JP2001179837A - 超音波接着方法と装置 - Google Patents

超音波接着方法と装置

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英二 前田
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啓輔 岩下
Satoshi Matsumura
悟志 松村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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、ホーン１２の温度を検知する温度センサ１８と
を設ける。ホーン１２の温度を検知して、溶着対象物に
ホーン１２が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の温度に対して負の相関関係を有す
るように制御する制御装置１６を設ける。

Description

【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。上記ホーンの温度検知は、上記ホ
ーンにより上記シート状樹脂材を接着する直前に行うも
のである。
【０００９】また、上記被接着部材はスライドファスナ
ーの噛合エレメントが設けられたファスナーテープであ
り、上記シート状樹脂材は上記ファスナーテープの端部
の開離嵌挿具取付部位に溶着される補強テープ等の補強
材である。
【００１０】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。上記温度センサは非接触式
のものであり、上記ホーンの上記溶着対象物近傍の温度
を検知するものである。
【００１１】
【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。
【００１２】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２２，２
４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。
【００１３】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。
【００１４】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。
【００１５】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とした場合のの場合の
発振時間である。
【００１６】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。
【００１７】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。
【００１８】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。
【００１９】
【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４
０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。
【００２０】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１
２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。
【００２１】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。
【００２２】この超音波接着装置により補強テープ３
４，３５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。
【００２３】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３
８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。
【００２４】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４４，４
５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３０，３
２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。
【００２５】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５
０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。
【００２６】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５
５，５６の縁部との間に補強テープ３４，３５を挟んで
切断する。
【００２７】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３
０，３２が一旦停止する。そして、補強テープ３４，３
５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３
４，３５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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】
【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。
【００３３】また、本願請求項２記載の発明によれば、
シート状樹脂材の接着直前のホーンの温度で、超音波振
動の発振時間が設定され、より正確で品質の安定した接
着作業を行うことができる。
【００３４】また、本願請求項５記載の非接触式の温度
センサを用いることにより、ホーン温度をその周囲の温
度も含めて検知することができ、外部環境を考慮した超
音波溶着の時間の設定が可能となり、より正確で安定し
た接着を行うことができる。
【００３５】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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F211 AC03 AD05 AH07 AP05 AR11 TA01 TC09 TD01 TD11 TJ30 TN22 TN72 5D107 AA14 BB01 CC04 CD10 FF04 FF08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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（１
    ２）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）の温度に対して負の相関関係を持たせて設定
    し、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。
  2. 【請求項２】 上記ホーン（１２）の温度検知は、上記
    ホーン（１２）により上記シート状樹脂材（２２）を接
    着する直前に行うことを特徴とする請求項１記載の超音
    波接着方法。
  3. 【請求項３】 上記被接着部材はスライドファスナー
    （４０）の噛合エレメント（３８）が設けられたファス
    ナーテープ（３０，３２）であり、上記シート状樹脂材
    は上記ファスナーテープ（３０，３２）端部の開離嵌挿
    具（４２）取付部位に溶着される補強材（３４，３５）
    であることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波接
    着方法。
  4. 【請求項４】 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）とを設けたことを特徴とす
    る超音波接着装置。
  5. 【請求項５】 上記温度センサ（１８）は非接触式のも
    のであることを特徴とする請求項４記載の超音波接着装
    置。
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