JP3336372B2 - 合成樹脂製品とその溶着方法 - Google Patents

合成樹脂製品とその溶着方法

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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、チューブ容器等の成形
に加熱溶着処理を要する合成樹脂製品と、この合成樹脂
製品の成形に要する溶着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】合成樹脂製品を成形するための溶着手段
としては、合成樹脂製品を直接加熱するヒート溶着手
段、電磁誘導作用を利用した誘導加熱溶着手段、そして
超音波による振動エネルギーを利用した超音波溶着手段
等があるが、チューブ容器等の溶着部分が製品の外観と
して露出する合成樹脂製品にあっては、成形された製品
の外観体裁上、溶着治具が接触する表面部分の樹脂が溶
融してしまうヒート溶着手段の適用は不利である。
【０００３】また、溶着部分の構成部材の一部に金属材
料を使用している合成樹脂製品、例えばアルミラミネー
トフィルム製のチューブ容器の溶着手段として誘導加熱
溶着手段の適用が可能ではあるが、加熱範囲を正確に規
制するのが困難であり、このため溶着部分付近の薄い樹
脂皮膜が不要に加熱されて変形または溶断し、不良品の
発生確率が高くなると云う不都合がある。
【０００４】このため、チューブ容器等の、溶着部分が
製品の外観として露出するとか、溶着部分付近に薄い樹
脂皮膜がある合成樹脂製品の溶着処理は、超音波溶着手
法が多く採用されている。
【０００５】この超音波溶着手法は、合成樹脂製品の押
圧された溶着部の溶着面に、超音波による振動エネルギ
ーを伝達し、この振動エネルギーにより溶着面部分を発
熱溶融し、もって溶着部の溶着を達成するものである。
【０００６】超音波溶着手法には、溶着面に対して垂直
振動を発生させ、接触解離の相互衝突としての摩擦発熱
と、交番正弦応力による内部発熱をエネルギー伝達の具
体的手段とし、材料がある程度の剛性を具備していれば
溶着が達成できるプランジャタイプと、溶着面に対して
平行な振動を与え、エネルギー伝達を材料自体の共振に
よる摩擦発熱と云う形で達成するシエアタイプとがある
が、シエアタイプの場合は、材料との交互作用を利用し
なければならず、一義的に最適条件を決定することがで
きないため、その応用例は少ない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラン
ジャタイプの超音波溶着手法により、溶着部分付近に薄
い樹脂皮膜がある合成樹脂製品の溶着を達成すると、合
成樹脂材料の剛性が必ずしも充分に高くないので、溶着
達成に高い超音波エネルギーを必要とし、このため少な
からず、合成樹脂材料に強いストレスを与えることにな
り、溶着後においてエッジ切れ等を生じると云う経時保
証の上での不都合が生じると云う問題があった。
【０００８】また、プランジャタイプの超音波溶着手法
により、内容物が付着した部分を溶着しようとすると、
この付着した内容物により溶着部の溶着が不完全とな
り、溶着の不良による不良品の発生が多発すると云う問
題があった。
【０００９】そこで、本発明は、上記した従来技術にお
ける問題点を解消すべく創案されたもので、合成樹脂製
品の溶着部の自己発熱性の向上およびすべり性の向上を
得ることを技術的課題とし、もって所望の溶着強度を有
する溶着部を安定してかつ安全に得ることを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決する本発明の手段は、少なくとも超音波溶着される溶
着部を、粒径０．０１〜２．０μｍの酸化亜鉛を０．５
〜１０重量パーセント配合した合成樹脂で成形するこ
と、にある。
【００１１】溶着部を、合成樹脂製チューブ容器、筒状
容器さらには袋状容器のシール部とするのが有効であ
る。
【００１２】また、本発明の方法手段は、合成樹脂製品
の、粒径０．０１〜２．０μｍの酸化亜鉛を０．５〜１
０重量パーセント配合した合成樹脂で成形された溶着部
を、この溶着部の溶着面に平行な超音波振動を与える方
向から超音波を印加して溶着すること、にある。
【００１３】
【作用】合成樹脂製品の溶着部は、配合された酸化亜鉛
の影響により、成形材料である合成樹脂の粘弾性的性質
が変わり、自己発熱性が向上すると共に、すべり性が向
上し、その結果、発熱効率が向上して、同一超音波エネ
ルギーでシールに要する時間が短くなり、または溶着部
を同一シール強度でシールするに要する超音波エネルギ
ーが少なくて済む。
【００１４】また、配合される酸化亜鉛の粒径を０．０
１〜２．０μｍとしたのは、粒径が０．０１μｍ未満で
あると、溶着が不完全となり、配合した効果が認められ
ないためであり、粒径が２．０μｍを越えると、合成樹
脂製品の成形性が低下すると共にコスト高となるためで
ある。
【００１５】同様に、配合される酸化亜鉛の配合率を
０．５〜１０重量パーセントとしたのは、配合率が０．
５重量パーセント未満であると、充分な自己発熱性の向
上とすべり性の向上とを得ることができないためであ
り、１０重量パーセントを越えても、それ以上の自己発
熱性の向上およびすべり性の向上の効果の増大が認めら
れず、コスト高となるばかりか、成形性が低下するため
である。
【００１６】この合成樹脂製品の溶着部を、溶着部の溶
着面に平行に超音波振動を与える、すなわちシエアタイ
プの超音波溶着手法により溶着すると、溶着部の向上し
たすべり性により、圧接状態にある溶着面相互間にすべ
り変位がきわめて効率良く発生する。
【００１７】このため、溶着部の向上した自己発熱性が
より効果的に発揮され、超音波のより少ない印加時間お
よび発振振幅で、所望シール強度の溶着部の成形が達成
される。
【００１８】この溶着部の溶着は、向上したすべり性と
自己発熱性とを充分に利用していることから、溶着部の
圧接した溶着面部分の局部的な発熱により達成され、ま
た印加される超音波の発振振幅が小さいので、溶着部以
外の部分に対する機械的影響を殆ど与えずに済み、さら
に溶着達成に要する超音波の印加時間が短いので、溶着
部成形の作業効率が高くなる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照しな
がら説明する。図１は、本発明による製品１としてチュ
ーブ容器に実施した例を示す、一部破断した全体斜視図
を示すもので、製品１としてのチューブ容器の胴部は、
チューブ状に押し出し成形されたものであり、溶着部２
は、この胴部の底部シール部となっている。
【００２０】図２は、図１に示した製品１の溶着部２を
溶着するシエアタイプの超音波溶着装置の基本的構成例
を示すもので、１５〜７０ｋＨｚ程度の超音波周波数で
出力５０〜数ｋＷまでの電気信号エネルギーを発生する
発振機３と、発振機３からの電気信号エネルギーを機械
振動エネルギーに変換する振動子であるコンバータ４
と、コンバータ４から出力される機械振動エネルギーの
振幅を、溶着可能な振幅に増幅するブースタ５と、ブー
スタ５から伝えられた振動エネルギーを先端部の端面に
集中させるホーン６と、このホーン６の溶着のための端
面に、製品１の溶着部２を挟んで対向し、溶着動作時
に、溶着部２をホーン６との間で一定圧力で挟持するア
ンビル７と、から構成されている。
【００２１】溶着部２に対向するホーン６およびアンビ
ル７の端面部分には、溶着部２に圧接して超音波エネル
ギーを溶着部２の溶着面に伝達するための凸部が形成さ
れており、成形される溶着部２の形状は、このホーン６
およびアンビル７の凸部の突出端面形状に従うことにな
り、それゆえこのホーン６およびアンビル７の凸部の端
面形状を、所望する溶着部２の形状に従って設定するこ
とにより、溶着部２の形状を自由に設定することができ
る。
【００２２】この図２に示したシエアタイプの超音波溶
着装置を用いて、粒径０．２７μｍの酸化亜鉛を配合し
たポリエチレン樹脂で胴部を押し出し成形した製品１で
あるチューブ容器において、胴部の先端部である溶着部
２のシール強度（溶着強度）に関する実験例の試験結果
を、「表１」ないし「表３」に示す結果を参照して説明
する。なお、合成樹脂製チューブ容器の溶着部に要求さ
れるシール強度としては、一般に引張り強度で３．０Kg
f 以上とされているが、各表において×はシール強度が
１Kgf 以下である場合を、△はシール強度が１〜３Kgf
の場合を、そして○はシール強度が３Kgf 以上である場
合を示している。
【００２３】
【表１】
【００２４】「表１」は、印加する超音波の発振振幅を
６０μｍに設定して、溶着部２のシール強度と超音波の
印加時間との関係を示すもので、５％の酸化亜鉛を配合
したものは、４００msecで３Kgf 以上のシール強度に達
しているのに対し、ブランクは６００msec印加しても３
Kgf 以下の強度しか達成していない。これにより、酸化
亜鉛を配合することで、比較的低振幅および短時間で所
望強度での溶着部２の溶着が可能であることが分かる。
【００２５】
【表２】
【００２６】「表２」は、印加時間を２００msecとした
場合の、発振振幅と溶着部２のシール強度との関係を示
すもので、酸化亜鉛を５％配合したものは、８０μｍの
発振振幅で３Kgf 以上のシール強度を達成しているのに
対して、ブランクは、１００μｍ以上の発振振幅が必要
である。これにより、酸化亜鉛を配合することで、製品
１にストレスをかけないで溶着部２の溶着を達成できる
ことが分かる。すなわち、発振振幅を大きくすること
は、製品１の溶着部２にストレスを加えることになり、
結果的にエッジ切れ等の問題が発生し易いことから、低
振幅での溶着は製品１に対して良好なシール条件と言え
る。
【００２７】
【表３】
【００２８】「表３」は、超音波の発振振幅を８０μｍ
に固定した場合での、印加エネルギーとシール強度の関
係を示すもので、酸化亜鉛を５％配合したものは、９０
Ｊで３Kgf 以上のシール強度に達しているのに対し、ブ
ランクは、３Kgf のシール強度を得るのに１２０Ｊ以上
の印加エネルギーが必要となっている。これにより、酸
化亜鉛を配合することで、溶着部２の低エネルギーでの
溶着が可能となり、エネルギー伝達の効率が向上してい
ることが分かる。溶着部２の溶着に超音波エネルギーを
多量に印加することは、溶着部２以外へ悪影響を及ぼす
可能性が大である。このことから、効率良く溶着部２へ
超音波エネルギーを伝達することができれば、溶着部２
以外への悪影響を防止できる。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、上記した構成となっているの
で、以下に示す効果を奏する。製品の溶着部における必
要とされるシール強度を得るのに、印加する超音波の発
振振幅が小さくて良く、かつその超音波の印加エネルギ
ーが低くて良いので、溶着処理時に、溶着部に与えるス
トレスを充分に小さくすることができ、もって溶着後に
おける溶着部のエッジ切れ等の不都合の発生を充分に抑
えて、より高い経時保証を得ることができる。
【００３０】製品の溶着部における必要とされるシール
強度を得るのに、その溶着達成までの処理時間を大幅に
短縮することができるので、個々の製品の溶着部成形に
要する時間が短くて済み、もって製品の生産効率を大幅
に高めることができる。
【００３１】製品の溶着部における必要とされるシール
強度を得るのに、印加される超音波の印加エネルギーが
低くて良く、これにより製品生産の高い省エネルギー化
を達成できると共に、超音波溶着装置の定格を低くする
ことができるので、超音波溶着装置設備に要する設備費
の低減を達成できる。
【００３２】シエアタイプの超音波溶着手法を採用でき
るので、例え溶着部の溶着面に内容物が付着した場合で
あっても、溶着部を必要とされるシール強度で確実に溶
着することができ、もって必要とされるシール強度の溶
着部を、安定してかつ安全に成形し、溶着強度不足によ
る不良品の発生を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す、一部破断した全体斜
視図。
【図２】本発明方法を実施するシエアタイプの超音波溶
着装置の基本的な構成例を示す説明図。
【符号の説明】
１ ； 製品 ２ ； 溶着部 ３ ； 発振機 ４ ； コンバー
タ ５ ； ブースタ ６ ； ホーン ７ ； アンビル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深沢 宏 埼玉県狭山市富士見２丁目20番１号 株 式会社 コーセー 狭山事業所 内 (72)発明者 池村 亜博 群馬県藤岡市岡之郷字高木350 株式会 社 吉野工業所 群馬工場 内 (72)発明者 高橋 英一 群馬県藤岡市岡之郷字高木350 株式会 社 吉野工業所 群馬工場 内 (56)参考文献 特開 平３−234521（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C08L 1/00 - 101/16 C08K 3/00 - 13/08 B29C 65/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも超音波溶着される溶着部(2)
    を、粒径０．０１〜２．０μｍの酸化亜鉛を０．５〜１
    ０重量パーセント配合した合成樹脂で成形した合成樹脂
    製品。
  2. 【請求項２】 合成樹脂製チューブ容器、筒状容器さら
    には袋状容器のシール部を溶着部(2) とした請求項１に
    記載の合成樹脂製品。
  3. 【請求項３】 合成樹脂製品(1) の、粒径０．０１〜
    ２．０μｍの酸化亜鉛を０．５〜１０重量パーセントで
    配合した合成樹脂で成形された溶着部(2) を、該溶着部
    (2) の溶着面に平行な超音波振動を与える方向から超音
    波を印加して溶着する合成樹脂製品の溶着方法。
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