JP2004058276A - 超音波溶着器 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンディタイプの超音波溶着器を用いて、薄い被溶着層を相互溶着する際に、振動押圧面と受圧面の間の歪みにより、溶着面積が減少するのを防止する。
【解決手段】振動押圧面１０と受圧面１１との間に、被溶着層の溶融温度よりも融点が高く、かつ、表面に非接着性を有する、軟質性溶着補助層２０ａを配設した。かかる構成では、被溶着層を、該軟質性溶着補助層２０ａと共に、振動押圧面１０と受圧面１１との間の挟圧により、該軟質性溶着補助層２０ａが変形し、振動押圧面１０と受圧面１１間の間隙を満たすため、振動押圧面１０と受圧面１１の間の全域で被溶着層が溶着されることとなる。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品パックやビニール袋等の種々の被溶着層の相互溶着に用いるハンディタイプの超音波溶着器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
食品パックやビニール袋等の種々の被溶着層の溶着等に用いるハンディタイプの超音波溶着器は、一般的に、超音波振動する振動押圧面と、該振動押圧面と対向する位置に形成される受圧面との、二つの金属面を備える。前記の両金属面は、超音波溶着器を把持することにより、相互に離近移動可能となっている。そして、該超音波溶着器は、両面間で、接合される被溶着層対を挟圧し、一定以上の圧力で挟まれた被溶着層の挟圧領域に、振動押圧面から超音波振動を伝えることで、被溶着層の挟圧領域を溶融させ、挟圧領域において、被溶着層相互を溶着する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の超音波溶着器では、挟圧領域全域を均等に挟圧するように、振動押圧面と受圧面とは、相互に面接触するように設計される。しかし、多くの超音波溶着器においては、振動押圧面と受圧面は、製造時の誤差や、使用による磨耗、変形等により歪んでいる。このため、振動押圧面と受圧面とを近づけても、剛性の強い両面は部分的にしか接触せず、両面間には間隙が生じている。この場合、被溶着層が、振動押圧面と受圧面間の間隙より十分大きい場合には、被溶着層が挟圧により変形し、該間隙が被溶着層により充たされるため、振動押圧面と受圧面の間全域で被溶着層を挟圧することが可能である。しかし、相互に溶着する被溶着層の厚さが数１０μｍのものとなると、該間隙のため、被溶着層は、振動押圧面と受圧面の間全域では挟圧されず、溶着面積が減少し、必要な溶着力が得られないという問題が生じている。
【０００４】
本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、薄い被溶着層を適切に溶着し、より多様な厚さの被溶着層に対応可能な超音波溶着器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、相対的に離近方向へ移動する振動押圧面と受圧面とを備え、振動押圧面と受圧面との間で被溶着層を挟圧した状態で、所定周波数の電圧を発振する発振器によって振動押圧面を励振することにより被溶着層を接合するようにした超音波溶着器において、振動押圧面と受圧面との間に、被溶着層の溶融温度よりも融点が高く、かつ、表面に非接着性を有する、軟質性溶着補助層を備えたものである。かかる構成では、被溶着層を振動押圧面と受圧面との間で挟圧すると、軟質性溶着補助層が挟圧により変形し、振動押圧面と受圧面の間に形成される隙間を充たす。このため、被溶着層が薄いものであっても、振動押圧面と受圧面の間の全域において、被溶着層を挟圧し、溶着することができる。また、軟質性溶着補助層は、耐熱性であるため、超音波振動により溶融することがなく、また、表面に非接着性を有するため、溶融した被溶着層が、軟質性溶着補助層に接着することも稀である。
【０００６】
ここで、軟質性溶着補助層を具備する溶着補助片を、該軟質性溶着補助層が振動押圧面と受圧面との間に位置するように、着脱可能に配設する構成が提案される。かかる構成では、被溶着層が薄い場合には、溶着補助片を装着し、軟質性溶着補助層を介在させて溶着を行うことが可能であり、また、被溶着層の厚みが大きく、軟質性溶着補助層を介在させて溶着するには不適切な場合には、溶着補助片を取り外し、軟質性溶着補助層を介在させず、溶着させることもできる。このように、軟質性溶着補助層を具備する溶着補助片を着脱可能とすることにより、被溶着層の溶着時に、被溶着層の厚みに応じて、軟質性溶着補助層を介在させるかどうかを選択できるため、多様な厚さの被溶着層を適切に溶着することが可能となる。
【０００７】
また、軟質性溶着補助層を具備する溶着補助片を、該軟質性溶着補助層が振動押圧面と受圧面との間に位置する使用位置と、位置しない退避位置とに位置変換可能となるように配設してもよい。かかる構成では、溶着補助片を移動することにより、軟質性溶着補助層が、振動押圧面と受圧面とを介在する位置と、それ以外の位置との間を位置変換される。このため、溶着補助片を移動させるだけで、被溶着層の溶着時の軟質性溶着補助層の使用、不使用を容易に切換できる。
【０００８】
さらに、軟質性溶着補助層に、ポリテトラフルオロエチレンを用いた構成が提案される。かかる構成では、軟質性溶着補助層が、安価で、耐久性に富むポリテトラフルオロエチレンシートにより構成されるため、低コストで軟質性溶着補助層を実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本実施例の超音波溶着器１は、従来構成のハンディタイプの超音波溶着器に、軟質性溶着補助層２１を有する溶着補助片２０ａを、着脱可能に配設したものである。まず、溶着補助片２０ａの非装着状態の超音波溶着器１の構成について、図面を参照して説明する。
超音波溶着器１は、図１に示すように、相対回動可能に後端を軸支した上下一対の上顎部５と下顎部６とで構成され、後述する上顎部５の先端の振動押圧面１０と、下顎部６の先端の受圧面１１とが、相対的に離近方向へ移動するようになっている。また、超音波溶着器１は上顎部５の後部に配設されるソケット部１９を介して外部の発振器（図示せず）と接続される。
【００１０】
そして、上述の上顎部５と下顎部６は、図２に示すように、回動軸８により軸支されている。そして、回動軸８近傍には、超音波溶着器１の先端を開放させる方向に働くねじりコイルばね１８と、該ねじりコイルばね１８の付勢力により、超音波溶着器１の先端が過度に開放するのを防止する、開きストッパー４とが配設されており、外力を加えない状態では、振動押圧面１０と、受圧面１１は、約１ｃｍ離れた状態で静止している。
【００１１】
上顎部５は、該上顎部５の下面を形成する樹脂性の上顎フレーム１４により、回動軸８に軸支される。そして、上顎フレーム１４の上には、超音波振動子７が配設され、さらに、超音波振動子７の上側から覆いかぶさるように、上顎部５の上面から側面を形成する上顎カバー１２が取り付けられる。前記超音波振動子７は、圧電セラミックにより構成され、上顎カバー１２と上顎フレーム１４との間に内蔵される振動部７ａと、先端が上顎部５の先端に突出する、ステンレス製のホーン部７ｂとからなる。また、上顎フレーム１４には、方形状の開口が形成されており、該開口部には発振器を作動するマイクロスイッチ１６が、発振器の作動契機となる押ボタンを下方に向けて配設される。
【００１２】
また、前記振動部７ａは発振器と接続されており、発振器から所定周波数の電圧を印加されると、振動部７ａは超音波振動することとなる。一方のホーン部７ｂは、振動部７ａの前部に一体的に取り付けられ、その先端に平面状の振動押圧面１０が、下方に向けて形成されており、振動部７ａの超音波振動を、増幅し、振動押圧面１０へと伝搬する。なお、後述するように、上顎部５の前部には、上顎フレーム１４と上顎カバー１２により、溶着補助片２０ａを取り付けるための取付枠２４が形成されている。
【００１３】
一方、下顎部６は、長尺なアルミ製の下顎フレーム１５により回動軸８に軸支される。そして、超音波溶着器１の底面を構成する下顎カバー１２が、該下顎フレーム１５の下面を覆うようにして配設される。また、下顎部６の先端には、ステンレス製のチップ９が上方に向けて突設され、該チップ９の上端には、受圧面１１が、振動押圧面１０と対向するように形成される。また、下顎フレーム１５の後方には、板ばね１７が、その上端をマイクロスイッチ１６に向けて突設されている。
【００１４】
次に超音波溶着器１の溶着作動について説明する。
複数の被溶着層を、振動押圧面１０と受圧面１１の間に挿入し、超音波溶着器１を把持して、ねじりコイルばね１８の弾性力に逆らい、上顎部５と下顎部６の先端同士を近づけ、振動押圧面１０と、受圧面１１との間で該被溶着層を挟圧すると、まず、板ばね１７の上端部により、マイクロスイッチ１６の押ボタンが押圧され、発振器が所定時間作動する。そして、発振器は所定周波数の電圧を発振し、該電圧を、超音波振動子７の振動部７ａへと印加し、該振動部７ａは、超音波振動を励振されることとなる。さらに、振動部７ａで発生した超音波振動は、前方のホーン部７ｂにより、増幅され、振動押圧面１０から被溶着層の挟圧領域へ超音波振動を伝搬される。そして、被溶着層は、摩擦と振動エネルギーにより、溶融し、相互に溶着されることとなる。
【００１５】
次に本発明の要部である、軟質性溶着補助層２１及び溶着補助片２０ａについて、図面を参照して説明する。
溶着補助片２０ａは、図３に示すように、軟質性溶着補助層２１と、該軟質性溶着補助層２１を保持する補助層保持部２２ａと、溶着補助片２０ａを取付枠２４に固定するための補助片取付部２３ａとからなる。
【００１６】
補助層保持部２２ａと補助片取付部２３ａは、相互に垂直をなすように、薄いプラスチック板により一体成型される。そして、該補助片取付部２３ａの上端両側には突出部が形成されており、該突出部を、図４、図５に示すように、上顎部５の前方に形成される取付枠２４に嵌入することにより、溶着片２０ａが上顎部５に着脱可能に固定される。一方、補助層保持部２２ａは前端両側に突出部を有し、該突出部の間に凹部を形成している。
【００１７】
ここで、補助層保持部２２ａには、厚さが１００μｍで、片面に粘着性を有するガラスクロスを含有したポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥ）シートが、粘着面を内側にして、補助層保持部２２ａ前端を上下から挟みこむようにして貼り付けられる。そして、補助層保持部２２ａ前端の凹部に、２枚のＰＴＦＥシートよりなる軟質性溶着補助層２１が形成される。かかる構成では、軟質性溶着補助層２１はＰＴＦＥシートにより構成されるため、耐久性、耐熱性に富み、また、軟質性溶着補助層２１の表面は、ＰＴＦＥシートの非粘着面であるため、溶融した被溶着層が接着することもない。また、溶着補助片２０ａの構成は簡素なものであり、ＰＴＦＥシートも安価であるため、軟質性溶着補助層２１を低コストで実現できる。
【００１８】
そして、溶着補助片２０ａの装着時には、図４、図５に示すように、軟質性溶着補助層２１は、振動押圧面１０と受圧面１１との間を、介在する位置に配設される。この状態では、被溶着層は、軟質性溶着補助層２１と受圧面１１の間に介挿されて、挟圧され、振動押圧面１０から軟質性溶着補助層２１を介して、被溶着層の挟圧領域に、超音波振動が伝搬される。かかる構成では、被溶着層が薄い場合には、挟圧により変形した軟質性溶着補助層２１が、振動押圧面１０と受圧面１１との間の間隙を充たすため、振動押圧面１０と受圧面１１との間全域で被溶着層を溶着することができ、適切な溶着力で溶着が可能となる。
【００１９】
図６は、本実施例における超音波溶着器１において、種々の厚さのビニールシート２枚を相互に溶着させた場合の溶着面積を、溶着補助片の装着時と非装着時との間で比較したものである。図６に示すように、溶着補助片２０ａの未装着の場合には、ビニールシートの厚さが１００μｍ以下になると、溶着面積が著しく減少しているのに対して、溶着補助片２０ａを装着し、軟質性溶着補助層２１を介して、ビニールシートを挟圧した場合には、厚さ２０μｍのビニールシート２枚を溶着した場合でも、溶着面積がほとんど減少することなく、ビニールシート相互を強い溶着力で溶着できる。
【００２０】
また、上顎部５に移動可能に配設される溶着補助片２０ｂの構成も考えられる。以下にその構成を説明する。なお、多くの構成は、上述の実施例と同じであるため、同一符番を付して、重複する説明を省略する。
図７に示すように、溶着補助片２０ｂは、ＰＴＦＥシートよりなる軟質性溶着補助層２１と、該軟質性溶着補助層２１を保持する補助層保持部２２ｂと、溶着補助片２０ｂを上顎フレーム１４に固定するための補助片取付部２３ｂとからなる。補助層保持部２２ｂと補助片取付部２３ｂとは、長尺状のプラスチック板により、一体的に構成される。補助層保持部２２ｂは、上述の実施例の補助層保持部２２ａと同様に、前端両側に突出部を有し、前端にＰＴＦＥシートを上下から貼付することにより、突出部間に形成される凹部に軟質性溶着補助層２１が形成されている。一方、補助片取付部２３ｂには、中央部に前後方向の長孔２５が形成されており、図８、図９に示すように、該長孔２５を介して、溶着補助片２０ｂを上顎フレーム１４の下面にねじ止めすることにより、上顎フレーム１４の下面に沿って、前後に移動可能に固定される。
【００２１】
そして、溶着補助片２０ｂを前方へ移動させた場合には、図８イ、図９イに示すように、軟質性溶着補助層２１は振動押圧面１０と受圧面１１の間の使用位置にあり、軟質性溶着補助層２１を介して、被溶着層を溶着可能となり、一方、溶着補助片２０ｂを前方へ移動させた場合には、図８ロ、図９ロに示すように、軟質性溶着補助層２１は振動押圧面１０と受圧面１１の後方の退避位置にあり、軟質性溶着補助層２１を介さずに、被溶着層を溶着できる。かかる構成では、溶着補助片２０ｂを前後に移動するだけで、被溶着層の溶着する際に、軟質性溶着補助層２１の有無を切り換えることが可能となる。
【００２２】
なお、上述の実施例においては、軟質性溶着補助層２１を介して被溶着層を溶着する際には、被溶着層を、軟質性溶着補助層２１と受圧面１１との間に介挿する構成であるが、被溶着層を振動押圧面１０と軟質性溶着補助層２１との間に介挿したり、軟質性溶着補助層２１を二層設け、被溶着層を軟質性溶着補助層２１間に介挿するような構成であっても同様の作用を得ることができ、従って本実施例の構成に限定されるものではない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、耐熱性に富み、表面に非接着性を有する軟質性溶着補助層を、振動押圧面と受圧面との間に介挿して、被溶着層を溶着するようにしたから、薄い被溶着層でも、溶着面積を減少させることなく、適切な溶着力で溶着することが可能となった。
【００２４】
そして、軟質性溶着補助層が振動押圧面と受圧面との間に位置するように、溶着補助片を着脱可能に配設したから、被溶着層の厚みに応じて、振動押圧面と受圧面との間に、軟質性溶着補助層を介在させるかどうかを選択可能であり、多様な被溶着層を適切に溶着することが可能となった。
【００２５】
また、軟質性溶着補助層が振動押圧面と受圧面との間に位置する使用位置と、位置しない退避位置とに位置変換可能となるように、溶着補助片を配設すれば、軟質性溶着補助層の使用、不使用状態が容易に切換可能である。また、溶着補助片が嵩張りにくく、紛失することもない。
【００２６】
さらに、軟質性溶着補助層に、ポリテトラフルオロエチレンを用いたから、軟質性溶着補助層が低コストで実現可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例における超音波溶着器１の側面図である。
【図２】超音波溶着器１の縦断側面図である。
【図３】溶着補助片２０ａの斜視図である。
【図４】溶着補助片２０ａの装着状態を示す側面図である。
【図５】溶着補助片２０ａの装着状態を示す上顎部５先端の底面図である。
【図６】軟質性溶着補助層２１を用いた場合と、用いない場合との被溶着層の溶着面積の相違を示す図表である。
【図７】溶着補助片２０ｂの斜視図である。
【図８】上顎部５先端の側面図を示し、（イ）は溶着補助片２０ｂが使用位置にある状態を、（ロ）は溶着補助片２０ｂが退避位置にある状態を示す。
【図９】超音波溶着器１先端の底面図を示し、（イ）は溶着補助片２０ｂが使用位置にある状態を、（ロ）は溶着補助片２０ｂが退避位置にある状態を示す。
【符号の説明】
１　超音波溶着器
５　上顎部
６　下顎部
９　チップ
１０　振動押圧面
１１　受圧面
１２　上顎カバー
１４　上顎フレーム
１５　下顎フレーム
２０ａ，２０ｂ　溶着補助片
２１　軟質性溶着補助層
２２ａ，２２ｂ　補助層保持部
２３ａ，２３ｂ　補助片取付部
２４　取付枠
２６　取付ねじ

Claims (4)

1. 相対的に離近方向へ移動する振動押圧面と受圧面とを備え、振動押圧面と受圧面との間に複数の被溶着層を挟圧した状態で、所定周波数の電圧を発振する発振器によって振動押圧面を励振することにより被溶着層相互を接合するようにした超音波溶着器において、
   振動押圧面と受圧面との間に、被溶着層の溶融温度よりも融点が高く、かつ、表面に非接着性を有する、軟質性溶着補助層を備えたことを特徴とする超音波溶着器。
2. 軟質性溶着補助層を具備する溶着補助片を、該軟質性溶着補助層が振動押圧面と受圧面との間に位置するように、着脱可能に配設したことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着器。
3. 軟質性溶着補助層を具備する溶着補助片を、該軟質性溶着補助層が振動押圧面と受圧面との間に位置する使用位置と、位置しない退避位置とに位置変換可能となるように配設したことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着器。
4. 軟質性溶着補助層に、ポリテトラフルオロエチレンを用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超音波溶着器。

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