JP2013139079A - 超音波機械加工のためのアンビル - Google Patents

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Abstract

【課題】非常に薄い材料、例えばフィルムを超音波機械加工する場合であっても、印加された超音波振動が当該フィルムに充分伝わるアンビルを提供する。
【解決手段】アンビルは、エアベアリング３０を介して担体部に浮動的に支持される、空気で支持された支持部１０を含み、当該支持部１０と当該担体部は、少なくとも１つのリニアガイド１６，１８，１９，２０を介して互いに接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波機械加工、例えば、超音波切断、超音波溶接、さらに超音波分離溶接（ultrasonic separation welding）のためのアンビルに関する。
非常に薄い材料、例えば、フィルムが、上記処理方法を用いて加工される場合、超音波装置、例えば、ソノトロードにより印加された超音波振動が当該フィルムに伝わらず、大部分が当該アンビル内、すなわち、ワークピース支持体内に伝わる問題及び当該ワークピース支持体のわずかな位置ずれにより機械加工が誤って行われる問題が生じうる。
したがって、本発明の根本的な課題は、非常に薄い材料でも正確に機械加工できる超音波機械加工のためのアンビルを提供することである。
当該目的は、本願請求項１の特徴により、具体的には、エアベアリングを介して担体部に浮動的に支持される空気中で支持された支持部を含む超音波機械加工のためのアンビルであって、当該支持部と当該担体部とが、少なくとも１のリニアガイドを介して互いに接続され、かつ、当該エアベアリングを構成するように当該支持部と当該担体部との間に反発力を発生させる少なくとも１の永久磁石が設けられるアンビルにより達成される。
本発明の装置により、当該担体部と当該支持部との間の非干渉を非常に良好にでき、その結果、超音波装置が数十ｋＨｚで稼動すると当該担体部の振幅はもはや問題にならないことが研究より明らかである。当該支持部の磨耗は、当該エアベアリングにより最小限に抑えられ、当該担体部と当該支持部との間の非干渉が最適化される。同時に、それにより当該ワークピース支持体に関連する工具に対して当該支持部のほぼ完全な平行性を実現できる、自己整合支持がもたらされる。
当該支持部と当該担体部が、少なくとも１のリニアガイドを介して互いに接続されるため、当該２の部分の浮動的支持が確実となり、かつ、当該両部分は、振動の非干渉を良好に実現できるよう、当該エアベアリングを介して互いに分離される。当該エアベアリングには永久磁石があるため給電は不要である。
本発明の有利な実施形態は、以下の説明、図面及び従属項に記載される。
第１の有利な実施形態では、２の永久磁石の同種の極が互いに対向するよう、少なくとも１の永久磁石が、当該支持部及び担体部に各々配置される。このように、磁力により当該エアベアリング内で反発作用が高く保たれる。同時に、当該装置は、安価、簡易及び迅速に製造しうる。
特に、機械加工されるワークピースで広範囲に圧力関係が一定となり、行う機械加工での全長又は表面の当該アンビルに対する工具の設定に関し、空間的に互いに離間する複数の空間分解的支持点、つまり個別の支持点が存在するよう、当該エアベアリングを構成するのが有利でありうる。
さらに有利な実施形態では、当該エアベアリングの軸受要素は当該支持部及び当該担体部に各々一体化しうる。例えば、当該支持部及び当該担体部には、各々、切欠き、例えば、当該エアベアリングの部材が配置される盲穴等を設けうる。このように、よりコンパクトで軽量に設計しうる。
当該支持部及び／又は当該担体部に、少なくとも１の磁石パッケージを備えることが有利でありうる。これにより、当該磁石パッケージの構成要素が変わり、当該エアベアリング内で担う力が変わりうる。
さらに有利な実施形態では、当該エアベアリングの磁石は、振動が非干渉化された方法で支持され、すなわち、当該支持部及び担体部に配置された磁石は、各々の部分に堅固には接続されていないが減衰支持がある。すなわち、当該磁石が、長時間超音波領域で振動を受けると、特定の作動条件下で当該磁石の脱分極が起きうることが知見されている。そのため、本発明では、例えば用いる磁石は、振動の非干渉化がプラスチック混合物で行われるよう、当該プラスチック混合物内に鋳造しうる。
さらに有利な実施形態では、当該支持部を当該担体部の切欠きに誘導しうる。これにより、当該切欠きの縁をガイドとして用いうるため、当該支持部と当該担体部との間の他のガイドを省きうるコンパクトな構成がもたらされる。
当該リニアガイドが、少なくとも２の平行なリニアボールベアリングを含んでいる場合は、当該支持部の傾斜のないガイドが確保されて有利になりうる。
さらに有利な実施形態では、当該支持部は、可動式アンビルホイールを含みうる。当該可動式アンビルホイールは、当該アンビルホイールの表面に磨耗が生じる一定の稼働時間後に少し回転しうる。
さらに有利な実施形態では、当該担体部及び当該支持部における当該エアベアリングは、同じ数の複数の永久磁石を含みうる。このように、一方では、当該支持部と当該担体部との間の反発力を均一化しうる。他方では、複数の永久磁石の対を設ける場合、当該支持部と当該担体部との間の反発力が高められ、当該反発を設定しうる。
当該担体部における当該支持部の誘導に傾斜がない場合、複数の永久磁石が一列に配列されると有利でありうる。
さらに有利な実施形態では、当該支持部及び当該担体部は、各々プレート状に形成される。このように、当該担体部に対して当該支持部が傾斜しないような支持が非常に有利に確実となる。当該支持部と当該担体部が同一平面状に配置されるため、その構成は非常にコンパクトになりうる。反発力が当該プレートの平面に平行に及ぶように１の永久磁石又は複数の磁石を配置する場合、わずか２のラテラルリニアガイドを用いて、エアベアリングが安定して誘導されうる。
本発明によれば、当該支持部及び／又は当該担体部は、磁化できない材料、例えば、アルミニウム、チタン又はプラスチックから形成しうる。別法として、当該支持部及び／又は当該担体部を、磁気プレート又は磁気素子として設計しうる。
以下、本発明を有利な実施形態及び添付図面を参照し、単なる例示として説明する。
超音波機械加工のためのアンビルの平面図である。 図１のアンビルの部分側断面図である。 図１及び図２のアンビルの部分側断面図である。 アンビルのさらなる実施形態の側面図である。
図１〜３に示す超音波機械加工のためのアンビルの実施形態は、（図２及び３）その上方支持面が、エアベアリングを介して支持部１２（図２及び図３の下方支持部）に浮動的に支持される状態の上方支持部１０を含む。支持部１０及び担体部１２は共にプレート状に設計され、平面視が略長方形である。当該支持面は平面又は曲面に形成しうる。担体部１２に対する支持部１０の何らかの傾きを防ぎ、自己整合支持を実現するため、リニアガイド１４、１６、１８及び２０が当該ワークピース支持体の各角部に配置される。各リニアガイドは支持部１２にねじ込まれ、当該支持部の穴に隙間が少ない状態で挿入される円筒形軸部がその上方部に設けられるボルト２２を含む。このようにして、支持部１０は、回転又は傾斜ができないように担体部１２に対してボルト２２の軸と平行な方向に移動しうる。
（引き離しにくい方法で）互いに捕捉するように支持部１０と担体部１２を接続して、その際同時に、担体部１２に対する支持部１０の非干渉性動作ができるように、２のボルト２４及び２６が、幅の狭い端の中心部で担体部１２にねじ込まれ、支持部１０を貫通してナット２８により担体部１２に固定される。
上記エアベアリングは図示の実施形態で互いに離間されて配置された合計１０個の軸受要素３０を含み、図２の長手方向部分には１以上の軸受要素が認識できる。そのため、各軸受要素３０は各磁石パッケージ３２及び３４が盲穴形状の当該支持部又は当該担体部の切欠き内に配置され、それにより各々の部分に一体化されて、当該２の磁石パッケージにより形成される。
図示の実施形態では各磁石パッケージ３２、３４は、支持部１０又は担体部１２の切欠き内に接合又は締め付けられ又は別の方法で固定される合計４枚のディスク状磁気プレートを備える。この点で、１のパッケージの個々の磁気プレートは、各々反対極が互いに重なるように配置される。しかし、２の磁石パッケージ３２及び３４は、同種の極が互いに対向するように支持部１０及び担体部１２に配置される。つまり、２の磁石パッケージ３２及び３４は、互いに反発して軸受要素３０を形成する。
図１の平面図に示すように、図示の実施形態のエアベアリングは、各々が長手方向の辺に沿って配置され、各々が５つの軸受要素３０を含み、各軸受要素が磁石パッケージ３２及び磁石パッケージ３４を含んだ状態でエアベアリング３０の２の平行な列を含む。
図２及び図３の断面図は、設置状態で、支持部１０と担体部１２との間に常に空隙があり、この空隙は、各々の磁石パッケージの間にも存在していることを認識しうる。このようにして、優れた非干渉性を備えた良好な自己整合支持が確実となる。
図４は、超音波機械加工のためのアンビルの他の実施形態を示し、同じ構成要素には同じ参照番号を用いる。
図４に示すアンビルにも同様に、エアベアリングを介して担体部１２に浮動的に支持される、空気中で支持された支持部１０がある。当該支持部及び当該担体部は共にプレート状の構成要素として形成され、厚さは概ね同じである。担体部１２には、支持部１０を担体部１２内に誘導するために上方に開口したＵ字状凹部４０が設けられる。さらに、支持部１０と担体部１２は、各リニアガイド４２及び４４がリニアボールベアリングを含む状態で、２の平行なリニアガイド４２及び４４を介して互いに接続される。当該２のボールベアリングの個々のボールを誘導するため、チャネル状溝４６及び４８が各々支持部１０及び担体部１２に設けられる。
略平行六面体状の支持部１０は、支持部１０の下辺部と担体部１２の上辺部の間の凹部４０内に当該エアベアリングの軸受要素が設けられる自由空間があり、高さが支持部１２の約２／３である。図示の実施形態では、当該エアベアリングの軸受要素は、当該エアベアリングを形成するように、その永久磁石の２の列の間に反発力が生じるように適切な方向に配置される個々の永久磁石５０及び５２の２の平行な列を含む。したがって、担体部１２に固定される永久磁石５０と支持部１０に固定される永久磁石５２は同種の極が各々互いに対向するように配置される。これにより、永久磁石５０及び５２の２の列の間に空隙Ｌが形成される。
永久磁石５０及び５２は、支持部１０及び担体部１２に交換可能に固定でき、これら２の構成要素の間で反発力を設定できるよう。この点で、当該永久磁石は、当該構成要素内に埋め込み、部分的に一体化、接合又は詰め込みができる。
支持部１０には、可動式アンビルホイール５４を支持するため、上方及び収容部１０の一辺に開口する略円形の凹部５６がある。アンビルホイール５４は、締付けねじ５８を介してこの凹部に可動式に固定され、アンビルホイール５４の外周部は支持部１０から突出する。これにより、当該アンビルホイールは、当該ソノトロードのための対向支持部として機能でき、当該アンビルホイールに磨耗があれば、少し回転しうる。
図４に示す実施形態では、プレート状の支持部１０と、同様のプレート状の担体部１２は、コンパクトで対称的な設計になるように、少なくとも概ね同一平面状に配置される。この点で、当該永久磁石の反発力はプレート状の構成要素１０及び１２の平面に平行に及び、その結果、支持部１０にわずか２のリニアガイド４２及び４４を安定して傾斜せずに誘導しうる。

Claims (15)

  1. エアベアリングを介して担体部（１２）に浮動的に支持される、空気中で支持された支持部（１０）がある超音波機械加工のためのアンビルであって、支持部（１０）と担体部（１２）とが、少なくとも１のリニアガイド（１４〜２０；４２、４４）を介して互いに接続され、かつ、前記エアベアリングを構成するように、支持部（１０）と担体部（１２）との間に反発力を発生させる少なくとも１の永久磁石（３２、３４；５０、５２）が備えられる、アンビル。
  2. いずれの場合も同種の極が互いに対向して配置されるように、少なくとも１の永久磁石（３２、３４；５０、５２）が支持部（１０）及び担体部（１２）に配置される、請求項１記載のアンビル。
  3. 前記エアベアリングの軸受要素（３０）が、支持部（１０）及び担体部（１２）に一体化される、請求項１又は２記載のアンビル。
  4. 支持部（１０）及び担体部（１２）には前記エアベアリングの部材が配置される少なくとも１の切欠き（cut-out）が備えられる、請求項１〜３いずれか１項記載のアンビル。
  5. 支持部（１０）及び／又は担体部（１２）には、少なくとも１の磁石パッケージ（３２、３４）がある、請求項１〜４いずれか１項記載のアンビル。
  6. 前記少なくとも１の永久磁石は振動を非干渉化する方法で支持される、請求項１〜５いずれか１項記載のアンビル。
  7. 支持部（１０）は担体部（１２）の凹部（４０）に誘導される、請求項１〜６いずれか１項記載のアンビル。
  8. リニアガイド（４２、４４）は、少なくとも２の平行なリニアボールベアリングを含む、請求項１〜７いずれか１項記載のアンビル。
  9. 支持部（１０）は可動式アンビルホイール（５４）を含む、請求項１〜８いずれか１項記載のアンビル。
  10. 前記エアベアリングは、担体部（１２）及び支持部（１０）に、同数の複数の永久磁石（３２、３４；５０、５２）を含む、請求項１〜１０いずれか１項記載のアンビル。
  11. 一列の永久磁石（３２、３４；５０）が担体部（１２）に配置され、かつ、一列の永久磁石（３２、３４；５２）が支持部（１０）に配置される、請求項１０記載のアンビル。
  12. 支持部（１０）と担体部（１２）との間の反発力は、永久磁石（５０、５２）の数を変えて設定しうる、請求項１０又は１１記載のアンビル。
  13. 支持部（１０）及び担体部（１２）は各々プレート状に形成される、請求項１〜１２いずれか１項記載のアンビル。
  14. 支持部（１０）及び担体部（１２）は同一平面状に配置される、請求項１３記載のアンビル。
  15. 前記反発力はプレート（１０、１２）の平面に平行に及ぶ、請求項１３又は１４記載のアンビル。
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