JP5298311B2 - Tool horn and ultrasonic welding apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シート部材を他の板材などに超音波溶着して固定する工具ホーンおよび超音波溶着装置に関し、特に不織布などの繊維質マットを樹脂成形品の表面に固定する繊維質マット固定用の工具ホーンと超音波溶着装置に関する。 The present invention relates to a tool horn and an ultrasonic welding apparatus for ultrasonically welding and fixing a sheet member to other plate materials and the like, and particularly for fixing a fibrous mat for fixing a fibrous mat such as a nonwoven fabric to the surface of a resin molded product. The present invention relates to a tool horn and an ultrasonic welding apparatus.
従来、自動車等の車両用樹脂成形品の裏面に、車両用吸音部材である不織布などでできた繊維質マットを超音波溶着していた(例えば、特許文献1参照)。そして、繊維質マットと樹脂成形品の溶着強度を高めるために、工具ホーンの形状に種々の改良が加えられていた。
図13に従来の工具ホーンを示す。図13(a)は工具ホーン80の側面図、図13(b)は工具ホーン80の下面図であり、工具ホーン80の先端の加圧面81に断面がV字状に突出したV字状突起部82を形成した状態を示している。図13(b)では、加圧面81やV字状突起部82の位置関係を説明するため、図面に対し正面を見て右側の加圧面を81a、左側の加圧面を81bと符号を付し、図面に対し正面を見て右側のV字状突起部に82a、中央のV字状突起部に82b、左側のV字状突起部に82cという符号を付した。
Conventionally, a fiber mat made of a nonwoven fabric, which is a sound absorbing member for a vehicle, is ultrasonically welded to the back surface of a resin molded product for a vehicle such as an automobile (see, for example, Patent Document 1). In order to increase the welding strength between the fibrous mat and the resin molded product, various improvements have been made to the shape of the tool horn.
FIG. 13 shows a conventional tool horn. 13A is a side view of the
工具ホーン80は、直径を細くした先端部の下面をフラットな加圧面81として、そのフラットな加圧面81の表面にV字状突起部82を格子状に形成している。工具ホーン80のフラットな加圧面81にV字状突起部82を形成したのは、V字状の突起部82が繊維質マット91を樹脂成形品90の表面に埋め込む効果、いわゆる「アンカー効果」があるためである。なお、従来の工具ホーン80に求められるV字状突起部82の高さは溶着条件により変動するため、事前に溶着実験を行って好ましい高さを求めていた(例えば、特許文献2参照)。
The
図14に、従来の工具ホーン80で樹脂成形品90に繊維質マット91を溶着する際の断面図を示す。溶着作業は、図14(a)に示したように、工具ホーン80の先端をA矢印のように、樹脂成形品90と繊維質マット91の表面に対して垂直方向に押し下げて行う。V字状突起部82を形成した加圧面81が繊維質マット91を均一な圧力で押圧した状態で、図示しない超音波駆動手段により工具ホーン80に15kHzから60kHzの超音波振動を加えると、超音波振動により繊維質マット91と樹脂成形品90が発熱して溶着する。特に、V字状突起部82が繊維質マット91の繊維を樹脂成形品90の表面に押し込むので、繊維質マット91の繊維が樹脂成形品90内に入った状態で溶着し、強い溶着強度を持たせることができる。
FIG. 14 is a cross-sectional view when the
ここで、従来のフラットな加圧面81にV字状突起82を形成した工具ホーン80では、フラットな加圧面81を樹脂成形品90と繊維質マット91の表面に均一に押圧する必要があった。工具ホーンを空気圧で上下させるプレス型超音波溶着装置の場合は、工具ホーンの上下動方向を一定方向に保ちやすく、繊維質マットの表面を均一に押圧し易いが、工具ホーンを手で持って押圧操作する手動式超音波溶着装置では、工具ホーンを樹脂成形品と繊維質マットの表面に対して常に垂直に押圧することが難しく、繊維質マットの表面を毎回、均一に押圧することができなかった。
Here, in the
図14(b)は、工具ホーン80を樹脂成形品90と繊維質マット91の表面に対して傾いた状態で溶着しているときの断面図を示す。例えばB矢印のように、工具ホーン80が樹脂成形品90の表面に対して垂直なA矢印に対してθ度傾いて上下すると、加圧面81の端部が片当たりして樹脂成形品90と繊維質マット91の表面に均一に当らない。工具ホーン80の正面右側の加圧面81aが樹脂成形品90と繊維質マット91の表面に強く当り、正面左側の加圧面81bが浮き上がってしまう。押圧力は図14(b)の正面右側の加圧面81aが最大で、正面左側の加圧面81bに向けて順次低減してしまう。押圧力の足りないところでは、溶着が不十分となり必要な溶着力が得られない。
FIG. 14B shows a cross-sectional view when the
また、V字状突起も、図14(b)の正面右側のV字状突起82aが樹脂成形品90に食い込むものの、正面中央のV字状突起82b、正面左側のV字状突起82cの樹脂成形品90への食い込み深さは浅くなってしまう。V字状突起82の樹脂成形品90への食い込み深さが浅いと、繊維質マット91を樹脂成形品90に食い込ませるアンカー効果は十分に得られない。
Further, the V-shaped protrusions of the V-
結局、従来の工具ホーン80は、先端が円柱状で加圧面がフラットであるため、少し傾くと工具ホーンの加圧面の一端の狭い領域が樹脂成形品90に強く当り、その部分は強く溶着されるが、溶着予定領域の中心部とその周辺部分、そして他端側は押圧力が不足して溶着不足になってしまう。すなわち、従来の工具ホーン80が傾くと、片当たりして、最大押圧力の作用点は、傾き角(θ)の大小にかかわらず、工具ホーン加圧面の半径(例えば8mm)分だけずれてしまう。そのため、従来の工具ホーン80では、所定の溶着予定領域の中心を狙って押圧しても、工具ホーン80が僅かでも傾けば、溶着予定領域の中心から工具ホーン先端の半径分だけ外れた狭い領域を溶着するだけで、狙った溶着予定領域の中心とその周辺部分、そして他端側では、工具ホーンが浮き上がって溶着不足になる。アンカー効果も、溶着予定領域の中心とその周辺部分で不十分であるという問題があった。
In the end, the
また、溶着予定領域内の樹脂成形品と繊維質マットの表面は常に平らであるとは限らない。樹脂成形品の表面は、大きなカーブを描いている表面であったり、局部的に小さいカーブを描いている表面であったり、斜面であったりする。この場合、プレス式の超音波溶着装置でも工具ホーンの加圧面が樹脂成形品と繊維質マットの表面に対して傾き、工具ホーンの加圧面の一端の狭い領域が樹脂成形品と繊維質マットの表面に強く当り、溶着予定領域の中心とその周辺部分、そして他端側では、工具ホーンの加圧面が浮き上がって溶着不足になってしまう。 Further, the surface of the resin molded product and the fiber mat in the planned welding region is not always flat. The surface of the resin molded product may be a surface having a large curve, a surface having a small curve locally, or a slope. In this case, even in a press-type ultrasonic welding apparatus, the pressure surface of the tool horn is inclined with respect to the surface of the resin molded product and the fiber mat, and a narrow region at one end of the pressure surface of the tool horn is between the resin molded product and the fiber mat. At the center of the planned welding area, its peripheral part, and the other end side, the pressure surface of the tool horn is lifted up, resulting in insufficient welding.
本発明は、不織布などの繊維質マットを樹脂成形品の表面に超音波溶着で固定する際に、溶着予定領域の中心部分に工具ホーンの押圧面とV字状突起またはV字状溝を押圧して、溶着予定領域の中心とその周辺部分に強い溶着強度とV字状突起等によるアンカー効果を与える繊維質マット固定用の超音波溶着装置と工具ホーンを提供することを課題としている。 In the present invention, when a fibrous mat such as a nonwoven fabric is fixed to the surface of a resin molded product by ultrasonic welding, the pressing surface of the tool horn and the V-shaped protrusion or V-shaped groove are pressed to the central portion of the planned welding area. Thus, an object of the present invention is to provide an ultrasonic welding apparatus and a tool horn for fixing a fibrous mat, which give strong welding strength and an anchor effect by a V-shaped projection or the like to the center and the peripheral portion of a planned welding region.
また、本発明は、樹脂成形品と繊維質マットの表面に対して工具ホーンが少し傾いたときでも、工具ホーンの中央の押圧面やV字状突起またはV字状溝を、繊維質マットと樹脂成形品の表面の溶着予定領域の中心とその周辺部分に押し付けて、溶着予定領域の中心とその周辺部分を確実に溶着固定できる工具ホーンおよび超音波溶着装置を提供することを課題としている。 Moreover, even when the tool horn is slightly inclined with respect to the surface of the resin molded product and the fiber mat, the present invention provides a pressing surface, a V-shaped protrusion, or a V-shaped groove at the center of the tool horn and the fiber mat. It is an object of the present invention to provide a tool horn and an ultrasonic welding apparatus that can be pressed against the center of a planned welding region on the surface of a resin molded product and its peripheral portion to reliably weld and fix the center of the welding planned region and its peripheral portion.
本発明の工具ホーンは、根元が太く先端が細い段差のある円柱状をしていて、作業者の手に把持して前記先端の押圧面を樹脂成形品に載置した繊維質マットに押し付け、前記樹脂成形品に前記繊維質マットを超音波溶着する工具ホーンであって、押圧面を1つの頂点を有する曲面とし、この押圧面の曲面の頂点を中心とした複数の同心円状の断面V字状突起または断面V字状溝と前記押圧面の曲面の頂点を中心とした複数の放射線状の断面V字状突起または断面V字状溝を形成して、前記同心円状の断面V字状突起または断面V字状溝と前記放射線状の断面V字状突起または断面V字状溝が交差するように配置し、押圧面は、繊維質マットの表面に対して工具ホーンを押圧したときに、押圧面の頂点付近の同心円状及び放射線状の断面V字状突起または断面V字状溝によってアンカー効果を付与するよう構成している。
そして、前記繊維質マットの表面に対して前記工具ホーンが垂直または垂直に近い角度から押圧したいずれの場合においても、前記工具ホーンの断面V字状突起または断面V字状溝によって前記溶着対象物である繊維質マットの溶着予定領域の中心部分とその周辺部分にアンカー効果を付与して溶着するようにしている。
この構成を採ることにより、工具ホーンを溶着対象物に対して傾いた角度で押圧したとしても、溶着予定領域の中心とその周辺部分を工具ホーンの押圧面と断面V字状突起または断面V字状溝で押圧する。そして、溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着する。
The tool horn of the present invention has a columnar shape with a thick base and a thin tip at the tip, and is held by the operator's hand and pressed against the fibrous mat placed on the resin molded product with the pressing surface of the tip . A tool horn for ultrasonically welding the fibrous mat to the resin molded product, wherein the pressing surface is a curved surface having one apex, and a plurality of concentric cross-sections V-shaped around the apex of the curved surface of the pressing surface. A plurality of radial cross-section V-shaped projections or cross-section V-shaped grooves centering on the apex of the curved surface of the pressing surface and the V-shaped cross section of the pressing surface, the concentric cross-section V-shaped projection Alternatively, the cross-sectional V-shaped groove and the radial cross-sectional V-shaped protrusion or the cross-sectional V-shaped groove are arranged so as to intersect each other, and when the pressing surface presses the tool horn against the surface of the fiber mat, Concentric and radial cross-section near the apex of the pressing surface It is configured to impart an anchoring effect by raising or a V-shaped groove.
And, in any case where the tool horn is pressed from the vertical or near vertical angle with respect to the surface of the fibrous mat, the welding object is formed by the cross-sectional V-shaped protrusion or the cross-sectional V-shaped groove of the tool horn. The fiber mat is welded by applying an anchor effect to the central portion and the peripheral portion of the planned welding region.
By adopting this configuration, even if the tool horn is pressed at an angle inclined with respect to the object to be welded, the center of the planned welding area and its peripheral part are formed on the pressing surface of the tool horn and the V-shaped protrusion or the V-shaped section. Press with a groove . Then, the center of the planned welding region and its peripheral portion are welded.
本発明の工具ホーンは、前記押圧面の曲面は半球面とする。この構成を採ることにより、半球面を押圧して溶着対象物を押圧する。 In the tool horn of the present invention, the curved surface of the pressing surface is a hemispherical surface. By adopting this configuration, the object to be welded is pressed by pressing the hemispherical surface.
また、本発明の工具ホーンは、溶着対象物を樹脂成形品に載置した繊維マットとする。
この構成を採ることにより、工具ホーンを樹脂成形品およびその上に置かれた繊維質マットの表面に対して傾いた角度で押圧したとしても、溶着予定領域の中心とその周辺部分を工具ホーンの押圧面と断面V字状突起または断面V字状溝で押圧する。そして、溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着する。
Moreover, the tool horn of the present invention is a fiber mat in which an object to be welded is placed on a resin molded product.
By adopting this configuration, even if the tool horn is pressed at an inclined angle with respect to the surface of the resin molded product and the fiber mat placed thereon, the center of the area to be welded and its peripheral portion are connected to the tool horn. It presses with a pressing surface and a cross-sectional V-shaped protrusion or a cross-sectional V-shaped groove . Then, the center of the planned welding region and its peripheral portion are welded.
また、本発明の超音波溶着装置では、前記工具ホーンと接続され、当該工具ホーンに超音波振動を与える超音波振動発生手段を備えている。この構成を採ることにより前記工具ホーンを用いて溶着対象物に対し超音波溶着を行うことで、溶着対象物に対して、傾いた状態で押圧したとしても溶着予定領域の中心と周辺部分を工具ホーンの押圧面と断面V字状突起または断面V字状溝で押圧して、溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着することができる。 The ultrasonic welding apparatus of the present invention further includes ultrasonic vibration generating means connected to the tool horn and applying ultrasonic vibration to the tool horn. By adopting this configuration, ultrasonic welding is performed on the object to be welded using the tool horn, so that the center and peripheral portions of the planned welding area can be removed even if the object to be welded is pressed in an inclined state. It is possible to weld the center of the planned welding area and its peripheral portion by pressing with the pressing surface of the horn and the V-shaped protrusion or the V-shaped groove .
さらに、本発明の超音波溶着装置では、工具ホーンを手動で取り回し可能とする。この構成を採ることにより、常に垂直に押圧することが難しい工具ホーンでも、良好に溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着することができる。 Furthermore, in the ultrasonic welding apparatus of the present invention, the tool horn can be manually operated. By adopting this configuration, even the tool horn that is difficult to be always pressed vertically can be welded to the center of the planned welding region and its peripheral portion.
本発明によれば、工具ホーンを、板材とその上に置いたシート部材の表面の溶着予定領域の中心を狙って押圧したとき、工具ホーンの押圧方向が板材とシート部材の表面に対して傾いていたとしても、工具ホーンの押圧面が曲面をなしていることで、片当たりしないため、押圧力が偏ることなく押圧でき、溶着予定領域の中心とその周辺部分を工具ホーンの押圧面と断面V字状突起または断面V字状溝で押圧し、溶着予定領域の中心とその周辺部分を溶着することができる。 According to the present invention, when the tool horn is pressed aiming at the center of the welding area of the surface of the plate member and the sheet member placed thereon, the pressing direction of the tool horn is inclined with respect to the surface of the plate member and the sheet member. and even though, that the pressing surface of the tool horn forms a curved surface, since no uneven contact can push without a pressing force is biased, central and pressing surface of the peripheral portion the tool horn region to be fused and a cross-sectional V-shaped collision Okoshima other is pressed by the V-shaped cross section grooves, it is possible to weld the central and peripheral portions thereof of the region to be fused.
本発明によれば、工具ホーンの押圧面と断面V字状突起または断面V字状溝を、樹脂成形品およびその上に置かれた繊維質マットの表面に対して傾いた角度で押圧しても、溶着予定領域の中心とその周辺部分を押圧面や断面V字状突起または断面V字状溝で押圧して、確実で安定した溶着作業ができる。
本発明によれば、樹脂成形品などの板材と不織布などに代表される繊維質マット等のシート部材を超音波溶着で固定する際に、溶着予定領域の中心とその周辺部分を工具ホーンの押圧面と断面V字状突起または断面V字状溝で押圧して、強い溶着強度とV字状突起によるアンカー効果を得ることができる。
According to the present invention, the pressing surface and a V-shaped butt Okoshima other tool horn cross section V-shaped groove, at an oblique angle relative to resin moldings and fibrous mat surface placed thereon be pressed, the center and its pressing surface peripheral portion and a V-shaped butt Okoshima other region to be fused is pressed by a V-shaped groove, it is reliable and stable welding operation.
According to the present invention, when a plate member such as a resin molded article and a sheet member such as a fibrous mat represented by a nonwoven fabric are fixed by ultrasonic welding, the center of the planned welding area and its peripheral portion are pressed by the tool horn. face and a V-shaped butt Okoshima other can be pressed by a V-shaped groove, obtain the anchor effect due to a strong welding strength and the V-shaped projection.
また、超音波溶着装置にこのような工具ホーンを用いることで、溶着作業の効率を向上させることができ、特に工具ホーンを手で持って押圧操作する手動式当該超音波溶着装置の精度を向上させることができる。 Also, by using such a tool horn for the ultrasonic welding device, the efficiency of the welding work can be improved, especially the accuracy of the manual ultrasonic welding device that is operated by holding the tool horn by hand. Can be made.
本発明の実施をするための形態を図面とともに説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる工具ホーンおよびこれを用いた超音波溶着装置の概略構成を示す外観図である。1は超音波溶着装置の本体部であり、図示しない超音波電源部、エネルギー制御部、全体制御部などの超音波振動を作り出すための電子制御手段を内蔵している。本体部1には、溶着条件設定などを行うマン・マシン・インターフェイスとしての入出力部14と、溶着作業の進行状況などを示す通知部15を設けている。本体部1からはケーブル2で超音波信号を送り、ケーブル2に接続したコンバータ3で超音波信号を機械的な超音波振動に変換し、コンバータ3に接続した工具ホーン4を超音波振動させるよう構成している。なお、コンバータ3と工具ホーン4の間には、振幅を調整するブースタ等を組み込むことが行われるが、ここでは説明を省略する。
An embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view showing a schematic configuration of a tool horn according to a first embodiment of the present invention and an ultrasonic welding apparatus using the same. Reference numeral 1 denotes a main body portion of the ultrasonic welding apparatus, which incorporates electronic control means for creating ultrasonic vibrations such as an ultrasonic power source unit, an energy control unit, and an overall control unit (not shown). The main body unit 1 is provided with an input / output unit 14 as a man-machine interface for setting welding conditions and the like, and a notification unit 15 indicating the progress of welding work. An ultrasonic signal is sent from the main body 1 through the cable 2, the ultrasonic signal is converted into mechanical ultrasonic vibration by the converter 3 connected to the cable 2, and the
図1に示した工具ホーン4は段差を持った円柱形をしていて根元側が太く先端側を細くした形をしている。そして、工具ホーン4の先端面をなす押圧面を曲面とし、この曲面に沿って複数のV字状突起またはV字状溝を交差した形に形成している。90は樹脂成形品(板材)であり、その上に繊維質マット91(シート部材)を載せている。作業者は、手で工具ホーン4のコンバータ3のある太い円柱部分を把持して、樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の表面に対して垂直に(A矢印のように)、押圧面を押圧する。そして、V字状突起またはV字状溝を形成した曲面を樹脂成形品90上に置いた繊維質マット91の上方から垂直にA矢印のように押圧した状態で、本体部1から工具ホーン4を介して15kHZから60kHzの超音波振動を加えて、繊維質マット91を樹脂成形品90に溶着する。
The
図2は、本発明の実施の形態1にかかる工具ホーン4の外観斜視図である。図2では、工具ホーン4の先端側を上にして、押圧面の形状が良く見えるようにしている。工具ホーン4は、図1でも示したように略円柱形をしていて根元部4bが太く、先端部4aを細くした形にして、両者をなめらかに湾曲した中間部4cでつないでいる。押圧面4dは半球面として、頂点を中心とした複数の同心円状のV字状溝5と、頂点を中心とした複数の放射線状のV字状溝6を交差させた形の凹凸をなしている。工具ホーン4は、凹凸を有する押圧面4dを樹脂成形品90の上に置かれた繊維質マット91の溶着予定領域の中心とその周辺部分を押圧して使用する。
FIG. 2 is an external perspective view of the
図3(a)は、本発明の実施の形態1にかかる工具ホーン4による溶着作業を示す断面図である。工具ホーンの先端部4aは、水平に置かれた樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の表面に対して垂直に、A矢印のように押し付けられる。特に、工具ホーンの押圧面4dに形成したV字状溝のエッジ部分は繊維質マット91を樹脂成形品90の表面に押し付ける。そして、工具ホーン4は軸方向に数ミクロンの振幅で超音波振動することにより、繊維質マット91と樹脂成形品90が発熱し、繊維質マット91が樹脂成形品90の表面に食い込む。工具ホーン4の超音波振動が止まると発熱が止まり、冷えて繊維質マット91が樹脂成形品90の表面に食い込んだ形で溶着が完了する。
Fig.3 (a) is sectional drawing which shows the welding operation | work by the
図3(b)は、図3(a)と同じく本発明の実施の形態1にかかる工具ホーン4による溶着作業を示す断面図である。但し、図3(b)では、工具ホーン4が本来の上下動方向であるA矢印からθ度傾いたB矢印方向に押圧している。本発明の工具ホーンの押圧面4dは半球面に複数のV字状溝を交差した形で形成したものであり、斜めに傾いた方向から押圧したとしても、半球面の接触位置が傾きに応じて溶着予定領域の中心からわずかにずれた位置で樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の表面を押す。
FIG.3 (b) is sectional drawing which shows the welding operation | work by the
ここで、工具ホーン4を溶着対象物の表面に対する垂線から角度θだけ傾いた方向から押圧したときに、工具ホーン4の接触点が溶着予定領域の中心からどれだけずれるかを、図4を用いて説明する。
図4は、本発明の実施の形態1にかかる工具ホーン4が傾いたときのずれ量を示す模式図である。図4は、半径Rの半球面を有する工具ホーン4を溶着対象物の表面Hに対して垂線から角度θだけ傾いたB矢印方向にスライドさせて、溶着対象物の表面H上の溶着予定領域の中心である点(O1)を押圧しようとしたときの状態を示している。工具ホーン4の先端にある半球面は溶着対象物の表面H上の点(O1)を目指して進むのであるが、その前に半球面の最も下の部分が溶着対象物の表面Hと接してしまう。半球面の最も下の部分が溶着対象物の表面Hと接する位置は、図4のとおり、溶着対象物の表面H上の点(O1)から距離ΔLだけずれた点(O2)になる。そして、工具ホーン4は、溶着対象物の表面Hの点(O1)でなく点(O2)を中心に押圧する。
Here, how much the contact point of the
FIG. 4 is a schematic diagram showing a deviation amount when the
この溶着予定領域の中心からずれた距離(ΔL)は、工具ホーン先端の半球面の半径(R)に傾き角(θ)をかけた値(ΔL=R・tanθ)である。例えば、半球面の半径(R)が8mmのとき、ずれた距離(ΔL)は、傾き角(θ)が5度なら0.7mm、10度でも1.4mm程度である。このことは、既に説明した従来の工具ホーンで押圧力の中心が先端部の半径寸法(8mm)程度ずれることと比べれば、溶着予定領域の中心を狙った誤差範囲内で溶着予定領域の中心とその周辺を溶着できることになる。 The distance (ΔL) deviated from the center of the planned welding region is a value (ΔL = R · tan θ) obtained by multiplying the radius (R) of the hemispherical surface of the tool horn tip by the inclination angle (θ). For example, when the radius (R) of the hemisphere is 8 mm, the shifted distance (ΔL) is about 0.7 mm if the inclination angle (θ) is 5 degrees, and about 1.4 mm even if it is 10 degrees. Compared with the fact that the center of the pressing force is shifted by about the radial dimension (8 mm) of the tip portion in the conventional tool horn already described, the center of the planned welding region is within the error range aimed at the center of the planned welding region. The periphery can be welded.
このように、本発明の工具ホーン4によれば、工具ホーン4が多少傾いたとしても、溶着予定領域の中心とその周辺部分を押圧して超音波振動で溶着することができる。また、工具ホーンの押圧面4dに設けたV字状溝のエッジ部分で、溶着予定領域の中心とその周辺部分の繊維質マット91を樹脂成形品90に食い込ませた状態で溶着し、アンカー効果を生じさせる。その結果、溶着予定領域の中心とその周辺部分の繊維質マットと樹脂成形品を強い溶着力で安定的に溶着することができる。
As described above, according to the
なお、このことは溶着予定領域の表面が曲面や斜面であるときも同じである。図5に、本発明の実施の形態1にかかる工具ホーン4で、溶着予定領域が斜面で両端側が水平である樹脂成形品90aに繊維質マット91を溶着するときの断面図を示す。この場合、工具ホーンの押圧面4dは樹脂成形品90aの両端側の水平面に対して垂直に、A矢印の方向に上下するが、樹脂成形品90aとその上に置かれた繊維質マット91の面がθ度傾いている。工具ホーン4は溶着予定領域の表面を斜めに押圧するが、このことは、図3(b)の状態と実質的に同じである。図5では、工具ホーン4に対して溶着予定領域が斜面になっても、溶着予定領域の中心とその周辺部を溶着することができることを示している。
This is the same when the surface of the welding planned area is a curved surface or a slope. FIG. 5 is a cross-sectional view of the
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。本発明の実施の形態2では、工具ホーン41の押圧面における曲面の曲率半径を大きくして、曲面に複数のV字状溝を交差した形に形成している。図6(a)は、本発明の実施の形態2にかかる工具ホーン41の先端部の断面図である。工具ホーン41では、φD2、φD3というように直径の異なる同心円のV字状溝41c、41dを彫り、これと交差するように頂点41bを中心とした放射状にV字状溝を彫っている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In Embodiment 2 of the present invention, the curvature radius of the curved surface on the pressing surface of the
図6(b)は、本発明の実施の形態2にかかる工具ホーン41の先端部の外観を示す側面図である。このように、工具ホーン41では、押圧面の曲面の半径を大きくして、深い同心円状のV字状溝を設けたことにより、工具ホーン41の押圧面のほぼ全体が樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の表面を押すようにしている。そのため、実施の形態1の工具ホーン4よりも、繊維質マット91を樹脂成形品90に押圧する領域が増す。その結果、溶着する面積が増し、V字状溝により繊維質マット91を樹脂成形品90に食い込む量も増して実施の形態1の工具ホーン4よりも強い溶着力で溶着することができる。
FIG.6 (b) is a side view which shows the external appearance of the front-end | tip part of the
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について説明する。本発明の実施の形態3では、工具ホーン42の押圧面は半球面であるが、φD1、φD2、φD3というように直径の異なる深い同心円状のV字状溝の数を増やし、これと交差するように頂点42bを中心とした放射状にV字状溝を彫ってエッジの数を増やしている。図7(a)は、本発明の実施の形態3にかかる工具ホーン42の先端部の断面図である。図7(b)は、本発明の実施の形態3にかかる工具ホーン42の先端部の側面図である。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment of the present invention, the pressing surface of the
このように、本発明の実施の形態3の工具ホーン42では、深い同心円状のV字状溝を増やし、アンカー効果を生じさせるエッジの数を増やして溶着力を大きくしている。
(参考例1)
次に、参考例1について説明する。参考例1では、工具ホーン43の押圧面は半球面であるが、V字状溝(凹部)の代わりにV字状突起(凸部)を設けている。図8は、参考例1にかかる工具ホーン43の外観斜視図である。本発明の参考例1では、V字状突起53、63を格子状に形成している。
Thus, in the
( Reference Example 1 )
Next, Reference Example 1 will be described. In Reference Example 1 , the pressing surface of the
図9(a)は、参考例1にかかる工具ホーン43による溶着作業を示す断面図である。工具ホーン43の先端部は、水平に置かれた樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の表面に対して垂直に押し付けられる。工具ホーン43の押圧面43dに形成したV字状突起53、63は繊維質マット91を樹脂成形品90の表面に押し付けられる。図9(a)ではV字状突起53a、53b、53cが繊維質マット91を樹脂成形品90に食い込ませている状態を示している。
FIG. 9A is a cross-sectional view showing a welding operation by the
そして、工具ホーン43を軸方向に数ミクロンの振幅で超音波振動することにより、繊維質マット91と樹脂成形品90が発熱し、樹脂成形品90が溶けて繊維質マット91が樹脂成形品90の表面に食い込んでいく。工具ホーン43の超音波振動が止まると発熱が止まり、冷えて繊維質マット91が樹脂成形品90の表面に食い込んだ形で溶着が完了する。このことは既に説明した本発明の他の実施の形態と同じである。
Then, when the
図9(b)は、図9(a)と同じく参考例1にかかる工具ホーン43による溶着作業を示す断面図である。但し、図9(b)では、工具ホーン43がA矢印方向からθ度だけB矢印方向に傾いている。そのため、工具ホーンの押圧面43dは樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の面に対して工具ホーン43が斜め方向から押圧することになる。
FIG. 9B is a cross-sectional view showing the welding operation by the
工具ホーン43の押圧面43dは半球面に複数のV字状突起53、63を交差した形に形成している。そのため、樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の面に対してB矢印の斜め方向から押圧したとしても、半球面の接触位置が傾きに応じて溶着予定領域の中心からわずかにずれた位置で樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の表面を押す。溶着予定領域の中心からずれた距離(ΔL)が小さいことは既に実施の形態1で説明した。
Pressing
結局、工具ホーン43は、溶着予定領域の中心とその周辺部分を押圧して、超音波振動で溶着する。また、工具ホーン43の押圧面43dに設けたV字状突起53、63は、繊維質マット91を樹脂成形品90に食い込ませた状態で溶着させるアンカー効果を生じさせ、繊維質マット91を樹脂成形品90の溶着力を大きくする。特に、V字状突起53、63は、V字状溝のエッジよりも繊維質マット91を樹脂成形品90に鋭く食い込ませることができ、居所的に大きな溶着力を得られるという利点がある。
Eventually,
(参考例2)
次に、参考例2について説明する。本発明の参考例2では、工具ホーン44の押圧面の曲面の半径を大きくした曲面に複数のV字状突起を交差した形で形成し、押圧面の周縁部分における曲面の半径を小さくして、エッジ部分の角(かど)を丸くしている。工具ホーン44の外形図は省略するが、図10(a)、(b)に、参考例2にかかる工具ホーン44による溶着作業を断面図として示した。図10(a)では、樹脂成形品90と繊維質マット91が水平に置かれており工具ホーン44を垂直に、A矢印のように押圧している状態を示している。図10(b)では、工具ホーン44がA矢印方向からθ度だけ傾いたB矢印方向に押圧している状態を示している。
( Reference Example 2 )
Next, Reference Example 2 will be described. In Reference Example 2 of the present invention, a plurality of V-shaped protrusions are formed so as to intersect with a curved surface having a larger radius of the curved surface of the
工具ホーン44の押圧面は、図10(a)のように、垂直に押圧したときと同様、図10(b)のように、垂直でなく斜め方向から押圧したとしても、工具ホーン44の傾きに応じて溶着予定領域の中心からわずかにずれた位置で樹脂成形品90とその上に置かれた繊維質マット91の表面を押す。また、押圧面の周縁のエッジ部分の角が丸くなっているため、工具ホーン44が傾いたとしても、押圧面の周縁のエッジ部分の角が片あたりすることはない。参考例2の工具ホーン44では、溶着予定領域の中心とその周辺部分を広い範囲で押圧した状態で超音波振動により強い溶着力で溶着することができる。
Pressing surface of the
(参考例3)
次に、参考例3について図11を用いて説明する。本発明の参考例3では、工具ホーン45の押圧面を、交差する大小2つの異なった曲率半径を用いた特殊な曲面にして、その曲面上に複数のV字状突起を交差した形で形成している。図11に、参考例3の工具ホーン45の外観斜視図を示す。このように工具ホーン45の押圧面の曲率半径を溶着作業に好適な値を選択することにより、樹脂成形品の溶着予定領域の各種形状に工具ホーン45の形状を合わせて、繊維質マットを強い溶着強度で溶着する。
( Reference Example 3 )
Next, Reference Example 3 will be described with reference to FIG. In Reference Example 3 of the present invention, the pressing surface of the
(参考例4)
次に、参考例4について図12を用いて説明する。参考例4では、工具ホーン46の押圧面を曲面にして、その曲面の上に複数の穴(凹部)46eを互いに接近させて形成し、複数の穴と穴との間の表面(凸部)46dにより、工具ホーン46の曲面をなす押圧面に凹凸を形成している。複数の穴(凹部)46eの形を、いわゆる皿モミ加工による逆円錐形をした断面がV字状の穴にしている。このV字状穴46eは、円錐状になったV字状溝ということができ、図12のように多数のV字状穴46eを配置したものは、長さの短いV字状溝を多数配置したときと同様のアンカー効果が期待できる。この凹凸の凸部とエッジで繊維質マットを樹脂成形品に押圧し、超音波振動を加えることにより、強い溶着力で溶着することができる。
( Reference Example 4 )
Next, Reference Example 4 will be described with reference to FIG. In Reference Example 4 , the pressing surface of the
以上説明したとおり、本発明の超音波溶着装置及び工具ホーンでは、工具ホーンの先端部を曲面とし、その曲面に複数のV字状溝またはV字状突起を形成している。このことにより、樹脂成形品の上に載せた繊維質マットを工具ホーンで押圧した状態で超音波振動を加えて強い溶着力が得られるように溶着している。そのため、工具ホーンを樹脂成形品の上に載せた繊維質マットのそれぞれの表面に対して垂直方向より傾いた角度から押圧したとしても、溶着予定領域の中心部とその周辺部分を押圧して強い溶着力で溶着することができる。また、工具ホーンの曲面をなす押圧面に設けた複数のV字状溝またはV字状突起を交差した形で形成したことにより、溶着予定領域の中心部とその周辺部分で繊維質マットの繊維を樹脂成形品に食い込ませた形で溶着する、いわゆるアンカー効果を付与した溶着ができる。 As described above, in the ultrasonic welding apparatus and the tool horn of the present invention, the tip of the tool horn and a curved surface, a plurality of V-shaped Mizoma other on the curved surface forms a V-shaped collision force. As a result, the fiber mat placed on the resin molded product is welded so as to obtain a strong welding force by applying ultrasonic vibration in a state where the fiber mat is pressed with a tool horn. Therefore, even if the tool horn is pressed from an angle inclined from the vertical direction with respect to each surface of the fiber mat placed on the resin molded product, the center portion of the planned welding region and its peripheral portion are pressed strongly. It can be welded with welding power. Further, by forming a plurality of V-shaped grooves or V-shaped projections provided on the pressing surface forming the curved surface of the tool horn so as to intersect with each other, the fibers of the fiber mat are formed at the center portion of the planned welding region and its peripheral portion. It is possible to perform welding with a so-called anchor effect, in which the resin is welded in the form of being bitten into the resin molded product.
なお、本発明の工具ホーンの押圧面の曲面に設けた複数のV字状溝やV字状突起は、繊維質マット以外のシート部材を樹脂成形品の表面内に食い込ませる機能を果たすので、対象物はこれに限らず繊維質マット以外のシート部材を樹脂成形品の表面内に溶着する際にも適用できる。更に本発明の超音波溶着装置や工具ホーンは、シート部材である薄い電極用金属箔を他の板材などに超音波接合する場合にも適用することができる。 A plurality of V-shaped grooves or V-shaped collision force provided on the curved surface of the pressing surface of the tool horn of the present invention, since functions to bite into the sheet member other than the fibrous mat into the surface of the resin molded product The object is not limited to this, and can be applied when a sheet member other than the fiber mat is welded to the surface of the resin molded product. Furthermore, the ultrasonic welding apparatus and tool horn of the present invention can also be applied to the case where a thin metal foil for electrodes, which is a sheet member, is ultrasonically bonded to another plate material or the like.
また、実施の形態1から3における工具ホーンの押圧面には断面がV字状突起又は溝を形成しており、アンカー効果を得るのには断面V字状が好ましいが、必ずしも断面が鋭いV字状のものに限るものではなく、断面が台形状のものや、U字状に近い形のものや、エッジ部に丸みを持たせた断面形状であっても良い。 The cross section V-shaped butt Okoshimata the pressing surface of the tool horn in the first to third embodiments has a groove, but is preferably V-shaped cross section to obtain the anchor effect, necessarily cross The shape is not limited to a sharp V shape, and may be a trapezoidal cross section, a shape close to a U shape, or a cross sectional shape with rounded edges.
本発明は、車載用ドアの内側の樹脂成形品の裏面などに防音マットを溶着する場合をはじめ、保温材である繊維質マットを樹脂成形品でできた電気製品の筐体や住宅用建材等に溶着する場合など、広い範囲の用途に適用できる。
また、本発明の工具ホーンの押圧面面に設けたV字状溝やV字状突起は、繊維質マット以外のシート部材などについても樹脂成形品の表面内に食い込ませるので、繊維質マット以外のシート部材を樹脂成形品の表面内に溶着する際にも適用できる。
The present invention includes, for example, a case where a soundproof mat is welded to the back surface of a resin molded product inside an in-vehicle door, a housing for an electric product made of a resin molded product, a fiber mat as a heat insulating material, and a building material for housing. It can be applied to a wide range of uses, such as when welding to.
Further, V-shaped grooves or V-shaped collision force provided on the pressing surface plane of the tool horn of the present invention, since the bite into the surface of the resin molded article also a sheet member other than the fibrous mat, fibrous mat It is applicable also when welding other sheet members within the surface of the resin molded product.
更に本発明の超音波溶着装置や工具ホーンは、シート部材である薄い電極用金属箔を他の板材などに超音波接合する場合にも適用することができる。 Furthermore, the ultrasonic welding apparatus and tool horn of the present invention can also be applied to the case where a thin metal foil for electrodes, which is a sheet member, is ultrasonically bonded to another plate material or the like.
4 工具ホーン
5、6 V字状溝
46e V字状穴
53、63 V字状突起
90 樹脂成形品
91 繊維質マット
4
Claims (3)
前記工具ホーンの押圧面を1つの頂点を有する曲面とし、
前記押圧面の曲面の頂点を中心とした複数の同心円状の断面V字状突起または断面V字状溝と前記押圧面の曲面の頂点を中心とした複数の放射線状の断面V字状突起または断面V字状溝を形成して、前記同心円状の断面V字状突起または断面V字状溝と前記放射線状の断面V字状突起または断面V字状溝が交差するように配置し、
前記押圧面は、前記繊維質マットの表面に対して前記工具ホーンを押圧したときに、前記押圧面の頂点付近の前記同心円状及び前記放射線状の断面V字状突起または断面V字状溝によってアンカー効果を付与して溶着することを特徴とする工具ホーン。 It has a columnar shape with a thick base and a thin step at the tip, is gripped by an operator's hand and presses the pressing surface of the tip against a fiber mat placed on the resin molded product, and the fiber is applied to the resin molded product. A tool horn for ultrasonically welding a quality mat ,
The pressing surface of the tool horn is a curved surface having one vertex ,
A plurality of concentric V-shaped projections or a V-shaped groove and a plurality of radial V-shaped protrusion around the apex of the curved surface of the pressing surface around the apex of the curved surface of the front Symbol pressing surface Alternatively, a cross-sectional V-shaped groove is formed, and the concentric cross-sectional V-shaped protrusion or cross-sectional V-shaped groove and the radial cross-sectional V-shaped protrusion or cross-sectional V-shaped groove are arranged to intersect each other.
When the tool horn is pressed against the surface of the fibrous mat, the pressing surface is formed by the concentric circular shape and the radial cross-sectional V-shaped protrusion or the cross-sectional V-shaped groove near the top of the pressing surface. A tool horn characterized by being welded with an anchor effect .
前記工具ホーンと接続され、当該工具ホーンに超音波振動を与える超音波振動発生手段と、
を備えたことを特徴とする超音波溶着装置。 The tool horn according to claim 1 or 2 ,
Ultrasonic vibration generating means connected to the tool horn and applying ultrasonic vibration to the tool horn;
An ultrasonic welding apparatus comprising:
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---|---|---|---|
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