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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 offenbart 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 Posi tion 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.
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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 Ver fahren 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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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 Vibrationsüber tragungsstange
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 Vibra tionsübertragungsstange
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.
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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 verbun den
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.
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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 Vibrations übertragungsstange
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.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst das Problem, dass ein Verbindungsabschnitt
zwischen einem Horn und einer Vibrationsübertragungsstange
die Neigung aufweist, beschädigt zu werden, und das Problem, das
mit einer Struktur verbunden ist, in der ein Scheibchen an einem
Ende der Vibrationsübertragungsstange befestigt ist, welches
mit dem bekannten Ultraschallvibrationsschweißer auftritt.
Eine Vibrationsübertragungsstange weist eine Endoberfläche auf,
die als eine Vibration-und-Druck-Anlegungsoberfläche dient
und einen mehreckigen Querschnitt aufweist. Die Vibrationsübertragungsstange
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 legt einen Druck
an einem Vorsprung an, der an einem Knotenpunkt der Vibrationsübertragungsstange
ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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