JP2006346951A - 超音波溶着装置における溶着ホーンとその使用法。 - Google Patents

超音波溶着装置における溶着ホーンとその使用法。 Download PDF

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Abstract

【課題】Ｌ型パイプを有する溶着部材を超音波溶着処理できる溶着ホーンとその使用方法の提供。
【解決手段】熱可塑性プラスチック材料からなる一組の溶着部材に超音波振動を付与して溶着処理を実行する超音波溶着機における溶着ホーンであって、円柱形状であって、その長手方向に沿って内端が閉鎖され、開放端に環状振動面を形成した内空部を開設すると共に、当該内空部を短手方向沿いに側方に開放させ、前記溶着部材の一部を溶着ホーンの側方に突出させうるガイド長孔を開設しており、当該内空部に吸気手段を連結すると共に、その内部に溶着部材を吸着して担持し、且つ長手方向に往復移動可能とされた担持体を配設してなる超音波溶着装置における溶着ホーンとその使用法。
【選択図】図３

Description

この発明は、熱可塑性プラスチック材料からなる一組の構成部品に超音波振動を付与して溶着処理を実行する超音波溶着機における溶着ホーンの技術分野に係るものである。
従来、超音波溶着機に装着される溶着ホーンは、各種提案されており、広く活用されているが、多種多様な形状の溶着部品に適合するためには、溶着ホーンの形状、材質、寸法等に様々な工夫が必要であった。
米国特許第３，４８３，０６６号明細書 この発明は、超音波溶着具に関するもので、ホーンの内空部に溶着物の固定手段を備えており、熱可塑性材料からなる容器にカバーを超音波溶着しうるものである。
［従来例１］
従来の例えばチェックバルブを超音波溶着して製造する溶着ホーンとしてはガイド長孔の下端が超音波溶着面位置で開放されたＵ字状を呈する形状のホーンが提案されているが、この溶着ホーンにあっては、超音波溶着面の溶着性が劣っているため、チェックバルブに利用した場合には、その気密性に不具合の発生が見られた。
［従来例２］
又、溶着ホーンのガイド長孔をその両端が閉鎖されたループ形状としたものもある。この溶着ホーンにあっては、前記の欠点は改善されたが、溶着作業中にあって超音波振動振幅が大きくなって多量のバリが発生するという別の不具合が見られた。
［従来例３］
更に、これらを改善した例として溶着ホーンのループ状のガイド長孔に巾挾のクリップ部を形成した構成とした。これによってバリの発生は低減され、前記の不具合は減少されたが、別にチェックバルブの着脱時にクリップ部で損傷される不具合が発生した。
前記の背景技術における各種の溶着ホーンにあっても、溶着処理される特別の部材の形状等には充分に適合して溶着加工しうるものである。
しかしながら、溶着部品の接合面における密着性能を向上させて内部の空間を流通する流体の漏出を安全に防止するようにする点では、更なる改善工夫が望ましく、この点が解決すべき課題であった。
この発明によって解決しようとする課題点を挙げると以下の如くである。
この発明が解決しようとする第１の課題点は、溶着部材の一部を溶着ホーンの側方に突出させた状態で気密状に超音波溶着処理可能とした溶着ホーンを提供することである。
この発明が解決しようとする第２の課題点は、一側にＬ型パイプを突設した溶着部材を、他側ストレート状、もしくはＴ型パイプを突設した被溶着部材を超音波溶着処理して一体的に形成してチェックバルブを構成しうる超音波溶着ホーンを提供することである。
この発明が解決しようとする第３の課題点は、超音波溶着の際に前記のＬ型パイプを溶着ホーンのガイド孔から半径方向外側に突出させるようにして溶着ホーンの環状振動面と下治具の間で前記の溶着部材と被溶着部材を溶着処理しうる超音波溶着ホーンを提供することである。
この発明が解決しようとする第４の課題点は、密封状の燃料タンク等の過負圧の発生を未然防止するために利用されるチェックバルブを構成する部材の溶着を高品質に改善しうる超音波溶着ホーンを提供することである。
この発明が解決しようとする第５の課題点は、溶着部材の溶着性を向上してその気密性を高め、内部からの流体の漏出を安全に防止しうるチェックバルブを形成しうる超音波溶着ホーンを提供することである。
この発明が解決しようとする第６の課題点は、溶着時の部材間のズレによる気密性の低下を防止しうるものを提供することである。
この発明が解決しようとする第７の課題点は、溶着面におけるバリの発生を大巾に低減できるものを提供することである。
この発明が解決しようとする第８の課題点は、溶着部材が装着脱の際に損傷されるのを防止できるものを提供することである。
前記の課題を解決するための手段は次の如くである。
(1) 熱可塑性プラスチック材料からなる一組の溶着部材に超音波振動を付与して溶着処理を実行する超音波溶着機における溶着ホーンにおいて、
円柱形状であって、
その長手方向に沿って内端が閉鎖され、開放端に環状振動面を形成した内空部を開設し、
内空部を短手方向沿いに側方に開放させて前記溶着部材の一部を溶着ホーンの側方に突出させうるガイド長孔を開設し、
内空部に吸気手段を連結し、
内空部に溶着部材を吸着して担持して、その長手方向に往復移動可能とされた担持体を配設し、
てなる超音波溶着装置における溶着ホーン。
(2) 前記環状振動面における半径方向に細巾状のスリットを開設した前記(1)記載の超音波溶着装置における溶着ホーン。
(3) 前記担持体が両端が開放状の管形状であって、前記内空部に縮設されたバネに連接して配設されており、前記溶着部材によって、一端が閉止されると、吸気手段による吸引力によって担持体によって溶着部材を担持しうるように構成した前記(1)又は(2)いずれか１項記載の超音波溶着装置における溶着ホーン。
(4) 前記内空部に嵌着され、前記吸気手段に連通された中空状の支持体内に担持体をバネに抗して往復移動可能であって、しかも抜脱不可能の状態に配設された前記(1)乃至(3)いずれか１項記載の超音波溶着装置における溶着ホーン。
(5) 熱可塑性プラスチック材料からなる溶着部材に超音波振動を付与して溶着処理を実行する超音波溶着機における溶着ホーンの使用方法であって、次の(5)-1〜(5)-6の行程からなる使用方法。
(5)-1．下治具にＴ型パイプを突設した第２の溶着部材を装填する。
(5)-2．一側にＬ型パイプを突設した第１の溶着部材を溶着ホーンの環状振動面位置から斜行上向き状に溶着ホーンの内空部に侵入させる。
(5)-3．前記のＬ型パイプを溶着ホーンの横長部をガイド長孔から溶着ホーンの半径方向に突出させる。
(5)-4．前記Ｌ型パイプを旋回させて、その横長部を水平状としつつ上昇させて、その頂面を溶着ホーンの内空部に配設した担持体に当接させて吸気状態の担持体の透孔を閉鎖してＬ型パイプを担持体に吸着させる。
(5)-5．溶着ホーンを下治具方向に移動させ、溶着ホーンの環状振動面と下治具との間に第１、第２の溶着部材を挾圧状態として超音波振動を誘起して両溶着部材を超音波溶着処理する。
(5)-6．溶着ホーンを下治具から離間する方向に移動させて溶着処理された溶着部材を取り出す。
この発明による特有の効果は次の如くである。
(1) 溶着部材の一部を溶着ホーンの側方に突出させるように保持して溶着ホーンの環状振動面において高品質に超音波溶着しうるものである。
(2) 少なくとも一側にバルブ本体の長手方向に対して交差方向に突出するＬ型パイプを有するチェックバルブを、超音波溶着手段によって優れた気密性を備えたものとすることができる。
(3) 密封状の自動車の燃料タンク等の過負圧の発生を防止するために利用されて好適な燃料漏れが未然防止できるチェックバルブを得ることができる。
(4) 超音波溶着して一体的に構成されるチェックバルブ用の溶着部材を相対的にズレがない状態で超音波溶着できるものである。
(5) 一体状に超音波溶着される溶着部材の溶着域にバリの発生を大幅に低減できるものである。
(6) 溶着ホーンに装着脱の際に溶着部材が損傷されることがないものである。
以下、この発明の最良の実施形態を説明するが、この発明の超音波溶着ホーン（本ホーン１０００）の理解を促進するために最初に本ホーン１０００によって溶着加工される溶着部材（本部材２０００）、次いで超音波溶着機（本機３０００）、本ホーン１０００の順で説明する。
１．溶着部材（本部材）２０００
後述する超音波溶着機３０００によって溶着加工を施される溶着部材２０００は、熱可塑性樹脂材料（プラスチック）で形成されており、その形状は図５に示すように、Ｌ型パイプ２０１とディスク部２０２とを備えた第１の溶着部材２１０と、チェックバルブ手段４１０を内装したバルブ本体２２１と、これに続くＴ型パイプ２２２とからなる第２の溶着部材２２０とで構成されており、前記ディスク部２０２の下面の第１溶着面２０３と、前記バルブ本体２２１の頂面を形成した第２溶着面２２３とで超音波溶着加工されるチェックバルブ４００は、図７に示す如くであって、燃料タンクに装備されて利用されるもので、その機能としては燃料タンク内の燃料の増減による燃料タンク内の過負圧を安定的に制御しうる機能を有するものである。
更に、溶着加工のためにＬ型パイプ２０１には竪長部２０１ｂに続く平坦状頂面２０１ａを有する横長部２０１ｃを備えている。
２．超音波溶着機（本機）３０００
図１に略図示した本機３０００は、第２の溶着部材２２０を保持しうる上向き開放状の受容溝３０１を形成した下治具３００と、超音波振動手段５００に連設され、昇降駆動手段６００によって下治具３００方向に接近可能とし、第１の溶着部材２１０を担持しうる溶着ホーン１０００を含んでいる。
又、下治具３００を担持するベース部９１０と、これを支持するテーブル９２０との間には、昇降調節可能な４個のボールプランジャー９３０を、その四隅に介装しており、その機能については後述する。
操作制御手段７００は、オペレータの指令によって、前記した超音波振動手段５００や、昇降駆動手段６００をコンピュータによってシーケンシャルに制御させる機能を有するものである。
又、図１中の８００は、後述する本ホーン１０００内に前記した第１の溶着部材２１０を吸着して担持させるための吸気手段を示すものである。
３．溶着ホーン（本ホーン）１０００
図３に示すチタン合金もしくはアルミ合金等の金属で形成された円柱状の本ホーン１０００は、ホーン主体１００と、その内空部１１０に配設された支持体１４０とで構成されている。
(1) ホーン主体１００
連続状に形成された大径部１０１と小径部１０２とからなる円柱状の形状を呈しており、その内部には、長手方向中心軸線に沿って大径部１０１から小径部１０２に続く大小二段状で盲孔状の内空部１１０を開設している。
この内空部１１０の内の大径孔１１１の一端は小径部１０２の外端で開放状とされて環状振動面１０３を形成しており、他端は大径部１０１に開設された盲孔状の小径孔１１２に連通されていると共に、この小径孔１１２は大径部１０１の半径方向には小径孔１１２に連通された吸引孔１１３を開設している。
更に、小径部１０２の一側には長手方向に沿って大径孔１１１を外部開放状とするガイド長孔１２０を形成し、その下端の環状振動面１０３にはスリット１３０が開設されている。
(2) 支持体１４０
ホーン主体１００の内空部１１０に挿着された中空状の支持体１４０は、大径孔１１１内に気密状に密嵌され、その内部には縮設されたバネ１５０に抗して移動可能な状態に担持体１６０を配設している。
即ち、当該支持体１４０の大径管部１４１に続く縮径管部１４２を前記小径孔１１２に挿入させ、セットネジ１７０によってホーン主体１００に固定し、前記吸引孔１１３に連通させている。
更に、前記大径管部１４１内に挿入した前記担持体１６０の外側に嵌合させたストッパー付きの抜け止めスリーブ１８０を大径管部１４１内に螺着することによって、担持体１６０の突部１６１を当該抜け止めスリーブ１８０で制止して飛び出すのを安全に防止している。
従って、組み立て後、本ホーン１０００は、前記吸気孔１１３、小径孔１１２、縮径管部１４２の連通孔１４２ａ、大径管部１４１の大径孔１１１、担持体１６０の透孔１６２に連通されて、担持体１６０の外端のリング状開口１４２ｂ位置で大気開放された構成をなすものである。
４．溶着手順
次に、本機３０００によってプラスチック製のチェックバルブ４００を形成する手順を説明する。
(1) 第１、第２の溶着部材２１０、２２０の装填工程
（イ） 操作制御手段７００のメイン始動スイッチ（図示略）をオペレータが操作して超音波振動手段５００を起動させると共に、吸気手段８００を始動させると比較的に弱い吸引力の吸気が発生することによって、第１の溶着部材２１０が本ホーン１０００内に装填可能な状態となる。
（ロ） チェックバルブ手段４１０を内蔵した第２の溶着部材２２０をテーブル９２０上に配置した下治具３００の受容溝３０１内に第２溶着面２２３を上向き状として装填する。
（ハ） 第１の溶着部材２１０を本ホーン１０００内に装填するが、その装填手順について、図６をも参照して詳細に説明する。
即ち、オペレータが第１の溶着部材２１０のＬ型パイプ２０１を把持して、第１段階として、仮想線で示すような傾斜状の第１の姿勢でＬ型パイプ２０１の竪長部２０１ｂに続く横長部２０１ｃを本ホーン１０００の大径孔１１１に侵入させ、その先端をガイド長孔１２０に透通させる。
次いで、オペレータは第１の溶着部材２１０を時計方向に旋回させて横長部２０１ｃを水平状に旋回させた第２の姿勢で上昇させて平坦状頂面２０１ａを本ホーン１０００内の担持体１６０に当接させることにより、担持体１６０のリング状開口１４２ｂを閉塞させる。
この結果、実線で示すように吸気力によって第１の溶着部材２１０は担持体１６０に吸着されて本ホーン１０００に担持されて第２の溶着部材２２０の上側の予め整列された位置に保持された状態となる。
(2) 超音波溶着工程
次にオペレータが始動スイッチ（図示略）を操作すると昇降制御手段６００が起動して本ホーン１０００は、所定の速度で下降され、第１の溶着部材２１０の第１溶着面２０３が第２の溶着部材２２０の第２溶着面２２３と加圧状態で当接し、引き続いて第１の溶着部材２１０が担持体１６０をバネ１５０に抗して押し上げられつつ、本ホーン１０００の環状振動面１０３において第１、第２溶着面２０３、２２３間で溶着現象が発生する。
この状態で溶着代の距離だけ本ホーン１０００と共に担持体１６０は第１の溶着部材２１０も所定の溶着代の寸法だけ押し下げられるが、この下降状態は図示しないリミットスイッチが所定のタイミングでシーケンシャルに開閉されて中止し、続いて本ホーン１０００は上昇に転じる。
この際、第１、第２の溶着部材２１０、２２０が溶着された完成品であるチェックバルブ４００はその総重量が吸気手段８００による弱い吸気による担持力で担持体１６０に担持された状態で本ホーン１０００の上昇に伴って下治具３００から解離して上昇されることになる。
(3) チェックバルブの取り出し工程
以上の工程によって完成されたチェックバルブ４００はオペレータによって、担持体１６０から容易に引き離されて取り出され、次の溶着工程のために待機することとなる。
尚、ボールプランジャー９３０を操作してベース部９１０に対するテーブル９２０の傾斜角度を微調整することによって、下治具３００の位置を変更して、第１、第２の溶着部材２１０、２２０の整合性を向上させることによって、一層気密性の優れたチェックバルブを得ることができる。
５．自動化手順について
前記、「４ 溶着手順」にあっては、オペレータが第１、第２の溶着部材２１０、２２０を把持して半自動状に溶着処理したが、例えばマイコン制御によるロボットハンドにオペレータの動作を予めシミュレートさせたプログラムに沿って動作させうるようにすれば、第１、第２の溶着部材２１０、２２０を所要の方向に変位させつつ本ホーン１０００に自動的に装填させる装置とすることは容易に設計しうるものであって、一連の工程を全自動化させうることは言うまでもない。
この発明の具体的な実施例は次の如くである。
１．溶着ホーン
スリット … ０．３ｍｍ
２．超音波溶着機（２０００Ｗ）の溶着処理条件
(1) 保持時間 … ３００±５０ｍｓ
(2) 溶着時間 … ３００±５０ｍｓ
(3) 圧力 … ２００±５０ｋＰａ
(4) 下降速度 … ３０±１０％
(5) トリガー圧 … ４０±２０Ｎ
(6) ブースター … 緑色
(7) 出力 … ７５±２５％
この発明は、従来、超音波溶着機の溶着処理が困難視されていたチェックバルブを気密性が優れた状態で溶着して構成することができる溶着ホーンを提供するもので、殊にガソリン等の高揮発性燃料用タンク等に採用されるチェックバルブの信頼性を高めることができる点においての利用可能性は高いものである。
この発明の溶着ホーンを装備する超音波溶着機の機能説明正面図。 図１の側面図。 この発明の超音波溶着機用の溶着ホーンの縦断面図。 図３の側面図。 溶着部材の説明図。 溶着手順の説明図 チェックバルブの側面図。
符号の説明
１０００ 溶着ホーン
１０３ 環状振動面
１１０ 内空部
１２０ ガイド長孔
１４０ 支持体
１６０ 担持体
２１０、２２０ 第１、第２の溶着部材
２０１ Ｌ型パイプ
２２２ Ｔ型パイプ
２０１ 横長部
３００ 下治具
４００ チェックバルブ
８００ 吸気手段
































Claims (5)

  1. 熱可塑性プラスチック材料からなる一組の溶着部材に超音波振動を付与して溶着処理を実行する超音波溶着機における溶着ホーンにおいて、
    円柱形状であって、
    その長手方向に沿って内端が閉鎖され、開放端に環状振動面を形成した内空部を開設し、
    内空部を短手方向沿いに側方に開放させて前記溶着部材の一部を溶着ホーンの側方に突出させうるガイド長孔を開設し、
    内空部に吸気手段を連結し、
    内空部に溶着部材を吸着して担持して、その長手方向に往復移動可能とされた担持体を配設し、
    てなる超音波溶着装置における溶着ホーン。
  2. 前記環状振動面における半径方向に細巾状のスリットを開設した請求項１記載の超音波溶着装置における溶着ホーン。
  3. 前記担持体が両端が開放状の管形状であって、前記内空部に縮設されたバネに連接して配設されており、前記溶着部材によって、一端が閉止されると、吸気手段による吸引力によって担持体によって溶着部材を担持しうるように構成した請求項１又は２いずれか１項記載の超音波溶着装置における溶着ホーン。
  4. 前記内空部に嵌着され、前記吸気手段に連通された中空状の支持体内に担持体をバネに抗して往復移動可能であって、しかも抜脱不可能の状態に配設された請求項１乃至３いずれか１項記載の超音波溶着装置における溶着ホーン。
  5. 熱可塑性プラスチック材料からなる溶着部材に超音波振動を付与して溶着処理を実行する超音波溶着機における溶着ホーンの使用方法であって、次の(1)〜(6)の行程からなる使用方法。
    (1) 下治具にＴ型パイプを突設した第２の溶着部材を装填する。
    (2) 一側にＬ型パイプを突設した第１の溶着部材を溶着ホーンの環状振動面位置から斜行上向き状に溶着ホーンの内空部に侵入させる。
    (3) 前記のＬ型パイプを溶着ホーンの横長部をガイド長孔から溶着ホーンの半径方向に突出させる。
    (4) 前記Ｌ型パイプを旋回させて、その横長部を水平状としつつ上昇させて、その頂面を溶着ホーンの内空部に配設した担持体に当接させて吸気状態の担持体の透孔を閉鎖してＬ型パイプを担持体に吸着させる。
    (5) 溶着ホーンを下治具方向に移動させ、溶着ホーンの環状振動面と下治具との間に第１、第２の溶着部材を挾圧状態として超音波振動を誘起して両溶着部材を超音波溶着処理する。
    (6) 溶着ホーンを下治具から離間する方向に移動させて溶着処理された溶着部材を取り出す。
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