超音波溶着機、超音波溶着システム
【課題】被給電部材と給電部材の摺接する表面を磨耗しにくくし、磨耗した被給電部材と給電部材の磨耗粉が、被給電部材と給電部材が摺接する表面で接触不良を引き起こしにくくした超音波溶着機を提供する。
【解決手段】超音波溶着機１００を、回転自在であり、当該回転の回転軸方向に超音波振動を生じさせる超音波振動子１０と、超音波振動子１０により生じる超音波振動の影響を受けることなく当該超音波振動子１０と一体に回転するよう設けられたキャップ１３と、超音波振動子１０の回転軸上に位置するよう当該キャップ１３に設けられ、当該キャップ１３と一体に回転しつつ超音波振動子１０への電力を伝達する被給電部材１５と、この回転軸上にて被給電部材１５と当接し、この当接部分から被給電部材１５に電力を伝達する給電部材１７とを備えた構成とする。
【解決手段】超音波溶着機１００を、回転自在であり、当該回転の回転軸方向に超音波振動を生じさせる超音波振動子１０と、超音波振動子１０により生じる超音波振動の影響を受けることなく当該超音波振動子１０と一体に回転するよう設けられたキャップ１３と、超音波振動子１０の回転軸上に位置するよう当該キャップ１３に設けられ、当該キャップ１３と一体に回転しつつ超音波振動子１０への電力を伝達する被給電部材１５と、この回転軸上にて被給電部材１５と当接し、この当接部分から被給電部材１５に電力を伝達する給電部材１７とを備えた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円板状の工具ホーンを超音波振動させながら、プラスチックシートや金属箔などの上を転動させ、これらを連続的に超音波溶着あるいは超音波接合する超音波溶着機（超音波接合機を含む）および超音波溶着システム（超音波接合システムを含む）に関し、特に、超音波発振手段に給電する給電手段の構造を改良した超音波溶着機および超音波溶着システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円板状の工具ホーンを超音波振動させながら溶着対象物あるいは接合対象物の上を転動させ、これらを連続的に超音波溶着あるいは超音波接合する超音波溶着機では、超音波発振手段を工具ホーンと一体に設け、この超音波発振手段の外周に円筒状のスリップリングを設け、スリップリングにブラシを摺接させて超音波振動信号と所定の電力を給電していた。
【０００３】
図１１に、従来の超音波溶着機の断面図を示す。図１１において、振動子５８への電気系統は次のようになっている。振動子５８は導電性の有る覆体６１を外嵌装着し、振動子５８の負極電極と覆体６１とが接続される。覆体６１の後端中央には正極振動子端子６２を電気絶縁固定し、正極振動子端子６２と振動子５８の正極端子とが接続される。回転内殻５７の後端には電気絶縁材製の回転接続部６３がねじで固定される。回転接続部６３は、内部に埋設された正極回転端子６４と、周面に装着されたスリップリングと称呼される負極・正極環状回転端子６５，６６と、前面より突出した負極回転端子６７と、負極・正極環状回転端子６５，６６相互を隔てるように周面より突出した電気絶縁材より成る環状の隔壁６８とを有する。
【０００４】
すなわち、正極回転端子６４と正極環状回転端子６６とが回転接続部６３に埋設された図外の導体により接続され、正極回転端子６４の前面が正極振動子端子６２に接触する。負極環状回転端子６５と負極回転端子６７とが回転接続部６３に埋設された導体により接続され、負極回転端子６７が覆体６１の外周面に接触する。回転接続部６３と対応する位置において、固定外殻７６は電気絶縁材より成る複数の固定接続部７９を有する。各固定接続部７９は、ブラシと称呼される負極・正極摺接端子８０，８１と、負極・正極摺接端子８０，８１を負極・正極環状回転端子６５，６６側に付勢する導電性材料より成る負極・正極弾性部材８２，８３と、負極・正極配線端子８４，８５と、電気絶縁材製のキャップ８６，８７とを個別に有する。負極摺接端子８０が負極弾性部材８２により押されて負極環状回転端子６５に接触し、正極摺接端子８１が正極弾性部材８３により押されて正極環状回転端子６６に接触する。
【０００５】
このように従来の超音波溶着機では、回転接続部６３にスリップリングと称呼される負極・正極環状回転端子６５，６６を設けて、ブラシと称呼される負極・正極摺接端子８０，８１を摺接させて給電している。
しかし、スリップリングと称呼される負極・正極環状回転端子６５，６６の表面の周速度は速く、ブラシと称呼される負極・正極摺接端子８０，８１の摺接速度は速いため、摺接する表面が磨耗する。そして、磨耗したスリップリングとブラシの磨耗粉は、摺接する表面に付着して、スリップリングとブラシの接触状態を悪くしていた。
【０００６】
また上記従来の超音波溶着機のように、ブラシを用いた超音波溶着機は、超音波発振手段の外周に円筒状の電極を設けているため、給電部の構造が複雑で、摺接する表面部分の状態を点検したり、分解して清掃したりするのに手間がかかるだけでなく、装置が大型化するという欠点があった（例えば特許文献１参照）。
大型化した超音波溶着機は溶着対象物の上を移動させるには不向きなため、超音波溶着機を所定位置に固定して、例えばロール状をした溶着対象物を展開してシート状にしたものを円板状の工具ホーンの下を通して一定方向に移動させて溶着あるいは接合する方法が取られていた。そのため、例えばロール状をした溶着対象物を溶着する際に、ロール状の原反の残量が少なくなり、新しいロール状の原反をつなぐときだけ、超音波溶着機の向きを変えて原反を溶着する接続作業に転用するようなことはできなかった（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２２９２６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、給電構造を工夫することにより、被給電部材と給電部材との摺接速度を遅くして、被給電部材と給電部材が摺接する表面を磨耗しにくくする。そして、被給電部材と給電部材の摺接する表面で磨耗粉を生じなくして、被給電部材と給電部材の摺接する表面の接触不良を引き起こしにくくした超音波溶着機を提供することを第一の課題としている。
また、本発明は、給電構造を工夫することにより小型・軽量化した超音波溶着機を提供することを第二の課題としている。
【０００９】
また、本発明の小型・軽量化した超音波溶着機にガイド手段を取り付け、この小型・軽量化した超音波溶着機をガイドレールに沿って移動させることにより、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を利用した超音波溶着を行う超音波溶着システムを提供することを第三の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波溶着機は、回転自在であり、当該回転の回転軸方向に超音波振動を生じさせる超音波振動手段と、前記超音波振動手段により生じる超音波振動の影響を受けることなく、当該超音波振動手段と一体に回転するよう設けられたキャップ部材と、前記超音波振動手段の回転軸上に位置するよう前記キャップ部材に設けられ、当該キャップ部材と一体に回転しつつ前記超音波振動手段への電力を伝達する被給電部材と、前記回転軸上にて前記被給電部材と当接し、当該当接部分から前記被給電部材へ電力を伝達する給電部材とを備えた構成としている（請求項１）。
【００１１】
このように回転軸上にて被給電部材と給電部材を配置して互いに当接させた構成により、被給電部材と給電部材との摺接速度を遅くして、被給電部材と給電部材の摺接する表面を磨耗しにくくする。そして、被給電部材と給電部材の摺接する表面で磨耗粉を生じにくくして、被給電部材と給電部材の摺接する表面の接触不良を引き起こしにくくしている。
またこの構成により、従来のように超音波発振手段の外周に円筒状の電極を設ける等の複雑な構成にすることなく、回転軸上の一点で接触させるだけの簡単な構造で超音波信号と所定の電力を超音波振動手段に給電することができ、全体として小型・軽量化した超音波溶着機を実現している。
【００１２】
また、好ましくは、前記超音波振動手段には、対象物上を転動しつつ当該対象物に超音波を伝達する円板型の工具ホーンを設ける（請求項２）。前記キャップ部材には、前記超音波振動手段との間に当該キャップ部材と超音波振動手段との間の相対運動を吸収するクッション部材を介装する（請求項３）。さらに、前記給電部材を前記回転軸方向に移動可能に設け、前記給電部材を前記回転軸方向に沿って前記被給電部材側に押圧する押圧手段を備える（請求項４）。また、前記被給電部材を半球状とし、球面を前記給電部材と当接させる（請求項５）。さらに、前記給電部材を球状とし、球面を前記被給電部材と当接させる（請求項６）。
【００１３】
さらに、本発明の超音波溶着システムは、上記の超音波溶着機に加えて、前記超音波溶着機に装着するガイド手段と、前記ガイド手段を案内するガイドレールとを備えた構成としている（請求項７）。また、好ましくは、前記対象物は一方向に移動するものであり、前記ガイドレールは、一方が前記対象物の移動方向と平行に延び、他方が前記対象物の移動方向と交差するよう延びた略Ｌ字状の案内経路を形成している（請求項８）。
【００１４】
これらの構成により、超音波溶着機をガイドレールに沿った軌跡で移動させ、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を利用した超音波溶着を行う超音波溶着システムを実現している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、回転軸の軸心に被給電部材と給電部材を配置して互いに当接させた給電構造とすることにより、被給電部材と給電部材との摺接速度を遅くして、被給電部材と給電部材の摺接する表面を磨耗しにくくすることができる。これにより被給電部材と給電部材の摺接する表面で磨耗粉が生じにくくなり、被給電部材と給電部材の摺接する表面の接触不良を引き起こしにくくした超音波溶着機を提供することができる。
【００１６】
また、本発明は、回転軸上の一点で接触させるだけの給電構造とすることにより、全体として小型・軽量化した超音波溶着機を提供することができる。
さらに、本発明の超音波溶着システムは、小型・軽量化した超音波溶着機にガイド手段を取り付け、超音波溶着機をガイドレールに沿って移動できるようにして、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を利用した超音波溶着をする超音波溶着システムを実現している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機の断面図。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機の分解斜視図。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機を用いた溶着作業状態を示す断面図。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機を用いた溶着作業状態を示す斜視図。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機の給電側の部品を取り外したときの断面図。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムを用いた溶着作業状態を示す斜視図。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムに用いる超音波溶着機の断面図。
【図８】本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムを用いた溶着作業状態を示す平面図。
【図９】本発明の実施の形態３にかかる超音波溶着機の断面図。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかる超音波溶着機の断面図。
【図１１】従来の給電ブラシ方式の超音波溶着機の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、図面とともに本発明の実施の形態を説明する。図１に、本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機１００の断面図を示す。なお、以下の説明では、図１に合わせて超音波溶着機の先端側を左側、根元側を右側として表記する。本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機１００は、円板型の工具ホーン１を支持フレームである門型フレーム２の両側壁の間に入れて、工具ホーン１の中心に左側回転軸３、右側回転軸４を両側から圧入して回転自在に支持している。
【００１９】
すなわち、図１に示したように、凹部を有する円筒状（有底円筒状）の左ハウジング６と、左ハウジング６に圧入したベアリング５と、ベアリング５に圧入した左側回転軸３が、門型フレーム２と一体に設ける左側の回転支持手段を構成しており、左側回転軸３を門型フレーム２の左側の側壁に回転自在に支持している。
【００２０】
また、導電性のカラー８とベアリング７を圧入した中空円筒状の右ハウジング９が門型フレーム２と一体に設ける右側の回転支持手段を構成しており、超音波振動手段である超音波振動子１０とホーン１１に一体的に設けられる右側回転軸４を門型フレーム２の右側の側壁に回転自在に支持する。
図示しない超音波振動駆動手段から、超音波振動信号と所定の電力を超音波振動子１０に供給すると、超音波振動子１０が振動し、それによってホーン１１が、例えば１５ｋＨｚから６０ｋＨｚの周波数で、軸方向に数ミクロンメートルから数十ミクロンメートルの振幅で超音波振動する。図１の工具ホーン１は、軸方向の超音波振動を半径方向の超音波振動に変換する振動方向変換タイプであり、ホーン１１から供給される軸方向の数ミクロンメートルの超音波振動を半径方向の超音波振動に変換する。そのため、工具ホーン１の外周面１ａは、半径方向に拡大と縮小を繰り返す超音波振動をする。この工具ホーン１の外周面１ａを、後述する図３のように重ねられた複数枚のプラスチック部材２８、２９の表面に押圧しつつ転動すると、プラスチック部材２８、２９の該当部分は、加えられた超音波振動エネルギーにより発熱し、溶融し、その後冷却して一体に溶着する。
【００２１】
本発明の超音波溶着機では、図示しない超音波振動駆動手段から超音波振動信号と所定の電力を超音波振動子１０に供給するために、簡易な構造の給電手段を設けている。以下、本発明の給電手段を説明する。図１に示したように、本発明の給電手段は、まず、超音波振動子１０の外周にキャップ１３を嵌合している。キャップ１３は、図面左側の片面に凹部を形成し、図面右側を中実の壁にして、壁の図面右側の軸心部分にボス部を設け、ボス部に雌ネジをきった形状にしている。キャップ１３の材質は、ベークライトなどの絶縁体で作っている。キャップ１３は、超音波振動子１０が超音波振動しても、振動しない節に被せることにしているため、キャップ１３と超音波振動子１０は相対的に動かない。なお、キャップ１３の凹部には紙などの材質で出来たクッション材１２を入れているが、クッション材１２は、何らかの理由でわずかな相対運動が生じた場合にその動きを吸収する機能を果し、キャップ１３と超音波振動子１０の間で無用の振動や異音が起きないようにしている。
【００２２】
キャップ１３右側のボス部端面には、半径方向一側に延びた銅板製の第一の給電板１４を、導電性の材料で作られ半球状の摺動面をもつ頭部と雄ネジ部を形成した被給電部材１５でネジ止めしている。第一の給電板１４の端部には、第一の給電用リード線１６を接続し、第一の給電用リード線１６の他端を超音波振動子１０に接続している。なお、被給電部材１５の軸心は、一体に回転する超音波振動子１０、ホーン１１、右側回転軸４、工具ホーン１、左側回転軸３などの軸心と一致するようにしている。そのため、これら超音波振動子１０、ホーン１１、右側回転軸４、工具ホーン１、左側回転軸３などが一体に回転しても芯振れすることはない。
【００２３】
被給電部材１５の半球状の摺動面をもつ頭部には、導電性の材料で作られ半球状の摺動面をもつ頭部と雄ネジ部を形成した給電部材１７を当接させている。給電部材１７は、段付き円柱状のスライド軸１９の左側端面に、半径方向一側に延びた銅板製の第二の給電板１８をネジ止めしている。第二の給電板１８の端部には、第二の給電用リード線２２を接続している。なお、第二の給電用リード線２２は、スライド保持部２０に設けた貫通孔を通ってコネクタ２６に接続している。
【００２４】
スライド軸１９は、先に説明した円筒状の右ハウジング９の右端に嵌合せて取り付けているスライド保持部２０の孔に沿って、軸方向にスライドする。なお、図示していないが、スライド軸１９とスライド保持部２０の間には、軸方向にキーとキー溝のような回転規制手段を設けて、スライド軸１９の動きを軸方向にのみスライドするように規制している。スライド保持部２０の孔周縁とスライド軸１９の間には、圧縮バネ２１を入れている。この圧縮バネ２１のバネ力によって、スライド軸１９はスライド保持部２０の孔に沿って図面左側に付勢され、給電部材１７の半球状の摺動面をもつ頭部と、被給電部材１５の半球状の摺動面をもつ頭部が互いに押圧されて接触する。コネクタ２６からは、第三の給電用リード線２３が出ており、第三の給電用リード線２３は右側ハウジング９に固定ネジ２５によって固定した第三の給電板２４に接続している。
【００２５】
図示しない超音波振動駆動手段からの、超音波振動信号と所定の電力は、コネクタ２６に入り、第二の給電用リード線２２から第二の給電板１８、給電部材１７の頭部から被給電部材１５の頭部に流れ、第一の給電板１４から第一の給電用リード線１６により超音波振動子１０に給電される。
第三の給電用リード線２３は、アース線であり、超音波振動子１０、ホーン１１、右側回転軸４、工具ホーン１、左側回転軸３をカラー８、ベアリング７、右側ハウジング９、第三の給電板２４を経由してアースに落とす役割をしている。
【００２６】
被給電部材１５は超音波振動子１０、ホーン１１、右側回転軸４、工具ホーン１、左側回転軸３などと一体に回転するが、給電部材１７は軸方向にスライドするのみで回転しない。被給電部材１５の軸心は芯振れしないため、被給電部材１５と給電部材１７のそれぞれの頭部が接する給電点における両者の摺動速度は、点接触であるため、ほとんどゼロである。このことにより、給電点の接触部分は磨耗しにくくなっている。被給電部材１５と給電部材１７の材質、形状については、磨耗しにくい組み合わせにして、導電性グリースなどを塗布しておく。そのため、本発明では磨耗粉が発生しない。仮に磨耗粉が発生したとしても少ないため、給電点は清浄で、接触不良が起きる頻度は少ない。参考までに、図２に本発明の超音波溶着機の分解斜視図を示す。図２では、コネクタ２６の記載を省略した他は、図１と同じ部分に同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２７】
図３は、本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機を用いた溶着作業状態を示す断面図である。図３では、工具ホーン１の外周面１ａを、アンビル２７の上に重ねて載置した複数枚のプラスチック部材２８、２９の表面を押圧しつつ転動させている状態を示している。プラスチック部材２８、２９は工具ホーン１の外周面１ａで押圧された状態で超音波振動の振動エネルギーを受け、発熱して溶融し、その後冷却されて一体に溶着される。
【００２８】
なお、工具ホーン１には、軸方向の超音波振動を外周面１ａでも軸方向に振動する振動方向の変換をしないタイプのものを用いても良い。この場合、工具ホーン１が軸方向に振動しつつ転動して溶着対象物の表面に接するため、金属箔を超音波振動で接合する超音波接合に用いることができる。
図４は、本発明の超音波溶着機１００ａ、１００ｂを配置して、アンビル２７上に重ねて載置した複数のプラスチック部材２８、２９を溶着している状態を斜視図で示している。一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂを所定位置に固定し、アンビル２７の上に重ねて載置した複数のプラスチック部材２８、２９を、超音波振動している工具ホーン１で押圧している状態で、複数のプラスチック部材２８、２９をＡ１矢印方向に送り、Ａ２矢印のように引っ張ると、本発明の一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂの工具ホーンからの超音波振動により押圧していた部分が溶着されてＡ２矢印のように送られていく。なお、アンビル２７には超音波溶着時の発熱が蓄積されるので、図示しない冷却パイプなどで冷却する。
【００２９】
図５は、本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機の給電側の部材を取り外した状態を示す。図５では、門型フレーム２の右側に設けてある右ハウジング９から固定ビス２５を外した後、右ハウジング９からスライドホルダー２０を取り外した状態を示している。図５のように、右ハウジング９からスライドホルダー２０を取り外すと給電部材１７が露出する。
【００３０】
このように、右ハウジング９からスライドホルダー２０を取り外すだけで、給電部材１７の給電点の状態を目視点検することが出来るので、磨耗粉の発生の有無を確認することができる。磨耗粉が生じていなければ、そのまま再組立すればよく、磨耗粉が生じていれば、右ハウジング９からスライドホルダー２０を取り外した状態で清掃する等、メンテナンス作業を簡単に行うことができる。また、被給電部材１５と給電部材１７は着脱自在にネジ固定しているため、必要により簡単に古い被給電部材１５や給電部材１７を取り外して新しい被給電部材や給電部材に交換することができる。
【００３１】
以上説明したように、本発明は、超音波振動子１０の回転軸の軸心に被給電部材と給電部材を配置して互いに当接させた給電構造としたことにより、回転する被給電部材と非回転の給電部材との摺接速度を遅くして、被給電部材と給電部材の摺接する表面を磨耗しにくくすることができる。これにより被給電部材と給電部材の摺接する表面で磨耗粉を生じにくくし、被給電部材と給電部材の摺接する表面の接触不良を引き起こしにくくしている。また、本発明は、給電構造を工夫したことにより、全体として小型・軽量化した超音波溶着機を実現している。
【００３２】
なお上記では、被給電部材１５と給電部材１７の両方の頭部を半球状の摺動面を有する頭部とした実施の形態を説明したが、被給電部材１５の頭部か給電部材１７の頭部のいずれか一方を半球状の摺動面をもつ頭部とし、他方を平面あるいは平面に近い曲面等、任意の曲面を有する頭部として構成しても良い。被給電部材１５と給電部材１７の両方の頭部を半球状の摺動面として当接させる場合に比べて、他方を平面あるいは曲面を有する頭部とすれば、点接触を成立させつつ被給電部材１５の頭部と給電部材１７の頭部の軸心を一致させることを考慮する必要が無い。
【００３３】
また、上記ではプラスチック部材２８、２９を溶着する場合を説明したが、本発明は、重ねあわせた不織布やプラスチックシート等の溶着対象物を超音波溶着する場合に適用することができる他、重ねあわせた金属箔を溶着接合する場合に適用することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本発明の実施の形態２では、本発明の実施の形態１で説明した、小型・軽量化した超音波溶着機１００ａの上方に、走行ローラを内蔵させたガイド手段３６を取り付け、ガイド手段３６にガイドレール３７を通して、本発明の超音波溶着機１００ａをガイドレール３７に沿って移動できるようにした超音波溶着システムとして構成している。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムによる溶着作業状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムでは、一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂの一方の超音波溶着機１００ａにガイド手段３６を取り付け、このガイド手段３６を使って、超音波溶着機１００ａをガイドレール３７に沿って、手動あるいは図示しないモータ駆動手段により移動させることができる。当該ガイドレール３７は一方が溶着対象物の移動方向と平行に延び、他方が当該移動方向と交差するよう形成された略Ｌ字状をなしている。
【００３６】
例えば、一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂで超音波溶着した不織布などの原反の量が少なくなると、一旦、原反３３の送りを止めて超音波溶着作業を止める。そして、古い原反３３の上に新しい原反３４を重ね、一方の超音波溶着機１００ａをガイドレール３７に沿って、Ｂ１矢印、Ｂ２矢印のように移動し、超音波溶着機１００ａの工具ホーン１の向きを９０度回転させる。そして、超音波溶着機１００ａへ超音波振動信号と所定電力を供給して、工具ホーン１を超音波振動させながら、Ｂ３矢印、つまり原反３３、３４の走行方向と直交する方向に移動する。このことにより、原反３３、３４を重ねた部分３５を超音波溶着する。そして、超音波溶着機１００ａへの超音波振動信号と所定電力の供給を停止し、逆方向のＣ１、Ｃ２、Ｃ３矢印のように超音波溶着機１００ａを元の位置に戻す。そして、新旧の原反３３、３４を送り、超音波溶着機１００ａ、１００ｂに超音波振動信号と所定電力を再び供給して新しい原反３４の超音波溶着を再開する。
【００３７】
図７は、本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着機１００ａの断面図である。ガイド手段３６には、ガイドレール３７の上面を走行するローラ３８ａと、ガイドレール３７の側面を走行するローラ３８ｂ、３８ｃが、それぞれ回転軸３９ａ、３９ｂ、３９ｃにより回転自在に支持されている。
図８は、本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムを用いた溶着作業状態を示す平面図である。本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムの一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂの内、一方の超音波溶着機１００ａにガイド手段３６を取り付け、超音波溶着機１００ａをガイドレール３７に沿って、Ｂ１矢印、Ｂ２矢印のように移動し、超音波溶着機１００ａの向きを９０度回転させる。そして、超音波溶着機１００ａへの超音波振動信号と所定電力を供給して、工具ホーン１を超音波振動させながら、Ｂ３矢印、つまり原反３３、３４の走行方向と直交する方向に移動する。このことにより、重ねた原反３３、３４の重ねた部分３５を押圧して、両者を超音波溶着する。そして、超音波溶着機１００ａへの超音波振動信号と所定電力の供給を停止し、それまでと逆方向のＣ１、Ｃ２、Ｃ３矢印のように、超音波溶着機１００ａを元の位置に戻す。このことは、既に図６で説明した通りである。このように、ガイド手段３６により、超音波溶着機１００ａガイドレール３７に沿って、手動あるいは図示しないモータ駆動手段を用いて移動させることにより、容易に新旧の原反３３、３４をつなぐことができる。
【００３８】
以上説明したとおり、本発明の小型・軽量化した超音波溶着機にガイド手段を取り付け、ガイドレールに沿って移動させることにより、ガイドレールに沿った軌跡で超音波溶着ができる。
その他、必要によりガイドレールの形状を変え、ロール状の溶着対象物を円板状の工具ホーンの下を通して一定方向に移動する動作と、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を組み合わせて利用することにより、任意の曲線状の溶着を行うこともできる。
【００３９】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１、２では、門型フレーム２で円板型の軸方向両側から工具ホーン１を回転自在に支えた、いわゆる両持ち支持タイプの超音波溶着機での実施の形態を示したが、本発明の実施の形態３として、いわゆる片持ち支持タイプの超音波溶着機における実施の形態を示す。
【００４０】
図９で、工具ホーン４１は、回転軸４４で支えられ、回転軸４４は導電性のカラー４８とベアリング５、７を圧入し、蓋４７を嵌めた中空円筒状のハウジング４９で支持され、ハウジング４９は支持フレーム４２に嵌合している。回転軸４４が、超音波振動子１０および超音波振動するホーン１１に一体的に構成されていることと給電手段の基本的な構造は、既に説明した実施の形態１、２と同じであり、同じ部分には、同じ符号をつけて説明を省略する。
【００４１】
図示しない超音波振動駆動手段から、超音波振動信号と所定の電力を超音波振動子１０に供給すると、超音波振動子１０が振動し、それによってホーン１１が、例えば１５ｋＨｚから６０ｋＨｚの周波数で、図面の水平方向に数ミクロンメートルの振幅で超音波振動することは、既に説明した実施の形態１、２と同じである。
ハウジング４９からスライドホルダー２０を外して、被給電部材１５と給電部材１７の接点の状態を簡単に確認でき、清掃等のメンテナンス作業、被給電部材１５と給電部材１７の交換作業等を簡単に行うことができる点は、いわゆる両持ち支持タイプの超音波溶着機と同じである。
【００４２】
詳しい説明は省略するが、このように、本発明は、いわゆる両持ち支持タイプの超音波溶着機でない、片持ち支持タイプの超音波溶着機にも適用することができる。
【００４３】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。既に説明した実施の形態１、２、３では、被給電部材１５と給電部材１７を半球状の摺動面をもつ頭部と雄ネジ部を形成した導電部材と説明したが、実施の形態４の超音波溶着機１１０では、被給電部材５０と給電部材５１を頭部に凹部を設け、この凹部で導電性の球体５０ａ、５１ａをそれぞれ回転自在に支持して、半球状の当接面をもつ頭部と雄ネジ部を形成した点に特徴がある。
【００４４】
図１０では、被給電部材５０と給電部材５１の頭部に凹部を設け、この凹部に導電性の球体５０ａ、５１ａをそれぞれ回転自在に支持して、球体５０ａ、５１ａを当接させて給電している。なお、給電手段の基本的な構造は、既に説明した実施の形態１から３と同じであり、同じ部分には、同じ符号をつけているのでその他の部分の説明は省略する。
実施の形態４では、球体５０ａ、５１ａを当接させて転動させているため、摺動により磨耗することがないという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、重ねあわせた不織布やプラスチックシート等の溶着対象物を超音波溶着する場合に適用することができる他、重ねあわせた金属箔を溶着接合する場合に適用することができる。
特に、小型・軽量化した超音波溶着機にガイド手段とガイドレールを加えて用いることにより、例えばロール状の材料を溶着する場合に、工具ホーンの向きを変えて、新旧の原反を接合する場合の他、任意の曲線状の溶着をするなど、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を利用した超音波溶着をする場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 工具ホーン
２ 門型フレーム
３ 左側回転軸
４ 右側回転軸
５、７ ベアリング
６ 左ハウジング
８ カラー
９ 右ハウジング
１０ 超音波振動子
１１ ホーン
１２ クッション材
１３ キャップ
１４ 第一の給電用板
１５ 被給電部材
１６ 第一の給電用リード線
１７ 給電部材
１８ 第二の給電用板
１９ スライド軸
２０ スライドホルダー
２１ 圧縮バネ
２２ 第二の給電用リード線
２３ 第三の給電用リード線
２４ 第三の給電用板
２５ 固定ネジ
２６ コネクタ
２７ アンビル
２８、２９ プラスチック部材（溶着対象物）
５１ ガイド手段
５２ ガイドレール
５５ａ、５７ａ 球体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円板状の工具ホーンを超音波振動させながら、プラスチックシートや金属箔などの上を転動させ、これらを連続的に超音波溶着あるいは超音波接合する超音波溶着機（超音波接合機を含む）および超音波溶着システム（超音波接合システムを含む）に関し、特に、超音波発振手段に給電する給電手段の構造を改良した超音波溶着機および超音波溶着システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円板状の工具ホーンを超音波振動させながら溶着対象物あるいは接合対象物の上を転動させ、これらを連続的に超音波溶着あるいは超音波接合する超音波溶着機では、超音波発振手段を工具ホーンと一体に設け、この超音波発振手段の外周に円筒状のスリップリングを設け、スリップリングにブラシを摺接させて超音波振動信号と所定の電力を給電していた。
【０００３】
図１１に、従来の超音波溶着機の断面図を示す。図１１において、振動子５８への電気系統は次のようになっている。振動子５８は導電性の有る覆体６１を外嵌装着し、振動子５８の負極電極と覆体６１とが接続される。覆体６１の後端中央には正極振動子端子６２を電気絶縁固定し、正極振動子端子６２と振動子５８の正極端子とが接続される。回転内殻５７の後端には電気絶縁材製の回転接続部６３がねじで固定される。回転接続部６３は、内部に埋設された正極回転端子６４と、周面に装着されたスリップリングと称呼される負極・正極環状回転端子６５，６６と、前面より突出した負極回転端子６７と、負極・正極環状回転端子６５，６６相互を隔てるように周面より突出した電気絶縁材より成る環状の隔壁６８とを有する。
【０００４】
すなわち、正極回転端子６４と正極環状回転端子６６とが回転接続部６３に埋設された図外の導体により接続され、正極回転端子６４の前面が正極振動子端子６２に接触する。負極環状回転端子６５と負極回転端子６７とが回転接続部６３に埋設された導体により接続され、負極回転端子６７が覆体６１の外周面に接触する。回転接続部６３と対応する位置において、固定外殻７６は電気絶縁材より成る複数の固定接続部７９を有する。各固定接続部７９は、ブラシと称呼される負極・正極摺接端子８０，８１と、負極・正極摺接端子８０，８１を負極・正極環状回転端子６５，６６側に付勢する導電性材料より成る負極・正極弾性部材８２，８３と、負極・正極配線端子８４，８５と、電気絶縁材製のキャップ８６，８７とを個別に有する。負極摺接端子８０が負極弾性部材８２により押されて負極環状回転端子６５に接触し、正極摺接端子８１が正極弾性部材８３により押されて正極環状回転端子６６に接触する。
【０００５】
このように従来の超音波溶着機では、回転接続部６３にスリップリングと称呼される負極・正極環状回転端子６５，６６を設けて、ブラシと称呼される負極・正極摺接端子８０，８１を摺接させて給電している。
しかし、スリップリングと称呼される負極・正極環状回転端子６５，６６の表面の周速度は速く、ブラシと称呼される負極・正極摺接端子８０，８１の摺接速度は速いため、摺接する表面が磨耗する。そして、磨耗したスリップリングとブラシの磨耗粉は、摺接する表面に付着して、スリップリングとブラシの接触状態を悪くしていた。
【０００６】
また上記従来の超音波溶着機のように、ブラシを用いた超音波溶着機は、超音波発振手段の外周に円筒状の電極を設けているため、給電部の構造が複雑で、摺接する表面部分の状態を点検したり、分解して清掃したりするのに手間がかかるだけでなく、装置が大型化するという欠点があった（例えば特許文献１参照）。
大型化した超音波溶着機は溶着対象物の上を移動させるには不向きなため、超音波溶着機を所定位置に固定して、例えばロール状をした溶着対象物を展開してシート状にしたものを円板状の工具ホーンの下を通して一定方向に移動させて溶着あるいは接合する方法が取られていた。そのため、例えばロール状をした溶着対象物を溶着する際に、ロール状の原反の残量が少なくなり、新しいロール状の原反をつなぐときだけ、超音波溶着機の向きを変えて原反を溶着する接続作業に転用するようなことはできなかった（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２２９２６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、給電構造を工夫することにより、被給電部材と給電部材との摺接速度を遅くして、被給電部材と給電部材が摺接する表面を磨耗しにくくする。そして、被給電部材と給電部材の摺接する表面で磨耗粉を生じなくして、被給電部材と給電部材の摺接する表面の接触不良を引き起こしにくくした超音波溶着機を提供することを第一の課題としている。
また、本発明は、給電構造を工夫することにより小型・軽量化した超音波溶着機を提供することを第二の課題としている。
【０００９】
また、本発明の小型・軽量化した超音波溶着機にガイド手段を取り付け、この小型・軽量化した超音波溶着機をガイドレールに沿って移動させることにより、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を利用した超音波溶着を行う超音波溶着システムを提供することを第三の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波溶着機は、回転自在であり、当該回転の回転軸方向に超音波振動を生じさせる超音波振動手段と、前記超音波振動手段により生じる超音波振動の影響を受けることなく、当該超音波振動手段と一体に回転するよう設けられたキャップ部材と、前記超音波振動手段の回転軸上に位置するよう前記キャップ部材に設けられ、当該キャップ部材と一体に回転しつつ前記超音波振動手段への電力を伝達する被給電部材と、前記回転軸上にて前記被給電部材と当接し、当該当接部分から前記被給電部材へ電力を伝達する給電部材とを備えた構成としている（請求項１）。
【００１１】
このように回転軸上にて被給電部材と給電部材を配置して互いに当接させた構成により、被給電部材と給電部材との摺接速度を遅くして、被給電部材と給電部材の摺接する表面を磨耗しにくくする。そして、被給電部材と給電部材の摺接する表面で磨耗粉を生じにくくして、被給電部材と給電部材の摺接する表面の接触不良を引き起こしにくくしている。
またこの構成により、従来のように超音波発振手段の外周に円筒状の電極を設ける等の複雑な構成にすることなく、回転軸上の一点で接触させるだけの簡単な構造で超音波信号と所定の電力を超音波振動手段に給電することができ、全体として小型・軽量化した超音波溶着機を実現している。
【００１２】
また、好ましくは、前記超音波振動手段には、対象物上を転動しつつ当該対象物に超音波を伝達する円板型の工具ホーンを設ける（請求項２）。前記キャップ部材には、前記超音波振動手段との間に当該キャップ部材と超音波振動手段との間の相対運動を吸収するクッション部材を介装する（請求項３）。さらに、前記給電部材を前記回転軸方向に移動可能に設け、前記給電部材を前記回転軸方向に沿って前記被給電部材側に押圧する押圧手段を備える（請求項４）。また、前記被給電部材を半球状とし、球面を前記給電部材と当接させる（請求項５）。さらに、前記給電部材を球状とし、球面を前記被給電部材と当接させる（請求項６）。
【００１３】
さらに、本発明の超音波溶着システムは、上記の超音波溶着機に加えて、前記超音波溶着機に装着するガイド手段と、前記ガイド手段を案内するガイドレールとを備えた構成としている（請求項７）。また、好ましくは、前記対象物は一方向に移動するものであり、前記ガイドレールは、一方が前記対象物の移動方向と平行に延び、他方が前記対象物の移動方向と交差するよう延びた略Ｌ字状の案内経路を形成している（請求項８）。
【００１４】
これらの構成により、超音波溶着機をガイドレールに沿った軌跡で移動させ、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を利用した超音波溶着を行う超音波溶着システムを実現している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、回転軸の軸心に被給電部材と給電部材を配置して互いに当接させた給電構造とすることにより、被給電部材と給電部材との摺接速度を遅くして、被給電部材と給電部材の摺接する表面を磨耗しにくくすることができる。これにより被給電部材と給電部材の摺接する表面で磨耗粉が生じにくくなり、被給電部材と給電部材の摺接する表面の接触不良を引き起こしにくくした超音波溶着機を提供することができる。
【００１６】
また、本発明は、回転軸上の一点で接触させるだけの給電構造とすることにより、全体として小型・軽量化した超音波溶着機を提供することができる。
さらに、本発明の超音波溶着システムは、小型・軽量化した超音波溶着機にガイド手段を取り付け、超音波溶着機をガイドレールに沿って移動できるようにして、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を利用した超音波溶着をする超音波溶着システムを実現している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機の断面図。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機の分解斜視図。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機を用いた溶着作業状態を示す断面図。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機を用いた溶着作業状態を示す斜視図。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機の給電側の部品を取り外したときの断面図。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムを用いた溶着作業状態を示す斜視図。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムに用いる超音波溶着機の断面図。
【図８】本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムを用いた溶着作業状態を示す平面図。
【図９】本発明の実施の形態３にかかる超音波溶着機の断面図。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかる超音波溶着機の断面図。
【図１１】従来の給電ブラシ方式の超音波溶着機の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、図面とともに本発明の実施の形態を説明する。図１に、本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機１００の断面図を示す。なお、以下の説明では、図１に合わせて超音波溶着機の先端側を左側、根元側を右側として表記する。本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機１００は、円板型の工具ホーン１を支持フレームである門型フレーム２の両側壁の間に入れて、工具ホーン１の中心に左側回転軸３、右側回転軸４を両側から圧入して回転自在に支持している。
【００１９】
すなわち、図１に示したように、凹部を有する円筒状（有底円筒状）の左ハウジング６と、左ハウジング６に圧入したベアリング５と、ベアリング５に圧入した左側回転軸３が、門型フレーム２と一体に設ける左側の回転支持手段を構成しており、左側回転軸３を門型フレーム２の左側の側壁に回転自在に支持している。
【００２０】
また、導電性のカラー８とベアリング７を圧入した中空円筒状の右ハウジング９が門型フレーム２と一体に設ける右側の回転支持手段を構成しており、超音波振動手段である超音波振動子１０とホーン１１に一体的に設けられる右側回転軸４を門型フレーム２の右側の側壁に回転自在に支持する。
図示しない超音波振動駆動手段から、超音波振動信号と所定の電力を超音波振動子１０に供給すると、超音波振動子１０が振動し、それによってホーン１１が、例えば１５ｋＨｚから６０ｋＨｚの周波数で、軸方向に数ミクロンメートルから数十ミクロンメートルの振幅で超音波振動する。図１の工具ホーン１は、軸方向の超音波振動を半径方向の超音波振動に変換する振動方向変換タイプであり、ホーン１１から供給される軸方向の数ミクロンメートルの超音波振動を半径方向の超音波振動に変換する。そのため、工具ホーン１の外周面１ａは、半径方向に拡大と縮小を繰り返す超音波振動をする。この工具ホーン１の外周面１ａを、後述する図３のように重ねられた複数枚のプラスチック部材２８、２９の表面に押圧しつつ転動すると、プラスチック部材２８、２９の該当部分は、加えられた超音波振動エネルギーにより発熱し、溶融し、その後冷却して一体に溶着する。
【００２１】
本発明の超音波溶着機では、図示しない超音波振動駆動手段から超音波振動信号と所定の電力を超音波振動子１０に供給するために、簡易な構造の給電手段を設けている。以下、本発明の給電手段を説明する。図１に示したように、本発明の給電手段は、まず、超音波振動子１０の外周にキャップ１３を嵌合している。キャップ１３は、図面左側の片面に凹部を形成し、図面右側を中実の壁にして、壁の図面右側の軸心部分にボス部を設け、ボス部に雌ネジをきった形状にしている。キャップ１３の材質は、ベークライトなどの絶縁体で作っている。キャップ１３は、超音波振動子１０が超音波振動しても、振動しない節に被せることにしているため、キャップ１３と超音波振動子１０は相対的に動かない。なお、キャップ１３の凹部には紙などの材質で出来たクッション材１２を入れているが、クッション材１２は、何らかの理由でわずかな相対運動が生じた場合にその動きを吸収する機能を果し、キャップ１３と超音波振動子１０の間で無用の振動や異音が起きないようにしている。
【００２２】
キャップ１３右側のボス部端面には、半径方向一側に延びた銅板製の第一の給電板１４を、導電性の材料で作られ半球状の摺動面をもつ頭部と雄ネジ部を形成した被給電部材１５でネジ止めしている。第一の給電板１４の端部には、第一の給電用リード線１６を接続し、第一の給電用リード線１６の他端を超音波振動子１０に接続している。なお、被給電部材１５の軸心は、一体に回転する超音波振動子１０、ホーン１１、右側回転軸４、工具ホーン１、左側回転軸３などの軸心と一致するようにしている。そのため、これら超音波振動子１０、ホーン１１、右側回転軸４、工具ホーン１、左側回転軸３などが一体に回転しても芯振れすることはない。
【００２３】
被給電部材１５の半球状の摺動面をもつ頭部には、導電性の材料で作られ半球状の摺動面をもつ頭部と雄ネジ部を形成した給電部材１７を当接させている。給電部材１７は、段付き円柱状のスライド軸１９の左側端面に、半径方向一側に延びた銅板製の第二の給電板１８をネジ止めしている。第二の給電板１８の端部には、第二の給電用リード線２２を接続している。なお、第二の給電用リード線２２は、スライド保持部２０に設けた貫通孔を通ってコネクタ２６に接続している。
【００２４】
スライド軸１９は、先に説明した円筒状の右ハウジング９の右端に嵌合せて取り付けているスライド保持部２０の孔に沿って、軸方向にスライドする。なお、図示していないが、スライド軸１９とスライド保持部２０の間には、軸方向にキーとキー溝のような回転規制手段を設けて、スライド軸１９の動きを軸方向にのみスライドするように規制している。スライド保持部２０の孔周縁とスライド軸１９の間には、圧縮バネ２１を入れている。この圧縮バネ２１のバネ力によって、スライド軸１９はスライド保持部２０の孔に沿って図面左側に付勢され、給電部材１７の半球状の摺動面をもつ頭部と、被給電部材１５の半球状の摺動面をもつ頭部が互いに押圧されて接触する。コネクタ２６からは、第三の給電用リード線２３が出ており、第三の給電用リード線２３は右側ハウジング９に固定ネジ２５によって固定した第三の給電板２４に接続している。
【００２５】
図示しない超音波振動駆動手段からの、超音波振動信号と所定の電力は、コネクタ２６に入り、第二の給電用リード線２２から第二の給電板１８、給電部材１７の頭部から被給電部材１５の頭部に流れ、第一の給電板１４から第一の給電用リード線１６により超音波振動子１０に給電される。
第三の給電用リード線２３は、アース線であり、超音波振動子１０、ホーン１１、右側回転軸４、工具ホーン１、左側回転軸３をカラー８、ベアリング７、右側ハウジング９、第三の給電板２４を経由してアースに落とす役割をしている。
【００２６】
被給電部材１５は超音波振動子１０、ホーン１１、右側回転軸４、工具ホーン１、左側回転軸３などと一体に回転するが、給電部材１７は軸方向にスライドするのみで回転しない。被給電部材１５の軸心は芯振れしないため、被給電部材１５と給電部材１７のそれぞれの頭部が接する給電点における両者の摺動速度は、点接触であるため、ほとんどゼロである。このことにより、給電点の接触部分は磨耗しにくくなっている。被給電部材１５と給電部材１７の材質、形状については、磨耗しにくい組み合わせにして、導電性グリースなどを塗布しておく。そのため、本発明では磨耗粉が発生しない。仮に磨耗粉が発生したとしても少ないため、給電点は清浄で、接触不良が起きる頻度は少ない。参考までに、図２に本発明の超音波溶着機の分解斜視図を示す。図２では、コネクタ２６の記載を省略した他は、図１と同じ部分に同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２７】
図３は、本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機を用いた溶着作業状態を示す断面図である。図３では、工具ホーン１の外周面１ａを、アンビル２７の上に重ねて載置した複数枚のプラスチック部材２８、２９の表面を押圧しつつ転動させている状態を示している。プラスチック部材２８、２９は工具ホーン１の外周面１ａで押圧された状態で超音波振動の振動エネルギーを受け、発熱して溶融し、その後冷却されて一体に溶着される。
【００２８】
なお、工具ホーン１には、軸方向の超音波振動を外周面１ａでも軸方向に振動する振動方向の変換をしないタイプのものを用いても良い。この場合、工具ホーン１が軸方向に振動しつつ転動して溶着対象物の表面に接するため、金属箔を超音波振動で接合する超音波接合に用いることができる。
図４は、本発明の超音波溶着機１００ａ、１００ｂを配置して、アンビル２７上に重ねて載置した複数のプラスチック部材２８、２９を溶着している状態を斜視図で示している。一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂを所定位置に固定し、アンビル２７の上に重ねて載置した複数のプラスチック部材２８、２９を、超音波振動している工具ホーン１で押圧している状態で、複数のプラスチック部材２８、２９をＡ１矢印方向に送り、Ａ２矢印のように引っ張ると、本発明の一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂの工具ホーンからの超音波振動により押圧していた部分が溶着されてＡ２矢印のように送られていく。なお、アンビル２７には超音波溶着時の発熱が蓄積されるので、図示しない冷却パイプなどで冷却する。
【００２９】
図５は、本発明の実施の形態１にかかる超音波溶着機の給電側の部材を取り外した状態を示す。図５では、門型フレーム２の右側に設けてある右ハウジング９から固定ビス２５を外した後、右ハウジング９からスライドホルダー２０を取り外した状態を示している。図５のように、右ハウジング９からスライドホルダー２０を取り外すと給電部材１７が露出する。
【００３０】
このように、右ハウジング９からスライドホルダー２０を取り外すだけで、給電部材１７の給電点の状態を目視点検することが出来るので、磨耗粉の発生の有無を確認することができる。磨耗粉が生じていなければ、そのまま再組立すればよく、磨耗粉が生じていれば、右ハウジング９からスライドホルダー２０を取り外した状態で清掃する等、メンテナンス作業を簡単に行うことができる。また、被給電部材１５と給電部材１７は着脱自在にネジ固定しているため、必要により簡単に古い被給電部材１５や給電部材１７を取り外して新しい被給電部材や給電部材に交換することができる。
【００３１】
以上説明したように、本発明は、超音波振動子１０の回転軸の軸心に被給電部材と給電部材を配置して互いに当接させた給電構造としたことにより、回転する被給電部材と非回転の給電部材との摺接速度を遅くして、被給電部材と給電部材の摺接する表面を磨耗しにくくすることができる。これにより被給電部材と給電部材の摺接する表面で磨耗粉を生じにくくし、被給電部材と給電部材の摺接する表面の接触不良を引き起こしにくくしている。また、本発明は、給電構造を工夫したことにより、全体として小型・軽量化した超音波溶着機を実現している。
【００３２】
なお上記では、被給電部材１５と給電部材１７の両方の頭部を半球状の摺動面を有する頭部とした実施の形態を説明したが、被給電部材１５の頭部か給電部材１７の頭部のいずれか一方を半球状の摺動面をもつ頭部とし、他方を平面あるいは平面に近い曲面等、任意の曲面を有する頭部として構成しても良い。被給電部材１５と給電部材１７の両方の頭部を半球状の摺動面として当接させる場合に比べて、他方を平面あるいは曲面を有する頭部とすれば、点接触を成立させつつ被給電部材１５の頭部と給電部材１７の頭部の軸心を一致させることを考慮する必要が無い。
【００３３】
また、上記ではプラスチック部材２８、２９を溶着する場合を説明したが、本発明は、重ねあわせた不織布やプラスチックシート等の溶着対象物を超音波溶着する場合に適用することができる他、重ねあわせた金属箔を溶着接合する場合に適用することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本発明の実施の形態２では、本発明の実施の形態１で説明した、小型・軽量化した超音波溶着機１００ａの上方に、走行ローラを内蔵させたガイド手段３６を取り付け、ガイド手段３６にガイドレール３７を通して、本発明の超音波溶着機１００ａをガイドレール３７に沿って移動できるようにした超音波溶着システムとして構成している。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムによる溶着作業状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムでは、一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂの一方の超音波溶着機１００ａにガイド手段３６を取り付け、このガイド手段３６を使って、超音波溶着機１００ａをガイドレール３７に沿って、手動あるいは図示しないモータ駆動手段により移動させることができる。当該ガイドレール３７は一方が溶着対象物の移動方向と平行に延び、他方が当該移動方向と交差するよう形成された略Ｌ字状をなしている。
【００３６】
例えば、一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂで超音波溶着した不織布などの原反の量が少なくなると、一旦、原反３３の送りを止めて超音波溶着作業を止める。そして、古い原反３３の上に新しい原反３４を重ね、一方の超音波溶着機１００ａをガイドレール３７に沿って、Ｂ１矢印、Ｂ２矢印のように移動し、超音波溶着機１００ａの工具ホーン１の向きを９０度回転させる。そして、超音波溶着機１００ａへ超音波振動信号と所定電力を供給して、工具ホーン１を超音波振動させながら、Ｂ３矢印、つまり原反３３、３４の走行方向と直交する方向に移動する。このことにより、原反３３、３４を重ねた部分３５を超音波溶着する。そして、超音波溶着機１００ａへの超音波振動信号と所定電力の供給を停止し、逆方向のＣ１、Ｃ２、Ｃ３矢印のように超音波溶着機１００ａを元の位置に戻す。そして、新旧の原反３３、３４を送り、超音波溶着機１００ａ、１００ｂに超音波振動信号と所定電力を再び供給して新しい原反３４の超音波溶着を再開する。
【００３７】
図７は、本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着機１００ａの断面図である。ガイド手段３６には、ガイドレール３７の上面を走行するローラ３８ａと、ガイドレール３７の側面を走行するローラ３８ｂ、３８ｃが、それぞれ回転軸３９ａ、３９ｂ、３９ｃにより回転自在に支持されている。
図８は、本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムを用いた溶着作業状態を示す平面図である。本発明の実施の形態２にかかる超音波溶着システムの一対の超音波溶着機１００ａ、１００ｂの内、一方の超音波溶着機１００ａにガイド手段３６を取り付け、超音波溶着機１００ａをガイドレール３７に沿って、Ｂ１矢印、Ｂ２矢印のように移動し、超音波溶着機１００ａの向きを９０度回転させる。そして、超音波溶着機１００ａへの超音波振動信号と所定電力を供給して、工具ホーン１を超音波振動させながら、Ｂ３矢印、つまり原反３３、３４の走行方向と直交する方向に移動する。このことにより、重ねた原反３３、３４の重ねた部分３５を押圧して、両者を超音波溶着する。そして、超音波溶着機１００ａへの超音波振動信号と所定電力の供給を停止し、それまでと逆方向のＣ１、Ｃ２、Ｃ３矢印のように、超音波溶着機１００ａを元の位置に戻す。このことは、既に図６で説明した通りである。このように、ガイド手段３６により、超音波溶着機１００ａガイドレール３７に沿って、手動あるいは図示しないモータ駆動手段を用いて移動させることにより、容易に新旧の原反３３、３４をつなぐことができる。
【００３８】
以上説明したとおり、本発明の小型・軽量化した超音波溶着機にガイド手段を取り付け、ガイドレールに沿って移動させることにより、ガイドレールに沿った軌跡で超音波溶着ができる。
その他、必要によりガイドレールの形状を変え、ロール状の溶着対象物を円板状の工具ホーンの下を通して一定方向に移動する動作と、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を組み合わせて利用することにより、任意の曲線状の溶着を行うこともできる。
【００３９】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１、２では、門型フレーム２で円板型の軸方向両側から工具ホーン１を回転自在に支えた、いわゆる両持ち支持タイプの超音波溶着機での実施の形態を示したが、本発明の実施の形態３として、いわゆる片持ち支持タイプの超音波溶着機における実施の形態を示す。
【００４０】
図９で、工具ホーン４１は、回転軸４４で支えられ、回転軸４４は導電性のカラー４８とベアリング５、７を圧入し、蓋４７を嵌めた中空円筒状のハウジング４９で支持され、ハウジング４９は支持フレーム４２に嵌合している。回転軸４４が、超音波振動子１０および超音波振動するホーン１１に一体的に構成されていることと給電手段の基本的な構造は、既に説明した実施の形態１、２と同じであり、同じ部分には、同じ符号をつけて説明を省略する。
【００４１】
図示しない超音波振動駆動手段から、超音波振動信号と所定の電力を超音波振動子１０に供給すると、超音波振動子１０が振動し、それによってホーン１１が、例えば１５ｋＨｚから６０ｋＨｚの周波数で、図面の水平方向に数ミクロンメートルの振幅で超音波振動することは、既に説明した実施の形態１、２と同じである。
ハウジング４９からスライドホルダー２０を外して、被給電部材１５と給電部材１７の接点の状態を簡単に確認でき、清掃等のメンテナンス作業、被給電部材１５と給電部材１７の交換作業等を簡単に行うことができる点は、いわゆる両持ち支持タイプの超音波溶着機と同じである。
【００４２】
詳しい説明は省略するが、このように、本発明は、いわゆる両持ち支持タイプの超音波溶着機でない、片持ち支持タイプの超音波溶着機にも適用することができる。
【００４３】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。既に説明した実施の形態１、２、３では、被給電部材１５と給電部材１７を半球状の摺動面をもつ頭部と雄ネジ部を形成した導電部材と説明したが、実施の形態４の超音波溶着機１１０では、被給電部材５０と給電部材５１を頭部に凹部を設け、この凹部で導電性の球体５０ａ、５１ａをそれぞれ回転自在に支持して、半球状の当接面をもつ頭部と雄ネジ部を形成した点に特徴がある。
【００４４】
図１０では、被給電部材５０と給電部材５１の頭部に凹部を設け、この凹部に導電性の球体５０ａ、５１ａをそれぞれ回転自在に支持して、球体５０ａ、５１ａを当接させて給電している。なお、給電手段の基本的な構造は、既に説明した実施の形態１から３と同じであり、同じ部分には、同じ符号をつけているのでその他の部分の説明は省略する。
実施の形態４では、球体５０ａ、５１ａを当接させて転動させているため、摺動により磨耗することがないという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、重ねあわせた不織布やプラスチックシート等の溶着対象物を超音波溶着する場合に適用することができる他、重ねあわせた金属箔を溶着接合する場合に適用することができる。
特に、小型・軽量化した超音波溶着機にガイド手段とガイドレールを加えて用いることにより、例えばロール状の材料を溶着する場合に、工具ホーンの向きを変えて、新旧の原反を接合する場合の他、任意の曲線状の溶着をするなど、超音波溶着機等のガイドレールに沿った移動動作を利用した超音波溶着をする場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 工具ホーン
２ 門型フレーム
３ 左側回転軸
４ 右側回転軸
５、７ ベアリング
６ 左ハウジング
８ カラー
９ 右ハウジング
１０ 超音波振動子
１１ ホーン
１２ クッション材
１３ キャップ
１４ 第一の給電用板
１５ 被給電部材
１６ 第一の給電用リード線
１７ 給電部材
１８ 第二の給電用板
１９ スライド軸
２０ スライドホルダー
２１ 圧縮バネ
２２ 第二の給電用リード線
２３ 第三の給電用リード線
２４ 第三の給電用板
２５ 固定ネジ
２６ コネクタ
２７ アンビル
２８、２９ プラスチック部材（溶着対象物）
５１ ガイド手段
５２ ガイドレール
５５ａ、５７ａ 球体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在であり、当該回転の回転軸方向に超音波振動を生じさせる超音波振動手段と、
前記超音波振動手段により生じる超音波振動の影響を受けることなく、当該超音波振動手段と一体に回転するよう設けられたキャップ部材と、
前記超音波振動手段の回転軸上に位置するよう前記キャップ部材に設けられ、当該キャップ部材と一体に回転しつつ前記超音波振動手段への電力を伝達する被給電部材と、
前記回転軸上にて前記被給電部材と当接し、当該当接部分から前記被給電部材へ電力を伝達する給電部材と、
を備えたことを特徴とする超音波溶着機。
【請求項２】
前記超音波振動手段には、対象物上を転動しつつ当該対象物に超音波を伝達する円板型の工具ホーンが設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波溶着機。
【請求項３】
前記キャップ部材には、前記超音波振動手段との間に当該キャップ部材と超音波振動手段との間の相対運動を吸収するクッション部材が介装されて設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の超音波溶着機。
【請求項４】
前記給電部材は前記回転軸方向に移動可能に設けられており、
前記給電部材を前記回転軸方向に沿って前記被給電部材側に押圧する押圧手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波溶着機。
【請求項５】
前記被給電部材は半球状をなしており、球面が前記給電部材と当接することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波溶着機。
【請求項６】
前記給電部材は半球状をなしており、球面が前記被給電部材と当接することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の超音波溶着機。
【請求項７】
前記請求項１から６のいずれかに記載の超音波溶着機と、
前記超音波溶着機に装着するガイド手段と、
前記ガイド手段を案内するガイドレールと、
を備えたことを特徴とする超音波溶着システム。
【請求項８】
前記対象物は一方向に移動するものであり、
前記ガイドレールは、一方が前記対象物の移動方向と平行に延び、他方が前記対象物の移動方向と交差するよう延びた略Ｌ字状の案内経路を形成していることを特徴とする請求項７記載の超音波溶着システム。
【請求項１】
回転自在であり、当該回転の回転軸方向に超音波振動を生じさせる超音波振動手段と、
前記超音波振動手段により生じる超音波振動の影響を受けることなく、当該超音波振動手段と一体に回転するよう設けられたキャップ部材と、
前記超音波振動手段の回転軸上に位置するよう前記キャップ部材に設けられ、当該キャップ部材と一体に回転しつつ前記超音波振動手段への電力を伝達する被給電部材と、
前記回転軸上にて前記被給電部材と当接し、当該当接部分から前記被給電部材へ電力を伝達する給電部材と、
を備えたことを特徴とする超音波溶着機。
【請求項２】
前記超音波振動手段には、対象物上を転動しつつ当該対象物に超音波を伝達する円板型の工具ホーンが設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波溶着機。
【請求項３】
前記キャップ部材には、前記超音波振動手段との間に当該キャップ部材と超音波振動手段との間の相対運動を吸収するクッション部材が介装されて設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の超音波溶着機。
【請求項４】
前記給電部材は前記回転軸方向に移動可能に設けられており、
前記給電部材を前記回転軸方向に沿って前記被給電部材側に押圧する押圧手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波溶着機。
【請求項５】
前記被給電部材は半球状をなしており、球面が前記給電部材と当接することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波溶着機。
【請求項６】
前記給電部材は半球状をなしており、球面が前記被給電部材と当接することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の超音波溶着機。
【請求項７】
前記請求項１から６のいずれかに記載の超音波溶着機と、
前記超音波溶着機に装着するガイド手段と、
前記ガイド手段を案内するガイドレールと、
を備えたことを特徴とする超音波溶着システム。
【請求項８】
前記対象物は一方向に移動するものであり、
前記ガイドレールは、一方が前記対象物の移動方向と平行に延び、他方が前記対象物の移動方向と交差するよう延びた略Ｌ字状の案内経路を形成していることを特徴とする請求項７記載の超音波溶着システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１９４４５４（Ｐ２０１１−１９４４５４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６１７０（Ｐ２０１０−６６１７０）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００１９５６４９）精電舎電子工業株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００１９５６４９）精電舎電子工業株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
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