JPH0638947B2 - 材料を溶着するための高周波共振器 - Google Patents

材料を溶着するための高周波共振器

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JPH0638947B2
JPH0638947B2 JP63048520A JP4852088A JPH0638947B2 JP H0638947 B2 JPH0638947 B2 JP H0638947B2 JP 63048520 A JP63048520 A JP 63048520A JP 4852088 A JP4852088 A JP 4852088A JP H0638947 B2 JPH0638947 B2 JP H0638947B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、ホーン、機械的振幅変換器、コンセントレイ
タとしても知られる高周波共振器に係り、前記共振器は
超音波周波数領域で作動され積重ねられたシート材の層
のような熱可塑性加工品を溶着または継合せするために
使われる。より詳細には本発明は、シート材の層を縫い
合せる代りに溶着するための装置と関連させて使われる
高周波共振器の構造に係る。望ましくは超音波振動によ
って積重ねられた熱可塑性シート材の層を所定形状に振
動溶着するために使われる装置は当該技術分野に於て周
知であり、発明の名称が、"Apparatusfor Vibration We
lding Sheet Material"であり１９７３年５月１５日に
ロング他（Ｄ．Ｄ．Long et al）に付与された米国特許
第３，７３３，２３８号に示されている。
ロング他の特許によると超音波装置はその装置を通る材
料の全幅に亙って溶着されるような構造を有する必要性
について説明されている。かつて遭遇した問題は、一列
の超音波共振器が各超音波共振器の間に隙間を生ずるこ
となしにシート材の全幅に亙るように構成されることが
できないということであった。かかる隙間を避けるため
に、ロング他によって二列の共振器の配列を使用するこ
とが開示され、それによると二列目の共振器によって一
列目の共振器の隙間が埋められている。二列の共振器の
必要性を排除し一列の共振器を使用するための装置が、
発明の名称"Apparatus for Vibration Welding of Mate
rial"である１９７９年３月２７日にゴールドマン
（Ｈ．Ｓ．Goldman）に付与された米国特許第４，２４
６，４１６号に示されている。この特許に於ては、二つ
の並置された共振器が相接触する面を有するような適切
な形状の刃型共振器が開示されている。例えばこの特許
によると、シート材が当該装置を通過する時に隙間が生
ずるのを防止するために、横に並置された共振器の面の
間で相接触する位置関係が提供されるような台形断面及
びＴ型断面の共振器が示されている。
後者の特許の構造を有する共振器は、共振器が横軸周り
に動的に非平衡であるという深刻な欠点を有する。非平
衡な共振器の質量の加速によって生ずる力により偶力が
生み出され、それにより歪運動が生み出されそれによっ
て望ましくない歪んだ共振が誘発される。このような現
象によって高度の機械的な振幅で駆動される高利得の刃
型共振器に於て深刻な問題が生み出される。非平衡な共
振器に原因する望ましくない機械的な応力条件によっ
て、装置の音響的構成部分が破壊に至る。
発明の概要 本発明によって上記の欠点が克服された構造の共振器が
開示されている。すなわち刃型の高周波共振器が示され
ており、前記共振器はその出力面に於いて横方向に延在
する耳部を具備する。かかる耳部は端面を有しており、
前記端面は並置された共振器の同様の端面と相接触して
いる。例えばかかる端面は並置された共振器の端面にぴ
ったり合うようなジグザグ形をしている。しかしながら
最も重要なことは、かかる耳部は中央に位置する共振器
の横軸周りのモーメントの総和が実質的に０になるよう
な構造となっていることである。言換えると、かかる耳
部は共振器の横軸の一方の側のモーメントが共振器の横
軸の他方の側のモーメントに実質的に等しくなるような
構造になっている。
本発明の基本的な目的の一つはそれゆえ新規で改良され
た高周波共振器を提供することである。
本発明の他の重要な目的は、シート材のための超音波溶
着装置に於て有用な新規で改良された高周波共振器を提
供することである。
本発明の他の重要な目的は超音波周波数領域で作動され
るように構成された新規で改良された刃型共振器を提供
することであり、前記刃型共振器は端面を具備する横方
向に延在する耳部を有しており、前記耳部は同様の構造
を有する並置された共振器の端面と相接触する位置関係
を提供するように構成されており、前記耳部は共振器の
横軸周りに力学的に平衡なモーメントを提供するように
構成されている。
本発明の更に重要な目的は超音波溶着のための新規で改
良された刃型の共振器を提供することであり、前記共振
器は出力面に於て横方向に延在する耳部を有しており前
記耳部は並置された同様な構造の共振器と相接触する位
置関係を提供するためにジグザク形の横方向に突出した
端面を具備しており、前記耳部は前記共振器の中央に位
置する横軸周りのモーメントの総和が実質的に０である
ような構造である。
本発明の他の目的は添付する図面と関連させて以下の詳
細な説明を参照することによって更に明確になるだろ
う。
発明の詳細な説明 図面について特に第１図について説明すると、回転可能
に装着されたローラ１２を含む高周波振動溶着又は継合
せ装置１０が示されており、前記ローラの表面にはピン
１４形の浮彫りにされた溶着面が一定の型で装着されて
おり、ロング他の特許を参照されたい。一列に並置され
た高周波共振器１６はローラ１２と対面して配置され、
前記ローラとニップ（挟み部）が形成され、それを通っ
て溶着されるべきシート材１８が供給される。各共振器
１６は電気音響変換器２０に機械的に結合されており、
前記電気音響変換器は適当なエネルギー源、図示されて
いない、からの電気的な高周波エネルギーを受けいれ、
付属する共振器の入力面２２に高周波機械的振動を提供
しそれによって反対側に配置されている共振器の出力面
２４によって増幅された高周波振動がシート材１８に伝
達される。その結果ニップを通過するシート材はローラ
１２上の型１４に従って溶着される。注目すべきことは
一列の共振器１６の存在であり、シート材１８が溶着さ
れる場所であるニップを通って移動する時にシート材に
溶着されていない部分が残らないことであり、共振器の
並置された横側面が相接する関係になるような共振器断
面を使用することが提案されたことである。第２図は前
記ゴールドマンによって提案された断面を示す。第２図
（ａ）は台形断面の共振器の示し、第２図（ｂ）は上部
と下部が延長された長方形断面の共振器を示し、第２図
（ｃ）はＴ形の断面、第２図（ｄ）は平行四辺形断面を
示す。各実施例において、シート材がローラと共振器の
間のニップを通る方向から観察された時、各共振器は一
列に又は各横側面が相接して配置される。
しかしながら第２図に図示されているように、かかる設
計によって組立てられた共振器は動的に不平衡であると
いう深刻な欠点に悩まされており、かかる条件によって
極めて望ましくない歪んだモードの振動が生ずることと
なる。かかる振動はこの型の共振器が作動される時の高
い加速力と機械的利得のために、このような深刻な問題
である非平衡を生じさせ、不必要な応力と付属する変換
器２０の破壊と同様共振器自身の破壊に至る。非平衡状
態は第２図に概略的に図示されており、同図に於て共振
器の横軸が引かれ符号２６が付けられている。共振器の
横軸２６の上側と下側の共振器の断面部分は斜めの斜線
で示されており、歪んだ振動の発生の原因となる深刻な
非平衡が存在することが指摘されるであろう。
ここで使われる共振器の「横軸」は、共振器の縦軸２７
（第５図）に対して垂直に位置しており、共振器の長手
側面２８及び３０又は２８′及び３０′に関して中央に
位置する軸として定義され、第２図及び第４図を参照さ
れたい。
かつて存在した問題は第３図、第４図及び第５図に示さ
れる共振器の構造によって克服された。共振器１６は基
本的には刃形共振器であり、１９８７年３月１７日にハ
リス他（Ｅ．Ａ．Harriset al）に付与された発明の名
称が"Resonator Exhibiting Uniform Motional Output"
である米国特許第４，６５１，０４３号に示され記述さ
れており第２図を見られたい。かかる共振器はその入力
面３２に適応された所定の周波数の高周波振動に対して
半波長の共振器として共振するように寸法が定められて
おり、その振動によってその入力面と反対側に配置され
た出力面３４は縦方向に運動し、それによって前記出力
面に強制的に接触されたシート材に対して振動が伝えら
れる。この条件下で、入力面３２と出力面３４は縦方向
の振動の腹領域に配置されている。典型的な実施例に於
ては、共振器は振動数２０kHzで共振するように寸法が
定められている。
しかしながら共振器は他の適切な高周波数、典型的には
１６kHzと１００kHzの間の領域の振動数で共振するよう
に設計されることがある。
ここで開示された共振器の構造に於ける改良は出力面３
４から横に延在する耳部３６の構造に存在する。
重要なことは耳部は共振器の横軸２６に関するモーメン
トの総量が実質的に０に、即ち質量の増加分に横軸２６
からの距離をかけたものの総和が実質的に０になるよう
に設計されていることである。別の表現をすれば、横軸
２６の上部のモーメントは軸２６の下部のモーメントに
等しい、第６図を見られたい。かくして動的に平衡され
た条件が達成され、そにれよって望ましくない歪んだ共
振が発生することが避けられる。
第７図には並置された共振器１６の相接する位置関係が
示されており、各共振器は一列に配置されていることが
示されている。並置された共振器１６Ａの耳部３６の横
側端面３８と共振器１６Ｂの耳部３６の横側端面３８は
相接する位置関係に配置されている。溶着されるべきシ
ート材がローラ１２と共振器１６Ａ及び１６Ｂの間にニ
ップを通って矢印４０の方向へ共振器の下を通過する
時、シート材の全ての部分は実質的に隙間を残すことな
しに溶着される。
第１図に示される装置即ち一本のロールと一列の共振器
が使われる時、シート材の溶着は実質的に共振器の横軸
２６に一致する直線に沿って起きる。
実質的に隙間を残すことなしに溶着が実施されるため
に、共振器のそれぞれの横側端面３８は共振器の横軸２
６と９０度以下の角度で交差するということが重要であ
る。第７図に示されるように、かかる角度の望ましい範
囲は３０度と６０度の間である。このような要求によっ
て必然的に横側端面はジグサグ形を示すことになる。更
に図示されているように、共振器は対称形を有するよう
に設計されており、それによって各共振器は同一の構造
を有する他の共振器と相接触する位置関係になるように
構成されている。
以上本発明の最良の実施例について記述され説明されて
きたが、さまざまな変化と修正が付記される特許請求の
範囲によってのみ制限される本発明の広い原理から逸脱
することなくなされ得ることは当業者にとって明らかで
あろう。
【図面の簡単な説明】
第１図はローラと一列の振動エネルギー源を含むシート
材のための超音波溶着装置を示す立面図である。 第２図は従来技術に於て提案された高周波共振器の断面
を示す平面図である。 第３図は本発明による構造の高周波共振器の正面図であ
る。 第４図は第３図による新規で改良された共振器の平面図
である。 第５図は第３図に於ける新規な共振器の側面図である。 第６図は説明図である。 第７図は共振器が並置して配置された時の共振器の端面
の相接する位置関係を示す図である。 １０…高周波振動溶着又は継合せ装置，１２…ローラ，
１４…ピン（型），１６、１６Ａ、１６Ｂ…（高周波）
共振器，１８…シート材，２０…電気音響変換器，２２
…入力面，２４…出力面，２６…共振器横軸，２７…縦
軸，２８、２８′、３０、３０′…長手側面，３２…入
力面，３４…出力面，３６…耳部，３８…横側端面，４
０…シート材の移動方向

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】刃型高周波共振器にして、 高周波振動を受入れるための入力面であって前記高周波
    振動を前記入力面と反対側に配置された出力面に伝達す
    るための入力面を有しており、前記入力面と前記出力面
    が前記入力面から前記出力面へ縦方向に伝達される前記
    高周波振動の腹の領域に実質的に配置されるように構成
    された刃型高周波共振器であって、 前記出力面は各側面上に横方向に延在し横側に配置され
    た末端の端面を有する耳部を含んでおり、前記耳部の各
    々は前記共振器の横軸周りのモーメントの総和が実質的
    に０になるように構成されており、前記端面が前記共振
    器の横軸に９０度より小さい角度で交差していること、 を特徴とする刃型高周波共振器。
  2. 【請求項２】シート材のための超音波溶着装置にして、
    周縁に沿って一定の型の継合せ面を具備する回転可能な
    ローラと、 一直線の列に沿って前記ローラに相面して配置された複
    数の高周波共振器であって前記ローラと前記ローラに相
    面する前記共振器によって形成されるニップ（挟み部）
    を通って供給されるシート材に接触するための複数の高
    周波共振器と、 刃状形の共振器の各々であって、高周波振動を受入れる
    ための入力面であって前記入力面と反対側に配置されて
    おり前記ニップを通って供給されるシート材に接触する
    ように構成された出力面に前記高周波振動を伝達するた
    めの入力面を有する共振器の各々であって、前記入力面
    と前記出力面の各々が前記入力面から前記出力面へ前記
    共振器を通って縦方向に伝達される振動の腹の領域に実
    質的に配置されるように構成された共振器の各々と、 前記共振器の各側面上に横方向に延在する耳部を含む前
    記共振器の各々の出力面であって、前記耳部の各々が前
    記共振器の各々の横軸周りのモーメントの総和が実質的
    に０になるように構成されており、前記耳部の各々の端
    面が付属する前記共振器の横軸と９０度より小さい角度
    で交差するように構成された前記出力面と、 シート材がニップを通って供給され実質的に隙間が残る
    ことなしに溶着されるために相接する位置関係を有する
    二つの並置された共振器のそれぞれの端面と、 を含むことを特徴とする超音波溶着装置。
JP63048520A 1987-05-21 1988-03-01 材料を溶着するための高周波共振器 Expired - Lifetime JPH0638947B2 (ja)

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JPS63296876A JPS63296876A (ja) 1988-12-02
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GB2205020A (en) 1988-11-23
FR2615673B1 (fr) 1991-04-05
GB2205020B (en) 1990-03-07
CA1265362A (en) 1990-02-06
DE3807154A1 (de) 1988-12-15
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