JP2024082699A - 振動溶着機 - Google Patents

Abstract

【課題】溶着途中における振動周波数／振幅の調整を可能にし、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止できる振動溶着機を提供すること。【解決手段】被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ｂに当接させながら加圧し、上記被溶着対象物Ｂに振動を付与することにより、上記被溶着対象物Ａと被溶着対象物Ｂを溶着させる振動溶着機において、上記被溶着対象物Ｂに振動を付与するための駆動源としてボイスコイルモータを使用したものであり、溶着途中で振動の周波数、振幅を調整することができ、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、振動溶着機に係り、特に、溶着途中における振動周波数／振幅の調整を可能にし、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止できるように工夫したものに関する。

従来の振動溶着機の構成を開示するものとして、例えば、特許文献１がある。この特許文献１に記載されたボンディング装置は概略次のような構成になっている。まず、装置フレームがあり、この装置フレームの上には基板が設置されている。上記基板上に部品を溶着する。すなわち、接合ヘッドによって上記部品に超音波を印加しながら加圧することにより、上記部品を上記基板上に溶着する。

又、その他にも、電磁石と共振スプリングによって振動を発生させる振動溶着機も存在している。

特開２００６－８６３４５号公報

上記従来の構成には次のような問題があった。
まず、超音波溶着機の場合には平面形状の溶着にその用途が限定されてしまうという問題があった。
これに対して、電磁石と共振スプリングによって振動を発生させる振動溶着機の場合には、三次元形状の自由曲面の溶着が可能であるが、使用する治具重量によって振動周波数が一義的に決定されてしまう。一方で溶着時の粉や髭バリの発生を抑えるためには溶着途中において振動周波数／振幅の調整が必要となる。上記電磁石と共振スプリングによって振動を発生させる振動溶着機の場合には、そのような調整作業ができないという問題があった。
因みに、粉や髭バリが発生した場合には後処理が必要になってしまう。
又、電磁石と共振スプリングによって振動を発生させる振動溶着機の場合には、振動方向の角度制限があるため製品形状に制約があるという問題もあった。
又、電磁石と共振スプリングによって振動を発生させる振動溶着機の場合には、振動方向両側に電磁石を配置しなければならず装置が大型化してしまうという問題もあった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、溶着途中における振動周波数／振幅の調整を可能にし、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止できる振動溶着機を提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による振動溶着機は、被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ｂに当接させながら加圧し、上記被溶着対象物Ｂに振動を付与することにより、上記被溶着対象物Ａと被溶着対象物Ｂを溶着させる振動溶着機において、上記被溶着対象物Ｂに振動を付与するための駆動源としてボイスコイルモータを使用したことを特徴とするものである。
又、請求項２による振動溶着機は、請求項１記載の振動溶着機において、上記被溶着対象物Ａを保持する被溶着対象物Ａ保持部と、上記被溶着対象物Ｂを保持する被溶着対象物Ｂ保持部と、上記被溶着対象物Ａ保持部を上記被溶着対象物Ｂ保持部方向に移動させて加圧する加圧手段と、上記被溶着対象物Ｂ保持部に任意の振動数、振幅の振動を付与する上記ボイスコイルモータと、上記加圧手段と上記ボイスコイルモータを制御する制御手段と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項３による振動溶着機は、請求項２記載の振動溶着機において、上記制御手段は溶着初期から終期にかけて上記加圧手段による加圧の強弱を制御するとともに、上記ボイスコイルモータによる振動の周波数と振幅を制御するものであることを特徴とするものである。
又、請求項４による振動溶着機は、請求項３記載の振動溶着機において、上記制御手段は上記加圧手段による加圧の強弱を複数段階で切り替えるとともに、上記ボイスコイルモータによる振動の周波数と振幅を複数段階に切り替えることを特徴とするものである。
又、請求項５による振動溶着機は、請求項３記載の振動溶着機において、上記制御手段は上記被溶着対象物Ａと被溶着対象物Ｂの距離に応じて複数段階に切り替えることを特徴とするものである。
又、請求項６による振動溶着機は、請求項３記載の振動溶着機において、上記制御手段は溶着開始からの時間に応じて複数段階に切り替えることを特徴とするものである。
又、請求項７による振動溶着機は、請求項２記載の振動溶着機において、上記被溶着対象物Ｂ保持部は直動ガイド機構によって支持されていて、上記直動ガイド機構はオイルバス内に設置されている又はグリースが供給される構成になっていることを特徴とするものである。
又、請求項８による振動溶着機は、請求項７記載の振動溶着機において、溶着作業の合間に上記ボイスコイルモータによる振幅の大きな振動動作を行なって上記直動ガイド機構の潤滑を改善することを特徴とするものである。
又、請求項９による振動溶着機は、請求項７記載の振動溶着機において、上記直動ガイド機構は球循環リニア軸受であることを特徴とするものである。
又、請求項１０による振動溶着機は、請求項２記載の振動溶着機において、上記ボイスコイルモータは電磁石又は永久磁石を備えていて、そこには温度センサが内装されていることを特徴とするものである。
又、請求項１１による振動溶着機は、請求項２記載の振動溶着機において、上記ボイスコルモータには冷却ファンが設けられていることを特徴とするものである。

以上述べたように本願発明の請求項１による振動溶着機によると、被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ｂに当接させながら加圧し、上記被溶着対象物Ｂに振動を付与することにより、上記被溶着対象物Ａと被溶着対象物Ｂを溶着させる振動溶着機において、上記被溶着対象物Ｂに振動を付与するための駆動源としてボイスコイルモータを使用した構成になっているので、溶着途中で振動の周波数、振幅を調製することができ、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止することができる。
又、請求項２による振動溶着機らによると、請求項１記載の振動溶着機において、上記被溶着対象物Ａを保持する被溶着対象物Ａ保持部と、上記被溶着対象物Ｂを保持する被溶着対象物Ｂ保持部と、上記被溶着対象物Ａ保持部を上記被溶着対象物Ｂ保持部方向に移動させて加圧する加圧手段と、上記被溶着対象物Ｂ保持部に任意の振動数、振幅の振動を付与する上記ボイスコイルモータと、上記加圧手段と上記ボイスコイルモータを制御する制御手段と、を具備した構成になっているので、溶着途中で振動の周波数、振幅を調製することができ、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止することができる。
又、請求項３による振動溶着機によると、請求項２記載の振動溶着機において、上記制御手段は溶着初期から終期にかけて上記加圧手段による加圧の強弱を制御するとともに、上記ボイスコイルモータによる振動の周波数と振幅を制御するものであるので、溶着途中で振動の周波数、振幅を調製することができ、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止することができる。
又、請求項４による振動溶着機によると、請求項３記載の振動溶着機において、上記制御手段は上記加圧手段による加圧の強弱を複数段階で切り替えるとともに、上記ボイスコイルモータによる振動の周波数と振幅を複数段階に切り替える構成になっているので、溶着途中で振動の周波数、振幅を調製することができ、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止することができる。
又、請求項５による振動溶着機によると、請求項３記載の振動溶着機において、上記制御手段は上記被溶着対象物Ａと被溶着対象物Ｂの距離に応じて複数段階に切り替える構成であるので、溶着途中で振動の周波数、振幅を調製することができ、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止することができる。
又、請求項６による振動溶着機によると、請求項３記載の振動溶着機において、上記制御手段は溶着開始からの時間に応じて複数段階に切り替える構成であるので、溶着途中で振動の周波数、振幅を調整することができ、それによって、溶着中の粉や髭バリの発生を防止することができる。
又、請求項７による振動溶着機によると、請求項２記載の振動溶着機において、上記被溶着対象物Ｂ保持部は直動ガイド機構によって支持されていて、上記直動ガイド機構はオイルバス内に設置されている又はグリースが供給される構成になっているので、円滑な振動を提供することができる。
又、請求項８による振動溶着機によると、請求項７記載の振動溶着機において、溶着作業の合間に上記ボイスコイルモータによる振幅の大きな振動動作を行なって上記直動ガイド機構の潤滑を改善する構成になっているので、円滑な振動を提供することができる。
又、請求項９による振動溶着機によると、請求項７記載の振動溶着機において、上記直動ガイド機構は球循環リニア軸受であるので、加圧動作を円滑なものとすることができる。
又、請求項１０による振動溶着機によると、請求項２記載の振動溶着機において、上記ボイスコイルモータは電磁石又は永久磁石を備えていて、そこには温度センサが内装されているので、温度センサからの信号に基づいて安全な運転を行うことができる。
又、請求項１１による振動溶着機によると、請求項２記載の振動溶着機において、上記ボイスコルモータには冷却ファンが設けられているので、温度センサからの信号に基づいて安全な運転を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、振動溶着機の全体を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、振動溶着機の上部の構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、振動溶着機の一部を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、振動溶着機の一部を示す側断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図５（ａ）は被溶着対象物Ａ保持部と被溶着対象物Ｂ保持部を示す側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のｂ－ｂ矢視図、図５（ｃ）は図５（ａ）のｃ－ｃ矢視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、ボイスコイルモータの構造を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、振動溶着機の全体を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、作業、操作、動作を工程順に示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１０（ａ）は被溶着物Ａと被溶着物Ｂの具体例を示す正面図、図１０（ｂ）は被溶着物Ａと被溶着物Ｂが溶着されて製品化された状態を示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１１（ａ）は被溶着対象物Ａ、被溶着対象物Ｂをセットした状態を示す側面図、図１１（ｂ）は振動溶着時の状態を示す側面図、図１１（ｃ）は溶着完了時の状態を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、制御手段による情報処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、制御手段による情報処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、制御手段による情報処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、図１５（ａ）はボイスコイルモータの正面図、図１５（ｂ）は図１３（ａ）のｂ－ｂ断面図である。

以下、図１乃至図１４を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１に示すように、この一実施の形態による振動溶着機１には、下部フレーム３があり、この下部フレーム３の上には上部フレーム５が設置されている。

上記上部フレーム５には底板７と天板９があり、図２に示すように、上記底板７と天板９との間には４本の円柱状のガイド１１、１１、１１、１１が設置されている。又、上記底板７と天板９の図１中左端には側板１３が設置されていて、この側板１３には操作パネル１５が設置されている。上記上部フレーム５の反操作パネル１５側には制御盤２１が設置されている。

図１、図２に示すように、上記上部フレーム５の上記天板９の上には加圧手段としてのサーボプレス４１が設置されている。このサーボプレス４１はロッド型一軸アクチュエータを採用した構成になっている。

上記底板７と天板９との間には、図２に示すように、ブロック５１が設置されている。このブロック５１は箱状に形成されていて、上側支持板５３、下側支持板５５、４枚の側板５６等から構成されている。上記上側支持板５３の４隅にはスリーブ５７、５７、５７、５７がそれぞれ設置されていて、上記下側支持板５５の４隅にもスリーブ５７、５７、５７、５７がそれぞれ設置されている。上記各スリーブ５７内には図示しない滑り軸受が内装されている。上記上下各４個ずつスリーブ５７の滑り軸受内に上記４本のガイド１１、１１、１１、１１がそれぞれ挿通されている。上記ブロック５１は、上記サーボプレス４１によって、上記４本のガイド１１、１１、１１、１１に沿って図２中上下方向に昇降される。

上記下側支持板５５の図１中下側には被溶着対象物Ａ保持部６１が設置されている。上記被溶着対象物Ａ保持部６１には、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、略四角形の基板６３があり、この基板６３の略四隅には各２個ずつの支持ブロック６５、６５がそれぞれ設置されている。上記支持ブロック６５は固定ボルト６７、６７によって上記基板６３に固定されている。上記支持ブロック６５には、図５（ｂ）中内方に向けて位置調整ボルト６９が螺合されている。

上記基板６３には略四角形の板状の保持ブロック基板７３が設置されていて、この保持ブロック基板７３の図５（ａ）中下側には略直方体形状の保持ブロック本体７５が設置されている。上記保持ブロック本体７５には３個の吸着ノズル７７、７７、７７が図５（ｂ）中左右方向に一列に配列されている。上記吸着ノズル７７の先端は上記保持ブロック本体７５の図５（ａ）中下側に開放されている。上記３個の吸着ノズル７７、７７、７７によって被溶着対象物Ａ（図１０（ａ）に示す）を吸着・保持する。

上記保持ブロック基板７３は、４本の固定用ボルト７９を上記保持ブロック基板７３を貫通させて上記基板６３に螺合することにより固定されている。その際、上記位置調整ボルト６９の螺合量を調製することにより保持ブロック基板７３の位置を調整する。上記被溶着対象物Ａ保持部６１は既に説明した支持ブロック５１と共に上記サーボプレス４１によって図１中上下方向に昇降される。

図３に示すように、上記上部フレーム５の底板７には、２個のオイルバス８１、８１が設置されている。上記オイルバス８１は図３中上側に開口された器状の部材であり、内部には直動ガイド機構８３が設置されている。上記直動ガイド機構８３は球循環リニア軸受であり、レール８５と上記レール８５に沿って移動可能に設置された２個のスライダ８７、８７とから構成されている。上記レール８５には図示しない溝が図３中左右方向に形成されていて、上記スライダ８７内には図示しない循環路が形成されている。上記レール８５の図示しない溝と上記スライダ８７の図示しない循環路、及び、上記レール８５と上記スライダ８７の間の空間には図示しない複数の鋼球が循環される。

上記オイルバス８１内には潤滑油９１が充填されており、上記潤滑油９１は、上記直動ガイド機構８３のレール８５とスライダ８７の間、上記スライダ８７の図示しない循環路内、及び、上記図示しない鋼球間に浸透し、それによって、上記直動ガイド機構８３の動作の円滑化を図る。
尚、上記２個のオイルパス８１、８１は同じ構成をなしていて、合計４個のスライダ８７、８７、８７、８７が設置されている。

図３に示すように、上記４個のスライダ８７、８７、８７、８７の上には板状の支持部材９３が固着されていて、図２に示すように、上記支持部材９３の図２中上側には被溶着対象物Ｂ保持部１０１が設置されている。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、上記被溶着対象物Ｂ保持部１０１には四角形の基板１０３があり、この基板１０３には略四角形の板状の保持ブロック基板１０５が設置されていて、この保持ブロック基板１０５の図５（ａ）中上側には略直方体形状の保持ブロック本体１０７が設置されている。上記保持ブロック本体１０７の図５（ａ）中上側の面の中央にはワーク収容凹部１０９が形成されていて、上記ワーク収容凹部１０９の底部には３個の吸着ノズル１１１、１１１、１１１が図５（ａ）中左右方向に一列に配列されている。上記吸着ノズル１１１の先端は上記保持ブロック本体１０７の上記ワーク収容凹部１０９内（図５（ａ）中上側）に開放されている。上記３個の吸着ノズル１１１、１１１、１１１によって被溶着対象物Ｂ（図1０（ａ）に示す）を吸着・保持する。

又、図１に示すように、上記下部フレーム３の後方にはボイスコイルモータ用フレーム１２１が設置されていて、図４に示すように、上記ボイスコイルモータ用フレーム１２１図中左端にはオイルバス１２３が設置されている。上記オイルバス１２３内には直動ガイド機構１２５が設置されている。上記直動ガイド機構１２５はレール１２７と上記レール１２７に移動可能に設置されたスライダ１２９とから構成されている。上記直動ガイド機構１２５は上記直動ガイド機構８３と同様の構成であり、上記オイルバス１２３内には潤滑油９１が充填されている。

上記直動ガイド機構１２５のスライダ１２９には連結部材１３１が設置されていて、この連結部材１３１の図４中左側には別の連結部材１３３が連結されていて、この連結部材１３３には既に説明した支持部材９３が連結されている。

図２乃至図４に示すように、上記ボイスコイルモータ用フレーム１２１にはボイスコイルモータ１４１が設置されている。上記ボイスコイルモータ１４１は図６に示すような構成になっている。まず、磁気回路鉄芯１４３とセンターポール鉄芯１４５がある。上記磁気回路鉄芯１４３は、例えば、純鉄系素材製で透磁率が高く、図６中左側に開口部１４６が設けられた中空形状を成している。上記センターポール鉄芯１４５は上記磁気回路鉄芯１４３内に先端側（図６中左側）を上記開口部１４６から外部に露出させた状態で配置されている。上記センターポール鉄芯１４５の外周面には励磁コイル１４７が巻回されていて適宜のタイミンクで通電される。上記センターポール鉄芯１４５の先端側（図６中左側）には、例えば、アルミのような非磁性材料による振動駆動部１４９が被冠されている。上記振動駆動部１４９のセンターポール鉄芯１４５側の外周面には駆動コイル１５１が巻回されている。上記駆動コイル１５１に所定の周波数の交流電流を流すことにより、励磁のＮ、Ｓ極により前後の振動動作が発生する。

又、上記磁気回路鉄芯１４３の図６中右側には冷却ファン１５３が設置されている。上記冷却ファン１５３により通風口１５５を介して上記磁気回路鉄芯１４３の内部に外部から空気を送り込み、上記励磁コイル１４７や上記駆動コイル１５１を冷却する。又、上記励磁コイル１４７内には温度センサ１５７が設置されている。上記温度センサ１５７により上記磁気回路鉄芯１４３内の温度を監視して上記冷却ファン１５３による冷却を適宜行う。又、図７に示すように、上記駆動コイル１５１の電流を測定する電流センサ１５９、振幅を検出する振幅センサ１６１も設置されている。

上記制御盤２１には、図７に示すように、制御装置１６３、励磁機構１６５、電力増幅器（ＰＷＭ電力増幅器／リニア電力増幅器）１６７、シーケンサ１６９が設置されている。上記シーケンサ１６９はユーザーインターフェイスと振動溶着機１全体の制御を行い、上記ボイスコイルモータ１４１の動作に必要な振動周波数／振幅データを上記制御装置１６３に出力する。上記制御装置１６３は上記シーケンサ１６９から送られてきた振動周波数／振幅データから動作すべき実行データを演算し、そのデータを指令値として上記ボイスコイルモータ１４１の励磁帰還制御を行う。上記励磁機構１６５は励磁用の直流電源と半導体電力開閉器から構成されていて、振動溶着動作時のみ励磁して省電力、省発熱に寄与する。

上記制御装置１６３には、励磁指令信号出力端子１７１、波形出力端子１７３、センサ信号入力端子１７５、シーケンサ用双方向通信端子１７７が設けられている。上記励磁指令信号出力端子１７１には上記励磁機構１６５が接続されており、上記波形出力端子１７３には上記電力増幅器（ＰＷＭ電力増幅器／リニア電力増幅器）１６７が接続されており、上記シーケンサ用双方向通信端子１７７には上記シーケンサ１６９が接続されている。

上記励磁機構１６５には上記ボイスコイルモータ１４１の励磁コイル１４７が接続されており、上記電力増幅器（ＰＷＭ電力増幅器／リニア電力増幅器）１６７には上記ボイスコルモータ１４１の駆動コイル１５１が接続されている。又、上記制御装置１６３には上記温度センサ１５７、電流センサ１５９、振幅センサ１６１が接続されている。

上記ボイスコイルモータ１４１は、上記制御装置１６３により上記励磁コイル１４７に通電されることで励磁され、この状態で上記制御装置１６３により上記駆動コイル１５１に通電することにより所定の振動が発生し、その振動が上記連結部材１３１、１３３、支持部材９３を介して、被溶着対象物Ｂ保持部１０１に伝達される。それによって、上記被溶着対象物Ｂ保持部１０１ひいてはそこに吸着保持されている上記被溶着対象物Ｂに所定の振動周波数／振幅の振動が付与される。

上記上部フレーム５には上記被溶着対象物Ｂ保持部１０１の前後方向（図１中左右方向）の位置を検出するための図示しない位置センサが設置されている。上記位置センサは、例えば、超音波、赤外線、又は、レーザを用いて上記被溶着対象物Ｂ保持部１０１の前後方向（図１中左右方向）の位置を検出する。

上記制御装置１６３は図８に示すような構成になっている。まず、振動波形データテーブル１８１があり、この振動波形テーブル１８１には予め複数種類の振動波形が記憶されている。本実施の形態の場合には、少なくとも、「余熱溶融」を実行するための「前期振動波形」と、「振動溶着」を行うための「後期振動波形」が記憶されている。上記「前期振動波形」は高い周波数／小さな振幅の振動波形であり、上記「後期振動波形」は低い周波数／大きな振幅の振動波形である。上記振動波形データテーブル１８１からの信号は周波数演算器１８３に入力される。
尚、本実施の形態の場合には、例えば、５０Ｈｚ～３００Ｈｚの範囲で振動周波数を調整するものである。上記「前期振動波形」、「後期振動波形」の振動週数は５０Ｈｚ～３００Ｈｚの範囲で決定される。

上記周波数演算器１８３からの信号は乗算器１８５に入力される。上記乗算器１８５には振幅指令値１８７が入力される。上記乗算器１８５は上記周波数演算器１８３からの周波数信号と振幅指令値とを乗算する。又、振幅制御器１８９、電流制御器１９１が設けられている。上記振幅制御器１８９は比較器１９３と振幅比例ゲインｋｐ１９５とから構成されていて、上記電流制御器１９１は比較器１９７と電流比例ゲインｋｐ１９９とから構成されている。上記乗算器１８５からの信号は上記比較器１９３に入力され、比較器１９３からの信号は振幅比例ゲインｋｐ１９５に入力される。上記振幅比例ゲインｋｐ１９５からの信号は比較器１９７に入力され、比較器１９７からの信号は電流比例ゲインｋｐ１９９に入力される。

上記電流比例ゲインｋｐ１９９からの信号は既に説明した電力増幅器（ＰＷＭ電力増幅器／リニア電力増幅器）１６７に入力される。上記電力増幅器（ＰＷＭ電力増幅器／リニア電力増幅器）１６７からの信号は既に説明したボイスコイルモータ１４１の駆動コイル１５１に入力される。

上記電力増幅器（ＰＷＭ電力増幅器／リニア電力増幅器）１６７の出力側には上記電流検出器１５９が設置されていて、この電流検出器１５９からの信号は上記比較器１９７に入力される。又、既に説明した温度センサ１５７からの信号は温度管理機構２０５に入力される。又、既に説明した振幅センサ１６１からの信号は上記比較器１９３に入力される。又、制御時間管理機構２０７があり、この制御時間管理機構２０７によって予め設定された時間にしたがってプログラムが実行される。本実施の形態の場合には、振動溶着は５０Ｈｚ～３００Ｈｚが振動周波数となる。その為、上記ＰＷＭ電力増幅器で５０μｓｅｃ毎にプログラムが実行され、リニア電力増幅器では１０μｓｅｃ毎にプログラムが実行される。

尚、図示を省略しているが、被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ａ保持部６１にセットした後に押す押し釦スイッチ、被溶着対象物Ｂを被溶着対象物Ｂ保持部１０１にセットした後に押す押し釦スイッチ、スタート釦が設けられているとともに、動作部を遮蔽する安全シャッタが設置されている。

次に、図９乃至図１４を参照してこの第１の実施の形態による作用について説明する。
尚、被溶着対象物Ａ、被溶着対象物Ｂとしては様々なものが想定されるが、一例として、車両用の樹脂製ランプケースが考えられる。図１０はその樹脂製ランプケースを示している。
まず、図９を参照して、作業・動作を工程順に説明する。
最初に、被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ａ保持部６１にセットする（工程１）。次に、押し釦スイッチを操作して吸着機構「ＯＮ」の信号を送る。（工程２）。次に、吸着機構によって上記被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ａ保持部６１によって固定する（工程３）。
次に、被溶着対象物Ｂを被溶着対象物Ｂ保持部１０１にセットする（工程４）。次に、押し釦スイッチを操作して吸着機構「ＯＮ」の信号を出力する。（工程５）。次に、吸着機構によって上記被溶着対象物Ｂを被溶着対象物Ｂ保持部１０１によって固定する（工程６）。
ここまでの状態を図１１（ａ）に示す。

次に、スタート釦を押す（工程７）。次に、安全シャッタが閉じる（工程８）。次に、被溶着対象物Ａ保持部６１が弱い圧力で下降し被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ｂに当接させる（工程９）。次に、高い周波数と小さな振幅の振動を開始し（工程１０）、弱い加圧力で余熱溶融を開始する（工程１１）。
次に、被溶着対象物Ａ保持部６１が予め設定された任意に位置に達した後、加圧力を上げるとともに低い周波数と大きな振幅の振動に切り替え、溶着時の粉、髭バリの発生を抑える（工程１２）。次に、振動溶着を行い（工程１３）、被溶着対象物Ａ保持部６１が予め設定された溶着位置に達した後、振動を停止する（工程１４）。
ここまでの状態を図１１（ｂ）に示す。

次に、被溶着対象物Ａ保持部６１の吸着を解除し（工程１５）、溶着された製品を被溶着対象物Ｂ保持部１０１に残した状態で被溶着対象物Ａ保持部６１が上昇する（工程１６）。
ここまでの状態を図１１（ｃ）に示す。
次に、安全シャッタが開き（工程１７）、次に、製品をアンクランプする（工程１８）。そして、溶着された製品を取り出す（工程１９）。
製品を図１０（ｂ）に示す。

尚、溶着作業の開始前、又は、終了後に、上記ボイスコイルモータ１４１により振動数が小さく振幅の大きな(例えば、１０ｍｍ程度)振動を行い、直動ガイド機構８３や直動ガイド機構１２５の内部に潤滑油９１を浸透させる動作を行う。これにより、図示しない複数の鋼球間にも上記潤滑油９１が浸透し、上記直動ガイド機構８３や直動ガイド機構１２５が円滑に動作する状態を保つ。

次に、制御装置１６３の情報処理について、図１２乃至図１４のフローチャートを参照して説明する。
まず、図１２を参照して基本的な内容について説明する。最初に、被溶着対象物Ａ保持部６１に吸着信号を出力する（ステップＳ１）。次に、被溶着対象物Ｂ保持部１０１に吸着信号を出力する（ステップＳ２）。次に、被溶着対象物Ａ保持部６１を降下させて被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ｂに当接させる（ステップＳ３）。次に、ボイスコイルモータ１４１によって予め設定された高い振動数／小さな振幅の振動を発生させるとともに、サーボプレス４１によって被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ｂに弱い力で加圧させる（ステップＳ４）。

次に、被溶着対象物Ａ保持部６１が予め設定された位置まで降下したか否かが判別される（ステップＳ５）。予め設定された位置まで降下していないと判別された場合にはステップＳ４に戻る。予め設定された位置まで降下したと判別された場合にはステップＳ６に移行する。ステップＳ６ではボイスコイルモータ１４１によって予め設定された低い振動数／大きな振幅の振動を発生させるとともに、サーボプレス４１によって被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ｂに強い力で加圧させる。この切り替えによって粉や髭バリの発生を抑制する。

次に、ステップＳ７に移行する。このステップＳ７において被吸着対象物Ｂ保持部６１が予め設定された位置まで降下したか否かが判別される（ステップＳ７）。予め設定された位置まで降下していないと判別された場合にはステップＳ６に戻る。予め設定された位置まで降下したと判別された場合にはステップＳ８に移行する。ステップＳ８においてボイスコイルモータ１４１を停止させる。次に、ステップＳ９に移行して、被吸着対象物Ａ保持部６１による吸着を解除するとともに被吸着対象物Ａ保持部６１を上昇させる。
ここまでの処理によって被吸着対象物Ｂ保持部１０１側に被吸着対象物Ｂに被吸着対象物Ａが溶着された製品が残存した状態となる。

次に、図１３、図１４を参照して、制御装置１６３におけるさらに細かな処理について説明する。
まず、ステップＳ１１において振動波形選択処理が実行される。次に、ステップＳ１２に移行して、起動フラグのＯＮ／ＯＦＦが判別される。次に、ステップＳ１３に移行して選択した振動波形が読み出される。次に、ステップＳ１４に移行して周波数が決定される。次に、ステップＳ１５に移行して振幅が生成される。次に、ステップＳ１６に移行して周波数振幅指令値が成立される。

次に、ステップＳ１７に移行して現在位置が読み出される。次に、ステップＳ１８に移行して位置誤差が演算される。次に、ステップＳ１９に移行して電流指令値が算出される。次に、ステップＳ２０に移行して、現在電流値が読み出される。次に、ステップＳ２１に移行して電流誤差が演算される。次に、ステップＳ２２に移行して、電流信号が出力される。その後、ステップＳ１３に戻る。

図１４に示すように、制御時間管理機構２０７によって制御時間が管理されていて（ステップＳ３１）、次にステップＳ３２に移行して起動フラグがセットされる。

次に、この一実施の形態による効果について説明する。
まず、被溶着対象物Ｂに振動を付与するための駆動源としてボイスコイルモータ１４１を使用しているので、溶着作業中に振動周波数／振幅の調整が可能となり、それによって、粉や髭バリの発生を抑えることができる。
粉や髭バリの発生を抑えることができるので従来余儀なくされていた煩雑な後処理作業を不要とすることができる。

又、直動ガイド機構８３はオイルバス８１内に設置されており、直動ガイド機構１２５はオイルバス１２３内に設置されているので、上記直動ガイド機構８３や上記直動ガイド機構１２５の動作を円滑にすることができる。
又、溶着作業の開始前、又は、終了後に、上記ボイスコイルモータ１４１により振動数が小さく振幅の大きな（例えば、１０ｍｍ程度）振動を行い、直動ガイド機構８３や直動ガイド機構１２５の内部に潤滑油９１を浸透させる動作を行うので、図示しない複数の鋼球間にも上記潤滑油９１を浸透させ、上記直動ガイド機構８３や直動ガイド機構１２５の動作を更に円滑にすることができる。

又、上記振動ワーク保持部１０１の振動が停止される際は、必ず上記振動ワーク保持部１０１が原点位置で停止されるようになっているので、上記第１の溶着対象物１６１と上記第２の溶着対象物１６３を正確な位置で溶着させることができる。

次に、図１５を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には電磁石型のボイスコイルモータを例に挙げて説明したが、この第２の実施の形態の場合には永久磁石型のボイスコイルモータ３０１を例に挙げて説明するものである。

上記ボイスコイルモータ３０１は図１３に示すような構成になっている。まず、ハウジング３０３があり、このハウジング３０３は、ハウジングホルダ３０５と、このハウジングホルダ３０５に取り付けられた外側円筒部３０７と、内側円筒部３０９とから構成されている。上記外側円筒部３０７は複数本（この実施の形態の場合には８本）の固定ボルト３１０によって上記ハウジングホルダ３０５に固定されている。上記内側円筒部３０９は複数本（この実施の形態の場合には８本）の固定ボルト３１２によって上記ハウジングホルダ３０５に固定されている。

上記外側円筒部３０７の内周面には外側マグネット３１１が設置されていて、上記内側円筒部３０９の外周面には内側マグネット３１３が設置されている。上記外側マグネット３１１と内側マグネット３１３との間には空間３１５が形成されている。又、振動駆動部３１７が設置されていて、この振動駆動部３１７には円筒部３１９が設けられている。上記円筒部３１９の外周には駆動コイル３２１が巻回されている。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じである。

上記駆動コイル３２１に所定の周波数の交流電流を流すことにより、励磁のＮ、Ｓ極により前後の振動動作が発生する。以下、前記第１の実施の形態の場合と同様の作用を奏する。

上記構成によると前記第１の実施の形態の場合と略同様の効果を奏することができる。

尚、本発明は前記第１、第２の実施の形態に限定されない。
まず、前記第１、第２の実施の形態の場合には、被溶着対象物Ａ保持部の鉛直方向の位置に応じて、ボイスコイルモータによる振動の振動周波数／振幅を切り替えるようにしたが、それに限定するものではない。
例えば、時間の経過に応じてボイスコイルモータによる振動の振動周波数／振幅を切り替えるようにしてもよい。
又、前記第１、第２の実施の形態の場合には、振動の振動周波数／振幅を二段階で切り替えるようにしたが、三段階以上で切り替えることも考えられる。
又、振動の振動周波数／振幅を段階的に切り機変えるのではなく、例えば、被溶着対象物Ａ保持部の鉛直方向の位置に応じて、又は、経過時間に応じて連続的に変化させるようにしても良い。
又、ボイスコイルモータの構成としては図示したものは一例であり様々な構成が考えられる。
又、被溶着対象物Ａ、Ｂの固定手段として、吸着の代わりにクランプする構成も考えられる。
その他、図示した構成はあくまで一例である。

本発明は、振動溶着機に係り、特に、溶着途中における振動周波数／振幅の調整を可能にし、それによって、溶着中の粉やバリの発生を防止できるように工夫したものに関し、例えば、プラスチック製品の製造に用いる溶着機に好適である。

１ 振動溶着機
４１ サーボプレス（加圧手段）
６１ 被溶着対象物Ａ保持部
８１ オイルバス
８３ 直動ガイド機構
１０１ 被溶着対象物Ｂ保持部
１２５ 直動ガイド機構
１４１ ボイスコイルモータ
１６３ 制御装置
１６９ シーケンサ
３０１ ボイスコイルモータ

Claims (11)

1. 被溶着対象物Ａを被溶着対象物Ｂに当接させながら加圧し、上記被溶着対象物Ｂに振動を付与することにより、上記被溶着対象物Ａと被溶着対象物Ｂを溶着させる振動溶着機において、
   上記被溶着対象物Ｂに振動を付与するための駆動源としてボイスコイルモータを使用したことを特徴とする振動溶着機。
2. 請求項１記載の振動溶着機において、
   上記被溶着対象物Ａを保持する被溶着対象物Ａ保持部と、
   上記被溶着対象物Ｂを保持する被溶着対象物Ｂ保持部と、
   上記被溶着対象物Ａ保持部を上記被溶着対象物Ｂ保持部方向に移動させて加圧する加圧手段と、
   上記被溶着対象物Ｂ保持部に任意の振動数、振幅の振動を付与する上記ボイスコイルモータと、
   上記加圧手段と上記ボイスコイルモータを制御する制御手段と、
   を具備したことを特徴とする振動溶着機。
3. 請求項２記載の振動溶着機において、
   上記制御手段は溶着初期から終期にかけて上記加圧手段による加圧の強弱を制御するとともに、上記ボイスコイルモータによる振動の周波数と振幅を制御するものであることを特徴とする振動溶着機。
4. 請求項３記載の振動溶着機において、
   上記制御手段は上記加圧手段による加圧の強弱を複数段階で切り替えるとともに、上記ボイスコイルモータによる振動の周波数と振幅を複数段階に切り替えることを特徴とする振動溶着機。
5. 請求項３記載の振動溶着機において、
   上記制御手段は上記被溶着対象物Ａと被溶着対象物Ｂの距離に応じて複数段階に切り替えることを特徴とする振動溶着機。
6. 請求項３記載の振動溶着機において、
   上記制御手段は溶着開始からの時間に応じて複数段階に切り替えることを特徴とする振動溶着機。
7. 請求項２記載の振動溶着機において、
   上記被溶着対象物Ｂ保持部は直動ガイド機構によって支持されていて、
   上記直動ガイド機構はオイルバス内に設置されている又はグリースが供給される構成になっていることを特徴とする振動溶着機。
8. 請求項７記載の振動溶着機において、
   溶着作業の合間に上記ボイスコイルモータによる振幅の大きな振動動作を行なって上記直動ガイド機構の潤滑を改善することを特徴とする振動溶着機。
9. 請求項７記載の振動溶着機において、
   上記直動ガイド機構は球循環リニア軸受であることを特徴とする振動溶着機。
10. 請求項２記載の振動溶着機において、
    上記ボイスコイルモータは電磁石又は永久磁石を備えていて、そこには温度センサが内装されていることを特徴とする振動溶着機。
11. 請求項２記載の振動溶着機において、
    上記ボイスコルモータには冷却ファンが設けられていることを特徴とする振動溶着機。

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