JP2019055525A - 超音波溶着装置用アンビルおよび超音波溶着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管継手部材と配管部材との超音波溶着作業を効率的に行うことが可能な超音波溶着装置用アンビルおよびこれを備えた超音波溶着装置を提供する。
【解決手段】アンビル１６は、アンビル本体１６０およびクサビ部材１６６を備える。アンビル本体１６０は、溶着されるべきパイプ２０およびソケット３０を挟んでホーン１４に対向可能な外周面を有する円柱状を呈している。また、アンビル本体１６０は、第１のアンビル片１６２および第２のアンビル片１６４に少なくとも分離可能に構成されている。そして、第１のアンビル片１６２または第２のアンビル片１６４のいずれか一方、またはこれらの両方にクサビ受け部１６５を構成する切欠部が設けられている。クサビ受け部１６５にクサビ１６６を打ち込んだときにアンビル本体１６０の外周面がパイプ２０の内面に当接するように構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ソケット、エルボ、チーズ等の配管継手部材とパイプ等の配管部材との超音波溶着に用いられる超音波溶着装置用アンビル、およびこれを備えた超音波溶着装置に関する。

従来から超音波溶着技術は、さまざまな分野において活用されている。一般的に、超音波溶着装置は、発振器により駆動される振動子と、この振動子からの振動が伝達されるホーンと、このホーンと被溶着物を挟んで対向するように配置されるアンビルとを備えている。そして、振動子からの超音波振動によって振動するホーンを被溶着物に当接させることによって所望の箇所を溶着することが可能になっている。

ところが、ホーンやアンビルは、使用に伴って摩耗するため、当初は被溶着物にぴったりと当接していた当接面が、使用回数の増加につれて被溶着物に当接しにくくなることがあった。ホーンやアンビルが被溶着物に当接しなくなると、超音波振動を効果的に被溶着物に伝達しにくくなり、この結果として、溶着不良が発生することがあった。

そこで、このような問題を解決するために、従来技術に中には、ホーンやアンビル等の摩耗により十分な溶着強度が得られないものを不良と判定することができるようにした超音波溶着装置が存在している（例えば、特許文献１参照。）。

特許３９２７１９０号

しかしながら、従来の超音波溶着装置は比較的当接させ易い被溶着物を対象としているところ、そもそもホーンやアンビルを当接させることが困難な箇所の溶着については考慮されていなかった。例えば、ソケット、エルボ、チーズ等の配管継手部材とパイプ等の配管部材との溶着を行う場合には、配管の内部にアンビルを当接させつつ、配管継手部材の外周面にホーンを当接させる必要があるが、従来のアンビルでは、配管内部に挿入することが困難であり、かつ、超音波溶着後に配管からアンビルを取り出すことも困難であった。

本発明の目的は、配管継手部材と配管部材との超音波溶着作業を効率的に行うことが可能な超音波溶着装置用アンビルおよびこれを備えた超音波溶着装置を提供することである。

この発明に係る超音波溶着装置用アンビルは、配管継手部材および配管部材の超音波溶着に用いられるものである。配管継手部材の代表例としては樹脂製のネジなしソケットが挙げられる。ただし、エルボ、チーズ等の配管継手部材や、ネジつきの配管継手部材や、金属製の配管継手部材においても本発明を適用することは可能である。また、配管部材の代表例としては樹脂製パイプが挙げられるが、配管継手部材と同様にこれに限定されるものではない。この超音波溶着装置用アンビルは、アンビル本体およびクサビ部材を備える。

アンビル本体は、溶着されるべき配管継手部材および配管部材を挟んで超音波ホーンに対向可能な外周面を有する円柱状を呈している。また、アンビル本体は、第１のアンビル片および第２のアンビル片に少なくとも分離可能に構成されている。そして、第１のアンビル片もしくは第２のアンビル片のいずれか一方、またはこれらの両方にクサビ受け部を構成する切欠部が設けられている。

一方で、クサビ部材は、アンビル本体を一体化したときに生じるクサビ受け部に打ち込み可能に構成されている。そして、クサビ受け部にクサビ部材を打ち込んだときにアンビル本体の外周面が配管部材の内面に当接するように構成されている。

この構成においては、超音波溶着時においてはクサビ受け部にクサビ部材を打ち込むことによってアンビル本体の外周面を配管部材の内面に当接させることが可能であるとともに、超音波溶着前後にはクサビ受け部からクサビ部材を引き抜くことによってアンビル本体を複数の片に分離させることが可能になる。このため、配管内部にアンビル本体を導入し易くなるとともに、配管内部からアンビル本体を取り出し易くなる。

上述の構成において、クサビ部材が、クサビ部材に対してクサビ受け部から引き抜く方向の力を加えるための引き抜き手段をさらに備えていることが好ましい。引き抜き手段の例としては、クサビ部材に取り付けられた紐状、棒状、鎖状の部材等が挙げられる。このような構成を採用することにより、超音波溶着が完了した後に、配管の外側からクサビ部材に力を作用させて、アンビル本体を分離させ易くなるため、配管作業がさらに高効率化する。

また、上述した超音波溶着装置用アンビルと、超音波溶着装置用アンビルとの間に挟まれた配管継手部材および配管部材の溶着部位に超音波振動を伝達するように構成されたホーンと、超音波振動を発生させてホーンに伝達するように構成された超音波発生器と、を少なくとも備えた超音波溶着装置を構成することも可能である。

さらにホーンが、配管継手部材の外周面にぴったりと当接する曲面を有することが好ましい。このような構成を採用することにより、配管継手部材および配管部材を溶着する際に、ホーンおよびアンビルの両方を溶着部位にぴったり当接させることが可能であるため、超音波振動がさらに効果的に被溶着物に伝達する。また、これにより溶着不良の発生が効率的に防止される。

この発明によれば、配管継手部材と配管部材との超音波溶着作業を効率的に行うことが可能になる。

本発明の一実施形態に係る超音波溶着装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るアンビルの概略構成を示す図である。 パイプと継手を超音波溶着する状態の一例を示す図である。 アンビルの使用の一例を示す図である。

図１は、この発明の一実施形態に係る超音波溶着装置１０の概略を示している。図１に示すように、超音波溶着装置１０は、超音波発生器１２、ホーン１４、およびアンビル１６を少なくとも備えている。

超音波発生器１２は、超音波振動を発生させてホーン１４に伝達するように構成されている。この実施形態では、超音波発生器１２は、２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ程度の超音波を発振するように構成されているが、超音波の周波数はこれに限定されるものではない。

ホーン１４は、アンビル１６との間に挟まれた溶着部位に超音波振動を伝達するように構成されている。ホーン１４は、振動エネルギを効率良く伝達させるための半波長を基本単位とする共振体である。この実施形態では、ホーン１４として、アルミ合金を用いている。ただし、ホーン１４の材質は、溶着目的に応じて、チタン合金やダイス鋼等を用いることが可能である。

アンビル１６は、被溶着部材を挟んでホーン１４の反対側に配置されるべき受け治具であり、アルミニウムや鉄等の金属素材からなっている。アンビル１６は、被溶着部材を位置決めするとともに、固定して振動エネルギが逃げないようにする。アンビル１６は、一般的に溶着すべき箇所を挟んでホーン１４と対向するように配置され、被溶着部位を介し超音波振動を受けるように構成されるため、超音波振動が逃げないこと、つまり効率良くエネルギを集中させることが重要である。

上述の超音波溶着装置１０は、さまざまな部材の溶着に用いることが可能であるが、特に配管作業において顕著な効果を発揮するようにアンビル１６の構成が工夫されている。通常、配管内にアンビル１６を導入したり、配管の内面にアンビル１６を圧接させたり、配管内からアンビル１６を取り出したりすることは困難が伴う。アンビル１６は、配管内への導入、配管内における圧接、および配管内からの取り出しを効果的に行うための工夫がされている。この実施形態では、アンビル１６は、配管継手部材としてのソケット３０および配管部材としてのパイプ２０（図３および図４参照）の超音波溶着に用いられる。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、アンビル１６は、アンビル本体１６０およびクサビ部材１６６を備えている。アンビル本体１６０は、溶着されるべき配管継手部材および配管部材を挟んでホーン１４に対向可能な外周面を有する円柱状を呈している。アンビル本体１６０は、第１のアンビル片１６２および第２のアンビル片１６４に分離可能に構成されている。第１のアンビル片１６２もしくは第２のアンビル片１６４のいずれか一方、またはこれらの両方には、第１のアンビル片１６２および第２のアンビル片１６４を一体化させたときにクサビ受け部１６５を構成する切欠部が設けられている。

クサビ部材１６６は、クサビ受け部１６５に打ち込み可能な形状を呈している。クサビ受け部１６５にクサビ部材１６６を打ち込んだときにアンビル本体１６０の外周面が配管部材の内面に当接するように構成されている。

さらに、クサビ部材１６６には、本発明の引き抜き手段に対応するストリング１６８が取り付けられている。このストリング１６８を用いて、クサビ部材１６６に対してクサビ受け部１６５から引き抜く方向の力を効果的に加えることが可能になる。ここでは、引き抜き手段としてストリング１６８を採用しているが、棒状部材をクサビ部材１６６に取り付けたり、電磁力によってクサビ部材１６６を引き付ける構成を採用したり、先端に挟持部を有する長尺部材を用いたりすることも可能である。

続いて、図３および図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を用いて超音波溶着装置１０によるソケット３０およびパイプ２０の超音波溶着に用いられる。ここでは、ポリ塩化ビニル樹脂製のソケット３０およびパイプ２０の例を説明するが、超音波溶着が可能な材料はこれには限定されない。例えば、ポリオレフィン系の樹脂材料等の熱可塑性の性質を有する樹脂材料や、一部の金属材料においても超音波溶着を好適に行うことが可能である。

ソケット３０およびパイプ２０の超音波溶着の際には、パイプ２０の端部がソケット３０に挿入されて嵌め合わされるとともに、パイプ２０の内部にアンビル１６が導入される。このとき、アンビル１６は、パイプ２０およびソケット３０がオーバーラップする嵌め合い位置まで導入される。パイプ２０およびソケット３０の嵌め合い位置において、外側からホーン１４を、そして内側からアンビル１６を圧接させることによって、溶着に必要な超音波振動を溶着位置に対して効率的に伝達することが可能になる。特に、ホーン１４は、ソケット３０の外周面にぴったりと当接する曲面を有しているため、ソケット３０に圧接させ易くなっている。

一方で、アンビル１６をパイプ２０およびソケット３０の嵌め合い位置に導入するときは、図４（Ａ）に示すように、第１のアンビル片１６２および第２のアンビル片１６４を分離した状態で順次的に導入することが可能である。このため、同じサイズの通常のアンビルを導入する場合に比較して配管内部への導入が容易になっている。

第１のアンビル片１６２および第２のアンビル片１６４が所定の位置まで導入された後には、図４（Ｂ）に示すように、クサビ受け部１６５にクサビ部材１６６が打設される。クサビ受け部１６５にクサビ部材１６６が打設されることによって、アンビル１６の外周面がパイプ２０の内周面に圧接する。パイプ２０およびソケット３０における溶着予定部位は、ホーン１４とアンビル１６とによって挟み込まれ、この状態でホーン１４を介して溶着予定部位に超音波振動が伝達される。この結果、溶着予定部位が互いに叩きあい発熱溶融することによって溶着される。

超音波溶着に必要な時間は、例えば２００Ｗで１〜５秒程度である。パイプ２０およびソケット３０のサイズにもよるが、周方向にずらしながら６〜２０箇所程度溶着を行うことによってパイプ２０およびソケット３０が強固に接合する。

超音波溶着の作業が終了した後には、例えば、ストリング１６８を引っ張ることにより、クサビ部材１６６がクサビ受け部１６５から引き抜かれる。この結果、第１のアンビル片１６２および第２のアンビル片１６４が分離するため、それぞれを順次的に取り出すことが可能になる。このため、通常のアンビルによっては超音波溶着することが困難な配管作業においても、本実施形態に係るアンビル１６を用いることによって効率的に超音波溶着を行うことが可能になる。

上述の実施形態では、ネジなし配管継手を想定して説明したが、ネジつき配管継手においても超音波溶着装置１０を応用することが可能である。ネジつき配管継手においては、超音波溶着装置１０を用いることによって、シール性向上やシールテープ施工を不要にするといったメリットを得ることが可能になる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−超音波溶着装置
１２−超音波発生器
１４−ホーン
１６−アンビル
２０−パイプ（配管部材）
３０−ソケット（配管継手部材）
１６０−アンビル本体
１６２−第１のアンビル片
１６４−第２のアンビル片
１６５−クサビ受け部
１６６−クサビ
１６８−ストリング

Claims (4)

1. 配管継手部材および配管部材の超音波溶着に用いられる超音波溶着装置用アンビルであって、
   溶着されるべき配管継手部材および配管部材を挟んで超音波ホーンに対向可能な外周面を有する円柱状のアンビル本体であって、少なくとも一方にクサビ受け部を構成する切欠部が設けられた第１のアンビル片および第２のアンビル片に分離可能に構成されたアンビル本体と、
   前記クサビ受け部に打ち込み可能なクサビ部材と、
   を少なくとも備え、
   前記クサビ受け部に前記クサビ部材を打ち込んだときに前記アンビル本体の外周面が前記配管部材の内面に当接するように構成されたことを特徴とする超音波溶着装置用アンビル。
2. 前記クサビ部材が、前記クサビ部材に対して前記クサビ受け部から引き抜く方向の力を加えるための引き抜き手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶着装置用アンビル。
3. 請求項１または２に記載の超音波溶着装置用アンビルと、
   前記超音波溶着装置用アンビルとの間に挟まれた配管継手部材および配管部材の溶着部位に超音波振動を伝達するように構成されたホーンと、
   超音波振動を発生させて前記ホーンに伝達するように構成された超音波発生器と、
   を少なくとも備えた超音波溶着装置。
4. 前記ホーンは、配管継手部材の外周面にぴったりと当接する曲面を有することを特徴する請求項３に記載の超音波溶着装置。

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