JPH0451343B2 - - Google Patents

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JPH0451343B2
JPH0451343B2 JP62292940A JP29294087A JPH0451343B2 JP H0451343 B2 JPH0451343 B2 JP H0451343B2 JP 62292940 A JP62292940 A JP 62292940A JP 29294087 A JP29294087 A JP 29294087A JP H0451343 B2 JPH0451343 B2 JP H0451343B2
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welding
vibrators
horn
vibration
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    • B29L2023/20—Flexible squeeze tubes, e.g. for cosmetics

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主としてプラスチツクフイルムで形成
したチユーブ等の一端を溶着して閉じるために用
いる超音波溶着装置に関する。
〔従来の技術〕
練り歯磨や、練り芥子等の容器には、可撓性の
あるプラスチツク複合フイルムをチユーブ状にし
たものが主として使用されている。このチユーブ
には口部と反対側の端部から内容物を充填した
後、その端部をシールしている。このシール方法
としては、ヒートーシール、ホツトエアシール、
高周波誘導加熱シール、超音波加熱シール等が多
く使用されている。このうち超音波加熱シールは
シール部に内容物が付着してもシール不良が発生
しないという他の方法にはない大きな利点を持つ
ている。
この超音波シールにも三通りの方法がある。そ
のひとつは第５図に示すように、振動子３によつ
て縦振動が与えられるように、振動子３に一端を
結合したホーン１の他端に振動方向に直角な加工
面（放射面）２を形成し、加工面２に対向して配
置した受金１１との間にプラスチツク製のチユー
ブ１２を挾み、溶着面に直角な方向から振動を加
える方法（縦振動法）、第６図に示すようにホー
ン１の他端にホーン１に与えられる縦振動の振動
方向と平行な加工面２を形成し、溶着面に平行な
振動を与える方法（横振動法）、第７図に示すよ
うに受金１１の受面に対して、ホーン１及び振動
子３を45°の角度に配置し、ホーン１の他端に加
工面２を、受面に平行するように振動方向に対し
て45°の角度で形成し、溶着面に対して斜め方向
の振動を加える方法（斜め振動法）がある。
第５図に示した縦振動法は、プラスチツクフイ
ルムの溶着には最も多く使用されている方法であ
るが、アルミニウム箔を重ねた複合フイルムには
アルミニウム箔が破壊される為殆ど使用されてい
ない。これに対して、第６図に示した横振動法は
アルミニウム箔の損傷が少ないためアルミニウム
ラミネートチユーブの溶着に多く使用されてい
る。しかし、フイルム面に平行に振動を加えるの
でフイルムの厚み方向へのエネルギーの伝達が良
くないので、厚手のフイルムの溶着では溶着時間
が長くなり、生産性が極端に悪くなる。第７図に
示した斜め振動法は、縦振動法と横振動法との中
間的な特性をもつているが同時に欠点も合わせて
もつており、決定的に有利な方法とは云えない。
一方、チユーブの材質は、その中に封入する内
容物の多様化に伴ない様々なものが使用されるよ
うになつており、チユーブも他の商品と同様に多
品種、少量生産の傾向になりつつあるので、内容
物を充填した後のチユーブの溶着方法にも様々な
チユーブ素材に対応できるものが要求されるよう
になつてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は上記した従来の方法における問題点を
解決し、従来方法よりも効率よく溶着でき、又材
質、厚さの異なる種々のフイルムを容易適正に溶
着できる超音波溶着装置を提供せんとするもので
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明による問題点を解決するための手段は、
同一平面上に90°の角度で配置した２個の振動子
と、この各振動子に取付けられ加工面が相対し平
行するように形成された２個のホーンと、この２
個のホーンの加工面を相対的に接離するように動
かす２個の振動子の一方又は両方に結合した駆動
装置とを備えている超音波溶着装置、並びに前記
の２個の振動子に結合され２個の振動子の振動の
位相を同じにしたり異ならしめることのできる超
音波発振機とを備えている超音波溶着装置にあ
る。
〔作用〕
一般的に超音波溶着では、溶着したい部分が最
も高い温度になり他の部分の温度はなるべく低く
保たれることが理想である。例えば、よく知られ
ているプラスチツク成型品の超音射伝達溶着で
は、第８図に示すようにプラスチツク成型品１３
の相対する溶着面のホーン１側面に突起１４を形
成して、ホーン１からホーン１側プラスチツク成
型品１３に伝達された超音波エネルギーの密度
を、突起１４の部分で高めて最大になるようにす
ることで溶着部のみが発熱し、他の部分では発熱
せず、外観を損なわずに溶着することができる。
しかし、プラスチツクフイルムやシートの場合
は溶着部にエネルギー集中のための突起を設ける
ことができないと同時に、素材自体が柔軟で超音
波の伝達が非常に悪いため溶着部である２枚のシ
ートの接触面のみを選択的に加熱できない。
第５図に示した縦振動法による場合について、
チユーブ１２の厚さ方向温度分布を調べた結果は
第９図の温度曲線Ａのようになり、第６図に示し
た横振動法による場合のチユーブ１２の厚さ方向
温度分布は第１０図の温度曲線Ｂに示すようにな
つた。第９図、第１０図ともにホーン１の加工面
２とフイルムとの接触面側に急激に温度が低下し
ているが、これはホーン１の温度が常温に近く、
超音波振動によりフイルム内に発生した熱がホー
ン１に吸収されるためであると考えられる。もし
ホーン１への熱の放散が無いとすると、フイルム
のホーン１に接触している部分の温度が最も高く
なり、それから受金１１の方にフイルム内の超音
波エネルギーが次第に低下するので、温度の低下
もこれに従つた勾配を形成する筈である。
実際に第９図、第１０図の測定温度曲線Ａ，Ｂ
は以上の理由に合つた曲線を描いている。第１０
図では最高温度の部分が第９図の場合よりも、ホ
ーン１側に偏つている。これは横振動法では縦振
動法の場合よりも超音波の伝達が悪いためであり
ホーン近辺でのエネルギー消費が大きいからであ
る。第７図に示した斜め振動法による場合の温度
曲線は、第９図と第１０図との中間的な曲線とな
る。
このことから第５図、第６図、第７図に示した
従来法による場合は、温度が最高になる部分がフ
イルムとフイルムとの接触面（溶着面）に位置せ
ず、ホーン１側のフイルム内に位置することが解
る。従つて、溶着面の温度を溶着できる温度まで
上げようとすると、ホーン１側のフイルム温度が
必要以上に高くなつてしまい、過度の変形を生
じ、外観を損ねるだけでなく溶着部付近でピンホ
ールや亀裂が発生し、シール不良を起こしていた
のである。逆にホーン側の外観を良くし、溶着部
付近でのピンホールの発生を無くするために供給
エネルギーを小さくすると、溶着部の温度が十分
上がらず溶着不良を起こすことになる。外観不
良、ピンホール等がなく十分な溶着を行なう為に
は、溶着加工時の荷重、溶着時間、エネルギー量
等の条件を非常に狭い範囲で管理する必要があ
り、実際上この管理は非常に困難であるためしば
しばシール不良、外観不良等の問題が生じてい
た。
本発明は上記の温度曲線に着目し、シートの両
側にホーンを配置して両側から超音波振動を与え
ると第９図、第１０図に示したそれぞれの温度曲
線Ａ，Ｂを左右対象に重ねたものとなり両者の和
の曲線は中央に高く両側に低い対象な山形とな
る。従つて、溶着面での温度を最高にすることが
できる。しかし第５図の縦振動法にこれを適用し
ても、アルミニウムラミネートフイルムの破壊と
いう問題は解決できない。又、第６図の横振動法
を適用するのでは効率が非常に悪い。そこで第７
図の斜め振動法にこれを適用して、種々のフイル
ムの溶着を適切に効率良く行なえるようにしたも
のである。
即ち第４図に示すように、同一平面上で互いに
90°の角度でホーン１を配置すると共に両方のホ
ーン１の加工面２が互いに相対し平行するように
形成すると、右側のホーン１によつてチユーブ１
２内の厚さ方向には温度曲線Caを生じ、左側の
ホーン１によつては温度曲線Cbを生ずる結果、
実際にチユーブ１２の厚さ方向に温度曲線Ｄで示
すような温度分布を生じ、溶着面の温度を最も高
くできると共に種々のフイルムの溶着を適切に行
なうことが可能となる。
プラスチツクフイルムやシートの超音波溶着で
は、２枚のフイルム又はシートが互いに逆向きの
振動を受ける必要がある。従来の超音波溶着装置
では受金側は固定と考えられるので、相対的には
逆向きの振動を受けていることになる。本発明装
置の場合、二つのホーン１に同一周波数、同一振
動幅の振動が同相で与えられた場合の二つのホー
ンの振動のベクトルは第２図に示すように互いに
90°の角度をなし同じ向きの矢印をもつ点線で示
した直線となる。このベクトルはそれぞれ加工面
に沿う方向のベクトル成分と、これに直角な方向
のベクトル成分とに分けることが出来る。加工面
に沿う方向のベクトル成分は同相となり、加工面
に直角な方向のベクトル成分は逆相となる。
同相となるベクトル成分は溶着に寄与せず互い
に逆相のベクトル成分が溶着に寄与するので、第
７図に示した装置と同作用で溶着が行なわれるこ
とになり、これは実質的には第５図と同じ原理に
よることとなる。このような作用による場合は前
記のようにアルミニウムラミネートフイルムの溶
着には適しない。
二つのホーン１に同一周波数、同一振幅の振動
が逆相で与えられた場合の二つのホーンの振動の
ベクトルは第３図に示すように互いに90°の角度
をなし逆向きの矢印をもつ点線で示した直線とな
る。この場合には加工面に沿う方向のベクトル成
分は逆相となり、加工面に直角な方向のベクトル
成分は同相となる。これは第６図に示した装置と
同作用で溶着が行なわれることになる。
即ち本発明により、２個の振動子に結合され２
個の振動子の振動を位相を同じにしたり異ならし
めることの出来る超音波振動機を用いて、２個の
ホーンに与える振動の位相を同相にしたり、逆相
にしたり、又その中間にしたりすれば、溶着せし
めるフイルムの材質に適した溶着を行なえること
になり、上記の厚生による効果と相俟つてフイル
ムの溶着を一層容易且つ適切に行なえるようにな
る。
更に、２個のホーンを振動の互いに振動の倍率
の異なるものに取替え出来るようにし、２個のホ
ーンの振幅を互いに異ならしめることが出来るよ
うにしておけば、厚さの異なるフイルムや材質の
異なるフイルムの溶着にあたり、溶着を適切に行
なう条件の設定が更に容易となる。
〔実施例〕
第１図は本発明装置の一実施例を示したもので
ある。２個の振動子３は超音波発振機４に結合さ
れ、それぞれ内部には超音波発振機４から供給さ
れる電気振動を機械的振動に変換するトランジユ
ーサーが内蔵されている。振動子３の機械的振動
を行なう部分にホーン１の一端がそれぞれ捩込み
により結合され、振動子３に生ぜしめられた機械
的縦振動がホーン１に伝達されるようになつてい
る。２個の振動子３とホーン１は同一平面上に
90°の角度をなして配置され、二つのホーン１の
他端は振動方向に対して45°の角度をなす前記の
平面に対して直角な面で形成した２等辺の山形を
なしており、二つのホーン１の加工面２は互いに
相対し平行になつている。二つの振動子３はホー
ン１側で同じ長さの支持腕５の一端によつて支持
され、支持腕５の他端は支持台７に取付けたピン
６によつてピン６を支点として動くことができる
ようになつている。支持台７にはエヤーシリンダ
８が加工面２と平行し、加工面２の反対側にその
ロツドを突出させて固定されている。このロツド
と、振動子のホーン１取付側と反対側とを結んで
連結棒９がそれぞれピン１０で揺動可能に連結し
てある。超音波発振機４は二つの振動子３に供給
する電気振動の位相を異ならしめたり同相ならし
めたり出来るようになつている。
第１図に示した実施例は一つのエヤーシリンダ
８で二つの振動子３を近付けたり離したりする
為、リンク機構を用いた例であるが、二つの振動
子３をそれぞれ別のエヤーシリンダで二つの加工
面２が互いに接近したり離れたりするようにして
構成してもよいし、片側の振動子３を固定にして
他側の振動子３のみをてこなどで動かすようにし
ても良い。又、本発明装置はプラスチツクチユー
ブに限らず一般のシートやフイルムの溶着にも利
用できることは勿論である。
〔発明の効果〕
本発明装置によれば、種々のプラスチツクフイ
ルムやシートを適切に容易に溶着することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の一実施例の正面図、第２
図は本発明装置の二つのホーンに同相の振動を与
えた場合の加工面における振動のベクトル図、第
３図は本発明装置の二つのホーンに逆相の振動を
与えた場合の加工面における振動のベクトル図、
第４図は本発明装置によつて溶着を行なつた場合
の溶着フイルムの厚さ方向温度分布曲線図、第５
図、第６図、第７図は三つの従来装置をそれぞれ
示した図、第８図はプラスチツク成型品の溶着例
を示した図、第９図は第５図の装置によつてプラ
スチツクフイルムの溶着を行なつた場合のフイル
ムの厚さ方向温度分布曲線図、第１０図は第６図
の装置によつてプラスチツクフイルムの溶着を行
なつた場合のフイルムの厚さ方向温度分布曲線図
である。 １……ホーン、２……加工面、３……振動子、
４……超音波発振機、５……支持腕、６……支持
ピン、７……支持台、８……エヤーシリンダ、９
……連結棒、１０……ピン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 同一平面上に90°の角度で配置した２個の振
    動子と、この各振動子に取付けられ加工面が相対
    し平行するように形成された２個のホーンと、こ
    の２個のホーンの加工面を相対的に接離するよう
    に動かす２個の振動子の一方又は両方に結合した
    駆動装置とを具えている超音波溶着装置。 ２ ２個のホーンが互いに振動倍率の異なるもの
    に交換可能である特許請求の範囲第１項記載の超
    音波溶着装置。 ３ 同一平面上に90°の角度で配置した２個の振
    動子と、この各振動子に取付けられ加工面が相対
    し平行するように形成された２個のホーンと、こ
    の２個のホーンの加工面を相対的に接離するよう
    に動かす２個の振動子の一方又は両方に結合した
    駆動装置と、２個の振動子に結合され２個の振動
    子に供給する電気振動の位相を同じにしたり異な
    らしめることの出来る超音波発振機とを具えてい
    る超音波溶着装置。 ４ ２個のホーンが互いに振動倍率の異なるもの
    に交換可能である特許請求の範囲第３項記載の超
    音波溶着装置。
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