JPH10203511A - チューブ体用溶着装置 - Google Patents

チューブ体用溶着装置

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JPH10203511A
JPH10203511A JP845997A JP845997A JPH10203511A JP H10203511 A JPH10203511 A JP H10203511A JP 845997 A JP845997 A JP 845997A JP 845997 A JP845997 A JP 845997A JP H10203511 A JPH10203511 A JP H10203511A
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JP
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tube body
welded
welding
horn
anvil
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Masao Tenun
正夫 天雲
Mamoru Fujita
守 藤田
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Yoshino Kogyosho Co Ltd
Original Assignee
Yoshino Kogyosho Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チューブ体と被溶着体との立体的な溶着部分
に超音波エネルギーを均等に作用させ、安定して強力で
確実な溶着を達成し、全体構成を簡単化し、柔軟なチュ
ーブ体にも適用可能とすることにある。 【解決手段】 超音波発生源であるホーン１の溶着作用
部４をチューブ体９に嵌入させ、この溶着作用部４に対
向して、溶着作用部４との間でチューブ体９と被溶着体
１０とを均等に挟圧するアンビル６の先端作用部８をチ
ューブ体９の外側に配置し、溶着作用部４を超音波横振
動させて、チューブ体９と被溶着体１０との強固で確実
な溶着を簡単に安定して達成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、筒形状の熱可塑性合成
樹脂製のチューブ体に、同じく熱可塑性合成樹脂製の被
溶着体（口筒や底蓋等）を、超音波横振動を利用して密
に溶着するチューブ体用溶着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】母材が熱可塑性合成樹脂からなる単層ま
たは多層のチューブ体、あるいは内部にアルミ箔、紙シ
ート等を設けたラミネートチューブ体等の熱可塑性合成
樹脂製のチューブ体において、このチューブ体に口筒と
か底蓋等の熱可塑性合成樹脂製の別パーツである被溶着
体を立体的に溶着する手段として熱溶着、高周波溶着、
超音波溶着等の手段が知られている。
【０００３】この上記した従来技術において、超音波溶
着手段は、熱溶着手段に比べて、成形される溶着部の外
観体裁が良く、また高周波溶着手段に比べて適用範囲が
広いと云う利点がある。
【０００４】従来の超音波溶着手段の第一は、図４およ
び図５に示すように、チューブ体９と被溶着体１０との
嵌装組合せ物に、受け具としてのアンビル６を略密に嵌
入させ、チューブ体９と被溶着体１０との組合せ物の壁
を、アンビル６との間で複数に分割された超音波振動体
であるホーン１により一定圧力で均等に挟圧し、この状
態でホーン１を作動させてチューブ体９と被溶着体１０
との間を溶着するものである。
【０００５】また従来の超音波溶着手段の第二は、図６
に示すように、チューブ体９の開口端部に被溶着体１０
を被せ状に嵌装組付けし、押圧治具１３により被溶着体
１０の一部が変形しないように押圧保持しながら、ホー
ン１を被せ方向から一定圧力で押圧し、この状態でホー
ン１を作動させてチューブ体９の端面と被溶着体１０と
の間を溶着するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の超音波溶着手段において、図４および図５に示
したものにあっては、複数の分割されたホーン１の超音
波振動特性を等しく調整することがきわめて困難であ
り、このため各ホーン１が分担する溶着部分の溶着強度
に差が発生し、チューブ体９と被溶着体１０との安定し
た溶着を得ることができないと云う問題があった。
【０００７】また、ホーン１を複数に分割して設け、各
ホーン１を個々に作動させる必要があるので、超音波発
生源側の構造が複雑となると共に、各ホーン１が個々に
超音波振動するので、隣接接触するホーン１間に振動干
渉が発生し、このため溶着そのものが不可能となる場合
があると云う問題があった。
【０００８】従来の超音波溶着手段の図６に示したもの
にあっては、チューブ体９と被溶着体１０との組合せ物
に対して、ホーン１からの押圧力がチューブ体９の軸方
向に作用し、チューブ体９自体がこの押圧力を支えなけ
ればならないので、このホーン１からの押圧力を支える
ことのできる機械的強度を有するチューブ体９にしか実
施することができず、柔軟なチューブ体９への実施が不
可能であると云う問題があった。
【０００９】また、チューブ体９と被溶着体１０との溶
着は、チューブ体９の端面部分で達成されるので、両者
間の溶着面積を大きくすることができず、また溶着部分
の姿勢が溶着破壊応力を直接受ける姿勢となるので、溶
着破壊応力が作用した場合に充分な耐久性を発揮し得な
いと云う問題があった。
【００１０】このように、従来の超音波溶着手段におい
て、超音波発生源であるホーンを分割したり、ホーンを
チューブ体の軸方向から押圧させるようにしなければな
らないのは、溶着を超音波縦振動（溶着面に対して直角
方向から超音波振動が加えられる）により達成している
ためである。
【００１１】そこで、本発明は、上記した従来技術にお
ける問題点を解消すべく創案されたもので、チューブ体
に対して被溶着体を立体的に超音波溶着する際に、立体
的な溶着面部分に超音波振動を均等に作用させることを
技術的課題とし、もって安定して強力で確実な溶着を達
成すると共に、全体構成を簡単化し、さらに柔軟なチュ
ーブ体にも好適に適用できるようにすることを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決する本発明の内、請求項１記載の発明の手段は、先端
部外周面である溶着作用部を、超音波溶着可能な熱可塑
性合成樹脂製のチューブ体に嵌入させ、溶着作用部を超
音波横振動させるホーンを有すること、チューブ体の外
側に配置され、先端面である先端作用部とホーンの溶着
作用部との間で、チューブ体の周壁と熱可塑性合成樹脂
製の被溶着体との重合物を、面接触状態にして一定圧力
で均等に挟圧するアンビルを有すること、にある。
【００１３】請求項２記載の発明の手段は、先端部外周
面である溶着作用部を、熱可塑性合成樹脂製のチューブ
体と筒状の被溶着体との嵌装組合せ物に嵌入させ、溶着
作用部を超音波横振動させるホーンを有すること、チュ
ーブ体と被溶着体との嵌装組合せ物の外側に配置され、
先端面である先端作用部とホーンの溶着作用部との間
で、チューブ体の周壁と被溶着体の筒壁との重合物を、
面接触状態にして一定圧力で均等に挟圧する複数のアン
ビル片で構成され、この複数のアンビル片でホーンの溶
着作用部との間でチューブ体と被溶着体との嵌装組合せ
物を全周にわたって均等に挟圧するアンビルを有するこ
と、にある。
【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明におけるホーンの溶着作用部の表面に、多数
の細かい角形突起部であるナールを設けたものである。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の被溶着体を、チューブ体の開口端部に略密に嵌入す
る有底短筒形状としたものである。
【００１６】
【作用】チューブ体に嵌入したホーンの溶着作用部とア
ンビルの先端作用部との間に一定圧力で均等に挟圧され
たチューブ体と被溶着体との重合物は、チューブ体と被
溶着体との接触面が湾曲面となっているが、ホーンの溶
着作用部から伝達される超音波横振動が、チューブ体の
軸方向に作用するので、接触面の湾曲方向に直交した湾
曲していない方向に作用することになり、これにより超
音波横振動エネルギーが効率良く接触面に伝達されるこ
とになる。
【００１７】また、この超音波横振動の接触面に対する
伝達形態は、接触面全域で全く等しいので、接触面はそ
の全域で均等に溶着されることになる。
【００１８】溶着される接触面の大きさは、ホーンの溶
着作用部およびアンビルの先端作用部の大きさに従って
自由に設定することができるので、要求される溶着強度
に応じて、接触面の大きさを設定することにより、充分
な溶着強度となる。
【００１９】超音波発生源を単一のホーンで構成してい
るので、超音波発生源側の構成が簡単化されると共に、
接触面に成形される溶着部全域に対するエネルギーの伝
達が必然的に均等となり、さらに超音波干渉と云う重大
な不都合の発生の恐れが皆無である。
【００２０】請求項２記載の発明にあっては、アンビル
を複数のアンビル片に分割し、嵌装されたチューブ体の
周壁と被溶着体の筒壁との重合物を、その全周にわたっ
てホーンの溶着作用部に均等に押圧するので、嵌装され
たチューブ体と被溶着体との全周にわたって連続した溶
着を確実にかつ均等に達成する。
【００２１】請求項３記載の発明にあっては、ホーンの
溶着作用部の表面にナールを設けたので、ホーンと、こ
のホーンに接触するチューブ体または被溶着体との間の
接触抵抗がきわめて大きくなり、これによりホーンから
チューブ体または被溶着体への超音波横振動の伝達効率
が飛躍的に高められる。
【００２２】請求項４記載の発明にあっては、被溶着体
を有底短筒形状としたので、チューブ体の開口端部をこ
の被溶着体により密封することになる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１ないし図３
を参照しながら説明する。ホーン１は、超音波発振機系
に連結されるブロック状の本体部２の下に、徐々に縮径
して、有底短円筒形状をした被溶着体１０の筒壁１１の
内径と略等しい直径の直線丸棒状の先端部３を設け、こ
の先端部３の外周面先端部分を硬質クロムメッキ処理を
施した溶着作用部４とし、この溶着作用部４の表面（外
周面）に多数の細かい角形突起部であるナール５が設け
られている。
【００２４】これに対し、アンビル６は、三つのアンビ
ル片７に分割されており、各アンビル片７の先端部であ
る先端作用部８の端面は、直線円筒形状に成形されたチ
ューブ体９の外周面と等しい曲面となっていて、その湾
曲方向に沿った長さは、チューブ体９の外周の三分の一
となっている。
【００２５】なお、アンビル６とホーン１との間での、
チューブ体９と被溶着体１０との嵌装組合せ物のより均
等な挟圧を得るには、アンビル６を多数のアンビル片７
に分割するのが望ましいのであるが、アンビル片７の数
が大きくなる程、アンビル６側の構造が複雑となり、ま
た動作制御が面倒となるので、実際に得られる溶着状態
および溶着強度からすると、アンビル片７の数は３〜５
が適当である。
【００２６】チューブ体９は、均等肉薄の直線円筒形状
で、超音波で溶着可能な熱可塑性合成樹脂製であり、ま
た被溶着体１０は、同じく均等肉薄の有底短円筒形状
で、超音波で溶着可能な熱可塑性合成樹脂製のインジェ
クション成形品である。
【００２７】なお、チューブ体９は、熱可塑性合成樹脂
層を被溶着体１０との接触面とするＥＶＯＨ（エバー
ル）やアルミ箔等のバリヤー層をその一部とする積層筒
であっても良いし、また被溶着体１０は、熱可塑性合成
樹脂層をチューブ体９との接触面とするＥＶＯＨ（エバ
ール）やアルミ箔層のバリヤー層をその一部とする、積
層サーモホーミング成形品であっても良い。
【００２８】外鍔付きの有底短円筒形状に成形された被
溶着体１０を直線円筒形状のチューブ体９の開口端部
に、その外鍔が突き当たる挿入限まで略密に嵌入組付け
てチューブ体９と被溶着体１０との嵌装組合せ物を組立
て、この嵌装組合せ物の被溶着体１０の筒壁１１内にホ
ーン１の溶着作用部４を略密に嵌入させると共に、チュ
ーブ体９の外側からアンビル６の三つのアンビル片７
を、その先端作用部８が溶着作用部４との間で、チュー
ブ体９の周壁と被溶着体１０の筒壁１１との重合物を、
面接触状態にして一定圧力で均等に挟圧するように、放
射方向から接近させて押圧させる。
【００２９】なお、このチューブ体９と被溶着体１０と
の嵌装組合せ物に対するホーン１の嵌入組付けに際して
は、図２に示すように、ホーン１の先端部先端面と被溶
着体１０の底壁との間に隙間を形成し、この隙間により
ホーン１に加えられた超音波振動が、被溶着体１０の底
壁に超音波縦振動として伝達されるのを防止する。
【００３０】この状態からホーン１に超音波振動を印加
すると、この超音波振動は、ホーン１の溶着作用部４か
ら被溶着体１０の筒壁１１に超音波横振動として伝達さ
れ、被溶着体１０の筒壁１１の外周面と、これに圧接し
ているチューブ体９の内周面の接触面に摩擦熱を発生さ
せ、この接触面を溶着して溶着部１２に成形する。
【００３１】なお、この超音波溶着動作時において、ホ
ーン１の溶着作用部４の表面が硬質クロムメッキ処理さ
れているので、溶着作用部４と被溶着体１０との間に超
音波振動に伴った摩擦熱によるホーン１の磨滅、および
被溶着体１０のホーン１との接触面部分の溶融による汚
れ発生を防止する。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、上記した構成となっているの
で、以下に示す効果を奏する。超音波振動源であるホー
ンの溶着作用部をチューブ体に嵌入させ、チューブ体の
周壁に対して、チューブ体の軸方向に沿った超音波横振
動を伝達するので、チューブ体と被溶着体との湾曲した
（立体的な）挟圧接触面全域に超音波エネルギーを均等
に印加することができ、これにより接触面全域を均等に
溶着して確実に溶着部に成形することができ、もってチ
ューブ体に対する被溶着体の立体的な溶着を強固にかつ
確実にそして簡単に達成することができる。
【００３３】チューブ体にホーンの溶着作用部を嵌入さ
せ、アンビルをチューブ体の外側に配置する構成である
ので、一つのホーンによりチューブ体に対する被溶着体
の立体的な溶着を達成することができ、これにより超音
波発生源側の構造の複雑化を防止すると共に、超音波振
動の干渉とか超音波振動エネルギーの不均一等による溶
着作用の不良および不均一の発生を未然にかつ確実に防
止することができ、もって強固で均一な溶着を確実にか
つ安定して達成することができる。
【００３４】チューブ体と被溶着体との組合せ物に作用
する、溶着を達成するのに必要な押圧力は、チューブ体
の径方向に作用するだけで、チューブ体の軸方向に作用
することがないので、溶着処理されるチューブ体に軸方
向に沿った大きな自己形状保持能力が要求されることが
なく、もって適用可能なチューブ体の範囲を広いものと
することができる。
【００３５】請求項２記載の発明にあっては、一つのホ
ーンに対して複数に分割したアンビルにより、チューブ
体の周壁の全周にわたって被溶着体を均等に挟圧するの
で、チューブ体と被溶着体とを周方向に沿ってその全周
にわたって溶着することができ、もってチューブ体に対
する被溶着体の嵌装状態の溶着組付けを強固にかつ確実
に達成することができる。
【００３６】請求項３記載の発明にあっては、チューブ
体または被溶着体に押圧されるホーンの溶着作用部の表
面にナールを設けたので、ホーンからチューブ体または
被溶着体への超音波エネルギーの伝達が効率良く達成で
き、もって無駄に超音波エネルギーを消費することな
く、強力にかつ安定してそして短時間で溶着を達成する
ことができる。
【００３７】請求項４記載の発明にあっては、チューブ
体の開口端部を偏平に押し潰すことなく、専用の機械的
に安定した被溶着体で密閉することができるので、チュ
ーブ体を自立容器として使用する等の新たな使用形態を
得ることができ、チューブ体の利用分野を広げることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す、稼動状態での簡略正
面図。
【図２】図１に示す実施例の要部を拡大した、部分拡大
説明図。
【図３】図１に示す実施例の内、アンビルを三分割した
場合の平面配置図。
【図４】従来技術の一つの例を示す、部分拡大正面図。
【図５】図４に示した従来技術の簡略構成を示す、要部
平面図。
【図６】従来技術の他の例を示す、部分断面正面図。
【符号の説明】
１ ； ホーン ２ ； 本体部 ３ ； 先端部 ４ ； 溶着作用部 ５ ； ナール ６ ； アンビル ７ ； アンビル片 ８ ； 先端作用部 ９ ； チューブ体 １０； 被溶着体 １１； 筒壁 １２； 溶着部 １３； 押圧治具

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 先端部外周面である溶着作用部(4) を、
    熱可塑性合成樹脂製のチューブ体(9) に嵌入させ、前記
    溶着作用部(4) を超音波横振動させるホーン(1) と、前
    記チューブ体(9) の外側に配置され、先端面である先端
    作用部(8) と前記溶着作用部(4) との間で、前記チュー
    ブ体(9) の周壁と熱可塑性合成樹脂製の被溶着体(10)と
    の重合物を、面接触状態にして一定圧力で均等に挟圧す
    るアンビル(6) と、から成るチューブ体用溶着装置。
  2. 【請求項２】 先端部外周面である溶着作用部(4) を、
    熱可塑性合成樹脂製のチューブ体(9) と筒状の被溶着体
    (10)との嵌装組合せ物に嵌入させ、前記溶着作用部(4)
    を超音波横振動させるホーン(1) と、前記チューブ体
    (9) と被溶着体(10)との嵌装組合せ物の外側に配置さ
    れ、先端面である先端作用部(8) と前記溶着作用部(4)
    との間で、前記チューブ体(9) の周壁と被溶着体(10)の
    筒壁(11)との重合物を、面接触状態にして一定圧力で均
    等に挟圧する複数のアンビル片(7)で構成され、該複数
    のアンビル片(7) で前記溶着作用部(4) との間で前記嵌
    装組合せ物を全周にわたって均等に挟圧するアンビル
    (6) と、から成るチューブ体用溶着装置。
  3. 【請求項３】 ホーン(1) の溶着作用部(4) の表面に、
    多数の細かい角形突起部であるナール(5) を設けた請求
    項１または２記載のチューブ体用溶着装置。
  4. 【請求項４】 被溶着体(10)を、チューブ体(9) の開口
    端部に略密に嵌入する有底短筒形状とした請求項２また
    は３記載のチューブ体用溶着装置。
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