JPH041028A - 超音波溶着方法および超音波溶着装置 - Google Patents

超音波溶着方法および超音波溶着装置

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JPH041028A
JPH041028A JP2103689A JP10368990A JPH041028A JP H041028 A JPH041028 A JP H041028A JP 2103689 A JP2103689 A JP 2103689A JP 10368990 A JP10368990 A JP 10368990A JP H041028 A JPH041028 A JP H041028A
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pedestal
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soft resin
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、軟質ポリ塩化ビニル等の軟質樹脂材料から
なるシートまたはフィルム、特に厚手の軟質樹脂シート
を複数枚、超音波溶着によって溶着するための超音波溶
着方法と、上記方法を実施するために好適に使用される
超音波溶着装置に関するものである。
〈従来の技術と発明が解決しようとする課題〉従来、上
記のような軟質樹脂シートまたはフィルムは、厚手にな
るほど、また、溶着枚数が増えるほど、ヒータ等を用い
た外部加熱での溶着が困難になるため、主として、高周
波溶着装置を用いた、内部加熱による溶着（高周波溶着
）が行われてきた。
しかし、上記高周波溶着は、高周波損失が小さい材料に
は適用できないので、溶着できる樹脂材料の種類か制限
されるという問題がある。また、例えば上記軟質樹脂シ
ート等からなる袋体中に、含水ゲル等の蓄冷剤を収容し
た冷却パッド等においては、上記含水ゲル等の内容物を
充填した後の袋体の口の密封に、上記高周波溶着を使用
する場合には、被溶着部分に内容物や水分が付着してい
ると、高周波溶着を行った際にスパークが発生して、袋
体を痛めたり、良好な溶着ができなくなったりするとい
う問題があった。
そこで、溶着できる樹脂材料の種類が制限されず、また
、被溶着部分に内容物や水分が付着していても良好な溶
着を行える超音波溶着により、上記軟質樹脂シートまた
はフィルムを溶着することが考えられた。なお、上記軟
質樹脂シートまたはフィルムにおいては、硬質樹脂のよ
うに超音波振動を十分に伝達できないので、通常、硬質
樹脂を溶着する際に採用されている伝達溶着法等の通常
の方法では、十分な溶着を行うことかできない。
このため、軟質樹脂の場合には、一般に、第６図に示す
ように、ホーン９］と受台９２とて、複数枚（図では３
枚）のシー）−５ｌ〜Ｓ３の被溶着部分を挾持し、加圧
しなから直接的に超音波振動させて被溶着部分を溶融さ
せる、いわゆるワンショット法による溶着か行われてい
る。
ところが、従来のワンショット溶着ては、第６図に示す
ように、溶着時に、被溶着部分の厚みが減少する分だけ
、当該被溶着部分から、溶融した樹脂があふれ出して、
受台９２（またはホーン９１）の周囲に巨大な樹脂塊９
３．９３を生じ、破損や溶着歪等の原因となっていた。
この発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって
、破損や溶着歪の原因となる樹脂塊を生じることなく、
軟質樹脂シートまたはフィルムを溶着することができる
超音波溶着方法および超音波溶着装置を提供することを
目的としている。
く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための、この発明の超音波溶着方法
は、重ね合わされた複数枚の軟質樹脂シトまたはフィル
ムの被溶着部分を、先端面が凹凸面になったホーンと受
台とによって挾持しっつ溶着を行うと共に、上記ホーン
および受台のうち少なくとも一方の先端面に隣接して形
成された、当該先端面の縁から外方へ向けて、上記挾持
方向と反対方向に傾斜した傾斜面により、被溶着部分の
縁にテーパーを形成することを特徴とし、この発明の超
音波溶着装置は、ホーンおよび受台の、被溶着部分に対
向する先端面が凹凸面になっていると共に、上記ホーン
および受台のうち少なくとも一方の先端面に隣接して、
当該先端面の縁から外方へ向けて、上記挾持方向と反対
方向に傾斜した傾斜面が形成されていることを特徴とし
ている。
く作用〉 上記構成からなる、この発明の超音波溶着方法および超
音波溶着装置によれば、ホーンおよび受台の先端面に形
成された凹部に、加熱、溶融した樹脂が導入されて、溶
着時に被溶着部分からあふれ出す樹脂の量が減少する。
また、上記ホーンおよび受台のうち少なくとも一方の先
端面に隣接して設けられた傾斜面により、溶着時に被溶
着部分からあふれ出す樹脂の量か抑制されると共に、被
溶着部分からあふれ出した樹脂か、樹脂塊を生しないよ
う、テーパー状に成形される。
〈実施例〉 以下に、この発明の超音波溶着方法および超音波溶着装
置を、一実施例を示す図面を参照しつつ説明する。
第１図（ａｌに示すように、この実施例に使用される超
音波溶着装置は、複数枚（図では３枚）の軟質樹脂シー
トまたはフィルムＳ１〜ｓ３の被溶着部分を挾持するた
め、先端面Ｈ１，ＤＩを互いに対向させて、上記軟質樹
脂シートまたはフィルム８１〜Ｓ３の上下に配置された
ホーンＨと受台りとを備えている。
ホーンＨは、上記先端面Ｈ１を下方に向けた状態で、受
台りに対して上下動自在に配置されている。このホーン
Ｈの先端面Ｈ１には、当該先端面Ｈ１を凹凸面にするた
めの、断面Ｖ字状の複数の溝Ｈ２が形成されている。
受台りは、先端面Ｄ１を上方に向けた状態で、図示しな
い装置本体に固定されており、その先端面Ｄ１には、当
該先端面Ｄ１を凹凸面にするための、断面Ｖ字状の複数
の溝Ｄ２か形成されている。
また、上記受台りの先端面Ｄ１の一方の縁には、当該縁
から外方へ向けて、ホーンＨと受台りとによる軟質樹脂
シートまたはフィルム８１〜Ｓ３の挾持方向と反対方向
（図では下方）に傾斜した傾斜面Ｄ３が形成されている
。なお、上記傾斜面Ｄ３は、被溶着部分の形状、すなわ
ちホーンＨおよび受台りの先端面Ｈ１，ＤＩの形状に応
じて、溶融した樹脂があふれ出し、樹脂塊になり易い位
置に形成される。
上記ホーンＨおよび受台りの、凹凸面になった先端面Ｈ
１，ＤＩの凹凸の高低差（実施例では溝Ｈ２，Ｄ２の深
さ）は特に限定されない。上記高低差は、溶着する軟質
樹脂の溶融状態の違いや、凹凸面の形状、或いは、溝の
場合には、溝の幅や先端面上における溝の数（密度）等
の条件によって適宜変更することかできる。しかし、溶
融樹脂のあふれ出しを確実に防止するためには、上記凹
凸面に、０．１ｍｍ以上の高低差（実施例の場合には溝
Ｈ２，Ｄ２の深さ）を付けることが好ましい。
ホーンＨおよび受台りを先端面Ｈ１，ＤＩの寸法は、必
要とする被溶着部分の大きさに合わせて適宜変更するこ
とができるが、例えば被溶着部分か、袋体の口の密封の
ような線状のものである場合には、その幅が、１．０〜
１５．０ｓ＋＋ｍの範囲内であることが好ましい。線状
の被溶着部分の幅か１．０＋ａｍ未満では、溶着時に溶
融する樹脂の量か少ないため、先端面Ｈ１，ＤＩの溝Ｈ
２，Ｄ２や傾斜面Ｄ３を設けることによるメリットが少
なくなる傾向がある。一方、被溶着部分の幅が１５゜０
　ｍｍを超えると、溶着時に溶融する樹脂の量が多すぎ
て、シール強度が良好で外観が美麗な溶着を得られない
虞がある。
また、傾斜面Ｄ３の、先端面Ｄ１に沿う部分から、先端
部までの長さについては、超音波溶着時にどれだけの量
の樹脂があふれ出すかによって設定寸法が異なるが、樹
脂塊の発生を確実に防止するためには、上記傾斜面Ｄ３
の幅は０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
上記ホーンＨおよび受台りによる軟質樹脂シートまたは
フィルムの超音波溶着は、以下の工程で行われる。
まず、第１図（ａ）に示すように、ホーンＨと受台りと
の間に、溶着したい軟質樹脂シートまたはフィルム８１
〜Ｓ３を、必要枚数だけ重ね合わせた状態で挿入する。
なお、ここでいう軟質樹脂とは、ＪＩＳ　　Ｋ６７３２
−１９８７　　（または、ＪＩＳ　　Ｋ　　７１１３−
１９１１１　）に準じたプラスチックの引張り試験方法
により、ＪＩＳ　　Ｋ　　６３０１に規定された１号型
の試験片について、環境温度２３±２℃、相対湿度５０
±５％の雰囲気下で測定された伸長率が８０％以上で、
弾性率が１００１００Ｏ／−以下の樹脂材料をいう。ま
た、本発明において、さらに顕著な効果を示すためには
、上記伸長率が１５０％以上で、弾性率が４００ｋｇｆ
／−以下の樹脂材料を使用するのが好ましい。上記樹脂
材料としては、前記軟質ポリ塩化ビニルのほかに、例え
ば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）　、各種
エラストマー、軟質ウレタン樹脂、または上記各樹脂の
混合物、積層体等が挙げられる。
上記軟質樹脂シートまたはフィルム８１〜Ｓ３の厚みは
特に限定されないが、それぞれの軟質樹脂シートまたは
フィルムの厚みが０．１〜３．０龍の範囲内で、且つ、
重ね合わされた軟質樹脂シートまたはフィルムの合計の
厚みが０．２〜１０、Ｃ１＋ｍの範囲内であることが好
ましい。それぞれの軟質樹脂シートまたはフィルムの厚
みが０．１■■未満、または重ね合わされた軟質樹脂シ
ートまたはフィルムの合計の厚みが０．２鰭未満では、
溶着時に溶融する樹脂の量が少なすぎて、先端面Ｈ１，
ＤＩの溝Ｈ２，Ｄ２や傾斜面Ｄ３を設けることによるメ
リットが少なくなる傾向がある。一方、それぞれの軟質
樹脂シートまたはフィルムの厚みが３．０鰭を超えるか
、または重ね合わされた軟質樹脂シートまたはフィルム
の合計の厚みか１０．０ｍｍを超えた場合には、フィル
ムの厚みか厚すぎて、ホーンＨと受台りとによる挾持部
分で、直接的な超音波振動のほかに、いわゆる伝達溶着
現象等か発生して、溶着不良を生しる虞がある。
次に、第１図〈ｂ）に矢印で示すように、ホーンＨを下
降させて、このホーンＨの先端面Ｈ１と受台りの先端面
Ｄ１との間に、上記軟質樹脂シートまたはフィルム５１
〜Ｓ３を挾持する。ホーンＨおよび受台りによる、軟質
樹脂シートまたはフィルム８１〜Ｓ３の挾持条件は特に
限定されないが、溶着後の被溶着部分の厚みが、溶着前
の軟質樹脂シートまたはフィルム５１〜Ｓ３の合計の厚
みの６０％前後になるように、両者の先端部Ｈ１゜Ｄｌ
間のクリアランスを設定することが、溶着強度や、溶着
後の被溶着部分の強度等の点で好ましい。
次に、上記挾持状態を維持しつつ、図示しない発振手段
によってホーンＨを超音波振動させると、第２図（ａｌ
に示すように、上記軟質樹脂シートまたはフィルム５１
〜Ｓ３の、ホーンＨと受台りとて挾持された部分か加熱
溶融する。なお、この際、上記両者の先端部Ｈ１，ＤＩ
に形成された溝Ｈ２Ｄ２は、前述した、溶融樹脂を導入
して、ホーンＨと受台りとの間からあふれ出す樹脂の量
を減少させる作用の他に、溝Ｈ２，Ｄ２内に超音波振動
による応力を集中させて、樹脂の溶融を促進する働きを
も有している。
溶融した樹脂は、その一部が、上記のように、溝Ｈ２，
Ｄ２内に導入される。また、ホーンＨおよび受台りの間
からあふれ出ようとする樹脂は、受台りに形成された傾
斜面Ｄ３によって、その流出か抑えられる。このため、
溶着時に、ホーンＨおよび受台りの間からあふれ出す樹
脂の量が減少する。
また、ホーンＨおよび受台りの間からあふれ出た樹脂は
、受台りに形成された傾斜面Ｄ３によって下方から押さ
えられて、被溶着部分に隣接するテーパー状に成形され
るので、上記両者の間からあふれた樹脂が、破損や溶着
歪の原因となる樹脂塊になることが防止される。
この後、ホーンＨの超音波振動を停止し、ホーンＨと受
台りとによる挾持状態を維持しつつ、樹脂を冷却、固化
させたのち、第２回出〉に矢印で示すように、ホーンＨ
を上昇させればれば、軟質樹脂シートまたはフィルムＳ
１〜Ｓ３の溶着か完了する。
なお、上記樹脂塊は、超音波溶着時に溶融した樹脂の垂
れ下がりにより、主として、軟質樹脂シートまたはフィ
ルム８１〜Ｓ３の下側において発生するため、上記実施
例では、樹脂塊の発生をより効果的に防止する目的で、
超音波溶着装置のホーンＨおよび受台りのうち、軟質樹
脂シートまたはフィルム８１〜Ｓ３の下側に配置された
受台りに傾斜面Ｄ３を形成していた。
しかし、この発明においては、例えば、ホーンを下側に
配置するタイプの超音波溶着装置を使用する場合には、
受台ではなく、ホーンの側に傾斜面を形成しても良く、
また、より確実に樹脂塊の発生を防止するためには、上
下の位置に関係なく、ホーンおよび受台の両方に傾斜面
を形成しても良い。
ホーンＨおよび受台りの先端面Ｈ１，ＤＩを凹凸面にす
るための凹部は、上記実施例における溝Ｈ２，Ｄ２には
限定されず、例えば半球状等の種々の形状を採用するこ
とができる。
また、上記ホーンＨおよび受台りの先端面ＨＩＤ１に突
起や凸条か形成されて、当該先端面Ｈ１゜Ｄｌか凹凸面
になっていても、同様に作用する。
その他、この発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更
を施すことができる。
く具体例〉 以下に、この発明を、冷却パッドＰの袋体の口の密封に
適用した具体例および比較例に基づいて説明する。
具体例１ 第３図に示すように、３枚の矩形状の軟質ポリ塩化ビニ
ルシートＳ１〜Ｓ３の４辺Ｐ１〜Ｐ４を閉塞することで
、隣り合う軟質ポリ塩化ビニルシトＳｌ、３２問および
Ｓ２．Ｓ３間に形成された２つの収容部Ｐ５．Ｐ６に、
それぞれ、含水量の異なる蓄冷剤Ｒ１，Ｒ２が収容され
てなる冷却パッドＰを製造するに際し、まず、軟質ポリ
塩化ビニルシートＳ１〜Ｓ３の３辺Ｐ１〜Ｐ３を溶着、
閉塞して収容部Ｐ５．Ｐ６を形成した。
なお、上記軟質ポリ塩化ビニルシート８１〜Ｓ３のうち
、−揚上の軟質ポリ塩化ビニルシートＳ１は、重合度１
４５０、可塑剤量６６バーツ、厚み０．３５ｍｍ、他の
２枚の軟質ポリ塩化ビニルシートＳ２．Ｓ３は、重合度
１４５０、可塑剤量６８パーツ、厚み０．３５■閣であ
った。
次に、上記収容部Ｐ５．Ｐ６に、それぞれ、蓄冷剤Ｒ１
，Ｒ２を収容した。
一方、超音波溶着装置には、第４図に示すように、被溶
着部分に当接する先端面Ｈ１に複数の断面Ｖ字状の溝Ｈ
２が格子状に形成された、全体がジュラルミンからなる
ホーンＨと、第５図に示すように、被溶着部分に当接す
る先端面Ｄ１が梯子状に形成され、この先端面Ｄ１に複
数の断面Ｖ字状の溝Ｄ２が形成されていると共に、上記
先端面ＤＩの縁の複数個所に、傾斜面Ｄ３ａ、Ｄ３ｂが
形成された、全体が真鍮からなる受台りとを装着した。
なお、上記ホーンＨの先端面Ｍｌの幅Ｗ１は３０龍、上
記先端面Ｈ１に格子状に配列された溝Ｈ２の深さは０．
３ｍｍ、ピッチは１ｘ箇で、それぞれの溝Ｒ２間に形成
された正方形の平坦部Ｈ３の寸法はＯ−７ｘ（１，７ｉ
＋ｍであツタ。
一方、受台りの、梯子状の先端面Ｄｌを構成する縦桟お
よび横桟に相当する部分の幅ｗ２は、それぞれ２■１１
上記先端面Ｄ１に配列された溝Ｄ２の深さは０．３５−
一、幅は０．３５ｍ■で、それぞれの溝Ｄ２間に形成さ
れた平坦面の幅は０．８５龍であった。また、各傾斜面
のうち、梯子の縦桟に相当する部分に隣設された傾斜面
Ｄ３ａの幅Ｗ、は２■■、高低差ｈ１は０．５■■、縦
桟と横桟との交差部分に設けられた傾斜面Ｄ３ｂの幅ｗ
４は１ｍｍ、高低差ｈ２は０．７■璽であった。
次に、上記ホーンＨと受台りとを装着した超音波溶着装
置を用いて、下記の条件で、前記軟質ポリ塩化ビニルシ
ート８１〜Ｓ３の残りの辺Ｐ４を梯子状に超音波溶着し
た。
・溶着条件 挾持圧力（空気圧力）：５ｋｇ／ａｊ 発振周波数：１５．１５ｋＨｚ ホーン先端の振幅：２０μｍ ホーンと受台とのクリアランス：０．６ｍｍ溶着時間：
１．２５秒 そして、上記挾持状態を維持しつつ２．５秒間冷却した
のち、ホーンＨおよび受台りによる挾持を解除して、第
３図に示す冷却パッドＰを作製した。
得られた冷却パッドＰの辺Ｐ４の被溶着部分を観察した
ところ、樹脂塊等が見られず、外観が美麗であった。ま
た、上記被溶着部分を４５＠の角度で引っ張ったときの
溶着強度は４９．５１ｑｒ／ａｊと高く、シール強度が
良好であった。
比較例１ 梯子状の先端面Ｄ１を構成する縦桟および横桟に相当す
る部分の幅ｗ２が３　ｍｍで、傾斜面Ｄ３を全く有さな
い受台りを超音波溶着装置に装着して、同様に、上記冷
却パッドＰの袋体の口の密封を行ったところ、梯子状の
被溶着部分のうち、縦桟と横桟との交差部分や、縦桟の
両側に樹脂塊が多発した。また、上記被溶着部分を４５
＠の角度で引っ張ったときの溶着強度は約３０ｋｇ／ａ
Ａと低く、良好なシール強度が得られなかった。
〈発明の効果〉 この発明の超音波溶着方法および超音波溶着装置は、以
上のように構成されているため、溶着時に被溶着部分か
らあふれ出す樹脂の量を減少できると共に、被溶着部分
からあふれ出した樹脂を押さえて、破損や溶着歪の原因
となる樹脂塊にならないように成形することができる。
したがって、上記樹脂塊を生しることなく、軟質樹脂シ
ートまたはフィルムを溶着することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ω山）並びに１２図＜ａｉ　＜ｂ＞は、それぞ
れ、この発明の超音波溶着方法の一実施例の工程を示す
断面図、ｊｆｉ３図はこの発明を適用して製造される冷
却パッドを示す一部切欠斜視図、第４図は上記冷却パッ
ドの製造に使用される超音波溶着装置のうちホーンを示
す斜視図、第５図は受台を示す斜視図、第６図は従来の
問題点を示す断面図である。 Ｈ・・・ホーン、Ｄ・・・受台、 Ｈｌ、ＤＩ・・・先端面、 Ｈ２，Ｄ２・・・凹部（溝）、 Ｄ３・・・傾斜面、 ５１〜Ｓ３・・・軟質樹脂シート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、重ね合わされた複数枚の軟質樹脂シートまたはフィ
    ルムの被溶着部分を、当該被溶着部分に対向する先端面
    が凹凸面になったホーンと受台とによって挾持しつつ、
    ホーンを振動させて溶着を行うと共に、上記ホーンおよ
    び受台のうち少なくとも一方の先端面に隣接して形成さ
    れた、当該先端面の縁から外方へ向けて、上記挾持方向
    と反対方向に傾斜した傾斜面により、上記軟質樹脂シー
    トまたはフィルムの表面の、被溶着部分の縁にテーパー
    を形成することを特徴とする超音波溶着方法。 ２、ホーンと受台とを備え、重ね合わされた複数枚の軟
    質樹脂シートまたはフィルムの被溶着部分を上記ホーン
    と受台とによって挾持しつつ、ホーンを超音波振動させ
    て溶着を行う超音波溶着装置において、上記ホーンおよ
    び受台の、被溶着部分に対向する先端面が凹凸面になっ
    ていると共に、上記ホーンおよび受台のうち少なくとも
    一方の先端面に隣接して、当該先端面の縁から外方へ向
    けて、上記挾持方向と反対方向に傾斜した傾斜面が形成
    されていることを特徴とする超音波溶着装置。
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