JPS6094329A - ウエブの溶接方法および溶接されたウエブ - Google Patents

ウエブの溶接方法および溶接されたウエブ

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JPS6094329A
JPS6094329A JP59200732A JP20073284A JPS6094329A JP S6094329 A JPS6094329 A JP S6094329A JP 59200732 A JP59200732 A JP 59200732A JP 20073284 A JP20073284 A JP 20073284A JP S6094329 A JPS6094329 A JP S6094329A
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thermoplastic
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Xerox Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１匹１Ｌ１」 本発明は全般的に溶接されたウェブを製造する方法およ
び溶接されたウェブに関する。
従来技術 熱可塑性のウェアは一方のウェブの縁部を他方のウェブ
の縁部上に重ね合せて、これらのウェアの重ね合された
接合部分をｉ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って溶接されることができる。こ
のような振動溶接索子は超音波周波数にて振動するボー
ンとなすことができ、振動溶接素子は、重ね合されたウ
ェブの伯方の側がアンヒル面上に支持されている間に重
ね合されたウェアの一方の側に強制的に押圧されるよう
になっている。ホーンからウェブへの振動エネルギーの
伝達は、ウェ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って行われる。振動エネ
ルギーは、ウェブの間の連続的な接触面積に沿う重ね合
されたウェアの間に表面熱を発生させるのである。ホー
ンは通常的１６ｋＨ２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ボツ１〜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
であって、例えば米国特許第３，８７９．２５６号、米
国特許 第３．１３９．０３３号、米国特許 第３，９４７．３０７号および米国特許第３．４５９．
６１０号に開示されていて、これらの特許は参考のため
に木切ｍ＠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ェ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ェア
の中で最も弱い部分であって、例えば溶接されたウェブ
の他の部分の僅か約１／３の強度しか有しない。さらに
、超音波溶接によって形成された接合部は溶接されたウ
ェ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、コーティングされたウェブ、特に約１５マイク
ロメーターよりも大なる厚みのコーディングを右するウ
ェブは、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。したがって溶
接された熱可塑性ウェブおよび溶接されたウェアを製造
する技術は、溶接されたウェアの溶接部の強度が小さく
、脆さが人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ェブの溶接方法およ
び溶接されたウェブの右する欠点を排除したウェブの溶
接方法および溶接されたウェブを提供することを目的と
する。
ｌ吐気」」 本発明によって、熱可塑性材料を含むウェブの第二の縁
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
む溶接されたウェアおよびこのような溶接されたウェブ
を製造する方法が提供されるのである。溶接されるウェ
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って与えられ、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′にうになし、少なくともこの開
口の近辺の範囲の温度を上昇させ、これによって第二の
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
たウェブが提供されるのである。
発明の実施例 本発明によって提案される溶接方法およびこの方法によ
って製造される溶接されたウェブが添（４図面を参照し
て以下に説明される。
大で、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（５
ｏｎｏｔｒｏｄｃ　）として示され、垂直軸線１４に沿
って振動づる超音波ボーン１２が部分的に示される部分
が第１図に示されている。
熱可塑性ウェブ１８の縁部１６はアンビル１０の上面に
よって支持されていて、ウェブ２２の縁部２０は、この
ウェブ２２の縁部２０がウェブ１８の縁部１６上に重ね
合されるように配置されている。ウェブ２２の縁部２０
は第１図の側面図アＪ：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
どル１０によって支持されるウェブ２２および熱可塑性
ウェブ１８に押圧係合状態になされる。ホーン１２の溶
接面およびアンビル１０によっ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３，４５９，６１０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ェブ１８およびウェブ２
２の連続的な重ね合される面の温度を、ウェア１８の熱
可塑性材料が少なくとも流動状態になり、間口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。熱可塑性ウェブ１８およびウェブ２２の連
続的な車ね合される面の溶接はまた、ウェブ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、熱可塑性ウェブ１８は熱可塑性コーティン
グ２６および２８を被覆されたものとして示され、ウェ
ブ２２は熱可塑性コーティング３０および３２を被覆さ
れたものとして示されている。熱可塑性ウェブ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ェ
ブ１８および熱可塑性コーティング２６を充分に軟化さ
せて流動させ、開口２４を完全に充填するにうになされ
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図に示されでいる。
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間口３３が
使用できる。これと異なり、′：Ａ５図に示されるよう
に一方のウェブ３４が一組の間口３６を含み、他方のウ
ェア３８が第二の紺の間口４０を含むようになすことが
できる。一方のウェアの間口は他方のウェアの間口と整
合ゼず、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、両方のウェブがともに溶解されて
他方のウェアの開口内に流入して充填覆るようになす熱
可塑性材料を含まな【プればならない。
第６図に示されるにうに、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にような成る形状
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。
一般的に行って、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σ■口４６によって示され
るようにウェブの一方の側面から他方の側面に向って変
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
によって多数のウェアを溶接できる。第８図において、
熱可塑性のウェブ４８が熱可塑性のウェア５０に溶接さ
れ、このウェブ５０がまた熱可塑性のウェブ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ェブ５
０は開口５４を含み、熱可塑性ウェブ５２は開口５６を
含み、ウェブ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、熱可塑性ウェア５８は熱可塑性
ウェブ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ェブ６２が開口６４および６６を
含み、このウェブ６２がつニブ５８および６０＠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
一方のウェブの縁部からの熱可塑性材料が溶解してウェ
ブの別の縁部にある少なくとも７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
間口とはこの明細吉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って開口
の少なくとも半分まで充填されているような間口として
定へされるのである。間口が完全に充填された時に最良
の結果が得られる。
開口を含むウェブは、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わ１または同じ材
料を溶接するのに利用できる。Ｉ゛ウエブｊる用語はこ
こでウェブ、シー１−１帯ｕ　ａ５よび同様のものを包
含することが企図されている。
ウェブは何れかの適当な形状となすことができ、別個の
ウェブまたは同一のウェブでもよい。１つのウェブの反
対両縁が溶接されて、例えば連続的なループ、ベル１へ
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ェアの面に発生される
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、デレフタール酸樹脂、ポリビニルクロライド、ス
タレン・ブタジェ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ェブ上のコーティングの
みにより、またはコーティングおよびウェブの基体の両
者により、またはウェブ自体のみによって与えられるこ
とができる。
したがって、例えば非熱可塑性のウェブの基体に熱可塑
性材料のコーティングが施されて、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
、例えばウェブはコーティ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。
ウェブは、ウェ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
ェブの厚みは約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。さらに厚いウェアも十分な熱が
ウェ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ェブが本発明
の方法によって溶接できるのである。
ウェブの縁部は、重ね合されるウェアの縁部が少なくと
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ミリメーターがら約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こともできる
。鋭い角のない開口はウェア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
ライストドリルまたはレーザー、パンチング、モールデ
ィング、加熱針および同様のものによる穿孔作業のよう
な通常の技術によって形成できる。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って形成され
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って卓越せる結果が
得られた。開口の間の間隔または開口とウェブの縁部と
の間の間隔の選択には著しい許容度がある。ウェブの縁
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
比してウェブ材料によっ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つの開口が完全に債の縁部によって覆われるよう
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ェブの連続的な重
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Ｊ５よび／または超音波溶接ボーン
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、重ね合されるウェブの間の界面
において高い温度を確保し、熱可塑性ウェアの露出面の
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ェアの面における一方のウェアと
他方のウェ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１６，９９９　ｋＨｚ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、
間口内に流入させるのに利用できる。薄い熱可塑性のウ
ェ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マイクロメーターである。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、ばねによる抑圧作用
、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ェブの界面に発生されるから、
ホーンが溶接部に沿っ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、ポリエステルフィルム（マイラー（Ｍｙｌａ
ｒ）　、イー・アイ・デュポン・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７
６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ィングを有し
、約２５マイクロメーターの厚みを有するポリカーボネ
ート樹脂コーティングとともに約３マイクロメーターの
厚みのポリビニル・カルバゾール・コーティングを両面
に被覆されていた。このように被覆されたウェアが他の
同様のウェアに対して２０ｋｆ−ｌｚの周波数にて作動
する超音波溶接装置によって溶接された。重ね合された
ウェブの縁部の一方は１５ワツトのパルス状のレーザー
によっ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、孔の中心どウェブの縁
部との距離が約３８０マイクロメーターになされていた
。他方のウェアの縁部は孔が無く、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ってアン
ビル上に支持された。溶接部の長さは約４１４ミリメー
ターであった。ウェアは、孔の無い方のウェブの縁部が
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って支持された接
合部に当接するボーン支持装置の約２．５キログラムの
制御された重量によって溶接部に対して押圧された。ホ
ーンは毎秒的５ｃｍの速度で溶接部に沿って案内された
。このような方法で、開口の無いウェブの熱可塑性材料
が溶解されて他方のウェブの開口内に流入して完全に充
＆］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
ェアの破壊強度の約７５％であることを示した。
間口の無い同様のウェアによって形成された溶接部と溶
接部の無い同様のウェブとの比較テストの結果は開口の
無いウェブの溶接部の破壊強度が溶接部の無い同様のウ
ェブの破壊強度の約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ェアにより形
成された溶接部よりもざらに可撓性が大であった。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）木のように開口の無い縁部に
よっ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
、開口を有するウェブによって形成された溶接部は超音
波ホーンによって処理される前の元の２倍の厚みの約７
５％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木切細害の説明に基
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。
及貝Ａｌｕ先 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、確実なウェブの縁部の溶
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
って得られる優れた性能を有する溶接されたウェブを得
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って溶接されるウェブ部材の
図解的な断面側面図。 第２図は本発明の方法によって溶接されるウェア部材の
図解的な断面立面図。 第３図は本発明の主な特徴で必る溶接部の配置状態の図
解的な断面側面図。 第４図は本発明の仙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、１６゜
２０・・・縁部、１８，２２，３４．３８．４８゜５０
．５２，５８，６０．６２・・・ウェブ、２４゜３３．
３６，４０．４２．４４，４６．５４゜５６．６４．６
６・・・開口、２６．２８，３０゜３２・・・熱可塑性
コーティング。 代理人　浅　村　皓 ＦＩＧ、　６

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　ウェブの第一の縁部を、露出面上に熱可塑性材
    料を含むウェア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ェブを用意し、第二
    の縁部を有するウェアを用意し、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
    材料上に重ね合わせて、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って、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、これによっ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. （２）　ウェアの第二の縁部上に重ね合された、少なく
    とも１つの開口な有するウェブの第一の縁部を含む溶接
    されたウェブにおいて、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、これによっ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
    る溶接されたウェブ。
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