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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Ultraschallvibrationsschweißer.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Verschiedene Ultraschallvibrationsschweißer zum Schweißen von gestapelten ultraschallschweißbaren Teilen, wie Metallteilen oder Plastikteilen, durch Anlegen einer Ultraschallvibration und eines Schweißdruckes sind in praktischer Verwendung. Das
japanische Patent Nr. 2756433 und die
DE 195 41 864 A1 offenbaren einen dieser Ultraschallvibrationsschweißer.
10 zeigt einen relevanten Teil des Ultraschallvibrationsschweißers.
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Bezug nehmend auf 10 enthält ein Ultraschallvibrationsschweißer 100 einen Generator 101, der eine elektrische Frequenz erzeugt, einen Oszillator 102, der die von dem Generator 101 erzeugte elektrische Frequenz in eine mechanische Vibration umwandelt, ein Horn 103, das die Vibration verstärkt, wobei das Horn 103 an einem Ende an dem Oszillator 102 befestigt ist und sich an dem anderen Ende verjüngt, eine Vibrationsübertragungsstange 104, die mit dem verjüngten Ende des Horns 103 auf eine derartige Weise verbunden ist, dass sie sich senkrecht zu der Achse des Horns 103 erstreckt, eine Masse 104A, die als ein Resonator zum Anlegen eines Druckes dient, und einen Druckanleger 105, der mit der Masse 104A verbunden ist. Das Horn 103 und die Vibrationsübertragungsstange 104 sind miteinander durch Schweißen oder Löten verbunden. Der Ultraschallvibrationsschweißer 100 enthält ferner ein Scheibchen 106, der an einem Ende der Vibrationsübertragungsstange 104 befestigt ist, einen Amboss 107, der an einer Position gegenüberliegend des Scheibchens 106 angeordnet ist, und einen Ambosssockel 108, der den Amboss 107 trägt. Miteinander zu verschweißende Teile sind durch W und W bezeichnet.
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In dem Ultraschallvibrationsschweißer 100 bewirkt das Horn 103, dass die Vibrationsübertragungsstange 104 eine Biegeschwingung ausführt, während der Druckanleger 105 einen Schweißdruck an die Vibrationsübertragungsstange 104 anlegt, wodurch Reibung zwischen den Teilen W und W bewirkt wird. Die Reibung erzeugt Reibungshitze, die diffundiert oder die Teile W und W an Abschnitten, die der Reibung unterworfen sind, schmelzverbindet. Hiermit werden die Teile W und W zusammen verschweißt.
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Die Vibrationsübertragungsstange 104 des Ultraschallvibrationsschweißers 100 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Dies bedeutet, dass die Vibrationsübertragungsstange 104 mit einer einzelnen Frequenz schwingt, wenn eine Biegeschwingung an deren zentraler Achse in einer beliebigen Richtung angelegt wird. Es gibt keine Garantie, dass die Vibrationsübertragungsstange 104 immer in der axialen Richtung des Horns 103 vibriert, die eine ideale Vibrationsrichtung während des Schweißens darstellt. Abhängig von dem Zustand der Last, die an einem Verbindungsabschnitt zwischen der Vibrationsübertragungsstange 104 und dem Horn 103 angelegt ist, kann die Vibrationsübertragungsstange 104 in einer schiefen Richtung zu der Achse des Horns 103 vibrieren, die keine ideale Vibrationsrichtung darstellt. Dennoch weist der Ultraschallvibrationsschweißer 100 keinen Aufbau zum Lösen dieses Problems auf. Dementsprechend besteht ein Problem dahingehend, dass der Verbindungsabschnitt zwischen der Vibrationsübertragungsstange 104 und dem Horn 103, das mit dem Oszillator 102 verbunden ist, dazu neigt, beschädigt zu werden.
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Eine Ultraschallvibration, die durch den Oszillator 102 und das Horn 103 erzeugt wird, wird durch das Scheibchen 106 durch die Vibrationsübertragungsstange 104 übertragen. Zur gleichen Zeit wird ein Schweißdruck an die Teile W und W durch den Druckanleger 105, die Vibrationsübertragungsstange 104 und das Scheibchen 106 angelegt. Diese Struktur weist die oben beschriebenen Probleme auf.
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Das Scheibchen 106, das während des Schweißens mit den Teilen W und W in Kontakt gebracht wird, ist an einem Ende der Vibrationsübertragungsstange 104 befestigt. Die Probleme liegen in der Struktur, in der das getrennt ausgebildete Scheibchen 106 und die Vibrationsübertragungsstange 104 miteinander verbunden sind. Beispiele für Verfahren zum Befestigen des Scheibchens 106 an einem Ende der Vibrationsübertragungsstange 104 beinhalten ein Einschraubverfahren, wie in 10 gezeigt, und ein Kegelschaftverfahren (nicht gezeigt).
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Für den Fall eines Ultraschallvibrationsschweißers, der ein Einschraubverfahren verwendet, ist eine Kupferdichtung (nicht gezeigt) zwischen den durch eine Schraube zu verbindenden Oberflächen angeordnet. Die Kupferdichtung wird jedoch durch Hitze und Ultraschallvibrationsübertragungsbelastung zerschlissen, und daher kann der Ultraschallvibrationsschweißer keine Langzeitverwendung überstehen (nachdem er etwa 5000 bis 10000 mal verwendet wurde). Wenn zusätzlich Scheibchen in Enden der Vibrationsübertragungsstange mit einer vorbestimmten Befestigungskraft eingeschraubt sind, variiert die Ausrichtung der Scheibchenmuster in Bezug auf die Vibrationsrichtung. Dementsprechend kann ein Ultraschallvibrationsschweißer, welcher ein Einschraubverfahren einsetzt, nicht verwendet werden, um Teile zu verschweißen, die das Scheibchenmuster und eine richtig eingestellte Ultraschallvibrationsrichtung erfordern.
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Für den Fall, dass ein Ultraschallvibrationsschweißer ein Kegelschaftverfahren verwendet, ist es möglich, Scheibchenmuster zu erstellen, die in Bezug auf die Vibrationsrichtung in der gleichen Richtung ausgerichtet sind. Da jedoch Scheibchen an Vibrationsübertragungsstangen druckeingepasst sind, neigen die Scheibchen dazu herauszufallen, oder die zwischenliegende Passung neigt dazu lockerer zu werden, wenn der Schweißdruck während der Vibration niedrig ist. Somit müssen beim Einstellen der Vibration zu verschweißende Teile zwischen dem Scheibchen und dem Amboss angeordnet werden, während ein ausreichender Schweißdruck mit dem eine normale Vibration erhalten werden kann, daran angelegt wird. Ferner ist es für den Fall des Verschweißens von Produkten, die eine Anwendung von Ultraschallvibration unter niedrigem Druck erfordern, wie kleine Teile oder dünne Teile, unmöglich, eine normale Ultraschallvibration anzulegen, da der Schweißdruck während des Schweißens nicht reduziert werden kann. Dementsprechend ist es unmöglich, derartige Produkte zu schweißen. Zusätzlich ist die Vibrationsübertragungsstange nicht langlebig. Da sowohl die Ultraschallvibration und der Schweißdruck auf das Scheibchen durch die Vibrationsübertragungsstange übertragen werden, wenn das Schweißen unter hohem Druck durchgeführt wird, wird ein Schaftabschnitt der Ultraschallvibrationsstange verformt und dehnt sich aus.
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In dem bekannten Ultraschallvibrationsschweißer 100 ist die Masse 104A mit der Vibrationsübertragungsstange 104 an dem Ende, das dem Ende gegenüberliegt, an dem das Scheibchen 106 befestigt ist, integral ausgebildet. Somit muss, wenn die Vibrationsübertragungsstange 104 aus den oben angegebenen Gründen ersetzt werden muss, auch die Masse 104A ersetzt werden. Dies ist nicht kosteneffizient.
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Aus dem Stand der Technik ist ferner die
DE 31 18 897 A1 bekannt, welche ein Ultraschall-Schweißverfahren mit einer hohlen Ultraschallschweißsonde und einem Niederhalter beschreibt, welcher mit derselben Ultraschallfrequenz bei verminderter Amplitude wie die Ultraschallschweißsonde schwingt.
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In der
DE 10 2005 022 179 A1 wird eine Ultraschallsonotrode mit einem Ankoppelabschnitt zum Ankoppeln eines Ultraschallsystems, einem Basisabschnitt, einem Übergangsabschnitt mit vermindertem Querschnitt und einem Flachabschnitt mit einem Stirnbereich als Abstrahlfläche verwendet.
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Daneben ist aus der
US 6 995 498 B2 ein kreuzförmiger Ultraschallwandler bekannt, welcher ein Ultraschall-Leitelement mit einer Vielzahl von Armen aufweist, wobei sich die Arme von einem gemeinsamen Knotenpunkt erstrecken.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des oben Erwähnten gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallvibrationsschweißer bereitzustellen, der eine Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende aufweist, deren Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient. Die Vibrationsübertragungsstange weist einen mehreckigen Querschnitt auf und ist an einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet, dass sie gemeinsam vibrieren. Die Vibrationsübertragungsstange und eine Masse sind getrennt ausgebildet. Die Masse in Kontakt mit der Vibrationsübertragungsstange drückt einen Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Ultraschallvibrationsschweißer mit einem Horn; einer Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende, wovon eine Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient, bereit, und die Vibrationsübertragungsstange weist einen mehreckigen Querschnitt auf, wobei die Vibrationsübertragungsstange an einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass sich die Vibrationsübertragungsstange senkrecht zu einer Achse des Horns erstreckt, und die Vibrationsübertragungsstange einen Vorsprung aufweist, der sich senkrecht zu einer Achse der Vibrationsübertragungsstange an einem Knotenpunkt davon erstreckt, wobei die Vibrationsübertragungsstange eine Resonanzfrequenz in einer axialen Richtung des Horns und eine Resonanzfrequenz in einer Richtung, die die Achse des Horns kreuzt, aufweist, und die Resonanzfrequenzen voneinander um zumindest 500 Hz abweichen; und einer Masse, die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Masse eine Aussparung in einer Endoberfläche davon zum Aufnehmen des anderen Endes der Vibrationsübertragungsstange aufweist, und die Endoberfläche der Masse ausgestaltet ist, um den Vorsprung der Vibrationsübertragungsstange zu kontaktieren, während die Aussparung das Ende der Vibrationsübertragungsstange aufnimmt, und die Masse den Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt, bereit.
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Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Ultraschallvibrationsschweißgerät mit einem Horn; einer Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende, wovon eine Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient, und die Vibrationsübertragungsstange einen mehreckigen Querschnitt aufweist, wobei die Vibrationsübertragungsstange an einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass sich die Vibrationsübertragungsstange senkrecht zu einer Achse des Horns erstreckt, und die Vibrationsübertragungsstange eine Kerbe aufweist, die sich senkrecht zu einer Achse der Vibrationsübertragungsstange an einem Knotenpunkt davon erstreckt, und eine Komponente getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Komponente in die Kerbe eingepasst ist; und einer Masse, die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Masse eine Aussparung in einer Endoberfläche davon zum Aufnehmen des anderen Endes der Vibrationsübertragungsstange aufweist, und die Endoberfläche der Masse ausgestaltet ist, um die Komponente, die in die Kerbe in der Vibrationsübertragungsstange eingepasst ist, zu kontaktieren, während die Aussparung das andere Ende der Vibrationsübertragungsstange aufnimmt, und die Masse den Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt, bereit.
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Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Ultraschallvibrationsschweißer mit einem Horn; einer Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende, wovon eine Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient, und die Vibrationsübertragungsstange einen mehreckigen Querschnitt aufweist, wobei die Vibrationsübertragungsstange zwischen einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass sich die Vibrationsübertragungsstange senkrecht zu einer Achse des Horns erstreckt, und die Vibrationsübertragungsstange eine Kerbe aufweist, die sich senkrecht zu einer Achse der Vibrationsübertragungsstange an einem Knotenpunkt davon erstreckt; und einer Masse, die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Masse eine Aussparung in einer Endoberfläche davon zum Aufnehmen des anderen Endes der Vibrationsübertragungsstange aufweist, und einen sich einwärts erstreckenden Vorsprung an dem Ende davon aufweist, wobei der sich einwärts erstreckende Vorsprung in die Kerbe in der Vibrationsübertragungsstange eingepasst ist und eine innere Oberfläche der Aussparung kontaktiert, während die Kerbe das andere Ende der Vibrationsübertragungsstange aufnimmt, und die Masse den Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt, bereit.
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Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Ultraschallvibrationsschweißer mit einem Horn; einer Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende, wovon eine Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient, und die Vibrationsübertragungsstange einen mehreckigen Querschnitt aufweist, wobei die Vibrationsübertragungsstange an einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass sich die Vibrationsübertragungsstange senkrecht zu einer Achse des Horns erstreckt; und einer Masse, die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Masse in Kontakt mit der Vibrationsübertragungsstange einen Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt, und eine Resonanzfrequenz der Masse in einer axialen Richtung davon innerhalb von +/–25% einer Resonanzfrequenz der Vibrationsübertragungsstange eingestellt ist, bereit.
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Die vorliegende Erfindung weist den oben beschriebenen Aufbau auf. Die Vibrationsübertragungsstange weist einen mehreckigen Querschnitt auf. Eine Endoberfläche der Vibrationsübertragungsstange dient als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche. Somit vibriert die Vibrationsübertragungsstange während des Schweißens nur in der axialen Richtung des Horns, wodurch das Problem, dass der Verbindungsabschnitt zwischen dem Horn und der Vibrationsübertragungsstange die Neigung aufweist, beschädigt zu werden, vollständig gelöst wird.
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Ferner hat die Vibrationsübertragungsstange einen mehreckigen Querschnitt und weist eine Resonanzfrequenz in der axialen Richtung des Horns und eine Resonanzfrequenz in einer Richtung, die die Achse des Horns kreuzt, auf, wobei die Resonanzfrequenzen voneinander um zumindest 500 Hz abweichen. Somit vibriert die Vibrationsübertragungsstange während des Schweißens nur in der axialen Richtung des Horns, wodurch das Problem, dass der Verbindungsabschnitt zwischen dem Horn und der Vibrationsübertragungsstange die Neigung aufweist, beschädigt zu werden, vollständig gelöst wird.
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Zusätzlich verwendet die Vibrationsübertragungsstange, anders als der bekannte Ultraschallvibrationsschweißer, kein Scheibchen, das an einem Ende davon befestigt ist, sondern eine der Endoberflächen davon als die Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche. Entsprechend werden die Probleme, die mit der Struktur verbunden sind, in denen ein Scheibchen an einem Ende der Vibrationsübertragungsstange verbunden ist, welche in dem bekannten Ultraschallvibrationsschweißer verwendet wird, vollständig gelöst. Ferner können beide Endoberflächen als die Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche durch Wenden der Vibrationsübertragungsstange von oben nach unten verwendet werden.
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Ferner sind die Vibrationsübertragungsstange und die Masse getrennt ausgebildet. Dies löst die Probleme, die mit der Struktur verbunden sind, in welcher die Vibrationsübertragungsstange und die Masse integral ausgebildet sind, die in dem bekannten Ultraschallvibrationsschweißer verwendet wird. Da ferner die Masse in Kontakt mit der Vibrationsübertragungsstange den Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt, kann ein Druck angelegt werden, ohne die Vibration der Vibrationsübertragungsstange zu beeinträchtigen. Ferner minimiert diese Anordnung die Erzeugung von Reibungshitze aufgrund von Reibung zwischen der Masse und dem Vorsprung der Vibrationsübertragungsstange während des Anlegens von Druck.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Vorderansicht eines relevanten Teils eines Ultraschallvibrationsschweißers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Seitenansicht des Ultraschallvibrationsschweißers gemäß der ersten Ausführungsform, wovon ein Teil im Querschnitt gezeigt ist.
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3 ist eine Vorderansicht eines Horns und einer Vibrationsübertragungsstange.
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4 ist eine Seitenansicht des Horns und der Vibrationsübertragungsstange.
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5 zeigt eine andere Struktur, in der eine Masse einen Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt.
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6 zeigt eine andere Struktur, in der eine Masse einen Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt.
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7 ist eine Vorderansicht eines Horns und einer Vibrationsübertragungsstange eines Ultraschallvibrationsschweißers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 ist eine Seitenansicht des Horns und der Vibrationsübertragungsstange des Ultraschallvibrationsschweißers gemäß der zweiten Ausführungsform, wovon ein Teil im Querschnitt gezeigt ist.
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9 ist eine Vorderansicht einer Masse eines Ultraschallvibrationsschweißers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt einen bekannten Ultraschallvibrationsschweißer.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind wie folgt:
- (1) Ein Ultraschallvibrationsschweißer mit einem Horn; einer Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende, wovon eine Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient, wobei die Vibrationsübertragungsstange einen mehreckigen Querschnitt aufweist, und die Vibrationsübertragungsstange an einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass sich die Vibrationsübertragungsstange senkrecht zu einer Achse des Horns erstreckt, wobei die Vibrationsübertragungsstange einen Vorsprung aufweist, der sich senkrecht zu einer Achse der Vibrationsübertragungsstange an einem Knotenpunkt davon erstreckt, und die Vibrationsübertragungsstange eine Resonanzfrequenz in einer axialen Richtung des Horns und eine Resonanzfrequenz in einer Richtung, die die Achse des Horns kreuzt, aufweist, wobei die Resonanzfrequenzen voneinander um zumindest 500 Hz abweichen; und einer Masse, die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Masse eine Aussparung in einer Endoberfläche davon aufweist, um das andere Ende der Vibrationsübertragungsstange aufzunehmen, und die Endoberfläche der Masse ausgestaltet ist, um den Vorsprung der Vibrationsübertragungsstange zu kontaktieren, während die Aussparung das Ende der Vibrationsübertragungsstange aufnimmt, und die Masse den Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt.
- (2) Ein Ultraschallvibrationsschweißer mit einem Horn; einer Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende, wovon eine Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient, wobei die Vibrationsübertragungsstange einen mehreckigen Querschnitt aufweist, und die Vibrationsübertragungsstange an einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass sich die Vibrationsübertragungsstange senkrecht zu einer Achse des Horns erstreckt, und die Vibrationsübertragungsstange eine Kerbe aufweist, die sich senkrecht zu einer Achse der Vibrationsübertragungsstange an einem Knotenpunkt davon erstreckt, und eine Komponente getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Komponente in die Kerbe eingepasst ist; und einer Masse, die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Masse eine Aussparung in einer Endoberfläche davon zum Aufnehmen des anderen Endes der Vibrationsübertragungsstange aufweist, und die Endoberfläche der Masse ausgestaltet ist, um die Komponente, die in die Kerbe in der Vibrationsübertragungsstange eingepasst ist, zu kontaktieren, während die Aussparung das andere Ende der Vibrationsübertragungsstange aufnimmt, und die Masse den Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt.
- (3) Ein Ultraschallvibrationsschweißer mit einem Horn; einer Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende, wovon eine Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient, wobei die Vibrationsübertragungsstange einen mehreckigen Querschnitt aufweist, und die Vibrationsübertragungsstange an einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass sich die Vibrationsübertragungsstange senkrecht zu einer Achse des Horns erstreckt, wobei die Vibrationsübertragungsstange eine Kerbe aufweist, die sich senkrecht zu einer Achse der Vibrationsübertragungsstange an einem Knotenpunkt davon erstreckt; und einer Masse, die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Masse eine Aussparung in einer Endoberfläche davon zum Aufnehmen des anderen Endes der Vibrationsübertragungsstange aufweist, und einen sich einwärts erstreckenden Vorsprung an dem Ende davon aufweist, wobei der sich einwärts erstreckende Vorsprung in die Kerbe in der Vibrationsübertragungsstange eingepasst ist und eine innere Oberfläche der Kerbe kontaktiert, während die Aussparung das andere Ende der Vibrationsübertragungsstange aufnimmt, und die Masse den Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt.
- (4) Ein Ultraschallvibrationsschweißer mit einem Horn; einer Vibrationsübertragungsstange mit einem Ende, wovon eine Oberfläche als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient, und die Vibrationsübertragungsstange einen mehreckigen Querschnitt aufweist, wobei die Vibrationsübertragungsstange an einem Ende des Horns auf eine derartige Weise angeordnet ist, dass sich die Vibrationsübertragungsstange senkrecht zu einer Achse des Horns erstreckt; und einer Masse, die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange ausgebildet ist, wobei die Masse in Kontakt mit der Vibrationsübertragungsstange einen Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange drückt, und eine Resonanzfrequenz der Masse in einer axialen Richtung davon innerhalb von +/–25% einer Resonanzfrequenz der Vibrationsübertragungsstange eingestellt ist.
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Erste Ausführungsform
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt beschrieben.
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1 ist eine Vorderansicht eines relevanten Teils eines Ultraschallvibrationsschweißers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine Seitenansicht desselbigen, wovon ein Teil im Querschnitt gezeigt ist. 3 ist eine Vorderansicht eines Horns und einer Vibrationsübertragungsstange, und 4 ist eine Seitenansicht derselbigen.
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Der Ultraschallvibrationsschweißer enthält einen Rahmen 1 zum Tragen der folgenden Komponenten, einen Oszillator 2, einen polarmontierten Druckerhöher 3, und ein Horn 4. Der polarmontierte Druckerhöher 3 ist zwischen dem Oszillator 2 und dem Horn 4 angeordnet. Das Horn 4 verjüngt sich an einem Ende.
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Eine Vibrationsübertragungsstange 5 ist an dem sich verjüngenden Ende des Horns 4 auf eine derartige Weise angeordnet, dass sie zusammen vibrieren.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die zwei Stangen 5A und 5B, die sich senkrecht zu der Achse des Horns 4 erstrecken, an dem sich verjüngenden Ende des Horns 4 vorgesehen. Die zwei Stangen 5A und 5B bilden als ein Paar die Vibrationsübertragungsstange 5. Die Vibrationsübertragungsstange 5 weist einen mehreckigen Querschnitt auf. Eine der Endoberflächen 5a und 5b dient als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche. Ferner weist die Vibrationsübertragungsstange 5 Vorsprünge 6 und 7 auf, die sich senkrecht zu der Achse davon an Knotenpunkten erstrecken. Wie oben beschrieben, weist die Vibrationsübertragungsstange 5 einen mehreckigen Querschnitt auf. Die Vibrationsübertragungsstange 5 weist eine Resonanzfrequenz in der axialen Richtung des Horns 4 und eine Resonanzfrequenz in einer anderen Richtung auf, die voneinander um zumindest 500 Hz abweichen. Wenn sie einer Vibration in der gleichen Richtung wie die Vibrationsrichtung des Horns 4 unterworfen wird, bildet die Vibrationsübertragungsstange 5 mit dem Horn 4 einen Resonator, der bei einer gewünschten Frequenz vibriert.
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Eine Masse 8 zum Anlegen eines Druckes ist getrennt von der Vibrationsübertragungsstange 5 ausgebildet. Die Masse 8 ist ausgestaltet, um die Vibrationsübertragungsstange 5 zu kontaktieren und einen der Knotenpunkte der Vibrationsübertragungsstange 5 zu drücken. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Masse 8 eine Aussparung 8A auf, die in einer Endoberfläche 8a zum Aufnehmen der anderen der Endoberflächen 5a und 5b der Vibrationsübertragungsstange 5 davon ausgebildet ist. Die Endoberfläche 8a der Masse 8 ist ausgestaltet, um einen der Vorsprünge 6 und 7 zu kontaktieren, die auf der Vibrationsübertragungsstange 5 ausgebildet sind, während die Aussparung 8A das Ende der Vibrationsübertragungsstange 5 aufnimmt. Somit drückt die Masse 8 einen der Knotenpunkte der Vibrationsübertragungsstange 5.
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Ein anderer Aufbau ist in 5 gezeigt. Die Vibrationsübertragungsstange 5 weist Kerben 5' und 5' auf, die sich senkrecht zu der Achse der Vibrationsübertragungsstange 5 erstrecken, an einem Ende der Knotenpunkte davon auf. Die Masse 8 weist eine Aussparung 8A auf, die in einer Endoberfläche 8a zum Aufnehmen eines Endes der Vibrationsübertragungsstange 5 davon ausgebildet ist. Komponenten 5'' und 5'', die getrennt von der Vibrationsübertragungsstange 5 ausgebildet sind, sind in die Kerben 5' und 5' eingepasst, die in der Vibrationsübertragungsstange 5 vorgesehen sind. Die Endoberfläche 8a der Masse 8 ist ausgestaltet, um die Komponenten 5'' und 5'' zu kontaktieren, während die Aussparung 8A das Ende der Vibrationsübertragungsstange 5 aufnimmt. Somit drückt die Masse 8 einen der Knotenpunkte der Vibrationsübertragungsstange 5.
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Eine andere Struktur ist in 6 gezeigt. Die Vibrationsübertragungsstange 5 weist Kerben 5' und 5' auf, die sich senkrecht zu der Achse der Vibrationsübertragungsstange 5 erstrecken, an einem Ende der Knotenpunkte davon auf. Die Masse 8 weist eine Aussparung 8A auf, die in einer Endoberfläche davon zum Aufnehmen eines Endes der Vibrationsübertragungsstange 5 ausgebildet ist. Die Masse 8 weist ferner sich einwärts erstreckende Vorsprünge 8b und 8b an einem Ende auf, die in die Kerben 5' und 5' eingepasst werden, die in der Vibrationsübertragungsstange 5 vorgesehen sind. Die sich einwärts erstreckenden Vorsprünge 8b und 8b, die an dem Ende der Masse ausgebildet sind, sind in die Kerben 5' und 5' eingepasst, die in der Vibrationsübertragungsstange 5 vorgesehen sind, und kontaktieren die inneren Oberflächen der Kerben 5' und 5', während die Aussparung 8A das Ende der Vibrationsübertragungsstange 5 aufnimmt. Somit drückt die Masse 8 einen der Knotenpunkte der Vibrationsübertragungsstange 5.
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Ein Druckanleger 9, wie ein Zylinder, ist mit der Masse 8 verbunden. Ein Amboss 10 ist an einer Position gegenüberliegend der Vibrationsübertragungsstange 5 angeordnet, und ein Ambosssockel 11 trägt den Amboss 10. Miteinander zu verschweißende Teile sind durch Bezugszeichen 12 und 13 bezeichnet. Der Ultraschallvibrationsschweißer enthält ferner einen Vibrationsabschnittshalterahmen 14, Führungspfosten 15 und 15 zum Tragen des Vibrationsabschnittshalterahmens 14 in einer verschiebbaren Weise, Stützabschnitte 16 und 17 zum Tragen der Führungspfosten 15 und 15, und Druck erhöhende Spiralfedern 18 und 18, die an den Führungspfosten 15 und 15 befestigt sind, zur Rückführung des Vibrationsabschnittshalterahmens 14 in seine ursprüngliche Position.
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Vorteile der oben beschriebenen Ausführungsform werden jetzt beschrieben.
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Das Horn 4 bewirkt, dass die Vibrationsübertragungsstange 5 eine Biegeschwingung ausführt, während der Druckanleger 9 durch die Masse 8 einen Schweißdruck an einen der Knotenpunkte der Vibrationsübertragungsstange 5 anlegt. Die Vibration der Vibrationsübertragungsstange 5 bewirkt eine Reibung zwischen den Teilen 12 und 13. Die Reibung erzeugt Reibungswärme, die diffundiert oder Abschnitte der Teile 12 und 13, die der Reibung unterworfen sind, schmelzverbindet. Dadurch werden die Teile 12 und 13 miteinander verschweißt.
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In der vorliegenden Ausführungsform hat die Vibrationsübertragungsstange 5 einen mehreckigen Querschnitt, und weist eine Resonanzfrequenz in der axialen Richtung des Horns 4 und eine Resonanzfrequenz in einer anderen Richtung auf, die voneinander um zumindest 500 Hz abweichen. Wenn sie einer Vibration in der gleichen Richtung wie die Vibrationsrichtung des Horns 4 unterworfen wird, bildet die Vibrationsübertragungsstange 5 mit dem Horn 4 einen Resonator, der mit einer gewünschten Frequenz vibriert. Somit vibriert die Vibrationsübertragungsstange 5 während des Schweißens nur in der axialen Richtung des Horns 4, wodurch das Problem, dass der Verbindungsabschnitt zwischen dem Horn und der Vibrationsübertragungsstange die Neigung aufweist, beschädigt zu werden, vollständig gelöst wird.
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Ferner verwendet die Vibrationsübertragungsstange 5, anders als der bekannte Ultraschallvibrationsschweißer, kein Scheibchen, das an einem Ende davon befestigt ist, sondern verwendet eine der Endoberflächen 5a und 5b davon als die Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche. Dementsprechend werden die Probleme, die mit der Struktur verbunden sind, in der ein Scheibchen an einem Ende der Vibrationsübertragungsstange befestigt ist, die in dem bekannten Ultraschallvibrationsschweißer eingesetzt wird, vollständig gelöst. Ferner können beide Endoberflächen 5a und 5b als die Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche durch Wenden der Vibrationsübertragungsstange 5 von oben nach unten verwendet werden.
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Zusätzlich sind die Vibrationsübertragungsstange 5 und die Masse 8 getrennt ausgebildet. Dies löst die Probleme, die mit der Struktur verbunden sind, in der die Vibrationsübertragungsstange und die Masse integral ausgebildet sind, die in dem bekannten Ultraschallvibrationsschweißer eingesetzt wird. Da ferner die Masse 8 in Kontakt mit der Vibrationsübertragungsstange 5 einen der Knotenpunkte der Vibrationsübertragungsstange 5 drückt, kann ein Druck angelegt werden, ohne die Vibration der Vibrationsübertragungsstange 5 zu beeinträchtigen. Ferner minimiert diese Anordnung die Erzeugung von Reibungswärme aufgrund von Reibung zwischen der Masse 8 und den Vorsprüngen 6 und 7 der Vibrationsübertragungsstange 5 während des Anlegens von Druck.
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Zweite Ausführungsform
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Bezug nehmend auf 7 und 8 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die vorliegende Ausführungsform weicht von der ersten Ausführungsform dahingehend ab, dass in der vorliegenden Ausführungsform das Horn 4 und die Vibrationsübertragungsstange 5 getrennt ausgebildet sind und über eine Schraube T miteinander verbunden sind. Da andere Strukturen und Vorteile die gleichen sind, wie diejenigen gemäß der ersten Ausführungsform, werden gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und von einer detaillierten Beschreibung davon wird abgesehen.
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Dritte Ausführungsform
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Bezug nehmend auf 9 wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die vorliegende Ausführungsform weicht von der ersten Ausführungsform dahingehend ab, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Masse 8 zum Anlegen eines Druckes als ein Resonator dient, der in der axialen Richtung vibriert. Die Masse 8 weist einen Flansch 8B zum Anlegen eines Druckes an einem Knotenpunkt auf, der im Wesentlichen im mittleren Abschnitt in dessen axialer Richtung angeordnet ist. Ein Druckanlegungsmechanismus (nicht gezeigt) legt einen Druck an obere Oberflächen 8B' und 8B' des Flansches 8B zum Anlegen von Druck an. Die Resonanzfrequenz der Masse 8 in der axialen Richtung ist innerhalb von +/–25% der Resonanzfrequenz der Vibrationsübertragungsstange 5 eingestellt. Da andere Strukturen und Vorteile die gleichen sind, wie diejenigen gemäß der ersten Ausführungsform, werden gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und von einer detaillierten Beschreibung davon wird abgesehen.
