(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波溶着機のホーンの周囲を覆うように配置されるノズルと、
前記ノズルの内側の空間から異物を吸引する集塵部と、
を備え、
前記ノズルには、当該ノズルの内側の空間と外側の空間とを連通する給気流路および排気流路が形成されており、
前記排気流路の内側の開口は、前記給気流路の内側の開口よりも前記ノズルの先端側に位置しており、
前記集塵部は、前記排気流路の外側の開口に気密に接続され、
前記ノズルは、前記ホーンとともに移動して被融着物に接触することで、前記ホーンと前記被融着物との接触部分の周囲を密閉する
ことを特徴とする超音波溶着機用集塵機。
【請求項２】
前記排気流路の内側の開口は、前記ノズルの周方向に沿って環状に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着機用集塵機。
【請求項３】
超音波溶着機のホーンの周囲を覆うように配置されるノズルと、
前記ノズルの内側の空間から異物を吸引する集塵部と、
を備え、
前記ノズルには、当該ノズルの内側の空間と外側の空間とを連通する給気流路および排気流路が形成されており、
前記排気流路の内側の開口は、前記給気流路の内側の開口よりも前記ノズルの先端側に位置しており、
前記集塵部は、前記排気流路の外側の開口に気密に接続され、
前記排気流路の内側の開口は、前記ノズルの周方向に沿って環状に形成されている
ことを特徴とする超音波溶着機用集塵機。
【請求項４】
前記ノズルは、当該ノズルの軸線方向に伸縮可能な弾性部材により支持されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波溶着機用集塵機。
【請求項５】
超音波溶着機のホーンの周囲を覆うように配置されるノズルと、
前記ノズルの内側の空間から異物を吸引する集塵部と、
を備え、
前記ノズルには、当該ノズルの内側の空間と外側の空間とを連通する給気流路および排気流路が形成されており、
前記排気流路の内側の開口は、前記給気流路の内側の開口よりも前記ノズルの先端側に位置しており、
前記集塵部は、前記排気流路の外側の開口に気密に接続され、
前記ノズルは、当該ノズルの軸線方向に伸縮可能な弾性部材により支持されている
ことを特徴とする超音波溶着機用集塵機。
【請求項６】
前記給気流路の内側の開口と前記排気流路の内側の開口との間には、前記ノズルの内側表面から突出するように整流部が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波溶着機用集塵機。
【請求項７】
超音波溶着機のホーンの周囲を覆うように配置されるノズルと、
前記ノズルの内側の空間から異物を吸引する集塵部と、
を備え、
前記ノズルには、当該ノズルの内側の空間と外側の空間とを連通する給気流路および排気流路が形成されており、
前記排気流路の内側の開口は、前記給気流路の内側の開口よりも前記ノズルの先端側に位置しており、
前記集塵部は、前記排気流路の外側の開口に気密に接続され、
前記給気流路の内側の開口と前記排気流路の内側の開口との間には、前記ノズルの内側表面から突出するように整流部が設けられている
ことを特徴とする超音波溶着機用集塵機。
【請求項８】
前記排気流路のうち内側の開口と外側の開口との間には、環状のインナールームが形成されており、当該インナールームには、異物逆流防止部が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の超音波溶着機用集塵機。
【請求項９】
超音波溶着機のホーンの周囲を覆うように配置されるノズルと、
前記ノズルの内側の空間から異物を吸引する集塵部と、
を備え、
前記ノズルには、当該ノズルの内側の空間と外側の空間とを連通する給気流路および排気流路が形成されており、
前記排気流路の内側の開口は、前記給気流路の内側の開口よりも前記ノズルの先端側に位置しており、
前記集塵部は、前記排気流路の外側の開口に気密に接続され、
前記排気流路のうち内側の開口と外側の開口との間には、環状のインナールームが形成されており、当該インナールームには、異物逆流防止部が設けられている
ことを特徴とする超音波溶着機用集塵機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の超音波溶着機用集塵機を備えたことを特徴とする超音波溶着機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波溶着機用集塵機および超音波溶着機に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波溶着とは、熱可塑性のプラスチックに超音波振動を加えながら圧着する加工技術である。超音波溶着では、溶着時に、振動するホーンとプラスチックとの接触部分が擦れることで、粒径１ｍｍ以下の細かい異物が瞬時に飛散し、作業環境を悪化させることがある。
【０００３】
特許文献１には、刃物の周囲を覆うように配置されたノズルと、ノズルの内部に負圧を与える集塵部と、を備え、被切削物を刃物により切削加工する際に、発生する切削粉を集塵する切削機用集塵機が開示されている。しかしながら、超音波溶着の溶着時に発生する、切削粉より細かい異物を集塵可能な超音波溶着機用集塵機は知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０９１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の集塵機を超音波溶着機用集塵機として利用する場合、次のような問題がある。すなわち、この集塵機では、ノズルの先端と被融着物との間に給気用の隙間が空けられ、異物発生源の周囲が密閉される構造ではないため、発生した異物がノズルの外側に飛散することを十分に防ぐことができない。また、ノズルの内側の空間には先端側から基端部側へと向かう気流が形成されるため、発生した異物は気流により舞い上げられてホーンに付着し、ホーンを汚染してしまう。
【０００６】
本発明は、このような点を考慮してなされたものである。本発明の目的は、溶着時に発生する異物を効率的に収集できるとともに発生する異物がホーンに付着して汚染することを抑制できる超音波溶着機用集塵機および超音波溶着機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による超音波溶着機用集塵機は、
超音波溶着機のホーンの周囲を覆うように配置されるノズルと、
前記ノズルの内側の空間から異物を吸引する集塵部と、
を備え、
前記ノズルには、当該ノズルの内側の空間と外側の空間とを連通する給気流路および排気流路が形成されており、
前記排気流路の内側の開口は、前記給気流路の内側の開口よりも前記ノズルの先端側に位置しており、
前記集塵部は、前記排気流路の外側の開口に気密に接続されている。
【０００８】
本発明による超音波溶着機用集塵機において、
前記排気流路の内側の開口は、前記ノズルの周方向に沿って環状に形成されていてもよい。
【０００９】
本発明による超音波溶着機用集塵機において、
前記ノズルは、当該ノズルの軸線方向に伸縮可能な弾性部材により支持されていてもよい。
【００１０】
本発明による超音波溶着機用集塵機において、
前記給気流路の内側の開口と前記排気流路の内側の開口との間には、前記ノズルの内側表面から突出するように整流部が設けられていてもよい。
【００１１】
本発明による超音波溶着機用集塵機において、
前記排気流路のうち内側の開口と外側の開口との間には、環状のインナールームが形成されており、当該インナールームには、異物逆流防止部が設けられていてもよい。
【００１２】
本発明による超音波溶着機は、
前記したいずれかの特徴を有する超音波溶着機用集塵機を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶着時に発生する異物を効率的に収集できるとともに発生する異物がホーンに付着して汚染することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による超音波溶着機を示す概略図である。
【図２】図２は、図１の超音波溶着機のホーンとノズルとを拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、図２に対応する図面であって、ノズルの内側の空間に形成される気流を説明するための図である。
【図４】図４は、図１の超音波溶着機のフィルタ部を拡大して示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示の理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態による超音波溶着機を示す概略図である。
【００１７】
本実施の形態による超音波溶着機１は、被溶着物に振動エネルギーを伝達するホーン２と、ホーン２と被溶着物との接触部分から発生する異物を収集する超音波溶着機用集塵機１０と、を備えている。
【００１８】
このうちホーン２は、それ自体は公知の超音波溶着機の一構成要素であり、ホーン２の形状および材料は、被溶着物の種類や溶着目的に応じて適宜決定され得る。一例を挙げれば、ホーン２の先端部は円筒形状を有しており、ホーン２の先端部の直径は１０ｍｍである。
【００１９】
図１に示すように、超音波溶着機用集塵機１０は、ホーン２の周囲を覆うように配置されるノズル１４と、ノズル１４の内側の空間から異物を吸引する集塵部１７と、を備えている。
【００２０】
図示された例では、ノズル１４は、略円筒形状を有しており、ホーン２の先端部の周囲を覆うように、ホーン２と同軸状に配置されている。ノズル１４の内径は、ホーン２の先端部の外径より大きく、ホーン２の先端部とノズル１４との間には環状の隙間が形成されている。隙間の幅は、たとえば３ｍｍ〜５ｍｍである。
【００２１】
本実施の形態では、ノズル１４は、ノズル１４の軸線方向に伸縮可能な弾性部材１３（たとえば、螺旋バネ）により支持されている。図示された例では、ノズル１４の基端部は径方向に広がるフランジ形状を有しており、ノズル１４の基端部の上面とホーンカバー１１の下面との間に弾性部材１３（螺旋バネ）が挟み込まれた状態で、ノズル１４の基端部の下面に当接する取付治具１２が、ホーンカバー１１に固定されている。ノズル１４に軸方向上向きの外力が加わると、この外力に応じて弾性部材１３が収縮することで、ノズル１４は軸方向上向きに変位され、この外力が解消されると、弾性部材１３の復元力により、ノズル１４は軸方向下向きに変位されて元の位置に戻される。
【００２２】
図１に示すように、ノズル１４には、当該ノズル１４の内側の空間と外側の空間とを連通する給気流路１５および排気流路１６が形成されており、集塵部１７は、排気流路１６の外側の開口１６ｂに気密に接続されている。
【００２３】
図３に示すように、後述する集塵部１７の動作により、ノズル１４の内側の空間の空気が排気流路１６を通って排出されると、ノズル１４の内側の空間が減圧され、ノズル１４の内側の空間と外側の空間との圧力差により、ノズル１４の外側の空間の空気が給気流路１５を通ってノズル１４の内側の空間へと供給され得る。そのため、特許文献１に記載の集塵機のようにノズル１４の先端と被融着物との間に給気用の隙間を空ける必要がなく、ノズル１４の先端を被融着物に当接させて、異物発生源の周囲を密閉することが可能である。
【００２４】
ノズル１４の軸方向において、排気流路１６の内側の開口１６ａは、給気流路１５の内側の開口１５ａよりもノズル１４の先端側に位置している。これにより、図３に示すように、ノズル１４の内側の空間、より詳しくはホーン２とノズル１４との間の環状の隙間には、ノズル１４の基端部側から先端側へと向かう気流（図示された例では、下向きの気流）が形成され得る。これにより、ノズル１４の内側の空間で発生した異物が気流により舞い上げられてホーン２に付着することが抑制され得る。
【００２５】
図２に示すように、給気流路１５の内側の開口１５ａと排気流路１６の内側の開口１６ａとの間には、ノズル１４の内側表面から突出するように整流部１８が設けられている。図示された例では、整流部１８は、断面略半円形状であり、ノズル１４の周方向に沿って環状に設けられている。本件発明者らの実際の検証によれば、整流部１８が設けられていない場合、ホーン２とノズル１４との間の環状の隙間では、ホーン２の近くを通る気流がノズル１４の近くを通る気流より流速が速くなり、乱流を引き起こす可能性がある。一方、整流部１８が設けられている場合、ホーン２の近くを通る気流とノズル１４の近くを通る気流との間の流速差が低減され、乱流の発生が効果的に抑制され得る。
【００２６】
本実施の形態では、給気流路１５は、周方向に９０°ずつ離れて、合計４つ形成されている。各給気流路１５は、内側の開口１５ａから外側の開口１５ｂまでノズル１４の径方向に沿って直線状に延びている。なお、図面上では、手前側に延びる給気流路１５と奥側に延びる給気流路１５の図示が省略されている。
【００２７】
一方、排気流路１６の内側の開口１６ａは、ノズル１４の周方向に沿って環状に形成されている。これにより、排気流路１６の内側の開口１６ａが大きく確保されるため、ノズル１４の内側の空間で発生した異物を排気流路１６内へと効率的に吸引することができる。
【００２８】
図２に示すように、排気流路１６のうち内側の開口１６ａと外側の開口１６ｂとの間には、環状のインナールーム１９が形成されている。インナールーム１９は、排気流路１６の外側の開口１６ｂから集塵部１７により空気が吸引される時、インナールーム１９の周方向全体に吸引力が作用し、外側の開口１６ｂに近い角度位置と遠い角度位置との間での圧力差が低減されるような大きさに設計されている。これにより、ノズル１４の内側で発生した異物を、排気流路１６の内側の開口１６ａから周方向に関して一様な吸引力で吸引することができる。
【００２９】
本実施の形態では、インナールーム１９には、異物逆流防止部２０が設けられている。図示された例では、異物逆流防止部２０は、インナールーム１９のうち内周側壁面の下端部から径方向外向き且つ斜め上向きに突き出るように設けられている。排気流路１６の内側の開口１６ａから吸引された異物は、インナールーム１９の外周側壁面に沿って上向きに案内された後、インナールーム１９の天井で折り返されてインナールーム１９の内周側壁面に沿って下向きに案内されるが、ここで異物逆流防止部２０により再び折り返されることで、排気流路１６の内側の開口１６ａへと戻ることが抑制され得る。これにより、排気流路１６内に吸引された異物の逆流が抑制され、集塵効率が向上され得る。
【００３０】
以上のような構成からなる排気流路１６および給気流路１５が形成されたノズル１４は、たとえば、３Ｄプリンタを用いた積層造形法により容易に製造することができる。
【００３１】
図１に示すように、集塵部１７は、ノズル１４の排気流路１６に配管２１を介して気密に接続されたフィルタ部１７ａと、フィルタ部１７ａに配管２２を介して気密に接続された吸引排気部１７ｂと、を有している。
【００３２】
このうち吸引排気部１７ｂとしては、たとえば市販の排気ファンが用いられる。
【００３３】
図４は、フィルタ部１７ａの内部構造を示す概略図である。
【００３４】
図４に示すように、フィルタ部１７ａは、筐体３１と、筐体３１の互いに対向する壁面にそれぞれ形成された流入口３３および流出口３４と、流入口３３と流出口３４との間を遮るように筐体３１内に設けられたフィルタ３２と、を有している。
【００３５】
図示された例では、流入口３３は、筐体３１の左側壁に形成されており、流出口３４は、筐体３１の右側壁に形成されている。フィルタ３２は、筐体３１の底面から上向きに突き出すように設けられており、フィルタ３２の上端部と筐体３１の天面との間には隙間が空けられている。
【００３６】
図４に示すように、配管２１を通って流入口３３から右向きに流入する空気は、フィルタ３２により上向きに進路が曲げられる。ここで、流入口３３から右向きに流入する空気中の異物Ｐは、空気より慣性が大きいため、曲がりきれずにフィルタ３２に衝突して付着する。これにより、空気中から異物Ｐが除去される。異物Ｐが除去された空気は、フィルタ３２の上端部と筐体３１の天面との間の隙間を通過したのち、流出口３４から配管２２へと流出される。このような態様により、軽量かつコンパクトな構造で空気中から異物Ｐを除去することができる。
【００３７】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３８】
まず、ノズル１４の先端が被融着物の表面に当接される。また、集塵部１７が動作され、ノズル１４の内側の空間の空気が排気流路１６を通って排出される。これにより、ノズル１４の内側の空間が減圧され、ノズル１４の内側の空間と外側の空間との圧力差により、ノズル１４の外側の空間の空気が給気流路１５を通ってノズル１４の内側の空間へと供給される。
【００３９】
ここで、排気流路１６の内側の開口１６ａは、給気流路１５の内側の開口１５ａよりもノズル１４の先端側に位置しているため、図３に示すように、ノズル１４の内側の空間、より詳しくはホーン２とノズル１４との間の環状の隙間には、ノズル１４の基端部側から先端側へと向かう気流（図示された例では、下向きの気流）が形成される。
【００４０】
本実施の形態では、給気流路１５の内側の開口１５ａと排気流路１６の内側の開口１６ａとの間に整流部１８が設けられているため、ホーン２とノズル１４との間の環状の隙間では、ホーン２の近くを通る気流とノズル１４の近くを通る気流との間の流速差が低減され、流速差により乱流が発生することが抑制され得る。
【００４１】
次に、ホーン２とホーンカバー１１とが一緒に被融着物に向かって移動され、ホーン２の先端が被融着物に当接される。この時、ノズル１４の先端には被融着物から軸方向上向きの圧力がかかり、この圧力に応じて弾性部材１３が収縮され、その復元力によりノズル１４の先端は被融着物に押し付けられるため、ホーン２と被融着物との接触部分の周囲がノズル１４により確実に密閉される。
【００４２】
ホーン２から伝達される振動エネルギーにより被融着物の超音波融着が行われる。この時、振動するホーン２と被溶着物との接触部分が擦れることで、接触部分から粒径１ｍｍ以下の細かい異物が瞬時に飛散する。
【００４３】
本実施の形態では、ホーン２と被融着物との接触部分の周囲がノズル１４により密閉されているため、発生した異物がノズル１４の外側に飛散することが防止され得る。
【００４４】
また、図３に示すように、ノズル１４の内側の空間には、ノズル１４の基端部側から先端側へと向かう気流が形成されているため、発生した異物の舞い上がりが低減され、発生した異物がホーン２に付着して汚染することが抑制され得る。
【００４５】
集塵部１７による吸引力により、発生した異物は、排気流路１６の内側の開口１６ａから排気流路１６内へと吸引される。ここで、排気流路１６の内側の開口１６ａは、ノズル１４の周方向に沿って環状に形成されているため、排気流路１６の内側の開口１６ａが大きく確保され、発生した異物は排気流路１６の内側の開口１６ａから効率的に吸引され得る。
【００４６】
排気流路１６の内側の開口１６ａから吸引された異物は、インナールーム１９の外周側壁面に沿って上向きに案内された後、インナールーム１９の天井で折り返されてインナールーム１９の内周側壁面に沿って下向きに案内され、次いで、異物逆流防止部２０により再び折り返されることで、排気流路１６の内側の開口へと戻ることが抑制され得る。
【００４７】
インナールーム１９内に吸引された異物は、排気流路１６の外側の開口１６ｂから配管２１を通って集塵部１７のフィルタ部１７ａへと流入される。図４に示すように、フィルタ部１７ａの流入口３３から筐体３１内へと右向きに流入する空気は、フィルタ３２により上向きに進路が曲げられる。ここで、空気中の異物Ｐは、空気より慣性が大きいため、フィルタ３２で曲がりきれずに、フィルタ３２に衝突して付着する。これにより、空気中から異物Ｐが除去される。異物Ｐが除去された空気は、フィルタ３２の上端部と筐体３１の天面との間の隙間を通過したのち、流出口３４から配管２２を通って吸引排気部１７ｂへと流出される。
【００４８】
以上のような本実施の形態によれば、ノズル１４に給気流路１５が形成されているため、特許文献１の集塵機のようにノズル１４の先端と被融着物との間に給気用の隙間を空ける必要がなく、ノズル１４の先端を被融着物に当接させて、異物発生源の周囲を密閉することができる。これにより、溶着時に発生する細かい異物をノズルの外側に飛散させることなく効率的に収集することができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、排気流路１６の内側の開口１６ａは、給気流路１５の内側の開口１５ａよりもノズル１４の先端側に位置しているため、ノズル１４の内側の空間には基端部側から先端側へと向かう気流が形成される。これにより、発生した異物が気流により舞い上げられてホーン２に付着して汚染することを抑制できる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、排気流路１６の内側の開口１６ａがノズル１４の周方向に沿って環状に形成されているため、排気流路１６の内側の開口１６ａが大きく確保され、発生した異物を排気流路１６の内側の開口１６ａから効率的に吸引することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、ノズル１４は、当該ノズル１４の軸線方向に伸縮可能な弾性部材１３により支持されているため、ノズル１４の先端が被融着物に当接される際に、弾性部材１３が収縮され、その復元力によりノズル１４の先端が被融着物に押し付けられる。これにより、異物発生源の周囲がノズル１４により確実に密閉され得る。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、給気流路１５の内側の開口１５ａと排気流路１６の内側の開口１６ａとの間には、ノズル１４の内側表面から突出するように整流部１８が設けられているため、ノズル１４の内側の空間に形成される基端部側から先端側へと向かう気流は、整流部１８により効果的に整流され得る。これにより、ノズル１４の内側で発生した異物の舞い上がりが低減され、発生した異物がホーン２に付着して汚染することが顕著に抑制され得る。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、排気流路１６のうち内側の開口１６ａと外側の開口１６ｂとの間には、環状のインナールーム１９が形成されており、当該インナールーム１９には、異物逆流防止部２０が設けられているため、排気流路１６内に吸引された異物がノズル１４の内側の空間へと逆流することが防止され、集塵効率が向上され得る。
【００５４】
なお、本実施の形態では、ホーン２の先端およびノズル１４の先端は、下向きに向けられており、被融着物の上面に当接されるように構成されていたが、これに限定されず、ホーン２の先端およびノズル１４の先端は、上向きに向けられており、被融着物の下面に当接されるように構成されていてもよいし、ホーン２の先端およびノズル１４の先端は、横向きに向けられており、被融着物の側面に当接されるように構成されていてもよい。このような態様によっても、本実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００５５】
１      超音波溶着機
２      ホーン
１０    超音波溶着機用集塵機
１１    ホーンカバー
１２    取付治具
１３    弾性部材
１４    ノズル
１５    給気流路
１５ａ  内側の開口
１５ｂ  外側の開口
１６    排気流路
１６ａ  内側の開口
１６ｂ  外側の開口
１７    集塵部
１７ａ  フィルタ部
１７ｂ  吸引排気部
１８    整流部
１９    インナールーム
２０    異物逆流防止部
２１    配管
２２    配管
３１    筐体
３２    フィルタ
３３    流入口
３４    流出口
【図１】
0006607435.tif 000002
【図２】
0006607435.tif 000003
【図３】
0006607435.tif 000004
【図４】
0006607435.tif 000005