JPH1095046A - Ultrasonic welding apparatus - Google Patents
Ultrasonic welding apparatusInfo
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- JPH1095046A JPH1095046A JP11335797A JP11335797A JPH1095046A JP H1095046 A JPH1095046 A JP H1095046A JP 11335797 A JP11335797 A JP 11335797A JP 11335797 A JP11335797 A JP 11335797A JP H1095046 A JPH1095046 A JP H1095046A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は超音波溶着装置に関
し、特に高分子化合物の溶着をも可能とした装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic welding apparatus, and more particularly to an apparatus capable of welding a polymer compound.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超音波溶着装置は、被溶着物に対して適
当な周波数、振幅の超音波を所定時間付与しつつ所要の
圧力を加えて瞬間的に接合させるもので、多量の製品に
対して接合作業を順次迅速に施す場合等に用いて好適で
あり、多用されている。装置そのものは具体的には、Ｐ
ＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子等から
なって超音波振動を発する振動子と、該振動子に結合さ
れて超音波振動を被溶着物に伝達する振動伝達部材と、
該振動伝達部材を被溶着物に圧接せしめる油圧シリンダ
ーなどの圧接手段とを備えている。2. Description of the Related Art An ultrasonic welding apparatus is an apparatus which instantaneously joins an object to be welded by applying a required pressure while applying ultrasonic waves having an appropriate frequency and amplitude for a predetermined time. It is suitable and is often used when the joining operation is performed quickly and sequentially. The device itself is, specifically, P
A vibrator that is composed of a ZT (piezoelectric: piezoelectric) element or the like and emits ultrasonic vibration; a vibration transmission member that is coupled to the vibrator and transmits ultrasonic vibration to a welded object;
And a pressing means such as a hydraulic cylinder for pressing the vibration transmitting member against the object to be welded.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】かかる超音波溶着装置
は従来より種々開発されているが、高分子化合物を有効
且つ確実に接合し得る装置は未だ実用化に至っていない
のが実情である。その大きな理由の一つとして、例えば
テフロン、ポリプロピレン等の合成樹脂を溶着の対象と
する場合、与えられる振動エネルギーによってその母材
自体が発熱してエネルギーを消費してしまうことが挙げ
られる。Various ultrasonic welding apparatuses have been developed in the past, but the actual situation is that an apparatus capable of joining polymer compounds effectively and reliably has not yet been put to practical use. One of the major reasons is that when a synthetic resin such as Teflon or polypropylene is to be welded, the base material itself generates heat due to the applied vibration energy and consumes energy.
【０００４】なお、高分子化合物とは、よく知られてい
るように、多数個の原子が共有結合により次々と結合し
てできた分子量の大きい分子からなる化合物をいう。普
通、分子量が１万以上のものをさし、人工製品として上
記の如き合成樹脂の他に合成ゴム、合成繊維があり、天
然物として天然ゴム、澱粉、蛋白質等がある。[0004] As is well known, a high molecular compound refers to a compound composed of a molecule having a large molecular weight and formed by a number of atoms successively bonded by a covalent bond. Generally, those having a molecular weight of 10,000 or more include synthetic rubbers and synthetic fibers in addition to the synthetic resins as described above as artificial products, and natural products include natural rubber, starch, and proteins.
【０００５】本発明は、上記した点に鑑みてなされたも
のであって、その目的とするところは、高分子化合物の
接合をも有効になし得る超音波溶着装置を提供すること
である。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic welding apparatus capable of effectively joining a polymer compound.
【０００６】また、本発明は、更に他の効果をも奏し得
る超音波溶着装置を提供する。[0006] The present invention also provides an ultrasonic welding apparatus that can exhibit other effects.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る超音波溶着装置は、約５００ＫＨｚ以
上の超音波振動を発する振動子と、該振動子に結合され
て超音波振動を被溶着物に伝達する振動伝達部材と、該
振動伝達部材及び被溶着物を圧接せしめる圧接手段とを
備え、前記振動伝達部材は、前記振動子より発せられる
超音波振動の進行方向における寸法が該超音波振動の半
波長の略整数倍に設定されているものである。加えて、
更に他の種々の効果を得るために、下記の各構成が採用
されている。すなわち、本発明の超音波溶着装置では、
前記振動伝達部材に、前記被溶着物を押圧する押圧部が
突設されている。また、前記超音波溶着装置において
は、前記振動伝達部材に、前記振動子より発せられる超
音波振動の進行方向に対して傾斜して他の面と協働して
該超音波振動を略１点に向けて案内する傾斜面が形成さ
れている。更に、前記超音波溶着装置においては、前記
振動伝達部材の、前記振動子からの超音波振動の進行方
向に対して直角な方向における寸法が、該超音波振動の
１波長の略３分の１以上に設定されている。また、前記
超音波溶着装置においては、前記超音波振動の進行方向
が、前記押圧手段の押圧方向と一致している。In order to achieve the above object, an ultrasonic welding apparatus according to the present invention comprises a vibrator which emits ultrasonic vibration of about 500 KHz or more, and an ultrasonic vibrator coupled to the vibrator. A vibration transmitting member that transmits the vibration transmitting member to the object to be welded, and press-contact means that presses the vibration transmitting member and the object to be welded together. It is set to be approximately an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration. in addition,
In order to obtain various other effects, the following configurations are employed. That is, in the ultrasonic welding device of the present invention,
A pressing portion for pressing the object to be welded is protruded from the vibration transmitting member. In the ultrasonic welding device, the vibration transmitting member may apply the ultrasonic vibration substantially at one point in cooperation with another surface while being inclined with respect to a traveling direction of the ultrasonic vibration emitted from the vibrator. The inclined surface which guides toward is formed. Further, in the ultrasonic welding device, the dimension of the vibration transmitting member in a direction perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic vibration from the vibrator is approximately one-third of one wavelength of the ultrasonic vibration. It is set above. Further, in the ultrasonic welding device, a traveling direction of the ultrasonic vibration coincides with a pressing direction of the pressing unit.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を、添付図
面を参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【０００９】まず、本発明の第１実施例としての超音波
溶着装置を、図１乃至図４に基づいて説明する。First, an ultrasonic welding apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００１０】図１乃至図３に示すように、当該超音波溶
着装置は、矩形板状に形成された振動子１と、略直方体
状に形成されてその上面にて該振動子１に結合された振
動伝達部材としての導波体２とを有している。但し、本
実施例においては、溶着対象が後述の如く帯状であるこ
とから該振動子１及び導波体２をかかる形状としている
が、溶着対象の形状等に応じて最適な形状が選定され
る。As shown in FIGS. 1 to 3, the ultrasonic welding apparatus is configured such that a vibrator 1 formed in a rectangular plate shape and a substantially rectangular parallelepiped shape are coupled to the vibrator 1 on the upper surface thereof. And a waveguide 2 as a vibration transmitting member. However, in the present embodiment, the vibrator 1 and the waveguide 2 are formed in such a shape because the object to be welded has a band shape as described later, but an optimal shape is selected according to the shape of the object to be welded. .
【００１１】上記振動子１は、図２に示す発振器３によ
って所定周波数の電圧を印加され、この周波数の超音波
振動を発する。そして、導波体２はこの超音波振動に共
振して被溶着物に伝達する作用をなす。該駆動周波数は
極く高く、具体的には約５００ＫＨｚ以上、例えば１Ｍ
Ｈｚに設定される。発明者は、このように高い周波数帯
域の超音波振動によれば被溶着物の母材自体では超音波
エネルギーの消費、すなわち発熱が生ずることなく全て
接合部に伝達されることを実験等にて見いだし、これに
着目してこの周波数帯域を採用した。因に、従来の超音
波溶着装置で使用されている周波数帯域は例えば約２０
ＫＨｚと、比較的低い。A voltage of a predetermined frequency is applied to the vibrator 1 by an oscillator 3 shown in FIG. 2 to emit ultrasonic vibration of this frequency. The waveguide 2 resonates with the ultrasonic vibration and transmits the ultrasonic vibration to the object to be welded. The driving frequency is extremely high, specifically, about 500 KHz or more, for example, 1M
Hz. The inventor has conducted experiments and the like that according to the ultrasonic vibration in such a high frequency band, the ultrasonic energy is consumed by the base material itself of the object to be welded, that is, all is transmitted to the joint without generating heat. We found this frequency band and adopted this frequency band. Incidentally, the frequency band used in the conventional ultrasonic welding apparatus is, for example, about 20.
KHz, which is relatively low.
【００１２】なお、本実施例の場合、該導波体２は振動
子１からの超音波振動を被溶着物に伝達するのみにて、
機械的に増幅することは行わないが、例えば振動伝達方
向に向かって漸次縮径する形状にすることなどによって
増幅機能をもたせてもよい。In the case of this embodiment, the waveguide 2 only transmits the ultrasonic vibration from the vibrator 1 to the object to be welded.
Although amplification is not performed mechanically, an amplification function may be provided by, for example, forming a shape whose diameter gradually decreases in the vibration transmission direction.
【００１３】上記導波体２の材質としてはジュラルミン
やステンレス鋼（ＳＵＳ）が用いられる。本実施例の場
合、より好ましい例としてジュラルミンを使用するもの
とする。前述したように、該導波体２は振動子１から発
せられる超音波振動に共振する必要があることから、そ
の厚みＨ（図１参照）、すなわち、振動子１より発せら
れる超音波振動の進行方向における寸法が、該超音波振
動の半波長の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍とな
されている。The waveguide 2 is made of duralumin or stainless steel (SUS). In the case of this embodiment, duralumin is used as a more preferable example. As described above, since the waveguide 2 needs to resonate with the ultrasonic vibration emitted from the vibrator 1, its thickness H (see FIG. 1), that is, the thickness of the ultrasonic vibration emitted from the vibrator 1 The dimension in the traveling direction is set to approximately an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration, and ideally just an integral multiple.
【００１４】ここで、上記半波長：λ／２は次のように
算出される。 λ／２＝Ｃ／２ｆ 但し、 λ：１波長 Ｃ：ジュラルミンの音速＝５．１５×１０5ｍｍ ｆ：周波数＝１０6 故に、λ／２＝２．６ｍｍである。Here, the half wavelength: λ / 2 is calculated as follows. λ / 2 = C / 2f, where λ: 1 wavelength C: sound speed of duralumin = 5.15 × 10 5 mm f: frequency = 10 6 Therefore, λ / 2 = 2.6 mm.
【００１５】上記厚みＨは、本実施例では５３ｍｍに設
定されている。つまり、半波長λ／２（約２．６ｍｍ）
の約２０倍となされている。発明者は、このように高い
周波数帯域の超音波振動によれば、導波体での超音波エ
ネルギーの浪費が少ないことを実験等にて見いだし、こ
れに着目してこの周波数帯域で導波体２の厚みＨを上記
のように大きく設定した。このように厚みを大きくする
ことで、該導波体２が比較的大きな音響インピーダンス
を有することとなり、後述の作用効果が得られる。因
に、従来、当業者間では、かかる高い周波数帯域にては
超音波エネルギーの浪費、つまり発熱量が大きく、例え
ば半波長の２〜３倍の厚みとすることが限度であると常
識的に認識されていた。In the present embodiment, the thickness H is set to 53 mm. That is, half wavelength λ / 2 (about 2.6 mm)
About 20 times that of The inventor has found through experiments and the like that according to the ultrasonic vibration in such a high frequency band, there is little waste of ultrasonic energy in the waveguide, and paying attention to this, the waveguide in this frequency band is focused on. The thickness H of No. 2 was set large as described above. By increasing the thickness in this way, the waveguide 2 has a relatively large acoustic impedance, and the following operation and effect can be obtained. Conventionally, it is common knowledge among those skilled in the art that in such a high frequency band, ultrasonic energy is wasted, that is, a large amount of heat is generated. For example, it is limited to a thickness of two to three times a half wavelength. Was recognized.
【００１６】ところで、導波体２について、上記振動子
１からの超音波振動の進行方向（上記厚みＨの方向）に
対して直角な方向における寸法、すなわち長さＬ及び幅
Ｗ（共に図１に図示）については各々、１３６ｍｍ、４
０ｍｍに設定されている。この数値は、上記１波長λを
単位として換算すると夫々、約５３λ、約１６λに相当
する。このことは、例えば約２０ＫＨｚのように比較的
低い周波数帯を使用する従来の超音波溶着装置が備える
振動伝達部材の該当寸法に対して、次のような意味を持
つ。Incidentally, the dimensions of the waveguide 2 in the direction perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic vibration from the transducer 1 (the direction of the thickness H), ie, the length L and the width W (both in FIG. 136mm, 4
It is set to 0 mm. This numerical value corresponds to about 53λ and about 16λ, respectively, when the one wavelength λ is converted as a unit. This has the following meaning with respect to the corresponding size of the vibration transmitting member provided in the conventional ultrasonic welding device using a relatively low frequency band, for example, about 20 KHz.
【００１７】すなわち、従来の超音波溶着装置において
は、振動伝達部材の長さ及び幅に関して、該振動伝達部
材のポアソン（ｐｏｉｓｓｏｎ）比の影響に基づく横振
動の発生を抑えるべく、λ／３以下に設定するか、又、
寸法を大きくせざるを得ないものについてはλ／３以下
のピッチにてスリットを形成してあたかもλ／３以下の
寸法の小さな振動体が互いに振動の影響を及ぼさないよ
うに結合したような形態をとっている。これは、無用な
横振動が発生することによって該振動伝達部材自体で振
動エネルギーが無駄に消費されぬようにすると共に、横
振動が伴わないきれいな縦振動を被溶着物に伝達させる
ためである。That is, in the conventional ultrasonic welding apparatus, the length and width of the vibration transmitting member are set to λ / 3 or less in order to suppress the occurrence of lateral vibration due to the influence of the Poisson's ratio of the vibration transmitting member. Set to
When the size must be increased, slits are formed at a pitch of λ / 3 or less, as if small vibrators having a size of λ / 3 or less were coupled so as not to affect each other. Has taken. This is to prevent unnecessary vibrations from being generated by useless vibrations, and to prevent unnecessary vibration energy from being consumed by the vibration transmission member itself, and to transmit clean longitudinal vibrations not accompanied by the horizontal vibrations to the object to be welded.
【００１８】発明者は、実験及びその結果の解析に基づ
き、本発明で用いられる約５００ＫＨｚ以上の周波数帯
においては上記のようなポアソン比の悪影響、つまり横
振動の発生がないことに想い至った。つまり、振動伝達
部材としての導波体２の長さＬ及び幅Ｗについては、理
論的にはスリットを形成することなく無制限に大きくし
ようとも横振動は乗らずに常に縦振動のみが発生するこ
とである。よって、溶着対象たる帯状部材（後述）の寸
法に合わせて上記の寸法としたものである。この他、溶
着対象の寸法に合わせて任意に可変である。Based on experiments and analysis of the results, the inventor has thought that in the frequency band of about 500 KHz or more used in the present invention, there is no adverse effect of the above Poisson's ratio, that is, no occurrence of lateral vibration. . In other words, the length L and the width W of the waveguide 2 as a vibration transmitting member are theoretically such that even if the length L and the width W are increased without limit without forming a slit, only the longitudinal vibration is always generated without riding the transverse vibration. It is. Therefore, the above-mentioned dimensions are set in accordance with the dimensions of the band-shaped member to be welded (described later). In addition, it is arbitrarily variable according to the size of the welding target.
【００１９】一方、上記導波体２を励振せしめる振動子
１に関しては次のように構成されている。On the other hand, the vibrator 1 for exciting the waveguide 2 is configured as follows.
【００２０】図１から明らかなように、該振動子１の長
さ及び幅は、導波体２の長さＬ、幅Ｗとほぼ等しくなさ
れている。そして、厚みｔ（図１参照）は例えば約２ｍ
ｍに設定されている。As is clear from FIG. 1, the length and the width of the vibrator 1 are substantially equal to the length L and the width W of the waveguide 2. The thickness t (see FIG. 1) is, for example, about 2 m.
m.
【００２１】図４は、上記振動子１及び導波体２の相互
結合部の一部を拡大して示すものであるが、この図から
明らかなように、振動子１は、ＰＺＴ（ｐｉｅｚｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ：圧電）素子６（細かな点によるハッチン
グで示している）と、該ＰＺＴ素子６の上下両面に全面
に亘って貼着された電極板７及び８とを有している。該
ＰＺＴ素子６は、チタン酸バリウム系やチタン酸ジルコ
ン酸鉛系の圧電セラミックスからなり、該電極板７、８
については、例えば銅板の表面に銀めっき等を施してな
る。FIG. 4 is an enlarged view of a part of the mutual coupling portion between the vibrator 1 and the waveguide 2. As is apparent from FIG. 4, the vibrator 1 has a PZT (piezoel).
The PZT element 6 includes electrode plates 7 and 8 attached to the entire upper and lower surfaces of the PZT element 6. The PZT element 6 is made of a barium titanate-based or lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic.
For example, silver plating is applied to the surface of a copper plate.
【００２２】同じく図４に示すように、該ＰＺＴ素子６
と上側の電極板７の一つの角部が切除されており、この
切除部分で下側の電極板８が上側に折り返され、該折返
し部８ａが上側の電極板７と面一となされている。そし
て、該折返し部８ａと上側の電極板７との間に弧状の隙
間１０が設けられ、相互に接触しないようになされてい
る。Similarly, as shown in FIG.
And one corner of the upper electrode plate 7 is cut off, and the lower electrode plate 8 is folded upward at the cut portion, and the folded portion 8a is flush with the upper electrode plate 7. . An arc-shaped gap 10 is provided between the folded portion 8a and the upper electrode plate 7 so as not to contact each other.
【００２３】上記構成に基づき、図１及び図２から明ら
かなように、発振器３（図２参照）からの給電用ケーブ
ル１２（図２参照）に含まれるプラス、マイナスの２条
の送電ワイヤ１２ａ、１２ｂのいずれか一方ずつが上記
上側電極板７の所要部位、折返し部８ａ（下側電極８）
に接続されている。1 and 2, based on the above configuration, two positive and negative power transmission wires 12a included in the power supply cable 12 (see FIG. 2) from the oscillator 3 (see FIG. 2). , 12b is a required portion of the upper electrode plate 7, a folded portion 8a (lower electrode 8)
It is connected to the.
【００２４】なお、図１と図２に示すように、発振器３
からの給電用ケーブル１２は、導波体２の端部上側に設
けられた小ブラケット１３上のソケット１５を通じて上
記送電ワイヤ１２ａ、１２ｂに分岐される。As shown in FIGS. 1 and 2, the oscillator 3
The power supply cable 12 is branched to the power transmission wires 12a and 12b through a socket 15 on a small bracket 13 provided on the upper end of the waveguide 2.
【００２５】図１乃至図３に示すように、上記導波体２
の外周部にはフランジ部２ａが形成されており、このフ
ランジ部２ａにて昇降台１４（図２、図３に図示）に装
着されている。但し、昇降台１４と導波体２との間には
合成ゴム等からなる吸振部材１６が介装されている。As shown in FIGS. 1 to 3, the waveguide 2
A flange portion 2a is formed on the outer peripheral portion, and is mounted on a lift 14 (shown in FIGS. 2 and 3) at the flange portion 2a. However, a vibration absorbing member 16 made of synthetic rubber or the like is interposed between the lift 14 and the waveguide 2.
【００２６】上記昇降台１４は、図示しない装置架台に
対して上下動自在に取り付けられている。そして、図２
に示す油圧シリンダー１８によって昇降せしめられる。The elevating table 14 is attached to a device stand (not shown) so as to be vertically movable. And FIG.
Is moved up and down by a hydraulic cylinder 18 shown in FIG.
【００２７】上記油圧シリンダー１８は、上記導波体２
を下記の被溶着物に対して圧接する圧接手段として作用
する。この油圧シリンダー１８はその出力、すなわち加
圧力が、溶着対象の大小や硬さ等に応じて適宜設定され
る。The hydraulic cylinder 18 is mounted on the waveguide 2
Acts as a press-contact means for press-contacting the following object to be welded. The output of the hydraulic cylinder 18, that is, the pressing force, is appropriately set according to the size and hardness of the welding target.
【００２８】図１乃至図３に示すように、当該超音波溶
着装置は作業台２０を備えており、該作業台２０上に被
溶着物である２枚の帯状部材２１、２２が載置される。
詳しくは、該両帯状部材２１、２２は、相互溶着される
べき部分が互いに上下で重なるようになされる。As shown in FIGS. 1 to 3, the ultrasonic welding apparatus includes a work table 20, on which two belt-shaped members 21 and 22 to be welded are placed. You.
More specifically, the two belt-shaped members 21 and 22 are formed such that portions to be mutually welded overlap each other vertically.
【００２９】また、帯状部材２１及び２２は、高分子化
合物、例えばテフロンやポリプロピレンなどからなる。The belt-like members 21 and 22 are made of a high molecular compound such as Teflon or polypropylene.
【００３０】上記のように帯状部材２１、２２が作業台
２０上に置かれたら、作業者がスイッチを操作すること
などによって図２に示す油圧シリンダー１８がそのラム
１８ａが突出するように作動する。これによって導波体
２が下降してその下面が上側の帯状部材２２に当接し、
更に両帯状部材２１、２２を加圧する。When the belt-like members 21 and 22 are placed on the work table 20 as described above, the operator operates a switch or the like to operate the hydraulic cylinder 18 shown in FIG. 2 so that the ram 18a projects. . As a result, the waveguide 2 descends and its lower surface contacts the upper band-like member 22,
Further, both band members 21 and 22 are pressed.
【００３１】上記の加圧作業が完了したら、又は完了す
る直前に、発振器３が作動せしめられる。よって、振動
子１が発振し、導波体２が励振せしめられる。故に、振
動子１より発せられた超音波振動は該導波体２を通じて
両帯状部材２１、２２に伝達される。この超音波振動の
印加は、所定時間、例えば数秒間行われる。これによっ
て両帯状部材２１、２２は互いに溶着する。When or just before the above pressurizing operation is completed, the oscillator 3 is operated. Therefore, the vibrator 1 oscillates and the waveguide 2 is excited. Therefore, the ultrasonic vibration emitted from the vibrator 1 is transmitted to both band members 21 and 22 through the waveguide 2. The application of the ultrasonic vibration is performed for a predetermined time, for example, several seconds. As a result, the two belt-shaped members 21 and 22 are welded to each other.
【００３２】前述したように、当該超音波溶着装置にお
いては、約５００ＫＨｚ以上の周波数帯域の超音波振動
を付与する。よって、両帯状部材２１、２２はその母材
自体では超音波エネルギーの消費、すなわち発熱を生ず
ることがなく、超音波エネルギーは全て帯状部材２１、
２２の接合部に伝達される。従って、従来は困難とされ
ていた高分子化合物の溶着も有効になされる。As described above, in the ultrasonic welding apparatus, ultrasonic vibration in a frequency band of about 500 KHz or more is applied. Therefore, both the band members 21 and 22 do not consume ultrasonic energy by the base material itself, that is, do not generate heat, and all of the ultrasonic energy is generated by the band members 21 and 22.
22. Therefore, the welding of the polymer compound, which has been conventionally difficult, can be effectively performed.
【００３３】ところで、当該超音波溶着装置において
は、振動子１から発せられる超音波振動の進行方向が、
上記油圧シリンダー１８の押圧方向（図２、図３におい
て矢印Ｐにて示している）と一致している。この構成に
よれば、被溶着物である帯状部材２１、２２に対して超
音波エネルギーが斑なく均一に伝達され、良好な接合効
果が得られる。Incidentally, in the ultrasonic welding apparatus, the traveling direction of the ultrasonic vibration emitted from the vibrator 1 is
The direction coincides with the pressing direction of the hydraulic cylinder 18 (indicated by an arrow P in FIGS. 2 and 3). According to this configuration, ultrasonic energy is uniformly transmitted to the band-shaped members 21 and 22 to be welded without unevenness, and a good joining effect can be obtained.
【００３４】ここで、上記導波体２の厚みＨを前述のよ
うに大きくしてその音響インピーダンスを比較的大きく
した点に関して詳述する。Here, the point that the thickness H of the waveguide 2 is increased as described above to make the acoustic impedance relatively large will be described in detail.
【００３５】導波体２の音響インピーダンスは、具体的
には次のように設定されている。The acoustic impedance of the waveguide 2 is specifically set as follows.
【００３６】すなわち、上記振動子１及び導波体２の各
音響インピーダンスを夫々Ｒｍ1、Ｒｍ2とし、外部負荷
として該導波体２の下方に存在する上記帯状部材２１、
２２及び作業台２０の音響インピーダンスをＲｍ3とし
たときに次式を満足するように設定されている。 Ｒｍ1＜Ｒｍ2＜Ｒｍ3・・・（１） この構成は、下記の事態を想定して採られたものであ
る。That is, the acoustic impedances of the vibrator 1 and the waveguide 2 are Rm 1 and Rm 2, respectively, and the band-like member 21 existing below the waveguide 2 as an external load is
When the acoustic impedance of the work table 22 and the worktable 20 is Rm 3 , the following equation is satisfied. Rm 1 <Rm 2 <Rm 3 (1) This configuration is adopted assuming the following situation.
【００３７】つまり、通常は、上記導波体２が上記帯状
部材２１、２２を圧している状態で振動子１が励振され
るが、何らかの原因によってこの圧接状態が解除された
状態で振動子１が励振され、しかもその継続時間が例え
ば１〜２分と長くなる場合が考えられる。この場合、装
置全体としての音響インピーダンスが上記Ｒｍ3だけ低
下し、当該超音波溶着装置の実効出力が増大する。That is, normally, the vibrator 1 is excited in a state where the waveguide 2 presses the band-shaped members 21 and 22, but the vibrator 1 is released in a state where the pressed state is released for some reason. Is excited, and the duration thereof may be long, for example, 1 to 2 minutes. In this case, the acoustic impedance of the entire apparatus decreases by the above Rm 3 , and the effective output of the ultrasonic welding apparatus increases.
【００３８】該実効出力を記号Ｐａで表すと、振動体１
に印加される電圧Ｖ（一定）と当該超音波溶着装置全体
（上記帯状部材２１、２２及び作業台２０を含む）とし
ての音響インピーダンスＲｍとの関係が次式で示され
る。 Ｐａ＝Ｖ2／Ｒｍ・・・（２） ここで、 Ｒｍ＝Ｒｍ1＋Ｒｍ2＋Ｒｍ3・・・（３）When the effective output is represented by the symbol Pa, the vibrating body 1
The relationship between the voltage V (constant) applied to and the acoustic impedance Rm of the entire ultrasonic welding apparatus (including the band members 21 and 22 and the work table 20) is expressed by the following equation. Pa = V 2 / Rm (2) where Rm = Rm 1 + Rm 2 + Rm 3 (3)
【００３９】上記の各式（１）、（２）、（３）から明
らかなように、本実施例の如く上記導波体２の音響イン
ピーダンスＲｍ2を所要の大きさに設定しておくことに
より、上記圧接状態になく、作業台２０等の音響インピ
ーダンスＲｍ3がほとんどゼロになろうとも、実効出力
はそれほど増大しない。As is clear from the above equations (1), (2) and (3), the acoustic impedance Rm 2 of the waveguide 2 is set to a required value as in this embodiment. Therefore, even if the acoustic impedance Rm 3 of the workbench 20 or the like becomes almost zero without being in the pressure contact state, the effective output does not increase so much.
【００４０】従って、振動子１の振幅が大きくなること
による発熱が抑えられ、振動子１を導波体２に固着して
いる接着剤が熱により劣化して剥離することや、該振動
子１自体が熱によって割れを生ずる事態が防止される。
因に、該振動子１が有する上記ＰＺＴ素子６の材質で
は、例えば１５０℃程度までは耐えられ、これ以上に加
熱されることは好ましくないとされている。Accordingly, heat generation due to an increase in the amplitude of the vibrator 1 is suppressed, and the adhesive fixing the vibrator 1 to the waveguide 2 is deteriorated by heat and peels off. This prevents a situation in which the glass itself cracks due to heat.
However, the material of the PZT element 6 included in the vibrator 1 can withstand, for example, up to about 150 ° C., and it is not preferable that the material be heated further.
【００４１】更に、上記構成によれば、上記導波体２に
ついて、その音響インピーダンスを、外部負荷（帯状部
材２１、２２及び作業台２０）及び振動子１の各音響イ
ンピーダンスの中間値に設定し（上記式［１］参照）、
以て、その寸法を無用に大きくすること無く必要最小限
としている。故に、装置の小型化が図られる。Further, according to the above configuration, the acoustic impedance of the waveguide 2 is set to an intermediate value between the external loads (band members 21 and 22 and the worktable 20) and the acoustic impedance of the vibrator 1. (See the above formula [1]),
Thus, the dimensions are minimized without being unnecessarily increased. Therefore, the size of the device can be reduced.
【００４２】[0042]
【実施例】続いて、上述した第１実施例のものとほぼ同
様の効果を奏し得る第２実施例としての超音波溶着装置
の要部を、図５及び図６に基づいて説明する。但し、こ
の第２実施例の超音波溶着装置は以下に説明する部分以
外は上記第１実施例と同様に構成されているので、装置
全体としての構成及び作用の説明は重複する故に省略
し、要部のみの説明に止める。Next, a description will be given, with reference to FIGS. 5 and 6, of an essential part of an ultrasonic welding apparatus according to a second embodiment capable of achieving substantially the same effects as those of the first embodiment. However, since the ultrasonic welding apparatus of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for the parts described below, the description of the configuration and operation of the entire apparatus is omitted because it is duplicated, Only the main parts will be explained.
【００４３】また、以下の説明において、上記第１実施
例と同一又は対応する構成部分については同じ参照符号
を付して示している。これらのことは後述する第３実施
例の説明に関しても同様である。In the following description, components that are the same as or correspond to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The same applies to the description of the third embodiment described later.
【００４４】図５及び図６に示すように、この第２実施
例では、振動子１から発せられる超音波振動を伝達する
振動伝達部材としての導波体２に、被溶着物を押圧する
押圧部２ｃが突設されている。この押圧部２ｃは、該導
波体２の略全長にわたる薄板状のもので、下向きに突出
している。As shown in FIGS. 5 and 6, in the second embodiment, a pressing member for pressing an object to be welded is pressed against a waveguide 2 as a vibration transmitting member for transmitting the ultrasonic vibration emitted from the vibrator 1. The portion 2c is provided in a protruding manner. The pressing portion 2c is a thin plate extending over substantially the entire length of the waveguide 2, and protrudes downward.
【００４５】当該超音波溶着装置が扱う被溶着物は、ポ
リプロピレン等の高分子化合物を素材とし、図示のよう
に断面形状が円形の線材２５、２６である。このため、
上記押圧部２ｃの先端部には、この線材２５、２６を押
圧するときに該線材との間でズレを起こさないように弧
状の凹部２ｄが形成されている。The objects to be welded handled by the ultrasonic welding apparatus are made of a polymer compound such as polypropylene, and are wires 25 and 26 having a circular cross section as shown in the figure. For this reason,
An arc-shaped concave portion 2d is formed at the tip of the pressing portion 2c so as to prevent a deviation from occurring between the wires 25 and 26 when the wires 25 and 26 are pressed.
【００４６】また、上記線材２５、２６を支持する作業
台２０上には、これら線材を上下で重なった状態で相互
に横ズレしないように保持する一対のブロック２８及び
２９が設けられている。A pair of blocks 28 and 29 are provided on the work table 20 supporting the wires 25 and 26 so as to hold the wires in a vertically overlapping state so as not to be displaced from each other.
【００４７】該作業台２０には更に、図６に示す小さな
Ｖ溝２０ａが形成されている。このＶ溝２０ａは、下側
の線材２５がこれに係合することによって位置決めさせ
るものである。The work table 20 is further formed with a small V-groove 20a shown in FIG. The V groove 20a is positioned by the lower wire 25 engaging with the lower wire 25.
【００４８】当該超音波溶着装置では、導波体２に上記
押圧部２ｃが形成されていることによって、振動子１よ
り発せられる超音波振動のエネルギーがこの押圧部２ｃ
に集約され、全ての振動エネルギーが無駄なく有効に利
用される。In the ultrasonic welding apparatus, since the pressing portion 2c is formed on the waveguide 2, the energy of the ultrasonic vibration emitted from the vibrator 1 is reduced by the pressing portion 2c.
And all vibration energy is effectively used without waste.
【００４９】更に、圧接手段である油圧シリンダー１８
（図２参照）より付与される圧接力がこの押圧部２ｃに
集中する。よって、被溶着物をより大きな圧力で加圧す
ることが出来、又逆に、該油圧シリンダー１８を小出力
のものとしても足りることとなる。Further, a hydraulic cylinder 18 as a pressing means is provided.
The pressing force applied from (see FIG. 2) concentrates on the pressing portion 2c. Therefore, the material to be welded can be pressurized with a larger pressure, and conversely, the hydraulic cylinder 18 can be of a small output.
【００５０】次に、本発明の第３実施例としての超音波
溶着装置の要部を、図７及び図８に基づいて説明する。Next, the essential parts of an ultrasonic welding apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００５１】図示のように、当該超音波溶着装置におい
ては、導波体２に、振動子１から発せられる超音波振動
の進行方向に対して傾斜した傾斜面２ｆが、押圧部２ｃ
の両側に形成されている。図７において矢印ａ、ｂ、ｃ
で示すように、この傾斜面２ｆは、該導波体２の他の
面、例えば上面２ｇと協働して該超音波振動を略１点に
向けて案内する作用をなす。この構成によって、振動子
１から発せられた超音波エネルギーはそのほとんど全て
が略１点に指向し、被溶着物である線材２５、２６の溶
着に供される。故に、この傾斜面２ｆと上記押圧部２ｃ
とを併せて設ければ、実用上極めて有用である。As shown in the figure, in the ultrasonic welding apparatus, the waveguide 2 is provided with an inclined surface 2f which is inclined with respect to the traveling direction of the ultrasonic vibration emitted from the vibrator 1 and the pressing portion 2c.
Are formed on both sides. Arrows a, b, and c in FIG.
As shown by, the inclined surface 2f works to guide the ultrasonic vibration toward substantially one point in cooperation with another surface of the waveguide 2, for example, the upper surface 2g. With this configuration, almost all of the ultrasonic energy emitted from the vibrator 1 is directed to substantially one point, and is used for welding the wires 25 and 26 that are the objects to be welded. Therefore, the inclined surface 2f and the pressing portion 2c
It is extremely useful in practice if both are provided.
【００５２】なお、本発明は、前述した各実施例の構成
に限らず、これら各実施例が含む構成を組み合わせた
り、応用させ合うことなどにより、多岐にわたる構成を
実現できる。The present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and various configurations can be realized by combining the configurations included in each of the embodiments or by applying each other.
【００５３】[0053]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による超音
波溶着装置においては、約５００ＫＨｚ以上の周波数帯
域の超音波振動によれば被溶着物の母材自体では超音波
エネルギーの消費、すなわち発熱が生ずることなく全て
接合部に伝達されることに着目し、この周波数帯域を採
用している。従って、従来は困難とされていた高分子化
合物の溶着も有効になされるという効果が得られる。As described above, in the ultrasonic welding apparatus according to the present invention, according to the ultrasonic vibration in the frequency band of about 500 kHz or more, the base material of the object to be welded consumes ultrasonic energy, that is, generates heat. This frequency band is adopted, paying attention to the fact that the signal is transmitted to the joint without any occurrence of the noise. Therefore, the effect of effectively welding the polymer compound, which has been conventionally difficult, can be obtained.
【図１】図１は、本発明の第１実施例としての超音波溶
着装置が具備する超音波発生部を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an ultrasonic generator provided in an ultrasonic welding apparatus as a first embodiment of the present invention.
【図２】図２は、図１に示す超音波発生部を含む超音波
溶着装置の概略を示す正面図である。FIG. 2 is a front view schematically showing an ultrasonic welding apparatus including the ultrasonic generator shown in FIG.
【図３】図３は、図２に関するＡ−Ａ矢視図である。FIG. 3 is a view on arrow AA of FIG. 2;
【図４】図４は、図１に示した超音波発生部の一部の拡
大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a part of the ultrasonic generator shown in FIG. 1;
【図５】図５は、本発明の第２実施例としての超音波溶
着装置の要部の、一部断面を含む斜視図である。FIG. 5 is a perspective view including a partial cross section of a main part of an ultrasonic welding device as a second embodiment of the present invention.
【図６】図６は、図５に示した超音波溶着装置の一部
の、一部断面を含む側面図である。FIG. 6 is a side view of a part of the ultrasonic welding device shown in FIG. 5, including a partial cross section.
【図７】図７は、本発明の第３実施例としての超音波溶
着装置の要部の、一部断面を含む斜視図である。FIG. 7 is a perspective view including a partial cross section of a main part of an ultrasonic welding device as a third embodiment of the present invention.
【図８】図８は、図７に示した超音波溶着装置の一部
の、一部断面を含む側面図である。FIG. 8 is a side view of a part of the ultrasonic welding device shown in FIG. 7, including a partial cross section.
１ 振動子 ２ 導波体（振動伝達部材） ２ａ （導波体２の）フランジ部 ２ｃ （導波体２の）押圧部 ２ｅ （導波体２の）傾斜面 ３ 発振器 ６ ＰＺＴ素子 ７、８ 電極板 １２ （給電用）ケーブル １８ 油圧シリンダー（圧接手段） ２０ 作業台 ２１、２２ 帯状部材（被溶着物） ２５、２６ 線材（被溶着物） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibrator 2 Waveguide (vibration transmission member) 2a Flange part (of waveguide 2) 2c Pressing part (of waveguide 2) 2e Inclined surface (of waveguide 2) 3 Oscillator 6 PZT element 7, 8 Electrode plate 12 (for power supply) cable 18 Hydraulic cylinder (press-contact means) 20 Work table 21, 22 Band-like member (weld) 25, 26 Wire rod (weld)
Claims (5)
る振動子と、 該振動子に結合されて超音波振動を被溶着物に伝達する
振動伝達部材と、 該振動伝達部材及び被溶着物を圧接せしめる圧接手段と
を備え、 前記振動伝達部材は、前記振動子より発せられる超音波
振動の進行方向における寸法が該超音波振動の半波長の
略整数倍に設定されていることを特徴とする超音波溶着
装置。1. A vibrator that emits ultrasonic vibration of about 500 KHz or more, a vibration transmitting member coupled to the vibrator to transmit ultrasonic vibration to an object to be welded, and press-contacts the vibration transmitting member and the object to be welded. The vibration transmission member has a dimension in a traveling direction of the ultrasonic vibration emitted from the vibrator set to substantially an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration. Sonic welding equipment.
押圧する押圧部が突設されていることを特徴とする請求
項１記載の超音波溶着装置。2. The ultrasonic welding apparatus according to claim 1, wherein said vibration transmitting member is provided with a pressing portion for pressing said object to be welded.
発せられる超音波振動の進行方向に対して傾斜して他の
面と協働して該超音波振動を略１点に向けて案内する傾
斜面が形成されていることを特徴とする請求項１又は請
求項２記載の超音波溶着装置。3. The vibration transmitting member guides the ultrasonic vibration toward substantially one point in cooperation with another surface while being inclined with respect to the traveling direction of the ultrasonic vibration emitted from the vibrator. The ultrasonic welding device according to claim 1 or 2, wherein an inclined surface is formed.
超音波振動の進行方向に対して直角な方向における寸法
が、該超音波振動の１波長の略３分の１以上に設定され
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちい
ずれか１記載の超音波溶着装置。4. A size of the vibration transmitting member in a direction perpendicular to a traveling direction of ultrasonic vibration from the vibrator is set to be approximately one third or more of one wavelength of the ultrasonic vibration. The ultrasonic welding device according to any one of claims 1 to 3, wherein:
手段の押圧方向と一致していることを特徴とする請求項
１乃至請求項４のうちいずれか１記載の超音波溶着装
置。5. The ultrasonic welding apparatus according to claim 1, wherein a traveling direction of the ultrasonic vibration coincides with a pressing direction of the pressing unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11335797A JPH1095046A (en) | 1996-07-31 | 1997-04-15 | Ultrasonic welding apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-218067 | 1996-07-31 | ||
| JP21806796 | 1996-07-31 | ||
| JP11335797A JPH1095046A (en) | 1996-07-31 | 1997-04-15 | Ultrasonic welding apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1095046A true JPH1095046A (en) | 1998-04-14 |
Family
ID=26452345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11335797A Pending JPH1095046A (en) | 1996-07-31 | 1997-04-15 | Ultrasonic welding apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1095046A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012210576A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Honda Electronic Co Ltd | Ultrasonic transducer |
-
1997
- 1997-04-15 JP JP11335797A patent/JPH1095046A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012210576A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Honda Electronic Co Ltd | Ultrasonic transducer |
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