JP3043605B2 - 振動溶着機における溶着圧力制御装置 - Google Patents

振動溶着機における溶着圧力制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、熱可塑性材料か
らなる複数の加工材に相対振動を与えて摩擦熱により溶
着する振動溶着技術分野に属するものであって、殊に加
工材への加圧力をタイムリに変更調節可能とした溶着圧
力制御装置技術に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の振動溶着加工機にあって
溶着される加工材に振動を与えつつ、その対接面に加圧
力を与えて溶着する技術として、例えば、公知例として
挙げられる特公昭５６−３０１６５号公報（公知例）に
は、摩擦溶接装置が開示されており「プラスチック加工
物の接合表面に予め押え付ける力と溶接時間を決めて相
対運動を誘発させ溶着加工を実施し、予め設定した寸法
で溶着処理する技術」が開示されている（公知例中特許
公報第２欄参照）。
【０００３】前記の公知例のもののタイムチャートは図
５に示す従来ケースの如くに、溶着期間中には溶着され
る加工材間には、一定の加圧力が与えられることになる
ものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記した如くに、予め
溶着加工時間を設定して所定の加圧力の下で溶着加工を
達成するものにあっても、円滑にプラスチック材を溶着
加工できるものであることは言うまでもないことである
が、尚改善することが好ましい点が解決課題として残さ
れていた。
【０００５】即ち、この種の溶着加工の際には所要の溶
融温度に到達するため、比較的に高い圧力で加圧する必
要がある。
【０００６】しかしながら、溶融が開始されると加工材
の圧縮抵抗力が低下するにも拘らず同じように高い圧力
で加圧し続けると、その結果として溶融領域を必要以上
に押し潰してしまうこととなり、冷却硬化後の溶着寸法
にバラツキを生じ、均質な溶着強度を得ることが困難で
あるという不具合がみられた。
【０００７】この発明の第１の目的は、前記の不具合を
解消しうるものを提供することである。
【０００８】この発明の第２の目的は、溶着圧力を経時
的に変更させ、溶融状態に適合する適度な加圧力を加工
材に供与することになり、溶着寸法並びにその強度の点
での均質化を図ったものを提供することである。
【０００９】この発明の第３の目的は、溶着加工の初期
において溶着圧力を大にし、所定時間経過後に溶着圧力
を減少させることにより、高品質の溶着加工をなしうる
ものを提供することである。
【００１０】この発明の第４の目的は、溶着圧力の調節
が供給電気量を変更するだけで達成できるものであるた
め、軽便な調節操作によって良品質の溶着処理をなしう
るものを提供することである。
【００１１】この発明の第５の目的は、供給電気量を可
変状に調節可能となしたものであるから無駄なく効率的
に電力利用ができ、低コスト化を図ることができるもの
を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記した諸種の目的を達
成するためのこの発明の解決手段は次の通りである。
【００１３】(1) 熱可塑性材料からなる複数の加工材を
互いに圧接させ、相対移動による摩擦熱を発生させて溶
融し接着させる振動溶着機であって、前記加工材の加圧
手段の加圧力を変更調節する制御手段において、電流値
もしくは電圧値などの供給電気量並びに当該電気量の供
給時間を無段階的に変更調節可能に構成して、予め設定
された異なる加圧力で所定の時間加圧手段を作動して加
工材を加圧し、振動溶着処理しうる振動溶着機における
溶着圧力制御装置。
【００１４】(2) 前記制御手段において、前記供給電気
量を溶着加工初期において大として加圧手段の加圧力を
高くし、所定時間経過後に前記供給量を減少させて前記
加圧力を低下させるよう制御可能となした前記(1) 記載
の振動溶着機における溶着圧力制御装置。
【００１５】(3) 前記制御手段が前記供給電気量調整部
と、電気量の供給時間を制御するタイマ部とを具備して
なる溶着圧力調整手段で構成されてなる前記(1) 又は
(2) 記載の振動溶着機における溶着圧力制御装置。
【００１６】以上の如く構成された対応手段によれば、
加工材の加圧力や加圧時間を適宜変更して加工材を振動
溶着処理しうるものである。
【００１７】又、前記した各手段によって、前記した第
１乃至第５の各目的は、いずれも効果的に達成出来るも
のである。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の内容を図示の実
施の形態に基づいて説明する。
【００１９】(1) 構成 図１にはその振動溶着機の溶着圧力制御装置（ＤＥ）の
機能ブロック図が示されており、加圧手段１のリフトテ
ーブル１１上に交換可能に固設した下側治具１２内には
容器状の下側のプラスチックパーツＢを装填可能とする
と共に、当該下側のプラスチックパーツＢに対接されて
溶着加工される上側のプラスチックパーツＡを、金属製
の治具プレート２１を介装して振動手段２のバイブレー
タプレート２２の下面に垂設した上側治具２３内に装填
可能となしており、電磁駆動型等の振動発生手段３をバ
イブレータスプリング２４を介装して前記バイブレータ
プレート２２に連結しており、両プラスチックパーツ
Ａ，Ｂのリップ部ａ，ｂを上側治具１２と下側治具２３
の間で圧接状に挾持して振動溶着させうるように配備し
ている。
【００２０】次に、この装置（ＤＥ）の制御内容につい
て説明する。
【００２１】図１に示すように、この装置（ＤＥ）の中
央制御手段１００では、後述する操作手段２００におけ
るマニュアル操作によって設定・調整された指示に基づ
いて、前記の振動発生手段３をタイムリに始動させてバ
イブレータプレート２２を振動させうるものである。
【００２２】又、この中央制御手段１００からの指示に
基づいて、後述の溶着圧力調整手段３００ならびにリフ
トテーブル作動手段１３を作動させるように構成されて
いる。
【００２３】ところで、前記の操作手段２００は、図示
しないこの装置（ＤＥ）のケーシングに設けられたマニ
ュアル操作パネルに配設されていて、少なくともこの装
置（ＤＥ）の始動もしくは停止を指示するメインスイッ
チ部２１０，溶着圧力設定部２２０，溶着時間設定部２
３０，供与される電流もしくは電圧を切換え可能とした
電流・電圧切換部２４０および溶着フェーズ選択部２５
０を設けている。
【００２４】又、前記の溶着圧力調整手段３００には、
可変抵抗器などを具備する電流調整部３１０や、変圧器
などからなる電圧調整部３２０ならびにタイマ部３３０
が設けられており、その機能については後述する「(2)
使用法」において説明する。
【００２５】更に、前記した加圧手段１におけるリフト
テーブル作動手段１３には、適宜の連結手段を介装して
リフトテーブル１１に連結された流体シリンダ１３２と
流体貯留部１３３から供給される流体を前記流体シリン
ダ１３２に供給可能とした比例減圧弁部１３１を含んで
おり、当該比例減圧弁部１３１の機能としては、供給さ
れる電流もしくは電圧の容量に応じてその供給量が増加
すれば高圧状の流体を流体シリンダ１３２に供給し、他
方、これが減少すれば低圧状の流体を前記流体シリンダ
１３２にその加圧力を増減させて供給可能に構成してい
る。
【００２６】尚、図中Ｐは電源４００を示すものであ
る。
【００２７】(2) 使用法 次に前記の装置（ＤＥ）について、溶着圧力を２段階に
変更させるケース（１）と、３段階に変更させるケース
（２）について図２乃至図４に示すフローチャートなら
びにタイムチャートをも参照しつつ説明する。
【００２８】ケース（１），（２）の共通作業ステッ
プ。 図１に示すように、上側治具２３と下側治具１２内に溶
着される上側および下側のプラスチックパーツＡ，Ｂを
セットし、メインスイッチ部２１０を操作すると、溶着
作業の安全を期すために設けられた図示しない装置（Ｄ
Ｅ）の前面ドアが閉じられ、続いてリフトテーブル１１
が上昇され、更に、両プラスチックパーツＡ，Ｂのリッ
プ部ａ，ｂを合致させ、高圧状に加圧しながら振動発生
手段３を始動させ、両プラスチックパーツＡ，Ｂの接合
面を摩擦熱によって溶融し（溶融サイクル）、加圧状態
において両プラスチックパーツＡ，Ｂを自然冷却し（ホ
ールドサイクル）、リフトテーブル１１を下降させ、前
面ドアが開放されて溶着加工が完了するものである。
【００２９】又、操作手段２００のマニュアル操作につ
いても、予め溶着圧力，溶着時間等を各設定部２２０，
２３０によって設定し、供給量を変更調節可能とした電
流もしくは電圧の選択的供給を、その切換部２４０によ
って切換えて設定した後、メインスイッチ部２１０を操
作することにより、電源４００からの電気が供給されて
溶着加工が実行されるものである。
【００３０】以下の作業ステップについては、電流・電
圧切換部２４０を操作して供給電流値を変更可能に供給
する場合を例として説明する。
【００３１】ケース（１）の作業ステップ。 この場合には、図４におけるケース（１）に示すよう
に、操作手段２００におけるフェーズ選択部２５０にお
いてフェーズ（１）を選択することによってタイマ部３
３０は溶着圧力を２段階に変更させうるものであって、
予め設定された第１の溶着設定時間（ＷＴ1 ）中は、溶
着圧力を高圧（Ｈ1 ）でリフトテーブル１１を上昇させ
て高温状で溶融処理を行ない、残り時間（ＬＴ1 ）にお
いては溶着圧力を低圧（Ｌ1 ）となし冷却硬化させるも
のであって、溶着設定圧力が２段階に変更されるもので
ある。
【００３２】前記の作業ステップを図２に示すフローチ
ャートに基づいて説明すると次の通りである。
【００３３】即ち、メインスイッチ部２１０が操作され
る溶着圧力調整手段３００のタイマ部３３０がスタート
され（ステップ１）、電流調整部３１０において調整さ
れた電流値の電流がリフトテーブル作動手段１３の比例
減圧弁部１３１に供給され、流体貯留部１３３から供給
される流体を比較的に高圧状（設定圧力Ｈ1 ）となして
流体シリンダ１３２に供給してリフトテーブル１１を上
昇させて、上側・下側のプラスチックパーツＡ，Ｂのリ
ップ部ａ，ｂを当接させる（ステップ２）。
【００３４】引き続いて中央制御手段１００によって調
整されたタイミングで電磁手段などで構成された振動発
生手段３に通電してバイブレータプレート２２と共に、
上側治具２３内に装填したプラスチックパーツＡに振動
を与えて、高圧状に圧接された圧接面において摩擦熱を
発生させて溶融を開始させる（ステップ３）。
【００３５】この状態で、一旦流体シリンダ１３２を停
止させ、前記の設定圧力（Ｈ1 ）のままでプラスチック
パーツＡに振動を与え続けて摩擦熱により溶融を継続さ
せる（ステップ４）。
【００３６】次で、設定時間（ＷＴ1 ）が経過すると前
記の中央制御手段１００により振動発生手段３が停止さ
れ、残り時間（ＬＴ1 ）の間ホールドサイクルとなりプ
ラスチックパーツＡ，Ｂの接着が実行される（ステップ
５）。
【００３７】その後に溶融領域が冷却され硬化された
後、リフトテーブル１１を下降させ、完成製品を取り出
しうるものである（ステップ６）。
【００３８】ケース（２）の作業ステップ。 この場合は、図４におけるケース（２）に示すように、
操作手段２００におけるフェーズ選択部２５０におい
て、フェーズ１と２を選択することによって、タイマ部
３３０は溶着圧力を３段階に変更させうるものであっ
て、予め設定された第１の溶着設定時間（ＷＴ2 ）中は
設定圧力を超高圧（ＨＨ2 ）の状態でリフトテーブル１
１を上昇させて第１段階の溶融処理を行なうものであ
る。
【００３９】従って、この場合の溶着圧力は超高圧（Ｈ
Ｈ2 ）であるため、両プラスチックパーツＡ，Ｂの溶融
は急速に進行されることとなる。
【００４０】続いて、第１の溶着設定時間（ＷＴ2 ）の
経過後には、一旦比例減圧弁部１３１への供給電流値を
大幅に減少させて、低圧（ＨＬ3 ）状にリフトテーブル
１１の加圧力を減少させ、タイマ部３３０で設定された
第２の溶着時間（ＷＴ3 ）の間振動が与えられて比較的
低温状態で溶着処理が継続される。
【００４１】これによって、十分に溶融軟化されたプラ
スチックパーツＡ，Ｂのリップ部ａ，ｂは、必要以上に
強い加圧力で押圧されて押し潰されるおそれがないこと
が保証されるものである。
【００４２】その後、ケース（１）と同程度の設定圧力
（Ｌ2 ）の状態で残り時間（ＬＴ2）の間接着加工がな
されるものであって、このケース（２）が前記ケース
（１）と相違する点は、溶着加工の初期において超高圧
で両プラスチックパーツＡ，Ｂを加圧して高温状態で溶
融を促進させ、その後に低圧状態で引き続いて両プラス
チックパーツＡ，Ｂを加圧して溶融させるようにした点
に特徴があるものである。
【００４３】前記の作業手順を図３に示すフローチャー
トに基づいて説明すると次の通りである。
【００４４】ステップ１Ａは、ケース（１）と同様であ
る。
【００４５】ステップ２Ａにおいては、超高圧状となし
た流体を流体シリンダ１３２に供給して、リップ部ａ，
ｂを超高圧状に圧接させるものである。
【００４６】ステップ３Ａ，４Ａは、前記ステップ３と
同様である。
【００４７】続いて、ステップ７Ａにおいては、タイマ
部３３０により比例減圧弁部１３１への電流の供給値が
大幅に減少されて設定圧力が低圧（ＨＬ3 ）状とされた
状態で振動が継続されて軟化されたリップ部ａ，ｂを減
圧状態で溶融処理する。
【００４８】更に、この第２溶着時間（ＷＴ3 ）が経過
すると一旦比例減圧弁部１３１によりリフトテーブル１
１の加圧力を上昇させ振動を停止させて、残り時間（Ｌ
Ｔ2）の間接着加工を実行するものである（ステップ８
Ａ）。
【００４９】その後、リフトテーブル１１を下降させ、
完成製品を取り出す手順についてはケース（１）と異な
るところはない（ステップ９Ａ）。
【００５０】なお、この実施の形態にあっては、ケース
（１）および（２）において、多段階的に加圧力を変更
調節する場合について説明したが、比例減圧弁部１３１
への供給電力を無段階的（アナログ状）に変更させ、加
圧力を無段階状に増減変更させうるように構成すること
も設計変更の範囲にあることは言うまでもないことであ
る。
【００５１】又、ケース（１）および（２）についての
溶着加工工程にあって供給電気として変更可能な電圧値
を利用する場合には、操作手段２００における電流・電
圧切換部２４０を操作して、溶着圧力調整手段３００に
おける電圧調整部３２０を作動させて、前記したと同様
に比例減圧弁部１３１を操作するように設定しても同様
の結果が得られるものである。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、次のよ
うな特有の効果を奏することが出来るものである。
【００５３】供給電気量を変更することによって溶着
圧力を変更調節可能であるため、高品質の溶着加工を軽
便な操作によって達成しうるものである。
【００５４】溶着加工の初期段階において溶着圧力を
高くして高温状態の摩擦熱を発生させて高速状に加工材
を溶融させ、所定時間経過後には前記溶着圧力を低減さ
せて加工材の無理な押し潰しを未然防止して強度が大き
く、均質な溶着処理を達成しうるものである。
【００５５】供給電気量を無駄なく有効利用出来るの
で、大幅なコスト低減を達成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１におけるケース１の作動状態を示すフロー
チャート。
【図３】図１におけるケース２の作動状態を示すフロー
チャート。
【図４】図２ならびに図３におけるタイムチャート。
【図５】従来技術におけるタイムチャート。
【符号の説明】
ＤＥ 溶着圧力調節装置 １ 加圧手段 １１ リフトテーブル １２ 下側治具 １３ リフトテーブル作動手段 １３１ 比例減圧弁部 １３２ 流体シリンダ １３３ 流体貯留部 ２ 振動手段 ２１ 治具プレート ２２ バイブレータプレート ２３ 上側治具 ３ 振動発生手段 １００ 中央制御手段 ２００ 操作手段 ２１０ メインスイッチ部 ２２０ 溶着圧力設定部 ２３０ 溶着時間設定部 ２４０ 電流・電圧切換部 ２５０ 溶着フェーズ選択部 ３００ 溶着圧力調整手段（制御手段） ３１０ 電流調整部 ３２０ 電圧調整部 ３３０ タイマ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−76382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−87582（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−124384（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−195183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−23588（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−545（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭53−41107（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 65/06 - 65/08 B23K 20/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性材料からなる複数の加工材を互
    いに圧接させ、相対移動による摩擦熱を発生させて溶融
    し接着させる振動溶着機であって、前記加工材の加圧手
    段の加圧力を変更調節する制御手段において、電流値も
    しくは電圧値などの供給電気量並びに当該電気量の供給
    時間を無段階的に変更調節可能に構成して、予め設定さ
    れた異なる加圧力で所定の時間加圧手段を作動して加工
    材を加圧し、振動溶着処理しうる振動溶着機における溶
    着圧力制御装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段において、前記供給電気量
    を溶着加工初期において大として加圧手段の加圧力を高
    くし、所定時間経過後に前記供給量を減少させて前記加
    圧力を低下させるよう制御可能となした請求項１記載の
    振動溶着機における溶着圧力制御装置。
  3. 【請求項３】 前記制御手段が前記供給電気量調整部
    と、電気量の供給時間を制御するタイマ部とを具備して
    なる溶着圧力調整手段で構成されてなる請求項１又は２
    記載の振動溶着機における溶着圧力制御装置。
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