(57)【要約】  高周波（ＲＦ）溶接に使用するマンドレル（２３０）を開示しており、当該マンドレルが絶縁材（２３４）によって隔離された第１及び第２の導電性の部分（２３２、２３６）を具え、異なる電位が前記第１及び第２の導電性の部分にかけられる。また、ＲＦ溶接方法及びマンドレルの製造方法を開示する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波（ＲＦ）溶接に使用するマンドレルにおいて、当該マンドレルが絶縁材によって隔離された第１及び第２の導電性の部分を具え、異なる電位が前記第１及び第２の導電性の部分にかけられることを特徴とするマンドレル。
【請求項２】
請求項１に記載のマンドレルにおいて、前記マンドレルが、ＲＦ溶接作業に使用するのに好適な細長い部材であり、これによって、管部材が２層のシート材の間に溶接されることを特徴とするマンドレル。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載のマンドレルにおいて、前記第１及び第２の導電性の材料が真鍮であることを特徴とするマンドレル。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマンドレルにおいて、前記絶縁材がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むことを特徴とするマンドレル。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマンドレルにおいて、前記絶縁材がセラミック材を含むことを特徴とするマンドレル。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマンドレルにおいて、前記絶縁材が接着剤を用いて適所に保持されることを特徴とするマンドレル。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマンドレルにおいて、前記絶縁材が少なくとも１の釘を用いて適所に保持されることを特徴とするマンドレル。
【請求項８】
袋内へ管を高周波（ＲＦ）溶接するための請求項１乃至７のいずれか１項に規定されたマンドレルの使用。
【請求項９】
ＲＦ溶接装置が、ＲＦジェネレータと、パワーアプリケータと、プレスと、マンドレルとを具え、前記マンドレルが請求項１乃至７のいずれか１項に規定されることを特徴とするＲＦ溶接装置。
【請求項１０】
第１及び第２の層の材料から形成された袋内に管を高周波（ＲＦ）溶接する方法において、前記管は前記層の材料の間に配置され、前記管は内部にマンドレルを収容しており、前記マンドレルは、これが第１及び第２の別個の、電気的に絶縁された部分を具えるように構成されており、前記方法が、前記マンドレルの第１の部分に第１の電位をかけるステップと、前記マンドレルの第２の部分に第２の電位をかけるステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法がさらに、前記マンドレルの第１の部分の近傍に配置された第１の電極に第２の電位をかけるステップと、前記マンドレルの第２の部分の近傍に配置された第２の電極に第１の電位をかけるステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１のいずれか１項に記載の方法がさらに、前記第１及び第２の電極を溶接される前記層に接触させるステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
高周波（ＲＦ）溶接に使用するマンドレルの製造方法において：
２の導電性の材料の間に絶縁材を挟んで第１の部分を形成するステップと；
得られた前記第１の部分を加工して、余分な材料を除去し、前記マンドレルを形成するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記方法がさらに、前記導電性の材料の間の適所に前記絶縁材を固定するために、接着剤を付加するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４のいずれか１項に記載の方法において、前記方法がさらに、前記導電性の材料及び前記絶縁材のそれぞれの穴を通して配置される少なくとも１の釘を付加することによって、適所に前記絶縁材を固定するステップを具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波（ＲＦ）溶接（誘電又は高周波（ＨＦ）溶接として知られる）に関する改良された器具及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ溶接は、接合する範囲にＲＦエネルギを使用することによって材料を互いに溶接又は溶融するために用いる技術である。得られる溶接は、とても強固であり、原材料と同程度に強くすることができる。得られる継ぎ目は流体を通さないようにできる。密着を外観及び寸法において、一定にし均一にすることができる。
【０００３】
ＲＦ溶接ができる材料の種類には、ＰＶＣ、ＥＶＡ、サラン、及びポリウレタンを含む様々なプラスチック材料が含まれる。
【０００４】
一般に、溶接のプロセスは、接合される部品を２の金属棒又は電極の間に通常かけられる高周波（ＨＦ）電磁（ＥＭ）フィールドへさらすステップを具える。一般に、接合される部品に加えられるＨＦ信号は、１３乃至１００ＭＨｚの範囲である。電極は、加熱及び冷却中の圧力アプリケータとしても動作する。
【０００５】
使用されるＥＭフィールドは、接合される材料内の分子を振動させ、これらの幾何学形状及び双極子モーメントに依存して、これらの分子はこの振動運動のいくらかを熱エネルギにし、使用したフィールドのすぐ近くの材料を局所的に加熱することができる。
【０００６】
特に、医療器具の分野は、ＲＦ溶接の利益を享受する一分野である。静脈内(ＩＶ）流体、化学療法、血液、腸内栄養、オストミー、泌尿器科、腹腔鏡検査、浣腸、回腸造瘻術、及び濾液に使用する袋は全て、ＲＦ溶接技術を使用して作られる。ＲＦ溶接は、血圧カフス、温冷湿布、下肢圧迫スリーブ、エアキャスト、遺体袋、車椅子パッド、固定枕、呼吸袋、インプラント、ＩＶアームボード、ストレッチャ、遠心分離機、滅菌インジケータ、止血帯、カテーテル、及び流体ポンプカセット、同様の多くの使い捨て器具を作るためにも使用される。
【０００７】
さらに、医薬や外科の他の分野でもＲＦ溶接技術を使用して作られた器具の利益を享受する。例えば、文房具（例えば、ブックカバー、バインダ）；膨張可能なノベルティアイテム（例えば、ビーチボール、エアーベッド）；安全具（例えば、救命ボート、救命胴衣）；家財道具（例えば、座席用クッション、テーブルマット）；自動車用道具（例えば、エア袋、サンバイザ）；パッケージ（例えば、成形された真空形成のブリスタ材）が含まれる。
【０００８】
前述の列挙は多くの様々な種類の器具を含んでいるが、これらを密着させるために使用する技術は、それぞれの場合において実質的に同じである。従来技術で既知の方法及び装置を以下に簡単に記述する。
【０００９】
ＲＦ溶接装置は、通常、ＲＦソース（又はジェネレータ）及びパワーアプリケータを開閉する空気作動プレスとを具える。空気作動又は空気式プレスは、材料が互いに溶接されるようにする。いくつかの場合には、簡単なペダル作動式のプレスが使用されても良い。
【００１０】
ＲＦジェネレータは、３個の主な機能部品：電源；発振器；コントローラを具える。電源は交流（ＡＣ）電源を高圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）へ変換するように動作可能である。発振器は、特定の電圧でＨＶＤＣ信号をＡＣ信号に変換するように動作する。一般に、発振器は、１０００乃至１５００Ｖのレベルの２７．１２ＭＨｚ（＋／−０．６％）で出力信号を発生する。その他の周波数及び出力電圧も使用される。
【００１１】
コントローラは、溶接されるプラスチック材料が加熱されるときに発振器の出力を調整するように動作可能である。コントローラは、所望される結果を達成するために、出力パワー及び溶接作業の継続時間の一方又は両方を変えることができる。
【００１２】
図１は、２層のプラスチック材のフィルムを密着させるために使用する従来技術の装置を示す。図１に示した特定の装置は、また、どのように押出成形管を組み込むことができるかを示している。この管は、液体を、例えば２層のプラスチック材でできた袋へ案内する又はここから空にできるように提供できる。このような袋は、例えば結腸瘻袋であってもよい。
【００１３】
プラスチック材の上層１０及び下層２０は、上側電極１１０及び下側電極１２０を組み込んでいるプレス内へ配置される。この特定の装置における電極は、プラスチック材の２層１０、２０の間に管３０を密着させるために必要とされるので、電極１１０、１２０はそれぞれ、管３０を収容する形状および寸法の凹部１１２、１２２を設けている。
【００１４】
図１に示す器具における溶接するためのプロセスは、２サイクル手段として知られている。第１のサイクルは、袋周囲と管３０の上側半分を上層１０に密着させるために使用される。第２のサイクルは、管３０の下側半分を下層２０に密着させる。このようにして、管３０は、異なる段階で袋内へ完全に密着する。
【００１５】
第１のサイクルでは、ＲＦエネルギが閉じた道具（すなわち、空気作動式プレスによって上側及び下側電極が互いに押しつけられている）に加えられる。エネルギは、上側電極１１０（正）から下側電極（負）へ流れる。これは、袋周囲と管３０の上側半分を溶接するように機能する。
【００１６】
管３０が２層１０、２０の間に配置される前に、マンドレル１３０が管３０内に挿入される。マンドレルは、管３０内部にぴったりと合致する形状の細長い、ほぼ円筒形状のシャフトである。第２のサイクルでは、道具は、前述のように閉じた位置にあるが、変化する。これは、正のＲＦ電流がマンドレル１３０に加えられることを意味する。この時、正のＲＦ電流は、上側電極１１０に加えられていない。
【００１７】
マンドレル１３０が、下側電極１２０と比較して正であるので、ＲＦ電流は管３０の下側半分を通過して、管の下側半分を加熱して下側シート２０に溶接する。従って、第２のサイクルは管３０の周囲を完全に密着させる。
【００１８】
上述の２サイクル手段の動作は、基部をこの道具から物理的に移動して逆にするよりも早いが、単一サイクル動作よりも多くの時間を費やす。さらに、これは、不一致の密着を作りだし、極端な場合には、漏れるかそうでなければ必要な基準を満たさなくしてしまう。
【００１９】
本発明の目的は、個々に開示されているか開示していない従来技術のＲＦ溶接技術及び操作の欠点に対処することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の第１の態様によると、高周波（ＲＦ）溶接に使用するマンドレルを提供し、このマンドレルは、絶縁材によって隔離された第１及び第２の導電性の部分を具え、異なる電位が前記第１及び第２の導電性の部分にかけられる。
【００２１】
一実施例において、前記マンドレルは、ＲＦ溶接作業に使用するのに好適な細長い部材であり、これによって、管部材が袋内へ溶接される。
【００２２】
「導電性の部分」という言葉がここに使用される場合、電気伝導によって電流を伝えやすい任意の材料をいう。これらの材料は当業者に公知であり、例えば金属および／または非金属導体を含む。
【００２３】
従って、導電性の部分は、任意の様々な導電性、耐熱性の金属で作ることができる。一実施例では、第１及び第２の導電性の部分は、導電性、耐熱性の金属から構成される。さらなる実施例では、第１及び第２の導電性の部分は、銅、銀、アルミニウム、金、スズ／鉛合金、又は真鍮から選択された１又はそれ以上の金属エレメントから構成される。さらなる実施例では、第１及び第２の導電性の部分は真鍮から構成される。真鍮は優良な導電性、優良な耐熱特性を有しており、機械加工しやすいことから真鍮は適している。
【００２４】
絶縁材は、優良な電気的な絶縁特性（すなわち、高抵抗）を有するべきである。従って、「絶縁材」という言葉がここに使用される場合、電流の流れを止める又は妨げる任意の材料をいう。この言葉は当業者に公知であり、誘電体として知られる全てを含む。一実施例では、絶縁材は、１又はそれ以上の、陽極酸化アルミ、セラミック、ガラス、ガラスセラミック、プラスティック、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はＴｕｆｎｏｌから選択される。さらなる実施例では、絶縁材はセラミック材から構成される。
【００２５】
「セラミック材」という言葉は、無機の、非金属固体である任意の工業的に使用される材料をいうことが適切である。構造及び化学成分は、様々ではあるが、セラミックと同様の特性、特に、金属の熱伝導性及び導電性よりかなり低い熱伝導性及び導電性が一般に認識されている。通常、セラミックは金属酸化物（すなわち、金属成分及び酸素の化合物）であるが、セラミック（特に、アドバンストセラミックス）は、金属成分及び炭素、窒素、又は硫黄の化合物から構成されてもよい。例えば、有用なセラミックスはアルミナ（酸化アルミニウム）及びチタン（二酸化チタン）である。
【００２６】
一実施例では、絶縁材は、接着剤および／または１又はそれ以上の釘又はだぼによって適所に保持される。
【００２７】
本発明の第２の態様によると、ＲＦジェネレータと、パワーアプリケータと、プレスと、マンドレルとを具えるＲＦ溶接装置を提供し、当該マンドレルは絶縁材によって隔離された第１及び第２の導電性の部分を具え、異なる電位が前記第１及び第２の導電性の部分にかけられる。
【００２８】
一実施例では、マンドレルは前述したマンドレルである。
【００２９】
一実施例では、ＲＦジェネレータは、３個の主な機能部品：電源；発振器；コントローラを具える。電源は交流（ＡＣ）電源を高圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）へ変換するように動作可能である。発振器は、特定の電圧でＨＶＤＣ信号をＡＣ信号に変換するように動作する。一般に、発振器は、１０００乃至１５００Ｖのレベルの２７．１２ＭＨｚ（＋／−０．６％）で出力信号を発生する。その他の周波数及び出力電圧も使用される。
【００３０】
コントローラは、溶接されるプラスチック材料が加熱されるときに発振器の出力を調整するために動作可能である。コントローラは、所望される結果を達成するために、出力パワー及び溶接作業の継続時間の一方又は両方を変えることができる。
【００３１】
一実施例では、プレスはパワーアプリケータを開閉するために配設される。一実施例では、プレスはペダル作動式のプレスを具える。別の実施例では、プレスは空気作動式プレスを具える。
【００３２】
一実施例では、パワーアプリケータは、使用中、第１の電極がマンドレルの第１の部分の近傍に配置されて、第２の電極がマンドレルの第２の部分の近傍に配置されるように第１及び第２の電極を具える。さらなる実施例では、第１及び第２の電極は、管を収容する形状および寸法の凹部を具えていても良い。
【００３３】
第３の態様によると：
２の導電性の材料の間に絶縁材を挟んで第１の部分を形成するステップと；
得られた前記第１の部分を加工して、余分な材料を除去し、前記マンドレルを形成するステップと；
を具える高周波（ＲＦ）溶接に使用するマンドレルの製造方法を提供する。
【００３４】
一実施例では、前記方法は、前記導電性の材料の間の適所に前記絶縁材を固定するために、接着剤を付加するステップを具える。
【００３５】
代替的に、又は付加的に、前記方法は、前記導電性の材料及び前記絶縁材のそれぞれの穴を通して配置される少なくとも１の釘を付加することによって、適所に前記絶縁材を固定するステップを具える。
【００３６】
本発明の第４の態様によると、第１及び第２の層の材料から形成された袋内に管を高周波（ＲＦ）溶接する方法において、前記管は前記層の材料の間に配置され、前記管は内部にマンドレルを収容している方法を提供し、ここで、前記マンドレルは、これが第１及び第２の別個の、電気的に絶縁された部分を具えるように配置されており、前記方法が、前記マンドレルの第１の部分に第１の電位をかけるステップと、前記マンドレルの第２の部分に第２の電位をかけるステップとを具える。
【００３７】
一実施例では、前記方法がさらに、前記マンドレルの第１の部分の近傍に配置された第１の電極に第２の電位をかけるステップと、前記マンドレルの第２の部分の近傍に配置された第２の電極に第１の電位をかけるステップとを具える。
【００３８】
本発明の第５の態様によると、袋内へ管を高周波（ＲＦ）溶接するための前述の規定されたマンドレルの使用を提供する。
【００３９】
本発明を理解しやすくするために、例示として同じ実施例を実行する方法を示し、添付した図面を参照している。
【００４０】
図２は、本発明の実施例を形成するマンドレル２３０の分解斜視図を示す。マンドレル２３０は、３の別個の部分：上側導電性部分２３２；内部絶縁部分２３４；及び下側導電性部分２３６を具える。
【００４１】
導電性部分２３２、２３６は、アルミニウムや真鍮などの様々な導電性、耐熱性金属で作ることができる。真鍮は、優良な導電性、熱伝導特性であるため一般に好ましく、機械加工がしやすい。
【００４２】
絶縁材は、優良な電気的な絶縁特性（すなわち、高抵抗）を有する。好適な選択は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であるが、他の絶縁材を使用しても良い。別の好適な選択は、アルミナやチタンなどのセラミック材である。
【００４３】
マンドレル２３０は、様々な異なる方法で作る事ができる。一の方法は、導電性の材料の固体の円筒形状の棒をその長さに沿って切断し、これによって形成された２つの部分の間に絶縁材を挟むステップを具える。しかしながら、この方法で棒を切断すると、優良できれいな切断を達成することが比較的難しく、専門的な設備を必要とする。
【００４４】
マンドレル２３０を製造する好適な技術は、任意の好適な断面形状である２つの等しく大きめの真鍮棒３３２、３３６から始まる。四角形又は正方形の断面とすると作業がし易い。
【００４５】
耐熱性の薄い層である、絶縁材３３４（ＰＴＦＥ又は例えばアルミナ又はチタンなどのセラミック材など）は、２の金属棒の間に配置され、好適な接着剤や樹脂を使用して、又は好ましくは、類似又は同じ絶縁材から構成される１又はそれ以上のだぼや釘３４０を使用してその場所に保持される。釘３４０は、穴を空けて又は別の方法で棒３３２、３３６及び絶縁材３３４に形成された好適な穴を通過して配置される。穴、従って釘３４０の位置は、溶接が行われる場所のすぐ近くに配設されないように選択される。釘３４０は、確実な締まりばめをできる寸法にすることができ、および／または好適な接着剤が使用されても良い。
【００４６】
ラインＡ−Ａに沿った完全な棒の断面図を図３の右側に示す。この図に示した円形部分は完全なマンドレルの所望される断面形状を示している。
【００４７】
図３に示した挟み構造の断面の四角形から余分な材料を取り除くために、この部分を旋盤に配置して、所望の形状および／または直径にする。非円形断面が必要とされる場合、必要に応じてこの部分を機械加工できる。
【００４８】
機械加工プロセスの最終生産物は本発明の実施例によるマンドレル２３０である。
【００４９】
本発明の実施例によるマンドレルの代替的な製造方法は、マンドレルの各金属部分を個別に準備して、これらの間に好適な絶縁材を挟むことである。
【００５０】
上述の方法で形成されたマンドレルにおいて、絶縁材は、シート形状で提供しても良く、マンドレルの金属部分上に噴霧するか堆積させるようにしてもよい。
【００５１】
図４に、単一サイクルのみで袋内へ管を溶接するための従来技術において使用する装置と実質的に同じ装置において、マンドレル２３０が使用される方法を示す。
【００５２】
従来技術のマンドレル１３０の代わりに、本発明の実施例による分割されたマンドレル２３０が、２層のプラスチック材１０、２０の間に配置された管３０内へ挿入される。
【００５３】
マンドレル２３０は、２つの異なる電位に同時に連結することができるので、単一サイクルで２層１０、２０の間の場所に管３０を密着させる溶接作業を行うことができる。これを達成するために、上側電極１１０は正電位に連結され、マンドレル２３０の上側部分２３２は、負又は地電位に連結される。同様に、下側電極１２０は負又は地電位に連結され、マンドレルの下側部分２３６は正電位に連結される。
【００５４】
これを図５に示す。これは、上側電極１１０が、マンドレル２３０の下側部分２３６に電気的に連結される方法の概略を示す。また、下側電極１２０は、マンドレル２３０の上側部分２３２に電気的に連結されている。マンドレル２３０の上側部分２３２と下側部分２３６の間に配置された絶縁材２３４は、ＲＦ回路の正電位と負電位の間のＤＣ短絡を防ぐ。
【００５５】
この構成では、上側電極１１０及びマンドレルの下側部分２３６への正電位の使用、及び下側電極１２０及びマンドレルの上側部分２３２への負又は地電位の使用は、ＲＦ電流が生じる状態を作り出し、単一作業で、管３０の上側及び下側部分の双方を袋の上側及び下側層１０、２０にＲＦ溶接できる。
【００５６】
本発明の実施例は、既存のＲＦ溶接装置に改良しやすく、最小限の改良としてマンドレルの連結が必要とされる。
【００５７】
得られる製品は、より短い時間でより確実強固に作ることができ、より経済的で高品質なプロセスにできる。
【００５８】
状況によって、円形以外の断面を有するマンドレルを提供するように所望されてもよい。これを異なる形状および／または寸法の原料から製造することおよび／またはこれを別様に機械加工することによって、様々な異なる形状、断面、又は外形を達成することができる。
【００５９】
本出願に関連して、この明細書と同時または前に提出され、この明細書とともに公衆への閲覧に供された全ての書類や文書に留意すべきであり、このような書類や文書のすべての内容がここに参照によって組み込まれる。
【００６０】
この明細書（添付した請求の範囲、要約、および／または図面を含む）に開示された全ての特性、および／または開示された方法又はプロセスのステップ全てが、少なくとも一部のこのような特性および／またはステップが相互排他的である組合せを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。
【００６１】
この明細書（添付した請求の範囲、要約、および／または図面を含む）に開示された各特性は、明示的に別段の定めをした場合を除き、同等の均等物又は同じ目的の代替の特性によって置き換えることができる。このように、明示的に別段の定めをした場合を除き、一般的な均等物又は同じ特性の一例として開示したにすぎない。
【００６２】
本発明は、前述の実施例の詳細に制限される物ではない。本発明は、この明細書（添付した請求の範囲、要約、および／または図面を含む）中に開示された特性の任意の新規な一つ、又は任意の新規な組合せ、開示された任意の方法又はプロセスのステップの任意の新規な一つ、又は任意の新規な組合せに及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、袋内へ管をＲＦ溶接するために使用される従来技術の装置を示す。
【図２】図２は、本発明の実施例を形成するマンドレルの分解斜視図を示す。
【図３】図３は、本発明１５の実施例によるマンドレルの形成方法を示す。
【図４】図４は、ＲＦ溶接装置の場所で本発明の実施例を形成するマンドレルを通した断面を示す。
【図５】図５は、本発明の実施例によるマンドレルが電気的に連結される方法を概略で示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2009530128.tif 000009