JPS609731A - 紙製耐圧容器の超音波溶接法 - Google Patents

紙製耐圧容器の超音波溶接法

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JPS609731A
JPS609731A JP58115796A JP11579683A JPS609731A JP S609731 A JPS609731 A JP S609731A JP 58115796 A JP58115796 A JP 58115796A JP 11579683 A JP11579683 A JP 11579683A JP S609731 A JPS609731 A JP S609731A
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JP
Japan
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paper
lid
skirt
pressure
lid body
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JP58115796A
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English (en)
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Masami Kosaka
正己 小坂
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Asahi Kasei Corp
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Asahi Kasei Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内・外表面にプラスチックフィルム會ラミネー
トされた紙製の筒形の胴体の端部内周面と、内・外面に
プラスチックフィルムをラミネートされた紙製の蓋体（
上蓋及び底蓋）のスカート部の外周面を超音波を印加す
ることによシ全周を均一かつ強固に溶接する紙製耐圧容
器の超音波溶接法に関するものである。
近時、素材及び加工方法の進歩により、飲料品用の容器
としては、従来の硝子瓶あるいはスチール缶の一部はア
ルミニウム、プラスチック、紙等を素材とする容器に転
換されて来ている。飲料品用容器の多くは使い捨て容器
として扱わ名５、消費者での用済み後の空容器は材質と
しては再生使用可能なスチール缶やアルミ缶でも回収・
再使用はなされていない。その理由は、回収及び選別の
労力・輸送費、仮置のスペース、回収容器洗浄水の排水
処理費用等のため回収・再生加工の費用が大きいためで
ある。しかしながら、スチール缶、アルミ缶、ダラスチ
ックボトル等は使い捨てられた場合でも容積が高張シ、
塵芥として廃棄しても焼却処理は出来ず、埋立に使用し
ても空洞部を生じて埋立後地の利用に問題を残す。
このような理由から、使用後の処理の容易な紙製容器へ
の転換が要望され、一部の飲料例えば牛乳やジュース等
については既に紙製容器に置き替ったものも少なくない
。しかしながらこれらの飲料はいずれも炭酸ガスを含ま
ず、常温での容器内圧力は殆んど大気圧に等しいものば
かりであり、ビールや炭酸飲料などを対象にした紙製耐
圧容器は殆んど見られない。このように紙製耐圧容器の
開発が遅れている理由は、第１にビールや炭酸飲料など
の容器として要求される耐圧力の仕様が可成り高いこと
（ビールの内圧は常温で２〜２．５に９６”Ｇ、５０℃
で約５　ＸＭｍ２Ｇ、炭酸飲料の内圧は常温で３〜３．
５に９／ｃｙｒＬ２Ｇ、５０゛Ｃ約７　ｋｇ／ＣＷＬ”
　Ｇ）及び紙の折曲げ加工性不良により胴体と蓋体との
接合部を金属缶の如き巻締めによってシールすることが
できないことの２点から生じるシール方法に関する技術
的困難性、第２に既に上方されているアルミ缶やスチー
ル缶は可成９安価であるので、紙製耐圧容器も上記第１
の困難性の解決手段を含めて低価格で製造し得る構造で
なければならないという経済的袈請から生じる困難性で
ある。
本発明者は、上述の多くの障害Ｖこもかかわらず、紙製
耐圧容器の有する多くの効用性に着目し、その実現を図
って種々検討を重ねた結果次の知見を得た。すなわち、
例えばパルプ繊維が畏〈て引張破断強度が大きい紙にプ
ラスチックフィルムをラミネートしたものを複数層に巻
いて熱処理したものを胴体とし、また例えばパルプ繊維
にプラスチックを繊維状または粉末状で混合してスカー
ト部を有する球かく状に加熱成形したものにプラスチッ
ク層を形成させたものを蓋体として使用すること々どに
より、ビールや炭酸飲料用の仕様に充分堪える耐圧性と
防水性とを有する胴体及び蓋体のそれぞれを得ることが
出来た。
このようにして得られた胴体及び蓋体を組合せて胴体の
端部に蓋体を上蓋または底蓋として接骨する方法として
、接着剤で接着する方法は工業的な規模での生産に適さ
ず、また接着剤の種類に依６− っては飲料品を充填する目的からも好ましくない。
このような場合、胴体及び蓋体の夫々にラミネートされ
たプラスチックフィルム同志を溶着させるのが最善の方
法であり、一般には超音波溶接、高周波溶接あるいは外
部加熱によりヒートシールする方法が講じられている。
しかし、高周波溶接は種々のプラスチック材に個有の誘
電正接特性の制約がある。外部加熱法迦は、本来、熱伝
導率の小さい紙を介して熱を与えて内部のプラスチック
層を溶着するので極めて能率が悪く、また加熱の際に胴
体及び蓋体の表面のラミネートしたプラスチックフィル
ムが最も高温に曝されて溶融・損傷する問題がある。結
局、一般的な方法としては、超音波溶接が瞬時に接合部
を溶着せしめ、表面にも傷を残さず最良な方法であるが
、本発明の対象とする筒形の紙製耐圧容器では困難な問
題に直面した。すなわち、プラスチック等の超音波溶接
は、通常、溶着する面に１０〜２０ｋｇ／ｃＩｒＬ２の
圧力を加えて強固に固定し、胴体の外側あるいは蓋体の
スカート部の内側より２０　ＫＨｚ前後の超音波を約１
４− 秒程度印加し、高周波振動による部材の内部発熱によっ
て対象面の溶接が行なわ力、る。このような操作による
ために、側壁が容器の軸方向（以下、Ｘ軸と略す）に平
行な筒形の胴体と、スカート部がｘＩＩｉｌｌＩに平行
な蓋体同志を超蛭波を印加して溶接しようとしても、接
合面を固定する圧力がか＼らずまた平行な側面同志の筒
体と蓋体では位置も一定しないので、溶着が極めて不充
分なものとなる。
勿論、胴体及び蓋体の溶着すべき部分は外部から強固に
固定していても、Ｘ　Ｍ方向に移動する超音波印加ホー
ンの横方向への圧力は殆んど期待出来ない程度のもので
ある。この問題に対処する一つの方法としては蓋体を挿
入した胴体を水平に保持し、スカート部の内面に内接す
る円形の支持台で上方からの荷重に充分耐えるように保
ち、上方より超音波印加ホーンを垂直に降下させて高い
圧力を加えながら胴体の外側から超音波を印加する方法
がある。しかし、この方法では例えば胴体の内径が７４
朋とした場合、−回の溶着長さを６０朋として約８回の
溶接操作を周辺に沿って順次・藻り返すと、−巡した時
に胴体の内壁と蓋体スカート部の外壁との間に微妙な間
隙が発生し、溶着が不均一になる。操作の方法を変えて
１８０°づつ溶接位置をずらしながら溶接を行なっても
間隙が発生する問題を完全に解消出来なかった。この理
由は胴体及び蓋体の表面にラミネートした約６０朋のプ
ラスチックフィルムが溶着する際、プラスチック層の厚
みが減少し、最初胴体に蓋体を挿入する時は嵌合が相当
きつい状態でも、全周溶着後はどの部分かにこの厚み減
少の影響が皺寄せされて残るためと考えられる。
本発明者は以上の知見に基づき、紙製耐圧容器を提供す
る目的に引続き、上記胴体及び蓋体の簡単且つ確実な超
音波溶接方法を検討した結果、次のような方法を組合せ
ることによって目的を達することが出来ることを究明し
て本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、紙の両面にプラスチックフィルムが
積層された筒形の胴体の端部に、紙の直面にプラスチッ
クフィルムが積層された蓋体の外７− 周に北。ないしン。の勾配を以て容器の軸方向に形成さ
れるスカート部を嵌入してそれらの接合部分を溶接する
に当り、外周部がスカート部の傾斜と同じ傾斜をなし且
つ内周部がくさび作用を発生する傾斜′ｆｆ：なす傾斜
リングをスカート部の内周に当接し、内側に傾斜壁を有
する支持腕のその傾斜壁に傾斜リング、スカート部およ
び端部を受け止めせしめ、外周部に傾斜リングの内周部
に係合してくさび作用全発生する傾斜壁を有する超音波
印加ホーンを傾斜リングに当接し、超音波を印加するこ
とによってスカート部と端部を溶接することを特徴とす
る紙製耐圧容器の超音波溶接法である。
本発明において、紙製とは、パルプ繊維以外にプラスチ
ックなどの繊維、粉末、シート等が併用さね、ていても
、純紙製品と大差のない易圧潰性や燃焼性などの物性を
有する物を主要部とするものである。プラスチックフィ
ルムとは、ポリエチレンなど超音波印加によって発熱し
て溶着する樹脂のフィルム（概ね２０［］μ未満）やシ
ート＜　、ｅ、ね２００μ以上）であり、更にバリヤー
性フィルム８− が好ましく、バリヤー性すなわち酸素、炭酸ガスまたは
他のガスについて、約２００以下の透過度（透過度と（
ｒｉ、安定状態に到達した後の、１気圧、温度２３°Ｃ
１相対湿度５０チ下で２４時間中に、１ミルの厚さにお
いて１ｍ２当り透過するガスのｃｃ数で表わされる数値
を意味する）を有するフィルムであって、例えば「サラ
ン」の商品名で販売されているポリ塩化ビニリデン、ポ
リアミド祷・、ポリエステル、二軸延伸ポリプ ロピレン、ポリ塩化ビニル、塩化♂ニリヂンー塩化ヒニ
ル共重合体、ポリビニルアルコール、「エバール」の商
品名で販売さｔＬでいるエチレン−酢酸ビニル共重合体
ケン化樹脂、セロファンおよび「バレツクス」の商品名
で販売されているニトリル系樹脂等からなるフィルムが
包含される。紙の両面に炭酸ガスバリヤ−性フィルムを
積層したものは、それらのフィルムの合計厚さに相当す
る厚さの単一フィルムを用いたものに比べて、炭酸ガス
バリヤ−効果が大きい。
またフィルムは単一層または２種以上の積層体であって
もよい。また、バリヤー性フィルムの片面あるいは両面
に、非バリヤー性フィルムをラミネートしたフィルムも
使用できる。この種のラミネートフィルムには、例えば
「サラネツクス」の商品名で販売されているポリエチレ
ン／ポリ塩化ビニリデン／ポリエチレンラミネートフィ
ルムがある。この場合、ポリエチレンはヒートシールを
促進し、がスの透過度には大きく影響しない。また、フ
ィルム表面にバリヤー性材料を被覆したフィルムも使用
できる。この種のフィルムとして、例えば「サランコー
トフィルム」あるいは「Ｋコートフィルム」と称される
ポリ塩化ビニリデン樹脂をコーティングしたフィルムが
ある。
筒形とは、筒の横断面に実質的に直線部分がなく、外側
に凸な断面形状たとえば円、楕円、卵形などである。
以下、本発明全図面により詳細に説明する。
第１図に本発明における紙製耐圧容器の実施例の上半分
、の断面構造および傾斜リング、支持腕、超音波印加ホ
ーンの配＃状況を示す一部断面図である。同図において
紙製の筒形の胴体１は両面をプラスチックフィルム１ａ
、ｉｂでラミネートさ力、でおり、その上端部に内外面
をプラスチックフィルム２ｄ、２ｅでラミネートされた
蓋体とが、その球かく部２ａの周縁部の彎曲部２ｂを経
て胴体１のＸ軸に北。ないし皆。の勾配を以て外１則へ
延びたスカート部２ｃで胴体１の端部に圧入さね、て居
る。更に蓋体２を圧入した胴体１の端部は、内側にスカ
ート部２Ｃの傾斜と同じ傾斜の傾斜壁４ａを有する支持
腕４により上方からの荷重に対し強固に保持されている
。次に蓋体２のスカート部２ｃの内周面に、外径がスカ
ート部２ｃの内径とはｙ一致し、スカート部の傾斜と同
じ傾斜をなす外周部３　ａ　ｓおよびＸ軸に対し２０〜
４５度の傾斜の内周部３ｂｅ有する傾斜リン〃゛３を挿
入する。上方より、傾斜リングの勾配と一致する傾斜壁
５ａを有した円形の超音波印加ホーン５を降下し、傾斜
リング３の内周部３ｂの斜面を強く圧迫すると、くさび
作用によってスカート部２Ｃは胴体１の端部に強固に押
しつけられる。この時に約１秒程度、超音波を印加して
スカート部２ｃの外周面と胴体１の端部の内周面を溶接
する。溶接終了後、超音波印加ホーンを引き上げ、蓋体
２のスカート部２ｃの内周面より傾斜リング３を取り出
し、超音波溶接繰作を完了する。底蓋を溶着する場合も
胴体を転倒し、同様の方法によってｒ４ｚ蓋と胴体を超
音波浴接する。
本発明の第１の特徴とするところは、蓋体２のスカート
部２Ｃに於る乞。〜乞。の勾配の採用と、くさび作用を
発生する超音波印加ホーン５、傾斜リング３および支持
腕４の採用である。すなわち、紙製の胴体１は約７　ｋ
ｇ／漂２デージ程度の内圧を加えると、胴体１の外径に
於いて約１チ直径が増大する。例えば胴体１の内径を７
４ｍ７πφとすると、１係の直径の増大は０．７４ｍｍ
となり、半径としては０．６７　ｒｎｒｎの増加となる
。この程度の内径の変化は成る大きさの力が作用すると
容易に変形を生ずるものであるから、胴体１と蓋体２を
連結するスカート部２Ｃの溶着中を１０ｎｍとするとス
カート部２ＣのＸ軸に対する勾配は０°３７／１゜で、
約匈。
程度の勾配が有れば、胴体の膨張代の範囲内で蓋体２を
胴体１の端部に圧入することが可能となり、且つ蓋体２
は胴体１の端部に緊密に固定でき、更にこの部分を胴体
１の外側から強固に保持することが出来る。一方、傾斜
リング３はその内周部３ｂがＸ軸に対し傾斜していると
、上方から超音波印加ホーン５に垂直に加えた荷重は垂
直分力と水平分力に分れて慟らき、水平分力はスカート
部２ｃｔ−緊密に胴体１の内壁に押し当て＼、超音波印
加により胴体１及び蓋体２の表面にラミネートしたプラ
スチックフィルム１ｂ、２ｂ同志を溶着させることが出
来る。例えば傾斜リング３の内周部３ｂ傾斜角度が６０
度とし、超音波印加ホーン５により加えられる垂直荷重
が３００ｋｇとすれば２６０１ψの水平分力が傾斜リン
グ３を介してスカート部２Ｃに働らき、この時の平均面
圧は約１１　ｋｇ４ｗｔ”となって円筒形の胴体１に対
し、蓋体２の溶着に必要な面圧を保つことができる。
本発明が第２の特徴とするところは、胴体１０両端に上
蓋及び底蓋がとりつけられる場合に、両者を同一の操作
で超音波溶接できることである。
従来、例えば紙コツプのような片側が開放された容器に
底蓋のスカート部を超音波溶接により溶接することは多
々行なわれている。この場合は片面だけなので、胴体内
部に蓋体の支え金具を挿入し、外部より二つ割りの超音
波印加ホーンで両・匝から挾み込むように締めつけなが
ら超音波を印加し、相接するプラスチックフィルム同志
を溶接することは可能であるが、蓋体が両端に取り付け
られる場合には、後から溶接する蓋体を内部よシ支持す
ることができず、更に内圧が１０　Ｋｇ／Ｇｒｎ２）ｆ
″′−ジ以上の高圧力に耐え得るほど強固に溶接を行な
うことはできなかった。しかし、本発明の方法を採用す
れば上蓋及び底蓋を円筒形の胴体に、全周均一で且つ極
めて強固に短時間に超音波溶接を実施することができる
。
次に本発明に係る紙製耐圧容器の胴体１、蓋体２及び傾
斜リング３のそれぞれに使用する好ましい素材例につい
て説明する。
胴体１用の素材としては、繊維長の長いパルプから成り
引張破断強度が大きく、厚さが例えば３００μｍの紙の
両面にプラスチックフィルムをラミネートしたラミネー
ト紙が好ましい。このようなラミネート紙を筒状に複徹
回巻き重ね、ラミネートさｎ−でいるプラスチックフィ
ルム面同志を熱処理により溶接した状態に溶着せしめて
成形して得られた、例えば内径７４　、ｑｍ、筒長２０
０ｍｍの胴体１は、約１０　Ｋｇ／／Ｊ２デージの内圧
に耐え、また、縦方向の１８０ｋｇの圧縮荷重にも耐え
ることができる。本発明者の実験では、上８ｃプラスチ
ッ　□クフィルムとしては例えばアクリル樹脂系フィル
ムである”　ＢＡＲＥＸ　”　（商品名、米国ビストロ
ン社の製品）の厚さ６５μｍを使用した場合は完全な防
水性及びがスパリャー性を得ることができた。
胴体１の製作においては、ラミネート紙の切断端面は充
分に端面処理を施して２〈ことはいうまでもない。　′ 蓋体２用の素材としては、例えば紙に製紙する前の段階
のパルプの繊維にプラスチックを混合した不織布マット
をホットプレスして成形した蓋形の両面にプラスチック
フィルムをラミネートしたものが好適である。
傾斜リング３の材質としてはアルミニュウム、ジュラル
ミン等の金属製のものでもよいが、融点の高いプラスチ
ック、例えばポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂
で成形したものでも区い。
蓋体２のスカート部２ＣがＸｌ１Ｉｌｌｌに対する勾配
は胴体１の紙の材質により若干相違が有るが、軽く叩い
て蓋体２を圧入する程度であれば怪。ないしン。、好ま
しくは怪。前後が適している。
以上の組合せ（Ｃより、傾斜リング３を介して超音波印
加ホーン５を圧着せしめ、支持腕４で受け止めて溶接を
行なえば、全周均一で強固に胴体１と蓋体２全溶着でき
、高い耐圧強度の紙製耐圧容器を提供することが可能で
、ビール等の食料品への利用という今日的要請に応える
価値のあるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施態様を下す一部断面図でるる。 １・・・胴体、１ａ、１ｂ・・・プラスチックフィルム
、２・・・藷体、２ａ・・・球かく部、２ｂ・・・彎曲
部、２Ｃ・・・スカート部、２ａ＋２８・・・プラスチ
ックフィルム、３・・・傾斜リング、３ａ・・・外周部
、３ｂ・・・内周部、４・・・支持腕、４ａ・・・傾斜
壁、５・・・超音波印加ホーン、５ａ・・・傾斜壁 特許出願人　旭化成工業株式会社 第１図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 紙の両面にプラスチックフィルムが積層された筒形の胴
    体の端部に、紙の両面にプラスチックフィルムが積層さ
    れ友蓋体の外周に隆。ないし暑。の勾配を以て容器の軸
    方向に形成されるスカート部を嵌入してそれらの接合部
    分を溶接するに当り、外周部がスカート部の傾斜と同じ
    傾斜をなし且つ内周部がくさび作用を発生する傾斜をな
    す傾斜リングをスカート部の内周に当接し、内側に傾斜
    壁を有する支持腕のその傾斜壁に傾斜リング、スカート
    部および端部を受け止めせしめ、外周部に傾斜リングの
    内周部に係合してくさび作用を発生する傾斜壁を有する
    超薔波印加ホーンを傾斜リングに当接し、超音波を印加
    することによってスカート部と端部を溶接することを特
    徴とする紙製耐圧容器の超音波溶接法
JP58115796A 1983-06-29 1983-06-29 紙製耐圧容器の超音波溶接法 Pending JPS609731A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3913978A1 (de) * 1988-04-27 1989-11-09 Toshiba Kawasaki Kk Beschichtungsverfahren und -vorrichtung
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