(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波横振動で合成樹脂製チューブ(12)の溶着部(13)を成形するホーン(1) であって、本体部(2) に対して厚みを漸減した先端部(3) の、該先端部(3) における超音波横振動の振幅幅分布特性(a) と、振幅縦分布特性(b) とによって決定される溶着可能領域(T) 表面に、真横直線状以外の異形な突出端面形状となった溶着凸部(4) を一体に凸設したチューブの異形溶着部成形用ホーン。
【請求項２】
溶着凸部(4) の突出端面に、多数の角形突起部であるナール(5) を設けた請求項１に記載のチューブの異形溶着部成形用ホーン。
【請求項３】
溶着凸部(4) を、溶着可能領域(T) の振幅が略等しい部分を結んで構成した請求項１または２に記載のチューブの異形溶着部成形用ホーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、合成樹脂製チューブの底部を、超音波横振動を利用して異形に溶着シールする溶着部成形用ホーンの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
母材がポリエチレン、ポリプロピレン等からなる単層または多層チューブ、あるいは内部にアルミニウム箔、紙シート等を設けたラミネートチューブ等の合成樹脂製チューブにおいて、内容物を充填した後、その底部を溶着シールする手段としては、従来、熱溶着、高周波溶着、ホットエアー溶着、超音波溶着（縦振動方式）等の溶着方法が知られている。
【０００３】
ところで、この種の合成樹脂製チューブにおいては、底部のシール、すなわち溶着部は、チューブ本体に対して真横直線状に溶着されるのが一般的であるが、近年、チューブ容器の多様化に伴って、図８に示すように、チューブ１２の底部に成形される溶着部１３の形状も円弧状等、真横直線状以外の形状の溶着部（本明細書では異形溶着部と云う）を採ることが多くなってきている
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この異形溶着部の場合、溶着範囲がチューブの上下方向（長手方向）に長くなるため、充填時に内容物が溶着面の一部に付着し易くなるが、溶着面に内容物が付着すると、前記したいずれの溶着手段も、成形された溶着部の溶着強度が大幅に低下してしまい、充分な強度の溶着部を成形できないと云う問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記した従来技術における問題点を解消すべく創案されたもので、チューブの異形溶着部を、超音波横振動を利用して成形することを技術的課題とし、もって充分な強度の異形溶着部を成形することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決する本発明の手段は、
超音波横振動で合成樹脂製チューブの溶着部を成形するホーンであること、
本体部に対して厚みを漸減した先端部の表面に、溶着凸部を一体に凸設して有ること、
この溶着凸部を凸設した先端部の表面は、先端部における超音波横振動の振幅幅分布特性と、振幅縦分布特性とによって決定される溶着可能領域となった表面であること、
先端部の表面に凸設された溶着凸部の突出端面形状は、チューブ本体部分に対して真横直線状以外の異形となっていること、
にある。
【０００７】
溶着凸部の突出端面には、多数の角形突起部であるナールを設けるのが良く、また溶着凸部は、溶着可能領域の振幅が略等しい部分を結んだ構成とするのが有効である。
【０００８】
【作用】
チューブの溶着部の溶着面に、超音波横振動で伝達されるエネルギーは、直接この溶着面に伝達されるので、熱溶着、高周波溶着、ホットエアー溶着等に比べて遙に大きな溶着エネルギーを伝達することができる。
【０００９】
また、超音波横振動と同じく、超音波縦振動も溶着面に直接エネルギーを伝達することのできるのであるが、超音波横振動の溶着熱が、擦れ摩擦熱を発生源としているのに対して、超音波縦振動の溶着熱は、圧縮摩擦熱を発生源としているので、同一エネルギーにより得ることのできる溶着熱は、超音波縦振動に比べて超音波横振動の方が遙に大きくなる。
【００１０】
超音波横振動の作用により、溶着部の溶着面同志は、押圧された状態で、互いに擦れる方向、すなわち溶着面に沿った方向に、相対的に振動変位することになるが、この相対的な振動変位により、溶着面に付着した内容物は、その大部分がこの溶着面から絞り出される形態で押し出され、例え微量の内容物が残留したとしても、この残留内容物は微小粒状となってしまうので、溶着部の溶着は確実に達成されることになる。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例を使用して構成した超音波シール装置の基本的な構成を示すもので、電気エネルギーを高周波エネルギーに変換する超音波発振機系８からのエネルギーをコンバータ９により機械的エネルギーに変換し、共鳴体である本発明によるホーン１に伝達するように構成している。
【００１２】
チューブ１２の溶着部１３を実際に溶着するのは、ホーン１と、このホーン１に対向して配置されたアンビル１０との間に溶着部１３を一定圧力で挟圧しながら、ホーン１を超音波横振動させることにより達成するのであるが、ホーン１およびアンビル１０の溶着部１３を直接挟圧する部分には、成形しようとする溶着部１３の形状を設定する、同一形状の溶着凸部４および押圧凸部１１が凸設されている。
【００１３】
ホーン１（以下、図２ないし図４参照）は、上側に縮径した取付け部７を設けたブロック状の本体部２の下に、この本体部２の前後幅を漸減した先端部３を設け、この先端部３の先端側前後両面に溶着凸部４を一体に凸設し、全体をチタン合金等の超音波伝達効率が良く、機械強度の優れた金属体により一体成形されている。
【００１４】
先端部３に一体に凸設された溶着凸部４は、上方に湾曲した円弧状となっており、この溶着凸部４の凸設により、先端部３の先端部分には凹部が形成され、この凹部が、溶着部１３成形時に、この溶着部１３に隣接するチューブ１２部分がホーン１に不要に接触しないようにする逃げ凹部６を形成している。
【００１５】
この溶着凸部４の突出端面には、多数の角形突起部であるナール５（図５、参照）が、斜めにクロスした多数の細溝を多数刻設して設けられており、このナール５を設けることにより、ホーン１から溶着部１３に伝達される超音波エネルギーの伝達効率を高めている。
【００１６】
ところで、ホーン１に伝達された超音波は、ホーン１の先端部３に均一に伝達されるのではなく、図６に示した分布で伝達される。この先端部３における超音波の伝達分布の振幅幅分布特性ａは、中央部から両側端部にゆくに従って小さくなり、また振幅縦分布特性ｂは、先端にゆく従って大きくなる。
【００１７】
このように、先端部３における超音波の伝達分布には、一定した形態の分布特性を持っているが、この先端部３における超音波の伝達分布特性の実測例を図７に示す。
【００１８】
超音波の伝達分布特性の実測試験に使用したホーン１は、図７（ａ）に示すように、先端部３の幅が７０mm、厚みが９mmの構造を有し、この先端部３の中心線上、および中心線から左右３０mmの位置で、先端部３の先端から５mm間隔で６ケ所で、２０ＫHzで２０μの超音波を入力して、先端部３の超音波の振幅を測定した。その結果を、図７（ｂ）に示す。
【００１９】
一般に、熱可塑性合成樹脂製チューブを、超音波横振動で完全に溶着できる振幅は、通常２０ＫHzで７０μ〜１００μであるから、先端部３における溶着可能領域Ｔは、図７（ｂ）の斜線を付した部分となり、この溶着可能領域Ｔ内に溶着凸部４を設けることにより、この溶着凸部４の形状通りに異形な溶着部１３を成形することができる。
【００２０】
溶着凸部４を溶着可能領域Ｔに設けることにより、この溶着凸部４の形状通りの異形な溶着部１３を溶着成形することができるのであるが、安定して良質な溶着部１３を成形するには、溶着凸部４全域の振幅が略等しいことが望ましく、このことから溶着凸部４の形状は、先端部３の先端左右両端を下端とした図２に示す円弧状とするのが有利である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、上記した構成となっているので、以下に示す効果を奏する。
ホーンの溶着凸部を、実測等で求められる溶着可能領域内に設けるので、チューブの異形溶着部の成形を確実に達成でき、また溶着凸部は溶着可能領域内であれば、その形状が限定されることがないので、自由な形状の異形溶着部の成形が可能となる。
【００２２】
溶着部の溶着は、超音波横振動により達成するので、溶着部の溶着面に内容物が付着したとしても、溶着部の溶着シールを確実に達成することができ、もって充分な強度の異形溶着部を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるホーンを使用する超音波シール装置の基本的な構成図。
【図２】本発明の一実施例を示す正面図。
【図３】図２に示した実施例の側面図。
【図４】図２に示した実施例の部分縦断側面図。
【図５】本発明の他の実施例を示す、溶着凸部の突出端面部分の拡大断面図。
【図６】ホーンの先端部における入力された超音波横振動の伝達分布特性の説明図。
【図７】ホーンの先端部における伝達された超音波横振動の振幅測定により得られる、溶着可能領域の実測例図。
【図８】図２の実施例で成形される異形溶着部を有するチューブの要部正面図。
【符号の説明】
１  ；  ホーン
２  ；  本体部
３  ；  先端部
４  ；  溶着凸部
５  ；  ナール
６  ；  逃げ凹部
７  ；  取付け部
８  ；  超音波発振機系
９  ；  コンバータ
１０；  アンビル
１１；  押圧凸部
１２；  チューブ
１３；  溶着部
ａ  ；  振幅幅分布特性
ｂ  ；  振幅縦分布特性
Ｔ  ；  溶着可能領域
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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