JP2019181508A - 超音波溶着システム冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造構成でコンバータ、ブースタ及びホーンを冷却できる超音波溶着システム冷却装置を提供すること。【解決手段】 超音波溶着システム冷却装置２は、所定長さ及び所定断面積を有し、コンバータ３とブースタ５の一部を収容できる筒体４と、ブースタ５に設けられブースタ５の中心軸Ｏに対して放射状に設けられた支持体５ａとを備え、筒体４の一端面はコンバータ３とブースタ５の一部を収容した状態で支持体５ａに固定され、筒体４の他端面を冷却空気供給装置８に連通し、支持体５ａにはブースタ５の軸方向に透孔６，６，・・・が穿設されているものである。【選択図】 図２

Description

本発明は、超音波振動によって被溶着物を溶着する超音波溶着システムの冷却装置であって、コンバータ、ブースタ及びホーンの全てを冷却できる冷却構造に関するものである。

この種の超音波溶着システムは、超音波電気信号を超音波振動に変換するコンバータと、前記コンバータからの超音波振動を増幅するブースタと、前記ブースタからの超音波振動を溶着作用面に与えるホーンとを備えたシステムとして知られている。

この超音波溶着システムでは、前記ホーンの溶着作用面とアンビルとの間に被溶着物を置き、前記コンバータからの超音波振動を前記ブースタを介して前記ホーンに与え、溶着作用面に超音波振動を作用させることにより被溶着物を溶着している。

図６は、従来の超音波溶着システム冷却装置の概要を示す図である。図６において、超音波溶着システム１０１は、超音波電気信号を超音波振動に変換するコンバータ１０３と、前記コンバータ１０３からの超音波振動を増幅するブースタ１０５と、前記ブースタ１０５からの超音波振動を溶着作用面１０７ａに与えるホーン１０７とを備えている。なお、符号１０５ａは支持体である。

上記超音波溶着システム１０１にあっては、長時間使用していると、コンバータ１０３が加熱するとともに、ブースタ１０５やホーン１０７も加熱してしまい、これらの加熱に伴い溶着作用に悪影響が発生するという問題が発生していた。

このため、各部材の加熱部分を冷却することが求められており、例えば図６に示す超音波溶着システム冷却装置が従来装置として提供されていた。
この従来の超音波溶着システム冷却装置は、図６矢印Ａ１に示すように冷却空気を前記コンバータ１０３に供給し、前記コンバータ１０３を冷却した後の空気を図矢印Ａ２に示すようにブースタ１０５に向けて放散させるものであった。

また、上記問題を解消した他の従来の超音波溶着システム冷却装置では、ホーンに冷却媒体を流し、ホーンを冷却するというものが提供されている（特許文献１）。このような構成としたことによって、ホーンが冷却されて溶着品質を安定させることができる。

さらに、上記問題を解消した別の従来の超音波溶着システム冷却装置では、ホーンの溶着作用面にペルチェ素子等の電子的冷却部材を固定して、溶着作用面を冷却できるようにしたものが提案されている（特許文献２）。このような構成をしたことにより、ホーンの溶着作用面の温度を一定に保て、溶着品質を高めることができる。

特許第４４２９４９９号公報 特開２００３−１４５２８２号公報

前記従来の超音波溶着システム冷却装置にあっては、コンバータ１０３を冷却できるものの、他のブースタ１０５やホーン１０７は冷却できないという問題があった。また、他のブースタ１０５やホーン１０７を冷却するためには、そのための冷却装置を別途用意しなければならず、構造が複雑になるほか、部品点数が増加するという欠点があった。

また、特許文献１に示す従来の他の超音波溶着システム冷却装置では、ホーンに冷却媒体を流すように構成しなければならないほか、冷却媒体の熱処理を行う装置が必要など、構造が複雑でかつ部品点数が著しく多くなるという欠点があった。

さらに、特許文献２に示す従来のさらに他の超音波溶着システム冷却装置では、ホーンの溶着作用面に電子的冷却部材を固定しなければならず、ホーンの溶着作用面の構造によっては取り付けが困難であり、かつ電子的冷却部材に流す電流を制御しなければならず、
部品点数が著しく増加するほか、特殊な部品を必要とするという欠点があった。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、簡単な構造構成でコンバータ、ブースタ及びホーンを冷却できる超音波溶着システム冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る超音波溶着システム冷却装置は、超音波電気信号を超音波振動に変換するコンバータと、前記コンバータからの超音波振動を増幅するブースタと、前記ブースタからの超音波振動を溶着作用面に与えるホーンとを備えた超音波溶着システムであって、
所定長さ及び所定断面積を有し、前記コンバータと前記ブースタの一部を収容できる筒体と、
前記ブースタに設けられ前記ブースタの中心軸に対して放射状に設けられた支持体とを備え、
前記筒体の一端面は前記コンバータと前記ブースタの一部を収容した状態で前記支持体に固定され、前記筒体の他端面は冷却空気供給装置に連通されており、
かつ前記支持体には前記ブースタの軸方向に透孔が穿設されているものであることを特徴とするものである。

請求項２記載の超音波溶着システム冷却装置は、請求項１の記載において、前記筒体の所定長さは、前記コンバータの全てを収容し、かつ前記ブースタの一部として前記コンバータと前記ブースタとの接続部から前記ブースタの前記支持体までを収容できる長さ以上であることを特徴とするものである。

請求項３記載の超音波溶着システム冷却装置は、請求項１の記載において、前記筒体の所定の断面積は、前記コンバータまたはブースタの断面積より一定以上大きく、前記コンバータあるいはブースタの外周面と、前記筒体の内周面との間に空間が形成されるものであることを特徴とするものである。

本発明では、コンバータの全部及びブースタの一部を筒体内に収納し、前記筒体の一端をブースタの支持体に固定しかつブースタの支持体に透孔を穿設し、前記筒体の他端側から冷却空気を供給するという構造にしたことにより、簡単な構造構成でもってコンバータ、ブースタ及びホーンの三つの要素を確実に冷却することができ溶着品質を良好に保つことができるほか、部品点数を著しく減らすことができる効果がある。

本発明の超音波溶着システム冷却装置を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の超音波溶着システム冷却装置におけるブースタを一部切欠して示した平面図である。 本発明の超音波溶着システム冷却装置による冷却効果を従来の超音波溶着システム冷却装置の冷却効果とともに記載した特性図である。 従来の超音波溶着システム冷却装置の概要を示す図である。

以下、本発明に係る超音波溶着システム冷却装置の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。

図１ないし図４は、本発明に係る超音波溶着システム冷却装置を示す図である。これらの図を参照してまず超音波溶着システムの一例の概要について説明する。

これらの図において、ロータリ超音波溶着システム１は、超音波電気信号を超音波振動に変換するコンバータ３と、前記コンバータ３からの超音波振動を増幅するブースタ５と、前記ブースタ５からの超音波振動を溶着作用面７ａに伝達するホーン７とを備えている。

前記ホーン７は円板形状部分７ｂを備え、この円板形状部分７ｂの外周縁部が溶着作用面７ａとなっている。この溶着作用面７ａと、図示しない回転型アンビルとの間に被溶着物を配置して超音波溶着を行う。

また、符号５ａは支持体であり、この支持体５ａは、ブースタ５上に発生する超音波定在波のゼロ点位置に形成したものである。また、前記支持体５ａは、ブースタ５の中心軸に対して直角方向に放射状に円板状に形成したものである。

次に、超音波溶着システム冷却装置２について説明する。

この超音波溶着システム冷却装置２は、大別して、筒体４と、支持体５ａに穿設された透孔６，６，・・・と、冷却空気供給装置８とから構成される。

この超音波溶着システム冷却装置２において、前記筒体４は、所定長さ及び所定断面積を有し、前記コンバータ３と前記ブースタの一部を収容できる構造としたものである。

前記筒体４の所定長さＬａは、前記コンバータ３の全てを収容でき、かつ前記コンバータ３と前記ブースタ５の接続部から前記ブースタ５の前記支持体５ａまでを収容できる長さ以上に形成したものである。すなわち、前記筒体４の長さＬａは、前記コンバータ３の長さＬｂと、前記ブースタ５に係る長さＬｃとを加えた長さより長く形成されている。

前記筒体４の内周面側の所定の断面積Ｓａは、前記コンバータ３の外径あるいはブースタ５の外径のどちらか外径の大きいものの断面積Ｓｂより一定以上大きく、前記コンバータ３あるいはブースタ５の外周面と、前記筒体４の内周面との間に空間（間隙Ｄ）が形成されるように構成されている。

また、前記筒体４の一端面には、ねじ止め可能にねじ穴４ａが形成されている。前記筒体４の他端面は閉じていて、前記筒体４の他端面の一部に設けた取付孔が冷却空気供給装置８に連通されている。

前記ブースタ５には前述したように支持体５ａが設けられている。前記支持体５ａは、前記ブースタ５の中心軸Ｏに対して放射状にかつ直角に前記中心軸Ｏに対して円形の壁面が形成されている。

前記支持体５ａの壁には、図４に示すように、前記ブースタ５の中心軸Ｏの方向に、中心軸Ｏから一定距離の位置に透孔６，６，・・・が穿設されている。また、同様に、支持体５ａの壁には、図４に示すように、中心軸Ｏから前記透孔６，６，・・・の外側の位置に前記筒体４を固定するねじ孔１０が前記ブースタ５の中心軸Ｏの方向に穿設されている。前記筒体４は、ねじ孔１０及びねじ孔４ａを介してねじ止めされることにより、前記支持体５ａの壁に固定されている。

前記筒体４の一端面は、図１及び図２に示すように、前記コンバータ３と前記ブースタ５の一部を収容した状態で前記支持体５ａに固定され、前記筒体４の他端面は図２に示すように冷却空気供給装置８に連通されている。

このような超音波溶着システム冷却装置２は、前記コンバータ３、前記ブースタ５及びホーン７の全てに冷却空気が供給できるような構造としたものである。

このような超音波溶着システム冷却装置２によれば、次のように作用する。図２において、冷却空気供給装置８から図の矢印Ａ１に示すように冷却空気が前記筒体４の他端面側に供給される。

すると、冷却空気は、図の矢印Ａ２に示すように、前記筒体４の内周面と前記コンバータ３や前記ブースタ５の外周面との間の空間を通り、前記コンバータ３と前記ブースタ５を冷却する。

その冷却後の空気は、支持体５ａの透孔６，６，・・・から図の矢印Ａ３に示すように流れてホーン７及び溶着作用面７ａを冷却する。

これにより、冷却空気が、前記コンバータ３、前記ブースタ５及びホーン７の全てに接触し、前記コンバータ３、前記ブースタ５及びホーン７を冷却することができる。

図５は、本発明の超音波溶着システム冷却装置による冷却効果を従来の超音波溶着システム冷却装置の冷却効果とともに記載した特性図である。図５において、横軸は時間［分］を、縦軸は温度変化［℃］を、それぞれとったものである。◆印が従来装置による温度変化を示し、●印が本発明に係る超音波溶着システム冷却装置による温度変化を示したものである。

従来装置の冷却では時間と共に温度が上昇してゆくが、本発明に係る超音波溶着システム冷却装置によれば２０分程度は従来装置と同様な温度上昇特性を示すが、それ以降では温度が低下し、冷却効果が発揮されていることがわかる。

本発明に係る超音波溶着システム冷却装置２では、前記コンバータ３の全部及びブースタ５の一部を筒体４内に収納し、前記筒体４の一端をブースタ５の支持体５ａに固定しかつブースタ５の支持体５ａに透孔６，６，・・・を穿設し、前記筒体４の他端側から冷却空気を供給できるようにしたので、コンバータ３、ブースタ５及びホーン７の全てを冷却できる。

また、本発明に係る超音波溶着システム冷却装置２では、前記筒体４を単に設けたこと、前記筒体４を前記ブースタ５の支持体５ａに固定して支持体５ａに透孔６，６，・・・を設けるという簡単な構造構成でもってコンバータ、ブースタ及びホーンを冷却できるほか、単に筒体４を設けただけなので、部品点数を著しく減らすことができる。

１ ロータリ超音波溶着システム
２ 超音波溶着システム冷却装置
３ コンバータ
４ 筒体
５ ブースタ
６ 透孔
７ ホーン
７ａ 溶着作用面

Claims (3)

1. 超音波電気信号を超音波振動に変換するコンバータと、前記コンバータからの超音波振動を増幅するブースタと、前記ブースタからの超音波振動を溶着作用面に与えるホーンとを備えた超音波溶着システムであって、
   所定長さ及び所定断面積を有し、前記コンバータと前記ブースタの一部を収容できる筒体と、
   前記ブースタに設けられ前記ブースタの中心軸に対して放射状に設けられた支持体とを備え、
   前記筒体の一端面は前記コンバータと前記ブースタの一部を収容した状態で前記支持体に固定されていて、前記筒体の他端面は冷却空気供給装置に連通されており、
   かつ前記支持体には前記ブースタの軸方向に透孔が穿設されているものであることを特徴とする超音波溶着システム冷却装置。
2. 前記筒体の所定長さは、前記コンバータの全てを収容し、かつ前記ブースタの一部として前記コンバータと前記ブースタとの接続部から前記ブースタの前記支持体までを収容できる長さ以上であることを特徴とする請求項１記載の超音波溶着システム冷却装置。
3. 前記筒体の所定の断面積は、前記コンバータまたはブースタの断面積より一定以上大きく、前記コンバータあるいはブースタの外周面と、前記筒体の内周面との間に空間が形成されるものであることを特徴とする請求項１記載の超音波溶着システム冷却装置。
   

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