JP2001105160A

JP2001105160A - 超音波溶着装置

Info

Publication number: JP2001105160A
Application number: JP27965399A
Authority: JP
Inventors: Motoki Hirano; 元基平野; Yutaka Takayanagi; 裕高柳
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-04-17

Abstract

(57)【要約】【課題】小さい加圧を正確に行うことが可能な超音波
加圧装置を提供する。【解決手段】被圧着物Ｓに接して超音波を付与する加
工面２９を備える超音波発振手段５と、前述した被圧着
物Ｓを載置する載置台１０３と、前述した超音波発振手
段５の加工面２９を前述した載置台１０３に対して加圧
する超音波溶着用加圧機構６とを備え、前述した超音波
溶着用加圧機構６が、前述した超音波発振手段５を前述
した載置台１０３に対して近接遠退させるエアシリンダ
７と、前述した超音波発振手段５に往復運動を伝える前
述したエアシリンダ７の第１のロッド７３ａと前述した
超音波発振手段５との間に設けられて加圧時に前述した
超音波発振手段５に弾性荷重を付加する荷重印加手段８
と、前述したエアシリンダ７の第１のロッド７３ａのス
トロークを所定長さに調節するストローク調節手段９
と、前述したエアシリンダ７を保持する保持手段１０２
とを備えたことを特徴とする超音波溶着装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波溶着装置に
関し、特に、エアシリンダを用いた超音波溶着装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、小型で小出力の超音波溶着装置と
してコストが安いことやその使用が容易であることから
被圧着物に対して超音波を付与する超音波発振手段をエ
アシリンダの先端部に設けたエアー式の超音波溶着装置
が使用されている。このエアー式の超音波溶着用装置で
は、超音波発振手段の加圧面をエアシリンダにより被圧
着物の圧着部に対して加圧するのと併せて超音波発振手
段で超音波を付与することにより被圧着物が溶着され
る。ここで、超音波溶着装置を使用する場合に微少な加
圧力の変化により溶着結果に大きな変化を与える。この
ため、超音波発振手段の加圧面の圧力は略４．９×１０
^４［Ｎ／ｍ^２］（工学系単位で０．５［Ｋｇｆ］）単位
で調節される。そして、この加圧面の加圧力の略４．９
×１０^４［Ｎ／ｍ^２］単位での調節はエアシリンダへの
供給圧力を変化させることにより行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エアー
式の超音波溶着装置は、超音波発振手段の加圧面の加圧
力を略９８×１０^４［Ｎ／ｍ^２］（工学系単位で１０
［Ｋｇｆ］）以下にして使用する場合があり、この場合
に加圧面の加圧力を略４．９×１０^４［Ｎ／ｍ^２］単位
で調節するため、エアシリンダへのエアーの供給圧力を
微妙に調整することはとても困難であるという不都合を
生じている。さらに、超音波発振手段の加圧面の加圧力
を略９８×１０^４［Ｎ／ｍ^２］以下にして使用する場合
にエアシリンダへのエアーの供給圧力を下げる必要があ
り、エアシリンダのロッドの昇降スピードを延滞させる
原因となり、生産性が低下するという不都合を生じてい
る。さらに、エアー式の超音波溶着装置の場合、周囲温
度の変化により、安定した加圧力が得られず、特に、略
９８×１０^４［Ｎ／ｍ^２］以下の低圧で使用した場合に
その影響が著しく大きいという不都合を生じている。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記従来の課題を解決するた
めになされたものであり、小さい加圧を正確に行うこと
が可能な超音波溶着装置を提供することを、その目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明は、被圧着物に接して超音
波を付与する加工面を備える超音波発振手段と、前述し
た被圧着物を載置する載置台と、前述した超音波発振手
段の加工面を前記載置台に対して加圧する超音波溶着用
加圧機構とを備えている。さらに、前述した超音波溶着
用加圧機構が、前述した超音波発振手段を前述した載置
台に対して近接遠退させるエアシリンダと、前述した超
音波発振手段に往復運動を伝える前述したエアシリンダ
の第１のロッドと前述した超音波発振手段との間に設け
られて加圧時に前述した超音波発振手段に弾性荷重を付
加する荷重印加手段と、前述したエアシリンダの第１の
ロッドのストロークを所定長さに調節するストローク調
節手段と、前述したエアシリンダを前述した載置台に保
持する保持手段とを備えている。さらに、前述した荷重
印加手段が、前述した超音波発振手段を支持する支持体
と、この支持体を前述したエアシリンダのストローク方
向に往復自在に保持する保持体と、この保持体と前述し
た支持体との間で前記支持体の移動方向に沿って伸縮を
自在として装備される圧縮バネとを備えたという構成を
採っている。

【０００６】このように構成したことで、エアシリンダ
にエアーを供給することにより、被圧着物に対して超音
波発振手段が近接を開始し、超音波発振手段の加工面が
被圧着物に当接する迄前進する。ここで、エアーは十分
に高い圧力とされている（例えば、９８×１０^４［Ｎ／
ｍ^２］（工学系単位で１０［Ｋｇｆ］）以上）。この当
接後、さらにエアシリンダにエアーを供給することによ
り支持体が保持体側に摺動し、圧縮バネを圧縮させる。
そして、ストローク調節手段によりストロークが制限さ
れた所でエアシリンダが停止する。この超音波発振手段
の加工面が被圧着物に当接した後に圧縮バネを圧縮した
分の圧縮バネの弾性荷重が超音波発振手段から被圧着物
に加圧力として作用する。このため、エアシリンダへの
エアー供給圧力が十分に高ければ、エアーの使用環境に
よらない安定した加圧力を得ることができる。さらに、
エアーは十分に高い圧力に設定可能であるため、エアシ
リンダの作動速度を低下させることがない。このため、
圧着物の生産性を高めることができる。

【０００７】請求項２記載の発明は、前述した請求項１
記載の超音波溶着装置であって、前述したエアシリンダ
を、第１のロッドと同時に作動する第２のロッドを備え
た両ロッドシリンダで形成し、前述した第２のロッドに
前記ストローク調節手段を設け、前述したストローク調
節手段は、第２の外周面に形成された雄ネジ部と、この
雄ネジ部に螺合されるストッパーとを備えたという構成
を採っている。

【０００８】このように構成しても、前述した請求項１
記載の超音波溶着装置と同等に機能する他、さらに、ス
トッパーを第２のロッドに対してシリンダ本体側に回す
ことにより、ストッパーがシリンダ本体側に近接し、エ
アシリンダのストローク長さが短縮する。そして、エア
シリンダのストローク長さを短縮することで、超音波発
振手段の加工面が被圧着物に当接してから圧縮バネを圧
縮させる長さも短縮する。このように圧縮バネを圧縮さ
せる長さを短縮することで、その弾性荷重も小さくな
る。また、ストッパーをシリンダ本体側から離れる方向
に回すことにより、ストッパーが第２のロッドから遠退
し、エアシリンダのストローク長さが伸張する。そし
て、エアシリンダのストローク長さが伸張することで、
超音波発振手段の端面が前記被圧着物の圧着部に当接し
てから圧縮バネを圧縮させる長さも伸張する。このよう
に圧縮バネを圧縮させる長さを伸張することで、その弾
性荷重も大きくなる。このように、ストッパーを第２の
ロッドに対して移動することにより、圧縮バネの付勢
力、即ち、被圧着物に対する超音波発振手段の加工面の
加圧力を容易に変更することができる。さらに、ストッ
パーを第２のロッドに対して小さく回すことにより細か
い加圧力の設定ができる。

【０００９】請求項３記載の発明は、前述した請求項２
記載の超音波溶着装置であって、前述したストッパーの
外壁面に印を設けると共に、前述したエアシリンダの第
２のロッド側に前述したストッパーの移動方向に沿った
目盛りが付された目盛り板を設けたという構成を採って
いる。

【００１０】このように構成しても、請求項２記載の超
音波溶着装置と同等に機能する他、さらに、必要とする
加圧力の所までストッパーを第２のロッドに対して回
し、目盛りにストッパーの印を合わせることにより、目
視しながら必要な加圧力に容易に設定することができ
る。

【００１１】請求項４記載の発明は、前述した請求項２
記載の超音波溶着装置であって、前述したストッパーの
外壁面に第２のロッドの軸線を中心として当該外壁面を
一周した印を設けると共に、前述したエアシリンダの第
２のロッド側に前述したストッパーに面した窓を有する
ロッドカバーを設け、前述したロッドカバーに前述した
印に対応し前述した圧縮バネの付勢力を表示する目盛り
を設けたという構成を採っている。

【００１２】このように構成しても、請求項２記載の超
音波溶着装置と同等に機能する他、さらに、ストッパー
とエアシリンダとの当接面に物が挟持されるのを防止で
きる。さらに、必要とする加圧力の所までストッパーを
第２のロッドに対して回し、目盛りにストッパーの印を
合わせることにより、目視しながら必要な加圧力に容易
に設定することができる。この際に、印がストッパーの
外壁面に第２のロッドの軸線と直交して設けられている
ため、確実に印の位置を目視できる。

【００１３】請求項５記載の発明は、前述した請求項
１，２，３又は４記載の超音波溶着装置であって、前述
した保持手段が、前述したエアシリンダを前述した載置
台に対して近接遠退自在に距離調節するシリンダ移動機
能を備えたという構成を採っている。

【００１４】このように構成しても、前述した請求項
１，２，３又は４記載の超音波溶着装置と同等に機能す
る他、さらに、被圧着物の厚さを変更したい場合にシリ
ンダ移動機能で容易にエアシリンダ、即ち、超音波発振
手段の加工面を被圧着物に対して移動することができ
る。

【００１５】請求項６記載の発明は、前述した請求項
２，３又は４記載の超音波溶着装置であって、前述した
ストッパーが所定の停止位置に到達したことを検出し検
出信号を出力する当接検出手段と、前述した検出信号に
応じて前述した超音波発振手段の動作を制御する制御手
段とを備えたという構成を採っている。

【００１６】このように構成しても、前述した請求項
２，３又は４記載の超音波溶着装置と同等に機能する
他、さらに、ストッパーが所定の停止位置に到達したこ
とを当接検出手が検出し、制御手段が超音波発振手段を
動作させる。この際に、被圧着物の厚さを変更した場合
にも、所定の停止位置は変化しないため、当接検出手の
位置合わせをする必要がないため、短時間で容易に被圧
着物の厚さの変更に対する超音波溶着装置の設定変更が
行える。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
７に基づいて説明する。

【００１８】［超音波溶着装置］超音波溶着装置１は、
図１に示すように、被圧着物Ｓに接して超音波を付与す
る加工面１０５ａを備える超音波発振手段５と、被圧着
物Ｓを載置する載置台１０３と、超音波発振手段５の加
工面１０５ａを載置台１０３に対して加圧する超音波溶
着用加圧機構６とを備えて構成されている。さらに、超
音波溶着装置１は図４（Ｂ）に示すように、超音波発振
手段５及び超音波溶着用加圧機構６を制御する制御手段
１４を備えている。

【００１９】［超音波発振手段］まず、超音波発振手段
５は、図２に示すように、超音波振動を発振する超音波
振動子２１とこの超音波振動子２１から出力された超音
波振動を増幅してその先端部から出力するホーン部２２
とを一体的に備える超音波発振体２と、この超音波発振
体２を支持する超音波発振体の支持体４とを備えて構成
されている。

【００２０】この内、超音波振動子２１は、ホーン部２
２の上端部に接して配設されているセラミックリング２
３と、その上方に順番に配設された電極板２４，セラミ
ックリング２５，電極板２６及びテールマス２７と、こ
れらをホーン部２２と共に一体的に締め付け固定する図
示を省略した埋め込みボルトとから構成されている。こ
れら超音波振動子２１を構成する各部材は、一様にほぼ
等しい外径に形成されており、一体的に固定されると外
径がほぼ一様な円柱形状となる。この超音波振動子２１
の二つの電極板２４，２６には、各々の半径方向に沿っ
て突設した接続端子を有しており、これらにリード線Ｌ
１，Ｌ２を介して超音波発信器１１（図４（Ｂ）参照）
に接続されている。この超音波発信器１１から所定周波
数の電圧が出力されると、超音波振動子２１から超音波
振動が発生する。そして、この超音波振動がホーン部２
２の上端部に伝達される。

【００２１】ホーン部２２は、図２における下端面に平
面状に形成された加工面２９を備え、直径が比較的小さ
い円柱部３０と直径が比較的大きい円柱部３２とが略円
錐形状をなす中間体３１を介して連結されている。さら
に、大きい円柱部３２の上端部近傍には鍔状のフランジ
３３が設けられ、これらが一体的に形成されている。な
お、大きい円柱部３２の直径は前述した超音波振動子２
１の外径とほぼ等しい大きさに形成されている。

【００２２】このホーン部２２及び超音波振動子２１は
前述したように一体的に形成されており、その長手方向
に沿って超音波振動が伝達する。また、ホーン部２２
は、先細りになったその形状により超音波振動が加工面
に向かって伝達されるに従ってその振幅が増大する。

【００２３】また、ホーン部２２のフランジ３３は、超
音波振動子２１から発振された超音波振動の振動モード
における振動の節となる位置に位置設定されている。さ
らに、ホーン部２２の加工面２９は、ちょうど振幅の腹
となる位置に位置設定されている。なお、フランジ３３
の配置は振幅の節となる位置であれば他の配置でも良
く、例えば、ホーン部２２ではなく超音波振動子２１側
に設けても良い。

【００２４】また、かかるホーン部２２はその中心軸方
向に対して垂直に加工面２９が形成されており、溶着を
行う際には、超音波振動子２１により中心軸方向に超音
波振動が伝達され、加工面２９をその垂直方向に振動さ
せる。即ち、加工面全体が連続的な押圧を繰り返すこと
により、被圧着物Ｓ（図１参照）に超音波振動を伝達す
ることとなり、これにより、被圧着物Ｓは、溶解されて
溶着が行われるようになっている。

【００２５】超音波発振体５の支持体４は枠体４１と、
支持部材４２とから構成されている。この内、枠体４１
は、金属製の中空直方体で形成されている。その下面の
中央部には、上下方向に貫通する孔４１ａが設けられて
いる。この孔４１ａには、前述した超音波発振体２１の
フランジ３３を境えとするホーン部２２側の端部が挿通
される。

【００２６】支持部材４２は、枠体４１に挿入可能な大
きさの略正方状の金属平板であり、その平板面を上下方
向に貫通する孔４２ａが設けられている。この孔４２ａ
は、前述したホーン部２２のフランジ３３を境えとする
超音波振動子２１側の端部が挿通される。

【００２７】これら枠体４１と支持部材４２とは、フラ
ンジ３３を挟持した状態で４本の止めネジ４３により、
枠体４１の下方から螺着される。このときに、枠体４１
と支持部材４２との間には略正方形状で中央にホーン部
２２よりも大径の挿通孔４４ａを有するゴム製の介装部
材４４が介装される。この介装部材４４は、枠体４１の
底面と支持部材４２の相互間を平行状態に維持するため
のものである。

【００２８】また、支持体４の枠体４１の上面には開口
部が設けられている。この開口部の内周壁面には雌ネジ
４１ｂが形成されている。この雌ネジ４１ｂには後述す
る荷重印加手段８の支持体８４が螺着される。

【００２９】［超音波溶着用加圧機構］次に、超音波溶
着用加圧機構６は、図１に示すように、超音波発振手段
５を載置台１０３に対して近接遠退させるエアシリンダ
７と、超音波発振手段５に往復運動を伝えるエアシリン
ダ７のロッド７３と超音波発振手段５との間に設けられ
て加圧時に超音波発振手段５に弾性荷重を付加する荷重
印加手段８と、エアシリンダの７ロッド７３のストロー
クを所定長さに調節するストローク調節手段９と、エア
シリンダ７を載置台１０３に支持する保持手段１０とを
備えて構成されている。さらに、超音波溶着装置１は、
超音波溶着用加圧機構６を作動させるコンプレッサー１
２と、このコンプレッサー１２と超音波溶着用加圧機構
６との間に設けられて超音波溶着用加圧機構６の作動方
向を切り換える切換弁１３（図４（Ｂ）参照）とを備え
ている。

【００３０】［荷重印加手段］この内、荷重印加手段８
は、図２に示すように、超音波発振手段５を支持する支
持体８４と、この支持体８４をエアシリンダ７のストロ
ーク方向に往復自在に保持する保持体８３と、この保持
体８３と支持体８４と間で且つ支持体８４の移動方向に
沿って装備される圧縮バネ８１とを備えている。

【００３１】圧縮バネ８１は、コイルバネで形成されて
いる。このコイルバネは、図４（Ａ）に示すように、１
［ｍｍ］圧縮すると略９．８×１０^４［Ｎ／ｍ^２］（工
学系単位で１［Ｋｇｆ］）の弾性荷重が得られ、最大で
１０［ｍｍ］圧縮したときに略９８×１０^４［Ｎ／
ｍ^２］（工学系単位で１０［Ｋｇｆ］）の弾性荷重が得
られる線形および巻き数で形成されている。

【００３２】保持体８３は、支持体８４をエアシリンダ
７のストローク方向に往復自在に保持する円筒部８２
と、この円筒部８２をエアシリンダ７に接合する接合部
８８とで形成されている。円筒部８２は、円筒状の小径
部材８５と大径部材８６とが一体的に形成されている。
この小径部材８５と大径部材８６には上面から下面に貫
通する孔８５ａ，８６ａが設けられている。小径部材８
５の孔８５ａは、大径部材８６の孔８６ａより小径に形
成されている。また、小径部材８５の大径部材８６側端
部には、その内周面の円周方向に連続する突起８５ｂが
設けられている。また、小径部材８５の孔８５ａにはス
リーブ８５１が嵌合されている。このスリーブ８５１を
介して支持体８４が円筒部８２に往復自在に嵌合されて
いる。さらに、大径部材８６の上端部側内周面には、孔
８６ａより大径の雌ネジ８６ｂが形成されている。

【００３３】接合部材８８は、エアシリンダ７に接合さ
れる棒部材８８ａと、円柱部材８８ｂとが一体的に接合
されている。この円柱部材８８ｂの棒部材８８ａが接合
された反対側面には雄ネジ８８ｃが形成されている。こ
の雄ネジ８８ｃは、前述した円筒部８２の雌ネジ８６ｂ
に螺着される。

【００３４】支持体８４は、前述した保持体８３に摺動
自在に係合する棒部材８４ａと、前述した超音波発振手
段５が接続される接合部材８９とで形成されている。棒
部材８４ａの一方の端部の壁面には、円周方向に連続す
る溝が設けられている。この溝にはＣリング８４１が係
止される。また、棒部材８４ａの他方の端面には、前述
した圧縮バネ８１の外径より大きい接合部材８９が一体
的に接合されている。接合部材８９の棒部材８４が接合
された面の反対面には雄ネジ８９ａが形成されている。
この雄ネジ８９ａは前述した超音波発振手段５の枠体４
１の雌ネジ４１ｂに螺着される。

【００３５】かかる保持体８３と支持体８４との組み付
けは、保持体８３の小径部材８５に前述した圧縮バネ８
１を嵌合するのと併せて、支持体８４の棒部材８４ａを
この圧縮バネ８１、スリーブ８５１さらに突起部８５ｂ
と順次挿入し、その後、棒部材８４ａの溝に大径部材８
６の孔８６ａからＣリング８４１を係止することにより
行われる。また、保持体８３と接合部材８８との接合
は、大径部材８６の雌ネジ８６ｂに接合部材８８の雄ネ
ジ８８ｃを螺着することにより行われる。

【００３６】［エアシリンダ］次に、エアシリンダ７
は、図３に示すように、シリンダ本体７１と、このシリ
ンダ本体７１に摺動自在に嵌合されるピストン７２と、
このピストン７２に接合されたピストンロッド７３と、
シリンダ本体７１の両端を覆う一方と他方のカバー７
４，７５とにより形成されている。

【００３７】シリンダ本体７１は、略円筒形状で、その
両端及び一側壁に開口部７１ａ，７１ｂ，７１ｃが形成
されている。一側壁の開口部７１ｃには、後述する支持
体１０の一部を形成する移動部材１０１がシリンダ本体
７１の両端を覆うカバー７４にボルト７１１で螺着され
ている。移動部材１０１のシリンダ本体７１と接合され
る面は、シリンダ本体７１の内周面と同一形状とされ、
シリンダ本体７１と移動部材との間からエアーが漏れる
ことのないように形成されている。

【００３８】このシリンダ本体７１内部に嵌合される円
柱状のピストン７２は、中央部からやや偏った位置に上
面から下面に向かって貫通す孔７２ａが穿設されてい
る。この孔７２ａの周囲の他方のカバー７５側の面に
は、位置決め用の凹部７２ｂが形成されている。また、
このピストン７２の外周面の略中央部には、連続する溝
７２ｃが形成され、この溝にシール部材７２１が係着さ
れている。また、孔７２ａの内周面には環状溝が設けら
れ、シール部材７２２が係着されている。

【００３９】次に、一方のカバー７４は、小円柱部７４
ａと大円柱部７４ｂとを一体に接合した鍔状に形成され
ている。大円柱部７４ｂの小円柱部７４ａ側と反対の端
面には、凸部７４ｃが形成されている。この小円柱部７
４ａ，大円柱部７４ｂ及び凸部７４ｃには各々を貫通す
る孔７４ｄが形成されている。この孔７４ｄの軸方向略
中央部の内壁には円周方向に連続する溝が形成され、シ
ール部材７４１が係着されている。さらに、大円柱部７
４ｂの凸部７４ｃ側の面で、この凸部７４ｃの近傍に
は、上面から下面に貫通する孔７４ｂ_１が穿設され、こ
の孔７４ｂ_１の凸部側の内周面には、エア継手７４１を
螺着する雌ネジが形成されている。小円柱部７４ａの端
面には、その外周より少し小さい凹部７４ａ_１が形成さ
れている。前述したエア継手７４１から導入された圧縮
空気がこの凹部７４ａ_１に溜まり、前述したピストン７
２が第１のロッド７３ａ側に作動を開始する。

【００４０】他方のカバー７５も一方のカバー７４とほ
ぼ同一に形成され、小円柱部７５ａ，と大円柱部７５ｂ
とを一体に接合した鍔状に形成されている。大円柱部７
５ｂの小円柱部７５ａ側と反対の端面には、凸部７５ｃ
が形成されている。この小円柱部７５ａ，大円柱部７５
ｂ及び凸部７５ｃには各々を貫通する孔７５ｄが形成さ
れている。この孔７５ｄの軸方向略中央部の内壁には連
続する溝が形成され、シール部材７５１が係着されてい
る。さらに、大円柱部７５ｂの凸部７５ｃ側の面で、こ
の凸部７５ｃの近傍には、上面から下面に貫通する孔７
５ｂ_１が穿設され、この孔７５ｂ_１の凸部側の内周面に
は、エア継手７５１を螺着する雌ネジが形成されてい
る。小円柱部７５ａの端面には、その外周より少し小さ
い凹部７５ａ_１が形成されている。前述したエア継手７
５１から導入された圧縮空気がこの凹部７５ａ_１に溜ま
り、前述したピストン７２が第２のロッド７３ｂ側に作
動を開始する。

【００４１】次に、ロッド７３は、第１のロッド７３ａ
から第２のロッド７３ｂが延設されている。さらに、第
１のロッド７３ａと第２のロッド７３ｂとの間にはピス
トン７２に接合される接合部７３ｃが形成されている。
第１のロッド７３ａの端面には、その軸方向に孔７３ａ
_１が穿設されている。この孔７３ａ_１と直交するネジ孔
が穿設され、ボルト７３１が螺着されている。また、接
合部７３ｃは、第１のロッド７３ａよりも小さく、第２
のロッド７３ｂよりも大きい外径とされている。この接
合部７３ｃの第２のロッド７３ｂ側の部位には、雄ネジ
７３ｃ_１が形成されている。また、接合部７３ｃの外周
面には、孔が設けられ、ノックピン７３１が圧入されて
いる。

【００４２】かかるロッド７３，ピストン７２，シリン
ダ本体７１及び一方と他方のカバー７４，７５の組み付
けは次のように行われる。まず、ロッド７３の第２のロ
ッド７３ｂをピストン７２の孔７２ａに挿入し、ノック
ピン７３１をピストン７２の位置決め用の凹部７２ｂに
挿入することで、ロッド７３とピストン７２と位置決め
が完了し、その後、ロッド７３の第２のロッド７３ｂ側
からスプリングワッシャ７３２及びナット７３３を通
し、ナット７３３を雄ネジ７３ｃ_１に螺着することでロ
ッド７３のピストン７２への接合が完了する。次に、シ
リンダ本体７１の開口部７１ｂに、他方のカバー７５の
小円柱部７５ａを、大円柱部７５ｂの端面が当接する迄
挿入し、ボルト７５２でシリンダ本体７１に他方のカバ
ー７５を螺着する。この状態で、他方のカバー７５の孔
７５ｄに第１のロッド７３ａを挿入しながらピストン７
２をシリンダ本体７１の内部に挿入する。そして、一方
のカバー７４の孔７４ｄに第２のロッド７３ｂ挿入しな
がら一方のカバー７４の小円柱部７４ａを、大円柱部７
４ｂの端面が当接する迄挿入し、ボルト７１１で支持体
１０の一部を形成する移動部材に他方のカバー７５を螺
着する。これで、ロッド７３，ピストン７２，シリンダ
本体７１及び一方と他方のカバー７４，７５の組み付け
が完了する。

【００４３】さらに、エアシリンダ７と荷重印加手段８
との接合は、荷重印加手段８の接合部材８９の棒体８８
ａを第１のロッド７３ａの孔７３ａ_１に挿入し、ボルト
７３１をその先端が棒体８８ａに当接するまで螺着する
ことで行われる。

【００４４】シリンダ本体７１に螺着されたエア継手７
４１，７５１には、各々ホースを介して図４（Ｂ）参照
に示す、超音波溶着用加圧機構６の作動方向を切り換え
る切換弁１３のポートＰ２及びポートＰ３に接続されて
いる。また、この切換弁のポートＰ１はホース及びレギ
ュレータ１６（図１参照）等を介してコンプレッサーＣ
（図１参照）に接続されている。ここで、レギュレータ
１６は、ポンプから吐出された圧縮空気を一定圧で超音
波溶着用加圧機構６に供給する。このレギュレータ１６
の前後には空気圧力計や水分を除去するフィルタ等が設
けられている。さらに、切換弁１３のＴポート（廃棄ポ
ート）には廃棄音を小さくするサイレンサ（図示を省略
する）が設けられ、このサイレンサを介して大気に開放
されている。この切換弁１３は、所謂、４ポート（Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３，Ｔ）、３位置（１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ）の電磁弁とされている。この切換弁１３が１３ｂの
位置にある時にシリンダ７のピストン７２が第１のロッ
ド７３ａ側に移動し、１３ｃの位置にある時にシリンダ
７のピストン７２が第２のロッド７３ｂ側に移動する。
そして、この切換弁１３は、制御手段１４に接続されて
いる。この制御手段１４により位置（１３ａ，１３ｂ，
１３ｃ）が切換られ、各々のポート（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ
３，Ｔ）が切換られる。さらに、制御手段１４には、リ
ミットスイッチ１５及び前述した超音波発信器１１が接
続されている。このリミットスイッチ１５がオンされた
時に、超音波発信器１１作動するようにされている。こ
のリミットスイッチ１５の取り付け位置に関しては後に
詳述する。

【００４５】［ストローク調節手段］さらに、前述した
第２のロッド７３ｂの先端部には、ストローク調節手段
９が設けられている。このストローク調節手段９は、ロ
ッドの端部に形成された雄ネジ部９１と、この雄ネジ部
９１に螺合されてエアシリンダ７の凸部７４ｃの端面に
当接するストッパー９２とで形成されている。

【００４６】ストッパー９２は略円筒形状とされてい
る。このストッパー９２の内周面の一端部にのみ雌ネジ
部９２ａが形成され、それ以外の内周面は、ロッド７３
の第２のロッド７３ｂの緩嵌するように形成されてい
る。このストッパー９２は、第２のロッド７３ｂの雄ネ
ジ部９１に螺着されるが、その緩みを防止するためバッ
クアップナット９４が螺着されている。雄ネジ部９１及
びストッパー９２の雌ネジ部９２ａは、なみ目ネジで形
成することも可能であるが、ほそ目ネジで形成すること
により圧縮バネ８１の弾性荷重の細かい設定が可能とな
る。

【００４７】このストッパー９２の外壁面には、図５に
示すように、印９２１が設けられている。この印９２１
は、第２のロッド７３ｂの軸線を中心として一周て設け
られている。さらに、エアシリンダ７の第２のロッド７
３ｂ側にストッパー９２の移動方向に沿った目盛りが付
された目盛り板１７が設けられている。目盛りは、図６
に示すように、圧縮バネ８１の付勢力を表示する目盛が
貼付されている。この目盛は、９．８×１０^４［Ｎ／ｍ
^２］（工学系単位で１［Ｋｇｆ］）から９８×１０
^４［Ｎ／ｍ^２］（工学系単位で１０［Ｋｇｆ］）とされ
ている。

【００４８】さらに、ストローク調節手段９は、図３に
示すように、ロッドカバー９４で覆うことも可能であ
る。このロッドカバー９４は略円筒形状で、一端及び他
端を開口する形状とされている。そして、開口する一端
を前述したエアシリンダ７の一方のカバー７４の凸部７
４ｃに嵌合することにより、一方のカバー７４、即ち、
エアシリンダ７に保持されている。

【００４９】さらに、このロッドカバー９４には、図６
に示すように、ストッパー９２に対応する部位にはこの
ストッパー９２より長い窓９４ａが形成されている。こ
のロッドカバー９４の窓９４ａの側面には、シール状の
圧縮バネ８１の付勢力を表示する目盛が貼付されてい
る。この目盛は、９．８×１０^４［Ｎ／ｍ^２］（工学系
単位で１［Ｋｇｆ］）から９８×１０^４［Ｎ／ｍ^２］
（工学系単位で１０［Ｋｇｆ］）とされている。また、
ストッパー９２の外周面の下端近傍には、目盛に対応す
る印９２１が設けられている。第２のロッド７３ｂの軸
線を中心として一周して設けられている。

【００５０】さらに、ストッパー９２がエアシリンダ７
の一方のカバー７４と当接する位置近傍に、ストッパー
９２とエアシリンダ７との当接（ストッパー９２の所定
の停止位置）を検出する当接検出手段（リミットスイッ
チ）１５が設けられている。さらに詳細には、リミット
スイッチ１５のアーム１５ａがストッパー９２に接触、
離隔できるようにロッドカバー９４に孔９４ｂが設けら
れている。また、リミットスイッチ１５は、断面Ｌ字状
のブラケット１５１でエアシリンダ７の一方のカバー７
４に支持されている。

【００５１】次に、支持体１０は、エアシリンダ７を載
置台１０３上で当該載置台１０３に対して離間近接を許
容した状態で支持する。さらに詳細には、支持体１０
は、エアシリンダ７に接合される移動体１０１と、この
移動体１０１が摺動自在に係止される棒体１０２とで構
成されている。移動体１０１は、略直方体状に形成さ
れ、一方の面がエアシリンダのシリンダ内周面と同一の
形状に形成されている。さらに中央部の上下面に貫通す
る孔１０１ａが穿設されている。この孔１０１ａからエ
アシリンダの接合される面と反対側の面側に開口するス
リットが設けられ、このスリットとの手前の部位から背
後の部位にスリットに直交して、孔が穿設され背後の部
位に雌ネジ１０１ｂが形成されている。ボルトが手前の
部位の孔を挿通し、背後の部位に雌ネジ１０１ｂに螺着
されている。そして移動体１０１の孔１０１ａに棒体１
０２を挿入し、ボルトを螺着することで、棒体１０２に
対して移動体１０１が位置決めされる。また、ボルトを
緩めることで、棒体１０２に対して移動体１０１が摺動
自在となる。

【００５２】［載置台］棒体１０２は、載置台１０３に
垂直に支持されている。また、載置台１０３の超音波発
生手段５側の面には、板状部材１０４を介してチップ１
０５が装備されている。このチップ１０５は、エアシリ
ンダ７により、超音波発振手段５を近接させた際にその
加工面１０５ａがホーン部２２の加工面２９に当接する
位置に配備されている。この加工面１０５ａは、ホーン
部２２の加工面２９と平行になるように形成されてい
る。

【００５３】［本実施形態の作用］本発明の実施形態の
作用を図１及び図７に基づいて説明する。

【００５４】まず、被圧着物Ｓの厚さに対してエアシリ
ンダ７の高さをオフセットする。これは、次のように行
われる。まず、ストッパー９２の印９２１が０［Ｎ／ｍ
^２］（工学系単位で０［Ｋｇｆ］）に成るまで回す（図
６参照）。これと前後してチップ１０５の上面に被圧着
物Ｓを配置し、エアシリンダ７の第２のロッド７３ｂを
ストッパー９２が当接する迄作動させた状態で、移動体
１０１を超音波発振手段５の加工面２９が被圧着物Ｓに
当接する迄移動し固定する。その後、第２のロッド７３
ｂを上昇させる。そして、設定したい加圧力まで、スト
ッパー９２を回す（ここでは、９８×１０ ^４［Ｎ／
ｍ^２］（工学系単位で１０［Ｋｇｆ］）に設定するもの
とする。）。これでオフセットが完了する。

【００５５】ここで、ストッパー９２を第２のロッド７
３ｂに対して回すことにより、ストッパー９２がシリン
ダ本体７１側に近接し、エアシリンダ７のストローク長
さが短縮する。そして、エアシリンダ７のストローク長
さを短縮することで、超音波発振手段５の加工面２９が
被圧着物Ｓに当接してから圧縮バネ８１を圧縮させる長
さも短縮する。このように圧縮バネ８１を圧縮させる長
さを短縮することで、その弾性荷重も小さくなる。ま
た、ストッパー９２をシリンダ本体７１側から離れる方
向に回すことにより、ストッパー９２が第２のロッド７
３ｂから遠退し、エアシリンダ７のストローク長さが伸
張する。そして、エアシリンダ７のストローク長さが伸
張することで、超音波発振手段５の加工面２９が被圧着
物Ｓの圧着部に当接してから圧縮バネ８１を圧縮させる
長さも伸張する。このように圧縮バネ８１を圧縮させる
長さを伸張することで、その弾性荷重も大きくなる。

【００５６】そして、エアシリンダ７のエア継手７４１
側から圧縮空気を供給することにより、被圧着物Ｓに対
して超音波発振手段５が近接を開始し、超音波発振手段
５の加工面２９が被圧着物Ｓに当接する迄前進する。こ
の当接後、さらにエアシリンダ７のエア継手７４１側か
ら圧縮空気を供給することにより支持体８４が保持体８
３側に摺動し、圧縮バネ８１を圧縮させる。そして、ス
トッパー９２によりストロークが制限された所でエアシ
リンダ７が停止する。この状態を図７に示す。そして、
超音波発振手段５の加工面２９が被圧着物Ｓの圧着部に
当接してから圧縮バネ８１を圧縮した分の弾性荷重が超
音波発振手段５から被圧着物Ｓに作用する。この弾性荷
重は圧縮バネ８１を短縮させることにより発生する。こ
のため、エアシリンダ７へのエアー供給圧力が十分に高
ければ、エアーの使用環境に影響されることがない加圧
力を得ることができる。

【００５７】そして、ストッパー９２により、リミット
スィッチ１５が押されてオンの状態となる。これによ
り、超音波振動子２１に超音波発信器１１から発信周波
数の電圧が印加され、超音波振動子２１から超音波振動
が発信する。そして、かかる超音波振動が、ホーン部２
２により増幅されつつ、ホーン部２２の中心軸方向に伝
達され、加工面２９をその垂直方向に振動させる。被圧
着物Ｓは加工面２９と加工面１０５ａとに挟持されてい
るため、加工面２９から被圧着物Ｓに超音波振動が伝達
される。これにより、この被圧着物Ｓでは溶解を生じ、
且つ加工面２９と加工面１０５ａとの圧接により溶着が
行われる。

【００５８】所定時間超音波振動を加えることにより、
被圧着物Ｓを圧着させせ、超音波発信器１１を停止さ
せ、エアシリンダ７のエア継手７５１側から圧縮空気を
供給することにより、第２のロッド７３ａを上昇させ、
被圧着物の溶着が完了する。さらに前述した工程を繰り
返すことにより、次の振動溶着が順次行われる。

【００５９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、以上のよ
うに構成され機能するため、エアシリンダにエアーを供
給することにより荷重印加手段の支持体が保持体側に摺
動し、圧縮バネを圧縮させる。そして、ストローク調節
手段によりストロークが制限された所でエアシリンダが
停止する。この超音波発振手段の加工面が被圧着物に当
接した後に圧縮バネを圧縮した分の圧縮バネの弾性荷重
が超音波発振手段から被圧着物に加圧力として作用する
ため、エアシリンダへのエアー供給圧力が十分に高けれ
ば、エアーの使用環境によらない安定した加圧力を得る
ことが可能となった。さらに、エアーは十分に高い圧力
に設定可能であるため、エアシリンダの作動速度を低下
させることがない。このため、圧着物の生産性を高める
ことが可能となった。

【００６０】請求項２記載の発明によれば、ストローク
調節手段のストッパーを第２のロッドに対して回すこと
により、圧縮バネの弾性荷重の設定、即ち、超音波発振
手段の被圧着物への加圧力の設定を簡単に行うことが可
能となった。また、細かい加圧力の調整も確実に行うこ
とが可能となった。

【００６１】請求項３記載の発明によれば、必要とする
加圧力を目視しながら容易に設定することができるよう
になった。

【００６２】請求項４記載の発明によれば、ロッドカバ
ーを設けることにより、ストッパーとエアシリンダとの
当接面に物が挟持されるのを防止できる。また、必要と
する加圧力に目視しながら容易に設定することができ
る。さらに、印がストッパーの外壁面に第２のロッドの
軸線と直交して設けられているため、確実に印の位置を
目視できる。

【００６３】請求項５記載の発明によれば、被圧着物の
厚さを変更したい場合にシリンダ移動機能で容易にエア
シリンダ、即ち、超音波発振手段の加工面を被圧着物に
対して移動することができるようになった。

【００６４】請求項６記載の発明によれば、ストッパー
とエアシリンダの当接位置近傍に当接検出手を設けるこ
とにより、被圧着物の厚さを変更した場合にも、ストッ
パーとエアシリンダの当接位置は変化しないため、当接
検出手段の位置合わせをする必要がないため、短時間で
被圧着物の厚さの変更が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す図である。

【図２】図１の超音波発振手段及び荷重印加手段を示す
図である。

【図３】図１のエアシリンダ及びストローク調節手段を
示す図である。

【図４】図４（Ａ）は図１の荷重印加手段の圧縮バネの
バネ特性を示す図で、図４（Ｂ）は、図１の超音波溶着
装置の制御手段に接続された機器を示す図である。

【図５】図１のエアシリンダの第２のロッド側に目盛り
板を設けた状態を示す図である。

【図６】図１のストローク調節手段のＡ部を示す斜視図
である。

【図７】図１の超音波溶着装置のストローク調節手段が
９８×１０^４［Ｎ／ｍ^２］に設定され作動した状態を示
す図である。

【符号の説明】

１超音波溶着装置５超音波発振手段６超音波溶着用加圧機構７エアシリンダ８荷重印加手段９ストローク調節手段１０保持手段１５当接検出手段２９加工面７３ａ第１のロッド７３ｂ第２のロッド８３保持体８４支持体９１雄ネジ部９３ストッパー９４ロッドカバー９４ａ窓１０３載置台Ｓ被圧着物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被圧着物に接して超音波を付与する加工
面を備える超音波発振手段と、前記被圧着物を載置する
載置台と、前記超音波発振手段の加工面を前記載置台に
対して加圧する超音波溶着用加圧機構とを備え、前記超音波溶着用加圧機構が、前記超音波発振手段を前
記載置台に対して近接遠退させるエアシリンダと、前記
超音波発振手段に往復運動を伝える前記エアシリンダの
第１のロッドと前記超音波発振手段との間に設けられて
加圧時に前記超音波発振手段に弾性荷重を印加する荷重
印加手段と、前記エアシリンダの第１のロッドのストロ
ークを所定長さに調節するストローク調節手段と、前記
エアシリンダを保持する保持手段とを備え、前記荷重印加手段が、前記超音波発振手段を支持する支
持体と、この支持体を前記エアシリンダのストローク方
向に往復自在に保持する保持体と、この保持体と前記支
持体との間で、前記支持体の移動方向に沿って伸縮を自
在として装備される圧縮バネとを備えたことを特徴とす
る超音波溶着装置。
【請求項２】前記エアシリンダを、前記第１のロッド
と同時に動作する第２のロッドを備えた両ロッドシリン
ダで形成し、前記第２のロッドに前記ストローク調節手段を設け、前記ストローク調節手段は、前記第２のロッドの外周面
に形成された雄ネジ部と、この雄ネジ部に螺合されるス
トッパーとを備えた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】前記ストッパーの外壁面に印を設けると
共に、前記エアシリンダの第２のロッド側に前記ストッ
パーの移動方向に沿った目盛りが付された目盛り板を設
けたことを特徴とする請求項２記載の超音波溶着装置。
【請求項４】前記ストッパーの外壁面に第２のロッド
の軸線を中心として当該外壁面を一周した印を設けると
共に、前記エアシリンダの第２のロッド側に前記ストッ
パーに面した窓を有するロッドカバーを設け、前記ロッドカバーに前記印に対応し前記圧縮バネの付勢
力を表示する目盛りを設けたことを特徴とする請求項２
記載の超音波溶着装置。
【請求項５】前記保持手段が、前記エアシリンダを前
記載置台に対して近接遠退自在に距離調節するシリンダ
移動機能を備えたことを特徴とする請求項１，２，３又
は４記載の超音波溶着装置。
【請求項６】前記ストッパーが所定の停止位置に到達
したことを検出し検出信号を出力する当接検出手段と、
前記検出信号に応じて前記超音波発振手段の動作を制御
する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項２，３
又は４記載の超音波溶着装置。