JP2004524989A - プラスチックシート材を接合する方法 - Google Patents

Abstract

密閉された圧力容器又はコンテナー、特に、血液バッグや尿バッグのような医療産業界で使用される容器やコンテナーを形成するための、薄いプラスチックフィルム材料又はシート材料の接合方法である。一般的な従来技術である高周波溶接の結果生じるシート材料を互いに接合する溶接部近傍の領域に対する応力疲労により、普通に使用される嚢材料では、破損するまでの耐用年数は広範囲にわたっていることが、これまでの経験から明らかである。本発明では、接合する材料の融点より低い加熱温度を使用するプラスチック射出成形技術を利用することにより、高周波溶接によって生じる材料の劣化に起因する早期破損を防止することができるより正確に制御可能な、再現可能な方法を開示する。
【選択図】 図４

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉された圧力容器又はコンテナー、特に、血液バッグや尿バッグのような医療産業界で使用される容器又はコンテナーを形成するための薄いプラスチックフィルム材料又はシート材料を接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
密閉圧力容器又はコンテナーの形成に採用される慣用的な方法では、高周波(RF)溶接を利用してプラスチック材料のシート同士を接着し、容器又はコンテナーを形成する。この技術においては、高周波電流を一対の高周波電極間に保持された誘電体として機能するプラスチック材料に流す。このプロセスによって発生した熱は、隣接するプラスチックシート材料間での融合が生じるのに十分なように、接着する材料を溶融する。機械プレスを使用して圧力を適用し、融合範囲を完全に溶接する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高周波溶接を使用する場合の問題は、結合特性の不安定さにあり、特に溶接部を中心とする熱の影響を受けた部位における材料の強度が不安定である点にある。
【０００４】
多くの医療用途においては、形成された容器又はコンテナーが規定された作動寿命中に一回しか使用されないことがあるため、このことは重要な問題ではない。
【０００５】
しかしながら、延長された継続使用期間にわたって、形成された容器又はコンテナーの完全な状態の保持が困難な場合がある。
【０００６】
医療分野においてヒトの身体の血液循環を高めるために広く使用されている装置であるA-V Impulse System(商標)の膨張式嚢に関して、このことは特に重要な要件である。
【０００７】
この装置は、足の足底弓のような身体の末端に保持され、所定の周期頻度で、圧縮空気により嚢をポンピングすることによって作動する。患者の治療は、何日もの間この周期率で継続されるが、その間、嚢を形成する、又は処置部位を取り巻くプラスチック膜間の溶接が破損してはならないということが重要である。
【０００８】
慣用的に使用されている嚢材料では、高周波溶接により結果生じた溶接部付近の領域の応力疲労のために破損するまでの耐用年数が広範囲にわたっていることが、これまでの経験から明らかである。
【０００９】
嚢材料の厚みを単純に増大することによって上記問題を解決することが適切であると考えられるであろうが、これは実施には多くの欠点をもたらす。例えば、材料の厚みを材料が剛直となるように増大させると、嚢とその嚢が適用される身体の部分との間のコンプライアンスが弱められ、さらに一方ではパルスエネルギーの損失により嚢を膨張させることがより困難となる。さらに、このような方法で嚢の耐用年数を長くすると、患者間での嚢の再利用を助長するため、相互汚染による感染の可能性が生じることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、接合する材料の融点よりも低い温度で実施されるプラスチック射出成形技術を利用し、それによって従来の高周波溶接技術により引き起こされる材料の劣化に起因する早期破損を防止することによって、より正確に制御できかつ再現可能な方法で、薄いプラスチック材料のシート同士を接合する方法を提供することである。
【００１１】
本発明の一態様によれば、プラスチック材料の2つのシートを接合する方法が提供され、この方法は、シートの外縁端部を互いが重なり合う関係で保持するステップ、弾性材料からなるビードを、そのシートの外縁端部の周囲に成形することにより、密閉接合を形成するようにシート材料を接着するステップを含む。
【００１２】
金型に射出成形することによってビードを有利に形成することができ、この場合、射出成形はシートのプラスチック材料の融点よりも低い温度で実施される。この方法により、高周波溶接で生じるような基材プラスチック材料の劣化が防止される。
【００１３】
本発明のさらなる態様によれば、密閉接合に沿って共に結合される第1及び第2の外部のプラスチック膜を含む圧力容器が提供され、この密閉接合は、その密閉接合の輪郭を形成する膜の外縁端部上に成形されている弾性材料のビードから形成される。
【００１４】
本発明の他の特徴及び利点を、添付の図面を参照しながらさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面を参照すると、図1は、高周波溶接を利用するA-V Impulse System(商標)用の膨張ブラダを形成するための慣用的な方法を示している。
【００１６】
図1に示すブラダは、重ね合わされている外側端部に沿って互いが高周波溶接によって溶接されている卵形の2つの可撓性プラスチックシート1及び2からなる。ブラダには、膜2に形成された成形入口ボス4に接続され、圧縮空気を引き入れるための入口管3が設けられている。
【００１７】
図示する例で使用されているブラダ膜の厚みは0.25mmである。図示するように重なり合う関係にある膜1及び2の端部に対して、電極6、6'を接合することによって、膜1と2の外側の外側の縁端部から一定の間隔を置いた領域5に高周波溶接を適用して、7の断面部分における厚みが、典型的には元来の厚みの50％〜70％に低減される。
【００１８】
図示するように、溶接の結果、8において両方の材料の溶融領域に直接隣接する材料がくびれ、膜1と2の間で形成された溶融ポリマーのビード9が押し出される。
【００１９】
膨張ブラダの形成に使用される本発明による新規の技術は、高周波溶接プロセスとは全く異なるものであり、図2〜図6に示す。
【００２０】
図2には、卵形の膨張ブラダを再度示すが、この膨張ブラダは2つの可撓性プラスチックシート、即ち膜10及び11から構成されている。高周波溶接技術と対照的なこのプロセスでは、膜10及び11の材料に対して接着するように好ましく選択されている弾性材料からなるオーバーモールドビード12により、ブラダ材料を変形させたり、傷付けたり又あるいはブラダ材料の性能を劣化させて早期疲労及び破損が結果生じないように、許容可能な低いプロセス温度で、膜10及び11がその外側縁端部でのみ接合されている。
【００２１】
ブラダ膜10及び11と、封止ビード12の材料の適切な組合せは、ポリプロピレン系の組み合わせである。そのため、ブラダの膜10及び11はポリオレフィンフィルムとすることができ、この場合、接合を形成するのに利用されるオーバーモールドビード12は、そのポリオレフィンとの最適な化学的親和力を有するように選択されている熱可塑性エラストマーである。
【００２２】
フィルム強度を増大し、患者に快適さをもたらすために、膨張ブラダの外側表面に多孔性ポリエステルのような不織布材料を積層することができる。
【００２３】
上述したように、プラスチック材料を互いに接合する本発明の新規な技術には、従来の高周波溶接よりも多くの利点がある。
【００２４】
図2から明らかなように、ブラダの膜10及び11の厚みが、接合領域にわたる範囲かつその範囲外で実質的に一定のままであり、製品ごとに不変である。その結果、図1で参照した例示から明らかなように、溶融状態や加圧下での膜の材料の変形により、横断面の厚みが減少するという固有の結果を生じる高周波溶接技術で製造された接合と比較して、本発明では強度や疲労寿命が低減しない。
【００２５】
さらに異常な応力を受けやすい接合部の断面における急に変化する段差がない。
【００２６】
図2で示す接合は、ブラダの膜10及び11の基材材料に固有の特性が実質的に悪影響を受けないように、その材料の融点を下回る温度で製造される。材料が溶融する温度又はそれ以上に温度を上昇させる高周波溶接とは対照的に、例えば、先行技術における問題のような脆化及び早期疲労を招く、ポリマーに含有されている可塑化オイルを排除することにより、膜の材料の化学的構造を変更することもできる。
【００２７】
図2に示す接合には、オーバーモールドビード12の輪郭を慎重に設計した結果、荷重下での膜10及び11からの応力が、急激な断差部分ではなく、テーパーのついたひずみ解放部分によってビード12に順次伝達される。
【００２８】
本発明による技術の利点をさらに図示すると、オーバーモールドビード12を、ブラダの膨張と、膨張中のブラダ膜10及び11の分離が最大となるように設計することもできる。図3bに示すブラダの膨張の際に発生する伸張力に対して、ビード12がどのようにして適応するかをそれぞれ示す図3a及び図3bに図示するように、膨張中のブラダへの負荷が、ビード12自体の内部のヒンジ作用により分散し、ビード12中への剥離力として適用されるように、オーバーモールドビード12を接合箇所に形成することができる。
【００２９】
オーバーモールドビード12を形成するのに使用される材料は、比較的弾力があるために、急速な膨張に生じる応力と衝撃の一部分は、接合自体の制限された伸張力により吸収される。
【００３０】
オーバーモールドビード12の断面は、固有強度と結合力を最大にする大きさとすることができるが、例えば足に適用した場合に、患者の要求を満たすよう十分に目立たないものである。患者の要求を満たすのに役立つさらなる利点は、図4に図示するように一定の密度を有する独立気泡発泡構造体13を膜状表面14内部に収容することでビード12の断面を改善することにある。
【００３１】
図2に示す接合により、ブラダ内部に収容された流体が大気や周囲環境へ放出されることを防ぐ、図5で示すような長い漏れ経路がもたらされる。
【００３２】
従来の高周波溶接による漏れ経路が、図5aに示すように、薄い基材材料の厚み部分14、15の間をほぼ直接通るものであるのとは対照的に、本発明のオーバーモールド設計による漏れ経路は、図5bに示すように、2つの係合する表面16、17、及び十分な厚みの基材材料を介している。
【００３３】
本発明によるオーバーモールド接合の1つの利点は、粘着による結合とは対照的に、接着による結合のための漏れと同時に、疲労破損による漏れが非常に発生しにくく、本発明のビードの設計によりそのような破損が生じる可能性がないため、使用において、続く剥離が発生しないことにある。
【００３４】
本発明のオーバーモールド接合の別の利点は、分離可能な層の間に汚れや汚染物質がたまる可能性があるような、打抜きされた、別々の縁部による刺激や不都合さのいずれもが回避されるように、接合の外縁端が封じ込められていることにある。
【００３５】
本発明のオーバーモールドビード技術を利用する膨張ブラダ又は圧力容器や圧力コンテナーを製造する代表的な製造プロセスを図6に示す。
【００３６】
形成される容器の膜壁18、19を、オーバーモールドビードを形成するのに都合良く適合している金型21を備えるプラスチック射出成形工具20に装着する。
【００３７】
成形工具20は、図示する位置で工具21がクランプされた際に、高圧の溶融した熱可塑性エラストマーが工具20から流出し、次いで膜18、19の上又はその間に流れるのを防止するように、ポイント22において十分な圧力を与えるような寸法を有する。
【００３８】
格納式コアピン23、24が、適切な間隔を空けて金型21内に配置され、オーバーモールドプロセスの第一段階の間、膜18、19の支持されていない端部を支える。
【００３９】
工具20を締め、格納式コアピン23、24を内側に向かって、十分前方の位置に調整し、溶融エラストマーをゲート25を介して注入する。所定の段階において、注入サイクル中にエラストマーが凝固し始めたら、格納式コアピン23、24を引き抜き、ピン23、24により残された空洞26が最終的に満たされるまで注入プロセスを継続する。
【００４０】
本発明を、A-V Impulse System(商標)用の膨張ブラダの形成を参照して説明したが、本発明が、医療分野に限らず非常に広範囲の他の圧力容器やコンテナーの形成、及び、プラスチック材料のシートを互いに接着して密閉接合を形成することが必要とされるいずれの場合にも適用できることは、当業者には容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１ａ】従来技術による膨張ブラダを形成するための、薄いシート状プラスチック材料間に溶接接合を形成する高周波溶接技術を示す平面図である。
【図１ｂ】従来技術による膨張ブラダを形成するための、薄いシート状プラスチック材料間に溶接接合を形成する高周波溶接技術を示す側面図である。
【図１ｃ】従来技術による膨張ブラダを形成するための、薄いシートプラスチック材間に溶接接合を形成する高周波溶接技術を示す、図1aのA-Aに沿った詳細な断面図である。
【図２ａ】本発明による膨張ブラダを形成するための、プラスチック材料の2つのシートを互いに接合するための方法を示す平面図である。
【図２ｂ】本発明による膨張ブラダを形成するための、プラスチック材料の2つのシートを互いに接合するための方法を示す、図2aのA-Aに沿った断面図である。
【図２ｃ】本発明による膨張ブラダを形成するための、プラスチック材料の2つのシートを互いに接合するための方法を示す側面図である。
【図３ａ】本発明の実施態様に基づく図２を参照して説明した本発明の一表象体を示す。
【図３ｂ】本発明の実施態様に基づく図２を参照して説明した本発明の一表象体を示す。
【図４】本発明に基づく溶接技術のオーバーモールド封止ビードを形成するための改善技術を示す。
【図５ａ】従来技術の高周波溶接による接合部を示す。
【図５ｂ】本発明に基づいて形成された接合部を示し、図5aに示すものよりも有利であることを示している。
【図６】本発明に基づく技術を利用する膨張ブラダ又は他の圧力容器を組立てるための代表的な製造プロセスを示す。

Claims (7)

1. プラスチック材料からなる2つのシートを接合する方法であって、
   前記シートの外縁端部を重なり合う関係で一緒に保持するステップ、及び、
   前記シートの外縁端部の周囲にエラストマー材料からなるビードを成型し、前記シート材料を接着して密閉接合を形成するステップ、
   を含む方法。
2. 前記ビードが、金型内に射出成形することによって形成され、当該射出成形が、前記シートのプラスチック材料の融点よりも低い温度で実施される請求項１に記載の方法。
3. 前記シートの外縁端部が、格納式ピンによって金型内で一緒に支持される請求項２に記載の方法。
4. 前記格納式ピンが前記ビードの形成後に引き抜かれ、前記射出成形プロセスが、前記格納式ピンによって前に占有されていた空間が溶融されたエラストマー材料で満たされるまで継続される請求項３に記載の方法。
5. 前記プラスチック材料がポリオレフィンフィルム材料であり、前記射出材料が、当該ポリオレフィンフィルムと最適な化学的親和力を有するように選択されている熱可塑性エラストマーである請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 密閉接合に沿って共に結合されている第1及び第2の外部プラスチック膜を含む圧力容器であって、前記密閉接合が、当該膜の外縁端部を覆って成形され、前記密閉接合の輪郭を形成するエラストマー材料からなるビードより形成されている圧力容器。
7. 前記容器の内部に圧縮された空気が進入することによって前記容器を膨張させるための、前記第1及び第2の膜に対して成形されている入口管を備える請求項６に記載の圧力容器。

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