JP2648894B2 - 結束用熱可塑性帯の摩擦溶着方法とその装置 - Google Patents

結束用熱可塑性帯の摩擦溶着方法とその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性帯を用いて物
品を回周し、結束するに際して、緊締した帯の重合部を
摩擦によって発熱溶着する摩擦溶着装置の改良に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、熱可塑性帯（以下単に帯とい
う）を用いて物品を結束し、流通過程に乗せて行くため
の結束ツール、結束機械は多く用いられ、したがって該
帯の緊締重合部接合技術は、多様な方式と形態で発達し
てきた。すなわち、シールを被せて変型を与えて接合す
るシール封緘方式、重合した帯を熱で溶融、固着させて
接合する熱溶着方式、この熱溶着方式は、熱板ヒーター
で加熱溶着するヒートシール型、そして重合部に超音波
エネルギーを付与して加熱溶着する超音波溶着型、さら
に、重合部を互いに加圧摺動させて摩擦熱を発生させ自
己発熱溶着する摩擦溶着型に細分類されるが、いずれに
しても、各方式、各形態とも、それなりの成果を挙げて
きた。
【０００３】しかしながら、より有効な実用性を追求す
る中で、シール封緘方式における金属シール使用の資材
コスト高ならびに被結束物品表面に対する結束疵の発
生、熱可塑性帯の持つ変形持性に基づく接合強度の軟弱
性等からの問題、そして、熱溶着方式におけるヒートシ
ール型のもつ欠点、すなわち金属板をニクロム線ヒータ
で加熱して熱板とし、該熱板によって帯重合部を加熱溶
着するため、熱板予熱時間を要し作業効率が低く、ま
た、熱板による外部からの加熱に際して熱可塑性樹脂特
有の悪臭と発煙を伴い作業環境を劣化する等、良好な結
束作業になじまないものであった。さらに、超音波溶着
型においては、超音波の発生装置の複雑、高価、大型傾
向が、シンプル化、低廉化を要求する熱可塑性帯の結束
機器に対して、必ずしも好適なものではなかった。
【０００４】かかる情況の中で摩擦溶着型が比較的多く
用いられる傾向にあるが、例えば、特公昭６３−５６０
９０号、特公平１−１６７２３号、特開昭62−２８７８
１１号、特開平３−９７５２６号等各公報に見られるよ
うな、摩擦溶着型の帯接合方法あるいは装置において
は、その接合のメカニズムの必要以上の複雑さと、これ
に伴う装置製造コストの増大、あるいは取扱いおよびメ
インテナンスの煩雑さをもつものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
な事情に鑑み、シンプルで安価、操作簡単で確実接合を
果たす帯の摩擦溶着の方法ならびにその装置を改良開発
することを目的としたものであって、本発明者の鋭意検
討と試行を重ねた結果、ここに提供するに至ったもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するために次のような手段を適用して対処した。す
なわち、帯の摩擦溶着方法としては、懸架搖動加圧部材
を適用して熱可塑性帯の重合部を加圧しながら、該重合
帯の上側の１枚を幅方向に高速微小振動させて、重合帯
接触面を摩擦によって互いに昇温し溶融させ、振動を停
止して帯重合部が冷却固着する過程で冷却効率を高める
ために空気を吹き付け、かつ、該冷却固着時間中前記加
圧を持続するものとし、一方、懸架搖動受圧部材を適用
して前記帯重合部の下側で加圧力を支持するとともに重
合帯の下側の１枚を振動に対して固定し摩擦効率を高
め、重合帯溶着完了後に帯の通路から退去せしめて、帯
の送給に際して帯通路をシンプル化すると共に、安価
に、操作簡単に、確実に溶着せしめるものとした。ま
た、帯の摩擦溶着装置としては、帯の重合部を加圧搖動
腕を介して加圧する加圧シリンダと、該加圧シリンダの
加圧のもとに微小振動可能に設けた加圧子を含む加圧搖
動腕と、該加圧搖動腕を帯幅方向に偏心搖動軸を介して
高速微小振動せしめる搖動モータと、前記加圧搖動腕の
加圧力を前記重合帯下側に整列して支持し、かつ、重合
帯下側から退去可能な受圧台を含む受圧搖動腕と、該受
圧搖動腕を帯通路に整列し、かつ退去せしめるエアシリ
ンダと、帯溶着時の冷却効果を高めるためのエアノズル
とを具備せしめると共に、前記加圧子下面および受圧台
上面に鋭利突起をもつ突起面を設けて、帯の緊締力を損
なうことなく確実に重合部を摩擦溶着せしめるごとく構
成したものである。
【０００７】
【発明の作用】本発明の結束用熱可塑性帯の摩擦溶着方
法（以下単に本方法という）およびその装置（以下単に
本装置という）の作用について簡単に説明する。
【０００８】本方法の作用は、懸架式の受圧揺動部材に
よって帯の重合ヴを支持し、同じく懸架式の加圧揺動部
材で帯重合部を、加圧シリンダで発生した加圧力を直接
的に加圧力として伝達して加圧しながら、重合帯の上側
の１枚のみを幅方向に加圧用ビンを中心として往復横方
向運動として高速微小振動（２００〜３００ヘルツ）を
付与し、重合帯の下側の１枚は前記高速微小振動に対し
て固定的であり、このことによって重合帯の上下接合面
に摩擦による発熱昇温をもたらし、帯接触面および必要
深さにおいて溶融状態となり、ここにおいて振動作動を
停止し、加圧状態を保持しながら、重合帯はその特性か
ら比較的迅速に強固な溶着を達成するものである。すな
わち図３０のサイクルタイムチャートで判るようにその
主要プロセス（既知のステップ一部省略）は帯高速送
給、受圧台挿入、帯引戻し引締め、加圧揺動腕下降、該
加圧揺動腕加圧保持、該加圧揺動腕高速振動、該振動停
止、余剰後続帯切断、加圧揺動腕上昇、受圧台退去とい
うシンプルなプロセスで確実強固な溶着を果すものであ
る。なお、懸架式の受圧揺動部材は溶着後重合部より退
去し、爾後の帯送給に際して円滑な対応ができるもので
ある。
【０００９】本装置の作用は、フレームに揺動可能に懸
架した加圧揺動腕の加圧子が、帯重合部下側に整列した
受圧揺動腕の受圧台を支えとして、介在する帯の重合部
を、加圧シリンダで発生した加圧力を直接的に伝達して
加圧し、このとき、重合帯の上側上面は加圧子下の鋭利
突起の喰込みによって強くキャッチされ、下側下面は受
圧台の鋭利突起喰込みによって受圧台に完全にキャッチ
され固定化される。なお、受圧揺動腕は受圧台整列シリ
ンダによって、その受圧台を重合帯下に、整列し、また
退去するものである。ここで揺動モータが毎分１万数千
の高速回転をもって、加圧揺動腕を揺動偏心軸を介して
加圧用のピンを中心として帯幅方向に揺動するが、この
揺動は振動と表現するのが妥当なほど高速である。かく
て、重合帯の上側が、高速微小振動し摩擦による発熱、
昇温が重合帯接触面を溶融し、さらにある深さに達する
もので、ここで高速微小振動を停止し、加圧状態を保持
しつつ、帯重合部は冷却固化するものである。なお、加
圧子に設けたリミット腕がサイドプレーと協働して、加
圧子と受圧台の空接触を防ぎ、鋭利突起の損傷を未然に
防止する作用を有するものであり、本装置は前述のよう
な作用を果すために最も適切な形で、実施例の如く構成
したものである。
【００１０】本方法および本装置は、説明の過程で縦型
としているが、動力はすべて供給動力であって重力利用
ではなく、従って本方法および本装置は横型あるいは斜
型として、さらには倒立型としての適用はまったく支障
をきたさないもので、各様の利用が可能である。
【００１１】
【実施例】以下本発明の方法を具現した装置の好適な１
実施例について、図面に従って詳しく説明する。
【００１２】図１に本装置１の正面部分断面図を示し、
図２に図１のＡ−Ａ矢視による側面断面図を示したが、
本装置１は、フレーム10、サイドプレート20、加圧搖動
腕30、受圧搖動腕40、搖動モータ50、加圧シリンダ60、
受圧台整列シリンダ70を主構成要素としており、フレー
ム10とサイドプレート20によってボックス型を形成し、
内部に加圧搖動腕30、受圧搖動腕40を収容し、外方に各
動力源としての搖動モータ50、加圧シリンダ60、受圧台
整列シリンダ70を付設している。
【００１３】加圧搖動腕30は、正面図として図３に示
し、図３のＢ−Ｂ矢視による側面断面図として図４に示
したが、腕部30Ａの上部には、加圧シリンダ60のピスト
ンロッド62先端に穿ったピン孔61にピンで搖動可能に連
結するためのピン孔31、腕部30Ａの下方には、搖動偏心
軸55を回軸可能に収容する搖動長孔32、腕部30Ａの下端
部には後述の加圧子35を軸着するためのピン孔33を、そ
れぞれ備えており、また、加工上の都合により分割した
加圧子35は、図５に正面図、図６に図５のＣ−Ｃ矢視に
よる側面断面図、図７に底面図、図８に図７のＤ−Ｄ、
Ｅ−Ｅ矢視による部分拡大断面図としてそれぞれ示した
ように、ピンで前記腕部30Ａ下端部ピン孔33に軸着する
ためのピン孔36をもち、四方の角部には、後述するサイ
ドプレート20のリミット腕受け25と協働して加圧ストロ
ーク下限を規制するためのリミット腕37を備え、底面は
突起面38を形成し、鋭利突起39（図９参照）を配列し
て、帯90に喰込んで帯90の摺動を確実に行うよう、充分
なキャッチ効果を挙げるようにしている。
【００１４】図９に加圧シリンダ60の正面断面図を示
し、図10に平面図として示したが、本実施例においては
圧縮空気によるものとした。ストロークは比較的小さく
構成してよい。シリンダ外壁には、フレーム10に取付け
るための取付孔63を設けて、フレーム10との結合を図っ
ている。
【００１５】図11に搖動偏心軸55の側面図を示し、図11
のＦ−Ｆ矢視による背面図として図12に示し、図11のＧ
−Ｇ矢視による正面図を図13に示したが、該搖動偏心軸
55は、搖動モータ50の出力スプライン軸と係合するため
のスプライン孔56を一方の軸部57の内径に穿ち、全体的
に中空体としている。軸部57はサイドプレート20の偏心
軸受21に軸着され、偏心部58が、前記加圧搖動腕30の搖
動長孔32と回転可能に係合して加圧搖動腕30を高速微小
振動せしめるものである。
【００１６】図14に受圧搖動腕40の正面部分断面図を示
し、図15に側面図として示したが、加工の都合で分割し
た受圧台45を含む受圧搖動腕40は、腕部40Ａの上方には
フレーム10にピンで搖動可能に軸着するためのピン孔4
1、腕部40Ａの下方には受圧台整列シリンダ70のピスト
ンロッド71とピンで連結するためのピン孔42、そして前
記ピストンロッド71が受圧搖動腕40を帯90の重合部下側
に整列し、退避するために搖動する際の変位に対して逃
げスペースを付与する目的をもつぬすみ孔44を、さらに
腕部40Ａの下部先端には、前記受圧台45を取付けるため
の受圧台取付ねじ孔43を、それぞれ備えている。さて、
受圧台45は、図16に正面図、図17に平面図、図18に図16
のＨ−Ｈ矢視断面図として示したが、取付孔43’、突起
ダイ取付孔47’、後述の突起ダイ46を収容する突起ダイ
窪み46’をそれぞれ備え、靴形に模して造っている。突
起ダイ46は、図19に正面図、図20に平面図、図21に図20
のＩ−Ｉ矢視、Ｊ−Ｊ矢視による部分拡大断面図として
示したが、突起ダイ取付ねじ孔47により前記突起ダイ窪
み46’に嵌着され、上面に鋭利突起49をもつ突起面48を
形成している。そして帯90重合部下側に整列して重合帯
下側に喰込んで高速微小摺動に対し強固に保持するもの
である。
【００１７】搖動モータ50は、本実施例ではエアモータ
を適用したが限定的ではなく電動ユニバーサルモータ適
用も可能である。
【００１８】受圧台整列シリンダ70は、本実施例ではエ
アシリンダを適用したが、特に圧縮空気によるものとし
て限定するものではない。この受圧台整列シリンダ70
は、受圧搖動腕40の整列効率を良好ならしめるためフレ
ーム10に、加圧搖動腕30の加圧方向に対して適当な傾斜
角をもたせて取付けている。
【００１９】サイドプレート20は、図22に正面図、図23
に図22のＫ−Ｋ矢視による側面断面図、図24に図22のＬ
−Ｌ矢視による部分断面図としてそれぞれ示したが、搖
動偏心軸受21、加圧搖動腕30がピストンロッド62と連結
するためのピンの移動ストロークを避けるピン用長孔2
2、フレーム10への取付孔28、28など適宜孔類を穿って
いるが、ここで重要な点は、前述した加圧搖動腕30の加
圧子35に設けたリミット腕受け25を設けたことであり、
これによって、鋭利突起39、49の空接触を完全に防止す
るものである。
【００２０】図25および図26に、前記リミット腕受け25
およびリミット腕37の規制効果を説明する詳細図を示し
た。
【００２１】エアノズル75は、図１で判るように受圧台
45の整列時の上部、および加圧子の下部すなわち重合帯
90を中心とするその近傍に圧縮エアを吹き付けるに便な
るごとき位置を選んでフレーム10に付設するもので、パ
イプ径は適宜のものを適用する。このエアノズルによる
エア吹き付けによって溶融帯の冷却効果は極めて良好な
ものとなる。
【００２２】図27および図28に重合帯90と加圧子35、受
圧台45との関係説明図を示し、後述の本装置作動につい
ての説明に供した。
【００２３】図29に、本装置１を適用した結束ヘッド80
の正面図を一例として図示したが、フェースゲート81、
帯送給引締装置82、シャー83、クランプ84、エアモータ
85、エアシリンダ86等々と組合わせて本装置１が、帯に
よる物品結束の「かなめ」として配列されるものであ
る。
【００２４】図30には、前述の結束ヘッド80における各
機械要素のサイクルタイムチャートとして、本装置１の
作動の位置付けを示した。
【００２５】本装置１の制御は結束ヘッド80を含めて別
に設けた制御装置によりなされる。
【００２６】本装置１の作動について、前述の結束ヘッ
ド80のサイクルタイムチャート（図30）を引用しながら
説明する。
【００２７】図30で判るように帯90が高速で物品の周り
をめぐり、先端部がクランプされると、本装置の受圧台
45が、受圧台整列シリンダ70によって受圧搖動腕を押し
出すことによって重合帯90の下側に、図27に示す状態で
挿入整列される。かくて、結束ヘッド80のフェースゲー
ト81が帯90の先端を誘導し回周を終えたので用済として
開き、帯90の引戻しおよび引締めが行われる。かくて本
装置１の加圧搖動腕30が、加圧シリンダ60によって下降
し重合帯90を加圧し、上側帯90Ａの表面に加圧子35の鋭
利突起39が喰込んでキャッチし、同時に、下側帯90Ｂの
下面に受圧台45の突起ダイ46がその鋭利突起49を喰込ま
せてキャッチする。かくて加圧子35の加圧のもとに、搖
動モータ50が回転を開始し、搖動偏心軸55を介して加圧
搖動腕30を高速微小振動せしめ、必然的に重合帯90の上
側帯90Ａが、毎分１万数千回の幅方向振動をし、下側帯
90Ｂと共にその表面が摩擦熱の発生によって昇温し溶融
する。溶融するまでの時間は、帯の材質、厚さ等によっ
て若干の差異がある。このとき帯90の長手方向すなわち
張力のかかっている方向への振動でないので、振動は円
滑に実施される。かくて搖動モータ50の回転を停止し振
動を停めると、帯90は熱源がないので冷却をはじめ、加
えて圧縮空気の吹き付け開始により急速に冷却し固化溶
着するものである。冷却の終点付近で後続帯90は切断さ
れるが、シャー83によるこの切断の時期は、両鋭利突起
39、49によって重合部キャッチの時点で行ってもよい
が、本実施例では冷却固着の終点とした。かくて、シャ
ー83上昇、クランプ84開放等が結束ヘッド80で行われる
が、本装置１においても加圧シリンダ60による加圧搖動
腕30の上昇、受圧台整列シリンダ70による受圧台45の退
去がなされ、本装置１の作動は終了するが、結束ヘッド
80はさらにフェースゲート81閉止等が行われて１サイク
ル結束が完了するものである。
【００２８】なお、本装置１は図25および図26に示すよ
うに、サイドプレート20のリミット腕受け25と加圧子35
のリミット腕37の協働によって、加圧搖働腕30が最下位
まで降下しても、加圧子下面の突起面38と受圧台35の突
起面48との間には間隙Ｒが保たれるよう構成している。
これはリミット腕37がリミット腕受け25にＱ点で接して
その下降を規制することによるものである。
【００２９】
【発明の効果】本発明の方法および装置の実施により、
熱可塑性帯による物品の回周結束において、摩擦熱溶着
の長所であるところの接続用部品（シール等）を要しな
いでしかも予熱時間を要せず、かつ、悪臭等作業環境を
低下させる点を解消して、その効果を遺憾なく発揮させ
るためのアプローチが、極めて簡単な方法および機構で
達成され、加えて、確実な摩擦溶着が、迅速円滑に果た
されるものであり、さらに、安価な設備費と容易なメイ
ンテナンス、操作取扱いの簡便さと相俟って、今後の熱
可塑性帯による物品結束分野への幅広い適用に大きく貢
献するものであって、その効果は極めて顕著であるとい
える。
【図面の簡単な説明】
【総括】図面はすべて本発明の実施例を示すものであ
る。
【図１】本装置の正面部分断面図である。
【図２】本装置の側面断面図であり図１のＡ−Ａ矢視に
よる。
【図３】加圧搖動腕の正面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】加圧子の正面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図７】加圧子の底面図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ、Ｅ−Ｅ矢視拡大断面図である。
【図９】加圧シリンダの正面断面図である。
【図10】加圧シリンダの平面図である。
【図11】搖動偏心軸の側面図である。
【図12】図11のＦ−Ｆ矢視による搖動偏心軸の背面図で
ある。
【図13】図11のＧ−Ｇ矢視による搖動偏心軸の正面図で
ある。
【図14】受圧搖動腕の正面図である。
【図15】受圧搖動腕の側面図である。
【図16】受圧台の正面図である。
【図17】受圧台の平面図である。
【図18】図16のＨ−Ｈ矢視断面図である。
【図19】突起ダイの正面図である。
【図20】突起ダイの平面図である。
【図21】図20のＩ−Ｉ、Ｊ−Ｊ矢視拡大断面図である。
【図22】サイドプレートの正面図である。
【図23】サイドプレートの側面断面図であり、図22のＫ
−Ｋ矢視による。
【図24】図22のＬ−Ｌ矢視による部分拡大断面図であ
る。
【図25】リミット腕およびリミット腕受けの相対関係を
示す説明図である。
【図26】図25のＰ−Ｐ矢視断面図である。
【図27】帯重合部の溶着メカニズムを示す説明図であ
る。
【図28】図27のＳ−Ｓ矢視断面図である。
【図29】本装置を装着した結束ヘッドの正面図である。
【図30】本装置を装着した結束ヘッドのサイクルタイム
チャートである。
【符号の説明】
１ 本装置 10 フレーム 20
サイドプレート 21 搖動偏心軸受け 25 リミット腕受け 28
取付孔 30 加圧搖動腕 31 ピン孔 32
搖動長孔 33 ピン孔 35 加圧子 36
ピン孔 37 リミット腕 38 突起面 39
鋭利突起 40 受圧搖動腕 43 受圧台取付ねじ孔 4
3’受圧台取付孔 44 ぬすみ孔 45 受圧台 46
突起ダイ 46’突起ダイ窪み 47 突起ダイ取付孔 48
突起面 49 鋭利突起 50 搖動モータ 55
搖動偏心軸 56 スプライン孔 57 軸部 60
加圧シリンダ 61 ピン孔 62 ピストンロッド 63
取付孔 70 受圧台整列シリンダ 80 結束ヘッド 81
フェースゲート 82 帯送給引締装置 83 シャー 84
クランプ 85 エアモータ 86 エアシリンダ 90
帯。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物品を回周し引締めた熱可塑性帯の重合
    部を摩擦溶着する方法において、懸架加圧揺動部材を適
    用して熱可塑性帯の重合部を、加圧シリンダで発生した
    加圧力を直接的加圧力として伝達することにより加圧し
    ながら、該重合帯の上側の１枚のみを加圧用のピンを中
    心として幅方向に往復横方向運動でもって高速微小振動
    させながら、重合帯接触面を摩擦により互いに昇温し溶
    融させ、振動を停止して帯重合部が冷却固着する僅少時
    間を待ち、かつ、この冷却固着時間中前記加圧を持続す
    るものとし、一方、懸架受圧揺動部材を適用して前記帯
    重合部の下側で前記加圧力を支持するとともに重合帯の
    下側の１枚を前記振動に対して固定し摩擦効率を高め、
    重合帯溶着完了後に帯の通路から退去せしめて、の送給
    に際して帯通路をシンプル化し、その主要プロセスとし
    て帯高速送給、受圧台挿入、帯引戻し引締め、加圧揺動
    腕下降、該加圧揺動腕加圧保持、該加圧揺動腕高速揺
    動、該振動停止、余剰後続帯切断、加圧揺動腕上昇、受
    圧台退去を実施し、懸架垂直加圧、幅方向振動による効
    果的溶融固着を達成することを特徴とする結束用熱可塑
    性帯の溶着方法。
  2. 【請求項２】 物品を回周し引締めた熱可塑性帯の重合
    部を摩擦溶着する装置において、該帯の重合部を後記加
    圧揺動腕を介して加圧する加圧シリンダと、該加圧シリ
    ンダの加圧力を直接的加圧力として上側帯に直接伝達し
    該上側帯のみを加圧用のピンを中心として帯幅方向に微
    小振動可能に設けた加圧子を含む加圧揺動腕と、該加圧
    揺動腕に偏心揺動軸を帯幅方向に高速微小振動を付与す
    る揺動モータと、前記加圧揺動腕の加圧力を重合帯の下
    側に整列して支持し、かつ、重合帯下側から退去可能な
    受圧台を含む受圧揺動腕と、該受圧揺動腕を帯通路に対
    して整列し退去せしめるエアシリンダとを具備せしめる
    とともに、前記加圧子下面および受圧台上面に、鋭利突
    起を有する突起面をもたせて、帯の緊締力を損なうこと
    なく確実迅速に重合部を摩擦溶着せしめるごとく構成し
    たことを特徴とする結束用熱可塑性帯の溶着装置。
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