JP3600431B2 - Ultrasonic welding equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、重ね合わせた金属あるいは樹脂材等の超音波接合可能な部材に超音波振動を付与してそれらの部材を接合する超音波接合技術の分野に属するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、例えば米国特許第3,955,740号明細書(公知例)によって開示されたものがしられている。
【0003】
この振動溶接装置の特徴点は、支柱12、14に回転可能に支持された筒状ハウジング28内に一対のメタル製のダイアフラム30、32を介して振動アセンブリを装着したものであって、カップリング体18の一側にダイアフラム30を介装してコンバータ16を一体的に連結し、その他側にはダイアフラム32を介装してホーン20を一体的に連結したものであり、ホーン20の作動接触面52を、昇降可能なアンビル輪50上に担持させた加工材W上に臨ませたものである。
【0004】
従って、筒状ハウジング28内における半波長の共振振動によりホーン20を振動させ、加工材Wを溶接処理しうるものである。
【0005】
又、本出願人による先行技術としては図6、図7に示すようにホーンA1の両端にダイアフラム共振板B11を介装してブースタC1を連結し、更に他のダイアフラム共振板B12を介装してコンバータD1及び固定用ホーンD2をシリーズ状に一体的に連設し、ブースタC1上に嵌合させた筒体E1の両端にダイアフラム共振板B11、B12を連結し、筒体E1を固設手段F1により担持させ、ホーンA1を両持ち状に支持させ、最大変位ポイントにて支持する形式のものが挙げられる(ポーラマウント型ブースタ)(先行例1)。
【0006】
又、他の先行技術としては図8に示すようにホーンA2の両端に連結したブースタC2上に担持体G2を固着し、この担持体G2を固設手段によって固定させてホーンA2をノーダルポイントにおいて両持ち状に支持させたものである(ソリッド型ブースタ)(先行例2)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前記した公知例のものにあっては、ホーン20は片持ち状であるため、例えば横振動超音波溶接において、溶接面積があるレベルを越えて広くなると高加圧が必要となるため加圧力を強化するとブースタ支持部の撓みにより溶接面に不均一な圧力を生じ、結果として全面の溶接も不均一となるおそれがある。
【0008】
先行例1もしくは2のものにあっては、超音波振動による溶接処理能力の点にあっては格別に遜色はなく有効なものであり、前記の回避手法として超音波ホーンを一波長とし、2方向からネジ結合し支持する方法がとられるが、この際に先行例1のものでは振動波長が3波長となり、しかも構造が複雑化し、又ホーン交換操作も容易ではなく、先行例2のものにあってもメンテナンス性は良好になるが、支持部が加圧ポイントから遠隔位置となって撓み現象が発生するおそれがあるばかりでなく、ホーンとブースタとの結合用ネジへの負担が大きくなる不具合が懸念され、更には振動波長が2.5波長となるため、いずれもその長さ寸法が大となり、装置の大型化を避けることが出来ず、自動機に組み込み難くなるという課題があった。
【0009】
この発明が解決しようとする第1の課題点は、共振手段全体が2波長とされ、振動損失が少なく、有効に溶接処理しうるものを提供することである。
【0010】
この発明が解決しようとする第2の課題点は、支持部が加圧ポイントから遠隔位置であっても撓み現象による不具合が発生しないものを提供することである。
【0011】
この発明が解決しようとする第3の課題点は、ホーン結合部の信頼性の高いものを提供することである。
【0012】
この発明が解決しようとする第4の課題点は、単純な構成であって、コンパクトで、しかも溶接能力の優れたものを提供することである。
【0013】
この発明が解決しようとする第5の課題点は、ダイアフラムとその固定用リングとを分解することなくホーンの交換をすることが出来、メンテナンス性が向上したものを提供することである。
【0014】
この発明が解決しようとする第6の課題点は、ホーンとダイアフラムを嵌め合い結合構成とすることにより、組み込み時の再現性及びホーンのずれを未然防止しうるものを提供出来るものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する具体的な対応手段は次の通りである。
【0016】
(1) 重ね合わせて支持された金属もしくは樹脂材料などの加工材に対して加圧力と共に超音波振動を付与して溶接処理を行う超音波溶接装置であって、ダイアフラムを介装してコンバータ及び固定用ホーンを一体的に連設してホーンを両持ち状に支持させると共に、最大変位N 1 、N 2 間における前記ホーンの振動を1波長(L)となるように設定してホーンのトップ位置において最大振巾Hが得られて振動損失が最少の状態となるように構成し、前記最大変位N 1 、N 2 から固定用ホーンの側端縁及びコンバータの側端縁までの長さがいずれも半波長(L/2)の距離となるように構成して振動手段の全長が2波長(2L)と同等となるよう設定した超音波溶接装置。
【0017】
(2) 前記ダイアフラムの中心開口を前記ホーンの段差部に嵌合させてダイアフラムをホーンとコンバータ及びホーンと固定用ホーンとで挾持するように連結してなる前記(1) 記載の超音波溶接装置。
【0018】
従って、この発明によれば単純な構造で、しかも小型化され、メンテナンス性が優れた実用性の高いものが得られるものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
図4、図5に全体図を示す実施の形態の超音波溶接装置DEにあっては、基台10上に設けた一対の竪枠11、11’に横枠12を連結し、横枠12上に昇降可能に配設した昇降枠20に垂設した担持部21、22間に共振手段30を担持させたものであり、基台10に固設した支持台13上には加工材Wを載置しうるアンビル40を固設している。
【0020】
又、昇降枠20上に連結された支柱体23は、横枠12上に配設したエアシリンダ60によって昇降駆動しうるものであって、後述するホーン31を加工材W方向に付勢させうるものである。
【0021】
図1乃至図3にも示すように共振手段30におけるホーン31の両側端は担持部21、22によって最大振巾点において両持ち状に担持されており、ホーン31の両側の大径部32の外端は、図2及び図3に示すように結合ネジ39によってコンバータ34及び固定用ホーン35に連結すると共に、この大径部32の外端には、厚みの小さい段差部32Aが形成されており、この段差部32Aの厚み(X)よりも厚み(Y)が幾分大となるように形成したダイアフラム33の中心開口33Aを、この段差部32Aに嵌合させ、更にコンバータ34と、等径状の固定用ホーン35とを、ダイアフラム33を挾持するようにしてホーン31の両側縁に一体的に連結している。
【0022】
又、ダイアフラム33には、その厚みの大きい第1のリング36Aと厚みの小さい第2のリング36Bとダイアフラム33とで挾持させ、ボルト37により一体的に挾着させたものである。
【0023】
又、コンバータ34を昇降枠20の担持部21、22内に固設することによってホーン31を両持ち状に支持させたものであって、この実施の形態にあっては図1に示すように最大変位N1 、N2 間におけるホーン31の振動を1波長(L)となるように設定し、ホーン31のトップ31A位置において最大振巾(H)が得られて振動損失が最小の状態で溶接処理しうるように構成され、更に最大変位N1 、N2 から固定用ホーン35の側端縁及びコンバータ34の側端縁までの長さが互いに半波長(L/2)の距離となるように構成している。
【0024】
従って、この装置DEによってアンビル40上に載置した加工材Wを溶接処理する際には、ホーン31のトップ31Aを加工材Wの溶接位置上に臨ませ、図示しない駆動手段によってコンバータ34に超音波振動を誘発させ、昇降枠20を下降させてホーン31のトップ31Aにより加工材Wを加圧しつつ超音波振動により発熱させて溶接処理を実施させるものである。
【0025】
ところで、前記したようにホーン31は1波長分の長さであり、最大変位N1 、N2 からコンバータ34及び固定用ホーン35の外端までの長さは、それぞれ半波長(L/2)分であるため、結果として振動手段30の全長は2波長(2L)と同等となり、しかもダイアフラム33は最大振巾点を支持しているが、リング部36A、36Bには振動が漏れることがなく、又超音波振動を阻害することもなくトップ31Aでは超音波振動は効果的に伝達され、高圧で加圧された状態でも溶接状態に差異が生じることなく高品質の超音波溶接をなしうるものである。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したこの発明によってもたらされる特有の効果は、次の通りである。
【0027】
▲1▼ 共振手段の全長が2波長と同等であってコンパクト化しうるものである。
【0028】
▲2▼ ホーンの交換が軽便でメンテナンス性が向上されるものである。
【0029】
▲3▼ ホーンのずれ移動を防止し、高品質の溶接処理をなしうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態の超音波溶接装置における振動手段の側面図。
【図2】図1の丸印(イ)の拡大図。
【図3】図1の丸印(ロ)の拡大図。
【図4】この発明の実施の形態の超音波溶接装置の正面図。
【図5】図4の側面図。
【図6】先行例1の側面図。
【図7】図6の一部拡大図。
【図8】先行例2の側面図。
【符号の説明】
DE 超音波溶接装置
31 ホーン
32A 段差部
33 ダイアフラム
34 コンバータ
35 固定用ホーン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the field of ultrasonic bonding technology in which ultrasonic vibrations are applied to superposed members such as a metal or resin material which are superimposed and bonded together.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of apparatus, for example, one disclosed in U.S. Pat. No. 3,955,740 (known example) is known.
[0003]
The feature of this vibration welding apparatus is that a vibration assembly is mounted via a pair of
[0004]
Therefore, the
[0005]
As a prior art by the present applicant, as shown in FIGS. 6 and 7, a booster C1 is connected to both ends of a horn A1 with a diaphragm resonance plate B11 interposed therebetween, and further another diaphragm resonance plate B12 is interposed. The converter D1 and the fixing horn D2 are integrally connected in series in a series, and the diaphragm resonance plates B11 and B12 are connected to both ends of the cylindrical body E1 fitted on the booster C1, thereby fixing the cylindrical body E1. An example is a type in which the horn A1 is supported by F1 and supported in a double-supported manner and supported at a maximum displacement point (a polar mount type booster) (Prior example 1).
[0006]
Further, as another prior art, as shown in FIG. 8, a carrier G2 is fixed on a booster C2 connected to both ends of a horn A2, and the carrier G2 is fixed by fixing means so that the horn A2 is nodal point. (Solid type booster) (Prior example 2).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the known example described above, since the
[0008]
In the case of the preceding example 1 or 2, the welding processing ability by ultrasonic vibration is not particularly inferior and is effective. A method of screwing and supporting from the direction is adopted. In this case, the vibration wavelength is three in the case of the prior example 1, the structure is complicated, and the horn exchange operation is not easy. Even if it is possible, the maintainability will be good, but not only may the support part be located at a position remote from the pressure point, causing a bending phenomenon, but also the burden on the screw for connecting the horn and the booster will increase. In addition, since the oscillation wavelength becomes 2.5 wavelengths, the length dimension of each becomes large, and it is unavoidable to increase the size of the apparatus, and there is a problem that it becomes difficult to incorporate the apparatus into an automatic machine.
[0009]
A first problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus in which the entire resonance means has two wavelengths, has a small vibration loss, and can be subjected to an effective welding process.
[0010]
A second problem to be solved by the present invention is to provide a device which does not cause a problem due to the bending phenomenon even when the support portion is located at a position remote from the pressing point.
[0011]
A third problem to be solved by the present invention is to provide a horn joint having a high reliability.
[0012]
A fourth problem to be solved by the present invention is to provide a device having a simple configuration, being compact and having excellent welding ability.
[0013]
A fifth problem to be solved by the present invention is to provide a horn that can be replaced without disassembling the diaphragm and its fixing ring, thereby improving the maintainability.
[0014]
A sixth problem to be solved by the present invention is to provide a horn and a diaphragm which can be fitted and connected to each other to thereby prevent reproducibility at the time of assembling and prevent the horn from shifting.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
Specific means for solving the above-mentioned problems are as follows.
[0016]
(1) An ultrasonic welding apparatus that performs ultrasonic welding with a pressing force on a work material such as a metal or a resin material that is supported by being superimposed, and performs a welding process by interposing a diaphragm and a converter and The fixing horn is integrally connected to support the horn in a two-sided manner, and the horn is set so that the vibration between the maximum displacements N 1 and N 2 becomes one wavelength (L). vibration loss maximum Fuhaba H is obtained is constituted such that the minimum state at the position, the maximum displacement N 1, the length of the N 2 to the side edges of the side edges and converters fixing horn An ultrasonic welding apparatus in which each is configured to have a distance of half a wavelength (L / 2) and the total length of the vibration means is set to be equal to two wavelengths (2L) .
[0017]
(2) The ultrasonic welding apparatus according to (1), wherein the center opening of the diaphragm is fitted to the step of the horn, and the diaphragm is connected so as to be sandwiched between the horn, the converter, and the horn and the fixing horn. .
[0018]
Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a simple structure, small size, excellent maintainability and high practicality.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the ultrasonic welding apparatus DE according to the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, a
[0020]
The
[0021]
As shown in FIGS. 1 to 3, both ends of the
[0022]
Further, the
[0023]
Further, the
[0024]
Accordingly, when the workpiece W placed on the
[0025]
As described above, the
[0026]
【The invention's effect】
The specific effects provided by the present invention described above are as follows.
[0027]
{Circle around (1)} The entire length of the resonance means is equivalent to two wavelengths and can be made compact.
[0028]
(2) The replacement of the horn is easy and maintenance is improved.
[0029]
(3) It can prevent the horn from shifting and perform a high quality welding process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a vibration unit in an ultrasonic welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a circle (a) in FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged view of a circle (b) in FIG. 1;
FIG. 4 is a front view of the ultrasonic welding apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view of FIG. 4;
FIG. 6 is a side view of the first prior art.
FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6;
FIG. 8 is a side view of the second prior art.
[Explanation of symbols]
DE
Claims (2)
Priority Applications (1)
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JP07303298A JP3600431B2 (en) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | Ultrasonic welding equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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JPH11254153A JPH11254153A (en) | 1999-09-21 |
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Family
ID=13506612
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP07303298A Expired - Lifetime JP3600431B2 (en) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | Ultrasonic welding equipment |
Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101197995B1 (en) | 2005-01-03 | 2012-11-05 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | Method and apparatus for controlling the gap between the horn and the anvil of an ultrasonic welding system |
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JP7144330B2 (en) * | 2019-01-17 | 2022-09-29 | 株式会社ダイヘン | Welding equipment |
-
1998
- 1998-03-09 JP JP07303298A patent/JP3600431B2/en not_active Expired - Lifetime
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