(57)【要約】【課題】湾曲したシーリングラインあるいはシールの全長に沿って異なった強度または接着力を有するシールを作るシーリング装置の提供。【解決手段】２つのシーリング顎体が、相対的に可動に設置され、それらの間でシーリングすべき材料を保持できるように構成され、少なくとも一方の顎体が、少なくとも１つの電気絶縁性セラミック材料を含むセラミック部品を形成している装置において、セラミック部品が、絶縁性材料内に埋込まれた１以上の連続ストランドを形成する導電性セラミック材料を含み、ストランドが、両端部ポイントまたはその近傍で電源に接続され、電気絶縁性セラミック材料が、二酸化ジルコニウムと炭化ケイ素の混合物から成り、二酸化ジルコニウム量が１０〜５０体積％、導電性セラミック材料がホウ化チタンと炭化ケイ素の混合物から成り、ホウ化チタン量が２０〜６０体積％である装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　確実かつ機械的耐久性のあるシールを得るために、熱可塑性材料、または熱可塑性材料で被覆された材料、好適には包装材料の、シーリング帯域を加熱かつ加圧してその互いに当接された熱可塑性層の表面を溶融させることにより、前記材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置であって、２つのシーリング顎体を含み、該２つのシーリング顎体が相対的に可動なように設置され、それらの間でシーリングすべき材料（１１）を保持できるように構成され、その少なくとも一方の顎体が、少なくとも１つの電気絶縁性セラミック材料（２）を含むセラミック部品を形成している装置において、
　前記セラミック部品が、前記絶縁性材料（２）内に埋込まれた１以上の連続ストランドを形成する導電性セラミック材料（３）を含み、
　前記ストランドが、これの両端部ポイント（４）またはその近傍で電源に接続され、
　前記電気絶縁性セラミック材料（２）が、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）と炭化ケイ素（ＳｉＣ)の混合物から成り、該ＺｒＯ2量が１０〜５０体積％、好適には３０体積％であり、前記導電性セラミック材料（３）がホウ化チタン（ＴｉＢ2）と炭化ケイ素（ＳｉＣ)の混合物から成り、該ＴｉＢ2量が２０〜６０体積％、好適には４５体積％であることを特徴とする、熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置。
【請求項２】
　前記ストランドの幅、深さ、および／または断面積が、その長手方向に沿って、変化していることを特徴とする請求項１に記載された熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置。
【請求項３】
　前記セラミック部品がロウ付け、溶接、接着、その他の手段によって、金属の基部、好適にはレール（１）に固く取付けられ、該レールが、これの表面に、開放されたチャンネルまたはドリル加工された孔の形の冷却ダクト（７）を有し、該レール表面に対して前記セラミック部品が取付けられていることを特徴とする請求項１に記載された熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置。
【請求項４】
　前記絶縁セラミック材料（２）が連続チャンネル状の凹部を有し、この凹部内に前記導電セラミック材料（３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載された熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置。
【請求項５】
　前記導電材料（３）から成るストランドが湾曲形状部を有することを特徴とする請求項１に記載された熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置。
【請求項６】
　請求項１に記載されたシーリング顎体を製造する方法において、粉末セラミック材料（２，３）がプレスまたは成形操作によって所要の形状にされ、かつ相互に合体されて該セラミック部品に対応する塊体にされ、この塊体が１００MPaを超える圧力を加えながら少なくとも１２０分間１６００℃〜１９００℃で加熱されて前記材料が一緒に焼結されて、高密度の微細な空孔のない、非常に硬い耐摩性のある組織を形成することを特徴とする、シーリング顎体の製造方法。
【請求項７】
　前記導電セラミックと絶縁セラミックが上下に層状に重ね合わされ、それらセラミックが、前記焼結処理された後、研磨によって所要寸法に加工されることを特徴とする請求項６に記載されたシーリング顎体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、熱可塑性材料、または熱可塑性材料で被覆された材料（好適には包装材料）をシーリングし、および／または一体に接合するための装置に係り、前記材料のシーリング帯域を加熱、加圧して、相互に当接された熱可塑性層の表面を溶融させ、確実かつ機械的耐久性のあるシールを得るための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　包装技術において、熱可塑性材料、または熱可塑性層で被覆された材料、例えばプラスチック被覆された紙またはボール紙の包装体（パッケージ）を製造することは古くから知られている。それらの材料に固有の利点は、相互に当接せしめられた熱可塑性層の表面溶融によって、それらを簡単に一体に接合してシーリングできることである。そのような方法によって、折曲その他の方法で形成された包装体を所与の形状に維持できるだけでなく、包装体の内容物を保護し、その漏出を防止する確実なシールを包装体に付与することができる。
【０００３】
　そのような形式のシールは、最も一般的にはいわゆる高温顎体によって作られる。この顎体は、シーリングしようとする材料を間に把持して加圧すると同時に熱を加えることによって、その加圧された相互に対向するプラスチック層の所要の部分を一体に溶融させて確実かつ機械的耐久性のある継ぎ目（シーム）すなわち接合部を得る装置から成る。通常形式の斯かるシーリング顎体は、電流を通じることによって恒常的に加熱されているか、または各シーリング作業ごとに加熱される、支持レール上に配設された金属バンドすなわち帯材または金属胴から成る。シーリングは、シーリングされるべき材料の両側へ押付けられるように相互方向へ押される２つの加熱されたシーリング顎体によって、または、一方の加熱顎体と、この加熱顎体のバックアップ支承となるいわゆる対向顎体とによって行われる。対向顎体は材料を冷却してシーリング継ぎ目または接合部を迅速に安定化させる。
【０００４】
現代の自動包装機械で最も一般的に見られるシーリング顎体は、鋼レール上に設けられた絶縁セラミック材料の上に配設された薄い金属バンドすなわち帯材を有する加熱顎体から成る。シーリングの際、それらシーリング顎体は、その間にシーリングされるべき材料を保持するように、大きな圧縮力をもって閉成され、この後短かいパルス電流が上記金属帯材に通され、これら金属帯材を瞬時に高温に加熱する。金属帯材内に発生した熱は包装材料へ伝達され、当接せしめられている熱可塑性層は一体に溶融する。十分な量の熱が発生するとパルス電流は遮断され、この後シーリング顎体が開かれ、シーリングされた材料が解放される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　製造技術及びその他の理由、例えば加熱の際の伸びによって金属帯材に力が作用する等の理由のために、薄い金属帯材を使用した場合、均一かつ直線的なシール以外のシールを得るのは困難である。しかし、場合によっては、湾曲したシーリングライン、あるいはシールの全長に沿って異なった強度または接着力を有するシールを作る必要もある。従来技術により、金属帯材を使用して、それを実現するのは原理的に不可能であった。しかし本発明によれば、その要求が満たされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明の第１の観点によれば、以下の、熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置が提供される。
　確実かつ機械的耐久性のあるシールを得るために、熱可塑性材料、または熱可塑性材料で被覆された材料、好適には包装材料の、シーリング帯域を加熱かつ加圧してその互いに当接された熱可塑性層の表面を溶融させることにより、前記材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置であって、２つのシーリング顎体を含み、該２つのシーリング顎体が、相対的に可動なように設置され、それらの間でシーリングすべき材料を保持できるように構成され、その少なくとも一方の顎体が、少なくとも１つの電気絶縁性セラミック材料を含むセラミック部品を形成している装置において、前記セラミック部品が、前記絶縁性材料内に埋込まれた１以上の連続ストランドを形成する導電性セラミック材料を含み、ストランドが、これの両端部ポイントまたはその近傍で電源に接続され、前記電気絶縁性セラミック材料が、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）と炭化ケイ素（ＳｉＣ)の混合物から成り、該ＺｒＯ2量が１０〜５０体積％、好適には３０体積％であり、前記導電性セラミック材料がホウ化チタン（ＴｉＢ2）と炭化ケイ素（ＳｉＣ)の混合物から成り、該ＴｉＢ2量が２０〜６０体積％、好適には４５体積％であることを特徴とする、熱可塑性材料または熱可塑性材料で被覆された材料をシーリングし、および／または一体に接合するための装置。
　すなわち本発明においては金属帯材の代わりに導電性のセラミック材料が使われる。セラミック材料は特に、その導電性材料とこれに隣接する絶縁性セラミック層との間の線膨張係数の差が著しく小さくなるという利点を有する。これは、セラミック絶縁層内の機械的ストレスを少なくする。
　本発明の第２の観点によれば、前記のシーリング顎体を製造する方法において、粉末セラミック材料がプレスまたは成形操作によって所要の形状にされ、かつ相互に合体されて該セラミック部品に対応する塊体にされ、この塊体が１００MPaを超える圧力を加えながら少なくとも１２０分間１６００℃〜１９００℃で加熱されて前記材料が一緒に焼結されて、高密度の微細な空孔のない、非常に硬い耐摩性のある組織を形成することを特徴とする、シーリング顎体を製造する方法が提供される。
【実施例】
【０００７】
　次に、添付の概略的な図面を引用しながら本発明の好適実施例について詳細に説明する。
　第１図に示される加熱顎体は、例えば鋼または銅のレール１上に作りつけられている。このレールに、電気絶縁性のセラミック層２が接着剤６または機械的固定部材によって取付けられている。絶縁セラミック層２内への嵌め込み部材として導電性セラミック材料から成るストランド３が存在する。電気絶縁材料２は、例えば二酸化ジルコニウム（ZrO２）と炭化ケイ素（SiC)の混合物から成り、導電性セラミック材料３は、ホウ化チタン（TiB２）と炭化ケイ素（SiC)の混合物から成る。絶縁セラミック中のZrO２の比率は１０〜５０体積％、好適には３０体積％であってよく、導電性セラミック中のTiB２の比率は２０〜６０体積％、好適には４５体積％であってよい。導電材料３は連続ストランドを形成し、本実施例では、本発明の説明と理解を容易にするために、ストランドは複雑で変化のある形状になされている。ストランドの両端ポイントが金属化された接触スポット４であり、ここに電源からの電線５が接続される。第１図で明らかなように、ストランド３の長さは、以下の説明の理解を容易にするために、３つの帯域Ｉ、II、III に分割される。
【０００８】
　第１図のシーリング加熱顎体に熱を発生させる場合、電源に電線５が接続され、パルス電流が導電セラミック材料３に通される。通電は、単一の電流路で行われるから、導電セラミック材料３を通る電流は、電流路の全ての部分において同等、換言すればセラミック導電材料のストランド３の帯域Ｉ、II、III のいずれにおいても同等である。しかし、導電材料ストランド３の断面積は電流路全体に亘って同等ではないから、電流密度は変化し、したがって熱発生量も変化する。
【０００９】
　帯域Ｉにおいて、導電材料３の電流路は真直でなく不規則的であるが、帯域Ｉ全体に亘って導電材料３の断面積は同等であり、したがって帯域Ｉ内の電流路に沿った単位長さ当りの熱発生量はその帯域のどこでも同等である。これに対して帯域IIにおいては、導電材料ストランド３の幅がずっと大きくされており、しかもその層３の厚さは変えられていないので帯域IIにおける導電材料３の断面積は帯域Ｉにおけるよりも大きくなる。周知のように材料の電気抵抗はその材料の断面積に直接比例し、したがって帯域IIの導電材料の単位長さ当りの電気抵抗は帯域Ｉにおけるそれより小さいものになる。電流が抵抗を通るときに得られる熱発生量はＲ×Ｉ2（Ｒは抵抗、Ｉは電流強さ）であるから、帯域IIにおける単位長さ当りの熱発生量がより少なくなることは容易に理解できる。Ｒ（すなわち抵抗）が帯域Ｉにおけるよりも小さいからである。帯域IIにおいて発生する熱がより少ないということの他に、帯域IIにおけるストランドの導電材料３の単位長さ当りの接触表面積は帯域Ｉにおけるよりも大きい。そこで帯域IIで単位長さ当りに発生する熱は、一方においてより少なく、他方においてより大きな表面積に亘って放散されることになる。したがって、帯域IIに示されるような形式の表面は、シーリング力と熱発生が不要または僅少でよいようなシーリング顎体の帯域に適用され得る。帯域Ｉにおいては、比較的狭い帯域の中で十分な熱量が発生するため、この十分な熱が導電材料３に付与された形状に沿ってシーリングされる材料の表面溶融を行わせる。前述のように、帯域IIで、熱はさほど多く発生せず、しかも発生熱がより広い表面積で発散されるので、シーリングはより貧弱なものになる。そこでまた、必要であれば、電流路の面積を局所的に縮小することによって局所的な熱集中を行うことも可能である。
【００１０】
　帯域III においては、電流路３のシーリングパターンの幅と外観が変っているだけでなく、その帯域III の部分１４で電流路を隆起させ得ることが示されている。したがって、シーリングすべき材料に対してシーリング顎体が押付けられたとき、上記部分で局所的により大きい機械的力が加えられ、これによってより強力なシーリング部が得られる。電流路の部分１５は角縁の形になされ、そこで、シーリング操作を行うと同時に包装材料のたとえば切開、孔明け、その他の所要の機械的処理（例えば、切り目、孔、スロット等を設けること）を行うことができる。
【００１１】
　こうして第１図に示されるシーリング顎体によれば、任意の長さのシーリングラインを作るだけでなく、シーリングラインの中断、シーリングの局所的強化、そして更に、シーリング操作を行うと同時にスロット付け、孔明け、その他の機械的処理を施すことができる。導電材料の両脇の電気絶縁セラミックを導電材料と平坦になるレベルまで高くすることにより、シーリング領域に隣接する低温加圧帯域を得ることができ、これによってシーリング部の横方向への拡張を防止することができる。セラミック材料は非常に大きい耐摩耗性と硬度を有するため、製造時に材料に付与される形状が崩れたり変形されることがない。
【００１２】
　第２図は第１図のＡ−Ａ線における断面図を示す。第２図から明らかなように、鋼レール１は、ドリル加工された冷却ダクト７、またはセラミック絶縁材料の表面に直接開くチャンネル８を設けられる。第２図から判るように、セラミック絶縁材料２は接着剤層６によって鋼レール１に直接結合され、そのセラミック絶縁材料２に導電材料３が埋込まれている。セラミック材料２，３は、実質的に同等の線膨張係数を有するので、セラミック電気絶縁層２と導電材料層３との間に著しい応力は生じない。導電層３は確かに絶縁層２よりもずっと大きく加熱されるが、しかし冷却用のダクト７とチャンネル８による効果的な冷却によって材料の機械的応力に伴う問題は抑制される。
【００１３】
　第１図の加熱シーリング顎体の作業方法が第４図に示される。同図に見られるように、シーリングすべき材料１１（紙層１２とプラスチック被覆１３を有する包装材料）が１つの加熱シーリング顎体と１つのいわゆる対向顎体１０との間に挿入される。加熱シーリング顎体と対向顎体はこれらの間に包装材料１１を把持して加圧するように相互方向へ押される。その加圧と共に電流が導電材料層３に通され、これを瞬時に加熱する。そこでその熱が伝導によって包装材料１１のプラスチック層１３に伝えられ、これによってそれら２つのプラスチック層が溶融し、圧力が加えられていることにより相互に溶融、合体する。こうして作られた継ぎ目または接合部を迅速に安定化させるため、すなわちプラスチック材料を再び冷却化するため、対向顎体１０は図示の実施例において冷却チャンネル９を有する。シーリング操作が完了した後、両シーリング顎体は引離され、シーリングまたは接合された包装材料１１が取出される。
【００１４】
　次に、本発明による加熱シーリング顎体の製造方法について詳細に説明する。
　この製造方法は、セラミック材料が２つの段階で製造されるという思想に基づいている。その第１段階において、セラミック粉末をプレスすることによって、第３図に概略的に示されるような絶縁材料２の塊体が製造される。また、導電セラミック３の所要のパターンの形状に対応するチャンネルまたは切れ目１６がその塊体２に刻印すなわち成形される。この後、キャビティまたはチャンネル１６にセラミックの導電性粉末材料が充填され、もってストランド３が形成される。
　塊体２を構成する材料は、目的に適合する形状にプレスされる粉末で、何等かの前処理を施してもよい。ストランド３の材料は、キャビティ内へプレスされる粉末、あるいはまた、塊体２上に被覆されるスラリー内に混合される粉末で構成される。
【００１５】
　しかし、プレスされたセラミック塊体はさほどの機械的強度を有しない。したがって、取扱うにはある程度の注意を払わなければならない。こうして形成されたセラミック塊体、より正確にいうと、それぞれ異なる電気特性をもった異なるセラミック材料の組合せは圧力室内に置かれる。この圧力室（製造業者ＡＢＢによってクィンタス・プレス（Quintus Press)と呼ばれる）内で圧力が約１６０MPa まで上げられ、温度が１７５０℃まで上げられる。セラミック材料がその高熱と高温に約４時間晒された後、それらセラミック材料は一緒に焼結され、これによって非常に微細な空孔（ポア）を有する硬い耐久性のある塊体が形成される。この塊体が、既述のようにして例えばロウ付けまたは接着剤によって冷却胴に固定される。あるいはまた機械的に所定位置に把持される。
【００１６】
　セラミック導電材料を用いるこの新規な技術を使用することによってシーリング部の外観、寸法、局所的強度等の選択が非常に自由に行えるようになることが証明されるとともに、セラミック加熱シーリング顎体が優れた耐摩性を有し、したがって摩耗が殆んど生じないことが証明された。いうまでもなく、本明細書に開示された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本明細書で説明されたものと全く異なるシーリング形状及びその実際的な応用が可能であり、また、先に挙げた特定のセラミック材料が、公知の各種セラミック材料またはセラミックスの中で最も適切なものではあるが、それ以外のセラミック材料を使用することも可能である。
【００１７】
　多くの場合、シーリング顎体のデザインと構造を非常に高い精度と正確さに保つことが重要であり、そこで、前述した方法でシーリング顎体を製造した後、導電ストランド３を研磨して、一方においてその表面を非常に平滑にし、そして他方において高い寸法精度を得るようにすることが必要である。又、シーリング顎体を製作する場合、最初に電気絶縁材料２を製造し加圧処理して第３図のような塊体を形成するのが必要且つ適切である。その後、その塊体２のチャンネル１６に導電セラミック材料３を詰込み、この塊体全体を再度加圧、加熱処理してセラミック材料３を一緒に焼結する。こうして硬い耐摩性のある部品が形成される。それら２つのセラミック材料の加圧処理と焼結は同時に行うのがより好適であり、これによって導電セラミックと電気絶縁セラミックとの間に最高の合体強度が与えられる。
　本発明は、本明細書で説明し図面に示した実施例に限定されるものでなく、本発明の請求の範囲の精神から逸脱せずになお多くの変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】加熱シーリング顎体の斜視図である。
【図２】第１図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】セラミック絶縁材料の詳細図である。
【図４】シーリングサイクルが行われる態様を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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