JPH0425310Y2 - - Google Patents

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JPH0425310Y2
JPH0425310Y2 JP1985098010U JP9801085U JPH0425310Y2 JP H0425310 Y2 JPH0425310 Y2 JP H0425310Y2 JP 1985098010 U JP1985098010 U JP 1985098010U JP 9801085 U JP9801085 U JP 9801085U JP H0425310 Y2 JPH0425310 Y2 JP H0425310Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はプラスチツク部材を超音波溶着する為
の装置に使用する複合ホーンに関する。特に、本
考案は、被加工物であるプラスチツク部材のホー
ンに接する被溶着部が長方形、台形ないし円形等
であつてその一辺ないし円周が長く、且つ加工面
の内側近傍より急激な立上り部分を有する、比較
的大きな箱形ないし円筒形等のプラスチツク部材
の溶着加工に適する複合ホーンに関する。
〔従来の技術〕
積層されたプラスチツク部材の被溶着部にホー
ンの先端を圧接し、他端から超音波縦振動を加え
ることにより、プラスチツク部材を溶着する方法
が知られている。かかる超音波溶着法以外に熱板
溶着法があるが、この方法は超音波溶着法に比べ
て30倍以上の加工時間を必要とするので余り利用
されていない。
ところで、超音波溶着はフイルム状又はシート
状のプラスチツク部材の溶着が一般的である。し
かし、最近では箱形ないし円筒形のプラスチツク
部材、例えば自動者又はオートバイのヘツドラン
プの超音波溶着による組立てが要求されている。
一般に、ヘツドライプ本体はABS樹脂で成型さ
れ、レンズ部材は光の透過率の良いアクリル樹脂
又はポリカーボネイト樹脂で形成されており、ヘ
ツドランプ本体とレンズ部分を各々の接合部で水
密性を保持できるように溶着し一体化して、ヘツ
ドランプが構成される。
この溶着は第５図に示すような方法により、行
なわれている。即ち、ヘツドランプのレンズ部分
２を受治具４に載置し、その上にランプ本体１を
載せて周囲の被溶着部３を合わせる。一方、振動
子（図示せず）からの超音波振動を伝達するため
の固定ホーン５に溶着加工用の工具ホーン６をネ
ジ結合する。工具ホーン６は直径200〜300mmのア
ルミ合金製の円柱材の内部にランプ本体１を収納
しうる空洞部７を形成したものである。工具ホー
ン６の下端面はランプ本体１の被溶着部３と同一
平面形状であつて、これを被溶着部３に圧接して
固定ホーン５を経て超音波振動を加えればランプ
本体１とレンズ部分２が溶着する。
ところで、一般に円柱状ないし角柱状の工具ホ
ーンでは、その直径ないし一辺の長さがホーンの
共振周波数の1/4波長（波長＝ホーン材料の音速
度／共振周波数）以上になるに伴なつて、ホーン
下端面における各部分の振動方向は必ずしも縦振
動の中心軸に平行でなくなり、振幅の分布も不均
等になる。特に、ホーン下端面の周辺部でこの傾
向が著しく、ホーンの直径ないし一辺の長さが1/
２波長以上にもなるとホーンが共振しなくなる場
合もある。この現象は縦方向に共振するホーンの
直径が1/4波長より大きくなればなる程、縦振動
の節の部分及びその近傍で横方向の振動応力に基
ずく横振動振幅が増大すること、及び横方向の振
動応力がホーン内部での縦振動を拘束する結果に
よる。
そこで、ホーンの直径ないし一辺の長さが1/2
波長以上になる場合には、ホーンの側面に約1/4
波長の間隔で中心軸に平行な縦方向のスリツトを
貫通させて、ホーンの互に隣接する部分同志の横
方向の振動応力による引張り合いの影響を減殺す
ることによつて、ホーン全体として均整のとれた
縦振動を行なわせる方法が従来から実施されてい
る。前述した第５図の工具ホーン６にも第６図に
示すように側面に沿つて６本のスリツト８が穿設
されている。
しかし、第５図及び第６図に示すような被溶着
部３の形状が長方形、台形ないし円形等であつて
その一辺ないし円周が例えば最大200mm以上にも
なり、被溶着部３の内側近傍から急激に例えば高
さ50mmにも達する立上り部分を有するプラスチツ
ク部材を溶着加工するための工具ホーン６には、
内部にプラスチツク部材を収納するための大きな
空洞部７が彫込まれている。従つて、縦振動の節
面を中心としてその上下のホーン断面形状が著し
く非対称であり、更にホーンの中心軸（縦振動の
中心軸）における質量のバランスにも非常に差が
あり、その結果このような従来の工具ホーンはス
リツトを有するにもかかわらずホーンの振動によ
る応力分布が不均一となり、且つホーンの下端面
での振幅分布も不均一となる欠点があつた。例え
ば、第６図の工具ホーン６は直径210mmで共振周
波数15.1KHzの円柱状アルミ合金の内部に縦横
170×110mm及び深さ50mmの空洞部７を形成したも
のであるが、６本のスリツト８を有するにもかか
わらずホーン下端部での振幅分布は15〜25μmの
範囲に散在し極めて不均一であつた。また、ホー
ン振動による応力分布も不均一であり、スリツト
下端部９、特にその角形コーナー部に応力（主と
して剪断応力）が集中し、こゝからホーン６が破
断することが多かつた。破断を防ぐために類似の
形状のホーンで空洞部の形状及び深さ、並びにス
リツトの本数及び位置等を種々変更して溶着加工
に用いたが、いずれのホーンも短期間の稼働で破
断した。角形のホーンの場合は破断現象が一層激
しかつた。
〔考案が解決しようとする問題点〕
本考案は比較的大きな箱形ないし円筒形等のプ
ラスチツク部材の溶着加工に長期間安定して使用
できる超音波溶着用複合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〕
本考案による超音波溶着用複合ホーンは、複数
の板状腕部の一縁を縦振動の中心軸の囲りに接合
した形に一体的に形成した駆動用ホーンと、駆動
用ホーンの各板状腕部の下端面に交差させて取付
けた板状の溶着用ホーンとからなり、これら複数
の溶着用ホーンによつてその内側に空洞部を形成
したものである。
本考案の複合ホーンは縦振動の中心軸の囲りに
質量のバランスが保たれ、しかも縦振動の節面を
中心としてその上下で断面形状が対称的である。
駆動用ホーン及び各々の溶着用ホーンが従来の如
くスリツトを備えうることは勿論である。駆動用
ホーンの各板状腕部及び各溶着用ホーンの板厚が
１／８波長以下であれば、その長さが２波長程度ま
で約1/4波長の間隔でスリツトを設けることによ
つて、ホーンの下端面全体に亘つてほぼ均一で安
定した縦振動が得られる。
本考案において、駆動用ホーンを構成する板状
腕部の数は２個以上であれば良く、これに取付け
る溶着用ホーンの形状を考慮して任意に決定する
ことができる。しかし、縦振動の中心軸の囲りで
の質量のバランスを容易にするためには、駆動用
ホーンは２個毎に一対をなす偶数の、特に４個の
板状腕部からなり、一対をなす板状腕部は中心軸
を挾んで直線的に配置されることが好ましい。こ
の場合、板状腕部に取付けられる溶着用ホーンは
中心軸に対して対称な位置にあり且つ同一形状の
ものが好ましい。
尚、駆動用ホーンを構成する板状腕部は所定の
厚さを有する湾曲のない平板状であるが、溶着用
ホーンはこのような平板状のものに限らず、被溶
着加工物の形に合わせて湾曲したもの、例えば円
筒を縦方向に数個に分割したような形であつても
良い。
〔実施例〕
次に、図面を参照しながら本考案の具体例を説
明する。
第１図ないし第３図は好ましい具体例のひとつ
であつて、駆動用ホーン１０は４個の板状腕部１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの各一縁が固定ホ
ーン５の中心線の延長線上に一致するように固定
ホーン５の下端に十字形に形成されている。固定
ホーン５を挾んで直線的に配置された一対の板状
腕部１１ａ−１１ｂ及び１１ｃ−１１ｄは同じ長
さであるが、隣接する板状腕部、例えば１１ａと
１１ｃは第３図に示すように同じ長さでなくても
良い。
各板状腕部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの
下端面にはそれぞれ板状の溶着用ホーン１２ａ，
１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが交差されてネジ結合さ
れる。板状腕部に溶着用ホーンを回転してネジ込
むために、図示した具体例では対向する２個の溶
着用ホーン１２ａ，１２ｂの４隅を切削してあ
る。４隅を切削せずに、対向する２個の溶着用ホ
ーンの間の距離を長くすることによつても溶着用
ホーンのネジ込みが可能であることは勿論であ
る。また、対向する溶着用ホーン１２ａ−１２ｂ
及び１２ｃ−１２ｄは各々同一形状であり且つ中
心軸から各々等距離に配置されている。全ての溶
着用ホーン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの下
端面は長方形であつてプラスチツク部材の被溶着
部に圧接される。被溶着部の幅に対して溶着用ホ
ーンの下端面の幅が広い場合には、図示する如く
下端面の内矩部分のみが突出するよう加工する。
この具体例において、全ての溶着用ホーン１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによつてその内側に
底面長方形の箱形の空洞部が形成される。
第１図ないし第３図の具体例では十字形の駆動
用ホーンに取付けた４個の溶着用ホーンの下端面
が長方形となる例を示したが、駆動用ホーンの各
板状腕部の長さ及び各溶着用ホーンの長さと取付
位置等を適切に設計することによつて、プラスチ
ツク部材の被溶着部の形状に合わせて溶着用ホー
ンの下端面を連ねて正方形又は台形等に設定する
ことができる。
また、駆動用ホーンの形状も第１図ないし第３
図の例に限られず、板状腕部の数を４個から５
個、６個又は３個と変えうることは先に説明した
通りである。
第４図に一例として３個の板状腕部１１ｅ，１
１ｆ，１１ｇを中心軸の囲りに等間隔に配置した
複合ホーンの底面図を示す。この例では、３個の
溶着用ホーン１２ｅ，１２ｆ，１２ｇが中心軸か
ら等距離に取付けられ、それらの下端面は正三角
形を形成している。
更に、溶着用ホーンは平板状である必要はな
く、第３図又は第４図の具体例において溶着用ホ
ーンを湾曲した板状のものに代えれば、それらの
構成する下端面が円形ないし楕円形となり、それ
らの内側に形成される空洞部も円柱状ないし楕円
形状となる。
駆動用ホーン及び溶着用ホーンの板厚、横幅及
び高さ等は加工されるべきプラスチツク部材の大
きさ及び加工周波数に応じて適宜選択することが
できる。
アルミ合金から第１図に示す複合ホーンを形成
した。この複合ホーンの十字形の駆動用ホーンは
板厚60mm、ホーンの高さ163.5mmであり、直線状
をなす２対の板状腕部のうち短かいものの合計の
長さが230mm及び長いものの合計の長さが270mmで
あつた。４個の溶着用ホーンは板厚40mm、ホーン
の高さ163.5mmであり、そのうち２個は長さ120mm
及び他の２個は長さ170mmであつた。又、駆動用
ホーン及び溶着用ホーンには共振周波数の1/4波
長の間隔でスリツトを穿設した。
十字形の駆動用ホーンの下端面に溶着用ホーン
をネジ結合して第１図の如く構成した複合ホーン
は、共振周波数が15.10KHzであつて、溶着ホー
ン下端面の振幅は固定ホーン先端面の振幅と同じ
22μmであり、各溶着ホーンの下端面全面におけ
る振幅の偏差は±1.5μmであつた。また、第６図
のような従来の円筒状工具ホーンで頻発した応力
集中による疲労破断は発生せず、長期間に亘つて
安定した溶着加工を継続でき、プラスチツク部材
の溶着状況も良好であつた。
〔考案の効果〕
本考案によれば、被溶着部が長方形、台形ない
し円形等であつてその一辺ないし円周が長く、且
つ被溶着部の内側近傍より急激な立上り部を有す
る比較的大きな箱形ないし円筒形等のプラスチツ
ク部材の溶着加工に好適な複合ホーンが提供され
る。しかも、この複合ホーンはプラスチツク部材
の被溶着部に圧接される溶着用ホーンの下端面の
全域に亘つて均一な振幅が得られ、応力集中によ
る破断がないので長期間安定して使用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本考案の超音波溶着用複合ホーンの一
具体例を示す斜視図であり、第２図は第１図の複
合ホーンの側面図及び第３図は第１図の複合ホー
ンの底面図である。第４図は本考案の複合ホーン
の他の具体例の底面図である。第５図は従来の工
具ホーンを用いたヘツドランプの溶着加工の状態
を示す一部断面図であり、第６図は第５図で使用
した従来の工具ホーンの一部切欠き側面図であ
る。 ５……固定ホーン、６……工具ホーン、７……
空洞部、８……スリツト、１０……駆動用ホー
ン、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，
１１ｆ，１１ｇ……板状腕部、１２ａ，１２ｂ，
１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ……溶
着用ホーン。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 複数の板状腕部の一縁を、固定ホーンの下端
    に固定ホーンの中心線の延長上に集合させて接
    合した形に一体的に形成した駆動用ホーンと、
    駆動用ホーンの各板状腕部の下端面に交差させ
    て取付けた板状の溶着用ホーンとからなり、こ
    れら複数の溶着用ホーンによつてその内側に空
    洞部を形成してなる超音波溶着用の複合ホー
    ン。 (2) 駆動用ホーンは２個毎に一対をなす偶数の板
    状腕部からなり、一対をなす板状腕部は中心軸
    を挾んで直線的に配置される特許請求の範囲第
    (1)項の超音波溶着用複合ホーン。
JP1985098010U 1985-06-27 1985-06-27 Expired JPH0425310Y2 (ja)

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JPH02107493U (ja) * 1989-02-13 1990-08-27
JP4568831B2 (ja) * 2004-04-30 2010-10-27 精電舎電子工業株式会社 工具ホーン

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