JPS6224256B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラスチツクの超音波溶着機用工具ホ
ーンに関する。

超音波プラスチツク溶着機でプラスチツクの溶
着加工を行なう場合、その工具ホーンのプラスチ
ツクと接する面（加工面）が同位相の縦振動を行
なうようにすることが、工具ホーンの加工能率を
最もよくできる。

第１図ａは最も単純な柱状の縦振動体１０から
なる工具ホーンを示したもので、一端面の加振面
１１に超音波振動子を結合して縦振動を与え、他
端面をプラスチツクに圧接して溶着加工を行なう
加工面１２としたものである。縦振動体１０に加
振面１１から与えられる縦振動の波長は、縦振動
体１０の材料を伝搬する音速を使用超音波の周波
数で除した値に相当するが、縦振動体１０の長さ
ｌは一般に1/2波長の長さが用いられる。幅ｗが
1/4波長以下であれば加工面１２での振動変位分
布は第１図ｂの１に示すように均一になるが、幅
ｗが1/4波長を超し1/2波長に近づくに従つてその
振動変位分布は、第１図ｂの２に示すように幅方
向の中央部と両端で大きさが異なるようになり、
1/2波長に近ずく程その差が大きくなる。このこ
とはプラスチツクを溶着する場合、溶着部分の均
一な溶着ができなくなり、工具ホーン製作上の一
つの制約になつている。なお縦振動体１０の厚さ
はｄは幅ｗより小さい長さとする。

長尺の溶着面を得るには、現在第２図ａに示す
ような工具ホーンが用いられている。この工具ホ
ーン１４は矩形板状で長手方向の一端面を加振面
１１、他端面を加工面１２とし、加工面１２と加
振面１１との間の側面に複数条のスリツト１３を
設けて加工面１２での振動変位を均一ならしめる
ようにしたものである。しかし加工面１２での振
動変位の分布は、実際には第２図ｂに２で示すよ
うに、均一化されていないことが多いが、プラス
チツクを均一に溶着させることが出来る範囲に振
動変位差を縮めて使用しているのが現状である。
このスリツト１３の長さや幅、スリツト間の間隔
などは経験や試行錯誤によつて変えているので、
労力の無駄や経済的損失が多いだけでなく、完全
に使用できない不良品を作ることさえある。

本発明は上記問題をなくし、所望の性能を有す
る工具ホーンを容易確実に提供できるようにする
ことを目的とするものである。

この目的を達するために本発明は、２次モード
以上の整数モードでたわみ共振を生ずる角棒の振
動の同位相腹点（ループ点）に、複数個の柱状の
縦振動共振体の一端をそれぞれ角棒に直角に接続
し、縦振動共振体の他端部を連結し、角棒の縦振
動共振体接続部の反対側の側面を加振点とし、縦
振動共振体の連結された他端面を加工面とした超
音波溶着機用工具ホーンを構成したものである。

第３図ａに示すように一端の加振面１８が小さ
く加振面１８に近い部分で横振を広くし、次いで
他端面の加工面１２の近くで更に横幅を大きくし
た柱状の縦振動共振体１５を考える。この縦振動
共振体とは、加振面１８に加えられた縦波のみを
加工面１２に伝搬し、加工面１２において振動変
位が均一で、且つ同相の状態を維持できるものと
する。従つてこの縦振動共振体１５を一単位と考
え、これを複数個横に一列に並べたものを作り、
各縦振動共振体１５の加振面１８を同相で同一駆
動力で駆動してやれば、各縦振動共振体１５の加
工面１２は同相で同一振動変位で振動する。第３
図ｂはこの縦振動共振体１５を横に三個接続した
例であつて、第３図ｃに示すように、各縦振動共
振体１５が接続された加工面１２の振動変位は平
坦となる。

この場合各縦振動共振体１５の加振面１８を同
相、同変位で駆動する駆動力を有する駆動装置が
必要となる。超音波プラスチツク溶着機の場合、
加工種類が異なる毎に、加工に適した工具ホーン
を取換え使用している現状にあるので、この様に
複数多点を同時に駆動するよりも一点駆動を行な
う方が溶着機の使用上便利である。

そこで本発明は角棒のたわみ振動を利用して複
数の縦振動共振体を同時に同相、同変位で駆動す
るようにしたものである。

第４図ａは角棒１６を２次モードの振動変位曲
線３で示す振動でたわみ共振する長さとしたも
の、第４図ｂは、角棒１７を３次モードの振動変
位曲線４で示す振動でたわみ共振する長さとした
ものである。図中の５は振動の腹（ループ）点、
６は節（ノード）点を示す。

この角棒１６のたわみ振動の各腹点に相当する
角棒１６の側面に第３図の縦振動共振体１５の加
振面１８を、角棒１６に直角にそれぞれ接続し、
縦振動共振体１５の他端を接続して連続せしめた
のが第５図であり、角棒１７に同様にして三個の
縦振動共振体を接続したのが第６図である。

このようにすると、これら角棒１６，１７の縦
振動共振体接続部の反対側の側面を加振点２０と
し、角棒１６，１７においてそれぞれ一つの加振
点２０を加振し、角棒１６，１７にたわみ共振を
生ぜしめれば、各縦振動共振体１５を同時に、同
相、同変位で縦振動させることができ、従つて加
工面１２を同相同変位で振動させることができ
る。また加振点２０と逆相関係にある加振点２０
の中間点１９を一点駆動してもよい。実際の使用
に当つては、加工面１２でプラスチツクを圧しな
がら行なうので、棒１６，１７がたわまないよう
に、この静加圧を加えるために、駆動は第５図で
は片側の加振点２０を、また第６図では中央の加
振点２０により行なう。

第５図、第６図は本発明による工具ホーンの理
論的説明であるが、第５図、第６図に示す工具ホ
ーンの縦振動共振体１５は各段状部７，８の前後
で断面積が不連続的に変化しているので、この中
を通る縦波の速度と力が、段状部７，８で急激に
変化し、段状部７，８の内側角部で応力破壊が生
ず恐れがある。この問題をなくすようにした一実
施例を第７図に示す。第７図に示すように段状部
７，８を凹曲線としホーン状とすることにより、
加振点２０から加工面１２をみた時の音響インピ
ーダンスの急変をさけることができる。

縦振動共振体１５を角棒１６，１７に接続する
に当つて、縦振動共振体１５の加振面１８を、角
棒１６，１７の振動の腹点５の側面に線接続する
のが理想的である。しかし実用上はこのようなこ
とは実現できないので、縦振動共振体１５に対し
たわみ振動をしている角棒１６，１７の回転運動
による影響を少なくするため、可能な限り細くす
る必要から、第８図に示すように腹点振幅の約８
割程度までの幅に押える必要がある。これ以上の
幅にすると、加工面１２において振動変位が平坦
でなくなり、更に振動の方向も加工面に垂直な成
分以外に斜め方向の成分も含まれてくるようにな
る。一方、加工面１２では連続的に同一の位相と
変位が要求されるので、幅が広く必要となる。か
くして各縦振動共振体１５を加工面１２側で連続
せしめるため、連続せしめる方向の幅を加工面１
２側に行くに従つて広げたものである。

以上述べたように本発明は、たわみ振動をさせ
る角棒と縦振動させる縦振動共振体とを結合する
という従来にない考え方により、一点駆動でも使
用でき同一位相と変位を有する長尺の加工帯を形
成できる工具ホーンを能率的に自由に設計製作し
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の最も単純な形状の工具ホーン
の斜視図、第１図ｂは第１図ａの工具ホーンの加
工面の振動変位分布を示す図、第２図ａは従来の
長尺の溶着面を得るための工具ホーンの一例の斜
視図、第２図ｂは第２図ａの工具ホーンの加工面
の振動変位分布を示す図、第３図ａは本発明工具
ホーンを構成する縦振動共振体の一例の斜視図、
第３図ｂは第３図ａの縦振動共振体を三個横に一
列に接続した状態の側面図、第３図ｃは第３図ｂ
の縦振動共振体の加工面の振動変位分布を示す
図、第４図ａ，ｂはそれぞれ本発明工具ホーンを
構成する角棒の例を示した側面図、第５図は本発
明工具ホーンの一実施例の側面図、第６図は本発
明工具ホーンの他の実施例の側面図、第７図は本
発明工具ホーンの更に他の実施例の側面図、第８
図は本発明工具ホーンの縦振動共振体と角棒との
接続幅を説明するための図である。 １，２……振動変位分布、３，４……振動変位
曲線、５……振動の腹点、６……振動の節点、１
０……縦振動体、１１，１８……加振面、１２…
…加工面、１３……スリツト、１４……工具ホー
ン、１５……縦振動共振体、１６，１７……角
棒、１９，２０……加振点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２次モード以上の整数モードでたわみ共振を
   生ずる角棒の振動の同位相腹点に、複数個の柱状
   の縦振動共振体の一端をそれぞれ角棒に直角に接
   続し、縦振動共振体の他端部を互に連結し、角棒
   の縦振動共振体接続部の反対側の側面を加振点と
   し、縦振動共振体の連結された他端面を加工面と
   した超音波溶着機用工具ホーン。