JP2012024790A - 超音波溶着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ワークや被溶着物の破損の可能性を低減すると共に、ホーンの破損の可能性を低減することが可能な超音波溶着装置を提供する。
【解決手段】超音波溶着装置１は、ホーン１０とアンビル２０とでワークＷ及び被溶着物Ａを挟み込んで、ワークＷと被溶着物Ａとを超音波振動により溶着させるものであって、ホーン１０は、軸方向の振動を入力する入力部材１１と、入力部材１１に入力された軸方向の振動Ｆ１を、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリット１２ａが形成されたスリット部材１２と、スリット部材１２にて変換された軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２をワークＷに伝達する伝達部材１３と、を有し、入力部材１１とスリット部材１２と伝達部材１３とが一体に形成され、アンビル２０は、ホーン１０からの軸方向の振動を許容する方向に可動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波溶着装置に関する。
従来、ワークと被溶着物とを超音波振動により溶着するホーンが知られている。このホーンにおいて、軸方向の振動をほぼ１００％捩り方向の振動に変換する振動姿態変換ホーンが提案されている。この振動姿態変換ホーンは、縦共振体と捩り共振体とを備えている。縦共振体は、入力面に軸方向の振動が入力され、この振動を放射面を介して捩り共振体のフランジに伝達する。フランジには径方向に対して斜めに伸びるスリットが形成されている。このスリットにより、軸方向の振動が捩り方向の振動に変換され、ほぼ１００％の捩り方向の振動がワークに伝達されることとなる（特許文献１参照）。
特開２００６−２２４０４５号公報
しかし、従来のホーンでは、ほぼ完全な捩り方向の振動がワーク及び被溶着物に入力されるため、ワーク及び被溶着物の形状や素材によっては共振が発生し、ワークや被溶着物が破損してしまう可能性があった。さらに、従来のホーンは、縦共振体、捩り共振体、及び、捩り方向の振動用工具ホーンの３部品からなるため、これら３部品の接続箇所が振動により破損してしまう可能性があった。
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その発明の目的とするところは、ワークや被溶着物の破損の可能性を低減すると共に、ホーンの破損の可能性を低減することが可能な超音波溶着装置を提供することにある。
本発明の超音波溶着装置は、ホーンとアンビルとでワーク及び被溶着物を挟み込んで、ワークと被溶着物とを超音波振動により溶着させるものであって、ホーンは、軸方向の振動を入力する入力部材と、入力部材に入力された軸方向の振動を、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリットが形成されたスリット部材と、スリット部材にて変換された軸方向の振動と捩り方向の振動をワークに伝達する伝達部材と、を有し、入力部材とスリット部材と伝達部材とが一体に形成され、アンビルは、ホーンからの軸方向の振動を許容する方向に可動することを特徴とする。
この超音波溶着装置によれば、ホーンは、軸方向の振動を、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリットが形成されたスリット部材を備え、軸方向の振動と捩り方向の振動をワークに伝達するため、ワーク及び被溶着物には軸方向の振動と捩り方向の振動が加えられる。ここで、ほぼ捩り方向の振動のみであると、振動が１つであるため、共振が発生し易くなる。しかし、本発明では、軸方向の振動と捩り方向の２つの振動が加わるため、２つの振動の双方において共振が発生する可能性は１つの振動が加わる場合に比較して低くなる。さらに、ホーンは、入力部材とスリット部材と伝達部材とが一体に形成されるため、接続部がなく破損の可能性が低減される。従って、ワークや被溶着物の破損の可能性を低減すると共に、ホーンの破損の可能性を低減することができる。
また、本発明の超音波溶着装置において、アンビルは、ホーンからの軸方向の振動を受ける振動受け部と、振動受け部から入力された軸方向の振動を再度振動受け部側に反射する台座と、振動受け部と台座との中間部において台座により反射された軸方向の振動を、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリットが形成された第２スリット部材と、を備え、第２スリット部材のスリットは、スリット部材のスリットが伸びる方向に対して、同一方向に伸びることが好ましい。
この超音波溶着装置によれば、アンビルは、入力された軸方向の振動を反射する台座と、台座により反射された軸方向の振動を、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリットが形成された第２スリット部材と、を備える。このため、アンビルに入力された軸方向の振動は反射され、その一部が捩り方向の振動に変換される。また、第２スリット部材のスリットは、スリット部材のスリットが伸びる方向に対して、同一方向に伸びる。このため、ワーク及び被溶着物には、ホーンからの捩り方向の振動と逆方向の捩り方向の振動がアンビルから加えられることとなり、好適に溶着を行うことができる。
また、本発明の超音波溶着装置において、スリット部材及び第２スリット部材の少なくとも一方は、スリットがスリット形成側から反対側まで貫通することなく中実とされていることが好ましい。
この超音波溶着装置によれば、スリット部材及び第２スリット部材の少なくとも一方は、スリットがスリット形成側から反対側まで貫通することなく中実とされている。このため、中実となる部位によって強度が確保されることとなり、形状変化等してしまう事態が防止され、溶着不良につながる事態を防止することができる。
また、本発明の超音波溶着装置は、ホーンとアンビルとでワーク及び被溶着物を挟み込んで、ワークと被溶着物とを超音波振動により溶着させるものであって、ホーンは、一部材からなり、軸方向の振動を入力し、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換して、それら振動をワークに伝達すると共に、アンビルは、ホーンからの軸方向の振動を許容する方向に可動することを特徴とする。
この超音波溶着装置によれば、ホーンは、軸方向の振動を、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換して、軸方向の振動と捩り方向の振動をワークに伝達するため、ワーク及び被溶着物には軸方向の振動と捩り方向の振動が加えられる。ここで、ほぼ捩り方向の振動のみであると、振動が１つであるため、共振が発生し易くなる。しかし、本発明では、軸方向の振動と捩り方向の２つの振動が加わるため、２つの振動の双方において共振が発生する可能性は１つの振動が加わる場合に比較して低くなる。さらに、ホーンは、一部材からなるため、接続部がなく破損の可能性が低減される。従って、ワークや被溶着物の破損の可能性を低減すると共に、ホーンの破損の可能性を低減することができる。
本発明の超音波溶着装置によれば、ワークや被溶着物の破損の可能性を低減すると共に、ホーンの破損の可能性を低減することができる。
本実施形態に係る超音波溶着装置の構成図である。 図１に示したホーンの断面図である。 図１に示したアンビルの断面図である。 本実施形態に係る超音波溶着装置の変形例を示す構成図である。
以下、本発明に係る超音波溶着装置の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る超音波溶着装置の構成図である。
図１に示すように、超音波溶着装置１は、ホーン１０と、アンビル２０とを備え、ホーン１０とアンビル２０とでワークＷ及び被溶着物Ａを挟み込んで、超音波振動により溶着させるものである。
ホーン１０は、入力部材１１とスリット部材１２と伝達部材１３とからなり、これらが一体形成され、一部材となったものである。入力部材１１は、端面１１ａに縦振動子から軸方向の振動Ｆ１が入力され、この振動Ｆ１をスリット部材１２に伝達する円柱状の部材である。
スリット部材１２は、入力部材１１に入力された軸方向の振動Ｆ１を軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とに変換する円錐台形状の部材である。このスリット部材１２には、複数（例えば１０個）のスリット１２ａが周状に形成されている。複数のスリット１２ａそれぞれは、ホーン１０の軸方向に対して斜め方向に伸びている。このため、軸方向の振動Ｆ１はスリット部材１２において斜め方向に伝達され、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とに変換される。なお、スリット部材１２は、ホーン１０の全体の中間に位置しており、スリット１２ａの角度は軸方向に対して４５度となっている。
伝達部材１３は、スリット部材１２にて変換された軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２をワークＷに伝達する円柱状の部材である。この伝達部材１３により軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とがワークＷに伝達されて、ワークＷと被溶着物Ａとの超音波接合が行われることとなる。
アンビル２０は、ホーン１０からの軸方向の振動Ｆ１を許容する方向（すなわち軸方向）に可動するものである。このように可動することにより、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とがワークＷに伝達される。すなわち、アンビル２０が軸方向に可動しない場合、軸方向の振動Ｆ１が打ち消されてワークＷ及び被溶着物Ａに軸方向の振動Ｆ１があまり加わらなくなってしまうからである。
このようなアンビル２０は、振動受け部２１と、土台部２２と、台座２３と、第２スリット部材２４とからなる。振動受け部２１は、ホーン１０からの軸方向の振動Ｆ１を受ける円柱状の部材である。土台部２２は、振動受け部２１を支える土台となる円柱状の部材である。台座２３は、振動受け部２１から入力された軸方向の振動Ｆ１を再度振動受け部２１側に反射するものである。この台座２３は固定されており、振動の固定端となる。なお、図１において台座２３は四角形となっているが、これに限らず、他の形状であってもよい。
第２スリット部材２４は、振動受け部２１と台座２３との中間部に位置し、台座２３により反射された軸方向の振動Ｆ１を、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とに変換するものである。この第２スリット部材２４には、複数（例えば１０個）のスリット２４ａが周状に形成されている。このように複数のスリット２４ａが形成されているため、スリット２４ａにおける撓みによって、アンビル２０は軸方向に可動する。
また、複数のスリット２４ａは、アンビル２０の軸方向に対して斜め方向に伸びている。このため、軸方向の振動Ｆ１は第２スリット部材２４において斜め方向に伝達され、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とに変換される。ここで、第２スリット部材２４のスリット２４ａは、スリット部材１２のスリット１２ａが伸びる方向に対して、同一方向に伸びている。このため、ワークＷ及び被溶着物Ａには、ホーン１０からの捩り方向の振動Ｆ２と逆方向の捩り方向の振動Ｆ２がアンビル２０から加えられることとなり、好適に溶着を行うことができる。なお、スリット２４ａの角度は軸方向に対して４５度となっている。
図２は、図１に示したホーン１０の断面図である。図２に示すように、スリット部材１２は、複数のスリット１２ａが形成されているが、これらスリット１２ａはスリット形成側から反対側まで貫通しておらず、中実となっている。すなわち、スリット部材１２は、中実部１２ｂを備えている。このため、ホーン１０は、中実部１２ｂによって強度が確保され、形状変形等により溶着不良が発生してしまう事態が防止される。例えば、中実部１２ｂがない場合、スリット１２ａが撓み過ぎて振動が大きく吸収されてしまう虞があるが、中実部１２ｂを備えることにより、これが防止される。
図３は、図１に示したアンビル２０の断面図である。図３に示すように、第２スリット部材２４は、スリット部材１２と同様に、複数のスリット２４ａが形成されているが、これらスリット２４ａはスリット形成側から反対側まで貫通しておらず、中実となっている。すなわち、第２スリット部材２４は、中実部２４ｂを備えている。このため、アンビル２０は、中実部２４ｂによって強度が確保され、形状変形等により溶着不良が発生してしまう事態が防止される。例えば、中実部２４ｂがない場合、スリット２４ａが撓み過ぎて振動が大きく吸収されてしまう虞があるが、中実部２４ｂを備えることにより、これが防止される。
より具体的に説明すると、特許文献１に記載のホーンは、縦共振体と捩り共振体とがフランジにおいて接続されるのみであり、他の部分は非接触となっている。このため、大きな荷重が加わると、フランジが折れ曲がり適切な捩り方向の振動が得られなくなる可能性がある。ところが、本実施形態ではスリット部材１２及び第２スリット部材２４に中実部１２ｂ，２４ｂを備えるため、特許文献１のように適切な捩り方向の振動が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
次に、本実施形態に係る超音波溶着装置１の動作を説明する。まず、縦振動子により入力部材１１の入力面１１ａに軸方向の振動Ｆ１を入力する。この軸方向の振動Ｆ１は、スリット部材１２に伝達される。スリット部材１２は、複数のスリット１２ａが形成されているため、軸方向の振動Ｆ１を、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とに変換する。スリット部材１２により変換された軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とは、伝達部材１３によりワークＷに伝達される。
また、ワークＷ及び被溶着物Ａを介してアンビル２０に伝達された軸方向の振動Ｆ１は、振動受け部２１を通じて台座２３にて反射される。反射された軸方向の振動Ｆ１は、土台部２２を介して第２スリット部材２４に伝達される。第２スリット部材２４は、複数のスリット２４ａが形成されているため、軸方向の振動Ｆ１を、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とに変換する。第２スリット部材２４により変換された軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２とは、振動受け部２１により被溶着物Ａに伝達される。
また、スリット部材１２と第２スリット部材２４とのスリット１２ａ，２４ａは同一方向に伸びている。このため、ホーン１０からの捩り方向の振動Ｆ２と逆方向の捩り方向の振動Ｆ２がアンビル２０から加えられることとなり、好適に溶着を行うことができる。
次に、本実施形態に係る超音波溶着装置１の変形例を説明する。ホーン１０は中空となる部位を備えていてもよい。図４は、本実施形態に係る超音波溶着装置１の変形例を示す構成図である。図４に示すように、例えば伝達部材１３の中心軸あたりに中空部１３ａを形成し、ワークＷに突起部等がある場合にこれを許容するようになっていてもよい。また、アンビル２０についても同様に中空部を備えていてもよい。
このようにして、本実施形態に係る超音波溶着装置１によれば、ホーン１０は、軸方向の振動Ｆ１を、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリット１２ａが形成されたスリット部材１２を備え、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２をワークＷに伝達するため、ワークＷ及び被溶着物Ａには軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２が加えられる。ここで、ほぼ捩り方向の振動Ｆ２のみであると、振動が１つであるため、共振が発生し易くなる。しかし、本実施形態では、軸方向と捩り方向の２つの振動Ｆ１，Ｆ２が加わるため、２つの振動の双方において共振が発生する可能性は１つの振動が加わる場合に比較して低くなる。さらに、ホーン１０は、入力部材１１とスリット部材１２と伝達部材１３とが一体に形成されるため、接続部がなく破損の可能性が低減される。従って、ワークＷや被溶着物Ａの破損の可能性を低減すると共に、ホーン１０の破損の可能性を低減することができる。
また、アンビル２０は、入力された軸方向の振動を反射する台座２３と、台座２３により反射された軸方向の振動Ｆ１を、軸方向の振動Ｆ１と捩り方向の振動Ｆ２と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリット２４ａが形成された第２スリット部材２４と、を備える。このため、アンビル２０に入力された軸方向の振動Ｆ１は反射され、その一部が捩り方向の振動Ｆ２に変換される。また、第２スリット部材２４のスリット２４ａは、スリット部材１２のスリット１２ａが伸びる方向に対して、同一方向に伸びる。このため、ワークＷ及び被溶着物Ａには、ホーン１０からの捩り方向の振動Ｆ２と逆方向の捩り方向の振動Ｆ２がアンビル２０から加えられることとなり、好適に溶着を行うことができる。
また、スリット部材１２及び第２スリット部材２４の少なくとも一方は、スリット１２ａ，２４ａがスリット形成側から反対側まで貫通することなく中実とされている。このため、中実となる部位によって強度が確保されることとなり、形状変化等してしまう事態が防止され、溶着不良につながる事態を防止することができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
例えば、本実施形態においてスリット部材１２及び第２スリット部材２４は、双方が中実部１２ｂ、２４ｂを備えているが、いずれか一方又は双方が中実部１２ｂ，２４ｂを備えていなくともよい。また、超音波接合する部材は図示したものに限られず、板材であっても線材であってもよい。
また、スリット部材１２及び第２スリット部材２４は、円錐台形状に限らず、円柱形状や多角形状等であってもよい。さらに、スリット１２ａ，２４ａは、ホーン１０やアンビル２０の軸方向に対して４５度傾いているが、４５度に限らず、他の角度であっても構わない。
さらにホーン１０及びアンビル２０は円柱等の構造でなくともよく、多角形や星型など、振動伝達に問題が無ければ、他の形状であってもよい。
１ 超音波溶着装置
１０ ホーン
１１ 入力部材
１２ スリット部材
１２ａ スリット
１２ｂ 中実部
１３ 伝達部材
１３ａ 中空部
２０ アンビル
２１ 振動受け部
２２ 土台部
２３ 台座
２４ 第２スリット部材
２４ａ スリット
２４ｂ 中実部

Claims (4)

  1. ホーンとアンビルとでワーク及び被溶着物を挟み込んで、ワークと被溶着物とを超音波振動により溶着させる超音波溶着装置であって、
    前記ホーンは、軸方向の振動を入力する入力部材と、前記入力部材に入力された軸方向の振動を、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリットが形成されたスリット部材と、前記スリット部材にて変換された軸方向の振動と捩り方向の振動を前記ワークに伝達する伝達部材と、を有し、前記入力部材と前記スリット部材と前記伝達部材とが一体に形成され、
    前記アンビルは、前記ホーンからの軸方向の振動を許容する方向に可動する
    ことを特徴とする超音波溶着装置。
  2. 前記アンビルは、前記ホーンからの軸方向の振動を受ける振動受け部と、前記振動受け部から入力された軸方向の振動を再度振動受け部側に反射する台座と、前記振動受け部と前記台座との中間部において前記台座により反射された軸方向の振動を、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換するように当該軸方向に対して斜めに伸びるスリットが形成された第２スリット部材と、を備え、
    前記第２スリット部材のスリットは、前記スリット部材のスリットが伸びる方向に対して、同一方向に伸びる
    ことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置。
  3. 前記スリット部材及び前記第２スリット部材の少なくとも一方は、スリットがスリット形成側から反対側まで貫通することなく中実とされている
    ことを特徴とする請求項２に記載の超音波溶着装置。
  4. ホーンとアンビルとでワーク及び被溶着物を挟み込んで、ワークと被溶着物とを超音波振動により溶着させる超音波溶着装置であって、
    前記ホーンは、一部材からなり、軸方向の振動を入力し、軸方向の振動と捩り方向の振動と変換して、それら振動を前記ワークに伝達すると共に、
    前記アンビルは、前記ホーンからの軸方向の振動を許容する方向に可動する
    ことを特徴とする超音波溶着装置。
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