JP5131963B2 - 振動溶着装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動溶着装置に関し、特に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に吸着機構を介して上型を強力に固定するようにした振動溶着装置に関する。

この振動溶着装置は、ボルスタと、バイブレータヘッドと、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と、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と、バイブレータヘッドを昇降駆動させる昇降駆動機構を備えており、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、自動車工場等において、自動車のエンジン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、それら合成樹脂部品の上半体と下半体を予め成形し、その上半体と下半体を振動溶着装置にセットし、下半体を下型に保持し、その下半体に上半体を載置してそれらの接合面を当接させ、バイブレータヘッドに固定された上型を上方から上半体に係合させて下方へ押圧しながら、バイブレータヘッドにより上型と上半体に微小振動を付与して摩擦による発熱により上半体と下半体の接合面を溶着する。

ここで、前記の溶着の際、例えば２４０Ｈｚの微小振動をバイブレータヘッドから上型に付与するが、このとき上型には約３００Ｇもの加速度が付加されるため、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。上型とドライブプラテンとの間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機構が採用されている。多種製品を混流生産するシステムの下では、接合対象のワークの変更に応じて、下型と上型を頻繁に交換する必要があるため、金型をドライブプラテンに強力に固定する一方で、いかに迅速に、１秒でも短い時間で、金型交換できるかが重要である。

特許文献１の振動溶着装置では、ドライブプラテンに上型を固定するために、ドライブプラテンの下面に複数のコーン体をボルトで固定し、上型に複数のコーン体に対応する複数の円錐状孔を設け、ドライブプラテンの複数のコーン体を上型の複数の円錐状孔に嵌合させることで、上型を精密に位置決めした状態で、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ように構成されている。
特開平１１−２７７６３１号公報

しかし、特許文献１の振動溶着装置では、ドライブプラテンに上型を固定するための部材として、複数のコーン体、これらコーン体をドライブプラテンに固定する複数のボルト、上型をドライブプラテンに固定する多数のボルトなどを採用しているため、それらの上型を固定用の部材の総重量が大きくなるため、微小振動を発生する微小振動発生手段の負荷が大きくなり、振動溶着装置が大型化する。

上型をドライブプラテンに多数のボルトで固定するため、上型交換の際に、多数のボルトの締結解除、上型の交換、多数のボルトの締結などの作業を行なわなければならないので、金型交換に多大の労力と時間がかかり、金型交換を迅速に行うことができない。

本発明の目的は、小型化が可能で、ドライブプラテンに上型を迅速且つ簡単に着脱可能な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、ワークの接合面に微小振動を付与して摩擦による発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固定されて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をバイブレータヘッドに固定する複数のボルト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負圧により吸着する吸着機構と、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発生させる第１の油圧クランプ機構とを備えたことを特徴としている。

このドライブプラテンは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、吸着機構により上型がドライブプラテンに負圧で吸着固定され、第１の油圧クランプ機構により発生する微小振動方向と平行方向に向いたクランプ力でもって、上型がドライブプラテンに固定される。上型交換の際には、吸着機構と第１の油圧クランプ機構を解除することで、上型を迅速に且つ簡単に着脱することができる。

請求項２の振動溶着装置は、請求項１の発明において、前記ドライブプラテンは、バイブレータヘッドの下面に当接させて固定される主板を備え、前記吸着機構は、前記主板の外周寄り部に装備されて主板と上型の外周部との間の隙間をシールする閉ループ状のシール部材と、このシール部材よりも内側において主板と上型の間に形成される負圧室と、この負圧室に負圧を導入する負圧導入手段とを有することを特徴としている。

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、前記ドライブプラテンは、前記微小振動方向の主板の一端部に主板と一体形成されて下方に突出するクランプ枠部と、主板の他端部に主板と一体形成されて下方に突出する受止枠部とを有し、前記第１の油圧クランプ機構は、クランプ枠部に前記微小振動方向向きに装着されて上型の側部の上部を受止枠部の方へ押圧可能な複数のピストン部材と、これらピストン部材に夫々油圧を作用させる複数の油圧室と、これら油圧室に油圧を給排可能な第１の油圧給排手段とを有することを特徴としている。

請求項４の振動溶着装置は、請求項１の発明において、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直交する方向に向いたクランプ力を発生させる第２の油圧クランプ機構を設けたことを特徴としている。

請求項５の振動溶着装置は、請求項４の発明において、前記ドライブプラテンは、前記微小振動方向と直交する方向の主板の一端部に主板と一体形成されて下方に突出する１又は複数のクランプ装着部と、主板の他端部に主板と一体形成されて下方に突出し且つ１又は複数のクランプ装着部に対向する受止部とを有し、前記第２の油圧クランプ機構は、１又は複数のクランプ装着部に前記微小振動方向と直交する向きに装着されて上型の側部の上部を受止部の方へ押圧可能な複数のピストン部材と、これらピストン部材に夫々油圧を作用させる複数の油圧室と、これら油圧室に油圧を給排可能な第２の油圧給排手段とを有することを特徴としている。

請求項６の振動溶着装置は、請求項１〜５の何れかの発明において、前記負圧室は、この負圧室に臨むように前記主板に形成されて複数の凹部を有することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、振動溶着装置において、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、ドライブプラテンに上型を固定する為に、微小振動方向と平行方向に向いたクランプ力を発生させる第１の油圧クランプ機構とを設けたので、ドライブプラテンに上型を吸着機構により強力に吸着固定することができるうえ、第１の油圧クランプ機構によって微小振動方向と平行方向に向いたクランプ力を発生させて、ドライブプラテンに上型を固定することができる。

上型をドライブプラテンに負圧で吸着する吸着機構を設け、上型をドライブプラテンに微小振動方向と平行方向に向いたクランプ力で固定する第１の油圧クランプ機構を設けたので、ドライブプラテンに上型を固定する為の機構を軽量化できるから、微小振動を発生させる微小振動発生手段の負荷を軽減でき、振動溶着装置の小型化を図ることができる。

上型の交換の際には、吸着機構と第１の油圧クランプ機構を解除するだけの簡単な操作を介して、上型の固定を迅速かつ簡単に解除でき、また、交換後の上型をセット後に吸着機構と第１のクランプ機構を作動させるという簡単な操作を介して上型を迅速かつ簡単に固定することができる。

請求項２の発明によれば、吸着機構は、ドライブプラテンの主板と上型の間に形成される負圧室と、この負圧室の外周側をシールするシール部材と、負圧室に負圧を導入する負圧導入手段を備えるので、上型の上面のほぼ全面に負圧を作用させて吸着可能であるから、上型を強力に吸着することができる。

請求項３の発明によれば、ドライブプラテンの主板にクランプ枠部と受止枠部とが設けられ、第１の油圧クランプ機構の複数のピストン部材と複数の油圧室とがクランプ枠部に設けられ、第１の油圧クランプ機構により強力なクランプ力を発生可能であるから、第１の油圧クランプ機構とクランプ枠部と受止枠部を小型化して軽量化することができる。

請求項４の発明によれば、ドライブプラテンに上型を固定する為に、微小振動方向と直交する方向に向いたクランプ力を発生させる第２の油圧クランプ機構を設けたので、上型を微小振動方向と直交する方向にも強力に固定することができる。

請求項５の発明によれば、ドライブプラテンの主板に１又は複数のクランプ装着部と受止部とが設けられ、第２の油圧クランプ機構の複数のピストン部材と複数の油圧室とがクランプ装着部に装着されているから、第２の油圧クランプ機構とクランプ装着部と受止部を小型化して極力軽量化することができる。

請求項６の発明によれば、負圧室は、その負圧室に臨むように主板に形成された複数の凹部を有するので、負圧室のボリュームを確保しつつ、主板つまりドライブプラテンの軽量化を図ることができる。

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。

本実施例に係る振動溶着装置は、自動車工場において、例えば、熱可塑性合成樹脂製の吸気マニホールドの下半体と上半体とを下型と上型とで夫々保持して下半体と上半体の接合面を当接状に保持し、バイブレータヘッドからドライブプラテンと上型を介して、それらの接合面に微小振動を付与して摩擦による発熱により下半体と上半体の接合面を溶着するものである。尚、以下、吸気マニホールドの下半体をワークＷ１、上半体をワークＷ２として説明する。尚、吸気マニホールドはワークの一例であり、この振動溶着装置は種々のワークの接合に適用することができる。

図１に示すように、振動溶着装置１は、ボルスタ２と、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と、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と、ボルスタ２上に固定された下型６と、ドライブプラテン４の下面に固定された上型８と、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）と、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）と、ドライブプラテン４に上型８を負圧により吸着する吸着機構２０と、第１，第２の油圧クランプ機構３０Ａ，３０Ｂなどを備えている。尚、以下の説明では、図１、図２における前後左右を前後左右として説明する。

振動発生機構は、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により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６に保持され、ワークＷ２（上半体）はアルミ合金製の上型８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融着状に接合される。下型６は複数の油圧クランプ装置（図示略）によりボルスタ２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１１でバイブレータヘッド３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１〜図５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の下面に当接される主板１０であって、１６本のボルト１１によりバイブレータヘッド３の下面に固定された主板１０を備えている。

主板１０の右端部には、第１の油圧クランプ機構３０Ａが装着されるクランプ枠部１２が一体形成されて下方へ突出している。主板１０の左端部には、上型８の側部の上部が受け止められる受止枠部１３が一体形成されて下方へ突出している。主板１０の後端部には、第２の油圧クランプ機構３０Ｂが装着される２つのクランプ装着部１４が一体形成されて下方へ突出している。主板１０の前端部には、上型８の側部の上部が受け止められる２つの受止部１５が一体形成されて下方へ突出している。

主板１０の下面部分には、吸着機構２０の負圧室２１の一部となる、２行４列に配設された８つの矩形の凹部１６が形成されている。主板１０の前端部分と後端部分には、夫々８個のボルト孔１０ａが縦向きに貫通状に形成され、主板１０はバイブレータヘッド３の下面に当接させた状態で、上記の１６個のボルト孔１０ａに挿通させたボルト１１をバイブレータヘッド３のボルト穴３ａに螺合させることで、強固に固定されている（図７参照）。

次に、吸着機構２０について説明する。
図３〜図６に示すように、吸着機構２０は、負圧室２１と、シール部材２２と、負圧導入手段２３とを有する。負圧室２１は、シール部材２２よりも内側において主板１０と上型８の間に形成され、８つの凹部１６でもって負圧室２１のボリュームが確保されている。シール部材２２は、主板１０の外周寄り部に装備されて主板１０と上型８の外周部との間をシールする閉ループ状のものである。

図３〜図６に示すように、このシール部材２２は、大型のＯリングと同様のものであり、主板１０の外周近傍部に形成されたシール装着溝２４に配設され、このシール装着溝２４に装着された鋼製の枠部材２５により固定保持されている。シール部材２２を固定する枠部材２５は、複数のビス２６により、主板１０のビス装着孔１０ｂに下方から螺合されて固定されている（図８参照）。

図２、図３に示すように、負圧導入手段２３は、ドライブプラテン４の外部に設置された真空ポンプを有し、この真空ポンプは、真空ホース２７と接続金具２８と主板１０に形成された接続通路２９を介して負圧室２１に接続され、負圧室２１に負圧を導入可能になっている。

次に、第１，第２の油圧クランプ機構３０Ａ，３０Ｂについて説明する。
図２〜図６に示すように、第１の油圧クランプ機構３０Ａは、ドライブプラテン４に上型８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発生させるものである。この油圧クランプ機構３０Ａは、クランプ枠部１２に装着された例えば１０組の油圧シリンダ３１により、上型８の側部の上部を受止枠部１３の方へ押圧して上型８をドライブプラテン４に固定するものである。

各油圧シリンダ３１は、クランプ枠部１２の装着孔１２ａに左右方向に移動自在に装着されたピストン部材３３と、ピストン部材３３とプラグ部材３４との間に形成されてピストン部材３３に油圧を作用させる油圧室３５とを備えている。ピストン部材３３のロッド部３３ａの先端部がクランプ枠部１２の内側面から内方へ突出可能であり、ピストン部材３３のピストン部３３ｂは、装着孔１２ａに内嵌されたリング３７に摺動自在に内嵌されている。尚、３つのシール部材３９ａ，３９ｂ，３９ｃも設けられている。１０組の油圧室３５はクランプ枠部１２に透設された環状油路４１と連通油路４２で連通され、この環状油路４１と連通油路４２に油圧を給排可能な油圧給排手段４４が設けられ、油圧給排手段４４は油圧ホース４５と接続金具４６を介して上記の連通油路４２に接続され、１０組の油圧室３５に油圧を給排可能になっている。尚、リング３７は省略可能である。

図２〜図６に示すように、第２の油圧クランプ機構３０Ｂは、ドライブプラテン４に上型８を固定する為に、前記微小振動方向と直交する方向に向いたクランプ力を発生させるものである。第２の油圧クランプ機構３０Ｂは、２つのクランプ装着部１４に装着された計４組の油圧シリンダ３１により、上型８の側部の上部を２つの受止部１５の方へ押圧して上型８をドライブプラテン４に固定するものである。各クランプ装着部１４には２組の油圧シリンダ３１が設けられているが、各油圧シリンダ３１は、前記油圧シリンダ３１と同様に構成されている。油圧シリンダ３１は、クランプ装着部１４の装着孔に前後方向に移動自在に装着されたピストン部材と、ピストン部材とプラグ部材との間に形成されてピストン部材に油圧を作用させる油圧室とを備えている。ピストン部材のロッド部の先端部がクランプ装着部１４の内側面から内方へ突出可能である。

各クランプ装着部１４の２組の油圧シリンダ３１の２つの油圧室３５は、前記環状油路４１と前記連通油路４２と同様の環状油路と連通油路で連通されており、第１の油圧クランプ機構３０Ａの連通油路４２が油圧パイプ４７，４８を介して４組の油圧シリンダ３１の油圧室に連通され、油圧給排手段４４により油圧が給排可能になっている。尚、エア抜き弁４９がクランプ装着部１４の連通油路に接続されている。前記油圧給排手段４４が、第１，第２の油圧給排手段に相当する。

以上説明した振動溶着装置１の作用，効果について説明する。
下型６と上型８を型閉じ状態にして搬入して、下型６を複数の油圧クランプ装置でボルスタ２に固定し、次に、上型８を固定するためバイブレータヘッド３を昇降駆動機構により下降させ、バイブレータヘッド３に固定されたドライブプラテン４の主板１０に上型８の上面を当接させる。次に、負圧導入手段２３を作動させて負圧室２１に負圧を導入して、上型８をドライブプラテン４に負圧により強力に吸着させる。

さらに、油圧給排手段４４を作動させ、油圧ホース４５と油圧パイプ４７，４８を介して第１，第２の油圧クランプ機構３０Ａ，３０Ｂの１４個の油圧室３５に油圧を供給する。すると、第１の油圧クランプ機構３０Ａの１０組のピストン部材３３により、上型８の右端側面の上部が受止枠部１３の方へ押圧され、第２の油圧クランプ機構３０Ｂの４組のピストン部材３３により、上型８の後端側面の上部が受止部１５の方へ押圧されるので、第１，第２の油圧クランプ機構３０Ａ，３０Ｂにより上型８をドライブプラテン４に強力に迅速に固定することができる。

次に、バイブレータヘッド３を上昇させ下型６と上型８の間に１対のワークＷ１，Ｗ２を接合面を当接させた状態で搬入する。バイブレータヘッド３を下降させ、下型６と上型８のそれぞれにワークＷ１，Ｗ２を嵌合保持し、ワークＷ１，Ｗ２の接合面を加圧した状態で当接させる。

振動発生機構を駆動し、バイブレータヘッド３に微小振動が所定時間の間付加されると、ドライブプラテン４と上型８を介して、上型８に保持されたワークＷ２の接合面が下型６に保持されたワークＷ１の接合面に対して相対的に微小振動する。この微小振動により発生した摩擦熱によりワークＷ１，Ｗ２の接合面が溶着される。その後、バイブレータヘッド３を上昇させることで、結合されたワークを取り出すことができる。

一方、上型８を交換する場合、昇降駆動機構により上型８を下型６に当接させた状態で、負圧導入手段２３を停止させ、負圧室２１に負圧導入手段２３から大気圧を導入する。その後油圧給排手段４４を介して、１４個の油圧室３５の油圧をドレン圧に切換えることで、クランプ状態が解除され、バイブレータヘッド３を上昇させることで、上型８をドライブプラテン４から取り外すことができる。

このように、負圧導入手段２３により吸着機構２０の負圧室２１に導入する負圧を切換えたり、油圧給排手段４４から第１，第２の油圧クランプ機構３０Ａ，３０Ｂに供排する油圧を切換えたりするという簡単な操作を介して、上型８の固定、固定解除を簡単に迅速に行うことができる。主板１０に複数の凹部１６を形成して負圧室２１のボリュームを大きくしたため、負圧の吸着力のキャパシティを高めることができると共に、主板１０の軽量化を図ることができる。
しかも、上型８を負圧で吸着する吸着機構２０と、油圧力で強力にクランプ可能な第１，第２の油圧クランプ機構３０Ａ，３０Ｂを設けたので、上型８をドライブプラテン４に固定するため機構を小型化し、軽量化することができ、これにより、微小振動発生機構の小型化を図り、振動溶着装置１の製作費を低減することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明をする。
（１）図９に示すように、油圧シリンダ機構３０Ａ，３０Ｂのピストン部材３３を復帰させる為の皿バネ５０を組み込むこともある。
（２）上型８をドライブプラテン４に容易に配置するため、上型８の上端面の外周部をテーパ加工する或いはピストン部材３３の押圧面の外周部を環状にテーパ加工することもある。
（３）第１，第２の油圧クランプ機構３０Ａ，３０Ｂの油圧シリンダ機構３１の数は、ドライブプラテン４や上型８のサイズ等に応じて、適宜増減してもよい。
（４）本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施することができ、本発明はそれらの変更形態も包含するものである。

本発明に係る振動溶着装置の要部正面図である。 ドライブプラテンの平面図である。 ドライブプラテンの裏面図である。 ドライブプラテンの正面図である。 ドライブプラテンの断面図である。 図５の要部拡大図である。 ドライブプラテンをボルトで固定する部分の要部拡大断面図である。 枠部材をビス部材で固定する部分の要部拡大断面図である。 変更例に係る図６相当図である。

符号の説明

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
８ 上型
１０ 主板
２０ 吸着機構
２１ 負圧室
３０Ａ，３０Ｂ 第１，第２の油圧クランプ機構
３１ 油圧シリンダ
３３ ピストン部材
３５ 油圧室

Claims (6)

1. 下型と上型とで合成樹脂製の複数のワークを保持し、ワークの接合面に微小振動を付与して摩擦による発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固定されて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をバイブレータヘッドに固定する複数のボルト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負圧により吸着する吸着機構と、
   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発生させる第１の油圧クランプ機構と、
   を備えたことを特徴とする振動溶着装置。
2. 前記ドライブプラテンは、バイブレータヘッドの下面に当接させて固定される主板を備え、前記吸着機構は、前記主板の外周寄り部に装備されて主板と上型の外周部との間の隙間をシールする閉ループ状のシール部材と、このシール部材よりも内側において主板と上型の間に形成される負圧室と、この負圧室に負圧を導入する負圧導入手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の振動溶着装置。
3. 前記ドライブプラテンは、前記微小振動方向の主板の一端部に主板と一体形成されて下方に突出するクランプ枠部と、主板の他端部に主板と一体形成されて下方に突出する受止枠部とを有し、
   前記第１の油圧クランプ機構は、クランプ枠部に前記微小振動方向向きに装着されて上型の側部の上部を受止枠部の方へ押圧可能な複数のピストン部材と、これらピストン部材に夫々油圧を作用させる複数の油圧室と、これら油圧室に油圧を給排可能な第１の油圧給排手段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直交する方向に向いたクランプ力を発生させる第２の油圧クランプ機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の振動溶着装置。
5. 前記ドライブプラテンは、前記微小振動方向と直交する方向の主板の一端部に主板と一体形成されて下方に突出する１又は複数のクランプ装着部と、主板の他端部に主板と一体形成されて下方に突出し且つ１又は複数のクランプ装着部に対向する受止部とを有し、
   前記第２の油圧クランプ機構は、１又は複数のクランプ装着部に前記微小振動方向と直交する向きに装着されて上型の側部の上部を受止部の方へ押圧可能な複数のピストン部材と、これらピストン部材に夫々油圧を作用させる複数の油圧室と、これら油圧室に油圧を給排可能な第２の油圧給排手段とを有することを特徴とする請求項４に記載の振動溶着装置。
6. 前記負圧室は、この負圧室に臨むように前記主板に形成された複数の凹部を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の振動溶着装置。