JP4597988B2 - 導体を圧縮および／または溶接するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の導体を圧縮および／または溶接するための、特に、ストランド状の導体のビアノードまたはエンドノードを製造するための装置に関する。この装置は、ソノトロードを具備し、このソノトロードの一部分は、導体を収容する圧縮室の第１の区画面であり、圧縮室は、更に、アンビルのような対電極の、第２の区画面を形成する部分によって、ならびに区画要素によって形成された少なくとも１つの他の第３の区画面によって、区画されており、対電極は、区画要素から移動可能に突き出ている。

DE-A-31 51 151からは、ノード個所を囲繞する通常のスリーブの必要なしに、初めて複数の導体を溶接することができる超音波溶接装置が公知である。この目的のために、導体は、ソノトロードの部分および対電極（アンビルともいう）の部分によって区画されている圧縮室に入れられる。

EP-B-0 143 936には、圧縮室を特に高さおよび幅において調整することができるために、圧縮室が４つの要素によって区画されてなる超音波溶接装置が記載されている。この目的のために、ソノトロードおよび対電極すなわちアンビルの他に、２つの側方の区画要素が設けられている。これらの区画要素のうち、少なくとも１が調整可能であり、例えば移動可能である。

EP-B-0 723 713からは、複数の導体を圧縮し続いて溶接する方法および装置が読み取れる。導体の圧縮後に、圧縮室の特徴的な大きさが測定される。その目的は、この大きさに基づいて格納された溶接パラメータを取り出すためである。

実際また、複数の導体を抵抗溶接または圧接溶接によって結合することも知られている。

明細書導入部に記載されたタイプの装置を、特に、２つの直交して延びている方向に調整可能な圧縮室を有する溶接装置によって与えられる利点が変わらずに保持されるが、同時に、簡単な構造が与えられているように、形成するという課題が、本発明の基礎になっている。

上記課題を解決するために、本発明は、特に、圧縮室が、実質的に三角形の開いた横断面部分を有し、この横断面部分は、第１の電極と、区画要素と、対電極との互いに調整可能な部分によって囲繞されていること、および、対電極は、区画要素の調整の際に規制案内されていて、対電極の、第１の電極近くの縁部は、導体の圧縮および／または溶接中に、一定のまたはほぼ一定のギャップを保ちつつ、第１の区画面に沿って調整されることができることを提案する。

既知の従来の技術とは異なり、圧縮室は、３つの互いに調整可能な要素のみによって囲繞される。それ故に、コンパクトなユニットが出来上がる。場合によっては、更に、中間プレートのような中間要素が、特に、第１の電極と、この電極に対し移動可能な区画要素との間に設けられている。

三角形の横断面部分を達成するためには、特に、第１の電極の、第１の区画面を形成する部分が、対電極によって形成された第２の区画面と角度αを形成し、但し、α≠９０°，０°，特に３０°＜α＜６０°であること、および第２の区画面が、ギャップを維持しつつ、第１の区画面に移行することが提案されている。

本発明では、第１の電極および対電極の区画面が、互いに鋭角で延びており、対電極は、一定のまたはほぼ一定のギャップを維持しつつ、第１の電極に沿って移動される。

このような移動を構造的な簡単な措置により実現するために、対電極は、例えば超音波溶接の場合にDE-C-37 19 083から公知であるように、側方のおよび実際に垂直方向に移動可能な区画要素から突き出ている。この開示内容を参照するようはっきりと指摘する。

圧縮室の横断面部分が減少する際に、すなわち、区画要素が第１の電極に沿って移動する際に、同時に、対電極が戻される。規制案内は、対電極が、第１の電極によって形成された区画面に隣接する自らの縁部領域に対し、一定のまたはほぼ一定の間隔を保つように、なされる。間隔の寸法は、知られた調整可能な圧縮室の寸法に対応する。この場合、規制案内は、機械的なまたはモータによる制御でなされることができる。

特に、少なくとも１つの突出部が対電極から突き出ており、この突出部が、場合によっては溝またはスリットとして形成されてもよい少なくとも部分的に曲線状のまたは直線状の少なくとも１つのガイドと協働することが、提案されている。この場合、規制案内は、少なくとも部分的に、第１の区画面のコースに対応するコースを有する。このことにより、対電極と第１の区画面との間の一定のまたはほぼ一定のギャップが保証されている。

本発明の改善では、対電極によって形成された第２の区画面が、区画要素によって形成された第３の区画面と角度γを形成し、但し、γ＝９０°またはγ＞９０°であることが提案されている。

特に、対電極の移動方向は、区画要素の移動方向に対し、両者が圧縮室と鈍角を形成するように、選択されている。これによって、対電極の容易な可動性が保証されている。鈍角は、例えば９１°と９３°の間の範囲にあってもよい。

第１の電極が超音波溶接装置のソノトロードであってもよい。しかし、本発明に係わる教示を抵抗溶接または圧接溶接との関連で使用する可能性もある。従って、第１の電極および対電極は抵抗溶接装置の電極であってもよい。この場合、区画要素は絶縁材料からなってもよい。その代わりに、区画要素と第１の電極との間には絶縁ギャップが延びている可能性もある。

本発明が超音波溶接装置に関する限りでは、特に際立つ提案では、すべての区画面が構造化されており、それ故に、ノードの形成の際に、このノードが完全に周囲で構造化されていることが提案されている。

更に、形成されるノードの所望の形状を達成するために、第１の区画面は、圧縮室に対し、少なくとも部分的に凹面状のコースを有することができる。対電極のための規制案内は、このとき、このような形状を示さねばならない。

長い寿命を有する第１の電極すなわちソノトロードを得るためには、第１の電極すなわちソノトロードが複数の第１の区画面を有し、第１の電極すなわちソノトロードが、区画面を有する自らの領域で、八角形のような多角形の横断面部分を有することが提案されている。このことによって、第１の電極すなわちソノトロードの最適な使用が与えられている。

更に、複数の導体を前記圧縮室に挿入する際に、対電極が圧縮室の外側に延びているように、対電極が案内されていることが提案されている。このことによって、導体の挿入の簡略化が与えられている。何故ならば、対電極は障害とならないからである。圧縮室からの対電極のこの完全な戻りも、同様に、機製案内によってなされることができる。

形成されるノードが鋭利な角を有することを防ぐために、本発明の同様に際立つ実施の形態は、第１の電極の、区画要素に隣接する縁部および／または区画要素の、対電極に隣接する縁部および／または対電極の、第１の電極に隣接する縁部が、圧縮室の横断面部分が、相応に丸くなった角部を有するように、かように形成されていることを提案する。

特に、本発明は、ストランド状の複数の導体を圧縮し続いて溶接するための方法を特徴とする。導体は、２つの直交する方向に横断面部分の調整のために調整されることができる圧縮室に入れられ、導体は、横断面部分の減少のために、まず圧縮され、圧縮後に、圧縮室の特徴的な大きさが算出され、この大きさに基づいて、メモリに格納された溶接パラメータが取り出され、次に、導体が溶接される。この場合、圧縮室としては、導体のための貫通孔を形成する実質的に三角形の横断面部分を有しかつ３つの区画面を有する圧縮室が用いられる。溶接中に、導体に作用する各々の区画面が減少される。特徴的な大きさとしては、圧縮室の貫通孔に対し横方向にある、区画面の長さが、選択されることができる。

このような措置によって、導体の横断面部分に無関係に、所定の溶接を行なうことができる。特に、互いに異なった横断面を有する複数の導体を任意の順番で連続的に溶接することができるという可能性がある。本発明に係わる教示によって、自動制御式の溶接工程が可能となる。この溶接工程は、溶接される導体を所定に圧縮することによって開始される。圧縮室は、導体の溶接される横断面部分とは別に、所定の高さ・幅比率を有する。当然ながら、高さ・幅比率の代わりに、圧縮室の他の尺度、例えば、導体縦軸に対し横方向にある、区画面の長さを、選択することもできる。予備圧縮の終了後、次に、特徴的な大きさの検知後に、この特徴的な大きさに割り当てられた記憶された溶接パラメータ、例えば溶接エネルギ、溶接の振幅、溶接時間および／または溶接圧力を取り出しかつ使用することだけが必要である。

本発明の更なる詳細、利点および特徴は、請求項から、これらの読み取られる単独の特徴および／または組合せの特徴からのみならず、図面から見て取れる好ましい実施の形態の以下の記載からも生じる。

複数の図には、超音波溶接装置（図１ないし７）および抵抗溶接装置または圧接溶接装置（図８および９）が示される。これらの装置によって、ストランド状の導体を圧縮しかつ溶接することが意図される。その目的は、例えばビアノードまたはエンドノードを製造するためである。この場合、図１ないし７に示す圧縮室は、例えばEP-B-0 723 713またはDE-A-37 19 083から公知である超音波溶接装置の、その複数の要素によって区画される。特に超音波溶接装置の機能に関して、適切な実施の形態を参照するようはっきりと指示する。

導体１０の最適な圧縮および溶接を導体の横断面に関係なく保証するために、各々の圧縮室は、導体１０の横断面部分または導体１０の数夫々に調整されることができる。この場合、まず、１つの圧縮室を、互いに直交して延びている２つの方向に調整可能に形成することが、DE-A-33 35 254に提案された。

圧縮室を適切に変えることができるために、従来の技術では４つの要素が必要であるとき、本発明の教示では、３つの要素しか必要でない。これらの要素は、超音波振動を発生するソノトロード１２の、対電極（以下ではアンビル１４と呼ぶ）の、および側方の区画要素１６の部分によって形成される。

この場合、ソノトロード１２は、圧縮室２０の第１の区画面１８を形成する。第２の区画面２２はアンビル１４によって供される。アンビルは区画要素１６から移動可能に突き出ており、この区画要素自体は第３の区画面２４を供する。

この場合、アンビル１４および区画要素１６は通常互いに結合されている。アンビル１４は、図１，２，３，５および７の実施の形態で、例えばDE-A-37 19 083から読み取れるように、区画要素１６の移動方向（矢印２６）に対し直角方向に調整されることができる。アンビル１４の移動方向は、図１では、参照符号２８を有する。

図１に示した図から明らかなように、ソノトロード１２の区画面１８が、アンビル１４のおよび区画要素１６の区画面２２，２４に対し傾斜して延びている。従って、圧縮室２０は、三角形の、開いた横断面を有する。この場合、これとは異なる形状、例えば台形が三角形状に取り囲む。この場合、三角形の先端は圧縮室２０の底部または底部領域を形成する。

ソノトロード１２の区画面１８は、アンビル１４の区画面２２に対し、好ましくは３０°と６０°の間にある角度αを形成する。ソノトロードの区画面１８と、区画要素１６の区画面２４との間には、６０°と３０°の間にあるほうがよい角度βが延びている。図１の実施の形態では、アンビル１４の区画面２２は、区画要素１６の区画面２４に対し直角を形成する。

圧縮室２２の調整の際に、すなわち導体１０の圧縮および溶接の際に、アンビル１４、すなわち、アンビルの、ソノトロード近くに延びている横方向縁部３０と、ソノトロード１２の区画面１８との間に、一定の間隔が保たれるために、アンビル１４は、区画要素１６の調整の際に、横方向縁部３０の移動方向（矢印３２）が区画面１８に平行に延びているように、規制案内される。この場合、機械式のまたは電動式の規制案内がなされることができる。技術的に等しく作用する他の解決策も同様に可能である。

この目的のためには、図１に示すように、突出部３４がアンビル３４から出ており、場合によっては線状の突出部として、スロット等として形成されていることができる規制案内手段３６と協働することが全く原理的に提案されている。

この場合、規制案内手段３６が、ソノトロード１２の区画面１８に対し平行に延びているのは、アンビル１４の縁部３０が、圧縮室２０の横断面部分の変化中に、区画面１８に沿って調整されてなる領域においてである。

複数の導体１０を圧縮室２０に問題なく挿入するために、区画要素１６が持ち上げられる。次に、規制案内手段３６の経路によって図１に明示されるように、アンビル１４は、規制案内手段３６の経路によって、圧縮室２０から完全に引っ込められる。

本発明に基づいて形成された圧縮室２０の他の改善および実施の形態は、図２ないし７から見て取れる。同一の要素に対しては基本的に同一の参照符号が用いられる。

ノードを周囲に構成するためには、図２の実施の形態では、圧縮室２８自体も、周囲に構成されており、すなわち、複数の区画面１８，２２，２４は、波、ワッフル、リブ等の形の構造体を有する。対応の構造体は参照符号３８を有する。

更に、ソノトロード１２の区画面１８が、圧縮室２０に対して、凹面状のコースを有する可能性がある。このことが、一点鎖線のカーブ４０によって示されることが意図される。この場合、従って、規制案内手段３６は、適切なコース（カーブ４２）を有する。その目的は、アンビル１４、すなわち、アンビルの、ソノトロード近くの横方向縁部３０と、区画面の、カーブ４０によって示されたコースとの間には、更に、一定の間隔が与えられていることが、保証されているためである。

本発明に係わる装置によって形成されたノード４４が、丸くなった縦方向縁部４６，４８，５０を有することを可能にするために、図３の本発明では、ソノトロード１２と、アンビル１４と、区画要素１６との縁部が、各々の隣り合った区画面１８、２２、２４の方向に、湾曲したコースを有することが提案されている。対応の突出する縁部部分は、図３では、参照符号５２，５４，５６を有する。縁部部分５２，５４，５６によって、区画面１８，２２，２４は、圧縮室２０に対し、角領域で、凹面状のコースを有する。

換言すれば、圧縮室２０の角を区画する、区画面１８，２２，２４の横方向縁部５２，５４，５６は、隣り合った区画面１８，２２，２４の方向に延びている突出部として、形成されている。

図５の実施の形態では、ソノトロード１２と区画要素１６との間に、中間プレート５８のような中間要素が延びている。中間プレートは装置から突き出ており、従って圧縮室２０に対して固定されていることができる。この措置によって、圧縮室２０から除去される溶接されたノード４４の、対応の縁部領域が、平らになっているという利点が生じる。

アンビル１４の、摩擦の少ない規制案内を可能にするために、図６の実施の形態では、アンビル１４が、区画要素１６の移動路２６に対し直角方向にではなく、本発明に係わる教示から離れることないことなしに、８７°と８９°の間にある角度δで移動されることができることが、誇張した図で、提案されている。この措置によって、アンビル１４の移動が、圧縮室２０の横断面部分の減少の際に、力の僅かな消費によって可能になるという利点が生じる。しかし、これとは別に、アンビル１４の、ソノトロード付近にある横方向縁部３０が、圧縮室２０の横断面部分の変化の際に、ソノトロード１２の区画面１８に対し平行に移動される。このことは、二重矢印３２によって示されている。

図６で既に原理的に示されたように、ソノトロードは複数の区画面１８を有することができる。最適な利用を可能にするために、ソノトロード１２は、複数の区画面１８を有する自らの領域で、図７から明らかなように、多角形、特に八角形として形成されていることができる。

本発明では、従来の技術とは異なり、圧縮室２０は、ソノトロード１２と、対電極すなわちアンビル１４ならびに側方の区画要素１６の実施の形態で、３つの互いに移動可能でありかつ振動される要素によってのみ区画される。更に、図５の実施の形態に従って、中間要素５８が万一設けられている場合には、このような実施の形態は、同様に、圧縮室２０が３つの要素のみによって区画され、圧縮室が、所望の周面で、２つの互いに直交して延びる方向に、移動されることができる、という思想に含まれる。

圧縮室２０が三角形の形状を有し、三角形の一角が、圧縮室２０の最下の点であることによって、更に、少数の導体１０が、圧縮室２０の形状に基づいて、相並んでではなく、いわば上下に重なり合って設けられるので、これらの導体も、問題なく、圧縮かつ溶接されることができるという利点が生じる。従って、導体１０の積み重ねがなされる。

更に、すべての区画面１８，２２，２４が構造化されていることができる。このことは、横断面が調整可能である圧縮室を有する、知られた超音波溶接装置では、原理的に与えられていない利点である。

アンビルが、移動の際に、区画面１８に対して一定のまたはほぼ一定のギャップを有することが、アンビル１４の規制案内によって保証されているので、ソノトロード１２によって形成された区画面１８が、圧縮室に対し、平面状にではなく、湾曲状に、好ましくは凹面状に、場合によっては凸面状に形成されていることができるという利点も、圧縮室の三角形の形状によって与えられている。

更に、図１ないし３および５ないし７は、ソノトロード１２によって形成された第１の区画面１８が、水平線に対し傾斜してかつ角度δで延びていることを明示する。

図８および９からは、図１ないし７について説明したように複数の導体を溶接するための抵抗溶接装置または圧接溶接装置の、電極装置が原理的に見て取れる。この場合、これらの電極は、調整可能な実質的に三角形の横断面を有する圧縮室を形成するように、互いに割り当てられている。

かくて、図８には、ソノトロード１２に対応し、かつ自らの縦軸に対し斜めに延びている第１の区画面１１８を有する第１の電極１１２が示されている。この第１の電極１１２には対電極１１４が割り当てられており、対電極は、矢印の位置が明示するように、区画要素として用いられるアイソレータ１１６から移動可能に突き出ている。第２の電極１１４は第２の区画面１２２を形成し、区画要素すなわちアイソレータ１１６は、区画される圧縮室１２０のための第３の区画面１２４を形成する。アイソレータ１１６は、ギャップ１３２を保ちつつ第１の電極１１２の方へ調整されることができる担体１３０から突き出ている（二重矢印１２６を参照せよ）。

図９に示すように、同一の参照符号を有する圧縮室１２０は、都合３つの電極によって、すなわち、第１の電極１１２と、第２の電極１１４と、図８のアイソレータ１１６を代替する第３の電極１３４とによって、区画されていることができる。しかし、第３の電極は第２の電極１１４と同じ電位にある。この場合、第３の電極１３４は、アイソレータ１３６によって、図８に示す担体１３０に接続されている。実際また、第１の電極１１２と第３の電極１３４との間には、絶縁式のギャップ１３８が延びている。

このような電極装置を用いて、複数の導体を、抵抗溶接または圧接溶接によって溶接することができる。その目的は、断面が三角形のビアノードまたはエンドノードを製造するためである。この場合、電極１１２，１１４，１１６，１３４または電極の区画面１１８，１２２，１２４は、圧縮室１２０を区画する自らの端部領域で、圧縮室１２０の方向に延びている区画縁部を有することができる。その目的は、ノードの角張りを防ぐためである。

図８および９に示すように、固定式の電極１１２の区画面１１８は、ソノトロード１２の区画面１８に対応して、水平線に対し傾斜して延びている。

更に、本発明に係わる教示は、自動制御式の溶接工程を実行する可能性を供する。何故ならば、複数の導体の圧縮後に、圧縮室の特徴的な大きさ、例えば高さが測定されるとき、圧縮室の横断面が直ちに知られ、その結果、メモリに格納された溶接パラメータが、最適な溶接工程を実行するために、特徴的な大きさに基づいて取り出されることができるという利点が与えられているからである。換言すれば、EP-B-0 723 713の教示の基本思想が用いられ、より容易に実行されるのである。

超音波溶接装置の圧縮室の第１の実施の形態の原理図を示す。 圧縮室の第２の実施の形態を示す。 圧縮室の第３の実施の形態を示す。 ノードの横断面を示す。 圧縮室の第４の実施の形態を示す。 圧縮室の第５の実施の形態を示す。 圧縮室の第６の実施の形態を示す。 抵抗溶接装置の電極装置の第１の実施の形態の原理図を示す。 抵抗溶接装置の電極装置の第２実施の形態を示す。

Claims (13)

1. 複数の導体（１０）を圧縮および／または溶接するための超音波溶接装置であって、ソノトロード（１２）を具備し、このソノトロードの一部分は、前記複数の導体を収容する圧縮室（２０）の第１の区画面（１８）であり、前記圧縮室は、更に、対電極（１４）の、第２の区画面（２２）を形成する部分によって、ならびに区画要素（１６）の部分によって形成された少なくとも１つの他の第３の区画面（２４）によって、区画されており、前記圧縮室（２０）は、実質的に三角形で、一部がギャップにより開いた横断面部分を有し、この横断面部分は、前記ソノトロード（１２）と、前記区画要素（１６）と、前記対電極（１４）との互いに調整可能な部分によって囲繞されており、前記対電極は、前記区画要素の調整の際に規制案内され、前記対電極の、前記ソノトロード近くの縁部（３０）は、前記導体（１０）の圧縮および／または溶接中に、前記ギャップの幅を一定またはほぼ一定に保ちつつ、前記第１の区画面（１８）に沿って調整される超音波溶接装置において、
   前記ソノトロード（１２）の前記部分によって形成された前記第１の区画面（１８）は、水平線に対し斜めに延びていること、前記区画要素（１６）によって形成された前記第３の区画面（２４）は、垂直方向に延びていること、および前記対電極（１４）は、前記区画要素から移動可能に突き出ていることを特徴とする超音波溶接装置。
2. 前記第１の区画面（１８）と前記第３の区画面（２４）とは、角度βをなし、このβは、３０°＜β＜６０°であることを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接装置。
3. 前記対電極（１４）によって形成された前記第２の区画面（２２）は、前記区画要素（１６）によって形成された第３の区画面（２４）に対して角度γをなし、このγはγ＝９０°またはγ＞９０°であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の装置。
4. 前記規制案内は、規制案内手段を構成している機械的なまたはモータによる制御でなされ、前記対電極（１４）は、前記規制案内手段と協働し、この規制案内手段の移動コースは、少なくとも部分的に、前記第１の区画面（１８）の移動コースに対応することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の装置。
5. 前記第１ないし第３の区画面（１８，２２，２４）は、構造化されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の装置。
6. 前記ソノトロード（１２）は、複数の区画面（１８）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記ソノトロード（１２）は、前記複数の区画面（１８）を有する自らの領域で、八角形のような多角形の横断面部分を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記対電極（１４）は、この対電極が、前記複数の導体を前記圧縮室（２０）に挿入するために、前記圧縮室の外側に延びているように、規制案内されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の装置。
9. 前記ソノトロード（１２）と前記区画要素（１６）との間に、中間プレートのような中間要素（５８）が延びていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の装置。
10. 前記ソノトロード（１２）の、前記区画要素（１６）に隣接する縁部（５６）および／または前記区画要素（１６）の、前記対電極（１４）に隣接する縁部（５４）および／または前記対電極の、前記ソノトロードに隣接する縁部（５２）は、前記圧縮室（２０）の前記横断面部分が、相応に丸くなった角部を有するように、形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１に記載の装置。
11. 複数の導体（１０）を圧縮および／または溶接するための超音波溶接装置は、ストランド状の導体のビアノードまたはエンドノードを製造するための超音波溶接装置であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１の超音波溶接装置。
12. ストランド状の複数の導体を圧縮し続いて溶接するための方法であって、前記複数の導体は、２つの直交する方向に横断面部分の調整のために調整されることができ、かつソノトロードの少なくとも１つの面と、対電極の面と、区画要素の面とによって区画されている圧縮室に入れられ、前記導体は、前記横断面部分の減少のために、まず圧縮され、圧縮後に、前記圧縮室の特徴的な大きさが算出され、この特徴的な大きさに基づいて、メモリに格納された溶接パラメータが取り出され、次に、前記導体が溶接される方法において、
    前記圧縮室は、前記複数の導体の圧縮室への挿入のためのスリットを形成した実質的に三角形の横断面部分を有し、かつ前記ソノトロードの区画面と、対電極の区画面と、区画要素の区画面との３つの区画面により規定された圧縮室が用いられ、前記ソノトロードの前記の区画面は、水平線に対し傾斜して延びており、前記区画要素の前記区画面は垂直方向に延びていること、前記導体は、前記対電極の前記区画面が前記圧縮室の外側に延びているとき、前記圧縮室に入れられること、前記スリットは、ソノトロードの前記の区画面と対電極の前記区画面とにより形成される頂点に位置していること、および、溶接中に、前記前ソノトロードと、対電極と、区画要素とが相対的に移動されて、記ソノトロードと、前記対電極と、前記区画要素との、夫々の区画面のうち前記複数の導体に作用する各面が減少されることを特徴とする方法。
13. 前記特徴的な大きさは、前記圧縮室の前記ギャップに対し横方向にある、区画要素の区画面の長さであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

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