JP2010280076A - 高周波誘電加熱溶着用電極、高周波誘電加熱溶着装置及び高周波誘電加熱溶着方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 溶着ムラをなくして、強固な溶着を実現する。
【解決手段】 対向して配置する第一電極３０と第二電極４０とを有し、第一電極３０と第二電極４０が、それぞれ対向する面３１、４１に複数の凸部３２、４２を有し、第一電極３０に形成された複数の凸部３２と第二電極４０に形成された複数の凸部４２がそれぞれ対向しない位置に、第一電極３０と第二電極４０を配置した。
【選択図】 図１
【解決手段】 対向して配置する第一電極３０と第二電極４０とを有し、第一電極３０と第二電極４０が、それぞれ対向する面３１、４１に複数の凸部３２、４２を有し、第一電極３０に形成された複数の凸部３２と第二電極４０に形成された複数の凸部４２がそれぞれ対向しない位置に、第一電極３０と第二電極４０を配置した。
【選択図】 図１
Description
本発明は、プラスチックフィルムなどの溶着対象物を一対の電極で挟み、高周波誘電加熱によりシールする高周波誘電加熱溶着用電極、高周波誘電加熱溶着装置及び高周波誘電加熱溶着方法に関する。
高周波誘電加熱溶着は、塩化ビニル等の誘電体損失が大きい物質に対して、高周波電界を与え、内部から生じた発熱を利用して溶着する方法である。
この高周波誘電加熱溶着に関しては、その改良技術が種々提案されている。
例えば、二枚のプラスチック部材を重ね合わせ、溶着したい部分を一対の電極で挟み、これら電極に高周波電圧を加えることで、高周波誘電加熱により溶着する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、一対の電極で挟まれた部分を溶着できる。
この高周波誘電加熱溶着に関しては、その改良技術が種々提案されている。
例えば、二枚のプラスチック部材を重ね合わせ、溶着したい部分を一対の電極で挟み、これら電極に高周波電圧を加えることで、高周波誘電加熱により溶着する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、一対の電極で挟まれた部分を溶着できる。
ところが、特許文献１に記載の技術は、電極の表面が平坦なため、それら電極間に生じる電界が、電極のエッジに集中してしまっていた。このため、電極で挟まれた部分のうち、そのエッジの近傍では溶着されるものの、それ以外の箇所では溶着されないか溶着が非常に弱くなっていた。
そこで、こうした溶着の偏りをなくすための技術が提案されている。例えば、図１５に示すように、上下に配置された一対の電極１１０、１２０のうち、上側電極１１０の底面と下側電極１２０の上面に、それぞれ複数の突起部１１１、１２１を所定の間隔で形成し、上側電極１１０の突起部１１１と下側電極１２０の突起部１２１が正対するように各電極１１０、１２０を配置したものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この技術によれば、電極の表面が平坦な場合に比べて電界の生じる箇所が多くなるため、溶着の偏りを低減することができる。
そこで、こうした溶着の偏りをなくすための技術が提案されている。例えば、図１５に示すように、上下に配置された一対の電極１１０、１２０のうち、上側電極１１０の底面と下側電極１２０の上面に、それぞれ複数の突起部１１１、１２１を所定の間隔で形成し、上側電極１１０の突起部１１１と下側電極１２０の突起部１２１が正対するように各電極１１０、１２０を配置したものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この技術によれば、電極の表面が平坦な場合に比べて電界の生じる箇所が多くなるため、溶着の偏りを低減することができる。
しかしながら、上述した特許文献２に記載の技術においては、次のような問題があった。
上側電極１１０と下側電極１２０との間に発生する電界は、同図に示すように、突起部１１１のエッジと突起部１２１のエッジが正対する各間でのみ発生し、それ以外の部分では発生しない。このため、電界の発生した部分では溶着が強くなるものの、電界の発生しなかった部分では溶着されないか溶着が弱くなっていた。つまり、溶着の強い箇所と弱い箇所が交互に形成されてしまい、ムラのある溶着となっていた。
特に、容量の大きい液体を内容物とする包装体では、溶着部分の幅（シール幅）を広くするが、少しでも溶着ムラがあると、溶着の弱い部分が決壊し、内容物が漏洩する可能性があった。このため、溶着ムラをなくすとともに、溶着を強固にする技術の提案が求められていた。
上側電極１１０と下側電極１２０との間に発生する電界は、同図に示すように、突起部１１１のエッジと突起部１２１のエッジが正対する各間でのみ発生し、それ以外の部分では発生しない。このため、電界の発生した部分では溶着が強くなるものの、電界の発生しなかった部分では溶着されないか溶着が弱くなっていた。つまり、溶着の強い箇所と弱い箇所が交互に形成されてしまい、ムラのある溶着となっていた。
特に、容量の大きい液体を内容物とする包装体では、溶着部分の幅（シール幅）を広くするが、少しでも溶着ムラがあると、溶着の弱い部分が決壊し、内容物が漏洩する可能性があった。このため、溶着ムラをなくすとともに、溶着を強固にする技術の提案が求められていた。
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、溶着ムラをなくして、強固な溶着を実現可能とする高周波誘電加熱溶着用電極、高周波誘電加熱溶着装置及び高周波誘電加熱溶着方法の提供を目的とする。
この目的を達成するため、本発明の高周波誘電加熱溶着用電極は、第一電極と第二電極とを有し、第一電極と第二電極が、それぞれ対向する面に複数の凸部を有し、第一電極に形成された複数の凸部と第二電極に形成された複数の凸部がそれぞれ正対しない状態で、第一電極と第二電極を配置した構成としてある。
また、本発明の高周波誘電溶着装置は、第一電極と第二電極とを備え、これら第一電極と第二電極が、特許請求の範囲の請求項１〜６のいずれかに記載の第一電極と第二電極からなる構成としてある。
また、本発明の高周波誘電加熱溶着方法は、第一電極と第二電極とを対向して配置するとともに、第一電極の対向面に形成された複数の凸部と第二電極の対向面に形成された複数の凸部がそれぞれ正対しない状態で、第一電極と第二電極とを配置し、第一電極と第二電極との間に溶着対象物を挿入し、第一電極及び第二電極に高周波電力を印加して、溶着対象物を溶着する方法としてある。
本発明の高周波誘電加熱溶着用電極、高周波誘電加熱溶着装置及び高周波誘電加熱溶着方法によれば、第一電極の複数の凸部と第二電極の複数の凸部が、凸部同士正対しないように、第一電極と第二電極が配置されるため、これら電極間に載置された溶着対象物の溶着部分の全体にわたって電界が発生することから、溶着ムラがなくなり、強固な溶着が可能となる。
以下、本発明に係る高周波誘電加熱溶着用電極、高周波誘電加熱溶着装置及び高周波誘電加熱溶着方法の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
［高周波誘電加熱溶着用電極及び高周波誘電加熱溶着装置の実施形態］
まず、本発明の高周波誘電加熱溶着用電極及び高周波誘電加熱溶着装置の実施形態について、図１を参照して説明する。
同図は、本実施形態の高周波誘電加熱溶着装置の構成を示す模式図である。
まず、本発明の高周波誘電加熱溶着用電極及び高周波誘電加熱溶着装置の実施形態について、図１を参照して説明する。
同図は、本実施形態の高周波誘電加熱溶着装置の構成を示す模式図である。
図１に示すように、高周波誘電加熱溶着装置１は、高周波発振器１０と、整合器２０と、第一電極３０と、第二電極４０と、押圧用シリンダ５０とを備えている。
なお、本実施形態においては、第一電極３０と第二電極４０とを併せて「高周波誘電加熱溶着用電極」という。
なお、本実施形態においては、第一電極３０と第二電極４０とを併せて「高周波誘電加熱溶着用電極」という。
高周波発振器１０は、第一電極３０と第二電極４０との間に印加される高周波電圧を出力する。
整合器２０は、電極３０と電極４０との間のインピーダンスと高周波発振器１０の出力インピーダンスとの整合をとる。
整合器２０は、電極３０と電極４０との間のインピーダンスと高周波発振器１０の出力インピーダンスとの整合をとる。
第一電極３０は、図２に示すように、角柱形状に形成されており、底面３１には、凸部３２と、凹部３３が形成されている。なお、底面３１は、第二電極４０に対向する面（対向面）となっている。
凸部３２は、第一電極３０の基体３４から隆起形成された部分である。
この凸部３２は、例えば、同図に示すように、山形に形成することができ、さらに稜線部を直線状に形成することができる。
また、凸部３２は、複数形成することができる。これら複数の凸部３２は、稜線部が平行に並ぶように形成することができる。
凸部３２は、第一電極３０の基体３４から隆起形成された部分である。
この凸部３２は、例えば、同図に示すように、山形に形成することができ、さらに稜線部を直線状に形成することができる。
また、凸部３２は、複数形成することができる。これら複数の凸部３２は、稜線部が平行に並ぶように形成することができる。
なお、同図においては、凸部３２の稜線方向が第一電極３０の基体３４の長手方向と同じ方向になっている。また、複数の凸部３２は、第一電極３０の基体３４の幅方向に並べて形成されている。
また、同図において、凸部３２の数は、六つとなっているが、六つに限るものではなく、任意とすることができる。
また、同図において、凸部３２の数は、六つとなっているが、六つに限るものではなく、任意とすることができる。
凹部３３は、複数の凸部３２の各間に形成された、谷間の部分であって、稜線部に対する縦谷部として形成されている。
なお、同図において、凹部３３の数は、五つとなっているが、五つに限るものではなく、凸部３２に応じた数とすることができる。
なお、同図において、凹部３３の数は、五つとなっているが、五つに限るものではなく、凸部３２に応じた数とすることができる。
第二電極４０は、図３に示すように、角柱形状に形成されており、上面４１には、凸部４２と、凹部４３が形成されている。なお、上面４１は、第一電極３０に対向する面（対向面）となっている。
凸部４２及び凹部４３は、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３と同様の形状を有している。
凸部４２及び凹部４３は、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３と同様の形状を有している。
なお、同図において、凸部４２の数は、七つとなっているが、七つに限るものではなく、任意とすることができる。同様に、同図において、凹部４３の数は、六つとなっているが、六つに限るものではなく、凸部４２に応じた数とすることができる。
また、第一電極３０の有する凸部３２の数と、第二電極４０の有する凸部４２の数は、同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。
また、第一電極３０の有する凸部３２の数と、第二電極４０の有する凸部４２の数は、同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。
さらに、複数の凸部３２の間隔（ピッチ）と、複数の凸部４２の間隔（ピッチ）は、それぞれ任意とすることができる。
ただし、溶着対象物の厚さに応じて、それら凸部３２等の間隔を決めることができる。例えば、溶着対象物の厚さが薄いときは、凸部３２等の間隔を狭くし、一方、溶着対象物の厚さが厚いときは、凸部３２等の間隔を広くすることが望ましい。
また、本実施形態において、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２は、正対しないようにずらして配置することから、凸部３２の間隔と凸部４２の間隔は、ほぼ同じにすることが望ましい。
ただし、溶着対象物の厚さに応じて、それら凸部３２等の間隔を決めることができる。例えば、溶着対象物の厚さが薄いときは、凸部３２等の間隔を狭くし、一方、溶着対象物の厚さが厚いときは、凸部３２等の間隔を広くすることが望ましい。
また、本実施形態において、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２は、正対しないようにずらして配置することから、凸部３２の間隔と凸部４２の間隔は、ほぼ同じにすることが望ましい。
さらに、図２、図３においては、凸部３２及び凸部４２の断面形状（又は、凸部３２及び凸部４２の先端部の形状）を二等辺三角形としてあるが、断面形状（又は先端部の形状）は、二等辺三角形に限るものではなく、例えば、図４（ｉ）〜（iv）に示すように、四角形（同図（ｉ））、五角形（又は六角形、同図（ii））、円形（又は楕円形、同図（iii））、不等辺三角形（鋸歯状、同図（iv））などとすることができる。
なお、同図（ｉ）〜（iv）は、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３の形状と第二電極４０の凸部４２及び凹部４３の形状が同じ場合を示している。
なお、同図（ｉ）〜（iv）は、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３の形状と第二電極４０の凸部４２及び凹部４３の形状が同じ場合を示している。
また、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３の形状と第二電極４０の凸部４２及び凹部４３の形状は、図５（ｉ）〜（iii）に示すように形成することができる。
すなわち、同図（ｉ）に示すように、第一電極３０の凸部３２が三角形状であって斜辺が窪んだ円弧状になっており、凹部３３が隣り合う凸部３２の各斜辺で形成された円弧状とし、第二電極４０の凸部４２がふくらんだ円弧状、凹部４３がそのふくらんだ円弧に挟まれた谷状とすることができる。
すなわち、同図（ｉ）に示すように、第一電極３０の凸部３２が三角形状であって斜辺が窪んだ円弧状になっており、凹部３３が隣り合う凸部３２の各斜辺で形成された円弧状とし、第二電極４０の凸部４２がふくらんだ円弧状、凹部４３がそのふくらんだ円弧に挟まれた谷状とすることができる。
さらに、同図（ii）に示すように、第一電極３０の凸部３２が三角形状であって斜辺が窪んだ楕円の円弧状となっており、凹部３３が隣り合う凸部３２の各斜辺で形成された楕円の円弧状、第二電極４０の凸部４２がふくらんだ楕円の円弧状、凹部４３がそのふくらんだ楕円に挟まれた谷状とすることができる。
また、同図（iii）に示すように、第一電極３０の凸部３２が四角形状、凹部３３が窪んだ五角形状、第二電極４０の凸部４２が五角形状、凹部４３が四角形状とすることができる。
このように、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３の形状と第二電極４０の凸部４２及び凹部４３の形状は、それぞれ異なるように形成することもできる。
また、同図（iii）に示すように、第一電極３０の凸部３２が四角形状、凹部３３が窪んだ五角形状、第二電極４０の凸部４２が五角形状、凹部４３が四角形状とすることができる。
このように、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３の形状と第二電極４０の凸部４２及び凹部４３の形状は、それぞれ異なるように形成することもできる。
また、第一電極３０の凸部３２（第二電極４０の凸部４２）は、図２（図３）においては、底面３１（上面４１）において幅方向に複数形成されているが、凸部３２（凸部４２）は、幅方向に複数形成されることに限るものではなく、例えば、図６に示すように、長手方向に複数形成することもできる。さらに、図７に示すように、幅方向と長手方向のそれぞれに対して斜め方向に複数形成することもできる。
第一電極３０と第二電極４０は、図８に示すように、溶着対象物を介して、対向する位置に配置される。このとき、第一電極３０の複数の凸部３２と第二電極４０の複数の凸部４２は、それら凸部同士が正対しないようにずれた状態で配置される。
このように配置したときに発生する電界の分布を図９に示す。
同図に示すように、電界は、第一電極３０の凸部３２の頂部（稜線部）と第二電極４０の凸部４２の頂部（稜線部）との間に発生する。また、電界は、第一電極３０の一つの凸部３２から、第二電極４０の二つの凸部４２に対して発生する（同様に、電界は、第二電極４０の一つの凸部４２から、第一電極３０の二つの凸部３２に対して発生する）。さらに、電界は、凸部３２と凸部４２とを結ぶ線を長辺とする楕円状に広がりをもって発生する。このため、溶着対象物において、第一電極３０と第二電極４０で挟まれた部分のほとんどで電界が発生することになる。これにより、溶着しようとする箇所の全体で、ほぼ均等に発熱が生じるので、ムラのない溶着を実現できる。
同図に示すように、電界は、第一電極３０の凸部３２の頂部（稜線部）と第二電極４０の凸部４２の頂部（稜線部）との間に発生する。また、電界は、第一電極３０の一つの凸部３２から、第二電極４０の二つの凸部４２に対して発生する（同様に、電界は、第二電極４０の一つの凸部４２から、第一電極３０の二つの凸部３２に対して発生する）。さらに、電界は、凸部３２と凸部４２とを結ぶ線を長辺とする楕円状に広がりをもって発生する。このため、溶着対象物において、第一電極３０と第二電極４０で挟まれた部分のほとんどで電界が発生することになる。これにより、溶着しようとする箇所の全体で、ほぼ均等に発熱が生じるので、ムラのない溶着を実現できる。
なお、図９に示す電界の分布は、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２が正対しないようにずらして配置したことで実現している。この電界の分布は、図１５に示す電極１１０、１２０の配置では得られないものである。
つまり、図９に示すように、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２が正対しないようにずらしたことで、第一電極３０の一つの凸部３２に第二電極４０の二つの凸部４２が接近するようになり、電界が、凸部３２又は凸部４２の頂部から斜め方向に発生する。これにより、電界は、溶着対象物の溶着部分の全体で発生させることができる。これに対し、図１５に示す場合は、電極１１０の突起部１１１のエッジと電極１２０の突起部１２１のエッジが正対する箇所でしか電界が発生せず、電界の分布が不均一になる。
このように、本実施形態の高周波誘電加熱溶着装置は、溶着しようとする部分の全体で電界の分布がほぼ均等になるので、ムラのない溶着を実現できる。
つまり、図９に示すように、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２が正対しないようにずらしたことで、第一電極３０の一つの凸部３２に第二電極４０の二つの凸部４２が接近するようになり、電界が、凸部３２又は凸部４２の頂部から斜め方向に発生する。これにより、電界は、溶着対象物の溶着部分の全体で発生させることができる。これに対し、図１５に示す場合は、電極１１０の突起部１１１のエッジと電極１２０の突起部１２１のエッジが正対する箇所でしか電界が発生せず、電界の分布が不均一になる。
このように、本実施形態の高周波誘電加熱溶着装置は、溶着しようとする部分の全体で電界の分布がほぼ均等になるので、ムラのない溶着を実現できる。
さらに、図１０（ｉ）、（ii）を用いて、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２とのずれの程度と、これにより発生する電界との関係について説明する。
例えば、同図（ｉ）に示すように、第二電極４０の凸部４２の頂部が第一電極３０の凸部３２の斜面の中程に対向している場合（第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２が正対した状態を基準として、第二電極４０を同図（ｉ）の右方向へ１／４ピッチずらした場合）、これら第二電極４０と第一電極３０との間には、同図（ｉ）に示す電界が分布する。つまり、溶着対象物のうち第二電極４０と第一電極３０とで挟まれた部分の全体に電界が発生し、電界の発生していない部分がほとんどなくなる。このことから、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２が正対しないように少しずらしただけでも、電界の不均一が改善され、溶着対象物の溶着部分の全体で発熱が起こり、この部分が溶着される。この点は、図１５に示す電界分布と比較しても明らかに異なっていることがわかる。
例えば、同図（ｉ）に示すように、第二電極４０の凸部４２の頂部が第一電極３０の凸部３２の斜面の中程に対向している場合（第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２が正対した状態を基準として、第二電極４０を同図（ｉ）の右方向へ１／４ピッチずらした場合）、これら第二電極４０と第一電極３０との間には、同図（ｉ）に示す電界が分布する。つまり、溶着対象物のうち第二電極４０と第一電極３０とで挟まれた部分の全体に電界が発生し、電界の発生していない部分がほとんどなくなる。このことから、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２が正対しないように少しずらしただけでも、電界の不均一が改善され、溶着対象物の溶着部分の全体で発熱が起こり、この部分が溶着される。この点は、図１５に示す電界分布と比較しても明らかに異なっていることがわかる。
ただし、発生した電界をさらに詳しく見てみると、電界強度に差が生じている。例えば、図１０（ｉ）において、第一電極３０における一つの凸部３２−１に着目すると、この近くには、第二電極４０における二つの凸部（４２−１及び４２−２）が位置している。ここで、凸部３２−１と凸部４２−１との距離は、凸部３２−１と凸部４２−２との距離よりも短い。このため、凸部３２−１と凸部４２−１との間に発生する電界の強度が強くなり、一方、凸部３２−１と凸部４２−２との間に発生する電界の強度が弱くなる。そうすると、電界強度の強いとことが溶着が強くなり、一方、電界強度の弱いところが、溶着が弱くなってしまう。
これに対し、同図（ii）に示すように、第一電極３０の凸部３２の頂部が第二電極４０の凹部４３に対向して配置した場合（第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２が正対した状態を基準として、第二電極４０を同図（ii）の右方向へ１／２ピッチずらした場合）、これら第一電極３０と第二電極４０とで挟まれた部分の全体に電界が発生し、電界の発生していない部分がほとんどなくなる。
また、第一電極３０の凸部３２−１の頂部と第二電極４０の凸部４２−１の頂部との距離と、第一電極３０の凸部３２−１の頂部と第二電極４０の凸部４２−２の頂部との距離とはほとんど同じになる。このため、凸部３２−１と凸部４２−１との間で発生する電界の強度と、凸部３２−１と凸部４２−２との間で発生する電界の強度は、同じになる。これにより、溶着対象物における溶着部分の全体で均一に電界が生じるため、ムラのない強固な溶着が可能となる。
また、第一電極３０の凸部３２−１の頂部と第二電極４０の凸部４２−１の頂部との距離と、第一電極３０の凸部３２−１の頂部と第二電極４０の凸部４２−２の頂部との距離とはほとんど同じになる。このため、凸部３２−１と凸部４２−１との間で発生する電界の強度と、凸部３２−１と凸部４２−２との間で発生する電界の強度は、同じになる。これにより、溶着対象物における溶着部分の全体で均一に電界が生じるため、ムラのない強固な溶着が可能となる。
これら第一電極３０と第二電極４０には、図１１に示すように、冷却媒体を通すための冷却流路３５（４５）を穿設することができる。
冷却流路３５（４５）は、冷却媒体が流入される入口側開口３６（４６）と、冷却媒体を排出する出口側開口３７（４７）と、これらを繋ぐ流路部３８（４８）とを有している。
入口側開口３６（４６）と出口側開口３７（４７）は、いずれも電極３０（４０）の側面又は底面に形成されており、流路部３８（４８）は、電極３０（４０）の基体３４（４４）の内部に形成されている。
冷却流路３５（４５）は、冷却媒体が流入される入口側開口３６（４６）と、冷却媒体を排出する出口側開口３７（４７）と、これらを繋ぐ流路部３８（４８）とを有している。
入口側開口３６（４６）と出口側開口３７（４７）は、いずれも電極３０（４０）の側面又は底面に形成されており、流路部３８（４８）は、電極３０（４０）の基体３４（４４）の内部に形成されている。
この冷却流路３５（４５）に通す冷却媒体には、例えば、水や空気などを用いることができる。
冷却媒体が水の場合、入口側開口３６（４６）には、水を供給するためのポンプ（図示せず）が接続される。また、冷却媒体が空気の場合、入口側開口３６（４６）には、空気を供給するためのコンプレッサ（図示せず）が接続される。
さらに、出口側開口３７（４７）には、排出された水を受けるための貯水タンク（図示せず）、あるいは、出口側開口３７（４７）からの空気を外部に排出するための排気管（図示せず）を接続することができる。また、出口側開口３７（４７）には、冷却媒体を再利用するための循環系（図示せず）を接続することもできる。この場合、冷却媒体は、ポンプ又はコンプレッサを介して入口側開口３６（４６）に再度供給される。
このような構成の冷却流路３５（４５）に冷却媒体を通すことにより、溶着対象物からの発熱による電極３０（４０）の劣化や変形を防止できる。
冷却媒体が水の場合、入口側開口３６（４６）には、水を供給するためのポンプ（図示せず）が接続される。また、冷却媒体が空気の場合、入口側開口３６（４６）には、空気を供給するためのコンプレッサ（図示せず）が接続される。
さらに、出口側開口３７（４７）には、排出された水を受けるための貯水タンク（図示せず）、あるいは、出口側開口３７（４７）からの空気を外部に排出するための排気管（図示せず）を接続することができる。また、出口側開口３７（４７）には、冷却媒体を再利用するための循環系（図示せず）を接続することもできる。この場合、冷却媒体は、ポンプ又はコンプレッサを介して入口側開口３６（４６）に再度供給される。
このような構成の冷却流路３５（４５）に冷却媒体を通すことにより、溶着対象物からの発熱による電極３０（４０）の劣化や変形を防止できる。
押圧用シリンダ５０は、圧縮空気の吸入・排出により、第一電極３０及び第二電極４０を所定方向（図１においては、上下方向）に動かすための装置である。
この押圧用シリンダ５０には、第一電極３０を動かす押圧用第一シリンダ５１と、第二電極４０を動かす押圧用第二シリンダ５２がある。
例えば、第一電極３０と第二電極４０との間に溶着対象物が挿入されている場合において、押圧用シリンダ５０を駆動して、それら第一電極３０と第二電極４０とを近づける方向に動かすと、溶着対象物が挟み込まれ押圧される。これを溶着処理中に行うと、挟まれた箇所の溶着が促進される。
一方、押圧用シリンダ５０を駆動して第一電極３０と第二電極４０とを離間させると、溶着対象物の挿入・排出が可能となる。
この押圧用シリンダ５０には、第一電極３０を動かす押圧用第一シリンダ５１と、第二電極４０を動かす押圧用第二シリンダ５２がある。
例えば、第一電極３０と第二電極４０との間に溶着対象物が挿入されている場合において、押圧用シリンダ５０を駆動して、それら第一電極３０と第二電極４０とを近づける方向に動かすと、溶着対象物が挟み込まれ押圧される。これを溶着処理中に行うと、挟まれた箇所の溶着が促進される。
一方、押圧用シリンダ５０を駆動して第一電極３０と第二電極４０とを離間させると、溶着対象物の挿入・排出が可能となる。
なお、押圧用シリンダ５０は、本実施形態においては、二つ備えた構成としてあるが、二つに限るものではなく、一つだけ備えた構成とすることもできる。
すなわち、第二電極４０は、固定台に載置して固定とし、第一電極３０に押圧用シリンダ５０を接続して動かすことができるようにすることもできる。
すなわち、第二電極４０は、固定台に載置して固定とし、第一電極３０に押圧用シリンダ５０を接続して動かすことができるようにすることもできる。
［高周波誘電加熱溶着方法］
次に、本実施形態の高周波誘電加熱溶着装置の動作（高周波誘電加熱溶着方法）について、図１を参照して説明する。
押圧用第一シリンダ５１と押圧用第二シリンダ５２とを駆動して、第一電極３０と第二電極４０とを離間させておく。
次に、本実施形態の高周波誘電加熱溶着装置の動作（高周波誘電加熱溶着方法）について、図１を参照して説明する。
押圧用第一シリンダ５１と押圧用第二シリンダ５２とを駆動して、第一電極３０と第二電極４０とを離間させておく。
これら第二電極４０と第一電極３０との間に溶着対象物を挿入する。ここで、溶着対象物のうち溶着しようとする箇所が第二電極４０の直上にくるように、溶着対象物をセットする。
セットが完了すると、押圧用第一シリンダ５１と押圧用第二シリンダ５２とを駆動して、溶着しようとする箇所を、第一電極３０と第二電極４０で挟む。
このとき、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２は、図１に示すように、互いに正対しない位置となっている。
セットが完了すると、押圧用第一シリンダ５１と押圧用第二シリンダ５２とを駆動して、溶着しようとする箇所を、第一電極３０と第二電極４０で挟む。
このとき、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２は、図１に示すように、互いに正対しない位置となっている。
高周波発振器１０を起動して、第一電極３０と第二電極４０との間に高周波電圧を印加すると、図９に示すように、第一電極３０の凸部３２と第二電極４０の凸部４２との間に電界が発生する。これにより、溶着対象物の溶着しようとする箇所では、内部から発熱し、溶着対象物であるプラスチックフィルム同士が溶着する。
発熱が始まると、第一電極３０の冷却流路３５と第二電極４０の冷却流路４５に冷却媒体を通して、各電極３０、４０を冷却する。
また、押圧用第一シリンダ５１と押圧用第二シリンダ５２とを駆動して、第一電極３０と第二電極４０とを近づける方向に動かす。これにより、溶着部分は、第一電極３０と第二電極４０に挟まれながら押圧される。
このとき、溶着対象物は、発熱した部分の粘性が低くなっている。このため、その溶着部分は、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３、第二電極４０の凸部４２及び凹部４３の形状に合わせて変形する。
また、押圧用第一シリンダ５１と押圧用第二シリンダ５２とを駆動して、第一電極３０と第二電極４０とを近づける方向に動かす。これにより、溶着部分は、第一電極３０と第二電極４０に挟まれながら押圧される。
このとき、溶着対象物は、発熱した部分の粘性が低くなっている。このため、その溶着部分は、第一電極３０の凸部３２及び凹部３３、第二電極４０の凸部４２及び凹部４３の形状に合わせて変形する。
溶着が完了すると、押圧用第一シリンダ５１と押圧用第二シリンダ５２とを駆動して、第一電極３０と第二電極４０とを離間させ、元の位置に戻す。そして、溶着対象物を取り出す。
溶着対象物は、図１２に示すように、第一電極３０と第二電極４０とで挟まれた部分が溶着される。この溶着部分では、図９に示すように電界がほぼ均等に発生するため、溶着部分の全体で発熱が起こり、ムラなく均一な溶着が可能となる。
溶着対象物は、図１２に示すように、第一電極３０と第二電極４０とで挟まれた部分が溶着される。この溶着部分では、図９に示すように電界がほぼ均等に発生するため、溶着部分の全体で発熱が起こり、ムラなく均一な溶着が可能となる。
［実施例］
次に、実施例について、説明する。
次に、実施例について、説明する。
（実施例１）
溶着対象物として、二層構造のプラスチックフィルムを二枚用意した。
二層構造のうちの一層は、ナイロンで形成されており、厚さは、１５μｍであった。他の一層は、ＬＤＰＥ（Low-Density Polyethylene：低密度ポリエチレン）で形成されており、厚さは、１５０μｍであった。
このような構造を有するプラスチックフィルムは、一般に、液体洗剤などの内容物が充填されるパウチ容器に用いられている。
溶着対象物として、二層構造のプラスチックフィルムを二枚用意した。
二層構造のうちの一層は、ナイロンで形成されており、厚さは、１５μｍであった。他の一層は、ＬＤＰＥ（Low-Density Polyethylene：低密度ポリエチレン）で形成されており、厚さは、１５０μｍであった。
このような構造を有するプラスチックフィルムは、一般に、液体洗剤などの内容物が充填されるパウチ容器に用いられている。
高周波誘電加熱溶着装置としては、図１に示す構成を備えた高周波誘電加熱溶着装置１を用意した。
また、第一電極３０は、図２に示す形状のもの、第二電極４０は、図３に示す形状のものを用意した。
なお、高周波発振器１０は、ドレスラー製、出力３ｋＷ、周波数４０．６８ＭＨｚであり、整合器２０は、アステック製のものを使用した。
また、第一電極３０は、図２に示す形状のもの、第二電極４０は、図３に示す形状のものを用意した。
なお、高周波発振器１０は、ドレスラー製、出力３ｋＷ、周波数４０．６８ＭＨｚであり、整合器２０は、アステック製のものを使用した。
二枚のプラスチックフィルムは、ナイロン製の層を外層とし、ＬＤＰＥ製の層を内層として重ね合わせ、これを第一電極３０と第二電極４０との間に挿入した。このとき、溶着しようとする部分が第一電極３０の直下、第二電極４０の直上に位置するように、プラスチックフィルムをセットした。
前述の高周波誘電加熱溶着方法にしたがって、プラスチックフィルムを溶着した。
溶着条件は、高周波発振器１０の出力を１５０Ｗ、シール時間を１５秒とした。
その結果、プラスチックフィルムの所望の部分を溶着することができた。特に、溶着した部分は、幅が０．８ｃｍ、長さが５ｃｍであったが、その全体で均一に溶着することができた。
溶着条件は、高周波発振器１０の出力を１５０Ｗ、シール時間を１５秒とした。
その結果、プラスチックフィルムの所望の部分を溶着することができた。特に、溶着した部分は、幅が０．８ｃｍ、長さが５ｃｍであったが、その全体で均一に溶着することができた。
（実施例２）
溶着対象物として、四層構造のプラスチックフィルムを二枚用意した。
四層構造のうちの第一層は、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）で形成されており、厚さは、１２μｍであった。第二層と第三層は、ナイロンで形成されており、厚さは、いずれも１５μｍであった。第四層は、ＰＰ（Polypropylene：ポリプロピレン）で形成されており、厚さは、６０μｍであった。
溶着対象物として、四層構造のプラスチックフィルムを二枚用意した。
四層構造のうちの第一層は、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）で形成されており、厚さは、１２μｍであった。第二層と第三層は、ナイロンで形成されており、厚さは、いずれも１５μｍであった。第四層は、ＰＰ（Polypropylene：ポリプロピレン）で形成されており、厚さは、６０μｍであった。
高周波誘電加熱溶着装置としては、実施例１と同様に、図１に示す構成の高周波誘電加熱溶着装置１を用意した。
また、第一電極３０は、図２に示す形状のもの、第二電極４０は、図３に示す形状のものを用意した。
また、第一電極３０は、図２に示す形状のもの、第二電極４０は、図３に示す形状のものを用意した。
二枚のプラスチックフィルムは、第一層を外層とし、第四層を内層として重ね合わせ、これを第一電極３０と第二電極４０との間に挿入した。このとき、溶着部分が第一電極３０の直下、第二電極４０の直上に位置するように、プラスチックフィルムをセットした。
前述の高周波誘電加熱溶着方法にしたがって、プラスチックフィルムを溶着した。
溶着条件は、高周波発振器１０の出力を１２０Ｗ、シール時間を８秒とした。
その結果、プラスチックフィルムの所望の部分を溶着することができた。特に、溶着した部分は、幅が０．８ｃｍ、長さが５ｃｍであったが、その全体で均一に溶着することができた。
溶着条件は、高周波発振器１０の出力を１２０Ｗ、シール時間を８秒とした。
その結果、プラスチックフィルムの所望の部分を溶着することができた。特に、溶着した部分は、幅が０．８ｃｍ、長さが５ｃｍであったが、その全体で均一に溶着することができた。
以上説明したように、本実施形態の高周波誘電加熱溶着電極、高周波誘電加熱溶着用装置及び高周波誘電加熱溶着方法によれば、第一電極の複数の凸部と第二電極の複数の凸部が正対しない状態で、第一電極と第二電極とを対向配置することで、電極間に挿入された溶着対象物の溶着部分の全体にわたってほぼ均等に電界が発生することから、ムラのない強固な溶着が可能となる。
以上、本発明の高周波誘電加熱溶着電極、高周波誘電加熱溶着用装置及び高周波誘電加熱溶着方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係る高周波誘電加熱溶着電極、高周波誘電加熱溶着用装置及び高周波誘電加熱溶着方法は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、第一電極に形成された複数の凸部の各稜線部（第二電極に形成された複数の凸部の各稜線部）が平面上で平行に並ぶように形成してあるが、平面上に限るものではなく、曲面上で平行に並ぶように各凸部を形成することもできる。
例えば、上述した実施形態では、第一電極に形成された複数の凸部の各稜線部（第二電極に形成された複数の凸部の各稜線部）が平面上で平行に並ぶように形成してあるが、平面上に限るものではなく、曲面上で平行に並ぶように各凸部を形成することもできる。
また、第一電極の凹部や第二電極の凹部には、図１３に示すように、絶縁物３９（４９）を埋め込むことができる。これにより、電界の分布を変えることなく、溶着対象物の溶着部分の仕上がりを、平面にしたり緩やかな波形にしたりすることができる。
さらに、溶着対象物が長尺のプラスチックフィルムの場合、図１４に示すように、そのプラスチックフィルムをフィードさせながら、プラスチックフィルムの所望の箇所を溶着していくようにすることもできる。
さらに、溶着対象物が長尺のプラスチックフィルムの場合、図１４に示すように、そのプラスチックフィルムをフィードさせながら、プラスチックフィルムの所望の箇所を溶着していくようにすることもできる。
本発明は、高周波誘電加熱溶着装置に用いる電極を発明の対象としていることから、電極を用いて高周波誘電加熱溶着を行なう装置に利用可能である。
１ 高周波誘電加熱溶着装置
１０ 高周波発振器
３０ 第一電極
３１ 底面（対向面）
３２ 凸部
３３ 凹部
３５ 冷却流路
３９ 絶縁物
４０ 第二電極
４１ 上面（対向面）
４２ 凸部
４３ 凹部
４５ 冷却流路
４９ 絶縁物
１０ 高周波発振器
３０ 第一電極
３１ 底面（対向面）
３２ 凸部
３３ 凹部
３５ 冷却流路
３９ 絶縁物
４０ 第二電極
４１ 上面（対向面）
４２ 凸部
４３ 凹部
４５ 冷却流路
４９ 絶縁物
Claims (11)
- 第一電極と第二電極とを有し、
前記第一電極と第二電極が、それぞれ対向する面に複数の凸部を有し、
前記第一電極に形成された複数の凸部と前記第二電極に形成された複数の凸部がそれぞれ正対しない状態で、前記第一電極と第二電極を配置した
ことを特徴とする高周波誘電加熱溶着用電極。 - 前記凸部は、直線状の稜線部を有する山形に形成されるとともに、前記稜線部が平行に並ぶように前記対向面上に複数形成された
ことを特徴とする請求項１記載の高周波誘電加熱溶着用電極。 - 前記山形の凸部の先端部が、多角形状、円弧状、楕円形状のいずれかである
ことを特徴とする請求項２記載の高周波誘電加熱溶着用電極。 - 前記凸部が、前記対向面の幅方向又は長手方向に複数並べて形成された
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高周波誘電加熱溶着用電極。 - 前記複数の凸部の各間を埋める絶縁物を有した
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高周波誘電加熱溶着用電極。 - 前記第一電極及び／又は第二電極が、冷却媒体を通すための冷却流路を有した
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高周波誘電加熱溶着用電極。 - 第一電極と第二電極とを備え、
これら第一電極と第二電極が、前記請求項１〜６のいずれかに記載の第一電極と第二電極からなる
ことを特徴とする高周波誘電加熱溶着装置。 - 前記第一電極と第二電極との間に印加させる高周波を出力する高周波発振器を備え、
前記第一電極と第二電極が、溶着対象物を挟みながら、前記高周波の印加を受けて、前記溶着対象物に対し高周波電界を与える
ことを特徴とする請求項７記載の高周波誘電加熱溶着装置。 - 第一電極と第二電極とを対向して配置するとともに、前記第一電極の対向面に形成された複数の凸部と前記第二電極の対向面に形成された複数の凸部がそれぞれ正対しない状態で、前記第一電極と前記第二電極とを配置し、
前記第一電極と前記第二電極との間に溶着対象物を挿入し、
前記第一電極及び前記第二電極に高周波電力を印加して、前記溶着対象物を溶着する
ことを特徴とする高周波誘電加熱溶着方法。 - 前記挿入された溶着対象物を前記第一電極と第二電極で挟み、
前記高周波電力を印加した後に、前記溶着対象物を前記第一電極と前記第二電極で押圧して、当該溶着対象物を溶着する
ことを特徴とする請求項９記載の高周波誘電加熱溶着方法。 - 前記溶着対象物が、ポリアミド系及び／又はＰＥＴフィルムを含むプラスチックフィルムからなり、
このプラスチックフィルムの接着面が、ポリオレフィン系フィルムからなる
ことを特徴とする請求項９又は１０記載の高周波誘電加熱溶着方法。
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