JPS623927A - 熱可塑性材料のシ−ル装置への供給エネルギの調整方法及び装置 - Google Patents

熱可塑性材料のシ−ル装置への供給エネルギの調整方法及び装置

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JPS623927A
JPS623927A JP61149851A JP14985186A JPS623927A JP S623927 A JPS623927 A JP S623927A JP 61149851 A JP61149851 A JP 61149851A JP 14985186 A JP14985186 A JP 14985186A JP S623927 A JPS623927 A JP S623927A
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Tetra Pak International AB
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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、熱riT塑性材料をシール(例えば合拷目を
溶融し密着)するシール装置に供給す為エネルギを調整
して最適のシール結果を得ることを目゛的とする方法に
関する。本発明は、また、その方法を実現する装置にも
関する。
(従来の技術) プラスチック材料を合わせ溶接する場合は、密着して機
械的に強いシール接続が実現できるようにエネルギを供
給することが重要である。シールはプラスチック材料を
2層又は2層以上紺合わせ、シール素子によって互いに
押しつけ、同時に熱エネルギ、又は熱発生工゛ネルギを
加えて、プラスデツク材料を溶融させ、その組合わせた
表面層を同時に、溶融させて実施される。
供給されるエネルギが不十分なときは、相互に圧迫し合
っているプラスチック材料の層を、ともに連続的に溶融
させる程亀には、供給−エネルギがプラスチック材料を
加熱することかできないので、密着性と強電が不十分な
ものとなる。これに反して、供給エネルギが過剰なとき
は、材料の燃焼がおごったり、又は材利が溶けてシール
位置から失わ・れるために、材料が薄くなり、また強度
が弱くな□る。
例えば、プラスチック被覆カード板からなる積層のよう
な非熱」塑性層からなる積層材料のシールにあっては、
シール対象材料が、純粋なプラスチック材料、又は、持
前な、発泡プラスチック材料からなる場合のように、前
記の゛問題は顕著ではな゛い。 ” プラスチック材料の薄い壁をもつ小さなセルを多数含ん
でいる膨張プラスチック材料、いわゆる、発泡プラスチ
ック材lのシールにおいては、シール・ゾーンに正確な
量のエネルギを供給する必要がある。前記の薄い壁は高
い圧力を受番Jると押しつぶされて、“へこみ″を生じ
るので、高い圧力には耐えられない。そのような“へこ
み”は、また、セルが過剰な熱に曝されるとき、薄いル
の壁が溶けるためにもおこる。
一定量のエネルギを発生するシール素子によってシール
を実行することが以前から知られている。
これは、例えば、発生される熱が摩擦熱の形とムる、い
わゆる゛スピン溶接処理″によって実行される。“スピ
ン溶接″は、接合される2個のプラスチック(通常、一
つのコンテナに接合される2個のコツプ状部品)が互に
相手に対し回転されて、回転中に接合される。少くとも
一方の部品は一定の慣性をもったはずみ車に結合されて
、回転している部品のブレーキによって摩擦熱を発生し
、その熱がプラスチック部品を相qに接合するのに十分
なものとなる。回転速度等を調節することによって、こ
の回転部品のもつエネルギを正確に決定することができ
るので、プラスチック部品が一緒に合わせられるとき、
運動のエネルギ全部にブレーキを加えて熱エネルギに変
換する。
また、電気接点しゃ断器又は調整器を利用することによ
って、一定のエネルギがシール素子から発生ずるように
、熱パルスの長さを適合させることができることも知ら
れている。多くの場合、これらの調整器は供給されるエ
ネルギを調節するのに十分であり、特に、シールの都度
の接触圧力が同一のどきは、十分である。
しかしながら、場合によっては、例えば、シール対象物
が互いに鎖状又は線状の間隔に接続配置されている場合
には、一定のシール圧力を生じる状態を実現することが
困難である。例えば、前記の間隔をnいに同一にするこ
と、又はシール対象物を全く同一の形に形成することは
困難である。
このことは、シール対象部品がシール位置に持ち込まれ
て、シール素子に接触されるどき、異なるシール圧力を
受けることになる。シール時間内はエネルギ供給に強い
影響をもつこと、特に、エネルギが超音波の形式で供給
されるときは、高周波機械振動が、従前の“′スピン溶
接処理″に一部類似する方法で材料に発熱を起こさせる
ことすイ1わ15、供給される機械的エネルギが材料間
の接触ゾーンで摩擦熱に変換されることが判明した。機
械的エネルギは、接触圧力が低いときは、等しい効果を
もって伝送されないので、封印ゾーンに同一のエネルギ
を発生しなければならない場合には、長いシール時間が
必要となる。従って、同一のシール結果と同一のエネル
ギ供給量を得るためには、接触圧力に対してシール時間
を調節する必要があるが、生産ラインでつぎつぎに到着
するシールを目的とするバッキング・コンテナは全く同
一でなかったり、又はそれらの支持物に対し全く同じよ
うには配置されていないので、各シールの都度、個別調
整を行わねばならない。
(発明の目的と要約) 本発明は、そのような調整を実現するための方法及び装
置についての指導書を提供するものであって、本発明の
特徴は、特許請求の範囲に明かにしである。
しかしながら、この調整は、また、すべての応用面にお
いて満足なものでは’、r < 、特に、気密性を増す
ために金属箔を用いた発泡プラスチック材料を積層にす
るどきは、シール素子へのエネルギ供給が全く同一であ
っても、異なるシール時間を使用すると、シール結果が
異なることのあることが判明した。この理由はシール操
作中に、いくらかの熱損失を生じ、それらの熱損失は、
大まかに言えば、シール時間の長さに比例するからであ
る。
従って、長いシール時間内の熱損失は、短いシール時間
内の熱損失よりも大きいので、シールに利用可能なエネ
ルギは長いシール時間の場合には少なくなるので、前述
したように、シール素子とシール対象物との接触圧力が
低いときは、長いシール時間を要することになる。
しかしながら、本発明は、この問題も克服して長いシー
ル時間に対する自動的補償、さらにまた、熱損失はすべ
てのバッキング材料の組合せでは同一にならないので、
変化することが可能な補償を実現する装置も提供する。
(実施例) 第1図に示した装置には、シール素子1を含み、この素
子にシール・エネルギが超音波振動の形で供給され、溶
接を目的とする材料量の接触面の摩擦によってシールに
必要な熱を発生する。
第1図に示した例では、シール対象物は、コーヒレント
な密着バッキング・コンテナ3のラインからなり、バッ
キング・コンテナ3は密着した成形部品2の鏡影4に形
成される。こ)に示した例では、バッキング・]コンテ
ナは、2個の別個の発泡プラスチック材料の帯状片(つ
■ブ)によって形成され、一方の帯状片は、成形部品2
の内部輪郭に取付けたU字形の密着した線に形成される
この密着したU字形部の帯状片の上側に、第2の帯状片
の中心部が上向きのU字形空間部を覆うように取付けら
れる。第2帯状片の端末部分は耳状に分割され、耳状部
は折り下げられて(1字形部の横端にシールされる。こ
のように形成された密着空胴は、長く狭い充填パイプ5
によって供給される液体生産物で充満される。充填バイ
ブ5は、成形部品2の突出壁の−1に形成された第1帯
状片のF部折り[1の一層で、また第2帯状片の内部に
配置しである。充填操作後、第1及び第2の帯状片は、
豆いにシール継ぎ目で、互いにつなぎ合わされ、成形部
品2のI一部横壁がシール時に支持二「貝どして役立つ
。図示したように、シール素子1は、一対のシール用あ
ご部6を備える。このあご部6は、超音波バイブレータ
を含み、そのエネルギは電気で動作される振動発生器7
から供給される。
成形部品2をできる限り同一に製作づ゛るにうに努力し
ても、シール用あご部6とシールゾーン間の接触圧力を
変化させないで、鏡影を形成する各リンクに対し同一の
シール状態を実現することは不可能である。前述E)だ
ように、シール用あご部6とシール対象物との間の接触
ハ二カに差があるとぎ、シール用あご部に供給される超
音波エネルギは異なるシールの瞬間には作用が異(2る
本発明によれば、この現象は接触圧力が低く、従ってシ
ール用あご部の出力が低いとき、シール時間を自動的に
長くすることによって補償できる。
= 12− 前述したように、シール・パルスのエネルに含有量を常
に一定とすることがねらいである。
第2図から明らかなように、シール中には冷N1で失わ
れる熱型式の損失があるので、発生した−〔ネルギの全
部はシール用に利用されない。熱損失は、大まかな言い
方をずれば、シール時間の長さに比例するので、シール
に利用可能なエネルギは長いシール時間中に減少し、シ
ール結果が・不適当な程度にまで減少することがある。
この現象は、アルミニウム箔を含むバッキング材11で
は、アルミニウム箔が熱をシール位lからさらに効果的
によそへ伝導するので一層顕著になる。前述した特性を
第5図に示した。この図には良好なシール結果を得るた
めの出力と時間の関係を表わす出力一時間図を示した。
図示した例では、シール・パルス(T、TI、In)は
、パルスの全持続時間中出力が一定であって、すなわち
、パルスは長方形として近似して図示した。長方形I、
 T、 IIIの面積は同一であって、それらは同一の
エネルギ含有量を表わす。しかじながら、3個のシール
・パルスは、異なるシール時間をもつので、従って異な
るパルス出力をもつ。
例えば、シール・パルス■では距1i1G−r)がシー
ル時間を表わし、距離C−Aが出力を表わす。従って、
シール・パルスの隅の点Bは曲線8上の1点となるもの
で、長方形を表わすシール・パルスに対応するすべて゛
の隅の点は、たとえパルスの持続時間が゛第5図に示し
たように変化してもこの曲線上に位置を占める。従って
、曲線8は、一定のシール結果を得るために必要な出力
と必要な時間との関係をあられ寸。
しかしながら、前述したように、熱損失はシール時間の
増加とともに増加するものであり、これも第5図に示・
した。熱損失は比較的一定で、シール時間に比例するこ
とが判・明している。第5図では、熱損失を斜線を施し
た区画で表わし参照符号10を付けた。第5図からあぎ
らかなように、短いシール・パルス■の期間中における
熱損失は良いシール・パルスの期間中における熱損失よ
りもかなり少ない。このように、熱損失がシール・パル
スのエネルギを減少させるので、長いシール期間中に増
加する熱損失に対し補償を行わないとぎは、低下したシ
ール結束が得られることになる。
第5図では比較的よく一致する長方形で熱損失10を近
似させたが、これらの熱損失が、イれぞれのシール・パ
ルスT、 T、 IIIに加わる。シール・パルス■の
期間中にバッキング材料からほかに伝導されるエネルギ
は長方形A −E −F−13で表わされるので、シー
ル発生器に供給されるエネルギは、シール・パルス■に
追加される斜線を施した区画10に等価なエネルギによ
る損失を補うJ:うに補償されなlJればならない。
補償後、シール発生器からシール素子に供給されたエネ
ルギを表わす長方形C−E−F −Dの隅の点Fは、第
5図に破線で示した曲線91−の点である。この曲線9
は、ずべ(の補償されたシール・パルスに対応する隅の
点を経由するので、曲線8と曲線9どの比較から、例え
ば、シール圧力の変化によるシール効果の変化は、■ネ
ル1”伝送発生器に一定の1ネルギパルスを供給さ1!
るためにシール時間の長さだけでは調整できないので、
シール時間の増加とどもに損失が増加することを考慮す
ることがまた必要である。
発生したシール・パルスの効果によって必要となり、変
化することが可能なエネルギパルスの時間の調整を行い
、またシール・パルスの持続時間中の冷却に対する補償
を行うために、第3図の略図に示した型式の装置を使用
することができる。
第1図に示したJζうに、シール操作は超音波によって
行われると似定している。すなわち、発生器1が電気エ
ネルギを機械的振動に変換し、その機械的振動が設計さ
れた超音波ホーン6に伝達されて、特別な方法で機械的
に同調される。超音波ホーン6がシール対象物に押しつ
けられるとシール対象物の間に内部摩擦が発生し、シー
ル対象物が加熱されて、nいに対面している熱可W!性
層が同時に溶融して漏れのない耐久力あるシールができ
る。超音波発生器1は電流源7から給電される。
電流源7は、超音波発生器に適する周波数及び電圧を発
生する。この電流源から供給される電力は、シール操作
中、超音波ホーン6によって吸収される出力に影響され
る。前述したように、この伝送出力は、接触圧力が高い
とぎより低いときの方が少ないので、電流源7からの電
流もまた少なくなる。超音波ホーン6によって吸収され
る機械的エネルギを発生するのに要するだけの電流だけ
が取り1出されるからである。発振器すなわち、高周波
発生器からなる電流源7からの電力は、導線11及び1
2を経て超音波発生器1に導かれて、こ)で電気エネル
ギーが機械的振動に変換される。導線12には変流器1
3が取付けてあってこの変流器13によって導線12を
流れる電流が測定される。変流器13の二次巻線の両端
には抵抗14が取付けてあって、この抵抗の両端の電圧
は、導線12を流れる電流の変換された値となる。導線
11と12との間には、高抵抗の接続による分圧器15
も設けてある。この分圧器15の中間端子として図示し
た点では、導線11と12との間の電圧の変換された値
を示す。変流器13及び分圧器15からの出力電圧は、
いわゆる乗算器18の入力端子16及び17に接続され
る。乗算器18ではその入力端子16及び17に加わる
電圧が互いに乗じられて、高周波発生器7から供給され
る電力の値を表わす。この電力の値は、乗算器18の出
力にお()る電圧19の値として表わされる。しばらく
の間、抵抗20及び21の存在を無視すると、コンデン
サCを通って電流が流れる。その電流の大きさは、コン
デンサのキ)7パシタンスとコンデン→盪両端、すなわ
ち、点aと点すとの間の電圧によって定まる。さらに詳
細な説明には、第4図を参照されたい。第4図には]ン
デンサの充電に対する電圧一時間図を示しである。第4
図の実線22から明かなように、]ンデンltcは充電
回路の電圧が一定のときは、非直線曲線に従って充電さ
れるもので、コンデンサは順次減少する電流によって充
電されて、ついにコンデンサの端子電圧が充電電h]に
、一致づる。従って、このような充電は、変化する充電
電流ににつて行われる。しかしながら、図示した例では
、コンデンサCの充電はいわゆる演算増幅器Fを利用し
て行われる。
この演算増幅器Fは乗算器18からの電圧ににって制御
される。演算増幅器Fは、一定の充電電流によってコン
デンサCを充電するように努めるが、その充電電流は、
前述したように、点19における電圧に比例するので、
電流源−発生器7から供給される電力を表わすことにな
る。演算増幅器FにコンデンサCが結合した回路は、し
ばしば積分器といわれて、一定の充電電流が得られる。
演算増幅器Fが点すにおける電圧を制御してコンデンサ
両端の電圧降下を常に一定に保つので、コンデンサには
一定電流が流れるからである。
前述したように、演算増幅器Fは乗算器18h1らの電
圧によって制御される。コンデンサCの充電電流もまた
乗算器18によって供給されるので、充電電流を制限す
るために、抵抗20を乗算器18と演算増幅器Fどの間
に接続する。抵抗20における電圧降下は、充電電流の
大きさに従って増幅器Fの制御を行うが、充電電流が一
定であるので、充電電流によって生じる抵抗20の電圧
降下は変化しない。
コンデンサCを流れる一定電流を得るためには、第4図
の線23が直線となるように、点すにおける電圧は連続
的に低下させなければならない。第4図には、コンデン
サの充電時に、点すの電FにU bの値が線23に従っ
て充電時間、と共に低下する状況を示した。点すはまた
、いわゆる比較器、すなわち、2つの電圧を比較する装
置に接続される。比較器は2つの電圧が同じであること
を示すのに、出力信号を発生する。比較器には端子Cか
ら導線25に接続され、導線25は、可変抵抗24に接
続される。i7変抵抗24の一方の端末は接地され、使
方の端末は一定電月に接続される。従って、可変抵抗2
4は一つの分圧器として動作するもので、端子26の位
置を調節することによって点Cにおける電圧を変化する
ことが可能である。
図示した例では、抵抗24が接地電圧と負電圧とに接続
されているので、点Cには負電圧が得られる。点Cにお
ける電圧の値をU と呼び一点鎖線によって表わした。
前述したように、点すの電圧はコンデンサが充電される
に従って低下するが点すの電圧は演算増幅器Fによって
制御される。点すの電圧をUbと呼ぶときこの電圧()
bが電圧U と同一の値となるとき、比較器には2つの
電圧が同一であることを検出して、1つの記録パルスを
送出する。この記録パルスは、発生器7へのエネルギ供
給をしゃ断する調整器Rを制御し、その後、接点索子F
がその接点を閉じるように作用し、これによりコンデン
サCは放電される。
シールされた対象物がシール位置から取除かれると、シ
ール素子1は、新しい対象物と係合される。゛係合が行
われると、発生器1がまた電流源に接続されて、シール
素子が動作して、新らしいシールパルスが発生される。
いままでに述べたように、シールパルスの効果に関係な
く一定エネルギ含有量をもつシール・パルスを得ること
は可能である。少ない効果は、乗算器18から小さな出
力電圧19を生じるので、増幅器Fは、コンデンサを通
って流れる電流が少なくなり充電時間が長くなるように
制御されるからである。言い遠えると、点すの電圧は点
Cの電圧よりも同じ値降下するのに長い時間を要する。
いままでに述べた回路は、熱損失に対して何等の補償を
行わないで、出力の変化にかかわらず同一のエネルギ含
有量をもったパルスを給電された発生器から供給するも
のであった。しかしながら、回路をわずかに変形するこ
とによって良いシール時間によって生じる熱損失を補償
することが可能である。これは、点aと一定電位の点d
との間に可変漏れ抵抗21を挿入することによって実行
できる。点dの電位は、図示の例では負電位である。
点19と点dとの間には電位差がある(点19は通常正
の電位の1ボルト又は数ボルトの大きさをもつ)ので抵
抗20と抵抗21を通る電流が流れる。この電流による
効果として、抵抗20による電圧降下が増加するので点
aの電位は、点19の電位とは異なり、低い値となる。
これににり調整器Fは、充電電流が少なくなるように制
御されて、その結果としてコンデンサCを充電して点す
に電圧U を得るのに長い時間を要するようになる。
第4図の一点鎖線27は、線23を補償した値をプロッ
トしたものであって、この線27から明らかなようにこ
の線27は、線23よりも遅れてUCの値と交差する。
抵抗21の値を加減することによって、抵抗20を流れ
る電流、従って抵抗20における電圧降下を変化させて
、異なる熱伝導度をもつ材料に対し補償することができ
る。もちろん、点19の電圧は、電流源から取り出され
る出力に従って変化するが、この電圧変化は点dの電圧
に比べて小さいので、大まかに言って補償は、発生器7
から取出される出力には無関係であるということができ
る。
原則的には、封印パルスの大きさは、分圧器24を利用
することによって点Cにおくjる電圧を適当に設定する
ことによって調節でき、また、熱損失に対する補償は、
d変抵抗器21を利用することによって調節することが
できるといえる。
こ)に略図で示した装置□は良好1動作するが、もちろ
ん、本発明の概念内で、電気回路の形を変えて同一の結
果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は溶接によって発泡プラスチック材料のバッキン
グ・コンテナの製造を示す略図、第2図はシール結果に
及ぼす熱損失の効果を示1エネルギ流れ体系図、第3図
は本発明による装置の結合略図、第4図は結合の積分部
におけるコンデンサの充電される状況を示す時間−電圧
図、及び第5図は本発明によるシール操作に関する出力
一時間図である。 (符号の説明) 1・・・・・・シール素子(超音波発生器)2・・・・
・・成形部品 3・・・・・・バッキング令コンテナ 5・・・・・・充填バイブ ロ・・・・・・シール用あご部(超音波ボーン)7・・
・・・・振動発生器(電流m) 1、12.25・・・・・・導線1 3・・・・・・変流器 14.20・・・・・・抵抗 15・・・・・・分圧器 18・・・・・・乗算器 21・・・・・・可変漏れ抵抗 24・・・・・・可変抵抗

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)最適のシール結果を実現する目的で熱可塑性材料
    をシールするシール装置へのエネルギ供給を調整する方
    法において、 組合せた材料に対し押しつけられたシール装置に対し、
    シール操作に適した量でエネルギが供給され、またその
    供給エネルギの量がシール操作中の熱漏れによって生じ
    る熱損失に対して補償されることを特徴とする前記のシ
    ール装置へのエネルギ供給を調整する方法。
  2. (2)特許請求の範囲第1項において、前記シール装置
    、又はその駆動素子に加えられる電圧及び電流、又は前
    記電流による電圧に比例した電流の変換された電圧が乗
    算器に導かれ、その乗算器の出力電圧が加えられた電流
    と電圧との積に比例して、シール装置に供給される電力
    の値を示すものになり、前記乗算器からの電流が接触器
    により短絡可能なコンデンサに加えられ、このコンデン
    サはこのコンデンサと並列に接続されている増幅器の制
    御によって充電され、前記増幅器は、前記乗算器から送
    出される電圧の関数として前記コンデンサを流れる電流
    の大きさを調整し、前記コンデンサの充電電圧である前
    記増幅器の出力電圧は、比較器に接続されて、こゝで前
    記電圧は補償器に加えられる1組の電圧と連続的に比較
    され、前記補償器は、連続的に行われる比較の関数とし
    て電流源の端子を制御し、その支援によって、比較され
    た電圧の差が補償されるときに、電流源が切断され、ま
    た前記コンデンサが前記接触器によって放電されたのち
    新しいシール対象物が作業位置に据置かれるとき、前記
    電流源が再度接続されるように前記シール装置へ給電が
    行われることを特徴とするシール装置へのエネルギ供給
    を調整する方法。
  3. (3)特許請求の範囲第1項において、調節可能な漏れ
    抵抗の一方の端子が前記の乗算器とコンデンサとの間の
    点において接続され、また他の端子にはこの漏れ抵抗に
    一定電圧が加えられて、エネルギが前記シール装置に供
    給される期間中、前記乗算器の出力電圧にはほとんど無
    関係な電流が前記漏れ抵抗に流れるようになっているこ
    とを特徴とするシール装置へのエネルギ供給を調整する
    方法。
  4. (4)特許請求の範囲第3項において、前記漏れ抵抗の
    端子と前記乗算器の出力との間に1個の抵抗を配置して
    、前記増幅器を制御する前記乗算器からの出力電圧が前
    記抵抗による電圧降下によって減少されることを特徴と
    するシール装置へのエネルギ供給を調整する方法。
  5. (5)特許請求の範囲第1項において、電気エネルギが
    超音波バイブレータの駆動部に加えられ、また、この駆
    動部が前記電気エネルギを高い周波数のパルス状機械的
    エネルギに変換することを特徴とするシール装置へのエ
    ネルギを調整する方法。
  6. (6)特許請求の範囲第1項において、シール素子が超
    音波性のエネルギによって、例えば、発泡ポリスチレン
    のような膨張プラスチック材料の部分を合わせ溶接する
    のに使用されることを特徴とするシール装置へのエネル
    ギを調整する方法。
  7. (7)互いに組合わされ、押しつけられた部品の表面を
    溶融することによってプラスチック材料をシールする装
    置において、(イ)シール装置を動作させシールに必要
    なエネルギをシール装置に供給するように接続される電
    流源、(ロ)前記電流源から供給される電圧と電流の積
    に比例する電圧を発生する乗算器、(ハ)前記乗算器の
    出力電圧に比例する実質的な一定電流を送出する増幅器
    、すなわち、調整器及び前記増幅器から供給される電流
    によって充電されるコンデンサからなる積分回路、なら
    びに前記コンデンサに並列に接続される接触器、及び(
    ニ)前記増幅器に接続される比較器であって、比較器に
    加わる電圧と一組の基準電圧との比較によって調整パル
    スを発生し、このパルスによって前記電流源からのエネ
    ルギ供給を中断し、その後、前記コンデンサを放電させ
    るために前記コンデンサの接触器を閉鎖するように設け
    てある前記の比較器を備えてなる前記のプラスチック材
    料をシールする装置。
  8. (8)特許請求の範囲第7項において、前記の乗算器と
    増幅器との間に、前記乗算器からの電流を分流させるた
    めの調節可能漏れ抵抗を接続し、また、直列に接続され
    た抵抗が電圧降下を生じて前記増幅器を制御する電圧を
    減少させることを特徴とするプラスチック材料をシール
    する装置。
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