; CN110997288B; EP3672784A1; WO2019038334A1; DE102017119273A1; US20210154943A1; EP3672784B1; US11820082B2

Description

本発明は、バリア層を有する多層複合体からなる２つのシート材料を結合するシール継目を形成する方法に関するものであって、それにおいて２つのシート材料は第１と第２の工具のシール面の間に位置決めされる。

シール継目を形成するために、たとえば溶接工具が使用される。シール継目は、２つのシート材料の間の結合継目である。シールとは、シート材料表面の結合を意味している。大体においてこれは、高い温度の作用によって行われる。シール継目は、特に袋及び大袋を形成し、それを閉鎖するため、及び梱包産業において容器又は受け皿にカバーフィルムを適用するために使用される。

溶接工具は幅ｂを備えたシール面を有している。シール継目を形成するために、シール面は、場合によっては圧力を受けて、加工すべきシート材料上へ押圧される。通常しかるべき対向工具が設けられているので、加工すべきシート材料は溶接工具と対向工具との間に挟持される。

この種の方法及び溶接工具はすでに知られている。特許文献１は、注ぐことのできる食料品を充填された梱包材料の壁を閉鎖するための超音波横シール装置に関する。
特許文献２は、食品を梱包するのに適した、シールされた容器に関するものであって、その容器はフランジ部分を備えたプラスチックメインボディとカバーとを有しており、カバーは容易に外すことができる。この文献はシールされた容器を形成する方法に関する。

特に梱包産業においては、しばしば複合フィルムが使用され、それは、それぞれの使用場合のために最適化された個々の層からなる。この種の複合フィルムは、多層複合体とも称される。いわゆるバリア層も、しばしば適用される。これは、たとえばアルミニウムからなり、複合フィルムによって梱包された製品を光入射から、特にＵＶ光による露光から保護するために用いられる。たとえばこの種の複合フィルムは、４つの層から、すなわちペーパー層、ＰＥ層、アルミニウム層及びＰＥ層からなる。

通常、シール継目はシート材料に形成され、そのシート材料内には梱包すべき製品がすでに入っているので、互いに溶接すべき２つのシート材料の間に、場合によってはまだ製品の残りがあって、それがシート材料の溶接を困難にすることが、考慮される。

通常、溶接品質、すなわち特に２つのシート材料をたがいに固定する強度は、溶接工具をシート材料上に押圧する圧力が高められることによって、高めることができる。さらに、溶接工具及び場合によっては対向する対向工具にもプロフィールが設けられ、それによってそのプロフィールがシート材料内へ圧入されて、強度が向上し、かつ製品の残りが加工部分からより良好に押し出されることが、知られている。

しかし、プロフィールを有するシール面の使用及び圧力の増大は、しばしばバリア層の損傷をもたらすので、実際には、それによってシート材料の堅固な結合はもたらされるが、わずかな量のＵＶ光が袋内へ侵入することがあって、それが梱包された製品の品質に場合によってはマイナスの影響を与えることがあり得る。

これは、シート材料への圧力が減少される場合にのみ、阻止することができるが、それは、場合によってはシート材料の結合をもたらし、その結合は、特に製品の残りがシート材料の間に存在している場合には、強度に対する要請に適合しない。

この課題は、２つのシート材料が第１と第２の工具のシール面の間に次のように、すなわちシート材料の互いに結合すべき部分が互いに重なり合い、かつシール面の間に位置するように、位置決めされ、２つの工具が互いに近づくように移動されるので、２つのシール面がシール継目を形成するために互いに対して押圧され、第１の工具が超音波ソノトロードであって、その超音波ソノトロードが、２つのシール面が互いに対して押圧される間、超音波振動によって励振され、かつ２つの並べて配置された継目を有するシール継目であって、主要継目と副次的継目とを有するシール継目が形成され、シール面が次のように、すなわち主要加工部分内の２つのシール面の間の最大の間隔が第１の副次的加工部分における２つのシール面の間の最大間隔よりも小さいように、選択されており、主要加工部分と副次的加工部分が並べて配置されているので、主要継目を形成する場合に２つのシール面が主要溶接圧力をシート材料へ及ぼし、かつ副次的継目を形成する場合には、２つのシール面が副次的溶接圧力をシート材料に及ぼし、副次的溶接圧力が主要溶接圧力よりも少なくとも部分的に小さく、溶接プロセスの間にシート材料の位置が変わらず、かつ副次的加工部分内で、２つシール面の少なくとも１つが構造化されていることによって、解決される。

したがって本発明の課題は、一方で、強度に対する最高の要請を満たし、他方では光、特にＵＶ光が梱包すべき製品内へ侵入できることを阻止する、シール継目を形成することができる、溶接方法を提供することである。

この課題は、２つのシート材料が第１と第２の工具のシール面の間に次のように、すなわちシート材料の互いに結合すべき部分が互いに重なり合い、かつシール面の間に位置するように、位置決めされ、２つの工具が互いに近づくように移動されるので、２つのシール面がシール継目を形成するために互いに対して押圧され、第１の工具が超音波ソノトロードであって、その超音波ソノトロードが、２つのシール面が互いに対して押圧される間、超音波振動によって励振され、かつ２つの並べて配置された継目、主要継目と副次的継目を有するシール継目が形成され、シール面が次のように、すなわち主要加工部分内の２つのシール面の間の最大の間隔が第１の副次的加工部分における２つのシール面の間の最大間隔よりも小さいように、選択されており、主要加工部分と副次的加工部分が並べて配置されているので、主要継目を形成する場合に２つのシール面が主要溶接圧力をシート材料へ及ぼし、かつ副次的継目を形成する場合には、２つのシール面が副次的溶接圧力をシート材料に及ぼし、副次的溶接圧力が主要溶接圧力よりも少なくとも部分的に小さく、副次的加工部分によって形成された副次的継目は、シート材料内に封入すべき製品へ向けられ、主要加工部分によって形成された主要継目は、シート材料内に封入すべき製品とは逆を向き、溶接プロセスの間にシート材料の位置が変わらず、かつ副次的加工部分内で、２つシール面の少なくとも１つが構造化されていることによって、解決される。

主要継目と副次的継目が互いに直接連続しているので、主要継目と副次的継目は互いに対して平行に延びている。結果としてシール継目は、比較的高い圧力をもたらすことによって形成された部分と、比較的小さい圧力をもたらすことによって形成された部分とからなる。主要継目は副次的継目よりも大きい強度を有している。もちろん主要継目を形成する場合には、バリア層が損傷されてしまうリスクがある。副次的継目を形成する場合に使用された圧力が小さいことによって、副次的継目におけるバリア層の損傷のリスクは、ずっと小さくなる。

したがって主要加工部分内では主要継目が形成され、副次的加工部分内では副次的継目が形成される。主要継目と副次的継目は、唯一の加工ステップにおいて同時に形成することができる。

したがって本発明に係る方法によって形成されシール継目においては、主要加工部分内では最大の間隔が小さいことに基づいて、より大きい力がシート材料に加わるので、この領域内ではシート材料間の堅固な結合がもたらされる。主要加工部分に直接連続して第１の副次的加工部分が設けられており、その第１の副次的加工部分は、２つのシール面の間の最大間隔がより大きく形成されていることを特徴としているので、ここではシート材料へ加わる力はより小さくなり、かつ副次的加工部分の領域内では、場合によっては設けられるバリア層が分断されないことを保証することができる。

このようなシール継目は、シール継目の、副次的加工部分によって形成された部分が梱包すべき製品へ向けられ、シール継目の、主要加工部分によって形成された部分は製品とは逆を向くように、方位づけされている。

好ましい実施形態において、主要継目の幅は副次的継目の幅よりも大きい。特に好ましくは主要継目の幅は、副次的継目の幅の少なくとも２倍の大きさである。

方法の好ましい実施形態において、シール継目は、副次的継目が梱包すべき製品へ向くように、方位づけすることができる。

他の特に好ましい実施形態においてシール継目は、主要加工部分の隣に第２の副次的加工部分が、第１の副次的加工部分に対向して形成されるように、選択されており、第２の副次的加工部分内の２つのシール面の間の最大間隔は、主要加工部分内の２つのシール面の間の最大間隔よりも大きい。

したがって、この方法によって形成されたシール継目は、中央の部分内に堅固な結合が形成されることを特徴としており、第１と第２の副次的加工部分によって形成される、２つの外側の部分内では、シート材料の結合は強度が低いが、場合によっては存在するアルミニウム層が分断されないことが保証されている。

対向するシール面の間の最大の間隔は、たとえば溝のような切り欠きがシール面に形成されることによって、増大させることができる。たとえば副次的加工部分の領域内に、結果として角錐台からなる表面が生じるように、溝を形成することができる。各角錐台の上側は、主要加工部分と正確に同じ平面内に位置する。

その代わりに、あるいはそれと組み合わせて、副次的加工部分は主要加工部分に対して後退させることができる。たとえば角錐台構造の上方の面は、主要加工部分によって提供される面よりも「低く」することができる。

なお、シール面は平坦である必要はない。加工する際に溶接工具がその軸線を中心に回転し、それによって連続的にシール継目を形成することができる場合には、溶接工具及びそれに伴ってシール面を円筒面上に形成することも、可能である。

この方法のために使用される溶接工具の実施形態において、シール面が長手方向に延びる主要部分と長手方向に延びる第１の副次的部分とを有しており、主要部分と第１の副次的部分は互いに連続しており、かつ第１の副次的部分は少なくとも部分的に主要部分に対して、シール面上の法線ベクトルの方向とは逆に間隔ａ＞０ｍｍだけ後退している。

シール面上の法線ベクトルとは、シール面に対して垂直に方向づけされ、かつその方向が、溶接工具から離れる方向を向くように方位づけされているベクトルである。

シール面は、たとえば実質的に平坦に形成することができ、溶接工具はシール面によってシール継目を発生させるためにあらかじめ定められた期間の間シート材料上へ押圧される。

それに対して代替的に、シール面は円筒の外表面上に位置決めすることもできる。この場合において溶接工具は円筒軸を中心に回転されるので、シート材料上でシール面が転動する。この種の工具を用いて、連続的なシール継目を発生させることができる。

しかし重要なのは、主要部分の隣に副次的部分が配置されており、その副次的部分が主要部分に対して少なくとも部分的に引っ込んでおり、その結果副次的部分の領域内においてシート材料上へ加わる力がより小さくなり、それによってシート材料に含まれる、たとえばアルミニウム層のようなバリア層が破断される危険が低下されることである。

したがって、この溶接工具の使用によって、長手方向に並んで延びる２つの領域からなるシール継目が形成され、シール面の主要部分によって形成された領域は、より大きい圧力によって形成されているので、シート材料の互いに対する良好な溶接が予測され、かつシール面の副次的部分によって形成された領域は、より小さい圧力によって形成されているので、場合によっては存在するバリア層が損傷されていないことが保証される。

好ましい実施形態において、使用されるシール工具においてシール面が第２の副次的部分を有しており、主要部分と第２の副次的部分は互いに連続しているので、第１の副次的部分と第２の副次的部分が主要部分の対向する側に位置決めされており、第２の副次的部分は少なくとも部分的に主要部分に対して、シール面上の法線ベクトルの方向に対して逆に間隔ａ＞０ｍｍだけ後退している。

言い換えると、主要部分の各側にしかるべく後退した副次的部分が存在している。

この溶接工具は、シート材料からなる複数の袋を溶接するために、使用することができる。生じる継目は主要継目を有し、その主要継目は中央に配置されており、その中央が主要部分によって形成されており、その主要部分内で堅固な溶接が行われている。その後この主要継目は、個々の梱包部分を分離するために長手方向に切断することができる。

原則的に、本発明に係る方法は、副次的部分の領域内でシール面に構造が形成されることによってすでに実現することができる。たとえば副次的部分内に溝を形成することができる。この溝は、たとえば副次的部分内に角錐台が残るように、形成することができる。この場合いおいては、角錐台の上側がシール面の主要部分と正確に同じ水準に配置されている。しかし角錐台の間に、主要部分に対して後退した領域が存在する。

方法の他の好ましい実施形態において、使用される溶接工具においては、第１の副次的部分全体が主要部分に対して、シール面上の法線ベクトルの方向とは逆に間隔ａ＞０ｍｍだけ後退している。第２の副次的部分が設けられている場合には、第２の副次的部分全体も、同様に後退している。

副次的部分が構造化された表面、すなわち上述した角錐台構造を有している場合には、この実施形態において角錐台の上側も後退しているので、副次的部分のどの領域も主要部分のシール面と同じ水準にはない。

間隔ａは、比較的小さくすることができるが、できる限り０．００２ｍｍを上回り、好ましくは０．００４ｍｍを上回る。

この効果は、大体において、間隔ａが０．５ｍｍより小さく、好ましくは０．０５ｍｍより小さく、かつ特に好ましくは０．０１ｍｍより小さい場合にすでに発生される。大きすぎる間隔ａが選択される場合には、もはや副次的継目の形成は行われず、バリア層は製品をもはや完全に包囲することはない。

特に好ましくは、使用される溶接工具において、対向工具が上述した主要部分と１つ又は複数の副次的部分とを有する。

本発明の他の利点、特に及び適用可能性は、本発明に係る方法のために使用される、溶接工具の好ましい実施形態についての以下の説明及び付属の図面によって明らかになる。

本発明に係る方法のために使用される、溶接工具の実施形態を示す斜視図である。図１の溶接工具の実施形態を斜視図で示す部分断面図である。溶接工具のシール面を示す上面図である。溶接工具の断面図である。

図１は、本発明に係る方法を実施するために使用される溶接工具の実施例を斜視図で示している。溶接工具は、ソノトロード１を有しており、それが、振幅変換器５を介してコンバータ４と接続されている。コンバータ４が、電気的な交流電圧を機械的な超音波振動に変換する。この目的のために、コンバータ４は一連の圧電素子を有している。コンバータ４が発生させる機械的な超音波振動の振動の振幅が、振幅変換器５によって変化される。この振動は、ソノトロード１によって実施される。ソノトロード１、振幅変換器５及びコンバータ４からなる完全な超音波振動システムは、ホルダ３内に保持されており、そのホルダは振動システムの振動挙動にできる限りわずかしか作用しない。

ソノトロード１は、図１内で下方を向いたシール面を有している。ソノトロード１のシール面に対向して、対向工具２が配置されており、それも同様にシール面を有しており、そのシール面は図２内で上方へ向かって方位づけされているので、２つのシール面、すなわちソノトロード１のシール面と対向工具２のシール面が対向している。

シール継目を形成するために、互いに結合すべきシート材料が、ソノトロード１と対向工具２の間に配置される。その後、ソノトロード１は、超音波振動システムと共に対向工具２の方向へ移動することができるので、シート材料は対向工具２のシール面とも、ソノトロード１のシール面とも係合する。それによってソノトロードから超音波振動がシート材料へもたらされ、それが個々のシート材料のローカルな溶融とその互いに対する結合をもたらす。

図２には、ソノトロード１と対向工具２の断面が斜視図で示されている。

ソノトロード１が構造化されたシール面を有し、そのシール面が対向工具へ向けられていることが、認識されるこの構造化された面は、たとえば角錐台からなることができる。

対向工具２のシール面は、長手方向に延びる主要部分７からなる。図示される実施形態において、主要部分７は平坦に形成されており、すなわち主要部分は構造化を持たない。主要部分７の両側にそれぞれ副次的部分８、９が配置されている。図示される例において副次的部分８、９に構造が形成されており、すなわちソノトロード１へ向いた面は部分的に引っ込み、もしくは掘り下げられている。

その結果、ソノトロード１のシール面と対向工具２のシール面との間のシート材料の溶接は、主要部分７の領域内では、副次的部分８、９の領域内よりも大きい力で行われる。特に、たとえばアルミニウム層のような、バリア層を有する多層のペーパー複合体が使用される場合に、主要部分７の領域内ではアルミニウム層の損傷がもたらされることがあり、その結果、そこにおいて光が梱包袋内へ侵入することがあり得る。しかし、より小さい力による溶接を許す副次的部分８、９が設けられているので、副次的部分８、９の領域内ではアルミニウム層の損傷は行われないので、光及び特にＵＶ光はシール継目の、副次的部分８、９によって形成された部分を通して侵入することはできない。

図３には、対向工具２のシール面構造が再度上面で示されている。ここでも、平坦に形成された主要部分７が認識され、副次的部分８、９は構造化されている。図示される例においては、表面にＶ字状の溝が互いに対して直角に形成されているので、角錐台構造が生じる。溝の方位は、これらの溝が長手方向と４５°の角度を形成するように選択されている。

図４には、対向工具２の他の断面が示されている。ここでは、シール面全体が、すなわち構造化された副次的部分８、９の角錐台の上側も、主要部分７の平面に対して間隔ａだけ引っ込められていることが、認識される。間隔ａは、ここでは表示するためにきわめてはっきりと示されている。しかし実際には、この効果を得るために、間隔ａは０．００５ｍｍから０．０１ｍｍの領域内でよいことが、明らかにされている。

１ソノトロード
２対向工具
３ホルダ
４コンバータ
５振幅変換器
７主要部分
８、９副次的部分

Claims

バリア層を有する多層複合体からなる２つのシート材料を結合するシール継目を形成する方法であって、
２つのシート材料は第１の工具と第２の工具（１，２）の２つのシール面の間に配置され、互いに結合する２つのシート材料の部分は互いに重なり合い、２つのシール面の間で２つの工具（１，２）が互いに近づくように移動し、前記シール継目を形成するために２つのシール面は互いに対して押圧され、
第１の工具（１）は超音波ソノトロードであり、該超音波ソノトロードは２つのシール面が互いに対して押圧される間に超音波振動によって励振され、前記シール継目は２つの並べて配置された継目である主要継目と副次的継目とにより形成され、
前記シール面は、主要加工部分内において、２つのシール面の間の最大の間隔が第１の副次的加工部分における２つのシール面の間の最大間隔よりも小さくなるように選択され、
前記主要加工部分と前記副次的加工部分とが並べて配置され、前記主要継目を形成する場合には２つのシール面が主要溶接圧力を２つのシート材料へ及ぼし、前記副次的継目を形成する場合には２つのシール面が副次的溶接圧力を２つのシート材料に及ぼし、
前記副次的溶接圧力は前記主要溶接圧力よりも少なくとも部分的に小さく、
副次的加工部分によって形成された副次的継目は、２つのシート材料内に封入すべき製品へ向けられ、主要加工部分によって形成された主要継目は、２つのシート材料内に封入すべき製品とは逆を向き、
溶接プロセスの間に２つのシート材料の位置は変わらず、副次的加工部分内で２つのシール面の少なくとも１つは構造部材を有している、方法。
前記シール継目は、前記主要加工部分の隣において、第２の副次的加工部分が前記第１の副次的加工部分に対向して形成されるように選択され、前記第２の副次的加工部分における２つのシール面の間の最大間隔が主要加工部分における２つのシール面の間の最大間隔よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記構造部材が角錐台の形状を有している、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
請求項１〜３の何れか一項に記載の方法を実施するための、加工すべき材料と接触するために設けられたシール面を有する溶接工具の使用であって、シール面が幅ｂを有している溶接工具の使用において、
前記シール面が、長手方向に延びる主要部分と長手方向に延びる第１の副次的部分とを有し、主要部分（７）と第１の副次的部分（８）が互いに隣接し、該第１の副次的部分（８）が少なくとも部分的に主要部分（７）に対して、シール面上の法線ベクトルの方向とは逆に間隔ａ＞０ｍｍだけ後退している、ことを特徴とする溶接工具の使用。
前記シール面が第２の副次的部分（９）を有し、主要部分（７）と第２の副次的部分（９）が互いに隣接し、第１の副次的部分（８）と第２の副次的部分（９）が主要部分の対向する側に位置決めされ、第２の副次的部分（９）が少なくとも部分的に主要部分（７）に対して、シール面上の法線ベクトルの方向とは逆に間隔ａ＞０ｍｍだけ後退している、ことを特徴とする請求項４に記載の溶接工具の使用。
前記第１の副次的部分（８）の全体が主要部分（７）に対して、シール面上の法線ベクトルの方向とは逆に、間隔ａ＞０ｍｍだけ後退している、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の溶接工具の使用。
間隔ａ＞０．００２ｍｍである、ことを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の溶接工具の使用。
間隔ａ＞０．００４ｍｍである、ことを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の溶接工具の使用。
間隔ａが０．５ｍｍより小さい、ことを特徴とする請求項４〜８の何れか一項に記載の溶接工具の使用。
間隔ａ＜０．０５ｍｍ、又は間隔ａ＜０．０１ｍｍである、ことを特徴とする請求項４〜８の何れか一項に記載の溶接工具の使用。
前記溶接工具が、超音波ソノトロード（１）、又は超音波ソノトロード用の対向工具（２）である、ことを特徴とする請求項４〜１０の何れか一項に記載の溶接工具の使用。
前記第１の副次的部分（８）が構造部材を有している、ことを特徴とする請求項４〜１１の何れか一項に記載の溶接工具の使用。
前記構造部材が角錐台の形状を有している、ことを特徴とする請求項１２に記載の溶接工具の使用。