JPS62246716A - 超音波シ−ル装置のホ−ン及びアンビル - Google Patents

超音波シ−ル装置のホ−ン及びアンビル

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JPS62246716A
JPS62246716A JP61089515A JP8951586A JPS62246716A JP S62246716 A JPS62246716 A JP S62246716A JP 61089515 A JP61089515 A JP 61089515A JP 8951586 A JP8951586 A JP 8951586A JP S62246716 A JPS62246716 A JP S62246716A
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JP
Japan
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horn
anvil
sheet
sealing device
welding
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JP61089515A
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English (en)
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JPH0572857B2 (ja
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Shoji Fukushima
福島 庄次
Genzaburo Kato
加藤 元三郎
Takashi Mochizuki
隆 望月
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Pola Chemical Industries Inc
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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】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波シール装置に係り、特に被ソール物で
あるシート状物を挾持するホーン及びアンヒルの前記シ
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57−87
765号(特開昭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
でいわゆる横ずべり現象が生ずることがなく、従って、
シート状物に当接するポ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を加えるため、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ずことができず、
よって、化粧料等を収容したデユープ容器の底部を溶着
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ず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、ポーン及びアンビ
ルとそれらによっ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、ポーンが発熱してしまったり、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とに分散されるため、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ず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
って、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、この横ずべり現象
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
にあって、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触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、ポーン及
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、これは斜線状の交叉する溝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、他の従来例として実開昭60−201928号公
【第13図(a)(b)(c)]に、接触面の長手方
向に沿って、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が記載されており、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
触面が設けであることから、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)、
従って、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)】−’I− 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
凸模様の改良によって、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、前記技術的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
段をとった。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
によっ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5〜4
5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を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、六角形の凸部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1θ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
ととポーンl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Q(パターンピッチ)
が0.5〜2.0mm。 好ましくは0.8〜1.6mmとなる大きさが良い。な
お、ポーン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+70〜64:3
B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って食
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
っ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。よって、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3
5〜65%、好ましくは40〜60%が好ましい。とこ
ろで、ポーンl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ュ
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、チューブ容器に多
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)の多層チュ一ブ、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−性樹脂層を設けた多層チューブ
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ューブ等が揚げら
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って、
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、よって、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
る多層チューブの底部溶着にあっては、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ったが、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4B体の断面も台形とな
り、溝4内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に沿って、溶着面に満遍無く分散する
。従って、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
−トであると溶融樹脂が一方向にのみ偏って流れ、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、例えばチューブ容器の底部
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となっている凸部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。従って、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、デユープ
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も溶着できる。 〔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13、増幅器14、ホーン
l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lの軸線に対する角度ψが2
0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が繰り返しノくターンで
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、7くターンのピ
ッチQは1.1im、溝4と凸部上の平面との比率が4
1:51、溝4の深さが0.2■である。 そして、ホーンl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l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lの位置が固定される。 そして、直立したホーンl先端の接触面3に対向して、
アンビル2が設置され、このアンビル2のホーンl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l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
側に向かって進退自在に設けられ、その退行位置におい
てホーン1先端の接触面3とアンビル2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ューブ容器17の底
部を偏平にしてホーン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、チューブ容器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ューブ容
器17の底部はアンビル2の進出によりポーン1先端の
接触面3とこのアンビル2の接触面3とで挟圧され、超
音波振動により溶着される。この超音波振動はチューブ
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であるとともに、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lの軸線方向に向いて振動
する超音波振動が接触面3を介してチューブ容器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、各種材質のチューブ容器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l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。 第1表(シールの可否) ◎:極めて良好  ○:良好  X、:問題ありLDP
E・・・低密度ポリエチレン   MDPE・・・中密
度ポリエチレンHDPR・・・高密度ポリエチレン  
     PP・・・ポリプロピレンAL・・・アルミ
ニウム 超音波の周波数:20&Hz  出カニ1.8&W〈各
層の厚さ〉 LDPE単層     ・・・360(μm)MDPE
単層     ・・・400(μすLDPE/ナイロン
/PP           ・・・170/60/1
7G(μ N)LDPR/HDPE  ・・・150/
300(μm)LDPE/エバール/MDPE    
   ・・・170/60/170(μ1)LDPE/
LDPE/AL/PE/LDPE・・・250/90/
12/12/80(μm)LDPR/AL/LDPE/
紙ルDPE・・・200/12/90/20/80(μ
屑)LDPE/LDPE  ・・・380/380(μ
m)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となっているので食い
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
容易であった。 このように斜め振動型超音波シール装置に7%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。 シール強度は、引っ張り圧縮試験機を用いて加圧スピー
ド100mm/win・加圧面条件:φ60xmとする
ことにより測定した。 、 第2表から明らかなように、斜め振動型の超音波シール
装置とハニカム凸部5とを組み合わせたものでは、溶着
時間が短く、シール強度も強い。 〔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、よって、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。 従って、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できるようになり、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
着をスピーディに連続して行える。 さらに、横すべり現象が少なくなったことがら溶着時に
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ったため、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っているため、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
ート状物を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ったのに対し、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、従来チュ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、ジョー(JaW)と呼ばれ
る挟持装置20を備え、この装置20で予めチューブ容
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
とでデユープ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ったため、このよ
うな補助装置を必要としなくなり、よって、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
ュ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1O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=23− 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図はそのジョ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。 第1図 (b) 第4図 (b) 第5図 第6図 第7図      第8図 第9図 第10図

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (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って
    、上面が平面である凸部を複数形成し、この凸部の断面
    が台形と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. (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. (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. (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. (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. (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. (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. (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. (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。
  10. (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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