JPH0410021Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、狭隘な場所で高分子シートの溶着を
可能とした超音波接合機の支持装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 近年シールド工法により構築されるトンネルの
覆工用セグメントの外周に、防水の為ビニール等
の高分子材料から成る不透水膜を被覆させること
が提案されている（実願昭60−97780号、実願昭
60−159771号等）。

不透水膜を被覆させるについて、不透水膜の接
合作業を伴うが、この不透水膜の接合を行う接合
装置について、第１１図〜第１２図に於いて説明
する。

第１１図及び第１２図において、１はシールド
掘進機であり、２は該シールド掘進機１のシール
ドフレーム、３はシールドジヤツキ、４はテール
シール、５はセグメント、６は該セグメント５の
外周位置に敷設されセグメント５を被覆した不透
水膜、７は該不透水膜６と地山８との間に形成さ
れたテールボイドに裏込材９を注入する裏込材注
入装置、１０は不透膜水６とセグメント５外周と
の間に裏込材を注入する注入口である。

シールドフレーム２内面に鍔状に設けた補強用
フランジ１１の後面に全周所要等分（本図では４
等分）した位置に支柱１２をシールドフレーム２
の軸心と平行に立設し、その先端部に半径と同方
向にガイドローラユニツト１３を設ける。該ガイ
ドローラユニツト１３によりシールドフレーム２
と同心のリングフレーム１４を回転自在に支承せ
しめる。該リングフレーム１４の後端面には内歯
歯車１５を固着し、又リングフレーム１４の前端
面には超音波接合機１６を取付ける。

前記フランジ１１の後面にシールドフレーム２
の軸心と平行に支柱１７を立設し、該支柱１７の
先端部外周面側に軸受ブロツク１８を固着する。
フランジ１１の前面側にモータ１９を取付け、該
モータ１９より延長せしめた駆動軸２０を前記軸
受ブロツク１８に支承せしめる。該駆動軸２０に
はピニオンギア２１を固着し、ピニオンギア２１
を前記内歯歯車１５に噛合せしめる。

シールド掘進機が掘進み、超音波接合機１６が
既に覆設した不透水膜６の端部に位置すると、そ
の状態で継足すべき新不透水膜６′をその端部を
既不透水膜６の端部に重合させて配設し、モータ
１９によりピニオンギア２１を回転させてリング
フレーム１４を回転させ、超音波接合機１６を内
面に沿つて一周させ、前記重合部を超音波により
溶融接合するものである。

［考案が解決しようとする問題点］ 上記シールド掘進機１の構造で明らかな様に、
超音波接合機１６を設けるに許容されている空間
は、シールドジヤツキ３の外接円筒面とシールド
フレーム２の内面とがなす円筒状の空間であつ
て、非常に狭隘な空間である。

ところが、超音波接合機の構造としては第１０
図に示す如きものが一般的である。

即ち、接合すべき２枚の高分子シート（シール
ド掘進機の例では不透水膜６，６′に相当）がア
ンビル２２上で重合され、該アンビル２２上方に
アンビルと平行に移動フレーム（シールド掘進機
の例ではリングフレーム１４に相当）が移動可能
に配置され、該移動フレーム１４に超音波接合機
１６が設けられている。

該超音波接合機１６は、前記移動フレーム１４
に取付けられたホルダ２３内に超音波振動子２４
が収納され、超音波振動子２４の下端に工具ホー
ン２５が取付けられた構成となつており、工具ホ
ーン２５を高分子シート６，６′に所要の押圧さ
せた状態で、前記超音波振動子２４により工具ホ
ーン２５を超音波で振動させ押圧部を溶着させつ
つ超音波接合機１６を移動させて接合を行う。

超音波振動により高分子シート６，６′同士を
溶着する場合、高分子シートを加圧、減圧する方
向の振動である必要があり、又、超音波振動子２
４が発生する振動の方向を考慮すると、第１０図
で示される様に超音波振動子２４を高分子シート
６，６′に対して垂直方向に設けなければならな
い。

従つて、超音波接合機１６をこのような形で前
記したシールド掘進機に適用させようとすると、
非常に狭隘な場所に設け得る様超音波振動子等を
極めて小型のものに製作しなければならないが、
波長の関係で原理的に実現不可能である。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は上記実情を鑑み、超音波振動子等を特
に小型にする必要なく非常に狭隘な場所にも設置
し得る様にした超音波接合機の支持装置を提供し
ようとするものであつて、移動フレームを高分子
シートの接合線に沿つて移動可能とし、該移動フ
レームにホルダを２点に於いて支持せしめ、超音
波振動の方向を変更させる湾曲型工具ホーンを取
付けた超音波接合機を前記ホルダに該接合機高分
子シート面に対して僅かに角度をつけて保持さ
せ、前記ホルダの支持点のうち少なくとも１に工
具ホーンを高分子シートに押圧する手段を設けた
ことを特徴とするものである。

［作用］ 超音波接合機に内蔵される超音波振動子より発
生する振動は高分子シート面に略平行であるが、
湾曲型工具ホーンによりその振動の方向が高分子
シートに対して垂直なものとなり、且工具ホーン
は押圧手段により高分子シートに押圧され高分子
シートの接触部を溶融し、更に移動フレームが移
動することにより溶融箇所が移動する。従つて、
高分子シートは連続した線状に接合される。

［実施例］ 以下第１図〜第３図に基づき本考案の１実施例
を説明する。

障害物２６と干渉しない様に配設した移動フレ
ーム２７の前後にブラケツト２８，２８を設け、
該ブラケツト２８に軸２９を挿通せしめ、該軸２
９に１対の走行ローラ３０，３０を回転自在に取
付け、移動フレーム２７がシールドフレーム２の
内面に沿つて走行し得る様にする。移動フレーム
２７の前進側（第１図中右側）のブラケツト２８
近傍にピン３１を介してホルダ３３を移動フレー
ム２７に略沿つた姿勢となる様枢着する。ホルダ
３３には超音波振動子２４が保持され、超音波振
動子２４より延びる軸３４には湾曲型工具ホーン
３５が固着してある。

前記ホルダ３３の両側より湾曲型工具ホーン３
５を囲む様に１対のアームプレート３２，３２を
後進側に延出させて設ける。該１対のアームプレ
ート３２，３２間に前記湾曲型工具ホーン３５の
先端部を跨ぐ不透水膜押圧ローラユニツト３７を
設ける。

該不透水膜押圧ローラユニツト３７については
以下の構成である。

水平型工具ホーン３５の先端部を跨ぐ様スライ
ドブロツク３８を開型形状に成形し、該スライド
ブロツク３８をアームプレート３２，３２間に嵌
込んだフランジ付箱型ケーシング３９に摺動自在
に嵌合する。該箱型ケーシング３９はそのフラン
ジ部に於いてボルトにより前記アームプレート３
２，３２に固着する。

前記スライドブロツク３８の両脚部にそれぞれ
進行方向と平行な溝４０を刻設し、各溝４０に２
個宛の押圧ローラ４１を回転自在に設ける。該ス
ライドブロツク３８に押圧ローラ４１側よりシヤ
フト４２を貫通せしめ、シヤフト４２上端を箱型
ケーシング３９に固着する。該シヤフト４２の下
端には鍔部４３を設け、該鍔部４３によりスライ
ドブロツク３８の脱落を防止する。又、スライド
ブロツク３８と箱型ケーシング３９との間に押圧
スプリング４４を設け、前記スプリング４４によ
つて押圧ローラ４１をシールドフレーム２側に付
勢する。

前記アームプレート３２の後側にシールドフレ
ーム２面に近接して延びる突端部４５を設け、該
突端部４５と移動フレーム２７側にエアシリンダ
４６を設け、該エアシリンダ４５により移動フレ
ーム２７に前記ピン３１を中心とし図中反時計方
向の回転力を作用させる。又、突端部４５には不
透水膜接合線上に位置せしめた溶着部押え４７を
設ける。該溶着部押え４７は弾性金属製の板材で
あり、不透水膜表面に充分なじみ得るだけの弾力
性を有すると共に溶着部を冷却させ得る接合線方
向の長さを有している。

尚、２２はシールドフレーム２の内面に固定し
たアンビルを示す。

ここで前記湾曲型工具ホーン３５について、第
４図〜第７図に於いて説明する。

湾曲型工具ホーン３５は前記した超音波振動子
２４へボルト４８を介して取付け得る固定部４９
と振動方向を変換し増幅する為の変換増幅部５０
とから形成される。

変換増幅部５０は固定部４９より増の鼻形状に
湾曲して延出しており、その断面寸法は厚み方
向、高さ方向のいずれも先端に向つて漸次減少し
ている。又、先端に設けた接触部５１は、溶着幅
に略等しい幅と、前後方向に滑らかな曲面となつ
ており、耐摩性を考慮し、表面を硬質クロームメ
ツキする等の処理がなされる。

上記形状の工具ホーン３５に軸心方向の超音波
振動を加えれば、その振動は変換増幅部５０で方
向が変換されつつ接触部５１での振幅が増幅され
る。

この増幅の様子は第４図に対比させて示せば第
７図の如くなる。第７図から固定部４９の先端近
傍に振動の節があることが分る。

尚、前記した形状とすれば振動方向の変換と振
幅の増大を行うことができるが増幅の割合につい
ては変換増幅部５０の基部の断面積と先端部の断
面積との比及び変換増幅部５０の漸次減少する形
状と関連があり、適切な増幅率とするには変換増
幅部５０の形状に基づき断面積比を適宜選択し、
接触部５１の振幅は溶着に必要な20〜35μmが得
られる様にする。

以下作動について説明する。

前記エアシリンダ４６には湾曲型工具ホーン３
５の接触部５１に所要の押圧力を生じさせる様な
圧縮空気を供給しておく。エアシリンダ４６に圧
縮空気を供給した状態では前記溶着部押え４７と
工具ホーン３５の接触部５１が不透水膜６に押圧
されると共に押圧スプリング４４が所要量撓み、
不透水膜６の接触部５１周囲４点を押圧ローラ４
１によつて押圧し、超音波接合を行うのに適正な
状況を実現する。

超音波振動子２４を駆動すると超音波振動は軸
３４を経て工具ホーン３５を伝達され、該工具ホ
ーン３５では前記した様に振動方向の変換と振幅
の増大が行われて、接触部５１を介して不透水膜
６に超音波振動を伝播させて不透水膜６を溶融接
合する。更に、超音波振動子２４の駆動と同時に
移動フレーム２７を第１図中矢印方向に移動させ
る。移動フレーム２７の移動により融合箇所の移
動が行われ、接合線は所要の幅を有した連続した
線となる。

又、接合部５１が通過した後には直ちに溶着部
押え４７が続き融合箇所を押付ける。溶融状態が
続き、接合が完成されていない部分を、溶着部押
え４７が押圧することにより、重合した不透水膜
が相互に離反し、溶着部が損傷することを防止す
ると共に溶融部の冷却を行い融合箇所の固化、接
合の完成を促進する。

尚、接触部５１及び溶着部４７押えは、不透水
膜の重合部を乗越える際、或はシールドフレーム
２の非円性に基づく凹凸があつた場合に凹凸に倣
つて動くが、エアシリンダ４６は押圧力の大きな
変化を生じさせることなく、溶着部押え４７、接
合部５１の押圧を保証する。

次に、第８図は本考案の他の実施例を説明す
る。

ホルダ２３をピン３１を介して枢支し、ホルダ
２３の反工具ホーン３５側にアーム部５２を延出
させ、アーム部５２の先端にはスリ割５６を刻設
する。アーム部５２の前方にへ字状のリンクプレ
ート５４を枢着し、リンクプレートの１方の腕に
植設したピン５５を前記スリ割５６に嵌合させ
る。進行方向と略平行に配したシリンダ５７を移
動フレーム２７に枢着し、シリンダ５７のロツド
５８は前記リンクプレート５４の他方の腕に連結
する。

而して、シリンダ５７を所要の力で伸長方向に
付勢すれば、工具ホーン３５を不透水膜に必要な
力で押圧することができる。

更に第９図は超音波接合機１６の他の支持装置
を示し、ホルダを２本のバネ５９，６０で支持し
たものであり、ホーン側のバネ５９を圧縮バネ、
反ホーン側のバネ６０を引張バネとし、ホルダ２
３を移動フレーム２７に機械的に支持させること
なく弾性的に支持し、更に工具ホーン３５と不透
水膜６間に所要の押圧力を発揮させる様にしたも
のである。

尚、上記実施例では本考案をシールド掘進機に
適用した場合を示したが、シールド掘進機以外の
ものにも適用可能であることは勿論である。

又、第１図に於いてエアシリンダに代えて油圧
シリンダ、スプリングとしてもよいことは言うま
でもない。

［考案の効果］ 以上述べた如く本考案によれば、超音波接合機
を狭隘な場所にも支持可能としたので、従来スペ
ース的制約で超音波接合機による高分子シートの
接合ができなかつた場合の接合を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例を示す側面図、第２
図は第１図のＡ矢視図、第３図は第１図のＢ矢視
図、第４図は湾曲型工具ホーンの１部を断面した
側面図、第５図は該工具ホーンの底面図、第６図
は第４図のＣ矢視図、第７図は該工具ホーンに於
ける振動の状態を示す線図、第８図は他の実施例
の側面図、第９図は更に他の実施例の側面図、第
１０図は従来例の側面図、第１１図は接合機を備
えたシールド掘進機の側断面図、第１２図は第１
１図のＤ−Ｄ矢視図である。 ６は不透水膜、１６は超音波接合機、２４は超
音波振動子、２７は移動フレーム、３３はホル
ダ、３５は工具ホーン、４６はエアシリンダ、５
７はシリンダ、５９，６０はバネを示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 移動フレームを高分子シートの接合線に沿つて
   移動可能とし、該移動フレームにホルダを２点に
   於いて支持せしめ、超音波振動の方向を変更させ
   る湾曲型工具ホーンを取付けた超音波接合機を前
   記ホルダに該接合機高分子シート面に対して僅か
   に角度をつけて保持させ、前記ホルダの支持点の
   うち少なくとも１に工具ホーンを高分子シートに
   押圧する手段を設けたことを特徴とする超音波接
   合機の支持装置。