(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-05
(45)【発行日】2024-09-13
(54)【発明の名称】振動溶着システム及び振動溶着方法
(51)【国際特許分類】
B29C 65/08 20060101AFI20240906BHJP
B23K 20/10 20060101ALI20240906BHJP
【ＦＩ】
B29C65/08
B23K20/10
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020217406
(22)【出願日】2020-12-25
(65)【公開番号】P2022102586
(43)【公開日】2022-07-07
【審査請求日】2023-11-17
(73)【特許権者】
【識別番号】392035352
【氏名又は名称】株式会社豊電子工業
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121142
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 恭一
(72)【発明者】
【氏名】松尾 大介
【審査官】家城 雅美
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１８１０７３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】登録実用新案第３１４０５０３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】国際公開第２０１８／０４３４１１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－２２３６０４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ６５／００－６５／８２
Ｂ２３Ｋ ２０／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
２つの被接合物を溶着接合するための振動溶着システムであって、前記２つの被接合物の溶着接合部を振動加熱するホーンユニットを備えるホーン側ロボットと、
前記溶着接合部を保持するアンビルを備えるアンビル側ロボットと、を備え、
前記ホーンユニットは、棒状のホーンを備え、
前記アンビルは、前記溶着接合部を保持する保持面を備え、
前記２つの被接合物を合わせた状態で、前記アンビル側ロボットが、前記溶着接合部を前記２つの被接合物の一方側から前記保持面で保持すると共に、前記ホーン側ロボットが、前記溶着接合部に前記２つの被接合物の他方側から前記ホーンを当接させて、前記ホーンユニットにより前記ホーンを振動させて前記溶着接合部を振動加熱する加熱処理を行い、
前記ホーン側ロボットと前記アンビル側ロボットとは、前記加熱処理時において、前記ホーン及び前記アンビルを前記２つの被接合物に対して進退可能な１軸スライダを備え、前記ホーンと前記アンビルとを、前記２つの被接合物上を移動させながら前記加熱処理を行うことを特徴とする振動溶着システム。
【請求項2】
２つの被接合物を溶着接合するための振動溶着システムであって、
前記２つの被接合物の溶着接合部を振動加熱するホーンユニットを備えるホーン側ロボットと、
前記溶着接合部を保持するアンビルを備えるアンビル側ロボットと、を備え、
前記ホーンユニットは、棒状のホーンを備え、
前記アンビルは、前記溶着接合部を保持する保持面を備え、さらに、前記保持面の形状を変更可能であり、
前記２つの被接合物を合わせた状態で、前記アンビル側ロボットが、前記溶着接合部を前記２つの被接合物の一方側から前記保持面で保持すると共に、前記ホーン側ロボットが、前記溶着接合部に前記２つの被接合物の他方側から前記ホーンを当接させて、前記ホーンユニットにより前記ホーンを振動させて前記溶着接合部を振動加熱する加熱処理を行い、
前記ホーン側ロボットと前記アンビル側ロボットとが、前記ホーンと前記アンビルとを、前記２つの被接合物上を移動させながら前記加熱処理を行うことを特徴とする振動溶着システム。
【請求項3】
前記ホーンは、先端が半球を含む球形状となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動溶着システム。
【請求項4】
前記ホーン側ロボット及び前記アンビル側ロボットは、前記ホーン及び前記アンビルの前記２つの被接合物への圧力を測定する力センサを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の振動溶着システム。
【請求項5】
２つの被接合物の溶着接合部を振動加熱するホーンユニットを備えるホーン側ロボットと、前記溶着接合部を保持するアンビルを備えるアンビル側ロボットと、を備える振動溶着システムを用いて、前記２つの被接合物を溶着接合する振動溶着方法であって、前記ホーンユニットは、棒状のホーンを備え、
前記アンビルは、前記溶着接合部を保持する保持面を備え、
前記２つの被接合物を合わせた状態で、前記アンビル側ロボットが、前記溶着接合部を前記２つの被接合物の一方側から前記保持面で保持すると共に、前記ホーン側ロボットが、前記溶着接合部に前記２つの被接合物の他方側から前記ホーンを当接させて、前記ホーンユニットにより振動加熱する加熱処理を行い、
前記ホーン側ロボットと前記アンビル側ロボットとが、前記ホーンと前記アンビルとを、前記２つの被接合物上を移動させながら前記加熱処理を行う振動溶着工程を実施し、
前記アンビル側ロボットは、前記ホーン側ロボットによる振動加熱に伴う前記２つの被接合物の溶着接合が完了するまでの間、前記２つの被接合物を一方側から保持し、前記２つの被接合物の溶着接合が完了してから前記アンビルを移動させることを特徴とする振動溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動溶着システム及び振動溶着方法に関する。
【背景技術】
【0002】
被接合物同士を接合させるための方法の１つとして、振動溶着が知られている。一般に、振動溶着を行う場合、振動加熱による結合形成時と冷却による接合部位の硬化・安定化の間、型（以下、アンビルという）を用いて被接合物同士を固定して行われる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６４８８５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献１に開示されているようなアンビル（特許文献１ではホルダー）は、被接合物の形状に合わせて、各被接合物専用のものを用意する必要があることから、多種多様の被接合物等に対応しようとすると、膨大な数のアンビルを用意する必要があり、製造コストの増大が課題となっていた。
【0005】
そこで、本発明の目的は、製造コストの削減ができ、様々な形状の被接合物を溶着接合可能な溶着接合システム及び溶着接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、２つの被接合物を溶着接合するための振動溶着システムであって、２つの被接合物の溶着接合部を振動加熱するホーンユニットを備えるホーン側ロボットと、溶着接合部を保持するアンビルを備えるアンビル側ロボットと、を備え、ホーンユニットは、棒状のホーンを備え、アンビルは、溶着接合部を保持する保持面を備え、２つの被接合物を合わせた状態で、アンビル側ロボットが、溶着接合部を２つの被接合物の一方側から保持面で保持すると共に、ホーン側ロボットが、溶着接合部に２つの被接合物の他方側からホーンを当接させて、ホーンユニットによりホーンを振動させて溶着接合部を振動加熱する加熱処理を行い、ホーン側ロボットとアンビル側ロボットとは、加熱処理時において、ホーン及びアンビルを２つの被接合物に対して進退可能な１軸スライダを備え、ホーンとアンビルとを、２つの被接合物上を移動させながら加熱処理を行うことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、２つの被接合物を溶着接合するための振動溶着システムであって、２つの被接合物の溶着接合部を振動加熱するホーンユニットを備えるホーン側ロボットと、溶着接合部を保持するアンビルを備えるアンビル側ロボットと、を備え、ホーンユニットは、棒状のホーンを備え、アンビルは、溶着接合部を保持する保持面を備え、さらに、保持面の形状を変更可能であり、２つの被接合物を合わせた状態で、アンビル側ロボットが、溶着接合部を２つの被接合物の一方側から保持面で保持すると共に、ホーン側ロボットが、溶着接合部に２つの被接合物の他方側からホーンを当接させて、ホーンユニットによりホーンを振動させて溶着接合部を振動加熱する加熱処理を行い、ホーン側ロボットとアンビル側ロボットとが、ホーンとアンビルとを、２つの被接合物上を移動させながら加熱処理を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、ホーンは、先端部が半球を含む球形状となっていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、ホーン側ロボット及びアンビル側ロボットは、ホーン及びアンビルの２つの被接合物への圧力を測定する力センサを備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、２つの被接合物の溶着接合部を振動加熱するホーンユニットを備えるホーン側ロボットと、溶着接合部を保持するアンビルを備えるアンビル側ロボットと、を備える振動溶着システムを用いて、２つの被接合物を溶着接合する振動溶着方法であって、ホーンユニットは、棒状のホーンを備え、アンビルは、溶着接合部を保持する保持面を備え、２つの被接合物を合わせた状態で、アンビル側ロボットが、溶着接合部を２つの被接合物の一方側から保持面で保持すると共に、ホーン側ロボットが、溶着接合部に２つの被接合物の他方側からホーンを当接させて、ホーンユニットにより振動加熱する加熱処理を行い、ホーン側ロボットとアンビル側ロボットとが、ホーンとアンビルとを、２つの被接合物上を移動させながら加熱処理を行う振動溶着工程を実施し、アンビル側ロボットは、ホーン側ロボットによる振動加熱に伴う２つの被接合物の溶着接合が完了するまでの間、２つの被接合物を一方側から保持し、２つの被接合物の溶着接合が完了してからアンビルを移動させることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、２つの被接合物を溶着接合するための振動溶着システムであって、２つの被接合物の溶着接合部を振動加熱するホーンユニットを備えるホーン側ロボットと、溶着接合部を保持するアンビルを備えるアンビル側ロボットと、を備え、ホーンユニットは、棒状のホーンを備え、アンビルは、溶着接合部を保持する保持面を備え、さらに、保持面の形状を変更可能であり、２つの被接合物を合わせた状態で、アンビル側ロボットが、溶着接合部を２つの被接合物の一方側から保持面で保持すると共に、ホーン側ロボットが、溶着接合部に２つの被接合物の他方側からホーンを当接させて、ホーンユニットによりホーンを振動させて溶着接合部を振動加熱する加熱処理を行い、ホーン側ロボットとアンビル側ロボットとが、ホーンとアンビルとを、２つの被接合物上を移動させながら加熱処理を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、ホーンは、先端部が半球を含む球形状となっていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、ホーン側ロボット及びアンビル側ロボットは、ホーン及びアンビルの２つの被接合物への圧力を測定する力センサを備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、２つの被接合物の溶着接合部を振動加熱するホーンユニットを備えるホーン側ロボットと、溶着接合部を保持するアンビルを備えるアンビル側ロボットと、を備える振動溶着システムを用いて、２つの被接合物を溶着接合する振動溶着方法であって、ホーンユニットは、棒状のホーンを備え、アンビルは、溶着接合部を保持する保持面を備え、２つの被接合物を合わせた状態で、アンビル側ロボットが、溶着接合部を２つの被接合物の一方側から保持面で保持すると共に、ホーン側ロボットが、溶着接合部に２つの被接合物の他方側からホーンを当接させて、ホーンユニットにより振動加熱する加熱処理を行い、ホーン側ロボットとアンビル側ロボットとが、ホーンとアンビルとを、２つの被接合物上を移動させながら加熱処理を行う振動溶着工程を実施し、アンビル側ロボットは、ホーン側ロボットによる振動加熱に伴う２つの被接合物の溶着接合が完了するまでの間、２つの被接合物を一方側から保持し、２つの被接合物の溶着接合が完了してからアンビルを移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、ホーン側ロボット及びアンビル側ロボットの一対のロボットによってホーン及びアンビルを移動させながら連続的に振動溶着を実施することで、従来必要であったワーク毎に異なる専用のアンビルが不要となり、製造コストの削減が可能となる。
特に、請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加え、ホーンの先端部を被接合物の溶着接合面に対して斜め方向からも接触させることが可能となるため、２つの被接合物の溶着接合部が複雑な自由曲面である場合、狭小な場合等でも、効率的に溶着接合が可能となる。
特に、請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加え、被接合物に対するホーン及びアンビルの圧が、所定の圧力を保持するように調整できる。また、ホーン側ロボット、アンビル側ロボット、ホーンユニット、ホーン及びアンビルに過剰な力が加わって破損することを防止できる。
特に、請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加え、加熱処理後の被接合物が硬化・安定化するために必要な時間によって保持面の面積を変化させることで、ホーン及びアンビルの移動速度、及び生産性に対し、柔軟な対応が可能となる。
特に、請求項５に記載の発明によれば、上記効果に加え、連続的に振動溶着を実施しても、確実に２つの被接合物を溶着接合させることができる。
特に、請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加え、ホーンの先端部を被接合物の溶着接合面に対して斜め方向からも接触させることが可能となるため、２つの被接合物の溶着接合部が複雑な自由曲面である場合、狭小な場合等でも、効率的に溶着接合が可能となる。
特に、請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加え、被接合物に対するホーン及びアンビルの圧が、所定の圧力を保持するように調整できる。また、ホーン側ロボット、アンビル側ロボット、ホーンユニット、ホーン及びアンビルに過剰な力が加わって破損することを防止できる。
特に、請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加え、加熱処理後の被接合物が硬化・安定化するために必要な時間によって保持面の面積を変化させることで、ホーン及びアンビルの移動速度、及び生産性に対し、柔軟な対応が可能となる。
特に、請求項５に記載の発明によれば、上記効果に加え、連続的に振動溶着を実施しても、確実に２つの被接合物を溶着接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の振動溶着システムを示す説明図である。
【図2】ホーン側ロボットの先端部周辺を示す斜視図である。
【図3】ホーンの形状を概説する説明図であって、（ａ）は従来のホーンを示す説明図、（ｂ）は本発明のホーンを示す説明図である。
【図4】本発明のアンビルを示す説明図であって、（ａ）は保持面を広げた状態を示す側面図、（ｂ）は保持面を閉じた状態を示す側面図である。
【図5】本発明の振動溶着システムの作業中の状態を示す説明図であって、（ａ）はアンビルの保持面を閉じた状態を示す説明図、（ｂ）はアンビルの保持面を広げた状態を示す側面図である。
【図6】変形例１のアンビルを示す説明図であって、（ａ）は保持面を広げた状態を示す側面図、（ｂ）は保持面を閉じた状態を示す側面図である。
【図7】変形例２のアンビルを示す説明図であって、（ａ）は保持面を広げた状態を示す側面図、（ｂ）は保持面を閉じた状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の振動溶着システムを示す説明図である。
振動溶着システム１は、図１に示すように、多関節型ロボットであるホーン側ロボット２と、アンビル側ロボット３とを備え、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２をホーン側ロボット２とアンビル側ロボット３とで挟持して、所定の溶着接合部Ｗｐの範囲内を移動しながら、２つの被接合物Ｗ１とＷ２とを溶着接合するために使用される。
図１は、本発明の振動溶着システムを示す説明図である。
振動溶着システム１は、図１に示すように、多関節型ロボットであるホーン側ロボット２と、アンビル側ロボット３とを備え、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２をホーン側ロボット２とアンビル側ロボット３とで挟持して、所定の溶着接合部Ｗｐの範囲内を移動しながら、２つの被接合物Ｗ１とＷ２とを溶着接合するために使用される。
【0010】
図２は、ホーン側ロボットの先端部周辺を示す斜視図である。図３は、ホーンの形状を概説する説明図であって、図３（ａ）は従来のホーンを示す説明図、図３（ｂ）は本発明のホーンを示す説明図である。
ホーン側ロボット２は、図２に示すように、先端にホーンユニット４０を備え、ホーンユニット４０とアーム５との間に力センサ６を備える。
ホーンユニット４０は、ホーンユニット４０の先端に向けて突出するホーン４１と、ホーン４１に超音波振動運動を含む任意の振動運動を生じさせる振動溶着機４２と、ホーン４１及び振動溶着機４２をホーン４１の突出方向に移動可能とする１軸スライダ４３とを備える。
従来、振動溶着に用いられるホーンは、図３（ａ）に示すように、先端が平坦に形成されたものが使用され、被接合物の溶着接合面に対し、鉛直方向からホーンを接触させる必要があった。一方、本発明のホーン４１は、図３（ｂ）に示すように、先端部４１ａが半球を含む球形状に形成される。これにより、ホーン４１は、先端部４１ａを被接合物の溶着接合部Ｗｐに対して斜め方向からも接触させることが可能となるため、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合部Ｗｐが複雑な自由曲面である場合、狭小な場合等でも、溶着接合が可能となる。
ホーン側ロボット２は、図２に示すように、先端にホーンユニット４０を備え、ホーンユニット４０とアーム５との間に力センサ６を備える。
ホーンユニット４０は、ホーンユニット４０の先端に向けて突出するホーン４１と、ホーン４１に超音波振動運動を含む任意の振動運動を生じさせる振動溶着機４２と、ホーン４１及び振動溶着機４２をホーン４１の突出方向に移動可能とする１軸スライダ４３とを備える。
従来、振動溶着に用いられるホーンは、図３（ａ）に示すように、先端が平坦に形成されたものが使用され、被接合物の溶着接合面に対し、鉛直方向からホーンを接触させる必要があった。一方、本発明のホーン４１は、図３（ｂ）に示すように、先端部４１ａが半球を含む球形状に形成される。これにより、ホーン４１は、先端部４１ａを被接合物の溶着接合部Ｗｐに対して斜め方向からも接触させることが可能となるため、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合部Ｗｐが複雑な自由曲面である場合、狭小な場合等でも、溶着接合が可能となる。
【0011】
図４は、本発明のアンビルを示す説明図であって、図４（ａ）は保持面を広げた状態を示す側面図、図４（ｂ）は保持面を閉じた状態を示す側面図である。
アンビル側ロボット３は、図１に示すように、先端にアンビル７を備え、アンビル７の取付部にアンビル７の突出方向へ移動可能な１軸スライダ８と、力センサ９とを備える。
アンビル７は、図４（ａ）に示すように、保持面１０として、中央保持面１０ａと、中央保持面１０ａの周囲に４つの扇形保持面１０ｂとを備える。また、アンビル７は、軸１１を備え、軸１１には移動部１２が軸１１の軸方向に移動可能に設けられる。また、移動部１２と各扇形保持面１０ｂとは、アングル１３により連結されており、図４（ｂ）に示すように、扇形保持面１０ｂは、アングル１３を介して移動部１２の移動と連動し、回動可能となっている。このような扇形保持面１０ｂの回動により、アンビル７は、被接合物Ｗ１又はＷ２を保持するための保持面１０の形状を変更することができる。
また、アンビル７は、軸１１を介してアンビル側ロボット３に取り付けられるが、取り付けには、既存のＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ，自動工具交換）装置等の取付機構を利用可能であり、自動又は手動で、容易に交換が可能である。
アンビル側ロボット３は、図１に示すように、先端にアンビル７を備え、アンビル７の取付部にアンビル７の突出方向へ移動可能な１軸スライダ８と、力センサ９とを備える。
アンビル７は、図４（ａ）に示すように、保持面１０として、中央保持面１０ａと、中央保持面１０ａの周囲に４つの扇形保持面１０ｂとを備える。また、アンビル７は、軸１１を備え、軸１１には移動部１２が軸１１の軸方向に移動可能に設けられる。また、移動部１２と各扇形保持面１０ｂとは、アングル１３により連結されており、図４（ｂ）に示すように、扇形保持面１０ｂは、アングル１３を介して移動部１２の移動と連動し、回動可能となっている。このような扇形保持面１０ｂの回動により、アンビル７は、被接合物Ｗ１又はＷ２を保持するための保持面１０の形状を変更することができる。
また、アンビル７は、軸１１を介してアンビル側ロボット３に取り付けられるが、取り付けには、既存のＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ，自動工具交換）装置等の取付機構を利用可能であり、自動又は手動で、容易に交換が可能である。
【0012】
図５は本発明の振動溶着システムの作業中の状態を示す説明図であって、図５（ａ）はアンビルの保持面を閉じた状態を示す説明図、図５（ｂ）はアンビルの保持面を広げた状態を示す側面図である。
続いて、本発明の振動溶着システム１を用いた被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合について説明する。
まず、任意の固定手段によって、被接合物Ｗ１及びＷ２を、被接合物Ｗ１及びＷ２それぞれの所望の溶着接合部Ｗｐを重ね合わせた状態で固定する。
続いて、本発明の振動溶着システム１を用いた被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合について説明する。
まず、任意の固定手段によって、被接合物Ｗ１及びＷ２を、被接合物Ｗ１及びＷ２それぞれの所望の溶着接合部Ｗｐを重ね合わせた状態で固定する。
【0013】
次に、アンビル側ロボット３が、図５（ａ）に示すように、被接合物Ｗ１の溶着接合部Ｗｐに、被接合物Ｗ２と接していない側から閉じた状態のアンビル７の扇形保持面１０ｂを接触させて被接合物Ｗ１及びＷ２を保持する。被接合物Ｗ１及びＷ２の保持には、溶着接合部Ｗｐの形状、位置等によって中央保持面１０ａを用いても良い。このとき、被接合物Ｗ１へのアンビル７の接触圧は、アンビル側ロボット３に設けられた力センサ９によって計測され、１軸スライダ８及びアンビル側ロボット３の少なくとも何れかによってアンビル７を被接合物Ｗ１に対して進退させることで、所定の圧力を維持するように調整される。また、図５（ｂ）に示すように、アンビル７の保持面１０の形状を変化させることで、被接合物Ｗ１及びＷ２の形状、アンビル側ロボット３の姿勢等に合わせて、被接合物Ｗ１及びＷ２の保持を柔軟に行うことができる。
そして、被接合物Ｗ２の溶着接合部Ｗｐであってアンビル７に保持された部位に、被接合物Ｗ２の被接合物Ｗ１と接していない側から、ホーン側ロボット２が、ホーン４１の先端部４１ａを当接させる。このとき、被接合物Ｗ２へのホーン４１の当接圧は、ホーン側ロボット２に設けられた力センサ６によって計測され、１軸スライダ４３及びホーン側ロボット２の少なくとも何れかによってホーン４１を被接合物Ｗ２に対して進退させることで、所定の圧力を維持するように調整される。
また、アンビル側ロボット３の力センサ９及びホーン側ロボット２の力センサ６によって、アンビル７の被接合物Ｗ１への接触圧及びホーン４１の被接合物Ｗ２への当接圧を計測し、各１軸スライダ８，４３によって各圧力を調整することで、アンビル側ロボット３、ホーン側ロボット２、振動溶着機４２、ホーン４１及びアンビル７に過剰な力が加わって破損することを防止できる。
そして、ホーン側ロボット２は、ホーンユニット４０の振動溶着機４２によりホーン４１に超音波振動を生じさせ、これにより、溶着接合部Ｗｐ内の被接合物Ｗ１及びＷ２のホーン４１が当接している部位近傍を振動加熱する加熱処理を行う。
そして、被接合物Ｗ２の溶着接合部Ｗｐであってアンビル７に保持された部位に、被接合物Ｗ２の被接合物Ｗ１と接していない側から、ホーン側ロボット２が、ホーン４１の先端部４１ａを当接させる。このとき、被接合物Ｗ２へのホーン４１の当接圧は、ホーン側ロボット２に設けられた力センサ６によって計測され、１軸スライダ４３及びホーン側ロボット２の少なくとも何れかによってホーン４１を被接合物Ｗ２に対して進退させることで、所定の圧力を維持するように調整される。
また、アンビル側ロボット３の力センサ９及びホーン側ロボット２の力センサ６によって、アンビル７の被接合物Ｗ１への接触圧及びホーン４１の被接合物Ｗ２への当接圧を計測し、各１軸スライダ８，４３によって各圧力を調整することで、アンビル側ロボット３、ホーン側ロボット２、振動溶着機４２、ホーン４１及びアンビル７に過剰な力が加わって破損することを防止できる。
そして、ホーン側ロボット２は、ホーンユニット４０の振動溶着機４２によりホーン４１に超音波振動を生じさせ、これにより、溶着接合部Ｗｐ内の被接合物Ｗ１及びＷ２のホーン４１が当接している部位近傍を振動加熱する加熱処理を行う。
【0014】
振動溶着システム１による被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合は、溶着接合部Ｗｐの範囲内をホーン４１とアンビル７とを所定の軌道で移動させながら連続的に上記の加熱処理を行うことで実施される。
以下、加熱処理を、ホーン４１とアンビル７とを図５（ａ）に矢印で示す方向へ移動させて行う場合について詳説する。
以下、加熱処理を、ホーン４１とアンビル７とを図５（ａ）に矢印で示す方向へ移動させて行う場合について詳説する。
【0015】
ホーン側ロボット２は、被接合物Ｗ２にホーン４１を一定圧力で当接させたまま、図５に矢印で示す方向へホーン４１を移動させる。
一方、アンビル側ロボット３は、被接合物Ｗ１にアンビル７を一定圧力で接触させ、被接合物Ｗ１及びＷ２を保持したまま、図５に矢印で示す方向へアンビル７を移動させる。溶着接合は、振動加熱による被接合物同士の接触表面の軟化に伴って被接合物間での融合結合が生じ、一定の冷却期間を経て、融合結合した被接合物同士が硬化・安定化することで実現する。そのため、アンビル７は、被接合物Ｗ１及びＷ２への加熱処理が行われてホーン４１が移動した後も、被接合物Ｗ１及びＷ２が硬化・安定化するまで、それらの保持を継続する必要がある。従って、アンビル７は、ホーン４１の移動に追従すると共に、ホーン４１による振動加熱に伴う被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合が完了するまでの間、ホーン４１の移動に合わせて揺動しながら被接合物Ｗ１及びＷ２の保持を継続し、被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合が完了後、ホーン４１に追従してアンビル７が移動する。この時、被接合物Ｗ１及びＷ２の材質、形状等によって、ホーン４１及びアンビル７の移動速度の調整が必要となる。また、アンビル７は、図５（ｂ）に示すように、保持面１０の形状が可変であるため、ホーン４１及びアンビル７の移動速度、及び生産性を鑑み、加熱処理後の被接合物Ｗ１及びＷ２が硬化・安定化するために必要な時間によって保持面１０の形状を変化させることで、柔軟な対応が可能となる。
このように、被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合部Ｗｐの範囲内をホーン４１とアンビル７とを所定の軌道で移動させながら連続的に加熱処理を行う振動溶着工程によって、振動溶着システム１による被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合は実施される。
一方、アンビル側ロボット３は、被接合物Ｗ１にアンビル７を一定圧力で接触させ、被接合物Ｗ１及びＷ２を保持したまま、図５に矢印で示す方向へアンビル７を移動させる。溶着接合は、振動加熱による被接合物同士の接触表面の軟化に伴って被接合物間での融合結合が生じ、一定の冷却期間を経て、融合結合した被接合物同士が硬化・安定化することで実現する。そのため、アンビル７は、被接合物Ｗ１及びＷ２への加熱処理が行われてホーン４１が移動した後も、被接合物Ｗ１及びＷ２が硬化・安定化するまで、それらの保持を継続する必要がある。従って、アンビル７は、ホーン４１の移動に追従すると共に、ホーン４１による振動加熱に伴う被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合が完了するまでの間、ホーン４１の移動に合わせて揺動しながら被接合物Ｗ１及びＷ２の保持を継続し、被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合が完了後、ホーン４１に追従してアンビル７が移動する。この時、被接合物Ｗ１及びＷ２の材質、形状等によって、ホーン４１及びアンビル７の移動速度の調整が必要となる。また、アンビル７は、図５（ｂ）に示すように、保持面１０の形状が可変であるため、ホーン４１及びアンビル７の移動速度、及び生産性を鑑み、加熱処理後の被接合物Ｗ１及びＷ２が硬化・安定化するために必要な時間によって保持面１０の形状を変化させることで、柔軟な対応が可能となる。
このように、被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合部Ｗｐの範囲内をホーン４１とアンビル７とを所定の軌道で移動させながら連続的に加熱処理を行う振動溶着工程によって、振動溶着システム１による被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合は実施される。
【0016】
上記形態の振動溶着システム１は、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２を溶着接合するものであって、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合部Ｗｐを振動加熱するホーンユニット４０を備えるホーン側ロボット２と、溶着接合部Ｗｐを保持するアンビル７を備えるアンビル側ロボット３と、を備え、ホーンユニット４０は、棒状のホーン４１を備え、アンビル７は、溶着接合部Ｗｐを保持する保持面１０を備え、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２を合わせた状態で、アンビル側ロボット３が、溶着接合部Ｗｐを２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の被接合物Ｗ１側から保持面１０で保持すると共に、ホーン側ロボット２が、溶着接合部Ｗｐに２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の被接合物Ｗ２側からホーン４１を当接させて、ホーンユニット４０によりホーン４１を振動させて溶着接合部Ｗｐを振動加熱する加熱処理を行い、ホーン側ロボット２とアンビル側ロボット３とが、ホーン４１とアンビル７とを、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２上を移動させながら加熱処理を行う。
このようにして構成される振動溶着システム１によれば、ホーン側ロボット２及びアンビル側ロボット３の一対のロボットによってホーン４１及びアンビル７を移動させながら連続的に振動溶着を実施することで、従来必要であったワーク毎に異なる専用のアンビルが不要となり、製造コストの削減が可能となる。
このようにして構成される振動溶着システム１によれば、ホーン側ロボット２及びアンビル側ロボット３の一対のロボットによってホーン４１及びアンビル７を移動させながら連続的に振動溶着を実施することで、従来必要であったワーク毎に異なる専用のアンビルが不要となり、製造コストの削減が可能となる。
【0017】
また、ホーン４１は、先端部４１ａが半球を含む球形状となっている。
よって、ホーン４１の先端部４１ａを被接合物Ｗ２の溶着接合部Ｗｐに対して斜め方向からも接触させることが可能となるため、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合部Ｗｐが複雑な自由曲面である場合、狭小な場合等でも、効率的に溶着接合が可能となる。
よって、ホーン４１の先端部４１ａを被接合物Ｗ２の溶着接合部Ｗｐに対して斜め方向からも接触させることが可能となるため、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合部Ｗｐが複雑な自由曲面である場合、狭小な場合等でも、効率的に溶着接合が可能となる。
【0018】
また、ホーン側ロボット２及びアンビル側ロボット３は、加熱処理時において、ホーン４１及びアンビル７を２つの被接合物Ｗ１及びＷ２に対して進退可能な１軸スライダ４３及び８を備える。
よって、被接合物Ｗ１及びＷ２に対するホーン４１及びアンビル７の当接圧及び接触圧が、所定の圧力を保持するように調整できる。また、ホーン側ロボット２、アンビル側ロボット３に過剰な力が加わって破損することを防止できる。
よって、被接合物Ｗ１及びＷ２に対するホーン４１及びアンビル７の当接圧及び接触圧が、所定の圧力を保持するように調整できる。また、ホーン側ロボット２、アンビル側ロボット３に過剰な力が加わって破損することを防止できる。
【0019】
また、ホーン側ロボット２及びアンビル側ロボット３は、ホーン４１及びアンビル７の２つの被接合物Ｗ１及びＷ２への圧力を測定する力センサ６，９を備える。
よって、被接合物Ｗ１及びＷ２に対するホーン４１及びアンビル７の当接圧及び接触圧が、所定の圧力を維持するように調整できる。また、アンビル側ロボット３、ホーン側ロボット２、振動溶着機４２、ホーン４１及びアンビル７に過剰な力が加わって破損することを防止できる。
よって、被接合物Ｗ１及びＷ２に対するホーン４１及びアンビル７の当接圧及び接触圧が、所定の圧力を維持するように調整できる。また、アンビル側ロボット３、ホーン側ロボット２、振動溶着機４２、ホーン４１及びアンビル７に過剰な力が加わって破損することを防止できる。
【0020】
また、アンビル７は、溶着接合部Ｗｐを保持可能な保持面１０の形状を変更可能である。
よって、加熱処理後の被接合物Ｗ１及びＷ２が硬化・安定化するために必要な時間によって保持面１０の形状を変更することで、ホーン４１及びアンビル７の移動速度、及び生産性に対し、柔軟な対応が可能となる。
よって、加熱処理後の被接合物Ｗ１及びＷ２が硬化・安定化するために必要な時間によって保持面１０の形状を変更することで、ホーン４１及びアンビル７の移動速度、及び生産性に対し、柔軟な対応が可能となる。
【0021】
また、アンビル側ロボット３は、ホーン側ロボット２による振動加熱に伴う２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合が完了するまでの間、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２を被接合物Ｗ１側から保持し、２つの被接合物Ｗ１及びＷ２の溶着接合が完了してからアンビル７を移動させる。
よって、連続的に振動溶着を実施しても、確実に２つの被接合物Ｗ１及びＷ２を溶着接合させることができる。
よって、連続的に振動溶着を実施しても、確実に２つの被接合物Ｗ１及びＷ２を溶着接合させることができる。
【0022】
図６は、変形例１のアンビルを示す説明図であって、図６（ａ）は保持面を広げた状態を示す側面図、図６（ｂ）は保持面を閉じた状態を示す側面図である。
変形例１のアンビル７ａは、図６（ａ）に示すように、保持面１０として、第１保持面１０ｃと、第１保持面１０ｃの周囲に４つの第２保持面１０ｄと、４つの第３保持面１０ｅとを備える。また、アンビル７ａは、軸１１を備え、軸１１には移動部１２が軸１１の軸方向に移動可能に設けられる。また、移動部１２と第３保持面１０ｅとは、アングル１３により連結されており、第３保持面１０ｅは、アングル１３を介して移動部１２の移動と連動し、さらに第２保持面１０ｄと第３保持面１０ｅとが連動する。これにより、図６（ｂ）に示すように、移動部１２が移動することで、第２保持面１０ｄ及び第３保持面１０ｅは、第１保持面１０ｃの下方で出し入れ可能となっている。第２保持面１０ｄ及び第３保持面１０ｅを出し入れすることで、アンビル７ａは、被接合物Ｗ１又はＷ２を保持するための保持面１０の形状を変更することができる。
変形例１のアンビル７ａは、図６（ａ）に示すように、保持面１０として、第１保持面１０ｃと、第１保持面１０ｃの周囲に４つの第２保持面１０ｄと、４つの第３保持面１０ｅとを備える。また、アンビル７ａは、軸１１を備え、軸１１には移動部１２が軸１１の軸方向に移動可能に設けられる。また、移動部１２と第３保持面１０ｅとは、アングル１３により連結されており、第３保持面１０ｅは、アングル１３を介して移動部１２の移動と連動し、さらに第２保持面１０ｄと第３保持面１０ｅとが連動する。これにより、図６（ｂ）に示すように、移動部１２が移動することで、第２保持面１０ｄ及び第３保持面１０ｅは、第１保持面１０ｃの下方で出し入れ可能となっている。第２保持面１０ｄ及び第３保持面１０ｅを出し入れすることで、アンビル７ａは、被接合物Ｗ１又はＷ２を保持するための保持面１０の形状を変更することができる。
【0023】
図７は、変形例２のアンビルを示す説明図であって、図７（ａ）は保持面を広げた状態を示す側面図、図７（ｂ）は保持面を閉じた状態を示す側面図である。
変形例１のアンビル７ｂは、図７（ａ）に示すように、保持面１０として、第１保持面１０ｆと、第１保持面１０ｆの下方に設けられる第２保持面１０ｇと、第２保持面１０ｇの下方に設けられる第３保持面１０ｈとを備える。また、アンビル７ｂは、軸１１ａを備え、軸１１ａと、第１保持面１０ｆ、第２保持面１０ｇ及び第３保持面１０ｈとは、アングル１３ａにより連結され、軸１１ａを中心に回転可能となっている。これにより、図７（ｂ）に示すように、第２保持面１０ｇ及び第３保持面１０ｈを回動することで、アンビル７ｂは、被接合物Ｗ１又はＷ２を保持するための保持面１０の形状を変更することができる。
変形例１のアンビル７ｂは、図７（ａ）に示すように、保持面１０として、第１保持面１０ｆと、第１保持面１０ｆの下方に設けられる第２保持面１０ｇと、第２保持面１０ｇの下方に設けられる第３保持面１０ｈとを備える。また、アンビル７ｂは、軸１１ａを備え、軸１１ａと、第１保持面１０ｆ、第２保持面１０ｇ及び第３保持面１０ｈとは、アングル１３ａにより連結され、軸１１ａを中心に回転可能となっている。これにより、図７（ｂ）に示すように、第２保持面１０ｇ及び第３保持面１０ｈを回動することで、アンビル７ｂは、被接合物Ｗ１又はＷ２を保持するための保持面１０の形状を変更することができる。
【0024】
以上は、本発明を図示例に基づいて説明したものであり、その技術範囲はこれに限定されるものではない。
例えば、ホーン側ロボット及びアンビル側ロボットは、被接合物の溶着接合が可能であれば、多関節ロボット以外にも、他の既存のロボットを利用可能である。
また、ホーンの形状は、先端部が半球を含む球形状となっていれば良く、剛性等を考慮してホーンの径を増大させる等、任意の形状に変更可能である。
また、振動溶着機がホーンに生じさせる振動は、任意の周波数の振動であって良い。
また、力センサは、１軸スライダに設けられても良い。この場合、ホーン側ロボット及びアンビル側ロボットが力センサを備えていなくても良い。
また、ホーン及びアンビルの移動速度は、任意に調整可能である。
また、アンビルの形状変化のための機構は、限定されない。なお、アンビルは、形状変化しないものであっても良い。
また、被接合物の素材は、限定されず、金属でも樹脂でも良いし、それらの組み合わせであっても良い。
例えば、ホーン側ロボット及びアンビル側ロボットは、被接合物の溶着接合が可能であれば、多関節ロボット以外にも、他の既存のロボットを利用可能である。
また、ホーンの形状は、先端部が半球を含む球形状となっていれば良く、剛性等を考慮してホーンの径を増大させる等、任意の形状に変更可能である。
また、振動溶着機がホーンに生じさせる振動は、任意の周波数の振動であって良い。
また、力センサは、１軸スライダに設けられても良い。この場合、ホーン側ロボット及びアンビル側ロボットが力センサを備えていなくても良い。
また、ホーン及びアンビルの移動速度は、任意に調整可能である。
また、アンビルの形状変化のための機構は、限定されない。なお、アンビルは、形状変化しないものであっても良い。
また、被接合物の素材は、限定されず、金属でも樹脂でも良いし、それらの組み合わせであっても良い。
【符号の説明】
【0025】
１・・振動溶着システム、２・・ホーン側ロボット、３・・アンビル側ロボット、４０・・ホーンユニット、４１・・ホーン、４１ａ・・先端部、４３・・１軸スライダ、６・・力センサ、７・・アンビル、８・・１軸スライダ、９・・力センサ、１０・・保持面、Ｗ１，Ｗ２・・被接合物。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】