JP2011110839A - 工具ホーンおよびこれを用いた超音波溶着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不織布などの繊維質マットを樹脂成形品の表面に超音波溶着で固定する際に、溶着予定領域の中心部分に工具ホーンの押圧面とＶ字状突起を確実に押圧して、強い溶着強度とＶ字状突起によるアンカー効果を得ることができる繊維質マット固定用超音波溶着装置と、繊維質マット固定用工具ホーンを提供すること。
【解決手段】工具ホーン４の円柱状先端部にある押圧面を曲面として、曲面に沿って複数のＶ字状突起またはＶ字状溝を交差させた形で形成し、Ｖ字状突起またはＶ字状溝を形成した曲面を樹脂成形品９０上に置いた繊維質マット９１を押圧しつつ超音波振動を加えて、繊維質マットを樹脂成形品に溶着するようにした。特にＶ字状突起またはＶ字状溝により、繊維質マット９１を樹脂成形品９０の表面に食い込ませた形で溶着し、両者の溶着強度を高めている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート部材を他の板材などに超音波溶着して固定する工具ホーンおよび超音波溶着装置に関し、特に不織布などの繊維質マットを樹脂成形品の表面に固定する繊維質マット固定用の工具ホーンと超音波溶着装置に関する。

従来、自動車等の車両用樹脂成形品の裏面に、車両用吸音部材である不織布などでできた繊維質マットを超音波溶着していた（例えば、特許文献１参照）。そして、繊維質マットと樹脂成形品の溶着強度を高めるために、工具ホーンの形状に種々の改良が加えられていた。
図１３に従来の工具ホーンを示す。図１３（ａ）は工具ホーン８０の側面図、図１３（ｂ）は工具ホーン８０の下面図であり、工具ホーン８０の先端の加圧面８１に断面がＶ字状に突出したＶ字状突起部８２を形成した状態を示している。図１３（ｂ）では、加圧面８１やＶ字状突起部８２の位置関係を説明するため、図面に対し正面を見て右側の加圧面を８１ａ、左側の加圧面を８１ｂと符号を付し、図面に対し正面を見て右側のＶ字状突起部に８２ａ、中央のＶ字状突起部に８２ｂ、左側のＶ字状突起部に８２ｃという符号を付した。

工具ホーン８０は、直径を細くした先端部の下面をフラットな加圧面８１として、そのフラットな加圧面８１の表面にＶ字状突起部８２を格子状に形成している。工具ホーン８０のフラットな加圧面８１にＶ字状突起部８２を形成したのは、Ｖ字状の突起部８２が繊維質マット９１を樹脂成形品９０の表面に埋め込む効果、いわゆる「アンカー効果」があるためである。なお、従来の工具ホーン８０に求められるＶ字状突起部８２の高さは溶着条件により変動するため、事前に溶着実験を行って好ましい高さを求めていた（例えば、特許文献２参照）。

図１４に、従来の工具ホーン８０で樹脂成形品９０に繊維質マット９１を溶着する際の断面図を示す。溶着作業は、図１４（ａ）に示したように、工具ホーン８０の先端をＡ矢印のように、樹脂成形品９０と繊維質マット９１の表面に対して垂直方向に押し下げて行う。Ｖ字状突起部８２を形成した加圧面８１が繊維質マット９１を均一な圧力で押圧した状態で、図示しない超音波駆動手段により工具ホーン８０に１５ｋＨｚから６０ｋＨｚの超音波振動を加えると、超音波振動により繊維質マット９１と樹脂成形品９０が発熱して溶着する。特に、Ｖ字状突起部８２が繊維質マット９１の繊維を樹脂成形品９０の表面に押し込むので、繊維質マット９１の繊維が樹脂成形品９０内に入った状態で溶着し、強い溶着強度を持たせることができる。

ここで、従来のフラットな加圧面８１にＶ字状突起８２を形成した工具ホーン８０では、フラットな加圧面８１を樹脂成形品９０と繊維質マット９１の表面に均一に押圧する必要があった。工具ホーンを空気圧で上下させるプレス型超音波溶着装置の場合は、工具ホーンの上下動方向を一定方向に保ちやすく、繊維質マットの表面を均一に押圧し易いが、工具ホーンを手で持って押圧操作する手動式超音波溶着装置では、工具ホーンを樹脂成形品と繊維質マットの表面に対して常に垂直に押圧することが難しく、繊維質マットの表面を毎回、均一に押圧することができなかった。

図１４（ｂ）は、工具ホーン８０を樹脂成形品９０と繊維質マット９１の表面に対して傾いた状態で溶着しているときの断面図を示す。例えばＢ矢印のように、工具ホーン８０が樹脂成形品９０の表面に対して垂直なＡ矢印に対してθ度傾いて上下すると、加圧面８１の端部が片当たりして樹脂成形品９０と繊維質マット９１の表面に均一に当らない。工具ホーン８０の正面右側の加圧面８１ａが樹脂成形品９０と繊維質マット９１の表面に強く当り、正面左側の加圧面８１ｂが浮き上がってしまう。押圧力は図１４（ｂ）の正面右側の加圧面８１ａが最大で、正面左側の加圧面８１ｂに向けて順次低減してしまう。押圧力の足りないところでは、溶着が不十分となり必要な溶着力が得られない。

また、Ｖ字状突起も、図１４（ｂ）の正面右側のＶ字状突起８２ａが樹脂成形品９０に食い込むものの、正面中央のＶ字状突起８２ｂ、正面左側のＶ字状突起８２ｃの樹脂成形品９０への食い込み深さは浅くなってしまう。Ｖ字状突起８２の樹脂成形品９０への食い込み深さが浅いと、繊維質マット９１を樹脂成形品９０に食い込ませるアンカー効果は十分に得られない。

結局、従来の工具ホーン８０は、先端が円柱状で加圧面がフラットであるため、少し傾くと工具ホーンの加圧面の一端の狭い領域が樹脂成形品９０に強く当り、その部分は強く溶着されるが、溶着予定領域の中心部とその周辺部分、そして他端側は押圧力が不足して溶着不足になってしまう。すなわち、従来の工具ホーン８０が傾くと、片当たりして、最大押圧力の作用点は、傾き角（θ）の大小にかかわらず、工具ホーン加圧面の半径（例えば８ｍｍ）分だけずれてしまう。そのため、従来の工具ホーン８０では、所定の溶着予定領域の中心を狙って押圧しても、工具ホーン８０が僅かでも傾けば、溶着予定領域の中心から工具ホーン先端の半径分だけ外れた狭い領域を溶着するだけで、狙った溶着予定領域の中心とその周辺部分、そして他端側では、工具ホーンが浮き上がって溶着不足になる。アンカー効果も、溶着予定領域の中心とその周辺部分で不十分であるという問題があった。

また、溶着予定領域内の樹脂成形品と繊維質マットの表面は常に平らであるとは限らない。樹脂成形品の表面は、大きなカーブを描いている表面であったり、局部的に小さいカーブを描いている表面であったり、斜面であったりする。この場合、プレス式の超音波溶着装置でも工具ホーンの加圧面が樹脂成形品と繊維質マットの表面に対して傾き、工具ホーンの加圧面の一端の狭い領域が樹脂成形品と繊維質マットの表面に強く当り、溶着予定領域の中心とその周辺部分、そして他端側では、工具ホーンの加圧面が浮き上がって溶着不足になってしまう。

特開平１１−５２６７号公報 特開２００６−１４２７０５号公報

本発明は、不織布などの繊維質マットを樹脂成形品の表面に超音波溶着で固定する際に、溶着予定領域の中心部分に工具ホーンの押圧面とＶ字状突起またはＶ字状溝を押圧して、溶着予定領域の中心とその周辺部分に強い溶着強度とＶ字状突起等によるアンカー効果を与える繊維質マット固定用の超音波溶着装置と工具ホーンを提供することを課題としている。

また、本発明は、樹脂成形品と繊維質マットの表面に対して工具ホーンが少し傾いたときでも、工具ホーンの中央の押圧面やＶ字状突起またはＶ字状溝を、繊維質マットと樹脂成形品の表面の溶着予定領域の中心とその周辺部分に押し付けて、溶着予定領域の中心とその周辺部分を確実に溶着固定できる工具ホーンおよび超音波溶着装置を提供することを課題としている。

本発明の工具ホーンは、溶着対象物に、押圧面を押圧しつつ超音波振動を伝達する工具ホーンであって、押圧面を曲面とし、この押圧面の全面にわたって複数の凸部または凹部を分散して形成している。
この構成を採ることにより、工具ホーンを溶着対象物に対して傾いた角度で押圧したとしても、溶着予定領域の中心とその周辺部分を工具ホーンの押圧面と凸部または凹部で押圧する。そして、溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着する。

また、本発明の工具ホーンは、凸部を断面Ｖ字状突起としている。または、凹部を断面Ｖ字状溝、若しくは断面Ｖ字状穴としている。この構成を採ることにより、溶着対象物の表面に食い込ませるアンカー効果を付与する。
本発明の工具ホーンは、前記押圧面の曲面は半球面とする。この構成を採ることにより、半球面を押圧して溶着対象物を押圧する。

また、本発明の工具ホーンは、溶着対象物を樹脂成形品に載置した繊維マットとする。
この構成を採ることにより、工具ホーンを樹脂成形品およびその上に置かれた繊維質マットの表面に対して傾いた角度で押圧したとしても、溶着予定領域の中心とその周辺部分を工具ホーンの押圧面と凸部または凹部で押圧する。そして、溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着する。

また、本発明の超音波溶着装置では、前記工具ホーンと接続され、当該工具ホーンに超音波振動を与える超音波振動発生手段を備えている。この構成を採ることにより前記工具ホーンを用いて溶着対象物に対し超音波溶着を行うことで、溶着対象物に対して、傾いた状態で押圧したとしても溶着予定領域の中心と周辺部分を工具ホーンの押圧面と凸部または凹部で押圧して、溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着することができる。

さらに、本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンを手動で取り回し可能とする。この構成を採ることにより、常に垂直に押圧することが難しい工具ホーンでも、良好に溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着することができる。

本発明によれば、工具ホーンを、板材とその上に置いたシート部材の表面の溶着予定領域の中心を狙って押圧したとき、工具ホーンの押圧方向が板材とシート部材の表面に対して傾いていたとしても、工具ホーンの押圧面が曲面をなしていることで、片当たりしないため、押圧力が偏ることなく押圧でき、溶着予定領域の中心とその周辺部分を工具ホーンの押圧面とＶ字状突起（凸部）またはＶ字状溝（凹部、穴）で押圧し、溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着することができる。

本発明によれば、工具ホーンの押圧面とＶ字状突起（凸部）またはＶ字状溝（凹部、穴）を、樹脂成形品およびその上に置かれた繊維質マットの表面に対して傾いた角度で押圧しても、溶着予定領域の中心とその周辺部分を押圧面やＶ字状突起（凸部）またはＶ字状溝（凹部、穴）で押圧して、確実で安定した溶着作業ができる。
本発明によれば、樹脂成形品などの板材と不織布などに代表される繊維質マット等のシート部材を超音波溶着で固定する際に、溶着予定領域の中心とその周辺部分を工具ホーンの押圧面とＶ字状突起（凸部）またはＶ字状溝（凹部、穴）で押圧して、強い溶着強度とＶ字状突起によるアンカー効果を得ることができる。

また、超音波溶着装置にこのような工具ホーンを用いることで、溶着作業の効率を向上させることができ、特に工具ホーンを手で持って押圧操作する手動式当該超音波溶着装置の精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１にかかる工具ホーンおよびこれを用いた超音波溶着装置と、溶着対象物であるシート部材（繊維質マット）と板材（樹脂成形品）を示した外観図。 本発明の実施の形態１にかかる工具ホーンの外観斜視図。 （ａ）本発明の実施の形態１にかかる工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図。 本発明の実施の形態１にかかる工具ホーンが傾いたときのずれ量を示す模式図。 本発明の実施の形態１にかかる工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図。 （ａ）本発明の実施の形態２にかかる工具ホーン先端の断面図（ｂ）本発明の実施の形態２にかかる工具ホーン先端の側面図。 （ａ）本発明の実施の形態３にかかる工具ホーン先端の断面図（ｂ）本発明の実施の形態３にかかる工具ホーン先端の側面図。 本発明の実施の形態４にかかる工具ホーンの外観斜視図。 （ａ）本発明の実施の形態４にかかる工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図（ｂ）本発明の実施の形態４にかかる工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図。 （ａ）本発明の実施の形態５にかかる工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図（ｂ）本発明の実施の形態５にかかる工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図。 本発明の実施の形態６にかかる工具ホーンの先端部の外観斜視図。 本発明の実施の形態７にかかる工具ホーンの先端部の陰影をつけた外観斜視図。 （ａ）従来の工具ホーンの側面図（ｂ）従来の工具ホーンの加圧面を示す下面図。 （ａ）従来の工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図（ｂ）従来の工具ホーンを用いた溶着作業を示す断面図。

本発明の実施をするための形態を図面とともに説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる工具ホーンおよびこれを用いた超音波溶着装置の概略構成を示す外観図である。１は超音波溶着装置の本体部であり、図示しない超音波電源部、エネルギー制御部、全体制御部などの超音波振動を作り出すための電子制御手段を内蔵している。本体部１には、溶着条件設定などを行うマン・マシン・インターフェイスとしての入出力部１４と、溶着作業の進行状況などを示す通知部１５を設けている。本体部１からはケーブル２で超音波信号を送り、ケーブル２に接続したコンバータ３で超音波信号を機械的な超音波振動に変換し、コンバータ３に接続した工具ホーン４を超音波振動させるよう構成している。なお、コンバータ３と工具ホーン４の間には、振幅を調整するブースタ等を組み込むことが行われるが、ここでは説明を省略する。

図１に示した工具ホーン４は段差を持った円柱形をしていて根元側が太く先端側を細くした形をしている。そして、工具ホーン４の先端面をなす押圧面を曲面とし、この曲面に沿って複数のＶ字状突起またはＶ字状溝を交差した形に形成している。９０は樹脂成形品（板材）であり、その上に繊維質マット９１（シート部材）を載せている。作業者は、手で工具ホーン４のコンバータ３のある太い円柱部分を把持して、樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の表面に対して垂直に（Ａ矢印のように）、押圧面を押圧する。そして、Ｖ字状突起またはＶ字状溝を形成した曲面を樹脂成形品９０上に置いた繊維質マット９１の上方から垂直にＡ矢印のように押圧した状態で、本体部１から工具ホーン４を介して１５ｋＨＺから６０ｋＨｚの超音波振動を加えて、繊維質マット９１を樹脂成形品９０に溶着する。

図２は、本発明の実施の形態１にかかる工具ホーン４の外観斜視図である。図２では、工具ホーン４の先端側を上にして、押圧面の形状が良く見えるようにしている。工具ホーン４は、図１でも示したように略円柱形をしていて根元部４ｂが太く、先端部４ａを細くした形にして、両者をなめらかに湾曲した中間部４ｃでつないでいる。押圧面４ｄは半球面として、頂点を中心とした複数の同心円状のＶ字状溝５と、頂点を中心とした複数の放射線状のＶ字状溝６を交差させた形の凹凸をなしている。工具ホーン４は、凹凸を有する押圧面４ｄを樹脂成形品９０の上に置かれた繊維質マット９１の溶着予定領域の中心とその周辺部分を押圧して使用する。

図３（ａ）は、本発明の実施の形態１にかかる工具ホーン４による溶着作業を示す断面図である。工具ホーンの先端部４ａは、水平に置かれた樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の表面に対して垂直に、Ａ矢印のように押し付けられる。特に、工具ホーンの押圧面４ｄに形成したＶ字状溝のエッジ部分は繊維質マット９１を樹脂成形品９０の表面に押し付ける。そして、工具ホーン４は軸方向に数ミクロンの振幅で超音波振動することにより、繊維質マット９１と樹脂成形品９０が発熱し、繊維質マット９１が樹脂成形品９０の表面に食い込む。工具ホーン４の超音波振動が止まると発熱が止まり、冷えて繊維質マット９１が樹脂成形品９０の表面に食い込んだ形で溶着が完了する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）と同じく本発明の実施の形態１にかかる工具ホーン４による溶着作業を示す断面図である。但し、図３（ｂ）では、工具ホーン４が本来の上下動方向であるＡ矢印からθ度傾いたＢ矢印方向に押圧している。本発明の工具ホーンの押圧面４ｄは半球面に複数のＶ字状溝を交差した形で形成したものであり、斜めに傾いた方向から押圧したとしても、半球面の接触位置が傾きに応じて溶着予定領域の中心からわずかにずれた位置で樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の表面を押す。

ここで、工具ホーン４を溶着対象物の表面に対する垂線から角度θだけ傾いた方向から押圧したときに、工具ホーン４の接触点が溶着予定領域の中心からどれだけずれるかを、図４を用いて説明する。
図４は、本発明の実施の形態１にかかる工具ホーン４が傾いたときのずれ量を示す模式図である。図４は、半径Ｒの半球面を有する工具ホーン４を溶着対象物の表面Ｈに対して垂線から角度θだけ傾いたＢ矢印方向にスライドさせて、溶着対象物の表面Ｈ上の溶着予定領域の中心である点（Ｏ１）を押圧しようとしたときの状態を示している。工具ホーン４の先端にある半球面は溶着対象物の表面Ｈ上の点（Ｏ１）を目指して進むのであるが、その前に半球面の最も下の部分が溶着対象物の表面Ｈと接してしまう。半球面の最も下の部分が溶着対象物の表面Ｈと接する位置は、図４のとおり、溶着対象物の表面Ｈ上の点（Ｏ１）から距離ΔＬだけずれた点（Ｏ２）になる。そして、工具ホーン４は、溶着対象物の表面Ｈの点（Ｏ１）でなく点（Ｏ２）を中心に押圧する。

この溶着予定領域の中心からずれた距離（ΔＬ）は、工具ホーン先端の半球面の半径（Ｒ）に傾き角（θ）をかけた値（ΔＬ＝Ｒ・ｔａｎθ）である。例えば、半球面の半径（Ｒ）が８ｍｍのとき、ずれた距離（ΔＬ）は、傾き角（θ）が５度なら０．７ｍｍ、１０度でも１．４ｍｍ程度である。このことは、既に説明した従来の工具ホーンで押圧力の中心が先端部の半径寸法（８ｍｍ）程度ずれることと比べれば、溶着予定領域の中心を狙った誤差範囲内で溶着予定領域の中心とその周辺を溶着できることになる。

このように、本発明の工具ホーン４によれば、工具ホーン４が多少傾いたとしても、溶着予定領域の中心とその周辺部分を押圧して超音波振動で溶着することができる。また、工具ホーンの押圧面４ｄに設けたＶ字状溝のエッジ部分で、溶着予定領域の中心とその周辺部分の繊維質マット９１を樹脂成形品９０に食い込ませた状態で溶着し、アンカー効果を生じさせる。その結果、溶着予定領域の中心とその周辺部分の繊維質マットと樹脂成形品を強い溶着力で安定的に溶着することができる。

なお、このことは溶着予定領域の表面が曲面や斜面であるときも同じである。図５に、本発明の実施の形態１にかかる工具ホーン４で、溶着予定領域が斜面で両端側が水平である樹脂成形品９０ａに繊維質マット９１を溶着するときの断面図を示す。この場合、工具ホーンの押圧面４ｄは樹脂成形品９０ａの両端側の水平面に対して垂直に、Ａ矢印の方向に上下するが、樹脂成形品９０ａとその上に置かれた繊維質マット９１の面がθ度傾いている。工具ホーン４は溶着予定領域の表面を斜めに押圧するが、このことは、図３（ｂ）の状態と実質的に同じである。図５では、工具ホーン４に対して溶着予定領域が斜面になっても、溶着予定領域の中心とその周辺部を溶着することができることを示している。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本発明の実施の形態２では、工具ホーン４１の押圧面における曲面の曲率半径を大きくして、曲面に複数のＶ字状溝を交差した形に形成している。図６（ａ）は、本発明の実施の形態２にかかる工具ホーン４１の先端部の断面図である。工具ホーン４１では、φＤ２、φＤ３というように直径の異なる同心円のＶ字状溝４１ｃ、４１ｄを彫り、これと交差するように頂点４１ｂを中心とした放射状にＶ字状溝を彫っている。

図６（ｂ）は、本発明の実施の形態２にかかる工具ホーン４１の先端部の外観を示す側面図である。このように、工具ホーン４１では、押圧面の曲面の半径を大きくして、深い同心円状のＶ字状溝を設けたことにより、工具ホーン４１の押圧面のほぼ全体が樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の表面を押すようにしている。そのため、実施の形態１の工具ホーン４よりも、繊維質マット９１を樹脂成形品９０に押圧する領域が増す。その結果、溶着する面積が増し、Ｖ字状溝により繊維質マット９１を樹脂成形品９０に食い込む量も増して実施の形態１の工具ホーン４よりも強い溶着力で溶着することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本発明の実施の形態３では、工具ホーン４２の押圧面は半球面であるが、φＤ１、φＤ２、φＤ３というように直径の異なる深い同心円状のＶ字状溝の数を増やし、これと交差するように頂点４２ｂを中心とした放射状にＶ字状溝を彫ってエッジの数を増やしている。図７（ａ）は、本発明の実施の形態３にかかる工具ホーン４２の先端部の断面図である。図７（ｂ）は、本発明の実施の形態３にかかる工具ホーン４２の先端部の側面図である。

このように、本発明の実施の形態３の工具ホーン４２では、深い同心円状のＶ字状溝を増やし、アンカー効果を生じさせるエッジの数を増やして溶着力を大きくしている。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本発明の実施の形態４では、工具ホーン４３の押圧面は半球面であるが、Ｖ字状溝（凹部）の代わりにＶ字状突起（凸部）を設けている。図８は、本発明の実施の形態４にかかる工具ホーン４３の外観斜視図である。本発明の実施の形態４では、Ｖ字状突起５３、６３を格子状に形成している。

図９（ａ）は、本発明の実施の形態４にかかる工具ホーン４３による溶着作業を示す断面図である。工具ホーン４３の先端部は、水平に置かれた樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の表面に対して垂直に押し付けられる。工具ホーン４３の押圧面４３ｄに形成したＶ字状突起５３、６３は繊維質マット９１を樹脂成形品９０の表面に押し付けられる。図９（ａ）ではＶ字状突起５３ａ、５３ｂ、５３ｃが繊維質マット９１を樹脂成形品９０に食い込ませている状態を示している。

そして、工具ホーン４３を軸方向に数ミクロンの振幅で超音波振動することにより、繊維質マット９１と樹脂成形品９０が発熱し、樹脂成形品９０が溶けて繊維質マット９１が樹脂成形品９０の表面に食い込んでいく。工具ホーン４３の超音波振動が止まると発熱が止まり、冷えて繊維質マット９１が樹脂成形品９０の表面に食い込んだ形で溶着が完了する。このことは既に説明した本発明の他の実施の形態と同じである。

図９（ｂ）は、図９（ａ）と同じく本発明の実施の形態４にかかる工具ホーン４３による溶着作業を示す断面図である。但し、図９（ｂ）では、工具ホーン４３がＡ矢印方向からθ度だけＢ矢印方向に傾いている。そのため、工具ホーンの押圧面４３ｄは樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の面に対して工具ホーン４３が斜め方向から押圧することになる。

本発明の工具ホーン４３の押圧面４３ｄは半球面に複数のＶ字状突起５３、６３を交差した形に形成している。そのため、樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の面に対してＢ矢印の斜め方向から押圧したとしても、半球面の接触位置が傾きに応じて溶着予定領域の中心からわずかにずれた位置で樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の表面を押す。溶着予定領域の中心からずれた距離（ΔＬ）が小さいことは既に実施の形態１で説明した。

結局、本発明の工具ホーン４３は、溶着予定領域の中心とその周辺部分を押圧して、超音波振動で溶着する。また、工具ホーン４３の押圧面４３ｄに設けたＶ字状突起５３、６３は、繊維質マット９１を樹脂成形品９０に食い込ませた状態で溶着させるアンカー効果を生じさせ、繊維質マット９１を樹脂成形品９０の溶着力を大きくする。特に、Ｖ字状突起５３、６３は、Ｖ字状溝のエッジよりも繊維質マット９１を樹脂成形品９０に鋭く食い込ませることができ、居所的に大きな溶着力を得られるという利点がある。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。本発明の実施の形態５では、工具ホーン４４の押圧面の曲面の半径を大きくした曲面に複数のＶ字状突起を交差した形で形成し、押圧面の周縁部分における曲面の半径を小さくして、エッジ部分の角（かど）を丸くしている。工具ホーン４４の外形図は省略するが、図１０（ａ）、（ｂ）に、本発明の実施の形態５にかかる工具ホーン４４による溶着作業を断面図として示した。図１０（ａ）では、樹脂成形品９０と繊維質マット９１が水平に置かれており工具ホーン４４を垂直に、Ａ矢印のように押圧している状態を示している。図１０（ｂ）では、工具ホーン４４がＡ矢印方向からθ度だけ傾いたＢ矢印方向に押圧している状態を示している。

本発明の工具ホーン４４の押圧面は、図１０（ａ）のように、垂直に押圧したときと同様、図１０（ｂ）のように、垂直でなく斜め方向から押圧したとしても、工具ホーン４４の傾きに応じて溶着予定領域の中心からわずかにずれた位置で樹脂成形品９０とその上に置かれた繊維質マット９１の表面を押す。また、押圧面の周縁のエッジ部分の角が丸くなっているため、工具ホーン４４が傾いたとしても、押圧面の周縁のエッジ部分の角が片あたりすることはない。本発明の実施の形態５の工具ホーン４４では、溶着予定領域の中心とその周辺部分を広い範囲で押圧した状態で超音波振動により強い溶着力で溶着することができる。

（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について図１１を用いて説明する。本発明の実施の形態６では、工具ホーン４５の押圧面を、交差する大小２つの異なった曲率半径を用いた特殊な曲面にして、その曲面上に複数のＶ字状突起を交差した形で形成している。図１１に、本発明の実施の形態６の工具ホーン４５の外観斜視図を示す。このように工具ホーン４５の押圧面の曲率半径を溶着作業に好適な値を選択することにより、樹脂成形品の溶着予定領域の各種形状に工具ホーン４５の形状を合わせて、繊維質マットを強い溶着強度で溶着する。

（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７について図１２を用いて説明する。本発明の実施の形態７では、工具ホーン４６の押圧面を曲面にして、その曲面の上に複数の穴（凹部）４６ｅを互いに接近させて形成し、複数の穴と穴との間の表面（凸部）４６ｄにより、工具ホーン４６の曲面をなす押圧面に凹凸を形成している。複数の穴（凹部）４６ｅの形を、いわゆる皿モミ加工による逆円錐形をした断面がＶ字状の穴にしている。このＶ字状穴４６ｅは、円錐状になったＶ字状溝ということができ、図１２のように多数のＶ字状穴４６ｅを配置したものは、長さの短いＶ字状溝を多数配置したときと同様のアンカー効果が期待できる。この凹凸の凸部とエッジで繊維質マットを樹脂成形品に押圧し、超音波振動を加えることにより、強い溶着力で溶着することができる。

以上説明したとおり、本発明の超音波溶着装置及び工具ホーンでは、工具ホーンの先端部を曲面とし、その曲面に複数のＶ字状溝（凹部、穴）またはＶ字状突起（凸部）を形成している。このことにより、樹脂成形品の上に載せた繊維質マットを工具ホーンで押圧した状態で超音波振動を加えて強い溶着力が得られるように溶着している。そのため、工具ホーンを樹脂成形品の上に載せた繊維質マットのそれぞれの表面に対して垂直方向より傾いた角度から押圧したとしても、溶着予定領域の中心部とその周辺部分を押圧して強い溶着力で溶着することができる。また、工具ホーンの曲面をなす押圧面に設けた複数のＶ字状溝またはＶ字状突起を交差した形で形成したことにより、溶着予定領域の中心部とその周辺部分で繊維質マットの繊維を樹脂成形品に食い込ませた形で溶着する、いわゆるアンカー効果を付与した溶着ができる。

なお、本発明の工具ホーンの押圧面の曲面に設けた複数のＶ字状溝（凹部、穴）やＶ字状突起（凸部）は、繊維質マット以外のシート部材を樹脂成形品の表面内に食い込ませる機能を果たすので、対象物はこれに限らず繊維質マット以外のシート部材を樹脂成形品の表面内に溶着する際にも適用できる。更に本発明の超音波溶着装置や工具ホーンは、シート部材である薄い電極用金属箔を他の板材などに超音波接合する場合にも適用することができる。

また、実施の形態１から７における工具ホーンの押圧面には断面がＶ字状突起（凸部）又は溝（凹部、穴）を形成しており、アンカー効果を得るのには断面Ｖ字状が好ましいが、必ずしも断面が鋭いＶ字状のものに限るものではなく、断面が台形状のものや、Ｕ字状に近い形のものや、エッジ部に丸みを持たせた断面形状であっても良い。

本発明は、車載用ドアの内側の樹脂成形品の裏面などに防音マットを溶着する場合をはじめ、保温材である繊維質マットを樹脂成形品でできた電気製品の筐体や住宅用建材等に溶着する場合など、広い範囲の用途に適用できる。
また、本発明の工具ホーンの押圧面面に設けたＶ字状溝（凹部、穴）やＶ字状突起（凸部）は、繊維質マット以外のシート部材などについても樹脂成形品の表面内に食い込ませるので、繊維質マット以外のシート部材を樹脂成形品の表面内に溶着する際にも適用できる。

更に本発明の超音波溶着装置や工具ホーンは、シート部材である薄い電極用金属箔を他の板材などに超音波接合する場合にも適用することができる。

４ 工具ホーン
５、６ Ｖ字状溝
４６ｅ Ｖ字状穴
５３、６３ Ｖ字状突起
９０ 樹脂成形品
９１ 繊維質マット

Claims (8)

1. 溶着対象物に、押圧面を押圧しつつ超音波振動を伝達する工具ホーンであって、
   前記押圧面を曲面とし、
   前記押圧面の全面にわたって複数の凸部または凹部を分散して形成したことを特徴とする工具ホーン。
2. 前記凸部を断面Ｖ字状突起として、
   前記複数の凸部を前記押圧面の全面にわたって分散して形成したことを特徴とする請求項１記載の工具ホーン。
3. 前記凹部を断面Ｖ字状溝として、
   前記複数の凹部を前記押圧面の全面にわたって分散して形成したことを特徴する請求項１記載の工具ホーン。
4. 前記凹部を断面Ｖ字状穴として、
   前記複数の凹部を前記押圧面の全面にわたって分散して形成したことを特徴とする請求項１記載の工具ホーン。
5. 前記押圧面の曲面は半球面であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の工具ホーン。
6. 前記溶着対象物は、樹脂成形品に載置した繊維マットであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の工具ホーン。
7. 請求項１から請求項６のいずれか記載の工具ホーンと、
   前記工具ホーンと接続され、当該工具ホーンに超音波振動を与える超音波振動発生手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波溶着装置。
8. 前記工具ホーンは、手動で取り回し可能であることを特徴とする請求項７記載の超音波溶着装置。

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