JPH11198233A - プラスチックフィルムの超音波接合方法 - Google Patents

プラスチックフィルムの超音波接合方法

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JPH11198233A
JPH11198233A JP10003642A JP364298A JPH11198233A JP H11198233 A JPH11198233 A JP H11198233A JP 10003642 A JP10003642 A JP 10003642A JP 364298 A JP364298 A JP 364298A JP H11198233 A JPH11198233 A JP H11198233A
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JP
Japan
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film
horn
speed
plastic film
bonding
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Hiromichi Hiramatsu
広道 平松
Hiroshi Tsutsui
宏 筒井
Tomohiro Kaizu
朋宏 海津
Tomoki Izuna
具己 伊豆名
Koki Taneda
幸記 種田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】フィルム移動方式の場合、被接合物であるフィ
ルムが、ホーン振幅と直行する方向に時々刻々と移動す
るために、単位面積当たりでの印加エネルギーが減少
し、接合条件が変わり、接合結果（板厚、接合強度等）
が安定しない問題が発生する。 【解決手段】本発明は上記課題を解決するため、フィル
ム移動速度に対応して、接合開始時の低速時には印加エ
ネルギーを絞り、所定時間経過後の中間時には所定印加
エネルギーに戻すことにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチックフィ
ルムの超音波接合に用いられ、特にフィルムを移動させ
ながら連続接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３に超音波接合での全体構成を示す。
図３において、接合対象であるフィルム１１と、フィル
ム１１に当接し超音波振動を伝達するホーン１と、超音
波発振器からの電気的振動を機械的振動に変換し、その
振幅を拡大する発振部２と、ホーン１と発振部２を保持
するホーン保持部５と、フィルム１１に対して加圧力を
発生する加圧部本体３と、加圧部本体３からの加圧力を
ホーン保持部５を経由してフィルム１１に伝達させる加
圧ロッド４と、フィルム１１を介してホーン１と対向す
る位置でフィルム１１とホーン１の振動を受ける受け治
具６から成っている。
【０００３】このような超音波接合では、加圧による荷
重と超音波振動により、フィルムに超音波エネルギーが
伝わり、これで発熱溶融しフィルム同士が溶着される。
この時の超音波エネルギーは、フィルムに与える超音波
振動の大きさ（振幅）、フィルムにホーンを押し当てる
力（加圧力）、フィルムに与える超音波振動の発振時間
（時間）の積に概ね比例することが知られている。
【０００４】従来からのプラスチックフィルムの超音波
接合では、設定条件を一定としていたが、実際のフィル
ムでは、接合が進行するにつれて条件が変化し、フィル
ム同士の接合結果（板厚、接合強度等）が不定となって
いた。例えば、溶着の時間経過に関わらず加圧力一定の
設定とした場合、時間経過後に溶融範囲が拡大、必要以
上に溶融することで、接合部において接合強度低下等の
不良が発生していた。また、これを防止する為に加圧力
を低い値に設定すると接合時間が長くなるという問題が
生じた。
【０００５】これに対して、特開平1−196329号公報に
記載のように、ワーク変形量検出センサを設置し、ワー
ク変形量検出センサの出力に応じて、ワークを加圧する
エアシリンダへの圧力調整弁の弁開度を調整するもの
や、特開平3−183527号公報に記載のように、フィルム
への印加エネルギを接合開始時は高く、所定時間経過後
は低くなるように、設定条件（振幅、変位、荷重）を調
整するものが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、ワーク
固定（ワークが移動しない）方式を対象に、その時に発
生する課題について解決する技術として、提案されてい
る。ワーク移動（ワークが移動する）方式の場合、被接
合物であるワークが、ホーン振幅と直行する方向に時々
刻々と移動するために、ワーク固定方式のように印加さ
れたエネルギーが被接合物であるワークとホーンの接触
範囲に集中せず、接合部を連続線とみなし、その開始時
（加速）から中間時（速度安定）へと移動速度増加に比
例して、エネルギーを受け取る面積が拡大される。その
結果単位面積当たりでの印加エネルギーが減少すること
で、接合条件が変わり、接合結果（板厚、接合強度等）
が安定しない問題が発生する。
【０００７】上記従来技術では、ワーク変形量検出セン
サを設置し、ワーク変形量検出センサの出力に応じて、
ワークを加圧するエアシリンダへの圧力調整弁の弁開度
を調整する方法や、フィルムへの印加エネルギを接合開
始時は高く、所定時間経過後は低くなるように、設定条
件（振幅、変位、荷重）を調整する方法のために、ワー
ク移動方式に適用した場合、接合開始時には過溶着、所
定時間経過後は溶着不足となりやすい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、フィルム移動速度に対応して、接合開始時の
低速時には印加エネルギーを絞り、所定時間経過後の中
間時には所定印加エネルギーに戻すことにより達成され
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、請求項１、２に記載の発明
の実施例を、図１から図４及び図６を用いて説明する。
【００１０】図１及び図２は本発明の側面図、正面図で
ある。図１及び図２において、接合対象であるフィルム
１１と、フィルム１１に当接し超音波振動を伝達するホ
ーン１と、フィルム１１を介してホーン１と対向する位
置でフィルム１１とホーン１の振動を受ける受け治具
６、図示しないフィルム１１の移動手段によって、発生
するフィルム１１の移動速度を検出するフィルム速度検
出センサ７から成っている。この時ホーン１の先端部は
印加エネルギーを集中させる為、ホーン１根元（上部）
寸法より狭くなっているが、ホーン設計により根元と同
等寸法もしくは大きくなっても構わない。
【００１１】図３に超音波接合での全体構成を示す。図
３において、接合対象であるフィルム１１と、フィルム
１１に当接し超音波振動を伝達するホーン１と、超音波
発振器からの電気的振動を機械的振動に変換し、その振
幅を拡大する発振部２を保持するホーン保持部５と、フ
ィルム１１に対して加圧力を発生する加圧部本体３と、
加圧部本体３からの加圧力をホーン保持部５を経由して
フィルム１１に伝達させる加圧ロッド４と、フィルム１
１を介してホーン１と対向する位置でフィルム１１とホ
ーン１の振動を受ける受け治具６から成っている。
【００１２】図４に本発明の条件と時間の推移を示す。
超音波エネルギーは、フィルムに与える超音波振動の大
きさ（振幅）、フィルムにホーンを押し当てる力（加圧
力）、フィルムに与える超音波振動の発振時間（時間）
の積であるために、それらの各条件とワーク移動方式の
特徴である単位面積当たりでの印加エネルギーをＹ軸、
Ｘ軸に時間を同一スケールとして示したものである。フ
ィルム搬送系の到達速度を０．５ｍ／ｓとした時の立上
がり時間を考えた場合に、加速度は可動物が軽量な場合
には重力加速度と同等である９．８ｍ／ｓ2であっても
５０ｍｓ必要である。重量物の場合には、重力加速度の
１／３である３．３ｍ／ｓ2であっても１７０ｍｓ必要
となる。超音波ホーン発振の立上がり時間１０〜２０ｍ
ｓに比較し、５〜１０倍の時間を要している。
【００１３】この場合発生する現象として、接合開始時
には開始位置近傍にエネルギーが集中し、フィルム移動
速度が所定速度に達し一定となった時に全体の条件が安
定する。つまり単位面積エネルギーでは、接合開始から
所定速度までの間にピークが発生し、これにより過溶着
の原因となる。これを防止する方法として、ホーン振幅
の立上がりを緩やかにすることでピーク発生を抑えるこ
とが可能となる。
【００１４】図６に超音波ホーンでの印加電圧とホーン
先端での振幅を測定した図を示す。規定電圧の１００Ｖ
の振幅３０μｍに対し、電圧を２０％低下させた時に、
対応する振幅は２２μｍと約３０％の低減が可能であ
る。フィルム１１の移動速度を検出するフィルム速度検
出センサ７からの信号に対応して、超音波ホーンへの印
加電圧を制御しホーン振幅を調整することで、接合対象
であるフィルム１１に印加するエネルギーを調整し、接
合開始時から接合終了時まで安定した接合状態を可能に
する。
【００１５】次に、請求項３に記載の発明の実施例を、
図５を用いて説明する。
【００１６】図５に本発明の条件と時間の推移を示す。
図４と同様に、振幅、加圧力、時間の各条件とワーク移
動方式の特徴である単位面積当たりでの印加エネルギー
をＹ軸、Ｘ軸に時間を同一スケールとして示したもので
ある。この時も、接合開始時には開始位置近傍にエネル
ギーが集中し、フィルム移動速度が所定速度に達し一定
となった時に全体の条件が安定する。つまり単位面積エ
ネルギーでは、接合開始から所定速度までの間にピーク
が発生し、これにより過溶着の原因となる。
【００１７】これを防止する方法として、加圧力の立上
がりを緩やかにすることでピーク発生を抑えることが可
能となる。加圧力を制御する方法として、ホーン保持部
５を移動させる手段が考えられる。モータ駆動の場合に
は、モータ起動に２０ｍｓ、メカ系の立上がりにも同程
度の時間を要する。フィルム移動速度が高速化する場合
には、応答周波数の高い圧電素子等で機構形成する必要
がある。フィルム１１の移動速度を検出するフィルム速
度検出センサ７からの信号に対応して、加圧力を制御す
ることで、接合対象であるフィルム１１に印加するエネ
ルギーを調整し、接合開始時から接合終了時まで安定し
た接合状態を可能にする。
【００１８】その他の実施例を、図７及び図８を用いて
説明する。
【００１９】図７及び図８は本発明のその他の実施例の
側面図、正面図である。図７及び図８において、接合対
象であるフィルム１１と、フィルム１１に当接し超音波
振動を伝達するホーン１と、フィルム１１を介してホー
ン１と対向する位置でフィルム１１とホーン１の振動を
受ける受け治具Ｂ６２、図示しないフィルム１１の移動
手段によって、発生するフィルム１１の移動速度を検出
するフィルム速度検出センサ７から成っている。この
時、受け治具Ｂ６２は円板形状を有し、回転軸Ｂ６２１
に対し回転可能な状態で取り付けられており、フィルム
１１の移動を妨げない。
【００２０】その他の実施例を、図９及び図１０を用い
て説明する。
【００２１】図９及び図１０は本発明その他の実施例の
側面図、正面図である。図９及び図１０において、接合
対象であるフィルム１１と、フィルム１１に当接し超音
波振動を伝達するホーン１と、フィルム１１を介してホ
ーン１と対向する位置でフィルム１１とホーン１の振動
を受ける受け治具Ｃ６３、図示しないフィルム１１の移
動手段によって、発生するフィルム１１の移動速度を検
出するフィルム速度検出センサ７から成っている。この
時、受け治具Ｃ６３は円板形状を有し、回転軸Ｃ６３１
に対し回転可能な状態で取り付けられており、フィルム
１１の移動を妨げない。また、受け治具Ｃ６３の外周面
上には、ローレットと呼ばれる微少な角山を形成するこ
とでエネルギーの集中を促し、外周面が平面形状の物に
比べ、フィルム１１の移動速度を高速化することが可能
である。
【００２２】
【発明の効果】本発明は上記説明したように、フィルム
移動速度に対応して、印加するエネルギーを調整するこ
とで、フィルムを移動させながら連続接合する方法にお
いて、接合開始時から接合終了時まで安定した接合状態
を提供することを可能にするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例であるフイルムの超音波接合する
場合の側面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】超音波接合での全体構成図である。
【図４】本発明の条件と時間の推移を示す特性図であ
る。
【図５】本発明のその他の実施例の条件と時間の推移を
示す特性図である。
【図６】超音波ホーンでの印加電圧と振幅の関係を示す
特性図。
【図７】本発明の他の実施例である超音波接合の側面図
である。
【図８】図７の正面図である。
【図９】本発明の他の実施例である超音波接合の側面図
である。
【図１０】図９の正面図である。
【符号の説明】
１…ホーン、 ２…発振部、 ３…加圧部本体、
４…加圧ロッド、５…ホーン保持部、６…受け治具、
７…フィルム速度検出センサ、１１…フィルム、６２
…受け治具Ｂ、６３…受け治具Ｃ、６２１…回転軸Ｂ、
６３１…回転軸Ｃ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊豆名 具己 新潟県北蒲原群中条町大字富岡46番地１株 式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 種田 幸記 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プラスチックフィルムに対して加圧力を発
    生する加圧部と、超音波発振器からの電気的振動を機械
    的振動に変換し、その振幅を拡大する発振部と、対象と
    なるフィルムに接触し振動を伝達するホーンから、構成
    されたプラスチックフィルムの超音波接合装置におい
    て、フィルム移動速度に対応して、印加するエネルギー
    を調整することを特徴とするプラスチックフィルムの超
    音波接合方法。
  2. 【請求項２】プラスチックフィルムに対して加圧力を発
    生する加圧部と、超音波発振器からの電気的振動を機械
    的振動に変換し、その振幅を拡大する発振部と、対象と
    なるフィルムに接触し振動を伝達するホーンから、構成
    されたプラスチックフィルムの超音波接合装置におい
    て、フィルム移動速度の低速時に、発振器の振幅を小さ
    く、フィルム移動速度の高速時に、発振器の振幅を大き
    くすることを特徴とするプラスチックフィルムの超音波
    接合方法。
  3. 【請求項３】プラスチックフィルムに対して加圧力を発
    生する加圧部と、超音波発振器からの電気的振動を機械
    的振動に変換し、その振幅を拡大する発振部と、対象と
    なるフィルムに接触し振動を伝達するホーンから、構成
    されたプラスチックフィルムの超音波接合装置におい
    て、フィルム移動速度の低速時に、加圧力を小さく、フ
    ィルム移動速度の高速時に、加圧力を大きくすることを
    特徴とするプラスチックフイルムの超音波接合方法。
JP10003642A 1998-01-12 1998-01-12 プラスチックフィルムの超音波接合方法 Pending JPH11198233A (ja)

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