JPH1120024A - 超音波溶着装置 - Google Patents

超音波溶着装置

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JPH1120024A
JPH1120024A JP17721497A JP17721497A JPH1120024A JP H1120024 A JPH1120024 A JP H1120024A JP 17721497 A JP17721497 A JP 17721497A JP 17721497 A JP17721497 A JP 17721497A JP H1120024 A JPH1120024 A JP H1120024A
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JP
Japan
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ultrasonic welding
horn
welding machine
reel
workpiece
Prior art date
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Pending
Application number
JP17721497A
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Yoichi Hayashi
洋一 林
Shinji Watanabe
真司 渡邊
Hiroyuki Kitamura
広行 北村
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期衝突慣性が小さく、被加工物の破損を未
然に防止でき、また各センサの振動による破壊や計測誤
差を未然に防止できるようにした。 【解決手段】 本発明の超音波溶着装置は、コンバータ
114、ブースタ115、ホーン116からなる超音波
溶着機ユニット104と、溶着機ユニット104のホー
ン116に対向して離接可能に配置され、かつ先端に被
加工物であるリール3を保持する可動受け台108と、
可動受け台108を前記ホーン116に向けて所定の加
圧力で押圧付勢する加圧手段としてのエアシリンダ10
6を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波溶着加工
により、プラスチック成形体どうしを接合するにあた
り、最適接合状態を得られるようにした超音波溶着装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】図1に本発明の超音波溶着装置の加工対
象となる磁気テープカートリッジを示す。図における磁
気テープカートリッジ1は、テープストリーマなどのコ
ンピュータの磁気記録媒体として使用されるもので、上
リール4と下リール5とが超音波溶着されている単一の
リール3に磁気テープ20を巻装し、前記リール3を上
カートリッジ2aと下カートリッジ2bとがビス19に
より締結されたカートリッジケース内に回動自在に収容
した構成である。
【0003】前記上リール4はガラスファイバー入のポ
リカーボネート樹脂からなり、上フランジ4aを有し、
その中心部分に凹部4bが設けられている。前記上フラ
ンジ4aの外周にはギヤ部4cが形成されている。ま
た、前記凹部4b内に形成された筒状リブ内にリング状
のベアリング6が圧入固定され、ベアリング中心部の穴
にスプリングプラグ7が圧入固定されている。そして、
前記スプリングプラグ7にリールバネ8が取りつけられ
て、前記リール3を下方に抑圧すると共に回転自在に保
持している。
【0004】また、下リール5は、ポリカーボネート樹
脂からなり、その下フランジ5aの中心に明けられた孔
の周囲に超音波溶着用の突起5bを形成したものであ
り、この部分が前記凹部4bの肩部に超音波溶着され
る。前記リール3は、カートリッジの不使用時において
は、ブレーキ用のトーションバネ12にて適宜付勢され
たリールブレーキ50,51により不測の回動をしない
ように係止されている。また、前記磁気テープカートリ
ッジ1は、その不使用時においては、前記磁気テープ2
0が完全に前記リール3に巻き込まれた状態で、磁気テ
ープ端に取り付けられたリーダーテープ21(コンピュ
ータの装置が前記磁気テープ20をテープ路に導入する
ための手段)がカートリッジ側面寄りに組み込まれたフ
ック18の先端部分に係止されている。
【0005】前記磁気テープ20を引き出す開口部分に
は、カートリッジ平面方向に開閉可能なリッド30がリ
ッド付勢用のトーションバネ15にて適宜付勢されて取
り付けられている。そして、カートリッジ不使用時に
は、前記リッド30は圧縮ばね16により適宜付勢され
たロック部材40により回動出来ないように係止されて
いる。また、前記リッド13とは反対側にはライトプロ
テクト17が組み込まれている。
【0006】記録再生装置のテープ路に前記磁気テープ
20を導入するための係合手段と係合するリーダーテー
プ21は、例えばスプライスにより前記磁気テープ20
に繋げられている。以上の構成の磁気カートリッジテー
プ1における上リール4と下リール5の超音波接合方法
は、前述のごとく、下リール5の下フランジ5a中心に
明けられた開口の周縁の円周状突起5bを前記凹部4b
の下方突出端周縁の肩部に係合し、この状態で両者間に
所定の圧力をかけながら、超音波励振することで、この
突起5bを溶融しつつ両リール4,5を接合する。
【0007】図6は、以上のリール3の加工用の従来の
超音波加工用の溶着装置を示す。図における溶着装置6
0は、加工台ベッド61と、ベッド61の一側部に立設
された縦フレーム62と、縦フレーム62のヘッドに垂
設されたエアシリンダ63と、エアシリンダ63の下部
に突出するプランジャ64に荷重センサとしてのロード
セル65を介して連結し、かつ縦フレーム32の内側に
設けたリニアガイド66に沿って昇降可能に移動する昇
降フレーム67と、昇降フレーム67に鉛直支持された
超音波溶着機ユニット68、および溶着機ユニット68
の変位センサとしてのリニアエンコーダ69を備えてい
る。
【0008】溶着機ユニット68は、上部から順にコン
バータ70、ブースタ71および被加工物に接触するホ
ーン72の三つの連続する部品からなっている。これに
対し、ベッド61の上部には、微調整台73を介して受
け台74が配置され、この受け台74上に一方の被加工
物である前記上リール4を設置し、これに他方の被加工
物である下リール5を嵌合した状態で、前記溶着機ユニ
ット68を下降させ、加圧しながら励振することで、両
リール4,5間に摩擦熱を発生させて両者の接合面を溶
着する。
【0009】以上の構成におけるエアシリンダ63およ
び、溶着機ユニット68は、それぞれ前記ロードセル6
5およびリニアエンコーダ69からの入力状態に応じた
出力状態とする制御装置75によって駆動制御される。
この制御装置75は、プログラマブルコントローラなど
からなるもので、内蔵したタイマーによるクロック周波
数で加工時における各部の変動を監視するとともに、図
示しないディスプレイ、キーボードなどを備え、数値入
力により各種加工設定が行えるようになっている。
【0010】そして、この制御装置75のエアシリンダ
63に対する制御は、スタートスイッチ76の入力によ
りロードセル65からの検出状態を監視しつつ、エアシ
リンダ駆動用空気圧源77から供給される空気圧を圧力
調整器78を介して所定圧力に調整するとともに、電磁
バルブ79によりエアの開閉制御を行い、バルブ開でプ
ランジャ64が突出して溶着機ユニット68を加工位置
に下降させ、バルブ閉でプランジャ64が没入して溶着
機ユニット68を加工位置から離間させる。
【0011】また、制御装置75の溶着機ユニット68
に対する制御は、スタートスイッチ76の入力により、
リニアエンコーダ69の検出状態を監視しつつ、発振器
電源80を起動させると同時に、振幅調整器81を介し
て調整設定した振幅で溶着機ユニット68を励振させ
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
構成の超音波溶着装置60にあっては、下降する溶着機
ユニット68側より固定位置に配置された被加工物に超
音波振動と加圧力を伝達しているため、次のような問題
が生じていた。先ず、溶着機ユニット68は、昇降フレ
ーム67を含めてそれ自体がかなり重量がある大きなユ
ニットであり、下降時には下降慣性が生ずるため、被加
工物に対する初期衝突時に被加工物を変形させる欠点が
あった。
【0013】また、加圧センサとしてのロードセル65
はプランジャ64と溶着機ユニット68の間に介在され
ているため、加振時の振動が圧力に重畳されてしまうた
め、ロードセル65の検出最大領域を越えることによる
破壊の恐れがあるほか、振動による測定ブレが大であっ
た。
【0014】さらに、同一理由で変位センサとしてのリ
ニアエンコーダ69は接触式であるため、加振時の振動
に伴うブレによる測定誤差が大であり、また破壊の恐れ
もあった。この発明は、以上の欠点に鑑みなされたもの
であって、被加工物を変形させず、また加圧センサおよ
び変位センサの測定誤差および破壊を防止するようにし
た超音波溶着装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明に係る上記目的
は、コンバータ、ブースタ、ホーンからなる超音波溶着
機ユニットと、前記溶着機ユニットの前記ホーンに対向
して離接可能に配置され、かつ先端に被加工物を保持す
る可動受け台と、前記可動受け台を前記ホーンに向けて
所定の加圧力で押圧付勢する加圧手段と、前記可動受け
台の近傍に設けた非接触式位置検出センサと、前記加圧
手段の支持部に備えた圧力センサとを有することを特徴
とする超音波溶着装置により達成される。
【0016】本発明によれば、超音波溶着機ユニットに
よる加振系を固定とし、加圧系を分離配置したことによ
り、初期衝突慣性が小さく、被加工物の破損を未然に防
止でき、また各センサの振動による破壊や測定誤差を未
然に防止できる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図2
は、本発明にかかる超音波溶着装置の全体構成を示し、
図3はその要部を示している。
【0018】図における超音波溶着装置100は、加工
台ベッド101と、ベッド101の一側部に立設された
縦フレーム102と、縦フレーム102にブラケット1
03を介して垂直支持された溶着機ユニット104と、
溶着機ユニット104に対向してベッド101上に圧力
センサとしてのロードセル105を介して固定された加
圧手段としてのエアシリンダ106と、エアシリンダ1
06上に突出するプランジャ107の上端に固定された
可動受け台108と、前記縦フレーム102の下部に固
定され、前記可動受け台108を昇降可能に貫通ガイド
する固定受け台109、並びに可動受け台108の下部
に配置され、可動受け台108の変位量を非接触式に検
出する変位センサとしての渦電流センサ110と、発振
器電源111と、エアシリンダ駆動用空気圧源112お
よびこれらを制御するための制御装置113とを備えて
いる。
【0019】溶着機ユニット104は、従来と同様に、
上部から順にコンバータ114、ブースタ115、およ
び被加工物に接触する型形状のホーン116の三つの連
続した部品からなっている。制御装置113は、スター
トスイッチ117の入力により前記空気圧源112に接
続した電磁バルブ118の開、および圧力調整器119
に対する圧力調整機能を有するとともに、発振器電源1
11の駆動、および振幅調整器120を介してその振幅
を調整する機能を備え、前記各センサ105,109の
入力状態を受けて、図4に示す手順で溶着動作を実行す
る。
【0020】図4は、加圧力および振幅共、加工初期と
後期とに二段に変化させた場合の制御手順を示し、また
図5(a),(b)は振幅、加圧力と溶融厚の変化特性
を示すものである。先ず、図2に詳細に示すように、可
動受け台108上に上リール4が嵌合され、さらに上リ
ール4の凹部における上部突出端肩部に下リール5の開
口を嵌合され、その突起部5bを肩部に当接させた状態
でスタートスイッチ117を入力することで、図4の制
御が実行される。なお、この作業は手動で行っても良い
し、自動供給により部品を受け台108上にセットし、
セット後自動的にスタートスイッチ116が入る構成と
しても良い。
【0021】制御装置113は、スタートスイッチ11
7の入力を受けて電磁バルブ118を開き、これによ
り、エアシリンダ106からプランジャ107が突出
し、可動受け台108上に組み立てられた被加工物であ
るリール3を上昇させて下リール5を溶着機ユニット1
04のホーン116の下面に当接させる。この段階では
図5(b)に示すように、シリンダ106の初期加圧力
は小さな値に設定され、当接時の衝撃を緩和する。
【0022】この結果、ロードセル105で検出される
荷重が初期設定値に到達したなら、図5(a),(b)
に示すように、発振器電源111を起動させ、加圧力を
最大とすべく圧力調整器119を切替え、同時に渦電流
センサ110を初期値0にリセットする(以上ステップ
ST1〜ステップST5)。
【0023】次いで 被加工物どうしの溶融によって可
動受け台108が初期位置から上昇し、渦電流センサ1
10によりその溶融量(上方への変位)が検出される。
その値が設定値に一致すると、制御装置113は、圧力
調整器119、振幅調整器120に設定値切替信号を送
り、これらを介してその圧力、および振幅とも初期設定
値よりも低い第二設定値に再設定される(以上ステップ
ST6〜ST8)。
【0024】この状態で、さらに渦電流センサ110に
より溶融量が第二設定値以上になったことが検出される
と、発振が停止され、加圧力のみによって被加工物をそ
の状態に保持し、この状態よりタイムアップ信号によ
り、電磁バルブ118が閉となり、可動受け台108が
下降し、加圧力、振幅共初期値にリセットされた状態
で、一加工サイクルを終了し、再びステップST1のス
タートスイッチ117の入力待ち状態となる(以上ステ
ップST9〜ST13)。
【0025】以上の加工サイクルの間、超音波振動によ
る加振力は、被加工物側及びエアシリンダに吸収される
ため、ロードセル105は専らエアシリンダ106の加
圧力のみを受け、加振力が重畳する事による破壊や、測
定誤差を防止できる。また、渦電流センサ110は非接
触式であるため、加振力などによる影響を受けることが
なく、専ら可動受け台108との距離を非接触式に検出
するだけであるため、加振力による破壊、測定誤差要因
を防止できる。
【0026】なお、前述のステップST6〜ST8にお
ける振幅の二段切替タイミングは、最終溶融厚みの1/
2までの厚みで実施することが好ましく、さらには最終
溶融厚みの20〜40%以内で行うことが好ましい。こ
の理由としては、変位超音波における溶融時間は、被着
体どうしの材質や材厚によって変動するものの、前述の
如きリール3のような記録メディアのサイズの場合、実
加工時間は100〜50msと短時間であり、熱容量と
の関係で振幅を下げても直ちに追従できず、また機械系
の応答遅れなども考慮されるからである。
【0027】また、以上の実施の形態では、一加工サイ
クルの間に、振幅、加圧力とも大から小の二段変動させ
た場合を示したが、振幅、加圧力とも一定で行うことも
できることは勿論である。なお、加振系は完全な固定と
は限らず、メンテナンス性や被加工物搬送時の隙間を考
慮し半固定とすることもできる。
【0028】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明による超音波溶着加工装置にあっては、超音波溶着機
ユニットによる加振系を固定とし、加圧系を分離配置し
たことにより、初期衝突慣性が小さく、被加工物の破損
を未然に防止でき、また各センサの振動による破壊や計
測誤差を未然に防止できるため、精度良く超音波溶着加
工を行え、破損などによる歩留り低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波溶着装置の加工対象となるリー
ルを含む磁気カートリッジテープの分解図である。
【図2】本発明にかかる超音波溶着装置の概略図であ
る。
【図3】図2のA−A断面における拡大図である。
【図4】同溶着装置の一加工サイクルにおける処理手順
を示す流れ図である。
【図5】(a)は一加工サイクルにおける振幅変化と溶
着厚み変化を示すグラフである。(b)は同加圧力変化
と溶着厚み変化を示すグラフである。
【図6】従来の超音波溶着装置の概略図である。
【符号の説明】
3 リール(被加工物) 4 上リール 5 下リール 100 超音波溶着装置 104 溶着機ユニット 106 エアシリンダ(押圧手段) 108 可動受け台 114 コンバータ 115 ブースタ 116 ホーン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンバータ、ブースタ、ホーンからなる
    超音波溶着機ユニットと、前記溶着機ユニットの前記ホ
    ーンに対向して離接可能に配置され、かつ先端に被加工
    物を保持する可動受け台と、前記可動受け台を前記ホー
    ンに向けて所定の加圧力で押圧付勢する加圧手段と、前
    記可動受け台の近傍に設けた非接触式位置検出センサ
    と、前記加圧手段の支持部に備えた圧力センサとを有す
    ることを特徴とする超音波溶着装置。
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