JP2004209659A - 超音波溶着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】超音波溶着されるべきワークを確実に密封接合できる超音波溶着装置を提供することにある。
【解決手段】超音波溶着されるワーク２、３と、これを受容する受け駒１１、１３と、この受け駒１１、１３に設けられた圧力センサ９とを備え、圧力を計測することによって、前記ワーク２、３全体に均一な溶着圧力を加えながら溶着する超音波溶着装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な粉体を密封するケース、例えば、複写機やレーザープリンタのトナーケース、または現像剤ケースのごとき、２個以上の部品を超音波溶着で接合する超音波溶着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタのトナーカートリッジや現像ユニットにおいて、トナーを密封、貯蔵するトナーケースは２個以上の部品を接合した構成を備える場合が多い。その接合方法としては生産性、密封性の観点から超音波溶着工法が多用されている。
近年、トナーの粒径は数μｍと微細なものとなり、わずかな接合の隙間があってもトナー漏れが発生してしまうため、確実に接合することは重要な課題となっている。
また、トナーケースを構成する成形部品の形状も省スペース化、多機能化などの要求から複雑形状になる傾向があり、さらには成形コスト低減の要求から一つの金型で複数の成形品を成形する多数個取りが行われる場合が増えている。
成形品の複雑化、多数個取りは、成形品の寸法ばらつきを大きくする要因の一つであり、すなわち超音波溶着における不具合の要因となることが多い。このような傾向のある成形品でも不具合なく溶着することが重要な課題となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５はトナーケースの超音波溶着加工の一般的な例を示す概略図である。図６は図５の溶着部の詳細図である。図５および図６に示すように、縦振動しているホーン５がトナーケース１の上ケース２を加圧して、受け台６に支持された下ケース３に押し付けることにより、溶着リブ８が溶けて上ケース２と下ケース３が接合されるものである。
超音波溶着で重要なことは、ホーン５の振動が均一に溶着リブ８に伝わってこれを溶かすことにある。そこで通常は、受け台６を分割するなどして高さを調整し、ホーン５から溶着リブ８への圧力が均一になるように調整することが行われている。
ところが、前述のように成形品が複雑形状化、多数個取り化になると、ロット間、キャビティ間で、成形品のそり量、あるいは寸法のバラツキが大きいため、すべての成形品に対して均一な圧力で溶着することができない。
圧力の大きい部分では溶け過ぎにより溶着部が海綿状になり、圧力の小さい部分では溶け不足により密封性が保てず、いずれの場合もトナー漏れが発生するため、トナーケースとして重大な欠陥となる。
従来は、このような場合には、キャビティ毎に成形品を分別して溶着したり、ロットが替わる度に受け台６の高さを調整し直すという作業が日常的に行われてきた。しかしすべての場合に完全に対応することは困難であり、溶着不具合は慢性的に発生するというのが現状であった。
本発明の目的は、以上のような溶着不具合を解決し、超音波溶着されるべきワークを確実に密封接合できる超音波溶着装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、超音波溶着されるワークと、これを受容する受け駒と、この受け駒に設けられた圧力センサとを備え、圧力を計測することによって、前記ワーク全体に均一な溶着圧力を加えながら溶着する超音波溶着装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、超音波溶着ホーンと、前記ワークを支持する複数の受け駒と、各受け駒に設けた圧力センサと、圧力計測ユニットと、各受け駒を上下に駆動するアクチュエータと、各アクチュエータの駆動量を制御するコントローラとを有し、前記複数の受け駒のうちの１つが上下駆動しない請求項１記載の超音波溶着装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、超音波溶着ホーンと、前記ワークを支持する受け台と、この受け台に設けた複数の圧力センサと、圧力計測ユニットと、前記受け台を上下に駆動する複数のアクチュエータと、各アクチュエータの駆動量を制御するコントローラとを有する請求項１記載の超音波溶着装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による超音波溶着装置の第１の実施の形態を示す概略図である。図２は図１を上から見た平面図である。
図１および図２において、分割された複数の可動受け駒１１で下ケース（ワーク）３を受け、各可動受け駒１１には圧力センサ９とピエゾアクチュエータ１０が夫々内蔵されている。ただし、可動受け駒１１のうちの１つはピエゾアクチュエータ１０を内蔵せず、圧力センサ９だけを内蔵する基準受け駒１３となっている。また、ガイドブロック１２が治具ベース７に固定されており、可動受け駒１１の上下動をガイドしている。
さらにこれらの圧力センサ９用の計測ユニット１４と、圧力計測値からピエゾアクチュエータ１０の駆動量を制御するコントローラ１５と、ピエゾアクチュエータ１０を駆動するドライバ１６を有している。
図３は本発明による超音波溶着装置の第２の実施の形態を示す概略図である。図４は図３を上から見た平面図である。図３および図４において、１つの可動受け台１７に、複数の圧力センサ９とピエゾアクチュエータ１０が内蔵されている。ただし、１ヶ所は圧力センサ９だけの設置となっている。その他の構成は図１および図２の構成と同じである。
なお、図１〜図４の実施の形態では、可動受け駒１１の上下動はピエゾアクチュエータ１０で行っているが、例えば油圧シリンダなどのアクチュエータを用いてもよい。
【０００６】
次に、図１および図２に示した第１の実施の形態の超音波溶着装置の動作について説明する。図１および図２において、上ケース（ワーク）２と下ケース（ワーク）３が各可動受け駒１１および基準受け駒１３にセットされる。
超音波溶着ホーン５が下降して上ケース２と下ケース３に圧力がかかると、超音波溶着ホーン５が発振する前に、各圧力センサ９が、各可動受け駒１１および基準受け駒１３に加わった圧力を検出し、圧力計測ユニット１４から圧力に対応した電気信号がコントローラ１５に出力される。
コントローラ１５では、各可動受け駒１１の圧力が、基準受け駒１３の圧力センサ９の値（以後、基準圧力という）に近づくようにピエゾアクチュエータ１０のドライバ１６を制御する。
すなわち、基準圧力よりも低い圧力を示す可動受け駒１１においては、ピエゾアクチュエータ１０の全長を伸ばして圧力を加え、基準圧力と同じ圧力になるように制御する。基準圧力よりも高い圧力を示す場合はその逆の制御を行う。
このようにして、各可動受け駒１１にかかる圧力の偏差が許容値以下になると、超音波溶着ホーン５が発振して超音波溶着が行われ、上ケース２と下ケース３に均一な圧力を掛けて超音波溶着されるので、溶着リブ８の溶け量が均一になる。
なお、基準圧力の値はワークの大きさや材質により異なるので一概に言えないが、溶着リブ８の直下で下ケース３が受ける圧力に換算して、概ね０．２ＭＰａ〜０．４ＭＰａであり、圧力の許容偏差は基準圧力の１０％前後で設定する。
【０００７】
図３および図４においても、図１および図２と同じ動作である。ただし、可動受け台１７が一体なので、図１および図２に比較して細かい制御は望めないが、溶着するワークが小さく複数の各可動受け駒１１を設置するスペースが確保できない場合や、ワークの寸法バラツキが小さい場合に適用する。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、超音波溶着されるワークの受け駒に圧力センサを設けて圧力を計測して、ワーク全体に均一な溶着圧力を加えながら溶着するので、ワーク間に寸法バラツキがあっても、各ワークの溶着リブを均一に溶かすことができ、トナー漏れ不具合が発生しない、トナーケースを得ることができる。
請求項２によれば、超音波溶着ホーンと、超音波溶着されるワークを支持する複数の受け駒と、各受け駒に設けた圧力センサと、圧力計測ユニットと、各受け駒を上下に駆動するアクチュエータと、各アクチュエータの駆動量を制御するコントローラを有し、複数の受け駒のうちの１つは上下駆動しないため、ワーク間に寸法バラツキがあっても、各ワークの溶着リブを均一に溶かすことができ、トナー漏れ不具合が発生しない、トナーケースを得ることができる。
請求項３によれば、超音波溶着ホーンと、超音波溶着されるワークを支持する受け台と、受け台に設けた複数の圧力センサと、圧力計測ユニットと、受け台を上下に駆動する複数のアクチュエータと、各アクチュエータの駆動量を制御するコントローラを有する構成としたので、ワーク間に寸法バラツキがあっても、各ワークの溶着リブを均一に溶かすことができ、トナー漏れ不具合が発生しない、トナーケースを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波溶着装置の第１の実施の形態を示す概略図である。
【図２】図１を上から見た平面図である。
【図３】本発明による超音波溶着装置の第２の実施の形態を示す概略図である。
【図４】図３を上から見た平面図である。
【図５】トナーケースの超音波溶着加工の一般的な例を示す概略図である。
【図６】図５の溶着部の詳細図である。
【符号の説明】
１ トナーケース
２ 上ケース（ワーク）
３ 下ケース（ワーク）
５ 超音波溶着ホーン
８ 溶着リブ
９ 圧力センサ
１０ アクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）
１１ 可動受け駒
１３ 基準受け駒
１４ 圧力計測ユニット
１５ コントローラ
１７ 受け台（可動受け台）

Claims (3)

  1. 超音波溶着されるワークと、これを受容する受け駒と、この受け駒に設けられた圧力センサとを備え、圧力センサによって受け駒からの圧力を計測するとともに、この計測結果に基づいて前記ワーク全体に均一な溶着圧力を加えながら溶着することを特徴とする超音波溶着装置。
  2. 超音波溶着ホーンと、前記ワークを支持する複数の受け駒と、各受け駒に設けた圧力センサと、圧力計測ユニットと、各受け駒を上下に駆動するアクチュエータと、各アクチュエータの駆動量を制御するコントローラとを有し、前記複数の受け駒のうちの少なくとも１つが上下駆動しないことを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
  3. 超音波溶着ホーンと、前記ワークを支持する受け台と、この受け台に設けた複数の圧力センサと、圧力計測ユニットと、前記受け台を上下に駆動する複数のアクチュエータと、各アクチュエータの駆動量を制御するコントローラとを有することを特徴とする請求項１記載の超音波溶着装置。
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