技術 高周波溶着装置及び高周波溶着方法

0001

本発明は、対向する電極間に挟んだ積層された溶着対象物を高周波電力で加圧溶着する高周波溶着装置及びその方法に関する。

0002

従来、医療用の各種バッグ、自動車のマット類、また文具類その他の業界におけるカードケースや各種包装袋の多くは、絶縁体であるＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＵ（ポリウレタン）等の熱可塑性樹脂フィルム製である。この種の製品は、熱風や熱盤による従来の外部加熱方式に代えて高周波、超音波等の物理エネルギを適用して製造されている。すなわち、この種の製品は、積層した２枚のフィルム等の両面を、例えば袋状に溶着する箇所や形状に合わせた高周波金型や超音波金型でプレスして高周波又は超音波を印加することで、接合面に異物を介在させることなく、加熱溶融して溶着させて製造される。そして、溶着部位の厚みが正確に設定寸法となるよう高精度の加圧溶着制御が望まれている。

0003

特許文献１には、設定入力された超音波ホーン振幅、プレス圧力及び発振時間に関する最適溶着条件から、発振時間、ホーンの沈み込み量及び振動子入力エネルギの各最適値とそれらの許容値とを算出しておき、溶着作業終了時に溶着の良否を自動判定する超音波ウェルダ溶着制御装置が記載されている。すなわち、特許文献１は、溶着作業に先立って作業者によって選択された制御方法に対して、適用されなかった他の２つの溶着条件を溶着作業終了時に求め、これらに対応する前記各許容値と比較することで、溶着の良否を自動判定するものである。また、特許文献２には、サーボモータによって変位制御される超音波ホーンが２枚の被溶着物を加圧する力を計測するロードセルを備え、ロードセルの検出信号に基づいて、加圧力を一定に維持するようにサーボモータをフィードバック制御する超音波溶着装置が記載されている。

0004

特開平１０−１１３９９２号公報
特開２００６−２３１６９８号公報

0005

ところで、積層された樹脂材の加熱溶着は加圧下で行われるため、加熱処理が終了して徐圧した後に厚み方向の寸法が復元等により変形する場合がある。従って、製造段階では徐圧後の変形を考慮した作業が望まれる。

0006

特許文献１に記載の超音波溶着制御装置は、ホーンの沈み込み量、発振時間及び振動子入力エネルギの３種類の最適溶着条件とそれらの許容値との比較から溶着の良否を作業終了時に判定するものであり、溶着後の復元による変形は考慮されていない。特許文献２に記載の超音波溶着装置は、ロードセルの検出信号を、加圧力を一定に維持するためにサーボモータへのフィードバック用としたものであり、溶着時間や溶着エネルギに対する制御を考慮したものではない。

0007

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、加圧溶着中に検出した荷重情報を溶着処理にフィードバックして厚み誤差を可及的に低減する高周波溶着装置及びその方法を提供するものである。

0008

本発明に係る高周波溶着装置は、対向する電極間に高周波電力を供給する高周波回路部と、前記対向する電極間に積層状態の溶着対象物を挟んで前記高周波回路部を駆動させる制御手段と、前記電極間の間隔を調整する変位駆動部と、前記電極間の荷重を検出する荷重検出部とを備え、前記制御手段は、前記高周波電力の供給を、前記電極間の間隔を設定厚みに維持した状態で、前記荷重検出部からの荷重信号に基づいて制御するものである。

0009

また、本発明に係る高周波溶着方法は、対向する電極間に高周波電力を供給し、前記電極間に積層された溶着対象物を加圧しつつ設定厚みに到達するまで溶融して溶着させる工程と、前記電極間の荷重を検出し、検出荷重に基づいて前記高周波電力の供給を制御する工程とを備えたものである。

0010

かかる発明によれば、対向する電極間に積層状態の溶着対象物が挟まれて高周波電力が供給され、溶融が行われる。電極間に積層された溶着対象物は加圧された状態で設定厚みに到達するまで溶融して溶着される、次いで電極間の荷重の検出が行われ、検出荷重に基づいて、例えば検出荷重が設定荷重に到達すると、高周波電力の供給が制御、例えば停止されて、溶着工程が終了する。あるいは、検出荷重を用いて算出された荷重変化量が設定荷重変化値に一致すると高周波電力の供給を制御するような態様を含めてよい。

0011

従って、本発明では、既設の荷重検出部を適用すれば済む。また、溶着進行中の荷重に基づいて高周波電力の供給を制御するので、溶着後の製品厚みを規定寸法に合わせることが可能となる。例えば同じ設定厚みであっても、溶融不足により反発力が大きい場合には復元力は大きくなり、仕上がり寸法はばらばらとなるが、荷重に基づく制御で解決することが可能となる。特に、軟質の樹脂材の場合、圧力を掛けて加熱溶融されることで、溶融後に復元力が作用して設定厚みが変化する場合があるが、加熱溶融を樹脂材からの反発力すなわち検出荷重に基づいて制御するようにしたので、検出厚みで制御する態様に比べて、復元誤差を可及的に低減することが可能となる。従って、加圧溶融中の荷重の大小に基づく軟質樹脂の硬化段階での復元寸法の大小の差の影響を受けることなく、成形寸法精度の高い溶着技術が提供できる。軟質樹脂材に対する溶着に特有の課題として、超音波振動は減衰して溶融ができず、高周波電力が好適であり、さらに軟質樹脂材の溶着後の復元現象に起因する寸法精度の問題があるが、本発明が適用されることで、かかる課題が解決される。

0012

また、本高周波溶着装置は、前記電極間の間隔を検出する変位検出部を備え、前記変位駆動部は、前記変位検出部が前記設定厚みに一致したことを検知した後、前記設定厚みを維持するものである。この構成によれば、設定厚みを維持することで、この設定厚みに対する荷重が検出されて、厚み制御が可能となる。

0013

また、前記荷重検出部は、前記電極間の間隔が前記設定厚みに達した後、前記設定荷重の検出を開始するものである。この構成によれば、設定厚みに達した後は、荷重が低下する方向に変化するので、荷重が上昇を示す等の期間での誤検出が防止できる。

0014

また、前記制御手段は、前記荷重検出部で検出した検出荷重が前記設定荷重に一致すると、前記高周波電力の供給を停止するものである。この構成によれば、設定荷重で溶着動作を停止することで、設計厚みと対応付けられているため、成形後に規定厚みとなる製品が得られる。なお、検出荷重を利用して荷重変化量を算出し、かかる荷重変化量から検出加重が設定荷重に一致する時点を予測し、予測時点で高周波電力の供給を停止する態様を含めてよい。

0015

また、前記制御手段は、前記荷重検出部で検出した検出荷重から荷重変化量を求め、前記荷重変化量が設定荷重変化値に一致すると、前記高周波電力の供給を停止するものである。この構成によれば、設定荷重変化値で溶着動作を停止することで、設計厚みと対応付けられているため、成形後に規定厚みとなる製品が得られる。なお、検出荷重を利用して荷重変化量を算出し、かかる荷重変化量が設定荷重変化値に一致する時点を予測し、予測時点で高周波電力の供給を停止する態様を含めてよい。

0016

また、前記変位駆動部は、溶着動作終了後、前記電極間の間隔を所定の冷却時間だけ待機して開放するものである。この構成によれば、冷却時間を利用することで復元量が安定する。

0017

本発明によれば、既設の検出部を適用して溶着対象物の徐圧後の寸法を精度良く成形することができる。

0018

本発明に係る高周波溶着装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
図１に示す高周波溶着装置の第１実施形態を示す機能構成図である。
判定荷重の大きさに対応する、溶着時の判定厚みと復元後の実測厚みとの関連を説明するための実験結果の一例を示す図表である。
設定荷重と、溶着工程終了時及び冷却工程終了時の実測厚みとの関係を説明するための実験結果の一例を示す図表である。
各工程に対応する各部の動作を説明するタイムチャートの一例である。
図５に示す成形処理の実験例を示すタイムチャートの一例である。
図５に示す溶着処理Ｉの手順を説明するフローチャートである。
本発明に係る高周波溶着装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
各工程に対応する各部の動作を説明する他の例のタイムチャートである。
図９に示す成形処理の実験例を示すタイムチャートである。
図９に示す溶着処理IIの手順を説明するフローチャートである。
設定荷重の他の適用方法を説明する図表である。

0019

図１は、本発明に係る高周波溶着装置１の第１実施形態を示す、側面視の概略構成図である。高周波溶着装置１は、箱状、例えば直方体形状の筐体１０を備え、その内部に高周波回路部２０、加圧駆動部３０及び検出部４０を備えている。筐体１０の側部あるいは外部適所には、高周波回路部２０、加圧駆動部３０及び検出部４０と電気的に接続された制御部１００を構成する基板回路部（図略）を備えている。

0020

高周波回路部２０は、数〜数百ＭＨｚ帯の所定周波数、例えば４０．６８ＭＨｚの高周波回路を構成している。高周波回路部２０は、所定の高周波電力を出力する発振器２１、負荷インピーダンに対して自動的に整合を取って高周波エネルギを効率的に負荷に供給するための整合器２２、及び金属製のプラス電極２３とマイナス電極２４を備えている。プラス電極２３とマイナス電極２４とは、筐体１０の正面側（図１の左側）の開放された作業空間１０ａに臨んで配置されている。すなわち、マイナス電極２４は、作業空間１０ａの下部である筐体１０の水平台上に配設されている。プラス電極２３は、後述するように加圧駆動部３０の下端に、継板２３１を介して取り付けられ、加圧駆動部３０によって昇降されて、マイナス電極２４との間隔が調整可能にされている。

0021

プラス電極２３とマイナス電極２４とは互いに対向する電極面を有し、電極間に溶着対象物としての、例えば２枚の樹脂製フィルム（以下、ワークｗ１，ｗ２という。）が積層状態にしてマニュアルで又は移送ロボット（不図示）等によって出退される。なお、プラス電極２３は、図では見えていないが、溶着する箇所や形状に合わせた凸状に形成されている。また、公知のように、発振器２１と整合器２２との間には進行波・反射波電力センサ、マッチングセンサ、及びこれらのセンサに基づいて出力調整や整合条件の調整を行う回路部を有している。なお、溶着に使われる熱可塑性樹脂材として、主にポリエチレン、ポロプロピレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタンなどである。

0022

加圧駆動部３０は、種々の機構が採用可能であるが、この例では油圧アクチュエータで構成され、筐体１０の適所に立設されたシリンダ３１と、シリンダ３１内を上下方向に貫通するロッド３２とを備えている。なお、図１では、ロッド３２を昇降させるための構成であるコンプレッサや昇降調整用の電磁弁は見えていない。

0023

電磁弁が駆動されることで、ロッド３２が上下方向に移動する。ロッド３２の下端には、図略の絶縁体を介してプラス電極２３が取り付けられている。ロッド３２が昇降することで、対向するプラス電極２３とマイナス電極２４との間隔（電極間隔）が調整される。なお、ロッド３２の長手方向の途中には、後述する荷重検出部４３が介設されている。加圧駆動部３０は、公知のように電磁弁の開閉を調整制御することで、所要の圧力で、ロッド３２を往復方向（ここでは上下方向）に適宜移動させる。

0024

検出部４０は、所定厚み検出用スイッチ部４１と、電極間隔を検出する変位検出部４２と、電極間に生じる荷重を検出する荷重検出部４３とを備えている。なお、所定厚み検出用スイッチ部４１は、筐体１０に取り付けられた機械式のマイクロスイッチ４１１と、ロッド３２に取り付けられたストッパ４１２とを備える。ロッド３２が上方から下降して、ストッパ４１２がマイクロスイッチ４１１の検出片に当接することで、検出信号が出力される。ストッパ４１２は、電極間隔が設定厚みに達した時点で検出信号が出力される位置に取り付けられている。なお、マイクロスイッチ４１１とストッパ４１２との一方の取り付け位置を相対的に上下方向に調整することで、設定厚みを変更調整することが可能となる。加圧駆動部３０は、この検出信号を受けてロッド３２の下降動作を停止させる。ロッド３２が停止することにより、電極間隔が設定厚みに維持される。

0025

変位検出部４２は、ロッド３２に取り付けられて、ロッド３２と一体で昇降するラックと、ラックに噛合したピニオンとを備えたロータリーエンコーダを構成している。ピニオンの回転量を回転方向に対応させて計測することでロッド３２の昇降位置が検出できる。変位検出部４２としてリニアスケールを採用してもよい。なお、本実施形態では、安価な所定厚み検出用スイッチ部４１と、電極間隔を検出する変位検出部４２とのいずれか一方を備えておれば足りる。

0026

荷重検出部４３は、圧電素子、磁歪素子等の感圧素子を利用したロードセルが適用可能である。ロッド３２の途中に荷重検出部４３を介設することで、ワークｗ１，ｗ２を当接した状態の電極間に生じる荷重を検出することができる。

0027

図２は、図１に示す高周波溶着装置の第１実施形態を示す機能構成図である。高周波溶着装置１は、例えばプロセッサを有する制御部１００を備え、溶着制御プログラム及び後述する溶着条件等、制御に必要なテーブルデータ類を記憶した記憶部１００１と接続されている。

0028

制御部１００は、溶着制御プログラムを実行することで、高周波駆動制御部１０１、プレス駆動制御部１０２、接触判定部１０３、良否判定部１０４、及び内蔵のタイマ１０５として機能する。また、入力部１１は、外部からの入力操作を受け付けるもので、必要に応じて、高周波出力値、設定厚み、及び設定荷重等の溶着条件を入力するものである。なお、油圧アクチュエータにあっては、それ自体に溶着条件を初期設定することが可能であり、その場合には、入力部１１からの入力は必ずしも必要ではない。制御部１００は、油圧アクチュエータが溶着条件に達した状態を、例えば信号で検知するようになっている。

0029

高周波駆動制御部１０１は、入力された溶着条件に従った高周波出力をプラス電極２３とマイナス電極２４との間に供給し、誘電加熱によってワークｗ１，ｗ２を溶融させて溶着する。例えばワークｗ１，ｗ２の周縁に沿って互いを規定された厚さで溶着することで、全体として袋体を製造する。

0030

プレス駆動制御部１０２は、ワークｗ１，ｗ２を所要の圧力で押圧しながら設定厚みに到達するまでプラス電極２３を下降させる。すなわち、プレス駆動制御部１０２は、溶着工程においてワークｗ１，ｗ２の溶融が進行してワークｗ１，ｗ２からの反発力（すなわち荷重）が低下することを荷重検出部４３で検出すると、ロッド３２を下降させ、一方、この下降によって荷重が元の所定の圧力に戻ったことを荷重検出部４３で検出すると、下降を一時停止させる動作を繰り返すことで、電極間隔を設定厚みに向けて徐々に狭めるようにしている。また、プレス駆動制御部１０２は、所定厚み検出用スイッチ部４１が検出信号を出力し、あるいは変位検出部４２が設定厚みに到達したことを検出する検出信号を出力すると、ロッド３２の下降を停止し、その位置を維持する。さらに、プレス駆動制御部１０２は、溶着工程が終了すると、続く冷却工程で所定の冷却時間だけ、その位置を保持した後、プラス電極２３を上昇させてワークｗ１，ｗ２を開放する。

0031

接触判定部１０３は、ロッド３２の下降開始後に、プラス電極２３が、マイナス電極２４上に載置された積層状態のワークｗ１，ｗ２に到達乃至接触したことを、例えば荷重検出部４３での検出荷重の立ち上がり変化を、接触有りとして判定するものである。接触判定は、この例では、高周波の出力開始タイミング用とされる。なお、接触判定は、ロッド３２の下降長を計測し、あるいは下降時間をタイマで計時することで判定する態様でもよいし、接触位置に相当する高さでストッパ４１２を検知して、あるいはそれ自体から信号が出力される態様を含めてよい。

0032

良否判定部１０４は、溶着工程終了時点あるいは冷却工程終了時点での検出荷重に基づいてワークｗ１，ｗ２の溶着の良否判定を行う。

0033

図３は、判定荷重の大きさに対応する、溶着時の判定厚みと復元後の実測厚みとの関連を説明するための実験結果の一例を示す図表である。図３の例は、ワークｗ１，ｗ２として、厚み０．３mmのＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を２枚重ねて溶着した後の復元状況を示したものである。ここでは、溶着後の厚みとして、０．４０mmを設定厚みとされ、溶着時間完了時（あるいは冷却時間完了時）後の荷重（すなわち残圧）が０．６kN（キロニュートン）の場合、復元寸法がほぼ０mmであり、そして、荷重がそれより大きい程、比例して復元寸法も大きくなることが分かる。例えば、荷重が１．４kNでは、復元寸法は０．４５mm、すなわち、０．４０mmに対して０．０５mmも復元膨張することが分かる。この場合、溶着あるいは冷却工程が終了した時点から０．０５mm余分に厚さが増すことを意味している。

0034

以上より、この例によれば、溶着条件として、設定厚みを０．４０mmに設定した場合、設定荷重を０．６kNにすればよいことがわかる。あるいは、設定荷重を０．６kNより少し大きめに設定し、一方、設定厚みを０．４０mmより薄めに設定して、復元後の厚みが０．４０mmに一致するようにしてもよい。なお、設定荷重が小なめの場合、復元後の実測厚みが設定厚みより薄くなる（収縮する）復元もあることから、かかる復元現象を利用して、設定厚みをより厚めに設定するようにしてもよい。

0035

図４は、設定荷重と、溶着工程終了時及び冷却工程終了時の実測厚みとの関係を説明するための実験結果の一例を示す図表である。図４の例は、ワークｗ１，ｗ２として、厚み０．３mmのＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を２枚重ねて溶着した後の復元寸法、すなわち仕上厚みを荷重判定値に対応させて示したものである。仕上げ厚みは、溶着工程終了直後のもの（黒丸で示す）と冷却工程終了直後のもの（白三角で示す）とを示している。いずれの場合も荷重判定値と仕上厚みとは相関性が高く（比例しており）、各回帰直線に示すように、荷重判定値が大きい程、仕上厚みが厚いことが分かる。なお、分散状況から、相関性は、冷却工程終了直後の方が溶着工程終了直後の方より高いことが分かる。また、同じ荷重判定値であれば、冷却工程終了直後の方の仕上厚みが厚いことが分かる。

0036

図５は、制御部１００によって実行される、各工程（溶着、冷却）に対応する各部の動作を説明するタイムチャートの一例である。図５は、横軸に時間軸を取り、縦方向の上側に高周波動作の状況、すなわち工程を示し、下側にプレス動作の状況を示している。

0037

まず、マイナス電極２４上に、積層されたワークｗ１，ｗ２が載置された状態で、t０時点において加圧駆動部３０の電磁弁が起動されてロッド３２、すなわちプラス電極２３が下降を始める。電極間隔（ギャップ）が狭くなって、ｔ１時点で、プラス電極２３がワークｗ１の上面に接触すると、接触に伴う荷重変化が荷重検出部４３で検出される。この接触検出を受けて、高周波回路部２０が起動し、ワークｗ１，ｗ２に対して溶着動作が開始される。加圧駆動部３０は、プラス電極２３を徐々に下降させる。

0038

一方、溶着の開始によってワークｗ１，ｗ２の溶融を生じ、ｔ２時点で、プラス電極２３が所定厚みまで下降すると、加圧駆動部３０の電磁弁の制御によってロッド３２の下降が停止され、かつ現在位置が維持される。このｔ２時点で、検出荷重はピーク点を超えて減少方向に遷移する（切り替る）ため、荷重判定を有効にする切り換えが行われて、検出荷重に対する判定動作が開始される。次いで、ワークｗ１，ｗ２に対する溶融が進行することで、ワークｗ１，ｗ２からプラス電極２３への反発力が低下し、ｔ３時点で、検出荷重が設定荷重まで低下したことが判定されると、高周波回路部２０の動作が停止されて溶着工程が完了する。溶着工程が完了すると、続いて冷却工程が開始される。冷却工程は、電極間隔を設定厚みに維持した状態で所定時間だけ行われる。ｔ４時点で所定時間が終了すると、加圧駆動部３０は、ロッド３２を上方に移動させ、電極間を開放する。かかる一連の動作を経て、一工程が終了する。

0039

図６は、図５に示す成形処理の実験例を示すタイムチャートの一例である。ワークｗ１，ｗ２として、厚み０．３mmのＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を２枚重ねて溶着して厚み０．４０mmを得るものである。溶着条件として、高周波電力の出力、設定厚み、設定荷重が採用される。図６では、ｔ１時点で接触が検出された後、高周波電力（８００ｗ）が供給される。ｔ２時点で、電極間隔が設定厚みに達すると、荷重判定が有効にされる。高周波加熱が継続されると、ワークｗ１，ｗ２の溶融に伴ってプラス電極２３との反発力を示す荷重値が低下し、その現象は後半では著しく変化することを示している。そして、ｔ３時点で検出荷重が設定荷重に達したと判定されると、高周波電力の供給が停止され、溶着工程が終了する。次いで、ｔ３〜ｔ４期間で冷却工程が行われた後、電極間が開放される。なお、加熱を停止し、冷却工程に移っても継続して荷重値の低下がみられる。検出荷重を利用してワークｗ１，ｗ２の状態に応じた加熱時間と冷却時間の自動制御を行うことができるため、高周波出力と設定荷重と設定厚みの設定とを設定すればよく、設定作業が簡素化される。

0040

図７は、図５に示す溶着処理Ｉの手順を説明するフローチャートである。まず、入力部１１から入力された、あるいは記憶部１００１に予め設定登録されている溶着条件の読込み処理が行われる（ステップＳ１）。次いで、加圧駆動部３０が起動されて、プレス下降が開始され（ステップＳ３）、その途中で、接触判定が行われる（ステップＳ５）。所定時間に亘って接触と判定されなければ、ワーク無しとして処理、例えば警告等を行い（ステップＳ７）、一方、接触と判定されると、プレスの開始及び高周波加熱の開始が行われる（ステップＳ９）。次いで、電極間隔が設定厚みに達した、あるいは、例えば接触判定時点から所定時間が経過したなどの条件のいずれか一方がクリアされて、荷重判定が有効にされる（ステップＳ１１）。なお、電極間隔が設定厚みに達した場合には、その時点でプレス下降は停止され、その位置を維持する制御が行われる。

0041

この後、検出荷重が設定荷重に達したか否かの判定処理が継続され、検出荷重が設定荷重に達したと判定されると（ステップＳ１３）、その時点で高周波加熱が終了され、冷却が開始される（ステップＳ１５）。次いで、冷却期間中に荷重判定が実行され、検出荷重が充分低下したと判定されると（ステップＳ１７）、冷却が終了され、プレスの上昇（電極間の開放）が行われる（ステップＳ１９）。これによって、一工程が終了する。なお、一工程終了毎に、高周波電力の出力である進行波と反射波、また、位相、電力量、供給時間が表示部２５にモニタ用として表示され、さらに、溶着工程、冷却工程終了時の電極間隔、荷重も表示部２５に表示されると共に記憶部１００１に記憶されるようにしてもよい。

0042

図８は、本発明に係る高周波溶着装置の第２実施形態を示す概略構成図である。図１と異なる部分は、加圧駆動部３０Ｂと検出部４０Ｂである。加圧駆動部３０Ｂは、サーボモータ３１０Ｂを適用したもので、サーボモータ３１０Ｂを内装する本体３１Ｂと、サーボモータ３１０Ｂによる回転位置制御によって本体３１Ｂに対して上下方向に位置制御される絶縁製のロッド３２Ｂとを備えている。検出部４０Ｂは、例えば本体３１Ｂに隣接して配置されている。検出部４０Ｂは、変位検出部４２Ｂ及び荷重検出部４３Ｂを備える一方、図１の所定厚み検出用スイッチ部４１に対応する検出部は備えていない。変位検出部４２Ｂは、サーボモータ３１０Ｂの制御位置信号からロッド３２Ｂの昇降位置、すなわち電極間隔を算出し、荷重検出部４３Ｂは、ロードセルが内蔵されたものである。なお、荷重検出部４３Ｂとしてサーボモータ３１０Ｂを流れるトルク電流値から荷重を算出する態様を採用してもよい。

0043

図９は、図８の装置における、各工程に対応する各部の動作を説明する他の例のタイムチャートである。第１実施形態の図５と相違する点は、サーボモータ３１０Ｂで電極間隔を調整している点である。電極間隔の調整は、以下のようにして行われる。まず、プレス駆動、すなわちサーボモータ３１０Ｂに所定の速度でプラス電極２３を下降させる位置信号を順次出力して、プラス電極２３を定速で下降させつつ、プラス電極２３がワークｗ１の上面と接触したことを検出する（ｔ１１時点）。続いて高周波加熱動作と並行して、プレス駆動によって加圧を継続（ＯＮ）し、検出荷重がプレス駆動用の所定の荷重に達した時点で加圧を一時的に停止（ＯＦＦ）し、次いでワークｗ１，ｗ２の溶融に応じて反発力が低下すると、加圧による下降を開始する。以後、かかる下降動作と停止動作とを繰り返し行う。かかる継続動作により、電極間隔が徐々に小さくなって、設定厚みに達すると（ｔ１２時点）、加圧を停止し、冷却工程が終了して電極間が開放されるｔ１４時点まで、その位置を維持する。なお、検出荷重が設定荷重に達すると（ｔ１３時点）、溶着工程が完了する。

0044

図１０は、図９に示す成形処理の実験例を示すタイムチャートである。ワークｗ１，ｗ２として、厚み０．３mmのＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）を２枚重ねて溶着して厚み０．４０mmを得るものである。溶着条件として、高周波電力の出力、設定厚み、設定荷重が採用される。図１０では、ｔ１１時点で接触が検出された後、高周波電力（８００ｗ）が供給される。ｔ１２時点で、設定厚みに達すると、荷重判定が有効にされる。そして、ｔ１３時点で検出荷重が設定荷重に達したと判定されると、高周波電力の供給が停止され、溶着工程が終了する。次いで、ｔ１３〜ｔ１４期間で冷却工程が行われた後、電極間が開放される。

0045

図１１は、図９に示す溶着処理IIの手順を説明するフローチャートである。図１１では、図７のフローチャートと比較して、主に冷却工程終了後における加工評価処理が追加されている点で相違している。ステップＳ３１〜ステップＳ３９については実質的に同一であるため、説明を省略する。電極間隔が設定厚みに達した状態（ステップＳ４５でＹｅｓ、ステップＳ４９）において、ステップＳ５１で、高周波加熱、冷却時間が完了すると（ステップＳ５１，図１０のｔ１４時点）、プレス上昇動作が行われる（ステップＳ５３）と共に、荷重の検出が行われて、開放直前の荷重値の良否が判定される（ステップＳ５５）。そして、開放直前の荷重値が良好なレベル（判定閾値以下）まで低下していると、ＯＫ判定が表示部２５等に出力され（ステップＳ５７）、一方、開放直前の荷重値が適正レベルまで低下していなければ、復元寸法が大きいとして、ＮＧ判定が表示部２５等に出力される（ステップＳ５９）。溶着終了の設定荷重、冷却工程完了時の閾値は、図４の溶着工程終了時点と冷却工程終了時点における設定荷重と実測厚みとの関係を予め求め、それを適用すればよい。これにより、溶着処理に対する高精度での良否判定ができる。

0046

図１２は、設定荷重の他の適用方法を説明する図表である。図１２の図表は、溶着工程時間を自動制御するものである。すなわち、ワークｗ１，ｗ２に対して、熔解進行中の荷重の低下は過渡特性を示すことが知られている。そこで、溶融開始後の異なる２時点（間隔Ｔ）で、同一時間幅ΔＴにおける検出荷重の変化分をＰ１，Ｐ２として検出する。そして、間隔Ｔ、検出荷重Ｐ１，Ｐ２、及び過渡特性曲線から、設定荷重に達するまでの経過時間が予測演算できる。そこで、タイマ１０５を用いて予測時間を計測することで溶着工程の終了を管理して、常時荷重を検出する作業を要することなく、常に良好な製品の加工を可能にする。なお、溶着時間の予測設定に代えて高周波電力の出力を途中で変更するようにすることもできる。

0047

また、溶着工程終了時点の設定を、荷重値に代えて、図１２と同様にして算出した荷重値の変化分（荷重変化量）を適用して行ってもよい。この場合、予め設定された設定荷重変化値と、順次検出する検出荷重算から算出する荷重変化量との比較によって溶着工程終了時点を決めることができる。なお、図１２の間隔Ｔ、検出荷重Ｐ１，Ｐ２、及び過渡特性曲線から、設定荷重変化量に達するまでの経過時間を予測演算し、タイマ１０５を用いて予測時間を計測することで溶着工程の終了を管理することができる。また、冷却工程終了時点の設定方法に対しても、図１２と同様に、変化分を適用することが可能である。

0048

本実施形態では、溶着対象物の種類毎に高周波電力の出力、設定厚み、設定荷重を予め登録しておき、作業に際して、入力部１１を介して溶着対象物を適宜選択可能にして、種々の溶着対象物に対応できる態様としてもよい。

0049

また、溶着対象物の積層枚数は２枚に限らず３枚、さらにそれ以上でもよい。さらに、フィルム材、シート材に限らず、カーマットのヒールパット溶着技術等にも適用可能である。

0050

なお、第１実施形態では加圧駆動部３０として油圧アクチュエータを採用したが、これに代えて空圧アクチュエータを採用してもよい。

0051

１，１Ｂ高周波溶着装置
２０高周波回路部
２３プラス電極（電極）
２４マイナス電極（電極）
３０，３０Ｂ加圧駆動部（変位駆動部）
３２，３２Ｂロッド
４０，４０Ｂ 検出部
４１ 所定厚み検出用スイッチ部（ストッパ）
４２，４２Ｂ変位検出部
４３，４３Ｂ荷重検出部
１００ 制御部
１０１高周波駆動制御部
１０２プレス駆動制御部
ｗ１，ｗ２ ワーク（溶着対象物）