JP6716474B2 - 分離された構成部品を備える振動要素 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、構成部品が固定されたソノトロードのような振動要素に関する。

材料の超音波加工は、交流電圧を機械振動に変換するコンバータと、任意に増幅トランス及びソノトロードとを一般に備える超音波振動ユニットを使用する。そして、高周波交流電圧を超音波振動ユニット全体に作用させることによって、超音波振動ユニットが振動し、定常波がソノトロード内に形成される。

理想的な状況では、超音波振動ユニット全体が超音波振動領域で固有振動数を有するように、超音波振動ユニットの全ての構成部品は互いに整合されており、その周波数で、超音波振動装置を振動させることができる。それ以外の要素が、超音波振動ユニットに接触すると、またはそれに固定されていたとしても、音波振動ユニットの振動特性を損なう恐れがある。従って、一般的には、超音波振動ユニットに追加的な構成部品が取り付けられることはない。更に、超音波振動ユニットの保持手段に関しては、保持手段が超音波振動ユニットの振動挙動にできるだけ影響を与えないように徹底するために、高い経費を必要とし、複雑な問題を伴う。

しかし、多くの場合、構成部品を超音波振動ユニットの振動要素に固定する必要がある。例えば、ソノトロードは、環状の封止面を有してもよく、この環状封止面が加工動作中に加工対象の材料に接触する。その環状の封止面内に流体が供給される場合、又は押さえ手段が設けられる場合は、有利になり得る。その場合、ソノトロードは空洞を有し、加工動作中は、そこに流体、例えば空気を供給する必要がある。

図１は、技術水準の一実施形態を示す。ここでは、ソノトロード１は、中央に延びる空洞２を有する。その空洞に空気を供給するために、ソノトロードには半径方向にボア３が設けられている。ボア３には、ホース４が嵌合し、これを介して流体を空洞２に導入することができる。

しかし、作動中、ソノトロード１が超音波振動で振動すると、チューブ４に不要な超音波作用を発生させ、その結果、チューブ４の動作寿命が短くなる。ボア３が実質的に振動の節目の領域になるように配置されたとしても、そのようなホースの接続の動作寿命は実際には短く、その結果、ホース４を比較的頻繁に交換する必要がある。また、ホース４がソノトロードの作動中に緩むという恐れがある。

図２は、技術水準の第２の実施形態を示し、この実施形態では、確実にホースを空洞２に接続するために、サクション・リング５が設けられている。図示のソノトロードは、スリーブ状構造のサクション・リング５がＯリング６によってソノトロードの周囲に配置できるように、円形断面になっている。Ｏリング６は、サクション・リング５内の環状凹部７によって形成される環状空間を軸線方向、すなわち、図の上方向及び下方向に封止する働きを持つ。サクション・リング５は、半径方向に延びるボアを有し、そこに、エアホースが固定できる接続部８が配置されている。

サクション・リング５は明らかに、完全に振動部分から分離されているが、ソノトロードに正確に整合される必要がある。

この構造は比較的複雑で高価であり、丸型ソノトロードのみに適している。ソノトロードを完全に囲んで配置するには、空間の増加も必要になるため、このソノトロードは全ての用途には使用できない。

従って、上述の技術水準を基本的な出発点とし、本発明の目的は、構成部品が固定された振動要素であって、製造が簡単で、動作寿命が長く、また構成部品がソノトロードから外れるのを防止する、振動要素を提供することである。

本発明によると、振動要素がボアを有し、構成部品がボアに嵌合する固定部を有し、弾性的に、より具体的に好ましくはボアの軸線に平行に変形しているか、または、構成部品を弾性部材の弾性変形によってのみボアから移動させることができるように、ボアの内面に設けられた凹部内に少なくとも部分的に配置されている弾性要素が、固定部とボアとの間に配置されていることによって、その目的が達成される。

説明する手段は、例えば、続いて既存のソノトロードにも実施可能である。必要なのは、適当なボアがソノトロードに設けられていることだけである。そして、構成部品の固定部を、弾性要素を一方の固定部ともう一方のボアの内壁の間に配置した状態で、ボアに嵌合させることができる。ボアに対する固定部の相対的な動きを防止するために、弾性要素が、挿入された状態では、弾性的に変形しているか、または、構成部品が弾性要素の弾性変形によってのみボアから移動させることができるように、少なくとも部分的にボアの内面に設けられた凹部内に配置されている。

最も単純な場合、ボアは円形断面を有する。しかし、原理的には、例えば正方形断面のような他の断面も考えられる。

同様に、好適な一実施形態では、固定部が円形断面を有する。しかし、固定部も必ずしも円形断面を有する必要はなく、例えば、正方形断面でもよいことが理解されるであろう。また、ボアと固定部が互いに対応する断面でなければならないということも必須ではない。しかし、弾性要素は、固定部とボアの両方に整合している必要があるということに留意が必要である。

好適な一実施例では、弾性要素は固定部を完全に囲うようになされている。ボアが円形断面を有し、固定部が円形断面を有する場合は、弾性要素が、固定部の外側表面の上に押し付けられ、固定部と共にボアの中へ導入されるように、弾性要素はリング形状またはスリーブ形状であってよい。

振動要素と構成部品との接続を、できるだけ傾き難くするために、好適な一実施例では、少なくとも２つの弾性要素が、固定部とボアとの間に配置されており、好ましくは２つの弾性要素は軸線方向に対して互いに離間している。この点において、軸線方向はボアの軸線に対応する。

さらに、固定部を取り巻くスペーサ・スリーブが、２つの弾性要素間において軸線方向に配置されていると、有利である。

それに替えて、固定部が、軸線方向に離間した２つの凹部を有してもよい。例えば、２つの弾性要素が少なくとも部分的に配置される、周囲に延びる溝である。

更なる好適な一実施例では、構成部品が、固定部に対して移動可能であり且つ力を弾性要素に印加できるように設計された圧力要素を有している。力を弾性要素に印加すると弾性要素が逃げようとして、ボアの内壁から構成部品の固定部に対して弾性要素によって作用する力を増加させる。

更なる好適な一実施例では、圧力要素が、雌ねじをもつスリーブ形状であり、構成部品が、その上に圧力要素が配置される雄ねじを備えた部分を有し、構成部品に対する圧力要素の回転により圧力要素がボア内へ又はボア外へ更に移動可能となるように、圧力要素が、少なくとも部分的に固定部と共に配置されている。

もし、ここで圧力要素が固定部に対して回転して、ボア内へと移動すると、圧力要素はある時点で弾性要素に当たり、一つの方向に圧縮し、圧力要素の移動方向と実質的に直角な方向に弾性要素が拡大することになる。これによって、構成部品がボア内にクランプ固定され、超音波工程時においても不必要にはずれることが防止される。

これに替えて、またはこれと組み合わせて、固定部が、好ましくはＯリングである弾性要素がその内部に配置され且つ好ましくは周囲に延びる溝形状である凹部を有する。

構成部品は、例えば、圧縮空気供給手段であってもよい。この場合、構成部品は管状であり、管の外側に設けられた固定部が弾性要素を介して、振動要素の対応するボアに挿入される。また、構成部品を経由して、空気を吸引してもよい。

しかし、上記の固定方法は他の場所に使用してもよい。例えば、環状封止面を有するソノトロードがあり、環状封止面の内部には押さえ手段が望まれる。ここで、その押さえ手段は、ソノトロードの内部に配置する必要がある。従って、ソノトロードは空洞を有し、構成部品、より具体的には、対応する押さえ手段の為の取付手段を空洞内部に配置することができる。押さえ手段の作動は、例えば、圧縮空気によって行うことができ、その圧縮空気も、本発明による装置を介して供給することができる。押さえ手段の代わりに、ダンパー、又は吸引装置を、ソノトロードの内部に固定してもよい。

さらなる利点、特徴及び可能な用途は、以降の好適な実施形態の説明、及び以下の添付図から明らかになるであろう。

技術水準の第１の実施形態を示す図である。 技術水準の第２の実施形態を示す図である。 本発明による第１の実施形態の構成部品の断面図である。 本発明の第１の実施形態の、構成部品が嵌合した振動要素を示す部分断面図である。 本発明の第２の実施形態の構成部品を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による、構成部品が嵌合した振動要素を示す詳細断面図である。 本発明の第３の実施形態の構成部品を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態による、構成部品が嵌合した振動要素を示す詳細断面図である。 本発明の第４の実施形態による振動要素を示す断面図である。 図９に示す断面図であるが、空気圧作動の押さえ手段を追加した断面図である。

図１及び図２は、すでに説明した技術水準の２つの実施形態を示す。

図３は、本発明の第１の実施形態の構成部品の断面図である。構成部品９は、実質的に管状であり、中心通路１４を備える。構成部品９は固定部１１及びねじ部１０を有する。圧縮空気を供給するための適切なホースをねじ部１０に嵌めることができる。固定部１１は、２つのＯリング１２、１３を有し、Ｏリング１２、１３は適する溝１５、１６に配置されている。

図４は、一方の構成部品９と、もう一方の振動要素１の間の相互作用を示す詳細図である。振動要素１は、例えばソノトロードであり、ボア３を有する。固定部１１は、Ｏリング１２、１３と共に、ボア３に嵌合している。構成部品９をボア３内に確実に保持するために、ボア３の内壁にはＯリング１２を保持する溝１７が設けられている。２つのＯリング１２、１３を受ける、固定部１１上の２つの溝１５、１６は、図３および図４から明らかなように、異なる溝深さである。その点については、Ｏリング１２には振動要素１上に対応する溝１７があるが、第２のＯリング１３はそうではないということが考慮されている。従って、２つのＯリング間の力の分布を実質的に同じに保つために、溝１６の深さは、構成部品９の浅い深さ１５と振動要素の溝１７の溝深さの合計に相当するようになっている。

図４に示す状態では、振動要素１内で、構成部品が実質的に振動的に分離された関係で整合されている。Ｏリング１２が構成部品９の凹部１５内と、振動要素１の凹部１７との両方に噛み合うことにより、構成部品９がボア３内で不必要に変位することが防止される。

図５は、本発明による第２の実施形態の断面図を示す。同じ要素は、できるだけ同じ参照符号を用いて示している。

図５に示す構成部品の実施形態は、図３に示す実施形態とは本質的に異なり、こちらでは、２つのＯリング１２、１３の溝深さが同じである。更に、ここでは、構成部品９’に圧力要素１８が追加され、圧力要素１８はねじ部の雄ねじ１０に対して雌ねじを使用して取り付けられている。圧力要素１８は、構成部品９’に対して相対的に回転することにより、Ｏリング１２に向かう方向および離れる方向に軸線方向の移動が可能である。

圧力要素１８は、スリーブ状の外形を有し、圧力要素１８に向かってＯリング１２に接触する、軸線方向に突出する首部１９を有する。この目的のため、首部の外形は、ボアの内径より小さい。このように、Ｏリング１２を受ける溝は、構成部品９’と、圧力要素１８、すなわち突き出したカラー要素１９との両方によって形成される。図６は、構成部品９’の振動要素１との連携を示す詳細図である。ここでも振動要素１のボア３には、Ｏリング１２を受けるための、周囲に延びる溝１７がある。

本実施形態では、２つのＯリング１２、１３から振動要素１のボア３の内面に働く力が確実にほぼ同じになるように、図示の状態の圧力要素１８を、ねじ部１０に対して回転させ、Ｏリング１２が挿入されている溝幅を減少させる。これによって、Ｏリング１２が変形して半径方向に広がり、Ｏリングが振動要素１の溝１７の底に接触することになる。Ｏリング１２は、圧力要素１８によって溝１７に押し付けられて、作動時には、構成部品９’はソノトロードに向かう方向にも離れる方向にも、軸線方向に確実に動かなくなる。

図７は、本発明の第３の実施形態の構成部品９’’を示す。図５に示す構成部品９’と異なり、ここでは、スペーサ・スリーブ２０がある。もし、ここで圧力要素１９がねじ部１０に対して回転すると、圧力要素１８は第１のＯリング１２に向かう方向に移動し、その結果、Ｏリング１２は圧力要素１８の首部１９とスペーサ・スリーブ２０の間に挟まれる。スペーサ・スリーブ２０もまた移動可能に配置されているので、第２のＯリング１３の方向に移動し、その結果、圧力要素１８によって、Ｏリング１２とＯリング１３の両方に力を作用させることができる。

挿入された状態を示す図８からわかるように、本実施形態では、ボアの内壁に溝を設けずに済ませることが可能である。このように、圧力要素１８が２つのＯリングに均一な圧力を加えることにより、この場合、溝を設けなくても、２つのＯリング１２および１３を経由して確実に均一な力を印加できる。本実施形態でも、１つまたは複数の溝を設けて、そこに１つのＯリングまたは両方のＯリングが係合するようにしても良いことが理解されよう。

図９は、第４の実施形態の断面図を示す。ここでは、ソノトロード１は、超音波加工工程において、加工対象の材料に接触する、実質的に環状の溶着面３１を有する。従って、空洞３２は、ソノトロードの内部に設けられている。それぞれの使用状況に応じて、環状溶着面３１が加工対象の材料に接触する間、もし、押さえ手段が材料を環状溶着面内で下方向に押し付けると便利である。その押さえ手段も、ソノトロード１に、振動的に分離された関係で固定することができる。

分かり易くするために、図９には、ソノトロード１内で振動的に分離された関係で取り付けられている、内部通路２７を備えるスリーブ２１のみを示す。そのスリーブ２１は第２のスリーブ３３内に配置され、ネジ接続を経由して接続される。また、２つのＯリング２２および２４、並びにスペーサ・スリーブ２３がある。ここで、スリーブ２１が第２のスリーブ３３に対して回転すると、その結果、スリーブ２１の突出部がＯリング２２をスペーサ・スリーブ２３に対して押圧し、スペーサ・スリーブ２３は、次に力を第２のＯリング２４に作用させる。このように２つのＯリングが変形すると、Ｏリングは半径方向に広がり、スリーブ２１をソノトロード１内に固定する。スノトロード中の長手方向のボアは段付きになっており、Ｏリング２４がボア内のその段差に当たるようになっている。これにより、スリーブの下方向、すなわち封止表面３１の方向への移動が防止される。

その反対方向の移動を防止するために、雌ねじを有する圧力要素２６が更に設けられており、その雌ねじが第２のスリーブ３３の雄ねじに噛み合う。これにより、第３のＯリング２５を弾性変形させ、その結果、接続部は軸線方向上向きに移動できなくなる。

ここで、図１０は、第２のスリーブ３３がハウジング３０に接続されている状態を更に示し、ハウジング３０の底は、弾性的に付勢することができるピストン２８によって閉じられている。このように、空洞２９がハウジング３０内に形成されており、次に、ボア３を経由し、更に通路２７を経由して、空洞２９内に供給される圧縮空気によって、力がピストン２８に加えられる。その結果、ピストン２８は軸線方向下側に移動し、これに対応して処理対象の材料を保持することができる。

本発明による手段によって、構成部品を振動要素に対して振動的に分離して接続することが可能になる。

１ ソノトロード
２、２９、３２ 空洞
３ ボア
４ ホース
５ サクション・リング
６、１２、１３、２２、２４、２５ Ｏリング
７ 環状凹部
８ 接続部
９、９’、９’’ 構成部品
１０ ねじ部
１１ 固定部
１４、２７ 通路
１５、１６、１７ 溝
１８、２６ 圧力要素
１９ カラー要素
２０、２３ スペーサ・スリーブ
２１、３３ スリーブ
２８ ピストン
３０ ハウジング
３１ 溶着面

Claims (14)

1. 構成部品が固定された、例えばソノトロードのような振動要素において、
   前記振動要素がボアを有し、構成部品がボアに嵌合された固定部を有し、
   第１の弾性要素が前記固定部と前記ボアとの間に配置されており、
   前記第１の弾性要素は、前記構成部品を前記第１の弾性要素の弾性変形によってのみ前記ボアから移動させることができるように前記ボアの内面に設けられた凹部内に少なくとも部分的に配置され、
   前記固定部は第１の溝で構成された凹部を有し、この凹部は、前記第１の弾性要素がその内部に配置されており、
   少なくとも第２の弾性要素が前記固定部と前記ボアとの間に配置されており、前記固定部は前記第２の弾性要素が配置される第２の溝を有し、
   前記第１の溝と前記第２の溝の溝深さが異なることを特徴とする、振動要素。
2. 前記凹部は、周囲に延びる溝の形状を有していることを特徴とする、請求項１に記載の振動要素。
3. 前記弾性要素はＯリングであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の振動要素。
4. 前記ボアが円形断面を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動要素。
5. 前記固定部が円形断面を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動要素。
6. 前記弾性要素が前記固定部を完全に囲うように配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動要素。
7. 前記２つの弾性要素が、軸線方向に対して互いに離間していることを特徴とする、請求項６に記載の振動要素。
8. 前記固定部を取り巻くスペーサ・スリーブが、前記２つの弾性要素間において軸線方向に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の振動要素。
9. 前記構成部品が、前記固定部に対して移動可能であり且つ力を前記弾性要素に印加できるように設計された圧力要素を有していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動要素。
10. 前記圧力要素が雌ねじをもつスリーブの形状であり、前記構成部品が雄ねじをもつ部分を有し、前記雄ねじの上に前記圧力要素が配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の振動要素。
11. 前記構成部品に対する前記圧力要素の回転により前記圧力要素が前記ボア内へ又は前記ボア外へ更に移動可能となるように、前記圧力要素が、前記ボア内に、少なくとも部分的に前記固定部と共に配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の振動要素。
12. 前記構成部品が空気供給手段または空気排出手段であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の振動要素。
13. 前記振動要素が空洞を有し、前記構成部品が前記空洞内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の振動要素。
14. 前記構成部品が、押さえ手段、ダンパー又は吸引手段であることを特徴とする、請求項１３に記載の振動要素。

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