製造緊固波狀物的蓋子封口結構的製作方法
2023-05-16 23:12:11
專利名稱：製造緊固波狀物的蓋子封口結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及製造容易打開的緊固波狀物盒/蓋封口系統容器的方法，以及用於製造的設備和所得到的產品。
Gossedge等人的美國專利4061513提出了在容器凸邊的內外邊緣的有卷邊的形式，但是當從容器上去除蓋子時形成的破壞面成為貫通蓋子材料和容器凸邊材料的複雜形式。其成功與否取決於從容器凸邊材料外伸凸耳「厚薄」的Gossedge複雜破壞面，顯然導致完全「不可接受」的(Gossedge圖5)破壞面變異，從而「……HDPE層12將撕裂，之後，在B點開始與薄片14分離，在這種情況下，不可能做到滿意地將封口從邊緣上撕下來」(Gossedge第4欄第17-48行)。更為重要的是，Gossedge的說明書中沒有提到與封口頭組合起來使用加壓頭，或也沒有隻在容器的內邊緣處製成卷邊以減小初始撕開力。
在本發明主要應用場合的食品包裝中，密閉的容器在通過各種運輸路線分配到最後的消費者手中的過程中，重要之點在於應保持蓋子固定在容器上。為了使確定密封容器耐久性的工作標準化，U.S.D.A給「有限破損試驗」下了一個定義，稱之為是一種測量保持包裝完整性能力的方法。有限破損試驗包括用壓縮空氣在作為試驗對象的容器內加壓。密封的容器必須在內至少為35KPa時，至少能維持60秒。
當通過增加容器和蓋子之間密封面寬度和強度，以增加包裝的破壞強度時(例如能抗70KPa壓力差)，令人遺憾的是，在按先有技術的結構中，其撕開強度亦按線性關係隨之增加，從而使包裝好的食物容器的買主，很難將其蓋子打開。因此，食物容器的設計者，面臨著Hobson選擇，即是一種在運輸階段保持完好但隨後的買主也許打不開蓋的容器;或是一種「易開」的然而經不住運輸過程的容器，要在這兩者之間作出選擇。
大多數食品包裝商，要求最低的為70KPa的破損壓力，甚至希望100KPa。採用常規的蓋子封口，100KPa的破損強度使封口的撕開強度約為190kg/m，這就非常難以撕開了。
如本申請人的申請號440291歐洲專利中所公開的，發展了一種簡單結構的「互鎖波狀物」封口結構，它給於密封容器以高的破損壓力，還可以做到，一旦開始撕蓋，便可將蓋子容易地從容器上撕下來。換句話說，連續地從容器上將蓋子撕下來所需要的「平均」撕開力，減小到低於在常規蓋/盒粘結封口系統中所遇到的。(參見此專利說明書中的圖3A、3B、3C和5，它們用插圖和曲線描述了簡單結構波狀物封口結構)。將蓋子從容器上「開始撕開」所需要的力(初始撕開力)，在某些情況下趨向於比常規的蓋/盒粘結封口系統在「初始撕開」階段所遭遇到的要略大一些，然而平均撕開力要低得多。
在本發明的最佳實施例中，通過取消設在盒/蓋連接部分外邊緣附近的互鎖波狀物，修改了EPA440291的簡單結構「互鎖波狀物」封口系統，以減小初始撕開力。為了取消此在外部的互鎖波狀物，用兩個構件來替代EPA440291中只用一個封口頭，即在容器內邊緣附近形成互鎖波狀物的熱封口頭，以及設在熱封口頭外面的加壓頭，加壓頭用來在一開始將蓋子緊壓在容器凸邊上，並防止有任何熔化的蓋子或容器材料向外流動，流到或流向容器的外邊緣。
按本發明最終製成的「緊固波狀物」封口結構，其初始撕開力比以前的簡單結構波狀物封口系統的要低得多，並甚至低於其平均撕開力。抵抗內部破損壓力的能力並未因改善和減小了初始撕開力和平均撕開力而受到任何形式的損失。
緊固波狀物封口結構表示在圖2中。為了比較，將早先的簡單結構「互鎖波狀物」封口結構表示在圖5B中。本發明中的加壓頭有效地防止了任何受熱封口頭加熱熔化的材料流向容器外邊緣，從而防止在外邊緣附近形成卷邊，因此得到一個比較平的蓋/盒連接面。
熱封口頭與緊鄰的較冷加壓頭的相互配合，在蓋子和容器凸邊的連接區中，形成了蓋子高度變化區。與早先的簡單結構波狀物相比，蓋子高度變化區只需要施加一個低得多的初始撕開力。在簡單結構波狀物設計中，互鎖波狀物出現在容器凸邊的外邊緣處。
本發明提供的製品包括一個容器蓋以及一個容器凸邊，凸邊與蓋子相嚙合是通過僅在容器蓋與容器凸邊連接的內邊緣處形成的互鎖波狀物進行的。蓋子和凸邊通過從互鎖波狀物到盒/蓋系統外邊緣的整個密封面互相連接。蓋子高度變化區也是從互鎖波狀物起向上朝著外邊緣延伸，蓋子高度變化區是通過加壓頭與緊密相鄰的熱封口頭相互配合形成的。
根據本發明進一步的特徵，緊固波狀物封口結構採用了一種包括下列內容的方法形成的，即向下移動加壓頭使之與蓋子的一部分接觸，並將蓋子緊壓在容器凸邊上;此後，驅動一個熱封口頭向下與蓋子接觸，熔化或軟化蓋子材料的一部分和容器凸邊材料的一部分，從而在容器內邊緣附近形成互鎖波狀物;在容器/蓋子系統上保持加壓頭壓緊力，以防止任何熔化了的容器/蓋子材料流到或流向外邊緣。
本發明的進一步特徵涉及用於製成緊固波狀物封口結構的設備，此設備包括一個加壓頭和一個熱封口頭。
附圖進一步詳細表示了本發明，其中
圖1 加壓頭和封口頭的側向局部剖面示意圖，說明容器凸邊的連接情況;
圖2 緊固波狀物封口結構側向剖面示意圖;
圖3A 位於與承壓模相鄰處的加壓頭和熱封口頭剖面示意圖;
圖3B 用曲線的方式表示熱封口頭應有的工作參數，具體而言為熱封口頭的溫度和壓力;
圖4A 在加壓頭與蓋子接觸後，蓋子材料從封口頭接觸區下方開始流動的側向局部剖面示意圖;
圖4B 互鎖的第一薄片波狀物和第二薄片波狀物側向剖面示意圖;
圖4C 表示蓋子從容器上撕開的側向剖面示意圖;
圖5A 緊固波狀物封口結構、簡單結構波狀物封口結構和常規粘結封口系統的破損壓力與平均撕開力之間的關係曲線;
圖5B 為了進行比較，表示了EPA440291中簡單結構波狀物封口結構側向剖面示意圖;
圖5C 緊固波狀物封口結構、簡單結構波狀物封口結構和常規粘結封口系統的破損壓力與初始撕開力之間的關係曲線;
圖6A和6B 緊固波狀物封口系統在各種破損壓力下破壞機理的側向剖面示意圖;
圖7 在容器內邊緣處形成的典型互鎖波狀物系統的側向剖面示意圖;
圖8 表示兩種不同封蓋系統的破損壓力與聚丙烯波狀物截面尺寸(平方英寸)之間關係的曲線。
圖1、2和3表示設備10，用於製造一種在蓋子12的第一種材料和容器凸邊14的第二種材料之間可撕開的緊固波狀物封口結構。緊固波狀物亦可以制在一種無凸邊的軟容器上，例如制在用於給病人注入鹽水溶液的滴袋上。當然，設備10要在蓋子12放在凸邊14上面時才進行操作。蓋子與容器在內部的連接處稱為內邊緣12(圖2)(當蓋子安放在容器的凸邊上時)，蓋子與容器在外部的連接處則稱為外邊緣18(圖2)。
設備10中有一個熱封口頭20，它有一個其尺寸與蓋子相配的型面22(圖3A)。熱封口頭20中有一個加熱器24，它嵌入熱封口頭中，以加熱此封口頭。
此設備中還有一個加壓頭26，它有一個型面28(圖3A)，型面尺寸根據將蓋子放在凸邊上後與蓋子配合工作來決定。加壓頭26的位置在圖示之實施例中是在熱封口頭20外面，亦即處於朝著容器外邊緣18(圖2)的位置。應該認識到，當需要滿足不同的設計和針對不同的加工對象時，熱封口頭20和加壓頭26的位置是可以改變的。
設備10中還包括加壓頭移動裝置30，例如是一個氣動作動筒32，它通過連接板34、帶臺肩的螺栓36、36A和彈簧38 38A，使加壓頭向下移動並與蓋接觸，從而將蓋子緊壓在容器凸邊上。
設備10還有封口頭移動裝置40，在圖示實施例中也是氣動作動筒32，它通過連接板34和支承軸42相連，以便使熱封口頭向下移動，從而與放在凸邊14上的蓋子接觸。如下文還要詳細說明的那樣，封口頭(圖3A)的型面22和加壓頭(圖3A)的型面28適合於在容器內邊緣附近形成互鎖波狀物和朝向容器外邊緣的蓋子高度變化區。
工作時，加壓頭26和熱封口頭20先後朝蓋子12的方向向下移動，加壓頭大約比封口頭超前1mm。因此，加壓頭26在熱封口頭20之前先與蓋子12接觸，並在熱封口頭與蓋子接觸之前先將蓋子緊壓在容器凸邊上。在加壓頭26與蓋子接觸後，連接板34通過彈簧對加壓頭26加載，此時彈簧38、38A受壓縮，當熱封口頭20與蓋子接觸時，彈簧壓縮量D44約為1mm。
在圖示實施例中，氣動作動筒32驅動熱封口頭20和加壓頭26向下移動，也可以用其它的機械式裝置來達到同樣的目的。使用不同的容器/蓋子材料系統時，除其它的過程參數以外，當然還應改變移動量D44。
在形成緊固波狀物封口結構的過程中，蓋子12和容器凸邊14均放在承壓模46上。在一種實施例中，蓋子12可與容器凸邊14連接，以嚴格地密封食品客器48，這種容器通常有一個底50和由第二薄片54構成的向上延伸的壁52，此第二薄片根據所要求的阻隔特性，採用均質的和/或層狀材料製成。蓋子(圖2中是第一薄片56)可以用均質材料製成，或是層狀結構。
圖2進一步詳細表示了緊固波狀物封口結構60。由圖可見，封口結構中包括鄰近容器內邊緣16由第一種材料64構成的互鎖波狀物62(第一種材料通常為高密度聚乙烯/聚異丁烯層64APE層64A的上層通常是PET/PVDC/PET層66)。封口結構60中還包括由朝向外邊緣18的互鎖波狀物62構成的密封區68，其總體處於熱封口頭20的接觸區中。
密封區68的尺寸顯然將取決於通過熱封口頭20和加壓頭26傳給第一薄片和第二薄片54的總加熱量和/或壓力。構成緊固波狀物封口結構一部分的蓋子高度變化區70與密封區68相鄰或包括在其中，並使受影響的材料層從較低的密封區68直至蓋子上表面72，形成大體為平直的過渡段。在蓋子高度變化區之內和在上表面72之下的那些層當然可包括在密封區之內。例如密封區68可以向外延伸，並包括連接面80的部分在內。
在最佳實施例中，加壓頭26的溫度保持為足夠低，以避免在加壓區中熔化，密封區通常如圖2所示。
容器的第二薄片54可包括第二種材料74，它由聚丙烯層74A、相鄰的粘結層26、EVOH78層、另一個粘結層76和另一個聚丙烯層74B所組成。第二薄片54的這種分層結構製成通常具有凸邊14的容器48，凸邊14是指容器的上部外周邊。
與容器外邊緣18鄰接的容器凸邊14中還包括凸邊連接面80，連接面80是指第一種材料64與容器凸邊的第二種材料74粘結或未粘結的接觸部分。
參見圖3A所示的具體實施例，加壓頭型面28的尺寸A82為0.6mm，熱封口頭20的型面22的尺寸C84為1mm，型面在該處與蓋子接觸。加壓頭26與熱封口頭20相隔距離B86為0.13mm。角γ88通常約為50°，它可以從30°至55°。熱封口頭壓入蓋子中的最大深度為0.15mm此壓入深度在加壓頭型面28之下約0.2mm。承壓模46包括一個承壓模臺肩90，此臺肩在加壓頭型面和熱封口頭型面22的正下方。
上述各種尺寸可以根據所要連接的容器/蓋子的材料配置進行改變，但對這裡所述適合於構成封口結構的材料而言，這些尺寸具有代表性。
圖3B表示形成圖2所示結構時適用的熱封口頭壓力範圍和溫度範圍。對此圖線中的各符號可以說明如下符號1此區域為不可接受的低破損壓力(小於70KPa)。
符號2在此區域內由於熱封口頭的溫度過高使蓋子損壞，因此應避免在此區域內工作。通常PET是經常用在全塑料蓋外表上的一種材料，因為它有高的熔化溫度(245℃)，並且比較便宜。封口溫度不能超過PET的熔點，在圖中標註了這一限制。應該指出，箔基的蓋子材料可比PET承受高得多的溫度，根據所選擇的蓋子和/或容器凸邊材料，有可能在此區域的某些部分中工作。
符號3這一區表示希望的熱封口頭工作範圍(對於圖2所示的系統)。注意到熱封口頭的溫度高於207℃(破損壓力要求大於70KPa)，然而溫度將不過多地超過230℃，以免由於高溫而可能使蓋子損壞。
符號4一般工作條件如下構成緊固波狀物封口結構的時間約為1秒，加壓壓力從700至4000KPa(過程對加壓壓力不太敏感)。當製造直徑為76mm的杯子時，採用這樣的工作參數所得到的是具有初始撕開力為0.9kg、平均撕開力為0.4kg、破損壓力170KPa的緊固波狀物封口結構。上述杯子具有兩種熔化流率的表面層，即聚丙烯的第二種材料74A和低密度聚乙烯蓋子密封層的第一種材料64。高密封聚乙烯的第一種材料64所得到的初始撕開力為1.1kg，平均撕開力0.5kg，破損壓力275KPa(見圖5A和5C)。
對於其它的蓋子密封層系統則有其它的工作條件。在最佳實施例中，蓋子的厚度約0.1mm，而容器48第二薄片的厚度約0.76mm。高密度聚乙烯層64A的厚度約0.05mm，第一種材料64的熔化溫度從125至140℃。通常用於食品容器頂蓋結構中的蓋子66(PET/PVDC/PET)頂層的厚度約0.06mm。當然，頂層也可以改用鋁箔。層64A、66構成了第一薄片56的結構。
如上面所提到過的，第二薄片54一部分的第二種材料74，由熔化溫度約為165至175℃和厚度約0.13mm的聚丙烯層74A組成。粘結層76一般由厚度為0.075mm的聚丙烯組成。EVOH層78厚度為0.1mm，接著是具有相同厚度為0.075mm的另一個粘結層76，最後是厚度為0.13mm的聚丙烯層74B。如所周知的，約0.25mm的磨合材料層可以包括在第二薄片上。
圖4A、4B和4C表示將蓋子密封在容器上的方法，以及表示了從容器上拆下蓋子的情況。更具體地說，圖4A表示封口頭20(最好加熱到溫度為220-230℃)移動至與第一薄片56接觸並有足夠的行程，以便將第一薄片和頂面92壓縮在一起。如前所述，可通過向下移動封口頭20的加熱面，使第一薄片與之接觸並被加熱，或在封口頭與第一薄片接觸時和接觸前，用熟知的高頻能量加熱第一薄片。第二薄片54也可使用高頻能量進行預加熱，或在最佳實施例中，第二薄片通過從第一薄片傳入的熱能進行加熱，熱能傳遞到第一薄片是靠熱封口頭與第一薄片的接觸。
如上所述，在熱封口頭與第一薄片56接觸前，加壓頭26先行與蓋子12接觸，並在蓋子上加壓力。
工作時，熱封口頭下移與第一薄片接觸，並在蓋子密封過程的初始階段提供足夠的壓力和熱能，以熔化第一層材料64A，使此層的一部分從熱封口頭接觸區的下方向外流動，從而形成了初始的第一薄片波狀物94。與圖4B進行比較後可見，波狀物94上具有原始的第一薄片波狀物頂尖96的位置。由封口頭所加的熱能和壓力也是以開始形成第二薄片的熔化部分98，它具有如侵入層64A中的箭頭所表示的第二薄片優先的流動方向100。
可見，形成本發明製品中互鎖波狀物過程的初始階段，包括了在容器內邊緣處形成初步的第一薄片波狀物94。由於在最佳實施例中所選擇的材料，初始的波狀物94的下面與第二薄片的頂面92互相嵌入，使第一種材料的物質在封口頭下面移動，並力圖朝容器內邊緣16流動。
在形成互鎖波狀物時，加壓頭繼續將蓋子緊壓在容器上，使蓋子相對於容器穩定不動，並維持作用在第一種材料和第二種材料上的壓力，從而避免第一種材料和/或第二種材料的熔化部分流到或流向外邊緣。加壓頭有效地阻擋軟化或熔化了的材料在加壓頭與蓋子接觸部分的下面和/或在這一部分之外流動。
由圖4B可見，第二薄片的一部分被加熱和/或加壓到一個足夠的時間，使之熔化和/或移動第二種材料74的一部分。此後，熔化和/或移動的部分第二薄片材料，流入第一薄片初始波狀物94中(見圖4A)，以形成第二薄片波狀物62B，與此同時，第一薄片初始波狀物的一部分在第二薄片波狀物62B的下面移動，使之構成了第一薄片波狀物62A，它在容器內邊緣附近，與第二薄片波狀物62B沿整個互鎖區102互鎖。
第二薄片波狀物62B向上流動，或換句話說為「噴射」到第一薄片初始波狀物94中，使初始波狀物94分成上部和下部，下部標為第一薄片波狀物62A。波狀物62A有一個沿波狀物外周邊的第一薄片波狀物峰面104，還有一個位於峰面104末端的第一薄片波狀物頂尖96，頂尖同時也位於第一薄片波狀物62A的下側面108(見圖4C)的末端。
類似地，第二薄片波狀物62B包含一個處於第二薄片波狀物峰面112和第二薄片波狀物下側面114末端的第二薄片波狀物頂尖110。更具體地說，波狀物62A、62B可以在第一薄片波狀物頂尖和第二薄片波狀物頂尖之間的搭接部分構成互鎖區102。第一薄片波狀物頂尖在第二薄片波狀物頂尖之下。
分布內壓122用垂直於第一薄片波狀物峰面104的一系列小箭頭來表示。這些分布內壓可以用箭頭124所示的集中壓力來代表，它代表在此整個分布壓力作用區內分布內壓122的總量。剪力偶A-A116平衡此集中壓力124，這裡用了繪圖的方式表示了容器與蓋子連接的破損強度。由於設計成具有厚根133(圖4C)的互鎖波狀物而使破損強度得以提高。
眾所周知，分布內壓122產生遍及整個容器/蓋結構的周向應力，這些周向應力被第二個波狀物材料上的橫向剪力所平衡。容器/蓋的連接結構，利用大體上垂直於分布內壓122的互鎖波狀物62A、62B，有效地承受最高約可達275KPa的內壓力而不破損(見圖5A、5B)。常規的容器/蓋連接結構僅僅依靠蓋與容器凸邊的粘結，沒有設在容器/蓋破損面上互鎖波狀物的支持。
為了用圖來表示，圖4B上還畫有頂尖壓力向量126，它垂直於第一薄片波狀物峰面104，並和第二薄片波狀物頂尖110橫切。
壓力和溫度以及容器/蓋連接的材料應這樣選擇，即在運用了加壓頭和熱封口頭之後，使第一薄片波狀物頂尖和第二薄片波狀物頂尖，應位於所定義的集中壓力124的兩側，集中壓力代表在密封的蓋和容器內，作用於第一薄片波狀物頂尖和頂尖向量126之間第一薄片波狀物峰面上的分布內壓力122。第一薄片波狀物頂尖處在這一位置，增加了連接的有效互鎖區，減少了平行于波狀物62A、62B下側邊的剪應力水平。
在圖示最佳實施例中，封口頭加熱至約220℃至230℃，在保持從2750至3800KPa之間的壓力不變時，壓在容器/蓋結構上約1秒鐘。
應該提出，在本發明的產品中，第一薄片波狀物頂尖96至少伸展到集中壓力箭頭124的左方，而在另一種實施例中，第一薄片波狀物頂尖至少伸展到頂尖壓力向量126的左方，當然這取決於所選擇用於連接的材料。
參看圖4C，當消費者想要將蓋子從容器上取下時，箭頭118表示的撕開力作用在第一薄片的邊緣，蓋被向上提起，並與第二薄片材料分開，使至少到斷裂點132的連接面80露出。因此，可以想像，將蓋子從容器上除去所需的初始撕開力只要能足以克服第一種材料在第二種材料處所受到的任何粘結，亦即從容器外邊緣18(見圖2)起，經蓋子高度變化區70A，直至斷裂點132，當然，此力同時還須在破裂點132處拉斷第一種材料。撕開力只需要在開始時克服粘結阻力;若要使容器破損，則內壓力至少必須能足以破壞第二薄片波狀物，並在波狀物根133的區域內，沿A-A線受剪切。
如前所述，與EPA440291所介紹的和在本文圖5B中所表示的簡單結構波狀物封口結構相比，採用圖2中表示的緊固波狀物封口結構，取消了容器外邊緣18A處的互鎖波狀物62C、62D(圖5B)後，可以使初始撕開力顯著減少，這種新型的緊固波狀物封口結構，在原先的互鎖波狀物62C、62D所在處，有一個非粘結的連接面80。
現在來進一步詳細研究圖4C。當組合使用加壓頭26和熱封口頭20時，可形成一個獨特的緊固波狀物封口結構。加壓頭26起初在具有上表面72和蓋子高度變化區70的蓋子第二部分136與蓋子12接觸，高度變化區70是蓋子第二部分中向下彎曲的部分，它是通過熱封口頭20與蓋子第一部分140接觸面造成的，蓋子第一部分140在靠近容器內邊緣的地方。
蓋子第一部分140包括較低的表面142，和與較低表面鄰接的蓋子傾斜區139。傾斜面139是由熱封口頭的傾斜部分在蓋子上壓印而成的。蓋子傾斜面從較低的表面出發，向上朝著容器蓋143(圖1)的中心方向延伸，並與蓋子頂面145相匯合，互鎖波狀物的一部分通常在較低表面142、蓋子傾斜面和與內邊緣16相鄰的蓋子頂面的下方構成。由於彈性變形，傾斜面139的斜角通常小於熱封口頭上的角γ88。
因此，封口頭的型面和加壓頭的型面，不僅可適合於形成第一薄片波狀物和第二薄片波狀物62A、62B，而且可構成蓋子第一部分140中的較低表面142、蓋子第二部分136中的上表面72、以及在上表面72和較低表面142之間蓋子高度變化區70。
蓋子高度變化區70從較低面142出發，向上朝著上表面72延伸，較低面142所在的高度低於上表面，是在熱封口頭向下移動到一個低於加壓頭的停動高度時構成的。蓋子高度變化區70包括與較低面142鄰接的第一斜度改變點144，以及與上表面72鄰接的第二斜度改變點146。根據加壓頭、封口頭和蓋子與容器凸邊的材料性質之間的相互關係，在斜度改變點144、146處，蓋子的斜度會發生變化，或非常平緩，或陡峭。在這兩個點的這一處或那一處或兩處，材料將形成圓角或輪廓分明的脊線。
因此可以看出，在內邊緣和外邊緣之間，蓋子有一個較低面，它作為平面從互鎖波狀物那裡開始向外，朝著外邊緣方向延伸;蓋子的高度變化區從比較低面出發向上，朝外邊緣延伸;以及，上表面也是平的，它從蓋子高度變化區出發，向外朝外邊緣延伸。
類似地，從外邊緣到內邊緣的容器第二種材料74，也有一個上表面72A、第二斜度改變點146A、向下傾斜的蓋子高度變化區70A、第一斜度改變點144A、較低面142A、以及從較低面142A起，向上朝容器中心延伸的蓋子傾斜區139A。第二種材料的相對尺寸和形狀，取決於平面的大小和使蓋子材料進入容器材料之中的材料流動變形。
在本發明的一種實施例中，第二薄片波狀物包括位于波狀物最高部分的峰頂147，峰頂147的垂直高度高於較低面142A，也高於蓋子的上表面72。容器上表面72A的高度，通常低于波狀物峰頂147，但高於容器較低面142A。
由於承壓模46(圖1)位於下方，並從封口頭和加壓頭的作用區向外延伸，所以在緊固波狀物封口結構形成後，較低面142142A，高度變化區70、70A，以及上表面72、72A的一部分，全都在承壓模46上方。蓋子12從蓋子高度變化區起，以相同的高度向外朝容器外邊緣方向延伸。
加壓頭26有效地成為一個阻止被熱封口頭熔化的蓋子和容器的熔化部分向外流動的堤壩，以防止它們向外流到或流向容器外邊緣。阻止材料朝外邊緣流動，可防止在容器外邊緣附近生成互鎖波狀物，並避免由此而造成初始撕開力的提高。
如圖4C所示，本發明的一種實施例中，熱封口頭的造型使蓋子從容器上撕下時，第二薄片波狀物62B留在容器上。撕開時，蓋子沿整個破壞面完整地除下，此破壞面正好在蓋子上包裹著容器材料的地方。蓋撕開後，在這一位置留下了一小部分附著在容器上的第一種材料。破壞面是指隨蓋撕下的材料和留在容器上的材料兩者之間的接合面。
將本發明開蓋破壞面的位置，與Gossedge等人的美國專利4961513提出的蓋子封口系統中的相比較後，應該注意到，Gossedge特別指出，撕蓋過程中在容器凸邊上留下耳狀物是不可接受的(是Gossedge第4欄第17-48行及圖5)。Gossedge撕蓋系統的可操作性因而在很大程度上取決於Gossedge的兩個根部(34)所控制的厚薄;相反，在本發明中不存在這種敏感性。本發明不需要Gossedge中為適用於撕蓋操作所需要的複雜的多平面模具表面。顯然，本發明在結構上也與Gossedge的不同，採用了在容器內邊緣附近的單個互鎖波狀物系統以及蓋子高度變化區和一個連續地朝外邊緣方向延伸的上表面72，來代替兩個互鎖波狀物。
緊固波狀物封口結構的優點，通過圖5A和5C很容易說明。在破損壓力275KPa處，緊固波狀物封口結構的平均撕開力只有0.54kg，而簡單結構波狀物封口結構的平均撕開力為0.64kg，常規粘結封口系統的平均撕開力約1.14kg(見圖5A)。更為重要的是，如圖5C所示，初始撕開力明顯減小，從初始值為5.5至6.8kg(此值分別對應於常規粘結封口系統和簡單結構波狀物封口結構)，而應採用緊固波狀物封口結構時，此值減為1.4kg。因此，本發明的緊固波狀物封口結構，提供了一種既能抵抗加熱過程中的高破損壓力，又能容易打開或撕開蓋子的容器。
由圖6A和6B可以看出，包裝內部增加壓力時，容器有兩種可能的破損型式容器材料74(聚丙烯)破損;或蓋子材料64(聚乙烯)破損。在容器為聚丙烯杯以及蓋子材料為高密度聚乙烯(HDPE)的情況下，所設計的最佳破壞模式是使破損面150發生在貫通波狀物的根部，因為在此處的破壞力最大。在第二種情況下(圖6B)，蓋子上的低密度聚乙烯(LDPE)64，在包裝內壓引起的拉力作用下，在例如破壞面152處破損。出現這種破損型式的波狀物，其破損壓力通常比聚丙烯波狀物在其根部破損時為低。
由下列之表1可以看出，在密封條件下導致100%貫通破壞面150的聚丙烯破損的最高破損值達到275KPa。當如圖6B所示發生貫通破壞面152的聚乙烯破損時，破損值低得多為80KPa到190KPa。
表176mm模製杯破損型式分析能量乘積＊破損 %PP破壞 %PE破壞貫通A-A連線 在破裂點132Alcoa F8087 .002 AL//.0015 LDPE+6.90 E6 79.3 0 1007.10 E6 187.5 3 409.10 E6 214.4 32 129.93 E6 175.1 0 100DuPont .002 AL//.0005 HDPE6.76 E6 90.3 0 100Alcoa A9373P1 .002 AL//.0015 HDPE++6.34 E6 227.5 72 207.86 275.8 100 0＊ 能量乘積＝時間(S)×溫度(R)×壓力(KPa)+ 極限拉伸強度＝13800KPa++ 極限拉伸強度＝41400KPa由表1可看出，蓋子材料的極限拉伸強度影響破損強度。如能看出的那樣，高密度聚乙烯蓋密封層，提供最大為275KPa的破損強度，而低密度聚乙烯密封層的破損強度，最大為215KPa。
破損強度隨著波狀物尺寸加大而增加。圖7表示波狀物尺寸界限的定義，例如，聚丙烯寬度154，聚乙烯寬度156，聚丙烯長度158和波狀物角度160。在最佳實施例中，聚丙烯寬度154大約從0.13至0.25mm，聚丙烯長度158為0.25至0.63mm，聚乙烯寬度0.075至0.20mm以及波狀物角度160為20至50°。聚丙烯波狀物的長度和寬度相乘，得出聚丙烯的橫截面積。
圖8表示破損壓力與聚丙烯橫截面積的關係曲線，其中連續線表示一種0.00048PET11 EVA11 0.002LDPE的蓋子系統，其寬度PE＝0.35mm，θ＝10.2°虛線表示0.00048 PET11 0.002 AL11 0.0015 LDPE的蓋子系統，寬度PE＝0.08mm，θ＝2°。可以看出，破損壓力隨聚丙烯波狀物橫截面積增加而增加。研究此圖，可以引導人們根據圖線預見其他常用蓋子系統的破損壓力。應該指出，波狀物橫截面積增加，使破損壓力提高。
作為舉例，下列表2表示密封在橢圓碟上的各種蓋子所遭遇的預加熱破損和後加熱破損以及初始撕開力。緊固波狀物封口結構的優點易於看出。研究初始撕開力，可使人們對這種緊固波狀物技術具有容易撕開的優點，印象更為深刻。
表2各種密封在橢圓形碟上的蓋緊固波狀物 預加熱 後加熱封口結構 破損 破損 初始撕開力 平均撕開力(KPa) (KPa) (KPa) (KPa)箔 //HDPE 206.8 193.1 2.95 1.5PET//PVDC// 184.1 142.7 2.0 0.5PET//HDPEPET//PVDC// 193.1 126.2 2.18 0.68MOD HDPE常規封口美國國家標準 179.3 131.0 5.23 2.05罐頭(PFT∥PVDC∥NY∥腐蝕性密封粘結)緊固波狀物技術還可以用在各種形式的包裝上。圓的、橢圓的和矩形的都試驗過，試驗結果表示在圖3中。應當指出，圓形製品破損壓力最高，非圓形包裝的破損強度減小。
表3包裝幾何形狀的變化蓋子＝PET∥EVAX∥LDPE包裝的形狀 密封條件 破損76mm 圓形 275℃，1.4s，207KPa 207KPa4.5×6.5橢圓形 300℃，1.4s，414KPa 172KPa4.5×6.5矩形 275℃，1.2s，420KPa 117KPa緊固波狀物密封技術看來能夠容許在密封區有某些汙染。常規封口系統對汙染敏感，因而食品充填機製造者竭盡全力制止食品濺汙包裝的凸邊。在常規封口系統中，1%-2%的密封故障率並不是罕見的。緊固波狀物封口結構顯然不受汙染物的影響，如表4所示。
表4汙染 研究蓋子＝箔∥LDPE
沾染物 密封條件 ＃良好的/試驗的智利肉汁 315℃，1.0s，275KPa 25/25雞油 290℃，1.0s，240KPa 25/25黃油調味醬 290℃，1.0s，240KPa 22/2權利要求
1.製造在蓋子和容器凸邊之間可撕開的封口的方法，包括向下移動加壓頭使之與蓋子的一部分接觸，並將蓋子緊壓在容器凸邊上；驅動一個熱封口頭向下與蓋子接觸，熔化或軟化蓋子材料的一部分和容器凸邊材料的一部分；在被熔化或被軟化材料上保持封口頭的壓力，使蓋子材料和容器材料在容器內邊緣附近形成互鎖波狀物；在容器/蓋子系統上保持加壓壓力，以抑制熔化或軟化了的容器/蓋子材料流到或流向外邊緣。
2.按照權利要求1所述之方法，其特徵為封口頭的幾何尺寸和壓力，應能形成具有在蓋子材料上的第一薄片波狀物頂尖的第一薄片波狀物，以及形成具有在容器凸邊材料上的第二薄片波狀物頂尖的第二薄片波狀物，保持壓力，使第一薄片波狀物頂尖，移到第二薄片波狀物頂尖的下面，並在它們兩者之間構成互鎖區。
3.按照權利要求1或2所述之方法，其特徵為加壓頭的幾何尺寸和壓力應能在封口頭和壓緊頭之間形成一個蓋子高度變化區，此蓋子高度變化區從被封口頭壓住的蓋子部分起，向上朝著被加壓頭壓住的蓋子部分延伸。
4.按照權利要求1、2或3所述之方法，其特徵為蓋子被緊壓在容器上，所施加的壓緊力從2750kg至4140kg。
5.按照上述諸權利要求中之任一項所述之方法，其特徵為加壓頭和熱封口頭先後向下朝著蓋子移動;加壓頭的移動先於封口頭。
6.製成一種在蓋子和容器凸邊之間可撕開的緊固波狀封口結構的設備，此設備包括具有型面的封口頭，型面尺寸的確定要適合於與放在凸邊上的蓋子配合工作;嵌裝在封口頭中的加熱器;具有型面的加壓頭，型面尺寸的確定要適合於與放在凸邊上的蓋子配合工作，此加壓頭相對於容器的內部而言，它裝在封口頭之外;與加壓頭連接的加壓頭連接裝置，用於移動此加壓頭向下與蓋子接觸，以便將蓋子緊壓在容器凸邊上;與封口頭連接的封口頭移動裝置，用於移動此封口頭向下，與放在凸邊上面的蓋子接觸;封口頭的表面和加壓頭的表面製成某種形狀，為的是能在容器內邊緣附近形成蓋子材料和容器材料的互鎖波狀物，並形成朝容器外邊緣方向延伸的蓋子高度變化區。
7.按照權利要求6所述之設備，其特徵為封口頭的表面和加壓頭的表面製成某種形狀，為的是能形成一個在蓋子上具有第一薄片波狀物頂尖的第一薄片波狀物;一個在容器凸邊上具有第二薄片波狀物頂尖的第二薄片波狀物，此第二薄片波狀物和第一薄片波狀物，在第一薄片波狀物頂尖和第二薄片波狀物之間互相搭接，從而在它們之間構成一個互鎖區;蓋子中位置較低的這一部分表面與封口頭接觸;蓋子上較高的這一部分表面則與加壓頭接觸;在上述較高的表面和較低的表面之間，從較低的表面出發向上，朝著較高的表面延伸著蓋子高度變化區，向下移動熱封口頭的下表面，使之低於加壓頭的下表面，從而在高度低於上述較高表面的地方，形成上述較低的表面。
8.一種通過權利要求1至5之任一項所述之方法或藉助於權利要求6或7所述之設備所獲得的其上具有密封蓋的容器。
全文摘要
通過在容器內邊緣附近的蓋子材料和容器材料形成互鎖波狀物，使蓋子與容器接合在一起。不加熱的加壓頭緊壓在蓋子上緊挨著熱封口頭的地方。熱封口頭用來在容器內邊緣附近形成互鎖波狀物；加壓頭防止容器或蓋子熔化部分流到或流向容器的外邊緣。
文檔編號B67B3/02GK1066829SQ9210269
公開日1992年12月9日 申請日期1992年4月13日 優先權日1991年4月15日
發明者約翰·謝立丹·託馬斯 申請人:國際殼牌研究有限公司