JPH0456739B2 - - Google Patents

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JPH0456739B2
JPH0456739B2 JP59200732A JP20073284A JPH0456739B2 JP H0456739 B2 JPH0456739 B2 JP H0456739B2 JP 59200732 A JP59200732 A JP 59200732A JP 20073284 A JP20073284 A JP 20073284A JP H0456739 B2 JPH0456739 B2 JP H0456739B2
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JP
Japan
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web
edge
thermoplastic material
thermoplastic
welded
Prior art date
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JP59200732A
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JPS6094329A (ja
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Bui Tomusen Kaaru
Daburyu Ratsudoraa Richaado
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Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
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Publication date
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Publication of JPH0456739B2 publication Critical patent/JPH0456739B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は全般的に溶接されたウエブを製造する
方法および溶接されたウエブに関する。
従来技術 熱可塑性のウエブは一方のウエブの縁部を他方
のウエブの縁部上に重ね合せて、これらのウエブ
の重ね合された接合部分を振動溶接素子の下方に
配置されるアンビルの上に配置することによつて
溶接されることができる。このような振動溶接素
子は超音波周波数にて振動するホーンとなすこと
ができ、振動溶接素子は、重ね合されたウエブの
他方の側がアンビル面上に支持されている間に重
ね合されたウエブの一方の側に強制的に押圧され
るようになつている。ホーンからウエブへの振動
エネルギーの伝達は、ウエブの接合部上に与えら
れるホーンの適当に附形された面の衝撃的作動に
よつて行われる。振動エネルギーは、ウエブの間
の連続的な接触面積に沿う重ね合されたウエブの
間に表面熱を発生させるのである。ホーンは通常
約16kHzまたはそれより高い周波数で接合部に接
近離隔するように共振する。溶接は接合部すなわ
ち連続的な溶接部分に沿う一連のスポツトの系列
より形成されている。熱可塑性材料の超音波溶接
技術は公知であつて、例えば米国特許第3879256
号、米国特許第3139033号、米国特許第3947307号
および米国特許第3459610号に開示されていて、
これらの特許は参考のために本明細書の説明中に
取り入れられている。
従来技術の問題点 超音波溶接は熱可塑性材料のウエブをともに溶
接するのに利用できるが、溶接された接合部は溶
接されたウエブの中で最も弱い部分であつて、例
えば溶接されたウエブの他の部分の僅か約1/3の
強度しか有しない。さらに、超音波溶接によつて
形成された接合部は溶接されたウエブの他の部分
よりもさらに脆くなる傾向がある。またさらに、
コーテイングされたウエブ、特に約15マイクロメ
ーターよりも大なる厚みのコーテイングを有する
ウエブは、直径の小さい棒またはローラーの廻り
に曲げられる時に溶接部分で剥がれる傾向があ
る。したがつて溶接された熱可塑性ウエブおよび
溶接されたウエブを製造する技術は、溶接された
ウエブの溶接部の強度が小さく、脆さが大なる欠
点を有するのである。
発明の目的 本発明は上述のような従来技術のウエブの溶接
方法および溶接されたウエブの有する欠点を排除
したウエブの溶接方法および溶接されたウエブを
提供することを目的とする。
発明の概要 本発明によつて、熱可塑性材料を含むウエブの
第二の縁部の上に重ね合されるようになされた少
なくとも１つの開口を含み、前記熱可塑性材料の
一部が少なくとも前記開口を部分的に充填するよ
うになされた第一の縁部を含む溶接されたウエブ
およびこのような溶接されたウエブを製造する方
法が提供されるのである。溶接されるウエブは少
なくとも前記第一の縁部に少なくとも１つの開口
を形成することによつて与えられ、この第一の縁
部を第二の縁の上に重ね合せて、これにより第二
の縁部が少なくとも前記開口を覆うようになし、
少なくともこの開口の近辺の範囲の温度を上昇さ
せ、これによつて第二の縁部からの熱可塑性材料
が前記第一の縁部の開口を少なくとも部分的に充
填して、これにより第一の縁部を第二の縁部に溶
接させる方法およびこのようにして溶接されたウ
エブが提供されるのである。
発明の実施例 本発明によつて提案される溶接方法およびこの
方法によつて製造される溶接されたウエブが添付
図面を参照して以下に説明される。
さて、図面に示されるそれ自体公知の超音波溶
接装置を参照すれば、溶接される部分を受け入れ
るためのアンビル１０が部分的に示される部分お
よびソノトロード（sonotrode）として示され、
垂直軸線１４に沿つて振動する超音波ホーン１２
が部分的に示される部分が第１図に示されてい
る。熱可塑性ウエブ１８の縁部１６はアンビル１
０の上面によつて支持されていて、ウエブ２２の
縁部２０は、このウエブ２２の縁部２０がウエブ
１８の縁部１６上に重ね合されるように配置され
ている。ウエブ２２の縁部２０は第１図の側面図
および第２図の平面図に示される開口２４を含ん
でいる。作動に際し、ホーン１２は、アンビル１
０によつて支持されるウエブ２２および熱可塑性
ウエブ１８の押圧係合状態になされる。ホーン１
２の溶接面およびアンビル１０によつて与えられ
る支持面は、例えば本明細書に参考として組入れ
られている米国特許第3459610号明細書に示され
ているような平面または曲面にような何れかの適
当な形状となされることができる。垂直軸線１４
に沿うホーン１２の高い振動周波数は少なくとも
熱可塑性ウエブ１８およびウエブ２２の連続的な
重ね合される面の温度を、ウエブ１８の熱可塑性
材料が少なくとも流動状態になり、開口２４を少
なくとも部分的に充填するようになされるまで上
昇させるのである。熱可塑性ウエブ１８およびウ
エブ２２の連続的な重ね合される面の溶接はま
た、ウエブ２２が超音波振動エネルギーを与えら
れる結果として流動するようになされる熱可塑性
材料を含む場合にも行われる。第１図において、
熱可塑性ウエブ１８は熱可塑性コーテイング２６
および２８を被覆されたものとして示され、ウエ
ブ２２は熱可塑性コーテイング３０および３２を
被覆されたものとして示されている。熱可塑性ウ
エブ１８および２２の間の最小限の溶接強度は、
充分な超音波エネルギーが開口２４を取巻く範囲
に与えられて熱可塑性ウエブ１８および熱可塑性
コーテイング２６を充分に軟化させて流動させ、
開口２４を完全に充填するようになされる時に達
成される。このような溶接された接合部の概略的
な断面図が第３図に示されている。
第２図の示されているような一列の開口の代り
に第４図に示されるように互違いの配列の多数の
列の開口３３が使用できる。これと異なり、第５
図に示されるように一方のウエエブ３４が一組の
開口３６を含み、他方のウエブ３８が第二の組の
開口４０を含むようになすことができる。一方の
ウエブの開口は他方のウエブの開口と整合せず、
例えば互違いに配列されるのが望ましく、これに
より強度の大なる溶接部を得ることができる。第
５図の実施例においては、両方のウエブがともに
溶解されて他方のウエブの開口内に流入して充填
するようになす熱可塑性材料を含まなければなら
ない。
第６図に示されるように、開口４２は何れかの
適当な形状となすことができ、円形断面である必
要はない。さらに、第６図に示されるように開口
４２にような或る形状の開口が開口４４のような
別の形状の開口と交互に配列されることができ
る。一般的に行つて、鋭い角のない丸い開口が強
度の大なる溶接部を得るために望ましい。
開口の断面寸法も、第７図の開口４６によつて
示されるようにウエブの一方の側面から他方の側
面に向つて変化させることができる。
また第８図および第９図に示されるように本発
明の方法によつて多数のウエブを溶接できる。第
８図において、熱可塑性のウエブ４８が熱可塑性
のウエブ５０に溶接され、このウエブ５０がまた
熱可塑性のウエブ５２に溶接されている。第８図
の実施例において熱可塑性ウエブ５０は開口５４
を含み、熱可塑性ウエブ５２は開口５６を含み、
ウエブ４８および５２の端部は互いに離隔されて
いる。第９図において、熱可塑性ウエブ５８は熱
可塑性ウエブ６０に接触して示されている。熱可
塑性または非熱可塑性となし得るウエブ６２が開
口６４および６６を含み、このウエブ６２がウエ
ブ５８および６０を溶接している。これらの図面
においては総て、溶接されるべき一方のウエブの
縁部からの熱可塑性材料が溶解してウエブの別の
縁部にある少なくとも１つの開口内に流入して少
なくとも部分的にこの開口を充填することが必要
であることに注意しなければならない。部分的に
充填された開口とはこの明細書において流入した
熱可塑性材料が完全に開口の断面を閉塞し、開口
の軸線方向に沿つて開口の少なくとも半分まで充
填されているような開口として定義されるのであ
る。開口が完全に充填された時に最良の結果が得
られる。
開口を含むウエブは、熱可塑性または非熱可塑
性となし得る。この技術は互いに同じでない材料
または同じ材料を溶接するのに利用できる。「ウ
エブ」なる用語はここでウエブ、シート、帯材お
よび同様のものを包含することが企図されてい
る。ウエブは何れかの適当な形状となすことがで
き、別個のウエブまたは同一のウエブでもよい。
１つのウエブの反対両縁が溶接されて、例えば連
続的なループ、ベルトまたはメービウスの帯
（mobiusstrip）を形成するようになすことができ
る。
溶接部の連続的な重ね合されるウエブの面に発
生される温度にて溶解し、流動するような如何な
る熱可塑性材料も使用できる。典型的な熱可塑性
材料はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカー
ボネート、ポリビニルアセテート、テレフタール
酸樹脂、ポリビニルクロライド、スタレン・ブタ
ジエン共重合体および同様のものを含んでいる。
開口内に流入して少なくともこれを部分的に充填
するようになされる熱可塑性材料はウエブ上のコ
ーテイングのみにより、またはコーテイングおよ
びウエブの基体の両者により、またはウエブ自体
のみによつて与えられることができる。
したがつて、例えば非熱可塑性のウエブの基体
に熱可塑性材料のコーテイングが施されて、この
熱可塑性材料が開口内に流入して少なくとも部分
的にこの開口を充填する唯一の材料源となされる
ことができる。これと異なり、例えばウエブはコ
ーテイングを施されないで、全体的に熱可塑性材
料より構成され、これの一部が開口内に流入して
少なくとも部分的にこの開口を充填するようにな
し得る。
ウエブは、ウエブの縁部の連続的な重ね合され
た面の加熱を可能にして十分な熱エネルギーがこ
の連続的な重ね合された面に与えられ、熱可塑性
材料が溶解して開口内に流動し、少なくとも一部
分この開口を充填するようになし得る。超音波溶
接に使用するのに適した望ましいウエブの厚みは
約25マイクロメーターから約0.5ミリメーターの
範囲である。さらに厚いウエブも十分な熱がウエ
ブの連続的な重ね合される面に与えられて熱可塑
性材料が溶解して開口内に流入され得る限り利用
できる。約20ミリメーターまでの厚みを有するウ
エブが本発明の方法によつて溶接できるのであ
る。
ウエブの縁部は、重ね合されるウエブの縁部が
少なくとも１つまたはそれ以上の開口を覆うよう
に互いに重ね合されなければならない。この重ね
合せの望ましい範囲は約0.7ミリメーターから約
1.7ミリメーターである。
溶接部の強度を改善することは、たとえ少量の
熱可塑性材料でもこれが溶解して開口を部分的に
充填しさえすれば達成されるのである。最良の強
度は、開口が冷却された後で熱可塑性材料で完全
に充填される場合に得られる。
開口は何れの適当な形状および寸法になするこ
ともできる。鋭い角のない開口はウエブの溶接部
を弱くする傾向のある応力集中点を排除するため
に望ましい。開口は、トウイストドリルまたはレ
ーザー、パンチング、モールデイング、加熱針お
よび同様のものによる穿孔作業のような通常の技
術によつて形成できる。レーザーによる穿孔作業
は小さい開口を形成する際に著しく便利であり、
加工速度が大であるから望ましい。円形の断面お
よび実質的に円形断面を有するレーザービームに
よつて形成された約0.2マイクロメーターおよび
約0.4マイクロメーターの間の直径を有する開口
によつて卓越せる結果が得られた。開口の間の間
隔または開口とウエブの縁部との間の間隔の選択
には著しい許容度がある。ウエブの縁部に不規則
な凹凸形状を与えるような不完全な開口に対比し
てウエブ材料によつて完全の包囲された加工が望
ましい。前述にて説明されたように、第一の縁部
の少なくとも１つの開口が完全に他の縁部によつ
て覆われるように開口が配置されるのが望まし
い。
何れかの適当な加熱技術が、熱可塑性材料を溶
解して開口内に流入させ、開口を少なくとも一部
分充填するように連続的な重ね合された面を加熱
するのに必要な熱を与えるために利用できる。典
型的な加熱技術は超音波溶接、ラジオ周波数加熱
技術および同様の技術を包含している。超音波溶
接技術は、熱可塑性材料の溶解および開口内への
流入作用を最良になすようにウエブの連続的な重
ね合された面に熱の発生を生じさせるから望まし
い。所望の場合、アンビルおよび／または超音波
溶接ホーン装置はアルミニウムのような著しく熱
伝導性の良好な材料より成ることができ、重ね合
されるウエブの間の界面において高い温度を確保
し、熱可塑性ウエブの露出面の熱的歪を最小限に
なすことを可能となす。超音波溶接が利用される
時には、アンビルおよびホーンの間にある連続的
な重ね合されたウエブの面における一方のウエブ
と他方のウエブとの迅速な衝撃作用が熱を発生さ
せるものと考えられる。約16999kHzまたはこれ
より大なるホーンの振動周波数が熱可塑性材料を
軟化させ、開口内に流入させるのに利用できる。
薄い熱可塑性のウエブを接合するのに適当な典型
的なホーンは約400−800ワツトの容量、約20kHz
の作動周波数および約12センチメーターの長さで
幅が約0.04ないし0.1センチメーターの平らな入
力ホーン溶接面を有する超音波発生装置を使用し
ている。ホーンは、長い方の側部が接合部に垂直
になるように配置される。典型的なホーンの運動
振幅は約76マイクメーターである。超音波振動発
生装置およびホーン組立体自体の組合された約
2.5キログラムの重量はホーンを溶接部に強制的
に接触させるのに充分である。しかし、ばねによ
る押圧作用、重錘またはその他の適当な装置が接
触力を増減させるのに利用できる。この型式の装
置においては、熱が極めて迅速に重ね合されるウ
エブの界面に発生されるから、ホーンが溶接部に
沿つて横切る時に熱可塑性材料が溶解して開口内
に流入するようになす充分な熱が典型的には約
0.2秒内に生ずる。
例として、ポリエステルフイルム（マイラー
（Mylar）、イー・アイ・デユポン・ド・ヌムー
ル・アンド・カンパニー）は約414ミリメーター
の幅および約76マイクロメーターの厚みを有し、
一方の側面に約0.2マイクロメーターの厚みを有
するコーテイングを有し、約25マイクロメーター
の厚みを有するポリカーボネート樹脂コーテイン
グとともに約３マイクロメーターの厚みのポリビ
ニル・カルバゾール・コーテイングを両面に被覆
されていた。このように被覆されたウエブが他の
同様のウエブに対して20kHzの周波数にて作動す
る超音波溶接装置によつて溶接された。重ね合さ
れたウエブの縁部の一方は15ワツトのパルス状の
レーザーによつて孔を穿孔されていたが、これら
の孔は平均直径が約250マイクロメーターで互い
に約500マイクロメーターの中心距離で配置され、
孔の中心とウエブの縁部との距離が約380マイク
ロメーターになされていた。他方のウエブの縁部
は孔が無く、孔を有する縁部と重ね合されて約
1.2ミリメーターの溶接部の幅を形成していた。
この溶接部は溶接部の全体の長さに沿つてアンビ
ル上に支持された。溶接部の長さは約414ミリメ
ーターであつた。ウエブは、孔の無い方のウエブ
の縁部がアンビルの面上に支持されるように配置
された。ホーンは、超音波変換器およびアンビル
によつて支持された接合部に当接するホーン支持
装置の約2.5キログラムの制御された重量によつ
て溶接部に対して押圧された。ホーンは毎秒約５
cmの速度で溶接部に沿つて案内された。このよう
な方法で、開口の無いウエブの熱可塑性材料が溶
解されて他方のウエブの開口内に流入して完全に
充填するようになされた。得られた溶接部は第３
図に図解的に示されたような構造に類似してい
た。この溶接部のテストの結果は、破壊強度が、
溶接部の無い同様のウエブの破壊強度の約75％で
あることを示した。開口の無い同様のウエブによ
つて形成された溶接部と溶接部の無い同様のウエ
ブとの比較テストの結果は開口の無いウエブの溶
接部の破壊強度が溶接部の無い同様のウエブの破
壊強度の約1/3を示した。開口の有る縁部により
形成された溶接部はまた開口の無いウエブにより
形成された溶接部よりさらに可撓性が大であつ
た。例えば、上述のような開口を含む縁部により
形成された溶接部は約6.35ミリメーターの直径を
有する棒の廻りに容易に曲げられたが、上述のよ
うに開口の無い縁部によつて形成された溶接部は
同じ棒の廻りに曲げられた時に簡単に破壊し、お
よび／または剥離を生じた。さらに、開口を有す
るウエブによつて形成された溶接部は超音波ホー
ンによつて処理される前の元の２倍の厚みの約75
％の厚みを有していた。
本発明の他の修正形態は当業者には本明細書の
説明に基づいて容易に判るところである。このよ
うな修正形態は総て本発明の範囲内に包含される
ものとする。
発明の効果 上述のように本発明によれば溶接強度が大で、
曲げに対して剥離を生ずることがなく、確実なウ
エブの縁部の溶接を可能となす溶接方法およびこ
のような溶接方法によつて得られる優れた性能を
有する溶接されたウエブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法によつて溶接されるウエ
ブ部材の図解的な断面側面図。第２図は本発明の
方法によつて溶接されるウエブ部材の図解的な断
面立面図。第３図は本発明の主な特徴である溶接
部の配置状態の図解的な断面側面図。第４図は本
発明の他の実施例の図解的な部分的立面図。第５
図は本発明の別の実施例の図解的な部分的立面
図。第６図は本発明のさらに異なる他の実施例の
図解的な部分的立面図。第７図は本発明のさらに
異なる別の実施例の図解的な部分的側面図。第８
図は本発明のさらに異なる別の実施例の図解的な
部分的側面図、第９図は本発明のさらに異なる別
の実施例の図解的な部分的側面図。 １０……アンビル、１２……超音波ホーン、１
６，２０……縁部、１８，２２，３４，３８，４
８，５０，５２，５８，６０，６２……ウエブ、
２４，３３，３６，４０，４２，４４，４６，５
４，５６，６４，６６……開口、２６，２８，３
０，３２……熱可塑性コーテイング。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ウエブの第一の縁部を、露出面上に熱可塑性
    材料を含むウエブの第二の縁部に溶接する方法に
    おいて、前記方法が、第一の縁部を有するウエブ
    を用意し、第二の縁部を有するウエブを用意し、
    少なくとも前記第一の縁部に少なくとも１つの開
    口を形成し、前記第一の縁部を、前記第二の縁部
    に沿う前記露出面上の前記熱可塑性材料上を重ね
    合わせて、これにより前記第二の縁部上の前記熱
    可塑性材料が少なくとも前記開口を覆つて、前記
    第一の縁部および前記第二の縁部の間に連続的な
    接触範囲を形成し、少なくとも前記開口に隣接し
    た前記連続的な接触範囲の温度を上昇させ、これ
    により前記第二の縁部からの熱可塑性材料が前記
    開口を少なくとも部分的に充填し、これによつて
    前記第一の縁部を前記第二の縁部に接着させるこ
    とを特徴とする溶接方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の溶接方法におい
    て、前記開口に隣接した前記連続的な接触範囲の
    温度を上昇させることが、超音波溶接によつて行
    われることを特徴とする溶接方法。 ３ ウエブの第二の縁部上に重ね合された、少な
    くとも１つの開口を有するウエブの第一の縁部を
    含む溶接されたウエブにおいて、前記第二の縁部
    に沿う露出面上に熱可塑性材料を含み、前記第一
    の縁部および前記第二の縁部の間に連続的な接触
    範囲が形成されていて、少なくとも前記熱可塑性
    材料の一部が前記開口を少なくとも部分的に充填
    して、これによつて前記第一の縁部を前記第二の
    縁部に固着させて構成されていることを特徴とす
    る溶接されたウエブ。
JP59200732A 1983-10-03 1984-09-27 ウエブの溶接方法および溶接されたウエブ Granted JPS6094329A (ja)

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