JP4697246B2 - 超音波溶着装置及び溶着体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を付与することによって被溶着材の溶着を行う超音波溶着装置、及び、被溶着材同士が互いに溶着された溶着体の製造方法に関する。

特許文献１に記載の二方開きファイリングケースの製造装置においては、フィルムロールに巻かれたＯＰＰフィルムをその幅方向に２つに折り曲げ、折り曲げたＯＰＰフィルムの全幅にわたって延びた溶着用ホーンと受けとの間にＯＰＰフィルムを挟み込んで、折り曲げたＯＰＰフィルムをその全幅にわたって一直線に沿って延びた溶着部において超音波溶着することが可能となっている。

特開平１０−２７８４７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の二方開きファイリングケースの製造装置においては、上述したようにＯＰＰフィルムの幅方向に一直線に沿って延びた溶着部とは異なる形状を有する領域においてＯＰＰフィルムを溶着することができず、このような溶着を行うためには、溶着用ホーンを別のものに交換する必要がある。すなわち、溶着する領域の形状に応じて専用の溶着用ホーンを準備する必要がある。

本発明の目的は、溶着する領域の形状によらず、超音波溶着を行うことが可能な超音波溶着装置、及び、溶着する領域の形状によらず、超音波溶着を行うことが可能な溶着体の製造方法を提供することである。

本発明の超音波溶着装置は、互いに接する状態で積層された複数の被溶着シートを有する被溶着材の表面に向けて、硬化させることが可能な液滴を吐出する第１液滴吐出ヘッドと、前記第１液滴吐出ヘッドから吐出される前記液滴の、前記被溶着材の前記表面上における着弾位置を変更させる着弾位置変更手段と、前記被溶着材の前記表面上で硬化した前記液滴に当接する当接子と、この当接子を振動させる振動手段とを含み、硬化した前記液滴を介して前記被溶着材に超音波振動を付与する超音波振動付与手段とを備えている（請求項１）。

これによると、第１液滴吐出ヘッドにより被溶着材の表面に液滴が吐出され、吐出された液滴が前記被溶着材の表面上で硬化すると、被溶着材の表面には、硬化した液滴により突起が形成される。したがって、当接子を被溶着材の表面に押し付ければ、当接子を、被溶着材の表面における突起となった硬化した液滴とは当接させ、被溶着材とは離間させる状態とすることが可能となる。そして、この状態で当接子を超音波振動させると、被溶着材には硬化した液滴と対向する部分にのみ超音波振動が付与され、被溶着シート同士が、この超音波振動が付与された部分においてのみ溶着される。これにより、液滴を吐出する位置を変更すれば、同じ当接子を用いて、被溶着シート同士を所望の位置で溶着することができ、超音波溶着装置の汎用性が高くなる。

また、本発明の超音波溶着装置においては、前記複数の被溶着シートを互いに接する状態に束ねて積層させることで前記被溶着材を作製する積層手段をさらに備えていることが好ましい（請求項２）。これによると、超音波溶着装置において、複数のシートを互いに接する状態で積層された被溶着材を作製することができる。

このとき、前記被溶着材を挟み込む一対の搬送ローラを含んで構成され、挟み込んだ前記被溶着材を前記第１液滴吐出ヘッドから吐出された前記液滴が着弾しえる着弾位置に向けて搬送する搬送手段を備えており、前記一対の搬送ローラが、前記積層手段を兼ねていることが好ましい（請求項３）。

これによると、被溶着材をその厚み方向に挟んで搬送する一対の搬送ローラが設けられている場合、一対の搬送ローラを積層手段としても用いることにより、装置の構成を簡単にすることができる。

また、本発明の超音波溶着装置においては、前記被溶着材を構成する前記複数の被溶着シートのうちの少なくとも１つにおける、他の被溶着シートと溶着される面に向けて、硬化させることが可能な液滴を吐出する第２液滴吐出ヘッドをさらに備えていることが好ましい（請求項４）。これによると、被溶着シートは、第２液滴吐出ヘッドにより液滴が吐出された部分において溶着されないため、被溶着材に、溶着力が小さく、剥がしやすい部分を形成することができる。

また、本発明の超音波溶着装置においては、前記被溶着材が、前記複数の被溶着シートとは異なる材料からなり、その表層が前記被溶着材の前記表面となるように前記複数の被溶着シートとともに積層された表面形成シートをさらに有するものであって、前記第１液滴吐出ヘッドが、前記表面形成シートに向けて前記液滴を吐出し、前記超音波振動付与手段により超音波振動を付与されて前記複数の被溶着シート同士の溶着が完了した状態の前記被溶着材から、前記表面形成シートを剥離する剥離手段をさらに備えていることが好ましい（請求項５）。これによると、被溶着シート同士の溶着が完了した後、表面形成シートが不要な場合に、超音波溶着装置において、被溶着シート同士の溶着と表面形成シートの剥離の両方を行うことができる。

また、本発明の超音波溶着装置においては、前記被溶着材が、その表層が前記被溶着材の前記表面となるように前記複数の被溶着シートとともに積層され、所定の溶剤により溶解させることが可能な表面可溶層をさらに有するものであって、前記複数の被溶着シート同士の溶着が完了した状態の前記被溶着材を前記所定の溶剤で処理することにより、前記複数の被溶着シートを残して前記表面可溶層を除去する可溶層除去手段をさらに備えていることが好ましい（請求項６）。これによると、超音波溶着装置において、被溶着シート同士の溶着と表面可溶層の除去の両方を行うことができる。

また、本発明の超音波溶着装置においては、少なくとも前記第１液滴吐出ヘッドと前記超音波振動付与手段を制御する制御手段を備えたことが好ましい（請求項７）。これによると、超音波溶着装置において、被溶着材同士の溶着を自動的に行うことができる。

このとき、前記制御手段は、前記複数の被溶着シート同士の溶着強度に関する溶着強度情報に基づいて前記第１液滴吐出ヘッドを制御するものであり、前記溶着強度情報により強度の弱い溶着が指定されるほど前記表面に着弾する前記液滴の間隔が広くなるように制御することが好ましい（請求項８）。

これによると、液滴の間隔が小さいほど被溶着シート同士の溶着力が大きくなり、液滴の間隔が大きいほど被溶着シート同士の溶着力が小さくなるため、溶着強度情報に応じて、被溶着材に吐出する液滴の間隔を変更することにより、所望の溶着力で被溶着シート同士を溶着することが可能となる。

また、本発明の超音波溶着装置においては、前記制御手段は、前記被溶着材の前記表面において前記複数の被溶着シートが溶着される位置を指定する溶着位置データと、同じく前記表面において前記複数の被溶着シートを溶着することなく画像を形成するための画像データと、に応じて前記第１液滴吐出ヘッドを制御するものであり、前記画像データに応じて前記第１液滴吐出ヘッドから前記液滴を吐出させるときは、前記溶着位置データに応じて前記第１液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるときよりも前記表面上で硬化した液滴が低くなるように、吐出される液滴の体積及び／又は数を決めるよう制御することが好ましい（請求項９）。

これによると、画像データにより指定された位置で硬化した液滴の高さが、溶着位置データにより指定された位置で硬化した液滴の高さよりも低くなるので、当接子をこれら２種類の液滴が着弾した被溶着材に押し付けると、当接子は、溶着位置データにより指定された位置において硬化した、高さの高い液滴とのみ当接し、画像データにより指定された位置において硬化した高さの低い液滴には当接しない。したがって、溶着位置データにより指定された位置においてのみ被溶着シート同士が溶着される。これにより、溶着を行う位置への液滴の吐出と、画像の形成を行うための液滴の吐出とを同時に行うことが可能となる。

また、本発明の超音波溶着装置においては、前記第１液滴吐出ヘッドが、光硬化性の液滴を吐出するものであり、前記第１液滴吐出ヘッドから吐出されて前記被溶着材の表面に付着した液滴に光を照射する光照射手段をさらに備えていることが好ましい（請求項１０）。これによると、液滴吐出ヘッドから光硬化性の液滴を吐出し、被溶着材に付着した液滴に光を照射することにより、被溶着材に付着した液滴を容易に硬化させることができる。

本発明の溶着体の製造方法は、互いに接する状態で積層された複数の被溶着シートを有する被溶着材の表面における、硬化させることが可能な液滴を着弾させるべき着弾位置を変更する着弾位置変更工程と、前記着弾位置に向けて前記液滴を吐出する液滴吐出工程と、前記被溶着材の前記表面上で硬化した前記液滴に当接子を当接させ、この当接子を振動させることにより、硬化した前記液滴を介して前記被溶着材に超音波振動を付与する超音波振動付与工程と、を備えている（請求項１１）。

これによると、被溶着シートの表面で硬化した液滴に当接子を当接させて、この当接子を振動させることにより、被溶着シート同士を液滴が付着した位置においてのみ溶着される。したがって、液滴を吐出する位置を変更することにより、同じ当接子を用いて、被溶着シート同士を所望の位置で溶着することができる。

本発明の超音波溶着装置によれば、第１液滴吐出ヘッドにより被溶着材の表面に液滴が吐出され、吐出された液滴が前記被溶着材の表面上で硬化すると、被溶着材の表面には、硬化した液滴により突起が形成される。したがって、当接子を被溶着材の表面に押し付ければ、当接子を、被溶着材の表面における突起となった硬化した液滴とは当接させ、被溶着材とは離間させる状態とすることが可能となる。そして、この状態で当接子を超音波振動させると、被溶着材には硬化した液滴と対向する部分にのみ超音波振動が付与され、被溶着シート同士が、この超音波振動が付与された部分においてのみ溶着される。これにより、液滴を吐出する位置を変更すれば、同じ当接子を用いて、被溶着シート同士を所望の位置で溶着することができ、超音波溶着装置の汎用性が高くなる。

また、本発明の溶着体の製造方法によれば、被溶着シートの表面で硬化した液滴に当接子を当接させて、この当接子を振動させると、被溶着材には、硬化した液滴と対向する部分にのみ超音波振動が付与され、被溶着シート同士が、この超音波振動が付与された部分においてのみ溶着される。したがって、液滴を吐出する位置を変更すれば、同じ当接子を用いて、被溶着シート同士を所望の位置で溶着することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係る超音波溶着装置の概略構成図である。図２は図１を矢印ＩＩの方向から見た側面図である。図１、図２に示すように、超音波溶着装置１は、２つのロール装着部１１、１２、搬送ローラ１３ａ〜１３ｅ、インクジェットヘッド１４、紫外線照射装置１５、超音波振動付与装置１６、受け台１７、カッター１８、支持台１９などを備えている。また、超音波溶着装置１は、後述する制御装置３０（図６参照）によってその動作が制御されている。

ロール装着部１１、１２には、それぞれ、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂）などからなるシートＳ１、Ｓ２（被溶着シート）のロールが装着されており、これらのロールからシートＳ１、Ｓ２が引き出されている。

搬送ローラ１３ａ、１３ｂ（一対の搬送ローラ）は、互いに対向して配置されており、ロール装着部１１、１２に装着されたロールから引き出されたシートＳ１、Ｓ２をその間に挟みこんで図２の左方（搬送方向）に搬送する。これにより、シートＳ１とシートＳ２とが、互いに接する状態に束ねられて積層されるとともに、互いに積層されたシートＳ１、Ｓ２が、後述するインクジェットヘッド１４により液滴が吐出される位置（液滴が着弾しえる着弾位置）に搬送される。すなわち、本実施の形態では、搬送ローラ１３ａ、１３ｂがシートＳ１、Ｓ２を搬送するための搬送装置と、シートＳ１とシートＳ２とを互いに接する状態で積層させて、シートＳ１とシートＳ２との積層体（被溶着材）を作製するための積層手段とを兼ねている。

また、搬送方向に関して、搬送ローラ１３ｃは、紫外線照射装置１５と超音波振動付与装置１６の後述する溶着ホーン１６ａとの間に配置されており、搬送ローラ１３ｄ、１３ｅは、溶着ホーン１６ａの下流側に配置されている。そして、搬送ローラ１３ｃ、１３ｄ、１３ｅは、搬送ローラ１３ａ、１３ｂとともにシートＳ１、Ｓ２を搬送方向に搬送している。なお、本実施の形態においては、搬送ローラ１３ａ〜１３ｅをあわせたものが、本発明に係る搬送装置に相当する。

インクジェットヘッド１４は、搬送方向に関して、搬送ローラ１３ａ、１３ｂの下流側に、搬送されるシートＳ１、Ｓ２と対向するように配置されている。インクジェットヘッド１４は、その下面に配置された図示しないノズルからシートＳ１の上面（被溶着材の表面）における、シートＳ１とシートＳ２とを溶着させるべき箇所に対向する領域（溶着領域Ａ１）に向けて紫外線硬化性のインク滴Ｉ１（光硬化性の液滴、硬化させることが可能な液滴）を吐出することにより、溶着領域Ａ１にインク滴Ｉ１を着弾させる。ここで、図３は、液滴が着弾したシートＳ１の上面の状態を示す平面図である。

また、インクジェットヘッド１４（第１液滴吐出ヘッド）は、ノズルからシートＳ１の上面の溶着領域Ａ１に囲まれた、印刷（画像の形成）を行うべき領域（印刷領域Ａ２）にインク滴Ｉ１よりも体積の小さい（着弾して硬化したときの高さが低い）インク滴Ｉ２を吐出して、図３に示すように、印刷領域Ａ２に、インク滴Ｉ２を着弾させる。これにより、インク滴Ｉ２によって印刷領域Ａ２に印刷が行われる。

紫外線照射装置１５（光照射手段）は、搬送方向に関して、インクジェットヘッド１４の下流側に隣接して配置されており、搬送されるシートＳ１、Ｓ２と対向している。紫外線照射装置１５は、シートＳ１の上面に向けて紫外線を照射する。これにより、インクジェットヘッド１４から吐出されてシートＳ１上に着弾したインク滴Ｉ１、Ｉ２が硬化し、硬化したインク滴Ｉ１、Ｉ２により突起が形成される。

超音波振動付与装置１６は、溶着ホーン１６ａ（当接子）と、振動することによって溶着ホーン１６ａを超音波振動させる振動発生装置１６ｂとを備えている。図４は、図２のシートＳ１、Ｓ２の装着ホーン１６ａと対向する部分近傍の部分の平面図である。図５は、図２を矢印Ｖの方向から見たときの側面図である。なお、図４においては、装着ホーン１６の後述する溶着ホーン１６ａの下面を二点鎖線で示している。

溶着ホーン１６ａは、搬送方向に関して、紫外線照射装置１５の下流側に配置されている。装着ホーン１６ａは、図２の上下方向に移動可能であるとともに、その下面は、シートＳ１、Ｓ２の幅方向（図４の左右方向）の両側にシートＳ１、Ｓ２よりも長い略長方形の平面形状になっており、溶着ホーン１６ａが下方に移動すると、その下面がシートＳ１の上面に着弾したインク滴Ｉ１に当接する。このとき、溶着ホーン１６ａの下面は、シートＳ１の上面、及び、インク滴Ｉ１よりも高さの低いインク滴Ｉ２には当接しない。すなわち、溶着ホーン１６ａを、シートＳ１の上面に押し付ければ、溶着ホーン１６ａを、シートＳ１の上面における突起となった硬化したインク滴Ｉ１とは当接させ、シートＳ１とは離間させる状態とすることが可能となる。

受け台１７は、搬送されるシートＳ１、Ｓ２を挟んで、装着ホーン１６ａの下面と対向するように配置されている。これにより、装着ホーン１６ａが下方に移動してインク滴Ｉ１に当接すると、シートＳ１、Ｓ２は、シートＳ１の上面のインク滴Ｉ１と対向する部分において、溶着ホーン１６ａと受け台１７とによって挟まれて押圧される。そして、この状態で、振動発生装置１６ｂを振動させることにより装着ホーン１６ａを超音波振動させると、シートＳ１、Ｓ２の、シートＳ１の上面において硬化したインク滴Ｉ１と対向する部分に超音波振動が付与される。これにより、シートＳ１、Ｓ２の超音波振動が付与された部分において、超音波振動による振動エネルギーが熱エネルギーとなり、この熱エネルギーによりシートＳ１、Ｓ２のこの部分がその融点を超えて溶融する。そして、シートＳ１とシートＳ２とがこの部分において互いに溶着される。このとき、溶着ホーン１６ａの下面が、シートＳ１の上面及びインク滴Ｉ２に当接していないため、シートＳ１、Ｓ２における、インク滴Ｉ１と対向する部分以外の領域は溶着されない。

上述したようにしてシートＳ１とシートＳ２との溶着を行うと、シートＳ１とシートＳ２とは、シートＳ１のインク滴Ｉ１と対向する部分においてのみ溶着される。したがって、インクジェットヘッド１４によりシートＳ１の上面に着弾させるインク滴Ｉ１の位置を変更すれば、同じ溶着ホーン１６ａを用いて、シートＳ１とシートＳ２とを所望の位置において溶着させることができる。

また、シートＳ１の上面にインク滴Ｉ１よりも高さの低いインク滴Ｉ２を着弾させても、溶着ホーン１６ａの下面が、インク滴Ｉ２に当接することはないので、シートＳ１の上面にインク滴Ｉ１とともにインク滴Ｉ２を着弾させることにより、シートＳ１とシートＳ２とを溶着するための溶着領域Ａ１へのインク滴Ｉ１の吐出と、シートＳ１の上面に印刷を行うための印刷領域Ａ２へのインク滴Ｉ２の吐出を同時に行うことができる。

カッター１８は、搬送方向に関して、溶着ホーン１６の下流側の部分に配置されている。支持台１９は、搬送されるシートＳ１、Ｓ２を挟んで、カッター１８と対向するように配置されている。カッター１８は、上下方向に移動可能に構成されており、カッター１８が下方に移動することにより、支持台１９に支持された、印刷及び溶着が完了したシートＳ１とシートＳ２との積層体が切断され、切断されたシートＳ１とシートＳ２との積層体が溶着体Ｐとなる。

次に、超音波振動装置１の動作を制御する制御装置３０について説明する。図６は制御装置３０の機能ブロック図である。

制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなり、これらが、以下に説明するローラ制御部３２、ヘッド制御部３３、紫外線照射制御部３４、超音波振動付与制御部３５及びカッター制御部３６として動作する。また、制御装置３０は外部のＰＣ４０と接続されており、ＰＣ４０から、シートＳ１とシートＳ２との溶着及びシートＳ１への印刷を指示する信号が、溶着領域Ａ１の位置（シートＳ１とシートＳ２とが溶着される位置）を指定する溶着位置データ、印刷領域Ａ２に印刷される画像データ、及び、シートＳ１、Ｓ２の切断位置のデータとともに入力される。

ローラ制御部３２は、ＰＣ４０から入力された溶着及び印刷の指示の信号に応じて、搬送ローラ１３ａ〜１３ｅの動作を制御する。ヘッド制御部３３は、ＰＣ４０から入力された溶着及び印刷の指示の信号に応じて、この信号とともに入力された上記溶着位置データ及び画像データにしたがって、溶着領域Ａ１にインク滴Ｉ１が着弾するとともに、印刷領域Ａ２にインク滴Ｉ２が着弾するように、インクジェットヘッド１４におけるインク滴を吐出するタイミング、及び、吐出するインク滴の体積を制御する。すなわち、ヘッド制御部３２は、入力された画像データに応じてインク滴を吐出するときには、入力された溶着位置データに応じてインク滴を吐出するときよりも液滴の高さが低くなるように、吐出されるインク滴の体積を決めるように制御を行う。

紫外線照射制御部３４は、ＰＣ４０から入力された溶着及び印刷の指示の信号に応じて、インク滴Ｉ１、Ｉ２が着弾したシートＳ１の上面に紫外線が照射されるように紫外線照射装置１５の動作を制御する。

超音波振動付与制御部３５は、ＰＣ４０から入力された溶着及び印刷の指示の信号に応じて、溶着ホーン１６ａの下面がシートＳ１の上面のインク滴Ｉ１に当接した状態で溶着ホーン１６ａが超音波振動するように、超音波振動付与装置１６の動作、より詳細には、溶着ホーン１６ａの上下方向の移動、及び、振動発生装置１６ｂの振動を制御する。

カッター制御部３６は、ＰＣ４０から入力された溶着及び印刷の指示の信号に応じて、この信号とともに入力されたシートＳ１、Ｓ２の切断位置のデータにしたがって、溶着及び印刷が完了したシートＳ１、Ｓ２が切断されるように、カッター１８の動作を制御する。

次に、溶着装置１においてシートＳ１とシートＳ２との溶着、及びシートＳ１への印刷を行う手順について説明する。図７は、この手順を示すフローチャートである。

超音波溶着装置１においては、ＰＣ４０からシートＳ１とシートＳ２との溶着、及びシートＳ１への印刷の指示の信号が入力されると、図７に示すように、まず、ロール装着１１、１２に装着されたロールからそれぞれ引き出されたシートＳ１、Ｓ２を、搬送ローラ１３ａ、１３ｂにより挟み込むことにより、シートＳ１とシートＳ２とを互いに接する状態で積層させるとともに、搬送方向にインクジェットヘッド１４と対向する位置に向けて搬送する（ステップＳ１０１、以下、単にＳ１０１などとする）。なお、以下に説明する、各工程の進行とともに、搬送ローラ１３ａ〜１３ｅによりシートＳ１、Ｓ２が搬送方向に順次搬送されるが、以下では、シートＳ１、Ｓ２の搬送についての説明は省略する。

次に、ＰＣ４０から入力された溶着位置データ及び画像データに基づいて、インクジェットヘッド１４から互いに体積の異なるインク滴Ｉ１、Ｉ２を吐出することにより、シートＳ１の上面の溶着領域Ａ１にインク滴Ｉ１を着弾させるとともに、印刷領域Ａ２にインク滴Ｉ２を着弾させて印刷領域Ａ２に印刷を行い（Ｓ１０２、液滴吐出工程）、その後、インク滴Ｉ１、Ｉ２が着弾したシートＳ１の上面に紫外線照射装置１５により紫外線を照射して、着弾したインク滴Ｉ１、Ｉ２を硬化させる（Ｓ１０３）。これにより、インク滴Ｉ１により、溶着領域Ａ１にシートＳ１とシートＳ２とを溶着するために用いられる突起が形成されるとともに、インク滴Ｉ２により印刷領域Ａ２に印刷が行われる。

次に、溶着ホーン１６ａを下方に移動させ、その下面をインク滴Ｉ１と当接させることにより、溶着ホーン１６ａと受け台１７とによりシートＳ１、Ｓ２のインク滴Ｉ１と対向する部分を押圧し、この状態で溶着ホーン１６ａを超音波振動させて、インク滴Ｉ１を介して、シートＳ１、Ｓ２のインク滴Ｉ１と対向する部分に超音波振動を付与する（Ｓ１０４、超音波振動付与工程）。これにより、シートＳ１とシートＳ２とが、溶着領域Ａ１と対向する部分において溶着される。

次に、カッター１８により、入力されたシートＳ１、Ｓ２の切断位置のデータに応じて、溶着及び印刷が完了したシートＳ１、Ｓ２が切断される（Ｓ１０５）。これにより、シートＳ１とシートＳ２とが溶着された溶着体Ｐが完成する。

すなわち、本実施の形態の超音波溶着装置１においては、外部のＰＣ４０から、シートＳ１とシートＳ２との溶着及びシートＳ１への印刷を指示する信号が、溶着位置データ、画像データ、シートＳ１、Ｓ２の切断位置のデータ等が入力されるとともに入力されると、制御装置３０により制御されて、上述したＳ１０１〜Ｓ１０５の工程が自動的に行われる。

以上に説明した実施の形態によると、インクジェットヘッド１４からインク滴を吐出してシートＳ１の上面における溶着領域Ａ１にインク滴Ｉ１を着弾させるとともに、着弾したインク滴Ｉ１に紫外線照射装置１５により紫外線を照射してインク滴Ｉ１を硬化させることにより、溶着領域Ａ１にはインク滴Ｉ１により突起が形成される。したがって、溶着ホーン１６ａをシートＳ１に向かって押し付けると、溶着ホーン１６ａは、インク滴Ｉ１に当接し、シートＳ１、Ｓ２のインク滴Ｉ１と対向する部分が溶着ホーン１６ａと受け台１７とによって挟み込まれて押圧されるが、シートＳ１の上面及びインク滴Ｉ１よりも高さの低いインク滴Ｉ２には当接しない。そして、この状態で、溶着ホーン１６ａを超音波振動させると、シートＳ１、Ｓ２には、着弾したインク滴Ｉ１と対向する部分にのみ超音波振動が付与され、シートＳ１とシートＳ２とは、この超音波振動が付与された部分においてのみ溶着される。これにより、インク滴Ｉ１を着弾させる位置を変更すれば、同じ溶着ホーン１６ａを用いて、シートＳ１とシートＳ２とを所望の位置で溶着することができ、超音波溶着装置１の汎用性が高くなる。

また、インク滴Ｉ１を吐出するのと同時に、シートＳ１の上面の印刷領域Ａ２にインク滴Ｉ２を着弾させて印刷領域Ａ２に印刷を行っているが、インク滴Ｉ２はインク滴Ｉ１よりも高さが低く、溶着ホーン１６ａをシートＳ１に押し付けても、溶着ホーン１６ａはインク滴Ｉ２と当接することはなく、インク滴Ｉ２が着弾した領域において、シートＳ１とシートＳ２とが溶着されてしまうことがない。

したがって、インクジェットヘッド１４により、シートＳ１の上面に互いに高さの異なるインク滴Ｉ１、Ｉ２を着弾させることで、シートＳ１とシートＳ２との溶着を行うための溶着領域Ａ１へのインク滴の吐出と、シートＳ１への印刷のためのインク滴の吐出とを同時に行うことができる。

また、搬送ローラ１３ａ、１３ｂにより、シートＳ１、Ｓ２を互いに積層させつつ、シートＳ１、Ｓ２を搬送方向に搬送しているため、超音波溶着装置１において、シートＳ１、Ｓ２の積層を行うことが可能であり、さらに、シートＳ１、Ｓ２を搬送するための搬送ローラ１３ａ、１３ｂをシートＳ１とシートＳ２とを積層させるためにも用いているので、別途、シートＳ１とシートＳ２とを積層させるための機構を設ける必要がなく、超音波溶着装置１の構成が簡単になる。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

一変形例では、図８に示すように、本実施の形態と同様の構成に加えて、ロール装着部５１、搬送ローラ５２ａ、５２ｂ、剥離部材５３、シート巻き取り部５４を備えている（変形例１）。

ロール装着部５１には、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）等、ＰＰ樹脂よりも融点の高い材料からなるシートＳ３（表面形成シート、高融点シート）のロールが装着されており、このロールから引き出されたシートＳ３が、シートＳ１、Ｓ２とともに搬送ローラ１３ａ、１３ｂに挟み込まれることによって、シートＳ１〜Ｓ３が、互いに接した状態で積層される。このとき、シートＳ３はシートＳ１の上面に積層され、シートＳ３の表層が、被溶着材の表面となる。

搬送ローラ５２ａ、５２ｂは、搬送方向に関して、溶着ホーン１６よりも下流側に、搬送されるシートＳ１〜Ｓ３を挟んで互いに対向するように配置されている。剥離部材５３は、搬送方向に関して搬送ローラ５２ａの下流側に隣接して配置されており、溶着が完了したシートＳ１、Ｓ２とシートＳ３との積層体からシートＳ３を剥離する。このとき、前述したように搬送ローラ５２ａ、５２ｂがシートＳ１〜Ｓ３を挟んで互いに対向するように配置されているため、剥離部材５３によって剥離されたシート５３が搬送ローラ５２ａにより上方に搬送されてシート巻き取り部５４において巻き取られるとともに、インク滴Ｉ１が付着していないシートＳ１、Ｓ２が搬送ローラ５２ｂによってカッター１８側に搬送される。

この場合には、インクジェットヘッド１４によりシートＳ３の上面にインク滴Ｉ１が吐出され、シートＳ３の上面に着弾したインク滴Ｉ１に紫外線照射装置１５により紫外線が照射される。ただし、変形例１の場合には、シートＳ３は後で剥離されるため、上述の実施の形態とは異なり、シートＳ３に印刷のためのインク滴Ｉ２の吐出は行われない。

そして、この場合には、溶着ホーン１６ａと受け台１７とにより、シートＳ１〜Ｓ３のうち、シートＳ３の上面のインク滴Ｉ１と対向する部分が押圧されるとともにこの部分に超音波振動が付与される。このとき、上記実施の形態と同様、シートＳ１とシートＳ２とが溶着されるが、シートＳ３はシートＳ１、Ｓ２よりも融点の高い材料からなるものであるので、超音波振動を付与しても、シートＳ３が溶融せず、シートＳ３とシートＳ１とは溶着されない、あるいは、弱い溶着力で溶着されるだけである。したがって、剥離部材５３により溶着後のシートＳ１〜Ｓ３からシートＳ３を容易に剥離することができる。これにより、実際に溶着するシートＳ１、Ｓ２にインク滴Ｉ１を残すことなく、シートＳ１とシートＳ２とを溶着することができる。

なお、上述したように、シートＳ３は、シートＳ１、Ｓ２よりも融点が高くなっているが、超音波振動によりシートＳ１〜Ｓ３に付与される振動エネルギーが大きすぎると、シートＳ３がシートＳ１、Ｓ２とともに溶融し、シートＳ３とシートＳ１との溶着力が強くなってしまい、その結果、剥離部材５３によりシートＳ３を剥離しにくくなってしまう。したがって、超音波振動によりシートＳ１〜Ｓ３に付与される振動エネルギーによって、シートＳ１〜Ｓ３の温度が、シートＳ１、Ｓ２の融点以上で且つシートＳ３の融点よりも低い温度となるように超音波振動発生装置１６ｂを動作させることが好ましい。

また、変形例１においては、シートＳ３がシートＳ１、Ｓ２よりも融点の高い材料からなるものであったが、シートＳ３が、シートＳ１、Ｓ２と異なる材料からなるものであれば、融点がシートＳ１、Ｓ２と同程度のもの、あるいはシートＳ１、Ｓ２よりも低いものであってもよい。この場合には、シートＳ１〜Ｓ３が全て溶融し、シートＳ３とシートＳ１も溶着されてしまうが、互いに異なる材料からなるシートＳ３とシートＳ１との溶着力は、同じ材料からなるシートＳ１とシートＳ２との溶着力に比べて小さくなるため、シートＳ１〜Ｓ３の溶着後、シートＳ３を剥離することは可能である。

また、変形例１においては、剥離装置５３及びシート巻き取り部５４を設け、シートＳ１、Ｓ２、Ｓ３の積層体からシートＳ３を剥離したが、剥離装置５３及びシート巻き取り部５４が設けられていなくてもよい。この場合には、溶着体Ｐが完成した後、超音波溶着装置の外部においてシートＳ３を剥離すればよい。

別の一変形例では、図９に示すように、搬送ローラ１３ｄ、１３ｅ、カッター１８及び支持台１９が、上述の実施の形態よりも低い位置にある。また、上述の実施の形態と同様の構成に加え、表面可溶層形成装置６１、搬送ローラ６２、６３及び溶剤塗布装置６４を備えている（変形例２）。

表面可溶層形成装置６１は、搬送方向に関して、搬送ローラ１３ａ、１３とインクジェットヘッド１４との間に配置されており、シートＳ２と積層されたシートＳ１の上面に、その全域にわたって、例えば水などの所定の溶剤によって溶解させることが可能な表面可溶層Ｓ５を形成する。そして、変形例２においては、インクジェットヘッド１４により表面可溶層Ｓ５の上面（表層）（被溶着材の表面）にインク滴Ｉ１が吐出される。なお、この場合も、表面可溶層Ｓ５は、後述するように後ほど除去されるため、印刷のためのインク滴Ｉ２の吐出は行われない。

搬送ローラ６２、６３は、搬送方向に関して、溶着ホーン１６ａの下流側における、搬送ローラ１３ｄ、１３ｅの上方に配置されている。これにより、図８の右方に搬送されてきたシートＳ１、Ｓ２は、搬送ローラ６２、６３によって図８の下方に方向を替えて搬送され、さらに、搬送ローラ１３ｄ、１３ｅによって、再び図８の右方に方向を替えて搬送される。

溶剤塗布装置６４（可溶層除去手段）は、搬送ローラ６２、６３と搬送ローラ１３ｄ、１３ｅの間を図８の上下方向に搬送されるシートＳ１における表面可溶層Ｓ５が形成された図中右側の表面と対向するように配置されており、溶着が完了したシートＳ１、Ｓ２の積層体における、表面可溶層Ｓ５が形成されたシートＳ１の上面に、例えば表面可溶層Ｓ５が水溶性のものである場合には水など、表面可溶層Ｓ５を溶解させることが可能な溶剤を塗布する。

これにより、シートＳ１、Ｓ２を残して、表面可溶層Ｓ５がその表面に着弾したインク滴Ｉ１とともに除去され、インク滴Ｉ１が付着していないシートＳ１、Ｓ２がカッター１８に向けて搬送される。したがって、シートＳ１、Ｓ２にインク滴Ｉ１を残すことなく、シートＳ１とシートＳ２との溶着を行うことができる。なお、この場合には、シートＳ３及び溶剤として、溶剤によってシートＳ３が溶解するが、シートＳ１、Ｓ２は溶解しないものを選択する必要がある。

なお、変形例２において、シートＳ１、Ｓ２が図９の上下方向に搬送される箇所を設け、この部分と対向するように溶剤塗布装置６４を配置しているのは、塗布した溶剤が、搬送方向の上流側に流れて、溶着前のシートＳ１の表面から表面可溶層Ｓ５が除去されてしまうのを防止するためである。

また、変形例２においては、溶剤塗布装置６４が設けられていたが、溶剤塗布装置６４は設けられていなくてもよい。この場合には、溶着体Ｐが完成した後、超音波溶着装置の外部において表面可溶層Ｓ５が形成されたシートＳ１の上面に溶剤を塗布してインク滴Ｉ１、Ｉ２が着弾した表面可溶層Ｓ５を除去すればよい。

また、別の一変形例では、ＰＣ４０（図６参照）により、制御装置３０(図６参照)にシートＳ１とシートＳ２との溶着強度を示すデータ（溶着強度情報）をさらに入力し、ヘッド制御部３３（図６参照）が、入力された溶着強度に応じて、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、シートＳ１の上面に異なる間隔でインク滴Ｉ１が着弾されるようにインクジェットヘッド１４の動作を制御してもよい（変形例３）。

より詳細には、図１０（ａ）〜（ｃ）は、溶着強度を３段階に設定した場合の着弾したインク滴Ｉ１の様子を示す一例であり、ヘッド制御部３２は、溶着強度情報により最も強い溶着強度が指定されたときには、図１０（ａ）に示すように、インク滴Ｉ１がほぼ間隔をあけずに着弾され、指定される溶着強度が弱くなるに連れて、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、インク滴Ｉ１の着弾間隔が広くなるようにインクジェットヘッド１４の動作を制御する。

これにより、一旦溶着した後剥離する必要のない箇所は強い溶着強度で溶着し、溶着した後、剥離する必要がある箇所は弱い溶着強度で溶着するなど、シートＳ１、Ｓ２の溶着体Ｐの使用状況に応じて、シートＳ１とシートＳ２の溶着強度を部分ごとに異ならせることができる。なお、溶着強度は、変形例３のように３段階であることには限られず、２段階あるいは４段階以上であってもよい。

別の一変形例では、図１１に示すように、上述の実施の形態と同様の構成に加えて、インクジェットヘッド７１（第２液滴吐出手段）及び紫外線照射装置７２を有している。インクジェットヘッド７１及び紫外線照射装置７２は、それぞれ、インクジェットヘッド１４及び紫外線照射装置１５と同様のものであり、搬送方向における、搬送ローラ１３ａ、１３ｂよりも上流側に配置されている。そして、インクジェットヘッド７１は、シートＳ１と積層される前のシートＳ２の上面（シートＳ１と溶着される面）に紫外線硬化性のインク滴Ｉ３を吐出してシートＳ２の上面にインク滴Ｉ３を着弾させ、紫外線照射装置７２は、シート７２の上面に紫外線を照射して、着弾したインク滴Ｉ３を硬化させる（変形例４）。

この場合には、図１２に示すように、シートＳ２の上面のインク滴Ｉ３が着弾している部分において、シートＳ１とシートＳ２との間にインク滴Ｉ３が介在することとなり、シートＳ１とシートＳ２とが直接接触しない。したがって、シートＳ１の上面のインク滴Ｉ３と対向する部分にインク滴Ｉ１が着弾しており、上述の実施の形態と同様に、シートＳ１、Ｓ２のこのインク滴Ｉ１と対向する部分に超音波振動が付与されても、シートＳ１とシートＳ２とはこの部分においては溶着されない。

これにより、シートＳ２の上面のシートＳ１と溶着される部分の一部にインク滴Ｉ３を着弾させておけば、シートＳ１とシートＳ２との溶着強度を部分的に弱くすることが可能となる。

また、本実施の形態では、シートＳ１、Ｓ２を搬送するための搬送ローラ１３ａ、１３ｂが、シートＳ１とシートＳ２とを積層させるための本発明に係る積層手段を兼ねていたが、搬送ローラ１３ａ、１３ｂとは別に、シートＳ１とシートＳ２とを積層させるための機構（積層手段）が設けられていてもよい。さらには、シートＳ１とシートＳ２とを積層させるための機構が設けられていなくてもよい。この場合には、超音波溶着装置においてシートＳ１とシートＳ２とを溶着する前に、予めシートＳ１とシートＳ２とを互いに接する状態に束ねて積層させればよい。

また、本実施の形態では、シートＳ１の上面に着弾したインク滴Ｉ１の高さがインク滴Ｉ２の高さよりも高くなるように、インクジェットヘッド１４から吐出するインク滴の体積を変更したが、複数の液滴を連続して吐出することによって、シートＳ１の上面に１つのインク滴Ｉ１を着弾させ、シートＳ１の上面にインク滴Ｉ２を着弾させる際には、連続して吐出するインク滴の数を、インク滴Ｉ１を着弾させる場合よりも少なくするなど、インク滴Ｉ１を着弾させる場合と、インク滴Ｉ２を着弾させる場合とで、１つのインク滴を着弾させるためにインクジェットヘッド１４から吐出するインク滴の数を変更していもよい。すなわち、ヘッド制御部３３が、溶着領域Ａ１に着弾したインク滴Ｉ１の高さが印刷領域Ａ２に着弾したインク滴Ｉ２の高さよりも低くなるように、インクジェットヘッド１４から吐出するインク滴の数を決めるように制御を行ってもよい。

さらには、シートＳ１の上面にインク滴Ｉ１を着弾させる場合と、インク滴Ｉ２を着弾させる場合とで、インクジェットヘッド１４から吐出するインク滴の体積及び数のいずれか一方のみを変更することには限られず、インクジェットヘッド１４から吐出するインク滴の体積及び数の両方を変更してもよい。すなわち、ヘッド制御部３３が、溶着領域Ａ１に着弾したインク滴Ｉ１の高さが印刷領域Ａ２に着弾したインク滴Ｉ２の高さよりも低くなるように、インクジェットヘッド１４から吐出するインク滴の体積及び数の両方を決めるように制御を行ってもよい。

また、本実施の形態では、２枚のシートＳ１、Ｓ２を互いに溶着していたが、上述したのと同様にして、互いに接する状態で積層された３枚以上のシート（被溶着シート）を溶着することも可能である。

以上の説明では、インクジェットヘッド１４から熱硬化性のインク滴を吐出していたが、例えば、常温で固化する樹脂を加熱することによって溶融させた液滴など、硬化させることができるものであれば、他の液滴を吐出してもよい。

また、以上の説明では、互いに溶着されるシートＳ１、Ｓ２がＰＰ樹脂からなるものであったが、シートＳ１、Ｓ２の材料は、超音波振動を付与することによって溶融させることが可能なものであれば、ＰＰ樹脂以外のものであってもよい。

本発明における実施の形態に係る超音波溶着装置の概略構成図である。 図１を矢印ＩＩの方向から見た側面図である。 インク滴が着弾したシートの平面図である。 シートと溶着ホーンとの位置関係を示す平面図である。 図５を矢印ＶＩの方向から見た側面図である。 図１の超音波溶着装置の動作を制御する制御装置の機能ブロック図である。 超音波溶着装置によりシートを溶着するとともにシートに印刷を行う過程を示すフローチャートである。 変形例１の図２相当の図である。 変形例２の図２相当の図である。 変形例３において、シートに着弾したインク滴の状態を示す平面図である。 変形例４の図２相当の図である。 変形例４の図６相当の図である。

符号の説明

１ 超音波溶着装置
１３ａ〜１３ｅ 搬送ローラ
１４ インクジェットヘッド
１５ 紫外線照射装置
１６ 超音波振動付与装置
１６ａ 溶着ホーン
３０ 制御装置
５３ 剥離部材
６１ 表面可溶層形成装置
６４ 溶剤塗布装置
７１ インクジェットヘッド
７２ 紫外線照射装置

Claims (11)

1. 互いに接する状態で積層された複数の被溶着シートを有する被溶着材の表面に向けて、硬化させることが可能な液滴を吐出する第１液滴吐出ヘッドと、
   前記第１液滴吐出ヘッドから吐出される前記液滴の、前記被溶着材の前記表面上における着弾位置を変更させる着弾位置変更手段と、
   前記被溶着材の前記表面上で硬化した前記液滴に当接する当接子と、この当接子を振動させる振動手段とを含み、硬化した前記液滴を介して前記被溶着材に超音波振動を付与する超音波振動付与手段とを備えていることを特徴とする超音波溶着装置。
2. 前記複数の被溶着シートを互いに接する状態に束ねて積層させることで前記被溶着材を作製する積層手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置。
3. 前記被溶着材を挟み込む一対の搬送ローラを含んで構成され、挟み込んだ前記被溶着材を前記第１液滴吐出ヘッドから吐出された前記液滴が着弾しえる着弾位置に向けて搬送する搬送手段を備えており、前記一対の搬送ローラが、前記積層手段を兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の超音波溶着装置。
4. 前記被溶着材を構成する前記複数の被溶着シートのうちの少なくとも１つにおける、他の被溶着シートと溶着される面に向けて、硬化させることが可能な液滴を吐出する第２液滴吐出ヘッドをさらに備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波溶着装置。
5. 前記被溶着材が、前記複数の被溶着シートとは異なる材料からなり、その表層が前記被溶着材の前記表面となるように前記複数の被溶着シートとともに積層された表面形成シートをさらに有するものであって、
   前記第１液滴吐出ヘッドが、前記表面形成シートに向けて前記液滴を吐出し、
   前記超音波振動付与手段により超音波振動を付与されて前記複数の被溶着シート同士の溶着が完了した状態の前記被溶着材から、前記表面形成シートを剥離する剥離手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波溶着装置。
6. 前記被溶着材が、その表層が前記被溶着材の前記表面となるように前記複数の被溶着シートとともに積層され、所定の溶剤により溶解させることが可能な表面可溶層をさらに有するものであって、
   前記複数の被溶着シート同士の溶着が完了した状態の前記被溶着材を前記所定の溶剤で処理することにより、前記複数の被溶着シートを残して前記表面可溶層を除去する可溶層除去手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波溶着装置。
7. 少なくとも前記第１液滴吐出ヘッドと前記超音波振動付与手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の超音波溶着装置。
8. 前記制御手段は、前記複数の被溶着シート同士の溶着強度に関する溶着強度情報に基づいて前記第１液滴吐出ヘッドを制御するものであり、前記溶着強度情報により強度の弱い溶着が指定されるほど前記表面に着弾する前記液滴の間隔が広くなるように制御することを特徴とする請求項７に記載の超音波溶着装置。
9. 前記制御手段は、前記被溶着材の前記表面において前記複数の被溶着シートが溶着される位置を指定する溶着位置データと、同じく前記表面において前記複数の被溶着シートを溶着することなく画像を形成するための画像データと、に応じて前記第１液滴吐出ヘッドを制御するものであり、
   前記画像データに応じて前記第１液滴吐出ヘッドから前記液滴を吐出させるときは、前記溶着位置データに応じて前記第１液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるときよりも前記表面上で硬化した液滴が低くなるように、吐出される液滴の体積及び／又は数を決めるよう制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の超音波溶着装置。
10. 前記第１液滴吐出ヘッドが、光硬化性の液滴を吐出するものであり、
    前記第１液滴吐出ヘッドから吐出されて前記被溶着材の表面に付着した液滴に光を照射する光照射手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の超音波溶着装置。
11. 互いに接する状態で積層された複数の被溶着シートを有する被溶着材の表面における、硬化させることが可能な液滴を着弾させるべき着弾位置を変更する着弾位置変更工程と、
    前記着弾位置に向けて前記液滴を吐出する液滴吐出工程と、
    前記被溶着材の前記表面上で硬化した前記液滴に当接子を当接させ、この当接子を振動させることにより、硬化した前記液滴を介して前記被溶着材に超音波振動を付与する超音波振動付与工程と、を備えていることを特徴とする溶着体の製造方法。

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