JP5772075B2 - 振動溶着装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動溶着装置に関し、更に詳しくは、溶着に用いる型の着脱が容易で、型替え作業を簡素化できる振動溶着装置に関する。

従来より、２つの部品を加圧しながら当接させ、その当接面に振動による摩擦熱を発生させて溶着させる振動溶着装置が知られている。このような装置では、通常、溶着治具（型）を装置に取着するために多数のボルトを用いている（例えば、特許文献１参照）。これは、溶着時の振動に型がずれてしまわないように強固に固定する必要があるためである。
一方、射出成形機などの装置では、型替え作業の簡素化の目的で、型をクランプ等の簡易な固定手段を用いて取り付けることが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２７７６３１号公報 特開昭６２−９２８２１号公報

しかしながら、上記特許文献１のような多数のボルトを用いた取着方法では、型の取付け及び取外しの作業に非常に多くの手間がかかり、型替え作業に非常に多くの時間を要してしまう、といった問題があった。
また、上記特許文献２のようなクランプを振動溶着装置の振動側の型の取り付けに適用すると、クランプの可動部に振動による負荷がかかり、クランプのリンク機構が故障してしまう。その結果、型を強固に固定できなくなるばかりか、クランプの破損により型が脱落してしまう恐れがある、といった問題があった。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、型の着脱が容易で、型替え作業を簡素化できる振動溶着装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、上型及び下型によりそれぞれ保持された２部品を加圧しながら当接させ、前記２部品の当接面に振動による摩擦熱を発生させて前記２部品を溶着する振動溶着装置であって、前記上型と接触させられて前記上型を振動させる振動プレートと、前記上型が前記振動プレートに接触させられた状態を保持するように前記上型を支持する支持部材と、を備え、前記振動プレート及び前記上型には、少なくとも一対の、互いに係合可能な凸状部及び凹状部が設けられており、前記支持部材は、前記上型を支持する位置と、前記上型を支持しない位置と、の間で移動可能に前記振動溶着装置のフレームに設けられており、前記支持部材は、前記上型を支持する位置では、前記上型の下面を支持することを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記支持部材はボールローラであることを要旨とする。

本発明の振動溶着装置によると、上型と接触させられて上型を振動させる振動プレートと、上型が振動プレートに接触させられた状態を保持するように上型を支持する支持部材と、を備え、支持部材は、上型を支持する位置と、上型を支持しない位置と、の間で移動可能に設けられている。これにより、上型の振動プレートへの着脱を容易なものとすることができるので、従来のボルトにより締結する方法等と比較して、型替え作業を簡素化することができる。また、振動プレート及び上型には、互いに係合可能な凸状部及び凹状部が設けられている。これにより、上型の位置合わせを容易に行うことができる。また、上型が振動プレートに接触させられた状態では、凸状部と凹状部とが係合しているので、振動プレートの振動を上型に好適に伝達することができる。
また、前記支持部材はボールローラであり、前記ボールローラは、前記上型を支持する位置では、前記上型の下面を支持する場合は、振動溶着時に上型が支持部材に接触していたとしても、ボールローラが転動して振動を受け流すことにより、振動する上型を好適に支持することができる。

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
本実施例に係る振動溶着装置を模式的に示す要部正面図である。 本実施例に係る振動溶着装置の振動プレートを模式的に示す正面図である。 本実施例に係る振動溶着装置の上型を模式的に示す正面図である。 本実施例に係る振動溶着装置の支持部材を模式的に示す正面図である。 本実施例に係る振動溶着装置の支持部材を模式的に示す平面図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 本実施例に係る振動溶着装置の作用を説明するための説明図である。 他の実施形態に係る支持部材の移動形態を説明するための説明図である。

ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

本実施形態に係る振動溶着装置（１）は、上型（２）及び下型（３）によりそれぞれ保持された２部品（４，５）を加圧しながら当接させ、２部品の当接面に振動による摩擦熱を発生させて２部品を溶着する振動溶着装置であって、上型と接触させられて上型を振動させる振動プレート（１１）と、上型が振動プレートに接触させられた状態を保持するように上型を支持する支持部材（１２）と、を備え、振動プレート及び上型には、少なくとも一対の、互いに係合可能な凸状部（１１Ａ）及び凹状部（２２Ａ）が設けられており、支持部材は、上型を支持する位置と、上型を支持しない位置と、の間で移動可能に設けられていることを特徴とする（例えば、図１、図２、図３等参照）。

上記「上型」の構造、形状、材質等は特に問わない。この上型は、例えば、上型本体（２１）と、上記振動プレートの下面に接触される上型ベースプレート（２２）と、を有することができる（例えば、図１、図３等参照）。
上記「下型」の構造、形状、材質等は特に問わない。この下型は、例えば、上記振動プレートに対向するように設けられた下型支持プレート（１７）に取り付けられることができる。また、上記下型は、例えば、下型本体（３１）と、上記下型支持プレートに取り付けられる下型ベースプレート（３２）と、を有することができる（例えば、図１等参照）。

上記下型支持プレートは、例えば、上記振動プレートと対向する方向に変位可能に設けられていることができ、これにより、上記２部品を加圧しながら当接させることができる。また、例えば、上記下型には上記上型を載置することができ、この状態で、上記振動プレートと対向する方向に変位することにより、上記上型が上記振動プレートに接触させられた状態にすることができる。上記上型は、上記下型に、上型受け部材（６）等を介して間接的に載置されてもよいし、直接載置されてもよい。

上記「振動プレート」の構造、振動形態等は特に問わない。上記振動プレートの振動形態としては、例えば、平面上を往復直線運動して振動する形態、平面上を円弧運動して振動する形態等を挙げることができる。また、この振動プレートを振動させるための振動源は特に問わないが、例えば、電磁コイル（１５）と磁性体（１６）とを用いた電磁振動発生器（例えば、図２等参照）や、振動モータ、超音波振動発生器等を挙げることができる。

上記凸状部及び凹状部の形状、大きさ、個数、配置形態等は特に問わない。上記凸状部の断面形状としては、例えば、略多角形状（例えば、図２の略台形状や略三角形状）、先端を丸めた山状（釣り鐘形状）、等を挙げることができる。一方、凹状部の断面形状としては、係合する凸状部とほぼ合致する形状であればよい。また、上記凸状部は、ある程度長尺な棒状に形成されていてもよいし、スポット的な点状に形成されていてもよい。

上記凸状部は、例えば、その断面が基端側から先端側に向かって狭小となるテーパ形状となっていることができる（例えば、図２等参照）。この場合、上記凹状部は、例えば、上記凸状部と係合可能なように、その断面が開口側から底部側に向かって狭小となるテーパ形状となっていることができる（例えば、図３等参照）。上記振動プレートには、凸状部及び凹状部の一方のみが設けられていてもよい。また、上記振動プレートには、凸状部及び凹状部の両方が設けられていてもよい。同様に、上記上型には、上記振動プレートと係合可能なように、凹状部及び凸状部の一方のみが設けられていてもよい。また、上記上型には、上記振動プレートと係合可能なように、凹状部及び凸状部の両方が設けられていてもよい。また、上記上型が、上型本体と、上型ベースプレートと、を有する場合、上記凸状部又は上記凹状部は、例えば、上型ベースプレートに設けられていることができる。

上記「支持部材」の構造、形状、個数等は特に問わない。この支持部材の上記上型の支持形態としては、例えば、上記上型の下面を支持する形態であることができる（例えば、図４、図５等参照）。また、この場合、支持部材としては、例えば、ボールローラ等の転動する支持部材や、リン青銅、焼結金属、樹脂等の低摩擦係数の材料を支持面に用いた摺動する支持部材等を挙げることができる。更に、上型と支持部材との間に空気層等の流体膜を形成するようにしてもよい。また、上記上型に上記上型ベースプレートが備えられている場合には、上記支持部材は、例えば、上記上型ベースプレートを支持することができる（例えば、図４、図５等参照）。

上記支持部材は、上型を支持する位置（Ｂ）と、上型を支持しない位置（Ａ）と、の間で移動可能に設けられている。この移動形態としては、例えば、直線的に移動する形態（例えば、図１、図４、図５等参照）や、回動する形態（例えば、図１７等参照）等が挙げられる。これらの移動形態は、上記支持部材を移動させる支持部材移動機構（１８）により実現されることができる。この支持部材移動機構の構成等は特に問わないが、例えば、上記支持部材の移動のための駆動源（１８Ａ）や、移動の案内をする案内部材（１８Ｂ）等を備えることができる。上記駆動源としては、例えば、流体シリンダ、電動アクチュエータ、流体アクチュエータ、電動モータ等が挙げられる。また、上記案内部材としては、例えば、リニアガイド、ボールスプライン等の直動案内部材や、軸及び軸受け等を用いた回動案内部材等が挙げられる。

本実施形態の振動溶着装置は、例えば、上記支持部材はボールローラであり、上記ボールローラは、上記上型を支持する位置では、上記上型の下面を支持する形態であることができる（例えば、図１、図４等参照）。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。
（１）振動溶着装置の構成
本実施例に係る振動溶着装置１は、図１に示すように、上型２及び下型３によりそれぞれ保持された上側部品４及び下側部品５（本発明に係る２部品としてそれぞれ例示する）を加圧しながら当接させ、それらの当接面に振動による摩擦熱を発生させて上側部品４及び下側部品５を溶着する振動溶着装置である。振動溶着装置１は、上型２と接触させられて上型２を振動させる振動プレート１１と、上型２が振動プレート１１に接触させられた状態を保持するように上型２を支持する支持部材１２と、を備えている。

図２に示すように、振動プレート１１は、板ばね１３を介して天板１４から吊り下げられており、板ばね１３が撓むことにより、水平方向（図２のＸ（左右）方向）に振動可能となっている。また、振動プレート１１の側方には、２つの電磁コイル１５が所定の間隔を空けて配置されているとともに、振動プレート１１の各電磁コイル１５に対向する位置には磁性部材１６が取り付けられている。そして、振動プレート１１は、各電磁コイル１５に高周波電流をそれぞれ印加することにより発生する磁力を受けて磁性部材１６が交互に引き寄せられ、振動が付与されるようになっている。また、振動プレート１１の下面側には凸状部１１Ａが設けられている。凸状部１１Ａは、その断面が基端側から先端側に向かって狭小となるテーパ形状となっている。

図３に示すように、上型２は、上型本体２１と、振動プレート１１の下面に接触される上型ベースプレート２２と、を有している。この上型２は上側部品４の種類に応じて交換（型替え）されて使用される。このため、上型本体２１の下面側は、上側部品４を保持するために、上側部品４の種類に応じた凹状に形成されている。一方、上型ベースプレート２２の上面側の形状は、溶着される上側部品４の種類に依らず共通の形状となっている。上型ベースプレート２２の上面側には凹状部２２Ａが設けられている。凹状部２２Ａは、振動プレート１１の凸状部１１Ａと係合可能なように、その断面が開口側から底部側に向かって狭小となるテーパ形状となっている。また、本実施例では、図２及び図３に示すように、凸状部１１Ａ及び凹状部２２Ａは、振動方向Ｘに対して直交するように、長尺状に３対設けるようにしている。

図１に示すように、下型３は、下型本体３１と、下型ベースプレート３２と、を有している。この下型３は、上型２と同様に、下側部品５の種類に応じて交換（型替え）されて使用される。このため、下型本体３１の上面側は、下側部品５を保持するために、下側部品５の種類に応じた凹状に形成されている。一方、下型ベースプレート３２の下面側の形状は、溶着される下側部品５の種類に依らず共通の形状となっている。下型ベースプレート３２は、図示しない既知の固定手段により下型支持プレート１７に取り付けられるようになっている。なお、下型支持プレート１７は、図示しない昇降機構により振動プレート１１と対向する方向（図１のＺ方向）に変位可能に設けられている。

支持部材１２は、上型２を支持する位置と、上型２を支持しない位置と、の間で移動可能に設けられている。図１に示すように、支持部材１２は、支持部材移動機構１８に取り付けられている。支持部材移動機構１８は、図４及び５に示すように、その一端側が振動溶着装置１のフレーム１９に取り付けられており、支持部材１２を移動させるためのエアシリンダ１８Ａと、支持部材１２の移動の案内をする案内部材１８Ｂと、を備えている。これにより、支持部材１２は、上型２の上型ベースプレート２２の下面を支持するように、上型２の側方の位置Ａから位置Ｂへ移動する。また、本実施例において、支持部材１２はボールローラを採用している。これにより、支持部材１２は、上型２が振動したとしても、上型２が振動プレート１１に接触させられた状態を保持することが可能となっている。

（２）振動溶着装置の作用
次に、上記構成の振動溶着装置１の作用について説明する。
最初に、型替えにおいて、上型２を振動プレート１１に接触させ、この状態で支持部材１２により支持させる手順を説明する。なお、図６に示すように、本実施例において、上型２は、上型２を下型３に載置するときに用いる上型受け治具６を介して、下型３に載置された状態で保管されている。
まず、図６に示すように、上型２が載置された下型３を下型支持プレート１７に取り付ける。このとき、支持部材１２は上型２を支持しない位置Ａにある。そして、図７に示すように、下型支持プレート１７を上昇させて上型ベースプレート２２の上面と振動プレート１１の下面とを接触させ、凹状部２２Ａと凸状部１１Ａとを係合させる。

次に、図８に示すように、支持部材移動機構１８により、支持部材１２を、上型２を支持する位置Ａに移動させる。これにより、支持部材１２により上型ベースプレート２２の下面が支持される。
最後に、図９に示すように、下型支持プレート１７を下降させる。このとき、下型３は下型支持プレート１７とともに下降するが、上型２は支持部材１２により支持されているので、振動プレート１１に接触させられた状態で保持される。なお、下降した下型３からは上型受け治具６を取り外しておく。
このようにして、上型２が振動プレート１１に接触した状態で支持部材１２により支持され、型替えが完了する。

続いて、振動溶着により上側部品４及び下側部品５を溶着する手順について説明する。
最初に、図１０に示すように、上型２に上側部品４を保持させるとともに、下型３に下側部品５を保持させる。そして、図１１に示すように、下型支持プレート１７を上昇させる。すると、上側部品４の溶着面と下側部品５の溶着面とが当接し、加圧される。また、このとき、上型２は、下型３、下側部品５及び上側部品４を介して、下型支持プレート１７の上昇による加圧力を受けて振動プレート１１に押しつけられている。即ち、この状態においては、上型２は、支持部材１２に代わって、下型支持プレート１７の上昇による加圧力により支持されているといえる。

この加圧された状態で、振動プレート１１を振動させて上型２及び上側部品４に振動を付与する。この振動により、上側部品４と下側部品５との当接面に摩擦が生じ、当接面の樹脂が溶融状態となる。この振動プレート１１が振動している状態において、上型２は、下型支持プレート１７の上昇により振動プレート１１側に向かって加圧力がはたらいているため、落下することはない。また、上型２は、加圧力により振動プレート１１側に向かって押しつけられているので、凸状部１１Ａと凹状部２２Ａとが強固に係合し、振動プレート１１と一体に振動する。

また、上型２が振動している状態において、上型２の下面は、支持部材１２から僅かに浮いた状態となっているか、又は支持部材１２に軽く接触した状態となっている。このとき、上型２が僅かに浮いた状態であれば、支持部材１２には振動は伝わらない。また、上型２が支持部材１２に接触した状態であったとしても、ボールローラが転動して振動を受け流す。従って、支持部材１２は上型２からの振動による影響を受けることはない。

更に、上側部品４と下側部品５との当接面が溶融状態となっても、下型支持プレート１７を更に上昇させて加圧状態を維持する。そして、所定の時間が経過したところで振動を停止すると、溶融状態にあった上側部品４と下側部品５との当接面が再び凝固して、上側部品４と下側部品５とが接合される。
最後に、図１２に示すように、下型支持プレート１７を下降させると、下型３とともに、接合して一体化した上側部品４及び下側部品５も下降する。

上型２を取り外す際には、図１３に示すように、下型３に上型受け治具６を取り付けて、下型支持プレート１７を上昇させる。そして、図１４に示すように、上型受け治具６を上型２に当接させ、下型３に上型２を支持させる。この状態で、支持部材１２を位置Ａに移動させる（図１５）。最後に、図１６に示すように、下型支持プレート１７を下降させると、下型３とともに、下型３に載置された上型２も下降する。これにより、上型２が振動プレート１１から離脱される。

（３）実施例の効果
以上より、本実施例では、上型２と接触させられて上型２を振動させる振動プレート１１と、上型２が振動プレート１１に接触させられた状態を保持するように上型２を支持する支持部材１２と、を備え、支持部材１２は、上型２を支持する位置Ｂと、上型２を支持しない位置Ａと、の間で移動可能に設けられている。これにより、上型２の振動プレート１１への着脱を容易なものとすることができるので、従来のボルトにより締結する方法等と比較して、型替え作業を簡素化することができる。また、振動プレート１１及び上型２には、互いに係合可能な凸状部１１Ａ及び凹状部２２Ａが設けられている。これにより、上型２の位置合わせを容易に行うことができる。また、上型２が振動プレート１１に接触させられた状態では、凸状部１１Ａと凹状部２２Ａとが係合しているので、振動プレート１１の振動を上型２に好適に伝達することができる。

また、本実施例では、支持部材１２はボールローラであり、ボールローラは、上型２を支持する位置Ｂでは、上型２の下面を支持するようにしたので、振動溶着時に上型２が支持部材１２に接触していたとしても、ボールローラが転動して振動を受け流すことにより、振動する上型２を好適に支持することができる。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、上記実施例では、３対の凸状部１１Ａ及び凹状部２２Ａを設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、溶着時の振動の影響により振動側の型にずれが生じない範囲で数を減らしたり、反対に４対以上設けたり等、その数を変更してもよい。

また、上記実施例では、凸状部１１Ａ及び凹状部２２Ａを、振動方向Ｘに対して直交するように設けたが、これに限定されず、例えば、凸状部１１Ａ及び凹状部２２Ａの延びる方向に交差する方向に延びる凸状部及び凹状部を更に設けるようにしてもよい。また、円柱、多角柱等の同幅の柱状や、円錐、多角錐形状等のテーパ柱状等の凸状部及びこれに係合する凹状部としてもよい。この場合、溶着のための振動が２次元的なものであったとしても、振動プレートと上型との振動によるずれを防止することができる。

更に、上記実施例では、支持部材１２として、上型２に対して転動するボールローラを用いたが、これに限定されず、例えば、上型に対して摺動する支持部材としてもよい。この場合、支持部材としては、リン青銅、焼結金属、樹脂等の低摩擦係数の材料を支持面に用いた支持部材とすることが好ましい。

また、上記実施例では、支持部材１２が、上型２を支持する位置Ｂと、支持しない位置Ａと、の間で直線的に移動する例を示したが、これに限定されず、例えば、図１７に示すように、上型２を支持する位置Ｂと、支持しない位置Ａと、の間で回動するようにしてもよい。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述および図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的および例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲または精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料および実施例を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。

１；振動溶着装置、１１；振動プレート、１１Ａ；凸状部、１２；支持部材、１３；板ばね、１４；天板、１５；電磁コイル、１６；磁性部材、１７；下型支持プレート、１８；支持部材移動機構、１８Ａ；エアシリンダ（駆動源）、１８Ｂ；案内部材、１９；フレーム、２；上型、２１；上型本体、２２；上型ベースプレート、２２Ａ；凹状部、３；下型、３１；下型本体、３２；下型ベースプレート、４；上側部品、５；下側部品、６；上型受け治具。

Claims (2)

1. 上型及び下型によりそれぞれ保持された２部品を加圧しながら当接させ、前記２部品の当接面に振動による摩擦熱を発生させて前記２部品を溶着する振動溶着装置であって、
   前記上型と接触させられて前記上型を振動させる振動プレートと、
   前記上型が前記振動プレートに接触させられた状態を保持するように前記上型を支持する支持部材と、を備え、
   前記振動プレート及び前記上型には、少なくとも一対の、互いに係合可能な凸状部及び凹状部が設けられており、
   前記支持部材は、前記上型を支持する位置と、前記上型を支持しない位置と、の間で移動可能に前記振動溶着装置のフレームに設けられており、
   前記支持部材は、前記上型を支持する位置では、前記上型の下面を支持することを特徴とする振動溶着装置。
2. 前記支持部材はボールローラである請求項１記載の振動溶着装置。

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