JP2018532606A - 被切断材を切断するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、好ましくは棒状体として形成された被切断材を切断するための方法に関し、被切断材の切り離すべき部分が相手刃先（４２）として形成された受容装置の本体縁部から越え出るように、被切断材を固定して受容するための受容装置と、この受容装置に対して相対的に移動可能なカッタ（２４）を備えたカッタ装置とを有しており、切断運動においてカッタ刃先（２５）が分離切断を行うために相手刃先（４２）上を移動し、その際に切断運動中に振動を励起するために被溶接材に超音波を負荷する。

Description

本発明は、好ましくは棒状体として形成された被切断材を切断するための方法であって、被切断材の切り離すべき部分が相手刃先として形成された受容装置の本体縁部から越え出るように、被切断材を固定して受容するための受容装置と、受容装置に対して相対的に移動可能なカッタを備えたカッタ装置とを有し、カッタ刃先が分離切断を行うために切断運動において相手刃先上を移動するようにした方法に関する。

非特許文献１により、棒状導体を切断するための方法が公知である。この方法は、超音波溶接装置と組み合わせて使用され、この超音波溶接装置は互いに１個の溶接接合部に接合すべき棒状導体の露出領域を受容するための圧縮室として形成された受容装置を有しており、露出領域の超音波負荷のために圧縮室を限定するソノトロードが使用されて、溶接接合部を形成するために用いられる。カッタ装置は切断運動において圧縮室の相手刃先上を移動できるカッタを有していて、圧縮室の相手刃先から越え出ている、互いに１個の切断継手に接合されている露出領域の切り離すべき部分が切り離される。

この公知の方法ではカッタ装置は、いわゆる不良品切断機として用いられ、不良に接合された溶接接合部を検知したら、溶接接合部を介して互いに接合された導体を分離して、溶接接合部を破壊することにより互いに不良に接合された電気導体の二次加工が排除される。

この目的のため、この方法を実施するために使用される装置は、圧縮室内で溶接接合部を形成している間、圧縮室内で形成された溶接接合部のプロセスパラメータ又はジオメトリもその場でチェックされ、不良が検知されたら、例えば所定の限界値を超えたら、自動的にカッタ装置が作動するように構成されている。公知の方法では互いに１個の溶接接合部に接合すべき導体の露出領域の超音波負荷は、後続の切断工程を実施する前に終了するので、切断工程中は導体の超音波負荷は行なわれない。

カッタ装置を操作するために駆動装置が設けられており、それによってカッタ装置のカッタの切断運動及び戻り運動が行なわれる。駆動装置は駆動モータによって切断工程の実施に必要な駆動力を生み出さなければならず、駆動力を伝達するのに十分な寸法で設計された伝動装置により切断力を生み出すためにカッタに伝達しなければならない。導体が最大３０ｍｍ²の導体断面積を有することは珍しくないので、相応に高い切断力が必要であり、それは駆動モータ及び伝動装置の相応の寸法設計を要求する。

シュンク・ソノシステム有限会社の製品カタログ「シュンク超音波溶接システムＭＩＮＩＣ−ＩＩ」、２０１１年２月刊行

本発明の課題は、好ましくは棒状体として形成された被切断材をできるだけ少ない切断力で切断することを可能にして、駆動モータ及び伝動装置の相応に小さい寸法設計を可能にする方法を提案することである。

上記の課題は請求項１の特徴を有する方法によって解決される。

本発明により、切断運動中に振動を励起するために被溶接材に超音波を負荷する。

実験において、切断運動中に被切断材に超音波を負荷すると、切断工程の実施に必要な切断力が著しく削減されることが分かった。この認識は極めて基本的であると見なされ、切断運動中に被切断材に超音波を負荷する結果として切断力が削減されるという有利な効果は特別の応用例に依存しない基本的なものであることが明らかである。受容装置は上に参照した先行技術におけるように超音波溶接装置の圧縮室として構成する必要はなく、極めて一般的に受容装置の本体縁部によって相手刃先を構成して、被切断材を固定して受容することを可能にしさえすればよい。カッタ刃先と組み合わせると、相手刃先は切断工程の実施に適した切断手段をなす。

好適な実施例により被切断材の超音波負荷は受容装置の超音波負荷を介して間接的に行なわれると、特に限定された被切断材の超音波負荷が可能である。

特に好適には、超音波負荷が切断運動の方向に対して横断方向に、好ましくは９０゜の角度で行なわれると、超音波負荷若しくは超音波負荷によって誘導される切断運動に対して横断方向に向けられた振動の周波数に依存して、受容刃先のカッタ刃先に向かう方向とカッタ刃先から離れる方向に交互する相対運動が行なわれる。このようにすることにより、超音波振動の周波数により被切断材とカッタ刃先との間に繰り返し一時的な反応力が形成される。

この方法を、特に素線として形成された電気導体の場合におけるように、ファイバ束又はワイヤ束として構成された棒状体の切断に使用すると、極めて有利であることが分かった。

本発明による方法は、受容装置が互いに１個の溶接接合部に接合すべき棒状導体の露出領域を受容するための圧縮室として形成されており、露出領域の超音波負荷のために圧縮室を限定するソノトロード（超音波ホーン）を有しており、このソノトロードによって溶接接合部を形成した後に続いてカッタの切断運動の実施中に溶接接合部の超音波負荷が行なわれると、特に有利であることが分かった。

そのため、これまで知られていなかったが、超音波溶接装置で使用されるソノトロードは、超音波溶接装置の圧縮室内で互いに接合すべき２本の棒状導体の間に溶接接合部を形成するためだけでなく、さらに不良品切断機の動作中に溶接接合部を超音波負荷するためにも使用される。

ここで切断運動中のソノトロードによる超音波負荷とカッタの戻り運動が行なわれると、超音波負荷は切断運動中の切断力の削減だけでなく、さらにカッタの戻り運動に必要な駆動力の削減にも利用できる。

以下にこの方法の好適な実施形態を、図面に示す不良品切断機を備えた超音波溶接装置の例で説明する。

図１は、不良品切断機を備えた超音波溶接装置の等角投影図である。 図２は、図１に示された装置の縦断面図である。 図３は、圧縮室の等角投影図を含む図１に示された装置の部分図である。 図４は、カッタ装置を備えた不良品切断機の模式図である。 図５は、切断工程を実施する直前のカッタ装置を示す。 図６は、切断工程を実施した直後のカッタ装置を示す。 図７は、カッタの切断運動を示す、図６の切断線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿ったカッタ装置の部分断面図である。 図８は、カッタの戻り運動を示す、図６の切断線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿ったカッタ装置の部分断面図である。

図１は、カバー１１の下に、特に図３に示されている、圧縮室１２として形成された受容装置を有する超音波溶接装置１０を等角投影図で示す。

圧縮室１２は、例えば図５に示された電気導体１４の露出領域１３を受容する働きをする。露出領域１３の範囲では導体１４はその外側の絶縁材３７が取り除かれている。特に図３に示されているように、圧縮室１２はｚ軸の方向では互いに向き合う２面でｘ軸の方向で超音波振動を伝えるソノトロード１６の作動面１５と、しばしばアンビルとも呼ばれる、ｙ軸の方向に移動可能な反対電極１８の対向面１７とによって限定され、並びにｙ軸の方向では互いに向き合う２面でｙ軸の方向に移動可能なスライダエレメント２０の限定面１９と、しばしばタッチエレメントとも呼ばれる限定エレメント２２の限定面２１とによって限定されている。

この場合はソノトロード１６の長手方向軸と一致するｘ軸の方向で、圧縮室１２に隣接してその構造が図４に示されている不良品切断機５２が、ｚ軸（図３）の方向に移動できるカッタ２４を有するカッタ装置２３を備えて設けられている。この実施例の場合では、カッタ２４はねじ止めによりカッタホルダ２６と結合されている。図３はカッタ２４を下方カッタ位置で示しており、カッタ刃先２５はソノトロード１６の作動面１５のすぐ下にある。

特に図３から見て取れるように、カッタ−ホルダ２６は案内装置２７で案内され、このために案内装置２７はｚ軸方向に延びる案内溝２８を有している。

図２及び図４に示すように、この実施例の場合には屈曲部３０を備えているカッタホルダ２６は、転向伝動装置３１として構成された駆動伝動装置を介して、この実施例の場合には空気圧パワーシリンダ３２として構成された駆動モータと接続されている。

特に図４の模式図から見て取れるように、転向伝動装置３１はチェーン３３として形成された引張索体を有しており、その駆動端３４はパワーシリンダ３２のピストンロッド３５と接続されている。ここでは歯車３６として形成された転向プーリを介してチェーン３３の転向が行なわれて、チェーン３３の駆動端３４はピストンロッド３５に向かって進み、カッタホルダ２６と接続された駆動端３８はｚ軸方向に進む。

特に図３から見て取れるように、案内装置２７はインサートとして構成されており、超音波溶接装置１０のハウジング部分４０の相応の凹部３９に挿入されている。

装置の運転時には、互いに接合すべき導体１４の露出領域１３を圧縮室１２内に指し入れた後で圧縮室１２の閉鎖が行われ、反対電極１８はｙ軸の方向で移動し、スライダエレメント２０はｙ軸の反対の方向に移動して、図５に示されているように圧縮室１２は閉じられており、及び導体１４の露出領域１３は定義された通りに互いに当接している。続いてソノトロード１６の機械的振動による露出領域１３の負荷が行われて、摩擦溶接工程において露出領域１３の相互の圧縮と接合が行われて溶接接合部４７が形成される。

形成された溶接接合部４７の不良な溶接パラメータ又は不良なジオメトリが検知された場合は、圧縮室がまだ閉じている状態で不良品切断機５２のカッタ装置２３が作動する。そのために、この実施例の場合には図４に示されているように、直列に配置された４個のパワーシリンダエレメント４１からなるパワーシリンダ３２が圧縮空気で負荷されて、転向伝動装置３１によってカッタ２４は軸方向上方に動かされ、図６に示されているように、カッタ刃先２５が切断運動において相手刃先４２上を通過移動すると、反対電極１８に形成された相手刃先４２から越え出る露出領域１３の部分が導体１４から切り離される。

特に図２に見られるように、切断運動４８の実施後にカッタ２４の戻り運動４９を実施するためにばね装置４３が設けられている。ばね装置４３は、カッタホルダ２６と案内装置２７との間に配置されていて、この実施例の場合には圧縮ばねとして形成されている。カッタ２４の切断運動の最上位点と最下位点を検知するために、センサ５３が設けられているが、図２には下側のセンサ５３に示されている。この場合、センサ５３は誘導センサとして構成されており、カッタホルダ２６のカム４８と協働する。

図７と図８に切断工程が示されており、計３本の導体１４の分岐点として形成された溶接接合部４７を形成した後で、図７及び図８で右側の導体１４の露出領域１３が、溶接接合部４７において互いに接合されている左側の導体１４の露出領域１３から分離するために切り離される。

図７に示されたカッタ２４の切断運動４８、及び図８に示されたカッタ２４の戻り運動４９の間、溶接接合部４７はソノトロード１６の機械的振動で負荷されるので、カッタ２４の切断運動４８も戻り運動４９も削減された駆動力で行うことができる。その際に超音波負荷はカッタ２４の運動中常時行うことができ、或いは時間的に隔てた２つの超音波負荷段階で行うことができ、カッタ２４の切断運動４８の間は第１の負荷段階が行なわれ、続いて超音波負荷が遮断され、カッタの戻り運動４９の間は第２の負荷段階で超音波負荷が再び作用する。

図７及び図８は、それぞれ右側の導体１４の露出領域１３で溶接接合部４７に隣接して形成された切断箇所を示しており、切断箇所は先行の切断運動４８の結果として切り離された導体１４の多数の心線５０を有している。見られるように、個々の心線５０は切断運動４８の結果として切断運動４８の方向で上方に湾曲しており、心線５０が互いに圧縮されて当接している溶接接合部４７と比べると切断箇所では相互の間隔が広がっているので、図８に暗示されているようにカッタ刃先２５がこれらを通過移動するときに、個々の心線５０はそれらの切断端でカッタ２４の戻り運動４９に対する多数の弾性的な抵抗を形成する。

溶接接合部４７の超音波負荷と、それによって生じるカッタ２４の戻り運動４９の間の相手刃先４２の相対運動５４との結果として、心線５０の、個々の切断端５１によりカッタ２４に作用する反応力が低減する。なぜなら個々の心線は超音波負荷の周波数によって一時的に荷重が軽減されるからである。

上に説明した効果の結果、既に述べたようにカッタ２４の切断運動４８を実施するのに必要な駆動力が削減されるだけでなく、さらに溶接接合部４７の超音波負荷の結果としてカッタの戻り運動２４において戻り運動４９を実施するのに必要なカッタ２４の駆動力も削減される。この駆動力は、切断端５１を通過したカッタ２４を初期位置に戻して再度切断運動を行うために形成されなければならないものである。

Claims (6)

1. 好ましくは棒状体として形成された被切断材を切断するための方法であって、
   前記被切断材の切り離すべき部分が相手刃先（４２）として形成された受容装置の本体縁部から越え出るように、被切断材を固定して受容するための受容装置と、該受容装置に対して相対的に移動可能なカッタ（２４）を備えたカッタ装置（２３）と、を有し、
   切断運動（４８）において、カッタ刃先（２５）が分離切断を行うために前記相手刃先（４２）上を移動する方法において、
   前記切断運動（４８）中に振動を励起するために被溶接材に超音波を負荷することを特徴とする方法。
2. 前記受容装置の超音波負荷を介して間接的に前記被切断材の超音波負荷を発生することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 超音波負荷は前記切断運動（４８）の方向に対して横断方向に発生することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記棒状体はファイバ束又はワイヤ束として形成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記受容装置は、互いに溶接接合部（４７）に接合すべき棒状の導体（１４）の露出領域（１３）を受容するための圧縮室（１２）として形成され、前記露出領域（１３）の超音波負荷のために前記圧縮室（１２）を制限するソノトロード（１６）を有し、該ソノトロード（１６）によって前記溶接接合部（４７）を形成した後に続いて前記カッタ（２４）の切断運動（４８）の実施中に、前記溶接接合部（４７）の前記超音波負荷を発生することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記ソノトロード（１６）によって切断運動及び前記カッタ（２４）の戻り運動（４９）中に、前記超音波負荷を発生することを特徴とする、請求項５に記載の方法。

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