密封容器の製造方法
【課題】本発明の目的は、密封容器の製造方法において、レーザー溶接する際に蓋に非接触のまま密封性良く蓋を溶接することで、レーザー溶接の品質を高くすることである。このとき、蓋に非接触にもかかわらず容器胴体と蓋との密封性を確保することで機械的蓋固定手段を装置から取り除き、省スペース化することを目的とする。
【解決手段】開口部５９を有する容器胴体６１と開口部５９を密封する蓋６２とをレーザー溶接法によって溶接して気密状態とした密封容器の製造方法であって、容器胴体６１に蓋６２を装着する蓋装着工程Ｓ３と、蓋６２に気体８１を噴射し続け、かつ、容器胴体６１と蓋６２との溶接予定箇所６６を密着状態としたままで溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射して溶接を開始する蓋溶接工程Ｓ４と、を備える。
【解決手段】開口部５９を有する容器胴体６１と開口部５９を密封する蓋６２とをレーザー溶接法によって溶接して気密状態とした密封容器の製造方法であって、容器胴体６１に蓋６２を装着する蓋装着工程Ｓ３と、蓋６２に気体８１を噴射し続け、かつ、容器胴体６１と蓋６２との溶接予定箇所６６を密着状態としたままで溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射して溶接を開始する蓋溶接工程Ｓ４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー溶接法において、レーザー光の照射前に容器胴体の開口部と開口部を密閉する蓋との溶接予定箇所を密着させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
密封容器、例えば飲料用容器には、壜、缶、プラスチック容器等の各種容器が知られている。近年、その良ハンドリング性等の利便性の観点から缶やプラスチック容器が広く用いられるようになってきている。
【０００３】
プラスチック容器に関しては、巻締工程を実施することが困難であり、飲料用金属缶容器のように巻き締めをして密封するプラスチック容器は流通していない。プラスチック容器において、最も流通している容器はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ボトルである。近年、金属製で、ＰＥＴボトルと同じようなボトル形状の缶容器も流通している。
【０００４】
ところで、容器胴体に装着したプラスチック製のキャップに加熱ガスジェットを噴射してキャップの熱収縮により容器を密封する技術が開示されている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００５】
また、熱溶接、超音波振動、高周波熱伝導でシール部材を容器胴体に溶接させて密封する技術が開示されている（例えば特許文献２又は３を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−１５１６９２号公報
【特許文献２】特開平４−７２１９３号公報
【特許文献３】特開２００４−５７８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１をはじめとする加熱ガスジェットで容器を密封する方法では、熱収縮する材料以外で形成されたキャップを用いると密封することができない。また、上記の方法では、加熱ガスジェットを噴射する装置が必要となり、コストアップの要因となる。
【０００８】
特許文献２又は３をはじめとする熱溶接、超音波振動、高周波熱伝導で容器を密閉する方法では、熱発生部材、超音波発生部材又は高周波発生部材等の機械的蓋固定手段でシール部材に接触する必要がある。そのため、コンベア等の容器搬送手段で高速搬送されている容器胴体とシール部材とを正確に密着させる装置が必要になり、コストアップにつながる。
【０００９】
レーザー溶接では、シール部材、キャップ等の蓋に接触することなく容器胴体と蓋とを溶接することができる。さらに、レーザー溶接では機械的蓋固定手段が不要になり、省スペース化できる。しかし、レーザー溶接において、蓋を棒等の機械的蓋固定手段で押さえつけて容器胴体の開口部に装着する前工程が広く行われている。上記の前工程があると、レーザー光の照射が終了するまでの間、容器搬送手段で高速搬送されている容器胴体と蓋とを正確に保持する装置が必要になり、コストアップと省スペース化の妨げにつながる。
【００１０】
また、飲料用又は食品用の容器をレーザー溶接する場合、密封時の周辺環境の液体（例えば装置へのかけ水）や充填される液体が溶接予定箇所に挟まった状態で溶接する必要がある場合が多い。これらの液体が、一定の熱量を溶接予定箇所から奪ってしまうため、溶接の品質が低下する。
【００１１】
本発明の目的は、密封容器の製造装置又は密封容器の製造方法において、レーザー溶接する際に蓋に非接触のまま密封性良く蓋を溶接することで、レーザー溶接の品質を高くすることである。このとき、蓋に非接触にもかかわらず容器胴体と蓋との密封性を確保することで機械的蓋固定手段を装置から取り除き、省スペース化することを目的とする。さらに、従来のガスパージ装置を転用することを目的とする。このとき、従来のガスパージ装置を転用することでガスパージと気体の噴射とを兼用し、レーザー溶接システムを安値にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は鋭意開発した結果、レーザー溶接法において、気体を蓋に噴射し続け、かつ、溶接予定箇所を密着状態としたままレーザー光を照射することで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。本発明に係る密封容器の製造方法は、開口部を有する容器胴体と前記開口部を密封する蓋とをレーザー溶接法によって溶接して気密状態とした密封容器の製造方法において、前記容器胴体に前記蓋を装着する蓋装着工程と、前記蓋に気体を噴射し続け、かつ、前記容器胴体と前記蓋との溶接予定箇所を密着状態としたままで前記溶接予定箇所にレーザー光を照射して溶接を開始する蓋溶接工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程において、前記気体の噴射を受けた前記蓋が前記容器胴体に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることが好ましい。前記蓋が前記容器胴体に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることで、レーザー溶接の品質がより高くなる。
【００１４】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程において、前記蓋の外壁面のうち前記溶接予定箇所の法線に対して０°以上、かつ、３０°以下となる角度で前記気体を前記蓋に噴射することが好ましい。上記の角度で前記気体を噴射することで、前記気体の噴射量を抑えて前記蓋を押さえることができ、よりランニングコストが安値になる。
【００１５】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程において、前記蓋の前記外壁面を覆って前記容器胴体に密着するカバーによって密閉された内部空間を形成し、前記内部空間の中に前記気体を噴射して前記内部空間が加圧状態となってから前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始することが好ましい。前記内部空間が加圧状態となってからレーザー溶接を開始することで、前記蓋にかかる圧力が安定し、レーザー溶接の品質がより高くなる。また、前記気体を噴射し続けなくとも前記内部空間の加圧状態を維持でき、よりランニングコストが安値になる。
【００１６】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程において、少なくとも前記蓋の前記外壁面をカバーで覆い、前記カバーの内部空間を外部空間と連通させた状態とし、前記蓋に前記気体を噴射し続けて前記内部空間を加圧状態としたままで前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始することが好ましい。前記内部空間が加圧状態となってからレーザー溶接を開始することで、前記蓋にかかる圧力が安定し、レーザー溶接の品質がより高くなる。前記内部空間の内部が前記気体で置換されることで、前記内部空間の内部で発生したガスをすみやかに排出できる。
【００１７】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程の前に前記容器胴体に飲料用又は食品用の液体を充填する充填工程を有し、前記蓋溶接工程において、レーザー溶接する際に発生する、前記飲料用又は食品用の液体或いは前記液体を充填する際に用いる洗浄水に由来するガスを、前記溶接予定箇所に照射される前記レーザー光の光路以外の場所に移動させるように前記気体を前記蓋に噴射し続け、そのまま前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始すること好ましい。前記光路以外に前記ガスを移動させつつレーザー溶接を開始めることができるので、前記レーザー光の損失が少なく、レーザー溶接の品質がより高くなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、密封容器の製造装置又は密封容器の製造方法において、レーザー溶接する際に蓋に非接触のまま密封性良く蓋を溶接することで、レーザー溶接の品質を高くすることができる。このとき、蓋に非接触にもかかわらず容器胴体と蓋との密封性を確保することで機械的蓋固定手段を装置から取り除き、省スペース化できる。さらに、従来のガスパージ装置を転用することができる。このとき、従来のガスパージ装置を転用することでガスパージと気体の噴射とを兼用し、レーザー溶接システムを安値にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。なお、同一部材・同一部位には同一符号を付した。
【００２０】
本実施形態に係る密封容器の製造方法について説明する。図１に本実施形態に係る密封容器の製造方法の一形態を示す工程図を示した。本実施形態に係る密封容器の製造方法は、開口部５９を有する容器胴体６１と開口部５９を密封する蓋６２とをレーザー溶接法によって溶接して気密状態とした密封容器の製造方法において、容器胴体６１に蓋６２を装着する蓋装着工程Ｓ３と、蓋６２に気体８１を噴射し続け、かつ、容器胴体６１と蓋６２との溶接予定箇所６６を密着状態としたままで溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射して溶接を開始する蓋溶接工程Ｓ４と、を備える。図１では、さらに蓋装着工程Ｓ３の前に、容器胴体６１に液体を充填する充填工程Ｓ１、蓋６２を容器胴体６１に供給する蓋供給工程Ｓ２が示されている。図１では、さらに蓋溶接工程Ｓ４の後に、蓋６２で密封された容器胴体６１を排出する容器排出工程Ｓ５、溶接不良を検査する不良品検査工程Ｓ６が示されている。なお、充填工程Ｓ１の前に容器胴体６１の内部や蓋６２を洗浄する洗浄工程を設けても良い。また、蓋溶接工程Ｓ４を経た密封容器にラベルを付すラベリング工程を設けても良い。
【００２１】
まず、充填工程Ｓ１において、飲料用又は食品用の液体５８を容器胴体６１に充填する。
【００２２】
次に、液体５８を充填した容器胴体６１を容器搬送手段５７により蓋搬送手段６３ｂまで搬送する。このとき、液体５８が発泡している場合には泡切りを行なう。
【００２３】
次に、蓋供給工程Ｓ２において、蓋供給手段６３ａによって蓋６２が蓋搬送手段６３ｂに供給される。蓋搬送手段６３ｂは、蓋６２を１つの容器胴体６１につき一個、開口部５９まで搬送する。
【００２４】
ここで、本実施形態に係る密封容器について説明する。図２（ａ）に本実施形態に係る第１形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器１００は、開口部９を有する容器胴体１が、開口部９を密封する蓋３によって密封された密封容器であって、容器胴体１と蓋３との溶接予定箇所４を有する。
【００２５】
図２（ｂ）に本実施形態に係る第２形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器２００は、開口部１９を有する容器胴体１１が、開口部１９を密封する蓋１３によって密封された密封容器であって、容器胴体１１と蓋１３との溶接予定箇所１４を有する。密封容器１００は開封時にストローが挿しやすい形状であり、密封容器２００はボトル形状である。また、密封容器１００は溶接予定箇所４の面積を大きく取れるので耐圧強度を大きくすることができる。
【００２６】
図２（ｃ）に本実施形態に係る第３形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器３００は、蓋２３の端部に開蓋のためのつまみ２７を設け、容器胴体２１と蓋２３との溶接予定箇所２４を有する。容器胴体２１から開口部２９に至るまで、截頭円錐状とすることで、飲みやすい飲み口としている。また、蓋２３を小型化でき、蓋材料の使用量を低減できる。
【００２７】
図２（ｄ）に本実施形態に係る第４形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器４００は、容器胴体３１の側面に、容器胴体３１と蓋３３との溶接予定箇所３４を有する。そのため、レーザー溶接後に溶接予定箇所３４は溶接箇所になるが、この溶接箇所には、内圧によって、当該側面の面方向であって蓋３３の開封方向（図２（ｄ）の矢印Ａ方向）の剪断応力が加わる。密封容器４００では溶接予定箇所３４を容器胴体３１の側面に設けたため、溶接面積を大きくできるので、蓋３３と容器胴体３１との単位面積あたりの溶接力が弱くても、高い剪断強度が得られる。そのため、比較的弱い溶接による容易な開蓋性と高い耐圧性を兼ね備えることができる。なお、溶接予定箇所３４は、開口部３９に向かってわずかに先細りのテーパー状であっても良く又はわずかな突起部を設けても良い（不図示）。溶接予定箇所３４をこのような形状にすることで、容器胴体３１と蓋３３との溶接時の密着性を確保しやすくなる。
【００２８】
容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、レーザー溶接が可能である素材であればいかなる素材から形成されていても良いが、容器胴体に充填される液体によっても制限を受ける。例えば飲料用容器であれば、液体の品質保持の観点から、容器胴体に充填される液体に対して不活性であることが必要である。さらに酸素等のガスバリア性を備えていることが好ましい。また炭酸飲料を充填する場合には耐圧性を有する素材から形成されていることが必要である。このような観点から容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、アルミニウム又はスチール等の金属材料或いはプラスチック材料から形成されていることが好ましい。また、容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、リサイクル性の観点から同一素材で形成することが好ましい。特にプラスチック材料から形成することが好ましく、高温まで加熱しなくてもレーザー溶接が可能である。プラスチック材料製の密封容器とすれば、従来のＰＥＴボトルと比較して、充填速度と輸送効率が向上すると共に容器のリサイクル性が向上する。このとき、プラスチック容器は透光性を有するため、金属缶と異なって容器胴体に充填される液体を目視することができる。さらに、缶構造と比較すると巻締できない形状であっても密封化でき、巻締する場合よりも小さな蓋を用いて密封化できる。
【００２９】
例えば、容器胴体１，１１，２１，３１と蓋３，１３，２３，３３との材料の組み合わせとしては、プラスチック材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋、金属材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋又は金属材料製の容器胴体と金属材料製の蓋であって容器胴体と蓋との間にプラスチック樹脂シート（不図示）を挟み込んだものがある。なお、プラスチック樹脂シートを挟み込む前記いずれの場合においても、その代わりにプラスチック樹脂を含有したシール剤（不図示）を塗布しても良い。シール剤を用いると、プラスチック材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋とを溶着させた場合より溶着強度が低下することが多いが、その一方で容易な開蓋性を得ることができる。
【００３０】
本発明のプラスチック容器を成形する際に使用する樹脂は、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、シクロオレフィンコポリマ樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）、アイオノマ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、４弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂を例示することができる。この中で、ＰＥＴが特に好ましい。なお、容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３をプラスチック材料製とする場合、その内表面若しくは外表面或いはその両面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜、Ｓｉ含有ＤＬＣ膜、ポリマーライクカーボン膜、ＳｉＯｘ膜、金属薄膜等のガスバリア性薄膜をコーティングしたものを用いても良い。飲料用プラスチック容器の場合、ガスバリア性が高いほうが好ましいからである。さらに、ガスバリア性薄膜がレーザー光を吸収する場合にはレーザー光の受光部が発熱する。したがって、レーザー光を吸収しない透明樹脂で容器を形成したとしても、ガスバリア性薄膜を成膜することで、別途、吸収部を設けなくても溶接効率が良い。
【００３１】
金属材料製の容器胴体１，１１，２１，３１と金属材料製の蓋３，１３，２３，３３とであれば、金属材料製の容器胴体１，１１，２１，３１と金属材料製の蓋３，１３，２３，３３との溶接予定箇所４，１４，２４，３４にプラスチック樹脂シートを挟みこんでも良い。溶接予定箇所４，１４，２４，３４において、プラスチック樹脂シートが溶融されて固化することで、容器胴体１，１１，２１，３１と蓋３，１３，２３，３３とが接合される。溶接予定箇所４，１４，２４，３４に使用するプラスチック樹脂は、溶接方法によって適宜選択されるが、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、シクロオレフィンコポリマ樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）、アイオノマ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、４弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂である。この中で、ＰＥＴが金属と密着性が良いので特に好ましい。
【００３２】
次に、図１の蓋装着工程Ｓ３において、蓋装着手段６４が、容器胴体６１に蓋６２を装着する。蓋６２が容器胴体６１に装着された際、容器胴体６１と蓋６２との溶接予定箇所６６の一部又は全部が密着しあっても良いし、溶接予定箇所６６が密着しあっていなくても良い。レーザー光６５ａを照射するときには、気体８１を噴射することで蓋６２を容器胴体６１に押さえつけるからである。なお、蓋供給工程Ｓ２と蓋装着工程Ｓ３とを、略同時に行っても良い。
【００３３】
次に、蓋溶接工程Ｓ４において、蓋６２が装着された容器胴体６１をターンテーブル６９に載せる。ターンテーブル６９上の各容器胴体６１及びその蓋６２は、容器を軸中心に自転させる自転テーブル６８によって自転させる。その後、気体噴射手段７１が蓋６２に気体８１を噴射し続け、かつ、溶接予定箇所６６を密着状態としたままで、レーザー発生手段６５により溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａの照射を開始する。
【００３４】
気体噴射手段７１は、空気、アルゴンガス、窒素ガスその他の気体８１を噴射できればよく、従来のガスパージ装置を転用することが好ましい。気体８１の噴射でガスパージを兼ねることができ、気体噴射手段７１としての新たな装置が必要とならず、レーザー溶接システムが安値になる。
【００３５】
レーザー発生手段６５によって、溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射する。レーザー光６５ａはスポット状、線状、領域状若しくはリング状に照射することが例示される。レーザー発生手段６５と溶接予定箇所６６との位置関係によって適宜、レーザー照射形状が選択される。このとき、レーザー強度はレーザー出力をモニタリングすることによって監視することが好ましい。また、レーザー光６５ａのレーザー照射位置は、ＣＣＤカメラ等の画像センサー、光感受センサー若しくは赤外線センサー等の温度センサーによって、画像、発光若しくは発熱をモニタリングして監視することが好ましい。プラスチックの溶接は、光感受センサー若しくは温度センサーによって発光若しくは発熱をモニタリングすることによって監視することが好ましい。
【００３６】
レーザー発生手段６５に組み込まれるレーザー発振素子は、半導体レーザー、炭酸ガスレーザー等のガスレーザー、ＹＡＧレーザーが、例示され、レーザー溶接を行なう容器胴体及び蓋分の材質、レーザー照射移動速度、照射スポット形状等の各種パラメーターによって適宜選択する。プラスチック容器をレーザー溶接する場合には、レーザー光６５ａの出力を１ｍｍ２あたり１７〜２６Ｊとすることが好ましい。また、プラスチック樹脂シートを溶融させてレーザー溶接する場合には、レーザー光６５ａの出力を１ｍｍ２あたり０．５〜２．１Ｊとすることが好ましい。
【００３７】
レーザー光６５ａの照射を開始する前に、溶接予定箇所６６に対応する容器胴体６１又は蓋６２の表面に、或いは溶接予定箇所６６に対応するプラスチック樹脂シートの表面又は内部に、レーザー光６５ａの吸収部を設けることが好ましい。また、液体を容器胴体６１に充填する前に吸収部を印刷しておいても良い。ここで、吸収部はレーザー光６５ａの波長を吸収する金属材料、セラミック、或いは有機顔料や無機顔料等の吸収物質（塗料）を溶接予定箇所６６に付着させて着色させるなどいかなる方法で形成しても良い。塗料は、ＰＥＴの溶融温度で影響を受けない塗料を使用することが好ましい。吸収部を設けることで、レーザー光６５ａの吸収率が高くなり、小さなエネルギーでレーザー溶接することが可能となる。レーザー光６５ａに対する吸収部の吸収程度によって、レーザー光６５ａの波長、レーザーパワー、レーザー走査速度を調整することが好ましい。吸収部を設ける工程は、レーザー光６５ａの照射を開始する前であればいつでも良く、充填工程Ｓ１以前、充填工程Ｓ１、蓋供給工程Ｓ２、蓋装着工程Ｓ３又は蓋溶接工程Ｓ４のいずれかの間に設けても良い。
【００３８】
レーザー光の照射の開始とは、レーザー発生手段６５が溶接予定箇所６６を溶接する為に照射したレーザー光６５ａが容器胴体６１又は蓋６２の外壁面に到達したときである。
【００３９】
容器胴体６１及び蓋６２を自転テーブル６８によって自転させても良い。固定されたレーザー光の照射部分から照射されたレーザー光６５ａの光路上に溶接予定箇所１４が通過するように容器胴体６１及び蓋６２を自転させ、自転テーブル６８が１周を終えることによってレーザー光６５ａの照射が終了する。溶接速度は接合しようとする形状や材質などによるが、例えば、８〜１００ｃｍ／秒である。このとき、レーザー溶接によって溶接箇所を正確にコントロールできる。
【００４０】
レーザー光６５ａの照射部分がレーザー発生器回転手段（不図示）によって、容器胴体６１及び蓋６２を中心として回転しても良い。レーザー光６５ａの照射部分が溶接予定箇所６６に沿って移動し、レーザー光６５ａの照射部分がレーザー発生器回転手段によって１周を終えると、レーザー光６５ａの照射を終了する。溶接速度は接合しようとする形状や材質などによるが、例えば、８〜１００ｃｍ／秒である。このとき、レーザー溶接によって溶接箇所を正確にコントロールできる。
【００４１】
溶接予定箇所６６に２周以上レーザー光を照射しても良い。このとき、容器胴体６１及び蓋６２を自転テーブル６８によって自転させて又はレーザー光６５ａの照射部分がレーザー発生器回転手段により移動されて規定の周を終えると、レーザー光６５ａの照射を終了する。さらに２個以上のレーザー光６５ａの照射部分を設置し、それぞれを１周させることにより、２以上の循環線状のレーザー溶接を行なっても良い。
【００４２】
レーザー発生手段６５が発生させたレーザー光６５ａを光分岐器（不図示）で分岐させ、２以上のレーザー光６５ａの照射部分を溶接予定箇所６６に沿って配置しても良い。全ての溶接予定箇所６６に対して同時又は略同時にレーザー光６５ａの照射を開始し、溶接予定箇所６６の溶接が終了するとレーザー光６５ａの照射を終了する。このとき、溶接予定箇所６６は溶接箇所となる。
【００４３】
蓋装着工程Ｓ３において、蓋６２を押さえつけなければ、溶接予定箇所６６の一部が密着することもあり、また、密着しないこともある。しかし、気体８１を蓋６２に噴射し続け、かつ、溶接予定箇所６６を密着状態にしたまま、溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射して溶接を開始すると、蓋６２に機械的蓋固定手段を接触させず非接触で溶接予定箇所６６を正確に溶接できる。すると、レーザー光６５ａの照射が終了するまでの間、搬送手段で高速搬送されている容器胴体６１と蓋６２とを正確に保持する装置を必要とせず、レーザー溶接システムが安値となり、また、省スペース化できる。
【００４４】
容器胴体６１や蓋６２の洗浄水、装置へのかけ水或いは容器胴体６１に充填された飲料用又は食品用の液体等の残留液体が溶接予定箇所６６に存在していることがある。この状態でレーザー光６５ａを溶接予定箇所６６に照射しても、残留液体が気化する際に一定の熱量を溶接予定箇所６６から奪ってしまうため、レーザー溶接の品質が低下する。気体８１を蓋６２に噴射し続け、かつ、溶接予定箇所６６を密着状態にしたまま、溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射してレーザー溶接を開始すると、溶接予定箇所６６に存在した残留液体が押し出されて溶接予定箇所６６に残留液体が残留しにくくなる。よって、レーザー光６５ａの熱量が奪われにくくなり、レーザー溶接の品質が高くなる。
【００４５】
蓋溶接工程Ｓ４において、気体８１の噴射を受けた蓋６２が容器胴体６１に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることが好ましい。気体８１の噴射を受けた蓋６２が容器胴体６１に加える圧力が４００００Ｐａ未満であると、溶接予定箇所６６に残留液体が存在するとそれらが残留しやすくなる。上記のように、溶接予定箇所６６に残留した残留液体は、レーザー溶接の品質を低下させる原因となる。そこで、レーザー溶接する際、気体８１の噴射を受けた蓋６２が容器胴体６１に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることで、溶接予定箇所６６に存在する残留液体を排除し、レーザー溶接の品質がより高くなる。さらに、気体８１の噴射量を抑えて蓋６２を押さえることができ、よりランニングコストが安値になる。しかし、ＰＥＴ製の容器胴体６１の場合、気体８１の噴射を受けた蓋６２が容器胴体６１に加える圧力の上限は、１．８ＭＰａ以下が好ましい。１．８ＭＰａを超えると容器胴体６１の変形が顕著になる場合がある。
【００４６】
蓋溶接工程Ｓ４において、蓋６２の外壁面のうち溶接予定箇所６６の法線に対して０°以上、かつ、３０°以下となる角度で気体８１を蓋６２に噴射することが好ましい。図３に密封容器２００の溶接予定箇所１４の拡大概略図を示した。図３において、蓋１３の外壁面のうち溶接予定箇所１４となる面１３ａに対する法線８２を示した。また、気体噴射手段（不図示）が噴射した気体８１の噴射方向と法線８２との角度を角度θとして示した。
【００４７】
角度θが３０°を超えると、気体８１が蓋１３を加圧しにくくなり、蓋１３が容器胴体１１の開口部（不図示）からずれやすくなる。また、レーザー溶接する際、角度θが０°であると、気体８１が蓋１３を最も効率よく加圧することができる。よって、溶接予定箇所１４における容器胴体１１と蓋１３との密着力をより向上させ、溶接予定箇所１４に残留液体がより残留しにくくなる。この状態でレーザー溶接すると、レーザー溶接の品質がより高くなる。
【００４８】
蓋溶接工程Ｓ４において、気体８１を噴射する他の形態がある。図４にカバー８６を用いた気体噴射装置の一形態の一部縦断面図を示した。図４において、カバー８６で蓋１３の外壁面を覆い、カバー８６の外縁部８６ａを容器胴体１１の肩部１８に密着させ、内部空間８９を形成する。カバー８６の天面であって溶接予定箇所１４と対向するように気体噴射手段７１が装着される。気体８１は気体噴射手段７１が噴射したものである。レーザー光８４はレーザー発生手段の照射部分８７が照射したものである。また、カバー８６の天面であってレーザー光８４が通過する箇所にはレンズ８８が装着される。或いは、光ファイバー（不図示）により、照射部分８７を内部空間８９の内部に配置してもよい。カバー８６は、耐圧性と剛性とを兼ね備えた材料で形成されていることが好ましい。例えば、カバー８６をプラスチック材料製や金属材料製としても良い。カバー８６を用いると、気体噴射手段７１と容器胴体１１との位置関係が固定されるため、気体噴射手段７１の気体８１の噴射圧力が高い場合でも、気体８１の噴射により容器胴体１１及び蓋１３の全体が移動しまうことがなくなり、容器胴体１１の搬送不良や溶接不良を発生させるおそれが少ない。また、カバー８６を用いると、溶接予定箇所１４以外にレーザー光８４の照射範囲があっても不要な範囲はカバー８６で遮ることができるため、レーザー光８４の照射による容器胴体１１及び蓋１３の変質及び損傷が少なくなる。特に、容器胴体１１又は蓋１３の外壁面にレーザー光８４に対して吸収性を有する印字又は印刷がされている場合に有効である。カバー８６の外縁部８６ａは、カバー８６の密閉性を高めるため、Ｏ−リング等のシール材が配置されていることが好ましい。外縁部８６ａにシール材を配置することで、図３における気体８１の噴射方向と法線８２との角度θを３０°以上にしても、蓋１３に容器胴体１１を押し付ける力が働くので、角度θに関係なく容器胴体１１と蓋１３との密着力をより向上させることができる。
【００４９】
なお、ターンテーブル（不図示）がスターホイール等の容器保持部分（不図示）を有する場合に、容器保持部分とターンテーブルとの外側にガイド（不図示）を設けることで、気体８１の噴射により容器胴体１１及び蓋１３の全体が移動される事態を防止できる。また、図３における気体８１の噴射方向と法線８２との角度θ並びに蓋１３の形状及び重量を適切に設計することで、気体８１の噴射により蓋１３が移動されてしまう事態を回避することができる。
【００５０】
図４に示すように、本実施形態では、蓋１３の外壁面を覆って容器胴体１１に密着するカバー８６により密閉された内部空間８９を形成し、内部空間８９の中に気体８１を噴射して内部空間８９が加圧状態となってから溶接予定箇所１４にレーザー光８４を照射して溶接を開始することが好ましい。気体噴射手段７１が気体８１を噴射すると、内部空間８９を加圧状態とすることができる。内部空間８９が加圧状態となると、蓋１３が容器胴体１１により強く押し付けられ、溶接予定箇所１４における容器胴体１１と蓋１３との密着力をより向上させ、溶接予定箇所１４に残留液体が存在してもそれらが残留しにくくなる。この状態でレーザー溶接すると、レーザー溶接の品質がより高くなる。さらに、内部空間８９が密閉されていることで、気体噴射手段７１が気体８１を噴射し続けなくとも加圧状態を維持することができ、気体８１の噴射量を節約することができ、よりランニングコストが安値になる。
【００５１】
蓋溶接工程Ｓ４において、気体８１を噴射する他の形態がある。図５にカバー８６を用いた気体噴射装置の第２形態の一部縦断面図を示した。図５において、カバー８６で蓋１３の外壁面を覆い容器胴体１１の肩部１８とカバー８６の外縁部８６ａとの間にすきまを設けることで、内部空間８９を外部空間９０に連通させても良い。また、カバー８６を容器胴体１１の肩部１８に密着させ、カバー８６の側面に通気口（不図示）を設けて、内部空間８９を外部空間９０に連通させても良い。カバー８６の天面であって溶接予定箇所１４と対向するように気体噴射手段７１が装着される。気体８１は気体噴射手段７１から噴射したものである。レーザー光８４はレーザー発生手段（不図示）の照射部分８７が照射したものである。また、カバー８６の天面であってレーザー光８４が通過する箇所にはレンズ８８が装着される。或いは、光ファイバー（不図示）により、照射部分８７を内部空間８９の内部に配置してもよい。カバー８６は、内部空間８９と外部空間９０との連通手段であるすきまや通気口を設ける以外は図４に示したカバーと同様である。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態では、少なくとも蓋１３の外壁面をカバー８６で覆い、カバー８６の内部空間８９を外部空間９０に連通させた状態とし、蓋１３に気体８１を噴射し続けて内部空間８９を加圧状態としたままで溶接予定箇所１４にレーザー光８４を照射して溶接を開始することが好ましい。気体噴射手段７１が気体８１を噴射し続けると、内部空間８９を加圧状態とすることができる。内部空間８９が加圧状態となると、蓋１３が容器胴体１１により強く押し付けられ、溶接予定箇所１４における容器胴体１１と蓋１３との密着力をより向上させ、溶接予定箇所１４に残留液体が存在してもそれらが残留しにくくなる。この状態でレーザー溶接すると、レーザー溶接の品質がより高くなる。
【００５３】
図４のように、内部空間８９を密閉状態にすると気体８１の噴射量を節約することができる利点がある。一方、図５のように、内部空間８９を外部空間９０に連通させると、気流８５が内部空間８９からレーザー光８４の照射により内部空間８９に充満したガスとともに外部空間９０に流れる。すなわち、レーザー光８４の照射によりガスが発生しても、レーザー光８４が散乱しにくくなり、レーザー溶接の品質が低下しにくくなる利点がある。
【００５４】
蓋溶接工程Ｓ４において、気体噴射後のガスの流れの制御を次のようにすることが好ましい。本実施形態では、蓋溶接工程Ｓ４の前に容器胴体１１に飲料用又は食品用の液体を充填する充填工程Ｓ１を有し、蓋溶接工程Ｓ４において、レーザー溶接する際に発生する、飲料用又は食品用の液体或いは液体を充填する際に用いる洗浄水に由来するガスを、溶接予定箇所１４に照射されるレーザー光８４の光路以外の場所に移動させるように気体８１を蓋１３に噴射し続け、そのまま溶接予定箇所１４にレーザー光８４を照射して溶接を開始することが好ましい。図６に気体噴射後のガスの流れの様子を示す概念図を示した。図６において、容器胴体１１には飲料用又は食品用の液体が予め充填されている。カバー８６の天面であって溶接予定箇所１４と対向するように気体噴射手段７１ａが装着される。レーザー光８４はレーザー発生手段（不図示）が照射したものである。また、カバー８６の天面であってレーザー光８４が通過する箇所にはレンズ８８が装着される。カバー８６の天面であってレンズ８８を挟むように気体噴射手段７１ｂが装着される。或いは、光ファイバー（不図示）により、照射部分（不図示）を内部空間８９の内部に配置してもよい。気体８１ａ及び８１ｂを噴射する速度や噴射する角度又は気体噴射手段７１ａ及び７１ｂの設置角度等を調整し、レーザー光８４の光路以外の場所に発生ガス９１や水蒸気９２等の残留液体に由来するガスを移動させることが好ましい。例えば、発生ガス９１は溶接予定箇所１４に残留していた液体が気化したものであり、水蒸気９２は蓋１３の天面に付着していたかけ水や洗浄水が蒸発したものである。なお、カバー８６を備えなくとも良い。
【００５５】
気体噴射手段７１ａが気体８１ａを蓋１３に噴射し続け、かつ、気体噴射手段７１ｂが気体８１ｂを蓋１３に噴射し続けると、発生ガス９１又は水蒸気９２をレーザー光８４の光路以外の場所に移動させることができる。例えば、蓋１３に噴射された気体８１ａは、発生ガス９１とともにレーザー光８４の光路から離れるようにして移動する。また、蓋１３に噴射された気体８１ｂは、水蒸気９２とともにレーザー光８４の光路から離れるようにして移動する。この状態でレーザー溶接すると、レーザー光８４の光路以外に発生ガス９１又は水蒸気９２が移動されて、レーザー光８４が散乱しにくくなり、レーザー溶接の品質が低下しにくくなる利点がある。
【００５６】
次に、容器排出工程Ｓ５において、レーザー溶接を終えて密封された密封容器は、ターンテーブル６９から降ろされる。
【００５７】
次に、不良品検査工程Ｓ６において、不良容器排除手段７０によって、溶接不良の容器が排除される。溶接不良の判断は、上記モニタリングの結果と共に画像検査機（不図示）の外観検査結果を基に行なうことが好ましい。
【実施例】
【００５８】
［密封容器の作製］
蓋から容器胴体にかかる加圧力と溶接不良との関係を調べるために、図５に示す方法で、各条件１０個の容器をレーザー溶接した。表１には、ＰＥＴ又はスチールといった容器胴体の種類、荷重を加圧時に蓋と重なる容器胴体の開口部の天面の面積（有効面積）で除した加圧力及び溶接不良数／全体数を示した。表１において、容器胴体がＰＥＴ製の場合は、耐圧丸型の５００ｍｌＰＥＴボトルを用い（サンプルＮｏ．１〜６。有効面積０．７５ｃｍ２。）、スチール製の場合は、市販の２００ｍｌ缶を用いた（サンプルＮｏ．７〜１２。有効面積１．００ｃｍ２。）。また、蓋は容器胴体の開口部に適合するように専用に成形したＰＥＴ製の蓋を用いた。なお、いずれの容器胴体も、図２（ｄ）に示した密封容器のように、容器胴体の側面の溶接予定箇所で容器胴体と蓋とを溶接した。荷重を有効面積で除し、一定の加圧力が溶接予定箇所の面にかかるように設定した。ここで、ＰＥＴボトルとＰＥＴ製の蓋とをレーザー溶接する場合、蓋とボトル胴体との溶接予定箇所の蓋側に、市販の８０８ｎｍの吸光度が約６０％の黒色インクを塗布した。容器胴体の容量にあわせて飲料水を充填した。室温は１５℃であった。容器胴体の開口部に蓋を装着し、蓋の天面に略垂直となる方向から気体を狭い範囲に噴射し、加わった荷重をロードセルで測定した。蓋の天面から蓋全体にわたって波長が８０８ｎｍのレーザー光を０．８Ｊ／ｍｍ２のエネルギー供給となるように照射した。
【００５９】
［密封性試験］
作製した密封容器の底に孔を設け、内容物を取り出し、その孔から０．１５ＭＰａの圧縮空気を注入し、蓋のシール性が維持されるか否かで密封性の有無を評価した。シール性が維持されなかった場合を溶接不良とした。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１の結果から次のことがわかる。加圧力が２００００Ｐａ以下では溶接不良の割合が高くなる。一方、加圧力を４００００Ｐａ以上にすると、溶接不良の割合は低くなる。表１の範囲外となる７００００Ｐａを超えるように加圧力を上げていった場合、いずれかの段階で強いガス流れにより容器を一定位置に留めることや作業雰囲気を良好に保つことが困難になる。また、１．８ＭＰａを超える加圧力にすることは、ＰＥＴボトルの場合、容器胴体の変形が顕著となるため実効性がない。
【００６２】
［試験用シートの作製］
次に、溶接不良の割合が低くなる加圧力と溶接箇所の剪断強度との関係を調べるため、図５に示す方法で各条件１０個ずつ、試験用シートをレーザー溶接し、レーザー溶接された試験用シートの引っ張り試験を実施した。表２には、ＰＥＴ又はスチールといった試験用シートの種類、荷重を試験用シートの面積で除した加圧力及び平均剪断強度を示した。図２（ｄ）に示したような密封容器では、内圧によって、溶接箇所に、容器側面の面方向であって蓋の開封方向（図２（ｄ）の矢印Ａ方向）の剪断応力が加わるため、溶接箇所の剪断強度が高い場合に密封性が高いと考えられる。従って、溶接不良の割合が低くなる加圧力と溶接箇所の剪断強度との関係から、密封容器における溶接不良の割合が低くなる加圧力と密封性との関係を判断できる。
【００６３】
ＰＥＴボトル及びＰＥＴ製の蓋に見立てた試験用シートを、２枚のＰＥＴシートで作製した（サンプルＮｏ．１３〜１５。）。以後の説明において、ＰＥＴシートＩがＰＥＴ製の蓋に相当し、ＰＥＴシートＩＩがＰＥＴボトルに相当する。
【００６４】
開口部の直径が２５ｍｍのＰＥＴボトル胴体の開口部に、直径２７ｍｍ厚さ１ｍｍのＰＥＴ板を、開口部の端部とＰＥＴ板の表面が重なるように置いた。次に、そのＰＥＴ板の上に、ＰＥＴシートＩとＰＥＴシートＩＩの順で表面が重なるように置いた。この際に、ＰＥＴシートＩのＰＥＴシートＩＩと接する面には、黒色インクを幅１ｍｍ長さ１０ｍｍで直線状に塗布し、また、ＰＥＴシートＩとＰＥＴシートＩＩの重なる部分の面積が１ｃｍ２になるように配置した。次に、ＰＥＴボトル胴体、ＰＥＴ板、ＰＥＴシートＩ及びＰＥＴシートＩＩを、黒色インクを塗布した場所には及ばないように、粘着テープや筒等で固定した後、ＰＥＴシートＩとＰＥＴシートＩＩの重なる部分にできるだけ限定して圧力がかかるように表面に略垂直となる方向から気体を狭い範囲に噴射し、加わった荷重をロードセルで測定した。次に、ＰＥＴボトルの上方からのＰＥＴ板全体を包含する領域に向けた０．８Ｊ／ｍｍ２のレーザー照射によって溶接を行い、試験用シートを作製した。ここで、黒色インクを塗布した場所が溶接箇所となった。
【００６５】
スチール製の缶及びＰＥＴ製の蓋に見立てた試験用シートを、スチール製の缶片とＰＥＴシートとで作製した（サンプルＮｏ．１６〜１８。）。
【００６６】
ＰＥＴシートＩをスチール缶とし、黒色インクをシール材とした以外は、上記と同様の気体の噴射条件及びレーザー光の照射条件で溶接を行い、試験用シートを作製した。ここで、シール材を塗布した場所が溶接箇所となった。
【００６７】
［引っ張り試験］
作製した試験用シートについて、島津製作所製オートグラフＡＧ−１０ｋＮＤで引っ張り試験を行った。試験用シートの一方であるＰＥＴシートＩと他方であるＰＥＴシートＩＩ又はスチール缶片を、シートの主面上で、黒色インク又はシール剤を塗布した直線ラインに対して垂直方向に互いに反対方向に引っ張り、剪断強度を測定した。
【００６８】
【表２】
【００６９】
表２の結果から次のことがわかる。加圧力が４００００Ｐａ以上、かつ、７００００Ｐａ以下の間では、加圧力を変化させてもほぼ一定範囲の剪断強度が得られる。これ程の剪断強度を備えるのであれば、本発明に係る密封容器は、十分な気封性（耐圧力０．２ＭＰａ程度）を有する。表２の範囲外となる７００００Ｐａを超えるように加圧力を上げていった場合、いずれかの段階で強いガス流れにより試験用シートを一定位置に留めることや作業雰囲気を良好に保つことが困難になる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本実施形態に係る密封容器の各製造工程を示す概略工程図である。
【図２】本実施形態に係る密封容器の概略図であり、（ａ）は第１形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｂ）は第２形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｃ）は第３形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｄ）第４形態の密封容器の一部縦断面概略図である。
【図３】本実施形態に係る密封容器の溶接予定箇所の拡大概略図である。
【図４】カバーを用いた気体噴射装置の一形態の一部縦断面図である。
【図５】カバーを用いた気体噴射装置の第２形態の一部縦断面図である。
【図６】気体噴射後のガスの流れの様子を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７１】
１，１１，２１，３１，６１ 容器胴体
３，１３，２３，３３，６２ 蓋
４，１４，２４，３４，６６ 溶接予定箇所
９，１９，２９，３９，５９ 開口部
１３ａ 面
１８ 肩部
２７ つまみ
５７ 容器搬送手段
５８ 液体
６３ａ 蓋供給手段
６３ｂ 蓋搬送手段
６４ 蓋装着手段
６５ レーザー発生手段
６５ａ，８４ レーザー光
６８ 自転テーブル
６９ ターンテーブル
７０ 不良容器排除手段
７１，７１ａ，７１ｂ 気体噴射手段
８１，８１ａ，８１ｂ 気体
８２ 法線
８５ 気流
８６ａ カバー
８６ 外縁部
８７ 照射部分
８８ レンズ
８９ 内部空間
９０ 外部空間
９１ 発生ガス
９２ 水蒸気
１００，２００，３００，４００ 密封容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー溶接法において、レーザー光の照射前に容器胴体の開口部と開口部を密閉する蓋との溶接予定箇所を密着させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
密封容器、例えば飲料用容器には、壜、缶、プラスチック容器等の各種容器が知られている。近年、その良ハンドリング性等の利便性の観点から缶やプラスチック容器が広く用いられるようになってきている。
【０００３】
プラスチック容器に関しては、巻締工程を実施することが困難であり、飲料用金属缶容器のように巻き締めをして密封するプラスチック容器は流通していない。プラスチック容器において、最も流通している容器はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ボトルである。近年、金属製で、ＰＥＴボトルと同じようなボトル形状の缶容器も流通している。
【０００４】
ところで、容器胴体に装着したプラスチック製のキャップに加熱ガスジェットを噴射してキャップの熱収縮により容器を密封する技術が開示されている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００５】
また、熱溶接、超音波振動、高周波熱伝導でシール部材を容器胴体に溶接させて密封する技術が開示されている（例えば特許文献２又は３を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−１５１６９２号公報
【特許文献２】特開平４−７２１９３号公報
【特許文献３】特開２００４−５７８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１をはじめとする加熱ガスジェットで容器を密封する方法では、熱収縮する材料以外で形成されたキャップを用いると密封することができない。また、上記の方法では、加熱ガスジェットを噴射する装置が必要となり、コストアップの要因となる。
【０００８】
特許文献２又は３をはじめとする熱溶接、超音波振動、高周波熱伝導で容器を密閉する方法では、熱発生部材、超音波発生部材又は高周波発生部材等の機械的蓋固定手段でシール部材に接触する必要がある。そのため、コンベア等の容器搬送手段で高速搬送されている容器胴体とシール部材とを正確に密着させる装置が必要になり、コストアップにつながる。
【０００９】
レーザー溶接では、シール部材、キャップ等の蓋に接触することなく容器胴体と蓋とを溶接することができる。さらに、レーザー溶接では機械的蓋固定手段が不要になり、省スペース化できる。しかし、レーザー溶接において、蓋を棒等の機械的蓋固定手段で押さえつけて容器胴体の開口部に装着する前工程が広く行われている。上記の前工程があると、レーザー光の照射が終了するまでの間、容器搬送手段で高速搬送されている容器胴体と蓋とを正確に保持する装置が必要になり、コストアップと省スペース化の妨げにつながる。
【００１０】
また、飲料用又は食品用の容器をレーザー溶接する場合、密封時の周辺環境の液体（例えば装置へのかけ水）や充填される液体が溶接予定箇所に挟まった状態で溶接する必要がある場合が多い。これらの液体が、一定の熱量を溶接予定箇所から奪ってしまうため、溶接の品質が低下する。
【００１１】
本発明の目的は、密封容器の製造装置又は密封容器の製造方法において、レーザー溶接する際に蓋に非接触のまま密封性良く蓋を溶接することで、レーザー溶接の品質を高くすることである。このとき、蓋に非接触にもかかわらず容器胴体と蓋との密封性を確保することで機械的蓋固定手段を装置から取り除き、省スペース化することを目的とする。さらに、従来のガスパージ装置を転用することを目的とする。このとき、従来のガスパージ装置を転用することでガスパージと気体の噴射とを兼用し、レーザー溶接システムを安値にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は鋭意開発した結果、レーザー溶接法において、気体を蓋に噴射し続け、かつ、溶接予定箇所を密着状態としたままレーザー光を照射することで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。本発明に係る密封容器の製造方法は、開口部を有する容器胴体と前記開口部を密封する蓋とをレーザー溶接法によって溶接して気密状態とした密封容器の製造方法において、前記容器胴体に前記蓋を装着する蓋装着工程と、前記蓋に気体を噴射し続け、かつ、前記容器胴体と前記蓋との溶接予定箇所を密着状態としたままで前記溶接予定箇所にレーザー光を照射して溶接を開始する蓋溶接工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程において、前記気体の噴射を受けた前記蓋が前記容器胴体に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることが好ましい。前記蓋が前記容器胴体に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることで、レーザー溶接の品質がより高くなる。
【００１４】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程において、前記蓋の外壁面のうち前記溶接予定箇所の法線に対して０°以上、かつ、３０°以下となる角度で前記気体を前記蓋に噴射することが好ましい。上記の角度で前記気体を噴射することで、前記気体の噴射量を抑えて前記蓋を押さえることができ、よりランニングコストが安値になる。
【００１５】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程において、前記蓋の前記外壁面を覆って前記容器胴体に密着するカバーによって密閉された内部空間を形成し、前記内部空間の中に前記気体を噴射して前記内部空間が加圧状態となってから前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始することが好ましい。前記内部空間が加圧状態となってからレーザー溶接を開始することで、前記蓋にかかる圧力が安定し、レーザー溶接の品質がより高くなる。また、前記気体を噴射し続けなくとも前記内部空間の加圧状態を維持でき、よりランニングコストが安値になる。
【００１６】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程において、少なくとも前記蓋の前記外壁面をカバーで覆い、前記カバーの内部空間を外部空間と連通させた状態とし、前記蓋に前記気体を噴射し続けて前記内部空間を加圧状態としたままで前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始することが好ましい。前記内部空間が加圧状態となってからレーザー溶接を開始することで、前記蓋にかかる圧力が安定し、レーザー溶接の品質がより高くなる。前記内部空間の内部が前記気体で置換されることで、前記内部空間の内部で発生したガスをすみやかに排出できる。
【００１７】
本発明に係る密封容器の製造方法では、前記蓋溶接工程の前に前記容器胴体に飲料用又は食品用の液体を充填する充填工程を有し、前記蓋溶接工程において、レーザー溶接する際に発生する、前記飲料用又は食品用の液体或いは前記液体を充填する際に用いる洗浄水に由来するガスを、前記溶接予定箇所に照射される前記レーザー光の光路以外の場所に移動させるように前記気体を前記蓋に噴射し続け、そのまま前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始すること好ましい。前記光路以外に前記ガスを移動させつつレーザー溶接を開始めることができるので、前記レーザー光の損失が少なく、レーザー溶接の品質がより高くなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、密封容器の製造装置又は密封容器の製造方法において、レーザー溶接する際に蓋に非接触のまま密封性良く蓋を溶接することで、レーザー溶接の品質を高くすることができる。このとき、蓋に非接触にもかかわらず容器胴体と蓋との密封性を確保することで機械的蓋固定手段を装置から取り除き、省スペース化できる。さらに、従来のガスパージ装置を転用することができる。このとき、従来のガスパージ装置を転用することでガスパージと気体の噴射とを兼用し、レーザー溶接システムを安値にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。なお、同一部材・同一部位には同一符号を付した。
【００２０】
本実施形態に係る密封容器の製造方法について説明する。図１に本実施形態に係る密封容器の製造方法の一形態を示す工程図を示した。本実施形態に係る密封容器の製造方法は、開口部５９を有する容器胴体６１と開口部５９を密封する蓋６２とをレーザー溶接法によって溶接して気密状態とした密封容器の製造方法において、容器胴体６１に蓋６２を装着する蓋装着工程Ｓ３と、蓋６２に気体８１を噴射し続け、かつ、容器胴体６１と蓋６２との溶接予定箇所６６を密着状態としたままで溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射して溶接を開始する蓋溶接工程Ｓ４と、を備える。図１では、さらに蓋装着工程Ｓ３の前に、容器胴体６１に液体を充填する充填工程Ｓ１、蓋６２を容器胴体６１に供給する蓋供給工程Ｓ２が示されている。図１では、さらに蓋溶接工程Ｓ４の後に、蓋６２で密封された容器胴体６１を排出する容器排出工程Ｓ５、溶接不良を検査する不良品検査工程Ｓ６が示されている。なお、充填工程Ｓ１の前に容器胴体６１の内部や蓋６２を洗浄する洗浄工程を設けても良い。また、蓋溶接工程Ｓ４を経た密封容器にラベルを付すラベリング工程を設けても良い。
【００２１】
まず、充填工程Ｓ１において、飲料用又は食品用の液体５８を容器胴体６１に充填する。
【００２２】
次に、液体５８を充填した容器胴体６１を容器搬送手段５７により蓋搬送手段６３ｂまで搬送する。このとき、液体５８が発泡している場合には泡切りを行なう。
【００２３】
次に、蓋供給工程Ｓ２において、蓋供給手段６３ａによって蓋６２が蓋搬送手段６３ｂに供給される。蓋搬送手段６３ｂは、蓋６２を１つの容器胴体６１につき一個、開口部５９まで搬送する。
【００２４】
ここで、本実施形態に係る密封容器について説明する。図２（ａ）に本実施形態に係る第１形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器１００は、開口部９を有する容器胴体１が、開口部９を密封する蓋３によって密封された密封容器であって、容器胴体１と蓋３との溶接予定箇所４を有する。
【００２５】
図２（ｂ）に本実施形態に係る第２形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器２００は、開口部１９を有する容器胴体１１が、開口部１９を密封する蓋１３によって密封された密封容器であって、容器胴体１１と蓋１３との溶接予定箇所１４を有する。密封容器１００は開封時にストローが挿しやすい形状であり、密封容器２００はボトル形状である。また、密封容器１００は溶接予定箇所４の面積を大きく取れるので耐圧強度を大きくすることができる。
【００２６】
図２（ｃ）に本実施形態に係る第３形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器３００は、蓋２３の端部に開蓋のためのつまみ２７を設け、容器胴体２１と蓋２３との溶接予定箇所２４を有する。容器胴体２１から開口部２９に至るまで、截頭円錐状とすることで、飲みやすい飲み口としている。また、蓋２３を小型化でき、蓋材料の使用量を低減できる。
【００２７】
図２（ｄ）に本実施形態に係る第４形態の密封容器の一部縦断面概略図を示した。密封容器４００は、容器胴体３１の側面に、容器胴体３１と蓋３３との溶接予定箇所３４を有する。そのため、レーザー溶接後に溶接予定箇所３４は溶接箇所になるが、この溶接箇所には、内圧によって、当該側面の面方向であって蓋３３の開封方向（図２（ｄ）の矢印Ａ方向）の剪断応力が加わる。密封容器４００では溶接予定箇所３４を容器胴体３１の側面に設けたため、溶接面積を大きくできるので、蓋３３と容器胴体３１との単位面積あたりの溶接力が弱くても、高い剪断強度が得られる。そのため、比較的弱い溶接による容易な開蓋性と高い耐圧性を兼ね備えることができる。なお、溶接予定箇所３４は、開口部３９に向かってわずかに先細りのテーパー状であっても良く又はわずかな突起部を設けても良い（不図示）。溶接予定箇所３４をこのような形状にすることで、容器胴体３１と蓋３３との溶接時の密着性を確保しやすくなる。
【００２８】
容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、レーザー溶接が可能である素材であればいかなる素材から形成されていても良いが、容器胴体に充填される液体によっても制限を受ける。例えば飲料用容器であれば、液体の品質保持の観点から、容器胴体に充填される液体に対して不活性であることが必要である。さらに酸素等のガスバリア性を備えていることが好ましい。また炭酸飲料を充填する場合には耐圧性を有する素材から形成されていることが必要である。このような観点から容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、アルミニウム又はスチール等の金属材料或いはプラスチック材料から形成されていることが好ましい。また、容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３は、リサイクル性の観点から同一素材で形成することが好ましい。特にプラスチック材料から形成することが好ましく、高温まで加熱しなくてもレーザー溶接が可能である。プラスチック材料製の密封容器とすれば、従来のＰＥＴボトルと比較して、充填速度と輸送効率が向上すると共に容器のリサイクル性が向上する。このとき、プラスチック容器は透光性を有するため、金属缶と異なって容器胴体に充填される液体を目視することができる。さらに、缶構造と比較すると巻締できない形状であっても密封化でき、巻締する場合よりも小さな蓋を用いて密封化できる。
【００２９】
例えば、容器胴体１，１１，２１，３１と蓋３，１３，２３，３３との材料の組み合わせとしては、プラスチック材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋、金属材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋又は金属材料製の容器胴体と金属材料製の蓋であって容器胴体と蓋との間にプラスチック樹脂シート（不図示）を挟み込んだものがある。なお、プラスチック樹脂シートを挟み込む前記いずれの場合においても、その代わりにプラスチック樹脂を含有したシール剤（不図示）を塗布しても良い。シール剤を用いると、プラスチック材料製の容器胴体とプラスチック材料製の蓋とを溶着させた場合より溶着強度が低下することが多いが、その一方で容易な開蓋性を得ることができる。
【００３０】
本発明のプラスチック容器を成形する際に使用する樹脂は、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、シクロオレフィンコポリマ樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）、アイオノマ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、４弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂を例示することができる。この中で、ＰＥＴが特に好ましい。なお、容器胴体１，１１，２１，３１及び蓋３，１３，２３，３３をプラスチック材料製とする場合、その内表面若しくは外表面或いはその両面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜、Ｓｉ含有ＤＬＣ膜、ポリマーライクカーボン膜、ＳｉＯｘ膜、金属薄膜等のガスバリア性薄膜をコーティングしたものを用いても良い。飲料用プラスチック容器の場合、ガスバリア性が高いほうが好ましいからである。さらに、ガスバリア性薄膜がレーザー光を吸収する場合にはレーザー光の受光部が発熱する。したがって、レーザー光を吸収しない透明樹脂で容器を形成したとしても、ガスバリア性薄膜を成膜することで、別途、吸収部を設けなくても溶接効率が良い。
【００３１】
金属材料製の容器胴体１，１１，２１，３１と金属材料製の蓋３，１３，２３，３３とであれば、金属材料製の容器胴体１，１１，２１，３１と金属材料製の蓋３，１３，２３，３３との溶接予定箇所４，１４，２４，３４にプラスチック樹脂シートを挟みこんでも良い。溶接予定箇所４，１４，２４，３４において、プラスチック樹脂シートが溶融されて固化することで、容器胴体１，１１，２１，３１と蓋３，１３，２３，３３とが接合される。溶接予定箇所４，１４，２４，３４に使用するプラスチック樹脂は、溶接方法によって適宜選択されるが、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、グリコール変性ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＧ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、シクロオレフィンコポリマ樹脂（ＣＯＣ、環状オレフィン共重合）、アイオノマ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、４弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂である。この中で、ＰＥＴが金属と密着性が良いので特に好ましい。
【００３２】
次に、図１の蓋装着工程Ｓ３において、蓋装着手段６４が、容器胴体６１に蓋６２を装着する。蓋６２が容器胴体６１に装着された際、容器胴体６１と蓋６２との溶接予定箇所６６の一部又は全部が密着しあっても良いし、溶接予定箇所６６が密着しあっていなくても良い。レーザー光６５ａを照射するときには、気体８１を噴射することで蓋６２を容器胴体６１に押さえつけるからである。なお、蓋供給工程Ｓ２と蓋装着工程Ｓ３とを、略同時に行っても良い。
【００３３】
次に、蓋溶接工程Ｓ４において、蓋６２が装着された容器胴体６１をターンテーブル６９に載せる。ターンテーブル６９上の各容器胴体６１及びその蓋６２は、容器を軸中心に自転させる自転テーブル６８によって自転させる。その後、気体噴射手段７１が蓋６２に気体８１を噴射し続け、かつ、溶接予定箇所６６を密着状態としたままで、レーザー発生手段６５により溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａの照射を開始する。
【００３４】
気体噴射手段７１は、空気、アルゴンガス、窒素ガスその他の気体８１を噴射できればよく、従来のガスパージ装置を転用することが好ましい。気体８１の噴射でガスパージを兼ねることができ、気体噴射手段７１としての新たな装置が必要とならず、レーザー溶接システムが安値になる。
【００３５】
レーザー発生手段６５によって、溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射する。レーザー光６５ａはスポット状、線状、領域状若しくはリング状に照射することが例示される。レーザー発生手段６５と溶接予定箇所６６との位置関係によって適宜、レーザー照射形状が選択される。このとき、レーザー強度はレーザー出力をモニタリングすることによって監視することが好ましい。また、レーザー光６５ａのレーザー照射位置は、ＣＣＤカメラ等の画像センサー、光感受センサー若しくは赤外線センサー等の温度センサーによって、画像、発光若しくは発熱をモニタリングして監視することが好ましい。プラスチックの溶接は、光感受センサー若しくは温度センサーによって発光若しくは発熱をモニタリングすることによって監視することが好ましい。
【００３６】
レーザー発生手段６５に組み込まれるレーザー発振素子は、半導体レーザー、炭酸ガスレーザー等のガスレーザー、ＹＡＧレーザーが、例示され、レーザー溶接を行なう容器胴体及び蓋分の材質、レーザー照射移動速度、照射スポット形状等の各種パラメーターによって適宜選択する。プラスチック容器をレーザー溶接する場合には、レーザー光６５ａの出力を１ｍｍ２あたり１７〜２６Ｊとすることが好ましい。また、プラスチック樹脂シートを溶融させてレーザー溶接する場合には、レーザー光６５ａの出力を１ｍｍ２あたり０．５〜２．１Ｊとすることが好ましい。
【００３７】
レーザー光６５ａの照射を開始する前に、溶接予定箇所６６に対応する容器胴体６１又は蓋６２の表面に、或いは溶接予定箇所６６に対応するプラスチック樹脂シートの表面又は内部に、レーザー光６５ａの吸収部を設けることが好ましい。また、液体を容器胴体６１に充填する前に吸収部を印刷しておいても良い。ここで、吸収部はレーザー光６５ａの波長を吸収する金属材料、セラミック、或いは有機顔料や無機顔料等の吸収物質（塗料）を溶接予定箇所６６に付着させて着色させるなどいかなる方法で形成しても良い。塗料は、ＰＥＴの溶融温度で影響を受けない塗料を使用することが好ましい。吸収部を設けることで、レーザー光６５ａの吸収率が高くなり、小さなエネルギーでレーザー溶接することが可能となる。レーザー光６５ａに対する吸収部の吸収程度によって、レーザー光６５ａの波長、レーザーパワー、レーザー走査速度を調整することが好ましい。吸収部を設ける工程は、レーザー光６５ａの照射を開始する前であればいつでも良く、充填工程Ｓ１以前、充填工程Ｓ１、蓋供給工程Ｓ２、蓋装着工程Ｓ３又は蓋溶接工程Ｓ４のいずれかの間に設けても良い。
【００３８】
レーザー光の照射の開始とは、レーザー発生手段６５が溶接予定箇所６６を溶接する為に照射したレーザー光６５ａが容器胴体６１又は蓋６２の外壁面に到達したときである。
【００３９】
容器胴体６１及び蓋６２を自転テーブル６８によって自転させても良い。固定されたレーザー光の照射部分から照射されたレーザー光６５ａの光路上に溶接予定箇所１４が通過するように容器胴体６１及び蓋６２を自転させ、自転テーブル６８が１周を終えることによってレーザー光６５ａの照射が終了する。溶接速度は接合しようとする形状や材質などによるが、例えば、８〜１００ｃｍ／秒である。このとき、レーザー溶接によって溶接箇所を正確にコントロールできる。
【００４０】
レーザー光６５ａの照射部分がレーザー発生器回転手段（不図示）によって、容器胴体６１及び蓋６２を中心として回転しても良い。レーザー光６５ａの照射部分が溶接予定箇所６６に沿って移動し、レーザー光６５ａの照射部分がレーザー発生器回転手段によって１周を終えると、レーザー光６５ａの照射を終了する。溶接速度は接合しようとする形状や材質などによるが、例えば、８〜１００ｃｍ／秒である。このとき、レーザー溶接によって溶接箇所を正確にコントロールできる。
【００４１】
溶接予定箇所６６に２周以上レーザー光を照射しても良い。このとき、容器胴体６１及び蓋６２を自転テーブル６８によって自転させて又はレーザー光６５ａの照射部分がレーザー発生器回転手段により移動されて規定の周を終えると、レーザー光６５ａの照射を終了する。さらに２個以上のレーザー光６５ａの照射部分を設置し、それぞれを１周させることにより、２以上の循環線状のレーザー溶接を行なっても良い。
【００４２】
レーザー発生手段６５が発生させたレーザー光６５ａを光分岐器（不図示）で分岐させ、２以上のレーザー光６５ａの照射部分を溶接予定箇所６６に沿って配置しても良い。全ての溶接予定箇所６６に対して同時又は略同時にレーザー光６５ａの照射を開始し、溶接予定箇所６６の溶接が終了するとレーザー光６５ａの照射を終了する。このとき、溶接予定箇所６６は溶接箇所となる。
【００４３】
蓋装着工程Ｓ３において、蓋６２を押さえつけなければ、溶接予定箇所６６の一部が密着することもあり、また、密着しないこともある。しかし、気体８１を蓋６２に噴射し続け、かつ、溶接予定箇所６６を密着状態にしたまま、溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射して溶接を開始すると、蓋６２に機械的蓋固定手段を接触させず非接触で溶接予定箇所６６を正確に溶接できる。すると、レーザー光６５ａの照射が終了するまでの間、搬送手段で高速搬送されている容器胴体６１と蓋６２とを正確に保持する装置を必要とせず、レーザー溶接システムが安値となり、また、省スペース化できる。
【００４４】
容器胴体６１や蓋６２の洗浄水、装置へのかけ水或いは容器胴体６１に充填された飲料用又は食品用の液体等の残留液体が溶接予定箇所６６に存在していることがある。この状態でレーザー光６５ａを溶接予定箇所６６に照射しても、残留液体が気化する際に一定の熱量を溶接予定箇所６６から奪ってしまうため、レーザー溶接の品質が低下する。気体８１を蓋６２に噴射し続け、かつ、溶接予定箇所６６を密着状態にしたまま、溶接予定箇所６６にレーザー光６５ａを照射してレーザー溶接を開始すると、溶接予定箇所６６に存在した残留液体が押し出されて溶接予定箇所６６に残留液体が残留しにくくなる。よって、レーザー光６５ａの熱量が奪われにくくなり、レーザー溶接の品質が高くなる。
【００４５】
蓋溶接工程Ｓ４において、気体８１の噴射を受けた蓋６２が容器胴体６１に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることが好ましい。気体８１の噴射を受けた蓋６２が容器胴体６１に加える圧力が４００００Ｐａ未満であると、溶接予定箇所６６に残留液体が存在するとそれらが残留しやすくなる。上記のように、溶接予定箇所６６に残留した残留液体は、レーザー溶接の品質を低下させる原因となる。そこで、レーザー溶接する際、気体８１の噴射を受けた蓋６２が容器胴体６１に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることで、溶接予定箇所６６に存在する残留液体を排除し、レーザー溶接の品質がより高くなる。さらに、気体８１の噴射量を抑えて蓋６２を押さえることができ、よりランニングコストが安値になる。しかし、ＰＥＴ製の容器胴体６１の場合、気体８１の噴射を受けた蓋６２が容器胴体６１に加える圧力の上限は、１．８ＭＰａ以下が好ましい。１．８ＭＰａを超えると容器胴体６１の変形が顕著になる場合がある。
【００４６】
蓋溶接工程Ｓ４において、蓋６２の外壁面のうち溶接予定箇所６６の法線に対して０°以上、かつ、３０°以下となる角度で気体８１を蓋６２に噴射することが好ましい。図３に密封容器２００の溶接予定箇所１４の拡大概略図を示した。図３において、蓋１３の外壁面のうち溶接予定箇所１４となる面１３ａに対する法線８２を示した。また、気体噴射手段（不図示）が噴射した気体８１の噴射方向と法線８２との角度を角度θとして示した。
【００４７】
角度θが３０°を超えると、気体８１が蓋１３を加圧しにくくなり、蓋１３が容器胴体１１の開口部（不図示）からずれやすくなる。また、レーザー溶接する際、角度θが０°であると、気体８１が蓋１３を最も効率よく加圧することができる。よって、溶接予定箇所１４における容器胴体１１と蓋１３との密着力をより向上させ、溶接予定箇所１４に残留液体がより残留しにくくなる。この状態でレーザー溶接すると、レーザー溶接の品質がより高くなる。
【００４８】
蓋溶接工程Ｓ４において、気体８１を噴射する他の形態がある。図４にカバー８６を用いた気体噴射装置の一形態の一部縦断面図を示した。図４において、カバー８６で蓋１３の外壁面を覆い、カバー８６の外縁部８６ａを容器胴体１１の肩部１８に密着させ、内部空間８９を形成する。カバー８６の天面であって溶接予定箇所１４と対向するように気体噴射手段７１が装着される。気体８１は気体噴射手段７１が噴射したものである。レーザー光８４はレーザー発生手段の照射部分８７が照射したものである。また、カバー８６の天面であってレーザー光８４が通過する箇所にはレンズ８８が装着される。或いは、光ファイバー（不図示）により、照射部分８７を内部空間８９の内部に配置してもよい。カバー８６は、耐圧性と剛性とを兼ね備えた材料で形成されていることが好ましい。例えば、カバー８６をプラスチック材料製や金属材料製としても良い。カバー８６を用いると、気体噴射手段７１と容器胴体１１との位置関係が固定されるため、気体噴射手段７１の気体８１の噴射圧力が高い場合でも、気体８１の噴射により容器胴体１１及び蓋１３の全体が移動しまうことがなくなり、容器胴体１１の搬送不良や溶接不良を発生させるおそれが少ない。また、カバー８６を用いると、溶接予定箇所１４以外にレーザー光８４の照射範囲があっても不要な範囲はカバー８６で遮ることができるため、レーザー光８４の照射による容器胴体１１及び蓋１３の変質及び損傷が少なくなる。特に、容器胴体１１又は蓋１３の外壁面にレーザー光８４に対して吸収性を有する印字又は印刷がされている場合に有効である。カバー８６の外縁部８６ａは、カバー８６の密閉性を高めるため、Ｏ−リング等のシール材が配置されていることが好ましい。外縁部８６ａにシール材を配置することで、図３における気体８１の噴射方向と法線８２との角度θを３０°以上にしても、蓋１３に容器胴体１１を押し付ける力が働くので、角度θに関係なく容器胴体１１と蓋１３との密着力をより向上させることができる。
【００４９】
なお、ターンテーブル（不図示）がスターホイール等の容器保持部分（不図示）を有する場合に、容器保持部分とターンテーブルとの外側にガイド（不図示）を設けることで、気体８１の噴射により容器胴体１１及び蓋１３の全体が移動される事態を防止できる。また、図３における気体８１の噴射方向と法線８２との角度θ並びに蓋１３の形状及び重量を適切に設計することで、気体８１の噴射により蓋１３が移動されてしまう事態を回避することができる。
【００５０】
図４に示すように、本実施形態では、蓋１３の外壁面を覆って容器胴体１１に密着するカバー８６により密閉された内部空間８９を形成し、内部空間８９の中に気体８１を噴射して内部空間８９が加圧状態となってから溶接予定箇所１４にレーザー光８４を照射して溶接を開始することが好ましい。気体噴射手段７１が気体８１を噴射すると、内部空間８９を加圧状態とすることができる。内部空間８９が加圧状態となると、蓋１３が容器胴体１１により強く押し付けられ、溶接予定箇所１４における容器胴体１１と蓋１３との密着力をより向上させ、溶接予定箇所１４に残留液体が存在してもそれらが残留しにくくなる。この状態でレーザー溶接すると、レーザー溶接の品質がより高くなる。さらに、内部空間８９が密閉されていることで、気体噴射手段７１が気体８１を噴射し続けなくとも加圧状態を維持することができ、気体８１の噴射量を節約することができ、よりランニングコストが安値になる。
【００５１】
蓋溶接工程Ｓ４において、気体８１を噴射する他の形態がある。図５にカバー８６を用いた気体噴射装置の第２形態の一部縦断面図を示した。図５において、カバー８６で蓋１３の外壁面を覆い容器胴体１１の肩部１８とカバー８６の外縁部８６ａとの間にすきまを設けることで、内部空間８９を外部空間９０に連通させても良い。また、カバー８６を容器胴体１１の肩部１８に密着させ、カバー８６の側面に通気口（不図示）を設けて、内部空間８９を外部空間９０に連通させても良い。カバー８６の天面であって溶接予定箇所１４と対向するように気体噴射手段７１が装着される。気体８１は気体噴射手段７１から噴射したものである。レーザー光８４はレーザー発生手段（不図示）の照射部分８７が照射したものである。また、カバー８６の天面であってレーザー光８４が通過する箇所にはレンズ８８が装着される。或いは、光ファイバー（不図示）により、照射部分８７を内部空間８９の内部に配置してもよい。カバー８６は、内部空間８９と外部空間９０との連通手段であるすきまや通気口を設ける以外は図４に示したカバーと同様である。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態では、少なくとも蓋１３の外壁面をカバー８６で覆い、カバー８６の内部空間８９を外部空間９０に連通させた状態とし、蓋１３に気体８１を噴射し続けて内部空間８９を加圧状態としたままで溶接予定箇所１４にレーザー光８４を照射して溶接を開始することが好ましい。気体噴射手段７１が気体８１を噴射し続けると、内部空間８９を加圧状態とすることができる。内部空間８９が加圧状態となると、蓋１３が容器胴体１１により強く押し付けられ、溶接予定箇所１４における容器胴体１１と蓋１３との密着力をより向上させ、溶接予定箇所１４に残留液体が存在してもそれらが残留しにくくなる。この状態でレーザー溶接すると、レーザー溶接の品質がより高くなる。
【００５３】
図４のように、内部空間８９を密閉状態にすると気体８１の噴射量を節約することができる利点がある。一方、図５のように、内部空間８９を外部空間９０に連通させると、気流８５が内部空間８９からレーザー光８４の照射により内部空間８９に充満したガスとともに外部空間９０に流れる。すなわち、レーザー光８４の照射によりガスが発生しても、レーザー光８４が散乱しにくくなり、レーザー溶接の品質が低下しにくくなる利点がある。
【００５４】
蓋溶接工程Ｓ４において、気体噴射後のガスの流れの制御を次のようにすることが好ましい。本実施形態では、蓋溶接工程Ｓ４の前に容器胴体１１に飲料用又は食品用の液体を充填する充填工程Ｓ１を有し、蓋溶接工程Ｓ４において、レーザー溶接する際に発生する、飲料用又は食品用の液体或いは液体を充填する際に用いる洗浄水に由来するガスを、溶接予定箇所１４に照射されるレーザー光８４の光路以外の場所に移動させるように気体８１を蓋１３に噴射し続け、そのまま溶接予定箇所１４にレーザー光８４を照射して溶接を開始することが好ましい。図６に気体噴射後のガスの流れの様子を示す概念図を示した。図６において、容器胴体１１には飲料用又は食品用の液体が予め充填されている。カバー８６の天面であって溶接予定箇所１４と対向するように気体噴射手段７１ａが装着される。レーザー光８４はレーザー発生手段（不図示）が照射したものである。また、カバー８６の天面であってレーザー光８４が通過する箇所にはレンズ８８が装着される。カバー８６の天面であってレンズ８８を挟むように気体噴射手段７１ｂが装着される。或いは、光ファイバー（不図示）により、照射部分（不図示）を内部空間８９の内部に配置してもよい。気体８１ａ及び８１ｂを噴射する速度や噴射する角度又は気体噴射手段７１ａ及び７１ｂの設置角度等を調整し、レーザー光８４の光路以外の場所に発生ガス９１や水蒸気９２等の残留液体に由来するガスを移動させることが好ましい。例えば、発生ガス９１は溶接予定箇所１４に残留していた液体が気化したものであり、水蒸気９２は蓋１３の天面に付着していたかけ水や洗浄水が蒸発したものである。なお、カバー８６を備えなくとも良い。
【００５５】
気体噴射手段７１ａが気体８１ａを蓋１３に噴射し続け、かつ、気体噴射手段７１ｂが気体８１ｂを蓋１３に噴射し続けると、発生ガス９１又は水蒸気９２をレーザー光８４の光路以外の場所に移動させることができる。例えば、蓋１３に噴射された気体８１ａは、発生ガス９１とともにレーザー光８４の光路から離れるようにして移動する。また、蓋１３に噴射された気体８１ｂは、水蒸気９２とともにレーザー光８４の光路から離れるようにして移動する。この状態でレーザー溶接すると、レーザー光８４の光路以外に発生ガス９１又は水蒸気９２が移動されて、レーザー光８４が散乱しにくくなり、レーザー溶接の品質が低下しにくくなる利点がある。
【００５６】
次に、容器排出工程Ｓ５において、レーザー溶接を終えて密封された密封容器は、ターンテーブル６９から降ろされる。
【００５７】
次に、不良品検査工程Ｓ６において、不良容器排除手段７０によって、溶接不良の容器が排除される。溶接不良の判断は、上記モニタリングの結果と共に画像検査機（不図示）の外観検査結果を基に行なうことが好ましい。
【実施例】
【００５８】
［密封容器の作製］
蓋から容器胴体にかかる加圧力と溶接不良との関係を調べるために、図５に示す方法で、各条件１０個の容器をレーザー溶接した。表１には、ＰＥＴ又はスチールといった容器胴体の種類、荷重を加圧時に蓋と重なる容器胴体の開口部の天面の面積（有効面積）で除した加圧力及び溶接不良数／全体数を示した。表１において、容器胴体がＰＥＴ製の場合は、耐圧丸型の５００ｍｌＰＥＴボトルを用い（サンプルＮｏ．１〜６。有効面積０．７５ｃｍ２。）、スチール製の場合は、市販の２００ｍｌ缶を用いた（サンプルＮｏ．７〜１２。有効面積１．００ｃｍ２。）。また、蓋は容器胴体の開口部に適合するように専用に成形したＰＥＴ製の蓋を用いた。なお、いずれの容器胴体も、図２（ｄ）に示した密封容器のように、容器胴体の側面の溶接予定箇所で容器胴体と蓋とを溶接した。荷重を有効面積で除し、一定の加圧力が溶接予定箇所の面にかかるように設定した。ここで、ＰＥＴボトルとＰＥＴ製の蓋とをレーザー溶接する場合、蓋とボトル胴体との溶接予定箇所の蓋側に、市販の８０８ｎｍの吸光度が約６０％の黒色インクを塗布した。容器胴体の容量にあわせて飲料水を充填した。室温は１５℃であった。容器胴体の開口部に蓋を装着し、蓋の天面に略垂直となる方向から気体を狭い範囲に噴射し、加わった荷重をロードセルで測定した。蓋の天面から蓋全体にわたって波長が８０８ｎｍのレーザー光を０．８Ｊ／ｍｍ２のエネルギー供給となるように照射した。
【００５９】
［密封性試験］
作製した密封容器の底に孔を設け、内容物を取り出し、その孔から０．１５ＭＰａの圧縮空気を注入し、蓋のシール性が維持されるか否かで密封性の有無を評価した。シール性が維持されなかった場合を溶接不良とした。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１の結果から次のことがわかる。加圧力が２００００Ｐａ以下では溶接不良の割合が高くなる。一方、加圧力を４００００Ｐａ以上にすると、溶接不良の割合は低くなる。表１の範囲外となる７００００Ｐａを超えるように加圧力を上げていった場合、いずれかの段階で強いガス流れにより容器を一定位置に留めることや作業雰囲気を良好に保つことが困難になる。また、１．８ＭＰａを超える加圧力にすることは、ＰＥＴボトルの場合、容器胴体の変形が顕著となるため実効性がない。
【００６２】
［試験用シートの作製］
次に、溶接不良の割合が低くなる加圧力と溶接箇所の剪断強度との関係を調べるため、図５に示す方法で各条件１０個ずつ、試験用シートをレーザー溶接し、レーザー溶接された試験用シートの引っ張り試験を実施した。表２には、ＰＥＴ又はスチールといった試験用シートの種類、荷重を試験用シートの面積で除した加圧力及び平均剪断強度を示した。図２（ｄ）に示したような密封容器では、内圧によって、溶接箇所に、容器側面の面方向であって蓋の開封方向（図２（ｄ）の矢印Ａ方向）の剪断応力が加わるため、溶接箇所の剪断強度が高い場合に密封性が高いと考えられる。従って、溶接不良の割合が低くなる加圧力と溶接箇所の剪断強度との関係から、密封容器における溶接不良の割合が低くなる加圧力と密封性との関係を判断できる。
【００６３】
ＰＥＴボトル及びＰＥＴ製の蓋に見立てた試験用シートを、２枚のＰＥＴシートで作製した（サンプルＮｏ．１３〜１５。）。以後の説明において、ＰＥＴシートＩがＰＥＴ製の蓋に相当し、ＰＥＴシートＩＩがＰＥＴボトルに相当する。
【００６４】
開口部の直径が２５ｍｍのＰＥＴボトル胴体の開口部に、直径２７ｍｍ厚さ１ｍｍのＰＥＴ板を、開口部の端部とＰＥＴ板の表面が重なるように置いた。次に、そのＰＥＴ板の上に、ＰＥＴシートＩとＰＥＴシートＩＩの順で表面が重なるように置いた。この際に、ＰＥＴシートＩのＰＥＴシートＩＩと接する面には、黒色インクを幅１ｍｍ長さ１０ｍｍで直線状に塗布し、また、ＰＥＴシートＩとＰＥＴシートＩＩの重なる部分の面積が１ｃｍ２になるように配置した。次に、ＰＥＴボトル胴体、ＰＥＴ板、ＰＥＴシートＩ及びＰＥＴシートＩＩを、黒色インクを塗布した場所には及ばないように、粘着テープや筒等で固定した後、ＰＥＴシートＩとＰＥＴシートＩＩの重なる部分にできるだけ限定して圧力がかかるように表面に略垂直となる方向から気体を狭い範囲に噴射し、加わった荷重をロードセルで測定した。次に、ＰＥＴボトルの上方からのＰＥＴ板全体を包含する領域に向けた０．８Ｊ／ｍｍ２のレーザー照射によって溶接を行い、試験用シートを作製した。ここで、黒色インクを塗布した場所が溶接箇所となった。
【００６５】
スチール製の缶及びＰＥＴ製の蓋に見立てた試験用シートを、スチール製の缶片とＰＥＴシートとで作製した（サンプルＮｏ．１６〜１８。）。
【００６６】
ＰＥＴシートＩをスチール缶とし、黒色インクをシール材とした以外は、上記と同様の気体の噴射条件及びレーザー光の照射条件で溶接を行い、試験用シートを作製した。ここで、シール材を塗布した場所が溶接箇所となった。
【００６７】
［引っ張り試験］
作製した試験用シートについて、島津製作所製オートグラフＡＧ−１０ｋＮＤで引っ張り試験を行った。試験用シートの一方であるＰＥＴシートＩと他方であるＰＥＴシートＩＩ又はスチール缶片を、シートの主面上で、黒色インク又はシール剤を塗布した直線ラインに対して垂直方向に互いに反対方向に引っ張り、剪断強度を測定した。
【００６８】
【表２】
【００６９】
表２の結果から次のことがわかる。加圧力が４００００Ｐａ以上、かつ、７００００Ｐａ以下の間では、加圧力を変化させてもほぼ一定範囲の剪断強度が得られる。これ程の剪断強度を備えるのであれば、本発明に係る密封容器は、十分な気封性（耐圧力０．２ＭＰａ程度）を有する。表２の範囲外となる７００００Ｐａを超えるように加圧力を上げていった場合、いずれかの段階で強いガス流れにより試験用シートを一定位置に留めることや作業雰囲気を良好に保つことが困難になる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本実施形態に係る密封容器の各製造工程を示す概略工程図である。
【図２】本実施形態に係る密封容器の概略図であり、（ａ）は第１形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｂ）は第２形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｃ）は第３形態の密封容器の一部縦断面概略図であり、（ｄ）第４形態の密封容器の一部縦断面概略図である。
【図３】本実施形態に係る密封容器の溶接予定箇所の拡大概略図である。
【図４】カバーを用いた気体噴射装置の一形態の一部縦断面図である。
【図５】カバーを用いた気体噴射装置の第２形態の一部縦断面図である。
【図６】気体噴射後のガスの流れの様子を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７１】
１，１１，２１，３１，６１ 容器胴体
３，１３，２３，３３，６２ 蓋
４，１４，２４，３４，６６ 溶接予定箇所
９，１９，２９，３９，５９ 開口部
１３ａ 面
１８ 肩部
２７ つまみ
５７ 容器搬送手段
５８ 液体
６３ａ 蓋供給手段
６３ｂ 蓋搬送手段
６４ 蓋装着手段
６５ レーザー発生手段
６５ａ，８４ レーザー光
６８ 自転テーブル
６９ ターンテーブル
７０ 不良容器排除手段
７１，７１ａ，７１ｂ 気体噴射手段
８１，８１ａ，８１ｂ 気体
８２ 法線
８５ 気流
８６ａ カバー
８６ 外縁部
８７ 照射部分
８８ レンズ
８９ 内部空間
９０ 外部空間
９１ 発生ガス
９２ 水蒸気
１００，２００，３００，４００ 密封容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する容器胴体と前記開口部を密封する蓋とをレーザー溶接法によって溶接して気密状態とした密封容器の製造方法において、
前記容器胴体に前記蓋を装着する蓋装着工程と、前記蓋に気体を噴射し続け、かつ、前記容器胴体と前記蓋との溶接予定箇所を密着状態としたままで前記溶接予定箇所にレーザー光を照射して溶接を開始する蓋溶接工程と、を備えることを特徴とする密封容器の製造方法。
【請求項２】
前記蓋溶接工程において、前記気体の噴射を受けた前記蓋が前記容器胴体に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることを特徴とする請求項１に記載の密封容器の製造方法。
【請求項３】
前記蓋溶接工程において、前記蓋の外壁面のうち前記溶接予定箇所の法線に対して０°以上、かつ、３０°以下となる角度で前記気体を前記蓋に噴射することを特徴とする請求項１又は２に記載の密封容器の製造方法。
【請求項４】
前記蓋溶接工程において、前記蓋の前記外壁面を覆って前記容器胴体に密着するカバーによって密閉された内部空間を形成し、前記内部空間の中に前記気体を噴射して前記内部空間が加圧状態となってから前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始すること特徴とする請求項１、２又は３に記載の密封容器の製造方法。
【請求項５】
前記蓋溶接工程において、少なくとも前記蓋の前記外壁面をカバーで覆い、前記カバーの内部空間を外部空間と連通させた状態とし、前記蓋に前記気体を噴射し続けて前記内部空間を加圧状態としたままで前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始すること特徴とする請求項１、２又は３に記載の密封容器の製造方法。
【請求項６】
前記蓋溶接工程の前に前記容器胴体に飲料用又は食品用の液体を充填する充填工程を有し、前記蓋溶接工程において、レーザー溶接する際に発生する、前記飲料用又は食品用の液体或いは前記液体を充填する際に用いる洗浄水に由来するガスを、前記溶接予定箇所に照射される前記レーザー光の光路以外の場所に移動させるように前記気体を前記蓋に噴射し続け、そのまま前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始すること特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の密封容器の製造方法。
【請求項１】
開口部を有する容器胴体と前記開口部を密封する蓋とをレーザー溶接法によって溶接して気密状態とした密封容器の製造方法において、
前記容器胴体に前記蓋を装着する蓋装着工程と、前記蓋に気体を噴射し続け、かつ、前記容器胴体と前記蓋との溶接予定箇所を密着状態としたままで前記溶接予定箇所にレーザー光を照射して溶接を開始する蓋溶接工程と、を備えることを特徴とする密封容器の製造方法。
【請求項２】
前記蓋溶接工程において、前記気体の噴射を受けた前記蓋が前記容器胴体に４００００Ｐａ以上の圧力を加えることを特徴とする請求項１に記載の密封容器の製造方法。
【請求項３】
前記蓋溶接工程において、前記蓋の外壁面のうち前記溶接予定箇所の法線に対して０°以上、かつ、３０°以下となる角度で前記気体を前記蓋に噴射することを特徴とする請求項１又は２に記載の密封容器の製造方法。
【請求項４】
前記蓋溶接工程において、前記蓋の前記外壁面を覆って前記容器胴体に密着するカバーによって密閉された内部空間を形成し、前記内部空間の中に前記気体を噴射して前記内部空間が加圧状態となってから前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始すること特徴とする請求項１、２又は３に記載の密封容器の製造方法。
【請求項５】
前記蓋溶接工程において、少なくとも前記蓋の前記外壁面をカバーで覆い、前記カバーの内部空間を外部空間と連通させた状態とし、前記蓋に前記気体を噴射し続けて前記内部空間を加圧状態としたままで前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始すること特徴とする請求項１、２又は３に記載の密封容器の製造方法。
【請求項６】
前記蓋溶接工程の前に前記容器胴体に飲料用又は食品用の液体を充填する充填工程を有し、前記蓋溶接工程において、レーザー溶接する際に発生する、前記飲料用又は食品用の液体或いは前記液体を充填する際に用いる洗浄水に由来するガスを、前記溶接予定箇所に照射される前記レーザー光の光路以外の場所に移動させるように前記気体を前記蓋に噴射し続け、そのまま前記溶接予定箇所に前記レーザー光を照射して溶接を開始すること特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の密封容器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２６１６６７（Ｐ２００７−２６１６６７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９２２０６（Ｐ２００６−９２２０６）
【出願日】平成１８年３月２９日（２００６．３．２９）
【出願人】（０００２５３５０３）キリンホールディングス株式会社 (247)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２９日（２００６．３．２９）
【出願人】（０００２５３５０３）キリンホールディングス株式会社 (247)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]