特開 2025-18974 ソノトロード、ソノトロードを用いた溶接装置、並びに関連する溶接方法及び位置決め方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025018974

(43)【公開日】2025-02-06

(54)【発明の名称】ソノトロード、ソノトロードを用いた溶接装置、並びに関連する溶接方法及び位置決め方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/08 20060101AFI20250130BHJP

   B65D 8/04 20060101ALI20250130BHJP

【ＦＩ】

B29C65/08

B65D8/04 H

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024114498

(22)【出願日】2024-07-18

(31)【優先権主張番号】10 2023 120 065.8

(32)【優先日】2023-07-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】522238491

【氏名又は名称】ブランソン ウルトラスチャル ニーデルラッスン デル エマーソン テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング アンド カンパニー オーエイチジー

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100227329

【弁理士】

【氏名又は名称】延原 愛

(72)【発明者】

【氏名】オリバー ダッパーズ

(72)【発明者】

【氏名】ババク サベリ

【テーマコード（参考）】

3E061

4F211

【Ｆターム（参考）】

3E061AA16

3E061AB09

3E061BA01

3E061BA03

3E061BB12

3E061DB06

4F211AA04

4F211AA11

4F211AD06

4F211AG07

4F211AH55

4F211AH57

4F211AR02

4F211AR07

4F211AR12

4F211TA03

4F211TC08

4F211TN22

(57)【要約】      （修正有）

【課題】包装、食品、及び薬学の分野で使用される、底部を有する容器の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも部分的に溶接可能な材料、特にプラスチック材料、で作られた少なくとも２つの接合部（１、３）を摩擦溶接するためのソノトロード（１０）であって、第１の軸方向端部（１４）及び反対側の第２の軸方向端部（１６）を有する基体（１２）を備え、さらに、第２の軸方向端部（１６）に隣接して、作業面（２０）が、中心長手方向軸（１８）に対して横方向に基体（１２）に設けられ、作業面は、動作時に、少なくとも２つの接合部（１、３）のうちの１つに取り付け可能であり、接合エネルギーが、少なくとも２つの接合部（１、３）の間の接合ゾーンに横方向に導入可能であり、形状は、２つの接合部（１、３）のうちの少なくとも１つの外形に適合可能であるか又は適合されるソノトロード。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも部分的に溶接可能な材料で作られた少なくとも２つの接合部（１、３）を摩擦溶接するためのソノトロード（１０、１１０）であって、
ａ）第１の軸方向端部（１４、１１４）及び反対側の第２の軸方向端部（１６、１１６）を有する基体（１２、１１２）であって、前記基体（１２、１１２）は、前記第１の軸方向端部（１２、１１２）及び前記第２の軸方向端部（１４、１１４）を通って延在する中心長手方向軸（１８）を有し、それに沿って前記ソノトロード（１０、１１０）が動作中に移動可能である、基体（１２、１１２）
を備える、ソノトロード（１０、１１０）であり、
ｂ）前記第２の軸方向端部（１６、１１６）に隣接して、前記中心長手方向軸（１８）に対して横方向に前記基体（１２、１１２）に作業面（２０、１２０）が設けられ、動作時に前記少なくとも２つの接合部（１、３）のうちの一方に取り付け可能であり、それにより、接合エネルギーが前記少なくとも２つの接合部（１、３）の間の接合ゾーンに横方向に導入可能であり、
ｃ）前記作業面（２０、１２０）は、前記基体（１２、１１２）を円周方向に取り囲み、第１の構造体を備え、その形状が、前記２つの接合部（１、３）の少なくとも一方の外形に適合可能である、
ソノトロード（１０、１１０）。

【請求項2】

前記作業面（２０、１２０）が第２の構造体を有する、請求項１に記載のソノトロード（１０、１１０）。

【請求項3】

前記長手方向軸（１８）に関する断面において、前記第１の構造体が、以下の形状：円形、楕円形、長円形、多角形、又はそれらの組み合わせのうちの１つを有する、請求項１又は２に記載のソノトロード（１０、１１０）。

【請求項4】

前記基体（１１２）が、少なくとも１つのチャネル（１２２）を備え、前記チャネル（１２２）の一端が前記ソノトロード（１１０）の基体（１１２）の第２の軸方向端部（１１６）に配置され、前記チャネル（１２２）の他端が負圧源（１３０）と接続可能であるため、その結果、前記ソノトロード（１１０）を用いて、前記少なくとも２つの接合部（１、３）のうちの１つが保持可能及び／又は位置決め可能である、請求項１に記載のソノトロード（１１０）。

【請求項5】

少なくとも部分的に溶接可能な材料からなる少なくとも２つの接合部（１、３）を摩擦溶接するための溶接装置であって、
ａ）請求項１に記載のソノトロード（１０、１１０）と、
ｂ）基体（４２、１４２）と少なくとも１つの圧力セグメント（５０）とを備えるアンボス（４０、１４０）を有する保持装置と、
を備える、溶接装置であり、
ｃ）前記溶接装置の動作中に、前記少なくとも２つの接合部（１、３）は、前記少なくとも１つの圧力セグメント（５０）によって前記ソノトロード（１０、１１０）の作業面（２０、１２０）に押し付けることが可能である、
溶接装置。

【請求項6】

前記アンボス（４０）の基体（４２）が、前記２つの接合部（１、３）の少なくとも一方の外形に適合可能な形状を有する、請求項５に記載の溶接装置。

【請求項7】

前記少なくとも１つの圧力セグメント（５０）が、前記少なくとも２つの接合部（１、３）のうちの一方の外形に少なくとも部分的に適合可能な形状を有する、請求項５又は６に記載の溶接装置。

【請求項8】

前記少なくとも１つの圧力セグメント（５０）が、構造体を備える、請求項５又は６に記載の溶接装置。

【請求項9】

第１の軸方向端部（１４、１１４）と、反対側の第２の軸方向端部（１１６）と、基体（１１２）及び少なくとも１つのチャネルの周りに円周方向に存在する横方向作業面（１２０）と、を備える前記基体（１１２）を有する請求項４に記載のソノトロード（１１０）によって、溶接可能な材料から少なくとも部分的に構成された第１の接合部（１）を位置決めするための位置決め方法であって、前記チャネル（１２２）の一端が前記ソノトロード（１１０）の基体（１１２）の第２の軸方向端部（１１６）に配置され、前記チャネル（１２２）の他端が負圧源（１３０）に接続されており、以下のステップ：
ａ）前記第１の接合部（１）を提供するステップ（ステップａ）と、
ｂ）前記ソノトロード（１１０）の第２の軸方向端部（１１６）に隣接して前記第１の接合部（１）を配置するステップ（ステップｂ）と、
ｃ）前記ソノトロード（１１０）の第２の軸方向端部（１１６）に隣接して配置された第１の接合部（１）を負圧によって保持するステップ（ステップｃ）と、
ｄ）前記第１の接合部（１）を所要の位置に保持した状態で前記ソノトロード（１１０）を位置決めするステップ（ステップｄ）と、
を含む、位置決め方法。

【請求項10】

さらなるステップ：
ｅ）前記所要の位置で前記第１の接合部（１）を解放するステップ（ステップｅ）
をさらに含む、請求項９に記載の位置決め方法。

【請求項11】

請求項５に記載の溶接装置を用いた溶接方法であって、
ａ）少なくとも部分的に溶接可能な材料で作られた第１の接合部（１）及び第２の接合部（３）を提供するステップ（ステップＡ）と、
ｂ）前記ソノトロード（１０、１１０）の作業面（２０、１２０）と前記少なくとも１つの圧力セグメント（５０）との間に前記第１の接合部（１）及び前記第２の接合部（３）を配置するステップ（ステップＢ）であって、前記作業面（２０、１２０）は前記ソノトロード（１０、１１０）の振動方向に対して横方向に配置される、ステップＢと、
ｃ）前記ソノトロード（１０、１１０）の振動を誘発して、前記第１の接合部（１）と前記第２の接合部（３）との間に溶接接続を確立するために接合エネルギーを接合ゾーンに横方向に導入させるステップ（ステップＣ）と、
ｄ）前記ソノトロード（１０、１１０）の作業面（２０、１２０）と前記少なくとも１つの圧力セグメント（５０）とを離間させ、その結果、互いに溶接された第１及び第２の接合部（１、３）を前記溶接装置から取り出せるようにするステップ（ステップＤ）と、
を含む、溶接方法。

【請求項12】

前記ソノトロード（１０、１１０）の振動が超音波範囲内で行われる、請求項１１に記載の溶接方法。

【請求項13】

請求項９に記載の位置決め方法のステップをさらに含み、請求項９に記載の位置決め方法のステップが、前記提供するステップの過程で実現される、請求項１１に記載の溶接方法。

【請求項14】

前記第１の接合部（１）としての底部と、前記第２の接合部（３）としての本体とからなる容器であって、前記第１の接合部（１）及び前記第２の接合部（３）は、少なくとも部分的に溶接可能な材料からなり、請求項１１に記載の溶接方法によって接合部分において互いに溶接される、容器。

【請求項15】

断面において、前記接合部分が、以下の形状：円形、楕円形、長円形、多角形、又はこれらの形状の組み合わせのうちの１つを有する、請求項１４に記載の容器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも部分的に溶接可能な材料、特にプラスチック材料からなる少なくとも２つの接合部を摩擦溶接するためのソノトロード、対応する溶接装置、第１の接合部を位置決めするための位置決め方法、並びに対応する溶接方法及び関連する容器に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばヨーグルトカップ、使い捨て飲用カップ、又は底部及び／又は中間底部を有する他の容器などの、容器の製造において、まずは、容器の本体が、例えば中空円筒の形状で、提供される。この本体の片側を閉じるために、通常接着剤によって、底部が本体に固定される。これに代えて、本体と底部との間の接続は、例えば熱風又はホットパンチを用いて、接合相手を温度加熱することによって行われてもよいし、また、例えばそれぞれ圧力要素又はローラによって、機械的接続によって行われてもよい。

【0003】

ここで、欠点は、サイクルタイムが短いこと、及び、本体を底部と接続するために接着剤を使用することで労力を要することである。さらに、食品部門並びに医薬品部門のためのそのような容器の製造において、特に使用する接着剤に関して特定の要件を順守しなければならず、これは製造コストが高くなることにつながる。さらには、本体へのアクセス性が必ずしも十分に保証されるとは限らない。

【0004】

したがって、本発明の目的とする技術的目的は、特に包装、食品、及び薬学の分野で使用される、底部を有する容器の代替製造方法を提供することである。ここで、製造方法は主に、容器の本体と底部との間の信頼性の高い接続を提供するべきであり、経済的に最適化されるべきである。

【発明の概要】

【0005】

上記の目的は、請求項１に記載のソノトロード、請求項５に記載の対応溶接装置、請求項９に記載の位置決め方法、請求項１１に記載の溶接方法、及び請求項１４に記載の容器によって解決される。有利な実施形態及びさらなる発展は、以下の説明、図面、及び添付の特許請求の範囲から生じる。

【0006】

少なくとも部分的に溶接可能な材料、特にプラスチック材料で作られた少なくとも２つの接合部を摩擦溶接するための本発明のソノトロードは、第１の軸方向端部及び反対側の第２の軸方向端部を有する基体を備え、基体は、第１及び第２の軸方向端部を通って延在する中心長手方向軸を有し、それに沿ってソノトロードが動作中に移動可能であるか、又はそれに沿ってソノトロードの偏位が動作中に起こる場合があり、第２の軸方向端部に隣接して、中心長手方向軸に対して基体横方向に作業面が設けられ、少なくとも２つの接合部の間の接合ゾーンに横方向に接合エネルギーを導入することができるように、少なくとも２つの接合部のうちの１つに動作中に取り付け可能であり、作業面は、好ましくは一切の中断なく基体を取り囲み、第１の構造体を備え、その形状は、２つの接合部のうちの少なくとも１つの外形に適合可能であるか又は適合される。

【0007】

上記の本発明のソノトロードは、対応する摩擦溶接方法中の溶接装置の機能に基づいて、ここでより詳細に説明され、参考例として容器としてのヨーグルトカップ又は使い捨て飲用カップの製造が挙げられている。

【0008】

容器としてのカップは、第１接合部としての底部と、第２接合部としての中空状の本体とを接合部として備える。本体は、例えば、円柱状又は円錐状の外形である。本体は、片方の側が底部で閉じられているものとする。これは、底部が本体の軸方向端部に隣接して固定されることを意味する。このような底部は、閉じ底部とも呼ばれる。あるいは、本体内の別の位置で底部を固定することが好ましい。この場合、底部は中間底部である。したがって、底部という用語は、一般に、本明細書では閉じ底部又は中間底部を含む。

【0009】

使用される溶接方法により、本体の材料は、筐体の材料と溶接可能でなければならない。したがって、本体及び／又は底部は、少なくとも接合部分に溶接可能な材料を含まなければならないか、又は溶接可能な材料で構成されなければならない。そのような溶接可能な材料の例は、例えば、対応してコーティング又はラミネートされた、紙などである。例えば、紙は、特にポリエチレン（ＰＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）から作られた、プラスチックコーティングを含む。本体及び底部、すなわち第２の接合部及び第１の接合部は、同じ材料か又は異なる材料で構成され得る。同じ材料が特に好ましく、それは特に信頼性の高い溶接接続を達成することができるからである。

【0010】

容器の一例としてのカップに関して、中空本体の材料は、第１の一部分において一端で内側へ半径方向に屈曲し、続く第２の一部分において本体の他端の方向へ半径方向に屈曲する。このようにして、本体内側の一端に円周Ｕ字形状が形成される。半径方向外側において、底部は、好ましくは底部の表面法線に平行又はほぼ平行に延在し、後に本体によって形成されるＵ字形に少なくとも部分的に配置される部分を有する。

【0011】

溶接装置は、本発明のソノトロードと、基体を備えるアンボスと少なくとも１つの圧力セグメントとを有する保持装置と、を備える。一例としてカップに関して、アンボスの基体は、好ましくはカップの本体に対して相補的に形成された形状を有する。しかしながら、これは、代替例に基づいて後述するように、すべての容器に絶対に必要ではない。

【0012】

まず、溶接方法は、少なくとも部分的に溶接可能なプラスチック材料で作られた第１及び第２の接合部を提供するステップを含む。一例としてのカップに関して、第１の接合部、すなわち底部は、アンボスの基体上に配置されることが好ましい。そうすることで、表面法線に平行に延在する底部の一部分は、基体から離れて面する。ここで、第２の接合部、すなわち中空本体は、本体のＵ字形状が表面法線に平行に延在する底部の一部分を受けるように、アンボスの基体上に配置される。そのようにして、第１の接合部及び第２の接合部は、この部分において重なり、その結果、重なり部分は、接合ゾーン又は接合部分とも呼ばれる。

【0013】

ソノトロード及びアンボスは、ここで、好ましくは１つの軸のみに沿って、互いに相対的に移動され、その結果、ソノトロードの横方向又は半径方向外側の作業面が接合部分に隣接して配置される。接合部の安全な位置決めを達成するために、円筒形本体の場合には例えば半円として形成される、少なくとも１つの圧力セグメント、好ましくは少なくとも２つの圧力セグメントは、接合部がソノトロードの作業面に押し付けられるまで、互いに接続されるべき接合部の方向に移動される。好ましくは、非常に多くの圧力セグメントが存在するので、２つの接合部は、接合部分においてワンステップで互いに溶接され得る。

【0014】

次に、ソノトロードが振動するように誘導され、それにより、接合エネルギーが接合ゾーンに横方向又は半径方向に導入され、第１の接合部と第２の接合部との間の溶接接続が形成される。

【0015】

特に、ソノトロードの振幅、溶接される接合部にかかる圧力、及び接合時間は、溶接方法を設定するためのパラメータとして変化する。したがって、好ましい実施形態では、ソノトロードの振動周波数は変化しない。

【0016】

溶接プロセスが終了した後、ソノトロードの作業面及び少なくとも１つの圧力セグメントが離間され、その結果、互いに溶接された第１及び第２の接合部を溶接装置から取り外すことができる。この目的のために、ソノトロードも、圧力セグメントが離れると同時に、又は離れた後に、アンボスに対して移動される。

【0017】

本発明の利点は、この設計であれば、閉じた輪郭を有する容器の場合に摩擦溶接接続部を製造でき、その結果、別個の接着剤の使用が不要になることである。これは、容器の製造を容易にし、迅速で効率的で費用効果の高い溶接方法により迅速な作業サイクルを提供する。同様に、他の製造方法と比較して、溶接装置のメンテナンス労力及び必要なスペースは少なく、方法を制御するための労力も少ない。

【0018】

ソノトロードの有利な構成では、作業面は、特に複数の隆起形状にある第２の構造体を有する。第２の構造体によって、動作中にソノトロードに押し付けられる接合部は、ソノトロードによって引っ張られ、振動し始める。したがって、ソノトロードの第２の構造体は、引っ張り構造体とも呼ばれ得る。好ましくは、引っ張り構造体は、隣接する接合部が本質的にソノトロードと同じ動きを行うように、隣接する接合部に食い込む。このようにして、摩擦溶接による２つの構成要素間の接続を効果的に実現することができる。

【0019】

さらに、長手方向軸に関する断面において、第１の構造体は、以下の形状：円形、楕円形、長円形、多角形で好ましくは角の丸いもの、又はそれらの組み合わせのうちの１つを有することが好ましい。このようにして、第１の構造体、ひいてはソノトロードの作業面は、互いに接続される接合部、例えば、円筒状、円錐状、角の丸い長方形など、に構成された中空本体に適合され得るか、又は最適に適合され得る。

【0020】

ソノトロードの特に好ましい実施形態では、基体は少なくとも１つのチャネルを備え、チャネルの一端はソノトロードの基体の第２の軸方向端部に配置され、チャネルの他端は負圧源と接続可能であり、その結果、ソノトロードを用いて、第１の接合部は保持可能及び／又は位置決め可能である。この設計の利点は、第１の接合部が、すなわち上記の例に関してカップの底部が、ソノトロードによって保持され得ることである。したがって、ソノトロードは、容器の中空本体内の必要な位置に底部を位置決めし、それをそこに、摩擦溶接によって少なくとも１つの圧力セグメントと組み合わせて固定することができる。そのようにして、容器の本体は、例えば容器の一部の容積が既に製品で充填された後に、中間底部を設けることができる。この場合、アンボスの基体は、例えば、１つの平面から作られ、本体の安定化機能を担う必要がないため、その上に、本体が配置又は定置される。

【0021】

したがって、そのように構成されたソノトロードを用いた対応する位置決め方法は、第１のステップにおいて、第１の接合部を提供することを含む。その後、第１の接合部は、ソノトロードの第２の軸方向端部に隣接して配置され、負圧によってそこに保持される。ここで、保持された第１の接合部を有するソノトロードは、所要の位置、例えば製品で既に充填されている容器内、に配置される。

【0022】

例えばプラスチック材料などの溶接可能な材料から少なくとも部分的に構成される少なくとも２つの接合部を摩擦溶接するための本発明の溶接装置は、本発明のソノトロードと、基体及び少なくとも１つの圧力セグメント、好ましくは少なくとも２つの圧力セグメント、を備えたアンボスを有する保持装置とを備え、溶接装置の動作中、少なくとも２つの接合部は、少なくとも１つの圧力セグメントによってソノトロードの作業面に押し付けられてもよい。動作方法及びそれによって得られる利点に関して、本発明のソノトロードに関する上記の説明を参照されたい。

【0023】

溶接装置の好ましい実施形態では、アンボスの基体は、２つの接合部の少なくとも一方の外形に適合可能な形状又は適合される形状を有する。この設計では、アンボスの基体は、例えば、製造される容器の本体の、安定化及び位置決め機能を担う。

【0024】

好ましくは、少なくとも１つの圧力セグメントは、２つの接合部のうちの少なくとも１つの外形に少なくとも部分的に適合可能な形状又は適合される形状を有する。上述したように、接合部分における溶接接続を保護することが、圧力セグメントの目的である。できるだけ少ないステップで、好ましくはワンステップのみで同じことを実行するために、ソノトロードの作業面に接合部分全部を押し付けることができるいくつかの圧力セグメントが存在する。このため、圧力セグメント（単数又は複数）は、第２の接合部の外形に適合可能であること又は適合されることが好ましい。

【0025】

少なくとも１つの圧力セグメントは、好ましくは圧力面の一部に、特に複数の隆起形状にある構造体を含むことがさらに好ましい。複数の隆起により、それぞれの接合部は、圧力セグメントの圧力面とソノトロードの作業面との間で、特に安全に保持又は固定され得る。特に、圧力セグメントの圧力面は、この第２の構造体によって圧力面に隣接するそれぞれの接合部に食い込む。このようにして、対応する接合部の効果的な緊密な保持を実現することができる。したがって、圧力セグメントの圧力面の構造体は、保持構造体とも呼ばれてもよい。この実施形態は、当接する接合部を引っ張るための第２の構造体を有するソノトロードと組み合わせることが特に好ましい。

【0026】

第１の接合部を位置決めするための本発明の位置決め方法であって、第１の接合部は、第１の軸方向端部と、反対側の第２の軸方向端部と、基体及び少なくとも１つのチャネルの周りに円周方向に存在する横方向作業面と、を備えた基体を有するソノトロードによって溶接可能な材料、特にプラスチック、から少なくとも部分的に構成され、チャネルの一端はソノトロードの基体の第２の軸方向端部に配置され、チャネルの他端は、特に少なくとも１つのチャネルを有する実施形態における本発明のソノトロードによって、負圧源に接続されており、以下のステップ：第１の接合部を提供するステップと、ソノトロードの第２の軸方向端部に隣接して第１の接合部を配置するステップと、負圧によってソノトロードの第２の軸方向端部に隣接して配置された第１の接合部を保持し、第１の接合部がそこに保持された状態でソノトロードを所要の位置に位置決めするステップと、を含む、方法。好ましい実施形態では、位置決め方法は、さらなるステップ：所要の位置で第１の接合部を解放するステップをさらに含む。それから生じる利点に関しては、繰り返しを避けるためにチャネルを有するソノトロードに関する上記の説明を参照されたい。

【0027】

特に本発明の溶接装置を用いた本発明の溶接方法は、少なくとも部分的に溶接可能な材料で作られた第１及び第２の接合部を提供するステップと、ソノトロードの振動方向に対して横方向に配置されたソノトロードの作業面と少なくとも１つの圧力セグメントとの間に第１及び第２の接合部を配置するステップであって、特に第１及び第２の接合部が少なくとも１つの圧力セグメントによってソノトロードの作業面に押し付けられるように配置される、配置するステップと、ソノトロードを振動させて接合エネルギーを接合ゾーンに横方向に導入し、第１の接合部と第２の接合部との間に溶接接続を確立するステップと、ソノトロードの作業面と少なくとも１つの圧力セグメントとを離間させ、その結果、互いに溶接された第１及び第２の接合部を溶接装置から取り出すことができるようにするステップと、を含む。溶接方法の過程において、作業面がソノトロードの振動方向に対して平行に整列するように、ソノトロードの振動を誘導することが有利である。本発明の溶接方法の機能性に関して、本発明のソノトロードに関する上記の説明を参照されたい。生じる利点は、本発明のソノトロードに関連して説明した利点に対応する。

【0028】

溶接方法の好ましい実施形態では、ソノトロードの振動は、超音波範囲、好ましくは１５ｋＨｚ～４０ｋＨｚ、特に好ましくは２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚで起こる。示された周波数範囲により、ソノトロードは超音波範囲で動作し、２つの接合部の互いの迅速で効率的かつ経済的な接続が保証される。

【0029】

溶接方法は、本発明の位置決め方法のステップをさらに含み、本発明の位置決め方法のステップは、提供及び配置のステップの過程で実現されることがさらに好ましい。位置決め方法の好ましい実施形態による解放ステップは、好ましくは、溶接ステップの間又は後に実行される。生じる利点に関して、チャネルを有するソノトロードに関する記述、並びに本発明の位置決め方法を参照されたい。

【0030】

本発明の容器は、第１の接合部としての底部と、第２の接合部としての中空本体とから成り、第１及び第２の接合部は、少なくとも部分的に溶接可能な材料から成り、好ましくは完全に、特に本発明の溶接方法によって、接合部分において互いに溶接される。容器の好ましい実施形態では、接合部の断面は、以下の形状：円形、楕円形、長円形、多角形で好ましくは角の丸いもの、又はこれらの形状の組み合わせのうちの１つを有する。ここでも、繰り返しを避けるために、利点に関して上記の説明を参照されたい。

【0031】

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素及び／又は要素を指す。図を示す。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明のソノトロードの第１の実施形態の概略図。

【図2】第１の容器の製造プロセスの異なる段階における本発明の溶接装置の第１の実施形態の概略図。

【図3】第１の容器の製造プロセスの異なる段階における本発明の溶接装置の第１の実施形態の概略図。

【図4】第１の容器の製造プロセスの異なる段階における本発明の溶接装置の第１の実施形態の概略図。

【図5】第２の容器を製造する異なる段階における本発明の溶接装置の第２の実施形態の概略図。

【図6】第２の容器を製造する異なる段階における本発明の溶接装置の第２の実施形態の概略図。

【図7】第２の容器を製造する異なる段階における本発明の溶接装置の第２の実施形態の概略図。

【図8】本発明の溶接装置の第３の実施形態の概略図。

【図9】本発明の位置決め方法の一実施形態のフローチャート。

【図10】本発明の溶接方法の一実施形態のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明の溶接装置及び本発明のソノトロードの実施形態は、ヨーグルトカップ又は使い捨て飲用カップなどの容器及び中間底部を備えた容器の製造によって説明される。

【0034】

容器としてのカップは、第１の接合部１としての底部と、第２の接合部３としての、例えば円筒又は円錐の形状の中空本体と、を構成要素として備える。本体は、底部によって片側が閉じられるようになっている。したがって、底部は、本体の軸方向端部に隣接して固定される。これに関して、図２～図４の図を参照されたい。あるいは、図１及び図５～図８に示すように、本体の別の位置で底部を固定することが好ましい。この場合、底部は中間底部である。

【0035】

使用される溶接方法により、本体の材料は、底部の材料と互いに溶接されなければならない。したがって、本体及び／又は底部は、少なくとも接合部分に溶接可能な材料を含まなければならないか、又は溶接可能な材料から作られなければならない。そのような溶接可能な材料の例は、相応にコーティング又はラミネートされた紙などである。例えば、紙は、特にポリエチレン（ＰＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）のプラスチックコーティングを有する。本体及び底部、すなわち第２の接合部３及び第１の接合部１は、同じ材料又は異なる材料から構成され得る。同じ材料が特に好ましく、それは特に信頼性の高い溶接接続を達成することができるからである。

【0036】

ここで特に図１を参照して、第１の接合部１と第２の接合部３とを摩擦溶接するためのソノトロード１０の第１の実施形態を説明する。ソノトロード１０は、第１の軸方向端部１４及び反対側の第２の軸方向端部１６を有する基体１２を備える。さらに、基体は中心長手方向軸１８を備える。これは、第１の軸方向端部１４及び第２の軸方向端部１６を通って延在する。動作中、ソノトロード１０は、可動であるか、又は振動方向についてラベル付けされたＳの標識矢印によって図３及び図６に見られるように、中心長手方向軸１８に沿って移動を実行することができる。

【0037】

第２の軸方向端部１６に隣接して、作業面２０が、中心長手方向軸１８に対して横方向に基体１２に設けられている。この作業面２０は、動作中に２つの接合部１、３のうちの一方に接合されてもよく、それにより、第１の接合部１と第２の接合部３との間の接合ゾーン又は接合部分に、横方向に接合エネルギーを導入することができる。その際、作業面２０は、好ましくは中断することなく基体１２を円周方向に取り囲み、第１の構造体を備え、その形状は、少なくとも第２の接合部３の外形に適合可能であるか又は適合される。第１の構造体の形状としては、例えば、ひし形、波線、線、などが挙げられる。

【0038】

例えば、第１の構造体は、長手方向軸１８に対して、以下の形状の断面形状：円形、楕円形、長円形、多角形で好ましくは角の丸いもの、又はそれらの組み合わせのうちの１つを有する。そのようにして、ソノトロード１０の第１の構造体、ひいては作業面２０は、例えば、円筒状、円錐状、角の丸い長方形、などに形成された中空本体へと接続されることになる接合部１、３に最適に適合可能であるか又は適合される。

【0039】

さらに、ソノトロード１０の作業面２０は、特に複数の隆起形状にある第２の構造体を有する。動作中に第２の構造体によってソノトロードに押し付けられる接合部１、３は、ソノトロード１０によって引っ張られて振動する。したがって、ソノトロード１０の第２の構造体は、引っ張り構造体とも呼ばれてもよい。好ましくは、引っ張り構造体は、隣接する接合部１、３が本質的にソノトロード１０と同じ動きを実行するように、隣接する接合部１、３に食い込む。このようにして、摩擦溶接による２つの構成要素の間又は接合部１、３の間の接続を効果的に実施することができる。

【0040】

上記の本発明のソノトロードは、ここで、対応する摩擦溶接方法中の溶接装置の機能に基づいて、図２～図４を参照してより詳細に説明されており、容器としてのヨーグルトカップ又は使い捨て飲用カップの製造が参照例として挙げられている。

【0041】

容器の一例としてカップを参照すると、中空本体は、第１の一部分において一端で内側へ半径方向に屈曲し、続く第２の一部分において本体の他端の方向へ屈曲する。これにより、第２の接合部３として本体の内部の一端には、周状のＵ字状が形成される。第１の接合部１としての底部は、半径方向外側に一部分を有し、これは、好ましくは底部の表面法線に平行又はほぼ平行に延在し、本体によって形成されるＵ字形状内に少なくとも部分的に配置される

【0042】

溶接装置は、ソノトロード１０と、基体４２備えたアンボス４０と少なくとも１つの圧力セグメント５０とを有する保持装置と、を備える。図２～図４を参照すると、アンボス４０の基体４２は、第２の接合部３として、カップの本体に対して相補的に形成された形状を有する。この構成では、製造される容器の本体の安定化及び位置決め機能を、アンボス４０の基体４２が担う。しかしながら、これは、図５～図７に示す実施形態に関して後に説明するように、すべての容器に対する絶対的な要件ではない。

【0043】

図示の実施形態では、圧力セグメント５０、好ましくは少なくとも２つの圧力セグメント５０が、矢印によって概略的に示されている。圧力セグメント５０は、第２の接合部３の外形に少なくとも部分的に適合可能な形状又は適合される形状を有する。接合領域における溶接接続を保証することは、圧力セグメント５０の役割である。いくつかの圧力セグメント５０が存在するので、これは可能な限り少ないステップ、好ましくはワンステップのみで行われてもよく、圧力セグメントはソノトロード１０の作業面２０に接合領域全部を押し付けることができる。このため、圧力セグメント５０（単数又は複数）は、第２の接合部３の外形に適合可能であること又は適合されることが好ましい。

【0044】

有利には、圧力セグメント５０は、好ましくは圧力面の領域において、特に複数の隆起形状で存在する構造体を有する。複数の隆起により、それぞれの接合部１、３は、圧力セグメント５０の圧力面とソノトロード１０の作業面２０との間で、特に安全に、それぞれ保持又は固定され得る。特に、圧力セグメント５０の圧力面は、この構造体によって、それぞれの当接する接合部１、３に食い込む。このようにして、対応する接合部１、３の効果的な保持を実現することができる。したがって、圧力セグメント５０の圧力面の構造体は、保持又は保持構造体とも呼ばれ得る。この実施形態は、隣接する接合部１、３を引っ張るための第２の構造体を備えるソノトロード１０と組み合わせると、特に好ましい。

【0045】

溶接方法は、最初に、溶接可能なプラスチック材料で少なくとも部分的に構成される第１の接合部１及び第２の接合部３を提供するステップを含む。まず、第１の接合部１、すなわち底部が、アンボス４０の基体４２上に配置される。ここで、表面法線と平行に延在する底面の一部分は、基体４２とは反対側を向いている。第２の接合部３、すなわち中空本体は、本体のＵ字形が表面法線に平行に延在する底部の一部分を受け入れるように、アンボス４０の基体４２上に配置される。したがって、第１の接合部１及び第２の接合部３は、この領域又は部分において重なり合うので、重なり合う領域は、接合ゾーン又は接合部分又は領域とも呼ばれる。これを図２に示す。

【0046】

ここで、ソノトロード１０の横方向又は半径方向の外側作業面２０が接合部分の隣に配置されるように、ソノトロード１０及びアンボス４０は、好ましくは一方の軸のみに沿って、互いに相対的に移動される。接合部の確実な位置決めを達成するために、矢印５０によって概略的に示され、円筒形本体の場合には例えば半円形に形成される、少なくとも２つの圧力セグメントは、接合部１、３がソノトロード１０の作業面２０に押し付けられるまで、互いに接続されることになる接合部１、３の方向に移動される。好ましくは、２つの接合部１、３がワンステップで接合部分において互いに溶接され得るように、必要な数の圧力セグメント５０が存在する。その結果の配置は、図３で見ることができる。

【0047】

ここでソノトロード１０は、振動するように誘導され、それにより、接合エネルギーが接合ゾーン又は接合部分に横方向又は半径方向に導入され、第１の接合部１と第２の接合部３との間で溶接接続が形成される。

【0048】

特に、ソノトロード１０の振幅、溶接される接合部１、３に加えられる圧力、並びに溶接方法を設定するためのパラメータとしての接合時間、が変化する。好ましい実施形態では、ソノトロード１０の振動周波数の変化は生じない。

【0049】

溶接プロセスが完了すると、ソノトロード１０の作業面２０及び少なくとも１つの圧力セグメント５０が離間され、その結果、互いに溶接された第１の接合部１及び第２の接合部３を溶接装置から取り外すことができる。この目的のために、ソノトロード１０はまた、圧力セグメント５０が離されると同時に、又はその後に、アンボス４０に対して相対的に移動される。これに関して、図４を参照されたい。

【0050】

そのようにして製造された容器は、第１の接合部１としての底部と、第２の接合部３としての中空本体と、から構成される。第１の接合部１及び第２の接合部３は、少なくとも部分的に溶接可能な材料で作られ、接合部分において互いに溶接され、好ましくは完全に溶接される。断面において、接合部分は、好ましくは以下の形状：円形、楕円形、長円形、多角形で好ましくは角の丸いもの、又はそれらの組み合わせのうちの１つを有する。

【0051】

したがって、この溶接装置の利点は、閉じた輪郭を有する容器の場合に摩擦溶接接続を確立することができるため、別個の接着剤の使用が不要になることである。これは、容器の製造を容易にし、迅速で効率的かつ低コストの溶接プロセスにより迅速な作業サイクルを提供する。同様に、他の製造方法と比較して、溶接装置のメンテナンス労力及び必要なスペースは、プロセスを制御するための労力と同じように少ない。さらに、例えば熱風又はホットパンチによって接合相手を熱溶融する場合のように、充填される製品を損傷する可能性の危険性が低減される。

【0052】

図５～図７を参照して、溶接装置の第２の実施形態を説明する。これは、第２の接合部３としての中空本体と、第１の接合部１としての中間底部とを有する容器を製造するために役立つ。この溶接装置は、特に使用されるアンボス１４０が、基体として、本体を配置又は載置する平面のみで作られているため、第１の実施形態とは異なっている。本体に対して一切の安定化機能を担う必要がないため、本体に対して相補的に形成される基体１４２の形状は必要ではない。しかしながら、安全な位置決めを可能にするために、基体１４２が、本体に対する位置決め可能性を有することが有利である。

【0053】

図８は、第１の軸方向端部１１４と反対側の第２の軸方向端部１１６とを有する基体１１２を含む、ソノトロード１１０のさらなる実施形態を示す。ここで、基体１１２は、少なくとも１つのチャネル１２２を有する。チャネル１２２の一端は、ソノトロード１１０の基体１１２の第２の軸方向端部１１６に配置される。チャネル１２２の他端は、負圧源１３０に接続可能である。これは、第１の接合部１がソノトロード１１０によってしっかりと保持可能及び／又は位置決め可能であることを意味する。この構成の利点は、第１の接合部１、すなわち上記の例を参照するとカップの底部がソノトロード１１０によってしっかりと保持され得ることである。したがって、ソノトロード１１０は、容器の中空本体内の所望の位置に底部を配置し、摩擦溶接によって少なくとも１つの圧力セグメント５０と組み合わせて、その位置に固定することができる。そのようにして、容器の本体は、例えば容器の一部の容積が製品で充填された後に、中間底部を設けることができる。これに関して、図５～図７に示すように、容器の製造を例として参照されたい。

【0054】

そのように構成されたソノトロード１００による対応する位置決め方法が、図９を参照して説明される。まず、第１の接合部１の提供が、第１のステップａで行われる。その後、第１の接合部１は、ソノトロード１１０の第２の軸方向端部１１６に隣接して配置され（ステップｂ）、負圧によってそこに保持される（ステップｃ）。ここで、ソノトロード１１０は、そこに保持された第１の接合部１を有し、ステップｄにおいて、例えば製品で既に充填されている容器の中間底部として、所要の位置に位置決めされる。その後、ステップｅにおいて、所要の位置で、第１の接合部１の解放が行われる。以下に説明する溶接方法を参照すると、これは、第１の接合部１としての中間底部と、第２の接合部３としての本体と、の溶接中又は溶接後に行われてもよい。

【0055】

最後に、図１０を参照して、溶接方法の一実施形態を説明する。第１のステップＡでは、少なくとも部分的に溶接可能な材料で作られた第１の接合部１及び第２の接合部３の提供が行われる。このステップは、特にチャネル１２２を備えたソノトロード１１０が使用される場合に、上述の位置決め方法を含むことができる。

【0056】

その後、ソノトロード１０、１１０の振動方向に対して横方向に配置されたソノトロード１０、１１０の作業面２０、１２０と、少なくとも１つの圧力セグメント５０との間に、第１の接合部１及び第２の接合部３が配置される。これは、特に、第１の接合部１及び第２の接合部３が、少なくとも１つの圧力セグメント５０によって、ソノトロード１０、１１０の作業面２０、１２０に押し付けられる方法で行われる。この位置では、ステップＣにおいてソノトロード１０、１１０を振動させる誘発が行われ、それによって、接合エネルギーが接合ゾーンに横方向に導入される場合があり、第１の接合部１と第２の接合部３との間で溶接接続が形成される。最後に、ステップＤにおいて、ソノトロード１０、１１０の作業面２０、１２０と少なくとも１つの圧力セグメント５０が互いに離間され、それによって、互いに溶接された第１の接合部１及び第２の接合部３を溶接装置から取り外すことができる。溶接方法の過程において、ソノトロード１０、１１０を振動させる誘発は、作業面２０、１２０が、ソノトロードの振動方向と平行に配置されるように行われると有利である。さらに、ソノトロード１０、１１０の振動は、好ましくは１５ｋＨｚ～４０ｋＨｚの間、特に好ましくは２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚの間の超音波範囲で行われると有利である。特に、示された周波数範囲により、ソノトロード１０、１１０は超音波範囲で動作し、２つの接合部１、３の相互による迅速で効率的かつ経済的な接続が保証される。

【符号の説明】

【0057】

１ 第１接合部
３ 第２接合部
１０ ソノトロード
１２ 基体
１４ 第１の軸方向端部
１６ 第２の軸方向端部
１８ 中心長手方向軸
２０ 作業面
４０ アンボス
４２ 基体
５０ 圧力セグメント
１１０ ソノトロード
１１２ 基体
１１４ 第１の軸方向端部
１１６ 第２の軸方向端部
１２０ 作業面
１２２ チャネル
１３０ 負圧源
１４０ アンボス
１４２ 基体
Ｓ ソノトロード１０、１１０の振動方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【外国語明細書】