(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状樹脂材（２２）を被接着部材（２４）に重ねて超音波発振器（１０）のホーン（１２）を当接させ、このホーン（１２）を超音波振動させる超音波接着方法において、
上記ホーン（１２）の温度を検知して、上記ホーン（１２）が上記シート状樹脂材（２２）に当接した状態での発振時間を、上記ホーン（１２）の温度に対して以下の式で表される負の相関関係を持たせて設定し、
Ｙ＝Ｂ−ＡＸ
Ｙは発振時間、Ｘはホーンの温度、Ａは正の数で発振時間を制御する係数、Ｂはホーンの温度が０の場合の発振時間として、
上記シート状樹脂材（２２）を被接着部材（２４）に溶着することを特徴とする超音波接着方法。
【請求項２】
超音波振動させる超音波発振器（１０）と、この超音波発振器（１０）に設けられ超音波振動するホーン（１２）と、上記ホーン（１２）の温度を検知する温度センサ（１８）と、上記ホーン（１２）の温度を検知して上記ホーン（１２）が溶着対象物に当接した状態での上記超音波発振器（１０）の発振時間を、上記ホーン（１２）の温度に対して以下の式で表される負の相関関係を有するように制御する制御装置（１６）とを設け、
Ｙ＝Ｂ−ＡＸ
Ｙは発振時間、Ｘはホーンの温度、Ａは正の数で発振時間を制御する係数、Ｂはホーンの温度が０の場合の発振時間としたことを特徴とする超音波接着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波振動によりシート状樹脂材料を加熱溶融して接合する超音波接着方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波振動を利用した接着装置は、超音波振動を発振する超音波発振器とその超音波発振器に取り付けられた超音波振動ホーンとを備え、互いに接合する材料に超音波振動ホーンを押し付けて振動させ、対象物を発熱させて溶着するものである。
【０００３】
この超音波接着における制御方法としては、ホーンの温度を検出してホーンの超音波振動の振幅を制御するものがあった。この制御方法は、例えば、特公平２−３５６６１号公報や特開昭６３−３１５２２３号公報に開示されているように、サーミスタ等の温度検知素子を押さえ具や受け部に取り付けて温度を検知し、その温度を基にして温度が低い場合は超音波振動の振幅を増大させ、逆に高い場合は振幅を小さくする制御であった。
【０００４】
また、特開昭６２−１４０８２３号公報や特開平５−２９９４８０号公報に開示されているように、ヒーター等の加熱装置を備えた超音波ホーンの温度を検知して、ホーンの温度を一定に保つように加熱装置を制御するものも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の超音波振動の振幅を制御するものの場合、超音波接着において振幅を増大させると、シート状樹脂材等の接着材料に局部破壊が生じる恐れがあった。これは、超音波振動の振幅の増大により急激なエネルギー付加が生じるためで、薄いシート状樹脂材料の場合、押圧部で局部的に破壊しやすいものであった。しかも、この局部破壊が生じる条件は一定ではなく、局部破壊を起こさないためのエネルギーの限界を正確に制御することは難しいものであった。
【０００６】
一方、超音波ホーンの温度を一定に保つものは、金属の溶接のように比較的高温で溶着を行う場合に適用可能なものであり、樹脂の接着等においては溶着温度が比較的低く、ヒーター等の加熱手段を設けることはできないものである。むしろ、超音波接着の連続的使用により超音波ホーンの温度も上昇していくので、温度上昇を抑える必要がある。しかし、この温度上昇を抑えるには送風程度では冷却効率が悪く、冷却設備を設けると設備が増大し、生産コストの増大につながるという問題があった。特に、シート状樹脂材の超音波接着においては、高温になりなりすぎると材料の脆化が生じ、ホーンの温度制御が大きな問題であった。
【０００７】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、超音波接着に際して、簡単な構成で外部環境に関わらず適切な接着を可能とする超音波接着方法と装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の超音波接着方法は、シート状樹脂材を被接着部材に重ねて超音波発振器のホーンを当接させ、このホーンを超音波振動させるものであって、上記ホーンの温度を検知して、上記ホーンが上記シート状樹脂材に当接した状態での発振時間を、上記ホーンの温度に対して以下の式で表される負の相関関係を持たせて設定し、上記シート状樹脂材を被接着部材に溶着する超音波接着方法である。
Ｙ＝Ｂ−ＡＸ
Ｙは発振時間、Ｘはホーンの温度、Ａは正の数で発振時間を制御する係数、Ｂはホーンの温度が０の場合の発振時間である。
【０００９】
またこの発明の超音波接着装置は、超音波振動させる超音波発振器と、この超音波発振器に設けられ超音波振動するホーンと、上記ホーンの温度を検知する赤外線センサ等の温度センサと、上記ホーンの温度を検知して、上記ホーンがシート状樹脂材等の溶着対象物に当接した状態での発振時間を上記ホーンの温度に対して以下の式で表される負の相関関係を有するように制御する制御装置とを設けた超音波接着装置である。
Ｙ＝Ｂ−ＡＸ
Ｙは発振時間、Ｘはホーンの温度、Ａは正の数で発振時間を制御する係数、Ｂはホーンの温度が０の場合の発振時間である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図１，図２に基づいて説明する。この実施形態の超音波接着装置は、図１に示すように、超音波振動を発振する超音波発振器１０とその超音波発振器１０に一体的に取り付けられ超音波振動するホーン１２とを備える。超音波発振器１０とホーン１２はモータ等の駆動装置１４に接続され、上下動可能に設けられている。超音波発振器１０と駆動装置１４は、制御装置１６に接続され、後述する所定の制御が行われる。また、ホーン１２の温度を非接触で検知する温度センサ１８がホーン１２の下端部近傍に設けられ、温度センサ１８の検知出力が、温度を検出する温度検出装置２０に入力し、温度検出装置２０の出力が制御装置１６に入力している。
【００１１】
この実施形態の超音波接着装置は、溶着対象物として比較的薄いシート状樹脂材２２，２４を互いに溶着するためのもので、ホーン１２の下方に設けられた受け部であるアンビル２６にシート状樹脂材２２，２４を載せて、ホーン１２とアンビル２６で狭持しシート状樹脂材２２，２４の端縁部同士を接着する。
【００１２】
ここで、シート状樹脂材２２，２４の接着に際して、ホーン１２の温度は使用当初は低く連続使用によりホーン１２の温度が上昇する。また、シート状樹脂材の超音波接着において超音波振動の振幅及び周波数を一定とすると、ホーン温度が低い場合、接着時の発振時間が短いと捻り等に対する接着強度が弱く、ホーン温度が高い場合、接着時の発振時間が長いとシート状樹脂材の脆化が生じやすいという問題がある。この関係をまとめると、図２の実線で示す領域ａでは適切な超音波接着が行われる関係であり、これより外れた破線で示す領域では、領域ａよりも発振時間が短い又はホーン温度が低い場合、接着強度が不足し、領域ａよりも発振時間が長い又はホーン温度が高い場合は脆化した状態で接着されるものである。従って、ホーン１２がシート状樹脂材２２に当接した状態での超音波発振器１０の発振時間を、ホーン１２の温度を検出してその温度に合わせて、図２の領域ａの範囲に入るように制御する。
【００１３】
ホーン温度と発振時間の適切な関係は、図２に示すように、ホーン温度に対して発振時間が負の相関関係で設定されるもので、下記の式で表される。
【００１４】
Ｙ＝Ｂ−ＡＸ
ここで、Ｙは発振時間、Ｘはホーン１２の温度、Ａは正の数で領域ａの傾きであり発振時間を制御する上記式の係数、Ｂはホーン１２の温度が０の場合の発振時間である。
【００１５】
ホーン１２の温度検知は、ホーン１２によりシート状樹脂材２２，２４の接着を行う直前にすることが好ましい。これにより、より正確な温度設定が可能であり、接着も確実になされる。また、温度センサ１８は、赤外線を検知する非接触型の温度センサがより好ましく、サーモパイルや半導体等のセンサを用いる。
【００１６】
この実施形態の超音波接着方法と装置によれば、ホーンの温度を非接触により検知して、ホーン温度と接着時の発振時間との関係を、良好に接着が行われる条件となるように発振時間を制御しているので、使用につれてホーンの温度が上昇しても、常に適切な接着条件で接着が行われる。また、発振時間を制御して、接着状態を一定にしているので、超音波振動の振幅の制御と比較してシート状樹脂材に急激なエネルギー付加がなく、局部的な破断が生じにくく、時間の制御であるので、簡単且つ正確な制御が可能である。
【００１７】
なお、この発明の超音波接着方法と装置の制御装置と温度検出装置は、各装置が別々の回路または専用の装置で構成されている場合の他、適宜のコンピュータ装置により一体的に構成され、機能的に温度検出部と制御部とに分かれているものでも良く、その具体的構成は問わないものである。
【００１８】
【実施例】
次にこの発明の超音波接着方法と装置を適用した一実施例について図３〜図７を基にして説明する。この実施例は、図７に示すようなスライドファスナー４０のファスナーテープ３０，３２の表裏に、透明なシート状樹脂材の補強部材である補強テープ３４，３５を接着するためのものである。この補強テープの材料としては、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ナイロン６、ナイロン１２等がある。
【００１９】
この実施例の超音波接着装置は、上記実施形態で説明したように、超音波発振器１０とその超音波発振器１０に一体的に取り付けられ溶着を行うホーン１２とを備える。超音波発振器１０とホーン１２は昇降動作を行う駆動装置１４に取り付けられている。またホーン１２を受けるアンビル２６にも駆動装置２８が設けられ、この駆動装置２８も制御装置１６に接続され、ホーン１２の昇降に連動して、ホーン１２とは反対方向に上下動する。
【００２０】
超音波発振器１０と駆動装置１４，２８は、制御装置１６に接続され、後述する所定の昇降動作及び超音波発振の制御が行われる。また、ホーン１２の先端部の温度を検知する温度センサ１８の検知出力が、温度を検出する温度検出装置２０に入力し、温度検出装置２０の出力が制御装置１６に入力している。
【００２１】
この超音波接着装置により補強テープ３４，３５が接着されるファスナーテープ３０，３２は、図３等の紙面に対して垂直方向に送られるもので、ファスナーテープ３０，３２の互いに隣接した側縁部には、膨大状の芯部３６，３７が一体に設けられている。芯部３６，３７は、噛合エレメント３８が取り付けられるものである。なお、ファスナーテープ３０，３２に芯部を設けずに、ファスナーテープ３０，３２へ噛合エレメント３８を直接取り付けるタイプのものであっても良い。
【００２２】
そして、補強テープ３４，３５は、図６に示すように、一対のファスナーテープ３０，３２の芯部３６，３７に沿って噛合エレメント３８を取り付けたスライドファスナー用チェーン４１の、噛合エレメント３８の列の端部であるファスナーテープ３０，３２の開離嵌挿具４２が取り付けられる部位に接着される。その後、スライドファスナー用チェーン４１は、噛合エレメント３８が存在しないスペース部３９にて切断され、図７に示すように、補強テープ３４，３５の表面に開離嵌挿具４２が取り付けられる。
【００２３】
補強テープ３４，３５の送り装置は、図３に示すように、ファスナーテープ３０，３２に対して平行且つ直角方向に送られるもので、供給ローラ４４，４５により間欠的にファスナーテープ３０，３２側へ送り込まれる。ホーン１２と供給ローラ４４，４５の間には、補強テープ３４，３５をファスナーテープ３０，３２と略同一の幅に切断するカッター４６が設けられ、所定の幅に切断された補強テープ３４，３５を一時的に保持する保持部４８が、ホーン１２とカッター４６の間に設けられている。
【００２４】
保持部４８に対してホーン１２を挟んで反対側には、カットされた補強テープ３４，３５をホーン１２とアンビル２６の間に引き出す、グリッパー装置５０が設置されている。グリッパー装置５０は、２対の保持片５２，５４を備え、各対の保持片５２，５４間にカットされた補強テープ３４，３５を挟んで保持部４８から引き出す。
【００２５】
また、この実施例のホーン１２は、図４に示すように、ファスナーテープ３０，３２の芯部３６，３７に対応する部分に、芯部３６，３７の径とほぼ等しい径の半円状の凹部５５，５６が形成されている。また、アンビル２６にも同様に、芯部３６，３７に対応する部分に、芯部３６，３７の径とほぼ等しい径の半円状の凹部５７，５８が形成されておいる。さらに、アンビル２６の凹部５７，５８の間には、空間部６０が形成され、凹部５７，５８の互いに隣接する部分の端縁は、切断刃６１，６２として形成され、ホーン１２の凹部５５，５６の縁部との間に補強テープ３４，３５を挟んで切断する。
【００２６】
この実施例の超音波接着装置の動作は、ファスナーテープ３０，３２がホーン１２とアンビル２６との間に送り込まれ、噛合エレメント３８の一端部であって補強テープ３４，３５が溶着される個所が、ホーン１２とアンビル２６の間に来ると、ファスナーテープ３０，３２が一旦停止する。そして、補強テープ３４，３５が、ファスナーテープ３０，３２の表裏面の補強テープ取付位置に引き出される。この補強テープ３４，３５の引き出しは、供給ローラ４４，４５により保持部４８に送り込まれた補強テープ３４，３５がカッター４６でファスナーテープ３０，３２の幅にカットされ、そのカットされた状態で保持部４８に保持された補強テープ３４，３５が、グリッパー装置５０によりファスナーテープ３０，３２の表裏面に引き出される。グリッパー装置５０は、２対の保持片５２，５４の間にファスナーテープ３０，３２が位置するように進退するので、ファスナーテープ３０，３２が補強テープ３４，３５やグリッパー装置５０の移動の妨げとなることはない。
【００２７】
この後、ホーン１２とアンビル２６が互いに近づく方向に移動し、ファスナーテープ３０，３２と補強テープ３４，３５とを挟んで押圧する。この時、図５に示すように、ホーン１２の凹部５５，５６とアンビル２６の凹部５７，５８によりファスナーテープ３０，３２の芯部３６，３７の回りに補強テープ３４，３５が巻き付けられるとともに、芯部３６，３７間の余った補強テープ３４，３５は、切断刃６１，６２により切断され、空間部６０の間に落下する。
【００２８】
また、ホーン１２とアンビル２６により、ファスナーテープ３０，３２及び補強テープ３４，３５を狭持すると同時に超音波発振器１０が超音波振動を発振し、ホーン１２に超音波振動を発生させる。さらに、ホーン１２の降下の直前に、ホーン１２の先端部の温度を温度センサ１８により温度検出装置２０を経て検知し、制御装置１６により超音波発振器１０の超音波振動の発振時間が設定される。発振時間は、上述のように、ホーン１２の温度に対して負の相関関係を有した式に基づいて設定される。補強テープ３４，３５の接着が終了すると、ファスナーテープ３０，３２はスライドファスナー４０の１本分の長さだけ送られ、次の補強テープ接着個所がホーン１２とアンビル２６の間に位置し、上記と同様に接着が行われる。
【００２９】
この実施例の超音波接着装置によりファスナーテープ３０，３２の補強テープ３４，３５の接着を行うことにより、作業開始当初のホーン２の温度が低い状態から、連続作業によりホーン１２の温度が上昇した状態まで、常に最適の接着条件で接着を行うことができる。さらに、季節や時間帯による外部温度の違いによっても、補強テープ３４，３５の接着状態にばらつきが生じることがない。特に、接着動作の直前にホーン１２の温度を検知することにより、より正確な条件で接着させることができる。また、温度センサ１８は非接触式であるので、超音波振動の影響を受けることなくホーン１２の温度を検知することができ、ホーン１２の周囲の環境の温度も含めて最適条件で接着を行うことができる。
【００３０】
なお、この発明の超音波接着方法と装置は、上記実施例に限定されるものではなく、接着対象物は適宜設定されるものであり、ホーンや温度センサも適宜選択可能である。また、ホーンの温度と超音波振動の発振時間は、互いに負の相関関係があれば良く、必ずしも直線的なものでなくても良い。
【００３１】
【発明の効果】
この発明の超音波接着方法と装置によれば、ホーンの温度を検知して超音波振動の発振時間を制御するようにしたので、単位時間当たりのエネルギーを比較的低い値にしつつ、適切な超音波溶着を行うことができ、特にシート状樹脂材の溶着において接着不良や脆化を生じさせない正確な接着が可能となる。また、発振時間の制御は比較的容易に可能であり、より正確な制御が可能となる。
【００３２】
さらに、この超音波接着方法と装置をスライドファスナーの補強部材の接着に利用することにより、より高い貼り付け強度で安定に補強テープの接着を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態の超音波接着装置の概略図である。
【図２】    この実施形態の超音波接着装置のホーン温度とホーン発振時間の適切な関係を示すグラフである。
【図３】  この発明の超音波接着装置をスライドファスナーの補強テープの接着に利用した一実施例の概略図である。
【図４】  この実施例の超音波接着装置によりスライドファスナーの補強テープを接着する際のホーン部分の縦断面図である。
【図５】  この実施例の超音波接着装置によりスライドファスナーの補強テープを接着した状態のホーン部分の縦断面図である。
【図６】  この実施例の超音波接着装置により補強テープが接着されたスライドファスナー用チェーンの平面図である。
【図７】  この実施例の超音波接着装置により補強テープが接着されたスライドファスナーの平面図である。
【符号の説明】
１０    超音波発振器
１２    ホーン
１４    駆動装置
１６    制御装置
１８    温度センサ
２０    温度検出装置
２２，２４    シート状樹脂材
２６    アンビル
【図１】
0003827273.tif 000002
【図２】
0003827273.tif 000003
【図３】
0003827273.tif 000004
【図４】
0003827273.tif 000005
【図５】
0003827273.tif 000006
【図６】
0003827273.tif 000007
【図７】
0003827273.tif 000008