JPH10216962A - 超音波溶着装置及び超音波溶着方法 - Google Patents

超音波溶着装置及び超音波溶着方法

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JPH10216962A
JPH10216962A JP9018171A JP1817197A JPH10216962A JP H10216962 A JPH10216962 A JP H10216962A JP 9018171 A JP9018171 A JP 9018171A JP 1817197 A JP1817197 A JP 1817197A JP H10216962 A JPH10216962 A JP H10216962A
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JP
Japan
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welding
synthetic resin
elastic material
ultrasonic
resin elastic
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Shinichi Ishikawa
川 伸 一 石
Tomohiro Yamada
田 智 博 山
Tatsuya Yano
野 達 也 矢
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Trinity Industrial Corp
Original Assignee
Trinity Industrial Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波溶着ホーンを合成樹脂弾性材に押し当
ててワークに溶着する場合に、十分な溶着強度が得られ
るようにする。 【解決手段】 溶着スポットＳに進出させた超音波溶着
ホーン３により超音波の出力を開始してから超音波の出
力を停止して溶着が終了するまでの間、溶着スポットＳ
の周囲の合成樹脂弾性材Ｆを、前記超音波溶着ホーン３
により圧縮された部分と略面一になるように圧縮保持す
る加圧部材４を備えている。これにより、溶着スポット
Ｓの周囲を押さえたまま溶着が完了し、溶着スポットＳ
の周囲の合成樹脂弾性材Ｆは、その厚さ方向の全ての部
分が溶着スポットＳで圧縮された合成樹脂弾性材Ｆと連
続した状態で溶着されるので、加圧部材４を外しても、
合成樹脂弾性材Ｆは溶着スポットＳの淵から離れるに従
って元の厚さに復元し、溶着スポットＳに切欠となるよ
うな穴は形成されない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークに重ねた合
成樹脂弾性材の所定の溶着スポットを局所的に加熱して
当該弾性材を前記ワークに溶着させる超音波溶着装置及
び超音波溶着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の内装に用いるプラスチック成形
部品（ワーク）には、例えばエンジンルームや外部の
音，振動，熱が室内に伝わらないように、防音，防振，
断熱などの目的でその裏面側にウレタンフォーム等の発
泡性の合成樹脂弾性材を張り付けている。この場合に、
合成樹脂弾性材をプラスチック成形部品の裏面に固定す
る手段としては、接着剤を塗る手間や、乾燥するまで待
ち時間がなく、プラスチック成形品に合成樹脂弾性材を
簡単に瞬時に固定できるところから、超音波溶着が行わ
れている。
【０００３】図３はこのような従来の超音波溶着装置を
示すもので、先端面３０ａから超音波を出力する超音波
溶着ホーン３０が、プラスチック成形部品Ｗに重ねた合
成樹脂弾性材Ｆの上方から当該ワークＷの所定の溶着ス
ポットＳに対して進退可能に配設されている。そして、
超音波溶着ホーン３０を溶着スポットＳに進出させ、前
記合成樹脂弾性材Ｆを圧縮させた状態で前記溶着ホーン
３０の先端面３０ａから超音波を出力すると、プラスチ
ック成形部品Ｗと合成樹脂弾性材Ｆの被着面同士が振動
して摩擦熱を生じ、その熱により溶着されるように成さ
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに溶着させた場合には溶着強度が十分ではなく、プラ
スチック成形部品Ｗを運んだり、自動車に取り付けたり
する作業中に、合成樹脂弾性材Ｆがプラスチック成形部
品Ｗから簡単に脱落してしまうという問題があった。こ
のため、本発明者がその原因を究明すべく実験・研究を
重ねた結果、以下のことが判明した。図４（ａ）〜
（ｄ）はこのような従来の超音波溶着過程を時間の経過
と共に模式的に示すものであるが、まず、超音波溶着ホ
ーン３０を合成樹脂弾性材Ｆの溶着スポットＳに強く押
し当てると、図４（ａ）に示すように、その弾力性によ
り合成樹脂弾性材Ｆは超音波溶着ホーン３０で押しつけ
られた部分が圧縮される。この状態で、超音波溶着ホー
ン３０の先端面３０ａから超音波を出力すると、その振
動が合成樹脂弾性材Ｆに伝わり、超音波溶着ホーン３０
で圧縮された部分が摩擦熱により溶融する。その結果、
合成樹脂弾性材Ｆの圧縮されている部分と、その周囲の
圧縮されていない部分とが、溶着スポットＳの淵で分断
されていき、図４（ｂ）〜（ｃ）に示すように、溶着ス
ポットＳの周囲の部分が合成樹脂弾性材Ｆの弾性力によ
り徐々に復元していく。そして、溶着が完了すると、図
４（ｄ）に示すように溶着スポットＳの合成樹脂弾性材
Ｆは圧縮された状態に変形し、その周囲の部分は元の厚
さに復元するので、溶着スポットには大きな穴３１が形
成されてしまう。このとき、溶着スポットＳの周囲の合
成樹脂弾性材Ｆは、その厚さ方向に対して、わずかに、
溶着スポットＳで圧縮された合成樹脂弾性材Ｆの厚さに
相当する厚さ部分だけが溶着スポットＳの部分と連続状
態にある。そして、それ以外の厚さ部分は、溶着スポッ
トＳで圧縮された部分から分断された不連続な状態とな
っているので、プラスチック成形部品Ｗに溶着された溶
着スポットＳの合成樹脂弾性材Ｆに拘束されず、溶着強
度には殆ど寄与しないことが判明した。したがって、合
成樹脂弾性材Ｆを超音波溶着したプラスチック成形部品
Ｗを運んだり、自動車に取り付けたりする作業中に、合
成樹脂弾性材Ｆに少しでも力が加わると、溶着スポット
Ｓの淵が極めて割れやすく、溶着したはずの合成樹脂弾
性材Ｆが簡単に脱落する。
【０００５】 そこで、本発明はこのような知見に基づ
き、超音波溶着により合成樹脂弾性材をプラスチック成
形部品などのワークに溶着した場合に、十分な溶着強度
が得られるようにすることを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、先端面から超音波を出力する超音波溶着
ホーンが、ワークに重ねた合成樹脂弾性材の上方から当
該ワークの所定の溶着スポットに対して進退可能に配設
され、当該超音波溶着ホーンを溶着スポットに進出させ
て前記合成樹脂弾性材を圧縮させた状態で前記溶着ホー
ンの先端面から超音波を出力して前記合成樹脂弾性材を
前記ワークに溶着させる超音波溶着装置において、前記
溶着スポットに進出させた前記超音波溶着ホーンにより
超音波の出力を開始してから超音波の出力を停止して溶
着が終了するまでの間、溶着スポットの周囲の合成樹脂
弾性材を、前記超音波溶着ホーンにより圧縮された部分
と略面一になるように圧縮保持する加圧部材を備えたこ
とを特徴とする。
【０００７】 本発明によれば、溶着スポットの周囲の
合成樹脂弾性材を前記超音波溶着ホーンにより圧縮され
た合成樹脂弾性材と略面一になるように圧縮保持した状
態で、超音波溶着ホーンにより超音波の出力を開始す
る。このとき、合成樹脂弾性材の溶着スポットの部分が
溶融してワークに溶着されることとなるが、超音波の発
振を停止するまで、溶着スポットの周囲の部分も加圧部
材により押さえつけられているので、溶着中に、その周
囲の部分が溶着スポットから分断されて元の厚さに復元
することはない。また、溶着スポットの周囲を押さえた
まま溶着が完了するので、溶着スポットの周囲の合成樹
脂弾性材は、その厚さ方向の全ての部分が溶着スポット
で圧縮された合成樹脂弾性材と連続した状態で溶着され
る。したがって、加圧部材を外すと、合成樹脂弾性材は
溶着スポットの淵から離れるに従って元の厚さに復元し
ていき、切欠となるような穴は形成されない。その結
果、ワークを運んだり自動車に装着したりするときに、
合成樹脂弾性材に多少無理な力がかかっても、溶着スポ
ットの淵で割れたりすることがなく、十分な溶着強度が
得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る超音
波溶着装置を示す図、図２（ａ），（ｂ）は本発明方法
による溶着過程を示す模式図である。
【０００９】 本例の超音波溶着装置１は、プラスチッ
ク成形部品（ワーク）Ｗの裏面に、防音，防振，断熱な
どの目的でウレタンフォームなどの発泡性合成樹脂弾性
材Ｆを溶着させるもので、超音波振動子となる積層圧電
アクチュエータ２の先端に、当該アクチュエータ２で発
振した超音波を前記合成樹脂弾性材Ｆに伝達する超音波
溶着ホーン３が取り付られている。そして、当該超音波
溶着装置１は、プラスチック成形部品Ｗに重ねた合成樹
脂弾性材Ｆの上から前記超音波溶着ホーン３の先端を押
し当てることができるように、その全体が、例えばシリ
ンダ５により、プラスチック成形部品Ｗ及び合成樹脂弾
性材Ｆの溶着スポットＳに対して進退可能に配設されて
いる。
【００１０】 また、４は溶着スポットＳの周囲の合成
樹脂弾性材Ｆを加圧する加圧部材であって、前記超音波
溶着ホーン３と一体に進退するようにその周囲に配設さ
れると共に、その加圧面４ａがリング状に形成されて前
記ホーン３の先端面３ａと略面一に配置されている。こ
れにより、超音波溶着ホーン３を溶着スポットＳに進出
させると、その先端面３ａで合成樹脂弾性材Ｆを加圧す
ると同時に、加圧部材４の加圧面４ａで溶着スポットＳ
の周囲の合成樹脂弾性材Ｆが加圧され、溶着スポットＳ
及びその周囲に合成樹脂弾性材Ｆを略面一になるように
押しつけることができる。そして、この状態で、前記積
層圧電アクチュエータ２から発振された超音波を超音波
溶着ホーン３の先端面３ａから出力させれば、合成樹脂
弾性材Ｆとプラスチック成形部品Ｗとが溶着される。
【００１１】 以上が本発明に係る超音波溶着装置の構
成であって、次に、これを用いた超音波溶着方法につい
て、図２を伴って説明する。まず、プラスチック成形部
品Ｗの裏面を上に向けて、その上にウレタンフォームな
どの発泡性合成樹脂弾性材Ｆを重ね、所定の溶着スポッ
トＳを超音波溶着ホーン３の真下に位置させる。この状
態で、図２（ａ）に示すように超音波溶着装置１をプラ
スチック成形部品Ｗに対して進出させると、超音波溶着
ホーン３の先端面３ａが溶着スポットＳの合成樹脂弾性
材Ｆを加圧すると同時に、加圧部材４の加圧面４ａが溶
着スポットＳの周囲の合成樹脂弾性材Ｆを加圧する。こ
のとき、超音波溶着ホーン３の先端面３ａと、加圧部材
４の加圧面４ａが略面一に配置されているので、合成樹
脂弾性材Ｆは、溶着スポットＳだけでなくその周囲まで
加圧されて面一になる。
【００１２】 そして、積層圧電アクチュエータ２をオ
ンして超音波を発振させると、その超音波が超音波溶着
ホーン３の先端から出力され、その振動が溶着スポット
Ｓの合成樹脂弾性材Ｆ及びプラスチック成形部品Ｗに伝
達され、溶着スポットＳで互いに接している被着面同士
が振動による摩擦熱で溶着されると同時に、溶着スポッ
トＳの合成樹脂弾性材Ｆは加熱された状態で圧縮され
る。この間、超音波の発振を停止するまで、溶着スポッ
トＳの周囲の合成樹脂弾性材Ｆは加圧部材４により押さ
えつけられているので、溶着中に、その周囲の合成樹脂
弾性材Ｆが溶着スポットＳから分断されて元の厚さに復
元することはない。
【００１３】 そして、所定時間経過後に超音波の発振
を停止すると、合成樹脂弾性材Ｆは溶着スポットＳの周
囲を押さえたまま溶着が完了するので、溶着スポットの
周囲の合成樹脂弾性材Ｆは、その厚さ方向の全ての部分
が溶着スポットで圧縮された合成樹脂弾性材Ｆと連続し
た状態で溶着される。その後、図２（ｂ）に示すよう
に、超音波溶着ホーン３と加圧部材４を上方へ退避させ
ても、溶着スポットＳの周囲の合成樹脂弾性材Ｆは溶着
スポットＳの合成樹脂弾性材Ｆとその厚さ方向の全ての
部分が互いに連続した状態に維持され、溶着スポットＳ
の淵から離れるに従って元の厚さに復元し、厚さ方向に
不連続な部分や切欠となるような穴は形成されない。し
たがって、溶着スポットＳの周囲の合成樹脂弾性材Ｆは
その厚さ方向のすべての部分が、プラスチック成形部品
Ｗに溶着された溶着スポットＳの合成樹脂弾性材Ｆに拘
束されることとなり、ワークを運んだり自動車に装着し
たりするときに、合成樹脂弾性材Ｆに多少無理な力がか
かっても、溶着スポットの淵で合成樹脂弾性材Ｆが割れ
ることがなく、十分な溶着強度が得られる。
【００１４】 なお、上述の説明では、超音波溶着装置
１として、加圧部材４の加圧面４ａをリング状に形成し
た場合について説明したが、本発明はこれに限らず、超
音波溶着ホーン３の周囲に所定間隔で配置する場合であ
ってもよい。また、加圧部材４は超音波溶着ホーン３と
一体に進退される場合に限らず、別々の進退機構で進退
される場合であってもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、合
成樹脂弾性材の溶着中に、超音波溶着ホーンで圧縮され
た部分とその周囲の部分で分断されることがなく、ま
た、溶着後に加圧部材を外しても、溶着スポットの周囲
の合成樹脂弾性材はその厚さ方向の全ての部分が溶着ス
ポットの圧縮された合成樹脂弾性材と連続した状態に溶
着されるので、十分な溶着強度が得られるという大変優
れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る超音波溶着装置を示す図。
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明方法による溶着過程を
示す模式図。
【図３】 従来の超音波溶着装置を示す図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は従来の超音波溶着法による溶
着過程を示す模式図。
【符号の説明】
１・・・・超音波溶着装置 Ｗ・・・・プラスチック成形部品（ワーク） Ｆ・・・・合成樹脂弾性材 ３・・・・超音波溶着ホーン ３ａ・・・先端面 Ｓ・・・・溶着スポット ４・・・・加圧部材 ４ａ・・・加圧面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 先端面（3a）から超音波を出力する超音
    波溶着ホーン（３）が、ワーク（Ｗ）に重ねた合成樹脂
    弾性材（Ｆ）の上方から当該ワーク（Ｗ）の所定の溶着
    スポット（Ｓ）に対して進退可能に配設され、当該超音
    波溶着ホーン（３）を溶着スポット（Ｓ）に進出させて
    前記合成樹脂弾性材（Ｆ）を圧縮させた状態で前記溶着
    ホーン（３）の先端面（3a）から超音波を出力して前記
    合成樹脂弾性材（Ｆ）を前記ワーク（Ｗ）に溶着させる
    超音波溶着装置において、 前記溶着スポット（Ｓ）に進出させた前記超音波溶着ホ
    ーン（３）により超音波の出力を開始してから超音波の
    出力を停止して溶着が終了するまでの間、溶着スポット
    （Ｓ）の周囲の合成樹脂弾性材（Ｆ）を、前記超音波溶
    着ホーン（３）により圧縮された部分と略面一になるよ
    うに圧縮保持する加圧部材（４）を備えたことを特徴と
    する超音波溶着装置。
  2. 【請求項２】 前記加圧部材（４）が、前記超音波溶着
    ホーン（３）と一体に進退するようにその周囲に配設さ
    れると共に、その加圧面(4a)が当該ホーン（３）の先端
    面(3a)と略面一に形成されて成る請求項１記載の超音波
    溶着装置。
  3. 【請求項３】 先端面（3a）から超音波を出力する超音
    波溶着ホーン（３）をワーク（Ｗ）に重ねた合成樹脂弾
    性材（Ｆ）の上方から当該ワーク（Ｗ）の所定の溶着ス
    ポット（Ｓ）に対して進出させ、前記超音波溶着ホーン
    （３）により前記合成樹脂弾性材（Ｆ）を圧縮させた状
    態で、前記溶着ホーン（３）の先端から超音波を出力し
    て前記合成樹脂弾性材（Ｆ）を前記ワークに溶着させる
    超音波溶着方法において、 前記溶着スポット（Ｓ）に進出させた前記超音波溶着ホ
    ーン（３）により超音波の出力を開始してから超音波の
    出力を停止して溶着が終了するまでの間、溶着スポット
    （Ｓ）の周囲の合成樹脂弾性材（Ｆ）を前記超音波溶着
    ホーン（３）により圧縮した部分と略面一になるように
    圧縮保持していることを特徴とする超音波溶着方法。
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