JP6758012B2 - 超音波溶着方法、超音波溶着装置 - Google Patents

Description

本発明は、一対の熱可塑性樹脂材の表面に、超音波振動する工具ホーンを直接、又は他の熱可塑性樹脂材を間に入れて間接的に押し付けて溶着する、超音波溶着方法と超音波溶着装置に関し、より詳しくは、一対の熱可塑性樹脂材の突き合わせた端面の位置間隔や位置関係を超音波溶着前後で同じに保ち、また、一対の熱可塑性樹脂材のアンビル側の表面が、超音波溶着前後で焼けて変色しないように同じ状態を保つ超音波溶着方法、超音波溶着装置に関する。

キャスター付きスーツケースは、海外旅行用スーツケースとして普及しており、空港の荷物受取口で容易にピックアップできる識別性が求められている。そのため、プラスチック容器の形、模様、凹凸、色等の異なるユニークなものが多数販売されている。しかし、スーツケースメーカーは同一のブランド銘板を付けて販売するため、同一メーカ品の外観とブランド銘板が全く同じキャスター付きスーツケースが空港の荷物受取口で並んで出てくることがある。外観とブランド銘板の全てが同じだと識別できない。

図５１に示したように、ブランド銘板１００を異なる二色の熱可塑性樹脂板で作り、購入者の好みに応じて、例えば白色板１０と赤色板１１という任意の二色の組み合わせを選択させてスーツケース２００に貼りつけるようにすれば、外観が全く同じスーツケース２００であっても、ブランド銘板１００の二色の色の組み合わせと、二色の左右の配置が異なっていれば、識別できる可能性は高くなる。購入者の好みに応じて任意の二種類の紋様の組み合わせを選択させて貼りつけるようにしても良い。スーツケース２００に、識別用のオリジナルシールやオリジナルバンドを付けなくても、自分のものか他人のものか識別できる。しかし、ブランド銘板を異なる二色、又は二種類の紋様のついた熱可塑性樹脂板を溶着して美しく作ることは簡単ではない。

従来から、重ねたプラスチックのシートや薄板をアンビルと工具ホーンで挟み、工具ホーンを超音波振動させて溶着するとき、過度の熱を発生させると焦げが生じることが知られていた（特許文献１、参照）。

アンビルの上に載置した一対の熱可塑性樹脂材を、端面を突き合わせた状態で溶着するとき、例えば、図５２Ａ、Ｂのように、アンビル７０の上に一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の下側表面を載置し、その一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の端面を突き合わせた状態で、突き合せた端面の上に他の熱可塑性樹脂材１２の下側表面を重ね、他の熱可塑性樹脂材１２の上側表面の上から図の上下方向（熱可塑性樹脂材１２の表面に対して垂直方向）に超音波振動する工具ホーン２０を押圧して溶着する技術がある。

図５３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の端面を突き合わせ、突き合せた端面の上に他の熱可塑性樹脂材１２を重ねて超音波溶着する工程を示した。

なお以下の明細書では、説明を簡単にするため、熱可塑性樹脂材１０を「白色板」、熱可塑性樹脂材１1を「赤色板」として説明するが、熱可塑性樹脂材１０、１１は、超音波振動を付与すると発熱、溶融するものであれば、硬さ、厚さ、形状、色彩、紋様、透明度、材質、その他については任意である。

また、図５３と他の図においてアンビル７０の図示を省略することもあるが、熱可塑性樹脂材１０、１１、１２はアンビル７０の上に載置されているとして理解されたい。

図５３（ａ）では、工具ホーン２０を例えば、数十μｍの振幅で４０ｋＨｚの周期で超音波振動をさせながら、他の熱可塑性樹脂材１２の上側表面に当てると、工具ホーン２０の幅（Ｈ０）に対してやや広い幅（Ｗ０）の範囲全体に押圧力がかかる。すると、熱可塑性樹脂材１０、１１、１２に超音波振動エネルギーが伝わり、発熱して溶融する。

図５３（ｂ）では、工具ホーン２０の押圧面は熱可塑性樹脂材１２の表面に沈み込み、凹部１２ｃを形成する。そして、工具ホーン２０を上昇させると、図５３（ｃ）のように、工具ホーン２０の幅（Ｈ０）に対してやや広い幅（Ｗ０）の範囲で、点線で示したように、熱可塑性樹脂材１０、１１、１２は互いに溶融し、冷却して溶着する。図５３（ｃ）では、熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の溶着後の状態を、一部を断面とした図を示し、図５３（ｄ）では熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の溶着後の状態を示した。

図５４に、溶着作業後の熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の斜視図を示した。熱可塑性樹脂材１２の表面には矩形の凹部１２ｃが形成されている。図５５には、溶着した後の熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の表裏を、図５４の状態から反転したときの斜視図を示した。図５５を見ると、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の突き合わせた端面の間（Ｓ）の位置間隔が、溶着前のように均一な位置間隔（Ｓ１）ではなく、溶着で発熱した部分の近傍で位置間隔（Ｓ２）に広がっている。文字部分の間が広がると文字部分の位置関係が変わり、文字が崩れる。また、文字「ＡＢＣ」と印刷した表面（Ｐ）の溶着で発熱した部分（Ｇ）は、表面が焼けて変色している。

図５２Ａ、Ｂの従来の超音波溶着装置では、工具ホーン２０を熱可塑性樹脂材１０、１１、１２に向けた縦振動の超音波振動をさせて、熱可塑性樹脂材１０、１１、１２を重ねた部分全体を叩くように超音波振動エネルギーを与えながら、押圧力をかけている。そのため、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の突き合わせた端面の間（Ｓ）に、溶融した熱可塑性樹脂材１０、１１、１２が割り込んでいく。そして場所により、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の突き合わせた端面の間（Ｓ）が、溶着前の位置間隔（Ｓ１）より位置間隔（Ｓ２）というように広くなり位置関係が変わって、突き合わせた端面の仕上がり状態が悪くなり一定レベルの仕上がり品質が得られないことがあった。

また、工具ホーン２０から熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の厚さ方向に向けて、超音波振動エネルギーが送られるため、工具ホーン２０の押圧面の直下の熱可塑性樹脂材１０、１１、１２が重なった部分全体が発熱する。そのため、超音波振動エネルギーを与え過ぎると、アンビルに当接している側の熱可塑性樹脂材１０、１１の表面（Ｐ）が焼けて変色することがあった。図５５のように、熱可塑性樹脂材１０、１１の表面（Ｐ）に文字「ＡＢＣ」やその他の印刷がされていると、仕上がり状態の悪さが目立った。

実開昭５５−１２９６０７号公報

本発明は、超音波溶着をしたときに、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた間の互いの位置間隔や位置関係を超音波溶着前後で同じに保つことができ、また、超音波溶着をしたときに、一対の熱可塑性樹脂材のアンビル側の表面状態を超音波溶着前後で同じに保つことができる熱可塑性樹脂材の超音波溶着方法、超音波溶着方法で溶着した構造物と超音波溶着装置を提供することを課題としている。

本発明の超音波溶着方法と、超音波溶着装置では、アンビル上に一対の熱可塑性樹脂材を載置し、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない、当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧力を付与し、超音波振動エネルギーを付与することにより、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて、工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させて、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造で、前記一対の熱可塑性樹脂材を溶着するようにしている。

超音波振動エネルギーは、工具ホーンの押圧面から一対の熱可塑性樹脂材の表面に沿った方向に供給され、一対の熱可塑性樹脂材の厚さ方向には向かわない。そのため、工具ホーンの押圧面が当接する熱可塑性樹脂材の表面近傍は発熱するが、アンビル側の熱可塑性樹脂材の表面近傍は発熱が少ない。溶融した熱可塑性樹脂材は、工具ホーンの押圧面が当接する側の熱可塑性樹脂材の表面近傍にあって、一対の熱可塑性樹脂材の突き合わせた端面の間に割り込んでいかない。位置関係を保つ、また、アンビル側の熱可塑性樹脂材の表面近傍は発熱が少なく、表面が焼けて変色することはない。

このように構成したことにより、超音波溶着をしても、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた間の互いの位置間隔や位置関係を超音波溶着前と同じに保ち、また、超音波溶着をしても一対の熱可塑性樹脂材の他の熱可塑性樹脂材を当接しない表面の状態を超音波溶着前と同じに保つようにしている。

本発明によれば、超音波溶着をしたときに、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた間の互いの位置間隔や位置関係を超音波溶着前と同じに保つことができ、また、超音波溶着をしたときに、一対の熱可塑性樹脂材のアンビル側の表面の状態を超音波溶着前と同じに保ことができる超音波溶着方法、超音波溶着方法で溶着した構造物と、超音波溶着装置を提供できる。

本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材と工具ホーンと、その位置関係を示した図。 本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材と工具ホーンと、その位置関係を示した図。 本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着装置の正面図。 （ａ）（ｂ）本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材に対して工具ホーンで超音波振動エネルギーを付与している状態の位置関係を示した図、（ｃ）本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の一部を断面で示した図、（ｄ）本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の外観を示した図。 本発明の第一の実施形態の超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の斜視図。 本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の表裏を反転して、溶着時にアンビル側だった文字の印刷面を示した斜視図。 本発明の第二の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物と工具ホーンの位置関係を示した図。 本発明の第二の実施形態にかかる超音波溶着方法で溶着した構造物の表裏を反転した状態を示した図。 本発明の第二の実施形態にかかる超音波溶着装置の工具ホーンの押圧部の部分拡大斜視図。 本発明の第二の実施形態の超音波溶着装置の工具ホーンで溶着を開始した瞬間の様子を示した図 本発明の第二の実施形態の超音波溶着装置の工具ホーンで溶着を完了した瞬間の様子を示した図。 本発明の第二の実施形態の工具ホーンの押圧面の沈み込み量と、押圧力と、上下動動作の向きと、超音波振動駆動状態の時間関係（タイミング）を、工具ホーンの押圧面の沈み込み量を横軸にして示した図。 本発明の第二の実施形態にかかる超音波溶着装置で溶着作業をする手順をフローで示したフローチャート（流れ図）。 本発明の第二の実施形態で使用される各種工具ホーンの押圧面の状態を例示して示した図。 本発明の第二の実施形態で使用される各種工具ホーンの押圧面の状態を例示して示した図。 本発明の第二の実施形態で使用される各種工具ホーンの押圧面の状態を例示して示した図。 本発明の第三の実施形態の超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物と工具ホーンの位置関係を示した図。 （ａ）本発明の第四の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材の上に、枠型位置決め治具カバーを被せたときの、工具ホーン、アンビルとの位置関係を示した図、（ｂ）本発明の第四の実施形態にかかる超音波溶着装置の枠型位置決め治具カバーの窓を介して他の熱可塑性樹脂材の上側表面に工具ホーンを当てた状態を示した図、（ｃ）本発明の第四の実施形態にかかる超音波溶着装置の枠型位置決め治具カバーの窓を介して他の熱可塑性樹脂材の上側表面に工具ホーン超音波振動エネルギーを付与している状態を示した図。 本発明の第四の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材の上に、枠型位置決め治具カバーを被せたときの、工具ホーン、アンビルとの位置関係を示した外観斜視図。 本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 （ａ）（ｂ）本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材の突き合わせた厚肉部分の上側表面に対して工具ホーンで超音波振動エネルギーを付与している状態の位置関係を示した図、（ｃ）本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の一部を断面で示した図、（ｄ）本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の外観を示した図。 本発明の第五の実施形態の超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物と工具ホーンの位置関係を示した斜視図。 本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 （ａ）（ｂ）本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の嵌合部付き熱可塑性樹脂材に対して工具ホーンで超音波振動エネルギー付与している状態の位置関係を示した図、（ｃ）本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の一部を断面で示した図、（ｄ）本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の外観を示した図。 本発明の第六の実施形態の第一変形例にかかる超音波溶着装置の、一対の嵌合部付き熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 本発明の第六の実施形態の第二変形例にかかる超音波溶着装置の、一対の嵌合部付き熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 本発明の第六の実施形態の第一変形例にかかる超音波溶着装置の、一対の嵌合部付き熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 本発明の第七の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の厚肉（あつにく）熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 本発明の第七の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物と工具ホーンの位置関係を示した斜視図。 本発明の第七の実施形態の変形例１にかかる超音波溶着装置の、一対の薄肉（うすにく）熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 本発明の第七の実施形態の変形例１にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物と工具ホーンの位置関係を示した斜視図。 本発明の第七の実施形態の変形例１の、一対の薄肉（うすにく）熱可塑性樹脂材の突き合せ面を突き合せた状態を上から見た平面図。 本発明の第七の実施形態の変形例２の、一対の薄肉熱可塑性樹脂材の突き合せ面を突き合せた状態を上から見た平面図。 本発明の第八の実施形態にかかる超音波溶着装置の正面図。 本発明の第八の実施形態にかかる溶着方法で溶着した構造物の溶着構造部近傍の断面図。 本発明の第八の実施形態の変形例１にかかる超音波溶着装置の要部正面図。 本発明の第八の実施形態の変形例１にかかる溶着方法で溶着した構造物の溶着構造部近傍の断面図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の第八の実施形態の変形例１の一対の熱可塑性樹脂材上で工具ホーンを左右に移動しながら溶着している状態を示した図。 本発明の第八の実施形態の変形例２にかかる超音波溶着装置の正面図。 本発明の第八の実施形態の変形例２にかかる溶着方法で溶着した構造物の溶着構造部近傍の断面図。 本発明の第八の実施形態の変形例３にかかる超音波溶着装置の要部正面図。 本発明の第八の実施形態の変形例３にかかる溶着方法で溶着した構造物の溶着構造部近傍の断面図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の第八の実施形態の変形例３の一対の熱可塑性樹脂材上で工具ホーンを左右に移動しながら溶着している状態を示した図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の第八の実施形態で、一対の熱可塑性樹脂材上で工具ホーンを左右に移動しながら溶着している状態を示した図、（ｄ）（ｅ）本発明の第八の実施形態で、一対の熱可塑性樹脂材上で工具ホーンを左右に移動しながら溶着した構造体の構造を示した図。 本発明の第九の実施形態にかかる超音波溶着装置のアンビルと一対の薄肉熱可塑性樹脂材と工具ホーンとの位置関係を示した部分断面図。 本発明の第十の実施形態にかかる超音波溶着装置で溶着作業をする手順をフローで示したフローチャート（流れ図）。 本発明の第十一の実施形態にかかる超音波溶着装置で溶着作業をする手順をフローで示したフローチャート（流れ図）。 本発明の第十二の実施形態の、工具ホーンの先端側から見た、工具ホーンの押圧面の傾きを示した斜視図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の第十二の実施形態の、工具ホーンの先端側から見た、工具ホーンの押圧面の傾きを示した図。 本発明の第十三の実施形態のブランド銘板１００の製造工程図。 本発明の第十三の実施形態のブランド銘板１００の製造工程図。 本発明の第十三の実施形態のブランド銘板１００の製造工程図。 本発明の第十三の実施形態の超音波溶着装置で白色板の上に白色嵌合部を溶着している状態を示した図。 （ａ）（ｂ）本発明の第十三の実施形態の超音波溶着装置で白色板の上に白色嵌合部を溶着している状態を示した図、（ｃ）（ｄ）本発明の第十三の実施形態の超音波溶着装置で溶着した白色板と白色嵌合部を示した図。 本発明の第十四の実施形態の耐熱フィルムと耐熱リングを示した斜視図。 本発明の第十四の実施形態の溶着した耐熱フィルムと耐熱リングを示した斜視図。 本発明の第十四の実施形態の超音波溶着装置で耐熱フィルムと耐熱リングを溶着している状態を一部断面で示した正面図。 本発明の第十四の実施形態の超音波溶着装置で耐熱フィルムと耐熱リングを溶着している状態を示した要部拡大図。 本発明の第十五の実施形態の耐熱フィルタと耐熱リングを示した斜視図。 本発明の第十五の実施形態の溶着した耐熱フィルタと耐熱リングを示した斜視図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の第十五の実施形態の超音波溶着装置で耐熱フィルタと耐熱リングを溶着する手順を示した遷移図。 本発明の第十六の実施形態にかかる超音波溶着装置の溶着作業開始時の正面図。 本発明の第十六の実施形態にかかる超音波溶着装置の溶着作業終了時の正面図。 従来のキャスター付きスーツケースの斜視図と溶着した構造物であるブランド銘板の拡大図。 従来の超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 従来の超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材と工具ホーンの位置関係を示した図。 （ａ）（ｂ）従来の超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材に対して工具ホーンで超音波振動エネルギーを付与しているときの位置関係を示した図、（ｃ）従来の超音波溶着装置の、溶着した構造物の一部を断面で示した図、（ｄ）従来の超音波溶着装置の、溶着した構造物の外観を示した図。 従来の超音波溶着装置で溶着した構造物であるブランド銘板の斜視図。 従来の超音波溶着装置で溶着した構造物であるブランド銘板の表裏を反転して、溶着時にアンビル側だった文字「ＡＢＣ」の印刷面を示した斜視図。

（本発明の第一の実施形態）
図１Ａ、図１Ｂに、本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材と工具ホーンと、その位置関係を示す。

図１Ｂでは、図示しないアンビル７０の上に、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の下側表面を載置し、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の端面を突き合わせた状態で、突き合せた端面の上に他の熱可塑性樹脂材１２の下側表面を重ねている。このことは、従来例の図５２Ｂと同じである。

しかし、図１Ｂでは、他の熱可塑性樹脂材１２の上側表面の上から上側表面に沿った方向（熱可塑性樹脂材１２の表面に対して水平方向）に超音波振動する工具ホーン３０を押圧している。以下、本発明は、この位置関係を基本形として説明する。

図１の工具ホーン３０の振動方向は、従来例の図５２Ａ、５２Ｂ、５３と異なっている。工具ホーン３０の振動方向は一対の熱可塑性樹脂材１０、１１と他の熱可塑性樹脂材１２の表面に沿った一方向（表面と平行）に超音波振動している。なお、突き合わせる一方の熱可塑性樹脂材１０が白色板であり、他方の熱可塑性樹脂材１１が赤色板として以下説明する。

超音波振動の方向が違うと、超音波振動の伝わり方が異なってくる。超音波振動の伝わり方が違うと、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１と他の熱可塑性樹脂材１２での発熱のしかた、熱の伝わり方、溶融のしかた、溶着のしかたが異なってくる。熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の表面に沿った一方向（表面と平行）に超音波振動すると、超音波振動エネルギーは熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の表面に沿った一方向（表面と平行）に伝わる。

なお、本第一の実施形態における工具ホーン３０は、熱可塑性樹脂材の上側表面に沿った一方向として、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の突き合せ面と交差する直線方向に超音波振動する場合を示したが、超音波振動エネルギーが熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の表面に沿った一方向（表面と平行）に伝われば、突き合せ面と一方向の角度については、溶着作業の必要に応じて、所定の角度で交差させても良いし、平行でも良い。

図２に、本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着装置の正面図を示した。図２の超音波溶着装置の構成は、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１と他の熱可塑性樹脂材１２を載置するアンビル７０と、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の端面を突き合せた部分近傍を、他の熱可塑性樹脂材１２の上から押圧する工具ホーン３０と、工具ホーン３０の押圧面を一対の熱可塑性樹脂材１０、１１と他の熱可塑性樹脂材１２の表面に沿った一方向に超音波振動させる超音波振動手段３７と、超音波振動制御手段３８と、工具ホーン３０の支持手段８０と、工具ホーン３０を支持手段８０とともに一体として上下動させる上下動手段８１と、支柱７０ａと、上下動手段の取付け部７０ｂと、を有している。

図２で、工具ホーン３０は、チタンやジュラルミンの素材から、右側の直方体の形をした押圧部と、中央のカーブした円錐台の形をした接続部と、左側の円柱状の基部を一体に削り出したもので、左側の円柱状の基部の端面には、ピエゾ振動子などの圧電素子を用いた超音波振動手段３７が取り付けてある。

繰り返しになるが、本実施形態の工具ホーン３０は、円柱状の基部から先端に向けて円錐状に細くなり、先端部には直方体の押圧部が形成されている。当該押圧部は、熱可塑性樹脂側（アンビル側）である下面を押圧面として、熱可塑性樹脂材１２に押圧力を付与する。

超音波振動手段３７には、後に説明する超音波振動制御手段３８によって、工具ホーン３０の押圧部が、振幅が数十μｍで、周波数が２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度の超音波振動をするようにしている。工具ホーン３０の押圧部の下面が押圧面として用いられる。

アンビル７０の左に支柱７０ａが一体に設けてあり、支柱７０ａの上に上下動手段の取付け部７０ｂが設けてある。上下動手段の取付け部７０ｂには、上下動手段８１である空気プレスを下向きに取り付けている。空気プレスの上下動するアクチュエータの先端には、工具ホーン３０の支持手段８０を吊り下げた形に固定して取り付けている。図２で、工具ホーン３０の支持手段８０の左側部分は、支柱７０ａの摺動ガイド部に当接して摺動ガイドされている。上下動手段８１である空気プレスのアクチュエータ先端を下降させると、工具ホーン３０の押圧面が、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の端面を突き合せた部分近傍を、他の熱可塑性樹脂材１２の上から押圧する。

支柱７０ａの中に破線で示した、工具ホーン３０の超音波振動制御手段３８は、制御信号線と給電線が超音波振動手段３７に接続されている。超音波振動手段３７を駆動させると、工具ホーン３０の押圧面は、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１と他の熱可塑性樹脂材１２の表面に沿った一方向に超音波振動する。工具ホーン３０の押圧面は、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の端面を突き合せた部分近傍を、他の熱可塑性樹脂材１２の上から押圧すると、他の熱可塑性樹脂材１２と一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の端面を突き合せた部分近傍に超音波振動エネルギーを与える。すると、熱可塑性樹脂材１０、１１、１２は、発熱、溶融、冷却、固化のプロセスを経て溶着する。他の熱可塑性樹脂材１２の上には、凹部が形成される。

図３（ａ）は、本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１と他の熱可塑性樹脂材１２に対して工具ホーン３０で超音波振動エネルギーを付与している状態の位置関係を示している。工具ホーン３０の押圧面は、端面が突き合わされた一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の上に置かれた他の熱可塑性樹脂材１２の上側表面を押圧し、図面水平方向の超音波振動エネルギーを、他の熱可塑性樹脂材１２の上側表面に伝えている。

図３（ｂ）のように、工具ホーン３０の押圧面は、他の熱可塑性樹脂材１２の上側表面を紙面の水平方向にこすりながら白線矢印のように下降し、他の熱可塑性樹脂材１２の上側表面を溶融して凹部１２ｃを形成する。そして、他の熱可塑性樹脂材１２と一対の熱可塑性樹脂材１０、１１との当接面で、工具ホーン３０の押圧面の幅（Ｈ１）より広い幅方向（Ｗ２）に渡って熱可塑性樹脂材を溶融させる。

図３（ｃ）のように、工具ホーン３０を所定時間超音波振動させた後、上昇させて超音波振動を止めると、溶融した部分は冷却固化して溶着が完了する。図３（ｃ）は、本発明の第一の実施形態にかかる溶着後の一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材について一部を断面で示した図である。図３（ｄ）は、溶着後の一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材の外観を示した図である。

超音波振動エネルギーは、工具ホーン３０の押圧面から一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の表面に沿った方向、つまり図３の図面水平に供給され、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の厚さ方向、つまり図３の図面下方には向かわない。そのため、工具ホーン３０の押圧面が当接する熱可塑性樹脂材１２の表面近傍はよく発熱するが、アンビル側の熱可塑性樹脂材１０、１１の表面近傍は発熱が少ない。溶融した熱可塑性樹脂材は、工具ホーン３０の押圧面が当接する側の熱可塑性樹脂材１２の表面近傍にあって、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の突き合わせた端面の間に割り込んでいかない。また、アンビル側の熱可塑性樹脂材１０、１１の表面近傍は発熱が少なく、表面が焼けたり、変色したりしない。

本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着装置では、超音波溶着をしたときに、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の端面を突き合わせた互いの位置間隔を超音波溶着前と同じに保つことができ、また、超音波溶着をしたときに、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の他の熱可塑性樹脂材１２を当接しない表面の状態を超音波溶着前と同じに保つことができることを実現している。

図４は、本発明の第一の実施形態の超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である、溶着作業後の熱可塑性樹脂材１０、１１、１２の斜視図を示す。他の熱可塑性樹脂材１２の上側表面には凹部１２ｃができている。図４では示していないが、凹部１２ｃの周囲は、凹部１２ｃを形成する際に排除した熱可塑性樹脂材１２が盛り上がっている。溶融した熱可塑性樹脂材は、工具ホーン３０の押圧面が当接する側の熱可塑性樹脂材１２の表面近傍から、発熱の少ないアンビル側に向かわず、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の突き合わせた端面の間に割り込んでいない。

図５に、本発明の第一の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である、溶着作業後の熱可塑性樹脂材１０、１１の表裏を反転して、溶着時にアンビル側だった文字「ＡＢＣ」の印刷面（Ｐ）を斜視図として示した。一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の突き合わせた端面の隙間（Ｓ）の位置間隔（Ｓ１）は、均一で溶着前と同じである。また、文字「ＡＢＣ」の印刷面は、高温にならず、焼きはなく変色していない。また文字「ＡＢＣ」は本実施形態では金色文字（Ｌｅ）であるが、文字自体も変色していない。

なお、図４、図５では、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１の突き合わせた端面の隙間（Ｓ）は、１ｍｍ以下の所定寸法の隙間をあけているイメージで図示したが、隙間（Ｓ）の設定は必要に応じて定まる値である。そのため、後に図６Ｂで図示するように、一対の熱可塑性樹脂材４０、４１の端面を密着、つまり隙間（Ｓ）をゼロにして溶着しても良いし、逆に広くしてもよい。

（本発明の第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態として、図６Ａに本発明の第二の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である一対の熱可塑性樹脂材４０、４１と他の熱可塑性樹脂材５０と、工具ホーン３５の位置関係を示した。

本実施形態における工具ホーン３５は、押圧面に凹凸が形成されている。そのため、凹部５０ｃの表面には、工具ホーン３５の押圧面の凹凸に対応した凹凸が出来ている。

本実施形態では、工具ホーン３５からの超音波振動エネルギーは、熱可塑性樹脂材５０の上側表面に沿った一方向に付与される。そのため、工具ホーン３５の押圧面が当接する熱可塑性樹脂材５０の表面から熱可塑性樹脂材５０と熱可塑性樹脂材４０、４１の当接面を越えたあたりまでは発熱するが、アンビル側の熱可塑性樹脂材４０、４１の表面近傍は発熱が少ない。溶融した熱可塑性樹脂材は、工具ホーン３５の押圧面が当接する熱可塑性樹脂材５０の表面から熱可塑性樹脂材５０と熱可塑性樹脂材４０、４１の当接面を越えたあたりにあって、一対の熱可塑性樹脂材４０、４１を突き合わせた端面の間に割り込んでいかない。また、アンビル側の熱可塑性樹脂材４０、４１の表面近傍は発熱が少なく、表面が焼けず、変色しない。

そのため、超音波溶着後の熱可塑性樹脂材４０、４１の表裏を反転して示した図６Ｂのように、熱可塑性樹脂材４０、４１の突き合わせ面の隙間は一定幅の直線Ｓｅのままであり、アンビル側の熱可塑性樹脂材４０、４１の表面が焼けず、変色しないことを確認した。なお、図６Ｂでは、Ｐ（文字面）に文字「ＡＢＣ」の代わりに、△印と〇印の紋様を表示したブランド銘板を示した。

本発明の超音波溶着方法、超音波溶着方法で溶着した構造物と超音波溶着装置によれば、超音波溶着をしたときに、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた互いの位置間隔を超音波溶着前と同じに保つことができる。また、一対の熱可塑性樹脂材のアンビル側の表面の状態を超音波溶着前と同じに保つことができる。

なお、本発明の第一の実施形態では、工具ホーン３０の押圧面は長方形をした平面にしていたが、本発明の第二の実施形態では、工具ホーン３５の押圧面を、凹面部と凸面部が繰り返す凹凸面にした。押圧面を凹面部と凸面部が繰り返す凹凸面にすれば、凸面部で押しのけた熱可塑性樹脂は凸面部の隣の凹面部の空間に移動しやすい。工具ホーンの押圧面が、長方形をした平面だと、長方形をした平面全体を凹部に沈み込ませることになり大きい押圧力が要るが、押圧面を凹面部と凸面部が繰り返す凹凸面にすれば、凸面部が押しのける押圧力ですむので、小さい押圧力で溶着作業が進む。

図７に、本発明の第二の実施形態の工具ホーンの押圧部を部分拡大した斜視図を示した。また、図８Ａに、本発明の第二の実施形態の工具ホーンで溶着を開始した瞬間の様子を示し、図８Ｂに、本発明の第二の実施形態の工具ホーンで溶着を完了した瞬間の様子を示した。

すなわち、図７と図８で示したように、工具ホーン３５の押圧面を、凹面部と凸面部が繰り返す凹凸面にし、図８Ａのように、押圧面の凹面部と凸面部の段差を２Δｈとしたとき、工具ホーン３５で溶着を開始した瞬間は、工具ホーン３５の押圧面の凸面部が当たっている部分の熱可塑性樹脂が溶け始める。このとき溶融するのは、工具ホーン３５の押圧面の凸面部が当たっている部分だけであるので、小さい押圧力で熱可塑性樹脂を溶かしていける。

図８Ｂのように、工具ホーン３５の押圧面の凸面部をΔｈだけ沈み込ませると、凸面部が押しのけた熱可塑性樹脂材は、工具ホーン３５の押圧面の凹面部にΔｈだけ盛り上がる。図中に矢印を記載して、凸面部が押しのけた熱可塑性樹脂材が凹面部に移動する様子を示した。

工具ホーン３５の押圧面の凸面部と凹面部の両方、即ち工具ホーン３５の押圧面の全面が熱可塑性樹脂材に当たると、工具ホーン３５の押圧面が長方形をした平面だったときと同じ面積の熱可塑性樹脂材を押し下げる段階に入る。工具ホーン３５の押圧面の凸面部をΔｈだけ沈み込ませるまでは、熱可塑性樹脂を溶かすのは小さい押圧力でできる。工具ホーン３５の押圧面の凸面部と凹面部の両方、即ち工具ホーン３５の押圧面の全面が熱可塑性樹脂材に当たると負荷抵抗力が大きくなり、大きい押圧力が必要になる。

この時点で、既に他の熱可塑性樹脂材５０の上側表面には、凹部５０ｃができており、熱可塑性樹脂材５０は溶融している。そして、熱可塑性樹脂材５０の下の一対の熱可塑性樹脂材４０、４１も互いに溶融している。

そこで、溶着作業としては、この時点で超音波振動を止めて、冷却、固化して、溶着させても良い。このときは、小さい押圧力で溶着作業ができる。求められる溶着作業条件の必要によるが、工具ホーン３５の押圧面の全面が熱可塑性樹脂材に当たって負荷抵抗力が大きくなったことを検知して工具ホーン３５を反転上昇するようにすれば、小さい押圧力を加えるだけで溶着作業を終了することが出来る。

図６Ａの凹部５０ｃの溶着後の形は、工具ホーン３５の押圧面の凸面部と凹面部の両方、即ち工具ホーン３５の押圧面の全面が熱可塑性樹脂材に当たった後、工具ホーン３５の押圧面が長方形をした平面だったときと同じ面積の熱可塑性樹脂材を押し下げて溶着したときの状態を示している。このようにすれば、強固な溶着力を得ることが出来る。

図９に、横軸に、工具ホーン３５の押圧面の先端が熱可塑性樹脂材へ沈み込む量を取り、縦軸に、工具ホーン３５が熱可塑性樹脂材を押し込むのに必要な押圧力と、工具ホーン３５の上下動動作の向きと、超音波振動駆動のＯＮ／ＯＦＦの状態を示した。図９を見れば、熱可塑性樹脂材への沈み込みが進むタイミングと、押圧力、工具ホーンの上下動動作の向き、超音波振動駆動のＯＮ／ＯＦＦの状態の関係がわかる。

図９で、まず超音波振動を始め、工具ホーン３５の下降を始めると、沈み込み量がｔ１で示したタイミングで、工具ホーン３５の押圧面の凸面部が熱可塑性樹脂材５０に当接を始める。凸面部が熱可塑性樹脂材５０に沈み込み始めると、押圧力は沈み込み量の増加に伴い、ゼロから少しずつ増加する。そして、凸面部のすべてが沈み込み、凹面部が熱可塑性樹脂材５０に当接する。この沈み込み量がｔ２で示したタイミングで、工具ホーン３５の下降を止めて上昇に反転すれば、凸面部を熱可塑性樹脂材５０に沈み込ませただけで溶着作業を終えることが出来る。

必要により、凸面部と凹面部の全てを沈み込ませる必要があれば、ｔ２で示したタイミングの後も、押圧力が所定の大きさになるまで工具ホーンを下降させ、例えば、ｔ３で示したタイミングで、工具ホーン３５の下降を止めて上昇に反転すれば、凸面部と凹面部を熱可塑性樹脂材５０に沈み込ませて溶着作業を終えることが出来る。

図１０に溶着作業の手順の一例をフローチャートで示した。図１０では、設定により、（１）凸面部のみを沈み込ませる、（２）凸面部と凹面部を所定量だけ沈み込ませる、のどちらかを選択して溶着するときの溶着作業の手順をフローチャートで示した。なお、当該フローチャートで示す溶着作業は、例えば超音波振動制御手段３８の制御の下で実行される。

まず、最初の手順として、沈み込み量として、（１）凸面部のみを沈み込ませるか、（２）凸面部と凹面部を所定量だけ沈み込ませるか、のどちらかを選択して、装置の図示しない入力手段から入力し（ステップＳＴ１）、溶着作業を開始させる（ステップＳＴ２）。このことにより、工具ホーン３５を超音波振動させて、熱可塑性樹脂材の上側表面に向けて下降させる（ステップＳＴ３）。工具ホーン３５の凸面部が熱可塑性樹脂材５０の上側表面に当接すると、工具ホーン３５が熱可塑性樹脂材５０を押し込むのに必要な押圧力は、少しずつ増大する。そして、押圧力（Ｆ０）は、所定の押圧力（Ｆ１）を超える。押圧力（Ｆ０）が押圧力（Ｆ１）を超えたことを図示しない圧力センサーで検知すると（ステップＳＴ４）、ステップＳＴ１の選択が「凸面部のみを沈み込ませる」であれば（ステップＳＴ５のＹＥＳ）、工具ホーン３５の上下動動作を熱可塑性樹脂材５０の上側表面への下降動作から上昇動作に反転して、上昇させる（ステップＳＴ７）。その後、工具ホーン３５の超音波振動駆動をＯＦＦにして溶着作業を終了する（ステップＳＴ８）。これで、工具ホーン３５の押圧面の凸面部だけを熱可塑性樹脂材５０に沈み込ませることができる。

凸面部と凹面部を所定量沈み込ませることを選択して入力したときは（ステップＳＴ５のＮｏ）、押圧力（Ｆ０）が所定の押圧力（Ｆ２）を超えない間は（ステップＳＴ６のＹＥＳ）、ステップＳＴ３に移って、下降動作を続ける。そして、押圧力（Ｆ０）が所定の押圧力（Ｆ２）を超えたときは（ステップＳＴ６のＮＯ）、工具ホーン３５の上下動動作を熱可塑性樹脂材の上側表面への下降動作から上昇動作に反転して、上昇させる（ステップＳＴ７）。その後、工具ホーン３５の超音波振動駆動をＯＦＦにして溶着作業を終了する（ステップＳＴ８）。これで、工具ホーン３５の押圧面の凸面部と凹面部を熱可塑性樹脂材５０に所定量沈み込ませることができる。

なお、工具ホーン３５の押圧面の形状については、図１１Ａのように凸面部を、間隔をあけて並べ、凸面部と凹面部が繰り返すようにしたものでも良いし、図１１Ｂのように複数の小さな凸面部を千鳥状に離散配置したものでも良い。また必要により、図１１Ｃのように、凸面部を文字の形としても良い。凸面部の横に凹面部があれば、凸面部が押しのけた溶融樹脂が凹面部で盛り上がるメカニズムが実現する。図１１では、凸面部と凹面部を区別するために、凸面部の表面範囲内に点線を描いたが、凸面部と凹面部の表面粗さに差をつけても良い。

（本発明の第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態の超音波溶着装置は、一対の熱可塑性樹脂材４０、４１の突き合わせ面と平行に、工具ホーン３６を超音波振動させたものである。
図１２に、本発明の第三の実施形態の超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である、一対の熱可塑性樹脂材４０、４１と、他の熱可塑性樹脂材５０と、工具ホーン３６と、その位置関係を示した図を示した。

なお、工具ホーン３６の振動方向と熱可塑性樹脂材５０の端面が連なっている方向の関係については、その他の角度で交差させたりして、工具ホーン３６の振動方向を熱可塑性樹脂材５０の端面が連なっている方向の角度を変えても、本発明の溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いこという効果が得られる。

（本発明の第四の実施形態）
図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に、本発明の第四の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１と他の熱可塑性樹脂材１２の上に、枠型位置決め治具カバー６０を被せたときの、工具ホーン３０、アンビル７０との位置関係を示した。図１４に、発明の第四の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の熱可塑性樹脂材１０、１１と他の熱可塑性樹脂材１２の上に、枠型位置決め治具カバー６０を被せたときの、工具ホーン３０、アンビル７０との位置関係を外観斜視図として示した。

枠型位置決め治具カバー６０は、金属枠でできていて、他の熱可塑性樹脂材１２の外形とほぼ同じで他の熱可塑性樹脂材１２が外と通じる窓６０ａを設けている。窓６０ａは、他の熱可塑性樹脂材１２の外形を窓枠として囲んでいる。

そのため、枠型位置決め治具カバー６０は、他の熱可塑性樹脂材１２が工具ホーン３０の超音波振動エネルギーを受けたとき、一定の位置を保つように支える。工具ホーン３０により大きい振幅で振れるときには、側方アンビルのように位置規制する。そのため、他の熱可塑性樹脂材１２の発熱を促す効果がある。必要により、枠型位置決め治具カバー６０を使うと良い。

本発明の第一の実施形態から第四の実施形態までは、一対の熱可塑性樹脂材を突き合わせ、その上に他の熱可塑性樹脂材を載せ、工具ホーンで他の熱可塑性樹脂材を押圧して、他の熱可塑性樹脂材の表面に沿った一方向に超音波振動エネルギーを供給する形態を示した。

すなわち、上記の第一から第四の実施形態とそれぞれの変形例では、アンビル上に、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせて載置し、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上に、他の熱可塑性樹脂材を載置し、他の熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーンの押圧面を押圧し、超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与することにより、他の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融し、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造で、一対の熱可塑性樹脂材を突き合わせ溶着する超音波溶着方法、超音波溶着方法で溶着した構造物、超音波溶着装置を説明した。

このことにより、（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果が得られる。

（本発明の第五の実施形態）
本発明の第五の実施形態では、上記他の熱可塑性樹脂材を用いず、一対の熱可塑性樹脂材を一対のＬ字型断面をした白色板の熱可塑性樹脂材１０ａと赤色板の熱可塑性樹脂材１１ａとして、Ｌ字型断面の厚肉（あつにく）部分、つまり白色厚肉部１０ａｘと赤色厚肉部１1ａｘを突き合わせて、Ｌ字型断面の厚肉部分１０ａｘと１１ａｘの上側表面に工具ホーン３０の押圧面を当て、Ｌ字型断面の厚肉部分の上側表面に沿った一方向に超音波振動エネルギーを与えて、Ｌ字型断面の厚肉部分の上側表面近傍を発熱させ、溶融して凹部を形成して溶着するようにしている。

図１５Ａ、Ｂに、本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ａ、１１ａと工具ホーン３０の位置関係を示した。図１６（ａ）には、本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ａ、１１ａの突き合わせた厚肉部分１０ａｘと１１ａｘの上側表面に対して工具ホーン３０で超音波振動エネルギーを付与している状態の位置関係を示した。

本発明の第一の実施形態と第二の実施形態で示した他の熱可塑性樹脂材１２の役目をＬ字型断面の厚肉部分が果たしている。図１６（ｂ）のように、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ａ、１１ａの突き合わせた厚肉部分１０ａｘと１１ａｘに超音波振動エネルギーが付与されると、溶融して凹部が形成され、工具ホーン３０の押圧面の幅（Ｈ１）より広い幅方向（Ｗ３）に渡って熱可塑性樹脂材１０ａ、１１ａを溶融させる。

図１６（ｃ）に、超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である、溶着後の一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ａ、１１ａの一部を断面で示した。図１６（ｄ）は、本発明の第五の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である、溶着後の一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ａ、１１ａを示した図である。

図１７に、本発明の第五の実施形態の超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である、溶着作業後の、Ｌ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ａ、１１ａと工具ホーンの位置関係を斜視図で示した。

溶着の技術的な内容は、本発明の第一の実施形態と第二の実施形態と類似している。詳しい説明は、省略するが、第一の実施形態と第二の実施形態と同様、（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果が得られる。

（本発明の第六の実施形態）
本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着装置は、第五の実施形態のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材の厚肉部分を、互いに嵌合しあう複数の嵌合部としたものである。

図１８Ａ、Ｂに、本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の嵌合部付き熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂと工具ホーン３０の位置関係を示した。

第六の実施形態のように、一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの突き合わせた厚肉部分に、互いに嵌合しあう複数の嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを設けたため、これを溶融したときは、互いに強く一体化され、結合強度が大きくなる。特に、図１８Ｂの斜視図で示したように、複数の嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒはそれぞれの熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの端面に一体成形されているので、複数の嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを溶着することで、熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの一体化が実現される。

第六の実施形態では、被溶着物である一対の熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの端面にそれぞれ嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを設け、一対の熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂのそれぞれ端面に設けた嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを嵌合した状態で、一対の熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの嵌合部の上側表面に、その表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与することにより、一対の熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂのそれぞれの嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒの上側表面近傍を溶融させて、それぞれの嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを嵌合した状態で溶着している。

図１８Ａ、Ｂに示した第六の実施形態では、白色嵌合部１０ｂｗと赤色嵌合部１１ｂｒの嵌め合う部分の形は、それぞれ立方体の空間をした凹部と、立方体の外形をした凸部を嵌め合わせるようにしている。なお、白色嵌合部１０ｂｗは、外側に突出した嵌合突起１０ｂｗｘの根元部分を突起連結部１０ｂｗｙに連結した形状をなしている。そのため、図１８Ｂに示した、３つの白色矢印のように、嵌合部１０ｂｗに向けて嵌合部１１ｂｒを押し込んでいくと、それぞれの凹部と凸部が嵌りあう。

ちなみに、立方体の空間をした凹部と、立方体の外形をした凸部の側面は平面であるため、図１８Ｂに示した、３つの白色矢印と反対の向きに、嵌合部１０ｂｗと嵌合部１１ｂｒを離していくと、抵抗なく外れる構造にしている。このように、嵌合部１０ｂｗと嵌合部１１ｂｒが、すきま嵌めの状態で、嵌合部１０ｂｗと嵌合部１１ｂｒが互いに分離独立して、相互に連結されていない状態であっても、溶着すれば、すきまに溶融した熱可塑性樹脂材が入って一体になり、外れることはない。嵌合部１０ｂｗと嵌合部１１ｂの嵌合の程度は、用途に応じて任意に定めればよい。

図１９（ａ）（ｂ）に、本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の嵌合部付き熱可塑性樹脂材に対して工具ホーンで超音波振動エネルギー付与している状態の位置関係を示した。図１９（ｃ）に、本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の一部を断面で示した。図１９（ｄ）に、本発明の第六の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物の外観を示した。

くりかえしの説明になるが、第六の実施形態では、一対の被溶着物である熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの端にそれぞれ互いに分離独立して、相互に連結されない熱可塑性樹脂材の嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを設け、アンビル７０上に、一対の被溶着物の嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを互いに嵌合した状態で、載置し、一対の被溶着物である熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂが嵌合している嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒの上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーン３０の押圧面を押圧し、超音波振動する工具ホーン３０の押圧力を付与することにより、一対の被溶着物である熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂのそれぞれの嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒの上側表面近傍を溶融し、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成して、非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造で、一対の被溶着物である熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂのそれぞれの嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを溶着している。

このことにより、（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果に加え、（３）一対の熱可塑性樹脂材の突合せ面を強固に一体化できる効果が得られる。

必要により熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの平面部分とそれぞれの嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒの材料を異なる材料としてもよい。熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの平面部分が破れやすい材質のときや、割れやすい材質のときや、溶着しにくい材質であるときなど、熱可塑性樹脂材１０ｂ、１１ｂの平面部分の材質の足りない部分を補う、他の材質でできた嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒをそれぞれ設け、嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒを溶着して、良好な溶着を行うことができる。

ブランド銘板の溶着方法ではないが、他の用途として、一対のビニールシートを被溶着物として、ビニールシートの端にそれぞれ熱可塑性樹脂材の嵌合部を設け、それぞれの嵌合部を嵌合した状態で溶着する方法が求められている。同様にテント用シートの端にそれぞれ熱可塑性樹脂材の嵌合部を設け、それぞれの嵌合部を嵌合した状態で溶着する方法が求められている。ビニールシートやテント用シートの素材にはいろいろなものがある。一対の被溶着物の平面部分の材質が熱可塑性樹脂材でなくても、熱可塑性樹脂材の嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒをそれぞれの平面部分に強固に取り付けることが出来れば、本発明の第六の実施形態として適用することができる。

（本発明の第六の実施形態の変形例１）
本発明の第六の実施形態の変形例１にかかる超音波溶着装置は、図１８で示した第六の実施形態の互いに嵌合しあう複数の嵌合部１０ｂｗ、１１ｂｒの一方の熱可塑性樹脂材１０ｂの嵌合部１０ｂｗ（白色篏合部）の形状をもとに、一対の熱可塑性樹脂１０ｃ、１１ｃ、１０ｄ、１１ｄそれぞれの嵌合部１０ｃｗ、１１ｃｒ、１０ｄｗ、１１ｄｒの形をほぼ同じ形にしている。嵌合部１０ｃｗ、１１ｃｒ、１０ｄｗ、１１ｄｒのそれぞれの形は、図２０Ａ、Ｂに示したように、嵌合突起１０ｃｗｘを嵌合連結部１０ｃｗｙでつないでＥの字型、あるいはＣの字型に連結した嵌合部としたものである。

一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ｃ、１１ｃ、１０ｄ、１１ｄの突き合わせた厚肉部分に、互いに嵌合しあう複数の嵌合部１０ｃｗ、１１ｃｒ、１０ｄｗ、１１ｄｒを設けたことにより熱可塑性樹脂材１０ｃ、１１ｃ、１０ｄ、１１ｄの溶着強度が大きくなる効果がある。

なお、嵌合部１０ｃｗ、１１ｃｒ、１０ｄｗ、１１ｄｒの形については、任意である。図２０Ａ、Ｂに、本発明の第六の実施形態の変形例１にかかる超音波溶着装置の、一対の嵌合部付き熱可塑性樹脂材１０ｃと１１ｃ、１０ｄと１１ｄと工具ホーン３５の位置関係を示した。

図２０Ａでは、篏合突起１０ｃｗｘの長さを、図１８Ａの篏合突起１０ｂｗｘより長くしている。図２０Ｂでは、篏合突起１０ｄｗｘの長さを長くし、更に、篏合突起１０ｄｗｘの数を増やしている。篏合突起１０ｄｗｘの長さと数は、どちらも増やすと溶着強度が増大する。そのため、用途に応じて任意に定めればよい。図２０Ａ、Ｂでは、押圧面に凹凸のある工具ホーン３５を用いた例を図示した。

図２１では、図２０Ａで示した複数の嵌合部１０ｃｗ、１１ｃｒのそれぞれの形状が見えるように、嵌合部１０ｃｗ、１１ｃｒを離した嵌合前の外観斜視図を示した。図２１を見ると、白色嵌合部１０ｃｗが、３つの篏合突起１０ｃｗｘと一つの突起結合部１０ｃｗｙをつないでＥ字型に連結した形にしていることがわかる。必要な溶着強度が小さいときは、白色嵌合部１０ｃｗの突起結合部１０ｃｗｙを設けず、３つの篏合突起１０ｃｗｘだけの形にしても良い。また、篏合突起１０ｃｗｘを熱可塑性樹脂材１０ｃの平面部に埋め込んだ形にしても良い。嵌合部の形は、用途に応じて任意に定めればよい。

上記第六の実施形態と変形例では、一対の被溶着物の端にそれぞれ熱可塑性樹脂材の嵌合部を設けたときの、超音波溶着方法、超音波溶着方法で溶着した構造物、超音波溶着装置を説明した。

本発明の第六の実施形態は、（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果に加え、（３）一対の熱可塑性樹脂材の突合せ面を強固に一体化できる効果が得られる。

（本発明の第七の実施形態）
本発明の第七の実施形態にかかる超音波溶着装置は、一対の厚肉（あつにく）の熱可塑性樹脂材１０ｅ、１１ｅを突き合わせたものである。本発明の第五と第六の実施形態では、一対の熱可塑性樹脂材を一対のＬ字型断面をした熱可塑性樹脂材１０ａと１１ａとを溶着したり、一対の熱可塑性樹脂材の端面にそれぞれ嵌合部を設け、その嵌合部を嵌合した状態で、嵌合部の上側表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与して溶着したりする、一対の嵌合部付き熱可塑性樹脂材１０ｂと１１ｂや１０ｃと１１ｃ、１０ｄと１１ｄを溶着する例を説明したが、全体が厚肉、あるいは薄肉の熱可塑性樹脂材同士を突き合わせた場合でも、同様の効果があるため、例示した。

図２２Ａに、本発明の第七の実施形態にかかる超音波溶着装置の、一対の厚肉の熱可塑性樹脂材１０ｅ、１１ｅと工具ホーン３５の位置関係を示した。図２２Ｂに、本発明の第七の実施形態にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である一対の厚肉の熱可塑性樹脂材１０ｅ、１１ｅと工具ホーン３５の位置関係を示した。

第七の実施形態では、一対の厚肉（あつにく）の熱可塑性樹脂材１０ｅ、１１ｅの端面を突合せた状態で、一対の厚肉の熱可塑性樹脂材の上側表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与することにより、一対の厚肉の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて溶着している。

第七の実施形態にかかる超音波溶着装置は、（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果に加え、（３）一対の熱可塑性樹脂材の突合せ面を強固に一体化できる、という効果が得られる。

（本発明の第七の実施形態の第一変形例）
本発明の第七の実施形態の第一変形例にかかる超音波溶着装置は、一対の肉の薄い、いわゆる薄肉（うすにく）の熱可塑性樹脂材１０ｆ、１１ｆを突き合わせたものである。図２３Ａに、本発明の第七の実施形態の第一変形例にかかる超音波溶着装置の、一対の薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｆ、１１ｆと工具ホーン３５の位置関係を示した。図２３Ｂに、本発明の第七の実施形態の第一変形例にかかる超音波溶着方法と装置を用いて溶着した構造物である溶着した薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｆ、１１ｆと工具ホーン３５の位置関係を示した。

第七の実施形態の第一変形例では、一対の薄肉（うすにく）の熱可塑性樹脂材１０ｆ、１１ｆの端面を突合せた状態で、一対の薄肉の熱可塑性樹脂材の上側表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーン３５の押圧力を付与することにより、一対の薄肉の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて溶着している。

第七の実施形態の第一変形例にかかる超音波溶着装置は、（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果に加え、（３）全体の厚さを薄くできるという効果が得られる。

（本発明の第七の実施形態の第二変形例）
本発明の第七の実施形態の第一変形例として図２３Ａを用いて説明したものは、突き合せ面が直線状をしていて、溶着長さＳＬが短い。一対の薄肉熱可塑性樹脂材は厚さが薄く溶着長さが短いと、溶着しあう熱可塑性樹脂材の量が一対の厚肉の熱可塑性樹脂材１０ｅ、１１ｅの時より少なく、溶着強度が小さい。

そこで、本発明の第七の実施形態の第二変形例にかかる超音波溶着装置は、図２４Ｂのように、一対の薄肉熱可塑性樹脂材１０ｇ、１１ｇの突き合せ端面の形を、上から見てジグザグ状にしている。このことにより、溶着長さＳＬは図２４Ａで示した直線状の時の２倍になる。そして、溶着強度も倍増する。図示しないが、溶着長さが更に長くなる、くさび状に篏合した形で突き合せれば、更に溶着強度を増やすことができる。

第七の実施形態の第二変形例では、一対の薄肉（うすにく）の熱可塑性樹脂材１０ｇ、１１ｇの端面の形をジグザグ状のように凹形状と凸形状がかみ合うような形にして、突合せて互いにかみ合わせた状態で、一対の薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｇ、１１ｇの上側表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーン３５の押圧力を付与することにより、一対の薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｇ、１１ｇの上側表面近傍を溶融させて溶着している。

但し、一対の薄肉熱可塑性樹脂材の突き合せ端面の形をジグザグ状にすると、美観の点からブランド銘板のように目立つ所には使えないので、他の用途、例えばテント用シート同士の突合せ溶着等に利用できる。図示はしていないが、一対のテント用シートを、それぞれの嵌合部を嵌め合せた状態で、お互いの嵌合部の上側表面に、表面に沿う方向に超音波振動する工具ホーンを押し付けると、一定形状で屈折した線状に切断して嵌め合せたそれぞれの嵌合部が、嵌め合せたときの姿のまま一体に溶着される。

従来のテント用シートなどの端部の溶着は、一対のテント用シートを重ねて、重ねた表面の垂直方向に工具ホーンや高周波電極を押し付けて溶着していたため、溶着した部分の厚さを元の厚さに近づくまで十分に押しつぶせず、溶着した部分が厚く仕上がるので、剛性が異なり、違和感があった。

しかし、本発明の第七の実施形態の第二変形例では、図２４Ｂのように、一対の薄肉熱可塑性樹脂材１０ｇ、１１ｇの突き合せ端面の形を、上から見てジグザグ状になっていても、一対の薄肉熱可塑性樹脂材の溶着部の厚さは同じに仕上がり、剛性は同じで、違和感がない。

上記第七の実施形態と変形例では、アンビル上に、二以上の熱可塑性樹脂材を並べて載置し、熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーンの押圧面を押圧し、超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与することにより、熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融し、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造の構造物として、熱可塑性樹脂材を溶着する超音波溶着方法、超音波溶着方法で溶着した構造物、超音波溶着装置を説明した。

このことにより、第七の実施形態の変形例にかかる超音波溶着装置は、（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果に加え、（３）一対の熱可塑性樹脂材の突合せ面を強固に一体化できる、（４）薄肉の熱可塑性樹脂材でも溶着できる、という効果が得られる。

先に説明した第五の実施形態もアンビル上に、二以上の熱可塑性樹脂材を並べて載置し溶着している点では、同じである。

（本発明の第八の実施形態）
本発明の第八の実施形態では、アンビル上に一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせて載置し、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上側表面に、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上側表面の斜め上方から斜め下方に向けて、当該表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与し、超音波振動エネルギーを付与することにより、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて一対の熱可塑性樹脂材を突き合わせ溶着している。

本発明の第八の実施形態にかかる超音波溶着装置の正面図を図２５に、その変形例１、２、３を図２７、図３０、図３２に示した。本発明の第八の実施形態にかかる超音波溶着装置では、アンビル７０の上面に載置した、一対の熱可塑性樹脂材１０ｊと１１ｊ、１０ｋと１１ｋ、１０ｍと１１ｍ、１０ｎと１１ｎの端面を突き合せた。

なお、図２５と図３０の本発明の第八の実施形態にかかる超音波溶着装置では、一対の熱可塑性樹脂材１０ｊと１１ｊ、１０ｍと１１ｍの端面、つまり、突合せ端面を、アンビル７０の表面に対して傾斜した斜面、いわゆる「突合せ斜面」で突き合わせている。理由は、突合せ端面を既に説明した実施形態と同じ、アンビル７０の表面に対して垂直な面としたときより溶着強度が大きくなるからである。

図２５では、一対の熱可塑性樹脂材１０ｊと１１ｊの突き合せ斜面の上から工具ホーン３５を左上から右下に向けて斜めに押し当てて超音波溶着する構成を示した。一対の熱可塑性樹脂材１０ｊと１１ｊでは、突き合せ斜面の上側表面に対して、工具ホーン３５の押圧面を斜め方向に移動させて、工具ホーン３５の押圧力を斜め方向に付与できるようにしている。

一対の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの突き合せ斜面の上側表面に対して左上から右下に向けて斜めの方向から、工具ホーン３５の押圧面の超音波振動を与えている。このことは、例えば空気プレスの力ベクトル（Ｆ_ＶＯ）が水平方向の力（Ｆ_ＶＸ）と垂直方向の力（Ｆ_ＶＹ）に分解して作用すると理解されるように、一対の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの突き合せ斜面に与える押圧力、すなわち、垂直方向の力（Ｆ_ＶＹ）が空気プレスの力ベクトル（Ｆ_ＶＯ）より小さくなる。このことから、同じ超音波溶着装置でも、工具ホーンを傾いた方向に動かして押圧すると、押圧力を小さく、ソフトに（柔らかく）付与することができることが分かる。特に、薄肉の熱可塑性樹脂材に対しては、表面から小さい力でゆっくりと押して超音波振動を与えることができるので、一対の薄肉の熱可塑性樹脂材の突き合せ端面の非溶着構造部（Ｂ）の上に溶着構造部（Ａ）を重ねた構造物が作りやすい利点がある。

図２６に示したように、工具ホーン３５が左上から右下に移動するとき、溶着範囲は、一対の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの上側表面からアンビル側に向けて斜めに移動して、非溶着構造部（Ｂ）の上に点線で描いた平行四辺形の領域に、溶着構造部（Ａ）が形成される。一対の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの突合せ斜面がこの溶着構造部（Ａ）に入れば、熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊは溶着する。

図２７の第八の実施形態の変形例１では、一対の熱可塑性樹脂材１０ｋと１１ｋの突き合せ面の上に直接工具ホーン３５ａを右上から左下に向けて斜めに押し当てて超音波溶着する構成を示した。図２７では、工具ホーン３５ａの超音波振動方向も一対の熱可塑性樹脂材１０ｋと１１ｋの表面に対して斜めに当たるようにしている。そして、図２８で拡大図を示したように、工具ホーン３５ａの押圧面には凹凸を複数設け、一対の熱可塑性樹脂材１０ｋと１１ｋのアンビル側に向けて斜め方向に超音波振動エネルギーを付与して、一対の熱可塑性樹脂材１０ｋと１１ｋの上側表面近傍を溶融させている。突き合せ面は、一対の熱可塑性樹脂材１０ｋと１１ｋの表面に対して垂直であるが、非溶着構造部（Ｂ）を残した状態で、超音波振動を止めている。

なお、図２９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）のように、工具ホーン３５ａを右上から左下に向けて斜めに押し当てる動作と、一対の熱可塑性樹脂材１０ｋと１１ｋの上側表面に沿って左から右に動かす動作を交互に組み合わせると、一対の熱可塑性樹脂材１０ｋと１１ｋの上側表面の上部に与える超音波振動エネルギーが増え、一対の熱可塑性樹脂材１０ｋと１１ｋの上側表面で溶融、冷却、固化する量が増えるので、溶着強度の増加が期待出来る。

図３０の第八の実施形態の変形例２では、一対の熱可塑性樹脂材１０ｍと１１ｍの突き合せ斜面の上に直接工具ホーン３５ｂを右上から左下に向けて斜めに押し当てて超音波溶着する構成を示した。工具ホーン３５ｂの押圧面は、一対の熱可塑性樹脂材１０ｍと１１ｍの上側表面を平面で押圧するように台形のような形にしてあり、台形の斜面部を押圧面としている。図３０の本発明の第八の実施形態にかかる超音波溶着装置では、一対の熱可塑性樹脂材１０ｍと１１ｍの端面、つまり、突合せ端面を、アンビル７０の表面に対して傾斜した斜面、いわゆる「突合せ斜面」で突き合わせている。

図３１で拡大図を示したように、工具ホーン３５ｂの押圧面から、一対の熱可塑性樹脂材１０ｍと１１ｍのアンビル側に向けて斜め方向に超音波振動エネルギーを付与して、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させている。突き合せ斜面を溶着構造部（Ａ）内に取り込み、非溶着構造部（Ｂ）を残した状態で超音波振動を止めている。

工具ホーン３５ｂの超音波振動は、一対の熱可塑性樹脂材１０ｍ、１１ｍの「突合せ斜面」に押し付ける振動、叩き付ける振動として作用する。そのため、一対の熱可塑性樹脂材１０ｍ、１１ｍの突合せ斜面には、アンビル７０の表面に対して垂直な突合せ面のときよりも振動エネルギーを強く押し付けるように与えることができる。工具ホーン３５ｂの押圧面には凹凸を複数設け、一対の熱可塑性樹脂材１０ｍ、１１ｍのアンビル側に向けて斜め方向に超音波振動エネルギーを付与して、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させている。突き合せ面は、一対の熱可塑性樹脂材１０ｍ、１１ｍの表面に対して斜めであるが、非溶着構造部（Ｂ）を残した状態で、超音波振動を止めている。

図３２の第八の実施形態の変形例３では、一対の熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎの突き合せ面の上に工具ホーン３５ｃを左上から右下に向けて斜めに押し当てて超音波溶着する構成を示した。図３２では、工具ホーン３５の超音波振動方向も一対の熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎの表面に対して斜めに当たるようにしている。工具ホーン３５ｃの押圧面は、一対の熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎの上側表面を平面で押圧するように台形のような形にしてあり、台形の斜面部を押圧面とし、押圧面に凹凸を設けている。

そして、図３３で拡大図を示したように、熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎのアンビル側に向けて斜め方向に超音波振動エネルギーを付与して、一対の熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎの上側表面近傍を溶融させている。突き合せ面は、一対の熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎの表面に対して垂直であるが、非溶着構造部（Ｂ）を残した状態で、超音波振動を止めている。

なお、図３４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）のように、工具ホーン３５ｃを左上から右下に向けて斜めに押し当てる動作と、一対の熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎの上側表面に沿って右から左に動かす動作を交互に組み合わせると、一対の熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎの上側表面の上部に与える超音波振動エネルギーが増え、一対の熱可塑性樹脂材１０ｎと１１ｎの上側表面で溶融、冷却、固化する量が増えので、溶着強度の増加が期待出来る。

このことは、例えば図３５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように、工具ホーン３５を一対の熱可塑性樹脂材１０ｎ、１１ｎを、突き合わせた突合せ面の上側表面に沿って、超音波振動して、押圧面を押圧しながら、左から右に移動すると、超音波振動エネルギーが付与される範囲も左から右に移動する。超音波振動エネルギーがどれだけ付与されたかは、その場所における積分値なので、工具ホーン３５で押圧された時間の長さにより、超音波振動エネルギーが付与させる量は変化する。例えば、図３５（ｄ）のように溶着構造部（Ａ）を上側表面は広く、下側（厚さ方向）に進むにつれて狭くなる形に、溶着構造部（Ａ）と非溶着構造部（Ｂ）の形を形成することが出来る。また、図３５（ｅ）のように溶着構造部（Ａ）を突き合わせ面は下側（厚さ方向）に浅く、突き合わせ面の近傍は深く、その周辺は浅くしたような形にもすることが出来る。このように工具ホーン３５の移動のしかたを制御すれば、必要に応じて、図３５（ｄ）や（ｅ）に示した、溶着構造部（Ａ）と非溶着構造部（Ｂ）の形を任意に設定することが出来る。

図示はしていないが、既に説明した本発明の超音波溶着装置の手段に、（１）工具ホーンを一対または二以上の熱可塑性樹脂材の上側表面に沿った方向に移動する工具ホーンの移動手段と、（２）工具ホーンの移動手段の移動速度を所定のパターンで可変制御する移動速度制御手段と、を新たな追加手段として更に設けると、溶着構造部（Ａ）と非溶着構造部（Ｂ）の形を任意の形にすることが出来る。

すなわち、制御手段３８により工具ホーン３５の超音波振動動作と押圧動作を行わせて、工具ホーン３５を熱可塑性樹脂材１０ｎ、１１ｎの上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動させて、工具ホーン３５の押圧面で押圧する。

このとき、工具ホーン３５の移動手段と移動速度制御手段を用いて、工具ホーン３５の押圧面を一対または二以上の熱可塑性樹脂材１０ｎ、１１ｎの上側表面に沿った方向に、所定のパターンで移動速度を可変して移動させて、一対の熱可塑性樹脂材１０ｎ、１１ｎの上側表面近傍を溶融させる。工具ホーン３５の押圧面から一定の超音波振動エネルギーが放出されているとき、単位長さ当たりの移動速度が速いと、超音波振動エネルギーはその単位長さに対して薄く放出される。一方、単位長さ当たりの移動速度が遅いと、超音波振動エネルギーはその単位長さに対して濃密に放出される。図３５（ａ）（ｂ）（ｃ）では、工具ホーン３５を同一の移動速度で移動したときに、工具ホーン３５が放出する超音波振動エネルギーの量を長方形の面積で示したが、単位長さ当たりの移動速度が速いと、長方形の厚さは薄く、面積は小さい。一方、単位長さ当たりの移動速度が遅いと、長方形の厚さは厚く、面積は大きい。溶着構造部の大きさは、与えられる超音波振動エネルギーの量に比例する。

そして、工具ホーンの移動手段の移動速度を所定のパターンで可変制御することにより、そのパターンに応じた形の溶着構造部を非溶着構造部の上に生成する。このように、非溶着構造部の上に溶着構造部を重なった構造で、二以上の熱可塑性樹脂材を溶着する制御をすると、図３５（ｄ）や（ｅ）に示したように、溶着構造部（Ａ）と非溶着構造部（Ｂ）の形を形成できる。

重ねて言うが、工具ホーン３５の移動のしかたを必要に応じた特定のパターンで動作するように制御すれば、図３５（ｄ）や（ｅ）に示した、溶着構造部（Ａ）と非溶着構造部（Ｂ）の形を任意に設定することが出来るので、超音波振動エネルギーを効率的に利用して、所望の溶着強度が得られるので便利である。

上記の第八の実施形態と変形例では、アンビル上に、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせて載置し、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーンの押圧面を押圧し、超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与することにより、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融し、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、非溶着構造部の上に溶着構造部重ねた構造の構造物として、一対の熱可塑性樹脂材を突き合わせ溶着する超音波溶着方法、超音波溶着方法で溶着した構造物、超音波溶着装置を説明した。

本発明の第八の実施形態にかかる超音波溶着装置では、本発明の（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果に加え、（３）一対の熱可塑性樹脂材の突合せ面を強固に一体化できる、（４）薄肉の熱可塑性樹脂材でも溶着できる、という効果が得られる。

（本発明の第九の実施形態）
本発明の第九の実施形態にかかる超音波溶着装置では、アンビル７０の外に空冷装置である空冷ファン７３を取り付け、アンビル７０の中に、空気Ｃを通す貫通孔７４を設けている。空気は、貫通孔７４の一方から他方に流れ、アンビル７０の熱をアンビル７０の外に放出する。アンビル７０には温度センサー７５を埋め込み、信号線７５ａを介して超音波振動制御手段３８に温度情報を伝えて、アンビル７０の温度情報をフィードバック制御するようにしている。

本発明の第九の実施形態にかかる超音波溶着装置の構成は、既に図２５に記載した構成とほぼ同じだが、念のため、図３６に、本発明の第九の実施形態にかかる超音波溶着装置の要部構造のアンビル７０の一部と一対の薄肉熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊと工具ホーン３５との位置関係を拡大図で示した。

第九の実施形態では、アンビル７０上に一対の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの端面を突き合わせて載置し、アンビルの温度情報を基に冷却手段を用いて、アンビル７０の温度を一定温度以下にして、一対の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの端面を突き合わせた部分の上側表面に、当該表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーン３５の押圧力を付与し、超音波振動エネルギーを付与することにより、一対の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの上側表面近傍を溶融させて一対の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊを突き合わせ溶着している。

図３６のように、工具ホーン３５が一対の薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの上側表面に沿った方向に超音波振動を与えると、一対の薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊは上側表面からアンビル７０に向けて溶融していくが、アンビル７０は、温度センサー７５と空冷ファン７３により、一定温度下に冷却されるので、アンビル７０近傍の一対の薄肉熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの温度は低いままに保たれる。アンビル７０近傍の一対の薄肉熱可塑性樹脂材１０ｊ、１１ｊの温度が低いと、溶融した熱可塑性樹脂材の流れはアンビル７０に近いほど鈍く、間隙（Ｓ）は広がらず、表面が焼けることが無い。そして、一対の薄肉の熱可塑性樹脂材の突き合せ端面の非溶着構造部（Ｂ）の上に溶着構造部（Ａ）を重ねた構造物ができる。

そして、本発明の（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果に加え、（３）一対の熱可塑性樹脂材の突合せ面を強固に一体化できる、（４）薄肉の熱可塑性樹脂材でも溶着できる、という効果が得られる。

なお、上記では、空冷ファン７３による空冷手段を説明したが、液体の冷媒を還流させる液冷手段を用いてもよい。

（本発明の第十の実施形態）
本発明の第十の実施形態にかかる超音波溶着装置では、アンビルを冷却する制御をしている。

図３７に示した、本発明の第九の実施形態にかかる超音波溶着装置の動作フローでは、本発明の作業である「非溶着構造部の上に溶着構造部が重なる構造」を選択して（ステップＳＴ１１）、溶着作業を開始すると（ステップＳＴ１２）、超音波振動制御手段３８は、Δｔ時間ごとに、工具ホーン３５を所定量下降させ、その都度、アンビル７０の温度（Ｔ０）が所定温度（Ｔ１）以下か（ステップＳＴ１４）、付与した超音波振動エネルギーＥ０が所定エネルギー量（Ｅ１）以下か（ステップＳＴ１５）を見ている。どちらかがＹｅｓの場合は、ステップＳＴ１３に戻り、工具ホーン３５の下降を継続する。どちらもＮｏとなれば、間隙（Ｓ）の広がりや、表面が焼けるのを防ぐため、工具ホーン３５を上昇させ（ステップＳＴ１６）、溶着作業を終了させる（ステップＳＴ１７）。その後、アンビル７０を所定温度範囲内に冷却する（ステップＳＴ１８）。アンビル７０の温度が冷えたら、溶着作業を再開できる。特に、連続して溶着作業をしてアンビル７０の温度が上昇するときに、この制御動作は役立つ。

（本発明の第十一の実施形態）
本発明の第十一の実施形態にかかる超音波溶着装置では、溶着作業開始前から溶着作業終了まで、アンビルを所定温度範囲内に保つ制御をしている。

すなわち、図３８に示した、本発明の第十一の実施形態にかかる超音波溶着装置の他の動作フローでは、本発明の作業である「非溶着構造部の上に溶着構造部が重なる構造」を選択すると（ステップＳＴ１１）、超音波振動制御手段３８は、アンビル７０を所定温度範囲内に保つ制御を開始し（ステップＳＴ１９）、アンビル７０を所定温度範囲内に保つ制御を継続した状態で、溶着作業開始（ステップＳＴ１２）から、溶着作業終了（ステップＳＴ１７）までの動作を行っている。

超音波振動制御手段３８は、アンビルを所定温度範囲内に保つ制御をした後、Δｔ時間ごとに、工具ホーン３５を所定量下降させ、その都度、アンビル７０の温度（Ｔ０）が所定温度（Ｔ１）以下か（ステップＳＴ１４）、付与した超音波振動エネルギー（Ｅ０）が所定エネルギー量（Ｅ１）以下か（ステップＳＴ１５）を見ている。どちらもＮｏとなれば、間隙（Ｓ）の広がりや、表面が焼けるのを防ぐため、工具ホーン３５を上昇させ（ステップＳＴ１６）、溶着作業を終了している（ステップＳＴ１７）。

本発明の第十の実施形態にかかる超音波溶着装置では、溶着作業終了後にアンビルを冷却する。第十一の実施形態にかかる超音波溶着装置では、溶着作業のときに、所定温度範囲内に保つ制御をする。そのため、間隙（Ｓ）の広がりや、表面が焼けるのを安定的に防ぐことができる。

（本発明の第十二の実施形態）
本発明の第十二の実施形態にかかる超音波溶着装置は、図３９に示したように、一対の肉厚の薄い、薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｆ、１１ｆの突き合わせ面と平行に、工具ホーン３６ａを超音波振動させたものである。

なお、図４０（ａ）（ｂ）のように、工具ホーン３６ａを一対の肉厚の薄い、薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｆ、１１ｆの表面に対して傾けると、工具ホーン３６ａの食い込み量が変わり、工具ホーン３６ａの傾きに応じて溶融する樹脂の量を変化させることができる。

本発明の第十二の実施形態では、アンビル上に一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせて載置し、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上側表面に、薄肉の熱可塑性樹脂材の突き合わせ面と平行に、工具ホーンを超音波振動させ、当該表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与し、超音波振動エネルギーを付与することにより、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて一対の熱可塑性樹脂材を突き合わせ溶着している。

図４０（ａ）（ｂ）のように、工具ホーン３６ａを一対の厚肉の薄い、薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｆ、１１ｆの表面に対して傾けて押圧する工程と、図３６（ｃ）のように、工具ホーン３６ａを一対の薄肉の熱可塑性樹脂材１０ｆ、１１ｆの表面に対して垂直に押圧する工程を組み合わせて溶着するようにしても良い。

第十二の実施形態にかかる超音波溶着装置は、（１）溶着前後で突き合わせ端面の間の位置間隔が保たれること、（２）溶着前後で熱可塑性樹脂のアンビル側の表面に焼けや変色が無いという効果に加え、（３）一対の熱可塑性樹脂材の突合せ面を強固に一体化できる、（４）薄肉の熱可塑性樹脂材でも溶着できる、という効果が得られる。

（本発明の第十三の実施形態）
本発明の第六の実施形態では、図１８を示して、白色板の熱可塑性樹脂材１０ｂと白色嵌合部１０ｂｗ、赤色板の熱可塑性樹脂材１１ｂと赤色嵌合部１１ｂｒは、一体成形されている場合を説明したが、白色板の熱可塑性樹脂材１０ｂの平面部と赤色板の熱可塑性樹脂材１１ｂの平面部が薄肉の熱可塑性樹脂材のときは、白色嵌合部１０ｂｗと赤色嵌合部１１ｂｒを別部品として製造して、白色板１０ｂの平面部と赤色板１１ｂの平面部にそれぞれ溶着するようにしても良い。

本発明の第十三の実施形態では、白色嵌合部１０ｃｗと赤色嵌合部１１ｃｒを別部品として製造して、白色板１０ｃの平面部と赤色板１１ｃの平面部にそれぞれ溶着する方法を説明する。図４１Ａ、Ｂ、Ｃに、３工程からなるブランド銘板１００の製造工程を示した。
すなわち、
（第一工程）厚さの薄い白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃ、白色嵌合部１０ｃｗ、厚さの薄い赤色板の熱可塑性樹脂材１１ｃ、赤色嵌合部１１ｃｒをそれぞれ別部品として作る。
（第二工程）厚さの薄い白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃと白色嵌合部１０ｃｗ、厚さの薄い赤色板の熱可塑性樹脂材１１ｃと赤色嵌合部１１ｃｒをそれぞれ互いに溶着する。
（第三工程）白色嵌合部１０ｃｗ付の厚さの薄い白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃと、赤色嵌合部１１ｃｒ付の厚さの薄い赤色板の熱可塑性樹脂材１１ｃを溶着して、ブランド銘板１００にする。

第一工程は、従来技術を用いて、熱可塑性樹脂板を切削加工して、厚さの薄い白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃ、白色嵌合部１０ｃｗ、厚さの薄い赤色板の熱可塑性樹脂材１１ｃ、赤色嵌合部１１ｃｒをそれぞれ別部品として作る。

第二工程は、図４２のように、本発明の超音波溶着装置のアンビル７０の上にダミー板９９を置いて、ダミー板９９の端面に白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃを突き合わせる。ダミー板９９と白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃの上に白色嵌合部１０ｃｗを載せる。工具ホーンの押圧面の最外部を、ダミー板９９の端面に白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃを突き合わせ面を境にして、白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃ内に位置させておくと、ダミー板９９の端面と白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃの突き合わせ面には、超音波振動エネルギーが付与されないので、非溶着構造のままとなる。このことを利用して、白色嵌合部１０ｃｗの上側表面を、上側表面に沿った方向で超音波振動している工具ホーンの押圧面を押し当てて図４３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）のように溶着する。

第三工程は、白色嵌合部１０ｃｗ付の薄い白色板の熱可塑性樹脂材１０ｃと、赤色嵌合部１１ｃｒ付の薄い赤色板の熱可塑性樹脂材１１ｃを溶着して、ブランド銘板１００を得る。

以上により、個々の部品を超音波溶着してブランド銘板１００を作ることができる。

上記では、アンビル上に、二以上の熱可塑性樹脂材を並べて載置し、二以上の熱可塑性樹脂材の端面を突合せ溶着する例を説明したが、本発明は、アンビル上に、二以上の熱可塑性樹脂材を重ねて溶着するときにも適用できる。

以下の第十四の実施形態から第十六の実施形態では、アンビル上に、二以上の熱可塑性樹脂材を重ねて載置し、熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーンの押圧面を押圧し、超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与することにより、熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融し、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造の構造物として、熱可塑性樹脂材を溶着する超音波溶着方法、超音波溶着方法で溶着した構造物、超音波溶着装置を説明する。

（本発明の第十四の実施形態）
本発明の第十四の実施形態にかかる超音波溶着装置では、耐熱フィルムと耐熱リングを溶着している。

図４４Ａでは、本発明の第十四の実施形態の耐熱フィルム８４と耐熱リング８５を斜視図で示した。図４４Ｂでは、溶着した耐熱フィルム８４と耐熱リング８５を斜視図で示した。図４５では、アンビル７０の上に回転自在に取り付けたターンテーブル７７に、耐熱リング８５を載せ、その上に耐熱フィルム８４を載せた状態で、耐熱リング８５と耐熱フィルム８４の表面に沿った方向に超音波振動している、いわゆる横振動している工具ホーン３５ｄの押圧面を左上から右斜め下に向けて押し付けて、両者を溶着している状態を示した。

図４６では、本発明の第十四の実施形態の超音波溶着装置で耐熱フィルム８４と耐熱リング８５を溶着している状態を拡大して示した。耐熱フィルム８４も耐熱リング８５も融点温度が高く、なかなか溶融しないのだが、図４６のように、耐熱リング８５と耐熱フィルム８４の表面に沿った方向に超音波振動している工具ホーン３５ｄの押圧面を押し当てると、溶着構造部（Ａ）が非溶着構造部（Ｂ）の上にできる。

ちなみに、耐熱フィルム８４と耐熱リング８５の材質として液晶ポリマー（ＬＣＰ）のようなスーパーエンプラで試したところ、熱変形もなく耐熱フィルム８４が、耐熱リング８５にきれいに溶着できた。特に、耐熱フィルム８４の厚さが、数十μｍというように極薄の耐熱フィルム８４をきれいに溶着できたので、精密部品を含む広い技術分野で利用できる。

超音波ウェルダーによる耐熱性の高い成形品である耐熱リング８５と同材質の耐熱フィルム８４の溶着の場合、縦振動の溶着方法、つまり熱可塑性樹脂材の上側表面に垂直方向の振動を与える溶着方法では溶着面で耐熱リング８５のみ熱変形をおこし溶着強度を得ることは極めて困難であるが、横振動、つまり熱可塑性樹脂材の上側表面と平行方向の振動を利用することで縦振動に比べて発熱効率が良く、必要強度を得るための、溶かす距離が極めて短く耐熱リング８５の熱変形も無く耐熱リング８５と耐熱フィルム８４の溶着幅が極めて細い溶着幅では縦振動では強度を得るには不可能な溶着幅でも低加圧で加圧による変形も無く溶着することができた。

本発明の第十四の実施形態の実験によれば、熱変形温度が高い薄物樹脂の溶着が可能である。溶着幅が細い溶着でも強度が得られる。溶けの沈み込み量が少なく溶けバリが出にくい、という利点が得られる。

（本発明の第十五の実施形態）
第十四の実施形態では、耐熱リング８５と耐熱フィルム８４の溶着の例を示したが、第十五の実施形態にかかる超音波溶着装置では、耐熱フィルム８４の代わりに格子上の耐熱フィルタ９４を薄肉の耐熱リング９５に溶着している。

図４７Ａでは、本発明の第十五の実施形態の耐熱フィルタ９４と耐熱リング９５を斜視図で示した。図４７Ｂでは、溶着した耐熱フィルタと耐熱リングを斜視図で示した。図４８（ａ）（ｂ）（ｃ）では、本発明の第十五の実施形態の超音波溶着装置で耐熱フィルタと耐熱リングを溶着する手順を遷移図で示した。

特に、図４８では、耐熱リング９５と耐熱フィルタ９４の表面に沿った方向に超音波振動している工具ホーン３５ｄの押圧面を、耐熱リング９５と耐熱フィルタ９４の表面に対して垂直方向に押圧した。

耐熱フィルタ９４も耐熱リング９５も融点温度が高く、なかなか溶融しないのだが、耐熱リング９５と耐熱フィルタ９４の表面に沿った方向に超音波振動している工具ホーン３５ｃの押圧面を押し当てると、図４８（ｃ）のように、溶着構造部（Ａ）が非溶着構造部（Ｂ）の上にでき、耐熱フィルタ９４が耐熱リング９５に沈み込んだ形で溶着した。

本発明の第十五の実施形態でも、熱変形温度が高い薄物樹脂の溶着が可能。溶着幅が細い溶着でも強度が得られる。溶けの沈み込み量が少なく溶けバリが出にくい、という利点が得られる。

（本発明の第十六の実施形態）
被溶着物である一対の熱可塑性樹脂材の形状には、平板やシートの平面状のものだけでなく、ヘルメットや容器のように多面体や球体等の立体物が含まれる。本発明の第十六の実施形態として、丸皿型プラスチック容器の底面に耐熱フィルムを溶着する例を説明する。

図４９は、本発明の第十六の実施形態にかかる超音波溶着装置の溶着作業開始時の正面図、図５０は、本発明の第十六の実施形態にかかる超音波溶着装置の溶着作業終了時の正面図である。

図４９と図５０では、工具ホーン３０と超音波振動手段３７が一体化されたものが支持手段８０の支軸８３を中心として揺動自在に支持されている。簡単に言うと、工具ホーン３０と超音波振動手段３７は工具ホーン３０と超音波振動手段３７の軸方向に超音波振動するとともに、支軸８３を中心として首振り運動をする。工具ホーン３０の押圧面は、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面に、当該表面に一定圧力で当接している。図４９と図５０では、アンビル７０の上に摺動自在にスライド台６５を載置し、スライド台６５の上面に、丸皿型プラスチック容器である熱可塑性樹脂材６１を伏せ、その上に、薄い耐熱フィルムである熱可塑性樹脂材６２を重ねている。超音波溶着装置の基本構造は、既に図２や図２５を用いて説明した超音波溶着装置と類似しているため、装置構造の説明は省略する。

図４９と図５０の右から左にスライド台６５を移動しながら、一対の熱可塑性樹脂材６１、６２の上側表面に、当該表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーン３０の押圧力を付与していく。すると、工具ホーン３０の押圧面は、一対の熱可塑性樹脂材６１、６２の上側表面に一定圧力で当接して、シェイバーの首振り運動のように、角度を変えながら、一対の熱可塑性樹脂材６１、６２の上側表面近傍を溶融させていく。

超音波振動エネルギーは、一対の熱可塑性樹脂材６１、６２の上側表面方向に流れるため、一対の熱可塑性樹脂材６１、６２の厚さ方向に進まず、一対の熱可塑性樹脂材６１、６２のアンビル側に非溶融構造部を残したまま、非溶着構造部の上に溶着構造部を生成し、非溶着構造部の上に溶着構造部を重なった構造で、一対の熱可塑性樹脂材６１、６２を溶着する。

上記で説明したことから、「一対の熱可塑性樹脂材の上側表面に、当該表面に沿った一方向に超音波振動する工具ホーン」には、第一の実施形態から第七の実施形態で説明した（１）一対の熱可塑性樹脂材の上側表面と平行な平面方向に超音波振動する工具ホーンを含むことはもちろん、第八の実施形態で説明した（２）一対の熱可塑性樹脂材の上側表面に対して傾斜して交わる平面方向に超音波振動する工具ホーンも含まれること、（３）一対の熱可塑性樹脂材の上側表面が曲面であっても、その曲面である熱可塑性樹脂材の上側表面と平行な平面方向に工具ホーンが超音波振動することが理解される。

また、上記で説明した「一対の熱可塑性樹脂材の上側表面に、超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与し」の押圧力の付与の方向には、第一の実施形態から第七の実施形態で説明した（１）一対の熱可塑性樹脂材の上側表面に向かう方向として、垂直方向を含むことはもちろん、第八の実施形態で説明した（２）一対の熱可塑性樹脂材の上側表面に対して傾斜して交わる方向も含まれることが、理解される。

なお、超音波溶着装置、超音波ウェルダーの当業者間では、熱可塑性樹脂材の表面に対して垂直方向に超音波振動を与えるのを「縦振動を与える」と言い、熱可塑性樹脂材の表面に対して平行方向に超音波振動を与えるのを「横振動を与える」と言うことがある。第十四の実施形態では、「縦振動」と「横振動」の用語を用いて説明した。この用語の使い方に従えば、本発明の発明特定事項の一つである「表面に対して垂直でない当該表面に沿った振動」という表現内容は「縦振動でない当該表面に沿った振動」という表現内容に言い換えることができる。

本発明の更に重要な点は、超音波振動する工具ホーンの押圧力を付与することにより、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、非溶着構造部の上に溶着構造部を重なった構造で、前記一対の熱可塑性樹脂材を溶着することにある。

非溶着構造部とは、溶着していない構造部であり、その表面は溶着作業前のまま、手つかずの表面であり、突合せ面の間隔が広がったりすることはない。いわゆる端面の位置間隔や位置関係が変わってしまうこともない。また、表面は高温にならず表面がやけることはない。

上記のフローチャートの動作や、アンビルの冷却手段は、一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させたときに、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、非溶着構造部の上に溶着構造部が重なった構造となるように用いられる。

本発明は、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせ、突き合せた端面の上に直接、又は他の熱可塑性樹脂材を重ね、他の熱可塑性樹脂材を超音波振動する工具ホーンを押し付けて、前記一対の熱可塑性樹脂材と他の熱可塑性樹脂材の当接面を溶融して互いに溶着する場合など、端面を突き合わせたり、重ねたりした、一対の熱可塑性樹脂材の表面に、超音波振動する工具ホーンを直接又は、他の熱可塑性樹脂材を間に入れて間接的に押し付けて溶着する、超音波溶着方法と超音波溶着装置に、広範囲に適用することができる。

１０、１１ 一対の熱可塑性樹脂材
１２ 他の熱可塑性樹脂材
３０、３５、３６ 工具ホーン
６０ 枠型位置決め治具カバー
６５ スライド台
７０ アンビル

Claims (13)

1. アンビル上に、二以上の熱可塑性樹脂材を載置し、
   前記熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧面を押圧し、
   前記超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧力を付与することにより、前記熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融し、
   前記工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、前記工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させて、
   溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造の構造物として、
   前記熱可塑性樹脂材を溶着する、ことを特徴とする超音波溶着方法。
2. アンビル上に、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせて載置し、
   前記一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧面を押圧し、
   前記超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧力を付与することにより、前記一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融し、
   前記工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、前記工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させて、
   溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造の構造物として、
   前記一対の熱可塑性樹脂材を突き合わせ溶着する、ことを特徴とする超音波溶着方法。
3. アンビル上に、一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせて載置し、
   前記一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上に、他の熱可塑性樹脂材を載置し、
   前記他の熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧面を押圧し、
   前記超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧力を付与することにより、前記他の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融し、
   前記工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、前記工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させて、
   溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造で、前記一対の熱可塑性樹脂材を突き合わせ溶着する、ことを特徴とする超音波溶着方法。
4. 一対の被溶着物の端にそれぞれ熱可塑性樹脂材の嵌合部を設け、
   アンビル上に、前記一対の被溶着物の嵌合部を互いに嵌合した状態で、載置し、
   前記一対の被溶着物が嵌合している嵌合部の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧面を押圧し、
   前記超音波振動する工具ホーンを下降させて押圧力を付与することにより、前記一対の被溶着物のそれぞれの嵌合部の上側表面近傍を溶融し、
   前記工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、前記工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させて、
   溶着構造部を非溶着構造部の上に生成して、非溶着構造部の上に溶着構造部を重ねた構造で、
   前記一対の被溶着物のそれぞれの嵌合部を溶着する、ことを特徴とする超音波溶着方法。
5. 二以上の熱可塑性樹脂材を載置するアンビルと、
   前記二以上の熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動しつつ下降させて押圧する押圧面を有する工具ホーンと、
   前記工具ホーンの押圧面を下降させて前記二以上の熱可塑性樹脂材の上側表面に押圧する押圧手段と、
   前記工具ホーンの沈み込み量に応じて、前記工具ホーンの超音波振動動作と前記押圧手段による前記工具ホーンの押圧動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段には、前記工具ホーンを超音波振動させた状態で、前記二以上の熱可塑性樹脂材の上側表面を押圧する押圧力を付与することにより、前記二以上の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて、前記工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、前記工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させ、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部を重なった構造で、前記二以上の熱可塑性樹脂材を溶着する制御をするように、構成したことを特徴とする超音波溶着装置。
6. 端面を突き合わせた一対の熱可塑性樹脂材を載置するアンビルと、
   前記一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動しつつ下降させて押圧する押圧面を有する工具ホーンと、
   前記工具ホーンの押圧面を下降させて前記一対の熱可塑性樹脂材の上側表面に押圧する押圧手段と、
   前記工具ホーンの沈み込み量に応じて、前記工具ホーンの超音波振動動作と前記押圧手段による前記工具ホーンの押圧動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段には、前記工具ホーンを超音波振動させた状態で、前記一対の熱可塑性樹脂材の上側表面を押圧する押圧力を付与することにより、前記一対の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて、前記工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、前記工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させ、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部を重なった構造で、前記一対の熱可塑性樹脂材を溶着する制御をするように、構成したことを特徴とする超音波溶着装置。
7. 端面を突き合わせた一対の熱可塑性樹脂材、並びに前記一対の熱可塑性樹脂材の端面を突き合わせた部分の上に載置された他の熱可塑性樹脂材を載置するアンビルと、
   前記他の熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動しつつ下降させて押圧する押圧面を有する工具ホーンと、
   前記工具ホーンの押圧面を下降させて前記他の熱可塑性樹脂材の上側表面に押圧する押圧手段と、
   前記工具ホーンの沈み込み量に応じて、前記工具ホーンの超音波振動動作と前記押圧手段による前記工具ホーンの押圧動作を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段には、前記工具ホーンを超音波振動させた状態で、前記他の熱可塑性樹脂材の上側表面を押圧する押圧力を付与することにより、前記他の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて、前記工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、前記工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させ、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部を重なった構造で、前記一対の熱可塑性樹脂材を溶着する制御をするように、構成したことを特徴とする超音波溶着装置。
8. 端にそれぞれ熱可塑性樹脂材の嵌合部を設けた一対の被溶着物を、前記一対の被溶着物の嵌合部を互いに嵌合した状態で載置するアンビルと、
   前記前記一対の被溶着物の嵌合部の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動しつつ下降させて押圧する押圧面を有する工具ホーンと、
   前記工具ホーンの押圧面を下降させて前記一対の被溶着物の嵌合部の上側表面を押圧する押圧手段と、
   前記工具ホーンの沈み込み量に応じて、前記工具ホーンの超音波振動動作と前記押圧手段による前記工具ホーンの押圧動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段には、前記工具ホーンを超音波振動させた状態で、前記一対の被溶着物の嵌合部の上側表面を押圧する押圧力を付与することにより、前記一対の被溶着物の嵌合部の上側表面近傍を溶融させて、前記工具ホーンの沈み込み量があらかじめ定めた沈み込み量となったタイミングで、前記工具ホーンの下降を止めて上昇に反転させ、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部を重なった構造で、前記一対の被溶着物の嵌合部を溶着する制御をするように、構成したことを特徴とする超音波溶着装置。
9. 前記アンビルの温度を測定する温度センサーと、
   前記アンビルを冷却する冷却手段と、
   前記温度センサーで検出したアンビルの温度情報に基づき、前記冷却手段を用いて前記アンビルの温度を所定温度以下に冷却する冷却制御手段と、を更に設け、
   前記アンビルの温度が一定温度以上になったら、前記制御手段により前記工具ホーンの超音波振動動作と押圧動作を止める制御を行わせ、
   前記冷却制御手段により、アンビルの温度を所定温度以下に冷却する制御を行わせるよう構成したことを特徴とする、請求項５から８のいずれかに記載の超音波溶着装置。
10. 前記アンビルの温度を測定する温度センサーと、
    前記アンビルを冷却する冷却手段と、
    前記温度センサーで検出したアンビルの温度情報に基づき、前記冷却手段を用いて前記アンビルの温度を所定温度以下に冷却する冷却制御手段と、を更に設け、
    前記冷却制御手段により、アンビルの温度を所定温度以下に冷却する制御を行わせている状態で、前記制御手段により前記工具ホーンの超音波振動動作と押圧動作を行わせるよう構成したことを特徴とする、請求項５から８のいずれかに記載の超音波溶着装置。
11. 前記工具ホーンの押圧面を、凹面部と凸面部が繰り返すように構成したことを特徴とする、請求項５から８のいずれかに記載の超音波溶着装置。
12. 前記工具ホーンを一対または二以上の熱可塑性樹脂材の上側表面に沿った方向に移動する工具ホーンの移動手段と、
    前記工具ホーンの移動手段の移動速度を所定のパターンで可変制御する移動速度制御手段と、を更に設け、
    前記制御手段により前記工具ホーンの超音波振動動作と押圧動作を行わせて、前記工具ホーンを前記一対または二以上熱可塑性樹脂材の上側表面に対して垂直でない当該表面に沿った方向に超音波振動させて、工具ホーンの押圧面で押圧すると同時に、
    前記工具ホーンの移動手段と移動速度制御手段を用いて、工具ホーンの押圧面を前記一対または二以上の熱可塑性樹脂材の上側表面に沿った方向に、所定のパターンで移動速度を可変して移動させて、
    前記一対または二以上の熱可塑性樹脂材の上側表面近傍を溶融させて、溶着構造部を非溶着構造部の上に生成し、前記非溶着構造部の上に溶着構造部が重なった構造で、前記一対または二以上の熱可塑性樹脂材を溶着する制御をするように、構成したことを特徴とする、請求項５から８のいずれかに記載の超音波溶着装置。
13. 前記アンビルの温度を測定する温度センサーと、
    前記工具ホーンから出す超音波振動エネルギー量の検出手段と、を更に設け、
    前記温度センサーからのアンビルの温度情報が所定温度を超え、更に、前記超音波振動エネルギー量の検出手段で、前記工具ホーンから出た超音波振動エネルギー量が所定値を超えたときに、前記制御手段で、工具ホーンの超音波振動動作と押圧動作を停止する制御を行わせるよう構成したことを特徴とする、請求項５から８のいずれかに記載の超音波溶着装置。
    

Images