JP6535964B2

JP6535964B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP6535964B2
Application number: JP2017209041A
Authority: JP
Inventors: 中居　誠也; 誠也中居
Original assignee: Adwelds Corp
Current assignee: Adwelds Corp
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: JP2019081278A

Description

この発明は、処理対象物に超音波振動を与えて含浸や接合などの所定の処理を行う処理装置に関する。

従来、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維を多数束状にした一方向繊維束を所定幅の帯状に開繊して樹脂を含浸させる場合に、超音波振動を与えて樹脂を溶融して含浸することが行われている。

この場合、超音波振動子に接続されて共振する共振器と、該共振器に対向して配置された支持体との間に、開繊された一方向繊維束および樹脂シートを重ね合せた状態で挟持し、超音波振動により樹脂シートの樹脂を溶融して一方向繊維束に含浸させる構成であり、１つの共振器と１つの支持体とで挟持するものである。

また、超音波振動により例えば金属や樹脂などを接合するほか、含浸や接合以外のその他の所定の処理を行う場合にも、１つの共振器と１つの支持体との間に接合等の処理を行うべき処理対象物を挟持した状態で超音波接合することが一般的である。

一方、例えば特許文献１に記載のように、１つの共振器に形成された複数の先端部に対向するように複数の支持体（アンビル）を配置し、共振器の各先端部それぞれと各支持体それぞれとの間に接合対象物を挟持して超音波接合し、生産性に向上を図るようにすることも提案されている。また、このような構成を上記した含浸にも適用することにより、含浸における生産性の向上を図ることも考えられる。

特開２０１７−１３４６５号公報（段落００６３、図１０参照）

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、複数の処理対象物を一度に接合したり含浸したりして生産性を向上できるという利点があるものの、共振器の各先端部それぞれと各支持体それぞれとの間において処理対象物に同じ加圧力しか加えることができないため、処理対象物を共振器の各先端部と各支持体とにより挟持する挟持部分において、各々の処理対象物に平行度や厚みが異なる場合には、これら平行度や厚みの違い応じた加圧力を加えることができない状態で超音波振動を印加することになり、平行度や厚みの違いによって含浸や接合等の仕上がりにばらつきが生じるという問題がある。

この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、処理対象物に平行度や厚みのばらつきがあっても、これらのばらつきが存在する処理対象物の異なる部分に対して当該ばらつきに応じた加圧力の付加や位置制御を行いつつ超音波を印加して所定の処理を行い、均質な仕上がりが得られるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明に係る処理装置は、処理対象物に超音波振動を与えて所定の処理を行う処理装置において、複数の支持体と、超音波振動する共振器と、前記各支持体それぞれを前記共振器に接近・離間する方向に個別に移動させて位置制御するとともに、前記各支持体それぞれに対して前記共振器に向かう方向への加圧力を個別に付加する加圧手段とを備え、前記加圧手段は、前記各支持体それぞれと前記共振器との間に前記処理対象物を挟持した状態で、前記各支持体による前記処理対象物に対する加圧力および／または前記各支持体の位置を挟持部分ごとに制御し、前記処理対象物は、開繊された帯状の一方向強化繊維束と樹脂シートとを重ねあわせた長尺のものであり、前記各支持体と前記共振器とにより挟持され、前記加圧手段による加圧力が前記各支持体それぞれに付加および／または位置制御された状態で、前記処理対象物の挟持部分に直交する方向に前記共振器による超音波振動を与えて前記樹脂シートの樹脂を溶融して前記一方向強化繊維束に含浸することを特徴としている。

このような構成によれば、加圧手段により、各支持体の加圧力の調整および／または位置制御を行うため、各支持体と共振器との間に処理対象物が挟持された状態で、共振器に向かう方向への加圧力の付加や各支持体の位置制御を個別に行い、各支持体それぞれと共振器との間に挟持された処理対象物に対する加圧力を、挟持部分ごとに制御しつつ共振器により処理対象物に超音波振動を与えることにより、平行度や厚みのばらつきが異なる処理対象物の挟持部分に対して当該ばらつきに応じた加圧力の付加および／または各支持体の位置制御を行いつつ、超音波を印加して所定の処理を行うことが可能になる。

また、開繊された一方向強化繊維束の幅方向における平行度や厚みがばらついていても、複数の支持体により個別に加圧力を付加および／または複数の支持体の位置を個別に制御することにより、平行度や厚みのばらつきが存在する処理対象物の異なる部分に対して、当該ばらつきに応じた加圧力の付加および／または位置制御を行うことができるため、一方向強化繊維束の幅方向に均質に樹脂を含浸させることができる。

また、処理対象物に超音波振動を与えて所定の処理を行う処理装置において、複数の支持体と、超音波振動する共振器と、前記各支持体それぞれを前記共振器に接近・離間する方向に個別に移動させて位置制御するとともに、前記各支持体それぞれに対して前記共振器に向かう方向への加圧力を個別に付加する加圧手段とを備え、前記加圧手段は、前記各支持体それぞれと前記共振器との間に前記処理対象物を挟持した状態で、前記各支持体による前記処理対象物に対する加圧力および／または前記各支持体の位置を挟持部分ごとに制御し、前記加圧手段による加圧力が付加および／または位置制御された状態で、前記共振器により前記処理対象物に超音波振動を与え、前記処理対象物は、互いに接合される少なくとも２つの接合物を１組とする複数組の接合物により構成されるものであり、前記各支持体それぞれと前記共振器とにより、各組における互いに接合される前記接合物が挟持された状態で、前記加圧手段により付加される加圧力が、前記各支持体それぞれを介して前記各組における互いに接合される前記接合物に加えられつつ、当該処理対象物の挟持部分に平行な方向への前記共振器による超音波振動により前記各組の前記接合物が互いに接合されるものであるものであってもよい。

また、処理対象物に超音波振動を与えて所定の処理を行う処理装置において、複数の支持体と、超音波振動する共振器と、前記各支持体それぞれを前記共振器に接近・離間する方向に個別に移動させて位置制御するとともに、前記各支持体それぞれに対して前記共振器に向かう方向への加圧力を個別に付加する加圧手段とを備え、前記加圧手段は、前記各支持体それぞれと前記共振器との間に前記処理対象物を挟持した状態で、前記各支持体による前記処理対象物に対する加圧力および／または前記各支持体の位置を挟持部分ごとに制御し、前記加圧手段による加圧力が付加および／または位置制御された状態で、前記共振器により前記処理対象物に超音波振動を与え、前記処理対象物は、互いに接合される少なくとも２つの接合物を１組とする複数組の接合物により構成されるものであり、前記各支持体それぞれと前記共振器とにより、各組における互いに接合される前記接合物が挟持された状態で、前記加圧手段により付加される加圧力が、前記各支持体それぞれを介して前記各組における互いに接合される前記接合物に加えられつつ、当該処理対象物に対して直交する方向への前記共振器による超音波振動により前記各組の前記接合物が互いに接合されるものであるものであってもよい。

このような構成によれば、各組ごとの接合物の平行度や厚みが異なっていても、各支持体により個別に加圧力を付加し、および／または各支持体の位置を個別に制御することにより、平行度や厚みのばらつきが存在する複数組の接合物に対して、当該ばらつきに応じた加圧力を加えつつ超音波振動により接合することができるため、各組の接合物をすべて同じ接合強度等、均質に接合することができる。また、処理対象物である接合物が樹脂から成り、接合の一種である溶着を行う場合であっても、各支持体による加圧力を個別に付加し、および／または各支持体の位置を個別に制御しつつ当該処理対象物に対して平行または直交する方向に超音波振動を印加することにより、各組の対象物をすべて同じ溶着強度等、均質に溶着することができる。

また、前記加圧手段は、前記各組の前記接合物のうち接合が終了したものから、順次、前記各支持体による加圧力の付加および／または位置制御を停止して当該支持体を前記共振器から離間させるとよい。こうすると、接合を終了した接合物に余分な加圧力が加わることを防止でき、接合の仕上がり具合が低下することを未然に防止できる。

また、前記共振器の前記各支持体それぞれと対向する位置に接合部が複数設けられ、前記各接合部それぞれと前記各支持体それぞれとの間に、前記各組ごとの前記接合物を挟持して接合するとよい。この場合、共振器の各接合部と各支持体との間に接合物がそれぞれ挟持された状態で、超音波振動が印加されて接合される。

また、前記複数の接合部は、前記共振器の異なる面それぞれに設けられ、前記共振器の面を変えることにより、異なる前記複数の接合部を使用して接合を行うのが望ましい。こうすると、共振器の面を変えることにより、異なる複数の接合部により接合することができるため、いずれかの面の接合部が摩耗したときなど、異なる面の接合部により接合することができ、実用的である。

この発明によれば、各支持体それぞれと共振器との間に挟持された処理対象物に対する加圧力を、挟持部分ごとに制御するため、処理対象物に平行度や厚みのばらつきがあっても、複数の支持体により個別に加圧力を付加し、および／または複数の支持体の位置を個別に制御することにより、平行度や厚みのばらつきが異なる処理対象物の挟持部分に対して当該ばらつきに応じた加圧力の付加および／または各支持体の位置制御を行いつつ超音波を印加して所定の処理を行うことが可能になり、高品質な仕上がりを達成することができる。

本発明に係る処理装置の第１実施形態である含浸装置の正面図である。図１の右側面図である。図１の動作説明図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる状態における左側面図である。図１の一部の斜視図である。図１の動作説明図である。本発明に係る処理装置の第２実施形態である接合装置の斜視図である。図６の右側面図である。図６の動作説明図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ異なる状態における左側面図である。図６の動作説明図である。図６の動作説明図である。図６の変形例の動作説明図である。

（第１実施形態）
この発明に係る処理装置の第１実施形態である含浸装置について、図１ないし図５を参照して説明する。

図１ないし図３に示すように、含浸装置１は、３つの支持体２と、処理対象物としての樹脂シートを重ねた一方向強化繊維束ＢにＺ方向（図１）の超音波振動を印加する振動手段である共振器３１を備えるヘッド部３と、支持手段３３に支持された共振器３１を駆動して上下方向であるＺ方向に往復移動させる駆動手段４と、一方向強化繊維束Ｂに樹脂シートを重ね合せた状態で各支持体２とヘッド部３との間に供給する供給手段（図示省略）と、含浸装置１の各部の制御を行う制御装置（図示省略）とを備えている。ここで、一方向強化繊維束Ｂは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維から成るフィラメントが多数束ねられて形成されている。

そして、含浸装置１は、複数の支持体２と、これら支持体２に直交するＺ方向に超音波振動する共振器３１との間に、樹脂シートが重畳された一方向強化繊維束Ｂを挟持した状態で、一方向強化繊維束Ｂをその長手方向であるＹ方向に移動させ、一方向強化繊維束Ｂの移動中に、共振器３１から一方向強化繊維束Ｂに対して上下方向（Ｚ方向）の超音波振動を印加することにより、一方向強化繊維束Ｂに重畳した樹脂シートを溶融し、溶融した樹脂シートの樹脂を一方向強化繊維束Ｂに含浸させる。

３つの支持体２は、図２に示すように、一方向強化繊維束Ｂをヘッド部３が備えるホーン３５との間に挟持するように、ホーン３５の下方に配置されており、各支持体２を並設したＸ方向（図１）の全体幅とホーン３５の幅とがほぼ同じに設定されている。換言すると、ホーン３５のＸ方向の幅とほぼ同じ幅を有するブロック体がＸ方向に３分割されて3つの支持体２が形成されているのと同等である。なお、ホーン３５の幅は、上記したように各支持体２の全幅と同じでなくてもよく、各支持体２の全幅よりも大きくても小さくてもよい。

そして、各支持体２は、動かないように固定して設けられた固定部材２１と、固定部材２１の下部に取り付けられたＬ字状の３つの取付フレーム２２と、固定部材２１に並列に取り付けられた３つの上下方向（Ｚ方向）のガイドレール２３と、各ガイドレール２３それぞれに沿って上下動自在に１対ずつ設けられたガイド部材２４と、各対ごとのガイド部材２４と各支持体２とを連結する連結部材２５と、取付フレーム２２の下面に取り付けられた３つのステッピングモータ等のモータ２６と、各モータ２６それぞれの回転軸に連結されて各モータ２６に連動して回転する３つのボールねじ２７と、各ボールねじ２７それぞれに螺合して設けられボールねじ２７の回転により上下動する３つの移動部材２８と、各移動部材２８の上面にそれぞれ配置された加圧手段としての３つのエアシリンダ２９と、各エアシリンダ２９それぞれと各支持体２それぞれとの間に設けられたエアシリンダ２９による支持体２への荷重検出用のロードセルＬＣとを備えており、これら各ロードセルＬＣにより検出荷重が図示省略の制御装置にフィードバックされて、エアシリンダ２９による支持体２への荷重が所定荷重になるように制御される。

すなわち、図２に示すように、支持体２に処理対象物である樹脂シートを重ねた一方向強化繊維束Ｂが支持体２に載置されているがホーン３５には当接していない状態から、モータ２６によりボールねじ２７が回転して支持体２が上動し、図３(ａ)に示すように、一方向強化繊維束Ｂがホーン３５の下面に当接すると、図３（ｂ）に示すように、エアシリンダ２９が撓み始めてロードセルＬＣによる支持体２への検出荷重が急増するため、一方向強化繊維束Ｂのホーン３５の下面への当接が検知される。そして、この当接状態から、エアシリンダ２９が制御装置により制御されて支持体２への荷重が所定荷重になるように制御され、支持体２とホーン３５との間に挟持された一方向強化繊維束Ｂが加圧される。

ところで、１つのボールねじ２７がモータ２６の回転により回転した場合の動作は次のとおりである。ボールねじ２７の回転により、移動部材２８、エアシリンダ２９、支持体２、連結部材２５およびガイド部材２４が一体となってガイドレール２３に沿って上動し、このときホーン３５は駆動手段４により下動し、樹脂シートを重ねた一方向強化繊維束Ｂを各支持体２とホーン３５との間に挟持するように、ホーン３５および各支持体２の相対位置が調整されるようになっている。なお、他の支持体２も同様にして位置調整がなされ、例えば図２中の一点鎖線の状態から実線の状態に支持体２が移動され、こうして位置調整された各支持体２に対して、それぞれエアシリンダ２９により加圧力が付加され、一方向強化繊維束Ｂに対する各支持体２それぞれによる加圧力が個別に制御される。なお、ホーン３５は下動しなくても構わない。

さらに、このように処理対象物である樹脂シートを重ねた一方向強化繊維束Ｂに加圧力が加えられた状態で、樹脂シートを重ねた一方向強化繊維束Ｂにホーン３５により所定の共振周波数の上下方向（Ｚ方向）への超音波振動が印加され、超音波振動による摩擦熱で樹脂シートが加熱されて溶融し、溶融した樹脂シートの樹脂が一方向強化繊維束Ｂに含浸される。

ヘッド部３は、共振器３１の一方端に接続された振動子３２と、共振器３１を支持する支持手段３３とを備える。共振器３１は、上記した制御装置（図示省略）により制御されて振動子３２が生成する超音波振動に共振してその中心軸の方向（Ｚ方向）に超音波振動するものであって、ブースタ３４とホーン３５とを備え、ブースタ３４の他方端とホーン３５の一方端とが、互いの中心軸が同軸になるように無頭ねじにより連結されている。そして、振動子３２が共振器３１を超音波振動させることにより、各支持体２と共振器３１との間に挟持された一方向強化繊維束Ｂに超音波振動が印加される。

このとき、ブースタ３４は、例えば図１中のＺ方向におけるそのほぼ中央の位置と、その両端位置とが最大振幅点となるように、共振周波数の一波長の長さに形成され、Ｚ方向において各最大振幅点から１／４波長離れた２つの位置が、それぞれブースタ３４の第１および第２最小振幅点に相当する。また、ブースタ３４は、その断面形状が円柱状に形成されている。そして、ブースタ３４の一方端に、ブースタ３４の中心軸と同軸になるように振動子３２が無頭ねじにより接続されている。

さらに、ブースタ３４の第１および第２最小振幅点に相当する位置の外周面には被把持部がそれぞれ形成され、これらの被把持部は、第１および第２最小振幅点に相当する位置の外周面の周方向に沿って形成された凹状の溝から成り、被把持部の溝に支持手段３３の把持部が係合することにより、共振器３１のブースタ３４が支持手段３３に支持されている。ここで、被把持部は、ブースタ３４の中心軸にほぼ直交する断面形状が、例えば八角形状となるように形成されている。なお、この断面形状は、円形状やその他の多角形状に形成されてもよい。

ホーン３５は、一方向強化繊維束Ｂを各支持体２に直交する上下方向（Ｚ方向）に押圧する平面状の押圧面を有し、振動子３２の振動に共振して超音波振動することにより押圧面から一方向強化繊維束Ｂに超音波振動を印加する。ホーン３５は、例えば図１中のＺ方向におけるその両端位置が最大振幅点となるように、例えば共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、Ｚ方向におけるホーン３５のほぼ中央の位置が第３最小振幅点に相当する。ここで、図１、図２では、ホーン３５は直方体状に形成されているが、ホーン３５の形状は必ずしも直方体状に限られるものではない。

なお、本実施形態では、共振器３１は、その共振周波数が約１５ｋＨｚ〜約６０ｋＨｚ、その振動振幅（Ｚ方向における伸縮の振幅）が約２μｍ〜約３００μｍとなるように構成されており、振動子３２により生成される超音波振動に共振して共振器３１が超音波振動することによって、ホーン３５の押圧面から一方向強化繊維束Ｂに対して上下方向（Ｚ方向）の超音波振動が印加される。

支持手段３３は、基部３６とクランプ手段３７とを備え、クランプ手段３７でブースタ３４の被把持部を把持することにより共振器３１を支持するものであり、基部３６には、駆動手段４のボールねじ４２に螺合するねじ穴がＺ方向に形成されている。

また、クランプ手段３７は、ブースタ３４に形成された２箇所の被把持部それぞれに対応して基部３６の２箇所に設けられており、それぞれブースタ３４の被把持部を挟持する第１および第２部材を備えている。このとき、クランプ手段３７の第１および第２部材には、被把持部の八角形等の断面形状に係合可能な形状を有する凹部がそれぞれ設けられている。そして、第１および第２部材の凹部でブースタ３４の被把持部を狭持するように、被把持部を形成する凹状の溝に、基部３６に支持されたクランプ手段３７の第１および第２部材が嵌挿され、ボルトで第１および第２部材が固定されることにより、ブースタ３４の被把持部がクランプ手段３７により把持される。

なお、共振器３１を支持する支持手段３３の構成は、上記したように、ブースタ３４に形成された被把持部を把持（クランプ）した状態でボルトにより固定されるクランプ手段３７に限られず、例えば、電気制御可能に構成された機械的なクランプ機構や、ワンタッチで取り付け可能なクランプ機構など、ブースタ３４の被把持部を支持することができる構成あればどのようなものであってもよい。

また、共振器３１に形成される被把持部の位置は、最小振幅点に限らず、共振器３１の任意の位置に被把持部を形成すればよい。また、被把持部の構成は、共振器３１の外周面に周方向に沿って凹状の溝が形成された構成に限られず、例えば、共振器３１の外周面に周方向に沿って凸状のフランジが形成された構成など、支持手段３３により把持することができれば、被把持部がどのような形状に構成されてもよい。また、被把持部が支持手段３３により、Ｏリングやダイアフラム等の弾性部材を介して支持されていてもよい。

駆動手段４は、ホーン３５の押圧面が各支持体２と対向するように支持手段３３に支持された共振器３１を、図１中のＺ方向に駆動して各支持体２に近接または各支持体２から離間させるものであって、駆動モータ４１とボールねじ４２とを備えている。また、架台（図示省略）に立設された支柱（図示省略）にガイド４３が結合されており、駆動手段４は、フレーム４４を介して支柱およびガイド４３に連結されている。

そして、制御装置に制御されて駆動モータ４１が回転することにより、ガイド４３に上下方向に設けられた凸状のレール４３ａと支持手段３３に設けられたガイド（図示省略）とが摺接しつつ、ボールねじ４２に螺合された支持手段３３が上下方向（Ｚ方向およびその反対方向）に移動し、これにより、支持手段３３に支持された共振器３１が各支持体２に近接しまたは各支持体２から離間する。

また、駆動手段４は、制御装置による制御に基づいて駆動モータ４１の駆動トルクを調整することにより、所定の圧力で支持手段３３に支持された共振器３１を各支持体２に近接させることができる構成になっている。また、支柱にはリニアエンコーダ（図示省略）が設けられており、これによりＺ方向におけるヘッド部３の高さが検出されて、リニアエンコーダの検出信号に基づいて制御装置により駆動モータ４１を制御することにより、ヘッド部３の高さ位置が調整される。

さらに、共振器３１の中心軸の方向が基部３６に形成されたねじ穴とほぼ同じ方向、すなわち、共振器３１の中心軸の方向と駆動手段４による共振器３１の移動方向（Ｚ方向）とが一致し、ホーン３５が各支持体２と対向するように、支持手段３３により共振器３１が支持されている。したがって、駆動手段４により基部３６が下動されることで共振器３１（ホーン３５）がＺ方向に駆動されて一体的に各支持体２に近接し、これにより、ホーン３５と各支持体２との間に樹脂シートが重ねられた一方向強化繊維束Ｂが挟持される。

また、一方向強化繊維束Ｂは帯状に開繊されており、供給ローラと、引出ローラと、張力調整用ローラと、収納ローラとを備える供給手段により、図２中の黒振り矢印方向に供給されると同時に移動される。詳細には、一方向強化繊維束Ｂが、引出しローラを構成する駆動ローラおよびこれに従動する従動ローラによりニップされることによって供給ローラから引き出され、引き出された開繊状態の一方向強化繊維束Ｂに、さらに樹脂シート（図示省略）が重ねられた状態でホーン３５と各支持体２との間に供給されて挟持される。さらに、樹脂が含浸された一方向強化繊維束Ｂは、ヘッド部３よりも下流側に配置された張力調整用ローラを構成する駆動ローラおよびこれに従動する従動ローラによりニップされることによって、その張力が調整されながら移動される。

ところで、上記したように、樹脂シートが重ねられた一方向強化繊維束Ｂに、樹脂シートの樹脂を含浸させる場合に、各支持体２それぞれとホーン３５との間に挟持される一方向強化繊維束Ｂは上記したように既に開繊されているが、図４に示すように、その移動方向に直交する幅方向における断面では、一方向強化繊維束Ｂの両端部の厚みは、図４中のハッチングを施したその他の部分よりも薄くなっていることが多い。

そこで、このように厚みがばらついた一方向強化繊維束Ｂに対して上下から樹脂シートＳを重ね合せて各支持体２それぞれとホーン３５との間に挟持した状態で各支持体２により加える加圧力として、例えば樹脂シートＳを重ねた一方向強化繊維束Ｂの厚みが薄い両端の挟持部分に対しては強い加圧力を加え、厚みが厚いその他の挟持部分（図４中のハッチング部分）に対しては弱い加圧力を加える。つまり、両側の支持体２により強い加圧力を、真ん中の支持体２により弱い加圧力を加えるように、制御装置により各エアシリンダ２９が制御される。また、上記したように各支持体２ごとに加圧力を変えるほか、各支持体２に同じ加圧力を加えながら、各支持体２の位置ずれが所定の許容範囲内に収まるように各支持体２の位置制御を行ってもよい。

そうすると、各支持体２それぞれとホーン３５とによる挟持部分ごとに加圧力が個別に制御されることになり、一方向強化繊維束Ｂの挟持部分ごとに平行度や厚みのばらつきがあっても、各支持体２それぞれの加圧力を制御することで、これらのばらつきが存在する一方向強化繊維束Ｂの異なる部分に対して当該ばらつきに応じた加圧力を加えることができ、超音波振動が印加されて含浸される際に、厚みに応じた加圧力を加えることによって、溶融した樹脂シートの樹脂が一様に（均一に）一方向強化繊維束Ｂの内部に入り込み、高品質の含浸を行うことが可能になる。ここで、上記したように、ばらつきに応じて各支持体２それぞれの加圧力を個別に制御することに代えて、各支持体２それぞれの位置制御を個別に行ってもよい。

したがって、この実施形態によれば、各支持体２それぞれとホーン３５とによる一方向強化繊維束Ｂの挟持部分ごとに平行度や厚みのばらつきに応じて、各支持体２それぞれの加圧力を個別に制御することで、これらのばらつきが存在する一方向強化繊維束Ｂの異なる部分に対して当該ばらつきに応じた加圧力を加えることができ、この状態で超音波振動を印加することにより、溶融した樹脂シートの樹脂が一方向強化繊維束Ｂの内部に一様に入り込み易くなり、一方向強化繊維束Ｂの幅方向に均質に樹脂を含浸させることができる。

（第２実施形態）
次に、この発明に係る処理装置の第２実施形態である接合装置について、図６ないし図１０を参照して説明する。本実施形態の接合装置は、図６に示すように、処理対象物である２つの接合物の接合を２組同時に行うものであり、装置の基本的構成は上記した第１実施形態とほぼ同じであり、以下では主として第１実施形態と異なる点について、図１、図２も参照しつつ説明する。なお、図５ないし図８において、図１ないし図４と同一符号は同一若しくは相当するものを示す。

図６に示すように、接合装置１１は、１つのホーン３５よりもＹ方向（図１参照）に長尺のホーン３５ａと、同じ形状の２つの支持体２ａ，２ｂを備えており、ホーン３５ａは図１のヘッド部３の共振器３１を構成し、ホーン３５ａの下面の両支持体２ａ，２ｂそれぞれと対向する位置に突出して設けられた２つの接合部３５ａ１，３５ａ２の下面の接合面が２つの処理対象物Ｂ１，Ｂ２それぞれに当接し、接合部３５ａ１，３５ａ２それぞれと支持体２ａ，２ｂそれぞれとの間に２つの処理対象物Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ挟持した状態で、振動子３２が生成する超音波振動に共振器３１が共振し、ホーン３５ａにより処理対象物Ｂ１，Ｂ２に対して処理対象物Ｂ１，Ｂ２の長手方向であるＹ方向への超音波振動が印加される。なお、図６、図７に示すように、ホーン３５ａの上面にも接合部３５ａ１，３５ａ２と同様に２つの接合部３５ａ３，３５ａ４（図７参照）が設けられており、下面側の接合部３５ａ１，３５ａ２が消耗したときに、ホーン３５ａを上下逆転させることにより、図６、図７の上面側の接合部３５ａ３，３５ａ４を使用することが可能になる。なお、ホーン３５ａはＸ方向に長尺であってもよく、Ｙ方向またはＸ方向のいずれに接合部３５ａ１，３５ａ２，３５ａ３，３５ａ４を配列して設けてもよい。

ここで、処理対象物Ｂ１，Ｂ２のうち例えば一方の処理対象物Ｂ２は、図７に示すように２つのＹ方向に長尺の２種類の接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの端部の接合箇所が接合されるものであり、他方の処理対象物Ｂ１も２つのＹ方向に長尺の２種類の接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂの端部の接合箇所が接合されるものであり、図９（ａ）に示すように、接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂを重ねた接合箇所の厚みは、接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂを重ねた接合箇所の厚みよりもΔＡだけ厚くなっている。

ところで、２つの支持体２ａ，２ｂは、上記したようにホーン３５ａの下面の接合部３５ａ１，３５ａ２それぞれとの間に処理対象物Ｂ１，Ｂ２を挟持するものであり、それぞれ第１実施形態における支持体２が備える固定部材２１と、取付フレーム２２と、上下方向のガイドレール２３と、１対のガイド部材２４と、連結部材２５と、ステッピングモータ等のモータ２６と、モータ２６連動して回転する３つのボールねじ２７と、ボールねじ２７の回転により上下動する移動部材２８と、エアシリンダ２９と同様のものを備えている。なお、ホーン３５ａはＸ方向に長尺であってもよく、Ｙ方向またはＸ方向のいずれに接合部３５ａ１，３５ａ２，３５ａ３，３５ａ４を配列して設けてもよい。

そして、ボールねじ２７の回転により、移動部材２８、エアシリンダ２９、支持体２、連結部材２５およびガイド部材２４がガイドレール２３に沿って上動され、図７に示すように、処理対象物Ｂ１の接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび処理対象物Ｂ２の接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合箇所が重なるように、接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂそれぞれが支持体２ａ，２ｂ上に載置された状態で、処理対象物Ｂ１の接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂとホーン３５とが接近され、図７に示すように、ホーン３５ａの接合部３５ａ１，３５ａ２のいずれもが、重なった接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂそれぞれに当接しない位置を初期位置として、両支持体２ａ，２ｂおよびホーン３５ａが位置調整される。

このとき、例えば図７に示す両支持体２ａ，２ｂの初期位置は、制御装置のメモリ等に初期位置情報として予め記憶されており、モータ２６によるボールねじ２７の回転により両支持体２ａ，２ｂが上動されて初期位置に設定され、その後さらに両支持体２ａ，２ｂが上動されて、図８（ａ）に示すように、接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合部３５ａ１，３５ａ２の下面に当接すると、エアシリンダ２９が図８（ｂ）に示すように撓み始めてエアシリンダ２９と支持体２ａ，２ｂとの間にそれぞれ設けられた荷重検出用のロードセルＬＣにより検出される支持体２ａ，２ｂに対する荷重が急増し、この荷重の変化から接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合部３５ａ１，３５ａ２の下面への当接が検知される。なお、両支持体２ａ，２ｂが初期位置にある状態において、両処理対象物Ｂ１，Ｂ２それぞれの接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合箇所の厚みの差はΔＡ（図９（ａ）参照）である。

そして、接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂが接合部３５ａ１，３５ａ２の下面に当接が検知された後、エアシリンダ２９が制御装置により制御されて両支持体２ａ，２ｂへの荷重が所定荷重になるように制御され、両支持体２ａ，２ｂとホーン３５ａの接合部３５ａ１，３５ａ２との間に挟持された接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂが加圧されつつ、ホーン３５ａにより、接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂの接合箇所および接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合箇所に対して水平方向（図１のＹ方向）への超音波振動が印加されて接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂおよび接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂが接合される。このとき、両支持体２ａ，２ｂごとに加圧力を変えるほか、両支持体２ａ，２ｂに同じ加圧力を加えながら、両支持体２ａ，２ｂの位置ずれが所定の許容範囲内に収まるように両支持体２ａ，２ｂの位置制御を行ってもよい。

ところで、接合開始前の初期位置における両支持体２ａ，２ｂの下面の上下方向（Ｚ方向）の位置は、図９（ａ）に示すように処理対象物Ｂ１の接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂを重ねた接合箇所の厚みと、処理対象物Ｂ２の接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂを重ねた接合箇所の厚みとの差に相当する距離ΔＡだけずれており、接合終了時には、図９（ｂ）に示すように、処理対象物Ｂ１の接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂを重ねた接合箇所の厚みと、処理対象物Ｂ２の接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂを重ねた接合箇所の厚みとの差に相当する距離ΔＨだけずれた状態で接合が完了する。このΔＡとΔＨの大きさは同じであってもよく、異なっていてもよい。

ところで、例えば両支持体２ａ，２ｂによるか圧力を個別に付与しつつ超音波接合する場合において、両支持体２ａ，２ｂ上の接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂの接合箇所および接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合箇所がそれぞれ接合部３５ａ１，３５ａ２の下面に当接した当接位置からの変位と接合終了までの経過時間との関係は、図１０に示すようになる。なお、図１０の縦軸の変位は、ホーン３５ａの下面を基準（ゼロ）位置としたときの両支持体２ａ，２ｂの上面までの距離を表わしており、横軸は接合終了までの経過時間を表わしている。

処理対象物Ｂ２の２つの接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合箇所の方が薄く、支持体２ｂの接合開始位置が、支持体２ａの接合開始位置よりもホーン３５ａに近いことから、図１０に示すように、支持体２ｂの時間０の時点での変位は、支持体２ａよりも接合箇所の厚みの差ΔＡだけ小さくなる。そして、それぞれの接合開始位置にある両支持体２ａ，２ｂに対して、加圧力が個別に加えられつつ超音波振動が印加される。そして、同じ接合強度を得るのに必要な超音波エネルギーは厚みの薄い方が少なくて済むため、超音波接合が開始されてから接合終了するまでの時間は、厚みの薄い処理対象物Ｂ２の方が厚みの厚い処理対象物Ｂ１よりも短くなる。なお、超音波接合の開始から終了までに移動する両支持体２ａ，２ｂそれぞれの変位量、つまり縦軸における接合開始から終了まで変位の変化分は、厚みの薄い処理対象物Ｂ２の方が少なくなり、接合終了時における両支持体２ａ，２ｂの変位の差は、図９（ｂ）に示すようにΔＨとなる。

また、処理対象物Ｂ２の２つの接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合箇所の超音波接合が先に終了すると、支持体２ａによる接合が継続中であっても、エアシリンダ２９により支持体２ｂへの加圧力の付加が停止され、逆にエアシリンダ２９により支持体２ｂの下動が開始されて支持体２ｂがホーン３５ａから離間される。なお、加圧力の付加に代えて位置制御を行う場合には、先に接合が終了した方の支持体２ｂの位置制御が停止される。

このように、処理対象物Ｂ１の２つの接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂの接合箇所、および、処理対象物Ｂ２の２つの接合物Ｂ２ａ，Ｂ２ｂの接合箇所に対し、個別に異なる加圧力を加えることにより、処理対象物Ｂ１，Ｂ２の各々接合物の節後部分の厚みや平行度がばらついていても、当該ばらつきに応じた加圧力を加えつつ超音波振動を印加することで、２つの処理対象物Ｂ１，Ｂ２の接合部分それぞれに対して同じ接合強度に接合するなど均質に接合させることができる。ここで、処理対象物Ｂ１，Ｂ２それぞれの接合物Ｂ１ａ，Ｂ１ｂ，Ｂａ，Ｂ２ｂは、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｆｅ，ＳＵＳ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ａｇ等の金属であるとよく、同種の金属同士の接合に限らず、異種の金属同士を接合することが可能である。

したがって、上記した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様、支持体２ａ，２ｂにより個別に加圧力を加えることにより、ばらつきが存在する処理対象物の異なる部分に対して当該ばらつきに応じた加圧力を加えて接合することができ、２つの処理対象物Ｂ１，Ｂ２を１回の接合動作により同じ接合強度に接合することができる。

なお、第２実施形態において、２つの処理対象物Ｂ１，Ｂ２の少なくとも一方が、３つ以上の接合物を接合するようにしてもよく、この場合も第２実施形態と同等の効果を得ることができる。

（変形例）
次に、第２実施形態の変形例として、処理対象物が２つのケーブルであって、２つのケーブルの心線である銅線同士を接合する場合にも、上記した接合装置１１を使用することができる。

すなわち、図１１に示すように、一方の処理対象物Ｂ３が２つのケーブルの心線Ｂ３ａ，Ｂ３ｂであり、他方の処理対象物Ｂ４が２つのケーブルの心線Ｂ４ａ，Ｂ４ｂであり、心線Ｂ３ａ，Ｂ３ｂの方が心線Ｂ４ａ，Ｂ４ｂよりも太い場合に、これら太さの異なる心線を有するケーブルの心線Ｂ３ａ，Ｂ３ｂ同士および心線Ｂ４ａ，Ｂ４ｂ同士を接合する場合において、両支持体２ａ，２ｂの上面および、ホーン３５ａの接合部３５ａ１，３５ａ２に、それぞれ多数の断面三角形状もしくは断面台形状を成す凹凸面に加工し、これら凹凸面を有する、両支持体２ａ，２ｂそれぞれとホーン３５ａの接合部３５ａ１，３５ａ２それぞれとの間に、心線Ｂ３ａ，Ｂ３ｂおよび心線Ｂ４ａ，Ｂ４ｂそれぞれを重ね合せた状態で挟持し、両支持体２ａ，２ｂにより加圧力を個別に加えつつ超音波振動を印加して心線Ｂ３ａ，Ｂ３ｂ同士および心線Ｂ４ａ，Ｂ４ｂ同士を接合するようにしてもよい。

この場合も、上記した第２実施形態と同様の効果、つまりいずれも２つのケーブルから成る２組の処理対象物Ｂ３，Ｂ４を１回の接合動作により同じ接合強度に接合することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、第２実施形態の接合装置１１を、接合の一種である溶着にも適用することが可能であり、処理対象物がポリエチレン（ＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの熱可塑性樹脂である場合に、上記した接合装置１１により樹脂同士の溶着を行うことができる。

また、２組の処理対象物を同時に接合等する場合であって、１組目は金属同士を接合し、２組目は樹脂同士を溶着するようにしてもよい。さらに、支持体の個数を３以上にし、１つの共振器で３組以上の処理対象物を同時に処理するようにしてもよい。また、第２実施形態において、ホーン３５ａの１つの面に１つの接合部を突出して設け、この１つの接合部が複数の支持体との間に処理対象物を挟持する接合面或いは接合領域を複数有していてもよい。さらに、ホーン３５ａの各面に１つあるいは２つ以上の接合部を設けてもよい。

また、ホーン３５ａに設けられる接合部が突出せずに窪んでいてもよい。さらに、処理対象物は、図５に示すような長尺物ではなく短いものであってもよい。

また、上記した実施形態では、所定の処理として含浸および接合を行う場合について説明したが、含浸、接合以外の処理に対しても本発明を同様に適用することが可能である。

また、上記した加圧手段は上記したエアシリンダ２９に限られるものではなく、各支持体２，２ａ，２ｂそれぞれに加圧力を個別に付加できれば、リニアモータやシリンダ等の周知のアクチュエータを用いるなど、どのように加圧手段を構成してもよい。

また、第２実施形態において、接合部３５ａ１，３５ａ２に代えて、ホーン３５ａに複数のホーンを取り付け、これらのホーンにより１つの共振器を構成するようにしてもよく、この場合も第２実施形態と同等の効果を得ることができる。

そして、本発明は、含浸装置、接合装置（溶着装置を含む）のほか、処理対象物に超音波振動を付加して所定の処理を行う装置に広く適用することができる。

１ …含浸装置（処理装置）
２，２ａ，２ｂ …支持体
１１ …接合装置（処理装置）
２９ …エアシリンダ（加圧手段）
３１ …共振器
Ｂ …一方向強化繊維束（処理対象物）
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ …処理対象物

Claims

処理対象物に超音波振動を与えて所定の処理を行う処理装置において、
複数の支持体と、
超音波振動する共振器と、
前記各支持体それぞれを前記共振器に接近・離間する方向に個別に移動させて位置制御するとともに、前記各支持体それぞれに対して前記共振器に向かう方向への加圧力を個別に付加する加圧手段とを備え、
前記加圧手段は、前記各支持体それぞれと前記共振器との間に前記処理対象物を挟持した状態で、前記各支持体による前記処理対象物に対する加圧力および／または前記各支持体の位置を挟持部分ごとに制御し、
前記処理対象物は、開繊された帯状の一方向強化繊維束と樹脂シートとを重ねあわせた長尺のものであり、
前記各支持体と前記共振器とにより挟持され、前記加圧手段による加圧力が前記各支持体それぞれに付加および／または位置制御された状態で、前記処理対象物の挟持部分に直交する方向に前記共振器による超音波振動を与えて前記樹脂シートの樹脂を溶融して前記一方向強化繊維束に含浸する
ことを特徴とする処理装置。
処理対象物に超音波振動を与えて所定の処理を行う処理装置において、
複数の支持体と、
超音波振動する共振器と、
前記各支持体それぞれを前記共振器に接近・離間する方向に個別に移動させて位置制御するとともに、前記各支持体それぞれに対して前記共振器に向かう方向への加圧力を個別に付加する加圧手段とを備え、
前記加圧手段は、前記各支持体それぞれと前記共振器との間に前記処理対象物を挟持した状態で、前記各支持体による前記処理対象物に対する加圧力および／または前記各支持体の位置を挟持部分ごとに制御し、
前記加圧手段による加圧力が付加および／または位置制御された状態で、前記共振器により前記処理対象物に超音波振動を与え、
前記処理対象物は、
互いに接合される少なくとも２つの接合物を１組とする複数組の接合物により構成されるものであり、
前記各支持体それぞれと前記共振器とにより、各組における互いに接合される前記接合物が挟持された状態で、前記加圧手段により付加される加圧力が、前記各支持体それぞれを介して前記各組における互いに接合される前記接合物に加えられつつ、当該処理対象物の挟持部分に平行な方向への前記共振器による超音波振動により前記各組の前記接合物が互いに接合されるものであることを特徴とする処理装置。
処理対象物に超音波振動を与えて所定の処理を行う処理装置において、
複数の支持体と、
超音波振動する共振器と、
前記各支持体それぞれを前記共振器に接近・離間する方向に個別に移動させて位置制御するとともに、前記各支持体それぞれに対して前記共振器に向かう方向への加圧力を個別に付加する加圧手段とを備え、
前記加圧手段は、前記各支持体それぞれと前記共振器との間に前記処理対象物を挟持した状態で、前記各支持体による前記処理対象物に対する加圧力および／または前記各支持体の位置を挟持部分ごとに制御し、
前記加圧手段による加圧力が付加および／または位置制御された状態で、前記共振器により前記処理対象物に超音波振動を与え、
前記処理対象物は、
互いに接合される少なくとも２つの接合物を１組とする複数組の接合物により構成されるものであり、
前記各支持体それぞれと前記共振器とにより、各組における互いに接合される前記接合物が挟持された状態で、前記加圧手段により付加される加圧力が、前記各支持体それぞれを介して前記各組における互いに接合される前記接合物に加えられつつ、当該処理対象物に対して直交する方向への前記共振器による超音波振動により前記各組の前記接合物が互いに接合されるものであることを特徴とする処理装置。
前記加圧手段は、前記各組の前記接合物のうち接合が終了したものから、順次、前記各支持体に対する前記加圧手段による加圧力の付加および／または位置制御を停止して当該支持体を前記共振器から離間させることを特徴とする請求項２または３に記載の処理装置。