JP6714003B2 - 超音波溶接方法および流体作動ポンプ用のディフューザー - Google Patents

Description

本発明は、超音波溶接方法および該方法によって得られた製品に関するものである。

公知であるように、超音波溶接はプラスチック（樹脂）からなる部品を組み立てるために広く用いられている技術である。
実際には、超音波溶接は、溶接すべき部品に可変の垂直方向の負荷を加え、超音波周波数をもった振動を発生させることができる装置で一方の部品を他方の部品に対して振動させることによって行う。
いわゆるソノトロードによって伝えられるこの強い振動は、材料を溶融させる熱を発生させ、それによって２つの部品を溶接する。

しかしながら、この技術の信頼性と正しい適用は、以下の一連の処置を必要とする。即ち、第１に、加えられる力と振動の方向が溶接接合部に対して垂直でなければならない。
それ故、部品間の溶接接合部が曲面又はある形状面に沿って延びている場合には、超音波技術は、適用することが不可能と言えないまでも困難である。
それ故、そのような場合には、摩擦溶接のように他の方法を用いることが必要である。
摩擦溶接は、溶接すべき部品間に回転などの相対運動と圧力の印加との組み合わせの結果として発生する摩擦によって部品を溶接する技術である。
しかしながら、摩擦溶接はあまり精度がよくなく、多くの用途とは相容れない溶接フラッシュを引き起こす。

別の方法として、例えば、レーザー溶接を用いることも考えられる。このレーザー溶接では、レーザービームが材料を溶融させて溶接接合部を作り出す。
しかしながら、レーザービーム溶接技術は、複雑であり、一般に高い投資コストを必要とするロボットによってのみ行うことが可能なものである。
これに加えて、レーザーによる溶接を行うための時間が過剰に長くなり、ひいてはコストが過剰になるということを考慮に入れなければならない。

本発明の目的は、上述した問題を解決することであり、接続領域が曲線部分を含んでいる場合でも２以上の部品を溶接することを可能とする超音波溶接方法を提供することである。
この目的の範囲内において、本発明の特定の目的は、ソノトロードによって伝えられる超音波ビームの方向にほぼ平行な接続領域を溶接することを可能とする方法を提供することである。
本発明の別の特定の目的は、曲線部分を含む接続領域で溶接される２以上の部材からなる流体作動ポンプ用ディフューザー又は他の製品を製造することを可能とする方法を提案することである。
本発明の他の目的は、高い信頼性と反復性のある溶接を確保する方法を提供することである。
本発明の他の目的は、超音波溶接機械の生産能力を十分に活用することを可能とする方法を提案することである。

この目的、これ以降より明らかになるこれらの目的および他の目的は、熱可塑性プラスチック材料からなる少なくとも２つの部材を各接続領域が実質的に接触した状態で互いに隣接するように位置させることによって前記少なくとも２つの部材を用意し、前記接続領域で前記部材の少なくとも一方に超音波ビームを照射し、超音波ビームを照射するステップと同時に、前記部材に圧力を加え、前記接続領域が相互接触の状態を保つために前記部材を互いに押圧し、前記接続領域は相互に一致する曲線部分を備え、前記部材を用意するステップの前に、前記方法は、互いに一致する溶接面を前記部材に形成し、前記曲線部分を少なくとも部分的に分離させるステップを備えることを特徴とする超音波溶接方法によって達成される。

別の態様によれば、本発明は、各接続領域に照射された超音波ビームによって溶接され得る少なくとも２つの部材を備える製品であって、前記接続領域は曲線部分を備え、前記少なくとも２つの部材は、前記曲線部分を少なくとも部分的に分離させる溶接面であって相互に一致する溶接面を備えることを特徴とする製品を提供する。

さらなる特徴および利点は、添付の図面に非限定的な例として示された本発明に係る超音波溶接方法及びその方法によって得られた製品の、好ましいが限定的でない実施形態の説明からより明確になるであろう。
図１は、本発明に係る方法によって得られた一般的製品の概略断面図である。 図２は、本発明に係る方法によって得られた流体作動ポンプ用ディフューザーの平面図である。 図３は、図２のIII-III面断面図である。 図４は、ディフューザーの部品の斜視図である。 図５は、前記図面の部品の平面図である。 図６は、図５のVI-VI面断面図である。 図７は、ディフューザーの別部品の平面図である。 図８は、図７のVIII-VIII面断面図である。

上記図面を参照し、本発明は、相互に結合される熱可塑性プラスチック材料からなる超音波溶接部材の方法に関するものである。
特に、この方法は、少なくとも1つの第１部材１と少なくとも1つの第２部材２とを超音波溶接するためのものであり、これら第１部材１と第２部材２は、相互に合わされ、符号３及び４によってそれぞれ示される曲線部分を含む接続領域を有している。
本発明によれば、この方法は、互いに一致する溶接面を第１部材１および第２部材２に形成し、溶接面の曲線部分を少なくとも部分的に分離させる工程を含む。
好ましくは、溶接作業を行う前に、前記溶接面はそれぞれ第１接続領域３および第２接続領域４に形成される。
好ましいが限定的でない実施例によれば、溶接面は溶接を行うために使用される超音波ビームに対して実質的に垂直であり、かつ溶接面は曲線部分の曲率の連続性を妨げるようになっている。

図示例では、溶接面は、それぞれ複数の第１段部５および複数の第２段部６によって形成される。
上記具体例において、段部５は互いに隣接しており、段部６も互いに隣接している。しかしながら、別の実施例では、段部は間隔をあけていてもよい。
実際には、各段部５は溶接面５ａと接続面５ｂとからなり、溶接面５ａは溶接のために使用される超音波ビーム５０に対して実質的に垂直である。
同様に、各段部６は、溶接のために使用される超音波ビーム５０に対して実質的に垂直な溶接面６ａと、接続面６ｂとからなる。
図示例では、接続面５ｂ及び６ｂは、溶接のために使用される超音波ビーム５０に実質的に平行であるが、本発明の概念から逸脱しない限りにおいて異なった形状であってもよい。
好ましくは、溶接面５ａは対応する溶接面６ａに実質的に当接し、接続面５ｂは対応する接続面６ｂに実質的に当接する。

段部５及び６は、信頼性の高い溶接接合部を得るために第１部材１と第２部材２が十分な厚さを有することに留意して作られているべきである。
好ましくは、段部５及び６は、部材１と部材２の成形中に設けられる。
別の方法として、段部５及び６は、接続領域３及び４から材料を除去することによって形成され得る。
段部５及び６が形成されたら、実際の溶接作業を行うことが可能となる。この溶接作業は、段部５と段部６が相互に隣接するように、特に各溶接面５ａが対応する各溶接面６ａと隣接するように第１部材１と第２部材２とを配置することから始められる。
このとき、ソノトロード、すなわち超音波振動を発生する手段によって、超音波ビームは概略段部５及び６において２つの部材１及び２の少なくとも一方に照射される。
好ましくは、他の部材はアンビルとして知られている固定金型に挿入される。
同時に、圧力が２つの部材１と２に加えられ、段部５と段部６の相互接触を保つように前記２つの部材１と２とを互いに押圧する。

本発明の方法を実施するに際して、超音波ビーム及び加えられる圧力は、溶接面５ａ及び６ａに対して実質的に垂直であるということは極めて重要である。
それ故、溶接面５ａ及び６ａの存在は、超音波ビームとスラストとを効果的に伝えることを可能とし、溶接に良い結果をもたらすことができる。
さらに、この配置は、２つの部材１及び２の相互のずれ及び／又は変形を防止する。
また、本発明は上述し且つ図示した方法によって得られる製品に関するものである。
この製品は各接続領域に照射された超音波ビームによって溶接される２以上の部材を含んでいる。
本発明によれば、部材は、接続領域において、接続領域の曲線部分を少なくとも部分的に分離させるような態様で相互に当接される溶接面を含んでいる。

図２乃至図８は、流体作動ポンプ用のディフューザー１００によって構成される製品の実際的な実施例を示す。
各種の異なった製品が、本発明の範囲から逸脱することなく実質的に均等な特徴を持つことができる、ということは当業者には明らかである。
ディフューザー１００は、本発明による超音波溶接方法によって接合される第１部材１０１と第２部材１０２とを備えている。
第１部材１０１は第１本体１１０を備えている。第１本体１１０は、その中心部に貫通孔１１１を備え、かつ側方に概略二次曲面の輪郭を持った第１壁１１２によって境界が定まっている。
羽根１１３は、第１壁１１２から延び、第１本体１１０の対称軸の周りに分布している。
好ましくは、羽根１１３は、第２部材１０２とともに半径方向に配置されたダクトを形成するように湾曲している。
第２部材１０２は、第１部材１０１の少なくとも一部を収容する凹面１２１を中心部に備えている略円筒状の第２本体１２０を備えている。
好ましくは、凹面１２１は、複数の羽根１１３の包絡線を実質的に補完する形状を有している。
実際、上述したダクトを形成するように羽根１１３のエッジ部１１４が凹面１２１の表面に当接されるような態様で、２つの部材１０１と１０２は相互に接合されるようになっている。

本発明によれば、第１部材１０１と第２部材１０２の各溶接面は、互いに当接され、且つ２つの部材１０１および１０２の接続領域の曲線部分を少なくとも部分的に分離させる。
そのような溶接面は、互いに隣接した複数の第１段部１０５及び互いに隣接した複数の第２段部１０６によって各々形成されている。
第１段部１０５は実質的に羽根１１３のエッジ部１１４に形成されており、第２段部１０６は第１段部１０５のパターンに一致するパターンを有した凹面１２１の表面に設けられている。
実際は、各段部１０５は、第１本体１１０の基部に実質的に平行な溶接面１０５ａと、接続面１０５ｂとから構成される。
同様に、各段部１０６は、第２本体１２０の基部に実質的に平行な溶接面１０６ａと、接続面１０６ｂとから構成される。
好ましくは、各段部１０５の溶接面１０５ａには、溶接中にソノトロードによって与えられるエネルギーを集中する役割を持つ突起部１１５がある。
別の例として、突起部は各段部１０６の溶接面１０６ａに形成してもよい。

先に述べたように、ディフューザー１００は、２つの部材１０１及び１０２を別々に製作し、後にそれらの部材を結合することによって作られており、それ故、各溶接面１０５ａは対応する各溶接面１０６ａに溶接される。
実際、２つの部材１０１及び１０２は、溶接面１０５ａを対応する溶接面１０６ａに合わせ、且つ接続面１０５ｂを対応する接続面１０６ｂに合わせ、超音波ビームを第１部材１０１または第２部材１０２の基部に照射し、同時に圧力を加えることによって接合される。
各段部１０５の溶接面１０５ａは、溶接のために使用される超音波ビームに対して実質的に垂直である。
同様に、各段部１０６の溶接面１０６ａは、溶接のために使用される超音波ビームに対して実質的に垂直である。

本発明の別の態様によれば、溶接中の２つの部材１０１と１０２の位相調整の問題も解決される。そのような問題は、一方の部材に突起部１１６を形成し、他方の部材に対応するシート部１２２を形成することによって、解決される。突起部１１６は、他方の部材に設けられた対応する数のシート部１２２に組み合うようになっている。
上記構成により、本発明はその意図した目的を達成することができる。
即ち、本発明は、曲線部分を含む接続領域を超音波溶接することを可能とする。
この方法は、超音波ビームの方向に実質的に平行な接続領域で超音波溶接技術を利用することを可能とする。
方法の実際的な応用は、例えば、曲線部分を含む接続領域で２つの部品を超音波溶接することによって流体作動ポンプ用のディフューザーを製造することである。
この方法及びこの方法による製品は、純粋に経済的観点からも特に利点がある。
実際、本発明に係る超音波溶接方法及び該方法で得られた製品は、意図した目的を完全に達成する。
この出願は、２０１５年１月１９日に出願されたイタリア特許出願番号 ＶＩ２０１５Ａ００００１３の優先権を主張し、イタリア出願の主題はここに参照することによって組み込まれる。

Claims (12)

1. 流体作動ポンプ用のディフューザーを製造する方法であって、
   熱可塑性プラスチック材料からなる第１部材および第２部材を各接続領域が実質的に接触した状態で互いに隣接するように位置させることによって前記第１部材および前記第２ 部材を用意し、
   前記接続領域で前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方に超音波ビームを照射し、
   超音波ビームを照射するステップと同時に、前記第１部材および前記第２部材に圧力を加え、前記接続領域が相互接触の状態を保つために前記第１部材および前記第２部材を互いに押圧し、
   前記接続領域は相互に一致する曲線部分を備え、
   前記第１部材および前記第２部材を用意するステップの前に、前記方法は、互いに一致する溶接面を前記第１部材および前記第２部材に形成し、前記曲線部分を少なくとも部分的に分離させるステップを備え、
   前記第１部材は第１本体を備え、前記第１本体は、その中心部に貫通孔を備え、かつ側 方に概略二次曲面の輪郭を持った第１壁によって境界が定まっており、
   複数の羽根は、前記第１壁から延び、前記第１本体の対称軸の周りに分布しており、
   前記第２部材は、前記第１部材の少なくとも一部を収容する凹面を中心部に有する略円 筒状の第２本体を備えており、
   前記凹面は、前記複数の羽根の包絡線を実質的に補完する形状を有しており、
   前記溶接面は、少なくとも部分的に該溶接面を分離させるように前記羽根のエッジ部で かつ前記凹面の表面に形成されていることを特徴とする超音波溶接方法。
2. 前記溶接面は前記超音波ビームに対して実質的に垂直であり、かつ前記溶接面は前記曲線部分の曲率の連続性を妨げるように前記曲線部分と接続されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記溶接面は相互に隣接していることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記第１部材および前記第２部材を成形している間に前記溶接面が形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記溶接面は、前記第１部材および前記第２部材から材料を除去することによって設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記溶接面の少なくとも一部は、前記超音波ビームによって伝えられたエネルギーを集中するように構成された突起部を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第１部材および前記第２部材は位相調整手段を備え、前記位相調整手段は、前記第 １部材および前記第２部材の一方に形成された少なくとも一対の突起部と、前記第１部材 および前記第２部材の他方に形成された対応する数のシート部とを備え、前記突起部は前記シート部に組み合うように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１壁は、前記対称軸に沿って径方向内側に向かって湾曲しており、
   前記複数の羽根は、前記第１壁の上部から下部まで湾曲しており、
   前記複数の羽根のうちの隣接する２つは、軸方向から見たときに部分的に重なっており 、
   前記第２本体は、前記凹面を囲んでいることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一 項に記載の方法。
9. 各接続領域に照射された超音波ビームによって溶接され得る第１部材および第２部材を備える流体作動ポンプ用のディフューザーであって、
   前記接続領域は曲線部分を備え、
   前記第１部材および前記第２部材は、前記曲線部分を少なくとも部分的に分離させる溶接面であって相互に一致する溶接面を備え、
   前記第１部材は第１本体を備え、前記第１本体は、その中心部に貫通孔を備え、かつ側 方に概略二次曲面の輪郭を持った第１壁によって境界が定まっており、
   複数の羽根は、前記第１壁から延び、前記第１本体の対称軸の周りに分布しており、
   前記第２部材は、前記第１部材の少なくとも一部を収容する凹面を中心部に有する略円 筒状の第２本体を備えており、
   前記凹面は、前記複数の羽根の包絡線を実質的に補完する形状を有しており、
   前記溶接面は、少なくとも部分的に該溶接面を分離させるように前記羽根のエッジ部で かつ前記凹面の表面に形成されていることを特徴とするディフューザー。
10. 前記溶接面は前記超音波ビームに対して実質的に垂直であり、かつ前記溶接面は曲率の連続性を妨げるように前記曲線部分に接続されていることを特徴とする請求項９記載のデ ィフューザー。
11. 前記溶接面は相互に隣接していることを特徴とする請求項９記載のディフューザー。
12. 前記第１壁は、前記対称軸に沿って径方向内側に向かって湾曲しており、
    前記複数の羽根は、前記第１壁の上部から下部まで湾曲しており、
    前記複数の羽根のうちの隣接する２つは、軸方向から見たときに部分的に重なっており 、
    前記第２本体は、前記凹面を囲んでいることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか 一項に記載のディフューザー。

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