JP2014151647A - レーザ透過溶着装置、レーザ透過溶着方法および、それらにより製造されたシート閉鎖容器 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ透過溶着装置、レーザ透過溶着方法および、それらにより製造されたシート閉鎖容器を提供する。
【解決手段】本発明は、シートにより閉鎖された容器（２）と、この種の容器（２）をレーザ透過溶着により製造する方法と、その実行に適した装置とに関する。この方法と装置は、容器（２）の壁構造とシート（３）との間に、壁構造の端面（２３）より広い溶着継ぎ目（２８）が形成されるように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ透過溶着装置と、レーザ透過溶着方法と、それらにより製造されたシート閉鎖容器に関する。

一般に、レーザ透過溶着では、２つの被加工部品が相互に接続される。この目的のために、これら２つの被加工部品は、これらを溶着できるように接合領域で直接接触しなければならない。被加工部品の一方はレーザ光を透過させ、溶着中にレーザ源と対面する。もう一方の被加工部品はレーザ光を吸収する。レーザビームは透過性の被加工部品を透過し、吸収性の被加工部品の上側の層の中で熱エネルギーに変換される。吸収性被加工部品の上側層は溶解し、それが熱伝導によって、透過性被加工部品の、それと隣接する層も溶解させる。２つの溶解物は相互に融合し、接合部において冷却状態で２つの被加工部品を結合することができ、溶着された被加工物が形成される。

接合部を均一に、強力に形成するためには、熱伝導工程が確実に溶着継ぎ目の経路にわたって中断されることなく行われるようにしなければならない。それには、被加工部品を接合領域で直接接触させる必要がある。接触は、溶着中に２つの被加工部品を適当な装置によって相互に圧締することによって高い信頼性で生じさせることができる。

特許文献１で開示されている締付装置は、ケース状の底部に透過性の蓋を圧締するためのレーザ透過溶着に使用される。吸収性の底部は開口部を有し、これをぴったりと適合する蓋によって閉じなければならない。そのために、蓋の平らな縁辺が開口部の縁辺の上に載る。相互に重なる縁辺が接合領域を形成し、円周上の接合部によって連結されることになる。接合領域に圧締力を加えるために、圧締部材（この場合はクランプチャック）が蓋の上の、円周上の溶着継ぎ目の内側に設置される。圧締部材の形状は蓋の形状に合わせ、その接触面が接合領域にできるだけ近い地点に到達し、圧締力を蓋に均等に分散されるように導入できるようにする。

圧締部材は、４本の接続支柱を介して装置の環状の担持体（この場合は締付リング）に接続され、この担持体は円周上の溶着継ぎ目の周囲の外側で案内される。圧締力は、担持体から圧締部材に接続支柱を介して伝達される。担持体と圧締部材との間に中間空間が残り、そこを通ってレーザビームを溶着継ぎ目に沿って被加工物へと誘導することができる。中間空間は、接続支柱以外によっては中断されない。接続支柱の断面は、レーザビームのシャドウイングを極少化するために、できるだけ小さくする。レーザビームは、走査システムまたは可動式溶着ヘッドによって、溶着継ぎ目に沿って円周方向に案内される。

装置のある実施形態では、溶着継ぎ目の内側での圧締部材による蓋の圧締が、溶着継ぎ目の外側で担持体にさらに固定される締付要素と組み合わされている。その結果、蓋の縁辺に、締付要素を取り付けるための十分な取付面がまだ残ることになる。それゆえ、蓋を底部に最も外側の縁辺まで接続する溶着継ぎ目を設けることができなくなる。

この装置には、圧締力を導入するために、適当な、安定した、したがって、特製の蓋が必要であり、これを手作業または取扱器具のいずれかによって正確に位置合わせし、嵌合させなければならないという欠点がある。この装置は、薄いシートからなる蓋を扱うように意図されておらず、またそれに適してもいない。

この締付装置は、その構成から、好ましくは単純な溶着継ぎ目を有する小型の被加工物に使用されると考えざるをえない。レーザビームを長い溶着継ぎ目に沿って、または多数の曲がった溶着継ぎ目に沿って案内する必要のある被加工物の場合、レーザを供給する機械加工時間が大幅に長くなる。円周上の隣接する複数の溶着継ぎ目を有する被加工物においては、それに対応する数の圧締部材もまた必要となる。対応する数の接続支柱によって圧締部材を取り付けることは多大な労力を必要とし、レーザビームのシャドウイングが増大するか、または締付器具が不安定で、圧締力を伝達できなくなるという結果が避けられない。

未公開の特許文献２の、２つの平坦な被加工部品を透過溶着する装置において、上記の欠点は、圧締部材を透明な担持板に糊付けすることによって回避されている。これによって、複数の圧締部材と異なる形状の圧締部材を含めて、圧締部材の担持板への取付が格段に容易になる。担持板はレーザ光を透過するため、それは接続支柱によって妨害されずに、圧締部材間に残される中間空間を通って被加工物に衝突する。担持板は、担持板を適当な寸法とすることによって、圧締力や被加工物の大きさの違いに非常に容易に適応させることができる。レーザ光源は線形アレイであり、これは個々に制御可能なダイオードレーザエミッタからなり、必要に応じてクローズドライン（closed line）形状のレーザ光を被加工物に向けて放出できる。溶着を完了させるには、被加工物とレーザ光源の相対移動を完了させるだけでよい。したがって、被加工物全体の溶着にかかる時間は非常に短くてよい。溶着しない予定の領域では、対応するダイオードレーザエミッタをオフにするか、被加工部品を圧締部材で覆う。

この装置はまた、貝殻状の構成で、Ｚ方向に直立する薄い壁構造を有する吸収性の被加工部品にシートを溶着する場合にも適している。そのために、シートはその縁辺により保持され、Ｘ方向とＹ方向に予荷重が与えられる。このように予荷重を与えることにより、これはしたがって、貝殻状の被加工部品の上に載せられるのに伴って軽い圧締力が加えられ、それによって壁構造の、Ｚ方向に面する端面がシートと接触する。その後、溶着工程が実行される。

溶着中、壁構造の端面がシートに結合される。この目的のために、少なくとも１つの外側圧締部材と１つの内側圧締部材が端面の両側のシートの高さに位置付けられるが、その際、シートにＺ方向の圧力は加えられない。シートに対して実質的に垂直な向きの圧締部材は、内側圧締部材と外側圧締部材との間に画定される中間空間を形成し、そこを通ってレーザビームが端面へと案内される。中間空間はレーザビームの方向に形成され、圧締部材の壁で複数回反射されることによって中間空間の中に発散的に入射するレーザビームを均質化するために必要な長さが確保される。均質化されたレーザビームは端面に当たり、二次元の溶着継ぎ目を形成する。均質化により、薄い壁構造とそれに対応する小さな端面であっても、従来のレーザ透過溶着法では不可能であった強度が達成される。

しかしながら、シートがＸ方向とＹ方向に引っ張られるため、未公開の特許文献２に記載されている装置は、吸収性の被加工部品の端面の平面性における誤差をある程度までしか補償できない。

さらに、たとえば容器のような貝殻状の被加工物の特定の用途では、容器の壁構造をできるだけ薄くすることが特に有利である。このような用途の例は、熱伝達が非常に薄い内側分割壁または、容器開口部を閉じる役割を果たす薄いシートを介して行われる熱交換器である。しかしながら、もっと薄い壁構造の溶着は不可能であり、それは、端面が幾分でも小さいと、溶着継ぎ目に十分な強度を持たせることができなくなるからである。

ＤＥ １０ ２００７ ０４２ ７３９ Ａ１ ＤＥ １０ ２０１１ ０５５ ２０３．０

本発明の目的は、容器開口部のカバーとして提供され、容器の非常に薄い壁構造の脆弱な端面に溶着される予定の壁構造の誤差による影響を受けにくいシートの使用を可能にし、そうすることで強力な溶着継ぎ目を実現する装置を提供することである。

本発明の他の目的は、容器開口部のカバーとして提供されるシートを容器の非常に薄い壁の壁構造に強力に溶着できる方法を提供することである。

本発明の他の目的は、シートにより閉鎖可能であり、（先行技術と比較して）同等またはそれ以上の溶着継ぎ目の強度を最小限の材料の消費量で達成でき、容器開口部を閉じるシートの機械的保護を改善できる容器を提供することである。

本発明によれば、上記の目的は、装置に関しては特許請求項１により、方法に関しては請求項６により、容器に関しては請求項８により達成される。有利な実施形態はそれぞれの従属項から明らかとなるであろう。

実施形態の例を参照しながら、以下に本発明をより詳しく説明する。

装置の概要を示す。 ２つの圧締部材を含む圧締ユニットを備える装置の具体的な実施形態の高度な概略図を示す。 複数の圧締ユニットを備える装置の具体的な実施形態を示す。 一連の方法ステップを示す。 非常に薄い分割壁を備える溶着後の容器の一例を示す断面図を示す。

図１に示される第一の実施形態の例によれば、レーザ透過溶着装置は実質的に、ホルダ１と、レーザ光源６と、移動装置７と、記憶・制御ユニット８と、少なくとも１つの圧締ユニット４を備える担持板１２と、を有する。ホルダ１は、Ｚ方向にてホルダ１に向けられレーザ光源６から発せられるレーザビーム６１に対して、開放容器２を、相互に垂直な方向、すなわちＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向において位置付けるように構成されている。レーザ光源６は移動装置７に、ホルダ１に対してＹ方向に移動可能となるように配置されている。この装置は、空間的に分解してＸ方向とＹ方向にレーザ光源６を作動させ、移動装置７を制御するための記憶・制御ユニット８を有する。透明な担持板１２は、ホルダ１とレーザ光源６との間に配置され、ホルダ１と対面する面に、少なくとも１つの圧締部材５を含む圧締ユニット４を有する。Ｚ方向への相対移動を実現するために、ホルダ１と担持板１２は移動可能に相互に接続され、担持板１２はドライブ１３によってＺ方向に移動される。

ホルダ１は安定した板であり、その大きさは受ける予定の容器２の大きさに適合し、その接地面は長方形である。ホルダ１は、容器２を受けるための、当業界でよく知られた位置決め手段１０、たとえばストッパ、成形された凹部、または適当な締付手段を有する。

この装置は、レーザ透過溶着によって開放容器２を溶着するのに適している。この種の容器２は壁構造によって形成され、これは端面と壁面を有し、レーザ光６１を吸収する材料からなる。壁構造は、ある断面を有する少なくとも１つの窩洞２６を取り囲む。壁構造によって画定されるこの断面は容器開口部２０を形成し、これはレーザ光６１を透過させる、シート３の形態の材料により閉じられることになる。

第一の実施形態の例の説明を簡単にするために、容器２は断面が円形のカップ型容器であると仮定する。この場合、壁構造は中空の円柱であり、その一方の端は土台により閉鎖され、他方の端は、同様に断面が円形の容器開口部２０を有する。中空の円柱の内面は壁構造の壁内面２４を形成し、外面は壁構造の壁外面２５を形成する。容器開口部２０の端で、壁構造は端面２３を形成し、２つの壁面２４と２５との間の端面幅ＳＢを有する。

ホルダ１に保持された容器２は、端面２３がレーザ光源６に面するように位置付けられ、レーザ光源６の特徴に適応された放射長ＡＬは、端面２３とレーザ光源６との間でＺ方向に調節される。

レーザ光源６は個別に制御可能な複数のレーザエミッタ６２を含み、これらはＸ方向に隣り合わせに配置され、まとめて線形アレイを形成する。好ましくは、波長範囲８００〜１６００ｎｍのレーザ光６１を発生するレーザエミッタ６２が使用される。個々のレーザエミッタ６２の空間的に分解した制御が、記憶・制御ユニット８によって実行される。

線形アレイを形成するレーザ光源６から放出されたレーザ光６１は一般に発散的である。レーザ光源６と容器２の端面２３との間の放射長ＡＬは、個々のレーザエミッタ６２から発せられるレーザ光６１が部分的に端面２３と重複するような方法で調節される。すべてのレーザエミッタ６２が同時に動作しているとき、レーザ光６１は端面２３に、Ｘ方向に配向されるクローズドレーザラインの形で投射される。

レーザ光源６は移動装置７に固定されている。ホルダ１とレーザ光源６との間の相対移動は、移動装置７によって行われる。相対移動はＹ方向に、相対移動中に容器２の端面２３の全体にレーザラインが衝突するような移動範囲で行われる。相対移動の制御は、記憶・制御ユニット８によって行われる。レーザ透過溶着に関しては、相対移動のために移動されるのがレーザ光源６かホルダ１かは問題ではない。ホルダ１は、移動装置７によってＹ方向にも移動できる。

担持板１２はガラス板であり、これはＺ方向に移動するレーザ光６１に対して実質的に垂直に向けられ、レーザ光６１を透過させる。これは、ホルダ１の中に位置付けられた容器２の上方に配置され、大きさはホルダ１に対応する。担持板１２は、ホルダ１に移動可能に接続される。この目的のために、担持板１２は２つの線形ガイド１１において受けられ、これらはホルダ１に固定され、担持板１２のＺ方向への直進運とＸ方向とＹ方向への遊びのない状態の軸受支えを可能にする。線形ガイド１１はホルダ１と担持板１２の縁辺に配置し、容器２の保持と位置決めの障害とならないようにする。担持板１２の直進移動は、ドライブ１３によって行われる。

圧締ユニット４は、担持板１２の、ホルダ１に対抗する下面に固定されている。固定は、有利には、糊付け接続によって行われる。接続部がレーザ光６１に耐え、固定部が容器２をレーザ光６１から隠さないかぎり、他のいずれの種類の固定も利用できる。

透明な担持面１２の厚さは、装置の寸法に応じて、圧締ユニット４を固定し、担持するため、線形ガイド１１を固定するため、移動力と圧締力をかけるための、それに対応する安定性を担持板１２に持たせるように、相応に調節される。

この実施形態の例では、圧締ユニット４が有する圧締部材５は１つだけである。圧締部材５は成形された部材であり、２つの平行な終端面５１と、圧締部材５の形状を取り囲む側面５３を有する。圧締部材５は終端面５１の一方で担持板１２に糊付け接続により固定される。したがって、この終端面５１を以下、糊付け面５２と呼ぶ。圧締部材５の形状は、容器開口部２０の断面に適合するように形成される。上記のカップ状容器２の容器開口部２０の断面は円形であるため、圧締部材５はしたがって、円柱形であり、その円形の終端面５１がホルダ１と対向し、容器２の端面２３に平行に整列する。

圧締部材５は不透明材料で作製される。不透明材料は、容器２の内容物がレーザ光６１から保護される点で有利である。

圧締部材５はまた、基本的に透明材料で作製することもできる。透明材料により、レーザ光６１は、不透明材料と比較して容器開口部２０の中により深く入り込むことができる。空間的に分割してＸ方向とＹ方向にレーザ光源６を制御することにより、レーザ光６１の衝突をほとんど端面２３に限定できる。

溶着工程中、レーザ光源６は端面２３の上方で、装置７のＹ方向への移動によって案内される。レーザ光６１は透明な担持板１２を透過し、容器２の端面２３の、圧締部材５により隠されていないすべての部分に衝突する。

圧締部材５と担持板１２とを糊付け接続することにより、溶着工程中に溶着継ぎ目２８を不連続箇所のない状態で形成できるが、これは、圧締部材５を固定するのにブラケットやその他の保持手段が不要であるからである。相対移動中、レーザエミッタ６２は、これらが容器２の端面２３と対向する関係にあるＸおよびＹ位置においてのみ動作する。その結果、装置のエネルギー効率がさらに高くなり、装置の部品の加熱と容器２の壁構造へのさらなる応力が防止される。

圧締部材５は、シート３を容器開口部２０にＺ方向に押し込むために使用され、このシート３は、容器開口部２０を閉じるための溶着工程中に、端面２３の上に平らに載せられる。シートを容器開口部２０に押し込むために、圧締部材５は担持板１２に、圧締部材５の形状がＸ方向とＹ方向においてホルダ１と、したがってホルダ１に位置付けられた容器２の容器開口部２０の断面とぴったりと整合するように固定される。容器２がカップ状であるとき、圧締部材５の円形の終端面５１は、容器開口部２０の中心に関して正確に位置付けられる。

さらに、圧締部材５の形状と、したがって終端面５１は常に、容器開口部２０の断面よりもシート厚ＦＤの少なくとも２倍分だけ（つまり、シート厚の２倍分以上）小さく、それによって、シート厚ＦＤに対応する少なくとも１つのギャップ３２が圧締部材５と壁内面２４との間に残される。レーザ光６１はまた、端面２３に直接隣接する縁辺領域３３におけるこのギャップ３２を通って壁内面２４にも衝突しうる。

押込みは、端面幅ＳＢに略対応する押込み深さＥＴまで行われる。このために、圧締部材５は、担持板１２を線形ガイド１１に沿って容器開口部２０の中へと直進移動させることによって移動され、圧締部材５の終端面５１が容器２の端面２３より下の、対応する押込み深さＥＴの位置になるようにする。押込み深さＥＴにするために、圧締部材５の高さ（終端面５１と糊付け面５２との間の距離）は、少なくとも所望の押込み深さＥＴと同じ大きさでなければならない。端面幅ＳＢは概して＜１０ｍｍの範囲であるため、圧締部材５の高さもまた非常に低い。

担持板１２と圧締部材５の直進移動はドライブ１３によって行われ、これは透明な担持板１２をＺ方向のいずれの位置にも移動させることができる。ドライブ１３は、記憶・制御ユニット８によって制御される。直進移動は、押込み深さＥＴが小さいことから、非常に小さい。

担持板１２を移動させる代わりに、ホルダ１をＺ方向に持ち上げることによって直進移動を行うことも同じく可能である。

レーザ光６１の熱効果により、端面２３と、端面２３に隣接する縁辺領域３３が溶融する。熱伝導を通じて、端面２３の上に載っているシート３もまた加熱され、したがって可塑的に変形可能となる。これによって、シート３を容器開口部２０の中に押し込むことが可能となる。シート厚ＦＤが小さいため、押込みのために特に力を使う必要はない。押込み深さＥＴは、記憶・制御ユニット８を通じてドライブ１３により制限される。

シート３は、押し込まれる際、端面２３にわたってピンと張った状態で引き込まれて縁辺領域３３と接触する。このようにして、シート３は端面２３と、また縁辺領域３３では、壁構造の壁内面２４と溶着される。したがって、こうしてできた溶着継ぎ目２８は常に端面幅ＳＢより広い。

別の実施形態において、圧締ユニット４は、上述の圧締部材５に加えて、少なくとも１つの別の外側圧締部材を有し、この外側圧締部材は容器２の壁構造を取り囲む。第一の実施形態の例のカップ状容器に合わせて、外側圧締部材も環状の形状であり、外側圧締部材は担持体１２に、円柱形の圧締部材５と同軸に固定される。外側圧締部材は、これに加えて、容器２の端面２３の寸法より少なくともシート厚ＦＤの２倍だけ大きい内径を有し、それによってシート厚ＦＤに対応する少なくとも１つのギャップ３２が外側圧締部材と壁外面２５との間に残される。直進移動が行われると、シート３はまた、外側圧締部材によって壁構造の壁外面２５と接触し、壁外面２５の縁辺領域３３において容器に溶着される。溶着継ぎ目２８はしたがって、壁外面２５の縁辺領域３３の周囲でさらに広くなる。

別の実施形態の例では、容器開口部２０を溶着するために設けられる圧締ユニット４が２つの圧締部材５から形成される。２つの圧締部材５を備える圧締ユニット４は、溶着される予定の容器開口部２０もまた、壁外面２１に加えて、容器２の窩洞２６を２つの小室２７に分割する分割壁２２を有する場合に必要となる。

図２に概略的に示されるように、圧締部材５は隣接した状態で担持面１２に固定され、その際、圧締部材５の、ホルダ１と対向する終端面５１は共通の平面内に配置される。容器２の壁構造と適合させて配置される中間空間５４が、隣接する圧締部材５の終端面５１間に残される。レーザ光６１はまた、中間空間５４を通って、分割壁２２の端面２３に衝突できる。

中間空間幅ＺＢは、分割壁２２の端面幅ＳＢに適応される。これは端面幅ＳＢより少なくともシート厚ＦＤの２倍だけ大きいため、ギャップ３２が２つの圧締部材５と壁内面２４との間にできる。中間空間５４は端面２３に関して対称に方向付けられ、それによってギャップ３２の寸法は分割壁２２の両側で全く同じとなる。レーザ光６１はまた、ギャップ３２を通って分割壁２２の壁内面２４の縁辺領域３３にも到達する。

図２に示されている圧締ユニット４において、２つの隣接する圧締部材５の対向する側面５３は、レーザ光６１を均質化するために使用される。このために、圧締部材５は、シート３を押し込むのに必要な高さより高い。さらに、対向する側面５３はレーザ光６１のための反射板として構成され、相互に平行に、かつ端面３３に垂直に配置される。圧締部材５の高さと中間空間幅ＺＢとの所定の比率がレーザ光６１の発散角度に適応されていることから、中間空間５４に発散的に入射するレーザ光６１を側面５３間で繰り返し反射させてから分割壁２２の端面２３に衝突させることができる。何度かの反射によってレーザ光６１は融合し、したがって均質的に端面２３全体に分散する。したがって、溶着継ぎ目２８も同様に非常に均質に形成され、それによって強度がより高くなる。中間空間幅ＺＢが端面幅ＳＢに適応されていることから、レーザ光６１の発散角度を考慮して、側面５３を相互に若干傾けて、中間空間５４がレーザ光６１の放射方向と反対のロート状に広くなるようにすることができる。ロート状に広げることにより、より多くのレーザ光６１が中間空間５４へと透過し、分割壁２２に集中することが可能となる。このようにして、同じ高さの平行な側面５３と比較して、使用するレーザ出力を減らすことができる。さらに、傾斜させると複数回の反射の回数が増え、その結果、圧締部材５の高さを低くしてもレーザ光６１を同等に均質化できるか、または均質化を改善して圧締部材５の高さを同じに保持できる。

また別の実施形態の例において、装置は、レーザ光源６の相対移動中に複数の容器を同時に溶着するために使用される。

この目的のために、ホルダ１は装置の他の部分から分離される。図３に示されているように、装置は台板１４によって拡張されており、その上にホルダ１が位置付けら、分離可能な接続により台板１４に固定される。担持板１２の軸受支えのための線形ガイド１１も同様に台板１４で受けられる。分離可能な接続により、容器２をホルダ１に装置の外から取り付けやすくなる。このようにして、他の容器２を溶着している間に、構造的に同一の第二のホルダをすでに容器２に取り付けておくことができ、最初の容器２を溶着した後に装置の中のホルダ１と交換できる。

ホルダ１は相応の寸法であり、複数の位置決め手段１０を有する。このようにして、複数の容器２を、その端面２３がレーザ光源６と対向する共通の平面内にあるように、横並びに位置付けることができる。

透明な担持板１２は、台板１４の上に位置付けられたホルダ１と対向して配置され、受けた容器２に対応する数の圧締ユニット４が透明な担持板１２に固定される。圧締ユニット４自体は、１つまたは複数の圧締部材５から形成される。圧締部材５は、担持板１２に、受容開口部２０とＺ方向とＹ方向において正確に対向して固定される。

図４に示されるように、シート３で閉鎖する予定の開放容器２をレーザ透過溶着する方法において、第一の方法ステップａ）で、容器２をホルダ１の中に位置付ける。容器２は、端面２３と壁内面２４と壁外面２５を有する壁構造により形成される。壁構造は、ある断面を有する少なくとも１つの窩洞２６を取り囲み、端面２３は端面幅ＳＢを有する。壁構造の端面２３では、容器２はその断面に対応する容器開口部２０を形成する。容器２は、デカルト座標系のすべての空間方向にそれを位置付けることによって、レーザ光源６と対向して向けられる。レーザ光源６からＺ方向に発せられるレーザ光６１は、Ｘ方向とＹ方向に延びる端面２３に対して事実上垂直に衝突することができる。

方法ステップｂ）で、容器開口部２０を閉じるためにシート３を端面２３の上に直接載せ、端面２３と容器開口部２０が完全にシート３で覆われるようにする。少なくとも溶着される予定の端面２３で、容器２は熱可塑性材料を含み、これはレーザ光源６から発せられるレーザ光６１を吸収できる。

シート厚ＦＤの薄い、熱可塑的に変形可能なプラスチックシートがシート３として使用される。シート３の少なくとも１つのプラスチック成分はまた、容器２のプラスチック材料の中にも存在する。シート３は使用されるレーザ光６１を透過させる。

容器２を閉じるための蓋と比較して、シート３は、寸法または向きのいずれに関しても、容器開口部２０に特別な方法で適合させる必要がないという利点を有する。これは容器開口部２０と端面２３を完全に覆うことができれば十分である。

方法ステップｃ）で、圧締ユニット４を断面領域の上方に位置付け、シート３を容器開口部２０の上に載せる。圧締ユニット４は、終端面５１を有する少なくとも１つの圧締部材５を含む。終端面５１は、端面２３に平行な向きにし、シート３と直接接触させる。位置付け時には、圧締部材５によりシートに圧力はかけられない。

圧締部材５は、Ｘ方向とＹ方向において、容器開口部２０の断面と適合するように形成され、容器開口部２０の中に嵌り、それによってシート厚ＦＤに対応する円周方向のギャップ３２が圧締部材５と壁内面２４との間に残される。このようにして、その後の方法ステップの中で、圧締部材５をＺ方向に容器開口部２０の中へと下降させることが可能となる。

次の方法ステップｄ）で、レーザ光６１を端面２３に衝突させる。この目的のために、レーザ光源６を容器開口部２０の上方で、ホルダ１に関するＹ方向への相対移動において案内される。容器開口部２０の二次元の広がりによって、利用されるレーザ光源６は、個別に制御可能で、隣接して配置され、まとめて線形アレイを形成する複数のレーザエミッタ６２から構成される。線形アレイとすることにより、容器開口部２０の上をレーザ光源６がＸ方向に完全に通過する。相対移動中、個々のレーザエミッタ６２は、そこから発せられるレーザ光６１が端面２３に到達できたときにのみトリガされる。レーザエミッタ６２は端面２３の外では動作しない。その結果、この方法はエネルギー効率が非常に高くなる。

端面２３で吸収されたレーザ光６１により、容器２の吸収性プラスチックが加熱され、表面溶解物２９が形成される。溶解物２９から発せられる熱は、端面２３の上に直接載せられたシート３に熱伝導によって伝えられ、それによってシート３が軟化して、熱可塑的に変形可能な領域３１が形成される。

レーザ光６１の一部が壁内面２４の縁辺領域３３に、圧締部材５と壁構造との間に残されるギャップ３２を通じて衝突し、それによって表面溶融物２９がこの縁辺領域３３にも形成されうる。

溶融物２９と熱可塑的に変形可能な領域３１が形成された後、その直後の最終方法ステップｅ）で、圧締部材５を容器開口部２０の中へとＺ方向に移動させる。このために、圧締部材５を下降させ、終端面５１が端面２３の下の、壁構造の厚さに略対応する押込み深さＥＴに到達するようにする。シート３は、ギャップ３２を通じて同時に容器開口部２０の中に押し込むことができ、その結果、これは熱可塑的に変形可能な領域３１において端面２３を覆うようにピンと張った状態に引っ張られる。圧締部材５を下降させることによって、シート３はまた、壁内面２４の縁辺領域３３の溶融物２９とも接触する。シート３が端面２３と壁面２４の溶融物２９を覆うように、ピンと張った状態に引っ張られるという事実によって、シート３は壁構造としっかりと接触し、容器２とシート３を固定する溶着継ぎ目２８が溶融物２９の領域に形成される。

シート３がきつく引っ張られると、溶融した端面２３と壁面２４も可塑的に変形する。それ以前は平坦であった端面２３はＺ方向に若干下降し、端面２３と壁内面２４が融合する箇所で丸くなる。このような下降は、有利には、端面２３の平面性の誤差を補償するために利用される。したがって、この方法は、他の従来の熱板溶着法（端面を溶融させるために、熱源に熱板を使用する）では溶着できない低粘性プラスチックの溶着に特に適している。

壁内面２４と接触することと丸くなることの両方により、溶着継ぎ目２８は、平坦な端面２３だけに実行されるレーザ透過溶着と比べ、かなり広くなる。この方法の結果、比較的厚い壁厚で溶着継ぎ目２８をより強力にできるか、または薄い壁構造を使って、溶着継ぎ目２８を同等な強度とすることができる。

さらに、上記のように下降することにより、非常に薄い壁構造を溶着することが可能となる。薄い壁の壁構造により、端面２３に衝突するレーザ光６１によって、端面２３の領域の壁構造が完全に溶融する。下降により、溶融した壁構造はシートによって圧縮され、丸くなる。したがって、端面幅ＳＢが増大し、壁構造のより多くの量を溶着継ぎ目２８の形成に利用できるようになる。

この方法の別の実施形態では、レーザ光源６とホルダ１との間の相対移動中に複数の容器２を溶着することも可能である。この目的のために、容器２を、端面２３を平坦にして、レーザ光源６と対向して位置付ける。次に、ホルダ１の中に位置付けられている容器２の容器開口部２０のすべてを覆うシート３を端面２３の上に載せる。次に、同様に同一平面内にある、容器開口部２０に対応する数の整列した圧締ユニット４を、シート３に対面させ、それと接触するように、端面２３と平行に位置付ける。圧締ユニット４はまた、複数の圧締部材５からも構成できる。レーザ光６１は、Ｙ方向への相対移動中に、容器開口部２０のすべての端面２３に衝突し、レーザ光源６は、線形アレイから発せられるレーザ光６１でＸ方向に容器開口部２０のすべてをカバーする。相対移動中に、線形アレイの個々のレーザエミッタ６２は、そこから発せられるレーザ光６１が端面２３に衝突できるときのみ作動される。端面２３により吸収されるレーザ光６１によって表面溶融物２９が形成され、これがその上に載せられたシート３を熱伝導によって加熱する。シート３はしたがって、加熱領域内で熱可塑的に変形可能となり、すべての圧締ユニット４の移動を通じて受容開口部２０の中に押し込むことができる。したがって、容器２のすべてが同時に溶着される。

また別の有利な実施形態では、この方法は追加の方法ステップによって拡張される。この方法ステップでは、容器開口部２０の端面２３からはみ出したシート３の縁辺のすべてを、壁構造の壁外面２５と平らになるように切り取る。このために、端面２３の外径と、容器２が複数ある場合は、ホルダ１の中の容器２の配置に対応した切断装置を端面２３より下まで下降させ、それによってシート３の縁辺を切り取る。

図５に示されているように、本発明による透過溶着された容器２は、端面２３と壁内面２４と壁外面２５を有する壁構造を有する。少なくとも端面２３の領域において、壁構造は、レーザ透過溶着に使用されるレーザ光６１について吸収性の熱可塑性材料で構成される。壁構造は熱可塑性材料で作製され、これはレーザ透過溶着に使用されるレーザ光６１を吸収する。壁構造は、ある断面を有する少なくとも１つの窩洞２６を包囲し、壁の方向に硬い外壁２１を有する。窩洞２６は空であっても（その後の充填のための空気が充満している）、または、気体、液体または固体媒体が充填されていてもよい。外壁２１の端面２３において、容器２は少なくとも１つの容器開口部２０を形成し、これは容器２の窩洞２６がシート３によって閉じられる断面に対応する。

少なくともレーザ透過溶着に使用されるレーザ光６１を透過させる薄い熱可塑的に変形可能なプラスチックシートがシート３として使用される。シート３は、容器２のプラスチックの中にも存在する少なくとも１つのプラスチック成分を有する。

シート３は、溶着２８によって容器２に結合される。この目的のために、端面２３に平行に配置されたシート３は容器開口部２０の中に、端面２３の下の押込み深さＥＴまで押し込まれる。押込み深さＥＴは壁構造の厚さに略対応する。シート３が端面２３と壁内面２４の、端面２３に隣接する縁辺部３３との間に押し込まれることによって丸みができる。溶着継ぎ目２８が、端面幅ＳＢを有する端面２３を覆うように、また縁辺領域３３を覆うように延びる。したがって、溶着継ぎ目２８の幅は、端面２３のみに溶着される容器２の場合の約３倍である。溶着継ぎ目の幅が広くなることにより、溶着継ぎ目２８の強度を高めることができる。

容器２の壁構造内の窩洞２６に押し込まれるシート３は、端面２３と平らに溶着されるシート３より、外からの機械的な損傷から格段に良好に保護される。

溶着継ぎ目２８の領域における壁構造の物質量は、端面２３の上に載せられ、端面２３を覆うように引っ張られるシート３によって増大する。この効果と、窓のように容器開口部２０の中に押し込まれるシート３の結果として、容器２は容器開口部２０の領域で硬くなり、したがって容器２の断面での安定性が増す。

レーザ透過溶着容器２の壁構造は、容器２の窩洞２６を取り囲む外壁２１だけで形成することができる。この場合、シート３により閉じられる容器開口部２０の溶着継ぎ目２８は、丸くなった端面２３と、外壁２１の壁内面２４の縁辺領域３３のみを覆うように延びる。

図５に示されているように、レーザ透過溶着容器２はまた、外壁２１に加えて、窩洞２６の中に別の分割壁を有することができ、この、別の分割壁２２は窩洞２６を個々の小室２７に分割する。分割壁２２の端面２３は、外壁２１の端面２３と概して平らに位置付けられる。溶着継ぎ目２８は、分割壁２２において、端面２３と、分割壁２２の壁内面２４の２つの縁辺領域３３を覆うように延びる。

外壁２１が壁の方向に十分な硬さを有していれば、分割壁２２は外壁２１より実質的に薄くなるように構成することもできる。非常に薄い分割壁２２の場合、分割壁２２の端面２３を外壁２１の端面２３の平面とシート３の押込み深さＥＴとの間に位置付けることができる。このように端面２３を下降させることは望ましく、容器２の製造中に、非常に薄い分割壁２２がシート３によって圧縮されることにより実現する。端面２３の、溶着継ぎ目２８のために利用可能な領域内の分割壁２２の量がこの圧縮によって増え、その結果、端面幅ＳＢも同様に広くなる。非常に薄い分割壁２２に使用される、より少ない材料で、溶着継ぎ目２８は、より厚い分割壁２２を備える容器２のそれと同等程度の強度を有する。

本発明による容器２は、熱伝導が分割壁２２を介して行われる熱交換器として特に有利に使用できる。この点で、分割壁２２をできるだけ薄くして、最適な熱伝導の確保と容器２の十分な圧縮強度の達成を同時に実現することが特に興味深い。溶着継ぎ目２８の特別な構成により、非常に薄い分割壁２２でシート３と容器２との間の強度を高めることも可能である。経験的に、端面２３のみでの接続により閉じられる他の容器と比較して、破裂強度が実質的に増大することができたことが証明された。

容器２の別の実施形態においては、シート３が、壁内面２４の縁辺領域３３での溶着に加えて、壁外壁２５の縁辺領域３３にも接続される。この目的のために、シート３は、外壁２１の壁外面２５の縁辺領域３３でも端面２３より下まで深く引っ張られ、深い引込み深さは押込み深さＥＴに略対応する。シート３を深く引き込むことによって、端面２３と、壁外面２５の、端面２３と接触する壁外面２５の縁辺領域との間が丸くなる。溶着継ぎ目２８は、壁内面２４の縁辺領域３３、端面２３、壁外面２５の縁辺領域３３に沿って延びる。その結果、溶着継ぎ目の幅は端面２３だけで溶着された容器２の場合の約４倍となり、溶着継ぎ目２８の強度もまたさらに増大する。

１ ホルダ
１０ 位置決め手段
１１ 直線的ガイド
１２ 透明な担持板
１３ ドライブ
１４ 台板
２ 容器
２０ 容器開口部
２１ 外壁
２２ 分割壁
２３ 端面
２４ 壁内面
２５ 壁外面
２６ 窩洞
２７ チャンバ
２８ 溶着継ぎ目
２９ 溶融物
３ シート
３１ 熱可塑的変形可能領域
３２ ギャップ
３３ 縁辺領域
４ 圧締ユニット
５ 圧締部材
５１ 終端面
５２ 糊付け面
５３ 側面
５４ 中間空間
６ レーザ光源
６１ レーザ光
６２ レーザエミッタ
７ 移動装置
８ 記憶制御ユニット
ＳＢ 端面幅
ＺＢ 中間空間幅
ＦＤ シート厚
ＥＴ 押込み深さ
ＡＬ 放射長

Claims (11)

1. 端面（２３）と壁内面および壁外面（２４、２５）を有する壁構造であって、ある断面を有する少なくとも１つの窩洞（２６）を取り囲む壁構造により形成されている開放容器（２）と、前記端面（２３）を覆い、したがって前記容器（２）を閉じるシート（３）との間の少なくとも１つの自己完結型溶着継ぎ目（２８）をレーザ透過溶着する装置であって、線形アレイとしてＸ方向に配置された複数の個別制御可能なレーザエミッタ（６２）を有するレーザ光源（６）と、前記レーザ光源（６）から発せられＺ方向に向けられるレーザ光（６１）に対向して、前記容器（２）を相互に垂直な関係にあるＸ方向、Ｚ方向、Ｙ方向にて、位置付けるように構成されたホルダ（１）と、前記レーザ光源（６）をＹ方向に相対移動させる移動装置（７）と、前記レーザエミッタ（６２）を空間的に分割して作動させる記憶・制御ユニット（８）と、レーザ放射方向にて前記レーザ光源（６）の下流側に配置され、前記レーザ光（６１）に対し垂直に向けられ前記レーザ光（６１）を透過させる担持板（１２）に固定された少なくとも１つの圧締ユニット（４）であって、前記端面（２３）に平行に整列された終端面（５１）を有する少なくとも１つの圧締部材（５）を有する少なくとも１つの圧締ユニット（４）と、を備えて構成される、装置において、
   前記少なくとも１つの圧締部材（５）の前記終端面（５１）が、前記少なくとも１つの断面よりもシート厚（ＦＤ）の量の少なくとも２倍分小さく、それによって、前記圧締部材（５）と前記壁構造との間に、前記シート厚（ＦＤ）に対応する少なくとも１つのギャップ（３２）が残り、前記少なくとも１つの圧締部材（５）がＺ方向にて前記ホルダ（１）と反対に相対的に移動可能であり、前記少なくとも１つの圧締部材（５）の前記終端面（５１）が、前記壁構造の前記端面（２３）より下に前記容器（２）へ下降でき、それによって前記端面（２３）の上に載せられたシート（３）は、前記端面（２３）に隣接する縁辺領域（３３）にて前記壁内面（２４）とも接触でき、したがってまた、この縁辺領域にて、前記壁内面（２４）と溶着され、前記溶着継ぎ目（２８）が端面幅（ＳＢ）より大きな溶着継ぎ目幅で溶着できることを特徴とする装置。
2. 前記圧締ユニット（４）が少なくとも１つの別の圧締部材（５）を有し、この別の圧締部材が前記壁構造を取り囲んでいて、前記終端面（５１）が前記壁構造の前記端面（２３）より下まで下降すると、前記シート（３）が前記壁構造の前記壁外面（２５）とも接触でき、その結果、前記溶着継ぎ目（２８）をさらに広くすることができることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記圧締ユニット（４）が、同一面内にある終端面（５１）を有する少なくとも２つの圧締部材（５）を有し、これら圧締部材（５）がそれらの間の中間空間（５４）を取り囲み、この中間空間が前記端面幅（ＳＢ）にシート厚（ＦＤ）の２倍を加算したものより大きい中間空間幅（ＺＢ）を有するものであることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記中間空間（５４）を取り囲む前記圧締部材（５）が、前記中間空間（５４）にて相互に対面する側面（５３）であって、前記レーザ光（６１）を反射して、複数回の反射により前記レーザ光（６１）を均質化する側面（５３）を有することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記担持板（１２）が、複数の容器（２）を同時に溶着するために複数の圧締ユニット（４）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. シート（３）によって閉じられることになる少なくとも１つの開放容器（２）であって、ある断面を有する少なくとも１つの窩洞（２６）を取り囲み端面（２３）と壁内面および外面（２４および２５）を有する壁構造によって形成される少なくとも１つの開放容器（２）をレーザ透過溶着する方法において、
   ａ）前記容器（２）をホルダ（１）に位置付けるステップと、
   ｂ）前記端面（２３）と断面とを覆うシート（３）を載せるステップと、
   ｃ）前記シート（３）の上に、前記少なくとも１つの断面よりもシート厚（ＦＤ）の量の２倍分小さい終端面（５１）を備える少なくとも１つの圧締部材（５）を有する圧締ユニット（４）を位置付け、それによって前記少なくとも１つの終端面（５１）が前記端面（２３）に平行に、かつ前記少なくとも１つの断面より上に配置されるステップと、
   ｄ）前記端面（２３）にレーザ光（６１）を衝突させて、前記端面（２３）に溶融物（２９）を形成し、前記溶融物（２９）がその領域における熱伝導を通じてその上に載せられている前記シートを熱可塑性状態に変化させるステップと、
   ｅ）前記圧締ユニット（４）と、したがって前記少なくとも１つの圧締部材（５）の前記終端面（５１）とを、前記壁構造の前記端面（２３）より下に到達する押込み深さ（ＥＴ）まで下降させ、それによって熱可塑性状態の前記シート（３）が前記圧締ユニット（４）によって前記端面（２３）を覆うようにピンと引っ張られ、前記シート（３）も前記壁内面および外面（２４および２５）の、前記端面（２３）に隣接する縁辺領域（３３）とも接触し、したがって前記シート（３）がまた、この縁辺領域で前記壁内面とも溶着され、それによって溶着継ぎ目の幅が端面幅（ＳＢ）より大きくなるステップと、
   を有する、方法。
7. 前記圧締ユニット（４）の前記押込み深さ（ＥＴ）が前記端面（２３）より下の、前記端面（２３）が前記シート（３）の接触圧によって丸められる地点にまで及ぶことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 端面（２３）と壁内面および外面（２４および２５）を有する壁構造であって、前記壁構造がある断面を有する少なくとも１つの窩洞（２６）を取り囲み、壁の方向に剛性である少なくとも１つの外壁（２１）を有する壁構造と、前記少なくとも１つの窩洞（２６）を閉じるシート（３）であって、溶着継ぎ目（２８）により前記端面（２３）に結合されるシートと、により形成されるレーザ透過溶着容器において、
   前記壁内面および外面（２４および２５）の、前記端面（２３）に隣接する縁辺領域（３３）が、前記溶着継ぎ目（２８）により前記シート（３）に結合され、前記溶着継ぎ目（２８）が端面幅（ＳＢ）より大きい溶着継ぎ目を有し、前記少なくとも１つの窩洞（２６）が、前記端面（２３）より下にある前記シート（３）によって閉じられることを特徴とするレーザ透過溶着容器。
9. 前記壁構造によって外壁（２１）だけが形成され、前記溶着継ぎ目（２８）が前記端面（２３）と、壁内面（２４）のそれに隣接する縁辺領域（３３）にて形成されることを特徴とする、請求項８に記載の容器。
10. 前記容器（２）を小室（２７）に分割する薄い壁の内側分割壁（２２）が、前記外壁（２１）に加えて前記壁構造によって形成され、前記分割壁（２２）の前記端面（２３）が前記外壁（２１）のそれらと同じ平面上にあり、前記溶着継ぎ目（２８）が前記分割壁の前記端面（２３）と、前記２つの壁内面（２４）の、それと隣接する縁辺領域（３３）に形成されることを特徴とする、請求項８に記載の容器。
11. 前記溶着継ぎ目（２８）がさらに、前記少なくとも１つの外壁（２１）の壁外面（２５）の前記縁辺領域（３３）に形成され、前記縁辺領域（３３）が前記端面（２３）に隣接することを特徴とする、請求項９または１０に記載の容器。

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