(57)【要約】【課題】繊維材料でできたシート状部材が樹脂成形品から剥がれないように強く溶着する超音波溶着装置を提供すること。【解決手段】工具ホーン３０の押圧面に凸部表面３０ａと凹部底面３０ｃを形成し、両者を案内面３０ｂでつないで、工具ホーン３０の凸部表面３０ａで溶融させた溶融部分が工具ホーンの凸部表面３０ａの表面から案内面３０ｂを介して凹部底面３０ｃに流入させ、工具ホーン３０の凸部表面３０ａで溶融させた樹脂成形品１０と繊維材料２０を絡み合わせて含浸させた状態で固めた含浸範囲を形成した。【選択図】図２
2020163848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンビル上に載置した樹脂成形品の上に繊維部材を重ね、当該繊維部材の表面から超音波振動している工具ホーンを繊維部材と樹脂成形品に押し当てて、前記繊維部材と前記樹脂成形品を溶着する超音波溶着装置において、
前記工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成し、
超音波振動している前記工具ホーンの凸部で前記繊維部材と前記樹脂成形品を押圧して、両者が溶着した溶着範囲を形成し、
前記工具ホーンの凸部表面から凹部底面に向けて、前記工具ホーンの凸部で溶融させた前記樹脂成形品の溶融部分を流入させ、前記樹脂成形品の溶融部分と前記繊維部材が絡み合った含浸範囲を形成し、
前記溶着範囲と前記含浸範囲を隣接して形成するように構成したことを特徴とする超音波溶着装置。
【請求項２】
前記案内面は、前記凸部表面と前記凹部底面をつなぐ傾斜した平面であることを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
【請求項３】
前記案内面は、前記凸部表面と前記凹部底面をつなぐ外側に凸の曲面としたことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
【請求項４】
前記工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、前記凸部と凹部を押圧面において一方向に交互に繰り返して形成したことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
【請求項５】
前記工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、前記凸部と凹部を押圧面において一方向に交互に繰り返すものを複数並行して形成したことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
【請求項６】
前記工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、前記凸部と凹部を押圧面において一方向に交互に繰り返すものを、所定角度で交差させて繰り返すように形成したことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
【請求項７】
前記工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、前記凸部と凹部を押圧面の内側から外側に向けて放射状に交互に繰り返して形成したことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
【請求項８】
前記工具ホーンの押圧面を円形として、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ円形の凸部と円形の凹部を、押圧面の内側から外側に向けて放射状に繰り返すように形成したことを特徴とする請求項７に記載の超音波溶着装置。
【請求項９】
前記工具ホーンの押圧面を多角形として、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ多角形の凸部と多角形の凹部を、押圧面の内側から外側に向けて放射状に繰り返すように形成した、請求項７に記載の超音波溶着装置。
【請求項１０】
前記工具ホーンの押圧面に形成した凸部の表面に小突起を設けたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載した超音波溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維材料でできたシート状部材（本願では、以下、「繊維部材」という）を樹脂成形品に溶着する超音波溶着装置に関し、特に医療用フィルタや汚泥処理膜などの繊維材料でできたシート状部材（繊維部材）が樹脂成形品から剥がれないように強く溶着する超音波溶着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、不織布を支持材とした繊維部材を樹脂成形品の表面に溶着する際には、樹脂成形品の上に繊維部材を載せ、繊維部材に熱板または超音波溶着機の工具ホーンを直接押さえつけて溶着していた。
【０００３】
図２４は、溶着前の枠状の樹脂成形品１０と長方形のシート状の繊維部材２０の位置関係を示した斜視図である。従来は、樹脂成形品１０の段差部分１０ａの上に繊維部材２０の周辺近傍部分２１を被せ、図２５のように超音波振動している工具ホーン９０を押し当てて溶着していた。溶着箇所２５については、必要な密着状態と密着強度に応じて、四隅だけ、あるいは複数の溶着箇所を所定の間隔をあけて溶着していた。そのため、大きな密着強度が必要な時、あるいは繊維部材の全周を樹脂成形品に溶着するときには、多くの溶着箇所を溶着するため、溶着箇所の数に比例した加工時間を必要としていた（例えば、特許文献1、２を参照）。
【０００４】
図２６（ａ）は、溶着作業前の樹脂成形品１０、繊維部材２０と工具ホーン９０の位置関係を示す断面図、図２６（ｂ）は、樹脂成形品１０に重ねた繊維部材２０の上から超音波振動している工具ホーン９０を押し付けて、溶着しているときの断面図を示している。
【０００５】
図２６（ｃ）は、溶着した後の樹脂成形品１０と繊維部材２０の断面図を示した。工具ホーン９０の下面で押し付けた範囲は、溶着前の樹脂成形品１０と繊維部材２０を重ねた全体の厚さ（Ｈ０）についても、樹脂成形品１０の厚さ（Ｈ１）についても溶着前より圧縮されている。
【０００６】
工具ホーン９０を押し付けた範囲は、樹脂成形品１０と繊維部材２０が溶着した溶着範囲であるが、工具ホーン９０を押し付けていない範囲は、溶着されていない非溶着範囲、つまり樹脂成形品１０上の繊維部材２０は離れたまま、単に接触しているだけであることを示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２４２７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０８０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のように、複数の溶着箇所を所定の間隔をあけて溶着すると、図２６のように非溶着範囲では、樹脂成形品１０上の繊維部材２０は離れたまま、単に接触しているだけである。
【０００９】
医療用フィルタや汚泥処理膜などは、継続して使用していると目詰まりする。フィルタ性能を維持するために、繊維部材２０に付着した付着物を取り除く清掃作業をすると通常の使用時より大きい外力が加わることがある。そのため何回か清掃すると、溶着が剥がれたり、繊維部材が破れたりしてしまうことがあった。溶着が剥がれたり、繊維部材が破れたりすると、消耗品として新品交換する必要が生じる。
【００１０】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シート状部材が樹脂成形品から剥がれないように強く安定的に溶着する超音波溶着装置を提供することである。
【００１１】
より具体的には、複数の溶着箇所を所定の間隔をあけて溶着したときでも、溶着範囲と溶着範囲の間に、樹脂成形品と繊維材料が絡み合って含浸して固まった含浸範囲を形成して、繊維部材を樹脂成形品に強く安定的に溶着できる超音波溶着装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明に係る超音波溶着装置では、アンビル上に載置した樹脂成形品の上に繊維部材を重ね、当該繊維部材の表面から超音波振動している工具ホーンを繊維部材と樹脂成形品に押し当てて、前記繊維部材と前記樹脂成形品を溶着する超音波溶着装置において、前記工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成し、超音波振動している前記工具ホーンの凸部で前記繊維部材と前記樹脂成形品を押圧して、両者が溶着した溶着範囲を形成し、前記工具ホーンの凸部表面から凹部底面に向けて、前記工具ホーンの凸部で溶融させた前記樹脂成形品の溶融部分を流入させ、前記樹脂成形品の溶融部分と前記繊維部材が絡み合った含浸範囲を形成し、前記溶着範囲と前記含浸範囲を隣接して形成するように構成している。
【００１３】
本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンの押圧面に、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、前記凸部と凹部を交互に繰り返して形成したことにより、繊維部材と樹脂成形品を溶着した範囲で、工具ホーン凸部で形成した溶着範囲と工具ホーン凹部で形成した含浸範囲が交互に連続して繰り返すようにしている。
【００１４】
すなわち本発明では、超音波振動している工具ホーンの凸部で繊維部材と樹脂成形品を押圧して、両者が溶着した溶着範囲を形成し、工具ホーンの凸部表面から凹部底面に向けて、前記工具ホーンの凸部で溶融させた前記樹脂成形品の溶融部分を流入させ、樹脂成形品の溶融部分と繊維部材が絡み合った含浸範囲を形成し、溶着範囲と含浸範囲を隣接して形成するように構成している。
【００１５】
本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、凸部と凹部を押圧面において一方向に交互に繰り返して形成している。
【００１６】
本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、凸部と凹部を押圧面において一方向に交互に繰り返すものを複数並行して形成している。
【００１７】
本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、凸部と凹部を押圧面において一方向に交互に繰り返すものを、所定角度で交差させて形成している。
【００１８】
本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンの押圧面に凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を隣接して形成する際に、凸部と凹部を押圧面の内側から外側に向けて放射状に交互に繰り返して形成している。
【００１９】
本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンの押圧面を円形として、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ円形の凸部と円形の凹部を、押圧面の内側から外側に向けて放射状に繰り返すように形成している。
【００２０】
本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンの押圧面を多角形として、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ多角形の凸部と多角形の凹部を、押圧面の内側から外側に向けて放射状に繰り返すように形成している。
【００２１】
本発明の超音波溶着装置では、前記工具ホーンの押圧面に形成した凸部の表面に小突起を設けている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の超音波溶着装置では、溶着範囲で所要の密着状態と大きな密着強度を得るとともに、溶着範囲に隣接する範囲を、繊維部材に溶融した樹脂成形品が絡み合った含浸範囲として、繊維部材と樹脂成形品を良好な密着状態と大きな密着強度を得ることを、同時に実現している。
【００２３】
本発明の超音波溶着装置では、溶着範囲に隣接する範囲でも、シート状部材が樹脂成形品から剥がれないように溶着することができる。そのため従来のように、多くの作業時間を費やして繊維部材の全周を樹脂成形品に溶着しなくても、シート状部材と樹脂成形品の良好な密着状態と、十分に大きい密着強度が得られるという効果がある。
【００２４】
本発明の超音波溶着装置では、溶着範囲の隣接部分を、従来のように樹脂成形品と繊維部材が離れたまま、単に接触している非溶着範囲とするのではなく、樹脂成形品と繊維部材が絡み合った状態で固まった含浸範囲として形成している。そのため、溶着した樹脂成形品と繊維部材に、例えば繊維部材の清掃作業などで通常の使用時より大きい外力が加わっても、溶着が剥がれたり、繊維部材が破れたりすることがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）本発明の超音波溶着装置の溶着作業前の状態を示す概略側面図、（ｂ）本発明の超音波溶着装置の溶着作業中の状態を示す概略側面図。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の超音波溶着装置の溶着作業手順を断面で示した遷移図。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）本発明の溶着作業で、工具ホーン凸部で溶融した樹脂成形品の溶融部分が繊維部材に向けて移動して絡み合って含浸していく様子のイメージを断面で示した遷移図。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の超音波溶着装置で、ループ状の繊維でできたフィルターシートを枠状の樹脂成形品に溶着する溶着作業手順を断面で示した遷移図。
【図５】本発明の超音波溶着装置で溶着した樹脂成形品と繊維部材を示した平面図。
【図６】本発明の実施形態の工具ホーンの下から見た部分的外観斜視図。
【図７】（ａ）本発明の実施形態の第一変形例の工具ホーンの部分正面図、（ｂ）本発明の実施形態の第二変形例の工具ホーンの部分正面図。
【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）本発明の超音波溶着装置の変形例として、工具ホーンの案内面を斜面の代わりに曲面とした工具ホーンを用いたときの、工具ホーン凸部で溶融した樹脂成形品の溶融部分が繊維部材に向けて移動して絡み合って含浸していく様子のイメージを断面で示した遷移図。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）工具ホーンの押圧面に、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部が交互に繰り返す態様のイメージを矢印で示した図。
【図１０】（ａ）本発明の超音波溶着装置の第二の実施形態の工具ホーンの先端部の断面図、（ｂ）同工具ホーンの押圧面を示した底面図。
【図１１】（ａ）本発明の超音波溶着装置の第三の実施形態の工具ホーンの先端部の断面図、（ｂ）同工具ホーンの押圧面を示した底面図。
【図１２】（ａ）本発明の超音波溶着装置の第四の実施形態の工具ホーンの先端部の断面図、（ｂ）同工具ホーンの押圧面を示した底面図。
【図１３】本発明の超音波溶着装置の第四の実施形態の工具ホーンを用いて溶着した構造物の外観斜視図。
【図１４】本発明の超音波溶着装置の第四の実施形態の工具ホーンを用いて溶着した構造物の溶着部分の外観拡大斜視図。
【図１５】本発明の超音波溶着装置の第四の実施形態の変形例にかかる工具ホーンの先端部の断面図。
【図１６】本発明の超音波溶着装置の第四の実施形態の変形例にかかる工具ホーンを用いて溶着した構造物の溶着部分の外観拡大斜視図。
【図１７】（ａ）本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の工具ホーンの先端部の断面図、（ｂ）同工具ホーンの押圧面を示した底面図。
【図１８】本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の工具ホーンの斜め下方から見た外観斜視図。
【図１９】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着装置の溶着作業手順を断面で示した遷移図。
【図２０】本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の工具ホーンを用いて溶着した構造物の外観斜視図。
【図２１】本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の第一の変形例にかかる工具ホーンの先端部の断面図、（ｂ）同工具ホーンの押圧面を示した底面図。
【図２２】（ａ）本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の第二の変形例にかかる工具ホーンの先端部の断面図、（ｂ）同工具ホーンの押圧面を示した底面図。
【図２３】（ａ）本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の第三の変形例にかかる工具ホーンの先端部の断面図、（ｂ）同工具ホーンの押圧面を示した底面図。
【図２４】従来の超音波溶着装置で、溶着する樹脂成形品と繊維部材の位置関係を示した分解斜視図。
【図２５】従来の超音波溶着装置で、樹脂成形品と繊維部材を溶着するときの位置関係を示した分解斜視図。
【図２６】（ａ）（ｂ）（ｃ）従来の超音波溶着装置で樹脂成形品と繊維部材を溶着するときの遷移状態を示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第一の実施形態）
図１（ａ）に、本発明の超音波溶着装置の溶着作業前の状態を示す概略側面図を示し、図１（ｂ）に、本発明の超音波溶着装置の溶着作業中の状態を示す概略側面図を示した。
【００２７】
本発明の超音波溶着装置は、コの字型をしたフレーム５１の下水平部分５１ａの上にアンビル５０を置き、フレーム５１の上水平部分５１ｃの上に工具ホーンの昇降手段６０であるエアーシリンダを下向きに取り付けている。昇降手段６０のアクチュエータ６１の先端には、スライダー６２が取り付けてあり、スライダー６２には超音波振動手段４０が取り付けてある。そして超音波振動手段４０の下方先端には工具ホーン３０が取り付けてある。工具ホーン３０の下面には、凸部と凹部が形成してあり、凸部表面３０ａと凹部底面３０ｃを案内面３０ｂで結んだ形にしている。本実施形態における案内面３０ｂは、凸部表面３０ａと凹部底面３０ｃをつなぐ傾斜した平面である。そして、アンビル５０の上に樹脂成形品１０を載せ、樹脂成形品１０の上に繊維部材２０を重ねて置くようにしている。
【００２８】
図１（ａ）の溶着作業前の状態では、工具ホーン３０は、アンビル５０上の樹脂成形品１０と繊維部材２０の上方の離れた位置にある。本発明の超音波溶着装置の溶着作業が始まると、昇降手段６０のアクチュエータ６１が下降し、工具ホーン３０が超音波振動するとともに、アンビル５０上の樹脂成形品１０と繊維部材２０を押圧する。
【００２９】
工具ホーン３０が超音波振動するとともに、アンビル５０上の樹脂成形品１０と繊維部材２０に向けて下降すると、工具ホーン３０の凸部表面３０ａは繊維部材２０を圧縮し、圧縮した繊維部材２０とその下の樹脂成形品１０に超音波振動を伝える。超音波振動の振動方向は工具ホーン３０の凸部表面３０ａ及び凹部底面３０ｃに対して垂直方向、即ち図１（ａ）（ｂ）における上下方向であり、超音波振動の周波数は２０ｋＨｚから４０ｋＨｚ、振幅は数ミクロンｍから数十ミクロンｍ程度とする。参考までに、工具ホーン３０が超音波振動しているイメージが理解できるよう、小さい黒矢印を図中に示した。
【００３０】
このように構成された超音波溶着装置は、樹脂成形品１０と繊維部材２０が溶着した溶着範囲を形成し、前記工具ホーン３０の凸部表面３０ａから凹部底面３０ｃに向けて、前記工具ホーン３０の凸部表面３０ａで溶融させた前記樹脂成形品１０の溶融部分を案内面３０ｂを介して凹部底面３０ｃに流入させ、前記樹脂成形品１０の溶融部分と前記繊維部材２０が絡み合った含浸範囲を形成し、前記溶着範囲と前記含浸範囲を隣接して形成する。
【００３１】
図２（ａ）から（ｄ）では、工具ホーン３０が超音波振動するとともに、アンビル５０上の樹脂成形品１０と繊維部材２０に向けて下降すると、工具ホーン３０の凸部表面３０ａは繊維部材２０を圧縮し、圧縮した繊維部材２０とその下の樹脂成形品１０に超音波振動を伝え、溶着範囲と含浸範囲を形成する様子を遷移図で示した。
【００３２】
図２（ａ）の溶着作業前の状態では、工具ホーン３０は、アンビル５０上の樹脂成形品１０と繊維部材２０の上方の離れた位置にある。溶着前の樹脂成形品１０の厚さ（Ｈ１）と繊維部材２０の厚さ（Ｈ2）を重ねた厚さが、全体の厚さ（Ｈ０）であることを図示した。
【００３３】
図２（ｂ）のように工具ホーン３０が超音波振動するとともに、アンビル５０上の樹脂成形品１０と繊維部材２０を押圧し始めると、工具ホーン３０の凸部表面３０ａは繊維部材２０を圧縮する。図２（ｂ）は、工具ホーン３０の凹部底面３０ｃが繊維部材２０の表面に達した状態を示している。
【００３４】
そして、図２（ｃ）のように、工具ホーン３０の凸部表面３０ａが繊維部材２０を圧縮した状態で樹脂成形品１０を押していくと、繊維部材２０と樹脂成形品１０は溶融する。そして樹脂成形品１０の溶融部分は、工具ホーン３０の凸部表面３０ａで押されて、工具ホーン３０の案内面３０ｂを経由して、工具ホーン３０の凹部底面３０ｃに向かって流入する。言い換えると、工具ホーン３０の凸部表面３０ａは、樹脂成形品１０を押圧して溶融させ、樹脂成形品１０の溶融部分を工具ホーン３０の凹部底面３０ｃに向かって押し上げる作用（ポンプ作用）をしている。
【００３５】
図２（ｃ）では、この樹脂成形品１０の溶融部分が工具ホーン３０の凹部底面３０ｃに向かって流入する動きを小さい曲線矢印で示した。図２（ｃ）は、工具ホーン３０の凸部表面３０ａが樹脂成形品１０を押し下げた溶融部分の量と、工具ホーン３０の凹部底面３０ｃに流入した溶融部分の量がバランスしたときの状態を示している。
【００３６】
工具ホーン３０の凹部底面３０ｃは繊維部材２０を圧縮するが、工具ホーン３０の凸部表面３０ａより圧縮量は少ないので、繊維部材２０の繊維の隙間をぬって絡みつくように流入してくる樹脂成形品１０の溶融部分の侵入を受け入れる。工具ホーン３０の凸部表面３０ａと案内面３０ｂと凹部底面３０ｃは、同じ周期と振幅の超音波振動をしているため、工具ホーン３０の凸部表面３０ａは、繊維部材２０と樹脂成形品１０を一体に溶融させた溶着範囲１１を作り、工具ホーン３０の凹部底面３０ｃは、繊維部材２０と樹脂成形品１０が絡み合った状態、つまり繊維部材２０に樹脂成形品１０が含浸した含浸範囲１２を作る。
【００３７】
図２（ｄ）のように、工具ホーン３０の超音波振動を停止して、繊維部材２０と樹脂成形品１０の上方に移動すると、工具ホーン３０が当たった範囲は、溶着範囲１１と含浸範囲１２が交互に連なった状態で溶着される。
【００３８】
繰り返しの説明になるが、図３（ａ）から（ｄ）で、工具ホーン３０の凸部表面３０ａが繊維部材２０を圧縮した状態で樹脂成形品１０を押していき、繊維部材２０と樹脂成形品１０が溶融し、樹脂成形品１０の溶融部分が、工具ホーン３０の凸部表面３０ａで押されて、工具ホーン３０の案内面３０ｂを経由して、工具ホーン３０の凹部底面３０ｃに向かって流入する様子を遷移図で示した。
【００３９】
図３（ａ）では、凸部表面３０ａが繊維部材２０を押しつぶした状態で樹脂成形品１０を溶融し、溶着範囲１１を形成し始める。図３（ｂ）では、凸部表面３０ａが繊維部材２０と樹脂成形品１０を押し下げるため、樹脂成形品１０が溶融した一部が案内面３０ｂの斜面を伝って凹部底面３０ｃに向かって流入する。そして、更に工具ホーン３０が押し下げられると、図３（ｃ）のように、凹部底面３０ｃに向き合っている繊維部材２０の繊維の隙間に樹脂成形品１０が溶融した一部が絡み合うように流入する。その後、一定時間、工具ホーン３０で超音波振動を与えると、図３（ｄ）のように、凸部表面３０ａが当たっている繊維部材２０は樹脂成形品１０と溶着して、溶着範囲１１を形成する。そして凹部底面３０ｃが当っていた繊維部材２０は、樹脂成形品１０の溶融部分が絡み合った含浸範囲１２を形成する。図３（ｅ）のように、工具ホーン３０の超音波振動を停止して、繊維部材２０と樹脂成形品１０の上方に移動すると、工具ホーン３０が当たった範囲は、溶着範囲１１と含浸範囲１２が交互に連なった状態で溶着される。
【００４０】
なお、図２と図３では、繊維部材２０の断面を斜線で示したが、本発明の理解を容易にするため、図４に、繊維部材２０をループ状の繊維でできたフィルターシートとして、枠状の樹脂成形品１０に溶着する溶着作業手順を図示した。繊維部材２０の断面をループ状の線で示したことにより、繊維部材２０が押しつぶされている程度の違いが、直感的に理解される。
【００４１】
すなわち、図４（ａ）では、工具ホーン３０と繊維部材２０が離れているので、繊維部材２０は押しつぶされておらず、ループ状の線が均一に並んでいる。図４（ｂ）のように、工具ホーン３０の凸部表面３０ａが繊維部材２０を押し始めると、凸部表面３０ａが当たっているループ状の繊維部材２０がある程度押しつぶされているが、凹部底面３０ｃが当たっているループ状の繊維部材２０が押しつぶされていない。
【００４２】
工具ホーン３０の凸部表面３０ａが繊維部材２０を強く推している図４（ｃ）の段階になると、凸部表面３０ａが当たっているループ状の繊維部材２０が強く押しつぶされて、超音波振動を受けた樹脂成形品１０の中に溶融し始めている。そして凹部底面３０ｃが当っていた繊維部材２０では、繊維がループ状を保った状態で、凸部表面３０ａから案内面３０ｂを経由して流入する溶融部分を受け入れて、ループ状の繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶融部分が絡み合い始める。
【００４３】
その後、一定の時間、工具ホーン３０で超音波振動を与えると、凸部表面３０ａが当たっているループ状の繊維部材２０は樹脂成形品１０と溶着して、溶着範囲１１を形成する。そして凹部底面３０ｃが当っていたループ状の繊維部材２０は、樹脂成形品１０の溶融部分が絡み合った含浸範囲１２を形成する。このことは、図２を用いて説明した内容と技術的には同じで、繰り返しの説明ではあるが、図４を見れば、本発明の特徴がイメージ的により容易に理解されよう。
【００４４】
図５では、四角い枠型をした樹脂成形品１０の上に重ねられた繊維部材２０の長方形をしたシートの周囲を、超音波振動している工具ホーン３０を当てて、溶着範囲１１と含浸範囲１２が交互に連なった状態で溶着した後の姿を平面図で示した。溶着範囲１１では、繊維部材２０と樹脂成形品１０が一体に溶融して、一定の溶着強度で強く溶着されている。また、含浸範囲１２では、繊維部材２０に樹脂成形品１０が絡みつくように含浸して、溶着範囲１１の溶着強度より小さい強度ではあるが、繊維部材２０と樹脂成形品１０が一体に溶着されている。
【００４５】
図２４から図２６を用いて説明した従来の溶着方法であれば、一つの溶着範囲と間隔をあけて形成される他の溶着範囲の間では、繊維部材２０と樹脂成形品１０が離れているのに、本発明では、繊維部材２０に樹脂成形品１０が絡みついた含浸範囲ができている。
【００４６】
そのため、繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶着強度は大きくなり、繊維部材２０と樹脂成形品１０の工具ホーンを当てたところは連続的に溶着されるという効果が得られる。
【００４７】
なお、図1から図４では、本発明の超音波溶着装置の工具ホーンの厚さを示していないので、図６に、工具ホーン３０の下から見た斜視図を示し、工具ホーン３０の厚さを符号「ｂ」で示した。第一の実施形態では、工具ホーンの凸部表面３０ａの厚さ「ｂ」を、繊維部材２０の周辺近傍部分２１を被せる樹脂成形品１０の段差部分１０ａの幅「Ｂ」より小さくしている。図５では、工具ホーンの凸部表面３０ａの厚さに相当する寸法を「ｂ」で示し、樹脂成形品１０の段差部分１０ａの幅に相当する寸法を「Ｂ」で示した。
【００４８】
工具ホーンの凸部表面３０ａの側面に接する樹脂成形品１０は、溶融していないので樹脂成形品の溶融部分の流れ込みを阻止する壁になる。そのため、樹脂成形品の溶融部分は工具ホーンの凸部表面３０ａの側面方向、つまり工具ホーンの凸部表面３０ａの厚さ方向に広がらず、案内面３０ｂに案内されて空間部である凹部底面３０ｃに向けて流入する。
【００４９】
（第一の実施形態の変形例）
なお、溶着範囲が接近していて、凸部表面３０ａと凹部底面３０ｃをつなぐ案内面３０ｂが、上記第一の実施形態で説明したように、斜面にできない場合は、図７（ａ）で示したように工具ホーンの案内面を斜面の代わりに外側に凸の曲面とした工具ホーンを用いても良い。すなわち、図７（ａ）の工具ホーン３１では、溶融部分を工具ホーン３１の凸部表面３１ａから凹部底面３１ｃに導く案内面３１ｂが外側に凸の曲面になっている。
【００５０】
図８（ａ）で、工具ホーン３１の凸部表面３１ａが繊維部材２０を圧縮した状態で樹脂成形品１０に超音波振動を与えると、繊維部材２０と樹脂成形品１０が溶融し、樹脂成形品１０の溶融部分が、工具ホーン３１の凸部表面３１ａで押されて、工具ホーン３１の案内面３１ｂを経由して、工具ホーン３１の凹部底面３１ｃに向かって流入する。
【００５１】
そして、図８（ｂ）から図８（ｄ）に示したように、工具ホーン３１の凹部底面３１ｃは繊維部材２０を圧縮するが、工具ホーン３１の凸部表面３１ａより圧縮量は少ないので、繊維部材２０の繊維の隙間をぬって絡みつくように流入してくる樹脂成形品１０の溶融部分の侵入を受け入れる。工具ホーン３１の凸部表面３１ａと案内面３１ｂと凹部底面３１ｃは、同じ周期と振幅の超音波振動をしているため、工具ホーン３１の凸部表面３１ａは、繊維部材２０と樹脂成形品１０を一体に溶融させた溶着範囲１１を作り、工具ホーン３１の凹部底面３１ｃは、繊維部材２０と樹脂成形品１０が絡み合った状態、つまり繊維部材２０に樹脂成形品１０が含浸した含浸範囲１２を作る。図８（ｅ）のように、工具ホーン３１の超音波振動を停止して、繊維部材２０と樹脂成形品１０の上方に移動すると、工具ホーン３１が当たった範囲は、溶着範囲１１と含浸範囲１２が交互に連なった状態で溶着される。このことは、図２と図３で説明した時と同じである。
【００５２】
なお、斜面の代わりに曲面の半径Ｒが大きく取れない場合は、小さい面取り程度の斜面や曲面であっても良いし、場合によっては、図７（ｂ）に示した工具ホーン３２のように、斜面や曲面としなくても良い。
【００５３】
また、上記の説明では、枠状の樹脂成形品１０と長方形のシート状の繊維部材２０を溶着する例を示したが、樹脂成形品１０が枠状以外の形、例えば平板、曲面板、角材、棒材などの形をしていても良い。また、樹脂成形品が硬い板でなく、プラスチックシートのように柔軟性のあるものであっても良い。本発明は、樹脂成形品と繊維部材を溶融した溶着範囲を形成すると同時に、両者をからませて含浸させた含浸範囲を形成して、樹脂成形品と繊維部材の大きい溶着強度と、広い溶着範囲を得たいその他の場合に適用できる。
【００５４】
第一の実施形態では、工具ホーンの押圧面に、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部をワンセットとして一方向に繰り返して形成した工具ホーンを用いた場合を説明した。
【００５５】
なお、本発明では、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部の繰り返し方により溶着強度を増やすことが出来る。例えば、図９（ａ）のように、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ凸部と凹部を押圧面において一方向に繰り返して形成した場合だけでなく、図９（ｂ）のように、複数の凸部と凹部の一方向の繰り返しを、押圧面において平行に並べた形にしてもよく、図９（ｃ）のように、複数の凸部と凹部の繰り返しを、押圧面において格子状に、所定角度で交差させた形にしても良い。また図９（ｄ）に示したように、複数の凸部と凹部の繰り返しを、押圧面の内側から外側に向けて放射状に出すような形にしても良い。必要とされる強度により、最適なものを用いればよい。
【００５６】
以下、図９（ｂ）の複数の凸部と凹部の一方向の繰り返しを、押圧面において平行に並べた形にした場合を第二の実施形態で説明する。図９（ｃ）の複数の凸部と凹部の繰り返しを、押圧面において格子状に、所定角度で交差させた場合を第三の実施形態で説明する。また、図９（ｄ）の複数の凸部と凹部の繰り返しを、押圧面の内側から外側に向けて放射状に出すような形にした場合について、第四の実施形態と第五の実施形態で説明する。
【００５７】
（第二の実施形態）
本発明の超音波溶着装置の第二の実施形態では、工具ホーン７０の先端を角柱として、工具ホーンの押圧面に複数の凸部と凹部の一方向の繰り返しを、平行に並べた形にした場合を説明する。
【００５８】
図１０（ａ）は、本発明の超音波溶着装置の第二の実施形態の工具ホーンの先端部の断面図であり、図１０（ｂ）は、同工具ホーンの押圧面を底面図として示している。図１０の工具ホーン７０では、先端を四角柱として、工具ホーンの押圧面に複数の凸部と凹部の一方向の繰り返しを、平行に並べた形にしている。
【００５９】
すなわち、図１０（ｂ）では、第一の凹部底面７０ｃ−１、第一の凸部表面７０ａ−１、第二の凹部底面７０ｃ−２、第二の凸部表面７０ａ−２、第三の凹部底面７０ｃ−３、第三の凸部表面７０ａ−３、第四の凹部底面７０ｃ−４をそれぞれ案内面７０ｂで接続したものを基本形として、平行に二列並べた形にしている。図１０（ｂ）では、第二の凸部表面７０ａ−２の長さを第一の凸部表面７０ａ−１と第三の凸部表面７０ａ−３より長くして、第二の凸部表面７０ａ−２に対応する溶着範囲１１を大きくしている。第二の実施形態では、凸部と凹部の一方向の繰り返しを複数列にして、広い範囲を溶着させて第一の実施形態より溶着強度を増大させている。
【００６０】
（第三の実施形態）
本発明の超音波溶着装置の第三の実施形態では、工具ホーン７１の先端を角柱として、工具ホーンの押圧面に凸部と凹部を一方向に交互に繰り返すものを、所定角度で交差させて形成した場合を説明する。
【００６１】
図１１（ａ）は、本発明の超音波溶着装置の第三の実施形態の工具ホーンの先端部の断面図であり、図１１（ｂ）は、同工具ホーンの押圧面を底面図として示している。図１１の工具ホーン７１では、先端を四角柱として、工具ホーンの押圧面に複数の凸部と凹部の繰り返しを、格子状に、所定角度で交差させた形に形成している。
【００６２】
図１１（ｂ）では、第一の凹部底面７１ｃ−１、第一の凸部表面７１ａ−１、第二の凹部底面７１ｃ−２、第二の凸部表面７１ａ−２、第三の凹部底面７１ｃ−３、第三の凸部表面７１ａ−３、第四の凹部底面７１ｃ−４、第四の凸部表面７１ａ−４、第五の凹部底面７１ｃ−５をそれぞれ案内面７１ｂで接続したものを基本形として、凸部と凹部を格子状に繰り返すように形成している。
【００６３】
工具ホーン７１の凸部表面７１ａ−１〜４が繊維部材２０を圧縮した状態で樹脂成形品１０に超音波振動を与えると、繊維部材２０と樹脂成形品１０が溶融し、樹脂成形品１０の溶融部分が、工具ホーン７１の凸部表面７１ａ−１〜４で押されて、工具ホーン７１の案内面７１ｂを経由して、工具ホーン７１の凹部底面７１ｃ−１〜５に向かって流入するメカニズムは、第一の実施形態で説明したのと同様である。その結果、凸部表面７１ａ−１〜４で押圧した所は、溶着範囲１１となり、凹部底面７１ｃ−１〜５で押圧した所は、含浸範囲１２となる。第三の実施形態では、広い範囲を溶着する。そして、繊維部材２０と樹脂成形品１０は、第一の実施形態や第二の実施形態より強く溶着される。
【００６４】
（第四の実施形態）
本発明の超音波溶着装置の第四の実施形態では、工具ホーン７２の押圧面を多角形として、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ多角形の凸部と多角形の凹部を、押圧面の内側から外側に向けて放射状に繰り返すように形成した工具ホーンを用いた場合を説明する。
【００６５】
図１２（ａ）は、本発明の超音波溶着装置の第四の実施形態の工具ホーンの先端部の断面図であり、図１２（ｂ）は、同工具ホーンの押圧面を底面図として示している。図１２の工具ホーン７２では、先端を四角柱として、工具ホーン７２の押圧面を四角形にしている。そして、押圧面の中心には、高さの低い四角柱である第一の凸部表面７２ａ−１があり、その外に四角い枠状の第一の凹部底面７２ｃ−１を設け、その外側に四角い枠状の第二の凸部表面７２ａ−２があり、その外に四角い枠状の第二の凹部底面７２ｃ−２を設けてあり、それぞれの凸部表面７２ａ−１、２と凹部底面７２ｃ−１、２の間を案内面７２ｂでつないでいる。
【００６６】
本発明の第四の実施形態にかかる超音波溶着装置の溶着作業手順は、第一の実施形態にかかる超音波溶着装置の溶着作業手順と実質的に同じなので、説明を省略するが、図１３に、本発明の第四の実施形態にかかる超音波溶着装置で溶着した樹脂成形品１０と繊維部材２０を示した外観斜視図を示した。
【００６７】
図１３では、樹脂成形品１０の上に繊維部材２０が載っていて、工具ホーンの押圧面の凸部表面７２ａ−１、２が当たった繊維部材２０は樹脂成形品１０と溶着して、溶着範囲１１を形成し、その両隣に繊維と溶融樹脂が絡み合った含浸範囲１２を形成している。図１３では、多角形をした溶着範囲１１と含浸範囲１２が内側から外側に向けて放射状に繰り返している箇所を４ケ所形成した場合を示した。
【００６８】
図１４では、溶着した部分の拡大斜視図を示した。工具ホーンの凸部表面７２ａ−１、２で四角形の溶着範囲１１を形成し、凹部底面７２ｃ−１、２で繊維部材２０と溶融した樹脂成形品１０が絡み合った多角形の含浸範囲１２を放射状に繰り返すように形成している、そのため、繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶着強度は、第一の実施形態から第三の実施形態より増大して、はがれにくくなっている。
【００６９】
（第四の実施形態の変形例）
図１５では、本発明の超音波溶着装置の変形例にかかる工具ホーン７３の先端部の断面図を示した。工具ホーン７３は、図１２で説明した工具ホーン７２の凸部と凹部の位置を反転した形をしている。
【００７０】
工具ホーン７３の先端を四角柱として、押圧面である四角形の中心には、四角形の第一の凹部底面７３ｃ−１があり、その外に四角い枠状の第一の凸部表面７３ａ−１を設け、その外側に四角い枠状の第二の凹部底面７３ｃ−２があり、その外に四角い枠状の第二の凸部表面７３ａ−２を設けてあり、それぞれの凸部と凹部の間を案内面７３ｂでつないでいる。
【００７１】
図１６は、同工具ホーン７３で溶着した部分の拡大斜視図を示した。図１５の第四の実施形態の変形例にかかる工具ホーン７３でも、押圧面の凸部表面７３ａ−１、２で溶着範囲１１を形成し、凹部底面７３ｃ−１、２でその外側に繊維と溶融樹脂が絡み合った含浸範囲１２を押圧面の内側から外部に向けて放射状に形成している、溶着範囲１１と繊維と樹脂が絡み合った含浸範囲１２が放射状に繰り返すように形成している、そのため、繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶着強度は増大して、はがれにくくなっている。このことは、第四の実施形態と同じである。
【００７２】
（第五の実施形態）
第五の実施形態では、工具ホーン８１の先端を円柱として、工具ホーン８１の押圧面である円の内側から外側に向けて放射状に、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ同心円状の凸部８１ａと同心円状の凹部８１ｃを繰り返して形成した工具ホーン８１を用いた場合を説明する。
【００７３】
第五の実施形態では、凸部表面８１ａと凹部底面８１ｃ−１、２を案内面８１ｂ−１、２でつないだ凸部と凹部を同心円状に隣接して形成し、超音波振動している工具ホーン８１の凸部表面８１ａで繊維部材２０と樹脂成形品１０を押圧して、両者が溶着した溶着範囲を形成し、工具ホーン８１の凸部表面８１ａから凹部底面８１ｃ−１、２に向けて、工具ホーン８１の凸部表面８１ａで溶融させた樹脂成形品１０の溶融部分を、案内面８１ｂ−１、２を利用して流入させ、樹脂成形品１０の溶融部分と繊維部材２０が絡み合った含浸範囲１２を形成し、溶着範囲１１と含浸範囲１２を隣接して形成するように構成している。
【００７４】
図１７（ａ）に、本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の工具ホーン８１の先端部の断面図を示し、図１７（ｂ）に同工具ホーン８１の押圧面を底面図として示した。また、図１８に、工具ホーン８１を斜め下方から見た外観斜視図を示した。
【００７５】
図１７（ａ）（ｂ）と図１８に示した通り、工具ホーン８１の円形をした押圧面には、その中心から外周に向かって、第一の凹部底面８１ｃ−１、第一の案内面８１ｂ−１、凸部表面８１ａ、第二の案内面８１ｂ−２、第二の凹部底面８１ｃ−２が形成されている。
【００７６】
また、本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着装置の溶着作業手順を断面で示した遷移図を図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示した。なお、図１９は、第一の実施形態の説明で用いた図４に対応している。
【００７７】
図１９（ａ）では、工具ホーン８１と繊維部材２０が離れているので、繊維部材２０は押しつぶされておらず、ループ状の線が均一に並んでいる。図１９（ｂ）のように、工具ホーン８１の凸部表面８１ａが繊維部材２０を押し始めると、凸部表面８１ａが当たっているループ状の繊維部材２０がある程度押しつぶされているが、凹部底面８１ｃ−１、２が当たっているループ状の繊維部材２０が押しつぶされていない。
【００７８】
工具ホーン８１の凸部表面８５ａが繊維部材２０を強く推している図１９（ｃ）の段階になると、凸部表面８１ａが当たっているループ状の繊維部材２０が強く押しつぶされて、超音波振動を受けた樹脂成形品１０の中に溶融し始めている。そして凹部底面８１ｃ−１、２が当っていた繊維部材２０では、繊維がループ状を保った状態で、凸部表面８１ａから案内面８１ｂ−１、２を経由して流入する溶融部分を受け入れて、ループ状の繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶融部分が絡み合い始める。
【００７９】
その後、一定の時間、工具ホーン８１で超音波振動を与えると、凸部表面８１ａが当たっているループ状の繊維部材２０は樹脂成形品１０と溶着して、溶着範囲１１を形成する。そして凹部底面８１ｃ−１、２が当っていたループ状の繊維部材２０は、樹脂成形品１０の溶融部分が絡み合った含浸範囲１２を形成する。
【００８０】
図２０に、本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の工具ホーン８１を用いて溶着した構造物の外観斜視図を示した。中心に円形をした凸部として繊維と樹脂が絡み合った含浸範囲１２があり、その外側に同心円状をした凹部として溶着範囲１１があり、その外側に円形をした凸部として繊維と樹脂が絡み合った含浸範囲１２が形成されている。
【００８１】
押圧面の凸部８１ａで溶着範囲１１を形成し、凹部８１ｃ−１、２で繊維と溶融樹脂が絡み合った含浸範囲１２を形成し、それらを押圧面の内側から外部に向けて放射状に繰り返して形成している。溶着範囲１１と繊維と樹脂が絡み合った含浸範囲１２が放射状に繰り返すように形成しているので、繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶着強度は大きく、はがれにくくなっている。この効果は、第四の実施形態と同じである。
【００８２】
（第五の実施形態の第一の変形例）
図２１（ａ）には、本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の第一の変形例として、工具ホーン８２の先端部の断面図を示し、図２１（ｂ）に同工具ホーン８２の押圧面を底面図として示した。第五の実施形態の第一の変形例では、工具ホーン８２の円形をした押圧面には、その内側から外周に向かって第一の凹部底面８２ｃ−１、第一の案内面８２ｂ−１、第一の凸部表面８２ａ−１、第二の案内面８２ｂ−２、第二の凹部底面８２ｃ−２、第三の案内面８２ｂ−３、第二の凸部表面８２ａ−２、第四の案内面８２ｂ−４、第三の凹部底面８２ｃ−３が形成されている。
【００８３】
溶着範囲１１と繊維と樹脂が絡み合った含浸範囲１２が内側から外側に放射状に繰り返すように形成しているので、繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶着強度は増大して、はがれにくくなっている。この効果は、第五の実施形態と同じである。
【００８４】
（第五の実施形態の第二の変形例）
図２２（ａ）には、本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の第二の変形例として、工具ホーン８３の先端部の断面図を示し、図２２（ｂ）に同工具ホーン８３の押圧面を底面図として示した。第五の実施形態の第二の変形例では、工具ホーン８３の円形をした押圧面には、その内側から外周に向かって第一の凸部表面８３ａ−１、第一の案内面８３ｂ−１、第一の凹部底面８３ｃ−１、第二の案内面８３−２、第二の凸部表面８３ａ−２、第三の案内面８３ｂ−３、第二の凹部底面８３ｃ−２が形成されている。
【００８５】
溶着範囲１１と繊維と樹脂が絡み合った含浸範囲１２が放射状に繰り返すように形成しているので、繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶着強度は増大して、はがれにくくなっている。この効果は、第五の実施形態と同じである。
【００８６】
（第五の実施形態の第三の変形例）
本発明の超音波溶着装置の第五の実施形態の第三の変形例では、図２３（ａ）（ｂ）に示した通り、工具ホーン８４の円形をした押圧面には、その内側から外周に向かって、凸部表面と凹部底面を案内面でつないだ、第一の凸部表面８４ａ−１、第一の凹部底面８４ｃ−１、第二の凸部表面８４ａ−２、第二の凹部底面８４ｃ−２、第三の凸部表面８４ａ−３、第三の凹部底面８４ｃ−３が形成されている。
【００８７】
そして、第一の凸部表面８４ａ−１、第二の凸部表面８４ａ−２、第三の凸部表面８４ａ−３の表面には、細かいアヤメ（ローレット）の凹凸がある表面にして、表面積を広くしている。
【００８８】
なお、押圧面に設ける凹部底面から凸部表面までの高さは、第一の凸部表面８４ａ−１、第二の凸部表面８４ａ−２などが同じ高さでもよいし、異なる高さに形成しても良い。凹部底面から凸部表面までの高さは任意である。
【００８９】
溶着範囲１１と繊維と樹脂が絡み合った含浸範囲１２が放射状に繰り返すように形成しているので、繊維部材２０と樹脂成形品１０の溶着強度は増大して、はがれにくくなっている。この効果は、第五の実施形態と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、繊維部材を樹脂成形品に溶着する超音波溶着装置に広く適用できる。特に医療用フィルタや汚泥処理膜などの繊維材料でできた繊維部材を樹脂成形品から剥がれないように強く溶着する超音波溶着装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  樹脂成形品
１１  溶着範囲
１２  含浸範囲
２０  繊維部材
３０  工具ホーン
３０ａ  凸部表面
３０ｂ  案内面
３０ｃ  凹部底面
４０  超音波振動手段
５０  アンビル
５１  フレーム
６０  工具ホーンの昇降手段
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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