JP2004160464A

JP2004160464A - 工具ホーン

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Publication number: JP2004160464A
Application number: JP2002326405A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yonetani; 和幸米谷
Original assignee: Seidensha Electronics Co Ltd
Current assignee: Seidensha Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP4079753B2

Abstract

【課題】放射面を、縦方向振動を全く含まず、しかも各所同一振幅の横方向振動で駆動できるようにする。
【解決手段】工具ホーン本体２を、大形部２ａと小形部２ｂとから段付き角柱状に形成する。大形部２ａの上端部に、昇降機構等に固定するための固定面７を形成する。小形部２ｂの下端部に、溶着等の加工を行なうための放射面８を形成する。工具ホーン本体２の隣位する二側面に、第１縦振動子３で駆動される第１固定ホーン４、および第２縦振動子５で駆動される第２固定ホーン６をそれぞれ設ける。工具ホーン本体２の第２固定ホーン６が取付けられている面に、第１縦振動子３に対応する第１スリット９を設ける。工具ホーン本体２の第１固定ホーン４が取付けられている面に、第２縦振動子５に対応する第２スリット１０を設ける。各スリット９，１０を設けることで、放射面８の振動が横方向振動となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックや金属等の溶着に用いられる工具ホーンに係り、特に放射面を縦方向成分を全く含まない横方向振動のみで駆動することができる工具ホーンに関する。
【０００２】
従来から、入力面とこれに対向する放射面とを有する工具ホーンを用い、入力面に縦振動を入力するとともに、放射面で超音波溶着を行なうようにした工具ホーンは一般に知られている。
【０００３】
ところが、この種の工具ホーンにおいては、放射面での振動が縦方向振動となるため、例えばボスの先端に超音波振動を伝えて加絞め加工を行なう場合に、ボスが座屈して加絞め加工を行なうことができない等の問題がある。
【０００４】
そこで一部では、前記工具ホーンを横倒しにし、工具ホーン本体の先端周面を用いて超音波溶着を行なうようにしたり、あるいは前記工具ホーン本体の入力面に捩り振動を入力して超音波溶着を行なう方法が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の超音波溶着方法において、工具ホーンを横倒しにする前者は、加工に用いられる振動成分が、すべて横方向振動となるため、縦方向振動を用いて加工する場合と異なり、ボスの座屈等の問題はないが、工具ホーン本体の周面を用いて加工しなければならないため、工具ホーン本体の先端から離れるにつれて振幅が次第に小さくなり、広い面積の加工は不可能であるという問題がある。
【０００６】
また、捩り振動を入力する後者は、放射面での振動が、縦方向成分を含まない捩り振動となるため、前者同様ボスの座屈等の問題はないが、捩り振動の場合には、捩り中心に向かって次第に振幅が小さくなるため、広い面積を溶着する場合に、溶着位置によって加工斑が生じてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、放射面を、縦方向成分を全く含まず、しかも各所同一振幅の横方向振動で駆動することができる工具ホーンを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、放射面を、一方向の横方向振動で駆動することができる工具ホーンを提供するにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、放射面を、二方向の横方向振動を組合わせた，いわゆる円運動のような振動で駆動することができる工具ホーンを提供するにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、放射面を広くしても、確実に横方向振動で駆動することができる工具ホーンを提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、一端側が固定面，他端側が放射面となる工具ホーン本体の周面側から、縦振動が入力されて駆動される工具ホーンにおいて、前記工具ホーン本体の周面に、入力される縦振動に対し直交する方向に貫通するスリットを設けるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
ところで、一端側が固定面，他端側が放射面となる工具ホーン本体の周面側から、縦振動を入力すると、放射面での振動は、横方向振動に縦方向振動を加えた，いわゆる円弧運動のような撓み振動となるが、スリットを設けることで、縦方向成分がなくなり、放射面を、各所同一振幅の横方向振動で駆動することが可能となる。
【００１３】
本発明はまた、縦振動を、工具ホーン本体周面の一方向から入力するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、放射面を、縦振動の入力方向と同一方向に振動する横方向振動で駆動することが可能となる。
【００１４】
本発明はまた、縦振動を、工具ホーン本体周面の直交二方向から入力するようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、放射面を、直交二方向の横方向振動を組合わせた，いわゆる円運動のような振動で駆動することが可能となる。
【００１５】
本発明はさらに、スリットを、ほぼ平行に複数本設けるようにしたことを特徴とする。そしてこれにより、放射面を広くしても、確実に横方向振動で駆動することが可能となり、広い面積を均一に溶着する必要があるような場合に便宜である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る工具ホーンを示すももので、この工具ホーン１は、上半側の大形部２ａと下半側の小形部２ｂとからなる段付き角柱状の工具ホーン本体２を備えており、この工具ホーン本体２の隣位する二側面には、第１縦振動子３で駆動される第１固定ホーン４、および第２縦振動子５で駆動される第２固定ホーン６がそれぞれ取付けられている。
【００１７】
前記工具ホーン本体２には、図１ないし図３に示すように、大形部２ａの上端部に、図示しない昇降機構等に固定される固定面７が形成されているとともに、小形部２ｂの下端部に、溶着等の加工を行なう放射面８が形成されている。
【００１８】
前記工具ホーン本体２にはまた、図２および図３に示すように、前記第２固定ホーン６が取付けられている面の幅方向中央部に、第１縦振動子３に対応する第１スリット９が設けられているとともに、前記第１固定ホーン４が取付けられている面の幅方向中央部に、第２縦振動子５に対応する第２スリット１０が設けられている。
【００１９】
すなわち、前記各スリット９，１０は、入力される縦振動に対し直交する方向に工具ホーン本体２を貫通しており、これら各スリット９，１０により、本来撓み振動する放射面８の振動成分から縦方向成分をなくし、放射面８を、各所同一振幅の横方向振動で駆動することができるようになっている。
【００２０】
なお、実際には、工具ホーン本体２は直交二方向から駆動されるため、放射面８は、直交二方向の横振動を組合わせた，いわゆる円運動のような振動で駆動されるようになっている。
【００２１】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
図１に示す工具ホーン１において、第１縦振動子３に通電し、第１固定ホーン４を介して工具ホーン本体２に縦振動を入力すると、工具ホーン本体２は、図４（ａ），（ｂ）に示すように振動することになる。
【００２２】
図４（ａ），（ｂ）は、工具ホーン本体２の振動状態を、有限要素法を用いて解析した結果を示すもので、図４（ａ），（ｂ）からも明らかなように、放射面８が、完全な横方向振動で駆動されていることが判る。
【００２３】
本発明者等は、比較例としてスリット９，１０を設けない工具ホーン本体２Ａの振動状態を、有限要素法を用いて解析した処、図５（ａ），（ｂ）に示すような結果となり、放射面８Ａが、横方向振動に縦方向振動を加えた，いわゆる円弧運動のような撓み振動となることが確認された。
【００２４】
以上のことから、第１縦振動子３に通電する場合には、これに対応する第１スリット９を工具ホーン本体２に設けることで、第１スリット９により縦方向成分が吸収され、放射面８を、各所同一振幅の横方向振動で駆動することができることが判る。
【００２５】
なお、第２縦振動子５に通電する場合には、これに対応する第２スリット１０を工具ホーン本体２に設けることで、放射面８を、第１スリット９の場合と同様、各所同一振幅の横方向振動で駆動することができる。そして、両縦振動子３，５に同時に通電した場合には、放射面８は、二方向の横方向振動を組合わせた，いわゆる円運動のような振動で駆動されることになる。
【００２６】
しかして、工具ホーン本体２の周面に、入力される縦振動に対し直交する方向に貫通するスリット９，１０を設けるようにしているので、放射面８を、縦方向成分を全く含まず、しかも各所同一振幅の横方向振動で駆動することができる。
【００２７】
図６は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、前記第１の実施の形態における工具ホーン本体２に代え、工具ホーン１２を用いるようにしたものである。
【００２８】
すなわち、前記工具ホーン本体１２は、図６に示すように、大形部１２ａと中形部１２ｂと小形部１２ｃとを二段の段付き状に連接した角柱状に形成されており、その隣位する二側面には、前記第１の実施の形態における各スリット９，１０に対応する第１スリット１９および第２スリット２０がそれぞれ設けられている。そして、前記大形部１２ａの上端部には、固定面１７が形成されているとともに、前記小形部１２ｃの下端部には、放射面１８が形成されている。
なお、その他の点については、前記第１の実施の形態と同一構成となっており、作用も同一である。
【００２９】
しかして、本実施の形態における工具ホーン本体１２の場合にも、図７（ａ），（ｂ）に有限要素法による解析結果を示すように、放射面１８を、縦方向成分を全く含まず、しかも各所同一振幅の横方向で駆動することができる。
【００３０】
図８は、本発明の第３の実施の形態を示すもので、前記第１の実施の形態における工具ホーン本体２に代え、工具ホーン本体２２を用いるようにしたものである。
【００３１】
すなわち、前記工具ホーン本体２２は、図８に示すように、各所同一寸法の角柱状に形成されており、その隣位する二側面には、前記第１の実施の形態における各スリット９，１０に対応する第１スリット２９および第２スリット３０がそれぞれ設けられている。そして、この工具ホーン本体２２の上端部には、固定面２７が形成されているとともに、下端部には、放射面２８が形成されている。
なお、その他の点については、前記第１の実施の形態と同一構成となっており、作用も同一である。
【００３２】
しかして、本実施の形態における工具ホーン本体２２の場合にも、図９（ａ），（ｂ）に有限要素法による解析結果を示すように、放射面２８を、縦方向成分を全く含まず、しかも各所同一幅の横方向振動で駆動することができる。
【００３３】
図１０は、本発明の第４の実施の形態を示すもので、前記第１の実施の形態における工具ホーン本体２に代え、工具ホーン本体３２を用いるようにしたものである。
【００３４】
すなわち、前記工具ホーン本体３２は、図１０に示すように、上端から下端に向かって次第に縮径する逆截頭円錐状に形成されており、その周面の９０度ずれた位置には、前記第１の実施の形態における各スリット９，１０に対応する第１スリット３９および第２スリット４０がそれぞれ設けられている。そして、この工具ホーン本体３２の上端部には、固定面３７が形成されているとともに、下端部には、放射面３８が形成されている。
なお、その他の点については、前記第１の実施の形態と同一構成となっており、作用も同一である。
【００３５】
しかして、本実施の形態における工具ホーン本体３２の場合にも、図１１（ａ），（ｂ）に有限要素法による解析結果を示すように、放射面３８を、縦方向成分を全く含まず、しかも各所同一振幅の横方向振動で駆動することができる。
【００３６】
図１２は、本発明の第５の実施の形態を示すもので、前記第１の実施の形態における工具ホーン本体２に代え、工具ホーン本体４２を用いるようにしたものである。
【００３７】
すなわち、前記工具ホーン本体４２は、図１２に示すように、各所同一寸法の角柱状に形成されており、その隣位する二側面には、前記第１の実施の形態における各スリット９，１０に対応する第１スリット４９Ａ，４９Ｂおよび第２スリット５０Ａ，５０Ｂがほぼ平行に２本ずつそれぞれ設けられている。そして、この工具ホーン本体４２の上端部には、固定面４７が形成されているとともに、下端部には、放射面４８が形成されている。
なお、その他の点については、前記第１の実施と同一構成となっており、作用も同一である。
【００３８】
しかして、本実施の形態における工具ホーン本体４２の場合にも、図１３（ａ），（ｂ）に有限要素による解析結果を示すように、放射面４８を、縦方向成分を全く含まず、しかも各所同一振幅の横方向振動で駆動することができる。また、各スリット４９Ａ，４９Ｂ，５０Ａ，５０Ｂを複数本設けることで、放射面４８の面積の拡大が可能となり、より広い面積を同時に溶着することができる。
【００３９】
なお、前記第５の実施の形態においては、各スリット４９Ａ，４９Ｂ，５０Ａ，５０Ｂを２本ずつ設ける場合について説明したが、３本以上設けて放射面４８の更なる拡大化を図るようにしてもよい。
【００４０】
また、前記各実施の形態においては、いずれも第１縦振動子３と第２縦振動子５とを同時に用いる場合について説明したが、いずれか一方の縦振動子３，５のみを用いるようにしてもよい。そしてこの場合には、省略した縦振動子３，５に対応するスリット９，１０，１９，２０，２９，３０，３９，４０，４９Ａ，４９Ｂ，５０Ａ，５０Ｂは省略することができることは云うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、一端側が固定面，他端側が放射面となる工具ホーン本体の周面側から、縦振動が入力されて駆動される工具ホーンにおいて、前記工具ホーン本体の周面に、入力される縦振動に対し直交する方向に貫通するスリットを設けるようにしたことを特徴とする。
【００４２】
ところで、一端側が固定面，他端側が放射面となる工具ホーン本体の周面側から、縦振動を入力すると、放射面での振動は、横方向振動に縦方向振動を加えた，いわゆる円弧運動のような撓み振動となるが、スリットを設けることで、縦方向成分がなくなり、放射面を、各所同一振幅の横方向振動で駆動することができる。
【００４３】
本発明はまた、縦振動を、工具ホーン本体周面の一方向から入力するようにしているので、放射面を、縦振動の入力方向と同一方向に振動する横方向振動で駆動することができる。
【００４４】
本発明はまた、縦振動を、工具ホーン本体周面の直交二方向から入力するようにしているので、放射面を、直交二方向の横方向振動を組合わせた，いわゆる円運動のような振動で駆動することができる。
【００４５】
本発明はさらに、スリットを、ほぼ平行に複数本設けるようにしているので、放射面を広くしても、確実に横方向振動で駆動することができ、広い面積を均一に溶着する必要があるような場合に便宜である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る工具ホーンを示す説明図である。
【図２】図１の工具ホーン本体の形状を示す斜視図である。
【図３】図２の工具ホーン本体の断面形状を示す説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、図１の工具ホーン本体の振動状態を、有限要素法による解析結果で示す説明図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、スリットを設けない場合の工具ホーン本体の振動状態を示す図４相当図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図２相当図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、図６の工具ホーン本体の振動状態を示す図４相当図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す図２相当図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は、図８の工具ホーン本体の振動状態を示す図４相当図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態を示す図２相当図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、図１０の工具ホーン本体の振動状態を示す図４相当図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態を示す図２相当図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）は、図１２の工具ホーン本体の振動状態を示す図４相当図である。
【符号の説明】
１工具ホーン
２，１２，２２，３２，４２工具ホーン本体
２ａ，１２ａ大形部
２ｂ，１２ｃ小形部
３第１縦振動子
４第１固定ホーン
５第２縦振動子
６第２固定ホーン
７，１７，２７，３７，４７固定面
８，１８，２８，３８，４８放射面
９，１９，２９，３９，４９Ａ，４９Ｂ第１スリット
１０，２０，３０，４０，５０Ａ，５０Ｂ第２スリット
１２ｂ中形部

Claims

一端側が固定面，他端側が放射面となる工具ホーン本体の周面側から、縦振動が入力されて駆動される工具ホーンにおいて、前記工具ホーン本体の周面に、入力される縦振動に対し直交する方向に貫通するスリットを設けたことを特徴とする工具ホーン。
縦振動は、工具ホーン本体周面の一方向から入力されることを特徴とする請求項１記載の工具ホーン。
縦振動は、工具ホーン本体周面の直交二方向から入力されることを特徴とする請求項１記載の請求項１記載の工具ホーン。
スリットは、ほぼ平行して複数本設けられていることを特徴とする請求項１，２または３記載の工具ホーン。