特開 2023-91469 超音波溶断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023091469

(43)【公開日】2023-06-30

(54)【発明の名称】超音波溶断装置

(51)【国際特許分類】

   B26F 3/00 20060101AFI20230623BHJP

   B26D 7/08 20060101ALI20230623BHJP

   G01V 1/00 20060101ALN20230623BHJP

【ＦＩ】

B26F3/00 E

B26D7/08 A

G01V1/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021206230

(22)【出願日】2021-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000227836

【氏名又は名称】日本アビオニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100069431

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 成則

(74)【代理人】

【識別番号】100102761

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 元也

(72)【発明者】

【氏名】福島 達弘

【テーマコード（参考）】

2G105

3C060

【Ｆターム（参考）】

2G105AA01

2G105BB01

2G105DD02

2G105EE01

2G105GG03

2G105HH04

3C060AA03

3C060CA03

(57)【要約】

【課題】溶断対象物の切断完了をアンビルから発生する固有の音響振動から検知するようにすることで、低加圧条件下においても必要十分なホーンの超音波発振を可能にして不快な音の発生を防止するとともに、ホーンやアンビルの長寿命化を可能にした超音波溶断装置を提供する。
【解決手段】溶断部に対応する突起部２１を有するアンビル２０上にシート状体Ｓを載置し、超音波振動を印加したホーン６０をシート状体Ｓに所定の圧力で当接し、シート状体Ｓを溶断する超音波溶断装置１００であって、ホーン６０がシート状体Ｓに当接するに際してアンビル２０ から発生する固有の音響振動を検知するマイクロフォン８０と、マイクロフォン８０で音響振動を検知してから一定時間経過後にホーン６０の超音波振動を停止制御する超音波端発振機７０と、を具備する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶断部に対応する突起部を有するアンビル上に溶断対象物を載置し、超音波振動を印加した超音波ホーンを前記溶断対象物に所定の圧力で当接し、前記溶断対象物を前記溶断部で溶断する超音波溶断装置であって、
前記超音波ホーンが前記溶断対象物に当接するに際して前記アンビルから発生する固有の音響振動を検知する音響振動センサと、
前記音響振動センサで前記音響振動を検知してから一定時間経過後に前記超音波ホーンの超音波振動を停止制御する超音波制御手段と、
を具備することを特徴とする超音波溶断装置。

【請求項2】

前記超音波ホーンの前記溶断対象物に対する当接面は、前記アンビルに対してその長さ方向で所定の角度で傾斜している
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶断装置。

【請求項3】

前記アンビルの突起部の先端は、前記超音波ホーンの前記溶断対象物に対する当接面に対してその長さ方向で所定の角度で傾斜している
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波溶断装置。

【請求項4】

前記超音波ホーンは、前記溶断対象物にその長さ方向で所定の時間差をもって当接し、前記一定時間は、前記時間差に対応して設定される
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波溶断装置。

【請求項5】

前記音響振動センサは、
前記アンビルの近傍に配設されたマイクロフォンである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波溶断装置。

【請求項6】

前記マイクロフォンは、
前記アンビルから発生する前記音響振動を選択的に検知するようにした周波数特性を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波溶断装置。

【請求項7】

前記マイクロフォンは、
前記アンビルから発生する前記音響振動を選択的に検知するようにした指向性を有する
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の超音波溶断装置。

【請求項8】

前記音響振動センサは、
前記アンビルに取り付けられた振動センサである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波溶断装置。

【請求項9】

前記振動センサは、
前記アンビルから発生する前記音響振動を選択的に検知するようにした周波数特性を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の超音波溶断装置。

【請求項10】

前記溶断対象物は、
不織布を積層したシート状体からなる
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超音波溶断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波溶断装置に関し、詳しくは、不織布等のシート状の溶断対象物の溶断に適した超音波溶断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

不織布等のシート状の切断対象物をアンビルと超音波ホーン（以下、単にホーンという）との間に挟んで切断する装置としては、特許文献１に開示された「超音波切断装置」が知られている。

【0003】

この特許文献１に開示された「超音波切断装置」においては、切断対象物の切断完了を下降制御されるホーンがアンビルに電気的に接触したことで検知していた。しかし、ホーンとアンビルとの電気的接触は、ホーンとアンビルとの部分的な接触で発生するため、切断対象物の完全な切断完了を担保するために、ホーンとアンビルとの電気的接触を検知してからホーンの超音波発振を一定時間継続する必要がある。

【0004】

更に、不織布等のシート状の切断対象物の切断においては、切断対象物の切断面がほつれないようにするために、切断対象物の切断面を溶解する溶断の必要性がある。

【0005】

ところで、不織布等のシート状の切断対象物を溶断するにあたり、溶着強度を所定の強度以上に確保するには、ホーンを低圧加工条件で稼働させる必要があり、またアンビルの形状も先端を鈍らせる必要がある。

【0006】

このような条件の中で、不織布等のシート状の溶断対象物をホーンとアンビルとの間に挟んで超音波溶断する場合を考えると、溶融した不織布がホーンとアンビルとの間で薄い樹脂膜状となりこれがホーンとアンビルとの電気的接触を妨げる場合があるので、溶断完了をホーンとアンビルとの電気的接触で検知したのでは、実際には溶断対象物の溶断が実質的に完了しているのにも拘わらずホーンの超音波発振が必要以上に持続されてしまうことがある。

【0007】

ホーンとアンビルが近接した状態でホーンの超音波発振を続けると、４ＫＨｚから８ＫＨｚ程度の周波数で、８０ｄＢを超える不快な音が発生し、また、ホーンやアンビルの摩耗が余計に進み、ホーンやアンビルの寿命が著しく短くなるいう問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０２１－０００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

そこで、本発明は、溶断対象物の切断完了をアンビルから発生する固有の音響振動から検知するようにすることで、低加圧条件下においても必要十分なホーンの超音波発振制御を可能にして不快な音の発生を防止するとともに、ホーンやアンビルの長寿命化を可能にした超音波溶断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】

【0010】

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、溶断部に対応する突起部を有するアンビル上に溶断対象物を載置し、超音波振動を印加した超音波ホーンを前記溶断対象物に所定の圧力で当接し、前記溶断対象物を前記溶断部で溶断する超音波溶断装置であって、前記超音波ホーンが前記溶断対象物に当接するに際して前記アンビルから発生する固有の音響振動を検知する音響振動センサと、前記音響振動センサで前記音響振動を検知してから一定時間経過後に前記超音波ホーンの超音波振動を停止制御する超音波制御手段と、を具備することを特徴とする。

【0011】

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記超音波ホーンの前記溶断対象物に対する当接面は、前記アンビルに対してその長さ方向で所定の角度で傾斜していることを特徴とする。

【0012】

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記アンビルの突起部の先端は、前記超音波ホーンの前記溶断対象物に対する当接面に対してその長さ方向で所定の角度で傾斜していることを特徴とする。

【0013】

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記超音波ホーンは、前記溶断対象物にその長さ方向で所定の時間差をもって当接し、前記一定時間は、前記時間差に対応して設定されることを特徴とする。

【0014】

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記音響振動センサは、前記アンビルの近傍に配設されたマイクロフォンであることを特徴とする。

【0015】

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記マイクロフォンは、前記アンビルから発生する前記音響振動を選択的に検知するようにした周波数特性を有することを特徴とする。

【0016】

請求項７の発明は、請求項５又は６の発明において、前記マイクロフォンは、前記アンビルから発生する前記音響振動を選択的に検知するようにした指向性を有することを特徴とする。

【0017】

請求項８の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記音響振動センサは、前記アンビルに取り付けられた振動センサであることを特徴とする。

【0018】

請求項９の発明は、請求項８の発明において、 請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記振動センサは、前記アンビルから発生する前記音響振動を選択的に検知するようにした周波数特性を有することを特徴とする。

【0019】

請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発明において、前記溶断対象物は、不織布を積層したシート状体からなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、溶断部に対応する突起部を有するアンビル上に溶断対象物を載置し、超音波振動を印加した超音波ホーンを前記溶断対象物に所定の圧力で当接し、前記溶断対象物を前記溶断部で溶断する超音波溶断装置であって、前記超音波ホーンが前記溶断対象物に当接するに際して前記アンビルから発生する固有の音響振動を検知する音響振動センサと、前記音響振動センサで前記音響振動を検知してから一定時間経過後に前記超音波ホーンの超音波振動を停止制御する超音波制御手段と、を具備して構成したので、低加圧条件下においても必要十分なホーンの超音波発振を可能にして不快な音の発生を防止するとともに、ホーンやアンビルの長寿命化を可能にした超音波溶断装置を提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明に係る超音波溶断装置の一実施例の概略を示す側面図である。

【図2】図２は、図１に示した超音波溶断装置で用いるホーンの側面図及びアンビルの側面図、上面図である。

【図3】図３は、図１に示した超音波溶断装置で用いるホーンの他の側面図及びアンビルの他の側面図、上面図である。

【図4】図４は、図１に示した超音波溶断装置による溶断対象物の溶断動作を説明するフローチャートである。

【図5】図５は、本発明に係る超音波溶断装置の他の実施例の概略を示す側面図である。

【図6】図６は、本発明に係る超音波溶断装置の更に他の実施例の概略を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を実施するための実施例について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

【0023】

図１は、本発明に係る超音波溶断装置の概略を示す側面図である。

【0024】

図１において、本発明に係る超音波溶断装置１００は、台座１０と、台座１０上に固定され、溶断対象物であるシート状体Ｓが載置されるアンビル２０と、支柱部３０と、支柱部３０に上下動可能に取り付けられた超音波プレス機４０と、超音波プレス機４０の内部に設けられた図示しない超音波振動子（以下、単に振動子という）から発生された超音波振動が伝達されるコーン５０と、コーン５０を介して超音波振動が伝達されるホーン６０と、超音波プレス機４０の内部の振動子に超音波振動を発生させる超音波発振機７０と、ホーン６０がアンビル２０上に載置されたシート状体Ｓに当接する際にアンビル２０から発生される音響振動を検知するマイクロフォン８０と、マイクロフォン８０で検知された音響振動からホーン６０がシート状体Ｓに当接したことを検出してその検出出力を超音波発振器に出力し、超音波プレス機４０の内部の振動子から発生される超音波振動を制御するタッチセンサ９０とを具備して構成される。

【0025】

図２（Ａ）は、図１に示した超音波溶断装置１００で用いるホーン６０の側面図、図２（Ｂ）は、図１に示した超音波溶断装置１００で用いるアンビル２０の側面図、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示したアンビル２０の上面図である。

【0026】

ホーン６０は、図２（Ａ）に示すように、シート状体Ｓに当接する当接面６１が、アンビル２０に対して、その長さ方向で所定の角度θで傾斜している。

【0027】

また、アンビル２０は、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、その上面に、シート状体Ｓの溶断部に沿った曲線状の突起部２１が形成されている。

【0028】

超音波プレス機４０の内部の振動子が超音波発振機７０から発生された超音波振動により発振されるとこの振動子により発振された超音波振動はコーン５０を介してホーン６０に伝達される。

【0029】

この状態で、支柱部３０に上下動可能に取り付けられた超音波プレス機４０が下方に移動し、ホーン６０がシート状体Ｓに当接すると、ホーン６０から発生された超音波によりシート状体Ｓの切断面が溶融され、シート状体Ｓの溶断が行われる。

【0030】

ここで、シート状体Ｓに対するホーン６０の当接は図２（Ａ）に示したようにホーン６０のシート状体Ｓに対する当接面６１が、その長さ方向で所定の角度θで傾斜しているので、シート状体Ｓに対してその長さ方向で所定の時間差をもって当接し、これによりシート状体Ｓは所定の時間差をもって溶断される。

【0031】

この溶断に際して、ホーン６０が低加圧条件下でシート状体Ｓに当接すると、ホーン６０の超音波振動がシート状体Ｓを介してアンビル２０に伝達し、これによりアンビル２０から固有の音響振動を発生する。

【0032】

この実施例の超音波溶断装置１００では、このシート状体Ｓの溶断に際してアンビル２０からから発生される固有の音響振動をマイクロフォン８０で検知し、この音響振動の検知出力を利用して超音波発振機７０からの超音波の発生を制御する。具体的には、ホーン６０がシート状体Ｓに当接すると、アンビル２０からから固有の音響振動を発生し、この固有の音響振動は急激に立ち上がる。この急激に立ち上がる音響振動をマイクロフォン８０で検知し、マイクロフォン８０の検知音圧レベルが所定の閾値を超えると、シート状体Ｓの溶断が開始されたとしてこれをタッチセンサ９０で検出し、この検出出力を超音波発振機７０に出力する。

【0033】

超音波発振機７０は、このタッチセンサ９０からの検出出力を入力すると、シート状体Ｓの溶断が完了するまでの上記所定の時間差に対応する時間超音波発振を継続した後、超音波発振を停止する。

【0034】

これにより必要以上にホーン６０の超音波振動を持続することがなくなり、アンビル２０からから発生する固有の音響振動に基づく４ＫＨｚから８ＫＨｚ程度の周波数で、８０ｄＢを超える不快な音の発生が抑えられ、またホーン６０やアンビル２０の摩耗も少なくなり、ホーンやアンビルの長寿命化が図れ、かつ、不織布等の溶断対象物であるシート状体Ｓを確実に溶断することができる。

【0035】

なお、不織布等の溶断対象物であるシート状体Ｓを所定の時間差をもって溶断するために、図２に示した構成においては、図２（Ａ）に示したように、ホーン６０のシート状体Ｓに当接する当接面６１を、アンビル２０に対して、その長さ方向で所定の角度θで傾斜しているように構成したが、図３（Ｂ）に示すように、アンビル２０の突起部２１の突起部２１の先端をホーン６０のシート状体Ｓに当接する当接面６１に対してその長さ方向で所定の角度θで傾斜しているように構成してもよい。

【0036】

すなわち、図３（Ａ）は、図１に示した超音波溶断装置１００で用いるホーン６０の側面図、図３（Ｂ）は、図１に示した超音波溶断装置１００で用いるアンビル２０の側面図、図３（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示したアンビル２０の上面図である。

【0037】

ここで、図３（Ａ）に示すホーン６０シート状体Ｓに当接する当接面６１には傾斜は形成されていないが、アンビル２０は、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、その上面に、シート状体Ｓの溶断部に沿った曲線状の突起部２１が形成されており、アンビル２０の突起部２１の突起部２１の先端はホーン６０のシート状体Ｓに当接する当接面６１に対してその長さ方向で所定の角度θで傾斜している。

【0038】

このような構成においても、ホーン６０は、シート状体Ｓに対してその長さ方向で所定の時間差をもって当接し、これによりシート状体Ｓは所定の時間差をもって溶断される。

【0039】

この構成においても、シート状体Ｓの溶断に際してアンビル２０からから発生される固有の音響振動はマイクロフォン８０で検知され、この音響振動の検知出力を利用して超音波発振機７０からの超音波の発生が制御される。すなわち、ホーン６０がシート状体Ｓに当接すると、アンビル２０から固有の音響振動を発生し、この固有の音響振動は急激に立ち上がるので、この急激に立ち上がる音響振動をマイクロフォン８０で検知し、マイクロフォン８０の検知音圧レベルが所定の閾値を超えると、これをタッチセンサ９０で検出し、この検出出力に基づき超音波発振機７０は、シート状体Ｓの溶断が完了するまでの上記所定の時間差に対応する時間超音波発振を継続し、その後超音波発振を停止する。

【0040】

これにより、アンビル２０からから発生する固有の音響振動に基づく不快な音の発生が抑えられ、またホーン６０やアンビル２０の摩耗も少なくなり、ホーンやアンビルの長寿命化が図れ、かつ、不織布等の溶断対象物であるシート状体Ｓを確実に溶断することができる。

【0041】

図４は、図１に示した超音波溶断装置１００による溶断対象物の溶断動作を説明するフローチャートである。

【0042】

この溶断対象物の溶断動作が開始されると、まず、ホーン４０を下降制御する（ステップ４０１）。そして、超音波発振機７０からホーン６０に印加する超音波発振を開始する（ステップ４０２）。

【0043】

次に、タッチセンサ９０は、マイクロフォン８０の検知出力を監視し、マイクロフォン８０で検知されるアンビル２０から発生される音響振動の音圧レベルが所定の閾値を超えたかを調べる（ステップ４０３）。

【0044】

ここで、アンビル２０から発生される音響振動の音圧レベルが所定の閾値を超えていない場合は（ステップ４０３でＮＯ）、ステップ４０３に戻り、マイクロフォン８０の検知出力の監視を続ける。

【0045】

ステップ４０３で、アンビル２０から発生される音響振動の音圧レベルが所定の閾値を超えたと判断されると、ホーン６０がシート状体Ｓに当接する時間差に対応する所定の一定時間を計時するタイマをスタートさせる（ステップ４０４）。

【0046】

次に、タイマによる計時時間が一定時間を経過したかを調べ（ステップ４０５）、一定時間を経過していない場合は（ステップ４０５でＮＯ ）、ステップ４０５に戻り、ホーン６０の超音波発振を続けるが、一定時間を経過したと判断された場合は（ステップ４０５でＹＥＳ）、発振機７０を制御してホーン６０の超音波発振を停止させる（ステップ４０６）。

【0047】

そして、ホーン６０を上昇させ（ステップ４０７）、次に、溶断対象物の溶断が終了か、すなわちこの加工終了かを調べ（ステップ４０８）、加工終了でない場合は（ステップ４０８でＮＯ）、ステップ４０１に戻り、上記溶断対象物の溶断動作を続けるが、加工終了である場合は（ステップ４０８でＹＥＳ）、この溶断対象物の溶断動作を終了する。

【0048】

ここで、ホーン６０がシート状体Ｓに当接してアンビル２０から固有の音響振動が発生する時間は、ステップ４０４のタイマで設定された一定の時間だけであり、この一定の時間は、例えば、０．５秒以下の非常に短い時間であり、アンビル２０から発生される固有の音響振動が作業者等に不快感を与えることはなく、また、ホーン６０やアンビル２０の摩耗も最小限に抑えられ、ホーン６０やアンビル２０の長寿命化が図れる。

【0049】

なお、本願発明の超音波溶断装置１００においては、ホーン６０がシート状体Ｓに当接してアンビル２０から発生される固有の音響振動をマイクロフォン８０で検知して、この検知出力に基づき超音波発振機７０を制御しているので、周囲の騒音からの影響を考慮しなければならない。

【0050】

そのために、本願発明の超音波溶断装置１００で用いるマイクロフォン８０としては、周囲の騒音からの影響を受けないために、ホーン６０がシート状体Ｓに当接する際にアンビル２０から発生する音響振動を選択的に検知するようにした周波数特性および／又は指向性を有するものを用いるのがよい。

【0051】

図５は、本発明に係る超音波溶断装置の他の実施例の概略を示す側面図である。

【0052】

図５に示す超音波溶断装置１００においては、ホーン６０がシート状体Ｓに当接する際にアンビル２０から発生する音響振動を検知するマイクロフォン８０とアンビル２０との間に集音管８１を配設して、マイクロフォン８０が周囲の騒音の影響を受けないようにしている。その他の構成は図１に示した超音波溶断装置１００と同様である。

【0053】

図６は、本発明に係る超音波溶断装置の更に他の実施例の概略を示す側面図である。

【0054】

図６に示す超音波溶断装置２００においては、図１及び図５に示した超音波溶断装置１００のマイクロフォン８０の代わりに振動センサ８２を用い、この振動センサ８２をアンビル８２に取り付け、この振動センサ８２によりホーン６０がシート状体Ｓに当接する際にアンビル２０から発生する音響振動を検知するように構成している。その他の構成は図１に示した超音波溶断装置１００と同様である。

【0055】

以上が本発明の一実施例の説明であるが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。

【0056】

なお、上記実施例では、溶断対象物として不織布等のシート状体Ｓを用いたが、不織布等以外の溶断対象物を用いても同様に構成できる。また、図５では、マイクロフォン８０の指向性を高める手法として集音管８１設ける構成を示したが、その他の周知の指向性を高める手法を採用してもよい。

【符号の説明】

【0057】

１０…台座
２０…アンビル
２１…突起部
３０…支柱部
４０…超音波プレス機
５０…コーン
６０…ホーン
７０…超音波発振機
８０…マイクロフォン
８１…集音管
８２…振動センサ
９０…タッチセンサ
１００…超音波溶断装置
２００…超音波溶断装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】