JPH0572857B2 - - Google Patents

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JPH0572857B2
JPH0572857B2 JP8951586A JP8951586A JPH0572857B2 JP H0572857 B2 JPH0572857 B2 JP H0572857B2 JP 8951586 A JP8951586 A JP 8951586A JP 8951586 A JP8951586 A JP 8951586A JP H0572857 B2 JPH0572857 B2 JP H0572857B2
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JP
Japan
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horn
anvil
sheet
sealing device
welding
Prior art date
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Application number
JP8951586A
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English (en)
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JPS62246716A (ja
Inventor
Shoji Fukushima
Genzaburo Kato
Takashi Mochizuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pola Orbis Holdings Inc
Original Assignee
Pola Chemical Industries Inc
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Publication date
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Priority to US06/933,882 priority patent/US4767492A/en
Priority to EP19860309380 priority patent/EP0242480B1/en
Priority to DE8686309380T priority patent/DE3688074T2/de
Publication of JPS62246716A publication Critical patent/JPS62246716A/ja
Publication of JPH0572857B2 publication Critical patent/JPH0572857B2/ja
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    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波シール装置に係り、特に被シ
ール物であるシート状物を挾持するホーン及びア
ンビルの前記シート状物との接触面に刻設すべき
凹凸模様に関する。 〔従来の技術及びその問題点〕 超音波振動により一対のシート状物同士を溶着
する超音波シール装置としては、溶着面に対し
て直交方向に超音波振動を加えるいわゆる縦振動
型のもの、溶着面に対して平行方向に超音波振
動を加えるいわゆる横振動型、それに本願出願
人が先に特願昭56−123692号（特開昭58−33424
号）及び特願昭57−87765号（特願昭58−205723
号）で提案した、溶着面に対して斜め方向に超音
波振動を加える斜め振動型の３種類のタイプがあ
る。 これら３種類のタイプそれぞれの特徴をみる
と、縦振動型のものは溶着面に対して直交方向
に振動を加えるため、ホーン及びアンビルと溶着
すべきシート状物との間でいわゆる横すべり現象
が生ずることがなく、従つて、シート状物に当接
するホーンやアンビルの接触面に凹凸模様を刻設
する必要は本来的に無い。但し、溶着面に対して
直交方向に振動の加えるため、溶着面に異物が付
着していてもそれを振動で横方向に飛ばすことが
できず、よつて、化粧料等を収容したチユーブ容
器の底部を溶着する場合等には不向きとされてい
る。次に、横振動型のものは、溶着面に付着し
ている異物を振動で横方向に飛ばす能力を備えて
いるが、溶着面に対して平行方向に振動を加える
ため、ホーン及びアンビルとそれらによつて挾持
されているシート状物との間で横すべり現象が起
こり、振動が溶着面に効率良く伝達されずに、ホ
ーンが発熱してしまつたり、振動による摩擦熱が
十分に発生せず溶着不良が生じたり、また、横す
べりによる不快な高音が発生したり、さらに、ホ
ーンやアンビルと接触しているシート状物の表面
にささくれや削れが生じたりする問題がある。そ
こで、ホーン及びアンビルのシート状物との接触
面に第１２図に示すような凹凸模様を刻設してい
るが、第１２図に示す凹凸模様ではあまり良好な
結果が得られていない。最後に斜め振動型で
は、振動が縦方向と横方向に分散されるため、縦
振動型と横振動型の両方の長所を持ち、溶着面に
付着している異物を横方向に飛ばす能力を有する
とともに、横すべり現象をある程度抑える作用も
奏し、縦振動型や横振動型に比べて効率のよい溶
着をすることができる。従つて、横振動型ではあ
まり良好でない多層シート同士の溶着にも良好な
結果を示している。しかし、横すべり現象が生じ
ていることには変わりなく、この横すべり現象は
前記第１２図のような凹凸模様を接触面に刻設し
ても解消されず、超音波振動の効率的な伝達によ
るさらに効率の良い溶着が望まれている。 このように、横振動型や斜め振動型の超音波シ
ール装置にあつて、超音波振動の効率的な伝達が
できるかどうかは、シート状物を挾持するホーン
及びアンビルの接触面に刻設すべき凹凸模様をど
のようなものとするかによるが、その際の注意点
は、溶着面での摩擦熱を効率良く発生させるため
に溶着面と平行な接着面をホーンもしくはアンビ
ルにできるだけ広く残しておくことと、ホーン及
びアンビルに形成した凹凸模様の食い込みが確実
になされて横すべりを無くすことである。溶着面
と平行な接触面が最大の場合は凹凸模様を設けな
い場合であるが、この場合では先に述べたように
横すべりの度合も最大となる。一方、凹凸模様の
食い込みを最大にした場合とは凸部の先端を尖ら
せた場合であるが、この場合では溶着面と平行な
接触面が皆無であるため、溶着面に超音波振動が
伝わりにくく、摩擦熱が発生しにくい。 このような観点から前記第１２図に示した凹凸
模様について考察すると、これは傾斜状の交叉す
る溝４により、平面形状が四角形をなす凸部５を
形成し、この凸部５の側面を垂直面２１としたも
のであるため、シート状物にこの凸部５が食い込
みにくく、横すべりを確実に押さえることができ
ない。 また、他の従来例として特開昭60−201928号公
報
【第１３図ａ，ｂ，ｃ】に、接触面の長手方向
に沿つて、一定深さ、及び突出高さで角取りした
複数本の凹凸スジ２２を刻設して成る超音波シー
ル用ホーン１が記憶されており、具体的にはこの
凹凸スジ２２は接触面３の短手方向の断面が正弦
波状に角のない連続した凹凸面である旨の記載が
なされている。しかし、この公報に記載されてい
る超音波シール装置は縦振動型のものであること
が第１３図ａから明らかで（超音波の振動方向は
ホーンの軸方向であり、その軸方向の先端に接触
面が設けてあることから、シートの溶着面に対し
て直交方向に振動が加わるものであることが理解
される）、従つて、横すべり防止のための凹凸模
様は本来的に不要であり、それにもかかわらず凹
凸スジ２２を設けた理由は超音波振動により溶融
した樹脂をシール部分でこの凹凸スジ２２により
流動位置せしめて保持し、溶着能力を高めんとす
るものでその目的が異なる。そして、たとえこの
構造のものを横振動型や斜め振動型の装置に使用
したとしても、凹凸スジ２２の断面が正弦波状で
あるため、溶着面に平行な接触面３が無く、摩擦
熱が十分に生じないとともに、食い込んだ凹凸ス
ジ２２も横すべりを押さえる効果は少ない。 このような背景の下に、本願発明者等が種々の
凹凸模様をホーンやアンビルの接触面に刻設して
実験を繰り返したところ、シート状物の溶着面と
平行な接触面を残しつつ、凸部のシート状物への
食い込みを確実にせしめるには、溶着面と平行な
接触面が最大の場合すなわち凸部を設けない状態
【第１１図ａ】と、凸部の食い込みを最大にした
場合すなわち凸部の先端を尖らせた状態
【第１１
図ｂ】との中間状態
【第１１図ｃ】とするのが最
も効果的であることを突き止めた。 本発明は、このような背景の下になされたもの
で、超音波シール装置において、シート状物を挾
持するホーン及びアンビルの前記シート状物への
接触面に刻設すべき凹凸模様の改良によつて、超
音波振動がシート状物へ効率良く伝達されて、溶
着が確実、かつ、強固に行なわれるようにするこ
とを技術的課題とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、前記技術課題を解決するため、ホー
ン１とアンビル２とで一対のシート状物を挾持
し、超音波振動により発生する摩擦熱で前記一対
のシート状物同士を溶着する超音波シール装置に
おいて、次のような技術的手段をとつた。なお、
この場合の超音波シール装置は、本発明の目的の
論理的前提として、横振動型、斜め振動型に限ら
れる。 本発明の要旨は前記ホーン１とアンビル２の前
記一対のシート状物に当接する各接触面３に溝４
を形成することによつて上面が平面である凸部５
を複数形成し、この凸部５の断面が台形となるよ
う凸部５の側面を傾斜面６としたことにある。 ここで、傾斜面６の傾斜角度θは溶着すべきシ
ート材質により多少変化させる必要があるが、一
般的には５〜45度で、好ましくは10〜30度が良
い。 また、前記複数の凸部５を形成するための溝４
はストレートのものを交叉するように刻設する場
合と、ストレートでない屈曲したパターンを形成
するよう刻設する場合とが考えられる。 前者の場合は、第７図や第８図に示すように、
四角形や三角形の凸部５や連続パターンで形成す
ることとなり、後者の場合は平面から見てジグザ
ク模様や波模様を形成したり、あるいは第９図の
ように、八角形の凸部５を交互に繰り返し、ま
た、六角形（ハニカム）の凸部５を連続して繰り
返すパターン（第１図）、さらには円形の凸部５
を繰り返すパターン（第１０図）を形成する場合
が例示できる。 これら溝４と凸部５によるパターンの大きさ
は、摩擦熱をより多く発生させ、かつ、シール時
間の短縮を図ることとホーン１及びアンビル２に
よる最小加圧力の要素とを考慮に入れると、１つ
の凸部５の一端からそれに隣接する他の凸部５の
一端までの距離ｌ（パターンピツチ）が0.5〜2.0
mm、好ましくは0.8〜1.6mmとなる大きさが良い。
なお、ホーン１側の凸部５の形状及び大きさと、
アンビル２側の凸部５の形状及び大きさとを異な
らしめても良い。 さらに、摩擦熱を十分に得るためには溶着面と
平行な平面をある程度残しておく必要があるが、
例えばハニカム凸部５の場合は、溝４の占める割
合とハニカム凸部５上面の平面の占める割合との
比率が30：70〜64：36で、好ましくは40：60前後
である。 また、凸部５を形成するための溝４が深すぎる
と、熱可塑性樹脂製シート同士を溶着する場合
等、凸部５がシートに深く食い込みすぎ、溶着部
分の厚さが薄くなつて食いちぎられてしまうおそ
れがあり、また、溝４の容積が大きくなりすぎて
この中に溶融樹脂が多量に入り込み、それらが固
化した場合にシール部分の外観が悪くなる。一
方、溝４が浅すぎると凸部５の食い込み量が少な
くなつて横すべり現象を抑えることが不十分とな
り、溶着面での摩擦熱の発熱効率が悪くなる。よ
つて、溝４の深さは溶着すべき一対のシート状物
の一方のシート厚さの35〜65％、好ましくは40〜
６％が好ましい。ところで、ホーン１側の溝４と
アンビル２側の溝４とは、その深さが両者で一致
している必要はなく、一方を他方より深くしても
良い。 ところで、本発明の超音波シール装置で溶着さ
れるべき一対のシート状物は熱可塑性樹脂の単層
シート、熱可塑性樹脂の多層シート、熱可塑性樹
脂層と紙やアルミ等合成樹脂でない他の材質のシ
ート層とで形成された多層シートなどで、例えば
化粧料やねり歯磨等を収容したチユーブ容器の底
部の溶着に使用できる。 熱可塑性樹脂の多層シートとしては、チユーブ
容器に多層シートを使用した場合について述べる
と、内側層が高密度ポリエチレン（HDPE）で外
側層が低密度ポリエチレン（LDPE）の多層チユ
ーブ、または、高密度ポリエチレンと低密度ポリ
エチレンとの間にエバールやナイロン等のガスバ
リヤー性樹脂層を設けた多層チユーブで、異材質
のシート層を有する多層シートとは、中間層にア
ルミラミネート層を有する多層チユーブ等が揚げ
られる。 〔作用〕 本発明によれば、ホーン１とアンビル２の接触
面３に設けた凸部５の側面を傾斜面６としたの
で、シート状物に食い込みやすい。とりわけ、多
層シート同士を溶着する場合に、凸部５が食い込
みやすいことから、凸部５の高さすなわち溝４の
深さを適度に選定することによつて、第４図ｂに
示すよう、多層シートの各層の内、溶着面側とな
る内側層にまで凸部５を食い込ませることがで
き、超音波振動を溶着面に確実に伝達させること
ができて、摩擦熱を効率の良く発生させることが
できる。この点、外側層にのみにしか凸部５が食
い込まないと、超音波振動は内側層に直接伝わる
のではなく、外側層を介して伝わるので、外側層
から内側層へと伝導する際に減衰し、よつて、摩
擦熱も十分に発生しない。とりわけ、内外層をポ
リエチレン層とし中間層にエバールの層を有する
多層チユーブの底部溶着にあつては、ポリエチレ
ン層とエバール層とが樹脂の性質上接着していな
いため、内側のポリエチレン層まで凸部５が食い
込まない従来の手段では溶着が難しかつたが、本
発明によれば内側層にまで凸部５が食い込むの
で、良好に溶着できる。 また、傾斜面６としたことで溝４自体の断面も
台形となり、溝４内に食き込んだシート状物が溶
着後にパターン面より剥がれやすい。 この凸部５を形成するための溝４をストレート
でない屈曲したパターンとした場合は、超音波振
動により溶融した樹脂がこの溝４に沿つて、溶着
面に満遍無く分散する。従つて、一対のシート状
物の溶着にむらが生ずることがなく、確実かつ強
固に溶着できる。この効果は屈曲したパターンの
溝４で形成される凸部５の平面形状がハニカムで
あるとき最も顕著である。この点、溝４がストレ
ートであると溶融樹脂が一方向にのみ偏つて流
れ、溶着面において溶融樹脂の少ない部分と多す
ぎる部分とが生じ溶着むらが生じて最悪の場合は
溶着されない部分が生ずるおそれがある。 さらに、摩擦熱を十分に得るためには溶着面と
平行な平面をある程度残しておく必要があるが、
本発明の場合は凸部５の上面を平面として残して
いるので、この点の問題は無い。 また、斜め振動型超音波シール装置の場合、超
音波振動が斜め方向から加えられて、例えばチユ
ーブ容器の底部を溶着する際に、溶着面に充填物
が付着していても、溶着面外へ充填物を飛散させ
ることができることは先にも述べたが、本発明の
ようにホーン１やアンビル２の接触面３に側面が
傾斜面６となつている凸部５を設けると、横すべ
りが少ないため、充填物を溶着面外へ飛散させる
作用がより効果的に行なわれる。従つて、溶着面
に化粧料を付着させたままでも溶着ができ、さら
に、チユーブ容器内に化粧液を満杯に充填させ、
溶着面に化粧液が付着する状態のままシールして
溶着できる。 〔実施例・比較例〕 まず、実施例・比較例で使用した斜め振動型超
音波シール装置と横振動型超音波シール装置とに
ついて説明する。 斜め振動型超音波シール装置は、第３図に示す
ように、支持杆１１の先端に支持腕１２を回動自
在に連結し、この支持腕１２に超音波発振器１
３、増幅器１４、ホーン１を同一軸線上に配置し
て取り付けたもので、超音波振動はこの軸線方向
に向くように発振される。そして、前記ホーン１
は先端両側に一対の接触面３を有し、この各接触
面３はそれぞれホーン１の軸線に対する角度ψが
20度となるよう傾斜しているとともに、接触面３
に第１図に示したハニカム形の凸部５が繰り返し
パターンで形成されている。そして、この凸部５
の側面の角度θも20度の角度に設定されている。
また、パターンのピツチｌは1.1mm、溝４と凸部
上の平面との比率が41：51、溝４の深さが0.2mm
である。 そして、ホーン１先端の一方の接触面３を直立
させて固定すると、この直立した接触面３に対し
て超音波発振器１３、増幅器１４、ホーン１を結
ぶ軸線が20度の角度で傾斜するよう支持腕１２が
固定されたこととなり、これによりホーン１の位
置が固定される。 そして、直立したホーン１先端の接触面３に対
向して、アンビル１が設置され、このアンビル２
のホーン１側対向面に接触面３が形成され、この
接触面３にも第１図に示すハニカム形の凸部５が
形成されている。この凸部５の規格はホーン１側
の凸部５と同一である。そして、このアンビル２
は図示しない油圧シリンダによりホーン１側に向
かつて進退自在に設けられ、その進退位置におい
てホーン１先端の接触面３とアンビル１の接触面
３とが10mm離れているように設定されている。 そして、第４図ａに示すように、アンビル２が
退行している時、ベルトコンベヤ１５上のホルダ
１６に保持されて搬送されて来る断面円形のチユ
ーブ容器１７の底部をへ偏平にしてホーン１とア
ンビル２との間に案内するガイド１８がホーン１
とアンビル２とに隣接して設けられ、このガイド
１８は、チユーブ容器１７を偏平にするために一
対の対向するテーパー面１９，１９を有してい
る。ホーン１とアンビル２との間に侵入したチユ
ーブ容器１７の底部はアンビル２の進出によりホ
ーン１先端の接触面３とこのアンビル２の接触面
３とで挾圧され、超音波振動により溶着される。
この超音波振動はチユーブ容器１７の底部の溶着
面に対して20度の角度を以て加えられるため、溶
着面に対して直交する方向と、平行な方向とに分
散される。 次に、横振動型超音波シール装置は、第５図及
び第６図に示すように、超音波発振器１３、増幅
器１４、ホーン１を結ぶ軸線が直立して固定して
あるとともに、この軸線に平行な接触面３をホー
ン１先端の両側に一対設けたもので、他の点は前
記斜め振動型超音波シール装置と同一である。こ
の場合、ホーン１の軸線方向に向いて振動する超
音波振動が接触面３を介してチユーブ容器１７の
溶着面に対して平行方向に加わる。 以下、前記斜め振動型と横振動型の超音波シー
ル装置を使用して、各種材質のチユーブ容器１７
の底部をシールし、シール強度を測定したので、
その結果を第１表に示す。ホーン１及びアンビル
２の接触面３に形成した凹凸模様は、第１図に示
したハニカム形のものと、第１２図に示した従来
から行なわれている四角形のパターンのものであ
る。
【表】
【表】 第１表から明らかなように、ハニカム形の凸部
５を接触面３に設けられたものでは、従来のもの
よりシールが良好に行なわれ、とりわけ斜め振動
型の超音波シール装置と組み合わせた場合に極め
て良好な結果を得られる。 そして、凸部５の側面が傾斜面６となつている
ので食い込みが良く、シール中に生ずる不快な摩
擦音も小さく、また、シール後のシート状物のパ
ターン面よりの離脱も容易であつた。 このように斜め振動型超音波シール装置にハニ
カム形凸部５を組み合わせた場合が良好であるた
め、さらにこの組み合わせの場合の実験データを
第２表に示す。
【表】
〔発明の効果〕
本発明によれば、ホーンとアンビルの接触面に
設けた凸部の側面を傾斜面としたので、シート状
物に食い込みやすく、よつて、横すべり現象をで
きるだけ抑えることができ、超音波振動を溶着面
に確実に伝えることができて摩擦熱を効率よく発
生させ、溶着を確実かつ強固にならしめる。 従つて、従来超音波溶着では不可能とされてい
た多層シートも良好に溶着することがきるように
なり、とりわけ、エバールを中間層に有する多層
シートの溶着に効果的である。 また、超音波振動が確実に伝わることから、ホ
ーンの発熱が少なく、ホーンの冷却も余り必要と
しなくなり、溶着をスピーデイを連続して行え
る。 さらに横すべり現象が少なくなつたことから、
溶着時に発生する不快なシール音を小さくするこ
とができ、作業環境の向上を図ることができる。 加えて、横すべり現象が無くなつたため、ホー
ンとアンビルとで挾持されるシート状物の表面に
ささくれや削れが無くなり、外観の美しい仕上が
りとすることができる。 また、凸部の断面が台形となつているため、シ
ート状物の張り付き現象が大幅に少なくなり、溝
に食い込んだシート状物が溶着後にパターン面よ
り剥がしやすく、シート状物に切れが生じない。 そして、以上のことから、従来はヒートシー
ル、高周波シール、超音波シール等種々の材質に
合わせたシール装置をそれぞれ用意しなければな
らなかつたのに対し、本発明のホーン及びアンビ
ルを用いれば、１台の超音波シール装置で種々の
材質のものをシールでき、溶着が強固、かつ、確
実になされ、しかも、溶着部分の外観を極めて美
しいものにすることができる。 ところで、従来チユーブ容器の底部を溶着する
超音波シール装置では、溶着を確実ならしめるた
め、第１４図及び第１５図に示すように、ジヨー
（Jaw）と呼ばれる挾持装置２０を備え、この装
置２０で予めチユーブ容器底部の溶着部分近傍を
挾持してからホーンとアンビルとでチユーブ容器
の底部を挾持し溶着していたが、本発明によれ
ば、溶着が確実かつ強固となつたため、このよう
な補助装置を必要としなくなり、よつて、装置を
簡略なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図ａ，ｂは本発明に係る凹凸模様の一例を
示す平面図及び断面図、第２図は斜め振動型超音
波シール装置のホーン及びアンビル部分の正面
図、第３図は斜め振動型超音波シール装置の正面
図、第４図ａはチユーブ容器の底部をシールする
工程を示す工程図、第４図ｂは凸部の食い込み状
態を示す断面図、第５図は横振動型超音波シール
装置の正面図、第６図はそのホーン及びアンビル
部分の正面図、第７図乃至第１０図は凹凸模様の
他の例を示す平面図、第１１図は発明に至る経過
を示す断面図、第１２図ａ，ｂは従来の凹凸模様
を示す平面図及び断面図、第１３図ａ，ｂ，ｃは
他の従来例を示すホーンおよびその接触面部分を
示す図、第１４図は従来の斜め振動型超音波シー
ル装置を示す正面図、第１５図はそのジヨーの部
分を示す断面図である。 １……ホーン、２……アンビル、３……接触
面、４……溝、５……凸部、６……傾斜面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一対のシート状物を挾持し、超音波振動によ
    り発生する摩擦熱で前記一対のシート状物同士を
    溶着する超音波シール装置のホーン及びアンビル
    において、 前記一対のシート状物を挾持する際に、この一
    対のシート状物に当接する各接触面に溝を形成す
    ることによつて、上面が平面である凸部を複数形
    成し、この凸部の断面が台形になるよう凸部の側
    面を傾斜面としたことを特徴とする超音波シール
    装置のホーン及びアンビル。 ２ 前記複数の凸部を形成するための溝は、屈曲
    したパターンを形成していることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の超音波シール装置のホ
    ーン及びアンビル。 ３ 超音波の振動方向が一対のシート状物の溶着
    面に対して斜め方向であることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の超音波シール装置のホー
    ン及びアンビル。 ４ 超音波の振動方向が一対のシート状物の溶着
    面に対して平行方向であることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の超音波シール装置ホーン
    及びアンビル。 ５ 前記一対のシート状物は熱可塑性樹脂の単層
    シートであることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の超音波シール装置のホーン及びアンビ
    ル。 ６ 前記一対のシート状物は熱可塑性樹脂の多層
    シートであることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の超音波シール装置のホーン及びアンビ
    ル。 ７ 前記溝により形成される各凸部の平面形状は
    ハニカム形状であることを特徴とする特許請求の
    範囲第２項記載の超音波シール装置ホーン及びア
    ンビル。 ８ 前記溝により形成される各凸部の平面形状は
    八角形であることを特徴とする特許請求の範囲第
    ２項記載の超音波シール装置ホーン及びアンビ
    ル。 ９ 前記溝により形成される各凸部の平面形状は
    円形であるこを特徴とする特許請求の範囲第２項
    記載の超音波シール装置ホーン及びアンビル。 １０ 前記多層シート中には、熱可塑性樹脂と異
    材質のシート層が含まれていることを特徴とする
    特許請求の範囲第６項記載の超音波シール装置の
    ホーン及びアンビル。
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