JPS62273832A - 超音波プラスチツクウエルダ−用工具ホ−ン - Google Patents

超音波プラスチツクウエルダ−用工具ホ−ン

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JPS62273832A
JPS62273832A JP61118732A JP11873286A JPS62273832A JP S62273832 A JPS62273832 A JP S62273832A JP 61118732 A JP61118732 A JP 61118732A JP 11873286 A JP11873286 A JP 11873286A JP S62273832 A JPS62273832 A JP S62273832A
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horn
slit
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森 栄司
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孝 中島
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Seidensha Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラスチックの超音波溶着に用いる超音波プラ
スチックウエルダー用工具ホーンに関する。
〔従来の技術〕
プラスチックの超音波溶着は、接着剤が不要であり、溶
着速度が早く、溶着面がきれいに仕上る等の多くの特徴
を有し、工業製品から食品包装に至るまで多方面に利用
されている。
プラスチックの超音波溶着に使用する超音波プラスチッ
クウエルダーは第5図ないし第7図に示すように、所定
周波数の振動を発生する振動子1の先端に一端を固定し
た固定ホーン2と、固定ホーン2の他端に取付けた板状
、直方体状または円柱状の工具ホーン3とを具えている
。この超音波プラスチックウエルダ→で現在使用されて
いる周波数は20 KHzを主流に15 KH2〜40
 KHz程度であるが、溶着面の仕上りや溶着精度の向
上及び新材料や異種材料との強固な接合等の要望を達成
するため、また騒音低減等の点からも一層高い周波数の
使用が検討され、使用周波数は60KHz〜70 KH
z更にはそれ以上へと高周波化される傾向にある。
しかし、工具ホーン3には、その先端面即ち出力側端面
で同相で均一な振動振幅を得るために、超音波の入出力
方向に対し直角方向に加振波長λの約1/4以下の等し
い間隔で配置され、入出力方向に細長く伸び工具ホーン
3の側面間を貫通した複数のスロット4が形成しである
が、使用する周波数が高くなるに従って、各スロット4
の間隔を狭くする必要があり、工具ホーン3の寸法を同
じくしようとすればスロット4の本数を増加することに
なる。
スロット4の増加に伴なって、第5図に示すように、振
動子1直下の柱部6(隣接するスロット4の間)と両端
の柱部6とでは振動の立ち上りの時間差(スロット4本
で250μB)が大きくなり、1秒以下で操作が終了す
るプラスチック溶着では大きな問題となる。又、橋部7
(スロット4の両端と工具ホーン3の入出力端面との間
)は約λ/8程度の狭い間隔になっているので、スロッ
ト4の本数が増加するほど工具ホーン3の振動子1直下
から両端側へのエネルギー補給が困難となり、出力側端
面での振動振幅が不均一になる等して溶着むらの原因と
なる。
更に、第7図のような円柱状の工具ホーン3では、出力
側端面での同相で均一な振動振幅を得るために、工具ホ
ーン3の入力側端面中央に1本の振動子1を取付け、し
かも工具ホーン3の直径及びスロット4で分割された円
周距離は共に2λ/3以下とする必要があり、工具ホー
ン3の大きさに制限があった。
又、周波数が高くなるほど直径の大きな振動子1の作製
が困難になるので、1本の振動子1からの入力電力が小
さくなる問題もあった。
このようなスリットの増加に伴なう問題を解決するため
に、第6図に図示するように、各スロット4で分割され
た柱部6に、工具ホーン3の入力側端面に固定ホーン2
及び小電力の振動子1を夫夫1本づつ取付けたウエルダ
ーが提案されている。
しかし、この場合にはスロット4の増加に応じて振動子
1の数が増加するので装置が高価になり、また多数本の
振動子1及び固定ホーン2を工具ホーン3に取付けるこ
とが固辞であると同時にこれらは別体になっているので
組立工数が多く非能率的であり、更に場合によっては従
来からホーンを加圧装置に取付けるために第5図のよう
に固定ホーン2に設けていたフランジ8の形成が無理に
なる等の欠点があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、使用周波数の高周波化により工具ホーンのス
ロット本数が増加しても、振動子の数を必要電力に応じ
て任意に調整でき、しかも工具ホーンの出力側端面で同
相で均一な振動振幅を得ることができる、超音波プラス
チックウエルダー用工具ホーンを提供することを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の超音波プラスチックウエルダー用工具ホーンは
、超音波の入出力方向に対して直角方向に等しい間隔で
配置され入出力方向に細長く伸び工具ホーンを貫通して
形成された複数のスロットと、全スロット中の対称的な
位置にある少なくとも1つのスロットの長さ方向両端か
らスロットよリモ細い幅で入出力方向に伸びて工具ホー
ンを貫通したスリットとを具えており、入出力方向の長
さが少なくとも加振波長λまたはそのλ/2の3倍以上
の整数倍であり、複数の振動子を工具ホーンの入力側端
面に上記スリットを挾んで対称的に取付けるものである
〔実施例〕
第1図は本発明の超音波プラスチックウエルダー用工具
ホーンの一具体例であり、従来の固定ホーンと工具ホー
ンとを一体に形成した板状の工具ホーン3aである。こ
の板状の工具ホーン3aには超音波の入出力方向に細長
く伸び且つ入出力方向に対し直角方向に等しい間隔で配
置された5本のスロット4が工具ホーン3aの側面を貫
通して設けである。工具ホーン3aの入力側端面上には
上記スリット5を挾んで対称的な位置に3本の振動子1
が直接取付けである。スロット4の長さは約λ/2であ
って、スロット4間の柱部6の距%lid。
は約λ/4以下であり、スロット4両端の橋部7の距離
dは約λ/4である。工具ホーン3aの入出力方向の長
さは少なくとも加振波長λまたはそのλ/2の整数倍の
長さに適宜選択できる。
2番目と4番目のスロット4には、その長さ方向両端か
らスロット4よりも細い幅で人出方力向に伸びたスリッ
ト5が工具ホーン3aを貫通して形成しである。スリッ
ト5の長さはスリット5の先端と工具ホーン3aの人出
方何の両端面との距離d3が約λ/8〜λ/10となる
ように選択するのが好ましく、またスリット5の横幅は
スロット4より狭ければ特に制限はない。
スリット5の本数と配置はこの具体例に限定されるもの
ではなく、六方電力に応じて必要な振動子の本数に合せ
て決めることができ、例えば板状の工具ホーンに形成し
た5本のスロットの内の中央のスロットの長さ方向両端
にスリットを形成しても良く、この場合にはスリットを
中心に2本の振動子を対称的に取付けてればよく、振動
子の本数が最も少ない例である。又、側面形状も第1図
(b)に限定されない。
この工具ホーン3aでは加圧装置への取付けのためのフ
ランジを従来の如く形成することが困難であるので、第
2図に示す取付金具11を使用する。
即ち、工具ホーン3aの両側面の上側の節部(従来の固
定ホーンの節部)に溝9を形成し、この溝9に嵌合する
突起10を内側に有する口字状の2個の取付金具11を
突起10が溝9に嵌合するように組合せてボルト12で
締め付けて固定し、固定した取付金具11を加圧装置に
取付けるのである。
尚、溝9の形成位置は下側の節部(従来の工具ホーンの
節部)でも良い。
第3図は長尺の板状の工具ホーンを湾曲し両端を結合し
た円環状の工具ホーン3bの平面図であり、内外側面を
直径線上で貫通した12本のスロット4のうち1つおき
に6本のスロット4の入出力方向両端に夫々スリット5
を形成しである。振動子1は工具ホーン3bの入力側端
面のスリット5で分割された部分の中央に即ちスリット
5を有しないスロット4の直上に夫々取付けである。こ
の円環状の工具ホーン3bでも第1図の場合と同様にス
リット5の数を何本にでも(但し2本以上)調整できる
ので、先に説明した如くスロット4で分割された円周距
離が2λ/3以下という制限があっても、スロット4と
スリット5の数を増やすことによっていくらでも大きい
半径の工具ホーン3bを作製することができる。又、第
3図の円環状工具ホーン3bの加圧装置への取付けは、
第2図と同様に円環状工具ホーン3bの外側面に溝を設
け、この溝と嵌合する突起を有する2個の半円状の取付
金具を用いることにより行なう。
第4図は長尺で且つ奥行がある直方体状の工具ホーン3
cの例であり、横側面に5本及び縦側面に3本のスロッ
ト4が形成してあり、縦横両側面の夫々中央のスロット
4の長さ方向両端にスリット5が各側面を貫通するよう
に穿設しである。従って、従来ならば各スロット4によ
り分割された部分毎に24本の固定ホーン及び振動子を
取付ける必要があったが、スリット5で分割された部分
毎に4本の振動子1を取付ければ良い。尚、直方体状の
工具ホーン3cの加圧装置への取付けは、第2図と同様
であるが、工具ホーン3cの横側面だけでなく縦側面に
も溝を設け、この溝に嵌合する突起を設けた取付金具を
用いても良い。
〔作用〕
各振動子1から工具ホーン3aのスリット5で分割され
た部分毎に伝えられた振動はスリット5で分割された部
分毎に出力側に伝達され、しかも各スリット5の間には
少なくとも1本のスロット4が設けであるので、振動子
1の本数を最小限度に抑えても同相で均一な振動振幅が
工具ホーン3aの出力側端面から得られる。又、使用さ
れる振動子の共振周波数が多少違っていても、工具ホー
ン3a (又は3b、 3c)を含めた共振周波数は唯
一となり単一共振となるので、一台の発振器で駆動する
こともできるし、振動子各1に対し一台の発振器を対応
させたり、振動子本数以下の数の発振器で対応させるこ
とも出来る。但し複数の発振器で駆動するときは、各振
動子で同相の電圧(電流)で駆動するようにしないと同
相均一な振動が出力で得られない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、使用周波数の高周波化により工具ホー
ンのスロット本数が増加しても、その内の任意の本数の
スロットの長さ方向両端に細長いスリットを形成するこ
とにより、スリットにより分割された部分毎に同数の振
動子を工具ホーンに直接取付ければ良いので、振動子の
数を必要電力に応じて任意に調整でキ、シかも工具ホー
ンの出力側端面で同相で均一な振動振幅を得ることがで
きる。従って、60 KHz帯の高い周波数でも200
W近い出力の振動系を構成でき、アクリル樹脂の大面積
の溶着でも透明度が改善でき、従来炭化発泡してしまっ
た軟質塩ビの溶着が可能になり、粉末飛散の問題なく 
PBTの多点同時かしめが可能になる等超音波プラスチ
ックウエルダーの応用範囲を多くの分野に拡大できる予
期せぬ効果がある。
更に、従来の固定ホーンと工具ホーシとを一体的に成形
することにより固定ホーンを使用しないので組立てが簡
単であり、加圧装置への取付けも取付金具により容易に
行なえる等、準備作業が能率的である。
加えて、従来の固定ホーンと工具ホーンとを一体的に成
形しても、工具ホーンの人出方方向の長さ及びスロット
の長さは使用周波数が高周波化するほど短くでき、例え
ば周波数が倍になるとスロット長さを従来のスロット長
さと等しくでき、工具ホーンの大型化にはならない。又
、スリットは精度があまり問題にならず、金鉱を用いて
手加工で形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の超音波プラスチックウエルダー用ホー
ンの一具体例であり、(a)はその正面図及び(b)は
その側面図である。第2図は加圧装置に取付けるための
取付金具を装着した工具ホーンであり、(a)はその一
部切欠側面図及び(b)はその平面図である。第3図は
本発明の別の具体例で円環状工具ホーンの入力側端面で
の平面図である。第4図は本発明の更に別の具体例で直
方体状工具ホーンであり、(a)はその縦側面での側面
図及び(b)はその入力側端面での平面図である。第5
図及び第6図は従来の板状工具ホーンを具えた超音波プ
ラスチックウエルダーの正面図である。第7図は従来の
円柱状工具ホーンを具えたウェルダーであり、(a)は
その正面図及び(b)はその入力側端面での平面図であ
る。 1・・振動子 3.3&% 3b、 3c ”工具ホー
ン4・・スロット 5・・スリット 6・・柱部7・・
橋部 9・・溝 10・・突起 11・・取付金具 第1図 ((L)            (b)第3図 %5図    第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)超音波の入出力方向に対して直角方向に等しい間
    隔で配置され入出力方向に細長く伸び工具ホーンを貫通
    して形成した複数のスロットと、全スロット中の対称的
    な位置にある少なくとも1つのスロットの長さ方向両端
    からスロットよりも細い幅で入出力方向に伸び工具ホー
    ンを貫通したスリットとを具え、入出力方向の長さが少
    なくとも加振波長λまたはそのλ/2の3倍以上の整数
    倍であり、複数の振動子を工具ホーンの入力側端面に上
    記スリットを挾んで対称的に取付けた超音波プラスチッ
    クウエルダー用工具ホーン。
JP61118732A 1986-05-23 1986-05-23 超音波プラスチツクウエルダ−用工具ホ−ン Granted JPS62273832A (ja)

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