JP2018130930A - 振動溶着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランプ手段として吸着機構の他にメカニカルクランプ機構を組み込んだ振動溶着装置を提供する。
【解決手段】ドライブプラテンとドライブプラテンに上型6を負圧により吸着する吸着機構7とを有する振動溶着装置においてドライブプラテンに上型6を固定する為に微小振動方向と平行方向に向いたクランプ力を上型6の側面に作用させるメカニカルクランプ機構20を設け、ドライブプラテンの下面に固定されるクランプ本体21とこのクランプ本体21に固定された案内部材22およびこの案内部材22に微小振動方向と平行に形成された案内孔23と、案内孔23に微小振動方向に可動に装着された出力部材24と出力部材24をクランプ方向へ駆動可能な楔部材26を有する楔機構25と楔部材26を駆動する油圧シリンダ27とを備えている、振動溶着装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、振動溶着装置に関し、特に上型をドライブプラテンに固定するクランプ手段として吸着機構の他にメカニカルクランプ機構を採用したものに関する。

振動溶着装置は、ボルスタ、バイブレータヘッド、このバイブレータヘッドの下面に固定されたドライブプラテン、バイブレータヘッドを水平方向に微小振動させる振動発生機構、ドライブプラテンの下面に上型を負圧で吸着固定する吸着機構、バイブレータヘッドを昇降駆動させる昇降駆動機構などを備えており、下型がボルスタに着脱可能に固定され、上型がドライブプラテンの下面に着脱可能に固定される。

従来、自動車の吸気マニホールド等の容器状又はパイプ状の合成樹脂部品を製造する際に、その合成樹脂部品の上半体と下半体とを振動溶着装置にセットし、上半体と下半体の接合面を当接させ、バイブレータヘッドにより上型と上半体に２４０Ｈｚ程度の高速微小振動を付加し、摩擦熱により上半体と下半体の接合面を溶着する。

上記の溶着の際、上型に３００Ｇもの加速度が作用するため、ドライブプラテンに上型を強固に固定しておくことが必要である。ドライブプラテンに対する上型の固定に少しのズレが生じるだけでも接合ミスが生じたり、振動溶着装置が故障して重大事故に発展する虞がある。一般に、多数のボルトにより上型をドライブプラテンに固定する固定構造が採用されている。しかし、多種製品を混流生産するシステムでは、下型と上型を頻繁に交換する必要があるため、上型をドライブプラテンに強力に固定する一方で、迅速に１秒でも短い時間で、金型交換できるかが重要である。

そこで、本願出願人は、特許文献１に示すように、ドライブプラテンに上型を吸着固定する吸着機構の他に、上型の短辺の側面を押圧する１０組の油圧シリンダからなる第１油圧クランプ機構と、上型の長辺の側面を押圧する４組の油圧シリンダからなる第２油圧クランプ機構とを設けた振動溶着装置を提案した。

上記の第１油圧クランプ機構の油圧シリンダは、微小振動方向に可動のピストン部材を有し、ピストン部材のロッド部の先端で上型の側面を直接押圧する構造である。上記の第２油圧クランプ機構の油圧シリンダは、微小振動方向と直交する方向に可動のピストン部材を有し、ピストン部材のロッド部の先端で上型の側面を直接押圧する構造である。

特許第５１３１９６３号公報

前記特許文献１に記載の振動溶着装置では、第１油圧クランプ機構の複数の油圧シリンダのピストン部材に高速微小振動による大加速度が作用するため、油圧シリンダ内の圧油の圧縮歪みに起因して上型とピストン部材間に微小なガタつきが生じ、そのガタつきが共振的な振動に発展するため、アルミ合金製の上型の側面に圧痕が生じたり、油圧シリンダが破損する等の問題が発生し、この振動溶着装置を実用化することができなかった。

本発明の目的は、上型をドライブプラテンに固定するクランプ手段として吸着機構の他にメカニカルクランプ機構を組み込んだ振動溶着装置を提供することである。

請求項１の振動溶着装置は、下型と上型とで合成樹脂製の複数のワークを保持し、ワークに微小振動を付与して摩擦熱によりワークの接合面を溶着する振動溶着装置であって、バイブレータヘッドの下面に複数のボルトにより固定され且つ上型が固定されるドライブプラテンと、前記ドライブプラテンに上型を負圧により吸着する吸着機構とを有する振動溶着装置において、前記ドライブプラテンに上型を固定する為に前記微小振動方向と平行方向に向いたクランプ力を前記上型の側面に作用させるメカニカルクランプ機構を設け、
前記メカニカルクランプ機構は、前記ドライブプラテンの下面に固定されるクランプ本体と、このクランプ本体に固定された案内部材およびこの案内部材に前記微小振動方向と平行に形成された案内孔と、前記案内孔に前記微小振動方向に可動に装着された出力部材と、前記出力部材をクランプ方向へ駆動可能な楔部材を有する楔機構と、前記楔部材を駆動する油圧シリンダとを備えたことを特徴としている。

上記の構成により、メカニカルクランプ機構の油圧シリンダにより楔機構の楔部材を駆動することで、出力部材をクランプ方向へ駆動し、出力部材により上型の側面を押圧してクランプすることができる。

上型に作用する大加速度は、出力部材と楔機構の楔部材と案内部材により受け止められるため、油圧シリンダ内の圧油に上記の大加速度が直接作用することはない。このように、上型をメカニカルクランプ機構によりクランプするため、圧油の圧縮歪みの影響を受けることなく、強固なクランプ状態を維持することができる。このメカニカルクランプ機構では、クランプ駆動もクランプ解除も油圧シリンダを介して行うことができるから、上型の交換を能率的に行うことができる。

請求項２の振動溶着装置は、請求項１の発明において、複数の前記メカニカルクランプ機構が、前記前記微小振動方向と直交する水平方向に所定間隔おきに設けれらたことを特徴としている。上記の構成によれば、複数のメカニカルクランプ機構を設けるため、上型をクランプするクランプ力を強化することができる。

請求項３の振動溶着装置は、請求項１又は２の発明において、前記油圧シリンダは、前記楔部材の一端側に形成された第１油圧シリンダと、前記楔部材の他端側に形成された第２油圧シリンダとを有することを特徴としている。
上記の構成によれば、例えば第１油圧シリンダで楔部材を強力にクランプ駆動し、第２油圧シリンダで楔部材を強力にクランプ解除することができる。

請求項４の振動溶着装置は、請求項３の発明において、前記楔部材は、前記第１，第２油圧シリンダの１対のピストン部材の間に挟着状に設けられたことを特徴としている。
上記の構成によれば、第１，第２油圧シリンダの１対のピストン部材を同期駆動することで、楔部材をクランプ方向、クランプ解除方向へ駆動することができる。

請求項５の振動溶着装置は、請求項３の発明において、前記出力部材と楔部材の間にローラ部材が介装されたことを特徴としている。
上記の構成によれば、出力部材と楔部材の間に作用する摩擦力をローラ部材を介して緩和することができ、クランプ解除に要する解除駆動力を小さくすることができる。

本願の発明によれば、上記のような種々の効果が得られる。

本発明の実施形態に係る振動溶着装置の概略正面図である。 ドライブプラテンと上型の斜視図である。 ドライブプラテンの底面図である。 ドライブプラテンと上型の部分正面図である。 図２のＡ矢視図である。 ドライブプラテンの部分正面図である。 シール部材とシール溝の断面図である。 メカニカルクランプ機構の水平断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、この振動溶着装置１は、例えば、熱可塑性合成樹脂材料で製作された成形品の下半体Ｗ１と上半体Ｗ２を下型５と上型６とで夫々保持して下半体Ｗ１と上半体Ｗ２の接合面を当接状に保持し、バイブレータヘッド３からドライブプラテン４と上型６と上半体Ｗ２に微小振動を付加し、下半体Ｗ１と上半体Ｗ２の接合面を摩擦熱で溶着するものである。この振動溶着装置１により種々の成形品の下半体と上半体を接合することができる。

図１に示すように、振動溶着装置１は、ボルスタ２、このボルスタ２に上方から対向するバイブレータヘッド３、このバイブレータヘッド３の下面に固定されたドライブプラテン４、ボルスタ２上に固定された下型５、ドライブプラテン４の下面に固定された上型６、バイブレータヘッド３に水平方向の微小振動を付加する振動発生機構（図示略）、バイブレータヘッド３を昇降駆動する昇降駆動機構（図示略）、ドライブプラテン４に上型６を負圧により吸着する吸着機構７及び３組のメカニカルクランプ機構２０等を備えている。尚、図２において、符号Ｆ，Ｂ，Ｌ，Ｒが前方、後方、左方、右方を示す。

振動発生機構１は、回転駆動される回転軸と、この回転軸に接続された偏心機構を介して図１、図２において左右方向向き且つ水平方向向きの微小振動を発生させるものである。昇降駆動機構は、油圧シリンダで昇降させる機構又は電動モータでクランク機構を介して昇降させる機構などで構成されている。

ワークＷ１（下半体）はアルミ合金製の下型５に保持され、ワークＷ２（上半体）はアルミ合金製の上型６に保持され、これらワークＷ１，Ｗ２を接合する際には、バイブレータヘッド３とドライブプラテン４と上型６とワークＷ２を下降させ、ワークＷ１，Ｗ２の接合面が当接状態に保持され、その状態で微小振動が付加されて、その微小振動により発生する摩擦熱によりワークＷ１，Ｗ２の接合面が融着状に接合される。下型５は複数の油圧クランプ装置（図示略）によりボルスタ５に着脱可能に固定され、ドライブプラテン４は、複数のボルト８でバイブレータヘッド３に強固に固定されている。

次に、ドライブプラテン４について説明する。
図２〜図４に示すように、ドライブプラテン４は微小振動方向に細長い平面視ほぼ矩形状の鋼製の部材である。このドライブプラテン４は、バイブレータヘッド３の下面に当接状に固定される主板４ａであって、例えば３２本のボルト８によりバイブレータヘッド３の下面に固定された主板４ａを備えている。尚、上型６はその上面を主板４ａの下面に密着させた状態に固定される。

ドライブプラテン４の右端部の下面には、上型６の右端側面を左方へ押圧する３組のメカニカルクランプ機構１０が強固に固定されて主板４ａの下側に突出している。
ドライブプラテン４の左端部の下面には、上型６の左端側面を受け止める受止枠部９が複数のボルト等で強固に固定されて下側へ突出している。受止枠部９の上端部には上方へ少し突出した突条部９ａが形成され、この突条部９ａがドライブプラテン４の係合溝４ｂに嵌合されている。

次に、吸着機構７について説明する。
図２〜図４、図７に示すように、吸着機構７は、シール部材１０と、負圧導入手段１１とを有する。シール部材１０は、主板４ａの外周寄り部位に形成された矩形枠状のシール装着溝１２に装着された大型のＯリングからなる。

負圧導入手段１１は、ドライブプラテン４の外部に設置された真空ポンプ１３を有し、この真空ポンプ１３は、真空ホース１４と、接続金具１５と、主板４ａに形成された接続通路１６を介してシール部材１０の内側の負圧領域１０ａに接続され、この負圧領域１０ａに負圧を導入することにより、上型６をドライブプラテン４の主板４ａの下面に吸着固定する。但し、上型の交換時には負圧領域１０ａに大気を導入する。

次に、メカメニカルクランプ機構２０について説明する。
尚、本実施形態において、「油圧」は油の圧力ではなく、圧縮油を意味する。
図３〜図６、図８に示すように、３組のメカニカルクランプ機構２０が、微小振動方向と直交する水平方向（つまり、前後方向）に所定間隔おきに設けられている。このメカニカルクランプ機構２０は、ドライブプラテン４に上型６を一体的に強固に固定する為に前記微小振動方向と平行方向に向いた左方向きのクランプ力を上型６の右端側面に作用させるものである。

メカニカルクランプ機構２０は、クランプ本体２１と、案内部材２２及び案内孔２３と、出力部材２４と、楔部材２６を有する楔機構２５と、楔部材２６を駆動する油圧シリンダ２７（第１，第２油圧シリンダ２８，２９）とを備えている。

クランプ本体２１は、前後に細長い直方体状の部材であり、このクランプ本体２１は、その左端近傍部に下方から挿通された４本のボルト２９によりドライブプラテン４の下面に固定されている。クランプ本体２１の上端部には、上方へ少し突出した突部２１ａが形成され、この突部２１ａがドライブプラテン４の係合溝４ｃに係合されている。
このクランプ本体２１の前後方向中央部には、左右方向向きの円筒孔３０が水平に形成され、この円筒孔３０に案内部材２２の筒体部２２ａが挿入されている。

案内部材２２は、円筒孔３０に挿入された筒体部２２ａと、筒体部２２ａに微小振動方向と平行に形成された円筒状の案内孔２３と、筒体部２２ａの左右方向中央部に前後方向向きに水平に形成された貫通孔３１であって楔部材２６が貫通する貫通孔３１と、筒体部２２ａの右端に一体形成された矩形状の固定壁部２２ｂとを有する。固定壁部２２ｂの前後両端近傍部の上部と下部に挿通させた４本のボルト３２により、案内部材２２がクランプ本体２１に強固に固定されている。

出力部材２４は案内孔２３に微小振動方向に可動に装着され、左端部が案内孔２３から左方へ突出可能になっている。この出力部材２４は、円柱状ロッド部材の左右方向の中央部のやや右寄り部位に、楔部材２６を前後方向向きに挿通させる導入孔２４ａであって断面矩形状の導入孔２４ａを形成したものである。出力部材２４の左端は上型６の右端側面に当接する部分円筒面に形成されている。

前記楔機構２５は、出力部材２４をクランプ方向へ駆動可能な楔部材２６と、この楔部材２６の右端面を受け止める壁部（貫通孔３１の右端面）とを有する。この楔部材２６は、貫通孔３１と導入孔２４ａを貫通する状態に配設されている。
この楔部材２６は、平面視ほぼ台形状で所定の上下厚さを有する部材である。この楔部材２６の左端面２６ａは後方ほど左方へ移行するように傾斜した傾斜面に形成されている。楔部材２６の右端面２６ｂは前後方向と平行な平面であり、この右端面２６ｂが貫通孔３１の右端面で支持されている。楔部材２６の後端面２６ｃは軸心を上下方向に向けた部分円筒面に形成されている。楔部材２６の前端面２６ｄは軸心を上下方向に向けた部分円筒面に形成されている。

出力部材２４には導入孔２４ａに臨む部分円柱孔２４ｂであって軸心を上下方向に向けた部分円柱孔２４ｂが形成され、この部分円柱孔２４ｂにローラ部材３３が保持され、出力部材２４と楔部材２６の間にローラ部材３３が回転可能に介装されている。
楔部材２６を駆動する油圧シリンダ２７は、楔部材２６の後端（一端）側に形成された第１油圧シリンダ２８と、楔部材２６の前端（他端）側に形成された第２油圧シリンダ２９とを有する。楔部材２６は、第１，第２油圧シリンダ２８，２９の１対のピストン部材２８ａ，２９ａの間に挟着状に配置されている。

第１油圧シリンダ２８は、クランプ本体２１の後半部に前後方向向きに水平に形成されたシリンダ孔２８ｂと、このシリンダ孔２８ｂに油密摺動自在に装着されたピストン部材２８ａと、クランプ本体２１の後端に４本のボルト３４ａで固定された閉塞板３４と、シリンダ孔２８ｂ内においてピストン部材２８ａと閉塞板３４の間に形成された油圧作動室２８ｃとを備えている。楔部材２６の部分円筒面２６ｃがピストン部材２８ａの前端（先端）に当接している。ピストン部材２８ａの長さは、シリンダ孔２８ｂの長さよりも短い。尚、ピストン部材２８ａの外周部にはシール部材３６が装着されている。

第２油圧シリンダ２９は、クランプ本体２１の前半部に前後方向向きに水平に形成されたシリンダ孔２９ｂと、このシリンダ孔２９ｂに油密摺動自在に装着されたピストン部材２９ａと、クランプ本体２１の前端に４本のボルト３５ａで固定された閉塞板３５と、シリンダ孔２９ｂ内においてピストン部材２９ａと閉塞板３５の間に形成された油圧作動室２９ｃとを備えている。楔部材２６の部分円筒面２６ｄがピストン部材２９ａの後端（先端）に当接している。ピストン部材２９ａの長さは、シリンダ孔２９ｂの長さよりも短い。尚、ピストン部材２９ａの外周部にはシール部材３７が装着されている。

３組のメカニカルクランプ機構２０の下面に沿って水平に延びる油路形成部材３６が設けられ、複数のボルト３７により閉塞板３４，３５に固定されている。この油路形成部材３６内には、前後方向に延びる２本の油路３８，３９が形成され、これら油路３８，３９の前端には油圧ホース３８ａ，３９ａが接続され、これら油圧ホース３８ａ，３９ａは油圧供給源４０に接続されている。片方の油路３８ａは３組の第１油圧シリンダ２８の油圧作動室２８ｃに連通され、他方の油路３９ａは３組の第２油圧シリンダ２９の油圧作動室２９ｃに連通されている。

図８は、３組のメカニカルクランプ機構２０がクランプ解除された状態を示し、３組の第１油圧シリンダ２８の油圧作動室２８ｃの油はドレン圧とされ、３組の第２油圧シリンダ２９の油圧作動室２９ｃには油圧が充填されている。そして、楔機構２５の楔部材２６は後退限界位置にあり、出力部材２４が右方へ退入してクランプ解除した状態を示している。

この状態から、３組の第１油圧シリンダ２８の油圧作動室２８ｃに油圧を充填し、３組の第２油圧シリンダ２９の油圧作動室の２９ｃの油をドレン圧に切換えると、楔部材２６によってローラ部材３３が左方へ駆動されて出力部材２４が左方へ進出側へ駆動され、出力部材２４の左端部で上型６の右端側面を左方へ押圧するクランプ状態になる。

次に、上記の振動溶着装置１の作用、効果について説明する。
メカニカルクランプ機構２０の油圧シリンダ２７（第１，第２油圧シリンダ２８，２９）により楔機構２５の楔部材２６を駆動することで、出力部材２４をクランプ方向へ駆動し、出力部材２４により上型６の側面を押圧してクランプすることができる。

上型６に作用する大加速度は、出力部材２４とローラ部材３０と楔部材２６と案内部材２２によりメカニカルに受け止められるため、油圧シリンダ２７内の油圧に上記の大加速度が作用することはない。このように、上型６をメカニカルクランプ機構２０によりクランプするため、圧油の圧縮歪みの影響を受けずに強固なクランプ状態を維持することができる。このメカニカルクランプ機構２０では、クランプ駆動もクランプ解除も油圧シリンダを介して行うことができるから、上型６の交換を能率的に行うことができる。

３組のメカニカルクランプ機構２０が、微小振動方向と直交する水平方向（前後方向）に所定間隔おきに設けれらたため、上型６をクランプするクランプ力を強化することができる。

油圧シリンダ２７は、楔部材２６の一端側に形成された第１油圧シリンダ２８と、楔部材２６の他端側に形成された第２油圧シリンダ２９とを有する。例えば、第１油圧シリンダ２８で楔部材２６を強力にクランプ駆動し、第２油圧シリンダ２９で楔部材２６を強力にクランプ解除駆動することができる。

楔部材２６は、第１，第２油圧シリンダ２８，２９の１対のピストン部材２８ａ，２９ａの間に挟着状に設けられたため、第１，第２油圧シリンダ２８，２９の１対のピストン部材２８ａ，２９ａを同期駆動することで、楔部材２６をクランプ方向、クランプ解除方向へ駆動することができる。

楔部材 の傾斜面２６ａの角度が前後方向に対して約１５°と小さいため、楔機構２５の倍力率が大きくなっており、クランプ力が十分に強化される。但し、上記の傾斜角は約１０〜２５°の範囲の大きさとすることが望ましいが、この範囲に限定されない。

出力部材２４と楔部材２６の間にローラ部材３０が介装されたため、出力部材２４と楔部材２６の間に作用する摩擦力をローラ部材３０を介して緩和することができ、クランプ解除に要する解除駆動力を小さくするのに寄与している。

次に、上記の実施形態を部分的に変更する例について説明する。
１）油圧シリンダ２７を１つの複動型油圧シリンダで構成することも可能である。
その場合、複動型油圧シリンダのピストン部材と楔部材とを、軸心直交方向へ相対移動可能な連結機構を介して連結するものとする。

２）前記実施形態では３組のメカニカルクランプ機構２０を設けたが、上型６のサイズに応じて、４組以上のメカニカルクランプ機構２０を設けることもある。

３）前記複数のメカニカルクランプ機構２０の他に、上型の前端側面（又は後端側面）を後方（又は前方）へ押圧する複数のメカニカルクランプ機構を設けることもできる。
４）その他、当業者ならば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に種々の変更を付加して実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。

１ 振動溶着装置
３ バイブレータヘッド
４ ドライブプラテン
５ 下型
６ 上型
７ 吸着機構
２０ メカニカルクランプ機構
２１ クランプ本体
２２ 案内部材
２３ 案内孔
２４ 出力部材
２５ 楔機構
２６ 楔部材
２７ 油圧シリンダ
２８，２９ 第１，第２油圧シリンダ
２８ａ，２９ａ ピストン部材
３３ ローラ部材

Claims (5)

1. 下型と上型とで合成樹脂製の複数のワークを保持し、ワークに微小振動を付与して摩擦熱によりワークの接合面を溶着する振動溶着装置であって、バイブレータヘッドの下面に複数のボルトにより固定され且つ上型が固定されるドライブプラテンと、前記ドライブプラテンに上型を負圧により吸着する吸着機構とを有する振動溶着装置において、
   前記ドライブプラテンに上型を固定する為に前記微小振動方向と平行方向に向いたクランプ力を前記上型の側面に作用させるメカニカルクランプ機構を設け、
   前記メカニカルクランプ機構は、
   前記ドライブプラテンの下面に固定されるクランプ本体と、
   このクランプ本体に固定された案内部材およびこの案内部材に前記微小振動方向と平行に形成された案内孔と、
   前記案内孔に前記微小振動方向に可動に装着された出力部材と、
   前記出力部材をクランプ方向へ駆動可能な楔部材を有する楔機構と、
   前記楔部材を駆動する油圧シリンダとを備えたことを特徴とする振動溶着装置。
2. 複数の前記メカニカルクランプ機構が、前記前記微小振動方向と直交する水平方向に所定間隔おきに設けれらたことを特徴とする請求項１に記載の振動溶着装置。
3. 前記油圧シリンダは、前記楔部材の一端側に形成された第１油圧シリンダと、前記楔部材の他端側に形成された第２油圧シリンダとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動溶着装置。
4. 前記楔部材は、前記第１，第２油圧シリンダの１対のピストン部材の間に挟着状に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の振動溶着装置。
5. 前記出力部材と楔部材の間にローラ部材が介装されたことを特徴とする請求項３に記載の振動溶着装置。