(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせて支持された金属もしくは樹脂材料などの加工材に対して加圧力と共に超音波振動を付与して溶接処理を行う超音波溶接装置であって、ダイアフラムを介装してコンバータ及び固定用ホーンを一体的に連設してホーンを両持ち状に支持させると共に、最大変位Ｎ１、Ｎ２間における前記ホーンの振動を１波長（Ｌ）となるように設定してホーンのトップ位置において最大振巾Ｈが得られて振動損失が最少の状態となるように構成し、前記最大変位Ｎ１、Ｎ２から固定用ホーンの側端縁及びコンバータの側端縁までの長さがいずれも半波長（Ｌ／２）の距離となるように構成して振動手段の全長が２波長（２Ｌ）と同等となるよう設定した超音波溶接装置。
【請求項２】
前記ダイアフラムの中心開口を前記ホーンの段差部に嵌合させてダイアフラムをホーンとコンバータ及びホーンと固定用ホーンとで挾持するように連結してなる請求項１記載の超音波溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、重ね合わせた金属あるいは樹脂材等の超音波接合可能な部材に超音波振動を付与してそれらの部材を接合する超音波接合技術の分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、例えば米国特許第３，９５５，７４０号明細書（公知例）によって開示されたものがしられている。
【０００３】
この振動溶接装置の特徴点は、支柱１２、１４に回転可能に支持された筒状ハウジング２８内に一対のメタル製のダイアフラム３０、３２を介して振動アセンブリを装着したものであって、カップリング体１８の一側にダイアフラム３０を介装してコンバータ１６を一体的に連結し、その他側にはダイアフラム３２を介装してホーン２０を一体的に連結したものであり、ホーン２０の作動接触面５２を、昇降可能なアンビル輪５０上に担持させた加工材Ｗ上に臨ませたものである。
【０００４】
従って、筒状ハウジング２８内における半波長の共振振動によりホーン２０を振動させ、加工材Ｗを溶接処理しうるものである。
【０００５】
又、本出願人による先行技術としては図６、図７に示すようにホーンＡ１の両端にダイアフラム共振板Ｂ１１を介装してブースタＣ１を連結し、更に他のダイアフラム共振板Ｂ１２を介装してコンバータＤ１及び固定用ホーンＤ２をシリーズ状に一体的に連設し、ブースタＣ１上に嵌合させた筒体Ｅ１の両端にダイアフラム共振板Ｂ１１、Ｂ１２を連結し、筒体Ｅ１を固設手段Ｆ１により担持させ、ホーンＡ１を両持ち状に支持させ、最大変位ポイントにて支持する形式のものが挙げられる（ポーラマウント型ブースタ）（先行例１）。
【０００６】
又、他の先行技術としては図８に示すようにホーンＡ２の両端に連結したブースタＣ２上に担持体Ｇ２を固着し、この担持体Ｇ２を固設手段によって固定させてホーンＡ２をノーダルポイントにおいて両持ち状に支持させたものである（ソリッド型ブースタ）（先行例２）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記した公知例のものにあっては、ホーン２０は片持ち状であるため、例えば横振動超音波溶接において、溶接面積があるレベルを越えて広くなると高加圧が必要となるため加圧力を強化するとブースタ支持部の撓みにより溶接面に不均一な圧力を生じ、結果として全面の溶接も不均一となるおそれがある。
【０００８】
先行例１もしくは２のものにあっては、超音波振動による溶接処理能力の点にあっては格別に遜色はなく有効なものであり、前記の回避手法として超音波ホーンを一波長とし、２方向からネジ結合し支持する方法がとられるが、この際に先行例１のものでは振動波長が３波長となり、しかも構造が複雑化し、又ホーン交換操作も容易ではなく、先行例２のものにあってもメンテナンス性は良好になるが、支持部が加圧ポイントから遠隔位置となって撓み現象が発生するおそれがあるばかりでなく、ホーンとブースタとの結合用ネジへの負担が大きくなる不具合が懸念され、更には振動波長が２．５波長となるため、いずれもその長さ寸法が大となり、装置の大型化を避けることが出来ず、自動機に組み込み難くなるという課題があった。
【０００９】
この発明が解決しようとする第１の課題点は、共振手段全体が２波長とされ、振動損失が少なく、有効に溶接処理しうるものを提供することである。
【００１０】
この発明が解決しようとする第２の課題点は、支持部が加圧ポイントから遠隔位置であっても撓み現象による不具合が発生しないものを提供することである。
【００１１】
この発明が解決しようとする第３の課題点は、ホーン結合部の信頼性の高いものを提供することである。
【００１２】
この発明が解決しようとする第４の課題点は、単純な構成であって、コンパクトで、しかも溶接能力の優れたものを提供することである。
【００１３】
この発明が解決しようとする第５の課題点は、ダイアフラムとその固定用リングとを分解することなくホーンの交換をすることが出来、メンテナンス性が向上したものを提供することである。
【００１４】
この発明が解決しようとする第６の課題点は、ホーンとダイアフラムを嵌め合い結合構成とすることにより、組み込み時の再現性及びホーンのずれを未然防止しうるものを提供出来るものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する具体的な対応手段は次の通りである。
【００１６】
(1)  重ね合わせて支持された金属もしくは樹脂材料などの加工材に対して加圧力と共に超音波振動を付与して溶接処理を行う超音波溶接装置であって、ダイアフラムを介装してコンバータ及び固定用ホーンを一体的に連設してホーンを両持ち状に支持させると共に、最大変位Ｎ１、Ｎ２間における前記ホーンの振動を１波長（Ｌ）となるように設定してホーンのトップ位置において最大振巾Ｈが得られて振動損失が最少の状態となるように構成し、前記最大変位Ｎ１、Ｎ２から固定用ホーンの側端縁及びコンバータの側端縁までの長さがいずれも半波長（Ｌ／２）の距離となるように構成して振動手段の全長が２波長（２Ｌ）と同等となるよう設定した超音波溶接装置。
【００１７】
（２）  前記ダイアフラムの中心開口を前記ホーンの段差部に嵌合させてダイアフラムをホーンとコンバータ及びホーンと固定用ホーンとで挾持するように連結してなる前記（１）  記載の超音波溶接装置。
【００１８】
従って、この発明によれば単純な構造で、しかも小型化され、メンテナンス性が優れた実用性の高いものが得られるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図４、図５に全体図を示す実施の形態の超音波溶接装置ＤＥにあっては、基台１０上に設けた一対の竪枠１１、１１’に横枠１２を連結し、横枠１２上に昇降可能に配設した昇降枠２０に垂設した担持部２１、２２間に共振手段３０を担持させたものであり、基台１０に固設した支持台１３上には加工材Ｗを載置しうるアンビル４０を固設している。
【００２０】
又、昇降枠２０上に連結された支柱体２３は、横枠１２上に配設したエアシリンダ６０によって昇降駆動しうるものであって、後述するホーン３１を加工材Ｗ方向に付勢させうるものである。
【００２１】
図１乃至図３にも示すように共振手段３０におけるホーン３１の両側端は担持部２１、２２によって最大振巾点において両持ち状に担持されており、ホーン３１の両側の大径部３２の外端は、図２及び図３に示すように結合ネジ３９によってコンバータ３４及び固定用ホーン３５に連結すると共に、この大径部３２の外端には、厚みの小さい段差部３２Ａが形成されており、この段差部３２Ａの厚み（Ｘ）よりも厚み（Ｙ）が幾分大となるように形成したダイアフラム３３の中心開口３３Ａを、この段差部３２Ａに嵌合させ、更にコンバータ３４と、等径状の固定用ホーン３５とを、ダイアフラム３３を挾持するようにしてホーン３１の両側縁に一体的に連結している。
【００２２】
又、ダイアフラム３３には、その厚みの大きい第１のリング３６Ａと厚みの小さい第２のリング３６Ｂとダイアフラム３３とで挾持させ、ボルト３７により一体的に挾着させたものである。
【００２３】
又、コンバータ３４を昇降枠２０の担持部２１、２２内に固設することによってホーン３１を両持ち状に支持させたものであって、この実施の形態にあっては図１に示すように最大変位Ｎ１  、Ｎ２  間におけるホーン３１の振動を１波長（Ｌ）となるように設定し、ホーン３１のトップ３１Ａ位置において最大振巾（Ｈ）が得られて振動損失が最小の状態で溶接処理しうるように構成され、更に最大変位Ｎ１  、Ｎ２  から固定用ホーン３５の側端縁及びコンバータ３４の側端縁までの長さが互いに半波長（Ｌ／２）の距離となるように構成している。
【００２４】
従って、この装置ＤＥによってアンビル４０上に載置した加工材Ｗを溶接処理する際には、ホーン３１のトップ３１Ａを加工材Ｗの溶接位置上に臨ませ、図示しない駆動手段によってコンバータ３４に超音波振動を誘発させ、昇降枠２０を下降させてホーン３１のトップ３１Ａにより加工材Ｗを加圧しつつ超音波振動により発熱させて溶接処理を実施させるものである。
【００２５】
ところで、前記したようにホーン３１は１波長分の長さであり、最大変位Ｎ１  、Ｎ２  からコンバータ３４及び固定用ホーン３５の外端までの長さは、それぞれ半波長（Ｌ／２）分であるため、結果として振動手段３０の全長は２波長（２Ｌ）と同等となり、しかもダイアフラム３３は最大振巾点を支持しているが、リング部３６Ａ、３６Ｂには振動が漏れることがなく、又超音波振動を阻害することもなくトップ３１Ａでは超音波振動は効果的に伝達され、高圧で加圧された状態でも溶接状態に差異が生じることなく高品質の超音波溶接をなしうるものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したこの発明によってもたらされる特有の効果は、次の通りである。
【００２７】
▲１▼  共振手段の全長が２波長と同等であってコンパクト化しうるものである。
【００２８】
▲２▼  ホーンの交換が軽便でメンテナンス性が向上されるものである。
【００２９】
▲３▼  ホーンのずれ移動を防止し、高品質の溶接処理をなしうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の超音波溶接装置における振動手段の側面図。
【図２】図１の丸印（イ）の拡大図。
【図３】図１の丸印（ロ）の拡大図。
【図４】この発明の実施の形態の超音波溶接装置の正面図。
【図５】図４の側面図。
【図６】先行例１の側面図。
【図７】図６の一部拡大図。
【図８】先行例２の側面図。
【符号の説明】
ＤＥ          超音波溶接装置
３１          ホーン
３２Ａ        段差部
３３          ダイアフラム
３４          コンバータ
３５          固定用ホーン
【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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