(57)【要約】【課題】加工時の超音波ホーンのずれを防止し、良好な加工結果を得られる超音波溶着装置を得る。【解決手段】被加工物の加工時に、ホーン８の振動における節の位置を支持するガイド９を設ける。ホーン８が被加工物方向に移送され、被加工物に当接して加工を行う際、ガイド９のガイドローラ１０は、ホーン８の節の位置を支持する。これにより、ホーン８により被加工物への荷重が加えられてもホーン８の心ずれが防止され、被加工物の良好な加工結果が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ホーンを被加工物に向かって移送させ、前記被加工物に当接させた状態で当該被加工物を加圧すると共に前記超音波ホーンに超音波振動を印加し、前記被加工物の加工を行う超音波溶着装置において、
前記加工時に前記超音波ホーンの振動における節の位置を支持する支持部を設けた超音波溶着装置。
【請求項２】
支持部は、被加工物を支持する被加工物支持台に固定されてい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】
支持部は、超音波ホーンを支持する本体部に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波溶着装置。
【請求項４】
支持部は、超音波ホーンの少なくとも一箇所を支持することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の超音波溶着装置。
【請求項５】
支持部は、超音波ホーンの外周全てを支持することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項記載の超音波溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波ホーンを被加工物に当接させ、所定の静圧力と超音波振動を加えることで被加工物の加工を行う超音波溶着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、プラスチック同士の溶着やプラスチックのカシメ加工を行う加工機として超音波溶着装置が広く用いられている。この超音波溶着装置は、例えば特許文献１に示されるように、超音波振動子による超音波振動を超音波ホーンに伝え、この超音波ホーンが被加工物に当接すると共に、所定の静圧力を印加し、被加工物である熱可塑性のプラスチックを溶着するよう構成された装置である。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２７９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような超音波溶着装置で加工する被加工物として、例えば風圧スイッチ用のダイヤフラムがある。ダイヤフラムは、円形のセンタープレートと、リング状のシールダイヤフラムとを、センタープレート外側にシールダイヤフラムが位置するよう支持し、その接合部を超音波溶着装置でカシメ加工することで一体化して形成する。この加工を行う際、センタープレートには１００〜１４０ｋｇｆの荷重が加えられるが、その荷重により超音波ホーンがずれることがあり、このような場合は均一にカシメられないという結果となる。均一にカシメられていないダイヤフラムはエアリークする恐れがあるため、このような加工時の超音波ホーンのずれの問題は量産時の歩留まり向上の妨げとなっていた。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、加工時の超音波ホーンのずれを防止し、良好な加工結果を得られる超音波溶着装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る超音波溶着装置は、超音波ホーンを被加工物に向かって移送させ、被加工物に当接させた状態で被加工物を加圧すると共に超音波ホーンに超音波振動を印加し、被加工物の加工を行う超音波溶着装置において、加工時に超音波ホーンの振動における節の位置を支持する支持部を設けたものである。
【０００７】
また、この発明に係る超音波溶着装置は、支持部を、被加工物を支持する被加工物支持台に固定するようにしたものである。
【０００８】
また、この発明に係る超音波溶着装置は、支持部を、超音波ホーンを支持する本体部に固定するようにしたものである。
【０００９】
また、この発明に係る超音波溶着装置は、支持部が超音波ホーンの少なくとも一箇所を支持するようにしたものである。
【００１０】
また、この発明に係る超音波溶着装置は、支持部が超音波ホーンの外周全てを支持するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る超音波溶着装置は、加工時に超音波ホーンの振動における節の位置を支持する支持部を設けたので、加工時の超音波ホーンのずれを防止し、被加工物の良好な加工結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による超音波溶着装置の全体構成を示す構成図である。また、図２は、要部の断面構成図であり、図面左片側を断面で示している。
これらの図において、超音波溶着装置は、支持台１、支柱２、本体支持部３、移動機構支柱部４、本体部５、振動子６、ブースタ７、ホーン（超音波ホーン）８、ガイド（支持部）９、被加工物支持台１２を備えている。
支持台１は、被加工物を載置してホーン８により超音波溶着加工を行う場合の基盤となる部分であり、支柱２が支持台１に垂直となるよう固定されている。本体支持部３は、支柱２に対して上下動可能でかつ任意の位置に固定可能に取り付けられる部材であり、被加工物の形状（高さ）に応じて、支柱２に対して適切な位置に固定される。移動機構支柱部４は、本体支持部３と一体に固定され、本体部５を移動可能に支持するための支柱である。本体部５は、振動子６、ブースタ７およびホーン８を支持し、移動機構支柱部４に対して上下動可能に構成されている。尚、本体部５を上下方向に移送させる移送機構やホーン８を加圧するための加圧機構および振動子６の電気回路についてはその図示を省略している。
【００１３】
振動子６は、圧電素子等からなり、図示しない電気回路から供給された電気信号を機械的な超音波振動に変換するための振動子である。発生する超音波振動の周波数としては、例えば２０ｋＨｚや３５ｋＨｚといった周波数である。ブースタ７は、振動子６によって発生した超音波振動の振幅を増減させるために設けられた円柱状の部品であり、その長さは伝達される超音波振動の１／２波長となるよう構成されている。ホーン８は、ブースタ７と一体に接続され、ブースタ７によって増減された超音波振動を被加工物に与え、超音波溶着加工を行うための下端側が縮径した円柱状の部品であり、その長さは伝達される超音波振動の１／２波長となるよう構成されている。また、これらブースタ７およびホーン８は、アルミ合金やチタン合金等の金属で構成されている。
【００１４】
ガイド９は、ホーン８外周の４箇所をガイドローラ１０で支持するよう設けられた４個（図１では２個のみ示す）の支持部材であり、ガイド支持部材１１が被加工物支持台１２を介して支持台１に固定されることで、ガイドローラ１０によって加工時のホーン８を支持するようになっている。ガイド支持部材１１は、ボルトによって被加工物支持台１２に固定され、この被加工物支持台１２が支持台１に固定されている。また、ガイド９は、ホーン８による被加工物１００の加工時、ガイドローラ１０がホーン８の超音波振動における節を支持する高さとなるよう、ガイド支持部材１１の長さが決定されている（後述する図３参照）。更に、ガイド９のホーン８の外周方向（軸方向への垂直方向）への設置位置は、ガイドローラ１０によって支持されるホーン８の中心軸が、円形のダイヤフラムといった被加工物１００の中心に位置するよう、等間隔に配設されている。また、ガイドローラ１０は、ホーン８の上下動に伴って回転自在に設けられ、かつ、その外周は弾性を有するウレタン等からなり、ホーン８の下方向へのガイドを円滑に行うと共に、加工時におけるホーン８径方向への微小な振動も吸収するよう構成されている。
【００１５】
このように構成された超音波溶着装置では、先ず、図示しない移送機構によって、ホーン８が被加工物１００に当接するまで本体部５および振動子６〜ホーン８が下方向に移送される。次に、ホーン８の下端面が被加工物１００に当接すると、図示しない加圧機構によりホーン８が被加工物１００に対して加圧されると共に、振動子６による超音波振動がブースタ７を介してホーン８に印加される。
【００１６】
図３は、振動子６〜ホーン８の振動分布を示す説明図である。
振動子６で発生した振動（縦方向の振動）は、ブースタ７によって増幅されホーン８に伝えられる。図中、（ａ）は振動における腹の位置であり、（ｂ）は振動における節の位置を示している。即ち、腹の位置は振幅が最大であり、節の位置は振幅が最小となる。そして、図示のように、ホーン８の被加工物１００への加工時において、ホーン８は、その節の位置（ｂ）でガイドローラ１０によって支持される。
【００１７】
ホーン８の移送時は、ガイドローラ１０によってガイドされるため、ホーン８は、その中心軸が被加工物１００の中心に一致した状態で保持される。また、ホーン８は振動が最小となる節の位置で支持されるため、ホーン８の心ずれを防止できると共に、ガイド９の振動による騒音の発生等も最小限に抑えることができる。
【００１８】
尚、上記例では、４個のガイド９によりホーン８の４箇所をガイドするようにしたが、この設置個数に限定されるものではなく、最低限、一箇所以上のガイドであればよい。また、ホーン８の外周全てをガイドするようガイド９を構成してもよい。
【００１９】
以上のように、実施の形態１の超音波溶着装置によれば、超音波ホーンを被加工物に向かって移送させ、被加工物に当接させた状態で被加工物を加圧すると共に超音波ホーンに超音波振動を印加し、被加工物の加工を行う超音波溶着装置において、加工時に超音波ホーンの振動における節の位置を支持する支持部を設けたので、加工時の超音波ホーンのずれを防止し、被加工物の良好な加工結果を得ることができる。また、支持部の付加による騒音の発生も最小限に抑えることができる。
【００２０】
また、実施の形態１の超音波溶着装置によれば、支持部は被加工物を支持する被加工物支持台に固定するようにしたので、超音波ホーンの被加工物へのガイドを確実に行うことができ、被加工物の良好な加工結果を得ることができる。
【００２１】
また、実施の形態１の超音波溶着装置によれば、支持部が超音波ホーンの少なくとも一箇所を支持するようにしたので、必要最低限の構成で効果的な超音波ホーンの支持を行うことができる。
【００２２】
また、実施の形態１の超音波溶着装置によれば、支持部が超音波ホーンの外周全てを支持するようにしたので、超音波ホーンの確実な支持を行うことができる。
【００２３】
実施の形態２．
実施の形態２は、ホーン８をガイドする支持部を本体部５側に設けたものである。
図４は、実施の形態２の超音波溶着装置の全体構成図である。また、図５は、ガイド部分の詳細を示す構成図である。
図４および図５において、ガイド１３は、本体部５に取り付けられた円筒状部材であり、ブースタ７およびホーン８を覆う長さに形成され、かつ、ガイド１３の内周面とホーン８の外周面とは所定のクリアランスを有するよう構成されている。また、図５に示すように、ガイド１３の下端部内周面にはホーン８を保持するためのゴム等からなるＯリング１４が取り付けられている。このＯリング１４は、ホーン８軸方向の設置位置がホーン８の振動における節の位置となるように取り付けられているものである。尚、ガイド１３およびＯリング１４以外の構成については、実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。また、加工時の動作についても、ホーン８がガイド１３によって支持される以外は実施の形態１と同様である。
【００２４】
実施の形態２では、上記のように、ホーン８がガイド１３によりＯリング１４を介して保持されるため、加工時のホーン８の心ずれを防止することができる。また、実施の形態２においてもＯリング１４はホーン８の振動が最小となる節の位置で保持するため、ホーン８の保持を確実に行えると共に、ガイド１３からの騒音の発生等も防止することができる。
【００２５】
尚、上記例では、ホーン８を保持する支持部として断面円形のＯリング１４を用いているが、これ以外にも、例えば図６に示すように断面が矩形のリング１５を用いてもよい。
【００２６】
また、上記例では、円筒状のガイド１３とＯリング１４（またはリング１５）によってホーン８の外周全てを保持するようにしたが、例えばホーン８の数箇所、あるいは少なくとも一箇所でホーン８の節を保持する構成であってもよい。
【００２７】
以上のように、実施の形態２の超音波溶着装置によれば、支持部を、超音波ホーンを支持する本体部に固定するようにしたので、超音波ホーンの心ずれを防止することができ、また、被加工物の形状（高さ）が異なっても支持部を変更する必要がなく、種々の被加工物に柔軟に対応可能である。
【００２８】
また、実施の形態２の超音波溶着装置によれば、支持部が超音波ホーンの少なくとも一箇所を支持するようにしたので、必要最低限の構成で効果的な超音波ホーンの支持を行うことができる。
【００２９】
また、実施の形態２の超音波溶着装置によれば、支持部が超音波ホーンの外周全てを支持するようにしたので、超音波ホーンの確実な支持を行うことができる。
【００３０】
尚、上記実施の形態１，２では、ブースタ７を介して振動子６の超音波振動をホーン８に印加するようにしたが、ブースタ７を用いず、振動子６とホーン８とが直接接続されている構成であっても同様に適用可能である。また、上記実施の形態１，２では、被加工物１００としてダイヤフラムとしたが、これ以外のものであっても同様に適用可能である。更に、ホーン８として円柱状のホーンを説明したが、例えば、超音波カッター用のホーン等、被加工物１００への加工に応じてどのような形状のホーンであっても同様に適用可能である。更に、実施の形態１におけるガイド９と、実施の形態２におけるガイド１３の構成を共に備えるよう構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１による超音波溶着装置を示す全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による超音波溶着装置の要部を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による超音波溶着装置の振動分布を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２による超音波溶着装置を示す全体構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２による超音波溶着装置の要部を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態２による超音波溶着装置の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  支持台
５  本体部
６  振動子
８  ホーン
９，１３  ガイド
１０  ガイドローラ
１２  被加工物支持台
１４  Ｏリング
１５  リング
【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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