(57)【要約】【課題】薄物テープ等の溶着を安定した品質で行うことのできる超音波溶着装置を提供する。【解決手段】ホーン２１によってワークＷに荷重を加えながら超音波振動を付与してワークＷを溶着する超音波溶着装置において、サーボモータ２２の駆動によって昇降位置が制御される昇降台２５にエアシリンダ２３の本体２３Ａを装備し、エアシリンダ２３の伸縮ロッド２３Ｂにホーン２１を取り付け、ホーン２１の昇降位置をサーボモータ２２で制御し、ホーン２１からワークＷに加える荷重をエアシリンダ２３で制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに超音波振動を与えるホーンと、
前記ホーンを保持しつつ、空気圧により前記ホーンを上下動させるエアシリンダと、
前記エアシリンダを保持する昇降台と、
前記昇降台を上下動させるサーボモータと、を備え、
前記ホーンの昇降位置を前記サーボモータで制御し、前記ホーンからワークに加える荷重を前記エアシリンダで制御することを特徴とする超音波溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気テープカートリッジのテープ繰り出し端に設けられるリーダテープ等のようないわゆる薄物のテープ類を溶着するのに適した超音波溶着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波溶着装置として、エアシリンダでホーンを昇降させる形式のものが知られている。このエアシリンダ式の超音波溶着装置は、図２に示すように、支持フレーム１に下向きに装備したエアシリンダ２のロッド３の先端にホーン４を取り付け、ロッド３を伸縮させることでホーン４を昇降させ、エアシリンダ２によりホーン４からワークＷに荷重を加えながら超音波振動を付与してワークＷを溶着するものである。
【０００３】
この種のエアシリンダ式の超音波溶着装置を用いた薄物のテープ類の溶着の安定条件としては、ホーンの速度が２０〜５０ｍｍ／ｓであるが、エアシリンダ式の場合、所定位置からの動作ストロークが長く処理時間が多く必要となってしまう。特にエアシリンダの下降動作の制御は、エアシリンダ動作が不安定、ハンドリングとの干渉、およびメンテナンス性の悪化等の問題があり困難である。
【０００４】
また、この種のエアシリンダ式の超音波溶着装置は、エアシリンダ２を任意のストロークで停止させることが困難であるため、例えば、ワークＷに接触する直前の位置（溶着直前位置）でホーン４の昇降を停止させ、その位置から徐々に荷重や速度を制御しながら溶着を行うなどといった微妙な操作も難しかった。
【０００５】
そこで、それに代わる超音波溶着装置として、サーボモータでホーンを昇降させる形式のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図３はその一例を示すものである。この図に示す超音波溶着装置は、支持フレーム１１に上下スライド自在に昇降フレーム１２を装備し、支持フレーム１１の上部に設置したサーボモータ１３を回転させることで、ボールねじ１４Ａ及びボールねじナット１４Ｂよりなるボールねじ機構１４を介して、ホーン１５を装備した昇降フレーム１２を昇降させるようになっている。
【０００６】
このサーボモータ式の超音波溶着装置によれば、サーボモータ１３を駆動することにより、ホーン１５の昇降位置を正確に制御し、ホーン１５の下降速度を高速化させることが可能である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−７１３８３号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、薄物テープの重ね合わせ部分を超音波溶着するような場合は、溶着品質を保つ上で、ホーンの下降速度（溶着速度）とホーンからワークに加える荷重とを精度良くコントロールする必要がある。特に品質を良好に保つためには、低荷重でのコントロールが要求される。
【０００９】
この点、前述のサーボモータ式の超音波溶着装置では、サーボモータによるホーンの昇降位置制御だけで、ホーンの下降速度とホーンからワークに加える荷重との両方をコントロールすることになるため、特に低荷重でのコントロール性能が悪く、前述の薄物テープ等の溶着を良好な品質で行うことは困難であった。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮し、薄物テープ等の溶着を高速でかつ安定した品質で行うことのできる超音波溶着装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の超音波溶着装置は、ワークに超音波振動を与えるホーンと、前記ホーンを保持しつつ、空気圧により前記ホーンを上下動させるエアシリンダと、前記エアシリンダを保持する昇降台と、前記昇降台を上下動させるサーボモータと、を備え、前記ホーンの昇降位置を前記サーボモータで制御し、前記ホーンからワークに加える荷重を前記エアシリンダで制御することを特徴とする。
【００１２】
この超音波溶着装置で溶着を行う場合、溶着する直前まで（つまり、ワークにホーンが接触するまで）は、サーボモータの制御によりホーンを高速で下降させる。次いで、溶着時は、エアシリンダの制御により適切な荷重をホーンからワークに加えながら、サーボモータにより必要な速度でホーンを下降させつつ、ホーンによりワークに超音波振動を付与して溶着を行う。この場合、ホーンの下降速度はサーボモータで精度良く制御することができ、ホーンからワークに加える荷重はエアシリンダにより精度良く制御することができるので、特に低荷重での微妙な速度制御が可能であり、薄物テープ類の溶着を高速でかつ安定した品質で行うことが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施形態の超音波溶着装置の側面図である。本実施形態の超音波溶着装置２０は、ホーン２１と、サーボモータ２２と、エアシリンダ２３と、支持フレーム２４と、昇降台２５と、ボールねじ２６Ａおよびボールネジナット２６Ｂから構成されるボールネジ機構２６とを有して構成されている。
【００１５】
ホーン２１は、対向して配置される薄物テープ類等のワークＷに荷重を加えながら超音波振動を付与することにより、ワークＷ（具体的には、テープ同士）を溶着するものである。このホーン２１は、エアシリンダ２３によって保持されている。
【００１６】
エアシリンダ２３は、本体部２３Ａと本体部２３Ａの下面からから突出して設けられ、先端にホーン２１を保持するロッド２３Ｂとを有している。また、本体部２３Ａには、スライド部２３Ｃが設けられており、支持フレーム２４に設けられたガイド部材２４Ａに沿って、上下方向に摺動可能である。また、本体部２３Ａは、図示せぬ外部の空気供給源から空気を注入可能に構成されており、注入された空気の圧力をロッド２３Ｂに与えることにより、ロッド２３Ｂが上下に伸縮運動可能なように構成されている。エアシリンダ２３の本体部２３Ａの作動によりロッド２３Ｂが上下に移動することで、ワークＷとの相対距離が変化する。
【００１７】
またエアシリンダ２３には、昇降台２５が取り付けられている。この昇降台２５は、支持フレーム２４の上部に設置されたサーボモータ２２によって回転駆動されるボールねじ２６Ａによって摺動可能に支持されたボールねじナット２６Ｂである。サーボモータ２２の駆動により、ボールねじ２６Ａが正転または逆転方向に駆動されると、昇降台２５（ボールねじナット２６Ｂ）は、エアシリンダ２３とともにボールねじ２６Ａの駆動方向に応じた方向に昇降する。したがって、ホーン２１は、ボールねじ機構２６の駆動によってエアシリンダ２３全体が上下に摺動することによっても、上下に昇降する。上下方向へのホーン２１の駆動速度は、ボールねじ機構２６の駆動によるほうが、エアシリンダ２３の駆動によるものよりも高速である。
【００１８】
すなわち、本実施形態のホーン２１は、サーボモータ２２の駆動と、エアシリンダ２３の駆動の２種類の駆動により、上下に摺動する。実際の溶着においては、ホーン２１の昇降位置についてはサーボモータ２２によって駆動制御され、ホーン２１からワークＷに加える荷重についてはエアシリンダ２３によって駆動制御されるように構成されている。
【００１９】
この超音波溶着装置２０によって薄物テープ等のワークＷの溶着を行う場合、まず、溶着する直前まで（つまりワークＷに接触するまで）は、サーボモータ２２の制御によりホーン２１を高速で下降させる。次に実際の溶着時は、エアシリンダ２３の制御により適切な荷重をホーン２１からワークＷに加えながら、サーボモータ２２により必要な速度でホーン２１を下降させつつ、ホーン２１によりワークＷに超音波振動を付与して溶着を行う。
【００２０】
したがって、本実施形態の超音波溶着装置２０は、生産性向上のために高速移動が要求される領域では、サーボモータ２２を駆動することによって、高速でホーン２１を下降させ、そして下降中での微妙な加重制御が要求される領域では、エアシリンダ２３を用いてホーン２１を駆動制御を行う。したがって、本実施形態の超音波溶着装置２０によれば、特に低荷重での微妙な速度制御が要求される薄物テープ等のワークについても、問題なく溶着を行うことが可能である。
【００２１】
実際に、磁気テープカートリッジのテープ繰り出し端に設けられるリーダテープ等の薄物のテープ類の溶着に、上記超音波溶着装置２０を適用したところ、ラインタクト６秒のラインにおいて、１．５秒の処理時間短縮が図られ、３０％の処理能力向上が実現された。また、この超音波溶着装置２０においては、従来の超音波溶着装置と製品品質は同等であった。すなわち、本実施形態の超音波溶着装置２０を適用することにより、高速でかつ安定した品質で溶着を行うことが可能であることがわかった。
【００２２】
なお、本実施形態では、ホーン２１を保持しつつ空気圧によりホーン２１を上下動させるものとしてエアシリンダを用いたが、これに限られるものではなく、同様の作用効果を奏する機械式ばね等を用いてもよい。
また、本実施形態では、昇降台２５を上下動させるものとしてサーボモータ２２を用いたが、これに限られるものではなく、同様の作用効果を奏するラックピニオン、カム、高速型エアシリンダを用いるようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、速度制御と荷重制御をそれぞれ異なるアクチュエータ（サーボモータとエアシリンダ）によって独立して行うことができるので、低荷重での微妙な速度制御が要求される薄物テープ等のワークについても、高速でかつ安定した品質で溶着を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の超音波溶着の構成を示す側面図である。
【図２】従来のエアシリンダ式の超音波溶着装置の構成を示す側面図である。
【図３】従来のサーボモータ式の超音波溶着装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
２０  超音波溶着装置
２１  ホーン
２２  サーボモータ
２３  エアシリンダ
２３Ａ  本体
２３Ｂ  ロッド
２５  昇降台
２６  ボールねじ機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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