JP2008119837A - 超音波溶着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構造でありながら、被加工シート材に形成したい溶着部が直線状、弯曲状のいずれの場合であっても、一定の幅寸法の溶着部が端辺に形成されるように溶着できる超音波溶着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】超音波振動するホーン具２の被加工シート受け面３に対して直交方向から往復動自在に押圧される押圧部材１を備える。そして、間欠的に送られるシート送り方向から見て、押圧部材１は、その先端に、傾斜状溶着用押圧端面14を有する三角刃形状として最先端に切断エッジ13を有している。
【選択図】図８

Description

本発明は、超音波溶着装置に関するものである。
従来の超音波溶着装置として、工具ホーンユニット上に置いた二枚重ねの被加工シートを、押圧ローラで押圧して溶着し、シートをローラで搬送するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このローラは、被加工シートの溶断する機能も兼ね備えたものである。
特開２００２−２７３７９２公報
従来のこの超音波溶着装置は、押圧ローラによって行う溶断作業と溶着作業は、別途に行われる作業であるため、２枚重ねたシートに溶着部を端辺とするように加工したい場合、押圧ローラでシートに溶着部を形成した後で、溶着部に沿って切断する必要がある。そのため、溶着部が弯曲状の場合には、溶着部の幅を一定に保ったままで溶着部に沿って切断するのは非常に難しく、幅にムラができ易い。
また、重ねたシート材の厚さ寸法の大小に関係なく、溶着部の幅寸法は一定の大きさになるため、薄いシート材の溶着部の幅を大きくして強固に溶着することができない。
そこで、本発明は、簡単な構造でありながら、被加工シート材に形成したい溶着部が直線状、弯曲状のいずれの場合であっても、一定の幅寸法の溶着部が端辺に形成されるように溶着できる超音波溶着装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る超音波溶着装置は、超音波振動するホーン具の被加工シート受け面に対して直交方向から往復動自在に押圧される押圧部材を備え、間欠的に送られるシート送り方向から見て、該押圧部材は、その先端に、傾斜状溶着用押圧端面を有する三角刃形状として最先端に切断エッジを有しているものである。
また、シート送り方向から見て上記切断エッジの先端のエッジ角度が相違する複数の押圧部材を備え、かつ、該複数の押圧部材から選択した一の押圧部材が交換自在に取付けられ該押圧部材を往復動自在に保持する取付本体を備えたものである。
また、上記エッジ角度が相違する複数の押圧部材のうち、厚さ寸法が小さい被加工シート材に対しては、該エッジ角度が大きい押圧部材が選択され、かつ、厚さ寸法が大きい上記シート材に対しては、該エッジ角度が小さい押圧部材が選択される。
また、上記取付本体に、シート送り方向における上記押圧部材の後方に設けられ、上記押圧部材による溶着・溶断の際に上記シート材を押さえ付ける弾性押さえ部材を備えている。
本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る超音波溶着装置は、超音波振動するホーン具の被加工シート受け面に対して直交方向から往復動自在に押圧される押圧部材を備え、間欠的に送られるシート送り方向から見て、押圧部材は、その先端に、傾斜状溶着用押圧端面を有する三角刃形状として最先端に切断エッジを有していることから、押圧部材により、溶断部と溶着部を、同時に並列状に加工できるので、直線状はもちろんのこと、小さな曲率半径の弯曲状にも形成することができる。しかも、溶断部を、溶着部に確実に沿わせて形成できるので、高精度な形状の製品を容易に製造することができると共に、溶着部の幅が一定になり溶着力の強弱のムラが発生することがない。また、溶断部の最も近い部位が最も強く溶着されて、端縁から剥離せず、端縁が美しい形状となる。
しかも、溶着・溶断作業の際にシート材に皺がよるのを防止でき、製品の仕上がりが一層良いものとなる。
以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
図１は本発明の超音波溶着装置の実施の一形態を示し、この装置は、超音波振動するホーン具２の被加工シート受け面３に対して直交方向から往復動自在に押圧される押圧部材１を、備える。この押圧部材（アンビル）１は、往復動発生装置９の上下動ロッド10の下端に固着された取付本体11に交換自在に取付けられる。そして、押圧部材１によって溶着される被加工シート材４は、布材、不織布、合成樹脂シート材等であり、二枚重ねられて加工される。
図１〜図５に示したように、押圧部材１は、矩形板形状（縦長帯板形状）を有し、その先端（下端）12に、後述するシート送り方向20から見て、傾斜状溶着用押圧端面14を有する三角刃形状として最先端に切断エッジ13を有している。言い換えると、切断エッジ13は、押圧部材１の左右の縦面の一面18と、一面18から鋭角のエッジ角度θをもって下方へ傾斜した押圧端面14とから形成される。また、押圧部材１の上寄りには、取付本体11に取付けるためのボルト等の固定具16を通す孔部15が左右方向に形成されている。押圧部材１は、シート送り方向20の幅寸法Ｄ1 が８〜12mmに、（左右方向の）厚さ寸法Ｔ1 が２〜３mmに設定される。なお、シート送り方向20に対して水平方向に直交する方向を左右方向とする。
また、取付本体11は板形状を有し、２面が左右方向に向くように上下動ロッド10に取付けられる。そして、取付本体11の一面（図例では左側の面）の下辺部には、押圧部材１の上半分部が嵌込状に固着される矩形浅溝状の保持部26が、下方開放状に形成され、かつ、保持部26に、固定具16が螺着される雌ネジ孔19が形成されている。また、取付本体11の上部には、上下動ロッド10が嵌込状に固着される浅溝状の保持部27が形成されている。また、取付本体11は、押圧部材１用の保持部26を有する下部からロッド用保持部27を有する上部にかけて、シート送り方向20に曲げ状に形成されている。
また、本発明の超音波溶着装置は、切断エッジ13の鋭角のエッジ角度θが相違する複数の押圧部材１…を備え、２枚の被加工シート材４，４の重ね合わせ状の厚さ寸法Ｔ4 の大きさに応じて選択された一の押圧部材１が、取付本体11の保持部26に固定具16にて固着される。具体的には、厚さ寸法Ｔ4 が小さいシート材４，４に対しては、エッジ角度θが大きい押圧部材１Ａが選択され（図10参照）、かつ、厚さ寸法Ｔ4 が大きいシート材４，４に対しては、エッジ角度θが小さい押圧部材１Ｂが選択される（図７，図８参照）。そして、被加工シート材４，４の厚さ寸法Ｔ4 が大きくなるのに反比例して小さなエッジ角度θの押圧部材１を選択し、厚さ寸法Ｔ4 が小さくなるのに反比例して大きなエッジ角度θの押圧部材１を選択する。エッジ角度θは50°〜80°に形成される。50°未満であると、後述する溶着部41の幅寸法Ｐが非常に小さくなり分離し易くなってしまい、80°超過であると、切断エッジ13が切れ味鋭くシート材４，４に切り込めず、溶断されない部位が残ってしまったり、きれいな溶断部40が形成できなくなる。
また、本発明の超音波溶着装置は、取付本体11に、シート送り方向20における押圧部材１の後方に設けられ、押圧部材１による溶着の際にシート材４，４を押さえ付ける弾性押さえ部材６を備える。押さえ部材６は、円柱形状を有し、ゴムやプラスチック等の弾性材から成る。取付本体11の下端面には、押圧部材１用保持部26のシート送り方向20の後方に所定間隔をおいて保持凹部28が形成され、この保持凹部28に、押さえ部材６が下方突出状に挿入されて保持されており、押さえ部材６は、シート材４，４のうち押圧部材１が押圧（溶着）する部位の後方近傍を押えて溶着中のシート材４，４の左右方向や前後方向へのズレを防ぐ。押さえ部材６は、その下端押さえ面30が押圧部材１の切断エッジ13と略同一高さ乃至僅かに高い位置になるように設けられて、シート材４，４のズレを防止できる程度の適度な大きさの押圧力で、押えつけることができる。かつ、押さえ部材６は、シート送り方向20から見て、下端押さえ面30の中心近傍に切断エッジ13が位置するように、設けられており、切断エッジ13によって、シート材４，４に働く左右へのズレ発生力に対し、その後方位置で阻止でき、確実にズレ防止を行える。
７は、被加工シート材４，４が載置されて送られるテーブルであり、テーブル７の下方に設けられた超音波発生装置８の上部に連結されて超音波が伝達されるホーン具２が、テーブル７に形成された開口17を介して上方へ露出状に設けられている。ホーン具２は、押圧部材１に（シート材４，４を間に挟んで）直交方向（上方向）から押圧される被加工シート受け面３を上面に有し、テーブル７の上面と略同一平坦面となるように設けられる。受け面３は、例えば矩形状に形成される。
また、５は、テーブル７上で被加工シート材４，４を直線又は曲線の軌道で送るための送り手段であり、従来の縫製用ミシンに設けられた生地送り構造と同じである。具体的には、送り手段５は、テーブル７の上方に設けられて上方からシート材４，４を押え付ける押さえ歯部材21と、テーブル７に形成した開口部から露出状に設けられてシート材４，４を下方から受ける受け歯部材22と、を有し、押さえ歯部材21と受け歯部材22は、図示省略の作動装置に設けられて、図６に示したように、矢印ａ、ｄ、ｅ、ｆの順に作動して、夫々の下面・上面に形成された歯部23，24でシート材４，４を挟んで送る。
次に、本発明の超音波溶着装置の使用方法及び作用について説明する。
図１，図６及び図７において、先ず、二枚重ねた被加工シート材４，４を、テーブル７上に、押圧部材１とホーン具２の間で載置し、矢印ａ，ａのように押さえ歯部材21・受け歯部材22を夫々下降・上昇させて各歯部23，24でシート材４，４を挟む。そして、超音波発生装置８を起動してホーン具２を超音波振動させると共に、往復動発生装置９を起動して、矢印ｂのように、押圧部材１をシート材４，４上に下降させて、切断エッジ13を食い込ませていくと、ホーン具２の超音波振動により、切断エッジ13がシート材４，４を溶断しながら、押圧端面14が、シート材４，４の溶断されている部位に沿って傾斜状に溶着していく。そして、図８に示したように、切断エッジ13がホーン具２の受け面３に達し、シート材４，４は溶断部40により完全に切断（溶断）されると共に、押圧端面14によって、溶断部40に沿って溶着部41が形成される。
また、押圧部材１による押圧と同時に、弾性押さえ部材６がシート材４，４の溶着部41、溶断部40の後方近傍を上方から押さえるため（図１，図11参照）、溶着・溶断の際にシート材４，４が左右や前後方向へずれるのが防がれる。これにより、連続して加工していくうちにシート４，４が歪んで送られることがなく、送りたい方向へと確実に送ることができる。
溶着・溶断されたシート材４，４について説明すると、図８，図９に示したように、シート材４，４は、溶断部40側へと厚さ寸法Ｔ4 が小さく（テーパ状に）なるように押圧されている。そして、シート材４，４の合わせ面25には、溶断部40から所定幅寸法Ｐの溶着部41が形成される。このように、厚さ寸法Ｔ4 が大きなシート材４，４の場合、溶断部40近傍を丸み形状として形成できる。この幅寸法Ｐは、被加工シート材４，４の厚さ寸法Ｔ4 によって増減するが、１〜２mm程度となるのがよく、図９の分布図に示したように、溶着部41の溶着力は、最大値となる溶断部40から左方向（内方向）へかけて緩やかに減少する。即ち、最外端縁部が溶断部40であって、溶着強度が最大となり、剥離しにくい点、及び、最外端縁部が美しく仕上がる点で、極めて好ましいといえる。
次いで、図８の状態から、矢印ｃ（矢印ａ〜ｆについては図６参照）のように押圧部材１を（取付本体11と一体に）上昇させ、次いで、押さえ歯部材21・受け歯部材22を矢印ｄ，ｄのように、押圧部材１の幅寸法Ｄ1 と同じ寸法だけ前方へ移動させて、シート材４，４を送る。次いで、両歯部材21，22を矢印ｅ，ｅのように上昇・下降させてシート材４，４の挟持を外し、次いで、矢印ｆ，ｆのように幅寸法Ｄ1 と同じ寸法だけ後方へ移動させ、次いで、矢印ａ，ａのように夫々下降・上昇させてシート材４，４を挟む。この移動により、シート材４，４に形成された溶断部40・溶着部41の後側端部に、押圧部材１の（シート送り方向20の）先頭端部が対応する（真上に位置する）ようになる。
そして、押圧部材１を矢印ｂのように押圧して、上述した溶着・溶断を繰り返すことで、シート材４，４の間欠送り毎に、一回の溶着・溶断が行われる。
図11のように、シート送り方向20を真っ直ぐとして、直線状の溶断部40・溶着部41を形成したり、あるいは、シート送り方向20をカーブさせることで、図12のような、弯曲状の溶断部40・溶着部41を形成することもできる。押圧部材１によって溶断部40・溶着部41を同時かつ並列状に形成するので、カーブさせる場合、小さな曲率半径Ｒでもって溶断部40・溶着部41を形成することが可能であると共に、溶着部41の幅寸法Ｐは一定に形成される。
そして、図13に示したように、例えば、ナイロン製のシート材４，４に溶断部40・溶着部41を弯曲状に形成すれば、そのままの形態で（ひっくり返さずに）、雨具（合羽）の帽子として用いることができる。
また、図14に示したように、布製のシート材４，４に溶断部40・溶着部41を加工した後で、両シート材４，４を開いて、肌着を作製することもできる。この場合、突出辺状となる溶断部40が内側（肌側）となるように作製されるが、溶着部41の幅寸法Ｐが小さいので、肌側への突出寸法が小さく、肌は痛みなどの違和感をほとんど感じることはない。
また、本発明の超音波溶着装置は、従来より使用されている縫製用ミシンから、針や針駆動装置等を取外して、ホーン具２、超音波発生装置８、押圧部材１、往復動発生装置９を設けた構成であるため、シート材４，４を直線や曲線軌道状に間欠送りする要領（手順）は、被縫製生地を送る場合と同じである。よって、縫製用ミシンの熟練者であれば、本発明の溶着装置を容易に使いこなすことが可能である。さらに、使用による摩耗の著しい押圧部材１を、交換自在としたので、実用的で、かつ、技術上合理的である。
以上のように、本発明に係る超音波溶着装置は、超音波振動するホーン具２の被加工シート受け面３に対して直交方向から往復動自在に押圧される押圧部材１を備え、間欠的に送られるシート送り方向から見て、押圧部材１は、その先端に、傾斜状溶着用押圧端面14を有する三角刃形状として最先端に切断エッジ13を有していることから、押圧部材１により、溶断部40と溶着部41を、同時に並列状に加工できるので、直線状はもちろんのこと、小さな曲率半径の弯曲状にも形成することができる。しかも、溶断部40を、溶着部41に沿って形成できるので、高精度な形状の製品を容易に製造することができる。そして、溶着部41の幅を確実に一定にすることができる。また、溶断部の最も近い部位が最も強く溶着されて、端縁から剥離せず、端縁が美しい形状となる。
しかも、溶着・溶断作業の際にシート材に皺がよるのを防止でき、製品の仕上がりが一層良いものとなる。
また、シート送り方向から見て切断エッジ13の先端のエッジ角度θが相違する複数の押圧部材１を備え、かつ、複数の押圧部材１から選択した一の押圧部材１が交換自在に取付けられ押圧部材１を往復動自在に保持する取付本体11を備えているので、押圧部材１を選択して用いることで、シート材４，４の厚さ寸法Ｔ4 に対応した最適な幅寸法Ｐの溶着部41を加工することができる。よって、様々な厚さ寸法Ｔ4 のシート材４，４から、多種の製品を製造することができる。
また、エッジ角度θが相違する複数の押圧部材１のうち、厚さ寸法Ｔ4 が小さい被加工シート材４，４に対しては、エッジ角度θが大きい押圧部材１が選択され、かつ、厚さ寸法Ｔ4 が大きいシート材４，４に対しては、エッジ角度θが小さい押圧部材１が選択されるので、厚さ寸法Ｔが大きいシート材４，４には、切断エッジ13を強く鋭く食い込ませることができ、鮮やかな切れ味の溶断部40を形成することができる。また、厚さ寸法Ｔ4 が小さいシート材４，４には、幅寸法Ｐが大きめの溶着部41を形成できるので、溶着部41の溶着力が強く、２枚のシート材４，４が容易に分離するのを防ぐことができる。
また、取付本体11に、シート送り方向における押圧部材１の後方に設けられ、押圧部材１による溶着・溶断の際にシート材４，４を押さえ付ける弾性押さえ部材６を備えているので、押圧部材１による溶着・溶断時にシート材４，４が左右や前後方向へずれるのを防ぐことができ、シート材４，４を所望の送り方向へ正確に（歪むことなく）送ることができる。よって、所望の形状の製品を正確に製造することができる。
本発明の超音波溶着装置の実施の一形態を示す側面図である。 取付本体と押圧部材を示す正面図である。 底面図である。 押圧部材を示す側面図である。 正面図である。 説明用側面図である。 要部拡大正面断面図である。 要部拡大正面断面図である。 溶着後のシート材を示す説明用断面図である。 要部拡大正面断面図である。 図１のイ−イ断面図である。 溶着後のシート材を示す平面図である。 溶着後のシート材を示す斜視図である。 溶着後のシート材を開いた状態を示す断面図である。
符号の説明
１ 押圧部材
２ ホーン具
３ 被加工シート受け面
４ シート材
６ 弾性押さえ部材
11 取付本体
13 切断エッジ
14 押圧端面
θ エッジ角度
Ｔ4 厚さ寸法

Claims (4)

  1. 超音波振動するホーン具（２）の被加工シート受け面（３）に対して直交方向から往復動自在に押圧される押圧部材（１）を備え、間欠的に送られるシート送り方向から見て、該押圧部材（１）は、その先端に、傾斜状溶着用押圧端面（14）を有する三角刃形状として最先端に切断エッジ（13）を有していることを特徴とする超音波溶着装置。
  2. シート送り方向から見て上記切断エッジ（13）の先端のエッジ角度（θ）が相違する複数の押圧部材（１）を備え、
    かつ、該複数の押圧部材（１）から選択した一の押圧部材（１）が交換自在に取付けられ該押圧部材（１）を往復動自在に保持する取付本体（11）を備えた請求項１記載の超音波溶着装置。
  3. 上記エッジ角度（θ）が相違する複数の押圧部材（１）のうち、厚さ寸法（Ｔ4 ）が小さい被加工シート材（４)(４）に対しては、該エッジ角度（θ）が大きい押圧部材（１）が選択され、かつ、厚さ寸法（Ｔ4 ）が大きい上記シート材（４)(４）に対しては、該エッジ角度（θ）が小さい押圧部材（１）が選択される請求項２記載の超音波溶着装置。
  4. 上記取付本体（11）に、シート送り方向における上記押圧部材（１）の後方に設けられ、上記押圧部材（１）による溶着・溶断の際に上記シート材（４)(４）を押さえ付ける弾性押さえ部材（６）を備えた請求項２又は３記載の超音波溶着装置。
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