JPH05286034A - 超音波溶着によるシート接合方法およびその装置 - Google Patents

超音波溶着によるシート接合方法およびその装置

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JPH05286034A
JPH05286034A JP4096575A JP9657592A JPH05286034A JP H05286034 A JPH05286034 A JP H05286034A JP 4096575 A JP4096575 A JP 4096575A JP 9657592 A JP9657592 A JP 9657592A JP H05286034 A JPH05286034 A JP H05286034A
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JP
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ultrasonic
sheet
heat
welding
sheets
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Taneyasu Enomoto
殖安 榎本
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Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶着部領域の平滑性を確保し、厚さを均一と
して高い引っ張り強度をもつ接合シートを得る。 【構成】 下受け台１に溶着すべき熱溶着性シート３，
３’を重ね合わせた溶着部領域を載置し、この溶着部領
域と超音波ホーン２との間に金属シート４を介在させ
る。 【効果】 金属シート４により、溶融したシート材料が
平滑化され、均一な接合が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも２枚の熱溶
着性シートを超音波エネルギーの印加により溶融接合す
るためのシート接合方法とその装置に係り、特に１枚の
シートの両端縁を接合して複数の感光体と帯電器の間で
トナー像が転写された転写材を搬送する画像形成装置に
用いるのエンドレス状の転写材搬送ベルトの製造に好適
な超音波溶着によるシート接合方法およびその装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】２枚あるいは、それ以上の複数の熱融着
性シートを互いに接合方法として、従来から、超音波振
動による熱エネルギーを利用した超音波溶着方法が知ら
れている。図６は従来の超音波溶着方法を説明する模式
図であって、１は下受け台、２は超音波ホーン、３，
３’は熱溶着シートである。
【０００３】同図において、下受け台１と超音波ホーン
２との間に接合すべきシート３と３’を、その接合部分
を重ね合わせて位置させ、所定の圧力または押し込みを
かけて保持し、この接合部分に対して超音波ホーン２に
より超音波振動を与えることによってシート３，３’間
または超音波ホーン２とシート３，３’間で発生する摩
擦熱により熱溶着させながら、超音波波ホーン２または
下受け台１を接合方向（重ね合わせ幅方向）に移動さ
せ、幅のあるシート間の接合を行うものである。
【０００４】図７は超音波溶着方法によって接合された
シート間の接合部領域の拡大説明図である。図示された
ように、超音波による摩擦熱によって溶融したシート材
料が盛り上がったり、シートに対して相対移動する超音
波ホーンが溶融したシート表面をひきずる為、接合部に
段差が残り、接合部に段差や厚さの相違を嫌う製品や表
面平滑性が要求される製品には、そのまま適用できない
という欠点を持っている。
【０００５】このような接合部段差を極力小さくするた
めに超音波ホーンと下受け台の間隔，すなわちホーンギ
ャップ量をシート厚付近まで下げて溶着を行うことが考
えられるが、上記ホーンギャップ量が少なくなると、超
音波ホーン２がシートに乗り上げる瞬間に超音波ホーン
２側のシート３’が超音波ホーン２の進行方向に寄せら
れてしまい、溶着の開始後、溶着途中でシワが発生する
という問題があった。
【０００６】また、被溶着物に不要な傷や焼けを付けな
いことを目的として、超音波振動を被溶着部に伝達する
ヘッドと被溶着部との間に可撓性フイルムであるＥＶＡ
（エチレン，ビニル，アセテート）シートを介在させ、
被溶着物を溶着部に溶着するものが特開昭５５−１４２
７４号公報に開示されている。図８は上記公報に開示の
超音波溶融接着装置の構成を説明する概略正面図であっ
て、１０は基台、２０は超音波ヘッド、３０は被溶着
物、３０’は溶着物、４０はＥＶＡシート、７０は超音
波振動子、８０はシリンダーである。
【０００７】この超音波溶着装置は、基台１０上に被溶
着物３０を置き、この上に溶着物３０’を載置し、ＥＶ
Ａシート４０を介して超音波ヘッド２０を押しつけて振
動子７０からの超音波を加えることにより、上記被溶着
物３０に溶着物３０’を溶着するものである。超音波ヘ
ッド２０と超音波振動子７０はシリンダー８０によって
上下され、当該超音波ヘッド２０を基台１０方向に下降
または上昇させて被溶着物３０，溶着物３０’の上記基
台１０への着脱と接着動作を行う構成となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記した超音波溶着装
置においては、超音波エネルギーの振幅と圧力とで被溶
着物３０と溶着物３０’間で発生する摩擦熱は非常に短
い時間帯の中で発生する。発生した摩擦熱と更に溶着物
３０’と可撓性フイルムであるＥＶＡフイルム４０との
間で発生する摩擦熱によって溶着物３０’との溶着が始
まり、接合領域の平面性を低下させてしまう。
【０００９】上記公報では、被溶着物３０と溶着物３
０’はラジオ等の機器のためのキャビネットと飾り板等
の比較的厚手の部材であるが、これを薄い熱溶融性シー
トとした場合でも同様の問題がある。このため、ＥＶＡ
フイルムと熱溶融性シートの溶着を起こさずに２枚の熱
溶融性シートを接着する場合には、溶着エネルギーに関
わる各要因のラチチュードが非常に狭いため、安定的に
平滑な接合面を得る事は難しいという大きな問題をもっ
ている。
【００１０】本発明の目的は上記従来の問題を解消して
接合部の段差や厚さが薄く平滑な接合面を作ることが可
能な超音波溶着によるシート接合方法およびその装置を
提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波ホーン２と下受け台１の間に接合
したい少なくとも２枚の熱融着性シート３，３’を重ね
合わせ、前記重ね合わせた接合部領域に超音波ホーン２
による超音波エネルギーと圧力とを加えることによって
前記少なくとも２枚の熱融着性シート３，３’を互いに
溶融し接合する超音波溶着によるシート接合法におい
て、前記超音波ホーン２と前記重ね合わせた少なくとも
２枚の熱融着性シート３，３’との間の接合部領域に金
属シート４を介在させることにより、前記少なくとも２
枚の熱融着性シート３，３’の接合部領域の平坦性を確
保することを特徴とする。
【００１２】また、本発明は、接合すべき少なくとも２
枚の熱融着性シート３，３’を重ね合わせ、前記重ね合
わせた接合部領域に超音波エネルギーと圧力とを加える
ことによって前記少なくとも２枚の熱融着性シート３，
３’を互いに溶融して接合する超音波シート接合装置
を、超音波ホーン２と、この超音波ホーン２に対向し接
合すべき少なくとも２枚の熱融着性シート３，３’を載
置する下受け台１と、前記超音波ホーン２と前記下受け
台１との間で、かつ前記下受け台１と共に前記接合すべ
き少なくとも２枚の熱融着性シート３，３’を挟む位置
に介挿する金属シート４とを備えた構成としたことを特
徴とする。
【００１３】
【作用】上記のように構成した本発明においては、超音
波ホーン１と接合すべき少なくとも２枚の熱融着性シー
ト３，３’の間に金属シート４を介在させたことによ
り、この金属シート４を介して熱融着性シート３，３’
に超音波振動及び圧力を加える。
【００１４】上記金属シート４が存在することにより、
上記超音波振動によって発生した摩擦熱により溶融軟化
した部分が超音波ホーンに直接引きずられることがな
い。また、この金属シート４により、溶融軟化した接合
部領域のシート材料は均一に圧延されると共に、超音波
ホーン２の圧力で押し出された溶融シート材料はこの金
属シート４により急冷されるため、接合部領域に段差や
厚さのバラツキがない、薄く平滑な接合面を作ることが
可能となる。
【００１５】さらに、溶着開始時において、接合すべき
熱融着性シート３’にズレが発生しても、このズレに起
因する溶着途中でのシワは、金属シート４を介してホー
ンがフイルムに乗り上げることによって解消される。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。図１は本発明による超音波溶着によ
るシート接合方法を適用する超音波シート溶着装置の１
実施例の要部を説明する部分破断した斜視図であって、
１は下受け台、２は超音波ホーン、３，３’は接着すべ
き熱溶着性シートである。
【００１７】同図において、下受け台１は前記図７にお
ける基台１０に相当し、超音波ホーン２は超音波ヘッド
２０に相当する。図示したように、超音波ホーン１は下
受け台２の直上に位置し、矢印Ａ方向に昇降可能とされ
ると共に、矢印Ｂ方向に移動する。また、図２は図１に
示した超音波シート溶着装置の要部正面図であって、図
１と同一部分には同一符号を付してある。
【００１８】図１，図２において、接合すべき２枚の熱
融着シート３，３’は下受け台１に所定の接合部領域を
形成するような重ね合わせ量Ｗで重ね合わせて載置され
る。重ね合わせた熱融着シート３，３’の接合部領域上
に、金属シート４を介在させて、この金属シート４上に
超音波ホーン２を下降接触させ、上記金属シート４を介
して超音波振動及び圧力を加え、超音波ホーン２の超音
波振動によって発生した摩擦熱により溶融軟化させ、両
シートを接合する。
【００１９】図２に示したように、重ね合わされた２枚
の熱溶着性シート３，３’の厚さは超音波ホーン２の下
降圧力と超音波振動の振幅Ｗによる押し込み量Ｐで１枚
のシート厚と同じ厚さになる。なお、２’は超音波ホー
ン２は最大振幅で振動したときの位置を示す。そして、
上記重ね合わせた２枚の熱溶着性シート３，３’と超音
波ホーン２の間に金属シート４を介在させることによ
り、溶融した部分を超音波ホーン２が矢印Ｂ方向に移動
する際に直接引きずることなく、また金属シート４によ
って当該溶融した部分が均一に圧延される。
【００２０】図３は本発明により溶着された２枚の熱溶
着性シートの接合部領域を示す断面図であって、図示し
たように、超音波ホーン２の圧力で熱溶着性シート３，
３’の面方向に押し出された溶融したシート材料は上記
金属シート４により急冷されるため、接合部に段差や厚
さのバラツキが発生することなく、薄く平滑な接合面を
作ることが可能となる。
【００２１】そして、超音波ホーン２が金属シート４を
介して当該シートに乗り上げるため、溶着開始時におい
てシートのズレが発生することがなく、溶着途中でのシ
ートのシワ発生は無い。金属シート４の厚さは２０−１
０００μｍ、好ましくは５０−１００μｍがよい。これ
は、厚さ５０μｍ以下の金属シートでは溶着厚さや接合
強度について、所期の効果は得られるものの、超音波ホ
ーン２の圧力や磨耗に対しては弱く、繰り返し使用出来
ないためである。
【００２２】また、厚さ１００μｍ以上の金属シートを
用いても溶着品質に対しては所期の効果は得られるもの
の、金属シートの剛性が必要以上に高いために製造作業
時、手扱いが難しくなる。これに対し厚さ５０−１００
μｍの金属シートは適当なしなやかさがあり、超音波ホ
ーンの圧力や磨耗に強く、繰り返し使用が可能である。
【００２３】また金属シート４の材質は、特に炭素工具
鋼等の高炭素鋼材を用いるのが良い。この種の鋼材は、
超音波振動の伝達がよく、超音波ホーンの圧力や磨耗に
強く繰り返し使用が可能で、さらに、表面の面粗度のよ
いシートの入手が容易であるためである。金属シート４
の幅寸法は、接合するために重ね合わせた熱溶着性シー
ト３，３’の幅寸法を十分カバーし、かつ超音波ホーン
２の幅より広い幅を有するものが好適である。
【００２４】本発明の効果を実証するために、厚さ７５
μｍ，幅１２０ｍｍの熱融着性シートを使用し、図６で
説明した従来の超音波溶着法と、図１に示した本発明の
超音波溶着法を用いて、厚さ８０μｍ，幅１３ｍｍの金
属シートを用いて接合したシートの接合面の厚さ及び引
張り強度の比較実験を行った。なお、接合面の厚さ及び
引っ張り強さの計測を行うために、幅１２０ｍｍの溶着
シートから幅２０ｍｍの５枚の短冊を切出し、厚さはそ
の各短冊の中央部を株式会社三豊製デジタルマイクロメ
ータＮｏ．３９８−５１１Ｎにて計測した。
【００２５】また、引っ張り強度は上記幅２０ｍｍの短
冊を株式会社島津製作所製オートグラフＡＧ−２０００
Ｂ引っ張り試験機にてＪＩＳＫ７１２７に基づく引っ張
り試験を実施した。金属シートはRIKENSOKUHAN.CO.LTD
から市販されている炭素工具鋼製のシックネス・ゲージ
を使用した。また、超音波溶着機は市販されている、ブ
ランソン製９２０Ｍを使用している。
【００２６】実験に使用した共通の接合条件は次のとお
りである。 〔接合条件〕 超音波の片振幅 ： ５７μｍ 超音波の周波数 ： ２０ＫＨｚ ホーンの材質 ： チタン ホーンの移動速度 ： １７ｍｍ／ｓｅｃ ホーンの圧力 ： １．８ｋｇｆ シートの重ね幅 ： ０．３ｍｍ この実験結果を図４に示した。
【００２７】以上の結果から理解されるように、本発明
の方式による接合部の厚さ及び引張り強度は、従来方式
に比較して薄くて引張り強度が高く、バラツキの少ない
優れた接合シートが得られた。さらに、幅３６０ｍｍの
熱融着性シートを使用して、上記溶着条件で確認実験を
行った所、接合部の厚さ１０１．７μｍ，溶着強度７．
２Ｋｇｆ／ｃｍが得られ、本発明の溶着特性が再現でき
ることが確認された。
【００２８】図５は本発明による超音波シート溶着装置
の全体構成を説明する模式図であって、図１〜図３と同
一符号は同一部分に対応し、５は１軸テーブル、６は１
軸テーブルのアクチェータ、７は超音波ホーン駆動回
路、８はエアシリンダー、９，１０はエアシリンダーの
精密上昇，下降レギュレータ、１１は電磁バルブ、１２
は超音波駆動信号発生器、１３はメインコントローラ、
１４は１軸テーブルコントローラである。
【００２９】同図において、下受け台１，超音波ホーン
２，熱溶着性シート３，３’および金属シート４の部分
の詳細構成は前記図１に示した通りである。この超音波
溶着装置は図示しないエア源から電磁バルブ１１を通っ
て供給されるエアを精密上昇，下降レギュレータ９，１
０でコントロールしてエアシリンダー８を駆動し、超音
波ホーン２と超音波ホーン駆動回路７を下受け台１に対
して下降あるいは上昇させる。
【００３０】下受け台１上に載置された２枚の熱溶着性
シート３，３’の重ね合わせ部分の溶着部領域に金属シ
ート４をのせ、エアシリンダー８を駆動して超音波ホー
ン２で上記金属シート４を押圧し、超音波駆動信号発生
器１２からの駆動信号を超音波ホーン駆動回路７に与
え、超音波ホーン２により上記熱溶着性シート３，３’
の重ね合わせ部分（溶着部領域）に熱を発生させる。
【００３１】この状態で１軸テーブルコントローラ１４
からのコントロール信号を１軸テーブルアクチェータ６
に与え、１軸テーブル５を矢印Ｂ方向に移動させる。こ
れらの一連のシーケンスはメインコントローラ１３によ
り実行される。これにより、熱融着性を持つ少なくとも
２枚のシートを平滑で高い接合強度で接合することがで
きる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接合すべき熱溶着性シートと超音波ホーンとの間に金属
シート４を介在することにより、超音波振動によって発
生した摩擦熱により溶融軟化した部分が超音波ホーンに
直接引きずられることがなく、また、この金属シートに
より、溶融軟化した接合部領域のシート材料は均一に圧
延されると共に、超音波ホーンの圧力で押し出された溶
融シート材料はこの金属シートにより急冷されるため、
接合部領域に段差や厚さのバラツキがない、薄く平滑な
接合面を有する接合シートを得ることができる超音波溶
着によるシート接合方法およびその装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による超音波溶着によるシート接合方
法を適用する超音波シート溶着装置の１実施例の要部を
説明する部分破断した斜視図である。
【図２】 本発明による超音波溶着によるシート接合方
法を適用する超音波シート溶着装置の１実施例の要部正
面図である。
【図３】 本発明により溶着された２枚の熱溶着性シー
トの接合部領域を示す断面図である。
【図４】 本発明および従来技術によりそれぞれ接合し
たシートの接合面の厚さ及び引張り強度の比較実験を行
った結果の説明図である。
【図５】 本発明による超音波シート溶着装置の全体構
成を説明する模式図である。
【図６】 従来の超音波溶着方法を説明する模式図であ
る。
【図７】 従来の超音波溶着方法によって接合されたシ
ート間の接合部領域の拡大説明図である。
【図８】 従来技術による超音波溶融接着装置の構成を
説明する概略正面図である。
【符号の説明】
１・・・・下受け台、２・・・・超音波ホーン、３，
３’・・・・接着すべき熱溶着性シート、４・・・・金
属シート、５・・・・１軸テーブル、６・・・・１軸テ
ーブルのアクチェータ、７・・・・超音波ホーン駆動回
路、８・・・・エアシリンダー、９，１０・・・・エア
シリンダーの精密上昇，下降レギュレータ、１１・・・
・電磁バルブ、１２・・・・超音波駆動信号発生器、１
３・・・・メインコントローラ、１４・・・・１軸テー
ブルコントローラ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波ホーンと下受け台の間に接合した
    い少なくとも２枚の熱融着性シートを重ね合わせ、前記
    重ね合わせた接合部領域に超音波ホーンによる超音波エ
    ネルギーと圧力とを加えることによって前記少なくとも
    ２枚の熱融着性シートを互いに溶融し接合する超音波溶
    着によるシート接合方法において、 前記超音波ホーンと前記重ね合わせた少なくとも２枚の
    熱融着性シートとの間の接合部領域に金属シートを介在
    させることにより、前記少なくとも２枚の熱融着性シー
    トの接合領域の平坦性を確保することを特徴とする超音
    波溶着によるシート接合方法。
  2. 【請求項２】 接合すべき少なくとも２枚の熱融着性シ
    ートを重ね合わせ、前記重ね合わせた接合部領域に超音
    波エネルギーと圧力とを加えることによって前記少なく
    とも２枚の熱融着性シートを互いに溶融して接合する超
    音波シート溶着装置において、 超音波ホーンと、この超音波ホーンに対向し接合すべき
    少なくとも２枚の熱融着性シートを載置する下受け台
    と、前記超音波ホーンと前記下受け台との間で、かつ前
    記下受け台と共に前記接合すべき少なくとも２枚の熱融
    着性シートを挟む接合部領域に介挿する金属シートとを
    備えたことを特徴とする超音波シート溶着装置。
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