JP4501149B2

JP4501149B2 - 振動溶着装置

Info

Publication number: JP4501149B2
Application number: JP2004040312A
Authority: JP
Inventors: 英夫岡田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP2005231078A

Description

本発明は、２つの合成樹脂部材を加圧しながら当接させ、少なくとも一方をその加圧方向と交差する方向に振動させることにより、当接面同士を溶着させる振動溶着装置に関する。

従来より、合成樹脂部材同士の安価な接合方法として、振動溶着方法が知られている。この接合方法は、まず、２つの合成樹脂部材を加圧しながら当接させ、少なくとも一方を加圧方向と交差する方向に振動させる。そして、発生する摩擦熱を利用して当接面の樹脂を溶融させる。溶融したら振動を停止し、冷却凝固させる。これにより合成樹脂部材同士が接合する。

特開２００１−１１３９３５号公報特開平１０−２０２７５０号公報

しかしながら、上記振動溶着方法を実現する従来の振動溶着装置では、振動時において、合成樹脂部材同士の当接面の加圧状態にばらつきが生じることがある。これによって、当接面の樹脂の溶融状態が不均一なものとなり、安定した接合状態が得られない場合や、接合品が変形してしまう場合がある。

このような問題は、例えば、以下の場合に顕著なものとなる。通常、合成樹脂部材において当接面の裏面は、被押圧面とされるが、例えば当接面からの距離が異なる複数の裏面を有するような形状の場合、単一の治具を用いて押圧することが困難なことがある。この場合、従来の振動溶着装置では、例えば図６に示すように、一方の裏面を支持した状態で、他方の裏面を支持するための治具に例えばバネ等からなる弾性体を設け、当該他方の裏面を加圧方向へ押し上げることで裏面の距離差を吸収するよう構成されている。しかしながら、押し上げることによって、当接面のうち他方の裏面上のみが加圧状態が過度なものとなる。また、弾性体を用いているため、振動時において加圧状態にばらつきが生じやすい。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、安定した接合状態及び良好な形態を有する合成樹脂部材の接合品を得ることが可能な振動溶着装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段・発明の効果

上記課題を解決するため、本発明の振動溶着装置では、
２つの合成樹脂部材を加圧しながら当接させ、少なくとも一方をその加圧方向と交差する方向に振動させることにより、当接面同士を溶着させる振動溶着装置であって、
前記２つの合成樹脂部材の少なくとも一方の合成樹脂部材は、前記当接面からの距離が異なる第一裏面と第二裏面とを有するものであり、
一方の合成樹脂部材の前記当接面が他方の合成樹脂部材の前記当接面を加圧するために、前記第一の裏面および前記第二の裏面が被押圧面となって接触する第一治具および第二治具と、
加圧時に前記当接面から他方の合成樹脂部材へ印加される面圧を一定にするために、前記第一治具が前記第一の裏面に接触した状態で、前記第一の裏面を基準とした前記第二の裏面の前記加圧方向における相対距離から、前記第二治具が前記第二の裏面を押圧すべき接触位置を算出し、前記第一治具とは独立して前記第二治具を前記第二の裏面から離間した位置から前記算出された接触位置まで前記加圧方向に移動させて、前記第一治具と前記第二治具との位置関係を固定する治具位置合わせ機構とを備え、
その治具位置合わせ機構は第二治具の移動に際して弾性体を用いずに、算出された距離だけ前記第二治具を駆動していることを特徴とする。

上記本発明によると、第二の裏面に第二治具を接触させるに際して、あらかじめ第二の裏面を押圧すべき接触位置を算出し、それに基づいて第二治具を移動させ固定する。このように、本発明では、弾性体を用いないで第二治具を移動・固定させるため、加圧時における２つの合成樹脂部材の当接面で面圧を一定にすることができ、ひいては良好な振動溶着を行うことが可能となる。

具体的には、本発明の振動溶着装置では、
前記治具位置合わせ機構は、
前記第一の裏面を基準とした前記第二の裏面の前記加圧方向における相対距離から、該第二の裏面を押圧すべき接触位置を算出する接触位置算出手段と、
前記第二治具を、前記第一治具とは独立に、前記第二の裏面から離間した位置から当該接触位置まで前記加圧方向に移動させて固定する治具移動手段と、
を備えたことを特徴とする。

次に、本発明の振動溶着装置では、振動溶着後における前記第二の裏面の前記相対高さを測定し、振動溶着前における前記第二の裏面の前記相対高さとの差分を算出して、その結果に基づき合否判定を行う合否判定手段を有するように構成することができる。これによると、振動溶着の直後に同一装置内で接合品の形態の合否を判断することができ、簡便である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明に係る振動溶着装置１の概略構成図である。フレーム（図示せず）の上方に設けられた上方支持部材２１には、後述する振動治具３を振動させる振動子２が支持されている。振動子２の内部には、例えば３つのドライバコイルが配設することができ、この３つのドライバコイルに三相交流電流を流すことにより、振動治具３が固定された共振体を水平面上で円弧運動させるように構成することができる。本実施形態では、円弧運動を行う振動子２を採用したが、水平一軸方向に往復運動する振動子を用いてもよい。

一方、フレーム（図示せず）の下方には、後述する静止治具５、６を有する下方支持部材（テーブル）７が設けられており、上下方向にスライド可能に支持されている。テーブル７の昇降には、例えば油圧シリンダを用いることができる。油圧シリンダは、フレーム内等に設けることができる。また、テーブル７の昇降にエアシリンダを用いることも可能であるが、振動溶着時の加圧力制御の精度の点より油圧シリンダが好適である。

振動治具３は、振動溶着される２つの合成樹脂部材のうちの一方Ａを保持するようになっている。また、静止治具５、６は、他方の合成樹脂部材Ｂを保持するようになっている。そして、振動治具３及び静止治具５、６に、２つの合成樹脂部材Ａ，Ｂをそれぞれ装着すると、振動溶着時の当接面ＣＰ同士が対向するようになっている。

振動溶着される２つの合成樹脂部材Ａ，Ｂは、例えば、振動治具３側の合成樹脂部材Ａを蓋状に、静止治具５，６側の合成樹脂部材Ｂをケース状とし、振動溶着により密封するものとすることができる。

静止治具５，６側の合成樹脂部材Ｂは、当接面ＣＰからの距離が異なる２つの裏面Ｂ１１，Ｂ２１を有するものである。例えば、大きさの異なる第一の筐体Ｂ１と第二の筐体Ｂ２とが連結された形状とすることができる。この２つの裏面Ｂ１１，Ｂ２１は、振動溶着時において、静止治具５，６によって押圧される面、すなわち被押圧面とされるものである。したがって、このように合成樹脂部材Ｂが当接面ＣＰからの距離が異なる裏面Ｂ１１，Ｂ２１を有する場合、振動溶着時において、当接面ＣＰでの加圧状態にばらつきが生じやすいため、他方の合成樹脂部材Ａへ印加される面圧を一定にする必要がある。

図６に示す従来の振動溶着装置１０では、一方の裏面Ｂ１１を第一治具５により支持した状態で、他方の裏面Ｂ２１を支持するための第二治具６に例えばバネ等からなる弾性体Ｓを設け、当該他方の裏面Ｂ２１を加圧方向へ押し上げることで裏面の距離差を吸収するよう構成されている。しかしながら、押し上げることによって、当接面ＣＰのうち他方の裏面Ｂ２１上のみが加圧状態が過度なものとなる。また、弾性体Ｓを用いているため、振動溶着時において加圧状態にばらつきが生じやすい。特に、第二治具６の固定（例えば、エアシリンダ等を用いた固定部８９により行われる）が不十分な場合に、このような問題が顕著となる。

本発明の振動溶着装置１では、以下に記述する治具位置合わせ機構４を有することにより上記の問題を解決している。治具位置合わせ機構４は、主に、上記の静止治具である第一治具５及び第二治具６と、接触位置算出手段９と、治具移動手段８と（詳細は後述）をテーブル７上に有する。

まず、図２に示すように、合成樹脂部材Ｂの第一の裏面Ｂ１１を第一治具５により支持する。この際、第一治具５とは独立に移動可能に構成された、第二の裏面Ｂ２１を支持するための第二治具６は、該第二の裏面Ｂ２１より離間した位置にある。また、他方の合成樹脂部材Ａは、当接面ＣＰ同士を対向させた状態で合成樹脂部材Ｂ上に載置させておくことができる。

次に、図３に示すように、接触位置算出手段９によって、第一の裏面Ｂ１１と第二の裏面Ｂ２１との加圧方向における相対距離△１２を測定し、第二の裏面Ｂ２１を押圧すべき接触位置を算出する。図３は、振動溶着装置１を側方から見た概略構成図である。具体的には、接触位置算出手段９は、第二の裏面Ｂ２１より離間した位置にある底面位置測定部９２を有し、該底面位置測定部９２を上方（加圧方向）に移動させて、その上面９１を第二の裏面Ｂ２１に接触させる。これにより相対距離△１２が測定される。詳しくは、第一の裏面Ｂ１１は第一治具５によって固定された高さに支持されているので、底面位置測定部９２の上面９１が第二の裏面Ｂ２１と接触した高さを測定することにより、その差分によって△１２を求めることができる。その後、第二の裏面Ｂ２１を押圧すべき接触位置を算出するわけであるが、本形態では、底面位置測定部９２の上面９１の高さ位置が接触位置（高さ）に該当する。すなわち、底面位置測定部９２の上面９１の高さ位置が、以後移動させる第二治具６の上面６１の高さ位置となる。

次に、図４に示すように、治具移動手段８により、上記接触位置まで第二治具６を加圧方向（上方向）に移動させて固定する。具体的には、治具移動手段８は、アクチュエータ８１に接続され、且つテーブル７に設置されたレール８６によって水平一軸方向に進退可能に構成された楔部材８４を有する。楔部材８４は、上方に向いた傾斜面８５を有しており、該傾斜面８５には第二治具６の一部をなす円板状の受動部材６３が接触している。なお、受動部材６３は、円板状に限られることはなく、例えば、傾斜面８５と接する下方に向いた傾斜面としてもよい。また、第二治具６は、テーブル７に固定されたスライド軸受け部８３によって加圧方向（上方向）にスライド可能に固定されており、楔部材８４の水平移動に伴って上下方向に移動する。なお、移動後の第二治具６は、上下方向に対しては楔部材８３が、水平方向に対してはスライド軸受け部８６があることにより強固に固定されることになる。また、上述の底面位置測定部９２は、第二治具６が第二の裏面Ｂ２１を支持した段階で退避させるように構成することができる。

次に、図５に示すように、第一治具５及び第二治具６により支持された合成樹脂部材Ｂ及びその上に載置された合成樹脂部材Ａをテーブル７とともに振動治具３側にスライドさせて、振動治具３に合成樹脂部材Ａを保持させる。その後、静止治具５，６側から加圧した状態で、振動子２を駆動させることにより、当接面ＣＰにて振動溶着を行う。ここで、合成樹脂部材Ｂは、静止治具である第一治具５と位置合わせされた第二治具６により支持されているため、当接面ＣＰの加圧状態にばらつきが生じ難い。このようにして、２つの合成樹脂部材Ａ，Ｂの接合状態が安定した接合品を得ることが可能となる。

また、振動溶着後には、上述の接触位置算出手段９（底面位置測定部９２）により再度、第一の裏面Ｂ１１と第二の裏面Ｂ２１との加圧方向における相対距離△１２を測定する。そして、測定された相対距離△１２と、上述の振動溶着前の相対距離△１２との差分を算出し、この結果に基づいて合否判定を行うように構成することができる。

本発明に係る振動溶着装置の概略構成図第一の裏面を第一治具により支持する段階を表す図第二の裏面の高さを測定する段階を表す図治具移動手段により第二治具を移動させる段階を表す図振動溶着の段階を表す図従来の振動溶着装置の概略構成図

符号の説明

１振動溶着装置
２振動子
３振動治具
４治具位置合わせ機構
５第一治具
６第二治具
７テーブル
８治具移動手段
９接触位置算出手段
Ａ合成樹脂部材（上方）
Ｂ合成樹脂部材（下方）

Claims

２つの合成樹脂部材を加圧しながら当接させ、少なくとも一方をその加圧方向と交差する方向に振動させることにより、当接面同士を溶着させる振動溶着装置であって、
前記２つの合成樹脂部材の少なくとも一方の合成樹脂部材は、前記当接面からの距離が異なる第一裏面と第二裏面とを有するものであり、
一方の合成樹脂部材の前記当接面が他方の合成樹脂部材の前記当接面を加圧するために、前記第一の裏面および前記第二の裏面が被押圧面となって接触する第一治具および第二治具と、
加圧時に前記当接面から他方の合成樹脂部材へ印加される面圧を一定にするために、前記第一治具が前記第一の裏面に接触した状態で、前記第一の裏面を基準とした前記第二の裏面の前記加圧方向における相対距離から、前記第二治具が前記第二の裏面を押圧すべき接触位置を算出し、前記第一治具とは独立して前記第二治具を前記第二の裏面から離間した位置から前記算出された接触位置まで前記加圧方向に移動させて、前記第一治具と前記第二治具との位置関係を固定する治具位置合わせ機構とを備え、
その治具位置合わせ機構は第二治具の移動に際して弾性体を用いずに、算出された距離だけ前記第二治具を駆動していることを特徴とする振動溶着装置。
前記治具位置合わせ機構は、
前記第一の裏面を基準とした前記第二の裏面の前記加圧方向における相対距離から、該第二の裏面を押圧すべき接触位置を算出する接触位置算出手段と、
当該第二治具を、前記第一治具とは独立に、前記第二の裏面から離間した位置から当該接触位置まで前記加圧方向に移動させて固定する治具移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の振動溶着装置。
前記接触位置算出手段は、振動溶着後における前記第一の裏面と前記第二の裏面との間の前記相対距離を測定し、
合否判定手段が前記接触位置算出手段の振動溶着後の測定結果を得て、振動溶着前における前記第二の裏面の前記相対距離と振動溶着後の相対距離との差分を算出して、その結果に基づき合否判定を行うことを特徴とする請求項２に記載の振動溶着装置。