JP2005238333A - 超音波溶接装置及び超音波溶接装置のための工具 - Google Patents

Abstract

【課題】使用される工具が作用面の役割をする免の最適な利用を可能とする、超音波溶接装置を提供する。
【解決手段】 振動音極１０の形の工具を有する超音波溶接装置において、振動音極１０の作用面３４、３６の最適な利用を可能にするために、振動音極１０がその縦軸の周りにも、縦軸に垂直な横軸３８の周りにも回転され、振動音極と超音波溶接装置を結合する部品に対して所望の位置に移転し、固定提案する。これによって作用面の最適な利用が生じ、一つの作用面が２つの作用面のの機能を発揮する。
【選択図】 図１

Description

本発明は振動音極、対極又は４つの作用面で圧縮室を画定する側面部材の形の工具を有し、上記の作用面が被溶接物、例えば金属からなる素線又は管に対して選択に応じて整列され、かつ工具の縦軸が貫く工具の端面の少なくとも１つを横切る方向に延びており、この端面が工具と超音波溶接装置を結合する部品例えば保持具、ブースタ又はコンバータに接し、作用面の１つを品物に対して整列するために、工具を縦軸の周りに回転して部品に対して所望の位置に整列することができる超音波溶接装置に関する。また本発明は２つの相対する端面と、これらの端面の間で端面に垂直又はおおむね垂直に延びる少なくとも１つの面とを有し、対極に対して整列すれば、この面が作用面となる振動音極の形の超音波溶接装置の工具に関する。

４つの作用面を持つ振動音極及び４つの作用面を持つ受圧台からなる工具を有する超音波溶接装置が欧州特許公開ＥＰ−Ａ−００８３７０７により周知である。ここでは、様々な横断面の圧縮室に対して作用面を整列させるために、振動音極も受圧台もそれぞれの縦軸の周りに回転することができる。

圧縮室を画定する種々の作用面を利用するために、対極を１８０°移転することができる超音波溶接装置が欧州特許公開ＥＰ−Ａ−０２８６９７５及び米国特許第４，７８２，９９０号により周知である。

欧州特許ＥＰ−Ｂ−０７２３７１３に記載の超音波溶接装置は超音波振動を発生する振動音極を具備する。振動音極の一部は、高さと幅が調整可能でとりわけ長方形横断面の、端面が開いた圧縮室の、作用面として使用される第１の境界面である。その他の境界面又は作用面は組立式の対極及びサイドスライドの一部からなる。

振動音極の相対する端面がそれぞれブースタと結合された超音波溶接装置が欧州特許ＥＰ−Ｂ−０７６１３７０により周知である。振動音極の長さは超音波の波長λに相当する。円筒形の振動音極の振動波腹に、複数の作用面をなす突起がある。作用面を対極−受圧台とも称する−に対して整列するために、振動音極をその縦軸の周りに回転しなければならない。

サイドスライドが圧縮室を画定する超音波溶接装置が国際特許公開ＷＯ−Ａ−０２／４３９１５に記載されている。サイドスライドは複数の作用面を有する。作用面の１つを圧縮室に対して整列するために、サイドスライドは回転及び／又は方向転換可能である。

本発明の課題は、使用される工具が作用面の役割をする面の最適な利用を可能にするように、冒頭に挙げた種類の超音波溶接装置を改良することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題解決のために、本発明は工具が縦軸の周りにも、縦軸に垂直な横軸の周りにも回転され、工具と超音波溶接装置を結合する部品に対して所望の位置に移転し得るようにする。

先公知の先行技術と異なり、超音波溶接装置は縦軸の周りだけでなく、縦軸に垂直な横軸の周りにも回転可能な工具を有する。これによって作用面の最適な利用が生じ、いわば１つの作用面が２つの作用面の機能を遂行する。

特に本発明は、２つの相対する端面を有し、端面の少なくとも１つがブースタ及び／又はコンバータのような部品に接する振動音極を工具として備えた超音波溶接装置において、振動音極が２つの第１の面と２つの第２の面を有し、これらの面は振動音極の縦軸に関して正反対の側に対置され、２つの第１の面及び／又は２つの第２の面が重複しており、対極に対して整列された面がそれぞれ作用面となる超音波溶接装置に関する。

振動音極の移転により作用面が均一に摩耗することによって、各作用面の最適な利用が実現され、こうして振動音極の高い寿命が得られる。

換言すれば、本発明に基づき１つの作用面が２つの作用面として利用されるのである。

特に振動音極は、端面を有する円筒形の末端部分と、その間にある中間部分からなり、中間部分は作用面と交わる平面に対して対称な外側の第１の台形部分及び内側の第２の台形部分並びに第２の台形部分によって画定された直方体状の内側部分からなり、内側部分から作用面が張出している。

その場合中間部分は末端部分から、正反対の側で相対する作用面にかけて高さが増加する。

直方体状の内側部分の幾何学的形状は、末端部分及び台形部分の外周面を越えて突出する直方体状の内側部分の各端面が２つの第１の又は２つの第２の作用面をなすように選定されている。

振動音極の少なくとも１つの端面を超音波溶接装置のブースタと結合することが好ましい。しかし代案として一方の端面をコンバータと、他方の端面をブースタと結合することも可能である。別の代案として各端面をコンバータと結合することも考えられる。

端面がそれぞれコンバータと結合されている場合は、コンバータを介して同じ方向にロードするために、振動音極が３／２λ（λ＝超音波溶接の波長）の長さを有することが好ましい。長さλの振動音極を使用するときは、コンバータの電気信号が反射される。

本発明の別の強調すべき提案によれば、超音波溶接装置は工具として対極−受圧台とも称する−を有し、対極はその縦軸に関して正反対の側にある作用面を有し、作用面の縦側面は振動音極の縦軸に沿って延びる切れ刃によってそれぞれ画定される。対極の端面は、対極の縦軸と直角に交わり、かつ対極の横軸がある平面に対して対称に形成されている。

対極を適当に形成することによって、対極を振動音極の縦軸と平行なその縦軸の周りに回転するだけでなく、選択に応じてその端面の１つを例えば保持具と結合し、その結果正反対の側にある作用面の各々を二重に利用し、従って４つの作用面を使用することが可能である。この処置によって対極の最適な利用が可能であるから、高い寿命が得られる。

対極は特に冷却装置用の管の密封又は溶接及び切断のための超音波溶接装置に用いられ、対極の移転即ち横軸の周りの回転によって管の右端と左端を切断することができる。

特に構造上簡単な処置によって、切欠部に係合する適当な突起が張出す超音波溶接装置の固定面への対極の規則正しい整列を保証するために、対極の各端面は縦軸が貫く凹陥部を有する。特にこの凹陥部は、全端面にわたって延び、対極の横軸を横切る凹陥部である。

また本発明は、２つの相対する端面と、これらの端面の間で端面に垂直又はおおむね垂直に延びる少なくとも１つの面とを有し、この面を作用面として対極に対して整列することができる振動音極の形の超音波溶接装置の工具において、振動音極が２つの第１の面と２つの第２の面を有し、これらの面が振動音極の縦軸に関して正反対の側に対置され、２つの第１の面及び／又は２つの第２の面が重複しており、対極に対して整列された面がそれぞれ作用面となることを特徴とする。

発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲及び特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組合せとして−だけでなく、図面に見られる好ましい実施例の下記の説明からも明らかである。

図には金属品、例えば素線又は管を圧縮し、溶接し又はその断片を切断するための超音波溶接装置の工具のごく概要が示されている。

超音波溶接装置は、重要な構成部分として制御装置のほかに発振器、コンバータ、圧縮又は溶接される品物に超音波振動を伝達する振動音極及び対極を具備する周知の構造の装置である。振動音極及び対極は、正面側が開放した圧縮室の一部である。不完全な境界面は側面部材からなり、その内の少なくとも１つは移動可能でなければならない。振動の増幅を得るために、コンバータと振動音極の間にブースタを接続することができる。超音波溶接装置の基本構造とその機能はドイツ刊行物：「技術双書」（Die Bibliothek der Technik），１０８巻、「超音波金属溶接」（Verlag Moderne Industrie, Landsberg/Lec, 1985）に出ている。参照のためにその内容を明確に挙げ、かつ引例とする。

単なる一例として図４及び５に、例えば素線１０２を溶接するための一般的な阿超音波溶接装置１００の概要図及びその部分拡大図を示す。そのために素線１０２は圧縮室１０４に入れられる。圧縮室１０４は受圧台１０６及び振動音極１０８の作用又は溶接面、サイドスライド１１０並びに受圧台１０６の案内１１２によって画定される。

その場合案内１１２、受圧台１０６及びサイドスライド１１０は、圧縮室１０４の横断面を被溶接素線に合わせて調整し得るように、互いに変位させることができる。この点については、例えば欧州特許ＥＰ−Ｂ−０７２３７１３に記載されている周知の構造を参照のために挙げる。

図１について後で詳しく説明し、図１に参照符号１０で表示してあるが、この振動音極１０８は、ブースタ１１４を介してコンバータ１１６と結合されている。振動音極１０８は振動の節点で支承される。当該の支承を参照符号１１８及び１２０で表示する。圧縮室１０４を画定する振動音極１０８の作用面は、振動音極１０８の振動波腹にある。

図１において、詳しく図示した振動音極１０は２つの相対する端面１４、１６を有する。その場合端面１４は例えばブースタ又はコンバータと、場合によっては端面１６もブースタ又はコンバータと結合することができる。しかしどの端面１４、１６も超音波溶接装置の部品と結合することは必要でない。振動音極１０は適用される超音波振動の波長に相当する長さλを有することが好ましい。

振動音極１０は円筒形の末端部分１８、２０と中間部分２２からなる。一方、中間部分は外側の第１の台形部分２４、２６及び内側の第２の台形部分２８、３０からなり、台形部分２８、３０は直方体状の内側部分３２を画定する。正反対の側にあるその端面３４、３６は振動音極１０の作用面をなす。その場合振動音極１０がその横軸（矢印３８）の周りに回転可能（矢印４０）であることによって、各端面又は作用面３４、３６が二重に利用される。こうして各作用面３４又は３６の最適な利用が生じ、従って各作用面はそれぞれ２つの作用面の機能を遂行する。また矢印４４で示唆するように、振動音極１０が縦軸（矢印４０）の周りに回転可能であることによって、選択に応じて作用面３４又は３６の１つを図示しない対極に対して整列することができる。

また図示により明らかなように、振動音極１０は末端部分１８、２０から作用面３４、３６の方向へ高さが増加し、これに対して少なくとも外側及び内側の台形部分２４、２６又は３８の幅は末端部分１８、２０の幅より小さい。

換言すれば、中間部分２２の少なくとも内側の台形部分２８、３０及び内側部分３２の区域は板状といえるが、末端部分１８、２０は円筒形を有する。板状部分と末端部分１８、２０の間の接合部をなすのが外側の第１の台形部分２４である。

また図１の図示が示唆するように、振動音極１０は２つの平面に関して対称に形成されている。その場合１つの平面は横軸３８に対して垂直である。この平面に縦軸４２がある。他方の平面に横軸３８があり、横軸３８に対して縦軸４２が垂直に延びている。

本例の振動音極１０が対をなして相対する２つの作用面３４、３６を有するならば、内側部分３２を例えば星形に形成して、例えば４対の作用面を利用できるようにすることが直ちに可能である。

図２及び３には例えば冷却装置の管の特に密封又は溶接及び切断のために用いられる対極−受圧台４６とも称する−の形の工具の具体例を示す。受圧台４６は２つの端面４８、５０を有し、これらの端面は選択に応じて超音波溶接装置の固定面に接する。各端面４８又は５０は固定面への確実な固定のために、全幅に延び、受圧台４６の縦軸５２が貫く長方形断面の凹陥部５４、５６を有する。受圧台４６を固定面に規則正しく整列すると、固定面の適宜に整合する突起がこの凹陥部に係合する。

受圧台４６の縦軸５２に関して正反対の側に作用面５８、６０がある。作用面５８、６０は内側の縦側面６２、６４に沿ってそれぞれ切れ刃６６、６８によって画定される。切れ刃６６、６８は受圧台４６の縦軸５２と平行又はほぼ平行に、即ち受圧台４６に配属された図示しない振動音極の縦軸に沿って延びている。

作用面５８又は６０及び所属の切れ刃６６、６８のこのような構造によって、管を密封又は溶接し、同時にせん断又は切断することが可能である。

本発明に基づき受圧台４６はその縦軸５２の周りだけでなく、縦軸５２に垂直な横軸７０の周りにも回転することができるから、作用面５８、６０の各々が二重に利用でき、即ち各作用面５８、６０が２つの作用面の機能を遂行する。同時に、圧縮される管の左側又は右側を選択に応じて切断するために、受圧台４６を利用することができる利点が生じる。受圧台４６がもっぱら縦軸５２の周りに回転される場合は、常に同じ側の切断が行われる。これに対して横軸７０の周りに回転を行えば、管の左切断の代わりに右切断及びその逆を行うことができる。

本例では固定面への受圧台４６の固定は、縦軸５２に対して対称に配置された穴７２、７４に通るねじによって行われる。

超音波溶接装置の振動音極及び対極（受圧台）の概要図を示す。 対極の側面図を示す。 図２の対極の断面図を示す。 一般的な超音波溶接装置の概要図を示す。 図４の部分拡大図を示す。

符号の説明

１０ 振動音極（工具）
１４，１６ 端面
３４，３６ 作用面
３８，７０ 横軸
４２，４５ 縦軸
４６ 受圧台（対極）

Claims (14)

1. 振動音極（１０）、対極（４６）又は４つの作用面（３４、３６）で圧縮室を画定する側面部材の形の工具を有し、作用面（３４、３６）が圧縮又は溶接される品物に対して選択に応じて整列され、かつ工具の縦軸（４２）が貫く工具の端面（１４、１６）の少なくとも１つを横切る方向に延びており、端面（１４、１６）が工具と超音波溶接装置を結合する部品例えば保持具、ブースタ又はコンバータに接し、作用面の１つを品物に対して整列するために、工具を縦軸の周りに回転して、部品に対して所望の位置に整列することができる超音波溶接装置において、工具（１０、４６）を縦軸（４２、５２）の周りにも、縦軸に垂直な横軸（３８、７０）の周りにも回転し、工具と超音波溶接装置を結合する部品に対して所望の位置に移転しかつ固定することができることを特徴とする超音波溶接装置。
2. ２つの相対する端面を有し、少なくとも１つの端面が超音波溶接装置のブースタないしコンバータなどの部品に接する振動音極（１０）を工具として備えた請求項１に記載の超音波溶接装置において、振動音極（１０）が２つの第１の作用面（３４）及び２つの第２の作用面（３６）を有し、これらの作用面が振動音極の縦軸（４２）に関して正反対の側に対置され、２つの第１の面ないしは２つの第２の面が重複しており、対極に対して整列したときにそれぞれ１つの面が作用面であることを特徴とする超音波溶接装置。
3. 振動音極（１０）の２つの第１の面（３４）ないしは２つの第２の面（３６）が等しい又はおおむね等しい平面的広がりを有することを特徴とする請求項２に記載の超音波溶接装置。
4. 工具としての振動音極（１０）が端面（１４、１６）を有する円筒形の末端部分（１８、２０）及びその間にある中間部分（３２）からなり、中間部分が面（３４、３６）と交わる平面に対して対称な外側の第１の台形部分（２４、２６）と内側の第２の台形部分（２８、３０）を具備し、上記の面が第２の台形部分によって画定された直方体状の内側部分（３２）から張出していることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。
5. 振動音極（１０）の中間部分（２２）の高さが末端部分（２８）から内側部分（３２）の方向へ増加することを特徴とする請求項４に記載の超音波溶接装置。
6. 振動音極（１０）の末端部分（１８、２０）及び中間部分（２２）の外周面を越えて突出する直方体状の内側部分（３２）の各端面（３４、３６）が、２つの第１の面及び２つの第２の面であることを特徴とする請求項４に記載の超音波溶接装置。
7. 工具としての振動音極（１０）の端面（１４、１６）の少なくとも１つがブースタと結合され、振動音極が超音波振動の波長λを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。
8. 工具としての振動音極（１０）の端面（１４、１６）の１つが超音波溶接装置のブースタと、他方の端面がコンバータと結合されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。
9. 工具としての振動音極（１０）の各端面（１４、１６）がコンバータと結合され、振動音極が超音波振動の波長λ又は３／２λを有することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。
10. 工具としての振動音極（１０）が、振動音極の横軸（３８）に垂直であり、縦軸（４２）がある第１の平面に対しても、縦軸に垂直であり、横軸がある第２の平面に対しても、対称に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。
11. 対極（４６）の形の工具を有し、一方の縦側面の各作用面が振動音極の縦軸に沿って延びる切れ刃によって画定され、反対側の縦側面にあって正反対の側で相対する作用面がそれぞれ１つの切れ刃によって画定されている請求項１に記載の超音波溶接装置において、対極（４６）の端面（４８、５０）が、対極の縦軸（５２）と直角に交わり、かつ横軸（７０）がある平面に対して対称に形成されていることを特徴とする超音波溶接装置。
12. 対極（４６）の各端面（４８、５０）がとりわけ全幅に延びる凹陥部（５４、５６）を有し、この凹陥部を縦軸（５２）が貫き、かつ凹陥部が横軸（７０）に対して垂直であることを特徴とする請求項１１に記載の超音波溶接装置。
13. 対極（４６）をその縦軸（５２）の周りに１８０度回転すると、２つの第２の作用面（６０）と所属の切れ刃（４８）が当該の振動音極に関して２つの第１の作用面（５８）及び所属の切れ刃（６６）の位置をとることを特徴とする請求項１１に記載の超音波溶接装置。
14. ２つの相対する端面（１４、１６）と、これらの端面の間で端面に垂直又はおおむね垂直に延びる少なくとも１つの面とを有し、対極に対して整列すれば、この面が作用面（３４、３６）となる振動音極（１０）の形の超音波溶接装置の工具において、振動音極（１０）が２つの第１の作用面（３４）及び２つの第２の作用面（３６）を有し、これらの作用面が振動音極の縦軸（４２）に関して正反対の側に対置され、２つの第１の面ないしは２つの第２の面が重複しており、対極に対して整列された面がそれぞれ作用面となることを特徴とする工具。
    

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