JP2019509921A - 異種素材床材の超音波溶着装置及び超音波溶着方法 - Google Patents
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Abstract
異種素材床材の超音波溶着装置及び超音波溶着方法を提供することにある。異種素材床材の超音波溶着装置は、異種素材から形成された複数の溶着対象物を接合して床材を製造するためのものであって、アンビルとホーンを含む。アンビルは、溶着対象物を支持して、溶着対象物を一方向に移送させる。ホーンは、アンビルに安着した溶着対象物を加圧し、溶着対象物に超音波震動を加えて溶着対象物を接合させる。
また、異種素材床材の超音波溶着方法は、溶着対象物を設ける段階と、アンビル上に溶着対象物を安着させる段階と、超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階を含む。溶着対象物を設ける段階は、異種素材から形成された複数の溶着対象物を設ける。アンビル上に溶着対象物を安着させる段階は、回転駆動するアンビル上に溶着対象物を安着させる。超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階は、アンビル上に安着した溶着対象物を加圧し、溶着対象物に超音波震動を加えて溶着対象物を接合する。
また、異種素材床材の超音波溶着方法は、溶着対象物を設ける段階と、アンビル上に溶着対象物を安着させる段階と、超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階を含む。溶着対象物を設ける段階は、異種素材から形成された複数の溶着対象物を設ける。アンビル上に溶着対象物を安着させる段階は、回転駆動するアンビル上に溶着対象物を安着させる。超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階は、アンビル上に安着した溶着対象物を加圧し、溶着対象物に超音波震動を加えて溶着対象物を接合する。
Description
本発明は、異種素材から形成された複数の溶着対象物を接合して床材を製造するための異種素材床材の超音波溶着装置及び超音波溶着方法に関する。
通常、異種素材からなる床材を接合しようとする場合、上部部材と下部部材のいずれか部材に接着剤を塗った後に接合するが、このような方式は、接着剤の使用により環境汚染が発生し、接合部分も滑らかでないという問題点がある。
これを解決するため接着剤を使用せず、熱と圧力を利用して異種素材床材を接合する技術が開発された。より具体的には、熱を加えた板上に上部部材と下部部材を安着した後、熱と圧力を加えて異種素材床材を製造することである。
しかし、これは、時間が経つにつれて接合した部位が分離され、分離された部分内へ水気や異物が流入する問題があった。また、上側及び下側面にのみ熱が集中して加えられて、接合時に床材の表面が滑らかでないという問題があった。
本発明の課題は、異種素材床材の損傷なしに接合できるように改善した異種素材床材の超音波溶着装置及び超音波溶着方法を提供することにある。
上記課題を達成するために、本発明による異種素材床材の超音波溶着装置は、異種素材から形成された複数の溶着対象物を接合して床材を製造するためのものであって、アンビルとホーンを含む。アンビルは、溶着対象物を支持して、溶着対象物を一方向に移送させる。ホーンは、アンビルに安着した溶着対象物を加圧し、溶着対象物に超音波震動を加えて溶着対象物を接合させる。
また、異種素材床材の超音波溶着方法は、溶着対象物を設ける段階と、アンビル上に溶着対象物を安着させる段階と、超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階を含む。溶着対象物を設ける段階は、異種素材から形成された複数の溶着対象物を設ける。アンビル上に溶着対象物を安着させる段階は、回転駆動するアンビル上に溶着対象物を安着させる。超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階は、アンビル上に安着した溶着対象物を加圧し、溶着対象物に超音波震動を加えて溶着対象物を接合する。
本発明によれば、超音波を利用して溶着対象物を接合することで、接着剤なしに複数の溶着対象物を接合できるようになる。これにより、時間が経っても接合した部位が分離せず、衛生的に使えるようになる。
また、従来のように、加熱した板の間に溶着対象物を配置した後、圧着して接合しないで、超音波の震動、すなわち、摩擦熱によって溶着対象物を接合させるため、接合時に溶着対象物の表面を滑らかに形成できるようになる。
さらに、アンビルとホーンが回転駆動するように形成されることで、別途移送手段なしにも溶着対象物を溶着して移送させることができるようになる。
以下に添付された図面を参照して、好ましい実施形態による異種素材床材の超音波溶着装置及び超音波溶着方法について詳説すると、次のとおりである。ここで、同じ構成に対しては同じ符号を使って、繰り返される説明、発明の要旨を曖昧にする公知の機能及び構成に対する詳説は省略する。発明の実施形態は、当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のため誇張されてもよい。
図１は、本発明の一実施形態による異種素材床材の超音波溶着装置の構成を示した側面図である。
図１に示したように、異種素材床材の超音波溶着装置１００は、異種素材から形成された複数の溶着対象物１０を接合して床材を製造するためのものであって、アンビル１１０とホーン１２０を含む。
アンビル１１０は、溶着対象物１０を支持して、溶着対象物１０を一方向に移送させる。より具体的には、アンビル１１０は、回転駆動するように形成されたローラーからなってもよい。このように、アンビル１１０が回転駆動するように形成されることで、別途移送手段なしにも溶着対象物１０を溶着して移送させることができるようになる。
ホーン１２０は、アンビル１１０に安着した溶着対象物１０を加圧し、溶着対象物１０に超音波震動を加えて溶着対象物１０を接合させる。より具体的には、ホーン１２０は、上下方向に移動可能であるように形成することができ、溶着対象物１０に１６ｋＨｚ〜１ＧＨｚ大きさの超音波震動を加えることができる。これは、超音波震動の大きさが１６ｋＨｚ未満であると、溶着対象物１０の接着力が落ちて、１ＧＨｚを超えると、溶着対象物１０が摩擦熱によって変形し得るからである。
これにより、溶着対象物１０は、アンビル１１０とホーン１２０の間で圧迫されて、摩擦熱によって溶着対象物１０のいずれかが軟化または溶融して接合するようになる。このとき、ホーン１２０は、溶着対象物１０に０．１ｋｇ／ｍ2〜２０ｋｇ／ｍ2大きさの加圧力を印加することが好ましい。これは、加圧力の大きさが０．１ｋｇｍ2未満であると、溶着対象物１０の接着力が落ちて、２０ｋｇ／ｍ2を超えると、溶着対象物１０が変形し得るからである。
ホーン１２０は、アンビル１１０と同様、回転駆動するように形成されたローラーからなってもよい。これにより、ホーン１２０とアンビル１１０の間に溶着対象物１０が配置されると、ホーン１２０は、溶着対象物１０を加圧して、アンビル１１０と共に溶着対象物１０を移送させることができるようになる。
一方、図２に示したように、ホーン１２０は、加圧面に複数の突起１２１がそれぞれ離隔して配置されてもよい。このように、ホーン１２０の加圧面に複数の突起１２１がそれぞれ離隔して配置されることで、超音波接合時に溶着対象物１０の一面に凹凸状のパターンを形成することができる。ここで、ホーン１２０から形成された突起１２１の大きさ及び形状は、溶着対象物１０の厚さ及び素材によって多様に変形可能であるが、半球状から形成されることが好ましい。これは、ホーン１２０の回転駆動時に溶着対象物１０から突起１２１が容易に抜け出るようにするためである。
図３は、本発明の一実施形態による異種素材床材の超音波溶着方法の過程を説明するためのブロック線図である。
図３に示したように、異種素材床材の超音波溶着方法２００は、溶着対象物を設ける段階（２１０）と、アンビル上に溶着対象物を安着させる段階（２２０）と、超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階（２３０）を含む。
溶着対象物を設ける段階（２１０）は、異種素材から形成された複数の溶着対象物１０を設ける。ここで、溶着対象物１０は、ガラス繊維、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリオレフィン（Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）、ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンテレフタラートグリコール（ＰＥＴＧ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ ｇｌｙｃｏｌ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ：Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ：Ｓｔｙｒｅｎｅ ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリレート（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）のうち、少なくとも２つ以上選択されてもよい。
例えば、ＰＶＣベース基材上にガラス繊維シートと、ＰＶＣ白色シートと、ＰＶＣ透明フィルムを順次積層した後に超音波溶着を行ってもよいし、ＰＶＣベース基材上にガラス繊維シートと、ＰＶＣ白色シートと、ＰＥ透明フィルムを順次積層した後に超音波溶着を行ってもよい。そして、ＰＶＣベース基材上にガラス繊維シートと、ＰＥ白色シートと、ＰＥ透明フィルムを順次積層した後に超音波溶着を行ってもよいし、ＰＥベース記載上にＰＥ透明フィルムを積層した後に超音波溶着を行ってもよい。すなわち、溶着対象物１０の数及び配置の位置は、限定されず、実施者の必要によって異なる。
アンビル上に溶着対象物を安着させる段階（２２０）は、回転駆動するアンビル１１０上に溶着対象物１０を安着させる。より具体的には、アンビル１１０は、回転アクチュエーターと連結されたローラーからなってもよい。このように、アンビル１１０が回転駆動するように形成されることで、別途移送手段なしにも溶着対象物１０を溶着して移送させることができるようになる。
一方、溶着対象物１０は、１ｍ／ｍｉｎ〜４００ｍ／ｍｉｎの速度で移送されることが好ましいが、これは、溶着対象物１０の移送速度が１ｍ／ｍｉｎ未満であると、溶着対象物１０が摩擦熱によって変形されて、溶着対象物１０の移送速度が４００ｍ／ｍｉｎを超えると、溶着対象物１０の接着力が落ちるからである。
超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階（２３０）は、アンビル１１０上に安着した溶着対象物１０を加圧し、溶着対象物１０に超音波震動を加えて溶着対象物１０を接合する。このとき、溶着対象物１０は、回転駆動するホーン１２０を介して加圧及び接合される。このように、ホーン１２０が回転駆動するように形成されることで、ホーン１２０とアンビル１１０の間に溶着対象物１０が配置されると、ホーン１２０は、溶着対象物１０を加圧し、アンビル１１０と共に溶着対象物１０を移送させることができるようになる。
超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階（２３０）は、溶着対象物１０に１６ｋＨｚ〜１ＧＨｚ大きさの超音波震動を加えてもよい。これにより、溶着対象物１０は、アンビル１１０とホーン１２０の間で圧迫されて、摩擦熱によって溶着対象物１０のいずれかが軟化または溶融して接合するようになる。このとき、溶着対象物１０には０．１ｋｇ／ｍ2〜２０ｋｇ／ｍ2大きさの加圧力が加えられてもよい。これは、加圧力の大きさが０．１ｋｇ／ｍ2未満であると、溶着対象物１０の接着力が落ちて、２０ｋｇ／ｍ2を超えると、溶着対象物１０が変形し得るからである。
一方、超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階（２３０）は、溶着対象物１０に凹凸状のパターンを形成する過程をさらに含んでいてもよい。このため、ホーン１２０は、加圧面に複数の突起１２１がそれぞれ離隔して配置されてもよい。これにより、ホーン１２０が溶着対象物１０を加圧することになると、加圧力によって溶着対象物１０に凹凸状のパターンが形成される。ここで、溶着対象物１０から形成された凹凸の大きさ及び形状は、溶着対象物１０の厚さ及び素材によって多様に変形可能であるが、半球状に形成されることが好ましい。これは、ホーン１２０の回転駆動時に溶着対象物１０から突起１２１が容易に抜け出るようにするためである。
前述したように、超音波を利用して溶着対象物１０を接合することで、接着剤なしに複数の溶着対象物１０を接合できるようになる。これにより、時間が経っても接合した部位が分離せず、衛生的に使えるようになる。
また、従来のように、加熱した板の間に溶着対象物１０を配置した後、圧着して接合しないで、超音波の震動、すなわち、摩擦熱によって溶着対象物１０を接合させるため、接合時に溶着対象物１０の表面を滑らかに形成することができるようになる。
さらに、アンビル１１０とホーン１２０が回転駆動するように形成されることで、別途移送手段なしにも溶着対象物１０を溶着して移送させることができるようになる。
図３を参照して、異種素材床材の超音波溶着方法２００を説明すると、次のとおりである。
取りあえず、ガラス繊維、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリオレフィン（Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）、ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンテレフタラートグリコール（ＰＥＴＧ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ ｇｌｙｃｏｌ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ：Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ：Ｓｔｙｒｅｎｅ ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリレート（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）のうち、少なくとも２つ以上選択された溶着対象物１０を設けて積層させる。
そして、積層した溶着対象物１０を回転駆動するアンビル１１０上に安着させる。そうすると、ホーン１２０が溶着対象物１０を０．１ｋｇ／ｍ2〜２０ｋｇ／ｍ2大きさの加圧力で圧着して、１６ｋＨｚ〜１ＧＨｚ大きさの超音波震動を加える。
これにより、溶着対象物１０は、アンビル１１０とホーン１２０の間で圧迫されて、摩擦熱によって溶着対象物１０のいずれかが軟化または溶融して接合される。このとき、溶着対象物１０に凹凸状のパターンを形成するために、ホーン１２０の加圧面には複数の突起１２１をそれぞれ離隔して配置してもよい。
本発明は、添付の図面に示した一実施形態を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である点を理解することができる。従って、本発明の真の保護範囲は、添付の請求範囲のみによって定めるべきである。
Claims (8)
- 異種素材から形成された複数の溶着対象物を接合して床材を製造するための超音波溶着装置において、
前記溶着対象物を支持して、前記溶着対象物を一方向に移送させるアンビル； 及び、
前記アンビルに安着した溶着対象物を加圧し、前記溶着対象物に超音波震動を加えて前記溶着対象物を接合させるホーン；
を含む異種素材床材の超音波溶着装置。 - 前記ホーンは、加圧面に複数の突起がそれぞれ離隔して配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の異種素材床材の超音波溶着装置。
- 前記突起は、半球状から形成されたことを特徴とする、請求項２に記載の異種素材床材の超音波溶着装置。
- 異種素材から形成された複数の溶着対象物を設ける段階；
回転駆動するアンビル上に前記溶着対象物を安着させる段階；及び、
前記アンビル上に安着した溶着対象物を加圧し、前記溶着対象物に超音波震動を加えて前記溶着対象物を接合する段階；
を含む異種素材床材の超音波溶着方法。 - 前記超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階は、前記溶着対象物に凹凸状のパターンを形成する過程をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の異種素材床材の超音波溶着方法。
- 前記超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階は、前記溶着対象物に１６ｋＨｚ〜１ＧＨｚ大きさの超音波震動を加えることを特徴とする、請求項４に記載の異種素材床材の超音波溶着方法。
- 前記超音波震動を加えて溶着対象物を接合する段階は、前記溶着対象物に０．１ｋｇ／ｍ2〜２０ｋｇ／ｍ2大きさの加圧力を加えることを特徴とする、請求項４に記載の異種素材床材の超音波溶着方法。
- 前記溶着対象物は、ガラス繊維、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリオレフィン（Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）、ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエチレンテレフタラートグリコール（ＰＥＴＧ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ ｇｌｙｃｏｌ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ：Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、スチレンアクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ：Ｓｔｙｒｅｎｅ ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリレート（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）のうち、少なくとも２つ以上選択されることを特徴とする、請求項４に記載の異種素材床材の超音波溶着方法。
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